KR101128511B1 - Channel Plasmon Waveguide - Google Patents

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Abstract

채널 플라즈몬 도파로는 단면폭이 변동하는 적어도 하나의 단차부를 포함하는 홀의 형상을 가지는 제1 층상과 제1 층상의 적어도 일부와 접하는 제2 층상을 포함한다.The channel plasmon waveguide includes a first layer having a shape of a hole including at least one step portion having a varying cross-sectional width and a second layer contacting at least a portion of the first layer.

여기서, 제1 층상은 음의 유전상수를 갖는 적어도 하나의 제1 물질로 형성되고, 제2 층상은 양의 유전상수를 갖는 적어도 하나의 제2 물질로 형성되며, 채널 플라즈몬 도파로는 제1 층상과 제2 층상이 접하는 부분을 통해 광을 도파한다. Here, the first layer is formed of at least one first material having a negative dielectric constant, the second layer is formed of at least one second material having a positive dielectric constant, and the channel plasmon waveguide is The light is guided through the part where the second layer contact.

채널 플라즈몬 도파로, 계단형 단면의 도파로, CPP, SPP Channel plasmon waveguide, stepped waveguide, CPP, SPP

Description

채널 플라즈몬 도파로{Channel Plasmon Waveguide}Channel Plasmon Waveguide

본 발명은 서브파장 스케일의 채널에 유도되는 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polariton: SPP)을 이용하여 광을 도파시키는 채널 플라즈몬 도파로에 관한 것이다. The present invention relates to a channel plasmon waveguide for guiding light using Surface Plasmon Polariton (SPP) induced in a channel of a subwavelength scale.

표면 플라즈몬(Surface Plasmon: SP)은 금속체와 유전체의 경계면(이하, "경계면"이라 함)을 따라 진행하는 전하밀도의 진동파로서, 전하밀도 진동은 고속으로 가속된 전자 및 광파에 의하여 여기(勵起)될 수 있다. 이러한 표면 플라즈몬(SP)과 결합하여 진행하는 전자파를 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polariton: SPP)이라 일컫는다. 이때, 전계의 세기는 경계면에 강하게 구속되며, 경계면에서 멀어질수록 지수함수적으로 감소된다. 또한, 금속체는 유전율의 실수부가 음수인 물질의 일반적인 예이며, 유전체는 유전율의 실수부가 양수인 물질의 일반적인 예이다. Surface Plasmon (SP) is an oscillation wave of charge density that travels along the interface between a metal body and a dielectric (hereinafter referred to as "boundary plane"), and the charge density oscillation is excited by electrons and light waves accelerated at high speed. Iii) can be done. Electromagnetic waves that proceed in conjunction with the surface plasmon (SP) are referred to as surface plasmon polariton (SPP). At this time, the strength of the electric field is strongly bound to the interface, and decreases exponentially as it moves away from the interface. In addition, a metal body is a general example of a material in which the real part of the dielectric constant is negative, and a dielectric material is a general example of a material in which the real part of the dielectric constant is positive.

일반적인 광학 구조는 빛의 반파장 이하의 구조에서는 빛이 도파될 수 없는회절 한계(Diffraction Limit)를 필연적으로 가지고 있는 반면, 경계면에 강하게 유도되는 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)은 회절 한계 이하의 구조에서 광 신호를 유 효하게 전달할 수 있는 특성을 가지고 있어, 최근 나노포토닉스(nano photonics) 등의 다양한 분야에 걸쳐 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. While general optical structures inevitably have diffraction limits where light cannot be waveguided at less than half-wavelength structures, surface plasmon polariton (SPP), which is strongly induced at the interface, is used at structures below the diffraction limit. Due to its ability to effectively transmit optical signals, many researches on surface plasmon polaritone (SPP) have recently been conducted in various fields such as nano photonics.

특히, 경계면에서 발생되는 표면 플라즈몬(CP)을 이용하여 광을 도파시키는 표면 플라즈몬 도파로에 대한 연구가 진행되고 있다. 이와 같은 연구는 표면 플라즈몬 도파로의 유효 단면적을 감소시키고, 전송거리를 증가시키는 것을 목적으로 한다. 여기서, 유효 단면적은 표면 플라즈몬 도파로의 내부에서 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)의 에너지 분포가 차지하는 면적을 의미한다. 또한 전송거리는 도파로의 입력단에서 도파로의 내부로 흘려준 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)의 에너지가 입력값의 3dB로 감쇄하기까지 소요된 거리인 전송 가능 거리를 의미한다. In particular, research has been conducted on surface plasmon waveguides that guide light using surface plasmons (CP) generated at an interface. This study aims to reduce the effective cross-sectional area of surface plasmon waveguides and increase the transmission distance. Here, the effective cross-sectional area means the area occupied by the energy distribution of the surface plasmon polaritone (SPP) in the surface plasmon waveguide. In addition, the transmission distance refers to the transmission distance which is the distance required for the energy of the surface plasmon polaritone (SPP) flowing from the input end of the waveguide to the inside of the waveguide to attenuate to 3 dB of the input value.

일반적인 표면 플라즈몬 도파로에 따르면, 전송거리를 증가시키기 위해 얇은 금속박막을 사용하는 방식을 이용하고, 유효 단면적을 감소시키기 위해 금속 사이에 얇은 절연막을 구성하는 방식을 이용한다. 이때, 얇은 금속박막을 사용하는 방식에 따른 표면 플라즈몬 도파로는 유효 단면적이 파장의 수 배까지 증가한다는 단점이 있다. 또한 금속 사이에 얇은 절연막을 구성하는 방식에 따른 표면 플라즈몬 도파로는 적절한 전송거리를 확보할 수 없다는 단점이 있다.According to a general surface plasmon waveguide, a thin metal thin film is used to increase the transmission distance, and a thin insulating film is formed between the metals to reduce the effective cross-sectional area. At this time, the surface plasmon waveguide according to the method of using a thin metal thin film has the disadvantage that the effective cross-sectional area is increased by several times the wavelength. In addition, the surface plasmon waveguide according to the method of forming a thin insulating film between the metal has a disadvantage that it can not secure the proper transmission distance.

이상과 같이, 일반적인 표면 플라즈몬 도파로에 따르면, 유효 단면적 감소와 전송거리 증가는 트레이드 오프(trade-off) 관계이므로, 표면 플라즈몬 도파로의 성능 향상에 한계가 있는 문제점이 있다. As described above, according to the general surface plasmon waveguide, since the effective cross-sectional area decreases and the transmission distance increase is a trade-off relationship, there is a problem in that the performance of the surface plasmon waveguide is limited.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유효 단면적의 감소 및 전송거리의 증가를 동시에 달성할 수 있는 채널 플라즈몬 도파로를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a channel plasmon waveguide that can simultaneously achieve a reduction in effective cross-sectional area and an increase in transmission distance.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 채널 플라즈몬 도파로는, 제1 단면폭을 갖는 제1 홀을 포함하는 제1 층; 상기 제1 단면폭보다 작은 제2 단면폭을 가지는 제2 홀-상기 제2 홀과 상기 제1홀은 서로 연결됨-을 포함하며, 상기 제1 층의 적어도 일부와 접하는 제2 층; 및 상기 제1 층의 상부에 형성되며 상기 제1 홀을 통해 상기 제2 홀과 접하는 제3 층을 포함한다. According to an aspect of the present invention, a channel plasmon waveguide includes: a first layer including a first hole having a first cross-sectional width; A second layer having a second cross-sectional width less than the first cross-sectional width, wherein the second hole and the first hole are connected to each other, the second layer contacting at least a portion of the first layer; And a third layer formed on the first layer and in contact with the second hole through the first hole.

여기서 상기 제1 층과 제2 층은 제1 깊이로 형성되고, 상기 제1 층은 상기 제2 깊이로 형성되며, 상기 제1 깊이에 대한 상기 제2 깊이의 비율에 따라 상기 광의 도파에 대한 이득상수가 변동할 수 있다. Wherein the first layer and the second layer are formed at a first depth, the first layer is formed at the second depth, and the gain for the waveguide of the light according to the ratio of the second depth to the first depth. Constants can fluctuate.

본 발명에 따른 채널 플라즈몬 도파로는 서브파장 스케일의 채널에 유도되는 표면 플라즈몬 폴라리톤을 이용하여 광을 도파시키므로, 광 집접회로를 소형화할 수 있다. Since the channel plasmon waveguide according to the present invention guides light using surface plasmon polaritone induced in a channel having a sub-wavelength scale, the optical integrated circuit can be miniaturized.

그리고, 채널 플라즈몬 도파로는 단면폭이 변동하는 단차부를 포함한다. 이와 같이 하면, 특정 파장을 갖는 표면 플라즈몬 폴라리톤의 모드 에너지가 단차부에 더욱 강하게 속박되는 피뢰침 특성이 발생되어, 채널 플라즈몬 도파로의 유효 단면적이 감소되는 효과가 있다. The channel plasmon waveguide includes a stepped portion in which the cross-sectional width varies. In this way, a lightning rod characteristic in which the mode energy of the surface plasmon polaritone having a specific wavelength is more tightly bound to the stepped portion is generated, thereby reducing the effective cross-sectional area of the channel plasmon waveguide.

또한, 피뢰침 특성에 의해 도파로의 외부로 모드 에너지가 유출되는 것을 방지하여, 전송거리가 증가되는 효과가 있다. In addition, due to the lightning rod characteristic, the mode energy is prevented from flowing out of the waveguide, thereby increasing the transmission distance.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

본 발명은 표면 플라즈몬 도파로의 한 종류인 채널 플라즈몬 도파로(Channel Plasmon Polariton: CPP)에 대한 것이다. 채널 플라즈몬 도파로는 서브파장 스케일(sub-wavelength scale)의 미세한 홈(이하, "채널", "패턴" 또는 "도파로"이라고도 함)에 유도되는 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)을 이용하여 광을 도파한다. 여기서, 홈은 음의 유전상수를 가지는 물질의 표면에 형성되며, 채널에서 음의 유전상수를 가지는 물질과 양의 유전상수를 가지는 물질 사이의 경계면(이하, "채널 경계면"이라 함)에 근접할수록 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)이 강한 세기로 유도된다. The present invention relates to Channel Plasmon Polariton (CPP), which is a type of surface plasmon waveguide. Channel plasmon waveguides guide light using surface plasmon polariton (SPP) guided into fine grooves (hereinafter also referred to as "channels", "patterns" or "waveguides") of a sub-wavelength scale. . Here, the groove is formed on the surface of the material having a negative dielectric constant, the closer to the interface (hereinafter referred to as the "channel interface") between the material having a negative dielectric constant and the material having a positive dielectric constant in the channel Surface plasmon polaritone (SPP) is induced with strong intensity.

이하에서, 음의 유전상수를 가지는 물질(이하, "유전율의 실수부가 음수인 물질"이라고도 함)은 금속이고, 양의 유전상수를 가지는 물질(이하, "유전율의 실수부가 양수인 물질"이라고도 함)은 공기라고 가정한다. 그러나, 이것은 간결한 설명을 위한 가정일 뿐이며, 금속은 음의 유전상수를 갖는 적어도 하나의 물질로 대체될 수 있고, 공기는 양의 유전상수를 갖는 적어도 하나의 물질로 대체될 수 있다. 예를 들면, 금속은 음의 유전상수를 가지는 물질 중 어느 하나 또는 서로 다른 유전율 또는 굴절율을 갖는 복수의 물질의 혼합물 또는 복층 구조로 대체될 수 있다. 또한, 공기는 양의 유전상수를 가지는 물질 중 어느 하나, 불순물을 포함하는 유전체 또는 유전율 또는 굴절율이 서로 다른 복수의 물질의 혼합물 또는 복층구조로 대체될 수 있다. Hereinafter, a material having a negative dielectric constant (hereinafter, also referred to as "a material having a negative dielectric constant) is a metal, and a material having a positive dielectric constant (hereinafter, referred to as a" material having a positive dielectric constant). Is assumed to be air. However, this is merely an assumption for the sake of brevity, and metal may be replaced by at least one material having a negative dielectric constant, and air may be replaced by at least one material having a positive dielectric constant. For example, the metal may be replaced with any one of materials having a negative dielectric constant or a mixture or multilayer structure of a plurality of materials having different dielectric constants or refractive indices. In addition, the air may be replaced with any one of a material having a positive dielectric constant, a dielectric including impurities, or a mixture or a multilayer structure of a plurality of materials having different dielectric constants or refractive indices.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로의 단면도를 나타내는 도면이다. 1 is a cross-sectional view of a channel plasmon waveguide according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로는 금속(100), 유전체(200) 및 채널(300a)을 포함한다. 여기서, 채널(300a)은 금속(100) 표면 위에 소정의 깊이(도 1에서 "d"으로 도시함)와 소정의 단면폭(이하, "폭"이라고도 함, 도 1에서 "W"으로 도시함)에 해당하는 사각형의 단면(이하, "사각단면"이라 함)을 갖도록 형성된다. 또한, 금속(100)과 유전체(200)은 서로 적어도 일부가 접하며, 금속(100) 표면에 형성되는 채널(300) 내부는 유전체(200)에 의해 채워진다. 이하에서, 간결한 설명을 위하여, 제1 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로를 "사각단면의 도파로"라 지칭한다. As shown in FIG. 1, the channel plasmon waveguide according to the first embodiment includes a metal 100, a dielectric 200, and a channel 300a. Here, the channel 300a has a predetermined depth (shown as "d" in FIG. 1) and a predetermined cross-sectional width (hereinafter also referred to as "width", shown as "W" in FIG. 1) above the metal 100 surface. It is formed to have a rectangular cross section (hereinafter referred to as "square cross-section") corresponding to. In addition, the metal 100 and the dielectric 200 are at least partially in contact with each other, and the inside of the channel 300 formed on the surface of the metal 100 is filled by the dielectric 200. Hereinafter, for the sake of brevity, the channel plasmon waveguide according to the first embodiment will be referred to as a "waveguide of square cross section".

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로의 단면도를 나타 내는 도면이다. 2 is a cross-sectional view of a channel plasmon waveguide according to a second embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로는, 채널 단면 형상을 제외하고는 도 1에 도시한 제1 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로와 동일하다.As shown in FIG. 2, the channel plasmon waveguide according to the second embodiment is the same as the channel plasmon waveguide according to the first embodiment shown in FIG. 1 except for the channel cross-sectional shape.

즉, 제2 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로는 금속(100), 유전체(200) 및 채널(300b)을 포함한다. 여기서, 채널(300b)은 금속(100) 표면위에 소정의 깊이(도 2에서 "d"으로 도시함)와 소정의 최대단면폭(채널의 개구부에 해당하는 단면폭을 의미하며, 도 2에서 "W"으로 도시함)에 해당하며 상부로 갈수록 폭이 커지는 쐐기형의 단면(이하, "삼각단면"이라 함)을 갖도록 형성된다. 또한, 금속(100)과 유전체(200)은 서로 적어도 일부가 접하며, 금속(100) 표면에 형성되는 채널(300) 내부는 유전체(200)에 의해 채워진다. 이하에서, 간결한 설명을 위하여, 제2 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로를 "삼각단면의 도파로"라 지칭한다.That is, the channel plasmon waveguide according to the second embodiment includes the metal 100, the dielectric 200, and the channel 300b. Here, the channel 300b means a predetermined depth (shown as "d" in FIG. 2) and a predetermined maximum cross-sectional width (the cross section width corresponding to the opening of the channel, on the surface of the metal 100, and "W" in FIG. 2). It is formed to have a wedge-shaped cross section (hereinafter referred to as "triangular cross-section") that increases in width toward the top. In addition, the metal 100 and the dielectric 200 are at least partially in contact with each other, and the inside of the channel 300 formed on the surface of the metal 100 is filled by the dielectric 200. Hereinafter, for the sake of brevity, the channel plasmon waveguide according to the second embodiment will be referred to as "waveguide of triangular cross section".

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에서, 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에서, 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4는 모드 에너지가 집중되는 부분일수록 높은 명도로 도시하였다.3 is a diagram illustrating energy distribution of a surface plasmon polaritone mode in a channel plasmon waveguide according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram of surface plasmon polar in the channel plasmon waveguide according to the second embodiment of the present invention. It is a figure which shows the energy distribution of a litone mode. 3 and 4 show higher brightness at the portion where the mode energy is concentrated.

도 3은, 523nm의 단면폭과 1200nm의 깊이의 채널을 포함하는 사각단면의 도파로가 1.30um 파장의 광을 도파시키는 경우에, 도파로 단면의 모드 에너지 분포를 나타낸 것이다. 도 3에서 검정색 곡선은 모드 에너지의 최대값으로부터 10dB 감쇄 하는 지점을 연결한 선이다.Fig. 3 shows the mode energy distribution of the cross section of the waveguide when the waveguide of the rectangular cross section including the channel width of 523 nm and the depth of 1200 nm guides the light of 1.30 um wavelength. In FIG. 3, the black curve is a line connecting points of attenuation of 10 dB from the maximum value of the mode energy.

도 3에 도시한 바와 같이, 사각단면의 도파로에서 모드 에너지는 채널의 개구부에 집중적으로 속박되며, 채널 상부 및 채널 외부에까지 분포되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 사각단면의 도파로를 통해 광을 도파시키는 경우, 많은 양의 모드 에너지가 채널 외부로 유출될 수 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, it can be seen that in the waveguide of the rectangular cross section, the mode energy is intensively bound to the opening of the channel and distributed to the upper part of the channel and the outside of the channel. Here, when the light is guided through the waveguide of the rectangular cross section, it can be seen that a large amount of mode energy may flow out of the channel.

또한, 도 4는 523nm의 최대폭과 1200nm의 깊이의 채널을 포함하는 삼각단면의 도파로가 1.30um 파장의 광을 도파시키는 경우에, 도파로 단면의 모드 에너지 분포를 나타낸 것이다. 도 4에서, 검정색 곡선은 모드 에너지의 최대값으로부터 10dB 감쇄하는 지점을 연결한 선이다.4 shows the mode energy distribution of the cross section of the waveguide when the waveguide of the triangular cross section including a channel having a maximum width of 523 nm and a depth of 1200 nm guides light of 1.30 um wavelength. In Fig. 4, the black curve is the line connecting the points of attenuation of 10 dB from the maximum value of the mode energy.

도 4에 도시한 바와 같이, 삼각단면의 도파로의 경우, 도 3의 사각단면의 도파로와는 달리, 모드 에너지가 채널 바닥면을 제외한 채널 내부에 전체적으로 분포되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 삼각단면의 도파로의 경우에서도, 많은 양의 모드 에너지가 채널의 개구부 및 채널 외부에 속박된다. 여기서, 삼각단면의 도파로를 통해 광을 도파시키는 경우, 사각단면의 도파로의 경우와 마찬가지로, 많은 양의 모드 에너지가 채널 외부로 유출될 수 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, in the case of the waveguide of the triangular cross section, unlike the waveguide of the square cross section of FIG. 3, it can be seen that the mode energy is entirely distributed inside the channel except for the channel bottom surface. However, even in the case of the waveguide of the triangular cross section, a large amount of mode energy is bound to the opening of the channel and the outside of the channel. Here, in the case of guiding light through the waveguide of the triangular cross section, as in the case of the waveguide of the square cross section, it can be seen that a large amount of mode energy can flow out of the channel.

이상과 같이, 사각단면의 도파로 또는 삼각단면의 도파로의 경우, 많은 양의 모드 에너지가 채널 외부로 유출되는 것에 의해, 도파로의 유효 단면적이 증가하고, 전송거리는 감소할 수 있다. As described above, in the case of the waveguide of the rectangular cross section or the waveguide of the triangular cross section, a large amount of mode energy flows out of the channel, thereby increasing the effective cross-sectional area of the waveguide and reducing the transmission distance.

이하에서는, 채널 외부로 유출되는 모드 에너지의 양을 줄일 수 있는 채널 플라즈몬 도파로에 대하여 설명한다.Hereinafter, a channel plasmon waveguide capable of reducing the amount of mode energy flowing out of the channel will be described.

도 5은 본 발명의 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로의 사시도를 나타내는 도면이고, 도 6는 본 발명의 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로의 단면도를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a perspective view of a channel plasmon waveguide according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional view of the channel plasmon waveguide according to the third embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로는 금속(100), 유전체(200) 및 채널(300)을 포함하며, 채널(300)은 금속(100) 표면위에 복수의 단면폭에 의한 단차영역(이하, "단차부"라고도 함)을 포함하는 계단형의 단면을 갖도록 형성된다. 금속(100)과 유전체(200)은 서로 적어도 일부가 접하며, 금속(100) 표면에 형성되는 채널(300) 내부는 유전체(200)에 의해 채워진다. 이하에서, 간결한 설명을 위하여, 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로를 "계단형의 도파로"라 지칭한다.As shown in FIGS. 5 and 6, the channel plasmon waveguide according to the third embodiment includes a metal 100, a dielectric 200, and a channel 300, and the channel 300 is formed on the surface of the metal 100. It is formed to have a stepped cross section including a stepped area (hereinafter also referred to as a "stepped part") by a plurality of cross-sectional widths. The metal 100 and the dielectric 200 are at least partially in contact with each other, and the inside of the channel 300 formed on the surface of the metal 100 is filled by the dielectric 200. Hereinafter, for the sake of brevity, the channel plasmon waveguide according to the third embodiment will be referred to as a " stair waveguide. &Quot;

제3 실시예에 따르면, 채널(300)은 복수의 단면폭에 각각 대응하는 복수의 영역을 포함한다. 그리고 금속(100) 표면으로부터 하부에 위치하는 영역일수록 더 작은 단면폭에 대응하여 채널(300)의 단면폭은 하부로 갈수록 단계적으로 좁아진다. According to the third embodiment, the channel 300 includes a plurality of regions respectively corresponding to the plurality of cross-sectional widths. In addition, the cross-sectional width of the channel 300 narrows gradually toward the bottom in correspondence with the smaller cross-sectional width of the region located below the surface of the metal 100.

도 6에 도시한 바와 같이, 계단형의 도파로에서, 채널(300)은 서로 다른 단면폭을 가지는 제1 영역(310)과 제2 영역(320) 및 단차 영역(330)을 포함한다. 여기서, 제1 영역(310)은 제1 단면폭(도 6에서 "W1"로 도시함)과 제1 깊이(도 6에서 "d1"로 도시함)에 해당하는 사각단면의 홈이다. 그리고, 금속(100) 표면으로부터 제1 영역(310)보다 하부에 위치하는 제2 영역(320)은 제1 단면폭(W1)보다 작은 제2 단면폭(도 6에서 "W2"로 도시함)과 제2 깊이(도 6에서 "d2"로 도시함)에 해당하는 사각단면의 홈이다. 또한, 단차 영역(330)은 단면폭이 제1 단면폭(W1)과 제2 단면폭(W2) 사이로 변동하는 영역이다. As shown in FIG. 6, in the stepped waveguide, the channel 300 includes a first region 310, a second region 320, and a stepped region 330 having different cross-sectional widths. Here, the first region 310 is a groove of a rectangular cross section corresponding to the first cross-sectional width (shown as "W1" in Figure 6) and the first depth (shown as "d1" in Figure 6). In addition, the second region 320 located below the first region 310 from the surface of the metal 100 may have a second cross-sectional width (shown as “W2” in FIG. 6) smaller than the first cross-sectional width W1. 2 is a groove of a rectangular section corresponding to depth (shown as "d2" in FIG. 6). In addition, the stepped area 330 is a region in which the cross-sectional width varies between the first cross-sectional width W1 and the second cross-sectional width W2.

한편, 도 5 및 도 6에서는 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에 대해 간결하게 설명하기 위하여, 하나의 단차 영역만을 포함하는 채널을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이것은 예시일 뿐이며, 적어도 하나의 단차 영역을 포함하는 채널이라면 본 발명의 제3 실시예에 포함될 수 있음은 자명하다. 또한, 도 5 및 도 6에서는 직각에 근접한 기울기를 가지는 단차 영역(330)를 도시하였으나, 이것은 예시일 뿐이며, 단면폭이 급격히 변동되는 영역이라면 기울기에 관계없이 단차 영역에 해당될 수 있음은 당연하다. Meanwhile, in FIG. 5 and FIG. 6, the channel plasmon waveguide according to the third embodiment is illustrated to include a channel including only one stepped region. For simplicity, this is only an example and at least one stepped region. Obviously, a channel including may be included in the third embodiment of the present invention. 5 and 6 illustrate a stepped region 330 having an inclination close to a right angle, this is only an example, and it is natural that the stepped region may correspond to the stepped region regardless of the inclination if the cross-sectional width changes rapidly.

또한, 도 5 및 도 6에서는 하나의 금속 표면에 계단형의 채널을 형성한 것을 도시하였으나, 이는 예시일 뿐이며, 본 발명의 제3 실시예에 따르면 적어도 하나의 금속 표면에 계단형의 채널을 형성하는 것도 가능하다. 예를 들면, 제1 영역은 제1 금속으로 형성하고 제2 영역은 제1 금속과 굴절율 또는 유전율이 다른 제2 금속으로 형성하여, 복수의 영역을 각각 다른 금속으로 형성하는 것도 본 발명의 제3 실시예에 해당되는 것은 당연하다. 5 and 6 illustrate the formation of a stepped channel on one metal surface, this is only an example, and according to the third embodiment of the present invention, a stepped channel is formed on at least one metal surface. It is also possible. For example, the first region may be formed of the first metal, and the second region may be formed of the second metal having a different refractive index or dielectric constant from the first metal, and the plurality of regions may be formed of different metals, respectively. Naturally, it corresponds to the embodiment.

이상과 같이, 계단형의 도파로를 이용하여 광을 도파시키는 경우, 단차 영역의 모서리 부분에서 피뢰침 효과가 발생될 것을 기대할 수 있다. 이와 같은 피뢰침 효과에 의해 모드 에너지가 채널의 단차 영역에 강하게 속박될 수 있다. As described above, in the case where the light is guided using the stepped waveguide, it is expected that the lightning rod effect will be generated at the corner portion of the stepped area. Due to this lightning rod effect, the mode energy can be strongly bound to the stepped region of the channel.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에서, 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다. 도 7은 모드 에너지가 집 중되는 부분일수록 높은 명도로 도시하였다.FIG. 7 is a diagram illustrating energy distribution of surface plasmon polariton mode in a channel plasmon waveguide according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 illustrates the higher brightness where the mode energy is concentrated.

도 7의 (A) 및 (B)는, 도 6에 도시된 계단형의 도파로에 있어서, 523nm의 제1 단면폭, 120nm의 제2 단면폭 및 1200nm의 전체깊이(제1 깊이와 제2 깊이의 합에 해당하며, 도 6에서 "d"으로 도시함)를 가지는 경우, 1.3um 파장의 광을 도파시키는 때에 채널 단면에 모드 에너지가 분포되는 형태를 나타낸다. 도 7의 (A) 및 (B)에서 검정색 곡선은 모드 에너지의 최대값으로부터 10dB 감쇄하는 지점을 연결한 선이다.7A and 7B show the stepped waveguide shown in FIG. 6, wherein the first cross-sectional width of 523 nm, the second cross-sectional width of 120 nm, and the total depth of 1200 nm (sum of first and second depths) 6 corresponds to “d”, the mode energy is distributed in the channel cross section when the light having a wavelength of 1.3 μm is guided. In FIGS. 7A and 7B, the black curves are lines connecting points of 10 dB attenuation from the maximum value of the mode energy.

도 7의 (A)는 채널의 제1 깊이가 600nm인 계단형의 도파로에 대응하는 모드 에너지 분포를 나타내며, 도 7의 (B)는 채널의 제1 깊이가 800nm인 계단형의 도파로에 대응하는 모드 에너지 분포를 나타낸다.FIG. 7A shows a mode energy distribution corresponding to a stepped waveguide in which the first depth of the channel is 600 nm, and FIG. 7B corresponds to a stepped waveguide in which the first depth of the channel is 800 nm. Represents the mode energy distribution.

도 7의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 영역과 제2 영역이 동일한 깊이(600nm)를 갖는 계단형의 도파로를 이용하여 1.3um 파장의 광을 도파시키는 경우, 많은 양의 모드 에너지가 단차 영역에 강하게 집중되며, 사실상 전체 모드 에너지가 단차 영역 및 비교적 좁은 단면폭을 가지는 제2 영역에 분포되는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 7A, when the first region and the second region use a stepped waveguide having the same depth (600 nm) to guide light of 1.3 μm wavelength, a large amount of mode energy is generated. It can be seen that it is strongly concentrated in the stepped area, and in fact, the total mode energy is distributed in the stepped area and the second area having the relatively narrow cross-sectional width.

또한, 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 영역이 제2 영역보다 큰 깊이를 갖는 계단형의 도파로를 이용하여 1.3um 파장의 광을 도파시키는 경우, 많은 양의 모드 에너지가 단차 영역에 강하게 집중되고, 많은 양의 모드 에너지가 단차 영역 및 제2 영역에 분포되는 것을 확인할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 7B, when the first region guides light having a wavelength of 1.3 μm using a stepped waveguide having a depth greater than that of the second region, a large amount of mode energy is stepped. It can be seen that it is strongly concentrated in the region and a large amount of mode energy is distributed in the stepped region and the second region.

이상과 같이, 계단형의 도파로를 통해 광을 도파시키는 경우, 모드 에너지가 채널의 단차 영역에 강하게 속박되며, 사실상 대부분의 모드 에너지가 단차 영역 및 비교적 좁은 단면폭을 가지는 채널의 하부 영역에 분포하는 것을 확인할 수 있다. As described above, when the light is guided through the stepped waveguide, the mode energy is strongly bound to the stepped region of the channel, and in fact, most of the mode energy is distributed in the stepped region and the lower region of the channel having the relatively narrow cross-sectional width. You can check it.

따라서, 도 3, 도 4와 도 7을 비교해보면, 계단형의 도파로의 경우, 모드 에너지가 채널의 단차영역에 강하게 속박된다. 이에 따라, 계단형의 도파로에서는, 사각단면 또는 삼각단면의 도파로에 비교하여, 채널 내부에 모드 에너지가 더 집중되어, 채널 외부로 유출되는 모드 에너지의 양을 줄일 수 있고, 이에 따라 계단형의 도파로는 다른 도파로에 비해 유효 단면적은 감소되는 반면, 전송거리는 증가될 수 있을 것으로 예상할 수 있다.Therefore, when comparing Figs. 3, 4 and 7, in the case of the stepped waveguide, the mode energy is strongly bound to the stepped region of the channel. Accordingly, in the stepped waveguide, the mode energy is more concentrated inside the channel than the rectangular waveguide or the triangular waveguide, so that the amount of the mode energy flowing out of the channel can be reduced. It can be expected that the effective cross-sectional area is reduced compared to other waveguides, while the transmission distance can be increased.

이하에서는, 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로 각각의 유효단면적 및 전송거리를 비교한다.Hereinafter, the effective sectional area and the transmission distance of each channel plasmon waveguide according to the first, second and third embodiments are compared.

채널의 단면 형태에 따라 변동되는 채널 플라즈몬 도파로의 유효 단면적 및 전송거리를 효과적으로 비교하기 위하여, 아래의 수학식 1에 나타낸 도파로의 이득상수를 이용한다.In order to effectively compare the effective cross-sectional area and transmission distance of the channel plasmon waveguide varying with the cross-sectional shape of the channel, the gain constant of the waveguide shown in Equation 1 below is used.

Figure 112009003756880-pat00001
Figure 112009003756880-pat00001

수학식 1에서, FOM은 도파로의 이득상수(Figure of Merit)를 의미하고, L3dB는 채널 전송거리 방향으로 측정되는 모드 에너지의 3dB 감쇄 거리를 의미하며, r3dB는 채널의 수평 방향으로 측정되는 모드 에너지의 3dB 반경을 의미한다. 이때, 3dB 반경은 해당 방향에서 측정되는 모드 에너지의 최대값을 기준으로, 최대값의 절반에 해당하는 지점까지 포함하는 반경을 의미한다. 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 도파로의 이득상수는 r3dB에 대한 L3dB의 비율로 나타낸다.In Equation 1, FOM means a figure of Merit of the waveguide, L 3dB means a 3dB attenuation distance of the mode energy measured in the direction of the channel transmission distance, r 3dB is measured in the horizontal direction of the channel 3dB radius of the mode energy. In this case, the 3dB radius refers to a radius including up to a point corresponding to half of the maximum value based on the maximum value of the mode energy measured in the corresponding direction. As shown in Equation 1, the gain constant of the waveguide is expressed as a ratio of L 3dB to r 3dB .

도 8은 본 발명의 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예의 채널 플라즈몬 도파로 각각에 대응하는 이득상수의 변화를 비교한 그래프이다. 도 8에서, 가로축은 도파광의 파장을 나타내고, 세로축은 수학식1에 의해 계산되는 이득상수(FOM)를 나타낸다.8 is a graph comparing changes in gain constants corresponding to each of the channel plasmon waveguides of the first, second and third embodiments of the present invention. In Fig. 8, the horizontal axis represents the wavelength of the waveguide light, and the vertical axis represents the gain constant (FOM) calculated by Equation (1).

도 8에 있어서, 삼각형의 그래프 및 역삼각형의 그래프는 사각단면의 도파로(제1 실시예)에 대응하는 이득상수를 나타내며, 삼각형의 그래프는 w1의 단면폭 및 1200nm의 깊이에 해당하는 사각단면의 도파로에 대응하고, 역삼각형의 그래프는 w1보다 작은 w2의 단면폭 및 1200nm의 깊이에 해당하는 사각단면의 도파로에 대응한다. 또한 사각형의 그래프는 w1의 최대단면폭 및 1200nm의 깊이에 해당하는 삼각단면의 도파로(제2 실시예)에 대응하는 이득상수를 나타낸다.In Fig. 8, the graph of the triangle and the graph of the inverted triangle show the gain constants corresponding to the waveguide of the square section (first embodiment), and the graph of the triangle shows the waveguide of the square section corresponding to the cross-sectional width of w1 and the depth of 1200 nm. Correspondingly, the graph of the inverted triangle corresponds to the waveguide of the rectangular cross section corresponding to the cross-sectional width of w2 and the depth of 1200 nm smaller than w1. Further, the graph of the rectangle shows the gain constant corresponding to the waveguide (second embodiment) of the triangular cross section corresponding to the maximum cross section width of w1 and the depth of 1200 nm.

사각형의 그래프를 삼각형의 그래프 또는 역삼각형의 그래프와 비교해보면, 삼각단면의 도파로에 대응하는 이득상수(사각형의 그래프)는 사각단면의 도파로 에 대응하는 이득상수(삼각형의 그래프 또는 역삼각형의 그래프)보다 모든 파장에서 낮은 것을 볼 수 있다. 여기서, 사각단면의 도파로가 삼각단면의 도파로보다 광을 더욱 효율적으로 도파시키는 것을 알 수 있다.Comparing the square graph with the triangle graph or the inverted triangle graph, the gain constant (square graph) corresponding to the waveguide of the triangular cross section is the gain constant (triangle graph or graph of the inverted triangle) corresponding to the waveguide of the square cross section. You can see that it is lower at all wavelengths. Here, it can be seen that the waveguide of the rectangular cross section guides the light more efficiently than the waveguide of the triangular cross section.

삼각형의 그래프와 역삼각형의 그래프를 비교해보면, w2의 단면폭을 갖는 사각단면의 도파로에 대응하는 이득상수(역삼각형의 그래프)는 w1의 단면폭을 갖는 사각단면의 도파로에 대응하는 이득상수(삼각형의 그래프)보다 모든 파장에서 높은 것을 볼 수 있다. 여기서, 사각단면의 도파로는 단면폭이 좁을수록 광을 더욱 효율적으로 도파시키는 것을 알 수 있다.Comparing the graph of the triangle and the graph of the inverted triangle, the gain constant (graph of the inverted triangle) corresponding to the waveguide of the square section having the cross section width of w2 is the gain constant (the triangle of the waveguide) of the square section having the cross section width of w1. Higher in all wavelengths). Here, it can be seen that the waveguide of the rectangular cross section guides the light more efficiently as the cross-sectional width is narrower.

또한, 도 8에 있어서, 원형의 그래프는 계단형의 도파로(제3 실시예)에 대응하는 이득상수를 나타내며, 여기서 계단형의 도파로는 w1의 제1 단면폭, 600nm의 제1 깊이, w2의 제2 단면폭, 600nm의 제2 깊이 및 1200nm의 총깊이에 해당하는 채널을 포함한다.8, the circular graph shows a gain constant corresponding to the stepped waveguide (third embodiment), wherein the stepped waveguide has a first cross-sectional width of w1, a first depth of 600 nm, and a second of w2. 2, a channel corresponding to a cross-sectional width, a second depth of 600 nm and a total depth of 1200 nm.

원형의 그래프와 삼각형의 그래프를 비교해보면, 계단형의 도파로에 대응하는 이득상수(원형의 그래프)는 w2의 단면폭을 갖는 사각단면의 도파로에 대응하는 이득상수(삼각형의 그래프)보다 약 1um 미만의 파장에서 약간 낮고, 약 1um 이상의 파장에서 비교적 높은 것을 확인할 수 있다. 특히, 1.4um의 파장에서, 계단형의 도파로에 대응하는 이득상수는 사각단면의 도파로에 대응하는 이득상수보다 약 50FOM 정도 높은 것을 확인할 수 있다. Comparing the circular graph and the triangular graph, the gain constant (circular graph) corresponding to the stepped waveguide is about 1 um less than the gain constant (triangle graph) corresponding to the waveguide of the rectangular section having the cross-sectional width of w2. It can be seen that it is slightly lower in the wavelength, and relatively high in the wavelength of about 1um or more. In particular, at a wavelength of 1.4 μm, it can be seen that the gain constant corresponding to the stepped waveguide is about 50 FOM higher than the gain constant corresponding to the waveguide of the rectangular section.

이상과 같이, 계단형의 도파로는 삼각단면의 도파로보다 광을 더욱 효율적으로 도파시키며, 특히 장파장의 광을 도파시키는 경우, 계단형의 도파로가 사각단면의 도파로보다 더욱 효율적인 것을 알 수 있다.As described above, the stepped waveguide guides the light more efficiently than the waveguide of the triangular cross section, and in particular, the waveguide of the stepped waveguide is more efficient than the waveguide of the square cross section.

다음, 계단형의 도파로에 있어서, 비교적 넓은 단면폭의 채널 상부와 비교적 좁은 단면폭의 채널 하부에 각각 해당하는 깊이의 비에 따라 이득상수가 특정파장대에서 개선되는 특징에 대해 설명한다.Next, in the stepped waveguide, a feature will be described in which the gain constant is improved at a specific wavelength band according to a ratio of depths corresponding to upper portions of the channel having a relatively wide cross-sectional width and lower portions of the channel having a relatively narrow cross-sectional width.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에 있어서, 비교적 넓은 단면폭의 채널 상부와 비교적 좁은 단면폭의 채널 하부에 각각 해당하는 깊이의 비에 따라 변동하는 이득상수를 비교한 그래프이다. 도 9에서, 가로축은 도파광의 파장을 나타내고, 세로축은 수학식1에 의해 계산되는 이득상수(FOM)를 나타낸다.FIG. 9 is a graph comparing gain constants varying according to a ratio of depths corresponding to upper portions of a channel having a relatively wide cross-sectional width and a lower portion of a channel having a relatively narrow cross-sectional width in the channel plasmon waveguide according to the third embodiment of the present invention. In Figure 9, the horizontal axis represents the wavelength of the waveguide light, and the vertical axis represents the gain constant (FOM) calculated by Equation (1).

도 9에서, 원형실선의 그래프, 사각형의 그래프, 역삼각형의 그래프, 삼각형의 그래프 및 원형점선의 그래프에 각각 대응하는 계단형의 도파로는 모두 w1의 제1 단면폭, w2의 제2 단면폭 및 1200nm의 총깊이에 해당한다.In Fig. 9, the stepped waveguides corresponding to the graph of the solid line, the graph of the square, the graph of the inverted triangle, the graph of the triangle and the graph of the circular dotted line, respectively, have a first cross-sectional width of w1, a second cross-sectional width of w2, and 1200 nm. Corresponds to total depth.

여기서, 원형실선의 그래프는 600nm의 제1 깊이 및 600nm의 제2 깊이를 가지는 계단형의 도파로(이하, "600um"이라 함)에 대응하고, 사각형의 그래프는 700nm의 제1 깊이 및 500nm의 제2 깊이를 가지는 계단형의 도파로(이하, "700um"이라 함)에 대응하며, 역삼각형의 그래프는 800nm의 제1 깊이 및 400nm의 제2 깊이를 가지는 계단형의 도파로(이하, "600um"이라 함)에 대응한다. 그리고 삼각형의 그래프는 900nm의 제1 깊이 및 300nm의 제2 깊이를 가지는 계단형의 도파로(이하, "600um"이라 함)에 대응하며, 원형점선의 그래프는 1000nm의 제1 깊이 및 200nm의 제2 깊이를 가지는 계단형의 도파로(이하, "1000um"이라 함)에 대응한다.Here, the graph of the circular solid line corresponds to a stepped waveguide (hereinafter referred to as “600 um”) having a first depth of 600 nm and a second depth of 600 nm, and the square graph has a first depth of 700 nm and a first of 500 nm. It corresponds to a stepped waveguide having a depth of two (hereinafter referred to as "700um"), the graph of the inverted triangle is a stepped waveguide (hereinafter referred to as "600um") having a first depth of 800nm and a second depth of 400nm To And the graph of the triangle corresponds to the stepped waveguide (hereinafter referred to as "600um") having a first depth of 900nm and a second depth of 300nm, the graph of the circular dotted line is the first depth of 1000nm and the second of 200nm It corresponds to a stepped waveguide having a depth (hereinafter referred to as "1000um").

먼저, 0.7um 파장을 살펴보면, 원형점선의 그래프가 최고 이득상수에 해당하는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 서로 다른 제1 깊이를 가지는 복수의 계단형의 도파로 중 1000um의 제1 깊이를 갖는 계단형의 도파로가 0.7um 파장의 광을 가장 효율적으로 도파시키는 것을 알 수 있다.First, looking at the 0.7um wavelength, it can be seen that the graph of the circular dotted line corresponds to the highest gain constant. Here, it can be seen that a stepped waveguide having a first depth of 1000 μm among the plurality of stepped waveguides having different first depths guides the light having a wavelength of 0.7 μm most efficiently.

0.9um 파장을 살펴보면, 삼각형의 그래프가 최고 이득상수에 해당하며, 이로부터 복수의 계단형의 도파로 중 900nm의 제1 깊이를 가지는 계단형의 도파로가 0.9um 파장의 광을 가장 효율적으로 도파시키는 것을 알 수 있다.Looking at the 0.9 um wavelength, the graph of the triangle corresponds to the highest gain constant, from which the stepped waveguide having the first depth of 900 nm among the plurality of stepped waveguides most effectively guides the 0.9 um wavelength light. Able to know.

그리고, 1.2um 파장을 살펴보면, 역삼각형의 그래프가 최고 이득상수에 해당하며, 이로부터 복수의 계단형의 도파로 중 800nm의 제1 깊이를 가지는 계단형의 도파로가 1.2um 파장의 광을 가장 효율적으로 도파시키는 것을 알 수 있다.In addition, when looking at the wavelength of 1.2um, the graph of the inverted triangle corresponds to the highest gain constant, and from this, the stepped waveguide having the first depth of 800 nm among the plurality of stepped waveguides most efficiently receives the light having the wavelength of 1.2um. It can be seen that the waveguide.

또한, 1.4um 파장을 살펴보면, 사각형의 그래프가 최고 이득상수에 해당하는 것으로부터, 복수의 계단형의 도파로 중 700um의 제1 깊이를 가지는 계단형의 도파로가 1.4um 파장의 광을 가장 효율적으로 도파시키는 것을 알 수 있다.In addition, when looking at the 1.4um wavelength, since the square graph corresponds to the highest gain constant, the stepped waveguide having the first depth of 700um among the plurality of stepped waveguides most effectively guides the 1.4um wavelength light. It can be seen that.

이상과 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 비교적 넓은 단면폭의 채널 상부의 깊이와 비교적 낮은 단면폭의 채널 하부의 깊이의 비율(이하, "깊이 비율"이라 함)이 각각 다른 복수의 계단형의 도파로를 제안할 수 있다. 그리고 깊이 비율에 따라 계단형의 도파로에 의해 가장 효율적으로 도파되는 광의 파장 또는 파장범위가 달라지며, 이에 따라 도파광의 파장에 따라 이득상수가 높은 도파로를 다양하게 설계할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the third embodiment of the present invention, a plurality of stepped shapes having different ratios of the depth of the upper portion of the channel having a relatively wide cross-sectional width and the depth of the lower portion of the channel having a relatively low cross-sectional width (hereinafter referred to as "depth ratio") A waveguide of can be proposed. In addition, the wavelength or wavelength range of the light guided most efficiently by the stepped waveguide varies according to the depth ratio, and accordingly, the waveguide having a high gain constant can be variously designed according to the wavelength of the waveguide.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로의 단면도를 나타내는 도면이다. (사각단면)1 is a cross-sectional view of a channel plasmon waveguide according to a first embodiment of the present invention. (Square section)

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로의 단면도를 나타내는 도면이다. (삼각단면)2 is a cross-sectional view of a channel plasmon waveguide according to a second embodiment of the present invention. (Triangular section)

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에서, 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram illustrating energy distribution of a surface plasmon polaritone mode in a channel plasmon waveguide according to the first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에서, 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating energy distribution of a surface plasmon polaritone mode in a channel plasmon waveguide according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로의 사시도를 나타내는 도면이다. (계단형)5 is a diagram illustrating a perspective view of a channel plasmon waveguide according to a third embodiment of the present invention. (Stair type)

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로의 단면도를 나타내는 도면이다. 6 is a cross-sectional view of a channel plasmon waveguide according to a third embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에서, 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드의 에너지 분포를 나타내는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating energy distribution of surface plasmon polariton mode in a channel plasmon waveguide according to a third embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예의 채널 플라즈몬 도파로 각각에 대응하는 이득상수의 변화를 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing changes in gain constants corresponding to each of the channel plasmon waveguides of the first, second and third embodiments of the present invention.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 채널 플라즈몬 도파로에 있어서, 비교적 큰 단면폭을 갖는 채널 상부의 깊이에 대응하여 이득상수의 변화를 비교한 그래프이다.9 is a graph comparing changes in gain constants corresponding to depths of upper portions of channels having relatively large cross-sectional widths in the channel plasmon waveguide according to the third embodiment of the present invention.

Claims (16)

제1 단면폭을 갖는 제1 홀을 포함하는 제1 층,A first layer comprising a first hole having a first cross-sectional width, 상기 제1 단면폭보다 작은 제2 단면폭을 가지는 제2 홀-상기 제2 홀과 상기 제1홀은 서로 연결됨-을 포함하며, 상기 제1 층의 일부와 접하는 제2 층, 및A second layer having a second cross-sectional width less than the first cross-sectional width, wherein the second hole and the first hole are connected to each other, the second layer in contact with a portion of the first layer, and 상기 제1 층의 상부에 형성되며 상기 제1 홀을 통해 상기 제2 홀과 접하는 제3 층을 포함하는 채널 플라즈몬 도파로.And a third layer formed on the first layer and contacting the second hole through the first hole. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 홀과 상기 제2 홀의 일부와 상기 제3 층이 접하는 표면을 통해 광을 도파시키는 채널 플라즈몬 도파로.A channel plasmon waveguide for guiding light through a surface of the first hole, a portion of the second hole and the third layer. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제1 층과 상기 제2 층은 유전율의 실수부가 음수인 적어도 하나의 물질로 형성되고,The first layer and the second layer are formed of at least one material in which the real part of the dielectric constant is negative, 상기 제3 층은 유전율의 실수부가 양수인 적어도 하나의 물질로 형성되는 채널 플라즈몬 도파로.And the third layer is formed of at least one material in which the real part of the dielectric constant is positive. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1 층과 상기 제2 층은 서로 다른 물질로 형성되는 채널 플라즈몬 도 파로.And the first layer and the second layer are formed of different materials. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제3 층은,The third layer, 유전율 또는 굴절율이 다른 적어도 하나의 물질로 형성되는 채널 플라즈몬 도파로.Channel plasmon waveguides formed of at least one material having a different dielectric constant or refractive index. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제3 층은 공기인 채널 플라즈몬 도파로. And said third layer is air. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 제1 층은 제1 깊이로 형성되고, 상기 제2 층은 제2 깊이로 형성되며,The first layer is formed to a first depth, the second layer is formed to a second depth, 상기 제1 깊이에 대한 상기 제2 깊이의 비율에 따라 광의 도파에 대한 이득상수가 변동하는 채널 플라즈몬 도파로.A channel plasmon waveguide in which a gain constant for waveguide of light varies according to a ratio of the second depth to the first depth. 단면폭이 변동하는 적어도 하나의 단차부를 포함하는 홀의 형상을 가지며, 음의 유전상수를 갖는 적어도 하나의 제1 물질로 형성되는 제1 층상 및A first layer having a shape of a hole including at least one step portion having a varying cross-sectional width and formed of at least one first material having a negative dielectric constant; and 상기 제1 층상의 일부와 접하고, 양의 유전상수를 갖는 적어도 하나의 제2 물질로 형성되는 제2 층상을 포함하는 채널 플라즈몬 도파로.A channel plasmon waveguide in contact with a portion of the first layer and comprising a second layer formed of at least one second material having a positive dielectric constant. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1 층상과 상기 제2 층상이 접하는 부분을 통해 광을 도파시키는 채널 플라즈몬 도파로.A channel plasmon waveguide for guiding light through a portion where the first layer and the second layer contact. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 제1 층상은, 제1 단면폭 및 제1 깊이를 갖는 제1 단 및 상기 제1 단면폭보다 작은 제2 단면폭 및 제2 깊이를 가지며 상기 제1 단의 하부에 위치하는 제2 단을 포함하고, The first layer includes a first end having a first cross-sectional width and a first depth, and a second end having a second cross-sectional width and a second depth smaller than the first cross-sectional width and positioned below the first end, 상기 제1 깊이와 상기 제2 깊이의 합에 대한 상기 제1 깊이의 비율에 따라 상기 광 도파에 대한 이득상수가 변동하는 채널 플라즈몬 도파로.And a gain constant for the optical waveguide in accordance with the ratio of the first depth to the sum of the first depth and the second depth. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제1 단과 상기 제2 단은 유전상수가 서로 다른 제1 물질로 각각 형성되는 채널 플라즈몬 도파로.The first stage and the second stage are channel plasmon waveguides each formed of a first material having a different dielectric constant. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제2 층상은,The second layer is, 유전상수가 서로 다른 적어도 하나의 제2 물질의 혼합물로 형성되는 채널 플라즈몬 도파로.A channel plasmon waveguide formed by a mixture of at least one second material having a different dielectric constant. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제2 층상은,The second layer is, 불순물을 포함하는 적어도 하나의 제2 물질로 형성되는 채널 플라즈몬 도파로.A channel plasmon waveguide formed of at least one second material containing impurities. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 13, 상기 단면폭이 변동하는 적어도 하나의 단차부를 포함하는 홀의 형상을 가지며 음의 유전상수를 갖는 적어도 하나의 제1 물질로 형성되고, 상기 제2 층상과 일부가 접하는 제3 층상을 더 포함하는 채널 플라즈몬 도파로.A channel plasmon waveguide formed of at least one first material having a negative dielectric constant having a shape of a hole including at least one step portion having a varying cross-sectional width, and further comprising a third layer in contact with the second layer . 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제1 층상의 개구부와 상기 제3 층상의 개구부는 일부가 서로 접하는 채널 플라즈몬 도파로.A channel plasmon waveguide in which the opening on the first layer and the opening on the third layer are partially in contact with each other. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제1 층상의 개구부와 상기 제3 층상의 개구부는 같은 방향으로 서로 엇갈리게 배치되는 채널 플라즈몬 도파로.And the openings on the first layer and the openings on the third layer are alternately disposed in the same direction.
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