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KR102778378B1 - Chip-Scale Atomic Magnetometer - Google Patents

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KR102778378B1
KR102778378B1 KR1020220170612A KR20220170612A KR102778378B1 KR 102778378 B1 KR102778378 B1 KR 102778378B1 KR 1020220170612 A KR1020220170612 A KR 1020220170612A KR 20220170612 A KR20220170612 A KR 20220170612A KR 102778378 B1 KR102778378 B1 KR 102778378B1
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KR
South Korea
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mirror surface
mirror
waveguide
cavity
substrate
Prior art date
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KR1020220170612A
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Korean (ko)
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Inventor
박종철
유종범
홍현규
이이재
Original Assignee
한국과학기술원
한국표준과학연구원
한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면을 구비하는 케비티를 포함하는 기판; 상기 기판의 하부면에 배치되어 상기 케비티를 덮는 하부 투명 기판; 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면; 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면에 펌프빔을 제공하는 제1 광원; 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면; 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔을 제공하는 제2 광원;을 포함한다.According to one embodiment of the present invention, an atomic magnetometer comprises: a substrate including a cavity having a first inclined side surface having a first inclined angle in a first direction and a second inclined side surface inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate disposed on a lower surface of the substrate and covering the cavity; a first mirror surface disposed under the lower transparent substrate and inclined at the first inclined angle; a first light source disposed under the lower transparent substrate and providing a pump beam to the first mirror surface; a second mirror surface disposed under the lower transparent substrate and inclined at the second inclined angle; and a second light source disposed under the lower transparent substrate and providing a probe beam to the second mirror surface.

Description

칩스케일 원자 자력계{Chip-Scale Atomic Magnetometer}Chip-Scale Atomic Magnetometer

본 발명은 원자 자력계에 관한 것으로, 더 구체적으로 실리콘 기판에 습식 식각에 의하여 케비티를 형성한 알카리 금속 증기셀을 구비한 원자 자력계에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic magnetometer, and more particularly, to an atomic magnetometer having an alkali metal vapor cell in which a cavity is formed in a silicon substrate by wet etching.

실리콘 기판은 습식 식각이 기판의 결정 구조에 기인하여 54.7도의 경사면을 가진 케비티를 제공한다.The silicon substrate provides a cavity with a 54.7 degree slope due to the wet etching of the crystal structure of the substrate.

기판에 대하여 수직 입사하는 펌프빔 또는 프로브 빔은 54.7도의 경사면에서 반사되는 경우 안정적인 빔 경로를 형성할 수 없다.A pump beam or probe beam incident perpendicular to the substrate cannot form a stable beam path if it is reflected from an inclined surface of 54.7 degrees.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 컴팩트한 구조의 원자 자력계를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide an atomic magnetometer having a compact structure.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 이용한 증기셀에 펌프 빔 및 프로브 빔의 광 경로를 안정적으로 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to stably provide optical paths of a pump beam and a probe beam to a vapor cell using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면을 구비하는 케비티를 포함하는 기판; 상기 기판의 하부면에 배치되어 상기 케비티를 덮는 하부 투명 기판; 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면; 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면에 펌프빔을 제공하는 제1 광원; 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면; 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔을 제공하는 제2 광원;을 포함한다. 상기 제1 거울면은 상기 제1 경사 측면과 나란하고, 상기 제2 거울면은 상기 제2 경사 측면과 나란하고, 상기 펌프빔은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.According to one embodiment of the present invention, an atomic magnetometer comprises: a substrate including a cavity having a first inclined side surface having a first inclined angle in a first direction and a second inclined side surface inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate disposed on a lower surface of the substrate and covering the cavity; a first mirror surface disposed under the lower transparent substrate and inclined at the first inclined angle; a first light source disposed under the lower transparent substrate and providing a pump beam to the first mirror surface; a second mirror surface disposed under the lower transparent substrate and inclined at the second inclined angle; and a second light source disposed under the lower transparent substrate and providing a probe beam to the second mirror surface. The first mirror surface is parallel to the first inclined side surface, the second mirror surface is parallel to the second inclined side surface, the pump beam is incident parallel to the first direction and is reflected from the first mirror surface and the first inclined side surface of the cavity and travels in the first direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path. The probe beam is incident parallel to the second direction and is reflected from the second mirror surface and the second inclined side surface of the cavity and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판은 실리콘 기판이고, 상기 제1 경사각 및 상기 제2 경사각은 54.7도 일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the substrate may be a silicon substrate, and the first inclination angle and the second inclination angle may be 54.7 degrees.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판의 상부면에 배치되어 상기 케비티를 덮는 상부 투명 기판을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the device may further include an upper transparent substrate disposed on an upper surface of the substrate and covering the cavity.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리콘 재질이고 상기 제1 거울면을 제공하는 제1 거울; 실리콘 재질이고 상기 제2 거울면을 제공하는 제2 거울; 및 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울이 배치되는 베이스 기판을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the device may further include a first mirror made of silicon and providing the first mirror surface; a second mirror made of silicon and providing the second mirror surface; and a base substrate on which the first mirror and the second mirror are arranged.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 광원 상에 배치되는 제1 직각 프리즘; 및 상기 제2 광원 상에 배치되는 제2 직각 프리즘을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 광원은 상기 베이스 기판 상에 배치되고, 상기 제2 광원은 상기 베이스 기판 상에 배치되고, 상기 펌프빔은 상기 제1 직각 프리즘에서 1회 전반사하여 상기 제1 거울면에 평행하게 제1 방향으로 입사하고, 상기 프로브 빔은 상기 제2 직각 프리즘에서 1회 전반사하여 상기 제2 거울면에 평행하게 제2 방향으로 입사할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a first right-angle prism disposed on the first light source; and a second right-angle prism disposed on the second light source may be further included. The first light source may be disposed on the base substrate, the second light source may be disposed on the base substrate, and the pump beam may be totally reflected once by the first right-angle prism and may be incident in a first direction parallel to the first mirror surface, and the probe beam may be totally reflected once by the second right-angle prism and may be incident in a second direction parallel to the second mirror surface.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되는 광열(photo-thermal) 구조; 및 상기 광열 구조에 광을 조사하는 가열 광원을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the device may further include a photo-thermal structure disposed below the lower transparent substrate; and a heating light source that irradiates light to the photo-thermal structure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광열(photo-thermal) 구조는 표면 플라즈몬 공명 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the photo-thermal structure may have a surface plasmon resonance structure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광열(photo-thermal) 구조는, 상기 하부 투명 기판에서 돌출된 복수의 기둥들; 상기 기둥들의 상부면 및 측면, 그리고 상기 기둥들 사이의 상기 하부 투명 기판에 형성된 금속 나노 입자들을 포함하고, 상기 금속 나노 입자들은 반구형일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the photo-thermal structure includes a plurality of pillars protruding from the lower transparent substrate; metal nanoparticles formed on upper surfaces and side surfaces of the pillars and on the lower transparent substrate between the pillars; and the metal nanoparticles may be hemispherical.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 투명 기판에 배치된 제1 1/4 파장판;을 더 포함하고, 상기 제1 1/4 파장판은 상기 펌프빔의 광 경로 상에 배치될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the device further comprises a first quarter wave plate disposed on the lower transparent substrate, wherein the first quarter wave plate can be disposed on an optical path of the pump beam.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 1/4 파장판은 상기 하부 투명 기판에서 돌출되고 일정한 간격으로 배열된 복수의 타원 기둥들;을 포함할 수 있다. 상기 타원 기둥들은 실리콘 재질일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first 1/4 wavelength plate may include a plurality of elliptical columns protruding from the lower transparent substrate and arranged at regular intervals. The elliptical columns may be made of a silicon material.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 투명 기판에 배치된 편광빔 분리기; 및 상기 편광빔 분리기의 하부에 배치된 제1 광검출기 및 제2 광검출기를 더 포함할 수 있다. 상기 편광빔 분리기는 상기 제2 방향으로 진행한 상기 프로브 빔을 편광 상태에 따라 분기하여 상기 제1 광 검출기 및 제2 광검출기에 각각 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the device may further include a polarization beam splitter disposed on the lower transparent substrate; and a first photodetector and a second photodetector disposed below the polarization beam splitter. The polarization beam splitter may split the probe beam traveling in the second direction according to a polarization state and provide the split beam to the first photodetector and the second photodetector, respectively.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 편광빔 분리기는 상기 하부 투명 기판에서 규칙적으로 배열되고 돌출된 복수의 기둥들을 포함할 수 있다. 복수의 기둥들은 서로 다른 크기의 단면 형상을 가진 실리콘일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polarizing beam splitter may include a plurality of pillars regularly arranged and protruding from the lower transparent substrate. The plurality of pillars may be silicon having cross-sectional shapes of different sizes.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 거울면을 제공하는 제1 거울 및 상기 제2 거울면을 제공하는 상기 제2 거울이 배치되는 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판과 상기 하부 투명 기판 사이에 배치되는 스페이서를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the device may further include a base substrate on which a first mirror providing the first mirror surface and a second mirror providing the second mirror surface are disposed; and a spacer disposed between the base substrate and the lower transparent substrate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 거울면을 제공하는 제1 거울 및 상기 제2 거울면을 제공하는 제2 거울이 배치되는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제3 거울면을 제공하는 제3 거울; 및 상기 베이스 기판 상에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제4 거울면을 제공하는 제4 거울;을 더 포함할 수 있다. 상기 펌프빔의 광 경로는 상기 제1 거울면, 한 쌍의 제1 경사 측면, 및 제3 거울면을 통하여 진행하고, 상기 프로브 빔의 광 경로는 상기 제2 거울면, 한 쌍의 제2 경사 측면, 및 상기 제4 거울면을 통하여 진행할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the invention may further include: a base substrate on which a first mirror providing the first mirror surface and a second mirror providing the second mirror surface are arranged; a third mirror arranged on the base substrate and providing a third mirror surface inclined at the first inclination angle; and a fourth mirror arranged on the base substrate and providing a fourth mirror surface inclined at the second inclination angle. An optical path of the pump beam may proceed through the first mirror surface, the pair of first inclined sides, and the third mirror surface, and an optical path of the probe beam may proceed through the second mirror surface, the pair of second inclined sides, and the fourth mirror surface.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제4 거울면에서 반사된 프로브 빔을 제공받고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 편광빔 분리기; 상기 편광빔 분리기의 일 측면에 배치되는 제1 광 검출기; 및 상기 편광빔 분리기의 타측면에 배치되는 제2 광 검출기를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the present invention may further include a polarizing beam splitter provided with a probe beam reflected from the fourth mirror surface and arranged on the base substrate; a first photodetector arranged on one side of the polarizing beam splitter; and a second photodetector arranged on the other side of the polarizing beam splitter.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 거울면을 제공하는 제1 거울 및 상기 제2 거울면을 제공하는 제2 거울이 배치되는 베이스 기판; 상기 제1 거울면과 연속적으로 연결되고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 제1 도파관; 및 상기 제2 거울면과 연속적으로 연결되고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 제2 도파관;을 더 포함할 수 있다. 상기 펌프빔은 상기 제1 도파관에 입사하여 상기 제1 거울면에서 반사하여 상기 제1 경사 측면에 입사하고, 상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관에 입사하여 상기 제2 거울면에서 반사하여 상기 제2 경사 측면에 입사할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a base substrate having a first mirror providing the first mirror surface and a second mirror providing the second mirror surface disposed thereon; a first waveguide continuously connected to the first mirror surface and disposed on the base substrate; and a second waveguide continuously connected to the second mirror surface and disposed on the base substrate; The pump beam may be incident on the first waveguide, reflected from the first mirror surface, and incident on the first inclined side surface, and the probe beam may be incident on the second waveguide, reflected from the second mirror surface, and incident on the second inclined side surface.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스 기판 상에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제3 거울면을 제공하는 제3 거울; 상기 베이스 기판 상에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제4 거울면을 제공하는 제4 거울; 상기 제3 거울면과 연속적으로 연결되는 제3 도파관; 및 상기 제4 거울면과 연속적으로 연결되는 제4 도파관;을 더 포함할 수 있다. 상기 펌프빔의 광 경로는 제1 도파관, 상기 제1 거울면, 한 쌍의 제1 경사 측면, 및 제3 거울면, 제3 도파관을 통하여 진행하고, 상기 프로브 빔의 광 경로는 제2 도파관, 상기 제2 거울면, 한 쌍의 제2 경사 측면, 및 상기 제4 거울면, 및 제4 도파관을 통하여 진행할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the invention may further include: a third mirror disposed on the base substrate and providing a third mirror surface inclined at the first inclination angle; a fourth mirror disposed on the base substrate and providing a fourth mirror surface inclined at the second inclination angle; a third waveguide continuously connected to the third mirror surface; and a fourth waveguide continuously connected to the fourth mirror surface. An optical path of the pump beam may proceed through the first waveguide, the first mirror surface, the pair of first inclination sides, and the third mirror surface, and the third waveguide, and an optical path of the probe beam may proceed through the second waveguide, the second mirror surface, the pair of second inclination sides, and the fourth mirror surface, and the fourth waveguide.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 도파관의 일단은 45도 경사진 구조의 프리즘 구조이고, 상기 제1 광원은 상기 베이스 기판에 배치되고, 상기 펌프빔은 상기 제1 도파관의 프리즘 구조에서 1회 전반사하여 상기 제1 거울면으로 진행하고, 상기 제2 도파관의 일단은 45도 경사진 구조의 프리즘 구조이고, 상기 제2 광원은 상기 베이스 기판에 배치되고, 상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관의 프리즘 구조에서 1회 전반사하여 상기 제2 거울면로 진행할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, one end of the first waveguide is a prism structure having a 45-degree inclined structure, the first light source is disposed on the base substrate, the pump beam is totally reflected once by the prism structure of the first waveguide and proceeds to the first mirror surface, and one end of the second waveguide is a prism structure having a 45-degree inclined structure, the second light source is disposed on the base substrate, and the probe beam can be totally reflected once by the prism structure of the second waveguide and proceeds to the second mirror surface.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 일단에 상기 제1 거울면을 포함하고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 제1 도파관; 및 일단에 상기 제2 거울면을 포함하고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 제2 도파관;을 더 포함할 수 있다. 상기 펌프빔은 상기 제1 도파관에 입사하여 상기 제1 거울면에서 반사하여 상기 제1 경사 측면에 입사하고, 상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관에 입사하여 상기 제2 거울면에서 반사하여 상기 제2 경사 측면에 입사할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a first waveguide including the first mirror surface at one end and disposed on the base substrate may be further included; and a second waveguide including the second mirror surface at one end and disposed on the base substrate. The pump beam may be incident on the first waveguide, reflected by the first mirror surface, and incident on the first inclined side surface, and the probe beam may be incident on the second waveguide, reflected by the second mirror surface, and incident on the second inclined side surface.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 도파관의 타단은 직각 프리즘 구조이고, 상기 제2 도파관의 타단은 직각 프리즘 구조이고, 상기 제1 광원은 상기 베이스 기판 상에 배치되고, 상기 제2 광원 상기 베이스 기판 상에 배치될 수 있다. 상기 펌프빔은 상기 제1 도파관의 타단에서 1회 전반사하여 상기 제1 도파관의 일단에서 반사하여 상기 제1 경사 측면에 입사하고, 상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관의 타단에서 1회 전반사하여 상기 제2 도파관의 일단에서 반사하여 상기 제2 경사 측면에 입사할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the other end of the first waveguide has a right-angle prism structure, the other end of the second waveguide has a right-angle prism structure, the first light source may be disposed on the base substrate, and the second light source may be disposed on the base substrate. The pump beam may be totally reflected once at the other end of the first waveguide, reflected from one end of the first waveguide, and incident on the first inclined side surface, and the probe beam may be totally reflected once at the other end of the second waveguide, reflected from one end of the second waveguide, and incident on the second inclined side surface.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면을 구비하는 케비티를 포함하는 기판; 상기 기판의 하부면에 배치되어 상기 케비티를 덮는 하부 투명 기판; 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면; 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면;을 포함한다. 상기 제1 거울면은 상기 제1 경사 측면과 나란하고, 상기 제2 거울면은 상기 제2 경사 측면과 나란하고, 펌프빔은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 프로브 빔은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.According to one embodiment of the present invention, an atomic magnetometer comprises: a substrate including a cavity having a first inclined side surface having a first angle of inclination in a first direction and a second inclined side surface inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate disposed on a lower surface of the substrate and covering the cavity; a first mirror surface disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first angle of inclination; and a second mirror surface disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second angle of inclination. The first mirror surface is parallel to the first inclined side surface, the second mirror surface is parallel to the second inclined side surface, and a pump beam is incident parallel to the first direction and is reflected by the first mirror surface and the first inclined side surface of the cavity to travel in the first direction within the cavity and have a “Z” shaped beam path. The probe beam is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface and the second inclined side surface of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계는 컴팩트한 구조와 안정적인 광 경로를 제공할 수 있다.An atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention can provide a compact structure and a stable optical path.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계는 절두 피라미드 구조의 케비티에 케비티의 경사 측면과 나란한 거울면을 제공하여 상기 거울면에 수평 입사하는 펌프 빔 또는 프로브 빔은 상기 케비티 내에서 안정적인 광 경로를 제공할 수 있다.An atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention provides a mirror surface parallel to an inclined side surface of a cavity having a truncated pyramid structure, so that a pump beam or a probe beam incident horizontally on the mirror surface can provide a stable optical path within the cavity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계를 나타내는 평면도이다.
도 2은 도 1의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케비티 및 증기 셀을 제작하는 방법을 설명하는 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 투명 기판 및 하부 투명 기판에 형성된 1/4 파장판, 광열 구조, 및 편광빔 분리기를 설명하는 단면도이다.
도 6a는 도 5에 의하여 형성된 편광빔 분리기를 설명하는 사시도이다.
도 6b 도 5에 의하여 형성된 광열 구조를 설명하는 사시도이다.
도 6c 도 5에 의하여 형성된 1/4 파장판를 설명하는 사시도이다.
도 7은 도 1의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 11의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 9의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 9의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 14은 도 12의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계를 나타내는 평면도이다.
도 16은 도 15의 원자 자력계의 케비티와 거울면들을 설명하는 절단 사시도이다.
도 17은 도 15의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 18은 도 15의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예 따른 원자 자력계의 케비티와 거울면들을 설명하는 절단 사시도이다.
도 20은 도 19의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 21은 도 19의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자 자력계의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자 자력계의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실시예에 따른 원자 자력계의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자 자력계의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.
FIG. 1 is a plan view showing an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view taken along the first direction of Figure 1.
Figure 3 is a cross-sectional view taken along the second direction of Figure 1.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a cavity and vapor cell according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a lower transparent substrate and a quarter wavelength plate, a photothermal structure, and a polarizing beam splitter formed on the lower transparent substrate according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6a is a perspective view illustrating a polarizing beam splitter formed by FIG. 5.
Fig. 6b is a perspective view illustrating the photothermal structure formed by Fig. 5.
FIG. 6c is a perspective view illustrating a quarter-wave plate formed by FIG. 5.
Fig. 7 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 1.
Fig. 8 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 11.
FIG. 9 is a plan view showing an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.
Fig. 10 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 9.
Fig. 11 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 9.
FIG. 12 is a plan view showing an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.
Fig. 13 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 12.
Fig. 14 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 12.
FIG. 15 is a plan view showing an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.
Figure 16 is a cutaway perspective view illustrating the cavity and mirror surfaces of the atomic magnetometer of Figure 15.
Fig. 17 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 15.
Fig. 18 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 15.
FIG. 19 is a cutaway perspective view illustrating the cavities and mirror surfaces of an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.
Fig. 20 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 19.
Fig. 21 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 19.
FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the first direction of an atomic magnetometer according to another embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a cross-sectional view taken along the second direction of an atomic magnetometer according to another embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the first direction of an atomic magnetometer according to an embodiment of another embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a cross-sectional view taken along the second direction of an atomic magnetometer according to another embodiment of the present invention.

원자 자력계에서, 펌프 빔에 의해 일정한 방향으로 정렬된 원자의 편극(예컨대, 자기 모멘트)은 외부 자기장에 의해서 그 방향이 변하게 된다. 이 때 원자의 편극 상태를 프로브 빔의 편광 회전정도를 측정함으로서 알 수 있다. 즉, 프로브 빔의 편광 회전각을 측정하여 자기장을 측정하는 것이다. 일반적으로 펌프 빔과 프로브 빔의 방향은 서로 수직이다. 펌프 빔은 원편광된 빔을 알카리 금속 증기셀에 제공하고, 프로브 빔은 선평광된 빔을 알카리 금속 증기셀에 제공한다. In an atomic magnetometer, the polarization (e.g., magnetic moment) of atoms aligned in a certain direction by a pump beam changes its direction by an external magnetic field. At this time, the polarization state of the atoms can be known by measuring the degree of polarization rotation of the probe beam. In other words, the magnetic field is measured by measuring the polarization rotation angle of the probe beam. Generally, the directions of the pump beam and the probe beam are perpendicular to each other. The pump beam provides a circularly polarized beam to the alkali metal vapor cell, and the probe beam provides a linearly polarized beam to the alkali metal vapor cell.

통상적으로, 원자자력계는 알카리 금속 증기셀을 구성하는 케비티, 증기셀을 가열하기 위한 가열 수단, 펌프 빔을 제공하는 펌프 광원, 프로브 빔을 제공하는 프로브 빔 광원, 증기 셀을 경유한 프로브 빔의 편광의 회전을 감지하는 편광 감지부를 포함한다.Typically, an atomic magnetometer includes a cavity forming an alkali metal vapor cell, a heating means for heating the vapor cell, a pump light source providing a pump beam, a probe beam light source providing a probe beam, and a polarization detector for detecting rotation of the polarization of the probe beam passing through the vapor cell.

MEMS 기술은 원자 시계 및 원자 자력계의 증기 셀을 제작하기 위하여 사용된다. 특히, 실리콘 기판에 케비티를 형성하기 위하여 습식 식각하는 경우, 실리콘 기판은 54.7도의 제1 경사각을 가질 수 있다. 실리콘 기판은 상부 투명 유리 기판 및/또는 하부 투명 기판에 의하여 폐쇄되어 증기 셀의 상기 케비티를 형성할 수 있다.MEMS technology is used to fabricate vapor cells of atomic clocks and atomic magnetometers. In particular, when wet etching is performed to form a cavity in a silicon substrate, the silicon substrate may have a first inclination angle of 54.7 degrees. The silicon substrate may be closed by an upper transparent glass substrate and/or a lower transparent substrate to form the cavity of the vapor cell.

펌프 빔 또는 프로브 빔은 54.7도의 제1 경사각을 가진 경사 측면에 반사하여 상기 케비티 내에서 상기 실리콘 기판의 배치 평면을 따라 평행하게 진행할 수 있다. 이를 위하여, 펌프 빔 또는 프로브 빔은 상기 케비티 내에서 수평으로 진행하도록 54.7도의 경사각을 가진 거울면에서 반사되어 상기 케비티의 경사 측면에 입사할 수 있다. 상기 거울면의 54.7도의 경사각은 실리콘 기판의 습식 식각에 의하여 형성될 수 있다. 상기 케비티의 경사 측면과 상기 거울면은 일정한 수직 거리를 가지고, 서로 평행할 수 있다. 이에 따라, 빔의 경로는 "Z"를 가질 수 있다. "Z" 자 형태의 빔 경로는 캐비티의 중심 영역에 다른 소자가 배치될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 케비티 중심 영역에는 광열 소자가 배치될 수 있다. 광열 소자는 외부에서 광을 받아 열에너지로 변환하는 소자일 수 있다. 상기 광열 소자는 상기 알카리 금속 증기셀 (또는 케비티)을 가열하여 알카리 금속 증기를 형성할 수 있다.The pump beam or the probe beam may be reflected from the inclined side surface having a first inclination angle of 54.7 degrees and may proceed parallel to the arrangement plane of the silicon substrate within the cavity. To this end, the pump beam or the probe beam may be reflected from a mirror surface having an inclination angle of 54.7 degrees so as to proceed horizontally within the cavity and may be incident on the inclined side surface of the cavity. The 54.7 degree inclination angle of the mirror surface may be formed by wet etching of the silicon substrate. The inclined side surface of the cavity and the mirror surface may have a constant vertical distance and may be parallel to each other. Accordingly, the path of the beam may have a "Z" shape. The "Z" shaped beam path may provide a space in which another element may be arranged in the central region of the cavity. For example, a photothermal element may be arranged in the central region of the cavity. The photothermal element may be an element that receives light from the outside and converts it into heat energy. The above photothermal element can heat the alkali metal vapor cell (or cavity) to form alkali metal vapor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 54.7도의 경사각을 가진 케비티와 54.7도의 경사각을 가진 거울을 MEMS 공정을 사용하여 제작할 수 있다. 이에 따라, 펌프 빔 및 프로브 빔은 서로 수직하게 상기 케비티에 제공되어, 미세 자기장을 측정할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a cavity having an inclination angle of 54.7 degrees and a mirror having an inclination angle of 54.7 degrees can be manufactured using a MEMS process. Accordingly, a pump beam and a probe beam can be provided to the cavity perpendicularly to each other, thereby measuring a micromagnetic field.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 54.7도의 경사각을 가진 거울은 반도체 기판을 습식 식각하여 54.7도의 거울면을 제공하고, 상기 반도체 기판을 절단하여 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a mirror having an inclination angle of 54.7 degrees can be used by wet etching a semiconductor substrate to provide a 54.7 degree mirror surface and cutting the semiconductor substrate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 거울면을 제공하는 거울은 반도체 기판을 습식 식각하여 54.7도의 거울면을 제공할 수 있다. 상기 케비티와 상기 거울은 오정렬시에도 동일한 각도의 경사면을 가지므로, 안정적인 빔 경로를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a mirror providing a plurality of mirror surfaces can provide a mirror surface of 54.7 degrees by wet etching a semiconductor substrate. Since the cavity and the mirror have inclined surfaces of the same angle even when misaligned, a stable beam path can be provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 증기셀을 가열하기 위한 가열 수단은 광열 구조가 사용될 수 있다. 외부에서 LED(light emitting diode)와 같은 가열 광원이 상기 광열 구조에 입사하면, 상기 광열 구조는 빛 에너지를 열 에너지로 변환하여 상기 증기셀을 가열할 수 있다. 상기 광열 구조는 종래의 저항성 히터에 비하여 저항성 히터에 흐르는 전류에 기인한 자기장에 인한 오차를 감소시킬 수 있다. 또한, 광열 구조는 종래의 가열 공기 순환 구조에 비하여 컴백트한 구조를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a heating means for heating a vapor cell may use a photothermal structure. When a heating light source such as a light emitting diode (LED) is incident on the photothermal structure from the outside, the photothermal structure can convert light energy into heat energy to heat the vapor cell. The photothermal structure can reduce an error caused by a magnetic field due to a current flowing in a resistive heater compared to a conventional resistive heater. In addition, the photothermal structure can provide a compact structure compared to a conventional heating air circulation structure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 54.7도의 거울면은 54.7도의 경사면을 가진 평판형 프리즘의 일단에 의하여 구현될 수 있다. 평판형 프리즘의 타단은 45도 경사각을 가진 프리즘 구조를 가지고 수직으로 입사하는 빔을 평행하게 진행하는 빔으로 변경할 수 있다. 아크릴 수지판을 성형하여 54.7도와 45도를 형성할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a 54.7 degree mirror surface can be implemented by one end of a flat prism having a 54.7 degree inclined surface. The other end of the flat prism has a prism structure having a 45 degree inclined angle, which can change a vertically incident beam into a parallel beam. The 54.7 degree and 45 degree beams can be formed by molding an acrylic resin plate.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계는, 54.7도의 거울을 사용하여 컴팩트한 구조의 칩스케일 원자 자력계를 제공할 수 있다.An atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention can provide a compact chip-scale atomic magnetometer using a 54.7 degree mirror.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content can be thorough and complete, and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. In the drawings, components are exaggerated for clarity. Parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same components.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계를 나타내는 평면도이다.FIG. 1 is a plan view showing an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.

도 2은 도 1의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view taken along the first direction of Figure 1.

도 3은 도 1의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view taken along the second direction of Figure 1.

도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계(100)는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함하는 기판(112); 상기 기판(112)의 하부면에 배치되어 상기 케비티(113)를 덮는 하부 투명 기판(116); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면(126a); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 펌프빔(12)을 제공하는 제1 광원(132); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면(127a); 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔(14)을 제공하는 제2 광원(152);을 포함한다. 상기 제1 거울면(126a)은 상기 제1 경사 측면(112a)과 나란하고, 상기 제2 거울면(127a)은 상기 제2 경사 측면(112b)과 나란하다. 상기 펌프빔(12)은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면(112a)에서 반사되어 상기 케비티(113) 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면(127a) 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면(112b)에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.Referring to FIGS. 1 to 3, an atomic magnetometer (100) according to one embodiment of the present invention comprises: a substrate (112) including a cavity (113) having a first inclined side surface (112a) having a first inclination angle in a first direction and a second inclined side surface (112b) inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate (116) disposed on a lower surface of the substrate (112) and covering the cavity (113); a first mirror surface (126a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclination angle; a first light source (132) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and providing a pump beam (12) to the first mirror surface (126a); a second mirror surface (127a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second inclination angle; And a second light source (152) disposed below the lower transparent substrate and providing a probe beam (14) to the second mirror surface. The first mirror surface (126a) is parallel to the first inclined side surface (112a), and the second mirror surface (127a) is parallel to the second inclined side surface (112b). The pump beam (12) is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) of the cavity, and travels in the first direction within the cavity (113) to have a “Z” shaped beam path. The probe beam (14) is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface (127a) and the second inclined side surface (112b) of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

기판(112)은 결정 구조의 실리콘 반도체 기판이고, 케비티(113)는 절두 피라미드(truncated pyramid) 구조일 수 있다. 기판(112)은 제1 방향과 제2 방향으로 정의되는 평면에서 연장되고 제1 방향과 제3 방향에 의하여 정의되는 평면에서 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고, 제2 방향과 제3 방향에 의하여 정의되는 평면에서 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함한다. 케비티(113)의 제1 방향의 단면은 상기 제1 경사각을 가진 등변 사다리꼴(isosceles trapezoid) 형상일 수 있다. 상기 제1 경사각은 54.7도일 수 있다. 케비티(113)의 제2 방향의 단면은 상기 제2 경사각을 가진 등변 사다리꼴 형상일 수 있다. 상기 제2 경사각은 54.7도일 수 있다.The substrate (112) is a silicon semiconductor substrate having a crystal structure, and the cavity (113) may have a truncated pyramid structure. The substrate (112) includes a cavity (113) which extends in a plane defined by a first direction and a second direction and has a first inclined side surface (112a) having a first inclination angle in a plane defined by the first direction and a third direction, and a second inclined side surface (112b) inclined at the second inclination angle in a plane defined by the second direction and the third direction. A cross-section of the cavity (113) in the first direction may have an isosceles trapezoidal shape having the first inclination angle. The first inclination angle may be 54.7 degrees. A cross-section of the cavity (113) in the second direction may have an isosceles trapezoidal shape having the second inclination angle. The second inclination angle may be 54.7 degrees.

상기 기판이 실리콘 반도체 기판인 경우, 상기 케비티(113)를 형성하기 위한 식각액은 KOH 및 IPA(isopropyl alcohol)의 혼합물일 수 있다. 상기 케비티(113)는 제1 방향을 따라 서로 이격되고 대칭적인 한 쌍의 제1 경사 측면(112a)을 구비할 수 있다. 상기 케비티(113)는 제2 방향을 따라 서로 이격되고 대칭적인 한 쌍의 제2 경사 측면(112b)을 구비할 수 있다. 상기 제1 경사 측면(112a) 및 상기 제2 경사 측면(112b)은 반사율을 증가시키기 위하여 금속 코팅 또는 유전체 다중 코팅될 수 있다. 상기 기판(112)은 상기 케비티(113)를 형성한 후 4각형 형상으로 레이저로 절단되거나 다이아몬드 톱으로 절단될 수 있다.When the substrate is a silicon semiconductor substrate, the etchant for forming the cavity (113) may be a mixture of KOH and IPA (isopropyl alcohol). The cavity (113) may have a pair of first inclined side surfaces (112a) spaced apart from each other and symmetrical along a first direction. The cavity (113) may have a pair of second inclined side surfaces (112b) spaced apart from each other and symmetrical along a second direction. The first inclined side surface (112a) and the second inclined side surface (112b) may be metal-coated or dielectric multi-coated to increase reflectivity. After forming the cavity (113), the substrate (112) may be cut into a rectangular shape by a laser or by a diamond saw.

상기 케비티(113)가 상기 기판(112)을 관통하는 경우, 상부 투명 기판(114)은 상기 케비티(113)의 상부면을 덮도록 배치될 수 있다. 상기 상부 투명 기판(114)은 유리 기판일 수 있다.When the cavity (113) penetrates the substrate (112), the upper transparent substrate (114) may be positioned to cover the upper surface of the cavity (113). The upper transparent substrate (114) may be a glass substrate.

하부 투명 기판(116)은 상기 케비티(113)의 하부면을 덮도록 배치될 수 있다. 상기 하부 투명 기판(116)은 유리 기판일 수 있다. 상기 하부 투명 기판은 상기 케비티(113)의 경사 측면에 의하여 폭이 넓은 부분을 덮을 수 있다.The lower transparent substrate (116) may be arranged to cover the lower surface of the cavity (113). The lower transparent substrate (116) may be a glass substrate. The lower transparent substrate may cover a wide portion due to the inclined side of the cavity (113).

상기 기판(112)은 상기 상부 투명 기판(114) 및/또는 상기 하부 투명 기판(116)과 아노딕 본딩 또는 접착제를 사용하여 결합할 수 있다. 원자 증기셀(110)은 밀폐된 구조이고, 그 내부에 알카리 금속 증기를 포함할 수 있다.The above substrate (112) can be bonded to the upper transparent substrate (114) and/or the lower transparent substrate (116) using anodic bonding or an adhesive. The atomic vapor cell (110) has a sealed structure and can contain alkali metal vapor therein.

하부 투명 기판(116)은 그 하부면에 1/4 파장판(117), 광열 구조(118), 및 편광빔 분리기(119)를 장착할 수 있다. 상기 하부 투명 기판(116)은 상기 펌프 빔과 프로브 빔이 상기 캐비티 내부로 진행하기 위한 창문으로 동작할 수 있다.The lower transparent substrate (116) can be equipped with a quarter wavelength plate (117), a photothermal structure (118), and a polarizing beam splitter (119) on its lower surface. The lower transparent substrate (116) can function as a window for the pump beam and the probe beam to proceed into the cavity.

1/4 파장판(117)은 제1 광원(132)의 펌프빔의 편광 상태를 선편광에서 원편광으로 변환하여 상기 케비티(113)에 제공할 수 있다. 1/4 파장판(117)은 상기 하부 투명 기판(116)과 상기 제1 광원(132) 사이에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 1/4 파장판(117)은 박막 형태이고, 상기 하부 투명 기판(116)의 하부면에 배치될 수 있다.The quarter wave plate (117) can convert the polarization state of the pump beam of the first light source (132) from linear polarization to circular polarization and provide it to the cavity (113). The quarter wave plate (117) can be placed between the lower transparent substrate (116) and the first light source (132). Preferably, the quarter wave plate (117) is in the form of a thin film and can be placed on the lower surface of the lower transparent substrate (116).

상기 편광빔 분리기(119)는 상기 케비티(113)를 통과한 편광 회전된 프로브 빔을 편광 상태에 따라 분기할 수 있다. 상기 편광빔 분리기(119)는 상기 하부 투명 기판(116)과 광검출기(154a,154b) 사이에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 편광빔 분리기(119)는 박막 형태이고 상기 하부 투명 기판(116)의 하부면에 배치될 수 있다.The polarization beam splitter (119) can split the polarized probe beam that has passed through the cavity (113) according to its polarization state. The polarization beam splitter (119) can be placed between the lower transparent substrate (116) and the photodetector (154a, 154b). Preferably, the polarization beam splitter (119) is in the form of a thin film and can be placed on the lower surface of the lower transparent substrate (116).

상기 광열 구조(118)는 상기 케비티(113)의 중심 영역에 정렬되어 하부 투명 기판(116)의 하부면 또는 상부 투명 기판(114)의 상부면에 배치될 수 있다. 상기 광열 구조(118)는 가열 광원(140)에서 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명 효과에 의하여 열 에너지로 변환하는 가열 수단일 수 있다. 상기 광열 구조(118)는 상기 케비티(113) 내부에 배치된 알카리 금속을 증기 형태로 가열할 수 있다. 상기 알카리 금속은 세슘(Cs) 또는 루비듐(Rb)일 수 있다. 상기 케비티(113)는 알카리 금속 이외에 버퍼 가스를 더 포함할 수 있다. The photothermal structure (118) may be arranged on the lower surface of the lower transparent substrate (116) or the upper surface of the upper transparent substrate (114) aligned to the central region of the cavity (113). The photothermal structure (118) may be a heating means that receives light from a heating light source (140) and converts it into heat energy by the surface plasmon resonance effect. The photothermal structure (118) may heat an alkali metal arranged inside the cavity (113) in the form of vapor. The alkali metal may be cesium (Cs) or rubidium (Rb). The cavity (113) may further include a buffer gas in addition to the alkali metal.

가열 광원(118)은 LED와 같은 광대역 광원일 수 있다. 상기 가열 광원(118)은 복수 개일 수 있다. 상기 가열 광원(118)은 상기 베이스 기판(122)에 배치될 수 있다.The heating light source (118) may be a broadband light source such as an LED. There may be a plurality of heating light sources (118). The heating light sources (118) may be placed on the base substrate (122).

제1 거울면(126a)은 반사율을 증가시키기 위하여 금속 코팅 또는 유전체 다중 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 제1 거울면(126a)의 제1 경사각은 54.7도일 수 있다. 제1 거울(126)은 상기 제1 거울면(126a)을 제공하고, 실리콘 반도체 기판을 습식 식각하여 형성될 수 있다. 상기 제1 거울면(126a)과 상기 제1 경사측면(112a)은 일정한 수직 거리를 가지도록 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 수평하게 입사하는 펌프빔은 "Z"의 광경로를 가질 수 있다. 상기 펌프 빔(12)은 상기 제1 거울면(126a)에 제1 방향으로 입사하여 반사한 후 상기 제1 경사측면(112a)에서 반사하고, 상기 펌프 빔(12)은 상기 케비티(113) 내에서 제1 방향으로 평행하게 진행할 수 있다. 제1 거울(126)은 등변 사다리꼴 형상일 수 있다. 상기 제1 거울(126)의 수직 높이는 상기 기판(112)의 높이와 동일할 수 있다. 제1 거울(126)은 실리콘 반도체 기판을 습식 식각하여 제작될 수 있다.The first mirror surface (126a) may be metal-coated or dielectric multi-coated to increase reflectivity. Preferably, the first inclination angle of the first mirror surface (126a) may be 54.7 degrees. The first mirror (126) may be formed by providing the first mirror surface (126a) and wet-etching a silicon semiconductor substrate. The first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) may be arranged in parallel to have a constant vertical distance. Accordingly, a horizontally incident pump beam may have an optical path of “Z”. The pump beam (12) may be incident on the first mirror surface (126a) in a first direction, reflected, and then reflected at the first inclined side surface (112a), and the pump beam (12) may proceed in parallel in the first direction within the cavity (113). The first mirror (126) may have an equilateral trapezoidal shape. The vertical height of the first mirror (126) may be the same as the height of the substrate (112). The first mirror (126) may be manufactured by wet etching a silicon semiconductor substrate.

제2 거울면(127a)은 반사율을 증가시키기 위하여 금속 코팅 또는 유전체 다중 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 제2 거울면의 제2 경사각은 54.7도일 수 있다. 제2 거울(127)은 상기 제2 거울면을 제공하고, 실리콘 반도체 기판을 습식 식각하여 형성될 수 있다. 상기 제2 거울면(127a)과 상기 제2 반사측면(112b)은 일정한 수직 거리를 가지도록 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 수평하게 입사하는 프로브빔은 "Z"의 광경로를 가질 수 있다. 상기 프로브 빔(114)은 상기 제2 거울면(127a)에 제2 방향으로 입사하여 반사한 후 상기 제2 경사측면(112b)에서 반사하고, 상기 프로브 빔(14)은 상기 케비티(113) 내에서 제2 방향으로 평행하게 진행할 수 있다. 제2 거울(127)은 등변 사다리꼴 형상일 수 있다. 상기 제2 거울(127)의 수직 높이는 상기 기판(112)의 높이와 동일할 수 있다.The second mirror surface (127a) may be metal-coated or dielectric multi-coated to increase reflectivity. Preferably, the second inclination angle of the second mirror surface may be 54.7 degrees. The second mirror (127) may be formed by providing the second mirror surface and wet-etching a silicon semiconductor substrate. The second mirror surface (127a) and the second reflection side surface (112b) may be arranged in parallel to have a constant vertical distance. Accordingly, a horizontally incident probe beam may have an optical path of "Z". The probe beam (114) may be incident on the second mirror surface (127a) in the second direction, reflected, and then reflected at the second inclination side surface (112b), and the probe beam (14) may proceed in parallel in the second direction within the cavity (113). The second mirror (127) may have an equilateral trapezoidal shape. The vertical height of the second mirror (127) may be the same as the height of the substrate (112).

베이스 기판(122)은 인쇄회로 기판, 반도체 기판, 투명 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 베이스 기판(122)은 상기 제1 거울(126), 제2 거울(127), 상기 제1 광원(132), 상기 제2 광원(152)을 장착할 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판은 고형의 판 구조일 수 있다. 상기 베이스 기판(122)은 상기 제1 광원(132), 상기 제2 광원(152)에 전원을 공급하는 배선을 포함할 수 있다.The base substrate (122) may be a printed circuit board, a semiconductor substrate, a transparent substrate, or a plastic substrate. The base substrate (122) may be equipped with the first mirror (126), the second mirror (127), the first light source (132), and the second light source (152). In addition, the base substrate may be a solid plate structure. The base substrate (122) may include wiring for supplying power to the first light source (132) and the second light source (152).

제1 광원(132)은 상기 베이스 기판(122) 상에 배치되고, 수직으로 펌프 빔(12)을 제공하는 레이저 다이오드일 수 있다. 상기 레이저 다이오드는 VCSEL(Vertical cavitiy surface emitting laser)일 수 있다. The first light source (132) may be a laser diode that is placed on the base substrate (122) and provides a pump beam (12) vertically. The laser diode may be a VCSEL (Vertical cavity surface emitting laser).

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 제1 광원(132)은 상기 베이스 기판(122)의 하부에 배치되고, 관통홀을 통하여 상기 제1 직각 프리즘(133)에 펌프빔을 제공할 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the first light source (132) is disposed below the base substrate (122) and can provide a pump beam to the first right-angle prism (133) through a through hole.

제2 광원(152)은 상기 베이스 기판(122) 상에 배치되고 수직으로 프로브 빔(14)을 제공하는 레이저 다이오드일 수 있다. 상기 레이저 다이오드는 VCSEL(Vertical cavitiy surface emitting laser)일 수 있다.The second light source (152) may be a laser diode that is placed on the base substrate (122) and provides a probe beam (14) vertically. The laser diode may be a VCSEL (Vertical cavity surface emitting laser).

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 제2 광원(152)은 상기 베이스 기판(122)의 하부에 배치되고, 관통홀을 통하여 상기 제2 직각 프리즘(153)에 프로브 빔(14)을 제공할 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, a second light source (152) is disposed below the base substrate (122) and can provide a probe beam (14) to the second right-angle prism (153) through a through hole.

제1 직각 프리즘(133)은 상기 제1 광원(132) 또는 상기 베이스 기판(122) 상에 배치되고 수직으로 입사한 펌프빔(12)을 1회 전반사에 의하여 직각으로 빔 경로를 꺾어 수평 빔을 상기 제1 거울면(126a)에 제공할 수 있다. 상기 펌프 빔(12)은 상기 제1 거울면(126a)에서 반사되어 상기 제1 경사 측면(112a)에 제공된다.The first right-angle prism (133) is arranged on the first light source (132) or the base substrate (122) and can bend the beam path of the vertically incident pump beam (12) into a right angle through one total reflection to provide a horizontal beam to the first mirror surface (126a). The pump beam (12) is reflected by the first mirror surface (126a) and provided to the first inclined side surface (112a).

제2 직각 프리즘(153)은 상기 제2 광원(152) 또는 상기 베이스 기판 상에 배치되고 수직으로 입사한 프로브 빔(14)을 1회 전반사에 의하여 직각으로 빔 경로를 꺽어 수평 빔을 상기 제2 거울면(127a)에 제공할 수 있다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 거울면(127a)에서 반사되어 상기 제2 경사 측면(112b)에 제공된다.The second right-angle prism (153) can be arranged on the second light source (152) or the base substrate and can bend the vertically incident probe beam (14) into a right-angled beam path through one total reflection to provide a horizontal beam to the second mirror surface (127a). The probe beam (14) is reflected by the second mirror surface (127a) and provided to the second inclined side surface (112b).

흡수체(136)는 상기 케비티(132)를 제1 방향으로 통과한 펌프빔을 흡수할 수 있다. 상기 흡수체(136)는 상기 베이스 기판(136) 상에 배치될 수 있다.The absorber (136) can absorb the pump beam passing through the cavity (132) in the first direction. The absorber (136) can be placed on the base substrate (136).

편광빔 분리기(119)는 프로브빔의 편광 상태에 따라 제1 편광과 제2 편광으로 분기할 수 있다. 편광빔 분리기(119)는 박막 구조일 수 있다.The polarization beam splitter (119) can split the probe beam into first polarization and second polarization depending on the polarization state of the probe beam. The polarization beam splitter (119) may have a thin film structure.

프로브 빔(14)의 제1 편광은 상기 편광빔 분리기(119)의 하부에 배치된 제1 광검출기(154a)에 의하여 검출될 수 있다. 상기 제1 광검출기(154a)는 상기 베이스 기판(122)에 배치될 수 있다. The first polarization of the probe beam (14) can be detected by the first photodetector (154a) arranged below the polarization beam separator (119). The first photodetector (154a) can be arranged on the base substrate (122).

프로브 빔(14)의 제2 편광은 상기 편광빔 분리기(119)의 하부에 배치된 제2 광검출기(154b)에 의하여 검출될 수 있다. 상기 제2 광검출기(154b)는 상기 베이스 기판(122)에 배치될 수 있다.The second polarization of the probe beam (14) can be detected by a second photodetector (154b) arranged below the polarization beam separator (119). The second photodetector (154b) can be arranged on the base substrate (122).

상기 제1 광검출기(154a)의 신호와 상기 제2 광검출기(154b)의 신호는 처리되어 외부 자기장의 세기 및 방향을 제공할 수 있다.The signal of the first photodetector (154a) and the signal of the second photodetector (154b) can be processed to provide the strength and direction of the external magnetic field.

스페이서(124)는 상기 하부 투명 기판(116)과 상기 베이스 기판(122) 사이에 배치되어 일정한 간격을 유지할 수 있다. 상기 스페이서(124)의 높이는 상기 제1 거울(126)의 높이와 동일하거나 더 클 수 있다.A spacer (124) may be placed between the lower transparent substrate (116) and the base substrate (122) to maintain a certain gap. The height of the spacer (124) may be equal to or greater than the height of the first mirror (126).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 거울면 및 제2 거울면을 사용하여 상기 케비티 내부에서 평행한 펌프빔과 프로브빔을 제공할 수 있다. 제1 거울면(126a), 제2 거울면(127a), 및 케비티의 경사 측면(112a,112b)은 실리콘 반도체 습식 식각 공정에 의하여 54.7도를 유지할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, parallel pump beams and probe beams can be provided inside the cavity by using the first mirror surface and the second mirror surface. The first mirror surface (126a), the second mirror surface (127a), and the inclined side surface (112a, 112b) of the cavity can be maintained at 54.7 degrees by a silicon semiconductor wet etching process.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케비티 및 증기 셀을 제작하는 방법을 설명하는 단면도들이다.FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a cavity and vapor cell according to one embodiment of the present invention.

도 4의 (a)를 참조하면, 반도체 기판(112)의 상부면 및 하부면에 상부 하드 마스크층(211a) 및 하부 하드 마스크층(211b)을 각각 형성한다. 상부 하드 마스크층(211a) 및 하부 하드 마스크층(211b)은 실리콘 질화막일 수 있다.Referring to (a) of Fig. 4, an upper hard mask layer (211a) and a lower hard mask layer (211b) are formed on the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate (112), respectively. The upper hard mask layer (211a) and the lower hard mask layer (211b) may be a silicon nitride film.

도 4의 (b)를 참조하면, 상기 상부 하드 마스크층(211a)을 패터닝한다. 상기 상부 하드 마스크층(211a)의 패터닝은 포토리소그라피 공정 및 식각 공정을 포함할 수 있다.Referring to (b) of Fig. 4, the upper hard mask layer (211a) is patterned. The patterning of the upper hard mask layer (211a) may include a photolithography process and an etching process.

도 4의 (c)를 참조하면, 상기 상부 하드 마스크층(211a)을 식각 마스크로 상기 반도체 기판(112)을 습식 식각하여 상기 하부 하드 마스크층(211b)을 노출하여 케비티(113)를 형성한다. 상기 습식 식각은 KOH 또는 TMAH(tetramethylammonium hydroxide)를 포함할 수 있다.Referring to (c) of Fig. 4, the semiconductor substrate (112) is wet-etched using the upper hard mask layer (211a) as an etching mask to expose the lower hard mask layer (211b) to form a cavity (113). The wet etching may include KOH or TMAH (tetramethylammonium hydroxide).

도 4의 (d)를 참조하면, 상기 상부 하드 마스크층(211a) 및 상기 하부 하드 마스크층(211b)은 습식 식각에 의하여 제거된다.Referring to (d) of Fig. 4, the upper hard mask layer (211a) and the lower hard mask layer (211b) are removed by wet etching.

도 4의 (e)를 참조하면, 새도우 마스크(shadow mask, 21)를 상기 케비티(113)의 외측을 덮도록 배치한다. 이어서, 케비티(113)의 경사 측면(112a)에 반사막(112aa)을 증착할 수 있다. 상기 반사막(112aa)은 금속층 또는 유전체로 구성된 다층 박막일 수 있다.Referring to (e) of Fig. 4, a shadow mask (21) is placed to cover the outside of the cavity (113). Then, a reflective film (112aa) can be deposited on the inclined side (112a) of the cavity (113). The reflective film (112aa) can be a multilayer thin film composed of a metal layer or a dielectric.

도 4의 (f)를 참조하면, 상기 새도우 마스크(21)가 제거되면, 케비티의 경사 측면(112a)은 높은 반사율을 가질 수 있다.Referring to (f) of Fig. 4, when the shadow mask (21) is removed, the inclined side (112a) of the cavity can have high reflectivity.

도 4의 (g)를 참조하면, 상기 케비티가 형성된 기판(112) 상에 상부 투명 기판(114)을 배치하고, 상기 케비티(113)의 하부에 하부 투명 기판(116)을 배치한 상태에서 아노딕 본딩을 수행한다. 이에 따라, 증기셀(110)이 형성된다. 상기 증기셀을 밀봉하는 단계에서 상기 케비티(113) 내부에 알카리 금속 및 버퍼 가스를 제공할 수 있다. 하부 투명 기판(116)은 그 하부면에 1/4 파장판(117), 광열 구조(118), 및 편광빔 분리기(119)를 장착할 수 있다. Referring to (g) of FIG. 4, an upper transparent substrate (114) is placed on a substrate (112) in which the cavity is formed, and anodic bonding is performed while a lower transparent substrate (116) is placed under the cavity (113). Accordingly, a vapor cell (110) is formed. In the step of sealing the vapor cell, an alkali metal and a buffer gas can be provided inside the cavity (113). The lower transparent substrate (116) can be equipped with a 1/4 wavelength plate (117), a photothermal structure (118), and a polarizing beam separator (119) on its lower surface.

본 발명에 따르면, 제1 경사각을 가지는 거울면은 도 4에서 설명한 바와 유사한 방식으로 제작될 수 있다.According to the present invention, a mirror surface having a first inclination angle can be manufactured in a similar manner as described in FIG. 4.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 투명 기판 및 하부 투명 기판에 형성된 1/4 파장판, 광열 구조, 및 편광빔 분리기를 설명하는 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a lower transparent substrate and a quarter wavelength plate, a photothermal structure, and a polarizing beam splitter formed on the lower transparent substrate according to one embodiment of the present invention.

도 6a는 도 5에 의하여 형성된 편광빔 분리기를 설명하는 사시도이다.FIG. 6a is a perspective view illustrating a polarizing beam splitter formed by FIG. 5.

도 6b 도 5에 의하여 형성된 광열 구조를 설명하는 사시도이다.Fig. 6b is a perspective view illustrating the photothermal structure formed by Fig. 5.

도 6c 도 5에 의하여 형성된 1/4 파장판를 설명하는 사시도이다.FIG. 6c is a perspective view illustrating a quarter-wave plate formed by FIG. 5.

도 5의 (a)를 참조하면, 하부 투명 기판(116) 상에 실리콘층(86)을 증착할 수 있다. 상기 하부 투명 기판(116)은 유리 기판일 수 있다. Referring to (a) of Fig. 5, a silicon layer (86) can be deposited on a lower transparent substrate (116). The lower transparent substrate (116) can be a glass substrate.

도 5의 (b)를 참조하면, 실리콘층(86)은 패터닝되어 서로 이격된 복수의 영역들을 포함할 수 있다. 실리콘층(86)은 편광빔 분리기 영역(19), 광열 구조 영역(18), 1/4 파장판 영역(17)을 포함할 수 있다. 각 영역은 서로 다른 패턴을 가질 수 있다. 편광빔 분리기 영역(19)은 편광빔 분리기(119)를 제공할 수 있다. 광열 구조 영역(18)은 광열 구조(118)를 제공할 수 있다. 1/4 파장판 영역(17)은 1/4 파장판(117)을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 5(b), the silicon layer (86) may be patterned to include a plurality of regions spaced apart from each other. The silicon layer (86) may include a polarizing beam splitter region (19), a photothermal structure region (18), and a quarter wave plate region (17). Each region may have a different pattern. The polarizing beam splitter region (19) may provide a polarizing beam splitter (119). The photothermal structure region (18) may provide a photothermal structure (118). The quarter wave plate region (17) may provide a quarter wave plate (117).

편광빔 분리기 영역(19)은 제1 방향 및 제2 방향으로 주기적으로 배열된 복수의 기둥들(119a,119d)을 포함할 수 있다. 편광빔 분리기 영역은 상기 하부 투명 기판에서 규칙적으로 배열되고 돌출된 복수의 기둥들(119a,119d)을 포함할 수 있다. 기둥들(119a,119d)은 실리콘 재질일 수 있다. 복수의 기둥들(119a,119d)은 서로 다른 크기의 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 방향으로 배열된 제1 기둥들(119a)은 제1 방향보다 제2 방향으로 긴 변을 가진 사각형 단면 형상일 수 있다. 제2 기둥들(119b)은 제1 기둥들에 이웃하여 배치되고 제2 방향으로 더 긴 라인을 가진 십자형 단면 형상을 가질 수 있다. 제3 기둥들(119c)은 제2 기둥들에 이웃하여 배치되고 제1 방향으로 더 긴 라인을 가진 십자형 단면 형상을 가질 수 있다. 제4 기둥들(119d)은 제2 방향보다 제1 방향으로 긴 변을 가진 사각형 단면 형상일 수 있다. 편광빔 분리기 영역은 편광빔 분리기(119)를 제공할 수 있다.The polarization beam splitter region (19) may include a plurality of columns (119a, 119d) periodically arranged in the first direction and the second direction. The polarization beam splitter region may include a plurality of columns (119a, 119d) that are regularly arranged and protrude from the lower transparent substrate. The columns (119a, 119d) may be made of a silicon material. The plurality of columns (119a, 119d) may have cross-sectional shapes having different sizes. For example, the first columns (119a) arranged in the second direction may have a rectangular cross-sectional shape having a longer side in the second direction than in the first direction. The second columns (119b) may be arranged adjacent to the first columns and may have a cross-sectional shape having a longer line in the second direction. The third columns (119c) may be arranged adjacent to the second columns and may have a cross-sectional shape having a longer line in the first direction. The fourth columns (119d) may have a rectangular cross-sectional shape with a side longer in the first direction than in the second direction. The polarizing beam splitter region may provide a polarizing beam splitter (119).

1/4 파장판 영역(17)은 주기적으로 배열된 타원형상의 단면을 가진 복수의 기둥들(117a)을 포함할 수 있다. 상기 타원 기둥들은 실리콘 재질일 수 있다. The 1/4 wavelength plate region (17) may include a plurality of columns (117a) having an elliptical cross-section that are periodically arranged. The elliptical columns may be made of silicon.

광열 구조 영역(18)은 광열(photo-thermal) 구조를 형성할 수 있다. 광열 구조 영역은 상기 하부 투명 기판에서 돌출된 복수의 기둥들(118a)을 포함할 수 있다. 상기 기둥들(118a)은 실리콘 재질일 수 있다. 상기 기둥들은 주기적으로 2차원적으로 배열될 수 있다.The photo-thermal structure region (18) can form a photo-thermal structure. The photo-thermal structure region can include a plurality of pillars (118a) protruding from the lower transparent substrate. The pillars (118a) can be made of a silicon material. The pillars can be arranged two-dimensionally and periodically.

도 5의 (c) 및 (d)를 참조하면, 광열 구조 영역(18)을 개방하고, 편광빔 분리기 영역(19) 및 1/4 파장판 영역(17)을 포토레지스트로 덮을 수 있다. 이어서, 금 또는 은과 같은 도전성 물질이 광열 구조 영역(18)에 콘퍼멀하게 증착될 수 있다. 이에 따라, 기둥들(118a)은 측면 및 상부면에도 도전층이 증착될 수 있다. Referring to (c) and (d) of FIG. 5, the photothermal structure region (18) can be opened, and the polarizing beam splitter region (19) and the quarter wave plate region (17) can be covered with a photoresist. Then, a conductive material such as gold or silver can be conformally deposited on the photothermal structure region (18). Accordingly, the pillars (118a) can have a conductive layer deposited on the side and upper surfaces as well.

도 5의 (e)를 참조하면, 상기 포토레지스트를 제거한 후에, 열처리하여, 상기 도전층은 금속 나노 입자(118b)를 형성할 수 있다. 상기 금속 나노 입자(118b)는 상기 표면 플라즈마 공명 효과를 제공하여 광을 열로 변환할 수 있다. 상기 광열 구조(118)는 표면 플라즈몬 공명 효과를 제공할 수 있다. 상기 금속 나노 입자들(118b)은 반구형일 수 있다.Referring to (e) of FIG. 5, after removing the photoresist, the conductive layer may be heat treated to form metal nanoparticles (118b). The metal nanoparticles (118b) may provide the surface plasmon resonance effect to convert light into heat. The photothermal structure (118) may provide the surface plasmon resonance effect. The metal nanoparticles (118b) may be hemispherical.

도 7은 도 1의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 7 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 1.

도 8은 도 11의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 8 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 11.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계(100a)는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함하는 기판(112); 상기 기판(112)의 하부면에 배치되어 상기 케비티(113)를 덮는 하부 투명 기판(116); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면(126a); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 펌프빔(12)을 제공하는 제1 광원(132); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면(127a); 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔(14)을 제공하는 제2 광원(152);을 포함한다. 상기 제1 거울면(126a)은 상기 제1 경사 측면(112a)과 나란하고, 상기 제2 거울면(127a)은 상기 제2 경사 측면(112b)과 나란하다. 상기 펌프빔(12)은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면(112a)에서 반사되어 상기 케비티(113) 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면(127a) 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면(112b)에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.Referring to FIGS. 7 and 8, an atomic magnetometer (100a) according to one embodiment of the present invention includes: a substrate (112) including a cavity (113) having a first inclined side surface (112a) having a first inclination angle in a first direction and a second inclined side surface (112b) inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate (116) disposed on a lower surface of the substrate (112) and covering the cavity (113); a first mirror surface (126a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclination angle; a first light source (132) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and providing a pump beam (12) to the first mirror surface (126a); a second mirror surface (127a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second inclination angle; And a second light source (152) disposed below the lower transparent substrate and providing a probe beam (14) to the second mirror surface. The first mirror surface (126a) is parallel to the first inclined side surface (112a), and the second mirror surface (127a) is parallel to the second inclined side surface (112b). The pump beam (12) is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) of the cavity, and travels in the first direction within the cavity (113) to have a “Z” shaped beam path. The probe beam (14) is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface (127a) and the second inclined side surface (112b) of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

베이스 기판(122)은 인쇄회로 기판, 반도체 기판, 투명 기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 베이스 기판(122)은 상기 제1 거울(126), 제2 거울(127), 상기 제1 광원(132), 상기 제2 광원(152)을 장착할 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판은 고형의 판 구조일 수 있다. 상기 베이스 기판(122)은 상기 제1 광원, 상기 제2 광원에 전원을 공급하는 배선을 포함할 수 있다. 베이스 기판(122)은 복수의 관통홀을 구비할 수 있다.The base substrate (122) may be a printed circuit board, a semiconductor substrate, a transparent substrate, or a plastic substrate. The base substrate (122) may be equipped with the first mirror (126), the second mirror (127), the first light source (132), and the second light source (152). In addition, the base substrate may be a solid plate structure. The base substrate (122) may include wiring for supplying power to the first light source and the second light source. The base substrate (122) may have a plurality of through holes.

제1 광원(132)은 상기 베이스 기판(122)에 하부에 배치되고, 상기 베이스 기판(122)을 관통하는 관통하는 관통홀(122a)을 통하여 펌프빔을 제1 직각 프리즘(133)에 제공할 수 있다.The first light source (132) is placed below the base substrate (122) and can provide a pump beam to the first right-angle prism (133) through a through hole (122a) penetrating the base substrate (122).

제2 광원(152)은 상기 베이스 기판(122)에 하부에 배치되고, 상기 베이스 기판을 관통하는 관통하는 관통홀(122b)을 통하여 프로브빔을 제2 직각 프리즘(153)에 제공할 수 있다.The second light source (152) is placed below the base substrate (122) and can provide a probe beam to the second right-angle prism (153) through a through hole (122b) penetrating the base substrate.

가열 광원(140)은 상기 베이스 기판(122)에 하부에 배치되고, 상기 베이스 기판을 관통하는 관통하는 관통홀을 통하여 가열 광을 광열 구조(118)에 제공할 수 있다.A heating light source (140) is placed below the base substrate (122) and can provide heating light to the photothermal structure (118) through a through hole penetrating the base substrate.

제1 광검출기(154a)는 상기 베이스 기판(122)에 하부에 배치되고, 상기 베이스 기판을 관통하는 관통하는 관통홀을 통하여 제1 편광된 프르브빔을 검출할 수 있다. The first photodetector (154a) is positioned below the base substrate (122) and can detect the first polarized probe beam through a through hole penetrating the base substrate.

제2 광검출기(154b)는 상기 베이스 기판(122)에 하부에 배치되고, 상기 베이스 기판을 관통하는 관통하는 관통홀을 통하여 제2 편광된 프로브 빔(14)을 검출할 수 있다. The second photodetector (154b) is positioned below the base substrate (122) and can detect the second polarized probe beam (14) through a through hole penetrating the base substrate.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계를 나타내는 평면도이다.FIG. 9 is a plan view showing an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.

도 10은 도 9의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 10 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 9.

도 11은 도 9의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 11 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 9.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계(100b)는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함하는 기판(112); 상기 기판(112)의 하부면에 배치되어 상기 케비티(113)를 덮는 하부 투명 기판(116); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면(126a); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 펌프빔(12)을 제공하는 제1 광원(132); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면(127a); 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔(14)을 제공하는 제2 광원(152);을 포함한다. 상기 제1 거울면(126a)은 상기 제1 경사 측면(112a)과 나란하고, 상기 제2 거울면(127a)은 상기 제2 경사 측면(112b)과 나란하다. 상기 펌프빔(12)은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면(112a)에서 반사되어 상기 케비티(113) 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면(127a) 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면(112b)에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.Referring to FIGS. 9 to 11, an atomic magnetometer (100b) according to one embodiment of the present invention includes: a substrate (112) including a cavity (113) having a first inclined side surface (112a) having a first inclination angle in a first direction and a second inclined side surface (112b) inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate (116) disposed on a lower surface of the substrate (112) and covering the cavity (113); a first mirror surface (126a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclination angle; a first light source (132) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and providing a pump beam (12) to the first mirror surface (126a); a second mirror surface (127a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second inclination angle; And a second light source (152) disposed below the lower transparent substrate and providing a probe beam (14) to the second mirror surface. The first mirror surface (126a) is parallel to the first inclined side surface (112a), and the second mirror surface (127a) is parallel to the second inclined side surface (112b). The pump beam (12) is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) of the cavity, and travels in the first direction within the cavity (113) to have a “Z” shaped beam path. The probe beam (14) is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface (127a) and the second inclined side surface (112b) of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

상기 제1 거울면(126a) 및 상기 제2 거울면(127a)은 일체형으로 거울 몸체(128)에 형성될 수 있다. 상기 거울 몸체(128)는 평면도 상에서 수직으로 꺾인 직사각형 형상일 수 있다. 상기 거울 몸체(128)는 MEMS 공정에 의하여 제작될 수 있다. 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 제2 거울면(127a)이 상기 거울 몸체(128)에 일체화되어 용이하게 정렬할 수 있다.The first mirror surface (126a) and the second mirror surface (127a) may be formed integrally in a mirror body (128). The mirror body (128) may have a rectangular shape that is bent vertically in a plan view. The mirror body (128) may be manufactured by a MEMS process. The first mirror surface (126a) and the second mirror surface (127a) may be integrated into the mirror body (128) and may be easily aligned.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계를 나타내는 평면도이다.FIG. 12 is a plan view showing an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.

도 13은 도 12의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 13 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 12.

도 14은 도 12의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 14 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 12.

도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계(300)는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함하는 기판(112); 상기 기판(112)의 하부면에 배치되어 상기 케비티(113)를 덮는 하부 투명 기판(116); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면(126a); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 펌프빔(12)을 제공하는 제1 광원(132); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면(127a); 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔(14)을 제공하는 제2 광원(152);을 포함한다. 상기 제1 거울면(126a)은 상기 제1 경사 측면(112a)과 나란하고, 상기 제2 거울면(127a)은 상기 제2 경사 측면(112b)과 나란하다. 상기 펌프빔(12)은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면(112a)에서 반사되어 상기 케비티(113) 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면(127a) 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면(112b)에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.Referring to FIGS. 12 to 14, an atomic magnetometer (300) according to one embodiment of the present invention includes a substrate (112) including a cavity (113) having a first inclined side surface (112a) having a first inclination angle in a first direction and a second inclined side surface (112b) inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate (116) disposed on a lower surface of the substrate (112) and covering the cavity (113); a first mirror surface (126a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclination angle; a first light source (132) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and providing a pump beam (12) to the first mirror surface (126a); a second mirror surface (127a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second inclination angle; And a second light source (152) disposed below the lower transparent substrate and providing a probe beam (14) to the second mirror surface. The first mirror surface (126a) is parallel to the first inclined side surface (112a), and the second mirror surface (127a) is parallel to the second inclined side surface (112b). The pump beam (12) is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) of the cavity, and travels in the first direction within the cavity (113) to have a “Z” shaped beam path. The probe beam (14) is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface (127a) and the second inclined side surface (112b) of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

상기 제1 광원(132)은 베이스 기판(122) 상에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 제1 방향으로 수평한 펌프빔(12)을 제공할 수 있다.The above first light source (132) is arranged on the base substrate (122) and can provide a pump beam (12) horizontal in the first direction to the first mirror surface (126a).

상기 제2 광원(152)은 상기 제2 거울면(127a)에 제2 방향으로 수평한 프로브 빔(14)을 제공할 수 있다.The second light source (152) can provide a probe beam (14) horizontal in the second direction to the second mirror surface (127a).

제1 거울면(126a)은 반사율을 증가시키기 위하여 금속 코팅 또는 유전체 다중 코팅될 수 있다. 제1 거울면(126a)의 제2 경사각은 54.7도일 수 있다. 제1 거울(326a)은 상기 제1 거울면(126a)을 제공하고, 실리콘 반도체 기판을 습식 식각하여 형성될 수 있다. 상기 제1 거울면(126a)과 상기 케비티의 상기 제1 경사측면(112a)은 일정한 수직 거리를 가지도록 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 수평하게 입사하는 펌프빔은 "Z"의 광경로를 가질 수 있다. 상기 펌프빔은 상기 케비티 내에서 제1 방향으로 평행하게 진행할 수 있다.The first mirror surface (126a) may be metal-coated or dielectric multi-coated to increase reflectivity. The second inclination angle of the first mirror surface (126a) may be 54.7 degrees. The first mirror (326a) may be formed by providing the first mirror surface (126a) and wet-etching a silicon semiconductor substrate. The first mirror surface (126a) and the first inclination side surface (112a) of the cavity may be arranged parallel to have a constant vertical distance. Accordingly, a horizontally incident pump beam may have an optical path of "Z". The pump beam may proceed in parallel in a first direction within the cavity.

제2 거울면(127a)은 반사율을 증가시키기 위하여 금속 코팅 또는 유전체 다중 코팅될 수 있다. 제2 거울면(127a)의 제2 경사각은 54.7도일 수 있다. 제2 거울(327a)은 상기 제2 거울면(127a)을 제공하고, 실리콘 반도체 기판을 습식 식각하여 형성될 수 있다. 상기 제2 거울면(127a)과 상기 제2 경사측면(112b)은 일정한 수직 거리를 가지도록 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 수평하게 입사하는 프로브빔은 "Z"의 광경로를 가질 수 있다. 상기 프로브빔은 상기 케비티 내에서 제2 방향으로 평행하게 진행할 수 있다.The second mirror surface (127a) may be metal-coated or dielectric multi-coated to increase reflectivity. The second inclination angle of the second mirror surface (127a) may be 54.7 degrees. The second mirror (327a) may be formed by providing the second mirror surface (127a) and wet-etching a silicon semiconductor substrate. The second mirror surface (127a) and the second inclination side surface (112b) may be arranged in parallel to have a constant vertical distance. Accordingly, a horizontally incident probe beam may have an optical path of "Z". The probe beam may proceed in parallel in the second direction within the cavity.

제3 거울면(126b)은 상기 제1 거울면(126a)과 제1 방향으로 이격되어 대칭적으로 배치되고, 제2 경사각으로 경사질 수 있다. 제3 거울(326b)은 상기 제3 거울면(126b)을 제공할 수 있다. 상기 케비티 내에서 제1 방향으로 진행하는 펌프빔은 상기 케비티의 제1 경사 측면에서 반사된 후 제3 거울면(126b)에서 반사되어 제1 방향으로 진행할 수 있다. 상기 펌프빔(12)의 광 경로는 상기 제1 거울면(126a), 한 쌍의 제1 경사 측면(112a), 및 제3 거울면(126b)을 통하여 진행할 수 있다. 상기 제3 거울면을 통하여 반사된 펌프빔은 상기 증기셀의 외부에서 제1 방향으로 진행할 수 있다. 상기 제3 거울면(126b)에서 반사된 펌프빔은 흡수체(136)에 의하여 흡수될 수 있다.The third mirror surface (126b) is symmetrically arranged with respect to the first mirror surface (126a) in a first direction and can be inclined at a second angle. The third mirror (326b) can provide the third mirror surface (126b). A pump beam traveling in the first direction within the cavity can be reflected from the first inclined side surface of the cavity and then reflected by the third mirror surface (126b) to travel in the first direction. The optical path of the pump beam (12) can travel through the first mirror surface (126a), the pair of first inclined side surfaces (112a), and the third mirror surface (126b). The pump beam reflected through the third mirror surface can travel in the first direction outside the vapor cell. The pump beam reflected by the third mirror surface (126b) can be absorbed by the absorber (136).

제4 거울면(127b)은 상기 제2 거울면(127a)과 제2 방향으로 이격되어 대칭적으로 배치되고, 제2 경사각으로 경사질 수 있다. 제4 거울(327b)은 상기 제4 거울면(127b)을 제공할 수 있다. 상기 케비티 내에서 제2 방향으로 진행하는 프로브빔은 상기 케비티의 제2 경사 측면에서 반사된 후 제4 거울면(127b)에서 반사되어 제2 방향으로 진행할 수 있다. 상기 프로브 빔(14)의 광 경로는 상기 제2 거울면(126a), 한 쌍의 제2 경사 측면(112b), 및 상기 제4 거울면(127b)을 통하여 제2 방향으로 수평하게 진행할 수 있다. 상기 제4 거울면을 통하여 반사된 프로브빔은 상기 증기셀의 외부에서 제2 방향으로 진행할 수 있다.The fourth mirror surface (127b) is symmetrically arranged with respect to the second mirror surface (127a) in the second direction and can be inclined at a second angle. The fourth mirror (327b) can provide the fourth mirror surface (127b). A probe beam traveling in the second direction within the cavity can be reflected from the second inclined side surface of the cavity and then reflected by the fourth mirror surface (127b) to travel in the second direction. The optical path of the probe beam (14) can travel horizontally in the second direction through the second mirror surface (126a), the pair of second inclined side surfaces (112b), and the fourth mirror surface (127b). The probe beam reflected through the fourth mirror surface can travel in the second direction outside the vapor cell.

상기 제4 거울면(127b)에 의하여 반사된 수평한 프로브 빔은 편광빔 분리기(319)에 제공될 수 있다. 상기 편광빔 분리기(319)는 글랜-톰슨 프리즘(Glan-Thomson Prism)일 수 있다. 상기 편광빔 분리기(319)는 상기 베이스 기판 상에 배치될 수 있다.The horizontal probe beam reflected by the fourth mirror surface (127b) may be provided to a polarizing beam separator (319). The polarizing beam separator (319) may be a Glan-Thomson prism. The polarizing beam separator (319) may be placed on the base substrate.

제1 광검출기(154a)는 상기 편광빔 분리기의 일 측면에 배치될 수 있다.The first photodetector (154a) may be placed on one side of the polarizing beam separator.

제2 광검출기(154b)는 상기 편광빔 분리기의 타측면에 배치될 수 있다.The second photodetector (154b) may be placed on the other side of the polarizing beam separator.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 거울면(126a), 제2 거울면(127a), 제3 거울면(126b), 및 제4 거울면(127b)은 일체형으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 제1 거울면(126a), 제2 거울면(127a), 및 제4 거울면(127b)은 일체형으로 형성될 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, the first mirror surface (126a), the second mirror surface (127a), the third mirror surface (126b), and the fourth mirror surface (127b) may be formed as an integral part. Alternatively, the first mirror surface (126a), the second mirror surface (127a), and the fourth mirror surface (127b) may be formed as an integral part.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계를 나타내는 평면도이다.FIG. 15 is a plan view showing an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.

도 16은 도 15의 원자 자력계의 케비티와 거울면들을 설명하는 절단 사시도이다.Figure 16 is a cutaway perspective view illustrating the cavity and mirror surfaces of the atomic magnetometer of Figure 15.

도 17은 도 15의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 17 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 15.

도 18은 도 15의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 18 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 15.

도 15 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계(400)는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함하는 기판(112); 상기 기판(112)의 하부면에 배치되어 상기 케비티(113)를 덮는 하부 투명 기판(116); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면(126a); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 펌프빔(12)을 제공하는 제1 광원(132); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면(127a); 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔(14)을 제공하는 제2 광원(152);을 포함한다. 상기 제1 거울면(126a)은 상기 제1 경사 측면(112a)과 나란하고, 상기 제2 거울면(127a)은 상기 제2 경사 측면(112b)과 나란하다. 상기 펌프빔(12)은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면(112a)에서 반사되어 상기 케비티(113) 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면(127a) 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면(112b)에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.Referring to FIGS. 15 to 18, an atomic magnetometer (400) according to one embodiment of the present invention includes a substrate (112) including a cavity (113) having a first inclined side surface (112a) having a first inclined angle in a first direction and a second inclined side surface (112b) inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate (116) disposed on a lower surface of the substrate (112) and covering the cavity (113); a first mirror surface (126a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclined angle; a first light source (132) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and providing a pump beam (12) to the first mirror surface (126a); a second mirror surface (127a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second inclined angle; And a second light source (152) disposed below the lower transparent substrate and providing a probe beam (14) to the second mirror surface. The first mirror surface (126a) is parallel to the first inclined side surface (112a), and the second mirror surface (127a) is parallel to the second inclined side surface (112b). The pump beam (12) is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) of the cavity, and travels in the first direction within the cavity (113) to have a “Z” shaped beam path. The probe beam (14) is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface (127a) and the second inclined side surface (112b) of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

상기 제1 거울면(126a), 제2 거울면(127a), 제3 거울면(126b), 및 제4 거울면(127b)은 일체형으로 거울 몸체(426)에 형성될 수 있다. 상기 거울 몸체의 외측은 절두 피라미드 구조일 수 있다. 상기 거울 몸체는 내부에 개구부(426a)를 더 포함할 수 있다. 상기 거울 몸체의 개구부(426a)는 역전된 절두 피라미드 구조일 수 있다. The first mirror surface (126a), the second mirror surface (127a), the third mirror surface (126b), and the fourth mirror surface (127b) may be formed integrally in a mirror body (426). The outer side of the mirror body may have a truncated pyramid structure. The mirror body may further include an opening (426a) therein. The opening (426a) of the mirror body may have an inverted truncated pyramid structure.

상기 제1 거울면(126a), 제2 거울면(127a), 제3 거울면(126b), 및 제4 거울면(127b)은 MEMS 공정에 의하여 일체형으로 형성되고, 케비티(113)의 경사측면(112a,112b)과 동일한 경사각을 가지도록 제작될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 거울면(112a)과 상기 제1 경사측면(126a)은 서로 평행할 수 있다. 상기 제2 거울면(112b)과 상기 제2 경사 측면(127a)은 서로 평행할 수 있다. 상기 거울 몸체(426)는 상기 케비티(113)와 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있다.The first mirror surface (126a), the second mirror surface (127a), the third mirror surface (126b), and the fourth mirror surface (127b) may be formed integrally by a MEMS process and manufactured to have the same inclination angle as the inclined side surface (112a, 112b) of the cavity (113). Accordingly, the first mirror surface (112a) and the first inclined side surface (126a) may be parallel to each other. The second mirror surface (112b) and the second inclined side surface (127a) may be parallel to each other. The mirror body (426) may easily provide optical alignment with the cavity (113).

제1 도파관(428a)은 상기 제1 거울면(126a)의 제1 방향 외측에 배치될 수 있다. 제2 도파관(429a)은 상기 제2 거울면(127a)의 제2 방향 외측에 배치될 수 있다. 제3 도판관(428b)은 상기 제3 거울면(126b)의 제1 방향 외측에 배치될 수 있다. 제4 도파관(429b)은 상기 제4 거울면(127b)의 제2 방향 외측에 배치될 수 있다. 상기 제1 도파관 내지 제4 도파관은 일체형으로 형성될 수 있다. 제1 도파관(428a)은 제1 광원(132)과 광학적 정렬을 제공할 수 있다. 제2 도파관(429a)은 제2 광원(152)과 광학적 정렬을 제공할 수 있다.The first waveguide (428a) may be arranged on the first direction outer side of the first mirror surface (126a). The second waveguide (429a) may be arranged on the second direction outer side of the second mirror surface (127a). The third waveguide (428b) may be arranged on the first direction outer side of the third mirror surface (126b). The fourth waveguide (429b) may be arranged on the second direction outer side of the fourth mirror surface (127b). The first to fourth waveguides may be formed integrally. The first waveguide (428a) may provide optical alignment with the first light source (132). The second waveguide (429a) may provide optical alignment with the second light source (152).

상기 제1 도파관(428a)의 일단은 상기 제1 거울면(126a)과 접촉하고 제1 경사각을 제공할 수 있다. 상기 제1 도파관(428a)의 타단은 수직할 수 있다. 제1 광원(132)은 상기 제1 도파관의 타단에 정렬되어 제1 방향의 펌프 빔(12)을 제공할 수 있다.One end of the first waveguide (428a) may be in contact with the first mirror surface (126a) and provide a first inclination angle. The other end of the first waveguide (428a) may be vertical. The first light source (132) may be aligned with the other end of the first waveguide to provide a pump beam (12) in a first direction.

상기 제2 도파관(429a)의 일단은 상기 제2 거울면(127a)과 접촉하고 제2 경사각을 제공할 수 있다. 상기 제2 도파관(429a)의 타단은 수직할 수 있다. 제2 광원(152)은 상기 제2 도파관의 타단에 정렬되어 제2 방향의 프로브 빔(14)을 제공할 수 있다.One end of the second waveguide (429a) may be in contact with the second mirror surface (127a) and provide a second inclination angle. The other end of the second waveguide (429a) may be vertical. The second light source (152) may be aligned with the other end of the second waveguide to provide a probe beam (14) in a second direction.

상기 제3 도파관(428b)의 일단은 상기 제3 거울면(126b)과 접촉하고 제1 경사각을 제공할 수 있다. 상기 제3 도파관의 타단은 수직할 수 있다. 흡수체(136)는 상기 제1 도파관의 타단에 정렬되어 제1 방향의 펌프 빔을 흡수할 수 있다.One end of the third waveguide (428b) may be in contact with the third mirror surface (126b) and provide a first inclination angle. The other end of the third waveguide may be vertical. The absorber (136) may be aligned with the other end of the first waveguide and absorb the pump beam in the first direction.

상기 제4 도파관(429b)의 일단은 상기 제4 거울면(127b)과 접촉하고 제2 경사각을 제공할 수 있다. 상기 제4 도파관의 타단은 수직할 수 있다. 편광빔 분리기(319)는 상기 프로브빔을 제공받아 프로브 빔의 편광 상태에 따라 분기할 수 있다.One end of the fourth waveguide (429b) may be in contact with the fourth mirror surface (127b) and provide a second inclination angle. The other end of the fourth waveguide may be vertical. The polarization beam splitter (319) may receive the probe beam and branch it according to the polarization state of the probe beam.

제1 광검출기(154a)는 상기 편광빔 분리기(319)의 일면에 배치되어 제1 편광 상태의 프로브빔(14)을 검출할 수 있다.The first photodetector (154a) is arranged on one side of the polarization beam separator (319) and can detect the probe beam (14) in the first polarization state.

제2 광검출기(154b)는 상기 편광빔 분리기(319)의 타면에 배치되어 제2 편광 상태의 프로브빔(14)을 검출할 수 있다.The second photodetector (154b) is arranged on the other side of the polarization beam separator (319) and can detect the probe beam (14) in the second polarization state.

도 19는 본 발명의 일 실시예 따른 원자 자력계의 케비티와 거울면들을 설명하는 절단 사시도이다.FIG. 19 is a cutaway perspective view illustrating the cavities and mirror surfaces of an atomic magnetometer according to one embodiment of the present invention.

도 20은 도 19의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 20 is a cross-sectional view taken along the first direction of Fig. 19.

도 21은 도 19의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.Fig. 21 is a cross-sectional view taken along the second direction of Fig. 19.

도 19 내지 도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계(500)는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함하는 기판(112); 상기 기판(112)의 하부면에 배치되어 상기 케비티(113)를 덮는 하부 투명 기판(116); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면(126a); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 펌프빔(12)을 제공하는 제1 광원(132); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면(127a); 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔(14)을 제공하는 제2 광원(152);을 포함한다. 상기 제1 거울면(126a)은 상기 제1 경사 측면(112a)과 나란하고, 상기 제2 거울면(127a)은 상기 제2 경사 측면(112b)과 나란하다. 상기 펌프빔(12)은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면(112a)에서 반사되어 상기 케비티(113) 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면(127a) 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면(112b)에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.Referring to FIGS. 19 to 21, an atomic magnetometer (500) according to one embodiment of the present invention includes a substrate (112) including a cavity (113) having a first inclined side surface (112a) having a first inclination angle in a first direction and a second inclined side surface (112b) inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate (116) disposed on a lower surface of the substrate (112) and covering the cavity (113); a first mirror surface (126a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclination angle; a first light source (132) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and providing a pump beam (12) to the first mirror surface (126a); a second mirror surface (127a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second inclination angle; And a second light source (152) disposed below the lower transparent substrate and providing a probe beam (14) to the second mirror surface. The first mirror surface (126a) is parallel to the first inclined side surface (112a), and the second mirror surface (127a) is parallel to the second inclined side surface (112b). The pump beam (12) is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) of the cavity, and travels in the first direction within the cavity (113) to have a “Z” shaped beam path. The probe beam (14) is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface (127a) and the second inclined side surface (112b) of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

상기 제1 거울면(126a), 제2 거울면(127a), 제3 거울면(126b), 및 제4 거울면(127b)은 일체형으로 거울 몸체(426)에 형성될 수 있다. 상기 거울 몸체(426)은 절두 피라미드 구조이고, 절두 피라미드의 외측면은 거울면을 제공할 수 있다. 상기 거울 몸체는 내부에 개구부(426a)를 더 포함할 수 있다. 상기 거울 몸체의 개구부(426a)는 역전된 절두 피라미드 구조일 수 있다. The first mirror surface (126a), the second mirror surface (127a), the third mirror surface (126b), and the fourth mirror surface (127b) may be integrally formed in a mirror body (426). The mirror body (426) may have a truncated pyramid structure, and an outer surface of the truncated pyramid may provide a mirror surface. The mirror body may further include an opening (426a) therein. The opening (426a) of the mirror body may have an inverted truncated pyramid structure.

상기 제1 거울면(126a), 제2 거울면(127a), 제3 거울면(126b), 및 제4 거울면(127b)은 MEMS 공정에 의하여 일체형으로 형성되고, 케비티(113)의 경사측면(112a,112b)과 동일한 경사각을 가지도록 제작될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 거울면(112a)과 상기 제1 경사측면(126a)은 서로 평행할 수 있다. 상기 제2 거울면(112b)과 상기 제2 경사 측면(127a)은 서로 평행할 수 있다. 상기 거울 몸체는 상기 케비티와 광학적 정렬을 용이하게 제공할 수 있다.The first mirror surface (126a), the second mirror surface (127a), the third mirror surface (126b), and the fourth mirror surface (127b) can be formed integrally by a MEMS process and manufactured to have the same inclination angle as the inclined side surface (112a, 112b) of the cavity (113). Accordingly, the first mirror surface (112a) and the first inclined side surface (126a) can be parallel to each other. The second mirror surface (112b) and the second inclined side surface (127a) can be parallel to each other. The mirror body can easily provide optical alignment with the cavity.

제1 도파관(528a)은 상기 제1 거울면(126a)의 제1 방향 외측에 배치될 수 있다. 제2 도파관(529a)은 상기 제2 거울면(127a)의 제2 방향 외측에 배치될 수 있다. 제3 도판관(528b)은 상기 제3 거울면(126b)의 제1 방향 외측에 배치될 수 있다. 제4 도파관(529b)은 상기 제4 거울면(127b)의 제2 방향 외측에 배치될 수 있다. 상기 제1 도파관 내지 제4 도파관은 일체형으로 형성될 수 있다. 제1 도파관(528a)은 제1 광원(132)과 광학적 정렬을 제공할 수 있다. 제2 도파관(529a)은 제2 광원(152)과 광학적 정렬을 제공할 수 있다. 상기 도파관은 투명한 재질의 판 구조일 수 있다.The first waveguide (528a) may be arranged on the first direction outer side of the first mirror surface (126a). The second waveguide (529a) may be arranged on the second direction outer side of the second mirror surface (127a). The third waveguide (528b) may be arranged on the first direction outer side of the third mirror surface (126b). The fourth waveguide (529b) may be arranged on the second direction outer side of the fourth mirror surface (127b). The first to fourth waveguides may be formed integrally. The first waveguide (528a) may provide optical alignment with the first light source (132). The second waveguide (529a) may provide optical alignment with the second light source (152). The waveguide may have a plate structure made of a transparent material.

상기 제1 도파관(528a)의 일단은 상기 제1 거울면(126a)과 접촉하고 제1 경사각을 제공할 수 있다. 상기 제1 도파관(528a)의 타단은 직각 프리즘 구조로 45도 경사를 가질 수 있다. 제1 광원(132)은 베이스 기판(122) 에 배치되어 상기 제1 도파관(528a)의 타단의 경사면에 펌프빔(12)을 제공할 수 있다. 상기 펌프빔은 상기 제1 도파관의 타단에서 전반사하여 상기 제1 거울면에 제1 방향으로 입사할 수 있다.One end of the first waveguide (528a) may be in contact with the first mirror surface (126a) and provide a first inclination angle. The other end of the first waveguide (528a) may have a right-angle prism structure and may have a 45-degree inclination. The first light source (132) may be arranged on the base substrate (122) and may provide a pump beam (12) to the inclination surface of the other end of the first waveguide (528a). The pump beam may be totally reflected at the other end of the first waveguide and may be incident on the first mirror surface in a first direction.

상기 제2 도파관(529a)의 일단은 상기 제2 거울면(127a)과 접촉하고 제2 경사각을 제공할 수 있다. 상기 제2 도파관(529a)의 타단은 직각 프리즘 구조로 45도 경사를 가질 수 있다. 제2 광원(152)은 상기 제2 도파관(529a)의 타단의 경사면에 프로브 빔(14)을 제공할 수 있다. 상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관의 타단에서 전반사하여 상기 제2 거울면에 제2 방향으로 입사할 수 있다.One end of the second waveguide (529a) may be in contact with the second mirror surface (127a) and provide a second inclination angle. The other end of the second waveguide (529a) may have a right-angle prism structure and may have a 45-degree inclination. The second light source (152) may provide a probe beam (14) to the inclination surface of the other end of the second waveguide (529a). The probe beam may be totally reflected at the other end of the second waveguide and may be incident on the second mirror surface in a second direction.

상기 제3 도파관(528b)의 일단은 상기 제3 거울면(126b)과 접촉하고 제1 경사각을 제공할 수 있다. 상기 제3 도파관(528b)의 타단은 수직할 수 있다. 흡수체(136)는 상기 제1 도파관의 타단에 정렬되어 제1 방향의 펌프 빔을 흡수할 수 있다.One end of the third waveguide (528b) may be in contact with the third mirror surface (126b) and provide a first inclination angle. The other end of the third waveguide (528b) may be vertical. The absorber (136) may be aligned with the other end of the first waveguide and absorb the pump beam in the first direction.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제3 도파관의 타단은 직각 프리즘 구조로 변형될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the other end of the third waveguide can be transformed into a right-angle prism structure.

상기 제4 도파관(529b)의 일단은 상기 제4 거울면(127b)과 접촉하고 제2 경사각을 제공할 수 있다. 상기 제4 도파관의 타단은 수직할 수 있다. 편광빔 분리기(319)는 상기 프로브빔을 제공받아 프로브 빔의 편광 상태에 따라 분기할 수 있다.One end of the fourth waveguide (529b) may be in contact with the fourth mirror surface (127b) and provide a second inclination angle. The other end of the fourth waveguide may be vertical. The polarization beam splitter (319) may receive the probe beam and branch it according to the polarization state of the probe beam.

제1 광검출기(154a)는 상기 편광빔 분리기의 일면에 배치되어 제1 편광 상태의 프로브빔을 검출할 수 있다.The first photodetector (154a) is arranged on one side of the polarization beam separator and can detect a probe beam in the first polarization state.

제2 광검출기(154b)는 상기 편광빔 분리기의 타면에 배치되어 제2 편광 상태의 프로브빔을 검출할 수 있다.A second photodetector (154b) is arranged on the other side of the polarization beam separator and can detect a probe beam in a second polarization state.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제4 도파관의 타단은 직각 프리즘 구조로 변형될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the other end of the fourth waveguide can be transformed into a right-angle prism structure.

도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자 자력계의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the first direction of an atomic magnetometer according to another embodiment of the present invention.

도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자 자력계의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.FIG. 23 is a cross-sectional view taken along the second direction of an atomic magnetometer according to another embodiment of the present invention.

도 22 내지 도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계(600)는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함하는 기판(112); 상기 기판(112)의 하부면에 배치되어 상기 케비티(113)를 덮는 하부 투명 기판(116); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면(126a); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 펌프빔(12)을 제공하는 제1 광원(132); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면(127a); 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔(14)을 제공하는 제2 광원(152);을 포함한다. 상기 제1 거울면(126a)은 상기 제1 경사 측면(112a)과 나란하고, 상기 제2 거울면(127a)은 상기 제2 경사 측면(112b)과 나란하다. 상기 펌프빔(12)은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면(112a)에서 반사되어 상기 케비티(113) 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면(127a) 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면(112b)에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.Referring to FIGS. 22 and 23, an atomic magnetometer (600) according to one embodiment of the present invention includes a substrate (112) including a cavity (113) having a first inclined side surface (112a) having a first inclined angle in a first direction and a second inclined side surface (112b) inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate (116) disposed on a lower surface of the substrate (112) and covering the cavity (113); a first mirror surface (126a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclined angle; a first light source (132) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and providing a pump beam (12) to the first mirror surface (126a); a second mirror surface (127a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second inclined angle; And a second light source (152) disposed below the lower transparent substrate and providing a probe beam (14) to the second mirror surface. The first mirror surface (126a) is parallel to the first inclined side surface (112a), and the second mirror surface (127a) is parallel to the second inclined side surface (112b). The pump beam (12) is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) of the cavity, and travels in the first direction within the cavity (113) to have a “Z” shaped beam path. The probe beam (14) is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface (127a) and the second inclined side surface (112b) of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

제1 도파관(528a)의 일단은 상기 제1 거울면(126a)을 제공할 수 있다. 상기 제1 거울면(126a)의 제1 경사각은 54.7도일 수 있다. 상기 제1 도파관(528a)의 타단은 직각 프리즘 구조로 45도 경사를 가질 수 있다. 제1 광원(132)은 베이스 기판(122)에 배치되어 상기 제1 도파관(528a)의 타단의 경사면에 펌프빔을 제공할 수 있다. 상기 펌프빔은 상기 제1 도파관의 타단에서 전반사하여 상기 제1 거울면(126a)에 제1 방향으로 입사할 수 있다. 펌프빔은 상기 제1 거울면에서 전반사 또는 거울반사하여 상기 케비티(113)의 제1 경사 측면(112a)에 입사할 수 있다.One end of the first waveguide (528a) may provide the first mirror surface (126a). The first inclination angle of the first mirror surface (126a) may be 54.7 degrees. The other end of the first waveguide (528a) may have a right-angle prism structure and may have an inclination of 45 degrees. The first light source (132) may be arranged on the base substrate (122) to provide a pump beam to the inclination surface of the other end of the first waveguide (528a). The pump beam may be totally reflected at the other end of the first waveguide and may be incident on the first mirror surface (126a) in the first direction. The pump beam may be totally reflected or mirror-reflected at the first mirror surface and may be incident on the first inclination side surface (112a) of the cavity (113).

제2 도파관(529a)의 일단은 상기 제2 거울면(127a)을 제공할 수 있다. 상기 제2 거울면(127a)의 제2 경사각은 54.7도일 수 있다. 상기 제2 도파관(529a)의 타단은 직각 프리즘 구조로 45도 경사를 가질 수 있다. 제2 광원(152)은 상기 제2 도파관의 타단의 경사면에 프로브 빔을 제공할 수 있다. 상기 프로브빔은 상기 제2 도파관의 타단에서 전반사하여 상기 제2 거울면에 제2 방향으로 입사할 수 있다. 상기 프로브 빔은 상기 제2 거울면에서 전반사 또는 거울반사하여 상기 케비티(113)의 제2 경사 측면(112b)에 입사할 수 있다.One end of the second waveguide (529a) can provide the second mirror surface (127a). The second inclination angle of the second mirror surface (127a) can be 54.7 degrees. The other end of the second waveguide (529a) can have a right-angle prism structure and have an inclination of 45 degrees. The second light source (152) can provide a probe beam to the inclination surface of the other end of the second waveguide. The probe beam can be totally reflected at the other end of the second waveguide and incident on the second mirror surface in a second direction. The probe beam can be totally reflected or mirror-reflected at the second mirror surface and incident on the second inclination side surface (112b) of the cavity (113).

상기 제3 도파관(528b)의 일단은 제3 거울면(126b)을 제공할 수 있다. 상기 제3 거울면(126b)의 제1 경사각은 54.7도 일 수 있다. 상기 제3 도파관(528b)의 타단은 수직할 수 있다. 흡수체(136)는 상기 제1 도파관의 타단에 정렬되어 제1 방향의 펌프 빔을 흡수할 수 있다.One end of the third waveguide (528b) may provide a third mirror surface (126b). The first inclination angle of the third mirror surface (126b) may be 54.7 degrees. The other end of the third waveguide (528b) may be vertical. The absorber (136) may be aligned with the other end of the first waveguide to absorb the pump beam in the first direction.

상기 제4 도파관(529b)의 일단은 제4 거울면(127b)을 제공할 수 있다. 상기 제4 거울면(127b)의 제2 경사각은 54.7도일 수 있다. 상기 제4 도파관의 타단은 수직할 수 있다. 편광빔 분리기(319)는 상기 프로브빔을 제공받아 프로브 빔의 편광 상태에 따라 분기할 수 있다.One end of the fourth waveguide (529b) may provide a fourth mirror surface (127b). The second inclination angle of the fourth mirror surface (127b) may be 54.7 degrees. The other end of the fourth waveguide may be vertical. The polarization beam splitter (319) may receive the probe beam and branch it according to the polarization state of the probe beam.

제1 광검출기(154a)는 상기 편광빔 분리기의 일면에 배치되어 제1 편광 상태의 프로브빔을 검출할 수 있다.The first photodetector (154a) is arranged on one side of the polarization beam separator and can detect a probe beam in the first polarization state.

제2 광검출기(154b)는 상기 편광빔 분리기의 타면에 배치되어 제2 편광 상태의 프로브빔을 검출할 수 있다.A second photodetector (154b) is arranged on the other side of the polarization beam separator and can detect a probe beam in a second polarization state.

제1 도파관 내지 제4 도파관은 일체형으로 제작될 수 있다. 일체형 도파관은 그 중심에 절두 피라미드 구조의 도파관 케비티를 포함할 수 있다. 상기 도파관 케비티의 경사 측면은 상기 기판의 케비티와 서로 나란할 수 있다. 일체형 도파관은 상기 기판의 케비티와 용이하게 광학적으로 정렬될 수 있다.The first to fourth waveguides may be manufactured as an integral part. The integral waveguide may include a waveguide cavity having a truncated pyramidal structure at its center. The inclined side of the waveguide cavity may be parallel to the cavity of the substrate. The integral waveguide may be easily optically aligned with the cavity of the substrate.

도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실시예에 따른 원자 자력계의 제1 방향을 따라 자른 단면도이다.FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the first direction of an atomic magnetometer according to an embodiment of another embodiment of the present invention.

도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자 자력계의 제2 방향을 따라 자른 단면도이다.FIG. 25 is a cross-sectional view taken along the second direction of an atomic magnetometer according to another embodiment of the present invention.

도 24 내지 도 25을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 자력계(700)는, 제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면(112a)을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면(112b)을 구비하는 케비티(113)를 포함하는 기판(712); 상기 기판(712)의 하부면에 배치되어 상기 케비티(113)를 덮는 하부 투명 기판(116); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면(126a); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면(126a)에 펌프빔(12)을 제공하는 제1 광원(132); 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면(127a); 및 상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔(14)을 제공하는 제2 광원(152);을 포함한다. 상기 제1 거울면(126a)은 상기 제1 경사 측면(112a)과 나란하고, 상기 제2 거울면(127a)은 상기 제2 경사 측면(112b)과 나란하다. 상기 펌프빔(12)은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면(126a) 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면(112a)에서 반사되어 상기 케비티(113) 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다. 상기 프로브 빔(14)은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면(127a) 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면(112b)에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가진다.Referring to FIGS. 24 and 25, an atomic magnetometer (700) according to one embodiment of the present invention includes a substrate (712) including a cavity (113) having a first inclined side surface (112a) having a first inclination angle in a first direction and a second inclined side surface (112b) inclined at a second angle in a second direction; a lower transparent substrate (116) disposed on a lower surface of the substrate (712) and covering the cavity (113); a first mirror surface (126a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclination angle; a first light source (132) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and providing a pump beam (12) to the first mirror surface (126a); a second mirror surface (127a) disposed on a lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second inclination angle; And a second light source (152) disposed below the lower transparent substrate and providing a probe beam (14) to the second mirror surface. The first mirror surface (126a) is parallel to the first inclined side surface (112a), and the second mirror surface (127a) is parallel to the second inclined side surface (112b). The pump beam (12) is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface (126a) and the first inclined side surface (112a) of the cavity, and travels in the first direction within the cavity (113) to have a “Z” shaped beam path. The probe beam (14) is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface (127a) and the second inclined side surface (112b) of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.

상기 기판(712)에서, 상기 케비티(13)는 기판(712)을 관통하지 않고 상부면을 남겨놓을 수 있다. 이에 따라, 증기셀(110)은 상기 기판(712) 및 케비티(113)의 하부면을 덮는 하부 투명 기판(116)을 포함할 수 있다. 상기 케비티(113)의 제1 경사각 및 제2 경사각은 54.7도일 수 있다. In the above substrate (712), the cavity (13) may leave an upper surface without penetrating the substrate (712). Accordingly, the vapor cell (110) may include a lower transparent substrate (116) covering the lower surface of the substrate (712) and the cavity (113). The first inclination angle and the second inclination angle of the cavity (113) may be 54.7 degrees.

본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.Although the present invention has been illustrated and described with respect to certain preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, but includes various forms of embodiments that can be implemented by a person skilled in the art without departing from the technical idea of the present invention claimed in the claims.

100: 원자 자려계
112: 기판
116: 하부 투명 기판
126a: 제1 거울면
127a: 제2 거울면
100: Atomic magnetic field
112: Substrate
116: Lower transparent substrate
126a: First mirror surface
127a: Second mirror surface

Claims (21)

제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면을 구비하는 케비티를 포함하는 기판;
상기 기판의 하부면에 배치되어 상기 케비티를 덮는 하부 투명 기판;
상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면;
상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 거울면에 펌프빔을 제공하는 제1 광원;
상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면; 및
상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 거울면에 프로브 빔을 제공하는 제2 광원;을 포함하고,
상기 제1 거울면은 상기 제1 경사 측면과 나란하고, 상기 제2 거울면은 상기 제2 경사 측면과 나란하고,
상기 펌프빔은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가지고,
상기 프로브 빔은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가지고,
상기 케비티는 증기셀을 제공하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직한 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
A substrate comprising a cavity having a first inclined side surface having a first inclined angle in a first direction and a second inclined side surface having a second inclined angle in a second direction;
A lower transparent substrate disposed on the lower surface of the substrate and covering the cavity;
A first mirror surface disposed on the lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclination angle;
A first light source disposed below the lower transparent substrate and providing a pump beam to the first mirror surface;
A second mirror surface disposed on the lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the second angle; and
A second light source is disposed below the lower transparent substrate and provides a probe beam to the second mirror surface;
The first mirror surface is parallel to the first inclined side surface, and the second mirror surface is parallel to the second inclined side surface.
The pump beam is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface and the first inclined side surface of the cavity, and travels in the first direction within the cavity to have a beam path in the shape of a “Z”.
The probe beam is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface and the second inclined side surface of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a beam path in the shape of a “Z”.
An atomic magnetometer, wherein the cavity provides a vapor cell, and the second direction is characterized in that it is perpendicular to the first direction.
제1 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 기판이고,
상기 제1 경사각 및 상기 제2 경사각은 54.7도 인 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
The above substrate is a silicon substrate,
An atomic magnetometer, characterized in that the first inclination angle and the second inclination angle are 54.7 degrees.
제1 항에 있어서,
상기 기판의 상부면에 배치되어 상기 케비티를 덮는 상부 투명 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
An atomic magnetometer further comprising an upper transparent substrate disposed on an upper surface of the substrate and covering the cavity.
제1 항에 있어서,
실리콘 재질이고 상기 제1 거울면을 제공하는 제1 거울;
실리콘 재질이고 상기 제2 거울면을 제공하는 제2 거울; 및
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울이 배치되는 베이스 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
A first mirror made of silicone and providing the first mirror surface;
a second mirror made of silicone and providing the second mirror surface; and
An atomic magnetometer further comprising a base substrate on which the first mirror and the second mirror are arranged.
제4 항에 있어서,
상기 제1 광원 상에 배치되는 제1 직각 프리즘; 및
상기 제2 광원 상에 배치되는 제2 직각 프리즘을 더 포함하고,
상기 제1 광원은 상기 베이스 기판 상에 배치되고,
상기 제2 광원은 상기 베이스 기판 상에 배치되고,
상기 펌프빔은 상기 제1 직각 프리즘에서 1회 전반사하여 상기 제1 거울면에 평행하게 제1 방향으로 입사하고,
상기 프로브 빔은 상기 제2 직각 프리즘에서 1회 전반사하여 상기 제2 거울면에 평행하게 제2 방향으로 입사하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the fourth paragraph,
a first right-angled prism disposed on the first light source; and
Further comprising a second right-angled prism disposed on the second light source,
The first light source is placed on the base substrate,
The second light source is placed on the base substrate,
The above pump beam is totally reflected once by the first right-angle prism and is incident in the first direction parallel to the first mirror surface,
An atomic magnetometer, characterized in that the probe beam is totally reflected once by the second right-angle prism and is incident in a second direction parallel to the second mirror surface.
제1 항에 있어서,
상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되는 광열(photo-thermal) 구조; 및
상기 광열 구조에 광을 조사하는 가열 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
A photo-thermal structure disposed on the lower portion of the lower transparent substrate; and
An atomic magnetometer further comprising a heating light source that irradiates light to the photothermal structure.
제6 항에 있어서,
상기 광열(photo-thermal) 구조는 표면 플라즈몬 공명 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In Article 6,
An atomic magnetometer characterized in that the above photo-thermal structure has a surface plasmon resonance structure.
제7 항에 있어서,
상기 광열(photo-thermal) 구조는:
상기 하부 투명 기판에서 돌출된 복수의 기둥들;
상기 기둥들의 상부면 및 측면, 그리고 상기 기둥들 사이의 상기 하부 투명 기판에 형성된 금속 나노 입자들을 포함하고,
상기 금속 나노 입자들은 반구형인 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In Article 7,
The above photo-thermal structure:
A plurality of pillars protruding from the lower transparent substrate;
Comprising metal nano particles formed on the upper and side surfaces of the pillars and on the lower transparent substrate between the pillars,
An atomic magnetometer characterized in that the above metal nanoparticles are hemispherical.
제1 항에 있어서,
상기 하부 투명 기판에 배치된 제1 1/4 파장판;을 더 포함하고,
상기 제1 1/4 파장판은 상기 펌프빔의 광 경로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
Further comprising a first 1/4 wavelength plate disposed on the lower transparent substrate;
An atomic magnetometer, characterized in that the first 1/4 wave plate is arranged on the optical path of the pump beam.
제9 항에 있어서,
상기 제1 1/4 파장판은
상기 하부 투명 기판에서 돌출되고 일정한 간격으로 배열된 복수의 타원 기둥들;을 포함하고,
상기 타원 기둥들은 실리콘 재질인 것을 특징을 하는 원자 자력계.
In Article 9,
The above first 1/4 wave plate
A plurality of elliptical pillars protruding from the lower transparent substrate and arranged at regular intervals;
An atomic magnetometer characterized in that the above elliptical columns are made of silicon.
제1 항에 있어서,
상기 하부 투명 기판에 배치된 편광빔 분리기; 및
상기 편광빔 분리기의 하부에 배치된 제1 광검출기 및 제2 광검출기를 더 포함하고,
상기 편광빔 분리기는 상기 제2 방향으로 진행한 상기 프로브 빔을 편광 상태에 따라 분기하여 상기 제1 광 검출기 및 제2 광검출기에 각각 제공하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
A polarizing beam splitter arranged on the lower transparent substrate; and
Further comprising a first photodetector and a second photodetector arranged below the polarizing beam separator,
An atomic magnetometer, characterized in that the polarization beam splitter splits the probe beam traveling in the second direction according to the polarization state and provides the split beam to the first photodetector and the second photodetector, respectively.
제11 항에 있어서,
상기 편광빔 분리기는
상기 하부 투명 기판에서 규칙적으로 배열되고 돌출된 복수의 기둥들;을 포함하고,
복수의 기둥들은 서로 다른 크기의 단면 형상을 가진 실리콘인 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In Article 11,
The above polarizing beam splitter
A plurality of pillars regularly arranged and protruding from the lower transparent substrate;
An atomic magnetometer characterized in that the multiple pillars are made of silicon with cross-sectional shapes of different sizes.
제1 항에 있어서,
상기 제1 거울면을 제공하는 제1 거울 및 상기 제2 거울면을 제공하는 상기 제2 거울이 배치되는 베이스 기판; 및
상기 베이스 기판과 상기 하부 투명 기판 사이에 배치되는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
A base substrate on which a first mirror providing the first mirror surface and a second mirror providing the second mirror surface are arranged; and
An atomic magnetometer further characterized by comprising a spacer disposed between the base substrate and the lower transparent substrate.
제1 항에 있어서,
상기 제1 거울면을 제공하는 제1 거울 및 상기 제2 거울면을 제공하는 제2 거울이 배치되는 베이스 기판;
상기 베이스 기판 상에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제3 거울면을 제공하는 제3 거울; 및
상기 베이스 기판 상에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제4 거울면을 제공하는 제4 거울;을 더 포함하고,
상기 펌프빔의 광 경로는 상기 제1 거울면, 한 쌍의 제1 경사 측면, 및 제3 거울면을 통하여 진행하고,
상기 프로브 빔의 광 경로는 상기 제2 거울면, 한 쌍의 제2 경사 측면, 및 상기 제4 거울면을 통하여 진행하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
A base substrate on which a first mirror providing the first mirror surface and a second mirror providing the second mirror surface are arranged;
a third mirror disposed on the base substrate and providing a third mirror surface inclined at the first inclination angle; and
Further comprising a fourth mirror disposed on the base substrate and providing a fourth mirror surface inclined at the second inclination angle;
The optical path of the above pump beam proceeds through the first mirror surface, a pair of first inclined sides, and a third mirror surface,
An atomic magnetometer, characterized in that the optical path of the probe beam proceeds through the second mirror surface, a pair of second inclined side surfaces, and the fourth mirror surface.
제14 항에 있어서,
상기 제4 거울면에서 반사된 프로브 빔을 제공받고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 편광빔 분리기;
상기 편광빔 분리기의 일 측면에 배치되는 제1 광 검출기; 및
상기 편광빔 분리기의 타측면에 배치되는 제2 광 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In Article 14,
A polarizing beam splitter provided with a probe beam reflected from the fourth mirror surface and arranged on the base substrate;
a first photodetector arranged on one side of the polarizing beam separator; and
An atomic magnetometer, characterized in that it further comprises a second photodetector arranged on the other side of the polarizing beam separator.
제1 항에 있어서,
상기 제1 거울면을 제공하는 제1 거울 및 상기 제2 거울면을 제공하는 제2 거울이 배치되는 베이스 기판;
상기 제1 거울면과 연속적으로 연결되고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 제1 도파관; 및
상기 제2 거울면과 연속적으로 연결되고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 제2 도파관;을 더 포함하고,
상기 펌프빔은 상기 제1 도파관에 입사하여 상기 제1 거울면에서 반사하여 상기 제1 경사 측면에 입사하고,
상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관에 입사하여 상기 제2 거울면에서 반사하여 상기 제2 경사 측면에 입사하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
A base substrate on which a first mirror providing the first mirror surface and a second mirror providing the second mirror surface are arranged;
A first waveguide continuously connected to the first mirror surface and arranged on the base substrate; and
Further comprising a second waveguide continuously connected to the second mirror surface and arranged on the base substrate;
The above pump beam is incident on the first waveguide, reflected on the first mirror surface, and incident on the first inclined side surface,
An atomic magnetometer, characterized in that the probe beam is incident on the second waveguide, reflected by the second mirror surface, and incident on the second inclined side surface.
제16 항에 있어서,
상기 베이스 기판 상에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제3 거울면을 제공하는 제3 거울;
상기 베이스 기판 상에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제4 거울면을 제공하는 제4 거울;
상기 제3 거울면과 연속적으로 연결되는 제3 도파관; 및
상기 제4 거울면과 연속적으로 연결되는 제4 도파관;을 더 포함하고,
상기 펌프빔의 광 경로는 제1 도파관, 상기 제1 거울면, 한 쌍의 제1 경사 측면, 및 제3 거울면, 제3 도파관을 통하여 진행하고,
상기 프로브 빔의 광 경로는 제2 도파관, 상기 제2 거울면, 한 쌍의 제2 경사 측면, 및 상기 제4 거울면, 및 제4 도파관을 통하여 진행하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In Article 16,
A third mirror disposed on the base substrate and providing a third mirror surface inclined at the first inclination angle;
A fourth mirror disposed on the base substrate and providing a fourth mirror surface inclined at the second inclination angle;
a third waveguide continuously connected to the third mirror surface; and
Further comprising a fourth waveguide continuously connected to the fourth mirror surface;
The optical path of the above pump beam proceeds through the first waveguide, the first mirror surface, a pair of first inclined sides, a third mirror surface, and the third waveguide,
An atomic magnetometer, characterized in that the optical path of the probe beam proceeds through a second waveguide, the second mirror surface, a pair of second inclined side surfaces, the fourth mirror surface, and the fourth waveguide.
제16 항에 있어서,
상기 제1 도파관의 일단은 45도 경사진 구조의 프리즘 구조이고,
상기 제1 광원은 상기 베이스 기판에 배치되고,
상기 펌프빔은 상기 제1 도파관의 프리즘 구조에서 1회 전반사하여 상기 제1 거울면으로 진행하고,
상기 제2 도파관의 일단은 45도 경사진 구조의 프리즘 구조이고,
상기 제2 광원은 상기 베이스 기판에 배치되고,
상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관의 프리즘 구조에서 1회 전반사하여 상기 제2 거울면로 진행하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In Article 16,
One end of the above first waveguide is a prism structure with a 45 degree inclined structure,
The above first light source is placed on the base substrate,
The above pump beam is totally reflected once in the prism structure of the first waveguide and proceeds to the first mirror surface,
One end of the above second waveguide is a prism structure with a 45 degree inclined structure,
The second light source is placed on the base substrate,
An atomic magnetometer, characterized in that the probe beam is totally reflected once in the prism structure of the second waveguide and proceeds to the second mirror surface.
제1 항에 있어서,
일단에 상기 제1 거울면을 포함하고 베이스 기판 상에 배치되는 제1 도파관; 및
일단에 상기 제2 거울면을 포함하고 상기 베이스 기판 상에 배치되는 제2 도파관;을 더 포함하고,
상기 펌프빔은 상기 제1 도파관에 입사하여 상기 제1 거울면에서 반사하여 상기 제1 경사 측면에 입사하고,
상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관에 입사하여 상기 제2 거울면에서 반사하여 상기 제2 경사 측면에 입사하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In the first paragraph,
A first waveguide including the first mirror surface and arranged on a base substrate; and
Further comprising a second waveguide including the second mirror surface and arranged on the base substrate;
The above pump beam is incident on the first waveguide, reflected on the first mirror surface, and incident on the first inclined side surface,
An atomic magnetometer, characterized in that the probe beam is incident on the second waveguide, reflected by the second mirror surface, and incident on the second inclined side surface.
제19 항에 있어서,
상기 제1 도파관의 타단은 직각 프리즘 구조이고,
상기 제2 도파관의 타단은 직각 프리즘 구조이고,
상기 제1 광원은 상기 베이스 기판 상에 배치되고,
상기 제2 광원 상기 베이스 기판 상에 배치되고,
상기 펌프빔은 상기 제1 도파관의 타단에서 1회 전반사하여 상기 제1 도파관의 일단에서 반사하여 상기 제1 경사 측면에 입사하고,
상기 프로브 빔은 상기 제2 도파관의 타단에서 1회 전반사하여 상기 제2 도파관의 일단에서 반사하여 상기 제2 경사 측면에 입사하는 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
In Article 19,
The other end of the above first waveguide has a right-angle prism structure,
The other end of the above second waveguide has a right-angle prism structure,
The first light source is placed on the base substrate,
The second light source is placed on the base substrate,
The above pump beam is totally reflected once at the other end of the first waveguide, reflected at one end of the first waveguide, and incident on the first inclined side surface,
An atomic magnetometer, characterized in that the probe beam is totally reflected once at the other end of the second waveguide, reflected at one end of the second waveguide, and incident on the second inclined side surface.
제1 방향으로 제1 경사각을 가진 제1 경사 측면을 구비하고 제2 방향으로 제2 경사각으로 경사진 제2 경사 측면을 구비하는 케비티를 포함하는 기판;
상기 기판의 하부면에 배치되어 상기 케비티를 덮는 하부 투명 기판;
상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제1 경사각으로 경사진 제1 거울면; 및
상기 하부 투명 기판의 하부에 배치되고 상기 제2 경사각으로 경사진 제2 거울면;을 포함하고,
상기 제1 거울면은 상기 제1 경사 측면과 나란하고, 상기 제2 거울면은 상기 제2 경사 측면과 나란하고,
펌프빔은 상기 제1 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제1 거울면 및 상기 케비티의 상기 제1 경사 측면에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제1 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가지고,
프로브 빔은 상기 제2 방향으로 평행하게 입사하여 상기 제2 거울면 및 상기 케비티의 상기 제2 경사 측면에서 반사되어 상기 케비티 내에서 상기 제2 방향으로 진행하여 "Z" 자 형상의 빔 경로를 가지고,
상기 케비티는 증기셀을 제공하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직한 것을 특징으로 하는 원자 자력계.
A substrate comprising a cavity having a first inclined side surface having a first inclined angle in a first direction and a second inclined side surface having a second inclined angle in a second direction;
A lower transparent substrate disposed on the lower surface of the substrate and covering the cavity;
A first mirror surface disposed on the lower portion of the lower transparent substrate and inclined at the first inclination angle; and
A second mirror surface disposed on the lower side of the lower transparent substrate and inclined at the second angle;
The first mirror surface is parallel to the first inclined side surface, and the second mirror surface is parallel to the second inclined side surface.
The pump beam is incident parallel to the first direction, reflected from the first mirror surface and the first inclined side surface of the cavity, and travels in the first direction within the cavity to have a beam path in the shape of a “Z”.
The probe beam is incident parallel to the second direction, reflected from the second mirror surface and the second inclined side surface of the cavity, and travels in the second direction within the cavity to have a “Z” shaped beam path.
An atomic magnetometer, wherein the cavity provides a vapor cell, and the second direction is characterized in that it is perpendicular to the first direction.
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