KR101156829B1 - 표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 - Google Patents

표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 Download PDF

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Abstract

본 발명의 장치는 금속성 표면을 가진 기판, 구조물, 그리고 금속성 상부 표면과 대면하는 유전체 물체를 포함한다. 구조물은 금속성 표면을 따라 전파하는 표면 플라즈몬 폴라리톤을 광학적으로 생성하도록 구성된다. 유전체 물체는 금속성 표면을 따르고 그 표면에 근방인 서로 다른 위치의 어레이에서의 유전 상수 값을 조절할 수 있도록 구성된다.

Description

표면 플라즈몬 폴라리톤 변조{SURFACE PLASMON POLARITON MODULATION}
본 발명은 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polariton)을 기초로 하는 장치와 그 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
본 절은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 작성된 것이므로, 본 절의 내용은 이와 같은 측면에서 이해되어야 하는 것이고, 어떠한 것이 본 발명의 선행 기술이고 어떠한 것이 그렇지 않은가에 대한 자인으로 이해되어서는 안 된다.
전광 라우터(all-optical router)는 수신된 광학 신호를 전자 신호로 중간 변환하지 않고 라우팅을 수행한다. 최근까지, 위와 같은 중간 변환을 생략함으로써, 전광 라우터는 수신된 광학 신호를 전자 신호로 중간 변환하는 비전광 라우터(non-all-optical router)보다 빠르게 라우팅을 수행할 수 있었다. 전광 라우터는 비전광 라우터보다 일반적으로 단순한데, 그 이유는 위와 같은 중간 변환을 위한 하드웨어가 구비되어 있지 않기 때문이다. 이와 같은 빠른 수행속도와 구성의 단순성으로 인하여 전광 라우터가 비전광 라우터보다 선호되어왔다.
최근, 다양한 종류의 비전광 라우터에 관한 관심이 증대되고 있다. 한가지 종류의 비전광 라우터는 광학 라우팅을 위해서 표면 플라즈몬 폴라리톤을 사용한다. 이와 같은 종류의 비전광 라우터는 높은 속도에서 작동함과 동시에 구성이 단순하고 비용이 저렴해질 수 있는 가능성이 있다. 특히, 이와 같은 비전광 라우터의 제조는 마이크로일렉트로닉과 집적 광학 제조에 사용되는 종전 기술에 대체로 기반을 둘 수 있다.
표면 플라즈마 폴라리톤(surface plasma polaritons)은 흔히 표면 플라즈몬(plasmon)이라고도 불린다. 표면 플라즈몬은, 전파하는 표면 전하 밀도와 관련 전자파의 조합이다. 표면 플라즈몬은 금속과 유전체(誘電體) 간의 계면에 따라서 전파되거나, 진공상태에 노출된 금속 표면을 따라 전파될 수 있다. 표면 플라즈몬은 위와 같은 계면 또는 표면을 따라 전파될 수 있고, 그 표면이 매끈하거나 울퉁불퉁하거나 그리고 그 표면이 평평하거나 굴곡질 수 있다.
본 발명의 여러 실시예는 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPPs) 제트(jets)를 변조하는 방법과 장치를 제공한다. 어떤 실시예는 SPPs 제트의 포커싱 혹은 디포커싱을 제공한다. 어떤 실시예는 SPPs와 관련된 전자기장의 강도를 향상시키는데 사용될 수 있다.
첫 번째 측면에서, 본 발명은 금속성의 표면을 가진 기판, 구조물 그리고 금속성의 상부 표면과 대면하는 유전체의 물체로 구성된 장치를 특징으로 한다. 상기 구조물은 상기 금속성의 표면상에서 전파하는 SPPs를 광학적으로 생성하도록 구성된다. 상기 유전체 물체는 상기 금속성 표면에 따르고 그 표면에 근접하는 서로 다른 위치의 어레이에서, 유전체 상수 값을 조절하도록 콘트롤될 수 있다.
어떤 장치의 실시예에서, 유전체 물체는, 금속성 표면과 대면하는 유전체층과 그 층에 따라 위치 설정된 자기 또는 전기 콘트롤러를 포함한다. 각 콘트롤러는 유전체층의 인접 부분의 유전 상수를 변화시킬 수 있다.
어떤 장치 실시예에서, 구조물은 금속성의 표면을 따라 있는 변형부(deformations)의 규칙적인 어레이를 포함한다.
어떤 실시예에서, 장치는 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(actuator)의 어레이(array)를 포함하고, 유전체 물체는 유연한 유전층(flexible dielectric layer) 또는 유전체 블록(dielectic blocks)의 어레이를 포함한다. 각 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터는, 그에 대응하는 유전체층 부분 또는 유전체 블록의 금속성 표면으로부터의 거리를 변경시킬 수 있다. 상기 실시예에서, 유전체층의 각 부분 또는 각 유전체 블록은 금속성 표면 바로 옆에 오도록 변위 될 수 있다. 상기 실시예에서, 장치는 금속성 표면에 대면하는 표면을 가지는 제 2 기판을 포함할 수 있고, 이때 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터는 제 2 기판에 위치한다.
어떤 실시예에서, 장치는 금속성 표면에 따라 있는 변형부의 규칙적인 어레이를 갖는 제 2 구조물을 포함한다. 두 구조물은 분리되어 있고, 그리고 상기 제 2 구조물은 상기 제 2 어레이로 전파하는 SPPs를 광학적으로 검출하도록 구성된다.
두 번째 측면에서, 본 발명은 방법에 관한 것이다. 그 방법은 금속성 표면상에서 SPPs 제트를 생성하는 단계와, 생성된 제트의 파면(wave front)을, 그 형상을 변경하는 방법으로 공간 변조(spatially modulating)하는 단계를 포함한다. 상기 변조는 각 파면의 제 1 부분의 전파 속도를 각 파면의 제 2 부분의 전파 속도에 비하여 감소시키는 것을 포함한다.
어떤 실시예에서, 변조는, 해당 유전체층 부분 또는 유전체 블록을 금속성의 상부 표면으로부터 가깝게 또는 보다 멀게 움직이게 하도록 복수의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터를 동작시키는 것을 포함한다. 유전체층의 각 부분 또는 각 유전체 블록은 표면 및 파면을 따른 폭을 갖고, 그 폭은 제트 파면 폭의 1/10배 보다 작거나 그 SPPs 제트의 파장보다 작다. 상기 동작은 유전체층의 부분 또는 유전체 블록의 금속성 상부 표면으로부터의 거리가 위로 볼록한 프로파일(convex-up profile) 혹은 위로 오목한 프로파일(concave-up profile)을 갖게하는 것을포함한다.
어떤 방법의 실시예에서, 공간 변조는 제트를 횡방향으로 포커싱하거나 또는 제트를 발산하게 하는(diverge) 것을 포함한다.
어떤 실시예에서, 방법은 제트의 공간 변조된 파면의 일부에 의하여 방사되는 빛을 검출하는 것을 더 포함한다. 그 빛은 금속성의 상부 표면에 따르는 변형부의 규칙적인 어레이로부터 방사된 것이다.
도 1은 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPPs)을 생성하고 공간적으로 변조하는 장치 부분의 상면도이다.
도 2는 도 1의 장치 부분의 측면도이다.
도 3은 도 1 - 2의 장치와 당해 장치에 대한 예시적인 콘트롤 시스템을 도시하는 블록다이어그램이다.
도 4는 예를 들어 도 1 - 2 도시 장치에 사용될 수 있는 SPPs 제트에 대한 공간 변조기의 제 1 실시예의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터 측면도이다.
도 5는 도 4의 공간 변조기 부분을 추가로 도시한 사시도이다.
도 6은 예를 들어 도 1-2 도시 장치에 사용될 수 있는 SPPs 제트에 대한 공간 변조기의 제 2 실시예의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터의 이동 부분(moving portion)의 상면도이다.
도 8은 예를 들어 도 1-2 도시 장치에 사용될 수 있는 SPPs 제트에 대한 공간 변조기의 제 3 실시예의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터 측면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터의 이동 부분의 상면도이다.
도 10은 금-진공과 여러 가지의 금-유전체 계면에서의 SPPs의 분산 관계(dispersion relations)를 나타낸 것이다.
도 11은 은-진공과 여러 가지의 은-유전체 계면에서의 SPPs의 분산 관계를 나타낸 것이다.
도 12는 도 1 - 3의 공간 SPP 변조기에서 금속성의 상부면으로부터 유전체층의 측면 영역 또는 유전체 블록까지의 거리가 예시적인 위로 오목한 공간 프로파일을 이루는 것을 보여준다.
도 13은 도 1 - 3의 공간 SPP 변조기에서 금속성의 상부면으로부터 유전체층 의 측면 영역 또는 유전체 블록까지의 거리가 예시적인 위로 볼록한 공간 프로파일을 이루는 것을 보여준다.
도 14는 도 1 - 3의 공간 SPP 변조기에서 금속성의 상부면으로부터 유전체층 의 측면 영역 또는 유전체 블록까지의 거리가 예시적인 비스듬한 공간 프로파일을 이루는 것을 보여준다.
도 15는 예를 들어 도 1 - 3의 장치 그리고 예를 들어 도 4 - 9의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터에 의해 표면 플라즈몬을 공간 변조하는 도식적으로 나타낸 플로우 차트이다.
도면과 문언에서, 유사한 참조번호는 실질적으로 유사한 기능 그리고/또한 실질적으로 유사한 구조의 특징들을 참조한다.
도면에서, 특징부의 상대적인 치수는 그 도면에 나타난 구조를 보다 명확히 도시하기 위하여 과장되었을 수 있다.
본 명세서에는, 다양한 실시예가 도면과 실시예에 보다 상세히 설명되어 있다. 그러나, 발명은 여러 가지 형태로 실시될 수 있고 도면과 실시예에 기술된 특정 실시예에 국한되지 않는다.
도 1과 2는 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPPs)에 기반한 장치(8)을 도시하고 있다. SPPs는 기판(12)의 금속성 상부면(10)을 따라 전파한다. 기판(12)는 금속, 유전체 또는 반도체를 포함할 수 있고, 상부 금속성 표면은 평면일 수 있다. 예시적인 기판(12)는 평면인 반도체 기판이고, 이는 마이크로일렉트로닉스 제조, 예를 들어 실리콘 웨이퍼(wafer) 기판에 적합하다. 이와 같은 실시예에서, 기판(12)는 금속 상부 표면(10)이 되는 상부 금속층을 포함한다. 다양한 실시예에서, 금속성의 상부 표면(10) 또는 금속 기판(12)는 다양한 기본 금속 또는 합금 금속, 예를 들어 금, 은, 구리 또는 알루미늄 등으로 구성될 수 있다. 어떤 실시예에서, 금속성의 상부 표면(10)은 얇고 투명한 유전체층으로 덮여있을 수 있다(도시되지 않음).
장치(8)은 광학 SPP 커플러(coupler)(14), 공간 SPP 변조기(modulator)(16), 그리고 하나 이상의 SPP 검출기(detector)(18)를 포함한다. 금속성의 상부 표면(10)은 광학 SPP 커플러(14)와 공간 SPP 변조기(16)와 SPP 검출기(18) 사이에 연장되어, SPPs가 이들 요소 사이에서 전파될 수 있다. 광학 SPP 커플러(14), SPP 변조기(16), 그리고 하나 이상의 SPP 검출기(18)은 금속성 상부 표면(10)의 분리된 측면(disjoint lateral) 부분을 따라 배치되어 있다.
광학 SPP 커플러(14)는 광학적으로 SPPs 제트(jets)를 생성하도록 구성되어있다. 광학 SPP 커플러(14)는 광원(light source)(22)과 그리고 기판(12)의 변형된 측면부(a modified lateral region)(23)(도 1에서 점선 박스로 표시되어 있다)을 포함한다. 광원(22)은 변형된 측면부(23) 내에서 SPPs를 발생시키고, 그리고 금속층 (12)의 상부 표면을 따라 서로 다른 방향들로 전파하는 SPPs를 발생시킬 수 있다.
본 명세서에서, “SPPs 제트”는 하나 또는 그 이상의 표면 플라즈몬 폴라리톤의 전파 코히어런트(propagating coherent) 모드를 의미한다. 제트의 전파는 일정 위상 파면의 공간적인 시퀀스를 의미하는데, 이는 평면적이거나 아크(arc)형태이거나 또는 보다 복잡한 형태일 수 있다. 종종, 광학 생성은 실질적으로 잘 정의된 전파 방향을 갖는 SPPs 제트를 생성하나, 광학 생성은 파면이 직선이 아닌 SPPs 제트를 생성할 수도 있다. 예를 들어 광학 SPP 커플러(14)는, 그 생성 광빔이 발산 또는 수렴되는 광학 파면을 갖는 경우, 발산되거나 수렴되는 SPPs 제트, 즉 아크형의 파면을 가지는 제트를 생성할 수 있다.
도시된 광학 SPP 커플러(14)에서, 변형된 측면부 23은 변형부(deformations) 20의 실질적으로 규칙적인 1차원 (1D) 또는 2차원(2D) 어레이(array)를 포함한다. 변형부(20)는 예를 들어 금속성 상부 표면(10)의 구멍, 금속성 상부 표면(10)의 범프, 또는 금속성 상부 표면의 선택적인 투명 유전체층의 구멍 등일 수 있다. 변형부 20은 실질적으로 동일한 형상과 크기일 수 있고 그리고 변형된 측면부에 규칙적으로 떨어져 있을 수 있다.
광학 SPP 커플러(14)의 도시에서, 광원(22)는 광섬유, OF에 결합된 레이저 다이오드, LD를 포함한다. 광섬유, OF의 한쪽 단부는 기판(12)의 변형된 측면부(23)을 레이저 다이오드로부터의 빛으로 비추도록 구성된다. 광원(22)는, SPPs를 발생시키도록, 예를 들면 하나의 광자는 하나의 SPPs를 생성하도록 변형부(20)의 규칙적인 1D 또는 2D 어레이를 비춘다. 예를 들면, 광섬유의 한쪽 단부는 금속 상부 표면(10)에 대한 법선 벡터 N에 대하여 비스듬한 각도 θ로, 변형부(20)의 규칙적인 1D 또는 2D 어레이 위에 빛을 투사하도록 배향될 수 있다.
변형부(20)의 적절한 어레이 및 광학 SPP 커플러(14)를 위한 광원(22)의 예시적인 실시예는, 본 명세서에 그 전체가 참조로서 인용되는 미국 등록 특허 제7,027,689호에 설명되어있다.
대안적인 실시예에서, 광학 SPP 커플러(14)는 SPP를 광학적으로 생성하기 위한 다른 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 광학적 SPP 커플러(14)는 결점(a defect)이 포함된 플라즈몬 도파관(waveguide)을 포함할 수 있다. 그러면, 광원(22)는 도파관의 결점에서 SPPs를 광학적으로 생성시킨다. 광학 SPP 커플러(14)는 금속성의 상부 표면(10)의 변형된 측면부(23)에 다른 주기적인 구조물, 예를 들면 교차된 와이어 정션을 포함할 수 있다. 그러면, 광원(22)는 그 주기적인 구조물에서 SPPs를 광학적으로 발생시킨다. 광학적 SPP 커플러(14)는 또한 소멸광(evanescent light)을 발생하는 광원(22)를 포함할 수 있는데, 상기 소멸광은 금속성 상부 표면(10)의 변형 측면부에서 SPPs를 발생시킨다.
어떤 실시예에서, 금속성 상부 표면(10)은 얇은 금속층으로 형성될 수 있고, 여기서 변형부(20)은 상기 금속층 바닥 표면을 따라 위치한다. 그러면, 광원(22)는 상기 얇은 금속층의 바닥 표면을 비춤으로써, 금속성 상부 표면(10)상에서 전파하는 SPPs를 발생시킬 수 있다.
SPP 변조기(16)은 금속성 상부 표면(10)에 인접하고 그에 대면하는 바닥 표면을 갖는 유전체 물체(dielectric object)를 포함한다. 유전체 물체는 가동(movable) 유전체 블록(block)(24)의 1D 또는 2D 어레이를 포함할 수 있고, 대안적으로 유연한 유전체층(layer)(24)(도 1에는 도시되어 있지 않음)를 포함할 수도 있다. 전자의 경우, 유전체 블록(24)는 조밀하게 배치되어 있어, 그 어레이가 금속성 상부 표면(10)의 스트립(strip)을 실질적으로 완전히 덮을 수 있다. 후자의 경우 연속적이고 유연한 유전체층(24)는 유전체 블록(24)를 대체하므로, 블록 사이의 틈들이 제거된다. 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)는 금속성 상부 표면 (10) 의 인접 부분의 형상과 상보 관계에 있는 바닥면을 가질 수 있다. 예를 들면, 인접하는 금속성 상부 표면(10)의 부분이 평평하고, 유전체 블록(24)의 바닥면도 평평하고 실질적으로 상기 상부 표면에 평행할 수 있다. 다양한 실시예에서, 유전체 블록(24)는 다양한 형태를 가질 수 있고, 예를 들어 도 1에 도시된 것과 같이, 유전체 블록(24)의 서로 다른 블록은 서로 다른 형태를 가질 수 있다.
유전체 블록(24) 또는 유연한 유전층(24)는 광학 SPP 커플러(14)에 의해 생성된 SPPs의 파장보다 예를 들어 두 배 또는 그 이상 더 두껍고 길 수 있다.
유전체 블록(24) 또는 유연하고 연속적인 유전층(24)는 서로 다른 물질 조성의 다양성을 가질 수 있다. 예시적인 물질 조성은 실리카(SiO2)와 같은 보통의 유전체 그리고/또는 실리콘 질화물(Si3N4)를 포함한다. 다른 예시적인 조성은 강유전체 또는 극성화될 수 있는 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 위 조성은 리튬 니오베이트(LiNbO3), 마륨 티타네이트(BaTiO3), 납 티타네이트(PbTiO3), 포타슘 니오베이트(KNbO3), 납 코발트 텅스테이트(Pb(Co1 /2W1 /2)O3), 납 철 탄탈레이트(Pb(Fe1 /2Ta1 /2)O3), 납 마그네슘 니오베이트(Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3), 납 아연 니오베이트(Pb(Zn1 /3Nb2 /3)O3), 리튬 탄탈레이트(LiTaO3), 포타슘 스트론튬 니오베이트, 소이움 스트론튬 니오베이트(NaSr2Nb5O15), 리튬 포타슘 스트론튬 니오베이트(NaBa2Ni5O15), 소디움바륨 니오베이트(NaBa2Ni5O15), 바륨 스트론튬 니오베이트, 포타슘 리튬 니오베이트(K3Li2Nb5O15), 비스머스 티타네이트(Bi4Ti3O12), 또는 포타슘 디하이드로겐 포스페이트(KH2PO4)일 수 있다. 조성은 또한 결정 그룹Ⅲ-Ⅴ 또는 화학식이 AlXGa(1-X)N, ZnO, MgXZn(1-X)O, CdXZn(1-X)O (0≤x≤1)인 그룹 Ⅱ-Ⅵ 반도체일 수 있다. 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)는 상기 기재된 조성의 혼합물 그리고/또는 복수층을 포함할 수도 있다.
유전체 블록(24)의 어레이를 사용한 실시예에서, 개별적인 유전체 블록(24)의 위치는 마이크로일렉트로메카니칼 시스템로 콘트롤된다. 특히, 각 유전체 블록(24)는 대응되는 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터에 의해 독립적으로 금속성의 상부 표면(10)으로부터 멀어지거나 가까워질 수 있다. 예를 들어, 유전체 블록(24)는 그 바닥면이 금속성의 상부 표면(10)에 접촉하도록, 그리고 그 바닥면이 금속성의 상부 표면(10)에서 (SPP 소스 14에 의해 생산된 SPPs의 파장과 비교할 때) 멀어지도록 위치 설정될 수 있다. 개별 유전체 블록(24)의 위치는 아래에서 논의되는 바와 같이 SPPs를 위한 유효 유전 상수의 로컬 값을 결정한다.
유연한 유전체층(24)를 사용한 실시예에서, 유전체층의 형상은 마이크로일렉트로메카니칼 시스템로 콘트롤 된다. 특히, 유연한 유전체층(24)의 형상은 그 유연한 유전체층(24)의 뒤쪽 표면에 걸쳐 1D 또는 2D 배열로 분포된 개개의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터에 의하여 변형될 수 있다. 각 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터는 유연한 유전체층(24)의 대응되는 영역을 금속성의 상부 표면(10)으로부터 멀어지게 또는 가까워지게 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 유전체층(24)의 영역은 그 바닥면이 금속성의 상부 표면(10)에 접촉하도록, 그리고 그 바닥면이 금속성의 상부 표면(10)으로부터 SPP 소스(14)에 의해 생성된 SPPs의 파장에 비해 멀어지도록 설정될 수 있다. 유전체층(24)의 서로 다른 영역의 위치는 아래에서 논의되는 바와 같이 SPPs를 위한 유효 유전 상수의 로컬 값을 결정한다.
하나 이상의 SPP 검출기(18)은 SPPs가 금속성 상부 표면(10) 위에서 전파하는 것을 광학적으로 검출하도록 구성된다. 각 SPP 검출기(18)은 기존의 광검출기 (26) 그리고 기판(12)의 변형된 측면부를 포함한다.
도시된 SPP 검출기(18)에서, 변형된 측면부(25)는, 금속성 상부 표면(10)에 있는 변형부 20의 실질적으로 규칙적인 1D 또는 2D 배열(도 1에 점선 박스로 도시되어 있다)을 포함할 수 있다. 변형부(20)은 예를 들어 금속성 상부 표면(10) 위의 구멍 또는 범프 또는 금속성 상부 표면(10) 위에 선택적으로 있는 투명한 유전체층의 구멍 일 수 있다. 변형부(20)은 대략 같은 크기와 형상일 수 있으며, 금속성 상부 표면(10) 위의 변형된 측면부(25)에 균일하게 분포되어 있을 수 있다.
도시된 SPP 검출기(18)에서, 각 광감지기(26)은 광섬유, OF와 전자 광감지기, ELD를 포함한다. 광섬유, OF의 한쪽 단부는 기판(12) 상의 변형된 측면부(25)로부터 방사된 빛을 수신하도록 구성된다. 전자 광감지기 ELD는 광섬유의 다른쪽 단부에서 방출된 빛을 예를 들어 다이오드 검출기에 의해 감지한다.
적절한 SPP 검출기(18)의 예시적인 실시예는, 본 명세서에 그 전체가 참조로서 인용되는 미국 등록 특허 제7,027,689호에 설명되어있다.
대안적인 실시예에서, SPP 검출기(18)은 서로 다른 형태의 광감지기(26)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 변형된 측면부는 금속성 상부 표면(10) 위의 다른 종류의 주기적인 변형부를 포함할 수 있다. 또한 SPP 검출기(18)은 금속성 상부 표면 (10) 상에 또는 근처에 위치하는 광 감지 다이오드 또는 트랜지스터일 수 있다.
도 3은, 도 1 - 2의 장치(8)을 위한 콘트롤 시스템(control system)(6)을 도시하고 있다. 콘트롤 시스템(6)은 디지털 데이터 프로세서(digital data processor)(2), 예를 들어 컴퓨터; 디지털 데이터 저장장치(digital data storage) (3), 예를 들어 디지털 데이터 메모리; 그리고 전기 콘트롤 라인(electrical control line)(4)를 포함한다. 디지털 데이터 프로세서(2)는 콘트롤 라인(4)로 전달되는 전기 콘트롤 신호(control signal)에 의하여 SPP 변조기(16)를 콘트롤한다. 콘트롤 신호는, 상부 금속 표면(10) 근처 또는 그 표면을 따르는 위치에서의 유효 유전 상수 값을 결정하는 SPP 변조기(16)의 요소들의 공간 어레이를 콘트롤한다. 어떤 실시예에서, 도 1 - 2에 도시된 바와 같이, 디지털 데이터 프로세서(2)는, 유전체 블록(24) 또는 상부 금속 표면(10) 위의 유연한 유전체층(24)의 분리된 공간 영역의 수직적 위치를 콘트롤한다. 다른 실시예에서, 디지털 데이터 프로세서(2)는 상부 표면(10) 상에 위치하는 유전체층의 측면 공간 분극 프로파일(polarization profile)을 콘트롤하는데, 여기에서 로컬 분극은 상부 금속 표면(10) 주변의 유전 상수를 고정시킨다. 디지털 데이터 메모리(3)는, SPP 변조기(16)를 콘트롤하도록 디지털 데이터 프로세서(2)를 작동시키기 위해 필요한 실행 가능한 프로그램을 저장할 수 있고, 그리고/또는 디지털 데이터 프로세서(2)가 상부 금속 표면(10) 상부와 주변의 유효 유전 상수의 서로 다른 공간 프로파일의 세트를 발생시킬 수 있도록 SPP 변조기(16)를 콘트롤할 수 있게 해주는 데이터를 포함할 수 있다.
다시 도 1과 2에 관하여 살피면, 유전체 블록(24) 또는 유연성 있는 유전체층(24)의 분리된 공간적 영역의 수직적 이동을 제공하는데 많은 종류의 액츄에이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 종래의 다양한 종류의 미세 기계가공 된(micro-machined) 액츄에이터가 유전체 블록 또는 유연한 유전체층(24)의 영역과 함께 제조되거나 또는 유전체 블록(24)에 부착되거나 또는 유연한 유전체층(24)에 따라 분포하여, 외부의 콘트롤 신호, 예를 들어 전기 또는 광신호에 대응하여 그 유전체의 수직적 이동을 제공할 수 있다. 예시적 액츄에이터는 정전기, 자기, 압전기, 열(thermal) 팽창 또는 유전체 블록(24)나 대안적으로 유전체층(24)의 분리된 공간적 영역에 변위를 부여하기 위한 기타 방법을 사용할 수 있다.
종래의 다양한 미세 기계가공 그리고 미세 제조 프로세스(micro-fabrication process)는 이러한 액츄에이터를 제조하는데 사용될 수 있다. 기존의 프로세스는 층 물질 증착, 표면 그리고 벌크 미세 기계가공, 본딩, 전기도금, 층 패터닝, 층 그리고/또한 딥(deep) 에칭, 그리고/또한 희생 기층의 사용과 관련된 기술 등을 포함할 수 있다.
미세 제조된 정전기 액츄에이터(electrostatic actuator)는 미세 제조를 위한 도전성이 양호하고 탄성이 좋은 물질들의 사용성 때문에, 미세 액츄에이터에 의해 콘트롤되는 유전체 블록(24)의 조밀한 어레이를 제조하는데 특히 적합하다. 상기 물질들은, 예를 들면 도핑(doped)된 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 호환성 있는 종래의 유전체, 그리고 다양한 금속을 포함한다. 이 물질들은 전력 손실이 낮고 크기가 작은 액츄에이터를 생산할 수 있다.
도 4와 5는, 도 1과 2의 유전체 블록(24), 대안적으로 도 2의 유연한 유전체층(24)을 위한 상기 기계적 정전기 액츄에이터의 한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 각 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)의 영역은 대응하는 마이크로일렉트로메카니칼 시스템(MEMS) 액츄에이터(28A)에 의하여 기계적으로 변위된다. 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28A)는 제 1 기판(12)의 금속성 상부 표면을 대면하는 제2 기판 (30)의 표면에 단단히 부착되어 있다.
상기 실시예에서, 장치(8)는 복수 웨이퍼-기판 구조이다. 제 1 웨이퍼 기판 (12)은 광학 SPP 커플러(14)의 변형된 부분과 SPP 감지기(들)(18)와 금속성의 상부 표면(10)을 포함한다. 제 2 웨이퍼 기판(30)은 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28A) 그리고 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)를 포함한다. 제 1 그리고 제 2 기판(30), (12)은 정렬되고 본딩되어 수직 스택을 형성한다. 그 수직 스택에서, 스페이서(spacer)부(도시되어 있지 않다)는 기판(30, 12)의 표면이 고정된 이격 거리에서 대면하도록 유지한다. 상기 복수의 웨이퍼 기판 구조는 당해 분야의 기술자들에게 알려진 종래 미세 전자 제조 기법에 의하여 제조될 수 있다.
각 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28A)는 복원 스프링(restoring spring)(32)과 고정 전극 (34)과 가동 전극(36)을 갖는 콘트롤 캐패시터(capacitor)를 포함한다. 가동 전극 (36)은 대응하는 유전체 블록(24) 또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 대응하는 영역에, 복원 스프링(32)과 일체가 된 금속, 유전체 또는 반도체 포스트(들) P를 통해 단단히 부착되어 있다. 복원 스프링(32)의 끝은 제 2 기판(30)에 포스트 P로 단단히 고정되어 있고, 위 복원 스프링은 다른 유전체 블록(24)과 그에 대응하는 가동 전극(36)의 사이를 지날 수 있다. 이러한 이유에서 개별 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터 (28A)와, 예를 들어 유전체 블록(24)은, 인접한 끈(strip) 형태의 영역 또는 더 넓은 영역을 조밀하게 덮을 수 있다. 즉, 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28A)는 촘촘히 들어찬 1D 배열 또는 촘촘히 들어찬 2D 배열을 형성하도록 분포될 수 있다.
콘트롤 전압을 전극(36, 34)에 걸쳐서 인가함으로써, 각 가동 전극(36)은 해당 콘트롤 캐패시터의 고정 전극(34)에 대하여 상대적으로 변위될 수 있다. 위와 같은 가동 전극(36)의 이동은, 대응하는 유전체 블록(24) 또는 대안적인 유연한 유전체층(24)의 대응 영역과 그에 이웃하는 제 1 기판(12)의 금속성의 상부 표면(10) 사이의 거리 d 를 변화시킬 수 있다. 즉, 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 콘트롤 전압은, 공간 SPP 변조기(16)의 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)의 영역을 인접한 금속성 상부 표면(10)에 대하여 독립적으로 위치 설정하는데 사용될 수 있다.
도 6 - 7 그리고 8 - 9는, 예를 들어 도 1 - 2에 도시된 바와 같은 개별적인 유전체 블록(24), 또는 대안적으로 유전체층의 개별적인 영역의 위치를 콘트롤하는데 적절한, 정전기 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28B, 28C)를 위한 두 개의 다른 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터 (28B, 28C)는 그 콘트롤 캐패시터 양단에 인가된 전압에 대응하여 관련된 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)의 영역을 금속 표면(10) 방향으로 이동시킨다. 반대로, 도 4 - 5의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터 (28A)는 그 콘트롤 캐패시터 양단으로의 전압의 인가, 예를 들면 전극(34, 36) 양단으로의 전압의 인가에 응답하여, 연관된 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)의 영역을 금속 표면(10)으로부터 멀어지게 이동시킨다.
도 6 - 7에 대해 말하면, 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28B)는 고정 전극(34), 가동 전극 (36), 유연한 스프링 암(42), 지지 포스트(44), 레버 암(46), 부착판(48), 그리고 대응하는 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)의 영역에 단단히 바로 직접 연결될 부착 포스트(50)를 포함한다. 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28B)에는, 전극(34, 36)에 인가되는 콘트롤 전압이 인접한 유연한 스프링 암(42)의 단부를 기판(30)의 방향으로 휘어지게 한다. 이와 같은 움직임은 레버 암(46)의 끝부분을 반대 방향으로 움직이게 하여 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)의 영역을 상부 금속 표면 (10)으로 가까이 이동하게 한다.
유전체 블록(24) 또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 영역이 위와 같은 이동 중에 가지게 되는 작은 기울어짐은, 부착판(48)과 기판(30) 위의 제 2 포스트 사이에 부착되는 보상 스프링을 부가하여 제거할 수 있는데, 예를 들면 도 8 - 9에 도시된 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28C)와 같다.
도 8 - 9에 관하여 살피면, 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28C)는 고정 전극(34), 가동 전극(36), 유연한 스프링 암(42A - 42B), 지지 포스트(44A - 44B), 부착판(48), 그리고 대응하는 유전체 블록(24) 또는 대안적인 유전체층(24)의 대응 영역에 연결되는 부착 포스트(50)을 포함한다. 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28C)에서, 전극(34, 36)에 인가되는 콘트롤 전압은 인접하는 유연한 스프링 암(42A, 42B)의 단부를 기판(30)의 방향으로 휘어지게 한다. 이 움직임은 스프링 암(42B)의 가운데 부분을 반대방향으로 움직이게 하여 유전체 블록(24) 또는 유전제층(24)의 영역을 상부 금속 표면(10)에 가깝게 이동시킨다.
도 4 - 9에 관하여 살피면, 다양한 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28A - 28C)는, 상기 액츄에이터의 조밀한 선형 어레이가 형성될 수 있도록, 충분히 좁게 제조될 수 있다.
마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28)에 적절한 예시적인 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터와 상기 액츄에이터의 예시적인 제작 방법은, 예를 들어 미국 등록 특허 7,068,409호, 미국 특허 출원 11/394950 [출원일 2006. 3. 31. 출원인 칼 제이.뉴츠만(Carl J. Nutzman) 등], 그리고 미국 특허출원 11/514584 [출원일 2006. 8. 31., 출원인 블라디미르 아크스유크(Vladimir Aksyuk) 등]에 설명되어 있다.
유전체층의 영역 또는 어레이의 유전체 블록의 변위을 사용하는 대신, 도 1의 SPP 변조기(16)는 대안적으로, 콘트롤 가능한 유전체층에 근거하는데, 당해 유전체층은 그 유전 상수는 전계 혹은 자계에 응답한다. 예를 들어, 상기 콘트롤 가능한 층은 리튬 니오베이트 또는 다른 분극 가능한 물질이다. 상기 콘트롤 가능한 유전체층(24)은 예를 들어 금속성의 상부 표면 상에 있다. 콘트롤 가능한 유전체층의 서로 다른 영역에서의 분극과 그와 관계된 유전 상수값은, 인접한 전압 기반 또는 자기 기반의 콘트롤 구조체, 예를 들어 전극이 해당 영역에서 생성한 전계 또는 자계 값에 좌우된다.
도 1 - 3 그리고 도 4 - 9의 실시예에서, 유전체 블록(24) 또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 여러 영역의 수직 위치는, 공간 SPP 변조기(16)에서의 SPPs의 속도(예를 들어 위상 속도)를 결정한다. 특히, SPP는 일반적으로 파형 벡터 k를 가지는데, 그 크기 k는 SPP의 주파수 ω에 따른 값을 갖으며 다음과 같은 분산 관계를 통해 구해진다 :
Figure 112010029231338-pct00001
따라서, 벡터 k의 크기 k는, 유전체부의 유효 유전 상수 εd(ω)와 SPP의 경로에 따른 금속의 유전 상수 εm(ω) 두 가지에 좌우된다. 각 측면 영역에서, 금속성 상부 표면(10)에 근접한 상부의 유효 유전 상수 εd(ω)는 파형 벡터 크기 k에 영향을 미치고, 그리고 따라서, 해당 영역의 SPPs 의 위상 속도에 영향을 미친다.
유사하게, SPP 변조기(16)가 상부 금속 표면(10) 상의 분극화 가능한 유전체층을 포함하는 실시예에서, SPP의 파형 벡터 절대값 k는 SPP가 전파 되는 상부 금속 표면 위쪽에 있고 그에 근접한 기판 영역의 유전 상수 값 εd(ω)에 좌우된다.
도 10 그리고 11은, SPPs가 전파하는 계면에서, 유전체 또는 금속의 유효 유전 상수 값, 즉 εd(ω) 그리고 εm(ω) 에 따라 SPPs의 분산 관계가 변하는 것을 나타낸다.
도 10은 금 표면에서의 여러 종류의 SPPs 분산 관계를 나타낸다. 구체적으로, 그래프는 금/진공 계면(빗금 표시된 회색선), 금/실리카 계면(검정선), 금/실리콘 질화물 계면(회색선)에서의 SSPs의 분산 관계를 나타낸다. 비교의 목적으로 빛에 대한 분산 관계가 점선으로 표시되어 있다. “플라즈몬 전파” 영역에서, SPP 분산 관계 값이 서로 다르다는 점에 비추어 볼 때, 같은 주파수 ω의 전파하는 SPPs는 서로 다른 크기, kc의 파형 벡터를 가질 것이라는 점이 명백하다.
도 11은 은 표면에서의 여러 종류의 SPPs 분산 관계를 나타낸다. 구체적으로, 그래프는 은/진공 계면(빗금 표시된 회색선), 은/실리카 계면(검정선), 은/실리콘 질화물 계면(회색선)에서의 SSPs의 분산 관계를 나타낸다. 비교의 목적으로 빛에 대한 분산 관계가 점선으로 표시되어 있다. “플라즈몬 전파” 영역에서, SPP 분산 관계 값이 서로 다르다는 점에 비추어 볼 때, 같은 주파수 ω로 전파하는 SPPs는 서로 다른 절대값, kc의 파형 벡터를 가질 것이라는 점 또한 명백하다.
도 10과 11은, 금속-유전체 계면의 유전체쪽 측면 상의 유효 유전 상수 값이 금속-유전체 계면을 따른 SPPs의 위상 속도에 영향을 미친다는 점을 나타낸다.
도 1 - 3에서, 공간 SPP 변조기(16)는 금속성 상부 표면(10) 위쪽의 인접 영역에서 로컬 유효 유전 상수 εd(ω)를 이용하여 SPPs의 로컬 속도를 변조한다. 공간 SPP 변조기(16)는, 예를 들어 도 4 - 9에 도시된 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28A - 28C)를 사용하여, 예를 들어 하나 이상의 유전체 블록(24) 또는 유전체층(24)의 영역을 금속성 상부 표면(10)으로부터 가깝게 그리고/또는 멀게 이동시킴으로써, 근방의 SPP에 의해 보이는 바와 같이 유효 유전 상수 εd(ω)를 로컬하게 변경한다. 예를 들어, 유전체 블록(24) 또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 영역이 금속성 상부 표면(10)쪽으로 가까이(또는 멀리) 이동하는 것은 통상 유효 유전 상수 εd(ω)를 증가(감소)시킨다. SPP 속도는 유효 유전 상수 εd(ω)에 종속하므로, SPPs 제트는 인접한 유전체 블록(24)의 위치 또는 대안적 유전체층(24)의 인접한 영역의 위치에 종속하는 로컬 속도를 갖게 된다.
공간 SPP 변조기(16)는, 개별 유전체 블록(24) 또는 대안적으로 유연한 유전층(24)의 개별 영역과 금속성의 상부 표면(10) 과의 사이의 거리 d를 통하여, 도 2와 4 - 9에서 도시된 바와 같이 SPPs의 로컬 속도를 콘트롤한다. 그러한 이유에서, 공간 SPP 변조기 그리고 궁극적으로 도 2의 콘트롤 시스템(6)은 SPPs 제트의 파면 형태를 콘트롤 할 수 있다. 예를 들어, 유전체 블록(24)의 1D 배열 또는 유연한 유전체층(24)의 영역은 SPPs 제트의 파면을 수렴 렌즈, 발산 렌즈, 거울 또는 프리즘이 광빔의 파면을 변경하는 것과 같은 방법으로 변경하도록 구성될 수 있다. SPP 수렴 렌즈의 구성에 있어서, 콘트롤 시스템(6)은, 상부 금속 표면(10)과 유전체 블록(24)(또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 분리된 영역)의 바닥 사이의 거리 d가 정성적으로 도 12와 13에 도시된 것과 같은 거리 프로파일을 가질 수 있도록 공간 SPP 변조기(16)을 세팅한다. SPP 발산 렌즈의 구성에 있어서, 콘트롤 시스템 (6)은, 상부 금속 표면(10)과 유전체 블록(24)(또는 대안적으로 유연한 유전체층 (24)의 분리된 영역)의 바닥 사이의 거리 d가 정성적으로 도 12와 13에 도시된 것과 같은 프로파일을 가질 수 있도록 공간 SPP 변조기(16)을 세팅한다. 즉, 위로 볼록한 거리 프로파일 및 위로 오목한 거리 프로파일 중 하나가 수렴 SPP 렌즈를 생성하고 그리고 다른 하나는 발산 SPP 렌즈를 생성한다. SPP 포커싱 타입과 거리 d의 프로파일 타입(예를 들어 위로 볼록 또는 위로 오목)간의 구체적인 대응은 위에서 설명된 SPP 분산 관계로부터 알 수 있다. SPP 거울 또는 프리즘의 구성에 있어서, 콘트롤 시스템(6)은, 상부 금속 표면(10)과 유전체 블록(24)(또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 공통되지 않은 영역)의 바닥 사이의 거리 d가 정성적으로 도 14에 도시된 것과 같은 거리 프로파일을 가질 수 있도록 공간 SPP 변조기(16)를 세팅한다. 다시 말하면, 비스듬한 라인의 프로파일, 즉 오른쪽 아래로 내려가거나 왼쪽 아래로 내려가는 형태의 프로파일은 SPPs의 입사 제트를 금속 표면(10)을 따른 입사 전파 방향에 대하여 왼쪽 또는 오른쪽으로 회전 시키는데 사용될 수 있다. 회전 각도 값은 프로파일을 정의하는 기울어진 라인의 방향에 따라 다르고, SPP 분산 관계로부터 결정될 수 있다.
SPP 변조기(16)의 다른 구성은, 예를 들어 비스듬한 프로파일을 하나 이상의 위로 볼록한 프로파일과 위로 오목한 프로파일 중 하나 이상과 결합하여, SPPs의 입사 제트를 동시에 리디렉션(redirection) 및 리포커싱(refocusing) 할 수 있다.
나아가, 어떤 실시예에서는, 공간 SPP 변조기(16)의 콘트롤 시스템(6)은, 유전체 블록(24) 또는 대안적으로 유전체층(24)의 영역을 하나의 구성에서 다른 구성으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어 콘트롤 시스템(6)은, 거리 프로파일을 도 12 또는 13의 프로파일로 조절함에 따라 공간 SPP 변조기(16)가 수렴 SPP 렌즈 또는 발산 SPP렌즈 어느 쪽으로도 기능할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 이유에서, SPP 변조기의 상기 실시예는, 유전체 블록(24) 또는 유전체층(24)의 해당 영역의 측면 치수가 금속성 상부 표면(10)을 따라 전파되는 SPPs 입사 제트의 폭과 비교하여 좁다는 전제하에서, 포커싱과 디포커싱 사이를 스위칭하도록 동작할 수 있다. 상기 실시예에서, 유전체 블록(24)는 통상적으로, 광학 SPP 커플러(14)에 의하여 생성되며 금속성 상부 표면(10)을 따라 전파되는 SPPs 입사 제트의 폭과 비교하여 좁은 측면 치수를 갖는데, 예를 들어 SPP 제트의 파장보다 좁은 폭을 갖는다. 사실, 유전체 블록(24)의 측면 치수는 5 마이크로미터 이하, 2 마이크로미터 이하, 1 마이크로미터 이하, 심지어는 0.5 마이크로미터 이하의 값을 갖는다.
어떤 실시예에서는, 콘트롤 시스템(6)은 상부 금속 표면(10) 위쪽의 인접 영역에서의 유효 유전 상수의 또 다른 공간적 프로파일을 생성할 수 있다. 콘트롤 시스템(6)은, 심지어 SPP 변조기(16)의 인접 요소(elements)의 분리된 그룹, 예를 들어 인접한 유전체 블록 24의 분리된 그룹들을 로칼 오퍼레이팅 유닛(LOU)으로 조작하여, 이를 조절하는 방법으로 SPP 제트 파면의 위상 그리고 진폭을 공간적으로 대략 변조할 수 있다. 그러면, 하나의 LOU의 요소들에 의해 처리된 파면의 측면 부분들은 간섭을 일으켜 파면의 해당 부분의 로컬 진폭(amplitude) 그리고 위상 변조를 일으킨다. 상기 LOU는, 미국 특허 출원 11/448,390[출원일 2006. 6. 6., 출원인 거쉬 블럼버그(Girsh Blumberg)]에 기재된 재구성 가능한 거울 어레이에서 거울의 LOU가 동작하는 방식과 유사하게 동작할 수 있다. 이 미국 특허 출원은 본 명세서에 전체로서 인용된다.
도 15는 도 3의 콘트롤 시스템(6)에 의해 SPPs 제트를 사용하여, 예를 들어 도 1, 2의 장치(8)를 동작시키는 방법(60)을 도시하고 있다.
방법(60)은 금속성 상부 표면(단계 62)을 따라 SPP 제트를 생성하는 것을 포함한다. 예를 들어, SPP 제트는 광학 SPP 커플러(14)에 의하여 도 1 - 2에 도시된 바와 같이 금속성 상부 표면(10) 위에서 광학적으로 생성될 수 있다.
방법(60)은 생성된 SPP 제트의 파면의 형상을 변경하는 방법으로 파면을 공간 변조하는 것을 포함한다(단계 64). 공간 변조 단계(62)는 SPP 제트의 각 파면의 어떤부분이 같은 파면의 다른 부분에 비하여 상대적으로 위상 또는 전파 속도를 감소시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 상기 상대 속도의 차이는, 금속성 상부 표면 (10)으로부터 서로 다른 거리에 떨어져 있는, 도 1 - 3에 도시된 공간 SPP 변조기의 유전체 블록(24) 또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 영역의 바닥면의 서로 다른 위치에서 기인할 수 있다.
어떤 실시예에서, 단계 64는 유전체 블록(24) 또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 서로 다른 영역을, 거리 d의 공간 프로파일이 도 12에 도시된 바와 같은 위로 오목한 형태, 또는 도 13에 도시된 바와 같은 위로 볼록한 형태, 또는 다른 형태의 프로파일이 되도록 위치 설정하는 것을 포함한다. 결과 프로파일의 형태는 SPP 제트를 포커싱하거나 또는 디포커싱 하는 것일 수 있다. 일부 실시예는 SPP 제트와 관련한 전자기계의 밀도를 높이기 위하여 상기 포커싱을 생성할 수 있다.
어떤 실시예에서, 단계 64는, 표면에서 효과적으로 SPP 제트를 반사시킬 수 있도록 유전체 블록(24)의 위치 또는 대안적으로 유연한 유전체층(24)의 서로 다른 영역의 위치를 결정하는 것을 포함한다.
방법(60)은, 단계 64(단계 66)에서 생성된 공간 변조된 SPP 제트 파면의 하나 이상의 부분을 검출하는 것을 포함한다. 검출 단계는, 앞에서 언급된 도 1 - 2의 SPP 검출기(들)(18)의 공간 변조된 파면의 하나 이상의 부분으로부터 방사된 빛을 검출하는 단계를 포함한다. 빛은 금속성의 상부 표면(10)의 변형된 측면부(25)로부터 방사될 수도 있는데, 변형된 측면부는 예를 들어 도 1 - 2에서 도시된 것과 같은 변형부(20)의 규칙적인 어레이를 포함한다.
어떤 실시예에서, 방법(60)은, 예를 들어 개별 유전체 블록(24) 또는 대안적인 유연한 유전체층(24)의 개별적인 영역의 금속성 상부 표면(10)으로부터의 거리 d에 대한 상이한 공간 프로파일에 대해, 단계 64와 66를 반복 하는 것을 포함한다. 상기 실시예에서, 유전체 블록(24) 또는 유연한 유전체층(24)의 영역은, 예를 들어 도 4 - 9의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터(28A - 28C)와 같은 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터에 의하여 위치 설정될 수 있다.
본 발명은 발명의 상세한 설명, 도면, 청구항을 보았을 때, 이 분야 기술자에게 자명한 다른 실시예를 포함한다.

Claims (10)

  1. 금속성 표면을 갖는 기판과,
    상기 금속성 표면상에서 상이한 방향으로 전파하는 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polaritons)을 광학적으로 생성하는 구조물과,
    상기 금속성 표면과 대면하는 표면을 갖는 유전체 물체를 포함하되,
    상기 유전체 물체는 상기 플라즈몬 폴라리톤의 파면(wavefront)의 측면을 따라 유전 상수의 공간 프로파일을 변경시키기 위해, 상기 금속성 표면 근방에서 상기 금속성 표면을 따르는 서로 다른 위치의 어레이에서의 유전 상수 값을 개별적으로 조절하도록 제어가능하며,
    상기 구조물은 상기 금속성 표면을 따라 변형부의 규칙적인 어레이를 포함하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 물체는, 상기 금속성 표면과 대면하는 유전체층과, 상기 유전체층을 따라 위치되는 자기 또는 전기 콘트롤러를 포함하되,
    상기 자기 또는 전기 콘트롤러 각각은, 상기 공간 프로파일을 변경하기 위해 상기 유전체층의 인접한 부분의 유전 상수를 변화시킬 수 있는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터의 어레이를 더 포함하고,
    상기 유전체 물체는 가요성 유전체층 또는 유전체 블록의 어레이를 포함하고, 각 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터는, 상기 가요성 유전체층의 대응하는 부분 또는 상기 유전체 블록의 어레이 중 대응하는 하나의 유전체 블록의 상기 금속성 표면으로부터의 거리를 변경시킬 수 있는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유전체 물체는 상기 구조물에 의하여 생성된 표면 플라즈몬 폴라리톤의 제트(jet)의 파면을 따르는 복수의 위치에서 유효 유전 상수 값을 조절하도록 동작될 수 있는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터의 어레이를 더 포함하고,
    상기 유전체 물체는 유전체 블록의 어레이를 포함하고, 각 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터는, 상기 유전체 블록의 어레이 중 대응하는 하나의 유전체 블록의 상기 금속성 표면으로부터의 거리를 변형시킬 수 있는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 장치.
  7. 금속성 표면상에 표면 플라즈몬 폴라리톤의 제트를 생성하는 단계와,
    파면의 형상을 변경시키는 방식으로 상기 생성된 제트의 파면을 공간 변조하는 단계를 포함하되,
    상기 변조 단계는 각 파면의 제 1 부분의 전파 속도를 각 파면의 제 2 부분의 전파 속도에 비해 감소시키는 단계를 포함하고,
    상기 변조 단계는, 유전체 블록들 또는 유전체층의 부분들을 상기 금속성 표면에서 가까워지거나 멀어지게 이동시키도록 복수의 마이크로일렉트로메카니칼 시스템 액츄에이터를 동작시키는 단계를 포함하는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 동작시키는 단계는, 상기 유전체 블록들 또는 유전체층의 부분들을 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 유전체층의 부분 각각 또는 상기 유전체 블록 각각은 표면 및 파면을 따른 폭을 가지며, 상기 폭은 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 제트의 표면 플라즈몬 폴라리톤의 파장보다 작은
    표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제트의 공간 변조된 파면의 일부분에 의해 방사된 광을 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 광은 상기 금속성 표면에 따르는 변형부의 규칙적인 어레이로부터 방사되는
    표면 플라즈몬 폴라리톤 변조 방법.
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