KR102219705B1 - Spectro-sensor and spectrometer employing the spectro-sensor - Google Patents
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Abstract
분광 센서는 공진 파장 대역이 서로 다른 복수의 나노 안테나를 구비하는 나노 안테나 어레이부; 상기 복수의 나노 안테나에서의 광을 각각 검출하는 복수의 광검출기를 구비하는 광검출기 어레이부;를 포함한다. The spectral sensor includes a nano-antenna array unit including a plurality of nano-antennas having different resonance wavelength bands; And a photodetector array unit including a plurality of photodetectors respectively detecting light from the plurality of nanoantennas.
Description
본 개시는 나노 안테나 어레이를 이용한 분광 센서 및 이를 채용한 분광기에 대한 것이다. The present disclosure relates to a spectroscopic sensor using a nano-antenna array and a spectrometer employing the same.
라만 분광법(Raman Spectroscopy)은 대상체에 조사된 여기광(excitation light)에 의해 대상체 내에서 일어나는 비탄성 산란(inelastic scattering)을 측정하여 다양한 물질에 대한 성분 분석을 할 수 있다. Raman spectroscopy (Raman Spectroscopy) can measure the inelastic scattering (inelastic scattering) occurring in the object by the excitation light irradiated to the object, it is possible to analyze components of various substances.
그러나, 이러한 비탄성 산란은 신호 세기가 매우 작아 측정이 힘든 단점이 있으며, 이를 보완하기 위해, 신호 세기를 증폭하기 위한 구성 등이 필요하여 벌키(bulky)한 광학계 구조를 갖게 된다. However, such inelastic scattering has a disadvantage that it is difficult to measure because the signal intensity is very small, and to compensate for this, a configuration for amplifying the signal intensity is required, and thus a bulky optical system structure is obtained.
최근, 이러한 분광기 구조를 소형화하고 그 성능을 향상시키기 위해 데이터 분석법, 소형화된 라만 센서를 개발하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. Recently, various studies have been conducted to develop a data analysis method and a miniaturized Raman sensor in order to miniaturize the structure of such a spectrometer and improve its performance.
본 개시는 나노 안테나 어레이를 이용한 분광 센서 및 이를 채용한 분광기를 제공하고자 한다. The present disclosure is to provide a spectroscopic sensor using a nano-antenna array and a spectrometer employing the same.
일 유형에 따르는 분광 센서는 공진 파장 대역이 서로 다른 복수의 나노 안테나를 구비하는 나노 안테나 어레이부; 상기 복수의 나노 안테나에서의 광을 각각 검출하는 복수의 광검출기를 구비하는 광검출기 어레이부;를 포함한다. A spectroscopic sensor according to one type includes a nano-antenna array unit including a plurality of nano-antennas having different resonance wavelength bands; And a photodetector array unit including a plurality of photodetectors respectively detecting light from the plurality of nanoantennas.
상기 복수의 나노 안테나 각각은 지지부; 상기 지지부 상에 배치된 복수의 플라즈모닉 나노입자;를 포함한다. Each of the plurality of nano-antennas includes a support; It includes; a plurality of plasmonic nanoparticles disposed on the support.
상기 플라즈모닉 나노입자는 전도성 물질이 양각된 형태로 이루어질 수 있다. The plasmonic nanoparticles may be formed in a form in which a conductive material is embossed.
또는, 상기 플라즈모닉 나노입자는 전도성 물질이 음각된 형태로 이루어질 수 있다. Alternatively, the plasmonic nanoparticles may be formed in a form in which a conductive material is engraved.
상기 지지부는 유전체 물질로 이루어질 수 있다. The support may be made of a dielectric material.
또는, 상기 지지부는 외부 신호에 따라 광학적 특성이 변하는 물질로 이루어질 수 있다. Alternatively, the support may be made of a material whose optical properties change according to an external signal.
상기 외부 신호는 전기 신호, 탄성파, 열, 또는 기계적 힘일 수 있다. The external signal may be an electric signal, an acoustic wave, heat, or a mechanical force.
상기 복수의 나노 안테나 각각은, 제1 유전체층과, 상기 제1유전체층보다 큰 굴절률을 가지는 제2유전체층이 제1방향을 따라 교번 적층된 적층 구조와, 상기 적층 구조를 관통하여 형성된 복수의 나노홀을 포함하는 상부 나노구조층; 제3 유전체층과, 상기 제3유전체층보다 큰 굴절률을 가지는 제4유전체층이 제1방향을 따라 교번 적층된 적층 구조와, 상기 적층 구조를 관통하여 형성된 복수의 나노홀을 포함하는 하부 나노구조층; 상기 상부 나노구조층과 하부 나노구조층 사이에 배치되고, 유전 물질로 이루어진 중간층;을 포함할 수 있다. Each of the plurality of nano-antennas includes a stacked structure in which a first dielectric layer and a second dielectric layer having a refractive index greater than that of the first dielectric layer are alternately stacked along a first direction, and a plurality of nanoholes formed through the stacked structure. An upper nanostructure layer comprising; A lower nanostructure layer including a stacked structure in which a third dielectric layer and a fourth dielectric layer having a refractive index greater than that of the third dielectric layer are alternately stacked along a first direction, and a plurality of nanoholes formed through the stacked structure; It may include; disposed between the upper nanostructure layer and the lower nanostructure layer, an intermediate layer made of a dielectric material.
상기 상부 나노구조층과 하부 나노구조층에 형성된 적층 구조의 주기는 상기 공진 파장을 λ라고 할 때, λ/2 이하일 수 있다. The period of the stacked structure formed on the upper nanostructure layer and the lower nanostructure layer may be less than or equal to λ/2 when the resonance wavelength is λ.
상기 복수의 나노홀은 상기 제1방향과 수직인 평면 상에, 소정의 규칙성을 가지며 배치될 수 있다. The plurality of nanoholes may be disposed on a plane perpendicular to the first direction with a predetermined regularity.
상기 규칙성을 나타내는 주기는, 상기 공진 파장을 λ라고 할 때, λ/3보다 작을 수 있다. The period indicating the regularity may be smaller than λ/3 when the resonance wavelength is λ.
상기 제1유전체층과 제3유전체층은 같은 물질로 이루어지고, 상기 제2유전체층과 제4유전체층은 같은 물질로 이루질 수 있다. The first dielectric layer and the third dielectric layer may be made of the same material, and the second dielectric layer and the fourth dielectric layer may be made of the same material.
상기 복수의 나노홀은 공기 또는 굴절률이 1보다 큰 유전체 물질로 채워질 수 있다. The plurality of nanoholes may be filled with air or a dielectric material having a refractive index greater than 1.
상기 상부 나노구조층에 형성된 복수의 나노홀과 상기 하부 나노구조층에 형성된 복수의 나노홀은 상기 중간층을 관통하여 서로 연결된 형태를 가질 수 있다. The plurality of nanoholes formed in the upper nanostructure layer and the plurality of nanoholes formed in the lower nanostructure layer may have a form connected to each other through the intermediate layer.
일 유형에 따르는 분광 센서 모듈은 대상체에 여기광을 조사하기 위한 광원; 상기 대상체로부터, 상기 여기광에 의한 산란광을 센싱할 수 있는 상술한 어느 하나의 분광 센서를 포함한다. A spectroscopic sensor module according to one type includes a light source for irradiating excitation light to an object; It includes any one of the aforementioned spectroscopic sensors capable of sensing the scattered light by the excitation light from the object.
상기 분광 센서는 대상체로부터 반사된 산란광을 센싱하도록 배치될 수 있다. The spectroscopic sensor may be arranged to sense the scattered light reflected from the object.
상기 분광 센서 모듈은 투광성 재질로 이루어지고, 서로 마주하는 제1면과 제2면을 가지는 베이스;를 더 포함할 수 있고, 상기 광원은, 상기 베이스의 상기 제1면에, 상기 제2면을 통해 대상체에 여기광을 조사하도록 배치될 수 있고, 상기 분광 센서는, 상기 베이스의 상기 제1면에, 상기 제2면을 통하여 입사되는 대상체로부터의 산란광을 센싱하도록 배치될 수 있다. The spectroscopic sensor module may further include a base made of a light-transmitting material and having a first surface and a second surface facing each other, wherein the light source includes the second surface on the first surface of the base. The spectroscopic sensor may be disposed to irradiate excitation light to the object through the base, and the spectroscopic sensor may be disposed to sense the scattered light from the object incident through the second surface on the first surface of the base.
상기 분광 센서 모듈은 상기 제2면에 배치되어, 상기 광원으로부터의 여기광을 대상체에 집속하고, 상기 대상체로부터의 산란광을 상기 분광 센서로 집속하는 광학 렌즈;를 더 포함할 수 있다. The spectroscopic sensor module may further include an optical lens disposed on the second surface to focus the excitation light from the light source on the object and the scattered light from the object to the spectroscopic sensor.
상기 베이스는 플렉서블 재질로 이루어질 수 있다. The base may be made of a flexible material.
상기 분광 센서 모듈은 대상체에 착용될 수 있는 형태를 가질 수 있다. The spectroscopic sensor module may have a shape that can be worn on an object.
상기 분광 센서는 대상체를 투과한 산란광을 센싱하도록 배치될 수 있다. The spectroscopic sensor may be arranged to sense the scattered light transmitted through the object.
상기 분광 센서 모듈은 귀걸이 형태로 대상체에 착용될 수 있는 형태를 가질 수 있다. The spectroscopic sensor module may have a shape that can be worn on an object in the form of an earring.
일 유형에 따른 분광기는 대상체에 여기광을 조사하기 위한 광원과, 상기 대상체로부터, 상기 여기광에 의한 산란광을 센싱할 수 있는 상술한 어느 하나의 분광 센서를 구비하는 분광 센서 모듈; 상기 분광 센서에서 센싱된 신호로부터 대상체의 물성을 분석하는 신호 처리부;를 포함한다. A spectroscope according to one type includes a spectroscopic sensor module including a light source for irradiating excitation light to an object, and any one of the aforementioned spectroscopic sensors capable of sensing scattered light by the excitation light from the object; And a signal processing unit that analyzes the physical properties of the object from the signal sensed by the spectroscopic sensor.
상기 광원은 근적외선 대역의 광을 조사할 수 있다. The light source may irradiate light in a near-infrared band.
상기 신호 처리부는 라만 분광법에 의해 대상체의 물성을 분석할 수 있다. The signal processor may analyze physical properties of the object by Raman spectroscopy.
상기 분광 센서 모듈은 대상체에 착용될 수 있게 구성될 수 있다. The spectroscopic sensor module may be configured to be worn on an object.
상기 분광기는 상기 신호 처리부에서 분석된 결과를 디스플레이하는 표시부;를 더 포함할 수 있다. The spectroscope may further include a display unit that displays a result analyzed by the signal processing unit.
상술한 분광 센서는 나노 안테나 어레이와 광검출기 어레이가 결합된 구조를 가지며, 대상체로부터의 신호를 파장별로 강하게 집중시켜 검출할 수 있다. 따라서, 상술한 분광 센서는 높은 분해능과 높은 신호대 잡음비를 가지며, 또한, 대략 수십 내지 수백 나노미터 정도의 얇은 두께로 구현될 수 있다. 따라서, 상술한 분광 센서는 착용가능하고 휴대 가능한 소형 분광기 형태로 적용되기에 적합하다.The above-described spectroscopic sensor has a structure in which a nano-antenna array and a photo-detector array are combined, and a signal from an object can be strongly concentrated and detected by wavelength. Accordingly, the above-described spectral sensor has a high resolution and a high signal-to-noise ratio, and may be implemented with a thickness of about tens to hundreds of nanometers. Therefore, the above-described spectroscopic sensor is suitable to be applied in the form of a wearable and portable compact spectrometer.
또한, 상술한 분광 센서는 광검출기 어레이를 형성하는 반도체 공정 단계에서 연속적으로 나노 안테나 어레이를 형성하는 공정이 수행될 수 있어 비교적 간소한 공정으로 제조될 수 있다. In addition, the above-described spectroscopic sensor can be manufactured in a relatively simple process since a process of continuously forming a nanoantenna array can be performed in a semiconductor process step of forming a photodetector array.
도 1은 일 실시예에 따른 분광 센서의 개략적인 구조와 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 분광 센서에 채용될 수 있는 나노 안테나의 예시적인 구조들을 보인다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 나노 안테나에 채용될 수 있는 플라즈모닉 나노 입자들의 예시적인 배치 형태들을 보인다.
도 4는 도 1의 분광 센서에 채용될 수 있는 나노 안테나의 다른 예시적인 구조를 보인다.
도 5는 도 3의 나노 안테나의 A-A'단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 4의 나노 안테나에 채용될 수 있는 나노홀의 형상, 배치의 예들을 보인다.
도 7은 도 1의 분광 센서에 채용될 수 있는 나노 안테나의 또 다른 예시적인 구조를 보인다.
도 8은 일 실시예에 따른 분광기의 개략적인 구조를 보인 블록도이다.
도 9는 도 8의 분광기에 채용될 수 있는 분광 센서 모듈의 광학적 배치의 예를 보인다.
도 10은 도 8의 분광기에 채용될 수 있는 분광 센서 모듈의 광학적 배치의 다른 예를 보인다.
도 11은 다른 실시예에 따른 분광기의 개략적인 구조를 보인다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 분광기의 개략적인 구조를 보인다. 1 is a conceptual diagram illustrating a schematic structure and operation of a spectroscopic sensor according to an exemplary embodiment.
2A and 2B show exemplary structures of a nano-antenna that may be employed in the spectroscopic sensor of FIG. 1.
3A to 3E show exemplary arrangement forms of plasmonic nanoparticles that may be employed in the nanoantenna of FIG. 2.
FIG. 4 shows another exemplary structure of a nano-antenna that may be employed in the spectral sensor of FIG. 1.
5 is a cross-sectional view taken along line A-A' of the nano-antenna of FIG. 3.
6A and 6B show examples of the shape and arrangement of nanoholes that may be employed in the nanoantenna of FIG. 4.
FIG. 7 shows another exemplary structure of a nano-antenna that may be employed in the spectral sensor of FIG. 1.
8 is a block diagram showing a schematic structure of a spectrometer according to an embodiment.
9 shows an example of an optical arrangement of a spectroscopic sensor module that can be employed in the spectroscope of FIG. 8.
10 shows another example of an optical arrangement of a spectroscopic sensor module that may be employed in the spectroscope of FIG. 8.
11 shows a schematic structure of a spectrometer according to another embodiment.
12 shows a schematic structure of a spectrometer according to another embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학 셔터 및 이를 채용한 3차원 영상 획득 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, an optical shutter according to an embodiment of the present invention and a 3D image acquisition apparatus employing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. Meanwhile, the embodiments described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments. Hereinafter, what is described as "top" or "top" may include not only those directly above by contact, but also those above non-contact.
도 1은 일 실시예에 따른 분광 센서(spectro-sensor)(100)의 개략적인 구조와 동작을 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a schematic structure and operation of a spectro-
분광 센서(100)는 공진 파장 대역이 서로 다른 복수의 나노 안테나(111)를 구비하는 나노 안테나 어레이부(110)와, 복수의 나노 안테나(111)에서의 광을 각각 검출하는 복수의 광검출기(121)를 구비하는 광검출기 어레이부(120)를 포함한다.The
각 나노 안테나(111)들은 분광 분석하려는 대상으로부터의 광신호(L) 중 일부 특정 파장을 하부의 광검출기(121)로 전달시킬 수 있다. 이를 위하여, 나노 안테나(111)들은 각기 다양한 각도로 들어오는 빛들 중 특정 파장 성분들만 공진하여 전달시킬 수 있도록 물질 및 구조가 정해진다. 전달하는 방식은 빛의 실제 진행 혹은 근접장에 의한 에너지 전달 방식이 가능하다. 또한, 인접한 나노 안테나(111) 사이의 상기 공진 파장이 서로 다를 경우, 나노 안테나(111)에서 공진되는 빛의 에너지 분포(공간 모드 형태)가 인접한 나노 안테나(111)들끼리 서로 교차될 수도 있다.Each of the nano-
나노 안테나(111)들은 예를 들어, 각각의 두께와, 나노 안테나(111)들 간의 간격이 서브 파장(sub-wavelength)의 치수를 가지며, 소정 파장 대역의 광을 강하게 모으는 역할을 하도록 구성될 수 있다. 이러한 기능은 금속물질과 유전체 물질의 경계에서 일어나는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)에 의한 것으로 알려져 있으며, 나노 안테나(111)의 세부적인 패턴에 따라 공진 파장이 달라진다. The nano-
본 실시예에서 나노 안테나 어레이부(110)를 구성하는 나노 안테나(111)들은 모두 다른 공진 파장을 갖도록 구성될 수 있고, 몇 개씩 그룹을 이루어 그룹별로 다른 공진 파장을 갖도록 구성될 수도 있다. 또는, 행 또는 열 단위로 다른 공진 파장을 갖도록 배치될 수도 있다. In the present embodiment, all of the nano-
광검출기(121)는 입사광을 전기적 신호로 바꾸는 다양한 종류의 센서를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 포토 다이오드(photo diode), CCD (Charge Coupled Device) 또는 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)와 같은 소자를 포함할 수 있다.The
나노 안테나 어레이부(110)와 광검출기 어레이부(120)는 나노 안테나 어레이부(110)에서의 신호가 광검출기 어레이부(120)에 광학적으로 전달될 수 있는 구조로 배치된다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 광손실이 가능한 줄어들 수 있도록, 나노 안테나 어레이부(110)와 광검출기 어레이부(120)는 통합적으로 집적된(integrated) 형태일 수 있다. 나노 안테나 어레이부(110) 위에 광검출기 어레이부(120)가 직접(directly) 형성되어 서로 물리적으로 접촉하는 형태일 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. The
다양한 파장 성분을 포함하는 광(L)이 분광 센서(100)에 입사되면, 나노 안테나 어레이부(110)의 표면을 이루는 나노 패턴들에 의해 다양한 방향으로 반사, 산란되는데, 이 때, 나노 안테나(111)의 공진 파장 대역에 속하는 광은 다른 방향으로 반사, 산란되지 않고 나노 안테나(111)의 나노 영역에서 공진하며 증폭된다. 따라서, 입사광(L)에 포함된 다양한 파장 성분의 광은 대응하는 나노 안테나(111) 근처로 집속되며, 이렇게 집속된 광이 각각의 나노 안테나(111)에 대응하게 마련된 광검출기(121)에서 검출되면서 높은 신호대 잡음비를 만들 수 있다. 나노 안테나(111)의 공진 파장 대역폭은 매우 좁게 형성될 수 있기 때문에, 실시예의 분광 센서(100)는 매우 높은 분해능을 가질 수 있다. When light L including various wavelength components is incident on the
또한, 실시예에 따른 분광 센서(100)는 광검출기 어레이부(120)와 나노 안테나 어레이부(110)가 통합적으로 결합된 형태이므로, 광경로에 의한 손실이 적어 신호대 잡음비(SNR)가 커진다. 그리고, 광검출기 어레이부(120)를 형성하는 반도체 공정 단계에서 연속적으로 나노 안테나 어레이부(110)를 형성하는 단계가 수행될 수 있어 전체적인 공정이 간소해실 수 있다. In addition, since the
도 2a 및 도 2b는 도 1의 분광 센서(100)에 채용될 수 있는 나노 안테나(111)의 예시적인 구조들을 보인다.2A and 2B show exemplary structures of a nano-
도면들을 참조하면, 나노 안테나(111)는 지지부(S)와, 지지부(S) 상에 배치된 복수의 플라즈모닉 나노입자(NP)를 포함한다.Referring to the drawings, the nano-
플라즈모닉 나노입자(NP)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 전도성 물질(M)이 양각된 형태로 이루어질 수 있다. 또는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전도성 물질(M)이 음각된 형태로 이루어질 수도 있다. As shown in FIG. 2A, the plasmonic nanoparticles NP may be formed in a form in which the conductive material M is embossed. Alternatively, as shown in FIG. 2B, the conductive material M may be formed in an intaglio shape.
전도성 물질(M)로는 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation)가 일어날 수 있는 도전성이 높은 금속 물질이 채용될 수 있다. 예를 들어, Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, 루세늄(ruthenium, Ru), 로듐(rhodium, Rh), 팔라듐(palladium, Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 오스뮴(osmium, Os), 이리듐(iridium, Ir), 백금(Pt), 금(Au), 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 채용될 수 있고, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 그래핀(graphene)과 같이 전도성이 좋은 이차원 물질, 또는, 전도성 산화물이 채용될 수도 있다. As the conductive material M, a metal material having high conductivity capable of generating surface plasmon excitation may be used. For example, Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), platinum (Pt), silver (Ag), At least one selected from osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), and gold (Au) may be employed, and may be made of an alloy containing any one of them. In addition, a two-dimensional material having good conductivity, such as graphene, or a conductive oxide may be employed.
지지부(S)는 유전체 물질(dielectric material)로 이루어질 수 있고, 플렉서블 재질로 이루어질 수도 있다. 지지부(S)는 도시된 형상에 한정되는 것은 아니며, 나노 안테나(111) 각각에 구비되는 지지부(S)들이 모두 연결되어 하나의 유전체 기판의 형태를 가질 수도 있다. The support S may be made of a dielectric material, or may be made of a flexible material. The support part S is not limited to the illustrated shape, and all of the support parts S provided in each of the
지지부(S)는 또한, 외부 신호에 따라 광학적 특성이 변하는 물질로 이루어질 수도 있다. 외부 신호는 예를 들어, 전기 신호, 탄성파, 열, 또는 기계적 힘일 수 있다. 예컨대, 전기 신호가 가해지면 유효 굴절률이 변하는 electro-optic 물질, 예를 들어, ITO, IZO와 같은 전도성 산화물, LiNbO3, LiTaO3 등이 지지부(S)에 채용될 수 있다. 또는, 탄성파가 입사되면, 유효 굴절률이 변하는 탄성 매질, 예를 들어, 산화물, 질화물이 채용될 수 있다. 또는, 열을 인가하면 소정 온도 이상에서 상전이가 일어나 굴절률이 변하는 물질 등이 지지부(S)에 채용될 수 있다. 이러한 물질로, 예를 들어, VO2, VO2O3, EuO, MnO, CoO, CoO2, LiCoO2, 또는, Ca2RuO4 이 채용될 수 있다. The support (S) is also external It may be made of a material whose optical properties change depending on the signal. The external signal can be, for example, an electrical signal, an acoustic wave, heat, or a mechanical force. For example, an electro-optic material whose effective refractive index changes when an electric signal is applied, for example, conductive oxides such as ITO and IZO, LiNbO 3 , LiTaO 3 , and the like may be employed in the support S. Alternatively, when an elastic wave is incident, an elastic medium whose effective refractive index is changed, for example, oxide or nitride, may be employed. Alternatively, when heat is applied, a material in which a phase transition occurs at a predetermined temperature or higher and a refractive index is changed may be employed in the support portion S. With such a material, for example, VO 2 , VO 2 O 3 , EuO, MnO, CoO, CoO 2 , LiCoO 2 , or Ca 2 RuO 4 Can be employed.
지지부(S)가 이와 같이 외부 신호에 따라 광학적 특성이 변하는 물질로 이루어지는 경우, 분광 센서(100)는 지지부(S)에 인가하는 신호를 적절히 조절함으로써 각 나노 안테나(111)의 공진 파장 대역을 변화시킬 수 있다.When the support part S is made of a material whose optical properties change according to the external signal as described above, the
나노 안테나(111)는 동일한 로드 형상을 갖는 네 개의 플라즈모닉 나노 입자(NP)를 구비하는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이다. 나노 안테나(111)에 구비되는 플라즈모닉 나노 입자(NP)들이 서로 다른 형상을 가질 수 있고, 또한, 개수나 배치도 다양하게 변경될 수 있다. Although the nano-
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 나노 안테나(111)에 채용될 수 있는 플라즈모닉 나노 입자들의 예시적인 배치 형태들을 보인다.3A to 3E show exemplary arrangement forms of plasmonic nanoparticles that may be employed in the
도 3a와 같이, 두 개의 같은 형상의 플라즈모닉 나노 입자(NP1)가 채용될 수 있고, 도 3b와 같이, 길이가 서로 다른 두 개의 플라즈모닉 나노 입자(NP2)(NP2 )가 채용될 수 있다. 도 3c와 같이, 같은 형상의 세 개의 플라즈모닉 나노 입자(NP3)가 채용될 수 있고, 도 3d와 같이 같은 형상의 두 개의 플라즈모닉 나노 입자(NP4)와, 길이가 다른 하나의 플라즈모닉 나노 입자(NP4')가 채용될 수 있다. 또한, 도 3e와 같이 두 가지 형상의 플라즈모닉 나노 입자(NP5)(NP5')가 각각 두 개씩 채용될 수도 있다.As shown in FIG. 3A, two plasmonic nanoparticles NP1 having the same shape may be employed, and as shown in FIG. 3B, two plasmonic nanoparticles NP2 and NP2 having different lengths may be employed. As shown in FIG. 3C, three plasmonic nanoparticles (NP3) having the same shape may be employed, and two plasmonic nanoparticles (NP4) having the same shape as shown in FIG. 3D and one plasmonic nanoparticle having a different length (NP4') may be employed. In addition, as shown in FIG. 3E, two plasmonic nanoparticles NP5 (NP5') having two shapes may be employed.
도 3a 내지 도 3e에서는 모두 로드 형상의 플라즈모닉 나노 입자를 도시하였으나, 다각형 형상이나 원형, 타원형, 와이어 그리드(wire grid) 형태를 가질 수 있다. 또한, 도시된 형상들은 도 2a와 같이 양각된 패턴 또는 도 2b와 같이 음각된 패턴일 수 있다. 3A to 3E all show rod-shaped plasmonic nanoparticles, but may have a polygonal shape, a circular shape, an oval shape, or a wire grid shape. In addition, the illustrated shapes may be a pattern embossed as shown in FIG. 2A or a pattern engraved as shown in FIG. 2B.
도 4는 도 1의 분광 센서에 채용될 수 있는 나노 안테나(112)의 다른 예시적인 구조를 보인다. 그리고, 도 5는 도 4의 나노 안테나(112)의 A-A' 단면도이다.4 shows another exemplary structure of a nano-
나노 안테나(112)는 복수의 유전체층의 적층 구조에, 수평 방향을 따라, 즉, 상기 적층 구조와 수직인 면을 따라 소정 규칙으로 배열된 나노 구조물을 적용한 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 구조는 적층 방향으로는 특정 파장 대역의 광에 대한 공진을 유도하고, 수평 방향의 나노 구조물에 의해, 입사광의 입사각에 대한 공진 파장 의존성을 줄일 수 있는 구조로 제시되는 것이다. The nano-
나노 안테나(112)는 구체적으로, 상부 나노구조층(10), 하부 나노구조층(20) 및 상부 나노구조층(10)과 하부 나노구조층(20) 사이에 배치된 중간층(30)을 포함할 수 있다.The nano-
상부 나노구조층(10)은 제1 유전체층(11)과, 제1유전체층(11)보다 큰 굴절률을 가지는 제2 유전체층(12)이 교번 적층된 적층 구조와, 상기 적층 구조를 관통하여 형성된 복수의 나노홀(NH)을 포함한다. The
하부 나노구조층(20)도 상부 나노구조층(10)과 유사한 구조로서, 제3 유전체층(21)과, 제3유전체층(21)보다 큰 굴절률을 가지는 제4유전체층(22)이 교번 적층된 적층 구조와, 상기 적층 구조를 관통하여 형성된 복수의 나노홀(NH)을 포함한다. The
상부 나노구조층(10), 하부 나노구조층(20)에서 다른 종류의 유전체층들이 적층된 주기 p는, 공진 파장을 λ라고 할 때, λ/2 이하의 값을 가질 수 있다.A period p in which different types of dielectric layers are stacked in the
상부 나노구조층(10), 하부 나노구조층(20)은 각각 분산 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector, DBR)로 구성될 수도 있다. 상부 나노구조층(10), 하부 나노구조층(20)을 이루는 유전체층의 두께는 공진 파장의 1/4 로 정해질 수 있으며, 제1 내지 제4유전체층(11)(12)(21)(22)의 재질과, 유전체층의 페어(pair)의 수는 반사율을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 즉, 상부 나노구조층(10)에서 제1 유전체층(11)과 제2 유전체층(12)으로 이루어진 쌍의 개수, 하부 나노구조층(20)에서 제3 유전체층(21)과 제4 유전체층(22)으로 이루어진 쌍의 개수는 도면에서는 2개로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 이와 다르게 변형될 수 있다. The
상부 나노구조층(10)과 하부 나노구조층(20)의 반사율은 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 예를 들어, 광검출기(도 1의 121) 쪽에 인접하게 배치되는 하부 나노구조층(20)의 반사율은 상부 나노구조층(10)의 반사율보다 낮게 설정될 수도 있다.The reflectance of the
상부 나노구조층(10)과 하부 나노구조층(20)은 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 유전체층(11)과 제3유전체층(21)이 같은 재질로, 제2 유전체층(12)과 제4 유전체층(22)이 같은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상부 나노구조층(10)에 적용된 유전체층 쌍의 수와 하부 나노구조층(20)에 적용된 유전체층 쌍의 수를 다르게 하여 반사율을 다르게 조절할 수 있다.The
중간층(30)은 나노 안테나(112) 내에서, 상, 하부 나노구조층(10)(20)의 규칙성을 깨는 역할을 하며 그 재질이 특별이 제한되지 않는다. 예를 들어, 상부 나노구조층(10)과 하부 나노구조층(20)이 동일한 재질로 형성된 경우, 중간층(30)은 이에 채용된 재질과 다른 재질로 이루어 질 수 있고, 두께는 제한되지 않는다. 또는, 상부 나노구조층(10), 하부 나노구조층(20)에 채용된 유전체층 중 어느 하나와 동일한 재질이 중간층(30)에 채용될 수 있고, 이 경우, 상, 하부 나노구조층(10)(20)에 채용된 유전체층과 다른 두께를 가질 수 있다.The
복수의 나노홀(NH)은 상기 적층 방향과 수직인 면을 따라, 소정의 규칙성을 가지며 배치될 수 있다. 상기 규칙성을 나타내는 주기(T)는, 상기 공진 파장을 λ라고 할 때, λ/3 보다 작을 수 있다. The plurality of nanoholes NH may be arranged with a predetermined regularity along a plane perpendicular to the stacking direction. The period (T) representing the regularity may be smaller than λ/3 when the resonance wavelength is λ.
복수의 나노홀(NH)은 공기 또는 굴절률이 1보다 큰 유전체 물질로 채워질 수 있다. 나노홀(NH)을 채우는 유전체 물질의 굴절률은 제한되지 않으며, 예를 들어, 제1 내지 제4유전체층(11)(12)(21)(22) 중 어느 하나의 굴절률과 같은 값을 가질 수도 있고, 다른 값을 가질 수도 있다. The plurality of nanoholes NH may be filled with air or a dielectric material having a refractive index greater than 1. The refractive index of the dielectric material filling the nanohole NH is not limited, and may have the same value as the refractive index of any one of the first to fourth dielectric layers 11, 12, 21, 22, for example, , May have different values.
도 6a 및 오 6b는 도 4의 나노 안테나(112)에 채용될 수 있는 나노홀의 형상, 배치의 예들을 보인다. 6A and 6B show examples of the shape and arrangement of nanoholes that can be employed in the
도 6a를 참조하면, 복수의 나노홀(NH1)은 제1방향으로는 주기 T1으로, 제2방향으로는 주기 T2로 배열될 수 있다. T1, T2는 같은 값일 수도 있다.Referring to FIG. 6A, the plurality of nanoholes NH1 may be arranged in a period T1 in a first direction and a period T2 in a second direction. T1 and T2 may have the same value.
도 6b를 참조하면, 복수의 나노홀(NH2)은 주기 T3로 반복 배치된 열을 따라, 주기 T4로 반복 배열될 수 있고, 인접하는 열의 나노홀(NH2)들이 서로 어긋나게 배열될 수 있다. T3, T4는 같은 값일 수도 있다.Referring to FIG. 6B, a plurality of nanoholes NH2 may be repeatedly arranged in a period T4 along a row repeatedly arranged in a period T3, and nanoholes NH2 in adjacent rows may be arranged to be offset from each other. T3 and T4 may have the same value.
도 6a 및 도 6b에서 나노홀(NH1)(NH2) 및 나노 안테나(112)의 단면 형상은 원형으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것이며 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 타원형, 다각형 등의 형상을 가질 수 있다.In FIGS. 6A and 6B, the cross-sectional shapes of the nanoholes NH1 and NH2 and the
도 7은 도 1의 분광 센서에 채용될 수 있는 나노 안테나(113)의 또 다른 예시적인 구조를 보인다.7 shows another exemplary structure of the nano-
나노 안테나(113)은 적층 구조를 관통하는 나노홀(NH4)이 상부 나노구조층(10), 중간층(30), 하부 나노구조층(20)을 전체적으로 관통하게 형성된 점에서, 도 4의 나노 안테나(112)와 차이가 있다. 즉, 상부 나노구조층(10)에 형성된 나노홀(NH4)과 하부 나노구조층(20)에 형성된 나노홀(NH4)은 중간층(30)을 관통하여 서로 연결된 형태를 갖는다. 나노홀(NH4)의 형태나 배치는 도 6a 내지 도 6c에 예시된 형상을 가질 수 있다.The nano-
나노 안테나(112)(113)가 도 1과 같이 어레이 형태로 분광 센서(100)에 채용될 때, 각각의 나노 안테나(112)(113)들은 분광 분석하려는 대상으로부터의 광신호(L) 중 일부 특정 파장을 하부의 광검출기(121)로 전달시키게 된다. 나노 안테나(112)(113)들은 각기 다양한 각도로 들어오는 빛들 중 특정 파장 성분들만 공진하여 광검출기(121)에 전달시킬 수 있도록 각 유전체 적층구조의 물질, 두께, 나노홀의 세부적인 사항이 정해진다. When the nano-
도 8은 일 실시예에 따른 분광기(1000)의 개략적인 구조를 보인 블록도이다.8 is a block diagram showing a schematic structure of a
분광기(1000)는 대상체(OBJ)에 여기광(LE)을 조사하고, 대상체(OBJ)로부터의 산란광(LS)을 센싱하는 분광 센서 모듈(300)을 포함한다. 분광 센서 모듈(300)은 광원부(200)와 분광 센서(100)를 포함한다. The
여기서, 대상체(OBJ)는 인체, 동물등의 생체, 식품 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체(OBJ)는 혈당 측정을 위한 인체나, 또는 신선도 측정을 위한 식품일 수 있고, 기타, 대기 오염이나 수질 오염 등을 분석하기 위한 샘플일 수 있다. Here, the object OBJ may include a human body, a living body such as an animal, or food. For example, the object OBJ may be a human body for measuring blood sugar or food for measuring freshness, and may be a sample for analyzing air pollution or water pollution.
광원부(200)는 광원을 포함할 수 있고, 또한, 광원으로부터의 광이 대상체(OBJ)의 필요한 위치를 향하도록 하는 광학 부재를 포함할 수 있다. 광원은 대상체(OBJ)로부터 분석하고자 하는 성질에 따라, 이에 적합한 파장 대역의 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원은 근적외선 대역의 광을 조사할 수 있다. The
분광 센서(100)는 도 1에서 예시한 바와 같이, 나노 안테나 어레이와 광검출기 어레이를 포함하는 구성일 수 있으며, 또한, 도 2a, 2b, 도 3a 내지 도 3e에서 예시한 다양한 형태의 나노 안테나 형상을 채용할 수 있다. 나노 안테나 어레이를 구성하는 나노 안테나의 공진 파장 대역은 광원에서 조사되는 광의 파장보다 조금 긴 파장 대역으로 설정할 수 있다. As illustrated in FIG. 1, the
분광기(1000)는 또한, 분광 센서(100)에서 센싱된 신호로부터 대상체(OBJ)의 물성을 분석하고, 필요한 제어 신호를 생성하는 제어 모듈(600)을 포함할 수 있다. 제어 모듈(600)은 사용자 인터페이스(500)와 신호처리부(400)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스500)는 입력부와 표시부를 구비할 수 있다. 신호처리부(400)는 분광 센서(100)에서 센싱된 신호로부터 대상체(OBJ)의 물성을 분석할 수 있으며, 예를 들어, 라만 분광법(Raman Spectroscopy)에 따라 대상체(OBJ)의 물성을 분석할 수 있다. 라만 분광법은 대상체(OBJ)내에 입사된 광이 대상체(OBJ) 내의 원자 또는 분자와 충돌하여 여러 방향으로 흩어지는 산란(scattering), 특히 비탄성 산란(inelastic scattering)을 이용한다. 이러한 산란은 원자 또는 분자의 표면에서 단순히 반사되는 것이 아닌, 원자 또는 분자에 흡수되었다가 방출되는 산란으로, 산란광은 입사광의 파장 보다 긴 파장을 갖게 된다. 이러한 파장 차이는 대략 200nm 이하일 수 있다. 이러한 산란광의 스펙트럼을 분석함으로써 대상체(OBJ) 내의 분자의 진동, 분자의 구조 등 다양한 물성을 알아낼 수 있다. The
신호처리부(400)는 분석된 결과를 사용자 인터페이스(500)의 표시부에 표시하도록 영상 신호로 처리할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스(500)로부터의 입력에 따라 광원부(200)에 제어 신호를 보낼 수 있다. 신호처리부(400)는 또한, 분광 센서(100)가 외부 신호에 따라 공진 파장 대역이 바뀌도록 구성된 경우, 사용자 인터페이스(500)로부터의 입력에 따라 이를 조절하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 신호처리부(400)는 마이크로 프로세서 등으로 구현될 수 있다. The
분광 센서 모듈(300)과 제어 모듈(600)은 유선 또는 무선으로 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 분광기(1000)는 분광 센서 모듈(300)과 제어 모듈(600)이 유선 연결된 소형 휴대용 기기로 구현될 수 있다. 또는, 제어 모듈(600)이 휴대용 이동 통신 기기에 탑재되어, 분광 센서 모듈(300)과 무선 통신하도록 구성될 수도 있다. The
도 9는 도 8의 분광기(1000)에 채용될 수 있는 분광 센서 모듈(301)의 광학적 배치의 예를 보인다.9 shows an example of an optical arrangement of a
분광 센서 모듈(301)은 광원(210)과 분광 센서(100)를 포함하며, 반사형으로, 즉, 분광 센서(100)가 대상체(OBJ)로부터 반사된 산란광(LS)을 센싱하도록, 광학계가 구성되어 있다.The
광원부(200)는 광원210), 광경로 전환부재(220), 조리개(230)를 포함한다. 광경로 전환부재(220)는 프리즘 형태로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 빔 스플리터나, 평판 미러의 형태를 가질 수도 있다. 또는 광원(210)의 배치 위치에 따라 생략될 수도 있다. The
분광 센서 모듈(300)은 대상체(OBJ)로부터의 산란광(LS)을 분광 센서(100)로 모으는 광학 렌즈(150)를 더 포함할 수 있다. The
광원(210)에서 조사된 여기광(LE)은 대상체(OBJ) 내의 분자 구조와 충돌하며 분자 구조에 흡수되었다가 재방출되어, 파장 변환된 산란광(LS)의 형태로 대상체(OBJ)로부터 나오게 된다. 산란광(LS)은 대상체(OBJ) 내의 분자 상태에 따라 파장 변환된 정도가 다른 다양한 스펙트럼을 포함하게 된다. 본 실시예의 분광 센서 모듈(301)은 대상체(OBJ)로 여기광(LE)이 입사된 경로와 같은 경로를 따라 나오는 산란광(LS)이 분광 센서(100)로 입사되는 광학계 구조를 채용하고 있으며, 필요한 경우, 산란광(LS)을 분광 센서(100) 쪽으로 분기하는 추가적인 광학 부재를 더 채용할 수도 있다. The excitation light L E irradiated from the
도 10은 도 8의 분광기(1000)에 채용될 수 있는 분광 센서 모듈(302)의 광학적 배치의 다른 예를 보인다.10 shows another example of an optical arrangement of a
분광 센서 모듈(302)은 광원(210)과 분광 센서(100)를 포함하며, 투과형으로, 즉, 분광 센서(100)가 대상체(OBJ)를 투과한 산란광(LS)을 센싱하도록, 광학계가 구성되어 있다.The
광원부(200)는 광원(210), 광경로 전환부재(220), 조리개(230)를 포함한다. 광경로 전환부재(220)는 프리즘 형태로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 빔 스플리터나, 평판 미러의 형태를 가질 수도 있다. 또는 광원(210)의 배치에 따라 생략될 수도 있다. The
분광 센서 모듈(302)은 대상체(OBJ)로부터의 산란광(LS)을 분광 센서(100)로 모으는 광학 렌즈(150)를 더 포함할 수 있다. The
광원(210)에서 조사된 여기광(LE)은 대상체(OBJ) 내의 분자 구조와 충돌하며 분자 구조에 흡수되었다가 재방출되어, 파장 변환된 산란광(LS)의 형태로 대상체(OBJ)로부터 나오게 된다. 산란광(LS)은 대상체(OBJ) 내의 분자 상태에 따라 파장 변환된 정도가 다른 다양한 스펙트럼을 포함하게 된다. 본 실시예의 분광 센서 모듈(302)은 대상체(OBJ)를 투과하여 나온 산란광(LS)이 분광 센서(100)로 입사되는 광학계 구조를 채용하고 있다. The excitation light L E irradiated from the
도 9와 같은 반사형, 또는 도 10과 같은 투과형의 채용 여부는 대상체(OBJ)의 성질에 따라 적절히 선택할 수 있다. Whether to employ the reflective type as shown in FIG. 9 or the transmissive type as shown in FIG. 10 may be appropriately selected according to the properties of the object OBJ.
도 11은 다른 실시예에 따른 분광기(1001)의 개략적인 구조를 보인다.11 shows a schematic structure of a
분광기(1001)는 분광 센서 모듈(303)과 제어 모듈(600)을 포함한다. 본 실시예에서, 분광 센서 모듈(303)은 투광성 재질로 이루어진 베이스(280)를 구비하며, 베이스(280)의 일면에 서로 이격되게, 광원(210)과 분광 센서(100)가 배치되어 있다. The
광원(210)은 베이스(280)를 통과하여, 대상체(OBJ)에 여기광(LE)을 조사하도록 배치되고, 분광 센서(100)는, 베이스(280)를 통과하여 입사되는 대상체(OBJ)로부터의 산란광(LS)을 센싱하도록 배치된다. The
또한, 분광 센서 모듈(303)은 광원(210)으로부터의 여기광(LE)을 대상체(OBJ)에 집속하고, 대상체(OBJ)로부터의 산란광(LS)을 상기 분광 센서(100)로 집속하는 광학 렌즈(260)를 더 포함할 수 있다. 광학 렌즈(260)는 광원(210)과 분광 센서(100)가 배치된 베이스(280)의 일면과 마주하는 면에 배치될 수 있다.In addition, the
베이스(280)는 플렉서블 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 분광 센서 모듈(303)은 대상체(OBJ)에 착용될 수 있는(wearable) 형태로 적용되기에 유리하다. The base 280 may be made of a flexible material. In this case, the
제어 모듈(600)은 분광 센서 모듈(303)과 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 제어 모듈(600)은 분광 센서 모듈(303)과 함께 베이스(280) 상에 탑재될 수 있고, 예를 들어, 팔찌 형상의 웨어러블 소형 분광기를 구성할 수 있다.The
또는, 분광 센서 모듈(303)만이 팔찌 형상의 웨어러블 기기로 형성되고, 제어 모듈은 모바일 기기에 탑재되는 형태로 분광기가 구현될 수도 있다.Alternatively, only the
도 12는 또 다른 실시예에 따른 분광기(1002)의 개략적인 구조를 보인다.12 shows a schematic structure of a
분광 센서 모듈(304)은 광원부(200)와 분광 센서(100)를 구비하며, 투과형 광학계 구성을 채용하여, 귀걸이 형태로 대상체에 착용될 수 있다. The
제어 모듈(600)은 분광 센서 모듈(304)과 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(600)은 모바일 기기에 탑재되고 분광 센서 모듈(304)과 통신할 수 있다. The
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.Until now, exemplary embodiments have been described and illustrated in the accompanying drawings to aid in understanding the present invention. However, it should be understood that these examples are for illustrative purposes only and are not limiting. And it should be understood that the invention is not limited to the illustrated and described description. This is because various other modifications can occur to those of ordinary skill in the art.
100...분광 센서 110...나노 안테나 어레이부
111, 112, 113...나노 안테나 120...광검출기 어레이부
121...광검출기 150, 260...광학 렌즈
200...광원부 210...광원
220...광경로 전환부재 230...조리개
280...베이스 300, 301, 302, 303, 304...분광 센서 모듈
600...제어 모듈 1000, 1001, 1002...분광기100...
111, 112, 113...
121...
200...
220...light
280...
600...
Claims (26)
상기 복수의 나노 안테나에서의 광을 각각 검출하는 복수의 광검출기를 구비하는 광검출기 어레이부;를 포함하며,
상기 복수의 나노 안테나 각각은
제1 유전체층과, 상기 제1유전체층보다 큰 굴절률을 가지는 제2유전체층이 제1방향을 따라 교번 적층된 적층 구조와, 상기 적층 구조를 관통하여 형성된 복수의 나노홀을 포함하는 상부 나노구조층;
제3 유전체층과, 상기 제3유전체층보다 큰 굴절률을 가지는 제4유전체층이 제1방향을 따라 교번 적층된 적층 구조와, 상기 적층 구조를 관통하여 형성된 복수의 나노홀을 포함하는 하부 나노구조층;
상기 상부 나노구조층과 하부 나노구조층 사이에 배치되고, 유전 물질로 이루어진 중간층;을 포함하며,
상기 중간층은 상기 제1 내지 제4 유전체층과 재질 또는 두께가 다른, 분광 센서. A nano-antenna array unit including a plurality of nano-antennas having different resonance wavelength bands;
Including; a photodetector array unit having a plurality of photodetectors respectively detecting light from the plurality of nano-antennas,
Each of the plurality of nano-antennas
An upper nanostructure layer including a stack structure in which a first dielectric layer and a second dielectric layer having a refractive index greater than that of the first dielectric layer are alternately stacked in a first direction, and a plurality of nanoholes formed through the stacked structure;
A lower nanostructure layer including a stacked structure in which a third dielectric layer and a fourth dielectric layer having a refractive index greater than that of the third dielectric layer are alternately stacked along a first direction, and a plurality of nanoholes formed through the stacked structure;
Including; an intermediate layer disposed between the upper nanostructure layer and the lower nanostructure layer, made of a dielectric material,
The intermediate layer has a different material or thickness than the first to fourth dielectric layers.
상기 상부 나노구조층과 하부 나노구조층에 형성된 적층 구조의 주기는 상기 공진 파장을 λ라고 할 때, λ/2 이하인 분광 센서.The method of claim 1,
The period of the stacked structure formed on the upper nanostructure layer and the lower nanostructure layer is λ/2 or less when the resonance wavelength is λ.
상기 복수의 나노홀은 상기 제1방향과 수직인 평면 상에, 소정의 규칙성을 가지며 배치된 분광 센서. The method of claim 1,
The plurality of nano-holes are a spectroscopic sensor disposed on a plane perpendicular to the first direction with a predetermined regularity.
상기 규칙성을 나타내는 주기는, 상기 공진 파장을 λ라고 할 때, λ/3보다 작은 분광 센서. The method of claim 10,
The periodicity indicating the regularity is smaller than λ/3 when the resonance wavelength is λ.
상기 제1유전체층과 제3유전체층은 같은 물질로 이루어지고,
상기 제2유전체층과 제4유전체층은 같은 물질로 이루어진 분광 센서. The method of claim 1,
The first dielectric layer and the third dielectric layer are made of the same material,
The second dielectric layer and the fourth dielectric layer are made of the same material.
상기 복수의 나노홀은 공기 또는 굴절률이 1보다 큰 유전체 물질로 채워진 분광 센서. The method of claim 1,
The plurality of nanoholes are filled with air or a dielectric material having a refractive index greater than 1.
상기 상부 나노구조층에 형성된 복수의 나노홀과 상기 하부 나노구조층에 형성된 복수의 나노홀은 상기 중간층을 관통하여 서로 연결된 분광 센서. The method of claim 1,
A spectroscopic sensor in which a plurality of nanoholes formed in the upper nanostructure layer and a plurality of nanoholes formed in the lower nanostructure layer are connected to each other through the intermediate layer.
상기 대상체로부터, 상기 여기광에 의한 산란광을 센싱할 수 있는 제1항의 분광 센서;를 포함하는 분광 센서 모듈.A light source for irradiating excitation light onto an object;
The spectroscopic sensor module comprising a; the spectroscopic sensor of claim 1 capable of sensing the scattered light by the excitation light from the object.
상기 분광 센서는 대상체로부터 반사된 산란광을 센싱하도록 배치되는 분광 센서 모듈. The method of claim 15,
The spectroscopic sensor module is arranged to sense the scattered light reflected from the object.
투광성 재질로 이루어지고, 서로 마주하는 제1면과 제2면을 가지는 베이스;를 더 포함하며,
상기 광원은, 상기 베이스의 상기 제1면에, 상기 제2면을 통해 대상체에 여기광을 조사하도록 배치되고,
상기 분광 센서는, 상기 베이스의 상기 제1면에, 상기 제2면을 통하여 입사되는 대상체로부터의 산란광을 센싱하도록 배치되는 분광 센서 모듈.The method of claim 16,
A base made of a light-transmitting material and having a first surface and a second surface facing each other; further includes,
The light source is disposed on the first surface of the base to irradiate excitation light to an object through the second surface,
The spectroscopic sensor is a spectroscopic sensor module disposed on the first surface of the base to sense scattered light from an object incident through the second surface.
상기 제2면에 배치되어, 상기 광원으로부터의 여기광을 대상체에 집속하고, 상기 대상체로부터의 산란광을 상기 분광 센서로 집속하는 광학 렌즈;를 더 포함하는 분광 센서 모듈. The method of claim 17,
An optical lens disposed on the second surface to focus the excitation light from the light source on the object and the scattered light from the object to the spectroscopic sensor.
상기 베이스는 플렉서블 재질로 이루어지는 분광 센서 모듈.The method of claim 17,
The base is a spectroscopic sensor module made of a flexible material.
상기 분광 센서 모듈은 대상체에 착용될 수 있는 형태를 가지는 분광 센서 모듈.The method of claim 19,
The spectroscopic sensor module is a spectroscopic sensor module having a shape that can be worn on an object.
상기 분광 센서는 대상체를 투과한 산란광을 센싱하도록 배치되는 분광 센서 모듈. The method of claim 15,
The spectroscopic sensor module is arranged to sense the scattered light transmitted through the object.
상기 분광 센서 모듈은 귀걸이 형태로 대상체에 착용될 수 있는 분광 센서 모듈.The method of claim 21,
The spectroscopic sensor module is a spectroscopic sensor module that can be worn on an object in the form of an earring.
상기 대상체로부터, 상기 여기광에 의한 산란광을 센싱할 수 있는 제1항의 분광 센서를 구비하는 분광 센서 모듈;
상기 분광 센서에서 센싱된 신호로부터 대상체의 물성을 분석하는 신호 처리부;를 포함하는 분광기.A light source for irradiating the object with excitation light,
A spectroscopic sensor module including the spectroscopic sensor of claim 1 capable of sensing the scattered light by the excitation light from the object;
Spectroscope comprising a; signal processing unit for analyzing the physical properties of the object from the signal sensed by the spectroscopic sensor.
상기 광원은 근적외선 대역의 광을 조사하는 분광기. The method of claim 23,
The light source is a spectroscope that irradiates light in the near-infrared band.
상기 신호 처리부는 라만 분광법에 의해 대상체의 물성을 분석하는 분광기. The method of claim 24,
The signal processor is a spectrometer that analyzes the physical properties of the object by Raman spectroscopy.
상기 분광 센서 모듈은 대상체에 착용될 수 있게 구성되는 분광기. The method of claim 23,
The spectroscopic sensor module is a spectrometer configured to be worn on an object.
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