KR102479905B1 - 음향광학가변필터 및 음향광학가변필터의 제작방법 - Google Patents

음향광학가변필터 및 음향광학가변필터의 제작방법 Download PDF

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김동균
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(주)그린광학
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Abstract

음향광학가변필터 및 음향광학가변필터의 제작방법이 개시된다. 본 발명에 따른 음향광학가변필터는, 할로겐화수은 재질로 형성되고, 상면, 하면 및 복수의 측면을 가진 다면체 형상을 가지며, 단위 길이 n에 대하여 상기 상면, 상기 하면 및 상기 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35n이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20n인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성된 음향광학소자; 및 상기 복수의 측면 중 하나의 측면에 결합되어 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서를 포함하되, 상기 복수의 측면은, 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 30n의 길이를 가진 제1 측면; 상기 제1 측면의 일측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110] 면에 위치하며, 6n의 길이를 가진 제2 측면; 상기 제2 측면의 일측에서 절곡되어 이어지고, 상기 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 11n의 길이를 가진 제3 측면; 및 상기 제1 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 16n의 길이를 가진 제4 측면;을 포함하고, 상기 트랜스듀서는 상기 제1 측면의 일측에 결합되고, 상기 제1 측면의 길이 방향을 따라 8n 이하의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

음향광학가변필터 및 음향광학가변필터의 제작방법{ACOUSTO-OPTIC TUNABLE FILTER AND METHOD OF FABRICATING AN ACOUSTO-OPTIC TUNABLE FILTER}
본 발명은 대역 필터에 관한 것으로서, 구체적으로는 할로겐화수은 결정을 이용하여 장파장 적외선 대역의 파장을 검출할 수 있는 음향광학가변필터(AOTF)에 관한 것이다.
음향광학 효과(acousto-optic effect)란 음파(acoustic wave)가 매질에 가해질 때 매질 내에서 빛의 굴절률이 변화하는 현상을 일컫는다. 즉, 투명한 매질에 음파 또는 초음파 대역의 파동이 가해지면, 이는 매질의 굴절률을 주기적으로 변화시킨다. 굴절률의 변화에 따라, 해당 매질을 통과하는 광빔(optical beam)은 그대로 통과하는 0차 회절광을 포함하여 -2차, -1차, 0차, 1차, 2차 회절광 등으로 회절될 수 있다. 음향광학가변필터(acousto-optic tunable filter; AOTF)는 이와 같은 음향광학 효과를 이용하여 입사되는 광빔에 포함된 특정 파장의 광을 분리하여 검출한다.
음향광학가변필터는 분광특성을 전자적으로 제어함으로써, 영상 획득 시간을 극소화하여 탐지 확률을 높일 뿐 아니라 피사체의 편광특성 측정, 다파장 영상의 동시 획득 등을 가능하게 한다. 음향광학가변필터가 장파장 적외선(long-wave infrared; LWIR) 대역의 광을 검출하는 데 사용될 수 있다면, 생화학 작용제의 원격 탐지, 오염물질 확산의 모니터링, 광물탐사 등 다양한 용도에 적용될 수 있어 특히 유용할 것으로 전망되나, 장파장 적외선 대역에서 우수한 음향광학 특성을 나타내는 물질이 많지 않아 해당 대역에서 적용가능한 음향광학가변필터의 개발에 대한 필요가 크다.
또한, 음향광학가변필터에서는 음향각(acoustic angle), 워크오프각(walk-off angle), 회절각(diffraction angle) 등 음향광학가변필터의 표면이 이루는 각도가 중요한 의미를 가지나, 음향광학가변필터는 음향광학 특성을 나타내는 결정체의 표면을 연마하여 제작하는 것이기에 표면의 각도를 위주로 음향광학가변필터를 제작함에는 어려움이 따른다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 일측면은 장파장 적외선 대역의 광을 검출할 수 있는 음향광학가변필터 및 음향광학가변필터의 제작방법을 제공하려는 것이다.
또한, 본 발명의 일측면은 음향광학 결정체의 표면의 치수를 위주로 음향광학가변필터를 설계함으로써 더욱 쉬운 방법으로 제작할 수 있는 음향광학가변필터 및 음향광학가변필터의 제작방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 음향광학가변필터는, 할로겐화수은 재질로 형성되고, 상면, 하면 및 복수의 측면을 가진 다면체 형상을 가지며, 단위 길이 n에 대하여 상기 상면, 상기 하면 및 상기 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35n이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20n인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성된 음향광학소자; 및 상기 복수의 측면 중 하나의 측면에 결합되어 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 복수의 측면은, 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 30n의 길이를 가진 제1 측면; 상기 제1 측면의 일측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110] 면에 위치하며, 6n의 길이를 가진 제2 측면; 상기 제2 측면의 일측에서 절곡되어 이어지고, 상기 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 11n의 길이를 가진 제3 측면; 및 상기 제1 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 16n의 길이를 가진 제4 측면;을 포함할 수 있고, 상기 트랜스듀서는 상기 제1 측면의 일측에 결합되고 상기 제1 측면의 길이 방향을 따라 8n 이하의 길이를 가질 수 있다.
위와 같은 음향광학가변필터는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 복수의 측면은 상기 제3 측면의 일측과 상기 제4 측면의 타측 사이에서 이어지는 제5 측면을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 측면은, 상기 제4 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110]면에 위치하며, 5n의 길이를 가진 제5 측면을 포함할 수 있고, 상기 제5 측면에 음파를 흡수하도록 구성된 흡음체가 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 일측면에 따른 음향광학가변필터는, 할로겐화수은 재질로 형성되고, 상면, 하면 및 복수의 측면을 가진 다면체 형상을 가지며, 단위 길이 n에 대하여 상기 상면, 상기 하면 및 상기 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 45n이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 23n인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성된 음향광학소자; 및 상기 복수의 측면 중 하나의 측면에 결합되어 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 복수의 측면은, 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 40n의 길이를 가진 제1 측면; 상기 제1 측면의 일측에서 절곡되어 이어지고, 상기 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 20n의 길이를 가진 제2 측면; 및 상기 제1 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 16n의 길이를 가진 제3 측면;을 포함할 수 있고, 상기 트랜스듀서는 상기 제1 측면의 일측에 결합되고 상기 제1 측면의 길이 방향을 따라 14n 이하의 길이를 가질 수 있다.
위와 같은 음향광학가변필터는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 복수의 측면은 상기 제2 측면의 일측과 상기 제3 측면의 타측 사이에서 이어지는 제4 측면을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 측면은, 상기 제3 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110]면에 위치하며, 2n의 길이를 가진 제4 측면; 및 상기 제4 측면의 타측에서 절곡되어 이어지는 제5 측면을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따른 음향광학가변필터 제작방법은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 단위 길이 n에 대하여 제1 변의 길이가 35n이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20n인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계; 상기 할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 연마하되, 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루는 제1 측면이 30n의 길이를 이루고, 상기 제1 측면의 일측에 위치하고 밀러 지수 [110] 면에 위치하는 제2 측면이 6n의 길이를 이루고, 상기 제2 측면의 일측에 위치하고 상기 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되는 제3 측면이 11n의 길이를 이루고, 상기 제1 측면의 타측에 위치하는 제4 측면이 16n의 길이를 이루도록 상기 제1 측면, 상기 제2 측면, 상기 제3 측면 및 상기 제4 측면을 연마함으로써 상기 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 연마하는 단계; 및 상기 제1 측면의 일측에 8n 이하의 길이를 가진 트랜스듀서를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명은 아래의 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예는 장파장 적외선 대역의 광을 검출할 수 있고 낮은 RF 주파수로 사용이 가능한 음향광학가변필터 및 음향광학가변필터 제작방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 할로겐화수은 결정을 이용하여 장파장 적외선 대역의 광을 검출하되, 할로겐화수은 결정의 쪼개짐에 의한 불량이 발생할 가능성을 낮출 수 있고 더 쉬운 제작방법을 가능하게 하는 음향광학가변필터 및 음향광학가변필터 제작방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 더욱 넓은 시야각으로 장파장 적외선 대역의 광을 검출할 수 있는 음향광학가변필터 및 음향광학가변필터 제작방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학가변필터를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학가변필터를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학가변필터를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학가변필터를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학가변필터를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학가변필터를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학가변필터를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학가변필터를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 이용되는 할로겐화수은 결정의 음향광학 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 음향광학가변필터(100~800)를 예시적으로 나타내는 평면도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 이용되는 할로겐화수은 결정의 음향광학 특성을 나타내는 그래프이다.
음파가 투명한 매체를 통과할 때, 음파는 매체 내의 굴절률을 주기적으로 변조시키며, 그 결과 해당 매체를 통과하는 광빔이 1차, 2차 회절광 등으로 회절된다. 주어진 음향광학 매체에서, 회절각은 음파의 주파수에 비례하는 한편, 회절의 생성을 위한 음파의 주파수는 광의 파장에 비례한다. 따라서, 매체 내에서 음파의 속도가 느릴수록, 주어진 파장의 광빔의 1차 회절광의 회절각이 크다.
음향광학 장치의 작동에서는 일반적으로 0차 회절광(즉, 회절되지 않은 광)을 차단하고 1차 회절광을 이용하며, 따라서 1차 회절각이 클수록 음향광학 장치를 사용하는 것이 더 용이해진다. 현재까지는 장파장 적외선(LWIR) 대역에서 큰 회절각을 제공하는 물질이 많이 발견되지 않았으나, 할로겐화수은의 결정체는 장파장 적외선 대역에서 산업적으로 이용가능한 수준의 음향광학 특성을 나타내며 이를 이용하여 음향광학필터를 제작하는 것이 가능하다. 할로겐화수은(Hg2X2)은 할로겐과, 즉 주기율표의 17족 원소와, 수은의 화합물을 지칭하는 것으로, 브롬화수은(Hg2Br2), 요오드화수은(Hg2I2), 염화수은(Hg2Cl2) 등을 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 이용되는 할로겐화수은 결정의 음향광학 특성을 나타내는 그래프로서, 구체적으로는 0도 내지 24도의 다양한 음향각(α)에 대하여 10μm 파장의 광빔이 다양한 입사각(세로축에 표시)으로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정으로부터 제작된 음향광학필터를 통과할 때 1차 회절광을 생성하는 데 요구되는 음파의 주파수(MHz)(가로축에 표시)를 나타낸다. 여기서 음향각(α)은 음파 벡터와 결정체의 결정축(crystallographic axis) z 사이의 각도를 나타내며, 이는 결정을 통과하는 음파의 속도와 관련된다.
한편, 음향광학필터가 할로겐화수은 등의 결정으로부터 제작되는 경우, 결정체를 필요한 치수로 성장시키는 것은 극히 어려우므로, 결정체를 요구되는 크기 이상으로 성장시킨 후 이를 필요한 치수로 가공하는 것이 요구될 수 있다. 이를 위한 방법으로 결정체를 필요한 치수로 연마하는 과정이 포함될 수 있다. 한편, 할로겐화수은 결정의 경우 밀러지수 [110] 결정방향을 따라 쪼개짐면이 조성되며, 따라서 쪼개짐 없이 할로겐화수은 결정체를 필요한 치수로 가공하는 데에는 어려움이 따를 수 있다.
본 발명의 실시예들은 브롬화수은 등의 할로겐화수은 결정체를 이용하여 쉽고 직관적인 방법으로 음향광학필터를 제작하는 것을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학가변필터(100)를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학가변필터(100)는 할로겐화수은 재질로 형성되고 다면체 형상을 가진 음향광학소자와 음향광학소자의 한 측면에 결합되는 트랜스듀서(10)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 음향광학소자는 브롬화수은(Hg2Br2) 결정체를 가공하여 형성된 것일 수 있다.
도 1은 음향광학가변필터(100)의 평면도로서, 도 1에는 다면체 형상의 음향광학소자의 상면이 중점적으로 표현되어 있다. 도 1에서 음향광학소자의 하면은 표현된 상면의 뒤에 가려져 있고, 음향광학소자의 다면체 형상이 가진 복수의 측면(110~150)은 도 1에 표시된 상면의 각 변으로부터 하면의 대응하는 변으로 이어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학가변필터(100)의 음향광학소자에서 상면, 하면 및 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20mm인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성될 수 있다.
도 1에는 음향광학가변필터(100)가 이러한 가상의 직육면체와 함께 묘사되어 있는데, 도 1의 평면도에는 직육면체의 상면에 해당하는 하나의 직사각형만이 표현되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 1에서 직사각형의 상변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [001]면에 위치하고, 직사각형의 측변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [110]면에 위치한다. 이와 같은 가상의 직육면체에서 상면과 하면 사이의 거리, 즉 음향광학가변필터(100)의 음향광학소자에서 각 측면(110~150)의 높이는 특정 값으로 한정되지 않는다.
본 발명의 제1 실시예에서, 음향광학소자의 복수의 측면은 제1 내지 제5 측면(110~150)을 포함할 수 있다. 제1 측면(110)은 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 대략 30mm의 길이를 가질 수 있다. 제2 측면(120)은 제1 측면(110)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110] 면에 위치하며, 대략 6mm의 길이를 가질 수 있다. 제3 측면(130)은 제2 측면(120)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 11mm의 길이를 가질 수 있다. 제4 측면(140)은 제1 측면(110)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 대략 16mm의 길이를 가질 수 있다. 제5 측면(150)은 제3 측면(130)의 일측과 제4 측면(140)의 타측 사이에서 이어지고, 대략 29mm의 길이를 가질 수 있다.
트랜스듀서(10)는 이러한 음향광학소자의 제1 측면(110)에 결합되어 음파를 방사하도록 구성될 수 있는데, 트랜스듀서(10)는 대략 8mm 이하의 길이를 가질 수 있으며 제1 측면(110)의 일측에 결합될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(10)는 제1 측면(110)의 길이 방향을 따라 8mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학가변필터(100)의 설계치수는 아래의 [표 1]과 같다.
음향광학가변필터의 설계 치수
X size [001] [mm] 35
Y size [110] [mm] 20
트랜스듀서 길이 [mm] 8
음향각 [각도] 10
입사면 [mm] 11
출사면 [mm] 16
트랜스듀서 면 [mm] 30
중심주파수 [MHz] 15.86
도 1을 참조하면, 제1 측면(110)이 트랜스듀서 면이 되고, 제3 측면(130)이 광빔의 입사면, 제4 측면(140)이 회절광의 출사면이 된다. 제1 측면(110)에 결합된 트랜스듀서(10)가 중심주파수 15.86MHz의 음파를 방사하면, 음파는 트랜스듀서 면인 제1 측면(110)의 법선 방향에 대해 워크오프각(walk-off angle)(ω)만큼 기울어진 음파영역(20) 내에서 진행하고, 입사면인 제3 측면(130)으로 유입되는 광빔은 음파의 변조에 의해 회절되어 광빔영역(30)을 따라 출사면인 제4 측면(140)으로 방사되어 별도의 장치에 의해 검출될 수 있다.
제1 측면(110)이 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루면 음향각이 10도가 된다. 도 9의 그래프에서 음향각(α)이 10도인 곡선(좌측에서 6번째 곡선 부근)을 보면, 음파가 약 15.86MHz의 주파수로 방사될 때 다른 주파수에 비해 비교적 넓은 범위의(20도와 30도 사이의) 입사각에서 파장이 10μm인 광을 회절시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학필터(100)에서는 음파가 제1 측면(110)으로 진입하여 음파영역(20)을 따라 전파되어 제5 측면(150)에 다다르고, 광빔은 제3 측면(130)으로 진입하여 광빔영역(30)을 따라 전파되어 음파에 의해 회절된 후 제4 측면(140)으로 방사된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 입사면인 제3 측면(130) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 6mm의 구간으로 광빔이 입사되면, 트랜스듀서(10)가 작동되어 약 15.86MHz의 주파수로 음파를 발생시킬 때 해당 광빔에 포함된 10μm 파장의 광성분이 출사면인 제4 측면(140) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 5mm의 구간으로 방사될 수 있다.
회절광이 방사되는 측면에 음파도 도달하면 음파는 회절광에 대해 간섭으로 작용할 수 있으나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학필터(100)에서는 이와 같이 음파가 도달하는 측면이 광빔의 출사면과 분리되어 음파로 인한 간섭을 최소화할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학필터(100)를 제작하는 방법은, 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계, 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 가공하는 단계, 및 트랜스듀서(10)를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계는 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20mm인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어 위 직육면체의 측면 표면들이 밀러 지수 [001]면과 밀러 지수 [110]면에 위치하도록 정렬된 상태에서 직육면체가 내부에 포함될 수 있을 정도의 크기로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정을 성장시키는 과정에 의해 이루어질 수도 있다.
할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 가공하는 단계는, 할로겐화수은 결정체의 표면들이 위에 설명된 음향광학소자의 치수들을 이루도록 할로겐화수은 결정체를 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
음향광학소자의 각 표면을 연마하는 단계는, 할로겐화수은 결정체를 도 1에 도시된 것과 같은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20mm인 가상의 직육면체의 형상으로 먼저 가공한 후 수행될 수도 있다.
제1 측면(110)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 직육면체의 한 표면을 도 1에 도시된 직사각형의 좌측 하단부 모서리로부터 대략 5.5mm에 해당하는 위치에서 제1 측면(110)을 대략 10도의 각도로 연마할 수 있다.
제2 측면(120)을 형성하기 위해, 제1 측면(110)의 일측에 위치하고 밀러 지수 [110] 면에 위치하는 표면을 연마할 수 있다.
제3 측면(130)을 형성하기 위해, 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제4 측면(140)을 형성하기 위해, 제1 측면(110)의 타측과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제5 측면(150)을 형성하기 위해, 제3 측면(130)의 일측과 제4 측면(140)의 타측 사이의 표면을 연마할 수 있다.
필요에 따라, 음향광학소자의 상면과 하면도 편평하게 연마할 수 있다.
위의 연마하는 단계는 제1 측면(110)이 대략 30mm를 이루고, 제2 측면(120)이 대략 6mm를 이루고, 제3 측면(130)이 대략 11mm를 이루고, 제4 측면(140)이 대략 16mm를 이루고, 제5 측면(150)이 대략 29mm를 이룰 때까지 진행될 수 있다.
트랜스듀서(10)를 결합하는 단계는 대략 8mm 이하의 길이를 가지며 중심주파수가 약 15.86MHz인 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서(10)를 제1 측면(110)의 일측에 결합함으로써 수행될 수 있다. 필요에 따라 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학필터(100)의 음향광학소자에도 후술되는 흡음체(50; 도 2 참조)를 더 결합할 수도 있다.
음향광학필터(100)에서는 일반적으로 길이 등의 치수보다 각도가 더 중요한 의미를 갖지만, 음향광학소자를 가공함에 있어 각도에 중점을 두어 표면을 연마하는 것은 매우 어려울 수 있으며, 따라서 음향광학필터(100)의 성능에 직접적인 영향을 미치는 음향각(α)과 관련된 제1 측면(110) 이외의 측면들(120~150)은 각도가 아닌 길이가 특정 값에 도달할 때까지 연마하는 과정을 통해 음향광학소자를 가공할 수 있다. 이는 음향광학소자 및 음향광학필터(100)의 제작을 용이하게 하는 효과를 제공한다.
위에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학필터(100)의 구체적인 치수를 밀리미터 단위로 표현하였고, 이는 각각의 치수를 1mm의 길이를 가진 단위 길이 n에 대한 비율로 표현한 것에 해당한다. 그러나, 위 치수들에 비례하는 치수들로 음향광학필터(100)가 제작되는 경우, 즉 단위 길이 n을 0보다 큰 임의의 길이로 설정하고 각 치수를 n에 대한 동일한 비율로 설정하는 경우도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학필터(100)는 장파장 적외선 대역의 광성분을 검출하는 것을 가능하게 하고, 약 16MHz 이하의 매우 낮은 RF 주파수의 음파로 사용이 가능하다는 장점을 제공한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 음향광학필터(100)의 음향광학소자를 제작하는 데에는 많은 양의 연마가 요구되지 않고, 음향광학소자를 제작할 때 길이 위주로 측면들을 연마하면 되므로 고성능의 음향광학필터(100)를 매우 쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 할로겐화수은 결정체를 낮은 음향각으로 연마하면 되므로, 트랜스듀서면 및 기타 부위에서 쪼개짐이 발생할 가능성을 낮출 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학가변필터(200)를 예시적으로 나타내는 평면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학가변필터(200)는 제1 실시예에 따른 음향광학가변필터(100)와 공통점을 가지며, 아래에서는 제1 실시예와의 차이점을 중심으로 제2 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학가변필터(200)는 할로겐화수은 재질로 형성되고 다면체 형상을 가진 음향광학소자와 음향광학소자의 한 측면에 결합되는 트랜스듀서(10)와 음향광학소자의 다른 한 측면에 결합되는 흡음체(50)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 음향광학소자는 브롬화수은(Hg2Br2) 결정체를 가공하여 형성된 것일 수 있다.
도 2는 음향광학가변필터(200)의 평면도로서, 도 2에는 다면체 형상의 음향광학소자의 상면이 중점적으로 표현되어 있다. 도 2에서 음향광학소자의 하면은 표현된 상면의 뒤에 가려져 있고, 음향광학소자의 다면체 형상이 가진 복수의 측면(210~260)은 도 2에 표시된 상면의 각 변으로부터 하면의 대응하는 변으로 이어질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학가변필터(200)의 음향광학소자에서 상면, 하면 및 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20mm인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성될 수 있다.
도 2에는 음향광학가변필터(200)가 이러한 가상의 직육면체와 함께 묘사되어 있는데, 도 2의 평면도에는 직육면체의 상면에 해당하는 하나의 직사각형만이 표현되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 2에서 직사각형의 상변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [001]면에 위치하고, 직사각형의 측변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [110]면에 위치한다. 이와 같은 가상의 직육면체에서 상면과 하면 사이의 거리, 즉 음향광학가변필터(200)의 음향광학소자에서 각 측면(210~260)의 높이는 특정 값으로 한정되지 않는다.
본 발명의 제2 실시예에서, 음향광학소자의 복수의 측면은 제1 내지 제6 측면(210~260)을 포함할 수 있다. 제1 측면(210)은 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 대략 30mm의 길이를 가질 수 있다. 제2 측면(220)은 제1 측면(210)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110] 면에 위치하며, 대략 6mm의 길이를 가질 수 있다. 제3 측면(230)은 제2 측면(220)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 11mm의 길이를 가질 수 있다. 제4 측면(240)은 제1 측면(210)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 대략 16mm의 길이를 가질 수 있다. 제5 측면(250)은 제4 측면(240)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110]면에 위치하며, 대략 5mm의 길이를 가질 수 있다. 제6 측면(260)은 제3 측면(230)의 일측과 제5 측면(250)의 타측 사이에서 이어지고, 밀러 지수 [001]면에 위치할 수 있다.
트랜스듀서(10)는 이러한 음향광학소자의 제1 측면(110)에 결합되어 음파를 방사하도록 구성될 수 있는데, 트랜스듀서(10)는 대략 8mm 이하의 길이를 가질 수 있으며 제1 측면(110)의 일측에 결합될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(10)는 제1 측면(110)의 길이 방향을 따라 8mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
한편, 흡음체(50)는 음파를 흡수하도록 구성될 수 있으며, 제4 측면(240), 제5 측면(250) 및 제6 측면(260)이 이루는 영역 중 필요한 위치에 장착될 수 있다. 흡음체(50)가 제4 측면(240)에 장착되는 경우, 광빔영역(30)을 피해 배치될 수 있다. 바람직하게는, 흡음체(50)가 제5 측면(250)에 장착될 수 있다.
제1 실시예에서와 마찬가지로, 제1 측면(210)이 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루므로 음향각이 10도가 된다. 도 9의 그래프에서 음향각(α)이 10도인 곡선(좌측에서 6번째 곡선 부근)을 보면, 음파가 약 15.86MHz의 주파수로 방사될 때 다른 주파수에 비해 비교적 넓은 범위의(20도와 30도 사이의) 입사각에서 파장이 10μm인 광을 회절시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학필터(200)에서는 음파가 제1 측면(210)으로 진입하여 음파영역(20)을 따라 전파되어 제5 측면(250)에 다다르고, 광빔은 제3 측면(230)으로 진입하여 광빔영역(30)을 따라 전파되어 음파에 의해 회절된 후 제4 측면(240)으로 방사된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 입사면인 제3 측면(130) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 6mm의 구간으로 광빔이 입사되면, 트랜스듀서(10)가 작동되어 약 15.86MHz의 주파수로 음파를 발생시킬 때 해당 광빔에 포함된 10μm 파장의 광성분이 출사면인 제4 측면(240) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 5mm의 구간으로 방사될 수 있다.
음파가 서로 다른 매질 사이의 경계(본 실시예의 경우, 음향광학소자의 결정체와 공기 사이의 경계인 음향광학소자의 측면)에 도달하면 음파가 반사될 가능성이 있으며, 음파의 반사되는 성분은 회절광에 대해 간섭으로 작용할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학필터(200)에서 8mm의 트랜스듀서(10)로부터 방사되는 음파가 도달하는 측면인 제5 측면(250)이 광빔의 출사면에 해당하는 제4 측면(240)과 동일하지는 않으나, 공차 등에 의해 발생할 수 있는 반사 성분을 제거하고 이로 인한 간섭을 최소화하기 위해, 제5 측면(250)과 제4 측면(240)이 이루는 영역의 일부에 음파를 흡수할 수 있는 흡음체(50)가 장착될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학필터(200)를 제작하는 방법은, 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계, 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 가공하는 단계, 및 트랜스듀서(10)와 흡음체(50)를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계는 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20mm인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어 위 직육면체의 측면 표면들이 밀러 지수 [001]면과 밀러 지수 [110]면에 위치하도록 정렬된 상태에서 직육면체가 내부에 포함될 수 있을 정도의 크기로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정을 성장시키는 과정에 의해 이루어질 수도 있다.
할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 가공하는 단계는, 할로겐화수은 결정체의 표면들이 위에 설명된 음향광학소자의 치수들을 이루도록 할로겐화수은 결정체를 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
음향광학소자의 각 표면을 연마하는 단계는, 할로겐화수은 결정체를 도 2에 도시된 것과 같은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20mm인 가상의 직육면체의 형상으로 먼저 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
이어서, 제1 측면(210)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 직육면체의 한 표면을 도 2에 도시된 직사각형의 좌측 하단부 모서리로부터 대략 5.5mm에 해당하는 위치에서 대략 10도의 각도로 연마할 수 있다.
제3 측면(230)을 형성하기 위해, 제1 측면(210)의 일측으로부터 제2 측면(220)의 길이에 해당하는 6mm의 길이를 남긴 채로 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제4 측면(240)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에 제5 측면(250)의 길이에 해당하는 5mm의 길이를 남긴 채로 제1 측면(210)의 타측과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제2 측면(220), 제5 측면(250) 및 제6 측면(260)은 먼저 가공한 직육면체의 일부로서 별도의 가공을 요구하지 않는다.
위의 연마하는 단계는 제1 측면(210)이 대략 30mm를 이루고, 제2 측면(220)이 대략 6mm를 이루고, 제3 측면(230)이 대략 11mm를 이루고, 제4 측면(240)이 대략 16mm를 이루고, 제5 측면(250)이 대략 5mm를 이룰 때까지 진행될 수 있다.
트랜스듀서(10)와 흡음체(50)를 결합하는 단계는 대략 8mm 이하의 길이를 가지며 중심주파수가 약 15.86MHz인 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서(10)를 제1 측면(210)의 일측에 결합하고, 대략 5mm의 길이를 가지며 음파를 흡수하도록 구성된 흡음체(50)를 제4 측면(240), 제5 측면(250) 및 제6 측면(260)이 이루는 영역 중 특정 위치에 결합함으로써 수행될 수 있다.
위에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학필터(200)의 구체적인 치수를 밀리미터 단위로 표현하였고, 이는 각각의 치수를 1mm의 길이를 가진 단위 길이 n에 대한 비율로 표현한 것에 해당한다. 그러나, 위 치수들에 비례하는 치수들로 음향광학필터(200)가 제작되는 경우, 즉 단위 길이 n을 0보다 큰 임의의 길이로 설정하고 각 치수를 n에 대한 동일한 비율로 설정하는 경우도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학필터(200)는 장파장 적외선 대역의 광성분을 검출하는 것을 가능하게 하고, 약 16MHz 이하의 매우 낮은 RF 주파수의 음파로 사용이 가능하다는 장점을 제공한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학필터(200)의 음향광학소자를 제작하는 데에는 많은 양의 연마가 요구되지 않고, 음향광학소자를 제작할 때 길이 위주로 측면들을 연마하면 되므로 고성능의 음향광학필터(200)를 매우 쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향광학필터(200)에서는 할로겐화수은 결정체를 낮은 음향각으로 연마할 수 있고, 음향광학소자의 연마되는 양이 제1 실시예에 따른 음향광학필터(100)에 비해 더 낮아 제작이 더 쉽고 쪼개짐의 발생 가능성은 더 낮다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학가변필터(300)를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학가변필터(300)는 할로겐화수은 재질로 형성되고 다면체 형상을 가진 음향광학소자와 음향광학소자의 한 측면에 결합되는 트랜스듀서(10)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 음향광학소자는 브롬화수은(Hg2Br2) 결정체를 가공하여 형성된 것일 수 있다.
도 3은 음향광학가변필터(300)의 평면도로서, 도 3에는 다면체 형상의 음향광학소자의 상면이 중점적으로 표현되어 있다. 도 3에서 음향광학소자의 하면은 표현된 상면의 뒤에 가려져 있고, 음향광학소자의 다면체 형상이 가진 복수의 측면(310~340)은 도 3에 표시된 상면의 각 변으로부터 하면의 대응하는 변으로 이어질 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학가변필터(300)의 음향광학소자에서 상면, 하면 및 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 45mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 23mm인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성될 수 있다.
도 3에는 음향광학가변필터(300)가 이러한 가상의 직육면체와 함께 묘사되어 있는데, 도 3의 평면도에는 직육면체의 상면에 해당하는 하나의 직사각형만이 표현되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 3에서 직사각형의 상변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [001]면에 위치하고, 직사각형의 측변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [110]면에 위치한다. 이와 같은 가상의 직육면체에서 상면과 하면 사이의 거리, 즉 음향광학가변필터(300)의 음향광학소자에서 각 측면(310~340)의 높이는 특정 값으로 한정되지 않는다.
본 발명의 제3 실시예에서, 음향광학소자의 복수의 측면은 제1 내지 제4 측면(310~340)을 포함할 수 있다. 제1 측면(310)은 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 대략 40mm의 길이를 가질 수 있다. 제2 측면(320)은 제1 측면(310)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 20mm의 길이를 가질 수 있다. 제3 측면(330)은 제1 측면(310)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 대략 16mm의 길이를 가질 수 있다. 제4 측면(340)은 제2 측면(320)의 일측과 제3 측면(330)의 타측 사이에서 이어지고, 대략 35mm의 길이를 가질 수 있다.
트랜스듀서(10)는 이러한 음향광학소자의 제1 측면(310)에 결합되어 음파를 방사하도록 구성될 수 있는데, 트랜스듀서(10)는 대략 14mm 이하의 길이를 가질 수 있으며 제1 측면(310)의 일측에 결합될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(10)는 제1 측면(310)의 길이 방향을 따라 14mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학가변필터(300)의 설계치수는 아래의 [표 2]와 같다.
음향광학가변필터의 설계 치수
X size [001] [mm] 45
Y size [110] [mm] 23
트랜스듀서 길이 [mm] 14
음향각 [각도] 10
입사면 [mm] 20
출사면 [mm] 16
트랜스듀서 면 [mm] 40
중심주파수 [MHz] 15.86
도 3을 참조하면, 제1 측면(310)이 트랜스듀서 면이 되고, 제2 측면(320)이 광빔의 입사면, 제3 측면(330)이 회절광의 출사면이 된다. 제1 측면(310)에 결합된 트랜스듀서(10)가 중심주파수 15.86MHz의 음파를 방사하면, 음파는 트랜스듀서 면인 제1 측면(310)의 법선 방향에 대해 워크오프각(ω)만큼 기울어진 음파영역(20) 내에서 진행하고, 입사면인 제2 측면(320)으로 유입되는 광빔은 음파의 변조에 의해 회절되어 광빔영역(30)을 따라 출사면인 제3 측면(330)으로 방사되어 별도의 장치에 의해 검출될 수 있다.
제1 측면(310)이 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루면 음향각이 10도가 된다. 도 9의 그래프에서 음향각(α)이 10도인 곡선(좌측에서 6번째 곡선 부근)을 보면, 음파가 약 15.86MHz의 주파수로 방사될 때 다른 주파수에 비해 비교적 넓은 범위의(20도와 30도 사이의) 입사각에서 파장이 10μm인 광을 회절시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)에서는 음파가 제1 측면(310)으로 진입하여 음파영역(20)을 따라 전파되어 제4 측면(340)에 다다르고, 광빔은 제2 측면(320)으로 진입하여 광빔영역(30)을 따라 전파되어 음파에 의해 회절된 후 제3 측면(330)으로 방사된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 입사면인 제2 측면(320) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 7mm의 구간으로 광빔이 입사되면, 트랜스듀서(10)가 작동되어 약 15.86MHz의 주파수로 음파를 발생시킬 때 해당 광빔에 포함된 10μm 파장의 광성분이 출사면인 제3 측면(330) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 6mm의 구간으로 방사될 수 있다.
회절광이 방사되는 측면에 음파도 도달하면 음파는 회절광에 대해 간섭으로 작용할 수 있으나, 본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)에서는 이와 같이 음파가 도달하는 측면이 광빔의 출사면과 분리되어 음파로 인한 간섭을 최소화할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)를 제작하는 방법은, 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계, 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 가공하는 단계, 및 트랜스듀서(10)를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계는 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 45mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 23mm인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어 위 직육면체의 측면 표면들이 밀러 지수 [001]면과 밀러 지수 [110]면에 위치하도록 정렬된 상태에서 직육면체가 내부에 포함될 수 있을 정도의 크기로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정을 성장시키는 과정에 의해 이루어질 수도 있다.
할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 가공하는 단계는, 할로겐화수은 결정체의 표면들이 위에 설명된 음향광학소자의 치수들을 이루도록 할로겐화수은 결정체를 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
음향광학소자의 각 표면을 연마하는 단계는, 할로겐화수은 결정체를 도 3에 도시된 것과 같은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 45mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 23mm인 가상의 직육면체의 형상으로 먼저 가공한 후 수행될 수도 있다.
제1 측면(310)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 직육면체의 한 표면을 도 3에 도시된 직사각형의 좌측 하단부 모서리로부터 대략 6.5mm에 해당하는 위치에서 대략 10도의 각도로 연마할 수 있다.
제2 측면(320)을 형성하기 위해, 제1 측면(310)의 일측과 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제3 측면(330)을 형성하기 위해, 제1 측면(310)의 타측과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제4 측면(340)을 형성하기 위해, 제2 측면(320)의 일측과 제3 측면(330)의 타측 사이의 표면을 연마할 수 있다.
필요에 따라, 음향광학소자의 상면과 하면도 편평하게 연마할 수 있다.
위의 연마하는 단계는 제1 측면(310)이 대략 40mm를 이루고, 제2 측면(320)이 대략 20mm를 이루고, 제3 측면(330)이 대략 16mm를 이루고, 제4 측면(340)이 대략 35mm를 이룰 때까지 진행될 수 있다.
트랜스듀서(10)를 결합하는 단계는 대략 14mm 이하의 길이를 가지며 중심주파수가 약 15.86MHz인 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서(10)를 제1 측면(310)의 일측에 결합함으로써 수행될 수 있다. 필요에 따라 본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)의 음향광학소자에도 흡음체(50)를 더 결합할 수 있다.
위에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)의 구체적인 치수를 밀리미터 단위로 표현하였고, 이는 각각의 치수를 1mm의 길이를 가진 단위 길이 n에 대한 비율로 표현한 것에 해당한다. 그러나, 위 치수들에 비례하는 치수들로 음향광학필터(300)가 제작되는 경우, 즉 단위 길이 n을 0보다 큰 임의의 길이로 설정하고 각 치수를 n에 대한 동일한 비율로 설정하는 경우도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)는 장파장 적외선 대역의 광성분을 검출하는 것을 가능하게 하고, 약 16MHz 이하의 매우 낮은 주파수의 음파로 사용이 가능하다는 장점을 제공한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)의 음향광학소자를 제작하는 데에는 많은 양의 연마가 요구되지 않고, 음향광학소자를 제작할 때 길이 위주로 측면들을 연마하면 되므로 고성능의 음향광학필터(300)를 매우 쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 할로겐화수은 결정체를 낮은 음향각으로 연마하면 되므로, 트랜스듀서면 및 기타 부위에서 쪼개짐이 발생할 가능성을 낮출 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학가변필터(400)를 예시적으로 나타내는 평면도이다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학가변필터(400)는 제3 실시예에 따른 음향광학가변필터(300)와 공통점을 가지며, 아래에서는 제3 실시예와의 차이점을 중심으로 제4 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학가변필터(400)는 할로겐화수은 재질로 형성되고 다면체 형상을 가진 음향광학소자와 음향광학소자의 한 측면에 결합되는 트랜스듀서(10)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 음향광학소자는 브롬화수은(Hg2Br2) 결정체를 가공하여 형성된 것일 수 있다.
도 4는 음향광학가변필터(400)의 평면도로서, 도 4에는 다면체 형상의 음향광학소자의 상면이 중점적으로 표현되어 있다. 도 4에서 음향광학소자의 하면은 표현된 상면의 뒤에 가려져 있고, 음향광학소자의 다면체 형상이 가진 복수의 측면(410~460)은 도 4에 표시된 상면의 각 변으로부터 하면의 대응하는 변으로 이어질 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학가변필터(400)의 음향광학소자에서 상면, 하면 및 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 45mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 23mm인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성될 수 있다.
도 4에는 음향광학가변필터(400)가 이러한 가상의 직육면체와 함께 묘사되어 있는데, 도 4의 평면도에는 직육면체의 상면에 해당하는 하나의 직사각형만이 표현되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 4에서 직사각형의 상변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [001]면에 위치하고, 직사각형의 측변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [110]면에 위치한다. 이와 같은 가상의 직육면체에서 상면과 하면 사이의 거리, 즉 음향광학가변필터(400)의 음향광학소자에서 각 측면(410~460)의 높이는 특정 값으로 한정되지 않는다.
본 발명의 제4 실시예에서, 음향광학소자의 복수의 측면은 제1 내지 제6 측면(410~460)을 포함할 수 있다. 제1 측면(410)은 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 대략 40mm의 길이를 가질 수 있다. 제2 측면(420)은 제1 측면(410)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 20mm의 길이를 가질 수 있다. 제3 측면(430)은 제1 측면(410)의 타측과 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면 사이에서 이어지고, 대략 16mm의 길이를 가질 수 있다. 제4 측면(440)은 제3 측면(410)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110]면에 위치하며, 대략 2mm의 길이를 가질 수 있다. 제5 측면(450)은 제4 측면(440)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 26mm의 길이를 가질 수 있다. 제6 측면(460)은 제2 측면(420)의 일측과 제5 측면(450)의 타측 사이에서 이어지고, 밀러 지수 [001]면에 위치하며, 대략 8mm의 길이를 가질 수 있다.
트랜스듀서(10)는 이러한 음향광학소자의 제1 측면(410)에 결합되어 음파를 방사하도록 구성될 수 있는데, 트랜스듀서(10)는 대략 14mm 이하의 길이를 가질 수 있으며 제1 측면(410)의 일측에 결합될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(10)는 제1 측면(410)의 길이 방향을 따라 14mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
제3 실시예에서와 마찬가지로, 제1 측면(410)이 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루므로 음향각이 10도가 된다. 도 9의 그래프에서 음향각(α)이 10도인 곡선(좌측에서 6번째 곡선 부근)을 보면, 음파가 약 15.86MHz의 주파수로 방사될 때 다른 주파수에 비해 비교적 넓은 범위의(20도와 30도 사이의) 입사각에서 파장이 10μm인 광을 회절시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)에서는 음파가 제1 측면(410)으로 진입하여 음파영역(20)을 따라 전파되어 제5 측면(450)에 다다르고, 광빔은 제2 측면(430)으로 진입하여 광빔영역(30)을 따라 전파되어 음파에 의해 회절된 후 제3 측면(430)으로 방사된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 입사면인 제2 측면(420) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 7mm의 구간으로 광빔이 입사되면, 트랜스듀서(10)가 작동되어 약 15.86MHz의 주파수로 음파를 발생시킬 때 해당 광빔에 포함된 10μm 파장의 광성분이 출사면인 제3 측면(430) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 6mm의 구간으로 방사될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)에 비해, 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)에서는 음파영역(20)이 하나의 측면(즉, 제5 측면(450))에만 도달하게 하여 음파의 반사를 방지하면서도 해당 부위에서 연마되는 양을 더 적게 하여 음향광학소자의 제작을 더 쉽게 할 수 있다. 참고로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)의 음향광학소자에서 제5 측면(450)을 계속 더 연마하면 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)의 음향광학소자와 동일한 형상이 얻어질 수 있다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)는 필요에 따라 제3 측면(430), 제4 측면(440) 및 제5 측면(450)이 이루는 영역 중 특정 위치에 장착되는 흡음체를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)를 제작하는 방법은, 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계, 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 가공하는 단계, 및 트랜스듀서(10)를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계는 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 45mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 23mm인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어 위 직육면체의 측면 표면들이 밀러 지수 [001]면과 밀러 지수 [110]면에 위치하도록 정렬된 상태에서 직육면체가 내부에 포함될 수 있을 정도의 크기로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정을 성장시키는 과정에 의해 이루어질 수도 있다.
할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 가공하는 단계는, 할로겐화수은 결정체의 표면들이 위에 설명된 음향광학소자의 치수들을 이루도록 할로겐화수은 결정체를 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
음향광학소자의 각 표면을 연마하는 단계는, 할로겐화수은 결정체를 도 4에 도시된 것과 같은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 45mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 23mm인 가상의 직육면체의 형상으로 먼저 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
이어서, 제1 측면(410)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 직육면체의 한 표면을 도 4에 도시된 직사각형의 좌측 하단부 모서리로부터 대략 6.5mm에 해당하는 위치에서 대략 10도의 각도로 연마할 수 있다.
제2 측면(420)을 형성하기 위해, 제1 측면(410)의 일측과 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제3 측면(430)을 형성하기 위해, 제1 측면(410)의 타측과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제5 측면(450)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에 제6 측면(460)의 길이에 해당하는 8mm의 길이를 남기고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에 제4 측면(440)의 길이에 해당하는 2mm의 길이를 남긴 채로 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제4 측면(440)과 제6 측면(460)은 먼저 가공한 직육면체의 일부로서 별도의 가공을 요구하지 않는다.
위의 연마하는 단계는 제1 측면(410)이 대략 40mm를 이루고, 제2 측면(420)이 대략 20mm를 이루고, 제3 측면(430)이 대략 16mm를 이루고, 제4 측면(440)이 대략 2mm를 이루고, 제5 측면(450)이 대략 26mm를 이루고, 제6 측면(460)이 대략 8mm를 이룰 때까지 진행될 수 있다.
트랜스듀서(10)를 결합하는 단계는 대략 14mm 이하의 길이를 가지며 중심주파수가 약 15.86MHz인 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서(10)를 제1 측면(410)의 일측에 결합함으로써 수행될 수 있다. 필요에 따라 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)의 음향광학소자에도 흡음체(50)를 더 결합할 수 있다.
위에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)의 구체적인 치수를 밀리미터 단위로 표현하였고, 이는 각각의 치수를 1mm의 길이를 가진 단위 길이 n에 대한 비율로 표현한 것에 해당한다. 그러나, 위 치수들에 비례하는 치수들로 음향광학필터(400)가 제작되는 경우, 즉 단위 길이 n을 0보다 큰 임의의 길이로 설정하고 각 치수를 n에 대한 동일한 비율로 설정하는 경우도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)는 장파장 적외선 대역의 광성분을 검출하는 것을 가능하게 하고, 약 16MHz 이하의 매우 낮은 주파수의 음파로 사용이 가능하다는 장점을 제공한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)의 음향광학소자를 제작하는 데에는 많은 양의 연마가 요구되지 않고, 음향광학소자를 제작할 때 길이 위주로 측면들을 연마하면 되므로 고성능의 음향광학필터(400)를 매우 쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 제4 실시예에 따른 음향광학필터(400)에서는 할로겐화수은 결정체를 낮은 음향각으로 연마할 수 있고, 음향광학소자의 연마되는 양이 제3 실시예에 따른 음향광학필터(300)에 비해 더 낮아 제작이 더 쉽고 쪼개짐의 발생 가능성은 더 낮다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학가변필터(500)를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학가변필터(500)는 할로겐화수은 재질로 형성되고 다면체 형상을 가진 음향광학소자와 음향광학소자의 한 측면에 결합되는 트랜스듀서(10)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 음향광학소자는 브롬화수은(Hg2Br2) 결정체를 가공하여 형성된 것일 수 있다.
도 5는 음향광학가변필터(500)의 평면도로서, 도 5에는 다면체 형상의 음향광학소자의 상면이 중점적으로 표현되어 있다. 도 5에서 음향광학소자의 하면은 표현된 상면의 뒤에 가려져 있고, 음향광학소자의 다면체 형상이 가진 복수의 측면(510~560)은 도 5에 표시된 상면의 각 변으로부터 하면의 대응하는 변으로 이어질 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학가변필터(500)의 음향광학소자에서 상면, 하면 및 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 21mm인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성될 수 있다.
도 5에는 음향광학가변필터(500)가 이러한 가상의 직육면체와 함께 묘사되어 있는데, 도 5의 평면도에는 직육면체의 상면에 해당하는 하나의 직사각형만이 표현되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 5에서 직사각형의 상변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [001]면에 위치하고, 직사각형의 측변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [110]면에 위치한다. 이와 같은 가상의 직육면체에서 상면과 하면 사이의 거리, 즉 음향광학가변필터(500)의 음향광학소자에서 각 측면(510~560)의 높이는 특정 값으로 한정되지 않는다.
본 발명의 제5 실시예에서, 음향광학소자의 복수의 측면은 제1 내지 제6 측면(510~560)을 포함할 수 있다. 제1 측면(510)은 밀러 지수 [001]면에 대해 약 16.5와 17.5도 사이의 각도를 이루고, 대략 24mm의 길이를 가질 수 있다. 제2 측면(520)은 제1 측면(510)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하며, 대략 4mm의 길이를 가질 수 있다. 제3 측면(530)은 제2 측면(520)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 20mm의 길이를 가질 수 있다. 제4 측면(540)은 제1 측면(510)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 대략 16mm의 길이를 가질 수 있다. 제5 측면(550)은 제3 측면(530)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [001]면에 위치하며, 대략 8mm의 길이를 가질 수 있다. 제6 측면(560)은 제5 측면(530)의 일측과 제4 측면(540)의 타측 사이에서 이어지고, 대략 13mm의 길이를 가질 수 있다.
트랜스듀서(10)는 이러한 음향광학소자의 제1 측면(510)에 결합되어 음파를 방사하도록 구성될 수 있는데, 트랜스듀서(10)는 대략 8mm 이하의 길이를 가질 수 있으며 제1 측면(510)의 일측에 결합될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(10)는 제1 측면(510)의 길이 방향을 따라 8mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
도 5에 도시된 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학가변필터(500)의 설계치수는 아래의 [표 3]과 같다.
음향광학가변필터의 설계 치수
X size [001] [mm] 35
Y size [110] [mm] 21
트랜스듀서 길이 [mm] 8
음향각 [각도] 16.5~17.5
입사면 [mm] 20
출사면 [mm] 16
트랜스듀서 면 [mm] 24
중심주파수 [MHz] 30 미만
도 5를 참조하면, 제1 측면(510)이 트랜스듀서 면이 되고, 제3 측면(530)이 광빔의 입사면, 제4 측면(540)이 회절광의 출사면이 된다. 제1 측면(510)에 결합된 트랜스듀서(10)가 중심주파수 30MHz 미만의 음파를 방사하면, 음파는 트랜스듀서 면인 제1 측면(510)의 법선 방향에 대해 워크오프각(ω)만큼 기울어진 음파영역(20) 내에서 진행하고, 입사면인 제3 측면(130)으로 유입되는 광빔은 음파의 변조에 의해 회절되어 광빔영역(30)을 따라 출사면인 제4 측면(540)으로 방사되어 별도의 장치에 의해 검출될 수 있다.
제1 측면(510)이 밀러 지수 [001]면에 대해 16.5와 17.5도 사이의 특정 각도를 이루면 해당 각도가 음향각이 된다. 도 9의 그래프에서 음향각(α)이 16도인 곡선과 18도인 곡선(좌측에서 9번째 곡선과 10번째 곡선)을 보면, 해당 부분에서는 곡선이 거의 수직방향을 따라 연장되는 양태를 보임을 확인할 수 있다. 즉, 이 부분에서는 30MHz 미만의 특정 주파수로 음파를 방사할 때 매우 넓은 범위의(30도 이상의) 입사각에서 파장이 10μm인 광을 회절시킬 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)에서는 음파가 제1 측면(510)으로 진입하여 음파영역(20)을 따라 전파되어 제6 측면(560)에 다다르고, 광빔은 제3 측면(530)으로 진입하여 광빔영역(30)을 따라 전파되어 음파에 의해 회절된 후 제4 측면(540)으로 방사된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 입사면인 제3 측면(530) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 6mm의 구간으로 광빔이 입사되면, 트랜스듀서(10)가 작동되어 약 30MHz 미만의 특정 주파수로 음파를 발생시킬 때 해당 광빔에 포함된 10μm 파장의 광성분이 출사면인 제4 측면(540) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 5mm의 구간으로 방사될 수 있다.
회절광이 방사되는 측면에 음파도 도달하면 음파는 회절광에 대해 간섭으로 작용할 수 있으나, 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)에서는 이와 같이 음파가 도달하는 측면이 광빔의 출사면과 분리되어 음파로 인한 간섭을 최소화할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)를 제작하는 방법은, 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계, 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 가공하는 단계, 및 트랜스듀서(10)를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계는 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 21mm인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어 위 직육면체의 측면 표면들이 밀러 지수 [001]면과 밀러 지수 [110]면에 위치하도록 정렬된 상태에서 직육면체가 내부에 포함될 수 있을 정도의 크기로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정을 성장시키는 과정에 의해 이루어질 수도 있다.
할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 가공하는 단계는, 할로겐화수은 결정체의 표면들이 위에 설명된 음향광학소자의 치수들을 이루도록 할로겐화수은 결정체를 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
음향광학소자의 각 표면을 연마하는 단계는, 할로겐화수은 결정체를 도 5에 도시된 것과 같은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 21mm인 가상의 직육면체의 형상으로 먼저 가공한 후 수행될 수도 있다.
제1 측면(510)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 직육면체의 한 표면을 도 5에 도시된 직사각형의 좌측 하단부 모서리로부터 대략 11mm에 해당하는 위치에서 대략 17도의 각도로 연마할 수 있다.
제2 측면(520)을 형성하기 위해, 제1 측면(510)의 일측에 위치하고 밀러 지수 [110] 면에 위치하는 표면을 연마할 수 있다.
제3 측면(530)을 형성하기 위해, 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제4 측면(540)을 형성하기 위해, 제1 측면(510)의 타측과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제5 측면(550)을 형성하기 위해, 제3 측면(530)의 일측에 위치하고 밀러 지수 [001] 면에 위치하는 표면을 연마할 수 있다.
제6 측면(560)을 형성하기 위해, 제5 측면(530)의 일측과 제4 측면(540)의 타측 사이의 표면을 연마할 수 있다.
필요에 따라, 음향광학소자의 상면과 하면도 편평하게 연마할 수 있다.
위의 연마하는 단계는 제1 측면(510)이 대략 24mm를 이루고, 제2 측면(520)이 대략 4mm를 이루고, 제3 측면(530)이 대략 20mm를 이루고, 제4 측면(540)이 대략 16mm를 이루고, 제5 측면(550)이 대략 8mm를 이루고, 제6 측면(560)이 대략 13mm를 이룰 때까지 진행될 수 있다.
트랜스듀서(10)를 결합하는 단계는 대략 8mm 이하의 길이를 가지며 중심주파수가 30MHz 미만의 특정 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서(10)를 제1 측면(510)의 일측에 결합함으로써 수행될 수 있다. 필요에 따라 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)의 음향광학소자에도 흡음체(50)를 더 결합할 수 있다.
위에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)의 구체적인 치수를 밀리미터 단위로 표현하였고, 이는 각각의 치수를 1mm의 길이를 가진 단위 길이 n에 대한 비율로 표현한 것에 해당한다. 그러나, 위 치수들에 비례하는 치수들로 음향광학필터(500)가 제작되는 경우, 즉 단위 길이 n을 0보다 큰 임의의 길이로 설정하고 각 치수를 n에 대한 동일한 비율로 설정하는 경우도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)는 내접하는 직사각형의 장단비가 상대적으로 작게 형성되므로, 성장에 의해 얻어진 할로겐화수은 결정체에서 제거되는 부분이 감소된다. 이는 할로겐화수은 결정체가 성장되어야 하는 크기의 요구조건을 완화시키며 음향광학소자의 제작의 효율을 증가시키는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)는 장파장 적외선 대역의 광성분을 검출하는 것을 가능하게 하는 것에 더해, 매우 넓은 시야각(field of view)을 제공하여 매우 높은 성능을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)는 매우 넓은 범위의 각도에서 장파장 적외선 대역의 광성분을 검출하는 것을 가능하게 하여 다양한 분야에서 매우 높은 실용도를 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학가변필터(600)를 예시적으로 나타내는 평면도이다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학가변필터(600)는 제5 실시예에 따른 음향광학가변필터(500)와 공통점을 가지며, 아래에서는 제5 실시예와의 차이점을 중심으로 제6 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학가변필터(600)는 할로겐화수은 재질로 형성되고 다면체 형상을 가진 음향광학소자와 음향광학소자의 한 측면에 결합되는 트랜스듀서(10)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 음향광학소자는 브롬화수은(Hg2Br2) 결정체를 가공하여 형성된 것일 수 있다.
도 6은 음향광학가변필터(600)의 평면도로서, 도 6에는 다면체 형상의 음향광학소자의 상면이 중점적으로 표현되어 있다. 도 6에서 음향광학소자의 하면은 표현된 상면의 뒤에 가려져 있고, 음향광학소자의 다면체 형상이 가진 복수의 측면(610~660)은 도 6에 표시된 상면의 각 변으로부터 하면의 대응하는 변으로 이어질 수 있다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학가변필터(600)의 음향광학소자에서 상면, 하면 및 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 21mm인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성될 수 있다.
도 6에는 음향광학가변필터(600)가 이러한 가상의 직육면체와 함께 묘사되어 있는데, 도 6의 평면도에는 직육면체의 상면에 해당하는 하나의 직사각형만이 표현되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 6에서 직사각형의 상변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [001]면에 위치하고, 직사각형의 측변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [110]면에 위치한다. 이와 같은 가상의 직육면체에서 상면과 하면 사이의 거리, 즉 음향광학가변필터(600)의 음향광학소자에서 각 측면(610~660)의 높이는 특정 값으로 한정되지 않는다.
본 발명의 제6 실시예에서, 음향광학소자의 복수의 측면은 제1 내지 제6 측면(610~660)을 포함할 수 있다. 제1 측면(610)은 밀러 지수 [001]면에 대해 약 16.5와 17.5도 사이의 각도를 이루고, 대략 24mm의 길이를 가질 수 있다. 제2 측면(620)은 제1 측면(610)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하며, 대략 4mm의 길이를 가질 수 있다. 제3 측면(630)은 제2 측면(620)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 20mm의 길이를 가질 수 있다. 제4 측면(640)은 제1 측면(610)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 대략 16mm의 길이를 가질 수 있다. 제5 측면(650)은 제3 측면(530)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [001]면에 위치하며, 대략 17.5mm의 길이를 가질 수 있다. 제6 측면(660)은 제5 측면(630)의 일측과 제4 측면(540)의 타측 사이에서 이어지고, 밀러 지수 [110]면에 위치하며, 대략 8.5mm의 길이를 가질 수 있다.
트랜스듀서(10)는 이러한 음향광학소자의 제1 측면(610)에 결합되어 음파를 방사하도록 구성될 수 있는데, 트랜스듀서(10)는 대략 8mm 이하의 길이를 가질 수 있으며 제1 측면(610)의 일측에 결합될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(10)는 제1 측면(610)의 길이 방향을 따라 8mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
제5 실시예에서와 마찬가지로, 제1 측면(610)이 밀러 지수 [001]면에 대해 16.5와 17.5도 사이의 특정 각도를 이루면 해당 각도가 음향각이 된다. 도 9의 그래프에서 음향각(α)이 16도인 곡선과 18도인 곡선(좌측에서 9번째 곡선과 10번째 곡선)을 보면, 해당 부분에서는 곡선이 거의 수직방향을 따라 연장되는 양태를 보임을 확인할 수 있다. 즉, 이 부분에서는 30MHz 미만의 특정 주파수로 음파를 방사할 때 매우 넓은 범위의(30도 이상의) 입사각에서 파장이 10μm인 광을 회절시킬 수 있다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학필터(600)에서는 음파가 제1 측면(610)으로 진입하여 음파영역(20)을 따라 전파되어 제6 측면(660)에 다다르고, 광빔은 제3 측면(630)으로 진입하여 광빔영역(30)을 따라 전파되어 음파에 의해 회절된 후 제4 측면(640)으로 방사된다. 도 6에 도시된 실시예에서, 입사면인 제3 측면(630) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 6mm의 구간으로 광빔이 입사되면, 트랜스듀서(10)가 작동되어 약 30MHz 미만의 특정 주파수로 음파를 발생시킬 때 해당 광빔에 포함된 10μm 파장의 광성분이 출사면인 제4 측면(640) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 5mm의 구간으로 방사될 수 있다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학필터(600)를 제작하는 방법은, 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계, 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 가공하는 단계, 및 트랜스듀서(10)를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계는 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 21mm인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어 위 직육면체의 측면 표면들이 밀러 지수 [001]면과 밀러 지수 [110]면에 위치하도록 정렬된 상태에서 직육면체가 내부에 포함될 수 있을 정도의 크기로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정을 성장시키는 과정에 의해 이루어질 수도 있다.
할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 가공하는 단계는, 할로겐화수은 결정체의 표면들이 위에 설명된 음향광학소자의 치수들을 이루도록 할로겐화수은 결정체를 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
음향광학소자의 각 표면을 연마하는 단계는, 할로겐화수은 결정체를 도 6에 도시된 것과 같은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 21mm인 가상의 직육면체의 형상으로 먼저 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
이어서, 제1 측면(610)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 직육면체의 한 표면을 도 6에 도시된 직사각형의 좌측 하단부 모서리로부터 대략 11mm에 해당하는 위치에서 대략 17도의 각도로 연마할 수 있다.
제3 측면(630)을 형성하기 위해, 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제4 측면(640)을 형성하기 위해, 제1 측면(610)의 타측과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제2 측면(620), 제5 측면(650) 및 제6 측면(660)은 먼저 가공한 직육면체의 일부로서 별도의 가공을 요구하지 않는다.
위의 연마하는 단계는 제1 측면(610)이 대략 24mm를 이루고, 제2 측면(620)이 대략 4mm를 이루고, 제3 측면(630)이 대략 20mm를 이루고, 제4 측면(640)이 대략 16mm를 이루고, 제5 측면(650)이 대략 17.5mm를 이루고, 제6 측면(660)이 대략 8.5mm를 이룰 때까지 진행될 수 있다.
트랜스듀서(10)를 결합하는 단계는 대략 8mm 이하의 길이를 가지며 중심주파수가 30MHz 미만의 특정 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서(10)를 제1 측면(610)의 일측에 결합함으로써 수행될 수 있다. 필요에 따라 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학필터(600)의 음향광학소자에도 흡음체(50)를 더 결합할 수 있다.
위에서는 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학필터(600)의 구체적인 치수를 밀리미터 단위로 표현하였고, 이는 각각의 치수를 1mm의 길이를 가진 단위 길이 n에 대한 비율로 표현한 것에 해당한다. 그러나, 위 치수들에 비례하는 치수들로 음향광학필터(600)가 제작되는 경우, 즉 단위 길이 n을 0보다 큰 임의의 길이로 설정하고 각 치수를 n에 대한 동일한 비율로 설정하는 경우도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학필터(600)는 내접하는 직사각형의 장단비가 상대적으로 작게 형성되므로, 성장에 의해 얻어진 할로겐화수은 결정체에서 제거되는 부분이 감소된다. 이는 할로겐화수은 결정체가 성장되어야 하는 크기의 요구조건을 완화시키며 음향광학소자의 제작의 효율을 증가시키는 효과를 제공할 수 있다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학필터(600)에서는 음향광학소자의 연마되는 양이 제5 실시예에 따른 음향광학필터(500)에 비해 더 낮아 제작이 더 쉽고 쪼개짐의 발생 가능성은 더 낮다.
또한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학필터(600)는 장파장 적외선 대역의 광성분을 검출하는 것을 가능하게 하는 것에 더해, 매우 넓은 시야각(field of view)을 제공하여 매우 높은 성능을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 제6 실시예에 따른 음향광학필터(500)는 매우 넓은 범위의 각도에서 장파장 적외선 대역의 광성분을 검출하는 것을 가능하게 하여 다양한 분야에서 매우 높은 실용도를 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학가변필터(700)를 예시적으로 나타내는 평면도이다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학가변필터(700)는 할로겐화수은 재질로 형성되고 다면체 형상을 가진 음향광학소자와 음향광학소자의 한 측면에 결합되는 트랜스듀서(10)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 음향광학소자는 브롬화수은(Hg2Br2) 결정체를 가공하여 형성된 것일 수 있다.
도 7은 음향광학가변필터(700)의 평면도로서, 도 7에는 다면체 형상의 음향광학소자의 상면이 중점적으로 표현되어 있다. 도 7에서 음향광학소자의 하면은 표현된 상면의 뒤에 가려져 있고, 음향광학소자의 다면체 형상이 가진 복수의 측면(710~740)은 도 7에 표시된 상면의 각 변으로부터 하면의 대응하는 변으로 이어질 수 있다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학가변필터(700)의 음향광학소자에서 상면, 하면 및 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 50mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 29mm인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성될 수 있다.
도 7에는 음향광학가변필터(700)가 이러한 가상의 직육면체와 함께 묘사되어 있는데, 도 7의 평면도에는 직육면체의 상면에 해당하는 하나의 직사각형만이 표현되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 7에서 직사각형의 상변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [001]면에 위치하고, 직사각형의 측변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [110]면에 위치한다. 이와 같은 가상의 직육면체에서 상면과 하면 사이의 거리, 즉 음향광학가변필터(700)의 음향광학소자에서 각 측면(710~740)의 높이는 특정 값으로 한정되지 않는다.
본 발명의 제7 실시예에서, 음향광학소자의 복수의 측면은 제1 내지 제4 측면(710~740)을 포함할 수 있다. 제1 측면(710)은 밀러 지수 [001]면에 대해 약 16.5와 17.5도 사이의 각도를 이루고, 대략 40mm의 길이를 가질 수 있다. 제2 측면(720)은 제1 측면(710)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 37mm의 길이를 가질 수 있다. 제3 측면(730)은 제1 측면(710)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 대략 16mm의 길이를 가질 수 있다. 제4 측면(750)은 제2 측면(720)의 일측과 제3 측면(730)의 타측 사이에서 이어지고, 대략 25mm의 길이를 가질 수 있다.
트랜스듀서(10)는 이러한 음향광학소자의 제1 측면(710)에 결합되어 음파를 방사하도록 구성될 수 있는데, 트랜스듀서(10)는 대략 14mm 이하의 길이를 가질 수 있으며 제1 측면(710)의 일측에 결합될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(10)는 제1 측면(710)의 길이 방향을 따라 14mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
도 7에 도시된 본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학가변필터(700)의 설계치수는 아래의 [표 4]와 같다.
음향광학가변필터의 설계 치수
X size [001] [mm] 50
Y size [110] [mm] 29
트랜스듀서 길이 [mm] 14
음향각 [각도] 16.5~17.5
입사면 [mm] 37
출사면 [mm] 16
트랜스듀서 면 [mm] 40
중심주파수 [MHz] 30 미만
도 7을 참조하면, 제1 측면(710)이 트랜스듀서 면이 되고, 제2 측면(720)이 광빔의 입사면, 제3 측면(730)이 회절광의 출사면이 된다. 제1 측면(710)에 결합된 트랜스듀서(10)가 중심주파수 30MHz 미만의 음파를 방사하면, 음파는 트랜스듀서 면인 제1 측면(710)의 법선 방향에 대해 워크오프각(ω)만큼 기울어진 음파영역(20) 내에서 진행하고, 입사면인 제2 측면(720)으로 유입되는 광빔은 음파의 변조에 의해 회절되어 광빔영역(30)을 따라 출사면인 제3 측면(730)으로 방사되어 별도의 장치에 의해 검출될 수 있다.
제1 측면(710)이 밀러 지수 [001]면에 대해 16.5와 17.5도 사이의 특정 각도를 이루면 해당 각도가 음향각이 된다. 도 9의 그래프에서 음향각(α)이 16도인 곡선과 18도인 곡선(좌측에서 9번째 곡선과 10번째 곡선)을 보면, 해당 부분에서는 곡선이 거의 수직방향을 따라 연장되는 양태를 보임을 확인할 수 있다. 즉, 이 부분에서는 30MHz 미만의 특정 주파수로 음파를 방사할 때 매우 넓은 범위의(30도 이상의) 입사각에서 파장이 10μm인 광을 회절시킬 수 있다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학필터(700)에서는 음파가 제1 측면(710)으로 진입하여 음파영역(20)을 따라 전파되어 제4 측면(740)에 다다르고, 광빔은 제2 측면(720)으로 진입하여 광빔영역(30)을 따라 전파되어 음파에 의해 회절된 후 제3 측면(730)으로 방사된다. 도 7에 도시된 실시예에서, 입사면인 제2 측면(720) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 12mm의 구간으로 광빔이 입사되면, 트랜스듀서(10)가 작동되어 약 30MHz 미만의 특정 주파수로 음파를 발생시킬 때 해당 광빔에 포함된 10μm 파장의 광성분이 출사면인 제3 측면(730) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 11mm의 구간으로 방사될 수 있다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학필터(700)를 제작하는 방법은, 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계, 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 가공하는 단계, 및 트랜스듀서(10)를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계는 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 50mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 29mm인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어 위 직육면체의 측면 표면들이 밀러 지수 [001]면과 밀러 지수 [110]면에 위치하도록 정렬된 상태에서 직육면체가 내부에 포함될 수 있을 정도의 크기로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정을 성장시키는 과정에 의해 이루어질 수도 있다.
할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 가공하는 단계는, 할로겐화수은 결정체의 표면들이 위에 설명된 음향광학소자의 치수들을 이루도록 할로겐화수은 결정체를 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
음향광학소자의 각 표면을 연마하는 단계는, 할로겐화수은 결정체를 도 7에 도시된 것과 같은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 50mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 29mm인 가상의 직육면체의 형상으로 먼저 가공한 후 수행될 수도 있다.
제1 측면(710)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 직육면체의 한 표면을 도 7에 도시된 직사각형의 좌측 하단부 모서리로부터의 특정 위치에서 대략 17도의 각도로 연마할 수 있다.
제2 측면(720)을 형성하기 위해, 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제3 측면(730)을 형성하기 위해, 제1 측면(710)의 타측과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제4 측면(740)을 형성하기 위해, 제2 측면(720)의 일측과 제3 측면(730)의 타측 사이의 표면을 연마할 수 있다.
필요에 따라, 음향광학소자의 상면과 하면도 편평하게 연마할 수 있다.
위의 연마하는 단계는 제1 측면(710)이 대략 40mm를 이루고, 제2 측면(720)이 대략 37mm를 이루고, 제3 측면(730)이 대략 16mm를 이루고, 제4 측면(740)이 대략 25mm를 이룰 때까지 진행될 수 있다.
트랜스듀서(10)를 결합하는 단계는 대략 14mm 이하의 길이를 가지며 중심주파수가 30MHz 미만의 특정 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서(10)를 제1 측면(710)의 일측에 결합함으로써 수행될 수 있다. 필요에 따라 본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학필터(700)의 음향광학소자에도 흡음체(50)를 더 결합할 수 있다.
위에서는 본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학필터(700)의 구체적인 치수를 밀리미터 단위로 표현하였고, 이는 각각의 치수를 1mm의 길이를 가진 단위 길이 n에 대한 비율로 표현한 것에 해당한다. 그러나, 위 치수들에 비례하는 치수들로 음향광학필터(700)가 제작되는 경우, 즉 단위 길이 n을 0보다 큰 임의의 길이로 설정하고 각 치수를 n에 대한 동일한 비율로 설정하는 경우도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학필터(700)는 입사면 및 출사면에서 광빔이 통과하는 광빔영역(30)이 상대적으로 넓은 구간에 걸쳐 형성되므로, 장파장 적외선 대역의 광성분을 더 민감하게 검출하는 것이 가능하다. 특히, 본 발명의 제7 실시예에 따른 음향광학필터(700)는 제5 및 제6 실시예에 따른 음향광학필터(500, 600)와 마찬가지로 매우 넓은 시야각을 제공하여 매우 높은 성능을 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학가변필터(800)를 예시적으로 나타내는 평면도이다. 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학가변필터(800)는 제7 실시예에 따른 음향광학가변필터(700)와 공통점을 가지며, 아래에서는 제7 실시예와의 차이점을 중심으로 제8 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학가변필터(800)는 할로겐화수은 재질로 형성되고 다면체 형상을 가진 음향광학소자와 음향광학소자의 한 측면에 결합되는 트랜스듀서(10)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 음향광학소자는 브롬화수은(Hg2Br2) 결정체를 가공하여 형성된 것일 수 있다.
도 8은 음향광학가변필터(800)의 평면도로서, 도 8에는 다면체 형상의 음향광학소자의 상면이 중점적으로 표현되어 있다. 도 8에서 음향광학소자의 하면은 표현된 상면의 뒤에 가려져 있고, 음향광학소자의 다면체 형상이 가진 복수의 측면(810~850)은 도 8에 표시된 상면의 각 변으로부터 하면의 대응하는 변으로 이어질 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학가변필터(800)의 음향광학소자에서 상면, 하면 및 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 50mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 29mm인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성될 수 있다.
도 8에는 음향광학가변필터(800)가 이러한 가상의 직육면체와 함께 묘사되어 있는데, 도 8의 평면도에는 직육면체의 상면에 해당하는 하나의 직사각형만이 표현되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 8에서 직사각형의 상변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [001]면에 위치하고, 직사각형의 측변에 대응하는 표면은 밀러 지수 [110]면에 위치한다. 이와 같은 가상의 직육면체에서 상면과 하면 사이의 거리, 즉 음향광학가변필터(800)의 음향광학소자에서 각 측면(810~850)의 높이는 특정 값으로 한정되지 않는다.
본 발명의 제8 실시예에서, 음향광학소자의 복수의 측면은 제1 내지 제5 측면(810~850)을 포함할 수 있다. 제1 측면(810)은 밀러 지수 [001]면에 대해 약 16.5와 17.5도 사이의 각도를 이루고, 대략 40mm의 길이를 가질 수 있다. 제2 측면(820)은 제1 측면(810)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 위 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 대략 37mm의 길이를 가질 수 있다. 제3 측면(830)은 제1 측면(810)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 대략 16mm의 길이를 가질 수 있다. 제4 측면(840)은 제2 측면(720)의 일측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [001]면에 위치하며, 대략 17.5mm의 길이를 가질 수 있다. 제5 측면(850)은 제3 측면(830)의 타측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110]면에 위치하며, 대략 8mm의 길이를 가질 수 있다.
트랜스듀서(10)는 이러한 음향광학소자의 제1 측면(810)에 결합되어 음파를 방사하도록 구성될 수 있는데, 트랜스듀서(10)는 대략 14mm 이하의 길이를 가질 수 있으며 제1 측면(810)의 일측에 결합될 수 있다. 즉, 트랜스듀서(10)는 제1 측면(810)의 길이 방향을 따라 14mm 이하의 길이를 가질 수 있다.
제7 실시예에서와 마찬가지로, 제1 측면(810)이 밀러 지수 [001]면에 대해 16.5와 17.5도 사이의 특정 각도를 이루면 해당 각도가 음향각이 된다. 도 9의 그래프에서 음향각(α)이 16도인 곡선과 18도인 곡선(좌측에서 9번째 곡선과 10번째 곡선)을 보면, 해당 부분에서는 곡선이 거의 수직방향을 따라 연장되는 양태를 보임을 확인할 수 있다. 즉, 이 부분에서는 30MHz 미만의 특정 주파수로 음파를 방사할 때 매우 넓은 범위의(30도 이상의) 입사각에서 파장이 10μm인 광을 회절시킬 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학필터(800)에서는 음파가 제1 측면(810)으로 진입하여 음파영역(20)을 따라 전파되어 제5 측면(850)에 다다르고, 광빔은 제2 측면(820)으로 진입하여 광빔영역(30)을 따라 전파되어 음파에 의해 회절된 후 제3 측면(830)으로 방사된다. 도 8에 도시된 실시예에서, 입사면인 제2 측면(820) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 12mm의 구간으로 광빔이 입사되면, 트랜스듀서(10)가 작동되어 약 30MHz 미만의 특정 주파수로 음파를 발생시킬 때 해당 광빔에 포함된 10μm 파장의 광성분이 출사면인 제3 측면(830) 중 광빔영역(30)에 해당하는 약 11mm의 구간으로 방사될 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학필터(800)를 제작하는 방법은, 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계, 할로겐화수은 결정체를 상기 음향광학소자로 가공하는 단계, 및 트랜스듀서(10)를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계는 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 50mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 29mm인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 할로겐화수은 결정체를 준비하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 예를 들어 위 직육면체의 측면 표면들이 밀러 지수 [001]면과 밀러 지수 [110]면에 위치하도록 정렬된 상태에서 직육면체가 내부에 포함될 수 있을 정도의 크기로 브롬화수은(Hg2Br2) 결정을 성장시키는 과정에 의해 이루어질 수도 있다.
할로겐화수은 결정체를 음향광학소자로 가공하는 단계는, 할로겐화수은 결정체의 표면들이 위에 설명된 음향광학소자의 치수들을 이루도록 할로겐화수은 결정체를 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
음향광학소자의 각 표면을 연마하는 단계는, 할로겐화수은 결정체를 도 8에 도시된 것과 같은, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 50mm이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 29mm인 가상의 직육면체의 형상으로 먼저 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
이어서, 제1 측면(810)을 형성하기 위해, 밀러 지수 [001]면에 위치하는 직육면체의 한 표면을 도 8에 도시된 직사각형의 좌측 하단부 모서리로부터의 특정 위치에서 대략 17도의 각도로 연마할 수 있다.
제2 측면(820)을 형성하기 위해, 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제3 측면(830)을 형성하기 위해, 제1 측면(810)의 타측과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이의 표면을 연마할 수 있다.
제4 측면(840)과 제5 측면(850)은 먼저 가공한 직육면체의 일부로서 별도의 가공을 요구하지 않는다.
위의 연마하는 단계는 제1 측면(810)이 대략 40mm를 이루고, 제2 측면(820)이 대략 37mm를 이루고, 제3 측면(830)이 대략 16mm를 이루고, 제4 측면(840)이 대략 17.5mm를 이루고, 제5 측면(830)이 대략 8mm를 이룰 때까지 진행될 수 있다.
트랜스듀서(10)를 결합하는 단계는 대략 14mm 이하의 길이를 가지며 중심주파수가 30MHz 미만의 특정 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서(10)를 제1 측면(810)의 일측에 결합함으로써 수행될 수 있다. 필요에 따라 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학필터(800)의 음향광학소자에도 흡음체(50)를 더 결합할 수 있다.
위에서는 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학필터(800)의 구체적인 치수를 밀리미터 단위로 표현하였고, 이는 각각의 치수를 1mm의 길이를 가진 단위 길이 n에 대한 비율로 표현한 것에 해당한다. 그러나, 위 치수들에 비례하는 치수들로 음향광학필터(800)가 제작되는 경우, 즉 단위 길이 n을 0보다 큰 임의의 길이로 설정하고 각 치수를 n에 대한 동일한 비율로 설정하는 경우도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학필터(800)는 입사면 및 출사면에서 광빔이 통과하는 광빔영역(30)이 상대적으로 넓은 구간에 걸쳐 형성되므로, 장파장 적외선 대역의 광성분을 더 민감하게 검출하는 것이 가능하다. 특히, 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학필터(800)는 제5 내지 제7 실시예에 따른 음향광학필터(500, 600, 700)와 마찬가지로 매우 넓은 시야각을 제공하여 매우 높은 성능을 제공할 수 있다. 한편, 본 발명의 제8 실시예에 따른 음향광학필터(800)에서는 음향광학소자의 연마되는 양이 제7 실시예에 따른 음향광학필터(700)에 비해 더 낮아 제작이 더 쉽고 쪼개짐의 발생 가능성은 더 낮다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 브롬화수은 재질로 형성되고, 상면, 하면 및 복수의 측면을 가진 다면체 형상을 가지며, 단위 길이 n에 대하여 상기 상면, 상기 하면 및 상기 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 35n이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20n인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성된 음향광학소자; 및
    상기 복수의 측면 중 하나의 측면에 결합되어 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서를 포함하되,
    상기 복수의 측면은,
    밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 30n의 길이를 가진 제1 측면;
    상기 제1 측면의 일측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110] 면에 위치하며, 6n의 길이를 가진 제2 측면;
    상기 제2 측면의 일측에서 절곡되어 이어지고, 상기 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 11n의 길이를 가진 제3 측면; 및
    상기 제1 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 상기 제3측면에 인접하지 않으며, 16n의 길이를 가진 제4 측면;을 포함하고,
    상기 트랜스듀서는 상기 제1 측면의 일측에 결합되고, 상기 제1 측면의 길이 방향을 따라 8n 이하의 길이를 가지며,
    상기 음향광학소자는 상기 제3 측면에 20도와 30도 사이의 입사각으로 입사되는 광빔에 10μm 파장의 광성분이 포함되어 있으면 상기 10μm 파장의 광성분을 상기 제4 측면으로 방사시키는 것을 특징으로 하는 음향광학가변필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 측면은 상기 제3 측면의 일측과 상기 제4 측면의 타측 사이에서 이어지는 제5 측면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광학가변필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 측면 중 하나의 측면에 결합되어 음파를 흡수하도록 구성된 흡음체를 더 포함하되,
    상기 복수의 측면은, 상기 제4 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110]면에 위치하며, 5n의 길이를 가진 제5 측면을 포함하고,
    상기 흡음체는 상기 제5 측면에 장착되는 것을 특징으로 하는 음향광학가변필터.
  4. 브롬화수은 재질로 형성되고, 상면, 하면 및 복수의 측면을 가진 다면체 형상을 가지며, 단위 길이 n에 대하여 상기 상면, 상기 하면 및 상기 복수의 측면은 모두 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 제1 변의 길이가 45n이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 23n인 가상의 직육면체에 내접하도록 형성된 음향광학소자; 및
    상기 복수의 측면 중 하나의 측면에 결합되어 음파를 방사하도록 구성된 트랜스듀서를 포함하되,
    상기 복수의 측면은,
    밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루고, 40n의 길이를 가진 제1 측면;
    상기 제1 측면의 일측에서 절곡되어 이어지고, 상기 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되며, 20n의 길이를 가진 제2 측면; 및
    상기 제1 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 상기 제2 측면에 인접하지 않으며, 16n의 길이를 가진 제3 측면;을 포함하고,
    상기 트랜스듀서는 상기 제1 측면의 일측에 결합되고, 상기 제1 측면의 길이 방향을 따라 14n 이하의 길이를 가지며,
    상기 음향광학소자는 상기 제2 측면에 20도와 30도 사이의 입사각으로 입사되는 광빔에 10μm 파장의 광성분이 포함되어 있으면 상기 10μm 파장의 광성분을 상기 제3 측면으로 방사시키는 것을 특징으로 하는 음향광학가변필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 측면은 상기 제2 측면의 일측과 상기 제3 측면의 타측 사이에서 이어지는 제4 측면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광학가변필터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 측면은,
    상기 제3 측면의 타측에서 절곡되어 이어지고, 밀러 지수 [110]면에 위치하며, 2n의 길이를 가진 제4 측면; 및
    상기 제4 측면의 타측에서 절곡되어 이어지는 제5 측면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광학가변필터.
  7. 음향광학가변필터를 제작하는 방법으로서,
    밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면에서 단위 길이 n에 대하여 제1 변의 길이가 35n이고 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면에서 상기 제1 변에 이웃하는 제2 변의 길이가 20n인 가상의 직육면체보다 큰 부피의 브롬화수은 결정체를 준비하는 단계;
    상기 브롬화수은 결정체를 음향광학소자로 연마하되, 밀러 지수 [001]면에 대해 10도의 각도를 이루는 제1 측면이 30n의 길이를 이루고, 상기 제1 측면의 일측에 위치하고 밀러 지수 [110] 면에 위치하는 제2 측면이 6n의 길이를 이루고, 상기 제2 측면의 일측에 위치하고 상기 가상의 직육면체의 밀러 지수 [001]면에 위치하는 표면과 밀러 지수 [110]면에 위치하는 표면 사이에서 연장되는 제3 측면이 11n의 길이를 이루고, 상기 제1 측면의 타측에 위치하여 상기 제3 측면에 인접하지 않는 제4 측면이 16n의 길이를 이루도록 상기 제1 측면, 상기 제2 측면, 상기 제3 측면 및 상기 제4 측면을 연마함으로써 상기 브롬화수은 결정체를 상기 제3 측면에 20도와 30도 사이의 입사각으로 입사되는 10μm 파장의 광성분을 상기 제4 측면으로 방사시키는 상기 음향광학소자로 연마하는 단계; 및
    상기 제1 측면의 일측에 8n 이하의 길이를 가진 트랜스듀서를 결합하는 단계를 포함하는 음향광학가변필터 제작방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999023733A1 (en) * 1997-10-30 1999-05-14 Zygo Corporation Apparatus for generating orthogonally polarized beams having different frequencies
JP2009075594A (ja) * 2007-09-24 2009-04-09 Fastlite 赤外領域における高分解能音響光学プログラマブルフィルタリングの方法及び装置

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