KR20090088443A

KR20090088443A - 물질 구성물에서의 광 제어용 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20090088443A
Application number: KR1020097014303A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 토마스 크루즈; 파반 쿠마 레디 케샤바레디
Original assignee: 리서치 파운데이션 오브 더 시티 유니버시티 오브 뉴욕
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-08-19
Also published as: JP2010512544A; EP2171506A4; US20110043918A1; CN101611333A; WO2008073439A2; EP2171506A2; WO2008073439A3

Abstract

TE-편파된 방산선의 도파관 모드들(WG들)에 의해 생성되고, 입사 TM-편파된 방사선의 그루브 벽 상에 \G들 또는 수직-방향의 표면 플라스몬들(VSP들)d에의해 생성된 CM들을 포함하는 공동 모드들("CM들")에 적응된 격자 구조가 제공된다. 그러한 격자 구조는 기결정된 파장에서 기결정된 편파 상태에 대한 향상된 투과, 동시에 TM 및 TE 투과를 제공하고, 광 순환 및 위빙을 제공하는 구조를 포함한다. 상기 격자 구조는 박막(금속)에서 와이어 또는 홀 어레이를 포함하고, 주기당 다수의 그루브 구조를 포함할 수 있다. 이러한 격자 구조를 최적화하기 위한 방법도 제공된다.

격자 구조, TM 편파, TE 편파, 그루브, 투과

Description

물질 구성물에서의 광 제어용 장치 및 방법{DEVICES AND METHODS FOR LIGHT CONTROL IN MATERIAL COMPOSITES}

본 발명은 일반적으로 입사 방사선의 향상된 투과를 위한 서브-파장 격자 구조에 관한 것으로, 보다 자세하게, 편파 가변성(polarization tunability)을 갖는 향상된 투과 서브-파장 격자 구조 및 향상된 투과를 위해, 그리고 일부 실시예에서, 순환하거나 위빙(weaving)하는 광에 대해, 결합된 모드 공진을 지원하는데 적응된 구조를 가지는 향상된 투과 서브-파장 격자 구조에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 격자 구조를 포함하는 장치에 관한 것이다.

2차원 주기 홀-어레이 및 일차원 주기 투과 격자 구조 모두에서, 주기 패턴 금속 구조에서의 향상된 투과 현상에 많은 관심이 있어 왔다. 도 1을 참조하면, 향상된 투과는 광이 금속 접촉(12)을 갖는 주기 패턴 광학-두께 격자 구조(10) 상에 입사될 때 소정의 조전에서 일어날 수 있는 알려진 현상이다. 상기 격자 구조(10) 상에 전자계 입사광(16)의 전형적인 포인팅 벡터(20)가 실례로 도 1에 도시된다.

하기 식(1)에 의해 설명된 것처럼, 향상된 투과는 입사광(16)이 상기 구 조(10)의 총 영역에 대한 접촉(12)을 분리하는 그루브(14) 영역(A_groove)의 비율보다 큰 투과율(T)로 입사광(16)이 투과될 때 일어난다:

T > A_groove/A_total (1)

따라서, 상기 입사광(16)은 방사선(18)을 투과하기 위해 상기 격자 구조(10)의 그루브(14)를 통해 상기 금속 접촉(12) 주위에 채널링된다. 막의 총 면적의 단지 약간의 퍼센트만의 면적을 갖는 그루브를 갖춘 구조는 특정 파장, 편파 상태 및 입사 각도에서 상기 입사광의 100% 가까이 투과하는 것을 알았다.

향상된 광학 투과는 다른 어플리케이션들에 정확히 모델링될 수 있다면 다양한 광학 장치들의 사용에 활용될 수 있는 매우 유용한 특성이다. 지금까지도, 이러한 현상은 일차원 주기 격자 구조 및 2차원 주기 홀 어레이 모두를 위한 표면에 평행하게 향하는 표면 플라스몬인, 수평 방향 표면 플라스몬들(horizontally oriented surface plasmons; HSP들)에 기인한다. 따라서, 이러한 종래 향상된 투과 격자는 HSP 결합을 최적화하도록 설계된 특정 구성들로 제한되어 왔다.

예를 들어, 엡센(Ebbesen) 등의 미국 5,973,316호(이하 "엡센"이라 칭함)는 어레이 주기가 특정 파장 범위 내에서 투과를 향상시키도록 선택되는 HSP 모드에 결합함으로써 향상된 광 투과를 위한 얇은 금속막 또는 얇은 금속 플레이트에서 낮은 프로파일 서브-파장 개구의 어레이를 개시한다. 엡센은 또한 상기 어레이가 포토리소그래픽(photolithographic) 어플리케이션을 위한 광을 필터링 및 수집하는데 사용될 수 있음을 개시한다.

또 따른 예로, 브라운(Brown)의 미국 특허 번호 제 5,625,729호는 국부 표면 플라스몬 파에 입사 방사선을 공진되게 결합하기 위한 광전자 장치를 개시한다. 상기 장치, 예를 들면, 금속-반도체-금속("MSM) 검출기는 격자 및 기판을 따라 전파하는 HSP 모드를 공진되게 결합하도록 반도체 기판상에 다수의 사실상 평면이면서 규칙적으로 이격된 낮은-프로파일 전극을 포함한다.

본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 (상기 격자 요소(예를 들면, 와이어)에 평행한 방향의 자계를 갖는 전자계 방사선으로 규정된) 입사 횡자기(transverse magnetic; TM) 방사선만이 HPS들에 결합할 것이라는 점을 알 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 그리고 다른 종래 서브-파장 향상된 투과 격자는 HSP 결합을 최적화하도록 설계된 특정 구조로, 그에 따라, TM 방사선의 투과를 향상시키는 격자로 제한된다.

본 발명은 기결정된 편파 상태를 선택적으로 투과하거나 TM과 횡전기(transverse electric; TE) 방사선 모두의 투과를 동시에 향상시키도록 조절될 수 있는 편파-조절가능한 향상된 투과 서브-파장(polarization-tunable enhanced transmission sub-wavelenth; PETS) 구조에 관한 것이다. 본 발명은 또한 입사 방사선의 각도에 좌우되는, 광-순환 또는 광-위빙 구조를 생성하도록 하이브리드 공동 모드를 포함하는, 공동(cavity) 모드("CM들")를 지원하는 구조를 포함하는 향상된 투과 서브-파장 격자에 관한 것이다. 본 발명의 격자는 제조하기 쉽고, 그에 따라 편파-조절 가능한 투과를 필요로 하는 장치로 통합하기 쉬운 소형 요소(factor)를 장점으로 갖는다. 따라서, 본 발명은 또한 상기 본 발명의 소정의 서브-파장 격자를 포함하는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키는 격자는 입사 전자기 방사선의 횡전기(TE) 편파 상태에 결합되고 그 상태의 투과를 향상시키기 위한 공동 모드를 우선적으로 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함한다. 상기 격자 구조는 상기 기결정된 파장과 같거나 더 적은 주기성으로 정렬된 다수의 와이어; 및 상기 다수의 와이어들의 각 인접 페어 사이의 그루브를 포함한다. 상기 그루브는 상기 와이어와 높이 사이의 폭을 포함하되, 상기 그루브는 1과 같거나 더 큰 유전율을 갖는 유전체 물질로 충전된다.

상기 격자는 적어도 80%의 투과 효율을 갖는 TE-편광판일 수 있다. 본 발명의 소정의 상기 격자 구조의 일 실시예에서, 상기 유전율은 1.2보다 크거나 같다. 또 다른 실시예에서, 상기 유전율은 2.0보다 크거나 같다. 또 다른 실시예에서, 상기 유전율은 10보다 크거나 같고, 바람직하게는 14보다 크거나 같다.

본 발명의 소정의 격자 구조는 적어도 1 내지 10보다 작거나 같은 범위에서의 주기율로 그루브 폭의 가로세로비(aspect ratio)를 포함할 수 있다.

본 발명의 소정의 격자는 1㎚와 400㎚; 400㎚와 700㎚; .7 ㎛와 100 ㎛; 100 ㎛와 1㎜; 및 1㎜와 400㎜ 사이의 범위 내에서의 기결정된 파장에서 투과를 향상시키는데 적응될 수 있다.

본 발명의 소정의 격자 구조는 하나 이상의 알루미늄, 실서, 골드, 코퍼 및 텅스텐을포함하여 소정의 매우 높은 전도성 물질로부터 형성되는 와이어를 포함할 수 있다.

본 발명의 소정의 격자 구조는 다수의 층을 포함할 수 있는, 바람직하게는 적어도 두 개의 층이 다른 물질로 된 기판상에 포개질 수 있다. 본 발명의 격자에서 소정의 기판은 하나 이상의 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, Ge, GaAs, InP, InAs, AIAs, GaN, InN, GaInN, GaAIAs, InSb, 혼합된 실리카, 사파이어, 석영, 유리 및 BK7를 포함할 수 있다.

본 발명의 소정의 격자 구조의 그루브에 있는 유전체 물질은 적어도 하나의 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 알루미나, 엘라스토머, 크리스탈린 파우더, 및 반도체 물질을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 유전체 물질은 하나 이상의 크리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드, 폴리크리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드, 크리스탈린 하프늄 옥사이드 및 폴리크리스탈린 하프늄 옥사이드를 포함할 수 있다.

본 발명은 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 횡전기(TE) 편파 상태 및 횡자기 편파 상태에 동시에 결합하여 향상시키기 위한 공동 모드를 바람직하게 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하는 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위한 격자를 더 포함한다. 상기 격자 구조는 상기 기결정딘 파장과 같거나 더 작은 주기율로 배열된 다수의 와이어; 및 상기 다수의 와이어의 각 인접 페어 사이에 상기 와이어와 높이 사이의 폭을 포함하는 그루브를 포함하며, 상기 그루브는 1과 같거나 큰 유전율를 갖는 유전체 물질로 충전된다.

상기 격자의 일 실시예는 적어도 80%의 TE 및 TM 편파 상태의 투과 효율을 갖는다.

일 실시예에서, 상기 격자는 기결정된 파장을 포함하는 입사 전자기 방사선의 대역을 통과하는 광학 파장 필터로 사용하기 위해 적응되며, 상기 기결정된 파장은 650㎚, 750㎚, 850㎚, 1310㎚, 1330㎚, 1510㎚, 및 1550㎚ 중 하나를 포함한다.

다른 실시예에서, 상기 유전체 물질은 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 알루미나, 엘라스토머, 크리스탈린 파우더, 반도체 물질, 크리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드, 폴리크리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드, 크리스탈린 하프늄 옥사이드 및 폴리크리스탈린 하프늄 옥사이드 중 적어도 하나를 포함한다.

다른 실시예에서, 상기 유전율은 적어도 2, 적어도 10, 또는 적어도 14일 수 있다.

본 발명은 제1 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 횡전기(TE) 편파 상태의 투과에 결합되어 향상시키기 위한 제1 기결정된 파장에서의 TE-여기 가능한 공동 모드를 바람직하게 지원하고, 제2 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 횡자기(TM) 편파 상태의 투과에 결합되어 향상시키기 위한 제2 기결정된 파장에서의 TM-여기 가능한 공동 모드를 바람직하게 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하는 격자를 더 제공한다. 상기 격자 구조는 상기 기결정된 파장과 같거나 더 작은 주기율로 배열된 다수의 와이어; 및 각 상기 다수의 와이어들의 각 인접 페어 사이에 상기 와이어와 높이 간 폭을 포함하는 그루브를 포함한다. 상기 격자 구조는 상기 제1 기결정된 파장에서의 TM 편파 상태를 반사하고, 상기 제2 파장에서의 TE 편파 상태를 반사하도록 더 적응된다.

본 발명은 또한 상기 기결정된 파장에서 TE-편파 상태와 TM-편파 상태의 투과를 결합하고 동시에 향상시키기 위한 공동 모드를 바람직하게 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하는 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위한 격자를 더 포함한다. 상기 격자 구조는 어느 한 세트에서의 제1 와이어의 리딩 엣지(leading edge)에서 다음 세트에서의 체1 와이어의 리딩 엣지까지 연장하는 격자 주기를 포함하여, 적어도 두 개의 와이어와 두 개의 그루브 세트가 상기 격자 주기 내에서 발생한다; 이를 테면, 주기당 두 개의 그루브를 포함한다. 제1 그루브는 각 상기 세트 내 와이어의 인접 페어 사이에 있다. 각 제1 그루브는 제1 그루브 폭, 제1 그루브 유전율, 및 제1 그루브 높이를 포함하는 제1 세트의 격자 파라미터와 관련된다. 제2 그루브는 와이어의 각 반복 세트 사이에 있다. 제2 그루브는 또한 제2 그루브 폭, 제2 그루브 유전율, 및 제2 그루브 높이를 포함하는 제2 세트의 격자 파라미터와 관련 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 격자 파라미터의 적어도 하나는 투과 스펙트럼들을 중첩하는 인접 그루브에서의 공동 모드의 생성을 방지하기에 충분한 양에 의한 해당 제2 격자 파라미터와 다르다.

다른 실시예에서, 상기 제1 폭이 상기 제2 폭과 다르거나 상기 제1 유전율이 상기 제2 유전율과 다르거나 투과 스펙트럼들을 중첩하는 인접 그루브에서의 공동 모드의 생성을 방지하기에 충분한 결합된 양에 의해 폭과 유전율 둘다 다르다.

또 다른 실시예에서, 상기 격자 구조는 더 적응된다.

본 발명의 금속-반도체-금속 검출 장치는 기결전된 파장에서 각각 투과된 TM 및 TE 편파 상태의 세기를 측정하기 위한 센서와 상기 기결정된 파장에서의 상기 TE-편파 상태와 TM-편파 상태의 투과를 결합하여 동시에 향상시키기 위한 공동 보드를 바람직하게 지원하고 상기 제1 그루브를 통해 상기 TE-편파 상태와 상기 제2 그루브를 통해 상기 TM-편파 상태를 바람직하게 투과하도록 적응된 격자 구조를 포함하는 상기 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위한 격자를 포함한다. 상기 격자 구조는 어느 한 세트에서의 제1 와이어의 리딩 엣지에서 다음 세트에서의 제1 와이어의 리딩 dpt지까지 연장되는 격자 주기를 포함하여, 적어도 두 개의 와이어와 두 개의 그루브 세트가 상기 격자 주기 내에 발생한다; 이를 테면, 상기 격자 주기는 주기당 두 개의 그루브를 포함한다. 제1 그루브는 각 상기 세트 내 인접한 와이어 페어 사이에 있다. 각 제1 그루브는 제1 그루브 폭, 제1 그루브 유전율, 및 제1 그루브 높이를 포함하는 제1 격자 파라미터 세트와 관련된다. 제2 그루브는 와이어의 각 반복 세트 사이에 있다. 상기 제2 그루브도 제2 그루브 폭, 제2 그루브 유전율, 및 제2 그루브 높이를 포함하는 제2 격자 파라미터 세트와 관련된다.

본 발명은 기결정된 파장에서 기결정된 편파 상태의 투과에 결합하여 향상시키기 위한 공동 모드를 바람직하게 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하는 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키고, 상기 기졀정된 파장에서 상기 투과된 기결정된 편파 상태의 광 순환 또는 광 위빙을 유도하기 위한 격자를 더 포함한다. 상기 격자 구조는 격자 주기당 적어도 두 개의 그루브를 갖는 견자 주기, 각 주기 내에서 발생하는 적어도 두 개의 와이어 세트를 포함하며, 상기 격자 주기는 어느 한 세트에서의 제1 와이어의 리딩 엣지에서 다음 세트에서의 제1 와이어의 리딩 엣지까지 연장된다. 상기 격자 구조는 각 세트 내에서 인접한 와이어 페어 사이의 제1 그루브를 포함하며, 이때 각 제1 그루브는 제1 그루브 폭, 제1 유전율을 갖는 제1 그루브 물질, 및 제1 그루브 높이를 포함하는 제1 세트 격자 파라미터를 갖는다. 제1 그루브는 와이어 의 각 인접 세트 t사이에 있으며, 이때 상기 제2 그루브는 제2 그루브 폭, 제2 유전율을 갖는 제2 그루브 물질, 및 제2 그루브 높이를 포함하는 제2 세트 격자 파라미터를 갖는다.

일 실시예에서, 하나 이상의 상기 제1 격자 파라미터는 투과 스펙트럼들을 중첩하는 인접 그루브에서의 공동 모드를 생성하기에 충분한 양에 의해 해당하는 하나 이상의 상기 제2 격자 파라미터와 다르다.

다른 실시예에서, 상기 제1 격자 그루브 유전율은 상기 제2 그부브 유전율과 다르며, 상기 제1 그루브 폭은 상기 제2 그루브폭과 다르다.

본 발명의 광 저장 장치는 본 발명의 광 순환 격자의 실시예를 포함한다.

본 발명은 기결정된 파장에서 기결정된 편파 상태의 투과를 향상시키는 공동 모드를 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하는 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 기결정된 편파 상태의 투과를 향상시키기 위한 격자를 더 포함한다. 상기 격자 구조는 제1 격자 구조의 제1층; 제2 격자 구조의 제2층; 및 상기 제1 및 제2층 사이의 유전체층을 포함한다. 상기 제1 격자 구조는 제1 주기를 포함하며, 제1 페어의 인접 와이어 사이에 다수의 동일한 제1 그루브와 관련된다. 상기 제1 그르부 중 하나는 각각의 상기 제1 주기 내에서 발생한다. 상기 제1 그루브는 제1 그루브 높이, 제1 그루브 폭, 및 1보다 크거나 같은 제1 유전율을 포함한다. 상기 제2 격자 구조는 제2 주기를 포함하며, 제2 페어의 인접 와이어 사이에 다수의 동일한 제2 그루브와 관련된다. 상기 제2 그루브 중 하나는 각각의 상기 제2 주기 내에서 발생한다. 각각으 l상기 동일한 제2 그루브는 제2 그루브 높이, 제2 그루브 폭, 및 1보다 크거나 같은 제2 유전율을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 격자 구조는 제3 페어의 인접 와이어 사이에 다수의 동일한 제3 그루브와 더 관련된다. 상기 제2 그루브 중 하나와 상기 제3 그루브 중 하나는 주기 구조당 다수의 그루브를 형성하기 위해 각각의 상기 제1 주기 내에 위치된다. 상기 제3 그루브는 제3 그루브 높이, 제3 그루브 폭, 및 1보다 같거나 큰 제3 그루브 유전율을 갖는다.

또 다른 실시예에서, 상기 격자 구조는 투과 스펙트럼들을 중헙하는 인접 그루브들에서의 공동 모드를 지원하도록 더 적응되며, 이로써 입사 방사선의 각도에 좌우하는 광 순환 또는 광 위빙을 생성한다.

또 다른 실시예에서, 상기 격자 구조는 상기 격자 내 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 기결정된 편사 상태를 국부화하도록 더 적응될 수 있다.

본 발명의 격자는 본 발명의 하나 이상의 소정의 격자 구조의 포갠 층을 포함할 수 있으며, 바람직하게 격자 구조의 각 층 사이에 유전체층을 가질 수 있다. 상기 유전체층(들)은 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며, 각 상기 하나 이상의 층은 적어도 하나의 크리스탈린 실리콘, 폴리-크리스탈린 실리콘, 아모퍼스 실리콘, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 갈륨 비소, 갈륨 알루미늄 비소,인듐 포스파이드, 인듐 안티모나이드, 이듐 포스파이드 안티모나이드, 갈륨 나이트라이드, 인듐 나이트라이드, 갈륨 인듐 나이트라이드, 반도체 물질, 옥사이드, 폴리머 및 플라스틱을 포함한다. 각각의 상기 유전체층은 5㎚ 및 400㎚의 두께를 가질 수있다.

본 발명은 파장 대역 필터를 제고하는 방법을 더 제공하며, 상기 파장 대역 필터는 기결정된 파장, 및 상기 격자 구조가 포개지는 기판을 포함하는 파장 대역 내에서 횡자기(TM) 및 횡전기(TE) 편파된 입사 전자기 방사선 모두의 투과를 향상시키기 위해 적응된 격자 구조를 포함한다. 상기 격자 구조는 그루브 유전율(ε_groove), 격자 주기(A), 그루브 폭, 및 그루브 높이를 포함한다. 상기 방법은,

1차 회절이 기결정된 파장보다 작은 Λ/n_s와 같은 파장(λ)에서 발생하도록 굴절률(n_s)이 격자 주기(Λ)를 갖는 기판을 선택하는 단계;

파장 대역 내애서 적어도 부분적으로 떨어지는 각각의 TM 및 TE 편파된 방사선에 대한 투과 곡선을 생성하는 그루브 폭, 그루브 높이 및 그루브 유전율에 대한 초기값을 선택하는 단계;

상기 기결정된 파장에서 상기 TM-편파 상태의 투과를 향상시키기 위해 최적의 그루브 높이를 결정하도록 상기 그루브 높이에 대한 반복적인 값으로 상기 초기값으로부터 상기 그루브 높이에 대한 값을 반복적으로 변경하여 상기 TM 편파 상태의 투과 세기 최대 값의 파장을 결정하는 단계;

상기 최적 그루브 높이 및 상기 그루브 유전율의 초기값에 대해, 상기 TE-편파 상태의 투과 세기 최대값이 최적 그루브 폭을 얻기 위해 상기 기결정된 파장에서 상기 TM-편파 상태의 투과 세기 최대값으로 정렬될 때까지 상기 초기값으로부터 상기 그루브 폭에 대한 값을 변경하는 단계; 및

상기 기판 상에 그루브 유전율(ε_groove)의 초기rkqqqt 최적 그루브 높이, 및 최적 그루브 폭을 갖는 격자 구조를 제조하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은 그루브 폭에 의해 분배된 그루브 높이로 규정된 가로세로비를 경정하는 단계와 상기 파장 대역의 폭을 조절하고 상기 기결정된 파장으로 상기 TM 및 TE 편파 투과 곡선을 정렬하기 위해 상기 가로세로비, 그루브 높이 및 그루브 폭을 변경하는 단계를 더 포함한다.

그 결과, 본 발명은 기결정된 편파 상태를 선택적으로 투과하거나 TM 및 횡전기(TE) 방사선 모두의 투과를 동시에 향상시키는 편파-조절가능한 향상된 투과 서브-파장(PETS) 격자를 제공한다. 일부 실시예에서, 이러한 PETS 격자는 광 순환 또는 위빙을 위해 더 적응된다. 본 발명도 하이브리드 공동 모드를 포함하는 공동 모드를 지원하는 구조 및 본 발명의 소정의 서브-파장 격자를 포함하는 장치를 제공한다. 이러한 장치는 편광판, 파장 필터, 광 저장소자, 메모리, 또는 제어 장치, 및 금속-반도체-금속 광검출기 및 편파 센서를 포함한다.

본 발명의 예로서의 실시예들이 본원에 수반하는 도면들을 참조하여 설명되었으나, 본 발명은 이러한 정확한 실시예들에 제한되는 것이 아니며, 다양한 다른 변경 및 변형이 볼 발명의 범위 또는 의도를 벗어나지 않고 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 실시될 수 있음을 이해해야 한다.

도 1은 주기 격자당 단일 그루브의 단면을 통해 광 채널링을 나타내기 위해 포인팅 벡터를 사용한 향상된 투과를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 주기 격자당 단일 그루브의 일 실시예를 나타내는 단면도.

도 3은 도 2의 실시예를 나타내는 상면도.

도 4는 본 발명의 주기 격자당 단일 그루브의 또 다른 실시예를 나타내는 3차원 도면.

도 5a-5c는 기결정된 파장에서 기결정된 편파 상태의 향상된 투과를 위해 본 발명의 격자 구조의 3 가지 다른 실시예를 나타내는 개략도.

도 6은 도 5a-5c의 실시예 중 임의의 하나에 적응될 수 있는 본 발명의 격자 구조를 나타내는 단면도.

도 7은 본 발명의 주기 격자 구조 당 단일 그루브의 실시예에 있어 입사 에너지 및 그루브 폭에 대한 TE 및 TM 편파 상태에 대한 다양한 순차 모드의 투과에 있어서의 최대값의 의존도를 나타내는 그래프.

도 8은 기결정된 파장에서 동시에 TE 및 TM 편파된 광 모두의 향상된 투과에 대한 본 발명의 격자 구조의 실시예에 대한 투과/반사율 구성도.

도 9는 어느 한 기결정된 파장에서의 TE-편파된 광과 또 다른 기결정된 파장에서의 TM-편파된 광의 향상된 투과를 위해 본 발명의 격자 구조의 실시예에 대한 투과/반사율 구성도.

도 10-12는 다양한 기결정된 파장들에서 최적화된 파장 필터에 따라 사용을 위해 도 5c의 격자 구조의 특정 실시예에 대한 투과/반사율 구성도.

도 13a는 주기당 한 그루브보다 더 많은 그루브를 갖는 본 발명의 격자 구조의 실시예의 단면도.

도 13b는 도 13a의 격자 주조의 서브-격자 구조에 대한 TE 및 TM-편파된 상태의 투과 구성도.

도 14는 도 13a의 격자 구조의 또 다른 서브-격자 구조에 대한 TE 및 TM-편파된 상태의 투과 구성도.

도 15는 도 13a의 격자 구조의 실시예에 대한 TE 및 TM-편파된 상태의 투과 구성도.

도 16a는 도 15에 해당하는 실시예에서 TM-편파된 공동 모드("CM")에 대한 SIBC 모델링된 자계 밀도.

도 16b는 도 15에 해당하는 실시예에서 TM-편파된 CM을 나타내는 포인팅 벡터.

도 17a는 도 15에 해당하는 실시예에 TE-편파된 CM에 대한 SIBC 모델링된 자계 밀도.

도 17b는 도 15에 해당하는 실시예에서 TE-편파된 CM을 나타내는 포인팅 벡 터.

도 18은 본 발명의 격자 구조의 실시예를 포함하는 금속-반도체-금속 장치를 나타내는 도면.

도 19a 및 19b는 본 발명에 따른 광 순환을 지원하도록 적응된 격자 구조의 실시예를 나타내는 포인팅 벡터.

도 20은 본 발명에 따른 광 위빙을 지원하도록 적응된 격자 구조의 실시예를 나타내는 포인팅 벡터.

도 21은 본 발명에 따라 형성된 광 저장을 위한 장치의 실시예를 나타내는 개략도.

도 22는 본 발명에 따라 형성된 층형 격자 구조의 실시예를 나타내는 단면도.

도 23은 본 발명의 방법의 실시예를 나타내는 흐름도.

도 24는 상기 격자 구조를 설명하는데 사용된 좌표 시스템의 설명을 제공하는 본 발명에 따라 형성된 격자 구조의 실시예의 일부를 나타내는 사시도.

도 25는 본 발명의 격자 구조의 실시예에 대한 본 발명의 방법에 따른 SIBC 알고리즘을 사용하여 비롯된 TM-편파 및 TE-편파된 CM들의 투과율 구성도.

도 26 및 27은 도 25에 해당하는 실시예들에 대한 본 발명의 방법에 따라 비롯된, 각각 TM-편파 및 TE-편파된 CM들의 전체 ω-k 반사율 및 투과율 프로파일의 구성도.

도 28 및 29는 도 25에 해당하는 실시예들에 대한 본 발명의 방법에 따라 비 롯된, 각각 25.188GHz TM-편파 및 TE-편파된 CM들의 자계 및 전계 세기를 나타내는 도면.

도 30은 도 25-29에 의해 설명된 모델링된 격자 구조에 해당하는 본 발명에 따라 형성된 격자 구조의 샘플에 대한 획득된 실정적인 투과율 데이터의 대표적인 구성도.

도 31은 본 발명에 따라 형성된 격자 구조의 실시예를 나타내는 단면도.

도 32는 본 발명의 격자 구조의 실시예에 대한 TE-편파된 CM들에 대한 ω-k 반사율 및 투과율 프로파일.

도 33a는 π공진을 지원하는 본 발명의 격자 구조의 또 다른 실시예에 대한 TE-편파된 CM들에 대한 ω-k 반사율 및 투과율 프로파일.

도 33b는 도 33a에 해당하는 실시예를 나타내는 포인팅 벡터.

도 34a 및 34b는 본 발명의 격자 구조의 광 순환 실시예를 나타내는 TE 및 TM 포인팅 벡터.

도 35는 본 발명에 따라 형성된 격자 구조의 광-위빙 실시예를 나타내는 포인팅 벡터.

도 2-4를 참조하면, 본 발명에 따라 형성된 서브-파장 격자의 일 실시예는 입사 방사선의 기결정된 파장에 대한 기결정된 편파 상태의 투과를 향상시키는 격자 구조(22)를 갖는 편파-조절 가능한 향상된 투과 서브-파장(polarization- tunable enchaced transmission sub-wavelength; PETS) 격자(20)를 포함한다. 상기 격자 구조(22)는 1과 같거나 큰 귤절율(n_groove)(또는 유전율(ε_groove), 여기서 n_groove =

) 를 갖고, 폭(c; 26), 및 상기 기결정된 파장보다 작은 중심-대-중심 주기(Λ; 32)로 정렬된 그루브 높이(30)를 규정하는 다수의 와이어(28)를 갖는 다수의 그루브를 포함한다.

일 실시예에서, 도 2-4에 도시된 것처럼, 상기 격자 구조는 주기(Λ; 32)당 단일 그루브(24)를 포함한다.

상기 격자 구조(22)는 선택적으로 기판 물질 내에 싸일 수 있으나, 바람직하게는 기판(36)상에 포개진 것으로, 특정한 기결정된 파장에서 공동 모드들("CM들")을 지원하도록 구성된다.

본 발명의 상기 격자 구조는 특정한 기결정된 파장에서, 바람직하게는 상기 기결정된 파장을 포함하는 특정 대역 내에서 공동 모드들을 지원하도록 최적화된다. 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본원에 제공된 상기 격자 구조의 측정한 예들이 관심있는 특정 파장 범위로 적절히 스케일링된 규격을 갖고 상기 와이어 및 그루브 및 기판 물질에 대한 상응하는 적절한 물질을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.

특히, 다양한 실시예에서, 본 발명의 소정의 격자 구조는 1㎚와 400㎚; 400㎚와 700㎚; .7 ㎛와 100 ㎛; 100 ㎛와 1㎜; 및 1㎜와 400㎜ 사이의 기결정된 파장에서의 공진 모드를 지원하도록 적응될 수 있다.

본 발명의 소정의 상기 격자에서의 기판은 BK7, 실리카, 혼합된 실리카, 실리콘 디옥사이드(SiO₂), (크리스탈린, 폴리-크리스탈린 또는 아모퍼스를 포함하는) 실리콘(Si), 공기, 사파이어, 석영 또는, Ge(게르마늄), 갈륨 비소(GaAs), 인듐 포스파이드(InP), 인듐 비소(InAs), 알루미늄 비소(AlAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 인듐 나이트라이드(InN), 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 인듐 비소(GaInAs), 갈륨 인듐 나이트라이드(GaInN), 갈륨 알루미늄 비소(GaAlAs), 및 머큐리 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe)를 포함하는 석영 또는 III-IV족 및 3원 화합물 반도체를 포함하는 소정이 또는 더 많은 반도체 물질과 같은 소정의 하나 이상의 유리를 포함하는 특정 어플리케이션에 적합한 소정의 유전체로 구성될 수 있다.

상기 기판은 하나의 층보다 더 많은 층을 포함할 수 있다. 각각의 상기 다수의 층은 다른 물질로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 기판은 반사 방지 물질을 포함한다.

본원에서 말하는 공동 모도들(CM들)은 상기 그루브 내에서 잘 공지된 페브리-페로 공진 조건을 만족시키는 격자 구조의 그루브 내에서 생성된 공진 모드이다. CM들은 입사 횡전기(TE) 편파된 방사선의 도파관 모드에 의해 생성된 공진 모드; 및 입사 횡자기(TM) 편파된 방삿선의 그루브 벽에 대한 WG들 또는 수직-방향된 표면 플라스몬들(vertically-oriented surface plasmons; VSP들)에 의해 생성된 공진 모드를 포함한다. 본 발명의 광 순환 구조를 참조하는 데 있어, 용어 "공동 모드(cavity mode)"는 위상 공진을 유도하는 하이브리드 공동 모드를 포함한다.

TM-편파된(p-편파된) 방사선은 그 자계가 상기 격자 와이어에 평행하도록 방향된 전자기 방사선으로 정의된다. TE-편파된(s-편파된) 방사선은 그 전계가 상기 격자 와이어에 평행하도록 방향된 전자기 방사선이다.

본 발명의 향상된 투과 격자는 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위한 "서브-파장(sub-wavelength)" 격자이다. 본원에서 말하는 "서브-파장"은 상기 격자 와이어의 주기율이 상기 기결정된 파장과 가거나 더 작다는 것을 의미하여 상기 와이어 간 간격은 상기 기결정된 파장보다 작다.

본 발명에 따라 형성된 상기 격자 구조 및 격자는, 다양한 어플리케이션에 대한 격자 장치를 생성하도록 하나 이상의 편파 상태의 전송을 향상시키는 것으로, "편파-조절 가능한 향상된 투과 서브-파장(polarization-tunable enhanced transmission sub-wavelength; "PETS") 격자 구조 및 격자로서 편의를 위해 본원에 공동으로 언급된다. 이러한 두문자어의 사용은 본 발명의 격자 구조를 제한하는 것으로서 어떠한 방법으로도 구성되지 않는다.

본 발명의 와이어는, 접촉으로도 불리는 것으로, 소정이 형태, 크기 및 소정의 물질일 수 있으며 본 발명의 격자 구조의 실시예를 형성하기 위해 기결정된 입사 파장에서 기결정된 편파 상태의 전송을 향상시키기 위한 CM들을 바람직하게 지원하는 격자 구조를 형성하기 위한 소정의 기하 패턴으로 정렬될 수 있다. 예를 들면, 상기 기결정된 편파 상태, 기결정된 파장 및 소정의 어플리케이션에 좌우한다면, 상기 와이어는 특정 격자 구조의 주기에 비례하여 1%-95%인 폭을 가질 수 있으며 특정 격자 구조의 주기에 비례하여 1%-1000%인 높이를 가질 수 있다. 상기 격자 구조의 그루브는 바람직하게는 상기 주기에 비례하여 1%-1000%의 폭을 갖는다.

본원에서 말하는 높이 "h"는 그루브 높이를 말하는 것으로, 바람직하게는 인접 와이어 높이에 상응한다. 하지만, 기판의 리세스 내에 상기 와이어를 정렬하기 위해 본 발명의 범위 내에 있도록 와이어 높이가 인접 그루브 높이보다 더 클 것으로 고려된다. 이러한 경우, 본원에서 말한 높이(h)는 상기 그루브 높이이다. 또한, 주기당 다수의 그루브를 갖는 구조에 있어 다양한 높이를 갖는 다양한 와이어를 제공하는 것이 고려된다. 이러한 경우, 본원에서 말한 높이(h)는 상기 인접 와이어 중 하나에 해당하는 그루브 높이이다.

대안적으로, 본 발명의 격자 구조는 (금속) 박막으로 홀 어레이로부터 형성될 수 있다.

바람직하게, 소정의 상기 격자 구조의 와이어는 매우 높은 전도성 물질, 예를 들면, 소정의 하나 이상의 골드(Au), 실버(Ag), 알루미늄(Al), 코퍼(Cu), 및 텅스텐을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 각 와이어는 직사각, 사각 또는 사디리콜과 같은 4변형 단면을 갖는다. 상기 와이어와 상기 구조 사이의 교차점은 바람직하게는 직선 엣지로 형성되나, 곡선형 또는 슬로프형 인터페이스가 조제 공정에서 발생할 수 있다. 상기 인터페이스의 약간의 곡률은 CM들의 여기에 영향을 주지 않지만, 공진이 발생하는 에너지를 시프트(shift)시킬 수 있다. 그러한 시프트는 바람직하게 상기 격자 구조 파라미터의 최적화로 설명된다.

도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 상기 격자 구조(22)는 상기 와이어(28)와 그루브(24) 상부에 소위 "수퍼스트레이트(superstrate)"층(38)에 포개진 공기와 다른 물질을 포함할 수 있다. 상기 층(38)은 바람직하게 패시베이션(passivation) 또는 보호층을 포함하며, 유리, 옥사이드(예컨대, SiO₂), 폴리머 또는 플라스틱과 같은 물질로 구성될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 그루브(24)는 적어도 1.2, 가장 바람직하게는 적어도 2의 유전율(ε_groove)을 갖는 유전체 물질로 충전된다. 일 실시예에서, 상기 물질의 유전율(ε_groove)은 2-20의 범위에 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 그루브에서의 상기 물질의 유전율(ε_groove)은 적어도 10, 바람직하게는 적어도 14이다. 예를 들면, 상기 그루브에서의 물질은 크리스탈린 또는 폴리클리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드 또는 크리스탈린 또는 폴리크리스탈란 하프늄 옥사이드일 수 있다. 이러한 "높은-K(high-K)" 물질, 이를 테면, 높은 유전율을 갖는 물질은 본원에 설명된 것처럼, TE-투과 방사선에 특히 유리하다.

상기 그루브는 공기 또는 특정 어플리케이션에 유용한 소정의 물질로 충전될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 그루브(24)는 하나 이상의 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 및 다른 III-V족 반도체 화합물을 포함하는 반도체 물질로 충전된다. 또한, 상기 그루브는 적어도 하나의 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 알루미나, 엘라스토머 및 크리스탈린 파우더로 충전될 수 있다.

또한, 본 발명의 소정의 격자 구조 또는 격자는 기결정된 파장에서, 그리고 특정 파장 대역 내에서, 상기 격자 구조 또는 격자 내에서 입사 전자기 방사선의 기결정된 편파 상태를 국부화하도록 적응될 수 있다.

본 발명은, 일부는, 공지된 일차원(1-D) 서브-파장 격자에서 향상된 전송에 책임 있는 모드를 정확히 모델링하기 위한 출원인의 노력의 결과이다. 향상된 광학 투과(EOT)에 1차적으로 책임 있는 것으로서 HSP들에 보고된 주제에 대한 종래 교시에 반해, 출원인 크루즈(Crouse)와 케샤바레디(Keshavareddy)는 그 전체가 본원에 참조로서 병합된, 광학 익스프레스지, 제13권: Iss. 20. 페이지 7760-7771(2005년 10월 3일("크루즈 2005")에 "The role of optical and surface plasmon modes in enhanced transmission and application"으로 명칭된 공보에서 발견 및 보고되었으며, HSP들은 모두 그러한 서브-파장 격자에서의 투과를 강하게 금지 및 약하게 향상시킬 수 있다. 출원인들은 향상된 투과 현상에 기여할 수 있는 다른 공진 모드의 투과-향상되는 특성을 갖는 투과 및 간섭의 강한 금지가 되도록 적응된 주된 효과를 더 보고했다.

최근에, 지원자들은 라멜라(lamellar) 격자 구조에서의 공동 모드들(CM들)이 입사광의 하나 또는 모든 편파에 대해 선택적으로 전송에 있어서의 향상을 생성할 수 있다는 것을 이론적으로 나타낼 수 있었다. 게다가, 지원자들은 그러한 CM-결합된 격자 구조의 속성(예를 들면, 대역폭, 전자계 프로파일)과 파장, 입사각 및 구조적 기하학에 대한 의존도가 HSP-유도된 향상된 투과에 대해 최적화된 종래 격자의 것과 상당히 다르다는 점을 발견했다.

향상된 투과에 대한 서브-파장 격자의 파라미터 의존도의 공식화는 그 전체가 본원에 참조로서 병합되는, 광학 익스프레스지, 제15권, 넘버 4. 페이지 1415- 127(2007년 2월 19일)("크루즈 2007)"의 크루즈와 케샤바레디의 "Polarization independent enhanced optical transmission in one-dimensional gratings and device application"에 보고되었다.

특히, 출원인들은 그것이 TE 방사선, 이를 테면, 금속 와이어에 평행하게 편파된 방사선이 EOT에서 1차 역할을 하는, 본원에 규정된 상기 공동 모드들(CM들), 예를 들면, WG들 또는 (공동 공진 및 표면 플라즈몬 공진 모두로 구성되는) 하이브리드 모드의 공동 모드 컴포넌트에 의해 생성된 공진 모드들임을 알아냈다.

출원인들은 마찬가지로 유사한 공동 공진이 TM 방사선, 이를 테면, 상기 와이어에 수직하게 편파된 방사선에 대해 발견될 수 있으며, 이러한 공진이 상기 편파 상태를 위한 향상된 광학적 투과를 달성하기 위해 본 발명의 격자 구조의 그루브를 통해 광을 채널링하는 것을 도울 수 있다는 점을 발견했다.

즉, 출원인들은 격자 구조가 상기 그루브 내부에서 페브리-페로 조건을 만족하는 그러한 모드에 해당하는 공동 모드를 선택적으로 지원하도록 맞춰질 수 있는 것으로, 하나 또는 둘 모두의 TM 및 TE-편파된 방사선에 의해 바람직하게 여기될 수 있다는 점을 알았다. 출원인들은 또한 특정한 기결정된 에너지 또는 파장에서 이러한 공동 모드의 여기가 예상대로 상기 그루브를 통해 하나 또는 둘의 TM 및 TE 방사선d의 향상된 투과를 제공할 수 있다는 점을 알았다. 또한, 상기 그루브의 그루브 높이 또는 유전율이 증가됨에 EK라 피크 투과의 에너지 위치가 더 낮은 에너지로 시프트한다는 점을 알아냈다.

그러한 편파-조절 가능한 향상된 투과를 제공하기 위해 본 발명의 격자 구조 를 최적화하는 데 있어, 출원인들은, 놀랍게도 종래에 보고되지 않은, TE 및 TM 편파 상태 모두에 대한 향상된 투과의 피크를 조절하는데 있어서의 기본적인 설계 파라미터가 도 2-4fmf 참조하여 상기 와이어, 또는 상기 그루브 폭(c; 26) 간의 간격임을 발견했다. 주어진 편파 및 고정된 그루브 높이 및 주기에 있어, 상기 그루브 폭에 있어서의 변화는 그루브 모드의 수, EOT가 발생하는 에너지, 및 상기 그루브 내부의 전자기 왜곡을 변경한다.

매우 좁은 그루브 개구부에 생성된 TM-편파된 광 CM들에 대해, 공진되게 향상된 전자계는 상기 그루브를 통해 상대적으로 균일하며, 상기 그루브 폭이 증가됨에 따라, 상기 장(field)은 넓은 개구부에 대한 그루브 벽에 가까운 남아있는 높은 세기의 전자계로 재분배한다. 한편, TE 편파에 대해, 상기 그루브 내의 전자계는 측벽상에 매우 작은 장을 갖진 채, 상기 그루브의 중심에서 더 집중된다. 상기 그루브 폭이 증가됨에 따라, 더 많은 공진 모드가 높은 장의 세기의 로브(lobes)로 상기 장을 발생, 재분배하기 시작한다.

기결정된 파장에서 기결정된 편파 상태(예컨대, TE, TM 또는 둘 다)에 결합될 공동 모드를 선택적으로 진원하도록 상기 격자 구조를 적응 및 최적화함으로써 본 발명에 따른 편파-조절 가능한 향상된 투과 서브-파장(PETS) 겨자 구조를 형성하기 위해, 이 명세서에서 후에 더 자세치 기술된 것처럼, 격자 구조의 파라미터에 대한 CM들의 이러한 특성 및 의존도가 활용된다.

도 5a를 참조하면, 본 발명이 PETS 격자의 일 실시예(40)는 기결정된 파장에서 TM-편파된 방사선(44)의 투과를 향상시키고 "TE-통과" 파장 필터를 제공하기 위 해 TE-편파된 방사선을 반사시키는 격자 구조(42)를 포함한다.

또한, 도 5b를 참조하면, 본 발명의 PETS 격자의 또 다른 실시예(48)는 기결정된 파장에서 TE-편파된 방사선(52)의 투과를 향상시키고 "TM-통과" 파장 필터를 제공하기 위해 TM-편파된 방사선(54)을 반사시키는 격자 구조(50)를 포함한다.

도 5c에 개략적으로 도시된 본 발명의 PETS 격자의 또 다른 실시예(56)는 기결정된 파장에서 TE(60) 및 TM-편파된 방사선(62)의 투과를 동시에 향상시키는 격자 구조(58)을 포함한다.

도 5a-5c에 도시된 상기 PETS 격자의 각 격자 구조는 도 6을 참조하여 하기에 더 상세히 설명되는 것처럼, 공동 모드를 지원하는 일차원(1D) 격자 구조에 형성된 사실상 직사각형 단면의 와이어를 포함한다. 도 5a-5c 및 도 6에 도시된 실시예에서, 상기 격자 구조는 주기당 단일 그루브를 포함한다.

도 6의 격자(70)는 기결정된 파장에서 기결정된 편파 상태의 투과를 향상시키도록 적응된 주기(76)당 하나의 그루브(74)를 갖는 구조(78)로 배열된 다수의 와이어(72)를 포함한다. 각 그루브는 폭(c; 80)을 가지며, 공기 또는 1보다 큰 굴절률(k)을 갖는 물질, 또는 유전율(ε_groove)(여기서, ε_groove = k²)을 갖는 물질일 수 있는 물질(88)로 충전된다. 각 와이어(72)는 그루브 높이(82)를 규정하고, 폭(w; 84)를가지며, 골드로 구성된다. 도 7-8을 참조하여 설명된 특정 실시예 및 구성에 있어, 상기 격자 구조(78)는 프리-스탠딩(free-standing)이며; 상기 "기판(36)"은 공기인 것으로 가장한다.

상기 격자(70)의 일 실시예에서, 주기율(Λ; 76)은 1.75 ㎛이며, 높이(h; 82)는 1㎛이며, 11.9의 유전율(ε_groove)을 갖는 물질인 실리콘은 상기 그루브(73)를 충전한다. PETS 격자를 모델링하기 위해 본 발명의 방법을 사용하면, 그것은 도 7에 도시된 것처럼, 0.35㎛에서 0.66㎛로 변화하는 그루브 폭을 갖는, 이러한 파리미터를 가지는 상기 격자 구조(78)에 대한 그루브 폭(96)의 함수에 따라 TM-편파된 광(92)과 TE-편파된 광(94)에 대한 투과의 최대 파장(에너지)(90)로 된 구성을 생성할 수 있다. 도 7에서, 제1 TM(91), 제 TM(92), 및 제3 TM(93) 곡선은 상기 격자가 상기 그리드에 평행하게 편파된 광에 의해 조사될 때 일어나는 공동 모드 공진의 3 가지 순차에 해당한다. 마찬가지로, 제1 TE(97), 제 TE(98), 및 제3 TE(94) 곡선은 상기 격자가 상기 그리드에 수직으로 편파된 광에 의해 조사될 때 일어나는 공동 모드 공진의 3 가지 순차에 해당한다.

도 7에서 나타낼 수 있는 것처럼, EOT가 발생하는 최대값이 TM-편파된 광에 대한 더 높은 에너지와 TE-편파된 광에 대한 더 낮은 에너지로 이동한다. 또한, 선택된 상기 격자 구조(78)의 특정 파라미터(1.75㎛의 Λ(76), 1㎛의 높이(h; 82), 및 11.9의 그루부( ε))에 있어, 0.5eV(λ= 2.5㎛)의 에너지와 0.615㎛의 그루브 폭(80)은 두 개의 곡선(92 및 94)의 교점에 해당한다. 따라서, 도 5c에 설명된 것처럼, 2.5㎛의 동일한 기결정된 파장에서의 TE 및 TM 편파의 동시 EOT에 대한 CM들을 지원하는 본 발명의 격자 구조의 실시예가 달성된다.

본 발명의 격자 구조의 일 실시예에서, 상기 그루브를 충전하는 유전체 물질 은 적어도 10㎛, 바람직하게는 적어도 14의 유전율(ε_groove)을 갖는다. 출원인들은 높은 유전율을 갖는 그루브에 대해, 본 발명의 격자 구조가 그들을 사용하지 않고 가능한 것보다 낮은 에너지에서의 TE-편파 향상된 투과를 제공하며; 여기된 TE-편파된 CM이 조재하지 않을 때 격자에서 TM- 편파 투과를 금지하며; 더 낮은 에너지에서 TE-편파되고 TM-편파된 CM들의 정렬을 허용한다. 따라서, 동시에 TE 및 TM 투과를 위해 조정되는 상기 격자 구조의 바람직한 실시예는 적어도 10, 바람직하게는 적어도 14의 유전율(ε_groove)을 포함한다.

도 8은 본 실시예에 대한 에너지 함수로서 TM 0차 투과(100) 및 TE 0차 투과(102) 곡선의 구성을 나타낸다. 상기 TM 반사율(104) 및 TE 반사율(106)은 또한 비교를 위해 구성된다.

도 8을 참조하면, 그것은 두 편파 상태(50% TM, 50% TE)로부터 동일한 기여도를 갖는 편파되지 않은 입사광에 대해, 상기 입사광의 94%만큼 높은 입사광은 기판(86)(도 6)으로 투과될 수 있는 것으로 계산될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 다양한 광전자 기기, 특히 편파-독립 방사선의 방향을 필요로 하는 기기에서 상당한 설계 향상을 달성하도록 인가될 수 있다.

1.75㎛의 주기율(Λ; 76), 1㎛의 높이(h; 82) 및 상기 그루브(74)를 충전하는 11.9의 ε을 갖는 실리콘을 갖는 도 6에 도시된 상기 격자 구조(78)의 실시예로 다시 시작하면, 상기 격자 구조(78)의 실시예는 기결정된 파장에서 TE 또는 TM 편파된 방사선의 투과를 향상시키기 위해 상기 그루브 폭(c; 80)을 최적화함으로써 획득될 수 있다. 특히, 그루브 폭의 함수로서 0차 TM-편파된 광에 대한 투과의 최대값과 TE-편파관 광에 대한 투과의 급강하를 구성함으로써, 도 5a에 따라, 기결정된 파장에서 TM-편파된 방사선(44)의 투과를 향상시키는 최적 그루브 폭(두 곡선의 교점)은 상기 PETS 격자(40)를 제공하도록 획득될 수 있다. 마찬가지로, TE-편파된 광의 최고값과 TM-편파된 광의 급강하를 구성함으로써, 기결정된 파장에서 TE-편파된 방사선(44)의 투과를 향상시키기 위해, 도 5b에 따라, 상기 최적 그루브 폭은 상기 PETS 격자(48)를 제공하도록 결정될 수 있다.

특정한 일 실시예에서, 0.45㎛의 그루브 폭이 선택된다. 도 9는 방사선의 입사 에너지의 함수로서 TE-편파된 방사선의 반사율(110)과 투과율(112)의 구성 및 TM-편파된 방사선의 반사율(113)과 투과율(114)의 구성을 제공한다. 3.729㎛(hw = .333 eV)의 기결정된 파장에 대해, 도 5a에 도시된 것처럼, 이러한 파라미터(0.45㎛의 c, 1.75㎛의 Λ, 1㎛의 높이(h), 및 상기 그루브(74)를 충전하는 11.9의 ε을 갖는 실리콘)를 가지는 상기 격자 구조(78)가 TM-편파된 광의 투과를 바람직하게 향상시키도록 적응된다. 동일한 구성과 구조적 파라미터를 가지는 상기 격자(70)의 또 다른 실시예에서, 상기 구조(78)는 2.992㎛(hw = .415 eV)의 기결정된 파장에 대해, 도 5b에 도시된 것처럼, TE-편파된 광의 투과를 향상시키도록 적응된다.

따라서, 0.45㎛의 c, 1.75㎛의 Λ, 1㎛의 높이(h; 82), 및 11.9의 ε을 갖는 격자 구조(78)는 또한 제1 기결정된 파장(이 예에서는 .45㎛)에서 TM-편파된 광의 향상된 투과와 제2 기결정된 파장(이 예에서는 3.729㎛)에서 TE-편파된 광의 향상 된 투과를 제공하는 격자 구조를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 상기 구조에 대한 TE(115) 및 TM-편파된 방사선(116)에 대한 최대 투과의 라인-폭이 크게 다르더라도, 관련 있는 어플리케이션에 따라 그루브 폭에 의해 나뉜 그루브 높이로 본원에 규정된 그루브 가로세로비를 변경함으로써 좁거나 넓은 최대값을 설계하는 것이 가능하다. 예를 들면, 광검출기는 일반적으로 넓은 투과 최대값을 필요로하는 반면, 파장 필터는 그들이 파장 선택기 또는 대역-통과 필터로 사용되는지에 EK라 좁거나 넓은 투과 최대값을 필요로 할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 가로세로비는 적어도 약 1 내지 약 10보다 적은 범위 내에 있다.

본 발명의 상기 PETS 격자 구조는 편광판 및 파장 필터를 포함하는 많은 장치 어플리케이션에 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 형성된 편광판 또는 파장 필터의 바람직한 실시예는 도 2-4, 5a-c 및 도 6을 참조하여 설명된 것처럼, 주기당 하나의 그루브만을 가지는 PETS 격자 구조를 포함한다.

도 5c를 참조하여 설명된 것처럼, 두 TE 및 TM 입사 방사선을 동시에 투과시키기 위해 최적화된 본 발명의 상기 PETS 격자 구조로부터 형성된 협대역 필터의 실시예들이 도 10-12에 제공된다.

특히, 도 10은 850㎚에서 두 TM 및 TE-편파된 광에서 향상된 투과를 위해 최적화된 본 발명에 따라 형성된 협대역 광학 파장 필터의 일 실시예에 대한 파장(122)의 함수로서 정규화된 세기(120)의 구성도를 제공한다. 편파되지 않은 입사 방사선에 대한 총 투과(124) 및 총 반사(126) 곡선은 편파되지 않은 광의 95%만큼이 상기 기판으로 투과될 수 있음을 나타낸다. 1차원 주기적 격자 구조의 상기 실시예에서, 도 6을 참조하면, 상기 와이어(72)는 골드로 이루어져 있으며, 상기 격자는 Λ=530㎚의 주기(76)를 가지며, 상기 와이어(72) 간의 상기 그루브 간격(80)은 w=333㎚이며, 상기 금속 접촉에 의해 규정된 상기 높이는 h=490㎚이다. 상기 격자 구조(78)는 SiO₂로 된 기판(86)의 상부에 위치되며, 상기 와이어 간의 간격은 유전체 물질(88)인 SiO₂로 충전된다.

도 11은 1330㎚의 전기 통신 파장에서 두 TM 및 TE-편파된 광에서 향상된 투과를 위해 최적화된 본 발명에 따라 형성된 협대역 광학 파장 필터의 일 실시예에 대한 파장(132)의 함수로서 정규화된 세기(130)의 구성도를 제공한다. 편파되지 않은 입사 방사선에 대한 총 투과(134) 및 총 반사(136) 곡선은 편파되지 않은 광의 82%만큼이 상기 기판으로 투과될 수 있음을 나타낸다. 1차원 주기적 격자 구조의 상기 실시예에서, 도 6을 참조하면, 상기 와이어(72)는 골드로 이루어져 있으며, 상기 격자는 Λ=850㎚의 주기(76)를 가지며, 상기 와이어(72) 간의 상기 그루브 간격(80)은 w=260㎚이며, 상기 금속 접촉에 의해 규정된 상기 높이는 h=647㎚이다. 상기 격자 구조(78)는 SiO₂로 된 기판(86)의 상부에 위치되며, 상기 와이어 간의 간격은 유전체 물질(88)인 실리콘으로 충전된다.

도 12는 1550㎚의 전기 통신 파장에서 두 TM 및 TE-편파된 광에서 향상된 투과를 위해 최적화된 본 발명에 따라 형성된 협대역 광학 파장 필터의 일 실시예에 대한 파장(137)의 함수로서 정규화된 세기(133)의 구성도를 제공한다. 편파되지 않은 입사 방사선에 대한 총 투과(135) 및 총 반사(138) 곡선은 편파되지 않은 광의 82%만큼이 상기 기판으로 투과될 수 있음을 나타낸다. 1차원 주기적 격자 구조의 상기 실시예에서, 도 6을 참조하면, 상기 와이어(72)는 골드로 이루어져 있으며, 상기 격자는 Λ=910㎚의 주기(76)를 가지며, 상기 와이어(72) 간의 상기 그루브 간격(80)은 w=270㎚이며, 상기 금속 접촉에 의해 규정된 상기 높이는 h=575㎚이다. 상기 격자 구조(78)는 SiO₂로 된 기판(86)의 상부에 위치되며, 상기 와이어 간의 간격은 유전체 물질(88)인 실리콘으로 충전된다.

본원에 설명된 것처럼 상기 그루브 내에서 생성하는 CM들을 지원하도록 적응된 본 발명의 상기 PETS 격자 구조는 고도의 파장, 대역폭 및 편파 가변성(tunability)을 가지며, 저손실 금속으로 이루어진 와이어와 저손실 유전체로 이루어진 기판 물질의 사용으로 상기 입사광의 요구된 편파 구성요소의 100% 가까이 투과시킬 수 있다.

특히, 기결정된 파장에서 TE 또는 TM 편파의 향상된 투과를 위한 PETS 격자 구조의 실 실시예에서, 상기 기결정된 파장에서 각각 입사 TE 또는 TM 방사선의 적어도 60%가 투과된다.

기결정된 파장에서 TE 또는 TM 편파의 향상된 투과를 위한 PETS 격자 구조의 또 다른 실시예에서, 상기 기결정된 파장에서 각각 입사 TE 또는 TM 방사선의 적어도 80%가 투과된다.

기결정된 파장에서 TE 또는 TM 편파의 향상된 투과를 위한 PETS 격자 구조의 또 다른 실시예에서, 상기 기결정된 파장에서 각각 입사 TE 또는 TM 방사선의 적어도 90%가 투과된다.

기결정된 파장에서 TE 또는 TM 편파의 향상된 투과를 위한 PETS 격자 구조의 또 다른 실시예에서, 상기 기결정된 파장에서 각각 입사 TE 또는 TM 방사선의 적어도 95%가 투과된다.

기결정된 파장에서 동시에 TE 및 TM 편파의 향상된 투과를 위한 PETS 격자 구조의 일 실시예에서, 상기 기결정된 파장에서 입사 TE 및 TM 방사선의 적어도 60%가 투과된다.

기결정된 파장에서 동시에 TE 및 TM 편파의 향상된 투과를 위한 PETS 격자 구조의 또 다른 실시예에서, 상기 기결정된 파장에서 입사 TE 및 TM 방사선의 적어도 80%가 투과된다.

기결정된 파장에서 동시에 TE 및 TM 편파의 향상된 투과를 위한 PETS 격자 구조의 또 다른 실시예에, 상기 기결정된 파장에서 입사 TE 및 TM 방사선의 적오도 90%가 투과된다.

기결정된 파장에서 동시에 TE 및 TM 편파의 향상된 투과를 위한 PETS 격자 구조의 또 다른 실시예에서, 상기 기결정된 파장에서 입사 TE 및 TM 방사선의 적어도 95%가 투과된다.

도 1-12를 참조하여 상기에 기술된 본 발명의 격자 구조와 이러한 격자 구조를 병합하는 편광판 및 파장 필터 장치들은 바람직하게는 주기당 하나의 그루브를 갖는 격자 구조를 포함한다. 도 13a를 참조하면, 본 발명의 PETS 격자 구조(140)의 또 다른 실시예는 격자 주기(Λ; 142)당 하나 이상의 그루브 를 포함한다. 이러한 유형의 구조(140)는 반복되는 와이어 세트(144)의 패턴을 포함하되, 상기 세트 내의 각 와이어는 다른 측성들을 가질 수 있다; 하나의 세트(144) 내의 제1 와이어(145)는 나머지 세트 내의 상기 제1 와이어(147) 등과 동일하다. 상기 격자 주기(142)는 격자 주기당 적어도 두 개의 그루브를 갖되, 상기 격자 주기(142)는, 예를 들면, 한 세트(144) 내 한 와이어의 리딩 엣지(146)에서 인접 세트(150) 내 상응 와이어의 리딩 엣지(148)RK지 연장된다. 각 세트는 적어도 각 세트(144) 내 와이어의 인접 페어 사이의 제1 폭(c₁; 154)과 제1 유전율(ε_1groove)에 의해 규정된 제1 그루브(152) 및 한 세트(144) 내 마지막 와이어(160)과 와이어의 다음 세트(150) 내 와이어의 인접 제1 와이어(162) 사이의 제2 유전율(ε₂ _groove)과 제2 폭(c₂)에 의해 규정된 제2 그루브(156)를 갖는다.

와이어 세트(144)는 다른 물질, 높이, 및/또는 형태의 패턴으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 그루브는 동일한 물질로 이루어져 있다. 다른 실시예에서, 상기 그루브는 다른 물질로 충전된다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 격자 구조(140)는 동일한 기결정된 파장에서 상기 TE-편파 상태 및 TM-편파 상태의 투과에 결합하여 동시에 향상시키기 위한 공동 모드를 바람직하게 지원하도록 적응된다.

바람직하게, 상기 격자 구조는 한 그루브 세트, 예를 들면, 제1(152) 더 좁 은 그루브를 통해 상기 TM-편파 상태를 바람직하게 투과하도하고, 상기 기결정된 파장에서 나머지 그루브 세트, 예를 들면, 제2(156) 더 넓은 그루브를 통해 상기 TE-편파 상태를 바람직하게 투과하도록 더 적응된다.

이러한 일 실시예에서, 입사 방사선의 편파된 구성요소의 단순 분리에 있어, 상기 제1 그루브의 하나 이상의 상기 그루브 파라미터(예컨대, 그루브 폭, 유전율)는 그들 투과 스펙트럼 내에서 일부가 겹치는 이웃 CM들의 생성을 막기에 충분한 양에 의한 제2 그루브의 파라미터와 다르다. 일 실시예에서, 상기 그루브 폭만이, 예를 들면, 도 13a에서 상기 제1 그루브 폭(154) 및 제2 그루브 폭(158)이 다르다. 출원인은 놀랍게도 예상했던 것보다 향상된 투과의 파장 대역을 오히려 확장시키는 그러한 겹침이 일부 어플리케이션에 있어 바람직하지 않는 상기 제1 및 제2 그루브에서 생성된 상기 CM들 간의 하이브리드 결합 모드를 생성한다는 점을 발견했다. 하지만, 또 다른 실시예의 관점에서 하기에 추가 논의된 것처럼, 이러한 하이브리드 CM들은 유일한 장치 어플리케이션으로 신규한 소위 "순환 모드(circulating mode)"를 생성하는데 유리하게 이용될 수 있다.

도 13-15를 참조하면, 상기 격자 구조(140)의 실시예는 제1 그루브 세트를 통한 TM-편파 상태와, 제2 그루브 세트를 통한 TE-편파 상태를 바람직하게 투과시키기 위해 상기 격자 구조(140)의 한 주기(142) 내 두 개의 다른 그루브(152 및 156)에서의 CM들을 지원하도록 적응될 수 있다. 상기 실시예는 동일한 주기(142)이나 다른 그루브 폭 및/또는 유전율((c₁, ε₁ _groove) 및 (c₂, ε₂ _groove))을 가지는 라멜 라의 "서브-격자(sub- gratings)" 두 개의 단순한 주기당 단일 그루브(single-groove-per-period)의 조합으로 기술될 수 있다. 특정 실시예가 도 13-15에 제공된다. 도 13b는 Au 와이어(172), c=0.6㎛의 그루브 폭(174), h=0.645㎛의 높이(176), Λ=2.5㎛의 주기(178), ε_groove=22의 유전율(180)(거의 Ta₂O₅에 대한 유전율임) 및 상기 기판과 수퍼스트레이트에 대한 공기로 된 제1 서브-격자(170)에 대한 TM-편파(166) 및 TE-편파 투과(168)를 나타낸다.

이러한 파라미터는 TE-편파된 광을 선택적으로 투과시키는 기결정된 λ=5㎛에서 TE-편파된 CM을 제공한다.

상기 TE-편파된 모드는 하기식 (2)에 의해 제공된 (공동 내에서) 100% 제한된 CM들에 대한 공식에 따라 구해진 n=m=1 모드에 해당한다:

(2)

여기서, n과 m은 정수이며,

는 상기 그루브 내 유전체 물질의 굴절률이다.

도 14를 참조하면, 모든 그루브가 c=0.3㎛의 폭(184)와 ε_groove=11.9(=ε_silicon)의 유전율(186)을 가지도록 변경되는 반면 그 외 나머지들은 변경되지 않는다면, 도 14에 도시된 제2 "서브-격자"(182)를 형성하기 위해, 상기 제2 주기당 단일 그루브 격자는 TM-편파된 광을 선택적으로 투과시키는 λ=5㎛(식 (2)의 n=1, m=0 모드)에서 TM-편파된 CM(188)을 가지며, 상기 TE-편파된 투과율은 3-9㎛의 범위의 파장에 대해 0이다.

도 15를 참조하면, 이러한 두 개의 격자(170 및 182)가 격자당 두 개의 그루브를 갖는 상기 격자 구조(190)를 형성하도록 조합된다면, λ=2.5㎛의 한 주기(192) 내에서, c=0.6㎛의 폭(195)과 ε₁ _groove=22를 갖는 하나의 그루브(194)와 c=0.3㎛의 폭(198)과 ε_2groove=11.9를 갖는 하나의 그루브(196)가 존재하도록 수행될 것으로 예상된다. 이러한 격자 구조의 투과율은 하기에 논의된 것처럼 생성된 위상 공진이 존재하지 않는 한, 거의 도 13b와 도 14에 도시된 두 개의 연속하는 주기당 단일 그루브의 투과율의 정규화된 합이다. λ=5㎛에서 TM-편파된 광은 각각 도 16a와 16b에서 장 밀도(field density; 204) 포인팅 벡터 구성도(206)에 의해 설명된 것처럼, 더욱 좁은 그루브 세트를 통해 투과된다. λ=5㎛에서 TE-편파된(202) 광은 각각 도 17a와 17b에서 장 밀도9208)와 포인팅 벡터 구성도(210)에 의해 설명된 것처럼 더욱 넓은 그루브 세트를 통해 투과된다. 상기 연속하는 주기당 단일 그루브의 투과율의 정규화된 합은 상기 격자 구조가 위상 상호작용이 일어나지 않도록 충분히 멀리 이격되는 TM-편파 및 TE-편파 CM들을 바람직하게 지원하도록 적응되는 한, 두 TM 및 TE 편파 상태의 향상된 투과와 분리를 위해 본 발명의 주기당 다수의 그루브 격자의 실시예의 투과율의 우수한 근사값을 제공한다.

기결정된 편파 상태의 향상된 투과와 분리을 위한 추가적인 주기당 다수의 그루브 격자는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 이러한 실시예들은 다 수의 주기당 단일 그루브 서브-격자 구조를 포함하는 격자 구조를 포함하되, 각 서브-격자 구조는 (와이어 화합물, 기판 물질, 주기성, 그루브 폭, 그루브 유전체, 주기, 와이어 높이 및 형태 등을 포함하는) 격자 파라미터와 관련되며, 적어도 하나의 서브-격자 구조는 그들의 관련 CM들 사이에 일어나는 사실상 위상 상호작용 없이 향상된 투과를 생성하는 또 하른 서브-격자 구조와 충분히 다르다.

도 18을 참조하면, 본 발명에 따라 형성된 일 실시예에서, 기결정된 파장에서 입사 빔의 세기와 편파 상태를 측정하는 금속-반도체-금속 광검출기(metal-semiconductor-metal photodetector; MSM-PD)(212)는 본 발명의 주기당 다수의 그루브 구조를 포함한다. 상기 MSM-PD(212)는 흡수 반도체 기판(216)의 상부에 제조된 격자 구조(214)를 포함한다. 상기 장치(212)는 대안적으로 역방향으로 바이어스된 와이어(220) 사이에 산재된 정방향으로 바이어스된 와이어(218)로 번갈아 바이어스된 와이어를 갖는다. 이러한 구조(214)는 모든 점에서 동일하고 TM-편파된 광을 선택적으로 투과시키며 상기 그루브(226) 중 하나가 TE-편파된 광을 선택적으로 투과시키는 두 개의 그루브(224)를 구비한 주기(222)당 세 개의 그루브를 갖는다. 상기 투과된 광은 전자-정공 쌍을 생성하여, 상기 입사 빔의 각 TM-편파 및 TE-편파 구성요소로 인한 전류 구성요소(I_p 및 I_s)를 생성한다. 판독 집적 회로(Readout integrated circuitry; ROIC)는 그 후 주어진 I_p 및 I_p + I_s로 I_s를 구할 수 있다. 원한다면, 추가적이 동일한 TE-편파된 광 채널링 그루브가 TE-편관된 광에 의해 생성된 전자-홀 쌍을 수집하는 것만으로 하나의 접촉 세트를 하용하도록 삽입될 수 있다.

도 19a와 19b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예는 기결정된 파장에서 기결정된 편파 상태의 투과를 바람직하게 향상시키고, 또한 도 19a와 19b의 포인팅 벡터 표시로 도시된 것처럼, 구조(230)를 통해 투과된 방사선의 소위 "광 순환"(243)를 생성하는, 소위 위상 공진으로 인한 하이브리드 CM들 또는 "π" 모드를 지원하도록 적응된 주기당 다수의 그루브(232)를 갖는 격자 구조(230)를 포함한다.

상기 실시예에서 상기 격자 구조는 주기당 다수의 그루브를 포함한다. 상기 주기 내 각 그루브는 (와이어 화합물, 기판 물질, 주기성, 그루브 폭, 그루브 유전체, 주기, 와이어 높이 및 형태 등을 포함하는) 격자 파라미터를 포함하는 서브-격자 구조와 관련되도록 고려될 수 있다. 적어도 하나의 서브-격자 구조는 향상된 투과와 광-순환을 생성하는 또 다른 서브-격자 구조와 충분히 다르나, 그들의 관련 CM들 사이에서 일어나는 위상 상호작용을 막기에는 충분하지 않다.

TM-편광된 π모드는 종래 기술에 보고되었으나, TE-편광된 π모드와 상기 광 순환 효과는 갖고 있지 않다. 도 19a를 참조하면, 예를 들어, 본원에서 말한 광 재순환은 입사광(234)이 하나의 그루브 세트(236)를 통해 투과될 때 발생하며, 그 후 기결정된 파장, 편파 및 입사 각도에서 상기 광에 대한 높은 순(net) 반사율을 초래하는 바람직하게 다른 형태 또는 구성의 그루브(238)의 제2 세트를 통해 재-투과된다. 선택적으로, 동일한 효과가 박막(금속)에서 홀 어레이를 사용하여 달성될 수 있다.

본 발명이 광 순환 격자 구조는 TM- 및 TE- 편파된 입사광의 하나 또는 둘 모두의 투과를 향상시키고 광-순환을 생성하는 구조를 포함한다. 도 19a는 투과 최대값이 하이브리드 CM들에 대해 일어나는 바로 하기의 파장에서 TE-편파된 방사선에 대한 순환 방사선의 포인팅 벡터 표시(248)를 나타내고, 도 19b는 순환 방향으로 시프트하게 하여 상기 투과 최대값이 일어나는 것보다 작은 파장에서 TE-편파된 방사선에 대한 순환 방사선의 포인팅 벡터 표시(250)를 나타낸다. 이러한 광-순환 모드의 추가적인 세부사항은 하기의 실시예 섹션의 실시예 3에서 제공된다.

실시예 3에서, 본 발명에 따라 형성된 TE-편파된 광의 향상된 투과 및 광 순환을 위해 적응된 격자 구조의 일 실시예(230)는 c₁=0.755㎛의 제1 그루브 폭(240) 및 c₂=0.735㎛의 제2 그루브 폭(242)과 ε₂ _groove=23과 같은 ε₁ _groove을 갖는 주기(232)당 두 개의 그루브를 갖는다. 상기 와이어는 골드로 되어 있다. 이러한 구조는 상기 입사광의 정규 입사 각도에서 상기 TE-모드에 대한 광-순환 구조이다.

도 X8을 참조하여 실시예 3에 기술된 상기 격자 구조의 또 다른 실시예에서, 상기 그루브 유전체가 또한 ε₁ _groove이 ε₂ _groove와 같지 않지만, ε₁ _groove=25와 ε₂ _groove=21이 되도록 변경된다면, 그 후 TM-편파된 광이 향상된 투과와 광 순환은 정규 입사 각도에서의 광에 대해 일어난다. 따라서, 본 발명이 광-순환 격자 구조는 기결정된 파장에서 소정의 기결정된 편파 상태의 광-순환에 대한 하이브리드 CM 또는 π모드를 생성하도록 적응될 수 이TEk.

도 20을 참조하면, 소정의 상기 광 순환 격자 구조는 비정규 입사각에서 광 위빙 구조(260)일 수 있다.

"광 위빙(Light weaving)"은 비제로 평면 이동(이를 테면, 상기 와이어의 표면에 평행한 방향으로의 이동)을 갖는 입사 전자계 방사선(262)이 교대 그루브(264)를 통해 위빙될 때, 그것이 그들에 평행하게 이동하는 대로 상기 와이어 근처의 광을 국부화시킨다. 본 발명의 상기 광 위빙 격자 구조는 광검출기에 또는 신호 또는 데이터의 전파에 유용할 수 있다.

도 21을 참조하면, 일 실시예에서, 본 발명의 광-순환 격자 구조(266)를 포함하는 장치는 시간 기간에 있어 단시간, 이를 테면, 초고속 펄스와 펨토세컨드보다 적은 시간 내지 마이크로세컨드에 대한 시간 기간을 갖는 펄스를 포함하는 순간 펄스인 입사 펄스 광 신호(270)로 사용하도록 적응되어, 상기 광 순환 모드(268)는 광을 그루브를 통해 상기 격자에 있는 와이어 주변을 계속 순환하도록 하는 것으로, 바람직하게 금속막에서 선택적으로 홀이 존재한다. 광 순환은 여기 빔(270)이 없어진 후에도 계속될 것이다. 그 후, 상기 순환하는 광은 반사되는 프로브 빔의 일부를 갖는 상기 구조로부터 멀리 방사할 방출된 신호 빔(274)의 조절가능한 "정지(stopping)" 및 "방출(releasing)"을 초래하는 상부 또는 하부로부터 프로브 빔(272)에 의해 상기 격자 구조(266)로부터 방출될 수 있다. 상기 격자 구조(266)는 광 저장, 또는 메모리, 또는 제어 장치 구조에 사용하도록 적응될 수 있다.

본 발명의 도 22에 도시된 상기 격자 구조의 또 다른 실시예에서, 층들(282, 284, 286)의 소정의 결합, 예를 들면, 기판을 구비하거나 구비하지 않은 본 발명의 소정의 상기 격자 구조는 스페이서 층(288 및 290)에 의해, 예를 들면, 소정의 광 순환 모드를 생성하도록 결합 및 분리될 수 있다.

본원에 기술된 상기 광 순환 모드를 생성하도록 적응 및 배열되는 박막, 바람직하게는 금속막에 있어 홀 어레이는 또한 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

방법

본 발명의 소정의 PETS 격자 구조를 맞추기 위한 방법의 일 실시예는 "실시예들" 섹션에서 하기에 제공된 실시예 1에 기술된 것처럼 공지된 표면 임피던스 경계 조건(surface impedance boundary conditions; SIBC)를사용하는 결합 모드 알고리즘을 적용하는 단계를 포함한다.

실시예 1은 정규 입사 방사선을 가정하나, 본 발명의 상기 격자 구조는 또한 특정 어플리케이션 및 소정의 결과에 따라 소정의 기결정된 입사각에서 향상된 투과를 위해 적응된 구조를 포함한다.

소정의 기결정된 파장에서 소정의 편파 상태(들)의 향상된 투과를 가지는 상기 격자 구조에 대한, 그리고 기결정된 대역폭에 대한 와이어 구성물, 그루브 물질의 굴절률, 기판 물질, 주기성, 그루브 폭 및 높이를 포함하는 다양한 파라미터는 실시예 1에 기술된 것처럼 변경될 수 있다.

따라서, 본 발명은 편파 독립 향샹된 광학 투과를 달성하기 위해, 광학적 표면 플라스몬 공진 효과를 이용하기 위한 상기 와이어, 피치, 및 방향 사이의 간격을 최적화하는 단계의 방법을 포함한다. 이러한 파라미터는 본 발명에 따른 바람직한 파장, 파, 및 입사각에 따라 최적화될 수 있다. 상기 금속 와이어에 의해 규정된 높이는 상기 투과 최대값에 대한 다양한 라인 폭을 달성하도록 더 최적화될 수 있다.

특히, 본 발명의 방법의 일 실시예는 근사값으로서 상기 CM들이 상기 그루브에 완전히 제한되는 것으로 가정한다. 상기 그루브에 완전히 제한된 CM들에 대해, 그 파장은 식 (3)으로 주어진다:

(3)

여기서, n과 m은 정수이며,

는 상기 그루브(74) 내 유전체 물질(88)의 굴절률이다.

CM들이 상기 그루브에 완전히 제한되지 않더라도, 식 (30)은 여전히 도파관 모드에 의해 생성된 CM들에 대해 그리고 TM-편파된 VSP들에 의해 생성된 CM들에 대해서도 거의 참이다. 더 중요하게, 식 (3)은 본래 각각 m=0과 m=1인 TM-편파("p-편파"로도 칭함) 및 TE-편파("s-편파"로도 칭함)에 허용가능한 최저 m값을 갖는 본 발명의 상기 격자 구조의 구조적 파라미터(n_groove, h, 및 c)에 대한 상기 CM들의 의존도이다.

상기 마지막 사실 때문에, 최저 차수의 TE-편파된 CM은 최저 에너지 p-편파된 CM보다 더 높은 에너지에서 일어난다. h/c의 비율에 따라, 다른 편파들에 대해 최저 차수 CM들 사이의 바람직하지 않게 큰 파장 분리를 초래하는 최저 에너지 TE-편파된 CM보다 더 낮은 에너지를 갖는 많은 TM-편파된 CM들이 존재할 수 있다.

구조적 파라미터(예컨대 그루브 폭, 높이 및 그루브 유전율)에 대한 TE-편파 및 TM-편파된 CM들의 모든 의존도의 더 상세한 설명이 쿠르즈 2007에 그리고 하기의 실시예 섹션에서의 실시예 1에도 주어진다. 이러한 의존도를 요약하면, 상기 TM-편파된 CM들은 h 및 ε_groove에 대한 강력한 의존도를 가지며, m=0 모드가 사용되는 경우 c에 대한 약한 의존도를 갖는다. 또한, TM-편파된 CM들은 특히 Λ가 상기 CM 파장의 값에 가까운 파장에서 우드-레일레이 변형(Wood-Rayleig anomaly; WR) 또는 HSP를 생생하기 위해 그럴 때 Λ에 대한 강한 의존도를 가질 수 있다. 상기 TE-편파된 CM들은 h, c, 및 ε_groove에 대한 강한 의존도와 Λ에 대한 약한 의존도를 갖는다. 상기 CM들의 이러한 기본 특성과 구조적 의존도에 의해, 최저 차순의 TE-편파된 CM들과 TM-편파된 CM들을 조절하기 위한 방법의 일 실시예가 다음과 같이 제공된다.

본 발명의 방법 및 격자는 상기 그루브에서 고율(또는 높은-k)의 유전체 물질을 사용하도록 허용하는 것으로, 하기의 장점들을 갖는다. 0차("스트레이트-스루(straight-through)") 투과 빔으로의 입사 방사선 빔의 최고 투과도를 달성하기 위해, 두 TM 및 TE 편파에 대한 CM들을 향상시키는 투과는 1차 회절의 개시보다 더 낮은 에너지에서 발생해야 한다.

의 유전율을 갖는 기판(예컨대, 유리, 반도체 등)에 포개진 본 발명의 상기 격자 구조에 대해, 1차 회절의 개시는 파장 λ₁ _st _order=Λ/n_substrate에 대해 일어난다. 공기와 다른 기판에 대해, 실제 가로세로비(상기 그루브의 높이/폭), 및 함께 몰리지 않는 (이를 테면, 상기 투가 최고값의 대역폭은 적어도 두 번의 인접한 최고값의 파장 분리임) TM-편파된 CM 투과 최고값을 생성하기에 충분한 작은 h, 적어도 상기 기판의 것만큼 큰 유전율을 갖는 상기 그루브 내 물질은 전형적으로 1차 회절의 개시 아래 상기 TE-편파된 CM들의 에너지를 낮추도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 고율의 유전체(예컨대, 하프늄 옥사이드 또는 디탄탈늄 펜톡사이드와 같은 높은 k 유전체)는 TM-편파된 CM이 여기되지 않을 때 (TM-편파 투과 그루브의 폭에 비해) 상대적으로 넓은 TE-편파 투과 그루브를 통한 TM-편파 투과를 금지한다.

따라서, 도 23을 참조하면, 주기당 하나의 그루브만을 갖는 격자 구조상에 TE-편파 및 TM-편파된 광에 대한 CM-생성된 향상된 투과 최고값을 조절 및 정렬하기 위한 본 발명의 방법의 일 실시예(300)는 하기의 일련의 단계들을 포함한다:

1. 1차 회절의 개시가 향상된 투과가 요구되는 기결정된 파장보다 더 낮은 파장에 있도록 격자 주기(Λ)를 선택한다(302); 또한, 상기 격자 주기(Λ)는 상기 기결정된 파장보다 작도록 선택된다.

2. 상기에 논의된 것처럼 하기 관계식들을 사용하여, 요구된 근사 파장 범위에서 TE-편파 및 TM-편파된 CM들을 얻기 위해 c, h, 및 ε_groove에 대한 초기값을 선택한다(304). h가 클수록 각 편파에 대한 상기 CM들의 간격이 (파장내에서) 더 가까워진다. 가로세로비(h/c)가 클수록 CM들의 Q-요소는 더 높아진다. 하지만, 가로세로비가 너무 크면 실제 금속에 대해 큰 흡수가 생길 것이다. 중요한게, Tㄸ-편파된 CM을 지원하기에 충분히 넓게 존재하는 그루브는 일반적으로 TM-편파된 CM이 여 기되지 않을 때도 TM-편파된 광이 감지할 수 있는 양으로 전송되도록 허용한다. 이러한 문제점의 한 방법은 다음의 두가지를 행하는 고율의 유전체를 사용하는 것이다; (1)

의 요소에 의해 상기 그루브의 유효한 폭과 높이를 증가시키고, (2) TM-편파된 CM이 여기되지 않을 때 TM-편파 투과를 줄임으로써 TM-편파된 광에 대한 임피던스를 증가시킨다.

3. 상기 요구된 파장에서 상기 TM-편파된 CM을 지원하기 위해 최적이 그루브 높이(h)를 획득하도록 그 초기값으로부터 상기 그루브 높이(h)를 변경한다(306).

4. 상기 TE-편파된 CM이 상기 요구된 파장에서 상기 TM-편파된 CM과 정렬될 때까지 그 초기값으로부터 상기 그루브 폭(c)을 변경한다(308). 상기 정렬은, 예컨대, 도 7에 도시된 것처럼 파장과 그루브 폭의 함수로서, 예를 들어, 상기 최고값 TE 및 최고값 TM을 구성함으로써 수행될 수 있다.

상기 방법에 따라 형성된 격자 구조의 실시예가 하기의 실시예 섹션에서 실시예 2로 제공된다.

본 발명의 소정의 방법에 따라 결정된 최적화된 파라미터들은 서브-파장 격자를 제조하기 위해 본 발명에 속하는 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 알려진 소정의 적절한 제조 방법을 사용하여 본 발명의 소정의 격자 구조를 제조하는데 사용될 수 있다.

예를 들면, 자외선, 가시광선 및 근적외선, 중간-적외선 긴 파장 적외선 및 매우 긴 파장 적외선에서 기결정된 파장에서 방사선을 향상시키기 위해 최적화된 상기 격자 구조에 있어, 표준 마이크로제조 기술이 사용될 수 있다. 이러한 제조 방법은 열 증착, 전자 빔 증착, 스퍼터링, 또는 화학적 증기 증착에 의한 상기 와이어와 그루브, 그리고 금속, 옥사이드 및 반도체와 같은 기판 물질의 물리적 증착을 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 격자 구조는 습식 화학적 에칭 및/또는 반응성 이온 에칭 또는 이온 빔 밀링(milling)과 함께 포토리소그라피(photolithography) 또는 전자 빔 리소그라피를 사용하여 생성될 수 있다. 테라헤르츠(THz) 및 마이크로웨이프 영역과 같은 매우 긴 판장 적외선보다 더 긴 파장 영역에서 동작하는 구조에 대해, 컴퓨터 수치 제어(computer numerical control; CNC) 마이크로 밀링 머신을 포함하여 더 경제적인 제조 기법이 사용될 수 있다.

실시예들

실시예 1

본 발명의 격자와 같은 라멜라 격자의 광학적 및 전자계 특성은 표면 임피던스 경계 조건(SIBC) 근사값을 사용하는 결합형 모드 알고리즘을 사용하여 이 실시예에서 모델링된다. 상기 방법은 디. 크루즈(D. Crouse)의 "Numerical Modeling and Electromagnetic Resonant Modes in Complex Grating Structures and Optoelectronic Device Applications" IEEE 트랜스. 전자 장치 52: 2365-2373(2005)에 상세히 기술되며, 그 전체가 본원에 참조로서 병합되며, 여기에는 요약만 되어 있다. 도 24를 참조하면, 상기 방법은 유전체/금속 인터페이스에서 전계 및 자계의 접선 요소와 관련하여 하기의 근사값을 사용한다:

여기서, Z=1/n_metal이며, n_metal은 상기 금속의 합성 굴절률로 되어 있다. 이러한 근사값은 상기 금속의 유전률이 (적외선 및 가시광선 스펙트럼 영역에서 주로 참인) 이웃하는 유전체보다 훨씬 큰 경우 유효하다.

도 24는 계산에 사용된 좌표 시스템을 규정한다. 상기 격자의 하나의 주기만이 도시된다. 상기 계산에서, 상부 층은 공기인 것으로 가정한다.

상기 전자계는 다음과 같이 직교 모드의 선형 결합으로 표현된다:

여기서, f_i(x,y)는 각각 상기 TM 편파 또는 TE 편파가 모델링되고 있는 지에 따라 자계의

요소 또는 전계이

요소이다. 다른 전계 및 자계 요소는 맥스웰 방정식으로부터 비롯된 관계식을 사용하여 획득될 수 있다. 또한, α_n=k_osinθ_incident + nK, K=2π/d,

n은 정수이며, 상기 구조의 주기 d, 입사각 θ_incident, 파장 λ, 및 i차 영역의 유전율 ε_i로 되어 있다. 식 (A1) 과 (A3)에서, 형태 팽창에 사용된 직교 모드는 공기와 기판층에서 평면파이며, 하기의 직교 모드 Φ_n(x,y)는 상기 그루브에 상용된다:

여기서,

과

은 다음이 관계식을 따른다:

상기 그루브의 좌변측 및 우변측에 상기 SIBC 조건을 적용하는 것은 (각각) 다음 방정식을 초래한다:

여기서, c는 상기 그루브의 폭이고, TM 편파에 대한

와 TE 편파에 대한

이다. 상기 방법에서 가장 기본적인 단계가 방정식(A10)에 대한 해이다. 상기 방법에서 식 (A10)의 루트는 초기값으로부터 적분을 시작함으로써 구해진다. 우리는 룽게-쿠타(Runge-Kutta) 방법을 사용하여 상기 적 분을 수행했다.

y=h/2이고 y=-h/2에서 금속/유전체 인터페이스에서의 상기 접선계(tangential field) 요소와 상기 SIBC 조건을 같게 하는 경계 조건을 적용하는 것은 다음 방정식들을 산출한다:

여기서, TM 편파에 대해

및

이고, TE 편파에 대해

이며,

이다.

그 후, 식 (A11)과 (A13)을 X_m(x)로 곱하여 영역 0≤x≤c에 걸쳐 적분하고, 식 (A12)와 (A14)를

로 곱하여 영역 0≤x≤d에 걸쳐 적분하는 것은 미지의 계수 R_n, T_n, a_n 및 b_n을 결정하는데 사용되는 다음의 매트릭스 식을 산출한다:

및

여기서, 매트릭스

는 미리 규정되었던

으로 주어진 주요 항을 따라 비제로(nonzero) 요소를 갖는 매트릭스 제곱이다; G, N, J, K는 다음 식으로 주어진 요소를 갖는 매트릭스이다:

상기 전자계 팽창에 사용된 많은 모드들은 크며, 그 해가 수렴되었다. 상기 방법을 사용하여 획득된 결과는 상기 그루브의 벽이 완전히 전달되고 있다고 가정하는 또 다른 방법을 사용하여 확인되었다. 이러한 결과들은 상기 SIBC 근사값을 사용하는 TE 편파 답의 수렴이 TM 편파 답의 수렴보다 더 나쁠지라도, 두 TM 및 TE 편파에 대한 EOT를 나타내는 주요 결과는 더 정확한 방법들이 상기 계산에 사용될 때 참임을 유지할 것이라는 점을 나타내는 동일한 결과를 초래한다.

일단 식(A15)가 모든 미지의 계수를 찾는데 사용되면, 외부로의 전파 모드에 대한 포인팅 벡터의

-요소와 (정규화된 입사 빔 및 광기로 되어 있는 상부 층을 추정하는) 입사 빔의

-요소의 비율에 따라 반사율(식 A23에서 i=공기), 투과율 및 회절 계수(식 A23에서 i=기판)가 계산될 수 있다:

여기서,

은 R_n 또는 T_n이며,

은 외부로의 전파 모드의 각도이다.

실시예 2

도 5c와 도 6을 참조하면, 주기당 단일 그루브 구조의 실시예는 25.188GHz(파장 λ=11.91mm)의 기결정된 주파수에서 두 TE-전파 및 TM-전파된 마이크로파의 향상된 투과를 위해 제조되었다. 상기 격자 구조는 상기 기판과 수퍼스트레이트에 대한 Al 접촉 또는 와이어(ε_Al = -10⁴+ i·10⁷), 10.3428mm의 주기, 3.8211mm의 그루브 폭, 6.045mm의 두께, 2.8의 유전율, 및 공기를 갖는다. 본원에 제공된 수치 모델링의 정확성이 검증된 이러한 단순한 격자 구조에 대한 실험적 결과와 CM-유도된 향상된 투과의 개념은 이러한 알고리즘과 개념이 예를 들면 도 22에 도시된 것처럼, 주기당 하나 이상의 그루브를 갖는 더 복잡한 격자 구조의 설계에 또한 사용되도록 한다.

두 수치 모델링 방법이 사용되었으며, 그 결과는 일치 및 정확도를 보장하도록 비교된다. 한 방법은 표면 임피던스 경계 조건(SIBC) 근사값을 사용하고 넓은 범위의 격자 구조의 모든 광학 특성을 매우 빨리 계산하도록 한다. 다른 방법은 앤소프트사9Ansoft Corp.)로부터 상업적으로 이용가능한 solver HFSS^TM 제한-요소 방법이다. CM들, HSP들, VSP들, WR들, 회절 및 모든 다른 광학적 효과는 그들이 적외선(IR)과 가시광선 스펙트럼 영역에서 실시되나 상기 CM들과 회절 특성은 그루브 높이와 폭과 격자 피치(pitch) 또는 주기로 스케일링하는 파장에서 발생함에 따라 상기 마이크로파에서 발생한다는 것을 염두에 두어야 한다. 상기 투과율(도 25), 전체 ω-k 반사율 및 투과율 프로파일(도 26-29), 및 25.188GHz TM-편파 및 TE-편 파된 CM들 각각의 자계와 전계 세기는 상기 SIBC 알고리즘을 사용하여 획득되었다. 또한, 정규 입사 투과율 및 반사율은 HFSS^TM을 사용하여 획득되었으며 (그 결과 명확성과 간결성을 위해 도시되지 않음) 상기 SIBC 결과에 동의한다. 또한, 상기 TM-편파 및 TE-편파된 CM들의 특성은 크루즈 2005 및 크루wm2007에 논의되며, 고 투과율, 작은 입사 각도 의존도, 및 TM-편파된 CM들과 WR들의 상호작용 및 혼잡 방지(anti-crossing)를 포함하는 이러한 도 26-29에 도시될 수 있다.

상기 제조된 장치는 11.91mm의 기결정된 파장에서 TM 및 TE-편파된 방사선에 동시에 결합하는 공동 모드를 생성하도록 본원에 제시된 방법들에 따라 형성되었다. 그러한 밀리미터-스케일 구조는 나노스케일 구조보다 제조하는데 훨씬 더 저렴해지고 더욱 빨라지며, 상기 WR들 및 CM 모드의 효과 및 파장은 상기 장치 규격으로 모두 스케일링하는 장치 수행에 대한 역할을 하므로 그들은 관련 있는 이론적 구성의 더할 나위 없이 좋은 실험적 검증을 제공할 수 있다. 밀리미터 스케일에 대한 주기적 특징의 경우, 이론은 향상된 투과가 마이크로파 스펙트럼 영역에서 관찰될 것으로 예상한다. 상기 IR에서 마이크로파 스펙트럼 영역으로 이동하는 데 있어, 단지 상기 반사 및 투과 곡선 간의 차는 상기 HSP와 CM 공진에 대한 약간 더 높은 에너지와 세기로 존재하며, 마아크로파에서의 금속처럼 거의 완벽한 전도체(conductor)로 동작한다; 사용되는 Al의 유전율은 λ=31㎛ 및 λ=31㎛에서부터 λ=600㎚까지 표로 작성된 데이터²⁶에 대한 상기 마이크로파에 대해 ε_Al = -10⁴ + i ·10⁷이다. 추가적으로, 가시광선 또는 IR에서도 연구를 수행하지 않는 한, 우리는 사용된 물질의 유전율에 있어서의 가변성에 대해 걱정할 필요가 없다; 기본적으로 상기 금속은 완벽하게 전도되고 있으며, 상기 그루브를 충전하는 유전체는 이러한 파장들에서 거의 비-전파성이다. 따라서, 이는 더욱 긴 파장들에서 이러한 원리 연구적 차원의 증명을 수행하기 위한 매우 적절한 접근법이다.

실험적 샘플은 약 400mm×400mm의 영역을 커버하기 위해 각 c=3.82mm의 폭, Λ=1.34mm의 주기성을 갖고 이격되며(spaced), 두께 h=6.05mm의 알루미늄 합금 플레이트를 통해 모두 밀링되는(milled) 동일한 그루브 세트를 기계 가공함으로써 구성된다. 그 후, 보이드(void)는 완전히 비워질 때까지 진공 하에서 휴지하기 위해 혼합되고 남겨져 있던 엘라스토머(Dow Corning® Sylgard® 184 실리콘 밀봉재)로 면밀하게 충전되었다. GHz 체제에서 상기 엘라스토머의 주기성의 실제 일부는 ~2.8이다. 표준 이득 혼(horn)으로부터 선형적으로 편파된 마이크로파 방사선은 정규 입사각에서 상기 샘플에 충돌하는 구면 거울을 사용하여 조준된다. 지속파 소스는 대역 18≤ν≤26.5 GHz 및 26.5≤ν≤40 GHz(이를 테면, 7.5≤λ≤16.7mm)에서의 주파수를 스쳐 고정형 위치 안테나에 공급한다. 상기 샘플에 부딪히기 전에, 상기 입사 빔은 상기 입사 빔 스폿을 유용한 샘플 영역으로 제한하기 위해 광대역 마이크로파 흡수 물질의 개구부를 통해 통과되었다. 게다가, 많은 수의 격자 주기를 지나 투과된 신호의 평균을 획득하기 위해, 상기 투과된 빔은 제2 혼 안테나 및 검출기로 포커싱되기 전에 또 다른 구면 거울을 사용하여 수집된다. 상기 입사 빔과 검 출된 빔 모두의 편파는 상기 구성에 있어 그 중심 축에 대해 각 혼 안테나의 단순한 회전을 통해 변경될 수 있다.

상기 샘플의 부재시 스펙트럼으로 정규화된, 상기 입사 및 검출된 편파 모두를 TM-편파(400) 또는 TE-편파(402)로 설정하는 실험적인 투과율 데이터가 도 30에 도시된다(각각 + 및 o). 도 30에 보이는 바와 같이, 상기 실험적인 투과율은 수치 모델링에 의해 획득된 예상값(404 및 406)과 관련하여 사실상 각각 감소되나, 일단 상기 폴리머와 불순물의 디바이 유전체 반응에 관련된 소량 흡수 요소가 상기 모델링에 사용된 엘라스토머의 유전율에 포함되면, 상기 모델링된 곡선(408 및 410)은 각각 실험적 곡선(400 및 402)과 매우 잘 일치한다. 따라서, 상기 실험적 데이터를 상기 모델링에 맞춤으로써, 제조되었던 상기 구조가 3.824mm의 그루브 폭과 ε_groove=2.75 + i·0.0945의 상기 그루브에 대한 유전율을 갖는다는 점을 알았다. 이러한 유전 손실의 크기는 대신에 크리스탈린 파우더의 사용으로 감소될 수 있다.

실시예 3

TM-편파된 입사광에 대한 위상 공진은 구성물, 외형 또는 방향에 대해 다른 주기당 다수의 그루브를 갖는 격자에서 일어날 수 있음이 잘 알려져 있다. 이러한 유형의 구조에서, 이웃하는 그루브들에서 TM-편파된 VSP-CM들은 동일한 크기이나 aπ 라디안 위상차를 갖는 필드 프로파일을 생성하여 결합할 수 있다; 그러한 모드는 예를 들어, 앨라스테어 피. 히빈스(Alastair P. Hibbins) 등의 피직스 리뷰 레 터스 96 257402(2006)호에 기술된 것처럼 π모드 또는 공진으로 불려왔다. 하지만, 광-순환은 소저의 편파에 대해 미리 보고되지 않았다.

TE-편파된 광에 있어, 소정의 금소/유전체 인터페이스에 대해 정규 전계 요소가 없고, 따라서 SP들과 VSP-CM들은 여기될 수 없다. 하지만, 출원인들은 WG-CM들이 레일레이 변형에 따라 발생하였고, TM-편파된 π모드의 특성과 유사한 특성을 갖는 TE-편파된 π모드를 포함하여 대폭 향상되거나 변형된 광학 효과를 맡고 있다는 점을 발견하였다. 본 발명에 EK라 형성된 주기당 다수의 그루브 구조의 상기 광 순환 및 위빙은 두 s-편파 및 p-편파된 입사광 모두에 대해 발생하도록 출원인들에 의해 발견되었다.

본 발명에 따른 광 순환을 유도하기 위한 하이브리드 CM들을 지원하도록 적응된 격자 구조를 설명하기 위해, 두 개의 격자 구조가 도 31을 참조하여 논의된다. 이러한 두 개의 격자 구조는 두 TM-편파(본원에서 p-편파로도 칭함) 및 TE-편파(본원에서 s-편파로도 칭함)된 입사광에 대한 많은 변형된 광학 특성을 금지한다. 격자 1로 나타낸 제1 격자는 상기 수퍼스트레이트와 기판으로서 상기 와이어와 공기에 대해 골드로 된, c=0.745의 폭, 높이 h=1㎛, 유전체 ε=23, 주기 Λ=1.75㎛를 갖는 동일한 그루브를 갖는다. 도 32에 도시된 것처럼, 이러한 구조는 s-편파 향상된 투과를 생성하는 많은 WG-CM 대역들을 금지한다(이러한 구조는 또한 p-편파 향상된 투과(미도시)를 금지한다).

그 밖의 다른 그루브가 c1=0.755㎛의 폭을 갖고 너머지 그루브가 c2=0.735㎛의 폭을 갖는 반면 모든 다른 파라미터가 변하지 않도록 상기 그루브의 폭이 섭동 되면, 결과적인 구조는 도 31의 주기당 두 개의 그루브를 갖는 격자(2)가 된다. 예를 들어, 크루즈 2005에 기술된 대역 접철(folding) 기술은 결과적인 광자 및 플라스몬 대역의 근사 형태를 구성하도록 사용될 수 있다. s-편파에 대해, 상기 WG-CM 대역은 두 개의 유사하지 않은 이웃하는 그루브에서 두 WG-CM들이 주기당 단일 그루브를 갖는 격자에서의 각각의 원시 대역이 서로 상호작용하는 두 대역으로 분리되게 하는 약간 다른 공진 주파수를 갖는다는 사실로 만족스럽게 설명되기 때문에 그러한 대역 접철은 필요하지 않다.

도 33a는 0.24815eV의 에너지에서 투과 최대값을 생성하는 s-편파된 π모드에 의해 분리되는 매 CM 대역이 두 개의 CM 대역으로 분리되면서, 상기 s-편파된 WG-CM들이 주기당 단일 그루브 구조에 대해 도 32에 도시된 WG-CM들보다 더 복잡하다는 것을 나타내는 전체 ω-k 도면을 나타낸다. 또한, 추가 회절 모드 및 CM/회절 상호작용이 생성된다.

s-편파 및 p-편파된 π모드 사이의 많은 유사성과 몇몇 중요한 차이가 존재한다. 도 33b에 나타낸 포인팅 벡터는 p-편파된 π모드에 대해 이웃하는 그루브에서 E의 위상에 있어 π라디안 차이와 유사한 이웃하는 그루브에서 H의 위상에 있어 π라디안 차이를 갖는 s-편파된 π모드를 나타낸다. 하지만, 모든 s-편파 대역의 분산은 p-편파된 광자 대역의 분산보다 훨씬 작다. 또 다른 중요한 차이는 s-편파된 π모드는 SP들의 부재 때문에 반드시 결합된 WG0CM들에 의해 생성된다는 점이다.

상기 입사 빔은 매 다른 그루브에서 상기 π라디안 아웃-오브-위상 필드로 직접 결합될 수 있다. 이러한 점 때문에, 상기 π공진은 항상 넓은 투과 최대값의 숄더상에 위치될 것이다. 출원인들은 수많은 주기당 두 개의 그루브 격자에서 상기 s-편파된 π모드가 상기 p-편파된 π모드보다 투과 최대값의 중심에 더 가깝도록 되는 경향이 있다는 점을 관찰했다. 출원인들은 상기 s-편파된 π모드의 요소가 약간 다른 공진 주파수를 갖는 두 개의 매우 유사한 본래 방사상의 WG-CM들임을 발견했다. 교대의 그루브 폭 섭동은 단순히 원시 WG-CM 대역을 상기 π공진이 여전히 상기 원시 WG-CM 투과 최대값의 숄더 상에 발생하도록 하기 때문에 약간 비대칭 대역이나, 전형적으로 상기 두 개의 투과 최대값 중 하나 또는 p-편파된 π모드의 측면보다 더 대칭적인 두 대역으로 분리한다. 이러한 더 큰 대칭은 π모드에 의해 생성된 광 순화에 영향을 준다.

전력 흐름을 검사함으로써, 출원인들은 상기 π모드에 의해 생성된 투과 최대값에서 또는 근처에서 광이 두 개의 그루브 세트를 통해 높은 투과율로 투과되나, 그 후 주위를 순환하며, 반사 최대값을 초래하는 이웃하는 그루브를 통해 높은 투과율로 투과된다는 점을 알았다. π 모드는 두 개의 결합된 s-편파된 WG-CM들로 구성된 하이브리드 모드라는 것은 분명하다. 게다가, 상기 투과 최대값에서, 상기 두 개의 결합된 CM들에 의해 생성된 이러한 두 개의 투과 채널은 상기 그루브에서 높은 필드 세기이나 각 그루브를 업 앤 다운하는 동일한 양의 전력 흐름에 따라 상기 그루브에서 순 제로 전력 흐름을 초래하는 크기는 같으나 광 순환을 전파하는 카운터를 생성한다.

도 34a와 34b는 각각 상기 투과 최대 파장보다 약간 작고 큰 에너지에서 s- 편파된 광에 대한 포인팅 벡터 프로파일을 나타낸다. 두 개 중 하나는 그것이 p-편파 또는 s-편파된 π모드인지에 EK라 상기 π진공 투과 최대 측에 발생하나, 둘 모두 이웃하는 그루브에서 두 개의 결합된 CM들에 의해 생성된 두 개의 투과 채널 사이의 경쟁을 수반한다. 상기 s-편파 상에 포커싱하려면, 더 대칭적인 s-편파된 π공진 투과 최대 측(p-편파된 π모드와 비교하여 더 대칭적인)상에 하나의 그루브 세트와 연관된 하나의 투과 채널이 나머지 그루브 세트와 연관된 나머지 투과 채널보다 더 약해진다. 따라서, 상기 두 투과 채널은 입사광에 제공되고, 더 많은 양의 전력이 더 약한 투과 채널(이를 테면, 나머지 그루브 세트)에 비해 더 강한 투과 채널(이를 테면, 하나의 그루브 세트)를 통해 투과된다.

하지만, 더 약한 투과 채널은 상기 기판 측에 현재 투과된 광에 대해 제공되기에 충분히 강하며, 강하고 실행가능한 투과 채널이 상기 격자를 통해 돌아온다. 이러한 더 약한 투과 채널은 상기 투과된 광이 180°곡선이 아니고 그것이 처음에 투과되었던 동일한 그루브를 통해 돌아올 것이기 때문에 가능한 채널일 뿐이다. 이러한 과정의 순 결과는 높은 반사율이다. 상기 투과 최대값으로부터 점진적으로 더 많은 에너지를 위해, 더 약한 투과 채널은 더 강한 투과 채널을 통해 상기 기판에 투과되었던 광의 양보다 점직적으로 적은 양을 재투과시켜, 광 순화을 감소시키고 투과율을 향상시킨다.

도 35를 참조하면, 오프-정규 입사각에 대해, 상기 광 순환은 한 방향으로 순 전력 흐름을 갖는 동안 상기 광이 상기 구조를 통해 위빙하여 앞뒤로 다시 돌아옴에 따라 인가된 특정 격자 파라미터에 대한 광 위빙으로 전환한다. 광이 점점 복 잡한 방식으로 금속 와이어 주위를 위빙 및 순환하는 다수의 층으로 된 주기당 다수의 그루브 격자를 갖는 구조를 포함하여 주기당 두 개 이상의 그루브를 갖는 수많은 다른 구조가 본 발명의 범위 내에 있다.

향상된 TM, TE 또는 동시에 향상된 TM 및 TE 투과를 위한 PETS 격자의 특정 실시예들과 광 순환 및 위빙을 위해 최적화된 실시예들도 본원에 기술되며, 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본원에 기술된 것처럼 다양한 공지된 방법들이 CM들을 지원하도록 적응된 소정의 격자 구조의 설계를 최적화하는 상기 격자 구조의 하나 이상의 파라미터를 반복적으로 변경하는데 사용될 수 있음을 알 것이다. 그 결과, 본 발명의 범위는 "실시예들" 섹션에 있는 것을 포함하여 본원에 기술된 상기 격자 구조를 최적화하고 조절하기 위해 본 발명의 방법의 소정의 실시예에 따라 형성된 소정의 격자 구조를 포함하여, 본원에 기술된 것처럼 기결정된 파장에서 CM들을 지원하도록 적응된 소정의 서브-파장 격자 구조를 포함한다는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 예시적인 실시예들이 수반된 도면들을 참조하여 본원에 기술되었으나, 이는 본 발명이 그러한 정확한 실시예들로 제한하는 것은 아니며, 다양한 다른 변경 및 변형이 본 발명의 범위 또는 의도를 벗어나지 않고 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위한 격자에 있어서,

상기 입사 전자기 방사선의 횡전기(TE) 편파 상태의 투과에 결합하고 향상시키기 위한 공동 모드들을 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하되, 상기 격자 구조는,

상기 기결정된 파장과 같거나 더 작은 주기성으로 배열된 다수의 와이어; 및

상기 와이어 사이의 폭과 높이를 포함하며, 1과 같거나 큰 유전율을 갖는 유전체 물질로 충전되는 상기 다수의 와이어의 각 인접 페어 사이의 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 다수의 와이어는 적어도 하나의 알루미늄, 실버, 골드, 코퍼 및 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 격자 구조가 포개진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제3항에 있어서, 상기 기판은 다수의 층을 포함하되, 상기 다수의 층은 적어도 두 개의 다른 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제3항에 있어서, 상기 다수의 층 중 하나는 반사 방지 코팅인 것을 특징으로 하는 격자.
제3항에 있어서, 상기 기판은 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, Ge, GaAs, InP, InAs, AlAs, GaN, InN, GaInN, GaAlAs, InSb, 혼합된 실리카, 사파이어, 석영, 유리 및 BK7 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 격자는 적어도 80%의 투과 효율을 갖는 TE-편광판인 것을 특지으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 유전률은 1.2보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 유전률은 2.0보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 유전률은 10보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 유전률은 14보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 유전체 물질은 적어도 하나의 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 알루미나, 엘라스토머, 크리스탈린 파우더, 및 반도체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 유전체 물질은 하나 이상의 크리스탈린 디탄탈륨 펜톡 사이드, 폴리크리스탈린 디탄달륨 펜톡사이드, 크리스탈린 하프늄 옥사이드 및 폴리크리스탈린 하프늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 격자 구조는 적어도 1 내지 10보다 작거나 같은 범위의 상기 주기성에 대한 상기 그루브 폭의 가로세로비를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 기결정된 파장은 1㎚와 400㎚ 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 기결정된 파장은 400㎚와 700㎚ 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 기결정된 파장은 .7㎛와 100㎛ 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 기결정된 파장은 100㎛와 1㎜ 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 격자.
제1항에 있어서, 상기 기결정된 파장은 1㎜와 400㎜ 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 격자.
기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위한 격자에 있어서,

상기 입사 전자기 방사선의 횡전기(TE) 편파 상태와 횡자기(TM) 편파 상태의 투과에 동시에 결합하고 향상시키기 위한 공동 모드들을 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하되, 상기 격자 구조는,

상기 기결정된 파장과 같거나 더 작은 주기성으로 배열된 다수의 와이어; 및

상기 와이어 사이의 폭과 높이를 포함하며, 1과 같거나 큰 유전율을 갖는 유전체 물질로 충전되는 상기 다수의 와이어의 각 인접 페어 사이의 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제20항에 있어서, 각각의 상기 TE 및 TM 편파 상태의 투과 효율은 적어도 80%인 것을 특징으로 하는 격자.
제20항에 있어서, 상기 기결정된 파장을 포함하는 상기 입사 전자기 방사선의 대역을 통과하는 광학 파장 필터로 사용하도록 적응되되, 상기 기결정된 파장은 650㎚, 750㎚, 850㎚, 1310㎚, 1330㎚, 1510㎚, 및 1550㎚ 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제20항에 있어서, 상기 유전체 물질은 적어도 하나의 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 알루미나, 엘라스토머, 크리스탈린 파우더, 반도체 물질, 크리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드, 폴리크리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드, 크리스탈린 하프늄 옥사이드 및 폴리크리스탈린 하프늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제20항에 있어서, 상기 유전율은 적어도 14인 것을 특징으로 하는 격자.
제20항에 있어서, 상기 유전율은 적어도 10인 것을 특징으로 하는 격자.
제20항에 있어서, 상기 유전율은 적어도 2인 것을 특징으로 하는 격자.
제20항에 있어서, 상기 격자는 상기 다수의 와이어가 포개지는 기판을 더 포함하되, 상기 기판은 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, Ge, GaAs, InP, InAs, AlAs, GaN, InN, GaInN, GaAlAs, InSb, 혼합된 실리카, 사파이어, 석영, 유리 및 BK7 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제1 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 횡전기(TE) 편파 상태의 투과에 결합되고 향상시키기 위해 상기 제1 기결정된 파장에서 TE-여기 가능한 공동 모드를 지원하고, 제2 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 횡자기(TM)의 투과에 결합하고 향상시키기 위한 상기 제2 기결정된 파장에서 TM-여기 가능한 공동 모드를 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하되,

상기 격자 구조는,

상기 기결정된 파장과 같거나 더 작은 주기성으로 배열된 다수의 와이어; 및

상기 와이어 사이의 폭과 높이를 포함하며, 상기 다수의 와이어의 각 인접 페어 사이의 그루브를 포함하되,

상기 격자 구조는 상기 제1 기결정된 파장에서 상기 TM 편파 상태를 반사시키고 상기 제2 기결정된 파장에서 상기 TE 편파 상태를 반사시키는데 더 적응되는 것을 필요로 하는 특징으로 하는 격자.
제28항에 있어서, 상기 유전율은 적어도 2인 것을 특징으로 하는 격자.
제28항에 있어서, 상기 유전율은 1.2인 것을 특징으로 하는 격자.
기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위한 격자에 있어서,

상기 기결정된 파장에서 TE-편파 상태와 TM-편파 상태의 투과에 동시에 결합하고 향상시키기 위한 공동 모드들을 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하되, 상기 격자 구조는,

격자 주기당 적어도 두 개의 그루브를 포함하며, 적어도 두 와이어 세트를 포함하되, 상기 세트 중 하나에서의 제1 와이어의 리딩 엣지에서 상기 다음 세트의 제1 와이어의 리딩 엣지까지 연장되는 격자 주기;

각각이 제1 그루브 폭, 제1 그루브 유전율, 및 제1 그루브 높이를 포함하는 제1 격자 세트 파라미터와 연관되는 각 상기 세트 내 인접 와이어 페어 사이의 제1 그루브; 및

각각이 제2 그루브 폭, 제2 그루브 유전율, 및 제2 그루브 높이를 포함하는 제2 격자 파라미터 세트와 연관되는 적어도 두 개의 와이어로 된 각 상기 세트 사이의 제2 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제31항에 있어서, 하나 이상의 상기 제1 격자 파라미터는 중첩하는 투과 스펙트럼들을 갖는 인접 그루브에서 공동 모드의 생성을 방지하는데 충분한 양에 의해 상응하는 하나 이상의 상기 제2 격자 파라미터와 다른 것을 특징으로 하는 격자.
제32항에 있어서, 적어도 하나의 상기 제1 폭은 상기 제2 폭과 다르며, 상기 제1 유전율은 상기 제2 유전율과 다른 것을 특징으로 하는 격자.
제31항에 있어서, 상기 격자 구조는 상기 제1 그루브를 통한 상기 TE-편파 상태를 투과시키고, 상기 제2 그루브를 통한 상기 TM-편파 상태를 투과시키도록 더 적응되는 것을 특징으로 하는 격자.
제31항에 있어서, 상기 격자는 상기 격자 구조가 포개지는 기판을 더 포함하되, 상기 기판은 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, Ge, GaAs, InP, InAs, AlAs, GaN, InN, GaInN, GaAlAs, InSb, 혼합된 실리카, 사파이어, 석영, 유리 및 BK7 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제34항의 격자를 포함하는 금속-반도체-금속 검출 장치에 있어서,

상기 장치는 상기 기결정된 파장에서 각각 상기 TM 및 TE 편파 상태의 세기를 측정하기 위한 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-반도체-급속 검출 장치.
기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위한 격자에 있어서,

상기 기결정된 파장에서 기결정된 편파 상태의 투과에 결합하고 향상시키며, 상기 기결정된 파장에서 상기 투과된 기결정된 편파 상태의 광 순환 또는 위빙을 유도하기 위한 공동 모드를 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하되, 상기 격자 구조는,

격자 주기당 적어도 두 개의 그루브를 포함하며, 적어도 두 와이어 세트를 포함하되, 상기 세트 중 하나에서의 제1 와이어의 리딩 엣지에서 상기 다음 세트의 제1 와이어의 리딩 엣지까지 연장되는 격자 주기;

각각이 제1 그루브 폭, 제1 유전율을 갖는 제1 그루브 물질, 및 제1 그루브 높이를 포함하는 제1 격자 세트 파라미터와 연관되는 각 상기 세트 내 인접 와이어 페어 사이의 제1 그루브; 및

각각이 제2 그루브 폭, 제2 유전율을 갖는 제2 그루브 물질, 및 제2 그루브 높이를 포함하는 제2 격자 파라미터 세트와 연관되는 적어도 두 개의 와이어로 된 각 상기 세트 사이의 제2 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제37항에 있어서, 하나 이상의 상기 제1 격자 파라미터는 중첩하는 투과 스펙트럼들을 갖는 인접 그루브에서 공동 모드를 생성하기에 충분한 양에 의해 상응하는 하나 이상의 상기 제2 격자 파라미터와 다른 것을 특징으로 하는 격자.
제37항에 있어서, 상기 제1 그루브 유전율은 상기 제2 그루브 유전율과 다르고, 상기 제1 그루브 폭은 상기 제2 그루브 폭과 다른 것을 특징으로 하는 격자.
제38항에 있어서, 상기 격자는 상기 다수의 와이어가 포개지는 기판을 더 포함하되, 상기 기판은 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, Ge, GaAs, InP, InAs, AlAs, GaN, InN, GaInN, GaAlAs, InSb, 혼합된 실리카, 사파이어, 석영, 유리, 및 BK7 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제37항에 있어서, 상기 제1 그루브 물질은 크리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드, 폴리크리스탈린 디탄탈륨 펜톡사이드, 크리스탈린 하프늄 옥사이드 및 폴리크리스탈린 하프늄 옥사이드 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자
제37항에 있어서, 상기 유전율은 적어도 14인 것을 특징으로 하는 격자.
제37항에 있어서, 상기 유전율은 적어도 10인 것을 특징으로 하는 격자.
제40항의 격자를 포함하는 광 저장 장치.
기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 기결정된 편파 상태의 투과를 향상시키기 위한 격자에 있어서,

상기 기결정된 파장에서 상기 기결정된 편파 상태의 투과를 향상시키는 공동 모드를 지원하도록 적응된 격자 구조를 포함하되, 상기 격자 구조는,

제1 격자 구조를 포함하는 제1층;

제2 격자 구조를 포함하는 제2층;

상기 제1 및 제2층 사이의 유전체 층을 포함하며,

상기 제1 격자 구조는 제1 주기를 갖고 제1 인접 와이어 페어 사이에 다수의 동일한 제1 그루브와 연관되며, 각 상기 제1 주기는 상기 제1 그루브 중 하나를 포함하고, 각 상기 제1 그루브는 제1 그루브 높이, 제1 그루브 폭, 및 1 보다 크거나 같은 제1 유전율을 포함하며,

상기 제2 격자 구조는 제2 주기를 갖고 제2 인접 와이어 페어 사이에 다수의 동일한 제2 그루브와 연관되며, 각 상기 제2 주기는 상기 제2 그루브 중 하나를 포함하고, 각 상기 제2 그루브는 제2 그루브 높이, 제2 그루브 폭, 및 1 보다 크거나 같은 제2 유전율을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제45항에 있어서, 상기 제1 격자 구조는 제3 인접 와이어 페어 사이에 다수의 동일한 제3 그루브와 더 연관되며, 각 상기 제1 주기는 상기 제1 그루브 중 하 나와 상기 제3 그루브 중 하나를 포함하고, 각 상기 제3 그루브는 제3 그루브 높이, 제3 그루브 폭, 및 1과 같거나 큰 제3 그루브 유전율을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제45항에 있어서, 상기 격자 구조가 포개지는 기판을 더 포함하되, 상기 기판은 실리카, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, Ge, GaAs, InP, InAs, AlAs, GaN, InN, GaInN, GaAlAs, InSb, 혼합된 실리카, 사파이어, 석영, 유리 및 BK7을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제45항에 있어서, 상기 입사 전자기 방사선의 정규 입사각에 대한 광 순환과 상기 입사 전자기 방사선의 비정규 입사각에 대한 광 위빙을 생성함으로써, 중첩하는 투과 스펙트럼들을 가지는 인접 그루브에서 공동 모드를 지원하도록 더 적응되는 것을 특징으로 하는 격자.
제45항에 있어서, 상기 격자 내 상기 기결정된 파장에서 입사 전자기 방사선의 상기 기결정된 편파 상태를 국부화하도록 더 적응되는 것을 특징으로 하는 격자.
제45항에 있어서, 상기 유전체 층은 하나 이상의 층을 포함하되, 각 상기 하나 이상의 층은 적어도 하나의 크리스탈린 실리콘, 폴리크리스탈린 실리콘, 아모퍼스 실리콘, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 갈륨 아세나이드, 알루미늄 아세나이드, 갈륨 알루미늄 아세나이드, 인듐 포스파이드, 인듐 안티모나이드, 인듐 포스파이드 안티모나이드, 갈륨 나이트라이드, 인듐 나이트라이드, 갈륨 인듐 나이트라이드, 실리카, 보로실리케이트 글라스, 머큐리 카드뮴 텔루라이드, 카드뮴 설파이드, 카드뮴 텔루라이드, 반도체 물질, 옥사이드, 폴리머 및 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자.
제50항에 있어서, 각 상기 하나 이상의 층은 5㎚와 400㎚ 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 격자.
기결정된 파장 및 상기 격자 구조가 포개지는 기판을 포함하는 파장 대역 내에서 두 횡자기(TM)와 횡전기(TE) 편파된 입사 전자기 방사선의 투과를 향상시키기 위해 적응된 그루브 유전율(ε_groove), 격자 주기(Λ), 그루브 폭, 및 그루브 높이를 포함하는 격자 구조를 포함하는 파장 대역 필터를 제조하는 방법에 있어서,

1차 회절이 상기 기결정된 파장보다 작은 Λ/n_s와 같은 파장(λ)에서 일어나도록 굴절률(n_s) 및 상기 격자 주기(Λ)를 갖는 상기 기판을 선택하는 단계;

상기 파장 대역 내에서 부분적으로 떨어지는 각각의 상기 TM 및 상기 TE 편파된 방사선의 투과 곡선을 생성하는 상기 그루브 폭, 상기 그루브 높이 및 상기 그루브 유전율에 대한 초기값을 선택하는 단계;

상기 초기값으로부터 상기 그루브 높이에 대한 값을 계속적으로 변경하여, 상기 기결정된 파장에서 상기 TM-편파 상태의 투과를 향상시키키도록 최적 그루브 높이를 결정하기 위해 상기 그루브 높이에 대한 반복적인 값에서 상기 TM-편파 상태의 투과 세기 최대값의 파장을 결정하는 단계;

상기 최적 그루브 높이 및 상기 그루브 유전율의 상기 초기값에 대해, 최적 그루브 폭을 획득하기 위해 상기 TE-편파 상태의 투과 세기 최대값이 상기 TM-편파 상태의 상기 투과 세기 최대값과 정렬될 때까지 상기 초기값으로부터 상기 그루브 폭에 대한 값을 변경하는 단계; 및

상기 기판에 상기 그루브 유전율(ε_groove)의 초기값, 상기 최적 그루브 높이, 및 상기 최적 그루브 폭을 가지는 상기 격자 구조를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 대역 필터를 제조하는 방법.
제52항에 있어서, 그루브 폭에 의해 나뉜 그루브 높이로 규정된 가로세로비를 규정하는 단계 및 상기 기결정된 파장에 대해 상기 파장 대역의 폭을 조절하고 상기 TM 및 TE-편파 투과 곡선을 정렬하기 위해 상기 가로세로비, 그루브 높이, 및 그루브 폭을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.