조힘찬 교수팀, ‘온-디바이스 암호화 광송신 소자’로 속도·보안 동시 해결… 세계 최초 이중채널 광변조 구현
빛으로 통신하고 암호화까지 – 라이파이의 새 패러다임
KAIST(총장 이광형) 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 와이파이(Wi-Fi)보다 최대 100배 빠른 속도와 뛰어난 보안을 동시에 구현할 수 있는 라이파이(Li-Fi) 기술의 새로운 플랫폼을 제시했다. 기존 광통신 소자의 한계를 뛰어넘은 이번 기술은, 정보 송신과 암호화를 단일 소자에서 동시에 수행함으로써 차세대 초고속·고보안 통신 환경의 기반이 될 전망이다(.
연구팀은 국가과학기술연구회 산하 한국표준과학연구원(KRISS) 임경근 박사와 협력해 ‘온-디바이스 암호화 광송신 소자(On-Device Encrypted Optical Transmitter)’를 개발했으며, 이 연구는 국제학술지 Advanced Materials 5월 30일자에 게재돼 Inside Front Cover 논문으로 선정됐다.
친환경 양자점 기반 ‘빛의 암호기’… 송신 속도·보안 성능 동시 달성
이번 기술의 핵심은 친환경 인듐포스파이드(InP) 기반 양자점을 이용한 고효율 발광 트라이오드(Light-Emitting Triode, LET) 구조다. 해당 소자는 전기장을 이용해 빛을 방출하며, 전극 표면의 ‘핀홀(pinhole)’을 통한 국부 전기장 집중 현상을 활용해 단일 소자 내 이중 채널 광변조를 구현했다. 이를 통해 두 가지 입력 데이터를 동시에 처리하고, 빛으로의 송신과 동시에 암호화가 가능해진 것이다.
연구팀이 개발한 소자는 외부양자효율(EQE) 17.4%, 휘도 29,000nit을 기록했다. 이는 스마트폰 OLED 밝기(2,000nit)의 10배 이상으로, 실용성과 상용화 가능성에서도 우위를 보인다.
조힘찬 교수는 “기존 광통신 소자가 가진 보안 취약성과 속도 한계를 동시에 극복할 수 있는 새로운 플랫폼”이라며, “암호화 기능이 기기 자체에 내장된 만큼 의료, 금융, 국방 등 고보안이 요구되는 분야에 폭넓게 활용될 수 있다”고 밝혔다.
수백 나노초 단위까지 제어 – 작동 메커니즘도 실험으로 규명
연구팀은 ‘과도 전계 발광 분석(Transient Electroluminescence)’ 기법을 통해, 전압을 수백 나노초 단위로 인가할 때 소자 내에서 일어나는 전하의 움직임을 정밀하게 관측했다. 이를 통해 이중채널 광변조의 작동 원리와 전기장 분포에 따른 전하 거동을 이론적으로 입증했다.
이는 추후 더 높은 주파수·속도의 변조기 설계로 확장 가능하며, 하드웨어 기반 물리보안 통신의 기초 설계 자료로도 활용될 수 있다.
기존 와이파이는 2.4GHz~5GHz 전자기파를 사용하지만, 라이파이는 400~800THz 대역의 가시광선을 사용한다. 이로 인해 이론상 속도는 100배 이상 빠르지만, 누구나 접근할 수 있어 보안이 취약하다는 단점이 있었다. KAIST 기술은 디바이스 자체 수준에서 물리적 암호화를 실현함으로써 이러한 약점을 구조적으로 해소한 사례다.
또한, 사용된 소재인 InP 양자점은 독성이 없고 환경친화적이어서, 미래 친환경 전자소자의 기반 재료로도 적합하다.
이번 기술은 한국연구재단, 국가과학기술연구회(NST), 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐으며, 단일 소자로 고속 데이터 통신과 보안 기능을 동시에 제공한다는 점에서 AI 센서, 자율주행, 보안 데이터센터 등 산업 확장성이 매우 크다.
KAIST는 향후 다파장 대역으로의 확장, 집적회로 기반 모듈화 설계, 라이파이–와이파이 융합형 플랫폼 기술로의 발전도 병행할 계획이다.
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