%ea%b4%91%ed%86%b5%ec%8b%a0
-
‘빛이 곧 열쇠가 된다’ 신개념 홀로그램 기술 개발...복제 어려운 보안 구현
빛의 움직임을 ‘열쇠’처럼 활용해, 특정 조건에서만 정보가 드러나는 신개념 홀로그램(빛의 정보를 이용해 물체가 실제로 있는 것처럼 입체적으로 보이게 만드는 기술)이 개발됐다. 기존 광통신과 보안 기술의 한계를 동시에 극복할 수 있는 새로운 접근으로 주목된다.
신소재공학과 신종화 교수 연구팀이 빛의 ‘총 각운동량(Total Angular Momentum, TAM)*’을 정보 선택의 핵심 열쇠로 활용해, 입사하는 빛의 상태에 따라 서로 다른 입체 영상을 구현하는 차세대 벡터 홀로그램 메타표면을 개발했다고 4일 밝혔다.
*총 각운동량(TAM): 빛의 진동 방향(편광)과 회전(꼬임) 성질을 함께 나타내는 물리량으로, 이를 통해 빛의 상태에 따라 세기와 편광 분포가 달라지는 정밀한 입체 영상을 구현할 수 있음
기존에는 빛의 진동 방향을 의미하는 ‘편광’이나, 빛이 나선형으로 꼬이며 진행하는 성질인 ‘궤도 각운동량(Orbital Angular Momentum, OAM)’을 각각 활용하는 연구는 활발히 진행돼 왔다. 그러나 이 두 가지 성질을 하나의 소자에서 서로 독립적으로 제어하는 것은 광학 분야에서 오랫동안 해결되지 않은 난제로 여겨져 왔다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 머리카락 굵기보다 훨씬 작은 나노 구조물을 정밀하게 설계해 두 층으로 쌓은 ‘이중층(Bi-layer) 메타표면’을 구현했다. 메타표면은 빛의 진행 방향과 성질을 자유롭게 조절할 수 있도록 설계된 초미세 인공 구조 기반의 광학 소자다.
이 소자는 빛의 편광과 꼬임 정도가 결합된 ‘총 각운동량(TAM)’을 마치 복잡한 암호 열쇠처럼 활용한다. 즉, 특정한 방식으로 진동하고 특정한 횟수만큼 꼬인 빛이 들어올 때만 소자가 반응해 숨겨진 정보를 재현하는 방식이다. 이 기술을 적용하면 겉으로는 동일해 보이는 빛이라도, 정해진 ‘빛의 열쇠’가 없으면 정보를 읽을 수 없어 높은 보안성을 확보할 수 있다.
또한 빛의 꼬임 상태(OAM)는 이론적으로 매우 다양한 값을 가질 수 있어, 하나의 빛에 실을 수 있는 정보량을 크게 늘릴 수 있다. 이를 통해 기존보다 훨씬 많은 데이터를 동시에 전송하는 초고용량 광통신 기술로의 확장도 가능하다.
특히 이번 연구는 단순한 입체 영상 구현을 넘어, 영상의 각 지점마다 빛의 진동 방향(편광)까지 정밀하게 제어하는 ‘벡터 홀로그램’을 구현했다는 점에서 의미가 크다. 벡터 홀로그램은 빛의 세기뿐 아니라 방향 정보까지 포함해 표현하는 고차원 홀로그램 기술이다.
이번 성과는 그동안 물리적으로 분리하기 어려웠던 빛의 두 가지 핵심 성질(편광과 꼬임)을 하나의 소자에서 독립적으로 제어할 수 있음을 처음으로 입증한 것이다. 이를 통해 실감형 홀로그램, 스마트 글래스, 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 기기 등 차세대 디스플레이 기술뿐 아니라, 복제가 어려운 보안 라벨과 초고속 광통신 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.
신종화 교수는 “이번 연구는 빛의 핵심 성질인 편광과 꼬임을 하나의 독립적인 정보 키로 결합해 자유자재로 활용할 수 있음을 입증한 사례”라며 “복제 어려운 보안 시스템과 초고속·초고용량 광학 통신 기술의 핵심 플랫폼으로 발전할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 정준교 박사가 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 3월 12일 온라인 게재됐다.
※ 논문명: Arbitrary Total Angular Momentum Vectorial Holography Using Bi-Layer Metasurfaces, DOI: 10.1002/adma.202519106
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 ‘나노소재기술개발사업’ 및 ‘집단연구지원사업’, 산업통상자원부 ‘전자부품산업기술개발사업’의 지원을 받아 수행됐다.
2026.05.06 조회수 1326 -
와이파이보다 100배 빠른‘라이파이’속도·보안 다 잡았다
라이파이(Li-Fi)는 LED 불빛처럼 눈에 보이는 빛인 가시광선 대역(400~800 THz)을 활용한 무선통신 기술로, 기존 와이파이(Wi-Fi)보다 최대 100배 빠른 속도(최대 224Gbps)를 제공한다. 사용할 수 있는 주파수 할당의 제약이 없고 전파 혼신 문제도 적지만, 누구나 접근이 가능해서 보안에는 상대적으로 취약하다. 한국 연구진이 기존 광통신 소자의 한계를 뛰어넘어 송신 속도와 보안을 동시에 향상시킬 수 있는 라이파이의 새로운 플랫폼을 제시했다.
우리 대학 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 국가과학기술연구회(NST, 이사장 김영식) 산하 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성) 임경근 박사와 협력해, 차세대 초고속 데이터 통신으로 주목받는 ‘라이파이(Li-Fi)’ 활용을 위한 ‘온-디바이스 암호화 광통신 소자’ 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
조힘찬 교수팀은 친환경 양자점(독성이 적고 지속 가능한 소재)을 이용해 고효율 발광 트라이오드 소자를 만들었다. 연구팀이 개발한 소자는 전기장을 이용해 빛을 발생시키는 장치이다. 특히, ‘투과 전극에 존재하는 아주 작은 구멍(핀홀)’ 영역에 전기장이 집중되고 전극 너머로 투과되는데, 이 소자는 이를 이용하여 두 가지 입력 데이터를 동시에 처리할 수 있다.
이 원리를 이용해 연구팀은 ‘온-디바이스 암호화 광송신 소자’라는 기술을 개발했다. 이 기술의 핵심은 기기 자체에서 정보를 빛으로 바꾸면서 동시에 암호화까지 한다는 점이다. 즉, 복잡한 별도의 장비 없이도 보안이 강화된 데이터 전송이 가능하다.
외부양자효율(EQE)은 전기를 얼마나 효율적으로 빛으로 변환하는지를 나타내는 지표로, 상용화를 위한 기준은 일반적으로 약 20% 수준이다. 이번에 개발된 소자는 17.4%의 EQE를 기록했으며, 휘도(luminance) 또한 스마트폰 OLED 화면의 최대 밝기인 2,000nit를 크게 웃도는 29,000nit로, 10배 이상의 높은 밝기를 구현했다.
또한, 연구팀은 이 소자가 어떻게 정보를 빛으로 바꾸는지를 더 정확히 이해하기 위해, ‘과도 전계 발광 분석’이라는 방법을 사용하여, 아주 짧은 시간(수백 나노초 = 10억 분의 1초 단위) 동안 전압을 순간적으로 인가했을 때, 소자에서 발생하는 발광 특성을 분석했다. 이 분석을 통해 수백 나노초 단위에서 소자 내 전하들의 이동을 분석해 단일 소자 내에서 구현되는 이중채널 광변조의 작동 메커니즘을 규명했다.
KAIST 조힘찬 교수는 “이번 연구는 기존의 광통신 소자의 한계를 뛰어넘어 송신 속도를 높이면서도 보안능력을 향상할 수 있는 새로운 통신 플랫폼을 제시했다”라고 언급했다.
이어 “추가 장비 없이도 보안을 강화하면서, 암호화와 송신을 동시에 구현하는 이번 기술은 향후 보안이 중요한 다양한 분야에서 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
KAIST 신소재공학과 신승민 박사과정이 제1 저자로 참여하고, 조힘찬 교수, KRISS 임경근 박사가 공동 교신 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 `어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 5월 30일 자 출판됐으며, inside front cover 논문으로 선정됐다.
※ 논문명: High-Efficiency Quantum Dot Permeable electrode Light-Emitting Triodes for Visible-Light Communications and On-Device Data Encryption
※ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202503189
한편, 이번 연구는 한국연구재단, 국가과학기술연구회(NST) 및 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다.
2025.06.24 조회수 5416 -
김병윤 창업원장, 3·1 문화상 수상자로 선정돼
우리대학 김병윤 창업원장(초빙교수)이 3·1문화재단(이사장 김기영)으로부터 제60회 3·1문화상 수상자로 선정됐다. 김병윤 창업원장은 광통신의 핵심 요소인 광섬유 분야에서 새로운 개념을 정립하는 기초연구로부터 광통신과 센서 등 실질적인 응용에 이르기까지 이 분야를 선도해 온 공로를 인정받아 학술상 자연과학부문 수상자로 선정됐다.
3·1문화상은 숭고한 3·1정신을 이어받아 조국의 문화 향상과 산업 발전을 권장하는 취지에서 당시 대한양회공업주식회사가 창설해 1960년 3월1일 제1회 시상식을 진행했다. 1966년 8월에는 재단법인 3·1문화재단 설립으로 이어져 운영되고 있는 공익 포상 제도다.
1971년 대한양회공업주식회사의 양도 후 이정림, 이정호 형제가 설립한 대한유화공업주식회사(현 대한유화주식회사)에 의하여 60년간 유지돼 오고 있다.
시상식은 오는 3월1일 오전 10시 서울 마포구 베스트웨스턴 프리미어 서울가든호텔 그랜드볼룸에서 열린다.
2019.01.31 조회수 8095 -
조근영 학생, '마르코니 재단 젊은 과학자상' 수상
-10기가비트급 차세대 초고속 광가입자망을 경제적으로 구현하는 방안 제시-
우리 학교 전기 및 전자공학과 조근영(27) 박사과정 학생(지도교수 정윤철)이 아시아인으로서는 사상 최초로 ‘마르코니 재단 폴 배런 젊은 과학자상’ 수상자로 선정됐다.
마르코니 재단은 조근영 학생을 2012년 수상자로 선정한 사유로 지난 2008년 10Gbps(기가비트)급 차세대 초고속 광가입자망을 경제적으로 구현하는 방안을 제시하는 한편 최근 변조 대역폭이 매우 좁지만 가격이 저렴한 반사형 반도체 광증폭기에 등화기술을 적용해 100Gbps급 서비스를 제공할 수 있는 차차세대 초고속 광가입자망의 구현 가능성을 세계 최초로 제시한 업적이 인정됐기 때문이라고 밝혔다.
시상식은 오는 9월 6일 미국 캘리포니아주 뉴포트 비치에서 개최되는 마르코니 심포지엄에서 역대 마르코니상 수상자들이 참석한 가운데 열릴 예정이다.
마르코니 재단은 이탈리아 출신 무선통신 발명자인 마르코니(Guglielmo Marconi)의 업적을 기리기 위해 1974년 설립됐으며, 매년 통신 분야에 획기적인 기여를 한 과학자들에게 통신 분야의 노벨상이라 불리는 ‘마르코니상’을 수여하고 있다.
이 재단은 또 2008년부터 만 27세 이하의 젊은 과학자들을 대상으로 ‘마르코니 재단 폴 배런 젊은 과학자상(Marconi Society Paul Baran Young Scholar Award)’을 수여하고 있는데 아시아인으로서는 조근영 학생이 처음이다.
수상자에게는 5000달러 상금과 함께 역대 마르코니상 수상자들을 멘토로 삼을 수 있는 기회가 주어진다.
조근영 君은 2006년 KAIST 석사과정으로 입학해 광통신연구실에서 차세대 광통신망을 위한 기반기술 연구를 수행하고 있으며, 재학기간 중 국제학술지 및 국제학술회의에서 40여편의 논문을 발표해 두각을 나타냈다.
조 君는 이 같은 연구 성과들로 인해 이미 국내외 학술대회에서 우수논문상을 네 차례 휩쓴 바 있다.
한편, 마르코니상 역대 수상자는 이더넷의 창시자인 로버트 멧칼프(Robert Metcalfe)를 비롯해 인터넷・웹의 선구자인 팀 버너스-리(Tim Berners-Lee), 광섬유를 발명한 노벨상 수상자 찰스 카오(Charles Kao), 구글 창설자인 세르게이 브린(Sergey Brin)과 래리 페이지(Larry Page) 등이다.
2012.07.05 조회수 22739