KR19980027515A - 광변조 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

광변조 장치 및 그 제조 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에서는 광원으로부터 입사되는 광을 영상 신호에 따라 변조하는 초음파 매질의 광 입/출사면에 반사 방지막이 형성된 광변조 장치에 있어서, 상기 반사 방지막은 굴절율이 서로 다른 적어도 2개의 코팅막을 구비한다. 본 발명에 의하면, 고출력 레이저 빔을 장시간 사용한 경우에도 레이저 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 고밀도 광기록 장치로서 사용할 때 장기간의 안정성을 확보할 수 있다.

Description

광변조 장치 및 그 제조 방법

본 발명은 광변조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반사 방지막이 코팅된 음향 광학 소자로 이루어지는 광변조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

현재 주로 사용되는 광변조 시스템은 청록색 영역의 연속파인 제2 고조파를 발생시키는 광원, 음향 광학 효과를 적용하여 상기 제2 고조파를 회절에 의해 제어하는 광변조 장치(Acoustic-Optic Modulator; 이하, AOM이라 함), 이들 사이에서 레이저를 제어하는 적절한 광학계로 크게 구분되는 요소를 갖추고 있다.

청록색 영역의 빛을 발하는 레이저 다이오드에 의해 펌핑되는 제2 고조파 발진 장치는 고밀도 광자기 기록용으로서 매우 유용한 광원이다. 연속파인 청록색 레이저가 오디오/비디오(audio/video) 시스템에 사용되는 정보 기록/재생 장치에 사용되기 위해서는 입력 신호에 맞게 변조되어야 할 필요가 있다. 이러한 변조를 위하여 AOM을 사용하는 데, 이러한 AOM은 음향 광학 효과를 이용한 광학 소자이고, 고속 광 스위치로서 광출력 변조 부품으로 널리 사용되고 있다.

도 1은 선행 AOM의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, AOM은 초음파 매질(10)의 한쪽에 전극(14A, 14B)에 의하여 음향 탄성파를 발생시키기 위한 트랜스듀서(12)가 설치되어 있고, 그 반대쪽에 초음파의 반사 영향을 막기 위한 음향 탄성파 흡수재(도시 생략)가 설치되어 있다. 상기 초음파 매질(10)의 재료로는 용융 석영, PbMoO4, TeO2, Te 유리 및 중(重)플린트(Schwer-Flint) 유리(SF4) 등이 있다. 이들중에서 PbMoO4나 TeO2 결정 재료는 비교적 고주파용이고, 유리 재료는 가격은 저렴하지만 고주파에서 전파 손실이 크기 때문에 주로 저주파용으로 사용된다. 레이저 광이 통과하는 입/출사면(10A, 10B)은 광학적으로 연마되어 있고, 초음파 매질(10)의 굴절율이 크기 때문에 레이저 광이 입/출사할 때 반사 손실이 많다.

예를 들면, TeO2 단결정을 초음파 매질의 구성 재료로서 사용하는 경우에는, 레이저 광의 입출사면에 반사 방지막을 코팅하지 않은 경우에 TeO2 단결정 매질 내의 흡수 및 표면에서의 반사 등에 의해 레이저 광의 투과에 있어서 약 25% 이상의 감소를 야기한다. DVDR(Digital Video Disk Recoder) 등의 고밀도 광 정보 처리 기기에서는 고출력의 레이저를 사용할 필요가 있으며, 따라서, TeO2 단결정을 초음파 매질의 구성 재료로서 사용하는 경우에는 레이저 광의 출력 파워의 효율을 높이기 위하여 반드시 반사 방지막을 코팅할 필요가 있다.

종래에는 TeO2 단결정으로 이루어지는 초음파 매질의 입/출사면에 코팅되는 반사 방지막을 형성하는 데 있어서 Al2O3막을 사용하였다. Al2O3막을 이용하여 형성한 반사 방지막은 투과성, 접착성에 있어서는 우수한 특성을 나타낸다. 그러나, 시간이 경과함에 따라서 레이저 광의 출력 파워가 사용 전에 비하여 비교적 신속하게 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 고출력 레이저 빔을 장시간 사용하여도 레이저 광의 출력 파워를 저하시키지 않는 반사 방지막이 코팅된 AOM을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 AOM의 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 선행 AOM의 구조의 개략적인 사시도이다.

도 2는 본 발명의 방법에 따라 반사 방지막을 형성하는 데 사용된 초음파 매질의 샘플을 도시한 것이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 AOM의 초음파 매질에 반사 방지막을 코팅하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2의 I - I'선을 따라 결정면 [010] 또는 [110] 방향으로 절단한 면의 부분 단면도에 대응한다.

도 6은 본 발명의 방법에 의하여 형성된 반사 방지막에 대하여 스펙트로포토미터(spectrophotometer)를 사용하여 파장 변화에 따른 투과율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7은 각 반사 방지막 형성 조건에 대하여 시간 경과에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 초음파 매질,120 : 제1 코팅막

140 : 제2 코팅막,

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원으로부터 입사되는 광을 영상 신호에 따라 변조하는 초음파 매질의 광 입/출사면에 반사 방지막이 형성된 광변조 장치에 있어서, 상기 반사 방지막은 굴절율이 서로 다른 적어도 2개의 코팅막을 구비하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 초음파 매질은 TeO2로 이루어진다.

또한 바람직하게는, 상기 코팅막은 ZrO2로 이루어진 제1 코팅막과, SiO2로 이루어진 제2 코팅막을 구비하고, 상기 제1 코팅막 및 제2 코팅막은 550nm의 파장에서 각각 λ/4의 광학적 두께를 갖는다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 초음파 매질을 이용하여 광원으로부터 입사되는 광을 제어하는 광변조 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 초음파 매질의 반사 방지 영역에 제1 굴절율을 가지는 제1 코팅막을 소정의 두께로 증착하는 단계와, 상기 제1 코팅막상에 상기 제1 굴절율과는 다른 제2 굴절율을 가지는 제2 코팅막을 소정의 두께로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1 코팅막을 증착하기 전에 상기 초음파 매질을 소정의 온도로 열처리하는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 초음파 매질을 열처리하는 단계는 250 ∼ 350℃의 온도에서 20 ∼ 40분간 행한다.

또한 바람직하게는, 상기 제2 코팅막을 증착하는 단계 후에 상기 제2 코팅막이 증착된 결과물을 250 ∼ 300℃의 온도로 어닐링하는 단계를 더 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 어닐링은 산소 분위기하에서 행한다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 코팅막을 증착하는 단계 및 제2 코팅막을 증착하는 단계는 일렉트론 빔 증착법(electron beam evaporation)에 의해 행하고, 상기 제1 코팅막을 증착하는 단계는 8 × 10-6토르(torr)의 진공도하에서 행하고, 상기 제2 코팅막을 증착하는 단계는 6 × 10-6토르(torr)의 진공도하에서 행한다.

바람직하게는, 상기 제1 코팅막으로서 ZrO2막을 형성하고, 상기 제2 코팅막으로서 SiO2막을 형성하며, 상기 제1 코팅막 및 제2 코팅막은 각각 550nm의 파장에서 λ/4의 광학적 두께로 형성한다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 AOM의 초음파 매질에서 레이저 광이 통과하는 입/출사면에 굴절율이 서로 다른 적어도 2개 이상의 코팅막으로 이루어지는 반사 방지막을 형성하였다.

도 2는 본 발명의 방법에 따라 반사 방지막을 형성하는 데 사용된 초음파 매질의 샘플을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에서는 반사 방지막을 형성하는 데 사용되는 초음파 매질(100)로서 TeO2 단결정을 사용하였다. 상기 초음파 매질(100)을 준비하기 위하여, TeO2 단결정을 도 2에 도시한 바와 같은 결정 방위를 갖도록 슬라이싱(slicing)한 후, 각 결정면중에서 레이저 광의 입/출사면(100A, 100B)은 약 λ/8의 평활도(flatness), 트랜스듀서가 접착되는 면(100C)은 약 λ/4의 평활도를 갖도록 정밀 가공하였다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 AOM의 초음파 매질에 반사 방지막을 코팅하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2의 I - I'선을 따라 결정면 [010] 또는 [110] 방향으로 절단한 면의 부분 단면도에 대응한다.

도 3은 초음파 매질을 열처리하는 단계를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 초음파 매질중 원하는 반사 방지 영역, 즉 레이저 광의 입/출사면에 반사 방지막을 형성하기 위하여, 먼저 상기 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 TeO2 단결정으로 이루어지는 초음파 매질(100)을 약 20 ∼ 40분간, 바람직하게는 약 30분간 열처리 한다. 바람직하게는, 상기 열처리 온도는 약 250 ∼ 350℃로 한다. 이로써, 상기 초음파 매질(100)과 후속 공정에서 코팅되는 반사 방지막과의 접착력이 향상될 수 있다.

도 4는 굴절율이 서로 다른 2개의 코팅막이 차례로 적층된 반사 반지막을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 상기 열처리된 초음파 매질(100)상에 제1 굴절율을 가지는 제1 코팅막(120)을 증착한 후, 상기 제1 코팅막(120) 위에 상기 제1 굴절율과는 다른 제2 굴절율을 가지는 제2 코팅막(140)을 증착한다. 바람직하게는, 상기 제1 코팅막(120) 및 제2 코팅막(140)은 일렉트론 빔 증착법(electron beam evaporation)을 이용하여 증착한다. 여기서, 상기 제1 코팅막(120)은 진공도를 약 8 × 10-6토르(torr)로 유지하면서 굴절율이 1.96인 ZrO2막을 기준 파장 550nm에서 각각 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 형성하고, 또한 상기 제2 코팅막(140)은 진공도를 6 × 10-6토르로 유지하면서 굴절율이 1.46인 SiO2막을 기준 파장 550nm에서 각각 λ/4의 광학적 두께를 갖도록 형성한다. 본 예에서는 상기 제1 코팅막(120) 및 제2 코팅막(140)의 광학적 두께는 광학 간섭식 막 두께 측정 방법에 의하여 인-시튜(in situ)로 모니터링하면서 조절하였다.

도 5는 상기 결과물을 어닐링하는 단계를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 상기 제1 코팅막(120) 및 제2 코팅막(140)으로 이루어지는 반사 방지막의 접착 강도를 향상시키기 위하여 상기 결과물에 대하여 산소(160) 분위기하에서 약 250 ∼ 300℃, 바람직하게는 약 280℃의 온도로 어닐링한다.

도 6은 본 발명의 방법에 의하여 형성된 반사 방지막에 대하여 스펙트로포토미터(spectrophotometer)를 사용하여 파장 변화에 따른 투과율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 6의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하여 형성된 반사 방지막은 400 ∼ 800nm의 파장 영역에서 95% 이상의 우수한 투과율을 나타내었다.

도 7은 각 반사 방지막 형성 조건에 대하여 시간 경과에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.

도 7에 있어서, (a)는 반사 방지막을 형성하지 않은 초음파 매질에 대하여, (b)는 초음파 매질의 레이저 광 입/출사면에 본 발명에 따른 반사 방지막을 형성한 경우에 대하여, (c)는 초음파 매질의 레이저 광 입/출사면에 종래 기술에 따른 반사 방지막을 형성한 경우에 대하여 각각 레이저 빔을 조사하여 시간 경과에 따른 투과율의 변화를 조사하였다. 본 측정에 사용된 레이저는 0.55W의 아르곤(Ar) 레이저이고, 초점 거리가 300am인 집속 렌즈를 사용하여 빔을 조사하였다.

도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 반사 방지막을 ZrO2막 및 SiO2막으로 이루어지는 이중막으로 형성한 경우에는 종래 기술에 따라 Al2O3를 사용한 경우에 비하여 시간 경과에 따른 투과율 감소 현상이 억제된다. 이로부터, 본 발명에 따르면 반사 방지막이 레이저 조사에 의해 손상되는 것을 억제할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 반사 방지막이 형성된 AOM을 사용하는 경우에는 고출력 레이저 빔을 장시간 사용한 경우에도 레이저 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 고밀도 광기록 장치로서 사용할 때 장기간의 안정성을 확보할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (13)

1. 광원으로부터 입사되는 광을 영상 신호에 따라 변조하는 초음파 매질의 광 입/출사면에 반사 방지막이 형성된 광변조 장치에 있어서,

   상기 반사 방지막은 굴절율이 서로 다른 적어도 2개의 코팅막을 구비하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 매질은 TeO2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광변조 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 코팅막은 ZrO2로 이루어진 제1 코팅막과, SiO2로 이루어진 제2 코팅막을 구비하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 코팅막 및 제2 코팅막은 550nm의 파장에서 각각 λ/4의 광학적 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광변조 장치.
5. 초음파 매질을 이용하여 광원으로부터 입사되는 광을 제어하는 광변조 장치의 제조 방법에 있어서,

   상기 초음파 매질의 반사 방지 영역에 제1 굴절율을 가지는 제1 코팅막을 소정의 두께로 증착하는 단계와,

   상기 제1 코팅막상에 상기 제1 굴절율과는 다른 제2 굴절율을 가지는 제2 코팅막을 소정의 두께로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 코팅막을 증착하기 전에 상기 초음파 매질을 소정의 온도로 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 초음파 매질을 열처리하는 단계는 250 ∼ 350℃의 온도에서 20 ∼ 40분간 행하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2 코팅막을 증착하는 단계 후에 상기 제2 코팅막이 증착된 결과물을 250 ∼ 300℃의 온도로 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 어닐링은 산소 분위기하에서 행하는 것을 특징으로 하는 광면조 장치의 제조 방법.
10. 제5항에 있어서, 상기 제1 코팅막을 증착하는 단계 및 제2 코팅막을 증착하는 단계는 일렉트론 빔 증착법(electron beam evaporation)에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법.
11. 제5항에 있어서, 상기 제1 코팅막을 증착하는 단계는 8 × 10-6토르(torr)의 진공도하에서 행하고, 상기 제2 코팅막을 증착하는 단계는 6 × 10-6토르(torr)의 진공도하에서 행하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법.
12. 제5항에 있어서, 상기 제1 코팅막으로서 ZrO2막을 형성하고, 상기 제2 코팅막으로서 SiO2막을 형성하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법.
13. 제5항에 있어서, 상기 제1 코팅막 및 제2 코팅막은 각각 550nm의 파장에서 λ/4의 광학적 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 광변조 장치의 제조 방법.