KR101061520B1 - 광결정 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 크기는 소형화하면서 출력신호를 크게 할 수 있는 광결정 센서에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광결정 센서는 광도파로(optical waveguide)로 이루어지며 일단부로 광신호가 입사되고 타단부로 광신호가 출사되는 주도파로와, 주도파로와 이격되게 형성되며 고리 형상을 갖는 광도파로로 이루어진 공진도파로와, 주도파로와의 사이에 공진도파로가 배치되도록 공진도파로와 이격되게 형성되며 굴절률이 주기적으로 변하는 광결정 구조(photonic crystal structure)를 갖는 광결정 공진기를 구비한다. 공진도파로는 주도파로에 입사된 광신호 중 공진도파로의 공진조건을 만족하는 광신호와 결합된다. 그리고 광결정 공진기는 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 깨뜨리는 결함을 구비한 결함모드(defect mode) 광결정 공진기이며, 공진도파로의 공진조건을 만족하는 광신호 중 광결정 공진기의 공진조건을 만족하는 광신호와 결합된다.

Description

광결정 센서{Sensor using photonic crystal structure}
본 발명은 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광결정 구조를 이용한 센서에 관한 것이다.
게놈 프로젝트(genome project)로 인간 유전자의 구조가 대부분 밝혀지면서 인체를 구성하는 유전자의 기능연구에 대해 많은 관심이 집중되고 있다. 이에 따라 바이오 칩 연구도 DNA 칩 중심에서 단백질 칩, 탄수화물 칩 등 다변화되고 있는 추세이다. 바이오 칩 연구는 엘립소메트리(ellipsometry) 측정법, 형광 분석법 등이 이용되어 왔다. 그러나 엘립소메트리 측정법은 편광의 변화를 이용하는 방법으로서 장치가 크고 측정에 오랜 시간이 요구되는 문제점이 있고, 형광 분석법은 형광물질과 결합시켜야 하는 불편함으로 인한 시간과 경비를 요구하는 문제점이 있다.
최근, 반도체 광도파로(optical waveguide)를 이용한 센서에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 반도체 광도파로를 이용한 센서는 링 공진기(ring resonator)를 이용한 센서, 방향성 결합기를 이용한 센서, 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR)을 이용한 센서, 소산파(evanescent field)를 이용한 센서 등이 있다.
특히, 링 공진기를 이용한 센서는 반도체 광도파로 옆에 링 구조의 광도파로를 형성시킴으로써 필터의 역할을 하게 하고, 이로부터 얻어지는 필터의 높은 품위값(quality factor)을 이용하여 측정대상물질과의 접촉으로 얻어지는 공진조건의 변화를 검출하는 센서로 각광받고 있다.
도 1은 기존의 링 공진기를 이용한 센서의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 기존의 링 공진기를 이용한 센서(100)는 주도파로(110) 및 링 공진기(120)로 구성된다. 주도파로(110)는 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 광도파로로 이루어지며, 링 공진기(120)에는 링 공진기(120)를 구성하는 광도파로를 통해 진행하는 광신호가 측정대상물질인 액체 또는 기체와 효과적으로 반응할 수 있도록 표면이 계면처리된 개구부(122)가 형성된다. 이러한 개구부(122)는 링 공진기(120)를 구성하는 광도파로의 상면 또는 측면에 형성된다. 그리고 주도파로(110)와 링 공진기(120)는 하나의 기판 상에 서로 이격되어 배치되어 링 공진기 센서(100)를 구성한다.
도 1에 도시된 바와 같은 기존의 링 공진기 센서(100)에서 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 광신호는 링 공진기(120)에 형성된 개구부(122) 의 계면처리된 면에서 피측정물질인 측정대상물질인 액체 또는 기체 상태의 생체물질과 반응하게 된다. 이에 따라 측정대상물질의 농도에 대응하여 링 공진기(120)의 유효 굴절률(effective refractive index)이 변하게 되어 주도파로(110)의 출력단을 통해 출력되는 빛의 양이 달라지므로 측정대상물질의 특성을 검출할 수 있게 된다.
그러나 기존의 링 공진기 센서(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 링 공진기(120)에 형성된 개구부(122)에서만 측정대상물질과 접촉된다. 결국 기존의 링 공진기 센서는 링 공진기의 일부분만을 검출에 이용하므로, 출력신호가 크지 않아 정확한 측정이 어려운 문제점이 있다. 그리고 측정대상물질과의 접촉 면적을 증가시키면 전체 링 공진기 센서의 구조가 커지게 되는 문제점이 있다.
따라서 전체 센서의 크기는 소형화하면서 출력신호를 크게 할 수 있는 새로운 개념의 센서의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 크기는 소형화하면서 출력신호를 크게 할 수 있는 광결정 센서를 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광결정 센서의 바람직한 일 실시예는 광도파로(optical waveguide)로 이루어지며, 일단부로 광신호가 입사되고 타단부로 광신호가 출사되는 주도파로; 상기 주도파로와 이격되게 형성되며, 고리 형상을 갖는 광도파로로 이루어진 공진도파로; 및 상기 주도파로와의 사이에 상기 공진도파로가 배치되도록 형성되며, 상기 공진도파로와 이격되게 배치되고, 굴절률이 주기적으로 변하는 광결정 구조(photonic crystal structure)를 갖는 광결정 공진기;를 포함하며, 상기 공진도파로는 상기 주도파로에 입사된 광신호 중 상기 공진도파로의 공진조건을 만족하는 광신호와 결합되며, 상기 광결정 공진기는 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 깨뜨리는 결함을 구비한 결함모드(defect mode) 광결정 공진기이며, 상기 공진도파로의 공진조건을 만족하는 광신호 중 상기 광결정 공진기의 공진조건을 만족하는 광신호와 결합된다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광결정 센서의 바람직한 다른 실시예는, 굴절률이 주기적으로 변하는 광결정 구조를 이용한 광결정 센서로서, 일 방향으로 상기 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 제거하여 이루어진 광결정 도파로; 및 상기 광결정 도파로와 이격되게 형성되며, 고리 형상으로 상기 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 제거하여 이루어진 광결정 공진도파로;를 포함하고, 상기 광결정 도파로의 일단부를 통해 광신호가 입사되고, 타단부를 통해 광신호가 출사되며, 상기 광결정 공진도파로는 상기 광결정 도파로를 통해 입사된 광신호 중 상기 광결정 공진도파로의 공진조건을 만족하는 광신호와 결합된다.
본 발명에 따른 광결정 센서의 바람직한 다른 실시예에서 상기 광결정 공진도파로는, 상기 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 깨뜨리는 결함을 구비한 결함모드 광결정 구조로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 측정대상물질이 광결정 구조의 전체 영역과 접촉되고, 다중 공진에 의해 원하는 파장의 소광비(extinction ratio)가 극대화되어, 극미량의 측정대상물질도 초고감도 검출이 가능하게 된다. 그리고 단일 기판 상에 광도파로와 광결정 구조뿐 아니라, LD(laser diode)와 같은 광원부와 PD(photo dioed)와 같은 검출부를 집적화할 수 있어 초소형으로 제작할 수 있다. 또한, 집적화된 칩을 핸드폰과 같은 휴대용 단말기에 포함할 수 있어 휴대성이 아주 뛰어나게 된다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광결정 센서의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완 전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 광결정 센서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광결정 센서(200)는 광원부(210), 센서부(220) 및 검출부(230)를 구비한다.
광원부(210)는 광신호를 생성하고 방출하여, 센서부(220)에 제공한다. 광원부(210)는 레이저 다이오드(laser diode, LD)나 SOA(semiconductor optical amplifier)를 구비할 수 있다.
센서부(220)는 광원부(210)로부터 광신호를 입력받아, 센서부(220)에 위치하는 측정대상물질의 특성에 따라 변화된 광신호를 출력하는 것으로서, 센서부(220)는 광결정 구조(photonic crystal structure)를 구비한다.
광결정 구조는 서로 다른 굴절률(refractive index)을 갖는 물질이 주기적으로 반복되어 형성되는 구조이다. 굴절률의 주기적인 변화는 규칙적인 원자의 배열이 전자의 에너지 갭을 유발하듯이 광자가 광결정 내에 존재할 수 없는 에너지 갭을 가지게 되는데, 이를 광 밴드갭(photonic bandgap)이라고 한다. 즉, 광 밴드갭이란 물질 내에서 일정 주파수의 대역이 투과하지 못하는 영역을 의미한다. 따라서 광 밴드갭에 해당하는 에너지의 광자가 광결정 구조에 입사되면, 이러한 광자는 광결정 구조의 내부에 존재할 수 없으므로 모두 반사된다. 그리고 반도체로 구성된 광결정 구조의 내부에서 발생되는 광자는 외부로 방출될 수 없으므로 물질의 자연방출(spontaneous emission) 자체가 바뀌게 된다.
광결정 구조를 이루는 물질의 굴절률 차이가 크면 광 밴드갭이 커지게 되고, 물질의 굴절률 차이가 작아지면 광 밴드갭 또한 작아지게 된다. 따라서 반복되는 물질의 두께와 굴절률을 조절하면 원하는 대역의 광 밴드갭을 갖는 광결정 구조를 얻을 수 있다. 광결정 구조에 있어서, 굴절률의 주기성을 깨뜨리는 결함을 첨가하게 되면, 광 밴드갭 사이에 결함 모드(defect mode)를 얻을 수 있고, 이 결함 모드를 조절하면 원하는 파장을 갖는 빛을 검출할 수 있게 된다.
광결정 구조는 높은 품위값(quality factor)을 갖는 필터의 역할을 하므로, 센서부(220)에 이용되어 감도를 높일 수 있다. 광결정 구조가 이용되는 센서부(220)의 예들을 도 3 내지 도 6에 나타내었다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 광결정 센서의 센서부의 바람직한 실시예들을 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 3은 본 발명에 따른 광결정 센서(200)에 구비되는 센서부(220)의 제1실시예로서, 제1실시예의 센서부(220)는 주도파로(310), 공진도파로(320) 및 광결정 공진기(330)를 구비한다.
주도파로(310)는 광도파로(optical waveguide)로 이루어지며, 입력단(311)을 통해 광신호가 입사되고, 출력단(312)을 통해 광신호가 출사된다.
공진도파로(320)는 고리 형상을 갖는 광도파로로 이루어지며, 주도파로(310)와 일정 거리 이격되게 형성된다. 주도파로(310)의 입력단(311)을 통해 입사된 광신호는 주도파로(310)를 따라서 진행하다가 주도파로(310)와 이격되어 형성된 공진도파로(320)의 공진조건에 따라 공진도파로(320)로 결합된다. 주도파로(310)와 공진도파로(320)는 Si이나 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 이루어질 수 있다.
광결정 공진기(330)는 광결정 구조로 이루어지며, 주도파로(310)와의 사이에 공진도파로(320)가 배치되도록 형성되며, 공진도파로(320)와 일정 거리 이격되게 배치된다. 광결정 공진기(330)는 나노기둥(nanorod) 또는 나노구멍(nanohole)이 규칙적으로 배열되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 나노기둥 또는 나노구멍을 규칙적으로 배열시키면, 공기와 광결정을 이루는 물질이 주기적으로 반복되므로 손쉽게 광결정 구조를 만들 수 있게 된다. 광결정을 이루는 물질 또는 나노구멍의 간격을 조절함으로써 원하는 광 밴드갭을 갖는 광결정 구조를 얻을 수 있다. 이러한 광결정 구조에서 나노기둥 또는 나노구멍의 간격을 변화시키거나 나노기둥 또는 나노구멍의 크기를 변화시키면, 변화된 부부은 광결정 구조의 굴절률의 주기성이 깨지게 되는 결함이 된다.
제1실시예의 광결정 공진기(330)는 이러한 결함을 구비한 결함모드 광결정 공진기이다. 제1실시예의 광결정 공진기(330)는 도 3에 도시된 바와 같이 나노구멍(335)이 규칙적으로 배열되어 있는 구조이며, 결함(338)은 나노기둥(335)의 간격이 넓은 부분에 해당한다. 이러한 결함모드 광결정 공진기(330)는 필터 특성을 가지므로, 공진도파로(320)를 진행하는 광신호는 공진도파로(320)와 이격되어 형성된 광결정 공진기(330)의 공진조건에 따라 광결정 공진기(330)로 결합된다. 따라서 주도파로(310)를 통해 입사된 광신호는 공진도파로(320)와 광결정 공진기(330)에 의해 다중 공진을 일으키게 되므로 하나의 공진기를 사용한 경우에 비해 더욱 높은 품위값을 갖게 된다.
광결정 공진기(330)의 나노구멍(335)에 측정대상물질인 액체 또는 기체 상태 의 생체물질이 위치하면, 나노구멍(335)의 유효 굴절률(effective refractive index)이 변하게 되어 광결정 공진기(330)의 특성 또한 변하게 된다. 이에 따라 주도파로(310)의 출력단을 통해 출력되는 광신호의 세기가 달라지므로 측정대상물질의 특성을 검출할 수 있게 된다. 따라서 광결정 공진기(330)에 측정대상물질이 위치하게 하면, 광결정 공진기(330)의 모든 나노구멍이 측정대상물질의 검출에 이용될 수 있으므로, 종래의 링 공진기를 이용한 센서에 비해서 검출에 이용되는 면적이 증가하게 된다.
결과적으로, 제1실시예의 센서부(220)는 측정대상물질의 검출에 광결정 공진기(330)의 전영역을 이용할 수 있으므로 소형화시키기에 용이하며, 다중 공진을 이용하여 높은 품위값을 가지므로 원하는 파장의 소광비(extinction ratio)가 극대화되고 극미량의 측정대상물질이더라도 초고감도 검출이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 광결정 센서(200)에 구비되는 센서부(220)의 제2실시예로서, 제2실시예의 센서부(220)는 광결정 구조(410)를 이용한 것으로 광결정 구조(410)는 광결정 도파로(420) 및 광결정 공진도파로(430)를 구비한다.
제2실시예의 센서부(220)를 이루는 광결정 구조(410)는 나노기둥(411)이 규칙적으로 배열되어 있는 구조이다. 나노기둥(411)이 규칙적으로 배열되면, 나노기둥(411)과 나노기둥(411) 사이의 공기가 주기적으로 배열된 형태가 되므로 굴절률이 주기적으로 변하는 광결정 구조라고 할 수 있다.
광결정 도파로(420)는 일 방향으로 광결정 구조(410)의 굴절률의 주기성이 제거된 결함으로 이루어진다. 즉 한 방향으로 나노기둥(411)이 제거된 형태이다. 광결정 도파로(420)의 입력단(421)을 통해서는 광신호가 입사되고, 출력단(422)을 통해서는 광신호가 출사된다.
광결정 공진도파로(430)는 광결정 도파로(420)와 이격되게 형성되며, 고리 형상으로 광결정 구조(410)의 굴절률의 주기성이 제거된 결함으로 이루어진다. 즉 고리 형상을 갖도록 나노기둥(411)이 제거된 형태이다. 광결정도파로(420)의 입력단(421)을 통해 입사된 광신호는 광결정도파로(420)를 따라서 진행하다가 광결정도파로(420)와 이격되어 형성된 광결정 공진도파로(430)의 공진조건에 따라 광결정 공진도파로(430)로 결합된다.
센서부(220)가 제2실시예와 같은 형태를 가질 때, 측정대상물질이 나노기둥(411) 사이에 위치하면, 나노기둥(411) 사이가 공기에서 측정대상물질로 굴절률이 다른 물질이 위치하게 되는 것이므로, 유효 굴절률이 변하게 되고, 따라서 센서부(220)의 특성 또한 변하게 된다. 이에 따라 광결정도파로(420)의 출력단(422)을 통해 출력되는 광신호의 세기가 달라지므로 측정대상물질의 특성을 검출할 수 있게 된다. 따라서 광결정 구조(410)의 전 영역에 측정대상물질이 위치하여, 측정대상물질의 검출에 이용될 수 있으므로, 종래의 링 공진기를 이용한 센서에 비해서 검출에 이용되는 면적이 증가하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 광결정 센서(200)에 구비되는 센서부(220)의 제3실시예로서, 제3실시예의 센서부(220)는 광결정 구조(510)를 이용한 것으로 광결정 구조(510)는 광결정 도파로(520) 및 광결정 공진도파로(530)를 구비한다.
제3실시예의 센서부(220)를 이루는 광결정 구조(510)는 나노구멍(511)이 규 칙적으로 배열되어 있는 구조이다. 나노구멍(511)이 규칙적으로 배열되면, 광결정 구조(510)를 이루는 물질과 나노구멍(511)에 존재하는 공기가 주기적으로 배열된 형태가 되므로 굴절률이 주기적으로 변하는 광결정 구조라고 할 수 있다.
광결정 도파로(520)는 일 방향으로 광결정 구조(510)의 굴절률의 주기성이 제거된 결함으로 이루어진다. 즉 한 방향으로는 나노구멍(511)이 형성되어 있지 않은 형태이다. 광결정 도파로(520)의 입력단(521)을 통해서는 광신호가 입사되고, 출력단(522)을 통해서는 광신호가 출사된다.
광결정 공진도파로(530)는 광결정 도파로(520)와 이격되게 형성되며, 고리 형상으로 광결정 구조(510)의 굴절률의 주기성이 제거된 결함으로 이루어진다. 즉 광결정 공진도파로(530)이 고리 형상이 되도록 나노구멍(511)이 형성되지 않은 형태이다. 광결정도파로(520)의 입력단(521)을 통해 입사된 광신호는 광결정도파로(520)를 따라서 진행하다가 광결정도파로(520)와 이격되어 형성된 광결정 공진도파로(530)의 공진조건에 따라 광결정 공진도파로(530)로 결합된다.
센서부(220)가 제3실시예와 같은 형태를 가질 때, 측정대상물질이 나노구멍(511) 사이에 위치하면, 나노구멍(511)의 유효 굴절률이 변하게 되고, 따라서 센서부(220)의 특성 또한 변하게 된다. 이에 따라 광결정도파로(520)의 출력단(522)을 통해 출력되는 광신호의 세기가 달라지므로 측정대상물질의 특성을 검출할 수 있게 된다. 따라서 제2실시예와 마찬가지로 광결정 구조(510)의 전 영역에 측정대상물질이 위치하여, 측정대상물질의 검출에 이용될 수 있으므로, 종래의 링 공진기를 이용한 센서에 비해서 검출에 이용되는 면적이 증가하게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 광결정 센서(200)에 구비되는 센서부(220)의 제4실시예로서, 제4실시예의 센서부(220) 또한 광결정 구조(610)를 이용한 것으로 광결정 구조(610)는 광결정 도파로(620) 및 광결정 공진도파로(630)를 구비한다.
제4실시예의 센서부(220)를 이루는 광결정 구조(610)는 제3실시예와 마찬가지로 나노구멍(611)이 규칙적으로 배열되어 있는 형성된 광결정 구조이다.
광결정 도파로(620)와 광결정 공진도파로(630)는 제3실시예의 광결정 도파로(520)와 광결정 공진도파로(530)에 각각 대응된다.
다만, 제4실시예의 광결정 구조(611)는 제3실시예의 광결정 구조(511)와 달리 결함모드 광결정 구조이다. 즉 제4실시예의 광결정 구조(611)는 광결정 공진도파로(630)와 이격되게 형성되며, 광결정 구조(611)의 굴절률의 주기성을 깨뜨리는 결함(615, 616)을 구비한다. 굴절률의 주기성을 깨뜨리는 결함(615, 616)은 나노구멍의 크기가 변경된 형태(615)를 갖거나 나노구멍의 일부가 제거된 형태(616)일 수 있다.
이러한 결함(615, 616)에는 빛이 트래핑(trapping)되며 공진이 일어나므로, 광결정 공진도파로(630)를 진행하는 광신호는 광결정 공진도파로(630)와 이격되어 형성된 결함(615, 616)의 각각의 공진조건에 따라 결합된다. 따라서 광결정 도파로(620)를 통해 입사된 광신호는 광결정 공진도파로(630)와 결함(615, 616)에 의해 다중 공진과 같은 효과를 얻을 수 있다.
제4실시예 역시 제3실시예와 마찬가지로 광결정 구조(610)의 전 영역이 검출에 이용될 수 있으므로, 종래의 링 공진기를 이용한 센서에 비해서 검출에 이용되 는 면적이 증가하게 된다. 또한, 다중 공진 효과로 인해 높은 품위값을 가지므로, 원하는 파장의 소광비가 극대화되고 극미량의 측정대상물질이더라도 초고감도 검출이 가능하게 된다.
검출부(230)는 센서부(220)를 통해 출력된 광신호를 검출한다. 검출부(230)는 포토 다이오드(Photo Diode, PD)나 분광기를 구비할 수 있다. 검출부(230)에서는 PD를 통해 특정 파장의 세기(intensity) 변화를 측정하거나 분광기를 통해 공진파장의 이동을 검출하여, 센서부(220)에 위치하는 측정대상물질의 특성을 분석할 수 있다.
광원부(210)와 검출부(230)는 센서부(220)와 함께 반도체로 제작된 광 도파로를 이용하여 집적회로 상에 집적하여 구현할 수 있다. 이와 같이 집적회로 상에 집적된 칩의 형태로 제작하면 휴대폰과 같은 휴대용 단말기에 탑재할 수 있어 휴대성의 향상에 큰 효과가 있다. 그리고 외부의 LD와 PD를 각각 광원부(210)와 검출부(230)로 이용하는 경우에는 본 발명에 따른 광결정 센서(200)는 센서부(220)만으로 이루어질 수도 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.
도 1은 기존의 링 공진기를 이용한 센서의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광결정 센서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 광결정 센서의 센서부의 바람직한 실시예들을 개략적으로 나타낸 도면들이다.

Claims (8)

  1. 광도파로(optical waveguide)로 이루어지며, 일단부로 광신호가 입사되고 타단부로 광신호가 출사되는 주도파로;
    상기 주도파로와 이격되게 형성되며, 고리 형상을 갖는 광도파로로 이루어진 공진도파로; 및
    상기 주도파로와의 사이에 상기 공진도파로가 배치되도록 형성되며, 상기 공진도파로와 이격되게 배치되고, 굴절률이 주기적으로 변하는 광결정 구조(photonic crystal structure)를 갖는 광결정 공진기;를 포함하며,
    상기 공진도파로는 상기 주도파로에 입사된 광신호 중 상기 공진도파로의 공진조건을 만족하는 광신호와 결합되며,
    상기 광결정 공진기는 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 깨뜨리는 결함을 구비한 결함모드(defect mode) 광결정 공진기이며, 상기 공진도파로의 공진조건을 만족하는 광신호 중 상기 광결정 공진기의 공진조건을 만족하는 광신호와 결합되는 것을 특징으로 하는 이용한 광결정 센서.
  2. 굴절률이 주기적으로 변하는 광결정 구조를 이용한 광결정 센서로서,
    일 방향으로 상기 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 제거하여 이루어진 광결정 도파로; 및
    상기 광결정 도파로와 이격되게 형성되며, 고리 형상으로 상기 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 제거하여 이루어진 광결정 공진도파로;를 포함하고,
    상기 광결정 도파로의 일단부를 통해 광신호가 입사되고, 타단부를 통해 광신호가 출사되며,
    상기 광결정 공진도파로는 상기 광결정 도파로를 통해 입사된 광신호 중 상기 광결정 공진도파로의 공진조건을 만족하는 광신호와 결합되는 것을 특징으로 하는 광결정 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광결정 공진도파로는, 상기 광결정 구조의 굴절률의 주기성을 깨뜨리는 결함을 구비한 결함모드 광결정 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 광결정 센서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광결정 구조는 복수의 나노기둥(nanorod)이 규칙적으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광결정 센서.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광결정 구조는 복수의 나노구멍(nanohole)이 규칙적으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광결정 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    광신호를 생성하고, 방출하여 상기 주도파로로 제공하는 광원부; 및
    상기 주도파로를 통해 출사되는 광신호를 검출하는 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광결정 센서.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    광신호를 생성하고, 방출하여 상기 광결정 도파로로 제공하는 광원부; 및
    상기 광결정 도파로를 통해 출사되는 광신호를 검출하는 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광결정 센서.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광결정 구조의 전 영역이 측정대상물질이 위치하는 영역인 것을 특징으로 하는 광결정 센서.
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