페삭 벤슨 기자 • 2025년 9월 9일
예루살렘, 2025년 9월 9일 (TPS-IL) — 이스라엘 과학자들이 칩 위에서 직접 유리 시트를 미세한 3차원 구조로 접는 획기적인 방법을 개발했다고 화요일 텔아비브 대학교가 발표했습니다. 이 공정은 “광학적 오리가미”라고 불리며, 데이터 처리, 감지 및 실험 물리학 장치의 새로운 세대를 열 수 있는 이 기술은 이전에 달성 불가능하다고 여겨졌던 규모에서 유리로 초박형, 고성능 광학 부품을 성형할 수 있게 합니다.
텔아비브 대학교 플라이슈만 공과대학 전기공학과에서 연구를 이끈 탈 카르몬 교수는 “기존의 3D 프린터는 광학적으로 균일하지 않아 고성능 광학에 사용할 수 없는 거친 3D 구조를 생산합니다. 솔방울 비늘이 씨앗을 방출하기 위해 바깥쪽으로 구부러지는 방식을 모방하여, 우리의 레이저 유도 기술은 초박형 유리 시트의 정밀한 굽힘을 유발하며 다양한 응용 분야를 위한 매우 투명하고 초박형 3D 미세 광학 장치를 만드는 데 사용될 수 있습니다.”라고 말했습니다.
연구에 따르면, 팀의 레이저 유도 접힘 공정은 최대 3밀리미터 길이와 0.5마이크론 두께의 유리 구조를 생산했습니다. 이는 인간 머리카락 두께의 약 200배입니다. 연구원들은 유리를 나선형뿐만 아니라 오목 및 볼록 거울로 성공적으로 성형했으며, 1나노미터 미만의 변동으로 표면이 너무 매끄러워 빛이 왜곡 없이 반사되었습니다. 이 결과는 동료 검토 저널인 Optica에 게재되었습니다.
카르몬은 “대형 3D 프린터가 거의 모든 가정용품을 제작할 수 있는 것처럼, 광학적 오리가미는 다양한 초소형 광학 장치를 가능하게 할 수 있습니다. 예를 들어, 대부분의 스마트폰에 사용되는 5개의 개별 카메라를 대체할 수 있는 마이크로 줌 렌즈를 생성하거나, 전력 대신 빛을 사용하는 미세 광학 부품을 제작하여 컴퓨터에서 기존 전자 제품에 대한 더 빠르고 효율적인 대안으로의 전환을 주도하는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 말했습니다.
이 발견은 우연히 이루어졌습니다. 카르몬은 대학원생 만야 말호트라에게 재료가 빛날 때까지 출력을 높여 보이지 않는 레이저가 유리 조각에 닿는 지점을 식별하도록 요청했습니다. 빛나는 대신 유리가 접혔습니다.
카르몬은 “단순하지만 예상치 못한 순간이었습니다.”라고 회상했습니다. 말호트라는 이제 그룹에서 광학적 오리가미라고 명명한 분야의 선구적인 전문가가 되었습니다.
접힘의 물리학은 놀랍도록 우아합니다. 유리 시트의 한쪽 면이 레이저로 가열되면 잠시 액화됩니다. 그러면 표면 장력이 중력보다 강해져 부드러워진 유리를 레이저가 초점을 맞춘 지점에서 정확하게 접힙니다.
이 기술을 실제 환경에 적용하기 위해 실험실 엔지니어인 로넨 벤 다니엘은 실리콘 칩 위에 실리카 유리 얇은 층을 만들었고, 이는 유리를 자유롭게 하기 위해 식각되었지만 작은 지지대는 남겨두었습니다. 이산화탄소 레이저 펄스를 사용하여 팀은 유리 시트가 1밀리초 미만으로 접힐 수 있으며, 초당 2미터의 속도로 가속도 2,000미터/초² 이상으로 움직일 수 있음을 입증했습니다. 카르몬은 “현미경으로 접히는 실리카를 보는 것은 흥미로웠습니다. 3D 미세 광학 구조에 대한 제어 수준은 특히 원하는 접힘에 초점을 맞춘 단일 레이저 빔만 포함하는 간단한 설정으로 달성되었다는 점을 고려할 때 즐거운 놀라움이었습니다.”라고 말했습니다.
연구원들은 최대 10마이크론 두께의 시트를 직각에서 나선형에 이르기까지 0.1마이크로라디안의 정밀도로 구부렸습니다. 그들의 가장 인상적인 시연 중 하나는 바닥에 오목 거울이 내장된 가볍고 접을 수 있는 유리 테이블이었습니다. 호주 국립 대학교의 P.K. Lam의 이론적 제안에서 영감을 받은 이 장치는 원칙적으로 광학적으로 들어 올려져 매우 작은 규모에서 뉴턴 중력으로부터의 가능한 편차를 탐색할 수 있습니다. 이러한 실험은 암흑 물질과 같은 우주 퍼즐에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.
잠재적인 응용 분야는 광범위합니다. 광학적 오리가미는 현재 대부분의 휴대폰에 있는 여러 개의 고정 초점 렌즈를 대체할 수 있는 마이크로 줌 렌즈를 만들 수 있습니다. 넓은, 표준, 망원 촬영을 위해 5개의 별도 카메라를 사용하는 대신, 단일 접힌 유리 구조가 이 모든 기능을 수행할 수 있습니다.
작고 고성능인 광학 장치는 의료 진단, 환경 모니터링 및 산업 감지에 대한 칩에 통합될 수 있으며, 여기서 크기와 정밀도가 중요합니다. 광학적 오리가미로 만들어진 초박형 마이크로 거울 및 도파관은 광섬유 네트워크를 개선하여 칩에서 더 작고 효율적인 데이터 라우팅을 가능하게 할 수 있습니다.
광학 컴퓨팅 분야에서 초박형 유리를 정밀한 3D 구성 요소로 접는 것은 실리콘 기반 전자 제품에 비해 더 빠르고 효율적인 데이터 처리를 지원하는 빛을 사용하는 미세 광학 회로를 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다.
접을 수 있는 광학 장치는 크기, 무게 및 내구성이 중요한 위성, 드론 또는 기타 시스템에도 통합될 수 있습니다.
카르몬은 “고성능 3D 미세 광학은 이전에 시연된 적이 없었습니다. 이 새로운 기술은 실리카 광학, 즉 빛을 안내하고 제어하기 위해 유리를 사용하는 것을 3차원으로 가져와 고성능 통합 광학 장치에 대한 완전히 새로운 가능성을 열어줍니다.”라고 말했습니다.
