[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 포항공과대학교 노준석 교수팀이 김인기 교수팀(성균관대학교)과 공동으로 경량화된 다초점 렌즈 시스템을 구현했다고 29일 밝혔다.

렌즈는 입사되는 빛의 위상을 조절해 초점에 투과하는 빛을 모으는 광학장치로서 광학현미경, 리소그래피, 카메라 등 이미징 장치를 구성하는데 필수적인 요소이다.

최근 스마트폰 등 광학소자를 갖춘 전자기기가 소형화됨에 따라 가볍고 얇은 평면 렌즈의 필요성이 커졌고 메타표면을 활용한 평면 렌즈인 메타렌즈는 머리카락 두께보다 얇은 나노 크기의 구조체를 배열하고 디자인이 가능해 관심을 모으고 있다. 

하지만 가시광선 영역에서 동작하도록 제작하는 공정이 까다로웠다.

메타렌즈(metalens)는 파장보다 작은 크기의 구조체를 주기적으로 배열하여 빛을 집속할 수 있어 머리카락 두께보다 얇은 초경량 초소형 렌즈를 만들 수 있다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 가볍고 투과율이 좋은 실리콘과 액정으로 경량화된 다초점 렌즈를 구현했다.

연구과정을 보면 마이크로 미터 두께의 가볍고 작은 메타렌즈에 편광판처럼 빛의 편광상태를 바꿔줄 액정층을 도입했다.

이를 통해 입사하는 가시광선이 액정층을 통과하면서 전기장의 방향이 시계 방향 또는 반시계방향만으로 회전하도록 제한해 초점 변화가 밀리초 단위로 빠르게 이뤄지도록 했다.

이 연구결과에 의하면 다초점 렌즈를 이용해 원편광 상태에 따라 4mm 차이가 나는 두 초점을 확인했으며 이는 초점을 변환시킬 때 렌즈의 시야각을 2배로 키울 수 있음을 의미한다.

노준석 교수는 “향후 렌즈의 크기를 키우거나 두 초점간 차이를 크게 설정함으로써 초점거리 차이를 센티미터 스케일까지 키울 수 있을 것”이라고 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌프런티어사업, 중견연구지원사업, 지역혁신선도연구센터사업, 세종과학펠로우십 및 포스코 산학연 융합연구소 사업 등의 지원으로 수행됐고 국제학술지 어드벤스드 사이언스(Advanced Science)에 11월 게재됐다.