UNIST(이용훈) 전기전자공학과 이종원 교수팀이 전기로 조절 가능한 '비선형 광학 메타표면'을 세계 처음으로 개발했다. 광학 분야 국제 학술지 '네이처 포토닉스' 23일(현지시각)자에 공개됐다.
비선형 광학(nonlinear optics)은 빛과 물질 간의 강한 상호작용을 통해 빛의 주파수(파장)를 바꾸는 광변조 기술이다. 녹색 레이저 포인터가 대표적이다. 상대적으로 만들기 쉬운 적외선을 두꺼운 비선형 매질에 통과 시켜 파장을 변조하는 것이 녹색 레이저를 만드는 원리다.
'비선형 광학 메타표면'은 이 매질의 부피를 머리카락 두께로 줄일 수 있는 인공물질이다. 이 때문에 기기를 소형화 할 수 있다. 복잡한 광학 정렬을 고려할 필요 없이 빛이 메타표면과 만나기만 하면 되기 때문에 종이처럼 얇고 가벼운 카메라, 레이저 기기, 양자광원 구현이 가능하다.
문제는 기존 비선형 메타표면 기술이 전기적으로 조절 불가능한 수동방식이 대부분이라는 점이다.
이 교수팀은 전압으로 조절하는 비선형 메타표면을 개발, 이러한 문제를 해결했다.
이 교수팀이 개발한 비선형 메타표면은 빛의 파장뿐만 아니라 세기와 위상을 독립적으로 조절할 수 있다. 빛 파장 변환을 이용한 광 변조 암호 기술, 빛 세기뿐만 아니라 위상까지 실시간 조절 해야 하는 움직이는 홀로그램 기술, 차세대 테라헤르츠파 통신 광원과 양자정보통신 광원 등에 응용할 수 있다.
개발 기술은 광변환 효율도 높다. 기존 이 교수팀이 보유하고 있던 세계 최고 효율 기록을 다시 3배 이상 높인 0.24%를 달성했다.
이종원 교수는 “메타표면이 생성하는 비선형 고조파(파장이 절반으로 줄거나 진동수가 2배가 된 변조파)의 세기와 위상을 전기로 조절한 최초 사례로 비선형 평면 광학 소자 기술의 새 지평을 열었다”며 “전기적으로 조절 가능한 비선형 광원, 동적 비선형 홀로그램, 비선형 광 정보처리 소자, 신개념 양자 포토닉스 소자 등에 활용할 수 있을 것”이라 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
