KAIST, TAM 기반 벡터 홀로그램 첫 개발
보안·초고용량 광통신 동시 적용 가능성

빛의 성질을 암호처럼 활용해 특정 조건에서만 정보가 드러나는 차세대 홀로그램 기술이 개발됐습니다. 기존 광통신과 보안 기술의 한계를 동시에 넘어설 수 있는 새로운 접근으로 평가됩니다.

KAIST 신소재공학과 신종화 교수팀은 빛의 '총 각운동량(TAM)'을 정보 선택의 핵심 열쇠로 활용해 입사하는 빛의 상태에 따라 서로 다른 입체 영상을 구현하는 벡터 홀로그램 메타표면을 개발했습니다.

총 각운동량은 빛의 진동 방향인 편광과 나선형으로 회전하는 꼬임 성질을 함께 나타내는 물리량입니다. 연구팀은 이 두 성질을 결합해 특정 조건의 빛에서만 정보가 나타나도록 설계했습니다.

이를 위해 머리카락보다 훨씬 작은 나노 구조를 두 층으로 쌓은 '이중층 메타표면'을 구현했습니다. 메타표면은 빛의 진행 방향과 특성을 정밀하게 제어할 수 있는 초미세 광학 소자입니다.

핵심은 '빛의 열쇠' 개념입니다. 즉, 특정한 편광과 특정한 꼬임 상태를 동시에 만족하는 빛이 들어올 때만 숨겨진 정보가 드러나도록 만든 방식입니다. 같은 빛처럼 보여도 조건이 맞지 않으면 정보를 읽을 수 없어 높은 보안성을 확보할 수 있습니다.

또 빛의 꼬임 상태는 이론적으로 다양한 값을 가질 수 있어 하나의 빛에 담을 수 있는 정보량을 크게 늘릴 수 있습니다. 이를 활용하면 기존보다 훨씬 많은 데이터를 동시에 전송하는 초고용량 광통신으로 확장 가능합니다.

이번 연구는 영상의 밝기뿐 아니라 각 지점의 편광 방향까지 제어하는 '벡터 홀로그램'을 구현했다는 점에서 의미가 있습니다. 이는 기존 홀로그램보다 한 단계 높은 차원의 정보 표현 방식입니다.

연구진은 그동안 분리하기 어려웠던 빛의 편광과 꼬임을 하나의 소자에서 독립적으로 제어할 수 있음을 처음으로 입증했다고 설명했습니다.

신종화 교수는 "이번 연구는 빛의 두 핵심 성질을 하나의 정보 열쇠로 결합해 활용할 수 있음을 보여준 연구"라며 "복제 어려운 보안 기술과 초고속 광통신의 핵심 플랫폼으로 발전할 것"이라고 말했습니다.

이번 연구 결과는 국제 학술지, 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 3월 12일 자 온라인 판에 실렸습니다.