KR101578614B1 - Apparatus and method for generating surface plasmon polariton signal using surface plasmon polariton circuit element with discontinuous waveguide with gap - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치는 간극을 가지는 제1 및 제2 플라즈모닉 도파로들과 TE 모드 편광 광원 소자를 포함할 수 있다. 제1 플라즈모닉 도파로는 소정의 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있는 적어도 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 가지며, 표면 플라즈몬 폴라리톤의 여기 위치부터 간극 시작 위치까지 연장된다. 제2 플라즈모닉 도파로는 소정 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있는 적어도 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면들을 가지며, 간극 시작 위치로부터 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향으로 소정의 간극 길이만큼 이격된 간극 종료 위치부터 출력 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호의 출력 위치까지 연장된다. TE 모드 편광 광원 소자는 간극에 대해 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향과 평행하는 방향으로 전기장을 형성하도록 편광된 TE 모드 제어 광 신호를 입사할 수 있다. 간극 길이는 간극을 TE 모드 제어 광 신호가 통과할 수 있는 최소 간극 길이보다 클 수 있다.The surface plasmon polariton signal generating apparatus according to embodiments of the present invention may include first and second plasmon waveguides having a gap and a TE mode polarized light source device. The first plasmonic waveguide has at least a pair of first metal-dielectric interfaces that can propagate the surface plasmon polariton in a predetermined coupling mode and extends from the excitation position of the surface plasmon polariton to the gap start position. The second plasmonic waveguide has at least a pair of second metal-dielectric interfaces which can propagate the surface plasmon polariton in a predetermined coupling mode and is spaced apart from the gap starting position by a predetermined gap length in the traveling direction of the surface plasmon polariton From the gap end position to the output position of the output surface plasmon polariton signal. The TE mode polarized light source device can enter the polarized TE mode control optical signal to form an electric field in a direction parallel to the traveling direction of the surface plasmon polariton with respect to the gap. The gap length may be greater than the minimum gap length through which the TE mode control optical signal can pass.
Description
본 발명은 표면 플라즈몬 폴라리톤에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 플라즈모닉 신호 생성 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a surface plasmon polariton, and more particularly, to a plasmonic signal generation technique.
플라즈몬(Plasmon)은 금속 내에 존재하는 자유전자들이 특정 조건 하에 집단적으로 진동할 때 마치 하나의 입자처럼 취급하는 유사 입자를 말한다. 플라즈몬이 표면에 국부적으로 속박된 경우에는 표면 플라즈몬이라고 한다.Plasmon refers to a pseudo-particle that is treated as if it were a single particle when free electrons in the metal oscillate collectively under certain conditions. When plasmons are locally bound to the surface, they are called surface plasmons.
금속 표면에 가시~근적외선 대역의 빛이 입사되면, 빛을 이루는 전기장과 표면 플라즈몬이 상호 작용하면서 특정 파장에서 표면 플라즈몬이 여기되는 현상을 표면 플라즈몬 공명이라고 하는데, 이러한 현상은 금이 특유의 황금색으로 빛난다거나 매끈한 금속 표면이 특유의 금속성 광택을 보이는 근본 원리이기도 하다.Surface plasmon resonance is called surface plasmon resonance when light from the visible to near-infrared band enters the metal surface and the surface plasmon interacts with the surface plasmon at a specific wavelength. This phenomenon is characterized by the golden color of gold Or a smooth metal surface is a fundamental principle that shows a distinctive metallic luster.
특히, 금속 박막과 유전체의 경계면에 TM 모드로 입사한 광자와 강한 상호작용을 통해 표면 플라즈몬이 발생할 때에는, 그 경계면을 따라 표면 플라즈몬과 함께 전파하는 근접장이 나타나는데, 이러한 근접장의 전파에 의한 표면파를 하나의 유사 입자로 취급하여 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP, surface plasmon polariton)이라 부른다.In particular, when a surface plasmon is generated through a strong interaction with a photon incident in the TM mode at the interface between the metal thin film and the dielectric, near-field propagating along with the surface plasmon appears along the interface. And is called surface plasmon polariton (SPP).
한편, 통상적으로 광학적으로 다양하게 활용되는 가시~적외선 대역의 빛은 높은 동작 속도와 넓은 대역폭, 비간섭성, 낮은 손실 등의 장점을 일반적으로 가지지만, 이를 정보기술분야에 적극적으로 활용하려면 집적도의 문제와 광 제어의 문제를 해결하여야 한다. 집적도의 문제는 광파를 파장보다 작은 범위에 집속할 수 없다는 근본적인 제약에 기인하며 이를 빛의 회절 한계라고 하는데, 이에 따라 집적 광학에서 선폭의 한계는 0.5~1㎛ 정도로서, 최신 반도체 기술에서 달성하는 10~100㎚에 비해 매우 크다.On the other hand, in general, optically diverse visible-infrared band light generally has advantages of high operating speed, wide bandwidth, non-coherence, low loss, etc. However, in order to positively utilize it in the information technology field, Problems and problems of light control should be solved. The problem of integration is due to the fundamental restriction that the light wave can not be focused in a range smaller than the wavelength. It is called the diffraction limit of light. Therefore, the limit of line width in integrated optics is about 0.5 ~ 1μm, Is very large compared to ~ 100 nm.
이에 비해 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)은, 금속 박막과 유전체 경계면에서 입사된 광파의 파장보다 좁은 범위 내에 광파의 에너지가 강하게 집속되므로, 광학의 회절 한계를 극복할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 SPP 파를 구속, 전파하고 송수신하거나, 분배, 결합, 반사, 필터링하는 소자들을 구현하는 기술과 분야를 플라즈모닉스라고 통칭한다.On the other hand, the surface plasmon polariton (SPP) is able to overcome the optical diffraction limit because the energy of the light wave is strongly focused within a range narrower than the wavelength of the light wave incident from the metal thin film and the dielectric interface. Plasmonics is the technology and field that implement devices that constrain, propagate, transmit, receive, distribute, combine, reflect, and filter SPP waves using these characteristics.
하지만 플라즈모닉스는 SPP의 특유의 직진성 때문에, SPP 신호의 생성, 송수신, 전송, 복제, 증폭 및 스위칭 등을 구현하는 데에 어려움을 겪고 있다.However, due to the inherent linearity of the SPP, Plasmonics has difficulty implementing SPP signal generation, transmission / reception, transmission, replication, amplification and switching.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 소정의 정보를 가지는 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for generating a surface plasmon polariton signal having predetermined information.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부에서 인가되는 광 신호 또는 데이터의 정보를 가지도록 변조된 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for generating a surface plasmon polariton signal modulated to have information of an optical signal or data applied from the outside.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나노 표면 플라즈모닉 광집적 소자로서 수십 나노 이내의 크기를 가지면서, 소정의 정보를 가지도록 변조된 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for generating a surface plasmon polariton signal modulated to have predetermined information while having a size within a few tens of nanometers as a nano-sized plasmonic optical integrated device .
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The solution to the problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other solutions not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치는,According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating a surface plasmon polariton signal,
소정의 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있는 적어도 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 가지며, 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 여기 위치부터 간극 시작 위치까지 연장되는 제1 플라즈모닉 도파로;A first plasmonic waveguide having at least a pair of first metal-dielectric interfaces capable of propagating a surface plasmon polariton in a predetermined coupling mode, the first plasmonic waveguide extending from an excitation position of the surface plasmon polariton to a gap start position;
소정 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있는 적어도 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면들을 가지며, 상기 간극 시작 위치로부터 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향으로 소정의 간극 길이만큼 이격된 간극 종료 위치부터 출력 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호의 출력 위치까지 연장되는 제2 플라즈모닉 도파로; 및And a gap end position spaced apart from the gap starting position by a predetermined gap length in the traveling direction of the surface plasmon polariton from the gap start position to at least one pair of second metal- A second plasmon waveguide extending from an output surface plasmon polariton signal to an output position of the output surface plasmon polariton signal; And
상기 간극에 대해 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향과 평행하는 방향으로 전기장을 형성하도록 편광된 TE 모드 제어 광 신호를 입사하는 TE 모드 편광 광원 소자를 포함하고,And a TE mode polarized light source device that receives a polarized TE mode control optical signal to form an electric field in a direction parallel to a traveling direction of the surface plasmon polariton with respect to the gap,
상기 간극 길이는 상기 간극을 TE 모드 제어 광 신호가 통과할 수 있는 최소 간극 길이보다 크며, 상기 TE 모드 제어 광 신호는 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향과 직교하는 성분을 포함할 수 있다.The gap length may be greater than a minimum gap length through which the TE mode control optical signal can pass through the gap and the TE mode control optical signal may include a component orthogonal to the traveling direction of the surface plasmon polariton.
일 실시예에 따라, 상기 TE 모드 편광 광원 소자는, According to one embodiment, the TE mode polarized light source element comprises:
소정의 입력 심볼의 반전된 심볼에 따라 상기 TE 모드 제어 광 신호가 간극에 입사되거나 또는 입사되지 않도록 상기 TE 모드 제어 광 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.Mode control optical signal so as to generate the TE mode control optical signal such that the TE mode control optical signal does not enter or enter the gap according to an inverted symbol of a predetermined input symbol.
일 실시예에 따라, 상기 제2 플라즈모닉 도파로는,According to one embodiment, the second plasmonic waveguide may be formed by:
상기 제1 플라즈모닉 도파로에서 여기된 표면 플라즈몬 폴라리톤이 상기 간극에 입사되는 상기 TE 모드 제어 광 신호에 의해 상기 간극을 통과하거나 또는 상기 간극에서 차단됨에 따라, 상기 입력 심볼의 반전 심볼에 따라 변조되는 상기 출력 표면 플라즈모닉 폴라리톤 신호를 출력 위치에서 출력할 수 있다.The surface plasmon polariton excited by the first plasmon waveguide is modulated according to the inverse symbol of the input symbol as it passes through the gap or is blocked at the gap by the TE mode control optical signal incident on the gap The output surface plasmonic polariton signal can be output at the output position.
일 실시예에 따라, 상기 제1 및 제2 플라즈모닉 도파로는 IMI 구조, MIM 구조 또는 IMIMI 구조로 이루어지는 군 중에서 선택되는 하나의 구조로 형성될 수 있다.According to one embodiment, the first and second plasmonic waveguides may be formed of one structure selected from the group consisting of an IMI structure, an MIM structure, and an IMIMI structure.
일 실시예에 따라, 상기 제1 및 제2 플라즈모닉 도파로를 구현하기 위한 금속 재료는 귀금속 및 천이금속으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 둘 이상의 금속의 합금으로 구현될 수 있다.According to one embodiment, the metal material for implementing the first and second plasmonic waveguides may be formed of any one metal selected from the group consisting of a noble metal and a transition metal, or an alloy of two or more metals.
일 실시예에 따라, 상기 유전체 층은 규소, 이산화규소, 질화규소 및 폴리머로 이루어지는 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 유전체 물질로 구현될 수 있다.According to one embodiment, the dielectric layer may be formed of at least one dielectric material selected from the group consisting of silicon, silicon dioxide, silicon nitride, and polymers.
일 실시예에 따라, 상기 유전체 층은 According to one embodiment, the dielectric layer comprises
상기 제1 및 제2 금속-유전체 경계면들에서 제1 및 제2 플라즈모닉 도파로의 적어도 한 쌍의 제1 금속 표면들 및 적어도 한 쌍의 제2 금속 표면들에 접하는 영역의 유전률과 간극 시작 위치부터 간극 종료 위치까지의 영역의 유전률이 서로 다르도록 구현될 수 있다.Dielectric constant and gap start position of an area in contact with at least a pair of first metal surfaces and at least a pair of second metal surfaces of the first and second plasmonic waveguides at the first and second metal- And the dielectric constant of the region up to the gap end position are different from each other.
본 발명의 다른 측면에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 방법은, According to another aspect of the present invention, there is provided a method of generating a surface plasmon polariton signal,
제1 길이의 제1 플라즈모닉 도파로에 대해 소정의 간극 길이의 간극을 사이에 두고 배치된 제2 길이의 제2 플라즈모닉 도파로를 포함하는 플라즈모닉 소자에 있어서, 상기 제1 플라즈모닉 도파로에 소정 결합 모드의 여기된 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)을 생성하는 단계;A plasma photonic device comprising a first plasmonic waveguide having a first length and a second length arranged with a gap of a predetermined gap length between the first and second plasmonic waveguides, Mode excited surface plasmon polaritons (SPP);
상기 여기된 SPP의 진행 방향에 평행하게 전기장이 형성되도록 TE 모드 편광되며 또한 소정의 입력 심볼에 상응하여 발광 또는 억제되어 생성되는 TE 모드 제어 광 신호를 상기 간극에 수직하게 입사시키는 단계; 및TE mode polarized light so that an electric field is formed parallel to the propagation direction of the excited SPP and a TE mode control optical signal generated by being emitted or suppressed corresponding to a predetermined input symbol is incident perpendicularly to the gap; And
상기 간극에 수직하게 입사되는 상기 TE 모드 제어 광 신호에 의해, 상기 간극에서 상기 여기된 SPP의 통과 또는 차단을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 간극 길이는 상기 간극을 TE 모드 제어 광 신호가 통과할 수 있는 최소 간극 길이보다 크며, 상기 TE 모드 제어 광 신호는 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향과 직교하는 성분을 포함할 수 있다.Controlling the passage or blocking of the excited SPP at the gap by the TE mode control optical signal incident perpendicular to the gap, wherein the gap length is set such that the TE mode control optical signal passes through the gap And the TE mode control optical signal may include a component orthogonal to the traveling direction of the surface plasmon polariton.
일 실시예에 따라, 상기 TE 모드 제어 광 신호는, According to one embodiment, the TE mode control optical signal includes:
소정의 입력 심볼의 반전된 심볼에 따라 간극에 입사되거나 또는 입사되지 않도록 생성될 수 있다.And may be generated so as not to be incident on the gap or incidence according to the inverted symbol of the predetermined input symbol.
일 실시예에 따라, 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 방법은According to one embodiment, the method for generating a surface plasmon polarity signal comprises:
상기 제1 플라즈모닉 도파로에서 여기된 SPP가 상기 간극에 입사되는 상기 TE 모드 제어 광 신호에 의해 상기 간극을 통과하거나 또는 상기 간극에서 차단됨에 따라, 상기 입력 심볼의 반전 심볼에 따라 변조되는 출력 표면 플라즈모닉 폴라리톤 신호를 출력 위치에서 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.Modulated according to an inverse symbol of the input symbol as the SPP excited in the first plasmonic waveguide passes through the gap or is blocked at the gap by the TE mode control optical signal incident on the gap, And outputting a monic polariton signal at an output position.
본 발명의 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성하는 장치 및 방법에 따르면, 나노 표면 플라즈모닉 광집적 소자에 적용할 수 있도록 수십 나노 이내의 크기를 가지고 소비 전력이 매우 낮은 SPP 신호 생성 소자를 제작할 수 있다.According to the apparatus and method for generating a surface plasmon polariton signal of the present invention, it is possible to manufacture an SPP signal generating device having a size within a few tens of nanometers and a very low power consumption so as to be applicable to a nanosurface plasmonic optical integrated device.
본 발명의 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성하는 장치 및 방법에 따르면, 소정의 정보를 가지도록 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드를 변조하여 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성할 수 있다.According to the apparatus and method for generating the surface plasmon polariton signal of the present invention, the surface plasmon polariton mode can be modulated so as to have predetermined information to generate the surface plasmon polariton signal.
본 발명의 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성하는 장치 및 방법에 따르면, 광 신호에 실린 정보를 표면 플라즈몬 폴라리톤에 탑재하여, 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성할 수 있다.According to the apparatus and method for generating a surface plasmon polariton signal of the present invention, information on an optical signal can be mounted on a surface plasmon polariton to generate a surface plasmon polariton signal.
본 발명의 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성하는 장치 및 방법에 따르면, 이진 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호를 생성할 수 있다.According to the apparatus and method for generating the surface plasmon polariton signal of the present invention, a binary surface plasmon polariton signal can be generated.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치에서 가능한 도파로 구조들을 예시적으로 소개한 개념도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치에서 여기될 수 있는 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드들을 예시적으로 소개한 개념도들이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치에서 간극으로 단절된 불연속 도파로를 가지는 세 가지 구조의 표면 플라즈몬 폴라리톤 소자들을 각각 예시한 개념도들이다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 세 가지 구조의 불연속 도파로들의 각각의 간극에 TE 모드 편광된 제어광을 입사할 경우에 간극에서 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드의 전달이 방해받는 현상을 예시적으로 설명하는 개념도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치를 예시한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 방법을 예시한 순서도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating exemplary waveguide structures in a surface plasmon polariton signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a conceptual diagram illustrating exemplary surface plasmon polariton modes that can be excited in a surface plasmon polariton signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3, 4, and 5 are conceptual diagrams illustrating three types of surface plasmon polariton devices having discontinuous waveguides separated by gaps in a surface plasmon polariton signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 6, 7 and 8 are schematic diagrams showing the transmission of the surface plasmon polariton mode in the gap when the TE mode polarized control light is incident on the gap of each of the discontinuous waveguides of three structures, according to an embodiment of the present invention These are conceptual diagrams that illustrate the disturbed phenomenon.
9 is a conceptual diagram illustrating an apparatus for generating a binary surface plasmon polariton signal according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of generating a binary surface plasmon polariton signal according to an embodiment of the present invention.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치에서 가능한 도파로 구조들을 예시적으로 소개한 개념도들이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치에서 여기될 수 있는 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드들을 예시적으로 소개한 개념도들이다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating exemplary waveguide structures in a surface plasmon polariton signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a surface plasmon polariton signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention. These are conceptual illustrations that illustrate exemplary surface plasmon polariton modes that can be excited.
일반적으로 SPP 모드가 갖는 파수 벡터(wave vector)는 주변 유전체 물질이 전달하는 전자기파의 파수 벡터보다 크기 때문에, SPP 모드는 금속 표면의 근범위 내에 속박되는 전자기 파동이며, SPP 도파로는 금속-유전체 경계면을 코어로 갖는 일종의 2차원 평면 도파로라고 전자기학적으로 해석될 수 있다.In general, the wave vector of the SPP mode is larger than the wavenumber vector of the electromagnetic wave transmitted by the peripheral dielectric material. Therefore, the SPP mode is the electromagnetic wave confined within the near surface of the metal surface, and the SPP waveguide has the metal- Dimensional planar waveguide as a kind of two-dimensional planar waveguide having a core.
다만, 일반적인 형상의 금속-유전체 경계면에서 전파하는 SPP 모드의 전기장은 금속 내부에도 상당한 깊이까지 존재하므로 전파 손실이 매우 크기 때문에, 가시 광선 대역에서는 SPP 모드의 진행 거리는 수십 ㎛에 불과할 정도로 짧다.However, since the electric field of the SPP mode propagating in the general shape metal-dielectric interface exists to a considerable depth in the metal, the propagation loss is very large. Therefore, the traveling distance of the SPP mode in the visible light band is as short as several tens of micrometers.
그런데, 금속을 매우 얇은 수십 ㎚ 단위의 박막으로 만들고 금속 박막의 두 표면에서 함께 SPP를 일으켜서 두 SPP들이 공간적으로 중첩되는 결합 모드를 이용하면, SPP 모드의 전파 가능 거리는 이론적으로 무한히 증가시킬 수 있다.However, if the metal is made into a very thin thin film of several tens of nanometers and the two SPPs are spatially overlapped on both surfaces of the metal thin film, the propagation distance of the SPP mode can theoretically increase infinitely.
이러한 SPP 결합 모드를 이용하여 구현되는 일반적인 나노 플라즈모닉 집적회로(nano plasmonic integrated circuit, NPIC), 또는 플라즈모닉 소자는, 현실적으로 가장 적합한 기술인 리소그래피(lithograph) 공정을 고려할 때에, 사각형 스트립 형태의 금속 박막과 이를 둘러싸는 유전체 층을 포함하는 플라즈모닉 도파로 구조에 기반할 수 있다.Considering a lithograph process, which is the most suitable technique in reality, a general nano plasmonic integrated circuit (NPIC) or a plasmonic device implemented using the SPP coupling mode can be classified into a rectangular strip- And may be based on a plasmonic waveguide structure including a dielectric layer surrounding it.
이러한 플라즈모닉 도파로 구조는 크게 세 가지가 착안될 수 있는데, 금속 박막이 하나인 단일 금속(insulator-metal-insulator, 이하 IMI) 구조와, 두 금속 박막을 매우 가깝고 평행하게 형성하는 이중 금속(insulator-metal-insulator-metal-insulator, 이하 IMIMI) 구조 및 두꺼운 금속 선로를 매우 가깝고 평행하게 형성하는 두꺼운 이중 금속(metal-insulator-metal, 이하 MIM) 구조가 있다.This plasmonic waveguide structure can be largely classified into three types: an insulator-metal-insulator (IMI) structure in which a metal thin film is formed and an insulator-metal-insulator structure in which two metal thin films are formed in close proximity and in parallel, metal-insulator-metal-insulator (IMIMI) structure, and a thick metal-insulator-metal (MIM) structure that forms thick metal lines very closely and parallel.
나아가, 이러한 세 구조의 플라즈모닉 도파로들을 조합하여 예를 들어 IMI-IMIMI 구조라든가 MIM-IMIMI 구조와 같은 복합적인 구조의 도파로들도 가능하다.Furthermore, it is possible to combine plasmonic waveguides of these three structures, for example, waveguides of a complex structure such as an IMI-IMIMI structure or an MIM-IMIMI structure.
SPP 결합 모드는 금속 박막의 두 표면에서 자기장의 분포에 따라 두 박막 표면의 각각의 자기장들의 분포가 서로 대칭 형태인 대칭 모드(symmetric mode)와, 박막 중간을 사이에 두고 뒤집힌 형태인 비대칭 모드(anti-symmetric mode)로 구분될 수 있다.The SPP coupling mode is a symmetric mode in which the distributions of the magnetic fields of two thin film surfaces are symmetrical with each other according to the distribution of the magnetic field on the two surfaces of the metal thin film and an asymmetric mode -symmetric mode).
특히 대칭 모드는 모드 에너지의 대부분이 금속 박막의 내부가 아닌 주변 유전체에 실린 상태로 전파되므로 금속에서 손실되는 크기가 적어 전파 손실이 매우 줄어든다. 이러한 대칭 모드를 비롯하여 장거리로 전파할 수 있는 모드를 장거리 SPP(Long Range SPP, LRSPP) 모드라고 한다.Especially, the symmetric mode propagates most of the energy of the mode on the peripheral dielectric rather than the inside of the metal thin film, so the loss of metal is small and the propagation loss is greatly reduced. The mode that can propagate to long distance including this symmetric mode is called long range SPP (Long Range SPP, LRSPP) mode.
비대칭 모드의 경우에도, 특정 도파로 구조에서는 SPP 모드의 에너지가 주로 코어 유전체에 실려 전파되므로 마찬가지로 전파 손실이 매우 작아지고, 장거리까지 전달될 수 있다.Even in the asymmetric mode, since the energy of the SPP mode propagates on the core dielectric mainly in the specific waveguide structure, the propagation loss is likewise very small and can be transmitted to a long distance.
한편, IMI 구조 도파로에서, 장거리 SPP를 여기시키려면 금속 박막의 양 경계면에 접한 양측 유전체의 유전율 차이가 10-4 이하로 거의 동일할 경우에만 존재한다고 알려져 있다.On the other hand, it is known that, in the IMI structure waveguide, excitation of long-range SPP exists only when the dielectric constant difference between the two side dielectrics contacting the both interfaces of the metal thin film is almost equal to 10 -4 or less.
IMIMI 구조 도파로의 경우에는, 두 금속 박막 사이의 코어 유전체 층과 각각의 금속 박막 바깥의 클래딩 층의 유전율이 다르더라도 장거리 SPP를 여기시킬 수 있고, 코어 유전체 층의 두께나 유전율을 조절하여 장거리 SPP 모드의 전파 손실, 유효 굴절율 및 모드의 분포를 조절할 수 있다고 알려져 있다.In the case of the IMIMI structure waveguide, the long-range SPP can be excited even if the dielectric constant of the core dielectric layer between the two metal thin films and the cladding layer outside the respective metal thin films is different, and the thickness and permittivity of the core dielectric layer can be controlled, It is known that the propagation loss, the effective refractive index, and the distribution of the mode can be controlled.
MIM 구조 도파로의 경우에도, 두 두꺼운 금속 층 사이의 코어 유전체 층의 유전율, 두께와 폭에 따라 SPP 모드의 특성들을 조절할 수 있다.In the case of the MIM structure waveguide, the characteristics of the SPP mode can be adjusted according to the dielectric constant, thickness and width of the core dielectric layer between the two thick metal layers.
플라즈모닉 도파로를 구현하기 위한 금속 재료는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 귀금속 및 천이금속(transition metal) 중에서 선택될 수 있다.The metal material for implementing the plasmonic waveguide may be selected from noble metals such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), and transition metal.
유전체 층은 규소(Si), 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 및 폴리머(Polymer) 중에서 선택될 수 있다.The dielectric layer may be selected from silicon (Si), silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ) and polymers.
도 2에서, 먼저 IMI 도파로에서는 대칭과 비대칭의 두 가지 모드, 즉 s0 모드와 a0 모드가 가능한데, s0 모드는 대칭 모드로서 전파 손실이 작고, 두께가 충분히 얇은 금속 도파로로 구현된다면 일반 광섬유 크기의 모드 크기를 가져 광섬유와 직접 커플링(맞대기 결합)되는 것으로도 여기될 수 있다. 그러나 a0 모드는 비대칭 모드이고 비록 모드의 크기가 빛의 회절 한계 미만일 수 있어서 크기가 작지만 전파 손실이 매우 크고 광섬유와 직접 커플링으로 여기되기 어렵다.In Fig. 2, the IMI waveguide has two modes of symmetry and asymmetry, namely, s 0 mode and a 0 mode. First, the s 0 mode is a symmetric mode. If the propagation loss is small and the thickness is sufficiently thin, Size mode size and can be considered to be directly coupled to the optical fiber (butt joint). However, the a 0 mode is an asymmetric mode, and although the size of the mode can be less than the diffraction limit of light, the size is small, but the propagation loss is very large and it is difficult to be excited by the direct coupling with the optical fiber.
다음으로, MIM 도파로에서는 G-s0 모드와 G-a0 모드가 가능하다. 여기서 G는 두꺼운 금속 층들(M-M) 사이를 채우는 유전체 층(I)을 뜻한다.Next, in the MIM waveguide, the Gs 0 mode and the Ga 0 mode are possible. Where G denotes the dielectric layer (I) filling between the thick metal layers (MM).
G-s0 모드의 경우, MIM 도파로의 코어 유전체 층의 중간 평면을 경계로 대칭으로 자기장이 형성되어, 두 금속 층 사이의 코어 유전체 층 두께와 폭에 따라 모드 크기가 결정되기 때문에 빛의 회절 한계 미만의 크기를 가지는 모드를 형성할 수 있다. 나아가 코어 유전체 층을 따라 SPP 모드가 도파하므로, IMI 도파로의 비대칭 모드에 비해 전파 손실이 매우 작아 대규모 고집적 소자를 가능하게 할 수 있다.In the case of the Gs 0 mode, a magnetic field is formed symmetrically around the midplane of the core dielectric layer of the MIM waveguide so that the mode size is determined by the core dielectric layer thickness and width between the two metal layers. A mode having a size can be formed. Furthermore, since the SPP mode is guided along the core dielectric layer, the propagation loss is very small as compared with the asymmetric mode of the IMI waveguide, thereby enabling a large-scale highly integrated device.
IMIMI 도파로의 경우에, 두 금속 박막에서 각각 s0 모드가 대칭형으로 형성되는 Ss0 모드, 두 금속 박막 각각의 s0 모드가 비대칭형으로 형성되는 As0 모드, 두 금속 박막 각각의 a0 모드가 대칭형으로 형성되는 Sa0 모드, 두 금속 박막 각각의 a0 모드가 비대칭형으로 형성되는 Aa0 모드가 가능하다.In the case of IMIMI waveguide, each s 0 mode is Ss 0 mode, two metal films each s 0 mode As 0 mode, each of the a 0 mode, two metal thin film to be formed into the asymmetrical type which is formed symmetrically on both the metal thin film Sa is the mode 0, each of the a 0 mode, two metal thin film is formed in a symmetric mode 0 Aa formed in asymmetric possible.
이들 모드들 중에서, Ss0 모드는 IMI의 s0 모드에 비해 모드 크기는 다소 작고 전파 손실은 좀더 크다. s0 모드와 Ss0 모드는 클래드 층에서 자기장의 형태가 같아 서로 커플링하기에 유리하다.Among these modes, the Ss 0 mode has a slightly smaller mode size and a larger propagation loss than the I 0 s 0 mode. s 0 mode and Ss 0 mode is equal to the shape of the magnetic field in the cladding layer it is advantageous for the coupling to each other.
Sa0 모드는 MIM 도파로의 G-s0 모드와 비슷한 모드 크기 및 전파 손실을 가진다.Sa 0 mode has a similar mode size and propagation loss and Gs 0 mode of the MIM waveguide.
각각 자기장이 비대칭으로 분포된 As0 모드와 Aa0 모드의 경우에는 비록 매우 작은 모드를 형성할 수 있지만 전파 손실이 매우 커서 적절하지 않다.In the case of the As 0 mode and the Aa 0 mode in which the magnetic fields are asymmetrically distributed, although it can form a very small mode, the propagation loss is very large and is not suitable.
따라서, 본 명세서의 나머지 부분에서는, 특별히 달리 언급하지 않는 한, SPP 모드는 모드 크기가 작고 전파 손실이 작은 s0 모드, G-s0 모드, Ss0 모드, Sa0 모드 중에서, 실시예에 따라 각각의 도파로의 구조에 있어서 상대적으로 유리한 모드를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.Therefore, in the remainder of this specification, unless specifically stated otherwise, the SPP mode may be divided into the s 0 mode, the Gs 0 mode, the Ss 0 mode, and the Sa 0 mode having a small mode size and a small propagation loss, But should be understood to mean a mode that is relatively advantageous in the structure of the waveguide.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치를 만들기 위한, 간극으로 단절된 불연속 도파로를 가지는 세 가지 구조의 플라즈모닉 소자들을 각각 예시한 개념도들이다.FIGS. 3 to 5 are conceptual diagrams illustrating three types of plasmonic elements having discontinuous waveguides which are separated by a gap, for producing a surface plasmon polariton signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 단일 금속 박막(IMI) 구조의 도파로 가운데에 간극이 존재하여 단절된 불연속 IMI 도파로를 가지는 플라즈모닉 소자가 예시된다.Referring to FIG. 3, there is illustrated a plasmonic device having a discontinuous IMI waveguide in which a gap exists in a waveguide of a single metal thin film (IMI) structure.
통상적으로, SPP는 금속-유전체 경계면을 따라 전파하는 종파 속성의 전자기 파동으로서 직진성이 강하여 진행 방향을 바꾼다거나 세기를 원하는 대로 제어하기 어렵다. SPP도 전자기학적으로는 빛과 마찬가지로 맥스웰 방정식으로 설명되는 전자기 파동이므로 광학 재료를 이용하면 굴절이나 반사를 통한 제어가 제한적으로 가능하다. 하지만 광학 재료는 집적시키기 어렵고, 스위칭 등에 이용할 수 있는 가변 물성 특징을 가지는 광학 재료라도 물성 변화에 필요한 전력이 지나치게 높아 실용적이지 않다.Typically, SPP is a longitudinal wave electromagnetic wave propagating along a metal-dielectric interface, and it is difficult to control the direction or intensity of the propagation direction as it is strong. Since SPP is electromagnetic wave which is explained by Maxwell's equation like electromagnetic, it can be controlled with refraction or reflection by using optical material. However, optical materials are difficult to integrate, and even optical materials having variable physical properties that can be used for switching and the like are not practical because of excessive power required for physical property change.
이에 반해 본 발명의 불연속 도파로들을 가지는 플라즈모닉 소자들은 도파로들의 연장 방향 중간에 소정 TE 편광된 제어 광 신호가 통과할 수 있을 정도로 넓은 간극(gap)을 두고, 간극에서 TE 편광된 제어 광 신호를 입력 SPP의 진행 방향에 수직하게 입사하여 입력 SPP의 간극 통과 여부를 제어함으로써 온/오프 스위칭된 출력 SPP 신호를 출력하는 동작을 할 수 있다.On the other hand, the plasmonic devices having discontinuous waveguides according to the present invention have a gap that is wide enough to allow a predetermined TE polarized control optical signal to pass through the middle of the waveguides, It is possible to perform an operation of outputting an on / off switched output SPP signal by controlling whether or not the input SPP passes through the gap in a direction perpendicular to the traveling direction of the SPP.
TE 편광된 빛이 불연속 도파로들 사이의 간극을 통과할 수 있어야 하므로, 어느 한 도파로에서 SPP 소멸파(evanescent waves)가 이격된 다른 도파로로 건너뛰어 나타나지 않는다. 관찰 결과에 따르면, 그러한 간극을 가지고 이격되어 있음에도 불구하고, 어느 한 도파로에 여기된 SPP 모드는 간극을 건너 뛰어 다른 도파로에도 나타난다.Since the TE polarized light must be able to pass through the gap between the discontinuous waveguides, the SPP evanescent waves in any one waveguide do not appear to jump to other spaced apart waveguides. According to the observations, the SPP mode excited in one waveguide, even though it is spaced apart with such a gap, also appears in other waveguides across the gap.
불연속 IMI 도파로 플라즈모닉 논리 소자(30)는 입력 위치에서 시작하는 폭 Wi, 제1 길이 di의 평평하고 긴 띠 형상의 금속 박막인 제1 IMI 플라즈모닉 도파로(31)와, 폭 Wo, 제2 길이 do의 평평하고 긴 띠 형상의 금속 박막인 제2 IMI 플라즈모닉 도파로(32)를 포함한다.The discontinuous IMI waveguide
제1 IMI 플라즈모닉 도파로(31)를 이루는 금속 박막의 한 쌍의 제1 금속 표면들은 대칭 모드 또는 비대칭 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)이 전파될 수 있도록 클래드 유전체 층(33)과 접하여 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 이룬다.A pair of first metal surfaces of the metal thin film constituting the first
이러한 제1 IMI 플라즈모닉 도파로(31)의 입력 위치(Xi)에 TM 편광된 광자가 입사되면, 즉 제1 IMI 플라즈모닉 도파로(31)의 제1 금속-유전체 경계면에 평행하게 자기장이 형성되도록 편광된 빛이 입사되면, 표면 플라즈몬 폴라리톤은 대칭 모드(s0)로 제1 IMI 플라즈모닉 도파로(31)와 클래드 유전체 층(33)이 이루는 제1 금속-유전체 경계면을 따라 전파된다. 이를 위해, 클래드 유전체 층(33)은 대칭 모드(s0)에서 표면 플라즈몬 폴라리톤의 자기장이 적절히 형성될 수 있고 금속 박막을 물리적으로 또는 화학적으로 보호할 수 있을 정도의 두께를 가질 수 있다.When the TM polarized photon is incident on the input position Xi of the first
제1 및 제2 IMI 플라즈모닉 도파로들(31, 32) 위에 중첩된 ＞ 모양의 도식은 결합 모드 SPP의 자기장 분포의 형태를 본딴 것으로 도파로를 따라 진행 중인 결합 모드 SPP를 상징한다. 결합 모드 SPP 앞에 표시된 화살표는 SPP의 진행 방향을 의미한다.The schematic diagram superimposed on the first and second IMI
간극(34)은 입력 위치부터 제1 길이 di 만큼 길이를 갖도록 되어 있는 제1 IMI 플라즈모닉 도파로(31)가 종단하는 간극 시작 위치부터 시작하여, 제2 IMI 플라즈모닉 도파로(32)가 시작하는 간극 종료 위치까지 존재하며, 간극 시작 위치와 간극 종료 위치 사이의 거리인 간극 길이 dc 만큼 유전체로 채워진다.The
제2 IMI 플라즈모닉 도파로(32)를 이루는 금속 박막의 한 쌍의 제2 금속 표면들도 마찬가지로 대칭 모드 또는 비대칭 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있도록 클래드 유전체 층(33)과 접하여 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면들을 이룬다.A pair of second metal surfaces of the metal thin film constituting the second
이어서, 간극(34)에 일어나는 현상을 살펴본다. 결합 모드 SPP가 간극(34)의 간극 시작 위치에 도달하면, SPP의 전자기 파동에 의해 제2 IMI 플라즈모닉 도파로(32)의 간극 종료 위치에, SPP와 유사한 TM 모드의 전자기 파동이 여기된다.Next, the phenomenon occurring in the
이는 마치, 유사 입자인 SPP가 간극(34) 영역에 채워진 유전체 물질을 관통하면서 간극(34)을 건너 뛰어, 간극 종료 위치에서 시작하는 제2 IMI 플라즈모닉 도파로(32)에 다시 나타나는 것처럼 보인다.It appears as though SPP, a pseudo particle, appears again in the second
제2 IMI 플라즈모닉 도파관(32)에 여기된 TM 모드 전자기 파동은 제2 IMI 플라즈모닉 도파관(32)의 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면을 따라 전파한다.The TM mode electromagnetic waves excited in the second
도 4를 참조하면, 이중 금속 박막(IMIMI) 구조의 도파로 가운데에 간극이 존재하여 단절된 불연속 IMIMI 도파로를 가지는 플라즈모닉 소자가 예시된다.Referring to FIG. 4, there is illustrated a plasmonic element having a discontinuous IMIMI waveguide in which a gap exists in a waveguide of a double metal thin film (IMIMI) structure.
불연속 IMIMI 도파로 플라즈모닉 소자(40)는 입력 위치에서 시작하는 폭 Wi, 제1 길이 di의 평평하고 긴 띠 형상의 인접한 두 금속 박막들로 구성된 제1 IMIMI 플라즈모닉 도파로(41)와, 폭 Wo, 제2 길이 do의 평평하고 긴 띠 형상의 인접한 두 금속 박막들로 구성된 제2 IMIMI 플라즈모닉 도파로(42)를 포함한다.The discontinuous IMIMI
제1 IMIMI 플라즈모닉 도파로(41)를 이루는 한 쌍의 금속 박막들의 두 쌍의 제1 금속 표면들은 대칭 모드 또는 비대칭 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)이 전파될 수 있도록, 클래드 유전체 층(43) 및 코어 유전체 층(45)과 접하여 두 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 이룬다.The two pairs of first metal surfaces of the pair of metal thin films constituting the first IMIMI
이러한 제1 IMIMI 플라즈모닉 도파로(41)의 입력 위치(Xi)에 TM 편광된 광자가 입사되면, 표면 플라즈몬 폴라리톤은 대칭형 대칭 모드(Ss0) 또는 대칭형 비대칭 모드(Sa0)로 제1 IMIMI 플라즈모닉 도파로(41)와 클래드 유전체 층(43) 및 코어 유전체 층(45)이 이루는 두 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 따라 전파된다.When the TM polarized photon is incident on the input position Xi of the first IMIMI
간극(44)은 입력 위치부터 제1 길이 di 만큼 길이를 갖도록 되어 있는 제1 IMIMI 플라즈모닉 도파로(41)가 종단하는 간극 시작 위치부터 시작하여, 제2 IMIMI 플라즈모닉 도파로(42)가 시작하는 간극 종료 위치까지 존재하며, 간극 시작 위치와 간극 종료 위치 사이의 거리인 간극 길이 dc 만큼 유전체로 채워진다.The
제2 IMIMI 플라즈모닉 도파로(42)를 이루는 금속 박막의 두 쌍의 제2 금속 표면들도 마찬가지로 대칭 모드 또는 비대칭 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있도록 클래드 유전체 층(43) 및 코어 유전체 층(45)과 접하여 두 쌍의 제2 금속-유전체 경계면들을 이룬다.The two pairs of second metal surfaces of the metal foil that make up the second IMIMI
대칭형 대칭 모드(Ss0) 또는 대칭형 비대칭 모드(Sa0)인 결합 모드 SPP가 간극(44)의 간극 시작 위치에 도달하면, 결합 모드 SPP의 전자기 파동에 의해 제2 IMIMI 플라즈모닉 도파로(42)의 간극 종료 위치에, 제1 IMIMI 플라즈모닉 도파로(41)를 진행하던 결합 모드 SPP와 유사한 TM 모드의 전자기 파동이 여기된다.When the coupling mode SPP, which is the symmetrical symmetry mode (Ss 0 ) or symmetrical asymmetry mode (Sa 0 ), reaches the gap start position of the
마찬가지로, 유사 입자인 SPP가 간극(44) 영역에 채워진 유전체 물질을 관통하면서 간극(44)을 건너 뛰어, 간극 종료 위치에서 시작하는 제2 IMIMI 플라즈모닉 도파로(42)에 다시 나타나는 것처럼 보인다.Likewise, the similar particles SPP appear to reappear in the second IMIMI
제2 IMIMI 플라즈모닉 도파관(42)에 여기된 TM 모드 전자기 파동은 제2 IMIMI 플라즈모닉 도파관(42)의 두 쌍의 제2 금속-유전체 경계면을 따라 전파한다.The TM mode electromagnetic waves excited in the second IMIMI
나아가, 도 5를 참조하면, 두꺼운 이중 금속판(MIM) 구조의 도파로 가운데에 간극이 존재하여 단절된 불연속 MIM 도파로를 가지는 플라즈모닉 소자가 예시된다.Further, referring to FIG. 5, a plasmonic element having a discontinuous MIM waveguide in which a gap exists in a waveguide of a thick double metal plate (MIM) structure is exemplified.
불연속 MIM 도파로 플라즈모닉 소자(50)는 입력 위치에서 시작하는 폭 Wi, 제1 길이 di의 평평하고 두껍고 긴 띠 형상의 인접한 두 금속판들로 구성된 제1 MIM 플라즈모닉 도파로(51)와, 폭 Wo, 제2 길이 do의 평평하고 두껍고 긴 띠 형상의 인접한 두 금속판들로 구성된 제2 MIM 플라즈모닉 도파로(52)를 포함한다.The discontinuous MIM waveguide
제1 MIM 플라즈모닉 도파로(51)를 이루는 한 쌍의 금속판들의 서로 마주보는 한 쌍의 제1 금속 표면들은 대칭 모드 또는 비대칭 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)이 전파될 수 있도록, 코어 유전체 층(55)과 접하여 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 이룬다.A pair of first metal surfaces facing each other of a pair of metal plates constituting the first
이러한 제1 MIM 플라즈모닉 도파로(51)의 입력 위치(Xi)에 TM 편광된 광자가 입사되면, 표면 플라즈몬 폴라리톤은 간극 대칭 모드(G-s0)로 제1 MIM 플라즈모닉 도파로(51)와 코어 유전체 층(55)이 이루는 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 따라 전파된다.When the TM polarized photon is incident on the input position Xi of the first
간극(54)은 입력 위치부터 제1 길이 di 만큼 길이를 갖도록 되어 있는 제1 MIM 플라즈모닉 도파로(51)가 종단하는 간극 시작 위치부터 시작하여, 제2 MIM 플라즈모닉 도파로(52)가 시작하는 간극 종료 위치까지 존재하며, 간극 시작 위치와 간극 종료 위치 사이의 거리인 간극 길이 dc 만큼 유전체로 채워진다.The
제1 MIM 플라즈모닉 도파로(51) 및 제2 MIM 플라즈모닉 도파로(52)와 간극(54)은 모두 클래드 유전체 층(53)으로 둘러 싸일 수 있다.Both the first
제2 MIM 플라즈모닉 도파로(52)를 이루는 한 쌍의 금속판의 서로 마주보는 한 쌍의 제2 금속 표면들도 마찬가지로 간극 대칭 모드(G-s0)의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있도록 코어 유전체 층(55)과 접하여 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면들을 이룬다.A pair of opposing second metal surfaces of a pair of metal plates constituting the second
간극 대칭 모드(G-s0)인 결합 모드 SPP가 간극(54)의 간극 시작 위치에 도달하면, 결합 모드 SPP의 전자기 파동에 의해 제2 MIM 플라즈모닉 도파로(52)의 간극 종료 위치에, 제1 MIM 플라즈모닉 도파로(51)를 진행하던 결합 모드 SPP와 유사한 TM 모드의 전자기 파동이 여기된다.When the coupling mode SPP having the gap symmetry mode Gs 0 reaches the gap start position of the
도 3 및 도 4와 마찬가지로, 유사 입자인 SPP가 간극(54) 영역에 채워진 유전체 물질을 관통하면서 간극(54)을 건너 뛰어, 간극 종료 위치에서 시작하는 제2 MIM 플라즈모닉 도파로(52)에 다시 나타나는 것처럼 보인다.Similar to FIGS. 3 and 4, the SPP penetrates the dielectric material filled in the
제2 MIM 플라즈모닉 도파관(52)에 여기된 TM 모드 전자기 파동은 제2 MIM 플라즈모닉 도파관(52)의 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면을 따라 전파한다.The TM mode electromagnetic waves excited in the second
도 3 내지 5의 불연속 플라즈모닉 소자들(30, 40, 50)를 좀더 일반적으로 표현하면 다음과 같다. The discontinuous
먼저, 제1 플라즈모닉 도파로(31, 41, 51)는 소정의 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)이 전파될 수 있도록 유전체 층(33, 43, 45, 53, 55)과 함께 적어도 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 이루는 적어도 한 쌍의 제1 금속 표면들을 가지는 띠 형상의 금속 소재로 구현되는데, 제1 플라즈모닉 도파로(31, 41, 51)를 이루는 금속 띠는 여기된 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향을 따라 표면 플라즈몬 폴라리톤의 입력 위치(Xi)부터 간극 시작 위치까지 소정 너비(예를 들어, Wi)를 가지고 제1 길이만큼 연장된다.First, the first
다음으로, 제2 플라즈모닉 도파로(32, 42, 52)는 역시 소정의 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있도록, 제1 플라즈모닉 도파로(31, 41, 51)의 적어도 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들과 동일 평면 상에, 적어도 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면들을 이루는 적어도 한 쌍의 제2 금속 표면을 가지는 띠 형상의 금속 소재로 구현된다. 또한 제2 플라즈모닉 도파로(32, 42, 52)를 이루는 금속 띠는 간극 시작 위치로부터 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향으로 간극 길이 dc만큼 이격된 간극 종료 위치부터 표면 플라즈몬 폴라리톤 출력 위치(Xo)까지 소정 너비(예를 들어, Wo)를 가지고 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향을 따라 제2 길이만큼 연장된다.Next, the second
유전체 층(33, 43, 45, 53, 55)은 제1 및 제2 금속-유전체 경계면들에서 제1 및 제2 플라즈모닉 도파로(31, 32, 41, 42, 51, 52)의 적어도 한 쌍의 제1 금속 표면들 및 적어도 한 쌍의 제2 금속 표면들에 접하는 영역과 간극 시작 위치부터 간극 종료 위치까지의 영역에서 TM 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤의 자기장을 내부적으로 분포시킬 수 있는 유전체 물질로 구현된다.At least one pair of first and second
유전체 층(33, 43, 45, 55)이 제1 및 제2 금속 표면들과 접하는 영역의 유전률과 간극 영역의 유전률은 실시예에 따라 같을 수도 있고, 다를 수도 있다.The dielectric constant of the region where the
도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 세 가지 구조의 불연속 도파로들의 각각에 기초한 플라즈모닉 소자에서, 간극에 TE 모드 편광된 제어광을 입사할 경우에, 간극에서 표면 플라즈몬 폴라리톤 모드의 전달이 방해받는 현상을 예시적으로 설명하는 개념도들이다.Figs. 6 to 8 are diagrams illustrating a case where, in a plasmonic element based on each of three structures of discontinuous waveguides, TE mode polarized control light is incident on a gap, according to an embodiment of the present invention, a surface plasmon polariton mode Which is an example of a phenomenon in which the transmission of a signal is interrupted.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 단일 금속 박막(IMI) 구조의 불연속 플라즈모닉 소자(30), 이중 금속 박막(IMIMI) 구조의 불연속 플라즈모믹 소자(40) 및 두꺼운 이중 금속(MIM) 구조의 불연속 플라즈모닉 소자(50)는 각각 가운데에 간극(34, 44, 54)이 존재하여 단절된 불연속 도파로들(31, 32, 41, 42, 51, 52)을 가진다.6 to 8, a discontinuous
이러한 불연속 플라즈모닉 소자(30, 40, 50)에서, SPP의 진행 방향인 x축 방향에 직교하도록, 예를 들어 y축 방향으로 TE 모드로 편광된 빛이 간극(34, 44, 54)에 입사되는 경우이다.In the discontinuous
먼저, 광 도파관의 편광 모드에 대해 설명한다. 광 도파관 내부에서 빛이 진행할 수 있는 방식, 즉 모드는 다양하게 있을 수 있다. 그러나, 빛이 광케이블과 같은 광 도파관의 내벽에 반사되면서 어느 정도 장거리를 진행하다보면, 결국은 빛을 이루는 두 필드, 즉 전기장과 자기장 중 어느 필드가 광 도파관의 내벽에 수평하게(달리 표현하면 진행 방향과 수직하게) 반사되는, 또한 반사 경로가 반파장의 정수배가 되는 몇 가지 모드들만 광 도파관 내벽에서 수많은 반사를 거치면서도 크게 감쇄되지 않아 살아남아 도미넌트(dominant)한 모드가 되고, 나머지 모드들은 곧 감쇄되어 점점 사라진다.First, the polarization mode of the optical waveguide will be described. There are various modes in which light can proceed in the optical waveguide, that is, modes. However, when the light is reflected to the inner wall of the optical waveguide such as an optical cable and traveled for a long distance to some extent, the two fields of light, that is, the electric field and the magnetic field are horizontally Direction, and the modes in which the reflection path is an integer multiple of the half-wave length are largely attenuated while passing through many reflections on the inner wall of the optical waveguide, so that they can survive and become a dominant mode and the remaining modes are attenuated It disappears gradually.
따라서 광 도파관에서 방출되는 빛은 전기장이 진행 방향에 수직인 모드인 TE 모드 또는 자기장이 진행 방향에 수직인 모드인 TM 모드 중 하나의 모드로 출력된다고 말할 수 있다. 다른 관점에서 보면, 광 신호는 TE 모드 또는 TM 모드 중 한 모드로 광 도파관에 입사되어야 멀리까지 낮은 손실로 전송될 수 있다고 말할 수 있다.Therefore, it can be said that the light emitted from the optical waveguide is output in one of the TE mode in which the electric field is perpendicular to the traveling direction or the TM mode in which the magnetic field is perpendicular to the traveling direction. From another point of view, it can be said that the optical signal must be incident on the optical waveguide in one of the TE mode or the TM mode and be transmitted with low loss far.
도 6 내지 도 8의 각각에서, TE 모드 편광된 빛이 SPP의 진행 방향인 x축 방향에 직교하도록, 예를 들어 y축 방향 또는 y-z 평면 위의 어떤 직선 방향으로 간극에 입사한다.In each of Figs. 6 to 8, the TE mode polarized light is incident on the gap in a certain linear direction, for example, in the y-axis direction or the y-z plane so as to be orthogonal to the x-axis direction which is the traveling direction of the SPP.
이때, TE 모드 편광된 빛이 x축 방향에 직교하게 입사한다는 것은 TE 모드 편광된 빛의 y축 및 z축 성분이 x축 성분에 비해 상대적으로 도미넌트한 것을 의미하며, 엄격하게 x축 성분이 전혀 존재하지 않는 상태를 의미하는 것은 아니다.Here, TE mode polarized light is incident perpendicularly to the x-axis direction, which means that the y-axis and z-axis components of the TE mode polarized light are relatively dominant relative to the x-axis component, and strictly x- It does not mean that it does not exist.
간극을 수직으로 관통하는 TE 모드 편광된 빛은 전기장이 간극을 가로지르는 x축 방향으로 형성되는 빛이기 때문에, TE 모드 편광된 빛의 전기장에 영향을 받아 간극의 양측 가장자리에 각각 + 전하와 - 전하들이 집결하며, 이러한 전하들이 강한 다이폴들(dipoles)을 형성할 수 있다. 말하자면, 간극 시작 위치의 제1 플라즈모닉 도파로의 금속 종단면을 따라 + - + - + - 와 같이 전하들이 집결한다면, 간극 종료 위치에서 제2 플라즈모닉 도파로의 금속 종단면을 따라서는 - + - + - + 와 같이 전하들이 집결한다고 말할 수 있다.The TE mode polarized light penetrating through the gap vertically is the light formed in the x-axis direction across the gap. Therefore, the TE mode polarized light is affected by the electric field of the polarized light, And these charges can form strong dipoles. In other words, if charges accumulate along the metal longitudinal plane of the first plasmonic waveguide at the gap start position, such as + - + - + -, then along the metal longitudinal plane of the second plasmonic waveguide at the gap end position - + - + - And so on.
이때, TE 모드 편광된 빛의 전기장이 SPP의 진행 방향(x축 방향)에 평행하게 형성된다는 것은 TE 모드 편광된 빛의 전기장의 x축 성분이 전기장의 y축 및 z축 성분에 비해 상대적으로 도미넌트한 것을 의미하며, 엄격하게 전기장이 x축 성분으로만 존재하는 상태를 의미하는 것은 아니다.In this case, the fact that the electric field of the TE mode polarized light is formed parallel to the traveling direction (x-axis direction) of the SPP means that the x-axis component of the electric field of the TE mode polarized light is relatively dominant to the y- And does not strictly mean a state in which the electric field exists only in the x-axis component.
앞서 설명하였듯이, SPP의 근본인 표면 플라즈몬은 금속 내의 자유 전하들의 집단적 진동인데, SPP의 진행에 필수적인 자유 전하들의 집단적 진동은 이러한 TE 모드 편광된 빛에 의한 간극 측벽 위의 강한 전하 유도 현상에 의해 방해받는다.As mentioned earlier, the surface plasmons underlying SPP are collective oscillations of free charges in the metal. Collective oscillations of free charges, which are essential for the progression of the SPP, are prevented by strong charge induction phenomena on the gap sidewalls by this TE mode polarized light Receive.
따라서, 제1 플라즈모닉 도파로들(31, 41, 51)에 여기된 TM 모드의 전자기 파동인 소정 결합 모드의 SPP는 간극(34, 44, 54)에서 TE 모드 편광된 빛에 의해 여기된 다이폴들에 의해 방해를 받아 제2 플라즈모닉 도파로들(32, 42, 52)로 각각 도약하지 못한다.Thus, the SPP of a given coupling mode, which is the electromagnetic wave of the TM mode excited in the first
달리 표현하면, 간극(34, 44, 54)에 SPP의 진행 방향과 평행하게 전기장을 형성하도록 TE 모드 편광된 빛이 입사되면 SPP는 간극(34, 44, 54)을 통과하지 못하고 차단당한다고 말할 수 있다.In other words, if the TE mode polarized light is incident on the
한편, 간극(34, 44, 54)에 TE 모드 편광된 빛의 입사를 중지하면, SPP는 다시 간극(34, 44, 54)을 통과하여 제2 플라즈모닉 도파로들(32, 42, 52)의 출력 위치에서 정상적으로 관측된다.On the other hand, when the TE mode polarized light is stopped from entering the
이로써, 간극(34, 44, 54)에 수직하게 TE 모드 편광된 빛을 입사하거나 입사하지 않음으로써, 원하는 정보를 가지도록 제어된 SPP 신호를 생성할 수 있다.Thereby, it is possible to generate the SPP signal controlled to have the desired information by making TE mode polarized light perpendicular to the
이때, 간극(34, 44, 54)에 수직하게 입사되는 TE 모드 편광된 빛은 간극(34, 44, 54) 내부에서, 간극(34, 44, 54)을 이루는 각 도파로들(31, 41, 51, 32, 42, 52)의 가장자리를 따라, SPP의 진행 방향과 평행하게 전기장을 형성한다. 따라서, 간극 길이는 간극(34, 44, 54)을 TE 모드 편광된 빛이 입사하였을 때에 간극(34, 44, 54)을 완전히 통과할 수 있는 최소의 간극 길이보다, 예를 들어 TE 모드 편광된 빛의 반파장보다 길게 설정될 수 있다.At this time, the TE mode polarized light incident perpendicularly to the
다시 말해, 간극이 TE 모드 편광된 빛의 반파장보다 훨씬 좁으면, TE 모드 편광된 빛은 간극 내부로 침투하기 어렵고, 상술한 바와 같은 원하는 동작을 얻기 어려울 것이다.In other words, if the gap is much narrower than the half wavelength of the TE mode polarized light, the TE mode polarized light is difficult to penetrate into the gap, and it will be difficult to obtain the desired operation as described above.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치를 예시한 개념도이다.9 is a conceptual diagram illustrating an apparatus for generating a binary surface plasmon polariton signal according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치(90)는 제1 및 제2 플라즈모닉 도파로(91, 92), 유전체 층(93) 및 TE 모드 편광 광원 소자(96)를 포함할 수 있다.9, a surface plasmon polariton
먼저, 제1 플라즈모닉 도파로(91)는, 소정의 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)이 전파될 수 있도록, 유전체 층(93)과 함께 적어도 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들을 이루는 적어도 한 쌍의 제1 금속 표면들을 가지는 띠 형상의 금속 소재로 구현되는데, 제1 플라즈모닉 도파로(91)를 이루는 금속 띠는 여기된 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향을 따라 표면 플라즈몬 폴라리톤의 여기 위치(Xi)부터 간극 시작 위치까지 소정 너비(예를 들어, Wi)를 가지고 제1 길이만큼 연장된다.First, the first
다음으로, 제2 플라즈모닉 도파로(92)는 역시 소정의 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있도록, 제1 플라즈모닉 도파로(91)의 적어도 한 쌍의 제1 금속-유전체 경계면들과 동일 평면 상에, 적어도 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면들을 이루는 적어도 한 쌍의 제2 금속 표면을 가지는 띠 형상의 금속 소재로 구현된다. 또한 제2 플라즈모닉 도파로(92)를 이루는 금속 띠는 간극 시작 위치에 대해 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향으로 간극 길이 dc만큼 이격된 간극 종료 위치부터 출력 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호의 출력 위치(Xo)까지 소정 너비(예를 들어, Wo)를 가지고 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향을 따라 제2 길이만큼 연장된다.The second
유전체 층(93)은 제1 및 제2 금속-유전체 경계면들에서 제1 및 제2 플라즈모닉 도파로(91, 92)의 적어도 한 쌍의 제1 금속 표면들 및 적어도 한 쌍의 제2 금속 표면들에 접하는 영역과 간극 시작 위치부터 간극 종료 위치까지의 영역에서 TM 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤의 자기장을 내부적으로 분포시킬 수 있는 유전체 물질로 구현된다.The
유전체 층(93)이 제1 및 제2 금속 표면들과 접하는 영역의 유전률과 간극 영역의 유전률은 실시예에 따라 같을 수도 있고, 다를 수도 있다.The dielectric constant of the region where the
TE 모드 편광 광원 소자(96)는 간극(94)에 대해 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향과 평행하는 방향으로 전기장을 형성하도록 TE 모드 편광된 빛을 입사할 수 있다.The TE mode polarized
나아가, TE 모드 편광 광원 소자(96)는 변조하고자 하는 입력 심볼의 반전된 심볼에 따라 TE 모드 편광된 빛이 간극(94)에 입사되거나 또는 입사되지 않도록 TE 모드 편광된 빛을 발광하거나 억제할 수 있다.Further, the TE mode polarized
제1 플라즈모닉 도파로(91)를 통해 전파되던 SPP가 간극(94)에 도달하면, 간극(94)에 입사되는 변조된 TE 모드 편광된 빛에 의해 SPP가 간극(94)을 통과하거나 또는 간극(94)에서 차단됨에 따라, 제2 플라즈모닉 도파로(92)는 입력 심볼에 따라 이진 변조된 출력 표면 플라즈모닉 폴라리톤 신호를 출력 위치에서 출력할 수 있다.When the SPP propagated through the first
이에 따라, 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치(90)는, 외부에서 인가되는 전기 신호 또는 광 신호의 입력 심볼에 따라 이진 변조된 결합 모드 SPP 신호를 생성하여 출력할 수 있다.Accordingly, the surface plasmon polariton
예를 들어, 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치(90)의 여기 위치에서 TM 모드 편광 광원이 입사되면 SPP가 여기된다.For example, when the TM mode polarized light source is incident at the excitation position of the surface plasmon polariton
여기된 SPP는 제1 플라즈모닉 도파로(91)를 통해 전파되다가 간극(94)에 도달한다.The excited SPP propagates through the
TE 모드 편광 광원 소자(96)가 간극(94)의 길이 방향에 수직하게 소정의 이진 정보, 예를 들어 10101로 변조된 TE 모드 편광된 빛을 입사시키면, 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치(90)의 출력 위치에서는 TE 모드 편광된 빛의 이진 정보의 반전된 이진 정보 즉 01010를 가지는 SPP 신호가 출력된다.When the TE mode polarized
따라서, TE 모드 편광 광원 소자(96)가 외부에서 인가되는 전기 신호 또는 광 신호의 입력 심볼의 반전 심볼에 따라 TE 모드 편광된 빛을 발생시킨다면, 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치(90)는 입력 심볼의 이진 정보를 가지는 SPP 신호를 출력할 수 있다.Therefore, if the TE mode polarized
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 방법을 예시한 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a method of generating a surface plasmon polariton signal according to an embodiment of the present invention.
단계(S101)에서, 제1 길이의 제1 플라즈모닉 도파로에 대해 소정의 간극 길이의 간극을 사이에 두고 배치된 제2 길이의 제2 플라즈모닉 도파로를 포함하는 플라즈모닉 소자의 제1 플라즈모닉 도파로의 여기 위치에서 TM 모드 전자기파를 여기하여 제1 플라즈모닉 도파로에 소정 결합 모드의 여기된 SPP를 생성한다.In step S101, the first plasmonic waveguide of the plasmonic device including the second plasmonic waveguide of the second length disposed with a gap of a predetermined gap length between the first plasmonic waveguide of the first length, Excites the TM mode electromagnetic wave at the excitation position of the excitation SPP of the predetermined coupling mode in the first plasmon waveguide.
단계(S102)에서, 여기된 SPP의 진행 방향에 평행하게 전기장이 형성되도록 TE 모드 편광되며 또한 소정의 입력 심볼에 상응하여 발광 또는 억제되어 생성되는 TE 모드 제어 광 신호를 간극에 수직하게 입사시킨다.In step S102, a TE mode polarized light is generated so that an electric field is formed parallel to the propagation direction of the excited SPP, and a TE mode control optical signal generated by being emitted or suppressed corresponding to a predetermined input symbol is made incident perpendicularly to the gap.
TE 모드 제어 광 신호가 간극에 수직하게 입사되면, 여기된 SPP의 진행 방향에 평행하게 전기장이 형성될 수 있다.When the TE mode control optical signal is incident perpendicular to the gap, an electric field can be formed parallel to the traveling direction of the excited SPP.
단계(S103)에서, 간극에 수직하게 입사되는 TE 모드 제어 광 신호에 의해, 간극에서 여기된 SPP의 통과 또는 차단을 제어할 수 있다.In step S103, the passage or blocking of the SPP excited in the gap can be controlled by the TE mode control optical signal incident perpendicular to the gap.
여기된 SPP 신호는 간극에 입사되는 변조된 TE 모드 편광된 빛에 의해 통과 또는 차단된다. The excited SPP signal is passed or blocked by the modulated TE mode polarized light incident on the gap.
이에 따라, 단계(S104)에서, 입력 심볼에 따라 변조되는 출력 표면 플라즈모닉 폴라리톤 신호가 제2 플라즈모닉 도파로의 출력 위치에서 출력될 수 있다.Thus, in step S104, an output surface plasmonic polariton signal modulated in accordance with the input symbol can be output at the output position of the second plasmonic waveguide.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. It will be understood that variations and specific embodiments which may occur to those skilled in the art are included within the scope of the present invention.
30, 40, 50 불연속 IMI 도파로 플라즈모닉 소자
31, 41, 51 제1 IMI 플라즈모닉 도파로
32, 42, 52 제2 IMI 플라즈모닉 도파로
33, 43, 45 유전체 층
34, 44, 54 간극
90 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치
91 플라즈모닉 도파로
93 유전체 층
94 간극
96 TE 모드 편광 광원 소자30, 40, 50 Discontinuous IMI Waveguide Plasmonics
31, 41, 51 First IMI Plasmonic Waveguide
32, 42, 52 A second IMI plasmonic waveguide
33, 43, 45 dielectric layer
34, 44, 54 Clearance
90 Plasmon Polaritone signal generator
91 Plasmonic waveguide
93 dielectric layer
94 Clearance
96 TE mode polarized light source device
Claims (10)
소정 결합 모드의 표면 플라즈몬 폴라리톤이 전파될 수 있는 적어도 한 쌍의 제2 금속-유전체 경계면들을 가지며, 상기 간극 시작 위치로부터 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향으로 소정의 간극 길이만큼 이격된 간극 종료 위치부터 출력 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호의 출력 위치까지 연장되는 제2 플라즈모닉 도파로; 및
상기 간극에 대해 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향과 평행하는 방향으로 전기장을 형성하도록 편광된 TE 모드 제어 광 신호를 입사하는 TE 모드 편광 광원 소자를 포함하고,
상기 간극 길이는 상기 간극을 TE 모드 제어 광 신호가 통과할 수 있는 최소 간극 길이보다 크며,
상기 TE 모드 제어 광 신호는 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향과 직교하는 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치.A first plasmonic waveguide having at least a pair of first metal-dielectric interfaces capable of propagating a surface plasmon polariton in a predetermined coupling mode, the first plasmonic waveguide extending from an excitation position of the surface plasmon polariton to a gap start position;
And a gap end position spaced apart from the gap starting position by a predetermined gap length in the traveling direction of the surface plasmon polariton from the gap start position to at least one pair of second metal- A second plasmon waveguide extending from an output surface plasmon polariton signal to an output position of the output surface plasmon polariton signal; And
And a TE mode polarized light source device that receives a polarized TE mode control optical signal to form an electric field in a direction parallel to a traveling direction of the surface plasmon polariton with respect to the gap,
The gap length is larger than the minimum gap length through which the TE mode control optical signal can pass,
Wherein the TE mode control optical signal includes a component orthogonal to the traveling direction of the surface plasmon polariton.
소정의 입력 심볼의 반전된 심볼에 따라 상기 TE 모드 제어 광 신호가 간극에 입사되거나 또는 입사되지 않도록 상기 TE 모드 제어 광 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치.The apparatus of claim 1, wherein the TE mode polarized light source device comprises:
Mode control optical signal so as to generate the TE mode control optical signal such that the TE mode control optical signal does not enter or enter the gap according to an inverted symbol of a predetermined input symbol.
상기 제1 플라즈모닉 도파로에서 여기된 표면 플라즈몬 폴라리톤이 상기 간극에 입사되는 상기 TE 모드 제어 광 신호에 의해 상기 간극을 통과하거나 또는 상기 간극에서 차단됨에 따라, 상기 입력 심볼의 반전 심볼에 따라 변조되는 상기 출력 표면 플라즈모닉 폴라리톤 신호를 출력 위치에서 출력하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치.The plasma display apparatus according to claim 2, wherein the second plasmonic waveguide comprises:
The surface plasmon polariton excited by the first plasmon waveguide is modulated according to the inverse symbol of the input symbol as it passes through the gap or is blocked at the gap by the TE mode control optical signal incident on the gap And outputs the output surface plasmonic polariton signal at an output position.
상기 제1 및 제2 금속-유전체 경계면들에서 제1 및 제2 플라즈모닉 도파로의 적어도 한 쌍의 제1 금속 표면들 및 적어도 한 쌍의 제2 금속 표면들에 접하는 영역의 유전률과 간극 시작 위치부터 간극 종료 위치까지의 영역의 유전률이 서로 다르도록 구현되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 장치.The dielectric layer of claim 1,
Dielectric constant and gap start position of an area in contact with at least a pair of first metal surfaces and at least a pair of second metal surfaces of the first and second plasmonic waveguides at the first and second metal- And the dielectric constant of the region up to the gap end position is different from that of the surface plasmon polarity signal.
상기 여기된 SPP의 진행 방향에 평행하게 전기장이 형성되도록 TE 모드 편광되며 또한 소정의 입력 심볼에 상응하여 발광 또는 억제되어 생성되는 TE 모드 제어 광 신호를 상기 간극에 수직하게 입사시키는 단계;
상기 간극에 수직하게 입사되는 상기 TE 모드 제어 광 신호에 의해, 상기 간극에서 상기 여기된 SPP의 통과 또는 차단을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 간극 길이는 상기 간극을 TE 모드 제어 광 신호가 통과할 수 있는 최소 간극 길이보다 크며,
상기 TE 모드 제어 광 신호는 상기 표면 플라즈몬 폴라리톤의 진행 방향과 직교하는 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 방법.A plasma photonic device comprising a first plasmonic waveguide having a first length and a second length arranged with a gap of a predetermined gap length between the first and second plasmonic waveguides, Mode excited surface plasmon polaritons (SPP);
TE mode polarized light so that an electric field is formed parallel to the propagation direction of the excited SPP and a TE mode control optical signal generated by being emitted or suppressed corresponding to a predetermined input symbol is incident perpendicularly to the gap;
Controlling the passing or blocking of the excited SPP in the gap by the TE mode control optical signal incident perpendicular to the gap,
The gap length is larger than the minimum gap length through which the TE mode control optical signal can pass,
Wherein the TE mode control optical signal includes a component orthogonal to the traveling direction of the surface plasmon polariton.
소정의 입력 심볼의 반전된 심볼에 따라 간극에 입사되거나 또는 입사되지 않도록 생성되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 방법.9. The optical transmission system according to claim 8,
Wherein the generated surface plasmon polarity signal is generated so as to be incident on the gap or not to be incident according to an inverted symbol of a predetermined input symbol.
상기 제1 플라즈모닉 도파로에서 여기된 SPP가 상기 간극에 입사되는 상기 TE 모드 제어 광 신호에 의해 상기 간극을 통과하거나 또는 상기 간극에서 차단됨에 따라, 상기 입력 심볼의 반전 심볼에 따라 변조되는 출력 표면 플라즈모닉 폴라리톤 신호를 출력 위치에서 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 신호 생성 방법.The method of claim 9,
Modulated according to an inverse symbol of the input symbol as the SPP excited in the first plasmonic waveguide passes through the gap or is blocked at the gap by the TE mode control optical signal incident on the gap, And outputting a monic polariton signal at an output position. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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