“초박막 렌즈, 고해상도 홀로그램, 투명 망토 같은 과거에 없던 새로운 미래 광학기기를 구현하려면 산업계·학계 모두가 장기적 안목을 갖고 생산기술 혁신에 나서야 합니다.”
한국광학회가 우수 연구자에게 수여하는 ‘2021년 해림(海林) 광자공학상’을 수상한 노준석(사진) 포항공대(포스텍) 기계공학과·화학공학과 교수는 22일 서울경제와의 인터뷰에서 “미래 광학기기를 만드는 데 필요한 광학 메타물질 제조 장비 분야에서 아직 부족한 점이 많다”며 “산학이 함께 기술 개발에 나서야 하는 이유”라고 말했다.
해림 광자공학상은 세계적 광섬유 분야 석학이자 광주과학기술원(GIST) 1호 교수인 고(故) 백운출 교수를 기려 제정된 상이다. 노 교수는 “광학 분야의 권위 있는 상을 받아 영광”이라며 “메타물질 개발에 전념할 것”이라고 소감을 밝혔다.
광학 메타물질은 기존 물질이 제공하지 못하는 초고굴절·음굴절 등 다양한 광 특성을 자유자재로 제어할 수 있는 나노 구조 소자다. 가령 스마트폰에는 복합 렌즈를 사용하는데 여러 개 굴절 렌즈로 이뤄진 탓에 두껍다는 문제를 갖고 있다. 노 교수와 연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 실리콘 나노 복합재와 프린팅 기술로 머리카락 두께의 100분의 1 수준인 1마이크로 두께의 초박막 메타 렌즈 등 광학 소자들을 개발했다.
노 교수는 “눈에 보이는 모든 빛을 제어할 있다는 광학 소자는 이론적으로는 밝혀졌지만 이를 값싸게 제작하는 데는 한계가 있다”며 “부피·두께를 획기적으로 줄이면서 제조 단가를 낮출 수 있도록 상용화에 근접하는 기술이 연구의 지향점”이라고 설명했다.
노 교수 연구팀은 이달 초에도 기존 ‘플라스마 화학 기상 증착 방식(PECVD)’을 개량해 증강·가상현실(AR·VR), 홀로그램 기술에 적용하는 광소자인 비정질 실리콘 기술 개발에 성공했다고 발표했다. 이 기술이 상용화되면 AR·VR을 위해 머리에 쓰는 헤드마운트디스플레이(HMD)도 종잇장처럼 얇은 안경 렌즈로 대체할 수 있게 된다.
그는 “위치 측정 센서인 라이다나 DSLR 카메라 등의 부품들을 1만 분의 1 수준으로 줄이는 새로운 광학 기술의 시대가 먼 이야기는 아니다”라며 “2019년 세계경제포럼(WEF)에서도 메타 렌즈 기술을 미래 유망 10대 기술 중 하나로 꼽을 정도로 세계 과학·산업계가 관심을 기울이는 분야”라고 설명했다.
다만 반도체·디스플레이 분야의 ‘소부장(소재·부품·장비)’ 이슈가 광학 메타물질 분야에도 적용된다는 문제가 있다. 나노미터 수준의 공정 기술을 구현할 장비 분야는 여전히 일본·네덜란드 등이 시장에서 독주하고 있다는 것이다. 노 교수는 “광학 소자를 만들어도 현재 수율은 극히 낮다”며 “이를 개선할 생산 기술 혁신이 필수적이며 국내 기업들이 관심을 기울여야 할 부분”이라고 강조했다.
미국 UC버클리에서 박사 학위를 받고 2014년 포스텍에 부임한 노 교수는 2017년 국제 학술 단체인 국제광자공학회(SPIE)에서 수여하는 신진과학자상을 받았으며 지난해 유럽 마이크로 나노 엔지니어링과 저널 마이크로일렉트로닉 엔지니어링(MEE/MNE)이 주는 ‘올해의 젊은 과학자상’을 수상했다.
그는 “나노 광학 분야에서 성과를 내려면 개발 역량이 충분한 우리 과학계가 일희일비하지 않고 연구 개발에 매진할 수 있도록 지속적인 지원이 필요하다”며 “앞으로 나노 가공 기술 연구 성과를 계속 내놓을 것”이라고 덧붙였다.
/박현욱 기자 hwpark@sedaily.com
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