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서울대 이병호 교수팀, 고해상도 및 광시야각 홀로그램 재생 소자 개발

기사입력 : 2018년 02월 14일 16시 29분
ACROFAN=류재용 | jaeyong.ryu@acrofan.com | SNS
서울대 공대(학장 차국헌)는 서울대 전기정보공학부 이병호 교수, 포항공대 기계공학·화학공학과 노준석 교수, 경북대 전자공학부 이승열 교수, 고려대 전자·정보공학과 김휘 교수로 구성된 공동 연구팀이 고해상도·광시야각으로 완전하게 홀로그램 이미지를 구현할 수 있는 소자를 개발했다고 14일 밝혔다.

공상 과학 영화 속에 종종 등장하는 홀로그램은 빛을 통해 3차원 영상을 재생하는 기술로, 미래에 주목받고 있는 유망한 기술 중 하나다.

홀로그램 이미지를 재생하기 위해서는 빛의 세기과 위상을 동시에 제어해야 한다. 그러나 현재까지 개발된 홀로그램 소자들은 빛의 세기와 위상 중 하나만 제어할 수 있다는 한계점을 가지고 있다.

이러한 이유로 현재까지 개발된 소자로는 불완전한 홀로그램 재생만이 가능했다. 불완전한 홀로그램은 이미지에 심각한 결함이 생기거나 정보 계산에 필요한 시간이 기하급수적으로 늘어나는 문제 때문에 홀로그램 기술 개발에 큰 걸림돌이 되어 왔다.

이 교수 공동 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 빛의 파장 크기보다 작은 수백 나노미터(1나노미터는 10억 분의 1 미터) 소자들로 이뤄진 ‘메타표면’으로 새로운 홀로그램 소자를 개발했다. 연구팀이 개발한 X자 형태의 실리콘 나노 구조를 응용하면 소자 표면에 픽셀 별로 빛의 세기와 위상 정보를 온전히 기록할 수 있다.

기존에 액정이나 마이크로 거울을 이용한 홀로그램 소자들의 픽셀 크기는 수 마이크로미터(백만 분의 1 미터)다. 이에 비해 이 교수 공동 연구팀이 개발한 소자는 픽셀 크기가 수백 나노미터에 불과하여 기존 홀로그램 소자보다 100배 이상 높은 해상도를 가진다는 장점이 있다.

홀로그램을 얼마나 넓은 범위에서 관측할 수 있느냐를 따지는 수치인 ‘시야각’도 월등히 높다. 기존 홀로그램의 시야각은 10° 이하에 불과하지만, 메타표면 소자로 재생된 홀로그램 이미지는 100° 이상의 광시야각을 가질 수 있다.

이를 이용하면 근사적 방법 없이 완전한 빛의 재생이 가능하다. 또한 고해상도의 깨끗한 홀로그램 이미지를 만들 수 있기 때문에 미래 홀로그램 기술의 발전에 큰 발판이 될 것으로 예상된다. 뿐만 아니라 빛의 정보를 완전히 복원할 수 있어서 홀로그램 정보 저장 기술에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

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.

본 연구는 최근 영국 왕립화학회에서 출판하는 국제 학술지 ‘나노 스케일’(Nanoscale) 인터넷판에 게재됐으며, 미국광학회(OSA)가 주관하는 특별 웨비나(웹 세미나)를 통해 세계적으로 소개됐다.

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