KR100623522B1 - Method for making light modulator - Google Patents
Method for making light modulator Download PDFInfo
- Publication number
- KR100623522B1 KR100623522B1 KR1020040015919A KR20040015919A KR100623522B1 KR 100623522 B1 KR100623522 B1 KR 100623522B1 KR 1020040015919 A KR1020040015919 A KR 1020040015919A KR 20040015919 A KR20040015919 A KR 20040015919A KR 100623522 B1 KR100623522 B1 KR 100623522B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electro
- metal
- diffraction grating
- optic
- film
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/0305—Constructional arrangements
- G02F1/0311—Structural association of optical elements, e.g. lenses, polarizers, phase plates, with the crystal
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/0305—Constructional arrangements
- G02F1/0316—Electrodes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/0338—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect structurally associated with a photoconductive layer or having photo-refractive properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/10—Function characteristic plasmon
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
본 발명은 회절격자 구조에 의거하는 표면 플라즈몬 공명 광변조장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 패턴 마스크를 이용하여 금속막과 전기광학물질막의 계면에 단일, 다수 및 다중의 회절격자를 용이하게 구현하기 위한 목적을 가지며, 기판 상면에 금속막을 증착하는 제 1 증착단계; 상기 금속막 앞에 패턴 마스크를 설치하고, 다시 금속을 증착하여 회절격자를 형성하는 제 2 증착단계; 그리고 상기 회절격자 상부에 전기광학물질막과 투명전극을 순차 적층 형성하는 단계로 실현됨을 특징으로 한다. The present invention relates to a method for manufacturing a surface plasmon resonance optical modulator based on a diffraction grating structure, in particular to easily implement a single, multiple and multiple diffraction gratings at the interface between a metal film and an electro-optic material film using a pattern mask. A first deposition step for the purpose of depositing a metal film on the upper surface of the substrate; A second deposition step of installing a pattern mask in front of the metal film and depositing a metal to form a diffraction grating; And sequentially forming an electro-optic material film and a transparent electrode on the diffraction grating.
광변조장치, 표면플라즈몬공명, 금속막, 유전체, 전기광학고분자, 회절격자, 마스크Optical modulator, surface plasmon resonance, metal film, dielectric, electro-optic polymer, diffraction grating, mask
Description
도 1은 종래 공지된 프리즘 결합 광변조기를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventionally known prism coupled optical modulator.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태의 광변조장치를 도시한 단면도.Fig. 2 is a sectional view showing the optical modulator of the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태의 제조방법을 설명하는 도면.3 is a view for explaining a production method of the first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 형태의 광변조칩을 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view showing an optical modulation chip according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태의 제조방법을 설명하는 도면.FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the manufacturing method of the second embodiment of the present invention. FIG.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 형태의 광변조칩을 도시한 단면도.Fig. 6 is a sectional view showing the optical modulator chip according to the third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 형태의 제조방법을 설명하는 도면.The figure explaining the manufacturing method of 3rd embodiment of this invention.
도 8은 본 발명의 제 4 실시 형태의 광변조칩을 도시한 단면도.Fig. 8 is a sectional view showing the optical modulator chip according to the fourth embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제 4 실시 형태의 제조방법을 설명하는 도면.9 is a view for explaining a production method according to the fourth embodiment of the present invention.
본 발명은 회절격자 구조에 의거하는 표면 플라즈몬 공명(grating-coupled surface plasmon resonance, GC-SPR) 광변조장치의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패턴 마스크를 이용하여 금속막과 전기광학물질막의 계면에 단일, 다수 및 다중의 회절격자(diffraction grating)를 용이하게 구현할 수 있도록 하는 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a grating-coupled surface plasmon resonance (GC-SPR) optical modulator based on a diffraction grating structure, and more particularly, to a metal film and an electro-optic material film using a pattern mask. The present invention relates to a manufacturing method for facilitating the implementation of single, multiple and multiple diffraction gratings at an interface.
광변조는 금속과 유전체의 계면에 입사된 광이 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR) 조건을 만족하게 되면 흡수 되고, 공명 조건을 만족시키지 못하면 반사되는 원리를 이용하는 것이며, 표면 플라즈몬 공명현상은 유전체의 굴절율, 광원의 파장 및 입사각, 회절격자의 구조등에 의해 매우 예민하므로, 특히 본 발명에서는 미세한 주기를 갖는 다수 및 다중 구조의 회절격자를 구현하여 입사광으로부터 원하는 파장을 검출할 수 있도록 하는 것이다.Light modulation uses the principle that light incident on the interface between a metal and a dielectric is absorbed when it meets surface plasmon resonance (SPR) conditions, and is reflected when it does not meet the resonance condition. It is very sensitive to the refractive index of the light source, the wavelength and the incident angle of the light source, the structure of the diffraction grating, etc. In particular, the present invention is to implement a diffraction grating of multiple and multiple structures having a fine period to detect the desired wavelength from the incident light.
표면 플라즈몬이란 금속과 유전체의 계면에서 관찰되는 성질로써, 입사광의 에너지가 금속내의 자유전자를 여기시킨 결과로 발생되는 전하 밀도 진동(charge-density oscillation)을 말한다. 이는 계면을 따라 진행하는 TM(transverse magnetic) 편광 파(polarized light)로써, 두 매질의 계면에서 최대값을 보이고, 금속표면에 수직한 방향으로는 지수 함수적으로 감소한다. 표면 플라즈몬 공명은 입사광의 TM방향 파 벡터가 표면 플라즈몬의 파 벡터(Ksp)와 일치되는 조건에서 일어나며, 이때 입사광의 에너지가 표면 플라즈몬으로 흡수되므로 입사광의 반사율이 급격히 감소된다. 따라서 표면 플라즈몬 공명에 영향을 주는 재료의 굴절율, 광원의 입사각 및 파장 등을 조절하여 반사되는 광 강도(light intensity)를 조절할 수 가 있는 것이다.Surface plasmon is a property observed at the interface between a metal and a dielectric, and refers to charge-density oscillation generated as a result of the energy of incident light excited free electrons in the metal. This is a transverse magnetic polarized light (TM) that travels along the interface, exhibiting maximum values at the interface of the two media and decreasing exponentially in the direction perpendicular to the metal surface. Surface plasmon resonance occurs under the condition that the TM-direction wave vector of the incident light coincides with the wave vector (K sp ) of the surface plasmon. At this time, the incident light is absorbed by the surface plasmon, so the reflectance of the incident light is drastically reduced. Therefore, it is possible to adjust the reflected light intensity (light intensity) by adjusting the refractive index of the material, the incident angle and the wavelength of the light source that affects the surface plasmon resonance.
그러나 표면 플라즈몬 공명은 금속-유전체의 모든 계면에서 발생되는 것은 아니다. 예를 들어 공기 중에서 금속과 유전체의 평평한 계면(planar metal-dielectric interface)으로 입사 된 광은 입사광의 파 벡터가 표면 플라즈몬 파의 파 벡터(Ksp) 보다 항상 작기 때문에 표면 플라즈몬 공명이 발생되지 않는다. 따라서 표면 플라즈몬 공명을 구현(관찰)하기 위해서는 프리즘을 이용하여 입사광의 파 벡터 값과 플라즈몬 공명의 파 벡터(Ksp)값이 일치되도록 증가시키는 방법이 요구된다. However, surface plasmon resonance does not occur at all interfaces of the metal-dielectric. For example, light incident on the planar metal-dielectric interface of metal and dielectric in air does not generate surface plasmon resonance because the wave vector of the incident light is always smaller than the wave vector (K sp ) of the surface plasmon wave. Therefore, in order to implement (observe) surface plasmon resonance, a method of increasing the wave vector value of the incident light and the wave vector (K sp ) of the incident light using a prism is required.
도 1은 표면 플라즈몬 파를 광학적으로 여기하기 위하여 고굴절 프리즘을 사용하는 공지의 방법을 보여 주고 있다. 이는 Kretschmann형 또는 프리즘 결합 표면 플라즈몬 공명(prism-coupled surface plasmon resonance)이라 불린다. Figure 1 shows a known method of using a high refractive prism to optically excite surface plasmon waves. This is called Kretschmann type or prism-coupled surface plasmon resonance.
입사광이 프리즘 위에 증착된 금속막(1)에 임계각을 넘는 각도로 조사되면, 고 굴절 프리즘(3)에 의해 입사광의 파 벡터 값이 증가된다. 이때 프리즘(3)으로 입사되는 광의 입사각을 조절하여, 입사광의 파 벡터 값이 Ksp와 일치하도록 조절하면 표면 플라즈몬 공명이 관찰된다.When incident light is irradiated to the
이러한 표면 플라즈몬 공명 현상은 유전체(5)의 굴절율 변화에 아주 예민하므로, 금속표면에서의 화학반응 및 미세 물질 분석에 응용되고 있다. 표면 플라즈몬 공명 현상의 주요 응용분야는 바이오 센싱 분야로써, 현재까지 대부분 Kretschmann 방식을 이용하고 있다. 즉 프리즘과 접해 있는 금속막에 항체를 코팅한 후, 분석하고자 하는 항원(단백질)에 노출시키면, 항체-항원분자의 결합 결과 금속과 접해 있는 유전체의 굴절율이 변화되므로 미세분자 검출 및 농도 분석을 수행할 수 있는 것이다.
유전체의 굴절율을 조절하여 표면 플라즈몬 공명 현상을 구현하기 위한 대표적인 방법은 다음과 같다.
첫째, 상술한 항체-항원의 결합과 같이 금속막의 표면에 붙는 시료의 양을 조절함으로써 농도를 변화시켜 유전체의 굴절율을 조절하는 방법이며, 이는 주로 시료 분석과 같은 바이오센서 분야에 응용된다.
둘째, 인가되는 전압에 의해 굴절율이 변하는 유전체의 전기광학 효과를 이용하는 방법으로, 가장 대표적인 시스템의 하나는 액정이고, 이는 전압에 의해 분자 전체가 회전되는 방법을 이용하며, 다른 하나는 비선형광학분자 또는 전기광학분자로서 이는 전압에 의해 분자 내에 전자전이가 발생하여 굴절율이 변화하는 포켈스효과(Pockels effect)를 이용하는 방법이다.Since the surface plasmon resonance phenomenon is very sensitive to the refractive index change of the dielectric 5, it is applied to chemical reactions and fine material analysis on the metal surface. The main application of surface plasmon resonance is in the field of bio-sensing, and most of them use the Kretschmann method. That is, when the antibody is coated on the metal film in contact with the prism, and then exposed to the antigen (protein) to be analyzed, the refractive index of the dielectric in contact with the metal is changed as a result of the binding of the antibody-antigen molecule, thereby performing micromolecule detection and concentration analysis. You can do it.
Representative methods for realizing surface plasmon resonance by adjusting the refractive index of the dielectric are as follows.
First, it is a method of controlling the refractive index of the dielectric by changing the concentration by adjusting the amount of the sample attached to the surface of the metal film, such as the antibody-antigen binding described above, which is mainly applied in the field of biosensors such as sample analysis.
Second, a method of utilizing the electro-optic effect of a dielectric whose refractive index changes with applied voltage, one of the most representative systems is liquid crystal, which uses a method in which the entire molecule is rotated by voltage, and the other is a nonlinear optical molecule or As an electro-optic molecule, this is a method that uses the Pockels effect, in which an electron transition occurs in a molecule due to a voltage and the refractive index changes.
삭제delete
전자의 액정을 이용한 방법으로 국내 공개특허공보 제 2000-0077236호(2000년 12월 26일)에는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 광변조기로 응용한 구조가 공지되어 있다.
상기 공보에 의한 광변조기는 액정물질을 전기광학물질(유전체)로 제안하고 있으며, 한 쌍의 프리즘 및 회절격자를 사용하여 표면 플라즈몬 공명을 일으키는 개선된 구조를 보여주고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-0077236 (December 26, 2000) discloses a structure using an optical modulator using surface plasmon resonance.
The optical modulator according to the above publication proposes a liquid crystal material as an electro-optic material (dielectric), and shows an improved structure of causing surface plasmon resonance using a pair of prisms and diffraction gratings.
이렇게 구성된 광변조기는 컬라필터나 컬러 광원을 사용하지 않으면서 컬러 표시를 실현하는 표시장치 및 광원으로 이용된다.The optical modulator configured as described above is used as a display device and a light source for realizing color display without using a color filter or a color light source.
상술한 종래기술 중에서, Kretschmann형의 광변조기는 소망의 광변조를 실현하기 위하여 고가의 고 굴절 프리즘을 사용해야 하는 문제점이 있으며, 또한 큰 프리즘으로 인하여 소자의 소형화, 고집적화, 대량생산의 어려움을 동반하는 문제점이 있다.
또한 상술한 종래기술의 둘째 방법에서 국내 공개특허공보 제 2000-0077236호는 액정을 전기광학물질 즉, 유전체로 사용하여 광변조기를 구성하고 있기는 하지만, 전압이 인가될 경우 회전하는 액정 분자의 특성상 응답속도가 느린 단점이 있으며, 그 결과 광변조기로의 실용화에 많은 어려움이 있는 실정이다.
이에 반하여 상술한 둘째 방법에서 후자의 전기광학분자는 액정에 비해 1012배 정도의 빠른 응답속도를 갖는 물질이며, 그 결과 광통신, 광인터컨텍트 등을 포함하는 광산업용 광모듈레이터를 구현하는데 적합한 것으로 알려져 있다.Among the above-mentioned prior arts, the Kretschmann type optical modulator has a problem of using an expensive high refractive prism in order to realize desired optical modulation, and also due to the large prism, it is difficult to reduce the size, high integration, and mass production of the device. There is a problem.
In addition, although the Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-0077236 uses a liquid crystal as an electro-optic material, that is, a dielectric, in the second method of the related art described above, a light modulator is used. There is a disadvantage in that the response speed is slow, and as a result, there are many difficulties in practical use as an optical modulator.
On the other hand, in the second method described above, the latter electro-optic molecule is a material having a response speed of about 10 to 12 times faster than that of liquid crystal, and as a result, it is known to be suitable for implementing an optical industry optical modulator including optical communication, optical interconnect, and the like. have.
이러한 종래 기술의 제반 사항을 고려한 것으로서, 본 발명은 고 굴절 프리즘을 대신하여 회절격자 구조를 구현하고, 유전체의 굴절율을 조절하는 방법으로 포켈스효과에 의해 전압하에서 재료의 굴절율이 변화는 비선형광학특성을 갖는 물질을 이용하여 광산업용 광변조장치를 제조할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.
또한 본 발명은 금속막과 유전체의 계면에 입사광의 파장 보다 미세한 주기를 갖는 회절격자를 구현하되, 패턴 마스크를 이용하여 미세 주기를 갖는 단일, 다수 및 다중의 회절격자를 보다 용이하게 제조할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.In consideration of the foregoing, the present invention implements a diffraction grating structure in place of a high refractive prism and adjusts the refractive index of a dielectric material, and the refractive index of the material under voltage is changed by the Pockels effect. The object of the present invention is to enable the manufacture of optical modulators for the mining industry.
In addition, the present invention implements a diffraction grating having a period finer than the wavelength of incident light at the interface between the metal film and the dielectric, so that it is easier to manufacture a single, multiple and multiple diffraction grating having a fine period using a pattern mask. The purpose is to.
상기 목적을 실현하기 위하여, 본 발명에서는 기판 상면에 금속막을 증착하는 제 1 증착단계; 상기 금속막 앞에 패턴 마스크를 설치하고, 다시 금속을 증착하여 회절격자를 형성하는 제 2 증착단계; 그리고 상기 회절격자 상부에 전기광학물질막과 투명전극을 순차 적층 형성하는 단계로 이루어지는 광변조장치의 제조방법을 제안한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a first deposition step of depositing a metal film on the upper surface of the substrate; A second deposition step of installing a pattern mask in front of the metal film and depositing a metal to form a diffraction grating; And it proposes a method of manufacturing an optical modulator comprising a step of sequentially forming an electro-optic material film and a transparent electrode on the diffraction grating.
이후 본 발명의 광변조장치는 상기 금속막과 투명전극에 전원을 접속하고, 상기 투명전극 방향으로 p-편광된 빛을 조사하는 광원부와 수광부를 설치하여 이루어진다.Since the optical modulation device of the present invention is connected to a power source to the metal film and the transparent electrode, and provided with a light source and a light receiving unit for irradiating the p-polarized light toward the transparent electrode.
바람직하게 본 발명의 제조방법에서 상기한 금속은 금, 은, 동, 알미늄 등의 단일 금속 혹은 합금을 사용한다.
또한 본 발명에서 상기 전기광학물질막은 포켈스효과에 의해 가해진 전압에 따라 굴절율이 변하는 비선형광학특성을 가진 물질이다. 여기서 비선형광학특성을 가진 물질이란 전기광학특성을 가져 포켈스효과를 보여주는 물질을 의미하는 것이며, 비선형특성(hyperpolarizability)이 클수록 전기광학특성이 우수하고, 그 예로서 전기광학고분자 및 와 같은 전기광학무기재료를 사용할 수 있다. 이러한 전기광학물질막으로 사용될 수 있는 비선형광학특성을 가진 전기광학고분자 및 전기광학무기재료는 넓은 의미의 유전체로 정의할 수 있다.Preferably, in the manufacturing method of the present invention, the metal is a single metal or alloy such as gold, silver, copper, aluminum, or the like.
In addition, in the present invention, the electro-optic material film is a material having a nonlinear optical characteristic whose refractive index changes according to the voltage applied by the Pockels effect. Herein, a material having a nonlinear optical characteristic means a material having an electrooptic characteristic and exhibiting a Pockels effect. The greater the nonpolar characteristic, the better the electrooptic characteristic. Electro-optical inorganic materials such as may be used. Electro-optic polymers and electro-optic inorganic materials having nonlinear optical characteristics that can be used as the electro-optic film can be defined as dielectrics in a broad sense.
본 발명의 다른 실시 형태로서, 상기 회절격자를 격자 주기가 상이한 다중 유니트로 형성할 수 있다.As another embodiment of the present invention, the diffraction grating may be formed in multiple units having different lattice periods.
또한 본 발명의 다른 실시 형태로서, 기판 앞에 기본 마스크를 설치하고 금속을 증착하여 다수 유니트의 금속막을 형성하는 제 1 증착단계; 상기 다수 유니트 의 금속막 앞에 패턴 마스크를 설치하고, 다시 금속을 증착하여 다수 회절격자를 형성하는 제 2 증착단계; 그리고 상기 기판 및 회절격자 상부에 전기광학물질막과 투명전극을 순차 적층 형성하는 단계를 포함하는 광변조장치의 제조방법을 제안한다.In still another embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first deposition step of forming a plurality of unit metal films by installing a base mask and depositing metal in front of a substrate; A second deposition step of forming a plurality of diffraction gratings by installing a pattern mask in front of the plurality of unit metal films and depositing metal again; And it proposes a method of manufacturing an optical modulator comprising the step of sequentially forming an electro-optic material film and a transparent electrode on the substrate and the diffraction grating.
여기서 상기한 각각의 회절격자는 격자 주기가 상이한 다중 구조로 형성할 수 있다.Here, each of the diffraction gratings may be formed in a multiple structure having a different lattice period.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 의거하여 설명하기로 한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described based on an accompanying drawing.
도 2는 본 발명의 광변조장치를 구성하는 기본구조를 보여주고 있다.2 shows the basic structure constituting the optical modulation device of the present invention.
도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 광변조장치를 구성하는 개략적인 시스템을 보면, 광변조칩(10), 상기 광변조칩(10)으로 광을 제공하는 광원부(30)와, 상기 광변조칩(10)에서 반사된 광을 감지하는 수광부(50)로 이루어진다. As can be seen from the drawings, in the schematic system constituting the optical modulation device of the present invention, the
표면 플라즈몬 공명 광변조칩(10)은 베이스를 구성하는 기판(11)과, 금속막(13), 전기광학물질막(15), 투명전극(17)이 순차적으로 적층 된 구조로 되어 있으며, 상기 금속막(13)과 투명전극(17)은 전원(19)에 접속되어 있다.
특히 본 발명에서는 광변조장치를 제조함에 있어, 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하기 위하여 유전체의 굴절율을 조절하는 방법으로 전압에 의해 분자 내의 전자전이가 효율적으로 이루어지는 전기광학물질의 포켈스효과를 이용한다.
이를 위한 기술실현수단으로, 다수 유니트의 금속막(13)과 투명전극(17)에 전원(19)을 접속시키고 전압을 인가함으로써, 그 사이에 위치하는 전기광학물질막(15)이 포켈스효과에 의해 굴절율이 변하도록 하여 광변조를 제어하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 전기광학물질막(15)으로 넓게는 유전체, 좁게는 비선형광학특성을 가진 전기광학고분자 물질 또는 와 같은 전기광학무기재료 물질을 사용한다. 여기서, 전기광학고분자(nonlinear optical polymer)는 비선형특성(hyperpolarizability)이 클수록 전기광학 효과가 우수한 물질로서, "이명현 박사의 비선형광소자"라는 참조문헌을 통하여 알 수 있으며, 아래의 화학식 1과 같은 구조적 특성을 갖는 물질로 표시될 수 있다.
여기서, D는 전자주게(doners)이고, A는 전자받게(acceptors)이며, Conjugation bridge는 긴 공핵구조(π-electron bridge)를 나타내고 있다.
이러한 전기광학고분자 물질은 상기 구조적 특성의 유니트를 분자구조 내에 포함하는 고분자로서, 전자주게에서 공핵구조를 통해 전자받게로 전자 전이가 효율적으로 이루어지므로, 이로 인해 전기광학고분자의 비선형특성값이 증가하게 되고, 그 결과 투명전극(17)과 금속막(13)에 전압이 인가되면 재료의 굴절율이 변화하는 것이다.The surface plasmon resonance
In particular, the present invention utilizes the Pockels effect of an electro-optic material in which electron transfer in a molecule is efficiently performed by voltage as a method of controlling the refractive index of a dielectric in order to use the surface plasmon resonance phenomenon.
As a technical realization means for this, by connecting the
To this end, in the present invention, an electro-optic polymer film having a wider dielectric material and a narrower non-linear optical characteristic may be used as the electro-
Here, D is electron donors, A is electron acceptors, and the conjugation bridge represents a long p-electron bridge.
Such an electro-optic polymer material is a polymer containing a unit of the structural characteristic in a molecular structure, and the electron transfer from the electron donor to the electron acceptor through the nucleus structure is efficiently performed, thereby increasing the nonlinear characteristic value of the electro-optic polymer. As a result, when a voltage is applied to the
본 발명의 다른 특징으로서, 금속막(13)과 전기광학물질막(15)의 계면에는 미세 회절격자(21) 구조를 형성한다. 이러한 구조를 이용하여 회절격자결합 표면 플라즈몬 공명을 실현할 수 있는 것이다. 즉, 주기적으로 변화하는 금속막(13)과 전기광학물질막(15)의 계면으로 입사된 광은 여러 각도로 회절되는데, 입사각, 파장, 전압, 회절격자 구조 등을 적절히 선택함에 의해 고차 회절빔의 파 벡터가 표면 플라즈몬 파의 파 벡터(ksp)와 일치되도록 할 수 있다.As another feature of the present invention, a
여기서 ko 는 입사광의 파 벡터, εmetal, εdiel은 각각 금속막(13)과 전기광학물질막(15)의 유전상수, kg는 (2π)/Λ(격자 피치간격), θ는 입사각을 나타낸다. 상기 수학식 1에서와 알 수 있듯이 회절격자 결합 표면 플라즈몬 공명현상은 전기광학물질막(15)의 굴절율, 입사광의 파장 및 각도, 회절격자의 구조에 의존한다.Where k o is the wave vector of incident light, ε metal , and ε diel are the dielectric constants of the
이와 같은 광변조장치를 실현하기 위한 제조방법으로서, 특히 광변조칩(10)은 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(11) 상면에 금속막(13)을 증착하는 제 1 증착단계; 상기 금속막(13) 앞에 패턴 마스크를 설치하고, 다시 금속을 증착하여 회절격자(21)를 형성하는 제 2 증착단계; 그리고 상기 회절격자(21) 상부에 전기광학물질막(15)과 투명전극(17)을 순차 적층 형성하는 단계로 제조되어 진다.As a manufacturing method for realizing such an optical modulation device, in particular, the
상기 기판(11)은 고분자, 금속, 세라믹 등의 재료로 형성되며, 평평한 상면을 이용한다. The
금속막(13)은 외부 자극에 의해 하전 입자들의 방출이 쉽고 음의 유전상수를 갖는 금, 은, 동, 알미늄 등의 단일 금속 혹은 합금을 사용하여 형성한다. 또 상기 금속막은 단층 혹은 다층으로 형성할 수 있다.The
또한 상기 전기광학물질막(15)은 가해진 전압에 의해 재료의 굴절율이 변하 는 전기광학재료를 사용하며, 그 예로서 전기광학고분자, 액정, LiNbO3 혹은 PMN-PT 등의 전기광학무기재료를 사용하여 제조한다.In addition, the electro-
또한 상기한 투명전극(17)은 ITO 전극 혹은 플라스틱 전극으로 형성한다.In addition, the
이와 같은 제조방법에 의해 구현된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention implemented by such a manufacturing method as follows.
기본적으로 본 발명의 광변조장치는 미세한 주기를 갖는 회절격자를 이용하여 표면 플라즈몬 현상을 관찰하는 시스템을 제공하는 것이다.Basically, the optical modulator of the present invention provides a system for observing a surface plasmon phenomenon using a diffraction grating having a fine period.
보다 구체적으로 본 발명에서는 광원부(30)에서 나오는 p-편광 된 빛을 투명전극(17) 방향으로 입사시킨다. 먼저 입사각을 변화 시키면서 반사광의 강도가 최소화되는 각도, 즉 표면 플라즈몬 공명 각도(θSPR)를 결정한다. 이 각도(θSPR)에 입사광을 고정시킨 후 금속막(13)과 투명전극(17)에 인가되는 전원(19)의 전압을 조절하면 광변조가 이루어진다. 전압에 의해 전기광학물질막(15)의 굴절율이 변화되면, 표면 플라즈몬 공명 조건이 달라지므로, 반사광의 강도가 변조되는 것이다. More specifically, in the present invention, the p-polarized light emitted from the
또 다른 실시 형태로서, 본 발명에서는 광변조를 실시함에 있어 표면 플라즈몬 공명 조건이 전기광학물질막(15)의 굴절율, 파장, 회절격자에 의존하는 성질을 이용하여 파장을 선택할 수 있도록 한다. 이에 따라 λ1 파장의 빛이 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족할 때, 전압V1 를 가하면 λ1 파장의 빛만 흡수되고 λ2
파장의 빛은 통과되므로 파장 선택이 가능하게 된다. 반대로 전압V2 를 가하면, λ2 파장의 빛만 흡수되고 λ1 파장의 빛은 통과하게 된다.As another embodiment, in the present invention, the wavelength can be selected using the properties of the surface plasmon resonance condition depending on the refractive index, the wavelength, and the diffraction grating of the electro-
본 발명의 다른 실시 형태로서, 도 4는 상기한 회절격자(21)를 격자 주기가 상이한 다중의 유니트(21a)(21b)(21c)(21d)로 형성한 구조를 보여주고 있다. 이때 상기 회절격자(21a)(21b)(21c)(21d)는 격자 주기가 서로 상이하기 때문에, 광원을 구성하는 여러 파장 중 각각 한 파장의 빛만 선택적으로 흡수하고, 나머지 파장의 빛을 통과시키게 된다.As another embodiment of the present invention, Fig. 4 shows a structure in which the
이러한 실시 형태의 제조방법은 도 5에 도시한 바와 같이, 제 1 증착단계가 완료된 후, 금속막(13) 앞에 격자 주기가 상이한 다중의 패턴 마스크를 설치하고, 금속을 증착하여 회절격자(21a)(21b)(21c)(21d)를 형성하게 된다.In the manufacturing method of this embodiment, as shown in FIG. 5, after the first deposition step is completed, a plurality of pattern masks having different lattice cycles are provided in front of the
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태를 보여준다. 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 표면 플라즈몬 공명 광변조칩(10)은 베이스를 구성하는 기판(11)과, 다수 유니트의 금속막(13), 회절격자(21) 및 전기광학물질막과 투명전극이 순차 적층 된 구조로 이루어진다.6 shows another embodiment of the present invention. As can be seen from the drawings, the surface plasmon resonance
이를 위하여 본 발명의 제조방법에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 기판(11) 앞에 기본 마스크를 설치하여 금속을 증착하되 다수 유니트의 금속막(13)을 형성하는 제 1 증착단계; 상기 다수 유니트의 금속막(13) 앞에 패턴 마스크를 설치하고, 다시 금속을 증착하여 다수 회절격자(21)를 형성하는 제 2 증착단계; 그리고 상기 기판 및 회절격자 상부에 전기광학물질막과 투명전극을 순차 적층 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.To this end, in the manufacturing method of the present invention, as shown in Figure 7, the first deposition step of depositing a metal by installing a basic mask in front of the
또한 도 8은 상기 다수 유니트의 금속막(13) 상에 각각 다중의 회절격자 유니트(21a)(21b)(21c)(21d)를 형성한 실시 형태를 보여주고 있다. 이를 위하여 본 발명에서는 도 9에 도시한 바와 같이, 다수 유니트의 금속막(13)을 형성하는 제 1 증착단계가 완료된 후, 각각의 금속막(13) 앞에 격자 주기가 상이한 다중의 패턴 마스크를 설치하고, 금속을 증착하여 회절격자(21a)(21b)(21c)(21d)를 형성하게 된다.8 shows an embodiment in which multiple
이상에서 설명한 본 발명의 실시 형태를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 광변조장치의 제조방법은 패턴 마스크를 이용하여 금속막과 유전체의 계면에 단일, 다수 및 다중의 회절격자를 용이하게 구현하는 효과를 얻을 수 있다.As can be seen through the embodiments of the present invention described above, the manufacturing method of the optical modulator of the present invention easily implements a single, multiple and multiple diffraction gratings at the interface between the metal film and the dielectric using a pattern mask. You can get the effect.
따라서 본 발명에 의하면, 고 굴절 프리즘을 이용하는 기존의 방식의 문제점을 해결할 수 있으며, 미세 회절격자결합 표면 플라즈몬 공명을 응용한 광변조 시스템을 구현할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to solve the problems of the conventional method using a high refractive prism, and to implement an optical modulation system using micro-diffraction grating surface plasmon resonance.
또한 본 발명에 의하면, 기존의 고굴절 프리즘이 요구되는 Kretschmann형 표면 플라즈몬 광변조기에 비해 낮은 제조단가로 단순화, 소형화, 고집적화, 대량생산을 용이하게 실현하는 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, compared to the Kretschmann-type surface plasmon light modulator that requires a high refractive prism, it is possible to achieve the effect of simplifying, miniaturization, high integration, and mass production easily at a low manufacturing cost.
이러한 본 발명의 기술은 초고속 광스위치, 광변조기, 공간-광변조기, 광인터컨넥트, 광 필터, 디스플레이 제조에 이용할 수 있으며, 이를 통한 광통신 및 정보전자분야의 다양한 부품제조에 크게 응용할 수 있다.This technology of the present invention can be used in the manufacture of ultra-high speed optical switches, optical modulators, space-optic modulators, optical interconnects, optical filters, displays, and can be widely applied to manufacturing various components in the optical communication and information electronic fields.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040015919A KR100623522B1 (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Method for making light modulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040015919A KR100623522B1 (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Method for making light modulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20050090713A KR20050090713A (en) | 2005-09-14 |
KR100623522B1 true KR100623522B1 (en) | 2006-09-18 |
Family
ID=37272639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040015919A KR100623522B1 (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Method for making light modulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100623522B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9400486B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-07-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Spatial light modulator, holographic three-dimensional image display including the same, and method for modulating spatial light |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103063300B (en) * | 2012-12-28 | 2015-06-24 | 南京理工大学 | Micro-polarization modulation array for achieving full-polarization imaging |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000077236A (en) * | 1999-05-14 | 2000-12-26 | 카네코 히사시 | Light modulator, light source using the light modulator, display apparatus using the light modulator, and method for driving the light modulator |
US6320991B1 (en) | 1998-10-16 | 2001-11-20 | Imation Corp. | Optical sensor having dielectric film stack |
JP2002357543A (en) | 2001-06-01 | 2002-12-13 | Mitsubishi Chemicals Corp | Analyzing element and method for analyzing sample using the same |
JP2003057173A (en) * | 2001-08-09 | 2003-02-26 | Mitsubishi Chemicals Corp | Analysis method and apparatus for sample utilizing surface plasmon resonance, and surface plasmon resonance sensor chip |
JP2003254904A (en) | 2002-03-05 | 2003-09-10 | Mitsubishi Chemicals Corp | Surface plasmon resonance sensor chip and method for analyzing sample using the same |
-
2004
- 2004-03-09 KR KR1020040015919A patent/KR100623522B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6320991B1 (en) | 1998-10-16 | 2001-11-20 | Imation Corp. | Optical sensor having dielectric film stack |
KR20000077236A (en) * | 1999-05-14 | 2000-12-26 | 카네코 히사시 | Light modulator, light source using the light modulator, display apparatus using the light modulator, and method for driving the light modulator |
JP2002357543A (en) | 2001-06-01 | 2002-12-13 | Mitsubishi Chemicals Corp | Analyzing element and method for analyzing sample using the same |
JP2003057173A (en) * | 2001-08-09 | 2003-02-26 | Mitsubishi Chemicals Corp | Analysis method and apparatus for sample utilizing surface plasmon resonance, and surface plasmon resonance sensor chip |
JP2003254904A (en) | 2002-03-05 | 2003-09-10 | Mitsubishi Chemicals Corp | Surface plasmon resonance sensor chip and method for analyzing sample using the same |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
05925878 |
1020000077236 * |
15057173 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9400486B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-07-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Spatial light modulator, holographic three-dimensional image display including the same, and method for modulating spatial light |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20050090713A (en) | 2005-09-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Benea-Chelmus et al. | Gigahertz free-space electro-optic modulators based on Mie resonances | |
Yu et al. | Acousto-optic modulation of photonic bound state in the continuum | |
Quaranta et al. | Recent advances in resonant waveguide gratings | |
US6982819B2 (en) | Electro-optic array interface | |
US7349598B2 (en) | Surface plasmon resonance device | |
US7949210B2 (en) | Silicon-compatible surface plasmon optical elements | |
Royer et al. | Enhancement of both Faraday and Kerr effects with an all-dielectric grating based on a magneto-optical nanocomposite material | |
US7193719B2 (en) | Device and method for tuning an SPR device | |
Ueno et al. | Spectral sensitivity of uniform arrays of gold nanorods to dielectric environment | |
US20110037981A1 (en) | Wave-guide coupling spr sensor chip and sensor chip array thereof | |
US7336861B2 (en) | Fiber-optic sensor or modulator using tuning of long period gratings with self-assembled layers | |
Stark et al. | MEMS tunable mid-infrared plasmonic spectrometer | |
US8358880B2 (en) | Hybrid coupling structure of the short range plasmon polariton and conventional dielectric waveguide, a coupling structure of the long range plasmon polariton and conventional dielectric waveguide, and applications thereof | |
Jiang et al. | Nanobenders as efficient piezoelectric actuators for widely tunable nanophotonics at CMOS-level voltages | |
Hopmann et al. | Nanoscale all-solid-state plasmochromic waveguide nonresonant modulator | |
Mbarak et al. | Electrically driven flexible 2D plasmonic structure based on a nematic liquid crystal | |
Sharma et al. | Liquid crystal switchable surface lattice resonances in plasmonic metasurfaces | |
KR100623522B1 (en) | Method for making light modulator | |
US11733455B2 (en) | Amplitude and phase light modulator based on miniature optical resonators | |
Wang et al. | Electro-optically modulated localized surface plasmon resonance biosensors with gold nanoparticles | |
Pae et al. | Electro-ionic control of surface plasmons in graphene-layered heterostructures | |
KR100623520B1 (en) | Light modulator | |
Lei et al. | Multifunctional on-chip directional coupler for spectral and polarimetric routing of Bloch surface wave | |
Du et al. | Ferromagnetic subwavelength periodic nanogroove structure with high magneto-optical Kerr effect for sensing applications | |
CN104698667B (en) | A kind of tunable optic filter based on Kretschmann structures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110831 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |