KR100839969B1 - 마이크로 공진기 센서 - Google Patents

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Abstract

마이크로 공진기 센서가 개시된다. 주도파로는 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 갖는다. 공진도파로는 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성된다. 또한 공진도파로를 구성하는 광도파로들 중에서 적어도 하나의 광도파로에는 개구부가 형성된다. 광경로변경수단은 공진도파로를 형성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 공진도파로로 입력된 분기광신호의 적어도 일부를 반사시켜 분기광신호가 공진도파로 내를 주회하도록 한다. 본 발명에 따르면, 전반사미러를 이용하여 공진기를 구성함으로써, 과도 방사 손실없이 마이크로 공진기 센서를 초소형으로 제작할 수 있고, 전체 소자를 동일한 웨이퍼에 집적할 수 있어 온칩으로 제작이 가능하여 휴대용 단말기에 적용될 수 있는 초소형 광센서 모듈의 생산이 가능하다.
공진기, 센서, 광신호, 레이저 다이오드, 포토 다이오드

Description

마이크로 공진기 센서{Micro resonator sensor}
도 1은 기존의 마이크로 링 공진기 센서를 도시한 도면,
도 2는 기존의 마이크로 링 공진기 센서에서 링 공진기의 공진 조건에 따른 출력광의 특성곡선의 일예를 도시한 도면,
도 3는 기존의 마이크로 링 공진기 센서에서 한쪽 공진링이 고정된 상태에서 다른쪽 공진링의 굴절률을 3.29001 및 3.29059로 설정했을 때 측정한 반사 스펙트럼을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 채용되는 파장 가변 광원의 일예를 도시한 도면,
도 5a는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제1실시예의 구성을 도시한 도면,
도 5b는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제2실시예의 구성을 도시한 도면,
도 5c는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제3실시예의 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 신호검출기법을 도시한 도면,
도 7a는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제4실시예의 구성을 도시한 도면,
도 7b는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제5실시예의 구성을 도시한 도면,
도 8a은 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제6실시예의 구성을 도시한 도면,
도 8b는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제7실시예의 구성을 도시한 도면, 그리고,
도 9는 도 8b에 도시된 마이크로 공진기 센서의 제7실시예에 파장 가변 광원과 광검출소자가 결합되어 이루어진 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제8실시예의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 마이크로 공진기 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공진기의 굴절률(refractive index) 변화를 이용하여 피측정물질의 특성을 검출하는 센서에 관한 것이다.
일반적으로 공진기 센서는 입력단과 출력단이 형성된 도파로를 통해 진행하는 빛이 도파로와 이격되어 설치된 링 공진기에 결합될 때 발생하는 링 공진기의 유효굴절율의 변화에 대응하는 도파로의 출력단에서의 빛의 세기를 검출하여 피측 정물질의 특성을 검출한다.
도 1에는 기존의 마이크로 링 공진기 센서가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 기존의 마이크로 링 공진기 센서는 주도파로(110) 및 링 공진기(120)로 구성된다. 주도파로(110)는 광섬유 또는 광도파로로 이루어지며, 주도파로(110)의 양단은 각각 광신호가 입력되는 입력단과 광신호가 출력되는 출력단으로 기능한다. 링 공진기(120)는 일정한 반경(R)을 가진 링 형태의 광섬유 또는 광도파로이며, 링 공진기(120)에는 링 공진기(120)를 구성하는 광섬유 또는 광도파로를 통해 진행하는 광이 피측정물질인 액체 또는 기체와 효과적으로 반응할 수 있도록 표면이 계면처리된 개구부(122)가 형성된다. 이러한 개구부(122)는 링 공진기(120)를 구성하는 광섬유 또는 광도파로의 상면 또는 측면에 형성된다. 개구부(122)의 형성위치에 따라 마이크로 링 공진기 센서가 수용할 수 있는 광전달 모드가 결정된다. 따라서 개구부(122)를 링 공진기(120)의 상면과 측면에 모두 형성하면 TM 모드와 TE 모드의 광신호를 모두 수용할 수 있다. 주도파로(110)와 링 공진기(120)는 하나의 유전체 기판 상에 서로 이격되어 배치되어 링 공진기 센서를 구성한다.
도 1에 도시된 바와 같은 기존의 마이크로 링 공진기 센서에서 주도파로(110)의 입력단을 통해 입력된 광신호는 주도파로(110)를 따라서 진행하다가 주도파로(110)와 이격되어 배치된 링 공진기(120)의 공진조건에 따라 링 공진기(120)로 결합된다. 이때 링 공진기(120)로 입사된 광은 링 공진기(120)에 형성된 개구부(122)의 계면처리된 면에서 피측정물질인 액체 또는 기체 상태의 생체물질과 반 응하게 되고, 이에 의해 링 공진기(120)의 유효 굴절률이 변하게 된다. 그리고 링 공진기(120)의 유효 굴절률이 변함에 따라 주도파로(110)에서 링 공진기(120)로의 광결합조건이 변경된다. 이때 링 공진기(120)의 상면과 측면에서 반응하는 물질의 농도에 대응하여 링 공진기(120)의 유효 굴절률이 바뀌게 되고, 이에 따라 주도파로(110)의 출력단을 통해 출력되는 빛의 양이 달라지게 되므로 물질의 특성을 검출할 수 있다. 이와 같이 링 공진기(120)의 개구부(122)에 생물학적 요소를 도입하여 생물변환기(biotransducer)를 구성하게 되면 링 공진기를 이용한 바이오 센서의 제작이 가능하다.
도 1에 도시된 4개의 포트(a1, b4, a3, b2)를 갖는 기존의 마이크로 링 공진기 센서에서 링 공진기(120) 내에서 반사가 없기 때문에 초기 조건은 b1=b3=a2=a4=0 이다. 따라서 도 1에 도시된 마이크로 링 공진기 센서의 특성함수는 다음의 수학식으로 표현된다.
Figure 112006080839356-pat00001
수학식 1에서
Figure 112006080839356-pat00002
은 광도파로를 한번 진행할 때 포트 1(a1)에서 포트 4(b4)로 결합된 광신호의 세기이며,
Figure 112006080839356-pat00003
은 광도파로를 한번 진행할 때 결합되지 않고 진행한 광신호의 세기이다.
또한 링 공진기 내부에서의 광신호는 다음의 식으로 표현된다.
Figure 112006080839356-pat00004
수학식 2에서 αR은 링 공진기 내부에서 한번 진행할 때 생기는 손실이고, φR은 링 공진기 내부에서 한번 진행할 때 생기는 위상차이다.
한편, 수학식 1로부터 다음의 식을 얻을 수 있다.
Figure 112006080839356-pat00005
또한 수학식 2와 수학식 3으로부터 다음의 식이 도출된다.
Figure 112006080839356-pat00006
그리고 수학식 4에서 φ=2mπ일 때 링의 공진이 일어나며, 이때 수학식 4는 다음과 같이 정리된다.
Figure 112006080839356-pat00007
수학식 5와 같이 정의되는 공진 조건이 발생하면 주도파로(110)에서 링 공진기(120)로 결합이 발생하며, 다음의 수학식과 같은 조건을 만족할 때 임계 결합 조건이 충족되어 주도파로(110)의 출력단으로 광신호가 출력되지 않게 된다. 임계 결합 조건이 충족되는 시점에서 주도파로(110)에서 링 공진기(120)로 결합되는 광신호의 세기가 최대가 된다.
Figure 112006080839356-pat00008
공진상태에서 임계 결합 조건은 결합계수(k)와 손실계수(αR)의 조정에 의해 만들어진다. 이때 결합계수(k)는 주도파로(110)와 링 공진기(120) 사이의 이격거리에 의해 결정되며, 손실계수(αR)는 링 공진기(120)에 형성된 개구부(122)에서의 광신호와 생체물질과의 반응에 의해 결정된다.
도 2에는 주도파로(110)에 광신호가 입력되었을 때, 링 공진기(120)의 공진 조건에 의해 입사광의 파장에 따른 출력광의 특성곡선의 일예가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 링 공진기(120)의 공진 조건에서 임계결합이 발생하면 최소 파장에서 주도파로(110)의 출력단에서 출력이 발생하지 않는데, 최소가 되는 파장은 생체 분자들의 상호작용에 따라 이동된다. 즉, 주도파로(110)의 출력단에서 출력이 발생하지 않게 되는 광신호의 파장은 링 공진기(120)의 개구부(122)에 접촉된 피측정물질에 의한 링 공진기(120)의 유효 굴절율의 변화량에 따라 달라지게 된다. 도 2에 도시된 바에 따르면, 링 공진기(120)의 유효 굴절율이 1×10-4만큼 증가할 때마다 주도파로(110)의 출력단에서 출력이 발생하지 않는 최소 파장이 일정하게 증가함을 알 수 있다. 따라서 링 공진기 센서는 주도파로(110)의 출력단을 통해 출력되는 광신호의 세기와 파장에 대한 응답신호를 측정함으로써 피측정물질의 특성을 검출할 수 있다.
한편 링 공진기 센서의 출력은 매질이 링 공진기(120)에 형성된 개구부(122)와 접촉할 때 일어나는 매질의 유전 상수 변화에 매우 민감하다. 즉, 매질이 링 공진기 센서의 개구부(122)를 거쳐 유동함에 따라 매질의 유전 상수가 변화하고, 이에 따라 링 공진기(120)의 유효 굴절률이 변하게 된다. 이러한 링 공진기(120)의 유효 굴절율의 변화는 공진 조건의 변화를 초래하여 출력 파장이 이동한다. 따라서 링 공진기 센서는 주도파로(110)의 출력단에서 측정된 광신호의 세기 및 위상을 기초로 산출한 링 공진기(120)의 유효 굴절률에 의해 피측정물질의 농도를 파악함으로써 피측정물질의 특성을 검출한다.
상술한 바와 같은 링 공진기 센서는 서로 결합되는 생체 분자들 중에서 하나의 생체 분자가 링 공진기 센서에 형성된 개구부(122)의 표면에 고정된 상태에서 피측정물질로서 이에 대응하는 생체 분자를 개구부(122)의 표면에 접촉시킨 후 이들 사이의 결합작용을 검출하는 바이오 센서의 형태로 구현될 수 있다. 서로 결합되는 생체 분자들의 예로는 항체-항원, 호르몬-수용체, 단백질-단백질, DNA-DNA, DNA-단백질 등을 들 수 있다. 이와 같이 링 공진기를 이용한 바이오 센서는 링 공진기 센서의 개구부(122) 표면에 리간드(ligand)를 고정화시킨 센서이다. 리간드의 고정화 방법의 일예로서 리간드에 티올기를 공유결합에 의해 붙여서 티올화된 리간 드를 금속 표면에 화학적으로 흡착시키는 방법을 들 수 있다. 또한 카르복실 메틸레이티드 덱스트란(carboxyl-methylated dextran) 사슬로 구성된 히드로겔 매트릭스(hydrogel matrix)를 이용하여 리간드를 링 공진기 센서의 개구부(122) 표면에 고정화하는 방법도 존재한다. 이러한 링 공진기 센서의 가장 큰 장점은 방사성 물질이나 형광 물질과 같은 지표 물질을 사용하지 않고 직접 분자를 측정할 수 있는 점이다. 나아가 링 공진기 바이오 센서를 이용하면 생체 분자를 실시간으로 결합과정을 모니터링할 수 있다.
그러나 기존의 링 공진기 센서는 간단한 구성으로 피측정물질의 특성측정이 가능하다는 장점이 있으나, 센서의 소형화 측면에서 일정한 제한이 존재한다. 즉, 광도파로가 원형의 루프형태로 이루어진 공진기를 구비하고 있는 기존의 링 공진기 센서의 경우 과도 방사 손실(excessive radiation loss)없이 링 공진기의 반경을 줄이기 위해서는 링 공진기를 구성하는 광도파로의 주변을 깊게 에칭(etching)할 필요가 있다. 이와 같이 링 공진기를 구성하는 광도파로 주변을 깊게 에칭하면 광도파로의 측면 광가둠(optical confinement) 효과를 높일 수 있지만, 측면 거칠기(sidewall roughness)에 의해 광 전파 손실이 증가하는 문제가 있다. 또한 링 공진기를 형성하고 있는 광도파로 자체가 진성 물질로 되어 있는 경우, 진성 물질을 통한 에칭은 과도 표면 재결합(excessive surface recombination)에 의한 문제가 야기된다. 나아가 이러한 링 공진기는 방사 손실(radiation loss)의 증가를 초래하여 결과적으로 링 공진기 센서의 소형화에 장애요인으로 작용한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 센서의 소형화에 따른 방사 손실을 최소화하면서 언제 어디서든 이용할 수 있도록 온칩(On-Chip)으로 집적화된 초소형의 고감도 마이크로 공진기 센서를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 일 실시예는, 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 상기 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 주도파로; 상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 공진도파로; 및 상기 공진도파로를 형성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 상기 공진도파로로 입력된 상기 분기광신호의 적어도 일부를 반사시켜 상기 분기광신호가 상기 공진도파로 내를 주회하도록 하는 광경로변경수단;을 구비하며, 상기 공진도파로를 구성하는 광도파로들 중에서 적어도 하나의 광도파로에 개구부가 형성된다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 다른 실시예는, 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 상기 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 제1주도파로; 상기 제1주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 제1주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 제1공진도파로; 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 상기 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 제2주도파로; 상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 제2주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 제2공진도파로; 및 상기 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 형성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 상기 제1공진도파로 또는 상기 제2공진도파로로 입력된 분기광신호의 적어도 일부를 반사시켜 상기 분기광신호가 상기 제1공진도파로 및 상기 제2공진도파로 내를 주회하도록 하는 광경로변경수단;을 구비하며, 상기 제1공진도파로와 제2공진도파로는 하나의 꼭지점을 공유하여 단일의 공진경로를 형성하고, 상기 제1공진도파로와 제2공진도파로를 구성하는 광도파로들 중에서 적어도 하나의 광도파로에 개구부가 형성된다.
이에 의해 초소형의 링 공진기 센서의 제작이 가능하고, 광원과 검출기를 동일한 웨이퍼 상에 온칩으로 집적시킬 수 있어 바이오 환경 센서 및 의료 응용분야에 적용할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 채용되는 파장 가변 광원의 일예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 파장 가변 광원은 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 광원으로부터 방출된 광신호의 파장을 원하는 파장의 신호로 가변하여 마이크로 공 진기 센서의 주도파로로 제공한다. 파장 가변 광원은 광발생부(410)광도파로(420), 제1공진링(430) 및 제2공진링(440)으로 구성된다.
광발생부(410)는 전극(412)을 통해 외부로부터 입력되는 전류 또는 전압에 의해 일정한 파장의 광신호를 발생하는 레이저 다이오드이다. 광도파로(420)는 제1공진링(430) 및 제2공진링(440)과 일정거리 이격되어 배치되며, 광도파로(420)와 각각의 공진링(430, 440)과의 이격거리에 따라 광도파로(420)와 각각의 공진링(430, 440) 사이의 결합계수가 변하게 되어 서로 결합되는 광신호의 양이 달라지게 된다. 이러한 광도파로(420)는 위상제어영역(422)과 반사영역(424)으로 구성되며, 위상제어영역(422)에는 전극(426)이 연결되어 위상제어영역(422)로 입력되는 전류 또는 전압에 의해 굴절률을 변경시켜 광신호의 위상을 제어한다. 광발생부(410)로부터 방출되어 광도파로(420)로 입력된 광신호는 제1공진링(430)에 결합되어 제1공진링(430) 내에서 시계방향으로의 제1광파를 형성한다. 또한 제1광파는 다시 제2공진링(440)에 결합되어 제2공진링(440) 내에서 반시계방향으로의 제2광파를 형성한다. 이러한 제1광파 및 제2광파는 광도파로(420)의 반사영역(424)에서 광도파로(420)로 결합되어 광발생부(410)로 진행하며, 이는 광발생부(410)에서 발생된 광신호에 더해져 최종적으로 방출되는 광신호의 파장을 변경한다.
제1공진링(430) 및 제2공진링(440)은 외부로부터 공급되는 구동전류의 크기에 따라 굴절율이 변화하는 위상제어영역(432, 442)이 형성되어 있는 광섬유 또는 광도파로를 원형으로 구성하여 제작된다. 제1공진링(430) 및 제2광진링(440)은 서로 광신호를 교류할 수 있도록 광결합된다. 또한 제1공진링(430) 및 제2공진 링(440)의 직경(R0, R1)은 서로 다르게 설정되며, 이에 의해 각각의 공진링(430, 440) 내에서의 광신호의 주회길이가 다르게 되어 각각의 공진링(430, 440)의 공진파장이 달라진다. 이러한 상태에서 한쪽 공진링(예를 들면, 참조번호 430인 공진링)에 입력되는 전류량을 변화시켜 해당 공진링(430)의 굴절률을 변화시키면 버니어(Vernier) 효과에 의해서 특정한 파장에서만 두 링이 동시에 공진하게 되고 강한 반사를 유발한다. 즉, 한쪽 공진링(430)의 굴절률을 고정시키고 다른쪽 공진링(440)의 굴절률을 점차 증가시키거나 감소시키면 정수배의 FSR(Free Spectral Range) 만큼씩 증가하거나 감소하는 파장에서 반사율 피크가 차례로 나타나게 된다.
도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 가변 파장 광원을 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 적용하면 전체 센서의 구성소자들을 단일 웨이퍼에 집적할 수 있어 광집접화회로(Photonic Integrated Circuit) 형태의 마이크로 공진기 센서의 제적이 가능하며, 이에 의해 마이크로 공진기 센서를 보다 간단하고 저렴한 비용으로 생산할 수 있다. 아울러 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 광원으로는 도 4를 참조하여 설명한 가변 파장 광원 외에 레이저 다이오드와 같은 널리 알려진 발광소자가 적용될 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제1실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 제1실시예는 주도파로(510), 공진도파로(520), 전반사소자(530)(이하, 명세서 전반에 걸쳐 전반사소자의 구체적인 예로서 '전반사미러'를 들어 설명함) 및 광분기소자(532, 534)(이하, 명세서 전반에 걸쳐 광분기소자의 구체적인 예로서 '빔스플리터'를 들어 설명함)를 구비한다. 주도파로(510)는 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 주도파로(510)에는 입사구를 통해 입력된 광신호가 공진도파로(520)로 결합되는 광결합영역이 형성된다. 공진도파로(520)는 주도파로(510)의 광결합영역과 광결합되어 주도파로(510)의 입사구를 통해 입력된 광신호 중에서 공진도파로(520)로 결합되는 광신호(이하, '분기광신호'라 함)를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 삼각형상으로 배치되어 구성된다. 이러한 각각의 광도파로는 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 단면이 사각형인 것이 바람직하다. 이때 삼각형상의 공진도파로(530)의 세변을 구성하는 광도파로 중에서 하나의 광도파로는 주도파로(510)를 구성하는 광도파로와 일체로 이루어진다. 빔스플리터(532, 534)는 삼각형상의 공진도파로(530)의 세변을 구성하는 광도파로 중에서 주도파로(510)를 구성하는 광도파로와 일체로 이루어지는 광도파로를 제외한 다른 두개의 광도파로와 주도파로(510)가 접속되는 지점에 배치된다. 또한 전반사미러(530)는 주도파로(510)를 구성하는 광도파로와 일체로 이루어지는 광도파로를 제외한 다른 두 광도파로가 접속되는 지점에 배치된다.
주도파로(510)의 입사구를 통해 입력된 광신호는 제2빔스플리터(534)를 통과한 후 제1빔스플리터(532)에 의해 분기되어 주도파로(510)의 출사구를 통해 출력되는 동시에 공진도파로(520)로 입력된다. 공진도파로(520)로 입력된 분기광신호는 전반사미러(530)에 의해 반사되며, 이어서 제2빔스플리터(534)에 의해 분기되어 일부는 모니터링부(미도시)로 향하고, 일부는 주도파로(510)의 출사구로 향한다. 이와 같은 방식에 의해 공진도파로(520)로 입력된 분기광은 공진도파로(520) 내를 주 회하게 된다.
한편 공진도파로(520)를 구성하는 광도파로 중에서 주도파로(510)를 구성하는 광도파로와 일체로 이루어지는 광도파로를 제외한 다른 두개의 광도파로 중에서 적어도 하나의 광도파로의 상면 및 측면 중에서 적어도 하나의 면에는 개구부(522, 524)가 형성된다. 주도파로(510)의 입사구를 통해 입력된 광신호는 제1빔스플리터(532)를 통해 공진도파로(520)로 결합되고, 결합된 분기광신호는 공진도파로(520)에 형성된 개구부(522, 524)에서 액체 또는 기체로 이루어진 피측정물질와 반응한다. 이와 같은 분기광신호와 피측정물질의 반응에 의해 공진도파로(520)의 유효 굴절률이 변하게 되며, 이에 따라 광신호의 위상이 변화하여 결합공진조건이 달라지게 된다. 이러한 공진도파로(520)의 공진조건 및 공진상태에서의 임계 결합 조건은 수학식 5 및 수학식 6과 같다. 이상과 같이 공진도파로(520)의 개구부(522, 524)의 계면에서 반응하는 피측정물질의 농도에 대응하여 공진도파로(520)의 공진조건이 변경되므로, 주도파로(510)의 출사구를 통해 출력되는 광신호의 세기를 측정하면 피측정물질의 특성을 검출할 수 있다.
도 5b는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제2실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 제2실시예는 주도파로(540), 공진도파로(550) 및 전반사미러(560, 562, 564)를 구비한다. 주도파로(540)는 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 주도파로(540)에는 입사구를 통해 입력된 광신호가 공진도파로(550)로 결합되는 광결 합영역이 형성된다. 공진도파로(550)는 주도파로(540)의 광결합영역과 광결합되어 주도파로(540)의 입사구를 통해 입력된 광신호 중에서 공진도파로(550)로 결합되는 광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 삼각형상으로 배치되어 구성된다. 이때 삼각형상의 공진도파로(550)의 세변을 구성하는 광도파로 중에서 하나의 광도파로는 주도파로(540)와 평행하게 배치된다. 전반사미러(560, 562, 564)는 삼각형상의 공진도파로(550)의 세변을 구성하는 광도파로들이 서로 접속되는 지점인 꼭지점 영역에 배치된다.
한편 공진도파로(550)를 구성하는 광도파로 중에서 주도파로(540)를 구성하는 광도파로와 평행하게 배치되는 광도파로를 제외한 다른 두개의 광도파로 중에서 적어도 하나의 광도파로의 상면 및 측면 중에서 적어도 하나의 면에는 개구부(552, 554)가 형성된다. 주도파로(540)의 입사구를 통해 입력된 광신호는 광결합영역에서 공진도파로(550)로 결합된다. 공진도파로(550)로 입력된 광신호는 공진도파로(550)의 각 꼭지점에 설치된 전반사미러(560, 562, 564)에 의해 반사되어 공진도파로(550) 내를 시계방향으로 진행하게 된다. 이때 공진도파로(550) 내를 진행하던 광신호는 공진도파로(550)에 형성된 개구부(552, 554)에서 액체 또는 기체로 이루어진 피측정물질와 반응하며, 이에 의해 공진도파로(550)의 유효 굴절률이 변하게 되며, 이에 따라 광신호의 위상이 변화하여 결합공진조건이 달라지게 된다. 이어서 공진도파로(550) 내를 진행하던 광신호는 공진도파로(550)의 광결합영역에서 주도파로(540)로 결합되어 주도파로(540)의 출사구를 통해 출력된다. 이상과 같이 공진도파로(550)의 개구부(552, 554)의 계면에서 반응하는 피측정물질의 농도에 대응하 여 공진도파로(550)의 공진조건이 변경되므로, 주도파로(540)의 출사구를 통해 출력되는 광신호의 세기를 측정하면 피측정물질의 특성을 검출할 수 있다.
도 5c는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제3실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 5c를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센세의 제3실시예는 주도파로(570), 광결합소자(575)(이하, 명세서 전반에 걸쳐 광결합소자의 구체적인 예로서 '광결합기'를 들어 설명함), 공진도파로(580) 및 전반사미러(590, 592, 594, 596)를 구비한다. 주도파로(570)는 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 주도파로(570)에는 입사구를 통해 입력된 광신호가 광결합기(575)로 결합되는 광결합영역이 형성된다. 광결합기(575)는 주도파로(570)의 입사구를 통해 입력된 광신호를 주도파로(570)의 출사구 및 공진도파로(580)로 분배한다. 또한 광결합기(575)는 공진도파로(580) 내를 주회한 광신호를 주도파로(570)의 출사구 및 공진도파로(580)로 분배한다. 이러한 광결합기(575)로 자기상 맺힘(Self Imaging) 현상을 이용한 다중 모드 간섭 결합기(Multi-mode Interference Coupler : MMIC)를 적용하면 전체적인 마이크로 공진기 센서의 크기를 줄일 수 있고, 광결합기(575)와 다른 소자들을 단일 웨이퍼 상에 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있다.
공진도파로(580)는 광결합기(575)와 광결합되어 주도파로(570)의 입사구를 통해 입력된 광신호 중에서 공진도파로(580)로 결합되는 광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 사각형상으로 배치되어 구성된다. 이때 사각형상의 공진도파로(580)의 네변을 구성하는 광도파로 중에서 하나의 광도파로가 광결 합기(575)에 접속된다. 전반사미러(590, 592, 594, 596)는 사각형상의 공진도파로(580)의 네변을 구성하는 광도파로들이 서로 접속되는 지점인 꼭지점 영역에 배치된다.
한편 공진도파로(580)를 구성하는 광도파로 중에서 광결합기(575)에 결합된 광도파로를 제외한 다른 세개의 광도파로 중에서 적어도 하나의 광도파로의 상면 및 측면 중에서 적어도 하나의 면에는 개구부(592)가 형성된다. 주도파로(570)의 입사구를 통해 입력된 광신호는 광결합기(575)를 통해 공진도파로(580)로 결합된다. 공진도파로(580)로 입력된 광신호는 공진도파로(580)의 각 꼭지점에 설치된 전반사미러(590, 592, 594, 596)에 의해 반사되어 공진도파로(580) 내를 반시계방향으로 진행하게 된다. 이때 공진도파로(580) 내를 진행하던 광신호는 공진도파로(580)에 형성된 개구부(582)에서 액체 또는 기체로 이루어진 피측정물질와 반응하며, 이에 의해 공진도파로(580)의 유효 굴절률이 변하게 되며, 이에 따라 광신호의 위상이 변화하여 결합공진조건이 달라지게 된다. 이어서 공진도파로(580) 내를 진행하던 광신호는 광결합기(575)를 통해 주도파로(570)로 결합되어 주도파로(570)의 출사구를 통해 출력된다. 이상과 같이 공진도파로(580)의 개구부(582)의 계면에서 반응하는 피측정물질의 농도에 대응하여 공진도파로(580)의 공진조건이 변경되므로, 주도파로(570)의 출사구를 통해 출력되는 광신호의 세기를 측정하면 피측정물질의 특성을 검출할 수 있다.
한편 도 5a 내지 도 5c에 도시된 실시예의 공진도파로는 삼각형(제1 및 제2실시예) 또는 사각형(제3실시예)의 형태를 가지나, 공진도파로를 이루는 광도파로가 다각형상의 형태로 배치될 수 있다. 따라서 도 5a 및 도 5b에 도시된 형태로 주도파로와 공진도파로가 광결합하면서 공진도파로는 사각형상으로 구현될 수 있으며, 도 5c에 도시된 형태로 주도파로와 공진도파로가 광결합하면서 공진도파로는 삼각형상으로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 신호검출기법을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한 마이크로 공진기 센서는 주도파로(510, 540, 570)의 입사구를 통해 입력된 광신호가 주도파로(510, 540, 570)를 따라 진행하다가 주도파로(510, 540, 570)와 광결합된 공진도파로(520, 550, 580)의 공진조건에 맞는 파장만 공진도파로(520, 550, 580)로 결합된다. 이때 공진도파로(520, 550, 580)의 굴절률은 공진도파로(520, 550, 580)에 형성된 개구부(522, 524, 552, 554, 582)에 배치되어 있는 수용체(receptor)와 피측정물질(예를 들면, 바이오시료, 환경시료)의 결합정도에 따라 변하게 된다. 이러한 공진도파로(520, 550, 580)의 굴절률의 변화는 공진도파로(520, 550, 580) 내를 주회하는 광신호의 위상변화를 일으켜 결합 공진 조건이 달라지게 되며, 이에 의해 주도파로(510, 540, 570)의 입사구를 통해 입력된 광신호 중에서 공진도파로(520, 550, 580)로 결합되지 않고 주도파로(510, 540, 570)의 출사구를 통해 출력되는 광신호의 파장이 변하게 된다.
측정부(미도시)는 주도파로(520, 540, 570)의 출사구에 배치된 포토 다이오드(Photo Diode)와 같은 광검출소자에 의해 주도파로(510, 540, 570)의 출사구로부터 출력되는 광신호의 세기를 검출한다. 이때 측정부는 공진도파로(520, 550, 580)를 구성하는 광도파로에 형성된 개구부(522, 524, 552, 554, 582)에 피측정물질가 위치하지 않는 상태에서 주도파로(510, 540, 570)와 공진도파로(520, 550, 580) 사이의 공진조건을 충족하여 주도파로(510, 540, 580)의 출사구에서 광신호가 검출되지 않는 파장인 공진파장에 해당하는 파장을 갖는 광의 세기를 검출한다. 이러한 공진파장은 FSR(free spectral range)에 해당하는 간격마다 존재하며, 보다 정확한 검출을 위해 측정부는 복수의 공진파장(즉, 1549.893nm와 1550.698nm)에서 하방향 및 상방향으로 광신호의 세기를 검출하는 것이 바람직하다. 다음으로 측정부는 검출한 광신호의 세기를 기초로 공진도파로(520, 550, 580)를 구성하는 광도파로에 형성된 개구부(522, 524, 552, 554, 582)에 위치한 피측정물질에 의한 공진도파로(520, 550, 580)의 유효 굴절율의 변화량을 산출한다.
복수의 공진파장에서 광신호의 세기를 검출한 경우에 측정부는 공진파장에서 검출된 광신호의 세기들의 차이값(제1공진파장에서 상방으로 측정된의 광의 세기에서 제2공진파장에서 하방으로 측정된 광의 세기를 뺀 값)을 산출하여 이를 기초로 공진도파로(520, 550, 580)의 유효 굴절률의 변화량을 산출한다. 마지막으로 측정부는 산출한 유효 굴절률의 변화량에 의해 공진도파로(520, 550, 580)를 구성하는 광도파로에 형성된 개구부(522, 524, 552, 554, 582)에 위치한 피측정물질의 농도를 파악하여 피측정물질의 특성을 검출한다.
도 7a는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제4실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 7a에 도시된 마이크로 공진기 센서는 도 5b에 도시된 마이크로 공진기 센서 두개가 연결된 구조를 갖는다.
도 7a를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 제4실시예는 제1주도파로(710), 제2주도파로(720), 제1공진도파로(730), 제2공진도파로(740), 빔스플리터(750) 및 전반사미러(752, 754, 756, 758)를 구비한다. 도 7a에 도시된 마이크로 공진기 센서는 도 5b에 도시된 마이크로 공진기 센서 두개를 빔스플리터(750)에 의해 결합시킨 구조를 갖는다. 제1주도파로(710)의 입사구를 통해 입력된 광신 호는 광결합영역에서 제1공진도파로(730)로 결합된다. 제1공진도파로(730)로 입력된 광신호는 제1공진도파로(730)에 설치된 제1전반사미러(752)에 의해 반사되어 빔스플리터(750)로 향한다. 빔스플리터(750)는 입사된 광신호를 제1공진도파로(730)에 설치된 제2전반사미러(754)와 제2공진도파로(740)로 분기시킨다. 제2공진도파로(740)로 입사된 광신호는 제2공진도파로(740)에 설치된 제4전반사미러(758)와 제3전반사미러(756)에 의해 반사되어 제2공진도파로 내를 주회하며, 재차 빔스플리터(750)로 입사되어 일부가 제1공진도파로(730)로 결합된다.
상술한 바와 같은 광신호의 전달과정에서 제1공진도파로(730)와 제2공진도파로(740)로 입사된 광신호는 각각 제1공진도파로(730)와 제2공진도파로(740)에 형성된 개구부(732, 734, 742, 744)에서 액체 또는 기체로 이루어진 피측정물질와 반응하며, 개구부(732, 734, 742, 744)에서 반응하는 피측정물질의 농도에 따라 제1공진도파로(730) 및 제2공진도파로(740)의 유효 굴절률이 변하게 된다. 두개의 공진도파로(730, 740)의 유효 굴절률이 바뀌게 되면, 제1주도파로(710)에서 제1공진도파로(730)로 결합되는 조건이 바뀌게 되고, 이에 따라 제1주도파로(710)의 출사구를 통해 출력되는 빛의 양이 달라지게 되므로 이에 의해 피측정물질의 특성을 검출할 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이 두개의 공진도파로를 결합하여 공진기를 구성하면 주도파로를 통해 출력되는 광신호의 파장이 밴드스탑의 형태가 아닌 밴드패스의 형태의 출력 형태를 가지게 되며, 버니어 효과에 의해서 넓은 공진간격을 얻을 수 있는 이점이 있다.
도 7b는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제5실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 7b를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 제5실시예는 제1주도파로(760), 제1광결합기(765), 제2주도파로(770), 제2광결합기(775), 공진도파로(780) 및 전반사미러(790, 792, 794, 796)를 구비한다.
제1주도파로(760)의 입사구를 통해 입력된 광신호는 제1광결합기(565)에 의해 공진도파로(780)에 결합된다. 공진도파로(580)로 결합된 광신호는 공진도파로(580)에 배치된 제1전반사미러(790) 및 제2전반사미러(792)에 의해 반사되어 제2광결합기(775)로 입력된다. 제2전반사미러(792)에 의해 반사되어 제2광결합기(775)로 입력된 광신호는 제2주도파로(770)에 결합되어 제2주도파로(770)의 출사구를 통해 출력된다. 이과정에서 공진도파로(780)로 결합된 광신호는 제1전반사미러(790)와 제2전반사미러(792) 사이에 형성된 개구부(782)에서 액체 또는 기체로 이루어진 피측정물질와 반응하며, 이에 의해 공진도파로(780)의 유효 굴절률이 변하게 되며, 이에 따라 광신호의 위상이 변화하여 결합공진조건이 달라지게 된다. 따라서 제2주도파로(770)의 출사구를 통해 출력되는 광신호의 세기를 측정하면 피측정물질의 특성을 검출할 수 있다. 한편, 제2주도파로(770)의 입사구를 통해 광신호가 입력되면, 피측정물질는 공진도파로(780)에 배치된 제3전반사미러(794)와 제4전반사미러(796) 사이에 형성된 개구부(784)에서 광신호와 반응한다. 이경우 피측정물질의 특성검출은 제1주도파로(760)의 출사구를 통해 출력되는 광신호의 세기를 측정하여 이루어진다. 도 7b에 도시된 바와 같이 두개의 공진도파로를 결합하여 공진기를 구성하면 주도파로를 통해 출력되는 광신호의 파장이 밴드스탑의 형태가 아닌 밴드패스의 형태의 출력 형태를 가지게 된다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 실시예는 각각 도 5b 및 도 5c에 도시된 제2 및 제3실시예에 따른 마이크로 공진기 센서 두 개가 연결된 구조를 갖는다. 이에 더해 도 5a에 도시된 제1실시예에 따른 마이크로 공진기 센서 두 개를 연결하여 또 다른 형태의 마이크로 공진기 센서를 구성할 수 있다. 이러한 마이크로 공진기 센서는 제1주도파로, 제1공진도파로, 제2주도파로, 제2공진도파로 및 광로변경수단을 구비한다. 제1주도파로는 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가진다. 제1공진도파로는 제1주도파로의 광결합영역과 광결합되어 제1주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성된다. 이러한 제1주도파로의 광결합영역과 제1공진도파로의 광결합영역은 제1주도파로를 구성하는 광도파로에 일체로 형성된다. 제2주도파로는 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가진다. 제2공진도파로는 제2주도파로의 광결합영역과 광결합되어 제2주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성된다.
이러한 제2주도파로의 광결합영역과 제2공진도파로의 광결합영역은 제2주도파로를 구성하는 광도파로에 일체로 형성된다. 광경로변경수단은 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 형성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 제1공진도파로 또는 제2공진도파로로 입력된 분기광신호의 적어도 일부를 반사시켜 분기광신호가 제1공진도파로 및 상기 제2공진도파로 내를 주회하도록 한다. 이러한 광경로변경수단은 제1광분기소자, 제2광분기소자 및 전반사소자로 구성되다. 제1광분기소자는 제1주도파로 및 제2주도파로의 광결합영역의 양단에 설치되어 입사구를 통해 입사된 광신호를 제1주도파로 및 제2주도파로의 출사구와 제1공진도파로 및 제2공진도파로로 각각 분기한다. 제2광분기소자는 제1공진도파로 및 제2공진도파로가 공유하는 꼭지점 영역에 설치되어 제1공진도파로로 입사된 분기광신호를 제2공진도파로로 제공하고, 제2공진도파로로 입사된 분기광신호를 제1공진도파로로 제공한다. 전반사소자는 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 구성하는 광도파로 중에서 광결합영역에 해당하는 광도파로를 제외한 나머지 광도파로들이 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 입사된 분기광신호를 전반사시킨다. 또한 제1공진도파로와 제2공진도파로는 하나의 꼭지점을 공유하여 단일의 공진경로를 형성하고, 제1공진도파로와 제2공진도파로를 구성하는 광도파로들 중에서 적어도 하나의 광도파로에 개구부가 형성된다.
또한 도 5c에 도시된 바와 같이 광결합기에 의해 주도파로와 공진도파로가 광결합되면서, 공진도파로가 삼각형상을 이루는 마이크로 공진기 센서를 두 개 연결하여 하나의 마이크로 공진기 센서를 구성할 수도 있다. 이 경우 마이크로 공진기 센서는 제1주도파로, 제1공진도파로, 제1광결합소자, 제2주도파로, 제2공진도파로, 제2광결합소자 및 광경로변경수단을 구비한다. 제1주도파로는 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가진다. 제1공진도파로는 제1주도파로의 광결합영역과 광결합되어 제1주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성된다. 제1광결합소자는 제1주도파로의 광결합영역과 제1공진도파로의 광결합영역을 각각 광결합시킨다. 제2주도파로는 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가진다. 제2공진도파로는 제2주도파로의 광결합영역과 광결합되어 제2주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성된다. 제2광결합소자는 제2주도파로의 광결합영역과 제2공진도파로의 광결합영역을 각각 광결합시킨다. 광경로변경수단은 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 형성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 제1공진도파로 또는 제2공진도파로로 입력된 분기광신호의 적어도 일부를 반사시켜 분기광신호가 제1공진도파로 및 제2공진도파로 내를 주회하도록 한다.
광분기소자는 제1공진도파로 및 제2공진도파로가 공유하는 꼭지점 영역에 설치되어 제1공진도파로로 입사된 분기광신호를 제2공진도파로로 제공하고, 제2공진도파로로 입사된 분기광신호를 제1공진도파로로 제공한다. 전반사소자는 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 구성하는 광도파로 중에서 광결합영역에 해당하는 광도파로를 제외한 나머지 광도파로들이 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 입사된 분기광신호를 전반사시킨다. 또한 제1공진도파로와 제2공진도파로는 하나의 꼭지점을 공유하여 단일의 공진경로를 형성하고, 제1공진도파로와 제2공진도파로를 구성하는 광도파로들 중에서 적어도 하나의 광도파로에 개구부가 형성된다.
이상의 설명에서 전반사소자, 광분기소자 및 광결합소자는 모두 광경로를 변경하는 소자라는 점에서 광경로변경수단으로 통칭될 수 있다.
도 8a는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제6실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 8a에 도시된 마이크로 공진기 센서는 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 전계광학 변조기(Electerooptic Modulator)에 도 5b에 도시된 마이크로 공진기 센서의 제2실시예를 결합한 구조를 갖는다.
도 8a를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 제6실시예는 마마흐-젠더 전계광학 변조기를 구성하는 두개의 광도파로(810, 815) 중에서 하나의 광도파로(810)에 꼭지점에 전반사미러(830, 832, 834)가 배치된 공진도파로(820)가 결합된 구조를 갖는다. 전기광학물질 위에 형성된 마흐-젠더 전계광학 변조기의 입력단에 입사된 광신호는 서로 다른 두 개의 광도파로(810, 815)를 거쳐 다시 하나의 빛으로 합쳐진 후 출력단으로 출사된다. 이때 한쪽 광도파로(810)를 통해 입사된 광신호는 해당 광도파로(810)와 평행하게 배치된 공진도파로(820)를 구성하는 광도파로로 결합되어 공진도파로(820)로 입력된다. 공진도파로(820)로 입력된 광신호는 공진도파로(820)의 꼭지점에 배치된 전반사미러(832, 830, 834)에 의해 반사되어 공진도파로(820) 내를 주회한다.
공진도파로(820) 내를 주회하는 광신호는 각각의 전반사미러(832, 830, 834) 사이에 형성된 개구부(822, 824)에서 액체 또는 기체로 이루어진 피측정물질와 반응하며, 개구부(822,824)에서 반응하는 피측정물질의 농도에 따라 공진도파로(820)의 유효 굴절률이 변하게 된다. 이러한 공진도파로(820)의 유효 굴절율의 변화에 의해 공진도파로(820)로부터 마흐-젠더 전계광학 변조기를 구성하는 광도파로 중에 서 공진도파로(820)와 결합되는 광도파로(810)로 재결합되는 광신호의 위상이 변하게 된다. 따라서 전기광학 물질 위에 만들어진 마흐-젠더 전계광학 변조기의 서로 다른 두 개의 광도파로(810, 815)를 통과하는 광신호의 위상차이에 따른 광신호 간의 보강 또는 상쇄간섭이 발생하므로, 마흐-젠더 전계광학 변조기의 출사구를 통해 출력되는 광신호의 세기를 측정하여 피측정물질의 특성을 검출할 수 있다.
도 8b는 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제7실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 8b에 도시된 마이크로 공진기 센서는 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 전계광학 변조기(Electerooptic Modulator)에 도 5c에 도시된 마이크로 공진기 센서의 제3실시예를 결합한 구조를 갖는다.
도 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 제7실시예는 마마흐-젠더 전계광학 변조기를 구성하는 두개의 광도파로(850, 855) 중에서 하나의 광도파로(850)에 광결합기(860)를 통해 각각의 꼭지점에 전반사미러(880, 882, 884, 886)가 배치된 공진도파로(870)가 결합된 구조를 갖는다. 전기광학물질 위에 형성된 마흐-젠더 전계광학 변조기의 입력단에 입사된 광신호는 서로 다른 두 개의 광도파로(850, 855)를 거쳐 다시 하나의 빛으로 합쳐진 후 출력단으로 출사된다. 이때 한쪽 광도파로(850)를 통해 입사된 광신호는 해당 광도파로(850)에 결합되어 있는 광결합기(860)에 의해 공진도파로(870)로 결합된다. 공진도파로(870)로 입력된 광신호는 공진도파로(870)의 꼭지점에 배치된 전반사미러(882, 882, 884, 886)에 의해 반사되어 공진도파로(870) 내를 주회한다.
공진도파로(870) 내를 주회하는 광신호는 전반사미러(882, 884) 사이에 형성된 개구부(872)에서 액체 또는 기체로 이루어진 피측정물질와 반응하며, 개구부(872)에서 반응하는 피측정물질의 농도에 따라 공진도파로(870)의 유효 굴절률이 변하게 된다. 이러한 공진도파로(870)의 유효 굴절율의 변화에 의해 공진도파로(870)로부터 광결합기(860)를 통해 마흐-젠더 전계광학 변조기를 구성하는 광도파로 중에서 공진도파로(870)와 결합되는 광도파로(850)로 재결합되는 광신호의 위상이 변하게 된다. 따라서 전기광학 물질 위에 만들어진 마흐-젠더 전계광학 변조기의 서로 다른 두 개의 광도파로(850, 855)를 통과하는 광신호의 위상차이에 따른 광신호 간의 보강 또는 상쇄간섭이 발생하므로, 마흐-젠더 전계광학 변조기의 출사구를 통해 출력되는 광신호의 세기를 측정하여 피측정물질의 특성을 검출할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 실시예는 각각 도 5b 및 도 5c에 도시된 제2 및 제3실시예에 따른 마이크로 공진기 센서에 마흐-젠더 전계광학 변조기를 결합한 구조를 갖는다. 이에 더해 도 5a에 도시된 제1실시예에 따른 마이크로 공진기 센서에 마흐-젠더 전계광학 변조기를 결합하여 또 다른 형태의 마이크로 공진기 센서를 구성할 수 있다. 이러한 마이크로 공진기 센서는 도 5a에 도시된 바와 같이 주도파로와 보조도파로가 일체로 형성되어 있는 제1실시예의 주도파로와 평행하게 보조도파로를 배치하고, 보조도파로의 일단과 타단을 각각 주도파로의 입사구와 출사구에 광결합시킴으로써 구현된다.
도 9는 도 8b에 도시된 마이크로 공진기 센서의 제7실시예에 파장 가변 광원과 광검출소자가 결합되어 이루어진 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 대한 제8실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 마이크로 공진기 센서의 제8실시예는 광발생부(910), 공진부(920) 및 광검출부(930)로 구성되어 동일한 웨이퍼에 광 집적화 (Photonic Integrated Circuit, PIC) 기술에 의해 집적된 센서 모듈 구조이다. 이러한 마이크로 공진기 센서는 초소형으로 제작이 가능하여 휴대용 장비에 응용이 될 수 있고, 여러 개의 서로 다른 크기의 공진기를 집적하여 다중 파장을 적용할 수 있어 다중 센서로서 구현될 수 있다. 아울러 도 9에는 도 8b를 참조하여 설명한 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 제7실시예가 공진부(920)로 채용되어 있지만 본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서의 제1실시예 내지 제6실시 예 역시 공진부(920)로 채용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 마이크로 공진기 센서에 의하면, 전반사미러를 이용하여 공진기를 구성함으로써, 과도 방사 손실없이 마이크로 공진기 센서를 초소형으로 제작할 수 있다. 또한 전체 소자를 동일한 웨이퍼에 집적할 수 있어 온칩으로 제작이 가능하여 휴대용 단말기에 적용될 수 있는 초소형 광센서 모듈의 생산이 가능하다는 이점이 있다.

Claims (20)

  1. 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 상기 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 주도파로;
    상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 공진도파로; 및
    상기 공진도파로를 형성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 상기 공진도파로로 입력된 상기 분기광신호의 적어도 일부를 반사시켜 상기 분기광신호가 상기 공진도파로 내를 주회하도록 하는 광경로변경수단;를 포함하며,
    상기 공진도파로를 구성하는 광도파로들 중에서 적어도 하나의 광도파로에 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주도파로의 광결합영역과 상기 공진도파로의 광결합영역은 상기 주도파로를 구성하는 광도파로에 일체로 형성되며,
    상기 광경로변경수단은,
    상기 광결합영역의 양단에 설치되어 상기 입사구를 통해 입사된 광신호를 상기 주도파로의 출사구 및 상기 공진도파로로 분기하는 광분기소자; 및
    상기 공진도파로를 구성하는 광도파로 중에서 상기 광결합영역에 해당하는 광도파로를 제외한 나머지 광도파로들이 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 입사된 분기광신호를 전반사시키는 전반사소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광경로변경수단은 상기 공진도파로를 구성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 입사된 분기광신호를 전반사시키는 전반사미러인 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    입력된 광신호를 분배하거나 결합시키는 광결합소자를 더 포함하고,
    상기 주도파로의 광결합영역과 상기 공진도파로의 광결합영역은 상기 광결합소자와 각각 광결합되며,
    상기 광경로변경수단은 상기 공진도파로를 구성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 입사된 분기광신호를 전반사시키는 전반사미러인 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 주도파로와 평행하게 배치된 보조도파로를 더 포함하고,
    상기 보조도파로의 일단은 상기 주도파로의 입사구에 광결합되고, 상기 보조 도파로의 타단은 상기 주도파로의 출사구에 광결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진도파로를 구성하는 광도파로의 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 단면은 사각형상이며, 상기 개구부는 공진도파로를 구성하는 광도파로의 상면 및 측면 중에서 적어도 하나의 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주도파로의 출사구로부터 출력되는 광의 세기를 검출하여 상기 공진도파로를 구성하는 광도파로에 형성된 개구부에 위치한 피측정매질에 의한 공진도파로의 유효굴절율의 변화량을 산출하는 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 측정부는 정수배의 FSR(free spectral range)에 해당하는 간격을 갖는 복수의 공진파장 각각에 해당하는 파장을 갖는 광의 세기를 검출하고, 상기 검출된 광의 세기들의 차이값을 기초로 상기 공진도파로의 유효굴절율의 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 광신호를 발생하여 상기 주도파로의 입사구로 입력하는 광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 광원부는,
    광신호를 출력하는 광원;
    외부로부터 공급되는 구동전류의 크기에 따라 굴절율이 변화하는 위상제어영역이 형성된 제1반경을 갖는 원형의 광도파로로 구성되는 제1공진링;
    외부로부터 공급되는 구동전류의 크기에 따라 굴절율이 변화하는 위상제어영역이 형성된 제2반경을 갖는 원형의 광도파로로 구성되는 제2공진링;
    상기 제1공진링 및 제2공진링과 이격되어 배치되고, 상기 제1공진링 또는 제2공진링의 굴절율 변화에 대응하여 상기 광원으로부터 출력된 광신호의 파장을 변경시켜 출력하는 광도파로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 광원부, 상기 주도파로, 상기 공진도파로, 상기 광경로변경수단 및 상기 측정부는 단일 웨이퍼에 집적되어 광집접화회로(Photonic Integrated Circuit)로 제작되는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  12. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주도파로와 평행하게 배치된 보조도파로를 더 포함하고,
    상기 보조도파로의 일단은 상기 주도파로의 입사구에 광결합되고, 상기 보조도파로의 타단은 상기 주도파로의 출사구에 광결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 공진도파로를 구성하는 광도파로 중에서 상기 광분기소자 중에서 상기 주도파로의 입사구 측에 설치된 광분기소자와 연결되는 광도파로로부터 출력되는 광신호를 검출하는 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  14. 광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 상기 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 제1주도파로;
    상기 제1주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 제1주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 제1공진도파로;
    광신호가 입사되는 입사구와 광신호가 출사되는 출사구를 구비하며, 상기 입사구를 통해 입력된 광신호의 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 제2주도파로;
    상기 제2주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 제2주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 제2공진도파로; 및
    상기 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 형성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 상기 제1공진도파로 또는 상기 제2공진도파로로 입력된 분기광신호의 적어도 일부를 반사시켜 상기 분기광신호가 상기 제1공진도파로 및 상기 제2공진도파로 내를 주회하도록 하는 광경로변경수단;을 포함하며,
    상기 제1공진도파로와 제2공진도파로는 하나의 꼭지점을 공유하여 단일의 공진경로를 형성하고, 상기 제1공진도파로와 제2공진도파로를 구성하는 광도파로들 중에서 적어도 하나의 광도파로에 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1주도파로의 광결합영역과 상기 제1공진도파로의 광결합영역은 상기 제1주도파로를 구성하는 광도파로에 일체로 형성되고, 상기 제2주도파로의 광결합영역과 상기 제2공진도파로의 광결합영역은 상기 제2주도파로를 구성하는 광도파로에 일체로 형성되고,
    상기 광경로변경수단은,
    상기 광결합영역의 양단에 설치되어 상기 입사구를 통해 입사된 광신호를 상기 제1주도파로 및 제2주도파로의 출사구와 상기 제1공진도파로 및 상기 제2공진도파로로 각각 분기하는 제1광분기소자;
    상기 제1공진도파로 및 상기 제2공진도파로가 공유하는 꼭지점 영역에 설치되어 상기 제1공진도파로로 입사된 분기광신호를 상기 제2공진도파로로 제공하고, 상기 제2공진도파로로 입사된 분기광신호를 상기 제1공진도파로로 제공하는 제2광분기소자; 및
    상기 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 구성하는 광도파로 중에서 상기 광결합영역에 해당하는 광도파로를 제외한 나머지 광도파로들이 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 입사된 분기광신호를 전반사시키는 전반사소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 광경로변경수단은,
    상기 제1공진도파로 및 제2공진도파로가 공유하는 꼭지점 영역에 설치되어 상기 제1공진도파로로 입사된 분기광신호를 상기 제2공진도파로로 제공하고, 상기 제2공진도파로로 입사된 분기광신호를 상기 제1공진도파로로 제공하는 광분기소자; 및
    상기 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 구성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 입사된 분기광신호를 전반사시키는 전반사미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 제1주도파로의 광결합영역과 상기 제1공진도파로의 광결합영역이 각각광결합되는 제1광결합소자; 및
    상기 제2주도파로의 광결합영역과 상기 제2공진도파로의 광결합영역이 각각 광결합되는 제2광결합소자;를 더 포함하며,
    상기 광경로변경수단은,
    상기 제1공진도파로 및 제2공진도파로가 공유하는 꼭지점 영역에 설치되어 상기 제1공진도파로로 입사된 분기광신호를 상기 제2공진도파로로 제공하고, 상기 제2공진도파로로 입사된 분기광신호를 상기 제1공진도파로로 제공하는 광분기소자; 및
    상기 공진도파로를 구성하는 각각의 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에 설치되어 입사된 분기광신호를 전반사시키는 전반사소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는마이크로 공진기 센서.
  18. 제 14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1공진도파로 및 제2공진주파수를 구성하는 광도파로의 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 단면은 사각형상이며, 상기 개구부는 상기 제1공진도파로 및 제2공진도파로를 구성하는 광도파로의 상면 및 측면 중에서 적어도 하나의 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  19. 제 14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1주도파로 또는 제2주도파로의 출사구로부터 출력되는 광의 세기를 검출하여 상기 제1공진도파로 또는 제2공진도파로를 구성하는 광도파로에 형성된 개구부에 위치한 피측정매질에 의한 제1공진도파로 또는 제2공진도파로의 유효굴절율의 변화량을 산출하는 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 측정부는 정수배의 FSR(free spectral range)에 해당하는 간격을 갖는 복수의 공진파장 각각에 해당하는 파장을 갖는 광의 세기를 검출하고, 상기 검출된 광의 세기들의 차이값을 기초로 상기 제1공진도파로 및 제2공진도파로의 유효굴절율의 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 마이크로 공진기 센서.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101104309B1 (ko) * 2009-09-17 2012-01-11 한국광기술원 광 결정 기반의 공진기 센서

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2916498T3 (es) 2007-12-06 2022-07-01 Genalyte Inc Método para identificar una secuencia de nucleótidos en una especie desconocida de ácido nucleico; y dispositivo para llevar a cabo el método
WO2009145731A1 (en) 2008-05-29 2009-12-03 Agency For Science, Technology And Research Optical resonator and optical sensing system comprising the same
KR20100005452A (ko) * 2008-07-07 2010-01-15 중앙대학교 산학협력단 전반사미러의 소산파를 이용한 마이크로 공진기 센서
DE102008050767A1 (de) * 2008-10-09 2010-04-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optischer Sensor
WO2010062627A2 (en) * 2008-10-27 2010-06-03 Genalyte Inc. Biosensors based on optical probing and sensing
JP5581955B2 (ja) * 2010-10-08 2014-09-03 コニカミノルタ株式会社 微小物質検出センサおよびそれを有する微小物質検出装置
JP5581956B2 (ja) * 2010-10-08 2014-09-03 コニカミノルタ株式会社 微小物質検出センサおよびそれを有する微小物質検出装置
US9921165B2 (en) 2010-11-05 2018-03-20 Genalyte, Inc. Optical analyte detection systems and methods of use
CN102564960A (zh) * 2010-12-09 2012-07-11 苏州生物医学工程技术研究所 一种光波导谐振腔型传感设备
GB201117649D0 (en) * 2011-10-12 2011-11-23 Univ Gent Resonant biosensor
US8610994B1 (en) * 2012-02-07 2013-12-17 Sandia Corporation Silicon photonics thermal phase shifter with reduced temperature range
US9907910B2 (en) 2013-03-15 2018-03-06 Windgap Medical, Inc. Portable drug mixing and delivery device and associated methods
JP6560187B2 (ja) 2013-03-15 2019-08-14 ウインドギャップ メディカル インコーポレイテッド 携帯型薬剤混合及び送達システム並びに方法
WO2014143637A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Methods and compositions for enhancing immunoassays
TWI560487B (en) * 2013-05-09 2016-12-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Electro-optical modulator
CN103575409B (zh) * 2013-11-06 2016-10-05 宁波屹诺电子科技有限公司 一种检测集成谐振环的谐振波长漂移的方法
KR101494551B1 (ko) * 2013-12-11 2015-02-24 중앙대학교 산학협력단 광 바이오 센서 및 제조 방법
JP6525445B2 (ja) 2014-08-18 2019-06-05 ウィンドギャップ メディカル， インコーポレイテッド 携帯型薬剤混合及び送達装置並びに関連の方法
CA2994300C (en) 2015-08-13 2023-12-05 Windgap Medical, Inc. Mixing and injection device with sterility features
US10177856B2 (en) * 2016-08-18 2019-01-08 Raytheon Company Systems and methods for demodulation of phase modulated optical signals
US10256917B2 (en) 2016-09-27 2019-04-09 Raytheon Company Optically sensed demodulation systems and methods for optical communications
US10313022B2 (en) 2016-09-27 2019-06-04 Raytheon Company Active demodulation systems and methods for optical signals
US10530494B2 (en) 2016-09-27 2020-01-07 Raytheon Company Systems and methods for detection and demodulation of optical communication signals
US10225020B2 (en) 2016-10-07 2019-03-05 Raytheon Company Systems and methods for demodulation of PSK modulated optical signals
US10243670B2 (en) 2016-11-18 2019-03-26 Raytheon Company Optical signal processing using an optical resonator
US10305602B2 (en) 2016-11-18 2019-05-28 Raytheon Company Demodulation of QAM modulated optical beam using Fabry-Perot etalons and microring demodulators
US10243673B2 (en) 2016-11-18 2019-03-26 Raytheon Company Frequency demodulation systems and methods for optical signals
EP3646486B1 (en) 2017-06-30 2022-05-18 Raytheon Company Optical rake receiver using an etalon detector
JP6913829B2 (ja) 2017-11-17 2021-08-04 レイセオン カンパニー 波長分割多重光信号の復調のためのシステム及び方法
KR102295163B1 (ko) 2018-03-09 2021-08-27 레이던 컴퍼니 임계값 검출을 사용한 위상 변조 신호의 복조
JP7110386B2 (ja) * 2018-04-12 2022-08-01 レイセオン カンパニー 光信号における位相変化検出
US10451806B1 (en) * 2018-06-01 2019-10-22 Honeywell International Inc. RF frequency synthesis based on offset optical frequency combs in ring resonators
US11079227B2 (en) 2019-04-01 2021-08-03 Honeywell International Inc. Accelerometer system enclosing gas
US11119116B2 (en) 2019-04-01 2021-09-14 Honeywell International Inc. Accelerometer for determining an acceleration based on modulated optical signals
US10705112B1 (en) 2019-04-22 2020-07-07 Honeywell International Inc. Noise rejection for optomechanical devices
US10956768B2 (en) 2019-04-22 2021-03-23 Honeywell International Inc. Feedback cooling and detection for optomechanical devices
CN110333568B (zh) * 2019-07-12 2021-02-12 山东昊盾警用装备有限公司 一种开口型mim波导结构
US11119114B2 (en) 2019-07-17 2021-09-14 Honeywell International Inc. Anchor structure for securing optomechanical structure
US11408911B2 (en) 2019-07-17 2022-08-09 Honeywell International Inc. Optomechanical structure with corrugated edge
KR20210019275A (ko) * 2019-08-12 2021-02-22 재단법인대구경북과학기술원 예외점을 이용한 바이오 센서
US11150264B2 (en) 2019-08-13 2021-10-19 Honeywell International Inc. Feedthrough rejection for optomechanical devices using elements
US11408912B2 (en) 2019-08-13 2022-08-09 Honeywell International Inc. Feedthrough rejection for optomechanical devices
US11372019B2 (en) 2019-08-13 2022-06-28 Honeywell International Inc. Optomechanical resonator stabilization for optomechanical devices
US20220334058A1 (en) * 2019-10-04 2022-10-20 Floria Ottonello Briano A sensor device and method for detection of a component in a fluid
US11201677B1 (en) 2020-06-08 2021-12-14 Raytheon Company Hard-to-intercept multiple coherent transmitter communications
US11303360B2 (en) 2020-06-22 2022-04-12 Raytheon Company Methods and apparatus supporting non-persistent communications
US11251783B1 (en) 2020-12-15 2022-02-15 Raytheon Company Demodulation methods and devices for frequency-modulated (FM) signals
CN112964668B (zh) * 2021-02-01 2023-01-17 中国科学院微电子研究所 一种基于谐振器的物质浓度检测装置及方法
US11594851B2 (en) * 2021-02-23 2023-02-28 Microtech Instruments, Inc. Ring optical resonator for generation and detection of millimeter-wave or sub-millimeter-wave electromagnetic radiation
CN113281301B (zh) * 2021-05-13 2022-10-04 桂林电子科技大学 一种圆环-矩形谐振腔结构的折射率、温度传感器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01119728A (ja) * 1987-11-02 1989-05-11 Hitachi Ltd 生体内温度計測法
EP1528389A1 (en) 2003-10-31 2005-05-04 Agilent Technologies, Inc. Method and apparatus for ultra-high sensitivity optical detection of biological and chemical agents
KR20050102391A (ko) * 2004-04-22 2005-10-26 광주과학기술원 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조
KR20060089103A (ko) * 2005-02-03 2006-08-08 삼성전자주식회사 구형 공진기를 이용한 바이오칩 플랫폼 및 이를 구비하는생체시료 검출 소자
KR20060092348A (ko) * 2005-02-17 2006-08-23 영 철 정 상호 결합된 링 공진기 반사기
KR20070018083A (ko) * 2004-05-27 2007-02-13 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 광대역 광원으로 여기된 유전체 미세공동 형광 센서

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1152235C (zh) * 2002-03-13 2004-06-02 浙江大学 微型光学谐振腔
US7145660B2 (en) * 2003-08-13 2006-12-05 Lambda Crossing, Ltd. Micro-resonator based optical sensor
US7271379B2 (en) * 2004-05-27 2007-09-18 3M Innovative Properties Company Dielectric microcavity fluorosensors excited with a broadband light source
CN100399082C (zh) * 2005-01-25 2008-07-02 电子科技大学 一种高精细度电调谐集成光滤波器
CN2807287Y (zh) * 2005-07-28 2006-08-16 浙江大学 采用非均衡耦合结构的带微环马赫－曾德尔光强度调制器
US7668420B2 (en) * 2007-07-26 2010-02-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical waveguide ring resonator with an intracavity active element

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01119728A (ja) * 1987-11-02 1989-05-11 Hitachi Ltd 生体内温度計測法
EP1528389A1 (en) 2003-10-31 2005-05-04 Agilent Technologies, Inc. Method and apparatus for ultra-high sensitivity optical detection of biological and chemical agents
KR20050102391A (ko) * 2004-04-22 2005-10-26 광주과학기술원 더블유형 마이크로미러가 구비된 멤스형 광스위치 구조
KR20070018083A (ko) * 2004-05-27 2007-02-13 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 광대역 광원으로 여기된 유전체 미세공동 형광 센서
KR20060089103A (ko) * 2005-02-03 2006-08-08 삼성전자주식회사 구형 공진기를 이용한 바이오칩 플랫폼 및 이를 구비하는생체시료 검출 소자
KR20060092348A (ko) * 2005-02-17 2006-08-23 영 철 정 상호 결합된 링 공진기 반사기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101104309B1 (ko) * 2009-09-17 2012-01-11 한국광기술원 광 결정 기반의 공진기 센서

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Publication number Publication date
CN101346614A (zh) 2009-01-14
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WO2008054170A1 (en) 2008-05-08

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