마이크로 및 나노 공정 | 회절 광학 소개

회절광소자(DOE)는 빛을 정확한 각도 θm에서 m 수준으로 굴절시키는 특수한 유형의 광학 부품으로, 다음 방정식으로 표현됩니다:

격자에 수직인 각도 θi로 입사한 광선은 출구 각도 θdm을 갖는 하나 이상의 광선으로 회절되며, θdm은 주기 Λ의 함수입니다. 여기서 ni는 입사 매체의 굴절률이고, nd는 나가는 매체의 굴절률이며, m은 회절 단계로, 대부분의 응용 분야에서 m = 1입니다. 다른 다른 회절 단계는 그림 1.1에 나와 있지만 회절 효율은 표시되어 있지 않습니다. 렌즈의 경우 사용하려는 회절 단계(일반적으로 m=+1 단계)를 제외한 다른 회절 단계의 효율은 최소화됩니다.

그림 1.1 격자 주기, 굴절률 및 회절 레벨의 함수로서의 출현 각도(그림에 일부 투과 및 반사 레벨이 표시됨)

주기는 리소그래피를 사용한 측면 제어를 위한 파라미터로, 기술 요구 사항에서 나노미터 수준까지 지정할 수 있습니다. 소수차 렌즈의 경우, 이 특별한 주기 측면 위치 제어를 통해 DOE가 더 바람직한 부분이 될 수 있습니다. 예를 들어, 렌즈의 일반적인 용도는 빛을 한 점으로 수렴하는 것이며, 회절 렌즈는 회절이 제한된 점 크기를 달성하도록 설계 및 제조할 수 있습니다. 그림 1.2는 2π 위상 간격으로 입사되는 평행광 빔의 위상 전면을 수렴하여 DOE에 의해 회절된 빛이 모두 거리 F에서 DOE 위의 중심점에 초점을 맞출 수 있는 8차 초점 렌즈를 보여줍니다. 평행 빔의 초점을 맞추는 데 필요한 위상 전면은 레이 트레이싱 절차를 사용하여 쉽게 결정할 수 있습니다. 각 2π 이산 위상 전선의 위치와 거리는 DOE에서 각 점 위치의 주기에 해당합니다. 이러한 값은 CAD 프로그램에 입력되어 DOE 제조 공정에 사용되는 일련의 리소그래피 템플릿으로 변환됩니다. 이 프로세스는 더 복잡하지만 이해하기 쉽고 사용되는 기술이 더 성숙합니다.

그림 1.2 8차 초점 렌즈(2π 위상 간격으로 조준된 빔의 위상 전면 수렴을 통해 DOE에 의해 회절된 모든 빔이 거리 F에서 DOE 위의 중심점에 입사되도록 보장)