[대학저널 백두산 기자] 광운대학교(총장 유지상) 전자공학과 이상신 교수가 이끄는 연구팀이 호주국립대 최덕용 박사와의 공동연구를 통해 나노 기술을 이용한 ‘다중 초점 렌즈’ 소자를 개발하는데 성공했다. 

 렌즈는 기초/응용 물리학, 천문학, 생물학 등은 물론 학제 간 과학 분야에서는 없어서는 안 될 매우 중요한 광학 소자이다. 특히, 다중 초점 렌즈는 각기 다른 위치에 상이 맺히도록 하는 특성 덕분에 카메라 렌즈나 안경 등의 광학 분야뿐 아니라, 이미징, 광 센서, 라이다(LiDAR, 레이저 등의 광원을 이용한 거리 측량 장치로, 자율주행 자동차 등에 주로 사용됨) 등의 분야에 널리 응용돼 우리의 일상과 밀접하게 연관돼 있다.

 기존에 널리 사용되고 있는 렌즈는 비교적 크고 비평면의 구조를 지니고 있어 렌즈를 이용하는 광학 시스템의 크기를 줄이는 데 한계가 있어 왔다. 이에 연구팀은 나노 기술을 이용해 평면의 초소형 다중 초점 렌즈를 개발했다. 이번에 개발된 나노기술을 이용한 ‘다중 초점 렌즈’는 나노 스케일 구조물의 배열에 의해 형성되는 메타표면(파장이하 나노 구조의 배열로 형성된 기하학적인 광학 평면) 소자 기술을 이용해 기존 광학 부품들의 설계를 획기적으로 변화시킬 수 있다. 특히, 메타표면 소자는 향상된 성능과 놀라울 만큼 얇아진 두께로 기존 광학계를 대체할 수 있으며 다양한 기능을 하나의 메타표면 소자에 집적할 수 있는 잠재적 가능성을 지니고 있다.

 이러한 탁월한 특성은 나노/광학 소재 분야에서 많은 연구자들이 관심을 가져 왔지만 기존의 메타표면 및 메타렌즈 관련 연구는 단일 초점 또는 두개의 초점 거리를 갖는 소자에 대해서만 수행돼 왔던 것이 사실이다. 이에 광운대 이상신 교수가 이끄는 연구팀은 ‘세 개의 위치에 초점을 맞출 수 있는 다중 초점 메타표면 렌즈 기술’을 개발했다.

 이번에 개발된 나노기술을 이용한 ‘다중 초점 렌즈’는 반도체 공정에 용이한 실리콘을 이용해 구성됐으며 수백 나노미터 두께의 나노 기둥 구조로 유리 기판 상에 형성된다. 다중 초점 특성을 구현하기 위해 나노 기둥은 공간적으로 서로 다른 크기와 배향각을 갖도록 설계돼 단일 메타렌즈 구조로 최종 제작됐다. 또한, 연구진은 비슷한 방식으로 세 개의 광 볼텍스(vortex) 빔을 만들어 내는 메타표면 소자를 개발했는데 도넛 모양의 광 세기 프로파일을 나타내는 볼텍스는 고성능 광 통신이나 광학 집게(optical tweezer)와 같은 입자 조작, 고해상도 현미경 등의 분야에서 매우 중요한 역할을 한다.

 광운대 이상신 교수는 “이러한 나노 소자 기술에 대한 연구 성과가 기존 광학 소자, 디스플레이, 홀로그래피와 같은 광 응용뿐만 아니라 보안, 정보 코딩, 위조 방지 등의 다양한 분야에까지 널리 활용 될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

 한편, 이번 연구는 교육부가 지원하는 한국연구재단 이공분야 대학중점연구소 지원사업을 통해 수행됐으며, 결과는 성과를 인정받아 와일리(Wiley) 에서 발행하는 광학/재료 분야의 국제학술지인 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials, IF=7.125) 온라인판 11월호의 표지논문으로 선정됐다.

출처 : 대학저널(http://www.dhnews.co.kr)