카이스트 '야누스 메타표면' 개발... 보안 분야 활용 가능

[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 카이스트가 표면 방향에 따라 서로 다른 이미지를 생성하는 메타표면을 개발했다. 해당 기술은 증강현실, 보안 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 보인다.

최근 광학 분야에서 각광받고 있는 ‘메타표면’은 나노미터 크기의 인공 구조물을 통해 빛을 정밀하게 제어할 수 있는 기술이다. 특성 상 기존의 렌즈나 프리즘, 편광판 등의 대체재로 주목받고 있다. 자율주행차의 센서, 증강현실(AR), 홀로그래픽 디스플레이 등 활용할 수 있는 분야도 많다. 

다만 기존에는 빛의 입사 방향에 따른 비대칭 전송을 구현하는 데 어려움이 있었다. 이에 전 세계적으로 메타표면을 통한 빛의 비대칭 전송 제어에 대한 연구가 수행되고 있다. 

이러한 상황에서 신종화 카이스트 신소재공확과 연구팀이  빛의 비대칭 전송을 제어할 수 있는 ‘야누스 메타표면’을 개발했다.

연구팀은 수학적, 물리적 원리를 바탕으로 양방향에서 독립적인 벡터 홀로그램을 설계하고 구현했다. ‘벡터 홀로그램’은 메타표면으로 조절된 빛의 세기와 편광이 공간적인 분포를 갖는 홀로그램을 일컫는 말이다. 이를 통해 빛의 세 가지 주요 특성인 세기, 위상, 편광을 입사 방향에 따라 완전히 독립적으로 제어할 수 있음을 밝혀냈다. 

연구팀은 이와 함께 해당 기술을 기반으로 한 신규 광학 암호화 기술을 개발했다. 입사 방향과 편광 상태에 따라 서로 다른 이미지를 생성하는 벡터 홀로그램을 구현함으로써 특정 조건에서만 정보가 해독되게 했다. 이는 양자 통신, 보안 데이터 전송 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

신 교수는  "이번 연구를 통해 광학 분야의 오랜 난제였던 빛의 세기, 위상, 편광의 완전한 비대칭 투과 제어가 가능해졌다”며 “이를 바탕으로 다양한 응용 광학 소자의 개발 가능성이 열렸다”고 밝혔다. 또한 "메타표면 기술의 잠재력을 최대한 활용해 기존 한계를 뛰어넘는 고도화된 광학 암호화 외에도 증강현실(AR), 홀로그램 디스플레이, 그리고 자율주행 차의 LiDAR(라이다) 시스템 등 다양한 분야에 응용되도록 광학 소자들을 지속적으로 개발할 계획”이라고 덧붙였다. 

한편 이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.