[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 빛의 움직임을 활용해 특정 조건에서만 정보가 보이도록 하는 새로운 홀로그램 기술을 확보했다.

한국과학기술원(카이스트·KAIST)는 신소재공학과 신종화 교수팀이 빛의 '총 각운동량(TAM)'을 정보선택의 핵심 열쇠로 활용, 입사하는 빛의 상태에 따라 서로 다른 입체영상을 구현하는 차세대 '벡터 홀로그램 메타표면'을 개발했다고 4일 밝혔다.

총 각운동량(TAM)은 빛이 갖는 스핀 각운동량(SAM)과 궤도 각운동량(OAM)의 물리적 합으로,  빛의 상태에 따른 정밀한 입체영상을 구현할 수 있다.

기존에는 빛의 진동 방향인 '편광'과 빛이 나선형으로 꼬이며 진행하는 성질인 '궤도' 각운동량을 하나의 소자에서 서로 독립적으로 제어하는 것은 어려워 각각 활용해 왔다.

이번에 연구팀은 머리카락 굵기보다 훨씬 작은 나노구조물을 정밀하게 설계해 두 층으로 쌓은 '이중층(Bi-layer) 메타표면'을 구현해 기존 난제를 해결했다. 메타표면은 빛의 진행방향과 성질을 자유롭게 조절할 수 있도록 설계된 초미세 광학소자다.

이 소자는 빛의 편광과 꼬임 정도가 결합된 총 각운동량(TAM)을 복잡한 암호 열쇠처럼 활용해 특정한 방식으로 진동하고 특정한 횟수만큼 꼬인 빛이 들어올 때만 소자가 반응해 숨겨진 정보를 재현한다.

이를 통해 겉으로는 동일해 보이는 빛이라도 정해진 '빛의 열쇠'가 없으면 정보를 읽을 수 없어 높은 보안성을 확보할 수 있다.

또 빛의 꼬임 상태(OAM)는 이론적으로 매우 다양한 값을 가질 수 있어 하나의 빛에 실을 수 있는 정보량의 확장이 가능,  기존보다 더 많은 데이터를 동시에 전송하는 초고용량 광통신 기술로 활용이 가능하다.

특히 연구팀은 영상의 각 지점마다 빛의 진동 방향(편광)까지 정밀하게 제어하는 벡터 홀로그램을 구현하는데 성공했다. 벡터 홀로그램은 빛의 세기뿐 아니라 방향 정보까지 표현하는 고차원 홀로그램 기술이다.

연구팀은 이 기술이 실감형 홀로그램, 스마트 글래스, 증강현실(AR) 및 가상현실(VR)기기 등 차세대 디스플레이는 물론 복제가 어려운 보안 라벨과 초고속 광통신 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대하고 있다.

빛의 두 가지 핵심 성질(편광과 꼬임)을 하나의 소자에서 독립적으로 제어할 수 있음을 처음으로 입증한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 온라인판에 지난 3월 12일 게재됐다.

신종화 교수는 "이번 연구는 빛의 핵심 성질인 편광과 꼬임을 하나의 독립적인 정보 열쇠로 결합해 자유자재로 활용할 수 있음을 입증한 사례"라며 "복제가 불가능한 보안 시스템과 초고속·초고용량 광학 통신기술 등의 핵심 플랫폼으로 발전할 것"이라고 말했다.


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