초록 ▼

연구목표
제안하는 연구는 ‘거울’의 물리적 재해석을 통하여 새로운 개념의 거울인 ‘시간 역행 거울’ 원천 기술을 개발하고, 이를 활용한 응용 분야로 (무작위 산란 레이저, 홀로그래피 기반 3차원 디스플레이, 무절개 광-수술) 확장하는 선도 연구를 수행하는 것을 목표로 한다.

연구개발내용
거울은 빛을 반사시켜주는 도구로써 현대의 거의 모든 광학계에 사용되고 있다. 만일 거울의 경계 조건에서의 반사조건이 적절하게 조절 가능하다면, 기존의 거울에 대한 상식을 뒤엎는 다양한 거울이 구현될 수 있다. 본 연구진은 파면

연구목표
제안하는 연구는 ‘거울’의 물리적 재해석을 통하여 새로운 개념의 거울인 ‘시간 역행 거울’ 원천 기술을 개발하고, 이를 활용한 응용 분야로 (무작위 산란 레이저, 홀로그래피 기반 3차원 디스플레이, 무절개 광-수술) 확장하는 선도 연구를 수행하는 것을 목표로 한다.

연구개발내용
거울은 빛을 반사시켜주는 도구로써 현대의 거의 모든 광학계에 사용되고 있다. 만일 거울의 경계 조건에서의 반사조건이 적절하게 조절 가능하다면, 기존의 거울에 대한 상식을 뒤엎는 다양한 거울이 구현될 수 있다. 본 연구진은 파면제어 기술을 도입하여 반사면에서의 경계 조건을 변조하여, 빛의 시간을 되돌리는 ‘시간 역행 거울’의 개발을 제안한다. 구체적인 연구 목표는 다음과 같다:
(1) 시간 역행 거울의 개발: 본 연구진은 입사파의 파면 제어를 통하여 거울에서 반사파를 입사파의 시간 역행으로 만들 수 있다는 물리적 사실에 입각하여 단일-파동(one-wave) 디지털 시간 역행 거울을 제안한다. 이는 기존 광학 위상 공액으로는 불가능한 ultrafast dynamic 시간 역전, 빛의 세기와 파장에 상관 없는 시간 역전 반사, 즉 진정한 의미의 시간 역전 반사를 실현할 수 있다.
(2) 산란 세라믹 증폭물질을 이용한 레이저 개발: 공진기 내부에 시간 역행 거울을 설치할 경우 어떠한 임의의 파면의 경우에도 공진 조건을 만족 시킬 수 있다는 점에 착안, 기존에 산란이 심하여 레이저 증폭물질로 사용되지 못하던 세라믹 물질을 활용하여 기존에 존재하지 않았던 형태의 레이저 개발을 제안한다.
(3) 산란체 기반 3차원 디스플레이: 시간 역행 거울이 입사파면을 디지털 신호의 형태로 저장하고 재생할 수 있다는 점을 활용해 산란체 기반의 3차원 디스플레이를 제안한다. 이를 활용하면 기존 광학계 기반의 3차원 디스플레이가 가지고 있던 한계점인, 시야각과 시야크기 사이의 원천적인 관계식을 극복하는 차세대 3차원 디스플레이를 개발 할 수 있을 것으로 생각된다.
(4) 시간 역행 거울의 의광학적 응용: 본 연구진은 기존 의광학 분야에 쌓인 경험을 바탕으로, 개발된 시간 역행거울을 통한 무절개 광-수술을 제안한다. 시간 역행거울을 활용하면, 기존 생체조직에서의 산란으로 인해 불가능했던 생체 내부에 광에너지 집약이 가능해진다. 이러한 사실과 광활성촉매를 활용하면, 신체의 절개 없이 신체 내부의 악성종양을 제거하는 광-수술의 실현이 가능할 것으로 생각된다.

연구개발 성과
(1) 광 디퓨저를 활용하여 향상된 space-bandwidth product (SBP)를 가지는 3-D display 기술 제안 및 검증: 광 디퓨저를 활용하여 기존 3-D display 분야에서 고질적인 문제로 지적되어왔던 SBP 문제의 해결책 제시 및 실험으로의 검증
(2) DMD를 활용한 파면 제어의 효율성 향상: DMD를 활용하여 기존 문헌에서 1,000 정도에 머물렀던 파면제어를 통한 초점 세기 향상정도를 100,000 수준으로 높이는데 성공함.

활용 계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함)
본 연구의 핵심 내용인 ‘시간 역행 거울’은 ‘빛의 반사’라는 원천적인 물리 개념을 재해석함으로써, 기본적인 물리적 개념의 발전을 통한 지식 지평의 확대를 가져올 수 있다. 더불어, 기존 거울의 한계를 극복하는 새로운 물리적 개념의 광학기기로서, 지금까지 사용되어 온 모든 광학계에 있어서 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 기대 된다. 특히, 기존 거울이나 렌즈가 작동하지 못하였던 난반사, 다중 산란, 무작위 산란을 보정, 기록하고 제어할 수 있으므로 기존에는 불가능한 영역으로 여겼던 수많은 연구가 가능해 질 것으로 예상한다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose
The overall goal is to develop optical techniques for a time-reversal mirror to control and exploit multiple light scattering in complex media. These time-reversal reflections will be used to expand the horizons of optical technology, including random scattering lasers, holographic three-

Purpose
The overall goal is to develop optical techniques for a time-reversal mirror to control and exploit multiple light scattering in complex media. These time-reversal reflections will be used to expand the horizons of optical technology, including random scattering lasers, holographic three-dimensional recording and display, as well as non-invasive photodynamic therapy.

contents
Time-reversal mirror or phase conjugation mirror has attracted researchers for its unique function. And its widely known that with nonlinear phenomena, such mirror can be realized. However it has been nothing more than an interesting phenomenon due to the infeasibility of nonlinear efficiency. Here we propose a unique technique of using conventional mirror as a time-reversal mirror. Such can be achieved by manipulating the boundary condition of a mirror and optimization processes. We’ve set three major objectives for this research.
(A) Development of time-reversal mirror : We propose one-wave phase conjugation mirror based on the abovementioned idea. The proposed time-reversal mirror works with various light forms and wavelengths.
(B) Lasing with multiple scattering medium : We suggest a technique to lasing with diffusive gain medium. In conventional laser, gain medium must be transparent such that no scattering occurs inside a cavity. We believe appropriate manipulation of light enables lasing even in highly diffusive environment.
(C) Scattering 3D display : We propose a novel 3D display technique based on multiple scattering. The use of multiple scattering can dramatically increase the space bandwidth product compared to pre-exsiting 3D display techniques.
(D) Biophotonic application : We are aiming non-invasive optical treatments such as optogenetics. With the help of time-reversal mirror, light can be focused through deep tissue even after multiple scattering. We are expecting innovative non-invasive optical treatment in an optically opaque regime.

Developement results
(A) Theoretical proposal and experimental verification of 3-D display technology with improved space bandwidth problem (SBP) using optical diffuser: We solved the SBP problem, which has been a steady issue in dynamic 3-D display based on the spatial light modulators by employing an optical diffuser.
(B) Realization of ultrahigh enhancement using a DMD:　We have significantly increased the power enhancement factor of wavefront shaping to the order of 100,000, where the conventional enhancement factor have been the order of 1,000.

Expected Contribution
The proposed time-reversal technique is unique for its simplicity. Since the time-reversal technique is based on linear optics, it can be easily adopted as a novel optical element. In addition it can record, analyze and reconstruct the light of any form in arbitrary environment. This particular performance and flexibility are unachievable with conventional optical elements. We expect this technique to widening the access to light control in diffusion, multiple scattering and light matter interaction.

(source : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발 목표 및 내용(연구계획서상에 작성된 목표 및 내용을 기술) ... 7
• 가. 최종목표 ... 7
• 나. 단계목표(당초목표 및 수정·보완 목표) ... 7
• 다. 당초 목표의 수정·보완(중요 연구변경) 사유 ... 9
• 라. 1단계 연차별 연구목표 및 내용 ... 10
• 2. 연구 추진전략 및 방법 ... 11
• 3. 주요 연구개발결과 ... 12
• 가. 계획대비 달성도 ... 12
• 나. 대표적 연구업적(5건 이내) ... 23
• 다. 현 단계 달성된 연구결과의 세계적 연구 위상 ... 25
• 라. 기타 계획하지 않은 연구성과 ... 27
• 마. 연구역량 향상 정도 ... 31
• 바. 세계적 연구리더로서 연구책임자의 성장 정도 ... 31
• 4. 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 35
• 5. 연구개발성과 현황 ... 35
• 6. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 59
• 7. 기타사항 ... 59
• 끝페이지 ... 60