KR20210024142A - 적어도 2 개의 결합된 파브리-페로 구조를 포함하는 스펙트럼 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지체(10)에 집합적으로 구비되고, 또한 서로 결합되어 각각의 파브리-페로 구조의 개별 공진과 구별되는 결합 공진을 생성하는 복수의 파브리-페로 구조(1, 2)를 포함하는 스펙트럼 필터에 관한 것이다. 결합 공진은 개별 공진의 품질 계수보다 높은 품질 계수를 가질 수 있다. 각각의 파브리-페로 구조는 기판의 면(S)에 평행한 2 개의 금속 표면 부분(M1, M2)을 포함하므로 각각의 파브리-페로 구조 내에서 전파되는, 그리고 결합 공진에 기여하는 전자기 방사선 파 성분은 기판의 면에 평행한 전파 방향을 갖는다.

Description

적어도 2 개의 결합된 파브리-페로 구조를 포함하는 스펙트럼 필터

본 발명은 적어도 2 개의 결합된 파브리-페로 구조(Fabry-Perot structure)를 포함하는 스펙트럼 필터에 관한 것이다.

파브리-페로 구조는 잘 알려져 있고, 많은 용도, 특히 광학 필터링 용도로 널이 사용된다. 각각의 파브리-페로 구조는 서로 평행하게 마주보게 배치된 2 개의 반사면 부분을 가지며, 이들 중 적어도 하나는 부분적으로 투과성이다. 다음에 이 구조는 가변 파장의 입사 전자기 방사선을 수신하면 공진한다. 이 공진은 2 개의 반사면 부분 사이에서 파브리-페로 구조 내부의 입사 방사선에 의해 유지되는 정재파(standing wave)가 최대 진폭을 가질 때 나타난다.

공지된 제 1 유형의 파브리-페로 구조에서, 2 개의 반사면 부분의 각각은 금속과 유전체 재료 사이의 계면의 일부이다. 이들 부분은 서로 평행하고, 유전체 재료의 2 개의 대향면 상에서 서로 마주보게 배치되며, 하나는 부분적으로 투과성이도록 충분히 얇다. 공진 거동을 생성하는 정재파는 금속 표면의 부분에 수직으로 전파되는 파 성분으로 구성되어 있다. 본 발명은 이 제 1 유형의 파브리-페로 구조와 관련이 없다.

또한 공지된 다른 유형의 파브리-페로 구조에서, 2 개의 반사면 부분의 각각은 2 개의 상이한 재료 사이의 계면으로 구성되지 않는다. 이러한 다른 유형의 파브리-페로 구조도 역시 각각 금속과 유전체 재료 사이의 2 개의 계면에 의해 형성될 수 있고, 이들은 평행하고, 유전체 재료의 2 개의 대향면 상에서 서로 마주보게 배치된다. 이 경우, 유전체 재료의 유효 굴절률은 n_eff이다. n_eff ² = ε_d·(1+2·δ/h-ε_d/ε_m)으로 주어지며, 여기서 ε_d 및 ε_m은 유전체 재료와 금속의 각각의 유전율로서, 금속은 2 개의 계면에 대해 동일한 것으로 간주된다. δ는 이 금속의 외피의 두께이고, h는 2 개의 계면 사이의 유전체 재료의 두께이다. 이렇게 얻어진 유효 굴절률의 값은 금속에서 나타나는 플라즈몬으로 인해 매우 높을 수 있다. 따라서 유전체 재료 내부에서 이와 같이 유효한 굴절률은 금속-유전체 계면의 양단부에서 2 개의 계면 사이의 값 n_eff으로부터 계면의 양단부를 초과하는 값 ε_d ^1/2까지 불연속성을 보인다. 이렇게 유전체 재료 내에서 생성된 굴절률에서의 2 개의 불연속성은 상이한 재료 사이의 진정한 계면이 아니지만 부분적으로 반사되는 2 개의 표면 부분을 결정한다. 그러면 2 개의 부분적 반사면 부분에 의해 2 개의 금속-유전체 계면 사이의 유전체 재료 내에 정재파가 구속될 수 있게 하며, 그러면 정재파는 이들 금속-유전체 계면에 평행하게 전파된다. 이 정재파는 스펙트럼 필터링 용도를 포함하는 다양한 용도에 사용될 수 있는 공진 거동을 생성할 수 있다. M. Makhsiyan 등의 "Plasmonic nano-antennas for spectral emissivity engineering(Proc of SPIE, Vol. 9502, pp. 95020H-1 to 95020H-6, 2015)"라는 제목의 논문은 공통 기판 상에 인접하고, 그러나 스펙트럼적으로 근접하는 공진을 보이지만 독립적인 파브리-페로 구조를 보여주고 있다.

또 다른 공지된 유형의 파브리-페로 구조에 따르면, 각각의 구조는 금속 지지체, 예를 들면, 금의 평탄면으로 형성된 트렌치(trench)로 구성된다. 트렌치의 깊이 방향은 이 지지체의 면에 수직이고, 트렌치는 지지체의 면에 수직인 평면에서 직사각형 단면의 프로파일을 가지며, 트렌치의 저면은 평탄하고 지지체의 면에 수직이다. 트렌치의 개구부를 가로지르는 지지체의 면의 연장부, 및 트렌치의 저면은 이러한 파브리-페로 구조의 2 개의 반사면 부분을 형성한다. 파브리-페로 구조 내부의 입사 방사선에 의해 유지되는 정재파는 지지체의 면으로부터 트렌치의 저면을 향해, 그리고 반대 방향으로 지지체의 면에 수직으로 트렌치 내에서 전파되는 파 성분으로 구성된다. 공진 파장은 트렌치의 깊이에 의해 결정되고, 이 공진의 품질 계수는 특히 트렌치의 폭에 따라 달라진다. 실제로, 트렌치의 저면이 정재파에 유효한 반사면 부분 중 하나를 형성하는 금속-가스 계면이고, 이 동일한 정재파에 동시에 유효한 반사면의 다른 부분은 금속 지지체의 평탄면에서 트렌치의 마주보는 벽의 양단부를 연결하므로 이 제 3 유형의 파브리-페로 구조는 위에 제시된 2 개의 조합이다. 그러므로 반사면의 후자의 부분은 2 개의 상이한 재료들 사이의 계면에 의해 형성되지 않는다.

"High-quality-factor double Fabry-Perot plasmonic nano공진기(by B. Fix et al., Optics Letters, Vol. 42, No. 24, pp. 5062-5065, and published on December 15, 2017)"라는 제목의 논문은 공통 지지체의 면에서 각각의 트렌치 형태로 2 개의 파브리-페로 구조를 서로 가까이 배치하는 것을 설명하고 있다. 이것은 결합 공진으로 부를 수 있는, 그리고 2 개의 파브리-페로 구조의 각각의 개별 공진과는 다른 새로운 공진이 나타나는 것을 개시하고 있다. 특히, 아래에서 결합 공진 파장이라고 하는 결합 공진의 공진 파장은 개별 공진 파장이라고 하는 개별 공진의 공진 파장과는 다르다. 이를 달성하기 위해, 2 개의 파브리-페로 구조는 그들의 개별 공진 파장이 달라지도록 달라야 한다. 그러면 결합 공진과 관련된 품질 계수는 파브리-페로 구조의 개별 공진의 품질 계수보다 더 높거나 훨씬 더 높을 수 있다. 품질 계수의 면에서 이러한 이득은 많은 용도에서, 특히 광학 필터링 용도에서 유리할 수 있다.

다시 말하면, 동일한 그룹에 속하는 복수의 파브리-페로 구조는 지지체의 면에 집합적으로 구비된다. 각각의 파브리-페로 구조는 2 개의 반사면 부분을 포함하며, 이들은 서로 마주보게 배치되어 있고, 서로 평행하고, 이 구조의 내부에서 유전체 매체에 의해 서로 분리되어 있다. 이 그룹의 각각의 파브리-페로 구조는, 전자기 방사선의 파 성분이 이 구조의 2 개의 반사면 부분 사이에서 하나로부터 다른 하나로 전파될 수 있도록, 그리고 2 개의 반사면 부분에서 교대로 발생하는 파 성분의 복수의 반사로부터 정재파가 발생하도록, 크기가 정해진다. 그러면 각각의 파브리-페로 구조의 개별 공진은, 지지체 상에 입사하는 전자기 방사선의 파장이 변화할 때, 이 구조의 내부에서 정재파의 최대 진폭에 대응한다.

또한, 그룹의 각각의 파브리-페로 구조의 반사면 부분 중 적어도 하나는 지지체의 면에 평행한 중간 공간에 의해 동일한 그룹의 각각의 다른 구조의 반사면 부분 중 적어도 하나로부터 분리되어 있다.

또한, 그룹의 각각의 파브리-페로 구조의 개별 공진을 결정하는 적어도 하나의 파라미터는, 각각의 다른 파브리-페로 구조와 별개로, 동일 그룹의 적어도 2 개의 구조 사이에서 상이한 값을 갖는다. 따라서 이들 적어도 2 개의 구조는 지지체 상에 입사하는 전자기 방사선에 유효한 각각의 개별 공진 파장 값을 가지며, 이들 값은 서로 다르다. 동시에, 이들 적어도 2 개의 파브리-페로 구조는, 입사 방사선의 파장 축 상에서, 다음의 범위의 개별 공진, 즉 [λ_ri·(1-3/Q_i); λ_ri·(1+3/Q_i)]이 쌍으로 겹치는 부분을 가지도록 각각의 개별 공진 품질 계수 값을 가지며, 여기서 i는 그룹 내의 각각의 파브리-페로 구조를 식별하는 정수이고, λ_ri 및 Q_i는 각각 파브리-페로 구조 i의 개별 공진의 공진 파장 값 및 품질 계수 값이다.

또한, 파브리-페로 구조 i에 대하여 이 파브리-페로 구조 i의 내부에서 정재파를 형성하는 파 성분의 전파 방향에 수직으로 측정된 유전체 매체의 두께 h_i는 0.125·λ_ri/n_{eff_i} 이상이고, n_{eff_i}는 파브리-페로 구조 i의 유전체 매체에 유효한 굴절률, 다시 말하면, h_i ≥ 0.125·λ_ri/n_{eff_i}이다. 이 조건은 각각의 파브리-페로 구조 i가 스펙트럼 필터 외부에 있는 전파 매체에 언더 커플링(under-coupling)되어 있으므로 스펙트럼 필터가 반사용인지 또는 투과용인지 여부에 따라 0과는 크게 다른 반사율 또는 에너지 투과율 값을 갖는다는 것을 의미한다. 예를 들면, 한계 VL_i = 0.125·λ_ri/n_{eff_i}는, 스펙트럼 필터가 반사용인지 또는 투과용인지 여부에 따라, 파브리-페로 구조 i의 경우, 이 구조의 개별 공진 파장 λ_ri에서 약 0.39의 반사율 또는 에너지 투과율 값에 대응할 수 있다.

이들 조건이 충족되면, 동일한 그룹의 2 개의 파브리-페로 구조(이들의 개별 공진 파장 값은 다름) 사이의 결합이 이들 2 개의 구조 사이에 존재하는 중간 공간에 의해 생성된다. 경우에 따라, 이 중간 공간 내에 존재하는 재료가 결합에 기여할 수도 있다. 결합이 유효하도록 하는 추가의 조건은 지지체의 면에 평행한 중간 공간에 의해 의해 결정되는 이렇게 결합된 2 개의 파브리-페로 구조 사이의 분리 거리가 결합 공진 파장이라고 부르는 그리고 필터 상에 입사하는 전자기 방사선에 유효한 결합에 관련된 공진 파장 값 미만인 것이다. 이러한 결합 공진은 적어도 다음의 3 개의 파 사이의 간섭에 의해 발생된다:

지지체의 면 상의 입사 방사선의 반사로부터 또는 지지체를 통한 입사 방사선의 투과로부터 발생하는 제 1 파;

그룹의 제 1 파브리-페로 구조로부터 발생하고, 수 개의 파 성분의 중첩으로부터 발생하는 제 2 파 - 상기 수 개의 파 성분 중 적어도 하나는 제 1 구조와 결합된 동일 그룹의 제 2 파브리-페로 구조 내에서 적어도 1 회의 왕복(round trip)을 완료한 것임 -; 및

그룹의 제 2 파브리-페로 구조로부터 발생하고, 수 개의 다른 파 성분의 다른 중첩으로부터 발생하는 제 3 파 - 상기 수 개의 다른 파 성분 중 적어도 하나는 그룹의 제 1 파브리-페로 구조 내부에서 적어도 1 회의 왕복을 완료한 것임 -.

따라서 파브리-페로 구조를 구비한 지지체는, 그 중 일부가 방금 설명한 방식으로 함께 결합되고, 최소의 반사 스펙트럼을 보유한다. 이 최소값은 좁을 수 있으므로, 지지체는 파브리-페로 구조의 각각의 개별 공진에 비해 선택성이 향샹된 스펙트럼 필터를 구성할 수 있다. 필터링 선택성의 이러한 개선은 몇몇 파브리-페로 구조들 사이에 존재하는 결합에 기인된다.

위에서 소개한 1 및 2과 동등한 i에 대한 조건 h_i ≥ 0.125·λ_ri/n_{eff_i}은 적어도 3 개의 파의 간섭에 참여하는 제 2 파 및 제 3 파가 결합 공진을 존재케 하는 데에 충분한 각각의 진폭을 갖도록 보장한다.

위에서 인용한 B. Fix 등의 논문의 경우, 그룹은 각각 트렌치 형상의 2 개의 결합된 파브리-페로 구조를 포함하며, 다른 파브리-페로 구조와는 별도로 각각의 파브리-페로 구조의 개별 공진 파장을 결정하는 파라미터는 트렌치의 깊이이다. 결합 공진 파장 값은 또한 트렌치의 깊이에 의해서 결정되지만, 또한 이들 트렌치 사이에 존재하는 분리 거리에 의해서도 결정된다. 그러나, 결합 공진 파장의 정확한 원하는 값을 얻기 위해 서로 접근해 있는 이러한 트렌치의 생성에 대해 충분히 제어하는 것은 특히 어렵다. 또한, 인접하는 트렌치 사이의 파티션(partition)은 트렌치들이 매우 접근해 있는 경우에 취약해질 수 있다. 이렇게 하여 얻어진 필터는 우발적인 스크래치에 특히 민감할 수 있다.

이러한 상황에 기초하여, 본 발명의 하나의 목적은 적어도 일부가 결합된 적어도 하나의 그룹의 파브리-페로 구조를 포함하는 새로운 필터를 제공하는 것이다.

추가의 목적은 이러한 필터가 특히 스크래치에 대해 더 큰 저항을 나타내는 것일 수 있다.

이들 목적 또는 기타 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 양태는 위에서 설명한 복수의 결합된 파브리-페로 구조를 구비하는, 그러나 각각의 파브리-페로 구조는 기판의 면에 평행한 2 개의 금속 표면 부분을 포함하는 필터를 제안한다. 각각의 파브리-페로 구조는 이들 2 개의 금속 표면 부분 사이에서 기판의 면에 수직으로 한정되는, 그리고 상기 구조의 2 개의 금속 표면 부분 중 적어도 하나의 양측 에지 사이에서 기판의 면에 평행하게 한정되는 내부 용적을 더 포함한다. 이들 2 개의 양측 에지는 파브리-페로 구조의 반사면 부분의 위치를 결정하므로 결합 공진에 기여하는 파 성분은 각각의 결합된 파브리-페로 구조 내부의 지지체의 면에 평행하게 전파된다.

따라서 본 발명에 따른 필터는 필터의 지지체 내로 깊숙이 연장되는 트렌치가 없을 수 있으므로 그 제조 시에 이 지지체의 깊은 에칭이 불필요하다. 특히, 본 발명에 따른 필터는 경우에 따라 적절한 마스크를 통해 재료를 퇴적시키는 단계 만을 구현함으로써, 그리고 임의선택적으로는 퇴적된 재료를 에칭시키는 단계를 구현함으로써 제조될 수 있다. 따라서 이 필터는 트렌치 형태의 파브리-페로 구조를 기반으로 한 종래 기술의 공지된 필터에 비해 비용 가격이 저감될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 필터는 이웃하는 트렌치들 사이에 격벽을 가지지 않으므로 의도치 않은 스크래치에 대하여 더 큰 내성을 갖는다.

본 발명의 다양한 실시형태에서, 파라미터는 그룹의 각각의 파브리-페로 구조의 개별 공진을 그 그룹의 각각의 다른 파브리-페로 구조와 별도로 결정하고, 서로 결합된 그룹의 2 개의 구조 사이에서 상이한 값을 갖는 것으로서, 다음 중 하나일 수 있다:

이 구조의 반사면 부분 사이에서 지지체의 면에 평행하게 측정된 각각의 구조의 내부 용적의 폭,

각각의 구조의 내부 용적 내의 유전체 매체의 굴절률,

각각의 구조의 내부 용적 내의 유전체 매체의 충전율 및/또는 조성,

각각의 구조에 의한 전자기 방사선 흡수 계수,

또는 위의 파라미터 중 수 개의 조합.

결합된 파브리-페로 구조 사이의 구별의 이러한 구현은 필터의 제조의 복잡성 및 가격을 크게 증가시키지 않고 쉽게 구현될 수 있다.

필터 내에서, 파브리-페로 구조의 그룹은 서로 결합된 2 개의 파브리-페로 구조만을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이것은 쌍으로 서로 결합되어 특히 각각의 개별 공진 파장 값에 따라 2 개 또는 3 개의 결합 공진을 생성하는 3 개의 파브리-페로 구조를 포함할 수 있다. 일반적으로, 그룹은 2 개 이상의 구조인 임의의 수의 파브리-페로 구조를 포함하여 그룹 내에서 함께 결합되는 파브리-페로 구조의 다양한 쌍과 동일한 수의 결합 공진을 생성할 수 있다.

유리하게는, 그룹의 각각의 파브리-페로 구조, 특히 지지체의 면에 수직으로 측정된 2 개의 금속 표면 부분 사이의 내부 용적의 두께는 이 구조의 개별 공진 품질 계수 값이 20 미만이 되도록 설계될 수 있다. 동시에 상기 파브리-페로 구조의 그룹, 특히 결합된 그룹의 2 개의 구조 사이의 중간 공간은 결합 공진과 관련된 품질 계수가 20을 초과하도록, 바람직하게는 70을 초과하도록, 또는 심지어 150을 초과하도록 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 필터는 결합 공진의 적어도 하나에 의해 생성된 높은 선택성, 또는 매우 높은 선택성을 가질 수 있다.

일부의 유리한 실시형태에서, 특히 구현이 쉬운 실시형태에서, 각각의 파브리-페로 구조의 내부 용적 내의 유전체 매체는 평행한 면 및 균일한 두께를 갖는 층의 각각의 부분으로 구성될 수 있고, 이 층은 그룹의 모든 구조에 대해 동일하며, 고체 유전체 재료로 구성된다.

경우에 따라, 그룹 내의 2 개의 이러한 구조 사이의 각각의 중간 공간에 의해 분리된 그룹의 파브리-페로 구조를 포함하는 패턴은 지지체의 면 상에서 여러 번 반복될 수 있다.

다음에 1 차원 패턴을 가진 본 발명의 실시형태의 경우, 각각의 파브리-페로 구조의 금속 표면 부분 중 적어도 하나는 각각의 금속 스트립의 일면일 수 있다. 이 경우, 그룹의 파브리-페로 구조를 포함하는 패턴은 지지체의 면에 평행한 반복 방향으로 분리된 평행한 금속 스트립의 형태로 여러 번, 바람직하게는 주기적으로 반복될 수 있다.

대안적으로, 2 차원 패턴을 가진 본 발명의 실시형태의 경우, 각각의 파브리-페로 구조의 금속 표면 부분의 적어도 하나는 지지체의 면에 평행한 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 십자형, 또는 L 형을 가질 수 있다. 이러한 대안적인 경우에, 파브리-페로 구조의 그룹을 포함하는 패턴은 분리된 그리고 지지체의 면에 평행한 2 개의 반복 방향으로 여러 번, 바람직하게는 주기적으로 반복될 수 있고, 바람직하게는 양 반복 방향은 서로에 대해 수직이다. 경우에 따라, 2 차원 패턴을 갖는 본 발명의 이러한 실시형태의 경우, 패턴은 두 반복 방향을 따라 2 x 2 매트릭스로 배치되어 6 쌍의 파브리-페로 구조를 형성하는 4 개의 파브리-페로 구조를 포함할 수 있다. 각각의 쌍은 패턴의 모든 다른 쌍의 구조의 중간 공간 이외에 패턴의 2 개의 구조 사이의 중간 공간과 관련되고, 이 중간 공간의 적어도 일부는 대응하는 쌍의 구조들 사이에 결합을 생성한다.

일반적으로, 본 발명에 따른 스펙트럼 필터는 반사에 사용하도록 맞춰질 수 있다. 이 경우, 제 1 파, 제 2 파, 및 제 3 파는 입사 방사선이 필터에 도달하는 지지체의 일면 상에서 필터에 의해 생성된다. 대안적으로, 본 발명에 따른 다른 스펙트럼 필터는 투과에 사용하도록 맞춰질 수 있다.

현재 제안되는 개선사항은 가파른 컷오프를 갖는 및/또는 확대된 스펙트럼 선택 윈도우를 갖는 필터를 얻도록 맞춰질 수 있다. 이를 위해, 필터는 각각의 결합 공진에 더하여 입사 방사선에 유효한 추가의 개별 공진을 갖는 적어도 하나의 파브리-페로 공진기를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 추가된 파브리-페로 공진기는 그 개별 공진 파장 값이 파브리-페로 구조의 그룹의 적어도 하나의 결합 공진 파장 값에 대해 시프트되도록, 그리고 이 결합 공진 파장 값이 파브리-페로 공진기의 개별 공진에 대해 [λ_r0·(1-10/Q₀); λ_r0·(1+10/Q₀)]의 범위 내에 있도록 설계될 수 있고, 여기서 λ_r0 및 Q₀는 각각 파브리-페로 공진기의 개별 공진에 대한 공진 파장 값 및 품질 계수 값이다. 따라서, 입사 방사선의 파장의 함수로서 필터의 스펙트럼 반응 프로파일은 적어도 각각의 파브리-페로 공진기의 개별 공진과 각각의 그룹의 파브리-페로 구조의 각각의 결합 공진의 중첩에 의해 얻어진다. 그러면 이 프로파일은 동일한 파브리-페로 공진기(들)을 포함하지만 결합된 파브리-페로 구조가 없는 기준 필터에 비해 컷오프 스펙트럼 도메인(cutoff spectral domain)과 윈도우를 갖는 스펙트럼 도메인(windowed spectral domain) 사이에서 보다 가파른 전이를 가질 수 있다. 임의선택적으로, 이 중첩은 각각의 그룹의 파브리-페로 구조의 개별 공진으로부터의 기여를 포함할 수도 있다.

유리하게는, 공진이 중첩된 이러한 필터의 경우, 각각의 파브리-페로 공진기, 특히 내부 용적 내에서 발생하는 정재파의 방향에 수직으로 측정된 공진기의 내부 용적의 두께는 이 공진기의 개별 공진의 품질 계수 값이 30 미만이 되도록 설계될 수 있다. 동시에, [λ_r0·(1-10/Q₀); λ_r0·(1+10/Q₀)] 범위 내에 위치하는 결합 공진 파장에 관련된 품질 계수 값은 30을 초과할 수 있다. 이러한 방식으로, 결합 공진은 파브리-페로 공진기의 개별 공진에 의해 생성되는 스펙트럼 프로파일을 국부적으로 수정한다. 따라서, 스펙트럼 반응 프로파일이 부과된 사양에 대응하는 필터를 정확하게 요구에 따라 생성할 수 있다.

경우에 따라, 파브리-페로 공진기는 지지체의 면에 수직인 적층 방향으로 그룹의 파브리-페로 구조 중 하나 상에 적층될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시형태는 또한 제조가 용이하고, 그 스펙트럼 선택 윈도우에서 필터의 잔류 반사를 저감시키는 것을 가능하게 한다. 유리하게는, 금속 층 부분은 파브리-페로 공진기 및 이것이 적층된 파브리-페로 구조에 공통일 수 있다. 이 공통의 금속 층 부분은 관련된 파브리-페로 구조의 금속 표면 부분 중 하나를 구성한다.

마지막으로, 본 발명의 제 2 양태는 본 발명의 제 2 양태에 따른 적어도 하나의 스펙트럼 필터를 사용하여 구현되는 전자기 방사선의 스펙트럼 필터링 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 필터링될 방사선은 서로 결합된 필터의 2 개의 파브리-페로 구조 사이에 존재하는 지지체의 면에 평행하게 측정된 중간 공간보다 큰 파장 값을 가져야 한다.

이러한 방법은 단색 또는 다중스펙트럼 이미지 캡처, 분광 분석, 및 필터의 가열에 의해 생성된 방사선의 선택적 방출로부터 선택되는 응용을 위해 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부한 도면을 참조한 이하의 비제한적인 일부의 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명 이전에 알려진 2 가지 유형의 파브리-페로 구조의 단면도이고;
도 2a는 그룹 당 2 개의 파브리-페로 구조를 구비한 본 발명의 제 1 실시형태의 단면도이고;
도 2b는 도 2a의 본 발명의 실시형태에 대해 얻어진 반사율 다이어그램이고;
도 3은 파브리-페로 구조의 개별 공진 및 결합 공진의 품질 계수의 변화를 보여주는 다이어그램이고;
도 4는 도 2a에 따른 본 발명의 실시형태에 대한 유전체 재료의 두께의 함수로서 반사율 스펙트럼의 변화를 보여주는 3 차원 다이어그램이고;
도 5a 및 도 5b는 각각 도 2a 및 도 2b에 대응하는 그룹 당 3 개의 파브리-페로 구조를 구비한 본 발명의 제 2 실시형태에 대한 도면이고;
도 6은 그룹 당 4 개의 파브리-페로 구조를 구비한 본 발명의 제 3 실시형태의 사시도이고;
도 7a는 본 발명의 개선에 따른 필터에 대한 스펙트럼 선택성 다이어그램이고;
도 7b는 도 7a의 필터의 단면도이다.

명확히 하기 위해, 이들 도면에 표시된 요소들의 치수는 실제 치수 또는 실제 치수 비율에 대응하지 않는다. 또한, 상이한 도면에 표시된 동일한 참조부호는 동일하거나 동일한 기능을 갖는 요소를 나타낸다.

먼저 도 1a를 참조하여 파브리-페로 구조의 수 개의 요소 및 파라미터의 역할을 상기한다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 공지된 유형의 파브리-페로 구조는 지지체를 형성하는 기판(10)에 형성된 직사각형 단면의 프로파일을 갖는 트렌치(T)로 구성된다. 트렌치(T)는 기판(10)의 평탄면(S)으로부터 연장된다. 기판(10)은 금속 재료, 예를 들면, 금으로 제조된다. 트렌치(T)는 R1으로 표시된 트렌치의 저면을 면(S)에서 트렌치(T)의 개구부 상에 중첩된 표면 부분(R2)에 연결하는 2 개의 대향하는 금속 표면 부분(M1, M2)에 의해 횡방향으로 한정된다. 따라서, 트렌치(T)의 내부 용적은 면(S)에 평행한 방향의 금속 표면 부분(M1, M2)에 의해, 그리고 동시에 면(S)에 수직인 방향의 표면 부분(R1, R2)에 의해 한정된다. 이것은 유전체 매체, 예를 들면, 공기 또는 고체 재료(예를 들면, 실리카(SiO₂))로 채워진다. 공지된 방식으로, 전자기 방사선의 파(Ol)가 면(S) 상에 입사하면, 반사 파(OR)가 생성되며, 그 강도는 트렌치(T) 내에서 나타나는 정재파의 진폭에 의존한다. 이 정재파는 트렌치(T) 내부에서 반대 방향으로 전파되어 표면 부분(R1, R2)에 의해 교대로 반사되는 2 개의 파 성분(O1, O2)이다. 또한, 정재파는 표면 부분(R1, R2)을 통해 입사 파(OI) 및 반사 파(OR)에 결합된다. 이러한 유형의 파브리-페로 구조의 경우, 표면 부분(R1)은 미러의 역할만 하고, 표면 부분(R2)은 부분 반사 미러 역할 및 트렌치(T)의 내부 용적과 외부 사이의 부분 투과 역할의 2 가지 역할을 한다. 공지된 방식으로, 이러한 파브리-페로 구조의 공진 파장은, 식 λ_r ≒ 2·n_eff·h에 따라, 주로 트렌치(T)의 내부 용적 내에서 정재파의 경로의 길이에 의해 결정되며, 여기서, n_eff는 트렌치(T) 내의 유전체 매체의 유효 굴절률이고, h는 트렌치의 깊이이다. 이 파브리-페로 구조의 품질 계수는 면(S)에서 표면 부분(R2)이 차지하는 백분율에 의존한다. 다시 말하면, 이것은 트렌치(T)의 폭(w)에 의존한다.

도 1b는 다른 공지된 유형의 파브리-페로 구조를 도시하며, 이것은 또한 지지체로서 기능하는 기판(10)의 평탄면(S) 상에 생성될 수 있다. 이 구조는 이제 면(S) 상에 유전체 매체(11)의 층 및 금속 부분(12)의 층의 스택을 포함한다. 예를 들면, 층(11)은 실리콘 카바이드(SiC) 또는 실리카(SiO₂)로 제조될 수 있다. 이것은 평행한 면들을 가지므로 금속 부분(12)은 기판(10)을 향하는 면(M2)을 갖는다. 그러면 파브리-페로 구조는 금속 부분(12), 금속 부분(12)에 의해 피복된 층 부분(11), 및 금속 부분(12)과 직접 일직선 상에 있는 면 부분(S)에 의해 형성된다. 이 면 부분(S)은 M1로 표시되는 데, 이는 도 1a의 파브리-페로 구조에서 금속 표면(M1)의 부분과 동일한 역할을 도 1b의 파브리-페로 구조에서 가지기 때문이다. 기판(10)을 향해 배향된 금속 부분의 면(12)은 M2로 표시되는데, 이 또한 도 1a와 유사하기 때문이다. 금속 부분(12)의 양측 에지(B1, B2)로부터 한정되고 면(S)에 수직인 2 개의 표면 부분은 금속 표면 부분(M1, M2) 사이에서 면(S)에 평행하게 전파되어 정재파를 형성하는 파 성분에 대해 반반사 미러(semi-reflecting mirror)의 역할을 한다. 또한 도 1a와 유사하므로 이들 파 성분은 O1 및 O2로 표시되지만, 도 1a와 달리 도 1b의 경우에는 기판(10)의 면(S)에 평행하게 전파된다. 또한 유사하므로, 파 성분(O1, O2)을 반사하는 그리고 에지(B1, B2)로부터 한정되는 2 개의 표면 부분은 또한 R1 및 R2로 표시되고, 반사면 부분이라고 부른다. 정재파를 형성하는 파 성분(O1, O2)은 금속 부분(12)에 의해 피복된 층 부분(11)에서 전파된다. 이 층 부분(11)은 V로 표시되는 도 1b의 파브리-페로 구조의 내부 용적을 구성한다. 이러한 파브리-페로 구조의 공진 파장은 구조의 내부 용적 내에서 정재파의 경로 길이에 의해 주로 결정되고, 식 λ_r ≒ 2·n_eff·w에 대응한다. 여기서 n_eff는 여전히 내부 용적(V) 내에서 유전체 매체의 유효 굴절률이지만, 이제 w는 정재파를 형성하는 파 성분(O1, O2)의 전파 방향에서 면(S)에 평행한 이 내부 용적의 폭을 나타낸다. 표면 부분(R1, R2)은 이제 정재파를 입사 파(Ol) 및 반사 파(OR)에 결합한다. 층(11)은 파브리-페로 구조의 내부 용적(V)의 양측에서 반사면 부분(R1, R2)을 초과하여 연장할 필요가 없다. 이것은 이 내부 용적(V)의 외측에서 공기 또는 임의의 다른 유전체 재료로 대체될 수 있다. 도 1b에 따른 이러한 파브리-페로 구조의 공진의 품질 계수는 층(11)의 두께(h), 즉, 면(S)에 수직으로 측정된 내부 용적(V)의 두께, 및 내부 용적(V)의 외부에서 반사면(R1, R2)의 근처에 존재하는 매체/매체들의 두께에 의존한다. 또한, 이 두께(h)가 한계값 VL = 0.125·λ/n_eff보다 크면, 파브리-페로 구조는, 이것이 입사 파(Ol)를 수신하고 이 입사 파가 그 파장에 대해 값 λ_r을 가질 때, 0.39보다 큰 에너지 반사율 값을 갖는다. 이 경우, 파브리-페로 구조는 OI 파 및 OR 파의 전파 매체에 언더 커플링(under-coupling)되어 있다고 말한다. 공진 파장(λ_r)이 5.25 μm(마이크로미터)이고, 유효 굴절률 값(n_eff)이 약 3.155인 경우, 한계값(VL = 0.125·λ/n_eff)은 실질적으로 0.208 μm와 같다.

본 발명은 각각 도 1b에 따른 복수의 파브리-페로 구조에 기초한 스펙트럼 필터의 형성에 관한 것이다.

본 발명의 제 1 실시형태는 도 2a에서 1 및 2로 표시되는 금, 은, 알루미늄 등일 수 있는 동일한 금속 지지체(10)에 구비되는 2 개의 파브리-페로 구조의 그룹을 포함할 수 있다. 2 개의 구조(1, 2)는 지지체(10)의 면(S) 및 각각의 구조의 내부 용적(V)의 폭 방향에 평행한 방향(D)을 따라 나란히 배치되어 있다. 각각의 구조(1, 2)는 유전체 재료(11)의 층 상에 배치된 금속 부분(12₁, 12₂)을 포함하며, 유전체 재료는 여전히 실리콘 카바이드일 수 있고, 지지체(10)의 면(S)의 전체에 걸쳐 연속적일 수 있다. 그러나, 층(11)의 이러한 연속성은 필수적인 것은 아니며, 본 발명의 대안적인 실시형태의 경우, 면(S)의 특정 영역에서, 특히 2 개의 구조(1, 2) 중 적어도 하나의 내부 용적(V) 내에서, 또는 이들 구조 사이의 중간 공간 내에서 층(11)의 조성을 변경하는 것이 유리할 수 있다. 각각의 파브리-페로 구조(1, 2)가 도 1b에 따르므로, 도 1b의 참조부호 R1, R2, M1, M2, B1, 및 B2는 도 2a의 각각의 구조(1, 2)에 동일하게 적용된다. 2 개의 금속 부분(12₁, 12₂)은 각각 지지체(10)와 동일한 금속일 수 있다. 또한, 다음의 표기는 2 개의 구조(1, 2) 중 하나 또는 나머지 하나에 각각 관련된다.

λ_r1 : 파브리-페로 구조(1)의 개별 공진 파장,

Q₁: 파브리-페로 구조(1)의 개별 공진의 품질 계수,

w₁: 금속 부분(12₁)의 방향 D에 따른 폭,

n_{eff_1}: 고려되는 실시례에서 층(11)이 차지하는 파브리-페로 구조(1)의 내부 용적(V) 내의 유전체 매체의 유효 굴절률,

λ_r2 : 파브리-페로 구조(2)의 개별 공진 파장,

Q₂: 파브리-페로 구조(2)의 개별 공진의 품질 계수,

w₂: 금속 부분(12₂)의 방향 D에 따른 폭,

n_{eff_2}: 고려되는 실시례에서 층(11)이 차지하는 파브리-페로 구조(2)의 내부 용적(V) 내의 유전체 매체의 유효 굴절률, 그리고

d_1-2: 금속 부분(12₁, 12₂) 사이에 방향 D에서 측정된 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2) 사이의 분리 거리.

유효 굴절률(n_eff1, n_eff2)의 정의는 본 설명의 서두에서 재언급된 바와 같이 종래 기술로부터 알려져 있다. 이러한 조건 하에서: λ_r1 ≒ 2·n_{eff_1}·w₁ 및 λ_r2 ≒ 2·n_{eff_2}·w₂. Q₁ 및 Q₂는 특히 층(11)의 두께(h)에 의해, 그리고 각각의 구조(1, 2)의 반사면(R1, R2) 근처의 재료에 의해 결정된다. 도 2a에 도시된 본 발명의 실시형태의 경우, h는 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2)에 공통인 유전체 재료의 두께이고, 다시 말하면 h₁=h₂=h이고, 여기서 h₁ 및 h₂는 각각 파브리-페로 구조(1, 2) 내의 유전체 재료의 두께를 나타낸다. 그러나, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2) 내의 유전체 재료의 두께(h₁, h₂)는 다를 수 있다. 각각의 금속 부분(12₁, 12₂)의 두께는, 예를 들면, 50 nm(나노미터)일 수 있고, 유전체 재료 층(11)의 두께는, 예를 들면, 280 nm일 수 있고, 이들 두께는 면(S)에 수직으로 측정된다.

1 차원 패턴을 갖는 본 발명의 실시형태의 경우, 금속 부분(12₁, 12₂)은 도 2a의 평면에 수직으로 연장되는 스트립일 수 있고, 층 부분(11) 또는 사용된 유전체 매체의 관련된 부분을 구비하는 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2)의 그룹은 방향 D에서 주기적으로 반복되는 패턴을 형성할 수 있다. 이 패턴에 의해 독립하여 생성되는 결합 공진이 아래에서 설명되지만, 당업자는 패턴의 상이한 반복에 속하면서 면(S) 상의 2 개의 이웃하는 파브리-페로 구조 사이에 추가의 결합이 나타날 수 있음을 이해할 것이다.

이 결합 공진의 발생에는 다음의 4 개의 조건이 필요하다:

λ_r1 ≠ λ_r2: 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2)의 개별 공진의 파장 상이의 차이가 스트립 폭(w₁, w₂)에 사용되는 2 개의 상이한 값에 기인할 수 있다. 예를 들면: w₁ = 400 nm 및 w₂ = 495 nm. 추가적으로 또는 대안적으로, 구조(1, 2)의 각각의 내부 용적(V) 내에서 층(11)의 유효 굴절률에 대해 2 개의 상이한 값이 사용될 수 있다: n_{eff_1} ≠ n_{eff_2}. 이러한 굴절률의 차이는 2 개의 구조(1, 2) 사이에서 상이한 층(11)의 조성, 도핑, 또는 충전율에 의해 얻어질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 각각의 파브리-페로 구조에 고유한 흡수 계수 값을 사용하여 그 개별 공진 파장을 변화시킬 수 있고, 구조 1의 개별 공진 파장을 포함하는 [λ_r1·(1-3/Q₁); λ_r1·(1+3/Q₁)]의 범위, 및 구조 2의 개별 공진 파장을 포함하는 [λ_r2·(1-3/Q₂) ; λ_r2·(1+3/Q₂)]의 범위의 2 개의 파장은 중첩(overlap)을 갖는다.

다시 말하면, 이들은 분리되어 있지 않다. 이러한 조건은 λ_r1 및 λ_r2의 값을 충분히 가깝도록 선택하거나, Q₁ 및 Q₂의 값이 충분히 낮아지도록 패턴의 구조 파라미터, 특히 층(11)의 두께(h)를 선택함으로써 충족될 수 있고;

유전체 재료 층(11)의 두께(h)는 2 개의 한계값 VL₁ = 0.125·λ_r1/n_{eff_1} 및 VL₂ = 0.125·λ_r2/n_{eff_2}보다 크고, 즉 2 개의 파브리-페로 구조는 OI 파의 외부 전파 매체에 언더 커플링되어 있고;

2 개의 구조(1, 2) 사이의 분리 거리(d_1-2)는 충분히 작고, 특히 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 결합 공진 파장보다 작다. d_1-2는, 도 2a에 표시된 바와 같이, 구조(1, 2)를분리하는 중간 공간(I_1-2)의 폭에 대응한다.

도 2a에서, C_1-2는 파브리-페로 구조(1, 2) 사이에 생성되는 결합을 나타낸다.

이들 조건 하에서, 지지체(10)의 면(S) 상에서의 Ol 파의 반사로부터 발생하는 파에 더하여, 2 개의 추가의 파가 2 개의 구조(1, 2)의 세트 상에 입사되는 Ol 파로부터 발생한다:

파브리-페로 구조(1)로부터 출현하고, 적어도 하나가 파브리-페로 구조(2) 내에서 왕복(round trip)을 완료한 수 개의 파 성분의 중첩으로부터 발생하는 OR1로 표시되는 제 1 추가의 파. 다시 말하면, 추가의 파(OR1)의 진폭은 구조(1)의 내부 용적(V)과 입사 파(Ol)가 발생하는 자유 공간 사이의 결합에 의존한다. 또한, 이 추가의 파(OR1)의 적어도 하나의 성분은 구조(2)의 내부 용적(V) 내에서 전파되어 그 내부에서 방향 D에 평행하게 적어도 1 회의 왕복을 완료한 다음 구조(2)로부터 구조(1)까지 중간 공간(I_1-2)을 횡단한 다음 구조(1)에 의해 자유 공간 내로 재전송된다. 추가의 파(OR1)를 형성하는 데에도 기여할 수 있는 추가의 파 성분은, 구조(1, 2) 중 하나의 내부 용적(V) 내에서의 왕복과 나머지 구조의 내부 용적(V) 내에서의 왕복 사이의 각각의 통로에서 중간 공간(I_1-2)을 가로질러 이동한 후에 각각의 하나가 구조(1)에 의해 자유 공간 내로 재전송되는, 2 개의 구조(1, 2)의 내부 용적(V) 내에서 임의의 조합의 연속 왕복을 완료할 수 있고;

파브리-페로 구조(2)로부터 출현하고, 적어도 하나가 파브리-페로 구조(1) 내에서 왕복을 완료한 수 개의 다른 파 성분의 중첩으로부터 발생하는 OR2로 표시되는 제 2 추가의 파. 다시 말하면, 추가의 파(OR2)의 진폭은 구조(2)의 내부 용적(V)과 입사 파(Ol)가 발생하는 자유 공간 사이의 결합에 의존한다. 또한, 이 추가의 파(OR2)의 적어도 하나의 성분은 구조(1)의 내부 용적(V) 내에서 전파되어 그 내부에서 방향 D에 평행하게 적어도 1 회의 왕복을 완료한 다음 구조(1)로부터 구조(2)까지 중간 공간(I_1-2)을 횡단한 다음 구조(2)에 의해 자유 공간 내로 재전송된다. 추가의 파(OR1)의 경우와 마찬가지로, 추가의 파(OR2)를 형성하는 데에도 기여할 수 있는 추가의 파 성분은, 구조(1, 2) 중 하나의 내부 용적(V) 내에서의 왕복과 나머지 구조의 내부 용적(V) 내에서의 왕복 사이의 각각의 통로에서 중간 공간(I1-2)을 가로질러 이동한 후에 각각의 하나가 구조(2)에 의해 자유 공간 내로 재전송되는, 2 개의 구조(1, 2)의 내부 용적(V) 내에서 임의의 조합의 왕복을 완료할 수 있다.

2 개의 추가의 파(OR1, OR2)는 파브리-페로 구조(1, 2) 사이의 결합(C_1-2)에 기인한다. 다음에, OI 파의 파장의 특정 값에 대하여, 지지체(10)의 면(S) 상에서의 Ol 파의 반사로부터 발생하는 파, 제 1 추가의 파(OR1), 및 제 2 추가의 파(OR2)는 반사 파(OR)를 형성하는 데 기여하는 건설적 간섭을 형성한다. 도 2b의 다이어그램은 파브리-페로 구조(1)만을 구비하는 제 1 지지체(10)에 대해 측정된 스펙트럼 반사율 곡선(FP1로 표시되고 w₁ = 400 nm에 대응하는 곡선), 파브리-페로 구조(2)만을 구비하는 제 2 지지체(10)에 대해 측정된 스펙트럼 반사율 곡선(FP2로 표시되고 w₂ = 495 nm에 대응하는 곡선), 및 파브리-페로 구조(1, 2)를 구비한 제 3 지지체(10)에 대해 측정된 스펙트럼 반사율 곡선(FP1-2로 표시되고 도 2a에 대응하는 곡선)을 비교한다. 3 가지 경우 모두에서 사용되는 입사각의 값은 OR 파의 반사각과 같은 10°(도)이고, 입사 파(Ol)는 그 자기장이 금속 부분(12₁, 12₂)을 구성하는 스트립의 길이 방향에 평행하도록 직선 편광된다. 3 가지 경우 모두에서, 지지체(10)는 200 nm 두께의 금이고, 금속 부분도 50 nm 두께의 금이고, 층(11)은 280 nm 두께의 연속적이고 균일한 실리콘 카바이드이다. w₁ 및 w₂의 값은 위에서 주어진 것이며, 스트립들 사이의 분리 거리는 3 가지 경우 모두 437 nm이다. 이들 조건 하에서, 파브리-페로 구조(1)의 개별 공진은 다음의 특성을 갖는다: λ_r1 ≒ 4.65 μm이고, 최소 스펙트럼 반사율 값은 0.80을 초과함(곡선 FP1 참조). 파브리-페로 구조(2)의 개별 공진은 다른 특성을 갖는다: λ_r2 ≒ 5.25 μm이고, 최소 스펙트럼 반사율 값은 또한 0.80 이상임(곡선 FP2 참조). 층(11)의 두께(h)에 대한 280 nm의 값은 2 개의 한계값 VL₁ = 0.125·λ_r1/n_{eff_1} 및 VL₂ = 0.125·λ_r2/n_{eff_2}(기술된 실시형태에서는 n_{eff_1} = n_{eff_2})보다 크고, 각각 184 nm 및 208 nm이고, 이는 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2)가 각각 외부 전파 매체와의 언더 커플링 조건 하에서 사용되는 것을 보장한다. 구조(1, 2) 사이의 결합에 의해 제공되는 추가 공진은 입사 파(Ol)의 파장이 4.23 μm 값을 가질 때(곡선 FP1-2 참조) 나타난다. 이것은 λ_r1-2로 표시되는 결합 공진 파장이다. 스테인리스강 반응기에 관련된 최소값은 대략 0.13이며, 이것은 결합 공진에 관련되는 품질 계수(Q_1-2)에 대한 값 22에 대응한다. 그러면 구조(1, 2)를 구비하는 도 2a의 지지체(10)는 반사에 유효한 스펙트럼 필터를 형성한다. 이 제 1 실시례의 경우, 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2)에 의해 형성되는 공간 반복 주기 값은 1770 nm 이다.

일반적으로, 충분한 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2) 사이의 결합이 결합 공진을 생성하는 데 충분하기 위해서는, 분리 거리(d_1-2)는 결합 공진 파장(λ_r1-2)의 값보다 작아야 한다. 본 경우에서는, d_1-2은 약 437 nm이다.

폭(w₁, w₂) 및 분리 거리(d_1-2)를 제외한 모든 동일한 값 및 조성에서, 결합 공진 파장(λ_r1-2)은, w₁ = 495 nm, w₂ = 600 nm, 및 d_1-2 = 337 nm일 때, 4.61이 된다. 그러면 최소 반사율 값은, 입사 파(Ol)의 파장이 λ_r1-2일 때, 약 0.21이다. 따라서, 금속 스트립의 폭의 값을 적절히 선택하면 결합 공진 파장을 원하는 값으로 조정할 수 있다.

도 3의 다이어그램은 층(11)의 두께(h)를 변경하여 얻어지는 결합 공진의 품질 계수(Q_1-2)의 변화를 도 2a 및 도 2b의 실시형태와 비교하여 보여준다(연속 곡선). 층(11)에 대한 두께 한계값 VL₂ = max(VL₁; VL₂) = 약 208 μm를 초과하면, 결합 공진의 품질 계수 값(Q_1-2)은 연속적으로 증가하여 층(11)의 두께(h)의 800 nm 값에 대해 약 250 에 도달한다. 따라서, 층(11)의 두께(h)를 적절히 선택하면 결합 공진과 관련되는 스펙트럼 반사율 최소값의 폭 및 깊이를 조정할 수 있다. 비교를 위해, 도 3의 다이어그램은 또한, 층(11)의 두께(h)가 변경되고, 금속 부분(12)을 형성하는 스트립의 폭(w)이 일정하게 495 nm일 때, 단일 파브리-페로 구조의 개별 공진의 품질 계수(Q₁)의 변화를 보여준다(점선의 곡선). 개별 공진의 품질 계수(Q₁)는 층(11)의 두께(h)의 감소 함수이고, 결합 공진의 품질 계수(Q_1-2)는 두께(h)의 증가 함수이다.

도 4의 다이어그램의 수평축은 입사 파(Ol)의 파장 값을 나타내며, 수직축은 유전체 재료 층(11)의 두께(h) 값을 나타내며, 다이어그램의 우측에 배치된 회색 음영 스케일로 표시된 제 3 치수는 두께(h)만 변화할 때의 도 2a 및 도 2b의 공간 필터의 에너지 반사율 값을 나타낸다. 3 개의 파의 간섭에 의해 생성되는 결합 공진은 두께(h)가 VL₂ = max(VL₁; VL₂) = 약 208 μm보다 클 때 존재하며, 높은 품질 계수(Q_1-2) 값에 대응하는 좁은 에너지 반사율 최소값과 관련된다. 두께(h)가 한계값보다 작은 경우, 파브리-페로 구조(1, 2)의 각각의 개별 공진에 대응하는 2 개의 개별 공진이 나타날 수 있다. 다이어그램의 이 부분에서 나타날 수 있는 공진 파장 값(λ_r1, λ_r2)의 변화는 유전체 재료 층(11)의 유효 굴절률의 스펙트럼 변화에 기인된다. 위에서 인용한 Makhsiyan 등의 "Plasmonic nano-antennas for spectral emissivity engineering(Proc of SPIE, Vol. 9502, 2015)"라는 제목의 논문에 기재된 스펙트럼 필터는 모두 유전체 층의 두께(h)가 max(VL₁; VL₂) 미만이고 3 개의 파의 간섭에 기인되는 결합 공진이 존재하지 않는 상황에 대응한다. 그러면 얻어지는 에너지 반사율 스펙트럼은 2 개의 파브리-페로 구조의 각각의 개별 공진 스펙트럼의 곱과 실질적으로 동일하다.

도 5a의 실시형태에서, 파브리-페로 구조의 각각의 그룹은 1, 2 및 3으로 표시된 3 개의 구조를 포함한다. 공통의 길이 방향이 도면의 평면에 대해 수직인 평행한 스트립들의 형태의 이들 3 개의 파브리-페로 구조의 각각의 금속 부분은 참조부호 12₁, 12₂, 및 12₃로 표시되어 있다. 이들 각각의 폭 값은 w₁ = 405 nm, w₂ = 500 nm, 및 w₃ = 600 nm이고, 3 개의 파브리-페로 구조(1, 2, 3)에 의해 형성된 패턴의 공간 반복 주기는 2540 nm이다. d_1-2는 중간 공간(I_1-2)을 통한 구조(1, 2) 사이의 분리 거리로서, 예를 들면, 약 300 nm이고, d_2-3은 중간 공간(I_2-3)을 통한 구조(2, 3) 사이의 분리 거리로서, 예를 들면, 또한 300 nm이다. C_1-2는 파브리-페로 구조(1, 2) 사이의 얻어진 결합을 나타내며, C_2-3은 파브리-페로 구조(2, 3) 사이의 결합을 나타낸다. 3 개의 금속 부분(12₁, 12₂, 및12₃)은 마찬가지로 지지체(10)와 동일한 금속일 수 있으므로 유전체 재료의 유효 굴절률 값은 3 개의 파브리-페로 구조(1, 2, 3)에 대해 동일하다.

도 5b의 다이어그램은 파브리-페로 구조(1)만을 구비하는 제 1 지지체(10)에 대해 측정된 스펙트럼 반사율 곡선(FP1로 표시되고 w₁ = 405 nm에 대응하는 곡선), 파브리-페로 구조(2)만을 구비하는 제 2 지지체(10)에 대해 측정된 스펙트럼 반사율 곡선(FP2로 표시되고 w₂ = 500 nm에 대응하는 곡선), 및 파브리-페로 구조(3)만을 구비하는 제 3 지지체(10)에 대해 측정된 스펙트럼 반사율 곡선(FP3으로 표시되고 w₂ = 600 nm에 대응하는 곡선), 및 교호의 파브리-페로 구조(1, 2, 3)를 구비하는 지지체(10)에 대해 측정된 스펙트럼 반사율 곡선(FP1-2-3로 표시되고 도 5a에 대응하는 곡선)을 보여준다. 입사 파(Ol)의 편광 및 입사 조건은 도 2b의 다이어그램에 대한 것과 동일하다. 개별 공진 파장 값은 구조 1의 경우에 λ_r1 ≒ 4.5 μm(곡선 FP1 참조), 구조 2의 경우에 λ_r2 ≒ 5.2 μm(곡선 FP2 참조), 그리고 구조 3의 경우에 λ_r3 ≒ 6.0 μm(곡선 FP3 참조)이며, 이들 3 개의 개별 공진에 대한 최소 반사율 값은 모두 0.80보다 크다. 다시 말하면, 층(11)의 두께(h)가 3 개의 한계값(0.125·λ_r1/n_eff, 0.125·λ_r2/n_eff, 및 0.125·λ_r3/n_eff)보다 커야 하는 조건이 충족된다. 그러면 패턴이 3 개의 파브리-페로 구조(1, 2, 3)로 형성되는 도 5a의 필터는 2 개의 결합 공진(곡선 FP1-2-3 참조)을 갖는다: 제 1 품질 계수 값(Q_1-2)이 15인 것과 관련되는 파장 값(λ_r1-2 ≒ 4.43 μm)에 대한 제 1 결합 공진, 및 제 2 품질 계수 값(Q_2-3)이 11인 것과 관련되는 파장 값(λ_r2-3 ≒ 5.12 μm)에 대한 제 2 결합 공진. λ_r1-2 및 Q_1-2에 대응하는 제 1 결합 공진은 중간 공간(I_1-2)을 통한 스트립(1, 2) 사이의 결합(C_1-2)으로부터 발생하고, λ_r2-3 및 Q_2-3에 대응하는 제 2 결합 공진은 중간 공간(I_2-3)을 통한 스트립(2, 3) 사이의 결합(C_2-3)으로부터 발생한다. 구조 1 및 3은 연속 패턴의 일부임으로써 근접한 경우에도 그 개별 공진 파장 값이 너무 멀리 떨어져 있으므로 서로 결합되지 않는다.

도 6은 D₁ 및 D₂로 표시되는 패턴의 2 가지 변형 방향을 갖는 본 발명의 다른 실시형태를 보여준다. 예를 들면, 방향 D₁ 및 D₂에 평행한 2 x 2 매트릭스로 배치된 4 개의 파브리-페로 구조(1-4)의 그룹을 이들 2 개의 방향으로 주기적으로 재현되는 패턴으로서 사용할 수 있다. 각각의 파브리-페로 구조(1-4)는 유전체 재료 층(11) 상에 배치된 각각의 금속 층 부분(12₁-12₄)에 의해 특정될 수 있고, 이 금속 층 부분은 금속 지지체(10)의 면(S) 상에 있다. 적어도 2 개의 파브리-페로 구조(1-4)는, 예를 들면, 금속 층 부분(12₁-12₄)의 치수가 상이하다. 비제한적인 일례로서, 각각의 금속 층 부분(12₁-12₄)은 정사각형일 수 있고, 2200 nm일 수 있는 방향(D₁ 및 D₂)으로의 패턴의 반복 주기에 대해 그 변의 길이는 640 nm, 680 nm, 780 nm, 및 840 nm의 값으로부터 선택된다. 이웃하는 파브리-페로 구조 사이의 중간 공간은 구조 1과 2 사이의 I_1-2, 구조 2와 3 사이의 I_2-3, 구조 3과 4 사이의 I_3-4, 그리고 구조 4와 1 사이의 I_4-1이다. 다음에, 부분 12₁-12₄의 변의 길이 및 이들 사이의 중간 공간의 폭을 변경함으로써 결합 공진 파장의 값뿐만 아니라 관련되는 품질 계수 값 및 스펙트럼 반사율 최소값을 조정할 수 있다. 일반적으로, 결합 공진은 패턴 내의 파브리-페로 구조의 각각의 쌍과 개별적으로 관련된다. 그러나, 이들 파브리-페로 구조 중 2 개가 서로 너무 멀리 떨어진 개별 공진 파장 값을 갖는 경우, 이들 2 개의 구조는 서로 결합되지 않는다. 특히 4 개의 파브리-페로 구조를 2 x 2 매트릭스의 패턴으로 분산시켜 2 x 2 매트릭스의 동일 대각선 상에 있는 2 개의 구조가 이런 이유로 서로 결합되지 않게 할 수 있다.

파브리-페로 구조가 2 차원 패턴 내의 2 x 2 매트릭스로 분산된 본 발명의 또 다른 실시형태에서, 금속 층 부분(12₁-12₄)은, 입사 파(Ol)에 대한 2 개의 유효 직교 편광들 사이의 필터에 대해 원하는 응답의 차이에 따라, 면(S)에 평행한 직사각형, 원형, 타원형, 십자형, L 형 등의 형상을 가질 수 있다. 당업자는 입사 파(Ol)의 편광에 대한 필터의 원하는 선택성에 따라 이들 형상을 선택하는 방법을 알고 있다. 유사하게, 본 설명으로부터 당업자는 Ol 파의 편광에 대한 필터의 선택성에 관하여 파브리-페로 구조들 사이의 분리 거리의 효과를 고려할 수 있다. 또한, 중간 공간(I_1-2, I_2-3, I_3-4, 및 I_4-1) 내의 층의 조성 및 재료를 변경하여 2 개의 이웃하는 파브리-페로 구조들 사이의 결합을 조정할 수 있다.

일반적으로, 방금 설명한 본 발명의 실시형태가 제공되면, 당업자는 본 발명에 따른 필터가, 패턴을 형성하는 구조의 수와 이 패턴의 배열에 대해 제한함이 없이, 수 개의 파브리-페로 구조의 임의의 패턴을 반복함으로써 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 조건은 이들 파브리-페로 구조 중 적어도 2 개가 도 1b에 따른 조성을 가지면서 결합되는 것이다. 이로 인해 발생하는 많은 수의 자유도로 인해 스펙트럼 반응 프로파일이 임의의 사양에 대응하는 필터를 요구에 따라 설계할 수 있게 된다.

다음에 스펙트럼 반응 프로파일이 컷오프 스펙트럼 도메인과 윈도우를 갖는 스펙트럼 도메인 사이에서 제어된 전이를 포함하는 본 발명에 따른 필터를 설계하는 경험적 방법을 설명한다. 그렇게 하기 위해, 필터는 적어도 하나의 파브리-페로 공진기와 전술한 바와 같이 결합된 수 개의 파브리-페로 구조의 적어도 하나의 그룹 사이의 관련일 수 있다. 파브리-페로 공진기는 결합 공진에 사용되는 결합된 파브리-페로 구조와 대조적으로 그 개별 공진을 위한 필터 내에서 사용되는 추가의 파브리-페로 구조를 의미하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 파브리-페로 공진기의 개별 공진의 스펙트럼 프로파일은 파장 축 상에서 본 발명에 따라 결합된 2 개의 파브리-페로 구조의 결합 공진의 스펙트럼 프로파일보다 넓다. 그러나, 필터의 스펙트럼 프로파일은 모든 공진(개별 공진 또는 결합 공진)에 의해 발생하는 에너지 흡수의 부가적 조합(additive combination)으로부터 발생한다. 다음에, 결합된 파브리-페로 구조 및 파브리-페로 공진기의 각각의 파라미터를 조정함으로써, 입사 파(Ol)의 파장 축 상에서, 적어도 하나의 결합 공진을 파브리-페로 공진기의 개별 공진의 일측에 중첩시킬 수 있다. 다시 말하면, λ_r1-2로 표시되는 결합 공진의 파장 값은 λ_r0과 다르지만 [λ_r0·(1-10/Q₀); λ_r0·(1+10/Q₀)] 범위 내에 있을 수 있고, 여기서 λ_r0 및 Q₀는 각각 파브리-페로 공진기의 개별 공진에 대한 공진 파장 값 및 품질 계수 값이다. 따라서, 결합된 구조에 의해, 결합 공진의 품질 계수가 파브리-페로 공진기의 품질 계수보다 크거나 심지어 훨씬 클 때, 파브리-페로 공진기의 스펙트럼 프로파일을 국부적으로 변경할 수 있다. 일 예시로서, 도 7a의 다이어그램은 도 5a에 따라 결합된 파브리-페로 공진기와 3 개의 파브리-페로 구조를 조합시킨 이러한 필터의 반사에서의 스펙트럼 응답을 보여준다. 본 실시례에서, 파브리-페로 공진기의 개별 공진 파장(λ_r0)은 약 3.39 μm이고, 대응하는 품질 계수(Q₀)의 값은 20이고, 제 1 결합 공진 파장(λ_r1-2)은 약 3.26 μm이고, 대응하는 품질 계수(Q_1-2)의 값은 60이고, 제 2 결합 공진 파장(λ_r2-3)은 약 3.50 μm이고, 대응하는 품질 계수(Q_2-3)의 값은 또한 60이다.

도 7b는 이러한 필터의 패턴을 보여준다. 이 패턴은 지지체(10) 부분, 층(11) 부분, 도 5a의 파브리-페로 구조(1-3), 및 이들 각각의 금속 부분(12₁, 12₂, 12₃)을 포함한다. 이것은 구조(1-3) 중 하나 상에, 예를 들면, 구조 2 상에 적층될 수 있는 적어도 하나의 추가의 파브리-페로 공진기를 더 포함할 수 있다. 이 추가 공진기는 참조부호 R0로 표시되어 있으며, 유리하게는 도 1b를 참조하여 설명한 유형일 수 있다. 이 경우, 이것은 금속 층 부분(12₂) 상에 배치된 추가의 유전체 재료의 스트립(11₀), 및 이 유전체 재료의 스트립(11₀) 상에 배치된 추가의 금속 층 부분(12₀)에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 금속 부분(12₂)은 이 파브리-페로 공진기(R0)와 파브리-페로 구조(2) 사이에 공유된다. 스트립(11₀)은 또한 실리콘 카바이드로 제조될 수 있고, 부분(12₀)은 또한 금으로 제조될 수 있다. 도 7b의 수평 방향에는 부분(12₁, 12_2, 12₃, 12₀) 및 이들 사이의 분리 거리를 형성하는 스트립의 폭을 특정하기 위해 x로 표시된 공간 치수의 축이 있다. 도 7b의 수직 방향에는 층(11)의 두께, 부분(12₁, 12_2, 12₃, 12₀)의 두께 및 추가의 유전체 재료의 스트립(11₀)의 두께를 특정하기 위해 z로 표시된 다른 공간 치수의 축이 있다. 이 패턴은 층(11)으로 피복된 지지체(10)의 면(S) 상에서 방향 D를 따라 주기적으로 반복되어 필터를 형성한다. 도 7a의 실시형태의 경우, 추가의 유전체 재료의 스트립(11₀)의 두께(h₀)는 약 80 nm이고, 방향 D를 따르는 금속 층 부분(12₀)의 폭은 약 450 nm이다.

다음에 당업자는 도 7a의 것보다 정교한 스펙트럼 필터링 프로파일, 특히 다소 직사각형인 스펙트럼 필터링 프로파일이 본 발명에 따라 3 개를 넘은 구조를 갖는 파브리-페로 구조의 패턴을 사용하여 얻어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

이러한 필터는 당업자에게 잘 알려진 구현 모드에 따라 특히 이미징 및 분광학에서 많은 용도를 가질 수 있다.

추가의 용도는 전자기 방사선의 선택적 열 방출일 수 있다. 이를 달성하기 위해, 필터는 가열될 수 있거나, 가열되는 재료의 블록에 적용될 수 있다. 전자기 방사선의 방출이 발생하고, 그 스펙트럼이 필터의 스펙트럼 선택 윈도우(들) 내에 제한되면, 방출 강도는 필터의 온도에 의존한다.

마지막으로, 본 발명은 위에서 상세히 설명한 실시형태의 다수의 2 차적 양태를 수정함으로써 구현될 수 있다는 것이 이해된다. 특히, 이러한 설명된 실시형태는 반사에 효율적인 필터링 기능을 위해 설계되었다. 투과에 효율적인 필터링 기능을 생성하도록 맞춰진 실시형태에 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 마지막으로, 설명된 모든 수치는 설명의 목적만을 위해 제공되었으며, 각각의 필터를 위한 용도에 부합하도록 변경될 수 있다.

Claims (14)

1. 필터의 지지체(10)의 면(S)에 집합적으로 구비된 적어도 하나의 그룹의 복수의 파브리-페로 구조(Fabry-Perot structure; 1, 2)를 포함하는 스펙트럼 필터로서,
   각각의 파브리-페로 구조는 2 개의 반사면 부분(R1, R2)을 포함하며, 상기 2 개의 반사면 부분(R1, R2)은 서로 마주보게 배치되고, 서로 평행하고, 상기 구조 내에서 유전체 매체에 의해 서로 분리되어 있고,
   상기 그룹의 각각의 파브리-페로 구조는, 전자기 방사선의 파 성분이 상기 구조의 2 개의 반사면 부분(R1, R2) 사이에서 하나로부터 다른 하나로 전파될 수 있도록, 그리고 상기 2 개의 반사면 부분에서 교대로 발생하는 상기 파 성분의 복수의 반사로부터 정재파가 발생하도록, 크기가 정해지고, 상기 필터 상에 입사하는 전자기 방사선의 파장이 변화할 때, 상기 파브리-페로 구조의 개별 공진이 상기 구조 내의 상기 정재파의 최대 진폭에 대응하고,
   상기 그룹의 각각의 파브리-페로 구조(1, 2)의 반사면 부분(R1, R2) 중 적어도 하나는 상기 지지체(10)의 면(S)에 평행한 중간 공간(I_1-2)에 의해 각각의 다른 구조의 반사면 부분 중 적어도 하나로부터 분리되고,
   각각의 다른 파브리-페로 구조와는 별도로 각각의 파브리-페로 구조(1, 2)의 개별 공진을 결정하는 적어도 하나의 파라미터는 동일한 그룹의 적어도 2 개의 구조 사이에서 상이한 값을 가지므로, 상기 그룹의 상기 적어도 2 개의 구조는 상기 필터 상에 입사하는 전자기 방사선에 유효한 서로 다른 각각의 개별 공진 파장 값을 가지며, 서로 다른 개별 공진 파장 값을 갖는 상기 적어도 2 개의 구조는, 상기 입사 방사선의 파장 축 상에서, [λ_ri·(1-3/Q_i); λ_ri·(1+3/Q_i)] 범위의 개별 공진이 쌍으로(pairwise) 겹치는 부분을 갖도록 각각의 개별 공진 품질 계수 값을 가지며, 여기서 i는 상기 그룹 내의 각각의 파브리-페로 구조를 식별하는 정수이고, λ_ri 및 Q_i는 각각 파브리-페로 구조 i의 개별 공진의 공진 파장 값 및 품질 계수 값이고,
   파브리-페로 구조 i에 대하여 상기 파브리-페로 구조 i 내부에서 정재파를 형성하는 파 성분의 전파 방향에 수직으로 측정된 상기 유전체 매체의 두께(h_i)는 0.125·λ_ri/n_{eff_i} 이상이고, n_{eff_i}는 파브리-페로 구조 i의 유전체 매체의 유효 굴절률이고,
   개별 공진 파장 값이 서로 다른 동일 그룹의 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2) 사이의 결합은 상기 2 개의 구조 사이에 존재하는 상기 중간 공간(I_1-2)에 의해, 또한 경우에 따라서는 상기 중간 공간 내에 존재하는 재료에 의해 생성되고, 이렇게 결합된 상기 2 개의 파브리-페로 구조 사이의 분리 거리(d_1-2)는, 상기 중간 공간에 의해 결정되고 상기 지지체(10)의 면(S)에 평행하게 측정되었을 때, 결합 공진 파장으로 불리는 상기 결합에 관련된 공진 파장 값 미만이고, 상기 결합 공진 파장은 상기 필터 상에 입사하는 전자기 방사선에 유효하고, 적어도 3 개의 파 사이의 간섭에 의해 발생하고, 상기 3 개의 파는:
   상기 지지체(10)의 면(S) 상의 입사 방사선의 반사로부터 발생하거나 상기 지지체를 통한 입사 방사선의 투과로부터 발생하는 제 1 파;
   상기 그룹의 제 1 파브리-페로 구조로부터 발생하고, 수 개의 파 성분의 중첩에 의해 발생하는 제 2 파 - 수 개의 파 성분 중 적어도 하나는 상기 제 1 구조와 결합된 상기 그룹의 제 2 파브리-페로 구조 내에서 적어도 1 회의 왕복(round trip)을 완료한 것임 -; 및
   상기 그룹의 상기 제 2 파브리-페로 구조로부터 발생하고, 수 개의 다른 파 성분의 다른 중첩에 의해 발생하는 제 3 파 - 수 개의 성분 붕 적어도 하나는 상기 그룹의 상기 제 1 파브리-페로 구조 내부에서 적어도 1 회의 왕복을 완료한 것임 - 를 포함하고,
   상기 그룹의 각각의 파브리-페로 구조(1, 2)는 기판(10)의 면(S)에 평행한 2 개의 금속 표면 부분(M1, M2), 및 상기 2 개의 금속 표면 부분 사이에서 기판의 면에 수직으로 한정되고 상기 구조의 2 개의 금속 표면 부분 중 적어도 하나의 부분의 양측 에지(B1, B2) 사이에서 기판의 면에 평행하게 한정되는 내부 용적(V)을 포함하고, 상기 2 개의 양측 에지가 상기 파브리-페로 구조의 반사면 부분(R1, R2)의 위치를 결정하므로 상기 결합 공진에 기여하는 파 성분은 상기 그룹의 각각의 결합된 파브리-페로 구조의 내부에서 상기 지지체의 면에 평행하게 전파되는, 스펙트럼 필터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 그룹의 각각의 다른 파브리-페로 구조와 별도로 상기 그룹의 각각의 파브리-페로 구조(1, 2)의 개별 공진을 결정하고, 서로 결합된 2 개의 구조 사이에서 상이한 값을 갖는 상기 파라미터는:
   상기 구조의 반사면 부분(R1, R2) 사이의 상기 지지체(10)의 면(S)에 평행하게 측정된 각각의 구조(1, 2)의 내부 용적(V)의 폭(w1, w2),
   각각의 구조(1, 2)의 내부 용적(V) 내에서 상기 유전체 매체의 굴절률,
   각각의 구조(1, 2)의 상기 내부 용적(V) 내에서 상기 유전체 매체의 충전율(fill ratio) 및/또는 조성, 및
   각각의 구조(1, 2)의 전자기 방사선 흡수 계수
   중 하나이거나, 이들의 조합인, 스펙트럼 필터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 그룹의 각각의 파브리-페로 구조(1, 2), 특히 상기 지지체(10)의 면(S)에 수직으로 측정된 상기 구조의 2 개의 금속 표면 부분(M1, M2) 사이의 내부 용적(V)의 두께(h)는 상기 구조의 개별 공진 품질 계수 값이 20 미만이 되도록 설계되고,
   상기 파브리-페로 구조(1, 2)의 그룹, 특히 결합된 상기 그룹의 2 개의 구조 사이의 중간 공간(I_1-2)은 상기 결합 공진과 관련된 품질 계수가 20을 초과하도록, 바람직하게는 70을 초과하도록, 심지어 150을 초과하도록 설계되는, 스펙트럼 필터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그룹의 각각의 파브리-페로 구조(1, 2)에 대하여, 상기 구조의 내부 용적(V) 내의 상기 유전체 매체는 평행한 면 및 균일한 두께를 갖는 고체 유전체 재료의 층의 각각의 부분(11)으로 구성되고, 상기 층은 상기 그룹의 모든 구조에 대해 동일한, 스펙트럼 필터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그룹 내의 상기 2 개의 구조 사이에서 각각의 중간 공간(I_1-2)에 의해 분리되는 상기 그룹의 파브리-페로 구조(1, 2)를 포함하는 패턴은 상기 지지체(10)의 면(S) 상에서 여러 번 반복되는, 스펙트럼 필터.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 각각의 파브리-페로 구조(1, 2)의 금속 표면 부분(M1, M2) 중 적어도 하나는 각각의 금속 스트립의 일면이고, 상기 파브리-페로 구조의 그룹을 포함하는 패턴은 분리된 평행한 금속 스트립의 형태로 상기 지지체(10)의 면(S)에 평행한 반복 방향(D)으로 여러 번, 바람직하게는 주기적으로 반복되는, 스펙트럼 필터.
7. 제 5 항에 있어서,
   각각의 파브리-페로 구조(1, 2)의 금속 표면 부분(M1, M2) 중 적어도 하나는 상기 지지체(10)의 면(S)에 평행한 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 십자형, 또는 L 형을 가지며, 상기 그룹의 파브리-페로 구조를 포함하는 패턴은 상기 지지체의 면에 별개로 평행한 2 개의 반복 방향(D1, D2)으로 여러 번, 바람직하게는 주기적으로 반복되고, 바람직하게는 상기 2 개의 반복 방향은 서로에 대해 수직인, 스펙트럼 필터.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 패턴은 2 개의 반복 방향(D1, D2)을 따라 2 x 2 매트릭스로 배치된 4 개의 파브리-페로 구조(1-4)를 포함하여 6 쌍의 파브리-페로 구조를 형성하고, 각각의 쌍은 상기 패턴 내의 모든 다른 쌍의 구조의 중간 공간 이외에 상기 쌍의 2 개의 구조 사이의 중간 공간(I_1-2, I_2-3, I_3-4, I_4-1)과 관련되고, 상기 중간 공간 중 적어도 일부는 대응하는 쌍의 구조들 사이에서 결합을 생성하는, 스펙트럼 필터.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스펙트럼 필터는 반사에 사용하도록 되어 있고, 상기 제 1 파, 제 2 파 및 제 3 파는 상기 입사 방사선이 상기 필터에 도달하는 상기 지지체(10)의 일면 상에서 필터에 의해 생성되는, 스펙트럼 필터.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 필터는 각각의 결합 공진에 더하여 상기 입사 방사선에 유효한 추가의 개별 공진을 갖는 적어도 하나의 파브리-페로 공진기(R0)을 더 포함하며, 상기 파브리-페로 공진기는 상기 공진기의 개별 공진 파장 값이 상기 파브리-페로 구조의 그룹(1-3)의 적어도 하나의 결합 공진 파장 값에 대해 시프트되도록, 그리고 상기 결합 공진 파장 값이 상기 파브리-페로 공진기의 개별 공진에 대하여 [λ_r0·(1-10/Q₀); λ_r0·(1+10/Q₀)]의 범위 - 여기서,λ_r0 및 Q₀는 각각 상기 파브리-페로 공진기의 개별 공진의 공진 파장 값 및 품질 계수 값임 - 내에 있도록 설계되므로, 상기 입사 방사선의 파장의 함수로서 상기 필터의 스펙트럼 반응 프로파일이 적어도 각각의 파브리-페로 공진기(R0)의 개별 공진과 각각의 그룹의 파브리-페로 구조(1-3)의 각각의 결합 공진의 중첩에 의해 발생하고, 상기 적어도 하나의 파브리-페로 공진기를 포함하지만 결합된 파브리-페로 구조가 없는 기준 필터와 비교하여 컷오프 스펙트럼 도메인(cutoff spectral domain)과 윈도우를 갖는 스펙트럼 도메인(windowed spectral domain) 사이에 보다 가파른 전이를 갖는, 스펙트럼 필터.
11. 제 10 항에 있어서,
    각각의 파브리-페로 공진기(R0), 특히 상기 공진기의 내부 용적 내에서 발생하는 정재파의 방향에 수직으로 측정된 상기 공진기의 내부 용적의 두께(h₀)는 상기 공진기의 개별 공진의 품질 계수 값이 30 미만이 되도록 설계되고,
    [λ_r0·(1-10/Q₀) ; λ_r0·(1+10/Q₀)]의 범위 내에 위치하는 상기 결합 공진 파장과 관련된 품질 계수는 30을 초과하는, 스펙트럼 필터.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 파브리-페로 공진기(R0)는 상기 지지체(10)의 면(S)에 수직인 적층 방향으로 상기 그룹의 파브리-페로 구조(1-3) 중 하나 상에 적층된, 스펙트럼 필터.
13. 제 12항에 있어서,
    금속 층 부분(122)이 상기 파브리-페로 공진기(R0) 및 상기 파브리-페로 공진기가 적층된 상기 그룹의 파브리-페로 구조(2)에 공통되며, 상기 금속 층 부분은 상기 파브리-페로 구조의 금속 표면 부분 중 하나를 구성하는, 스펙트럼 필터.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 스펙트럼 필터를 사용하여 구현되는 전자기 방사선의 스펙트럼 필터링 방법으로서,
    필터링될 방사선은, 상기 지지체(10)의 면(S)에 평행하게 측정되었을 때, 서로 결합된 상기 필터의 2 개의 파브리-페로 구조(1, 2) 사이에 존재하는 중간 공간(I_1-2)보다 큰 파장 값을 갖고,
    상기 방법은 단색 또는 다중스펙트럼 이미지 캡처, 분광 분석, 및 필터의 가열에 의해 생성된 방사선의 선택적 방출로부터 선택되는 응용을 위해 구현되는, 전자기 방사선의 스펙트럼 필터링 방법.

Images