KR101079427B1 - 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자 및 이를 이용한 나노 플라즈몬 집적회로 모듈 - Google Patents

표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자 및 이를 이용한 나노 플라즈몬 집적회로 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 금속층과 제2 금속층간의 이격된 공간에 유전체층이 배치된 표면플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자(100)에 관한 것으로서, 내측 및 외측에 유전체층이 형성된 제1 금속층이 구비된 IMI형 구조를 갖는 입력단; 상기 입력단의 제1 금속층이 연장형성된 제1 금속층, 제1 금속층과 이격 배치된 제2 금속층이 구비되고, 제1 금속층의 외측, 제2 금속층의 외측 및 제1 금속층과 제2 금속층의 내측에 유전체층이 형성된 IMIMI형 구조를 갖는 중간단; 및 상기 중간단의 제1 금속층이 연장형성된 제1 금속층, 상기 중간단의 제2 금속층이 연장형성된 제2 금속층 및 제1 금속층과 제2 금속층의 내측에 유전체층이 형성된 MIM형 구조를 갖는 출력단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 입력단으로입력된 광신호가 광의 회절한계를 극복하여 나노 크기의 작은 모드로 변환가능한 효과가 있다.

Description

표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자 및 이를 이용한 나노 플라즈몬 집적회로 모듈{NANO FOCUSING DEVICE WITH SURFACE PLASMON POLARITON WAVEGUIDE AND NANO PLASMON INTEGRATED CIRCUIT MODULE USING THE SAME}
본 발명은 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자 및 이를 이용한 나노 플라즈몬 집적회로 모듈에 관한 것이다. 특히 입력단, 중간단 및 출력단의 구조가 순차적으로 IMI구조-IMIMI구조-MIM구조 또는 IMI구조-IMIMI구조-M구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
최근 실험적으로 금속과 유전체의 경계에서 특정 조건을 만족하는 경우, 광파가 금속 표면의 자유전자들과 상호 작용하여 공진을 일으키는 결과가 확인되었다.
이러한 공진은 금속 외부의 전자기파와 금속의 자유전자 간의 공진에 해당하는 것이다. 이러한 결과로 생성되는 것이 물결 파가 표면을 따라 진행하는 것과 같은 형태와 유사한 고밀도 전자의 진행파인 표면 플라즈몬(Surface Plasmon)이다.
표면 플라즈몬(SP: Surface Plasmon) 또는 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP: Surface Plasmon Polariton)은 금속과 유전체의 경계면에서 빛 또는 광자가 플라즈마와 결합된 형태로 표면을 따라 진행하는 것을 말한다.
금속과 유전체의 경계면에 TM 편광(Transverse Magnetic Polarization)으로 입사하는 광파가 적절한 방법에 의해 위상정합 조건을 만족시킬 수 있게 되면, 금속 표면에 전자의 집단적인 움직임, 즉 플라즈마를 만들어 내고 이 결합은 금속과 유전체의 경계면 상의 근접장을 만들어 낸다.
이러한 표면 플라즈몬 파는 기본적으로 수 나노에서 수십 ㎛ 이상이 되게 만들 수 있으며, 세기가 강한 국소 근접장의 성질 및 특유의 분산 현상과 공명 현상(Surface Plasmon Resonance)을 가진다.
이러한 표면 플라즈몬 파를 구속, 전파시키기 위한 도파로(Waveguide)를 만들고, 이를 변조할 뿐 아니라, 플라즈몬 소스(Source)와 송,수신소자, 분배기, 결합기, 반사격자, 필터 등을 연구하는 분야를 표면 플라즈모닉스(Plasmonics)라고 한다.
이와 같은 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)을 이용하는 새로운 범주의 소자에 대한 연구가 최근 많은 그룹에서 진행 중에 있으며, 유수의 저널에 수시로 게재되고 있는 실정이다. 이와 같은 연구를 바탕으로, 전자기파를 아주 작은 구조에 집속하여 전달할 수 있는 표면 플라즈모닉스 기술은 반파장의 한계를 극복한 초미세 나노 리소그래피 기술뿐만 아니라, 초고속 컴퓨터 칩이나 초고감도 센싱 기술의 혁명을 가져올 것으로 기대된다.
한편, 현재 일반적으로 이용되는 광전 집적 모듈 또는 광집적 모듈은 수 내지 수십 ㎠ 면적의 크기로 구성되어 있다. 그 일 예로, OADM(Optical Add / Drop Multiplexer) 모듈의 경우가 이 정도의 면적 (수cm × 수cm)으로 형성되고 있는 실정이며, 광자결정 집적회로(Photonic Crystal Integrated Circuits)의 경우에도 최소한 수 ㎟ 면적 (수mm × 수mm)의 크기로 형성되고 있다.
그러나 상기 OADM 모듈과 광자결정 집적 회로도 최근 활발하게 연구 중인 서브 밀리미터의 소자에 해당하지 않아, 나노 기술에는 적용할 수 없는 소자에 해당한다. 따라서 면적이 서브 밀리미터 이하의 초소형 회로의 구현이 필요한 시점이다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 광의 회절한계를 극복한 광의 모드 크기를 파장보다 큰 영역에서 작은 모드 크기로 변환시키는 나노 집광소자를 제공하고자 한다.
둘째, 입력된 광신호를 LR-SPP 모드를 거쳐 SR-SPP 모드로 변환시키고자 한다.
셋째, 중간단의 대칭 SPP 모드를 비대칭 SPP 모드로 변환시키고자 한다.
셋째, 본 발명에 따른 나노 집광소자를 이용한 나노 플라즈몬 집적회로 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 제1 금속층과 제2 금속층 간의 이격된 공간에 유전체층이 배치된 표면플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 내측 및 외측에 유전체층이 형성된 제1 금속층이 구비된 IMI형 구조를 갖는 입력단을 포함한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 입력단의 제1 금속층이 연장형성된 제1 금속층, 제1 금속층과 이격 배치된 제2 금속층이 구비되고, 제1 금속층의 외측, 제2 금속층의 외측 및 제1 금속층과 제2 금속층의 내측에 유전체층이 형성된 IMIMI형 구조를 갖는 중간단을 포함한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 중간단의 제1 금속층이 연장형성된 제1 금속층, 중간단의 제2 금속층이 연장형성된 제2 금속층 및 제1 금속층과 제2 금속층의 내측에 유전체층이 형성된 MIM형 구조를 갖는 출력단을 포함한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 입력단, 중간단 및 출력단을 형성하는 제1 금속층은 일체로 형성된다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제1 금속층의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제1 금속층의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 입력단에서 중간단을 거쳐 출력단으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단 및 출력단을 형성하는 제2 금속층은 일체로 형성되며, 제2 금속층의 중간단 및 출력단의 평면 형상은 각각 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제2 금속층의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 중간단쪽에서 출력단쪽으로 갈수록 좁아지는 구조 또는 그 역의 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 입력단의 경우, 길이는 1㎝ 내지 100㎛이고, 폭은 10㎛ 내지 1㎛이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단의 경우, 길이는 1㎜ 내지 1㎛이고, 폭은 5㎛ 내지 100㎚이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 상기 출력단의 경우, 길이는 100㎛ 내지 10㎚이고, 폭은 1㎛ 내지 1㎚이고, 두께는 1㎛ 내지 1㎚50㎚ 인 것이 바람직하다
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단의 제1 금속층과 제2 금속층 간의 중간단 이격거리는 출력단의 제1 금속층과 제2 금속층 간의 출력단 이격거리보다 긴 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단 이격거리는 5㎛ 내지 100㎚ 이고, 출력단 이격거리는 1㎛ 내지 1㎚인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 입력단에서는 입력된 광신호가 IMI형 LR-SPP 모드로 변환되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 입력단의 IMI형 LR-SPP 모드의 크기는 1㎛ 내지 100㎛ 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단에서는 입력단의 IMI형 LR-SPP 모드가 IMIMI형 LR-SPP 모드로 변환되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단의 IMIMI형 LR-SPP 모드의 크기는 5㎛ 내지 50㎚ 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 출력단에서는 중간단의 IMIMI형 LR-SPP 모드가 MIM형 SR-SPP 모드로 변환되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 출력단의 MIM형 SR-SPP 모드의 크기는 100㎚ 내지 1㎚ 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제1 금속층 및 제2 금속층은 귀금속(noble metal) 및 천이금속(transition metal)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 금속의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 각 유전체층은 규소(Si), 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 및 폴리머(Polymer)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 나노 플라즈몬 집적회로 모듈은 광 도파로를 통해 입력받은 광 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 변환시키고, 더 작은 크기로 집속하는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자; 집속된 표면 플라즈몬 플라리톤 신호를 전송하는 단일 또는 이중 도파로 소자; 및 단일 또는 이중 도파로 소자를 통하여 전송된 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 탈집속하여 광신호로 변환시켜 출력하는 표면 플라즈몬 나노 탈집광 소자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다른 실시예로서의 표면플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 내측 및 외측에 유전체층이 형성된 제1 금속층이 구비된 IMI형 구조를 갖는 입력단; 입력단의 제1 금속층이 연장형성된 제1 금속층, 제1 금속층과 이격 배치된 제2 금속층이 구비되고, 제1 금속층의 외측, 제2 금속층의 외측 및 제1 금속층과 제2 금속층의 내측에 유전체층이 형성된 IMIMI형 구조를 갖는 중간단; 및 중간단의 단부에서 제1 금속층과 제2 금속층의 사이에 해당되는 높이로, 중간단의 내부와 연통가능하게 배치되는 제3 금속층으로 형성된 M형 구조를 갖는 출력단을 포함한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 입력단 및 중간단을 형성하는 제1 금속층은 일체로 형성되며, 제1 금속층(110)의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제1 금속층의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 입력단에서 중간단으로 갈수록 좁아지는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제2 금속층의 중간단의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제2 금속층의 중간단의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 입력단 쪽에서 출력단 쪽으로 갈수록 좁아지는 구조 또는 그 역의 구조인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제3 금속층의 출력단의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제3 금속층의 출력단의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 중간단 쪽에서 출력단의 단부로 갈수록 좁아지는 것이 바라직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 입력단의 경우, 길이는 1㎝ 내지 100㎛이고, 폭은 10㎛ 내지 1㎛이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단의 경우, 길이는 1㎜ 내지 1㎛이고, 폭은 5㎛ 내지 100㎚이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 출력단의 경우, 길이는 100㎛ 내지 10㎚이고, 폭은 1㎛ 내지 1㎚이고, 두께는 1㎛ 내지 20㎚인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 입력단에서는 입력된 광신호가 IMI형 LR-SPP 모드로 변환되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 입력단의 IMI형 LR-SPP 모드의 크기는 1㎛ 내지 100㎛ 인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단에서는 입력단의 IMI형 LR-SPP 모드가 IMIMI형 LR-SPP 모드로 변환되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 중간단의 IMIMI형 LR-SPP 모드의 크기는 5㎛ 내지 50㎚ 인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 출력단에서는 중간단의 IMIMI형 LR-SPP 모드가 M형 비대칭 SPP 모드로 변환되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 출력단의 M형 비대칭 SPP 모드의 크기는 100㎚ 내지 10㎚ 인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 제1 금속층 및 제2 금속층은 귀금속(noble metal) 및 천이금속(transition metal)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 금속의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서, 각 유전체층은 규소(Si), 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 및 폴리머(Polymer)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 나노 플라즈몬 집적회로 모듈에 있어서, 광 도파로를 통해 입력받은 광 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 변환시키고, 더 작은 크기로 집속하는 본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 집광소자; 집속된 표면 플라즈몬 플라리톤 신호를 전송하는 단일 또는 이중 도파로 소자; 및 단일 또는 이중 도파로 소자를 통하여 전송된 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 탈집속하여 광신호로 변환시켜 출력하는 표면 플라즈몬 나노 탈집광 소자를 포함한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 입력단으로입력된 광신호가 광의 회절한계를 극복하여 나노 크기의 작은 모드로 변환가능한 효과가 있다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자는 나노 리소그래피 또는 나노 광집적회로의 광원으로 사용되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자의 개념도이다.
도 2는 도 1에 따른 나노 집광소자의 입력부, 중간부 및 출력부에서 전달되는 광신호를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자의 개념도이다.
도 4는 도 3에 따른 나노 집광소자의 입력부, 중간부 및 출력부에서 전달되는 광신호를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 플라즈몬 집적회로(NPIC)의 평면구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 플라즈몬 집적회로(NPIC) 모듈의 개념도이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 집광소자에 대하여 도면을 통해 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자의 개념도이고, 도 2는 도 1에 따른 나노 집광소자의 입력부, 중간부 및 출력부에서 전달되는 광신호를 나타내는 개념도이다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자(100)는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)간의 이격된 공간에 유전체층(120)이 배치된 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자(100)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 나노 집광소자(100)는 세로 방향의 관점에서 제1 금속층(110), 유전체층(120) 및 하부금속층(130)을 포함하며, 가로 방향의 관점에서 입력단(100a), 중간단(100b) 및 출력단(100c)으로 구분된다.
본 발명에 따른 입력단(100a)의 경우, 제1 금속층(110)의 내측 및 외측에는 유전체층(120)이 형성된 IMI(Insulator-Metal-Insulator)형 구조를 가지는 것이 바람직하다. 즉 입력단(110a)의 제1 금속층(110)은 상하로 유전체층(120)에 의해 둘러싸인 구조이다.
본 발명에 따른 중간단(100b)의 경우, 제1 금속층(110)은 입력단(100a)의 제1 금속층(110)이 연장형성된다. 제2 금속층(130)은 제1 금속층(110)과 이격배치된다. 제1 금속층(110)의 외측, 제2 금속층(130)의 외측 및 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 내측에는 유전체층(120)이 형성된다. 즉 IMIMI(Insulator-Metal-Insulator-Metal-Insulator)형 구조를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 출력단(100c)의 경우, 제1 금속층(110)은 중간단(100b)의 제1 금속층(110)이 연장형성된다. 제2 금속층(130)은 중간단(100b)의 제2 금속층(130)이 연장형성된다. 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 내측에 유전체층(120)이 형성된다. 즉 MIM(Metal-Insulator-Metal)형 구조를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제1 금속층(110)은 입력단(100a), 중간단(100b) 및 출력단(100c)이 일체로 연장 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제1 금속층(110)의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명에 따른 제1 금속층(110)의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 입력단(100a)에서 중간단(100b)을 거쳐 출력단(100c)으로 갈수록 좁아지는 것이 바람직하다. 즉 입구가 넓고 출구가 좁은 입광출협(入廣出狹)구조를 갖는 자유로운 모양이 가능하다. 여기서 스트레이트 형상(straight shape)은 폭이 일정한 형상을 의미한다.
본 발명에 따른 제2 금속층(130)은 입력단 부분은 없으며, 중간단(100b) 및 출력단(100c)이 일체로 연장형성되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 제2 금속층(130)의 중간단(100b) 및 출력단(100c)의 평면 형상은 각각 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명에 따른 제2 금속층(130)의 평면형상의 너비는 중간단(100b)쪽에서 출력단(100c)쪽으로 갈수록 좁아지는 입광출협(入廣出狹) 구조를 갖는 자유로운 모양이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 평면형상은 상호 대응되는 형상이 가능하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 예로 중간단(100b)의 경우, 제1 금속층(110)은 폭이 일정한 스트레이트 형상이나, 제2 금속층(130)은 폭이 좁아지는 스트레이트 테이퍼 형상이거나 그 역인 폭이 넓어지는 스트레이트 테이퍼 형상인 것도 가능한다.
나아가, 제1 금속층(110)이 상측에 배치되고 제2 금속층(130)은 하측에 배치되거나 그 역의 배치구조도 가능하다.
본 발명에 따른 입력단(100a)의 경우, 길이는 1㎝ 내지 100㎛이고, 폭은 10㎛ 내지 1㎛이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 중간단(100b)의 경우, 길이는 1㎜ 내지 1㎛이고, 폭은 5㎛ 내지 100㎚이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 출력단(100c)의 경우, 길이는 100㎛ 내지 10㎚이고, 폭은 1㎛ 내지 1㎚이고, 두께는 1㎛ 내지 1㎚인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 중간단(100b)의 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)간의 중간단 이격거리는, 출력단(100c)의 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)간의 출력단 이격거리보다 긴 것이 바람직하다.
일 실시예로서, 중간단 이격거리는 5㎛ 내지 100㎚ 이고, 출력단 이격거리는 1㎛ 내지 1㎚인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 입력단(100a)의 경우, 입력된 광신호가 IMI(Insulator-Metal-Insulator)형 장거리 표면 플라즈몬 폴라리톤(LR-SPP: Long Range Surface Plasmon Polariton)모드로 변환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 입력단(100a)은 광섬유 등의 유전체 도파로에서 광신호를 받아 이를 장거리 표면 플라즈몬 폴라리톤(LR-SPP)모드로 변환시킨다. 이 경우 광섬유 등의 유전체 도파로 에서의 모드 크기와 LR-SPP도파로에서의 모드 크기가 유사하여 결합 손실이 최소화될 수 있다.
본 발명에 따른 입력단(100a)의 IMI형 LR-SPP 모드의 크기는 1㎛ 내지 100㎛ 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 중간단(100b)의 경우, 입력단(100a)의 IMI(Insulator-Metal-Insulator)형 LR-SPP모드가 IMIMI(Insulator-Metal-Insulator-Metal-Insulator)형 LR-SPP모드로 변환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중간단(100b)은 이중 메탈도파로(Metal Waveguide)의 IMIMI 도파로이다. 이는 입력단(100a)의 테이퍼진(tapered) IMI 도파로에서 도파로가 테이퍼져서 폭이 좁아짐에 따라 일어나는 메탈 도파로와 LRSPP 모드간의 약한 결합 (weak bound)으로 인해 일어나는 모드 크기의 증가를 방지하기 위해 도입된다.
IMI형의 LR-SPP를 IMIMI형의 LR-SPP로 변환시킴과 동시에 모드 크기를 수십~수㎛ 에서 수~서브수 ㎛로 서서히 줄인다. 본 발명에 따른 중간단(100b)의 IMIMI형 LR-SPP 모드의 크기는 5㎛ 내지 50㎚ 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 출력단(100c)의 경우, 중간단(100b)의 IMIMI형 LR-SPP모드가 MIM형 단거리 표면 플라즈몬 폴라리톤(SR-SPP: Short Range Surface Plasmon Polariton)모드로 변환되는 것을 특징으로 한다.
중간단(100b)은 이중 메탈 도파로(Metal Waveguide)의 IMIMI 형 도파로로 이루어지며, 근본적으로 결합 LR-SPP 모드를 이용하기 때문에 모드 크기를 줄이는 한계가 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 본 발명에 따른 출력단(100c)이 도입된다.
본 발명에 따른 출력단(100c)은 중간단(100b)의 결합 LR-SPP 모드를 결합된 SR-SPP 모드로 변환시켜, 모드 크기를 나노 크기로 최소화 시켜 집광한다. 본 발명에 따른 출력단(100c)의 MIM형 SR-SPP 모드의 크기는 100 nm 내지 1 nm 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)은 금(Ag), 은(Au), 동(Cu) 등의 귀금속(noble metal) 및 천이금속(transition metal)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 금속의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 각 유전체층(120)은 규소(Si), 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 및 폴리머(Polymer)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 각 유전체층(120)은 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 내측 및/또는 외측에 배치될 수 있으며, 일반적으로는 동일한 물질이 사용된다. 하지만 서로 다른 굴절률을 가진 유전체물질 등 서로 다른 물질이 사용되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 나노 집광소자를 이용하여 나노 플라즈몬 집적회로(NPIC: Nano Plasmon Integrated Circuit)를 구성하는 것도 가능하다.
즉 본 발명에 따른 나노 플라즈몬 집적회로 모듈의 경우, 광 도파로를 통해 입력받은 광 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 변환시키고, 더 작은 크기로 집속하는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자(100); 집속된 표면 플라즈몬 플라리톤 신호를 전송하는 단일 또는 이중 도파로 소자(22); 및 단일 또는 이중 도파로 소자(22)를 통하여 전송된 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 탈집속하여 광신호로 변환시켜 출력하는 표면 플라즈몬 나노 탈집광 소자(200)를 포함하는 것이 바람직하다(도 5 및 도 6 참조).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 플라즈모닉 집적 회로 모듈의 평면 구성을 나타낸 도면이다.
도 5의 나노 플라즈모닉 집적 회로(20)는 입력 나노 집광소자(100), 단일 또는 이중금속 도파로(22), 출력 나노 탈 집광소자(200), 신호 감지 및 처리부(24) 등이 웨이퍼(Wafer)(25)에 집적되어 구성될 수 있다.
또한, 도 5의 나노 플라즈모닉 집적 회로(20)는 도 1의 나노 집광소자(100)의 구조에 신호 감지 및 처리부(24)와 금속 도파로(22), 출력 나노 탈집광소자(200)를 추가적으로 포함하는 형태이다. 도 5에서는 탈집광 소자 (200)는 집광소자(100)의 역방향 구조가 도시되어 있다.
신호 감지 및 처리부(24)는 SPP 광 신호를 감지하거나 소정의 신호 처리를 수행하는 구성 요소에 해당한다. 신호 감지 및 처리부(24)는 단일 또는 이중금속도파로의 일부 또는 한 가지(arm)에 클래딩(Cladding)층이 노출되는 형태의 구조를 취함으로써 구현될 수 있다.
도 6은 도 5의 나노 플라즈모닉 집적 회로를 이용한 광 벤치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 광 벤치(Optical Bench)(30)는 도 2의 나노 플라즈모닉 집적 회로(20)를 포함한다. 또한, 광 벤치(30)는 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)(31)로 구성될 수 있는 광원과 광 검출기(PD : Photo Diode)(32, 33)를 더 포함하게 된다.
레이저 다이오드(31) 등으로 구성될 수 있는 광원(31)은 신호 처리를 위하여 레이저를 출력하게 된다. 이와 같은 레이저는 입력 광 신호에 해당한다. 입력 광 신호는 나노 플라즈모닉 집적 회로(20)의 입력 나노 집광소자(100)로 입력된다.
나노 플라즈모닉 집적 회로(20)의 입력 나노 집광소자(100)는 입력되는 광 신호를 SPP 모드의 광 신호로 변환하고 포커싱하여 단일 또는 이중 금속도파로(22)로 전달한다.
그 후, 단일 또는 이중금속도파로(22)를 통해 SPP 모드의 광 신호가 전송된다. 신호 감지 및 처리부(24)는 단일 또는 이중금속도파로(22)를 통해 전달되는 수십 나노미터 크기의 SPP 광 신호를 감지하고 일련의 신호 처리를 하는 과정을 수행한다.
나노 플라즈모닉 집적 회로(20)의 출력 나노 집광소자(200)는 수 마이크로 내지 수 나노미터 크기의 SPP 광 신호를 탈집속하고 이를 광 신호로 모드 변환하여 광 파이버로 전달한다. 이와 같이 광 파이버로 전달된 광 신호는 포토 다이오드(32, 33)로 전달된다.
광 벤치(30)의 구성을 살펴보면, 두 개의 포토 다이오드(32, 33)가 존재하고 있음을 알 수 있다. 이러한 구조는 나노 플라즈모닉 집적 회로(20)는 입력된 신호를 분기하여 두 개의 광 신호를 출력하는 구조를 가지고 있기 때문이다. 여기서, 당업자가 나노 플라즈모닉 집적 회로(20)에 포함되는 집광소자 또는 탈집광소자(100, 200)의 개수를 자유롭게 조절할 수 있음은 자명하다.
다음으로는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 전술한 실시예와 중복되는 사항에 대한 설명은 생략하고 차이점을 위주로 설명한다. 도 5 및 도 6에 도시된 실시예는 전술한 바와 동일하므로 설명을 생략하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자의 개념도이고, 도 4는 도 3에 따른 나노 집광소자의 입력부, 중간부 및 출력부에서 전달되는 광신호를 나타내는 개념도이다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자(100)는, 내측 및 외측에 유전체층(120)이 형성된 제1 금속층(110)이 구비된 IMI형 구조를 갖는 입력단(100a); 입력단(100a)의 제1 금속층(110)이 연장형성된 제1 금속층(110), 제1 금속층(110)과 이격 배치된 제2 금속층(130)이 구비되고, 제1 금속층(110)의 외측, 제2 금속층(130)의 외측 및 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 내측에 유전체층(120)이 형성된 IMIMI형 구조를 갖는 중간단(100b); 및 중간단(100b)의 단부에서 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 사이에 해당되는 높이로, 중간단(100b)의 내부와 연통가능하게 배치되는 제3 금속층(140)을 갖는 출력단(100c)을 포함한다.
본 실시예에 따른 입력단(100a) 및 중간단(100b)을 형성하는 제1 금속층(110)은 일체로 형성되며, 제1 금속층(110)의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 여기서 스트레이트 형상(straight shape)은 폭이 일정한 형상을 의미한다.
나아가, 본 실시예에 따른 제1 금속층(110)의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 입력단(100a)에서 중간단(100b)으로 갈수록 좁아지는 입광출협(入廣出狹) 구조를 갖는 자유로운 모양이 가능하다.
본 실시예에 따른 중간단(100b)의 경우, 제2 금속층(130)의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
나아가, 제2 금속층(130)의 평면형상의 너비는 입력단(100a) 쪽에서 출력단(100c) 쪽으로 갈수록 좁아지는 입광출협(入廣出狹) 구조를 갖는 자유로운 모양이 가능하다.
본 실시예에 따른 출력단(100c)의 경우, 제3 금속층(140)의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
나아가, 제3 금속층(140)의 평면형상의 폭은 중간단(100b) 쪽에서 출력단(100c)의 단부로 갈수록 좁아지는 입광출협(入廣出狹) 구조를 갖는 자유로운 모양이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 제1 금속층(110), 제2 금속층(130) 및 제3 금속층(140)의 평면형상은 상호 대응되는 형상이 가능하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 예로 중간단(100b)의 경우, 제1 금속층(110)은 폭이 일정한 스트레이트 형상이나, 제2 금속층(130)은 폭이 좁아지는 스트레이트 테이퍼 형상이거나 그 역인 폭이 넓어지는 스트레이트 테이퍼 형상인 것도 가능한다.
나아가, 제1 금속층(110)이 상측에 배치되고 제2 금속층(130)은 하측에 배치되거나 그 역의 배치구조도 가능하다.
본 실시예에 따른 입력단(100a)의 경우, 길이는 1㎝ 내지 100㎛이고, 폭은 10㎛ 내지 1㎛이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 중간단(100b)의 경우, 길이는 1㎜ 내지 1㎛이고, 폭은 5㎛ 내지 100㎚이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 출력단(100c)의 경우, 길이는 100㎛ 내지 10㎚이고, 폭은 1㎛ 내지 1㎚이고, 두께는 1㎛ 내지 20㎚인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 입력단(100a)에서는 입력된 광신호가 IMI형 LR-SPP 모드로 변환되며, 입력단(100a)의 IMI형 LR-SPP 모드의 크기는 1㎛ 내지 100㎛ 인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 중간단(100b)에서는 입력단(100a)의 IMI형 LR-SPP 모드가 IMIMI형 LR-SPP 모드로 변환되며, 중간단(100b)의 IMIMI형 LR-SPP 모드의 크기는 5㎛ 내지 50㎚ 인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 출력단(100c)은 이중 메탈도파로(MW) 대신에 단일 메탈도파로(MW)를 사용한다.
이중 메탈도파로(MW)의 IMIMI 도파로의 중간단(100b)은 근본적으로 결합된 LR-SPP 모드 즉 결합된 대칭 표면 플라즈몬 폴라리톤(Symmetric Surface Plasmon Polariton) 모드를 이용하기 때문에 모드 크기를 줄이는 데 한계가 있다.
본 실시예에 따른 출력단(100c)은 이러한 한계를 극복하기 위해 도입되었다. 출력단(100c)은 중간단(100b)의 결합된 LR-SPP 모드를 비대칭 표면 플라즈몬 폴라리톤(Anti-Symmetric Surface Plasmon Polariton) 모드로 변환시켜, 모드 크기를 나노 크기로 최소화 시켜 집광하게 된다.
본 실시예에 따른 출력단(100c)에서는 중간단(100b)의 IMIMI형 LR-SPP 모드가 M형 비대칭 SPP 모드로 변환되며, 출력단(100c)의 M형 비대칭 SPP 모드의 크기는 100㎚ 내지 10㎚ 인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 출력단(100c)은 단일 메탈도파로(MW) 로 구비되며, 배치높이는 중간단(100b)의 단부에서 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 사이에 해당되는 높이가 바람직하며, 중간단(100b)의 내부와 연통가능하도록 적절하게 배치되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 제1 금속층(110), 제2 금속층(130) 및 제3 금속층(140)은 금(Ag), 은(Au), 동(Cu) 등의 귀금속(noble metal) 및 천이금속(transition metal)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 금속의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 각 유전체층(120)은 규소(Si), 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 및 폴리머(Polymer)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 각 유전체층(120)은 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 내측 및/또는 외측에 배치될 수 있으며, 일반적으로는 동일한 물질이 사용된다. 하지만 서로 다른 굴절률을 가진 유전체물질 등 서로 다른 물질이 사용되는 것도 가능하다.
본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 나노 집광소자를 이용하여 나노 플라즈몬 집적회로(NPIC: Nano Plasmon Integrated Circuit)를 구성하는 것도 가능하다.
즉 본 실시예에 따른 나노 플라즈몬 집적회로 모듈의 경우, 광 도파로를 통해 입력받은 광 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 변환시키고, 더 작은 크기로 집속하는 본 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자(100); 집속된 표면 플라즈몬 플라리톤 신호를 전송하는 단일 또는 이중 도파로 소자(22); 및 단일 또는 이중 도파로 소자(22)를 통하여 전송된 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 탈집속하여 광신호로 변환시켜 출력하는 표면 플라즈몬 나노 탈집광 소자(200)를 포함하는 것이 바람직하다.(도 5 및 도 6 참조)
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자
110 : 제1 금속층 120 : 유전체 내지 유전체층
130 : 제2 금속층 140 : 제3 금속층
100a : 입력부 100b : 중간부
100c : 출력부

Claims (38)

  1. 제1 금속층과 제2 금속층간의 이격된 공간에 유전체층이 배치된 표면플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서,
    내측 및 외측에 유전체층이 형성된 제1 금속층이 구비된 IMI형 구조를 갖는 입력단;
    상기 입력단의 제1 금속층이 연장형성된 제1 금속층, 제1 금속층과 이격 배치된 제2 금속층이 구비되고, 제1 금속층의 외측, 제2 금속층의 외측 및 제1 금속층과 제2 금속층의 내측에 유전체층이 형성된 IMIMI형 구조를 갖는 중간단; 및
    상기 중간단의 제1 금속층이 연장형성된 제1 금속층, 상기 중간단의 제2 금속층이 연장형성된 제2 금속층 및 제1 금속층과 제2 금속층의 내측에 유전체층이 형성된 MIM형 구조를 갖는 출력단을 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력단, 중간단 및 출력단을 형성하는 제1 금속층은 일체로 형성되며,
    상기 제1 금속층의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 입력단에서 중간단을 거쳐 출력단으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간단 및 출력단을 형성하는 제2 금속층은 일체로 형성되며,
    제2 금속층의 중간단 및 출력단의 평면 형상은 각각 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 금속층의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 중간단쪽에서 출력단쪽으로 갈수록 좁아지는 구조 또는 그 역의 구조인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입력단의 경우, 길이는 1㎝ 내지 100㎛이고, 폭은 10㎛ 내지 1㎛이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중간단의 경우, 길이는 1㎜ 내지 1㎛이고, 폭은 5㎛ 내지 100㎚이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 출력단의 경우, 길이는 100㎛ 내지 10㎚이고, 폭은 1㎛ 내지 1㎚이고, 두께는 1㎛ 내지 1㎚인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중간단의 제1 금속층과 제2 금속층간의 중간단 이격거리는 상기 출력단의 제1 금속층과 제2 금속층간의 출력단 이격거리보다 긴 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중간단 이격거리는 5㎛ 내지 100㎚ 이고, 상기 출력단 이격거리는 1㎛ 내지 1㎚인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 입력단에서는 입력된 광신호가 IMI형 LR-SPP 모드로 변환되는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 입력단에서는 IMI형 LR-SPP 모드의 크기가 1㎛ 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 중간단에서는 입력단의 IMI형 LR-SPP 모드가 IMIMI형 LR-SPP 모드로 변환되는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 중간단에서는 IMIMI형 LR-SPP 모드의 크기가 5㎛ 내지 50㎚ 인 것을 특징으로하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 출력단에서는 중간단의 IMIMI형 LR-SPP 모드가 MIM형 SR-SPP 모드로 변환되는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 출력단에서는 MIM형 SR-SPP 모드의 크기가 100㎚ 내지 1㎚ 인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층 및 제2 금속층은 귀금속(noble metal) 및 천이금속(transition metal)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 금속의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 각 유전체층은 규소(Si), 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 및 폴리머(Polymer)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  19. 나노 플라즈몬 집적회로 모듈에 있어서,
    광 도파로를 통해 입력받은 광 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 변환시키고, 더 작은 크기로 집속하는 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자;
    상기 집속된 표면 플라즈몬 플라리톤 신호를 전송하는 단일 또는 이중 도파로 소자; 및
    상기 단일 또는 이중 도파로 소자를 통하여 전송된 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 탈집속하여 광신호로 변환시켜 출력하는 표면 플라즈몬 나노 탈집광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는
    나노 플라즈몬 집적회로 모듈.
  20. 표면플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자에 있어서,
    내측 및 외측에 유전체층이 형성된 제1 금속층이 구비된 IMI형 구조를 갖는 입력단;
    상기 입력단의 제1 금속층이 연장형성된 제1 금속층, 제1 금속층과 이격 배치된 제2 금속층이 구비되고, 제1 금속층의 외측, 제2 금속층의 외측 및 제1 금속층과 제2 금속층의 내측에 유전체층이 형성된 IMIMI형 구조를 갖는 중간단; 및
    상기 중간단의 단부에서 제1 금속층과 제2 금속층의 사이에 해당되는 높이로, 중간단의 내부와 연통가능하게 배치되는 제3 금속층으로 형성된 M형 구조를 갖는 출력단을 포함하는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 입력단 및 중간단을 형성하는 제1 금속층은 일체로 형성되며,
    상기 제1 금속층의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은
    입력단에서 중간단으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 제2 금속층의 중간단의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제2 금속층의 중간단의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 입력단 쪽에서 출력단 쪽으로 갈수록 좁아지는 구조 또는 그 역의 구조인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 제3 금속층의 출력단의 평면 형상은 스트레이트 형상(straight shape), 스트레이트 테이퍼 형상(straight taper shape), 테이퍼진 삼각형상(tapered triangle shape), 파라볼릭 형상(parabolic shape), 지수함수(exponential function shape) 형상 또는 사인파 형상(sine curve shape) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제3 금속층의 출력단의 평면형상 중 스트레이트 형상을 제외한 나머지 형상들의 폭은 중간단 쪽에서 출력단의 단부로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 입력단의 경우, 길이는 1㎝ 내지 100㎛이고, 폭은 10㎛ 내지 1㎛이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 중간단의 경우, 길이는 1㎜ 내지 1㎛이고, 폭은 5㎛ 내지 100㎚이고, 두께는 50㎚ 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  29. 제20항에 있어서,
    상기 출력단의 경우, 길이는 100㎛ 내지 10㎚이고, 폭은 1㎛ 내지 1㎚이고, 두께는 1㎛ 내지 20㎚인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  30. 제20항에 있어서,
    상기 입력단에서는 입력된 광신호가 IMI형 LR-SPP 모드로 변환되는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 입력단의 IMI형 LR-SPP 모드의 크기는 1㎛ 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  32. 제20항에 있어서,
    상기 중간단에서는 입력단의 IMI형 LR-SPP 모드가 IMIMI형 LR-SPP 모드로 변환되는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 중간단의 IMIMI형 LR-SPP 모드의 크기는 5㎛ 내지 50㎚ 인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  34. 제20항에 있어서,
    상기 출력단에서는 중간단의 IMIMI형 LR-SPP 모드가 M형 비대칭 SPP 모드로 변환되는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  35. 제27항에 있어서,
    상기 출력단의 M형 비대칭 SPP 모드의 크기는 100㎚ 내지 10㎚ 인 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  36. 제20항에 있어서,
    상기 제1 금속층 및 제2 금속층은 귀금속(noble metal) 및 천이금속(transition metal)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 금속의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  37. 제20항에 있어서,
    상기 각 유전체층은 규소(Si), 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 및 폴리머(Polymer)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 나노 집광소자.
  38. 나노 플라즈몬 집적회로 모듈에 있어서,
    광 도파로를 통해 입력받은 광 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 변환시키고, 더 작은 크기로 집속하는 제20항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 표면 플라즈몬 집광소자;
    상기 집속된 표면 플라즈몬 플라리톤 신호를 전송하는 단일 또는 이중 도파로 소자; 및
    상기 단일 또는 이중 도파로 소자를 통하여 전송된 신호를 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호로 탈집속하여 광신호로 변환시켜 출력하는 표면 플라즈몬 나노 탈집광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는
    나노 플라즈몬 집적회로 모듈.
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