[논문] Developing optofluidic technology through the fusion of microfluidics and optics

야심차게 "연구자료/논문 살펴보기" 라는 카테고리를 만들었다.  늘 하고 있는 연구에 매몰되지 않고 현재 내가 하는 분야의 연구 동향이 어떤지 적극적으로 알아보기 위한 것이다. 논문을 제목과 그림만 보던 습관에서 벗어나서 자세히 읽고 정리하고자 하는 의도도 있다. 그리고 혹시나 다양한 분야에 관심은 있지만 시간이 없어서 일일이 읽어보기 어려운 연구자들에게 조금이나마 도움이 되지 않을까 하는 마음도 있다.

첫 논문으로 고른 것이 이 논문이다.

글쓴이: Demetri Psaltis, Stephen R. Quake, and Changhuei Yang

제목: Developing optofluidic technology through the fusion of microfluidics and optics

학술지: Nature

발행년월: 2006년 7월

이어가기: http://www.nature.com/nature/journal/v442/n7101/full/nature05060.html

Optofluidics라는 말이 무슨 뜻인지 알고자 찾아본 논문이라 하겠다. 리뷰논문이라 잘 정리되어있지만 좀 긴 편이다. 발행년도가 2006년이라 좀 오래 되긴 했지만 내가 optofluidics에 대해 전혀 모르기 때문에 좀 지난 논문부터 시작해야만 했다.

그런데 막상 자세히 읽어보려니 좀 힘들다. 하하. ㅡㅡ;;

일단 앞부분의 문장을 인용해보자.

Optofluidics refers to a class of optical systems that are synthesized with fluids.  (중략) the ability to change the optical property of the fluid medium within a device by simply replacing immiscible fluids; and the ability of flowing streams of miscible fluids to create gradients in optical properties by diffusion.

Optofluidics라는 게 무슨 말인지 설명하는 부분이다. 뭐 말을 보자면 Optics + Fluidics라고 쉽게 짐작할 수 있다. 굳이 우리말로 옮기자면 유체광학 정도로 옮길 수 있겠다. 근데 나는 이게 빛의 유체적인 성질을 이용한 어떤 것을 말하는 줄 알았다. 그런데 아니다. 그냥 물 같은 유체를 광소자에 흘려주는 방식이다. 왠지 상상만 해도 굉장히 까다로울 것 같은 시스템이다. 레이저나 광섬유를 잘 조정하기도 힘든데, 거기에 유체까지 들어간다니. 생각하기도 싫다. 

그럼 도대체 이런 귀찮은 일을 왜 하는 것일까? 그에 대한 이야기가 바로 뒤에 이어진다. 유체의 광특성을 쉽게 바꿀 수 있다는 말이다. 잘 섞이지 않는(immiscible) 두 가지 유체를 가지고 장난을 친다는 말이다. 나의 상상의 나래를 펼치자면 이런 이야기다. 원래 물이 들어있던 자리에 기름을 집어 넣는다. 그럼 물과 기름은 섞이지 않으니 물은 모두 밖으로 빠져나오고 그 자리를 기름이 완전히 채우게 된다. 물과 기름은 굴절률이 다르니 그에 따라 다른 광특성을 보이는 소자를 만들 수 있다는 말일 것이다.

또 다른 가능성도 이야기하는데, 광특성의 기울기(gradient)를 주겠다는 말이다. 말하자면 굴절률이 위치에 따라 서서히 바뀌는 것 따위를 말하는 게 아닐까 한다.

자세히 읽어볼 능력이 안 되어서 간단한 그림 하나만 소개하고 마칠까 한다.

위 그림은 본문에 있는 그림3으로 실제 이 연구를 수행한 사람들은 U. Levy와 그의 공동 연구자들이며 연구내용은 Applied Physics Letter에 2006년에 발표 되었다.

(http://apl.aip.org/applab/v88/i11/p111107_s1)

위 그림이 말하고자 하는 것은, 그림 a의 밝은 선으로 표시된 곳에서 두 가지 유체를 적당히 섞어 조절해줌으로써 굴절률을 높여주었을 때 Micro-rings가 있는 초록색 부분의 공진 파장(resonant wavelength)이 점점 길어진다는 것이다. 그림 b를 보면 공진 파장을 나타내는 최소점이 점점 파장이 긴 쪽으로 옮겨감을 알 수 있다. 이는 유체의 비율을 조절함으로써 광학적 특성인 공진 파장을 바꿀 수 있다는 것을 잘 보여준 예이다.

광소자에 유체를 집어 넣는 이런 불편한 일을 굳이 할 이유가 있을까 싶지만, 전기적으로 조절하는 보통의 방법을 사용하지 않고 유체를 이용한다는 것은 학문적으로는 매우 의미있는 시도라고 생각한다. 요즘 반도체 공정에서도 개구수(Numerical Aperture)^[각주:1]를 높이기 위해 렌즈와 웨이퍼 사이에 물 같은 액체를 넣는 시도를 하고 있다고 들었다. 그렇다면 광소자에서도 유체를 거부할 이유는 없지 않을까. 

1. 광학장비의 분해능을 말할 때 일반적으로 쓰는 값. 일반적으로 NA가 높으면 성능이 좋다고 말한다. [본문으로]