KR20230114521A - 브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치 - Google Patents
브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따르면 브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치가 제공되고, 상기 복굴절률 측정 장치는, 레이저 광을 단결정 샘플을 향해 발사하기 위한 레이저 조립체; 및 단결정 샘플로부터 반사 또는 굴절된 레이저를 검출하기 위한 검출기 조립체를 포함하고,
상기 레이저 조립체는, P 편광 레이저 광을 조사하기 위한 레이저 발신기; 레이저 발신기를 발신기 하부에 위치된 랩잭(Lab Jack) 스테이지에 고정하기 위한 레이저 홀더; 및 레이저 발신기의 미세 높이 조절을 위해 레이저 발신기를 높이 방향(Z축 방향)으로 조정하기 위한 랩잭 스테이지;를 포함하고,
상기 검출기 조립체는, P 편광 반사광을 수신하기 위한 광 검출기; 및 상기 단결정 샘플을 유지하기 위한 샘플 홀더; 상기 샘플 홀더가 형성되고 제1 서보 모터에 연결되어 회전가능하게 구성된 샘플 스테이지; 및 상기 광 검출기가 유지되며 제2 서보 모터에 연결되어 회전가능하게 구성된 검출기 암;을 포함한다.
상기 레이저 조립체는, P 편광 레이저 광을 조사하기 위한 레이저 발신기; 레이저 발신기를 발신기 하부에 위치된 랩잭(Lab Jack) 스테이지에 고정하기 위한 레이저 홀더; 및 레이저 발신기의 미세 높이 조절을 위해 레이저 발신기를 높이 방향(Z축 방향)으로 조정하기 위한 랩잭 스테이지;를 포함하고,
상기 검출기 조립체는, P 편광 반사광을 수신하기 위한 광 검출기; 및 상기 단결정 샘플을 유지하기 위한 샘플 홀더; 상기 샘플 홀더가 형성되고 제1 서보 모터에 연결되어 회전가능하게 구성된 샘플 스테이지; 및 상기 광 검출기가 유지되며 제2 서보 모터에 연결되어 회전가능하게 구성된 검출기 암;을 포함한다.
Description
본 발명은 복굴절을 가진 단결정의 복굴절률을 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브루스터 각의 특성을 통해서 단결정의 정상광 굴절률(no), 비정상광 굴절률(ne)을 측정하여 복굴절률 측정이 가능한 측정 장치에 관한 것이다.
복굴절을 가진 단결정은 편광자(Polarizer), 초점 렌즈의 재료 등으로 여러 분야에서 사용되고 있다. 특히, 복굴절을 가진 단결정은 광학 분야에서 초분광 카메라에 사용되는 부품 중 하나인 AOTF(Acousto Optic Tunable filter)에 이용되고 있다. AOTF는 복굴절을 가진 단결정에 빛을 조사하여 기계적인 동작 없이 Bragg 회절현상을 이용하여 주파수를 변조하여 원하는 파장으로 변경하는 장치이다.
AOTF의 설계 과정 중 가장 중요한 항목 중 하나는 제조된 복굴절을 가진 단결정의 품질평가이며, 복굴절을 가진 단결정의 품질은 AOTF의 성능에 직접적인 영향을 끼치는 요소 중 하나로서 복굴절을 가진 단결정의 파장 영역 및 분광 능력에 직접적인 영향을 미친다. 따라서, 복굴절을 가진 단결정을 이용한 AOTF의 분광 분해능과 파장 영역의 정확도를 위해서 복굴절률을 측정하는 것은 필수적이다.
하지만 현재 복굴절을 측정하는 대표적인 장치는 엘립소미터(Ellipsometer)로 박막 수준 즉, 마이크로미터(μm)단위 수준에서 복굴절률이 측정 가능하며, 밀리미터(mm)단위 수준인 단결정에 대해서는 복굴절률 측정이 불가능하다.
따라서, AOTF에서 파장 영역 및 분광 능력에 직접적인 영향을 끼치는 부품 중, 하나인 단결정의 스케일인 밀리미터(mm) 수준에서의 광학적 품질인 복굴절의 측정이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제점에 기반하여 안출된 발명으로서 단결정의 스케일인 밀리미터(mm) 수준에서 복굴절률이 측정 가능한 장치를 제공하는 것으로 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 밀리미터 수준의 단결정의 복굴절률 측정을 통해 단결정이 AOTF 제작 시 부품으로 이용되기 전, 단결정의 광학적 품질에 대한 측정을 통해 AOTF에 대한 신뢰성을 검증하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일양태에 따르면, 브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치가 제공되고, 상기 복굴절률 측정 장치는, 레이저 광을 단결정 샘플을 향해 발사하기 위한 레이저 조립체; 및 단결정 샘플로부터 반사 또는 굴절된 레이저를 검출하기 위한 검출기 조립체를 포함하고,
상기 레이저 조립체는,
P 편광 레이저 광을 조사하기 위한 레이저 발신기; 레이저 발신기를 발신기 하부에 위치된 랩잭(Lab Jack) 스테이지에 고정하기 위한 레이저 홀더; 및 레이저 발신기의 미세 높이 조절을 위해 레이저 발신기를 높이 방향(Z축 방향)으로 조정하기 위한 랩잭 스테이지;를 포함하고,
상기 검출기 조립체는,
P 편광 반사광을 수신하기 위한 광 검출기; 및 상기 단결정 샘플을 유지하기 위한 샘플 홀더; 상기 샘플 홀더가 형성되고 제1 서보 모터에 연결되어 회전가능하게 구성된 샘플 스테이지; 및 상기 광 검출기가 유지되며 제2 서보 모터에 연결되어 회전가능하게 구성된 검출기 암;을 포함한다.
전술한 양태에서, 레이저 발신기는 632.8nm의 P 편광 레이저를 발생시키는 He-Ne 레이저 발신기인 것이 바람직하다.
또한 전술한 양태에서, 검출기 조립체는 광 검출기에 결합된 레이저 세기 측정기를 더 포함하고, 복굴절률 측정 장치는 p-편광된 반사광의 세기를 측정하여 최소 세기에 대한 값을 도출하여, 커브 피팅(Curve fitting)을 통해서 브루스터 각을 도출하도록 구성된 굴절률 계산 수단을 더 포함한다.
또한 전술한 양태에서, 굴절률 계산 수단은 p-편광된 반사광의 최소 세기 지점을 통해 얻은 브루스터 각과 굴절률 간의 상관관계식을 통해 굴절률을 도출하여 정상광선 및 비정상광선 굴절률을 도출하여 비정상광선과 정상광선의 굴절률의 차이를 확인하여 복굴절률을 도출하도록 구성된다.
또한 전술한 양태에서, 복굴절을 가진 단결정의 반사광을 측정하기 위해 샘플 스테이지가 α도 회전할 때, 광 검출기가 연결된 암은 α도를 회전하도록 제1 서보 모터 및 제2 서보 모터가 설정된다.
본 발명에 따르면, 단결정의 스케일인 밀리미터(mm) 수준에서 복굴절률이 측정 가능한 장치를 제공할 수 있으며, 이 장치를 이용하여 단결정이 AOTF 제작 시 부품으로 이용되기 전 단결정의 복굴절률을 측정함으로써 AOTF에 대한 신뢰성을 검증할 수 있다.
도 1은 복굴절을 가진 단결정을 설명하기 위한 도면;
도 2는 단축결정(Uniaxial Crystal)의 타원 굴절률의 예제를 보여주는 도면;
도 3은 매질이 반사광과 굴절광이 90도를 이루는 특정한 각인 브루스터 각일 경우, S편광 및 P편광된 빛이 반사될 경우 S편광된 빛만 반사광으로만 나타나는 것을 보여주는 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복굴절률 측정을 위한 장치를 나타내는 도면;
도 5는 실제 시스템에서 이용되는 서보 모터의 연결 등을 나타내는 계통도;
도 6은 제어기에 의한 모터 회전 정보의 피드백을 설명하기 위한 도면;
도 7a 및 도 7b는 제1 및 제2 서보 모터의 회전에 따른 샘플 스테이지의 회전과 검출기 암의 회전 관계를 나타낸 도면;
도 8은 복굴절을 가진 단결정인 Hg2Br2 단결정을 이용하여 전술한 복굴절률 측정 장치를 이용하여 반사광 세기를 측정한 이후, 브루스터 각을 도출하기 위해 커브 피팅을 이용한 결과를 나타낸 도면;
도 9는 복굴절률 측정 장치를 이용하여 측정한 Hg2Br2 단결정의 브루스터 각을 이용하여 굴절률을 도출한 결과와, 이전의 Hg2Br2 단결정의 굴절률의 알려진 값을 비교한 도면이다.
도 2는 단축결정(Uniaxial Crystal)의 타원 굴절률의 예제를 보여주는 도면;
도 3은 매질이 반사광과 굴절광이 90도를 이루는 특정한 각인 브루스터 각일 경우, S편광 및 P편광된 빛이 반사될 경우 S편광된 빛만 반사광으로만 나타나는 것을 보여주는 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복굴절률 측정을 위한 장치를 나타내는 도면;
도 5는 실제 시스템에서 이용되는 서보 모터의 연결 등을 나타내는 계통도;
도 6은 제어기에 의한 모터 회전 정보의 피드백을 설명하기 위한 도면;
도 7a 및 도 7b는 제1 및 제2 서보 모터의 회전에 따른 샘플 스테이지의 회전과 검출기 암의 회전 관계를 나타낸 도면;
도 8은 복굴절을 가진 단결정인 Hg2Br2 단결정을 이용하여 전술한 복굴절률 측정 장치를 이용하여 반사광 세기를 측정한 이후, 브루스터 각을 도출하기 위해 커브 피팅을 이용한 결과를 나타낸 도면;
도 9는 복굴절률 측정 장치를 이용하여 측정한 Hg2Br2 단결정의 브루스터 각을 이용하여 굴절률을 도출한 결과와, 이전의 Hg2Br2 단결정의 굴절률의 알려진 값을 비교한 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내는 것으로 이해될 수 있다.
단결정에서 복굴절률 측정은 복굴절을 가진 단결정의 구조에 따라 굴절률이 최대 3개로 나타나며, 타원 굴절률(Ellipsoid of refractive index)에 의해서 빛의 편광 방향에 따라 굴절률이 다르게 나타나며, 기준 축을 이용하여 단결정을 90도 회전 시, 타원 굴절률 또한 90도로 회전하여 편광 방향에 따라 굴절률이 변한다. 또한 브루스터 각으로 단결정에 빛이 조사될 시, P 편광된 빛은 반사가 이루어지지 않아 P 편광된 반사광 세기를 측정하여 브루스터 각을 도출하고 브루스터 각과 굴절률 간의 상관관계식이 존재한다. 본 발명은 이와 같은 현상에 기반하여 안출된 발명이다.
도 1은 복굴절을 가진 단결정에 대해 설명하기 위한 설명도. 도 1에 도시된 바와 같이 복굴절을 가진 단결정은 같은 지점에 대해서 빛이 조사되어도 서로 다른 굴절률을 가진 빛으로 나누어지며 2개의 굴절률을 가진 단결정에서는 정상광선 및 비정상광선으로 명칭된다.
도 2는 도 1에서 도시된 바와 같이, 정상광선과 비정상광선으로 나누어지는 2개의 굴절률을 가진 단결정이 존재하며, 각 광선은 빛의 편광 방향에 따라서 빛이 나누어지는 현상을 보여준다. 도 2는 단축결정(Uniaxial Crystal)의 타원 굴절률의 예제를 보여주는 도면으로, 빛을 조사하는 면에 따라 S편광(perpendicular polarization)과 P편광(parallel polarization)에 따라서 서로 다른 굴절률을 가진 빛으로 나누어진다. 또한, 이를 [100]면 기준으로 90도를 회전하였을 경우, 이전에 P편광 및 S편광된 빛의 굴절률이 변경되는 것을 보여준다.
도 3은 매질이 반사광과 굴절광이 90도를 이루는 특정한 각인 브루스터 각일 경우, S편광 및 P편광된 빛이 반사될 경우 S편광된 빛만 반사광으로만 나타나는 것을 보여준다. 따라서, 브루스터 각과 굴절률과의 관계식인 식 (1)을 이용하여 굴절률을 도출할 수 있다.
(1)
여기서 n1는 제1 매질의 굴절률, n2는 제2 매질의 굴절률, θB는 블루스터 각을 나타낸다.
도 4는 복굴절률 측정을 위한 장치 도면이며, 도 5는 실제 시스템에서 이용된 서보 모터의 연결 등을 나타내는 계통도이다. 복굴절률을 가진 단결정은 브루스터 각일 경우 P 편광된 반사광이 존재하지 않는다는 점을 이용하여 샘플 스테이지 위에 복굴절을 단결정을 올려 샘플의 각도에 따라 반사광의 세기를 측정한다.
보다 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 복굴절률 측정 장치(10)는 레이저 조립체(100) 및 검출기 조립체(200)를 포함한다. 레이저 조립체(10)는 검출기 조립체(200)에 제공된 단결정 샘플을 향해 레이저를 조사하도록 구성되고, 검출기 조립체(200)는 레이저 조립체(10)로부터 조사된 레이저의 굴절광을 검출하도록 구성된다.
레이저 조립체(100)는 레이저를 조사하기 위한 레이저 발신기(110); 레이저 발신기(110)을 발신기(110) 하부에 위치된 랩잭(Lab JACK) 스테이지(130)에 고정하기 위한 레이저 홀더(120); 레이저 발신기(110)의 미세 높이 조절을 위해 레이저 발신기를 높이 방향(Z축 방향)으로 조정하기 위한 랩잭 스테이지(130); 랩잭 스테이지(130)을 유지하기 위한 지지대(140); 및 레이저 발신기(110)에 전원을 공급하기 위한 레이저 전원(150)을 포함하고 레이저 발신기(110)은 커넥터(112)를 통해 레이저 전원(150)에 연결되어 레이저 조사에 필요한 전력을 공급받는다. 본 발명에서 P 편광된 반사광 측정을 위해서, P 편광된 레이저를 발생시키는 가시광 영역(632.8 nm)의 He-Ne 레이저가 이용된다.
검출기 조립체(200)는 단결정 샘플 홀더(210)를 포함하는데, 단결정 샘플 홀더(210)는 검출기 조립체(200)의 케이싱(212)의 상부에 돌출되어 형성되고, 샘플 홀더(210)는 케이싱(212)의 상부에 형성된 샘플 스테이지(220)에 고정된다. 샘플 스테이지(220)는 제1 서보 모터(262)에 연결되어 있으며 따라서 샘플 스테이지(220)는 X-Y 평면상에서 회전되고 샘플 스테이지(220)가 회전함에 따라 단결정 샘플도 회전하게 된다.
검출기(230)는 검출기 지지대(240)의 상단부에 유지되어 있고 검출기 지지대(240)의 하단부는 검출기 암(250)의 일단부에 고정되어 있다. P 편광된 반사광 세기 측정을 위해서 반사 각도에 따라 검출기 회전이 필수적이며, 따라서 검출기 암(250)의 타단부에는 관통공이 형성되어 있으며 관통공에 제2 서보 모터(264)의 회전축이 연결되어 제2 서보 모터(260)의 회전에 따라 검출기 암(250)이 회전되고 검출기 암(250)을 통해 유지된 검출기(230)도 회전하게 된다.
도 6은 제어기에 의한 모터 회전 정보의 피드백을 설명하기 위한 도면이다. 제1 및 제2 서보 모터는 엔코더(Encoder)를 통해서 실제 모터의 회전 정보를 확인하여 피드백(feedback)을 주어 명령했던 위치로 보정이 이루어지는 모터이다. 이는 실제 반사 각도에 따른 반사광 세기 측정 시, 반사 각도에 대한 오차를 줄여 정확한 브루스터 각을 도출할 수 있게 기능한다.
레이저 검출기(230)는 레이저 세기 측정기(310)에 연결되어 있으며 레이저 검출기(230)에서 레이저가 검출되면 레이저 세기 측정기(310)에서 검출된 레이저, 즉 단결정으로부터 굴절되어 온 레이저의 크기를 측정하게 된다.
도 7a 및 도 7b는 제1 및 제2 서보 모터(262,264)의 회전에 따른 샘플 스테이지의 회전과 검출기 암의 회전을 나타내는 도면이다. 이전 도 5에 도시된 바와 같이, 제어 PC(굴절률 계산 수단)를 통해서 서보 모터 및 레이저의 세기 측정 장비가 제어될 수 있다. 복굴절률을 가진 단결정의 반사광을 측정하기 위해 샘플 스테이지가 제1 서버 모터에 의해 α도 만큼 회전시, 검출기가 연결된 암은 제2 서버 모터에 의해 2α도를 회전하여 레이저의 세기가 검출기에서 측정되도록 제1 및 제2 서보 모터의 회전 펄스를 설정하여 반사광의 세기를 측정해야 한다.
전술한 실시예에서 레이저는 He-Ne 레이저(632.8 nm)인 것이 단결정의 정상광선 및 비정상광선에 대한 굴절률의 참조가 실제 측정값으로 대부분 존재하여 바람직하다.
또한, 전술한 실시예에서 굴절률 계산 수단으로서 굴절률 측정 장비에 연결되는 제어 PC가 이용될 수 있으며, 굴절률 계산 수단은 단결정의 p-편광된 반사광의 세기를 수신하여 최소 세기에 대한 값을 도출하여, 커브 피팅(Curve fitting)을 통해서 브루스터 각을 도출한다.
또한, 전술한 실시예에서 굴절률 계산 수단은 최소 세기인 지점을 통해 얻은 브루스터 각과 굴절률 간의 상관관계 식을 통해 굴절률을 도출하여 정상광선 및 비정상광선 굴절률을 도출하여 비정상광선과 정상광선의 굴절률의 차이를 확인하여 복굴절률을 도출한다.
단결정의 복굴절률을 측정하는 절차는 다음과 같이 이루어진다.
1. 단결정의 광축을 고려하여 샘플 스테이지에 고정.
2. He-Ne 레이저 및 레이저 측정 장비의 전원을 턴온.
3. PC를 통해서 제1 및 제2 서보 모터의 분해능 및 회전 방향 등의 파라미터를 확인.
4. 샘플 스테이지와 연결된 서보 모터를 1 pulse, 검출기 암과 연결된 서보 모터를 2 pulse 씩 회전하며 P 편광된 반사광 세기를 측정.
5. 커브 피팅을 통해서, 반사광 세기가 최소인 점을 발견.
6. 브루스터 각을 도출 후, 굴절률과의 관계식을 통해서 굴절률을 계산.
7. 샘플 스테이지 및 검출기 암을 기존의 상태로 되돌림.
8. 샘플을 90도 회전하여 다시 고정하고 4 ~ 6번 과정을 실시하여 계산한 굴절률의 차이를 구하여 복굴절률을 계산.
도 8은 복굴절을 가진 단결정인 Hg2Br2 단결정을 이용하여 전술한 복굴절률 측정 장치를 이용하여 반사광 세기를 측정한 이후, 브루스터 각을 도출하기 위해 커브 피팅을 이용한 결과이다. 사용한 He-Ne 레이저는 P편광된 빛만 발사하므로 P편광된 반사광에 대해서만 측정이 이루어지고, 반사광 세기의 최소값을 도출하기 위해서 커브 피팅을 실시하였다. 그 결과 Hg2Br2 단결정은 정상광선 및 비정상광선의 브루스터 각을 도출하였다.
도 9는 전술한 바와 같은 복굴절률 측정 장치를 이용하여 측정한 Hg2Br2 단결정의 브루스터 각을 이용하여 굴절률을 도출한 결과와, 이전의 Hg2Br2 단결정의 굴절률이 알려진 값을 비교하였다. 측정 결과, 정상광 굴절률(no), 비정상광 굴절률(ne), 복굴절률(n)의 오차는 0.85%, 0.08%, 2.37%인 것으로 나타났다.
본 발명에서는 브루스터 각을 이용하여 복굴절률 측정 장치를 제공한다. 복굴절률의 측정 원리는 브루스터 각의 특징인 P 편광된 반사광이 존재하지 않는 것과 굴절률 간의 관계식을 통해서 굴절률을 도출하기 위해, 반사광의 세기를 측정한다. 본 발명에서 복굴절 측정에 필요한 광학 시스템을 구축하기 위해 여러 장비들을 고정하기 위해 광학 테이블을 이용하였다. P 편광된 반사광 측정을 위해서, P편광된 레이저를 발생시키는 가시광 영역(632.8 nm)의 He-Ne 레이저와, 기본적인 높이와 미세 높이 조절을 위한 레이저 시스템 지지대 및 랩잭 스테이지 및 랩잭 스테이지와 연결하여 레이저 홀더를 통해서 레이저를 고정한다. 또한, 본 발명에서는 굴절률을 측정하고자 하는 단결정을 고정하기 위한 샘플 스테이지와 샘플 홀더를 구성하였다. 브루스터 각을 도출하기 위한 반사각도 생성과 P편광된 반사광의 레이저 세기 측정을 위한 검출기의 각도 조절을 위해서, 위치 정보의 피드백이 가능한 서보 모터가 이용된다. 서보 모터는 모터 드라이브를 통해서 제어 PC에서 분해능, 회전 속도, 회전 방향 등에 대한 서보 모터의 제어가 이루어진다. 그리고, P 편광된 반사광 세기 측정을 위해서 반사 각도에 따라 검출기 회전이 필수적이므로 검출기 암을 통해서 검출기와 서보 모터를 연결하여 검출기도 단결정과 함께 회전하도록 구성하였다. 또한, 검출기의 제어를 위해서 레이저 세기 측정기를 통해서 PC와 연결하였다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (5)
- 브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치에 있어서,
레이저 광을 단결정 샘플을 향해 발사하기 위한 레이저 조립체; 및
단결정 샘플로부터 반사 또는 굴절된 레이저를 검출하기 위한 검출기 조립체를 포함하고,
상기 레이저 조립체는,
P 편광 레이저 광을 조사하기 위한 레이저 발신기;
레이저 발신기를 발신기 하부에 위치된 랩잭(Lab Jack) 스테이지에 고정하기 위한 레이저 홀더; 및
레이저 발신기의 미세 높이 조절을 위해 레이저 발신기를 높이 방향(Z축 방향)으로 조정하기 위한 랩잭 스테이지;를 포함하고,
상기 검출기 조립체는
P 편광 반사광을 수신하기 위한 광 검출기; 및
상기 단결정 샘플을 유지하기 위한 샘플 홀더;
상기 샘플 홀더가 형성되고 제1 서보 모터에 연결되어 회전가능하게 구성된 샘플 스테이지; 및
상기 광 검출기가 유지되며 제2 서보 모터에 연결되어 회전가능하게 구성된 검출기 암;을 포함하는 것을 특징으로 하는
브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 레이저 발신기는 632.8nm의 P 편광 레이저를 발생시키는 He-Ne 레이저 발신기인 것을 특징으로 하는
브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 검출기 조립체는 광 검출기에 결합된 레이저 세기 측정기를 더 포함하고,
상기 복굴절률 측정 장치는 p-편광된 반사광의 세기를 측정하여 최소 세기에 대한 값을 도출하여, 커브 피팅(Curve fitting)을 통해서 브루스터 각을 도출하도록 구성된 굴절률 계산 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 굴절률 계산 수단은 p-편광된 반사광의 최소 세기 지점을 통해 얻은 브루스터 각과 굴절률 간의 상관관계식을 통해 굴절률을 도출하여 정상광선 및 비정상광선 굴절률을 도출하여 비정상광선과 정상광선의 굴절률의 차이를 확인하여 복굴절률을 도출하는 것을 특징으로 하는
브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
복굴절을 가진 단결정의 반사광을 측정하기 위해 샘플 스테이지가 α도 회전할 때, 광 검출기가 연결된 암은 α도를 회전하도록 제1 서보 모터 및 제2 서보 모터가 설정되는 것을 특징으로 하는
브루스터 각을 이용한 단결정의 복굴절률 측정 장치.
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|---|
| 권오태 등, AOTF 단결정 복굴절률 측정 시스템 개발, (사)한국농업기계학회/2020년 추계공동학술대회, pp210, 2020.* * |
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