1/4 파장 광학 두께 유전체 다층박막을 이용한 고반사 거울의 설계

본문내용

7
48
2
SiO2
1.4618
0
79
3
TiO2
2.34867
0.00037
48
4
SiO2
1.4618
0
79
5
TiO2
2.34867
0.00037
48
6
SiO2
1.4618
0
79
7
TiO2
2.34867
0.00037
48
8
SiO2
1.4618
0
79
9
TiO2
2.34867
0.00037
48
10
SiO2
1.4618
0
79
11
TiO2
2.34867
0.00037
48
12
SiO2
1.4618
0
93
13
TiO2
2.34867
0.00037
69
14
SiO2
1.4618
0
108
15
TiO2
2.34867
0.00037
69
16
SiO2
1.4618
0
108
17
TiO2
2.34867
0.00037
69
18
SiO2
1.4618
0
108
19
TiO2
2.34867
0.00037
69
20
SiO2
1.4618
0
108
21
TiO2
2.34867
0.00037
69
22
SiO2
1.4618
0
108
23
TiO2
2.34867
0.00037
69
Substrate
Glass
1.52077
0
Total Thickness
1727
1/2파장 구멍은 없어지고, 400~700㎚영역 안에서 평균 98%이상의 반사율을 보였다.
3. 기준파장 630nm에 대한 18층 유전체 다층박막 증착 실험
3.1 TiO2, SiO2 1/4파장 광학 두께 측정
TiO2와 SiO2 350nm 단층박막을 증착하여 증착 장비가 얼마의 두께를 증착하게 되는지를 알아본다. 증착장비에 350nm를 입력하여 증착한 결과 TiO2는 실제로 436.74nm를 증착하였고, SiO2는 428.91nm를 증착하였다. 이 얘기는 증착 장비에 입력한 수치와 실제 증착된 두께는 차이가 있으며, 프로그램으로 설계한 광학 두께를 그대로 입력하여 증착하게 된다면 큰 오차가 발생함을 말한다. 그러므로 630nm 기준파장에 대한 TiO2와 SiO2 각각의 1/4파장 광학 두께를 단층 박막 증착 실험에 의한 결과의 비율로 계산하여야 한다. 630nm 기준 파장에 대한 TiO2의 1/4파장 광학두께는 78.1nm이다. 실제 증착 장비에 입력하여야 할 수치는 62.59nm이고, 마찬가지로 SiO2의 1/4파장 광학두께는 110.47nm이다. 실제 증착 장비에 입력하여야 할 수치는 90.14nm인 것이다. 한 결과,
3.2. 실제 입력치 입력 후 증착
Reference Wavelength (nm):
630
Incident Angle (deg):
0
Layer
Material
Refractive
Index
Working
Pressure(×10-5)
Temperature
(°C)
Power
Physical
Thickness (nm)
Medium
Air
1
0
0
0
1
TiO2
2.23867
8.5 / 9.7
149 / 151
36.2 / 32.4
62.6
2
SiO2
1.4218
9.6 / 9.5
151 / 151
20.2 / 23.0
90.1
3
TiO2
2.23867
8.5 / 9.0
152 / 156
43.3 / 32.2
62.6
4
SiO2
1.4218
9.5 / 9.5
152 / 152
29.3 / 22.0
90.1
5
TiO2
2.23867
7.9 / 8.8
152 / 156
47.0 / 32.0
62.6
6
SiO2
1.4218
9.5 / 9.4
152 / 152
29.6 / 23.1
90.1
7
TiO2
2.23867
7.6 / 8.7
152 / 155
47.7 / 32.2
62.6
8
SiO2
1.4218
9.5 / 9.4
152 / 153
28.3 / 23.0
90.1
9
TiO2
2.23867
7.6 / 8.7
153 / 156
45.8 / 31.0
62.6
10
SiO2
1.4218
9.5 / 9.4
152 / 152
28.0 / 22.8
90.1
11
TiO2
2.23867
7.2 / 8.7
152 / 156
42.3 / 30.3
62.6
12
SiO2
1.4218
9.5 / 9.4
152 / 152
27.8 / 23.0
90.1
13
TiO2
2.23867
7.3 / 8.7
153 / 156
47.4 / 30.2
62.6
14
SiO2
1.4218
9.5 / 9.4
152 / 153
26.1 / 23.5
90.1
15
TiO2
2.23867
7.7 / 9.0
153 / 156
43.1 / 30.1
62.6
16
SiO2
1.4218
9.4 / 9.4
152 / 153
26.4 / 23.0
90.1
17
TiO2
2.23867
7.3 / 8.6
153 / 156
47.0 / 31.1
62.6
Substrate
Glass
1.52077
0
0
0
Total Thickness
1586.68
Ⅲ. 결 론
먼저 400~700nm 영역 1/4파장 광학 두께 유전체 다층박막 고반사 거울을 설계하였다. 전산 시늉 결과 평균 98%의 반사율을 얻었다. 만약 630nm 기준파장에 대한 고반사 거울이 실제 가능하다면, 400~700nm영역에서도 고반사 거울이 가능할 것이다.
실험 결과 630nm를 기준으로 560~710nm까지 고반사율을 얻을 수 있었고, 반사율 또한 99%라는 우수한 결과를 얻었다. 그러므로 460nm 기준파장으로 고반사 거울을 증착하여도 이와 같이 높은 반사율을 얻을 수 있을 것이고, 그에 따라 두 거울을 결합한다면, 400~700nm영역에서도 높은 반사율을 얻을 수 있을 것이다.
그림 6을 보면, 반사율의 저점들이 0에 위치하지 않았다. 전산 시늉 결과와는 약간 다른 모양이다. 이유는 표 4와 같이 매 층마다 작업의 환경이 바뀌게 된다. 압력이나 온도, 전자빔에 의해 변형된 증착 물질들에 의해 박막 특성이 균일하지 못하였고, 이 또한 기술의 부족에 의한 것이라 할 수 있다. 설계값은 광학 두께가 물질마다 항상 일정하여야 했지만, 결국 매층마다 약간이나마 두께에 변화가 생기고, 물질의 굴절률도 미세하나마 변화하여 이러한 결과를 얻게 되었다.
각 층의 증착 시 압력의 변화를 확인하고, 조절하여 균일한 환경을 조성하는 기술이 필요함을 느꼈고, 장비의 조작 기술을 배울 수 있었던 실험 연구였다. 앞으로 더 정진하여야겠다는 생각을 갖게 되었다.

키워드

유전체,   다층박막,   고반사거울,   광학설계,   굴절률,   코팅,   630㎚,   TiO2, SiO2