[이데일리 한광범 기자] 카이스트는 신소재공학과 신종화 교수 연구팀이 빛의 물리적 특성을 암호 열쇠처럼 활용해 특정 조건에서만 입체 영상이 나타나는 신개념 홀로그램 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

이번 연구는 기존 광학계의 난제로 꼽히던 빛의 편광과 꼬임 성질을 하나의 소자에서 독립적으로 제어하는 데 성공하여, 보안 시스템과 초고속 통신 분야의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받는다.

연구팀은 빛의 진동 방향인 ‘편광(SAM)’과 나선형으로 진행하는 성질인 ‘궤도 각운동량(OAM)’을 결합한 ‘총 각운동량(Total Angular Momentum, TAM)’에 주목했다.

기존에는 이 두 성질을 동시에 제어하기 어려웠으나, 연구팀은 머리카락 굵기보다 작은 나노 구조물을 정밀하게 설계한 ‘이중층 메타표면’을 통해 이 한계를 극복했다. 메타표면은 빛의 진행 방향과 성질을 자유롭게 조절할 수 있도록 설계된 초미세 인공 구조 기반의 광학 소자다.

이 기술의 핵심은 특정한 방식으로 진동하고 정해진 횟수만큼 꼬인 빛이 들어올 때만 숨겨진 정보를 재현하는 방식이다. 마치 복잡한 암호 열쇠가 맞아야 문이 열리는 것처럼, 정해진 ‘빛의 열쇠’가 없으면 정보를 읽을 수 없어 높은 보안성을 확보할 수 있다. 특히 영상의 각 지점마다 빛의 진동 방향까지 정밀하게 제어하는 ‘벡터 홀로그램’을 구현해 고차원적인 정보 표현이 가능해졌다.

확장성 측면에서도 기대를 모은다. 빛의 꼬임 상태는 이론적으로 무한한 값을 가질 수 있어, 이를 활용하면 하나의 빛에 실을 수 있는 정보량을 획기적으로 늘릴 수 있다. 이는 기존 광통신의 한계를 넘어서는 초고용량·초고속 광통신 기술로 이어질 수 있다.

신종화 교수는 “이번 연구는 빛의 핵심 성질인 편광과 꼬임을 하나의 독립적인 정보 키로 결합해 자유자재로 활용할 수 있음을 입증한 사례”라며, “복제가 어려운 보안 시스템과 초고속 광학 통신 기술의 핵심 플랫폼으로 발전할 것”이라고 밝혔다[cite: 28].

정준교 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 지난 3월 12일 온라인 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐다.