[논문]투과형 기록구조에서 반사형 포토폴리머의 광학 특성 및 미세패턴 기록

정현섭; 김남; 윤진선; 박태형; 신창원

doi:10.3807/hkh.2007.18.1.008

투과형 기록구조에서 반사형 포토폴리머의 광학 특성 및 미세패턴 기록
Optical Characteristic and Image Recording of Reflection Type Photopolymer in Transmission Structure 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.18 no.1, 2007년, pp.8 - 13

정현섭 (충북대학교 전기전자컴퓨터공학부) , 김남 (충북대학교 전기전자컴퓨터공학부) , 윤진선 (충북대학교 전기전자컴퓨터공학부) , 박태형 (충북대학교 전기전자컴퓨터공학부) , 신창원 ((주) 프리즘테크)

초록
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본 논문에서는 반사형 포토폴리머의 투과형 기록구조에서의 광학 특성을 분석하고 전반사 홀로그램 기법이 적용된 반사형 포토폴리머를 이용하여 미세패턴을 기록하였다. 투과형 포토폴리머는 대칭형 입사구조에서 $40^{\circ}$ 일 때 최대 효율을 보였으나 반사형 포토폴리머는 $60^{\circ}{\sim}80^{\circ}$에서 90% 이상의 회절효율을 보였다. 미세패턴 기록에서 10배 및 100배로 확대하여 측정한 결과 선 패턴과 점 패턴 간격 모두 $1{\mu}m$ 까지 구분할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we analyze the optical properties of the transmission grating recorded in a reflection-type photopolymer. Recording and reconstruction of the micropattern using a total internal reflection hologram applied to a reflection type photopolymer are studied. The transmission-type photopolymer was shown to have the maximum diffraction efficiency in $40^{\circ}C$ symmetric structure. However, that of reflection type photopolymer was more than 90% at $60{\sim}80^{\circ}$. The line and point patterns with the interval of $1{\mu}m$ are recorded successfully and can be observed when the micro objective lenses with 10 and 100 time magnification are used.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 반사형 포토폴리머의 광학적 특성을 투과형 포토폴리머와 비교, 분석하고 마스크 패턴을 기록하여 분해능을 알아보았다. 반사형과 투과형 포토폴리머는 매질의 화학적 구조가 다르므로 광학 특성 또한 다름을 예상할 수 있었다.

제안 방법

이는 매질의 기록 빔에 대한 반응시간을 알 수 있기 때문에 최적의 회절 효율을 위한 기록시간을 측정할 수 있다. 그리고 입사각도 및 빔의 세기비에 따른 회절효율을 측정하였다. 이러한 기초특성 광학실험을 위한 시스템 구성도는 그림 7과.
두 빔의 세기비가 1:1일 때 일반적으로 최대 회절 효율이나 타나 지만, 반사형 매질을 사용하여 투과형 입사구조에서 기록하는 실험이므로 빔의 세기비를 조절하여 최적의 빔 세기 비를 측정하였다. 실험 결과 그림 12에서 볼 수 있듯이 신호 빔과 기준빔의 세기비가 1:1 ~ 1:2 정도에서 최대의 회절 효율이 측정되었고 두 빔의 세기비 차가 커질수록 회절 효율이 낮아졌다.
매질로서 듀퐁사의 HRF-150-38 투과형 포토폴리머와 Omnidex 반사형 매질을, 광원으로는 Coherent사의 100mW, 532nm 파장을 가지는 Nd -Yag 레이저를 사용하였다. 또한 회절효율 측정을 위해 Probe Beam대신 전자셔터를 사용하였다. 정밀한 각도조절을 위해 회전스테이지를 미러쪽에 장착하여 보다 쉽게 제어할 수 있도록 구성하였다.
마스크 패턴을 기록하기 위해 내부 전반사 홀로그램을 이용하였다. 내부 전반사 홀로그램은 기하학적인 수차가 적으며, 마스크 패턴과 매질이 거의 붙어있는 근접 노광 방식이기 때문에 높은 개구수가 가능하고 재생면의 면적을 홀로그램 마스크의 면적에 따라 크게 할 수 있으며, 광 경로가 간단하고 높은 분해능을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.
또한 회절효율 측정을 위해 Probe Beam대신 전자셔터를 사용하였다. 정밀한 각도조절을 위해 회전스테이지를 미러쪽에 장착하여 보다 쉽게 제어할 수 있도록 구성하였다.

대상 데이터

기록을 위한 광원으로 위 실험에서와 같은 532nm의 Nd -Yag 레이저를, 마스크 패턴의 이미지 캡쳐를 위해 Kodak의 ES1.0 카메라를 사용하였으며 100배 확대 영상을 위해 Mitutoy사의 100배율 렌즈를 사용하였다. 마스크 패턴 기록 결과 투과형 매질은 그림 15, 반사형 매질은 그림 16과 같은 결과를 확인할 수 있었다.
같고 실제 광학 시스템을 그림 8에 나타내었다. 매질로서 듀퐁사의 HRF-150-38 투과형 포토폴리머와 Omnidex 반사형 매질을, 광원으로는 Coherent사의 100mW, 532nm 파장을 가지는 Nd -Yag 레이저를 사용하였다. 또한 회절효율 측정을 위해 Probe Beam대신 전자셔터를 사용하였다.

성능/효과

측정하였다. 실험 결과 그림 12에서 볼 수 있듯이 신호 빔과 기준빔의 세기비가 1:1 ~ 1:2 정도에서 최대의 회절 효율이 측정되었고 두 빔의 세기비 차가 커질수록 회절 효율이 낮아졌다. 세기비가 1:1일 때 기준빔과 신호빔의 세기는 1.
대칭형 구조일 때 보다 비대칭형 구조에 일 때 더 작은 굴절률 변조량에서 최대회절 효율 특성 곡선이 나타남을 알 수 있다. 이는 같은 입사각이라도 대칭형과 비대칭형에 따라서 매질의 굴절률 변조량에 따라 회절효율 도달 지점이 달라질 수 있다는 것을 이론적으로 분석하였다. 다시 말하면 굴절률 변조는 기록 시간과 밀접한 관련이 있으므로, 매질의 최대 회절 도달 시간도 입사구조에 따라 달라짐을 유추할 수 있다.
반사형과 투과형 포토폴리머는 매질의 화학적 구조가 다르므로 광학 특성 또한 다름을 예상할 수 있었다. 이번 측정에서의 결과를 보면 빔의 입사구조가 투과형일 경우 투과형 매질은 30~40도에서 최대 회절효율을, 반사 형은 60도 이상에서 빔의 세기가 1:1~2 일 경우 최대 회절 효율을 볼 수 있었다. 마스크 패턴 기록결과 투과형 매질에 비해 반사형 매질이 선명하게 기록되었다.
지금까지는 기록상의 안정성과 높은 회절효율 때문에 투과형 매질이 주로 사용되었으나 이번 실험결과 반사형 매질도 투과형과 비슷한 높은 회절효율을 볼 수 있었고 패턴 기록에서는 오히려 더욱 선명한 이미지를 얻을 수 있었다. 또한 투과형 매질은 투과형 구조에서만 기록이 되지만 반사형 매질은 투과형 입사구조, 반사형 입사구조 모두 기록이 가능하므로 응용범위가 넓다고 볼 수 있다.

후속연구

다음으로 선이 아닌 점으로 된 패턴을 기록한 결과 그림 18과 같이 1um간격의 Dot 이미지를 구분할 수 있을 정도로 기록되었다. 이러한 결과들을 종합해보면 1um 크기의 포토폴리머 안에 1Mbit, Icirf 크기 안에는 100Mbit의 디지털 데이터를 기록할 수 있을 것이다.

참고문헌 (9)

김정회, 이행수, 김남, 전석희 '포토폴리머 홀로그램의 실용적 응용을 위한 그 열적 특성 분석,' 한국광학회지 제16권, 제2호, pp. 121, 2005

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Raymond K. Kostuk, 'Dynamic hologram recording characteristics in Dupont photopolymers,' Appl. Opt., vol. 34, no. 8, pp. 1357-1363, 1999

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N. Kim, E. S. Hwang and C. W. Shin, 'Analysis of optical properties with photopolymers for holographic application,' Journal of the Optical Society Korea vol. 10, No 1, pp. 1-9, 2006

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손창원, 포토폴리머를 이용한 투과형 홀로그램 저장 의 특성과 각도와 회전 다중화(충북대학교 대학원, 2002), pp. 19
김대준, 박기수, 권진혁, '내부 전반사 홀로그램을 이용한 미세 패턴의 결상,' Journal of Optical Society of Korea, vol. 6, no. 3, pp 239-240, 1995

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J. W. An, N. Kim, K. Y. Lee and S. K. Gil, 'Experimental demonstration of holographic demultiplexer using volume diffraction grating based on photopolymer,' Journal of the Optical Society Korea, vol. 6, No 4, pp. 161-164, 2002

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