본 연구는 중심부에 불연속 공진 요소를 배치하고 주변 영역은 연속파 전파를 위해 할당하는, 실용적인 환기형 음향 차단 구조를 제시한다. 이러한 역배열(inverted layout)은 설치를 용이하게 하며, 환기와 음향 차단 성능을 모두 유지하면서 제작 공정상의 불완전성에 대한 민감도를 감소시킨다. 이 메타물질은 중심 경로와 주변 경로 사이에서의 파노(Fano) 유사 간섭을 이용하여 광대역 소음 감쇠와 환기를 동시에 달성한다. 우리는 해석적 모델링, 수치 시뮬레이션 및 실험적 측정을 수행하였고, 그 결과 850–1450 Hz 범위에서 전달 손실이 10 dB를 초과함을 모두 확인하였으며, 개방 면적 비 0.3이 충분한 공기 흐름을 보장하였다. 음향 성능과 구조적 실용성을 결합함으로써, 제안된 설계는 건축 음향, 기계실, 가정용 기기 등 실제 적용 분야에서 높은 잠재력을 제공할 것으로 기대된다.

중심 구멍으로부터의 연속상태 음파와 주변 방위(azimuthal) 미로(labyrinths)로부터의 이산상태 음파 사이에서 파노(Fano)와 유사한 간섭을 유도하도록 정밀하게 설계된 조절 가능 음향 메타물질을 제안한다. 이 메타물질은 외부 형상을 일정하게 유지하면서도 광대역 차음과 환기를 가능하게 한다. 미로형 채널의 물리적 길이가 파노형 간섭의 감쇠 영역을 결정적으로 좌우한다는 원리에 기반하여, 구조는 두 가지 상이한 구성요소로 이루어진다. 즉, 미로형 채널을 포함하는 전방 본체와 격벽을 갖는 회전 가능한 후방 본체이다. 후방 본체를 단순히 회전시키기만 하면 채널의 길이를 조절할 수 있어, 외부 형상은 변경하지 않으면서 조절성을 확보할 수 있다. 이러한 회전 기반 메커니즘은 587~1741 Hz의 광대역 주파수 범위에서 입사 음향 에너지의 95% 이상을 감쇠한다. 회전 각도에 따른 차음 성능의 변화를 이론적 분석, 수치 시뮬레이션 및 실험적 측정을 통해 조사하였으며, 설계의 조절 가능성을 확인하였다. 본 재구성 가능한 메타물질은 동시에 조절 가능한 소음 제어와 환기가 요구되는 실제 응용에 적합하다.

우리는 미세천공 공진기를 특징으로 하는 음향 메타구조를 제시하며, 이를 통해 광대역 소리 흡수와 효율적인 환기를 동시에 달성하고자 한다. 천공 매개변수를 조절함으로써 미세천공 공진기는 다양한 흡수 상태를 가질 수 있다. 이러한 다양성을 바탕으로, 연속적이고 효과적인 소리 흡수를 위한 최적의 공진기를 선정한다. 분석적, 수치적, 그리고 실험적 결과는 제안된 메타구조의 흡수계수가 464~786 Hz의 주파수 범위에서 0.8을 초과하며, 작동 파장의 단지 1/20에 해당하는 두께로도 이를 달성함을 보여준다. 실험 결과는 개방 조건과 비교하여 공기 유동에 대한 환기 효율이 0.74, 열유속에 대한 환기 효율이 0.82임을 나타낸다. 이러한 결과는 특히 소음 흡수와 공기 순환을 효과적으로 요구하면서 공간이 제한된 환경에서 음향 메타물질의 적용 범위를 확장할 가능성을 지닌다.

환기와 차음의 동시성을 달성하는 것은 응용 음향학에서 중요한 과제이다. 환기형 차음은 파장 이하(서브파장) 구조 내에서의 국소 공명과 비국소적 음향파 결합의 상호작용에 의존한다. 그러나 기존에 연구된 구조는 기본 공명기의 종류가 제한되어 있으며, 기본 배열로부터의 수정이 결여되어 있다. 이러한 제약은 각 감쇠 피크의 지정된 위치와 낮은 흡음 성능을 흔히 강제하게 된다. 여기에서는 대칭성 깨뜨림(symmetry-breaking) 웨이브가이드 주변에 배치된 이중 헬름홀츠 공명기를 갖는 덕트(in-duct)형 차음벽을 제안한다. 선별된 치수와 산란 장에 대한 수치 시뮬레이션은 두 개의 흡수 영역에서의 비주기적 이동과 효과적인 증폭을 보여준다. 이후의 반사 영역들과 협력함으로써, 설계된 구조는 1차 파브리-페로(Fabry-Pérot) 공명 주파수 하에서 두 개의 유효 감쇠 대역을 갖는다. 본 연구는 서브파장 공진 구조의 국소적 및 비국소적 거동을 이해하는 데 유용한 사례가 될 것이다. 또한 선택적 소음 흡수 및 반사에 보다 유연하게 적용될 수 있다.

본 연구는 중심부에 불연속 공진 요소를 배치하고 주변 영역은 연속파 전파를 위해 할당하는, 실용적인 환기형 음향 차단 구조를 제시한다. 이러한 역배열(inverted layout)은 설치를 용이하게 하며, 환기와 음향 차단 성능을 모두 유지하면서 제작 공정상의 불완전성에 대한 민감도를 감소시킨다. 이 메타물질은 중심 경로와 주변 경로 사이에서의 파노(Fano) 유사 간섭을 이용하여 광대역 소음 감쇠와 환기를 동시에 달성한다. 우리는 해석적 모델링, 수치 시뮬레이션 및 실험적 측정을 수행하였고, 그 결과 850–1450 Hz 범위에서 전달 손실이 10 dB를 초과함을 모두 확인하였으며, 개방 면적 비 0.3이 충분한 공기 흐름을 보장하였다. 음향 성능과 구조적 실용성을 결합함으로써, 제안된 설계는 건축 음향, 기계실, 가정용 기기 등 실제 적용 분야에서 높은 잠재력을 제공할 것으로 기대된다.

중심 구멍으로부터의 연속상태 음파와 주변 방위(azimuthal) 미로(labyrinths)로부터의 이산상태 음파 사이에서 파노(Fano)와 유사한 간섭을 유도하도록 정밀하게 설계된 조절 가능 음향 메타물질을 제안한다. 이 메타물질은 외부 형상을 일정하게 유지하면서도 광대역 차음과 환기를 가능하게 한다. 미로형 채널의 물리적 길이가 파노형 간섭의 감쇠 영역을 결정적으로 좌우한다는 원리에 기반하여, 구조는 두 가지 상이한 구성요소로 이루어진다. 즉, 미로형 채널을 포함하는 전방 본체와 격벽을 갖는 회전 가능한 후방 본체이다. 후방 본체를 단순히 회전시키기만 하면 채널의 길이를 조절할 수 있어, 외부 형상은 변경하지 않으면서 조절성을 확보할 수 있다. 이러한 회전 기반 메커니즘은 587~1741 Hz의 광대역 주파수 범위에서 입사 음향 에너지의 95% 이상을 감쇠한다. 회전 각도에 따른 차음 성능의 변화를 이론적 분석, 수치 시뮬레이션 및 실험적 측정을 통해 조사하였으며, 설계의 조절 가능성을 확인하였다. 본 재구성 가능한 메타물질은 동시에 조절 가능한 소음 제어와 환기가 요구되는 실제 응용에 적합하다.

우리는 미세천공 공진기를 특징으로 하는 음향 메타구조를 제시하며, 이를 통해 광대역 소리 흡수와 효율적인 환기를 동시에 달성하고자 한다. 천공 매개변수를 조절함으로써 미세천공 공진기는 다양한 흡수 상태를 가질 수 있다. 이러한 다양성을 바탕으로, 연속적이고 효과적인 소리 흡수를 위한 최적의 공진기를 선정한다. 분석적, 수치적, 그리고 실험적 결과는 제안된 메타구조의 흡수계수가 464~786 Hz의 주파수 범위에서 0.8을 초과하며, 작동 파장의 단지 1/20에 해당하는 두께로도 이를 달성함을 보여준다. 실험 결과는 개방 조건과 비교하여 공기 유동에 대한 환기 효율이 0.74, 열유속에 대한 환기 효율이 0.82임을 나타낸다. 이러한 결과는 특히 소음 흡수와 공기 순환을 효과적으로 요구하면서 공간이 제한된 환경에서 음향 메타물질의 적용 범위를 확장할 가능성을 지닌다.

환기와 차음의 동시성을 달성하는 것은 응용 음향학에서 중요한 과제이다. 환기형 차음은 파장 이하(서브파장) 구조 내에서의 국소 공명과 비국소적 음향파 결합의 상호작용에 의존한다. 그러나 기존에 연구된 구조는 기본 공명기의 종류가 제한되어 있으며, 기본 배열로부터의 수정이 결여되어 있다. 이러한 제약은 각 감쇠 피크의 지정된 위치와 낮은 흡음 성능을 흔히 강제하게 된다. 여기에서는 대칭성 깨뜨림(symmetry-breaking) 웨이브가이드 주변에 배치된 이중 헬름홀츠 공명기를 갖는 덕트(in-duct)형 차음벽을 제안한다. 선별된 치수와 산란 장에 대한 수치 시뮬레이션은 두 개의 흡수 영역에서의 비주기적 이동과 효과적인 증폭을 보여준다. 이후의 반사 영역들과 협력함으로써, 설계된 구조는 1차 파브리-페로(Fabry-Pérot) 공명 주파수 하에서 두 개의 유효 감쇠 대역을 갖는다. 본 연구는 서브파장 공진 구조의 국소적 및 비국소적 거동을 이해하는 데 유용한 사례가 될 것이다. 또한 선택적 소음 흡수 및 반사에 보다 유연하게 적용될 수 있다.

메타표면을 포함한, 파장 이하 크기의 구조들로 이루어진 나노포토닉 소자들은 센서, 홀로그램 디스플레이, 위조 방지 라벨, 초소형 카메라, 현미경과 같은 응용 분야에서 평면 광학을 현실로 구현하는 데 기여해 왔다. 이 장에서는 능동 나노포토닉 소자의 구현을 위한 다양한 접근법을 소개한다. 첫째 절에서는 액정(Liquid Crystal, LC) 집적 소자를 제시한다. 액정(LC)은 편광 또는 굴절률의 제어를 통해 나노포토닉 소자에 능동 기능을 제공할 수 있는 잘 알려진 가변성 재료이다. 둘째 절에서는 광학적으로 조절 가능한 소자에 대해 강조한다. 편광, 진폭, 스핀, 궤도 각운동량과 같은 빛의 여러 자유도는 나노포토닉 소자의 다중화를 가능하게 한다. 셋째 절에서는 다양한 상변화 물질(Phase Change Materials, PCMs)을 논의하며, 여러 외부 자극을 가했을 때 광학적(또는 전기적) 특성이 조절될 수 있다. 넷째 절에서는 전기기계적 또는 기계적으로 조절 가능한 소자를 위한 간단한 접근법을 소개한다. 탄성 재료를 압축하거나 팽창시키면, 집적된 나노포토닉 소자들은 재구성 가능한 광학적 특성을 나타낼 수 있다. 다섯째 절에서는 이온 도핑과 같은 재료 공학 및 가변성 바이오포토닉 소자를 위한 생체재료가 제시된다. 마지막으로, 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)과 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)에 특히 초점을 맞춘 전기적 조절 소자를 다룬다.

여기서는 가시 주파수에서 소광계수(extinction coefficient)가 억제되도록 밴드갭을 최적화한 저손실 수소화 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H)을 소개한다. a-Si:H의 밴드갭은 플라즈마 강화 화학기상증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 공정의 증착 파라미터를 조절함으로써 조작하였다. 저손실 a-Si:H는 가시 스펙트럼 전 범위에서 빔 조향(beam-steering) 메타표면에 적용되었다. 빔 조향 메타표면은 각각 450, 532, 635 nm의 파장에서 측정 효율 42%, 65%, 75%를 달성하였다.

다층 광학 필터의 완전한 역설계를 위해 입자 군집 최적화(particle swarm optimization)를 구현한다. 이를 위해 모델을 설계하여 각 층의 두께와 재료뿐 아니라 층의 총 개수까지를 동시에 최적화한다. 모델의 성능은 최적화 과정을 반복하여 평가하며, 이를 통해 최종 출력에 대한 모델 파라미터의 영향을 규명할 수 있다. 또한 설계된 모델은 밴드스톱 필터, 밴드패스 필터, 반사방지막을 포함한 다양한 광학 필터의 최적화에 대해 시연된다. 그 결과, 입자 군집 최적화는 기존의 설계 이론으로는 설계할 수 없는 임의의 광학 필터를 설계할 수 있음을 확인하였다.