KR102619527B1 - 리튬을 함유한 이온-교환 화학적 강화 유리에서 변곡 응력의 측정을 개선하는 방법 - Google Patents
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Abstract
변곡부를 포함하는 이온-교환된 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력의 측정을 개선시키는 방법들이 개시된다. 상기 방법들 중 하나는 임계각 위치와 연관된 TIR-PR 전위 위치의 위치에서의 시프트를 보상하는 단계를 포함하며, 상기 시프트는 누설 모드의 존재에 기인한다. 다른 방법은 고품질 이미지가 변곡 응력 산출에 사용되도록 보장하기 위해 선택 기준을 캡처된 모드 스펙트럼 이미지에 적용하는 단계를 포함한다. 다른 방법은 직접 측정 방법 또는 간접 측정 방법을 단독으로 사용하는 것에 비해 더 큰 정확도와 정밀도를 얻기 위해 다수의 샘플로부터의 모드 스펙트럼을 이용하여 변곡 응력의 직접 및 간접 측정을 조합한다. 변곡 응력의 정확한 측정을 보장하기 위해 측정된 모드 스펙트럼 및 관련된 기술들을 이용하여 유리 샘플을 형성하는 품질 제어 방법 또한 개시된다.
Description
본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 2017년 7월 28일 출원된 미국 가출원 제62/538,335호 및 2018년 6월 22일 출원된 미국 출원 제16/015,776호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 각각의 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 개시는 화학적으로 강화된 유리에 관한 것으로, 특히 리튬을 함유한 이온-교환 화학적 강화 유리에서의 변곡 응력의 측정을 개선하는 방법에 관한 것이다.
화학적으로 강화된 유리는 경도, 파괴 내성 등과 같은 적어도 하나의 강도-관련 특성을 개선하기 위해 화학적으로 변형된 유리이다. 화학적으로 강화된 유리는 디스플레이-기반 전자 장치, 특히 스마트 폰 및 태블릿과 같은 휴대용 장치를 위한 커버 유리로서 사용된다.
하나의 방법에 있어서, 화학적 강화는 이온-교환 프로세스에 의해 달성되며, 이에 의해 유리 매트릭스의 이온은, 예컨대 용융 욕조(molten bath)에서, 외부적으로 도입된 이온으로 대체된다. 그러한 강화는 일반적으로 대체 이온(즉, 내부-확산 이온)이 본래의 이온(예컨대, K+ 이온으로 대체된 Na+ 이온)보다 클 때 발생한다. 상기 이온-교환 프로세스는 유리 표면으로부터 유리 매트릭스로 확장되는 굴절률 프로파일을 발생시킨다. 칼륨에 의해 유도된 굴절률 프로파일은 유리 표면에 대해 측정된 이온-확산층의 크기, 두께 또는 "깊이"를 규정하는 층 깊이(또는 DOL)를 갖는다. 상기 굴절률 프로파일은 또한 응력 프로파일, 표면 응력, 중심 장력, 변곡 응력(변곡 응력; 즉, 무릎 응력), 복굴절 등을 포함하는 다수의 응력-관련 특성과 관련된다. 그러한 굴절률 프로파일은 이 프로파일이 특정 기준을 충족할 때 광 도파로(optical waveguide)를 규정할 수 있다.
최근, 매우 큰 압축 깊이(DOC)를 갖는 화학적으로 강화된 유리는 거친 표면상의 면 낙하시 우수한 파괴 내성을 갖는 것으로 나타났다. 리튬을 함유한 유리( "Li-함유 유리")는 큰 DOC를 얻기 위해 고속 이온 교환(예컨대, Na+ 또는 K+와 Li+ 교환)을 허용할 수 있다. 그러와 같은 유리에서 DOC는 반드시 칼륨-규정 DOL에 대응할 필요는 없으며, 많은 경우에 그 DOL보다 훨씬 더 크다는 점을 알아야 한다.
특히 상업적으로 중요한 예시의 응력 프로파일은 굴절률 및 응력의 급격한(또는 "스파이크(spike)") 변화를 특징으로 하는 기판 표면 근처의 제1영역 및 굴절률이 느리게 변할 수 있고 벌크(bulk) 굴절률과 실질적으로 동일할 수 있는 기판의 더 깊은 제2영역을 포함한다. 그러한 프로파일의 제1 및 제2영역이 만나는 위치는 상기 두 영역 사이의 천이시 응력 프로파일 커브(curve)가 무릎 형상과 같이 급격한 경사 변화를 갖기 때문에 무릎부(또는 변곡부)라고 부른다. 그러한 프로파일의 스파이크부(spike portion)는 유리가 그 에지에 힘이 가해지거나(예컨대, 스마트 폰이 떨어지거나) 또는 유리가 크게 구부러질 경우 파손을 방지하는데 특히 도움이 된다. KNO3을 함유한 욕조에서 이온 교환에 의해 Li-함유 유리에서 스파이크부가 달성될 수 있다.
또한, Na+ 이온이 교환되도록 KNO3 및 NaNO3의 혼합물을 갖는 욕조에서 스파이크부를 얻는 것이 종종 바람직하다. Na+ 이온은 K+ 이온보다 빠르게 확산되므로 K+ 이온보다 적어도 1배 더 깊이 확산된다. 결과적으로, 그러한 프로파일의 더 깊은 섹션 영역은 주로 Na+ 이온에 의해 형성되고, 상기 프로파일의 얕은 부분은 주로 K+ 이온에 의해 형성된다.
Na 대 Li 교환은 굴절률의 실질적인 증가를 야기하지 않기 때문에, 프로파일의 더 깊은 제2영역은 일반적으로 가이드 모드(guided mode)를 지원하지 않는데, 즉 도파로를 규정하지 않는다. 더욱이, Li-함유 Corning Gorilla® 5 유리와 유사한 리튬 함유 유리에서, 압축 응력은 그 응력에 평행한 성분에 대한 상대 굴절률 감소를 유도하여, 화학적으로 강화된 유리 시트에서 횡 전기(TE) 광파의 상대 굴절률의 감소를 야기한다.
화학적으로 강화된 Li-함유 유리들이 커버 유리로서 상업적으로 이용 가능하고 다른 애플리케이션을 위해, 이들의 제조 동안 품질이 특정 사양에 따라 제어되어야 한다. 이러한 품질 제어(QC)는 제조 동안 이온-교환 프로세스를 제어하는 능력에 크게 좌우되며, 이는 굴절률 및 응력 프로파일, 특히 변곡 응력(CSk)의 중요한 파라미터를 신속하고 그리고 비-파괴적으로 측정할 수 있는 능력을 필요로 하며, 상기 변곡 응력은 기판 내로 교환된 K 이온의 분포가 유리 내로 확산된 Na 이온에 의해 국소 압축 응력이 실질적으로 발생되는 기판의 영역으로 갑자기 테이퍼(taper)지는 프로파일의 변곡부에서 발생한다.
현재, 제2영역이 가이드 파(guided wave)를 서포트하지 않는 경우에 변곡 응력(CSk)의 직접 측정이 특히 어렵다. 직접 측정은 또한 샘플 휨, 조명 불균일, 및 캡처된 모드 스펙트럼의 이미지 품질 저하와 같은 측정 조건에 의해 악영향을 받을 수도 있다. 또한, 임계각에 매우 근접한 가이드 모드 또는 누설 모드의 존재는 전체-내부 반사(TIR)가 부분 반사(PR)로 전이되는 위치인 임계각을 적절히 결정하기 위한 측정 조건(측정 윈도우)들을 감소시킬 수 있다. 이러한 위치는 직접적인 방법으로 변곡 응력(CSk)을 정확히 결정하기 위해 필요하다. 그러한 변곡 응력이 뉴욕 코닝의 Corning, Inc.에 의해 제조된 Gorilla® 유리와 같이 우수한 파괴 내성을 갖는 화학적으로 강화된 Li-계 유리 제품을 형성할 때 품질 제어에 사용되는 주요 파라미터이기 때문에, 상대적으로 넓은 측정 윈도우에 걸쳐 변곡 응력(CSk)을 적절히 특성화할 수 없어 화학적으로 강화된 Li-함유 유리의 제조를 방해했다.
본 발명은 리튬을 함유한 이온-교환 화학적 강화 유리에서 변곡 응력의 측정을 개선하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
변곡 응력(CSk)의 비파괴 직접 측정을 수행하는 방법은 미국 특허출원공개 제2016/0356760호에 개시되어 있으며, 반면 변곡 응력(CSk)의 비파괴 간접 측정을 수행하는 방법은 미국 특허출원공개 제2017/0082577호(미국 특허 제9,897,574호로 발행됨)에 개시되어 있고, 이들 모두는 본원에 참고로 포함된다.
상기 나타낸 바와 같이, 앞서 개시된 CSk를 측정하는 직접 방법의 주요 제한은 제한된 측정 윈도우 또는 "스위트 스폿(sweet spot)"이다. 바람직한 측정 윈도우에 있어서, 변곡부의 깊이에서 TM 및 TE 유효 굴절률 모두는 후술하는 바와 같이 임계각 위치를 정확하게 결정할 수 있게 하는 TM 및 TE 가이드 모드 및 누설 모드와 연관된 유효 굴절률과 상대적으로 거리가 멀다.
특히 1단계 화학적 강화 후 프리즘-커플링 각도 스펙트럼의 일부 경우에 발생하는 다른 제한은 그 스펙트럼이 "스위트 스폿"에 있을 때에도 TE 모드에 대한 임계각을 검출하는 비교적 빈약한 정밀도이다. 스파이크-응력-경사(spike-stress-slope)를 기초한 간접 방법 중 하나는 이러한 문제를 피할 수 있지만, 스파이크 경사가 매우 높을 때(＞60 MPa/micron과 같이) 그 정확도는 부적절하며, 이는 표면 근처에서 가장 최근 실행된 2단계 프로파일의 특징이다. 더욱이, 이러한 방법은 TM(상부) 전이가 순전히 "스위트 스폿"에 있을 때만 정확한데, 그렇지 않으면 중대한 시스템 에러가 발생할 수 있다.
또한, 더블-이온-교환(DIOX) 프로세스는 응력-경사-방법을 사용함으로써 CSk의 추출을 복잡하게 하는데, 이는 스위트 스폿이 작고 그리고 DIOX 프로세스가 최고차 모드를 넘어 임계각 인덱스로 그 추정된 경사를 추정하는데 상당한 불확실성을 야기하기 때문이다.
CSk와 최고차 가이드 모드의 복굴절 사이의 관계를 이용하는 간접 방법은 화학적 강화의 조건이 기준 조건에서 실질적으로 벗어날 때 중대한 시스템 에러를 겪는다. 이는 비용을 최소화하고 숙련되지 않은 노동력을 활용하는 제조 작업에 있어 문제가 된다는 것이 밝혀졌다. 대부분의 경우, 이러한 방법에 의한 CSk 측정의 유효성 요건에 의해 부과되는 제조 프로세스 및 제품 속성에 대한 제한은 기계적-성능 요건에 의해 정해진 제한보다 훨씬 더 엄격하다. 일반적으로, QC 계측 유효성에 대한 이러한 엄격한 제한은 강화 작업에서 불필요하고 비용이 많이 드는 것으로 간주된다.
QC에 대한 CSk 측정을 위한 이상적인 방법은 비파괴적이고, 빠르고, 정밀하고, 정확하며, 다양한 측정 조건에 걸쳐(즉, 큰 측정 윈도우에 걸쳐) 최소한의 시스템 에러만을 야기하므로, 규격에서 벗어난 제품(샘플)을 규격 내에서 나타나는 시스템 에러의 조합에 의해 규격 내에 있는 제품(샘플)으로 전달하지 않는다.
따라서, 본 개시는 이온-교환에 의해 형성되고 리튬을 함유하는 화학적으로 강화된 유리 샘플들의 CSk를 측정하는 직접 방법의 정밀도 및 정확도를 개선시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 방법은 그 방법의 정확도가 좋은 것으로 간주되는 유리 샘플에 대한 "스위트 스폿"을 확대시킨다. 또한, 개선된 CSk 측정의 직접 방법의 장점을 취하고 개선된 직접 방법을 간접 방법과 함께 사용하여 전체 CSk 측정을 개선시키는 QC의 방법이 개시된다.
본 개시의 일 형태에 있어서, 직접 CSk 측정 방법이 개시되는데, 여기서 하나 이상의 시스템, 랜덤, 및 준-랜덤 에러의 원인이 완화되어, 이전에 규정된 "스위트 스폿" 내에서 CSk의 좀더 정밀한 직접 측정이 가능하며, 또한 수용 가능한 정확도와 정밀도를 가진 직접 CSk 측정이 가능한 각도 커플링 스펙트럼 범위의 확장이 가능하다. 이는 직접 CSk 측정의 신뢰성이 떨어지고 에러가 큰 스펙트럼 스페이스의 매우 좁은 영역만으로 측정 윈도우를 거의 가능한 모든 각도-커플링 스펙트럼까지 효과적으로 확장시킨다.
본원에 개시된 방법들은 일반적으로 변곡부를 가진 응력 프로파일을 갖는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리에 대한 변곡 응력(CSk)의 측정을 수행하는 것에 관한 것이다. 그와 같은 프로파일은 Li+(본래의 이온)가 K+ 및 Na+ 이온과 교환(즉, Li+⇔K+, Na+)(내부-확산)되는 이온-교환 프로세스에 의해 생성된다. 변곡부를 갖는 응력 프로파일의 예는 기판 표면에 인접하고 스파이크된 제1영역(따라서 스파이크 영역 또는 단지 "스파이크"라고도 하는) 및 기판 내부("깊은 영역")의 더 큰 부분에서 더 점진적인(예컨대, 깊이에 따른 응력의 경사가 훨씬 작으며, 전력 법칙에 따라 근사될 수 있음) 제2영역을 포함한다. 그러한 변곡부는 상기 제1영역과 제2영역 사이의 비교적 갑작스러운 전이에 의해 규정된다. 상기 스파이크는 일반적으로 더 느린 확산(따라서 더 얕은) K+ 이온에 의해 형성되는 반면, 더 깊은 영역은 더 빠르게(따라서 더 깊게) 확산되는 Na+ 이온에 의해 형성된다.
본원에 개시된 방법의 다른 형태는 처리되는 유리 샘플의 QC를 수행하는 것에 관한 것이다. 그와 같은 품질 제어는 상업적으로 실행 가능한 제조 프로세스에서 중요하다. QC 방법은 제조된 IOX 물품의 변곡 응력(CSk)의 측정에 기초하여 IOX 물품을 제조하기 위한 DIOX 프로세스 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 형태는 휨 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력(CSk)의 측정을 개선시키는 방법이다. 상기 방법은: TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계; 모드 스펙트럼의 전체-내부 반사 및 부분-내부 반사 섹션들 사이의 전이(즉, TIR-PR 전이)에서 광 강도의 경사를 측정하고 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼 중 적어도 하나에 대한 TIR-PR 전이의 폭을 측정하는 단계; 및 측정된 경사 및 측정된 폭을 평평한 표면을 갖는 기준 유리 샘플과 연관된 경사 임계치 및 폭 임계치 WTTIR-PR과 비교하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 형태는 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 파 및 누설 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력(CSk)의 측정을 개선시키는 방법이다. 상기 방법은 상기 가이드 파(guide wave) 및 누설 모드의 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼의 이미지를 캡처하는 단계; 각각의 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 도파로에서 서포트된 광에 대한 전체-내부 반사와 부분-내부 반사(TIR-PR) 사이의 전이의 최대 경사의 위치를 측정하는 단계; 상기 TIR-PR 전이 이후 상대적 최소로서 누설 모드의 위치를 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼으로부터 결정하는 단계; 상기 누설 모드에 의해 야기된 TIR-PR 위치에서의 시프트 양을 누설 모드 위치로부터 결정하는 단계; 수정된 TIR-PR 전이 위치에 도달하도록 TIR-PR 전이의 측정된 위치로부터의 시프트 양을 추가하는 단계; 및 변곡 응력을 결정하기 위해 상기 수정된 TIR-PR 전이 위치를 사용하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 형태는 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력의 측정을 개선시키는 방법이다. 상기 방법은: TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼의 이미지를 캡처하는 단계; 각각의 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 도파로에 의해 서포트된 광에 대한 전체-내부 반사와 부분-내부 반사(TIR-PR) 사이의 전이의 경사를 측정하는 단계; 상기 경사를 가파른 임계치(STH)와 비교하고, TIR-PR 전이의 위치를 결정하기 위해 상기 경사를 이용하고, 상기 경사가 선택된 가파른 임계치보다 큰 경우에만 변곡 응력을 결정하기 위해 수정된 TIR-PR 전이 위치를 이용하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 형태는 각각 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 단조롭게 감소하는 굴절률 프로파일을 갖는 스파이크 영역의 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플들에서 변곡 응력을 측정하는 방법이다. 상기 방법은: 각각의 다수의 유리 샘플에 대한 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 측정하는 단계; 각각의 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대해, 변곡 응력 CSk direct 를 직접적으로 측정하고, 또한 CSk indirect =β x· F 4 를 통해 변곡 응력을 간접적으로 측정하는 단계(여기서, β x 는 마지막-모드 복굴절이고, F 4 는 스케일링 인자임); 관계 F 4 =CSk direct /β x 를 통해 상기 직접 측정된 변곡 응력 CSk direct 를 이용하여 스케일링 인자 F 4 에 대한 이동 평균 F 4 average 를 산출하는 단계; 및 하이브리드 변곡 응력 CSk hybrid =β x· F 4 average 를 산출하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 형태는 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력의 정확한 응력을 보장하는 방법이다. 상기 방법은: 각각 TE 프린지(fringe) 및 TM 프린지를 포함하는 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하는 단계; 각각의 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 도파로에 의해 서포트된 광에 대한 전체-내부 반사와 부분-내부 반사(TIR-PR) 사이의 전이의 경사(SLP)를 측정하는 단계; 및 상기 경사를 가파른 임계치(STH)와 비교하고, TIR-PR 전이의 위치를 결정하기 위해 상기 경사를 이용하고, 상기 경사가 선택된 가파른 임계치보다 큰 경우에만 변곡 응력을 결정하기 위해 수정된 TIR-PR 전이 위치를 이용하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 형태는 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력의 정확한 응력을 보장하는 방법이다. 상기 방법은: 각도 조명 스펙트럼을 생성하기 위해 상기 유리 샘플의 표면으로 그리고 커플링 프리즘을 통해 광 빔으로서 광원으로부터의 광을 지향시킴으로써 상기 유리 샘플을 조사(irradiate)하는 단계; 각각 TE 및 TM 프린지, 및 임계각과 연관된 각각의 전체-내부 반사 및 부분-내부 반사(TIR-PR) 전이를 포함하고, 각각의 임계각 유효 굴절률 값 n crit TE 및 n crit TM 을 규정하는 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하기 위해 디지털 센서에서 각도 조명 스펙트럼을 검출하는 단계; TIR-PR 전이의 부근에서 각도 조명 스펙트럼의 강도 구배를 측정하는 단계; 및 측정된 강도 구배가 강도 구배 임계치보다 작은 경우에만 변곡 응력의 측정을 진행하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 형태는 표면 및 몸체를 가지며, 스파이크부 및 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플을 형성하기 위해 사용된 IOX 프로세스의 품질 제어를 수행하는 방법이다. 상기 방법은: 상기 IOX 프로세스에 의해 형성된 각각의 복수의 유리 샘플에 대해, 각각의 유리 샘플에 대한 가이드 모드의 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 측정하는 단계; 상기 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 상기 동일한 IOX 프로세서를 이용하여 형성된 그리고 평평한 표면을 갖는 적어도 하나의 기준 유리 샘플의 기준 TE 및 TM 모드 스펙트럼과 비교하는 단계; 및 상기 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼이 상기 기준 TE 및 TM 모드 스펙트럼의 적어도 하나의 모드 스펙트럼 허용 한계 내에 있도록 유지하기 위해 IOX 프로세스를 조정하는 단계를 포함한다. 상기 조정은 확산 온도, 확산 시간, 및 내부-확산 이온, 예를 들어 K+ 및 N+ 중 하나 또는 그 모두의 이온 농도를 변경하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
추가의 특징 및 장점들은 다음의 상세한 설명에 기재되어 있으며, 부분적으로는 그 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하거나, 또는 수반된 도면뿐만 아니라 그 기재된 설명 및 청구범위에 기술된 실시예들을 실시함으로써 인식될 것이다. 상술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명은 단지 예시적인 것이며, 청구범위의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 기초를 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 의하면, 리튬을 함유한 이온-교환 화학적 강화 유리에서 변곡 응력의 측정을 개선하는 방법을 제공할 수 있다.
수반된 도면은 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 실시예를 도시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 실시예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다. 이와 같이, 본 개시는 수반된 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해 될 것이다:
도 1a는 K 이온 및 Na 이온 모두의 이온 교환이 수행되는 평면 기판 형태의 예시의 Li-함유 유리 기판의 입면도이고;
도 1b는 x-z 평면에서 취한 것으로서 기판 표면을 가로 질러 기판의 몸체 내에서 이루어지는 K 및 Na 이온 교환 프로세스를 나타내는 도 1a의 이온 교환된 기판의 확대 단면도이고;
도 1c는 이온-교환된 기판을 형성하는 이온 교환 프로세스의 결과를 개략적으로 나타내고;
도 2a는 TM 편광에 대해 도 1c에 나타낸 이온 교환 기판에 대한 예시의 굴절률 프로파일 n TM (z)를 나타내고;
도 2b는 도 2a와 동일한 플롯이지만, n TE (z), 즉 TE 편광에 대한 것이고;
도 2c는 2a 및 2b의 대응하는 굴절률 프로파일에 대한 응력 σ(z) 대 깊이 좌표 z의 플롯이고, 스파이크부(SP), 변곡부(KN) 및 압축 깊이(DOC)를 나타내고;
도 3a는 여기에 개시된 방법들을 이용하여 IOX 물품들을 측정하는데 사용되는 본 개시에 따른 예시의 프리즘-커플링 시스템의 개략도이고;
도 3b는 도 3a의 프리즘-커플링 시스템의 광 검출기 시스템의 확대도이고;
도 3c는 예시의 측정된 모드 스펙트럼의 개략도이고,
도 3d는 NaNO3 및 KNO3의 혼합물을 이용하여 이온-교환 프로세스에 의해 형성되고, TM 스펙트럼(상단) 및 TE 스펙트럼(하단)을 포함하는 모드 스펙트럼을 가지며, 또한 이하에 설명된 바와 같은 프로파일 측정 파라미터를 보여주는 Li-함유 유리의 예시의 측정된 모드 스펙트럼의 개략도이고;
도 3e 내지 3g는 TIR-PR 위치에 근접한 누설 모드의 존재로 인해 전체-내부 반사와 부분-내부 반사 사이의 전이의 위치(즉, TIR-PR 위치)가 어떻게 시프트되는지를 나타내는 예시의 TM 모드 스펙트럼의 일부의 개략도이고;
도 4는 K+ 및 Na+ 이온 교환을 겪은 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에 대한 모델 응력 프로파일(실선)을 나타내는 응력(MPa) 대 정규화된 위치 좌표 z/T의 플롯이고, 여기서 점선은 Na+ 확산에 대한 모델 프로파일만을 나타내며, 그 모델 프로파일은 z/T=-0.5 및 +0.5에 각각 존재하는 2개의 표면에서 이온 교환이 일어나고 있음을 나타내고;
도 5a는 예시의 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에 대한 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 나타내는 측정된 모드 스펙트럼의 개략도이고;
도 5b는 휘어진 IOX 물품으로 인해 그 측정된 모드 스펙트럼에서의 TIR-PR 전이의 경사가 어떻게 변하는지를 나타내는 TIR-PR 전이의 개략도이고;
도 5c는 TIR-PR 전이 위치에서의 시프트에 대한 보정에 이용된 예시의 측정 파라미터를 나타내는 예시의 누설 모드 공진의 개략도이며;
도 6은 CSk를 결정하기 위한 직접 및 간접 측정 방법 모두를 결합하는 CSk를 측정하는 예시의 하이브리드 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 1a는 K 이온 및 Na 이온 모두의 이온 교환이 수행되는 평면 기판 형태의 예시의 Li-함유 유리 기판의 입면도이고;
도 1b는 x-z 평면에서 취한 것으로서 기판 표면을 가로 질러 기판의 몸체 내에서 이루어지는 K 및 Na 이온 교환 프로세스를 나타내는 도 1a의 이온 교환된 기판의 확대 단면도이고;
도 1c는 이온-교환된 기판을 형성하는 이온 교환 프로세스의 결과를 개략적으로 나타내고;
도 2a는 TM 편광에 대해 도 1c에 나타낸 이온 교환 기판에 대한 예시의 굴절률 프로파일 n TM (z)를 나타내고;
도 2b는 도 2a와 동일한 플롯이지만, n TE (z), 즉 TE 편광에 대한 것이고;
도 2c는 2a 및 2b의 대응하는 굴절률 프로파일에 대한 응력 σ(z) 대 깊이 좌표 z의 플롯이고, 스파이크부(SP), 변곡부(KN) 및 압축 깊이(DOC)를 나타내고;
도 3a는 여기에 개시된 방법들을 이용하여 IOX 물품들을 측정하는데 사용되는 본 개시에 따른 예시의 프리즘-커플링 시스템의 개략도이고;
도 3b는 도 3a의 프리즘-커플링 시스템의 광 검출기 시스템의 확대도이고;
도 3c는 예시의 측정된 모드 스펙트럼의 개략도이고,
도 3d는 NaNO3 및 KNO3의 혼합물을 이용하여 이온-교환 프로세스에 의해 형성되고, TM 스펙트럼(상단) 및 TE 스펙트럼(하단)을 포함하는 모드 스펙트럼을 가지며, 또한 이하에 설명된 바와 같은 프로파일 측정 파라미터를 보여주는 Li-함유 유리의 예시의 측정된 모드 스펙트럼의 개략도이고;
도 3e 내지 3g는 TIR-PR 위치에 근접한 누설 모드의 존재로 인해 전체-내부 반사와 부분-내부 반사 사이의 전이의 위치(즉, TIR-PR 위치)가 어떻게 시프트되는지를 나타내는 예시의 TM 모드 스펙트럼의 일부의 개략도이고;
도 4는 K+ 및 Na+ 이온 교환을 겪은 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에 대한 모델 응력 프로파일(실선)을 나타내는 응력(MPa) 대 정규화된 위치 좌표 z/T의 플롯이고, 여기서 점선은 Na+ 확산에 대한 모델 프로파일만을 나타내며, 그 모델 프로파일은 z/T=-0.5 및 +0.5에 각각 존재하는 2개의 표면에서 이온 교환이 일어나고 있음을 나타내고;
도 5a는 예시의 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에 대한 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 나타내는 측정된 모드 스펙트럼의 개략도이고;
도 5b는 휘어진 IOX 물품으로 인해 그 측정된 모드 스펙트럼에서의 TIR-PR 전이의 경사가 어떻게 변하는지를 나타내는 TIR-PR 전이의 개략도이고;
도 5c는 TIR-PR 전이 위치에서의 시프트에 대한 보정에 이용된 예시의 측정 파라미터를 나타내는 예시의 누설 모드 공진의 개략도이며;
도 6은 CSk를 결정하기 위한 직접 및 간접 측정 방법 모두를 결합하는 CSk를 측정하는 예시의 하이브리드 방법의 흐름도를 나타낸다.
이제 본 개시의 다양한 실시예를 참조하며, 그 예들은 수반되는 도면에 나타나 있다. 가능할 때마다, 동일하거나 유사한 참조 번호 및 기호는 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 사용된다. 도면들은 반드시 일정하게 축척되는 것은 아니며, 당업자는 도면이 본 개시의 주요 형태들을 설명하기 위해 간략화되었다는 것을 인식할 것이다.
이하에 기술된 청구범위는 본 상세한 설명에 포함되어 그 일부를 구성한다.
용어 "IOX 물품" 및 "유리 샘플"은 본원에서 서로 교환적으로 사용된다.
아래의 논의에 있어서, 주어진 모드 스펙트럼에서 전체-내부 반사와 부분-내부 반사 사이의 전이를 TIR-PR 전이라고 하며, 그러한 TIR-PR 전이의 위치는 TIR-PR 위치라고 한다.
용어 "이온 교환" 및 "이온 교환된"은 모두 약어 IOX로 표시되며, 어느 용어가 적용되는지에 대한 논의의 맥락에서 명백해질 것이다. 약어 DIOX는 "이중 이온 교환" 또는 "이중 이온 교환된"을 의미한다.
약어 TE 및 TM은 각각 "횡전기"및 "횡자기"를 나타내며, 이하 기술되는 바와 같이 유리 기판에 형성된 IOX 영역에 의해 서포트되는 가이드 파의 전기장 및 자기장의 방향을 지칭한다. 그러한 TE 및 TM 가이드 파는 이하 "TM 파" 및 "TE 파"라고도 한다.
"공진"이라는 용어는, TM 또는 TE 모드 스펙트럼(예컨대, 도 3e 및 모드 프린지 252TM 참조)을 캡처하는 프리즘-커플링 시스템의 측정 구성에 따라, 프린지의 강도 분포가 당업계에 공지된 바와 같이 공진 커브의 형태를 갖고 강도 피크(peak) 또는 강도 딥(dip)을 가질 수 있기 때문에, 모드 스펙트럼에서의 프린지에 대한 또 다른 단어이다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "경사 임계치" 및 "가파른 임계치"는 같은 의미를 갖는다.
Li계 유리에서의 예시적인 IOX 프로세스
도 1a는 IOX 프로세스를 이용하여 유리 기판(20)으로부터 형성된 예시의 IOX 물품(10)의 입면도이다. 그러한 예시의 유리 기판(20)은 평면이고 몸체(21) 및 (상부) 표면(22)을 가지며, 여기서 그 몸체는 베이스(벌크) 굴절률 n s , 표면 굴절률 n 0 및 z-방향의 두께 T를 갖는다. 도 1b는 y-z 평면에서 취해진 유리 기판(20)의 확대 단면도로, IOX 물품(10)을 구성하는 IOX 기판(20)을 규정하기 위해 z-방향으로 표면(22)을 가로 질러 몸체(21) 내에서 이루어지는 예시의 IOX 프로세스를 나타낸다.
일 예에 있어서, 그러한 IOX 물품(10)은 Li-함유 유리에 DIOX 프로세스를 이용하여 형성된다. 일 예에 있어서, DIOX 프로세스는 유리 몸체(21)의 일부인 다른 이온 Li+를 대체하기 위해 2개의 상이한 타입의 이온, 즉 Na+ 및 K+를 이용한다. 그러한 Na+ 및 K+ 이온은 공지된 IOX 기술을 이용하여 순차적으로 또는 동시에 유리 몸체(21) 내로 도입될 수 있고, 하나 이상의 IOX 단계에서 동시에 도입될 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, Na+ 이온은 K+ 이온보다 빠르게 확산되어 유리 몸체(21) 내로 더 깊숙이 들어간다. 다시 말해서, 본 개시의 예시의 DIOX 프로세스는 이온 교환 동안 유리에 K+ 및 Na+가 모두 도입되었음을 의미하며, 반드시 2개의 IOX 단계가 수행되었음을 의미하는 것은 아니다.
도 1c는 결과의 DIOX 프로세스의 개략도이고, 도 2a 및 2b는 각각 도 1c에 나타낸 바와 같은 DIOX 프로세스를 거친 IOX 기판(20)에 대한, TM 및 TE 편광에 대한 대표적인 예시의 굴절률 프로파일 n TM (z) 및 n TE (z)이다. 그 연관된 응력 프로파일은 σ(z)로 표현될 수 있으며, 도 2c에 나타나 있다.
상기 IOX 프로세스는 유리 몸체(21)에 IOX 영역(24)을 규정한다. 굴절률 프로파일 n(z) 및 IOX 영역(24)은 각각 더 얕은 이온-교환(K+ 이온)과 연관되며, 이하에서 DOLsp, 또는 간단히 DOL로 나타낸 "스파이크(spike)에 대한 층 깊이"를 규정하는 몸체(21) 내에 깊이(D1)를 갖는 "제1스파이크" 영역(R1)을 포함한다. 본 개시에서, 약어 DOL은 달리 명시적으로 나타내지 않는 한 DOLsp를 의미하는 것으로만 사용된다. 굴절률 프로파일 n(z)은 또한 더 깊은 이온-교환(Na+ 이온)과 연관되며, 기판의 중간까지 확장될 수 있는 깊이(D2)를 갖는 제2영역(R2)을 포함한다. 변곡부(KN)는 상기 제1영역(R1)과 제2영역(R2) 사이의 전이의 하단에 위치된다. 도 2c의 응력 프로파일은 또한 제1 및 제2영역(R1 및 R2)과 변곡부(KN)를 포함하고, 또한 기판 표면(z=0)으로부터 상기 제2영역(R2)으로 확장되는 압축 깊이(DOC)를 나타낸다. TM 및 TE 편광에 대한 이온-교환 공정으로 인한 기판(20)의 표면(22)에서의 굴절률은 각각 nsurf TM 및 nsurf TE로 표시된다. 굴절률 프로파일 nTM(z) 및 nTE(z)는 유리 기판(20)에서 스파이크부(SP)에 의해 규정된 도파로와 연관된 유효 굴절률이다.
더 깊은 제2영역(R2)은 실제로 더 얕은 제1영역(R1) 이전에 또는 더 얕은 영역과 동시에 생성될 수 있다. 상기 제1영역(R1)은 기판 표면(22)에 인접하며, 비교적 가파르고, 얕으며, 스파이크부(SP)를 규정하는 반면, 상기 제2영역(R2)은 덜 가파르고 기판 내로 비교적 깊게 매우 큰 상술한 깊이(D2)까지 확장되며, 기판 두께의 중간만큼 깊을 수 있다. 일 예에 있어서, 상기 제1영역(R1)은 기판 표면(22)에서 최대 굴절률 nsurf=n0을 갖고 중간 굴절률 n i 로 가파르게 테이퍼지며, 반면 제2영역(R2)은 중간 굴절률에서 기판(벌크) 굴절률 n s 아래로 더 점진적으로 테이퍼진다.
일반적으로, Li 유리에서, 횡자기(TM) 파의 경우, 굴절률 n i 및 n s 는 대략 동일하지만, TE 파의 경우, 변곡부에서의 압축 응력이 TM에 비해 TE 굴절률을 더 낮추기 때문에 n i 는 n s 보다 낮다. 상기 제1영역(R1)에 대한 굴절률 프로파일 nTM(z) 및 nTE(z)의 부분은 깊이 DOLsp=DOL= D2를 갖는 굴절률에서의 스파이크부(PS)를 나타낸다. 일 예에서, 중간 굴절률(n i )은 예로서 도 2a에 나타낸 바와 같이 기판 굴절률(n s )에 매우 가까울 수 있다.
예시의 프리즘 커플링 장치 및 모드 스펙트럼
본원에 개시된 방법들을 수행하기 위해 사용되는데 적합한 예시의 프리즘-커플링 시스템은 또한 본원에 참조를 위해 포함되는 미국 특허출원공개 제2014/0368808호 및 제2015/0066393호에 기술되어 있다.
도 3a는 본원에 개시된 방법들의 형태를 수행하는데 사용될 수 있는 예시의 프리즘-커플링 시스템(28)의 개략도이다. 그러한 프리즘-커플링 시스템(28)을 이용한 프리즘 커플링 방법들은 비파괴적이다. 이러한 특징적 형태는 연구 및 개발 목적과 제조시 품질 제어(QC)를 위해 부서지기 쉬운 IOX 물품을 측정하는데 특히 유용하다.
프리즘-커플링 시스템(28)은 IOX 물품(10)을 동작 가능하게 서포트하도록 구성된 서포트 스테이지(30)를 포함한다. 상기 프리즘-커플링 시스템(28)은 또한 입력 표면(42), 커플링 표면(44) 및 출력 표면(46)을 갖는 커플링 프리즘(40)을 포함한다. 그러한 커플링 프리즘(40)은 굴절률 np＞n0을 갖는다. 상기 커플링 프리즘(40)은 커플링-프리즘 커플링 표면 44와 표면 22를 광학적으로 접촉시킴으로써 측정되는 IOX 물품(10)과 인터페이스되어, 예를 들어 두께 TH를 갖는 인터페이싱(또는 굴절률-매칭) 유체(52)를 포함할 수 있는 인터페이스(50)를 규정한다. 일 예에 있어서, 상기 프리즘-커플링 시스템(28)은 인터페이스(50)에 유체 연결되어 인터페이싱 유체(52; interfacing fluid)를 그 인터페이스에 공급하는 인터페이싱 유체 공급부(53)를 포함한다. 이러한 구성은 또한 상이한 굴절률을 갖는 상이한 인터페이싱 유체(52)가 배치될 수 있게 한다. 따라서, 일 예에 있어서, 인터페이싱 유체(52)의 굴절률은 고굴절률 또는 저굴절률 인터페이싱 유체를 추가하기 위해 인터페이싱 유체 공급부(53)의 동작에 의해 변경될 수 있다. 일 예에 있어서, 인터페이싱 유체 공급부(53)는 제어기(150)에 동작 가능하게 연결되어 제어된다.
예시의 측정에 있어서, 상기 인터페이스(50)에 공압식으로 연결된 진공 시스템(56)은 그 인터페이스에서의 진공의 양을 변화시킴으로써 두께(TH)를 제어하는데 이용될 수 있다. 일 예에 있어서, 상기 진공 시스템은 제어기(150)에 동작 가능하게 연결되어 제어된다.
상기 프리즘-커플링 시스템(28)은 프리즘/공기 인터페이스에서의 굴절을 고려한 후 인터페이스(50)에서 일반적으로 수렴하도록 커플링 프리즘(40)의 입력 및 출력 표면(42 및 46)을 각각 통과하는 입력 및 출력 광축(A1 및 A2)을 포함한다. 상기 프리즘-커플링 시스템(28)은, 입력 광축(A1)을 따라 차례로, 파장 λ의 측정 광(62)을 방출하는 광원(60), 광축(A2) 상의 검출기 경로에 대안으로 포함될 수 있는 옵션의 광학 필터(66), 산란된 광(62S)을 형성하는 옵션의 광-산란 요소(70), 및 후술하는 바와 같이 포커싱된(측정) 광(62F)을 형성하는 옵션의 포커싱 광학 시스템(80)을 포함한다. 따라서, 상기 프리즘-커플링 시스템(28)의 예에서, 광원(60)과 프리즘 입력 표면(42) 간 광학 요소는 없다. 광원(60)부터 포커싱 광학 시스템(80)까지의 요소들은 조명 시스템(82)을 구성한다.
또한, 상기 프리즘-커플링 시스템(28)은, 커플링 프리즘(40)으로부터 출력 광축(A2)을 따라 차례로, 초점면(92) 및 초점 길이(f)를 갖고 후술하는 바와 같이 반사된 광(62R)을 수신하는 수집 광학 시스템(90), 및 TM/TE 편광기(100), 및 광 검출기 시스템(130)을 포함한다.
입력 광축(A1)은 광원(60)과 커플링 표면(44) 간 입력 광학 경로(OP1)의 중심을 규정한다. 상기 입력 광축(A1)은 또한 측정되는 IOX 물품(10)의 표면(12)에 대한 커플링 각도(θ)를 규정한다.
상기 출력 광축(A2)은 커플링 표면(44)과 광 검출기 시스템(130) 간 출력 광 경로(OP2)의 중심을 규정한다. 입력 및 출력 광축(A1 및 A2)은 굴절로 인해 입력 및 출력 표면(42 및 46)에서 각각 구부러질 수 있다. 또한 그것들은 입력 및 출력 광 경로 OP1 및/또는 OP2에 미러(도시하지 않음)를 삽입함으로써 서브-경로로 분할될 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 광 검출기 시스템(130)은 검출기(110; 카메라) 및 프레임 그래버(120; frame grabber)를 포함한다. 후술하는 다른 실시예들에서, 상기 광 검출기 시스템(130)은 CMOS 또는 CCD 카메라를 포함한다. 도 3b는 TM/TE 편광기(100) 및 상기 광 검출기 시스템 (130)의 검출기(110)의 확대도이다. 일 예에 있어서, 상기 TM/TE 편광기는 TM 섹션(100TM) 및 TE 섹션(100TE)을 포함한다. 상기 광 검출기 시스템(130)은 감광성 표면(112)을 포함한다.
상기 감광성 표면(112)은 수집 광학 시스템(90)의 초점 평면(92)에 존재하며, 상기 감광성 표면은 일반적으로 출력 광축(A2)에 수직이다. 이는 커플링 프리즘 출력 표면(46)을 빠져 나가는 반사된 광(62R)의 각도 분포를 카메라(110)의 센서 평면에서 광의 횡방향 공간 분포로 변환하는 역할을 한다. 예시의 실시예에 있어서, 상기 감광성 표면(112)은 픽셀들을 포함하고, 즉 상기 검출기(110)는 디지털 검출기, 예컨대 디지털 카메라이다. 일 예에 있어서, 각각의 픽셀은 4 micron과 5 micron 사이의 치수, 예컨대 4.65 micron의 치수를 가질 수 있다.
도 3b에 나타낸 바와 같이 감광성 표면(112)을 TE 및 TM 섹션(112TE 및 112TM)으로 분할하는 것은 반사된 광(62R)의 TE 및 TM 편광에 대한 개별 TE 및 TM 모드 스펙트럼(250TE 및 250TM)을 포함하는 각도 반사 스펙트럼(250; 모드 스펙트럼)의 디지털 이미지를 동시에 레코딩할 수 있게 한다. 이러한 동시 검출은 시스템 파라미터가 시간에 따라 편차가 있을 수 있다는 점에서 TE 및 TM을 서로 다른 시간에 측정할 때 발생할 수 있는 측정 노이즈의 소스를 제거한다. 이러한 동시 검출은 시스템 파라미터가 시간에 따라 표류할 수 있다는 점을 감안할 때 다른 시간에 TE와 TM 측정을 수행함으로써 발생할 수 있는 측정 노이즈의 소스를 제거한다.
도 3c는 광 검출기 시스템(130)에 의해 캡처된 바와 같은 모드 스펙트럼(250)의 개략도이다. 그러한 모드 스펙트럼(250)은 가이드 모드(252TE 및 252TM)와 연관된 전체-내부 반사(TIR) 섹션(252) 및 방사 모드 및 누설 모드(254TE 및 254TM)와 연관된 비-TIR 섹션(54)을 갖는다. 상기 TIR 섹션(52)과 비-TIR 섹션(54) 간 전이는 각각의 TE 및 TM 편광에 대한 임계각을 규정하고, TIR-PR 전이로 지칭한다. 각각의 편광에 대한 TIR-PR 전이의 위치를 TIR-PR 위치라고 한다.
상기 모드 스펙트럼(250)은 TM 모드 스펙트럼(250TM) 및 TE 모드 스펙트럼(250TM) 모두를 포함한다. 상기 TM 모드 스펙트럼(250TM)은 모드 라인 또는 프린지(252TM)를 포함하는 반면, 상기 TE 모드 스펙트럼(250TE)은 모드 라인 또는 프린지(252TE)를 포함한다. 상기 모드 라인 또는 프린지(252TM 및 252TE)는 프리즘-커플링 시스템(28)의 구성에 따라 밝은 라인 또는 어두운 라인일 수 있다. 도 3c에 있어서, 상기 모드 라인 또는 프린지(252TM 및 252TE)는 설명의 편의를 위해 어두운 라인으로 도시되어 있다. 아래의 논의에서, 용어 "프린지"는 보다 공식적인 용어 "모드 라인"의 약칭으로도 사용된다.
응력 특성은 모드 스펙트럼(250)에서 TM 및 TE 프린지(252TM 및 252TE)의 위치의 차이에 기초하여 산출될 수 있다. 표면 응력(CS)를 산출하기 위해서는 TM 모드 스펙트럼(250TM)에 대한 적어도 2개의 프린지(252TM) 및 TE 모드 스펙트럼(250TE)에 대한 적어도 2개의 프린지(252TE)가 필요하다. 변곡 응력 CSk를 포함하여 응력 프로파일 CS(x)를 산출하려면 추가의 프린지가 필요하다.
다시 도 3a를 참조하면, 상기 프리즘-커플링 시스템(28)은 그 프리즘-커플링 시스템의 동작을 제어하도록 구성된 제어기(150)를 포함한다. 상기 제어기(150)는 또한 캡처된(검출된) TE 및 TM 모드 스펙트럼 이미지를 나타내는 이미지 신호(SI)를 광 검출기 시스템(130)으로부터 수신하여 처리하도록 구성된다. 상기 제어기(150)는 프로세서(152) 및 메모리 유닛(154; "메모리")을 포함한다. 상기 제어기(150)는 광원 제어 신호(SL)를 통해 광원(60)의 활성화 및 동작을 제어하고, 상기 광 검출기 시스템(130)으로부터(예컨대, 나타낸 바와 같이 프레임 그래버(120)로부터) 이미지 신호(SI)를 수신하여 처리할 수 있다. 상기 제어기(150)는 IOX 물품(10)의 상술한 응력 특성들 중 하나 이상의 측정을 달성하기 위해 프리즘-커플링 시스템(28)의 동작 및 상술한 이미지 신호(SI)들의 신호 처리를 포함하여, 본원에 설명된 기능들을 수행하도록 프로그래밍 가능하다.
도 3d는 Li-함유 유리 기판(20)을 이용하여 형성된 IOX 물품(10)과 NaNO3 및 KNO3의 혼합물을 이용하는 이온-교환 프로세스의 예시의 측정된 모드 스펙트럼(250)의 다른 개략도이며, 그러한 모드 스펙트럼은 각각의 모드 라인 252TM 및 252TE를 갖는 TM 및 TE 스펙트럼 250TM 및 250TE(각각 상부 및 하부)를 포함한다. 상기 TIR-PR 전이는 상기 TM 모드 스펙트럼 250TM에 대해 표시된다. Li-함유 유리는 638℃의 가상 온도를 갖는 196HLS였다. 유리 샘플을 390℃에서 3시간 동안 60 wt% KNO3 및 40 wt% NaNO3를 갖는 욕조에 배치함으로써 Li+⇔K+, Na+ 이온-교환 프로세스를 수행하였다.
종래에 공지된 바와 같이, 상기 모드 스펙트럼에서 프린지 또는 모드 라인(252TM 및 252TE)은 광 도파로를 형성하는 이온-교환 층과 연관된 표면 압축 또는 "압축 응력"(CS) 및 층 깊이(DOL)를 산출하는데 사용될 수 있다. 본 예에 있어서, 상기 모드 스펙트럼(250)은 상업적으로 이용 가능한 프리즘-커플링 시스템, 즉 일본 도쿄의 Luceo Co., Ltd.에서 시판되는 FSM6000L 표면 응력 측정기( "FSM 시스템")를 사용하여 얻어졌으며, 그 시스템은 본원에 기술된 것과 유사하다.
예시의 IOX 물품(10)에 대한 CS 및 DOL의 측정된 값은 각각 575 MPa 및 4.5 micron이었다. 이들은 IOX 물품 표면(22)에 인접한 K+ 농축 층 또는 스파이크 영역(R1)의 파라미터이다. 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼(250TE 및 250TM)의 좌측에 있는 보조의 수직 점선은 도 3d에 추가되었으며, 상기 언급한 기존의 FSM 시스템이 표면 굴절률 nsurf TM 및 nsurf TE에 대응하도록 할당되는 스펙트럼의 위치를 보여준다. 이들 위치의 차이는 표면 응력 또는 압축 응력(CS)에 비례한다. 이들 위치는 층 깊이 또는 DOL 산출에도 사용된다.
Li+⇔K+, Na+ 이온 교환을 거친 화학적으로 강화된 Li-함유 유리에 대한 모드 스펙트럼(250)에서, 최고차 가이드 모드에 대응하는 스펙트럼에서 마지막 프린지(52) 이후에 관찰된 스펙트럼의 밝은 부분에서 어두운 부분으로의 전이의 위치(즉, TIR-PR 위치)는 TM 스펙트럼(250M)과 비교하여 TE 스펙트럼(250TE)에서 시프트된다. TM 및 TE 편광에 대한 이들 TIR-PR 위치는 각각 nknee TM 및 nknee TE로 도 3d에 각각 나타낸 변곡부(KN)에서의 유효 굴절률에 대응한다. 표면에서의 유효 굴절률은 TM 및 TE 편광에 대해 nsurf TM 및 nsurf TE로 표시되고, 참조를 위해 도시되어 있다(또한 도 2a 및 2b 참조).
TE와 TM 스펙트럼 사이의 TIR-PR 위치(즉, nknee TM 및 nknee TE의 위치)에서의 이러한 시프트는 변곡(압축) 응력(CSk), 즉 변곡부(KN)에서의 압축 응력(CS), 즉 스파이크 영역(R1)에서의 K+ 농도가 기판에서 원래 일정한-레벨의 농도(예컨대, 기판 몸체(21)를 구성하는 유리 매트릭스에서의 공간적으로 일정한 농도)로 대략 감소하는 깊이에 비례한다.
도 3d의 이상적인 모드 스펙트럼(250)에서, TIR-PR 전이는 무한히 예리한 것으로 나타나 있다. 도 3e의 예시적인 TM 모드 스펙트럼(250TM)의 개략도를 참조하면, 실제로, TIR-PR 위치는 밝은 곳에서 어두운 곳으로의 점진적인 전이에 의해 규정되고, 각각의 전이는 각각이 실험 요인 및 측정 시스템의 결함으로 인해 달라질 수 있는 강도 경사(SLP), 폭(WTIR-PR) 및 위치(x'TIR-PR)를 갖는다. 예를 들어, 도 3f 및 3g를 참조하면, 누설 모드(254L)가 TIR-PR 전이에 매우 가까울 때, TIR-PR 위치(x'TIR-PR)가 원래 위치에서 시프트된 위치(xs'TIR-PR)로 Δx'만큼 시프트되도록 TIR-PR 위치에서의 강도 분포에 영향을 줄 수 있으며, 여기서 로컬 좌표 x'가 표시된다. 폭(WTIR-PR)도 영향을 받을 수 있고 통상적으로 증가한다는 것을 알아야 한다.
변곡 응력(CSk)의 측정을 개선시키기 위해 TM 및 TE 편광에 대한 TIR-PR 전이의 정확한 결정에 악영향을 미치는 주요 요인의 완화가 이하에서 논의된다.
IOX 프로세스의 K+ 침투에 의해 규정된 IOX 영역(24)을 갖는 IOX 물품(10)의 모드 스펙트럼(250)의 측정은, TM 및 TE 모드 스펙트럼(250TM 및 250TE)에 대한 TIR-PR 위치와 함께, 우수한 파괴 내성을 제공하는 패밀리의 응력 프로파일의 효과적인 QC를 위해 조합되어 사용될 수 있다. 스파이크 영역(R1)은 기판 두께(T)에 비하면 두께가 비교적 작다. 예를 들어, 그러한 스파이크 영역(R1)은 10 micron 깊이(즉, DOLsp=10 micron)일 수 있는 반면, 기판은 T=800 micron 두께일 수 있다. 스파이크부(SP)의 프로파일은 상보 에러 함수(erfc) 형태와 유사한 형태를 가질 수 있지만, 선형 깊이 분포, 가우시안 깊이 분포, 또는 다른 분포와 유사할 수도 있다. 스파이크부(SP)의 주요 특징은 비교적 얕은 분포이며, DOLsp에 의해 규정된 스파이크부의 하단에서의 압축의 레벨에 비해 표면 압축이 실질적으로 증가한다는 것이다.
도 4는 K+ 및 Na+ IOX 프로세스를 거친 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 기판(20)에 대한 모델 응력 프로파일(고체)을 나타내는, 압축 응력 CS(MPa) 대 정규화된 위치 좌표 z/T의 예시적인 플롯이다. 도 4의 플롯에서, 점선은 Na+ 확산에 대한 모델 프로파일만을 나타낸다(그 모델 프로파일은 z/T=-0.5 및 +0.5에 각각 존재하는 2개의 표면에서 이루어지는 IOX 프로세스를 갖는다). 그러한 예시의 프로파일은 포물선의 깊은 부분 또는 영역(R2) 및 스파이크부(SP)를 갖는 표면 스파이크 영역(R1)을 갖는다.
본 개시에 있어서, 가정된 규칙은 압축 응력(CS)이 양(positive)이고 인장 응력이 음(negative)이라는 것이다. 도 4의 모델 프로파일은 영역 R2의 깊은 2차 프로파일 상에 추가된 영역 R1에 선형 스파이크부(SP)를 갖는다. 또한, 스파이크부(SP)의 또 다른 특징은 스파이크부 R1에서의 응력 분포의 통상적인 경사가 상기 프로파일의 깊은 부분 R2에서의 통상적인 경사보다 상당히 높다는 것을 도 4로부터 알 수 있으며, 이는 이러한 특정 예에서 QC 측정의 목적을 위해 포물선(파워 p=2)인 전력 법칙을 따르는 것으로 가정한다.
도 5a는 예시의 화학적으로 강화된 Li-함유 IOX 물품(10)에 대한 실제 측정된 모드 스펙트럼에 기초하여 TE 및 TM 모드 스펙트럼(250TE 및 250TM)을 나타내는 측정된 모드 스펙트럼(250)의 개략도이다. 다시 어두운 영역(254TM 및 254TE)의 x' 방향으로의 오프셋을 확인해 보면, TE 및 TM 스펙트럼에 대한 TIR-PR 위치 또한 표시되며 서로에 대해 오프셋된다.
샘플 휨의 부작용 평가 및 제한
IOX 물품(10)의 비-평탄성(휨)이 TIR-PR 전이의 검출된 위치에 랜덤 에러 및 시스템적인 준-랜덤 에러를 이끌어 CSk 측정의 정밀도를 현저하게 저하시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이는 변곡 응력 측정에 악영향을 줄 수 있는 휨 양이 육안으로 쉽게 관찰될 수 없기 때문에 특히 문제가 된다. 따라서, 본 개시의 형태는 (보이지 않는) 휨의 양이 있을 수 있는 주어진 유리 샘플에 대해 변곡 응력의 정확한 결정이 이루어질 수 있도록 하는 방법이다.
도 5b는 평평한 IOX 물품(10)에 대한 TIR-PR 전이를 좌측에 나타내고, 휘어진 IOX 물품에 대한 TIR-PR 전이를 우측에 나타낸 개략도이다. 그러한 TIR-PR 전이의 경사(SLP)는 기울어진 점선으로 표시된다. 휨은 TIR-PR 전이를 덜 가파르게 하고, 더 흐리게 하며(명암 감소로 개략적으로 표시됨), 이는 전이의 최대 경사의 위치에 대한 불확실성을 증가시키고, 일반적으로 TIR-PR 위치로 지정된다는 것을 알아야 한다.
더욱이, IOX 물품(10)의 휨은, 휨의 정도 및 배향(볼록 또는 오목)에 따라, 또한 프리즘 커플링 영역의 중심에 대한 휘어진(예컨대, 구부러진) 유리 표면의 정점의 위치에 따라, 그리고 보다 구체적으로는 커플링 프리즘(40)의 커플링 표면 (44)의 조명 영역에 따라, 모드 스펙트럼(250)에서 누설 모드의 강도 패턴이 가이드 모드의 패턴과 유사하게 보일 수 있고, 그 반대가 될 수도 있음이 관찰되었다. 이들 효과는 TIR-PR 위치를 검출할 때 비교적 큰 에러를 야기하며, 이는 변곡 응력(CSk)의 측정시 수십 MPa 정도의 에러를 유발할 수 있다.
본원에 개시된 방법들의 형태는 측정된 모드 스펙트럼(250)에서 휨의 시그니처(signature)를 테스트한다. 휨의 시그니처는, 예를 들어 도 5b에 나타낸 바와 같이 전형적인 평평한 샘플들보다 TIR-PR 전이에 대한 광 강도의 경사가 상당히 작다(덜 가파르다). 다른 시그니처는 강도 프로파일의 미분(즉, 강도의 각도 분포의 미분)에 의해 형성된 커브의 증가된 폭에 의해 나타낸 바와 같이 TIR-PR 전이에서 예상된 확산보다 더 넓다.
휨의 레벨이 허용 가능한지에 대한 테스트는 TM 및 TE 모드 스펙트럼 중 하나, 또는 TM 및 TE 모드 스펙트럼 모두에 대한 TIR-PR 전이 위치의 측정을 사용하여 수행될 수 있다. 모드 스펙트럼(250)을 사용하는 일반적인 응력의 측정에서, TM 전이는 당연히 화학적으로 강화된 Li-함유 유리에 대해 특히 더 예리하다. 그와 같이, 샘플에서의 휨 레벨이 허용 가능한지에 대한 테스트는 TM 모드 스펙트럼의 TIR-PR 전이로만 제한되는 것이 바람직할 수 있다.
휘어진 IOX 물품(10)은 또한 특히 가장 좁은 이들 모드 프린지에 대해 가이드된 또는 준-가이드된 광학 모드에 대응하는 대응하는 모드 스펙트럼(250TM 및 250TE)에서 모드 프린지(252TM 및 252TE)를 넓히는 경향이 있는 것으로 관찰되었다. 이러한 확장의 결과는 이들 프린지의 콘트라스트도 감소시킨다. 따라서, 샘플 휨으로 인한 랜덤 및 준-랜덤 에러를 제한하기 위해, 상기 방법은 선택된 가장 좁은 프린지의 폭, 또는 그와 같은 프린지의 강도 프로파일의 미분의 피크 경사(2차 미분의 피크 절대치), 프린지 콘트라스트, 또는 이들의 임의의 조합의 측정, 및 허용 가능한 휨의 레벨을 갖는 샘플의 모델링 또는 이전 측정에 기초하여 예상되는 허용 가능한 표준에 대한 그 측정된 값의 비교를 이용한다.
일 예에 있어서, TM 임계각과 가장 근접한 유효 굴절률 및 TM 임계각보다 높은 유효 굴절률을 갖는 가이드 모드 TM 프린지의 폭, 피크 2차 미분, 및 강도 프로파일의 콘트라스트의 임의의 조합은 샘플에서 휨의 양이 허용 가능한지의 여부를 테스트하는데 사용될 수 있는데, 이는 적절한 정확도를 갖는 CSk의 측정을 이끈다.
일부의 실시예에서, TIR-PR 위치의 대략적인 추정치라도 휨의 양이 허용 가능한지의 여부를 평가하는 테스트 이후로 연기될 수 있기 때문에, 이러한 테스트를 위해 선택된 모드 프린지는 단순히 임계각과 관련이 있는 곳(즉, TIR-PR 전이 위치)과 관계없이 주어진 모드 스펙트럼에서 가장 좁은 프린지일 수 있다는 것을 알아야 한다.
일 예에 있어서, 상기 방법은, 예를 들어 LOESS 알고리즘 및/또는 디지털 저역-통과 또는 대역-통과 필터링을 채용하는 표준 잡음-제거 기술들에 의해 모드 스펙트럼(신호)을 조절한다. 그러한 LOESS 알고리즘은 W. S. Cleveland에 의한 "Robust locally weighted regression and smoothing scatterplots"로 명칭된, 미국 통계 협회 저널 vol. 74, No. 368, 페이지 829-836의 기사(1979년 12월)에 의한 물품에 기술되어 있다. 신호의 잡음-제거는 신호 유도의 잡음-유도로 인한 큰 편위(excursion)에 의해 야기된 결정 루틴의 에러를 줄이는데 매우 유용하다. 저역-통과 필터 또는 대역-통과 필터의 대역폭은 스펙트럼에서 가장 좁은 프린지의 필터-유도 확장이 휨으로 인해 허용 불가능하게 확장된 스펙트럼을 거부하기 위한 임계치보다 적절히 작도록 선택된다.
따라서, 본 개시의 한 형태는 휨 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 규정하는 IOX 영역을 포함하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플(IOX 물품 10)에서 변곡 응력의 측정을 개선시키는 방법을 포함한다. 상기 방법은 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼 중 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계; 전체-내부 반사와 부분-내부 반사(TIR-PR) 사이의 전이에서 광 강도의 경사를 측정하고 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼 중 적어도 하나에 대한 TIR-PR 전이의 폭을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 경사(SLP) 및 측정된 폭(WTIR-PR)을 평평한 표면을 갖는 기준 유리 샘플과 연관된 폭 임계치(WTTIR-PR) 및 경사(가파른) 임계치(STH)와 비교하는 단계를 포함한다.
일 예에서, 기준 유리 샘플은 휘어진 유리 샘플을 형성하기 위해 사용된 동일한 IOX 프로세스를 이용하여 형성된다.
다른 예에서, 상기 방법은 가장 좁은 TE 모드 프린지 및 가장 좁은 TM 모드 프린지 중 하나의 프린지 폭을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 프린지 폭을 기준 유리 샘플에 의해 규정된 바와 같은 프린지 폭 임계치와 비교하고, 상기 측정된 프린지 폭이 프린지 폭 임계치보다 넓거나 작은 경우에만 변곡 응력의 결정을 진행하는 단계를 포함한다.
조명 불균일의 악영향 평가 및 제한
모드 스펙트럼에서 시스템 및 준-랜덤 에러를 야기시키는 다른 결함은 모드 스펙트럼을 생성하는데 사용되는 조명의 불균일과 관련이 있다. 그와 같은 조명 불균일의 예는 각도 조명 스펙트럼에서의 구배 및 모드 스펙트럼에 대한 조명 각도 스펙트럼 분포의 방위 변경이다.
강도 분포의 각도 스펙트럼의 상당한 구배는 광원(60), 커플링 프리즘(40), 및 모드 스펙트럼의 이미지를 캡처하는데 사용되는 프리즘-커플링 시스템의 주변 애퍼처(aperture)의 조합에 의해 생성될 수 있다. 조명 불균일은 이들이 TIR-PR 전이 위치 근처에 있을 때 및 예를 들어 도 3c, 3d 및 5a에 나타낸 바와 같이 x' 방향을 따라 강도 구배가 있을 때 특히 문제가 된다. 이는 조명 불균일이 TIR-PR 전이 위치 및 프린지 위치를 시프트할 수 있고, TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대해 시프트가 동일하지 않은 경우 직접 CSk 측정에 에러가 발생할 수 있기 때문이다. 다른 타입의 불균일은 검출기 어레이의 오염이며, 이는 일부 픽셀을 국부적으로 어둡게 하고 임계각 위치를 결정하기 위해 가장 가파른 강도 경사의 검출을 방해할 수 있다.
TE 및 TM TIR-PR 전이 위치 근처에서 조명의 구배가 동일하더라도, TE 및 TM 모드에 대해 TIR-PR 전이의 경사가 다르기 때문에 임계각의 대응하는 명백한 시프트가 다를 수 있으며, 이에 따라 조명 구배에 대한 감도가 다르다.
본 개시의 한 형태는 조명 불균일에 의해 야기된 에러를 감소시킴으로써 CSk 측정을 개선시키는 방법에 관한 것이다. 일 예에서, 반사된 각도 스펙트럼의 밝은 부분(TIR 영역)에서 신호의 저역-통과 필터링된 성분이 분석되고, 허용 가능한 상한보다 큰 구배를 포함하는 경우, 제어기(150)는 조명 구배가 측정을 행하기 전에 고정될 것을 요구한다(소프트웨어를 통해). 이것은 광원(60)을 조정하거나 또는 광원(60)으로부터의 광 빔(62)에 광학 구배 필터(66)를 추가함으로써 수행될 수 있다.
누설 모드의 악영향 평가 및 완화
다시 도 3e 내지 3g를 참조하면, TIR-PR 전이 위치에 근접한 누설 모드(254L)의 존재는 그러한 전이 부근의 강도 프로파일이 상당히 변화되는 것으로 인식되었다. 이는 결과적으로 준-랜덤 에러 뿐만 아니라 중대한 시스템 에러를 이끌 수 있다. 그와 같은 에러는, 상술한 바와 같이, 샘플의 적당한 휨 또는 조명 강도의 구배와 같은 다른 효과로부터의 에러와 결합될 수 있다. 즉, 누설 모드 이슈 자체는 TIR-PR 전이 위치를 시프트시킬 수 있고(도 3g의 Δx'에 의해), 허용할 수 없을 정도로 큰 수십 MPa일 수 있는 CSk 추정치의 에러를 야기할 수 있기 때문에 상당히 문제가 될 수 있다.
누설 모드는, 도파로 영역(즉, TIR 섹션(252))에서 가장 낮은 굴절률보다 낮은, 즉 본 예에서 칼륨 스파이크부의 바닥에서의 굴절률보다(예컨대, 프로파일의 변곡점에 대응하는 굴절률보다) 낮은 유효 굴절률을 갖는다. 이 경우, 도파로 내측의 이러한 모드에서 캡처된 광은 유리 기판(20)의 몸체(21)의 하부로 누설되기 전에 도파로 영역(IOX 영역(24))에서 약간 바운싱(bouncing)되는 현상을 경험한다.
TIR-PR 전이의 굴절률에 근접한 유효 굴절률을 갖는 누설 모드(254L)는 이러한 전이 부근에서 커플링 공진을 생성하는 경향이 있으며, 이에 따라 도 3f 및 3g에 나타낸 바와 같이 TIR-PR 전이 위치 주위의 각도 강도 분포를 변형시킨다. 이것은 임계각과 연관된 실제 위치에 대한 TIR-PR 위치에서 강도 분포의 최대 경사의 위치에서 Δx'의 시프트를 야기한다. 즉, 누설 모드(254L)는 그 누설 모드의 부재시 측정된 실제 위치에 대한 측정된 TIR-PR 전이 위치에서 시프트를 야기할 수 있다.
본 개시의 한 형태는 누설 모드(254L)로 인한 TIR-PR 전이 위치에서의 시프트를 고려함으로써(즉, 보상함으로써) 변곡 응력(CSk)의 측정을 개선시키는 것에 관한 것이다.
TIR-PR 전이 위치가 평소와 같이 설정될 수 있지만, TIR-PR 전이보다 낮은 유효 굴절률에 대응하는 위치에서 강도 분포에 있어 넓은 공진이 존재하면, 최고-경사의 위치에서 시프트에 대한 보정이 수행된다. 그러한 보정은 누설 모드의 넓은 공진에 대응하는 강도 극한의 위치와 TIR-PR 전이의 피크 경사의 측정된 원래 위치 사이의 거리에 기초하여 산출된다. 이러한 거리는 현재 전이의 위치가 평가되는 동일한 편광 상태(TM 또는 TE)에서 2개의 최고차 모드 사이의 거리, 또는 유효 굴절률에서 가이드 모드들의 간격들 소정의 조합, 또는 각 공간 또는 측정 검출기에서의 그들의 커플링 공진의 대응 위치로 정규화될 수 있다.
프로파일의 영역(R1)에서 칼륨 이온의 깊이(D1)가 천천히 연속적으로 증가함에 따라(도 2 참조), 누설 모드의 유효 굴절률이 천천히 증가하여, TIR-PR 전이의 유효 굴절률에 점점 더 가까워진다. 동시에, 모드 스펙트럼에서 대응하는 공진의 폭이 감소하고, 대응하는 스펙트럼 형태(모드 프린지)의 콘트라스트가 증가한다. 프리즘-샘플 인터페이스(50)로부터 반사된 광의 각도 분포가 검출되고 분석되는 경우(즉, 모드 스펙트럼(250)의 형태로), 광 검출기 시스템(130)은 가이드 모드의 커플링 공진에 대응하는 모드 프린지가 어두운 프린지인 영역에서 반사된 광(62R)을 수집하도록 구성될 수 있다. 누설 모드에 대응하는 공진 또한 어둡고, TIR-PR 전이 위치에 근접함에 따라 증가된 콘트라스트는 또한 더 낮은 광 강도(어두운 공진)를 야기한다.
도 5c는 예시의 누설 모드 공진, 즉 누설 모드의 강도 분포의 개략도이다. 일 실시예에서, 임계각의 위치(TIR-PR 위치)의 측정된 위치에서의 시프트에 대한 보정은 누설 모드의 공진의 폭 BR(예컨대, 전체 폭의 최대 절반), IMAX 및 IMIN 강도에 기초한 누설 모드의 공진(강도 분포)의 콘트라스트(예컨대, 콘트라스트=[IMAX-IMIN]/[IMAX+IMIN]), IMAX 및 IMAIN 강도에 기초한 누설 모드의 강도 극한에서 정규화된 강도, 및 누설 모드의 검출된 극한의 위치(x'LM)와 TIR-PR 전이 피크 경사의 원래 위치(x'TIR-PR) 사이의 간격 SX'(유효 굴절률, 또는 각도 간격, 픽셀 간격, 또는 검출기에서의 간격과 같은 변수)의 측정된 값들을 포함하는 조합에 기초하여 산출된다. 일부의 실시예에서, 누설-모드 공진의 2개 측면에서의 정규화된 강도의 비율은 또한 상기 보정을 산출하는데 사용된다.
따라서, 본원에 개시된 방법의 일 형태는 하나 이상의 근처의 누설 모드 254L(TE, TM)의 존재로 인해 TM 모드 스펙트럼(250TM) 또는 TM 및 TE 모드 스펙트럼(250TM 및 250TE) 모두에서 TIR-PR 위치의 시프트를 보정하는 방법을 포함한다. 이러한 보정은 변곡 응력 측정이 이루어질 수 있는 프로파일의 범위를 확장하는데, 즉, 변곡 응력(CSk)이 결정될 수 있는 측정 윈도우를 확장한다.
TM 및 TE 측정 스위트 스폿은 모드 간격의 일부로 측정될 수 있으며, 일 예로서 일반적으로 각각 약 0.5 모드 폭이다. TM 및 TE 측정 스위트 스폿은 서로에 대해 오프셋되기 때문에, TM 및 TE 모드 스펙트럼(250TM 및 250TE)을 모두 고려할 때 총 측정 윈도우는 예컨대 약 0.3 모드 폭으로 좁아진다.
누설 이동의 존재에 대한 보정이 이루어지면, TM 및 TE 스펙트럼 각각에 대한 측정 윈도우는 약 0.9 모드 폭이 될 수 있다. TM 스펙트럼(250TM)과 TE 스펙트럼(250TE) 간 0.2 모드 시프트가 있는 경우, 전체 측정 윈도우의 폭은 0.7 모드 폭이며, 이는 측정 윈도우에서 2배 이상 증가한 것을 나타낸다.
변곡 응력(CSk)의 산출에서 누설 모드의 존재를 보상하는 예시의 방법은 다음과 같다:
1) 각각의 상기 TM 및 TE 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이의 최대 경사의 위치를 결정한다.
2) 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼으로부터 누설 모드 위치를 결정하는데, 여기서 상기 누설 모드는 TIR-PR 전이 이후의 상대적 최소로서 규정된다. 특정 예에서, 상기 상대적 최소는 30 픽셀 내에서 발생하는 6/255(절대 단위)의 정규화된 최소 강도로 규정된다.
3) 픽셀 수, 유효 굴절률 또는 각도 공간에서 TM 및/또는 TE 누설 모드 보정량을 결정한다.
4) 누설 모드 폭을 최대 절반으로 결정한다.
5) 누설 모드 보정이 누설 모드 오프셋보다 큰 거리이면 누설 모드 보정을 억제한다.
6) 임계각의 마지막 위치를 초기 최대 경사 위치+누설 모드 보정으로 결정한다.
7) 누설 모드가 임계각에 정확히 있는 경우 임계각을 더 낮은 유효 굴절률로 시프트하여 보정한다.
8) TE가 TM보다 높은 총 모드 카운트를 갖는 경우 보정한다. 이것은 휨으로 인한 TE 전이 확대에 의해 야기된다.
본 개시의 다른 형태는 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 파 및 누설 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력의 측정을 개선시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 가이드 파 및 누설 모드의 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼의 이미지를 캡처하는 단계; 각각의 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 도파로에서 서포트된 광에 대한 전체-내부 반사와 부분-내부 반사(TIR-PR) 사이의 전이의 최대 경사의 위치를 측정하는 단계; 상기 TIR-PR 전이 이후 상대적 최소로서 누설 모드의 위치를 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼으로부터 결정하는 단계; 상기 누설 모드에 의해 야기된 TIR-PR 위치에서의 시프트 양을 누설 모드 위치로부터 결정하는 단계; 수정된 TIR-PR 전이 위치에 도달하도록 TIR-PR 전이의 측정된 위치로부터의 시프트 양을 추가하는 단계; 및 변곡 응력을 결정하기 위해 상기 수정된 TIR-PR 전이 위치를 사용하는 단계를 포함한다.
측정 윈도우의 크기를 증가시키는 다른 접근법
지금까지 설명된 시스템 및 방법들은, 고려중인 편광 상태(즉, TE 또는 TM)에서 스파이크부의 비-정수 모드 수( "분수 모드 수")의 분수 부분이 약 0.65보다 크고 1보다 작을 때 임계각의 시프트에 대한 보정을 산출함으로써, IOX 물품(10)의 변곡 응력(CSk)을 측정하기 위한 측정 윈도우 또는 "스위트 스폿(sweet spot)"의 크기를 효과적으로 증가시킬 수 있게 한다. 변곡 응력(CSk)의 직접 측정에 대해 알려진 바와 같이, TIR-PR 전이의 직접 측정은 분수 모드 수가 약 0.2와 0.7 사이일 때, 보다 바람직하게는 약 0.3과 0.65 사이일 때 비교적 정밀하다.
본 개시의 다른 형태는 마지막 가이드 모드로부터 피크-경사 위치까지의 거리가 0과 0.2 사이의 분수 모드 수에 대응할 때 전이의 피크 경사의 위치로부터 측정된 TIR-PR 전이 위치에서의 시프트를 보정하는 방법에 관한 것이다. 이러한 경우, 가장 가까운 누설 모드가 TIR-PR 전이 위치와 상당히 멀기 때문에 누설 모드로 인한 피크-경사 위치의 시프트에 대한 기여는 크지 않다. 이 경우 실제 TIR-PR 전이 위치에 대한 피크-경사 위치의 시프트는 최고차 가이드 모드의 공진의 확대에 의해 야기된다. 이러한 확대는 측정 시스템의 제한된 해상도, 프리즘에서의 전파 모드에 대한 가이드 모드의 커플링 강도, 및 상술한 바와 같은 측정된 IOX 물품의 휨 레벨(허용된)로 인한 확대에 의해 야기된다.
최고차 가이드 모드의 공진의 확대는 커플링 공진의 강도 분포가 TIR-PR 전이와 함께 한쪽에서 오버랩되게 한다. 이는 공진의 강도 분포가 비대칭이 되게 하고 또한 누설 모드가 존재할 때 발생하는 것과 유사하게 TIR-PR 전이 부근에서의 강도 분포의 형태 변화를 야기한다. 이는 임계각의 위치에 대한 대용으로 사용되는 TIR-PR 전이의 최고 경사의 위치가 TIR-PR 전이에 근접한 각도 강도 분포의 변화의 결과로 시프트하게 할 수 있다. 필요한 보정량은 많은 다수의 다른 스펙트럼을 분석하여 결정될 수 있다.
하나의 실시예에서, 일반적으로 단 하나 또는 다른 하나가 시프트를 야기하기 때문에 통상 동시에 동작하지 않는 시프트에 대한 두 가지 개별적인 원인이 존재할 지라도, 누설 모드의 근접에 의해 야기된 시프트에 대한 보정 및 TIR-PR 전이에 대한 가이드 모드의 근접에 의한 시프트에 대한 보정은 단일의 수학적 표현 또는 논리적 및 수학적 표현으로 단일의 보정으로 결합된다.
상기 실시예들에 있어서, 측정된 커플링 스펙트럼에서 누설 모드의 시그니처는 가이드 모드의 시그니처와 실질적으로 다르며, 가이드 모드로부터 누설 모드를 검출 및 구별하기 위한 비교적 간단한 방법이 구현되었다. 특히, 이 경우에 누설 모드에 대한 공진은 근처의 가이드 모드의 공진보다 훨씬 더 넓고, 누설 모드의 강도 프로파일의 콘트라스트는 가이드 모드의 콘트라스트보다 훨씬 작다.
일부의 경우, 안내되거나 누설되는 모드와 임계각 사이의 거리는 매우 작은데, 스파이크부의 일반적인 모드 간격의 약 0.15 미만이다. 그와 같은 경우, 임계각에 가까운 누설 및 가이드 모드에 대해 관찰된 그것들의 대응하는 범위에서 이들 파라미터 모두가 오버랩되므로, 공진의 폭 및 공진의 콘트라스트와 같은 단지 하나 또는 두 개의 파라미터에만 기초하여 가이드 모드와 누설 모드 간 구별하는 것이 훨씬 더 어려워진다.
더욱이, 가이드 모드는 각도 강도 분포의 저굴절률 측에서의 강도가 현저하게 낮아질 정도로 충분히 확대될 수 있으며, 그 강도 분포는 TIR-PR 위치 근처에서 누설 모드의 강도 분포와 매우 유사하다. 그러면, 공진이 가이드 또는 누설 모드에 속하는지의 여부를 알 수 없기 때문에, 임계각이 공진의 고굴절률 측에서 또는 공진의 저굴절률 측에서 가장 가파른 경사에 할당되어야 하는지 명확하지 않을 수 있다.
더욱이, 인간이 공진을 누설 또는 가이드된 것으로 할당할 수 있는 강도 패턴의 형태를 식별할 수 있는 경우에도, 휨 및 불완전한 조명의 영향은 누설 또는 가이드된 것과 같은 의심스러운 공진을 할당함에 있어 쉽게 에러를 야기시킬 수 있다. 이 경우, TIR-PR 전이의 위치가 근처 공진의 실질적인 영향의 범위 내에 있을 때 공진을 누설 또는 가이드된 것으로 할당하기 위해 보다 정교한 접근법이 바람직하다.
가이드되거나 누설되는 공진의 할당은 공진의 폭, 공진의 콘트라스트, 양측 공진에서의 강도 분포의 차이, 공진 강도 프로파일의 피크 2차 미분, 가장 가까운 TE 또는 TM 가이드-모드 공진의 폭, 가장 가까운 TE 또는 TM 가이드 모드 공진의 콘트라스트, 및 의심스러운 공진보다 더 높은 유효 굴절률을 갖는 모든 가이드-모드 공진을 포함한 모든 공진의 상대적 간격, 그리고 이미 식별된 최고차 모드 공진 및 의심스러운 공진으로부터의 간격을 이용한다.
예시의 방법은 공진의 폭과 공진의 콘트라스트를 사용하여 TIR-PR 전이 이후에 공진을 "누설"로 식별 및 할당한다. 그러한 누설 모드 위치는 누설 모드가 TIR-PR 전이 이후 상대적 최소로 규정되는 TE 및 TM 모드 스펙트럼으로부터 결정된다. 특정 예에서, 상기 상대적 최소는 30 픽셀 내에서 발생하는 6/255(abs 단위; 즉, 절대적 단위)의 정규화된 최소 강도로 규정된다.
또한, 그러한 예시의 방법은 누설 모드 존재를 설명하기 위해 TIR-PR 전이를 시프트시키기 위해 경험적 추가 보정을 채용할 수 있다. 일 예에서, LW는 누설 모드 폭(FWHM)으로 규정되고, LO는 TIR-PR 전이 최대 경사로부터 누설 모드 위치 오프셋(px)으로 규정된다. TM에 대한 누설 모드 보정의 특정 예는 TM_Correction = -3.8·LW + 61.1·(1/LO)로 규정된다. TE에 대한 누설 모드 보정의 특정 예는 TE_Correction = 10.6·LW + -31.2·(1/LO)로 규정된다. 이후 그러한 누설 모드 보정은 최대 경사의 해당 TM 또는 TE TIR-PR 전이 위치에 추가된다.
고품질 모드 스펙트럼 이미지를 이용한 개선된 CSk 측정
상술한 방법은 임의의 TIR-PR 전이(TM 또는 TE)가 측정 스위트 스폿 내에 엄격하게 있지 않을 때 시스템 에러를 실질적으로 감소시킴으로써 직접 CSk 방법의 적용 범위를 상당히 증가시킬 수 있다. 샘플의 측정에서 상당한 변동이 발생하는 유일한 경우는 가이드 모드가 TIR-PR 전이에 매우 근접한 경우, 예컨대 임계각의 약 0.05 미만의 모드 간격 내에 위치할 때이다. 이러한 경우, 때로는 모드 공진 콘트라스트가 크게 감소하고 그 모드가 적절하게 검출되지 않는 경우가 있다. 따라서, 상기 설명된 새로운 방법들은 직접 CSk 방법을 이용하여 측정될 수 있는 조건의 범위를 증가(예를 들어, 2배로 증가)시키기 위해 사용될 수 있다.
일 예에서, 상기 방법은 TIR-PR 전이를 더 낮은 유효 굴절률 공간으로 시프트함으로써 TM 스펙트럼(250TM)에서 이러한 정수 근처의 총 모드 카운트를 설명할 수 있다. 특정 예에서, TE 스펙트럼에 누설 모드가 포함되어 있고 TM 스펙트럼에 누설 모드가 포함되어 있지 않은 경우(상기 감소된 공진 콘트라스트로 인해), TM 분수 모드 카운트가 0.65에서 1.00 사이인 경우, TM TIR-PR 전이는 수백 개의 모드 스펙트럼을 분석함으로써 경험적으로 결정된 바와 같이 선택된 수의 픽셀, 예컨대 8 픽셀에 의해 더 낮은 굴절률 공간으로 시프트될 수 있다.
상술한 방법들의 개선된 정밀도 및 증가된 적용 범위에도 불구하고, 단일의 직접 CSk 측정의 달성된 정밀도는 많은 경우 QC를 수행하기에 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 본 개시의 다른 형태는 더 우수한 정밀도를 갖는 QC의 방법을 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 모드 스펙트럼 이미지의 품질은 가장 좁은 커플링 공진의 폭을 가정된 고품질 모드 스펙트럼 이미지에 대한 예상된 기준값과 비교하여 평가된다. 모드 스펙트럼 이미지가 고품질 모드 스펙트럼 이미지를 규정하는 선택 기준을 통과한 것으로 간주되는 경우에만 측정이 허용된다. 또한, 직접 CSk에 대해 몇몇(적어도 2개)의 원시 값이 얻어지고 리포트된 값이 적어도 2개의 원시 값의 평균이 되도록, 모드 스펙트럼 이미지는 적어도 2배, 바람직하게는 3배로 캡처되고, 프리즘에 대한 샘플 위치, 또는 조명 강도 또는 각도 분포는 상이한 측정 사이에서 변경된다.
예시의 방법은 변곡 응력(CSk)이 +/- 15 MPa, +/- 10 MPa, 또는 심지어 +/- 5 MPa의 정밀도 내로 결정될 수 있도록 캡처된 모드 스펙트럼 이미지(들)의 이미지 품질에 대한 하나 이상의 표준을 규정하는 단계를 포함한다. 일 예에서, 그러한 방법은 모드 프린지의 절반-최대 강도 폭을 정확하게 측정하는 단계를 포함한다. 여기에는 프린지의 다른 측 상의 강도의 오버슈트(overshoot)에 의해 정규화될 수 있는 프린지의 어느 한 측 상의 강도의 오버슈트를 고려하는 단계, 전이 위치(최대 경사 위치)에서 TM 및 TE 강도 경사의 상대적 높이를 측정하는 단계, 및 그런 다음 전이 위치(최대 경사 위치)에서 TM 및 TE 강도 경사를 결정/할당하는 단계를 포함한다.
예시의 방법에 있어서, 주어진 TM 또는 TE 모드 스펙트럼(250TM 또는 250TE)의 이미지는 다음과 같은 경우 변곡 응력(CSk)을 산출할 수 없는 것으로 간주된다:
1) TE 프린지 오버슈트＞16/255(abs 단위) 및 TM 강도 경사＞-25/255(abs 단위) 및 평균 프린지 폭＞8(px)
또는
2) TM 강도 경사＞-10/255(abs 단위) 및 평균 프린지 폭＞8(px)
또는
3) TE 프린지 오버슈트＞30(abs 단위) 및 평균 프린지 폭＞8(px)
또는
4) 평균 프린지 폭＞40(px)
본 개시의 다른 형태는 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력의 측정을 개선시키는 방법으로, 상기 방법은: TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼의 이미지를 캡처하는 단계; 각각의 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 도파로에 의해 서포트된 광에 대한 전체-내부 반사와 부분-내부 반사(TIR-PR) 사이의 전이의 경사(SLP)를 측정하는 단계; 상기 경사(SLP)를 가파른 임계치(STH)와 비교하고, TIR-PR 전이의 위치를 결정하기 위해 상기 경사를 이용하고, 상기 경사(SLP)가 선택된 가파른 임계치보다 큰(보다 가파른) 경우에만 변곡 응력을 결정하기 위해 수정된 TIR-PR 전이 위치를 이용하는 단계를 포함한다.
직접 및 간접 방법을 결합하여 CSk의 개선된 측정
변곡 응력(CSk)의 측정에서 정밀도의 추가 개선은 본 발명의 다른 실시예에 의해 얻어지며, 여기서 잘 구현된 직접-CSk 방법의 정확도는 "고차 가이드 모드 방법의 복굴절" 또는 BHOGM과 같은 간접 방법의 높은 정밀도와 결합된다.
상기 직접 CSk 방법은, 예컨대 관계 CSk=[ncrit TE-ncrit TM]/SOC를 통해, TM 및 TE TIR-PR 전이 위치(예컨대,도 3d 참조)와 재료에 대한 응력 광학 계수(SOC) 사이의 오프셋으로부터 결정된 바와 같은 복굴절을 이용하며, 여기서 ncrit TE 및 ncrit TM은 임계각에서, 즉 각각 TE 및 TM 모드 스펙트럼(250TE 및 250TM)에 대한 TIR-PR 전이에서의 유효 굴절률의 값이다.
상기 나타낸 바와 같이, 상기 방법은, 최대 경사 위치의 시프트에 대한 TIR-PR 전이의 강도 프로파일을 보정하기 위해 누설 모드의 존재와 TIR-PR 전이 형태에 미치는 그것들의 영향을 고려하여, 조명의 불균일을 감소시킴으로써 변곡 응력(CSk)의 측정 정확도 및 정밀도를 높이기 위해 개선되었다.
그러한 개선된 방법은 TIR-PR 최대 경사 위치를 보정하기 위해 모드 스펙트럼(250)의 여러 이미지 특성을 이용하여 직접 CSk를 훨씬 더 정확하게 산출한다. 관심 대상의 모드 스펙트럼 이미지 특성은 다음을 포함한다: 1차 미분의 최대 절반에서의 TIR 전이 폭; 최소에서의 TIR-PR 전이 음의 경사치; 전이 후의 강도, 전이에서의 강도, 전이 전의 강도, 전이 전후의 경사 오버슈트; 누설 모드로 인한 TIR-PR 전이의 오프셋; 공진의 폭에 걸쳐 평가된 누설모드 가파름; 및 누설 모드 강도.
이러한 실시예에 있어서, QC 동안 순차로 측정 시스템을 통과하는 대부분의 샘플은 측정 시퀀스에서 이들의 인접 샘플과 실질적으로 유사하다는 사실이 장점이다. 이는 샘플들이 IOX 프로세스 실행에서 일괄적으로 처리되기 때문이며, 여기서 실행 내의 대부분의 샘플들은 통상적으로 거의 동일하다. 이는 다수의 샘플을 이용하여 직접 측정된 변곡 응력(CSk)의 실행 평균(running average)을 얻을 수 있으며, 여기서 그러한 실행 평균의 정밀도는 단일의 직접 CSk 측정의 정밀도보다 훨씬 우수하다. 그러한 실행 평균은 동일한 측정(모드 스펙트럼) 시퀀스에서 얻은 간접 CSk의 값이 유효한지의 여부를 판단하는데 사용될 수 있다. 각 샘플에 대해, CSk의 간접 값이 CSk의 측정된 값으로 할당된다. 그러나 이는 하나 이상의 측정된 파라미터(CS, DOL, 간접 CSk)가 그러한 하나 이상의 파라미터의 실행 평균의 수락된 미리-규정된 허용 가능한 편차 내에 있는 경우에만 유효한 것으로 간주된다. 일부의 경우, 동일한 샘플에 대한 직접 CSk 값이 미리-규정된 허용 가능한 양을 벗어나지 않아야 할 수도 있다.
더욱이, 그러한 측정의 유효성에 대한 추가 요구사항은 스파이크부(SP)의 표면 응력 CS 및 DOL이 이들의 대응하는 실행 평균으로부터의 미리-규정된 허용 가능한 편차 내에 있어야 하고, 선택된 모드 간격 또는 선택된 모드 간격 비율은 이들의 대응하는 실행 평균의 소정의 허용 가능한 미리-규정된 편차 내에 있어야 한다는 요구사항을 포함할 수 있다.
직접 측정된 CSk, CS, DOL, 선택된 모드 간격 또는 대응하는 실행 평균으로부터의 모드 간격 비율에서 갑작스러운 큰 변화가 관찰되면, 샘플이 동일한 시퀀스에 속하지 않는다고 가정하고, 추가적인 측정이 취해질 수 있다. 그러한 평균 실행이 재시작될 수도 있다. 이전 샘플의 실행 평균의 이점이 상실되기 때문에, 일 실시예에서, 직접 CSk 측정으로 재시작을 위해 매우 높은 품질의 모드 스펙트럼 이미지만이 수락될 필요가 있을 수 있다. 이는 실행 평균을 재시작할 때 고품질의 직접 CSk 측정을 이끈다. 재시작 샘플에 할당된 CSk 값이 해당 샘플에 대한 평균의 2개 이상의 고품질 직접 CSk 측정값이어야 할 수도 있다.
실행 평균을 생성한 그룹에 속하는 것으로 소프트웨어에 의해 간주되는 샘플들의 측정에 일부의 저품질 모드 스펙트럼 이미지가 허용될 수 있지만, CSk 값에 대한 실행 평균의 정확도 및 개선된 정밀도를 유지하는 것을 목표로, 선택된 품질 표준을 충족하지 않는 모드 스펙트럼 이미지는 실행 평균에 참여하는 것이 거부될 수 있다.
BHOGM과 같은 간접 방법의 고정밀도의 이점은 직접 CSk 추정의 정밀도가 좋지 않은 품질이 좋지 않은 모드 스펙트럼에서 대부분 사용된다. 그러나, 간접 BHOGM은 통상 여전히 합리적으로 양호한 정밀도를 가지므로, 일 예에서, 직접 CSk는 샘플이 그러한 간접 CSk 방법이 유효한 값을 생성하는 그룹에 속하는지의 여부를 결정하는데에만 사용된다.
관련된 실시예에 있어서, 실행 평균은 간접 BHOGM에 대한 특정 보정이 있는 그룹에 속하는 샘플을 할당하는데 사용될 뿐만 아니라 간접 BHOGM의 보정을 동적으로 변경하는데 사용된다. 상술한 바와 같이, 샘플의 측정된 파라미터(예컨대, 직접 CSk, CS, DOL) 중 하나 이상이 대응하는 실행 평균의 범위를 벗어난 것으로 간주되는 경우, 그 실행 평균이 포기되고, 바람직하게 고품질의 이미지에 대한 요구 사항을 부여하고, 새로운 그룹의 처음 또는 처음 몇 개의 샘플에 대한 다중 측정을 수행함으로써, 새로운 실행 평균이 시작된다.
다음에, BHOGM에 대한 보정 인자는 직접 CSk의 시작된 새로운 실행 평균 및 최고차 가이드 모드의 측정된 복굴절로부터 산출되며, 상기 보정 인자는 그것들의 측정된 BHOGM 및 보정 인자의 사용에 기초하여 후속 샘플들의 CSk 값들을 할당하는데 사용된다. 그러한 보정 인자는 그 자체 실행 평균을 형성함으로써 개선되며, 새로운 실행 평균을 시작한 샘플들과 유사한 프로파일을 갖는 시퀀스의 나머지 샘플들에 대해 고정밀 간접 측정의 이점이 얻어진다.
변곡 응력(CSk)의 간접 측정 방법은 특정 유리 조성, IOX 프로세스 조건 및 유리 두께에 대해 보정된 스케일링 인자(F4)를 곱한 마지막 모드 복굴절(β x )을 사용한다.
그러한 하이브리드 방법은 개선된 정밀도를 위해 개선된 직접 CSk의 변동성을 완화시키도록 F 4 의 이동 평균 및 개선된 정확도를 위한 다양한 IOX 프로세스 조건에 대한 스케일링 인자(F 4 )를 보정하기 위해 그러한 개선된 직접 방법을 사용한다. F 4 의 이동 평균, 프린지 간격 비율의 이동 평균 외에, 압축 응력 CS 및 DOL이 저장된다(즉, 제어기(150)의 메모리에 저장됨). 일 예에 있어서, 15-포인트 이동 평균이 일 예에서 사용된다.
단계 S1 내지 S9를 갖는 도 6의 흐름도 및 이하의 설명은 샘플 측정, 즉 프로세스의 제1단계(S1)인 측정된 모드 스펙트럼에 기초하여 CSk를 결정하는 하이브리드 방법을 수행하는데 사용된 기본적인 계산 및 소프트웨어 로직을 개략적으로 나타낸다. 본원에 개시된 모든 방법과 마찬가지로, 본 방법은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 구현된 명령 형태의 소프트웨어를 이용하여 제어기(150)에서 수행될 수 있다.
제2단계(S2)는 상술한 바와 같이 개선된 직접 CSk를 마지막 모드 복굴절(β x )과 관련시키는 간접 CSk 스케일링 인자(F4)를 산출한다:
제3단계(S3)는 재보정이 필요한지를 결정한다. 자기-재보정이 필요한 경우, 단계 S4에서 이동 평균이 삭제되고 새로운 이동 평균이 다시 시작된다. 이러한 결정 단계에 대한 기준은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 아래의 임계치는 하나의 예시의 실시예이다.
1) TM(0,1,2) 프린지 간격 비율은 0.07 이상 이동 평균과 다르고(제2단계에서만);
2) TM(0,1) 프린지 간격은 14 px 이상 이동 평균과 다르고(제1단계에서만).
3) CS는 70 Mpa 이상 이동 평균과 다르고;
4) DOL은 0.7 ㎛ 이상 이동 평균과 다르고;
5) CS는 35 Mpa 이상 이동 평균과 다르고 DOL은 0.35 ㎛ 이상 이동 평균과 다르며;
*6) 누설 모드 상태 변경(예컨대, 이동 평균에 누설 모드가 없거나, 새로운 측정에 누설 모드가 있거나 또는 그 반대);
7) 소프트웨어에서의 레시피 코드(Recipe code) 변경;
8) IOX 프로세스의 조건의 변경(예컨대, K, Na 욕조 농도, 확산 온도 등).
재보정이 필요하지 않은 경우, 제5단계(S5)는, 예를 들어 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있는 선택된 이미지-품질 기준에 기초하여 모드 스펙트럼의 이미지 품질을 검사하는 단계를 포함한다:
1) TIR 전이 구배≤-30(전이 경사는 가파른 것이어야 함)
2) 최대 절반 강도≤10 픽셀에서 평균 모드 폭;
3) 평균 모드 오버슈트≤25(즉, 모드 이후의 백색 영역은 존재하지 않거나 매우 낮은 강도여야 함).
이미지 품질이 "좋음"으로 간주되면, 제6단계(S6)는 이동 평균 F 4 average 를 확립하기 위해 이동 평균(F 4 ) 어레이에 를 부가하는 이동 평균을 업데이트하는 단계를 포함한다. 이미지 품질이 "나쁨"이면, 상기 방법은 단계 S7로 진행하여, 어레이가 3개 미만의 데이터 포인트를 갖는지 문의한다. "예"이면, 상기 방법은 단계 S8로 진행하여 측정을 취소하고, 제어기가 에러 메시지를 발행하고, 방법을 단계 S1로 다시 보내 IOX 물품(샘플)의 재측정을 강제한다. 이미지 품질이 좋지 않고 어레이의 데이터 포인트가 2보다 큰 경우, 상기 방법은 마지막 단계 S9 당 샘플의 변곡 응력 CSk hybrid 를 측정하지만 F 4 이동 평균 어레이에(즉, 이동 평균 F 4 average 에) 를 부가하지 않는데, 즉 상기 방법은 제6단계(S6)를 생략한다.
단계 S5 당 양호한 모드 스펙트럼 이미지에 대해, 단계 S6이 수행되면, 상기 방법은 단계 S9로 진행하여 하이브리드 변곡 응력이 식:CSk hybrid =β x· F 4 average 를 통해 산출된다. 변곡 응력 CSk hybrid 의 이러한 하이브리드 산출은 충분한 수의 샘플, 예컨대 3개 이상의 샘플, 바람직하게는 5개 이상의 샘플 또는 심지어 10개 이상의 샘플에 대해 +/- 15 MPa 내의 정확도 및 +/- 3 MPa 내의 정확도를 야기할 수 있다.
본 개시의 다른 형태는 각각 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 단조롭게 감소하는 굴절률 프로파일을 갖는 스파이크 영역의 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력(CSk)을 측정하는 방법이다. 상기 방법은: 각각의 다수의 유리 샘플에 대한 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 측정하는 단계; 각각의 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대해, 변곡 응력 CSk direct 를 직접적으로 측정하고, 또한 CSk indirect =β x· F 4 를 통해 변곡 응력을 간접적으로 측정하는 단계(여기서, β x 는 마지막-모드 복굴절이고, F 4 는 스케일링 인자임); 관계 F 4 =CSk direct /β x 를 통해 상기 직접 측정된 변곡 응력 CSk direct 를 이용하여 스케일링 인자 F 4 에 대한 이동 평균 F 4 average 를 산출하는 단계; 및 하이브리드 변곡 응력 CSk hybrid =β x· F 4 average 를 산출하는 단계를 포함한다.
QC 방법
본 개시의 형태는 본원에 개시된 바와 같은 IOX 물품(10; 유리 샘플)을 형성하는 QC 방법들에 관한 것이다.
예시의 QC 방법은 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플(10)을 형성하는데 사용되는 이온 교환(IOX) 프로세스의 QC를 수행하는 것에 관한 것이다. 상기 방법의 제1단계는 IOX 프로세스에 의해 형성된 각각의 복수의 유리 샘플에 대해, 각각의 유리 샘플에 대해 가이드 모드의 TE 및 TM 모드 스펙트럼(250TE 및 250TM)을 측정하는 단계를 포함한다. 다음 단계는 상기 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 동일한 IOX 프로세스를 이용하여 형성된 적어도 하나의 기준 유리 샘플의 기준 TE 및 TM 모드 스펙트럼과 비교하는 단계를 포함한다. 일 예에 있어서, 그러한 기준 샘플들은 모두 측정 에러를 피하기 위해 평평한 표면을 갖는다. 다음 단계는 상기 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 기준 TE 및 TM 모드 스펙트럼의 적어도 하나의 모드 스펙트럼 허용 한계 내에 있도록 유지하기 위해 하나 이상의 IOX 프로세스 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다. 예시의 IOX 프로세스 파라미터는 내부-확산 이온(예컨대, K+ 및 Na+)의 농도, 확산 온도 및 확산 시간을 포함한다.
상기 QC 방법은 또한 측정된 샘플들의 TIR-PR 전이 경사를 기준 샘플들의 TIR-PR 전이 경사와 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 적어도 하나의 모드 스펙트럼 허용 한계는 기준 경사를 포함하고, 여기서 상기 측정된 경사는 상기 기준 경사만큼 가파르다.
상기 QC 방법들은 또한 측정된 모드 스펙트럼의 TM 및/또는 TE 프린지(252TM 및 252TE)의 폭을 기준 모드 스펙트럼의 TM 및/또는 TE의 폭과 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 모드 스펙트럼 허용 한계는 기준 폭들을 포함하고, 여기서 측정된 기준 폭들은 IOX 프로세스가 만족스럽다는 것을 나타내기 위해 기준 폭들과 동일하거나 그보다 작다. 그러한 기준 프린지 폭보다 큰 측정된 프린지 폭은 IOX 프로세스에 대한 하나 이상의 조정을 필요로 한다.
일 예에서, QC 방법들은 각각의 유리 샘플에 대한 변곡 응력(CSk)을 결정하는 단계, 및 이후 상기 결정된 변곡 응력을 변곡 응력의 허용 한계 범위와 비교하는 단계 및 상기 결정된 변곡 응력이 허용 한계 범위를 벗어날 때 IOX 프로세스를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 일 예에서, 변곡 응력 허용 한계 범위는 다수의 기준 유리 샘플의 변곡 응력을 측정하는 것으로부터 결정될 수 있다. 하나의 예에서, 상기 변곡 응력 허용 한계 범위는 70 Mpa인 반면, 다른 예에서는 50 Mpa이다.
QC 방법의 일부로서, 변곡 응력은 CSk=[n crit TE -n crit TM ]/SOC를 "직접적으로" 산출함으로써 결정될 수 있으며, 여기서 상기 n crit TE 및 n crit TM 은 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이에서 각각의 임계각 유효 굴절률의 값이다.
상기 방법의 다른 예는 직접 및 간접 변곡 응력 산출을 이용하는 상기 기술된 변곡 응력의 하이브리드 산출을 이용하는 단계를 포함한다.
*형태 1에 있어서, 휨 표면을 갖는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력을 측정하는 방법은: 상기 유리 샘플의 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하는 단계; 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼의 하나에 대한 전체-내부 반사(TIR) 섹션과 부분-내부 반사(PR) 섹션 사이의 TIR-PR 전이에서 광 강도의 TIR-PR 경사를 측정하는 단계; 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼 중 적어도 하나에 대한 TIR-PR 전이의 TIR-PR 폭을 측정하는 단계; 및 측정된 TIR-PR 경사를 TIR-PR 경사 임계치와 그리고 측정된 TIR-PR 폭을 TIR-PR 폭 임계치와 비교하는 단계, 여기서 상기 TIR-PR 경사 임계치 및 TIR-PR 폭 임계치는 평평한 표면을 갖는 기준 유리 샘플에 의해 규정됨; 및 상기 측정된 TIR-PR 경사가 상기 TIR-PR 경사 임계치보다 크고 상기 측정된 TIR-PR 폭이 상기 TIR-PR 폭 임계치보다 작을 경우에만 변곡 응력을 결정하기 위해 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 사용하는 단계를 포함한다.
형태 1에 따른 형태 2에 있어서, 변곡 응력을 규정하는 스파이크 영역 및 깊은 영역을 규정하기 위해 Li-함유 유리 샘플에서 K+ 및 Na+를 Li로 교환하는 이온-교환(IOX) 프로세스를 사용하여 유리 샘플을 형성하는 단계; 및 상기 유리 샘플을 형성하는데 사용된 것과 동일한 IOX 프로세스를 사용하여 기준 유리 샘플을 형성하는 단계를 더 포함한다.
형태 1 또는 2에 따른 형태 3에 있어서, TE 모드 스펙트럼은 가장 좁은 TE 모드 프린지를 가진 TE 모드 프린지를 포함하고, TM 모드 스펙트럼은 가장 좁은 TM 모드 프린지를 가진 TM 모드 프린지를 포함하며, 상기 가장 좁은 TE 모드 프린지 및 가장 좁은 TM 모드 프린지 중 하나의 프린지 폭을 측정하는 단계; 상기 측정된 프린지 폭을 기준 유리 샘플에 의해 규정된 바와 같은 프린지 폭 임계치와 비교하는 단계; 및 상기 측정된 프린지 폭이 상기 프린지 폭 임계치보다 작은 경우에만 변곡 응력의 결정을 진행하는 단계를 더 포함한다.
소정의 선행하는 형태에 따른 형태 4에 있어서, TE 모드 스펙트럼은 가장 좁은 TE 모드 프린지를 가진 TE 모드 프린지를 포함하고, TM 모드 스펙트럼은 가장 좁은 TM 모드 프린지를 가진 TM 모드 프린지를 포함하며, 상기 가장 좁은 TE 모드 프린지 및 가장 좁은 TM 모드 프린지 중 하나의 콘트라스트(contrast)를 측정하는 단계; 상기 측정된 콘트라스트를 기준 유리 샘플에 의해 규정된 바와 같은 콘트라스트 임계치와 비교하는 단계; 및 상기 측정된 콘트라스트가 상기 콘트라스트 임계치보다 큰 경우 변곡 응력의 결정을 진행하는 단계를 더 포함한다.
소정의 선행하는 형태에 따른 형태 5에 있어서, TE 모드 스펙트럼은 가장 좁은 TE 모드 프린지를 가진 TE 모드 프린지를 포함하고, TM 모드 스펙트럼은 가장 좁은 TM 모드 프린지를 가진 TM 모드 프린지를 포함하며, 상기 가장 좁은 TE 모드 프린지 및 가장 좁은 TM 모드 프린지 중 하나의 강도 프로파일을 측정하는 단계; 상기 측정된 강도 프로파일의 2차 미분의 절대치를 결정하는 단계; 상기 2차 미분의 절대치를 기준 유리 샘플에 의해 규정된 바와 같은 2차 미분 임계치와 비교하는 단계; 및 측정된 2차 미분의 절대치가 2차 미분 임계치보다 큰 경우 변곡 응력의 결정을 진행하는 단계를 더 포함한다.
형태 3 내지 5 중 어느 한 형태에 따른 형태 6에 있어서, 가장 좁은 TE 모드 프린지 및 가장 좁은 TM 모드 프린지는 TIR-PR 전이에 가장 가까운 TE 및 TM 모드 프린지이다.
소정의 선행하는 형태에 따른 형태 7에 있어서, 유리 샘플의 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하는 단계는 프리즘-커플링 시스템을 이용하여 수행된다.
소정의 선행하는 형태에 따른 형태 8에 있어서, 변곡 응력(CSk)을 결정하는 단계는 관계 CSk=[n crit TE -n crit TM ]/SOC를 이용하는 단계를 포함하며, 여기서 n crit TE 및 n crit TM 은 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이에서 각각의 임계각 유효 굴절률 값이다.
형태 9에 있어서, 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 파 및 누설 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력을 측정하는 방법은 상기 가이드 파 및 누설 모드의 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하는 단계(여기서 각각의 모드 스펙트럼은 TRI 전이 위치에 TIR-PR 전이가 존재하는 전체-내부 반사(TRI) 섹션 및 부분-내부 반사(PR) 섹션을 가짐); 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 각각의 TIR-PR 전이 위치를 결정하는 단계; 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이에 대한 누설 모드의 위치를 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼으로부터 결정하는 단계; 상기 누설 모드에 의해 야기된 바와 같이 각각의 상기 TM 및 TE 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 위치에서의 시프트 양을 누설 모드 위치로부터 결정하는 단계; 각각의 상기 TM 및 TE 모드 스펙트럼에 대해 수정된 TIR-PR 전이 위치에 도달하도록 TIR-PR 전이의 측정된 위치로부터의 시프트 양을 추가하는 단계; 및 변곡 응력을 결정하기 위해 상기 TM 및 TE 모드 스펙트럼의 수정된 TIR-PR 전이 위치를 사용하는 단계를 포함한다.
형태 9에 따른 형태 10에 있어서, TIR-PR 전이는 TIR-PR 전이 강도 프로파일에 의해 규정되고, 누설 모드는 누설 모드 강도 프로파일을 가지며, 상기 누설 모드에 의해 야기된 TIR-PR 위치에서의 시프트 양을 결정하는 단계는 상기 TIR-PR 전이의 수정된 TIR-PR 위치를 규정하기 위해 TIR-PR 전이 강도 프로파일로부터 상기 누설 모드 강도 프로파일을 빼는 단계를 포함한다.
형태 10에 따른 형태 11에 있어서, 누설 모드 강도 프로파일의 폭을 측정하는 단계; 누설 모드 강도 프로파일의 콘트라스트를 측정하는 단계; 및 누설 모드와 TIR-PR 전이 간 간격을 측정하는 단계에 의해 누설 모드 강도 프로파일을 특정하는 단계를 더 포함한다.
형태 11에 따른 형태 12에 있어서, 누설 모드의 위치를 결정하는 단계는 TIR-PR 전이에 인접한 그리고 부분-내부 반사 섹션에서 최소 상대 강도를 측정하는 단계를 포함한다.
형태 12에 따른 형태 13에 있어서, 누설 모드는 픽셀을 갖는 디지털 센서를 이용하여 0 내지 255의 디지털 강도 스케일을 이용하여 규정된 강도 프로파일을 가지며, 여기서 최소 강도는 6/255 이하이고 TIR-PR 전이의 30 픽셀 내에 속한다.
형태 13에 따른 형태 14에 있어서, 각각의 픽셀은 4 micron과 5 micron 사이의 크기를 갖는다.
형태 12 내지 14 중 어느 한 형태에 따른 형태 15에 있어서, 변곡 응력(CSk)을 결정하는 단계는 관계 CSk=[n crit TE -n crit TM ]/SOC를 이용하는 단계를 포함하며, 여기서 n crit TE 및 n crit TM 은 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이에서 각각의 임계각 유효 굴절률 값이다.
형태 16에 있어서, 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력을 측정하는 방법으로서, 상기 방법은: 각각 TE 프린지(fringe) 및 TM 프린지를 포함하는 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하는 단계; 각각의 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 도파로에 의해 서포트된 광에 대한 전체-내부 반사와 부분-내부 반사(TIR-PR) 사이의 전이의 경사(SLP)를 측정하는 단계; 및 상기 경사를 가파른 임계치(STH)와 비교하고, TIR-PR 전이의 위치를 결정하기 위해 상기 경사를 이용하고, 상기 경사가 선택된 가파른 임계치보다 큰 경우에만 변곡 응력을 결정하기 위해 수정된 TIR-PR 전이 위치를 이용하는 단계를 포함한다.
형태 16에 따른 형태 17에 있어서, 선택된 가파른 임계치(STH)는 변곡 응력의 허용 가능한 측정이 얻어지는 기준 유리 샘플의 모드 스펙트럼을 측정함으로써 규정된다.
형태 16 또는 17에 따른 형태 18에 있어서, 변곡 응력 측정은 변곡 응력 측정 에러를 가지며, 가파른 임계치(STH)는 상기 변곡 응력 측정 에러가 +/- 15 MPa 내로 결정되도록 선택된다.
형태 18에 따른 형태 19에 있어서, 가파른 임계치(STH)는 변곡 응력 측정 에러가 +/- 10 MPa 내이도록 선택된다.
형태 19에 따른 형태 20에 있어서, 가파른 임계치(STH)는 변곡 응력 측정 에러가 +/- 5 MPa 내이도록 선택된다.
형태 16 내지 20 중 어느 한 형태에 따른 형태 21에 있어서, 각각의 TIR-PR 전이는 강도 프로파일을 가지며, 여기서 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 각각의 TIR-PR 전이 영역에 대한 경사(SLP)를 측정하는 단계는 TIR-PR 전이 강도 프로파일의 절반의 최대 강도의 위치를 결정하는 단계 및 상기 TIR-PR 전이 강도 프로파일의 절반의 최대 강도의 위치에서 경사(SLP)를 측정하는 단계를 포함한다.
형태 21에 따른 형태 22에 있어서, TIR-PR 전이는 주어진 TE 또는 TM 모드 스펙트럼의 TIR 섹션과 PR 섹션 간 경계를 규정하고, 상기 TIR-PR 전이의 TIR 측에서 강도의 오버슈트(overshoot)를 생략하는 TIR-PR 전이 강도 프로파일에 대한 베스트 핏(best fit)을 수행하는 단계를 더 포함한다.
형태 21 또는 22에 따른 형태 23에 있어서, TIR-PR 전이 강도 프로파일은 0 내지 255 단위의 디지털 강도 스케일로 측정되고, 여기서 가파른 임계치(STH)는 상기 디지털 강도 스케일로 측정된 바와 같이 STH=-25/255이다.
형태 21 또는 22에 따른 형태 24에 있어서, TIR-PR 전이 강도 프로파일은 0 내지 255 단위의 디지털 강도 스케일로 측정되고, 여기서 가파른 임계치(STH)는 상기 디지털 강도 스케일로 측정된 바와 같이 STH=-10/255이다.
형태 21 내지 24 중 어느 한 형태에 따른 형태 25에 있어서, TIR-PR 전이 강도 프로파일은 0 내지 255 단위의 디지털 강도 스케일로 측정되며, 여기서 TIR-PR 전이는 주어진 TE 또는 TM 모드 스펙트럼의 TIR 섹션과 PR 섹션 간 경계를 규정하고, 상기 TIR-PR 전이는 TIR 측에서 강도 오버슈트를 가지며, 변곡 응력의 측정은 강도 오버슈트가 디지털 강도 스케일로 측정되는 바와 같이 30/255의 오버슈트 허용 한계보다 작은 경우에만 진행된다.
형태 25에 따른 형태 26에 있어서, 오버슈트 허용 한계는 디지털 강도 스케일로 측정된 바와 같이 16/255이다.
형태 16 내지 26 중 어느 한 형태에 따른 형태 27에 있어서, 적어도 하나의 TE 프린지의 제1폭 및 적어도 하나의 TM 프린지의 제2폭을 측정하는 단계 및 측정된 상기 제1 및 제2폭이 선택된 폭 허용 한계 내에 있는 경우에만 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼으로부터의 변곡 응력의 결정을 진행하는 단계를 더 포함한다.
형태 27에 따른 형태 28에 있어서, 폭 허용 한계는 변곡 응력의 허용 가능한 측정이 얻어진 기준 유리 샘플의 기준 모드 스펙트럼의 TE 및 TM 기준 프린지의 측정된 폭에 의해 규정된다.
형태 27 또는 28에 따른 형태 29에 있어서, TE 및 TM 프린지는 픽셀 어레이를 갖는 센서를 이용하여 0 내지 255 단위의 디지털 강도 스케일로 측정되며, 제1 및 제2폭이 각각 40 픽셀보다 작은 경우에만 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼으로부터의 변곡 응력의 결정을 진행한다.
형태 29에 따른 형태 30에 있어서, 각각의 픽셀은 4 micron과 5 micron 사이의 치수를 갖는다.
형태 27 또는 28에 따른 형태 31에 있어서, TE 및 TM 프린지는 픽셀 어레이를 갖는 센서를 이용하여 0 내지 255 단위의 디지털 강도 스케일로 측정되며, 제1 및 제2폭이 각각 8 픽셀보다 작은 경우에만 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼으로부터의 변곡 응력의 결정을 진행한다.
형태 31에 따른 형태 32에 있어서, 각각의 픽셀은 4 micron과 5 micron 사이의 치수를 갖는다.
형태 27 내지 32 중 어느 한 형태에 따른 형태 33에 있어서, 다수의 TE 프린지의 제1폭을 측정하고 평균 제1폭을 규정하는 것을 포함하는 적어도 하나의 TE 프린지의 제1폭을 측정하는 단계; 다수의 TM 프린지의 제1폭을 측정하고 평균 제2폭을 규정하는 것을 포함하는 적어도 하나의 TM 프린지의 제2폭을 측정하는 단계; 및 상기 평균 제1폭 및 평균 제2폭을 선택된 폭 허용 한계와 비교하는 단계를 포함한다.
형태 33에 따른 형태 34에 있어서, TE 및 TM 프린지는 픽셀 어레이를 갖는 센서를 이용하여 0 내지 255 단위의 디지털 강도 스케일로 측정되고, 제1 및 제2평균 폭이 각각 40 픽셀보다 작은 경우에만 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼으로부터의 변곡 응력의 결정을 진행한다.
형태 33에 따른 형태 35에 있어서, TE 및 TM 프린지는 픽셀 어레이를 갖는 센서를 이용하여 0 내지 255 단위의 디지털 강도 스케일로 측정되고, 제1 및 제2평균 폭이 각각 8 픽셀보다 작은 경우에만 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼으로부터의 변곡 응력의 결정을 진행한다.
형태 35에 따른 형태 36에 있어서, 각각의 픽셀은 4 micron과 5 micron 사이의 치수를 갖는다.
형태 16 내지 36 중 어느 한 형태에 따른 형태 37에 있어서, 변곡 응력(CSk)을 결정하는 단계는 관계 CSk=[n crit TE -n crit TM ]/SOC를 이용하는 단계를 포함하며, 여기서 n crit TE 및 n crit TM 은 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이에서 각각의 임계각 유효 굴절률 값이다.
형태 38에 있어서, 각각 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 단조롭게 감소하는 굴절률 프로파일을 갖는 스파이크 영역의 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플들에서 변곡 응력을 측정하는 방법으로서, 상기 방법은: 각각의 다수의 유리 샘플에 대한 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 측정하는 단계; TE 및 TM 모드 스펙트럼을 이용하여 변곡 응력의 직접 측정을 수행하는 단계; 간접 측정을 위한 이동 평균 스케일링 인자를 규정하기 위해 변곡 응력의 직접 측정을 채용하는 변곡 응력의 간접 측정을 수행하는 단계; 및 상기 샘플에 대한 복굴절 측정 및 이동 평균 스케일링 인자를 이용하여 변곡 응력에 대한 하이브리드 값을 산출하는 단계를 포함한다.
형태 39에 있어서, 각각 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 단조롭게 감소하는 굴절률 프로파일을 갖는 스파이크 영역의 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플들에서 변곡 응력을 측정하는 방법으로서, 상기 방법은: 각각의 다수의 유리 샘플에 대한 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 측정하는 단계, 여기서 TE 및 TM 모드 스펙트럼은 각각의 TE 및 TM 프린지, 및 임계각과 연관된 각각의 전체-내부 반사 및 부분-내부 반사(TIR-PR) 전이를 갖고, 각각의 임계각 유효 굴절률 값 n crit TE 및 n crit TM 을 규정함; 각각의 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대해, 변곡 응력 CSk direct 를 직접적으로 측정하고, 또한 CSk indirect =β x· F 4 를 통해 변곡 응력을 간접적으로 측정하는 단계, 여기서 β x 는 마지막-모드 복굴절이고, F 4 는 스케일링 인자임; 관계 F 4 =CSk direct /β x 를 통해 다수의 샘플에 대해 상기 직접 측정된 변곡 응력 CSk direct 를 이용하여 스케일링 인자 F 4 에 대한 이동 평균 F 4 average 를 산출하는 단계; 및 하이브리드 변곡 응력 CSk hybrid =β x· F 4 average 를 산출하는 단계를 포함한다.
형태 39에 따른 형태 40에 있어서, 변곡 응력 CSk direct 를 직접적으로 측정하는 단계는 관계 CSk direct =[n crit TE -n crit TM ]/SOC를 이용하여 수행된다.
형태 39 또는 40에 따른 형태 41에 있어서, 이동 평균은 스케일링 인자 F 4 의 3보다 큰 값을 포함한다.
형태 39 내지 41 중 어느 한 형태에 따른 형태 42에 있어서, 인접한 TM 프린지들 사이의 간격을 측정하고 상기 간격이 프린지 간격 허용 한계를 초과하는 경우 새로운 이동 평균을 시작하는 단계를 더 포함한다.
형태 39 내지 42 중 어느 한 형태에 따른 형태 43에 있어서, 각각의 유리 샘플에 대한 층 깊이(DOL)를 결정하고, 상기 층 깊이(DOL)의 이동 평균을 산출하며, 측정된 층 깊이(DOL)가 층 깊이(DOL)의 이동 평균과 0.7 micron 이상 상이하면 층 깊이(DOL)의 새로운 이동 평균을 시작하고 그리고 스케일링 인자 F 4 에 대한 이동 평균(F4)에 대해 시작하는 단계를 더 포함한다.
형태 44에 있어서, 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력을 측정하는 방법으로서, 상기 방법은: 각도 조명 스펙트럼을 생성하기 위해 상기 유리 샘플의 표면으로 그리고 커플링 프리즘을 통해 광 빔으로서 광원으로부터의 광을 지향시킴으로써 상기 유리 샘플을 조사(irradiate)하는 단계; 각각 TE 및 TM 프린지, 및 임계각과 연관된 각각의 전체-내부 반사 및 부분-내부 반사(TIR-PR) 전이를 포함하고, 각각의 임계각 유효 굴절률 값 n crit TE 및 n crit TM 을 규정하는 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하기 위해 디지털 센서에서 각도 조명 스펙트럼을 검출하는 단계; TIR-PR 전이의 부근에서 각도 조명 스펙트럼의 강도 구배를 측정하는 단계; 및 측정된 강도 구배가 강도 구배 임계치보다 작은 경우에만 변곡 응력의 측정을 진행하는 단계를 포함한다.
형태 44에 따른 형태 45에 있어서, 강도 구배 임계치는 변곡 응력의 허용 가능한 측정이 얻어진 기준 유리 샘플로부터의 강도 구배를 측정함으로써 결정된다.
형태 44 또는 45에 따른 형태 46에 있어서, 유리 샘플의 조사(irradiation)를 조정함으로써 강도 구배가 강도 구배 임계치 내에 들어가도록 보정하는 단계를 더 포함한다.
형태 46에 따른 형태 47에 있어서, 상기 보정하는 단계는 광 빔에 구배 광학 필터를 삽입하는 단계를 포함한다.
형태 44 내지 47 중 어느 한 형태에 따른 형태 48에 있어서, 강도 구배의 측정은 디지털 센서에 의해 검출된 TE 및 TM 모드 스펙트럼의 강도 분포를 기준 강도와 비교함으로써 수행된다.
형태 44 내지 48 중 어느 한 형태에 따른 형태 49에 있어서, 변곡 응력(CSk)의 결정은 관계 CSk = [n crit TE - n crit TM ]/SOC의 사용을 포함한다.
형태 50에 있어서, 표면 및 몸체를 가지며, 스파이크부 및 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플을 형성하기 위해 사용된 이온-교환(IOX) 프로세스의 품질 제어를 수행하는 방법으로서, 상기 방법은: 상기 IOX 프로세스에 의해 형성된 각각의 복수의 유리 샘플에 대해, 각각의 유리 샘플에 대한 가이드 모드의 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 측정하는 단계; 상기 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 상기 동일한 IOX 프로세서를 이용하여 형성된 그리고 평평한 표면을 갖는 적어도 하나의 기준 유리 샘플의 기준 TE 및 TM 모드 스펙트럼과 비교하는 단계; 및 상기 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼이 상기 기준 TE 및 TM 모드 스펙트럼의 적어도 하나의 모드 스펙트럼 허용 한계 내에 있도록 유지하기 위해 IOX 프로세스를 조정하는 단계를 포함한다.
형태 50에 따른 형태 51에 있어서, 상기 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼은 각각의 경사를 갖는 전체-내부 반사 및 부분-내부 반사(TIR-PR) 전이를 포함하고, 기준 TE 및 TM 모드 스펙트럼은 각각의 경사를 갖는 TIR-PIR 전이를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 모드 스펙트럼 허용 한계는 기준 경사를 포함하고, 측정된 경사는 적어도 기준 경사만큼 가파르다.
형태 50 또는 51에 따른 형태 52에 있어서, IOX 프로세스를 조정하는 단계는, 제1 및 제2내부-확산 이온을 포함하며, 그리고 제1내부-확산 이온의 제1농도 및 제2내부-확산 이온의 제2농도 중 적어도 하나를 조정하는 단계; 확산 온도를 조정하는 단계; 및 확산 시간을 조정하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
형태 50 내지 52 중 어느 한 형태에 따른 형태 53에 있어서, 제1 및 제2내부-확산 이온은 K+ 및 Na+이고 유리 샘플에서 Li+ 이온으로 교환된다.
형태 50 내지 53 중 어느 한 형태에 따른 형태 54에 있어서, 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼은 각각의 측정된 폭을 갖는 각각의 측정된 TE 및 TM 모드 프린지를 포함하고, 기준 TE 및 TM 모드 스펙트럼은 각각의 기준 폭을 갖는 각각의 기준 TE 및 TM 모드 프린지를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 모드 스펙트럼 허용 한계는 기준 폭을 포함하고, 측정된 기준 폭은 기준 폭과 동일하거나 더 작다.
형태 50 내지 54 중 어느 한 형태에 따른 형태 55에 있어서, 각각의 유리 샘플에 대한 변곡 응력(CSk)을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 변곡 응력을 변곡 응력의 허용 한계 범위와 비교하고, 상기 결정된 변곡 응력이 허용 한계 범위를 벗어날 때 IOX 프로세스를 조정하는 단계를 더 포함한다.
형태 55에 따른 형태 56에 있어서, 변곡 응력 허용 한계 범위는 다수의 기준 유리 샘플의 변곡 응력을 측정하는 것으로부터 결정된다.
형태 56에 따른 형태 57에 있어서, 변곡 응력 허용 한계 범위는 70 Mpa이다.
형태 56에 따른 형태 58에 있어서, 변곡 응력 허용 한계 범위는 50 Mpa이다.
형태 55 내지 58 중 어느 한 형태에 따른 형태 59에 있어서, 변곡 응력(CSk)을 결정하는 단계는 CSk=[n crit TE -n crit TM ]/SOC를 산출하는 단계를 포함하며, 여기서 n crit TE 및 n crit TM 은 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이에서 각각의 임계각 유효 굴절률 값이다.
형태 55 내지 58 중 어느 한 형태에 따른 형태 60에 있어서, 각각의 유리 샘플에 대한 변곡 응력(CSk)은: 변곡 응력 CSk direct =[n crit TE -n crit TM ]/SOC를 직접적으로 측정하는 단계, 여기서 n crit TE 및 n crit TM 은 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이에서 각각의 임계각 유효 굴절률 값임; CSk indirect =β x· F 4 를 통해 변곡 응력을 간접적으로 측정하는 단계, 여기서 β x 는 마지막-모드 복굴절이고 F 4 는 스케일링 인자임; 관계 F 4 =CSk direct /β x 를 통해 다수의 샘플에 대한 직접 측정된 변곡 응력 CSk direct 를 이용하여 스케일링 인자(F 4 )에 대한 이동 평균 F 4 average 를 산출하는 단계; 및 하이브리드 변곡 응력 CSk=CSkhybrid=β x· F 4 average 를 산출하는 단계를 포함한다.
수반된 청구범위에 규정된 바와 같은 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 본원에 설명된 바와 같은 본 개시의 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시는 이들이 수반된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 변경 및 변형을 포함한다.
Claims (10)
- 프리즘-커플링 시스템으로서,
광원;
커플링 프리즘;
검출기;
편광기; 및
제어기를 포함하고,
상기 프리즘-커플링 시스템은, 다음의 동작들에 의해, 휨 표면을 갖는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력을 측정하도록 구성되며,
상기 동작들은:
상기 검출기에 의해 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플의 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하는 동작;
상기 TE 모드 스펙트럼 또는 상기 TM 모드 스펙트럼의 하나에 대한 전체-내부 반사(TIR) 섹션과 부분-내부 반사(PR) 섹션 사이의 TIR-PR 전이에서 광 강도의 TIR-PR 경사를 측정하는 동작;
상기 TE 모드 스펙트럼 또는 상기 TM 모드 스펙트럼 중 적어도 하나에 대한 TIR-PR 전이의 TIR-PR 폭을 측정하는 동작;
측정된 TIR-PR 경사를 TIR-PR 경사 임계치와 비교하고 그리고 측정된 TIR-PR 폭을 TIR-PR 폭 임계치와 비교하는 동작, 여기서 상기 TIR-PR 경사 임계치 및 TIR-PR 폭 임계치는 평평한 표면을 갖는 기준 유리 샘플에 의해 규정됨; 및
상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 사용하여, 상기 측정된 TIR-PR 경사가 상기 TIR-PR 경사 임계치보다 크고 상기 측정된 TIR-PR 폭이 상기 TIR-PR 폭 임계치보다 작으면 변곡 응력을 결정하는 동작을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템. - 프리즘-커플링 시스템으로서,
광원;
커플링 프리즘;
검출기;
편광기; 및
제어기를 포함하고,
상기 프리즘-커플링 시스템은, 다음의 동작들에 의해, 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 파 및 누설 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력을 측정하도록 구성되며,
상기 동작들은:
상기 검출기에 의해 가이드 파 및 누설 모드의 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하는 동작, 여기서 각각의 모드 스펙트럼은 TRI 전이 위치에 TIR-PR 전이가 존재하는 전체-내부 반사(TRI) 섹션 및 부분-내부 반사(PR) 섹션을 가짐;
상기 TE 모드 스펙트럼 및 상기 TM 모드 스펙트럼에 대한 각각의 TIR-PR 전이 위치를 결정하는 동작;
상기 TE 모드 스펙트럼 및 상기 TM 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이에 대한 누설 모드의 위치를 상기 TE 모드 스펙트럼 및 상기 TM 모드 스펙트럼으로부터 결정하는 동작;
상기 누설 모드에 의해 야기된 각각의 상기 TM 모드 스펙트럼 및 상기 TE 모드 스펙트럼에 대한 TIR-PR 전이의 측정된 위치에서의 시프트 양을 누설 모드의 위치로부터 결정하는 동작;
각각의 상기 TM 모드 스펙트럼 및 상기 TE 모드 스펙트럼에 대해 수정된 TIR-PR 전이 위치에 도달하도록 TIR-PR 전이의 측정된 위치로부터의 시프트 양을 추가하는 동작; 및
상기 TM 모드 스펙트럼 및 상기 TE 모드 스펙트럼의 수정된 TIR-PR 전이 위치를 사용하여, 변곡 응력을 결정하는 동작을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템. - 청구항 2에 있어서,
TIR-PR 전이는 TIR-PR 전이 강도 프로파일에 의해 규정되고, 누설 모드는 누설 모드 강도 프로파일을 가지며, 상기 누설 모드에 의해 야기된 TIR-PR 전이의 측정된 위치에서의 시프트 양을 결정하는 것은 상기 TIR-PR 전이의 수정된 TIR-PR 위치를 규정하기 위해 TIR-PR 전이 강도 프로파일로부터 상기 누설 모드 강도 프로파일을 빼는 것을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템. - 청구항 3에 있어서,
프리즘-커플링 시스템은:
누설 모드 강도 프로파일의 폭을 측정하고;
누설 모드 강도 프로파일의 콘트라스트를 측정하며;
누설 모드와 TIR-PR 전이 간 간격을 측정함으로써; 누설 모드 강도 프로파일을 특정하도록 구성되고,
상기 누설 모드의 위치를 결정하는 것은 TIR-PR 전이에 인접한 그리고 부분-내부 반사 섹션에서 최소 상대 강도를 측정하는 것을 포함하며, 검출기는 픽셀을 갖는 디지털 센서를 포함하고, 누설 모드는 0 내지 255의 디지털 강도 스케일을 이용하여 규정된 강도 프로파일을 가지며, 상기 최소 상대 강도는 6/255 이하이고 TIR-PR 전이의 30 픽셀 내에 속하는, 프리즘-커플링 시스템. - 프리즘-커플링 시스템으로서,
광원;
커플링 프리즘;
검출기;
편광기; 및
제어기를 포함하고,
상기 프리즘-커플링 시스템은, 다음의 동작들을 포함하여, 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력을 측정하도록 구성되며,
상기 동작들은:
상기 검출기에 의해 각각 TE 프린지(fringe) 및 TM 프린지를 포함하는 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하는 동작;
각각의 상기 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼에 대한 도파로에 의해 서포트된 광에 대한 전체-내부 반사와 부분-내부 반사(TIR-PR) 사이의 전이의 경사(SLP)를 측정하는 동작; 및
상기 경사를 가파른 임계치(STH)와 비교하고, 상기 경사를 이용하여 수정된 TIR-PR 전이 위치를 결정하고, 상기 수정된 TIR-PR 전이 위치를 이용하여 상기 경사가 선택된 가파른 임계치(STH)보다 큰 경우 변곡 응력을 결정하는 동작을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템. - 청구항 5에 있어서,
검출기는 픽셀 어레이를 갖는 디지털 센서를 포함하며, 프리즘-커플링 시스템은 적어도 하나의 TE 프린지의 제1폭 및 적어도 하나의 TM 프린지의 제2폭을 측정하고, 측정된 상기 제1 및 제2폭이 선택 폭 허용 한계 내에 있는 경우에만 TE 모드 스펙트럼과 TM 모드 스펙트럼으로부터의 변곡 응력의 결정을 진행하고, 제1 및 제2폭이 각각 40 픽셀보다 작은 경우에만 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼으로부터의 변곡 응력의 결정을 진행하며, 상기 TE 및 TM 프린지는 디지털 센서를 이용하여 0 내지 255 단위의 디지털 강도 스케일로 측정하는, 프리즘-커플링 시스템. - 프리즘-커플링 시스템으로서,
광원;
커플링 프리즘;
검출기;
편광기; 및
제어기를 포함하고,
상기 프리즘-커플링 시스템은, 다음의 동작들에 의해, 각각 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 단조롭게 감소하는 굴절률 프로파일을 갖는 스파이크 영역의 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플들에서 변곡 응력을 측정하도록 구성되며,
상기 동작들은:
각각의 다수의 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에 대한 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 측정하는 동작;
상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼을 이용하여 변곡 응력의 직접 측정을 수행하는 동작;
간접 측정을 위한 이동 평균 스케일링 인자를 규정하기 위해 변곡 응력의 직접 측정을 채용하는 변곡 응력의 간접 측정을 수행하는 동작; 및
각각의 상기 다수의 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에 대한 복굴절 측정 및 이동 평균 스케일링 인자를 이용하여 변곡 응력에 대한 하이브리드 값을 산출하는 동작을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼은 각각의 TE 및 TM 프린지, 및 임계각과 연관된 각각의 전체-내부 반사 및 부분-내부 반사(TIR-PR) 전이를 갖고, 각각의 임계각 유효 굴절률 값 n crit TE 및 n crit TM 을 규정하며,
상기 프리즘-커플링 시스템은:
각각의 측정된 TE 및 TM 모드 스펙트럼에 대해, 변곡 응력 CSk direct 를 직접적으로 측정하고, 또한 CSk indirect =β x· F 4 를 통해 변곡 응력을 간접적으로 측정하고, 여기서 β x 는 마지막-모드 복굴절이고, F 4 는 스케일링 인자임;
관계 F 4 =CSk direct /β x 를 통해 다수의 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에 대해 상기 직접 측정된 변곡 응력 CSk direct 를 이용하여 스케일링 인자 F 4 에 대한 이동 평균 F 4 average 를 산출하며;
하이브리드 변곡 응력 CSk hybrid =β x· F 4 average 를 산출하도록 구성되는, 프리즘-커플링 시스템. - 청구항 8에 있어서,
상기 프리즘-커플링 시스템은 각각의 다수의 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에 대한 층 깊이(DOL)를 결정하고, 상기 층 깊이(DOL)의 이동 평균을 산출하며, 측정된 층 깊이(DOL)가 층 깊이(DOL)의 이동 평균과 0.7 micron 이상 상이하면 층 깊이(DOL)의 새로운 이동 평균을 시작하고 그리고 스케일링 인자 F 4 에 대한 이동 평균(F4)에 대해 시작하도록 구성되는, 프리즘-커플링 시스템. - 프리즘-커플링 시스템으로서,
광원;
커플링 프리즘;
검출기;
편광기; 및
제어기를 포함하고,
상기 프리즘-커플링 시스템은, 다음의 동작들에 의해, 표면 및 몸체를 가지며, 변곡부를 갖는 응력 프로파일을 포함하고 가이드 모드로서 광을 서포트하는 도파로를 규정하는 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플에서 변곡 응력을 측정하도록 구성되며,
상기 동작들은:
각도 조명 스펙트럼을 생성하기 위해 상기 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플의 표면으로 그리고 커플링 프리즘을 통해 광 빔으로서 광원으로부터의 광을 지향시킴으로써 상기 화학적으로 강화된 Li-함유 유리 샘플을 조사하는 동작;
각각 TE 프린지 및 TM 프린지, 및 임계각과 연관된 각각의 전체-내부 반사 및 부분-내부 반사(TIR-PR) 전이를 포함하고, 각각의 임계각 유효 굴절률 값 n crit TE 및 n crit TM 을 규정하는 TE 모드 스펙트럼 및 TM 모드 스펙트럼을 캡처하기 위해 검출기에서 각도 조명 스펙트럼을 검출하는 동작;
TIR-PR 전이의 부근에서 각도 조명 스펙트럼의 강도 구배를 측정하는 동작; 및
측정된 강도 구배가 강도 구배 임계치보다 작은 경우에 변곡 응력의 측정을 진행하는 동작을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템.
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