카이스트 개선된 '빛 측정' 도구 개발 성공... 정확도 '100배'↑

[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 카이스트가 빛 측정을 위한 새로운 센서를 개발하는 데 성공했다. 이는 기존 기술보다 활용도가 높은 만큼, 다양한 분야에서 쓰일 것으로 기대되고 있다. 

카이스트는 바이오및뇌공학과 장무석 교수 연구팀이 복잡한 물체의 단일 측정 위상 이미징 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

빛 이미징 기술은 생물학적 세포, 박막, 미세구조와 같은 투명하거나 반투명한 구조와 재료를 시각화하고 분석하는 것이다. 다만 진동 주파수가 높은 빛 위상은 일반적인 전자 장치로 측정할 수 없다. 이에 이미징 기술은 간접적인 방식으로 이뤄졌는데, 이는 주변 환경에 큰 영향을 받고 실제 현장에서 쓰이기 어렵다는 단점을 가지고 있었다. 

또한 여기에 활용되는 ‘샥-하트만 파면 센서’(Shack-Hartmann wavefront sensor)는 공간 해상도가 낮아 복잡한 물체 위상 이미징에 쓰일 수 없었다. 

장 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 나노 공정 기술로 제작된 메타표면을 활용했다. 메타표면은 매우 미세한 규모에서 전자기파의 전파 경로, 위상, 편광, 진폭 등을 제어할 수 있다. 이를 통해 기존의 파면 센서보다 약 100배 높은 공간해상도를 가지는 ‘메타’ 샥-하트만 파면 센서를 개발하는 데 성공했다. 

이는 기존의 센서보다 작고 간단한 구조로 제작됐기 때문에 다양한 환경에서 안정적으로 작동한다. 더불어 시야각도 약 10배 이상 넓어져 3차원 위치 추적도 가능하다. 

카이스트 측은 “해당 기술은 의료 분야에서 초기 질병 진단, 정밀 내시경 검사등에 활용될 수 있으며 산업 분야에서는 반도체 계측 및 검사, 제조 공정의 결함 검출 및 품질 관리에 중요한 역할을 할 수 있다”고 밝혔다. 또한 “사물 인식이 중요한 자율 주행 등에서의 활용이 기대된다”고 덧붙였다. 

고기현 카이스트 박사는 "메타 샥-하트만 파면 센서는 기존 기술의 한계를 극복하고 위상 이미징 기술의 새로운 기준을 세웠다”며 “이번 연구에서는 메타 샥-하트만 파면 센서의 개념 검증에 집중했다면 향후에는 메타표면의 우수한 빛 조작 능력을 활용해 초소형 및 다기능 메타 파면 센서를 개발하는 데 주력할 것”이라 밝혔다.