빛의 방향에 따라 두 개의 광학 기능을 동시에 수행할 수 있는 메타표면이 개발됐다. 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 신종화 교수 연구팀이 하나의 장치에서 빛이 입사되는 방향에 따라 서로 다른 광학적 반응을 갖는 '야누스 메타표면'(Janus Metasurface)을 개발했다고 15일 밝혔다.

메타표면은 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 크기의 인공 구조물을 이용해 빛을 정밀하게 제어할 수 있는 광학 소자로, 자율주행차 센서, 증강현실(AR), 홀로그램 디스플레이 등 분야 차세대 소재로 주목받고 있다. 하지만 메타표면 기술에는 근본적인 한계가 있다. 물리학적·수학적 복잡성으로 인해 메타표면을 빛의 입사 방향에 따라 자유자재로 제어하기가 쉽지 않았다.

연구팀은 양방향에서 서로 다른 벡터 홀로그램을 구현해 두 개의 독립적인 광학 시스템(예를 들면 한 방향에서는 확대 렌즈로, 다른 방향에서는 편광 카메라로 작동)을 운영하는 데 성공했다.

벡터 홀로그램이란 메타표면으로 조절된 빛의 세기와 편광이 공간적인 분포를 갖는 홀로그램을 뜻한다.

연구팀은 야누스 메타표면을 통해 입사 방향과 편광 상태에 따라 서로 다른 이미지를 만드는 벡터 홀로그램을 구현, 특정 조건에서만 정보가 해독되는 광학 암호화 시스템을 선보였다. 양자 통신, 보안 데이터 전송 등 분야 차세대 보안 솔루션에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

신종화 교수는 "광학 분야 오랜 난제였던 빛의 세기, 위상, 편광의 비대칭 투과를 제어할 수 있는 기술을 개발했다"며 "다양한 응용 광학 소자 개발을 위해 추가 연구를 지속할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)에 오는 31일 자로 발행될 예정이다.