IBS, 광학분야 정보개념 도입해 현미경 난시문제 해결

국내 연구진이 초점 정보 부족으로 생기는 '현미경 난시' 문제를 해결했다.

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 프랑소와 암블라흐 첨단연성물질 연구단 연구위원(UNIST 자연과학부·생명공학부 교수)팀이 광학 분야에 정보개념을 처음으로 도입해 현미경에 발생하는 난시 문제를 해결했다고 27일 밝혔다.

초점 변화와 정보손실의 관계를 설명한 이미지
<초점 변화와 정보손실의 관계를 설명한 이미지>

현미경 난시는 초점을 작은 영역에 모으지 못해 영상 해상도가 떨어지는 현상이다. 연구팀은 이를 정보의 개념으로 인식·설명했다. 초점을 모으기 위해서는 '빛의 파동'이 가진 정보를 잘 수집하는 것이 중요하다. 원을 그리며 퍼지는 파동이 시작점에 대한 정보를 모두 담고 있다. 그러나 현미경 렌즈는 한 방향에서 원의 일부인 호 모양을 그리는 파동을 내보낸다. 불완전한 기하 정보를 얻어 초점을 잃을 수 밖에 없다. 또 렌즈 조리개로 빛의 양을 줄이면 더 많은 정보를 잃게 된다.

연구팀은 실험으로 이를 입증했다. 조리개 지름을 줄이는 방법으로 빛이 부채꼴로 퍼지게 하고 조리개를 닫는 실험을 거쳤다. 이 결과 정보를 잃을수록 초점도 이동하는 것을 증명했다.

초점 이동을 상쇄시켜 현미경 난시를 해결하는 방법도 제시했다. 렌즈 곡률 변화로 초점을 이동시켜, 정보손실에 따른 초점 이동을 상쇄하는 원리다.

프랑소와 암블라흐 IBS 연구위원(UNIST 교수)
<프랑소와 암블라흐 IBS 연구위원(UNIST 교수)>

연구팀은 이어 이 개념을 현미경에 쓰이는 '펨토초 현미경'에 적용해 실제 영상 해상도를 높이는 것에도 성공했다. 펨토초 레이저는 파장별 빛이 모이는 '시간초점'과 렌즈 통과 파동이 집중되는 '공간초점'을 이용하는데, 이를 조절해 해상도를 높였다.

프랑소와 암블라흐 연구위원은 “극도로 정밀한 장비의 초점을 개선해 해상도를 향상시키는 근본 방법을 제시했다”며 “위성이나 우주선 간 장거리 통신을 비롯해 파동을 이용하는 모든 기술 설계를 바꾸게 될 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com