한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 기존 메타표면 기술 한계를 극복하고 빛의 비대칭 전송을 제어할 수 있는 '야누스 메타표면' 설계에 성공했다. 특정 조건에서만 정보가 해독되게 해 보안성을 강화한다.
KAIST는 신종화 신소재공학과 교수팀이 양방향에서 서로 다른 기능을 수행할 수 있는 광학 시스템을 구현했다고 15일 밝혔다.
빛 입사 방향에 따라 투과광이 전혀 다른 광학 반응을 보이며, 장치 하나로 두 개의 독립적인 광학 시스템을 운영하는 것과 같은 효과를 발휘한다. 서로 다른 두 개 광학계(렌즈와 홀로그램)를 운영하는 효과를 얻을 수 있다.
이는 기존 메타표면 기술의 난제였다. 기존 메타표면 기술은 빛의 세 가지 특성(세기·위상·편광)을 입사 방향에 따라 선택적으로 조절하는데 한계가 있었다.
연구팀은 수학·물리 원리로 해결 방법을 제시했고, 양방향에서 서로 다른 벡터 홀로그램을 실험적으로 구현했다. 완전한 비대칭 투과 광 제어 기술을 선보였다.
연구팀은 또 이번 메타표면 기술을 기반으로 새로운 광학 암호화 기술을 개발했다. 입사 방향, 편광 상태에 따라 서로 다른 이미지를 생성하는 벡터 홀로그램을 구현했다. 특정 조건에서만 정보가 해독돼 보안성을 획기적으로 강화한 광학 암호화 시스템을 선보였다.
차세대 보안 솔루션으로서 양자 통신, 보안 데이터 전송 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.
특히 메타표면의 초박형 구조는 기존 광학 소자 부피·무게를 획기적으로 줄일 수 있어 차세대 디바이스 소형화·경량화에 기여할 것으로 보인다.
신종화 교수는 “이번 연구로 오랜 광학 분야 난제였던 빛의 세기, 위상, 편광의 완전한 비대칭 투과 제어가 가능하게 됐고 다양한 응용 광학 소자 개발 가능성이 열렸다”며 ”고도화된 광학 암호화 외에도 증강현실(AR), 홀로그램 디스플레이, 자율주행 차 라이다(LiDAR) 시스템 등에 응용되도록 광학 소자들을 지속적으로 개발할 계획”이라고 말했다.
KAIST 신소재공학과의 김현희 박사과정생, 정준교 박사가 공동 제 1저자로 참여한 이번 연구는 '어드밴스드 머티리얼스'에 온라인 공개됐다. 10월 31일 자 발행 예정이다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 중견연구자지원사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
