손톱보다 작은 고해상도 분광기 개발…스마트폰 등 적용 기대

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 장무석 교수 연구팀이 손톱보다 작은 초소형 고해상도 분광기 개발에 성공했다고 13일 밝혔다.

기존 고해상도 분광기는 수십㎝ 수준으로 규격이 크고 정확도를 유지하기 위한 복잡한 교정 과정이 필요하다.

빛의 파장을 빛의 진행 방향으로 분리하는 전통적인 분산 부품의 작동 원리가 적용돼 그 활용도가 실험실이나 산업 제조 현장 수준에 제한되고 있다.

연구팀은 이중층 무질서 메타표면을 구현해 1㎝ 미만 크기의 장치에서 1나노미터(nm) 수준의 고해상도로 가시광-적외선 범대역 빛을 정확하게 측정하는 신개념 기술을 개발했다.

이중층 메타표면은 두 겹의 무질서한 나노 구조층을 통해 빛을 복잡하게 퍼트려 파장별로 고유하고 예측 가능한 스페클 패턴을 만드는 광학 소자다.

이는 카메라로 측정된 무작위 패턴을 보고 그 빛의 정밀한 색 정보(파장)을 복원하는 방식으로, 기존 분광 패러다임을 벗어난 설계라고 연구팀은 설명했다.

논문 1저자 이동구 연구원은 "이번 기술은 상용 이미지 센서에 직접 통합된 방식으로 구현돼 앞으로는 모바일 기기에 내장된 형태로 일상에서도 빛의 파장 정보를 손쉽게 취득하고 이용할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

장 교수는 "RGB 3가지 색 성분으로만 구분해 인식하는 기존 삼색 기반 머신 비전 분야의 한계를 뛰어넘는 기술로 활용 분야도 다양하다"며 "파장과 공간 정보를 고해상도로 동시에 기록하는 초분광 영상이나, 여러 파장의 빛들을 정밀하게 원하는 형태로 제어하는 3D 광집속 기술, 아주 짧은 시간 동안 일어나는 현상을 포착하는 초고속 이미징 기술 등 다양한 첨단 광학 기술로 확장도 가능하다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr