‘현미경의 난시’ 고쳤다… “모든 광학·전파 장비 설계 바뀔 것”

2018.06.27 17:44
사진 = pixabay 제공
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과학자들이 가장 많이 사용하는 장비 중 하나가 현미경이다. 수백배가 넘는 배율로 조그마한 물질을 정밀하게 들여다봐야 하니 적잖은 오차가 발생했다. 그러나 복잡한 현미경 렌즈의 초점을 정확히 찾아내는 방법을 알아내긴 어려워 경험적으로만 현미경의 초점을 조절해 사용해 왔다.

 

기초과학연구원(IBS) 산하 첨단연성물질연구단 ‘프랑소와 암블라흐 연구위원(UNIST 교수)’팀은 현미경의 초점을 정확하게 맞춰낼 수 있는 과학적 원리를 처음으로 발견했다고 27일 밝혔다.


연구진은 광학 분야에 정보 개념을 도입했다. 현미경 영상을 수학적 원리로 분석, 정보의 손실이 초점을 이동시키는 효과가 있음을 수식을 통해 규명했다. 연구진은 이를 이용해 실제 현미경의 초점 차이를 줄여 해상도를 개선하는 방법을 제시했다.

 

기초과학연구원 연구진은 현미경의 초점을 교정하는 방법을 개발하고 펨토초 레이저 현미경의 해상도를 실제로 높이는데 성공했다. 이미지는 펨토초 현미경의 모식도. 기초과학연구원 제공.
기초과학연구원 연구진은 현미경의 초점을 교정하는 방법을 개발하고 펨토초 레이저 현미경의 해상도를 실제로 높이는데 성공했다. 이미지는 펨토초 현미경의 모식도. 기초과학연구원 제공.

완벽하게 둥근 렌즈는 정보의 손실이 없지만, 현미경의 렌즈나 안테나와 같은 대부분의 기구는 원의 일부인 호 모양의 파동을 내보내기 때문에 정보의 손실이 불가피하다. 렌즈 조리개로 빛의 양을 줄이거나, 안테나 크기를 줄이면 정보는 더 많이 손실된다. 연구진은 이 정보의 손실이 실제로도 물리 현상을 일으킬 것으로 생각해 연구를 기획했다.

 

이는 마치 사람 눈에 생기는 난시를 교정하는 과정과 비슷하다. 난시교정 렌즈를 만들 때 곡률을 일부러 다르게 만들어 초점을 정확히 맞추는 원리를 현미경에 적용한 것이다.
 

이번 연구는 전자기파와 빛, 소리 등 파동을 이용하는 모든 분야에 광범위하게 사용될 것으로 기대돼 광학현미경은 물론 전파현미경, 망원경, 레이더 등 다양한 분야에 응용이 가능할 전망이다. 실제로 연구진은 이 개념을 최첨단 의료장비인 펨토초 현미경 (레이저 광선을 이용한 초정밀 현미경)에 적용해 해상도를 높이는데 성공했다.

 

프랑소와 암블라흐 연구위원은 “극도로 정밀한 장비의 초점을 개선해 해상도를 향상시키는 근본적 방법을 제시한 것으로, 위성 및 우주선과의 장거리 통신을 비롯해 파동을 이용하는 모든 기술의 설계가 바뀔 수 있을 것”이라고 말했다.

 

이번 연구결과는 국제 학술지 미 국립과학원회보(PNAS)에 6월 13일 수요일자에 게재됐다.

 

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