KR102181093B1 - Fluorescence amplifier device by long-range surface plasmon - Google Patents

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Abstract

장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치는 광 도파로의 일 면을 형성하기 위해 구비되는 제 1금속층; 상기 제 1금속층과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되며, 상기 광 도파로로 사용되는 제 1유전체; 상기 제 1유전체의 타 면과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되며, 상기 광 도파로의 타 면을 형성하기 위해 구비되는 제 2금속층; 상기 제 2금속층의 타 면과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되는 제 2유전체; 및 상기 제 2금속층과 상기 제 2유전체 사이에 형성되며, 상기 제 2금속층에 접착되어 형성되며, 입사광을 흡수한 후 형광을 방출하는 형광층;을 포함하여 형성되는 표면 플라즈몬 증폭부;를 이용하여 표면 플라즈몬 현상을 발생시켜 상기 형광을 증폭한다.A fluorescence amplification device using long-range surface plasmons is provided. Fluorescence amplification device using long-distance surface plasmon according to an embodiment of the present invention comprises: a first metal layer provided to form one surface of an optical waveguide; A first dielectric formed by being stacked so as to contact the first metal layer and used as the optical waveguide; A second metal layer formed by being stacked so as to contact the other surface of the first dielectric material and provided to form the other surface of the optical waveguide; A second dielectric formed by stacking the second metal layer so that the other surface and one surface of the second metal layer are in contact with each other; And a fluorescent layer formed between the second metal layer and the second dielectric, bonded to the second metal layer, and emitting fluorescence after absorbing incident light. Using a surface plasmon amplification unit including: The fluorescence is amplified by generating surface plasmon.

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Figure 112019045330054-pat00002

Description

장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치{Fluorescence amplifier device by long-range surface plasmon}Fluorescence amplifier device by long-range surface plasmon}

본 발명은 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치에 관한 것으로, 특히, 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 형광물질에서 발생하는 형광을 증폭하는 형광 증폭 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a fluorescence amplification device using a long-range surface plasmon, and more particularly, to a fluorescence amplification device that amplifies fluorescence generated from a fluorescent material using surface plasmon resonance.

현재, 형광은 의료 진단 검사, 바이오 물질의 표지(label), 형광관과 같은 광원, 이미징(imaging), 반도체 등 무기/유기물성의 연구, 우주선(cosmic ray) 검출, 광물학, 환경 감시 등 다양한 분야에서 응용되고 있다.Currently, fluorescence is in various fields such as medical diagnostic tests, biomaterial labels, light sources such as fluorescent tubes, imaging, research on inorganic/organic properties such as semiconductors, cosmic ray detection, mineralogy, environmental monitoring, etc. It is being applied in.

그러나, 이러한 다양한 분야에서 응용되는 일반적인 형광기법은 주로 자외선(UV)이나 파장이 짧은 가시광선 영역의 청색광 계열을 여기(excitation) 광원으로 사용하기 때문에 슬라이드 글라스, 물 또는 기타 유/무기 물질 등에서 원치 않게 자가형광(autofluorescence)이 발생할 수 있으며, 이러한 자가형광은 형광의 신호 대 잡음 비율(signal-to-noise ratio)를 악화시키는 문제점이 존재한다.However, since the general fluorescence technique applied in these various fields mainly uses ultraviolet (UV) or blue light series in the visible light region with a short wavelength as an excitation light source, it is undesirable in slide glass, water, or other organic/inorganic materials. Autofluorescence may occur, and such autofluorescence has a problem of deteriorating the signal-to-noise ratio of fluorescence.

또, 여기된 형광분자 사이의 상호작용으로 인해서 발생하는 광표백(photo-blenching) 효과로 인하여 형광 염료를 높은 농도로 사용하거나 강한 여기 광원을 사용하는 경우 형광 분자가 광화학적으로 불안정하여 광분해(photo-degradation)하게 되는 문제점도 존재한다.In addition, when a fluorescent dye is used at a high concentration or a strong excitation light source is used due to the photo-blenching effect caused by the interaction between the excited fluorescent molecules, the fluorescent molecules are photochemically unstable and photo-degradable. There is also a problem of degradation).

또한, 형광분자에서 사방으로 발산하는 형광 신호를 광학 수집기(높은 수차를 갖는 대물렌즈 또는 비구면 렌즈)를 이용하여 채집하는데, 일반적인 경우 약 1%의 낮은 채집 효율을 가지므로, 혈액을 이용한 다채널 분석 등의 미량의 타겟 물질을 검출해야 하는 경우, 광전 증폭관(PMT, PhotoMultiplier Tube)등과 같이 검출 신호 증폭 기술을 갖춘 고가의 광전자 검출기를 사용하여야 하는 문제점이 존재한다.In addition, fluorescence signals emanating from fluorescent molecules in all directions are collected using an optical collector (a high-aberration objective or aspherical lens). In general, since the collection efficiency is low of about 1%, multi-channel analysis using blood When it is necessary to detect a small amount of target material such as a photoelectric amplification tube (PMT, PhotoMultiplier Tube), there is a problem of using an expensive photoelectric detector equipped with a detection signal amplification technology.

한국공개특허 제10-2009-0064917호Korean Patent Publication No. 10-2009-0064917

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 형광 신호를 증폭함으로써 높은 감도를 가지며 형광을 측정할 수 있는 장거리 표면 플라즈몬 효과를 이용한 형광 증폭 장치를 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an embodiment of the present invention provides a fluorescence amplification device using a long-range surface plasmon effect capable of measuring fluorescence with high sensitivity by amplifying a fluorescence signal using a surface plasmon effect. I want to provide.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치가 제공된다. 상기 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치는, 광 도파로의 일 면을 형성하기 위해 구비되는 제 1금속층; 상기 제 1금속층과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되며, 상기 광 도파로로 사용되는 제 1유전체; 상기 제 1유전체의 타 면과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되며, 상기 광 도파로의 타 면을 형성하기 위해 구비되는 제 2금속층; 상기 제 2금속층의 타 면과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되는 제 2유전체; 및 상기 제 2금속층과 상기 제 2유전체 사이에 형성되며, 상기 제 2금속층에 접착되어 형성되며, 입사광을 흡수한 후 형광을 방출하는 형광층;을 포함하여 형성되는 표면 플라즈몬 증폭부;를 이용하여 표면 플라즈몬 현상을 발생시켜 상기 형광을 증폭한다.According to an aspect of the present invention for solving the above problems, there is provided a fluorescence amplification device using a long-range surface plasmon. The fluorescence amplification device using the long-distance surface plasmon includes: a first metal layer provided to form one surface of an optical waveguide; A first dielectric formed by being stacked so as to contact the first metal layer and used as the optical waveguide; A second metal layer formed by being stacked so as to contact the other surface of the first dielectric material and provided to form the other surface of the optical waveguide; A second dielectric formed by stacking the second metal layer so that the other surface and one surface of the second metal layer are in contact with each other; And a fluorescent layer formed between the second metal layer and the second dielectric, bonded to the second metal layer, and emitting fluorescence after absorbing incident light. Using a surface plasmon amplification unit including: The fluorescence is amplified by generating surface plasmon.

상기 제 1금속층은 은 또는 금으로 형성될 수 있다.The first metal layer may be formed of silver or gold.

상기 제 1유전체는, 상기 제 2유전체와 유사한 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있다.The first dielectric may be formed of a material having a refractive index similar to that of the second dielectric.

상기 제 1유전체는 굴절률이 1.30 내지 1.38인 물질로 형성될 수 있다.The first dielectric may be formed of a material having a refractive index of 1.30 to 1.38.

상기 제 1유전체는 테플론으로 형성될 수 있다.The first dielectric may be formed of Teflon.

상기 제 2금속층은, 상기 표면 플라즈몬을 투과시키기 위해 15nm이하의 두께로 형성될 수 있다.The second metal layer may be formed to have a thickness of 15 nm or less in order to transmit the surface plasmon.

상기 제 2금속층은, 금으로 형성될 수 있다.The second metal layer may be formed of gold.

상기 제 2유전체의 타 면을 통해 상기 입사광을 전달받고, 상기 제 1금속층을 통해 상기 형광을 방출할 수 있다.The incident light may be transmitted through the other surface of the second dielectric, and the fluorescence may be emitted through the first metal layer.

상기 제 1금속층의 타 면에 프리즘의 빗면이 접하도록 형성되며, 상기 프리즘의 다른 두 면 중 일 면을 통해 상기 입사광을 전달받고, 나머지 한 면을 통해 상기 형광을 방출할 수 있다.The first metal layer is formed such that the inclined surface of the prism is in contact with the other surface of the prism, and the incident light is transmitted through one of the other two surfaces of the prism, and the fluorescence may be emitted through the other surface.

상기 입사광은, 상기 표면 플라즈몬 증폭부에서 상기 표면 플라즈몬 현상으로 증폭되어 상기 형광층에 포함되는 형광 물질을 여기시킬 수 있다.The incident light may be amplified by the surface plasmon phenomenon in the surface plasmon amplification unit to excite a fluorescent material included in the fluorescent layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치는 형광 물질에서 발생하는 형광을 증폭시켜 측정 센서가 종래보다 많은 양의 형광을 측정하도록 할 수 있는 효과가 있다.The fluorescence amplification device using long-distance surface plasmons according to an embodiment of the present invention amplifies fluorescence generated from a fluorescent material so that a measurement sensor can measure a larger amount of fluorescence than before.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치는, 반사형 또는 투과형으로 제작되어 사용자의 니즈에 따라 선택적으로 사용될 수 있는 효과가 있다.In addition, the fluorescence amplification device using long-distance surface plasmons according to an embodiment of the present invention is manufactured in a reflective type or a transmissive type, and thus can be selectively used according to the needs of users.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치는 반사형 장치의 경우 형광 물질에 입사하는 입사광의 증폭도 동시에 수행함으로써 형광 물질에서 발생하는 형광의 증폭을 더욱 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the fluorescence amplification device using a long-distance surface plasmon according to an embodiment of the present invention can further increase the amplification of fluorescence generated from the fluorescent material by simultaneously amplifying incident light incident on the fluorescent material in the case of a reflective device. It works.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치는, 포토 블리칭이 감소하여 형광 분자가 안정화되는 효과가 있다.In addition, the fluorescence amplification apparatus using long-distance surface plasmons according to an embodiment of the present invention has an effect of stabilizing fluorescent molecules by reducing photo bleaching.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치는, 자가 발광 노이즈가 금속 필름에 의해 차단되어 측정 노이즈가 감소하는 효과가 있다.In addition, the fluorescence amplification device using long-distance surface plasmon according to an embodiment of the present invention has an effect of reducing measurement noise by blocking self-luminous noise by a metal film.

도 1은 종래의 표면 플라즈몬을 이용하는 형광 증폭 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치 중 (a) 투과형 및 (b) 반사형의 형태를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치의 광 도파로에서 소산 및 진행하는 파의 형태를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치와 종래의 다른 형광 증폭 장치의 효율을 비교하기 위한 실험에 사용한 장치들 중 표면 플라즈몬 증폭부가 각각 (a) 금속층이 1층만 존재하는 장치 (b) 제 1금속층에 제 2금속층을 도핑한 장치, (c) 유전체의 상부에 금속층을 도핑한 장치 및 (d) 본 발명의 실시예에 따른 형광 증폭 장치의 표면 플라즈몬 증폭부를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치와 다른 구조의 형광 증폭 장치들에서 (a) 498nm 및 (b) 525nm의 파장을 가지는 입사광을 사용하는 경우 금속 표면과의 거리에 따른 전계 강도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치와 다른 구조의 형광 증폭 장치들에서 (a) 498nm 및 (b) 525nm의 파장을 가지는 입사광을 사용하는 경우 입사각에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
1 is a diagram showing the configuration of a conventional fluorescent amplifying device using surface plasmon.
2 is a diagram showing (a) a transmission type and (b) a reflection type of a fluorescent amplifying apparatus using a long-range surface plasmon according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the shape of waves dissipating and traveling in an optical waveguide of a fluorescent amplifying apparatus using long-distance surface plasmons according to an embodiment of the present invention.
4 is a surface plasmon amplification unit among devices used in an experiment to compare the efficiency of a fluorescent amplifying device using a long-range surface plasmon according to an embodiment of the present invention and another conventional fluorescent amplifying device, respectively (a) Only one metal layer exists. (B) a device in which the first metal layer is doped with a second metal layer, (c) a device in which a metal layer is doped on the dielectric, and (d) a surface plasmon amplification unit of the fluorescent amplification device according to an embodiment of the present invention. to be.
5 is a distance from a metal surface when incident light having a wavelength of (a) 498 nm and (b) 525 nm is used in the fluorescent amplifying device using a long-range surface plasmon and the fluorescent amplifying devices having different structures according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the electric field strength according to.
6 illustrates reflectance according to an incident angle when incident light having a wavelength of (a) 498 nm and (b) 525 nm is used in a fluorescence amplifying apparatus using a long-distance surface plasmon according to an exemplary embodiment of the present invention and a fluorescent amplifying apparatus having a different structure. This is the graph shown.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

도 1은 종래의 표면 플라즈몬을 이용하는 형광 증폭 장치(100)의 구성을 간단히 나타낸 도이다.1 is a diagram showing a simplified configuration of a conventional fluorescent amplifying device 100 using surface plasmon.

표면 플라즈몬을 이용하는 형광 증폭 장치(100)에서는 표면 플라즈몬의 품질 팩터인 Q-factor(Quality-factor)가 중요한 키팩터로 활용된다. Q-팩터의 값이 좋을수록, 형광 분자가 존재하는 금속 박막에서의 표면 플라즈몬의 소산파(evanescent field)의 세기가 증가하고, 이로 인해 형광 신호를 증폭시킬 수 있다.In the fluorescence amplification device 100 using surface plasmon, a Q-factor (Quality-factor), which is a quality factor of surface plasmon, is used as an important key factor. As the value of the Q-factor increases, the intensity of the evanescent field of the surface plasmon in the metal thin film in which the fluorescent molecules are present increases, thereby amplifying the fluorescent signal.

이러한 Q 팩터를 높일 수 있는 구조인 LRSPR가 도 1에 도시되고 있으며, 이러한 구조는 많은 논문을 통해 발표된 기술이기 때문에 간단하게 설명하도록 한다.LRSPR, which is a structure capable of increasing the Q factor, is shown in FIG. 1, and since this structure is a technique published through many papers, it will be briefly described.

도 1을 참고하면, 종래의 표면 플라즈몬을 이용하는 형광 증폭 장치(100)는 광원(110)에서 입사광(A)을 방출하고, 입사광(A)을 프리즘 등 굴절율 K 값이 높은 매질을 이용하여 제 1굴절광(B)으로 변환한다. 변환된 제 1굴절광(B)은, 표면 플라즈몬 변환부(120)의 최상단에 형성된 형광 물질(123)에 전달되기 위해 표면 플라즈몬 광의 형태로 이동되며 표면 플라즈몬 효과를 통해 증폭광(C)으로 변환된다.Referring to FIG. 1, a conventional fluorescent amplifying apparatus 100 using surface plasmon emits incident light A from a light source 110, and uses a medium having a high refractive index K value such as a prism. It converts to refracted light (B). The converted first refracted light (B) is moved in the form of surface plasmon light to be transmitted to the fluorescent material 123 formed at the top of the surface plasmon conversion unit 120 and is converted into amplified light (C) through the surface plasmon effect. do.

이후, 증폭광(C)을 이용하여 형광 물질(123)에서 생성된 형광(D)은 다시 표면 플라즈몬 변환부(120)의 내부를 통과하여 프리즘(130)으로 전달되어 굴절된 제 2굴절광(E)의 형태로 변화된다. 마지막으로, 제 2굴절광(E)은, 프리즘(130)을 벗어나며 방출광(F)으로 변환되어 형광 측정부(150)에 입사함으로써 종래의 표면 플라즈몬을 이용하는 형광 증폭 장치(100)가 표면 플라즈몬을 이용하여 입사 광을 증폭시키고, 형광 물질(123)은 증폭광(C)을 이용하여 증폭된 형광(D)을 생성함으로써 보다 높은 출력의 형광을 측정할 수 있는 효과가 있다.Thereafter, the fluorescence D generated by the fluorescent material 123 using the amplified light C passes through the inside of the surface plasmon conversion unit 120 again, is transmitted to the prism 130, and is refracted by the second refracted light ( It is changed to the form of E). Finally, the second refractive light E leaves the prism 130 and is converted into emission light F and enters the fluorescence measurement unit 150 so that the fluorescence amplification device 100 using the conventional surface plasmon is The incident light is amplified by using, and the fluorescent material 123 generates fluorescence D amplified by using the amplified light C, so that the fluorescence of higher output can be measured.

여기서, 표면 플라즈몬 변환부(120)는 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 제 1굴절광(B)을 증폭광(C)으로 변환시키기 위해서 유전체(121), 금속층(122) 및 형광물질(123)의 순서로 적층되도록 형성된다.Here, the surface plasmon conversion unit 120 uses the surface plasmon effect to convert the first refractive light (B) into amplified light (C) in order of the dielectric 121, the metal layer 122, and the fluorescent material 123. Is formed to be stacked.

이때, 유전체(121) 방향에서 빛이 입사하면, 일정한 조건을 만족하는 경우 유전체(121)와 접하지 않은 금속층(122)의 타 면에서 표면 플라즈몬 공명이 발생하며, 이를 이용하여 금속층(122)의 타 면에 도핑된 형광 물질(123)이 형광을 발광하는 구조 장거리 표면 플라즈몬 공명을 이용하는 방법은 종래에 널리 알려져 당업자들이 충분히 이해하고 있는 과정이기 때문에 편의상 설명을 생략하도록 한다.At this time, when light is incident in the direction of the dielectric 121, when certain conditions are satisfied, surface plasmon resonance occurs on the other side of the metal layer 122 that is not in contact with the dielectric 121, and by using this Structure in which the fluorescent material 123 doped on the other side emits fluorescence A method of using long-distance surface plasmon resonance is widely known in the art and is a process sufficiently understood by those skilled in the art, and thus, a description thereof will be omitted for convenience.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치 중 (a) 투과형 및 (b) 반사형의 형태를 나타낸 도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치의 광 도파로에서 소산 및 진행하는 파의 형태를 나타낸 도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치와 종래의 다른 형광 증폭 장치의 효율을 비교하기 위한 실험에 사용한 장치들 중 표면 플라즈몬 증폭부가 각각 (a) 금속층이 1층만 존재하는 장치 (b) 제 1금속층에 제 2금속층을 도핑한 장치, (c) 유전체의 상부에 금속층을 도핑한 장치 및 (d) 본 발명의 실시예에 따른 형광 증폭 장치의 표면 플라즈몬 증폭부를 나타낸 도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치와 다른 구조의 형광 증폭 장치들에서 (a) 498nm 및 (b) 525nm의 파장을 가지는 입사광을 사용하는 경우 금속 표면과의 거리에 따른 전계 강도를 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치와 다른 구조의 형광 증폭 장치들에서 (a) 498nm 및 (b) 525nm의 파장을 가지는 입사광을 사용하는 경우 입사각에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.2 is a diagram showing the forms of (a) transmission type and (b) reflection type among the fluorescent amplification devices using long-range surface plasmons according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the long-range surface plasmons according to an embodiment of the present invention. A diagram showing the shape of waves dissipating and propagating in the optical waveguide of the used fluorescent amplifying device, and FIG. 4 is a comparison of the efficiency of a fluorescent amplifying device using a long-range surface plasmon according to an embodiment of the present invention and another conventional fluorescent amplifying device. Among the devices used in the experiment for the experiment, each of the surface plasmon amplification units (a) a device in which only one metal layer exists (b) a device in which the first metal layer is doped with a second metal layer, (c) a device in which a metal layer is doped on the top of the dielectric, and (D) a diagram showing a surface plasmon amplification unit of a fluorescent amplifying device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing a fluorescent amplifying device having a structure different from that of the fluorescent amplifying device using a long-range surface plasmon according to an embodiment of the present invention ( a) is a graph showing the electric field intensity according to the distance to the metal surface when incident light having a wavelength of 498 nm and (b) 525 nm is used, and FIG. 6 is a fluorescence amplifying apparatus using a long-range surface plasmon according to an embodiment of the present invention. In the case of using incident light having wavelengths of (a) 498 nm and (b) 525 nm in fluorescent amplifying devices of different structures, this is a graph showing the reflectance according to the incident angle.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a fluorescence amplifying apparatus using a long-range surface plasmon according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치(220)는, 광원부(210)로부터 빛을 전달받아 내포하는 형광층(224)에서 형광을 발광하고, 발광한 형광을 센서(240) 방향으로 방출하도록 형성된다.Referring to FIG. 2, the fluorescence amplifying device 220 using long-range surface plasmon according to an embodiment of the present invention receives light from the light source unit 210 and emits fluorescence in the containing phosphor layer 224 and emits light. It is formed to emit one fluorescence toward the sensor 240.

장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치(220)는 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 반사형(200a) 또는 투과형(200b)으로 형성될 수 있다.The fluorescence amplification device 220 using long-distance surface plasmon may be formed in a reflective type 200a or a transmissive type 200b as shown in FIGS. 2A and 2B.

도 2a는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 반사형 형광 증폭 장치(200a)를 나타낸 도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 반사형 형광 증폭 장치(200a)는 광원부(210), 표면 플라즈몬 변환부(220), 프리즘(230), 렌즈부(240) 및 센서부(250)를 포함하도록 형성된다.2A is a diagram showing a reflective fluorescent amplifying apparatus 200a using long-range surface plasmons. The reflective fluorescent amplifying apparatus 200a using long-range surface plasmons according to an embodiment of the present invention includes a light source unit 210, a surface plasmon conversion unit 220, a prism 230, a lens unit 240, and a sensor unit 250. ) Is formed to include.

이하에서는, 도 1의 종래의 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치(100)와 본 발명에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치(200a)의 차이나는 구성에 대해서만 설명하도록 한다.Hereinafter, only the difference between the conventional fluorescent amplifying device 100 using surface plasmon of FIG. 1 and the fluorescent amplifying device 200a using long-range surface plasmon according to the present invention will be described.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치(200a)는 표면 플라즈몬 변화부(220)가 제 1금속층(221), 제 1유전체(222), 제 2금속층(223), 형광 물질(224) 및 제 2유전체(225)로 형성된다.Referring to FIG. 2A, in the fluorescence amplification apparatus 200a using long-distance surface plasmon according to an embodiment of the present invention, the surface plasmon change portion 220 includes a first metal layer 221, a first dielectric 222, and a second dielectric. It is formed of a metal layer 223, a fluorescent material 224, and a second dielectric 225.

제 1금속층(221)은, 표면 플라즈몬 변화부(220)의 가장 하부에 형성되며, 일 예로 반사형 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치(200a)를 구성하는 경우, 프리즘(230)과 일 면이 접하도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 제 1금속층(221)은 프리즘(230)을 통과하는 제 1굴절광(B)을 전달 받을 수 있다. 이때, 제 1금속층(221)은 일 예로 은(Ag) 또는 금(Au)으로 형성될 수 있다.The first metal layer 221 is formed at the bottom of the surface plasmon change unit 220. For example, when configuring the fluorescence amplification device 200a using a reflective long-distance surface plasmon, the prism 230 and one side are It can be formed to contact. Through this, the first metal layer 221 may receive the first refractive light B passing through the prism 230. In this case, the first metal layer 221 may be formed of silver (Ag) or gold (Au), for example.

제 1유전체(222)는, 제 1금속층(221)의 상부에 적층되어 형성된다. 제 1유전체(222)는, 제 1금속층(221)과 후술되는 제 2금속층(223)을 이용하여 하나의 광 도파로와 같은 효과를 나타내도록 형성될 수 있다. 이때, 제 1유전체(222)는 광 도파로와 같은 효과를 나타낼 뿐 아니라 표면 플라즈몬을 생성하기 위해 후술되는 제 2유전체(225)와 유사한 굴절율을 가지도록 형성될 수 있으며, 특히 1.3 내지 1.38의 굴절율을 가지는 물질로 형성될 수 있으며, 이러한 물질 중 하나인 테플론으로 형성될 수 있다.The first dielectric 222 is formed by being stacked on the first metal layer 221. The first dielectric 222 may be formed to exhibit the same effect as one optical waveguide by using the first metal layer 221 and the second metal layer 223 to be described later. At this time, the first dielectric 222 may be formed to have a refractive index similar to that of the second dielectric 225 to be described later to generate surface plasmon as well as exhibit the same effect as the optical waveguide, and in particular, have a refractive index of 1.3 to 1.38. The branch may be formed of a material, and may be formed of one of these materials, Teflon.

제 2금속층(223)은, 제 1유전체(222)의 상부에 적층되어 형성된다. 제 2금속층(223)은, 제 1유전체(222)의 내부에서 광이 진행할 수 있도록 제 1유전체(222)를 광 도파로로 형성하기 위한 벽면 역할을 수행하도록 형성될 수 있다. 이때, 제 2금속층(223)은 표면 플라즈몬의 효과적인 전달을 위하여 15nm이하의 두께로 형성될 수 있으며, 특히 그 물질이 금(Au)으로 형성될 수 있다.The second metal layer 223 is formed by being stacked on the first dielectric 222. The second metal layer 223 may be formed to serve as a wall surface for forming the first dielectric 222 as an optical waveguide so that light can proceed inside the first dielectric 222. At this time, the second metal layer 223 may be formed to have a thickness of 15 nm or less for effective transmission of surface plasmons, and in particular, the material may be formed of gold (Au).

형광 물질(224)은, 제 2금속층(223)의 일 면에 접착되도록 형성된다. 이때, 형광 물질(224)은 바람직하게는 제 1유전체(222)와 제 2금속층(223)이 접하는 면이 아닌 제 2금속층(223)의 상부면에 접착되어 형성될 수 있다.The fluorescent material 224 is formed to be adhered to one surface of the second metal layer 223. In this case, the fluorescent material 224 may be formed by being adhered to an upper surface of the second metal layer 223, not a surface where the first dielectric 222 and the second metal layer 223 contact each other.

제 2유전체(225)는, 형광 물질(224)의 상부에, 다시 말해 제 2금속층(223)의 상부에 적층되도록 형성된다. 제 2유전체(225)는, 제 2금속층(223)의 상부에 적층되어 제 2금속층(223)과 제 2유전체(225) 사이에 형광 물질(224) 층이 형성되도록 구비될 수 있다. 이때, 제 2유전체(225)는 일 예로 1.33의 굴절율을 가지는 물로 형성될 수 있다.The second dielectric 225 is formed to be stacked on the fluorescent material 224, that is, on the second metal layer 223. The second dielectric 225 may be stacked on the second metal layer 223 to form a layer of the fluorescent material 224 between the second metal layer 223 and the second dielectric 225. In this case, the second dielectric 225 may be formed of water having a refractive index of 1.33, for example.

도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 반사형 형광 증폭 장치(200a)는, 광원(210)에서 입사광(A)이 생성되면, 프리즘(230)을 이용하여 입사광(A)을 제 1굴절광(B)으로 변환하고, 변환된 제 1굴절광(B)을 표면 플라즈몬 변환부(220)를 이용하여 증폭하여 증폭광(C)을 생성하고, 생성된 증폭광(C)을 흡수한 형광 물질(224)이 형광(D)을 방출하도록 형성된다. 이후, 형광 물질(224)이 방출한 형광(D)은 표면 플라즈몬 변환부(220)를 통과하여 프리즘(230)으로 이동하면서 제 2굴절광(E)으로 변화하며, 프리즘(230)을 벗어나 방출광(F)으로써 센서(250)에 입사할 수 있다.In the reflective fluorescent amplifying apparatus 200a using long-distance surface plasmon according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A, when incident light A is generated from the light source 210, the incident light ( A) is converted into first refracted light (B), and the converted first refracted light (B) is amplified using the surface plasmon conversion unit 220 to generate amplified light C, and the generated amplified light ( The fluorescent material 224 absorbing C) is formed to emit fluorescence (D). Thereafter, the fluorescence (D) emitted by the fluorescent material 224 passes through the surface plasmon conversion unit 220 and moves to the prism 230 and changes to the second refractive light E, and is emitted outside the prism 230. Light F may enter the sensor 250.

여기서, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 변환부(220)는, 제 1금속층(221) 및 제 2금속층(223)을 경계로 하는 제 1유전체(222)를 광 도파로로 사용한다.Here, referring to FIG. 3, the surface plasmon conversion unit 220 according to an embodiment of the present invention optically converts the first dielectric 222 having the first metal layer 221 and the second metal layer 223 as a boundary. Used as a waveguide.

제 1유전체(222)는 제 1금속층(221)을 통해 생성된 표면 플라즈몬 공명(SPR)이 1 내지 3과 같이 진행하도록 형성된다. 이때, 제 1유전체(222)의 특성과 일치하지 않는 SPR은 경계면에서 몇번의 반사가 진행 된 뒤 소산된다.The first dielectric 222 is formed so that the surface plasmon resonance (SPR) generated through the first metal layer 221 proceeds as shown in 1 to 3. In this case, the SPR that does not match the characteristics of the first dielectric 222 is dissipated after several reflections at the interface.

즉, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 변환부(220)에서는, 실선으로 표시된 SPR 1이 제 1유전체(222)의 특성을 만족하여 다수의 반사를 수행하더라도 소산되지 않으며, SPR 2 및 SPR3은 반사 각도 등의 특성이 제 1유전체(222)와 일치하지 않기 때문에 몇번의 반사 후 사라지게 된다.That is, referring to FIG. 3, in the surface plasmon conversion unit 220 according to an embodiment of the present invention, SPR 1 indicated by a solid line satisfies the characteristics of the first dielectric 222 and is not dissipated even when a plurality of reflections are performed. In addition, SPR2 and SPR3 disappear after several reflections because the characteristics such as reflection angle do not match with the first dielectric 222.

이러한 현상을 통해 제 1금속층(221)을 통해 형성되는 표면 플라즈몬은, 광 도파로로 형성되는 제 1유전체(222)를 통해 세기가 증폭될 수 있다. 이후, 증폭된 표면 플라즈몬은 증폭광(C)으로 제 2금속층(223)의 양 면에서 표면 플라즈몬을 다시 발생시킬 수 있다.Through this phenomenon, the intensity of surface plasmon formed through the first metal layer 221 may be amplified through the first dielectric 222 formed as an optical waveguide. Thereafter, the amplified surface plasmon may generate surface plasmon again on both surfaces of the second metal layer 223 as amplified light C.

이때, 발생한 두 표면 플라즈몬은 서로 반대 위상의 파장을 가지는 경우 안정화 상태로 인식되며, 양자역학으로 인한 커플링 효과 및 증폭 효과가 발생하여 형광 물질(224)에 더욱 증폭된 표면 플라즈몬을 제공함으로써 최종적으로 표면 플라즈몬의 Q-팩터의 순도가 증가하고, 이로 인해 형광 물질(224)의 여기 값이 증가하는 효과가 나타날 수 있다.At this time, when the generated two surface plasmons have wavelengths of opposite phases to each other, they are recognized as a stabilized state, and a coupling effect and amplification effect due to quantum mechanics are generated, thereby providing a further amplified surface plasmon to the fluorescent material 224. The purity of the Q-factor of the surface plasmon increases, and thus the excitation value of the fluorescent material 224 may increase.

즉, 본 발명의 일 실시예에서는 광 도파로를 이용하여 종래의 장치보다 세기가 증폭된 표면 플라즈몬을 생성함으로써, 표면 플라즈몬이 종래보다 장거리로 형성되고, 이로 인해 형광 물질(224)에 도달하는 세기 역시 증가하는 구성을 가질 수 있다.That is, in an embodiment of the present invention, by generating surface plasmons having an amplified intensity compared to conventional devices using an optical waveguide, the surface plasmons are formed at a longer distance than the conventional device, and thus the intensity reaching the fluorescent material 224 is also It can have an increasing configuration.

한편, 여기된 형광 물질(224)이 형광(D)을 방출하며 원래 상태로 돌아오는 과정에서 발생하는 형광(D) 역시 제 1유전체(222)를 광 도파로로 하는 표면 플라즈몬 증폭 방법을 이용하여 양자역학으로 인한 커플링 효과 및 증폭 효과가 발생하여 증폭되게 됨으로써, 보다 높은 순도 및 에너지를 흡수한 형광 물질(224)이 보다 높은 순도의 형광(D)을 방출하고, 이로 인해 센서부(250)에서의 형광 채집 효율이 증가할 뿐 아니라 추가적인 검출 신호 증폭기술을 갖춘 기기가 요구되지 않으며, 채집 과정에서 함께 채집될 수 있는 노이즈를 보다 쉽게 제거할 수 있는 효과가 존재한다.Meanwhile, the excited fluorescent material 224 emits fluorescence (D) and the fluorescence (D) generated in the process of returning to the original state is also quantum by using a surface plasmon amplification method using the first dielectric 222 as an optical waveguide. Since the coupling effect and the amplification effect due to the dynamics are generated and amplified, the fluorescent material 224 that has absorbed higher purity and energy emits fluorescence D of higher purity, and thus, in the sensor unit 250 In addition to increasing the fluorescence collection efficiency of, an additional detection signal amplification technique is not required, and noise that may be collected together in the collection process is more easily removed.

한편, 도 2b에는 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 투과형 형광 증폭 장치(200b)가 도시되고 있다. 이러한 투과형 형광 증폭 장치(200b)는 개념적으로는 반사형 형광 증폭 장치(200a)와 유사하며, 차이점으로는 광원(210)의 위치 및 프리즘(230)의 유무가 존재한다.Meanwhile, FIG. 2B shows a transmission type fluorescence amplifying apparatus 200b using a long-distance surface plasmon according to an embodiment of the present invention. The transmission type fluorescence amplification device 200b is conceptually similar to the reflection type fluorescence amplification device 200a, and differences include the location of the light source 210 and the presence or absence of the prism 230.

즉, 본 발명의 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치(200a 및 200b)는, 사용자의 필요 또는 광원(210)의 조건에 따라 프리즘(230)을 표면 플라즈몬 증폭부(220)의 하부에 접착하여 반사형(200a)으로 구성 및 사용 될 수도 있으며, 프리즘(230)을 제외하고 제 2유전체(225)의 상부에 구비되는 광원(210)에서 발생하는 입사광(A)을 이용하여 형광(D)을 생성하고, 센서부(250)에서 방출광(F)을 수신하는 형태인 투과형(200b)으로 구성 및 사용 될 수도 있다.That is, the fluorescence amplification devices 200a and 200b using long-distance surface plasmons of the present invention reflect the prism 230 by attaching the prism 230 to the lower portion of the surface plasmon amplification unit 220 according to the needs of the user or the condition of the light source 210 It may be configured and used as a type 200a, and generates fluorescence D using incident light A generated from the light source 210 provided on the second dielectric 225 except for the prism 230 In addition, the sensor unit 250 may be configured and used as a transmissive type 200b that receives the emitted light F.

또, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 사용자는, 필요에 따라 렌즈부(240)를 추가함으로써 방출광(F)을 센서부(250)에서 보다 용이하게 수신하도록 그 구성을 변경할 수도 있다.In addition, as shown in FIGS. 2A and 2B, the user may change the configuration so that the sensor unit 250 receives the emitted light F more easily by adding the lens unit 240 as necessary.

한편, 도 4 내지 도 6에는 본 발명의 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치 중 반사형 형광 증폭 장치(200a)를 이용하여 기존의 형광 증폭 장치와의 효율을 비교하는 실험 결과가 도시되고 있다.On the other hand, Figures 4 to 6 show experimental results comparing the efficiency with the conventional fluorescent amplifying device using the reflective fluorescent amplifying device 200a among the fluorescent amplifying devices using long-distance surface plasmons of the present invention.

본 실험에서는, 입사광으로 498nm 및 525nm를 사용하였으며, 형광 물질로는 알렉사(alexa)를 사용하였다. 또, 제 1금속층으로는 은(Ag), 제 1유전체로는 테플론(Teflon), 제 2금속층으로는 금(Au)을 사용하였으며, 제 2유전체로는 물을 이용하였다.In this experiment, 498 nm and 525 nm were used as incident light, and alexa was used as a fluorescent material. In addition, silver (Ag) was used as the first metal layer, Teflon was used as the first dielectric, gold (Au) was used as the second metal layer, and water was used as the second dielectric material.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치와 종래의 다른 형광 증폭 장치의 효율을 비교하기 위한 실험에 사용한 장치들 중 표면 플라즈몬 증폭부가 각각 (a) 금속층이 1층만 존재하는 장치 (b) 제 1금속층에 제 2금속층을 도핑한 장치, (c) 유전체의 상부에 금속층을 도핑한 장치 및 (d) 본 발명의 실시예에 따른 형광 증폭 장치의 표면 플라즈몬 증폭부를 나타낸 도이다.4 is a surface plasmon amplification unit among devices used in an experiment to compare the efficiency of a fluorescent amplifying device using a long-range surface plasmon according to an embodiment of the present invention and another conventional fluorescent amplifying device, respectively (a) Only one metal layer exists. (B) a device in which the first metal layer is doped with a second metal layer, (c) a device in which a metal layer is doped on the dielectric, and (d) a surface plasmon amplification unit of the fluorescent amplification device according to an embodiment of the present invention. to be.

도 4를 살펴보면, 본 실험에서 사용되는 구성은 기본적인 반사형 형광 증폭장치이며, 비교를 위해 (a) 금속층이 1층만 존재하는 장치, (b) 제 1금속층의 상부에 제 2금속층을 도핑한 장치, (c) 유전체의 상부에 금속층을 도핑한 장치 및 (d) 본 발명의 실시예에 따른 반사형 형광 증폭 장치에서 서로 다른 구성인 표면 플라즈몬 증폭부만 각각 추출하여 도시한 도이다.Referring to Figure 4, the configuration used in this experiment is a basic reflective fluorescent amplifying device, for comparison, (a) a device in which only one metal layer exists, and (b) a device in which a second metal layer is doped on top of the first metal layer. , (c) a device doped with a metal layer on an upper portion of the dielectric, and (d) a view showing only the surface plasmon amplification units having different configurations in the reflective fluorescent amplifying device according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 5 및 도 6의 실험에서는 본 발명의 일 실시예를 포함한 4개의 장치를 통해 수행한 실험 결과를 그래프를 이용하여 도시 및 설명함으로써, 본 발명으로 형성되는 형광 증폭 장치(200a, 200b)가 종래의 장치들보다 우수한 결과물을 제공하는 것을 확인하도록 한다.Hereinafter, in the experiments of Figs. 5 and 6, the results of experiments performed by four devices including an embodiment of the present invention are shown and described using graphs, so that the fluorescence amplifying devices 200a and 200b formed by the present invention Let us confirm that it provides better results than conventional devices.

도 5a 및 5b의 실험 결과 데이터를 살펴보면, 먼저 범례는 위쪽부터 순서대로 각각 도 4a, 4b, 4c 및 4d의 구조를 의미한다.Looking at the experimental result data of FIGS. 5A and 5B, first, the legend indicates the structures of FIGS. 4A, 4B, 4C and 4D in order from the top.

도 5a는 입사광의 파장이 498nm인 경우, 금속 표면과의 거리에 따른 전계 강도의 크기를 나타내고, 도 5b는 입사광의 파장이 525nm인 경우, 금속 표면과의 거리에 따른 전계 강도의 크기를 나타낸다. 그래프를 살펴보면, 파장의 길이와 상관 없이 도 4d, 4c, 4b 및 4a의 순서대로 금속 표면과 동일한 거리인 경우 전계 강도가 큰 것으로 관측되었다. 이는 다시 말해 금속 표면으로부터 동일한 거리에서 전계 강도를 측정하는 경우, 종래의 3가지 장치보다 본 발명에 따른 반사형 형광 증폭 장치를 이용하는 경우 전계 강도가 가장 크게 측정될 수 있으며, 이는 다른 3가지 종래 장치보다 본 발명에 따른 형광 증폭 장치의 증폭 효율이 높다는 것으로 해석된다.5A shows the magnitude of the electric field intensity according to the distance from the metal surface when the wavelength of the incident light is 498 nm, and FIG. 5B shows the magnitude of the electric field strength according to the distance from the metal surface when the incident light wavelength is 525 nm. Looking at the graph, it was observed that the electric field intensity was large at the same distance as the metal surface in the order of FIGS. 4D, 4C, 4B and 4A regardless of the length of the wavelength. In other words, when the electric field strength is measured at the same distance from the metal surface, the electric field strength can be measured the largest when the reflective fluorescent amplifying device according to the present invention is used than the conventional three devices, which is the other three conventional devices. It is interpreted that the amplification efficiency of the fluorescent amplifying device according to the present invention is higher.

한편 도 6a는 입사광의 파장이 498nm인 경우 입사각에 따른 반사율을 나타낸 도이고, 도 6b는 입사광의 파장이 525nm인 경우 입사각에 따른 반사율을 나타낸 도이다.Meanwhile, FIG. 6A is a diagram showing reflectance according to an incident angle when the wavelength of incident light is 498 nm, and FIG. 6B is a diagram illustrating reflectance according to an incident angle when the incident light wavelength is 525 nm.

도 6a 및 도 6b를 살펴보면, 도 4a 장치를 사용하는 경우, 파장의 역피크(골)의 너비가 가장 넓게 나타나며, 도 4d인 본 발명의 형광 증폭 장치를 사용하는 경우 역피크(골)의 너비가 가장 좁게 나타나는 것을 확인할 수 있다.6A and 6B, when the device of FIG. 4A is used, the width of the inverse peak (valley) of the wavelength is the widest, and when the fluorescent amplification device of the present invention shown in FIG. 4D is used, the width of the reverse peak (valley) You can see that is the narrowest.

이때, 입사각에 따른 반사율의 변화가 급격하게 나타날 수록, 다시 말해 반사율이 급격하게 감소하는 입사각의 범위가 좁을 수록 상술된 표면 플라즈몬의 Q-팩터가 증가하기 때문에 종래의 나머지 3개 장치보다 높은 효율로 형광 증폭을 수행할 수 있는 것을 확인할 수 있다.At this time, as the change in reflectance according to the incident angle appears sharply, that is, the narrower the range of the incident angle in which the reflectance decreases sharply, the higher the efficiency than the remaining three conventional devices because the Q-factor of the above-described surface plasmon increases. It can be seen that fluorescence amplification can be performed.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although an embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiment presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same idea. It will be possible to easily propose other embodiments by changing, deleting, adding, etc., but it will be said that this is also within the scope of the present invention.

100 : 종래의 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치
110, 210 : 광원 120, 220 : 표면 플라즈몬 증폭부
121 : 유전체 122 : 금속층
123,224 : 형광 물질 130, 230 : 프리즘
140, 240 : 렌즈부 150, 250 : 센서부
200a : 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 반사형 형광 증폭 장치
200b : 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 투과형 형광 증폭 장치
221 : 제 1금속층 222 : 제 1유전체
223 : 제 2금속층 225 : 제 2유전체
100: Fluorescence amplification device using conventional surface plasmon
110, 210: light source 120, 220: surface plasmon amplification unit
121: dielectric 122: metal layer
123,224: fluorescent material 130, 230: prism
140, 240: lens unit 150, 250: sensor unit
200a: Reflective fluorescence amplification device using long-distance surface plasmon
200b: Transmission type fluorescence amplification device using long-range surface plasmon
221: first metal layer 222: first dielectric
223: second metal layer 225: second dielectric

Claims (10)

광 도파로의 일 면을 형성하기 위해 구비되는 제 1금속층;
상기 제 1금속층과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되며, 상기 광 도파로로 사용되는 제 1유전체;
상기 제 1유전체의 타 면과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되며, 상기 광 도파로의 타 면을 형성하기 위해 구비되는 제 2금속층;
상기 제 2금속층의 타 면과 일 면이 맞닿도록 적층되어 형성되는 제 2유전체; 및
상기 제 2금속층과 상기 제 2유전체 사이에 형성되며, 상기 제 2금속층에 접착되어 형성되며, 입사광을 흡수한 후 형광을 방출하는 형광층;을 포함하여 형성되는 표면 플라즈몬 증폭부;를 이용하여 표면 플라즈몬 현상을 발생시켜 상기 형광을 증폭하고,
상기 제 1유전체는 상기 제 1금속층 및 제 2금속층 사이에서 광도파로로 사용되며, 상기 제 1금속층을 통하여 형성되는 표면 플라즈몬 및 상기 제 2금속층을 통하여 형성되는 표면 플라즈몬의 세기를 증폭하는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
A first metal layer provided to form one surface of the optical waveguide;
A first dielectric formed by being stacked so as to contact the first metal layer and used as the optical waveguide;
A second metal layer formed by being stacked so as to contact the other surface of the first dielectric material and provided to form the other surface of the optical waveguide;
A second dielectric formed by stacking the second metal layer so that the other surface and one surface of the second metal layer are in contact with each other; And
A surface plasmon amplification unit including; a fluorescent layer formed between the second metal layer and the second dielectric, bonded to the second metal layer, and emitting fluorescence after absorbing incident light. Generating a plasmon phenomenon to amplify the fluorescence,
The first dielectric is used as an optical waveguide between the first metal layer and the second metal layer, and a long-range surface plasmon that amplifies the intensity of surface plasmon formed through the first metal layer and the surface plasmon formed through the second metal layer. Fluorescence amplification device using.
제 1항에 있어서,
상기 제 1금속층은 은 또는 금으로 형성되는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 1,
The first metal layer is a fluorescent amplifying device using a long-range surface plasmon formed of silver or gold.
제 2항에 있어서,
상기 제 1유전체는, 상기 제 2유전체와 유사한 굴절률을 가지는 물질로 형성되는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 2,
The first dielectric is a fluorescent amplification device using a long-range surface plasmon formed of a material having a refractive index similar to that of the second dielectric.
제 3항에 있어서,
상기 제 1유전체는 굴절률이 1.30 내지 1.38인 물질로 형성되는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 3,
The first dielectric is a fluorescent amplifying device using a long-range surface plasmon formed of a material having a refractive index of 1.30 to 1.38.
제 4항에 있어서,
상기 제 1유전체는 테플론으로 형성되는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 4,
The first dielectric is a fluorescent amplification device using long-range surface plasmon formed of Teflon.
제 3항에 있어서,
상기 제 2금속층은, 상기 표면 플라즈몬을 투과시키기 위해 15nm이하의 두께로 형성되는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 3,
The second metal layer is a fluorescent amplification device using a long-distance surface plasmon formed to a thickness of 15 nm or less to transmit the surface plasmon.
제 6항에 있어서,
상기 제 2금속층은, 금으로 형성되는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 6,
The second metal layer is a fluorescent amplifying device using long-distance surface plasmon formed of gold.
제 3항에 있어서,
상기 제 2유전체의 타 면을 통해 상기 입사광을 전달받고, 상기 제 1금속층을 통해 상기 형광을 방출하는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 3,
Fluorescence amplification device using long-distance surface plasmon for receiving the incident light through the other surface of the second dielectric and emitting the fluorescence through the first metal layer.
제 3항에 있어서,
상기 제 1금속층의 타 면에 프리즘의 빗면이 접하도록 형성되며, 상기 프리즘의 다른 두 면 중 일 면을 통해 상기 입사광을 전달받고, 나머지 한 면을 통해 상기 형광을 방출하는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 3,
Fluorescence using long-distance surface plasmon that is formed so that the inclined surface of the prism is in contact with the other surface of the first metal layer, receives the incident light through one of the other two surfaces of the prism, and emits the fluorescence through the other surface Amplification device.
제 9항에 있어서,
상기 입사광은, 상기 표면 플라즈몬 증폭부에서 상기 표면 플라즈몬 현상으로 증폭되어 상기 형광층에 포함되는 형광 물질을 여기시키는 장거리 표면 플라즈몬을 이용한 형광 증폭 장치.
The method of claim 9,
The incident light is amplified by the surface plasmon phenomenon in the surface plasmon amplification unit to excite a fluorescent material included in the fluorescent layer.
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