KR100890981B1 - 모놀리식 광학 구조체, 이 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법, 가요성 광섬유, 광섬유 형성 방법, 및 광섬유 예비 성형체 - Google Patents

모놀리식 광학 구조체, 이 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법, 가요성 광섬유, 광섬유 형성 방법, 및 광섬유 예비 성형체 Download PDF

Info

Publication number
KR100890981B1
KR100890981B1 KR1020037005703A KR20037005703A KR100890981B1 KR 100890981 B1 KR100890981 B1 KR 100890981B1 KR 1020037005703 A KR1020037005703 A KR 1020037005703A KR 20037005703 A KR20037005703 A KR 20037005703A KR 100890981 B1 KR100890981 B1 KR 100890981B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
delete delete
layers
layer
particles
Prior art date
Application number
KR1020037005703A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030051742A (ko
Inventor
브라이언마이클에이.
비시앙신
Original Assignee
네오포토닉스 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 네오포토닉스 코포레이션 filed Critical 네오포토닉스 코포레이션
Publication of KR20030051742A publication Critical patent/KR20030051742A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100890981B1 publication Critical patent/KR100890981B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12002—Three-dimensional structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1415—Reactant delivery systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1415—Reactant delivery systems
    • C03B19/1423—Reactant deposition burners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1484—Means for supporting, rotating or translating the article being formed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01413—Reactant delivery systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01413—Reactant delivery systems
    • C03B37/0142—Reactant deposition burners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01486—Means for supporting, rotating or translating the preforms being formed, e.g. lathes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/483—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using coherent light, UV to IR, e.g. lasers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/132—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by deposition of thin films
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2203/00—Fibre product details, e.g. structure, shape
    • C03B2203/34—Plural core other than bundles, e.g. double core
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/40—Monitoring or regulating the draw tension or draw rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00—Glass deposition burners
    • C03B2207/02—Elongated flat flame or slit-nozzle type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00—Glass deposition burners
    • C03B2207/30—For glass precursor of non-standard type, e.g. solid SiH3F
    • C03B2207/34—Liquid, e.g. mist or aerosol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00—Glass deposition burners
    • C03B2207/60—Relationship between burner and deposit, e.g. position
    • C03B2207/66—Relative motion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00—Glass deposition burners
    • C03B2207/80—Feeding the burner or the burner-heated deposition site
    • C03B2207/85—Feeding the burner or the burner-heated deposition site with vapour generated from liquid glass precursors, e.g. directly by heating the liquid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3203—Lithium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3215—Barium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C04B2235/3234—Titanates, not containing zirconia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3251—Niobium oxides, niobates, tantalum oxides, tantalates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3258—Tungsten oxides, tungstates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3287—Germanium oxides, germanates or oxide forming salts thereof, e.g. copper germanate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3293—Tin oxides, stannates or oxide forming salts thereof, e.g. indium tin oxide [ITO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3294—Antimony oxides, antimonates, antimonites or oxide forming salts thereof, indium antimonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3296—Lead oxides, plumbates or oxide forming salts thereof, e.g. silver plumbate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3298—Bismuth oxides, bismuthates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc bismuthate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3427—Silicates other than clay, e.g. water glass
    • C04B2235/3463—Alumino-silicates other than clay, e.g. mullite
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12147—Coupler
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/1215—Splitter
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12176—Etching
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Abstract

모놀리식 광학 구조체는 복수 개의 층을 포함하며, 각 층은 그 층의 일부분 내에 제한된 고립 광학 경로를 구비한다. 상기 모놀리식 광학 구조체는 광섬유 예비 성형체로서 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 모놀리식 광학 구조체는 그 구조체의 하나 이상의 층 내에 집적 광학 회로를 포함할 수 있다. 상기 모놀리식 광학 구조체는 유동 입자 스트림을 통해 기재를 복수 회 통과시킴으로써 형성될 수 있다. 증착된 입자는 고형화 후에 광학 물질을 형성한다. 가요성 광섬유는 그 광섬유의 길이를 따라 연장하는 복수 개의 독립 광학 채널을 포함한다. 상기 섬유는 적절한 예비 성형체에서부터 인발될 수 있다.

Description

모놀리식 광학 구조체, 이 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법, 가요성 광섬유, 광섬유 형성 방법, 및 광섬유 예비 성형체{MONOLITHIC OPTICAL STRUCTURE, METHOD FOR FORMING MONOLITHIC OPTICAL STRUCTURE, FLEXIBLE OPTICAL FIBER, METHOD FOR FORMING OPTICAL FIBER, AND OPTICAL FIBER PREFORM}
본 발명은 유리질 및 결정질 물질과 같은 광학 물질의 층을 포함하는 다층 광학 구조체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예를 들면 평면 광학 소자, 광섬유, 광섬유용 예비 성형체, 광메모리 등에 사용하기 위한 다양한 광학 특성을 갖는 복수 개의 광학 층을 구비한 구조체에 관한 것이다.
기계적, 전기적 및/또는 광학적 구성 요소를 집적 소자로 통합 또는 집적하는 것은 물질의 가공에 많은 요구를 발생시키고 있다. 또한, 동일한 체적에 보다 많은 수의 집적 소자를 배치시킬 것을 요구하고 있다. 이러한 집적 구조체를 형성하기 위해, 선택된 특성을 갖는 특정 조성을 기재 상에 도포하는 데에 상당한 관심을 기울이고 있다. 고품질의 광학 물질로 광학 소자를 형성하기 위해, 물질의 코팅 또는 층들은 일반적으로 매우 균일해야 한다.
현재 사용되는 광통신의 광 파장은 1.3 내지 1.6 미크론이다. 광 도파로는 일반적으로 파장의 수배(數倍)의 치수를 갖는다. 따라서, 광학 구조체는 광학 모드 요건 및 기타 인자에 따라 수 미크론 내지 약 100 미크론의 치수를 가질 수 있다.
증가하는 수요에 따라, 시스템 기능을 만족시키기 위하여 보다 많은 채널이 필요하다. 인터넷 기반의 시스템을 비롯한 통신 및 정보 기술의 폭발적 증가는 광통신에 대해 활용 가능한 큰 대역폭의 이점을 갖도록 광통신 네트워크를 구현하려는 전세계적 노력을 촉발하였다. 광섬유 기술의 역량은 고밀도 파장 분할 다중화(Dense Wavelength Division Multiplexing) 기술의 구현으로 더욱 확대될 수 있다. 수요의 증가로, 그러한 시스템의 기능을 수행하는 데에 더 많은 채널이 필요하다. 더욱 복잡한 광학 소자의 생산은 더욱 복잡한 구조 및/또는 조성을 갖는 고품질의 광학 물질의 증착을 요구한다. 또한, 광학 물질로 특정 소자를 만들 수 있어야 한다.
광학 물질의 기본 특성은 표면 품질, 균일성, 및 광학적 품질을 포함한다. 광학적 품질이라는 것은 원하는 수준의 전송을 달성하기에 충분할 정도로 적은 흡수 및 산란 손실을 말한다. 광학적 품질은 또한 굴절율, 복굴절 특성과 같은 광학 특성의 균일성을 포함한다. 게다가, 광학 품질은 코어 층과 클래딩 층 사이의 계면과 같은 계면의 품질에 영향을 받는다. 실리카(SiO2) 및 기타 다수의 물질에 있어서, 광학적 전송을 위한 바람직한 형태는 유리질인 한편, 일부 다른 물질에 있어서 단결정 형태가 최고 품질의 광학적 전송을 가질 수 있다.
광학 물질의 증착을 위한 다수의 기법이 사용 및/또는 제안되었다. 이들 기법은, 예를 들면 화염 가수분해 증착, 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 졸-겔 화학적 증착(sol-gel chemical deposition) 및 이온 주입을 포함한다. 화염 가수분해 및 화학적 기상 증착 형태는 광섬유 요소로서 사용하기 위한 유리질 섬유를 제조하는 데에 성공적이었다. 화염 가수분해 증착은 기재의 표면상의 코팅으로서 광학 물질의 입자를 형성하도록 기체상 전구물질을 반응시키기 위해 수소-산소 화염의 사용을 수반하다. 코팅의 후속 열처리는 균일한 광학 물질의 형성을 가져오며, 이 물질은 일반적으로 유리질이다.
도펀트 또는 화학량론적 성분인 상이한 원소를 원하는 조성물에 도입하는 것은 어렵다. 특히, 광학 물질을 위한 복합 조성을 형성하도록 원소를 혼합하는 것은 힘든 일일 수 있다. 특정 복합 조성을 구조체 내의 특정 위치에 위치시켜야 하는 경우, 추가의 수고를 초래한다.
레이저 열분해로 서브미크론 및 나노 크기의 매우 균일한 입자를 제조하기 위한 기법이 개발되었다. 매우 균일한 입자는 배터리, 폴리싱 조성물, 촉매, 및 광학적 표시 장치를 위한 인광 물질을 비롯한 다양한 소자의 제조에 바람직하다. 레이저 열분해는 반응물 스트림의 화학 반응을 유도하여 매우 균일한 입자를 형성하는 소정 강도의 레이저빔을 수반하며, 이 레이저빔을 떠난 후에 스트림이 급속 냉각된다. 레이저 열분해는 다수의 상이한 원소들이 입자 조성물 안으로 혼입될 수 있다는 이점을 갖는다.
제1 양태에서, 본 발명은 복수 개의 층을 포함하는 모놀리식 광학 구조체에 관한 것이다. 각 층은 그 층의 일부분 내에 제한된 고립 광학 경로를 구비한다. 모놀리식 광학 구조체는 하나 이상의 집적 광학 회로를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 특히 예비 성형체로서 사용하기 위해, 모놀리식 광학 구조체는 그 구조체의 적어도 하나의 선형 치수에 걸쳐 연장하는 광학 코어를 포함하는 복수 개의 고립 광학 경로를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은, 모놀리식 광학 구조체를 제조하는 방법으로서, 입자의 유동 스트림을 통한 구조체의 복수 회의 통과를 실행하는 것을 포함하는, 모놀리식 광학 구조체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 입자의 조성은 한번의 통과와 그 다음번의 통과 사이에 변화한다. 입자는 복수의 층을 형성하고, 이어서, 광학 물질을 갖는 각 층은 그 층의 일부분 내에 제한된 고립 광학 경로를 갖는 복수 개의 층으로 고형화(consolidation)된다. 특정 층이 그 층을 가로질러 균일한 광학 특성을 갖거나 그렇지 않을 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 복수 개의 독립 광 채널을 갖는 가요성 광섬유에 관한 것이다. 이 광 채널은 광섬유의 길이를 따라 연장하는 코어 광학 물질을 포함한다.
또한, 본 발명은 광섬유를 성형하는 방법으로서, 광섬유를 형성하도록 소정 패턴/층을 갖는 예비 성형체를 연화 온도로 가열하는 동시에, 그 예비 성형체를 인발하는 단계를 포함하는 것인 광섬유를 성형하는 방법에 관한 것이다. 그 광섬유는 코어 광학 물질을 포함하는 복수 개의 독립 광 채널을 구비한다.
게다가, 본 발명은 선택적으로 액세스할 수 있는 복수 개의 프로그램을 저장하는 비휘발성 광메모리를 포함하는 컴퓨터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 기재 표면의 적어도 일부를 각각 덮고 있는 적어도 3개의 입자 코팅을 갖는 구조체를 형성하는 방법으로서, 소정 입자 스트림의 적어도 일부를 기재 상에 증착하는 것을 포함하는, 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 입자의 증착은 약 1분 이하의 시간 내에 입자 스트림을 통해 기재를 3회 이동시키는 것을 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은, 구조체의 선형 치수에 걸쳐 연장하는 복수 개의 고립 광학 경로를 형성하는 복수 층의 광학 물질을 포함하는 광섬유 예비 성형체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 비휘발성 광메모리로부터 프로그램을 선택하고, 그 프로그램을 실행시키는, 컴퓨터를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 비휘발성 광메모리는 복수 개의 프로그램을 포함한다.
본 발명의 기타 시스템, 방법, 특징 및 이점은 이하의 도면 및 상세한 설명을 검토할 때 당업자들에게는 명백할 것이며 그렇게 될 것이다. 그러한 추가적 시스템, 방법, 특징, 및 이점은 모두 상세한 설명에 포함되며, 본 발명의 범위에 속하고, 첨부된 청구의 범위에 의해 보호받는 것으로 의도한 것이다.
도 1은 분말의 열분해 합성을 높은 생산 속도로 실행하는 반응 챔버의 측면 사시도이다.
도 2는 도 1의 레이저 열분해 반응기와 같은 유동 반응 시스템으로 증기/가스 반응물을 전달하는 반응물 전달 시스템의 개략적 도면이다.
도 3은 반응 챔버 안으로 에어로졸과 가스/증기 조성물을 전달하는 에어로졸 발생기를 갖는 반응물 유입 노즐의 측단면도로서, 긴 반응물 유입구의 평면도를 나타내는 삽입 도면의 선 3-3을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 3의 삽입 도면의 선 4-4를 따라 취한 도 3의 반응물 유입 노즐의 측단면도이다.
도 5는 도관을 통해 별도의 코팅 챔버에 연결되는 입자 생성 장치로 형성된 광 반응성 증착 장치의 개략도이다.
도 6은 내부 구성 요소를 볼 수 있도록 챔버의 벽을 투명하게 한, 코팅 챔버의 사시도이다.
도 7은 회전 스테이지 상에 장착된 기재로 향하는 입자 노즐의 사시도이다.
도 8은 입자 코팅이 입자 생성 챔버 내에서 기재에 도포되는, 광 반응성 증착 장치의 개략도이다.
도 9는 기재 근처에 위치하는 반응 영역으로 반응물을 전달하는 반응물 노즐의 사시도이다.
도 10은 도 9의 장치의 선 10-10을 따라 취한 단면도이다.
도 11은 광 반응성 증착 챔버의 실시예의 사시도이다.
도 12는 도 11의 광 반응성 증착 챔버의 반응 챔버의 확대도이다.
도 13은 도 12의 반응 챔버의 기재 지지부의 확대도이다.
도 14는 광학 물질의 패턴화된 층의 사시도이다.
도 15는 오버클래딩(overcladding) 층을 증착한 후의 도 14의 물질의 측면도이다.
도 16은 광학 회로의 사시도이다.
도 17은 도 16의 광학 회로를 선 17-17을 따라 취한 단면도이다.
도 18은 다층 광학 구조체의 사시도이다.
도 19는 다층 광학 구조체의 특정 실시예의 사시도이다.
도 20은 복수 개의 광학 경로를 갖는 층을 통해 취한 다층 광학 구조체의 사시도이다.
도 21은 다중 코어/패턴화 예비 성형체의 측면도이다.
도 22는 도 21의 다중 코어/패턴화 예비 성형체의 도 21의 선 22-22를 따라 취한 단면도이다.
복합 광학 구조체는, 층 내에 및/또는 층의 일부분 내에 선택된 광학 특성을 갖는 다층 광학 물질 내에 복수 개의 광학 경로를 갖는 것으로 생성될 수 있다. 이러한 복합 광학 구조체는 향상된 광 전송 및 처리 능력을 달성하는 데에 효과적으로 사용될 수 있다. 집속 방사선(focused radiation)(예를 들면, 빛) 반응성 증착은, 예를 들면 다양한 굴절율 및/또는 조성을 갖는 층상 물질의 형성하여 다층 구조체 내의 특정 층 또는 층의 일부에 적절한 광학 특성을 도입하는 다용도의 기법이다. 특히 중요한 실시예에서는 광학적으로 고립된 층에서 원하는 광학 채널/경로를 포함하는 다층 구조체가 형성되며, 몇몇 실시예에서는 소정 층 내에 광학적으로 고립된 채널을 포함하고 있는 다층 구조체로 형성된다. 다층 구조체는, 선택적으로는 집적 광학 소자를 갖는 광학 회로로서 개별 층들이 기능을 하고 있는 다차원의 광학 구조체를 형성하거나, 다층 예비 성형체로부터 다중 채널 광섬유를 형성하는 데에 적합할 수 있다. 다차원 광학 구조체는 다차원 광메모리 시스템에 사용될 수 있다.
특히 중요한 다층 광학 구조체는 서로 다른 광학 특성을 갖는 층의 형태 또는 층의 일부의 형태의 구역을 갖는다. 이러한 변화하는 광학 특성은 다층 광학 구조체 내에 독립된 광학 채널을 형성하는 데에 이용될 수 있다. 변화하는 광학 물질의 중요한 광학 특성은, 예를 들면 굴절율, 산란, 복굴절, 광학적 활성, 흡수/전송 등을 포함한다. 물질의 광학 특성은, 예를 들면 밀도, 구조, 균질성 및 화학적 조성을 변경함으로써 변할 수 있다. 특히, 화학적 조성은 상당한 범위에 걸친 광학 특성의 조절을 위한 다용도의 파라미터를 제공할 수 있다. 다층 구조체 내에서, 특정 층 또는 층의 일부를 위한 광학 특성의 선택은 일반적으로 그 구조체의 의도된 용도에 기초로 할 수 있다.
집속 광(예를 들면, 빛) 반응성 증착으로 불리는 새로운 방법이 매우 균일한 코팅 또는 소자를 형성하도록 개발되었다. 집속 방사선(예를 들면, 빛) 반응성 증착은 유동 상태의 생성물 입자를 형성한 후에 소정 표면상에 그 생성물 입자를 증착하도록, 집속 방사선(예를 들면, 빛) 구동식 유동 반응기를 수반한다. 집속 방사선(예를 들면, 빛) 반응성 증착은, 유동하는 반응물 스트림의 반응을 유발하여 서브미크론의 분말을 형성하기 위한 방사선 계통의 처리의 특징을 직접적인 코팅 처리에 통합한 것이며, 상기 방사선 계통 처리가 그 방사선 소스로서 강한 광빔을 채용하는 경우에는 레이저 열분해로 공지되어 있다. 특히, 넓은 범위의 반응 전구물질이 가스, 증기 및/또는 에어로졸 형태의 조성물을 갖는 반응물 스트림을 생성하는 데에 사용될 수 있으며, 넓은 범위의 매우 균일한 생성물 입자가 효율적으로 생성될 수 있다. 레이저 열분해를 위해 개발된 반응물의 전달 기법은 집속 방사선(예를 들면, 빛) 반응성 증착에 적합할 수 있다. 편의상, 이러한 용례는 호환성 있는 방사선계 열분해 및 레이저 열분해로, 그리고 호환성이 있는 집속 방사 선 반응성 증착 및 광 반응성 증착으로 지칭된다.
레이저 열분해에서, 반응물 스트림은 레이저빔과 같은 강한 광빔과 반응한다. 레이저빔이 편리한 에너지원이지만, 다른 강한 광원이 레이저 열분해에 사용될 수 있다. 레이저 열분해는 열역학적 평형 상태에서 형성하기 어려운 물질의 상을 형성시킨다. 반응물 스트림이 광빔을 떠남에 따라, 생성물 입자는 급속하게 냉각(quenching)된다. 도핑된 물질 및 기타 복합 광학 물질의 생성에 있어서, 본 발명의 기법은 물질의 조성을 원하는 범위에 걸쳐 조절할 수 있다는 이점을 갖는다.
원하는 조성을 갖는 입자 및 상응하는 코팅의 생성을 위한 레이저 열분해/레이저 반응성 증착의 성공적인 용례의 기본 특징은 적절한 전구물질 조성을 함유하는 반응물 스트림의 생성이다. 특히, 광 반응성 증착에 의해 도핑된 물질을 형성하기 위해, 반응물 스트림은 유리질 또는 결정질의 호스트 전구물질과, 선택적으로는 도펀트 전구물질을 포함할 수 있다. 특히, 생성물 광학 물질의 조성은 반응물 스트림의 조성을 변화시킴으로써 원하는 화학량론 및 도펀트 조성으로 조절할 수 있다. 마찬가지로, 전구물질이 적절한 방사선 흡수체가 아니라면, 광 에너지를 흡수하여 반응물 스트림 내의 다른 화합물로 전달하도록 추가의 방사선 흡수체를 반응물 스트림에 첨가한다. 다른 추가의 반응물이 반응물 스트림에서의 산화/환원 분위기를 조절하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 화학량론과, 비정질 구조를 포함하는 다양한 결정 구조를 갖는 서브미크론의 무기질 입자가 레이저 열분해만으로, 또는 추가적 처리와 병행하여 생성되고 있다. 구체적으로는, 비정질 및 결정질의 서브미크론 및 나노크기의 입자는 레이저 열분해를 사용하여 선택된 도펀트로 생성될 수 있다. 마찬가지로, 광 구동식 반응 기법을 사용하여, 다양한 새로운 물질을 생성할 수 있다. 광 반응성 증착은, 선택적으로는 예를 들면 도펀트 조성물의 복합 혼합물을 포함하는 도펀트를 갖는 유리질, 즉 비정질 물질 및 결정질 물질의 매우 균일한 코팅을 형성하는 데에 사용될 수 있다.
균일한 유리질 층을 형성하기 위해, 광 반응성 증착에 의해 증착된 비정질 입자의 층을 고형화/조밀화 시킬 수 있다. 유리질을 고형화시키기 위해, 분말은 그 유동 온도 이상의 온도로 가열된다. 이러한 온도에서, 분말은 유리질 물질의 균일한 층을 형성하도록 조밀하게 될 수 있다. 실질적으로 균일한 광학 물질은 광의 전송을 허용하는 광학 품질을 갖는다. 입자 내에 도펀트를 혼입시키면, 얻어지는 조밀하게 된 유리질 물질에 걸쳐서 도펀트를 분포시키는 것이 분말 증착의 결과로 바로 달성된다. 마찬가지로, 사파이어와 같은 결정질 광학 물질은 사파이어를 형성하는 산화 알루미늄과 같은 결정질 분말을 고형화시켜 층으로 형성될 수 있다. 도펀트 또한 결정질 분말 안으로 도입될 수 있다. 마찬가지로, 적절한 가열 및 냉각 속도가 비정질 물질을 결정질 층으로(일반적으로 낮은 냉각 속도) 및 결정질 분말을 유리질 층(일반적으로 빠른 냉각)으로 고형화시키기 위해 일반적으로 사용될 수 있다.
도펀트, 특히 희토류 도펀트를 유리질 물질 안으로 도입하기 위한 통상의 상업적 기법은 유리질을 먼저 형성하고, 후속하여 도펀트를 증기 또는 액체 상태로부터 유리질 안으로 도입하는 것을 포함한다. 유리질은 이 유리질 안으로의 도펀트의 도입을 용이하게 하도록 다공질로 만들어질 수 있다. 이러한 기법은 일반적으로 다공질 유리질을 생성하기 위한 복수의 단계를 요구한다. 게다가, 원하는 도펀트의 농도 및 도펀트의 균일한 분포를 얻기에는 곤란하다. 이와 달리, 곧이어 본 명세서에 기재되는 유동 반응 기법은 유리질 물질 안으로 바로 도펀트를 혼입시킬 수 있다. 따라서, 유리질을 다공질로 만들 필요가 없으며, 거의 어떤 추가적 단계도 조성을 변경하기 위해 필요로 하지 않아 공정 단계의 수가 감소된다.
레이저 열분해, 레이저 반응성 증착의 특성을 조절함으로써, 매우 균일하며 매우 작은 입자를 증착할 수 있다. 분말의 균일성 및 작은 크기로 인해, 광 반응성 증착은 균일하며 매끄러운 코팅 표면을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 광 반응성 증착을 사용하여, 가열 후에 원자간력 현미경으로 측정하였을 경우 약 0.25 내지 약 0.5 ㎚의 평균 제곱근 표면 거칠기를 갖는 실리콘 산화물의 유리질 코팅이 형성되었다. 따라서, 그 표면은 화염 가수분해 증착으로 얻을 수 있는 것으로 생각되는 것보다 더 매끄러우며, 화학적 기상 증착에 의해 얻을 수 있는 매끈함에 거의 비교할 수 있다. 광 반응성 증착(LRD)에 의해 도포된 그러한 매끄러운 유리질 코팅은 기재가 생성물 스트림을 통과해 이동하게 함으로써 비교적 빠른 증착 속도로 증착되었다. 따라서, LRD가 매우 고품질의 유리질 코팅의 형성을 위한 효율적이면서도 효과적인 기법일 수 있음이 이미 증명되었다.
또한, 광 반응성 증착을 사용하면, 선택적으로 변화하는 조성을 갖는 물질들이 복잡하게 변화하는 복합 구조체를 형성할 수 있다. 또한, 분말을 상업화 할 수 있는 양으로 생산하기 위해 레이저 열분해 기술을 채용함으로써, 광 반응성 증착은 매우 빠른 속도로 높은 품질의 코팅을 형성할 수 있다. 생성물 입자의 스트림을 통해 기재가 추가적으로 지나가게 함으로써 복수의 층을 형성할 수 있다.
각 코팅 층이 높은 균일성과 매끈함을 갖기 때문에, 층상 구조에 대한 적절한 조절을 유지하면서 많은 수의 층들을 적층할 수 있어, 광학 소자를 형성하는 능력에 악영향을 미치는 구조적 변화 없이 광학 소자를 층상 구조 전체에 걸쳐 형성할 수 있다. 조성은 층들 간에, 즉 구조체의 평면에 대해 수직 방향으로 및/또는 구조체의 페인(pane) 내의 층의 일부에서 변화하여 원하는 광학 구조체를 형성할 수 있다. 따라서, 적층된 집적 광학 소자의 층상 구조체가 형성될 수 있다.
광학 층을 형성하기 위해, 코팅된 기재는 허용 가능한 광학 특성을 갖는 균일한 광학 물질을 생성하도록 가열되어야 한다. 층들을 고형화시켜 조밀화된 광학 물질로 만드는 것은 층의 형성 시에 다양한 단계로 실행될 수 있다. 예를 들면, 이러한 가열 단계는 각 층의 증착 후에, 다수의 층의 증착 후에, 또는 모든 층의 증착 후에 실행될 수 있다. 고형화시키기 위한 하나 이상의 층들은 층의 일부분에 특정 광학 물질이 위치하도록 패턴화될 수 있다. 기재의 단지 일부에 걸쳐 기재를 선택적으로 가열함으로써, 층의 단지 일부만을 특정 가열 단계 중에 고형화시킬 수 있다. 일반적으로, 보다 많은 가열 단계를 제공하는 것이 유리질 층의 품질을 개선시키지만, 처리하는 데에 더 많은 노력을 요한다. 광 반응성 증착은, 복합 구조체의 얻어지는 품질을 과도하게 저하시키지 않으면서 다수 층의 증착 후에 열처리될 수 있는 고품질의 층을 생성할 수 있다.
층 내에 패턴화된 구조를 형성하기 위해, 화학적 에칭 또는 방사선계 에칭과 같은 에칭과 함께, 리소그래피 및 포토리소그래피와 같은 패턴화 기법이 하나 이상 의 층에 원하는 패턴을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 패턴화는 일반적으로 추가적 물질을 증착하기 전에 중간 증착 생성물 상에서 실행된다.
본 명세서에 기재된 다층 다중 경로 광학 물질의 형성은 복수 개의 층의 증착에 기초하고 있으며, 각 층은 특정 층 내에 특별한 구조를 형성하도록 윤곽이 형성되거나 그렇지 않을 수 있다. 다층 광학 구조체를 형성하는 능력은 상당히 적은 체적에서 보다 큰 전송 능력을 갖는 광학 물질을 형성할 가능성을 제공한다. 예를 들면, 상이한 층을 따른 복수 개의 광학적 채널, 즉 경로는, 예를 들면 z-평면, 다시 말해 코팅된 기재의 평면에 대해 수직한 평면에서 증착 물질에 변화를 줌으로써 단일 구조체 내에 포함될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 선택된 광학 물질을 소정 층의 단지 일부분에 걸쳐 선택적으로 증착하거나, 층 내에 다시 말해 기재의 x-y 평면 내에 고립 구역을 형성하도록 물질을 적절하게 에칭 또는 윤곽을 형성함으로써, 층을 따라 인접한 광학 채널들을 형성하도록 단일 층에 걸쳐 복수 개의 구조를 형성할 수 있다. 복수 개의 광학 채널을 갖는 단일의 모놀리식 구조체는 대응하는 복수 개의 서로 연관되지 않은 광학 신호를 동시에 전송하게 하며, 각 광학 신호는 특정 광학 채널 내의 물질에 따른 전대역폭(full bandwidth)을 갖는다. 모놀리식 구조체내의 광학 채널의 광학적 분리로 인해, 신호는 공간적 분리가 적을 수 있는 경우에 조차도 서로 연관되지 않은 상태로 유지될 수 있다.
다층 광학 구조체를 사용하면, 광 도파로 및 일반적으로 커플러, 증폭기 등과 같은 복수 개의 추가적인 집적 광학 소자를 갖는 광학 회로를 포함하고 있는 개별 층들을 갖는 평면 광학 소자를 형성할 수 있다. 따라서, 복수 개의 집적 광학 회로를 갖는 적층 구조체는 모놀리식 성형체 내에 형성될 수 있다. 이러한 방식에서, 많은 수의 광학 소자가 작은 체적 내에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 집적 광학 회로의 층 기반 적층에 있어서, 팩킹 능력의 양적 상승은 평면 표면을 따라, 일반적으로는 평면 기재 상에 매우 많은 수의 집적 광학 회로를 설치할 수 있다. 층의 작은 두께로 인해, 각각 집적 광학 회로 및/또는 기타 광학 소자를 구비한 추가의 층들의 존재가 모놀리식 성형체에 의해 점유되는 전체 공간을 실질적으로 변경하지 않으면서 추가될 수 있다. 따라서, 광학적 처리 능력에서의 한 자리수 정도 또는 상당한 증가가 종래의 소자와 동일한 풋 프린트(foot-print)에 용이하게 추가될 수 있다.
마찬가지로, 다층 광학 구조체는 섬유의 예비 성형체로 사용될 수 있다. 광섬유는 일반적으로 큰 블록의 물질로부터 인발된다. 그 물질의 블록은 광학 물질의 소스를 제공하며, 이 광학 물질은 예비 성형체 내에 적절한 배치 상태로 상기 섬유를 위해 선택된 조성을 갖지만, 변형례에서는 섬유 또는 그 일부 내의 조성을 섬유의 형성 후에 도펀트 또는 추가의 도펀트를 사용하여 변경할 수 있다. 일반적으로, 섬유의 조성은 섬유 형성 후에 변경할 필요가 없는 데, 이는 광 반응성 증착이 원하는 조성물을 예비 성형체의 선택된 층 및 층 내의 지점에 상당한 다양성을 가지면서 도입할 수 있기 때문이다. 이러한 다양성은 특히 다층 예비 성형체를 성형하는 데에 있어, 특별한 조성물이 예비 성형체 내의 원하는 지점에 위치할 수 있다는 점에서 중요하다.
광섬유는 클래딩 물질에 의해 둘러싸인 코어를 포함하며, 코어와 클래딩 물질은 적절한 주파수의 빛을 코어 영역에 가두어두도록 상이한 굴절율을 갖는다. 특히, 광 반응성 증착을 이용하면, 섬유 예비 성형체는 층 내에서 및 층들 간에 변화하는 선택된 화학적 조성을 갖도록 생성할 수 있어, 복수 개의 독립된 광학 채널이 모놀리식 성형체 내에 2차원적 배열로 형성될 수 있다. 조성이 2차원적으로 변화하는 모놀리식 성형체는 예비 성형체로 사용될 수 있으며, 이 예비 성형체는 인발됨으로써, 단일 섬유 내에 배열된 상응하는 복수 개의 독립된 광학 채널을 구비하여 전송 능력에 있어서 상응하는 증가를 제공하는 섬유를 형성한다. 예비 성형체 내에 변화하는 조성의 구성은 대응하는 섬유에서 유지되지만, 구조체의 치수는 섬유의 인발로 인해 분명히 변한다. 게다가, 다층의 모놀리식 구조체가 다중 채널 광섬유용 및/또는 집적 광학 회로의 적층된 층을 갖는 모놀리식 광학 구조체용 커넥터로서 사용될 수 있다.
3차원의 복합 광학 구조체를 형성하는 능력은 강건한 3차원의 광학 메모리, 광 도파로/도관/섬유[예를 들면, 브래그 격자(Bragg grating)], 광학 감쇠기, 광학 분리기/커플러, 광학 필터, 광학 스위치, 레이저, 변조기, 상호 연결기, 광절연체(optical isolator), 광 애드/드롭 멀티플렉서(add-drop multiplexer, OADM), 광학 증폭기, 광학 폴라라이저, 광학 미러/리플렉터, 광학적 상 지연기(optical phase-retarder), 및 광학 검출기의 형성을 위해 유익하게 적용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 3차원 광학 구조체는 광섬유 예비 성형체로서 형성될 수 있다. 선택된 실시예에서, 광메모리 유닛은 고용량의 비휘발성 메모리 시스템으로서 형성될 수 있다. 모놀리식 구조체 내의 유닛은 데이터 저장을 위한 개별적으로 액세스할 수 있는 데이터 요소를 형성할 수 있다. 비휘발성 메모리는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 데에 유익하게 사용될 수 있다.
코팅 형성을 위한 광 반응성 증착
특히 중요한 실시예에서, 광학 층은 광 반응성 증착에 의해 형성된다. 코팅될 기재로 향하는 생성물 입자의 매우 균일한 흐름이 형성된다. 그 결과로 얻어진 입자 코팅은 유리질 또는 결정과 같은 광학 물질을 형성할 수 있다.
광 반응성 증착은 강한 광원을 사용하여 유동하는 반응물 스트림으로부터 원하는 조성물의 합성을 유발하는 코팅 기법이다. 광 반응성 증착은 일반적으로 분말의 증착을 가져오지만, 표면에 증착된 고온 입자는 그 온도로 인해 증착 처리 중에 부분적으로 융합될 수 있다. 광 반응성 증착은 강한 집속 방사선(예를 들면, 빛) 소스가 반응을 유발한다는 점에서 분말 합성을 위한 레이저 열분해와 유사하다. 레이저 열분해는 반응 생성물이 입자를 형성하게 되는 반응 영역에서 강한 방사선(예를 들면, 빛) 빔, 즉 집속된 전송과 상호 교차하는 반응물의 유동 스트림을 포함한다. 레이저 열분해에서 생성된 입자는 후속 사용을 위해 포집되는 반면에, 광 반응성 증착에서는 얻어진 조성물은 코팅이 형성될 기재의 표면으로 향하게 된다. 매우 균일한 입자의 생성을 초래하는 레이저 열분해의 특징은 매우 균일한 코팅의 생성에도 마찬가지로 구현될 수 있다.
광 반응성 증착에서, 기재의 코팅은 반응 챔버로부터 분리된 코팅 챔버에서 실행될 수 있거나, 반응 챔버 내에서 실행될 수 있다. 이러한 구성 중 어느 것에서도, 반응물 전달 시스템은 다양한 조성을 갖는 입자를 생성하기 위한 레이저 열 분해 장치의 반응물 전달 시스템과 유사하게 구성될 수 있다. 따라서, 넓은 범위의 코팅이 형성되어, 광학 물질로 되도록 추가 처리 될 수 있다.
코팅이 반응 챔버와 분리된 코팅 챔버에서 실행되는 경우, 반응 챔버는 레이저 열분해를 실행하는 반응 챔버와 본질적으로 동일하지만, 반응물 처리량 및 반응물 스트림의 크기는 코팅 공정에 적합하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예를 위해, 코팅 챔버 및 이 코팅 챔버와 반응 챔버를 연결하는 도관이 레이저 열분해 시스템의 포집 시스템을 대신한다. 코팅이 반응 챔버에서 실행되는 경우, 기재가 반응 영역으로부터의 흐름을 방해하여, 기재 상에 입자를 바로 증착시킨다.
긴 반응물 유입구를 포함하는 구조의 레이저 열분해 장치는 입자를 상업화할 수 있는 양으로 용이하게 생산하도록 개발되었다. 이러한 구조는, 본 명세서에 참조로 인용된 비(Bi) 등의 "화학적 반응에 의한 입자의 효율적 생산(Efficent Production of Particles By Chemical Reaction)"이라는 명칭의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 제5,958,348호에 기재되어 있다. 상업적 생산 능력의 레이저 열분해 장치를 위한 추가적 실시예 및 기타 적절한 특징은 본 명세서에 참조로 인용된 "입자 생산 장치(Particle Production Apparatus)"라는 명칭의 모소(Mosso) 등의 공동으로 계류 중이며 공동으로 양도된 미국 특허 출원 번호 제09/362,631호에 기재되어 있다. 레이저 열분해에 의한 분말의 상업적 생산을 위한 그러한 구조는 광 반응성 증착에 의한 고품질 광학 물질의 신속한 코팅을 위해 변형될 수 있다.
큰 생산 능력의 레이저 열분해 장치의 몇몇 실시예에서, 반응 챔버와 반응물 유입구는 반응물과 생성물의 처리량을 증가시키도록 광빔을 따라 상당히 길게 되어 있다. 광빔을 긴 반응물 스트림을 따라 배향시킴으로써, 생성물 입자의 시트가 생성된다. 이하에 더 기재하는 바와 같은 가스상/증기 반응물 및/또는 에어로졸 반응물의 전달은 긴 반응 챔버의 구조에 적합할 수 있다. 긴 반응물 유입구의 크기는 코팅될 기재의 크기에 기초하여 선택될 수 있다.
일반적으로, 긴 반응 챔버 및 반응물 유입구를 갖는 입자 생산 장치는 챔버의 벽의 오염을 감소시키고, 생산 능력을 증대시키며, 자원을 효율적으로 사용하도록 설계되어 있다. 챔버 구조로 인해, 긴 반응 챔버는 그 챔버의 불감 부피(dead volume)에서의 상응하는 증가 없이 반응물 및 생성물의 처리량 증대를 제공한다. 챔버의 불감 부피는 미반응 화합물 및/또는 반응 생성물로 오염될 수 있다. 게다가, 차폐 가스의 적절한 흐름이 반응물과 생성물을 반응 챔버를 통하는 유동 스트림 내에 한정시킬 수 있다. 반응물의 높은 처리량은 집속 방사선(예를 들며, 빛) 에너지의 사용을 효율적이게 한다.
광 반응성 증착에 있어서, 입자 생산 속도는 시간당 약 5 그램의 반응 생성물 내지 시간당 약 10킬로그램의 원하는 반응 생성물의 범위에서 변화할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서에 기재한 장치를 사용하여, 시간 당 적어도 약 10킬로그램까지(㎏/hr)의 입자 생산 속도로, 다른 실시예에서는 적어도 약 1㎏/hr, 다른 실시예에서는 시간당 적어도 약 25그램(g/hr)의 낮은 속도로, 추가의 실시예에서는 적어도 약 5g/hr의 속도로 코팅을 달성할 수 있다. 이러한 명시된 생산 속도 사이의 중간의 생산 속도가 고려될 수 있고 본 발명에 속한다는 것을 당업자들을 이해할 것이다. 입자 생산의 예시적 속도(시간당 생성되는 그램의 단위로)는 적어도 약 5, 10, 50, 100, 250, 500, 1000, 2500, 5000, 또는 10000을 포함한다.
생성된 모든 입자가 기재에 증착되는 것은 아니다. 일반적으로, 증착 효율은, 생성물 입자의 시트를 통과해 기재를 이동시키는 것에 기초를 둔 실시예에 대해서는 생성물 스트림을 통과하는 기재와 입자의 상대 속도에 좌우된다. 기재 이동의 적당한 상대 속도에서, 약 15 내지 20%의 코팅 효율을 얻어지는데, 다시 말해 약 15 내지 20%의 생성 입자가 기재의 표면에 증착되었다. 통상의 최적화가 증착 효율을 더 상승시킬 수 있다. 생성물 입자 스트림을 통과하는 기재의 더 낮은 상대 속도에서, 적어도 약 40%의 코팅 효율이 얻어졌다. 몇몇 실시예에서, 입자 생산 속도는 시간당 적어도 약 5그램, 대안적으로 또는 추가적으로는 시간당 약 25그램의 반응 생성물이 기재에 증착되게 하는 속도이다. 일반적으로, 그러한 달성 가능한 입자 생성 속도 및 증착 효율에 있어서, 적어도 약 5g/hr, 다른 실시예에서는 적어도 약 25g/hr, 또 다른 실시예에서는 적어도 약 100g/hr 내지 약 5㎏/hr, 그리고 또 다른 실시예에서는 약 250g/hr 내지 2.5㎏/hr의 증착 속도를 얻을 수 있다. 이러한 명시된 증착 속도 사이의 증착 속도도 고려될 수 있고 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자들은 이해할 것이다. 입자 증착의 예시적 속도(시간당 증착되는 그램의 단위로)는 적어도 약 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000, 2500, 또는 5000을 포함한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명은 기재와 입자의 흐름의 서로에 대한 이동 속도를 코팅된 기재의 원하는 규격에 따라 실질적으로 변화시킬 수 있게 한다. 따라서, 하나의 실시예에서, 그 속도는 절대 척도로 측정될 수 있으며, 초당 약 0.001 인치 내지 초당 약 12 인치, 또는 더 이상의 범위에서 변화할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 속도는 코팅되는 기재에 대해 비율로 측정될 수 있으며, 분당 약 1개의 기재 내지 초당 약 1개의 기재의 범위 내에서 변경될 수 있다.
생성물 입자의 시트를 사용하는 적절한 실시예를 위해, 기재의 이동 속도는 일반적으로 선택된 증착 속도와 원하는 코팅 두께의 함수로서, 원하는 코팅의 균일성을 얻으면서 원하는 속도로 기재를 이동시키는 능력에 의해 제한된다. 광 반응성 증착으로 달성할 수 있는 높은 증착 속도로 인해, 극도로 빠른 코팅 속도를 용이하게 달성할 수 있다. LRD에 의한 그러한 코팅 속도는 경쟁 방법에 의해 달성할 수 있는 속도 보다 엄청나게 빠르다. 특히, 약 10㎏/hr의 입자 생산 속도에서, 8인치의 웨이퍼는 분말 밀도를 벌크 밀도의 약 10%로 가정할 경우 단지 약 2.5 %의 증착 효율에서도 대략 1초 내에 분말이 약 10미크론의 두께로 코팅될 수 있다. 당업자들은 상기 증착 속도, 원하는 두께 및 기재 상의 분말의 밀도를 기초로 하여, 특정 코팅 속도를 간단한 기하학적 원리를 이용하여 계산할 수 있다.
또한, 빠른 생산 속도는 코팅 공정 사이에서 고형화의 유무에 관계없이 복수 개의 입자 코팅을 형성하는 데에 사용하기에 유익할 수 있다. 각 코팅은 층의 전체 또는 층의 일부를 덮을 수 있다. 조성은 층 내에서 또는 층들 간에 변경될 수 있다. 층들 간에 조성을 현저하게 변경하는 경우에, 생성물 스트림이 안정화하도록 수 초 대기하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 본 명세서에 기재된 이상적인 크기의 기재는 약 1분 이하의 시간 내에 세 가지 입자 코팅으로 코팅될 수 있으며, 다른 실시예에서는 약 15초 이하, 다른 실시예에서는 약 9초 내지 약 3초의 범위 내에서 코팅될 수 있다. 마찬가지로, 본 명세서에 기재된 이상적인 크기의 기재는 약 1분 이하의 시간 내에 다섯 가지 입자 코팅으로 코팅될 수 있으며, 다른 실시예에서는 약 25초 이하, 다른 실시예에서는 약 15초 내지 약 5초의 범위 내에서 코팅될 수 있다. 이러한 명시된 범위 내의 범위 및 부분 범위가 고려될 수 있고 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
개선된 반응 챔버(100)의 구조가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 반응물 유입구(102)는 메인 챔버(104)에 이르게 된다. 반응물 유입구(102)는 메인 챔버(104)의 형상에 거의 일치한다. 메인 챔버(104)는 입자상 생성물, 임의의 미반응 가스 및 불활성 가스를 제거하도록 반응물/생성물 스트림을 따른 유출구(106)를 포함한다. 차폐 가스 유입구(108)가 반응물 유입구(102) 양측에 위치한다. 차폐 가스는 반응물 스트림의 측면에 불활성 가스의 블랭킷을 형성하여 챔버의 벽과 반응물 또는 생성물 간의 접촉을 방지하는 데에 사용된다. 긴 반응 챔버(104)와 반응물 유입구(102)의 치수는 입자 생산 효율을 높이도록 설계될 수 있다. 나노 입자의 생산을 위한 반응물 유입구(102)의 이상적인 치수는 수 킬로와트 범위의 파워를 갖는 CO2 레이저를 사용하는 경우 약 5㎜ 내지 약 1m이다.
관형 섹션(110, 112)은 메인 챔버(104)로부터 연장한다. 관형 섹션(110, 112)은 반응 챔버(100)를 통과하는 광빔의 경로(118)를 형성하도록 창(114, 116)을 각각 보유하고 있다. 관형 섹션(110, 112)은 이 관형 섹션(110, 112) 안으로 불활성 가스를 도입하기 위한 불활성 가스 유입구(120, 122)를 포함할 수 있다.
유출구(106)는 코팅 챔버로 향하는 도관에 이를 수 있다. 반응 챔버에서부터 코팅 챔버에 이르는 도관으로의 천이부를 구별하는 치수에서의 변화는 불필요하다. 반응 영역은 반응 챔버 내에 위치하며, 도관이 흐름 방향의 변경을 수반할 수 있지만 필요한 것은 아니다. 대안적으로, 반응 챔버 내에서 기재를 코팅하기 위해 기재가 생성물 흐름을 방해할 수 있다.
반응물 유입구(102)는 일반적으로 반응물 전달 시스템에 연결되어 있다. 도 2를 참조하면, 반응물 전달 장치의 실시예(130)가 전구물질 화합물의 소스(132)를 포함한다. 액체 또는 고체 반응물을 위해, 선택적인 캐리어 가스가 하나 이상의 캐리어 가스 소스(134)로부터 전구물질 소스(132) 안으로 도입되어, 반응물의 전달을 용이하게 할 수 있다. 전구물질 소스(132)는 액체 보유 컨테이너, 고체 전구물질 전달 장치, 또는 기타 적절한 장치일 수 있다. 캐리어 가스 소스(134)로부터 나온 캐리어 가스는, 예를 들면 적외선 흡수제, 불활성 가스 또는 그 혼합물일 수 있다.
전구물질 소스(132)로부터 나온 가스/증기와, 적외선 흡수체 소스(136), 불활성 가스 소스(138) 및/또는 가스상 반응물 소스(140)에서 나온 가스들은 이 가스들을 배관(142)의 단일 부분에서 혼합함으로써 혼합될 수 있다. 가스/증기는 반응 챔버에서부터 충분한 거리를 두고 혼합되어, 가스/증기가 반응 챔버로 유입되기 전에 잘 혼합되게 된다. 배관(142)에서 혼합된 가스는 덕트(144)를 통해 도 1에서의 도면 번호 102와 같은 반응물 유입구와 유체 연통 상태에 있는 채널(146)로 보내진다.
제2 반응물 전구물질이 제2 반응물 전구물질 소스(148)로부터 가스/증기로 공급될 수 있으며, 상기 전구물질 소스는 액체 반응물 전달 장치, 고체 반응물 전달 장치, 가스 실린더 또는 기타 적절한 컨테이너 또는 컨테이너들일 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제2 반응물 소스(148)는 제2 반응물을 배관(146)을 경유하여 덕트(144)로 전달한다. 대안적으로, 제2 반응물 소스는 제2 반응물을 제2 덕트로 전달하여, 반응물이 반응 영역에서 또는 그 근처에서 혼합되게 되는 반응 챔버로 두 반응물을 별도로 전달할 수 있다. 따라서, 복합 물질 및/또는 도펀트의 형성을 위해, 상당한 수의 반응물 소스 및 선택적으로는 별도의 반응물 덕트들이 반응물/전구물질의 전달을 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 25개 정도로 많은 반응물 소스 및 반응물 덕트를 생각할 수 있지만, 원칙적으로는 훨씬 더 많은 수가 사용될 수 있다. 질량 유량 제어기(150)가 도 2의 반응물 전달 시스템 내에서의 가스/증기의 흐름을 제어하도록 사용될 수 있다. 추가의 반응물/전구물질이 마찬가지로 복합 물질의 합성을 위해 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이, 반응물 스트림은 하나 이상의 에어로졸을 포함할 수 있다. 이 에어로졸은 반응 챔버 내에서, 또는 반응 챔버 안으로 주입되기 전에 반응 챔버 외부에서 형성될 수 있다. 에어로졸이 반응 챔버 안으로 주입되기 전에 생성되는 경우, 그 에어로졸은 도 1에서의 반응물 유입구(102)와 같이 가스상 반응물을 위해 사용되는 반응물 유입구와 유사한 반응물 유입구를 통해 도입될 수 있다. 복합 물질의 형성을 위해, 추가의 에어로졸 발생기 및/또는 증기/가스 소스가 반응물 스트림 내에 원하는 조성물을 공급하도록 조합될 수 있다.
에어로졸 반응물을 전달하도록 구성된 반응물 전달 노즐의 실시예가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 유입 노즐(160)은 그 하측 면(162)에서 반응 챔버와 연결된다. 유입 노즐(160)은 이 유입 노즐(160)을 반응 챔버에 고정하도록 하측 면(162)에 볼트 연결되는 플레이트(164)를 포함한다. 유입 노즐(160)은 내부 노즐(166)과 외부 노즐(168)을 포함한다. 내부 노즐(166)은, 예를 들면 트윈 오리피스 내부 혼합 분무기(170)를 그 노즐의 상부에 구비할 수 있다. 일리노이주 휘튼 소재의 스프레잉 시스템즈(Spraying Systems)로부터 적절한 가스 분무기를 입수할 수 있다. 트윈 오리피스 내부 혼합 분무기(170)는 에어로졸 및 가스상 조성물의 얇은 시트를 생성하도록 팬 형상을 갖는다. 액체는 배관(172)을 통해 분무기로 주입되며, 반응 챔버 안으로 도입하기 위한 가스는 배관(174)을 통해 주입된다. 가스와 액체의 상호 작용은 액적 형성을 보조한다.
외부 노즐(168)은 챔버 섹션(176), 깔때기 섹션(178), 및 전달 섹션(180)을 포함한다. 챔버 섹션(176)은 내부 노즐(166)의 분무기를 유지한다. 깔때기 섹션(176)은 에어로졸 및 가스상 조성물을 전달 섹션(180)으로 안내한다. 전달 섹션(180)은 도 3의 삽입도에 도시한 직사각형의 반응물 개구(182)에 이르게 된다. 반응물 개구(182)는 레이저 열분해 또는 광 반응성 증착을 위한 반응 챔버 안으로의 반응물 유입구를 형성한다. 외부 노즐(168)은 외부 노즐에서 포집되는 임의의 액체를 제거하기 위한 배출구(184)를 포함한다. 외부 노즐(168)은 외측 벽체(186)에 의해 덮여 있으며, 이 벽체는 반응물 개구(188)를 둘러싸는 차폐 가스 개구(188)를 형성한다. 불활성 차폐 가스는 배관(190)을 통해 도입된다. 하나 이 상의 에어로졸 발생기를 사용하여 긴 반응물 챔버 안으로 에어로졸을 도입하는 추가의 실시예는, 본 명세서에 참조로 인용된 "반응물 전달 장치(Reactant Delivery Apparatus)"라는 명칭의 가드너(Gardner) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 제6,193,939호에 기재되어 있다.
산화물의 형성을 위해, 산소 공급원으로서 기능을 하는 적절한 이차적인 반응물은, 예를 들면 O2, CO, N2O, H2O, CO2, O3, 및 그 혼합물을 포함한다. 분자상 산소는 공기로서 공급될 수 있다. 대안적으로, 산소는 카아보닐과 같은 금속/준금속 전구물질 화합물에 제공될 수 있다. 탄화물을 위한 탄소, 질화물을 위한 질소, 황화물을 위한 황의 공급원은 이하에 더 기재되어 있다. 이차적인 반응물 화합물은 존재하는 경우, 일반적으로 큰 입자의 형성을 초래하기 때문에 반응 영역으로 들어가기 전에 금속 전구물질과 현저하게 반응하여서는 안 된다.
레이저 열분해/광 반응성 증착은 레이저 또는 다른 강한 집속 광원을 사용하여 다양한 광학 주파수로 실행될 수 있다. 몇몇 바람직한 광원은 전자기 스펙트럼의 적외선 영역에서 작동한다. CO2 레이저가 광원으로서 특히 편리하다. 반응물 스트림에 포함되는 적외선 흡수제로서, 예를 들면 C2H4, 이소프로필 알콜, NH3 , SF6, SiH4 및 O3을 포함한다. O3는 적외선 흡수제 및 산소 공급원으로서 기능을 할 수 있다. 적외선 흡수제와 같은 방사선 흡수제는 방사선 빔으로부터 에너지를 흡수하여, 반응을 유발하도록 그 에너지를 다른 반응물로 분산시킨다.
일반적으로, 광빔으로부터 흡수된 에너지는, 제어 조건하에서의 발열 반응에 의해 열이 일반적으로 생성될 수 있는 속도의 수배의 굉장한 속도로 온도를 상승시킨다. 그 과정은 일반적으로 비평형 조건과 관련이 있는 반면에, 온도는 흡수 영역에서의 에너지를 근거로 대략적으로 설명할 수 있다. 광 반응성 증착에서, 반응 과정은 에너지원이 반응을 시작시키지만 반응이 발열 반응에 의해 발생된 에너지에 의해 유발되는 연소 반응기에서의 과정과 질적으로 상이하다. 연소 반응기에서는 소정 경계에 의해 잘 구획된 반응 영역이 실질적으로 존재하지 않는다. 반응 영역은 크며, 반응물의 체류 시간은 길다. 이와 달리, 레이저/광 구동 반응은 극도로 높은 가열/냉각 속도를 갖는다. 레이저/광의 강도를 제어하여, 반응 조건을 마찬가지로 제어할 수 있다. 광 반응성 증착에서, 반응 영역은 주로 광 빔과 반응물 스트림의 중첩 영역에 있지만, 반응 영역은 반응의 정확한 성질에 따라 광 빔 너머로 수 밀리미터 확장할 수 있다. 광 반응성 증착 반응기에서 반응 영역을 떠난 후에, 입자는 반응이 종결되는 경우에도 그 온도로 인해 여전히 어느 정도 유체/연질 상태일 수 있다.
불활성 차폐 가스를 사용하여, 반응물 챔버 구성 요소와 접촉하는 반응물 및 생성물 분자의 양을 감소시킬 수 있다. 불활성 가스는 또한 캐리어 가스 및/또는 반응 감속제로서 반응물 스트림 안으로 도입될 수 있다. 적절한 불활성 차폐 가스로서, 예를 들면 Ar, He, 및 H2를 포함한다.
레이저 열분해 장치는 광 반응성 증착을 위해 수정될 수 있다. 그러한 수정의 본질은 코팅이 반응 챔버 내에 또는 별도의 코팅 챔버 내에서 실행되는 가에 의존한다. 임의의 실시예에서, 반응물 챔버 안으로의 반응물 전달 유입구는 일반적 으로 증착 처리를 위해 요구되는 치수를 갖는 생성물 스트림이 얻어지는 치수로 반응물 스트림을 전달하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예에서, 반응물 유입구는 기재의 직경과 대략 동일한 크기의 길이 또는 약간 큰 길이를 가져, 생성물을 과도하게 낭비하지 않으면서 생성물 스트림을 통한 1회의 통과로 기재의 전체 치수를 따라 그 기재를 코팅할 수 있게 한다.
레이저 열분해 장치의 유출구는 별도의 코팅 챔버 내에서 기재를 코팅하도록 수정될 수 있다. 별도의 반응 챔버 및 코팅 챔버를 갖는 코팅 장치가 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 이 코팅 장치(200)는 반응 챔버(202), 코팅 챔버(204), 반응 챔버(202)와 코팅 챔버(204)를 연결하는 도관(206), 코팅 챔버(204)로부터 안내되는 배기 도관(208), 그리고 배기 도관(208)에 연결된 펌프(210)를 포함한다. 밸브(212)가 펌프(210)로의 흐름을 제어하는 데에 사용될 수 있다. 밸브(212)는, 예를 들면 수동 니들 밸브 또는 자동 스로틀 밸브일 수 있다. 밸브(212)는 펌핑 속도와 이에 대응하는 챔버 압력을 조절하는 데에 사용될 수 있다. 포집 시스템, 필터, 스크루버(scrubber) 또는 이와 유사한 것(214)이 코팅 챔버(204)와 펌프(210) 사이에 배치되어, 기재의 표면상에 코팅되지 않은 입자를 제거할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도관(206)이 입자 생성 장치(202)로부터 코팅 챔버(204)에 이르게 된다. 도관(206)은 챔버(204) 내의 개구(216)에서 종결된다. 몇몇 실시예에서, 도관의 개구(216)는 기재(218)의 표면 근처에 위치하여, 입자 스트림의 운동량에 의해 그 입자가 기재(218)의 표면상으로 바로 보내지게 한다. 기재(218)는 개구(216)에 대해 기재를 배치하기 위해 스테이지 또는 기타 플랫폼에 장착될 수 있다.
입자 생성 장치로부터 나온 도관에 대해 기재를 배치시키기 위한 스테이지의 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 입자 노즐(230)이 회전 스테이지(232)를 향해 입자를 안내한다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 4개의 기재(234)가 스테이지(232)에 장착되어 있다. 챔버의 크기 및 스테이지에 대해 상응하게 변형한 이동 가능한 스테이지에 보다 많거나 보다 적은 수의 기재를 장착할 수 있다. 스테이지(232)를 회전시키는 데에 모터가 사용된다.
스테이지(232)의 이동은 노즐(232)의 경로 내의 하나의 특정 기재(234)의 표면을 가로질러 입자 스트림을 스위핑(sweeping)시킨다. 스테이지(232)는 각 기재에 하나 이상의 코팅을 도포하기 위해 생성물 스트림을 통해 연속적으로 기재를 통과시키는 데에 사용될 수 있다. 스테이지(232)는 이 스테이지(232) 상의 기재의 온도를 제어하는 열 제어 특징을 포함할 수 있다. 대안적 구조는 스테이지의 선형 운동 또는 기타 운동을 수반한다. 다른 실시예에서, 입자 스트림을 한 곳에 집중시키지 않아, 기재 전체 또는 그 기재의 일부가 생성물 흐름에 대한 기재의 이동 없이도 동시에 코팅된다.
코팅이 반응 챔버 내에서 실행되는 경우, 기재는 반응 영역으로부터 유동하는 생성물 조성물을 받아들이도록 장착된다. 냉각이 고체 입자를 형성하기에 충분히 빠를 수 있지만, 그 조성물을 고체 입자로 완전히 응고시킬 수는 없다. 그 조성물이 고체 입자로 응고되는지의 여부에 관계없이, 입자는 매우 균일할 수 있다. 반응 영역으로부터 기재까지의 거리는 원하는 코팅 결과물을 얻을 수 있도록 선택될 수 있다.
기재 코팅을 반응 챔버 내에서 실행하기 위한 장치(250)가 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 반응/코팅 챔버(252)는 반응물 공급 시스템(254), 방사선 소스(256), 그리고 배기구(258)에 연결된다. 반응물 스트림으로부터의 압력 자체가 시스템을 통한 흐름을 유지시킬 수 있지만, 배기구(258)는 펌프(260)에 연결될 수 있다. 펌프(260)로의 흐름을 제어하는 데에 밸브(262)가 사용될 수 있다. 이 밸브(262)는 펌핑 속도 및 대응하는 챔버 압력을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 포집 시스템, 필터, 스크루버 또는 이와 유사한 것(264)이 챔버(252)와 펌프(260) 사이에 배치되어, 기재 표면 상에 코팅되지 않은 입자를 제거할 수 있다.
기재(266)는 이 기재가 생성물 입자/분말로 코팅되도록 반응 영역(268)으로부터 나온 흐름과 접촉할 수 있다. 기재(266)는 이 기재(266)가 흐름을 통과해 신속히 지나가도록 스테이지, 컨베이어, 또는 이와 유사한 것(270)에 장착될 수 있다. 스테이지(270)는 액츄에이터 아암(272) 또는 기타 동력 장치에 연결되어, 기재가 생성물 스트림을 신속하게 지나가도록 스테이지(270)를 이동시킬 수 있다. 생성물이 반응 영역을 떠남에 따라 기재 표면을 가로질러 코팅을 퍼지게 하는 다양한 구성이 사용될 수 있다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 액츄에이터 아암(272)은 스테이지(270)를 병진 운동시켜, 기재(266)를 생성물 스트림을 통과해 신속하게 이동시킨다.
유사한 실시예가 도 9 및 도 10에 확대도로 도시되어 있다. 기재(280)는 우측으로 향하는 화살표로 나타낸 바와 같이 반응물 노즐(282)에 대해 이동한다. 반 응물 노즐(282)은 기재(280) 바로 위에 위치한다. 광학적 통로(284)가 적절한 광학 요소에 의해 형성되며, 이 광학 요소가 통로(284)를 따라 광 빔을 안내한다. 광학적 통로(284)는 노즐(282)과 기재(280) 사이에 위치하여, 기재(280)의 표면 바로 위에서 반응 영역을 형성한다. 고온 입자는 보다 차가운 기재 표면으로 끌리는 경향이 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 입자 코팅(286)은 기재가 반응 영역을 지나가게 됨에 따라 형성된다. 일반적으로, 기재(280)는 컨베이어/스테이지(288) 상에서 운반될 수 있다. 컨베이어/스테이지(288)는 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 액츄에이터 아암에 연결될 수 있다. 대안적 실시예에서, 롤러 및 모터, 연속적인 벨트 컨베이어, 또는 공지의 구조를 비롯한 다양한 구조의 임의의 것이 기재를 병진 운동시키기 위해 기재를 운반하는 데에 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 컨베이어(288)의 위치는 기재(286)로부터 반응 영역까지의 거리를 변경하도록 조절될 수 있다. 기재로부터 반응 영역까지의 거리의 변경은 기재에 부딪히는 입자의 온도를 그만큼 변경시킨다. 기재에 부딪히는 입자의 온도는 일반적으로 얻어지는 코팅의 특성과, 코팅의 고형화를 위한 후속 열처리와 같은 후속 처리를 위한 요구 조건을 변경시킨다. 기재와 반응 영역 사이의 거리는 원하는 코팅의 특성을 생성하도록 경험적으로 조절될 수 있다. 게다가, 기재를 지지하는 스테이지/컨베이어는 기재의 온도가 원하는 바에 따라 보다 높게 혹은 보다 낮게 조절될 수 있도록 온도 제어 특징을 포함할 수 있다.
광 반응성 증착 장치의 특정 실시예가 도 11 내지 도 13에 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 프로세스 챔버(300)는 CO2 레이저에 연결된 광 관(302)과, 빔 덤프(beam dump)(도시 생략)에 연결된 광 관(304)을 포함한다. 유입 배관(306)은 증기 반응물 및 캐리어 가스를 전달하는 전구물질 전달 시스템과 연결된다. 유입 배관(306)은 프로세스 노즐(308)에 이르게 된다. 입자 운송 배관(310)은 프로세스 노즐(308)로부터의 흐름 방향을 따라 프로세스 챔버(300)에 연결된다. 입자 운송 배관(310)은 입자 여과 챔버(312)에 이르게 된다. 입자 여과 챔버(312)는 펌프 커넥터(314)에서 펌프에 연결된다.
프로세스 챔버(300)의 확대도가 도 12에 도시되어 있다. 웨이퍼 캐리어(316)가 프로세스 노즐(308) 위에 웨이퍼를 지지한다. 웨이퍼 캐리어(316)는 아암(318)과 연결되며, 이 아암이 웨이퍼 캐리어를 병진 운동시켜 반응 영역으로부터 방사되는 입자 스트림을 통과해 웨이퍼를 이동시키며, 상기 반응 영역에서 레이저빔이 프로세스 노즐(308)로부터 나온 전구물질 스트림과 교차하게 된다. 아암(318)은 관으로 둘러싸인 선형 병진 운동 장치를 포함한다. 레이저 유입 포트(320)가 프로세스 노즐(308)과 웨이퍼 사이에서 레이저빔을 안내하는 데에 사용된다. 프로세스 노즐로부터 나온 차단되지 않은 흐름은 입자 운송 배관(310)에 이르게 되는 배기 노즐(322)로 바로 진행할 것이다.
웨이퍼 캐리어(316)와 프로세스 노즐(308)의 확대도가 도 13에 도시되어 있다. 프로세스 노즐(308)의 단부는 전구물질 및 생성물 입자의 확산을 제한하도록, 전구물질 전달을 위한 개구(324)와, 전구물질 개구 둘레의 차폐 가스 개구(326)를 구비한다. 웨이퍼 캐리어(316)는 브래킷(330)으로 프로세스 노즐(308)에 연결되는 지지부(328)를 포함한다. 웨이퍼(332)가 트랙(336)을 따라 장착부(334) 내에서 활주하도록 원형 웨이퍼(332)를 장착부(334)에 유지하여, 웨이퍼(332)를 반응 영역으로부터 흐름 안으로 이동시키게 된다. 배면 차폐물(338)이 웨이퍼(332)의 배면에서의 입자의 제어되지 않은 증착을 방지한다. 트랙(336)은 아암(318)에 연결된다.
증착 과정 중에 기재의 온도는 특정 목적을 달성하도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 비교적 차가운 기재가 입자를 그 표면으로 끌어당길 수 있기 때문에, 기재는 증착 과정 중에 냉각될 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 기재는 증착 과정 중에 예를 들면 약 500℃로 가열된다. 입자는 가열된 기재에 보다 양호하게 고착된다. 게다가, 입자는 가열된 기재 상에 충돌하여 융합하는 경향이 있어서, 코팅이 가열된 기재 상에 최초로 형성되는 경우 융합된 유리 또는 기타 물질로 코팅을 후속하여 고형화시키는 것을 용이하게 한다.
코팅 처리에 의해 형성된 코팅으로 이루어진 기재의 표면상에 분리된 소자 또는 구조체를 생성하기 위해, 증착 처리는 기재의 단지 일부만을 코팅하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 마스킹(masking)이 기재의 선택된 일부분만을 코팅하도록 코팅 처리 중에 사용될 수 있거나, 기재가 생성물 스트림을 통해 이동할 때에 기재를 따른 선택된 위치에서의 코팅의 조성을 변화시키도록, 반응물을 공급하는 질량 유량 제어기를 조절할 수 있다. 예를 들면, 물질의 스트립의 증착이 대응하는 소자를 형성하는 데에 사용될 수 있으며, 상기 소자는 조성의 변화에 이점을 가질 수 있다. 따라서, 증착 처리 자체가 특정 구조체를 생성하도록 조정될 수 있다. 대안적으로, 다양한 패턴화 장치가 사용될 수 있다. 포토리소그래피 및 건식 에칭과 같은 집적 회로를 제조하는 통상의 기법이 증착 후의 코팅을 패턴화하는 데에 사용될 수 있다. 적절한 패턴 및 광학 소자에 대해 이하에 추가로 기재된다.
광 반응성 증착에 의한 코팅의 형성, 실리콘 유리 증착, 및 광학 소자는 본 명세서에 참조로 인용된 "반응성 증착에 의한 코팅 형성(COATING FORMATION BY REACTIVE DEPOSITION)"이라는 명칭의 비(Bi) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 제09/715,935호, 및 본 명세서에 참조로 인용된 "반응성 증착에 의한 코팅 형성(Coating Formation By Reactive Deposition)"이라는 명칭으로 2001년 10월 16일자로 출원된 비(Bi) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중이며 미국을 지정국으로 한 PCT 출원 번호 제PCT/US01/32413호에 더 기재되어 있다.
증착된 입자 코팅
입자 코팅의 증착을 위한 기본 과정은 앞에서 상세하게 설명하였다. 다양한 입자가 레이저 열분해/광 반응성 증착에 의해 생성될 수 있다. 광 반응성 증착을 실행하기 위한 레이저 열분해의 변형이 레이저 열분해에 의해 생성될 수 있는 선택된 조성을 갖는 입자와 유사한 조성의 코팅을 생성하는 데에 사용될 수 있다. 특히 중요한 분말에는, 예를 들면 실리콘 입자, 금속 입자, 그리고 금속/준금속 산화물, 금속/준금속 탄화물, 금속/준금속 질화물, 및 금속/준금속 황화물과 같은 금속/준금속 화합물이 포함된다. 광학 물질로서 특히 중요한 몇 가지 물질에는, 예를 들면 실리콘 산화물(실리카), 알루미늄 산화물, 및 티타늄 산화물이 포함된다. 일반적으로, 분말은 입자의 크기가 서브미크론 또는 나노미터 범위에 있는 미세 또는 초미세 입자를 포함한다. 입자는 증착 중에 부분적으로 융합 또는 소결되 거나 그렇지 않을 수 있다.
광 반응성 증착은 매우 균일한 입자, 특히 나노크기 입자를 형성하는 데에 특히 적합하다. 특히, 광 반응성 증착은 일반적으로 주요 입자의 평균 직경이 약 500㎚ 미만, 대안적으로는 약 3㎚ 내지 약 100㎚의 범위, 마찬가지로 약 3㎚ 내지 약 75㎚의 범위, 또한 약 3㎚ 내지 약 50㎚의 범위인 관심 대상 입자 군을 생성할 있다. 기타 범위 및 이러한 특정 범위 내의 부분 범위가 고려될 수 있고 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
광 반응성 증착은 전술한 바와 같이 매우 좁은 범위의 입자 직경을 갖는 주요 입자를 일반적으로 생성한다. 광 반응성 증착을 위한 반응물의 에어로졸 전달에 있어서, 입자 직경의 분포는 반응 조건에 특히 민감할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 반응 조건이 적절하게 조절되는 경우, 입자 직경의 매우 좁은 분포가 에어로졸 전달 시스템으로 얻어질 수 있다. 그러나, 원하는 경우에 유량, 반응물 밀도, 광 반응성 증착 시의 체류 시간을 제어하거나 다른 유동 반응 시스템을 사용함으로써 주요 입자 크기의 넓은 분포 또한 얻을 수 있다.
게다가, 매우 균일한 입자를 갖는 실시예에서, 유효하게는 어떤 주요 입자도 평균 직경의 약 4배보다 큰 평균 직경을 가지지 않으며, 다른 실시예에서는 평균 직경의 3배, 또 다른 실시예에서는 평균 직경의 2배보다 큰 평균 직경을 가지지 않는다. 다시 말하면, 입자 크기의 분포는 현저하게 큰 크기의 소수의 입자를 나타내는 테일(tail)을 갖지 않는 것이 유효하다. 크기 분포의 테일에서의 유효 버림(cut off)은 평균 직경 보다 큰 특정 버림 값보다 큰 직경을 갖는 입자가 106개 중 1개 입자 미만인 것을 나타낸다. 좁은 크기 분포, 그 분포에서의 테일의 결여 및 대략 구형의 형태는 매우 균일한 코팅을 달성하며 매우 균일한 소결을 달성하기 위해 유익할 수 있다.
작은 입자 크기 및 입자의 균일성은 얻어지는 코팅의 균일성에 전반적으로 기여한다. 특히, 평균보다 현저하게 큰 입자가 없다는 것, 즉 입자 크기 분포에서 테일이 존재하지 않는다는 것은 보다 균일한 코팅을 야기할 수 있다. 게다가, 입자는 매우 높은 순도를 가질 수 있다.
광 반응성 증착은 가스/증기상 반응물로 실행될 수 있다. 많은 금속/준금속 전구물질 화합물이 가스로서 반응 챔버 안으로 전달될 수 있다. 준금속은 금속과 비금속 사이의 중간의 화학적 특성 또는 금속과 비금속의 특성을 포함하는 화학적 특성을 나타내는 원소들이다. 준금속 원소에는, 예를 들면 실리콘, 붕소, 비소, 안티몬, 텔루르가 포함된다. 가스상 전달을 위해 적합한 금속/준금속 전구물질 화합물은 이상적인 증기 압력, 즉 원하는 양의 전구물질 가스/증기를 반응물 스트림으로 만들기에 충분한 증기 압력을 갖는 금속 화합물을 일반적으로 포함한다. 원하는 경우에, 액체 또는 고체 전구물질 화합물을 보유하는 용기가 가열되어, 금속 전구물질의 증기 압력을 상승시킬 수 있다. 고체 전구물질은 일반적으로 충분한 증기 압력을 생성하도록 가열된다.
캐리어 가스가 액체 전구물질을 통해 거품이 일게 하여, 원하는 양의 전구물질 증기의 전달을 용이하게 할 수 있다. 마찬가지로, 캐리어 가스가 고체 전구물질 위로 통과하여, 전구물질 증기의 전달을 용이하게 할 수 있다. 다른 실시예에 서, 캐리어 가스는 반응 영역 안으로 전달되기 전에 전구물질 증기와 혼합된다. 증기상 전달을 위해 적절한 실리콘 전구물질에는, 예를 들면, 실리콘 테트라클로라이드(SiCl4), 트리클로로실란(Cl3HSi), 트리클로로메틸 실란(CH3SiCl3 ), 그리고 테트라에톡시실란[Si(OC2H5)4, 또한 에틸 실란 및 테트라에틸 실란으로 공지됨]이 포함된다. 이러한 대표적 전구물질 화합물에서 염소는 기타 할로겐 원소, 예를 들면 Br, I, 및 F와 치환될 수 있다.
실리콘 산화물 물질을 위한 적절한 도펀트에는, 예를 들면, 붕소, 게르마늄, 인, 티타늄, 아연 및 알루미늄이 포함된다. 적절한 붕소 전구물질은, 예를 들면, 붕소 트리클로라이드(BCl3), 디보란(B2H6), 및 BH3를 포함한다. 적절한 인 전구물질은, 예를 들면 포스파인(PH3), 포스포러스 트리클로라이드(PCl3), 포스포러스 옥시클로라이드(POCL3), 및 P(OCH3)3을 포함한다. 적절한 게르마늄 전구물질에는, 예를 들면 GeCl4를 포함한다. 적절한 티타늄 전구물질에는, 예를 들면 티타늄 테트라클로라이드(TiCL4)와 티타늄 이소프로폭시드(Ti[OCH(CH3)2]4)가 포함된다. 적절한 액체 아연 전구물질은, 예를 들면 디에틸 아연(Zn(C2H5)2) 및 디메틸 아연(Zn(CH 3)2)을 포함한다. 가스상 전달에 충분한 증기 압력을 갖는 적절한 고체 아연 전구물질은, 예를 들면 아연 클로라이드(ZnCl2)를 포함한다. 적절한 액체 알루미늄 전구물질에는, 예를 들면 알루미늄 s-부톡시드(Al(OC4H9)3)가 포함된다. 예를 들면, 알루미늄 클로라이드(AlCl3), 알루미늄 에톡시드(Al(OC2H5)3), 및 알루미늄 이소프로폭시드(Al[OCH(CH3)2]3)를 비롯한 다수의 고체 알루미늄 전구물질이 사용될 수 있다. 상기한 특정 전구물질과의 유사성을 근거로 하여 다른 도펀트 및 호스트 물질을 위한 전구물질을 마찬가지로 선택할 수 있다.
오로지 가스상 반응물만을 사용하는 것은 편리하게 사용될 수 있는 전구물질 화합물의 종류와 관련하여 다소 제한이 있다. 따라서, 반응물 전구물질을 함유하는 에어로졸을 반응 영역으로 도입하는 기술이 사용될 수 있다. 레이저 열분해 반응 시스템을 위한 개선된 에어로졸 전달 시스템은 본 명세서에 참조로 인용된 "반응물 전달 장치(Reactant Delivery Apparatus)"라는 명칭의 가드너(Gardner) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 제6,193,936호에 기재되어 있다. 이러한 에어로졸 전달 장치는 광 반응성 증착을 실행하도록 변형될 수 있다.
에어로졸 전달 시스템을 사용할 경우, 고체 전구물질 화합물은 용매에 그 화합물을 용해시킴으로써 전달될 수 있다. 대안적으로, 분말화된 전구물질 화합물이 에어로졸 전달을 위해 액체/분산제에 분산될 수 있다. 액체 전구물질 화합물은 순수 액체, 다중 액체 분산물 또는 액체 용액으로부터 에어로졸로서 전달될 수 있다. 용매/분산제는 얻어지는 용액/분산물의 원하는 특성을 달성하도록 선택될 수 있다. 적절한 용매/분산제로서, 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜, 기타 유기 용매, 및 그 혼합물을 포함한다. 용매는 얻어지는 입자가 원하는 순도를 갖도록 원하는 수준의 순도를 가져야 한다. 이소프로필 알콜과 같은 일부 용매는 CO2 레이저에서 나오는 적외선 광에 대한 중요한 흡수제이어서, CO2 레이저를 광원으로 사용하는 경우에 반응물 스트림 내에 어떤 추가의 레이저 흡수 화합물을 필요로 하지 않는다.
에어로졸 전구물질이 사용되는 경우, 액체 용매/분산제는 반응 챔버에서 레이저빔에 의해 신속하게 증발하여, 가스 상 반응이 발생할 수 있다. 따라서, 레이저 열분해 반응의 근본적 특징은 에어로졸의 존재로 인해 변화하지 않는다. 하지만, 반응 조건은 에어로졸의 존재에 영향을 받는다.
많은 수의 적절한 고체, 금속 전구물질 화합물이 용액에서부터 에어로졸 형태로 전달될 수 있다. 에어로졸 생성을 위한 적절한 실리콘 전구물질는, 예를 들면 에테르에 용해될 수 있는 실리콘 테트라클로라이드(Si(Cl4)), 탄소 테트라클로라이드에 용해될 수 있는 트리클로로실란(Cl3HSi)을 포함한다. 적절한 도펀트가 에어로졸 형태로 전달될 수 있다. 예를 들면, 아연 클로라이드(ZnCl2), 아연 니트레이트(Zn(NO3)2)는 물 및 이소프로필 알콜과 같은 몇몇 유기 용매에 용해될 수 있다. 마찬가지로, 붕소 도펀트는 물 및 다양한 유기 용매에 용해될 수 있는 암모늄 붕화염((NH4)2B4O7)을 사용하여 에어로졸로서 전달될 수 있다. 마찬가지로, 기타 도펀트 및 호스트 물질을 위한 전구물질은 상기한 특정 전구물질과 유사한 방식으로 선택될 수 있다.
에어로졸 전달을 위한 전구물질 화합물은 일반적으로 약 0.1 몰 보다 큰 농도로 용액에 용해될 수 있다. 일반적으로, 용액에서의 전구물질의 농도가 커질수록, 반응 챔버를 통한 반응물의 처리량이 증가한다. 하지만, 농도가 증가함에 따라 용액은 점성이 더 크게 되어, 에어로졸은 원하는 크기보다 큰 액적을 가질 수 있다. 따라서, 용액의 농도의 선택은 원하는 용액의 농도의 선택에 있어서의 인자들의 균형을 수반할 수 있다.
몇 가지 상이한 형태의 나노크기 입자가 레이저 열분해에 의해 생성된다. 유사한 입자는 상기한 설명에 기초한 광 반응성 증착에 의해 생성될 수 있다. 특히, 광학 물질의 생성을 위해 적합한 많은 물질이 광 반응성 증착에 의해 생성될 수 있다.
대표적인 그러한 나노크기 입자는 일반적으로, 다수의 상이한 원소를 함유하며 다양한 상대 비율로 존재하는 조성을 포함하는 것을 특징으로하며, 원소의 수와, 상대 비율은 나노크기 입자의 용례에 따라 변화한다. 상이한 원소들의 통상적인 개수는, 예를 들면 약 2개의 원소에서부터 약 15개의 원소까지의 범위의 개수를 포함하며, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15의 개수가 고려된다. 상대 비율의 일반적인 수는, 예를 들면 약 1에서부터 약 1,000,000까지의 범위 내의 값을 포함하며, 약 1, 10, 100, 1000, 10000, 100000, 1000000 및 이들의 적절한 합이 고려된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 그러한 나노크기 입자는 이하의 공식을 갖는 것으로 특징 지울 수 있다.
AaBbCcDdEeFfGgHh IiJjKkLlMmNnOo
여기서, 각 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, 및 O는 독립적으로 존재하거나 존재하지 않으며, A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, 및 O 중 적어도 하나는 존재하며 그리고 1A족 원소, 2A족 원소, 3B족 원소(란탄족 원소 및 악티늄족 원소 포함), 4B족 원소, 5B족 원소, 6B족 원소, 7B족 원소, 8B족 원소, 1B족 원소, 2B족 원소, 3A족 원소, 4A족 원소, 5A족 원소, 6A족 원소, 7A족 원소를 포함하는 원소 주기율표의 원소로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되며, 각 a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, 및 o는 약 1에서부터 약 1,000,000까지의 범위의 값에서부터 독립적으로 선택되며, 약 1, 10, 100, 1000, 10000, 100000, 1000000의 수 및 그 수의 적절한 합이 고려된다.
예를 들면, 실리콘 산화물 나노입자의 생성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "실리콘 산화물 입자(Silicon Oxide Particles)"라는 명칭의 쿠마(Kumar) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류중인 미국 특허 출원 제09/085,514호에 기재되어 있다. 이 특허 출원은 비정질 SiO2의 생성에 대해 기재되어 있다. 타타늄 산화물 나노입자 및 결정질 이산화 실리콘 나노입자의 생성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "금속(실리콘) 산화물/탄소 합성물[Metal(Silicon) Oxide/Carbon Composites]"라는 명칭의 비(Bi) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류중인 미국 특허 출원 제09/123,255호에 기재되어 있다. 특히, 이 특허 출원은 예추석 및 금홍석 TiO2의 생성을 설명하고 있다.
희토류 도펀트 및/또는 기타 금속 도펀트와 같은 도펀트를 갖는 비정질 나노크기 분말 및 유리질 층은, 본 명세서에 참조로 인용된 "도핑 유리질 물질(Doped Glass Material)"라는 명칭의 혼(Horne) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류중인 미국 특허 가출원 번호 제60/313,588호에 기재되어 있다. 적절한 도펀트는 굴절율과 같은 특성에서의 원하는 변경을 부여할 수 있는 희토류 금속을 포함한다. 분말 및 유리질 층은 비정질 물질에 복수 개의 선택된 도펀트를 포함하는 복합 조성물로 형성될 수 있다. 분말은 광학 물질 및 이와 유사한 것을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 유리질 층은 광 반응성 증착을 사용하여 균일한 입자를 직접 증착하고, 이어서 분말을 균일한 유리질 층으로 고형화시킴으로써 형성될 수 있다.
비정질의 서브미크론 및 나노크기 입자는 레이저 열분해 및 기타 유동 반응기 시스템을 사용하여 희토류 금속을 포함하는 선택된 도펀트로 생성될 수 있다. 이러한 기법을 이용하여 다양한 새로운 물질을 생성할 수 있다. 도펀트는 반응물 스트림의 조성을 변화시킴으로써 원하는 화학량론으로 도입될 수 있다. 도펀트는 적절한 유리질 형성 호스트 물질 안으로 도입된다. 반응물 스트림 내의 조성과 반응 조건을 적절하게 선택함으로써, 선택된 도펀트를 갖는 유리질 형성 호스트로서 하나 이상의 금속 또는 준금속 원소를 함유하는 서브미크론의 입자가 형성될 수 있다. 비정질 호스트 물질은 일반적으로 산화물이기 때문에, 산소 공급원이 반응 스트림에 존재해야 한다. 반응기 내의 조건은 산화 물질을 생성하도록 충분한 산화성을 가져야 한다. 마찬가지로, 광 반응성 증착은 예를 들면 희토류 도펀트 및/또는 도펀트 조성의 복합 혼합물을 포함하는 도펀트가 있는 유리질의 매우 균일한 코팅을 형성하는 데에 사용될 수 있다.
몇몇 금속/준금속 산화물은 특히 광학적 용도 및/또는 균일한 유리질 층으로 물질을 고형화(consolidation)시키는 능력을 위해 바람직하다. 도핑을 위해 적절한 유리질 형성 호스트 산화물은, 예를 들면 TiO2, SiO2, GeO2, Al2O3, P2O5, B2O3, TeO2, 그리고 그 혼합물 및 합성물을 포함한다. 인은 주기율표에서 금속 원소 근처에 위치하지만, 일반적으로 준금속으로서 간주되지는 않는다. 그러나, P2O5 형태의 인은 몇몇 준금속 산화물과 유사한 양호한 유리질 형성제이며, 도핑된 형태의 P2O5는 원하는 광학적 특성을 구비할 수 있다. 편의상, 청구의 범위를 비롯하여 본 명세서에서 사용한 바와 같이, 인을 준금속 원소로 간주한다.
도펀트가 비정질 입자 및/또는 결과로 얻어지는 유리질 층의 특성을 변화시키도록 도입될 수 있다. 예를 들면, 도펀트는 유리질의 굴절율을 변화시키도록 도입될 수 있다. 광학적 용도를 위해, 굴절율은 선택된 주파수 범위의 빛에 대해 작동하는 특정 광학 소자를 형성하도록 변경될 수 있다. 도펀트는 또한 물질의 처리 특성을 변경하도록 도입될 수 있다. 특히, 몇몇 도펀트는 유동 온도, 즉 유리질 천이 온도를 변화시켜, 유리질이 저온에서 처리될 수 있게 한다. 도펀트는 또한 물질 내에서 상호 작용할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 도펀트는 다른 도펀트의 용해성을 증가시키기 위해 도입될 수 있다. 희토류 도펀트는 얻어지는 도핑된 물질의 광학적 특성을 변경하는 데에 바람직하다. 희토류가 도핑된 유리질은 광학 증폭기 제조에 유용하다.
특히 중요한 입자는 복수의 도펀트를 갖는 광학 유리질을 형성하는 비정질 조성물을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 하나 또는 복수의 도펀트는 희토류 금속이다. 희토류 금속은 물질의 광학적 특성을 변경하기 때문에 특히 바람직하다. 입자가 유리질 층으로 고형화되는 경우, 얻어지는 물질은 희토류 도펀트 및 기타 도펀트의 영향을 받은 굴절율을 가질 수 있다. 게다가, 희토류 도펀트는 광학 증폭기 및 기타 광학 소자의 제조를 위한 물질의 용례를 바꿀 수 있는 광학 흡수 특성에 영향을 미친다. 희토류 금속은 주기율표에서의 Ⅲb족의 전이 금속을 포함한다. 구체적으로, 희토류 원소는 Sc, Y, 및 란탄 계열을 포함한다. 다른 적절한 도펀트는 악티늄 계열의 원소를 포함한다. 광학 유리질을 위해, 특히 중요한 희토류 금속은, 예를 들면 Er, Yb, Nd, La, Y, Pr, 및 Tm을 포함한다. 적절한 비희토류 도펀트는, 예를 들면 Bi, Sb, Zr, Pb, Li, Na, K, Ba, W, 및 Ca를 포함한다.
균일한 유리질 층을 형성하기 위해, 비정질 입자의 층은 고형화될 수 있다. 유리질을 고형화시키기 위해, 분말을 그 유동 온도 이상의 온도로 가열한다. 이러한 온도에서, 분말은 유리질 물질의 균일한 층을 형성하도록 조밀하게 된다. 입자 내에 도펀트를 혼입시키면, 얻어지는 조밀하게 된 유리질 물질에 걸쳐서 도펀트를 분포시키는 것이 분말 증착의 결과로 바로 달성된다.
물질의 처리는 원하는 광학 소자의 구조에 있어서의 상당한 고려를 여전히 요한다. 예를 들면, 물질의 조성 및 밀도와 같은 특성은 원하는 굴절율을 갖는 물질을 얻도록 조절된다. 마찬가지로, 물질의 열팽창 및 유동 온도는 물질을 모놀리식의 집적 구조로 형성하기 위한 이상적인 처리 기법과 동일해야 한다. 고형화된 광학 물질이 양호한 광학적 특성을 가질 수 있어, 그 물질을 통한 광 전송은 원치 않은 양의 손실을 야기하지 않는다. 게다가, 물질은 집적 광학 회로 또는 전자-광학 회로의 집적 소자를 형성하기 위한 이상적인 조건하에서 처리될 수 있어야 한다. 유사한 물질의 제한은 종래 기술의 집적 전자 소자의 형성에 있어서 문제가 될 수 있다.
도핑된 유리질이 광학 소자의 제조에 유용하다. 본 명세서에 기재된 기술을 사용하면, 도핑된 유리질을 평면 광학 소자로 제조할 수 있다. 특정 광학적 용례에 특히 적합하도록 물질의 광학 특성을 도펀트가 변화시킬 수 있다. 도핑된 조성물, 특히 도핑된 실리콘 산화물은 적절한 전구물질을 도입함으로써 생성될 수 있다. 예를 들면, 높은 굴절율을 갖는 광학 층의 생성에 대한 편리한 기법은 도핑된 실리콘 산화물을 사용하는 것이다. 적절한 도펀트는, 예를 들면 티타늄 산화물, 탄탈 산화물, 주석 산화물, 니오비움 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물, 란타늄 산화물, 게르마늄 산화물, 붕소 산화물 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 실리콘 산화물 도펀트는 또한 물질의 유동 온도를 현저하게 저하시킨다. 특히, 붕소 및 인 도펀트는 점도를 낮추며, 그 결과로 실리콘 산화물의 유동 온도를 낮추는 데에 도움이 될 수 있다. 붕소 도펀트는 또한 굴절율을 낮추는 반면에, 인 도펀트는 굴절율을 증대시킨다.
희토류로 도핑된 유리질은 광학 증폭기의 형성에 사용하기에 특히 적합하다. 증폭기 물질은 광학 물질에 횡방향으로 연결되는 펌프 광 신호(pump light signal)에 의해 여기된다. 펌프 광은 희토류로 도핑된 물질을 여기시킨다. 펌프 신호보다 낮은 주파수로 광학 물질을 통해 지나가는 광학 입력은 그 다음에 유도 방출에 의해 증폭된다. 따라서, 펌프 광으로부터의 에너지는 입력 광 신호를 증폭하는 데에 사용된다.
특히, 나노크기의 망간 산화물 입자가 형성되었다. 이러한 입자의 제조는 본 명세서에 참조로 인용된 "금속 산화물 입자(Metal Oxide Particles)"라는 명칭의 쿠마(Kumar) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류중인 미국 특허 출원 제09/188,770호에 기재되어 있다. 이 출원에는 MnO, Mn2O3, Mn3O4 , 및 Mn5O8의 제조에 대해 기재되어 있다.
또한, 바나듐 산화물 나노입자의 제조는, 본 명세서에 참조로 인용된 "바나듐 산화물 나노입자(Vanadium Oxide Nanoparticles)"라는 명칭의 비(Bi) 등의 미국 특허 제6,106,798호에 기재되어 있다. 마찬가지로, 은 바나듐 산화물 나노입자는, 본 명세서에 모두 참조로 인용되며, 공동으로 양도되어 공동으로 계류중이고, 모두다 "금속 바나듐 산화물 입자(Metal Vanadium Oxide Particles)"라는 명칭을 갖는 혼(Horne) 등의 미국 특허 출원 제09/246,076호(현재, 미국 특허 제6,225,007호) 및 레이츠(Reitz) 등의 미국 특허 출원 제09/311,506호에 기재된 바와 같이 제조되었다.
또한, 리튬 망간 산화물 나노입자는, 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 "복합 금속 산화물 입자(Composite Metal Oxide Particles)"라는 명칭의 쿠마 등의 미국 특허 출원 번호 제09/188,768호와, "3성분 입자를 생성하는 반응 방법(Reaction Method for Producing Ternary Particles)"이라는 명칭의 쿠마 등의 미국 특허 출원 번호 제09/334,203호와, 그리고 "리튬 망간 산화물 및 배터리(Lithium Manganese Oxide and Batteries)"라는 명칭의 혼(Horne) 등의 미국 특허 제6,136,287호에 기재된 바와 같이, 후속된 열처리의 여부에 관계없이 레이저 열분해에 의해 제조되었으며, 상기 세 가지 특허는 모두 본 명세서에 참조로 인용된다.
산화 알루미늄 나노입자의 생성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "산화 알루미늄 입자(Aluminum Oxide Particles)"라는 명칭의 쿠마 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/136,483호에 기재되어 있다. 특히, 이 출원은 γ-Al2O3의 생성을 개시하고 있다. 도핑된 결정질 및 비정질 알루미나와 함께 레이저 열분해/광 반응성 증착에 의한 델타-Al2O3와 세타-Al2O3의 형성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "산화 알루미늄 분말"이라는 명칭의 치루볼루(Chiruvolu) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/969,025호에 기재되어 있다. 비정질의 산화 알루미늄 물질은 SiO2 및/또는 P2O3와 같은 기타 유리질 형성제와 배합될 수 있다. 예컨대, 광학 유리질을 형성하기 위한 알루미늄 산화물용의 적합한 금속 산화물 도펀트는, 세슘 산화물(Cs2O), 루비듐 산화물(Rb2O), 탈륨 산화물(Tl2O), 리튬 산화물(Li2O), 나트륨 산화물(Na2O), 칼륨 산화물(K2O), 베릴륨 산화물(BeO), 마그네슘 산화물(MgO), 칼슘 산화물(CaO), 스트론튬 산화물(SrO), 바륨 산화물(BaO)을 포함한다. 유리질 도펀트는 예컨대 유리질의 굴절율, 소결 온도 및/또는 다공질에 영향을 끼칠 수 있다. 적외선 방사기용의 적합한 금속 산화물 도펀트로는 예컨대 코발트 산화물(Co3O4)이 포함된다.
추가로, 산화 주석 나노입자는, 본 명세서에 참조로 인용된 "산화 주석 입자(Tin Oxide Particles)"라는 명칭의 쿠마 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 제09/042,227호(미국 특허 제6,200,674호)에 기재된 바와 같은 레이저 열분해에 의해 생성되었다. 산화 아연 나노입자의 생성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "산화 아연 입자(Zinc Oxide Particles)"라는 명칭의 레이츠의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/266,202호에 기재되어 있다. 특히, ZnO 나노입자의 생성에 대해 기재되어 있다.
희토류 도펀트는 광 반응선 증착 및 레이저 열분해를 사용하여 금속 조성물 내에 도입될 수 있다. 특히, 희토류 금속 산화물 입자, 희토류 도핑 금속/준금속 산화물 입자, 희토류 금속/준금속 황화물 및 희토류 도핑 금속/준금속 황화물의 서브마이크론 및 나노크기의 입자 및 대응하는 코팅, 구체적으로 결정질 분말 및 코팅은, 본 명세서에 참조로 인용된 "고발광성 인광 입자(High Luminescence Phosphor Particles)"라는 명칭의 쿠마 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/843,195호에 개시되어 있다. 인광 물질의 형성을 위한 적합한 호스트 물질로는, 예를 들면 ZnO, Zns, Zn2SiO4, SrS, YBO3, Y2O3, Al2O3, Y3Al5O12, BaMgAl14O23이 포함된다. 도펀트로서 인광 물질 입자를 활성화시키기 위한 예시적인 비희토류 금속으로는, 예를 들면 망간, 은 및 납이 포함된다. 금속 산화물 인광물질을 형성하기 위한 예시적인 희토류 금속으로는, 예를 들면 유로퓸, 세륨, 테르븀, 에르븀이 포함된다. 일반적으로, 중금속 이온 또는 희토류 이온이 인광 물질에서 활성제로서 사용된다. 인광물질의 용례에서, 입자는 일반적으로 결정질이다. 비정질 입자 및 코팅 내에 희토류 및 기타 도펀트를 혼입시키는 것은, 본 명세서에 참조로 인용된 "도핑 유리질 물질(Doped Glass Material)"이라는 명칭의 혼(Horne) 등의 공동으로 양도되어 계류 중인 미국 특허 가출원 번호 제60/313,588호에 추가로 개시되어 있다. 복합 도핑 및 비도핑 광학 물질의 조성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "반응성 증착에 의한 코팅 형성(Coating Formation By Reactive Deposition)"이라는 명칭으로 2001년 10월 16일자로 출원된 비(Bi) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중이며 미국을 지정국으로 한 PCT 출원 번호 제PCT/US01/32413호에 또한 기재되어 있다.
철, 산화철, 탄화철의 생성은, J. Mater. Res. Vol. 8, No 7 1666-1674(1993년 7월)에서 제목이 "CO2 레이저 열분해에 의해 생성된 나노결정질의 α-Fe, Fe3C, 및 Fe7C3(Nanocrystalline α-Fe, Fe3C, and Fe7C3 produced by CO2 laser pyrolysis)"인 비(Bi) 등의 출판물에 설명되어 있으며, 이 출판물은 본 명세서에 참고로 인용된다. 은 금속 나노입자의 생성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "금속 바나듐 산화물 입자(Metal Vanadium Oxide Particles)"라는 명칭의 레이츠(Reitz) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류중인 미국 특허 출원 제09/311,506호에 개시되어 있다. 레이저 열분해에 의해 생성된 나노크기의 탄소 입자는, J. Mater. Res. Vol. 10, No 11 2875-2884(1995년 11월)에서 제목이 "CO2 레이저 열분해에 의해 생성된 나노크기의 카본 블랙(Nanoscale carbon blacks produced by CO2 laser pyrolysis)"인 비(Bi) 등의 출판물에 설명되어 있으며, 이 출판물은 본 명세서에 참고로 인용된다.
레이저 열분해에 의한 황화철(Fe1-xS) 나노입자의 생성은, 비(Bi) 등의 Material Research Society Symposium Proceedings, vol 286, p. 161-166(1993년)에 설명되어 있으며, 이는 본 명세서에 참고로 인용된다. 황화철의 레이저 열분해 생성을 위한 전구물질은 철 펜타카르보닐(Fe(CO)5)과 황화 수소(H2S)로 하였다.
전술한 레이저 열분해 장치를 이용하여 세륨 산화물을 생성할 수 있다. 에어로졸 전달을 위한 적합한 전구물질은, 예컨대 세루스 니트레이트〔Ce(NO3)3〕, 세루스 클로라이드〔CeCl3〕, 세루스 옥살레이트〔Ce2(C2O4) 3〕을 포함한다. 마찬가지로, 전술한 바와 같은 레이저 열분해 장치를 이용하여 지르코늄 산화물을 생성할 수 있다. 에어로졸 전달을 위한 적절한 지르코늄 전구물질은, 예컨대 지르코닐 클로라이드(ZrOCl2), 지르코닐 니트레이트〔ZrO(NO3)2〕를 포함한다.
칩 캐패시터용의 유전체 물질의 코팅을 증착하는 것은, 본 명세서에 참조로 인용된 "칩 캐패시터의 형성을 위한 반응성 증착(Reactive Deposition For The Formation Of Chip Capacitors)"라는 명칭의 브라이언(Bryan)의 공동으로 양도되어 공동으로 계류중인 미국 가특허 출원 번호 제60/312,234호에 기재되어 있다. 특히 적합한 유전체 물질은 선택적으로 기타 금속 산화물과 혼합되는 바륨 티타네이트(BaTiO3)를 주성분으로 한다. 적절한 도펀트에 의해 세라믹 칩 캐패시터 안으로 혼입되기에 적합한 기타 유전체 산화물로, 예를 들면 SrTiO3, CaTiO3, SrZrO3, CaZrO3, Nd2O3-2TiO3, La2O 3-2TiO2이 포함된다.
알루미늄 실리케이트와 알루미늄 티타네이트의 삼성분 나노입자의 생성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "금속 바나듐 산화물 입자"라는 명칭의 레이츠(Reitz) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/311,506호에 기재된 은 바나듐 산화물 나노입자의 생성과 유사한 공정 후에 레이저 열분해를 행함으로써 이루어질 수 있다. 알루미늄 실리케이트의 생성을 위한 적합한 전구물질은, 증기 전달의 경우에는 알루미늄 클로라이드(AlCl3)와 실리콘 테트라클로라이드(SiCl4)의 혼합물을, 에어로졸 전달의 경우에는 테트라(N-부톡시) 실란과 알루미늄 이소프로폭사이드〔Al(OCH(CH3)2)3〕의 혼합물을 포함한다. 마찬가지로, 알루미늄 티타네이트의 생성을 위한 적합한 전구물질은, 에어로졸 전달의 경우에는 황산에 용해된 이산화 티탄(TiO2) 분말과 알루미늄 니트레이트〔Al(NO3)3〕의 혼합물 또는 알루미늄 이소프로폭사이드와 티타늄 이소프로폭사이드〔Ti(OCH(CH3)2)4〕의 혼합물을 포함한다.
복합 음이온을 갖는 금속/준금속 화합물의 코팅과 함께 서브마이크론 및 나노크기 입자를 형성하는 것은, 본 명세서에 참조로 인용된 "인산염 분말 조성물 및 복합 음이온을 갖는 입자 형성 방법(Phosphate Powder Compositions And Methods For Forming Particles With Complex Anions)"이라는 명칭의 Chaloner-Gill 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/845,985호에 기재되어 있다. 적합한 복합 음이온은 예를 들면 인산염, 규산염, 황산염을 포함한다. 조성물은 복수의 금속/준금속 원소를 포함할 수 있다.
실리콘 탄화물 및 실리콘 질화물의 레이저 열분해에 의한 합성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "입자 분산(Particle Dispersions)"이라는 명칭의 레이츠(Reitz) 등의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/433,202호에 개시되어 있다. 실리콘 질화물의 생성을 위해, 암모니아(NH3)가 질소 공급원이었다. 실리콘 탄화물 입자의 생성을 위해, 입자를 형성하도록 디에톡시실란을 분해시켰다.
특정 목적을 달성하기 위해, 분말 층의 조성 및 기재 상의 물질의 위치에 대해 코팅의 특징이 변할 수 있다. 또한, 복수 층의 입자가 제어된 방식으로 증착되어, 상이한 조성 및/또는 광학 특성을 갖는 층들을 형성할 수 있다. 일반적으로, 광학 소자를 형성하기 위해, 균일한 광학 물질은 기재 상의 특정 지점에 집중된다. 균일한 물질의 국지적 집중은 특정 위치에서의 선택적 증착 또는 증착 후의 에칭을 수반한다. 전술한 과정은, 예를 들면 기재의 원하는 부분만이 노즐을 지나가도록 입자 노즐에 대해 기재를 신속하게 이동시킴으로써, 원하는 섹션에 코팅을 도포하게 할 수 있다. 에칭에 대해 이하에 더 기재되어 있다.
마찬가지로, 코팅이 균일한 두께로 형성될 수 있거나, 기재의 상이한 부분들이 상이한 두께로 입자 코팅될 수 있다. 입자 노즐에 대해 기재가 지나가는 속도를 변경하거나, 보다 두꺼운 입자 코팅을 수용하는 기재의 부분을 복수 회수로 지나가게 함으로써 상이한 코팅 두께를 도포할 수 있다. 입자의 조성은 마찬가지로 기재에 상이한 부분에 대해 변경될 수 있다. 이는, 예를 들면 코팅 처리 중에 반응물 스트림을 변경하거나, 기재의 상이한 부분들에 대해 복수의 부분 코팅이 지나가게 함으로써 달성될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 기재한 바와 같이 물질의 층은 나머지 층과는 동일한 평면 넓이를 갖지 않는 특정 층들을 포함할 수 있다. 따라서, 몇몇 층들은 전체 기재 표면 또는 기재 표면의 상당 부분을 덮을 수 있는 반면에, 나머지 층들은 기재 표면의 적은 부분을 덮는다. 이러한 식으로, 층들은 하나 이상의 국지화된 소자를 형성할 수 있다. 평면 기재를 따른 임의의 특정 지점에서, 구조체를 통한 단면도에서는 표면을 따른 다른 지점에서와는 달리 상이한 수의 확인 가능한 층이 노출될 수 있다.
고형화/조밀화 처리
열처리는 입자를 용융시켜 융합시키며, 분말의 다짐, 즉 조밀하게 하여 원하는 물질, 특히 광학 물질을 형성한다. 이러한 입자의 융합은 일반적으로 고형화(consolidation)로 불려진다. 광학 물질을 고형화시키기 위해, 물질이 그 물질의 용융점 또는 유동 온도, 즉 유리질 전이 온도 이상으로 가열되어, 코팅이 매끈한 균일한 물질로 고형화될 수 있다.
일반적으로, 가열은 입자를 점성 액체로 용융시키는 조건하에서 실행된다. 높은 점도 때문에, 물질은 기재 상에서 현저하게 유동하지는 않는다. 용융물의 점도를 감소시키기 위해 더 높은 온도에서 처리하는 것은 기재의 원하지 않는 용융, 층 사이에서 조성물의 이동 또는 기재의 선택된 영역으로부터의 유동이 야기될 수 있다. 가열 및 냉각 시간은 고형화되는 코팅의 밀도와 같은 특성을 변경하기 위해 조절될 수 있다. 게다가, 열처리는 원하지 않는 불순물의 제거 및/또는 물질의 화학량론 및 결정 구조를 변화시킬 수 있다.
적절한 처리 온도와 시간은 일반적으로 입자의 조성에 의존한다. 나노입자의 용융점이 벌크 물질에 비해 낮기 때문에, 나노미터 크기의 작은 입자는 일반적으로 보다 큰 입자를 갖는 분말에 비해 저온 및/또는 더 짧은 시간 동안에 처리될 수 있다. 그러나, 그에 필적하는 용융 온도를 사용하여, 나노입자의 용융을 향상시킴으로써 보다 큰 표면 평활도가 얻어지도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
실리콘 산화물 나노입자의 처리를 위해, 입자 코팅은 1200℃ 정도의 온도로 가열될 수 있다. 실리콘 산화물 입자 내의 도펀트는 적정 고형화 온도를 낮출 수 있다. 몇몇 도펀트는 광학 특성뿐만 아니라 유동 온도에도 영향을 미친다. 따라서, 도펀트는 보다 낮은 온도에서 균일한 광학 물질 안으로 유동하도록 선택될 수 있다. 실리콘 산화물(SiO2) 내에 배치되는 경우 유동 온도를 낮추기 위해 적합한 도펀트는, 예를 들면 붕소, 인 게르마늄, 및 그 조합을 포함한다. 하나 이상의 도펀트의 양과 조성은 원하는 유동 온도와 굴절율을 생성하도록 선택될 수 있다.
열처리는 적절한 오븐 내에서 실행될 수 있다. 압력에 대한 오븐 내의 분위기 및/또는 가스의 조성을 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 적절한 오븐은, 예를 들면 가스가 관을 통해 유동하는 유도로(induction furnace) 또는 튜브로를 포함한다. 열처리는 코팅된 기재를 코팅 챔버로부터 제거한 후에 실행할 수 있다. 대안적 실시예에서, 열처리는 코팅 챔버와 통합되어, 처리 단계들을 자동화 방식으로 상기 장치 내에서 연속적으로 실행할 수 있다.
많은 용례에 있어서, 상이한 조성을 갖는 복수의 입자 코팅을 도포하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 그러한 복수의 입자 코팅은 코팅되는 기재의 x-y 평면을 가로질러(예를 들면, 생성물 스트림에 대한 기재의 이동 방향에 수직) 서로 인접하게 배치되거나, 코팅될 기재의 z 평면을 가로질러 하나의 코팅이 다른 코팅의 상부에 적층되거나, 인접한 층 및 적층된 층의 임의의 적절한 조합으로 배치될 수 있다. 각 코팅은 원하는 두께로 도포될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예에서, 실리콘 산화물 및 도핑된 실리콘 산화물이 번갈아 가면서 층으로 증착될 수 있다. 마찬가지로, 상이한 도펀트를 갖는 실리콘 산화물의 별개의 층들이 번갈아 가면서 층으로 증착될 수 있다. 구체적으로, 상이한 조성을 갖는 2개의 층은 하나 층이 다른 층위에 있도록 증착될 수 있거나, 추가적으로 또는 대안적으로, 층 A와 층 B가 층 AB를 형성하는 것과 같이 하나를 다른 층에 인접하여 증착할 수 있다. 다른 실시예에서, 층 A, 층 B, 및 층 C가 3개의 연속한(예를 들면, 하나가 다른 것 상부에 적층되거나, 다른 것에 인접하거나, 인접 및 적층됨) 층 ABC로서 증착되는 것과 같이 각각 상이한 조성을 갖는 2개 이상의 층이 증착될 수 있다. 마찬가지로, 상이한 조성을 갖는 층들이 번갈아가면서, ABABAB… 또는 ABCABCABC…와 같이 형성될 수 있다.
많은 용례에 있어서, 상이한 조성물을 갖는 복수의 입자 코팅을 도포하기 위한 요구(예를 들면, 서로 인접하거나, 하나가 다른 것의 상부에 적층됨)는 코팅된 기재를 위한 기능적 요건에 의해 제안될 수 있다. 따라서, 예를 들면 광학적 용례에서는 다음의 기능, 즉 3차원 광학 메모리 소자, 광 도파로/가이드/섬유(예를 들면, 브래그 격자), 광학 감쇠기, 광학 분리기/커플러, 광학 필터, 광학 스위치, 레이저, 변조기, 상호 연결기, 광절연체, 광 애드/드롭 멀티플렉서(OADM), 광학 증폭기, 광학 폴라라이저, 광학 미러/리플렉터, 광학적 상 지연기, 및 광학 검출기 중 하나 또는 둘 이상의 임의의 적절한 조합을 달성하도록 상이한 조성을 갖는 복수의 코팅을 도포하는 것이 바람직할 수 있다.
고형화 후의 개별적인 균일 층들은 100미크론 미만의 평균 두께를 가지며, 많은 실시예에서는 약 1미크론 내지 약 50미크론, 다른 실시예에서는 약 3미크론 내지 약 20미크론의 평균 두께를 갖는다. 이러한 명시된 범위 내의 범위가 고려될 수 있고 또한 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 두께는 구조체가 최대 표면적을 갖는 투영 평면에 대해 수직으로 측정한다.
복수의 입자 코팅을 갖는 물질을 각 층이 증착된 후에, 또는 복수의 층을 증착한 다음에 열처리하거나, 이들 두 기법을 일부 조합하여 열처리할 수 있다. 최적의 처리 순서는 일반적으로 물질의 용융점에 좌우된다. 그러나, 일반적으로 복수의 층을 동시에 열처리하고 고형화시키는 것이 바람직하다. 가열 온도가 이상적인 값으로 선정되는 경우, 용융된 물질은 층들이 계면에서 원치 않은 양의 융합을 생성하지 않기에 충분한 점도를 유지한다. 층들의 약간의 융합은 성능에 허용할 수 없을 정도로 영향을 미치지는 않는다.
에칭 및 소자 형성
코팅 처리에 의해 형성된 코팅에 의해 형성된 층 내에 개별 소자 또는 구조체를 생성하기 위해, 증착 공정은 층의 일부만을 특정 조성으로 코팅하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 다양한 패턴화 기법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 포토리소그래피 또는 에칭과 같이 집적 회로의 제조 방법에서의 통상의 기법이 증착 후에 코팅을 패턴화하는 데에 사용될 수 있다.
패턴화 전 또는 후에, 코팅을 열처리하여, 분리된 입자의 층의 코팅을 연속적인 층으로 변태시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 코팅 내의 입자가 가열되어, 그 입자를 유리질 또는 균일한 결정질 층으로 고형화시킬 수 있다. 실리카 유리질이 광학적 용례로 사용될 수 있다. 예를 들면 사파이어와 같은 결정질 알루미늄 산화물과, 예를 들면 석영과 같은 결정질 SiO2가 소정 빛의 파장에서의 광학적 용례로 적합할 수 있다. 게다가, 결정질 실리콘이 실리콘 온 인슐레이터(silicon-on-insulator) 전자 구성 요소의 형성에 사용될 수 있다. 고형화 처리는 대체로 앞에서 상세하게 기재되어 있다.
분말 물질의 선택적 증착 및/또는 물질의 선택적 제거가 광학 물질의 층내에 원하는 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 전술한 바를 기초로 하면, 적절한 선택적 증착은, 예를 들면 마스크를 통한 선택적 증착, 기재의 단지 일부분에 걸쳐 코팅을 형성하기 위한 생성물 입자 스트림을 통한 기재의 이동, 단일 코팅 층의 형성 중에 조성의 변경, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 기법은 층 내의 선택적인 위치에 특정 조성의 선택적 배치를 가져오는 동시에, 다른 조성은 다른 위치에 배치시킬 수 있다. 게다가, 광학 층은 광학 물질의 패턴을 형성하도록 에칭될 수 있다. 특히, 패턴화된 구조를 형성하기 위해, 화학적 에칭 또는 방사선계 에칭과 같은 에칭과 함께, 포토리소그래피와 같은 패턴화 기법은 물질을 선택적으로 제거함으로써 하나 이상의 층에 원하는 패턴을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 조성 및 광학적 특성은 층 내에서 및 층들 사이에서 변화할 수 있다.
예를 들면, 2개 이상의 층을 증착한 후에, 제어된 증착 또는 에칭 단계가 도 14에 개략적으로 도시한 구조체를 생성하도록 실행될 수 있다. 층들은 광 반응성 증착을 사용하여 증착될 수 있다. 윤곽 형성 광학 구조체(340)는 하나 이상의 지지층(342)과, 이 지지층(342) 상의 하나 이상의 윤곽 형성 광학 구조체(344)를 포함한다. 채널(344)은 지지층(342) 상부의 층을 패턴화하여 채널(344)들 사이의 물질을 제거함으로써 형성된다. 추가의 광학 물질(346)이 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 일반적으로 채널(344) 위에 배치된다. 패턴화 및 에칭 전 및/또는 후를 비롯한 적절한 시점에서 열처리를 실행할 수 있다. 화학적-기계적 폴리싱과 같은 추가의 평탄화가 또한 실행될 수 있다.
본 명세서에 기재된 다층 광학 코팅은 다양한 용례를 가질 수 있지만, 기재의 표면상에 형성된 광학 소자가 특별한 관심 대상이다. 광학 소자를 따른 광의 전파를 제어하는 것은 인접한 물질에서의 굴절율의 변화를 요구한다. 인접한 물질과는 다른 소정 굴절율 및 구조를 갖는 물질의 경계에 의해 소자가 구분될 수 있다. 광학 소자가 그 소자를 통해 전송되는 특정 파장 범위 내의 전자기 방사선에 대해 투명한 결정질 또는 비정질 물질로부터 생성되는 것이 광학 소자의 기본 특징이다.
중요한 광학 소자는, 예를 들면 광학 커플러, 분리기, 어레이 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating : AWG) 등과 같은 광 도파로 소자를 포함한다. 기재 표면 상에 제조된 도파로는 평면 도파로로 지칭된다. 이 평면 도파로는 광 통신 및 기타 광전자 용례를 위한 집적 광학 회로의 생성에 유용하다. 중요한 다른 광학 소자는, 예를 들면 3차원 광학 메모리 소자, 광섬유, 브래그 격자, 광학 감쇠기, 광학 필터, 광학 스위치, 레이저, 변조기, 상호 연결기, 광절연체, 광 애드/드롭 멀티플렉서(OADM), 광학 증폭기, 광학 폴라라이저, 광학 미러/리플렉터, 광학적 상 지연기, 및 광학 검출기를 포함한다.
빛은 주위 보다 높은 굴절율을 갖는 물질을 통해 전파된다. 몇몇 적절한 실시예에서, 평면 도파로는 대략 도파로를 따라 전송될 빛, 즉 전자기 방사선의 파장 정도의 두께를 갖는다. 예를 들면, 1.5 미크론의 빛에 대해, 약 6미크론의 두께가 도파로를 위해 이상적일 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 광학 층의 일반적인 두께의 도파로는 보통의 길이에 걸쳐 물질을 통해 전송되는 빛을 현저하게 감쇠시키지는 않는다.
입자 코팅 기술로 평면 광 도파로를 생성하기 위해, 일반적으로 3개의 층이 증착된다. 코어 층은 하부 클래딩 층과 상부 클래딩 층에 의해 둘러싸인 광학 채널을 형성한다. 하부 클래딩 층은 일반적으로 기재 또는 하층의 광학 물질과 코어 층 사이에 도포된다. 다시 말해, 코어 층은 일반적으로 2개의 다른 광학 물질들 사이에 형성되어, 코어 물질을 통한 적절한 광 전송을 제공한다.
기재 상의 광학 회로가 도 16 및 도 17에 개략적으로 도시되어 있다. 도 16 에 도시한 바와 같이, 광학 회로(350)는 기재(358) 상의 광학 소자(352, 354, 356)를 포함한다. 광학 소자(352)를 포함하고 있는 단면도가 도 17에 도시되어 있다. 광학 소자(352)는 하부 클래딩 광학 물질(362), 코어 광학 물질(364), 그리고 상부 클래딩 광학 물질(366)을 포함한다. 일반적으로, 예를 들면 조성적 차이, 밀도의 차이, 또는 결정 구조의 차이의 결과일 수 있는 굴절율과 같은 임의의 광학 특성에 있어서, 코어 광학 물질(364)은 하부 클래딩 광학 물질(362) 및 상부 클래딩 광학 물질(366)과는 다를 수 있다. 하부 클래딩 광학 물질(362)은 조성 및/또는 광학 특성에 있어서 상부 클래딩 광학 물질(366)과 상이하거나 그렇지 않을 수 있다. 상부 클래딩 물질(366)은, 그 위에 놓이는 층 및 코어 광학 물질과 공유된 층의 2개의 층을 따라 위치한다.
기재(358)는 실리콘으로 형성될 수 있다. 통상의 기재는 둥근 웨이퍼이지만, 정사각형 또는 다른 형상의 기재가 사용될 수 있다. 예비 성형체의 형성을 위해, 1차원적으로 상당히 긴 기재를 형성하는 것이 바람직하다. 가로세로 비는 약 1 : 5 내지 약 1 : 50의 범위, 다른 실시예에서는 약 1 : 10 내지 약 1 : 25의 범위일 수 있다. 이러한 명시된 범위 내의 범위 및 부분 범위가 고려되어지며 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 마찬가지로, 예비 성형체를 위해, 추가의 코팅이 더해짐에 따라 치수가 변화하여 예비 성형체로부터 섬유의 인발을 용이하게 하도록 최종 구조가 직사각형 형상을 갖지 않게 되는 코팅을 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 무기재(substrateless) 평면 구조 또한 이하에 기재한 바와 같이 고려될 수 있다. 이러한 실시예를 위해, 최대 면적이 얻어지는 평면 소자의 투영은 소자의 평면 넓이를 제공한다. 이러한 투영된 평면 넓이는 평면의 표면을 따라 소정 위치를 향하게 하는 기재의 표면과 유사한 평면을 형성한다.
몇몇 실시예에서, 광학 물질은 실리카계 유리질로 형성된다. 이들 실시예에서, 도핑 이산화 실리콘의 하부 클래딩 층은 기재 위에 증착된다. 상이한 도핑 이산화 실리콘 분말의 코어 층이 이어서 상기 클래딩 층 위해 증착된다. 하부 클래딩 층은 일반적으로 추가의 층을 추가하기 전에 고형화되지만, 적절한 조건하에서 열처리가 실행되는 경우 두 층이 동시에 고형화될 수 있다. 보다 높은 굴절율을 갖는 코어 층을 생성하는 편리한 기법은 도핑 실리콘 산화물을 사용하는 것이다. 적절한 도펀트는, 예를 들면 티타늄 산화물, 탄탈 산화물, 주석 산화물, 납 산화물, 리튬 산화물, 나트륨 산화물, 비스무드 산화물, 칼륨 산화물, 안티몬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물, 텅스텐 산화물, 니오비움 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물, 란타늄 산화물, Er, Yb, Nd, Y, Pr 및 Tm과 같은 기타 희토류 도펀트, 게르마늄 산화물, 붕소 산화물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일반적으로, 하부 클래딩 층 및 상부 클래딩 층은 도핑된 코어 층 보다 낮은 굴절율을 갖는 도핑 실리콘 산화물로 생성될 수 있다.
코어 물질의 굴절율이 증가함에 따라, 층의 요구되는 두께는 굴절율에 의한 파장의 변화로 인해 감소한다. 따라서, 이러한 파라미터간의 상관 관계는 그에 알맞게 제어되어야 한다. 과도한 양의 임의의 도펀트를 사용하는 것은 그 임의의 도펀트의 과도한 양이 빛에 대한 물질의 투과성의 손실을 가져올 수 있기 때문에 피해야 한다. 이러한 도펀트의 양에 대한 상한계는 특정 도펀트에 좌우되지만, 대부 분의 물질에 대해서는 일반적으로 그러한 도펀트는 약 40 중량% 미만일 것이다.
동일 또는 상이한 광학 특성 및 조성을 갖는 코어 층은 별도의 광학 구조체를 형성하도록 동일 또는 상이한 층으로 기재의 선택된 부분 위에 증착될 수 있다. 대안적으로, 코어 층 물질의 고형화 후에, 그 물질에 윤곽을 형성하여 특정 층에 하나 이상의 원하는 소자를 생성할 수 있다. 코어 물질로 원하는 구조를 형성한 후에, 상부 클래딩 층이 일반적으로 도포된다. 화염 가수분해 증착에 의한 평면 도파로의 형성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "평면 광 도파로를 형성하는 방법(Method of Forming Planar Optical Waveguides)"라는 명칭의 케크(Keck) 등의 미국 특허 제3,934,061호에 더 기재되어 있다. 에칭을 사용한 커플링 요소의 형성은, 본 명세서에 참조로 인용된 "하이브리드 광학 집적 회로를 제조하는 방법(Method For Fabricating Hybrid Optical Integrated Circuit)"라는 명칭의 가와치(Kawachi) 등의 미국 특허 제4,735,677호에 더 기재되어 있다.
다층 광학 구조체
본 명세서에 기재된 기법을 사용하여, 복수 개의 광학 물질을 적층 상태로 증착하여 다층 광학 구조체를 형성할 수 있다. 이 다층 구조체는 상이한 층들의 물질들 간에 상이한 광학 특성을 갖는 복수 개의 층을 포함한다. 또한, 몇몇 실시예에서는 물질의 광학 특성이 층 내에서 변화하여, 개별 층의 표면 영역의 단지 일부만을 차지하는 공간적 범위 내에 특정 광학 소자들을 국부적으로 배치시킬 수 있다. 따라서, 다층 광학 구조체는 다층 적층의 평면 광학 소자, 섬유 예비 성형체 등으로서 사용될 수 있다.
도 18을 참조하면, 물질 A와 물질 B의 층들이 번갈아 가면서 있는 다층 광학 구조체의 개략적 사시도를 도시하고 있다. 구체적으로, 구조체(380)는 ABABAB 구조를 형성하도록 B층(384)과 교호하는 A층(382)을 포함한다. 예로서, 물질 A는 SiO2 유리질이고 물질 B는 도핑 SiO2 유리질일 수 있다. 다층 광학 구조체의 대안적 실시예가 도 19에 개략적인 측면도로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 구조체(390)는 번갈아 가면서 있는 물질 A의 층(392), 물질 B의 층(394), 물질 C의 층(396)을 포함한다. 예로서, 물질 A는 SiO2 유리질이고 물질 B는 도핑 SiO2 유리질의 한 형태이며 물질 C는 도핑 SiO2 유리질의 다른 형태일 수 있다.
도 18 및 도 19가 특정 개수의 층을 도시하지만, 층의 개수는 원하는 바에 따라 변화할 수 있다. 몇몇 실시예에서는 층의 예비 성형체가 3개 이상의 층을 가지며, 추가의 실시예에서는 5개 이상의 층, 다른 실시예에서는 적어도 10개의 층, 또 다른 실시예에서는 적어도 20개의 층, 또 다른 실시예에서는 적어도 30개의 층을 구비하며 일반적으로 1000개 미만의 층을 갖는다. 이러한 명시된 범위 내의 층의 개수 및 부분 범위가 고려될 수 있고 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 세 가지 물질보다 많은 물질이 층상 구조체에 사용될 수 있으며, 그 층들은 더 복잡한 패턴 및/또는 비반복(non-repeating) 구조로 배치될 수 있다.
일반적으로, 광학 구조체 내의 광학 물질의 하나 이상의 층들은 그 층에 걸쳐 불균일 광학 특성을 가질 것이다. 광학 특성은 물질의 다른 특성을 변경함으로 써 변화시킬 수 있지만, 일반적으로 광학 특성은 층을 가로질러 조성을 변경함으로써 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 몇몇 물질의 굴절율은 광, 예를 들면 자외선을 물질상에 비춤으로써 변할 수 있다. 광학 특성에서의 변화는 층을 통한 광학 채널/경로를 형성하여 그 광학 채널 내에 광을 집중시키는 데에 사용될 수 있다. 광학 채널은 이하에 더 기재하는 바와 같은 섬유 예비 성형체의 평면 광학 소자 또는 광학 경로에 상응할 수 있다.
개별 광학 층들의 전체 평균 두께는 일반적으로 약 1밀리미터 이하이며, 많은 실시예에서는 250 미크론 이하, 다른 실시예에서는 약 500 미크론 내지 약 150 미크론의 범위, 또 다른 실시예에서는 약 3 미크론 내지 약 100 미크론의 범위, 또 다른 실시예에서는 약 4 미크론 내지 약 20 미크론의 범위이다. 이러한 명시된 범위 내의 범위 및 부분 범위가 고려될 수 있고 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 소정 층은 특정 평면 계면을 따른 하나 이상의 경계에 의해 구분될 수 있다. 층의 두께는 기재의 평면 표면에 대해 수직한 두께 또는 전술한 바와 같은 무기재 구조체의 넓이를 형성하는 평면에 수직한 두께로 간주할 수 있다.
다층 구조체는 기재가 없을 수 있다. 기재는 빛을 전송하는 물질로부터 광학적으로 격리된 물질, 즉 비광학적 물질로 간주할 수 있다. 따라서, 클래딩 층들은 일반적으로 그 층들의 광학적 특성이 코어 층 내에 빛을 가두는 것을 도우며, 광학적으로 격리되어 있지 않기 때문에 기재의 일부가 아니다. 대안적으로, 다층 구조체는 추가의 비광학 층이 광학 층들 사이에서 버퍼(buffer)를 제공하도록 복수의 기재를 포함할 수 있다.
일반적으로, 광 반응성 증착은 기재 상에 물질의 증착을 수반한다. 그러나, 릴리스 층을 형성하여, 릴리스 층에서의 분리로 이 층이 형성되었던 기재로부터 광학 구조체를 분리시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 릴리스 층은 일반적으로 그 위에 증착되는 물질보다 상당히 높은 유동 온도의 분말을 포함한다. 분말의 조성은 증착 장치에서의 전구물질의 조성을 조절함으로써 하나의 조성으로부터 다른 조성으로 점진적으로 또는 급격하게 변화할 수 있다. 원하는 편석을 생성하여 릴리스 층이 열처리 시에 형성되도록 조건과 조성을 선택할 수 있다. 대안적으로, 릴리스 층은 물질의 두께의 일부만을 고형화시켜 릴리스 층을 그대로 남겨두도록 상부에서부터 열에 노출시켜 형성할 수 있다. 무기재 광학 구조체를 형성하기 위해 릴리스 층의 형성과 릴리스 층의 사용은, 본 명세서 참조로 인용된 "기재 상의 층상 물질(Layer Materials On Substrates)"라는 명칭의 브라이언(Bryan)의 공동으로 양도되어 공동으로 계류 중인 미국 특허 출원 번호 제09/931,977호에 더 기재되어 있다.
적층 평면 광학 회로
다층 광학 구조체는 적층 평면 광학 회로의 형성에 적합하다. 다층 광학 구조체의 선택된 층은 그 층을 통한 광학 채널/경로를 제공하도록 형성된다. 몇몇 실시예에서, 층을 통한 광학 채널은 광학적 처리/조작을 위한 평면 광학 소자를 포함한다. 대안적 또는 추가적 실시예에서, 하나 이상의 집적 광학 회로는 하나 이상의 광학 채널을 갖는 단일의 층에 배치된다.
평면 광학 소자를 갖는 층을 통과하는 대표적 단면도가 도 20에 도시되어 있다. 층(400)은 집적 광학 회로(402, 404, 406)를 포함한다. 광학 회로(402)는 광학 소자(410, 412, 414)를 포함하는 한편, 광학 회로(404)는 광학 소자(416, 418, 420, 422)를 포함한다. 광학 회로(402)는 평면 도파로와 같은 광학 소자(424)와, 예를 들면 광다이오드 등의 광 검출기와 같은 전자 광학 소자(426)를 구비하고 있으며, 이 전자 광학 소자에는 전기 접점(428)이 있다. 전기 접점은 은 입자를 사용한 광 반응성 증착 또는 화학적 기상 증착과 같은 반도체 제조 기법에 의해 형성될 수 있다. 층(400)이 3개의 광학 회로를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 층은 일반적으로 1개 또는 2개의 광학 회로, 또는 3개 이상의 광학 회로를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 광학 회로 내의 광학 소자의 개수가 그 층의 공간적 한계 내에서 원하는 바에 따라 변경될 수 있다. 일반적으로, 도 20에서 가장자리(430, 432)와 같은 층의 하나 이상의 가장자리는 광섬유에 대한 접속부 또는 다른 광학 소자 및/또는 전자 광학 소자에 대한 접속부와 같은 광학적 상호 접속부에 연결하기에 적절하다.
기재의 존재 여부에 관계없이, 평면 광학 구조체는 가늘고 긴 광섬유 등과는 명백하게 상이한 평면 모양을 갖는다. 평면 광학 구조체의 평면 모양은 최대 투영 면적을 갖는 구조체의 평면 투영을 기초로 평가할 수 있다. 이러한 평면 투영은 표면의 특징 등으로 인한 복잡함이 없이 평가될 수 있다. 일반적으로, 평면 구조체는 면적이 적어도 약 1㎠인 최대 면적 평면 투영을 가지며, 다른 실시예에서는 면적이 적어도 약 10㎠, 또 다른 실시예에서는 적어도 약 25㎠, 또 다른 실시예에서는 적어도 약 50㎠, 몇몇 실시예에서는 약 1㎠ 내지 1㎡의 범위인 최대 면적 평면 투영을 갖는다. 이러한 명시한 범위 내의 범위 빛 부분 범위가 고려될 수 있으며 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 5인치 직경의 웨이퍼 기재는 6.25πin2의 최대 투영 면적을 갖는 구조체를 생성할 것이다.
또한, 평면 광학 구조체는 일반적으로 약 20 이하의 가로세로 비를 갖는 층을 구비하며, 다른 실시예에서는 약 10이하, 다른 실시예에서는 약 5이하의 비를 갖는 층을 구비한다. 이러한 명시한 범위 내의 범위 빛 부분 범위가 고려될 수 있으며 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 가로세로 비는 폭에 대한 길이의 비이며, 길이는 평면 투영에서 2개의 가장자리 지점을 연결하는 최장 세그먼트를 따른 거리이며, 폭은 2개의 가장자리 지점을 연결하는 길이 세그먼트에 대해 수직한 최장 세그먼트를 따른 거리이다. 가로세로 비는 그 최저값으로서 약 1일 수 있다. 층의 평면성은 또한 투영된 면적의 중심을 통해 지나가는 세그먼트에 대한 최대 면적 투영에서의 가장자리에서 가장자리까지의 최소 거리에 의해 표현될 수 있다. 일반적으로 가장자리에서 가장자리까지의 최소 거리는 적어도 약 1㎝이며, 많은 실시예에서는 적어도 약 2㎝, 다른 실시예에서는 적어도 약 5㎝, 몇몇 실시예에서는 약 1㎝ 내지 약 1m의 범위 내에 있다. 이러한 명시한 범위 내의 범위 빛 부분 범위가 고려될 수 있으며 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 평면의 표면을 따른 광학 구조체의 배치에 대해 직사각형 구조가 편리하다. 원형 구조체는 원형 형상 기재의 활용성 때문에 편리하다.
다중 코어 예비 성형체-광섬유
다층 구조체는 또한 다중 코어 예비 성형체 및 다중 코어 광섬유를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 실시예는 일반적으로 물질의 선형 치수에 걸쳐 연장하는 광학 채널/경로를 구비한다. 다중 코어 광섬유는 다중 코어 예비 성형체로부터 형성된다.
특히, 광섬유는 복수 개의 구역을 구비하고 각 구역이 별도의 전송을 위한 한정된 채널 또는 코어를 구비하도록 형성될 수 있다. 광섬유는 대응하는 구조를 내부에 갖는 예비 성형체로부터 형성될 수 있다. 예비 성형체는 기본적으로 광섬유의 조성이 그 길이를 따라 대략 균일하게 되도록 섬유가 인발되는 방향을 따른 치수에서 소정 구조를 갖는 다층 모놀리식 구조체이다. 다중 코어에 대응하는 구조를 갖는 예비 성형체를 구성함으로써, 광학 채널의 복수의 집적 층을 갖는 광학 소자와 같은 복합 광학 소자와 광섬유 사이의 연결을 단순화시키도록 소자의 구조를 모방함으로써 복수 개의 채널을 갖는 광학 소자와 상호 작용하도록 광섬유를 형성할 수 있다. 광섬유는 복합 구조체를 보다 양호하게 사용하도록 복합 광학 소자와의 더 복합적인 연결을 제공한다.
다중 코어 예비 성형체를 형성하기 위해, 적층 및 패턴화 처리가 도 21 및 도 22에 도시되어 있는 바와 같은 패턴화된 예비 성형체를 형성하도록 반복될 수 있다. 패턴화된 예비 성형체(440)는 백그라운드 클래딩 물질(444) 내에 매입된 복수 개의 광학 채널(442)을 포함한다. 특정 광학 채널(442)은 다른 광학 채널(442)에 대해 동일하거나 상이한 물질로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 클래딩 물질(444)은 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 클래딩 물질은 적어도 인접한 광학 채널의 물질과는 상이하다. 몇몇 실시예에서, 모든 물질은 구획된 광학 채널 및 클래딩 물질을 형성하도록 적절히 도핑된 SiO2 유리질로 형성될 수 있다. 광학 채널의 개수와 배치는 원하는 구조를 형성하도록 변경될 수 있다. 일반적으로 다중 코어 섬유는 적어도 3개의 광학 채널/코어를 구비하며, 추가의 실시예에서는 적어도 5개의 광학 코어, 다른 실시예에서는 약 10개의 광학 코어 내지 약 1000개의 광학 코어의 범위로, 또 다른 실시예에서는 약 20개의 광학 코어 내지 약 100개의 광학 코어의 범위로 구비한다. 이러한 명시된 범위 내의 범위 빛 부분 범위가 고려될 수 있으며 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
복수의 전송 채널을 갖는 광섬유를 제조하는 바람직한 방법은 도 21 및 도 22의 예비 성형체(440)와 같이 패턴화된 예비 성형체의 형성을 수반한다. 전술한 적층 평면 소자와는 달리, 예비 성형체는 얻어질 섬유의 원하는 구조에 기초하여 구성된다. 패턴화/층상 예비 성형체는 예를 들면 종래의 섬유 인발 처리를 사용하여 인발될 수 있다. 그 예비 성형체는 물질을 연화시키기 위해 가열된 다음에 그 예비 성형체로부터 광섬유를 형성하도록 인발된다. 예비 성형 구조체의 치수는 예비 성형체를 인발함으로써 얻어지는 광섬유의 기지(旣知)의 치수에 기초를 둔 원하는 치수의 독립된 광학 채널을 갖는 패턴화된 광섬유를 생성하도록 선택될 수 있다. 적절한 속도는 일반적으로 분당 약 1미터 내지 분당 약 100미터의 범위 내에 있다. 적절한 장력은 일반적으로 약 10그램 내지 약 40그램의 범위 내에 있다. 이러한 명시한 범위 내의 범위 빛 부분 범위가 고려될 수 있으며 본 발명의 범위에 속한다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 인발은 구조체의 치수의 감소를 가져온다. 온도, 장력, 인발 속도는 얻어지는 광섬유의 치수에 기여한다. 이상적인 인발 조건에서, 다중 코어 구조체의 근본적인 구조적 관계는 감소된 치수의 섬유 내에서 유지되었다. 예비 성형체로부터 광섬유 케이블을 인발하는 것은, 본 명세서에 참조로 인용된 "노출 코어 광섬유 및 이의 제조 방법(Exposed Core Optical Fiber, and Method of Making Same)"이라는 명칭의 아스킨(Ashkin) 등의 미국 특허 제4,630,890호에 더 기재되어 있다. 섬유는 광섬유에 대한 표준 치수 또는 다중 코어 구조체에 기초한 다른 치수로 인발될 수 있다.
인발 후에, 얻어지는 광섬유는 예비 성형체의 구조를 유지한다. 특히, 광섬유는 이웃하는 코어로부터 간섭 없이 광을 전송하기 위해 개별적으로 사용될 수 있는 고립된 코어를 통한 고립된 광학 채널을 구비한다. 인발 후에, 그 섬유는 표준 광섬유를 연상시키는 전체 구조를 가지며, 구체적으로는 패턴화 광섬유는 일반적으로 가요성이 있다.
패턴화된 섬유는 복수 개의 광섬유의 부착에 대한 대안으로서 광학 소자에 편리하게 부착될 수 있다. 패턴화된 예비 성형체로부터 인발된 광섬유의 구조가 매우 작을 수 있기 때문에, 대응하는 광섬유에 편리하게 부착될 수 없는 구조에 패턴화된 광섬유를 부착할 수 있다. 따라서, 보다 작은 광학 소자가 형성되어 패턴화된 광섬유와 개별적으로 액세스할 수 있다. 특정 예로서, 패턴화된 광섬유는 적층 평면 광학 회로를 갖는 다층 구조체에 부착되어, 섬유의 코어를 통해 개별 광학 채널/경로에 액세스할 수 있다. 패턴화된 단일의 광섬유는, 본 명세서에 참조로 인용된 "광학적 용량 메모리(Optical Volume Memory)"라는 명칭의 첸(Chen) 등의 미국 특허 제6,045,888호의 도 3b에 도시된 복수 개의 광섬유를 대체할 수 있다. 대안적으로, 패턴화된 광섬유는 본 명세서에 참조로 인용된 "광학 커플러(Optical Coupler)"라는 명칭의 케크(Keck) 등의 미국 특허 제4,948,217호에 기재된 광학 커플러와 같은 광학 커플러에 대안으로 또는 추가하여 사용될 수 있다.
비휘발성 광메모리
큰 저장 용량의 비휘발성 광메모리 소자는 컴퓨터의 구성, 특히 개인용 컴퓨터의 구성을 근본적으로 변화시킬 수 있게 한다. 특히, 광메모리 요소는 복수 개의 실행 가능한 프로그램을 포함한다. 바람직한 광메모리 요소는 컴퓨터 내에 광-전자 네트워크로 통합되는 고정 고상 소자이다. 프로그램에 대한 선택적 액세스가 원하는 루틴 및 선택된 오퍼레이팅 시스템의 실행을 제공할 수 있다. 다차원 광메모리 소자는 본 명세서에 기재된 다층 광학 구조체로 구성될 수 있다.
적절한 3차원 광 데이터 저장 구조는, 예를 들면 본 명세서에 참조로 인용된 "광학적 용량 메모리"라는 명칭의 첸 등의 미국 특허 제6,045,888호에 기재되어 있다. 제6,045,888호 특허에 기재된 비활성 광메모리는 개별적으로 액세스 가능한 많은 수의 셀, 즉 데이터 요소를 구비한다. 이러한 데이터 요소는 중요한 프로그램의 저장에 사용될 수 있다. 개별 데이터 요소들이 그 데이터 요소를 읽는 광의 명령을 통해 액세스되기 때문에 비활성 광메모리는 어떤 이동 부분 없이 액세스될 수 있다. 데이터 요소는 중첩하는 광 빔을 사용하거나, 각 데이터 요소가 제어된 변조 픽셀(modulation pixel)과 연관되어 있는 공간적 광 변조기를 사용하여 어드레스 지정될 수 있다. 대안적 실시예에서, 디스크 등의 저장 매체 또는 집속 요소 가 단일의 광 데이터 요소 상에 광을 집속하도록 이동한다.
바람직한 실시예에서, 비활성 광메모리는 복수 개의 컴퓨터 프로그램을 저장하는 데에 사용된다. 적절한 프로그램은, 예를 들면 오퍼레이팅 시스템, 워드 프로세서, 스프레드시트, 드로잉 프로그램, 통신 프로그램, 게임 등을 포함한다. 이러한 프로그램들은 선택적으로 액세스될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 비활성 광메모리는 커넥터에 의해 마더보드에 부착된다. 비활성 메모리는 커넥터로부터 제거하여, 다른 메모리 소자와 교체할 수 있다. 예를 들면, 광메모리 소자에 저장된 프로그램의 전체적인 업그레이드를 실행할 수 있다. 광메모리의 교체는 또한 프로그램 종류를 제거 및/또는 추가를 수반할 수 있다.
광메모리에 저장된 프로그램은 구동 넘버(activation number)에 의해 잠겨질 수 있다. 액세스는 적절한 라이센스 및/또는 구동 넘버의 존재에 기초하여 제한될 수 있다. 액세스에 대한 유사한 제한이 현재는 다양한 소프트웨어 프로그램에 내장될 수 있다. 예를 들면, 현재 인터넷 상에서 활용할 수 있는 몇몇 소프트웨어는 다운로드 받을 수 있지만, 액세스 코드 없이는 실행되지 않을 수 있다.
액세스 코드를 사용함으로써, 단일의 광메모리 소자 상에 대용량의 소프트웨어를 그 소프트웨어의 일부에 대한 액세스를 제한한 상태로 저장할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 광메모리 소자는 하드웨어에 대해 이용 가능한 소프트웨어의 전부 또는 중요 부분을 포함할 수 있다. 이어서, 사용자가 적절한 액세스 코드를 입력함으로써 그 사용자에게 허가된 소프트웨어에 액세스한다. 추가적 소프트웨어는 나중에 적절한 액세스 코드를 입수함으로써 액세스할 수 있다. 업그레이드는 비활성 광메모리 소자를 교체함으로써 전체적으로 수행된다. 비활성 광메모리 외에도 통상의 활성 저장 장치 또는 기타 비활성 메모리를 사용하여 추가적 소프트웨어가 액세스될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 개별적인 개인용 컴퓨터는 RAM 메모리를 제외한 어떠한 하드 디스크 드라이브 저장 장치 또는 다른 활성 저장 장치를 구비하지 않을 것이다. 특히, 모든 실행 코드는 광메모리 소자에서 찾아 지는 것이 바람직할 것이다. 작업 결과물이 소형 디스크 드라이브 또는 고상 메모리와 같이 컴퓨터에 연결된 다른 활성 메모리 또는 다른 비활성 메모리에 저장될 수 있지만, 작업 결과물은 중앙 서버 또는 인터넷 서버와 같은 기타 네트워크 서버에 저장되는 것이 바람직할 수 있다.
프로그램을 저장하는 비활성 메모리의 사용은 비활성 메모리의 역할을 하드 디스크 드라이브와 같은 활성 저장 장치에 비해 하찮은 역할에서부터 중심적인 역할로 근본적으로 반전시키면서 활성 저장 장치가 하찮은 역할을 하게 할 수 있다. 보다 많은 비활성 고상 집적 메모리의 사용은 비활성 광메모리에 대한 신속한 액세스로 인해 컴퓨터의 거의 인스턴트 온(instant-on) 시동을 제공한다. 메모리 용량의 대부분을 고속 비활성 메모리로 대체하면 대량의 정보에 대해 더 신속한 액세스를 제공할 수 있다.
본 명세서에 사용한 바와 같이, "범위에서" 또는 "사이에서" 라는 표현은, "범위 내에" 또는 "사이에"라는 표현 후에 기재되는 값에 의해 정해지는 범위뿐만 아니라, 그러한 범위 내에 포함되는 임의의 모든 부분 범위를 포함하며, 여기서 각 각의 부분 범위는 그러한 범위 내의 임의의 값을 제1 종점으로 갖고, 그러한 범위 내에 있으며 제1 종점보다 큰 그러한 범위 내의 임의의 값을 제2 종점으로 갖도록 정해진다.
전술한 실시예는 예시적인 것이며, 한정의 의도는 없다. 추가의 실시예가 청구의 범위에 속한다. 본 발명을 특정의 실시예를 참고로 하여 설명하였지만, 당업자는 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에 대해 변경이 있을 수 있다는 것을 인지할 것이다.

Claims (52)

  1. 복수 개의 층을 포함하며, 각 층은 그 층의 일부분 내에 제한된 고립 광학 경로를 갖고 있고, 이 고립 광학 경로는 코어 광학 물질을 포함하며, 이 코어 광학 물질은 무기질 광학 유리를 포함하는 것인 모놀리식 광학 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 층을 지지하는 기재를 더 구비하며, 이 기재는 실리콘을 포함하고, 코어 광학 물질은 도핑 실리콘 산화물을 포함하는 것인 모놀리식 광학 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 층은 3개 이상의 층을 포함하는 것인 모놀리식 광학 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코어 광학 물질은 상기 모놀리식 광학 구조체 내의 코어 광학 물질 주위의 클래딩 물질과는 상이한 굴절율을 갖는 광학 물질을 포함하는 것인 모놀리식 광학 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 층이 복수 개의 고립 광학 경로를 포함하는 것인 모놀리식 광학 구조체.
  6. 모놀리식 광학 구조체를 형성하는 방법으로서,
    생성물 입자의 유동 스트림을 통한 구조체의 복수 회의 통과를 실행하는 단계를 포함하며, 생성물 입자의 조성은 한번의 통과와 그 다음번의 통과 사이에 변경되고, 상기 생성물 입자는 복수의 층을 형성하며, 이어서, 광학 물질을 갖는 각 층은 그 층의 일부분 내에 제한된 고립 경로를 갖는 복수 개의 층으로 고형화(consolidation)되는 것인 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 입자의 스트림은 장축과 단축에 의해 특징 지워지는 단면을 가지며, 장축은 단축보다 5배 이상 큰 것인 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법.
  8. 제6항에 있어서, 입자의 스트림은 유동하는 반응물 스트림과 교차하는 집속 방사선 빔에 의해 유발되는 반응으로 형성되는 것인 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법.
  9. 복수 개의 독립된 광학 채널을 구비하며, 이들 광학 채널은 광섬유의 길이를 따라 연장하는 코어 광학 물질을 포함하며, 이 코어 광학 물질은 무기질 광학 유리를 포함하는 것인 가요성 광섬유.
  10. 코어 광학 물질을 포함하는 복수 개의 독립된 광학 채널을 갖는 광섬유를 형성하도록, 패턴화/적층된 예비 성형체를 연화 온도로 가열하면서 그 예비 성형체를 인발하는 단계를 포함하며, 상기 코어 광학 물질은 무기질 광학 유리를 포함하는 것인 광섬유 형성 방법.
  11. 예비 성형체의 선형 치수에 걸쳐 연장하는 복수 개의 고립 광학 경로를 형성하는 복수 층의 광학 물질을 포함하며, 코어 광학 물질은 무기질 광학 유리를 포함하는 것인 광섬유 예비 성형체.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 삭제
  47. 삭제
  48. 삭제
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 삭제
  52. 삭제
KR1020037005703A 2000-10-26 2001-10-26 모놀리식 광학 구조체, 이 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법, 가요성 광섬유, 광섬유 형성 방법, 및 광섬유 예비 성형체 KR100890981B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US24349100P 2000-10-26 2000-10-26
US60/243,491 2000-10-26
PCT/US2001/045762 WO2002044765A2 (en) 2000-10-26 2001-10-26 Multilayered optical structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030051742A KR20030051742A (ko) 2003-06-25
KR100890981B1 true KR100890981B1 (ko) 2009-03-27

Family

ID=22918956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020037005703A KR100890981B1 (ko) 2000-10-26 2001-10-26 모놀리식 광학 구조체, 이 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법, 가요성 광섬유, 광섬유 형성 방법, 및 광섬유 예비 성형체

Country Status (10)

Country Link
US (2) US7039264B2 (ko)
EP (1) EP1335829B1 (ko)
JP (1) JP4222829B2 (ko)
KR (1) KR100890981B1 (ko)
CN (1) CN100484752C (ko)
AT (1) ATE527104T1 (ko)
AU (1) AU2002239458A1 (ko)
CA (1) CA2427103A1 (ko)
DK (1) DK1335829T3 (ko)
WO (1) WO2002044765A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210050383A (ko) * 2019-10-28 2021-05-07 (주)구스텍 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법 및 이를 이용한 광케이블의 제조방법

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7164818B2 (en) 2001-05-03 2007-01-16 Neophontonics Corporation Integrated gradient index lenses
US6849334B2 (en) 2001-08-17 2005-02-01 Neophotonics Corporation Optical materials and optical devices
WO2002044765A2 (en) 2000-10-26 2002-06-06 Nanogram Corporation Multilayered optical structures
US6952504B2 (en) 2001-12-21 2005-10-04 Neophotonics Corporation Three dimensional engineering of planar optical structures
US6723435B1 (en) 2001-08-28 2004-04-20 Nanogram Corporation Optical fiber preforms
US8865271B2 (en) 2003-06-06 2014-10-21 Neophotonics Corporation High rate deposition for the formation of high quality optical coatings
US7208401B2 (en) * 2004-03-12 2007-04-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method for forming a thin film
US7666319B1 (en) * 2005-11-01 2010-02-23 Miradia Inc. Semiconductor etching process to release single crystal silicon mirrors
US20070240454A1 (en) * 2006-01-30 2007-10-18 Brown David P Method and apparatus for continuous or batch optical fiber preform and optical fiber production
US20100216928A1 (en) * 2006-11-15 2010-08-26 The University of North Carolona at Chapel Hill Polymer particle composite having high fidelity order, size, and shape particles
FR2927476B1 (fr) * 2008-02-12 2010-04-30 Draka Comteq France Sa Fibre optique amplificatrice comprenant des nanoparticules et procede de fabrication
KR100937864B1 (ko) * 2008-03-14 2010-01-21 삼성모바일디스플레이주식회사 프릿 실링 시스템
US20110143019A1 (en) * 2009-12-14 2011-06-16 Amprius, Inc. Apparatus for Deposition on Two Sides of the Web
US9512036B2 (en) 2010-10-26 2016-12-06 Massachusetts Institute Of Technology In-fiber particle generation
US10371890B2 (en) 2013-02-26 2019-08-06 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical waveguide element
US10112321B2 (en) 2013-03-13 2018-10-30 Massachusetts Institute Of Technology High-pressure in-fiber particle production with precise dimensional control
DE102013005565A1 (de) 2013-03-28 2014-10-02 Karlsruher Institut für Technologie Herstellung von 3D-Freiform-Wellenleiterstrukturen
US10815129B1 (en) * 2015-10-09 2020-10-27 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Method of fabricating rigid radiation reflectors
US11345606B2 (en) * 2017-02-17 2022-05-31 David Brown Deposition particles and a method and apparatus for producing the same
CN107422420B (zh) * 2017-08-29 2019-10-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种基于熔融直写的三维光子器件互连方法
US10511400B2 (en) 2018-01-22 2019-12-17 Electronics And Telecommunications Research Institute Optical multiplexer for multiplexing optical signals using optical waveguide block including laminated layers
US11307351B2 (en) * 2018-12-07 2022-04-19 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for shaping optical waveform
EP4046195A4 (en) * 2019-10-18 2023-11-08 Psiquantum Corp. ELECTRO-OPTIC DEVICE MANUFACTURED ON A SUBSTRATE AND COMPRISING AN EPITAXIAL GROWTH FERROELECTRIC LAYER ON THE SUBSTRATE
WO2021087711A1 (zh) * 2019-11-05 2021-05-14 南京同溧晶体材料研究院有限公司 一种铕镥掺杂的钛酸钡单晶光纤及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5727096A (en) 1993-09-24 1998-03-10 France Telecom Process for making a monolithic integrated structure incorporating opto-electronic components and structure made in this way
US5820942A (en) 1996-12-20 1998-10-13 Ag Associates Process for depositing a material on a substrate using light energy
US5980637A (en) 1996-12-20 1999-11-09 Steag Rtp Systems, Inc. System for depositing a material on a substrate using light energy

Family Cites Families (100)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2152464B1 (ko) 1971-09-16 1974-05-31 Thomson Csf
US3806570A (en) 1972-03-30 1974-04-23 Corning Glass Works Method for producing high quality fused silica
US3806223A (en) * 1972-03-30 1974-04-23 Corning Glass Works Planar optical waveguide
US3826560A (en) * 1972-03-30 1974-07-30 Corning Glass Works Method of forming a light focusing fiber waveguide
US3934061A (en) 1972-03-30 1976-01-20 Corning Glass Works Method of forming planar optical waveguides
US3873339A (en) * 1972-03-30 1975-03-25 Corning Glass Works Method of forming optical waveguide circuit path
US3883336A (en) 1974-01-11 1975-05-13 Corning Glass Works Method of producing glass in a flame
US3923484A (en) 1974-01-11 1975-12-02 Corning Glass Works Flame method of producing glass
US3932162A (en) 1974-06-21 1976-01-13 Corning Glass Works Method of making glass optical waveguide
JPS51102014A (en) 1974-11-01 1976-09-09 Komatsu Denshi Kinzoku Kk Kojundotomeigarasutaino seizohoho
JPS5263213A (en) 1975-11-20 1977-05-25 Komatsu Denshi Kinzoku Kk Process for preparing highhpurity transparent silica glass products
US4358181A (en) * 1977-09-29 1982-11-09 Corning Glass Works Gradient index optical waveguide and method of making
US4295269A (en) * 1979-05-31 1981-10-20 Wright Ronald F Truss assembly apparatus
US4494968A (en) * 1983-10-03 1985-01-22 Corning Glass Works Method of forming laminated single polarization fiber
EP0146196A3 (de) 1983-12-17 1987-01-21 Philips Patentverwaltung GmbH Integriert-optisches Bauelement
US4549891A (en) * 1984-02-23 1985-10-29 Polaroid Corporation Method for forming a non-symmetrical optical fiber
GB8414878D0 (en) 1984-06-11 1984-07-18 Gen Electric Co Plc Integrated optical waveguides
CA1255382A (en) 1984-08-10 1989-06-06 Masao Kawachi Hybrid optical integrated circuit with alignment guides
DE3442790A1 (de) 1984-11-23 1986-06-05 Dieter Prof. Dr. Linz Bäuerle Verfahren zur herstellung von duennschichtkondensatoren
US4868005A (en) 1986-04-09 1989-09-19 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for photodeposition of films on surfaces
US5065338A (en) 1986-05-23 1991-11-12 Active English Information Systems, Inc. Expert information system and method for decision record generation
US4957775A (en) * 1986-05-29 1990-09-18 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for refractory metal deposition
JPS6353273A (ja) 1986-08-22 1988-03-07 Nippon Kokan Kk <Nkk> Ｃｖｄ方法および装置
US4791648A (en) 1987-02-04 1988-12-13 Amoco Corporation Laser having a substantially planar waveguide
GB8710067D0 (en) 1987-04-28 1987-06-03 British Telecomm Optical device
GB2209846B (en) 1987-09-17 1992-03-04 Pirelli General Plc Optical fibre wavelength filter having two cores
FR2623915B1 (fr) 1987-11-26 1990-04-13 Corning Glass Works Procede de production d'un composant optique integre en verre comprenant des tranchees de positionnement et de fixation de fibres optiques en alignement avec des guides d'ondes et composants ainsi produits
US5060595A (en) 1988-04-12 1991-10-29 Ziv Alan R Via filling by selective laser chemical vapor deposition
JP2511503B2 (ja) 1988-08-22 1996-06-26 沖電気工業株式会社 タングステン膜の形成方法
US5666372A (en) 1989-12-26 1997-09-09 United Technologies Corporation Embedded Bragg grating laser master-oscillator and power-amplifier
US5317576A (en) 1989-12-26 1994-05-31 United Technologies Corporation Continously tunable single-mode rare-earth doped pumped laser arrangement
US5276012A (en) 1991-02-12 1994-01-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Laser-assisted CVD process forming oxide superconducting films
JPH04291205A (ja) * 1991-03-19 1992-10-15 Fujitsu Ltd 導波路型光デバイス
US5200029A (en) 1991-04-25 1993-04-06 At&T Bell Laboratories Method of making a planar optical amplifier
US5119460A (en) 1991-04-25 1992-06-02 At&T Bell Laboratories Erbium-doped planar optical device
US5141549A (en) 1991-05-17 1992-08-25 The Charles Stark Draper Laboratories Method of fabricating rare earth doped planar optical waveguide for integrated optical circuit
JPH04352320A (ja) * 1991-05-29 1992-12-07 Toshiba Corp 気相成長装置
EP0544024B1 (en) 1991-11-25 1999-06-23 Corning Incorporated Method of manufacturing and testing integrated optical components
CA2084461A1 (en) 1991-12-06 1993-06-07 Hiroo Kanamori Method for fabricating an optical waveguide
US5195161A (en) 1991-12-11 1993-03-16 At&T Bell Laboratories Optical waveguide comprising Bragg grating coupling means
EP0548385A1 (en) 1991-12-20 1993-06-30 Corning Incorporated Method for burying optical waveguide paths
GB9202463D0 (en) 1992-02-05 1992-03-18 British Telecomm Silica waveguide structure
WO1994006052A1 (en) 1992-09-10 1994-03-17 Fujitsu Limited Optical circuit system and its constituents
TW263566B (ko) 1993-01-14 1995-11-21 Sumitomo Electric Industries
JP3519406B2 (ja) 1993-03-24 2004-04-12 ジョージア テック リサーチ コーポレイション フィルム及びコーティングの燃焼化学蒸着の方法
US5613995A (en) * 1993-04-23 1997-03-25 Lucent Technologies Inc. Method for making planar optical waveguides
JP3234043B2 (ja) 1993-05-10 2001-12-04 株式会社東芝 液晶駆動用電源回路
US5448586A (en) 1993-09-20 1995-09-05 At&T Corp. Pumping arrangements for arrays of planar optical devices
US5396507A (en) 1993-11-15 1995-03-07 At&T Corp. Reflective digitally tunable laser
JPH0870144A (ja) * 1994-08-26 1996-03-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導部品の作製方法
US5622750A (en) 1994-10-31 1997-04-22 Lucent Technologies Inc. Aerosol process for the manufacture of planar waveguides
US5790730A (en) 1994-11-10 1998-08-04 Kravitz; Stanley H. Package for integrated optic circuit and method
FR2727768B1 (fr) 1994-12-05 1997-01-10 Alcatel Nv Procede pour former une couche de silice a eliminer ulterieurement et procede pour rapporter un composant en optique integree
WO1997005994A1 (en) 1995-08-04 1997-02-20 Microcoating Technologies Inc Chemical vapor deposition and powder formation using thermal spray with near supercritical and supercritical fluid solutions
US6200737B1 (en) * 1995-08-24 2001-03-13 Trustees Of Tufts College Photodeposition method for fabricating a three-dimensional, patterned polymer microstructure
WO1997008574A1 (en) * 1995-08-29 1997-03-06 Arroyo Optics, Inc. Wavelength selective grating assisted optical couplers
US5729642A (en) 1995-10-02 1998-03-17 The Boeing Company N×N optical switch array using electro-optic and passive waveguide circuits on planar substrates
US5874134A (en) 1996-01-29 1999-02-23 Regents Of The University Of Minnesota Production of nanostructured materials by hypersonic plasma particle deposition
US6011981A (en) 1996-03-12 2000-01-04 International Superconductivity Technology Center Oxide superconductor multilayered film and oxide superconductor josephson device
CN1516239A (zh) * 1996-06-19 2004-07-28 ���µ�����ҵ��ʽ���� 光电子材料、使用该材料的器件和制造光电子材料的方法
AU717947B2 (en) * 1996-12-16 2000-04-06 Corning Incorporated Organometallics for lightwave optical circuit applications
US5870417A (en) 1996-12-20 1999-02-09 Sdl, Inc. Thermal compensators for waveguide DBR laser sources
US5885904A (en) 1997-02-14 1999-03-23 Advanced Micro Devices, Inc. Method to incorporate, and a device having, oxide enhancement dopants using gas immersion laser doping (GILD) for selectively growing an oxide layer
US5958348A (en) 1997-02-28 1999-09-28 Nanogram Corporation Efficient production of particles by chemical reaction
DE19730231A1 (de) 1997-07-15 1999-01-21 Abb Research Ltd Verfahren zum elektrostatischen Beschichten
WO2002044765A2 (en) 2000-10-26 2002-06-06 Nanogram Corporation Multilayered optical structures
US6788866B2 (en) 2001-08-17 2004-09-07 Nanogram Corporation Layer materials and planar optical devices
US6290735B1 (en) 1997-10-31 2001-09-18 Nanogram Corporation Abrasive particles for surface polishing
US6726990B1 (en) 1998-05-27 2004-04-27 Nanogram Corporation Silicon oxide particles
US6849334B2 (en) 2001-08-17 2005-02-01 Neophotonics Corporation Optical materials and optical devices
US20010051118A1 (en) 1999-07-21 2001-12-13 Ronald J. Mosso Particle production apparatus
US6193936B1 (en) 1998-11-09 2001-02-27 Nanogram Corporation Reactant delivery apparatuses
US5966478A (en) 1997-09-17 1999-10-12 Lucent Technologies Inc. Integrated optical circuit having planar waveguide turning mirrors
US5930439A (en) 1997-10-01 1999-07-27 Northern Telecom Limited Planar optical waveguide
KR19990035454A (ko) 1997-10-31 1999-05-15 윤종용 단일 챔버내에서 평면 광 도파로를 제작하는 방법
US5999672A (en) 1997-12-13 1999-12-07 Light Chip, Inc. Integrated bi-directional dual axial gradient refractive index/diffraction grating wavelength division multiplexer
US6011884A (en) 1997-12-13 2000-01-04 Lightchip, Inc. Integrated bi-directional axial gradient refractive index/diffraction grating wavelength division multiplexer
US20020073743A1 (en) * 1997-12-26 2002-06-20 Motonori Nakamura Method and apparatus for making optical fiber preform
JP3663871B2 (ja) * 1997-12-26 2005-06-22 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材の製造方法
US6160830A (en) 1998-03-04 2000-12-12 Motorola, Inc. Semiconductor laser device and method of manufacture
CA2269231C (en) 1998-04-16 2004-03-16 Martin F. Fay Self-collimating multiwavelength lasers
DE19819164C1 (de) 1998-04-24 2000-02-17 Siemens Ag Baugruppe
JP2963993B1 (ja) 1998-07-24 1999-10-18 工業技術院長 超微粒子成膜法
JP3256741B2 (ja) 1998-07-24 2002-02-12 独立行政法人産業技術総合研究所 超微粒子成膜法
US6256442B1 (en) 1999-09-08 2001-07-03 Corning Incorporated Athermal integrated optical waveguide device
US6074888A (en) 1998-08-18 2000-06-13 Trw Inc. Method for fabricating semiconductor micro epi-optical components
US7108894B2 (en) * 1998-09-30 2006-09-19 Optomec Design Company Direct Write™ System
US6636676B1 (en) * 1998-09-30 2003-10-21 Optomec Design Company Particle guidance system
US6690845B1 (en) 1998-10-09 2004-02-10 Fujitsu Limited Three-dimensional opto-electronic modules with electrical and optical interconnections and methods for making
FR2784809B1 (fr) 1998-10-16 2001-04-20 Commissariat Energie Atomique Amplificateur optique de puissance a guide d'onde planaire pompe optiquement et laser de puissance utilisant cet amplificateur
US6097144A (en) 1998-10-28 2000-08-01 International Lead Zinc Research Organization, Inc. Cathode ray tubes having reduced glass browning properties
US6254928B1 (en) 1999-09-02 2001-07-03 Micron Technology, Inc. Laser pyrolysis particle forming method and particle forming method
AU7271100A (en) 1999-09-20 2001-04-24 Soren Guldberg-Kjaer Multi-wavelength laser system
KR100492833B1 (ko) 1999-10-15 2005-06-07 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 광 기능성 소자 및 그 용도
US6293688B1 (en) 1999-11-12 2001-09-25 Sparkolor Corporation Tapered optical waveguide coupler
US6307995B1 (en) 2000-04-05 2001-10-23 James T. Veligdan Planar optical waveguides for optical panel having gradient refractive index core
US6418258B1 (en) * 2000-06-09 2002-07-09 Gazillion Bits, Inc. Microstructured optical fiber with improved transmission efficiency and durability
CN1251809C (zh) 2000-10-17 2006-04-19 尼奥弗托尼克斯公司 通过反应沉积形成涂覆的装置及方法
US6768856B2 (en) 2001-02-09 2004-07-27 Corning Incorporated High germanium content waveguide materials
US7491431B2 (en) * 2004-12-20 2009-02-17 Nanogram Corporation Dense coating formation by reactive deposition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5727096A (en) 1993-09-24 1998-03-10 France Telecom Process for making a monolithic integrated structure incorporating opto-electronic components and structure made in this way
US5820942A (en) 1996-12-20 1998-10-13 Ag Associates Process for depositing a material on a substrate using light energy
US5980637A (en) 1996-12-20 1999-11-09 Steag Rtp Systems, Inc. System for depositing a material on a substrate using light energy

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210050383A (ko) * 2019-10-28 2021-05-07 (주)구스텍 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법 및 이를 이용한 광케이블의 제조방법
KR102329885B1 (ko) * 2019-10-28 2021-11-22 (주)구스텍 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법 및 이를 이용한 광케이블의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP4222829B2 (ja) 2009-02-12
KR20030051742A (ko) 2003-06-25
US20060141142A1 (en) 2006-06-29
ATE527104T1 (de) 2011-10-15
EP1335829B1 (en) 2011-10-05
WO2002044765A2 (en) 2002-06-06
CN1531480A (zh) 2004-09-22
US20030232200A1 (en) 2003-12-18
CA2427103A1 (en) 2002-06-06
DK1335829T3 (da) 2011-12-05
EP1335829A4 (en) 2006-08-23
EP1335829A2 (en) 2003-08-20
JP2004514940A (ja) 2004-05-20
CN100484752C (zh) 2009-05-06
US7039264B2 (en) 2006-05-02
WO2002044765A3 (en) 2003-01-30
US9939579B2 (en) 2018-04-10
AU2002239458A1 (en) 2002-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100890981B1 (ko) 모놀리식 광학 구조체, 이 모놀리식 광학 구조체의 형성 방법, 가요성 광섬유, 광섬유 형성 방법, 및 광섬유 예비 성형체
KR100934679B1 (ko) 반응성 증착에 의한 코팅 형성
US8673407B2 (en) Three dimensional engineering of planar optical structures
KR100930557B1 (ko) 광학 물질 및 광학 소자
US7437047B2 (en) Optical materials with selected index-of-refraction
KR101276391B1 (ko) 고품질 광학 코팅의 형성을 위한 고속 증착 방법
KR20070091666A (ko) 반응성 증착에 의한 조밀 코팅 형성
JP2005500242A5 (ko)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130227

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140227

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150227

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151230

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161229

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181227

Year of fee payment: 11