포스텍 출신 美 RPI대 김종규 연구교수, 초굴절률 물질 사용한 광대역-무반사 코팅막 개발

포스텍 출신 토종박사가 세계 광학(光學) 발전을 한 걸음 앞당겼다.

포스텍은 본교 박사 출신인 미국 랜셀리어공대(Rensselaer Polytechnic Institute) 김종규(金鍾奎ㆍ36세) 연구교수가 광학 분야에서 가장 중요한 물성인 굴절률이 진공에 가까운 수준인 초저굴절률 물질의 코팅방법과 이 기술을 이용한 광대역-무반사 코팅막을 개발했다고 2일 밝혔다.

이 연구성과는 김 교수가 세계적 학술지인 네이처의 자매지, 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 3월호에 게재된 ‘프레넬 반사*의 광대역 제거에 적합한 저굴절률 광학 물질(Optical Thin-film Materials with Low Refractive Index for Broadband Elimination of Fresnel Reflection)'이란 논문을 통해 공개됐다.

또 이 학술지는 김 교수의 논문과 함께 이 연구 결과에 관한 인터뷰를 권두에 실었다.

물질의 굴절률은 물질 내에서 빛의 속도와 굴절, 반사, 회절을 결정하기 때문에 광학 및 포토닉스 구성요소의 성능을 결정하는 중요하고 기본적인 물성이다. 그러나 지금까지는 사용할 수 있는 저굴절률 고체 물질이 극히 제한적이어서 광학 및 포토닉스 구성요소(부품)의 성능을 획기적으로 향상시키는데 한계가 있었다.

김 교수는 △진공의 굴절률(1.0)에 가까운 초저굴절률 물질(1.05)을 경사각증착법으로 코팅하는 방법을 실현하였으며, 이를 응용하여 △태양광과 같은 넓은 파장대역의 빛에 특히 효과적인 광대역-무반사 코팅막을 개발했다. 이 코팅막을 사용하면 프레넬 반사를 기존 코팅막보다 50% 이상 줄일 수 있다.

경사각증착법은 서로 다른 경사각으로 코팅해 물질 간 공극률을 조정함으로써 굴절률을 원하는 대로 조절할 수 있으며, 코팅막의 두께를 정확하게 조절할 수 있어서 새로운 개념의 광학 다층박막에 응용이 기대된다.

김 교수는 "기존의 무반사 코팅이 좁은 파장영역과 각도에서만 작용했던데 반해 이 기술은 광대역 특성과 다각(omni-directional) 특성을 동시에 실현할 수 있어, 태양광과 같이 광대역 특성의 빛을 받아들여 에너지로 전환하는 태양전지에 사용될 경우 막대한 에너지 절감 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다"며 "다각으로 빛을 방출하는 반도체 발광다이오드(LED)에 사용할 경우 빛 추출 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다"고 밝혔다.

그는 또, "이 방법을 활용, LED의 빛 추출 효율을 향상시키면 백열등이나 형광등 조명을 LED 조명으로 대체할 수 있다"고 덧붙였다.

지난 2002년 석ㆍ박사 통합과정을 통해 포스텍 신소재공학과에서 박사학위(지도교수: 신소재공학과 이종람 교수)를 취득한 김종규 교수는 전자재료 분야를 전공했으며 지난 2003년 부터 미국 랜셀리어 공대에서 연구교수로 재직 중이다.

※ 프레넬 반사 : 서로 다른 굴절률을 갖는 2개의 균질 매질이 이루는 평평한 경계면에서 입사된 빛의 일부가 반사되는 현상.

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