UNIST, 다기능 광학 메타표면 개발

이종원 교수팀...전압으로 파면·편광 제어 가능

이종원 UNIST 교수팀(뒷줄 왼쪽부터 시계방향으로 박성진 연구원, 김범준 연구원, 김대익 연구원, 김재성 연구원, 정형주 연구원, 이 교수, 유재연 연구원) 증명사진은 황인용 연구원.

UNIST(총장 이용훈)는 이종원 전기전자공학과 교수팀이 전기로 빛의 세기와 위상을 독립적으로 조절해 파면과 편광 상태를 조절할 수 있는 '중적외선 영역 능동 메타표면'을 개발했다고 17일 밝혔다.

이 교수팀은 하나의 소자에서 선형편광을 원형편광으로 변조할 수 있는 파장판과 전압에 따라 빛의 진행방향을 조절할 수 있는 메타표면도 구현했다. 종이처럼 얇고 전기로 조절하는 다중 초점 렌즈, 홀로그램 기술 등을 구현하는 데 기여할 전망이다.

메타표면은 이차원 파장보다 작은 메타원자들의 배열로 이뤄진 구조체다. 구조 배열과 패턴 등이 중요하게 작용해 기존과 다른 물리적 특성을 띤다. 파장보다 작은 영역에서 산란되는 빛의 진폭, 위상, 편광 등을 조절할 수 있다. 하지만 그동안 보고된 메타표면은 대부분 수동형으로 광학적 특성이나 기능을 바꾸기 어려워 다양한 방식으로 응용하는 데 한계가 있었다.

연구이미지. 위상 변조 메타표면과 핵심 구조인 다중양자우물 구조의 작동 원리.

이 교수팀이 개발한 '중적외선 영역 능동 메타표면'은 전압으로 국부적 빛의 세기와 위상을 조절해 제작 후에도 다양한 방식으로 활용 가능하다. 하나의 광소자로 렌즈, 편광자, 빔조향기 등 다양한 기능을 동시에 구현할 수 있다.

두께가 얇아 경량화도 가능하고, 광범위한 파장에서 작동할 수 있는 것도 장점이다.

이종원 교수는 “중적외선 영역 능동 메타표면 기반 광소자는 빛의 편광 상태를 자유자재로 바꿀 수 있는 능동 파장판, 빛의 초점 거리를 다양하게 제어할 수 있는 능동 메타렌즈, 나아가 빛 세기뿐만 아니라 위상까지 실시간 조절해야 움직이는 홀로그램 기술 등에 응용할 수 있을 것”이라고 전망했다.

이번 연구성과는 '어드밴스드 사이언스' 4월 7일자로 온라인판에 실렸다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com