KR102623515B1 - 편광 회전을 측정하는 편광 측정기 - Google Patents

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Abstract

광학 활성 물질을 포함하는 측정 대상체에 의한 편광 회전을 측정하는 편광 측정기가 개시된다. 개시된 편광 측정기는, 측정 대상체에 특정 편광의 광을 조사하는 광원부와, 광원부에서 조사된 특정 편광의 광이 측정 대상체와 반응하여 얻어지는 반응광을 편광에 따라 복수의 반응광으로 분해하는 이방성 메타 표면 소자와, 이방성 메타 표면 소자에 의해 편광에 따라 분리된 복수의 반응광을 검출하는 검출부를 포함한다. 검출부에서 검출된 복수의 반응광의 검출 신호의 비교에 의해 상기 측정 대상체에 의한 편광의 회전 각도를 산출할 수 있다.

Description

편광 회전을 측정하는 편광 측정기{Polarimeter for detecting polarization rotation}
편광 측정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학 활성 물질에 의한 편광 회전을 검출하는 편광 측정기에 관한 것이다.
스테로이드, 아미노산, 비타민, 폴리머, 설탕 등의 광학 활성 물질의 농도를 특성화하는 데 편광 측정기가 사용될 수 있다. 편광 측정기를 이용하면 광학 활성 물질을 통과하는 편광된 광의 회전각을 측정할 수 있다. 그러나 광학 활성 물질에 의한 편광 회전은 일반적으로 쉽게 검출하기에는 크지 않을 수 있다. 따라서, 광학 활성 물질에 의한 편광 회전 측정 감도를 높이려면 패러데이 회전자와 같은 추가 장치가 필요하다. 또는 더 긴 반응 길이가 충분한 편광 회전을 얻기 위해 사용될 수 있다. 그러나 이러한 접근법은 시스템을 복잡하고 부피가 커지게 만든다.
광학 활성 물질을 통과하는 편광된 광의 회전각 측정 감도가 높으며, 폼 팩터가 개선된 편광 측정기를 제공한다.
일 유형에 따른 편광 측정기는, 광학 활성 물질을 포함하는 측정 대상체에 특정 편광의 광을 조사하는 광원부와; 상기 광원부에서 조사된 상기 특정 편광의 광이 상기 측정 대상체와 반응하여 얻어지는 반응광을 편광에 따라 복수의 반응광으로 분해하는 이방성 메타 표면 소자와; 상기 이방성 메타 표면 소자에 의해 편광에 따라 분리된 복수의 반응광을 검출하는 검출부와; 상기 검출부에서 검출된 상기 복수의 반응광의 검출 신호의 비교에 의해 상기 측정 대상체에 의한 편광의 회전 각도를 산출하는 판단부;를 포함한다.
상기 이방성 메타 표면 소자는, 상기 반응광을 편광에 따라 제1편광의 제1반응광과, 이에 직교하는 제2편광의 제2반응광으로 분해한다.
상기 특정 편광은 상기 제1편광 및 제2편광 중 어느 하나와 동일한 편광일 수 있다.
상기 제1편광 및 제2편광은 서로 직교하는 선편광일 수 있다.
상기 이방성 메타 표면 소자는, 서브 파장 구조를 가지는 위상 마스크일 수 있다.
상기 이방성 메타 표면 소자는 저굴절율 유전체 기판 상에 상기 서브 파장 구조의 고굴절율 유전체 입체 형상을 어레이로 구비할 수 있다.
상기 이방성 메타 표면 소자는 상기 고굴절율 유전체 입체 형상의 두 축의 크기 차이로 편광에 대한 반응을 조절하도록 마련될 수 있다.
상기 이방성 메타 표면 소자는 상기 검출부의 수광면에 위치할 수 있다.
상기 광원부는, 광을 출사하는 광원과; 상기 특정 편광의 광만이 상기 측정 대상체에 조사되도록 상기 광원으로부터 출사된 광에 대해 상기 특정 편광의 광을 만드는 편광자;를 포함할 수 있다.
상기 편광자는 메타 표면 편광자를 구비할 수 있다.
상기 메타 표면 편광자는, 서브 파장 구조를 가지는 위상 마스크로서, 저굴절율 유전체 기판 상에 상기 서브 파장 구조의 고굴절율 유전체 입체 형상을 어레이로 구비할 수 있다.
상기 메타 표면 편광자는 상기 고굴절율 유전체 입체 형상의 두 축의 크기 차이로 편광에 대한 반응을 조절하도록 마련될 수 있다.
상기 특정 편광은 선편광일 수 있다.
상기 검출부는, 편광에 따라 분리된 복수의 반응광을 각각 검출하는 복수의 검출기;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 검출기 각각은, 포토다이오드, 광증배관 검출기, 포토다이오드 선형 어레이 및 이미지 센서 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 검출부는 단일 검출기를 포함하며, 상기 단일 검출기는, 포토다이오드의 선형 어레이, 이미지 센서 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 측정 대상체로부터 산란된 광을 측정하는 분광기;를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 편광 측정기에 따르면, 편광 분해기로 메타 표면을 가지는 이방성 메타 표면 소자를 적용하므로, 소형이면서도, 광학 활성 물질을 통과하는 편광된 광의 회전각 측정 감도가 높은 편광 측정기를 구현할 수 있어, 편광 측정기의 폼 팩터를 개선할 수 있다.
이러한 편광 측정기는 글루코스 분석, 식품, 음료, 의약 분야에 화학 분석을 위해 적용될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 편광 측정기의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 2는 도 1의 이방성 메타 표면 소자에 의해 편광에 따라 측정 대상체로부터 입사되는 반응광이 제1편광의 제1반응광과 이에 직교하는 제2편광의 제2반응광으로 분해되는 광경로를 보여준다.
도 3a는 도 1의 편광 측정기에 적용될 수 있는 이방성 메타 표면 소자의 일 예를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 고굴절율 유전체 입체 형상 어레이를 보여주는 평면도이다.
도 3c는 도 3a의 일 고굴절율 유전체 입체 형상을 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 2의 이방성 메타 표면 소자에 의해 반응광이 편광에 따라 제1편광의 제1반응광과 제2편광의 제2반응광으로 분해되어 수광되는 것을 보여준다.
도 5 내지 도 7은 실시예들에 따른 편광 측정기의 구성을 개략적으로 보여준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서, 실시예에 따른 편광 측정기를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 편광 측정기의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 편광 측정기는, 광원부(1)와, 이방성 메타 표면 소자(70)와, 검출부(100)와, 판단부(150)를 포함한다. 광원부(1)는 광학 활성 물질을 포함하는 측정 대상체(50)에 특정 편광(Pa)의 광을 조사한다. 이방성 메타 표면 소자(70)는, 광원부(1)에서 조사된 특정 편광(Pa)의 광이 측정 대상체(50)와 반응하여 얻어지는 반응광(51)을 편광에 따라 복수의 반응광(71,75)으로 분해한다. 검출부(100)는, 이방성 메타 표면 소자(70)에 의해 편광에 따라 분리된 복수의 반응광(71,75)을 각각 검출한다. 판단부(150)는, 검출부(100)에서 검출된 복수의 반응광(71,75)의 검출 신호들의 비교에 의해 측정 대상체(50)에 의한 편광의 회전 각도를 산출한다.
본 실시예에 따른 편광 측정기는 측정 대상체(50)에 의한 편광 회전을 측정함으로써, 측정 대상체(50)의 특성을 얻을 수 있다. 측정 대상체(50)는 광학 활성 물질을 포함할 수 있다. 광학 활성 물질을 포함하는 측정 대상체(50)의 물질 종류와 농도에 따라 입사된 광의 편광 방향과 각도가 각각 영향을 받으므로, 본 실시예의 편광 측정기를 이용하여 측정 대상체(50)에 의한 편광 회전을 측정함으로써, 글루코스 분석, 식품, 음료, 의약 분야의 화학 분석을 할 수 있다. 또한, 본 실시예의 편광 측정기를 이용하여 측정 대상체(50)에 의한 편광 회전을 측정함으로써, 예컨대, 스테로이드, 아미노산, 비타민, 설탕 등의 농도 등을 특성화할 수 있다.
광원부(1)는 광을 출사하는 광원(10)과 편광자(30)를 포함한다. 광원(10)은 소정 편광의 광을 출사한다. 여기서, 소정 편광은 임의 편광일 수 있다. 또한, 소정 편광은 선편광, 원편광, 타원 편광 중 어느 하나일 수 있다.
편광자(30)는, 특정 편광(Pa)의 광만이 측정 대상체(50)에 조사되도록 광원(10)으로부터 출사된 광에 대해 특정 편광(Pa)의 광을 만든다.
이를 위해 편광자(30)는 예를 들어, 메타 표면 편광자를 구비할 수 있다. 메타 표면 편광자는 서브 파장 구조를 가지는 위상 마스크로서, 저굴절율 유전체 기판 상에 서브 파장 구조의 고굴절율 유전체 입체 형상을 어레이로 구비할 수 있다. 이 메타 표면 편광자는 고굴절율 유전체 입체 형상의 두 축의 크기 차이로 편광에 대한 반응을 조절할 수 있다. 메타 표면 편광자는, 광원(10)으로부터 입사되는 광에 대해, 예를 들어 선편광의 광을 출사하도록 마련될 수 있다. 메타 표면 편광자는 후술하는 이방성 메타 표면 소자(70)와 유사하게, 예를 들어, 고굴절율 유전체 입체 형상으로 타원형 포스트를 구비할 수 있으며, 타원형 포스트 어레이를 광원(10)으로부터 입사되는 광에 대해, 예를 들어 선편광의 광을 출사하도록 배열한 구조로 형성될 수 있다.
여기서, 편광자(30)는 메타 표면 편광자를 구비하는 대신에, 광원(10)으로부터 입사되는 광에 대해 특정 편광(Pa)의 광만을 통과시키는 일반적인 편광기를 구비할 수도 있다.
또한, 광원(10)은 측정 대상체(50)에 조사되는 특정 편광(Pa)의 광을 출사하도록 마련될 수 있으며, 이 경우, 편광자(30)는 생략될 수 있다.
한편, 광원부(1)는 광원(10)과 편광자(30) 사이에 필터(20)를 더 구비할 수 있다. 필터(20)는 측정 대상체(50)와 반응성이 좋은 파장대역의 광만을 통과시키도록 마련될 수 있다. 광원(10)이 측정 대상체(50)와 반응성이 좋은 파장대역의 광만을 출사하는 경우, 필터(20)는 생략될 수 있다.
이와 같이 마련된 광원부(1)에 따르면, 광원(10)에서 출력되고 편광자(30)를 경유한 특정 편광(Pa)의 광 예컨대, 선편광의 광은, 측정 대상체(50)로 입사된다. 입사된 광은 측정 대상체(50)와 반응하며, 측정 대상체(50)로부터 반응광(51)이 출력될 수 있다.
광원(10)으로부터 조사된 특정 편광(Pa)의 광이 측정 대상체(50)와 반응하여 얻어지는 반응광(51)은 이방성 메타 표면 소자(70)에 의해 편광에 따라 복수의 반응광(71,75)으로 분해될 수 있다.
이방성 메타 표면 소자(70)는, 예를 들어 도 2에서와 같이, 측정 대상체(50)로부터 입사되는 반응광(51)을 편광에 따라 제1편광(Pb)의 제1반응광(71)과, 이에 직교하는 제2편광(Pc)의 제2반응광(75)으로 분해할 수 있다. 제1편광(Pb) 및 제2편광(Pc)은 서로 직교하는 선편광일 수 있다. 도 2에 예시적으로 보인바와 같이, 제1편광(Pb)은 수평 선편광, 제2편광(Pc)은 수직 선편광일 수 있다. 다른 예로서, 제1편광(Pb)은 수직 선편광, 제2편광(Pc)은 수평 선편광일 수 있다.
이와 같이, 반응광(51)을 제1편광(Pb)의 제1반응광(71)과 제2편광(Pc)의 제2반응광(75)으로 분해하도록 이방성 메타 표면 소자(70)는 서브 파장 구조를 가지는 위상 마스크로서, 큰 복굴절을 갖는 메타 표면(70a)을 구비할 수 있다.
이를 위해, 이방성 메타 표면 소자(70)는 예를 들어, 저굴절율 유전체 기판 상에 서브 파장 구조의 고굴절율 유전체 입체 형상을 어레이로 구비하여, 서브 파장 구조를 가지는 위상 마스크로 구현될 수 있다. 저굴절율 유전체 기판으로 예를 들어, 산화 실리콘 기판을 이용하고, 고굴절율 유전체 입체 형상은 예를 들어, 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
이방성 메타 표면 소자(70)는 고굴절율 유전체 입체 형상의 수직한 두 축의 크기 차이로 편광에 대한 반응을 조절할 수 있다.
예를 들어, 이방성 메타 표면 소자(70)로는, 도 3a에서와 같이 타원형 포스트(250) 형상의 고굴절율 유전체 입체 형상(230)을 저굴절율 유전체 기판(210) 상에 어레이로 구비할 수 있다. 이때, 타원형 포스트(250)의 타원 단면의 장축 및 단축의 크기 차이로 편광에 대한 반응을 조절할 수 있다. 또한, 타원형 포스트(250)의 타원 단면의 장축이 제1반응광(71)의 제1편광(Pb) 방향 또는 제2반응광(75)의 제2편광(Pc) 방향과 이루는 각도에 따라 편광에 대한 반응을 조절할 수 있다. 저굴절율 유전체 기판(210)으로 예를 들어, 산화 실리콘 기판을 이용하고, 고굴절율 유전체 입체 형상(230)은 예를 들어, 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
도 3a는 도 1의 편광 측정기에 적용될 수 있는 이방성 메타 표면 소자(70)의 일 예를 개략적으로 보인 것으로, 도 3a는 이방성 메타 표면 소자(70)에 어레이로 구비되는 고굴절율 유전체 입체 형상(230)을 보여주는 사시도이다. 도 3b는 도 3a의 고굴절율 유전체 입체 형상(230) 어레이를 보여주는 평면도이다. 도 3c는 도 3a의 일 고굴절율 유전체 입체 형상(230)을 보여주는 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 고굴절율 유전체 입체 형상(230)은 저굴절율 유전체 기판(210) 상에 형성된 타원형 포스트(250)일 수 있다. 이때, 타원형 포스트(250) 어레이에 의해 도 2에서와 같은 메타 표면(70a)을 형성하도록, 각 타원형 포스트(250)는, 서브 파장 스케일로 형성될 수 있다.
즉, 이방성 메타 표면 소자(70)의 메타 표면(70a)은 서브 파장 인공 구조로 구성되는 것으로, 서브 파장의 수치로 정의되는 고굴절율 유전체 입체 형상(230) 예컨대, 타원형 포스트(250)의 어레이로 이루어질 수 있다. 서브 파장은 이방성 메타 표면 소자(70)에서 편광 분해하고자하는 광의 파장보다 작은 치수를 의미한다. 고굴절율 유전체 입체 형상(230)을 정의하는 치수들 중 적어도 하나는 서브 파장의 치수일 수 있고, 예를 들어, 이방성 메타 표면 소자(70)가 편광 분해하고자 하는 광의 파장이 λ인 경우, λ/2이하의 치수일 수 있다. 예를 들어, 고굴절율 유전체 입체 형상(230)이 타원형 포스트(250)일 때, 타원형 포스트(250)의 장축 직경(Da), 단축 직경(Db), 타원형 포스트(250)간의 이격 거리(도 3b의 a1, a2) 중 적어도 하나는 서브 파장의 치수 예컨대, λ/2이하의 치수일 수 있다.
도 3b는 이방성 메타 표면 소자(70)를 형성하는 고유전율 입체 형상의 어레이 배열 일부를 보인 평면도로, 고유전율 입체 형상들 즉, 타원형 포스트(250)들의 장축이 x축에 대해 소정의 각도를 이루는 경우를 예시적으로 보여준다. 이방성 메타 표면 소자(70)의 편광에 대한 반응을 조절하도록 각 타원형 포스트(250)들은 타원의 장축 방향이 x축과 다양한 각도를 이루도록 배열될 수 있다.
도 3b 및 도 3c에서와 같이, 타원형 포스트(250)의 타원 단면의 장축의 직경을 Da, 단축의 직경을 Db라 할 때, 이 장축의 직경 Da와 단축의 직경 Db의 크기 차이로 이방성 메타 표면 소자(70)의 편광에 대한 반응을 조절할 수 있다.
또한, 이방성 메타 표면 소자(70)의 메타 표면을 형성하는 각 타원형 포스트(250)의 장축이 제1반응광(71)의 제1편광(Pb)의 방향이나 제2반응광(75)의 제2편광(Pc)의 방향과 이루는 각도에 따라 이방성 메타 표면 소자(70)의 편광에 대한 반응을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 2에서와 같이, 제1편광(Pb)의 방향이 x-z 평면 상에 존재하고, 제2편광(Pb)의 방향이 y-축과 나란할 때, 이방성 메타 표면 소자(70)의 메타 표면(70a)을 형성하는 각 타원형 포스트(250)의 장축이 x축 과 이루는 각도 θ에 따라 이방성 메타 표면 소자(70)의 편광에 대한 반응을 조절할 수 있다. 도 3c에서 각도 θ는 타원형 포스트(250)의 장축이 x축과 이루는 각도를 나타낸다.
도 4는 도 2의 이방성 메타 표면 소자(70)에 의해 반응광(51)이 편광에 따라 제1편광(Pb) 예컨대, 수평 선편광의 제1반응광(71)과 제2편광(Pc) 예컨대, 수직 선편광의 제2반응광(75)으로 분해되어 수광되는 것을 보여준다. 도 4에서는 이방성 메타 표면 소자(70)가 제1반응광(71)과 제2반응광(75)을 약 10도의 각도로 분해되어, 예컨대, 약 1.5mm 거리(Rd)에서 분리된 상태로 검출이 가능하도록 설계될 때, 시뮬레이션(simulation) 결과와 실제 측정치(measurement)를 비교하여 보여준다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 따른 이방성 메타 표면 소자(70)에 의하면, 입사되는 반응광(51)을 편광에 따라 수평 선편광의 제1반응광(71)과 수직 선편광의 제2반응광(75)으로 분해할 수 있으며, 시뮬레이션 결과와 실제 측정치가 유사한 결과가 얻어짐을 알 수 있다.
이러한 이방성 메타 표면 소자(70)를 적용한 편광 측정기에 따르면, 메타 표면을 플랫한 표면 상에 높은 복굴절을 가지도록 형성할 수 있기 때문에, 편광 측정기를 소형으로 구현할 수 있다.
한편, 광원부(1)로부터 측정 대상체(50)에 조사되는 광의 특정 편광(Pa)은 제1 및 제2반응광(71)(75)의 제1편광(Pb) 및 제2편광(Pc) 중 어느 하나와 동일 편광일 수 있다. 예를 들어, 제1편광(Pb) 및 제2편광(Pc)은 서로 직교하는 선편광일 때, 특정 편광(Pa)은 제1편광(Pb) 및 제2편광(Pc) 중 어느 하나와 동일한 선편광일 수 있다. 도 1 및 도 2에서는, 특정 편광(Pa)이 수직 선편광이고, 제1반응광(71)의 제1편광(Pb)은 수직 선편광, 제2반응광(75)의 제2편광(Pc)은 수평 선편광인 경우를 예시적으로 보여준다. 다른 예로서, 특정 편광(Pa)은 수평 선편광일 수 있으며, 제1 및 제2편광(Pc) 중 어느 하나는 수직 선편광, 나머지 하나는 수평 선편광일 수 있다. 또 다른 예로서, 특정 편광(Pa)이 예를 들어 일 원편광이고, 제1 및 제2편광(Pc) 중 어느 하나는 일 원편광, 나머지 하나는 직교하는 다른 원편광일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 검출부(100)는, 이방성 메타 표면 소자(70)에 의해 편광에 따라 분리된 복수의 반응광(71,75)을 각각 검출하는 복수의 검출기를 구비할 수 있다. 복수의 검출기는 예를 들어, 포토다이오드, 포토다이오드 선형 어레이, 광증배관 검출기(PMT detector) 또는 이미지 센서(Image sensor)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 검출부(100)는 이방성 메타 표면 소자(70)에 의해 편광에 따라 분리된 제1편광(Pb)의 제1반응광(71)을 검출하는 제1검출기(101), 제2편광(Pc)의 제2반응광(75)을 검출하는 제2검출기(103)를 구비할 수 있다. 제1반응광(71) 및 제2반응광(75)은 이방성 메타 표면 소자(70)에 의해 분해되면서, 서로 소정의 각도를 이룰 수 있으므로, 서로 다른 입사각으로 검출부(100)로 입사될 수 있다.
제1검출기(101) 및 제2검출기(103)는 점 검출기를 구비하거나, 영역 검출기를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1검출기(101) 및 제2검출기(103) 중 적어도 어느 하나는 포토다이오드, 광증배관 검출기(PMT detector), 포토다이오드 선형 어레이 또는 이미지 센서(Image sensor)를 구비할 수 있다. 포토다이오드 및 광증배관 검출기는 점 검출기에 해당할 수 있다. 포토다이오드 선형 어레이 및 이미지 센서는 영역 검출기에 해당할 수 있다.
검출부(100)에서 검출된 복수의 반응광(71,75)의 검출신호는 판단부(150)에서 비교된다. 판단부(150)는 복수의 반응광(71,75)의 검출신호의 비교에 의해 측정 대상체(50)에 의한 편광의 회전 각도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 이방성 메타 표면 소자(70)에 의해 반응광(51)의 제1편광(Pb)의 제1반응광(71), 제2편광(Pc)의 제2반응광(75)으로 분해되고, 제1반응광(71) 및 제2반응광(75)이 제1검출기(101) 및 제2검출기(103)에 의해 검출될 때, 판단부(150)는 제1검출기(101)의 제1검출신호(S1)와 제2검출기(103)의 제2검출신호(S2)를 비교하여, 편광의 회전 각도를 산출한다.
실시예에 따른 편광 측정기에 따르면, 측정 대상체(50)에서의 반응광(51)을 큰 복굴절을 갖는 이방성 메타 표면 소자(70)에 의해 제1편광(Pb) 예컨대, 수평 선편광의 제1반응광(71)과, 제2편광(Pc) 예컨대, 수직 선편광의 제2반응광(75)으로 분해하고, 이 제1반응광(71)과 제2반응광(75)의 상대 강도를 비교하여 편광의 회전 각도를 측정한다.
이러한 편광 측정기에 따르면, 편광 분해기로 이방성 메타 표면 소자(70)를 이용함으로써, 더 작으면서도 높은 감도를 갖는 편광 측정기를 구현할 수 있다.
이러한 실시예에 따른 편광 측정기는 글루코스 분석, 식품, 음료, 의약 분야에 화학 분석을 위해 적용될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 편광 측정기는 높은 감도를 갖는 소형의 글루코스 검출기 등에 적용될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 편광 측정기의 구성을 개략적으로 보인 것으로, 도 1과 비교할 때, 측정 대상체(50)로부터 산란된 광 예컨대, 라만 산란광을 검출할 수 있도록 분광기(spectrometer:60)를 더 구비하는 점에 차이가 있다.
실시예에 따른 편광 측정기에 따르면, 분광기(60)를 더 구비함으로써, 라만 분광 정보와 편광 회전 정보를 결합함으로써, 측정 대상체(50)의 분석 정확도를 보다 높일 수 있다. 본 실시예에서, 분광기(60)의 라만 분광 신호는 판단부(150)로 입력될 수 있으며, 판단부(150)에서 라만 분광 정보와 편광 회전 정보를 결합하여, 측정 대상체(50)의 분석 정보를 얻을 수 있다. 다른 예로서, 실시예에 따른 편광 측정기에 따르면, 별도의 처리부를 더 구비하여, 분광기(60)로부터 입력되는 라만 분광 신호와 판단부(150)로부터 입력되는 편광 회전 정보를 결합하여, 측정 대상체(50)의 분석 정보를 얻을 수도 있다.
도 1 및 도 5에서는 검출부(100)가 편광에 따라 분해된 복수의 반응광(71,75)을 각각 검출하도록 복수의 검출기 예컨대, 제1편광(Pb)의 제1반응광(71)을 검출하는 제1검출기(101) 및 제2편광(Pc)의 제2반응광(75)을 검출하는 제2검출기(103)를 구비하는 경우를 예시하였는데, 실시예에 따른 편광 측정기는, 검출부(100)에 도 6 및 도 7에서와 같이 단일 검출기(110)(130)를 구비할 수 있다.
도 6은 검출부(100)에 단일 검출기(110)로 포토다이오드 선형 어레이를 구비한 경우를 보여준다. 도 7은 검출부(100)에 단일 검출기(130)로 이미지 센서를 구비한 경우를 보여준다. 도 6 및 도 7에서는 도 5에서와 같이 분광기(60)를 더 구비하는 경우를 예시적으로 보여주는데, 도 6 및 도 7의 실시예의 경우에도, 도 1에서와 같이 분광기(60)를 배제한 구조를 가질 수도 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 단일 검출기(110)(130)는 편광에 따라 분해되어 서로 다른 입사각으로 입사되는 복수의 반응광(71,75) 예컨대, 제1편광(Pb)의 제1반응광(71)과 제2편광(Pc)의 제2반응광(75)을 독립적으로 검출할 수 있도록, 검출부(100)는 단일 검출기(110)(130)로, 영역 검출이 가능한 포토다이오드 선형 어레이나 이미지 센서를 적용할 수 있다.
도 6 및 도 7에서와 같이 검출부(100)에 단일 검출기(110)(130)를 구비하는 경우, 단일 검출기(110)(130)에서 검출된 제1반응광(71)의 제1검출신호(S1)와 제2반응광(75)의 제2검출신호(S2)는 각각 판단부(150)로 입력되고, 판단부(150)에서는 입력된 제1검출신호(S1)와 제2검출신호(S2)를 비교하여, 편광의 회전 각도를 산출한다.
한편, 이상의 도 1, 도 5 내지 7에서는, 이방성 메타 표면 소자(70)가 검출부(100)와 이격되게 위치하는 것으로 도시하였으나, 이방성 메타 표면 소자(70)는 검출부(100)의 수광면에 위치할 수도 있다. 이러한 이방성 메타 표면 소자(70)는 측정 대상체(50)의 반응광(51)을 편광에 따라 분해하는데 물리적인 거리가 요구되지 않기 때문에, 검출부(100)의 수광면에 위치하는 것이 가능하다. 이와 같이 이방성 메타 표면 소자(70)를 검출부(100)의 수광면에 배치하는 경우, 보다 컴팩트한 사이즈의 편광 측정기를 구현할 수 있다.
10...광원 30...편광자
50...측정 대상체 70...이방성 메타 표면 소자
70a...메타 표면 100...검출부
101,103,110,130...검출기 150...판단부
210...저굴절율 유전체 기판 230...고굴절율 유전체 입체 형상
250...타원형 포스트

Claims (17)

  1. 광학 활성 물질을 포함하는 측정 대상체에 특정 편광의 광을 조사하는 광원부와;
    상기 광원부에서 조사된 상기 특정 편광의 광이 상기 측정 대상체와 반응하여 얻어지는 반응광을 편광에 따라 복수의 반응광으로 분해하는 이방성 메타 표면 소자와;
    상기 이방성 메타 표면 소자에 의해 편광에 따라 분리된 복수의 반응광을 검출하는 검출부와;
    상기 검출부에서 검출된 상기 복수의 반응광의 검출 신호의 비교에 의해 상기 측정 대상체에 의한 편광의 회전 각도를 산출하는 판단부;를 포함하며,
    상기 이방성 메타 표면 소자는, 서브 파장 구조를 가지는 위상 마스크인 편광 측정기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이방성 메타 표면 소자는, 상기 반응광을 편광에 따라 제1편광의 제1반응광과, 이에 직교하는 제2편광의 제2반응광으로 분해하는 편광 측정기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 특정 편광은 상기 제1편광 및 제2편광 중 어느 하나와 동일한 편광인 편광 측정기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1편광 및 제2편광은 서로 직교하는 선편광인 편광 측정기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 이방성 메타 표면 소자는 저굴절율 유전체 기판 상에 상기 서브 파장 구조의 고굴절율 유전체 입체 형상을 어레이로 구비하는 편광 측정기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이방성 메타 표면 소자는 상기 고굴절율 유전체 입체 형상의 두 축의 크기 차이로 편광에 대한 반응을 조절하도록 된 편광 측정기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이방성 메타 표면 소자는 상기 검출부의 수광면에 위치하는 편광 측정기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광원부는,
    광을 출사하는 광원과;
    상기 특정 편광의 광만이 상기 측정 대상체에 조사되도록 상기 광원으로부터 출사된 광에 대해 상기 특정 편광의 광을 만드는 편광자;를 포함하는 편광 측정기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 편광자는 메타 표면 편광자를 구비하는 편광 측정기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 메타 표면 편광자는, 서브 파장 구조를 가지는 위상 마스크로서, 저굴절율 유전체 기판 상에 상기 서브 파장 구조의 고굴절율 유전체 입체 형상을 어레이로 구비하는 편광 측정기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 메타 표면 편광자는 상기 고굴절율 유전체 입체 형상의 두 축의 크기 차이로 편광에 대한 반응을 조절하도록 된 편광 측정기.
  13. 제9항에 있어서, 상기 특정 편광은 선편광인 편광 측정기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 검출부는, 편광에 따라 분리된 복수의 반응광을 각각 검출하는 복수의 검출기;를 포함하는 편광 측정기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 검출기 각각은, 포토다이오드, 광증배관 검출기, 포토다이오드 선형 어레이 및 이미지 센서 중 어느 하나를 포함하는 편광 측정기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 검출부는 단일 검출기를 포함하며,
    상기 단일 검출기는,
    포토다이오드의 선형 어레이, 이미지 센서 중 어느 하나를 포함하는 편광 측정기.
  17. 제1항에 있어서, 상기 측정 대상체로부터 산란된 광을 측정하는 분광기;를 더 포함하는 편광 측정기.
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