KR100539844B1

KR100539844B1 - 파장보다 미세한 주기구조를 가진 부재의 제조방법 및 이 부재로 제조된 광학소자

Info

Publication number: KR100539844B1
Application number: KR10-2003-0011576A
Authority: KR
Inventors: 사까모토쥬니치
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2005-12-28
Also published as: EP1338903B1; CN1441282A; JP2003246632A; DE60313686T2; EP1338903A3; EP1338903A2; DE60313686D1; KR20030070557A; US6829114B2; US20030159771A1

Abstract

본 발명은, 복수의 고굴절률층과 상기 복수의 고굴절률층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 복수의 저굴절률층이 교대로 적층되고, 상기 각 고굴절률층과 저굴절률층은 파장보다 미세한 두께를 가지는 주기구조 부재의 제조방법에 있어서,

고굴절률을 가진 복수의 제 1판유리와 상기 제 1판유리의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 복수의 제 2판유리를 서로 중첩해서 적층부재를 형성하는 단계와; 적층부재를 유리전이온도이상의 온도로 적층부재를 가열하는 단계와; 상기 판유리의 주표면에 수직으로 가열된 적층부재에 압력을 가하거나, 또는 상기 판유리의 주표면에 평형하게 가열된 적층부재를 인장함으로써, 상기 각 판유리의 두께를 감소시키면서 적층부재를 일체화하는 단계로 이루어진 주기구조부재의 제조방법을 제공하는 것이다. 이와같이, 인공적으로 제어된 미세구조를 형성함으로써, 광학굴절률분포 또는 광학이방성을 가진 광학소자를 형성하기 위한 기본 벌크부재를 제조할 수 있다.

Description

파장보다 미세한 주기구조를 가진 부재의 제조방법 및 이 부재로 제조된 광학소자{METHOD OF PRODUCING MEMBER WITH PERIODICAL STRUCTURE FINER THAN WAVELENGTH AND OPTICAL ELEMENT FORMED OF THE MEMBER}

본 발명은, 광의 파장보다 미세한 주기구조를 가지는 부재의 제조방법 및 상기 부재로 형성된 광학소자에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 인공적으로 제어된 미세구조를 제조함으로써, 임의의(또는 소망의) 굴절률 분포나 광학이방성을 갖게한 광학소자를 제조하기 위한 기본벌크재료를 제조할 수 있다.

종래, 임의의 굴절률 분포나 광학 이방성을 얻기 위한 수단으로서, 광학결정이나 유기필름이 사용되어 왔다. 예를들면, 서로 접착된 복수의 수정판이나 LiNbO₃을 가진 저역필터, 광학 유리판에 의해 협지된 광학 이방성막을 가진 파장판이나 편광판 등이 실용화되고 있다. 이들은 벌크 재료이기 때문에, 다양한 가공에 적합하고, 취급이 비교적 용이하다.

그러나 종래의 결정을 이용한 저역필터는, 수정을 사용했을 경우, 상광(常光)과 이상광(異常光)사이의 굴절률차가 작기 때문에, 충분한 광학소자 성능을 얻으려고 하면, 결정의 두께를 두껍게 할 필요가 있어서, 저역필터를 소형화하는 것은 곤란하다. 한편, LiNbO₃는, 상광과 이상광 사이의 굴절률차가 크기는 하지만, 그 때문에, 필요이상으로 두께를 얇게하지 않으면 안되어, 가공이 곤란하게 되는 것 외에, 취급에도 특별한 주의를 기울이지 않으면 안된다.

또, 종래의 필름타입의 위상판이나 파장판은 유기재료이기 때문에, 고온에 대한 내구성이 나쁜 문제점이 있다. 따라서, 예를 들면, 액정 프로젝터등의 투영기 내부 부품으로 사용하는 경우는, 고온이 되는 광원에 가까운 곳의 광학부품으로서는 부적합하다. 또 근년 미세가공기술의 발달에 따라, 서브 미크론정도의 미세구조의 제조가 가능하게 되었다. 현재에는 미세구조의 소자를 제조하는 방법은 다음의 3종류로 분류될 수 있다.

첫째는, 증착 또는 스퍼터링과 같은 막형성기술을 이용해서 굴절률이 다른 얇은 층을 적층하는 방법이다. 이 방법에 따르면, 매우 많은 층을 적층함으로써, 벌크재료로 할 수 있는 가능성이 있다.

둘째는, 회절격자등을 제조하는 방법과 같이, 노광, 현상 및 에칭을 이용하는 방법을 이용하는 것으로서 소위 포트리소그래피법이다. 이 방법에 의해서, 최근에는, 노광이나 에칭의 기술의 진보와 함께, 파장보다 미세한 구조도 제작하는 것이 가능해졌다. 또, 포트리소그래피법에서는, 평면상에 형상이 다른 소망의 패턴을 분포 및 형성하는 것이 가능하기 때문에, 인공적인 굴절률의 분포를 2차원적으로 만들 수가 있다. 한편, 두께방향의 제약이 있어, 벌크재료로 하는 것은 곤란하다.

셋째는, 기울기증착기술에 의해 방향성이 있는 미세구조를 제작하는 방법이다. 이 방법에서는, 고도의 미세가공기술을 이용하는 일 없이, 구조 복굴절을 가지는 박막을 제조할 수 있다.

상기한 방법으로 제조되는 미세구조의 이들소자는, 금속이나 유전재료로 구성되어 있고, 고온에 대해서 내구성을 가진다. 또, 광학적 기능에 있어서도, 독자설계를 실시하기 때문에, 얻어진 소자를 취급하기 곤란한 경우에도, 설계변경 등에 의해 자유롭게 사양을 결정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 첫번째 방법에 의해 제조된 미세구조의 부재는 막면에 대해서 수직으로 광을 입사해서 사용하고, 종래부터 여러분야에 응용되온 간섭막에 적용할 수 있다. 이러한 간섭막으로써 상기 부재를 사용하는 경우에는, 소망의 광학 특성에도 의하나, 적층되는 최대층수는 100층 정도의 층수로 충분하다.

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그런데, 이러한 미세구조를 가진 부재에 있어서, 굴절률 이방성을 발현하기 위해서는, 막에 대해서 수평방향으로 광을 입사시켜서 부재를 사용할 필요가 있다. 그 때문에, 예를 들면, 1/3인치 정도의 CCD용 광학부품으로서 사용했을 경우, 6mm²정도의 크기가 필요하다. 이러한 부재를 첫번째 방법에 의해 제조할 경우, 1층의 두께가 기껏해야 100nm정도 이기때문에, 6만층의 다층구조가 되어 버린다.

이 경우, 1층을 10초에 막형성 할 수 있다고 해도, 상기 부재의 제조에 1주일 정도가 걸린다. 또, 박막의 경우, 막형성시에 내부응력이 발생하기 쉽다. 이 내부응력 때문에, 두께 수mm의 박막구조체를 제조하는 것은 곤란하다.

한편, 둘째 방법에서는, 기판에, 막형성, 레지스트 도포, 노광, 현상, 에칭 및 박리의 각 공정을 거쳐 임의의 패턴을 얻는 것이다(예를 들면, 일본국 특개평7-191209호공보 참조). 이 방법으로는, 막재료의 구조체를 에칭에 의해 임의로 가공할 수 있지만, 에칭은 깊이방향으로 제약이 있다. 특히, 파장보다 미세한 라인/스페이스를 얻으려고 하는 경우, 사이드에칭이나 에지 디포지션 등의 영향으로 완전한 직사각형 구조를 얻을 수 없다. 또, 완전한 직사각형 구조가 얻어진다해도, 기껏해야 수㎛정도의 두께이고, 벌크재료로 될 수는 없다.

또, 둘째방법에서 사용되는 제조장치에 관해서도, 미세구조의 노광을 행하기 위해서는, 고가의 스테퍼를 이용할 필요가 있다. 또, 에칭에서도 RIE나 ICPE 등의 고가의 장치가 필요하므로, 제조 코스트도 고가가 되어 버린다.

한편, 셋째방법에서는, 비교적 염가의 증착공정을 이용하고 있고 또한, 막형성을 비스듬하게 하는 것만으로 구조 복굴절을 얻을 수 있기 때문에, 매우 유효한 방법이라고 말할 수 있다. 이 방법에서는, 고굴절률재가 증착재료이며, 저굴절률재는 보이드(void)인 곳의 공기로 된다. 그러나, 이 셋째방법에서는, 기판에의 증착입자의 입사각도나 증착조건을 제어해서, 보이드의 크기를 제어하는 것이지만, 최대 30%정도밖에 크게 할 수가 없다. 또, 크기의 불규칙도 크기 때문에, 구조복굴절의 효과가 저하하는 것과 동시에, 광산란에 의한 투과효율의 저하도 발생한다. 또, 첫째 방법에서와 같이 막을 두껍게하는 것은 곤란하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고 염가로 간단하게 파장보다 미세한 주기구조의 부재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 방법에 의해서 제조된 부재를 가공해서 염가로 간단하게 제조할 수 있는 위상판이나 저역필터와 같은 광학소자를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 복수의 고굴절률층과 상기 고굴절률층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 복수의 저굴절률층을 교대로 적층하고, 고굴절률층과 저굴절률층의 각각은 두께가 파장보다 미세한 주기구조의 부재를 제조하는 방법에 있어서, 고굴절률의 복수의 제 1판 유리와 상기 제 1판유리의 굴절률보다 낮은 굴절률의 복수의 제 2판유리를 중첩해서 적층부재를 형성하는 단계와, 상기 적층부재를 유리전이온도 이상의 온도로 가열하는 단계와, 판유리의 주면에 수직으로 가열된 적층부재에 압력을 가하거나, 또는 판유리의 주면에 평행하게 가열된 적층부재를 인장해서, 각 판유리의 두께를 감소시키면서 적층부재를 일체화하는 단계로 이루어진 주기구조의 부재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 이하 상세하게 설명한다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 부재는, 복수의 고굴절률층과, 이 복수의 고굴절률층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 복수의 저굴절률층이 교대로 적층되고, 상기 고굴절률층과 저굴절률층의 각각은 파장보다 미세한 두께를 가진, 주기구조의 부재이다. 본 발명에 있어서는, 고굴절률을 가진 복수의 제 1판유리와 이 제 1판유리의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 복수의 제 2판유리를 서로 교대로 중첩해서 적층부재를 형성하고; 그후 적층부재를 유리전이온도 이상의 온도로 가열하며; 판유리의 주표면에 수직으로 가열된 적층부재에 압력을 가하거나, 판유리의 주표면에 평행하게 가열된 적층부재를 인장해서, 각 판유리의 두께를 감소시키면서 적층부재를 일체화하는 것이다. 여기서, 제 1판유리와 제 2판유리의 각각은 수십㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 상기한 제작공정에 있어서, 유리 전이 온도 이상의 온도로 이 적층유리재료를 가열한 후, 각층의 막두께가 설계치로 되도록 압축 또는 인장하는 방법으로 성형한다. 이 때, 성형이 용이하도록, 예를들면, 각 1000층분의 적층구조를 가공한 후, 이들 가공부재를 수층중첩하고, 유리전이온도 이상의 온도로 이 적층 유리재료를 가열한 후, 최종적으로 이 적층유리재료를 필요한 두께로 마무리하는 것도 가능하다.

적층유리재료의 가열방법은 분위기노, 벨트노 등에 의해 유리블랭크(blank)를 균일하게 가열할 수 있는 방법이면, 특히 한정되는 것은 아니다.

또, 약 1mm정도의 두께를 가지는 고굴절률의 판유리와 약 1㎜정도의 두께를 가지는 저굴절률의 판유리를 전체 1O0층정도 적층하고 유리전이온도 이상의 온도로 이 적층유리재료를 가열한 후, 상부 표면의 면적이 4배로 증가되도록 압축 또는 인장하는 방법으로 가공한 후, 이 부재를 상기 층과 수직방향으로 4분할하도록 절단하고, 분할된 부재를, 적층, 압축 또는 인장해서, 절단을 몇차례 반복하는 것으로, 각층의 막두께가 설계치로 되도록 상기 적층된 유리재료를 마무리하는 것도 가능하다.

적층유리재료를 얇게 하는 방법으로서는, 열롤러, 열프레스 등으로 압력을 가해 인장하는 방법이나, 분위기로내에서 적층부재의 양단을 유지하고 인장해서 얇은 층을 얻는 방법, 또는 이들 방법을 병용하는 방법등이 생각되지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

또, 여기에서는, 고굴절률을 가지는 판유리 및 저굴절률을 가지는 판유리의 물성치는, 후속 제조공정의 제조프로세스도 포함한 프로세스의 조건에 견딜수 있는 구성이고, 또한, 소망의 광학특성을 얻을 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다.

또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, 제조프로세스에 있어서, 급냉 급가열을 행했을 경우, 유리전이온도 및 선열팽창계수의 특성이 중요해진다. 유리전이온도가 크게 다른 재료로 적층유리재료를 제조했을 경우, 전이온도가 낮은 재료는 적층 구조체의 자중에 의해 무너져 버리지만, 전이 온도가 높은 재료는 전혀 변형하지 않고, 결과적으로 유리전이온도가 높은 재료를 설계치에 따른 막두께로 성형했을 경우, 유리 전이온도가 낮은 층의 두께는 자중으로 무너진 만큼 얇아져 버린다. 그 때문에, 고굴절률을 가진 제 1판유리와, 저굴절률층을 가진 제 2판유리를 거의 동시에 연화시키기 위해서는, △Tg≤30(℃)의 조건이 필요하다. 여기서, △Tg는 제 1판유리와 제 2판유리의 유리전이온도사이의 차이를 나타낸다.

또, 냉각공정에 있어서는, 선열팽창계수가 크게 다른 재료를 적층했을 경우, 큰 열응력이 재료에 발생된다. 이러한 재료를, 후속공정에서 절단이나 연마를 행했을 경우, 응력파괴를 갖게할 가능성이 있다. 그 때문에, 남아있는 열응력을 가능한 한 최소로 하기 위하여는, △α≤30×10^-7(1/℃)의 조건이 필요하다. 여기에서 △α는 제 1판유리와 제 2판유리의 선열팽창계수사이의 차이를 나타낸다.

또, 충분한 광학특성을 얻으려고 하는 경우, 고굴절률층과 저굴절률층 사이의 굴절률차이는 가능한 클 수록 바람직하다. 여기서, 도 1은 파장보다 미세한 주기 구조의 모식도를 도시한다. 도 1에서, (5)는 고굴절률층이고, (6)은 저굴절률층이다. 또(0)는 광축을 나타낸다. 고굴절류층의 굴절률을n_H, 고굴절률층의 두께를 d_H, 저굴절률층의 굴절률을 n_L, 저굴절률층의 두께를 d_L로 했을 때, 피치(d_H+d_L)가 광의 파장보다 충분히 작을 경우, 상기 층들에 평행하게 진행하는 광파의 유효굴절률은 다음의 식(1) 및 식(2)로 주어진다.

n_TE=((n_H ²ㆍd_H+n_L ²ㆍd_L)/(d _H+d_L))(1/2)ㆍㆍㆍ(1)

n_TM=((d_H+d_L)/(d_H/n_H ²+d_L/n _L ²))(1/2)ㆍㆍㆍ(2)

여기서, TE는 층에 평행하게 진동하는 전장의 파이며, TM는 층에 수직으로 진동하는 전장의 파를 나타낸다. 또, n_TE는 TE에 대한 미세한 주기구조의 굴절률이고, n_TM은 TM에 대한 미세한 주기구조의 굴절률을 나타낸다. 이 nTE와 nTE의 값에 차이가 있는 적층유리재료는, 구조 복굴절 또는 형태 이방성재료로 불리우고, 광학 이방성재료로서 작용한다.

일반적으로 광범위하게 사용되는 인공수정의 ｜n_TE-n_TM｜의 값은 0.009이며, 그 보다 큰 효과를 얻으려고 하는 경우, △n≥0.2의 조건이 필요하다. 여기서, △n은 고굴절률층과 저굴절률층의 굴절률 사이의 차이를 나타낸다. 여기서, 가공성, 재료안정성, 재료코스트 등을 생각했을 경우, 실용적으로는 △n≥0.15인 적층유리재료를 사용할 수 있지만, 굴절률차이가 0.15미만인 경우, 구조 복굴절의 효과가 극단적으로 저하하기 때문에 적층유리재료는 실용적이지 않다.

또, 상기한 바와같이 제조된 부재로 제조되는 본 발명의 광학소자는, 예를 들면, 벌크의 적층구조체를 층방향에 대해서 45˚의 각도로 절단하고, 두께 수10㎛으로 연마가공을 해서 얻을 수 있는 소자를 포함한다. 이렇게 해서 얻어진 소자는, 사바르판(Savart plate) 으로서 기능한다.

이 외, 본 발명의 광학소자로써는 상기한 방법에 의해 제조된 벌크의 적층구조체를 층방향에 대해서 90˚의 각도로 절단하고, 두께 수㎛로 연마가공을 행하여 얻어지는 소자가 있다. 이렇게 해서 얻어진 소자는, 파장판으로서 기능한다.

또, 상기한 광학소자 이외에도, 구조복굴절로부터 생기는 광에 대한 기능을 발현할 수 있는 모든 소자를 본 발명의 방법에 의해 제조된 부재로부터 제조할 수 있고, 본 발명의 광학소자는 사바르판이나 파장판으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 미세한 주기구조를 가진 부재를 제조하는 방법을 도 2A∼2D를 참조해서 이하 설명한다.

먼저, 도 2A에 도시된 바와같이, 고굴절률을 가진 복수의 제 1판유리(1)와 제 1판유리(1)의 것보다 낮은 굴절률을 가진 복수의 제 2판유리을 서로 교대로 적층해서 적층부재(3)를 형성하였다.

다음에, 도 2B에 도시된 바와같이, 적층부재(3)를 벨트노(4)에 놓았다. 벨트노(4)는 제 1챔버(7), 제 2챔버(8) 및 제 3챔버(9)로 칸막이 되어있고, 적층부재(3)는 벨트컨베이어(11)를 가진 챔버사이로 운반된다. 제 2챔버(8)내에는 압축롤러(10)가 다단으로 설치되어 있다.

제 1챔버(7)는 가열챔버이다. 먼저, 적층부재는 제 1챔버(7)로 운반되어 유리전이온도이상의 온도로 가열된다. 다음에, 적층부재(3)는 벨트컨베이어(11)에 의해 제 2챔버(8)로 운반되고, 다단롤러(10)로 판유리의 주표면에 수직으로 압력을 가함으로써 적층부재(3)의 두께는 서서히 감소된다. 그후, 두께가 감소된 적층부재는 벨트컨베이어(11)에 의해 제 3챔버(9)로 운반되어 실온까지 서서히 냉각된다.

다음에, 제 3챔버(9)로부터 꺼내진 적층부재(13)는 도 2C에 도시된 바와같이 선 A-A' 및 B-B'를 따라 4개로 분할된다. 그 후, 분할된 적층부재는 4겹으로 서로 중첩되고, 중첩된 적층부재는 다시 도 2B에 도시된 벨트노(9)로 운반되어 온도상승, 압축성형 및 냉각이 행해진다. 도 2B 및 2C에 도시된 것을 포함한 이러한 가공은 소정횟수 반복되고, 이에 의해 복수의 고굴절률층과 이 고굴절률층보다 낮은 굴절률을 가진 복수의 저굴절룰층이 교대로 적층되고 상기 각 고굴절률층과 저굴절률층의 두께가 파장보다 미세한 주기구조를 가지는, 도2D에 도시한 바와같은 부재(12)가 제조된다.

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상시한 바와같은 방법을 이용해서 미세한 주기구조를 가진 부재를 제조하는 방법의 예를 이하 상세하게 설명한다. [실시예1]

도 2A ~ 2D에 기재된 바와 같은 방법을 사용해서 미세한 주기구조를 가진 부재를 제조하였다.

먼저, 100mm×100mm의 크기와 1㎜의 두께를 가진 S-BSL7(주식회사 오하라제조의 광학 유리:n=1. 516) 및 100mm×100mm의 크기와 1㎜의 두께를 가진 S-LAH55(주식회사 오하라 제조의 광학유리:n=1. 835)를 50매씩 계면활성제에 의해 브러쉬 세정을 실시한 후, 순수한 물의 브러쉬 세정과 순수한 물의 린스를 행하고, 11O℃의 분위기로내에 10분동안 방치하고 건조를 실시했다. 여기서, S-LAH55는 제 1판유리(1)에 대응하고, S-BSL7은 제 2판유리(2)에 대응한다.

다음에, 제 2판유리(S-BSL7)와 제 1판유리(S-LAH55)를 교대로 중첩해서 도 2A에 나타낸 바와 같은 100㎜×100㎜×100㎜크기의 100층의 유리블록(적층부재(3))을 제작했다(도 2A에서, 유리블록은 10층구조로써 모식적으로 도시되어 있다.).

다음에, 도 2B에 표시한 바와같이, 압축 롤러(10)를 다단으로 설치한 벨트노에 상기 유리블록(적층부재(3))을 세트한다. 먼저, 제 1챔버(7)를 가열영역으로써 사용하였다. 여기서, 유리블록의 온도를 유리전이온도 보다도 5℃ 높은 온도까지 상승시켰다. 제 2판유리(S-BSL7)(2)와 제 1판유리(S-LAH55)(1)의 유리전이온도는 각각 576℃와 700℃이다. 따라서, 유리블록의 온도는 705℃까지 상승하였다. 이 때, 유리전이온도가 낮은 제 2판유리(S-BSL7)(2)가 자중으로 변형하지 않게, 구리제의 판의 표면에 백금을 코팅한 판으로 폭 1OOmm의 가이드를 설치하고, 변형의 영향이 작아지도록 했다. 온도상승 속도는 5℃/분이었다.

다음에, 제 2챔버로 유리블록을 이동하고, 다단식의 열롤러(다단롤러)(10)로 유리블록의 총두께를 서서히 얇게 하였다. 유리블록의 이동속도는 30mm/분으로 설정되었다. 이 경우, 최종롤러를 나온 유리블록의 두께는 25mm이었다. 그리고, 유리블록(적층부재(13))을 제 3챔버(9)로 이동시키고, 서서히 냉각시켰다. 냉각속도는, 3℃/분이었다. 이렇게 해서, 실온에까지 유리블록(적층부재(13))을 냉각시켰다.

다음에, 도 2C에 도시한 바와같이, 층과 수직방향으로 다이서로 4 분할하도록 유리블록(적층부재(13))을 선 A-A' 및 B-B'를 따라 절단하였다. 그리고, 커트된 각 블록을 세정한 뒤, 제 2판유리(S-BSL7)로 형성된 층과 제 1판유리(S-LAH55)로 형성된 층이 서로 접촉하도록 블록을 4겹으로 중첩시켰다. 절단된 2변에서 2개의 커트된 블록이 서로 겹치도록 이러한 중첩이 행해지면, 최종적으로 확보할 수 있는, 유효 면적이 크다. 이와같이 중첩된 블록에 최종두께가 25㎜로 되도록 다시 도 2B에 도시한 바와같은 벨트노에서 열성형을 행했다.

이들의 공정을 5회 반복했을 때, 두께 25mm의 102, 400층 구성의 유리블록을 얻었다. 이 때의 1층의 두께는 약 244nm이었다. 또한, 이 유리블록을 10.24mm의 두께로 감소되도록 압축롤러를 다단으로 설치한 벨트노에서, 상술한 바와 마찬가지 방법으로, 온도상승, 압축성형 및 냉각을 행해서, 약 300mm×300㎜의 크기와 10. 24mm두께의 유리 블랭크를 얻었다. 여기서, 유리 블랭크의 주변의 약 25mm의 폭의 프레임 형상의 영역은 압축 롤러의 감아넣기나 자중에 의한 변형의 영향으로 층의 균일성이 열화했기 때문에, 다이서로 잘라 버렸다.

이상과 같이 하여, 고굴절률 유리와 저굴절률 유리의 교호층으로 이루어지고, 각층의 막두께가 도 2D에 도시된 바와같이 100nm인 102, 400층 구성의 유리 블랭크(미세한 주기구조를 가지는) 250mm²의 크기와 10.24mm두께로 얻었다.

〔실시예 2〕

실시예 1에서 제조된 유리 블랭크를 가공해서, 사바르판을 얻었다.

먼저, 도 3A에 표시한 바와 같이, 층방향에 대해서 45˚의 각도로 절단된 부재의 두께가 1.2 mm가 되도록 선 C-C 및 D-D를 따라 절단하였다. 다음에, 각 구석이 직각이 되고, 절단된 부재가 14㎜×14㎜의 크기를 가지도록 상기 부재의 주변부를 잘라내서, 14㎜×14㎜의 크기와 1.2㎜의 두께를 가진 박판을 얻었다. 이 박판을 유리연마해서 14㎜×14㎜의 크기와 1㎜의 두께를 가진 사바르판을 얻었다.

얻어진 사바르판의 상광(常光)과 이상광(異常光)의 분리폭을 측정한 바, 약 15㎛였다. 이 값은, 두께 1mm의 인공 수정의 5.88㎛에 비해서 충분히 큰 것을 알 수 있었다. 또, 본 실시예의 사바르판으로 저역필터를 제작했을 경우, 인공수정의 약 2.55분의 1의 두께로 동등의 효과를 얻었다.

[실시예 3]

고굴절률 유리재료(제 1판유리)로써 PBH71(주식회사 오하라 제조의 광학유리:n=1. 923), 저굴절률 유리재료(제 2판유리)로써 FSL3(주식회사 오하라 제조의 광학유리:n=1. 4645)를 사용하고, 유리가열(또는 유지)온도를 394℃로 설정한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 유리블랭크를 얻었다.

이 2종류의 유리의 조합은, 특히 굴절률차이가 크고, 유리전이점온도는 389℃로 낮았기 때문에, 온도상승 및 냉각에 필요한 시간이 짧고, 복굴절이 특히 높았다.

[실시예 4]

실시예 3에서 얻어진 유리블랭크를, 실시예 2와 같은 방법으로 가공해서, 사바르판을 얻었다. 이 사바르판의 상광과 이상광의 분리폭을 측정한 바, 약 36㎛이었다.

[실시예 5]

고굴절률 유리재료(제 1판유리)로써 LAH78(주식회사 오하라 제조의 광학유리:n=1.901)와 저굴절률 유리재료(제 2판유리)로써 BSM14(주식회사 오하라 제조의광학유리:n=1.603)을 사용하고, 유리가열(또는 유지) 온도를 664℃로 설정하고, 백금으로 피복된 가이드판을 떼어낸 것 이외에는, 실시예 1과 같은 방법으로 유리블랭크를 얻었다.

이 2종류의 유리의 조합은, 굴절률차이가 비교적 작기는 하지만, 유리 전이온도의 차이가 1℃로 작고, 선열팽창 계수의 차이가 2×10^-7/℃로 작았기 때문에, 백금피복 동판으로 이루어진 가이드를 사용하지 않고 유리블랭크를 제조할 수 있었다.

<참고예 1>

실시예 1에 있어서, 구리제의 판의 표면에 백금을 코팅한 판을 떼어낸 것이외에는, 실시예 1과 같은 방법으로 미세한 주기구조를 가진 부재(유리블랭크)를 제작했다. 본 참고 예에서는, 제 2판유리(S-BSL)는 가열영역으로써의 제 1챔버내에서 자중으로 변형해 버렸다.

이 유리블랭크으로 실시예 2와 같은 방법으로, 사바르판을 형성하고, 상광과 이상광의 분리폭을 측정한 바, 약 3㎛였다. 이 값은, 인공수정의 값과 거의 동등하고, 굴절률 이방성의 효과가 작은 것을 알 수 있었다. 또, 각층의 두께를 투과 현미경으로 평가한 바, 제 2판의 유리(S-BSL)로 이루어진 층은 두께가 약 10nm이며, 제 1유리층(S-LAH55)으로 이루어진 층은 약 190nm였다.

<참고예 2>

고굴절률 유리재료(제 1판유리)로서 PBH6W(주식회사 오하라 제조의 광학유리:n=1. 805)와 저굴절률 유리재료(제 2판유리)로서 S-FPL51(주식회사 오하라 제조의 광학유리:n=1. 497)을 사용하고, 유리가열(또는 유지)온도를 465℃로 설정한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법으로 유리블랭크을 제작했다.

이들 유리재료는 각각 선열팽창계수가 90×10^-7(1/℃) 및 156×10^-7(1/℃)로 이었고, 열응력이 너무 커서 냉각시에 유리에 크랙이 발생하고, 희게 백탁(白濁)해 버렸다.

<참고예 3>

고굴절률 유리재료(제 1판유리)로서 S-LAM54(주식회사 오하라 제조의 광학유리:n=1. 757)와 저굴절률 유리재료(제 2판유리)로서 BSM7(주식회사 오하라 제조의 광학유리n=1. 607)을 사용하고, 유리가열(또는 유지) 온도를 672℃로 설정한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법으로 유리블랭크를 제작했다. 여기서 얻어진 유리를 실시예 2와 같은 방법으로 가공을 해서 사바르판을 얻었다. 이 사바르판의 상광과 이상광의 분리폭을 측정한 바, 약 4㎛였다.

[실시예 6]

실시예 1, 3 및 5에서 제조된 유리블랭크를 이용해서 λ/4판을 제작했다. 이 λ/4판은, 층 방향에 대해서 90˚의 각도로 유리블랭크를 커트하고, 연마를 행해서 얻었다. 설계파장λ는 632.8nm이었다. 상술한 유리조합을 가진 유리블랭크로 이루어진 λ/4판의 두께 및 에립소메터(ellipsometer)로 측정된 위상차의 측정치를 표 1에 나타낸다.

유리재료(L/H)	n(TE)	n(TM)	판의 두께(㎛)	위상차(도)
S-BSL7/S-LAH55	1.6713	1.6461	6.3	46.0
PBH71/FSL3	1.7091	1.6477	2.6	45.2
LAH78/BSM14	1.7586	1.7333	6.3	45.5

표 1에서, n(TE)는 전장이 층에 평행하게 진동하는 파(TE파)에 대한 굴절률이며, n(TM)는 전장이 층에 수직으로 진동하는 파(TM파)에 대한 굴절률이다.

상술한 실시예 이외에 본원 발명에 대하여 여러가지 변형이 가능하다. 예를들면, 실시예의 판유리의 주표면에 수직으로 가열된 적층부재에 압력을 가해서 각 판유리의 두께를 감소시켰으나, 이 대신에, 판유리의 주표면에 평행하게 적층부재를 연장하는 방법을 사용해도 된다. 본 발명은 청구의 범위로부터 일탈하지 않는 한 이러한 모든 변형을 포함한다.

도 1은 파장보다 미세한 주기구조의 모식도,

도 2A, 2B, 2C 및 2D는 본 발명의 미세한 주기구조를 가진 부재를 제조하는 방법을 설명하기 위한 모식도,

도 3A 및 도 3B는 본 발명의 방법에 의해 제조된 부재로부터 사바르판을 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

1 : 제 1판유리 2 : 제 2판유리

3 : 적층부재 4 : 벨트노

5 : 고굴절률층 6 : 저굴절률층

7 : 제 1챔버 8 : 제 2챔버

9 : 제 3챔버 10 : 다단 롤러

11 : 벨트컨베이어 12 : 부재

13 : 적층부재

Claims

복수의 고굴절률층과 상기 고굴절률층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 복수의 저굴절률층이 교대로 적층되고, 상기 각 고굴절률층과 저굴절률층은 광의 파장보다 미세한 두께를 가지는 주기구조의 부재를 제조하는 방법에 있어서,

고굴절률을 가지는 복수의 제 1판유리와 상기 제 1판유리의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 제 2판유리를 서로 교대로 중첩해서 적층부재를 형성하는 단계와;

상기 적층부재를 유리전이온도 이상의 온도로 가열하는 단계와;

상기 판유리의 주표면에 수직으로 상기 가열된 적층부재에 압력을 가하거나 또는 상기 판유리의 주표면에 평행하게 상기 가열된 적층부재를 인장함으로써, 상기 각 판유리의 두께를 감소시키면서 상기 적층부재를 일체화하는 단계로 이루어지고,

다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 주기구조의 부재의 제조방법.

△Tg≤30℃

△α≤30×10^-7(1/℃)

(여기서, △Tg는 상기 제 1판유리의 유리전이온도와 상기 제 2판유리의 유리전이온도 사이의 차이고, △α는 상기 제 1판유리의 선열팽창계수와 상기 제 2판유리의 선열팽창계수 사이의 차이이다.)
제 1항에 있어서, 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 주기구조의 부재의 제조방법.

△n≥0.15

(여기서, △n은 상기 고굴절률층의 굴절률과 상기 저굴절률층의 굴절률 사이의 차이다.)
제 1항에 기재된 방법에 의해 제조된 부재를 가공해서 형성된 것을 특징으로 하는 광학소자.