우리 연구실은 나노 및 마이크로 스케일에서 빛과 물질이 상호작용하는 근본적인 원리를 탐구합니다. 이 분야는 빛이 물질의 구조, 조성, 그리고 표면 특성에 따라 어떻게 흡수, 반사, 산란, 변환되는지를 이해하는 데 중점을 둡니다. 특히, 나노구조체와 메타표면을 활용하여 기존에 볼 수 없었던 새로운 광학 현상과 기능을 발견하고자 합니다. 이러한 연구는 FDTD(유한차분 시간영역법), RCWA(엄밀 결합파 해석법) 등 첨단 수치해석 기법을 활용하여 이론적 모델링과 시뮬레이션을 수행하고, 실제 실험을 통해 그 결과를 검증합니다. 이를 통해 선택적 파장 흡수, 투명 전극, 색도 센서, 고흡수/반사, 메타 렌즈 등 다양한 광학 소자의 동작 원리를 심층적으로 분석합니다. 또한, 광-물질 상호작용의 미세 조절을 통해 기존 한계를 뛰어넘는 새로운 광학적 기능을 구현합니다. 이 연구는 차세대 광전소자, 에너지 변환, 센싱, 보안, 바이오메디컬 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있습니다. 나노 및 마이크로 스케일에서의 정밀한 광-물질 상호작용 제어는 미래 광학 기술의 혁신을 이끌 핵심 기반이 될 것입니다.

자연계의 다양한 생물체의 시각 시스템에서 영감을 받아, 우리 연구실은 바이오 모사 광학 및 인공 시각 시스템을 개발하고 있습니다. 인간의 눈, 고양이, 조류, 오징어 등 다양한 동물의 눈 구조와 기능을 모방하여, 기존 카메라 및 센서가 가지지 못한 고해상도, 광시야각, 암순응, 고배율, 수륙양용, 무한 피사계 심도 등 혁신적인 특성을 인공적으로 구현합니다. 이러한 바이오 모사 인공 시각 시스템은 단일 렌즈와 곡면 이미지 센서, 미세 렌즈 어레이, 신경 시냅스 특성을 모방한 인공 신경망 이미징 시스템 등 첨단 소자와 알고리즘을 결합하여 개발됩니다. 또한, 생물의 진화적 적응 메커니즘을 반영하여 다양한 조명 환경과 복잡한 배경에서도 뛰어난 물체 인식 및 추적 성능을 보입니다. 최근에는 AI와 딥러닝을 접목하여, 인공 시각 시스템의 데이터 처리 효율성과 인지 능력을 극대화하고 있습니다. 이 연구는 로봇 비전, 자율주행, 의료 영상, 보안, 웨어러블 디바이스 등 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다. 바이오 모사 광학 기술은 자연과 공학의 경계를 허물며, 차세대 지능형 이미징 및 센서 시스템의 새로운 패러다임을 제시합니다.

지구 온난화와 에너지 위기에 대응하기 위해, 우리 연구실은 광학 구조를 활용한 에너지 절감 및 친환경 광전소자 개발에 집중하고 있습니다. 복사 냉각(radiative cooling) 기술을 기반으로, 태양광 반사와 열 방출을 극대화하는 세라믹 및 나노구조 기반의 냉각 소자를 설계하고, 건축물 외장재, 웨어러블, 전자기기 등 다양한 응용 분야에 적용하고 있습니다. 특히, 색상을 유지하면서도 뛰어난 냉각 성능을 보이는 컬러 보존형 복사 냉각 구조, 태양전지와 통합된 냉각 시스템, 생분해성 소재를 활용한 지속가능한 에너지 하베스터 등 혁신적인 기술을 선보이고 있습니다. 또한, 딥러닝 기반의 역설계 기법을 도입하여, 복잡한 광학 특성을 갖는 나노소재 및 박막 구조를 최적화함으로써, 에너지 효율과 대량생산성을 동시에 달성하고 있습니다. 이러한 연구는 친환경 건축, 스마트 팜, 전자기기, 자율주행 차량 등 다양한 분야에서 에너지 소비를 줄이고, 탄소 배출을 저감하는 데 기여합니다. 미래 사회의 지속가능성을 위한 핵심 광전 기술로서, 에너지 절감형 광학 소자의 개발은 매우 중요한 연구 주제입니다.

현대 사회에서 보안과 개인정보 보호의 중요성이 커짐에 따라, 우리 연구실은 광학적 현상을 활용한 보안 및 암호화 기술 개발에 앞장서고 있습니다. 물리적으로 복제 불가능한 함수(PUFs)를 기반으로 한 광학 보안 태그, 웨어러블 암호화 소자, 시각적으로 숨겨진 자기조립형 고분자 태그 등 다양한 광학 보안 시스템을 연구합니다. 이러한 광학 기반 보안 기술은 파장, 공간, 시간 등 다양한 광학적 자유도를 활용하여, 기존 전자적 암호화 방식보다 훨씬 높은 보안성과 복제 방지 기능을 제공합니다. 예를 들어, 실크, 나노입자, 다공성 고분자 등 자연 및 인공 소재의 무작위 구조를 이용해, 각 태그마다 고유한 광학 신호를 생성함으로써, 위조가 사실상 불가능한 식별자를 구현합니다. 또한, 웨어러블 디바이스, 스마트폰, IoT 기기 등 다양한 플랫폼에 손쉽게 적용할 수 있는 유연하고 소형화된 보안 소자 개발에도 주력하고 있습니다. 이 연구는 명품, 의약품, 전자기기 등 위조 방지, 온라인/오프라인 인증, 개인정보 보호 등 다양한 분야에서 실질적인 보안 솔루션을 제공합니다. 광학 기반 보안 기술은 미래 디지털 사회의 신뢰성과 안전성을 높이는 데 핵심적인 역할을 할 것입니다.