Coherent는 수십 년에 걸친 적외선 광학 분야의 경험과 최근 메타광학과 나노 패터닝 분야의 발전에 힘입어 전례 없는 성능과 신뢰도를 제공하는 혁신적인 적외선 편광판 제품군을 개발했습니다. 적외선 편광판은 양자 연쇄 반응 레이저(QCL)를 기반으로 한 대기 원격 탐지, 적외선 머신 비전 시스템, 전방 감시 적외선(FLIR) 영상 장치와 같은 다양한 중파장 적외선(MWIR) 및 장파장 적외선(LWIR) 활용 분야와 심지어 천문학 분야에서도 성과를 향상시켜 줍니다.
IR 편광판의 과제
편광판은 모든 종류의 광학 시스템, 특히 레이저를 사용하는 시스템에 널리 사용되는 구성 요소입니다. 편광판을 만들 때는 여러 가지 기술이 필요합니다. 편광판은 가시광선과 근적외선 환경에서 아주 잘 작동합니다.
그러나 MWIR(3µm~5µm) 및 LWIR(7µm~14µm) 스펙트럼 범위와 같이 더 긴 파장을 위한 편광판을 만드는 데 있어서 오랫동안 어려움을 겪고 있었습니다. 이는 박막 필름(코팅) 기술을 기반으로 하는 편광판의 경우 특히 그렇습니다. 왜냐하면 적외선 투과 소재의 광학적 특성과 비용 때문에 단파장 편광판과 동일한 수준의 성능과 신뢰성을 갖춘 편광판을 만들기가 경제적인 측면에서 쉽지 않기 때문입니다. 이 문제는 LWIR 장치에서 더 두드러지는데, 이는 가장 널리 사용되고 있는 빔 스플리터 기판 소재인 실리콘이 6μm 이상을 잘 투과하지 못하기 때문입니다.
박막 필름 장치의 한계를 극복하기 위한 기존의 해법은 '와이어 그리드' 편광판(WGP)이었습니다. WGP는 평평한 투과성 기판 위에 여러 개의 전도성 구조물(예: 금속 와이어)을 나란히 배열한 형태입니다. 와이어들 사이의 간격이 빛의 파장보다 작아야 하고, 각 와이어의 너비가 와이어들 사이의 간격보다 훨씬 작아야 합니다.
와이어의 긴 방향으로 편광된 입사광이 전자가 와이어의 길이를 따라 자유롭게 이동하도록 유도합니다. 이에 따라 와이어 어레이가 전통적인 금속 코팅 거울처럼 작동하여 빛이 반사됩니다.
입사광이 와이어에 수직으로 편광되면 도체들의 폭이 좁아서 전자가 그리 멀리 이동할 수 없습니다. 따라서 전류가 거의 또는 전혀 생성되지 않습니다. 그러면 반사가 되지 않아서 대부분의 빛이 통과됩니다.
와이어 그리드 편광판은 도체띠들의 배열로 구성되어 있습니다. 이 도체띠에 평행하게 편광되는 빛(즉, 전기장이 도체띠의 긴 방향을 따라 진동함)은 그 안에 전류를 유도합니다. 이로 인해 빛이 반사됩니다. 도체띠의 폭이 좁으면 그 방향으로 유의미한 전류 흐름이 발생하지 않게 되므로, 도체띠에 직각으로 편광되는 빛은 전류를 유도하지 않고 그냥 통과합니다.
Coherent 와이어 편광판이 더 좋나요?
그러나 WGP에는 특유의 문제점이 있었습니다. 주된 문제점은 와이어의 소재로 일반적으로 알루미늄이 사용된다는 것입니다. 그런데 알루미늄은 특히 고온에 노출될 때 산화되어 편광판의 성능을 저하시킵니다. 와이어 위에 보호층을 씌워도 이 산화가 발생하는 것을 막을 수가 없습니다. 그리고 이 분야에서 알루미늄보다 더 적게 사용되고 있는 구리와 은도 둘 다 이와 동일한 단점을 갖고 있습니다.
Coherent는 이러한 기존 장치들의 단점을 극복하기 위해 여러 가지 첨단 기술을 적용하였습니다. 첫째, 와이어의 소재로 산화하지 않는 다른 불활성 금속을 사용하는 방법을 택했습니다. 이렇게 하면 특히 고온, 고습에 노출될 경우에 장치의 수명과 신뢰성이 개선됩니다.
그 다음으로, 수십 년에 걸친 메타 표면 생산 분야의 경험을 살려서 더 우수한 와이어 구조를 만들었습니다. Coherent의 첨단 광 리소그래피 기법을 사용하면 와이어의 형태를 더 정확하게 제어하여 WGP의 전반적인 광학 성능을 향상시킬 수 있습니다. 특히 이 기법은 편광판의 소광비(광학 장치가 원하는 편광을 얼마나 잘 통과시키고 원하지 않는 편광을 얼마나 잘 반사하는지를 나타내는 척도)를 높여줍니다. 그리고 당사의 기술은 특정 파장 또는 파장 범위에 대한 성능을 고도로 최적화할 수 있습니다. 또, 이는 대량 생산 시 장치 간 일관성을 더 높여줍니다.
실리콘 기판의 Coherent 와이어 그리드 광편광기.
특히 LWIR 편광판의 경우에는 당사의 재료 및 박막 필름 반사 방지 코팅 분야의 역량도 한몫을 합니다. 이 스펙트럼 범위의 경우, 당사는 기판 재료로 실리콘 대신 황화 아연(ZnS)을 사용합니다. 다른 업체들도 황화 아연(ZnS)을 사용하지만 당사는 이 재료를 당사의 나노 리소그래피 기술과 결합하여 더 우수한 결과를 얻을 수 있습니다.
Coherent는 QCL 제조사들을 대상으로 당사에서 생산하고 있는 패러데이 절연체를 개선하기 위해 성능과 신뢰성이 더 우수한 이 차세대 WGP를 이미 사용하고 있습니다. 귀사에 Coherent 와이어 그리드 편광판이 어떤 도움이 될 수 있는지 더 자세히 알아보십시오.
