KR20090093430A - 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터 - Google Patents

표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터

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KR20090093430A KR1020080018945A KR20080018945A KR20090093430A KR 20090093430 A KR20090093430 A KR 20090093430A KR 1020080018945 A KR1020080018945 A KR 1020080018945A KR 20080018945 A KR20080018945 A KR 20080018945A KR 20090093430 A KR20090093430 A KR 20090093430A
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Abstract

표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터가 개시된다. 전반사소자는 전면으로 입력된 입사광을 전반사한다. 금속박막은 전면이 전반사소자의 후면에 접하여 배치되며, 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성한다. 제1입사도파로는 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 플라즈몬 공명각을 이루도록 배치되며, 일단으로 입력된 입사광을 전반사소자의 전면으로 입사시킨다. 출사도파로는 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 전반사소자로부터 반사된 입사광이 출력된다. 제2입사도파로는 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 입사광이 출사도파로로 출력되도록 한다. 제3입사도파로는 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 반사광을 제거한다.본 발명에 따르면, 빛을 이용하여 광경로 내에서 역방향으로 흐르는 반사광을 억제할 수 있고, 광소자만으로 광집적회로를 구현할 수 있다.

Description

표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터{Optical isolator using surface plasmon resonance}
본 발명은 광 아이솔레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광소자 개념의 광 아이솔레이터에 관한 것이다.
최근 정보통신의 급속한 발전에 따른 정보량의 급증 현상으로 인해 초고속 정보통신의 기술에 대한 요구가 기하급수적으로 늘어나고 있다. 이러한 요구를 수용하기 위해 현재 많이 연구되고 있는 기술 중의 하나가 광 집적화이다. 현재 연구되어지고 있는 광 집적화는 상당히 기술이 발전하여 대부분의 광소자를 같은 기판위에 집적할 수 있는 단계까지 왔다. 하지만 아직까지도 같은 기판위에 단위소자를 집적할 때 어려움이 있는 광소자가 광 아이솔레이터이다.
광 아이솔레이터는 반사되어 돌아와 잡음을 일으키는 원치않는 빛을 차단하는 광소자이다. 즉, 광 아이솔레이터는 빛을 순방향으로만 통과하게 하고 역방향으로의 빛은 차단하는 소자임, 이를 사용함으로써 광의 전송 중에 발생할 수 있는 내재적 혼신을 제거하여 고품위의 전송효율을 얻을 수 있다. 도 1에는 편광자, 검광자, 영구자석, 패러데이터 회전자 등으로 구성된 종래의 광 아이솔레이터가 도시되어 있다. 그러나 기존에 제시된 광 아이솔레이터는 자성물질, 패러데이터 회전자 등으로 구성되어 있어, InP와 같은 물질로 제조된 기판에 광 아이솔레이터를 집적화하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 InP와 같은 물질로 제조된 기판에 집적화될 수 있는 광 아이솔레이터를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 일 실시예는, 전면으로 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자; 전면이 상기 전반사소자의 후면에 접하여 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각을 이루도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1입사도파로; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 출사도파로; 상기 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 상기 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 상기 입사광이 상기 출사도파로로 출력되도록 하는 제2입사도파로; 및 상기 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제3입사도파로;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 다른 실시예는, 전면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자; 상기 전반사소자의 후면과 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 상기 전반사소자의 후면과 대향하는 전면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각을 이루도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1입사도파로; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 출사도파로; 상기 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 상기 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 상기 입사광이 상기 출사도파로로 출력되도록 하는 제2입사도파로; 및 상기 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제3입사도파로;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 또 다른 실시예는, 전면으로 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자; 전면이 상기 전반사소자의 후면에 접하여 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각에 대해 소정 각도 이탈되도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1입사도파로; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 출사도파로; 및 상기 금속박막의 후면으로 교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제2입사도파로;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 또 다른 실시예는, 전면으로 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자; 상기 전반사소자의 후면과 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 상기 전반사소자의 후면과 대향하는 전면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각에 대해 소정 각도 이탈되도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1입사도파로; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 출사도파로; 및 상기 금속박막의 후면으로 교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제2입사도파로;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 또 다른 실시예는, 제1면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자; 전면이 상기 전반사소자의 제1면에 접하여 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막; 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 제2면으로 입사시키고, 상기 전반사소자의 제2면으로 입사된 상기 입사광이 상기 전반사소자의 내부를 진행하여 상기 전반사소자의 제1면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각을 이루면서 상기 전반사소자의 제2면에 입사되도록 배치되는 제1광입력부; 상기 전반사소자의 제1면에 수직한 법선에 대해 상기 제1광입력부와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자의 제1면에 의해 반사되어 상기 전반사소자의 제3면을 통해 출사된 상기 입사광을 일단으로 입력받아 타단을 통해 출력하는 광출력부; 상기 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 상기 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 상기 입사광이 상기 광출력부로 출력되도록 하는 제2광입력부; 및 상기 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제3광입력부;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 또 다른 실시예는, 제1면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자; 상기 전반사소자의 제1면과 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 상기 전반사소자의 제1면과 대향하는 제1면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막; 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 제2면으로 입사시키고, 상기 전반사소자의 제2면으로 입사된 상기 입사광이 상기 전반사소자의 내부를 진행하여 상기 전반사소자의 제1면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각을 이루면서 상기 전반사소자의 제2면에 입사되도록 배치되는 제1광입력부; 상기 전반사소자의 제1면에 수직한 법선에 대해 상기 제1광입력부와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자의 제1면에 의해 반사되어 상기 전반사소자의 제3면을 통해 출사된 상기 입사광을 일단으로 입력받아 타단을 통해 출력하는 광출력부; 상기 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 상기 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 상기 입사광이 상기 광출력부로 출력되도록 하는 제2광입력부; 및 상기 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제3광입력부;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 또 다른 실시예는, 제1면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자; 전면이 상기 전반사소자의 제1면에 접하여 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각에 대해 소정 각도 이탈되도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1광입력부; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1광입력부와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 광출력부; 및 상기 금속박막의 후면으로 교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제2광입력부;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 또 다른 실시예는, 제1면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자; 상기 전반사소자의 제1면과 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 상기 전반사소자의 제1면과 대향하는 제1면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각에 대해 소정 각도 이탈되도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1광입력부; 상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1광입력부와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 광출력부; 및 상기 금속박막의 후면으로 교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제2광입력부;를 구비한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터에 의하면, 빛을 이용하여 광경로 내에서 역방향으로 흐르는 반사광을 억제할 수 있고, 광소자만으로 광집적회로를 구현할 수 있으며, 광집적화를 통해서 순수한 광컴퓨터의 제작이 가능할 수 있다.
도 1은 종래의 광 아이솔레이터의 구성을 도시한 도면,
도 2는 크레취만(Kretschmann) 구조를 이용한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예를 도시한 도면,
도 3은 크레취만(Kretschmann) 구조의 광 아이솔레이터의 제1실시예에서 표면 플라즈몬 공명이 유기될 때 광파의 진행을 유한차분 시간영역(Finite Difference Time Domain: FDTD) 방법으로 계산하여 도시한 그래프,
도 4a는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예(200)에서 표면 플라즈몬 공명이 유기될 때 제1교란광을 금속박막(220)의 제2면에 입사시킨 후에 광파의 진행을 도시한 그래프,
도 4b는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예(200)에서 제1교란광에 의해 표면 플라즈몬 공명 조건이 변경되어 광출력부(240)로 향하는 광에너지가 증가된 상태에서 제3광입력부(260)로부터 제2교란광이 입사된 후에 광파의 진행을 도시한 그래프,
도 5는 오토(Otto) 구조를 이용한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제2실시예를 도시한 도면,
도 6은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예를 반도체 제조공정에 의해 온칩(On-Chip)으로 집적화할 수 있도록 변형한 제3실시예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제2실시예를 반도체 제조공정에 의해 온칩(On-Chip)으로 집적화할 수 있도록 변형하여 이루어진 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제4실시예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예에 삼각형상의 공진부를 결합하여 이루어진 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제5실시예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제4실시예에 삼각형상의 공진부를 결합하여 이루어진 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제6실시예를 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예에 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 전계광학 변조기(Electrooptic Modulator)를 결합하여 이루어진 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제7실시예를 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예에 광결합기를 결합하여 이루어진 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제8실시예를 도시한 도면,
도 12는 크레취만 구조를 이용한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제9실시예를 도시한 도면,
도 13은 오토 구조를 이용한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제10실시예를 도시한 도면,
도 14는 도 12에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제9실시예를 반도체 제조공정에 의해 온칩(On-Chip)으로 집적화할 수 있도록 변형한 제11실시예를 도시한 도면, 그리고,
도 15는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제10실시예를 반도체 제조공정에 의해 온칩(On-Chip)으로 집적화할 수 있도록 변형하여 이루어진 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제12실시예를 도시한 도면이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제1실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예(200)는 크레취만(Kretschmann) 구조로 구현되며, 프리즘(210), 금속박막(220), 제1광입력부(230), 광출력부(240), 제2광입력부(250) 및 제3광입력부(260)를 구비한다.
프리즘(210)의 바닥면에는 금속박막(220)의 제1면이 접하며, 제1광입력부(230)와 광출력부(240)는 각각 프리즘(210)의 나머지 두 면에 접하거나 일정거리 이격되어 배치된다. 제1광입력부(230)를 통해 레이저와 같은 단색광이 굴절률이 높은 프리즘(210)으로 입사되면, 입사광은 프리즘(210)의 바닥면에서 전반사되어 제1광입력부(230)의 반대편에 위치한 광출력부(240)에 도달한다. 그러나 주어진 두께의 금속박막(220)에 대해 프리즘(210)의 바닥면(즉, 금속박막(220)과 접한 면)에 수직한 법선을 기준으로 입사광의 입사각이 특정한 표면 플라즈몬 공명각이 되면, 표면 플라즈몬 공명이 발생하여 광출력부(240)로 항하는 광이 급격히 줄어들게 된다. 이러한 표면 플라즈몬 공명은 프리즘(210)과 금속박막(220)의 경계면에 평행한 방향의 입사광과 금속박막(220)의 제2면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 공명파(제1SPR파)의 위상이 일치할 때(즉, 광학적 조건이 TM 모드 광파(Transverse Magnetic light wave)의 모멘트가 금속박막(220)에서 전파되는 표면 플라즈몬 공명파(Surface Plasmon Wave)의 모멘트와 같게 될 때) 발생한다. 따라서 제1광입력부(230)는 입사광이 프리즘(210)의 바닥면과 수직인 법선에 대해 표면 플라즈몬 공명각을 이루며 프리즘(210)으로 입력되도록 배치되어야 한다. 또한 광출력부(240) 역시 프리즘(210)의 바닥면에서 전반사된 입사광이 프리즘(210)의 바닥면과 수직인 법선에 대해 표면 플라즈몬 공명각을 이루며 광출력부(240)로 향하도록 배치되어야 한다. 이와 같은 광학적 조건에서 사실상 프리즘(210)으로 입사된 광자 에너지는 모두 금속박막(220)의 제2면을 통해 흐르는 표면 플라즈몬 공명파(즉, 금속박막(220)과 유전체(본 실시예에서는 공기) 사이의 경계면에서 발생하는 전하밀도의 진동)로 바뀐다. 이러한 표면 플라즈몬 공명은 경계면에 수직하는 성분인 TM 편광된 파가 입사되어야 발생한다. 이와 같이 표면 플라즈몬 공명이 발생하면, 광출력부(240)로 향하는 광의 에너지가 거의 0가 된다.
제2광입력부(250)는 금속박막(220)의 제2면에 접하거나 일정거리 이격되어 배치된다. 이때 금속박막(220)의 제2면에는 프리즘(210)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 유전물질로 이루어진 박막이 접하여 배치될 수 있다. 이러한 상태에서 제2광입력부(250)를 통해 레이저와 같은 제1교란광이 금속박막(220)의 제2면으로 입사되면, 금속박막(220)의 제2면에서 플라즈몬 공명에 의해 발생한 전자들의 집단 진동에 영향을 주게 되어 표면 플라즈몬 공명 조건이 변경된다. 그에 따라 표면 플라즈몬 공명의 결과로 반사된 후의 광 에너지가 특정한 각도에서 급격히 감소하던 조건이 변경되어 광출력부(240)에 도달하는 광에너지가 증가된다. 이와 같이 금속박막(220)의 제2면으로 제1교란광이 가해지면, 입사광이 프리즘(210)의 바닥면에서 전반사되어 광출력부(240)로 향한다. 이때 제2광입력부(250)는 제1교란광의 입사방향이 입사광의 입사방향과 일치하도록 제1광입력부(230)와 광출력부(240) 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 제1광입력부(230) 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것이 바람직하다. 또한 금속박막(220)의 제2면과 수직인 법선을 기준으로 제2광입력부(250)를 통해 입력되는 제1교란광의 입사각, 교란광의 파장 및 교란광의 세기는 금속박막(220)의 굴절률, 입사광에 대응하는 표면 플라즈몬 공명각 및 입사광의 세기를 기준으로 실험적으로 결정된다.
이때 광출력부(240)로부터 제1광입력부(230)로 향하는 반사광이 존재하게 되며, 이러한 반사광에 의해 신호의 혼선, 잡음의 발생 등의 문제가 발생하게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 반사광에 대해 표면 플라즈몬 공명 조건을 충족시킴으로써 제1광입력부(230)로 향하는 반사광을 제거한다. 따라서 상술한 바와 같이 제1교란광에 의해 광출력부(240)로부터 광이 출력되도록 한 상태에서, 금속박막(220)의 제2면에 접하거나 일정거리 이격되어 배치된 제3광입력부(260)를 통해 레이저와 같은 제2교란광을 금속박막(220)의 제2면으로 입사시킨다. 이때 제3광입력부(260)는 제2교란광의 입사방향이 반사광의 입사방향과 일치하도록 제1광입력부(230)와 광출력부(240) 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 광출력부(240) 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것이 바람직하다. 또한 금속박막(220)의 제2면과 수직인 법선을 기준으로 제3광입력부(260)를 통해 입력되는 제2교란광의 입사각, 제2교란광의 파장 및 제2교란광의 세기는 금속박막(220)의 굴절률, 반사광에 대응하는 표면 플라즈몬 공명각 및 반사광의 세기를 기준으로 실험적으로 결정된다. 이와 같이 제2교란광에 의해 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건이 충족되면, 금속박막(220)의 제2면을 따라 제1SPR파와 반대방향으로 진행하는 표면 플라즈몬 공명파(제2SPR파)가 발생되며, 따라서 프리즘(210)의 바닥면으로 입사된 반사광이 제거된다.
도 3은 크레취만(Kretschmann) 구조의 표면 플라즈몬 공명기에서 표면 플라즈몬 공명이 유기될 때 광파의 진행을 유한 차분 시간 영역(Finite Difference Time Domain: FDTD) 방법으로 계산하여 도시한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 제1광입력부(230)로 입력된 레이저와 같은 단색광(310)이 프리즘(210)과 같이 굴절률이 높은 매질 쪽으로 입사되면, 입사광(310)은 프리즘(210)의 바닥면에 위치하는 금속박막(220)에서 반사되는데, 프리즘(210) 바닥면의 법선을 기준으로 하는 입사광(310)의 입사각이 특정한 각이 되면, 표면 플라즈몬 공명파(320)가 유기되어 광이 임계각 이상임에도 불구하고 프리즘(210) 바닥면에서 반사되어 광출력부(240)로 향하는 광 에너지(330)가 급격히 줄어들게 된다.
도 4a는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예(200)에서 표면 플라즈몬 공명이 유기될 때 제1교란광을 금속박막(220)의 제2면에 입사시킨 후에 광파의 진행을 도시한 그래프이다. 도 4a를 참조하면, 입사광(410)에 의해 금속박막(220)에 표면 플라즈몬 공명파가 형성된 후에 제2광입력부(250)로 입력된 제1교란광(420)이 프리즘(210)의 바닥면에 위치하는 금속박막(220)의 제2면에 입사되면, 전자들의 집단 진동에 영향을 주게 되어 표면 플라즈몬 공명 조건이 바뀌게 된다. 따라서 표면 플라즈몬 공명에 의해서 줄었던 광출력부(240)로 향하는 광 에너지(430)가 증가하게 된다.
도 4b는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예(200)에서 제1교란광에 의해 표면 플라즈몬 공명 조건이 변경되어 광출력부(240)로 향하는 광에너지가 증가된 상태에서 제3광입력부(260)로부터 제2교란광이 입사된 후에 광파의 진행을 도시한 그래프이다. 도 4b를 참조하면, 제2교란광에 의해 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건이 충족되면, 반사광이 모두 제2SPR파로 변화되어 입사광과 반대방행으로 진행하는 반사광이 제거된다. 이때 제2교란광은 입사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건에 영향을 주지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제2실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제2실시예(500)는 오토(Otto) 구조로 구현되며, 프리즘(510), 금속박막(520), 지지부(530), 제1광입력부(540), 광출력부(550), 제2광입력부(560) 및 제3광입력부(570)를 구비한다.
금속박막(520)의 제1면은 프리즘(510)의 바닥면과 평행하게 일정한 거리만큼 이격되어 위치하며, 금속박막(520)의 제2면에는 지지부(530)가 배치되어 금속박막(520)을 고정시킨다. 지지부(530)는 제2광입력부(560)로 입력된 제1교란광이 금속박막(520)에 입사될 수 있도록 투명한 재질(예를 들면, 박판의 유리)로 제작되는 것이 바람직하다. 만약 금속박막(520)의 두께가 충분히 두껍거나 금속박막(520)의 재질이 단단하면, 지지부(530)를 채용할 필요가 없다. 한편 금속박막(520)과 프리즘(510)의 사이의 공간에는 프리즘(510)보다 굴절률이 낮은 유전물질이 삽입될 수 있다. 이때 삽입되는 유전물질은 박판의 형태로 제조되며, 일면은 프리즘(510)의 바닥면과 접하고 타면은 금속박막(520)의 제1면에 접한다. 제1광입력부(540)와 광출력부(550)는 각각 프리즘(510)의 나머지 두 면에 접하거나 일정거리 이격되어 배치된다. 제2광입력부(560)는 금속박막(520)(지지부(530)가 배치된 경우에는 지지부(530))과 접하거나 일정거리 이격되어 배치된다. 이때 제2광입력부(560)는 제1교란광의 입사방향이 입사광의 입사방향과 일치하도록 제1광입력부(540)와 광출력부(550) 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 제1광입력부(540) 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하여 설명한 바와 동일하게, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제2실시예(500)의 제1광입력부(540)는 입사광이 프리즘(510)의 바닥면과 수직인 법선에 대해 표면 플라즈몬 공명각을 이루며 프리즘(510)으로 입력되도록 배치되어야 한다. 또한 광출력부(550) 역시 프리즘(510)의 바닥면에서 반사된 입사광이 프리즘(510)의 바닥면과 수직인 법선에 대해 표면 플라즈몬 공명각을 이루며 광출력부(550)로 향하도록 배치되어야 한다. 이러한 배치상태에서 제1광입력부(540)를 통해 입력된 입사광이 굴절률이 높은 프리즘(510)으로 입사되면, 표면 플라즈몬 공명에 의해 광자 에너지가 모두 프리즘(510)의 바닥면과 일정거리 이격되어 배치된 금속박막(520)의 제1면을 통해 흐르는 표면 플라즈몬 공명파(제1SPR파)로 변하여 광출력부(550)를 통해 출력되는 광이 급격히 줄어들게 된다.
이러한 상태에서 제2광입력부(560)를 통해 레이저와 같은 제1교란광이 금속박막(520)의 제2면으로 입사되면, 금속박막(520)의 제2면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생한 전자들의 집단 진동에 영향을 주게 되어 표면 플라즈몬 공명 조건이 바꾸게 된다. 그에 따라 초기에 표면 플라즈몬 공명의 결과로 반사된 후의 광에너지가 특정한 각도에서 급격히 감소하던 조건이 바뀌게 되어 광출력부(550)에 도달하는 광에너지가 증가된다. 이와 같이 금속박막(520)의 제2면으로 제1교란광이 가해지면, 입사광이 프리즘(510)의 바닥면에서 전반사되어 광출력부(550)로 향한다. 이때 금속박막(520)의 제2면과 수직인 법선을 기준으로 제2광입력부(560)를 통해 입력되는 제1교란광의 입사각, 교란광의 파장 및 교란광의 세기는 금속박막(520)의 굴절률, 입사광에 대응하는 표면 플라즈몬 공명각 및 입사광의 세기를 기준으로 실험적으로 결정된다.
이때 광출력부(550)로부터 제1광입력부(540)로 향하는 반사광이 존재하게 되며, 이러한 반사광에 의해 신호의 혼선, 잡음의 발생 등의 문제가 발생하게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 반사광에 대해 표면 플라즈몬 공명 조건을 충족시킴으로써 제1광입력부(540)로 향하는 반사광을 제거한다. 따라서 상술한 바와 같이 제1교란광에 의해 광출력부(550)로부터 광이 출력되도록 한 상태에서, 금속박막(520)의 제2면에 접하거나 일정거리 이격되어 배치된 제3광입력부(570)를 통해 레이저와 같은 제2교란광을 금속박막(520)의 제2면으로 입사시킨다. 이때 제3광입력부(570)는 제2교란광의 입사방향이 반사광의 입사방향과 일치하도록 제1광입력부(540)와 광출력부(550) 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 광출력부(550) 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것이 바람직하다. 또한 금속박막(520)의 제2면과 수직인 법선을 기준으로 제3광입력부(570)를 통해 입력되는 제2교란광의 입사각, 제2교란광의 파장 및 제2교란광의 세기는 금속박막(520)의 굴절률, 반사광에 대응하는 표면 플라즈몬 공명각 및 반사광의 세기를 기준으로 실험적으로 결정된다. 이와 같이 제2교란광에 의해 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건이 충족되면, 프리즘(510)과 금속박막(520)의 제2면을 따라 제1SPR파와 반대방향으로 진행하는 표면 플라즈몬 공명파(제2SPR파)가 발생되며, 이에 의해 프리즘(510)의 바닥면으로 입사된 반사광이 제거된다.
도 6은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제3실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예는 도 1에 도시된 크레취만 구조의 광 아이솔레이터를 반도체 제조공정에 의해 온칩(On-Chip)으로 집적화할 수 있도록 변형한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제3실시예(600)는 제1입사도파로(610), 전반사소자(620), 금속박막(630), 출사도파로(640), 제2입사도파로(650) 및 제3입사도파로(660)로 구성된다. 각각의 도파로는 광섬유와 같은 광신호 전달물질 또는 광도파로로 이루어진다.
제1입사도파로(610)의 일단부로는 광원 또는 광선로를 통해 입사광이 입력된다. 전반사소자(620)는 입사된 광을 전반사하는 소자로서, 대표적으로 전반사미러가 있다. 이때 제1입사도파로(610)와 전반사소자(620)의 표면에 수직한 법선이 이루는 각은 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있도록 표면 플라즈몬 공명각이 되어야 한다. 금속박막(630)은 전반사소자(620)의 후면에 형성된다. 이러한 금속박막(630)은 일반적인 박막증착공정에 의해 형성된다. 제1입사도파로(610)를 통해 전반사소자(620)의 전면에 특정한 파장을 가진 입사광이 입력되면, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예(200)와 동일하게 금속박막(630)의 후면(즉, 전반사소자(620)와 면하지 않는 면)에 존재하는 자유전자가 표면 플라즈몬 공명파를 형성한다. 따라서 전반사소자(620)에 의해 반사되어 출사도파로(640)로 출력되는 입사광은 표면 플라즈몬 공명 조건하에서 급격히 감소하는 특성을 보인다. 이때 출사도파로(640)는 전반사소자(620)의 전면에 수직한 법선을 기준으로 입사광의 입사각과 동일한 각도를 이루도록 배치된다.
이러한 상태에서 제2입사도파로(650)를 통해 입력된 제1교란광이 금속박막(630)의 후면에 가해지면, 전자들의 집단 진동에 영향을 주게 되어 표면 플라즈몬 공명 조건이 바꾸게 된다. 그에 따라 초기에 표면 플라즈몬 공명의 결과로 반사된 후의 광에너지가 특정한 각도에서 급격히 감소하던 조건이 바뀌게 되어 출사도파로(640)에 도달하는 광에너지를 증가시킬 수 있게 된다. 한편 제2입사도파로(650)는 제1교란광의 입사방향이 입사광의 입사방향과 일치하도록 제1입사도파로(610)와 출사도파로(640) 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 제1입사도파로(610) 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것이 바람직하다. 또한 금속박막(630)의 후면과 수직인 법선에 대한 제2입사도파로(650)를 통해 입력되는 제1교란광의 입사각, 제1교란광의 파장 및 제1교란광의 세기는 금속박막(630)의 굴절률, 입사광에 대응하는 표면 플라즈몬 공명각 및 입사광의 세기를 기준으로 실험적으로 결정된다.
이때 출사도파로(640)로부터 제1입사도파로(610)로 향하는 반사광이 존재하게 되며, 제3입사도파로(660)를 통해 제2교란광을 금속박막(630)의 후면에 입사시켜 반사광에 대해 표면 플라즈몬 공명 조건을 충족시킴으로써 제1입사도파로(610)로 향하는 반사광을 제거할 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 제1교란광에 의해 출사도파로(640)로부터 광이 출력되도록 한 상태에서, 금속박막(630)의 후면에 접하거나 일정거리 이격되어 배치된 제3입사도파로(660)를 통해 레이저와 같은 제2교란광을 금속박막(630)의 후면으로 입사시킨다. 이때 제3입사도파로(660)는 제2교란광의 입사방향이 반사광의 입사방향과 일치하도록 제1입사도파로(610)와 출사도파로(640) 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 출사도파로(640) 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것이 바람직하다. 또한 금속박막(630)의 후면과 수직인 법선에 대한 제3광입력부(660)를 통해 입력되는 제2교란광의 입사각, 제2교란광의 파장 및 제2교란광의 세기는 금속박막(630)의 굴절률, 반사광에 대응하는 표면 플라즈몬 공명각 및 반사광의 세기를 기준으로 실험적으로 결정된다. 이와 같이 제2교란광에 의해 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건이 충족되면, 금속박막(630)의 전면을 따라 제1SPR파와 반대방향으로 진행하는 표면 플라즈몬 공명파(제2SPR파)가 발생되며, 이에 의해 전반사미러(620)로 입사된 반사광이 모두 제거된다.
도 7은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제4실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제4실시예는 도 5에 도시된 오토 구조의 광 아이솔레이터를 반도체 제조공정에 의해 온칩(On-Chip)으로 집적화할 수 있도록 변형한 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제4실시예(700)는 제1입사도파로(710), 전반사소자(720), 금속박막(730), 출사도파로(740), 제2입사도파로(750) 및 제3입사도파로(760)로 구성된다. 본 실시예는 반도체 제조공정으로 제조되므로, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제2실시예의 지지부를 구비할 필요가 없다. 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제4실시예(700)에서 제1입사도파로(710), 전반사소자, 출사도파로(740), 제2입사도파로(750) 및 제3입사도파로(760)의 구조 및 상호연결관계는 도 6을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예(600)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제4실시예(700)의 금속박막(730)의 배치구조는 도 6을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예(600)와 상이한 바, 이하에서는 이에 대해 설명한다.
금속박막(730)은 전반사소자(720)의 후면으로부터 일정거리 이격되어 형성된다. 이때 전반사소자(720)의 후면에 전반사소자(720)와 금속박막(730)의 이격거리에 해당하는 두께로 중간층을 증착한 후 금속박막(730)을 증착하고, 에칭에 의해 중간층을 제거하는 방법에 의해 금속박막(730)을 형성할 수 있다. 나아가 중간층을 제1입사도파로(710)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 유전물질로 형성하면, 중간층을 제거하지 않아도 되는 이점이 있다. 그리고 제2입사도파로(750) 및 제3입사도파로(760)는 금속박막(730)의 후면에 접하여 배치된다.
제1입사도파로(710)를 통해 전반사소자(720)의 전면에 특정한 파장을 가진 입사광이 입력되면, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제2실시예(500)와 동일하게 금속박막(730)의 전면(즉, 전반사소자(720)와 대향하는 면)에 존재하는 자유전자가 표면 플라즈몬 공명파를 형성한다. 따라서 전반사소자(720)에 의해 반사되어 출사도파로(740)로 출력되는 광에너지는 표면 플라즈몬 공명 조건하에서 급격히 감소하는 특성을 보인다. 이러한 상태에서 금속박막(730)의 후면에 접하여 형성된 제2입사도파로(750)를 통해 제1교란광이 입력되면, 전자들의 집단 진동에 영향을 주게 되어 표면 플라즈몬 공명 조건이 변경되어 출사도파로(740)에 도달하는 광에너지가 증가된다. 이와 같이 제1교란광에 의해 출사도파로(740)로부터 광이 출력되도록 한 상태에서, 출사도파로(740)로부터 제1입사도파로(710)로 향하는 반사광을 제거하기 위해 금속박막(730)의 후면에 접하는 제3입사도파로(760)를 통해 레이저와 같은 제2교란광을 금속박막(730)의 후면으로 입사시킨다. 이러한 제2교란광에 의해 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건이 충족되면, 금속박막(730)의 전면을 따라 입사광에 의해 생성된 표면 플라즈몬 공명파와 반대방향으로 진행하는 표면 플라즈몬 공명파가 발생하며, 이에 의해 전반사소자(720)로 입사된 반사광이 제거된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예 내지 제4실시예는 표면 플라즈몬 공명 조건이 변경된 상태에서 반사광에 대해 표면 플라즈몬 공명을 만족시키 위해 별도의 교란광을 가함으로써 광 아이솔레이터로 동작하게 된다. 그러나 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제1실시예 내지 제4실시예는 제1교란광이 가해져 입사광이 출력단으로 향하도록 하고 있으나 출력단을 통해 출력되는 광의 에너지가 입사광의 에너지에 비해 상당히 감소되는 문제가 있다. 따라서 출력단으로 향하는 광에너지를 높이기 위한 구성이 필요하다. 이는 출력단에 별도의 증폭기를 연결하거나 입력단과 출력단에 공진부를 연결함으로써 가능하다. 이하에서는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예 및 제4실시예의 입력단과 출력단에 다양한 형태의 공진기가 연결된 실시예들에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제5실시예의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제5실시예는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예에 삼각형상의 공진부를 결합한 형태이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제5실시예(800)는 주도파로(810), 공진도파로(820), 전반사소자(830, 832, 834), 금속박막(840), 제1외부도파로(850) 및 제2외부도파로(860)로 구성된다.
주도파로(810)의 일단에는 입사광이 입력되고, 타단으로는 전반사소자(830)에 의해 반사된 입사광이 출력된다. 또한 주도파로(810)의 일부영역은 입력단을 통해 입력된 입사광이 공진도파로(820)로 결합되는 광결합영역을 형성한다. 공진도파로(820)는 복수의 광도파로가 삼각형상으로 배치되어 구성되며, 삼각형상의 공진도파로(820)의 세변을 구성하는 광도파로 중에서 하나의 광도파로는 주도파로(810)와 평행하게 배치된다. 주도파로(810)와 평행하게 배치된 광도파로에는 공진도파로(820) 내를 주회하던 입사광이 주도파로(810)로 결합되는 광결합영역이 형성된다. 그리고 나머지 두 개의 광도파로는 도 6에 도시된 광 아이솔레이터의 제3실시예의 제1입사도파로(610)와 출사도파로(640)에 대응된다. 전반사소자(830, 832, 834)는 삼각형상의 공진도파로(820)의 세변을 구성하는 광도파로들이 서로 접속되는 지점인 꼭지점 영역에 배치된다. 한편 공진도파로(820)에 설치된 전반사소자(830, 832, 834) 중에서 주도파로(810)를 구성하는 광도파로와 평행하게 배치되는 광도파로를 제외한 다른 두 개의 광도파로가 접속되는 꼭지점 영역에 배치된 전반사소자(830)의 후면에는 금속박막(840)이 증착된다. 따라서 나머지 두 개의 광도파로 각각과 해당 광도파로들이 접속되는 꼭지점 영역에 배치된 전반사소자(830)의 표면에 수직한 법선이 이루는 각은 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있도록 표면 플라즈몬 공명각이 되어야 한다.
이러한 상태에서 주도파로(810)의 입력단을 통해 입력된 입사광은 광결합영역을 통해서 삼각형상의 공진도파로(820)로 광결합되며, 공진도파로(820)로 입력된 입사광에 의해 금속박막(840)에 존재하는 자유전자가 표면 플라즈몬 공명파를 형성하게 된다. 따라서 공진도파로(820)로 입력된 입사광은 공진도파로(820) 내를 주회하게 되어 주도파로(810)의 출력단을 통해 출력되는 광이 존재하지 않게 된다. 이때 제1외부도파로(850)를 통해 제1교란광이 금속박막(840)의 후면으로 입사되면, 전자들의 집단 진동에 영향을 주게 되어 표면 플라즈몬 공명 조건이 변하게 된다. 이에 의해 주도파로(810)와 공진도파로(820) 사이의 광결합조건이 변경되어 주도파로(810)의 출력단을 통해 광이 출력된다.
이와 같이 제1교란광에 의해 주도파로(810)의 출력단으로부터 광이 출력되도록 한 상태에서, 도 6을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예와 동일하게 배치된 제3입사도파로(860)를 통해 제2교란광을 금속박막(840)의 후면으로 입사시켜 공진도파로(820)를 주회하는 입사광의 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 충족시키면, 금속박막(840)의 전면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 공명파가 발생한다. 따라서 공진도파로(820) 내의 반사광은 모두 표면 플라즈몬 공명파로 변하게 되어 반사광의 제거가 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제6실시예의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제6실시예는 도 7에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제4실시예에 삼각형상의 공진부를 결합한 형태이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제6실시예(900)는 금속박막(940)의 위치와 표면 플라즈몬 공명 파가 발생하는 위치만 상이할 뿐 다른 구성요소 및 그에 대응하는 동작은 도 8을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제5실시예(800)와 동일하다. 즉, 금속박막(940)은 공진도파로(920)에 설치된 전반사소자(930, 932, 934) 중에서 주도파로(910)를 구성하는 광도파로와 평행하게 배치되는 광도파로를 제외한 다른 두 개의 광도파로가 접속되는 꼭지점 영역에 배치된 전반사소자(930)의 후면과 일정정도 이격된 지점에 증착된다. 그리고 제1외부도파로(950) 및 제2외부도파로(960)는 금속박막(940)의 후면에 접하여 배치된다. 이때 제1교란광에 의해 주도파로(910)의 출력단으로부터 광이 출력되도록 한 상태에서, 도 8을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제5실시예(800)와 동일하게 배치된 제2외부도파로(960)를 통해 제2교란광을 금속박막(940)의 후면으로 입사시키면 금속박막(940)의 전면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 공명파가 발생된다. 따라서 공진도파로(920) 내의 반사광은 모두 표면 플라즈몬 공명파로 변하게 되어 반사광의 제거가 가능하다.
상술한 바와 같이 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제5실시예 및 제6실시예는 삼각형상의 공진부에 의해 입력광에 대한 출력광의 에너지 감소량의 최소화할 수 있다. 또한 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제5실시예 및 제6실시예는 동일한 웨이퍼에 광 집적화 (Photonic Integrated Circuit : PIC) 기술에 의해 온칩으로 제작될 수 있다. 그리고 상술한 실시예들에 대한 설명시 삼각형상의 공진도파로를 예를 들어 설명하였지만, 공진도파로의 형태는 원형, 사각형 등 다양하게 구성될 수 있다. 나아가 공진부 역시 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하에서는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예에 다양한 형태의 공진부를 적용한 실시예들을 설명한다. 이때 설명의 편의상 공진부의 광결합원리만을 설명하고 나머지 설명은 생략한다. 그리고 이하에서 설명된 실시예들에 적용되는 공진부들은 도 7에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제4실시예에도 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제7실시예의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제7실시예는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제3실시예에 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 전계광학 변조기(Electrooptic Modulator)를 결합한 구조를 갖는다. 마흐-젠더 전계광학 변조기는 두 개의 도파로가 서로 평행하게 구성되어 있는 구조이고, 전기광학물질 위에 만들어진 변조기의 입력 부분에 입사되는 빛은 서로 다른 두 개의 도파로 경로를 거쳐 다시 하나의 빛으로 합쳐진다. 이때 한쪽 경로에 전압을 가하게 되면 그 부분에서 굴절률이 변하게 되고 이에 따라 해당 경로를 통과하는 빛이 위상 변화를 일으켜 다른 경로를 거쳐 온 빛과 보강 또는 상쇄간섭을 일으키게 된다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제7실시예(1000)는 마흐-젠더 전계광학 변조기를 구성하는 두 개의 광도파로(1010, 1015) 중에서 하나의 광도파로(1010)의 광결합영역에 각각의 꼭지점에 전반사소자(1030, 1032, 1034)가 배치된 공진도파로(1020)가 광결합되는 구조를 갖는다. 마흐-젠더 전계광학 변조기의 입력단으로 입력된 입사광은 서로 다른 두 개의 광도파로(1010, 1015)를 거쳐 다시 하나의 빛으로 합쳐진 후 출력단으로 출력된다. 이때 한쪽 광도파로(1010)를 통해 입사된 입사광은 해당 광도파로(1010)와 평행하게 배치된 공진도파로(1020)를 구성하는 광도파로로 결합되어 공진도파로(1020)로 입력된다. 공진도파로(1020)로 입력된 분기광은 공진도파로(1020)의 꼭지점에 배치된 전반사소자(1030, 1032, 1034)에 의해 반사되어 공진도파로(1020) 내를 주회한다.
이러한 상태에서 제1외부도파로(1050)를 통해 입력된 제1교란광이 금속박막(1040)의 후면으로 입사되면, 금속박막(1040)에서 발생한 전자들의 집단 진동에 영향을 주게 되어 표면 플라즈몬 공명 조건이 바뀌게 된다. 이와 같이 표면 플라즈몬 공명 조건이 바뀌게 되면 마흐-젠더 전계광학 변조기 형태를 구성하는 한쪽 광도파로(1010)에서 공진도파로(1020)로 결합되는 조건이 바뀌게 된다. 공진 조건이 변경되면 공진도파로(1020)로부터 마흐-젠더 전계광학 변조기 형태를 구성하는 한쪽 광도파로(1010)로 결합되는 광이 다른 광도파로(1015)를 거쳐 온 광과 보강 또는 상쇄간섭을 일으켜 마흐-젠더 전계광학 변조기의 출력단을 통해 광이 출력된다. 이때 제2외부도파로(1060)를 통해 제2교란광을 금속박막(1040)의 후면으로 입사시키면 공진도파로(1020) 내의 반사광이 금속박막(1040)의 후면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 공명파로 변하게 되어 반사광의 제거가 가능하다.
도 11은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제8실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제8실시예(1100)는 주도파로(1110), 광결합부(1120), 공진도파로(1130), 전반사소자(1140, 1142, 1144, 1146), 금속박막(1150), 제1외부도파로(1160) 및 제2외부도파부(1070)를 구비한다.
주도파로(1110)의 일단으로는 입사광이 입력되고, 타단으로는 공진도파로(1130)로 결합되어 공진도파로(1130) 내를 주회하던 입사광이 재차 주도파로(1110)로 결합된 후 출력된다. 그리고 주도파로(1110)에는 입력된 입사광이 광결합부(1120)로 결합되는 광결합영역이 형성된다. 광결합부(1120)는 주도파로(1110)의 일단으로 입력된 입사광을 주도파로(1110)의 타단 및 공진도파로(1130)로 분배한다. 또한 광결합부(1120)는 공진도파로(1130) 내를 주회한 광신호를 주도파로(1110)의 타단 및 공진도파로(1130)로 분배한다. 이러한 광결합부(1120)에 의해 자기상 맺힘(Self Imaging) 현상을 이용한 다중 모드 간섭 결합기(Multi-mode Interference Coupler : MMIC)를 구성하면 전체적인 광 아이솔레이터의 크기를 줄일 수 있고, 광결합부(1120)와 다른 소자들을 단일 웨이퍼 상에 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있다.
공진도파로(1130)는 광결합부(1120)와 광결합되어 주도파로(1110)의 일단을 통해 입력된 입사광 중에서 공진도파로(1130)로 결합되는 분기광을 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 사각형상으로 배치되어 구성된다. 이때 사각형상의 공진도파로(1130)의 네변을 구성하는 광도파로 중에서 하나의 광도파로가 광결합기(1120)에 접속된다. 전반사소자(1140, 1142, 1144, 1146)는 사각형상의 공진도파로(1130)의 네변을 구성하는 광도파로들이 서로 접속되는 지점인 꼭지점 영역에 배치된다. 한편 공진도파로(1130)에 설치된 전반사미러(1140, 1142, 1144, 1146) 중에서 광결합부(1120)에 결합된 광도파로를 제외한 다른 세 개의 광도파들이 접속하는 꼭지점 중 하나에 설치된 전반사소자(1140)에는 금속박막(1150)이 증착된다.
공진도파로(1130)를 통해 금속박막(1150)이 증착된 전반사소자(1140)의 전면에 특정한 파장을 가진 분기광이 포면 플라즈몬 공명각으로 입사되면, 금속박막(1150)의 후면에 존재하는 자유전자가 표면 플라즈몬 공명파를 형성한다. 이때 제1외부도파로(1160)를 통해 제1교란광이 금속박막(1150)의 후면으로 입사되면, 금속박막(1150)에서 발생한 전자들의 집단 진동에 영향을 주게 되어 표면 플라즈몬 공명 조건이 변경된다. 그리고 변경된 표면 플라즈몬 공진 조건에 의해 주도파로(1110)와 공진도파로(1130) 사이의 광결합조건이 변경되어 주도파로(1110)의 타단을 통해 광이 출력된다. 이때 제2외부도파로(1160)를 통해 제2교란광을 금속박막(1150)의 후면으로 입사시키면 공진도파로(1130) 내의 반사광이 금속박막(1150)의 후면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 공명파로 변하게 되어 반사광의 제거가 가능하다.
상술한 실시예들은 표면 플라즈몬 공명각으로 입사된 입사광에 의해 금속박막에 표면 플라즈몬 공명 파를 생성하여 출력광을 발생하지 않도록 한 상태에서 외부로부터 금속박막의 후면에 제1교란광을 입사시켜 플라즈몬 공명 조건을 변경함으로써 출력광이 존재하도록 한 후, 외부로부터 금속박막의 후면에 제2교란광을 입사시켜 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광을 제거하는 원리를 적용한 광 아이솔레이터들이다. 그러나 이와 달리 전반사소자로 입사되는 입사광의 입사각을 표면 플라즈몬 공명각에 근접하도록(예를 들면, 입사각을 표면 플라즈몬 공명각에 대해 ±5°의 범위 내에서 설정) 구성하고, 외부로부터 금속박막의 후면에 교란광을 입사시켜 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 플라즈몬 공명 조건을 만족시킴으로써 반사광을 제거하는 형태로 광 아이솔레이터를 구성할 수도 있다.
도 12는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제9실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제9실시예(1200)는 크레취만(Kretschmann) 구조로 구현되며, 프리즘(1210), 금속박막(1220), 제1광입력부(1230), 광출력부(1240) 및 제2광입력부(1250)를 구비한다. 도 12에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제9실시예(1200)는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제1실시예(200)와 비교할 때 입사광의 입사각과 교란광의 입력구조만 상이할 뿐 기본적인 동작원리는 동일하다. 즉, 입사광의 입사각도는 입사광에 대한 표면 플라즈몬 공명각으로부터 일정정도 이탈한 각도(즉, 입사각(θr)=표면 플라즈몬 공명각±5°, 단, 입사각(θr)≠표면 플라즈몬 공명각)가 되도록 제1광입력부(1230)가 배치된다. 또한 금속박막(1220)을 기준으로 광출력부(1240)와 서로 마주보는 위치에 배치된 제2광입력부(1250)를 통해 금속박막(1220)의 후면으로 교란광을 입사시켜 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시킴으로써 반사광을 금속박막(1220)의 제2면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 공명파로 변환한다.
도 13은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제10실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제10실시예(1300)는 오토(Otto) 구조로 구현되며, 프리즘(1310), 금속박막(1320), 지지부(1330), 제1광입력부(1340), 광출력부(1350) 및 제2광입력부(1360)를 구비한다. 도 13에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제10실시예(1300)는 도 12에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제9실시예(1200)와 비교할 때 금속박막(1320)의 위치만 상이할 뿐 기본적인 동작원리는 동일하다. 즉, 금속박막(1320)이 프리즘(1310)의 바닥면으로부터 일정정도 이격되어 위치하며, 금속박막(1320)을 지지하기 위해 선택적으로 금속박막(1320)의 제2면에 지지부(1330)가 부설된다. 또한 제2광입력부(1360)를 통해 입력된 교란광에 의해 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광은 금속박막(1320)의 제1면 상으로 흐르는 표면 플라즈몬 공명파로 변환된다.
도 14는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제11실시예의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제11실시예는 도 12에 도시된 크레취만 구조의 광 아이솔레이터를 반도체 제조공정에 의해 온칩(On-Chip)으로 집적화할 수 있도록 변형한 것이다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제11실시예(1400)는 제1입사도파로(1410), 전반사소자(1420), 금속박막(1430), 출사도파로(1440) 및 제2입사도파로(1450)로 구성된다. 각각의 도파로는 광섬유와 같은 광신호 전달물질 또는 광도파로로 이루어진다.
제1입사도파로(1410)의 일단부로는 광원 또는 광선로를 통해 입사광이 입력된다. 제1입사도파로(1410)의 타단부는 전반사소자(1420)의 전면에 수직한 법선을 기준으로 일정한 각도를 이루며 연결된다. 이때 제1입사도파로(1410)와 전반사소자(1420)의 표면에 수직한 법선이 이루는 각은 표면 플라즈몬 공명각으로부터 일정정도 이탈한 각도(즉, 입사각(θr)=표면 플라즈몬 공명각±5°, 단, 입사각(θr)≠표면 플라즈몬 공명각)가 되어야 한다. 금속박막(1430)은 전반사소자(1420)의 후면에 형성된다. 제1입사도파로(1410)를 통해 전반사소자(1420)의 전면에 특정한 파장을 가진 입사광이 입력되면, 전반사소자(1420)에 의해 전반사되어 출사도파로(1440)로 출력된다. 이때 출사도파로(1440)로부터 전반사소자(1420)로 향하는 반사광이 발생하게 되며, 이러한 반사광을 제거하기 위해 금속박막(1430)을 기준으로 출사도파로(1440)와 서로 마주보도록 배치된 제2입사도파로(1450)를 통해 금속박막(1430)의 후면에 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 충족시킬 수 있는 교란광을 가한다. 금속박막(1430)의 후면에 교란광이 가해지면, 반사광이 금속박막(1430)의 후면을 통해 전달되는 표면 플라즈몬 공명파로 변하게 된다.
도 15는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제12실시예의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제12실시예는 도 13에 도시된 오토 구조의 광 아이솔레이터를 반도체 제조공정에 의해 온칩(On-Chip)으로 집적화할 수 있도록 변형한 것이다.
도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제12실시예(1500)는 제1입사도파로(1510), 전반사소자(1520), 금속박막(1530), 출사도파로(1540) 및 제2입사도파로(1550)를 구비한다. 도 15에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제12실시예(1500)는 도 14에 도시된 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제11실시예(1400)와 비교할 때 금속박막(1530)의 위치만 상이할 뿐 기본적인 동작원리는 동일하다. 즉, 금속박막(1530)이 전반사소자(1520)의 바닥면으로부터 일정정도 이격되어 위치한다. 또한 제2입사도파로(1550)를 통해 입력된 교란광에 의해 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광은 금속박막(1530)의 제1면 상으로 흐르는 표면 플라즈몬 공명파로 변환된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터의 제9실시예 내지 제12실시예는 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 제5실시예 내지 제8실시예에 적용되는 공진부를 적용함으로써 출력단으로 향하는 광에너지를 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (23)

  1. 전면으로 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자;
    전면이 상기 전반사소자의 후면에 접하여 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각을 이루도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1입사도파로;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 출사도파로;
    상기 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 상기 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 상기 입사광이 상기 출사도파로로 출력되도록 하는 제2입사도파로; 및
    상기 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제3입사도파로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  2. 전면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자;
    상기 전반사소자의 후면과 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 상기 전반사소자의 후면과 대향하는 전면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각을 이루도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1입사도파로;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 출사도파로;
    상기 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 상기 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 상기 입사광이 상기 출사도파로로 출력되도록 하는 제2입사도파로; 및
    상기 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제3입사도파로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    일단으로 상기 입사광이 입력되고 타단으로 상기 입사광이 출력되며, 상기 일단과 타단 사이에 상기 입사광의 적어도 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 주도파로; 및
    상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 공진도파로;를 더 포함하며,
    상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로는 상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 서로 이웃하는 두 개의 제1광도파로와 각각 일체로 형성되고,
    상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 상기 제1광도파로를 제외한 나머지 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에는 상기 공진도파로로 입력된 상기 분기광신호를 전반사시켜 상기 분기광신호가 상기 공진도파로 내를 주회하도록 하는 전반사소자가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    일단으로 상기 입사광이 입력되고 타단으로 상기 입사광이 출력되며, 상기 일단과 타단 사이에 상기 입사광의 적어도 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 주도파로;
    상기 주도파로와 평행하게 배치고, 일단은 상기 주도파로의 일단에 광결합되며, 타단은 상기 주도파로의 타단에 광결합되는 보조도파로; 및
    상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 공진도파로;를 더 포함하며,
    상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로는 상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 서로 이웃하는 두 개의 제1광도파로와 각각 일체로 형성되고,
    상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 상기 제1광도파로를 제외한 나머지 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에는 상기 공진도파로로 입력된 상기 분기광신호를 전반사시켜 상기 분기광신호가 상기 공진도파로 내를 주회하도록 하는 전반사소자가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    일단으로 상기 입사광이 입력되고 타단으로 상기 입사광이 출력되며, 상기 일단과 타단 사이에 상기 입사광의 적어도 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 주도파로;
    상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 공진도파로; 및
    상기 주도파로와 상기 공진도파로의 광결합영역에 배치되며, 상기 주도파로의 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 주도파로의 타단 및 상기 공진도파로로 분배하는 광결합부;를 더 포함하며,
    상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로는 상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 서로 이웃하는 두 개의 제1광도파로와 각각 일체로 형성되고,
    상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 상기 제1광도파로를 제외한 나머지 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에는 상기 공진도파로로 입력된 상기 분기광신호를 전반사시켜 상기 분기광신호가 상기 공진도파로 내를 주회하도록 하는 전반사소자가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 전반사소자와 상기 금속박막 사이에는 상기 제1입사도파로의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 유전물질이 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2입사도파로는 상기 제1교란광의 입사방향이 상기 전반사소자로의 상기 입사광의 입사방향과 일치하도록 상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 상기 제1입사도파로 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제3입사도파로는 상기 제2교란광의 입사방향이 상기 전반사소자로의 상기 반사광의 입사방향과 일치하도록 상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 상기 출사도파로 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  9. 전면으로 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자;
    전면이 상기 전반사소자의 후면에 접하여 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각에 대해 소정 각도 이탈되도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1입사도파로;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 출사도파로; 및
    상기 금속박막의 후면으로 교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제2입사도파로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  10. 전면으로 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자;
    상기 전반사소자의 후면과 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 상기 전반사소자의 후면과 대향하는 전면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각에 대해 소정 각도 이탈되도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1입사도파로;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1입사도파로와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 출사도파로; 및
    상기 금속박막의 후면으로 교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제2입사도파로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    일단으로 상기 입사광이 입력되고 타단으로 상기 입사광이 출력되며, 상기 일단과 타단 사이에 상기 입사광의 적어도 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 주도파로; 및
    상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 공진도파로;를 더 포함하며,
    상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로는 상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 서로 이웃하는 두 개의 제1광도파로와 각각 일체로 형성되고,
    상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 상기 제1광도파로를 제외한 나머지 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에는 상기 공진도파로로 입력된 상기 분기광신호를 전반사시켜 상기 분기광신호가 상기 공진도파로 내를 주회하도록 하는 전반사소자가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    일단으로 상기 입사광이 입력되고 타단으로 상기 입사광이 출력되며, 상기 일단과 타단 사이에 상기 입사광의 적어도 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 주도파로;
    상기 주도파로와 평행하게 배치고, 일단은 상기 주도파로의 일단에 광결합되며, 타단은 상기 주도파로의 타단에 광결합되는 보조도파로; 및
    상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어 상기 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 공진도파로;를 더 포함하며,
    상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로는 상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 서로 이웃하는 두 개의 제1광도파로와 각각 일체로 형성되고,
    상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 상기 제1광도파로를 제외한 나머지 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에는 상기 공진도파로로 입력된 상기 분기광신호를 전반사시켜 상기 분기광신호가 상기 공진도파로 내를 주회하도록 하는 전반사소자가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  13. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    일단으로 상기 입사광이 입력되고 타단으로 상기 입사광이 출력되며, 상기 일단과 타단 사이에 상기 입사광의 적어도 일부가 분기되는 광결합영역을 가지는 주도파로;
    상기 주도파로의 광결합영역과 광결합되어, 상기 주도파로의 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 주도파로의 타단 및 상기 공진도파로로 분배하는 광결합부; 및
    상기 광결합부와 광결합되어 상기 주도파로로부터 분기된 분기광신호를 입력받는 광결합영역을 가지며, 복수의 광도파로가 다각형상으로 배치되어 구성되는 공진도파로;를 더 포함하며,
    상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로는 상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 서로 이웃하는 두 개의 제1광도파로와 각각 일체로 형성되고,
    상기 공진도파로를 구성하는 복수의 광도파로 중에서 상기 제1광도파로를 제외한 나머지 광도파로가 접하는 꼭지점 영역에는 상기 공진도파로로 입력된 상기 분기광신호를 반사시켜 상기 분기광신호가 상기 공진도파로 내를 주회하도록 하는 전반사소자가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 전반사소자와 상기 금속박막 사이에는 상기 제1입사도파로의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가진 유전물질이 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  15. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 제2입사도파로는 상기 교란광의 입사방향이 상기 전반사소자로의 상기 반사광의 입사방향과 일치하도록 상기 제1입사도파로와 상기 출사도파로 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 상기 출사도파로 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  16. 제1면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자;
    전면이 상기 전반사소자의 제1면에 접하여 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막;
    일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 제2면으로 입사시키고, 상기 전반사소자의 제2면으로 입사된 상기 입사광이 상기 전반사소자의 내부를 진행하여 상기 전반사소자의 제1면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각을 이루면서 상기 전반사소자의 제2면에 입사되도록 배치되는 제1광입력부;
    상기 전반사소자의 제1면에 수직한 법선에 대해 상기 제1광입력부와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자의 제1면에 의해 반사되어 상기 전반사소자의 제3면을 통해 출사된 상기 입사광을 일단으로 입력받아 타단을 통해 출력하는 광출력부;
    상기 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 상기 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 상기 입사광이 상기 광출력부로 출력되도록 하는 제2광입력부; 및
    상기 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제3광입력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  17. 제1면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자;
    상기 전반사소자의 제1면과 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 상기 전반사소자의 제1면과 대향하는 제1면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막;
    일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 제2면으로 입사시키고, 상기 전반사소자의 제2면으로 입사된 상기 입사광이 상기 전반사소자의 내부를 진행하여 상기 전반사소자의 제1면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각을 이루면서 상기 전반사소자의 제2면에 입사되도록 배치되는 제1광입력부;
    상기 전반사소자의 제1면에 수직한 법선에 대해 상기 제1광입력부와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자의 제1면에 의해 반사되어 상기 전반사소자의 제3면을 통해 출사된 상기 입사광을 일단으로 입력받아 타단을 통해 출력하는 광출력부;
    상기 금속박막의 후면으로 제1교란광을 입사시켜 상기 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 형성된 표면 플라즈몬 공명 조건을 변경하여 상기 입사광이 상기 광출력부로 출력되도록 하는 제2광입력부; 및
    상기 금속박막의 후면으로 제2교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제3광입력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  18. 제1면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자;
    전면이 상기 전반사소자의 제1면에 접하여 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 후면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각에 대해 소정 각도 이탈되도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1광입력부;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1광입력부와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 광출력부; 및
    상기 금속박막의 후면으로 교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제2광입력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  19. 제1면에 입력된 입사광을 전반사시키는 전반사소자;
    상기 전반사소자의 제1면과 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 전반사소자의 전면에 표면 플라즈몬 공명각으로 입력된 입사광에 의해 상기 전반사소자의 제1면과 대향하는 제1면에 표면 플라즈몬 공명파를 형성하는 금속박막;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선과 상기 플라즈몬 공명각에 대해 소정 각도 이탈되도록 배치되며, 일단으로 입력된 상기 입사광을 상기 전반사소자의 전면으로 입사시키는 제1광입력부;
    상기 전반사소자의 전면에 수직한 법선에 대해 상기 제1광입력부와 대칭되도록 배치되며, 상기 전반사소자로부터 반사된 상기 입사광이 출력되는 광출력부; 및
    상기 금속박막의 후면으로 교란광을 입사시켜 상기 전반사소자의 전면에 입사된 입사광과 반대방향으로 진행하는 반사광에 대한 표면 플라즈몬 공명 조건을 만족시켜 상기 반사광을 제거하는 제2광입력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  20. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 제2광입력부는 상기 제1교란광의 입사방향이 상기 전반사소자로의 상기 입사광의 입사방향과 일치하도록 상기 제1광입력부와 상기 광출력부 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 상기 제1광입력부 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  21. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 제3광입력부는 상기 제2교란광의 입사방향이 상기 전반사소자로의 상기 반사광의 입사방향과 일치하도록 상기 제1광입력부와 상기 광출력부 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 상기 광출력부 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  22. 제 18항 또는 제 19항에 있어서,
    상기 제2광입력부는 상기 교란광의 입사방향이 상기 전반사소자로의 상기 반사광의 입사방향과 일치하도록 상기 제1광입력부와 상기 광출력부 사이의 각을 이등분하는 평면에 대해 상기 광출력부 쪽으로 각도를 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
  23. 제 16항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전반사소자는 프리즘인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 아이솔레이터.
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