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  • 기사등록 2018-02-16 21:30:25
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▲ 빛의 진폭과 위상을 동시에 조절해 완전한 홀로그램 재생이 가능한 메타표면 홀로그램 소자(서울대 공대 제공).

국내 연구진이 기존 홀로그램 소자들의 문제점을 극복하고 완전한 홀로그램 이미지를 구현할수 있는 소자를 개발했다.

서울대 공대(학장 차국헌)는 이병호 서울대학교 전기·정보공학부 교수와 노준석 포항공과대학교 기계공학과/화학공학과 교수, 이승열 경북대학교 전자공학부 교수, 김휘 고려대학교 전자 및 정보공학과 교수로 구성된 공동 연구팀이 기존 홀로그램 소자 보다 100배 선명한 해상도를 가지는 홀로그램 소자를 개발했다고 지난 14일 밝혔다.

홀로그램은 빛을 통해 3차원적인 영상을 형성할 수 있는 기술이다. 홀로그램 이미지를 재생하기 위해서는 이론적으로 빛의 ‘세기’과 ‘위상’ 두 가지의 정보를 제어해야만 한다.

하지만, 현재까지 개발된 홀로그램 소자들은 이 두가지 정보를 동시에 제어할 수 없으며, 둘 중 하나만 제어할 수 있다는 한계점이 있다. 이런 이유로, 현재까지의 기술로는 두 가지 정보들 중 하나만을 사용하는 근사적인 방법을 통한 불완전한 홀로그램 재생만이 가능했다.

이에 이병호 교수 공동 연구팀은 기존 홀로그램 소자들의 한계를 극복한 빛의 파장 이하의 크기를 갖는 수백 나노미터 소자들을 이용한 ‘메타표면’을 통해 새로운 홀로그램 소자를 개발했다.

연구팀이 개발한 X자 형태의 실리콘 나노 구조를 응용하면, 소자 표면 위에 각각 픽셀 별로 빛의 투과 세기와 위상 정보를 독립적으로 온전히 기록할 수 있다.

또한, 소자의 픽셀 크기가 수백 나노미터에 불과해 기존 홀로그램 소자에 비해서 100배 이상의 높은 해상도를 가진다.

홀로그램을 얼마나 넓은 범위에서 관측할 수 있느냐를 따지는 수치인 ‘시야각’ 측면에서도, 기존의 액정이나 마이크로 거울을 이용한 홀로그램 이미지의 시야각은 10° 이하지만, 개발된 메타표면 소자를 통해 재생된 홀로그램 이미지는 100° 이상의 광시야각을 가진다.

연구진은 이를 이용하면 아무런 근사적인 방법 없이 완전한 빛의 재생이 가능해 빛의 파장보다 작은 단위의 해상도를 제공할 수 있으며 고해상도의 깨끗한 홀로그램 이미지를 만들 수 있어, 미래 홀로그램 기술의 발전에 큰 발판이 될 것으로 예상된다고 밝혔다.

또한 빛의 정보를 완전히 복원할 수 있기에 홀로그램 이미지 기술뿐만 아니라 홀로그램 정보 저장 기술 등에서도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상했다.

이병호 교수는 “이번 연구를 통해 홀로그램 소자 개발을 위한 중요 난제 해결의 발판을 마련했다”며, “앞으로 이를 실시간으로 변조하는 기술을 개발하는 것이 실용화를 위한 관건”이라고 설명했다.

한편, 이번 연구는 최근 영국 왕립화학회에서 출판하는 국제적 학술지 ‘나노 스케일’(Nanoscale) 인터넷판에 게재됐으며, 미국광학회(OSA)의 주관으로 특별 웨비나(웹 세미나)를 통해 세계적으로 소개됐다.

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