양자 광원과 움직이는 홀로그램 등에 활용 가능한 비선형 광학 메타표면 기술을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다. 26일 UNIST에 따르면 전기전자공학과 이종원 교수팀은 전기로 제3고조파를 조절할 수 있는 비선형 광학 메타표면을 만들었다.

비선형 광학은 빛과 물질이 상호작용해 빛의 주파수를 바꾼다. 다양한 파장을 생성해 단일 파장보다 더 많은 정보를 전달할 수 있다. 녹색 레이저 포인터가 비선형 광학 기술을 활용한 대표적 응용 사례다.

메타표면은 작은 반도체층 위에 금속 구조가 결합한 형태로 빛의 파장보다 작고, 여러 단위의 구조가 기판 위에 정렬된 형태로 이뤄져 빛을 효과적으로 조작할 수 있다. 연구팀은 비선형 광학 메타표면을 이용해 광학 기기를 작고 가볍게 만들 수 있다고 설명했다. 머리카락보다 얇은 인공 물질로 레이저 기기를 종이처럼 얇게 제작할 수 있는 것이다.

기존 수동 방식은 전기적 조절이 어려웠으나, 비선형 광학 메타표면은 전기로 조절할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 전압으로 제2고조파를 조절할 수 있는 기술을 세계 최초로 선보인 데 이어 이번에는 제3고조파의 세기와 위상을 독립적으로 조절하는 기술도 최초로 구현하는 데 성공했다.

박성진 연구원은 "광학 메타표면의 특성은 반도체층과 금속 구조에 의해 결정된다"며 "메타표면이 빛의 주파수뿐만 아니라 위상, 진폭을 조절해 기존 광학 기기의 한계를 넘어섰다"고 말했다.

이종원 교수는 "비선형 제3고조파의 세기와 위상을 전기로 조절한 것은 이번이 처음"이라며 "광 변조 암호 기술, 움직이는 홀로그램, 차세대 양자 센서와 양자 통신 광원 등에도 활용할 수 있다"고 말했다.

연구 결과는 광학 분야 학술지 '빛: 과학과 응용'(Light: Science and Applications)에 지난달 17일 논문으로 실렸다.

연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업을 통해 이뤄졌다.