초록 ▼

이용한 기존 광기술은 현대 거의 모든 연구와 산업 분야에 사용되고 있어 왔다. 하지만 기존 렌즈는 회절 한계(Abbe's diffraction limit), 즉 빛의 반파장 이하의 초점을 생성할 수 없는 물리적 한계로 인한 근본적인 제약이 있었다. 본 연구진이 보유한 핵심기술인 나노입자 기반 산란 수퍼렌즈를 이용하면 가시광선 대역을 포함한 전자기파 모든 대역의 파장을 가진 광원을 이용하여 근접장을 제어할 수 있다. 본 기술은 현재 물리적 한계에 이르러 새로운 돌파구가 필요한 초정밀 광리소그래피, 초고해상도 바이오 이미징, 나노 광학

이용한 기존 광기술은 현대 거의 모든 연구와 산업 분야에 사용되고 있어 왔다. 하지만 기존 렌즈는 회절 한계(Abbe's diffraction limit), 즉 빛의 반파장 이하의 초점을 생성할 수 없는 물리적 한계로 인한 근본적인 제약이 있었다. 본 연구진이 보유한 핵심기술인 나노입자 기반 산란 수퍼렌즈를 이용하면 가시광선 대역을 포함한 전자기파 모든 대역의 파장을 가진 광원을 이용하여 근접장을 제어할 수 있다. 본 기술은 현재 물리적 한계에 이르러 새로운 돌파구가 필요한 초정밀 광리소그래피, 초고해상도 바이오 이미징, 나노 광학 집게 등의 분야에 응용 가능하다. 연구팀은 근접장 제어 기술을 이용하여 초정밀 나노리소그래피 시스템 및 초고해상도 2차원 이미징 시스템을 개발하였다. 홀로그래피를 이용하여 나노입자로 이루어진 산란 수퍼렌즈의 투과행렬(Transmission matrix)을 측정하였으며, 빛의 시간적인 가역성(Time-reversal symmetry)을 이용하여 실시간 초고해상도 이미징에 성공하였다. 현재 기술 수준으로는 532 nm 파장의 광원을 이용하여 약 200 nm급 초고해상도 실시간 이미지를 얻을 수 있었으며, 관련 연구를 물리분야 학술지에 게재하였다(C. Park et al., "Full-Field Subwavelength Imaging Using a Scattering Superlens," Physical review letters 113.11 (2014): 113901). 본 연구팀이 개발한 근접장 기반 초고해상도 이미징 시스템은 빛의 시간가역성을 이용하여 기 발표된 근접장 제어 기술을 획기적으로 응용한 것으로, 초고해상도 광리소그래피를 구현함에 있어서 기반기술로서 사용 될 것이다. 본 연구팀은 GPU 기반 병렬 파면 최적화(parallel wavefront optimization)를 통해 산란매질의 투과행렬 측정에 성공하였다. 넓은 면적에서 근접장을 정밀하게 제어하기 위해서는 많은 수의 스캔 포인트가 필요하며 공정시간이 매우 느려진다. 또한 대면적 광식각의 빠른 공정을 위하여 높은 신호 대 잡음비가 요구되고 고속 데이터 전송이 요구된다. 본 연구팀은 이러한 문제들을 해결하기 위해 GPU 기반 병렬 파면최적화 (parallel wavefront optimization) 방식을 도입하여, 빠른 시간 안에 투과행렬을 구하였다. 얻어진 투과행렬로부터 실시간으로 원하는 복수의 광초점을 형성할 수 있었으며, 각각의 밝기 비(intensity ratio) 또한 조절 할 수 있음을 선보였다. 대면적 리소그래피를 위해서는 나노입자 기반 산란 수퍼렌즈의 편평도가 중요하다. 기존 나노입자의 무작위 적층 방법으로는 편평도 확보에 한계가 있으므로, 새로운 산란 렌즈 제작 기법을 통해 산란렌즈를 제작하였으며, 약 10 nm 의 roughness를 갖는 샘플을 완성할 수 있었다. 본 연구팀은 이를 이용하여 복수의 초고해상도 초점을 동시에 형성할 수 있음을 선보였다.

Abstract ▼

Conventional optical lenses are widely used in industry or the field of research. However, the resolution of optical imaging systems composed of the conventional lenses are limited by approximately a half wavelength due to the diffraction, which is a fundamental physical phenomenon. Previously, our

Conventional optical lenses are widely used in industry or the field of research. However, the resolution of optical imaging systems composed of the conventional lenses are limited by approximately a half wavelength due to the diffraction, which is a fundamental physical phenomenon. Previously, our research team has proposed a novel optical method exploiting multiple scattering in highly disordered media to generate focus beyond the diffraction limit, which is said to be scattering superlens. The proposed approach can be utilized for super-resolution bio-imaging, photo-lithography and optical tweezer. We have developed a 2-D superresolution imaging system using scattering superlens. The measurement of optical transmission matrix in near-field regime enables us to achieve superresolution image by using time-reversal symmetry of propagating light in disorderd media. We achieved the image with sub-wavelength resolution which is better than 200 nm, where the light source having a wavelength of 532 nm was used. The related research is published in journal (C. Park et al., "Full-Field Subwavelength Imaging Using a Scattering Superlens," Physical review letters 113.11 (2014): 113901). We expect that the proposed method can be directly used for demonstrating super-resolution photolithography. We have proposed a GPU-based parallel optimization method to measure large optical transmission matrix of scattering medium. Although the scattering superlens is a promising method to control the optical near-field, there are also a number of practical limitations. In order to precisely control the optical field over a large area using scattering lens, the high speed of raster scanning process and high signal to noise ratio are required. We have solved those problem by implementing a GPU-based parallel optimization method to measure optical transmission matrix. The optical transmission matrix was acquired within a relatively short time. We also demonstrated that the measured optical transmission matrix can be directly used to generate arbitrary wavefront. To demonstrate super-resolution photolithography for a large area, it is necessary to minimize the surface roughness of scattering superlens. By using a new method to manufacture a scattering superlens, we achieved the flat scattering layer having a roughness of about 10 nm. We also demonstrated that the multiple foci can be generated using the flat scattering superlens.