KR20080097353A - 광 디바이스 및 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 출력의 저하를 억제할 수 있는 광 디바이스 및 노광 장치를 제공한다. 본 발명의 광 디바이스는 단파장(예를 들면, 160 ㎚ ~ 500 ㎚)의 레이저 광을 출사하는 레이저 광원, 렌즈, 투명 부재, 및 접합 저지 막이 형성된 광파이버를 포함한다. 광 디바이스는 투명 부재와 접합 저지 막이 형성된 광파이버 사이의 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하가 되도록 구성되며, 이에 따라 융착에 의해 야기될 수 있는 광 출력의 저하를 억제할 수 있다.
광 디바이스, 광원, 광학 부재, 노광 장치

Description

광 디바이스 및 노광 장치{OPTICAL DEVICE AND EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 광 디바이스 및 노광 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 광파이버 및 투명 부재 등의 광학 부재를 접속해서 레이저 광 등의 광을 서로 전파시키는 광 디바이스 및 노광 장치에 관한 것이다.
광파이버 및 투명 부재 등의 광학 부재를 접속해서 레이저 광 등의 광을 서로 전파시키는 종래의 광 디바이스 및 노광 장치로서, PCT 공개 WO2004/68230호는 코어리스 파이버가 융착 접합에 의해 파이버의 출력 단자에 접속되어 있고, 출력 빔이 코어리스 파이버 단부에 의해 엷어지지 않도록 광로의 길이가 설정되어 있는 기술을 개시한다. 특히 코어리스 파이버의 길이가 1 mm 이하로 설정될 때, 엷어짐 현상이 줄어든다.
일본 특허 공개 평5-288967호 공보는 광파이버의 코어와 동일한 굴절률을 갖고 광파이버와 동일한 외경을 갖는 도광 로드가 가열 융착에 의해 광파이버의 입력 끝면에 일체적으로 형성되어 있는 장치를 개시한다.
일본 특허 공개 2007-25431호 공보는 공기에 노출된 파이버 입사 끝면 또는 출사 끝면의 광 출력 밀도가 15 W/㎟ 이하 또는 60 W/㎟ ~ 800 W/㎟ 인 피그테일형 레이저 모듈을 개시한다.
일본 특허 공개 2006-286866호 공보는 파이버 입사 끝면에 투명 부재가 접촉되어 투명 부재로부터 반도체 레이저의 광을 집광시켜서, 광이 광파이버로 도입되고, 투명 부재의 입사측의 광밀도가 10 W/㎟ 이하인 리셉터클형 레이저 모듈을 개시한다.
그러나, PCT 공개 WO2004/68230호 공보에 기재된 기술이 피그테일형 레이저 모듈의 입사부에서 이용될 때, 광 출력이 높으면 코어리스 파이버 단부가 어떤 경우에 오염되고, 그 수명이 단축되는 문제점이 있다. 반면에, 상기 기술이 리셉터클형 레이저 모듈에 이용되면, 광파이버는 스태브 등의 투명 부재에 접하게 됨으로써 빔 전파 방향으로 파이버 단부를 위치결정한다. 그러나, 광 출력이 높을 때, 레이저 광이 점등하면서 융착이 코어리스 파이버와 스태브 사이에서 야기된다. 이러한 경우, 융착된 부분이 진동 등에 의해 쉽게 박리되고, 광파이버의 접속 손실이 증가되는 문제점이 있다.
PCT 공개 WO2004/68230호의 기술과 마찬가지로 일본 특허 공개 평5-288967호 공보에 기재된 기술에 의하면, 기술이 리셉터클형 레이저 모듈에 이용될 때, 광 출력이 높으면 융착이 야기되고 광파이버의 접속 손실이 증가되는 문제점이 있다. 입사 광 출력이 높을 때, 파이버 끝면이 오염되는 또 다른 문제점도 있었다.
일본 특허 공개 2007-25431호 공보에 기재된 기술에 의하면, 파이버 입사 끝면 또는 출사 끝면에서 광밀도가 15 W/㎟를 초과하면, 오염은 방지될 수 없지만, 파이버 입사 단자의 코어 지름이 결정됨으로 인해 광 출력의 상한값이 파이버 지름에 의해 결정되고, 이로 인해 광 출력을 높게 만들 수 없는 문제점이 있었다.
PCT 공개 WO2004/68230호의 기술과 마찬가지로 일본 특허 공개 2006-286866호 공보에 기재된 기술에 의하면, 융착이 야기되고, 광파이버의 접속 손실이 증가되는 문제점이 있었다.
405 ㎚ 등의 단파장의 광원이 이용될 때, 파이버 단부에 오염이 발생되고, 광 출력이 저하되며, 막질이 악화되는 것으로 알려져 있다. 특히, 광 출력 밀도가 높은 경우, 공기에 접촉하는 글래스와 같은 투명 부재의 표면이 오염되고, 출력이 현저하게 감소되는 것으로 알려져 있다.
이러한 오염에 의한 광 출력의 저하를 억제하기 위해서는 광 출력 밀도가 더 낮아져야 하지만, 종래의 기술에서 오염에 의한 광 출력의 저하를 억제하기 위해 얼마만큼 광 출력 밀도가 낮아져야 하는 지가 분명하지 않다.
상술한 바와 같이 파이버 단부에 투명 부재가 접속되어 있는 구조로 고출력 광이 입사될 때, 양 끝면에서 글래스의 융착이 발생할 수 있다. 그러나, 융착이 야기하면, 글래스는 광파이버에 발생하는 미세한 진동에 의해서도 박리될 수 있으며, 박리 표면상의 요철에 의한 광산란에 의해 투과 손실이 증가되어 신뢰성이 악화되는 문제점이 있다.
본 발명은 광 출력의 저하를 억제할 수 있는 광 디바이스 및 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 모범적인 실시형태에 의하면, 소정 파장의 광을 출력하는 광원, 소정 파장의 광이 투과되는 제 1 광학 부재, 및 제 1 광학 부재에 접촉되고 소정 파장의 광이 투과되는 제 2 광학 부재를 포함하는 광 디바이스가 제공되며, 여기서 파장의 범위는 대략 160 ㎚ ~ 500 ㎚이며, 접합 저지 막이 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재의 접촉면에 제공되고, 접촉면에 있어서의 광밀도는 대략 4464 W/㎟ 이하이다.
본 발명에 의하면, 접합 저지 막은 소정 파장을 갖는 광이 투과되는 제 1 및 제 2 광학 부재의 접촉면에 제공되고, 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하가 되도록 구성되는 광 디바이스가 제공된다. 따라서, 접촉면에 있어서의 융착이 방지될 수 있고, 광 출력의 저하가 방지될 수 있다.
본 발명의 모범적인 실시형태가 도면을 참조하여 설명된다.
(모범적인 제 1 실시형태)
도 1은 모범적인 실시형태에 의한 광 디바이스(10)의 개략적인 구조를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광 디바이스(10)는 레이저 광원(12), 집광 광학계로서의 렌즈(14), 투명 부재(16), 및 접합 저지 막(17)이 끝면에 형성된 광파이버(18)를 포함한다.
레이저 광원(12)은 반도체 레이저를 포함하며, 단파장(예를 들면, 160 ㎚ ~ 500 ㎚)의 레이저 광을 출력한다. 160 ㎚ 미만의 파장은 투명 부재(16)의 광흡수를 고려하면 실생활에서 실용적이다. 500 ㎚를 넘는 파장은 질화 갈륨 등이 레이저 광원(12)의 구성 물질로서 이용되면 발진할 수 없는 파장이다. 따라서, 본 모범적인 실시형태에서 단파장 영역은 160 ㎚ ~ 500 ㎚ 범위 중 하나로서 정의된다.
렌즈(14)는 투명 부재(16)와 광파이버(18)의 접촉면 부근의 레이저 광원(12)으로부터 소정의 배율(예를 들면, 4배)로 출사되는 레이저 광(L)을 집광한다. 레이저 광(L)의 집광 위치는 레이저 광(L)의 주축 방향에서 접촉면으로부터 벗어나서, 광파이버(18) 또는 투명 부재(16) 내에 위치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 접촉면에 있어서의 광밀도가 저하될 수 있다.
투명 부재(16)는 석영 등의 글래스 물질로 제조되고, 투명 부재(16)는 광파이버(18)와 함께 광학상으로 접촉되어 있다. 광파이버(18)는 클래드(18B)에 의해 둘러싸인 코어(18A)를 가진다. 투명 부재(16)는 레이저 광(L)이 엷어지지 않도록 투명 부재(16)를 투과하는 레이저 광(L)의 빔 지름보다 큰 외경을 가진다.
투명 부재(16)는 입사 끝면(16A)이 레이저 광(L)의 주측 방향에 수직인 방향에 대하여 각도θ를 이루도록 비스듬히 절단된다. 이로 인해, 레이저 광원(12) 쪽으로 되돌아 오는 광은 줄어들 수 있으며, 광파이버(18)에 대한 결합률 또한 향상될 수 있다. 되돌아오는 광을 줄이기 위해 투명 부재(16)는 비스듬히 절단되지 않고, AR로 코팅될 수 있다.
접합 저지 막(17)은 투명 부재(16)에 대하여 접촉면의 측면의 광파이버(18) 의 끝면상에 형성된다. 접합 저지 막(17)의 재료가 단파장 영역(160 ㎚ ~ 500 ㎚)에서 고 투과성을 갖는 플루오르화물(YF3, LiF, MgF2, NaF, LaF3, BaF2, CaF2 및 AlF3)을 포함하는 것이 바람직하다.
370 ㎚ ~ 500 ㎚의 파장의 레이저 광이 석영 글래스로 제조된 투명 부재(글래스 스태브)를 투과할 때, 투명 부재의 입사 및 출사 단부는 광밀도에 따라 오염되고, 투과율을 저하시키는 오염물이 부착되는 것으로 알려져 있다. 예의 검토한 결과, 발명자는 출사 저하 정도와 광밀도 간에 직선적인 상관 관계가 있는 것을 발견하였다. 이하 이것에 대해서 설명된다.
발명자는 50 mW ~ 400 mW에서 구동되는 레이저의 출사 광이 소정의 전력 밀도가 되도록 하는 렌즈를 이용하여 집광하고, 집광점에 글래스 부재로 제조된 투명 부재를 배치하며, 레이저 광의 주축을 따라 투명 부재를 이동시키고, 광밀도가 변하면서 시간에 따른 레이저 광의 투과율에서의 변화를 측정하였다.
도 2에 그 결과가 도시되어 있다. 가로축은 투명 부재의 레이저 광의 입사 끝면에서의 광밀도를 나타내고, 세로축은 오염에 의한 광 출력의 저하 정도 즉, 투명 부재에 투과되는 광의 시간당의 투과율 저하 정도를 나타낸다. 세로축은 투과율 저하를 나타낸다. 도 2에서 Ｏ표시는 실제 측정점이며, 직선은 각 측정점이 최소 제곱에 의해 획득되는 선을 나타낸다. 직선을 나타내는 공식은 다음과 같다.
LogR = -6.5 + 0.9 × Log (P/S) ... (1)
여기서, R은 시간당 투과율 저하 정도를 나타내며, P는 레이저 광의 출력 값(W)을 나타내며, S는 투명 부재의 입사 끝면에서의 빔 면적(㎟)을 나타낸다.
예를 들면, 레이저 광원의 수명은 레이저 광의 투과율이 소정의 투과율로부터 20% 정도 감소될 때까지의 시간으로 정의될 수 있다. 그 후, 10000(104)시간의 수명을 갖는 레이저를 이용하여, 레이저 광원의 수명 동안 오염에 의한 투과율의 감소가 1/10 이하 즉, 2% 이하로 출력이 감소되는 것을 억제하기 위해 목표가 설정된다. 이러한 경우, 저하량은 0.02/104=2.0×10-6이다. 이러한 값에 대응하는 광밀도는 도 2에 따르면 8 W/㎟이다.
따라서, 도 1에 도시된 구조에서 투명 부재(16)의 입사 끝면(16A)에서의 광밀도가 8 W/㎟ 이하로 설정되면, 오염에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다. 더 구체적으로, 레이저 광원(12)의 출력값, 렌즈(14)의 배율, 주축 방향에서 투명 부재(16)의 레이저 광의 길이, 투명 부재(16)의 굴절률 등이 투명 부재(16)의 입사 끝면(16A)의 광밀도가 8 W/㎟ 이하가 되도록 설정된다.
석영 글래스로 제조된 광학적으로 접촉된 투명 부재(글래스 스태브)의 접촉면 및 석영으로 제조된 광파이버가 370 ㎚ ~ 500 ㎚의 파장의 레이저 광에 의해 조사되면, 접촉면은 융착되는 경우가 있다. 융착된 부분은 미세한 진동에서도 박리되기 쉽다. 융착된 부분이 박리되면, 표면의 요철로 인해 야기되는 광산란에 의해 투과 손실이 급격하게 증대되고, 이는 돌발 고장을 야기한다.
예의 검토한 결과, 본 발명자는 광파이버(18) 및 투명 부재(16)의 접촉면에 MgF2 및 YF3 등의 플루오르화물을 포함하는 접합 저지 막(17)에 의해 돌발 고장율이 대폭 개선될 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명자는 MgF2으로 제조된 접합 저지 막이 투명 부재(16)의 반대편에 인접한 광파이버의 끝면상에 형성될 때의 돌발 고장율과 투명 부재와 광파이버의 접촉면에 있어서의 광밀도 간의 관계를 측정하였고, 도 3에 도시된 결과를 획득하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 돌발 고장은 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하이면 발생되지 않는 것이 발견되었다. 따라서, 도 1에 도시된 구조에서, 투명 부재(16)와 접합 저지 막(17)과 함께 형성된 광파이버(18)의 접촉면(20)의 광밀도가 예컨대, 4464 W/㎟ 이하로 설정되면 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제된다. 더 구체적으로, 레이저 광원(12)의 출력값, 렌즈(14)의 배율, 주축 방향에서의 투명 부재(16)의 레이저 광의 길이, 투명 부재(16)의 굴절률 등은 투명 부재(16) 및 접합 저지 막(17)이 형성된 광파이버(18)의 접촉면(20)의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하가 되도록 설정된다. 접합 저지 막(17)이 제공되지 않을 때, 접촉면에 있어서의 광밀도가 140 W/㎟ 이하이면, 돌발 고장은 발생되지 않는 것이 발견되었다.
여기서, 돌발 고장은 예를 들면, 시간 변동 실험에서 투명 부재 및 광파이버에 투과되는 레이저 광의 출력값을 감시하면서, ACC(Auto Current Control) 구동이 수행될 때의 광 출력이 급격하게 변하여 정규 상태의 0.8배 이하가 된 경우, 또는 APC(Auto Power Control) 구동이 수행될 때의 레이저 광원의 구동 전류가 급격하게 변하여 정규 상태의 1.2배 이상이 된 경우, 및 급격한 변화가 발생되기 전의 광 출력 또는 구동 전류의 변화 정도를 예측할 수 없는 경우를 의미한다.
이상에서, 공기에 노출된 투명 부재(16)의 입사 끝면(16A)의 빔 면적을 S1 [㎟]으로 한정하고, 투명 부재(16)와 접합 저지 막(17)이 형성된 광파이버(18)의 접촉면(20)의 빔 면적은 S2 [㎟]로 한정된다. 광 디바이스(10)의 광 출력(P)이 다음의 공식을 만족하면, 오염이나 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
P [W] ≤ 8 W/㎟ × S1 [㎟] ... (2)
P [W] ≤ 4464 W/㎟ × S2 [㎟] ... (3)
P가 공식 (2) 및 (3)을 둘 다 만족하도록 설정되면, 오염이나 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
이러한 모범적인 실시형태에서, 광 디바이스(10)는 투명 부재(16)의 입사 끝면(16A)의 광밀도가 8 W/㎟ 이하가 되도록 구성되면, 오염에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
더구나, 광 디바이스(10)가 투명 부재(16)와 접합 저지 막(17)이 형성된 광파이버(18)의 접촉면(20)의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하가 되도록 구성되기 때문에 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
이러한 모범적인 실시형태에서, 레이저 광원(12)으로부터의 레이저 광이 렌즈(14) 및 투명 부재(16)에 투과되어 광파이버(18)로 입사되는 구조를 갖는 광 디바이스(10)에 적용되는 본 발명이 설명된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않 으며, 본 발명은 광파이버(18)로 입사되는 레이저 광이 투명 부재(16) 쪽으로 출력되는 경우 즉, 투명 부재(16)와 접합 저지 막(17)이 형성된 광파이버(18)가 레이저 광의 출사부로서 이용되는 경우에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 번들로 타이된 복수의 출력부를 포함하는 번들 파이버에도 적용가능하다.
본 모범적인 실시형태에서 접촉면의 광파이버(18)의 끝면에 접합 저지 막(17)이 형성되는 경우에 관하여 설명되었을 지라도, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 접합 저지 막(17)은 접촉면의 투명 부재(16)의 끝면에 형성될 수 있다. 더구나, 접합 저지 막(17)은 광파이버(18) 및 접촉면측의 투명 부재(16) 양 끝면에 형성될 수 있다.
투명 부재(16)는 복수의 부재로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 레이저 광이 입사되는 복수의 부재 중 하나의 입사 끝면의 광밀도가 8 W/㎟ 이하로 설정됨으로써 오염에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다. 접합 저지 막이 복수의 부재의 접촉면에 형성될 때, 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하로 설정되면, 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
광 디바이스(10)는 노광 광원 예컨대, 인쇄 기판의 배선을 형성하기 위해 노광하는 노광 장치 등에 이용될 수 있다.
(모범적인 제 2 실시형태)
다음으로, 본 발명의 모범적인 제 2 실시형태가 설명된다. 모범적인 제 1 실시형태에서와 동일한 부분은 동일한 참조 번호로 지정되며, 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 4는 모범적인 실시형태에서의 광 디바이스(10A) 구조의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광 디바이스(10A)는 투명 부재(16)와 광파이버(18) 사이에 광파이버(18)와 동일한 외경을 갖는 제 2 투명 부재(22)가 제공되어 있고, 접합 저지 막(17)이 투명 부재(16)에 대한 접촉면측의 제 2 투명 부재(22)의 끝면에 형성되어 있다는 점에서 광 디바이스(10A)는 도 1에 도시된 광 디바이스(10)와 상이하다.
제 2 투명 부재(22)는 레이저 광(L)이 엷어지지 않도록 제 2 투명 부재(22)에 투과되는 레이저 광(L)의 빔 지름보다 더 큰 외경을 가진다. 제 2 투명 부재(22)는 예를 들면, 석영으로 제조된 글래스 스태브일 수 있다. 제 2 투명 부재(22)는 코어리스 파이버로 제조될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어(22A) 및 투과되는 레이저 광(L)의 빔 지름보다 더 큰 코어 지름을 갖는 클래드(22B)를 포함하는 광파이버로 제조된 파이버 스태브일 수 있다.
투명 부재(16)와 접합 저지 막(17)이 형성된 제 2 투명 부재(22)의 접촉면(24)은 서로 광학적으로 접촉되어 있으며, 제 2 투명 부재(22)와 광파이버(18)의 접촉면(20)은 서로 융착 접합되어 있다.
이러한 구조에서도 광 디바이스(10)가 투명 부재(16)의 입사 끝면(16A)의 광밀도가 8 W/㎟ 이하가 되도록 구성된다면 오염에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
투명 부재(16)와 접합 저지 막(17)이 형성된 제 2 투명 부재(22)의 접촉 면(24)의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하가 되도록 광 디바이스(10)가 구성되면, 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
이러한 모범적인 실시형태에서, 접합 저지 막(17)이 형성된 제 2 투명 부재(22)는 투명 부재(16)와 광파이버(18) 사이에 제공된다. 따라서, 도 1에 도시된 광 디바이스(10)와 비교하여, 투명 부재(16)의 입사 끝면(16A)의 광밀도가 저하될 수 있으며, 투명 부재(16)와 접합 저지 막(17)이 형성된 제 2 투명 부재(22)의 접촉면(24)의 광밀도가 저하될 수 있고, 오염 및 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
투명 부재(16)는 복수의 투명 부재로 구성될 수 있다. 이러한 경우에도 공기에 노출된 투명 부재 즉, 렌즈(14)에 가장 근접한 투명 부재의 입사 끝면의 광밀도가 8 W/㎟ 이하가 되도록 광 디바이스(10)가 구성되면, 오염에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다. 투명 부재의 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하가 되도록 광 디바이스(10)가 구성되면, 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
이러한 모범적인 실시형태에서, 접합 저지 막(17)은 투명 부재(16)에 대한 접촉면측의 제 2 투명 부재(22)의 끝면에 형성된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 접합 저지 막(17)은 광파이버(18)에 대한 접촉면측의 제 2 투명 부재(22)의 끝면에 형성될 수 있다. 접합 저지 막(17)은 투명 부재(16) 측 및 광파이버(18) 측에 형성될 수 있다.
이러한 모범적인 실시형태에서도 모범적인 제 1 실시형태에서와 마찬가지로, 본 발명은 광파이버(18)로 입사되는 레이저 광이 제 2 투명 부재(22) 및 투명 부재(16)로 출사되는 구조 즉, 투명 부재(16), 제 2 투명 부재(22) 및 광파이버(18)가 레이저 광의 출력부로 이용될 때 적용된다. 또한, 본 발명은 번들로 타이된 복수의 출력부를 포함하는 번들 파이버에도 적용가능하다.
모범적인 실시형태에서 제 2 투명 부재(22)는 광파이버(18)와 동일한 외경을 가진다. 그러나. 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제 2 투명 부재(22)는 광파이버(18) 보다 더 큰 외경을 가질 수도 있다. 더구나, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 투명 부재(22)는 광파이버(18)와의 접촉면(20)에서 광파이버(18)와 동일한 외경을 가지고, 제 2 투명 부재(22)의 외경이 투명 부재(16) 측을 향하여 증가하는 테이퍼형 부재일 수 있다.
상이한 지름을 갖는 복수의 파이버 스태브, 코어리스 파이버, 또는 석영 스태브는 제 2 투명 부재(22)를 형성하기 위해 서로 융착 접합될 수 있다. 이러한 경우, 지름이 광파이버(18)로부터 단계적으로 차츰 증가되도록 제 2 투명 부재(22)가 구성되면, 제 2 투명 부재(22)와 투명 부재(16)의 접촉면(24)의 표면적이 증가될 수 있고, 개구부가 증가될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 모범적인 실시형태가 설명될 것이다.
(제 1 실시예)
광파이버가 집광점에 접속되기 위해 일반적으로 이용가능한 370 ㎚ ~ 500 ㎚의 파장의 반도체 레이저, 광파이버 측면 상의 반도체 레이저로부터 출력되는 레이저 광을 4배의 배율로 집광하는 렌즈, 및 슬리브와 일체화된 석영으로 제조된 투명 부재가 배치되고, 광파이버가 슬리브로부터 철수되는 리셉터클형의 광 디바이스가 제작되었다.
MgF2로 제조되고 λ/12의 두께(레이저 광의 파장 λ)를 갖는 접합 저지 막이 이온 어시스트법(IAD 방법)에 의해 광파이버의 입사측에 형성되었다. 이러한 광파이버는 슬리브로 삽입되었고, 투명 부재(광학적 접촉)의 반대편에 접촉하였으며, 광이 파이버로 입사되어 오염 및 융착에 의한 결함이 조사되었다.
리셉터클형 광 디바이스의 경우에, 결함은 투명 부재(16)와 접합 저지 막(17)이 형성된 광파이버(18)의 접촉면에 발생된다. 접촉면은 접합 저지 막이 제공되지 않은 경우와 비교하여 접합 저지 막의 길이만큼 레이저 광의 주축 방향으로 이동된다. 따라서, 접촉면에 있어서의 광밀도가 감소될 수 있다. 그러므로, 신뢰성 높은 리셉터클형 광 디바이스는 고출력 광원을 이용하여 제작될 수 있다.
광 디바이스는 투명 부재와 광파이버의 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하가 되고, 투명 부재의 입사 끝면에서의 광밀도가 8 W/㎟ 이하가 되도록 설계되었다.
더 구체적으로, 반도체 레이저의 출력(P)[W] 빔 면적(S1)은 상기 식(2)를 만족할 수 있다. 그러나 빔 형상이 타원형이면, 빔 면적(S1)은 (r1 × r2 × ∏)로 표시될 수 있으며, 여기서 r1은 장축 반경이고 r2는 단축 반경이다. 이하의 식에서, 세로 방향으로의 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저 광의 방사 반각은 NA⊥, 가로 방향으로의 방사 반각은 NA//, 주축 방향으로의 투명 부재의 레이저 광의 길이 는 Lstab, 투명 부재의 굴절률은 nstab, 렌즈의 배율은 α, 장축 반경은 r1, 및 단축 반경은 r2로 표시된다.
r1 = Lstab × NA⊥/nstab × 1/α ... (4)
r2 = Lstab × NA///nstab × 1/α ... (5)
따라서, 투명 부재의 길이(Lstab)가 다음 공식을 만족하도록 설정되면, 오염에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
P ≤ 8 × Lstab × NA⊥/nstab × 1/α × Lstab × NA///nstab × 1/α × ∏ ... (6)
유사하게, 빔 형상을 타원형으로 가정하면, 장축 반경은 r3 및 단축 반경은 r4로 표시되고, 빔 면적(S2)은 (r3 × r4 × ∏)으로 표시될 수 있다. 장축 반경(r3) 및 단축 반경(r4)은 다음의 식에 의해 표시될 수 있다.
r3 = NA⊥/nstab × 1/α ... (7)
r4 = NA///nstab × 1/α ... (8)
따라서, 다음의 공식이 만족되면, 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
P ≤ 4464 × NA⊥/nstab × 1/α × NA///nstab × 1/α × ∏ ... (9)
또한, 투명 부재의 지름(φstab)이 하기의 모든 식을 만족하도록 설정되면, 빔은 엷어지지 않는다.
φstab < r1 × 2 ... (10)
φstab < r2 × 2 ... (11)
또한, 투명 부재의 지름(φcf)이 하기의 모든 식을 만족하도록 설정되면, 빔은 엷어지지 않는다.
φcf < r3 × 2 ... (12)
φcf < r4 × 2 ... (13)
제작된 광 디바이스에서 반도체 레이저 끝면의 광방사 형상의 면적(S)은 7×1㎛2, 세로 방향으로의 방사각(θ//)은 42°, 가로 방향으로의 방사각(θ//)은 16°, 및 레이저 광의 출력(P)은 500 mW였다. 이러한 구조에서 투명 부재와 광파이버의 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟가 되도록 통전 실험이 수행되었으며, 접촉면의 융착이 발생되지 않았다.
투명 부재의 길이(Lstab)가 2.9 mm로 설정되었을 때, 오염은 출력(P)이 340 mW 이상인 투명 부재의 레이저 광의 입사 끝면에서 발생되었고, 광 출력은 저하되었다. 따라서, 투명 부재의 길이(Lstab)가 공식(6)을 만족하도록 재설정되었다. 더 구체적으로, NA⊥ = 0.383, NA// = 0.141, nstab = 1.46 및 P = 500 mW 이다. 따라서, Lstab이 4.0 mm 이상, 지름이 530 mm 이상인 투명 부재가 이용된 경우, 오염에 의한 악화가 무시될 수 있을 정도로 미세한 광원을 제작할 수 있었다.
(제 2 실시예)
일반적으로 이용가능한 파장 370 ㎚ ~ 500 ㎚, 광파이버의 측면상에서 4배의 배율로 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저 광을 집광하는 렌즈, 및 광파이버가 집광점에 접속하기 위해 슬리브와 일체적으로 형성된 석영으로 제조된 투명 부재를 갖는 반도체 레이저가 배치되었고, 슬리브로부터 제거가능한 광파이버로부터 리셉터클형의 광 디바이스가 제작되었다.
투명 부재 및 광파이버와 동일한 외경을 갖는 코어리스 파이버는 융착되어 광파이버의 입사측에 접합되고, 코어리스 파이버(제 2 투명 부재에 대응함)는 원하는 길이 근방으로 절단되어 연마됨으로써, 원하는 길이의 코어리스 파이버를 얻을 수 있다. MgF2로 제조되고 λ/12(레이저 광의 파장 λ)의 두께를 갖는 접합 저지 막이 이온 어시스트법(IAD method)에 의해 이러한 파이버의 끝면상에 형성되었다. 이러한 광파이버가 슬리브에 삽입되어 투명 부재(광학적 접촉)의 반대편에 접촉되었으며; 광이 파이버로 입사되어 오염 및 융착에 의한 악화가 조사되었다.
리셉터클형 광 디바이스의 경우, 코어리스 파이버와 광파이버의 접촉면이 서로 융착 접합되어 있기 때문에 융착에 의한 결함은 발생하지 않으며, 그러한 결함은 투명 부재(16)와 코어리스 파이버의 접촉면 간에 발생된다. 코어리스 파이버가 제공되지 않은 경우와 비교하여, 접촉면이 코어리스 파이버의 길이만큼 레이저 광의 주축 방향으로 이동되기 때문에 접촉면에 있어서의 광밀도가 감소될 수 있다. 따라서, 고출력 광원을 이용하는 신뢰성 높은 리셉터클형 광 디바이스가 제작될 수 있다.
광 디바이스는 투명 부재와 코어리스 파이버의 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하가 되도록, 투명 부재의 입사 끝면의 광밀도가 8 W/㎟ 이하가 되도록 설계되었다.
더 구체적으로, 반도체 레이저의 출력(P)[W] 빔 면적(S1)은 공식(2)를 만족할 수 있다. 그러나, 빔 형상이 타원형이면, 빔 면적(S1)은 (r1 × r2 × ∏)으로 표현될 수 있으며, 장축 반경은 r1, 단축 반경은 r2로 나타낼 수 있다. 여기서, 세로 방향으로의 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저 광의 방사 반각은 NA⊥, 가로 방향으로의 방사 반각은 NA//, 주축 방향으로의 투명 부재의 레이저 광의 길이는 Lstab, 투명 부재의 굴절률은 nstab, 주축 방향으로의 코어리스 파이버의 레이저 광의 길이는 Lcf, 및 렌즈의 배율은 α, 장축 반경은 r1, 및 단축 반경은 r2이 이하의 공식에서 표시된다.
r1 = (Lstab + Lcf) × NA⊥/nstab × 1/α ... (14)
r2 = (Lstab + Lcf) × NA///nstab × 1/α ... (15)
따라서, 투명 부재의 길이(Lstab) 및 코어리스 파이버의 길이(Lcf)가 다음 식을 만족하도록 설정되면, 오염에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
P ≤ 8 × (Lstab + Lcf) × NA⊥/nstab × 1/α × (Lstab +Lcf) × NA///nstab × 1/α × ∏ ... (16)
유사하게, 빔 형상을 타원형으로 가정하면, 장축 반경은 r3 및 단축 반경은 r4로 표시되고, 빔 면적(S2)은 (r3 × r4 × ∏)으로 표시될 수 있다. 장축 반경(r3) 및 단축 반경(r4)은 다음의 공식에 의해 표시될 수 있다.
r3 = Lcf × NA⊥/nstab × 1/α ... (17)
r4 = Lcf × NA///nstab × 1/α ... (18)
따라서, 투명 부재의 길이(Lstab)가 다음 공식을 만족하도록 설정되면, 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
P ≤ 4464 × NA⊥/nstab × 1/α × Lcf × NA///nstab × 1/α × ∏ ... (19)
또한, 투명 부재의 지름(φstab)이 다음의 식을 모두 만족하도록 설정되면, 빔은 엷어지지 않는다.
φstab < r1 × 2 ... (20)
φstab < r2 × 2 ... (21)
또한, 투명 부재의 지름(φcf)이 다음의 식을 모두 만족하도록 설정되면, 빔은 엷어지지 않는다.
φcf < r3 × 2 ... (22)
φcf < r4 × 2 ... (23)
제작된 광 디바이스에서 반도체 레이저 끝면의 광방사 형상의 면적(S)은 7×1㎛2, 세로 방향으로의 방사각(θ//)은 42°, 가로 방향으로의 방사각(θ//)은 16°, 및 레이저 광의 출력(P)은 500 mW였다. 이러한 구조에서, 코어리스 파이버의 길이(Lcf)는 0.5 mm로 설정되었고, 투명 부재의 길이(Lstab)는 7.0 mm로 설정되었다. 투명 부재와 코어리스 파이버의 접촉면에 있어서의 광밀도 즉, 접합 저지 막의 광밀도는 402 W/㎟였고, 융착에 의한 결함이 발생하지 않는 것이 확증되었다.
이러한 구조에서, 융착 모드에 의한 결함을 억제할 수 있는 레이저 광의 광 출력의 상한값이 획득된다. 코어리스 파이버의 파이버 지름이 125㎛이고, 패스트(Fast) 방향에서 빔이 균일하게 방사될 때 빔 지름이 극대화된다. 이러한 빔 지름을 얻기 위한 코어리스 파이버 길이는 0.95 mm이고, 코어리스 파이버의 끝면에서 광밀도가 4464 W/㎟가 될 때의 광 출력값은 약 20 W가 된다. 이것이 융착 모드의 결함을 억제할 수 있는 레이저 광의 광 출력의 상한값이다.
리셉터클형 광 디바이스에서, 투명 부재의 외경이 125㎛로 설정되고, 투명 부재의 입사 끝면의 광밀도가 오염이 발생하지 않는 상한값인 8 W/㎟ 이 되도록 광 디바이스가 구성되어, 입사 끝면에 오염이 발생하는 레이저 광의 출력을 측정하면 약 100 mW이다. 따라서, 이러한 구조에서 투명 부재의 입사 끝면의 광밀도가 8 W/㎟ 이하로 설정되면, 레이저 광 출력은 100 mW 이상으로 설정될 수 있다.
리셉터클형 광 디바이스에서, 광파이버의 코어 지름이 60㎛로 설정되고, 투명 부재와 코어리스 파이버의 접촉면에 있어서의 광밀도가 융착이 발생하지 않는 상한값인 4464 W/㎟이 되도록 광 디바이스가 구성되어, 접촉면에 융착이 발생하는 레이저 광의 출력을 측정하면 약 12 W이다. 따라서, 이러한 구조에서, 접촉면에 있 어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하이면 레이저 광 출력은 12 W 이상이 될 수 있다.
리셉터클형 광 디바이스에서, 투명 부재의 외경이 125㎛로 설정되고, 투명 부재와 코어리스 파이버의 접촉면에 있어서의 광밀도가 융착이 발생하지 않는 상한값인 4464 W/㎟이 되도록 광 디바이스가 구성되어, 접촉면에 융착이 발생하는 레이저 광의 출력을 측정하면 약 54 W이다. 따라서, 이러한 구조에서, 접촉면에 있어서의 광밀도가 4464 W/㎟ 이하이면 레이저 광 출력은 54 W 이상이 될 수 있다.
접합 저지 막이 제공되지 않는 리셉터클형 광 디바이스의 구조에서, 투명 부재의 외경이 125㎛로 설정되고, 투명 부재와 코어리스 파이버 사이의 접촉면에 있어서의 광밀도가 융착이 발생하지 않는 상한값인 140 W/㎟이 되도록 광 디바이스가 구성되어, 접촉면에 융착이 발생하는 레이저 광의 출력을 측정하면 약 1.7 W이다. 따라서, 이러한 구조에서, 접촉면에 있어서의 광밀도가 140 W/㎟ 이하이면 레이저 광 출력은 1.7 W 이상이 될 수 있다.
유사하게, 접합 저지 막이 제공되지 않는 리셉터클형 광 디바이스의 구조에서, 광파이버의 코어 지름이 60㎛로 설정되고 투명 부재와 코어리스 파이버의 접촉면에 있어서의 광밀도가 융착이 발생하지 않는 상한값인 140 W/㎟이 되도록 광 디바이스가 구성되어, 접촉면에 융착이 발생하는 레이저 광의 출력을 측정하면 약 400 mW이다. 따라서, 이러한 구조에서, 접촉면에 있어서의 광밀도가 140 W/㎟ 이하이면 레이저 광 출력은 400 W 이상이 될 수 있다.
코어리스 파이버 대신 파이버 스태브가 이용되었을 때도 동일한 결과가 획득되었다.
(제 3 실시예)
다음으로, 접합 저지 막의 실시형태가 설명될 것이다.
출원인은 접합 저지 막이 λ/2의 두께를 갖는 플루오르화물이면, 시간이 경과됨에 따라 막 품질의 변화가 작고, 장시간에 걸쳐 레이저 광이 입사될 때 광손실의 저하를 억제할 수 있는 것을 확인하였다. 3종류의 광 디바이스(10)를 제공하기 위해 광파이버(18)의 끝면상에 증착법에 의해 λ/2, λ/4, 및 λ/6의 두께를 갖는 MgF2막이 각각 형성된다. 도 7은 160 mW의 광 출력 및 405 ㎚의 파장의 레이저 광이 투명 부재(16)로 입사되었을 때, 광파이버(18)로부터 출사되는 출사 광의 광 출력의 시간 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7에서, g1은 λ/2의 두께 막의 그래프이고, g2는 λ/4의 두께 막의 그래프이고, g3는 λ/6의 두께 막의 그래프이다. 세로축은 입사광의 출력값에 대한 출사광의 출력값의 비율 즉, 세로축에 나타나는 광 출력의 저하만큼 광손실이 증가한다. 이때, 레이저 광이 각 막에서 약 30 mm의 지름을 갖는 영역에 투과된다. 레이저 광의 집광된 위치는 접합 저지 막 상이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 막 두께가 감소할수록 출사광의 광 출력의 저하가 감소한다(즉, 광손실 감소). 각각의 실험 후 접합 저지 막은 현미경에 의해 관찰되고, λ/6의 두께를 갖는 막의 외관상 변화는 거의 보이지 않지만, λ/2, λ/4의 두께를 갖는 막에서는 레이저 광이 투과되었다고 생각되는 영역에서 변색이 관찰되었다. λ/2의 두께를 갖는 막에서 변색된 부분의 주변의 막에서 균열이 발견되었다. λ/2, λ/4의 두께를 갖는 막에서 발견되는 변색은 레이저 광의 열에 의해 막이 융 해되었기 때문이라고 생각된다. 이러한 결과로부터, 막 두께가 증가할수록 막에 의한 레이저 광의 에너지 흡수가 증가하고, 막 품질이 이러한 흡수로 인해 변화되고, 광손실이 증가된다.
다음으로, 증착법보다 이온 어시스트법에 의해 막이 형성되면, 광손실이 더욱 작아지는 것을 출원인이 확인했다. λ/6의 두께를 갖는 MgF2 막은 두 종류의 광 디바이스(10)를 제공하기 위해 증착법 및 이온 어시스트법에 의해 광파이버(18)의 끝면에 형성되었다. 도 8은 160 mW의 광 출력 및 405 ㎚의 파장(λ)의 레이저 광이 투명 부재(16)로 입사될 때, 광파이버(18)로부터 출사되는 출사광의 광 출력의 시간 변화를 나타낸 그래프이며, 여기서 g4는 증착법을 나타낸 그래프이고, g5는 이온 어시스트법을 나타낸 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이온 어시스트법에 의해 막이 형성되면, 증착법과 비교하여 광 출력의 저하가 미세하게 감소된다. g5의 기울기가 g4의 기울기보다 더 작기 때문에 1000 시간 이상이 경과된 후에, 막형성 법 간의 광 출력의 차이가 증가되는 것으로 생각된다(도시되지 않음). 이온 어시스트법의 경우, 타겟(광파이버(18)의 입사 단부)은 성막 전에 이온 빔에 의해 클리닝 처리된다. 따라서, 타깃과 막 간의 경계면에서 광손실이 저하되고, 증착법과 비교하여 광손실이 저하되는 것으로 가정할 수 있다. 이온 어시스트법에 의해, 증착법으로 형성된 막 보다 더 정밀한 막 품질을 갖는 막이 제작될 수 있다. 따라서, 이온 어시스트법에 의해, 레이저광의 에너지 흡수로 인한 막질 변화가 적고, 증착법과 비교하여 막 손실의 저 하는 감소할 수 있다. 타깃은 성막 전에 클리닝될 수 있다. 증착법보다 더욱 정교한 막 품질을 갖는 성막 가능 실시예로는 이온 어시스트법 외에도 이온 도금법, 스퍼터링법 등이 있다.
λ/6 및 λ/12의 두께를 갖는 MgF2 막이 두 종류의 광 디바이스(10)를 제공하기 위해 광파이버(18)의 끝면에 형성되었다. 도 9는 160 mW의 광 출력 및 405 ㎚의 파장(λ)의 레이저 광이 투명 부재(16)로 입사될 때, 광파이버(18)로부터 출사되는 출사광의 광 출력의 시간 변화를 나타낸 그래프이며, 여기서 g6은 λ/6의 두께를 갖는 막의 그래프이고, g7은 λ/12의 두께를 갖는 막의 그래프이다. 도 9로부터 λ/6의 두께를 갖는 막 및 λ/12의 두께를 갖는 막은 실질적으로 광 출력의 변화 방법이 동일하다는 것이 발견되었다. 따라서, 레이저 광 조건이 동일하면, 광 출력은 160 mW이고, 파장(λ)은 405 ㎚이며, 막 두께는 λ/6 이하이고, 광 출력의 시간 특성은 실질적으로 동일하다.
다음으로, 흡수 계수가 낮은 재료를 이용하여 막이 형성되면, 광손실이 더욱 효과적으로 저하된다는 것을 출원인이 확인했다. 도 10은 248 ㎚의 파장의 펄스 레이저에 대한 막의 흡수 계수 및 손상 임계값 간의 관계를 나타낸 그래프이다(J. Dijion, et., al., SPIE Vol. 3244, pp 406-418, 1998 "이온 빔 스퍼터링에 의해 제조된 고손상 임계 플루오르화물 UV 미러"으로 부터 인용됨). 이러한 그래프로부터, 고손상 임계값을 갖는 플루오르화물 막 및 플루오르화물 막 중에서 MgF2과 비교해서 고손상 임계값을 갖는 YF3 및 LiF이 보인다. 그러므로, λ/6의 두께를 갖는 MgF2 막 및 YF3 막이 두 종류의 광 디바이스(10)를 제공하기 위해 증착법에 의해 광파이버(18)의 끝면에 형성되었다. 160 mW의 광 출력 및 405 ㎚의 파장(λ)의 레이저 광이 투명 부재(16)로 입사될 때, 광파이버로부터 출사되는 광의 광 출력의 시간에 따른 변화가 측정되었다. 도 11은 측정값을 나타낸다. 도 11에서 g8은 MgF2 막의 그래프이고, g9는 YF3 막의 그래프이다. 도 11에서 YF3 막의 광 출력 저하가 MgF2 막 보다 작다는 것을 알 수 있다. YF3 막에 관한 그래프의 기울기가 MgF2 막에 관한 그래프의 기울기보다 더 작기 때문에 1000 시간 이상이 경과한 후에, 막형성 법 간의 광 출력의 차이는 증가하는 것으로 생각될 수 있다(도시되지 않음). 따라서, 광손실을 저하하기 위해, 플루오르화물 막(예를 들면, YF3, LiF, MgF2, NaF, LaF3, BaF2, CaF2 및 AlF3 중 임의의 것)이 이용되는 것이 바람직하고, 낮은 흡수 계수를 갖는 YF3를 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
상술한 바와 같이, 160 mW의 광 출력 및 405 ㎚의 파장(λ)의 레이저 광이 1000 시간 이상 동안 광파이버(18)로 입사될 때, 레이저 광의 10% 미만이 입사된 직후의 출사광의 광 출력에 대하여 1000 시간 후의 출사광의 광 출력의 저하율을 억제하기 위해 광파이버(18)의 입사 끝면에 형성된 막의 막 두께가 λ/6 이하인 것이 바람직하다. 이온 어시스트법, 이온 도금법 및 스퍼터링법과 같이 성막 전에 타깃 클리닝이 가능하며, 정교한 막 품질을 갖는 막을 형성할 수 있는 성막법을 이용하는 것이 바람직하다. 막은 낮은 에너지 흡수의 레이저 광을 갖는 것이 바람직하 다.
160 mW의 광 출력, 405 ㎚의 파장(λ), 및 λ/6의 막 두께를 갖는 접합 저지 막이 광파이버(18) 상에 형성될 때 광파이버(18)와 투명 부재(16)의 접촉면에서 융착이 발생하는 광밀도가 제 1 실시형태에서와 동일한 방법으로 계산되면 광밀도는 약 1600 W/㎟ 이다. 따라서, 이러한 구조에서 광파이버(18)와 투명 부재(16)의 접촉면에 있어서의 광밀도가 융착이 발생하지 않는 상한값인 1600 W/㎟ 이하가 되도록 광 디바이스가 구성되면, 융착에 의한 광 출력의 저하가 억제될 수 있다.
입사되는 광의 파장이 단파장 영역(160 ㎚ ~ 500 ㎚)을 가질 때, 유기물에 의한 오염을 방지하기 위해 접합 저지 막(17)의 투명 부재(16)의 끝면은 형성되지 않으며/않거나 광파이버(18)의 끝면은 UV 클리닝된다. 플루오르화물(예를 들면, YF3, LiF, MgF2, NaF, LaF3, BaF2, CaF2 및 AlF3 중 임의의 것)을 포함하는 접합 저지 막이 UV 영역(190 ㎚ ~ 410 ㎚)의 광에 대하여 비활성화된다. 플루오르화물로 제조된 접합 저지 막(17)이 광파이버(18)에 형성되기 때문에, 투명 부재(16)와 광파이버(18) 사이의 접촉부 상의 산화물(석영, SiO2와 같은)의 반응이 방지되며, 접촉부의 손상이 억제될 수 있다. 투명 부재(16)에 또한 접합 저지 막이 형성되는 구조에서 산화물에 의한 오염을 방지하기 위해 투명 부재(16)의 끝면 및/또는 광파이버(18)의 끝면이 UV 클리닝될 때, 투명 부재(16)와 광파이버(18) 사이의 접촉부에서의 화학 반응이 억제될 수 있다.
본 발명의 구조가 이용되면, 종래의 광 디바이스보다 고출력을 갖는 광원이 이용될 수 있다. 더 구체적으로, 광원의 출력을 광파이버의 코어의 단면적 × 8 W/㎟ 이상으로 가정하면, 투명 부재에 투과되지 않고 광화버의 코어로 직접적으로 입력되는 광에서의 종래의 피그테일형 레이저에서, 외기와 접촉하는 파이버 끝면의 경계면에 오염이 발생하지만, 본 발명의 구조가 이용되면 광원의 출력이 상술한 출력과 같이 이용되고, 외기와 접촉하는 광학 부재의 끝면에서의 오염 발생을 억제할 수 있다.
광원의 출력이 광파이버의 코어의 단면적 × 8 W/㎟ 이상일 때, 코어리스 파이버가 융착되는 선단을 갖는 종래의 파이버로 직접적으로 입력되는 실시형태에서 외기와 접촉하는 파이버 끝면의 경계면에 오염이 발생하지만, 본 발명의 구조가 이용되면, 광원의 출력이 상술한 출력일지라도 외기와 접촉하는 광학 부재의 끝면에 발생하는 오염을 방지할 수 있다.
광 출력의 출력이 페룰의 단면적 × 8 W/㎟ 이상일 경우, 페룰에 의해 지지되는 주변을 갖는 종래의 광파이버로 직접적으로 입력되는 실시형태에서 외기와 접촉하는 파이버 끝면의 경계면에 오염이 발생하지만, 본 발명의 구조가 이용되면, 광원의 출력이 상술한 출력일지라도 외기와 접촉하는 광학 부재의 끝면상에 발생하는 오염을 방지할 수 있다.
광원의 출력이 페룰의 단면적 × 140 W/㎟ 이상일 경우, 종래의 글래스 스태 브와 파이버를 서로 접촉하여 이용하는 리셉터클의 실시형태에서 융착 문제가 발생하지만, 본 발명의 구조가 이용되면, 광원의 출력이 상술한 출력일지라도 융착이 억제되어 고출력 광원이 이용될 수 있다.
광 출력의 출력이 광파이버의 단면적 × 140 W/㎟ 이상일 경우, 코어리스 파이버 또는 파이버 스태브를 융착한 광파이버를 글래스 스태브에 접착하여 이용하는 리셉터클의 실시형태에서 융착 문제가 발생하지만, 본 발명의 구조가 이용되면, 광원의 출력이 상술한 출력일지라도 융착이 억제되어 고출력 광원이 이용될 수 있다.
광 출력의 출력이 광파이버의 단면적 × 140 W/㎟ 이상일 경우, 종래의 글래스 스태브 및 페룰에 의해 지지되는 주변을 갖는 파이버가 서로 접촉하여 이용되는 리셉터클의 실시형태에서 융착 문제가 발생하지만, 본 발명의 구조가 이용되면, 광원의 출력이 상술한 출력일지라도 융착이 억제되어 고출력 광원이 이용될 수 있다.
광원의 출력이 광파이버의 단면적 × 4464 W/㎟ 이상일 경우, 코어리스 파이버 또는 파이버 스태브를 융착한 광파이버를 글래스 스태브에 접착하여 이용하는 리셉터클의 실시형태에서 융착 문제가 발생하지만, 본 발명에 설명된 접합 저지 막이 적어도 접촉면(광학적으로 접촉되는 면) 상에 제공되면, 광원의 출력이 상술한 출력일지라도 융착이 억제되어 고출력 광원이 이용될 수 있다.
광원의 출력이 광파이버의 단면적 × 4464 W/㎟ 이상일 경우, 종래의 글래스 스태브와 파이버를 서로 접촉하여 이용하는 리셉터클의 실시형태에서 융착 문제가 발생하지만, 본 발명에 설명된 접합 저지 막이 적어도 접촉면(광학적으로 접촉되는 면) 상에 제공되면, 광원의 출력이 상술한 출력일지라도 융착이 억제되어 고출력 광원이 이용될 수 있다.
광 출력의 출력이 페룰의 단면적 × 4464 W/㎟ 이상일 경우, 종래의 글래스 스태브 및 페룰에 의해 지지되는 주변을 갖는 파이버가 서로 접촉하여 이용되는 리셉터클의 실시형태에서 융착 문제가 발생하지만, 본 발명에 설명된 접합 저지 막이 적어도 접촉면(광학적으로 접촉되는 면) 상에 제공되면, 광원의 출력이 상술한 출력일지라도 융착이 억제되어 고출력 광원이 이용될 수 있다.
전술한 본 발명의 모범적인 실시형태는 예시 및 설명의 목적으로 제공된다. 개시된 정확한 형태가 완전하거나 개시된 정확한 형태로 한정하고자 하는 것이 아니다. 다양한 수정 및 변경이 당업자에 의해 실행되는 것이 명백하다. 본 발명의 원리 및 그것의 실용적인 응용을 최상으로 설명하기 위한 실시형태가 선택되어 설명되며, 이로 인해 이 기술 분야의 다른 당업자가 본 발명의 다양한 실시형태를 이해할 수 있으며, 특정한 이용에 적합한 다양한 변형과 함께 완성된다. 본 발명의 영역은 다음의 청구항 및 그와 동등한 범위에 의해 한정되는 것으로 의도된다.
도 1은 모범적인 제 1 실시형태에 의한 광 디바이스의 개략도이다.
도 2는 광밀도와 오염에 의한 광 출력의 저하의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 광밀도와 돌발 고장율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 모범적인 제 2 실시형태에 의한 광 디바이스의 개략도이다.
도 5는 모범적인 제 2 실시형태에 의한 광 디바이스의 변형의 개략도이다.
도 6은 모범적인 제 2 실시형태에 의한 광 디바이스의 다른 변형의 개략도이다.
도 7은 λ/2, λ/4 및 λ/6의 막 두께를 각각 갖는 MgF2 막이 증착법에 의해 각각 형성되었을 때의 출사광의 광 출력의 시간 변화를 나타낸다.
도 8은 λ/6의 막 두께를 갖는 MgF2 막이 증착법 및 이온 어시스트법에 의해 각각 형성되었을 때의 출사광의 광 출력의 시간 변화를 나타낸다.
도 9는 λ/6 및 λ/12의 막 두께를 갖는 MgF2 막이 이온 어시스트법에 의해 각각 형성되었을 때의 출사광의 광 출력의 시간 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 248 ㎚의 파장의 펄스 레이저에 의한 막의 흡수 계수와 손상 임계값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 λ/6의 막 두께를 갖는 MgF2 막 및 YF3 막이 증착법에 의해 각각 형성되었을 때의 출사광의 광 출력의 시간 변화를 나타낸 그래프이다.
[부호의 설명]
10, 10A:광 디바이스 12:레이저 광원
14:렌즈 16:투명 부재
16A:입사 끝면 17:접합 저지 막
18:광파이버 18A:코어
18B:클래드 20:접촉면
22:투명 부재

Claims (25)

  1. 소정 파장의 광을 출력하는 광원;
    상기 소정 파장의 광이 투과되는 제 1 광학 부재; 및
    상기 제 1 광학 부재에 접촉되고 상기 소정 파장의 광이 투과되는 제 2 광학 부재를 포함하는 광 디바이스로서:
    상기 소정 파장은 약 160 ㎚ 내지 약 500 ㎚이며, 접합 저지 막은 상기 제 1 광학 부재와 제 2 광학 부재의 접촉면에 제공되고, 상기 접촉면에 있어서의 광밀도는 약 4464 W/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉면에 있어서의 광밀도는 약 1600 W/㎟이하인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접합 저지 막의 두께는 상기 소정 파장의 광 파장의 약 1/6 이하인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합 저지 막의 두께는 상기 소정 파장의 광 파장의 약 1/12 이하인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    광이 입사되거나 출사되고, 공기에 노출되는 상기 제 1 광학 부재 또는 제 2 광학 부재의 끝면의 광밀도는 약 8 W/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 부재는 광파이버, 및 상기 광파이버와 제 1 광학 부재 사이에 제공된 제 3 광학 부재를 포함하며, 상기 광파이버 및 제 3 광학 부재는 서로 융착 접합된 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 복수의 부재로 구성되고, 상기 복수의 부재 사이의 제 2 접촉면에 있어서의 광밀도는 약 140 W/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 복수의 부재로 구성 되고, 약 140 W/㎟내지 약 4464 W/㎟의 광밀도를 갖는 상기 복수의 부재의 접촉면에 상기 접합 저지 막이 제공된 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광의 집광 위치는 접촉면 이외의 위치인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재는 투과되는 광의 빔 지름보다 더 큰 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광이 입사되어 공기에 노출되는 상기 제 1 광학 부재 또는 제 2 광학 부재 중 하나의 끝면은 소정 파장의 광의 주축에 수직인 방향으로 경사지는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 석영을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버의 코어의 단면적 × 8 W/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버의 단면적 × 8 W/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버를 유지하는 페룰의 단면적 × 8 W/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버의 코어의 단면적 × 4464 W/㎟이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버의 단면적 × 4464 W/㎟이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버를 유지하는 페룰의 단면적 × 4464 W/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  19. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버의 코어의 단면적 × 140 W/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  20. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버의 단면적 × 140 W/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  21. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 부재 중 하나 이상은 광파이버이고, 상기 소정 파장의 광 출력은 광파이버를 유지하는 페룰의 단면적 × 140 W/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 파장은 약 370 ㎚내지 약 500 ㎚인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합 저지 막은 이온 어시스트법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합 저지 막은 플루오르화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  25. 소정 파장의 광을 출력하는 광원;
    상기 소정 파장의 광이 투과되는 제 1 광학 부재; 및
    상기 제 1 광학 부재에 접촉되고 상기 소정 파장의 광이 투과되는 제 2 광학 부재를 포함하는 광 디바이스를 갖는 노광 장치로서:
    상기 소정 파장은 약 160 ㎚ 내지 약 500 ㎚이며, 접합 저지 막은 상기 제 1 광학 부재와 제 2 광학 부재의 접촉면에 제공되고, 상기 접촉면에 있어서의 광밀도는 약 4464 W/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
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