Fabrication of sub-wavelength gratings and it's applications to light-field display

Abstract

홀로리소그래피는 광원으로 사용되는 파장보다 작은 크기의 나노 구조물을 수 cm2의 대면적에 대해 짧은 시간에 제작할 수 있는 장점을 갖는 공정이다. 노광면에 입사하는 광의 입사각을 변화시켜 간단히 구조물의 주기성을 조절할 수 있으며, 노광 시간을 조절함으로서 구조물의 크기를 조절할 수 있고, 반복제작에 대한 높은 재현성을 갖는다. 본 논문에서는 Lloyd’s mirror를 이용한 홀로 리소그래피 시스템을 사용하였다. 이 시스템은 거울을 회전하여 간단히 구조물의 주기를 변경할 수 있으며, 이들을 연결하여 넓은 면적에 동일한 구조를 쉽게 제작할 수 있는 특징이 있다. 이 시스템의 기능을 최대한 활용하기 위해 어떤 사항이 고려되어야 하는지 논의할 것이다. 이를 이용하여 DUV 분광기를 위한 1차원 격자와, 플라즈몬 공진기로서 활용하기 위한 2차원 격자를 감광제를 이용하여 제작하였다. 또한 여기에 증착, 임프린팅, 식각 등의 공정을 추가하여 소자로 사용시 사용되는 광원과 시스템적 특성에 적합한 물질로 구성된 나노구조물을 제작하였다. 제작된 구조물은 설계대로 작동하는지 실험적으로 검증되었다. 격자를 디커플링 소자로서 사용하여 도파관을 따라 전파하는 모드에서 원하는 각도로 빛을 회절시켜 라이트필드를 구성하는 디스플레이를 제작했다. 제작된 구조물의 두께는 50μm 미만이며, 동시에 7방향에서 서로 다른 이미지를 표시하도록 설계되었다. 제작된 디스플레이는 실험적으로 성능을 확인하였다. |Holo-lithography is a useful technique for making nanostructures having a size less than a wavelength in terms of time and cost and has the advantage of being able to fabricate a large area of several cm2 size. In addition, by adjusting the exposure time, the periodic characteristics can be easily adjusted by changing the size and incident angle of the structure, and it has high reproducibility for repeated fabrication. In this paper, a holo-lithography system using Lloyd's mirror was used. This system has the feature that the period can be changed simply by adjusting the angle of incidence, and the same structure can be easily fabricated for a large area by connecting them. Things to be considered to maximize the feature will be discussed. Using this, one-dimensional and two-dimensional sub-wavelength photo resist gratings were fabricated for the purposes of DUV spectroscopy and plasmonic resonator. In addition, processes such as evaporation, imprinting, etching were added to this to produce a nanostructure composed of a material suitable for the wavelength range used. It was experimentally verified whether the fabricated structure works as designed. Using sub-wavelength grating as a decoupling component, a light field display that diffracts light at a desired angle in a mode of guiding along a waveguide was fabricated. The fabricated structure has a thickness smaller than 50 μm and is designed to simultaneously display different images in 7 directions. The performance has been experimentally confirmed as designed.