KR101206062B1

KR101206062B1 - Apparatus and method for poling optical element

Info

Publication number: KR101206062B1
Application number: KR1020110068058A
Authority: KR
Inventors: 유난이; 최주원; 고도경; 노정훈
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2012-11-28

Abstract

PURPOSE: An apparatus and method for poling an optical element are provided to pole optical element using multi pulses having a negative multiple voltage form. CONSTITUTION: An electrode charging unit charges an electrode formed on an optical element by applying a negative voltage to an optical element with an incubation voltage(310). A polling unit poles the optical element by applying a large positive voltage having a larger absolute value than the incubation voltage to the optical element with a polling voltage. A back switching protection unit protects back switching in the polled optical element by applying a stabilization voltage to the polled optical element for preventing voltage drop. [Reference numerals] (AA) Voltage; (BB) Time

Description

Apparatus and method for poling optical element

본 발명은 광학 소자를 폴링시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 준위상 정합(QPM; Quasi-Phase Matching) 주기를 가지는 광학 소자를 폴링시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for polling an optical element. More particularly, the present invention relates to an apparatus and method for polling an optical element having a Quasi-Phase Matching (QPM) period.

준위상 정합(QPM) 소자는 각종 레이저의 파장 변환이나 주파수 변환에 널리 이용되고 있다. 특히 녹색, 청색, 적색의 강한 연속적인 레이저 광을 만들어 디지털 시대에 맞는 레이저 디스플레이, 레이저 프로젝터, 디지털 시네마 등에 광원으로 각광을 받고 있다. 뿐만 아니라, 비선형 광학, 양자 광학, 전기공학 등 다양한 분야에 이용하는 광원을 만드는 광 소자로 그 이용 범위가 점점 확대되고, 최근에는 테라헤르츠 발생에도 이용되고 있어 광 소자로서의 그 응용 범위가 매우 광대하다.Quasi-phase matching (QPM) devices are widely used for wavelength conversion and frequency conversion of various lasers. In particular, green, blue, and red strong continuous laser light is being spotlighted as a light source for laser displays, laser projectors, and digital cinemas suitable for the digital age. In addition, as the optical device for making a light source used in various fields such as nonlinear optics, quantum optics, electrical engineering, etc., the use range is gradually expanded, and recently, it is also used for terahertz generation, and its application range as an optical device is very extensive.

그런데, 이러한 준위상 정합 광소자를 제조하기 위해서는 전기장을 인가하여 분극 반전을 일으키는 과정이 필요하다. 종래 제안된 방법으로 양의 전압 형태를 가지는 싱글 펄스(single pulse)를 ms 시간 동안 인가하여 상온에서 주기적인 분극 반전을 일으키는 방법이 있다. 그러나, 이 방법을 이용할 경우 분극 반전의 불균일 정도가 매우 크며, 도메인 머징 현상이 발생한다. 또한, 인큐베이션 단계에서 포토레지스트가 장시간 노출되어 절연체 기능을 수행할 수 없게 된 것을 보상하지도 못한다.However, in order to manufacture such a quasi-phase matched optical device, a process of applying polarization to polarization reversal is required. In the conventionally proposed method, there is a method of generating a periodic polarization inversion at room temperature by applying a single pulse having a positive voltage form for ms time. However, when this method is used, the degree of nonuniformity of the polarization reversal is very large and a domain merging phenomenon occurs. It also does not compensate for the long exposure of the photoresist in the incubation step to insulator function.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 음의 다중 전압 형태를 가지는 네거티브 멀티 펄스(negative multiple pulse)를 이용하여 광학 소자를 폴링시키는 광학 소자 폴링 장치 및 방법을 제안함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to propose an optical device polling apparatus and method for polling an optical device by using a negative multiple pulse having a negative multiple voltage form. .

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 광학 소자에 음의 전압(바람직하게는 음의 다중 전압)을 인큐베이션 전압(incubation voltage)으로 제1 인가하여 상기 광학 소자에 형성된 전극을 충전시키는 전극 충전부; 및 전극 충전된 상기 광학 소자에 상기 인큐베이션 전압보다 절대값이 더 큰 양의 전압을 폴링 전압(poling voltage)으로 제2 인가하여 상기 광학 소자를 폴링(poling)시키는 폴링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 폴링 장치를 제안한다.The present invention has been made in order to achieve the above object, the first to apply a negative voltage (preferably negative multi-voltage) to the incubation voltage (incubation voltage) to charge the electrode formed in the optical element An electrode charger; And a polling unit configured to poll the optical element by secondly applying a positive voltage greater than an incubation voltage to the electrode-charged optical element as a polling voltage. A device polling apparatus is proposed.

바람직하게는, 상기 광학 소자 폴링 장치는 폴링된 상기 광학 소자에 전압 강하 방지 목적의 안정화 전압(stabilization voltage)을 상기 제2 인가 때보다 낮은 값으로 상기 제2 인가 때보다 긴 시간동안 제3 인가하여 상기 폴링된 광학 소자에서의 백 스위칭을 보호하는 백 스위칭 보호부를 더욱 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 백 스위칭 보호부는 상기 인큐베이션 전압 값의 1.75배 ~ 2.25배인 양전압 값을 상기 안정화 전압 값으로 하여 상기 제2 인가 때보다 적어도 50ms 연장된 시간동안 상기 제3 인가를 수행한다.Preferably, the optical element polling apparatus applies a stabilization voltage for preventing voltage drop to the polled optical element at a value lower than that of the second application for a third time longer than the second application. Further comprising a back switching protection for protecting the back switching in the polled optical element. More preferably, the back switching protection unit performs the third application for a time extended at least 50 ms than the second application by setting the positive voltage value that is 1.75 times to 2.25 times the incubation voltage value as the stabilization voltage value.

바람직하게는, 상기 전극 충전부와 상기 폴링부 및 상기 백 스위칭 보호부는 순차적으로 반복 구동된다.Preferably, the electrode charging part, the polling part, and the back switching protection part are sequentially and repeatedly driven.

바람직하게는, 상기 전극 충전부는 상기 인큐베이션 전압으로 -4kV ~ -5kV를 미리 정해진 시간동안 계속적으로 제1 인가시킨다.Preferably, the electrode charging unit continuously applies the first -4kV to -5kV for a predetermined time as the incubation voltage.

바람직하게는, 상기 광학 소자 폴링 장치는 광학 물질로부터 얻은 웨이퍼 형태의 상기 광학 소자에 전극을 형성하는 것으로서, 상기 웨이퍼로 리튬나오베이트 결정을 미리 정해진 방향으로 절단시켜 얻은 리튬나오베이트 웨이퍼를 이용하며, 상기 리튬나오베이트 웨이퍼의 절단면에 상기 전극을 형성하는 전극 형성부를 더욱 포함한다.Preferably, the optical device polling device is to form an electrode on the optical device in the form of a wafer obtained from an optical material, using a lithium nano-bait wafer obtained by cutting a lithium nano-bait crystal in the predetermined direction with the wafer, It further includes an electrode forming unit for forming the electrode on the cut surface of the lithium nanobait wafer.

바람직하게는, 상기 광학 소자 폴링 장치는 준위상 정합 광학 소자나 비선형 광학 소자를 제조할 때에 이용된다.Preferably, the optical element polling apparatus is used when manufacturing a quasi-phase matched optical element or a nonlinear optical element.

바람직하게는, 상기 광학 소자 폴링 장치는 미리 정해진 기준 샘플과 비교하여 상기 폴링의 품질을 평가하는 폴링 품질 평가부를 더욱 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 폴링 품질 평가부는 상기 기준 샘플을 에칭시키는 기준 샘플 에칭부; 상기 기준 샘플의 에칭면에 표시된 도메인 이미지를 관측하는 에칭면 관측부; 및 상기 폴링 때에 관측된 상기 광학 소자의 도메인 이미지와 상기 기준 샘플의 도메인 이미지를 비교하여, 상기 광학 소자의 도메인 이미지가 상기 기준 샘플의 도메인 이미지보다 더 균일한 구조를 가지는 것으로 판별되면 상기 폴링의 품질을 우수한 것으로 평가하는 도메인 비교부를 포함한다. 이에 더하거나 이와 별도로, 상기 폴링 품질 평가부는 미리 정해진 파장 대역의 레이저가 서로 다른 영역을 통과하도록 폴링된 상기 광학 소자의 위치를 변경시키는 위치 변경 제어부; 상기 제어에 따라 상기 광학 소자의 서로 다른 영역에서의 회절 강도를 측정시키는 회절 강도 측정 제어부; 측정된 적어도 두개의 회절 강도를 기초로 상기 광학 소자에 대한 제1 듀티 비를 계산하는 듀티 비 계산부; 및 계산된 상기 제1 듀티 비와 미리 획득된 기준 샘플에 대한 제2 듀티 비를 비교하여, 상기 제1 듀티 비가 상기 제2 듀티 비보다 크면 상기 폴링의 품질을 우수한 것으로 평가하는 듀티 비 비교부를 포함한다.Preferably, the optical element polling apparatus further includes a polling quality evaluator for evaluating the quality of the polling compared to a predetermined reference sample. More preferably, the polling quality evaluator comprises: a reference sample etching unit for etching the reference sample; An etching surface observing unit which observes a domain image displayed on the etching surface of the reference sample; And comparing the domain image of the optical device and the domain image of the reference sample observed during the polling, and determining that the domain image of the optical device has a more uniform structure than the domain image of the reference sample. It includes a domain comparator that evaluates to excellent. In addition to or separately from the above, the polling quality evaluator may include: a position change controller configured to change a position of the optical element polled such that lasers of a predetermined wavelength band pass through different regions; A diffraction intensity measurement control unit for measuring diffraction intensities in different regions of the optical element according to the control; A duty ratio calculator for calculating a first duty ratio for the optical device based on the measured at least two diffraction intensities; And a duty ratio comparison unit that compares the calculated first duty ratio with a second duty ratio for a reference sample obtained in advance, and evaluates the quality of the polling as excellent when the first duty ratio is greater than the second duty ratio. do.

또한, 본 발명은 광학 소자에 음의 전압(바람직하게는 음의 다중 전압)을 인큐베이션 전압(incubation voltage)으로 제1 인가하여 상기 광학 소자에 형성된 전극을 충전시키는 전극 충전 단계; 및 전극 충전된 상기 광학 소자에 상기 인큐베이션 전압보다 절대값이 더 큰 양의 전압을 폴링 전압(poling voltage)으로 제2 인가하여 상기 광학 소자를 폴링(poling)시키는 폴링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 폴링 방법을 제안한다.In addition, the present invention is the electrode charging step of charging the electrode formed in the optical element by first applying a negative voltage (preferably negative multiple voltage) to the incubation voltage (incubation voltage) to the optical element; And polling the optical device by second applying a positive voltage greater than an incubation voltage to the electrode-charged optical device as a polling voltage. We propose an optical device polling method.

바람직하게는, 상기 폴링 단계 이후에, 폴링된 상기 광학 소자에 전압 강하 방지 목적의 안정화 전압(stabilization voltage)을 상기 제2 인가 때보다 낮은 값으로 상기 제2 인가 때보다 긴 시간동안 제3 인가하여 상기 폴링된 광학 소자에서의 백 스위칭을 보호하는 백 스위칭 보호 단계를 더욱 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 백 스위칭 보호 단계는 상기 인큐베이션 전압 값의 1.75배 ~ 2.25배인 양전압 값을 상기 안정화 전압 값으로 하여 상기 제2 인가 때보다 적어도 50ms 연장된 시간동안 상기 제3 인가를 수행한다.Preferably, after the polling step, a stabilization voltage for preventing voltage drop is applied to the polled optical element at a value lower than that of the second application for a third time longer than the second application. And a back switching protection step of protecting back switching in the polled optical element. More preferably, the back switching protection step performs the third application for a time extended at least 50 ms than the second application by setting the positive voltage value, which is 1.75 times to 2.25 times the incubation voltage value, as the stabilization voltage value. .

바람직하게는, 상기 전극 충전 단계, 상기 폴링 단계 및 상기 백 스위칭 보호 단계는 순차적으로 반복 수행된다.Preferably, the electrode charging step, the polling step and the back switching protection step are repeated sequentially.

바람직하게는, 상기 전극 충전 단계는 상기 인큐베이션 전압으로 -4kV ~ -5kV를 미리 정해진 시간동안 계속적으로 제1 인가시킨다.Preferably, the electrode charging step continuously applies a first -4kV ~ -5kV for a predetermined time to the incubation voltage.

바람직하게는, 상기 전극 충전 단계 이전에, 광학 물질로부터 얻은 웨이퍼 형태의 상기 광학 소자에 전극을 형성하는 단계로서, 상기 웨이퍼로 리튬나오베이트 결정을 미리 정해진 방향으로 절단시켜 얻은 리튬나오베이트 웨이퍼를 이용하며, 상기 리튬나오베이트 웨이퍼의 절단면에 상기 전극을 형성하는 전극 형성 단계를 더욱 포함한다.Preferably, prior to the electrode filling step, forming an electrode on the optical element in the form of a wafer obtained from an optical material, using a lithium naobate wafer obtained by cutting a lithium naobate crystal in a predetermined direction with the wafer The method may further include forming an electrode on the cut surface of the lithium nanobate wafer.

바람직하게는, 상기 광학 소자 폴링 방법은 준위상 정합 광학 소자나 비선형 광학 소자를 제조할 때에 이용된다.Preferably, the optical element polling method is used when manufacturing a quasi-phase matched optical element or a nonlinear optical element.

바람직하게는, 상기 백 스위칭 보호 단계 이후에, 미리 정해진 기준 샘플과 비교하여 상기 폴링의 품질을 평가하는 폴링 품질 평가 단계를 더욱 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 폴링 품질 평가 단계는 상기 기준 샘플을 에칭시키는 기준 샘플 에칭 단계; 상기 기준 샘플의 에칭면에 표시된 도메인 이미지를 관측하는 에칭면 관측 단계; 및 상기 폴링 때에 관측된 상기 광학 소자의 도메인 이미지와 상기 기준 샘플의 도메인 이미지를 비교하여, 상기 광학 소자의 도메인 이미지가 상기 기준 샘플의 도메인 이미지보다 더 균일한 구조를 가지는 것으로 판별되면 상기 폴링의 품질을 우수한 것으로 평가하는 도메인 비교 단계를 포함한다. 이에 더하거나 이와 별도로, 상기 폴링 품질 평가 단계는 미리 정해진 파장 대역의 레이저가 서로 다른 영역을 통과하도록 폴링된 상기 광학 소자의 위치를 변경시키는 위치 변경 제어 단계; 상기 제어에 따라 상기 광학 소자의 서로 다른 영역에서의 회절 강도를 측정시키는 회절 강도 측정 제어 단계; 측정된 적어도 두개의 회절 강도를 기초로 상기 광학 소자에 대한 제1 듀티 비를 계산하는 듀티 비 계산 단계; 및 계산된 상기 제1 듀티 비와 미리 획득된 기준 샘플에 대한 제2 듀티 비를 비교하여, 상기 제1 듀티 비가 상기 제2 듀티 비보다 크면 상기 폴링의 품질을 우수한 것으로 평가하는 듀티 비 비교 단계를 포함한다.Preferably, after the back switching protection step, the method further comprises a polling quality evaluation step of evaluating the quality of the polling compared to a predetermined reference sample. More preferably, the polling quality assessment step comprises a reference sample etching step of etching the reference sample; An etching plane observation step of observing a domain image displayed on the etching plane of the reference sample; And comparing the domain image of the optical device and the domain image of the reference sample observed during the polling, and determining that the domain image of the optical device has a more uniform structure than the domain image of the reference sample. Domain comparison step of evaluating to be excellent. In addition or separately, the polling quality evaluating step may include: a position changing control step of changing the position of the polled optical element such that lasers of a predetermined wavelength band pass through different regions; A diffraction intensity measurement control step of measuring diffraction intensities in different regions of the optical element according to the control; A duty ratio calculation step of calculating a first duty ratio for the optical element based on the measured at least two diffraction intensities; And comparing the calculated first duty ratio with a second duty ratio for a previously obtained reference sample to evaluate the quality of the polling as excellent when the first duty ratio is greater than the second duty ratio. Include.

본 발명은 음의 다중 전압 형태를 가지는 네거티브 멀티 펄스를 이용하여 광학 소자를 폴링시킴으로써 다음 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 분극 반전 영역끼리의 영향을 최대한 줄여서 도메인 구조가 균일한 광학 소자를 제조하는 데에 기여할 수 있다. 둘째, 도메인 머징 현상을 기존보다 감소시키거나 제거할 수 있다. 세째, 인큐베이션 시간을 감축시켜 포토레지스트가 절연 불능되는 것을 보상할 수 있다.The present invention can achieve the following effect by polling the optical element using negative multi-pulse with negative multi-voltage form. First, it is possible to contribute to the fabrication of an optical device having a uniform domain structure by minimizing the influence of the polarization inversion regions. Second, domain merging can be reduced or eliminated. Third, the incubation time can be reduced to compensate for the non-insulation of the photoresist.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 소자 폴링 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 광학 소자 폴링 장치에 추가되는 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 음의 인큐베이션을 갖는 전압 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 음의 다중 펄스 폴링을 위한 실시간 도메인 비주얼화를 사용하여 패턴화된 면에 대한 이미지를 도시한 도면이다.
도 5는 첫 10ms 폴링 시간 동안 오실로스코프 데이터 및 전계 폴링 동안 측정된 전압의 변동을 나타낸 도면이다.
도 6은 HF:HNO₃ 용액으로 에칭 후에 (a) NMP, (b) NSP, (c) PSP의 +z와 -z 면에 대한 마이크로스코픽 이미지를 도시한 도면이다.
도 7은 원거리 회절 실험을 위한 구성(a)과 음의 다중 펄스 폴링에 대한 회절 이미지(b)를 도시한 도면이다.
도 8은 NMP(a), NSP(b), PSP(c)를 위한 0차 내지 2차 차수의 원거리 회절 패턴을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 소자 폴링 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a block diagram schematically showing an optical device polling apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration added to the optical element polling apparatus of FIG. 1.
3 shows a voltage waveform with negative incubation.
4 shows an image of a patterned face using real-time domain visualization for negative multiple pulse polling.
FIG. 5 shows oscilloscope data and fluctuations in voltage measured during field polling during the first 10 ms polling time. FIG.
FIG. 6 shows microscopic images of the + z and -z planes of (a) NMP, (b) NSP, and (c) PSP after etching with HF: HNO ₃ solution.
FIG. 7 shows a configuration (a) for far diffraction experiments and a diffraction image (b) for negative multiple pulse polling.
8 is a diagram illustrating a far-order diffraction pattern of 0th to 2nd order for NMP (a), NSP (b), and PSP (c).
9 is a flowchart illustrating an optical device polling method according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 소자 폴링 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1의 광학 소자 폴링 장치에 추가되는 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 이하 설명은 도 1과 도 2를 참조한다.1 is a block diagram schematically showing an optical device polling apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration added to the optical element polling apparatus of FIG. 1. The following description refers to FIGS. 1 and 2.

도 1에 따르면, 광학 소자 폴링 장치(100)는 전극 충전부(110), 폴링부(120), 전원부(130) 및 주제어부(140)를 포함한다.According to FIG. 1, the optical device polling apparatus 100 includes an electrode charging unit 110, a polling unit 120, a power supply unit 130, and a main control unit 140.

광학 소자 폴링 장치(100)는 네거티브 싱글 펄스 폴링 방법(negative single pulse poling method) 바람직하게는 네거티브 멀티 펄스 폴링 방법(negative multiple pulse poling method)을 이용하여 광학 소자를 폴링시키는 장치이다. 각종 레이저의 파장 변환이나 비선형 광학 소자로 이용되는 준위상 정합 광소자의 제작을 위해서는 상온에서 높은 전기장을 인가하여 주기적으로 분극 반전을 일으켜야 한다. 광학 소자 폴링 장치(100)는 네거티브 싱글/멀티 펄스 폴링 방법을 이용하여 균일한 양질의 준위상 정합 소자를 제작하려는 것이다.The optical device polling device 100 is a device for polling an optical device by using a negative single pulse polling method, preferably a negative multiple pulse polling method. In order to fabricate quasi-phase matched optical devices used as wavelength conversion of various lasers or nonlinear optical devices, polarization reversal is required periodically by applying a high electric field at room temperature. The optical device polling device 100 is intended to fabricate a uniform high quality quasi-phase matching device using a negative single / multi pulse polling method.

본 광학 소자 폴링 장치(100)에 의한 NMP(Negative Multiple pulse Poling) 방법은 단일 펄스 전기장 인가 방법을 이용하는 것보다 월등한 분극 반전 주기의 균일성을 나타내어 양질의 준위상 정합 소자를 제작하기에 매우 적합하다. 또한, 표면의 수 ㎛의 깊이만을 분극 반전시키는 기존 제작 방법에 비해 0.5~1㎜ 이상의 깊이에서도 분극 반전이 가능한 장점이 있다. 기존 상온 전기장 폴링법은 전기장의 형태와 세기, 인가한 시간에 따라 광소자의 품질이 현저한 차이를 보이고 있다. 그러나, 본 방법은 이웃한 분극 반전 영역끼리의 영향을 최대한 줄이면서 원하는 영역만 전압이 인가될 수 있도록 인가 전압의 펄스 형태와 시간을 창안하여 균일한 광소자 제작이 가능하다.The NMP (Negative Multiple Pulse Poling) method by the optical device polling device 100 shows superior uniformity of the polarization inversion period than the single pulse electric field application method, which is very suitable for fabricating high quality quasi-phase matching devices. Do. In addition, there is an advantage that polarization reversal is possible even at a depth of 0.5 ~ 1mm or more compared to the existing manufacturing method of polarization reversal only a few micrometers depth of the surface. Conventional room temperature electric field polling method shows a significant difference in the quality of the optical device according to the shape and strength of the electric field, and the time applied. However, in this method, a uniform optical device can be fabricated by creating a pulse shape and time of an applied voltage so that a voltage can be applied only to a desired region while minimizing the influence of neighboring polarization inversion regions.

광학 소자 폴링 장치(100)는 주기적 분극 반전이 나타나는 준위상 정합 광학 소자(Quasi-phase matched optical device)나 비선형 광학 소자(nonlinear optical device)를 제조하는 데에 이용될 수 있다.The optical device polling device 100 may be used to fabricate quasi-phase matched optical devices or nonlinear optical devices in which periodic polarization reversal occurs.

전극 충전부(110)는 광학 소자에 음의 전압을 인큐베이션 전압(incubation voltage)으로 제1 인가하여 광학 소자에 형성된 전극을 충전시키는 기능을 수행한다. 전극 충전부(110)는 인큐베이션 전압을 음의 다중 전압으로 인가할 수 있는데, 이때에 상기 음의 다중 전압을 음의 멀티 펄스 형태로 인가할 수 있다. 전극 충전부(110)에 의해 인큐베이션 전압이 인가되는 광학 소자는 광학 물질로부터 얻은 웨이퍼(wafer)를 의미한다.The electrode charging unit 110 charges an electrode formed in the optical device by first applying a negative voltage to the optical device as an incubation voltage. The electrode charging unit 110 may apply the incubation voltage as a negative multi-voltage, in which case the negative multi-voltage may be applied in the form of a negative multi-pulse. The optical device to which the incubation voltage is applied by the electrode charging unit 110 refers to a wafer obtained from an optical material.

전극 충전부(110)는 인큐베이션 전압으로 -4kV ~ -5kV를 미리 정해진 시간동안 계속적으로 제1 인가시킨다. 바람직하게는, 전극 충전부(110)는 인큐베이션 전압으로 -4kV ~ -5kV를 4초 ~ 6초동안 계속적으로 제1 인가시킨다. 더욱 바람직하게는, 전극 충전부(110)는 인큐베이션 전압으로 -4.5kV를 5초동안 제1 인가시킨다. 4.5kV는 기존 인큐베이션 전압 즉 9kV의 50%에 불과한 수준이다.The electrode charging unit 110 continuously applies the first -4kV to -5kV for a predetermined time as the incubation voltage. Preferably, the electrode charging unit 110 continuously applies the first -4kV to -5kV for 4 seconds to 6 seconds as the incubation voltage. More preferably, the electrode charger 110 first applies -4.5 kV for 5 seconds as an incubation voltage. 4.5kV is only 50% of the existing incubation voltage, or 9kV.

폴링부(120)는 전극 충전된 광학 소자에 인큐베이션 전압보다 절대값이 더 큰 양의 전압을 폴링 전압(poling voltage)으로 제2 인가하여 광학 소자를 폴링(poling)시키는 기능을 수행한다. 폴링부(120)에 의해 광학 소자에 인가되는 폴링 전압은 웨이퍼를 전계 변화시키기 위한 것으로서, 특히 웨이퍼의 도메인을 분극 반전시키기 위한 것이다.The polling unit 120 performs a function of polling the optical device by secondly applying a positive voltage greater than an incubation voltage to the electrode-charged optical device as a polling voltage. The polling voltage applied to the optical element by the polling unit 120 is for changing the electric field of the wafer, and particularly for polarizing reversal of the domain of the wafer.

전원부(130)는 광학 소자 폴링 장치(100)를 구성하는 각 구성부에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.The power supply unit 130 supplies power to each component of the optical device polling apparatus 100.

주제어부(140)는 광학 소자 폴링 장치(100)를 구성하는 각 구성부의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.The main controller 140 controls the overall operation of each component of the optical device polling apparatus 100.

광학 소자 폴링 장치(100)는 도 2 (a)에 도시된 바와 같이 백 스위칭 보호부(150)를 더욱 포함할 수 있다. 백 스위칭 보호부(150)는 폴링된 광학 소자에 전압 강하 방지 목적의 안정화 전압(stabilization voltage)을 제2 인가 때보다 낮은 값으로 제2 인가 때보다 긴 시간동안 제3 인가하여 폴링된 광학 소자에서의 백 스위칭을 보호하는 기능을 수행한다.The optical device polling device 100 may further include a back switching protection unit 150 as shown in FIG. The back switching protection unit 150 applies a stabilization voltage to the polled optical element to a value lower than that of the second application for a longer time than the second application to stabilize the voltage drop in the polled optical element. It performs the function of protecting back switching.

백 스위칭 보호부(150)는 인큐베이션 전압 값의 1.75배 ~ 2.25배인 양전압 값을 안정화 전압 값으로 하여 제2 인가 때보다 적어도 50ms 연장된 시간동안 제3 인가를 수행한다. 예컨대, 백 스위칭 보호부(150)는 인큐베이션 전압 값(-4.5kV)의 2배에 해당하는 양전압 값 즉 9kV를 제2 인가 때보다 50ms ~ 70ms 연장된 100ms ~ 110ms 동안 제3 인가를 수행할 수 있다.The back switching protection unit 150 performs the third application for a time extended at least 50 ms than the second application by using the positive voltage value that is 1.75 times to 2.25 times the incubation voltage value as the stabilization voltage value. For example, the back switching protection unit 150 may perform the third application for 100 ms to 110 ms, which is 50 ms to 70 ms longer than the second voltage, that is, 9 kV, which is twice the incubation voltage value (-4.5 kV). Can be.

한편, 본 실시예에서 전극 충전부(110), 폴링부(120) 및 백 스위칭 보호부(150)는 순차적으로 반복 구동된다. 이러한 반복 구동은 폴링 시간(poling time)을 변화시키기 위함이다. 예컨대, 폴링 시간을 10ms, 5ms, 3ms로 변화시키기 위함이다. 전극 충전부(110), 폴링부(120) 및 백 스위칭 보호부(150)가 반복된다는 것은 인큐베이션 전압 인가 구간, 폴링 전압 인가 구간, 백 스위칭 보호 구간 등이 순차적으로 반복됨을 의미한다.Meanwhile, in the present embodiment, the electrode charging unit 110, the polling unit 120, and the back switching protection unit 150 are sequentially repeatedly driven. This repetitive driving is to change the polling time. For example, to change the polling time to 10 ms, 5 ms, and 3 ms. Repeating the electrode charging unit 110, the polling unit 120, and the back switching protection unit 150 means that the incubation voltage application section, the polling voltage application section, and the back switching protection section are sequentially repeated.

광학 소자 폴링 장치(100)는 도 2 (b)에 도시된 바와 같이 전극 형성부(160)를 더욱 포함할 수 있다. 전극 형성부(160)는 광학 물질로부터 얻은 웨이퍼 형태의 광학 소자에 전극을 형성하는 것이다. 이때, 전극 형성부(160)는 상기 웨이퍼로 리튬나오베이트 결정을 미리 정해진 방향으로 절단시켜 얻은 리튬나오베이트 웨이퍼를 이용하며, 리튬나오베이트 웨이퍼의 절단면에 전극을 형성한다. 전극 형성부(160)는 리튬나오베이트 결정을 z축 방향으로 절단시킨다. 그 이유는 폴링 공정 중에 리튬나오베이트 샘플의 +z면과 -z면에서의 전계 변화를 관찰하고 이로부터 듀티비를 분석 비교하기 위해서이다.The optical device polling apparatus 100 may further include an electrode forming unit 160 as shown in FIG. The electrode forming unit 160 forms an electrode in an optical element in the form of a wafer obtained from an optical material. In this case, the electrode forming unit 160 uses a lithium naobate wafer obtained by cutting a lithium naobate crystal into a predetermined direction with the wafer, and forms an electrode on a cut surface of the lithium naobate wafer. The electrode forming unit 160 cuts the lithium naobate crystal in the z-axis direction. The reason for this is to observe the change in electric field on the + z and -z planes of the lithium naobate sample during the polling process, and to compare and compare the duty ratio therefrom.

광학 소자 폴링 장치(100)는 도 2 (c)에 도시된 바와 같이 폴링 품질 평가부(170)를 더욱 포함할 수 있다. 폴링 품질 평가부(170)는 미리 정해진 기준 샘플과 비교하여 폴링의 품질을 평가하는 기능을 수행한다.The optical device polling apparatus 100 may further include a polling quality evaluator 170 as illustrated in FIG. 2 (c). The polling quality evaluator 170 performs a function of evaluating the quality of polling compared to a predetermined reference sample.

폴링 품질 평가부(170)는 도 2 (d)에 도시된 바와 같이 기준 샘플 에칭부(171), 에칭면 관측부(172) 및 도메인 비교부(173)를 포함할 수 있다. 기준 샘플 에칭부(171)는 기준 샘플을 에칭시키는 기능을 수행한다. 에칭면 관측부(172)는 기준 샘플의 에칭면에 표시된 도메인 이미지를 관측하는 기능을 수행한다. 도메인 비교부(173)는 광학 소자의 도메인 이미지와 기준 샘플의 도메인 이미지를 비교하여, 광학 소자의 도메인 이미지가 기준 샘플의 도메인 이미지보다 더 균일한 구조를 가지는 것으로 판별되면 폴링의 품질을 우수한 것으로 평가한다. 반면, 광학 소자의 도메인 이미지가 기준 샘플의 도메인 이미지보다 더 균일한 구조를 가지지 않는 것으로 판별되면 폴링의 품질은 우수하지 않은 것으로 평가한다. 광학 소자의 도메인 이미지는 폴링 때에 관측된 것이거나, 기준 샘플과 동일한 방식으로 얻은 것을 의미한다.The polling quality evaluator 170 may include a reference sample etching unit 171, an etching surface observing unit 172, and a domain comparator 173 as illustrated in FIG. 2 (d). The reference sample etching unit 171 performs a function of etching the reference sample. The etching surface observing unit 172 performs a function of observing the domain image displayed on the etching surface of the reference sample. The domain comparator 173 compares the domain image of the optical device with the domain image of the reference sample, and evaluates the polling quality as excellent when it is determined that the domain image of the optical device has a more uniform structure than the domain image of the reference sample. do. On the other hand, if it is determined that the domain image of the optical element does not have a more uniform structure than the domain image of the reference sample, the quality of polling is evaluated as not good. The domain image of the optical element means what was observed at the time of polling or obtained in the same way as the reference sample.

폴링 품질 평가부(170)는 도 2 (e)에 도시된 바와 같이 위치 변경 제어부(174), 회절 강도 측정 제어부(175), 듀티 비 계산부(176) 및 듀티 비 비교부(177)를 포함할 수 있다. 도 2 (e)에 도시된 구성은 도 2 (d)에 도시된 구성에 더하여 구비될 수 있으며, 도 2 (d)에 도시된 구성과 별개로 구비되는 것도 가능하다.The polling quality evaluator 170 includes a position change controller 174, a diffraction intensity measurement controller 175, a duty ratio calculator 176, and a duty ratio comparator 177 as shown in FIG. 2E. can do. The configuration shown in FIG. 2 (e) may be provided in addition to the configuration shown in FIG. 2 (d), or may be provided separately from the configuration shown in FIG. 2 (d).

위치 변경 제어부(174)는 미리 정해진 파장 대역의 레이저가 서로 다른 영역을 통과하도록 폴링된 광학 소자의 위치를 변경시키는 기능을 수행한다. 회절 강도 측정 제어부(175)는 위치 변경 제어부(174)의 제어에 따라 광학 소자의 서로 다른 영역에서의 회절 강도를 측정시키는 기능을 수행한다. 듀티 비 계산부(176)는 측정된 적어도 두개의 회절 강도를 기초로 광학 소자에 대한 제1 듀티 비를 계산하는 기능을 수행한다. 듀티 비(R)는 분극이 반전된 도메인의 폭(W)을 전체 도메인의 주기(Period)로 나눈 값으로 정의된다. 즉, R=W/Period이다. 바람직하게는 이론적으로 완벽하게 폴링된 광소자의 듀티 비는 0.5이다. 듀티 비 비교부(177)는 계산된 제1 듀티 비와 미리 획득된 기준 샘플에 대한 제2 듀티 비를 비교하여, 제1 듀티 비가 제2 듀티 비보다 크면 폴링의 품질을 우수한 것으로 평가한다. 미리 정해진 기준 시료의 듀티 비는 이론치에 가까운 0.5의 값을 갖는 표준 시료인데, 회절 실험 분석을 통해서 얻은 듀티 비 1이 미리 정해진 기준 시료의 값과 거의 같게 나오면 제작된 광소자의 품질이 우수한 것으로 본다. 반면, 제1 듀티 비가 제2 듀티 비보다 작거나 같다면 폴링의 품질은 우수하지 않은 것으로 평가한다.The position change controller 174 changes a position of the polled optical element so that lasers of a predetermined wavelength band pass through different regions. The diffraction intensity measurement control unit 175 performs a function of measuring the diffraction intensity in different areas of the optical element under the control of the position change control unit 174. The duty ratio calculator 176 calculates a first duty ratio for the optical device based on the measured at least two diffraction intensities. The duty ratio R is defined as a value obtained by dividing the width W of the domain in which polarization is reversed by the period of the entire domain. That is, R = W / Period. Preferably the duty ratio of the theoretically perfectly polled optical device is 0.5. The duty ratio comparison unit 177 compares the calculated first duty ratio with the second duty ratio for the previously obtained reference sample, and evaluates the polling quality as excellent when the first duty ratio is greater than the second duty ratio. The duty ratio of the predetermined reference sample is a standard sample having a value of 0.5 close to the theoretical value. If the duty ratio 1 obtained through the diffraction experiment analysis is almost equal to the value of the predetermined reference sample, the quality of the manufactured optical device is considered to be excellent. On the other hand, if the first duty ratio is less than or equal to the second duty ratio, the quality of the polling is evaluated as not good.

이상 설명한 바와 같이, 본 광학 소자 폴링 장치(100)는 네거티브 싱글/멀티 펄스 폴링 방법을 이용하여 광학 소자의 폴링 품질을 개선시킬 수 있다. 이하에서는 광학 소자로 PPLN 디바이스를 일례로 들어 본 광학 소자 폴링 장치(100)의 구현예를 설명한다. 폴링 방법은 네거티브 멀티 펄스 폴링 방법을 예로 든다.As described above, the optical device polling apparatus 100 may improve the polling quality of the optical device by using a negative single / multi pulse polling method. Hereinafter, an embodiment of the optical device polling apparatus 100 using the PPLN device as an example of the optical device will be described. The polling method takes a negative multi-pulse polling method as an example.

실시간 비주얼 시스템을 사용하여 12.9㎛의 준위상 매칭(QPM; Quasi-Phase Matching) 주기를 가지는 주기적으로 폴링되는 리튬 니오베이트(PPLN) 디바이스를 제조하기 위해 음의 다중 전압을 사용하는 폴링 방법을 적용하고, 폴링 동안 전계의 변화를 관찰해 보았다. 또한, 마이크로스코픽 이미지와 원거리 회절 패턴 분석을 통해 다른 폴링 방법과 폴링 품질을 비교해 보았다. PPLN의 +z와 -z 면에 대한 에칭 이미지는 본 실시예에 따른 네거티브 멀티 펄스 폴링 방법이 다른 폴링 방법들보다 도메인 구조에 있어 최고 높은 주기성을 나타낸다는 것을 보여주었다. 듀티 비와 그 표준편차는 원거리 회절 패턴을 분석하여 측정되었는데, 이 역시 본 실시예에 따른 방법이 이상적인 값(0.50)에 가장 근접한 0.42의 듀티 비와, 기존 방법들보다 약 3배 더 적은 0.020의 표준 편차를 가졌다.Using a real-time visual system, we apply a polling method that uses negative multiple voltages to fabricate periodically polled lithium niobate (PPLN) devices with Quasi-Phase Matching (QPM) periods of 12.9 µm. We observed changes in the electric field during polling. We also compared the polling quality with other polling methods using microscopic images and far-field diffraction pattern analysis. Etching images on the + z and -z planes of PPLN showed that the negative multi-pulse polling method according to this embodiment exhibits the highest periodicity in domain structure than other polling methods. The duty ratio and its standard deviation were measured by analyzing the far-field diffraction pattern. The method according to the present example also showed a duty ratio of 0.42 closest to the ideal value (0.50) and 0.020 of about 3 times less than the conventional methods. Had a standard deviation.

위상 매칭은 매 간섭 길이마다 비선형 계수의 부호를 역전시키는 것에 의해 상호작용 파들 사이에 항상 가능하기 때문에 준위상 매칭(QPM) 디바이스들이 널리 사용된다. QPM은 높은 변환 효율을 얻기 위해 최대 비선형 계수들이 사용될 수 있다는 잇점을 가지고 있다. 나아가, 비선형 결정(crystal)의 투명 영역 내 위상 매칭은 용이하게 달성되고 공간 워크오프(walk-off)는 복굴절 매체의 광축을 따라 광을 전파하는 것에 의해 제거될 수 있다. 강자성 결정은 외부 전계에 의해 역전될 수 있는 순간 분극(polarization)을 가지므로 QPM 디바이스를 제조하기 위해 널리 사용되었다. LiTaO₃, LiNbO₃, KTiOPO₄(KTP) 등과 같은 많은 종류의 강자성 결정이 있다. 특히 무엇보다도, LiNbO₃는 큰 비선형 계수(d₃₃=27pm/V)로 인해 매력적인 강자성 결정이다.Quasi-phase matching (QPM) devices are widely used because phase matching is always possible between interaction waves by reversing the sign of the nonlinear coefficients at every interference length. QPM has the advantage that maximum nonlinear coefficients can be used to obtain high conversion efficiency. Furthermore, phase matching in the transparent region of the nonlinear crystal is easily achieved and spatial walk-off can be eliminated by propagating light along the optical axis of the birefringent medium. Ferromagnetic crystals are widely used to fabricate QPM devices because they have an instantaneous polarization that can be reversed by an external electric field. There are many kinds of ferromagnetic crystals such as LiTaO ₃ , LiNbO ₃ , KTiOPO ₄ (KTP) and the like. Above all, LiNbO ₃ is an attractive ferromagnetic crystal due to its large nonlinear coefficient (d ₃₃ = 27 pm / V).

주기적으로 폴링되는 LiNbO₃(PPLN)의 제조는 1980년대 이후 개발되었다. 특히, 실온에서 높은 전계 폴링 방법이 주기적으로 폴링되는 벌크 디바이스를 제조하는 것을 가능하게 한다. 코로나 방전, 온도 상승, UV 조명 및 백 스위칭(back switced)되는 전압 파형과 같은 추가적인 기술이 짧은 피치의 QPM 주기를 가지는 고품질의 PPLN을 제조하기 위해 시연되었다. 전계 폴링 동안 분극 역전을 실시간 모니터링하는 것은 도메인 구조를 비파괴적으로 관찰하는 것을 가능하게 하기 때문에 고품질의 PPLN을 제조하는 것을 촉진한다. 그러므로, 실시간 도메인 비주얼화는 많은 연구 그룹에서 널리 사용되었다.The production of periodically polled LiNbO ₃ (PPLN) has been developed since the 1980s. In particular, high field polling methods at room temperature make it possible to fabricate bulk devices that are polled periodically. Additional techniques such as corona discharge, temperature rise, UV illumination, and back switced voltage waveforms have been demonstrated to produce high quality PPLN with short pitch QPM periods. Real-time monitoring of polarization reversal during field polling facilitates the production of high quality PPLN because it enables nondestructive observation of domain structures. Therefore, real-time domain visualization has been widely used in many research groups.

본 실시예에서는 주기성이 균일한 PPLN을 제조하기 위해 실시간 비주얼 시스템을 음의 다중 펄스 폴링(NMP) 방법과 조합한 새로운 폴링 방법을 도입한다. 폴링 전압 전에 마이너스 인큐베이션(incubation) 전압(-4.5kV)을 인가한 후 분극 역전을 실시간 모니터링하면서 폴링 공정의 종료시까지 펄스를 반복하였다. NMP와 다른 펄스 폴링 방법 사이에 폴링 품질은 PPLN 샘플의 +z와 -z 면에 대한 마이크로스코프 이미지를 보고 원거리 회절 패턴을 사용하여 듀티 비를 분석하여 비교되었다.This embodiment introduces a new polling method that combines a real-time visual system with a negative multiple pulse polling (NMP) method to produce PPLNs with uniform periodicity. The pulse was repeated until the end of the polling process while applying a negative incubation voltage (-4.5 kV) prior to the polling voltage followed by real time monitoring of the polarization reversal. The polling quality between NMP and other pulse polling methods was compared by looking at the microscope images of the + z and -z planes of the PPLN sample and analyzing the duty ratio using a far-field diffraction pattern.

0.5mm의 두께와 3인치의 직경을 가지는 z 절단된 합동 LiNbO₃(cLN) 웨이퍼를 사용하였다. 포토레지스트 패턴(Clariant, AZ5214E)을 사용하여 액체 전극이 cLN 웨이퍼의 +z 면 위에 형성되었다. 패턴 두께는 1.2㎛이고, QPM 주기는 12.9㎛이다. 분극 역전을 위해, 높은 DC 전압이 도 3에 도시된 바와 같은 파형을 가지고 cLN 결정에 인가되었다. 도 3은 음의 인큐베이션을 갖는 전압 파형을 도시한 것이다. 이 전압 파형은 3개의 부분, 즉 인큐베이션 부분(a), 폴링 부분(b) 및 안정화 부분(c)으로 구성된다. 이 펄스 형태는 폴링 시간을 10ms, 5ms(5회) 및 3ms(4회)로 순차 변화시키기 위해 10회 반복하였다.A z-cut joint LiNbO ₃ (cLN) wafer having a thickness of 0.5 mm and a diameter of 3 inches was used. Using the photoresist pattern (Clariant, AZ5214E), a liquid electrode was formed on the + z side of the cLN wafer. The pattern thickness is 1.2 mu m and the QPM period is 12.9 mu m. For polarization reversal, a high DC voltage was applied to the cLN crystals with a waveform as shown in FIG. 3. 3 shows a voltage waveform with negative incubation. This voltage waveform consists of three parts: an incubation part (a), a polling part (b) and a stabilizing part (c). This pulse shape was repeated 10 times to sequentially change the polling time to 10 ms, 5 ms (5 times) and 3 ms (4 times).

cLN의 종래의 인큐베이션 전압은 폴링 전압이 갑자기 상승할 때 결정이 손상되는 것을 방지하는 역할을 하는 약 9kV이다. 그러나, 도 3 (a)에 있는 인큐베이션 전압(Negative incubation voltage, 310)은 종래 값의 절반일 뿐만 아니라 음의 펄스인 -4.5kV이었다. 이것이 관찰되는 이유는 폴링 동안 긴 펄스를 인가할 때 포토레지스트 부분에서도 분극 역전이 발생되기 때문이다. 이것은 주기적인 도메인 구조의 형성을 방해할 수 있는 도메인 병합이 긴 폴링 시간으로 인해 발생할 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로, 포토레지스트가 긴 폴링 시간 동안 더이상 완벽한 절연체가 아니라는 것을 확인할 수 있다. 포토레지스트가 커패시터로 고려되는 경우, 음의 인큐베이션 전압(-4.5kV)이 포토레지스터를 충전하기 위한 종래 인큐베이션 전압(9kV)보다 더 긴 시간을 지원할 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같은 음의 인큐베이션 전압을 갖는 파형이 전체 공정 동안 반복되는 경우, 도메인 병합이 감소될 수 있다.The conventional incubation voltage of cLN is about 9 kV which serves to prevent the crystal from being damaged when the falling voltage suddenly rises. However, the incubation voltage 310 in Figure 3 (a) was not only half of the conventional value but also negative pulse -4.5 kV. This is observed because polarization reversal occurs in the photoresist portion when a long pulse is applied during polling. This means that domain merging can occur due to long polling time, which can interfere with the formation of a periodic domain structure. Therefore, it can be seen that the photoresist is no longer a perfect insulator for long polling times. If the photoresist is considered a capacitor, a negative incubation voltage (-4.5kV) can support a longer time than conventional incubation voltage (9kV) for charging the photoresist. Thus, if the waveform with the negative incubation voltage as shown in FIG. 3 is repeated during the entire process, domain merging can be reduced.

일반적으로, 인큐베이션 전압은 인큐베이션 전압과 폴링 전압 사이의 차이와 백 폴링 전계에 의해 결정된다. 인큐베이션 전압이 분극 역전을 생성하지 않아야 하므로, 이것은 원래의 분극 상태로 다시 분극 스위치를 반전시킬 수 있는 백 폴링 전압보다 더 높다. cLN의 백 폴링은 약 -16kV/mm이다. 나아가, 인큐베이션 전압과 폴링 전압 사이의 큰 차이는 결정의 손상을 야기할 수 있다. 그래서, 5초 동안 -4.5kV의 인큐베이션 전압을 인가했다. cLN의 경우에, 분극을 반전시키기 위한 보자력 전계(coercive field)는 약 21kV/mm이다. 실시예에서는 CLN이 0.5mm 두께를 가지므로 보자력 전계는 10.5kV이다. 도 3 (b)에 도시된 바와 같이 cLN의 순간 분극을 역전시키는 폴링 전압은 핵형성 밀도가 전계 강도에 좌우되기 때문에 보자력 전계(320)보다 더 높아야 한다. 인가되는 폴링 전압은 11.4kV이었고, 폴링 전하(Q)는 cLN의 히스테리시스 루프에 의해 예측되었다(Q ～ P_sA, P_s = cLN의 순간 분극(～78μC/㎠), A = 폴링 면적). 계산된 폴링 전하는 73.1μC이고 폴링 전류는 2.1mA로 설정되어, 예측된 폴링 시간은 34.8ms이었다.In general, the incubation voltage is determined by the difference between the incubation voltage and the falling voltage and the back falling field. Since the incubation voltage should not produce a polarization reversal, this is higher than the back polling voltage, which can invert the polarization switch back to its original polarization state. The back polling of the cLN is about -16 kV / mm. Furthermore, a large difference between the incubation voltage and the falling voltage can cause damage to the crystal. Thus, an incubation voltage of -4.5 kV was applied for 5 seconds. In the case of cLN, the coercive field for inverting polarization is about 21 kV / mm. In the embodiment, since the CLN has a thickness of 0.5 mm, the coercive electric field is 10.5 kV. As shown in FIG. 3B, the falling voltage for reversing the instantaneous polarization of cLN should be higher than the coercive electric field 320 because the nucleation density depends on the electric field strength. The applied polling voltage was 11.4 kV, and the polling charge (Q) was predicted by the hysteresis loop of cLN (Q ~ P _s A, P _s = instantaneous polarization (˜78 μC / cm 2), A = polling area). The calculated polling charge was 73.1 μC and the polling current was set to 2.1 mA, so the expected polling time was 34.8 ms.

분극 역전 후에, 역전된 도메인은 일부 순간 동안 안정적이지 않아서 갑작스런 전압 강하가 백 스위칭에서 유도될 수 있다. 백 스위칭을 보호하기 위해, 안정화 전압이 도 3 (c)에 도시된 바와 같이 폴링 후에 존재해야 한다. 안정화 시간은 분극 역전 후에 반전된 분극을 유지하는데 50ms보다 더 긴 시간이 필요하다. 그래서, 실시예에서는 100ms와 같이 충분히 긴 시간 동안 안정화 전압 9kV를 인가하였다. 도 3에 나타난 설계 파형은 오실로스코프에서 측정된 전압과 실시간 비주얼 이미지를 사용하여 폴링 시간을 변경시키는 것에 의해 반복적으로 cLN 결정에 인가되었다.After polarization reversal, the inverted domain is not stable for some moment so that a sudden voltage drop can be induced in the back switching. To protect the back switching, a settling voltage must be present after polling as shown in FIG. 3 (c). The settling time requires longer than 50 ms to maintain inverted polarization after polarization reversal. Therefore, in the embodiment, the stabilization voltage 9 kV was applied for a sufficiently long time such as 100 ms. The design waveform shown in FIG. 3 was applied to the cLN decision repeatedly by varying the polling time using the voltage measured in the oscilloscope and real time visual image.

도 4는 음의 다중 펄스 폴링을 위한 실시간 도메인 비주얼화를 사용하여 패턴화된 면에 대한 이미지에 대한 것이다. 도메인 전파의 순서는 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) 및 (j)이며 누적된 폴링 시간은 각각 8.4, 11.8, 15.2, 18.6, 22, 25.4, 26.8, 28.2, 29.6 및 31ms이다. 각 이미지는 인큐베이션 전압(-4.5kV) 동안 저장되었다.4 is for an image for a patterned face using real-time domain visualization for negative multiple pulse polling. The order of domain propagation is (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i) and (j), and the accumulated polling time is 8.4, 11.8, 15.2, 18.6, 22, 25.4, 26.8, 28.2, 29.6, and 31 ms, respectively. Each image was stored during the incubation voltage (-4.5 kV).

도 4는 실시간 비주얼 시스템에 의해 전계 폴링 동안 cLN의 +z 면에 있는 폴링된 영역의 확대도를 보여준다. 도메인 경계면에서의 전기광학 효과로 인해, 도메인 이미지의 콘트라스트를 볼 수 있다. +z 측에 있는 패턴화된 영역을 나타내는 이미지의 그레이 컬러와 블랙 컬러는 비패턴화된 영역이었다. 패턴화된 면과 비패턴화된 면 사이의 컬러 차이는 반사율로 인한 것이었다. 도메인 핵형성의 대부분은 패턴 영역의 에지에서 발생하였고 형성된 도메인은 도 4에 나타난 바와 같이 패턴화된 영역을 따라 전파되었다. 모든 패턴화된 영역이 실시간 이미지를 체크하는 것에 의해 폴링되었을 때 폴링 공정이 종료되었다.4 shows an enlarged view of the polled area on the + z side of the cLN during electric field polling by a real time visual system. Due to the electro-optic effect at the domain interface, the contrast of the domain image can be seen. The gray and black color of the image representing the patterned area on the + z side were unpatterned areas. The color difference between the patterned and unpatterned faces was due to reflectance. Most of the domain nucleation occurred at the edge of the pattern region and the formed domain propagated along the patterned region as shown in FIG. 4. The polling process was terminated when all patterned areas were polled by checking the real time image.

측정된 전압은 고품질의 PPLN을 제조하기 위한 키 파라미터들 중 하나이다. 도 5는 첫 10ms 폴링 시간 동안 오실로스코프 데이터 및 전계 폴링 동안 측정된 전압의 변동을 나타낸 도면이다. 도 5 (a)은 10ms의 첫 폴링 시간 동안 오실로스코프 데이터를 보여준다. 측정된 전류는 2.1mA이었다. 고전압의 증폭기는 전류 제한점을 가지고 있어 제어 전압의 추세는 폴링 동안 측정된 전압의 것과 같지 않았다. 도 5 (b)는 전기 폴링 동안 각 펄스에 의해 측정된 폴링 전압의 변동을 보여주었다. 핵형성 전압(10.77kV)이 인가된 후에, 전압은 10.71kV로 낙하하고 10ms 동안 일정하게 유지되었다. 핵형성 전압보다 더 낮은 일정한 전압은 분극 역전이 도메인 병합 없이 수행되었다는 것을 의미한다. 전체 폴링 공정의 18.6ms 후에, 폴링 전압은 포토레지스트 하에서 반전된 분극의 형성으로 인해 증가하기 시작하였다. cLN에서 패턴화된 포토레지스터의 개방 비는 0.2(2.6㎛의 전극 폭)이고, 이어서 일부 전압의 증가가 0.5의 이상적인 값의 듀티 비를 갖는 PPLN을 하기 위해 요구되었다. 실시간 비주얼 이미지를 보고 계산된 폴링 시간과 비교하여, 10.95kV에서 폴링 공정을 정지하여야 할 시기를 결정하였다. 측정된 총 폴링 시간은 34.8ms의 예측된 폴링 시간보다 약간 더 작은 31ms이었다.The measured voltage is one of the key parameters for producing high quality PPLN. FIG. 5 shows oscilloscope data and fluctuations in voltage measured during field polling during the first 10 ms polling time. FIG. Figure 5 (a) shows the oscilloscope data for the first polling time of 10ms. The measured current was 2.1 mA. High voltage amplifiers have a current limit, so the trend of the control voltage is not the same as that of the voltage measured during polling. 5 (b) shows the variation of the polling voltage measured by each pulse during electric polling. After the nucleation voltage (10.77 kV) was applied, the voltage dropped to 10.71 kV and remained constant for 10 ms. A constant voltage lower than the nucleation voltage means that the polarization reversal was performed without domain merging. After 18.6 ms of the entire polling process, the polling voltage began to increase due to the formation of inverted polarization under the photoresist. The opening ratio of the patterned photoresist at cLN was 0.2 (electrode width of 2.6 μm), and then some voltage increase was required to make PPLN with an ideal value duty ratio of 0.5. The real time visual image was viewed and compared with the calculated polling time to determine when to stop the polling process at 10.95 kV. The total polling time measured was 31 ms, slightly smaller than the expected polling time of 34.8 ms.

NMP 방법의 폴링 품질을 평가하기 위해, 비교 대상 펄스 폴링 방법으로 다음 두가지 방법을 채택하였다. 하나는 9kV의 인큐베이션 전압을 가지는 양의 단일 펄스 폴링(PSP)이다. 다른 하나는 -4.5kV의 인큐베이션 펄스로 음의 단일 펄스 폴링(NSP)이다. 3개의 상이한 방법으로 폴링을 마친 후에, 3개의 샘플에서 폴링 품질은 에칭된 마이크로스코픽 이미지를 관찰하고 원거리 회절 패턴에 의해 분석하여 체크되었다. 제일 먼저, HF:HNO₃(1:2) 용액에서 3개의 샘플을 에칭하고 +z와 -z 면에서 도메인 구조를 관찰하였다. 도 6은 HF:HNO₃ 용액으로 에칭 후에 (a) NMP, (b) NSP, (c) PSP의 +z와 -z 면에 대한 마이크로스코픽 이미지를 도시한 도면이다. NMP 방법에 따른 도 6 (a)는 +z와 -z 면에 균일한 주기적인 도메인 구조를 보여주었다. 그러나, NSP와 PSP에 따라 각각 얻어진 도 6 (b)와 (c)는 도메인 병합과 비주기적인 폴링 도메인을 보여주었다.In order to evaluate the polling quality of the NMP method, the following two methods were adopted as the pulse polling method to be compared. One is positive single pulse polling (PSP) with an incubation voltage of 9 kV. The other is a negative single pulse polling (NSP) with an incubation pulse of -4.5 kV. After polling was completed in three different ways, the polling quality in the three samples was checked by observing the etched microscopic images and analyzing by far-field diffraction pattern. First, three samples were etched in HF: HNO ₃ (1: 2) solution and the domain structure was observed on the + z and -z sides. FIG. 6 shows microscopic images of the + z and -z planes of (a) NMP, (b) NSP, and (c) PSP after etching with HF: HNO ₃ solution. Figure 6 (a) according to the NMP method showed a uniform periodic domain structure on the + z and -z plane. However, FIGS. 6 (b) and 6 (c) obtained according to NSP and PSP respectively showed domain merging and aperiodic polling domains.

NMP 방법에 의해 제조된 샘플이 단지 마이크로스코픽 에칭된 이미지를 관찰하여 더 우수한 폴링 품질을 가지고 있다고 하더라도, 디바이스 품질의 정량적 분석을 수행하는 것으로는 충분치 않을 수 있다. 그래서, 폴링 품질, 특히 그레이팅 주기로 분할된 폴링(비-폴링된) 도메인 폭의 비인 듀티 비를 평가하기 위해 원거리 회절 패턴 분석을 적용하였다. SHG 스펙트럼은 QPM 디바이스의 전체 비선형 성능을 나타내지만, 이는 수리적으로 원거리 회절 패턴과 동등하고 실험적으로 입증된 것이다. 도 7은 원거리 회절 실험을 위한 구성(a)과 음의 다중 펄스 폴링에 대한 회절 이미지(b)를 도시한 도면이다. 도 7에서 PPLN 소자는 0.5mm 두께의 것이다. 도 7 (a)에 도시된 바와 같이, 633nm 파장의 He-Ne 레이저는 결정의 z 방향을 따라 폴링된 샘플을 통과한 후 광은 도 7 (b)에 의해 도시된 PPLN의 내부 전계 변동에 의해 회절되었다. 제 1 및 제 2 회절 차수 사이에 강도 비를 계산하는 수학식은 다음과 같다.Although samples produced by the NMP method only have better polling quality by observing microscopic etched images, it may not be sufficient to perform a quantitative analysis of device quality. Thus, far-field diffraction pattern analysis was applied to evaluate the polling quality, in particular the duty ratio, which is the ratio of the polling (non-polled) domain width divided by the grating period. The SHG spectrum shows the overall nonlinear performance of the QPM device, but this is mathematically equivalent to and experimentally verified by the far diffraction pattern. FIG. 7 shows a configuration (a) for far diffraction experiments and a diffraction image (b) for negative multiple pulse polling. In FIG. 7, the PPLN device is 0.5 mm thick. As shown in FIG. 7 (a), after the He-Ne laser of 633 nm wavelength passes the sample polled along the z direction of the crystal, the light is changed by the internal electric field variation of the PPLN shown by FIG. 7 (b). Diffraction. The equation for calculating the intensity ratio between the first and second diffraction orders is as follows.

I₂/I₁=cos²(πR)I ₂ / I ₁ = cos ² (πR)

여기서 I₁ 및 I₂는 각각 제1차 및 제2차 회절 차수의 강도이며, R은 듀티 비이다.Where I ₁ and I ₂ are the intensities of the first and second diffraction orders, respectively, and R is the duty ratio.

3개의 샘플에 대한 회절 강도는 도 8에 도시된 바와 같이 측정되었다. 도 8은 NMP(a), NSP(b), PSP(c)를 위한 0차 내지 2차 차수의 원거리 회절 패턴을 도시한 도면이다. 듀티 비는 빔 직경 내 폴링된 영역에서 평균되었다. 포커싱 직경은 전체 폭의 절반 최대값(full width half maximum)의 75㎛이고, QPM 주기는 12.9㎛이어서, 5개 또는 6개의 그레이팅 주기들이 샘플의 하나의 포커싱 영역에 포함되었다.Diffraction intensities for three samples were measured as shown in FIG. 8. 8 is a diagram illustrating a far-order diffraction pattern of 0th to 2nd order for NMP (a), NSP (b), and PSP (c). Duty ratio was averaged in the polled region within the beam diameter. The focusing diameter was 75 μm of full width half maximum and the QPM period was 12.9 μm so that five or six grating periods were included in one focusing region of the sample.

폴링된 영역을 변경시키는 것에 의해 20회 제1 및 제2차 차수의 강도를 측정하고 위 수학식을 사용하여 듀티 비를 평가하고 각 샘플에 대해 표준 편차를 얻었다. 그 결과는 다음 표 1에 도시된 바와 같다. 표 1은 3개의 샘플(NMP, NSP 및 PSP)에서 듀티 비(R) 및 표준 편차(SD)를 도시한 것이다.The intensity of the first and second orders 20 times was measured by changing the polled area and the duty ratio was evaluated using the above equation and a standard deviation was obtained for each sample. The results are shown in Table 1 below. Table 1 shows the duty ratio (R) and standard deviation (SD) in three samples (NMP, NSP and PSP).

NMP에 따른 cLN 샘플은 3개의 샘플들 가운데 최고 높은 R을 가졌다. 나아가, SD는 NSP 및 PSP의 것보다 2～3배 더 작았다. NMP에 의해 얻어진 샘플의 R은 최고 높은 변환 효율을 얻기 위한 이상적인 듀티 비 0.5보다 휠씬 더 작았다. 하나의 고려할 만한 이유는 폴링 전하가 충분치 않았다는 것이다. 그러나, NMP는 NSP 및 PSP와는 다르게 상대적으로 낮은 SD를 나타내었다.CLN samples according to NMP had the highest R of the three samples. Furthermore, SD was 2-3 times smaller than that of NSP and PSP. The R of the sample obtained by NMP was much smaller than the ideal duty ratio of 0.5 to achieve the highest conversion efficiency. One reason to consider is that the polling charge was not sufficient. However, NMP showed relatively low SD unlike NSP and PSP.

요약하면, 우리는 12.9㎛의 QPM 주기를 갖는 0.5mm 두께의 PPLN을 제조하였다. 고품질의 PPLN을 제조하기 위해, NMP 방법이 실시간 비주얼 시스템과 조합하게 시연되었으며, 측정된 전압의 변동이 전계 폴링 동안 모니터링되었다. 3개의 상이한 방법(NMP, NSP 및 PSP)들 중에서 폴링 품질을 비교하여, 제안된 NMP 방법이 0.42의 최고 높은 듀티 비를 제공하고 원거리 회절 패턴 분석에 의해 0.020의 최고 낮은 표준 편차를 제공한다는 것이 나타났다. 따라서, 실시간 비주얼 시스템을 갖는 짧은 피치의 QPM 디바이스를 제조하는 데에 NMP 방법이 사용될 수 있을 것으로 예상한다. 제조된 QPM 디바이스는 광학 파라미터 오실레이터, 제2차 고조파 생성, THz 생성 등과 같이 여러 광학 응용들에 사용될 수 있다. 또한, 녹색 광의 생성을 위해 6.5㎛와 같은 짧은 피치 QPM 디바이스를 제조하는 데에 있어 금속 전극을 사용하는 NMP 방법을 적용할 수 있다.In summary, we produced 0.5 mm thick PPLN with a QPM period of 12.9 μm. To produce high quality PPLN, the NMP method was demonstrated in combination with a real-time visual system, and the measured voltage variation was monitored during field polling. Comparing polling quality among three different methods (NMP, NSP and PSP), it was shown that the proposed NMP method provides the highest high duty ratio of 0.42 and the lowest standard deviation of 0.020 by far diffraction pattern analysis. . Accordingly, it is anticipated that the NMP method may be used to fabricate short pitch QPM devices with real time visual systems. The manufactured QPM device can be used for several optical applications such as optical parameter oscillator, second harmonic generation, THz generation, and the like. It is also possible to apply the NMP method using metal electrodes to fabricate short pitch QPM devices such as 6.5 μm for the generation of green light.

다음으로, 광학 소자 폴링 장치의 광학 소자 폴링 방법에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 소자 폴링 방법을 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 9를 참조한다.Next, the optical element polling method of an optical element polling apparatus is demonstrated. 9 is a flowchart illustrating an optical device polling method according to a preferred embodiment of the present invention. The following description refers to FIG. 9.

먼저, 광학 소자에 음의 전압(바람직하게는 음의 다중 전압)을 인큐베이션 전압(incubation voltage)으로 제1 인가하여 광학 소자에 형성된 전극을 충전시킨다(전극 충전 단계, S910). 전극 충전 단계(S910)는 인큐베이션 전압으로 -4kV ~ -5kV를 미리 정해진 시간동안 계속적으로 제1 인가시킨다.First, a negative voltage (preferably negative multiple voltage) is first applied to an optical element as an incubation voltage to charge an electrode formed in the optical element (electrode charging step, S910). The electrode charging step S910 continuously applies the first -4kV to -5kV for a predetermined time as the incubation voltage.

전극 충전 단계(S910) 이후, 전극 충전된 광학 소자에 인큐베이션 전압보다 절대값이 더 큰 양의 전압을 폴링 전압(poling voltage)으로 제2 인가하여 광학 소자를 폴링(poling)시킨다(폴링 단계, S920).After the electrode charging step S910, a second voltage is applied to the electrode-charged optical device with a positive voltage greater than the incubation voltage as a polling voltage to poll the optical device (polling step, S920). ).

본 광학 소자 폴링 방법은 폴링 단계(S920) 이후에 백 스위칭 보호 단계(S930)를 더욱 수행할 수 있다. 백 스위칭 보호 단계(S930)에서는 폴링된 광학 소자에 전압 강하 방지 목적의 안정화 전압(stabilization voltage)을 제2 인가 때보다 낮은 값으로 제2 인가 때보다 긴 시간동안 제3 인가하여 폴링된 광학 소자에서의 백 스위칭을 보호한다. 백 스위칭 보호 단계(S930)는 인큐베이션 전압 값의 1.75배 ~ 2.25배인 양전압 값을 안정화 전압 값으로 하여 제2 인가 때보다 적어도 50ms 연장된 시간동안 제3 인가를 수행한다. 본 광학 소자 폴링 방법은 전극 충전 단계(S910), 폴링 단계(S920) 및 백 스위칭 보호 단계(S930)를 순차적으로 반복 수행한다.The optical device polling method may further perform the back switching protection step S930 after the polling step S920. In the back switching protection step S930, a stabilization voltage for preventing a voltage drop is applied to the polled optical element at a lower value than that of the second application for a third time longer than the second application. To protect the back switching. In the back switching protection step S930, a third application is performed for at least 50 ms longer than the second application, with a positive voltage value of 1.75 times to 2.25 times the incubation voltage value as the stabilization voltage value. In the optical device polling method, the electrode charging step S910, the polling step S920, and the back switching protection step S930 are sequentially repeated.

본 광학 소자 폴링 방법은 전극 충전 단계(S910) 이전에 전극 형성 단계(S900)를 더욱 수행할 수 있다. 전극 형성 단계(S900)는 광학 물질로부터 얻은 웨이퍼 형태의 광학 소자에 전극을 형성하는 단계로서, 웨이퍼로 리튬나오베이트 결정을 미리 정해진 방향으로 절단시켜 얻은 리튬나오베이트 웨이퍼를 이용하며, 리튬나오베이트 웨이퍼의 절단면에 전극을 형성한다.The optical device polling method may further perform the electrode forming step S900 before the electrode charging step S910. Electrode formation step (S900) is a step of forming an electrode on the optical element in the form of a wafer obtained from an optical material, using a lithium naobate wafer obtained by cutting a lithium naobate crystal in a predetermined direction with a wafer, a lithium naobate wafer An electrode is formed on the cut surface of the.

본 광학 소자 폴링 방법은 백 스위칭 보호 단계(S930) 이후에 폴링 품질 평가 단계를 더욱 수행할 수 있다. 폴링 품질 평가 단계는 미리 정해진 기준 샘플과 비교하여 폴링의 품질을 평가하는 단계를 의미한다.The polling method of the optical device may further perform a polling quality evaluation step after the back switching protection step S930. The polling quality evaluation step means a step of evaluating the quality of polling compared to a predetermined reference sample.

폴링 품질 평가 단계는 기준 샘플을 에칭시키는 기준 샘플 에칭 단계, 기준 샘플의 에칭면에 표시된 도메인 이미지를 관측하는 에칭면 관측 단계, 및 광학 소자의 도메인 이미지와 기준 샘플의 도메인 이미지를 비교하여 광학 소자의 도메인 이미지가 기준 샘플의 도메인 이미지보다 더 균일한 구조를 가지는 것으로 판별되면 폴링의 품질을 우수한 것으로 평가하는 도메인 비교 단계를 포함할 수 있다.The polling quality evaluation step includes a reference sample etching step of etching the reference sample, an etching plane observation step of observing a domain image displayed on the etching surface of the reference sample, and a domain image of the optical device and a domain image of the reference sample by comparing If it is determined that the domain image has a more uniform structure than the domain image of the reference sample, it may include a domain comparison step of evaluating the quality of polling as excellent.

이에 더하거나 이와 별개로, 폴링 품질 평가 단계는 미리 정해진 파장 대역의 레이저가 서로 다른 영역을 통과하도록 폴링된 광학 소자의 위치를 변경시키는 위치 변경 제어 단계, 상기 제어에 따라 광학 소자의 서로 다른 영역에서의 회절 강도를 측정시키는 회절 강도 측정 제어 단계, 측정된 적어도 두개의 회절 강도를 기초로 광학 소자에 대한 제1 듀티 비를 계산하는 듀티 비 계산 단계, 및 계산된 제1 듀티 비와 미리 획득된 기준 샘플에 대한 제2 듀티 비를 비교하여 제1 듀티 비가 제2 듀티 비보다 크면 폴링의 품질을 우수한 것으로 평가하는 듀티 비 비교 단계를 포함할 수 있다.In addition or separately, the polling quality evaluating step may include: a position change control step of changing a position of the polled optical element so that lasers of a predetermined wavelength band pass through different regions; A diffraction intensity measurement control step of measuring the diffraction intensity, a duty ratio calculation step of calculating a first duty ratio for the optical element based on the measured at least two diffraction intensities, and a calculated first duty ratio and a previously obtained reference sample And comparing the second duty ratio with respect to the duty ratio comparison step of evaluating the quality of the polling to be excellent if the first duty ratio is greater than the second duty ratio.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

본 발명은 준위상 정합 광학 소자나 비선형 광학 소자를 제조할 때에 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명은 녹색광원용 QPM 소자를 제조할 때에 적용될 수 있다.The present invention can be applied when manufacturing a quasi-phase matched optical element or a nonlinear optical element. For example, the present invention can be applied when manufacturing a QPM element for green light source.

100 : 광학 소자 폴링 장치 110 : 전극 충전부
120 : 폴링부 130 : 전원부
140 : 주제어부 150 : 백 스위칭 보호부
160 : 전극 형성부 170 : 폴링 품질 평가부
171 : 기준 샘플 에칭부 172 : 에칭면 관측부
173 : 도메인 비교부 174 : 위치 변경 제어부
175 : 회절 강도 측정 제어부 176 : 듀티 비 계산부
177 : 듀티 비 비교부100: optical device polling device 110: electrode charging unit
120: polling unit 130: power unit
140: main controller 150: back switching protection unit
160: electrode forming unit 170: polling quality evaluation unit
Reference numeral 171: reference sample etching unit 172: etching surface observation unit
173: domain comparator 174: location change controller
175: diffraction intensity measurement control unit 176: duty ratio calculation unit
177: duty ratio comparison unit

Claims

An electrode charging unit charging the electrode formed on the optical device by first applying a negative voltage to the optical device as an incubation voltage;
A polling unit configured to poll the optical device by secondly applying a positive voltage greater than an incubation voltage to the electrode-charged optical device as a polling voltage; And
A third voltage is applied to the polled optical element at a lower value than that of the second application for a longer time than that of the second application to prevent back drop in the polled optical element. Back switching protection to protect
Optical device polling device comprising a.

delete

The method of claim 1,
And the electrode charger is configured to first apply a negative multi-voltage to the incubation voltage.

The method of claim 1,
And the electrode charging part, the polling part, and the back switching protection part are sequentially and repeatedly driven.

The method of claim 1,
The electrode charging unit continuously applies a first -4kV to -5kV for a predetermined time as the incubation voltage, or
And the back switching protection unit performs the third application for a time extended by at least 50 ms than the second application using a positive voltage value of 1.75 times to 2.25 times the incubation voltage value as the stabilization voltage value. Polling device.

The method of claim 1,
Forming an electrode on the optical element in the form of a wafer obtained from an optical material, using a lithium naobait wafer obtained by cutting a lithium naobate crystal in a predetermined direction with the wafer, the electrode on the cut surface of the lithium nanobait wafer Electrode forming unit to form
Optical device polling device further comprises.

The method of claim 1,
The optical element polling apparatus is used when manufacturing a quasi-phase matched optical element or a nonlinear optical element.

The method of claim 1,
Polling quality evaluation unit for evaluating the quality of the polling compared to a predetermined reference sample
Optical device polling device further comprises.

The method of claim 8,
The polling quality evaluation unit,
A reference sample etching unit for etching the reference sample;
An etching surface observing unit for observing a domain image displayed on the etching surface of the reference sample; And
By comparing the domain image of the optical device and the domain image of the reference sample, if it is determined that the domain image of the optical device has a more uniform structure than the domain image of the reference sample, the domain to evaluate the quality of the polling as excellent Comparator
Optical device polling device comprising a.

10. The method according to claim 8 or 9,
The polling quality evaluation unit,
A position change controller for changing a position of the optical element polled such that a laser of a predetermined wavelength band passes through different regions;
A diffraction intensity measurement control unit for measuring diffraction intensities in different regions of the optical element according to the control;
A duty ratio calculator for calculating a first duty ratio for the optical device based on the measured at least two diffraction intensities; And
A duty ratio comparator that compares the calculated first duty ratio with a second duty ratio for a previously obtained reference sample and evaluates the quality of the polling as excellent when the first duty ratio is greater than the second duty ratio
Optical device polling device comprising a.

Charging an electrode formed on the optical device by first applying a negative voltage to the optical device as an incubation voltage;
Polling the optical device by second applying a positive voltage greater than an incubation voltage to the electrode-charged optical device as a polling voltage; And
A third voltage is applied to the polled optical element at a lower value than that of the second application for a longer time than that of the second application to prevent back drop in the polled optical element. Back switching protection stage to protect
Optical device polling method comprising a.

delete

The method of claim 11,
Polling quality evaluation step of evaluating the quality of the polling compared to a predetermined reference sample
Optical device polling method further comprising.

The method of claim 13,
The polling quality evaluation step,
A reference sample etching step of etching the reference sample;
An etching plane observation step of observing a domain image displayed on the etching plane of the reference sample; And
By comparing the domain image of the optical device and the domain image of the reference sample, if it is determined that the domain image of the optical device has a more uniform structure than the domain image of the reference sample, the domain to evaluate the quality of the polling as excellent Comparison step
Optical device polling method comprising a.

The method according to claim 13 or 14,
The polling quality evaluation step,
A position change control step of changing a position of the optical element polled such that a laser of a predetermined wavelength band passes through different regions;
A diffraction intensity measurement control step of measuring diffraction intensities in different regions of the optical element according to the control;
A duty ratio calculation step of calculating a first duty ratio for the optical element based on the measured at least two diffraction intensities; And
A duty ratio comparison step of comparing the calculated first duty ratio with a second duty ratio for a previously obtained reference sample and evaluating the quality of the polling as excellent when the first duty ratio is greater than the second duty ratio.
Optical device polling method comprising a.