[포항=뉴시스]송종욱 기자 = 포항공과대학교(포스텍)은 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수·기계공학과 안지환 교수·성준화 박사·통합과정 전영선씨 연구팀이 자외선부터 눈에 보이는 가시광선까지 원하는 빛의 영역을 골라 다루는 고효율 하이브리드 메타렌즈를 개발했다고 9일 밝혔다.

하나의 유리 나노 구조 위에 자외선·가시광선용 코팅을 각각 입히는 방식으로 렌즈의 뼈대는 그대로 둔 채 작동하는 빛의 종류만 바꾼 것이 핵심이다.

메타렌즈는 나노미터 규모의 인공 구조물을 평평한 판 위에 촘촘히 배열해 빛을 제어한다. 애초의 렌즈가 두툼한 곡면으로 빛을 꺾는다면 메타렌즈는 표면에 새겨진 미세한 구조가 빛의 진행 방향을 조종한다.

얇고 가벼운 데다 성능까지 뛰어나 초소형 카메라부터 센서, AR(증강현실)·VR(가상현실) 안경까지 차세대 광학 기기 판도를 바꿀 기술로 주목 받아 왔다. 문제는 제품에 넣기가 쉽지 않다는 점이다.

유리는 자외선부터 가시광선까지 빛을 잘 통과시키고 반도체 공정과도 잘 맞지만 빛을 휘어 잡는 힘이 약해 혼자서 고효율 렌즈를 만들기 어려웠다.

연구팀은 발상을 뒤집어 매번 새로운 렌즈를 설계하고 깎아내는 대신 유리로 만든 나노 구조를 '공통 뼈대'로 그 위에 필요한 빛에 맞는 얇은 옷만 갈아 입힌 것이다. 뼈대는 그대로 두고 코팅 재료만 바꿔 자외선·가시광선용 렌즈를 모두 만들어낸 것이다.
 
연구팀은 유리 기판에 직접 새긴 나노 기둥을 공통 뼈대로 만든 뒤 원자 층증착법으로 자외선용에 두께 10㎚ 산화지르코늄을, 가시광선용에 두께 20㎚ 산화티타늄을 고르게 입혔다. 여기에 섭씨 80도라는 비교적 낮은 온도에서 처리하는 공정을 적용한 것이 묘수였다.

이 과정을 거쳐 가시광선용 코팅은 단단히 결정을 이뤄 빛을 휘어 잡는 힘을 키웠고 자외선용 코팅은 자외선이 잘 통과하도록 무른 상태를 유지했다.
 
노 교수는 "초소형 카메라, 웨어러블 센서, AR·VR 디스플레이 등 차세대 광학 기기의 부피와 무게를 줄이는 핵심 플랫폼 기술로 발전할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스'에 최근 실렸다.


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