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빛 세기와 위상을 전기로 조절…광변조 소자·홀로그램 만든다

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UNIST, 비선형 광학 메타표면 개발
다중양자우물구조 활용해 광효율 높여
빛 세기와 위상을 전기로 조절…광변조 소자·홀로그램 만든다
UNIST는 전기로 조절이 가능한 '비선형 광학 메타표면'을 개발했다. 사진은 비선형 광학 메타표면의 개념도.

UNIST 제공

국내 연구진이 빛의 세기와 위상 등을 조절해 광 변조 암호기술이나 움직이는 홀로그램, 양자정보통신 광원 개발 등에 활용할 수 있는 비선형 광학 메타표면을 개발했다.

울산과학기술원(UNIST) 이종원 전기전자공학과 교수 연구팀은 전기로 조절 가능한 '비선형 광학 메타표면'을 개발했다고 23일 밝혔다.

비선형 광학은 빛과 물질 간의 상호 작용을 통해 빛의 주파수(파장)를 바꾸는 광변조 기술로, 대표적으로 녹색 레이저 포인터를 들 수 있다. 적외선을 두꺼운 비선형 매질에 통과시켜 파장을 변조하는 방식으로 녹색 레이저를 만든 것이 녹색 레이저 포인터다.

비선형 광학 메타표면은 매질의 부피를 머리카락 두께로 줄일 수 있는 인공물질로, 종이처럼 얇고 가벼운 카메라나 레이저 기기, 양자광원 등의 크기를 작게 만들 수 있다. 하지만, 전기적으로 조절이 불가능한 수동방식이라는 점은 한계가 남아 있다.

연구팀은 플라즈모닉 나노 공진기와 다중양자우물구조를 결합해 비선형 전압으로 빛의 파장과 세기, 위상 등을 독립적으로 조절할 수 있는 비선형 메타표면을 처음으로 개발했다.

이 메타표면은 독창적으로 디자인된 '다중양자우물구조'를 통해 얇은 두께에도 불구하고, 0.24%의 광 변환효율을 달성했다. 기존에 이 교수팀이 보유하고 있었던 세계 최고 효율을 3배 이상 높인 것이다.

이종원 UNIST 교수는 "메타표면이 생성하는 비선형 고조파(파장이 절반으로 줄거나, 진동수가 2배가 된 변조파)의 세기와 위상을 조절한 최초의 사례"라며 "다중양자우물 구조나 플라즈모닉 구조를 각각 변화시키는 방식으로 향후 기능성을 지닌 비선형 광소자를 개발하는 데 널리 쓰일 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 광학 분야 국제 학술지 '네이처 포토닉스(23일자)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr

빛 세기와 위상을 전기로 조절…광변조 소자·홀로그램 만든다
이종원(앞줄 왼쪽 세번째) 교수와 연구팀이 광변조 암호기술이나 움직이는 홀로그램 등에 적용할 수 있는 전기로 조절이 가능한 '비선형 광학 메타표면'을 개발하고 기념촬영을 하고 있다.

UNIST 제공






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