광전자공학

광전자 변환 소자는 빛의 에너지(광자)를 전기적 신호(전자)로, 또는 그 반대로 변환하는 기능을 수행하는 광학 소자이다. 이는 광전자공학의 핵심 연구 대상으로, 전자공학과 광학의 경계에서 작동하는 소자들을 포괄한다. 이러한 변환 과정은 광통신, 디스플레이, 태양광 발전, 다양한 센서 시스템 등 현대 기술의 여러 분야에서 필수적인 역할을 한다.

주요 소자로는 빛을 받아 전류를 생성하는 광다이오드와 포토 트랜지스터가 있으며, 이들은 카메라의 이미지 센서, 광섬유 통신의 수신기, 원격 조종 장치 등에 널리 사용된다. 반대로, 전기 에너지를 빛으로 변환하는 소자에는 발광 다이오드(LED)와 레이저 다이오드가 있다. 이들은 평판 디스플레이의 픽셀, 광디스크 드라이브의 광원, 의료 장비 등에 응용된다.

이들 소자의 공통적인 특징은 백열전구와 같은 단순한 발열체와 달리 비선형적인 전기-광학 특성을 보인다는 점이다. 즉, 입력과 출력이 비례 관계에 있지 않아 복잡한 제어와 신호 처리가 가능하며, 이는 디지털 회로 및 아날로그 회로 설계에 중요한 요소가 된다. 광전자 변환 소자의 발전은 반도체 공학의 진보와 밀접하게 연관되어 있으며, 집적 회로 기술과 결합하여 광 집적회로와 같은 새로운 분야를 열고 있다.

광전도 소자는 빛에 노출되면 전기 전도도가 변하는 소자이다. 이는 빛의 에너지에 의해 물질 내부에 자유 전자-정공 쌍이 생성되기 때문이다. 대표적인 예로 포토 레지스터가 있으며, 이는 빛의 세기에 따라 저항값이 변하는 반도체 소자이다. 이러한 원리는 광전도 카메라 튜브와 같은 초기 텔레비전 촬상 장치의 핵심이 되었다.

광전도 현상은 전자와 광자의 상호작용을 보여주는 중요한 예시이다. 빛이 소자에 입사하면, 광자의 에너지가 반도체의 밴드 갭보다 클 경우 전도대로 전자가 여기되어 전류가 흐를 수 있게 된다. 이는 광전자 변환 소자가 외부 회로에 전력을 공급하는 것과 달리, 소자 자체의 내부 저항을 제어하는 방식으로 작동한다.

광전도 소자의 주요 응용 분야는 광센서이다. 예를 들어, 자동문의 감지기, 사진기의 노출계, 화재 감지기의 연기 센서 등 다양한 자동화 시스템에서 빛의 유무나 세기를 감지하는 데 사용된다. 또한, CCD와 같은 현대적 이미지 센서의 기본 원리에도 광전도 현상이 깔려 있다.

유도 방출 소자는 외부에서 유입된 광자에 의해 원자나 분자의 에너지 준위가 강제로 낮아지면서 동일한 위상과 방향성을 가진 새로운 광자를 방출하는 원리를 이용하는 광학 소자이다. 이 과정은 자발 방출과 구분되며, 레이저의 핵심 작동 원리이다. 유도 방출을 통해 생성된 빛은 높은 간섭성과 단색성을 가지며, 매우 집속된 형태로 방출될 수 있다는 특징이 있다.

가장 대표적인 유도 방출 소자는 레이저이다. 레이저는 광학 공진기 내에서 활성 매질에 에너지를 주입(펌핑)하여 전자가 높은 에너지 준위로 올라가게 한 후, 유도 방출 과정을 통해 증폭된 빛을 생성한다. 이는 반도체 레이저, 가스 레이저, 고체 레이저 등 다양한 형태로 구현된다. 이러한 소자는 광통신, 의료, 제조업, 측정 및 연구 분야에서 광원으로 널리 활용된다.

유도 방출 소자의 성능은 출력 파장, 출력 전력, 효율, 빔 품질 등으로 평가된다. 특히 반도체 레이저는 작은 크기와 높은 효율로 인해 광디스크 드라이브, 광섬유 통신의 송신기, 바코드 리더기 등 일상적인 전자기기에까지 광범위하게 적용된다. 또한, 양자 전자공학의 발전과 더불어 양자점 레이저와 같은 새로운 형태의 유도 방출 소자 연구도 활발히 진행되고 있다.

자가 방출 소자는 외부 에너지나 전기적 자극 없이도 물질 자체의 특성에 의해 빛을 방출하는 광학 소자이다. 이는 유도 방출을 통해 빛을 증폭하는 레이저나 외부 광원에 의해 전도도가 변하는 광전도 소자와 구분되는 특징이다. 자가 방출 소자의 가장 대표적인 예는 발광 다이오드(LED)이다. LED는 p-n 접합에 순방향 전압을 가했을 때, 전자와 정공이 재결합하면서 그 에너지가 광자 형태로 방출되는 원리를 이용한다.

자가 방출 소자는 전기 에너지를 직접 빛 에너지로 변환하는 광전자 변환 소자의 한 종류로 분류된다. 이들은 일반적으로 구조가 단순하고, 구동 전압이 낮으며, 응답 속도가 빠르고 수명이 긴 장점을 가진다. 유기 발광 다이오드(OLED)나 레이저 다이오드(LD)도 자가 방출의 원리를 활용하는 소자들이다. 특히 레이저 다이오드는 자발 방출보다는 유도 방출이 우세하게 일어나도록 설계된 점에서 순수한 자가 방출 소자와는 차이가 있다.

이러한 소자들은 디스플레이, 조명, 광통신의 광원, 다양한 센서 및 표시 장치 등 광범위한 분야에 응용된다. 예를 들어, LED는 에너지 효율이 높은 백라이트와 조명 시스템의 핵심 요소가 되었으며, 적외선 LED는 리모컨이나 광통신의 송신기에 사용된다. 자가 방출 소자의 발전은 반도체 공학과 재료과학의 진보와 밀접하게 연관되어 있다.

빛 방출 소자는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하여 방출하는 광학 소자이다. 이는 광전자공학에서 중요한 연구 대상 중 하나로, 전자와 광자 사이의 변환 과정을 구현한다. 백열전구와 같은 열방출 방식과 달리, 대부분의 현대적 빛 방출 소자는 전기를 직접 빛으로 변환하는 방식으로 작동하여 효율이 높고 수명이 길다.

대표적인 빛 방출 소자로는 발광 다이오드(LED)가 있다. LED는 반도체의 p-n 접합에서 전자와 정공이 재결합할 때 빛을 방출하는 원리를 이용한다. 이 외에도 전계 발광(EL) 소자, 광섬유 통신에서 사용되는 레이저 다이오드 등이 이 범주에 속한다. 이러한 소자들은 디스플레이, 조명, 광통신 등 다양한 분야에서 핵심 구성 요소로 활용된다.

빛 방출 소자의 발전은 에너지 효율 향상과 새로운 응용 분야를 개척하는 데 기여하고 있다. 예를 들어, LED 조명은 기존의 형광등이나 백열등에 비해 전력 소모가 적고, 태양광 발전 시스템과 결합하여 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공한다. 또한, 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 신기술은 더 얇고 유연한 디스플레이의 구현을 가능하게 하였다.

광통신은 광전자공학의 핵심 응용 분야 중 하나로, 정보를 빛의 형태로 변환하여 전송하는 기술이다. 이는 전기 신호를 이용하는 기존의 유선 통신과 달리, 광섬유를 매개체로 사용하여 데이터를 전송한다. 광통신 시스템은 기본적으로 광신호를 발생시키는 송신기, 신호를 전달하는 전송 매체, 그리고 신호를 수신하여 다시 전기 신호로 변환하는 수신기로 구성된다. 여기서 광신호의 발생과 검출에는 레이저 다이오드나 발광 다이오드(LED) 같은 광전자 소자가 핵심적으로 활용된다.

광통신의 가장 큰 장점은 매우 높은 대역폭과 빠른 전송 속도를 구현할 수 있다는 점이다. 또한, 전자기 간섭에 강하고 장거리 전송 시 신호 감쇠가 적어 데이터 손실이 매우 적다. 이러한 특성 덕분에 광통신은 인터넷 백본 네트워크, 해저 케이블, 대도시 간 통신망과 같은 장거리 및 고용량 통신 인프라의 근간을 이루고 있다. 최근에는 데이터 센터 내부의 초고속 연결이나 FTTH(Fiber To The Home)와 같은 가정용 초고속 인터넷 서비스로 그 영역을 확대하고 있다.

광통신 기술은 단순한 점대점 연결을 넘어, 파장 분할 다중화(WDM) 기술을 통해 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 다른 파장(색상)의 빛을 동시에 전송함으로써 데이터 전송 용량을 극대화한다. 이는 광전자공학에서 광학 소자와 반도체 공학이 결합된 고도화된 기술의 결과이다. 현재 연구는 더욱 빠른 전송 속도, 더 높은 집적도를 가진 광집적회로, 그리고 양자 통신과 같은 새로운 패러다임으로 진화하고 있다.

광전자공학에서 디스플레이는 전기 신호를 가시광선 형태의 정보로 변환하여 사용자에게 시각적으로 전달하는 핵심 응용 분야이다. 이는 광전자 변환 소자와 빛 방출 소자의 원리를 바탕으로 구현된다. 디스플레이 기술은 정보 표출의 기본 매체로서 컴퓨터 모니터, 스마트폰 화면, 텔레비전 등 현대 전자기기의 필수 구성 요소가 되었다.

디스플레이의 핵심은 발광 다이오드(LED)와 같은 자가 방출 소자, 또는 액정 디스플레이(LCD)에서 사용되는 광전도 소자와 백라이트 유닛의 조합이다. 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이는 각 픽셀이 자체 발광하는 유도 방출 원리를 활용하여 높은 명암비와 얇은 두께를 실현한다. 최근에는 마이크로 LED와 양자점 디스플레이 같은 신기술이 개발되어 색 재현율과 에너지 효율을 극대화하고 있다.

이러한 디스플레이 기술의 발전은 휴대용 기기, 가상 현실(VR), 증강 현실(AR) 장비, 그리고 대형 공공 정보판 등 다양한 분야로 확장되고 있다. 광전자공학은 더 선명하고, 빠르며, 저전력으로 작동하는 디스플레이를 구현하기 위해 소자의 발광 효율, 구동 방식, 소재 공학을 지속적으로 연구한다.

광전자공학의 핵심 응용 분야 중 하나는 태양광 발전이다. 이는 태양광을 직접 전기로 변환하는 기술로, 광전 효과를 기반으로 한다. 태양광 발전 시스템의 핵심 소자는 태양전지 또는 태양광 패널이며, 이는 대부분 반도체 물질로 만들어진 광전지이다. 광전자공학은 이러한 광전지의 효율을 높이고, 새로운 소재를 개발하며, 에너지 변환 과정을 최적화하는 데 기여한다.

태양광 발전 기술은 크게 결정질 실리콘과 박막 태양전지로 구분된다. 결정질 실리콘은 가장 널리 상용화된 기술이며, 단결정 실리콘과 다결정 실리콘이 있다. 박막 태양전지는 비정질 실리콘, CIGS(구리 인듐 갈륨 셀레나이드), 카드뮴 텔루라이드 등을 사용하여 얇은 막 형태로 제작된다. 광전자공학의 연구는 이들 소자의 광흡수율을 높이고, 전자-정공 쌍 생성 및 수집 효율을 개선하는 데 집중된다.

태양광 발전의 응용은 소규모 가정용 발전부터 대규모 태양광 발전소에 이르기까지 다양하다. 또한 건물일체형 태양광(BIPV) 기술은 건물의 외벽이나 지붕에 태양전지를 통합하여 에너지 자립 건물을 구현한다. 최근에는 페로브스카이트 태양전지와 같은 신소재 연구가 활발히 진행되며, 광전자공학과 재료공학의 융합을 통해 발전 효율과 경제성을 동시에 개선하고 있다.

이러한 발전은 재생 에너지 전환과 탄소 중립 목표 달성에 중요한 역할을 하며, 광전자공학의 지속적인 기술 혁신에 그 기반을 두고 있다.

광전자공학은 의료 및 생명공학 분야에서 진단, 치료, 연구에 필수적인 기술을 제공한다. 빛을 이용한 정밀한 측정과 이미징 기술은 현대 의학의 발전을 이끌고 있다. 예를 들어, 레이저는 수술용 메스로 사용되어 출혈을 최소화하고 정밀한 절개가 가능하게 하며, 발광 다이오드(LED)는 광역학 치료나 생체 신호 측정에 활용된다.

특히, 광학 영상 기술은 비침습적 진단을 가능하게 한다. 내시경은 광섬유를 통해 체내를 직접 관찰할 수 있게 하며, 형광 이미징이나 공초점 현미경은 세포 수준의 생물학적 과정을 실시간으로 관찰하는 데 사용된다. 또한, 광학 코히런스 단층촬영(OCT)은 망막이나 피부 조직의 고해상도 단면 이미지를 제공하여 안과 및 피부과 진단에 혁신을 가져왔다.

바이오센서 분야에서도 광전자 소자의 역할이 크다. 광전지나 포토 트랜지스터를 기반으로 하는 센서는 혈액 내 포도당 농도나 특정 바이오마커를 빠르고 정확하게 검출할 수 있다. 이는 신속 진단 키트나 지속적인 건강 모니터링 시스템 개발에 기여하며, 맞춤 의학과 원격 의료의 실현을 뒷받침한다.

광전자공학의 기술은 다양한 측정 및 센서 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 빛의 특성을 이용하여 물리량을 정밀하게 감지하고 변환하는 광학 센서는 공업 현장, 환경 모니터링, 의료 진단 등 광범위하게 활용된다. 대표적인 예로 근접 센서, 위치 센서, 가속도 센서 등이 있으며, 이들은 광다이오드나 레이저를 광원으로 사용하여 대상물의 거리나 움직임을 검출한다.

특히 광섬유를 이용한 광섬유 센서는 전기적 간섭에 강하고 장거리 측정이 가능한 장점이 있다. 이 기술은 구조물 건강 모니터링(SHM) 분야에서 교량이나 터빈 블레이드의 변형과 응력을 실시간으로 측정하는 데 사용된다. 또한 화학 센서 및 바이오 센서로서 특정 화학 물질이나 생체 분자에 반응하는 광학 코팅을 적용해 환경 오염 물질이나 혈당 농도를 감지할 수 있다.

이미지 센서 또한 광전자공학의 중요한 응용 분야이다. CCD(전하결합소자)와 CMOS(상보성 금속산화막 반도체) 이미지 센서는 들어오는 빛을 전기 신호로 변환하여 디지털 카메라, 의료 영상 장비, 자율 주행 자동차의 비전 시스템 등에 사용된다. 이러한 고성능 센서들은 반도체 공학과의 융합을 통해 더 작은 크기와 더 높은 해상도를 구현하고 있다.

광전자공학은 전자공학과 광학을 결합한 학문 분야이다. 이 분야의 주요 목적은 빛을 연산이나 통신에 활용하는 것이다. 전통적으로 광학은 물리학 내에서 전자기학과는 별개로 발전해왔으나, 20세기에 들어서면서 전자와 광자 사이의 관계가 명확해지며 두 학문은 매우 밀접하게 연관되었다.

이러한 학문적 융합의 결과로 다양한 광학 소자가 개발되었다. 광전자공학은 주로 이러한 광학 소자를 연구 대상으로 삼는다. 대표적인 소자로는 광전지, 포토 트랜지스터, 레이저, 발광 다이오드(LED) 등이 있으며, 이들은 백열전구와 달리 비선형적인 회로 소자의 특성을 지닌다.

이러한 소자들은 전기 신호와 빛 신호를 상호 변환하는 광전자 변환 소자이기도 하다. 따라서 광전자공학은 전자와 광자가 각각 지니는 장단점을 구분하고, 이를 효율적으로 활용하기 위한 방법을 탐구하는 학문이라고 할 수 있다. 이 분야는 반도체 공학 및 양자 전자공학과도 깊은 관련을 맺고 있다.

광전자공학은 전자공학과 광학이 결합된 학문 분야이다. 광학은 본래 물리학의 한 분야로, 빛의 성질과 현상을 연구하는 학문이었다. 특히 전자기학과 밀접한 관련이 있으나, 20세기에 들어서면서 광자와 전자의 상호작용에 대한 이해가 깊어지면서 두 분야의 경계가 모호해지기 시작했다. 이러한 융합의 흐름 속에서 광전자공학이 태동하게 되었다.

광학은 광전자공학의 핵심 기반이 된다. 광전자공학에서 연구하는 주요 광학 소자들은 빛을 생성, 변환, 검출, 제어하는 기본 원리가 광학 이론에 기반을 두고 있다. 예를 들어, 레이저의 작동 원리는 유도 방출이라는 광학 현상을, 발광 다이오드는 전기발광 현상을 이용한다. 따라서 광전자공학을 이해하기 위해서는 기하광학, 파동광학, 양자광학 등 광학의 다양한 하위 분야에 대한 지식이 필수적이다.

이러한 광학적 지식은 광통신, 디스플레이, 태양광 발전 등 광전자공학의 다양한 응용 분야로 직접 연결된다. 광통신에서는 광섬유 내부에서의 빛의 전파 특성을 이해해야 하며, 디스플레이에서는 픽셀을 구성하는 각 소자에서 빛이 어떻게 방출되고 제어되는지 알아야 한다. 결국 광전자공학은 광학 이론을 공학적으로 구현하고 실용적인 시스템과 장치로 발전시키는 학문이라 할 수 있다.

광전자공학은 전자공학과 광학의 원리를 결합한 학문 분야이다. 이 분야의 핵심은 빛(광자)과 전기(전자)의 상호작용을 이해하고, 이를 이용하여 정보 처리나 통신에 활용하는 기술을 개발하는 데 있다. 이러한 연구의 기반이 되는 중요한 학문 중 하나가 반도체 공학이다.

반도체 공학은 실리콘과 같은 반도체 물질의 특성과 이를 이용한 소자 제조 기술을 다룬다. 광전자공학에서 사용되는 대부분의 핵심 소자, 예를 들어 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드, 광다이오드, CCD 센서 등은 모두 반도체 물질로 만들어지기 때문이다. 따라서 반도체 공학에서의 재료 연구, 도핑 기술, 집적회로 제조 공정에 대한 이해는 광전자 소자의 성능과 효율을 결정하는 데 필수적이다.

광전자 소자의 작동 원리 자체도 반도체 물리학에 깊이 뿌리를 두고 있다. 예를 들어, LED나 반도체 레이저는 반도체 내에서 전자와 정공이 재결합할 때 빛을 방출하는 현상을 이용한다. 반대로, 광전지나 광다이오드는 반도체에 빛이 입사되어 전자-정공 쌍을 생성하는 광전 효과를 통해 전기 신호를 만들어낸다. 이처럼 빛과 전기의 변환 과정은 반도체의 에너지 밴드 구조와 직접적으로 연관되어 있다.

결국, 반도체 공학은 광전자공학의 물리적 기반과 소자 구현을 위한 핵심 기술을 제공하는 학문이다. 두 분야의 긴밀한 협력과 융합을 통해 광통신, 디스플레이, 태양광 발전 등 다양한 첨단 기술 분야가 지속적으로 발전하고 있다.

양자 전자공학은 광전자공학의 핵심 기반이 되는 학문 분야로, 전자와 광자의 양자역학적 상호작용을 연구하고 이를 공학적으로 응용하는 것을 목표로 한다. 이 분야는 레이저의 발명과 함께 본격적으로 발전하기 시작했으며, 광통신, 양자 컴퓨팅, 정밀 측정 등 다양한 첨단 기술의 기초를 제공한다. 양자역학의 원리를 직접 전자공학 및 광학 소자 설계에 적용한다는 점에서 특징이 있다.

주요 연구 대상은 유도 방출 현상을 이용한 레이저와 매저와 같은 양자 광학 소자이다. 또한 단일 광자 발생 소자, 양자 점 발광 다이오드, 양자 암호 통신을 위한 소자 등이 활발히 연구되고 있다. 이러한 소자들은 기존의 고전 물리학만으로는 설명하거나 구현하기 어려운 성능을 보여준다.

양자 전자공학의 발전은 광전자공학의 진보를 직접적으로 견인해 왔다. 예를 들어, 반도체 레이저는 광통신 시스템의 핵심 광원으로, 양자 우물 같은 구조를 통해 효율과 성능이 극대화되었다. 이는 데이터 센터 간 초고속 연결부터 일상적인 광섬유 인터넷에 이르기까지 광범위한 응용을 가능하게 했다.

따라서, 양자 전자공학은 미시 세계의 법칙을 거시 세계의 기술로 연결하는 가교 역할을 하며, 광전자공학의 미래를 열어갈 핵심 동력으로 평가받고 있다.

광전자공학을 학습하는 과정에서는 전자공학과 광학의 기초 이론을 통합적으로 이해하는 것이 출발점이다. 이는 빛의 파동성과 입자성을 다루는 광자 물리학과, 전하의 흐름을 다루는 전자 공학의 핵심 원리를 결합하는 것을 의미한다. 학습의 초점은 빛과 전기 신호를 상호 변환하는 광전자 변환 소자의 동작 원리를 깊이 있게 파악하는 데 있다. 이를 위해 반도체 물성, 에너지 밴드 구조, 광전 효과 등 기본적인 양자역학 및 고체물리학 개념을 학습한다.

주요 학습 내용은 크게 소자별로 구분되어 진행된다. 광다이오드와 포토트랜지스터 같은 광검출 소자는 빛 신호를 전기 신호로 변환하는 원리와 특성을 다룬다. 발광 다이오드(LED)와 레이저 다이오드 같은 광방출 소자는 전기를 빛으로 변환하는 과정, 즉 유도 방출과 자가 방출 메커니즘을 중점적으로 공부한다. 또한 태양전지의 작동 원리를 포함한 광전지 기술도 중요한 학습 주제에 포함된다.

이론 학습과 병행하여 광통신 시스템, 디스플레이, 광센서 등 다양한 응용 분야에 대한 개요를 익히게 된다. 실질적인 기술 적용을 이해하기 위해 광섬유, 광변조기, 광검출기로 구성된 기본적인 광링크 회로를 분석하고 설계하는 방법을 배운다. 이를 통해 빛이 정보 전송이나 에너지 변환에 어떻게 활용되는지 실제적인 관점에서 접근한다.

실험 및 실습 과정에서는 실제 광학 소자를 다루는 방법을 익힌다. 광전류 측정, 발광 스펙트럼 분석, 간단한 광통신 링크 구축 등의 실험을 통해 이론으로 배운 소자의 동작 특성을 직접 확인하고, 광신호 처리 기본 회로를 구현하는 능력을 기른다. 이러한 학습을 통해 학생들은 광전자공학이 전자와 광자의 장단점을 구분하고 상호 보완적으로 활용하는 학문임을 체득하게 된다.

광전자공학은 전자공학과 광학을 융합한 학문 분야이기 때문에, 대학에서는 주로 이 두 분야의 기초를 함께 다루는 학과나 과정에서 교육이 이루어진다. 전통적으로는 전기공학과, 전자공학과 내에 관련 전공 트랙이나 연구실이 개설되는 경우가 많다. 또한 물리학과, 특히 응용물리학 분야에서도 광학 및 양자 전자공학을 기반으로 한 교육이 제공될 수 있다.

보다 세분화된 교육을 위해 일부 대학에는 '광공학과', '광전자공학과', '광시스템공학과'와 같이 명시적으로 광학과 전자를 결합한 이름의 독립된 학과가 설계되어 운영되기도 한다. 이러한 학과에서는 반도체 공학, 레이저 공학, 광통신, 디스플레이 공학 등 광전자 소자 및 시스템에 특화된 심화 과정을 배울 수 있다.

대학원 과정에서는 학부에서 배운 기초를 바탕으로 더욱 전문적인 연구가 진행된다. 광집적회로, 나노광학, 양자 광학, 바이오포토닉스 등 첨단 분야의 연구를 수행하는 대학원 프로그램이 개설되어 있으며, 이는 석사 및 박사 학위 과정으로 이어진다.

이러한 교육 과정을 이수한 졸업생들은 반도체 및 디스플레이 산업, 광통신 장비 회사, 의료기기 개발 기업, 국방 및 항공우주 분야의 연구소, 그리고 태양광 발전 관련 에너지 기업 등 다양한 산업 분야로 진출할 수 있다.

광전자공학 교육 과정에서 실험 및 실습은 이론적 지식을 실제 광학 소자와 시스템에 적용해보는 핵심적인 학습 단계이다. 학생들은 광전자 변환 소자인 광다이오드나 포토 트랜지스터의 동작 특성을 측정하고, 레이저나 발광 다이오드(LED)를 구동하는 회로를 구성해보며 광신호의 발생, 변조, 검출 과정을 직접 경험한다. 이를 통해 전자와 광자 간의 에너지 변환 원리 및 각 소자의 장단점에 대한 실질적인 이해를 깊게 한다.

주요 실습 내용은 광통신 시스템 모델 구축, 간단한 디스플레이 장치 제작, 태양광 발전을 모사한 광전지 실험 등이 포함된다. 학생들은 광학 정렬 기술, 전자공학적 측정 기기 사용법, 그리고 반도체 공학 기반의 소자 특성 분석법을 습득한다. 실험실에서는 광파이버, 렌즈, 광검출기, 다양한 전자회로 소자 및 계측 장비를 활용한 체계적인 실험이 진행된다.

이러한 실험 및 실습 과정은 광전자공학이 융합 학문으로서 갖는 특성을 잘 보여주며, 학생들이 향후 연구개발, 제조업, 또는 시스템 설계 분야로 진로를 설정하는 데 중요한 기초 역량을 제공한다.

광전자공학을 전공한 졸업생들은 광학과 전자공학이 융합된 특성상 다양한 산업 분야로 진출할 수 있다. 핵심 진로는 반도체 및 디스플레이 산업, 광통신 및 네트워크 장비 분야, 태양광 발전을 포함한 신재생에너지 분야, 그리고 의료 기기 및 바이오센서 개발 분야 등이다. 특히 레이저 기술, 광센서, LED 및 OLED 같은 광학 소자의 연구개발 및 생산 공정 관련 직무가 대표적이다.

구체적인 직무로는 광학 엔지니어, 반도체 공정 엔지니어, 회로 설계 엔지니어, 연구원 등이 있다. 통신 장비 회사에서는 광섬유 통신 시스템과 모듈을 개발하고, 디스플레이 회사에서는 고효율·고해상도 패널 기술을 연구한다. 또한 측정 장비나 정밀 기계 분야에서 광학계 설계를 담당하기도 한다.

학문적 깊이를 더하고자 하는 경우, 대학원에 진학하여 양자 전자공학, 나노광학, 포토닉스 등 보다 전문화된 분야를 연구할 수 있다. 박사 학위 취득 후에는 대학이나 국공립 연구소에서 교수 또는 선임연구원으로 활동하며 첨단 광전자 소자의 원천 기술을 개발하는 길도 열려 있다.

이 분야의 기술은 인공지능, 자율주행차, 증강현실 등 미래 신기술의 핵심 인프라를 구성하므로 지속적인 성장이 예상된다. 따라서 관련 지식과 실험 및 실습을 통해 쌓은 실무 능력을 갖춘 인력에 대한 수요는 꾸준할 전망이다.