매우 높은 굴절률(≥2.6) 덕분에 탄화규소는 광 도파관 구조에서 '무지개 효과'를 제거하기 위한 근본적인 물리적 솔루션을 제공합니다. 이 현상은 주변광이 AR 도파관을 통과할 때 발생합니다. 회절 각도는 파장에 따라 다르므로 백색광을 무지개 스펙트럼으로 분리하는 분산이 발생합니다. 실리콘 카바이드의 높은 굴절률은 두 가지 주요 방식으로 이러한 문제를 해결합니다.
굴절률이 높기 때문에 설계 유연성이 향상되어 더 미세한 격자 주기를 사용할 수 있습니다. 격자 주기가 나노스케일로 줄어들면 주변광의 회절 각도가 크게 증가하여 종종 인간의 눈이 인식할 수 있는 범위 밖으로 빛이 이동하므로 산만한 회절광의 가시성이 시각적으로 감소됩니다.
파동 광학의 관점에서 격자에 의해 입사광에 전달되는 위상 벡터는 파장에 정비례하고 격자 주기에 반비례합니다. 결과적으로 주기가 작을수록 회절된 빛의 편향 각도가 커집니다. 큰 각도로 입사하는 빛의 경우 격자 주기가 지나치게 작으면 회절된 빛이 유도 모드를 지원하는 도파관 K 공간의 환형 영역 외부로 이동하여 유효 시야가 제한됩니다. 따라서 모놀리식 시스템에서 풀 컬러 전송으로 넓은 시야를 확보하려면 너무 짧은 격자 기간을 피해야 합니다.
'무지개 효과'를 완화하는 탄화규소(SiC)의 장점은 근본적으로 높은 굴절률을 통해 제공되는 설계 유연성에서 비롯됩니다. 고굴절률 구조는 빛의 유효 파장을 압축하여 훨씬 더 작은 격자 주기를 허용합니다. 예를 들어 SiC 기판에서는 300nm 주기가 달성 가능한 반면, 기존 유리 기판에서는 일반적으로 500nm가 필요합니다. 고정된 입사각에서 이러한 주기 압축 효과는 서로 다른 파장에 대한 분산 각도 변화를 실질적으로 감소시킵니다. 실험 데이터에 따르면 400~700nm 가시광선 범위 내에서 SiC 기반 격자는 기존 재료로 만든 것보다 분산 각도 변화가 약 40% 더 적습니다. 최적화된 설계를 통해 무지개 효과를 담당하는 미광을 인간의 눈의 가시 범위에서 멀어지게 하여 무지개 아티팩트의 출현을 효과적으로 억제할 수 있습니다.
또한, 연구에 따르면 다층 SiO2/TiO2/ITO 박막 구조와 결합된 SiC 기판을 특징으로 하는 설계를 사용하면 렌즈 표면의 가시광선 반사를 효과적으로 줄여 빛 투과율을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 한편, 다층 구조는 빛 반사로 인한 색 편차를 최소화하여 간접적으로 무지개 효과를 완화합니다. 반면, 다층박막 구조는 청색광을 차단하여 무지개 효과를 줄이는 데도 도움이 됩니다. 청색광은 파장이 짧고 무지개 효과의 주요 원인인 분산이 더 쉽기 때문입니다.
실리콘 카바이드의 탁월한 경도와 화학적 안정성은 나노임프린트 리소그래피 및 전자빔 리소그래피와 같은 정밀 공정에 이상적으로 적합하며, 무지개 효과 문제를 해결하기 위한 서브 마이크론 격자 구조의 고정밀 제작을 가능하게 합니다.
출처: xiamenzhongxinjingyan
