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KR101109148B1 - 표면 플라즈몬 공진 센서 및 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법 - Google Patents

표면 플라즈몬 공진 센서 및 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법 Download PDF

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KR101109148B1
KR101109148B1 KR1020090115744A KR20090115744A KR101109148B1 KR 101109148 B1 KR101109148 B1 KR 101109148B1 KR 1020090115744 A KR1020090115744 A KR 1020090115744A KR 20090115744 A KR20090115744 A KR 20090115744A KR 101109148 B1 KR101109148 B1 KR 101109148B1
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KR
South Korea
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surface plasmon
light
excitation layer
focal point
plasmon excitation
Prior art date
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KR1020090115744A
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Inventor
이경석
김원목
이택성
Original Assignee
한국과학기술연구원
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Publication date
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Abstract

표면 플라즈몬 공진 센서는, 제1 초점 및 제2 초점을 갖는 타원 형상의 반사면, 상기 제1 초점을 통해 빛이 입사되는 입사면 및 출사면을 포함하는 플랫폼; 상기 플랫폼상에 위치하며 분석 대상물과 접촉된 표면 플라즈몬 여기층; 및 상기 표면 플라즈몬 여기층에서 반사되어 상기 출사면을 통해 출사되는 빛을 검출하는 광 검출기를 포함할 수 있다. 이때 상기 제2 초점은 상기 표면 플라즈몬 여기층상에 위치할 수 있다. 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법은, 상기 제1 초점을 통해 상기 플랫폼에 빛을 입사시키는 단계; 입사된 빛을 상기 반사면에서 반사시켜 상기 제2 초점 방향으로 집속시키는 단계; 집속된 빛을 상기 표면 플라즈몬 여기층에서 반사시키는 단계; 및 반사된 빛을 검출하여 분석 대상물을 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.
타원 거울, 표면 플라즈몬 공진, SPR, 센싱, 센서

Description

표면 플라즈몬 공진 센서 및 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법{SURFACE PLASMON RESONANCE SENSOR AND SENSING METHOD USING SURFACE PLASMON RESONANCE}
실시예들은 표면 플라즈몬 공진 센서 및 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법에 관한 것이다.
표면 플라즈몬(surface plasmon)이란 유전체와 계면을 이루는 금속 박막 표면에서 발생하는 자유전자들의 전하 밀도파로 금속 표면을 따라 진행한다. 전기장의 세기는 금속 박막 표면에서 최대로 증강되고 계면에서 수직 방향으로 멀어짐에 따라 지수함수적으로 감소하는 특징을 갖는다. 표면 플라즈몬은 일반적으로 p파 성분의 광파에 의한 소산장(evanescent field) 커플링을 통해 여기(excitation)된다. 표면 플라즈몬이 여기되는 공진 조건은 금속 박막 표면에 인접한 주변 환경변화에 매우 민감하게 의존하므로 이를 응용한 바이오 및 가스 센서개발연구가 활발히 진행되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 표면 플라즈몬 공진(surface plasmon resonance) 센서의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 표면 플라즈몬 공진 센서는 고 굴절율 프리즘(10)과 프리즘(10) 밑면에 위치하는 표면 플라즈몬 여기층(12)을 포함한다. 표면 플라즈몬 여기층(12)은 일반적으로 금(Au)이나 은(Ag)과 같은 귀금속 박막의 단일층으로 이루어진다. 표면 플라즈몬 여기층(12)은 프리즘(10) 밑면에 직접 증착하거나 혹은 투명 기판 위에 증착한 후 굴절율 정합 용액(index matching oil)을 이용하여 프리즘(10)에 광학적으로 결합시킴으로써 형성된다. 귀금속 박막을 프리즘(10) 및 투명 기판에 증착하는 경우 접착력 향상을 위한 별도의 접착층을 중간에 삽입할 수도 있다.
상기 표면 플라즈몬 공진 센서에서는 외부 광원(20)으로부터 조사된 단색광 혹은 다색광을 편광기(22)를 이용해 입사 평면에 대해 p파 분극되도록 한 뒤 프리즘(10)의 한쪽 면을 통해 프리즘(10) 밑면에 위치한 표면 플라즈몬 여기층(12)에 입사시키고 반사되는 빛의 세기를 측정한다. 입사각(θp)이 증가함에 따라 특정 임계각도 이상에서는 내부 전반사가 일어난다. 이때, 입사빔의 계면 접선 성분이 표면 플라즈몬의 파벡터(wave vector)와 위상정합조건(phase matching condition)을 만족하는 내부 전반사 각도 이상의 특정 입사각에서 표면 플라즈몬의 여기가 발생한다.
표면 플라즈몬이 여기되는 공진 각도에서 전반사되는 빛의 세기는, 표면 플라즈몬 여기층(12)의 금속 표면을 따라 전파하는 표면 플라즈몬파(surface plasmon wave)로의 에너지 전이에 의해 급격히 감소하게 된다. 이에 따라 광 검출기(30)로 측정되는 반사도 곡선에 딥(dip)을 형성하게 된다. 표면 플라즈몬이　여기되는 공진 조건은 금속 표면에 인접한 주변 매질 및 분석 대상물(14)의 굴절율 변화에 매우 민감하게 의존하므로, 이에 수반되는 반사도 딥 곡선의 변화를 측정함으로써 센서 동작이 이루어진다.　
상기 종래의 표면 플라즈몬 공진 센서 시스템은 반사도 딥 곡선의 공진 각도 변화를 높은 분해능으로 측정하기 위해 고 정밀 2축 측각기(goniometer)를 채용하고 있다. 이러한 회전 구동부의 존재 및 이에 수반되는 제어 시스템은 장치의 소형화 및 저가격화에 있어서 가장 큰 걸림돌로 인식되고 있다.
회전 구동부를 배제하기 위한 방안으로 제안되는 기술로, 입사빔 자체의 각도 발산(angular divergence)을 확대시켜 표면 플라즈몬 여기층(12)에 조사시키고 반사되는 빛을 일차원 배열 광 검출기 혹은 전하결합소자(Charge Coupled Device)로 받아들여 각 픽셀에서 검출되는 세기를 입사각의 함수로 변환하여 반사도 딥 곡선을 재구성하는 방식이 있다. 이는 입사빔의 각도 발산을 확대하는 방식에 따라 집속 렌즈(focusing lens)를 사용하는 방식 혹은 평판형 구조에 회절 격자를 이용하는 방식으로 구분된다.
도 2는 집속 렌즈를 사용한 종래 기술에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 종래의 표면 플라즈몬 공진 센서는, 큰 직경을 갖도록 평행화된 빔(collimated beam)(21)을 집속 렌즈(24)를 통해 공진 각도를 포함하는 각도 분산을 갖도록 하여 프리즘(11)의 밑면에 조사하며, 표면 플라즈몬 여기 층(12)으로부터 반사되는 빛을 일차원 배열 광 검출기(32)로 검출하는 기본 구조를 갖는다. 그러나, 별도의 집속 렌즈(24)를 사용하며 그 초점을 프리즘(11) 밑면의 동일한 지점에 놓이도록 광학계를 정렬하는 것이 용이하지 않은 단점이 있다. 반구 형태의 프리즘(11)이 아닌 경우에는 광학계 구성과 정렬이 더욱 곤란해 진다.　
도 3은 회절 격자를 사용한 또 다른 종래 기술에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 상기 종래의 표면 플라즈몬 공진 센서에서는, 광학적으로 투명한 평판형 블록(40) 상면에 회절 격자(42)를 형성한다. 집속 렌즈(26)를 통해 평판형 블록(40) 하단면으로부터 입사되는 큰 직경의 평행화된 빔은 회절 격자(42)에서 반사되어 평판형 블록(40)의 하단면 중앙의 초점에 집속된다. 초점이 맺히는 하단면 중앙에는 표면 플라즈몬 여기층(12)과 분석 대상물(14)이 위치하도록 하고, 표면 플라즈몬 여기층(12)에서 반사된 빔은 입사부 회절 격자(42)와 대칭적 위치에 존재하는 회절 격자로부터 평행화된 빔 형태로 반사되어 일차원 배열 광 검출기(32)에서 그 세기가 각도의 함수로 측정된다. 그러나 상기 표면 플라즈몬 공진 센서는 회절 격자(42)의 효율이 떨어지고 불균일한 반사특성을 나타내어 고 분해능 분석에 불리한 단점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 타원 반사 거울의 특성을 이용하여 소형으로 구현되며 고 분해능을 갖는 표면 플라즈몬 공진 센서 및 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서는, 제1 초점 및 제2 초점을 갖는 타원 형상의 반사면, 상기 제1 초점을 통해 빛이 입사되는 입사면 및 출사면을 포함하는 플랫폼; 상기 플랫폼상에 위치하며 분석 대상물과 접촉된 표면 플라즈몬 여기층; 및 상기 표면 플라즈몬 여기층에서 반사되어 상기 출사면을 통해 출사되는 빛을 검출하는 광 검출기를 포함할 수 있다. 이때 상기 제2 초점은 상기 표면 플라즈몬 여기층상에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법은, 제1 초점 및 제2 초점을 갖는 타원 형상의 반사면을 포함하는 플랫폼에 상기 제1 초점을 통해 빛을 입사시키는 단계; 상기 제1 초점을 통해 입사된 빛을 상기 반사면에서 반사시켜 상기 제2 초점 방향으로 집속시키는 단계; 상기 제2 초점으로 집속된 빛을 상기 플랫폼상에 위치하는 표면 플라즈몬 여기층에서 반사시키는 단계; 및 상기 표면 플라즈몬 여기층에서 반사된 빛을 검출하여, 상기 표면 플라즈몬 여기층과 접촉하는 분석 대상물을 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서는, 굴절율이 높은 투명한 물질로 타원 형상의 반사면을 구성하고 한쪽 초점에 빛을 입사시키며 다른 쪽 초점에는 표면 플라즈몬 여기층을 위치시킴으로써 광학계의 구성이 매우 단순하고 정밀도가 높은 이점이 있다. 또한, 회절 격자를 사용하는 종래의 방식에 비해 반사 효율 및 균일도가 매우 우수하다. 나아가, 반사면은 금속층을 코팅하거나 또는 금속 코팅 없이 외부 공기층과의 계면에서 이루어지는 전반사 특성을 이용할 수 있는데, 외부 공기층과의 계면에서 이루어지는 전반사 특성을 이용하는 경우에는 반사면 표면에 금속층을 형성하는 추가 공정이 불필요하고, 따라서 금속층의 자체 광흡수에 의한 광손실을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
도 4는 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진(surface plasmon resonance) 센서의 개략도이다.
도 4를 참조하면, 표면 플라즈몬 공진 센서는 광학적으로 투명한 플랫폼(5), 상기 플랫폼(5)상에 위치하며 분석 대상물(14)과 접촉하는 표면 플라즈몬 여기(excitation)층(12), 및 플랫폼(5)에 입사되어 표면 플라즈몬 여기층(12)에서 반사된 후 다시 플랫폼(5)으로부터 출사되는 빛을 검출하기 위한 광 검출기(32)를 포함할 수 있다.
플랫폼(5)은 광학적으로 투명한 물질로 이루어질 수 있으며, 또한 고 굴절율 의 물질로 이루어질 수 있다. 플랫폼(5)은 다양한 유기 재료, 무기 재료, 또는 복합 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(5)은 가공 및 대량 복제가 용이하도록 사출 성형에 의해 제조될 수 있는 폴리스티렌(Polystylene), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 사이클로 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer), 폴리디메틸실록세인(Polydimethylsiloxane; PDMS) 등의 유기 재료 또는 다른 적당한 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
플랫폼(5)은 제1 초점(60) 및 제2 초점(62)을 갖는 타원 형상의 반사면(50), 상기 제1 초점(60)을 통해 빛이 입사되는 입사면(51), 및 플랫폼(5)으로부터 빛이 출사되는 출사면(52)을 포함할 수 있다. 반사면(50)은 광 반사도가 뛰어난 금속층을 코팅하여 구성되거나, 또는 금속 코팅없이 외부 공기층과의 계면에서 이루어지는 전반사 특성을 이용하도록 구성될 수 있다. 반사면(50)의 타원형 구조의 특성에 따라, 제1 초점(60)을 통해 입사되어 발산되는 입사빔은 반사면(50)에서 반사되어 다양한 입사각을 가지고 제2 초점(62)으로 집속될 수 있다.
표면 플라즈몬 여기층(12)은 플랫폼(5)상에 위치할 수 있으며, 이때 표면 플라즈몬 여기층(12)상에 제2 초점(62)이 위치할 수 있다. 또한 표면 플라즈몬 여기층(12)의 반대쪽 표면은 분석 대상물(14)과 접촉할 수 있다. 표면 플라즈몬 여기층(12)은 금(Au), 은(Ag), 또는 다른 적당한 금속 또는 합금으로 이루어지거나, 또는 금(Au)-은(Ag)의 이중 금속층으로 이루어질 수도 있다. 또는, 장범위 표면 플라즈몬(long range surface plasmon) 또는 도파 모드 등과 커플된 플라즈몬 모드를 이용하는 다양한 광 스택 구조들이 표면 플라즈몬 여기층(12)에 적용될 수 있다.
제2 초점(62)으로 집속된 빛은, 표면 플라즈몬 여기층(12)에서 전반사된 후 출사면(52)을 통해 출사될 수 있다. 이때, 표면 플라즈몬 여기층(12)에 입사된 입사빔의 계면 접선 성분이 표면 플라즈몬의 파벡터(wave vector)와 위상정합조건(phase matching condition)을 만족하는 특정 입사각(즉, 공진 각도)에서 표면 플라즈몬의 여기가 발생한다.
공진 각도에서 전반사되는 빛의 세기는, 표면 플라즈몬 여기층(12)의 표면을 따라 전파하는 표면 플라즈몬 파(surface plasmon wave)로의 에너지 전이에 의해 급격히 감소하게 된다. 따라서, 표면 플라즈몬 여기층(12)의 반사도 곡선에는 딥(dip)이 형성된다. 한편, 표면 플라즈몬이　여기되는 공진 조건은 표면 플라즈몬 여기층(12) 주변 매질의 굴절율 변화에 매우 민감하게 의존한다. 표면 플라즈몬 여기층(12)은 분석 대상물(14)과 접촉하여 있으므로, 표면 플라즈몬 여기층(12)의 반사도 딥 곡선의 변화는 분석 대상물(14)의 유무 및/또는 굴절율 등의 특성에 의존한다.
광 검출기(32)는 표면 플라즈몬 여기층(12)에서 반사되어 출사면(52)을 통해 출사된 빛을 검출할 수 있다. 또한, 광 검출기(32)는 검출된 빛의 반사도 딥 곡선의 변화로부터 분석 대상물(14)의 유무 및/또는 특성을 측정할 수 있다. 광 검출기(32)는 일차원 배열된 복수 개의 광 검출 소자를 포함하여, 각각의 광 검출 소자에 대응되는 입사각의 함수로 빛의 세기를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 각각의 광 검출 소자는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)일 수도 있다.
일 실시예에서, 광 검출기(32)는 2차원 배열 광 검출 소자(예컨대, CCD)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 다중 검출을 위해, 입사면(51)에 평행하고 타원의 장축(즉, 제1 초점(60)과 제2 초점(62)을 잇는 직선)에 대해 수직한 선광원(미도시)을 이용하여 제1 초점(60)에 빛을 입사시키고, 표면 플라즈몬 여기층(12)에 다채널 구조를 형성하여 각 채널로부터 반사되는 신호를 광 검출기(32)의 2차원 배열 광 검출 소자로 동시에 측정할 수도 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서를 도시한 개략도이다.
본 명세서에서 다양한 실시예를 설명하는 데에 있어, 전술한 실시예의 대응되는 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대한 설명은 당업자가 용이하게 이해할 수 있으므로 생략하며, 전술한 실시예와 상이한 구성 요소에 대해 중점적으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 상기 표면 플라즈몬 공진 센서의 플랫폼(5)에서 제1 초점(60)을 통해 빛이 입사되는 입사면(54)은 경사지게 형성될 수 있다. 입사면(54)은, 타원 형상의 반사면(50)의 장축, 즉, 제1 초점(60)과 제2 초점(62)을 잇는 직선에 대해 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 타원형 반사면(50)의 장축 방향에 대해 경사진 입사면(54)을 통해 빛을 입사시킴으로써 입사빔의 분산 각도를 다양하게 제어하는 것이 용이한 이점이 있다.
한편, 제1 초점(60)에는 점광원, 광섬유 광원, 레이저 다이오드, 또는 다른 적당한 형태의 광원에 의하여 빛이 입사될 수 있다. 도 5에는 빛을 입사시키기 위 한 광학계의 구성의 일 예가 도시된다. 외부의 광원(미도시)로부터 생성된 평행화된 빔(collimated beam)(21)은 편광기(22)를 통해 입사 평면에 대해 p파 분극될 수 있다. 분극된 빔은 집속 렌즈(24)를 통해 집속되며, 제1 초점(60)을 통하여 입사면(54)에 입사될 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서를 도시한 개략도이다.
도 6을 참조하면, 상기 표면 플라즈몬 공진 센서에서, 플랫폼(5)의 입사면(54)은 제1 초점(60)에 인접하여 위치하는 함몰 영역(56)을 포함할 수 있다. 예컨대, 함몰 영역(56)은 반구, 실린더 또는 다른 적당한 형상으로 오목하게 들어간 영역일 수 있다. 함몰 영역(56)은 제1 초점(60)을 통해 입사되는 빛에 대해 오목 렌즈와 유사한 기능을 한다. 즉, 별도의 외부 렌즈없이 함몰 영역(56)이 오목 렌즈의 역할을 하여 입사된 빛이 일정한 분산 각도를 가지고 반사면(50)에 조사되도록 구성할 수 있다. 이때, 함몰 영역(56)의 곡면 설계에 의해 입사빔의 발산 각도가 결정될 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서를 도시한 개략도이다.
도 7을 참조하면, 상기 표면 플라즈몬 공진 센서에서 플랫폼(5)의 출사면(53)은 표면 플라즈몬 여기층(12)의 표면과 평행하게 반사면(50)의 측면에 연장된 평면 형상일 수 있다. 또한 광 검출기(32)는 출사면(53)상에 위치할 수 있다. 이상과 같이 플랫폼(5)의 출사면(53) 및 광 검출기(32)를 구성할 경우, 표면 플라 즈몬 공진 센서의 가공 및 집적화가 용이해지는 이점이 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서를 도시한 개략도이다.
도 8을 참조하면, 표면 플라즈몬 여기층(12)이 직접 플랫폼(5)과 접촉하는 대신, 표면 플라즈몬 여기층(12)과 플랫폼(5) 사이에 위치하는 투명 기판(16)을 더 포함하여 표면 플라즈몬 공진 센서를 구성할 수 있다. 이는 투명 기판(16)위에 표면 플라즈몬 여기층(12)을 형성한 후, 굴절율 정합 용액 등을 이용하여 투명 기판(16)을 플랫폼(5)상에 위치시키는 구성이다. 투명 기판(16)은 평판 형태일 수 있으며, 플랫폼(5)과 굴절율이 동일하거나 유사한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 표면 플라즈몬 공진 센서에서 플랫폼(5)이 투명 기판(16)과 접촉하는 하단면(55)은 제2 초점(62) 위치보다 안쪽으로 들어가도록 형성될 수 있다. 즉, 제2 초점(62)이 투명 기판(16)과 표면 플라즈몬 여기층(12)의 계면에 위치하도록 플랫폼(5)을 형성할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써 반사면(50)에서 반사된 빛이 정확하게 표면 플라즈몬 여기층(12)상에 집속될 수 있다.
상기 표면 플라즈몬 공진 센서와 같이 투명 기판(16)을 통하여 표면 플라즈몬 여기층(12)을 플랫폼(5)에 접촉시키는 경우, 표면 플라즈몬 여기층(12)의 증착 공정이 용이하며 다양한 스택(stack) 구조나 열처리 공정을 사용하여 표면 플라즈몬 여기층(12)의 물성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 상기 투명 기판(16)은 도 8에 도시된 플랫폼(5)의 구조 이외에도 특정 구조에 한정되지 않고 다양한 실시예에 적용될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서를 도시한 개략도이다.
도 9를 참조하면, 상기 표면 플라즈몬 공진 센서는 플랫폼(5)과 표면 플라즈몬 여기층(12)이 접촉하는 면(57)의 배향을 90°회전시켜, 표면 플라즈몬 여기층(12)의 표면이 타원형 반사면(50)의 장축 방향에 수직하게 위치시키도록 구성된 것이다. 출사면(58)은 표면 플라즈몬 여기층(12)의 표면과 수직한 방향으로 위치할 수 있다.
제1 초점(60)을 통해 입사된 빛은 타원형 반사면(50)에서 반사되어 표면 플라즈몬 여기층(12)의 표면에 집속될 수 있다. 집속된 빛은 표면 플라즈몬 여기층(12)에서 반사되어 플랫폼(5) 하단의 출사면(58)을 통해 출사되며, 광 검출기(32)에 의하여 검출될 수 있다. 상기 표면 플라즈몬 공진 센서와 같이 광 경로를 순환형으로 구성할 경우, 센서 시스템을 소형 및/또는 집적화하는 데 유리한 이점이 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서를 도시한 개략도이다.
도 10을 참조하면, 상기 표면 플라즈몬 공진 센서는 반사면(50)에서 광 경로를 제외한 나머지 영역상에 위치하는 광 흡수층(70)을 포함할 수 있다. 광 흡수층(70)은 적당한 흡광 물질로 이루어질 수 있다. 제1 초점(60)을 통해 입사되는 빛의 각도로부터 플랫폼(5) 내의 광 경로를 일정 범위로 예측할 수 있을 경우, 광 경로를 제외한 영역의 반사면(50)상에 광 흡수층(70)을 형성함으로써 불필요한 입사 빔 성분 및 측정 신호에의 간섭 효과를 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서는 전술한 실시예들에 제한되지 않으며, 전술한 실시예들에 대한 변형 및/또는 둘 이상의 실시예의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(5)에서 입사면(51, 54)은 타원의 장축 방향에 대해 다양한 각도로 구성될 수 있다. 또한, 출사면(52, 53, 58) 및 플랫폼(5)과 표면 플라즈몬 여기층(12)이 접촉하는 면(57)의 배향은 입사면(51, 54)에 대해 다양한 각도로 구성되는 것이 가능하다.
본 명세서에서 이상에서 살펴본 실시예들에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서는, 반사면(50)에 광 반사도가 뛰어난 금속층을 코팅하거나, 또는 금속 코팅 없이 고 굴절율을 갖는 플랫폼(5)과 외부 공기층과의 계면에서 이루어지는 전반사 특성을 이용한 형태로 구성하는 것이 모두 가능하다. 전반사 특성을 이용하는 경우에는, 반사면(50)에 금속 거울층을 형성시키는 추가 공정이 불필요하며 금속층의 자체 광흡수에 의한 광손실을 방지할 수 있는 이점이 있다.
다음으로, 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법에 대하여 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 도 4를 참조하여 상기 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법에 대해 설명한다.
먼저, 제1 초점(60) 및 제2 초점(62)을 갖는 타원 형상의 반사면(50)을 포함하는 플랫폼(5)에 빛을 입사시킬 수 있다. 이때 빛은 제1 초점(60)을 통해 입사면(51)으로 입사될 수 있다.
다음으로, 입사된 빛을 반사면(50)에서 반사시킬 수 있다. 타원형 구조의 특성에 따라, 제1 초점(60)을 통해 입사되어 타원형 반사면(50)에서 반사된 빛은 제2 초점(62) 방향으로 집속될 수 있다.
다음으로, 제2 초점(62)으로 집속된 빛을 플랫폼(5)상에 위치하는 표면 플라즈몬 여기층(12)에서 반사시킬 수 있다. 이때 표면 플라즈몬 여기층(12)으로의 빛의 입사각이 공진 조건을 만족하면 반사되는 빛의 세기가 감소하게 된다. 또한, 공진 조건은 표면 플라즈몬 여기층(12)과 접촉된 분석 대상물(14)의 유무 및/또는 굴절률 등의 특성에 민감하게 의존한다.
다음으로, 표면 플라즈몬 여기층(12)에서 반사되어 출사면(52)을 통해 출사된 빛을 광 검출기(32)에 의해 검출할 수 있다. 광 검출기(32)는 검출된 빛의 각도별 세기를 이용하여 반사도 딥 곡선을 측정할 수 있으며, 반사도 딥 곡선의 변화로부터 분석 대상물(14)의 유무 및/또는 특성을 측정할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서들의 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서의 개략도이다.

Claims (12)

  1. 제1 초점 및 제2 초점을 갖는 타원 형상의 반사면, 상기 제1 초점을 통해 각도 분산을 갖는 빛이 입사되는 입사면 및 출사면을 포함하는 플랫폼;
    상기 플랫폼상에 위치하며 분석 대상물과 접촉된 표면 플라즈몬 여기층; 및
    상기 표면 플라즈몬 여기층에서 반사되어 상기 출사면을 통해 출사되는 빛을 검출하는 광 검출기를 포함하되,
    상기 제2 초점은 상기 표면 플라즈몬 여기층상에 위치하고,
    상기 광 검출기에 의해 검출되는 빛은 공간상에서 분산되며, 상기 광 검출기는 1차원 또는 2차원 배열된 복수 개의 광 검출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광 검출기는, 검출된 빛의 각도에 따른 세기를 이용하여 분석 대상물의 유무 또는 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 초점은 상기 입사면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 입사면은 상기 제1 초점 및 상기 제2 초점을 잇는 직선에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 입사면은 상기 제1 초점에 인접한 함몰 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광 검출기는 상기 출사면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 출사면은 상기 표면 플라즈몬 여기층의 표면과 평행한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 출사면은 상기 표면 플라즈몬 여기층의 표면과 수직인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 표면 플라즈몬 여기층 및 상기 플랫폼 사이에 위치하는 투명 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 반사면에서 광 경로를 제외한 영역상에 형성된 광 흡수층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서.
  11. 제1 초점 및 제2 초점을 갖는 타원 형상의 반사면을 포함하는 플랫폼에 상기 제1 초점을 통해 각도 분산을 갖는 빛을 입사시키는 단계;
    상기 제1 초점을 통해 입사된 빛을 상기 반사면에서 반사시켜 상기 제2 초점 방향으로 집속시키는 단계;
    상기 제2 초점으로 집속된 빛을 상기 플랫폼상에 위치하는 표면 플라즈몬 여기층에서 반사시키는 단계; 및
    상기 표면 플라즈몬 여기층에서 반사되어 공간상에서 분산된 빛을 1차원 또는 2차원 배열된 복수 개의 광 검출 소자를 이용하여 검출하여, 상기 표면 플라즈몬 여기층과 접촉하는 분석 대상물을 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 분석 대상물을 센싱하는 단계는,
    검출된 빛의 각도에 따른 세기를 이용하여 분석 대상물의 유무 또는 특성을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110118645A (zh) * 2019-04-19 2019-08-13 西北核技术研究所 一种半椭球反射面的光学性能综合评价方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102120134B1 (ko) 2016-01-26 2020-06-09 한국전자통신연구원 공진기 및 이를 이용한 광센서
CN112285065A (zh) * 2020-11-26 2021-01-29 深圳瀚光科技有限公司 一种基于双椭圆反射镜的spr传感器及应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02118247U (ko) * 1989-03-08 1990-09-21
JP2005195477A (ja) * 2004-01-07 2005-07-21 Rohm Co Ltd 表面プラズモン共鳴センサ

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5912456A (en) * 1996-03-19 1999-06-15 Texas Instruments Incorporated Integrally formed surface plasmon resonance sensor
KR101394372B1 (ko) * 2007-09-11 2014-05-14 재단법인서울대학교산학협력재단 광도파로 형태의 표면 플라즈몬 공명 센서 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02118247U (ko) * 1989-03-08 1990-09-21
JP2005195477A (ja) * 2004-01-07 2005-07-21 Rohm Co Ltd 表面プラズモン共鳴センサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110118645A (zh) * 2019-04-19 2019-08-13 西北核技术研究所 一种半椭球反射面的光学性能综合评价方法

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