광과학공학과

연구 분야

LiDAR(Light Detection and Ranging)

최근 고해상도 거리 측정과 3차원 공간 인식 기술에 대한 수요가 급증함에 따라, LiDAR(Light Detection and Ranging) 시스템은 자율주행, 로봇비전, 정밀 계측 등 다양한 분야에서 핵심 기술로 주목받고 있다.
기존의 LiDAR 시스템은 정밀한 거리 계산을 위해 복잡한 아날로그 회로와 고속 신호처리를 필요로 했으며, 이는 시스템의 소형화와 실시간 처리 측면에서 여러 제약을 안고 있다.
이에 따라 광과학공학과 연구실에서는 FPGA 기반 ToF(Time-of-Flight) LiDAR 시스템과 더불어, 광 신호의 시간 및 위상 정보를 활용하는 Indirect LiDAR 시스템에 대한 연구를 병행하고 있다.
자체 설계한 Verilog/VHDL 기반의 하드웨어 논리 회로와, 알고리즘을 통해 복잡한 환경에서도 안정적이고 정밀한 거리 정보를 추출하는 기술을 연구하고 있으며, 미래형 LiDAR 시스템의 실시간성, 소형화, 저전력화 요구를 목표로 연구하고 있다.

AI Lens Design

최근 인공지능(AI)과 기계 학습(Machine Learning) 기술의 발전은 다양한 산업 분야에서 혁신을 주도하고 있으며, 광학 설계 분야에서도 새로운 패러다임을 제시하고 있다.
현대 광학 시스템은 고성능, 소형화, 복합적인 조건 최적화 등 점점 더 복잡한 요구를 동반하고 있지만, 전통적인 설계 방식은 이를 반복적이고 비효율적인 수작업으로 해결해 왔다.
딥러닝 기반 설계 접근법은 이러한 한계를 극복할 수 있는 대안으로, 복잡한 변수 간 관계를 자동으로 학습하고 설계 과정을 효율화함으로써, 차세대 광학 시스템 개발의 핵심 기술로 주목받고 있다.
광과학공학과 연구실에서는 딥러닝 기반 렌즈 설계 프로그램을 자체적으로 개발하고 있으며, 다양한 광학 성능 지표를 반영한 최적화 알고리즘을 통해 차세대 광학 시스템 설계의 발전에 기여하고 있다.

Metalens

빛의 파장보다 작은 인공적인 나노 구조물을 평면 위에 배열하여, 빛을 자유자재로 제어하는 새로운 광학 기술을 다룬다. 이는 개별 나노 구조물들이 빛의 위상, 진폭, 편광 등을 독립적으로 제어하게 함으로써, 기존의 두껍고 무거운 굴절 렌즈의 기능을 단일 평면에서 구현하는 혁신적인 메타렌즈(Metalens) 기술이다.
본 연구 분야에서는 특히 메타렌즈의 핵심 난제인 색수차(chromatic aberration) 문제를 해결하는 데 연구 역량을 집중하고 있다. 학생들은 COMSOL Multiphysics와 같은 다중물리 시뮬레이션 툴을 직접 활용하여, 가시광선 전 영역에서 색 번짐 없는 이미지를 구현하기 위한 나노 구조를 설계하고 그 광학적 특성을 분석하는 능력을 기르게 된다.
이 과정을 통해 빛과 물질의 상호작용에 대한 기초 물리 지식을 시뮬레이션 기반의 설계에 적용하고, 그 결과를 해석하는 전 과정을 경험한다. 이를 통해 차세대 광학 기술을 선도할 창의적 연구 능력과 통합적 문제 해결 능력을 체득하게 될 것이다.

PSI(Phase Shifting Interferometer)

정밀 계측 기술의 발전에 따라 나노미터 수준의 표면 형상을 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 장비에 대한 수요가 증가하고 있다.
이러한 요구를 충족시키기 위해 Phase Shifting Interferometer(PSI)가 널리 활용되어 왔지만, 초기 PSI 시스템은 거울의 기계적 이동을 통해 위상차를 생성했기 때문에 진동에 민감하고 측정 속도가 느리다는 한계가 있다.
이러한 기술적 제약을 극복하기 위해 전자식 위상 이동 방식이 도입되었으며, PZT(압전 소자), 액정 위상 셔터, SLM(공간 광 변조기) 등 정밀 제어 기술이 적용되면서 PSI의 정확도와 효율성은 크게 향상되었다.
특히 최근에는 다중 간섭무늬를 고속으로 캡처하고, 정교한 알고리즘을 통해 실시간으로 위상 맵을 복원하는 방식이 개발되면서, PSI는 반도체 웨이퍼, 정밀 렌즈, 광학 부품 등 다양한 산업 분야에서 핵심 계측 도구로 자리잡고 있다.
광과학공학과 연구실에서는 PSI 시스템을 개발했으며, 다양한 표면에 대해 더 정확하고 안정적인 결과를 얻기 위한 연구를 하고 있다.

Multimodal Nonlinear Optical Imaging

펨토초 IR 레이저를 광원으로 사용하여, 여러 컴퍼넌트로 이루어진 복잡한 광학계를 구성한다.
이 시스템은 단일 레이저 스캔을 통해 구조 정보를 담은 이차/삼차 조화파 발생(SHG/THG) 신호와 형광 정보를 담은 이광자 여기 형광(TPEF) 신호를 동시에 획득하는 멀티모달 비선형 광학 현미경이다.
LabVIEW 기반의 프로그램을 직접 작성하여 스캐너와 디텍터, DAQ 보드 등 시스템 전반을 자동화하고 제어하는 능력을 기르게 된다.
이 과정을 통해 레이저부터 최종 이미징까지, 하나의 정밀 광학 시스템을 이루는 모든 컴포넌트에 대한 깊이 있는 이해와 통합적 문제 해결 능력을 체득하게 된다.