KR20190106646A - 광 필터 및 이를 포함하는 분광기 - Google Patents

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KR20190106646A
KR20190106646A KR1020180133136A KR20180133136A KR20190106646A KR 20190106646 A KR20190106646 A KR 20190106646A KR 1020180133136 A KR1020180133136 A KR 1020180133136A KR 20180133136 A KR20180133136 A KR 20180133136A KR 20190106646 A KR20190106646 A KR 20190106646A
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노영근
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김효철
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Abstract

광 필터 및 이를 포함하는 분광기가 개시된다. 개시된 광 필터는 서로 다른 공진 파장들을 가지는 복수의 필터 유닛을 포함하고, 상기 복수의 필터 유닛 각각은, 공진층; 상기 공진층의 일면에 마련되는 브래그 반사층; 및 상기 공진층의 타면에 주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체를 포함하는 패턴 반사층;을 포함한다.

Description

광 필터 및 이를 포함하는 분광기{Light filter and spectrometer including the same}
광 필터 및 이를 포함하는 분광기에 관한 것이다.
분광기는 광학 분야에 있어서 중요한 광학 기구 중 하나이다. 종래의 분광기는 다양한 광학 소자를 포함하고 있어, 부피가 크고 무거웠다. 최근에는 스마트폰, 웨어러블 디바이스 등 관련 어플리케이션의 소형화에 따라, 분광기의 소형화가 요구되고 있다. 특히, 온-칩(on-chip) 구조의 분광기는 하나의 반도체 칩 상에 집적 회로 및 광학 소자를 동시에 구현함으로써 소형화에 유리하므로, 온-칩 구조를 가지는 분광기에 대한 연구가 진행되고 있다.
예시적인 실시예는 광 필터 및 이를 포함하는 분광기를 제공한다.
일 측면에 있어서,
서로 다른 공진 파장들을 가지는 복수의 필터 유닛을 포함하고,
상기 복수의 필터 유닛 각각은,
공진층(cavity layer);
상기 공진층의 일면에 마련되는 브래그 반사층; 및
상기 공진층의 타면에 마련되어 도파 모드 공진(Guided Mode resonance)을 발생시키는 것으로, 주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체를 포함하는 패턴 반사층;을 포함하는 광 필터가 제공된다.
상기 반사 구조체들은 상기 필터 유닛의 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 주기적으로 배열될 수 있다.
상기 필터 유닛의 공진 파장은 상기 반사 구조체들의 피치, 두께 및 듀티 사이클(duty cycle) 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
상기 반사 구조체들은 일차원적으로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 반사 구조체들은 서로 나란한 라인 형태로 배열될 수 있다.
상기 반사 구조체들은 이차원적으로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 반사 구조체들은 다각형 형태를 가지고 반복적으로 배열될 수 있다.
상기 브래그 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 패턴 반사층은 상기 반사 구조체들 사이를 채우도록 마련되며 상기 반사 구조체들과 다른 굴절률을 가지는 충진층을 더 포함할 수 있다. 상기 패턴 반사층은 상기 반사 구조체들을 덮도록 마련되며 상기 반사 구조체들과 다른 굴절률을 가지는 커버층을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
서로 다른 공진 파장들을 가지는 복수의 필터 유닛을 포함하고,
상기 복수의 필터 유닛 각각은,
공진층;
상기 공진층의 일면에 마련되는 제1 브래그 반사층;
상기 공진층의 타면에 마련되는 제2 브래그 반사층; 및
상기 공진층의 내부에 마련되어 도파 모드 공진을 발생시키는 것으로, 주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체를 포함하는 패턴 반사층;을 포함하는 광 필터가 제공된다.
상기 반사 구조체들은 상기 필터 유닛의 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 주기적으로 배열될 수 있다.
상기 필터 유닛의 공진 파장은 상기 반사 구조체들의 피치, 두께 및 듀티 사이클 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
상기 반사 구조체들은 일차원적 또는 이차원적으로 배열될 수 있다.
상기 제1 및 제2 브래그 반사층 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 복수의 반사 구조체들은 상기 제1 브래그 반사층 또는 상기 제2 브래드 반사층에 마련될 수 있다. 상기 복수의 반사 구조체들은 상기 제1 및 제2 브래그 반사층과 접하도록 마련될 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
서로 다른 공진 파장들을 가지는 복수의 필터 유닛을 포함하는 광 필터; 및
상기 광 필터를 투과한 광을 수광하는 센싱부;를 포함하고,
상기 복수의 필터 유닛 각각은,
공진층;
상기 공진층의 일면에 마련되는 제1 브래그 반사층; 및
상기 공진층의 타면 또는 내부에 마련되어 도파 모드 공진을 발생시키는 것으로, 주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체를 포함하는 패턴 반사층;을 포함하는 분광기가 제공된다.
상기 반사 구조체들은 상기 필터 유닛의 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 주기적으로 배열될 수 있다.
상기 필터 유닛의 공진 파장은 상기 반사 구조체들의 피치, 두께 및 듀티 사이클 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
상기 반사 구조체들은 일차원적 또는 이차원적으로 배열될 수 있다.
상기 복수의 반사 구조체는 상기 공진층의 타면에 마련되며, 상기 패턴 반사층은 상기 반사 구조체들 사이를 채우도록 마련되는 것으로 상기 반사 구조체들과 다른 굴절률을 가지는 충진층을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 반사 구조체는 상기 공진층의 내부에 마련되며, 상기 필터 유닛은 상기 공진층의 타면에 마련되는 제2 브래그 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 센싱부는 이미지 센서 또는 포토다이오드를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 필터 유닛이 도파 모드 공진(GMR)를 발생시키는 주기적인 구조를 포함하는 패턴 반사층을 포함함으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 광의 입사각 변화에 따른 공진 파장의 변화를 크게 줄여줄 수 있다. 또한, 패턴 반사층를 구성하는 반사 구조체들의 피치, 두께 또는 듀티 사이클을 변화시켜 서로 다른 공진 파장들을 가지는 필터 유닛들을 형성할 수 있으므로 광 필터를 제작하는 공정을 단순화시킬 수 있고, 그 제작 비용이나 시간을 줄여줄 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 분광기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광 필터의 필터 유닛을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 광 필터의 단면도이다.
도 4는 기존 필터 유닛의 예시적인 모델을 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 필터 유닛의 투과 스펙트럼을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 6은 도 2에 도시된 실시예에 따른 필터 유닛의 예시적인 모델을 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 필터 유닛의 투과 스펙트럼을 도시한 시뮬레이션 결과들이다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 14a 및 도 14b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 15는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 16은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 19는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 20a 및 도 20b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 21a 및 도 21b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 22a 및 도 22b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 23a 및 도 23b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 24a 및 도 24b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 25a 및 도 25b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 26a 및 도 26b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 분광기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 분광기(3000)는 센싱 소자(3200)와 이 센싱 소자(3200) 에 마련되는 광 필터(3100)를 포함한다. 광 필터(3100)는 2차원 어레이 형태로 배열되는 복수의 필터 유닛(100)을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것으로, 복수의 필터 유닛(100)이 1차원 어레이 형태로 배열되는 것도 가능하다. 복수의 필터 유닛(100)은 서로 다른 공진 파장을 가지도록 마련될 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 필터 유닛(100) 중 일부는 같은 공진 파장을 가지도록 마련될 수도 있다.
센싱 소자(3200)는 광 필터(3100)를 투과한 빛을 수광하여 이를 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 광 필터(3100)에 입사되는 빛은 복수의 필터 유닛(100)을 투과하게 되고, 이러한 필터 유닛들(100)을 투과한 서로 다른 공진 파장들을 포함하는 빛은 센싱 소자(3200)의 픽셀들(미도시)에 도달하게 된다. 그리고, 센싱 소자(3200)는 픽셀들로 입사된 빛을 전기적인 신호로 변환하게 된다. 센싱소자(3200)는 예를 들면, CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary metal-oxide semicounductor) 이미지 센서 등과 같은 이미지 센서나 포토다이오드(photodiode)를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 광 필터의 필터 유닛을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 광 필터의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 필터 유닛(100)은 공진층(cavity layer, 110)과, 공진층(110)의 일면에 마련되는 브래그 반사층(120)과, 공진층(110)의 타면에 마련되는 패턴 반사층(130)을 포함한다.
브래그 반사층(120)은 공진층(110)의 일면, 예를 들면 공진층(110)의 하면에 마련될 수 있다. 브래그 반사층(120)은 통상적으로 분산 브래그 반사경(DBR, Distributed Bragg Reflector)라고 불린다. 브래그 반사층(120)은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조의 브래그 반사층(120)은 굴절률의 주기적인 변동에 의해 광을 반사시킬 수 있다.
도 3에 도시된 브래그 반사층(120)에서는 서로 다른 굴절률을 가지는 제1 및 제2 물질층(121, 122)이 3번 교대로 적층된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 제1 및 제2 물질층(121, 122)은 서로 다른 굴절률을 가지는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 물질층(121)은 SiO2 (굴절률=1.46)로 이루어질 수 있고, 제2 물질층(122)은 Si(굴절률=3.8)로 이루질 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 제1 및 제2 물질층(121, 122)은 다른 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
패턴 반사층(130)은 공진층(110)의 타면, 예를 들면 공진층(110)의 상면에 마련될 수 있다. 여기서, 패턴 반사층(130)은 도파 모드 공진(GMR; Guided Mode Resonance)을 발생시킴으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위해 패턴 반사층(130)은 도파 모드 공진(GMR)을 일으킬 수 있는 격자 구조(grating structure)를 가질 수 있다. 패턴 반사층(130)은 공진층(110)의 상면에 일정한 간격으로 주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체(135)를 포함할 수 있다. 여기서, 반사 구조체들(135)은 필터 유닛(100)에 대응되는 공진 파장 보다 작은 피치(P)를 가지고 배열될 수 있다.
본 실시예에서, 패턴 반사층(130)을 구성하는 반사 구조체들(135)은 공진층(110)의 상면에 일차원적으로 배열될 수 있다. 구체적으로, 반사 구조체들(135) 각각은 소정의 폭(w)과 두께(t)를 가지는 라인 형태로 제작될 수 있으며, 이 반사 구조체들(135)이 소정 피치(P)를 가지고 서로 나란하게 일 방향을 따라 배열될 수 있다. 도 3에는 반사 구조체들(135) 각각이 사각형의 단면을 가지는 경우가 도시되어 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 반사 구조체들(135) 각각은 삼각형 등과 같은 다른 다각형의 단면을 가질 수도 있다.
반사 구조체들(135)은 소정의 굴절률을 가지는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반사 구조체들(135)은 Si(굴절률=3.8)로 이루질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 반사 구조체들(135)은 예를 들면, GaAs, GaP, SiN 또는 TiO2 등을 포함할 수도 있다. 한편, 반사 구조체들(135)은 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 광 필터(3100)를 구성하는 필터 유닛들(100) 각각의 공진 파장은 반사 구조체들(135)의 피치(P), 두께(t) 및 듀티 사이클(duty cycle) 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 패턴 반사층(130)를 구성하는 반사 구조체들(135)의 피치(P), 두께(t) 및 듀티 사이클(duty cycle) 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 서로 다른 공진 파장들을 가지는 필터 유닛들(100)을 용이하게 구현할 수 있다.
공진층(110)은 브래그 반사층(120)과 패턴 반사층(130) 사이에 마련될 수 있다. 이 공진층(110)은 패턴 반사층(130)을 구성하는 반사 구조체들(135) 보다는 작은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공진층(110)은 SiO2 (굴절률=1.46)로 이루어질 수 있다. 한편, 이는 단지 예시적인 것으로, 공진층(110)은 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 다른 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 구조에서, 필터 유닛(100)의 상면에서 공진층(110)으로 들어오는 광(IL)은 브래그 반사층(120)과 패턴 반사층(130) 사이에서 공진층(110) 내부를 왕복하게 되고, 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 그리고, 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 공진 파장을 가지는 광(TL)은 필터 유닛(100)의 하면을 통해 출사된다.
본 실시예에서 따르면, 필터 유닛(100)이 도파 모드 공진(GMR)를 발생시키는 격자 구조로 형성된 패턴 반사층(130)을 포함함으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 필터 유닛(100)에 입사되는 광(IL)의 입사각 변화에 따른 공진 파장의 변화를 크게 줄여줄 수 있다. 또한, 패턴 반사층(130)을 구성하는 반사 구조체들(135)의 피치(P), 두께(t) 또는 듀티 사이클을 변화시켜 용이하게 서로 다른 공진 파장들을 가지는 필터 유닛들(100)을 형성할 수 있다. 따라서, 광 필터(3100)를 제작하는 공정을 단순화시킬 수 있고, 제작 비용 및 시간도 줄일 수 있다.
도 4는 기존 필터 유닛의 예시적인 모델을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 기존의 필터 유닛(10)에서는 공진층(11)의 하면 및 상면에 각각 제1 브래그 반사층(12) 및 제2 브래그 반사층(13)이 마련되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 브래그 반사층(12, 13)은 각각 제1 물질층(12', 13')인 SiO2 층(두께=145nm, 굴절률=1.46)과 제2 물질층(12", 13")인 Si 층(두께=56nm, 굴절률=3.8)이 3번씩 교대로 적층되고, 공진층(11)은 SiO2 층(두께=290nm, 굴절률=1.46)으로 형성된 구조를 보여준다.
이와 같은 구조에서, 외부에서 공진층(11)의 내부로 입사된 광(IL1)은 제1 및 제2 브래그 반사층(12, 13)에 의해 반사되면서 공진층(11) 내부를 왕복하게 된다. 그리고, 이 과정에서 특정 공진 파장을 가지는 광(TL1)이 제1 브래그 반사층(12)을 투과하여 외부로 출사된다.
도 5는 도 4에 도시된 필터 유닛의 투과 스펙트럼을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 도 5에는 광(IL1)이 필터 유닛(10)에 입사되는 각도(θ)를 0°에서 10°까지 순차적으로 변화시킴에 따라 계산된 투과 스펙트럼들이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 공진층(11)의 상면 및 하면에 각각 제1 및 제2 브래그 반사층(12, 13)이 마련된 기존의 필터 유닛(10)에서는 광(IL1)의 입사각 변화에 따라 공진 파장이 크게 변화한다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 광(IL1)의 입사각 변화에 따라 공진 파장이 크게 달라지게 되면 투과 스펙트럼에서 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)도 커지게 됨으로써 결국 분광기의 해상도가 떨어질 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 실시예에 따른 필터 유닛의 예시적인 모델을 도시한 것이다. 도 6에서 브래그 반사층(220)은 제1 물질층(221)인 SiO2 층(두께=145nm, 굴절률=1.46)과 제2 물질층(222)인 Si 층(두께=56nm, 굴절률=3.8)이 3번씩 교대로 적층되고, 공진층(210)은 SiO2 층(두께=290nm, 굴절률=1.46)으로 형성된 구조를 보여준다. 그리고, 반사 구조체들(235) 각각은 충진율이 0.5인 Si(두께=200nm, 굴절률=3.8)으로 형성되었다고 가정한다는 점을 제외하면 도 3에 도시된 필터 유닛(100)과 동일하다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 필터 유닛의 투과 스펙트럼을 도시한 시뮬레이션 결과들이다.
도 7a에는 도 6에 도시된 필터 유닛(200)에서 반사 구조체들(235)의 피치(P)를 280nm로 하고, 광(IL2)이 필터 유닛 모델(200)에 입사되는 각도(θ)를 0°에서 2°, 4°, 6°, 8°, 10°로 변화시킴에 따라 계산된 투과 스펙트럼들이 도시되어 있다.
도 7a를 참조하면, 광(IL2)의 입사각(θ)이 0°인 경우에 공진 파장은 782.68nm 이었으며, 광(IL2)의 입사각(θ)을 0°에서 10°까지 변화시켰을 때 나타나는 공진 파장의 변화량은 대략 0.89nm 정도이었다. 또한, 필터 유닛(200)을 투과한 광(TL2)의 세기(intensity) 최대값은 대략 0.872 이었으며, 반치폭(FWHM)은 대략 3.19nm 정도이었다.
도 7b에는 도 6에 도시된 필터 유닛(200)에서 반사 구조체들(235)의 피치(P)를 320nm로 하고, 광(IL2)이 필터 유닛(200)에 입사되는 각도(θ)를 0°에서 2°, 4°, 6°, 8°, 10°로 변화시킴에 따라 계산된 투과 스펙트럼들이 도시되어 있다.
도 7b를 참조하면, 광(IL2)의 입사각(θ)이 0°인 경우에 공진 파장은 813.47nm 이었으며, 광(IL2)의 입사각(θ)을 0°에서 10°까지 변화시켰을 때 나타나는 공진 파장의 변화량은 대략 0.97nm 정도이었다. 또한, 필터 유닛 모델(200)을 투과한 광(TL2)의 세기 최대값은 대략 0.968 이었으며, 반치폭(FWHM)은 대략 1.41nm 정도이었다.
도 7c에는 도 6에 도시된 필터 유닛(200)에서 반사 구조체들(235)의 피치를 340nm로 하고, 광(IL2)이 필터 유닛(200)에 입사되는 각도(θ)를 0°에서 2°, 4°, 6°, 8°, 10°로 변화시킴에 따라 계산된 투과 스펙트럼들이 도시되어 있다.
도 7c를 참조하면, 광(IL2)의 입사각(θ)이 0°인 경우에 공진 파장은 825.88nm 이었으며, 광(IL2)의 입사각(θ)을 0°에서 10°까지 변화시켰을 때 나타나는 공진 파장의 변화량은 대략 1.0nm 이었다. 또한, 필터 유닛 모델(200)을 투과한 광(TL2)의 세기 최대값은 대략 0.72 이고, 반치폭(FWHM)은 대략 3.8nm 정도이었다.
이상의 도 7a 내지 도 7c에 도시된 결과에서 알 수 있듯이, 도 6에 도시된 실시예에 따른 필터 유닛(200)에서는 광(IL2)의 입사각이 변화하여도 공진 파장의 변화는 거의 없다는 것을 알 수 있으며, 또한 반치폭도 작아 높은 해상도를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 필터 유닛(300)은 공진층(110)과, 공진층(110)의 일면에 마련되는 브래그 반사층(120)과, 공진층(110)의 타면에 마련되는 패턴 반사층(330)을 포함한다. 브래그 반사층(120)은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 도 8에 도시된 브래그 반사층(120)에서는 서로 다른 굴절률을 가지는 제1 및 제2 물질층(121, 122)이 3번 교대로 적층된 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
패턴 반사층(330)은 도파 모드 공진(GMR)을 발생시킴으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위해 패턴 반사층(330)은 도파 모드 공진(GMR)을 일으킬 수 있는 격자 구조를 가질 수 있다. 패턴 반사층(330)은 소정 간격으로 주기적으로 배치되는 복수의 반사 구조체(335)와, 이 반사 구조체들(335) 사이를 채우도록 마련되는 충진층(345)을 포함할 수 있다. 반사 구조체들(335)은 공진층(110)의 상면에 일차원적으로 배열될 수 있다. 반사 구조체들(335) 각각은 소정의 폭과 두께를 가지는 라인 형태로 제작될 수 있으며, 이 반사 구조체들(335)이 소정 피치를 가지고 일 방향을 따라 서로 나란하게 배열될 수 있다.
반사 구조체들(335)은 필터 유닛(300)에 대응되는 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 배열될 수 있다. 반사 구조체들(335) 각각은 사각형, 삼각형 등과 같은 다양한 다각형의 단면을 가질 수 있으며, 소정의 굴절률을 가지는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 이 반사 구조체들(335)은 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
충진층(345)은 반사 구조체들(335) 사이를 채우도록 공진층(110)의 상면에 마련될 수 있다. 충진층(345)은 반사 구조체들(335)과 동일한 두께로 형성될 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 충진층(345)이 반사 구조체들(335) 보다 작은 두께로 형성될 수도 있다. 충진층(345)은 반사 구조체들(335)과 다른 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다.
충진층(345)은 반사 구조체들(335) 보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 반사 구조체들(335)은 예를 들면 Si, GaAs, GaP, SiN 또는 TiO2 등과 같은 고굴절 물질을 포함할 수 있으며, 충진층(345)은 반사 구조체들(335)보다 낮은 굴절률을 가지는 물질, 예를 들면, SiO2, 폴리머 계열 물질(SU-8, PMMA), HSQ(Hydrogen silsesquioxane) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 반사 구조체(335) 및 충진층(345)은 전술한 물질 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.
한편, 이상에서는 반사 구조체들(335)이 충진층(345) 보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 경우가 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 반사 구조체들(335)이 충진층(345) 보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 필터 유닛(300)이 도파 모드 공진(GMR)를 발생시키는 격자 구조로 형성된 패턴 반사층(330)을 포함함으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시킬 수 있고, 이에 따라 필터 유닛(300)에 입사되는 광의 입사각 변화에 따른 공진 파장의 변화를 크게 줄여줄 수 있다. 또한, 패턴 반사층(330)을 구성하는 반사 구조체들(335)의 피치, 두께 또는 듀티 사이클을 변화시켜 필터 유닛(300)의 공진 파장을 결정할 수 있으므로, 서로 다른 공진 파장들을 가지는 필터 유닛들(300)을 포함하는 광 필터를 용이하게 제작할 수 있다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 필터 유닛(400)은 공진층(110)과, 공진층(110)의 일면에 마련되는 브래그 반사층(120)과, 공진층(110)의 타면에 마련되는 패턴 반사층(430)을 포함한다. 패턴 패턴 반사층(430)은 도파 모드 공진(GMR)을 일으킬 수 있는 격자 구조를 가질 수 있다. 패턴 반사층(430)은 소정 간격으로 주기적으로 배치되는 복수의 반사 구조체(435)와, 이 반사 구조체들(335)을 덮도록 마련되는 커버층(450)을 포함할 수 있다.
커버층(450)은 반사 구조체들(435)를 덮도록 공진층(210)의 상면에 마련될 수 있다. 이러한 커버층(450)은 반사 구조체들(435)과 다른 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 커버층(450)은 반사 구조체들(435) 보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 반사 구조체들(435)이 커버층(450) 보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수도 있다.
도 9의 다른 구조들은 앞선 실시예들에서 설명하였기에 생략한다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 필터 유닛(500)은 공진층(110)과, 공진층(110)의 일면에 마련되는 브래그 반사층(120)과, 공진층(110)의 타면에 마련되는 패턴 반사층(530)을 포함한다. 패턴 반사층(530)은 도파 모드 공진(GMR)을 일으킬 수 있는 격자 구조를 가질 수 있다. 패턴 반사층(530)은 소정 간격으로 주기적으로 배치되는 복수의 반사 구조체(535)와, 이 반사 구조체들(535) 사이를 연결하도록 마련되는 연결층(560)을 포함할 수 있다.
연결층(560)은 반사 구조체들(535) 사이를 연결하도록 공진층(110)의 상면에 마련될 수 있다. 이 연결층(560)은 반사 구조체들(535) 보다 낮은 두께로 형성될 수 있다. 이러한 연결층(560)은 반사 구조체들(535)과 일체로 형성되고, 반사 구조체들(535)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
도 10의 다른 구조들은 앞선 실시예들에서 설명하였기에 생략한다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 필터 유닛(600)은 공진층(610)과, 공진층(610)의 일면에 마련되는 제1 브래그 반사층(620)과, 공진층(610)의 타면에 마련되는 제2 브래그 반사층(640)과, 공진층(610)의 내부에 마련되는 패턴 반사층(630)을 포함한다.
제1 및 제2 브래그 반사층(620,640)은 각각 공진층(610)의 하면 및 상면에 마련될 수 있다. 제1 및 제2 브래그 반사층(620,640)은 각각 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 도 11에는 제1 브래그 반사층(620)이 서로 다른 굴절률을 가지는 제1 및 제2 물질층(621, 622)을 포함하고, 제2 브래그 반사층(640)이 서로 다른 굴절률을 가지는 제1 및 제2 물질층(641,642)을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, 제1 물질층(621,641) 및 제2 물질층(622,642)은 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 구조의 제1 및 제2 브래그 반사층(620,640)은 굴절률의 주기적인 변동에 의해 광을 반사시킬 수 있다.
제1 및 제2 브래그 반사층(620,640) 사이에는 공진층(610)이 마련되어 있으며, 이 공진층(610)의 내부에는 패턴 반사층(630)이 마련되어 있다. 여기서, 패턴 반사층(630)은 제1 브래그 반사층(620)의 내면(즉, 상면)에 마련될 수 있다.
패턴 반사층(630)은 도파 모드 공진(GMR)을 발생시키는 것으로, 공진층(610)의 내부에서 제1 브래그 반사층(620)의 상면에 일정한 간격으로 주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체(635)를 포함할 수 있다. 여기서, 반사 구조체들(635)은 필터 유닛(600)에 대응되는 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 배열될 수 있다.
패턴 반사층(630)을 구성하는 반사 구조체들(635)은 도 2에 도시된 반사 구조체들과 마찬가지로 일차원적으로 배열될 수 있다. 구체적으로, 반사 구조체들(635) 각각은 소정의 폭과 두께를 가지는 라인 형태로 제작될 수 있으며, 이 반사 구조체들(635)이 소정 피치를 가지고 일 방향을 따라 서로 나란하게 배열될 수 있다. 한편, 도 11에는 반사 구조체들(635) 각각이 사각형의 단면을 가지는 경우가 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 반사 구조체들(635) 각각은 다양한 다각형의 단면을 가질 수 있다.
반사 구조체들(635)은 소정의 굴절률을 가지는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반사 구조체들(635)은 공진층(610) 보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 반사 구조체들(635)은 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 필터 유닛(600)의 구조에서, 제2 브래그 반사층(640)을 통해 공진층(610)으로 들어오는 광은 제2 브래그 반사층(640)과 패턴 반사층(630) 사이에서 공진층(610) 내부를 왕복하게 되고, 이 과정에서 특정 공진 파장을 가지는 광이 패턴 반사층(630) 및 제1 브래그 반사층(620)을 통해 외부로 출사된다.
본 실시예에서 따르면, 필터 유닛(600)의 공진층(610) 내부에 도파 모드 공진(GMR)를 발생시키는 패턴 반사층(630)을 마련함으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 필터 유닛(600)에 입사되는 광의 입사각 변화에 따른 공진 파장의 변화를 줄여줄 수 있다. 또한, 패턴 반사층(630)을 구성하는 반사 구조체들(635)의 피치, 두께 또는 듀티 사이클을 변화시켜 서로 다른 공진 파장들을 가지는 필터 유닛들(600)을 형성함으로써 광 필터를 제작하는 공정을 단순화시킬 수 있고, 제작 비용 및 시간도 줄일 수 있다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다. 도 12에 도시된 필터 유닛(700)은 패턴 반사층(730)이 제2 브래그 반사층(640)의 내면에 마련되어 있다는 점을 제외하면 도 11에 도시된 필터 유닛(600)과 동일하다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 것이다. 도 13에 도시된 필터 유닛(800)은 패턴 반사층(830)이 제1 및 제2 브래그 반사층(620,640)의 내면과 접하도록 마련되어 있다는 점을 제외하면 도 11에 도시된 필터 유닛(600)과 동일하다.
도 14a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 평면도이고,도 14b는 도 14a에 도시된 필터 유닛의 단면도이다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 필터 유닛(900)은 공진층(910)과, 공진층(910)의 일면에 마련되는 브래그 반사층(920)과, 공진층(910)의 타면에 마련되는 패턴 반사층(930)을 포함한다.
패턴 반사층(930)은 공진층(910)의 타면, 예를 들면 공진층(910)의 상면에 마련될 수 있다. 여기서, 패턴 반사층(930)은 도파 모드 공진(GMR)을 발생시킴으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시킬 수 있다. 이를 위해 패턴 반사층(930)은 패턴 물질층(940)과 이 패턴 물질층(940)에 주기적으로 형성되는 복수의 구멍(hole, 935)을 포함한다.
패턴 물질층(940)은 소정의 굴절률을 가지는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 패턴 물질층(135)은 Si(굴절률=3.8)로 이루질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 패턴 물질층(940)은 예를 들면, GaAs, GaP, SiN 또는 TiO2 등을 포함할 수도 있다. 한편, 패턴 물질층(940)은 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
복수의 홈(935)은 공진층(910)의 상면에 이차원적으로 배열될 수 있다. 도 14a 및 도 14b에는 복수의 홈(935) 각각이 원형의 평면을 가지고 있으며, 이러한 홈들(935)이 사각형 형태로 공진층(910)의 상면에 주기적으로 배열된 경우가 도시되어 있다. 여기서, 복수의 홈(935)은 필터 유닛(900)에 대응하는 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 배열될 수 있다. 한편, 도 14a 및 도 14b에는 복수의 홈(935)이 패턴 물질층(940)을 관통하도록 형성된 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 복수의 홈(935)이 패턴 물질층(940)을 관통하지 않도록 형성될 수도 있다.
공진층(910)은 브래그 반사층(920)과 패턴 반사층(930) 사이에 마련될 수 있다. 이 공진층(910)은 패턴 반사층(930)의 패턴 물질층(940) 보다는 작은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공진층(910)은 SiO2 (굴절률=1.46)로 이루어질 수 있다. 한편, 이는 단지 예시적인 것으로, 공진층(910)은 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 다른 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 필터 유닛(900)의 구조에서, 외부에서 공진층(910)으로 들어오는 광은 브래그 반사층(920)과 패턴 반사층(930) 사이에서 공진층(910) 내부를 왕복하게 되고, 이 과정에서 특정 공진 파장을 가지는 광이 브래그 반사층(920)을 통해 외부로 출사된다.
이와 같이, 도파 모드 공진(GMR)를 발생시키는 패턴 반사층(930)의 홈들(935)이 이차원적으로 주기적으로 배열됨으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라, 필터 유닛(900)에 입사되는 광의 입사각 변화에 따른 공진 파장의 변화를 줄여줄 수 있다. 전술한 실시예들에서는 도파 모드 공진을 발생시키는 주기적인 구조가 일차원적으로 배열되는 경우가 설명되었으며, 이 경우에는 한 방향의 편광(polarization)을 가지는 광에 대해서만 공진 파장의 변화가 줄어드는 효과를 볼 수 있다. 그러나, 본 실시예에서와 같이 도파 모드 공진을 발생시키는 주기적인 구조가 이차원적으로 배열되는 경우에는 모든 방향의 편광을 가지는 광에 대해서도 공진 파장의 변화가 줄어드는 효과를 볼 수 있다.
또한, 패턴 반사층(930)의 홈들(135)의 피치, 두께 또는 듀티 사이클을 변화시킴으로써 서로 다른 공진 파장들을 가지는 필터 유닛들(900)을 용이하게 형성할 수 있고, 이에 따라 광 필터를 제작하는 공정을 단순화시킬 수 있으며, 제작 비용 및 시간도 줄일 수 있다.
도 15는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 단면도이다. 도 15에 도시된 필터 유닛(1000)은 패턴 물질층(1030)에 형성된 홈들 내부에 충진층(1035)이 형성되어 있다는 점을 제외하면 도 14a 및 도 14b에 도시된 필터 유닛(900)과 동일하다.
도 15를 참조하면, 패턴 반사층(1030)은 패턴 물질층(1040)과 이 패턴 물질층(1040)에 주기적으로 형성되는 복수의 홈에 채워진 충진층(1035)을 포함한다. 여기서, 충진층(1035)은 패턴 물질층(1040)과 동일한 두께로 형성되거나 또는 패턴 물질층(1040)보다 얇은 두께로 형성될 수도 있다 충진층(1035)은 패턴 물질층(1040)과 다른 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 즉, 충진층(1035)은 패턴 물질층(1040)보다 높은 굴절률을 가지는 물질 또는 패턴 물질층(1040)보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다.
도 16은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 단면도이다. 도 16에 도시된 필터 유닛(1100)은 패턴 반사층(1130)의 패턴 물질층(1140)에 형성된 홈들을 덮도록 커버층(1135)이 형성되어 있다는 점을 제외하면 도 14a 및 도 14b에 도시된 필터 유닛(900)과 동일하다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 단면도이다.
도 17을 참조하면, 필터 유닛(1200)은 공진층(1210)과, 공진층(1210)의 일면에 마련되며 제1 및 제2 물질층(1221,1222)를 포함하는 제1 브래그 반사층(1220)과, 공진층(1210)의 타면에 마련되며 제1 및 제2 물질층(1241,1242)을 포함하는 제2 브래그 반사층(1240)과, 공진층(1210)의 내부에 마련되는 패턴 반사층(1230)을 포함한다.
패턴 반사층(1230)은 패턴 물질층(1245)과 이 패턴 물질층(1245)에 주기적으로 형성되는 복수의 홈(1235)을 포함한다. 이러한 복수의 홈(1235) 내부는 공진층(1210)으로 채워질 수 있다.
패턴 물질층(1245)은 소정의 굴절률을 가지는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 홈(1235)은 제1 브래그 반사층(1220)의 상면에 이차원적으로 주기적으로 배열될 수 있다. 여기서, 복수의 홈(1235)은 다양한 형태를 가지고 이차원적으로 배열될 수 있다. 여기서, 복수의 홈(1235)은 필터 유닛(1200)에 대응하는 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 배열될 수 있다. 한편, 도 17에는 복수의 홈(1235)이 패턴 물질층(1245)을 관통하도록 형성된 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 복수의 홈(1235)이 패턴 물질층(1245)을 관통하지 않도록 형성될 수도 있다.
한편, 이상에서는 패턴 반사층(1230)이 공진층(1210)의 내부에서 제1 브래그 반사층(1220)의 내면(즉, 상면)에 마련되는 경우가 설명되었으나 패턴 반사층(1230)은 공진층(1210)의 내부에서 제2 브래그 반사층(1240)의 내면(즉, 하면)에 마련될 수도 있다.
도 17의 다른 구조들은 앞선 실시예들에서 설명하였기에 생략한다.
도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 단면도이다. 도 18에 도시된 필터 유닛(1300)은 패턴 반사층(1330)의 패턴 물질층(1345)에 형성된 홈들 내부에 충진층(1335)이 형성되어 있다는 점을 제외하면 도 17에 도시된 필터 유닛(1200)과 동일하다.
도 19는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 단면도이다.
도 19를 참조하면, 필터 유닛(1400)은 공진층(1410)과, 공진층(1410)의 하면에 마련되는 제1 브래그 반사층(1220)과, 공진층(1410)의 상면에 마련되는 제2 브래그 반사층(1240)과, 공진층(1410)의 내부에 마련되며 반사 구조체들(1435)을 포함하는 패턴 반사층(1430)을 포함한다. 여기서, 패턴 반사층(1430)은 제1 및 제2 브래그 반사층(1220,1240)의 내면들과 접하도록 마련될 수 있다.
도 19의 다른 구조들은 앞선 실시예들에서 설명하였기에 생략한다.
도 20a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 평면도이고,도 20b는 도 20a에 도시된 필터 유닛의 단면도이다.
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 필터 유닛(1500)은 공진층(1510)과, 공진층(1510)의 하면에 마련되며 제1 및 제2 물질층(1521,1522)을 포함하는 브래그 반사층(1520)과, 공진층(1510)의 상면에 마련되는 패턴 반사층(1530)을 포함한다.
복수의 반사 구조체(1535)은 공진층(1510)의 상면에 이차원적으로 배열될 수 있다. 도 20a 및 도 20b에는 반사 구조체들(1535) 각각이 원형의 평면을 가지고 있으며, 이 반사 구조체들(1535)이 사각형 형태로 공진층(1510)의 상면에 주기적으로 배열된 경우가 도시되어 있다. 여기서, 반사 구조체들(1535)은 필터 유닛(1500)에 대응하는 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 배열될 수 있다. 공진층(1510)은 브래그 반사층(1520)과 패턴 반사층(1530) 사이에 마련될 수 있다. 공진층(1510)은 반사 구조체들 보다는 작은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다.
이와 같이, 도파 모드 공진(GMR)를 발생시키는 패턴 반사층(1530)의 반사 구조체들(1535)이 이차원적으로 주기적으로 배열됨으로써 매우 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라, 필터 유닛(1500)에 입사되는 광의 입사각 변화에 따른 공진 파장의 변화를 줄여줄 수 있다. 그리고, 도파 모드 공진을 발생시키는 주기적인 구조가 이차원적으로 배열됨으로써 모든 방향의 편광을 가지는 광에 대해서 공진 파장의 변화가 줄어드는 효과를 볼 수 있다.
도 20a 및 도 20b의 다른 구조들은 앞선 실시예들에서 설명하였기에 생략한다.
도 21a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 평면도이고,도 21b는 도 21a에 도시된 필터 유닛의 단면도이다. 도 21a 및 도 21b를 참조하면, 필터 유닛(1600)은 공진층(1610)과, 공진층(1610)의 하면에 마련되며 제1 및 제2 물질층(1621,1622)을 포함하는 브래그 반사층(1620)과, 공진층(1610)의 상면에 마련되는 패턴 반사층(1630)을 포함한다. 도 21a 및 도 21b에 도시된 필터 유닛(1600)은 패턴 반사층(1630)의 반사 구조체들(1635)이 육각형 형태로 이차원적으로 배열되었다는 점을 제외하면 도 20a 및 도 20b에 도시된 필터 유닛(1500)과 동일하다.
도 22a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 평면도이고, 22b는 도 22a에 도시된 필터 유닛의 단면도이다. 도 22a 및 도 22b에 도시된 필터 유닛(1700)은 패턴 반사층(1730)의 패턴 물질층(1745)에 형성된 홈들(1735)이 육각형 형태로 이차원적으로 배열되었다는 점을 제외하면 도 14a 및 도 14b에 도시된 필터 유닛(900)과 동일하다.
도 23a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 평면도이고,도 23b는 도 23a에 도시된 필터 유닛의 단면도이다. 도 23a 및 도 23b에 도시된 필터 유닛(1800)은 패턴 반사층(1830)의 반사 구조체들(1835) 각각이 사각형의 평면을 가지고 있다는 점을 제외하면 제외하면 도 21a 및 도 21b에 도시된 필터 유닛(1600)과 동일하다.
도 24a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 평면도이고, 도 24b는 도 24a에 도시된 필터 유닛의 단면도이다. 도 24a 및 도 24b에 도시된 필터 유닛(1900)은 패턴 물질층(1945)에 형성된 홈들(1935) 각각이 사각형의 평면을 가지고 있다는 점을 제외하면 도 22a 및 도 22b에 도시된 필터 유닛(1700)과 동일하다.
도 25a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 평면도이고, 도 25b는 도 25a에 도시된 필터 유닛의 단면도이다. 도 25a 및 도 25b에 도시된 필터 유닛(2000)은 패턴 반사층(2030)의 반사 구조체들(2035) 각각이 사각형의 평면을 가지고 있다는 점을 제외하면 도 20a 및 도 20b에 도시된 필터 유닛(1500)과 동일하다.
도 26a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 필터 유닛을 도시한 평면도이고, 도 26b는 도 26a에 도시된 필터 유닛의 단면도이다. 도 26a 및 도 26b에 도시된 필터 유닛(2100)은 패턴 물질층(2130)에 형성된 홈들(2135) 각각이 사각형의 평면을 가지고 있다는 점을 제외하면 도 14a 및 도 14b에 도시된 필터 유닛(900)과 동일하다.
이상의 예시적인 실시예들에 의하면, 필터 유닛에 도파 모드 공진(GMR)를 발생시키는 주기적인 구조를 포함하는 패턴 반사층을 마련함으로써 좁은 파장 영역에서의 반사도를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 광의 입사각 변화에 따른 공진 파장의 변화를 크게 줄여줄 수 있다. 또한, 패턴 반사층를 구성하는 반사 구조체들의 피치, 두께 또는 듀티 사이클을 변화시켜 서로 다른 공진 파장들을 가지는 필터 유닛들을 형성할 수 있으므로 광 필터를 제작하는 공정을 단순화시킬 수 있고, 그 제작 비용이나 시간을 줄여줄 수 있다. 이상에서 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 가능하다.
100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100.. 필터 유닛
1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900,2000,2100.. 필터 유닛
110,210,610,710,810,910,1210,1310,1410,1510,1610.. 공진층
120,220,620,920,1220,1520,1620.. 브래그 반사층
121,221,621,921,1220,1521,1621.. 제1 물질층
122,222,622,922,1222,1522,1622.. 제2 물질층
130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030,1130.. 패턴 반사층
1230,1330,1430,1530,1630,1730,1830,1930,2030,2130.. 패턴 반사층
135,235,335,435,535,635,735,835,935,1535,1635,1835.. 반사 구조체
3000.. 분광기
3100.. 광 필터
3200. 센싱부

Claims (24)

  1. 서로 다른 공진 파장들을 가지는 복수의 필터 유닛을 포함하고,
    상기 복수의 필터 유닛 각각은,
    공진층(cavity layer);
    상기 공진층의 일면에 마련되는 브래그 반사층; 및
    상기 공진층의 타면에 마련되어 도파 모드 공진(Guided Mode resonance)을 발생시키는 것으로, 주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체를 포함하는 패턴 반사층;을 포함하는 광 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 상기 필터 유닛의 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 주기적으로 배열되는 광 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터 유닛의 공진 파장은 상기 반사 구조체들의 피치, 두께 및 듀티 사이클(duty cycle) 중 적어도 하나에 의해 결정되는 광 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 일차원적으로 배열되는 광 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 서로 나란한 라인 형태로 배열되는 광 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 이차원적으로 배열되는 광 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 다각형 형태를 가지고 반복적으로 배열되는 광 필터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 브래그 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가지는 광 필터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 반사층은 상기 반사 구조체들 사이를 채우도록 마련되며 상기 반사 구조체들과 다른 굴절률을 가지는 충진층을 더 포함하는 광 필터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 반사층은 상기 반사 구조체들을 덮도록 마련되며 상기 반사 구조체들과 다른 굴절률을 가지는 커버층을 더 포함하는 광 필터.
  11. 서로 다른 공진 파장들을 가지는 복수의 필터 유닛을 포함하고,
    상기 복수의 필터 유닛 각각은,
    공진층;
    상기 공진층의 일면에 마련되는 제1 브래그 반사층;
    상기 공진층의 타면에 마련되는 제2 브래그 반사층; 및
    상기 공진층의 내부에 마련되어 도파 모드 공진을 발생시키는 것으로, 주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체를 포함하는 패턴 반사층;을 포함하는 광 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 상기 필터 유닛의 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 주기적으로 배열되는 광 필터.
  13. 재 11 항에 있어서,
    상기 필터 유닛의 공진 파장은 상기 반사 구조체들의 피치, 두께 및 듀티 사이클 중 적어도 하나에 의해 결정되는 광 필터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 일차원적 또는 이차원적으로 배열되는 광 필터.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가지는 광 필터.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 반사 구조체들은 상기 제1 브래그 반사층 또는 상기 제2 브래드 반사층에 마련되는 광 필터.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 반사 구조체들은 상기 제1 및 제2 브래그 반사층과 접하도록 마련되는 광 필터.
  18. 서로 다른 공진 파장들을 가지는 복수의 필터 유닛을 포함하는 광 필터; 및
    상기 광 필터를 투과한 광을 수광하는 센싱부;를 포함하고,
    상기 복수의 필터 유닛 각각은,
    공진층;
    상기 공진층의 일면에 마련되는 제1 브래그 반사층; 및
    상기 공진층의 타면 또는 내부에 마련되어 도파 모드 공진을 발생시키는 것으로,주기적으로 배열되는 복수의 반사 구조체를 포함하는 패턴 반사층;을 포함하는 분광기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 상기 필터 유닛의 공진 파장 보다 작은 피치를 가지고 주기적으로 배열되는 분광기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 필터 유닛의 공진 파장은 상기 반사 구조체들의 피치, 두께 및 듀티 사이클 중 적어도 하나에 의해 결정되는 분광기.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 반사 구조체들은 일차원적 또는 이차원적으로 배열되는 분광기
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 반사 구조체는 상기 공진층의 타면에 마련되며, 상기 패턴 반사층은 상기 반사 구조체들 사이를 채우도록 마련되는 것으로 상기 반사 구조체들과 다른 굴절률을 가지는 충진층을 더 포함하는 분광기.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 반사 구조체는 상기 공진층의 내부에 마련되며, 상기 필터 유닛은 상기 공진층의 타면에 마련되는 제2 브래그 반사층을 더 포함하는 분광기.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 센싱부는 이미지 센서 또는 포토다이오드를 포함하는 분광기.
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