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적외선 세기·위상 제어 가능한 메타표면 개발
우리 대학 전기및전자공학부 장민석 교수와 미국 위스콘신 대학 브라(Victor Brar) 교수 연구팀이 적외선의 세기와 위상을 독립적으로 제어하는 동시에 전기 신호로 광학적 특성을 조절할 수 있는 그래핀 기반 메타 표면을 이론적으로 제안했다.
이번 연구를 통해 기존 능동 메타 표면 분야의 난제였던 빛의 세기와 위상의 독립적 제어 문제를 해결해 중적외선 파면을 더 정확히 고해상도로 변조할 수 있을 것으로 기대된다.
한상준 석사과정과 위스콘신 대학교 김세윤 박사가 공동 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’ 1월 28일 자 전면 표지논문으로 게재됐다. (논문명 : Complete complex amplitude modulation with electronically tunable graphene plasmonic metamolecules)
광변조기술은 홀로그래피, 고해상도 이미징, 광통신 등 차세대 광학 소자 개발에 필수적인 기반 기술이다. 기존 광변조기술에는 액정을 이용한 방식과 미세전자기계시스템(MEMS)을 이용한 방식이 있다. 그러나 두 방식 모두 단위 픽셀의 크기가 회절 한계보다 크고, 구동 속도에 제한이 있다는 문제가 있었다.
메타표면은 이러한 문제들을 해결할 수 있기에 차세대 광변조기술의 강력한 후보이다. 메타표면은 자연계의 물질이 가질 수 없는 광학적 특성을 가지며, 회절 한계를 극복한 고해상도의 상을 맺는 등 전통적인 광학 시스템의 한계를 극복할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 능동 메타표면은 전기 신호로 그 광학적 특성을 실시간 제어할 수 있어 적용 범위가 넓은 기술로 평가받고 있다.
그러나 기존에 연구되던 능동 메타표면은 빛의 세기 조절과 위상 조절 간의 불가피한 상관관계 문제가 있다. 기존 메타표면들은 개별 메타 원자가 하나의 공진 조건만을 가지도록 설계됐으나, 단일 공진 설계는 빛의 진폭과 위상을 독립적으로 제어하기에는 자유도가 부족하다는 한계점이 있다.
연구팀은 두 개의 독립적으로 제어 가능한 메타 원자를 조합해 단위체를 구성함으로써 기존 능동 메타표면의 제한적 변조 범위를 획기적으로 개선했다.
연구팀이 제안한 메타표면은 중적외선의 세기와 위상을 독립적으로 회절 한계 이하의 해상도로 조절할 수 있어 광 파면의 완전한 제어가 가능하다.
연구팀은 제안된 능동 메타표면의 성능과 이러한 설계 방식을 응용한 파면 제어의 가능성을 이론적으로 확인했다. 특히, 복잡한 전자기 시뮬레이션이 아닌 해석적 방법으로 메타표면의 광학적 특성을 예측할 수 있는 이론적 기법을 개발해 직관적, 포괄적으로 적용 가능한 메타표면의 설계 지침을 제시했다.
연구팀의 기술은 기존 파면 제어 기술 대비 월등히 높은 공간 해상도로 정확한 파면 제어가 가능할 것으로 기대된다. 이 기술을 기반으로 향후 적외선 홀로그래피, 라이다(LiDAR)에 적용 가능한 고속 빔 조향 장치, 초점 가변 적외선 렌즈 등의 능동 광학 시스템에 적용 가능할 것으로 보인다.
장민석 교수는 “이번 연구를 통해 기존 광변조기 기술의 난제인 빛의 세기와 위상의 독립제어가 가능함을 증명했다”라며 “앞으로 복소 파면 제어를 활용한 차세대 광학 소자 개발이 더욱 활발해질 것으로 예상된다”라고 말했다.
2020.02.18
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KAIST- 프라하 카렐대학교, 교육 및 연구협력 MOU
KAIST와 체코 프라하 카렐대학교(Charles University in Prague)는 12월 2일(현지시간) 체코 프라하 힐튼호텔에서 최양희 미래창조과학부장관과 체코 교육부차관이 참석한 가운데 ‘교육 및 연구 분야 국제교류 및 학생교환 프로그램’ 추진을 위한 포괄적 협력협정을 체결했다.
[사진출처] provided by Charles University in Prague (http://iforum.cuni.cz/ )
주요 내용은 ▴ 학술활동에 관한 정보 교류 ▴ 교원 및 연구원·학생 교류 추진 ▴ 양교 관심분야 교류를 위한 학술대회 개최 ▴ 학생교환 프로그램을 위한 학비 상호간 면제 및 학생 교류 등이다.
KAIST는 이번 협약을 통해 체코의 명문 대학과 연구네트워크를 구축하고 이를 통해 향후 공동연구 등 다양한 협력 사업을 진행할 계획이다.
특히 학생교류 프로그램 추진은 KAIST의 우수한 교육 및 연구시스템을 이곳 학생들과 공유하고 우수한 체코 학생들을 KAIST 학위과정에 유치하는 계기가 될 것으로 기대된다.
강성모 총장은 “많은 노벨상 수상자를 배출하고 역사와 전통을 자랑하는 프라하카렐대학교와의 협력은 미래 우수인재를 확보하고 확고한 글로벌 연구 네트워크를 구축하는 계기가 될 것” 이라고 말했다.
한편 1348년 개교한 체코 프라하 카렐대학교는 체코에서 가장 크고 오래된 대학이다. 학생 수는 대학원과 학부생 포함 5만 여명이며 17개 학부로 구성되어 있다. 끝.
2015.12.02
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