"이미 메타표면 활용되고 있어" 상용화도 자신감
[충청뉴스 이성현 기자] 빛의 진동 방향과 회전 성질을 결합한 ‘총 각운동량(TAM)’을 암호 열쇠로 삼아 특정 조건에서만 정보를 복원하는 차세대 홀로그램 기술이 등장했다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 신종화 교수팀이 빛의 편광과 꼬임 성질이 결합된 ‘총 각운동량(TAM)’을 정보 추출의 핵심 인자로 활용하는 ‘차세대 벡터 홀로그램 메타표면’을 구현했다고 4일 밝혔다.
이번 성과는 기존 광학 기술의 물리적 제약을 뛰어넘어 초고용량 통신과 고도화된 보안을 동시에 실현할 플랫폼으로 평가받는다.
그간 광학계에서는 빛의 진동(편광)이나 회전(OAM)을 개별적으로 이용해 정보를 담는 방식이 주를 이뤘다.
하지만 단일 소자 내에서 두 성질을 동시에, 독립적으로 제어하는 기술은 물리적 대칭성 문제로 인해 오랜 난제로 남아 있었다.
이에 연구진은 수학적 설계를 기반으로 나노 구조물을 2중으로 배치한 ‘이중층 메타표면’ 아키텍처를 구축해 대칭성을 파괴하는 방식을 도입했다.
핵심은 빛의 위상과 편광이 결합된 TAM 상태를 정밀 제어해 특정 조건의 빛이 입사할 때만 정보를 재생하는 구조다. 정해진 횟수만큼 꼬이고 특정 방향으로 진동하는 ‘빛의 암호’가 일치할 때만 숨겨진 벡터 홀로그램이 나타나는 원리다.
육안으로는 동일해 보이는 빛일지라도 정확한 열쇠가 없으면 해독이 불가능해, 복제 방지 보안 시스템 등에 최적화돼 있다.
또 무한한 확장성을 가진 빛의 꼬임 상태를 활용함으로써 초고속·초고용량 광통신 채널을 확보할 수 있는 길도 열렸다.
단순 이미지 재생을 넘어 영상의 모든 지점에서 빛의 세기와 방향 정보를 개별 조절하는 ‘벡터 홀로그램’을 구현했다는 점도 주목할 부분이다.
해당 기술은 차세대 실감형 디스플레이(AR·VR)와 안경형 디스플레이(NED)는 물론, 양방향 광 제어 소자 개발의 새로운 지평을 열 것으로 전망된다.
특히 연구진은 상용화에도 자신감을 나타냈다.
신종화 교수는 전화통화에서 "홀로그램 소자는 아니지만 이미 컬러라우터소자로 메타표면이 구현돼 활용되고 있는 상황"이라며 "(개발한) 이 기술도 충분히 가능성이 있다고 생각한다"고 말했다.
이어 "복제가 어려운 보안 시스템과 초고속·초고용량 광학 통신 기술의 핵심 플랫폼으로 발전할 것"이라고 덧붙였다.
한편 연구팀은 이 기술을 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 지난 3월 게재했다.
