메타 렌즈

1. 광학의 패러다임 전환, 메타 렌즈의 등장

1.1 기존 광학계의 본질적 한계

수 세기 동안 인류의 광학 기술은 빛을 한 점으로 모으거나 분산시키기 위해 유리나 플라스틱과 같은 투명한 물질의 표면을 정교하게 연마하여 곡면을 만드는 방식에 의존해왔다.1 볼록 렌즈와 오목 렌즈로 대표되는 이러한 굴절 렌즈(refractive lens)는 현미경부터 천체 망원경, 그리고 오늘날 우리 손안의 스마트폰 카메라에 이르기까지 광학 기기의 근간을 이루는 핵심 소자였다. 그러나 이 전통적인 방식은 본질적인 물리적 한계에 직면해 있다.

이상적인 렌즈는 모든 빛을 완벽하게 하나의 초점으로 모아야 하지만, 실제 렌즈에서는 빛이 렌즈를 통과할 때 발생하는 다양한 수차(aberration)로 인해 상이 왜곡되거나 흐려진다.1 대표적으로 렌즈의 중심과 가장자리를 통과하는 빛의 초점 거리가 달라지는 구면수차(spherical aberration), 빛의 파장(색)에 따라 굴절률이 달라져 색 번짐이 생기는 색수차(chromatic aberration) 등이 있다.1 이러한 수차를 보정하기 위해 광학 설계자들은 특성이 다른 여러 개의 볼록렌즈와 오목렌즈를 복잡하게 조합하는 방식을 채택해왔다.2 고성능을 구현하기 위한 이러한 다중 렌즈 구조는 필연적으로 광학 시스템 전체의 부피와 무게를 증가시키는 결과를 초래한다.

이러한 물리적 한계는 현대 전자기기의 소형화 및 경량화 추세와 정면으로 충돌한다. 특히 스마트폰 카메라 모듈에서 관찰되는, 카메라가 기기 표면 위로 돌출되는 이른바 ‘카툭튀’ 현상은 이러한 한계가 시각적으로 드러난 대표적인 사례다.2 또한, 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 헤드셋이 크고 무거워 장시간 착용하기 어려운 주된 이유 중 하나 역시 몰입감 높은 고품질 영상을 구현하기 위해 복잡한 다중 렌즈 시스템을 내장해야 하기 때문이다.5 이처럼 기존 굴절 광학은 성능과 소형화 사이의 상충 관계(trade-off)라는 근본적인 딜레마를 극복하지 못하고 있었다.

1.2 메타 렌즈의 혁신성: 정의와 핵심 특징

이러한 기존 광학의 한계를 근본적으로 돌파하기 위해 등장한 기술이 바로 메타 렌즈(metalens)다. 메타 렌즈는 빛을 제어하는 방식 자체가 기존의 곡면 렌즈와는 완전히 다른, 새로운 패러다임의 평면 광학 소자다.6

정의: 메타 렌즈는 굴곡진 표면 대신 평평한 기판 위에 빛의 파장보다 작은 크기(subwavelength)의 나노 구조물, 즉 ’메타원자(meta-atom)’를 인공적으로 설계하여 주기적으로 배열한 ’메타표면(metasurface)’을 이용해 빛의 파면(wavefront)을 직접 제어하는 렌즈를 말한다.1 기존 렌즈가 물질의 두께와 곡률을 이용해 빛의 경로 차이를 만들어 위상을 제어했다면, 메타 렌즈는 표면의 나노 구조물 각각이 빛의 위상을 국소적으로 변조시켜 전체적으로 원하는 파면을 형성하는 원리다.1

핵심 특징:

• 초박형 및 경량화: 메타 렌즈는 단일 층의 평면 구조로 제작이 가능하여 두께와 무게를 획기적으로 줄일 수 있다. 그 두께는 수 마이크로미터 수준으로, 머리카락 두께보다도 얇다.8 실제로 2024년에 개발된 한 메타 렌즈는 동일한 성능의 기존 볼록 렌즈에 비해 두께는 약 15배 얇고 무게는 40배 가벼운 것으로 보고되었다.7 이는 스마트폰의 ‘카툭튀’ 문제를 근본적으로 해결하고, AR/VR 기기를 일반 안경처럼 가볍게 만들 수 있는 잠재력을 의미한다.1

• 다기능성 및 고성능: 메타 렌즈는 단순히 빛을 모으는 기능을 넘어, 단일 소자에서 여러 개의 기존 렌즈가 수행하던 복합적인 기능을 통합할 수 있다.9 나노 구조의 설계를 통해 빛의 위상뿐만 아니라 진폭(amplitude), 편광(polarization) 등 다양한 특성을 동시에, 그리고 매우 정밀하게 제어할 수 있기 때문이다.3 이를 통해 기존 렌즈로는 구현하기 어려웠던 고품질의 이미지를 제공하고, 심지어 빛의 파장보다 짧은 거리에 있는 두 물체를 구분할 수 있을 정도의 높은 분해능(resolution)을 달성할 수 있다.7

• 반도체 공정 기반 제조: 메타 렌즈의 나노 구조는 기존의 반도체 CMOS 제조 공정, 특히 리소그래피(lithography) 기술을 이용하여 제작된다.8 이는 렌즈와 같은 광학 부품을 반도체 칩처럼 웨이퍼 단위로 대량 생산할 수 있음을 의미하며, 제조 비용을 획기적으로 낮추고 전자 회로와 광학 소자를 하나의 칩에 집적하는 것을 가능하게 하는 등 상용화에 매우 유리한 장점을 제공한다.8

이러한 혁신성으로 인해 메타 렌즈 기술은 2019년 세계경제포럼(다보스포럼)에서 미래 사회에 큰 영향을 미칠 ‘10대 미래 기술’ 중 하나로 선정되며 그 잠재력을 세계적으로 인정받았다.2

광학 기술의 발전사를 되짚어보면, 이는 단순히 렌즈를 얇게 만드는 기술을 넘어선 근본적인 패러다임의 전환으로 해석될 수 있다. 기존 광학 기술이 렌즈의 거시적인 ‘형태(form)’, 즉 수 밀리미터에서 수 센티미터에 이르는 곡률을 통해 빛을 제어했다면, 메타 렌즈는 물질의 나노미터 스케일 ’구조(structure)’를 인공적으로 설계하여 빛과 물질의 상호작용 방식 자체를 새롭게 정의한다. 이는 빛 제어의 주도권이 자연이 부여한 재료의 고유 물성(굴절률)에서, 인간이 의도적으로 설계한 나노 구조로 넘어왔음을 의미한다. 이러한 전환은 광학 부품이 더 이상 독립적인 아날로그 부품에 머무르지 않고, 반도체 공정 라인에서 전자 회로와 함께 설계되고 집적될 수 있는 ‘디지털’ 부품으로 진화할 수 있는 길을 열었다. 이는 향후 광전자 시스템의 소형화, 집적화, 그리고 비용 절감에 막대한 파급 효과를 가져올 것으로 예측된다.

또한, 메타 렌즈의 구현은 어느 한 분야의 기술만으로는 불가능하다. 나노 구조와 빛의 상호작용을 예측하기 위한 전자기학 시뮬레이션(컴퓨터 과학), 원하는 광학적 특성을 구현하기 위한 양자역학 및 고체물리학(물리학)의 깊이 있는 이해, 그리고 나노 구조를 실제로 제작하기 위한 반도체 공정 기술(재료/전자공학)이 유기적으로 결합해야만 비로소 하나의 메타 렌즈가 탄생할 수 있다. 하버드 대학의 카파소 그룹, 삼성전자와 포스텍의 공동 연구, 그리고 Ansys나 Synopsys와 같은 시뮬레이션 소프트웨어 기업들의 역할이 강조되는 것은 메타 렌즈 기술이 본질적으로 학제 간 융합 연구의 산물임을 명확히 보여준다. 따라서 메타 렌즈 기술의 미래는 특정 분야의 단독 연구가 아닌, 여러 분야 전문가들의 긴밀한 협력과 융합 연구의 성공 여부에 달려있다고 할 수 있다.

아래 표는 기존 굴절 렌즈와 메타 렌즈의 핵심적인 차이점을 요약하여 보여준다.

2. 메타 렌즈의 물리적 원리

메타 렌즈의 혁신적인 기능은 그 근간을 이루는 메타물질과 메타표면, 그리고 빛을 직접 제어하는 단위 소자인 메타원자의 독특한 물리적 특성에서 비롯된다. 기존 광학이 거시적인 굴절 법칙에 의존했다면, 메타 렌즈는 파장보다 작은 세계에서 일어나는 빛과 나노 구조의 상호작용을 정교하게 조율하여 전례 없는 방식으로 빛의 파면을 조각한다.

2.1 메타물질과 메타표면: 3차원에서 2차원으로

메타 렌즈를 이해하기 위해서는 그 상위 개념인 메타물질(metamaterial)에서부터 시작해야 한다. ’초월하다’는 의미의 그리스어 ’meta’와 ’물질’을 합친 단어에서 알 수 있듯이, 메타물질은 자연계에 존재하는 물질에서는 찾아볼 수 없는 특이한 물성을 갖도록 인공적으로 설계된 물질이다.12 이는 원자나 분자 자체를 바꾸는 것이 아니라, 빛의 파장보다 훨씬 작은 인공적인 구조체(메타원자)를 3차원 공간에 주기적으로 배열함으로써 물질 전체가 마치 새로운 유효 굴절률이나 투자율을 갖는 것처럼 행동하게 만드는 원리다.10 메타물질이 구현할 수 있는 가장 대표적인 특성은 바로 음의 굴절률(negative refractive index)로, 이는 빛이 물질의 경계면에서 입사각과 같은 방향이 아닌 반대 방향으로 꺾이는 현상을 말한다.12 이러한 특성을 이용하면 빛이 물체를 완전히 휘감아 돌아가게 만들어 물체가 보이지 않게 하는 투명 망토(invisibility cloak)나, 빛의 회절 한계를 뛰어넘어 무한한 해상도를 구현하는 슈퍼렌즈(superlens)와 같은 혁신적인 광학 소자를 이론적으로 구현할 수 있다.10

그러나 이러한 3차원 메타물질은 복잡한 3차원 나노 구조를 정밀하게 제작해야 하는 공정상의 어려움과, 구조 내부에서 발생하는 높은 광 손실 문제로 인해 실용화에 큰 장벽이 있었다.14 이러한 한계를 극복하고 메타물질의 개념을 보다 실용적인 형태로 구현하기 위해 등장한 것이 바로 메타표면(metasurface)이다.14 메타표면은 메타물질의 3차원 구조를 2차원 평면으로 축소한 개념으로, 얇은 박막 위에 메타원자를 배열하여 빛의 특성을 제어한다.16 3차원 구조에 비해 제작이 훨씬 용이하고, 빛이 통과하는 경로가 짧아 전달 손실이 현저히 낮다는 장점이 있다.4 메타 렌즈는 바로 이 메타표면 기술을 빛의 집속(focusing) 기능에 특화시킨 구체적인 응용 사례라고 할 수 있다. 즉, 메타물질이 광학의 새로운 가능성을 이론적으로 제시했다면, 메타표면과 메타 렌즈는 그 가능성을 현실 세계의 소자로 구현하는 핵심적인 돌파구가 된 것이다.

2.2 메타원자: 빛을 제어하는 나노 스케일 안테나

메타표면을 구성하는 가장 기본적인 단위 구조체를 메타원자(meta-atom)라고 부른다. 이름에 ’원자’가 붙었지만 실제 원자가 아니라, 자연계의 원자가 물질의 특성을 결정하듯 메타표면의 광학적 특성을 결정하는 기본 단위라는 의미를 담고 있다.2 메타원자는 입사하는 빛의 파장보다 작은 서브파장(subwavelength) 스케일로 설계되며, 그 크기와 형태, 배열에 따라 메타표면 전체의 기능이 결정된다.1

각각의 메타원자는 입사하는 전자기파(빛)와 상호작용하여 국소적으로 빛의 파면을 변조시키는 초소형 광학 안테나(optical antenna)와 같은 역할을 수행한다.18 즉, 수백만에서 수십억 개에 이르는 메타원자들이 각자의 위치에서 빛의 위상(phase), 진폭(amplitude), 편광(polarization)을 독립적으로 제어하고, 이들의 집합적인 효과가 모여 렌즈 전체에 걸쳐 원하는 파면을 형성하게 된다.9 대표적인 메타원자의 형태로는 원기둥 모양의 나노필러(Nanopillar)와 막대 모양의 나노로드(Nanorod)가 있다.2 이들의 기하학적 형상, 예를 들어 나노필러의 직경이나 높이, 나노로드의 길이와 폭, 그리고 기판 평면상에서의 회전 각도 등을 정밀하게 조절함으로써 해당 위치를 통과하는 빛에 가해지는 위상 지연(phase delay)을 자유자재로 설계할 수 있다.2

메타원자를 구성하는 소재 또한 성능을 결정하는 중요한 요소다. 초기 연구에서는 금(Au), 은(Ag)과 같은 플라즈모닉(plasmonic) 금속 소재가 주로 사용되었다.8 금속 나노 구조는 표면 플라즈몬 공진(surface plasmon resonance) 현상을 통해 강한 빛-물질 상호작용을 유도할 수 있지만, 금속 자체의 고유한 저항으로 인한 높은 광 흡수 손실(ohmic loss) 때문에 빛의 투과 효율이 낮다는 치명적인 단점이 있었다.2 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 광 손실이 거의 없고(low-loss) 굴절률이 높은 유전체(dielectric) 물질이 주력 소재로 각광받고 있다. 가시광선 영역에서는 이산화티타늄(TiO2)이나 질화갈륨(GaN)이, 적외선 영역에서는 실리콘(Si)이나 저마늄(Ge) 등이 주로 사용된다.2 이러한 고굴절률 유전체 메타원자는 내부에서 강한 공진을 일으켜 높은 효율로 빛의 위상을 제어할 수 있게 해준다.

2.3 빛의 파면 제어 메커니즘

메타 렌즈의 핵심 기능은 평평한 표면 위에서 어떻게 빛을 모을 수 있는가에 있다. 그 비밀은 수백만 개의 메타원자를 정밀하게 배열하여 렌즈 전체에 걸쳐 의도된 위상 분포(phase profile)를 구현하는 데 있다. 평행하게 입사하는 빛(평면파)이 렌즈의 한 점으로 모이기 위해서는, 렌즈 중심에서 멀어질수록 빛의 경로가 길어지는 것을 보상하기 위해 더 큰 위상 지연을 겪어야 한다. 기존 굴절 렌즈는 렌즈 중심부를 두껍게 만들어 물리적인 경로 길이를 늘리는 방식으로 이를 구현했다. 반면 메타 렌즈는 렌즈의 모든 지점에서 두께가 동일하지만, 각 위치 (x, y)에 배열된 메타원자의 구조를 달리하여 해당 지점을 통과하는 빛에 정확히 계산된 위상 지연 \phi(x, y)를 부여한다.1 이렇게 국소적으로 위상이 변조된 빛들이 다시 전파하면서 서로 간섭하여, 결과적으로 구면파(spherical wave) 형태의 새로운 파면을 형성하고 한 점으로 수렴하게 되는 것이다. 이러한 위상을 제어하는 물리적 메커니즘은 크게 세 가지로 나눌 수 있으며, 현대의 고성능 메타 렌즈는 이들을 복합적으로 활용한다.

2.3.1 기하학적 위상 제어: 판차라트남-베리 위상

기하학적 위상(Geometric Phase), 또는 판차라트남-베리 위상(Pancharatnam-Berry Phase, PB phase)은 빛의 편광 상태가 변화하는 경로에 따라 추가적으로 발생하는 위상을 이용하는 방식이다.22 이 원리를 메타 렌즈에 적용하기 위해, 긴 축과 짧은 축을 가진 직사각형 나노핀과 같이 형태적으로 비등방성(anisotropic)을 갖는 메타원자를 사용한다.

이 비등방성 메타원자는 작은 반파장판(half-wave plate)처럼 작동한다. 원편광된(circularly polarized) 빛이 이 구조를 통과하면, 입사된 빛의 편광 상태가 반대 방향(예: 좌원편광 → 우원편광)으로 바뀌게 된다. 이 과정에서 빛은 메타원자의 회전각(\alpha)의 두 배에 해당하는 위상 변화(\phi = \pm 2\alpha)를 얻게 된다.22 여기서 부호(\pm)는 입사광의 편광 방향(좌원편광 또는 우원편광)에 따라 결정된다.24

이 방식의 가장 큰 특징은 위상 변화량이 오직 메타원자의 기하학적인 회전 각도에만 의존하고, 메타원자의 크기나 모양, 그리고 빛의 파장과는 무관하다는 점이다. 따라서 본질적으로 매우 넓은 파장 대역에 걸쳐 일정한 위상 제어가 가능하여 광대역(broadband) 특성을 구현하는 데 매우 유리하다.25 이러한 특성 때문에 판차라트남-베리 위상은 색수차를 보정하는 무색수차 메타 렌즈(achromatic metalens) 설계의 핵심 원리로 널리 활용된다.26

2.3.2 공진 기반 위상 제어: 미 공진

고굴절률(일반적으로 굴절률 n > 3)을 가진 나노미터 크기의 유전체 입자에 빛이 입사하면, 입자 내부에서 다중 극(multipolar) 형태의 강한 전자기장 공진이 발생하는데, 이를 미 공진(Mie Resonance)이라고 한다.27 금속 나노입자의 플라즈몬 공진이 주로 전기적 쌍극자(electric dipole) 특성을 보이는 것과 달리, 유전체 입자의 미 공진은 강한 전기적 쌍극자 공진과 더불어 그에 필적하는 강한 자기적 쌍극자(magnetic dipole) 공진을 동시에 유도할 수 있다는 중요한 특징을 가진다.27

이 공진 현상은 특정 파장에서 매우 강하게 일어나며, 공진 조건은 메타원자의 기하학적 구조(크기, 모양, 종횡비 등)에 매우 민감하게 의존한다. 따라서 메타원자의 지름이나 높이를 조금씩 변경하면 공진 파장이 바뀌게 되고, 특정 파장에서 관찰했을 때 산란되는 빛의 위상이 0에서 2\pi까지 전체 범위에 걸쳐 급격하게 변하게 된다.27 설계자는 이 원리를 이용하여 메타원자의 크기를 조절함으로써 원하는 위상 값을 정확하게 구현할 수 있다.

미 공진 방식의 또 다른 장점은 높은 효율이다. 저손실 유전체를 사용하기 때문에 빛의 흡수가 거의 없어 90% 이상의 높은 투과 효율을 달성할 수 있다.30 특히, 전기적 쌍극자 공진과 자기적 쌍극자 공진의 세기와 위상을 조절하여 두 공진이 특정 방향에서는 보강 간섭을, 반대 방향에서는 상쇄 간섭을 일으키도록 설계할 수 있다. 이를 통해 빛의 후방 산란(반사)은 억제하고 전방 산란(투과)을 극대화할 수 있는데, 이를 커커 조건(Kerker condition)이라고 하며, 이 원리를 적용한 메타표면을 특별히 호이겐스 메타표면(Huygens’ metasurface)이라고 부른다.8

2.3.3 전파 위상 및 결합 메커니즘

전파 위상(Propagation Phase)은 가장 직관적인 위상 제어 방식이다. 빛이 굴절률이 n_{eff}인 매질을 높이 h만큼 통과할 때, \phi = (2\pi/\lambda) \cdot n_{eff} \cdot h 만큼의 위상 지연을 겪는다. 메타원자는 일종의 짧은 나노 광도파관(optical waveguide)으로 볼 수 있다.31 이 도파관 내부에서의 유효 굴절률(n_{eff})은 도파관의 직경이나 폭과 같은 기하학적 구조에 따라 달라진다. 따라서 메타원자의 높이(h)를 고정시킨 채 직경을 변화시키면 유효 굴절률이 바뀌어 결과적으로 통과하는 빛의 위상을 제어할 수 있다.18

이러한 위상 제어 메커니즘들은 각각 장단점을 가지고 있다. 공진 기반 위상은 특정 파장에서 높은 효율을 보이지만 작동 대역폭이 좁고, 기하학적 위상은 넓은 대역폭을 가지지만 단독으로는 복잡한 분산(dispersion) 제어가 어렵다. 따라서 최근의 고성능 메타 렌즈, 특히 광대역 무색수차 렌즈를 설계할 때는 이러한 메커니즘들을 정교하게 결합하는 하이브리드 접근법을 채택한다.26 예를 들어, 판차라트남-베리 위상을 이용해 파장에 무관한 기본 위상 프로파일을 구현하고, 여기에 전파 위상이나 공진 위상을 결합하여 각 파장에서 발생하는 위상 오차, 즉 분산을 보정하는 방식이다. 이는 설계의 자유도를 극대화하여 더 넓은 대역폭과 높은 효율을 동시에 달성하기 위한 필연적인 선택이며, 메타 렌즈 설계가 단일 물리 현상의 적용을 넘어 다중 물리 현상의 정교한 엔지니어링으로 발전하고 있음을 보여준다.

이처럼 메타 렌즈는 연속적인 곡면 대신, 이산적인(discrete) 나노 구조물의 배열을 통해 위상을 제어한다. 렌즈 표면의 각 메타원자는 특정 위치 (x, y)에서 요구되는 위상 값을 구현하는 ’위상 픽셀(phase pixel)’로 간주할 수 있다. 따라서 메타 렌즈 설계 과정은 목표로 하는 연속적인 아날로그 위상 함수(예: 집속을 위한 쌍곡선 함수)를, 이산적인 메타원자 배열로 ’양자화(quantization)’하는 과정과 매우 유사하다. 이는 광학 설계 문제가 전통적인 기하 광학의 영역을 넘어, 이산적인 픽셀 값을 최적화하는 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing)나 이미지 처리와 유사한 문제로 전환될 수 있음을 시사한다. 이러한 관점의 전환은 향후 인공지능 및 딥러닝 기반의 자동화된 설계 방법론이 메타 렌즈 분야에 자연스럽게 도입될 수 있는 강력한 이론적 배경을 제공한다.

3. 메타 렌즈 설계 및 제조 기술

메타 렌즈의 잠재력을 현실로 구현하기 위해서는 나노미터 스케일에서 빛의 상호작용을 예측하고 최적의 구조를 찾아내는 정교한 설계 기술과, 이를 오차 없이 실제 소자로 제작하는 초정밀 제조 기술이 필수적이다. 지난 10년간 이 두 분야의 비약적인 발전은 메타 렌즈를 실험실 수준의 개념 증명에서 상용화를 눈앞에 둔 단계까지 끌어올리는 원동력이 되었다.

3.1 설계 방법론의 진화

메타 렌즈 설계는 원하는 광학 기능을 구현하기 위해 수백만 개 이상의 메타원자를 어떻게 배열할 것인지를 결정하는 과정이다. 초기에는 직관적이고 간단한 방식이 사용되었으나, 점차 더 높은 성능과 복잡한 기능을 요구함에 따라 컴퓨테이셔널 기법을 활용하는 고도화된 방법론으로 발전해왔다.

3.1.1 단위 셀 라이브러리 기반 설계와 그 한계

초기 메타 렌즈 설계에 널리 사용된 방식은 단위 셀 라이브러리(unit-cell library) 기반 접근법이다.19 이 방식은 두 단계로 이루어진다. 첫째, 다양한 기하학적 파라미터(예: 직경, 높이, 주기)를 가진 메타원자(단위 셀)가 특정 파장의 빛에 대해 어떤 광학적 반응(위상 지연, 투과율 등)을 보이는지를 FDTD(Finite-Difference Time-Domain)나 RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)와 같은 전자기 시뮬레이션 툴을 이용해 미리 계산한다. 이렇게 계산된 수많은 메타원자와 그에 해당하는 광학적 반응 데이터를 데이터베이스, 즉 ‘라이브러리’ 형태로 구축한다.32 둘째, 렌즈가 구현해야 할 목표 위상 분포(예: 집속을 위한 쌍곡선 함수)를 결정한 뒤, 렌즈 표면의 각 위치에서 요구되는 위상 값과 가장 근접한 위상 값을 제공하는 메타원자를 라이브러리에서 찾아 배열하는 방식이다.

이 방법은 직관적이고 계산적으로 효율적이라는 장점이 있지만, 치명적인 한계를 내포하고 있다. 바로 ’국소 주기성 가정(Local Periodic Approximation, LPA)’에 기반한다는 점이다.34 LPA는 각 메타원자가 마치 무한히 반복되는 주기적인 환경에 놓여 있는 것처럼 독립적으로 작동하며, 주변에 위치한 다른 종류의 메타원자와의 상호작용(coupling)은 무시할 수 있다고 가정한다. 이러한 가정은 렌즈 중앙부와 같이 위상 변화가 완만한 영역에서는 비교적 잘 들어맞지만, 렌즈 가장자리처럼 위상 변화가 급격하게 일어나는 고수치 구경(High-NA) 렌즈에서는 더 이상 유효하지 않다.35 이 영역에서는 이웃한 메타원자들의 구조가 급격히 달라지기 때문에 상호작용을 무시할 수 없게 되고, 이로 인해 실제 제작된 렌즈의 성능이 시뮬레이션 예측과 크게 달라지거나 효율이 저하되는 문제가 발생한다.34 또한, 이 방식은 파장, 입사각, 편광 등 다양한 조건에 따라 메타원자의 반응이 달라지기 때문에, 광대역 무색수차나 광시야각과 같이 여러 목표를 동시에 만족시켜야 하는 복잡한 렌즈를 설계하는 데에는 근본적인 한계가 있다.32

3.1.2 역설계: 최적의 나노 구조를 탐색하는 컴퓨테이셔널 접근법

단위 셀 기반 설계의 한계를 극복하기 위해 등장한 것이 바로 역설계(Inverse Design) 방법론이다.19 이는 전통적인 설계 방식의 순서를 뒤집은 접근법이다. 즉, ’어떤 구조가 어떤 성능을 낼까?’를 계산하는 대신, ’원하는 목표 성능을 달성하기 위해 어떤 구조가 필요한가?’라는 질문에 대한 답을 컴퓨터 알고리즘을 통해 직접 찾아내는 방식이다.35

역설계 과정에서는 먼저 목표 성능(예: 400~700 nm 파장 대역에서 초점 효율을 80% 이상으로 유지)을 수학적인 목적 함수(objective function)로 정의한다. 그 후, 위상 수반법(Adjoint-based method)이나 위상 최적화(Topology optimization)와 같은 강력한 최적화 알고리즘을 사용하여, 이 목적 함수를 만족시키는 최적의 나노 구조 형태와 배열을 수치적으로 탐색한다.35 이 과정에서 컴퓨터는 인간의 직관을 뛰어넘는, 매우 복잡하고 비주기적이지만 목표 성능을 극대화하는 최적의 구조를 스스로 ’발견’해낸다.

역설계의 가장 큰 장점은 단위 셀의 한계에서 벗어나 렌즈 전체를 하나의 시스템으로 보고 최적화한다는 점이다. 이를 통해 메타원자 간의 모든 상호작용을 정확하게 계산에 반영할 수 있으므로, 고수치 구경, 광대역, 광시야각 등 여러 제약 조건이 동시에 걸려있는 까다로운 문제에 대해서도 최적의 해를 찾을 수 있다.35 이러한 강력함 덕분에 역설계는 고성능 메타 렌즈 개발의 핵심 기술로 자리 잡았으며, 최근에는 Synopsys의 ’MetaOptic Designer’나 Ansys의 ’Lumerical’과 같은 상용 설계 소프트웨어에도 인공지능(AI) 기반의 역설계 기능이 탑재되고 있다.3 이러한 툴들은 복잡한 물리 지식이나 설계 경험이 부족한 엔지니어도 손쉽게 고성능 메타 렌즈를 설계할 수 있도록 지원하며, 설계부터 검증까지의 개발 주기를 획기적으로 단축시키고 있다.3

3.2 핵심 제조 공정 기술

나노미터 스케일의 정밀도를 요구하는 메타 렌즈의 구조를 실제로 구현하기 위해서는 반도체 산업에서 발전해 온 초정밀 미세 공정 기술이 필수적이다.2 렌즈라는 광학 부품이 전통적인 연마 공장이 아닌 반도체 팹(Fab)에서 탄생한다는 점은 메타 렌즈의 가장 큰 특징 중 하나다.

3.2.1 리소그래피 기술 비교

리소그래피(Lithography)는 빛이나 전자빔을 이용하여 웨이퍼 위에 미세한 회로 패턴을 새기는 기술로, 메타 렌즈 제작의 핵심 공정이다. 현재 주로 사용되는 기술은 다음과 같다.

• 전자빔 리소그래피 (E-beam Lithography, EBL): 가느다란 전자빔을 직접 주사하여 패턴을 그리는 방식으로, 수 나노미터 수준의 매우 높은 해상도를 구현할 수 있다.8 하지만 마치 펜으로 그림을 그리듯 순차적으로 패턴을 형성하기 때문에 처리 속도가 매우 느려 웨이퍼 한 장을 제작하는 데 수 시간에서 수 일이 소요된다. 따라서 주로 초기 연구 개발 단계의 시제품 제작이나, 다른 리소그래피 공정에 사용될 마스크(mask)를 제작하는 데 제한적으로 사용되며 대량 생산에는 부적합하다.9

• 심자외선 리소그래피 (Deep Ultraviolet, DUV Lithography): 현재 반도체 산업에서 메모리나 프로세서 등을 대량 생산하는 데 표준으로 사용되는 기술이다.9 파장이 짧은 심자외선을 광원으로 사용하여 마스크에 새겨진 패턴 전체를 렌즈를 통해 축소 투영하여 웨이퍼 위에 한 번에 전사(projection)한다. 이 방식은 생산성이 매우 높아 대량 생산에 절대적으로 유리하다. 최근에는 DUV 리소그래피 기술을 이용하여 수 cm 직경의 대면적 고품질 메타 렌즈를 웨이퍼 단위로 제작하는 데 성공함으로써, 메타 렌즈의 상용화 가능성을 한 단계 끌어올렸다.39

• 나노임프린트 리소그래피 (Nanoimprint Lithography, NIL): 나노 패턴이 정교하게 새겨진 원본 틀(master mold)을 제작한 뒤, 이 틀을 마치 도장을 찍듯이 기판 위의 고분자 수지에 눌러 패턴을 복제하는 방식이다.8 DUV 리소그래피에 비해 고가의 노광 장비가 필요 없어 설비 투자 비용이 저렴하고, 높은 정밀도를 유지하면서도 대량 복제가 가능하여 비용 효율적인 양산 기술로 크게 주목받고 있다.8

3.2.2 대면적화 및 대량 생산을 위한 돌파구

메타 렌즈를 스마트폰 카메라나 산업용 센서를 넘어 천체 망원경과 같은 대구경 응용 분야로 확장하기 위해서는 대면적화 기술이 필수적이다. 그러나 여기에는 몇 가지 기술적 난제가 존재했다. 첫째, 수 cm 직경의 메타 렌즈는 수십억 개에서 수백억 개에 이르는 나노 구조를 포함하는데, 이 모든 구조의 좌표와 형태 정보를 담은 설계 데이터 파일의 크기가 수 테라바이트(TB)에 달해 기존 리소그래피 장비가 처리하기 불가능한 수준이었다.40 둘째, DUV 리소그래피의 경우 한 번에 노광할 수 있는 면적(reticle field)이 약 2~3 cm 정사각형으로 제한되어 있어, 그보다 큰 렌즈를 한 번에 만들 수 없었다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 혁신적인 기술들이 개발되었다. 먼저, 렌즈가 대부분 회전 대칭성을 갖는다는 점에 착안하여, 반복되는 구조 정보를 계층적으로 압축하는 알고리즘을 개발하여 설계 데이터 파일 크기를 수천 배 이상 줄이는 데 성공했다.40 또한, DUV 리소그래피의 노광 영역 한계를 극복하기 위해, 전체 렌즈 영역을 여러 개의 구역으로 나누어 각각 노광한 후, 이를 정밀하게 이어 붙이는 ‘스티칭(stitching)’ 기술이 개발되었다.41 이 기술을 통해 최근 하버드 대학 연구팀은 100mm 직경의 대면적 메타 렌즈 제작에 성공하며 대구경 메타 렌즈의 실현 가능성을 입증했다.41

궁극적으로 메타 렌즈 상용화의 가장 큰 동력은 기존의 성숙한 CMOS 반도체 파운드리 인프라를 그대로 활용할 수 있다는 점이다.8 이는 새로운 생산 라인을 구축하는 데 드는 막대한 투자 없이도, 이미 검증된 고수율의 공정을 통해 저비용으로 메타 렌즈를 대량 생산할 수 있는 길을 열어준다. 이러한 설계와 제조 기술의 융합 및 발전은 메타 렌즈가 더 이상 실험실의 특이한 소자가 아니라, 우리 생활 곳곳에 사용될 수 있는 보편적인 광학 부품이 될 날이 머지않았음을 시사한다.

전통적인 광학 산업에서 렌즈 설계와 연마/제조는 비교적 독립적인 단계로 진행되었다. 그러나 메타 렌즈의 세계에서는 설계와 제조가 매우 긴밀하게 연결된 ‘동시 최적화(co-optimization)’ 패러다임이 요구된다. 역설계 알고리즘은 이론적으로 이상적인 나노 구조를 찾아낼 수 있지만, 그 구조가 실제 반도체 공정, 예를 들어 DUV 리소그래피의 최소 피처 사이즈(feature size)나 식각 공정의 종횡비(aspect ratio) 한계 내에서 구현 가능한지 반드시 고려해야 한다. 설계 소프트웨어 기업인 Synopsys가 ’제조 가능성을 고려한 설계(Design for Manufacturability, DFM)’를 강조하고 36, Ansys가 파운드리 기업인 Moxtek과 공정 설계 키트(Process Design Kit, PDK)를 공동 개발하는 것 46은 이러한 경향을 명확히 보여준다. 이는 미래의 메타 렌즈 개발 경쟁력이 단순히 광학 성능뿐만 아니라, 특정 파운드리의 공정 변수를 설계 단계에서부터 모델링하고 최적화에 반영하는 능력에 의해 좌우될 것임을 의미한다.

또한, 현재 개발 중인 제조 공정 기술들은 메타 렌즈의 상용화 경로가 응용 분야에 따라 두 갈래로 나뉠 것임을 암시한다. DUV 리소그래피는 최고 수준의 정밀도와 대면적 구현 능력을 바탕으로 천체 망원경, 위성 카메라, 고성능 산업용 센서와 같은 ‘고부가가치/고성능’ 시장을 목표로 한다.41 반면, 나노임프린트 리소그래피는 압도적인 비용 효율성을 무기로 스마트폰, 저가형 3D 센서, 소비자용 AR/VR 기기와 같은 ‘대규모 소비재’ 시장을 공략하는 데 더 적합하다.8 따라서 메타 렌즈 시장은 단일 기술이 지배하는 것이 아니라, 응용 분야의 요구사항(성능, 가격, 생산량)에 따라 최적의 제조 기술이 선택되는 다각화된 형태로 발전할 것으로 전망된다.

4. 메타 렌즈의 성능 특성과 기술적 난제

메타 렌즈는 기존 광학의 한계를 뛰어넘을 혁신적인 잠재력을 지니고 있지만, 실용적인 광학 소자로 널리 사용되기까지는 해결해야 할 여러 기술적 난제가 존재한다. 특히 렌즈의 가장 기본적인 성능인 집속 효율과 분해능을 높이는 동시에, 고질적인 문제인 각종 수차를 억제하는 것은 메타 렌즈 연구의 핵심 과제다.

4.1 핵심 성능 지표

메타 렌즈의 성능을 정량적으로 평가하기 위해 사용되는 몇 가지 핵심 지표가 있다.

• 집속 효율 (Focusing Efficiency): 렌즈에 입사된 총 빛 에너지 중에서 원하는 초점에 실제로 모이는 빛 에너지의 비율을 의미한다. 이는 메타 렌즈의 전반적인 성능을 가늠하는 가장 중요한 지표 중 하나다. 이론적으로는 저손실 유전체를 사용하여 90% 이상의 매우 높은 효율을 달성할 수 있지만 48, 실제 제작 과정에서 발생하는 나노 구조의 미세한 오차, 재료의 미세한 흡수, 그리고 의도치 않은 방향으로 빛이 회절되는 현상 등으로 인해 효율은 감소하게 된다. 또한, 집속 효율을 측정하는 방식(예: 초점 주변의 어느 영역까지를 ’초점’으로 인정할 것인가)에 대한 산업 표준이 아직 명확히 정립되지 않아, 연구마다 제시되는 효율 값을 직접적으로 비교하기 어려운 측면도 있다.49

• 분해능 (Resolution): 렌즈가 얼마나 미세한 디테일을 구분하여 선명한 상을 맺을 수 있는지를 나타내는 능력이다. 이는 주로 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function, MTF)와 스트렐 비율(Strehl Ratio)이라는 두 가지 지표로 정량화된다. MTF는 특정 공간 주파수(이미지의 섬세함)에 대한 콘트라스트 재현 능력을 나타내는 그래프로, 이 값이 높을수록 더 선명한 이미지를 의미한다.49 스트렐 비율은 실제 렌즈의 최대 광 강도를 이상적인(수차가 없는) 회절 한계 렌즈의 최대 광 강도와 비교한 값으로, 1에 가까울수록 회절 한계에 근접한 완벽한 성능을 의미한다.41 잘 설계되고 정밀하게 제작된 메타 렌즈는 이론적으로 회절 한계에 도달하는 매우 높은 분해능을 보일 수 있다.7

4.2 고질적 문제, 수차

수차는 렌즈를 통과한 빛이 이상적인 한 점에 모이지 않고 상이 흐려지거나 왜곡되는 모든 현상을 총칭한다.1 메타 렌즈는 일부 수차에 대해서는 근본적인 해결책을 제시하지만, 다른 종류의 수차에는 오히려 더 취약한 특성을 보인다.

• 구면수차(Spherical Aberration) 및 코마수차(Coma):

• 구면수차: 렌즈의 중심부를 통과하는 빛과 주변부를 통과하는 빛의 초점 거리가 달라져 상이 흐려지는 현상이다. 전통적인 구면 렌즈의 고질적인 문제였던 구면수차에 대해, 메타 렌즈는 완벽한 해결책을 제공한다. 메타 렌즈는 각 위치의 위상을 독립적으로 제어할 수 있으므로, 이론적으로 구면수차가 전혀 발생하지 않는 이상적인 쌍곡선(hyperbolic) 형태의 위상 프로파일을 완벽하게 구현할 수 있다.52 이는 메타 렌즈가 가진 근본적인 장점 중 하나다.

• 코마수차(Coma): 빛이 렌즈의 광축에 대해 비스듬하게 입사할 때(off-axis) 발생하는 수차로, 점 광원이 혜성의 꼬리처럼 길게 번져 보이는 현상이다. 흥미롭게도, 축상(on-axis) 성능을 극대화하기 위해 구면수차를 완벽하게 제거한 쌍곡선 프로파일의 메타 렌즈는 오히려 코마수차가 매우 심하게 나타나는 경향이 있다.52 이로 인해 중심부에서는 매우 선명한 상을 맺지만, 이미지의 주변부로 갈수록 급격하게 상이 왜곡되어 결과적으로 렌즈가 선명한 이미지를 제공할 수 있는 범위, 즉 시야각(Field of View, FOV)을 심각하게 제한하는 문제를 야기한다.

4.3 색수차 문제와 그 한계

색수차(Chromatic Aberration)는 빛의 파장(색)에 따라 물질의 굴절률이 달라져 발생하는 현상으로, 프리즘이 빛을 무지개색으로 분리하는 것과 같은 원리다. 렌즈에서는 이로 인해 파란색 빛과 빨간색 빛의 초점이 맺히는 위치가 달라져 이미지의 경계면에 무지갯빛 색 번짐이 나타나게 된다.54

메타 렌즈는 이 색수차 문제에 특히 취약하다. 그 이유는 메타 렌즈의 위상 제어 메커니즘이 대부분 나노 구조의 공진이나 회절 현상에 기반하기 때문이다. 이러한 현상들은 본질적으로 빛의 파장에 매우 민감하게 반응한다. 따라서 특정 파장(예: 녹색)에 맞춰 최적으로 설계된 메타 렌즈는 다른 파장(예: 빨간색, 파란색)의 빛에 대해서는 의도한 대로 작동하지 않아 심각한 색수차를 유발한다.54 이 문제는 메타 렌즈가 풀 컬러 이미징을 요구하는 카메라나 디스플레이와 같은 분야에 실용적으로 적용되는 것을 가로막는 가장 큰 기술적 난제 중 하나로 꼽힌다.

4.4 시야각의 제약과 오프-축 수차

시야각(Field of View, FOV)은 렌즈가 왜곡 없이 선명한 상을 맺을 수 있는 각도 범위를 의미한다. 앞서 언급했듯이, 단일 메타 렌즈는 축상 성능을 최적화하면 비축상 성능이 저하되는 상충 관계를 가진다. 축에서 벗어난 각도로 빛이 입사할 때 발생하는 코마수차, 비점수차(astigmatism), 상면 만곡(field curvature)과 같은 다양한 오프-축 수차(off-axis aberrations)들이 복합적으로 작용하여 이미지 주변부의 품질을 급격히 떨어뜨린다.51

이러한 제약으로 인해, 현재 기술 수준의 단일 메타 렌즈는 일반적으로 ±10도에서 ±15도, 최대 30도 미만의 매우 좁은 시야각 내에서만 유의미한 성능을 보인다.51 이는 스마트폰의 광각 카메라나, 넓은 시야를 통해 몰입감을 제공해야 하는 AR/VR 디스플레이와 같이 넓은 시야각이 필수적인 응용 분야에 메타 렌즈를 직접 적용하기 어려운 근본적인 이유가 된다.

메타 렌즈의 성능 최적화 과정을 심층적으로 분석하면, 여러 성능 지표들 사이에 마치 ’제로섬 게임’과 같은 상충 관계가 존재함을 알 수 있다. 예를 들어, 쌍곡선 위상 프로파일을 적용하여 축상 수차인 ’구면수차’를 완벽하게 제거하면 52, 그 대가로 비축상 수차인 ’코마’가 극심해져 시야각이 희생된다. 마찬가지로, 단일 파장에서 ’집속 효율’을 극대화하기 위해 강한 미 공진(Mie resonance)을 활용하면, 공진 현상 자체의 물리적 특성상 ’작동 대역폭’이 좁아져 색수차가 심해지는 결과를 낳는다. 이러한 근본적인 상충 관계는 단일 메타 렌즈만으로는 모든 성능 지표를 동시에 만족시키는 ’만능 렌즈’를 만드는 것이 물리적으로 매우 어렵거나 불가능에 가깝다는 것을 시사한다. 이는 차세대 메타 렌즈 연구가 단일 렌즈의 성능을 조금씩 개선하는 방향을 넘어, 여러 개의 메타 렌즈를 결합하거나(더블릿 구조), 기존 굴절 렌즈와 하이브리드 형태로 구성하는(제5장 참조) 시스템 수준의 아키텍처로 필연적으로 이동하고 있는 이유를 설명해준다.

초기 메타 렌즈 연구는 이러한 수차들을 물리적으로 완벽하게 ’제거’하는 데 집중했다. 그러나 최근의 연구 동향은 문제 해결의 관점을 바꾸고 있다. 삼성전자와 포스텍의 공동 연구 56나 딥러닝을 이용한 보정 연구 59 등은 새로운 접근법을 제시한다. 즉, 메타 렌즈 자체에서는 어느 정도의 수차 발생을 허용하되, 그 수차의 형태를 예측 가능하고 제어 가능한 형태로 ’관리’한다. 그리고 렌즈를 통과해 센서에 맺힌 이미지에서 발생하는 왜곡은 홀로그래픽 디스플레이와의 결합이나 이미지 처리 알고리즘과 같은 후처리(post-processing) 단계에서 디지털 방식으로 보정하는 ‘하드웨어-소프트웨어 공동 설계’ 방식이다. 이는 메타 렌즈를 순수한 광학 부품으로만 보는 관점에서 벗어나, 전체 이미징 시스템의 한 부분으로 인식하는 ‘컴퓨테이셔널 이미징(Computational Imaging)’ 패러다임으로의 전환을 의미한다. 이 접근법은 물리적 설계의 부담을 덜어주어, 더 단순하고 저렴한 메타 렌즈로도 고품질의 최종 이미지를 구현할 수 있게 하므로, 상용화를 위한 매우 현실적인 대안이 될 수 있다.

5. 차세대 고성능 메타 렌즈 아키텍처

단일 메타 렌즈가 가진 색수차, 좁은 시야각 등의 근본적인 한계를 극복하기 위해, 연구자들은 개별 메타원자의 설계를 넘어 렌즈 전체의 구조, 즉 아키텍처를 혁신하는 방향으로 나아가고 있다. 여러 개의 메타 렌즈를 조합하거나, 기존 굴절 렌즈와 결합하고, 심지어 외부 자극에 반응하여 기능을 바꾸는 등, 시스템 수준의 접근을 통해 이전에는 불가능했던 고성능을 구현하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다.

5.1 무색수차 메타 렌즈: 광대역 작동을 위한 설계 전략

무색수차 메타 렌즈(Achromatic Metalens)의 목표는 가시광선(일반적으로 빨강, 초록, 파랑의 RGB 파장) 또는 특정 파장 대역 내의 모든 빛에 대해 초점 거리가 일정하게 유지되도록 설계하여 색수차를 원천적으로 제거하는 것이다.54

이를 구현하기 위한 핵심 원리는 각 메타원자가 기준 파장에서 요구되는 위상(\phi)을 제공할 뿐만 아니라, 파장에 따른 위상의 변화율, 즉 군지연(group delay, \tau = d\phi/d\omega)까지도 동시에, 그리고 독립적으로 제어해야 한다는 것이다.31 이는 매우 까다로운 조건으로, 단일 위상 제어 메커니즘만으로는 달성하기 어렵다. 따라서 연구자들은 서로 다른 분산 특성을 가진 여러 위상 제어 메커니즘을 정교하게 결합하는 전략을 사용한다. 예를 들어, 파장 의존성이 거의 없는 기하학적 위상(PB phase)을 이용하여 넓은 대역폭에 걸쳐 기본적인 위상 프로파일을 형성하고, 파장에 민감한 공진 위상이나 전파 위상을 이용하여 각 파장에서 발생하는 위상 오차(즉, 분산)를 보상하는 방식이다.26

구조적으로는 하나의 메타원자 내에 크기나 모양이 다른 여러 개의 나노 구조를 결합하여(결합 도파관, coupled nano-waveguide) 8 필요한 군지연을 만들어내거나, 서로 다른 분산 특성을 가진 메타원자들을 공간적으로 섞어 배열하는 방식을 사용한다. 최근 삼성전자와 포스텍 연구팀은 한 걸음 더 나아가, 개별 메타원자를 독립적으로 설계하는 기존 방식을 탈피하여, 렌즈를 구성하는 모든 메타 구조체 간의 상호 관계를 설계 단계에서부터 통합적으로 고려하는 새로운 알고리즘을 개발하여 무색수차를 효과적으로 구현하는 데 성공했다.56 이러한 노력의 결과, 최근 연구들은 가시광선 전역(400-700 nm) 또는 넓은 근적외선 대역에서 40%에서 70%대에 이르는 비교적 높은 집속 효율을 유지하면서 무색수차를 구현하는 주목할 만한 성과들을 보고하고 있다.26

5.2 광시야각 메타 렌즈: 더블릿 및 하이브리드 구조

광시야각 메타 렌즈(Wide-FOV Metalens)는 단일 렌즈의 고질적인 문제인 좁은 시야각 한계를 극복하고, 넓은 입사각에서도 코마, 비점수차와 같은 오프-축 수차를 효과적으로 보정하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 전통적인 복합 렌즈 설계의 지혜를 차용한 시스템 수준의 아키텍처가 도입되고 있다.

• 메타 렌즈 더블릿 (Metalens Doublet): 두 개의 메타 렌즈를 일정한 간격을 두고 배치하는 구조다.60 가장 간단한 형태는 하나의 기판 양면에 각각 다른 위상 기능을 가진 메타표면을 패터닝하는 것이다.61 이 구조의 기본 원리는 첫 번째 메타 렌즈에서 발생한 수차를 두 번째 메타 렌즈가 상쇄하여 보정해주는 것이다. 이는 마치 전통적인 카메라 렌즈 설계에서 볼록렌즈와 오목렌즈를 조합하여 수차를 보정하는 것과 유사한 원리다.62 최근 한 연구에서는 전파 위상 메타 렌즈와 기하학적 위상 메타 렌즈를 결합한 더블릿 구조를 역설계하여, 640 nm에서 820 nm에 이르는 광대역에서 무색수차를 유지하면서 동시에 68°라는 넓은 시야각을 달성하는 쾌거를 이루었다.61

• 하이브리드 렌즈 (Hybrid Lens): 메타 렌즈와 기존의 굴절 렌즈를 결합하여 각각의 장점을 극대화하는 방식이다. 이 구조에서 상대적으로 크고 두꺼운 굴절 렌즈는 기본적인 집광 기능과 광선의 경로를 크게 제어하는 역할을 담당하고, 얇은 메타 렌즈는 그 표면에 부착되어 굴절 렌즈만으로는 완벽하게 제거하기 어려운 미세한 잔여 수차들을 정밀하게 보정하는 역할을 수행한다. 이 방식은 두 기술의 장점을 결합함으로써, 최근 연구에서 가시광선 대역에서 무색수차를 구현하며 최대 100°에 달하는 초광각 시야각을 달성하는 데 성공했다.51

5.3 가변형 및 다기능 메타 렌즈: 동적 기능 구현

가변형 메타 렌즈(Tunable Metalens)는 외부 자극에 실시간으로 반응하여 렌즈의 초점 거리나 기능 자체를 동적으로 변경할 수 있는, 한 단계 더 진화한 아키텍처다. 이는 기계적인 움직임 없이도 줌(zoom)이나 모드 전환과 같은 기능을 구현할 수 있게 한다.

• 액정(Liquid Crystal) 결합: 디스플레이에 널리 사용되는 액정을 메타표면 위에 결합하는 방식이 가장 활발히 연구되고 있다. 메타표면과 투명 전극 사이에 액정 층을 주입하고 전압을 인가하면, 액정 분자들의 배열 방향이 바뀌면서 국소적인 굴절률이 변하게 된다. 이는 메타원자 주변의 광학적 환경을 바꾸어 결과적으로 렌즈의 위상 프로파일을 변화시킨다. 이 원리를 이용하여 초점 거리를 전기적으로 연속 조절하는 줌 렌즈 기능 63 또는, 1/1000초라는 매우 빠른 속도로 고화질 촬영 모드와 3D 깊이 측정 모드를 전환하는 다기능 렌즈가 성공적으로 구현되었다.5

• 상변화 물질(Phase-Change Materials) 활용: DVD나 Blu-ray 디스크에 사용되는 게르마늄-안티몬-텔루륨(GST)과 같은 상변화 물질을 메타원자에 적용하는 기술도 있다. 이 물질은 레이저 펄스나 열을 가해 비정질(amorphous) 상태와 결정질(crystalline) 상태를 가역적으로 바꿀 수 있는데, 두 상태는 굴절률이 크게 다르다. 이를 이용하여 렌즈의 광학적 특성을 전환할 수 있다.65

• 기계적 변형: 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 유연하고 신축성 있는 고분자 기판 위에 메타 렌즈를 제작하고, 기판을 물리적으로 늘리거나 구부리는 방식도 있다. 기판이 변형되면 메타원자들 사이의 간격이 변하면서 전체적인 위상 분포가 바뀌어 초점 거리가 조절된다.66

이러한 차세대 아키텍처들의 등장은 메타 렌즈가 더 이상 단일 부품(component)이 아니라, 다른 광학 소자나 전자 소자와 유기적으로 결합된 ‘모듈(module)’ 또는 ’하위 시스템(sub-system)’으로 진화하고 있음을 명확히 보여준다. 따라서 미래의 메타 렌즈 기술 가치는 단일 렌즈의 성능 지표를 넘어, 전체 시스템에 통합되었을 때 얼마나 큰 부가가치(소형화, 기능 확장, 비용 절감 등)를 창출하는지로 평가될 것이다. 특히 가변형 메타 렌즈의 발전은 광학계의 패러다임을 한 단계 더 진보시킨다. 기존의 렌즈가 한번 제작되면 그 기능이 고정되는 ‘정적(static)’ 소자였던 반면, 가변형 메타 렌즈는 기계적 구동부 없이 전기 신호만으로 기능을 실시간으로 ’재구성(reconfigure)’할 수 있는 ‘동적(dynamic)’ 소자다.5 이는 하나의 렌즈가 소프트웨어 업데이트처럼 상황에 따라 줌 렌즈, 광각 렌즈, 3D 센서 등으로 변신할 수 있는 ‘프로그래머블 광학(Programmable Optics)’ 시대의 서막을 여는 것으로, 광학 시스템의 하드웨어 복잡성을 극적으로 줄이고 유연성과 확장성을 전례 없는 수준으로 끌어올릴 잠재력을 지니고 있다.

6. 메타 렌즈의 응용 및 상용화 현황

메타 렌즈 기술은 실험실 수준의 연구를 넘어, 다양한 산업 분야에서 기존 기술의 한계를 돌파하고 새로운 가치를 창출할 핵심 동력으로 주목받고 있다. 특히 소형화, 경량화, 다기능화에 대한 요구가 높은 소비자 가전, 자동차, 의료 분야를 중심으로 구체적인 기술 개발과 상용화 노력이 가속화되고 있다.

6.1 주요 응용 분야별 기술 개발 사례

6.1.1 소비자 가전: 스마트폰, AR/VR

• 스마트폰 카메라: 메타 렌즈의 가장 즉각적이고 파급력 있는 응용 분야는 스마트폰 카메라 모듈이다. 여러 장의 플라스틱 렌즈를 단 한 장의 초박형 메타 렌즈로 대체하여 고질적인 ‘카툭튀’ 문제를 해결하고, 스마트폰의 두께를 획기적으로 줄이는 것이 핵심 목표다.1 삼성전자는 포스텍과의 지속적인 산학협력을 통해 이 분야 연구를 선도하고 있다. 최근에는 적외선 영역에서 작동하는 초소형 카메라 모듈을 개발하여, 기존 굴절 렌즈 대비 두께를 20% 줄이면서도 MTF(렌즈 선명도 지표) 성능을 50%에서 72%로 크게 향상시키는 성과를 거두었다.50 이는 향후 가시광 영역으로 기술을 확장하여 스마트폰 카메라의 디자인과 성능을 모두 혁신할 수 있는 가능성을 보여준다.

• AR/VR 기기: 현재 AR/VR 헤드셋이 대중화되는 데 가장 큰 걸림돌은 크고 무거워 장시간 착용이 불편하다는 점이다. 메타 렌즈는 복잡한 광학계를 단순화하여 기기의 부피와 무게를 일반 안경 수준으로 줄일 수 있는 핵심 기술로 평가받는다.5 또한, 넓은 시야각을 제공하고 색수차를 효과적으로 보정하여 사용자의 몰입감을 높이고 어지러움을 줄이는 데 기여할 수 있다.1 이 분야의 선두 기업인 Metalenz는 반도체 기업 STMicroelectronics와 협력하여 3D 센싱 모듈에 사용되는 메타 렌즈를 세계 최초로 양산하여 이미 여러 소비자 기기에 탑재하고 있다.70 Apple 역시 미래의 AR 글래스를 메타 렌즈의 ’킬러 애플리케이션’으로 보고, 2027년경 상용화를 목표로 관련 기술을 집중적으로 개발하고 있는 것으로 알려져 있다.72

6.1.2 자동차 산업: 라이다(LiDAR) 센서

자율주행차의 ‘눈’ 역할을 하는 라이다(LiDAR) 센서는 주변 환경을 3차원으로 인식하는 핵심 부품이지만, 기존의 기계식 스캐닝 방식은 부피가 크고 비싸며 내구성에 한계가 있었다. 메타 렌즈는 라이다 센서의 소형화, 경량화, 그리고 성능 향상을 위한 혁신적인 해결책으로 주목받고 있다.9 메타 렌즈를 이용하면 기계적인 구동부 없이 전기적으로 레이저 빔의 방향을 빠르고 정밀하게 조종하는 ’솔리드 스테이트 라이다(Solid-state LiDAR)’를 구현할 수 있다. 이는 센서의 내구성을 높이고 생산 단가를 낮추는 데 결정적인 역할을 할 수 있다. 또한, 메타 렌즈는 넓은 시야각을 제공하여 차량 주변의 사각지대를 최소화하고, 헤드라이트나 그릴 등 차량의 다른 부품에 센서를 통합하는 디자인 혁신도 가능하게 한다.74

6.1.3 의료 및 바이오: 초소형 내시경, 현미경

메타 렌즈의 초소형, 초박형 특성은 인체 내부를 탐색하는 의료 기기에 혁명을 가져올 잠재력을 지닌다. 기존 내시경은 렌즈와 광섬유 등으로 인해 어느 정도의 직경이 불가피했지만, 메타 렌즈를 이용하면 머리카락보다 가는 직경의 초소형 내시경 제작이 가능하다.1 이는 환자의 고통을 최소화하는 최소 침습 진단 및 치료의 범위를 크게 확장시킬 수 있다. 또한, 단일 메타 렌즈의 표면에 서로 다른 기능을 하는 나노 구조를 설계하여, 일반적인 가시광 영상 외에도 특정 파장의 형광 영상이나 편광 영상 등 다양한 정보를 동시에 얻는 다기능 현미경 시스템을 구현할 수 있다.9 이를 통해 기존의 크고 비싼 현미경 시스템을 대체하여, 더 작고 저렴하면서도 진단 능력이 뛰어난 차세대 의료 진단 기기를 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

6.2 상용화 동향 및 시장 분석

6.2.1 주요 기업 및 연구 기관 동향

메타 렌즈 기술 생태계는 원천 기술을 개발하는 연구 그룹, 이를 상용화하는 스타트업, 그리고 자사 제품에 적용하려는 대기업들이 긴밀하게 연결된 형태로 발전하고 있다.

• 기업 동향:

• Metalenz: 하버드 대학의 페데리코 카파소(Federico Capasso) 교수 연구실에서 스핀오프한 기업으로, 메타 렌즈 상용화의 선두 주자다. 반도체 설계 전문 기업(Fabless) 모델을 채택하여 설계에 집중하고, 생산은 STMicroelectronics와 같은 대형 파운드리에 맡긴다. 이들의 협력을 통해 세계 최초로 메타 렌즈가 대량 생산되어, 스마트폰의 3D 안면 인식(Face ID)과 같은 ToF(Time-of-Flight) 센서에 탑재되었다.70

• NIL Technology (NILT): 덴마크에 기반을 둔 기업으로, 나노임프린트 리소그래피(NIL) 기술에 독보적인 강점을 가지고 있다. 최근 근적외선(940 nm) 파장에서 94%라는 세계 최고 수준의 절대 집속 효율을 달성하며 기술력을 입증했다. 맞춤형 설계부터 시제품 제작, 양산까지 통합 솔루션을 제공하며 시장을 공략하고 있다.48

• 삼성전자 & LG전자: 글로벌 전자 기업인 삼성전자와 LG전자는 스마트폰 카메라, XR 기기, 차량용 소형 카메라 등 자사의 주력 제품에 메타 렌즈를 적용하기 위해 원천 기술 개발에 집중하고 있다. 특히 삼성전자는 포스텍과의 긴밀한 산학협력을 통해 상용화의 주요 난제들을 해결하는 다수의 연구 성과를 발표하며 기술 리더십을 확보해 나가고 있다.58

• Apple: 아이폰, 아이패드, 그리고 미래의 AR 글래스에 메타 렌즈를 적용하기 위해 가장 적극적인 움직임을 보이는 기업 중 하나다. 저명한 분석가 밍치궈(Ming-Chi Kuo)에 따르면, Apple은 2024년 아이패드의 Face ID 송신부(Tx)에 메타 렌즈를 처음 도입하고, 점차 적용 범위를 확대할 계획이다. 이를 위해 세계 최대 파운드리인 TSMC 및 이미지 센서 전문 기업 VisEra 등과 강력한 공급망을 구축하고 있는 것으로 알려졌다.72

• 연구 기관 동향:

• 하버드 카파소 그룹: 메타 렌즈라는 분야를 개척하고 초기 발전을 이끈 세계적인 연구 그룹이다. 유전체 메타 렌즈, 무색수차 메타 렌즈 등 수많은 원천 기술을 개발했으며, Metalenz 창업을 통해 학문적 성과를 산업적 성공으로 연결시키는 모범 사례를 만들었다.11

• 포스텍 노준석 교수 연구팀: DUV 및 나노임프린트 리소그래피를 이용한 대량 생산 공정 기술 개발에 세계적인 두각을 나타내고 있다. 삼성전자 등 국내 기업과의 활발한 산학협력을 통해 실제 제품화 과정에서 발생하는 기술적 난제들을 해결하고, 다수의 혁신적인 연구 결과를 발표하며 국내 메타 렌즈 기술을 세계 수준으로 끌어올리는 데 핵심적인 역할을 하고 있다.67

6.2.2 시장 규모, 성장률 예측 및 경쟁 구도

글로벌 메타 렌즈 시장은 아직 초기 단계에 있으나, 향후 10년간 가장 폭발적인 성장이 예상되는 기술 분야 중 하나다. 여러 시장 조사 기관의 보고서를 종합하면, 2024년 약 4,180만 달러 규모였던 시장은 2031년까지 16억 달러에서 24억 달러 규모로 성장할 것으로 예측된다.85 이는 연평균 성장률(CAGR)이 66%에서 최대 79.5%에 이르는 경이적인 수치다.85

응용 분야별로는 현재 스마트폰과 AR/VR 기기를 포함한 소비자 가전 분야가 약 38%의 점유율로 시장을 주도하고 있으며, 향후 자율주행차의 라이다 센서를 중심으로 한 자동차 분야와 의료, 산업용 이미징 분야가 그 뒤를 이어 빠르게 성장할 것으로 전망된다.85

현재 시장의 경쟁 구도는 원천 기술과 특허를 보유한 소수의 기술 스타트업(Metalenz, NILT 등)과, 막대한 자본력과 시장 지배력을 바탕으로 기술 내재화를 추진하는 거대 IT 기업(Apple, 삼성 등)이 시장을 주도하는 양상이다. 이 과정에서 이들의 설계를 실제로 구현해 줄 수 있는 반도체 파운드리(TSMC, STMicroelectronics, UMC 등)와의 전략적 파트너십이 기술 상용화의 성패를 좌우하는 매우 중요한 경쟁 요소로 작용하고 있다.

모든 신기술은 ’수요를 창출할 킬러 애플리케이션’의 부재와 ’높은 초기 생산 단가’라는 ’닭이 먼저냐, 알이 먼저냐’의 딜레마에 직면한다. 메타 렌즈 역시 초기에는 렌즈 한 장의 제작 비용이 수백만 원에 달해 상용화가 요원해 보였다.79 그러나 스마트폰 3D 센싱(Metalenz)과 AR/VR(Apple)이라는 명확하고 시장 규모가 큰 ’킬러 애플리케이션’이 등장하면서 상황이 바뀌었다. 이들 시장의 잠재력은 대규모 투자를 유치했고, 이는 DUV 및 나노임프린트 기반의 ‘양산 기술’ 개발을 가속화하는 기폭제가 되었다. 양산 기술의 발전은 다시 생산 단가를 1000분의 1 수준으로 획기적으로 낮출 수 있는 가능성을 열었고 73, 이는 다시 라이다, 의료 기기 등 더 많은 응용 분야로의 확산을 가능하게 하는 강력한 선순환 구조를 형성하고 있다. 이는 메타 렌즈 시장이 이제 막 기술 성숙의 변곡점을 지나 본격적인 성장 궤도에 진입했음을 시사한다.

또한, Metalenz가 스스로를 ’팹리스 반도체 광학 회사’로 칭하고 71, Apple이 렌즈 공급망에 TSMC와 같은 반도체 파운드리를 포함시키는 것 72은 광학 산업의 근본적인 지각 변동을 예고한다. 기존의 광학 산업은 정밀 기계 가공 기술을 기반으로 소수의 전문 기업들이 주도하는 비교적 폐쇄적인 공급망 구조를 가지고 있었다. 그러나 메타 렌즈는 반도체 산업의 성공 방정식인 ‘설계(Fabless)와 생산(Foundry)의 분업’ 모델을 그대로 따르고 있다. 이는 전통적인 광학 렌즈 기업들에게는 나노 설계 및 반도체 공정에 대한 이해 없이는 생존하기 어려운 위협인 동시에, 반도체 기업들에게는 광학이라는 새로운 거대 시장에 진입할 수 있는 기회를 제공한다. 결국 메타 렌즈는 광학 산업과 반도체 산업의 경계를 허물고, 두 산업의 공급망을 통합시키는 거대한 촉매제 역할을 할 것으로 전망된다.

7. 결론: 메타 렌즈의 미래와 전망

7.1 현재 기술의 종합적 평가와 남은 과제

메타 렌즈 기술은 지난 10여 년간 눈부신 발전을 거듭하며 이론적 가능성의 단계를 넘어 상용화의 문턱에 도달했다. 평면 위에서 빛을 자유자재로 제어한다는 혁신적인 개념은, CMOS 호환 대량 생산 기술과 인공지능 기반의 역설계 방법론이라는 두 날개를 달고 현실이 되어가고 있다. 소형화, 경량화, 다기능화 측면에서 메타 렌즈가 기존 광학계를 능가하는 막대한 잠재력을 지니고 있다는 점은 이제 명확한 사실로 받아들여지고 있다.

그러나 이 혁신적인 기술이 기존 렌즈를 완전히 대체하고 광학 산업의 표준으로 자리 잡기까지는 여전히 해결해야 할 중요한 과제들이 남아있다.

• 성능의 상충 관계 극복: 현재 가장 큰 기술적 허들은 효율, 작동 대역폭, 시야각 등 핵심 성능 지표들 간의 상충 관계(trade-off)를 극복하는 것이다. 특히 가시광선 전 영역에서 높은 집속 효율을 유지하는 광대역 무색수차 렌즈의 전반적인 성능은 아직 복잡한 구조의 기존 다중 렌즈 시스템에 미치지 못하는 경우가 많다.

• 대면적·고수치구경 렌즈의 양산성: 센티미터급 대면적 메타 렌즈가 실험실 수준에서 성공적으로 제작되었으나 41, 넓은 면적에 걸쳐 수십억 개의 나노 구조를 오차 없이 균일하게 형성하는 공정의 수율과 비용 문제는 대량 생산을 위한 중요한 과제로 남아있다.

• 시스템 통합 및 패키징: 메타 렌즈를 이미지 센서, 광원, 액추에이터 등 다른 소자들과 마이크로미터 수준의 정밀도로 정렬하고 통합하는 패키징 기술은 아직 초기 단계에 머물러 있다. 시스템 전체의 신뢰성과 성능을 보장하기 위한 표준화된 통합 공정 개발이 시급하다.

• 표준화 부재: 메타 렌즈의 성능을 객관적으로 평가하고 비교하기 위한 설계, 측정, 성능 지표에 대한 산업 표준이 아직 확립되지 않았다. 이는 건전한 기술 생태계의 성장을 저해하고 사용자들의 혼란을 야기할 수 있는 잠재적 걸림돌이다.

7.2 광학 산업에 미칠 파급 효과와 장기적 비전

이러한 과제에도 불구하고, 메타 렌즈가 가져올 미래의 변화는 명확하고 거대하다. 메타 렌즈는 단순히 기존 렌즈를 더 작고 가볍게 만드는 대체 기술에 그치지 않고, 광학 산업의 패러다임 자체를 근본적으로 바꿀 것이다.

• 광학의 디지털화 및 민주화: 메타 렌즈는 광학 부품을 반도체 칩처럼 설계 소프트웨어를 통해 설계하고, 파운드리에서 대량 생산하는 것을 가능하게 한다. 이는 고도의 장인 정신과 정밀 기계 가공에 의존하던 전통적인 광학 산업을 ’디지털화’하는 것이다. 나아가, 이는 더 많은 기업과 연구자들이 비교적 저렴한 비용으로 자신만의 목적에 맞는 고성능 맞춤형 광학계를 손쉽게 개발할 수 있게 하는 ’광학의 민주화’로 이어질 것이다.

• 새로운 폼팩터의 출현: 두께와 무게의 제약에서 해방된 메타 렌즈는 기존에는 상상할 수 없었던 새로운 형태의 광전자 기기, 즉 새로운 폼팩터(form factor)의 출현을 촉진할 것이다. 일반 안경과 구분할 수 없는 AR 글래스, 인체에 삽입하거나 피부에 부착할 수 있는 초소형 의료 센서, 종이처럼 얇은 카메라 모듈 등이 그 예다.

• 장기적 비전: 궁극적으로 메타 렌즈는 빛을 제어하는 가장 기본적인 소자로서, 우리 주변의 모든 사물에 ’눈’을 달아주는 핵심 기반 기술로 자리매김할 것이다. 이미징과 센싱을 넘어, 초고속 광통신, 양자 암호 및 양자 컴퓨팅, 홀로그래픽 디스플레이 등 사회 전반의 기술 인프라를 한 단계 높은 차원으로 혁신하는 데 기여할 것으로 기대된다.

메타 렌즈 기술은 초기 연구와 과대광고의 단계를 지나, 일부 상용 제품이 출시되고(Metalenz) 거대 IT 기업(Apple, Samsung)들이 본격적인 투자와 개발에 나서는 등, 기술 성숙도 곡선(Gartner Hype Cycle)에서 ’환멸의 계곡’을 통과하여 ’계몽의 언덕’으로 진입하는 중요한 변곡점에 위치해 있다. 이는 기술의 한계와 가능성이 명확해지고, 실용적인 비즈니스 모델이 구체화되는 시점임을 의미한다. 따라서 앞으로 수년간은 3D 센싱과 같은 특정 ’니치 마켓’에서 성공 사례를 꾸준히 축적하며 기술과 시장의 신뢰를 쌓는 것이 무엇보다 중요하다. 이 단계를 성공적으로 거치면, 기술 표준화와 생산 인프라 확충이 뒤따르며 ’생산성 안정기’로 진입하여 시장이 폭발적으로 성장할 가능성이 높다.

더 나아가, 가변형 메타 렌즈(제5.3장)와 컴퓨테이셔널 이미징(제4장) 기술의 결합은 메타 렌즈 기술이 지향하는 최종 진화 방향을 시사한다. 이는 단순히 빛을 수동적으로 모으는 렌즈가 아니라, 주변 환경을 스스로 인식하고(센서), 상황에 맞춰 최적의 광학 기능을 실시간으로 구성하며(가변형 메타 렌즈), 획득한 정보를 지능적으로 처리(AI 알고리즘)하는 능동적인 ’지능형 광학 시스템(Intelligent Optical Systems)’으로의 발전이다. 이는 메타 렌즈가 인공지능 시대의 핵심인 ’눈’의 역할을 물리적으로 구현하는 궁극의 기술이 될 잠재력을 가지고 있음을 의미하며, 단순한 부품 교체를 넘어 기계가 세상을 인식하고 상호작용하는 방식을 근본적으로 바꾸는 진정한 ’게임 체인저’가 될 것임을 예고한다.

8. 참고 자료

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67. 삼성전자∙포스텍, 메타렌즈 상용화 난제 해결… ’네이처 커뮤니케이션스’에 논문 게재, https://news.samsung.com/kr/%EC%82%BC%EC%84%B1%EC%A0%84%EC%9E%90%E2%88%99%ED%8F%AC%EC%8A%A4%ED%85%8D-%EB%A9%94%ED%83%80%EB%A0%8C%EC%A6%88-%EC%83%81%EC%9A%A9%ED%99%94-%EB%82%9C%EC%A0%9C-%ED%95%B4%EA%B2%B0-%EB%84%A4
68. 삼성, 포스텍과 ‘메타렌즈’ 상용화 추진 … ‘카툭튀’ 사라질 신기술 - 뉴데일리 경제, https://biz.newdaily.co.kr/site/data/html/2025/08/13/2025081300275.html
69. Samsung and POSTECH Advance Metalens Technology With Study in Nature Communications, https://news.samsung.com/global/samsung-and-postech-advance-metalens-technology-with-study-in-nature-communications
70. Our Technology - Metalenz, https://metalenz.com/our-technology/
71. About Us - Metalenz, https://metalenz.com/about-us/
72. Apple Analyst Ming-Chi Kuo points to Apple using advanced Metalenses for their 2024 iPad FaceTime lens and future AR Glasses - Patently Apple, https://www.patentlyapple.com/2023/04/apple-analyst-ming-chi-kuo-points-to-apple-using-advanced-metalenses-for-their-2024-ipad-facetime-lens-and-future-ar-glasses.html
73. 꿈의 ‘메타 렌즈’, 1000분의 1 가격으로 상용화 현실이 될까 - 전기신문, https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=333402
74. 평면 렌즈로 폰·XR 혁신…韓 메타렌즈 상용화 레이스 선두에 - 이데일리, https://www.edaily.co.kr/News/Read?newsId=01213606642067896&mediaCodeNo=257
75. NIL Technology (NILT) - An optical solutions company, https://www.nilt.com/
76. NIL Technology, https://www.nilt.com/technology/
77. Metalens Prototyping - NIL Technology, https://www.nilt.com/services/metalens-prototyping/
78. Products | NIL Technology, https://www.nilt.com/products/
79. 투명망토부터 위성통신까지… 메타물질, 미래를 디자인하다 - 아시아경제, https://www.asiae.co.kr/visual-news/article/2025080411562857264
80. A new rumor in China is Claiming that Apple’s iPhone 17 will implement a Metalens solution to reduce the size of its Notch or Dynamic Island, https://www.patentlyapple.com/2024/12/a-new-rumor-in-china-is-claiming-that-apples-iphone-17-will-implement-a-metalens-solution-to-reduce-the-size-of-its-notch-or.html
81. Capasso Group - Harvard University, https://capasso.seas.harvard.edu/
82. Capasso Group Produces Bilayer Metasurface | Research & Technology | Apr 2025, https://www.photonics.com/Articles/Capasso_Group_Produces_Bilayer_Metasurface/a70890
83. Mass-Production Method Aims to Drive Metalenses Toward Widespread Commercial Use, https://www.photonics.com/Articles/Mass-Production_Method_Aims_to_Drive_Metalenses/a69873
84. Photography: One-stop solution for shaping and outlining objects | ScienceDaily, https://www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231030223852.htm
85. Metalens Market Outlook 2025-2031: Strategic Insights for Business Leaders - openPR.com, https://www.openpr.com/news/4156801/metalens-market-outlook-2025-2031-strategic-insights
86. Metalens Market Size & Share Analysis Report, 2031 - Metastat Insight, https://www.metastatinsight.com/report/metalens-market
87. Metalens Market Report: Trends, Forecast and Competitive Analysis …, https://www.lucintel.com/metalens-market.aspx