한국·독일·호주 공동연구팀, 무색수차 초박막 메타렌즈와 결합한 메타 광섬유 개발
포항공대에 따르이 메타 광섬유는 메타물질로 만든 초박막 메타렌즈를 광섬유 위에 구현해 만들어졌다.
종합건강검진을 할 때 빠질 수 없는 위 내시경 검사. 신체 내부를 관찰하기 위해선 몸속으로 카테터를 삽입해야 하는데, 이때 느껴지는 불쾌감과 통증 때문에 내시경 검사를 두려워하는 이들이 적지 않다. 빛을 전달하는 광섬유, 전달된 빛을 처리해 영상화하는 렌즈 등 여러 부품으로 구성된 카테터의 큰 부피가 통증을 유발하는 것이다.
내시경 검사 시 카테터 삽입의 불편함을 한층 덜어줄 수 있는 이 연구 성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 최근 게재됐다.
앞서, GRIN 렌즈(유리에 특정 굴절률 분포를 주어서 만든 렌즈. 우리 눈의 수정체도 GRIN 렌즈의 예시 중 하나로 볼 수 있다)나 볼 렌즈(구형의 형태로 제작된 렌즈)와 같은 특수 렌즈를 적용해 카테터의 성능을 높이고자 한 연구가 진행된 바 있다. 다만 이미지가 흐려지는 색수차3) 문제를 해결하기 위해선 여러 개의 렌즈를 겹쳐야 했을뿐더러, 카테터의 부피 또한 작지 않았다.
연구팀은 색수차(광학계가 파장에 따라 다른 굴절률 혹은 상의 위치 가질 때 생기는 수차. 색수차가 존재할 경우 넓은 파장영역에서 이미징을 하게 되면, 이미지가 뿌옇게 번지는 것처럼 왜곡이 일어난다) 보정이 가능한 메타렌즈를 이용해 부피와 색수차 문제를 한 번에 해결하고자 했다.
머리카락 1000분의 1 두께의 나노구조체가 주기적으로 배열된 메타표면은 입사되는 빛을 자유자재로 조절할 수 있다는 게 특징이다. 이 나노구조체를 잘 배열하면 빛을 한 곳에 모으는 초박막 메타렌즈를 만들 수 있다. 특히, 연구팀은 무색수차 메타렌즈를 광섬유와 결합, 이미지를 선명히 볼 수 있으면서도 부피를 대폭 줄이는 데 성공했다.
노준석 교수는 “이 메타 광섬유는 근적외선 뿐만 아니라 대부분의 파장 영역에 적용될 수 있다는 게 특징”이라며 “이 연구성과는 의료용 삽관용 카테터, 고해상도 이미지 센서, CCTV, 군용 탐지기, 휴대폰 카메라 렌즈 등에 활용될 수 있다”고 말했다.
이율동 기자
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