빛의 마법: 하나의 화면에 숨겨진 수십 개의 이미지

스마트폰, TV, 신용카드 등 빛을 조작하는 기술은 우리 일상생활에 깊이 자리 잡고 있으며, 그중 다수는 홀로그래피를 기반으로 합니다. 그러나 기존의 홀로그래피 기술은 특히 단일 화면에 여러 이미지를 표시하고 고해상도 화질을 유지하는 데 한계가 있었습니다. 최근 포항공과대학교 노준석 교수 연구팀은 머리카락보다 얇은 표면에 최대 36개의 고해상도 이미지를 표시할 수 있는 획기적인 메타표면 기술을 개발했습니다. 이 연구는 Advanced Science에 게재 되었습니다.

이러한 성과는 메타표면이라고 알려진 특별한 나노구조에 의해 가능했습니다.

인간의 머리카락보다 수백 배 얇은 이 메타표면은 빛이 통과할 때 이를 정밀하게 조작할 수 있습니다.

연구팀은 견고성과 뛰어난 광학적 투명성으로 알려진 물질인 질화규소를 사용하여 나노미터 크기의 기둥을 제작했습니다.

메타 원자라고 불리는 이러한 기둥은 메타 표면에서 빛을 정밀하게 제어할 수 있게 해줍니다.

이 기술의 놀라운 측면은 빛의 파장(색상)과 스핀(편광 방향)에 따라 완전히 다른 이미지를 투사할 수 있는 능력입니다.

예를 들어, 좌원형 편광된 붉은 빛은 사과의 이미지를 나타낼 수 있고, 우원형 편광된 붉은 빛은 자동차의 이미지를 나타낼 수 있습니다.

연구진은 이 기술을 사용하여 가시광선 스펙트럼 내에서 20nm 간격으로 36개의 이미지와 가시광선에서 근적외선 영역까지 걸친 8개의 이미지를 모두 단일 메타표면에 성공적으로 인코딩했습니다.

이 혁신을 특히 주목할 만한 점은 설계와 제조 과정이 간소화되었을 뿐만 아니라, 이미지 품질도 향상되었다는 점입니다.

연구팀은 잡음 억제 알고리즘을 통합하여 이전의 이미지 혼선 및 배경 잡음 문제를 해결했고, 그 결과 채널 간 간섭을 최소화하면서 더 선명한 이미지를 얻을 수 있었습니다.

로 교수는 "이것은 낮은 노이즈와 높은 이미지 충실도를 달성하면서 단일 위상 최적화 프로세스를 통해 스핀과 파장 정보를 다중화한 최초의 시연입니다."라고 말했습니다.

"확장성과 상업적 타당성을 고려할 때, 이 기술은 대용량 광 데이터 저장, 보안 암호화 시스템, 다중 이미지 디스플레이 기술을 포함한 광범위한 광학 응용 분야에 큰 잠재력을 가지고 있습니다."

본 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 포스코홀딩스 N.EX.T 임팩트사업과 한국연구재단의 융합기술선도기업사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250527124546.htm