KR20020049493A - 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

감광제는 빛의 강도에 의해 감광되는 정도가 다르기 때문에 일정한 강도의 빛을 일정시간 조사하여야만 원하는 형태의 감광 패턴을 얻을 수 있다.

종래 레이저 등의 광원에서 방출되는 빛은 강도가 공간상에서 가우시안 분포를 갖을 수 밖에 없으며 렌즈를 투과하였을 때도 마찬가지로 가우시안 분포를 갖게 되어, 광원을 감광제에 조사하면 감광 패턴은 조사된 광원의 강도 분포에 따라 달라지게 되어 균일한 영역이 매우 좁은 영역으로 제한될 수밖에 없었다.

본 발명은 이러한 광원의 분포를 가우시안 형태에서 균일한 강도 분포로 변경하기 위하여 가우시안 분포의 특정 지점에 평탄화 광 강도 기준점을 두어 이에 맞추어 역가우시안 필터에 투과시킴으로써 광원의 강도 분포를 평탄화하는 방법에 관한 것으로, 작은 구경의 광학계를 이용하여서도 렌즈의 유효면적 이하의 대면적 회절격자를 제작할 수 있어 종래의 방법에서 사용되는 대구경 렌즈 및 거울 등의 광학계 비용을 절감할 수 있어 매우 경제적이다.

Description

대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법 및 장치{Method and device to fabricate holographic gratings with large area uniformity}

본 발명은 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광 강도가 가우시안 분포를 갖는 광원을 평탄화하여 광 강도가 균일한 영역을 적당한 강도가 유지되는 유효면적의 크기로 확대하는 방법으로, 작은 구경의 광학계에 의해서도 렌즈의 유효면적 이하의 대면적(大面積) 회절격자를 생성할 수 있는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법 및 장치에 관한 것이다.

정보통신의 급격한 용량 증가로 비약적인 광통신 기술의 발전을 이루게 되었고, 용량 증가에 대응하는 기술로 파장 분할형 방식이 개발되었다.

파장 분할형 방식의 기술은 광섬유의 넓은 파장 통과 대역을 이용하기 위하여 파장 선폭이 좁은 특정 파장을 일정한 간격으로 배치하여 각각의 파장에 데이터 신호를 실어 보내는 방식이다.

상기 기술에서 가장 중요한 것은 파장을 일정하게 유지시키는 것으로서, 이러한 장치로는 광원의 파장을 일정하게 유지하는 분포 궤환형(DFB) 레이저가 있으며, 빛이 진행되는 광섬유에서는 광섬유 격자를 이용하여 특정 파장을 반사 또는 투과시킬 수 있다.

이러한 종류의 광소자에 있어서 가장 중요한 것은 격자를 생성하는 것이다.

반도체 DFB 레이저는 반도체 구조 내부에 특정 파장을 반사할 수 있는 균일한 회절 격자가 형성되어 있어야 하며 광섬유 격자의 경우도 마찬가지이다.

상기 회절 격자를 생성하는 기술은 동일한 파장의 두 빛이 각기 다른 각도로 특정한 면 위에 입사하는 경우, 다른 경로의 두 빛이 갖는 각도 차이에 의해 일정한 간격의 간섭무늬가 형성되며 특정한 파장에 반응하는 감광제(Photoresist)를 표면에 도포하게 되면 이 간섭무늬가 그대로 전사하게 된다.

반도체 표면에 형성하는 경우는 감광제에 전사된 간섭무늬를 기반으로 하여 표면을 식각하면 일정한 간격의 격자 패턴을 얻을 수 있다.

광섬유의 경우는 특정 파장의 빛의 강도에 따라 굴절율이 변하는 광섬유 위에 이러한 간섭무늬를 생성하면 그 자체로 일정한 간격으로 굴절율이 서로 다른 부분을 생성함으로써 광섬유 격자를 만들 수 있다.

종래 일정한 간격의 간섭무늬를 만드는 장치도를 도 1에 도시하였다.

도 1은 종래 홀로그래픽 간섭계형 격자 생성방법을 보인 장치도이다.

종래 격자 생성장치는 단일 파장 자외선의 빛을 투사하는 자외선 레이저(10)와, 상기 자외선 빛을 핀홀(14)에 집속하는 대물 렌즈(12)와, 상기 레이저 빛의 잡음 성분을 제거하기 위한 핀홀(14)과, 상기 확대된 빔을 평행하게 하여 시료(18)에 평행하게 조사하는 조준 렌즈(16)와, 상기 시료(18)의 다른 한쪽에 부착되어 시료(18)에 입사된 빛과 반사된 빛이 특정한 각도를 갖게 하는 거울(20)로 구성된다.

단일 파장의 자외선 레이저(10)에 의해 투사되는 빛을 대물렌즈((12),objective lens)로 핀홀((14),pin hole)에 집속하여 공간상의 노이즈 성분을 제거하는 공간 필터(spatial filter)를 통과시킨 후 확대된 상태에서 조준 렌즈((16), collimating lens)를 이용하여 확대된 빔을 평행하게 시료((18),sample)에 조사한다.

시료(18)에 서로 다른 각도의 빛이 입사되도록 시료(18)를 빛의 경로에 각도를 갖도록 위치시키고 다른 한 쪽에 거울((20),mirror)을 부착하여 반사된 빛이 시료(18)에 입사된 빛과 특정한 각도를 갖게 함으로써 간섭무늬의 간격을 조절하게 된다.

그런데, 도 1과 같은 장치도에서 상기 조준 렌즈(16)를 투과한 빛은 가우시안(Gaussian) 분포를 갖게 되어 조준 렌즈(16)의 가운데 부분을 투과한 빛이 가장자리를 투과한 빛보다 강도(intensity)가 세게 된다.

감광제 또는 굴절율 변화 광섬유의 경우, 감광되는 정도나 굴절률 변화가 빛의 강도에 따라 달라지므로 강도가 일정한 부분을 넓은 영역에 분포시키는 것이 필요하다.

그러나, 도 1과 같은 종래의 장치에서는 강도가 일정한 부분을 얻기가 매우 힘들며 대개 강도의 차이가 크지 않은 좁은 영역을 사용하게 된다.

결국 비교적 강도가 균일한 영역은 전체 확대된 빔의 크기에 비해 상대적으로 좁은 영역에서만 가능하여 시료의 크기는 작아질 수 밖에 없다.

큰 시료에 적용하기 위해서는 상대적으로 훨씬 큰 광학계를 사용해야 하는 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광 강도가 가우시안 분포를 갖는 광원을 평탄화하여 광 강도가 균일한 영역을 적당한 강도가 유지되는 유효면적의 크기로 확대하는 방법으로 작은 구경의 광학계를 이용하여서도 렌즈의 유효면적 이하의 대면적 회절격자를 제작할 수 있는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법및 장치를 제공하는 데 주목적이 있는 것이다.

본 발명이 제공하고자 하는 다른 목적은, 종래의 방법에 사용되는 대구경 렌즈 및 거울 등의 광학계 비용을 절감할 수 있어 매우 경제적이며, 전체적으로 광 강도가 균일함으로 감광후 현상 및 식각 등의 공정을 진행하는데 있어서 종래의 방법으로 제작된 시료보다 측정 및 평가가 간단하여 경제적인 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광원의 분포를 가우시안 형태에서 균일한 강도 분포로 변경하기 위하여 가우시안 분포의 특정 지점에 평탄화 광 강도 기준점을 두고 이에 맞춘 역가우시안 투과 필터에 빛을 투과시킴으로써 광원의 강도 분포를 평탄화하는 방법이다.

도 1은 종래 홀로그래픽 간섭계형 격자 생성방법을 보인 장치도이다.

도 2는 일반적인 가우시안 빔의 분포도이다.

도 3은 본 발명에 따른 가우시안 분포의 빛을 평탄화하는 개념도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 투과형 홀로그래픽 간섭계형 격자 생성 방법을 보인 장치도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 홀로그래픽 간섭계형 격자 생성방법을 보인 장치도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 자외선 레이저12 : 대물 렌즈

14 : 핀홀16 : 조준 렌즈

18 : 시료20 : 거울

22 : 역가우시안 투과 필터24 : 역가우시안 반사 거울

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 2 내지 도 5를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 가우시안 분포의 빛을 역가우시안 필터를 통해서 빛의 강도를 일정하게 유지하는 방법은 다음과 같다.

도 2는 일반적인 가우시안 빔의 분포를 나타낸다.

여기서 비교적 균일한 영역으로 사용할 수 있는 부분을 피크 강도(peak intensity)의 90% 영역으로 한다고 할 때 도 2에 표현된 것과 같이 매우 좁은 영역만 선택된다.

그러나 강도의 50% 정도의 영역을 모두 사용할 수 있다면 상대적으로 휠씬넓은 면적에 격자(grating)를 형성할 수 있다.

도 3은 본 발명에서 제안하는 방법을 도시한 것으로, 가우시안 형태의 빛을 피크 강도의 50% 정도의 수준에서 균일하게 하는 방법이다.

피크 강도의 50% 영역을 선택할 때는, 중심 부분의 투과율을 50%로 하고 가장자리로 갈수록 투과율이 증가하여 입사빔의 강도가 피크 강도의 50%인 지점에서 100% 투과하도록 하는 역가우시안 투과 필터(22)의 하나인 역가우시안 ND(Neutral Density) 필터를 통과시킴으로써 빛의 강도를 역가우시안 투과 필터(22) 영역 전체에서 균일하게 하여 시료(18)의 모든 영역에서 균일한 간섭무늬을 생성할 수 있는 것이다.

한편, 역가우시안 투과 필터(22)의 경우 역가우시안 투과 필터(22)의 두께가 매우 균일하여야 하는 어려움이 있어 반사형으로 하면 이를 피할 수 있다.

이 경우는 역가우시안 반사 거울(24)의 반사율이 중심에서는 50%로 하고 가장자리로 갈수록 반사율을 증가시켜 입사빔의 강도가 피크 강도의 50%인 경우 100% 반사되도록 한다.

즉, 피크 강도의 기준 영역을 선택할 때, 중심 부분의 투과율이나 반사율을 기준%로 하고 가장자리로 갈수록 투과율이나 반사율을 기준%보다 증가시켜 입사빔의 강도가 기준%인 경우 100% 투과하거나 반사되도록 하는 역가우시안 투과 필터(22)나 역가우시안 반사 거울(24)에 의해, 광 강도가 가우시안 분포를 갖는 광원이 평탄화되어 광 강도가 균일한 영역을 적당한 강도가 유지되는 유효면적의 크기로 확대할 수 있는 것이다.

도 4는 역가우시안 투과 필터(22)를 사용하였을 때의 장치도이며 도 5는 역가우시안 반사 거울(24)을 사용하였을 때의 장치도이다.

도 4에서 단일 파장의 자외선 레이저(10)에 의해 투사되는 빛을 대물 렌즈(12)로 핀홀(14)에 집속하여 공간상의 노이즈 성분을 제거하는 공간 필터를 통과시킨 후, 확대된 상태에서 조준 렌즈(16)를 이용하여 확대된 빔을 역가우시안 투과 필터(22)를 통과시켜 평행하게 시료(18)에 조사한다.

시료(18)에 서로 다른 각도의 빛이 입사되도록 시료(18)를 빛의 경로에 각도를 갖도록 위치시키고 다른 한 쪽에 거울(20)을 부착하여 반사된 빛이 시료(18)에 입사된 빛과 특정한 각도를 갖게 함으로써 간섭무늬의 간격을 조절하게 된다.

이때 조준 렌즈(16)에 의해 확대된 빔이 피크 강도의 50% 영역을 선택할 때는 중심 부분의 투과율을 50%로 하고 가장자리로 갈수록 투과율이 증가하여 입사빔의 강도가 피크 강도의 50%인 지점에서 100% 투과하도록 하는 역가우시안 투과 필터(22)를 통과함으로써 빛의 강도가 역가우시안 투과 필터(22) 영역 전체에서 균일하게 되어 시료(18)의 모든 영역에서 균일한 간섭무늬가 생성된다.

도 5에서 단일 파장의 자외선 레이저(10)에 의해 투사되는 빛을 대물 렌즈(12)로 핀홀(14)에 집속하여 공간상의 노이즈 성분을 제거하는 공간 필터를 통과시킨 후 확대된 상태에서 조준 렌즈(16)를 이용하여 확대된 빔을 역가우시안 반사 거울(24)로 반사시켜 평행하게 시료(18)에 조사한다.

시료(18)에 서로 다른 각도의 빛이 입사되도록 시료(18)를 빛의 경로에 각도를 갖도록 위치시키고 다른 한 쪽에 거울(20)을 부착하여 반사된 빛이 시료(18)에입사된 빛과 특정한 각도를 갖게 함으로써 간섭무늬의 간격을 조절하게 된다.

이때 조준 렌즈(16)에 의해 확대된 빔이 피크 강도의 50% 영역을 선택할 때는 중심 부분의 반사율을 50%로 하고 가장자리로 갈수록 반사율이 증가하여 입사빔의 강도가 피크 강도의 50%인 지점에서 100% 반사되도록 하는 역가우시안 반사 거울(24)에 의해 반사됨으로써 빛의 강도가 균일하게 되어 시료(18)의 모든 영역에서 균일한 간섭무늬가 생성된다.

도 5에서는 역가우시안 반사 거울(24)에 의한 반사가 균일하도록 입사각과 반사각을 최소로 하여야 한다.

본 발명에 따른 장치에서 역가우시안 투과 필터(22) 및 역가우시안 반사 거울(24)은 간섭에 영향이 없도록 광학 평면을 유지하여야 한다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의하면 광 강도가 가우시안 분포를 갖는 광원을 평탄화하여 광 강도가 균일한 영역을 적당한 강도가 유지되는 유효면적의 크기로 확대하는 방법으로, 작은 구경의 광학계를 이용하여서도 렌즈의 유효면적 이하의 대면적 회절격자를 제작할 수 있어 종래의 방법에서 사용되는 대구경 렌즈 및 거울 등의 광학계 비용을 절감할 수 있어 매우 경제적이며, 전체적으로 광 강도가 균일함으로 감광후 현상 및 식각 등의 공정을 진행하는데 있어서 종래의 방식으로 제작된 시료보다 측정 및 평가가 간단하여 경제적인 효과가 있다.

Claims (7)

1. 홀로그래픽 격자 생성시 가우시안 빔을 평탄화하여 광 강도가 균일한 영역을 적당한 강도가 유지되는 유효면적의 크기로 확대한 상태에서 시료에 균일하게 입사함을 특징으로 하는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 가우시안 빔의 평탄화가 피크 강도의 기준 영역을 선택할 때, 중심 부분에서의 투과율이나 반사율을 기준%로 하고 가장자리로 갈수록 투과율이나 반사율을 기준%보다 증가시켜 입사빔의 강도가 기준%인 경우, 100% 투과하거나 반사되도록 하는 투과 부재나 반사 부재에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 가우시안 빔의 평탄화가 역가우시안 형태의 투과 필터에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 가우시안 빔의 평탄화가 역가우시안 형태의 반사 거울에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 투과 필터나 반사 거울은 광학 평면이 유지됨을 특징으로 하는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성방법.
6. 단일 파장 자외선의 빛을 투사하는 자외선 레이저와, 상기 자외선 빛을 핀홀에 집속하는 대물렌즈와, 상기 레이저 빛을 집속하여 확대하는 핀홀과, 상기 확대된 빔을 평행하게 하여 시료에 평행하게 조사하는 조준 렌즈와, 상기 시료의 다른 한쪽에 부착되어 시료에 입사된 빛과 반사된 빛이 특정한 각도를 갖게 하는 거울로 이루어지는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성장치에 있어서,

   상기 조준 렌즈와 시료 사이에 역가우시안 투과 필터나 역가우시안 반사 거울 중 어느 하나가 위치됨을 특징으로 하는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 역가우시안 투과 필터는 역가우시안 ND(Neutral Density) 필터임을 특징으로 하는 대면적 홀로그래픽 회절격자 생성장치.