KR101173796B1 - Metal wire optical waveguide generation methode of gap surface plasmon using thereof - Google Patents

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안신모
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: An optical waveguide having metal wires and a generation method of gap surface plasmon using the same are provided to produce a laser having a bandwidth of more than 1 micrometers. CONSTITUTION: An optical waveguide having metal wires is composed of a dielectric layer(110) and two metal wires(120). A metal substrate is formed on the bottom of the dielectric layer to be removable when an optical mode is switched. The metal wires are formed in the dielectric layer and receive light. When the metal wires are close to each other, the metal wires are operated as a directional coupling device. The metal wires focus the received light on the gap between the metal wires.

Description

금속선 광도파로 및 상기 금속선 광도파로를 이용한 틈 표면 플라즈몬 형성 방법{METAL WIRE OPTICAL WAVEGUIDE GENERATION METHODE OF GAP SURFACE PLASMON USING THEREOF}TECHNICAL WIRE OPTICAL WAVEGUIDE GENERATION METHODE OF GAP SURFACE PLASMON USING THEREOF

본 발명의 실시예들은 본 발명은 틈 (gap) 표면 플라즈몬을 형성하기 위한 효율적인 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention are directed to an efficient method for forming gap surface plasmons.

광도파로의 매개체가 되는 금속선은 일반적으로 폭이 높이보다 넓은 형태가 되며 두 금속선이 매우 가까이에 근접해서 존재하게 되는 경우 두 금속선의 측벽과 틈 (갭-gap)을 기준으로 매우 집속된 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드가 발생이 되는 데 이를 틈 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드라 한다.The metal wires, which are the medium of the optical waveguide, are generally wider than the height, and when the two metal wires are very close to each other, the highly focused surface plasmon polar with respect to the sidewalls and gaps (gaps) of the two metal wires. Liton mode occurs, which is called gap surface plasmon polaritone mode.

이러한, 틈 표면 플라즈몬 폴라리톤은 집속도가 가장 높은 표면 플라즈몬 구조로 빛의 파장에 관계없이 수 십 nm이하의 틈에 빛을 집속시킬 수 있기 때문에 이를 응용하여 회절한계를 극복한 광학 lithography, 광학 레코딩, 비선형 광학 등에 이용할 수 있다.Since the surface plasmon polaritone has the highest focusing surface plasmon structure, it can focus light in a gap of several tens of nm or less regardless of the wavelength of light, so that it is applied to optical lithography and optical recording that overcomes the diffraction limit. And nonlinear optics.

틈 표면 플라즈몬은 형성되는 표면 플라즈몬 모드의 크기가 수 십 nm 이하이기 때문에 외부로부터 빛을 받아들일 때 마이크로 단위의 기존 광학 시스템의 수백 배 크기 차이로 인해 외부로부터의 빛이 틈 표면 플라즈몬 광모드로의 전환률이 극도로 낮다.Since the gap surface plasmons have a size of several tens of nm or less, the surface plasmons have a size of several tens of nm or less. The conversion rate is extremely low.

틈 표면 플라즈몬은 현재 시뮬레이션으로만 연구가 진행 중에 있으며, 틈 사이에 광증폭 물질을 채운뒤 외부로부터 펌핑 빛을 이용하여 빛을 틈 사이에서 형성시키는 방법이 있다. Gap surface plasmons are currently being studied by simulation only, and there is a method of filling light between the gaps by filling the optical amplification material between the gaps and using the pumping light from the outside.

틈 표면 플라즈몬 폴라리톤을 이용하기 위해서는 외부 광원으로부터 효율적으로 틈 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드를 형성하는 방법이 필요한 실정이다.In order to use the gap surface plasmon polaritone, a method of efficiently forming the gap surface plasmon polaritone mode from an external light source is required.

본 발명의 일실시예는 집속도가 높은 틈 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드를 형성하는 것을 목적으로 한다.One embodiment of the present invention aims to form a gap surface plasmon polaritone mode with a high collecting speed.

본 발명의 일실시예는 빛의 파장보다 작은 금속 틈 속으로 빛을 입사시키는 것을 목적으로 한다.One embodiment of the present invention aims to inject light into a metal gap smaller than the wavelength of light.

본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법은 유전체층 사이에 두 금속선을 배열하여 두 광도파로 형성하는 단계, 상기 두 금속선의 하부에 금속 기판을 형성하는 단계, 상기 두 광도파로에 빛을 인가하는 단계, 상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어하는 단계 및 상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속시키는 단계를 포함한다.In the gap surface plasmon forming method according to an embodiment of the present invention, forming two optical waveguides by arranging two metal wires between dielectric layers, forming a metal substrate under the two metal wires, and applying light to the two optical waveguides. And controlling the two optical waveguides to act as a directional coupler in close proximity and focusing the applied light into a gap between the two optical waveguides.

본 발명의 일측에 따르면 상기 두 광도파로로 형성하는 단계는 상기 두 금속선을 수평 또는 수직의 병렬 형태로 배열하여 상기 두 광도파로를 형성할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the forming of the two optical waveguides may include forming the two optical waveguides by arranging the two metal lines in a horizontal or vertical parallel form.

본 발명의 일측에 따르면 상기 두 광도파로는 상기 두 광도파로 및 상기 금속 기판을 형성하는 단계 이후, 나노 스트립 표면 플라즈몬(nano-strip surface plasmon) 광모드로 동작할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the two optical waveguides may operate in a nano-strip surface plasmon optical mode after forming the two optical waveguides and the metal substrate.

본 발명의 일측에 따르면 상기 두 광도파로는 상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속시키는 단계 이후, 틈 표면 플라즈몬 (gap surface plasmon) 광모드로 동작할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the two optical waveguides may operate in a gap surface plasmon optical mode after focusing the applied light into a gap between the two optical waveguides.

본 발명의 일측에 따르면 상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속된 경우, 상기 금속 기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, when the applied light is focused into a gap between the two optical waveguides, the method may further include removing the metal substrate.

본 발명의 일측에 따르면 상기 두 광도파로는 상기 집속된 빛이 방출되는 출력단의 끝이 뾰족하거나, 1차원 또는 2차원 광 결정(photonic crystal) 구조일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the two optical waveguides may have a sharp end or an one-dimensional or two-dimensional photonic crystal structure at the end of the output terminal from which the focused light is emitted.

본 발명의 일측에 따르면 상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어하는 단계는 상기 인가된 빛을 even 모드 및 odd 모드의 두 가지 빛의 형태로 존재하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the step of controlling the two optical waveguides to operate as a directional coupler may include controlling the applied light to exist in the form of two types of light, even mode and odd mode.

본 발명의 일측에 따르면 상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어하는 단계는 상기 Odd 모드의 유효 굴절률이 상기 Even 모드의 유효 굴절률보다 증가하도록 제어하여, 유효 굴절률 반전현상을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the step of controlling the two optical waveguides to operate as a directional coupler is to control the effective refractive index of the Odd mode to increase than the effective refractive index of the Even mode, generating an effective refractive index reversal phenomenon It may further include.

본 발명의 일실시예에 따른 금속선 광도파로는 광모드 전환에 따라 제거 가능한 금속 기판이 하부에 형성된 유전체층 및 상기 유전체층 사이에 형성되어 빛을 인가 받는 두 금속선을 포함하고, 상기 두 금속선을 근접시켜 방향성 결합기로 동작시켜 상기 인가된 빛이 상기 두 금속선 사이의 틈으로 집속시키고, 상기 금속 기판을 제거하여 틈 표면 플라즈몬(gap surface plasmon) 광모드를 형성한다.The metal line optical waveguide according to an embodiment of the present invention includes a dielectric layer formed at a lower portion of the metal substrate according to the optical mode switching and two metal lines formed between the dielectric layers to receive light, and the two metal wires are in close proximity to each other. Operated by a combiner, the applied light is focused into a gap between the two metal lines, and the metal substrate is removed to form a gap surface plasmon optical mode.

본 발명의 일실시예에 따르면 집속도가 매우 높은 틈 표면 플라즈몬을 형성할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to form a gap surface plasmon having a very high collecting speed.

본 발명의 일실시예에 따르면 리소그라피(optical lithography)에 적용할 경우 수 십 nm이하의 패턴을 형성할 수 있으며, 광 레코딩 분야에 사용할 경우 고가의 단파장 레이저를 대신하여 저가의 1um 이상의 파장대역을 갖는 레이저를 제작할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when applied to optical lithography, a pattern of several tens of nm or less may be formed, and when used in an optical recording field, a wavelength band having a wavelength of 1 μm or more may be substituted for an expensive short wavelength laser. Laser can be produced.

본 발명의 일실시예에 따르면 높은 광집속 현상을 이용하여 바이오 센서에 적용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention can be applied to a biosensor using a high light focusing phenomenon.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속선 광도파로의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A 절단면에 따른 금속선 광도파로의 단면도이다.
도 3은 도 1의 B 절단면을 따른 금속선 광도파로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일측에 따른 두 광도파로의 간격에 따른 유효 굴절률과 완전결합 길이(beat length)를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1의 C 절단면을 따른 금속선 광도파로를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 D 절단면을 따른 금속선 광도파로를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a plan view of a metal line optical waveguide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the metal wire optical waveguide taken along cut plane A of FIG. 1.
FIG. 3 is a view illustrating a metal line optical waveguide along cut line B of FIG. 1.
FIG. 4 is a graph illustrating an effective refractive index and a beat length according to a distance between two optical waveguides according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view illustrating a metal line optical waveguide along the cutting plane of FIG. 1.
FIG. 6 is a view illustrating a metal line optical waveguide along cut line D of FIG. 1.
7 is a flowchart illustrating a gap surface plasmon forming method according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.On the other hand, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.

본 발명의 일실시예는 집속도가 매우 높은 틈 표면 플라즈몬 폴라리톤 광모드의 형성 방법이다.One embodiment of the present invention is a method for forming a gap surface plasmon polaritone optical mode having a very high focusing speed.

본 발명의 일측에 따르면, 금속과 유전체 사이의 경계면에 형성되는 표면 플라즈몬 폴라리톤 광모드는 기존 코어-클래딩의 전반사를 매게로 진행되는 광도파로와 달리 금속 표면에 존재하는 자유전자들의 주기적인 진동을 기반으로 전자기파인 빛이 진행하므로, 회절한계를 극복하고 빛을 집속시킬 수 있다.According to one aspect of the invention, the surface plasmon polariton optical mode formed at the interface between the metal and the dielectric, unlike the optical waveguide that proceeds to the total reflection of the existing core-cladding to prevent the periodic vibration of the free electrons present on the metal surface Since light, which is an electromagnetic wave, proceeds, the diffraction limit can be overcome and the light can be focused.

본 발명의 일실시예에 따른 금속선 광도파로는 빛의 집속도가 매우 높은 틈 표면 플라즈몬 광도파로에 빛을 인가시키기 위해 나노 스트립 표면 플라즈몬 광도파로를 이용하여 틈 표면 플라즈몬 광도파로로 빛을 입사시키는 구조이다.The metal line optical waveguide according to the embodiment of the present invention has a structure in which light is incident on the gap surface plasmon optical waveguide by using the nanostrip surface plasmon optical waveguide to apply light to the gap surface plasmon optical waveguide having a very high light collecting speed. to be.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속선 광도파로의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A 절단면에 따른 금속선 광도파로의 단면도이다.1 is a plan view of a metal line optical waveguide according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the metal line optical waveguide according to the cut plane A of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 금속선 광도파로는 광모드 전환에 따라 제거 가능한 금속 기판(130)이 하부에 형성된 유전체층(110) 및 유전체층(110) 사이에 형성되어 빛(140)을 인가 받는 두 금속선(120)으로 구성된다. 1 and 2, a metal line optical waveguide according to an embodiment of the present invention is formed between a dielectric layer 110 and a dielectric layer 110 formed at a lower portion of the metal substrate 130 which is removable according to the optical mode switching. It consists of two metal wires 120 to which the light 140 is applied.

본 발명의 일실시예에 따른 금속선 광도파로는 두 금속선(120)을 근접시켜 방향성 결합기로 동작시켜 상기 인가된 빛(140)이 두 금속선(120) 사이의 틈으로 집속시키고, 금속 기판(130)을 제거하여 틈 표면 플라즈몬(gap surface plasmon) 광모드를 형성한다.The metal light waveguide according to the embodiment of the present invention moves the two metal wires 120 to operate as a directional coupler to focus the applied light 140 into a gap between the two metal wires 120, and the metal substrate 130. To form a gap surface plasmon optical mode.

본 발명의 일측에 따르면, 두 금속선(120)은 수평 또는 수직의 병렬 형태로 배열되어 두 광도파로를 형성할 수 있다.According to one side of the present invention, the two metal wires 120 may be arranged in a parallel form of horizontal or vertical to form two optical waveguides.

본 발명의 일측에 따르면, 두 광도파로(120)는 빛(140)이 두 금속선 사이의 틈으로 집속되기 전까지 나노 스트립 표면 플라즈몬(nano-strip surface plasmon) 광모드로 동작할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the two optical waveguides 120 may operate in a nano-strip surface plasmon optical mode until the light 140 is focused into a gap between the two metal lines.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일측에 따른 금속선 광도파로는 일반 표면 플라즈몬 광도파로(120) 하부에 크기가 무한인 금속 기판(130)이 존재하는 형태로 빛(140)이 두 금속면 사이에 집속될 수 있다.Referring to FIG. 2, the metal line optical waveguide according to one side of the present invention has an infinite sized metal substrate 130 under a general surface plasmon optical waveguide 120, and light 140 may be disposed between two metal surfaces. Can be focused.

도 3은 도 1의 B 절단면을 따른 금속선 광도파로를 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view illustrating a metal line optical waveguide along cut line B of FIG. 1.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일측에 따른 금속선 광도파로는 나노 스트립 표면 플라즈몬 광도파로 두 개를 병렬로 인접하게 구성할 경우, 두 광도파로(120)는 방향성 결합기로 동작하게 된다.As shown in FIG. 3, when the metal line optical waveguides according to one side of the present invention comprise two nanostrip surface plasmon optical waveguides adjacent to each other in parallel, the two optical waveguides 120 operate as directional couplers.

본 발명의 일측에 따르면, 두 광도파로(120)는 빛(140)이 두 금속선 사이의 틈으로 집속된 이후, 틈 표면 플라즈몬 (gap surface plasmon) 광모드로 동작할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the two optical waveguides 120 may operate in a gap surface plasmon optical mode after the light 140 is focused into a gap between two metal lines.

본 발명의 일측에 따르면, 두 광도파로(120)는 상기 방향성 결합기로 동작되어 상기 인가된 빛이 even 모드 및 odd 모드의 두 가지 빛의 형태로 존재할 수 있다.According to one side of the present invention, the two optical waveguides 120 are operated as the directional coupler so that the applied light can exist in the form of two types of light, even mode and odd mode.

본 발명의 일측에 따르면, 두 광도파로(120)는 방향성 결합기로 동작 시에 방향성 결합기에 존재하는 빛이 even 모드와 odd 모드 두 가지 빛의 형태로 존재할 수 있다.According to one side of the present invention, the two optical waveguides 120 may exist in the form of two types of light even mode and odd mode light present in the directional coupler when operating as a directional coupler.

본 발명의 일측에 따르면, 두 광도파로(120)는 상기 Odd 모드의 유효 굴절률이 상기 Even 모드의 유효 굴절률보다 증가하는 경우, 유효 굴절률 반전현상을 발생시켜 틈 표면 플라즈몬(gap surface plasmon) 광모드로 전환될 수 있다.According to one aspect of the present invention, when the effective refractive index of the Odd mode increases than the effective refractive index of the Even mode, the two optical waveguides 120 generate an effective refractive index reversal phenomenon to a gap surface plasmon optical mode. Can be switched.

예를 들어, 두 광도파로(120) 사이의 거리가 좁아지게 되는 경우 even 모드의 유효 굴절률은 크게 변동이 없으며, odd 모드의 유효 굴절률은 급격히 증가하는 특성을 보이며, 특정 거리에서는 even, odd 두 모드의 유효굴절률이 같아지며 그 이하가 될 경우에는 유효굴절률 반전현상이 발생할 수 있다.For example, when the distance between the two optical waveguides 120 becomes narrow, the effective refractive index of the even mode is not significantly changed, and the effective refractive index of the odd mode is rapidly increased, and at a specific distance, even and odd two modes If the effective refractive index is equal to or less than, the effective refractive index reversal may occur.

도 4는 본 발명의 일측에 따른 두 광도파로의 간격에 따른 유효 굴절률과 완전결합 길이(beat length)를 도시한 그래프이다.FIG. 4 is a graph illustrating an effective refractive index and a beat length according to a distance between two optical waveguides according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일측에 따른 금속선 광도파로는 두 광도파로(120)의 간격이 0.55um 지점에서 even 모드와 odd 모드의 유효 굴절률이 같아지며, 그 이하가 될 경우 굴절률이 반전될 수 있다.Referring to FIG. 4, the metal line optical waveguide according to one side of the present invention has an effective refractive index equal to that of the even mode and the odd mode at a distance of 0.55 μm between the two optical waveguides 120, and when it is less than or equal to, the refractive index is reversed. Can be.

도 5는 도 1의 C 절단면을 따른 금속선 광도파로를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a view illustrating a metal line optical waveguide along the cutting plane of FIG. 1.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일측에 따른 금속선 광도파로는 유효 굴절률 반전현상에 의하여 빛(510)이 방향성 결합기로 구성된 좌우 두 금속선(120) 사이로 집결될 수 있다.Referring to FIG. 5, the metal line optical waveguide according to one embodiment of the present invention may collect light 510 between two left and right metal lines 120 formed of a directional coupler by an effective refractive index reversal phenomenon.

본 발명의 일측에 따른 금속선 광도파로는 좌우의 금속선(120)으로 구성된 구조에 빛(510)이 집속되는 구조를 형성함으로써, 틈 표면 플라즈몬 형태로 전환될 수 있다.The metal line optical waveguide according to one side of the present invention may be converted into a gap surface plasmon form by forming a structure in which light 510 is focused on a structure composed of left and right metal lines 120.

도 6은 도 1의 D 절단면을 따른 금속선 광도파로를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a view illustrating a metal line optical waveguide along cut line D of FIG. 1.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일측에 따른 금속선 광도파로는 틈 표면 플라즈몬을 형성하게 되면, 금속 기판(130)을 제거하여 완전한 틈 표면 플라즈몬 광도파로로서 동작할 수 있다.Referring to FIG. 6, when the metal line optical waveguide according to one side of the present invention forms a gap surface plasmon, the metal substrate 130 may be removed to operate as a complete gap surface plasmon optical waveguide.

본 발명의 일측에 따르면, 두 광도파로(120)는 집속된 빛(610)이 방출되는 출력단의 끝이 뾰족하거나, 1차원 또는 2차원 광 결정(photonic crystal) 구조일 수 있다.According to one side of the present invention, the two optical waveguides 120 may have a pointed end of the output terminal from which the focused light 610 is emitted or may be a one-dimensional or two-dimensional photonic crystal structure.

상기와 같이, 본 발명의 일측에 따른 금속선 광도파로의 출력단 형태를 끝이 뾰족하거나, 1차원 또는 2차원 광 결정(photonic crystal) 구조화 함으로써, 집속된 틈 표면 플라즈몬 모드의 광도파로와 빛이 전파될 자유공간 사이의 높은 유효 굴절률 차이로 인해 빛이 자유공간으로 전파하지 못하고 금속 주변에 머물게 되는 현상을 완화할 수 있다.As described above, the shape of the output end of the metal optical waveguide according to one side of the present invention is pointed, or by structuring a one-dimensional or two-dimensional photonic crystal, the optical waveguide of the focused gap surface plasmon mode to propagate light The high effective refractive index difference between the free spaces can alleviate the phenomenon that light does not propagate into the free space and stays around the metal.

아래에서는 본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬을 형성하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of forming a gap surface plasmon according to an embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a gap surface plasmon forming method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법에 따라 유전체층 사이에 두 금속선을 배열하여 두 광도파로 형성한다(710).Referring to FIG. 7, according to a method of forming a gap surface plasmon according to an embodiment of the present invention, two optical waves are formed by arranging two metal lines between dielectric layers (710).

본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법에 따라 상기 두 금속선의 하부에 금속 기판을 형성한다(720).In operation 720, a metal substrate is formed below the two metal wires according to the method for forming the gap surface plasmon according to the embodiment of the present invention.

본 발명의 일측에 따른 상기 두 광도파로는 상기 두 광도파로 및 상기 금속 기판을 형성하는 단계 이후, 나노 스트립 표면 플라즈몬(nano-strip surface plasmon) 광모드로 동작할 수 있다.The two optical waveguides according to one aspect of the present invention may operate in a nano-strip surface plasmon optical mode after forming the two optical waveguides and the metal substrate.

본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법에 따라 상기 두 광도파로에 빛을 인가한다(730).In operation 730, light is applied to the two optical waveguides according to the method for forming the gap surface plasmon according to the embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법에 따라 상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어한다(740).According to a method of forming a gap surface plasmon according to an embodiment of the present invention, the two optical waveguides are controlled to operate as a directional coupler (740).

본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법에 따라 상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속시킨다(750).According to the method for forming a gap surface plasmon according to an embodiment of the present invention, the applied light is focused to a gap between the two optical waveguides (750).

본 발명의 일측에 따른 상기 두 광도파로는 상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속시키는 단계 이후, 틈 표면 플라즈몬 (gap surface plasmon) 광모드로 동작할 수 있다.The two optical waveguides according to one aspect of the present invention may operate in a gap surface plasmon optical mode after concentrating the applied light into a gap between the two optical waveguides.

본 발명의 일실시예에 따른 틈 표면 플라즈몬 형성 방법에 따라 상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속된 경우, 상기 금속 기판을 제거한다(760).When the applied light is focused into a gap between the two optical waveguides according to the method for forming a gap surface plasmon according to an embodiment of the present invention, the metal substrate is removed (760).

본 발명의 일측에 따르면, 상기 인가된 빛을 even 모드 및 odd 모드의 두 가지 빛의 형태로 존재하도록 제어함으로써, 상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어할 수 있다.According to one side of the present invention, by controlling the applied light to exist in the form of two types of light, even mode and odd mode, it is possible to control the two optical waveguides to operate as a directional coupler.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 Odd 모드의 유효 굴절률이 상기 Even 모드의 유효 굴절률보다 증가하도록 제어하여 유효 굴절률 반전현상을 발생시킴으로써, 상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어할 수 있다.According to one aspect of the present invention, by controlling the effective refractive index of the Odd mode to increase than the effective refractive index of the Even mode to generate an effective refractive index reversal, it is possible to control the two optical waveguides to operate as a directional coupler.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

110: 유전체층
120: 금속선
130: 금속 기판
140: 빛110: dielectric layer
120: metal wire
130: metal substrate
140: light

Claims (15)

유전체층 사이에 두 금속선을 배열하여 두 광도파로 형성하는 단계;
상기 두 금속선의 하부에 금속 기판을 형성하는 단계;
상기 두 광도파로에 빛을 인가하는 단계;
상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어하는 단계; 및
상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속시키는 단계
를 포함하는 틈 표면 플라즈몬 형성 방법.Arranging two metal lines between the dielectric layers to form two optical waveguides;
Forming a metal substrate under the two metal lines;
Applying light to the two optical waveguides;
Controlling the two optical waveguides in proximity to operate as a directional coupler; And
Focusing the applied light into a gap between the two optical waveguides
The gap surface plasmon forming method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 두 광도파로로 형성하는 단계는,
상기 두 금속선을 수평 또는 수직의 병렬 형태로 배열하여 상기 두 광도파로를 형성하는 것을 특징으로 하는 틈 표면 플라즈몬 형성 방법.The method of claim 1,
Forming the two optical waveguides,
Forming the two optical waveguides by arranging the two metal lines in a horizontal or vertical parallel form. 제1항에 있어서,
상기 두 광도파로는,
상기 두 광도파로 및 상기 금속 기판을 형성하는 단계 이후,
나노 스트립 표면 플라즈몬(nano-strip surface plasmon) 광모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 틈 표면 플라즈몬 형성 방법.The method of claim 1,
The two optical waveguides,
After forming the two optical waveguides and the metal substrate,
A method for forming a gap surface plasmon, characterized in that it operates in a nano-strip surface plasmon optical mode. 제1항에 있어서,
상기 두 광도파로는,
상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속시키는 단계 이후,
틈 표면 플라즈몬 (gap surface plasmon) 광모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 틈 표면 플라즈몬 형성 방법.The method of claim 1,
The two optical waveguides,
After focusing the applied light into a gap between the two optical waveguides,
A gap surface plasmon formation method, characterized by operating in a gap surface plasmon optical mode. 제1항에 있어서,
상기 인가된 빛이 상기 두 광도파로 사이의 틈으로 집속된 경우, 상기 금속 기판을 제거하는 단계
를 더 포함하는 틈 표면 플라즈몬 형성 방법.The method of claim 1,
Removing the metal substrate when the applied light is focused into a gap between the two optical waveguides
The gap surface plasmon forming method further comprising a. 제1항에 있어서,
상기 두 광도파로는,
상기 집속된 빛이 방출되는 출력단의 끝이 뾰족하거나, 1차원 또는 2차원 광 결정(photonic crystal) 구조인 것을 특징으로 하는 틈 표면 플라즈몬 형성 방법.The method of claim 1,
The two optical waveguides,
The end surface of the output light emitting the focused light point, or a one-dimensional or two-dimensional photonic crystal structure, characterized in that the gap surface plasmon forming method. 제1항에 있어서,
상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어하는 단계는,
상기 인가된 빛을 even 모드 및 odd 모드의 두 가지 빛의 형태로 존재하도록 제어하는 단계
를 포함하는 틈 표면 플라즈몬 형성 방법.The method of claim 1,
Proximating the two optical waveguides to operate as a directional coupler,
Controlling the applied light to exist in two forms of light, even mode and odd mode.
The gap surface plasmon forming method comprising a. 제7항에 있어서,
상기 두 광도파로를 근접시켜 방향성 결합기로 동작하도록 제어하는 단계는,
상기 Odd 모드의 유효 굴절률이 상기 Even 모드의 유효 굴절률보다 증가하도록 제어하여, 유효 굴절률 반전현상을 발생시키는 단계
를 더 포함하는 틈 표면 플라즈몬 형성 방법.The method of claim 7, wherein
Proximating the two optical waveguides to operate as a directional coupler,
Generating an effective refractive index reversal by controlling the effective refractive index of the odd mode to be greater than the effective refractive index of the even mode
The gap surface plasmon forming method further comprising a. 광모드 전환에 따라 제거 가능한 금속 기판이 하부에 형성된 유전체층; 및
상기 유전체층 사이에 형성되어 빛을 인가 받는 두 금속선;
을 포함하고,
상기 두 금속선을 근접시켜 방향성 결합기로 동작시켜 상기 인가된 빛이 상기 두 금속선 사이의 틈으로 집속시키고, 상기 금속 기판을 제거하여 틈 표면 플라즈몬(gap surface plasmon) 광모드를 형성하는 금속선 광도파로.A dielectric layer having a metal substrate removable under the optical mode switch; And
Two metal wires formed between the dielectric layers to receive light;
Including,
A metal line optical waveguide in which the two metal wires are brought into close proximity and operated as a directional coupler to focus the applied light into the gap between the two metal wires, and remove the metal substrate to form a gap surface plasmon optical mode. 제9항에 있어서,
상기 두 금속선은,
수평 또는 수직의 병렬 형태로 배열되어 두 광도파로를 형성하는 것을 특징으로 하는 금속선 광도파로.10. The method of claim 9,
The two metal wires,
A metal line optical waveguide, characterized in that arranged in a horizontal or vertical parallel form to form two optical waveguides. 제10항에 있어서,
상기 두 광도파로는,
상기 인가된 빛이 두 금속선 사이의 틈으로 집속되기 전까지 나노 스트립 표면 플라즈몬(nano-strip surface plasmon) 광모드로 동작하는 것을 특징으로 금속선 광도파로.The method of claim 10,
The two optical waveguides,
And operating in a nano-strip surface plasmon optical mode until the applied light is focused into a gap between two metal lines. 제10항에 있어서,
상기 두 광도파로는,
상기 인가된 빛이 두 금속선 사이의 틈으로 집속된 이후, 틈 표면 플라즈몬 (gap surface plasmon) 광모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 금속선 광도파로.The method of claim 10,
The two optical waveguides,
And after the applied light is focused into a gap between the two metal wires, operating in a gap surface plasmon optical mode. 제10항에 있어서,
상기 두 광도파로는,
상기 집속된 빛이 방출되는 출력단의 끝이 뾰족하거나, 1차원 또는 2차원 광 결정(photonic crystal) 구조인 것을 특징으로 금속선 광도파로.The method of claim 10,
The two optical waveguides,
An end of the output terminal from which the focused light is emitted is pointed, or a metal wire optical waveguide, characterized in that the one-dimensional or two-dimensional photonic crystal (photonic crystal) structure. 제10항에 있어서,
상기 두 광도파로는,
상기 방향성 결합기로 동작되어 상기 인가된 빛이 even 모드 및 odd 모드의 두 가지 빛의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 금속선 광도파로.The method of claim 10,
The two optical waveguides,
And the applied light is operated in the directional coupler in the form of two types of light, even mode and odd mode. 제14항에 있어서,
상기 두 광도파로는,
상기 Odd 모드의 유효 굴절률이 상기 Even 모드의 유효 굴절률보다 증가하는 경우, 유효 굴절률 반전현상을 발생시켜 틈 표면 플라즈몬(gap surface plasmon) 광모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 금속선 광도파로.The method of claim 14,
The two optical waveguides,
And when the effective refractive index of the Odd mode is higher than the effective refractive index of the Even mode, an effective refractive index reversal is generated to switch to a gap surface plasmon optical mode.
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