Special UN지정 세계 유리의 해 그 의미와 유리소재의 패러다임
4차 산업혁명과 첨단 유리기술

한원택_광주과학기술원 전기전자컴퓨터공학부 교수

세계문명의 산업화는 18세기 초기에 증기기관이 발명되면서 기계 혁명이라고 하는 1차 산업혁명이 시작된 이래 19세기 말에는 전기가 발명되며 에너지 혁명이라는 2차 산업혁명이 태동되었다. 20세기 중반에는 컴퓨터와 인터넷의 등장으로 디지털 혁명이라는 3차 산업혁명이란 큰 변화를 맞이하며 현재까지 살고 있다. 시대마다 기술의 발전으로 야기된 산업혁명은 개인의 일상뿐만 아니라 국가의 기술, 산업, 경제 및 사회 구조도 바꿀 정도로 그 영향력이 크다. 지금도 새로운 기술의 등장과 기술적 혁신으로 우리는 정보통신 기술의 융합으로 이루어진 이른바 4차 산업혁명을 맞이하고 있다. 4차 산업혁명은 물리적 공간, 디지털적 공간 및 생물학적 공간의 경계가 디지털 기술을 기반으로 희석되는 기술융합의 시대로 진입함을 의미한다. 업무환경과 방식의 변화, 기후변화 등의 사회·경제적인 요인도 4차 산업혁명의 원인이 되지만 5G/6G 이동통신 기술(Mobile telecommunication) 같은 신기술 등장이 주요 원인이 된다고 할 수 있다. 5G/6G기술의 확보로 클라우드(Cloud) 기술, 빅데이터(Big data), 사물인터넷(Internet of Things, IoT), 인공지능(Artificial Intelligence, AI), 자율주행차, 로봇과 자동화 기술 등이 가능해진다. 이러한 4차 산업혁명의 핵심 기술은 방대한 데이터를 초고속으로 전송하고 통신 시간의 지연이 거의 없이 실시간으로 통신으로 연결하는 5G/6G기술이 없으면 불가능하다. 
  5G/6G 이동통신 기술은 광섬유로 이루어진 유선 광케이블망으로 이루어진 초고속 인터넷 기술이 없으면 불가능하다. 전 세계적인 인터넷 트래픽은 2018년의 33 제타비트(Zbps, 1 제타비트는 1012 기가비트)에서 2025년에는 175 제타비트로 7년 안에 5배 이상 증가할 것으로 예측하고 있다. 특히 곧 가시화될 6G 기술의 수준은 이동통신 속도는 1Tbps급, 통신 지연시간은 최소 5ms급 이하, 통신 범위 지상은 10Km로 아주 높다. 이러한 6G 기술은 사물인터넷(IoT)기술을 넘어 만물인터넷(Internet of Everything, IoE)을 가능케 하는데, 1Tbps 전송속도를 실현하기 위해서는 초고속 광통신망이 필수적이며 이와 함께 1Tbps 전송속도를 실현할 100GHz 이상의 고대역 주파수의 대역확보가 중요하다. 그리고 100GHz 이상의 주파수 대역에서 작동할 수 있는 기지국과 단말기에 사용하는 고출력(기지국 17dBm, 단말10dBm), 저 잡음(잡음지수 10dB) 전력증폭기 등 RF 부품기술도 함께 개발되어야 한다[¹,²].
  이러한 5G/6G 이동통신 기술에도 고도의 유리 기술이 큰 역할을 한다. 첫 번째는 5G/6G기술이 요구하는 기술 조건을 수용하여 선제적으로 유선통신망인 초고속 광통신망이 운용이 되지 않으면 무선통신 또한 이에 영향을 받을 수밖에 없다. 이러한 초고속 광통신망의 주인공은 광 신호를 빛의 속도로 송수신을 가능케 하는 광통신의 핵심 소재인 유리 광섬유이다. 초고순도의 유리가 하나의 코어 층으로 이루어진 기존의 광섬유와는 다르게 여러 개의 코어 층을 한 광섬유 속에 넣어 통신 용량을 증대시킨 다중코어 광섬유(Multicore fiber: MCF)와 광신호의 장거리 송신에 따른 출력 저하와 비선형현상 발생이 최소화된 초저손실 광섬유(Ultra Low Loss optical fiber: ULL 광섬유)가 개발되어 사용되고 있다. 두 번째로는 고주파수 대역의 RF부품에 사용되는 전자회로기판인 PCB(Printed Circuit Boards)는 일반적인 PCB와는 달리 저유전율과 낮은 유전손실 특성을 가져야하는데, 유연한 PCB에 코어 층의 보강재(Filler)로 사용되는 부도체는 저 유전특성의 유리섬유와 이를 이용해 만든 유리섬유직물이다. 세 번째로는 자율자동차나 항공기 같은 이동체의 데이터의 실시간 송수신에도 5G/6G기술이 필수적으로 사용되는데, 특히 각속도의 실시간 측정과 제어는 가장 중요한 요구 특성 중 하나이다. 이 회전 각속도를 측정하는 부품인 자이로스코프(Gyroscope)의 핵심부품인 공진기가 유리로 이루어져 있다.
 
1. 초고속 5G/6G 이동통신을 위한 유선 광통신망 유리 기술

그림 4. 링 레이저 자이로(RLG)용 결정화 유리 블록[21], 반구형 공진 자이로(HRG)[22]와 그 내부에 설치된 석영유리로 된 공진기[23]

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