KRISS(한국표준과학연구원, 원장 김명수) 산업측정표준본부 우주광학센터(센터장 이윤우) 이혁교 박사팀이 컴퓨터재생 홀로그램렌즈를 제작하기 위한 초정밀 레이저 노광장치 개발에 성공했다. 레이저를 감광물질이 입혀진 유리기판에 쪼여 곡선을 그려주는 새로운 노광기는 가공 직경이 360 ㎜이며 선의 굵기가 선진국보다 3분의 2수준으로 가늘어진 세계 최고 수준이다.

컴퓨터재생 홀로그램렌즈는 평판 유리위에 곡선 무늬를 새기기 때문에 기존의 볼록이나 오목렌즈에 비해 부피가 작고 가벼워 차세대 광학부품으로 각광받고 있다. 또한 수 나노미터 이내의 오차로 원하는 빛의 면(파면, wavefront)을 자유롭게 만들어 낼 수 있으므로 초정밀 비구면 거울의 형상측정용 기준렌즈로 사용된다. 현재 직경 150 ㎜ 이상의 홀로그램 기준렌즈 제작기술은 미국과 러시아만 보유하고 있다.

구면거울의 형상은 기존의 레이저 간섭계로 정확하게 측정할 수 있다. 하지만 비구면 거울은 간섭계에서 나오는 구면파와 비구면 거울 사이에 면의 불일치 현상이 발생해 측정이 불가능하다. 이번에 개발한 컴퓨터재생 홀로그램 기준렌즈는 구면파를 비구면 거울 형상에 딱 맞는 비구면파로 바꿔줌으로써 기존의 간섭계를 활용해도 비구면 거울을 정확하게 측정할 수 있게 해준다. 비구면 거울의 면은 평면이나 구면이 아니라 구부러진 정도가 일정하지 않은 형태이며, 이 거울로 빛을 한 점에 잘 맺히게 해 고화질의 영상을 만들어 내는 것이 관건이다. [그림 1 참조]

이혁교 박사는 빛의 간섭현상을 이용한 새로운 방법으로 노광 렌즈의 회절한계를 극복했다. 488 ㎚(나노미터) 파장의 레이저를 사용해 480 ㎚ 굵기의 곡선을 구현한 것은 세계 최초이다. 기존의 레이저 노광장치는 노광 렌즈의 회절한계 때문에 700 ㎚ 이하 굵기의 곡선을 만들 수 없었다.

또한 기존에 미국과 러시아만 제작 가능한 직경 300 ㎜급 컴퓨터재생 홀로그램렌즈 제작에도 성공함으로써 직경 300 ㎜의 볼록 비구면 거울의 국내 제작을 가능케 하였다. 

관련성과는 그 우수성을 인정받아 광학 분야의 세계적 저널인 옵틱스 익스프레스(Optics Express) 1월호 등에 게재되었다.

이윤우 센터장은 “이번 기술 개발을 통해 관련 분야에 대한 수입대체 효과도 기대할 수 있다.”며 “앞으로 우주/항공 분야의 대형 비구면 광학거울 제작뿐만 아니라 대형 디스플레이, 차세대 반도체 노광 장치, 카메라 렌즈 등 다양한 광산업분야에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

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