POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 김인기 박사, 화학공학과 통합과정 장재혁씨, 기계공학과 통합과정 김경태씨로 구성된 연구팀이 머리카락 두께의 1,000분의 1 정도밖에 되지 않는 초박형 광학소자인 메타표면을 이용해 자연광과 레이저 빛에서 동시에 작동하는 암호화된 홀로그램 프린팅 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
 ▲ 노준석 교수 (C)포스텍 |
이러한 원리로 구현된 프린트된 라벨은 특정 편광상태를 갖는 홀로그램 이미지를 생성할 수 있다. 연구팀은 이를 ‘벡토리얼 홀로그램’이라 명명했다. 이 연구성과는 국제 과학 저널인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 최근 게재됐다.
지금까지 보고된 대부분의 메타표면 장치는 색깔이나 위상 또는 편광 등의 하나의 정보만을 조절할 수 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하고자, 복수의 메타표면을 그룹지어 기능성 픽셀을 구성했다.
구체적으로, 메타표면의 기본이 되는 단위 구조에서는 크기로 빛의 색깔을, 각도로는 위상을 조절하고, 픽셀화된 그룹 내에서의 좌원편광과 우원편광을 나타내는 그룹의 비율과 상대적으로 돌아간 각도를 통해서는 빛의 모든 편광을 표현할 수 있도록 디바이스를 설계했다. 이렇게 다양한 빛의 자유도를 조절하며 동시에 효율을 극대화하기 위해 메타표면은 공진기1)와 광 도파로2)의 역할을 동시에 수행한다.
이렇게 설계된 벡토리얼 홀로그램 라벨은 맨눈으로 보거나 카메라로 스캔했을 때, 다양한 색상을 갖는 QR코드로 나타난다. 동시에 라벨에 레이저 빛을 비췄을 때는 인코딩된 홀로그램 이미지가 3차원 공간에 펼쳐진다. 이 홀로그램 이미지는 지금까지의 홀로그램과 다르게 각 이미지 부분마다 특별한 편광상태를 갖게 된다.
연구팀은 이번 연구에서 개발한 벡토리얼 홀로그래픽 컬러프린팅 기술은 현재 은행 업무에서 접속 때마다 그때그때 필요한 비밀번호를 생성하고, 그 번호를 통해 사용자를 확인하는 방식의 2단계 암호화된 OTP(One-Time Password, 일회용 비밀번호) 기술을 광학 기반으로 구현한 것이다. 1차적으로 사용자가 메타광학 장치를 휴대폰으로 QR코드를 스캔하게 되면, 난수로 구성된 1차 비밀번호가 나오게 된다. 이 1차 비밀번호를 메타광학 장치에 전압 정보로 걸어주게 되면, 마치 첩보 영화에서 등장하는 장면과 같이 2차 비밀번호가 암호화된 홀로그램 영상으로 공간 위에 띄워진다.
노준석 교수는 “벡토리얼 홀로그래픽 컬러프린팅 기술은 현재까지 보고된 메타표면 장치보다 더욱 고도화되어 빛의 다양한 자유도를 하나의 광학 소자로 조절할 수 있음을 입증했다”며 “이는 매우 완성도 높은 광학 OTP 장치로 메타 원자 설계 및 푸리에 광학 기반 정보 인코딩 원천 기술이 될 것”이라고 덧붙였다.
한편, 연구팀은 지난 5년간 메타표면 광학 장치를 통해 국내외에서 선도적인 연구를 수행하고 있으며, 특별히 이번에 개발 중인 메타광학 장치는 크게 광학센서, 홀로그래픽 디스플레이, 그리고 위변조 방지 기술 분야에서 상용화 가능성이 높은 것으로 기대된다.
이 연구는 삼성미래기술육성사업의 지원으로 수행됐다.
<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>
<The following is the full text of the article translated by Google Translate.>
‘Optical OTP security card’ that no one can penetrate is coming out
In POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan), a research team consisting of Professor Noh Jun-seok from the Department of Mechanical Engineering and Chemical Engineering, Dr. Kim In-ki from the Department of Mechanical Engineering, Jae-hyeok Jang from the Department of Chemical Engineering, and Kyung-tae Kim from the Department of Mechanical Engineering, with an integrated course of mechanical engineering, is only one-thousandth the thickness of a human hair. It announced on the 20th that it has developed an encrypted hologram printing technology that operates simultaneously in natural light and laser light using metasurface, an ultra-thin optical device that does not
A printed label implemented with this principle can create a holographic image with a specific polarization state. The research team named this 'vector hologram'. The research results were recently published in the international scientific journal Nature Communications.
Most metasurface devices reported so far can control only one piece of information, such as color, phase, or polarization. To overcome this limitation, the research team formed a functional pixel by grouping multiple metasurfaces.
Specifically, in the unit structure that is the basis of the metasurface, the size controls the color of light and the angle controls the phase, and the ratio of the groups representing the left and right circular polarizations within the pixelated group and the relative rotation angle are determined. The device was designed to express all polarizations of light. In order to control the various degrees of freedom of light and to maximize the efficiency at the same time, the metasurface plays the roles of a resonator1) and an optical waveguide2) at the same time.
The vector hologram label designed in this way appears as a QR code with various colors when viewed with the naked eye or scanned with a camera. At the same time, when laser light is illuminated on the label, the encoded holographic image is spread out in 3D space. This holographic image has a special polarization state for each image part, unlike the holograms so far.
The research team's vector holographic color printing technology developed in this research is a two-step encrypted OTP (One-Time Password) method that generates a password that is needed whenever accessing the current banking business and verifies the user through the number. , one-time password) technology is implemented on an optical basis. First, when a user scans a QR code with a mobile phone using the meta-optical device, a primary password composed of random numbers comes out. When this primary password is applied to the meta-optical device as voltage information, the secondary password is displayed as an encrypted hologram image, like a scene in a spy movie.
Professor Noh Jun-seok said, “The vector holographic color printing technology is more advanced than the metasurface device reported so far, and it has been proven that various degrees of freedom of light can be controlled with one optical element.” “This is a very complete optical OTP device. It will become a source technology for meta-atomic design and Fourier optics-based information encoding.”
Meanwhile, the research team has been conducting leading research at home and abroad through meta-surface optical devices for the past 5 years, and the meta-optical device being developed this time has a high potential for commercialization in the fields of optical sensors, holographic displays, and anti-counterfeiting technologies. It is expected.
This research was carried out with the support of the Samsung Future Technology Promotion Project.
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