KR100808016B1

KR100808016B1 - 광도파로

Info

Publication number: KR100808016B1
Application number: KR1020060082334A
Authority: KR
Inventors: 이관수; 정수진; 구원회; 신동호; 정일권
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-02-28
Also published as: US7496264B2; US20080056660A1; JP2008058951A

Abstract

본 발명은 광의 전파 손실을 최소화하기 위한 광도파로에 관한 것이다.

본 발명의 선형의 금속 박막; 상기 금속 박막을 감싸는 적어도 두 층 이상의 유전체층;을 포함하며, LR-SPP 모드의 광도파로에서 상기 금속 박막을 통한 유효굴절률과 전파 손실을 줄여 장거리 광 전송이 가능하도록 한 이점이 있으며, 상기 금속 박막이 633㎚와 같이 가시광 영역의 짧은 파장 영역일 경우 그 일단에 결합되는 광파이버와의 결합 손실을 동시에 줄일 수 있는 장점이 있다.

광도파로, 금속 박막, 유전체층, 제1 유전체층, 돌출부

Description

광도파로{Optical waveguide}

도 1은 종래 LR-SPP 광도파로의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 광도파로의 제1 실시예 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 광도파로의 제1 실시예 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 광도파로에서 각 유전체층의 굴절률 변화시 금속 박막 내부에 존재하는 광량을 백분율로 표현한 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 광도파로에서 금속 박막 내부에 존재하는 광량에 의한 전파 손실의 변화량이 도시된 그래프.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 제1 변형예의 광도파로 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 제1 실시예의 광도파로에서 각 유전체층의 두께 변화시 금속 박막의 유효 굴절률과 전파 손실을 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 광도파로의 제2 실시예 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 제2 실시예의 광도파로에서 각 유전체층의 유전상수 변화시 금속 박막의 유효 굴절률과 전파 손실을 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 광도파로의 제3 실시예 단면도.

도 11은 본 발명에 따른 광도파로의 제4 실시예의 광도파로 단면도.

도 12는 본 발명에 따른 제4 실시예의 광도파로에서 각 유전체층의 두께 변화시 금속 박막의 유효 굴절률과 전파 손실을 나타낸 그래프.

도 13은 본 발명에 따른 광도파로의 제5 실시예의 광도파로 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10. 광도파로 11. 금속 박막

12. 유전체층 13. 제1 유전체층

13a. 돌출부

본 발명은 광도파로에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 광을 전파시키기 위한 금속 박막을 둘러싸는 유전체층이 서로 다른 굴절률을 가지도록 하고, 상기 유전체층의 두께와 굴절률 조합에 의해 금속 박막의 전파 손실이 최소화되도록 하여 광의 장거리 전송이 가능하도록 한 광도파로에 관한 것이다.

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 금속 박막 주변의 유전체에 넓게 분포하여 광의 진행손실이 작으며, 광섬유와의 결합특성도 좋은 장점을 가지고 있어, 다양한 광소자 분야에 응용되고 있다.

일반적으로, 금속 박막이 개재된 표면-플라즈몬 폴라리톤(SPP:Surface Plasmon Polariton, 이하 SPP라 한다) 광도파로(optical waveguide)는 상기 금속 박막의 두께가 수십 ㎚ 이하로 구성되어 먼 거리까지 광을 전파시키기 위한 모드(LR-SPP: Long Range Surface Plasmon Polariton)와, 비교적 작은 크기의 도파로를 통해 광을 전파시키고자 하는 모드(SR-SPP: Short Range Surface Plasmon Polariton)로 구분된다.

특히, 장거리의 광을 전파시키기 위한 장거리 표면-플라즈몬 폴라리톤(LR-SPP)은 현재 광 모듈레이터, 스위치, 커플러, 필터 및 광센서 등의 다앙한 구조의 광도파로 소자로 응용되고 있다.

이와 같이, 다양한 분야에 응용되는 종래 광도파로의 기술적 구성이 기술된 미국특허 제6,442,321호에 의한 광도파로의 구조를 간략하게 살펴보고, 이로부터 도출되는 문제점에 대하여 기술하여 보면 다음과 같다.

도 1은 종래 LR-SPP 광도파로의 단면도로서, 종래의 광도파로(1)는 비교적 높은 전하밀도 또는 음의 유전상수를 가지는 물질의 금속 박막(2)과, 금속 박막(2)을 둘러싸며 금속 박막(2)의 방사광과 같은 차원의 유효한 폭(w)과 두께(t)를 가지는 유전체층(3)으로 구성된다.

상기 금속 박막(2)은 도파로 구조에 따라 직선, 곡선, 곡면 및 경사면의 형태로 이루어진다.

종래 광도파로(1)는 외부에서 입사되는 광을 금속 박막(2)을 통해 입사시키면 LR-SPP 모드에 해당되는 광이 금속 박막(2)을 따라 전파된다. 이때, 상기 광은 금속 박막(2)을 따라 장거리 전파되면서 전파 손실이 불가피하게 되며, 이러한 전파 손실을 줄이기 위해서는 금속 박막(2) 내부에서 전파되는 광량을 줄여야 하는 것이 급선무이기 때문에 금속 박막(2)의 두께(t) 또는 폭(w)을 줄여야 한다.

그러나, 상기 금속 박막(2)의 제작 공정의 한계로 금속 박막(2)의 두께(t)와 폭(w)을 줄이는 데에는 한계가 있어 금속 박막(2)의 전파 손실을 줄이기 위한 한계가 존재하는 문제점이 있다.

즉, 상기 금속 박막(2)을 통한 전파 손실을 최소화하기 위해서는 금속 박막(2)이 10㎚ 이하의 두께와 1㎛ 이하의 폭으로 이루어져야 하나, 두께와 폭이 10㎚, 1㎛ 이하의 박막을 만드는 것은 현재의 제조 기술로는 상당히 어려운 문제점이 있다.

한편, 종래의 광도파로 구조에서 대표적인 광통신 파장인 1550㎚와 633㎚의 파장에 대하여 계산된 유효굴절률과 전파 손실 및 광파이버(optical fiber)와의 결합 손실을 살펴보면 다음과 같다.

여기서, 상기 광도파로의 모든 광소자는 광파이버와 연결되기 때문에 광파이버와의 결합 손실이 고려되며, 상기 금속 박막(2)은 금으로 형성되어 1550㎚와 633㎚ 파장에 해당되는 유전상수(ε₁)는 -131+i×12.65 및 -19+i×0.53이며, 상기 금속 박막(2)을 감싸고 있는 유전체층(3)의 유전상수(ε₂)는 2.25로 한다.

또한, 금속 박막(2)의 두께(t)와 폭(w)은 1550㎚에서는 5㎛, 20㎚이고, 633㎚에서는 2㎛, 20㎚로 하며, 광파이버와의 결합 손실을 계산하기 위한 파이버는 1550㎚에서 10.5㎛를, 633㎚에서 4.3㎛인 것으로 한다.

상기와 같이 제시된 조건을 통해 계산된 유효굴절률과 전파 손실 및 광파이버 결합 손실은 먼저, 1550㎚ 파장일 경우에 1.50069, 7.44㏈/㎝, 0.24㏈ 이며, 633㎚ 일 경우에는 1.51393, 13.45㏈/㎝, 3.37㏈로 계산된다.

이때, 전파 손실을 고려하여 전파 거리를 광의 세기가 1/10로 떨어지는 지점 으로 정의하면 1550㎚ 파장에서는 약 1.34㎝, 633㎚ 파장은 0.74㎜ 밖에 전파되지 못하게 됨으로써, LR-SPP의 광소자을 이용할 경우에는 소자의 길이를 1550㎚ 의 파장은 1㎝, 644㎚ 파장에서는 1㎜ 이하의 길이로 제작되어야만 하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 광도파로에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 금속 박막이 서로 다른 굴절률을 가지는 다층의 유전체층으로 둘러싸여 있으며, 상기 유전체층의 두께 조건과 유전상수의 상호 조합에 의해서 광 전파를 위한 금속 박막의 전파 손실이 최소화될 수 있도록 한 광도파로가 제공됨에 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 선형의 금속 박막과, 상기 금속 박막을 감싸는 적어도 두 층 이상의 유전체층으로 이루어진 광도파로가 제공됨에 의해서 달성된다.

상기 금속 박막은 비교적 높은 전하밀도를 가지는 물질로 구성되어 일단부에 파이버(fiber)가 결합됨에 의해서 상기 파이버를 통한 광이 입사에 의해서 상기 금속 박막의 길이 방향 광 전송이 이루어진다.

상기 금속 박막은 주로 금(Au) 또는 은(Ag)으로 구성되며, 상기 금과 은의 합금 또는 금과 은의 순차적 표면 도금 형태로 구성된다.

또한, 상기 유전체층은 상기 금속 박막을 감싸는 각 층이 서로 다른 굴절률 을 가지며, 그 두께와 이에 따른 유전상수(ε)를 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 금속 박막을 감싸고 있는 유전체층은 상면이 돌출된 형태, 상기 금속 박막의 상면과 하면만을 감싸고 있는 형태 및 상기 금속 박막을 중심으로 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체가 상호 대접된 상태 등으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 광도파로의 상기 목적에 대한 상세한 설명과 그 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

제1 실시예

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 광도파로의 제1 실시예 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 광도파로의 제1 실시예 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 광도파로(10)는 선형의 금속 박막(11)과 그 외부를 감싸며 기판(14) 상면에 안착된 유한 범위의 유전체층(12)의 사이에 상기 금속 박막(11)의 외측면을 소정의 두께(t₂)로 감싸는 제1 유전체층(13)으로 구성된다.

상기 유전체층(12)과 그 내부의 제1 유전체층(13)은 서로 다른 유전상수와 굴절률을 가지며 비교적 낮은 전하밀도를 갖는 물질로 구성되며, 바람직하게는 무기물인 실리콘 또는 유리 및 폴리머 수지 등으로 구성된다.

상기 금속 박막(11)을 감싸고 있는 제1 유전체층(13)의 굴절률은 외측의 유 한 범위를 갖는 유전체층(12)보다 낮은 굴절률을 가지며, 그 상면 중앙부에 1550㎚와 633㎚의 파장대에 따라 다른 선폭(W₁)을 갖는 돌출부(13a)가 금속 박막(11)의 길이 방향을 따라 형성된다.

상기 제1 유전체층(13)의 선폭(W₁)은 1550㎚의 파장일때 5㎛로 형성되고, 633㎚의 파장일때 2㎛로 형성된다.

이때, 상기 광도파로(10)의 제1 유전체층(13)을 감싸는 유한 범위의 유전체층(12)은 수십 ㎚의 금속 박막(11)에 대하여 그 표현 범위가 방대하여 하기 도 3의 단면도 상에서의 도시는 생략되었다.

한편, 상기 금속 박막(11)은 비교적 전하밀도가 높은 금속 재질로 구성되며, 바람직하게는 금(Au)과 은(Ag) 또는 금과 은의 합금으로 형성되어 일단부측에 광 입사를 위한 광 전달수단(도면 미도시)이 연결된다. 상기 광 전달수단은 일예로 광파이버 등이 될 수 있다.

상기 광 전달수단을 통해 입사되는 광은 금속 박막(11)을 통해 광도파로(10) 내부에서 전파되는 바, 상기 금속 박막(11)의 외부를 감싸는 제1 유전체층(13)과 그 외측 유한 범위의 유전체층(12)의 서로 다른 굴절률에 의해서 전파 손실과 광파이버의 결합 손실이 최소화된다.

또한, 상기 서로 다른 굴절률을 가지는 각 유전체층(12)(13)의 유전상수(ε₂)(ε₃)의 증감에 의해서도 동일한 범위의 전파 손실과 결합 손실을 줄일 수 있다.

이와 같이, 상기 금속 박막(11)의 외측면을 감싸는 적어도 두 층 이상의 유 전체층(12)(13)이 그 굴절률을 서로 달리함에 의해서 전파 손실이 감소되는 이유는, 상기 광도파로(10)의 LR-SPP 모드에서 상기 금속 박막(11)을 따라 이송되는 광은 굴절률이 높은 유전체층에 분포되려고 하는 성질을 가지기 때문에 상기 금속 박막(11)에 존재하는 광의 양이 줄어들게 됨으로써, LR-SPP 모드에서의 금속 박막(11)을 통한 광의 전파 손실이 감소된다.

즉, 상기 금속 박막(11)을 따라 전파되는 광의 일부 방사광이 제1 유전체층(13)보다 높은 굴절률을 갖는 유한 범위의 유전체층(12) 내에 분포되려고 하는 성질에 의해서 상기 제1 유전체층(13)이 감싸고 있는 금속 박막(11) 내부에 존재하는 광의 양을 줄임으로써, 상기 금속 박막(11)을 통해 전송되는 광의 분산으로 인한 전파 손실이 줄어들게 된다.

이와는 반대로, 상기 유한 범위의 유전체층(12)에 비해서 그 내측에 배치된 제1 유전체층(13)이 높은 굴절률을 갖게 되면, 상기 금속 박막(11) 상의 방사광이 더 높은 굴절률을 가지는 쪽으로 분포되려는 성질에 의해서 상기 금속 박막(11) 외부로 방사되지 못하고, 금속 박막 주변으로 광이 집중됨에 의해서 전파 손실이 증가된다.

이 경우에는 금속 박막(11)을 통해 전파되는 광이 아주 작은 크기로 집적됨에 따라 이를 이용한 다른 분야에서도 적용 가능하다.

다음, 도 4는 본 발명에 따른 광도파로에서 각 유전체층의 굴절률 변화시 금속 박막의 광량을 백분율로 표현한 그래프로서, 도시된 바와 같이 LR-SPP 모드에서 1550㎚와 633㎚ 파장의 광량은 제1 유전체층(13)의 굴절률이 감소할수록 상기 금속 박막(11)을 통해 전파되는 광이 높은 굴절률을 갖는 최외측 유한 범위 유전체층(12)으로 치우쳐 분포되므로, 상기 금속 박막(11) 내부의 광량이 점차적으로 감소되는 것을 알 수 있다.

이를 구체적으로 살펴보면, 도 4a의 1550㎚ 파장에서는 제1 유전체층(13)의 굴절률이 1.52에서 1.46 미만으로 감소하게 되면 금속 박막(11) 내부의 광량은 0.0074%에서 0.0018%로 감소한다.

이때, 상기 제1 유전체층(13)의 굴절률이 1.46 미만으로 형성될 경우에는 금속 박막(11)을 통한 LR-SPP 모드가 형성되지 못한다. 그 이유는, 상기 제1 유전체층(13)의 기준 이하 굴절률에 의해 제1 유전체층(13)의 외측 유한 범위 유전체층(12)으로 광의 전송 기준 이상의 분산이 가속되어 금속 박막(11)이 광을 원활하게 전송하기 위한 속박 모드가 형성되지 못하기 때문이다.

따라서, 상기 금속 박막(11)을 통해 전송되는 광의 1550㎚ 파장에서는 제1 유전체층(13)의 굴절률은 최소한 1.46 이상으로 유지되어야 한다.

또한, 도 4b의 633㎚ 파장에서는 제1 유전체층(13)의 굴절률이 1.41에서 1.52로 증가할 때 금속 박막(11) 내부에 존재하는 광량은 0.11%에서 0.52%로 증가하게 된다.

따라서, 633㎚의 LR-SPP 모드는 1550㎚의 파장과는 달리 제1 유전체층(13)의 굴절률이 1.41에 이를 때까지 유지된다.

이는 금속 박막(11)을 통해 전송되는 광의 파장이 짧은 경우에는 제1 유전체층(13) 유효 굴절률이 높기 때문에 굴절률이 다소 낮더라도 LR-SPP 모드의 유지가 가능하다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 광도파로에서 금속 박막 내부에 존재하는 광량에 의한 전파 손실의 변화량이 도시된 그래프로서, 전술한 바와 같이 1550㎚와 633㎚ 파장에서 상기 금속 박막(11) 내부에 존재하는 광량이 줄어들면 그에 따른 전파 손실도 감소되는 것을 알 수 있다.

또한, 1550㎚와 633㎚ 파장을 비교하여 보면, 1550㎚의 파장의 금속 박막(11) 내부에 존재하는 광량이 상대적을 작음을 알 수 있다.

여기서, 도 4를 통해 1550㎚와 633㎚ 파장에서 계산된 유효굴절률과 전파 손실 및 광파이버 결합 손실은 먼저, 1550㎚ 파장일 경우에 1.500115, 3.38㏈/㎝, 1.36㏈ 이며, 633㎚ 일 경우에는 1.500253, 3.14㏈/㎜ 0.69㏈로 계산된다.

제1 실시예의 변형예

다음, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 제1 변형예의 광도파로 단면도로서, 도시된 바와 같이 본 변형예는 금속 박막(11)과 그 외부를 감싸며 기판(14) 상면에 안착된 유한 범위의 유전체층(12)의 사이에 상기 금속 박막(11)의 외측면을 소정의 두께로 감싸는 제1 유전체층(13)으로 구성되되, 상기 제1 유전체층(13)의 상면이 평탄면으로 이루어진 구조이다.

본 변형예는 상기 금속 박막(11)을 감싸고 있는 제1 유전체층(13)의 두께(t₂) 변화에 따른 LR-SPP 모드의 특성을 살펴보기 위한 것으로서, 굴절률이 외부 의 유한 범위 유전체층(12) 보다 상대적으로 낮은 제1 유전체층(13)의 두께(t₂)가 증가될수록 LR-SPP 모드에서의 유효 굴절률과 전파 손실이 동시에 감소된다.

이를 아래 도시된 도 7을 통해 좀 더 자세히 살펴보면, 도 7은 본 변형예의 광도파로에서 제1 유전체층의 두께 변화시 금속 박막의 유효 굴절률과 전파 손실을 나타낸 그래프로서, 도 7a의 1550㎚ 파장에서 제1 유전체층(13)의 두께(t₂)가 50㎚에서 150㎚로 증가하게 되면, 유효 굴절률은 1.50046에서 1.50001으로 감소되고, 전파 손실은 5.7㏈/㎝에서 2.2㏈/㎝로 감소된다.

또한, 633㎚의 파장에서는 제1 유전체층(13)의 두께(t₂)가 50㎚에서 130㎚로 증가하게 되면, 유효 굴절률은 1.508에서 1.500으로 감소되고, 전파 손실은 10.5㏈/㎝에서 2.3㏈/㎝로 감소된다.

상기와 같은 제1 유전체층(13)의 두께 변화에 따라 전파 손실을 감소시키는 현상은 제1 실시예에도 동일하게 적용될 수 있으며, 본 실시예와 변형예에서 제1 유전체층(13)의 두께 변화에 따라 전파 손실이 감소되는 이유는 유한 범위의 유전체층(12)보다 제1 유전체층(13)의 굴절률이 상대적으로 낮기 때문에 그 두께(t₂)가 증가할수록 제1 유전체층(13) 내의 유효 굴절률이 감소됨으로써, 금속 박막(11)을 통한 광 전송시 광의 외부 분산을 가속화됨에 의한 전파 손실이 줄어들게 된다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예와 제1 변형예를 통해 알 수 있는 본 발명의 기술적 특징은, LR-SPP 모드 광도파로(10)의 금속 박막(11) 외측에 서로 다른 유전상수와 굴절률을 가지는 유전체층(12)을 상호 조합시켜 전파 손실을 줄이고, LR- SPP 모드의 크기를 줄여 광 전송 거리를 증가시킬 수 있음에 있다.

이에 따라, 광도파로(10)의 사용 목적에 따라 상기 금속 박막(11)의 외부에 각기 다른 굴절률을 가지는 두 층 이상의 유전체층(12)(13)을 순차적으로 적층 결합하여 금속 박막(11)을 통한 광의 장거리 전송 특성이 다양하게 표출될 수 있는 LR-SPP 모드의 광도파로 제작이 가능함에 또 다른 기술적 특징이 있다.

제 2실시예

다음, 도 8은 본 발명에 따른 광도파로의 제2 실시예 단면도로서, 도시된 바와 같이 본 실시예의 광도파로(20)는 선형의 금속 박막(21) 상부에 상기 금속 박막(21)과 동일한 폭(W₁)을 갖는 제2 유전체층(23)이 안착되고, 상기 금속 박막(21)의 하부에 상기 금속 박막(21)보다 긴 폭(W₂)을 갖는 제3 유전체층(24)이 결합되며, 상기 금속 박막(21)과 제2 유전체층(23) 및 제3 유전체층(24)의 외부를 감싸는 유한 범위의 유전체층(22)으로 구성된다.

본 실시예의 광도파로(20)는 중심상의 금속 박막(21)에서 최외층의 유한 범위 유전체층(22)을 포함하여 총 4층 구조로 형성되며, 상기 제2 유전체층(23)과 제3 유전체층(24)은 동일한 두께(t₂)(t₃)와 유전상수(2.1609)를 가지고, 그 외측의 유한 범위 유전체층(22)의 유전상수는 2.25이다.

이때, 상기 제2 유전체층(23)과 제3 유전체층(24)의 두께(t₂)(t₃) 변화에 의한 LR-SPP 모드에서의 유효 굴절률과 전파 손실은 전술한 제1 변형예의 유전체층 두께와 유전상수 조건에 의해 계산된 데이터가 표시되어 있는 도 7의 데이터와 유사한 계산 결과를 가진다.

한편, 상기 금속 박막(21)을 둘러싸고 있는 제2 유전체층(23)과 제3 유전체층(24)의 두께(t₂)(t₃)는 동일하게 유지하고, 제2 유전체층(23)의 유전상수(2.1609) 제3 유전체층(24)의 유전상수(2.1904)를 다르게 하면, 아래 도시된 도 9에 도시된 그래프와 같은 계산 결과를 얻을 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 제2 실시예의 광도파로에서 각 유전체층의 유전상수 변화시 금속 박막의 유효 굴절률과 전파 손실을 나타낸 그래프로서, 도시된 바와 같이 1550㎚와 633㎚의 파장대에서 각 유전체층(23)(24)의 유전상수 변화에 의해 유효 굴절률과 전파 손실이 변화됨을 알 수 있다.

제3 실시예

다음, 도 10은 본 발명에 따른 광도파로의 제3 실시예 단면도로서, 도시된 바와 같이 본 실시예의 광도파로(30)는 선형의 금속 박막(31)과 그 외부의 유한 범위를 감싸는 유전체층(32) 사이에 상기 금속 박막(31)의 상, 하부로 제2 유전체층(33)과 제3 유전체층(34)이 결합되고, 상기 금속 박막(11)과 제2 유전체층(33) 및 제3 유전체층(34)의 외부를 감싸는 제4 유전체층(35)이 개재된 다층 구조로 이루어진다.

이때, 상기 금속 박막(11) 상부의 제2 유전체층(33)은 금속 박막(11) 하부의 제3 유전체층(34)과 동일한 두께로 형성되고, 상기 금속 박막(11)의 폭과 동일한 폭으로 구성된다.

본 실시예에서의 상기 기술적 구성을 제외한 구성은 제2 실시예와 동일하며, 그에 따른 각 유전체층(33)의 두께와 유전상수의 가변에 의한 유효굴절률과 전파 손실의 계산 결과는 앞서 설명된 실시예에서의 데이터와 실질적으로 유사하기에 이에 대한 설명은 생략한다.

제4 실시예

도 11은 본 발명에 따른 광도파로의 제4 실시예의 광도파로 단면도로서, 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광도파로(40)는 선형의 금속 박막(41)과 그 외부의 유한 범위를 감싸는 유전체층(42) 사이에 제5 유전체층(43)과 제6 유전체층(44)이 순차적으로 상기 금속 박막을 감싸고 있는 구조이다.

이는 마치 도 6에 도시된 제1 실시예의 변형예에 기술된 광도파로 구조에서 상기 금속 박막(11)과 제1 유전체층(13)의 사이 또는 제1 유전체층(13)의 외부에 다른 유전체층이 삽입된 상태와 동일함으로써, 각 유전체층(43)(44)의 두께 변화에 따른 유효굴절률과 전류 손실은 도 12와 같이 나타난다.

도 12에 도시된 그래프는 제1 실시예와 그 변형예의 유효손실률과 전류 손실이 도시된 도 7과 유사한 형태의 유효손실률과 전류 손실이 도시되어 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 실시예는 앞서 설명된 제1 실시예 내지 제3 실시예와 실질적인 계산 결과가 유사하여 동일한 구성과 그 작용효과에 관한 그 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 선형의 금속 박막을 다층의 유전체층이 순차적으로 감싸고 있는 형태가 아니라 도 13에 도시된 제5 실시예에서처럼 선형의 금속 박막(51)을 중심으로 그 상, 하부에 서로 다른 굴절귤과 유전상수를 갖는 한 쌍의 유전체층(52)(53)이 상호 대접된 형태로 구성되어 상기 금속 박막(51) 상, 하부의 유전체층(53)을 통해 굴절률이 연속적으로 변화하는 경우에도 앞서 설명된 실시예들과 유사한 형태의 유효손실률과 전파 손실이 감소된다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 광도파로는 선형의 금속 박막이 서로 다른 굴절률을 가지는 다층의 유전체층으로 둘러싸여 상기 유전체층이 그 두께 및 각기 다른 유전상수의 상호 조합되어 적층 분포되도록 함으로써, LR-SPP 모드의 광도파로에서 상기 금속 박막을 통한 유효굴절률과 전파 손실을 줄여 장거리 광 전송이 가능하도록 한 이점이 있으며, 상기 금속 박막이 633㎚의 짧은 파장대를 가질 경우 그 일단에 결합되는 광파이버와의 결합 손실을 동시에 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims

선형의 금속 박막;

상기 금속 박막을 감싸며, 상기 금속 박막에 대하여 유한 범위의 두께를 갖는 유전체층; 및

상기 유전체층과 금속 박막 사이에 상기 금속 박막의 외측면을 감싸는 제1 유전체층;

을 포함하는 광도파로.
삭제
제1항에 있어서,

상기 금속 박막은, 높은 전하밀도를 가지는 물질로 구성되어 일단부에 광을 입사시키기 위한 광 전달수단이 결합된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제1항에 있어서,

상기 금속 박막은, 금(Au) 또는 은(Ag)으로 구성되며, 금 또는 은의 합금 및 금과 은의 순차적인 표면 도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제1항에 있어서,

상기 유전체층은, 상기 금속 박막을 감싸는 각 층이 서로 다른 굴절률을 가지며, 그 두께와 유전상수(ε)가 가변 가능한 것을 특징으로 하는 광도파로.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 유전체층은, 그 외측의 유한 범위를 갖는 유전체층보다 낮은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
제1항에 있어서,

상기 제1 유전체층은, 그 상면 중앙부에 파장대에 따라 다른 선폭의 돌출부가 길이방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제1항에 있어서,

상기 금속 박막은, 상기 제1 유전체층과 그 외측 유한 범위의 유전체층이 가지는 서로 다른 굴절률과 상기 각 유전체층의 유전상수 가변에 의해서 전파 손실과 광파이버의 결합 손실이 최소화되는 것을 특징으로 하는 광도파로.
제1항에 있어서,

상기 제1 유전체층은, 그 상면이 평탄면으로 형성되어 상기 금속 박막을 감싸고 있는 두께 변화에 의해서 유효굴절률과 전파 손실이 최소화되도록 한 것을 특징으로 하는 광도파로.
선형의 금속 박막;

상기 금속 박막의 상부에 안착되고, 상기 금속 박막과 동일한 폭을 가지는 제2 유전체층;

상기 금속 박막의 하부에 결합되고, 상기 금속 박막보다 긴 폭을 가지는 제3 유전체층;

상기 금속 박막과 제2 유전체층 및 제3 유전체층의 외부를 감싸는 유한 범위 유전체층으로 포함하는 광도파로.
제11항에 있어서,

상기 제2 유전체층과 제3 유전체층은 동일한 두께와 유전상수를 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
제11항에 있어서,

상기 제2 유전체층과 제3 유전체층의 두께가 동일하고, 제2 유전체층의 유전상수와 제3 유전체층의 유전상수를 다르게 하여 전파 손실을 줄일 수 있도록 한 광도파로.
제11항에 있어서,

상기 금속 박막은, 높은 전하밀도를 가지는 물질로 구성되어 일단부에 광을 입사시키기 위한 광 전달수단이 결합된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제11항에 있어서,

상기 금속 박막은, 금(Au) 또는 은(Ag)으로 구성되며, 금 또는 은의 합금 및 금과 은의 순차적인 표면 도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제11항에 있어서,

상기 유전체층은, 상기 금속 박막을 감싸는 각 층이 서로 다른 굴절률을 가지며, 그 두께와 유전상수(ε)가 가변 가능한 것을 특징으로 하는 광도파로.
제11항에 있어서,

상기 제2 유전체층과 제3 유전체층은, 그 외측의 유한 범위를 갖는 유전체층보다 낮은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
선형의 금속 박막;

상기 금속 박막 외부를 감싸는 유한 범위 유전체층;

상기 금속 박막과 유한 범위 유전체층 사이에 상기 금속 박막의 상, 하면 분포 결합되는 제2 유전체층 및 제3 유전체층; 및

상기 금속 박막과 제2 유전체층 및 제3 유전체층의 외부를 감싸며 외측의 유한 범위 유전체층 내에 개재된 제4 유전체층;

을 포함하는 광도파로.
제18항에 있어서,

상기 제2 유전체층은, 상기 금속 박막 하부의 제3 유전체층과 동일한 두께로 형성되고, 상기 금속 박막의 폭과 동일한 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제18항에 있어서,

상기 금속 박막은, 높은 전하밀도를 가지는 물질로 구성되어 일단부에 광을 입사시키기 위한 광 전달수단이 결합된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제18항에 있어서,

상기 금속 박막은, 금(Au) 또는 은(Ag)으로 구성되며, 금 또는 은의 합금 및 금과 은의 순차적인 표면 도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제18항에 있어서,

상기 유전체층은, 상기 금속 박막을 감싸는 각 층이 서로 다른 굴절률을 가지며, 그 두께와 유전상수(ε)가 가변 가능한 것을 특징으로 하는 광도파로.
제18항에 있어서,

상기 제2 유전체층 내지 제4 유전체층은, 그 외측의 유한 범위를 갖는 유전체층보다 낮은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
선형의 금속 박막;

상기 금속 박막 외부의 유한 범위를 감싸는 유전체층;

상기 금속 박막과 유한 범위 유전체층 사이에 상기 금속 박막의 사면을 순차적으로 감싸는 제5 유전체층과 제6 유전체층;

을 포함하는 광도파로.
제24항에 있어서,

상기 금속 박막은, 높은 전하밀도를 가지는 물질로 구성되어 일단부에 광을 입사시키기 위한 광 전달수단이 결합된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제24항에 있어서,

상기 금속 박막은, 금(Au) 또는 은(Ag)으로 구성되며, 금 또는 은의 합금 및 금과 은의 순차적인 표면 도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 광도파로.
제24항에 있어서,

상기 유전체층은, 상기 금속 박막을 감싸는 각 층이 서로 다른 굴절률을 가지며, 그 두께와 유전상수(ε)가 가변 가능한 것을 특징으로 하는 광도파로.
선형의 금속 박막;

상기 금속 박막을 중심으로 그 상, 하부에 서로 다른 굴절률과 유전상수를 가지며, 그 대향면이 서로 대접되도록 분포 결합된 한 쌍의 유전체층;

을 포함하는 광도파로.