KR20060090662A - 공간 광변조 소자 및 공간 광변조 방법 - Google Patents

공간 광변조 소자 및 공간 광변조 방법 Download PDF

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Abstract

변조 구동광으로서 극단 펄스의 고파워 레이저광을 사용해도 광변조 특성이 열화되지 않는, 수명이 긴 공간 광변조 소자의 제공. 프리즘 (2) 과, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 광기능성 재료로 이루어진 광기능성 재료층 (3) 사이에, 상기 유전체의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 투명재료로 이루어진 저굴절률층 (4) 을 개재시켜 이루어지는 공간 광변조 소자 (1). 이 공간 광변조 소자 (1) 를 사용하여, 프리즘과 저굴절률층의 계면에서 프리즘을 통해 입사되는 피변조광 (5) 의 반사를 변조 구동광 (6) 에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 공간 광변조 방법.
광변조

Description

공간 광변조 소자 및 공간 광변조 방법{SPATIAL OPTICAL MODULATION ELEMENT AND SPATIAL OPTICAL MODULATION METHOD}
본 발명은 디스플레이 장치, 광 정보처리 장치 등에 사용되는 공간 광변조 소자 및 공간 광변조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 피변조광을 반사시키기 위해 종래의 금속층 대신에 저굴절률층을 사용하고, 피변조광을 도파 모드로 집중시키거나 또는 반사시킴으로써 사용 수명이 길고 변조응답 감도가 높으며 고속도에서의 광변조를 가능하게 한 공간 광변조 소자 및 공간 광변조 방법에 관한 것이다.
종래부터 표면 플라즈몬 공명을 사용한 공간 광변조 소자로는, 프리즘의 한 면에 금속층과, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 물질로 이루어진 광기능성막 (색소함유막 등으로도 불림) 을 적층하여 이루어지는 소자가 제안되어 있다 (예를 들어 특허문헌 1∼6 참조). 이 소자는 변조해야 할 피변조광을 프리즘을 통해 입사시키고, 금속막으로 집중시키거나 또는 반사시켜 프리즘으로부터 출사시킬 때, 광기능성막에 변조 구동광을 필요에 따라 조사함으로써 변조 구동광의 ON/OFF 에 의해 피변조광의 집중 조건을 변화시켜 고속 광변조를 실행할 수 있는 구조를 갖는 소자이다.
특허문헌 일본 공개특허공보 평5-273503호
특허문헌 일본 공개특허공보 2000-292758호
특허문헌 일본 공개특허공보 2000-314857호
특허문헌 일본 공개특허공보 2000-314859호
특허문헌 일본 공개특허공보 2000-314860호
특허문헌 일본 공개특허공보 2002-258332호
발명의 개시
그러나, 종래의 공간 광변조 소자는, 변조 구동광으로서 펨토초 레이저 등의 극단 펄스의 고파워 레이저광을 사용하면 금속층이 손상을 받아 피변조광의 광변조 특성이 열화될 가능성이 있어, 소자의 수명이 짧다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 변조 구동광으로서 극단 펄스의 고파워 레이저광을 사용하더라도 광변조 특성이 열화되지 않는, 수명이 긴 공간 광변조 소자의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 유전체와, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 광기능성 재료로 이루어진 광기능성 재료층 사이에, 상기 유전체의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 투명재료로 이루어진 저굴절률층을 개재시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 공간 광변조 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은, 유전체와, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 광기능성 재료로 이루어진 광기능성 재료층 사이에, 상기 유전체의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 투명재료로 이루어진 저굴절률층을 개재시켜 이루어지고, 상기 유전체와 저굴절률층의 계면에서 유전체를 통해 입사되는 피변조광의 반사가 변조 구동광에 의해 제어되도록 구성한 것을 특징으로 하는 공간 광변조 소자를 제공한다.
본 발명의 공간 광변조 소자에 있어서, 상기 저굴절률층은 유기재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저굴절률층은, 불소함유 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 불소함유 수지는 C-H 결합을 갖지 않는 비결정성 불소함유 중합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 유전체와, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 광기능성 재료로 이루어진 광기능성 재료층 사이에, 상기 유전체의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 투명재료로 이루어진 저굴절률층을 개재시켜 이루어지는 공간 광변조 소자를 사용하여, 상기 유전체와 저굴절률층의 계면에서 유전체를 통해 입사되는 피변조광의 반사를 변조 구동광에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 공간 광변조 방법을 제공한다.
본 발명의 공간 광변조 방법에 있어서, 상기 변조 구동광에 의한 피변조광의 반사 제어는, 피변조광의 반사와, 도파 모드에 의한 피변조광의 집중의 조합인 것이 바람직하다.
발명의 효과
본 발명의 공간 광변조 소자는, 종래의 금속층 대신에 투명한 저굴절률층을 구비하고, 피변조광을 유전체와 저굴절률층의 계면에서 반사시켜 광기능성 재료에 변조 구동광을 필요에 따라 조사함으로써, 변조 구동광의 ON/OFF 에 의해 피변조광을 변조, 제어하는 것이다. 따라서, 광기능성 재료층에 조사되는 변조 구동광 및 피변조광에 의해 소자가 받는 손상이 저감되어 펨토초 레이저광 등의 고파워 레이저광을 사용하더라도 장기간 안정적으로 동작하고 내구성이 우수하며, 수명이 긴 소자를 얻을 수 있다.
또한, 금속층 대신에 투명한 저굴절률층을 구비한 구성으로 함으로써, 변조 구동광의 ON/OFF 에 의해 더욱 고감도로 피변조광의 반사율이 변화하고, 변조응답 감도가 매우 높아지고, 더 고속도에서의 변조가 가능해지며, 피코초 단위의 응답속도를 갖는 공간 광변조 소자를 실현할 수 있게 된다.
또한, 금속층 대신에 투명한 저굴절률층을 구비한 구성으로 함으로써, 피변조광의 입사각과 출사각이 커져, 변조 구동광이 출사측으로 누출되어 검출되는 것에 기인하는 노이즈의 발생이 저감된다.
도 1 은 본 발명의 공간 광변조 소자의 제 1 실시형태를 나타낸 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 공간 광변조 소자의 제 2 실시형태를 나타낸 측면도이다.
도 3 은 실시예의 실험 측정에 사용한 측정계의 구성도이다.
도 4 는 Ag 형 소자에 대하여 계산한 도파 모드 동작 특성의 그래프이다.
도 5 는 본 발명 소자에 대하여 계산한 도파 모드 동작 특성의 그래프이다.
도 6 은 도 5 의 요부 확대도이다.
도 7 은 Ag 형 소자와 본 발명 소자 각각의 소쇠(消衰)계수 k 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8 은 본 발명 소자에서 저굴절률층의 막두께를 100∼800㎚ 사이에서 변화시킨 경우의 소쇠계수 k 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9 는 본 발명 소자에서 저굴절률층의 굴절률 실부(實部) n 을 변화시킨 경우의 입사각 θ 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10 은 본 발명 소자에서 소쇠계수 k 의 값을 변화시킨 경우의 입사각 θ 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11 은 발명 소자에서 저굴절률층의 굴절률 실부 n 을 변화시킨 경우의 소쇠계수 k 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 12 는 두께 220㎚ 의 PFVI 층만을 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광으로 여기하였을 때의 과도 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 13 은 두께 220㎚ 의 PFVI 층만을 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광으로 여기하였을 때의 630㎚ 에서의 과도흡수의 경시(經時) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14 는 두께 220㎚ 의 PFVI 층과 저굴절률층의 적층체를 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광 (입사각 θ＝65도) 으로 여기하였을 때의 과도 반사 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 15 는 두께 220㎚ 의 PFVI 층과 저굴절률층의 적층체를 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광 (입사각 θ＝65도) 으로 여기하였을 때의 680㎚ 에서의 반사강도의 경시 변화를 나타낸 그래프이다.
도 16 은 두께 220㎚ 의 PFVI 층과 저굴절률층의 적층체를 파장 400㎚ 의 펨 토초 레이저광으로 여기한 직후의 상이한 입사각에서의 과도 반사 및 PFVI 층만에서의 과도 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 17 은 두께 400㎚ 의 PFVI 층과 저굴절률층의 적층체를 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광으로 여기한 직후의 상이한 입사각에서의 과도 반사 및 PFVI 층만에서의 과도 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1, 7 : 공간 광변조 소자 2 : 프리즘 (유전체)
3 : 광기능성 재료층 4 : 저굴절률층
5 : 피변조광 6 : 변조 구동광
8 : 슬라이드유리 (유전체) 11 : 회전스테이지
12 : 펨토초 레이저광원 14 : BBO 결정
15, 18 : 하프 미러 16 : D2O/H2O 셀
17 : 가변 지연 라인 19, 20 : 광섬유
21 : 광검출기
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 1 은 본 발명에 따른 공간 광변조 소자의 제 1 실시형태를 나타낸 도면이다. 이 공간 광변조 소자 (1) 는, 유전체로 이루어진 프리즘 (2 ; 유전체) 과, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 광기능성 재료로 이루어진 광기능성 재료층 (3) 사이에, 프리즘 (2) 을 구성하는 유전체의 굴절률 n1 보다도 낮은 굴절률 n2 를 갖 는 투명재료로 이루어진 저굴절률층 (4) 을 개재시켜 이루어지고, 프리즘 (2) 과 저굴절률층 (4) 의 계면에서 프리즘 (2) 을 통해 입사되는 피변조광 (5) 의 반사가 변조 구동광 (6) 에 의해 제어되도록 구성되어 있다.
본 발명에서 피변조광 (5) 을 입사하는 유전체로는 이 프리즘 (2) 에 한정되지 않고, 판상, 두꺼운 판상, 블록상 등의 다른 형상으로 할 수 있다. 단면이 삼각형을 이루는 프리즘 (2) 을 사용하는 것은, 그 제 1 면에 저굴절률층 (4) 과 광기능성 재료층 (3) 을 적층하고, 프리즘 (2) 의 제 2 면으로부터 피변조광 (5) 을 입사시키고, 프리즘 (2) 의 제 3 면으로부터 반사한 광을 출사시키는 구조를 용이하게 구축할 수 있기 때문에 특히 바람직하다.
이 프리즘 (2) 은 피변조광 (5) 의 파장에 대하여 투명한 유전체로 형성된다. 특히, 피변조광의 파장에 대한 굴절률이 1.4∼3 의 범위에 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로는 BK7, 석영유리, 고굴절률 유리, 폴리카보네이트 등을 들 수 있다. 프리즘 (2) 과 저굴절률층 (4) 의 굴절률의 차 (n1-n2) 는 0.05∼0.9 의 범위가 바람직하다.
상기 저굴절률층 (4) 을 구성하는 재료는 그 재료의 굴절률 n2 가 프리즘 (2) 을 구성하는 유전체의 굴절률 n1 보다도 작은 (즉, n2＜n1 의 관계인) 투명한 재료이면 되지만, 피변조광의 파장에 대하여 내광성(耐光性)이 양호한 무기재료 또는 유기재료가 바람직하다. 이러한 무기재료로는, 불화물 결정, 불소첨가 석영유리 등을 들 수 있다. 또한, 유기재료로는, 예를 들어 불소함유 수지를 들 수 있다. 무기재료로 이루어지는 저굴절률층 (4) 은 스퍼터법, CVD 법, 증착법 등 에 의해 성막할 수 있다. 또한, 유기재료로 이루어지는 저굴절률층 (4) 은 수지 용액을 스핀 코트법 등에 의해 성막할 수 있다. 제조 비용, 제조 용이성 등의 제조상의 이점으로부터, 본 발명의 공간 광변조 소자 (1) 에 사용하는 저굴절률층 (4) 으로는 유기재료, 특히, 불소함유 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
이 저굴절률층 (4) 의 두께는 100∼1000㎚, 바람직하게는 200∼1000㎚, 더욱 바람직하게는 300∼800㎚ 의 범위로 한다. 저굴절률층 (4) 의 두께가 100∼1000㎚ 이면, 피변조광 (5) 의 변조가 양호하게 이루어져 충분한 내구성을 얻을 수 있어, 수명이 긴 공간 광변조 소자 (1) 를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 저굴절률층 (4) 은 불소함유 수지로 이루어지는 것이 바람직하고, 또한, 이 불소함유 수지는 C-H 결합을 갖지 않는 비결정성 불소함유 중합체로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 불소함유 중합체는 C-H 결합 대신에 C-F 결합 (즉, 탄소-불소 결합) 을 갖는다.
불소함유 중합체로서, 종래부터 테트라플루오로에틸렌 수지, 퍼플루오로(에틸렌-프로필렌) 수지, 퍼플루오로알콕시 수지, 비닐리덴플루오라이드 수지, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 수지, 클로로트리플루오로에틸렌 수지 등이 널리 알려져 있다. 그러나, 이들 불소함유 수지는 결정성을 갖기 때문에, 빛의 산란이 일어나서 투명성이 떨어지고 변조 구동광 (6) 이 조사되었을 때 융해 등이 생겨, 내구성이 떨어질 가능성이 있다.
이에 반하여, 비결정성 불소함유 중합체는 결정에 의한 빛의 산란이 없기 때문에 투명성이 우수하다. 불소함유 중합체로는, C-H 결합을 실질상 갖지 않는 비결정성 불소함유 중합체라면 조금도 한정되지 않지만, 주쇄(主鎖)에 고리 구조를 갖는 불소함유 중합체가 바람직하다. 주쇄에 고리 구조를 갖는 불소함유 중합체로는, 불소함유 지방족 고리 구조, 불소함유 이미드 고리 구조, 불소함유 트리아진 고리 구조 또는 불소함유 방향족 고리 구조를 갖는 불소함유 중합체가 바람직하다. 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 불소함유 중합체에서는 불소함유 지방족 에테르 고리 구조를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체로는, 불소함유 고리 구조를 갖는 모노머를 중합하여 얻어지는 것이나 적어도 2개의 중합성 이중결합을 갖는 불소함유 모노머를 환화(環化) 중합하여 얻어지는 주쇄에 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체가 바람직하다.
불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 모노머를 중합하여 얻어지는 주쇄에 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체는, 일본 특허공보 소63-18964호 등에 의해 알려져 있다. 즉, 퍼플루오로(2,2-디메틸-1,3-디옥솔) 등의 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 모노머를 단독 중합함으로써, 또한, 이 모노머를 테트라플루오로에틸렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 퍼플루오로(메틸비닐에테르) 등의 라디칼 중합성 모노머와 공중합함으로써 주쇄에 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체가 얻어진다.
또한, 적어도 2개의 중합성 이중결합을 갖는 불소함유 모노머를 환화 중합하여 얻어지는 주쇄에 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체는, 일본 공개특허공보 소63-238111호나 일본 공개특허공보 소63-238115호 등에 의해 알려져 있다. 즉, 퍼플루오로(알릴비닐에테르) 나 퍼플루오로(부테닐비닐에테르) 등의 모노머를 환화 중합함으로써, 또는 이러한 모노머를 테트라플루오로에틸렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 퍼플루오로(메틸비닐에테르) 등의 라디칼 중합성 모노머와 공중합함으로써 주쇄에 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체가 얻어진다.
또한, 퍼플루오로(2,2-디메틸-1,3-디옥솔) 등의 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 모노머와 퍼플루오로(알릴비닐에테르) 나 퍼플루오로(부테닐비닐에테르) 등의 적어도 2개의 중합성 이중결합을 갖는 불소함유 모노머를 공중합함으로써도 주쇄에 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체가 얻어진다.
상기 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체로는, 구체적으로는 이하의 (Ⅰ)∼(Ⅳ) 식에서 선택되는 반복 단위를 갖는 것이 예시된다. 또한, 이들 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체 내의 불소원자는 일부 염소원자로 치환되어 있어도 된다.
Figure 112006015599065-PCT00001
[상기 (Ⅰ)∼(Ⅳ) 식에 있어서, k 는 0∼5, m 은 0∼4, n 은 0∼1, k＋m＋n 은 1∼6, o, p, q 는 각각 0∼5, o＋p＋q 는 1∼6, R 은 F 또는 CF3, R1 은 F 또는 CF3, R2 는 F 또는 CF3, X1 은 F 또는 Cl, X2 는 F, Cl, ORf 또는 Rf (Rf 는 탄소수 1∼3 의 퍼플루오로알킬기) 이다.]
불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 중합체는 주쇄에 고리 구조를 갖는 중합체가 바람직하지만, 고리 구조를 갖는 중합단위를 20몰% 이상, 바람직하게는 40몰% 이상 함유하는 것이 투명성, 기계적 특성 등의 면에서 바람직하다.
본 발명에서 광기능성 재료층 (3) 의 재료로는, 종래부터 공간 광변조 소자 등의 분야에서 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 물질로 알려져 있는 재료 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 물질로는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평5-273503호에 기재되어 있는 메틸오렌지나 메틸레드를 고분자 (폴리비닐알코올) 에 도핑한 재료, 액정, 포토리플랙티브 결정 (티탄산바륨, 규산비스무스 등), 자막(紫膜), 포토크로믹 재료 또는 일본 공개특허공보 2000-292758호에 기재되어 있는 다음 식 (1)∼(6) 으로 표시되는 화합물 등을 들 수 있다.
Figure 112006015599065-PCT00002
[식 (1) 중, DYE+ 는 1가의 시아닌 색소 양이온을 나타내고, n 은 1 이상의 정수를 나타내고, R5 및 R6 은 각각 독립하여 치환기를 나타내고, R7 및 R8 은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아르알킬기, 아릴기 또는 복소환기를 나타낸다. R5 와 R6, R5 와 R7, R6 과 R8 또는 R7 과 R8 은 각각 서로 연결하여 고리를 형성해도 되고, r 및 s 는 각각 독립하여 0∼4 의 정수를 나타내고, 그리고 r 과 s 가 2 이상인 경우에는, 복수의 r 및 s 는 각각 서로 동일하거나 상이해도 된 다.]
Figure 112006015599065-PCT00003
[식 (2) 중, A1, A2, B1 및 B2 는 치환기를 나타내고, L1, L2, L3, L4 및 L5 는 메틴기를 나타내고, X1 은 ＝O, ＝NR, ＝C(CN)2 를 나타내고 (여기에서 R 은 치환기를 나타낸다), X2 는 -O, -NR, -C(CN)2 를 나타내고 (여기에서 R 은 치환기를 나타낸다), m, n 은 0∼2 의 정수를 나타낸다. Mk+ 는 오늄 이온을 나타낸다. k 는 전하수를 나타낸다.]
Figure 112006015599065-PCT00004
[식 (3) 중, A1, A2, B1 및 B2 는 치환기를 나타내고, L1, L2, L3, L4 및 L5 는 메틴기를 나타내고, X1 은 ＝O, ＝NR, ＝C(CN)2 를 나타내고 (여기에서 R 은 치환기를 나타낸다), X2 는 -O, -NR, -C (CN)2 를 나타내고 (여기에서 R 은 치환기를 나타낸다), m, n 은 0∼2 의 정수를 나타낸다. Y1 과 E 는 탄소환 또는 복소환을 형성하는 데 필요한 원자 또는 원자군을 나타내고, Z1 과 G 는 탄소환 또는 복소환을 형성하는 데 필요한 원자 또는 원자군을 나타낸다. x 및 y 는 각각 독립하여 0 또는 1 을 나타낸다. Mk+ 는 오늄 이온을 나타낸다. k 는 전하수를 나타낸다.]
Figure 112006015599065-PCT00005
[식 (4) 중, Z1 및 Z2 는 5원 또는 6원의 질소함유 복소환을 형성하는 데 필요한 원자군을 나타내고, R30, R31 은 각각 독립하여 알킬기를 나타내고, L3, L4, L5, L6 및 L7 은 메틴기를 나타내고, n1, n2 는 각각 0∼2 의 정수를 나타내고, p, q 는 각각 독립하여 0∼2 의 정수를 나타내고, M 은 전하균형 반대 이온을 나타낸다.]
Figure 112006015599065-PCT00006
[식 (5) 중, m, n 은 각각 독립하여 0∼2 의 정수를 나타내고, X1, X2 는 ＝NR1 또는 ＝CR2R3 을 나타내고 (R1, R2, R3 은 치환기를 나타낸다), L1 및 L2 는 각각 독립하여 2가의 연결기를 나타낸다.]
Figure 112006015599065-PCT00007
[식 (6) 중, M 은 금속원자를 나타내고, X 는 산소원자, 황원자 또는 ＝NR21 을 나타내고, R21 은 수소원자, 알킬기, 아릴기, 아실기, 알킬술포닐기 또는 아릴술포닐기를 나타내고, Z11 은 5원 또는 6원의 질소함유 복소환을 완성하기 위해 필요한 원자단을 나타내고, Z12 는 방향환 또는 복소 방향환을 완성하기 위해 필요한 원자단을 나타낸다.]
상기 식 (1)∼(6) 의 화합물은, 비정질 상태를 유지하기 쉽게 하기 위해 고분자 화합물을 병용하는 것이 바람직하다. 이러한 고분자 화합물의 예로는, 젤라틴, 덱스트란, 로진, 고무 등의 천연 고분자 물질, 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트 등의 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌 등의 탄화수소계 수지, 테트라플루오로에틸렌 수지, 퍼플루오로(에틸렌-프로필렌) 수지, 불소함유 지방족 고리 구조, 불소함유 이미드 고리 구조, 불소함유 트리아진 고리 구조 또는 불소함유 방향족 고리 구조를 갖는 불소함유 중합체, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비 닐-폴리아세트산비닐 공중합체 등의 비닐계 수지, 폴리에테르, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸 등의 아크릴 수지, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 염소화폴리올레핀, 에폭시 수지, 부티랄 수지, 고무 유도체, 페놀-포름알데히드 수지 등의 열경화성 수지의 초기 중합물 등의 합성 고분자 물질을 들 수 있다.
본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 광기능성 재료층 (3) 의 다른 재료로는, 일본 공개특허공보 2002-328349호에 기재되어 있는 다음 식 (7) 로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006015599065-PCT00008
[식 (7) 중, X 는 비피리디늄기의 질소원자에 대하여 4위 또는 2위에서 결합한 티오페닐기, 푸릴기, 비티오페닐기, 터티오페닐기, 피레닐기, 페릴레닐기 또는 비닐기를 나타내고, R1 과 R2 는 각각 독립하여 알킬기, 폴리(테트라메틸렌옥시)기, 히드록시알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아르알킬기, 아릴기 또는 복소환기를 나타내고, Y- 는 클로리드, 브로미드, 요오디드, 음이온성 치환기를 갖는 방향족 분자, 트리플루오로메틸기 또는 다른 전자흡인성 치환기를 1개 이상 갖는 테트라페닐붕산을 나타낸다.]
이 식 (7) 의 화합물은 상기 고분자 화합물에 분산 상태로 첨가하거나 또는 고분자 화합물의 주쇄의 일부 또는 측쇄에 포함시킨 상태로 사용하는 것이 바람직 하다. 이 식 (7) 의 화합물을 분산시키거나 또는 주쇄의 일부 또는 측쇄에 포함하는 고분자 화합물은, 그 용액을 스핀 코트법 등에 의해 용이하게 성막할 수 있다. 이 식 (7) 의 화합물은, 변조 구동광 (6) 으로서 바람직한 펨토초 레이저광에 대한 내광성이 우수하며, 펨토초 레이저를 사용하는 공간 광변조 소자 (1) 의 광기능성 재료층 (3) 의 내구성이 높아져 수명이 긴 공간 광변조 소자 (1) 를 구축할 수 있는 점에서, 본 발명에 사용하는 광기능성 재료로서 특히 바람직하다.
본 발명에서 광기능성 재료는, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 물질이면 된다. 또한, 조사하는 광의 파장에 대해서는 특별히 제한은 없고, 가시광부터 근적외광까지 널리 선택 가능하다. 즉, 조사에 사용하는 특성의 파장인 광을 흡수하여 굴절률이 변화하는 재료를 광기능성 재료로서 선택하면 된다.
본 발명의 공간 광변조 소자 (1) 에 있어서, 광기능성 재료층 (3) 의 두께는 100∼1000㎚, 바람직하게는 150∼1000㎚, 더욱 바람직하게는 250∼800㎚ 의 범위로 한다. 광기능성 재료층 (3) 의 두께가 상기 범위이면, 피변조광 (5) 의 변조가 양호하게 이루어져 충분한 내구성을 얻을 수 있어, 수명이 긴 공간 광변조 소자 (1) 를 얻을 수 있다.
다음으로, 이 공간 광변조 소자 (1) 에서의 광변조 동작 특성을 설명한다.
이 공간 광변조 소자 (1) 를 사용하여 광변조하기 위해서는, 도 1 에 나타낸 바와 같이 단면이 삼각형이고 제 1 면에 저굴절률층 (4) 과 광기능성 재료층 (3) 을 적층해 둔 프리즘 (2) 의 제 2 면으로부터 피변조광 (5) 을 입사시킨다. 피변조광 (5) 은 입사각 θ 가 소정 범위 내일 때 프리즘 (2) 과 저굴절률층 (4) 의 계면에서 반사되어 프리즘의 제 3 면으로부터 출사된다. 이 때 입사각 θ 의 범위는 40도∼85도의 범위가 되며, 특히, 변조 구동광 (6) 을 광기능성 재료층 (3) 에 조사하였을 때 도파 모드가 생성되어 피변조광 (5) 이 집중되는 각도에 맞추는 것이 바람직하다. 프리즘 (2) 에 입사하는 피변조광 (5) 의 파장은 특별히 한정되지 않는다.
이 공간 광변조 소자 (1) 의 광기능성 재료층 (3) 에, 필요에 따라 변조 구동광 (6) 을 조사하면, 광기능성 재료층 (3) 의 소쇠(消衰)계수 k 가 증가하고, 이 소쇠계수 k 의 증가와 함께 상기 피변조광 (5) 의 반사율이 예민하게 변화하여 변조 구동광 (6) 의 ON/OFF 에 의해 프리즘 (2) 의 제 3 면으로부터 출사되는 피변조광 (5) 의 변조가 이루어진다. 변조 구동광 (6) 을 광기능성 재료층 (3) 에 조사하였을 때 도파 모드가 생성되어 피변조광 (5) 이 집중되는 각도에 맞추어 피변조광 (5) 을 입사시킨 경우, 변조 구동광 (6) 을 조사하지 않는 OFF 시에는 피변조광 (5) 의 반사율이 변화하지 않고 거의 모든 입사광이 프리즘 (2) 과 저굴절률층 (4) 의 계면에서 반사되어 프리즘 (2) 의 제 3 면으로부터 출사된다. 한편, 광기능성 재료층 (3) 에 변조 구동광 (6) 을 조사하면 (ON 일 때) 광기능성 재료층 (3) 의 소쇠계수 k 가 증가하고, 이 소쇠계수 k 의 증가와 함께 피변조광 (5) 의 반사율이 급락하여 프리즘 (2) 의 제 3 면으로부터 출사되는 피변조광 (5) 이 급격하게 약해지거나 또는 실질적으로 없어진다. 여기에서 피변조광 (5) 의 반사율 급락은 프리즘 (2) 과 저굴절률층 (4) 의 계면으로부터 저굴절률층 (4), 광기능성 재료층 (3) 까지 정재파가 도파 모드로서 생성되어, 결과적으로 반사가 보이지 않 게 되기 때문이다. 따라서, 변조 구동광 (6) 의 ON/OFF 에 의해 피변조광 (5) 의 광스위칭 또는 강도 변조가 가능하다.
변조 구동광 (6) 의 ON/OFF 전환에 의해 생기는 반사율 변화는, ON 일 때에는 1 피코초 이하, OFF 일 때에는 수∼수백 피코초 이하이고, 이 공간 광변조 소자 (1) 에 의해 매우 고속도의 광변조가 가능해진다.
이 공간 광변조 소자 (1) 는, 종래의 금속층 대신에 투명한 저굴절률층 (4) 을 구비하고, 피변조광 (5) 을 프리즘 (2) 과 저굴절률층 (4) 의 계면에서 반사시켜 광기능성 재료 (3) 에 변조 구동광 (6) 을 필요에 따라 조사함으로써, 변조 구동광 (6) 의 ON/OFF 에 의해 피변조광 (5) 을 변조하는 것이기 때문에, 광기능성 재료층 (3) 에 조사되는 변조 구동광 (6) 및 피변조광 (5) 에 의해 소자가 받는 손상이 저감되어 펨토초 레이저광 등의 고파워 레이저광을 사용하더라도 장기간 안정적으로 동작하고 내구성이 우수하며 수명이 긴 소자를 얻을 수 있다.
또한, 금속층 대신에 투명한 저굴절률층 (4) 을 구비한 구성으로 함으로써, 변조 구동광 (6) 의 ON/OFF 에 의해 더욱 고감도로 피변조광 (5) 의 반사율이 변화하고, 변조응답 감도가 매우 높아지고, 더 고속도에서의 변조가 가능해지며, 피코초 단위의 응답속도를 갖는 공간 광변조 소자를 실현할 수 있게 된다.
또한, 금속층 대신에 투명한 저굴절률층 (4) 을 구비한 구성으로 함으로써, 피변조광 (5) 의 입사각과 출사각이 커져, 변조 구동광 (6) 이 출사측으로 누출되어 검출되는 것에 기인하는 노이즈의 발생이 저감된다.
도 2 는 본 발명의 공간 광변조 소자의 제 2 실시형태를 나타낸 도면이다. 이 공간 광변조 소자 (7) 는, 도 1 에 나타낸 제 1 실시형태에 의한 공간 광변조 소자 (1) 와 거의 동일한 구성요소를 구비하여 구성되어 있고, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙인다. 이 공간 광변조 소자 (7) 가 제 1 실시형태에 의한 공간 광변조 소자 (1) 와 다른 점은, 프리즘 (2) 과 동일한 굴절률 (n1) 을 갖는 슬라이드유리 (8) 를 사용하고, 이 슬라이드유리 (8) 의 일면측에 저굴절률층 (4) 과 광기능성 재료층 (3) 을 적층하고, 그 슬라이드유리 (8) 의 타면측에 프리즘 (2) 을 고정하여, 프리즘 (2) 으로부터 입사한 피변조광 (5) 을 슬라이드유리 (8) 와 저굴절률층 (4) 의 계면에서 반사시키도록 구성한 점이다. 프리즘 (2) 과 슬라이드유리 (8) 는 그들 재료와 동일한 굴절률의 매칭액이나 투명 수지 접착제를 통하여 고정하는 것이 바람직하다.
이 공간 광변조 소자 (7) 는, 도 1 에 나타낸 제 1 실시형태에 의한 공간 광변조 소자 (1) 와 동일하게, 변조 구동광 (6) 의 ON/OFF 에 의해 피변조광 (5) 을 고속도 변조하는 것이 가능하고, 제 1 실시형태에 의한 공간 광변조 소자 (1) 와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 이 공간 광변조 소자 (1) 는 슬라이드유리 (8) 의 일면측에 저굴절률층 (4) 과 광기능성 재료층 (3) 을 적층한 것이기 때문에, 스핀 코트법 등에 의해 저굴절률층 (4) 과 광기능성 재료층 (3) 을 형성하는 것이 용이해져 공간 광변조 소자 (1) 를 제조하기 쉬워지고, 제조비용을 저하시킬 수 있다.
다른 형태로는, 프리즘이 아니라 회절격자를 사용하더라도 공간 광변조 소자를 구성할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명의 작용효과를 더욱 구체적으로 설명한다.
(종래의 공간 광변조 소자의 제작)
슬라이드유리 (굴절률 n1＝1.52) 의 한 쪽 면에, 두께 50㎚ 의 은 (Ag) 박막을 진공증착법에 의해 성막하고, 이 은 박막 상에 두께 600㎚ 의 다음 식 (8) 로 표시되는 PFVI 로 이루어진 광기능성 재료층을 스핀 코트법에 의해 성막하고, 다시, 슬라이드유리의 다른 쪽 면에 단면이 삼각형인 유리제 프리즘을 탑재하여 은 박막을 갖는 종래의 공간 광변조 소자 (이하, Ag 형 소자라 함) 를 제작하였다.
Figure 112006015599065-PCT00009
(본 발명의 공간 광변조 소자의 제작)
슬라이드유리 (굴절률 n1＝1.52) 의 한 쪽 면에, 두께 400㎚ 의 불소함유 수지의 박막을 스핀 코트법에 의해 성막하였다. 단, 이 불소함유 수지로는, 퍼플루오로(부테닐비닐에테르) 를 환화 중합하여 얻어진, 주쇄에 지방족 고리 구조를 갖는 불소함유 중합체 (아사히가라스사 제조, 사이톱 (등록상표), 굴절률 n2＝1.34) 를 사용하였다. 이 중합체는 C-H 결합을 갖지 않는 비결정성 불소함유 중합체이다. 이 불소함유 수지로 이루어진 저굴절률층 상에 두께 600㎚ 의 식 (8) 로 표시되는 PFVI 로 이루어진 광기능성 재료층을 스핀 코트법에 의해 성막하고, 다시, 슬라이드유리의 다른 쪽 면에 단면이 삼각형인 유리제 프리즘 (굴절률 n1＝1.52) 을 탑재하여 저굴절률층을 갖는 본 발명의 공간 광변조 소자 (이하, 본 발명 소자라 함) 를 제작하였다.
(변조동작 특성의 측정)
도 3 은 상기한 바와 같이 제작한 Ag 형 소자와 본 발명 소자 각각의 변조 동작 특성을 측정하기 위해 사용한 측정계를 나타낸 구성도이다.
Ag 형 소자와 본 발명 소자는 회전스테이지 (11) 에 고정한다. 이 회전스테이지 (11) 는 피변조광 (5) 의 입사방향에 대하여 소자 (7) 의 각도를 바꿈으로써 소자 (7) 의 입사각 θ 을 적절히 조정할 수 있게 되어 있다.
피변조광 (5) 및 변조 구동광 (6) 은, 펨토초 레이저광원 (12) 으로부터 조사된 레이저광을 분할하여 사용한다. 펨토초 레이저광원 (12) 으로부터 조사된 레이저광은 BBO 결정 (14) 에 의해 절반 파장의 제 2 고조파로 하여, 이 제 2 고조파를 하프 미러 (15) 로 2개로 분할하고 하프 미러 (15) 의 투과광을 D2O/H2O 셀 (16) 에 집광하여 펨토초의 백색광을 생성시켜, 이 광을 가변 지연 라인 (17) 으로 유도해 필요한 타임래그를 얻도록 한다. 이 가변 지연 라인 (17) 에서 출사된 광을 하프 미러 (18) 로 2개로 분할하고, 이 하프 미러 (18) 의 투과광을 회전스테이지에 부착한 소자 (7) 의 프리즘에 입사시킨다. 제 1 하프 미러 (15) 의 반사광 (제 2 고조파) 은 소자 (7) 의 광기능성 재료층에 조사하여 변조 구동광 (6) 으로 한다. 소자 (7) 로부터 출사된 피변조광은 광섬유 (19) 를 통해 광검출기 (21) 에 입사된다. 제 2 하프 미러 (18) 의 반사광은 참조광으로서 광섬유 (20) 를 통해 광검출기 (21) 에 입사된다.
(계산결과)
도 4∼11 은 트랜스퍼 매트릭스 (Transfer matrix) 법 계산에 의한 검토결과를 나타낸 것이다.
도 4 는 Ag 형 소자에 대하여 계산한 도파 모드 동작 특성의 그래프이다. 이 계산에 있어서, 피변조광 (5) 은 녹색 (543㎚) 의 He-Ne 레이저광을 사용하며, 광기능성 재료층의 두께는 600㎚ 로 하고 있다.
이 도면 중 곡선 (a) 는 광기능성 재료층으로서 굴절률 n3a＝1.5 의 재료로 한 경우의 피변조광 (5) 의 반사율과 입사각도 θ 의 관계를 나타낸 것이고, 곡선 (b) 는 광기능성 재료층으로서 굴절률 n3b＝1.52 의 재료로 한 경우의 피변조광 (5) 의 반사율과 입사각도 θ 의 관계를 나타낸 것이고, 곡선 (c) 는 광기능성 재료층으로서 굴절률 1.5 의 재료로 하고, 변조 구동광 (6) 을 조사하여 굴절률 허부(虛部)의 변화를 발생시킨 (굴절률 n3c＝1.5＋0.02i) 경우의 피변조광 (5) 의 반사율과 입사각도 θ 의 관계를 나타낸 것이다.
Ag 형 소자에서는, 광기능성 재료층의 굴절률이 1.5∼1.52 인 범위에서 입사각 θ 가 45∼50도 사이일 때 도파 모드가 존재하여 반사율이 저하하고 있다. 변조 구동광 (6) 이 ON 일 때 (b), (c) 와 OFF 일 때 (a) 의 비교로부터, 변조 구동광 (6) 의 ON/OFF 전환에 의해 굴절률의 실부 및/또는 허부를 바꾸면, OFF 일 때의 최소반사율의 입사각에서의 반사율이 변화하고 있는 것을 알 수 있다.
도 5 는 본 발명 소자에 대하여 계산한 도파 모드 동작 특성의 그래프이고, 도 6 은 도 5 의 요부 확대도이다. 이 계산에 있어서, 피변조광 (5) 의 파장은 600㎚ 로 하고 있다. 광기능성 재료층에 조사하는 변조 구동광 (6) 의 조사강도를 적절히 조절하여 광기능성 재료층의 굴절률 변화를 조정하고, 그 소쇠계수 k 가 0.0001∼0.002 의 소정값이 되도록 조정하여 입사각 θ 에 대한 반사율을 산출하고 있다.
이들 도면 중 곡선 (a) 는 소쇠계수 k 가 0.0001 인 경우의 반사율의 변화를 나타낸 것이고, (b) 는 소쇠계수 k 가 0.0002 인 경우의 반사율의 변화를 나타낸 것이고, (c) 는 소쇠계수 k 가 0.0005 인 경우의 반사율의 변화를 나타낸 것이고, (d) 는 소쇠계수 k 가 0.001 인 경우의 반사율의 변화를 나타낸 것이고, (e) 는 소쇠계수 k 가 0.002 인 경우의 반사율의 변화를 나타낸 것이다.
은 박막 대신에 저굴절률층을 사용하면 상당히 넓은 입사각의 범위에서 도파 모드가 나타난다. 이 도파 모드 중 가장 반사율 변화가 현저한 입사각 θ＝72.5∼73.0도의 범위에 있는 도파 모드를 대상으로 소쇠계수 k 를 적절히 변화시킨 경우의 반사율 변화를 계산한 결과, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 소쇠계수 k 가 약간의 증가에 의해 반사율이 급감하는 특징이 보인다. 상술한 Ag 형 소자에서는, 소쇠계수 k 의 증가와 함께 반사율이 상승하고 있으며, 본 발명 소자는 소쇠계수 k 가 작은 영역에서의 변화에 대하여 Ag 형 소자와 반대의 응답을 나타낸다.
도 7 은 Ag 형 소자 (-□-) 와 본 발명 소자 (-○-) 각각의 소쇠계수 k 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7 에서 알 수 있는 바와 같이, Ag 형 소자에 비하여 본 발명 소자에서는 광기능성 재료층의 소쇠계수 k 의 증가에 대하여 더욱 고감도로 반사율이 변화하고 있다. 본 발명 소자에서는, 소쇠계수 k 의 상승과 함께 초기의 급격한 반사율 저하 영역과 그것에 이어지는 약간 완만한 반사율 증가 영역이 있다.
또한, 실제로 프탈로시아닌 색소를 여러 가지 농도로 고분자로 분산해서 박막을 형성하여, 가시 내지 근적외 대역의 파장에서 반사율을 측정하였다. 흡광도와 막두께에서 평가한 소쇠계수 k 에 대하여 반사율의 실측값을 플롯함으로써 도 7 의 계산결과가 맞다는 것이 확인되었다. 이 결과로부터, 단순한 흡수변화를 사용하는 계에 비하여, 특히, 흡수변화가 작은 영역에서 본 발명 소자에서는 상대적으로 큰 광강도 변화를 실현할 수 있는 것이 나타났다. 구체예로는, 광기능성 재료층을 300㎚, 사이톱층을 700㎚ 로 하고, 파장을 632.8㎚ 로 한 조건으로 측정한 결과, 소쇠계수 k 가 0.001 일 때 최대 1600배의 광강도 변화가 관측되었다. 이로써, 본 발명의 소자를 사용하면 저파워의 변조 구동광에서의 변조가 가능한 것이 나타났다.
도 8 은 본 발명 소자에서 저굴절률층의 막두께를 100∼800㎚ 사이에서 변화시킨 경우의 소쇠계수 k 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
본 발명 소자에 있어서, 소쇠계수 k 의 변화에 대한 반사율의 변화거동은 저굴절률층의 막두께에 현저하게 의존하며, 그 막두께가 크면 소쇠계수 k 의 값이 작은 쪽에서 반사율의 급감과 그것에 이어지는 증가의 경향을 나타낸다. 한편, 저굴절률층의 막두께가 작으면 소쇠계수 k 의 값이 작은 쪽에서 반사율이 급감하는 현상이 보이지 않게 된다. 이 결과로부터, 본 발명 소자에 있어서, 실제 소쇠계수 k 의 변화와의 관계에서 알맞은 막두께를 선택함으로써 고감도인 광변조 소자가 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 9 는 본 발명 소자에서 저굴절률층의 굴절률 실부 n 을 변화시킨 (n＝1.29∼1.45) 경우의 입사각 θ 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
또한, 도 10 은 굴절률 실부 n 이 1.45 인 저굴절률층으로 한 본 발명 소자에 있어서, 소쇠계수 k 의 값을 변화시킨 경우의 입사각 θ 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
이들 도면에서, 저굴절률층의 굴절률 실부 n 은 1.29∼1.45 의 범위인 것에서 도파 모드가 형성되는 것을 알 수 있다. 또한, 굴절률 실부 n 이 작으면 입사각 θ 가 저각도측으로, n 이 크면 광각도측으로 시프트한다. 각각에서의 모드 입사각 폭도 굴절률 실부 n 에 의존하고 있다.
도 11 은 본 발명 소자에서 두께 400㎚ 인 저굴절률층의 굴절률 실부 n 을 변화시킨 (n＝1.29∼1.45) 경우의 소쇠계수 k 와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다.
본 발명 소자에 있어서, 소쇠계수 k 의 변화에 대한 반사율의 변화 거동은 저굴절률층의 굴절률 실부 n 에 현저하게 의존하고 있으며, n 이 작으면 k 의 값이 작은 쪽에서 반사율의 급감과 그것에 계속되는 증가를 보인다. 이 결과로부터, 본 발명 소자에서 실제 소쇠계수 k 의 변화와의 관계에서 알맞은 저굴절률층의 굴절률을 선택함으로써 고감도인 광변조 소자가 얻어지는 것을 알 수 있다.
이상의 계산결과로부터, 본 발명 소자에서도 Ag 형 소자와 마찬가지로 n 또는 k 의 변화로 강도 변조가 가능하고, n 의 변화로 위상 변조가 가능한 것을 알 수 있다.
(측정결과)
슬라이드유리 (굴절률 n1＝1.52) 의 한 쪽 면에, 두께 300㎚ 의 불소함유 수지 (아사히가라스사 제조, 사이톱 (등록상표), 굴절률 n2＝1.34) 를 환화 중합하여 얻어진 주쇄에 지방족 고리 구조를 갖는 불소함유 중합체의 박막을 스핀 코트법에 의해 성막하고, 이 불소함유 수지로 이루어진 저굴절률층 상에 식 (8) 로 표시된 PFVI 를 스핀 코트법에 의해 적층하여 두께 220㎚ 또는 400㎚ 의 광기능성 재료층으로 하여, 이 저굴절률층＋PFVI 층 적층체의 광흡수, 반사특성을 조사하였다.
도 12∼17 은 상기 저굴절률층＋PFVI 층 적층체를 사용하여 측정한 광흡수, 반사특성의 실측데이터이다.
도 12 는 두께 220㎚ 의 PFVI 층만을 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광으로 여기하였을 때의 과도 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 13 은 두께 220㎚ 의 PFVI 층만을 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광으로 여기하였을 때의 630㎚ 에서의 과도흡수의 경시 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14 는 두께 220㎚ 의 PFVI 층과 저굴절률층의 적층체를 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광 (입사각 θ＝65도) 으로 여기하였을 때의 과도 반사 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 15 는 두께 220㎚ 의 PFVI 층과 저굴절률층의 적층체를 파장 400㎚ 의 펨 토초 레이저광 (입사각 θ＝65도) 으로 여기하였을 때의 680㎚ 에서의 반사강도의 경시 변화를 나타낸 그래프이다.
도 16 은 두께 220㎚ 의 PFVI 층과 저굴절률층의 적층체를 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광으로 여기한 직후의 상이한 입사각에서의 과도 반사 및 PFVI 층만에서의 과도 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 17 은 두께 400㎚ 의 PFVI 층과 저굴절률층의 적층체를 파장 400㎚ 의 펨토초 레이저광으로 여기한 직후의 상이한 입사각에서의 과도반사 및 PFVI 층만에서의 과도 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 12∼17 에 나타낸 그래프에서, 광전자이동에 의해 가시∼근적외 대역에서 초고속변화를 나타내는 PFVI 층 적층체에 있어서, 펨토초 레이저 여기 (400nm) 시에 펨토초 백색광 스펙트럼 반사율의 일시적인 변화의 반복이 확인되었다. 따라서, 이 적층체의 초고속 동작과 내구성이 확인되었다.
또한, 과도반사율 변화 스펙트럼의 피크는 입사각 θ 또는 광기능성 재료층 (PFVI 층) 의 막두께에 의존하며, 광각도 입사조건 또는 두꺼운 막에서는 단파장측으로 시프트하였다. 따라서, 이 적층체에서 펨토초 레이저에 의한 도파 모드가 존재하는 것이 확인되었다.
저굴절률층과의 적층체의 반사율 변화는 동일한 여기광 강도로 저굴절률층이 존재하지 않는 투과율의 변화에 비하여 10배 이상 컸다.
또한, 현재 관측되고 있는 반사율 변화는 ON 일 때에는 1피코초 이하, OFF 일 때에는 수∼수백 피코초이다.
본 발명에 의하면, 펨토초 레이저광 등의 극단 펄스의 고파워 레이저광을 사용하더라도 장기간 안정적으로 동작하고, 내구성이 우수하며 수명이 긴 공간 광변조 소자를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 유전체와, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 광기능성 재료로 이루어진 광기능성 재료층 사이에, 상기 유전체의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 투명재료로 이루어진 저굴절률층을 개재시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 공간 광변조 소자.
  2. 유전체와, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 광기능성 재료로 이루어진 광기능성 재료층 사이에, 상기 유전체의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 투명재료로 이루어진 저굴절률층을 개재시켜 이루어지고, 상기 유전체와 저굴절률층의 계면에서 유전체를 통해 입사되는 피변조광의 반사가 변조 구동광에 의해 제어되도록 구성한 것을 특징으로 하는 공간 광변조 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저굴절률층이 유기재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공간 광변조 소자.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저굴절률층이 불소함유 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공간 광변조 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 불소함유 수지가 C-H 결합을 갖지 않는 비결정성 불소함유 중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공간 광변조 소자.
  6. 유전체와, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 광기능성 재료로 이루어진 광기능성 재료층 사이에, 상기 유전체의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 투명재료로 이루어진 저굴절률층을 개재시켜 이루어지는 공간 광변조 소자를 사용하여,
    상기 유전체와 저굴절률층의 계면에서 유전체를 통해 입사되는 피변조광의 반사를 변조 구동광에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 공간 광변조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 변조 구동광에 의한 피변조광의 반사 제어가, 피변조광의 반사와, 도파 모드에 의한 피변조광의 집중의 조합인 것을 특징으로 하는 공간 광변조 방법.
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