현미경에 생기는 난시 문제 풀었다

IBS 프랑소와 암블라흐 연구위원
현미경 수차로 인한 초점 줄여 해상도 개선

프랑소와 암블라흐 연구위원

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 첨담연성물질 연구단 프랑소와 암블라흐(자연과학부·생명공학부 교수) 연구위원은 광학분야에 정보 개념을 최초로 도입해 현미경에 생기는 난시 문제를 해결했다.

기하적 정보의 손실이 초점을 파원 쪽으로 이동시키는 효과가 있음을 이론적으로 규명했고, 이를 이용해 실제 현미경의 수차로 인한 초점 차이를 줄여 해상도를 개선하는 방법을 제시했다. 이번 연구는 전자기피와 빛, 소리의 파동을 이용하는 모든 분야에 광범위하게 사용될 것으로 기대된다.

연구진은 정보를 잃을 때 초점이 어디로 이동하는지를 확인하기 위한 실험을 진행했다. 조리개 지름을 줄이다 보면 점에 가까워지는데, 여기서 나온 빛은 손전등처럼 부채꼴로 펴지게 된다. 정보량이 극히 적을 때 초점을 잃는 것이다.

연구진은 조리개가 닫히는 과정(정보가 손실되는 과정)에서도 점차 초점이 이동한다고 보았다. 그 뒤 조리개가 닫히는 중간 과정을 계산한 결과, 정보를 잃을수록 초점이 렌즈 쪽으로 이동함을 증명했다.

이러한 정보 손실에 따른 초점 이동은 난시와 같은 효과를 낳는데, 연구진은 난시의 초점이동을 역이용해 해상도를 향상하는 방법도 제시했다.

렌즈 곡률을 일부러 다르게 만들어 초점을 뒤로 이동시키면, 정보 손실 때문에 초점이 앞으로 이동하는 현상을 상쇄시킬 수 있다는 것이다.

이 개념은 최첨단 의료장비인 펨토초 현미경에 적용했다. 시간 초점과 공간 초점의 차이를 줄여 현미경의 해상도를 높이고, 난시를 줄일 수 있음을 실험적으로 증명했다.

프랑소와 암블라흐 연구위원은 “이번 연구는 극도로 정밀한 장비의 초점을 개선해 해상도를 향상하기 위한 근본적인 방법을 제시했다. 정보 손실로 인한 초점 이동 효과는 일상에서는 미미하지만, 현미경이나 초음파 등 정밀성이 요구되는 분야에서 크게 나타난다. 이 성과는 위성 및 우주선과의 장거리 통신을 비롯해 파동을 이용하는 모든 기술의 설계를 바꿀 것”이라고 말했다.
이해미 기자 ham7239@