“빛의 상태가 암호키” KAIST, 복제 불가 홀로그램 개발

KAIST 신소재공학과 정준교 박사(왼쪽), 신종화 교수. KAIST 제공

빛의 상태 자체를 ‘암호 열쇠’로 활용해 특정 조건에서만 정보가 드러나게끔 하는 신개념 홀로그램 기술이 개발됐다.

KAIST는 신소재공학과 신종화 교수 연구팀이 빛의 ‘총 각운동량(회전성질을 모두 합친 것)’을 정보 선택의 핵심 요소로 활용한 차세대 벡터 홀로그램 메타표면을 개발했다고 4일 밝혔다. 연구팀은 빛의 진동 방향인 ‘편광(SAM)’과 나선형으로 진행하는 성질인 ‘궤도 각운동량(OAM)’을 결합한 ‘총 각운동량(Total Angular Momentum, TAM)’에 주목했다. 그간 두 요소를 하나의 소자에서 독립적으로 제어하는 것은 오랜 난제로 꼽혀왔다.

입사되는 빛의 조건에 따라 독립적인 세기와 편광 이미지가 생성되는 벡터 홀로그램. KAIST 제공

연구팀은 이를 해결하기 위해 머리카락보다 훨씬 작은 나노 구조를 정밀하게 설계한 ‘이중층(Bi-layer) 메타표면’을 구현했다. 이 메타표면은 빛의 진행 방향과 물리적 성질을 자유롭게 조절할 수 있는 초미세 인공 구조 기반 광학 소자다. 연구팀은 빛의 편광과 꼬임을 결합한 TAM을 ‘복합 암호 키’처럼 활용해, 특정 조건의 빛이 입력될 때만 숨겨진 정보가 나타나도록 설계했다. 즉 겉으로는 동일해 보이는 빛이라도, 정해진 진동 방향과 꼬임을 동시에 만족하지 않으면 정보를 확인할 수 없어 복제가 매우 어려운 고보안 기술 구현이 가능해졌다.

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.