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보도자료

모든 빛의 반사를 완전히 차단하는 무반사막 개발 성큼
작성자 김현수
등록일 2013.01.29
조회수 534
                                             모든 빛의 반사를 완전히 차단하는 무반사막 개발 성큼
                              - 네이처 자매지 사이언티픽리포트 발표,“광학기기 및 첨단기기 효율 향상 기대”-

□ 모든 파장대의 빛에 의한 반사를 차단하는 완전 무반사(anti-reflection) 현상에 대한 기본원리가 국내 연구진에 의해 밝혀짐에 따라 더 얇은 완전 무반사막*을 만들 수 있게 됐다. 태양전지, 발광다이오드와 같은 광학기기는 물론 스텔스*같은 군사용 첨단기기의 성능을 높이는데 기여할 것으로 보인다.  
      * 무반사막 : 빛이 굴절률이 서로 다른 두 매질 사이를 통과하면서 급격한 굴절률 변화로 인해 발생하는 반사를 제거하기 위해 두 매질 사이에서 완충역할을 하는 얇은 코팅 막 
      * 스텔스(stealth) : 물체로부터 반사되는 빛을 차단하여 레이더와 적외선 탐지기 등에 물체가 감지되지 않도록 하는 군사적 은폐기술

 ○ 고려대학교 박규환 교수가 주도하고 김경호 박사과정생(제1저자)이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구) 및 나노·소재기술개발사업(국가그린나노기술개발사업)의 지원으로 수행되었고, 네이처가 발행하는 학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 최신호(1월 14일자)에 게재되었다.
     (논문명 : Perfect anti-reflection from first principles)  

□ 빛이 서로 다른 두 매질을 지나면서 나타나는 굴절률 변화에 의해 반사가 발생하는 데 무반사막은 두 매질 사이에 완충재로 자리하여 굴절률을 서서히 증가시키는 방식으로 이를 차단한다. 

 ○ 기존 작은 돌기가 촘촘히 돋아난 나방눈(moth-eye)을 모방하여 만든 다중층 무반사막*의 경우 모든 파장의 빛을 차단하지 못하고 무반사막이 일정 이하로 얇아지면 반사를 차단하지 못해 무반사막이 두꺼워지는 단점이 있었다.  
       * 다중층 무반사막 : 서로 다른 굴절률을 갖는 얇은 막을 여러겹 적층하여 굴절률을 연속적으로 서서히 증가시켜 반사를 차단하는 무반사막 
 
 ○ 이를 개선하기 위해 많은 연구가 있었으나 무반사 원리에 대한 근본적인 이론이 정립되지 않은 상태에서 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 반사차단 효과가 있는 굴절률 변화 스펙트럼을 찾아나가는 방식이었다. 

□ 연구팀은 굴절률이 다른 두 물질 속을 진행하는 빛의 전파원리를 규명하는 이론을 완성하고 이를 이용하여 모든 파장의 빛에 대해 반사를 차단할 수 있는 굴절률 변화 스펙트럼 조건을 찾아냈다. 
 
 ○ 연구팀은 무반사막 내에서의 빛의 진행을 맥스웰 방정식으로 기술하고 이를 토대로 모든 파장의 빛에 대한 완벽한 임피던스 정합*을 이루는 최적의 굴절률 변화 스펙트럼을 얻어냈다. 이 스펙트럼에 맞게 굴절률이 서로 다른 얇은 막을 층층이 쌓아 올림으로써 최적의 다중층 무반사막을 제작할 수 있게 된 것이다. 나아가 전자기파 시뮬레이션(FDTD 프로그램)과 마이크로파 실험을 통해 이를 검증해냈다. 
       * 임피던스 정합 : 굴절률이 서로 다른 두 매질 사이의 임피던스(전기장 크기와 자기장 크기의 비율, 매질의 종류에 따라 다름) 차이에 의해 발생하는 반사를 제거하기 위하여 무반사막을 코팅하여 두 매질 사이의 임피던스 격차를 해소한 상태

 ○ 또한 연구팀은 무반사막의 두께 한계도 극복했다. 기존 무반사막 기술로는 1/4 파장 이하로 얇게 만들 수 없었으나 연구팀은 자체제작한 메타물질*을 활용하여 1/25 파장의 두께로 6배 가량 얇게 만들어 냈다. 
       * 메타물질 : 매우 작은 크기의 금속이나 유전체가 주기적으로 배열된 물질로 자연계에 존재하지 않는 전자기학적 및 광학적 물성을 인위적으로 지니도록 만들어낸 차세대 물질로 정보통신기기, 전자제품 등의 초소형화, 고성능화 등에 활용될 수 있음

□ 박 교수는 “이번에 개발한 비균질 반사 방지막은 태양전지, 발광다이오드와 같은 광학기기와 스텔스와 같은 군사용 은폐기술 등에 다양하게 적용할 수 있다”며 “향후 광학기기 성능 향상 및 국방기술 개발에도 크게 기여할 것으로 기대한다“고 연구의의를 밝혔다.

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