![산란매질을 역이용한 초고속 광 패턴 조명 기술. 디지털 마이크로 거울장치의 한 축이 갈바노 공진 거울과 원통형 렌즈를 통해 조명된다. 인코딩된 1차원 정보는 산란매질로 조사돼 3차원 초점을 형성한다. 고속으로 작동하는 갈바노-공진 거울이 서로 다른 1차원 정보들을 스캔하며 3차원 공간상의 광 패턴을 조사할 수 있다. 사진=KAIST](https://nimage.g-enews.com/phpwas/restmb_allidxmake.php?idx=5&simg=20240415093608077003b60030fa210625224986.jpg)
KAIST는 바이오및뇌공학과 장무석 교수 연구팀이 북해도대학 전자과학연구소의 시부카와 아츠시 부교수, 미카미 히데하루 교수, 오카야마대학 의·치·약과학과의 스도 유키 교수 연구팀과 공동연구를 통해 세계 최고속의 3차원 광 패턴 조명 기술(빛을 특정 패턴이나 형태로 조절하여 원하는 조명 효과를 얻는 기술)을 개발하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.
하지만 공간 광 변조기는 조명 패턴의 전환을 고속으로 수행하는 데 큰 한계를 겪고 있었다. 현재 시판되는 공간 광 변조기는 액정형 디스플레이 장치나 디지털 미러 장치가 있지만, 통상적인 전환 속도는 50마이크로초에서 10밀리초 수준으로 제한되며, 원리적으로 이보다 더 빠르게 만드는 데에는 기술적 어려움이 있었다.
![(왼쪽부터) 바이오및뇌공학과 장무석 교수, 송국호 박사과정. 사진=KAIST](https://nimage.g-enews.com/phpwas/restmb_allidxmake.php?idx=5&simg=20240415093655017393b60030fa210625224986.jpg)
연구팀은 공간 자유도-시간 자유도 사이의 치환 개념을 개발하고, 이를 독자 개발한 초고속 1차원 광 변조기와 산란 매질(안개나 물방울 맺힌 유리창처럼 빛을 무질서하게 굴절시키는 물)을 결합해 구현하는 방식으로, 시판되는 공간 광 변조기보다 약 1,500배 빠른 30나노초의 전환 속도를 갖는 세계 최고 속도의 3차원의 조명(디스플레이) 기술을 개발했다.
연구팀은 빛의 전파를 교란하는 산란 매질의 특성을 역이용해 1차원의 광 패턴을 사용자가 원하는 3차원의 패턴으로 변환하기 위해 복잡 광 파면 조작 기술을 핵심 기술로 활용했다.
연구팀이 개발한 세계 최고 속도의 광 패턴 조명 기술은 특정 각도에서만 볼 수 있는 기존의 2차원 유사 홀로그램과 달리 실제로 3차원 공간상에 광 정보를 재구성해 입체 영상을 만드는 기술로 활용될 수 있다. 그뿐만 아니라 광유전학 기술(빛을 이용해 살아있는 생물 조직의 세포를 제어하는 기술)에 기반한 뇌 신경 조절 기술과 같은 생체 조절 기술의 고속화·대규모화나 금속 3D 프린터 등의 광 가공 생산 효율 향상 등, 다양한 분야에서 응용될 전망이다.
해당 연구 결과는 KAIST 바이오및뇌공학과 송국호 박사과정이 공저자, 장무석 교수가 교신저자로 참여했으며 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 2024년 4월 8일 온라인판에 게재되었다.(논문명 : Large-volume focus control at 10 MHz refresh rate via fast line-scanning amplitude-encoded scattering-assisted holography)
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 주관하는 선도연구센터사업(컬러변조 초감각 인지기술 선도연구센터), 우수신진연구자 사업, 삼성미래기술육성사업, 국토교통부 국토교통과학기술진흥원이 주관하는 차세대 대인 보안검색 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
이상훈 글로벌이코노믹 기자 sanghoon@g-enews.com