KR100314090B1

KR100314090B1 - 음향광 변조 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100314090B1
Application number: KR1019960046311A
Authority: KR
Inventors: 박정호; 박영준
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 2001-12-12
Also published as: KR19980027513A

Abstract

음향광 변조 장치 및 그 제조 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 음향광 변조 장치에서는 초음파 매질의 양측면에 형성된 광의 입사면 및 출사면에 YF3로 이루어지는 반사 방지막이 코팅되어 있다. 본 발명에 따르면, 초음파 매질의 결정면과 반사 방지막 사이의 접착력이 향상되고, 광의 투과 효율이 증대된다.

Description

음향광 변조 장치 및 그 제조 방법

본 발명은 음향광 변조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반사 방지막이 코팅된 음향 광학 소자로 이루어지는 음향광 변조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 멀티미디어에 대한 수요가 늘면서 기존 CRT(Cathod Ray Tube)의 단점을 보강하고 멀티미디어에 대응하기 위하여 각종 대화면 표시 장치가 등장하고 있다. 그러나, 기존의 영상 수단인 CRT 또는 LCD(Liquid Crystal Display)는 대형화될수록 그 제작이 어렵고, 해상도가 떨어져서 실용화하는 데 한계가 있다. 대형 화면의 실현이 가능한 영상 장치로서 CRT 또는 LCD를 이용하여 대형 스크린 상태 화상을 투영하는 프로젝터 등이 있으나, 이 또한 많은 문제점과 기술적 제약이 있다.

대형 화면을 위한 다른 영상 장치로서 화상 정보가 실려 있는 레이저광을 직접 스크린에 투사하는 레이저 프로젝터가 있다. 레이저 프로젝터는 대화면이 가능하고 높은 콘트라스트(contrast)를 가지며, 광효율이 높고, 왜곡이나 색 오차가 없고, 거리에 무관한 휘도 및 콘트라스트 실현이 가능하며, 대화면 HDTV(High Definition Television)에 적용될 수 있는 장점을 가진다. 일반적으로, 레이저 프로젝터는 광원으로서 크세논(Xe) 램프, 헬륨-네온(He-Ne) 레이저, 아르곤(Ar) 레이저 등을 많이 사용한다. 그런데, 이들중에서 시스템의 간소화 측면을 고려하여 크립톤-아르곤(Kr-Ar) 레이저가 주목을 받는다.

일반적으로, 칼라 디스플레이 시스템은 광 발생부, 광 변조부, 영상신호 발생부, 주사부 및 스크린부로 구성된다. 광 발생부에서 소정의 빔을 발생시키면, 발생된 빔은 광 변조부에 입사되고, 광 변조부는 영상 신호 발생부로부터 제공되는 영상 신호에 따라 입사된 빔을 변조시킨다. 여기서, 변조된 빔에는 화소(pixel) 단위의 정보가 실리게 된다. 이와 같이 변조된 빔을 주사부를 통하여 스크린부에 순차적으로 연속 주사시킴으로써 스크린부에 영상이 표시된다.

스크린부에 레이저 빔 스폿(spot)을 주사하기 위해 사용되고 있는 광 변조부의 광변조 장치로서 음향광 변조 장치(acousto-optical modulator; AOM), 광전기 변조 장치(electro-optical modulator; EOM) 및 음향광 조절 필터(acousto-optic tunable filter; AOTF)가 있다. 그 중에서 현재 가장 많이 사용되고 있는 것은 AOM이며, 이 AOM은 구동 회로가 간단하다. 통상적인 광변조 시스템에서는 3개의 AOM을 사용한다. 레이저 프로젝션 디스플레이 장치에 사용되는 빔은 고선명 대화면의 구성을 위하여 고출력의 레이저 빔이 광원으로 사용되고, 여기에 사용되는 AOM은 고출력에서도 충분히 견딜 수 있는 구조를 가져야 한다.

도 1은 선행 AOM의 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 AOM은 초음파 매질(10)의 한쪽에 전극(14A, 14B)에 의하여 음향 탄성파를 발생시키기 위한 트랜스듀서(12)가 설치되어 있고, 그 반대쪽에 초음파의 반사 영향을 막기 위한 음향 탄성파 흡수재(도시 생략)가 설치되어 있다. 상기 초음파 매질(10)의 재료로는 용융 석영, PbMoO4, TeO2, Te 유리 및 중(重)플린트(Schwer-Flint) 유리(SF4) 등이 있다. 이들중에서 PbMoO4나 TeO2 결정 재료는 비교적 고주파용이고, 유리 재료는 가격은 저렴하지만 고주파에서 전파 손실이 크기 때문에 주로 저주파용으로 사용된다. 레이저 광이 통과하는 입/출사면(10A, 10B)은 광학적으로 연마되어 있고, 초음파 매질(10)의 굴절율이 크기 때문에 레이저 광이 입/출사할 때 반사 손실이 많다.

예를 들면, TeO2 단결정을 초음파 매질의 구성 재료로서 사용하는 경우에는, 레이저 광의 입출사면에 반사 방지막을 코팅하지 않은 경우에 TeO2 단결정 매질 내의 흡수 및 표면에서의 반사 등에 의해 레이저 광의 투과에 있어서 약 25% 이상의 감소를 야기한다. DVDR(Digital Video Disk Recoder) 등의 고밀도 광 정보 처리 기기에서는 고출력의 레이저를 사용할 필요가 있으며, 따라서, TeO2 단결정을 초음파 매질의 구성 재료로서 사용하는 경우에는 레이저 광의 출력 파워의 효율을 높이기 위하여 반드시 반사 방지막을 코팅할 필요가 있다.

종래에는 TeO2 단결정으로 이루어지는 초음파 매질의 입/출사면에 코팅되는 반사 방지막을 형성하는 데 있어서 Al2O3막을 사용하여 무반사 효과를 얻었다.

그러나, 종래 기술에 따라 반사 방지막이 코팅된 음향광 변조 장치에서는 고선명 대화면 디스플레이 장치로서 구성될 때, 시간이 경과함에 따라서 레이저 광의 출력 파워가 사용 전에 비하여 비교적 신속하게 저하되는 문제가 발생하고, 그에 따라 낮은 출력의 시스템으로서 구성된 경우에 비하여 그 응용상의 문제점이 발생되었다. 이는 종래 기술에 따라 반사 방지막이 코팅된 음향광 변조 장치에서는 그 반사 방지막이 간단한 세정에 의하여도 쉽게 벗겨지는 경향이 있기 때문이다.

도 2는 초음파 매질의 표면에서 반사 방지막이 부분적으로 벗겨진 상태를 보여주는 사진이다.

이와 같은 현상은 초음파 매질의 결정면과 반사 방지막 사이의 접착력이 약한 것으로부터 기인하는 것임을 알 수 있다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초음파 매질의 결정면과 반사 방지막 사이의 접착력을 높이고, 광의 투과 효율을 증대시킬 수 있는 음향광 변조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 음향광 변조 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 선행 AOM의 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향광 변조 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3은 초음파 매질의 샘플을 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 I - I'선을 따라 x축 방향으로 절단한 면의 부분 단면도에 대응한다.

도 5는 상기와 같이 반사 방지막이 코팅되어 형성된 AOM의 동작 원리를 설명하기 위한 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따라 반사 방지막이 형성된 음향광 변조 장치에서 파장 변화에 따른 입사광의 투과율을 나타낸 그래프이다.

도 7은 반사 방지막 형성 조건에 대하여 시간 경과에 따른 정규화된 인텐시티 변화를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 초음파 매질,100A : 입사면

100B : 출사면, 120 : 반사 방지막

130 : LN 전극

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 초음파 매질과, 상기 초음파 매질의 광 입사면 및 출사면에 코팅된 반사 방지막을 포함하는 음향광 변조 장치에 있어서, 상기 반사 방지막은 YF3로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 반사 방지막은 550nm의 파장에서 λ/4의 광학적 두께를 갖고, 상기 초음파 매질은 TeO2로 이루어진다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 초음파 매질을 이용하여 광을 회절에 의해 제어하는 광변조 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 초음파 매질의 반사 방지 영역에 YF3 물질을 증착하여 반사 방지막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치의 제조 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 초음파 매질의 반사 방지 영역에 반사 방지막을 형성하기 전에 초음파 매질의 반사 방지 영역을 세정하는 단계를 포함하고, 상기 반사 방지 영역을 세정하는 단계는 IAD(ion-assisted deposition) 방법을 사용하여 행한다.

또한 바람직하게는, 상기 반사 방지막을 형성하는 단계는 일렉트론 빔 증착(electron beam evaporation) 방법에 의해 행하고, 상기 반사 방지막은 550nm의 파장에서 λ/4의 광학적 두께로 형성한다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향광 변조 장치, 즉 AOM을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 방법에 따라 반사 방지막을 형성하는 데 사용된 초음파 매질의 샘플을 도시한 것이다. 구체적으로 설명하면, 본 발명에서는 반사 방지막을 형성하는 데 사용되는 초음파 매질(100)로서 TeO2 단결정을 사용하였다. 상기 초음파 매질(100)을 준비하기 위하여, TeO2 단결정의 광 입사면(100A)과 출사면(100B)을 평균 거칠기 10nm 이하, 평활도 10초 이하로 미리 가공한 후, 유기 용제로 세정한다. 이와 같이 준비된 초음파 매질(100)을 일렉트론 빔 증착(electron beam evaporation) 장치에 장입한다.

도 4는 상기 초음파 매질(100)의 광 입사면(100A) 및 출사면(100B)에 반사 방지막을 형성하는 단계를 나타내는 것으로서, 도 3의 I - I'선을 따라 x축 방향으로 절단한 면의 부분 단면도에 대응한다. 구체적으로 설명하면, 먼저 초음파 매질(100)과 후속 공정에서 형성될 반사 방지막과의 접착력을 향상시키기 위하여, 초음파 매질(100)중 원하는 반사 방지 영역, 즉 레이저 광의 입사면(100A) 및 출사면(100B)을 IAD(ion-assisted deposition) 방법을 사용하여 세정한다.

그 후, 상기 세정된 초음파 매질(100)의 입사면(100A) 및 출사면(100B)에 굴절율이 1.48인 YF3 물질을 증착하여 반사 방지막(120)을 형성한다. 이 때, YF3 물질은 순도가 99.9% 이상인 것을 사용한다. 바람직하게는, 상기 반사 방지막(120)은 일렉트론 빔 증착 방법에 의하여 증착한다. 여기서, 상기 반사 방지막(120)은 기준 파장 550nm에서 각각 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 형성한다. 상기 반사 방지막(120)의 광학적 두께는 광학 간섭식 막 두께 측정 방법에 의하여 인-시튜(in situ)로 모니터링하면서 조절할 수 있다.

도 5를 참조하면, 광 입사면(100A) 및 출사면(100B)을 가지는 초음파 매질(100)에서 광 진행 경로의 측면에 부착된 LN(LiNbO3) 전극(130)에 인가되는 RF(radio frequency) 신호에 따라서 상기 초음파 매질(100) 내에는 음향파가 형성된다. 이 때, 상기 초음파 매질(100)을 구성하는 TeO2 단결정 내에 에너지가 전달되어 그 에너지 분포에 따라 TeO2 단결정에서의 굴절율이 달라지게 되고, 이것이 격자 역할을 하게 되어, 본 발명에 따라서 반사 방지막이 코팅된 입사면(100A)을 통하여 입사되는 입사광의 일부를 회절시킨다. 여기서, 입사광은 고출력(예를 들면, 수 W/cm2)의 레이저 빔에 대하여 변함 없는 일정한 특성을 나타내게 된다.

도 6은 본 발명에 따라 반사 방지막이 형성된 음향광 변조 장치에서 스펙트로포토미터(spectrophotometer)를 사용하여 파장 변화에 따라 입사광에 대한 투과율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 음향광 변조 장치에서는 400 ∼ 700nm의 파장 영역에서 90% 이상의 투과율을 나타내었다.

도 7은 반사 방지막 형성 조건에 대하여 시간 경과에 따른 정규화된 인텐시티(normalized intensity) 변화를 나타낸 그래프이다.

도 7에 있어서, (a)는 초음파 매질의 레이저 광 입사면 및 출사면에 종래 기술에 따라 Al2O3를 이용하여 반사 방지막을 형성한 경우를 나타내고, (b)는 초음파 매질의 레이저 광 입사면 및 출사면에 본 발명에 따라서 YF3 물질을 이용하여 반사 방지막을 형성한 경우를 나타낸다.

도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 반사 방지막을 YF3를 이용하여 형성한 경우에는 종래 기술에 따라 Al2O3를 사용한 경우에 비하여 시간 경과에 따른 인텐시티 감소 현상이 억제된다.

본 발명에 따른 반사 방지막이 형성된 AOM에서는, 초음파 매질의 결정면과 반사 방지막 사이의 접착력이 향상되고, 광의 투과 효율이 증대되어, 고출력 레이저 빔을 장시간 사용한 경우에도 레이저 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 출력 레이저 프로젝터 디스플레이 등과 같은 고선명, 대화면 디스플레이 장치를 효과적으로 구성할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims

초음파 매질과, 상기 초음파 매질의 광 입사면 및 출사면에 코팅된 반사 방지막을 포함하는 음향광 변조 장치에 있어서,

상기 반사 방지막은 YF3로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치.
제1항에 있어서, 상기 반사 방지막은 550nm의 파장에서 λ/4의 광학적 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치.
제1항에 있어서, 상기 초음파 매질은 TeO2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치.
초음파 매질을 이용하여 광을 회절에 의해 제어하는 광변조 장치의 제조 방법에 있어서,

상기 초음파 매질의 반사 방지 영역에 YF3 물질을 증착하여 반사 방지막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 초음파 매질의 반사 방지 영역에 반사 방지막을 형성하기 전에 초음파 매질의 반사 방지 영역을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 반사 방지 영역을 세정하는 단계는 IAD(ion-assisted deposition) 방법을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 반사 방지막을 형성하는 단계는 일렉트론 빔 증착(electron beam evaporation) 방법에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 반사 방지막은 550nm의 파장에서 λ/4의 광학적 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 음향광 변조 장치의 제조 방법.