UNIST, 모래알 크기 칩으로 빛 파장·밝기 제어 기술 개발

왼쪽부터 이종원 교수, 김재성 연구원(제1저자), 정형주 연구원, 이성진 연구원. UNIST 제공

UNIST는 전기전자공학과 이종원 교수 연구팀이 빛의 '세기'와 '파장'을 각각 독립적으로 제어할 수 있는 새로운 '메타표면' 소자를 세계 최초로 개발했다고 16일 밝혔다.

메타표면은 빛의 파장보다 훨씬 작은 나노 구조물을 표면에 배열해, 빛의 광학적 성질을 자연계에 없는 방식으로 조절하는 미세 인공 소자다. 상용 광변조 기술에 쓰는 부피가 큰 매질을 대체해 각종 기기를 경량화할 수 있고, 기존 광변조 기술로는 불가능한 광학 현상을 만들 수 있다.

연구팀이 개발한 메타표면은 '제2고조파 생성(SHG)'이라는 특수한 광학 현상을 제어한다. 제2고조파 생성은 입력된 빛(기본 파장)의 에너지를 두 배로 증폭시켜, 파장이 절반인 새로운 빛(제2고조파)으로 변환해 출력하는 기술이다.

하지만 지금까지 이 기술은 빛의 파장과 세기가 서로 복잡하게 얽혀 있다는 단점이 있었다.

연구팀은 메타표면 안에서 빛이 처리되는 과정을 입구와 출구로 분리하는 소자 설계 전략으로 해결했다. 연구팀은 이를 '로컬-투-논로컬(local-to-nonlocal)' 방식이라고 명명했다 .

이렇게 설계된 메타표면 칩은 두 가지 독립된 제어 방식을 갖는다. 서로 간섭 없이 빛의 성질을 완벽하게 분리하여 조절하는 셈이다.

이종원 교수는 "양자 정보를 실시간으로 제어하거나, 양자 통신의 핵심인 '얽힘 광자'의 파장 스펙트럼을 자유자재로 조절하는 등 차세대 능동형 양자 광원 기술을 완성하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이다예기자 ties@ksilbo.co.kr