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[국내논문] 구배형 굴절률 반사방지막 연구
The Study on the Graded Index Antireflection(AR) Coating 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.5, 2017년, pp.565 - 570  

김창봉 (공주대학교 정보통신공학부 전파전공)

초록
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우수한 반사방지막을 얻기 위하여 코팅 층의 구조를 나노입자구조로 만들어 코팅 층에 입사하는 빛을 분산시키거나, 코팅 층의 매질을 다양하게 선택하여 굴절률을 제어하여 반사율을 낮추는 기술이 제안되고 있다. 본 논문에서는 코팅 층의 굴절률 분포를 변화시켜 우수한 반사방지막을 얻는 방법 중 기존논문에서 제시되었던 5차 함수의 굴절률 분포와 제안하는 구배형 굴절률 분포의 반사방지막 특성을 비교하였다. 분석에 사용된 반사방지막 구조는 각각 3, 6, 9층 구조로서 총 두께 180 nm 이고, 입사파의 파장 범위는 300 nm ~ 1100 nm 이다. 각 각 서로 다른 층수에서 반사율을 비교하기 위하여 단층인 경우의 전달매트릭스를 구하고 3, 6, 9층의 구조에서의 반사율을 구하였다. 그 결과 3층의 구조 일 때 제안하는 구배형 굴절률 분포가 약 600 nm ~ 1100 nm 파장 범위에서 5차 함수의 굴절률 분포보다 더 낮은 반사율을 보였다. 향후 이 결과는 가시광선(적색)과 근적외선 영역에 사용되는 광소자 및 광 필터에 응용 가능하리라 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The various techniques proposed previously to obtain a good antireflection(AR) coating induce a scattering of incident light by nanoparticles or control the refractive index by using different materials. This paper compares a suggested graded index profile with the quintic index profile previously s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존의 연구에서 우수한 반사율 특성을 보인 5차 함수 굴절률 분포와 구배형 굴절률 분포에서의 반사율을 분석하고 비교하고자 한다. 기존의 5차 함수 굴절률 분포n5(d)는

가설 설정

  • 영역 1은 공기 이며 굴절률 n0이고, 영역 2는 반사방지막으로 굴절률 nc 이고 단층 또는 다층으로 구성 되고 총 두께가 t 이며, 영역 3은 기판이고 굴절률 ns 이다. 이때 입사파는 반사방지막 층에 수직으로 입사한다고 가정한다.
  • 4이다. 즉, ni 는 첫 번째 층의 굴절률을 나타내고 nf 는 마지막 층의 굴절률을 나타내므로 각 코팅 층의 굴절률 크기는 기판 쪽으로 갈수록 증가한다고 가정한다.
  • 반사방지막을 9층의 구조로 구성하고 총 두께는 180nm 이고, 각층의 두께는 같다고 가정한다. 이때 반사방지막으로 입사하는 파장의 범위는 300 nm ∼ 1100 nm이고 반사방지막이 5차 와 구배형 굴절률 분포일 때의 반사율을 각 각 비교하였다.
  • 반사방지막을 6층의 구조로 구성하고 앞 절의 9층의 경우와 마찬가지로 총 두께는 180 nm 이고, 각층의 두께는 같다고 가정한다. 구배형 굴절률 분포의 반사율을 변화시키기 위하여 굴절률 분포 변화인자 K 의 값을 0 < K ≤ 10 범위 내에서 변화시키면서 반사율 특성을 분석 및 조사하였다.
  • 반사방지막을 3층의 구조로 구성하고 앞 절의 6층의 경우와 마찬가지로 총 두께는 180 nm 이고, 각층의 두께는 같다고 가정한다. 구배형 굴절률 분포의 반사율을 변화시키기 위하여 굴절률 분포 변화인자 K 의 값을 0 < K ≤ 10 범위 내에서 변화시키면서 반사율 특성을 분석 및 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반사방지막의 성능은 무엇에 의해 결정되는가? 반사방지막(Antireflection(AR) coating)의 성능은 넓은 파장대에 걸쳐서 낮은 반사율의 획득 여부에 의해서 결정된다. 반사방지막의 성능을 향상시키기 위하여 다양한 방법이 제안되고 있으며 실례로서 실리콘나이트라이드 층 위에 실리콘 또는 금속 나노입자를 입혀서 입사파가 나노입자 의해서 분산(scattering) 되는 효과를 발생시켜 낮은 반사율를 얻거나[1], 실리콘 기판위에 SiO2 나노막대를 배열시켜 낮은 반사율을 얻는다[2].
우수한 반사방지막을 얻기 위해 제안되는 방법으로 무엇이 있는가? 우수한 반사방지막을 얻기 위하여 다양한 기술이 제안되고 있는데 실례로서 빛의 분산효과를 주기 위하여 코팅의 외형적인 모양을 변형시키거나, 코팅 층의 굴절률을 제어하는 방법 등이 적용되고 있다. 본 논문에서는 코팅 층의 굴절률을 제어하기 위한 방법 중 구배형 광섬유의 경우를 응용한 구배형 굴절률 분포를 제안하였고, 3, 6, 9층의 다층의 구조에서 기존의 우수한 특성을 갖는 5차 함수 굴절률 분포 경우와 반사율을 비교 및 분석하였다.
구배형 광섬유의 경우를 응용한 구배형 굴절률 분포를 적용한 반사방지막은 어디에 적용이 가능할 것으로 예상되는가? 그 결과로서 제안하는 구배형 굴절률 분포가 3층의 구조에서 기존의 5차 함수 굴절률 분포보다 약 600nm ~ 1100 nm 에서 더 낮은 반사율을 보이는 결과를 얻었다. 따라서 향후 이 결과는 가시광선(적색)과 근적외선 영역에서 사용되는 광소자 및 광 필터에 적용 가능하리라 판단된다.
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참고문헌 (7)

  1. M. Beye, A. S. Maiga, F. Ndiaye, "The Effect of the SiN Optical Constants on the Performances of a New Antireflection Coating Concept", 2013 IEEE Conference on Clean Energy and Technology(CEAT), pp. 373-378, 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/CEAT.2013.6775659 

  2. J. Q. Xi, Jong Kyu Kim, E. F. Schubert, Dexian Ye, T. M. Lu, and Sha주-Yu Lin, " Very Low-refractive-index Optical Thin Films Consisting of an Array of $SiO_2$ Nanorod", Optics Letters, vol. 31, no. 5, pp. 601-603, Mar. 2006. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.31.000601 

  3. M. Kuo, D. J. Poxson, et al., "Realization of a Near-perfect Antireflection Coating for Silicon Solar Energy Utilization", Optics Letters, vol. 33, no. 21, pp. 2527-2529, Nov. 2008. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.8.000584 

  4. W.H. Southwell, "Gradient-index Antireflection Coatings", Optics Letters, vol. 8, no. 11, Nov. 1983. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.8.000584 

  5. C. B. Kim, "The Study on the Antireflection Coating Design Scheme According to the Index Profile in the Thin-Film Silicon Solar Cell", Journal of The Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 13, no. 9, pp. 4139-4145, Sep. 2012. DOI: http://doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.9.4139 

  6. Joseph C. Palais, "Fiber Optic Communications", pp. 125-126, Prentice Hall, 5th edition, 2002. 

  7. J. W. Lim, S. J. Yun, H. T. Kim, "Optical AlTiO Films Grown by Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition", Japanese Journal of Applied Physics, vol. 47, pp. 6934-6937, Aug. 2008. DOI: https://doi.org/10.1143/JJAP.47.6934 

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