[더테크 뉴스] UNIST는 전기를 이용해 광학적 특성과 기능을 변화시킬 수 있는 메타표면을 개발했다고 17일 밝혔다.

UNIST 전기전자공학과 이종원 교수팀은 전기로 빛의 세기와 위상을 독립적으로 조절해 파면 및 파동 상태를 조절할 수 있는 중적외선 영역 능동 메타표면을 개발했다. 이를 통해 하나의 소자에서 선형편광의 빛을 원형편광의 빛으로 변조시킬 수 있는 파장판과 전압에 따라 빛의 진행 방향을 조절할 수 있는 메타표면도 구현했다. 

메타표면은 파장보다 작은 크기의 구조체가 2차원 배열로 이뤄져 두께가 매우 얇고, 국부적으로 빛의 위상, 세기 및 편광을 조절할 수 있다. 하지만 그동안 메타표면은 대부분 수동형 소자로,  제작 이후 광학적 특성 및 기능을 변화시킬 수 없어 응용에 한계가 있었다.

중적외선 영역 능동 메타표면은 전압으로 국부적인 빛의 세기와 위상을 독립적으로 조절할 수 있어, 제작 후에도 다양한 방식으로 활용 가능하다. 즉 하나의 광소자를 통해 렌즈, 편광자, 빔조향기 등 다양한 기능을 동시에 구현할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 

또한 빛의 편광을 변화시키는 기존의 광학기기인 편광자 및 파장판과 비교해 두께가 얇아 경량화가 가능하다. 특히 파장판의 경우 작동범위가 단일파장인 것에 비해 광범위한 파장에서 작동할 수 있는 장점이 있다.

정형주‧황인용 전기전자공학과 연구원은 “개발한 메타표면은 플라즈모닉 공진 구조와 이종접합 반도체층, 즉 다중양자우물 구조에 의해 결정된다”며 “이를 활용해 구조를 변화시킴으로써 중적외선 영역의 다양한 주파수에서 빛의 위상과 세기를 조절할 수 있는 능동 메타표면을 개발할 수 있다”고 설명했다. 

이종원 전기전자공학과 교수는 “이번에 개발된 메타표면 기반 광소자는 빛의 편광 상태를 자유자재로 변조시킬 수 있는 능동 파장판, 빛의 초점 거리를 다양하게 가질 수 있는 능동 메타렌즈, 더 나아가 빛 세기뿐만 아니라 위상까지 실시간으로 조절해야 움직이는 홀로그램 기술 등에도 응용할 수 있을 것이다”고 전망했다.

이번 연구결과는 와일리에서 출판하는 세계적인 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 4월 7일 자로 온라인 공개됐다.