KR101093603B1 - Evanescent optical sensor - Google Patents

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Abstract

공정이 간단하고 제조비용이 낮은 고성능 소산파 표면센서가 제안된다. 제안된 소산파 표면센서는 기판 상부의 하부클래드층, 하부클래드층 상면에 형성되는 코어층, 및 코어층의 상면을 노출시켜 일측이 2개로 분기된 광도파로를 형성하도록, 하부클래드층 및 코어층 상에 형성되는 상부클래드층을 포함한다. 특히 광도파로는 코어층의 일단에 입사부 및 출력부가 형성되어 일원화된다. A high performance dissipated surface sensor with simple process and low manufacturing cost is proposed. The proposed dissipation surface sensor is a bottom clad layer and a core layer so as to form an optical waveguide in which one side is divided into two by exposing a lower clad layer on an upper substrate, a core layer formed on an upper surface of a lower clad layer, and an upper surface of the core layer. It includes an upper clad layer formed on. In particular, the optical waveguide is formed by uniting the incidence portion and the output portion at one end of the core layer.

소산파, 바이오센서, 광도파로 Dissipation wave, biosensor, optical waveguide

Description

소산파 표면센서{Evanescent optical sensor}Dissipative Surface Sensor

본 발명은 소산파 표면센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공정이 간단하고 제조비용이 낮은 고성능 소산파 표면센서에 관한 것이다. The present invention relates to a dissipation surface sensor, and more particularly, to a high performance dissipation surface sensor having a simple process and a low manufacturing cost.

소산파는 밀한 매질에 인접한 덜 밀한 매질에서 지수함수적으로 진폭이 감속하는 파이다. 도파광 중에서 이러한 소산파의 비중이 상대적으로 높은 광도파로를 소산파 광도파로라 한다. 일반적인 광도파로는 밀한 매질이 그보다 덜 밀한 매질로 둘러싸여 있는 구조로 광의 분포가 주로 밀한 매질에 몰려 있는 반면 소산파 광도파로는 덜 밀한 매질에 광의 분포가 몰려 있다. 이러한 소산파 광도파로의 특성으로 인하여덜 밀한 매질의 굴절률 및 구조 변화에 의해 광의 위상이나 손실특성이 크게 변하고, 이러한 특성을 이용하여 환경 및 바이오 센서로 많이 활용되고 있다.Dissipative waves are exponentially slowing amplitudes in less dense media adjacent to dense media. Among the waveguides, an optical waveguide having a relatively high specific gravity is called a dissipated optical waveguide. A typical optical waveguide is a structure in which a dense medium is surrounded by a less dense medium. The light distribution is mainly concentrated in a dense medium, while the dissipative optical waveguide has a light distribution in a less dense medium. Due to the characteristics of the dissipated optical waveguide, the phase and loss characteristics of the light are greatly changed by the refractive index and the structural change of the less dense medium, and these characteristics are widely used as environmental and biosensors.

일반적으로 바이오 물질 검출에 이용되는 소산파 광도파로는 바이오 물질이 표면에서 수백 nm이내에 분포하는 관계로 고굴절률을 갖는 유전체나 혹은 금, 은을 포함한 금속류가 밀한 물질로 사용되고 있다. 고굴절률 유전체보다 금속의 물질을 이용할 경우 표면 변화에 대한 민감도가 높다. 수백 nm 이내에 광의 분포를 밀집시키려면 금속의 두께가 수십 혹은 수백 nm로 두꺼워야 하며, 이러한 조건에서 광도파로가 제작되면 금속의 높은 광흡수율로 인해 광이 수백 micron조차 진행하기 전에 이미 소진된다. 따라서 금속은 광도파로를 이루어 센서에 활용되기보다 주로 SPR(surface plasmon resonance)과 같이 입사각 혹은 파장의 변화에 대한 광흡수율 변화를 이용하는 방향으로 이용되고 있다. In general, the dissipation optical waveguide used for detecting a biomaterial is used as a dielectric material having a high refractive index or a dense metal such as gold and silver because the biomaterial is distributed within several hundred nm from the surface. The use of metallic materials rather than high refractive index dielectrics is more sensitive to surface changes. In order to densify the distribution of light within hundreds of nm, the metal must be thick, tens or hundreds of nm thick, and under these conditions, when the optical waveguide is fabricated, the high light absorption of the metal causes the light to be exhausted before even hundreds of microns can proceed. Therefore, metal is used in the direction of using the light absorption coefficient change in incident angle or wavelength, such as surface plasmon resonance (SPR), rather than being used in the sensor by forming an optical waveguide.

고굴절률 유전체를 이용한 광도파로는 클래드를 이루는 덜 밀한 매질과 코어를 이루는 밀한 매질 사이의 굴절률 차를 크게 하여 광의 분포를 표면으로부터 수백 nm이하로 제한시키는 구조로 되어 있다. 광의 위상 변화를 이용하는 분야에서는 모드간 간섭에 의한 영향을 최소화하기 위해 단일모드 광도파로를 이용한다. 소산파 광도파로 또한 마찬가지로 다모드로부터 유발되는 모드간 간섭을 없애기 위해서는 제작되어지는 광도파로가 단일모드이어야 한다. The optical waveguide using the high refractive index dielectric has a structure that limits the distribution of light to several hundred nm or less from the surface by increasing the refractive index difference between the less dense medium that forms the clad and the dense medium that forms the core. In the field using the phase change of light, a single mode optical waveguide is used to minimize the influence of the inter mode interference. Dissipative optical waveguides Similarly, to eliminate the inter-mode interference caused by multimode, the optical waveguides to be manufactured must be single-mode.

도 1은 종래의 소산파 표면센서(10)의 단면도이다. 광도파로의 코어(12)는 고굴절 물질로 되어 있으며, 코어(12)의 상하에는 저굴절 물질로 이루어진 클래드층(11, 13)이 있다. 도 1의 소산파 표면센서(10)는 상부의 클래드층(13)을 일부 제거한 후 코어(12)표면에 검출물질을 삽입하여 광의 위상변화를 일으킨다. 코어(12) 의 중심부와 좌우부는 0.7nm의 두께차 d1를 갖고 있는 Rib 구조를 이루고 있는데, 이는 단일모드 광도파로를 구현하기 위함이다. d1이 0.7nm이상일 경우 제작되는 광도파로는 다모드를 형성하게 되어 모드간 간섭이 발생한다. 1 is a cross-sectional view of a conventional dissipation surface sensor 10. The core 12 of the optical waveguide is made of a high refractive material, and there are cladding layers 11 and 13 made of a low refractive material above and below the core 12. The dissipative wave surface sensor 10 of FIG. 1 removes a part of the cladding layer 13 on the upper side and inserts a detection material on the surface of the core 12 to cause a phase change of light. The central portion and the left and right portions of the core 12 have a rib structure having a thickness difference d 1 of 0.7 nm, for realizing a single mode optical waveguide. When d 1 is 0.7 nm or more, the optical waveguide fabricated forms multi-modes, and interference between modes occurs.

그러나, 0.7nm의 두께차를 갖는 광도파로를 제작하기는 어렵다. 코어박막을 약 70nm 정도의 두께로 제작한다면 0.7nm를 제거하는 공정은 그 정확도면에서 어려움이 크며 재현성에도 큰 문제가 있다. 이러한 이유로 도 1과 같은 광도파로는 공정의 용이함 및 재현성 측면에서 바람직하지 않으며, 공정이 가능하다고 하더라도 많은 시간과 고비용이 소요될 것은 자명하다. 따라서 유사한 특성을 보이면서도 공정이 용이한 새로운 구조의 광도파로가 필요하다 할 수 있다.However, it is difficult to manufacture an optical waveguide having a thickness difference of 0.7 nm. If the core thin film is manufactured to a thickness of about 70 nm, the process of removing 0.7 nm is difficult in terms of accuracy and also has a big problem in reproducibility. For this reason, the optical waveguide as shown in FIG. 1 is not preferable in view of the ease and reproducibility of the process, and it is obvious that even if the process is possible, it will take a lot of time and high cost. Therefore, there is a need for a new optical waveguide having a similar structure and easy processing.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공정이 간단하고 제조비용이 낮은 고성능 소산파 표면센서를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high performance dissipation surface sensor having a simple process and low manufacturing cost.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 소산파 표면센서는 기판 상부의 하부클래드층; 하부클래드층 상면에 형성되는 코어층; 및 코어층의 상면을 노출시켜 일측이 2개로 분기된 광도파로를 형성하도록, 하부클래드층 및 코어층 상에 형성되는 상부클래드층;을 포함하고, 광도파로는 코어층의 일단에 입사부 및 출력부가 형성되어 일원화된다. Dissipative surface sensor according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a lower clad layer on the upper substrate; A core layer formed on an upper surface of the lower clad layer; And an upper cladding layer formed on the lower cladding layer and the core layer to expose the upper surface of the core layer so that one side is divided into two, and the optical waveguide includes an incident part and an output at one end of the core layer. The addition is formed and united.

본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서는 코어층의 타단에 형성되되 입사부로 입사된 광을 출력부로 반사하기 위한 반사기;를 더 포함할 수 있다. The dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention may further include a reflector formed at the other end of the core layer to reflect light incident on the incident part to the output part.

2개로 분기된 광도파로 중 하나의 상면에는 코어층보다 굴절률이 높은 고굴절률물질이 도포될 수 있다. 고굴절률물질은 TiO2, Ta2O5 및 Si3N4 중 어느 하나일 수 있다. A high refractive index material having a higher refractive index than the core layer may be applied to the upper surface of one of the two branched optical waveguides. The high refractive index material may be any one of TiO 2 , Ta 2 O 5, and Si 3 N 4 .

본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서는 2개 이상의 광도파로를 포함할 수 있다. 이 때, 광도파로는 서로 다른 두께의 고굴절물질이 도포될 수 있다. The dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention may include two or more optical waveguides. At this time, the optical waveguide may be coated with a high refractive material of different thickness.

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본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 소산파 표면센서는 표면 변화에 따른 광의 간섭 변화를 이용하여 표면 변화량을 측정하고, 그 구조 변화를 통해 그 감도 및 측정 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상부가 노출된 도파로 위에 고굴절률 물질을 증착하여 도파로 상부의 소산파가 더 강한 분포를 갖도록 하여 표면 물질에 대한 감도를 향상시키는 효과가 있다. According to the present invention, the dissipation surface sensor according to the present invention can measure the surface change amount by using the interference change of light according to the surface change, and improve its sensitivity and measurement efficiency through the structure change. In addition, by depositing a high refractive index material on the waveguide exposed to the upper portion has the effect of improving the sensitivity to the surface material by having a stronger distribution of the dissipation wave on the waveguide.

아울러, 광의 입출력부에 표면센서의 안정화를 위한 상부클래드층 도포시 고 굴절률 물질을 증착한 후에 상부클래드층을 도포한 경우 도파로에 많은 모드가 생겨 센싱 신호를 왜곡할 우려가 있고 도파로의 모드 사이즈가 작아져 광의 추가적인 손실을 유발할 수 있으나 본 발명에 따르면 광도파로의 센싱영역에만 국한시켜 고굴절물질을 도포할 수 있어 이러한 문제를 해결할 수 있다. In addition, when the upper cladding layer is applied after the coating of the upper cladding layer for the stabilization of the surface sensor to the input / output part of the light, when the upper cladding layer is applied, there are many modes in the waveguide, which may distort the sensing signal and the mode size of the waveguide Although it may be reduced to cause additional loss of light, according to the present invention can solve the problem by applying a high refractive material to only the sensing region of the optical waveguide.

나아가 본 발명의 표면센서용 도파로를 마흐젠더 형태로 구성하기 위하여 광반사기 및 광서큘레이터를 이용하므로 광도파로의 한쪽단으로 광의 입력이나 출력을 모두 수행하기 때문에 광도파로의 양쪽단을 모두 광파이버와 연결할 필요가 없어 공정이 간단하고 비용이 절감되는 효과가 있다.Furthermore, since the optical reflector and the optical circulator are used to configure the waveguide for surface sensor of the present invention in the form of a mahgender, both ends of the optical waveguide are connected to the optical fiber because both the input and output of the optical waveguide are performed. This eliminates the need for a simpler process and lowers costs.

또한, 본 발명의 표면센서용 광도파로의 감도가 상부 증착되는 고굴절률 물질의 두께에 따라 다르기 때문에 광도파로를 2개 이상 구비하도록 하여 각각의 광도파로에 서로 다른 두께의 고굴절 물질을 증착하면, 각 도파로마다 같은 변화에 대한 반응이 다르게 나오므로 이로부터 센서의 측정 범위를 확대할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the sensitivity of the optical waveguide for the surface sensor of the present invention depends on the thickness of the high-refractive index material to be deposited on top of each other, if two or more optical waveguides are deposited to deposit high refractive materials of different thicknesses on each optical waveguide, Different waveguides have different responses to the same change, thereby extending the measurement range of the sensor.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서이다. 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서(100)는 기판(110) 상부의 하부클래드층(120); 하부클래드층(120) 상면에 형성되는 코어층(130) 및 코어층(130)의 상면을 노출시켜 일측이 2개로 분기된 광도파로를 형성하도록, 하부클래드층(120) 및 코어층(130) 상에 형성되는 상부클래드층(140);을 포함하고, 광도파로는 코어층(130)의 일단에 입사 및 출력부가 형성되어 일원화된다. 2 is a dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention. Dissipative surface sensor 100 according to an embodiment of the present invention is a lower clad layer 120 on the substrate 110; The lower clad layer 120 and the core layer 130 are formed to expose the upper surface of the core layer 130 and the core layer 130 formed on the upper surface of the lower clad layer 120 to form an optical waveguide having one side split into two. And an upper cladding layer 140 formed on the optical waveguide, and the incident and output portions are formed at one end of the core layer 130 to be united.

기판(110)은 광도파로가 형성되는 기본기판으로서, 유리기판, 반도체 기판, 실리콘 기판 등을 사용할 수 있다. 하부클래드층(120) 및 상부클래드층(140)은 광도파로를 구성하는 물질보다 덜 밀한 매질을 사용할 수 있으며, 예를 들어 SiO2일 수 있다. 상부클래드층(140)은 코어층(130)의 상면을 노출시키도록 형성되는데, 코어층(130)은 일측이 2개로 분기된 광도파로를 형성하며 노출된다. The substrate 110 may be a base substrate on which an optical waveguide is formed, and a glass substrate, a semiconductor substrate, a silicon substrate, or the like may be used. The lower clad layer 120 and the upper clad layer 140 may use a less dense medium than the material constituting the optical waveguide, and may be, for example, SiO 2 . The upper cladding layer 140 is formed to expose the top surface of the core layer 130, and the core layer 130 is formed by forming an optical waveguide having two branches on one side thereof.

본 발명의 소산파 표면센서(100)는 하부클래드층(120) 상에 형성되는 코어층(130)의 형태가 마흐젠더 형태인 표면센서이다. 마흐젠더 형태의 광도파로는 한 편광을 갖는 광을 입사시켜 광이 분기된 후 각기 다른 위상지연을 일으킨 후 결합하여 간섭을 일으키는 구조이다. 두 도파로 상부표면에 변화가 생기면 두 도파로를 진행하는 분기광의 위상지연정도가 달라 광의 간섭으로 출력부의 광 진폭이 변하게 되며 이 변화량은 표면의 굴절률 변화량에 비례한다. The dissipation surface sensor 100 of the present invention is a surface sensor in which the form of the core layer 130 formed on the lower clad layer 120 is in the form of a mahgender. The light waveguide in the form of a Mahzander is a structure that causes interference by injecting light having one polarization and causing different phase delays after the light is branched. If a change occurs in the upper surfaces of the two waveguides, the phase delay degree of the branched light traveling through the two waveguides is different, and the optical amplitude of the output part is changed by the interference of the light, and the change amount is proportional to the change in the refractive index of the surface.

코어층(130)의 일측에는 입사부 및 출력부가 형성되어 광입사부 및 출력부는 일원화된다. 이에 대하여는 도 3을 참조하여 더 설명하기로 한다. An incident part and an output part are formed at one side of the core layer 130 so that the light incident part and the output part are united. This will be described further with reference to FIG. 3.

마흐젠더 형태로서 일부가 분기된 형태인 코어층(130)은 광도파로로서, 두개로 분기된 광도파로 중 어느 한쪽의 상부에는 고굴절물질이 증착된다. 고굴절물질(150)은 도 2에서와 같이 어느 한쪽의 도파로에만 증착되므로 두 도파로간의 감도차이를 유발한다. 따라서, 상부표면변화에 대한 두 도파광 간의 간섭으로부터 그 변화의 정도를 감지할 수 있고 소산파 표면센서(100)의 감도가 높아진다. 고굴절물질(150)은 예를 들면 굴절률이 높은 TiO2, Ta2O5 또는 Si3N4 등과 같은 물질을 사용할 수 있다. The core layer 130, which is partly branched in the form of Mahzender, is an optical waveguide, and a high refractive material is deposited on one of two branched optical waveguides. Since the high refractive material 150 is deposited only on one of the waveguides as shown in FIG. 2, a sensitivity difference between the two waveguides is caused. Therefore, the degree of the change can be detected from the interference between the two waveguide light with respect to the upper surface change, and the sensitivity of the dissipated wave surface sensor 100 is increased. The high refractive material 150 may be, for example, a material having a high refractive index, such as TiO 2 , Ta 2 O 5, or Si 3 N 4 .

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서이다. 도 3을 참조하면, 소산파 표면센서(200)는 코어층(230)의 타단에 형성되되 입력부(271)로 입사된 광을 출력부(272)로 반사하기 위한 반사기(260);를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 광도파로가 마흐젠더 형태로 형성되기 때문에 코어층(230)은 일부가 분기되어 형성된다. 아울러, 광도파로의 입력부(271) 및 출력부(272)가 동일평면에 위치하므로 입사된 광을 다시 출력부(272) 쪽으로 반사시킬 필요가 있다.3 is a dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the dissipation surface sensor 200 may be formed at the other end of the core layer 230, and may include a reflector 260 for reflecting light incident to the input unit 271 to the output unit 272. can do. According to the present invention, since the optical waveguide is formed in the form of Mahzender, the core layer 230 is partially formed. In addition, since the input part 271 and the output part 272 of the optical waveguide are located on the same plane, it is necessary to reflect the incident light back toward the output part 272.

도 3에서와 같이 광도파로가 분기되어 노출되는 소산파 표면센서(200)의 일측면에 반사기(260)가 구비된다. 반사기(260)는 제1분기도파로(231)로 입사된 광을 제2분기도파로(232)로 반사시켜 출력한다. 따라서, 본 발명에 따른 소산파 표면센서(200)는 입력부(271) 및 출력부(272)를 한쪽 도파로측면으로 일원화시켰으므로 소산파 표면센서(200)를 외부광파이버와 연결하는 패키징시 광도파로의 양단을 모두 연결할 필요가 없어 공정이 간단해지고 소산파 표면센서(200)의 구조가 간단해진다.As shown in FIG. 3, a reflector 260 is provided on one side of the dissipated wave surface sensor 200 where the optical waveguide is branched and exposed. The reflector 260 reflects the light incident on the first branch waveguide 231 to the second branch waveguide 232 and outputs the reflected light. Therefore, since the dissipation surface sensor 200 according to the present invention unitizes the input part 271 and the output part 272 to one waveguide side, the dissipation surface sensor 200 of the optical waveguide at the time of packaging connecting the dissipation surface sensor 200 to an external optical fiber. There is no need to connect both ends, the process is simplified and the structure of the dissipation surface sensor 200 is simplified.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서이고, 도 5a 내지 도 5d는 도 4의 광도파로 각각에서 측정한 광파워값을 도시한 그래프이다. 이하, 도 본 4 내지 도 5d를 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 소산파 표면센서(300)는 기판(310), 하부클래드층(320), 광도파로(331, 332, 333, 334), 상부클래드층(340) 및 반사기(360)를 포함할 수 있다. 이 때, 2개 이상의 광도파로(331, 332, 333, 334)는 서로 다른 두께의 고굴절물질(351, 352, 353, 354)이 도포되는 것이 바람직하다. 기판(310), 하부클래드층(320), 및 상부클래드층(340)에 대하여는 도 2에 관하여 설명한 바와 같으므로 설명을 생략하기로 한다.4 is a dissipation wave surface sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 5A to 5D are graphs showing optical power values measured at each of the optical waveguides of FIG. 4. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 4 to 5D. The dissipation surface sensor 300 according to the present invention may include a substrate 310, a lower cladding layer 320, an optical waveguide 331, 332, 333, 334, an upper cladding layer 340, and a reflector 360. Can be. In this case, the two or more optical waveguides 331, 332, 333, and 334 are preferably coated with high refractive materials 351, 352, 353, and 354 having different thicknesses. The substrate 310, the lower clad layer 320, and the upper clad layer 340 are the same as those described with reference to FIG. 2, and thus description thereof will be omitted.

도 4의 소산파 표면센서(300)에는 광도파로(331, 332, 333, 334)가 병렬로 나열되어 있다. 이 때 고굴절물질(351, 352, 353, 354)의 두께는 서로 다르다. 고굴절물질의 두께에 따라 소산파 표면센서(300)의 감도가 달라진다. 따라서, 광도파로(331, 332, 333, 334)는 각각 도 5a 내지 도 5d의 신호를 생성한다. In the dissipation surface sensor 300 of FIG. 4, optical waveguides 331, 332, 333, and 334 are arranged in parallel. At this time, the thickness of the high refractive material (351, 352, 353, 354) is different. The sensitivity of the dissipation surface sensor 300 varies depending on the thickness of the high refractive material. Accordingly, the optical waveguides 331, 332, 333, 334 generate the signals of FIGS. 5A-5D, respectively.

만약, 광도파로(331, 332, 333, 334)가 2개 이상이 아니라, 광도파로(331)만 존재하는 경우라면 도 5a와 같은 하나의 그래프를 얻는다. 도 5a로부터 표면변화량을 알기 위하여는 실시간적인 측정이 이루어질 필요가 있다. 그렇지 않은 경우 초기점에 대응하는 초기값 및 최종점에 대응하는 최종값만으로는 정확한 표면변화량을 얻을 수 없다. 이 때, 도 4와 같이 2개 이상의 광도파로(331, 332, 333, 334)가 존재하여 다른 도파로(332, 332, 332) 경우, 초기값과 최종값만으로도 그 표면변화량을 정확히 얻을 수 있다. 따라서, 이러한 소산파 표면센서(300)의 광도파로 병렬나열구조는 센싱범위를 소량에서부터 다량의 변화까지 넓은 범위로 확대시킬 수 있다.If the optical waveguides 331, 332, 333, and 334 are not two or more, but only the optical waveguides 331 exist, one graph as shown in FIG. 5A is obtained. In order to know the surface change amount from FIG. 5A, it is necessary to make a real time measurement. Otherwise, only the initial value corresponding to the initial point and the final value corresponding to the end point cannot obtain an accurate surface change amount. In this case, as shown in FIG. 4, when two or more optical waveguides 331, 332, 333, and 334 exist, and the other waveguides 332, 332, and 332 are present, the amount of surface change can be accurately obtained only by the initial value and the final value. Therefore, the parallel waveguide structure of the optical waveguide surface sensor 300 can extend the sensing range to a wide range from a small amount to a large amount.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다. 본 발명에 따른 소산파 표면센서 제조방법에서는기판(610)상에 먼저 하부클래드층(620), 및 코어층(630)을 형성한다(도 6a 참조). 6A to 6F are diagrams provided to explain a method for manufacturing a dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention. In the method for manufacturing the dissipation surface sensor according to the present invention, the lower clad layer 620 and the core layer 630 are first formed on the substrate 610 (see FIG. 6A).

코어층(630)은 일측이 2개로 분기되도록 선택적으로 식각하여 일부를 제거하여 광도파로 패턴을 형성한다(도 6b 참조). 광도파로 패턴이 형성된 하부클래드층(620) 상에는 광도파로 패턴을 모두 도포하도록 상부클래드층(640)을 형성한다(도 6c 참조). 상부클래드층(640)은 센싱영역이외의 영역에 형성되어야 하므로 도 6d와 같이 상부클래드층(640)은 광도파로 패턴이 노출되도록 일부가 식각되어 제거된다. The core layer 630 is selectively etched so that one side is divided into two to remove a portion to form an optical waveguide pattern (see FIG. 6B). An upper cladding layer 640 is formed on the lower cladding layer 620 on which the optical waveguide pattern is formed (see FIG. 6C). Since the upper cladding layer 640 should be formed in a region other than the sensing region, a portion of the upper cladding layer 640 is etched and removed to expose the optical waveguide pattern as shown in FIG. 6D.

광도파로 패턴이 노출되면, 2개로 분기된 광도파로 중 하나의 상면에 코어층보다 굴절률이 높은 고굴절률물질(650)을 도포하여 표면물질변화에 대한 도파광의 감도를 향상시킨다(도 6e 참조). 고굴절률물질(650)까지 도포되어 광도파로가 형성되면 광도파로 패턴이 2개로 분기된 코어층의 일단에 반사기(660)를 형성하여 입력된 광이 반사되도록 한다(도 6f 참조). 반사기(660)가 형성되지 않는 코어층의 타단에는 입력부(미도시) 및 출력부(미도시)를 광파이버(미도시)와 연결시킬 수 있다. When the optical waveguide pattern is exposed, a high refractive index material 650 having a higher refractive index than that of the core layer is coated on one of the two branched optical waveguides to improve the sensitivity of the waveguide to the surface material change (see FIG. 6E). When the optical waveguide is formed by applying up to the high refractive index material 650, a reflector 660 is formed at one end of the core layer having two optical waveguide patterns, so that the input light is reflected (see FIG. 6F). The other end of the core layer in which the reflector 660 is not formed may connect an input unit (not shown) and an output unit (not shown) with an optical fiber (not shown).

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기 재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The invention is not to be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but should be construed by the appended claims. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that various forms of substitution, modification, and alteration are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims with respect to the present invention.

도 1은 종래의 소산파 표면센서의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional dissipation wave surface sensor.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서이다. 2 is a dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서이다. 3 is a dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서이다. 4 is a dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5d는 도 4의 광도파로 각각에서 측정한 광파워값을 도시한 그래프이다. 5A to 5D are graphs showing optical power values measured in each of the optical waveguides of FIG. 4.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일실시예에 따른 소산파 표면센서 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다. 6A to 6F are diagrams provided to explain a method for manufacturing a dissipation surface sensor according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 소산파 표면센서 110 기판100 Dissipative Surface Sensor 110 Boards

120 하부클래드층 130 코어층120 Lower Clad Layer 130 Core Layer

140 상부클래드층 150 고굴절물질 140 Upper cladding layer 150 High refractive material

Claims (9)

기판 상부의 하부클래드층; A lower clad layer on the substrate; 상기 하부클래드층 상면에 형성되는 코어층; 및 A core layer formed on an upper surface of the lower clad layer; And 상기 코어층의 상면을 노출시켜 일측이 2개로 분기된 광도파로를 형성하도록, 상기 하부클래드층 및 상기 코어층 상에 형성되는 상부클래드층;을 포함하고,And an upper clad layer formed on the lower clad layer and the core layer to expose an upper surface of the core layer so as to form an optical waveguide having one side divided into two. 상기 광도파로는 상기 코어층의 일단에 입사부 및 출력부가 형성되어 일원화된 것을 특징으로 하는 소산파 표면센서. The optical waveguide surface dissipation wave surface sensor, characterized in that the incidence portion and the output portion is formed at one end of the core layer. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 코어층의 타단에 형성되되 상기 입사부로 입사된 광을 상기 출력부로 반사하기 위한 반사기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소산파 표면센서. And a reflector formed at the other end of the core layer to reflect the light incident to the incident part to the output part. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 2개로 분기된 광도파로 중 하나의 상면에는 상기 코어층보다 굴절률이 높은 고굴절률물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 소산파 표면센서. Dissipative surface sensor, characterized in that a high refractive index material having a higher refractive index than the core layer is applied to the upper surface of one of the two branched optical waveguides. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 고굴절률물질은 TiO2, Ta2O5 및 Si3N4 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 소산파 표면센서. The high refractive index material is a dissipation surface sensor, characterized in that any one of TiO 2 , Ta 2 O 5 and Si 3 N 4 . 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광도파로는 2개 이상인 것을 특징으로 하는 소산파 표면센서. The optical waveguide surface sensor, characterized in that the two or more waveguides. 제 5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 광도파로는 서로 다른 두께의 고굴절물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 소산파 표면센서. The waveguide surface sensor, characterized in that the high refractive material of different thickness is coated. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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