[노준석 · 김영기 교수팀, 색과 모양 바꾸는 능동형 메타홀로그램 구현]

기계공학과 · 화학공학과 · 전자전기공학과 노준석 교수, 기계공학과 소순애 박사(現 고려대 교수) · 통합과정 김주훈 씨, 화학공학과 김영기 교수 · 통합과정 임준형 씨 연구팀은 인공지능(AI)을 기반으로 한 메타표면 기술과 층상 꼬임형 액정을 결합해 10가지 색의 10개의 홀로그램을 생성하고, 스위칭하는 데 성공했다. 이번 연구는 재료 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 게재됐다.

디지털 기술이 보편화되면서 현대 사회에서 온라인 개인 정보 보호 문제가 더욱 중요해지고 있다. 암호화 시스템은 이러한 온라인 프라이버시의 핵심으로 인터넷 통신의 안정성을 확보하는 데 매우 중요하다. 최근에는 빛을 자유롭게 제어하는 메타표면 기술과 홀로그램을 결합한 메타홀로그램이 이 분야에서 큰 주목을 받고 있지만 단일 메타표면에 담을 수 있는 정보량에 제한이 있었다.

이를 해결하기 위해 먼저 연구팀은 인공지능 기술을 기반으로 한 역설계 기법을 사용해 메타표면이 420 ~ 720 nm(나노미터) 사이의 10개 파장에서 각각 서로 다른 색과 모양을 가지는 홀로그램을 구현하도록 인코딩했다. 또, 메타표면이 각 파장에 따른 정보를 갖고 있어도 정확한 파장의 빛이 없다면 설계된 홀로그램을 구현할 수 없어 연구팀은 층상 꼬임형 액정 기반 파장 변조기를 사용했다. 층상 꼬임형 액정은 전기장과 온도 등 외부 자극에 따라 내부의 층상 구조 간격을 자유롭게 조절해 특정 파장의 빛(대역폭 < 30 nm)을 정확하게 반사할 수 있으며 넓은 파장 영역(400 ~ 720 nm) 내에서 조절할 수 있다.

연구팀은 메타표면 기술에 이 장비를 결합해 서로 다른 색과 모양의 독립적인 홀로그램 10개를 구현하고, 스위칭하는 데 성공했다. 또한, 이를 바탕으로 특정 전기장과 온도 정보가 모두 충족되어야 암호화된 홀로그램이 구현되는 광학 보안 시스템 제작에도 성공했다.

 

노준석 교수와 김영기 교수는 “전기장 및 온도 이외의 다양한 외부 자극(자기장, 특정 파장의 빛, 전기장 주파수 등) 조건을 추가 활용한다면 고도화된 광학 암호 플랫폼 구축도 가능하다”며, “그뿐 아니라 다색(full color) 또는 영상 홀로그램 구현도 가능해 차세대 디스플레이 분야의 핵심 기술이 될 것”이라고 이번 연구의 의의를 전했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 미래유망융합기술 파이오니아 사업, 산업통산자원부와 한국산업기술기획평가원 알키미스트사업의 지원으로 수행됐다.

DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202311785