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숭실대 전자정보공학부 공동 연구팀, 단층 메타표면 기반 밀리미터 대역 전자기 집속 렌즈 개발

  • 입력 2021-08-02 11:21:14
  • 차혜린 기자
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사진=(왼쪽부터)이원우 박사 과정 학생, 이호진 교수, 박창근 교수, 홍순기 교수


숭실대학교는 IT대학 전자정보공학부 이호진 교수와 이원우 박사 과정 학생(제1저자), 박창근 교수 연구팀, 홍순기 교수 연구팀이 공동으로 작성한 논문 ‘입사각으로부터 자유로운 단층 메타표면 기반의 밀리미터 대역 전자기 집속 렌즈’가 세계적인 학술지인 ‘Nature’의 자매지 ‘Scientific Reports’ 최신호에 게재됐다고 2일 밝혔다.

공동 연구팀이 개발한 메타렌즈는 1mm 미만의 두께를 가지는 단층 형태의 메타표면을 이용해 밀리미터 파 전자기 집속이 가능하다. 특히, 수직 입사 뿐만 아니라 다양한 입사각을 가지는 입사파에 대해서도 우수한 전자기 집속 능력을 가진다는 것을 실험적으로 증명했다.

메타표면은 2차원 형태의 메타물질로써, 전자기파의 위상, 진폭, 및 편광 등을 제어할 수 있는 우수한 광학적 특성을 갖고 있어 새로운 광학 소자 설계 기술로 각광받고 있는 연구 분야이다. 하지만 현재 메타표면을 이용한 렌즈 설계 기술 연구는 대부분 가시광선 대역에서의 연구 결과들이 많기 때문에 밀리미터 대역에서 주로 사용하는 안테나 또는 통신 등의 기술에 응용하기에 한계가 있었다.

공동 연구팀은 35GHz ~ 40GHz 범위의 광대역 동작에도 전자기 집속 능력을 유지하는 우수한 광학적 특성을 실험적으로 구현했으며 중심 동작 주파수인 38GHz 대역에서는 편광 방향에 독립적인 전자기 집속 능력을 구현함으로써 밀리미터 대역에서 동작하는 새로운 메타표면 렌즈 설계 기술을 보고했다. 제안된 메타표면 렌즈는 입사각으로부터 자유로운 특성을 가지도록 설계되어, 입사하는 전자기파의 입사각이 -30°~30° 정도로 기울어진 채로 입사하여도 전자기가 집속되는 초점의 위치가 거의 변하지 않으며 이러한 광학적 특성이 광대역 동작에서도 유지되는 흥미로운 연구 결과를 실험적으로 증명하였다.

이호진 교수는 “이번에 제안된 밀리미터 대역 메타표면 렌즈 설계 기술은 광대역 동작 특성과 광각의 전자기 집속 기술 구현이 가능하기 때문에 고이득 안테나, 위상 천이 기술 등 다양한 밀리미터파 제거 기술 전반에 광범위한 응용이 가능할 것으로 예상된다”고 밝혔다.
본 연구는 미국해군연구소와 한국연구재단의 지원으로 수행되었다.

차혜린 기자 chadori95@thekpm.com

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