포스텍(POSTECH)은 노준석 기계공학과·화학공학과·전기전자공학과 교수, 기계공학과 통합과정 김재경 씨 연구팀이 유체 주입형 메타렌즈를 이용해 광 신호를 효율적으로 조절하고, 데이터를 선택적으로 전송할 수 있는 혁신적인 광 무선 통신 플랫폼을 개발했다고 19일 밝혔다.
'재구성 가능한 지능형 표면'은 외부의 자극에 따라 형태와 기능을 자유롭게 변화시키는 표면을 의미한다. 이 기술은 주로 라디오 주파수(RF)를 효과적으로 제어하는 데 많이 활용되고 있다. 하지만 광학 분야에서는 초점 거리와 빛의 굴절을 실시간으로 조정하기 어렵다는 한계가 있었다.
이런 한계를 극복하기 위해 연구팀은 실리콘 기반 메타렌즈에 다양한 굴절률을 가진 유체(액체·기체)를 주입한 '재구성 가능한 지능형 표면' 기술을 개발했다. 이 기술은 1550㎚(나노미터) 파장의 근적외선 영역에서 유체의 굴절률과 입사광의 편광을 활용해 초점 거리를 자유롭게 조정할 수 있어 기존에는 어려웠던 광 신호의 정밀 조절과 자기 조정 위치 설정이 가능하다.
연구팀은 공기, 투명 플라스틱(PMMA), 포토레지스트(AZ-GXR) 등 다양한 유체를 사용해 각 굴절률에 따른 초점 거리 변화를 실험을 통해 확인했다. 또 6단계의 초점 거리 변화를 검증하고, 0.4-0.5㎜(밀리미터) 정도로 정밀한 초점 조정에도 성공했다. 특히, 연구팀이 개발한 기술은 카메라 센서 등에 사용되는 반도체 기술인 상보형 금속 산화막 반도체(CMOS) 기술과도 호환되기 때문에 광 신호 처리, 무선 통신 시스템에 효과적으로 적용될 수 있다.
노준석 교수는 “광 영역에서 재구성 가능한 지능형 표면을 구현해 광 신호 조절과 선택적 데이터 전송에 성공한 것은 큰 의미가 있다”며 “이 기술은 적외선 이미징과 다중 채널 광 무선 통신 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
포스코홀딩스 N.EX.T 임팩트 과제, 포스텍-삼성전자 반도체 인력 양성 사업, 과학기술정보통신부/한국연구재단/정보통신기획평가원 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 과학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 게재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
