유전체 메타표면에 의한 동등한 강도 빔 생성 시연

Gwanho Yoon; Dasol Lee; Junsuk Rho

doi:10.3791/59066

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방법 논문

유전체 메타표면에 의한 동등한 강도 빔 생성 시연

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DOI:

10.3791/59066

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2019년 6월 7일

Gwanho Yoon¹ , Dasol Lee¹ , Junsuk Rho¹^,²^,³

¹Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), ²Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), ³National Institute of Nanomaterials Technology (NINT)

이 논문에서

요약

유전체 메타표면의 제조 및 광학 특성화를 위한 프로토콜이 제시된다. 이 방법은 빔 스플리터뿐만 아니라 렌즈, 홀로그램 및 광학 망토와 같은 일반적인 유전체 메타 표면의 제작에도 적용 될 수 있습니다.

초록

동일한 강도의 빔 생성을 가능하게 하는 메타표면 빔 스플리터의 제작 및 특성화 프로토콜이 입증되었습니다. 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H)은 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD)을 사용하여 융합실리카 기판에 증착됩니다. 증발에 의해 증착된 전형적인 비정질 실리콘은 가시 주파수에서 작동을 방해하는 심각한 광학 손실을 일으킵니다. 비정질 실리콘 박막 내부의 수소 원자는 구조적 결함을 감소시키고 광학 손실을 개선할 수 있습니다. 가시 주파수에서 메타표면의 작동을 위해서는 수백 나노미터의 나노 구조가 필요합니다. 회절 한계로 인해 이러한 작은 구조를 제조할 때 기존의 포토리소그래피 또는 직접 레이저 필기는 불가능합니다. 따라서, 전자 빔 리소그래피(EBL)는 박막 상에 크롬(Cr) 마스크를 정의하는 데 이용된다. 이 과정에서 노출된 레지스트는 차가운 온도에서 개발되어 화학 반응을 늦추고 패턴 가장자리를 선명하게 만듭니다. 마지막으로, a-Si:H는 유도성 결합 된 플라즈마 반응성 이온 에칭 (ICP-RIE)을 사용하여 마스크를 따라 에칭됩니다. 입증된 방법은 EBL의 낮은 처리량으로 인해 대규모 제작에 적합하지 않지만 나노 임프린트 리소그래피와 결합하여 개선할 수 있습니다. 제작 된 장치는 레이저, 편광판, 렌즈, 파워 미터 및 충전 결합 장치 (CCD)로 구성된 맞춤형 광학 설정이 특징입니다. 레이저 파장과 편광을 변경하여 회절 특성을 측정합니다. 측정된 확산 빔 파워는 입사 분극과 파장에 관계없이 항상 동일합니다.

서론

2 차원 소파장 안테나 어레이로 구성된 메타 표면은 무채색 렌즈 1,^2,홀로그램 3,⁴^,^{5와 같은 많은 유망한 광학 기능을 입증했습니다.} ^,⁶, 광학 망토⁷. 기존의 부피가 큰 광학 부품은 원래의 기능을 유지하면서 초박형 메타표면으로 대체 될 수있다. 예를 들어 빔 스플리터는 입사 빔을 두 개의 빔으로 분리하는 데 사용되는 광학 장치입니다. 일반적인 빔 스플리터는 두 개의 삼각형 프리즘을 결합하여 만들어집니다. 인터페이스 특성이 빔 분할 특성을 결정하기 때문에 기능 저하 없이 물리적 크기를 줄이기가 어렵습니다. 한편, 초박형 빔 스플리터는 1차원 선형 위상 그라데이션^8,^9로인코딩된 메타표면으로 실현될 수 있다. 메타표면의 두께는 작동 파장보다 적으며, 분리 특성은 상 분포에 의해 제어될 수 있습니다.