KR101138311B1 - Slow surface plasmon polarition waveguid structure using grating couplin - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 구조체에 관한 것으로, 특히 격자 구조를 이용한 긴 거리 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 구조체에 관한 것이다. The present invention relates to a slow surface plasmon polaritone waveguide structure, and more particularly to a long distance slow surface plasmon polaritone waveguide structure using a lattice structure.
표면 플라즈몬(Surface Plasmon, SP)은 금속체와 유전체 사이에서 외부의 전자파와 결합하여 진동하는 전하밀도의 진동을 의미하며, 이러한 표면 플라즈몬이 금속과 유전체 사이의 경계면을 따라 전파될 때, 이를 특정하여 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polariton, SPP)이라 한다. 이때, 금속과 유전체 사이의 경계면(이하, "경계면"이라고 함)을 중심으로 전자파의 세기는 경계면에 강하게 구속되며, 경계면에서 멀어질수록 지수함수적으로 감소된다. 이러한 표면 플라즈몬 혹은 표면 플라즈몬 폴라리톤에 있어, 금속은 유전율의 실수부가 음수인 물질의 일반적인 예이며, 유전체는 유전율의 실수부가 양수인 물질의 일반적인 예이다.Surface Plasmon (SP) refers to a vibration of charge density that vibrates in combination with an external electromagnetic wave between a metal body and a dielectric, and when the surface plasmon propagates along the interface between the metal and the dielectric, It is called Surface Plasmon Polariton (SPP). At this time, the intensity of the electromagnetic wave is strongly bound to the interface around the interface between the metal and the dielectric (hereinafter referred to as "boundary surface"), and decreases exponentially as it moves away from the interface. In this surface plasmon or surface plasmon polaritone, metal is a general example of a material with a negative real part of dielectric constant, and a dielectric is a general example of a material with a positive real part of dielectric constant.
일반적인 광학 구조는 빛의 파장 이하의 구조에서는 빛이 도파될 수 없다는 회절 한계(Diffraction Limit)를 필연적으로 가지고 있다. 이에 반해, 경계면에 강하게 유도되는 표면 플라즈몬 폴라리톤은 회절 한계 이하의 구조에서 광 신호를 유효하게 전달할 수 있는 특성을 가지고 있어, 최근 나노포토닉스(Nanophotonics) 등의 다양한 분야에 걸쳐 많은 연구가 이루어지고 있다.The general optical structure inevitably has a diffraction limit that light cannot be guided in a structure below the wavelength of light. On the other hand, the surface plasmon polaritone strongly induced at the interface has a characteristic of effectively transmitting optical signals in a structure below the diffraction limit, and thus, many studies have been conducted in various fields such as nanophotonics. .
일반적으로 가장 단순한 형태의 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로는 금속과 유전체가 단 하나의 경계면을 가지는 구조로 형성된다. 이 외에도 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로는 유전체 가운데 존재하는 얇은 금속 박막이나 금속체의 표면에 얇고 긴 홈을 판 구조 또는 금속체의 표면에 얇고 긴 요철을 형성한 구조 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 이러한 일반적인 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로의 경우, 도파되는 파장이 대개 표면 플라즈몬을 여기 시키기 위하여 사용한 외부 광원의 진공 중에서의 파장(λ0)에 비해 대략 10% 이내로 짧은 유효 파장을 갖는다.In general, the simplest type of surface plasmon polaritone waveguide is formed of a structure in which a metal and a dielectric have only one interface. In addition, the surface plasmon polaritone waveguide may be formed in various forms, such as a thin metal thin film present in the dielectric, a thin long groove on the surface of the metal body, or a thin long groove on the surface of the metal body. In the case of such a general surface plasmon polaritone waveguide, the wavelength to be guided usually has a short effective wavelength within approximately 10% of the wavelength λ 0 in the vacuum of the external light source used to excite the surface plasmon.
한편, 최근의 연구결과에 의하면 금속과 단일한 유전체의 경계면 대신, 금속 위에 두 가지 이상의 서로 다른 유전체층 또는 박막이 존재하는 경우, 일반적인 표면 플라즈몬 폴라리톤과 달리 군속도가 현저히 느리고 유효 파장이 짧은 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤(Slow SPPs, S-SPPs)과 일반적인 표면 플라즈몬의 군속도나 파장과 유사한 성질을 갖는 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤(Fast SPPs, F-SSPs)이 동시에 존재할 수 있다. 이때, 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤은 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤에 비하여 상대적인 군속도가 크다는 것을 의미이며, 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤도 일반적인 단일 경계면에서의 표면 플라즈몬 폴라리톤의 군속도와 거의 비슷한 정도의 군속도를 갖는다. 이와 함께 최근에는 금속 박막에 형성한 슬릿을 통해 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤과 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤을 동시에 여기 시킬 수 있음이 발표된 바 있다. 이러한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤은 유효 파장이 매우 짧기 때문에 근접장 메모리나 근접장 이미징과 같은 나노 포토닉스 기술에 유용하게 사용될 것으로 기대되고 있다.On the other hand, according to recent research results, when two or more different dielectric layers or thin films exist on the metal instead of the interface between the metal and a single dielectric, unlike the general surface plasmon polaritone, a slow surface plasmon with a significantly slow group speed and a short effective wavelength Slow SPPs (S-SPPs) and fast surface plasmon polarits (F-SSPs) with similar properties to group velocities or wavelengths of common surface plasmons can be present at the same time. In this case, the fast surface plasmon polaritone means that the relative group speed is larger than the slow surface plasmon polaritone, and the fast surface plasmon polaritone also has a group speed that is about the same as the speed of the surface plasmon polaritone at a general single interface. Recently, it has been announced that the slits formed in the metal thin film can simultaneously excite the slow surface plasmon polaritone and the fast surface plasmon polaritone. This slow surface plasmon polaritone is expected to be useful in nanophotonics technologies such as near-field memory and near-field imaging because of its very short effective wavelengths.
그러나, 이러한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤은 일반적으로 유효파장이 짧아질수록 전송 손실이 커지는 특성이 있어 관측이나 실제적인 응용의 측면에서 기술적인 제약이 크다는 단점이 있다.However, such a slow surface plasmon polaritone generally has a disadvantage in that the shorter the effective wavelength is, the larger the transmission loss is, and thus the technical limitations are large in terms of observation and practical application.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 관측 영역 및 응용 측면을 넓히기 위한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 구조체에 관한 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention relates to a slow surface plasmon polaritone waveguide structure for widening the viewing area and application aspects of the slow surface plasmon polaritone.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 도파로 구조체는 금속층 그리고 상기 금속층 위에 형성되어 있으며 격자 구조를 갖는 격자층을 포함하며, 상기 격자 구조를 이용하여 상기 금속층을 통해 투과되는 빛에 의해 발생하는 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지 중 일부를 느린 표면 플라즈몬 플라리톤으로 공급한다.The waveguide structure according to the characteristics of the present invention for achieving the above object includes a metal layer and a lattice layer formed on the metal layer and having a lattice structure, and is generated by light transmitted through the metal layer using the lattice structure. Some of the energy of the fast surface plasmon polaritone is supplied to the slow surface plasmon pleton.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 도파로 구조체는 금속층, 상기 금속층 위에 형성되어 있으며 격자 구조를 갖는 격자층, 그리고 상기 금속층 및 상기 격자층을 통해 형성되어 있는 슬릿을 포함하며, 상기 격자 구조를 이용하여 상기 슬릿의 제1 방향에서 투과된 빛에 의해 발생하는 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지 중 일부를 느린 표면 플라즈몬 플라리톤으로 공급한다.In addition, the waveguide structure according to another aspect of the present invention includes a metal layer, a lattice layer formed on the metal layer and having a lattice structure, and a slit formed through the metal layer and the lattice layer, Some of the energy of the fast surface plasmon polaritone generated by the light transmitted in the first direction of the slit is supplied to the slow surface plasmon pleton.
본 발명의 실시예에 따르면, 격자구조를 이용하여 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로를 형성함에 따라 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 통상적인 관측범위 또는 전송거리보다 긴 영역의 도파거리를 제공할 수 있으며, 그에 따라 짧은 유효파장을 갖는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 관측 영역을 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as the slow surface plasmon polaritone waveguide is formed using the lattice structure, the waveguide distance of a region longer than the normal observation range or transmission distance of the slow surface plasmon polaritone can be provided. It is possible to increase the viewing area of slow surface plasmon polaritone with short effective wavelengths.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로의 측면 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로에 표면 플라즈몬을 여기 시키는 한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래 격자 구조가 없는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로에 표면 플라즈몬을 여기 시킨 경우의 필드 분포의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로에 표면 플라즈몬을 여기 시킨 경우의 필드 분포의 한 예를 나타내는 도면이다.1 is a side cross-sectional view of a slow surface plasmon polaritone waveguide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of exciting surface plasmon in the slow surface plasmon polaritone waveguide shown in FIG. 1.
3 is a diagram showing an example of field distribution when surface plasmon is excited in a slow surface plasmon polaritone waveguide having no conventional lattice structure.
4 is a diagram showing an example of field distribution when surface plasmon is excited in a slow surface plasmon polaritone waveguide according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.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. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. 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.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로에 대하여 구체적으로 설명한다.1 and 2 will be described in detail with respect to a slow surface plasmon polaritone waveguide according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2에서는 본 발명의 실시예에서는 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPPs)의 한 종류인 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤(Slow SPPs, S-SPPs)을 도파하기 위한 표면 플라즈몬 도파로의 한 종류인 격자를 이용한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로에 대하여 구체적으로 설명한다. 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPPs)은 유전율의 실수부가 음수인 물질과 유전율의 실수부가 양수인 물질의 경계면 또는 인근 주변을 따라 도파된다. 여기서, 유전율의 실수부가 음수인 물질은 음의 유전상수를 가지는 물질로 금속 등이 포함될 수 있으며, 유전율의 실수부가 양수인 물질은 양의 유전상수를 가지는 물질로 공기 및 실리콘 등과 같은 물질이 포함될 수 있다. 이때, 유전율의 실수부가 음수인 금속은 유전율의 실수부가 음의 유전상수를 갖는 다른 물질로 대체될 수 있으며, 유전율의 실수부가 양수인 물질인 공기 및 실리콘은 양의 유전상수를 갖는 서로 유전율이 다른 두 가지 물질로 대체 될 수 있다.1 and 2, in the embodiment of the present invention, a lattice which is a type of surface plasmon waveguide for guiding slow surface plasmon polaritone (Slow SPPs, S-SPPs), which is one type of surface plasmon polaritone (SPPs), is used. The slow surface plasmon polaritone waveguide is described in detail. Surface plasmon polaritons (SPPs) are propagated along the interface or near the periphery of materials with a negative dielectric constant and materials with a positive dielectric constant. Here, a material having a negative dielectric constant is a material having a negative dielectric constant and may include a metal. A material having a positive dielectric constant is a material having a positive dielectric constant and may include materials such as air and silicon. . In this case, a metal having a negative dielectric constant may be replaced with another material having a negative dielectric constant, and air and silicon having a positive dielectric constant have two different dielectric constants. Can be replaced with a substance.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로의 측면 단면도를 나타내는 도면이다. 1 is a side cross-sectional view of a slow surface plasmon polaritone waveguide according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로(10)는 금속층(100), 유전체로 형성된 격자층(200) 및 배경이 되는 유전체층(300)을 포함한다. 금속층(100)의 표면 위에 격자층(200)이 형성되어 있으며, 격자층(200)의 표면 위에 배경이 되는 유전체층(300)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 1, a slow surface
격자층(200)은 요철부(210) 및 요철외부(220)를 포함한다. 요철부(210)는 요철외부(220)의 표면 위에 소정의 높이(h2)로 직각의 사각형 구조의 격자 구조(211)를 형성하고 있으며, 요철외부(220)는 금속층(100)의 표면과 요철부(210) 사이에 소정의 높이(h1)로 형성되어 있다. 여기서, 격자 구조(211)는 금속층(100)과 배경이 되는 유전체층(300)(예를 들어 공기) 사이에 주변 유전체보다 높은 굴절률을 갖는 얇은 유전체 박막을 입히고 여기에 식각 등의 방법으로 형성한 주기적 또는 비주기적인 굴절률의 공간적 변조를 포함한 구조를 갖는다. 본 발명의 실시예에서는 격자층(200)에 주기적으로 격자 구조(211)가 형성된 것으로 가정하여 설명한다.The
도 1에서는 격자 구조(211)가 사각형 격자의 요철 형태를 갖는 직각의 사각형 구조로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 주기적 또는 비주기적인 구조를 갖는 요철 형태로 형성되는 유전체라면 격자 구조(211)로 사용될 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에서는 요철외부(220)가 금속층(100)의 표면과 요철부(210) 사이에 소정의 높이(h1)로 형성되어 있는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 금속층(100)의 표면 위에 요철부(210)가 바로 형성될 수도 있다.In FIG. 1, the
격자층(200)은 변수에 따라 격자 구조(211)가 반복되는 형태를 갖도록 형성된다. 즉, 격자층(200)은 격자 구조(211)가 주기적으로 반복되는 격자 주기(P), 격자 주기(P)에 대하여 유전체가 돌출된 부분의 길이 비율인 필펙터(Fill Factor, FF) 및 요철부(210)와 요철외부(220)를 형성하는 소정의 높이(h1, h2)와 같은 변수들에 따라 특성이 결정된다. 이때, 필펙터(FF)의 값에 따라 격자 구조(211)의 형성유무가 결정된다. 예를 들어, 필펙터(FF)가 0 또는 1의 값을 갖는 경우, 종래 격자 구조가 형성되지 않은 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로의 구조체가 되며, 필펙터(FF)가 0 또는 1을 제외한 나머지 값을 가지는 경우 본 발명의 실시예에 따른 격자 구조(211)가 형성된 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로의 구조체가 된다.The
본 발명의 실시예에서는 격자층(200)의 격자 구조(211)가 완전히 하나의 격자 주기(P)를 갖는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 하나 이상의 격자 주기를 갖거나 또는 주기가 특정되지 않는 임의의 요철 구조로 격자 구조(211)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로(10)에서 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤이 존재하지 않는 구간에 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤을 진행시키다가, 격자 구조(211)의 요철을 형성하여 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤을 여기 시키고, 그 이후 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지를 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤에 결합시키는 구조도 형성될 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the
도 2는 도 1에 도시한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로에 표면 플라즈몬을 여기 시키는 한 예를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an example of exciting surface plasmon in the slow surface plasmon polaritone waveguide shown in FIG. 1.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로(10)에 표면 플라즈몬을 여기 시키기 위해서는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로(10)의 중앙 또는 한 측면에 금속층(100)을 관통하는 슬릿(400)을 형성한다. 그리고 격자층(200)에서 격자 구조(211)가 형성되지 않은 슬릿(400)의 제1 방향에서 빛을 조사하면, 슬릿(400)을 투과한 빛 또는 표면 플라즈몬이 슬릿(400)의 가장자리에 의한 산란 효과로 인해 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤이 여기된다. 이때, 금속층(100)은 단일 경계면 표면 플라즈몬의 감쇠를 고려하여 소정의 두께(t)로 형성된다. 그리고, 슬릿(400)의 폭(W)은 조사되는 빛의 파장의 절반 이하의 폭을 갖도록 형성된다. 여기서, 슬릿(400)의 폭(W)은 조사되는 빛의 파장의 절반 이하로 형성되는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤이 여기 될 수 있을 만큼으로 값으로 조절될 수 있다.As shown in FIG. 2, in order to excite the surface plasmon to the slow surface
도 3은 종래 격자 구조가 없는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로에 표면 플라즈몬을 여기 시킨 경우의 필드 분포의 한 예를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로에 표면 플라즈몬을 여기 시킨 경우의 필드 분포의 한 예를 나타내는 도면이다. 3 is a view showing an example of field distribution when the surface plasmon is excited to a slow surface plasmon polaritone waveguide having no conventional lattice structure, and FIG. 4 is a surface of the slow surface plasmon polaritone waveguide according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of the field distribution in the case where plasmon is excited.
도 3 및 도 4에 도시된 필드 분포에서 사용된 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로 구조체는 금속층(100)의 두께(t)가 300nm이고, 슬릿(400)의 폭(W)이 50nm이고, 격자층(200)의 요철부(210)와 요철외부(220)의 높이(h1, h2)가 각각 h1 = 0, h2 = 7nm이고, 격자 주기(P)가 87nm인 것으로 가정한다. 단, 도 3은 격자 구조가 없는 종래 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로이므로 필펙터(FF)가 1인 것으로 가정하며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 격자 구조를 갖는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로이므로 필펙터(FF)가 0.8인 것으로 가정한다. The slow surface plasmon polaritone waveguide structure used in the field distributions shown in FIGS. 3 and 4 has a thickness t of the
도 2 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로(10)에 500nm의 파장을 갖고 자기장의 편광 방향이 도면 수직한 편광 상태를 갖는 빛을 슬릿(400)의 제1 방향에서 조사하면, 슬릿(400)을 투과하는 빛의 표면 플라즈몬이 여기 될 때 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤과 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 두 가지의 모드가 필드 분포에서 발생한다.2 and 4, a
먼저 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤은 상대적으로 긴 주기로 변화되는 필드 분포를 형성하며, 격자층(200)의 격자 구조(211)의 상단 및 하단에 걸쳐 뚜렷이 나타난다. 이러한 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤은 슬릿(400)으로부터 멀어질수록 세기가 감쇠되기는 하나 멀리까지 전파된다.First, the fast surface plasmon polaritone forms a field distribution that varies with a relatively long period, and is apparent over the top and bottom of the
한편, 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤은 상대적으로 짧은 주기로 변화되는 필드 분포를 형성하며, 격자층(200)의 격자 구조(211)의 하단에서 뚜렷하게 나타난다. 이러한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤은 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤에 비해 슬릿(400)으로부터 멀어질수록 세기가 급격히 줄어든다. On the other hand, the slow surface plasmon polaritone forms a field distribution that changes in a relatively short period, and is apparent at the bottom of the
이때, 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전송 거리(d1)는 종래 도 3에 도시한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전송 거리(d2)보다 슬릿(400)으로부터 더 먼 거리까지 전파된다. 이는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로(10)에서 격자층(200)의 격자 구조(211)에 의해 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지 중 일부가 지속적으로 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤에 공급되므로 도 3에서와 달리 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전송 거리(d1)가 슬릿(400)으로부터 더 먼 멀리까지 전파된다.At this time, the transmission distance d1 of the slow surface plasmon polaritone is propagated to a distance farther from the
즉, 도 3에 도시된 종래 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 세기보다 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 세기가 상대적으로 현저하게 약하게 나타나게 되므로, 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지 중 일부가 지속적으로 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤에 공급되어 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤이 슬릿(400)으로부터 더 먼 거리까지 전파된다.That is, the intensity of the fast surface plasmon polaritone according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is shown to be relatively weaker than that of the conventional fast surface plasmon polaritone shown in FIG. Some of the energy of the fast surface plasmon polaritone according to an embodiment of the invention is continuously supplied to the slow surface plasmon polaritone so that the slow surface plasmon polaritone is propagated farther away from the
이러한 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로(10)를 설계함에 있어 가장 중요한 변수는 격자 주기(P)이다. 예를 들어 도 4와 같은 경우, 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 유효 굴절률(nfast)은 약 1.421이 되며, 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 유효 굴절률(nslow)은 약 -4.333이 되는 것으로 가정한다. 이 경우 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤과 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 간의 에너지 교환이 일어나도록 하기 위한 격자 주기(P)는 수학식 1과 같이 격자의 위상 정합 조건식으로부터 결정되며, 수학식 1에 의해 결정된 격자 주기(P)는 약 87nm가 된다.The most important parameter in designing this slow surface
여기서 nfast는 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 유효 굴절률이며, nslow는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 유효 굴절률이다.Where n fast is the effective refractive index of the fast surface plasmon polaritone and n slow is the effective refractive index of the slow surface plasmon polaritone.
본 발명의 실시예에 따른 격자층(200)을 하나의 유전체를 이용하여 형성한 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 격자층(200)의 격자 구조(211)을 형성하는 요철을 다른 유전체를 사용하여 형성할 수도 있다. 이때 다른 유전체로는 실수부의 부호가 양수인 유전체뿐만 아니라 실수부의 부호가 음수인 금속 등과 같은 다른 유전체가 포함될 수 있다. Although the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤 도파로는 금속층(100)위에 격자층(200)을 형성하여 격자 구조(211)를 가짐에 따라 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지 중 일부를 지속적으로 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 공급하여 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤이 슬릿(400)으로부터 더 먼 전송 거리까지 전파되도록 하여 통상적인 관측범위 또는 전송거리보다 긴 영역의 도파거리를 제공할 수 있으며, 그에 따라 짧은 유효파장을 갖는 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤의 관측 영역을 증가시킬 수 있다.As described above, the slow surface plasmon polaritone waveguide according to the embodiment of the present invention forms a
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. The embodiments of the present invention described above are not only implemented through the apparatus and the method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
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.
Claims (13)
상기 금속층 위에 형성되어 있으며 격자 구조를 갖는 격자층
을 포함하며,
상기 금속층을 통해 투과되는 빛에 의해 발생하는 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지 중 일부를 상기 격자 구조를 이용하여 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 공급하는 도파로 구조체.A metal layer, and
A lattice layer formed on the metal layer and having a lattice structure
Including;
A waveguide structure for supplying a portion of the energy of the fast surface plasmon polaritone generated by the light transmitted through the metal layer to the slow surface plasmon polaritone using the lattice structure.
상기 격자층은,
상기 격자 구조를 포함하는 요철부, 그리고
상기 금속층과 상기 요철부 사이에 형성되어 있는 요철외부를 포함하는 도파로 구조체.The method of claim 1,
The lattice layer,
An uneven portion including the lattice structure, and
A waveguide structure including an uneven portion formed between the metal layer and the uneven portion.
상기 격자층은 유전율의 실수부의 부호가 양수인 적어도 하나의 유전체로 형성되는 도파로 구조체.The method of claim 2,
The grating layer is a waveguide structure formed of at least one dielectric having a positive sign of the real part of the dielectric constant.
상기 격자 구조는 격자 주기를 가지며, 상기 격자 주기에 대하여 상기 유전체가 돌출된 부분의 길이 비율인 필펙터에 따라 상기 격자 구조의 형성유무가 결정되는 도파로 구조체.The method of claim 3,
The lattice structure has a lattice period, the waveguide structure to determine whether or not the formation of the lattice structure in accordance with the effect of the length ratio of the portion protruding the dielectric with respect to the lattice period.
상기 격자 주기는,
상기 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 유효 굴절률과 상기 느린 표면 플라즈몬 플라리톤의 유효 굴절률를 이용하여 결정되는 도파로 구조체.The method of claim 4, wherein
The lattice period is,
And a waveguide structure determined using the effective refractive index of the fast surface plasmon polaritone and the effective refractive index of the slow surface plasmon plaitone.
상기 금속층은 유전율의 실수부의 부호가 음수인 도파로 구조체.The method according to any one of claims 1 to 5,
The metal layer is a waveguide structure in which the sign of the real part of the dielectric constant is negative.
상기 금속층 위에 형성되어 있으며 격자 구조를 갖는 격자층, 그리고
상기 금속층 및 상기 격자층을 통해 형성되어 있는 슬릿
을 포함하며,
상기 슬릿의 제1 방향에서 투과된 빛에 의해 발생하는 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 에너지 중 일부를 상기 격자 구조를 이용하여 느린 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 공급하는 도파로 구조체.Metal,
A lattice layer formed on the metal layer and having a lattice structure, and
Slit formed through the metal layer and the lattice layer
Including;
A waveguide structure for supplying a portion of the energy of the fast surface plasmon polaritone generated by the light transmitted in the first direction of the slit to the slow surface plasmon polaritone using the lattice structure.
상기 슬릿의 폭은 상기 빛의 파장의 절반 이하로 설정되는 도파로 구조체.The method of claim 7, wherein
And the width of the slit is set to less than half of the wavelength of the light.
상기 격자층은,
상기 격자 구조를 포함하는 요철부, 그리고
상기 금속층과 상기 요철부 사이에 형성되어 있는 요철외부를 포함하는 도파로 구조체.The method of claim 7, wherein
The lattice layer,
An uneven portion including the lattice structure, and
A waveguide structure including an uneven portion formed between the metal layer and the uneven portion.
상기 격자층은 유전율의 실수부의 부호가 양수인 적어도 하나의 유전체로 형성되는 도파로 구조체.The method of claim 7, wherein
The grating layer is a waveguide structure formed of at least one dielectric having a positive sign of the real part of the dielectric constant.
상기 격자 구조는 격자 주기를 가지며 상기 격자 주기에 대하여 상기 유전체가 돌출된 부분의 길이 비율인 필펙터에 따라 상기 격자 구조의 형성유무가 결정되는 도파로 구조체.The method of claim 10,
Wherein the lattice structure has a lattice period and the formation or absence of the lattice structure is determined according to a filter which is a ratio of the length of the portion of the dielectric protruding portion to the lattice period.
상기 격자 주기는,
상기 빠른 표면 플라즈몬 폴라리톤의 유효 굴절률과 상기 느린 표면 플라즈몬 플라리톤의 유효 굴절률를 이용하여 결정되는 도파로 구조체.The method of claim 11,
The lattice period is,
And a waveguide structure determined using the effective refractive index of the fast surface plasmon polaritone and the effective refractive index of the slow surface plasmon plaitone.
상기 금속층은 유전율의 실수부의 부호가 음수인 도파로 구조체.The method according to any one of claims 7 to 12,
The metal layer is a waveguide structure in which the sign of the real part of the dielectric constant is negative.
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