Fabrication of a Polymeric Planar Nano-diffraction Grating with Nonuniform Pitch for an Integrated Spectrometer Module

This paper presents the design and fabrication of a planar nano-diffraction grating for an integrated miniature spectrometer module. The proposed planar nano-diffraction grating consists of nonuniform periods, to focus the reflected beams from the grating's surface, and an asymmetrical V-shaped groove profile, to provide uniform diffraction efficiency in the wavelength range from 400 to 650 nm. Also, to fabricate the nano-diffraction grating using low-cost UV-NIL technology, we analyzed the FT-IR spectrum of a uvcurable resin and optimized the conditions for the UV curing process. Then, we precisely fabricated the polymeric nano-diffraction grating within 5 nm in dimensional accuracy. The integrated spectrometer module using the fabricated polymeric planar nano-diffraction grating provides spectral resolution of 5 nm and spectral bandwidth of 250 nm. Our integrated spectrometer module using a polymeric planar nano-diffraction grating serves as a quick and easy solution for many spectrometric applications.

집적화된 분광모듈 구현을 위한 고분자 기반의 비등간격 평면나노회절격자 제작

본 논문은 집적화된 소형의 분광모듈 구현을 위한 나노회절격자의 설계 및 제작에 관한 연구이다. 제안된 평면 구조의 나노회절격자는 회절격자로부터 반사된 빛을 집광하기 위하여 비등간격의 구조로 설계되었으며, 400 nm에서 650 nm까지의 파장 대역폭에서 균등한 분해능을 가지도록 비대칭 V 홈 구조를 가지도록 설계되었다. 최적 설계된 나노회절격자를 저가, 대량 생산에 적합한 UV-NIL 공정을 통해 제작하기 위하여 FT-IR 흡수스펙트럼을 분석하였으며, 이를 통해 5 nm 이내의 치수 정밀도를 가진 고분자 나노회절격자를 제작 할 수 있었다. 제작된 고분자 기반 나노회절격자를 이용한 집적형 분광모듈은 250 nm의 파장 대역폭에서 각 첨두파장의 기준으로 5 nm의 균등한 파장 분해능을 확인하였으며, 이는 다양한 분광모듈의 적용분야에 적용될 것으로 기대된다.