초협대역 광학 필터: 자외선에서 장파 적외선까지 고해상도 이미징 확장

그림 1. IRIS 탐색기 시각화(윈도우 SJI 이미지 포함). (이미지: Alluxa)

광학 센서와 이미징 기술의 발전은 인간이 상호작용하고 자신을 이해하며 주변 세계를 탐구하는 방식에 점점 더 빠르게 흡수되고 있습니다. 광학 장치의 탐구 범위는 넓으며, 이식형 경피 생체 MEMS 장치 같은 내부 기술부터 근우주 및 심우주 기기에 탑재된 우주 비행 탐사 장비 같은 외부 기술까지 가능하게 합니다. 현대 광학 장치의 기능 핵심에는 초협대역 통과(UNBP) 박막 광학 필터가 있으며, 이는 광대역 스펙트럼 내 서브나노미터 대역을 식별할 수 있게 합니다. 이 필터들은 통신 산업용 NIR DWDM 필터로 개척되었으나, 현재는 심자외선에서 중적외선 대역까지 작동하는 이미징 및 센싱 장치에서 의미 있는 신호를 추출하는 데 필수적입니다.

Alluxa에서 개발한 SIRRUS™ 같은 새로운 증착 기술은 UNBP 필터 제조를 저처리량·고비용 공정에서 고도로 결정론적인 제조 공정으로 탈바꿈시켰습니다. 폼 팩터, 공간 균일도, 분해능 같은 중요한 필터 속성이 최근 몇 년간 성능 임계치를 넘어섰습니다. 다음 사례들은 UNBP의 최신 응용 분야를 보여줍니다.

태양 물리학은 사회적 관심사와 태양-지구 상호작용 연구의 장으로서 주목받고 있습니다. 코로나 질량 방출(CME) 같은 자기장/플라즈마 현상 연구는 큰 관심을 끕니다. 지난 20년간 고고도 비행부터 수많은 우주 비행 임무 탑재 기기까지 조사가 이루어졌습니다. 이 태양 탐사선들은 다파장 UNBP 필터를 사용해 헬리오스피어의 저·중·고 영역을 고공간·고시간 분해능으로 스캔했습니다. 차세대 기기 개발이 진행되면서 플라즈마 속도(즉 헬리오스피어 온도 프로파일링)의 더 세밀한 이미징 요구가 증가했습니다. 이를 해결하기 위해 Alluxa는 자외선 영역에서 고파인니스 다중 공동 UNBP를 제작하고 있습니다.

그림 2. 자외선 초협대역 태양 필터. (이미지: Alluxa)

이미징 분광계 및 기타 센싱 응용을 위해 500층 이상 필터가 제작되었습니다. 내부 개발 계측기 배열을 사용해 Alluxa 필터는 FWHM < 0.5nm, 피크 투과율 0.10~0.50(10~50%), 200~1200nm에서 OD6~12 차단 성능을 보입니다(그림 2 참조). 이 인상적인 스펙트럼 프로파일은 증착 시스템 구성과 고계면 필터에서 손실(산란+흡수)을 최소화하는 공정 방법론 덕분으로, 고성능 자외선 필터에 필수적인 능력입니다.

그림 3. 가시광 초협대역 통과 필터, CWL @ 532nm. (이미지: Alluxa)

대기 관측과 모델링은 이 푸른 행성에 탑승한 모두의 주요 관심사입니다. 개인의 삶과 온실가스 배출 글로벌 상업 시스템 같은 지정경제적 구조를 크게 바꿀 수 있습니다. 특히 532nm와 1064nm 필터는 성층권의 주간 구름 및 에어로졸 프로파일의 후방산란과 부피 탈분극 측정 능력 향상에 중요합니다. 그림 3과 4는 각각 532-0.127과 1064-0.25 OD6 초협대역 통과 필터의 성능을 보여주며, 이론적 시뮬레이션과 매우 잘 일치합니다. 이 필터들은 대기 라이다 원격 탐사용 비행 임무에 구현될 예정입니다.

그림 4. 근적외선 초협대역 통과 필터, CWL @ 1064nm. (이미지: Alluxa)

또 다른 실험·성장 분야는 가스 모니터링 및 분석, 특히 장파 적외선(LWIR) 파장대입니다. 이 파장대 레이저 응용은 실험적 문신 제거 시술부터 의료 장비 제조까지 다양합니다. 레이저 대역폭 제어와 밴드 외 빛 감쇠가 이 응용의 핵심이므로, 초협대역 필터가 빠르게 핵심 부품이 되고 있습니다. 그림 5는 LWIR 영역에서 FWHM < 0.1마이크론의 10.6마이크론 필터를 설계·신뢰성 있게 제조하는 Alluxa의 역량을 보여줍니다.

그림 5. 10.6마이크론 LWIR 초협대역 통과 필터. (이미지: Alluxa)

초협대역 통과 필터를 필요로 하는 끊임없이 진화하는 광범위한 응용 분야는 지속적인 혁신과 개선을 요구합니다. 자외선에서 손실·산란 최소화, 가시광·근적외선에서 반복성과 이론 일치도 향상, 장파 적외선에서 대역내 투과율 증가와 대역폭 협소화 동시 달성까지, 혁신 요구는 Alluxa에 의해 지속적으로 충족되고 있습니다. SIRRUS™ 증착 플랫폼과 Alluxa의 설계·엔지니어링 전문성은 비교적 짧은 기간에 이러한 한계를 뛰어넘는 UNBP의 능력과 발전에 근본적으로 기여했습니다.

이 기사는 Alluxa(캘리포니아 산타로사) 엔지니어링 팀이 작성했습니다. 자세한 정보는 여기를 방문하세요.

참고문헌

1. SVS. "NASA Scientific Visualization Studio|a Slice of Light: How IRIS Observes the Sun." SVS, 2015년 6월 26일.
2. "EUVST – NASA Science." NASA.
3. "Cloud-Aerosol Transport System (CATS)." Cats.
4. "NASA AOS – the ALICAT Lidar for the AOS-Inclined Orbit: Instrument Overview and Projected Performance." Aos.gsfc.nasa.gov.