< 포항공과대 노준석 교수팀이 실리콘 나노복합재와 나노프린팅 공정을 통해 지름 4㎜, 두께 1㎛의 대면적 메타렌즈를 만들었다.  >

빛을 모으는 렌즈는 스마트폰, DSLR 카메라 등 전자 및 광학기기에 핵심 부품이지만 크고 무거우며, 부피를 줄일수록 성능이 저하되는 한계가 있었다. 

연구진은 높은 성능을 가진 작은 렌즈를 개발하기 위해 메타물질 기반 렌즈를 연구했다. 메타물질은 기존 물질이 제공하지 못하는 음굴절과 초고굴절 등 다양한 광특성을 자유자재로 제어할 수 있다. 그러나 메타물질 제작에 활용하는 전자빔 리소그래피는 공정 속도가 느리고 단가가 비싸다는 문제가 있었다.

이러한 한계를 극복하기 위해 메타물질 구현에 적합한 ‘나노복합재 기반 나노성형소재’와 이를 한 번에 성형할 수 있는 ‘원스텝 프린팅 기술’을 개발하는데 성공했다.  나노성형소재는 감광응성 레진에 나노입자를 섞어 제작했다. 광특성을 광범위하게 제어할 수 있어 기존 소재보다 저렴했다. 또한 원스텝 프린팅 기술은 기존 전자빔 리소그래피에 비해 100배 이상 빠른 속도로 메타물질을 제작할 수 있다. 기존 공정 기술과는 호환이 어려운 곡면기판과 유연기판상에도 메타물질을 구현할 수 있다. 

한편 연구진은 실리콘 나노복합재와 프린팅 기술을 바탕으로 머리카락의 두께보다 100배 이상 얇은 1 마이크로미터 두께의 초박막 메타렌즈를 개발했다.이를 통해 실제 광학계와 결합하여 이미징에 성공함으로써 연구 성과의 실제 응용 가능성도 검증했다.

< 기존 렌즈와 메타렌즈의 두께 비교 사진 >

노준석 교수는 “본 연구에서 구현된 초박막 메타렌즈는 동일한 광학적 특성을 가진 기존의 적외선 굴절렌즈보다 10,000배 얇기 때문에 크고 무거운 굴절렌즈로 인한 여러 가지 문제들을 해결할 수 있을 것이며, 향후 적외선 내시경, CCTV, 야간투시경 등 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 기대된다.” 고 연구의 파급력을 설명했다.