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[IT뉴스]빛 제어하는 초소형 광학 칩 개발

온카뱅크관리자

2026-07-14 14:57:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 카이스트 김현정 교수팀·미 MIT 주에이전 후 교수팀, 각 픽셀을 전기적으로 독립 제어할 수 있는 '메타표면 기반의 투과형 중적외선 공간광변조기' 개발 상용화하면 위성, 우주탑재체, 발사체 상태진단, 우주정거장 열 감시, 우주 제조 공정 계측, 적외선 영상, 광통신 등을 하나의 플랫폼으로 구현 
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 <img alt="각 픽셀을 전기 신호로 독립 제어할 수 있는 투과형 중적외선 공간광변조기를 개발한 코스민 콘스탄틴 포페스쿠, 주에이전 후 MIT 교수 연구팀과 김현정 카이스트 교수(왼쪽부터). 카이스트 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/daejonilbo/20260714145242545icgm.jpg" data-org-width="577" dmcf-mid="KSVlEie4wf" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/daejonilbo/20260714145242545icgm.jpg" width="658">
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 각 픽셀을 전기 신호로 독립 제어할 수 있는 투과형 중적외선 공간광변조기를 개발한 코스민 콘스탄틴 포페스쿠, 주에이전 후 MIT 교수 연구팀과 김현정 카이스트 교수(왼쪽부터). 카이스트 제공
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 각 픽셀을 전기 신호로 독립 제어할 수 있는 투과형 중적외선 공간광변조기가 세계 최초로 개발됐다.
 카이스트는 항공우주공학과 김현정 교수 연구팀이 미국 매사추세츠공대(MIT) 주에이전 후 교수 연구팀과 함께 빛을 원하는 방식으로 자유롭게 제어하는 초소형 광학 칩 '메타표면 기반의 투과형 중적외선 공간광변조기(SLM)'를 개발했다고 14일 밝혔다.
 이 공간광변조기는 하나의 광학 칩이 전기 신호만으로 다양한 센서 역할을 할 수 있어 하드웨어를 교체하지 않고도 센서의 기능을 바꾸는 '소프트웨어 정의(Software-defined) 센서' 구현이 가능할 것으로 기대를 모은다.
 메타표면(Metasurface)은 머리카락보다 훨씬 작은 미세 구조를 이용해 빛의 세기와 방향, 파장 등을 자유롭게 제어하는 초박형 광학 구조이고, 공간광변조기는 빛이 얼마나 통과하고 어떤 형태로 전달될지를 픽셀(Pixel, 화면을 이루는 최소 단위) 단위로 조절하는 광학 소자다.
 기존 중적외선 공간광변조기는 빛을 반사시키거나 많은 픽셀을 각각 제어하기 어려워 위성 센서 등에 적용하는 데 한계가 있었다.
 김현정 교수 연구팀과 주에이전 후 교수 연구팀은 전기 신호를 받으면 빛이 통과하는 정도가 달라지는 광학 상변화 소재(PCM)인 GSST(게르마늄-안티모니-셀레늄-텔루륨)를 활용해 메타 표면 기반의 투과형 중적외선 공간광변조기를 개발해 문제를 해결했다.
 이 소재는 전기 신호를 한 번 받으면 전원이 꺼져도 같은 성능을 유지하는 비휘발성 특성을 갖는다. 따라서 지속적으로 전력을 공급할 필요가 없어 전력 사용이 제한적인 위성이나 우주탑재체에 적합하다.
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 <img alt="각 픽셀을 전기 신호로 독립 제어할 수 있는 투과형 중적외선 공간광변조기 개념도. 카이스트 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/daejonilbo/20260714145243859dpyz.jpg" data-org-width="1000" dmcf-mid="6SXLPqu5mq" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/daejonilbo/20260714145243859dpyz.jpg" width="658">
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 각 픽셀을 전기 신호로 독립 제어할 수 있는 투과형 중적외선 공간광변조기 개념도. 카이스트 제공
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 또 연구팀은 각 픽셀에 '실리콘 PIN 다이오드(원하는 픽셀에만 전류가 흐르도록 하는 반도체 소자)'를 적용해 원하는 픽셀만 정확하게 선택 제어하는데 성공해 원하지 않는 픽셀까지 함께 작동하는 기생 경로(Sneak Path) 문제도 해결했다.
 카이스트는 보도자료에서 "연구팀은 이번 연구를 통해 6×6 픽셀 배열의 모든 픽셀을 독립적으로 제어하고 원하는 광학 패턴을 구현했으며 약 1만6700회 이상 반복 구동 실험에서도 안정적인 성능을 유지해 기존 기술보다 약 13배 높은 내구성을 입증했다"며 "이번 연구의 가장 큰 의미는 '광학도 소프트웨어처럼 바꿀 수 있다'는 새로운 개념을 제시했다는 점"이라고 밝혔다.
 김현정 교수는 "상변화 소재를 빠르게 전환하면서도 실리콘 다이오드·배선·캡슐화층을 손상시키지 않는 전기·열·광학 설계를 만족시키는 것이 난제였다. 주에이전 후 교수팀의 소자·공정 역량과 우리 팀의 시스템·신뢰성 설계 협업이 결정적인 역할을 했다"고 말했다.
 김 교수는 "이 연구 결과는 우주 분야에서 발사체 전역 온도 및 손상 진단, 우주정거장 열·이상 감지 및 가스 누설 모니터링, 우주제조 공정 센서 등 다양한 센서의 공통 광학 플랫폼으로 확장될 수 있다"며 "MIT의 나노포토닉스(나노 구조를 이용해 빛을 제어하는 기술)와 카이스트의 우주센서 기술을 결합해 실제 우주 시스템으로 발전시키겠다"고 덧붙였다.
 한편 이 연구는 김 교수가 미국항공우주국 연구원으로 근무하던 2018년 시작한 MIT-NASA 공동연구를 카이스트에서 발전시킨 것으로, 현재 두 대학 연구팀은 소재 개발에서 칩 설계·제작, 센서시스템 통합, 우주환경 검증, 향후 비행 실증까지 전주기 연구 체계를 구축했다.
 이 연구는 과기정통부 신진연구유형(B), 혁신연구센터사업(IRC)의 지원을 받았으며 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 지난 7일 온라인판에 게재됐다.
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