KR100801278B1 - 하이브리드형 광도파로 센서 - Google Patents

하이브리드형 광도파로 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR100801278B1
KR100801278B1 KR1020060082325A KR20060082325A KR100801278B1 KR 100801278 B1 KR100801278 B1 KR 100801278B1 KR 1020060082325 A KR1020060082325 A KR 1020060082325A KR 20060082325 A KR20060082325 A KR 20060082325A KR 100801278 B1 KR100801278 B1 KR 100801278B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dielectric layer
metal thin
optical signal
thin film
protrusion
Prior art date
Application number
KR1020060082325A
Other languages
English (en)
Inventor
구원회
신동호
정일권
이관수
정수진
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020060082325A priority Critical patent/KR100801278B1/ko
Priority to US11/896,102 priority patent/US7433553B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100801278B1 publication Critical patent/KR100801278B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1226—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths involving surface plasmon interaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12138—Sensor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12147—Coupler

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명은 하이브리드형 광도파로 센서에 관한 것으로서, 특히, 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 한 개의 광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막을 구비하는 유전체층; 상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 개구부를 갖는 폴리머층; 및 상기 개구부에 의해 노출된 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;을 포함하는 하이브리드형 광도파로 센서를 제공한다.
하이브리드, 금속 광도파로, 유전체 광도파로, 전파 손실, 민감도

Description

하이브리드형 광도파로 센서{Hybrid type waveguide sensor}
도 1은 LR-SPP 모드를 이용한 종래의 금속 광도파로의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 광도파로를 이용한 종래의 금속 광도파로 센서의 구조를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서의 구조를 나타낸 사시도.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ′선을 따라 자른 단면도.
도 5의 (a) 및 (b)는 금속 광도파로 및 유전체 광도파로 부분에서의 모드 형태의 시뮬레이션 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서의 구조를 나타낸 사시도.
도 7은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ′선을 따라 자른 단면도.
도 8은 금속 광도파로 센서와 하이브리드 광도파로 센서에서의 강도(intensity) 모듈레이션의 차이를 계산하여 나타낸 그래프.
도 9는 제2실시예의 변형예를 나타낸 평면도.
도 10은 도 9의 Ⅲ-Ⅲ′선을 따라 자른 단면도.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서의 구조를 나타낸 평면도.
도 12는 제3실시예의 변형예를 나타낸 평면도.
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서의 구조를 나타낸 평면도.
도 14는 제4실시예의 변형예를 나타낸 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200: 기판 210: 금속 박막
210a: 제1금속 박막 210b: 제2금속 박막
220: 유전체층 220a: 돌출부
230: 폴리머층 240: 리셉터층
250a: 제1암(arm) 250b: 제2암(arm)
260: 개구부 260a: 제1개구부
260b: 제2개구부 I: 광신호 입력부
O: 광신호 출력부 O1: 제1광신호 출력부
O2: 제2광신호 출력부 O3: 제3광신호 출력부
300: 미러(mirror)면
본 발명은 하이브리드형 광도파로 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전파 손실을 줄이고 민감도를 향상시킬 수 있는 하이브리드 광도파로 센서에 관한 것이다.
환경의 변화 및 오염에 따라 환경 센서, 바이오 센서 및 가스 센서 등의 필요성이 점점 증대되고 있다. 특히, 더욱 민감하고 가능한 한 크기가 작아 휴대가 가능한 센서가 필요시되고 있다.
지난 수십 년 동안 센서의 개발이 꾸준히 진행되어 왔으며, 센서의 발전에 동원된 여러 기술 중 광학을 이용한 광학 센서에 대한 연구와 기술 개발은 현저한 발전을 거쳐 왔다. 특히, 표면 플라즈몬(SP: Surface Plasmon)을 이용한 센서의 개발은 그 민감도가 다른 기술들의 센서들에 비해 매우 우수하기 때문에 이 표면 플라즈몬(SP) 기술을 응용한 센서의 제작이 많이 이루어지고 있다.
상기 표면 플라즈몬(SP)은 유전상수의 실수항이 서로 반대의 부호를 갖는 경계면을 따라 진행하는 전하밀도의 진동파로서 일반적으로 금속(-)과 유전체(+)의 경계에서 존재하며, 전하밀도 진동은 고속으로 가속된 전자 및 광파에 의하여 여기될 수 있다. 표면 플라즈몬(SP)과 결합하여 진행하는 전자기파를 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polariton, 이하 "SPP"라 한다)이라고 한다.
표면 플라즈몬(SP)의 파수벡터는 주변물질의 파수벡터 보다 크기 때문에 SPP는 금속표면에 속박된 파동이다. 따라서, 금속과 유전체의 경계면은 경계면과 수직하게 속박조건을 가지는 2차원의 평판 광도파로로 생각할 수 있다.
광도파로의 관점에서 보면, 금속과 유전체의 경계면에서 발생하는 SPP는 표면에 속박되는 효율은 매우 높은 반면, 전파거리가 가시광 영역에서 수십 ㎜로 짧은 단점이 있다. 하지만 금속의 두께를 수 ㎚ 내지 수십 ㎚ 범위로 제한하여 금속의 위아래 경계에서 진행하는 SPP를 상호 결합시키면 광의 장거리 전송이 가능하다. 이를 장거리 표면 플라즈몬 폴라리톤(LR-SPP: Long Range Surface Plasmon Polariton, 이하 LR-SPP라 한다) 모드라고 하는데, LR-SPP의 필드 프로파일(field profile)은 금속선 주변의 유전체에 넓게 분포하여 광의 진행손실이 작으며, 광섬유와의 결합특성도 좋은 장점을 가지고 있어, 다양한 광소자 분야에 응용되고 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 LR-SPP 모드를 이용한 종래의 금속 광도파로 및 이를 이용한 광도파로 센서에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 LR-SPP 모드를 이용한 종래의 금속 광도파로의 구조를 나타낸 단면도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 종래의 광도파로는, 단면이 일정한 두께와 폭을 갖고 얇고 긴 스트립(strip) 형태의 금속(110)으로 이루어진 코어, 및 상기 금속(110)으로 이루어진 코어를 둘러싸는 유전체(120)를 포함하며, 이러한 광도파로의 전체 구조 역시 스트립 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 종래의 광도파로는, 단면이 일정한 두께와 폭을 가지며 스트립 형태로 이루어진 금속(110)에 빛을 커플링(coupling)시키고, 상기 금속(110)의 길이 방향으로 SPP 파(wave)가 전파되도록 하고 있다. 이 때, 파(wave)의 진행 방향의 수직인 단면에서 보면 일정한 두께와 폭을 갖기 때문에 2차원에서 구속이 가능하므로 LR-SPP 모드의 광도파로 구현이 가능한 것이다.
도 2는 도 1의 광도파로를 이용한 종래의 금속 광도파로 센서의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 도 1에 도시한 광도파로를 마흐 첸더 간섭계(MZI : Mach-Zehnder Interferometer) 타입으로 구성하여 한쪽 암(arm)(10)은 기준(reference) 신호를, 다른쪽 암(20)은 측정하고자 하는 물질을 광도파로와 상호작용(interaction)시킴으로써 변조된 신호를 받아 발생한 위상차를 검출(detection)함으로써 물질의 종류나 농도 등을 센싱할 수 있다.
그러나, 상기와 같이 광도파로의 코어 전체를 금속으로 구성하는 금속 광도파로 센서의 경우, 금속 표면과 감지 물질의 반응을 이용하여 센서로서 사용이 가능한데, 이 때 금속의 반응성 때문에 높은 민감도를 얻을 수는 있지만, 전체적인 전파 손실이 크다는 문제점이 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 일반 유전체의 구조체로 만든 유전체 광도파로 센서는 빛의 진행에 있어서 전파 손실이 거의 없기 때문에 센서로서 기본적인 구조를 유지하는데 상당한 이로움을 가질 수 있다. 그러나, 상기 유전체 광도파로 센서는, 금속 광도파로 센서에 비해 센서로서의 민감도가 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 당 기술분야에서는 전파 손실을 줄이는 동시에 민감도를 향상시킬 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 전파 손실을 줄이고 민감도를 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드형 광도파로 센서를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드형 광도파로 센서는, 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 한 개의 광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막을 구비하는 유전체층; 상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 개구부를 갖는 폴리머층; 및 상기 개구부에 의해 노출된 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;을 포함한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부와 타단의 광신호 출력부의 사이를 연결하는 직선 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돌출부는 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(arm) 및 제2암(arm)을 이루다가 다시 합류되어 상기 광신호 출력부에서는 한 개의 라인 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돌출부의 제1암은 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속 박막은, 그 표면을 따라 전송되는 광이 SPP(Surface Plasmon Polariton) 방식으로 전송되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드형 광도파로 센서는, 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 한 개의 광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 서로 소정간격 이격 배치된 소정 크기의 제1 및 제2금속 박막을 구비하는 유전체층; 상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 제1 및 제2금속 박막과 대응하는 각각의 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 제1 및 제2금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 제1 및 제2개구부를 갖는 폴리머층; 및 상기 제1개구부에 의해 노출된 상기 제1금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;을 포함한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개 의 라인으로 분기되어 제1암(arm) 및 제2암(arm)을 이루다가 다시 합류되어 상기 광신호 출력부에서는 한 개의 라인 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돌출부의 제1암은 상기 제1금속 박막의 상부를 지나고, 상기 제2암은 상기 제2금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드형 광도파로 센서는, 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 세 개의 제1, 제2 및 제3광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막을 구비하는 유전체층; 상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 개구부를 갖는 폴리머층; 및 상기 개구부에 의해 노출된 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;을 포함한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(arm) 및 제2암(arm)을 이루다가, 상기 제1암은 상기 유전체층 타단의 제1광신호 출력부와 연결되고, 상기 제2암은 상기 제3광신호 출력부와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돌출부의 제1암은 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 상기 제1 및 제3광신호 출력부 사이 의 제2광신호 출력부에서 일측으로 라인 형태로 연장 형성된 돌출부를 더 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드형 광도파로 센서는, 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 세 개의 제1, 제2 및 제3광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 서로 소정간격 이격 배치된 소정 크기의 제1 및 제2금속 박막을 구비하는 유전체층; 상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 제1 및 제2금속 박막과 대응하는 각각의 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 제1 및 제2금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 제1 및 제2개구부를 갖는 폴리머층; 및 상기 제1개구부에 의해 노출된 상기 제1금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;을 포함한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(arm) 및 제2암(arm)을 이루다가, 상기 제1암은 상기 유전체층 타단의 제1광신호 출력부와 연결되고, 상기 제2암은 상기 제3광신호 출력부와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돌출부의 제1암은 상기 제1금속 박막의 상부를 지나고, 상기 제2암은 상기 제2금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 상기 제1 및 제3광신호 출력부 사이의 제2광신호 출력부에서 일측으로 라인 형태로 연장 형성된 돌출부를 더 갖는 것 을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드형 광도파로 센서는, 일단에 한 개의 광신호 입력부 및 한 개의 광신호 출력부를 모두 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막을 구비하는 유전체층; 상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 개구부를 갖는 폴리머층; 및 상기 개구부에 의해 노출된 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;을 포함한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부 및 광신호 출력부에서는 각각 독립된 라인 형태이지만, 도중에 합류되어 한 개의 라인을 이루다가 다시 분기되어 상기 유전체층의 타단까지 각각 연장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돌출부는 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체층의 타단에는 미러(mirror)면이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부 및 광신호 출력부에서 각각 독립된 라인 형태이며, 상기 독립된 라인은 상기 유전체층의 타단까지 각각 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드형 광도파로 센서의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
제1실시예
도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ′선을 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 일단에 한 개의 광신호 입력부(I)를 가지고, 타단에 한 개의 광신호 출력부(O)를 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막(210)을 구비하는 유전체층(220)을 구비하고 있다.
상기 유전체층(220)의 상하부에는, 상기 금속 박막(210)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막(210)의 폭 보다 큰 폭의 개구부(260)를 갖는 폴리머층(230)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 금속 박막(210) 및 유전체층(220)을 포함한 상기 폴리머층(230)은 기판(200) 상에 형성되어 있다.
상기 개구부(260)에 의해 노출된, 상기 금속 박막(210)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분 상에는 리셉터(receptor)층(240)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 유전체층(220)의 상면 일부에는 돌출부(220a)가 구비되어 있는데, 상기 돌출부(220a)는 상기 유전체층(220) 일단의 상기 광신호 입력부(I)와 타단의 광신호 출력부(O)의 사이를 연결하는 직선 형태를 갖고 있다. 이 때, 상기 돌출부(220a)는 상기 금속 박막(210)의 상부를 지나는 것이 바람직하다.
상기 금속 박막(210)과, 그 상부 및 하부에 형성된 유전체층(220)으로 이루어진 금속 광도파로 부분은 반응 파트를 구성하게 되고, 상기 반응 파트를 제외한 부분, 즉 상기 금속 박막(210)이 형성되지 않은 부분의 돌출부(220a) 부분과, 그 하부의 유전체층(220) 부분은 유전체 광도파로 파트를 구성하게 된다.
즉, 본 발명은 기존의 유전체 광도파로가 갖는 낮은 민감도를 극복하기 위해서, 상술한 바와 같이 금속 박막(210)을 이용한 금속 광도파로를 센서 파트로 사용하되, 전체의 구조를 상기 금속 광도파로로 구성할 경우 높은 전파 손실로 인해, 센서를 구성함에 있어서 전파 길이(propagation length) 등에 제한을 받을 수 있으므로, 반응 파트는 상기와 같이 금속 박막(210) 및 이를 감싸는 유전체층(220)으로 이루어진 금속 광도파로로 구성하고, 그 외의 광도파로는 유전체층(220)으로 이루어진 유전체 광도파로로 구성하는 형태의 하이브리드형 광도파로 센서를 구현하고 있다.
여기서, 반응 파트의 상기 금속 박막(210)은, 그 표면을 따라 전송되는 광이 SPP(Surface Plasmon Polariton) 방식으로 전송되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 의한 하이브리드형 광도파로 센서의 신호 전송방법은 상기 SPP 방식을 이용하는 것이다.
이러한 본 발명의 하이브리드형 광도파로 센서는, 반응 파트를 제외한 부분은 전파 손실이 적은 유전체층(220)으로 입출력빔을 안내(guiding)하고, 상기 반응 파트는 금속 박막(210)을 포함하는 금속 광도파로로 구성함으로써, 상기 금속 광도파로의 상기 SPP 특성에 의해 뛰어난 민감도(sensitivity)를 가질 수 있다.
도 5의 (a) 및 (b)는 금속 광도파로 및 유전체 광도파로 부분에서의 모드 형태의 시뮬레이션 도면이다.
본 발명에서는, 도 5에 나타난 바와 같이 각각의 모드 형태를 유사하게 만들어 줌으로써, 센서 양 끝단에서의 접속 손실(coupling loss)를 줄일 수 있다.
이 때, 상기 금속 박막(210)의 폭과 두께, 그리고 유전체 광도파로의 형태에 따라서 모드의 크기 및 형태에 변화를 줄 수 있다.
이러한 본 발명의 하이브리드형 광도파로 센서는, 상기 개구부(260)에 의해 노출된, 금속 박막(210) 상부의 유전체층(220) 상에 형성된 리셉터층(240)을 측정하고자 하는 물질에 노출시키고, 측정하고자 하는 물질이 상기 리셉터층(240)과 반응할 때의 변화를 상기 금속 박막(210)에 발생하는 SPP 모드와의 상호작용(interaction)에 의해 입력(input)과 출력(output) 간의 전파손실을 측정하여 확인할 수 있다.
즉, 본 발명은 측정하고자 하는 물질이 반응 파트에 형성된 리셉터층(240)과 반응할 때, 상기 리셉터층(240) 주위의 외부 굴절률이 변하게 되고, 상기 금속 박막(210)을 포함한 금속 광도파로 상의 물질의 두께가 변화된다. 이 때, 금속 박막(210)에서 SPP 모드가 물질 변화와 상호작용을 하게 되고, 이는 빛의 강도(intensity)의 변화에 영향을 줌으로써, 이를 측정하여 굴절률 및 두께의 변화를 측정할 수 있다.
이러한 하이브리드 광도파로 센서를 구성함에 따라 입사될 때의 강도를 최대한으로 보존할 수 있고, 금속 박막(210)에서의 물질 반응에 따른 강도의 큰 차이를 얻을 수 있으며, 유전체 광도파로 파트에서는 전파 손실을 최소화하여 변화된 강도의 신호를 최대로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 필요한 기능에 따라 물질들의 두께 및 유전상수를 조절할 수 있으므로, 필요한 기능을 갖는 광도파로로 최적화시킬 수 있고, 간단한 구조로 센서 어레이 구성이 용이하다.
제2실시예
도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 제2실시예의 구성 중 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제 2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ′선을 따라 자른 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 제1실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 도 6 및 도 7 에 도시한 바와 같이, 상기 돌출부(220a)는 상기 유전체층(220) 일단의 광신호 입력부(I)에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(arm)(250a) 및 제2암(250b)을 이루다가 다시 합류되어 상기 광신호 출력부(O)에서는 한 개의 라인 형태로 이루어진다는 점에서만 제1실시예와 다르다.
이 때, 상기 돌출부(220a)의 제1암(250a)은 상기 금속 박막(210)의 상부를 지나는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 제2실시예에서는 광도파로를 마흐 첸더 간섭계(MZI : Mach-Zehnder Interferometer) 타입으로 구성하여, 상기 금속 박막(210)의 상부를 지나지 않는 상기 제2암(250b)은 기준이 되는 기준(reference) 신호를, 그리고 상기 금속 박막(210)의 상부를 지나는 제1암(250a)은 측정하고자 하는 물질을 리셉터층(240)과 상호작용시킴으로써 변조된 신호를 받아 양단의 간섭신호에 의해 발생한 위상차를 검출함으로써 물질의 굴절률 변화와 두께 변화 등을 측정할 수 있는 것이다.
이러한 본 발명에 의한 MZI 타입의 하이브리드형 광도파로 센서는, 기존의 금속 박막만을 이용한 금속 광도파로 센서에 비해서 전체적인 전파 손실의 측면에서 훨씬 더 향상된 특성을 얻을 수 있다.
이를 계산하기 위해 본 발명에서는, 유전체 광도파로 파트를 유전체층(220)의 일부 상면에 돌출부(220a)가 형성된 리브/리지(rib/ridge) 형태의 광도파로로 구성하였다.
전체 6㎜ 길이의 MZI 타입 광도파로 센서를 구성함에 있어서, 종래기술에서와 같이 전체적으로 금속 박막을 이용하여 LR-SPP 센서를 구성할 경우, 전체 전파 손실이 10 dB 이상의 값을 갖는 반면, 본 발명에서와 같이 반응 파트만을 금속 박막으로 구성한 경우, 약 0.56 dB의 전파 손실이 발생하였으며, 상기한 리브/리지 형태의 유전체 광도파로 파트와의 접속 손실(coupling loss)은 약 0.27 dB 정도 발생한다. 이러한 경우의 전체 전파 손실은 1 dB 내지 2 dB 정도밖에 되지 않으므로, 본 발명은 센서의 길이에 크게 제약을 받지 않고 민감도가 우수한 센서를 구현할 수 있게 된다.
도 8은 금속 광도파로 센서와 하이브리드 광도파로 센서에서의 강도(intensity) 모듈레이션의 차이를 계산하여 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 계산에서와 같이, 금속 광도파로 센서(Metal waveguide sensor)에서의 전파 손실로 인해 그에 대한 강도의 차이가 발생되는 바, 상기 금속 광도파로 센서에서보다 하이브리드 광도파로 센서에서 고감도의 측정 분해능(resolution)을 얻을 수 있다. 또한, 유전체 광도파로 센서와 비교할 때, 상기 유전체 광도파로 센서는 2×10-6 내지 2×10-7의 굴절률 변화를 측정할 수 있는 반면, 하이브리드 광도파로 센서는 7×10-8 내지 7×10-9의 굴절률 변화 측정이 가능하다.
이러한 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 앞서 상술한 제1실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
제2실시예의 변형예
도 9 및 도 10을 참조하여 제2실시예의 변형예에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 제2실시예의 변형예를 나타낸 평면도이고, 도 10은 도 9의 Ⅲ-Ⅲ′선을 따라 자른 단면도이다.
제2실시예의 변형예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 상술한 바와 같은 제2실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제2암(250b) 하부의 유전체층(220) 내에 제2금속 박막(210b)이 더 구비되어 있다는 점에서 제2실시예와 다르다.
즉, 본 발명의 제2실시예의 변형예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 일단에 한 개의 광신호 입력부(I)를 가지고, 타단에 한 개의 광신호 출력부(O)를 가지며, 내부의 일부분에 서로 소정간격 이격 배치된 소정 크기의 제1금속 박막(210b) 및 제2금속 박막(210b)을 구비하는 유전체층(220)과, 상기 유전체층(220)의 상하부에 형성되며, 상기 제1 및 제2금속 박막(210a,210b)과 대응하는 각각의 유전체층(220) 부분을 노출시키되, 상기 제1 및 제2금속 박막(210a,210b)의 폭 보다 큰 폭의 제1 및 제2개구부(260a,260b)를 갖는 폴리머층(230)을 포함한다.
상기 유전체층(220)은 그 상면 일부에 돌출부(220a)를 가지며, 상기 돌출부(220a)는 상기 유전체층(220) 일단의 광신호 입력부(I)에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(250a) 및 제2암(250b)을 이루다가 다시 합류되어 상기 광신호 출력부(O)에서는 한 개의 라인 형태로 이루어진다.
여기서, 상기 돌출부(220a)의 제1암(250a)은 상기 제1금속 박막(210a)의 상부를 지나고, 상기 제2암(250b)은 상기 제2금속 박막(210b)의 상부를 지나는 것이 바람직하다.
특히, 제2실시예의 변형예에서는, 상기 제1개구부(260a)에 의해 노출된, 상기 제1금속 박막(210a)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분 상에만 리셉터층(240)이 형성되어 있고, 상기 제2개구부(260b)에 의해 노출된 유전체층(220) 부분에는 리셉터층이 형성되어 있지 않다.
이는, 기준 파트인 제2암(250b)의 일부와 반응 파트인 제1암(250a)의 일부를 동일한 조건으로 만들어 주어, 반응에 대한 실제적인 민감도를 더욱 향상시키도록 구성한 것이다. 즉, 제2실시예의 경우 리셉터층(240)이 형성된 반응 파트에만 측정하고자 하는 반응 물질을 투입하는 형태이지만, 변형예에서는 기준 파트와 반응 파트에 측정하고자 하는 물질을 함께 투입함으로써, 특이 반응 물질에 대한 신호에 대해서 상기한 파트간의 차이를 줄여줌으로써, 실제적인 조건을 맞추어 주는 것이다.
이러한 제2실시예의 변형예에는, 제2실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 상기 제2암(250b) 부분에 리셉터층을 제외한 금속 박막(210)을 포함한 반응 파트를 추가로 구성함으로써, 측정하고자 하는 물질이 존재하는 주변 환경 상태를 함께 측정하여 더욱 정확한 센싱을 할 수 있는 장점이 있다.
제3실시예
도 11 및 앞서의 도 7을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서에 대하여 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서의 구조를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 7은 도 11의 Ⅳ-Ⅳ′선을 따라 자른 단면도이기도 하다.
본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 도 11 및 앞서의 도 4에 도시한 바와 같이, 일단에 한 개의 광신호 입력부(I)를 가지고, 타단에 세 개의 제1, 제2 및 제3광신호 출력부(O1,O2,O3)를 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막(210)을 구비하는 유전체층(220)과, 상기 유전체층(220)의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막(210)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막(210)의 폭 보다 큰 폭의 개구부(260)를 갖는 폴리머층(230), 및 상기 개구부(260)에 의해 노출된 상기 금속 박막(210)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분 상에 형성된 리셉터층(240)을 포함한다.
상기 유전체층(220)은 그 상면 일부에 돌출부(220a)를 가지며, 상기 돌출부(220a)는 상기 유전체층(220) 일단의 광신호 입력부(I)에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(250a) 및 제2암(250b)을 이루다가, 상기 제1암(250a)은 상기 유전체층(220) 타단의 제1광신호 출력부(O1)와 연결되고, 상기 제2암(250b)은 상기 제3광신호 출력부(O3)와 연결되어 있다.
여기서, 상기 돌출부(220a)의 제1암(250a)은 상기 금속 박막(210)의 상부를 지나는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 유전체층(220)은, 그 상면 일부에 상기 제1 및 제3광신호 출력부(O1,O3) 사이의 제2광신호 출력부(O2)에서 일측으로 라인 형태로 연장 형성된 돌출부(220a)를 더 갖고 있다.
이러한 본 발명의 제3실시예에 의한 하이브리드형 광도파로 센서는, 앞서의 다른 실시예들과 마찬가지로 유전체 광도파로와 금속 광도파로를 같이 혼합하여 커플러(coupler) 타입의 간섭계에 적용하고, 출력부를 세 개의 커플러로 구성한 것이다.
상술한 바와 같은 제2실시예에 따른 MZI 타입에서는 두 개의 빛을 재합성하여 신호를 구성하는 반면, 본 실시예의 경우는 세 개의 커플러를 이용하여 두 개의 광도파로로 모드 커플링이 파워를 교환하는데 이용되는 것이다. 세 개의 라인에서 각각 2π/3의 위상 변이(phase shift)를 갖게 되고, 이 기술을 사용하여 최적의 출력값을 선택하여 작은 위상 변이를 측정할 수 있고, 유효 인덱스(effective index) 변화 측정을 세 개의 출력부(O1,O2,O3)를 비교하여 측정하는 것이 가능하다.
즉, 제3실시예에서는 세 개의 신호를 비교하여 같은 강도 변화에 대해서도 어느 정도의 유효 인덱스 변화를 나타내는지 각각의 위상 변이를 통해서 구별하는 것이 가능한 장점이 있다.
제3실시예의 변형예
도 12 및 앞서의 도 10을 참조하여 제3실시예의 변형예에 대해 설명하기로 한다.
도 12는 제3실시예의 변형예를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 10은 도 12의 Ⅴ-Ⅴ′선을 따라 자른 단면도이기도 하다.
제3실시예의 변형예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 상술한 바와 같은 제3실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 도 12 및 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제2암(250b) 하부의 유전체층(220) 내에 제2금속 박막(210b)이 더 구비되어 있다는 점에서 제2실시예와 다르다.
자세하게, 제3실시예의 변형예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 일단에 한 개의 광신호 입력부(I)를 가지고, 타단에 세 개의 제1, 제2 및 제3광신호 출력부(O1,O2,O3)를 가지며, 내부의 일부분에 서로 소정간격 이격 배치된 소정 크기의 제1 및 제2금속 박막(210a,210b)을 구비하는 유전체층(220)과, 상기 유전체층(220)의 상하부에 형성되며, 상기 제1 및 제2금속 박막(210a,210b)과 대응하는 각각의 유전체층(220) 부분을 노출시키되, 상기 제1 및 제2금속 박막(210a,210b)의 폭 보다 큰 폭의 제1 및 제2개구부(260a,260b)를 갖는 폴리머층(230), 및 상기 제1개구부(260a)에 의해 노출된 상기 제1금속 박막(210a)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분 상에 형성된 리셉터층(240)을 포함한다.
여기서, 상기 유전체층(220)은 그 상면 일부에 돌출부(220a)를 가지며, 상기 돌출부(220a)는 상기 유전체층(220) 일단의 광신호 입력부(I)에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(250a) 및 제2암(250b)을 이 루다가, 상기 제1암(250a)은 상기 유전체층(220) 타단의 제1광신호 출력부(O1)와 연결되고, 상기 제2암(250b)은 상기 제3광신호 출력부(O3)와 연결되어 있다.
이 때, 상기 돌출부(220a)의 제1암(250a)은 상기 제1금속 박막(210a)의 상부를 지나고, 상기 제2암(250b)은 상기 제2금속 박막(210b)의 상부를 지나는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유전체층(220)은, 그 상면 일부에 상기 제1 및 제3광신호 출력부(O1,O3) 사이의 제2광신호 출력부(O2)에서 일측으로 라인 형태로 연장 형성된 돌출부(220a)를 더 갖고 있다.
이와 같은 제3실시예의 변형예에서는, 상기 제1개구부(260a)에 의해 노출된 유전체층(220) 부분 상에만 리셉터층(240)이 형성되어 있고, 상기 제2개구부(260b)에 의해 노출된 유전체층(220) 부분에는 리셉터층이 형성되어 있지 않다.
이는, 기준 파트인 제2암(250b)의 일부와 반응 파트인 제1암(250a)의 일부를 동일한 조건으로 만들어 주어, 반응에 대한 실제적인 민감도를 더욱 향상시키도록 구성한 것이다. 즉, 제3실시예의 경우 리셉터층(240)이 형성된 반응 파트에만 측정하고자 하는 반응 물질을 투입하는 형태이지만, 변형예에서는 기준 파트와 반응 파트에 측정하고자 하는 물질을 함께 투입함으로써, 특이 반응 물질에 대한 신호에 대해서 상기한 파트간의 차이를 줄여줌으로써, 실제적인 조건을 맞추어 주는 것이다.
이러한 제3실시예의 변형예에는, 제3실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 상기 제2암(250b) 부분에 리셉터층을 제외한 금속 박막(210)을 포함한 반응 파트를 추가로 구성함으로써, 측정하고자 하는 물질이 존재하는 주변 환경 상태를 함께 측정하여 더욱 정확한 센싱을 할 수 있는 장점이 있다.
제4실시예
도 13 및 앞서의 도 7을 참조하여 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서에 대하여 상세히 설명한다.
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서의 구조를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 7은 도 13의 Ⅵ-Ⅵ′선을 따라 자른 단면도이기도 하다.
본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 도 13 및 앞서의 도 7에 도시한 바와 같이, 일단에 한 개의 광신호 입력부(I) 및 한 개의 광신호 출력부(O)를 모두 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막(210)을 구비하는 유전체층(220)과, 상기 유전체층(220)의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막(210)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막(210)의 폭 보다 큰 폭의 개구부(260)를 갖는 폴리머층(230), 및 상기 개구부(260)에 의해 노출된 상기 금속 박막(210)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분 상에 형성된 리셉터층(240)을 포함한다.
상기 유전체층(220)은 그 상면 일부에 돌출부(220a)를 가지며, 상기 돌출 부(220a)는 상기 유전체층(220) 일단의 광신호 입력부(I) 및 광신호 출력부(O)에서는 각각 독립된 라인 형태이지만, 도중에 합류되어 한 개의 라인을 이루다가 다시 분기되어 상기 유전체층(220)의 타단까지 각각 연장되어 있다.
이 때, 상기 돌출부(220a)는 상기 금속 박막(210)의 상부를 지나는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 제4실시예에 의한 하이브리드 광도파로 센서는, 상기 유전체층(220)의 타단에는 미러(mirror)면(300)을 구비하고 있다.
이와 같이, 본 발명의 제4실시예는, 광신호 입력부(I) 및 광신호 출력부(O)가 같은 쪽에 구성되고, 그 반대 쪽에는 미러면(300)이 배치됨으로써, 광신호 입력부(I)를 통해 진행된 신호가 상기 미러면(300)에서 반사되고, 이 반사된 신호를 광신호 출력부(O)에서 측정하는 구조를 갖는다.
이러한 본 발명의 제4실시예에 의한 하이브리드 광도파로 센서는, 앞서 설명한 MZI 타입의 제2실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
제4실시예의 변형예
도 14 및 앞서의 도 7을 참조하여 제4실시예의 변형예에 대해 설명하기로 한다.
도 14는 제4실시예의 변형예를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 7은 도 14의 Ⅶ-Ⅶ′선을 따라 자른 단면도이기도 하다.
본 발명의 제4실시예의 변형예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 상술 한 바와 같은 제4실시예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서와 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 광신호 입력부(I) 및 광신호 출력부(O)에서 각각 독립된 라인 형태를 갖는 상기 돌출부(220a)가, 도중에 합류되어 한 개의 라인을 이루지 않고, 상기 유전체층(220)의 타단까지 각각 독립된 형태로 연장된다는 점에서만 제4실시예와 다르다.
자세하게, 본 발명의 제4실시예의 변형예에 따른 하이브리드형 광도파로 센서는, 도 14 및 앞서의 도 7에 도시한 바와 같이, 일단에 한 개의 광신호 입력부(I) 및 한 개의 광신호 출력부(O)를 모두 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막(210)을 구비하는 유전체층(220)과, 상기 유전체층(220)의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막(210)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막(210)의 폭 보다 큰 폭의 개구부(260)를 갖는 폴리머층(230), 및 상기 개구부(260)에 의해 노출된 상기 금속 박막(210)과 대응하는 상기 유전체층(220) 부분 상에 형성된 리셉터층(240)을 포함한다.
상기 유전체층(220)은 그 상면 일부에 돌출부(220a)를 가지며, 상기 돌출부(220a)는 상기 유전체층(220) 일단의 광신호 입력부(I) 및 광신호 출력부(O)에서 각각 독립된 라인 형태이며, 상기 독립된 라인은 상기 유전체층(220)의 타단까지 각각 연장되어 있다. 여기서, 상기 돌출부(220a)는 상기 금속 박막(210)의 상부를 지나는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 유전체층의 타단에는 미러(mirror)면이 구비되어 있다.
이러한 제4실시예의 변형예는, 일종의 커플러 형태로 구성된 것이다. 이는, 제4실시예와 마찬가지로 광신호 입력부(I) 및 광신호 출력부(O)가 같은 쪽에 구성되고, 그 반대 쪽에는 미러면(300)이 배치됨으로써, 광신호 입력부(I)를 통해 진행된 신호가 상기 미러면(300)에서 반사되고, 이 반사된 신호를 광신호 출력부(O)에서 측정하게 된다.
이러한 본 발명의 제4실시예의 변형예에 의한 하이브리드 광도파로 센서는, 제4실시예에서와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 광도파로 센서에 의하면, 반응 파트는 금속 박막 및 이를 감싸는 유전체층으로 이루어진 금속 광도파로로 구성하고, 그 외의 광도파로 부분은 유전체 광도파로로 구성한 하이브리드형 광도파로 센서를 구현함으로써, 상기 반응 파트에서는 금속 광도파로의 SPP 특성에 의해 매우 우수한 민감도를 얻을 수 있다.
이와 동시에, 본 발명은 상기한 바와 같이 광도파로 센서 전체를 금속 광도파로로 구성하지 않고, 반응 파트를 제외한 나머지 부분은 유전체 광도파로로 구성함으로써, 기존에 센서 전체를 금속 광도파로로 구성하는 경우에 비해, 전파 손실을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (24)

  1. 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 한 개의 광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막을 구비하는 유전체층;
    상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 개구부를 갖는 폴리머층; 및
    상기 개구부에 의해 노출된 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;
    을 포함하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부와 타단의 광신호 출력부의 사이를 연결하는 직선 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 하는 하이브 리드형 광도파로 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(arm) 및 제2암(arm)을 이루다가 다시 합류되어 상기 광신호 출력부에서는 한 개의 라인 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부의 제1암은 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막은, 그 표면을 따라 전송되는 광이 SPP(Surface Plasmon Polariton) 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  7. 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 한 개의 광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 서로 소정간격 이격 배치된 소정 크기의 제1 및 제2금속 박막을 구비하는 유전체층;
    상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 제1 및 제2금속 박막과 대응하는 각각의 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 제1 및 제2금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 제1 및 제2개구부를 갖는 폴리머층; 및
    상기 제1개구부에 의해 노출된 상기 제1금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;
    을 포함하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(arm) 및 제2암(arm)을 이루다가 다시 합류되어 상기 광신호 출력부에서는 한 개의 라인 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부의 제1암은 상기 제1금속 박막의 상부를 지나고, 상기 제2암은 상기 제2금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  10. 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 세 개의 제1, 제2 및 제3광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막을 구비하는 유전체층;
    상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 개구부를 갖는 폴리머층; 및
    상기 개구부에 의해 노출된 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;
    을 포함하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인 으로 분기되어 제1암(arm) 및 제2암(arm)을 이루다가, 상기 제1암은 상기 유전체층 타단의 제1광신호 출력부와 연결되고, 상기 제2암은 상기 제3광신호 출력부와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 돌출부의 제1암은 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 상기 제1 및 제3광신호 출력부 사이의 제2광신호 출력부에서 일측으로 라인 형태로 연장 형성된 돌출부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  14. 일단에 한 개의 광신호 입력부를 가지고, 타단에 세 개의 제1, 제2 및 제3광신호 출력부를 가지며, 내부의 일부분에 서로 소정간격 이격 배치된 소정 크기의 제1 및 제2금속 박막을 구비하는 유전체층;
    상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 제1 및 제2금속 박막과 대응하는 각각의 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 제1 및 제2금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 제1 및 제2개구부를 갖는 폴리머층; 및
    상기 제1개구부에 의해 노출된 상기 제1금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;
    을 포함하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부에서는 한 개의 라인 형태이지만, 도중에 두 개의 라인으로 분기되어 제1암(arm) 및 제2암(arm)을 이루다가, 상기 제1암은 상기 유전체층 타단의 제1광신호 출력부와 연결되고, 상기 제2암은 상기 제3광신호 출력부와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 돌출부의 제1암은 상기 제1금속 박막의 상부를 지나고, 상기 제2암은 상기 제2금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 상기 제1 및 제3광신호 출력부 사이의 제2광신호 출력부에서 일측으로 라인 형태로 연장 형성된 돌출부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  18. 일단에 한 개의 광신호 입력부 및 한 개의 광신호 출력부를 모두 가지며, 내부의 일부분에 소정 크기의 금속 박막을 구비하는 유전체층;
    상기 유전체층의 상하부에 형성되며, 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분을 노출시키되, 상기 금속 박막의 폭 보다 큰 폭의 개구부를 갖는 폴리머층; 및
    상기 개구부에 의해 노출된 상기 금속 박막과 대응하는 상기 유전체층 부분 상에 형성된 리셉터층;
    을 포함하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부 및 광신호 출력부에서는 각각 독립된 라인 형태이지만, 도중에 합류되어 한 개의 라인을 이루다가 다시 분기되어 상기 유전체층의 타단까지 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 유전체층의 타단에는 미러(mirror)면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 유전체층은 그 상면 일부에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 유전체층 일단의 광신호 입력부 및 광신호 출력부에서 각각 독립된 라인 형태이며, 상기 독립된 라인은 상기 유전체층의 타단까지 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 금속 박막의 상부를 지나는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 유전체층의 타단에는 미러(mirror)면이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 광도파로 센서.
KR1020060082325A 2006-08-29 2006-08-29 하이브리드형 광도파로 센서 KR100801278B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060082325A KR100801278B1 (ko) 2006-08-29 2006-08-29 하이브리드형 광도파로 센서
US11/896,102 US7433553B2 (en) 2006-08-29 2007-08-29 Hybrid waveguide sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060082325A KR100801278B1 (ko) 2006-08-29 2006-08-29 하이브리드형 광도파로 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100801278B1 true KR100801278B1 (ko) 2008-02-04

Family

ID=39151641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060082325A KR100801278B1 (ko) 2006-08-29 2006-08-29 하이브리드형 광도파로 센서

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7433553B2 (ko)
KR (1) KR100801278B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070237527A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 Sanjay Dabral Optical debug mechanism
KR100801279B1 (ko) * 2006-08-30 2008-02-04 삼성전기주식회사 헤더 교체형 하이브리드 광도파로 센서
KR100860701B1 (ko) * 2007-03-14 2008-09-26 한양대학교 산학협력단 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서
TWI557408B (zh) * 2015-06-04 2016-11-11 國立屏東科技大學 玻璃毛細管結構及其加工方法
CN105388563B (zh) * 2015-12-11 2019-01-25 江南大学 基于单层石墨烯片和环形谐振腔的表面等离子体马赫曾德尔干涉仪
GR1009480B (el) * 2017-02-17 2019-03-19 Amo Gmbh Μεθοδος κατασκευης ολοκληρωμενου πλασμο-φωτονικου βιοαισθητηρα και συσκευη για το σκοπο αυτο

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060012026A (ko) * 2003-06-12 2006-02-06 유로-셀띠끄 소시에떼 아노님 통증 치료에 유용한 치료제

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6432364B1 (en) * 1998-07-06 2002-08-13 Suzuki Motor Corporation SPR sensor cell and immunoassay apparatus using the same
JP3858995B2 (ja) 2002-07-02 2006-12-20 オムロン株式会社 光導波路装置の製造方法
KR100563489B1 (ko) 2003-10-16 2006-03-27 한국전자통신연구원 실리카/폴리머 하이브리드 광도파로를 이용한 광소자

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060012026A (ko) * 2003-06-12 2006-02-06 유로-셀띠끄 소시에떼 아노님 통증 치료에 유용한 치료제

Also Published As

Publication number Publication date
US20080056640A1 (en) 2008-03-06
US7433553B2 (en) 2008-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100801278B1 (ko) 하이브리드형 광도파로 센서
CA2233305C (en) Integrated optic interferometric sensor
US7079732B2 (en) Optical device
CA2393076C (en) Transverse integrated optic interferometer
JP3562651B2 (ja) 集積光導波路システム
JP5684398B2 (ja) 電磁波検出装置
US6728438B2 (en) Externally controllable waveguide type higher order mode generator
KR101828061B1 (ko) 광 간섭계의 구조와 이를 이용하는 다중모드 간섭 광도파로 소자 기반 광센서와 이를 위한 신호처리방법
WO2010005188A2 (en) Micro-resonator sensor using evanescent wave of total reflection mirror
KR100839967B1 (ko) 전반사미러의 표면 플라즈몬 공명을 이용한 마이크로공진기 센서
CN109975618A (zh) 抑制直流漂移的集成光波导电场传感芯片、系统及方法
JPS61239132A (ja) 光導波型圧力センサ
US4772083A (en) Optical fiber interferometer
KR100801279B1 (ko) 헤더 교체형 하이브리드 광도파로 센서
Sánchez-Ramírez et al. Comparing dielectric and plasmonic waveguides in a Mach–Zehnder architecture with coherent readout for sensing applications
Le Realization of a Multichannel Chemical and BiologicalSensor Using 6x6 Multimode Interference Structures
JPS61198120A (ja) 導波型光センサ
JPH0376693B2 (ko)
JP2024520152A (ja) 光学センサチップ及び光学センシングシステム
El-Fiky et al. C-band and O-band silicon photonic based low-power variable optical attenuators
JPS5923305A (ja) 光学的計測器
JPS61196119A (ja) 導波型光センサ
JPS61198019A (ja) 導波型光センサ
JP2021092405A (ja) 光電界センサ
KR100507134B1 (ko) 광변조기 및 그의 ｒｆ 신호위상속도산출방법

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
LAPS Lapse due to unpaid annual fee