“세상에 존재하지 않는 새로운 개발 향한 도전”

지난 2001년 개설된 단국대 포토닉스연구실(최재호 책임교수/이하 연구실)은 광학과 전자기학을 융합한 물리공학적 개념을 바탕으로 한 전자기파의 발생과 소자 개발 및 이용 연구를 수행하고 있다.

일반인들에게 생소한 포토닉스(photonics)란 일반적으로 빛에 관계된 사항을 다루는 과학기술로 광섬유를 통한 정보의 전송에서 광자를 이용하는 기술을 의미하며, IT 기술발전에 있어서 중요한 부분을 담당한다.
이에 단국대학교 포토닉스 연구실은 광소자 및 영상분야의 새로운 기술 개발과 인재 양성을 통해 IT강국 대한민국에 일조하고자 노력하고 있다. 세상에 존재하지 않는 새로운 것을 개발하기 위해 ‘To the First, For the Best’라는 모토로 새로운 개념의 광학소자와 영상장치 기술을 개발하고 있다. 특히 연구실은 2005년 엑스선광학소자인 엑스선 렌즈 및 도파로 개발 경험을 바탕으로 2008년부터 엑스선 위상차영상장치 기술을 개발했고 최근에는 이 기술을 새로운 분야인 우주관측 분야에 응용하는 국책사업을 진행하고 있다.

엑스선 광학소자 실용화 선도

▲ 단국대 포토닉스연구실 최재호 책임교수
최재호 책임교수는 “엑스선 CT를 포함한 기존 엑스선 영상은 엑스선이 시료를 통과할 때 시료에서 흡수되는 부분과 투과되는 부분의 엑스선 강도차로 표시되는 투과영상이다”라고 설명했다.
위상차 영상은 엑스선이 물질을 통과할 때 인접한 두 지점에서의 엑스선의 속도차이를 영상화하는 것으로 이 속도를 결정하는 물리량인 굴절률의 실수부가 흡수계수보다 약 1,000배 크기 때문에 이 위상차 영상 기술은 기존 투과영상 기술보다 1,000배 더 효율적이고 적은 양의 방사선으로 조사된다. 그러나 이러한 위상차 영상은 10여 년 전부터 연구 결과가 보고되어 왔으나 엑스선 광학소자의 개발이 어려워 실용화를 위해서는 위상차 영상장치 및 영상획득 기술의 개발이 요원한 실정이다.
이에 연구실은 유럽, 일본 등 관련기술 선진국과 차별화된 새로운 개념의 위상차영상 현미경을 개발해 주목을 받았다. 더욱이 공초점 현미경에서 얻는 것과 같은 절편 엑스선 3차원적인 영상 장치를 개발해 조직 재생 연구 및 암조직 생검의 수월성 향상을 위해 새로운 영상장비 개발 연구를 지속적으로 이어오고 있다.
또한 위상차영상 기술을 더욱 발전시켜 소행성 측정 등 우주관측이 가능한 기술로 발전될 것으로 기대되고 있다. 우주개척의 기반기술은 우주관측기술이지만 우리나라의 우주관측 기반환경은 현재 걸음마 단계로 선진국과의 기술 격차가 크고 진입장벽이 높아 연구자들의 도전이 어려운 분야인 것이 사실이다.
그러나 연구실은 과감하게 새로운 분야에 도전을 시작해 한국과학재단 거대과학연구개발사업의 우주기초 연구과제에 참여해 소행성을 포함한 천체의 위상차영상을 적용한 우주의 직접관측 연구를 시작했다.
우주관측의 전파망원경의 위상차영상은 해외에서 연구 중에 있지만 광학적 위상차영상은 많은 시도에도 불구하고 성공하지 못한 실정이다.
▲ 최재호 교수는 “실증실험을 통해 광학망원경 위상차영상도 가능하다는 확신을 가지고 세계 최초, 최고를 위한 도전을 시작했다”고 자신 있게 말했다.
이에 최 교수는 “실증실험을 통해 광학망원경 위상차영상도 가능하다는 확신을 가지고 세계 최초, 최고를 위한 도전을 시작했다”고 자신 있게 말했다.
한편 연구실은 물리학과 및 의학레이저 전공 소속 박사과정 1명과 석사과정 4명의 대학원생, 학사과정 5명으로 구성되어 있으며 ▲초전기 결정을 이용한 소형 전자빔 가속장치 개발 ▲초전기 결정을 이용한 엑스선 및 중성자 발생 ▲태양열을 이용한 고에너지 발생 ▲엑스선 간섭계 개발 및 이를 이용한 생체 영상화 실현을 연구하고 있다.
전자빔 집속장치, 엑스선 발생장치, 고에너지전자 발생장치, 엑스선 CCD, 엑스선PD, 전자빔 측정장치 등 다수의 전자빔 및 엑스선 발생장치를 보유하고 있으며, 고에너지빔 발생과 이를 이용한 엑스선 영상장치 연구용 첨단장치인 엑스선 반사경 및 엑스선 영상용 격자 제조용으로 RF-DC 스퍼터링 장치를 운용하고 있다.
연구실은 우수한 연구 장비와 연구 인력을 통해 비구면 엑스선 복합굴절렌즈의 제조방법 등 30여 건의 국내등록 특허와 2건의 국제특허를 출원하는 등 성과를 거뒀다.
최 교수는 “초전기 결정을 이용한 전자빔과 엑스선 발생장치 개발을 통해 획득한 학술적, 기술적 정보를 토대로 태양열을 이용한 고에너지 발생장치 및 응용기술을 개발할 수 있을 것으로 기대된다”라며 “신재생에너지 개발과 지구환경보전 영역의 연구에도 도전할 계획이다”라고 밝혔다.

‘미래 연구자 양성’도 중요 과제

▲ 연구실은 우수한 연구 장비와 연구 인력을 통해 비구면 엑스선 복합굴절렌즈의 제조방법 등 30여 건의 국내등록 특허와 2건의 국제특허를 출원하는 등 성과를 거뒀다.
연구실은 학부생들에게도 개방되어 있어 2학년부터 실험실 멤버로 참여할 수 있으며, 학생들은 연구 활동을 도우며 자신의 진로를 탐색하는 기회를 가질 수 있다. 학부생 교육에도 다양한 노력을 펼치고 있는 최 교수는 단국대학교에서 실시하는 사제동행 행사에 적극적으로 참여하고 있다.
단국대학교는 학부생들과 교수들의 유대관계를 강화하고 학업과 진로에 대한 적극적인 멘토링 기회를 제공하고자 사제동행 행사를 실시하고 있다. 교수 1명과 학생 10~20명이 자율적으로 팀을 구성해 각 팀별로 준비한 프로그램을 시행하고 강의실에서 벗어나 전공에 얽매이지 않고 함께 즐기며 소통하는 시간을 갖고 있다.
야구, 축구, 족구 등 스포츠 활동을 통해 함께 땀을 흘리며 열정을 불태우기도 하고 복지시설 방문, 봉사활동, 등산, 공연관람 등을 통해 공부로 지친 심신을 달래고 스트레스를 해소하기도 한다. 최 교수는 “학생들과 다양한 활동을 함께하며 대화를 통해 서로 이해를 도모하고, 삶의 방향에 대한 조언을 나누는 등 소중한 시간을 갖고 있다”며 “자연과학의 발전을 위해 미래 인재 발굴도 중요한 사안인 만큼 인근 고등학교와 연구-교육(R&E) 프로그램을 함께 하고 있다. 학생들이 연구실 활동에 참여해 연구자의 꿈을 키울 수 있도록 하고 있다”고 말했다.
광소자 및 영상분야뿐만 아니라 중성자 발생 장치 개발을 통해 대체 핵융합 기술과 이온 추진체 기초 연구에도 열을 올리고 있는 단국대학교 포토닉스연구실. 우수한 인재 양성을 통해 미래 경쟁력을 키우고 있는 연구실의 미래가 기대된다.  

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