양방향 이미지 생성하는 메타홀로그램 소자 개발
양방향 이미지 생성하는 메타홀로그램 소자 개발
  • 문병도 기자
  • 승인 2020.01.21 15:15
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노준석 포항공대 교수 연구팀
양방향 메타홀로그램 개념도 (그림제공=포항공대)

[뉴스웍스=문병도 기자] 노준석 포항공대(POSTECH) 기계공학과·화학공학과 교수, 김인기 통합과정 씨 연구팀이 단일 메타홀로그램 광학 소자에서 빛의 입사 방향에 따라 서로 다른 홀로그램 이미지를 생성할 수 있는 다기능성 메타홀로그램 소자를 개발했다.

텔레비전이나 빔 프로젝터는 빛의 세기 정보만을 전달하는 데 그쳤다면, 홀로그램 기술은 빛의 세기와 위상정보까지 저장해 3차원 공간에서도 영상을 재생할 수 있다.

이때 메타물질을 이용하면 사용자가 원하는 형태로 나노구조와 크기, 형태를 바꾸면서 빛의 세기와 위상을 조절할 수 있다. 픽셀 사이즈가 300~400나노미터(㎚)에 불과한 메타홀로그램은 매우 높은 화질의 홀로그램 영상을 구현할 수 있다.

지금까지 개발된 메타홀로그램 소자는 빛이 한 방향으로 입사할 때에 이미지를 생성했다. 반대 방향으로 빛이 입사할 때는 이미지를 형성하지 못했다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 두 종류의 메타표면을 사용했다. 한 종류의 메타표면에는 빛이 앞쪽에서 입사했을 때 위상정보를 갖도록 하고, 다른 종류의 메타표면은 빛이 뒤쪽에서 진행할 때 작동하도록 했다. 그 결과 빛 진행 방향에 따라 실시간으로 서로 다른 홀로그램 이미지를 생성할 수 있음을 확인했다.

기존 메타홀로그램이 갖는 저효율의 단점을 극복하기 위해 실리콘 나노 기둥 안에서 발생하는 이중 자기공명 특성과 반강자성공명현상을 나노 구조 디자인에 접목했다.

이렇게 제작된 메타홀로그램은 60% 이상 높은 회절 효율을 가짐으로써 눈으로도 매우 선명한 이미지를 관찰 할 수 있었다. 메타홀로그램은 실리콘을 이용하기 때문에 기존 반도체 공정을 그대로 사용해 제작할 수 있다는 장점도 있다.

양방향에서 작동하는 메타홀로그램은 단순히 하나의 이미지 정보를 제한된 위치에서 보여주는 것을 넘어 서로 다른 위치에 있는 여러 사용자에게 동시에 다양한 정보를 제공할 수 있는 홀로그램 플랫폼이 될 수 있을 것으로 기대된다.

노준석 교수는 “메타표면 기반 초소형·초박막·초경량 광학 소자는 이제 단순히 기존 광학 시스템에서 구현되던 기능만을 대체하는 것을 뛰어넘어 메타표면 디자인 방법에 따라 더 많은 기능을 하나의 광학 소자로 구현할 수 있는 잠재성이 매우 큰 기술”이라면서 “이번에 개발한 메타홀로그램 광학소자는 기존 홀로그램 응용 분야 외에도 공연용, 엔터테인먼트용, 전시용, 차량용 홀로그램 등에 접목될 수 있을 것”이라고 말했다.

노준석 교수 (사진제공=포항공대)
노준석 교수 (사진제공=포항공대)
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