KR100778887B1 - 형태 공진 테라파 또는 적외선 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및 상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하는 적외선 및 테라파 영역의 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고, 여기서, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 형상에 의해 제어되는 고 투과성을 갖는 필터와, 제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및 상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하고, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 편광 방향을 기준으로 대칭적인 형상을 갖는 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고, 여기서, 상기 입사광의 단일의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 형상에 의해 제어되는 고 투과성을 갖는 단일 공진 필터와, 제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및 상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하고, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 편광 방향을 기준으로 비대칭적인 형상을 갖는 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고, 여기서, 상기 입사광의 하나 이상의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 상기 비대칭적인 형상에 의해 제어되는 고 투과성을 갖는 다중 공진 필터 등을 제공한다.

형태공진, 투과공진, 금속막, 테라헤르쯔

Description

형태 공진 테라파 또는 적외선 필터{Shape Resonance Terahertz and Infrared Filters}

도 1은 본 발명의 기본 형태중 하나인 직사각형 구조의 주기적인 배열에 대한 사시도를 보여준다.

도 2는 정사각형 형태에서 직사각형을 거쳐 슬릿까지의 다양한 경우에 대한 구조를 보여주는 평면도이다.

도 3은 도 2의 사시도에 기반하여 실제 제작된 필터구조를 나타낸다.

도 4는 도 2와 3에서 예로 보여준 몇가지 경우를 포함한 Y방향으로 길이가 변화하는 사각형 구조의 투과 특성을 나타낸다.

도 5는 투과 공진 파장의 위치와 컷오프 주파수(cut-off frequency)를 함께 비교한 것을 나타낸다.

도 6은 도 4와 5에서의 실험 결과들을 기반으로 제시할 수 있는 또 하나의 적용가능성으로 파장 가변적 필터의 사시도를 나타낸다.

도 7은 금속막 위에 입사광의 편광 방향에 수평한 방향으로의 길이와 수직한 방향으로의 길이가 다른 직사각형 형태의 배열 구조에서 금속평면 방향으로의 회전을 통한 편광 방향의 조절을 통해 파장 스위칭 필터를 구성하는 구조의 사시도를 보여준다.

도 8은 도7의 구조에서의 입사광의 편광 정도에 따른 투과 특성을 보여준다.

도 9는 입사광의 입사 각도에 따른 직사각형 형태에서의 옴니 디렉셔널 (omni-directional)과 연속적인 파장가변적 필터 기능을 보여주는 구조를 도식화한 사시도이다.

도 10 및 11은 도 9의 사시도에서 볼 수 있는 구조인 입사광의 입사 각도에 따른 변화에서의 투과 특성을 보여준다.

도 12는 입사광의 편광 방향에 대해 비대칭적인 형태를 가지는 배열 구조의 대표적인 예라 할 수 있는 말굽 모양과 윕실론 모양에 대한 사시도이다.

도 13은 레이져 머시닝 방법에 따라 금속막위에 디자인된 형태에 의해 제작된 필터의 전자주사현미경(SEM) 사진이다.

도 14는 도 12의 말굽 형태의 배열 구조에 대한 투과 공진 파장의 편광 특성을 보여준다.

도 15는 말굽 형태의 배열 구조에 대한 입사광의 편광에 따른 투과 특성 변화를 나타낸다.

도 16은 말굽 형태의 배열 구조에서의 입사광의 입사 각도 의존성을 보여준다.

도 17은 윕실론 형태의 배열 구조에서의 입사광의 입사 각도 의존성을 보여준다.

도 18은듀얼 파장 필터를 넘어서 세 개 또는 네 개 이상의 투과 공진 파장을 가지는 필터의 특수한 형태 배열구조 중 하나로 금속막위의 직사각형 형태 세 개의 병렬적 결합을 보여준다.

도 19의 그래프는 도 18에 의해 도안된 디자인을 가지고 제작된 필터를 이용한 투과 특성 결과를 나타낸다.

도 20은 좁은 파장폭을 가지는 (또는 거의 단색파장에 가까운) 투과 특성을 실현하기 위한 필터의 사시도이다.

도 21은 도 20에서의 필터 하나를 통과한 후의 투과 특성 및 동일한 형태의 필터를 하나 더 통과한 후의 투과 특성을 나타낸다.

본 발명은 금속막 위에 만들어진 주기적 또는 비주기적 배열의 다양한 구조을 가진 관통구에서의 형태공진(Shape Resonance)과 표면 플라즈몬 공진(Surface Plasmon Resonance)에 의한 전자기파의 테라(Terahertz) 또는 적외선(Infrared) 영역에서의 필터에 관한 것이다.

일반적으로 주기적으로 배열된 관통구 구조를 가진 금속막에서의 표면 플라즈몬에 의한 투과 특성의 향상은 가시광 영역대에서 깊이 연구되어 왔다. 이런 구조에서 입사광은 파장의 절반 크기보다 현저히 작은 관통구를 효율적으로 투과하게 된다.

최근 이런 투과 특성에 대한 연구는 적외선파나 테라파, 마이크로파 영역대까지 확대되어 왔다. 이런 영역대에서의 투과 공진(transmission resonance)은 금속막 위에서의 표면파 뿐 아니라 주기적인 구조를 이루는 관통구 형태와 깊이 관련되어 진다는 사실이 알려져 있다. 하지만 관통구 형태에 의한 공진이 어떻게 투과 특성과 연관되어 지는지, 이 형태 공진(shape resonance)에 의한 투과가 어떤 특성을 보이는지에 대한 이해는 부족한 것이 현실이었다.

본 발명의 목적은 위에 기술한 현상들을 이용하여 아래와 같은 장치들을 제공하는 것이다.

하나, 금속막 위의 다양한 형태를 가진 관통구 구조의 주기적 또는 비주기적 배열에 의해 90% 이상의 고효율 테라파 또는 적외선 필터를 제공한다.

둘, 주기적인 배열을 이루는 관통구의 형태를 적절하게 디자인함으로써 싱글(single), 듀얼(dual), 트리플(triple) 그리고 그 이상의 투과 공진 파장을 가지는 필터를 제공한다. 원형, 정사각형, 직사각형, 슬릿 등의 대칭적 형태를 가지는 관통구의 경우는 싱글 공진 필터를, 말굽이나 윕실론 등의 비대칭적 형태를 가지는 관통구의 경우는 eb얼 공진 파장 필터를, 이런 기본적인 형태들의 적절한 조합을 통해 트리플 공진 파장 필터 또는 그 이상의 진공 파장을 가지는 필터를 제공한다.

셋, 직사각형 형태의 관통구 구조에서 입사광의 편광 방향에 수직한 방향으 로의 길이를 조절함으로써 90% 이상의 고효율을 유지하면서 폭넓은 파장 영역대의 파장 가변 필터를 제공한다.

넷, 형태 공진 파장의 위치가 표면 플라즈몬 공진 위치와 비교해 상대적으로 멀리 떨어져 있을 때 형태 공진의 두드러진 발현에 의해 옴니 디렉셔널(omni-directional) 필터를 제공한다. 예를 들어 직사각형 같은 기본적인 형태의 경우 입사광의 편광에 수직한 방향으로의 길이가 길어질수록 형태 공진 파장은 표면 플라즈몬 공진 파장으로부터 더 멀어지기 때문에 옴니 디렉셔널 필터를 실현하기가 쉬워진다.

다섯, 직사각형 형태에서 수직한 방향으로의 길이의 비를 다르게 함으로써 파장 스위칭(switching) 필터를 제공한다. 이는 투과 공진 파장은 입사광의 편광 방향에 의해 결정되는데 두 수직한 방향으로의 길이의 비가 다르기 때문에 두 수직한 방향으로의 편광은 서로 수직한 다른 길이를 형태 공진으로 느끼게 되기 때문에 가능하게 된다. 이런 파장 스위칭 필터는 직사각형 형태 뿐 아니라 금속막 위에 놓여진 두 방향에 대해 다른 형태를 가질 경우 언제나 나타나는 현상이다.

여섯, 긴 직사각형 형태와 같은 특수한 구조를 가지는 경우 주기적인 구조에서 뿐 아니라 가장 비주기적인 경우(random arrays)에서도 90% 이상의 투과 특성을 보이는 테라 또는 적외선 필터를 제공한다. 이 경우도 형태 공진이 표면 플라즈몬 공진에 영향을 받지 않는 경우일수록 강하게 나타나는 것으로 확인되었다.

일곱, 비대칭적 형태의 특수한 경우 입사광의 편광 방향에 따라 투과 공진 파장의 개수를 조절할 수 있는 파장수 조절 필터를 제공한다. 비대칭적 형태의 대 표적인 경우인 말굽모양의 경우 말굽의 열려있는 부분에 입사광의 편광이 수직하게 놓여있는 경우에는 하나의 투과 공진 파장을 나타내지만, 말굽의 열려있는 부분에 입사광의 편광이 평행하게 놓여있는 경우에는 두 개의 투과 공진 파장을 나타냈다. 따라서 입사광의 편광 방향을 90도 회전시킴으로써 공진 파장의 개수를 조절할 수 있게 된다.

여덟, 윕실론 형태와 같은 비대칭적 형태의 또 다른 특수한 경우 입사광의 편광 방향에 따라 각각 다른 파장 위치의 두 개의 투과 공진 파장을 가지는 파장 선택적 듀얼 필터를 제공한다.

아홉, 두 개의 투과 공진 파장을 가지는 듀얼 필터의 경우 두 파장중 하나는 레일리선 근처에 놓이게 하고 다른 하나는 멀리 떨어지게 함으로써 입사광의 입사 각도에 따라 하나는 파장 가변적이고 다른 하나는 파장 비가변적인 특성을 가지는 파장 가변-비가변 필터를 제공한다. 투과 공진 파장의 위치는 형태 공진에 의해 결정되기 때문에 두 개의 투과 공진 파장을 가지는 비대칭적 구조를 적절히 디자인 함으로써 다양한 형태의 파장 가변-비가변 필터를 실현할 수 있다.

열, 입사광의 진행방향을 따라 일정한 거리마다 배치된 90% 이상의 투과 특성을 가지는 같은 형태의 구조는 좁은 파장폭을 가지는 준단색파장(quasi-monochromatic) 필터를 제공한다. 이는 입사광이 같은 형태를 가지는 구조를 여러 개 통과하는 과정에서 투과 공진 파장에서의 세기는 크게 변하지 않지만 파장 폭은 계속 줄어들게 되기 때문에 가능하다.

열하나, 금속막 위의 다양한 형태의 적절한 배열 구조는 형태 공진의 특성을 적절히 활용함으로써 다양한 기능을 가지는 기능성 필터로 디자인 될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은,

제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및

상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하는 적외선 및 테라파 영역의 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고,

여기서, 상기 관통구는 정사각형상, 직사각형상, 슬릿형상, c-형상, ε-형상 및 그들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 형상에 의해 제어되는 90%이상의 투과성을 갖는 필터이다.

바람직하게는, 상기 기판은 자유전자를 가지는 물질로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 자유전자를 가지는 물질은 금속 또는 반도체로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 필터는 상기 입사광 중 90%이상 투과되는 고 투과성을 갖는다.

본 발명의 다른 측면에 따른 구성은,

제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및

상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하고, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 편광 방향을 기준으로 대칭적인 형상을 갖는 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고,

여기서, 상기 입사광의 단일의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 형상에 의해 제어되는 고 투과성을 갖는 단일 공진 필터이다..

바람직하게는, 상기 기판은 자유전자를 가지는 물질로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 자유전자를 가지는 물질은 금속 또는 반도체로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 대칭적인 형태는 정사각형, 직사각형, 원형, 슬릿 또는 이들의 조합으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 직사각형은 상기 입사광의 편광 방향에 수직한 방향으로의 길이를 조절함으로써 90% 이상의 고효율을 유지하면서 폭넓은 파장 영역대역에서 투과 공진 파장을 변화시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 직사각형은 상기 입사광의 편광 방향에 상기 수직한 방향으로의 길이가 길게 조절됨으로써, 투과 공진 파장이 주기성에 의해 나타나는 레일리선에서 멀어진 결과 상기 입사광의 상기 제1표면에 대한 각도에 무관하여 파장 비 가변적인 전방향성 기능을 갖는다.

바람직하게는, 상기 대칭적인 형상은 상기 입사광의 두 수직한 편광 방향으로의 길이 비가 다르게 함에 따라 파장 변환 기능을 갖는다.

바람직하게는, 상기 대칭적인 형상을 갖는 관통구의 배열구조는 같은 형상으로 상기 입사광의 진행방향을 따라 일정한 거리마다 배치되어 상기 입사광중 좁은 선폭 준-단색파장을 90%이상 투과시킨다.

바람직하게는, 상기 단일 공진 필터는 상기 입사광 중 90%이상 투과되는 고 투과성을 갖는다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 구성은,

제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및

상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하고, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 편광 방향을 기준으로 비대칭적인 형상을 갖는 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고,

여기서, 상기 입사광의 하나 이상의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 상기 비대칭적인 형상에 의해 제어되는 고 투과성을 갖는 다중 공진 필터이다.

바람직하게는, 상기 기판은 자유전자를 가지는 물질로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 자유전자를 가지는 물질은 금속 또는 반도체로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 다중 공진 필터는 상기 입사광 중 80%이상 투과되는 고 투과성을 갖는다.

바람직하게는, 상기 비대칭적인 형상은, 십자, 삼각형, 나선형, 말굽, 윕실론, 또는 이들의 조합으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 입사광의 편광이 상기 말굽 형상의 개부에 수직하게 놓이는 경우 하나의 투과 공진 파장을 나타내고, 상기 입사광의 편광이 상기 말굽 형상의 개부에 수평하게 놓이는 경우 두 개의 투과 공진 파장을 나타내는, 상기 입사 광의 편광 방향을 90도 회전시킴으로써 공진 파장의 개수를 조절할 수 있다.

바람직하게는, 상기 윕실론 형상의 개구부가 상기 입사광의 편광 방향에 따라 각각 다른 파장 위치의 두개의 투과 공진 파장을 가져 파장을 선택할 수 있다.

바람직하게는, 상기 비대칭적인 형상에 의해 제어되는 공진 파장 위치가 표면 플라즈몬 공진 위치와 비교해 상대적으로 멀리 떨어져 있을 때 형태 공진의 두드러진 발현에 따라 파장이 변하지 않는다.

바람직하게는 상기 투과 공진 특성이 2개인 경우에 있어서, 두 파장중 하나는 레일리선 근처에 놓이게 하고 다른 하나는 멀리 떨어지게 함으로써 입사광의 입사각도에 따라 하나는 파장 가변적이고 다른 하나는 파장 비가변적이 되어 파장 가변-비가변 특성을 가진다.

바람직하게는, 상기 비대칭적인 형상을 갖는 관통구의 배열구조는 같은 형상으로 상기 입사광의 진행방향을 따라 일정한 거리마다 병렬적으로 배치되어 상기 입사광 중 좁은 파장폭의 준 단색파장을 90%이상 투과시킨다.

바람직하게는, 상기 대칭적 또는 상기 비대칭적 기본적인 형태들의 복합적 조합을 통하여, 세 개 이상의 공진 파장을 가진다.

바람직하게는, 상기 복합적 조합을 가지는 형상과 레일리 최소와의 적절한 배합을 통한 투과 특성 향상된다.

이하 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.

본 발명자들은 금속막 위에 다양한 모양을 가진 관통구의 주기적인 또는 비주기적인 배열구조에서의 90% 이상의 투과 특성을 발견하였다. 이런 구조에서의 투과는 관통구 형태의 다양성에 따라 다양한 특성으로 나타난다는 것이 확인되었다.

금속막 위에 입사하는 입사광의 편광 방향에 따라 형성된 주기적인 배열은 다양한 형태를 가지는 관통구 구조에 의해 실현되었다. 관통구의 형태는 대칭(symmetric)과 비대칭(asymmetric) 구조로 구분할 수 있는데 대칭구조의 대표적인 경우는 원형(circular), 정사각형(square), 직사각형(rectangle), 슬릿(slit) 과 이런 기본 형태의 적절한 결합구조이고 비대칭 구조의 대표적인 경우는 말굽(horseshoe-shaped) 또는 윕실론(epsilon-shaped) 형태나 그런 구조들의 적절한 결합구조이다. 이런 주기적 배열 구조를 가지는 다양한 형태의 관통구 구조에 대해서 90% 이상의 투과 특성이 발견되었다.

직사각형 구조에서 입사광의 편광 방향에 대해 수직한 방향으로의 길이를 연속적으로 늘려 갈 경우 투과 공진(transmission resonance)이 일어나는 특정 파장은 연속적으로 길어지는 것이 관측되었다. (직사각형 형태의 양 극단은 정사각형과 슬릿으로 본 발명가들의 연구에서 직사각형의 연속적인 변화는 정사각형과 슬릿구조를 포함하는 것이었다.) 파장이 연속적으로 변화하는 과정에서 90%이상의 투과 특성은 그대로 유지되는 것으로 확인되었다.

위 경우에 대해서 투과 공진이 일어나는 파장은 두가지 조건에 의해서 결정되는 것이 확인되었다. 첫 번째는 편광 방향에 수직한 방향으로의 직사각형의 길이가 상대적으로 긴 경우 (여기에서 투과 공진은 장파장에서 나타난다.) 투과 공진 파장은 직사각형 길이의 두배가 되는 파장과 거의 일치하는데 이는 형태 공진(shape resonance)이 공진 파장을 결정하는 중요한 요소가 된다는 것을 말해주는 것이다. 두 번째는 직사각형의 길이가 상대적으로 짧은 경우, 또는 정사각형 형태에 더욱 가까운 경우, 투과 공진 파장은 주기성의 효과인 레일리선(Rayleigh line)으로 근접하면서 그 선을 따라 구부러지기 시작하는데 이는 표면 플라즈몬 공진(surface plasmon resonance)이 공진 파장을 결정하는 중요한 요소가 된다는 것을 말해주는 것이다.

직사각형 형태의 관통구 구조에서 각 방향으로의 길이를 적절하게 다르게 했을 경우 (본 발명가들의 실험에서는 2:3의 비를 가지는 직사각형 형태를 가지고 실험되었다.) 입사광의 편광 방향에 따라 다른 공진 파장을 보여주는 것이 발견되었다. 위의 다양한 직사각형 구조실험에서 확인된 바에 따르면 공진 파장은 입사광의 편광 방향에 수직한 방향으로의 직사각형 길이에 의해 결정되는 것으로 확인되었다. 따라서 두 방향으로의 비가 다른 직사각형 형태의 경우 직사각형 형태 상에 입사광의 편광이 놓이는 방향에 따라 공진 파장이 달라지게 된다. 즉 편광방향을 90도 바꾸면 공진 파장은 100% 스위칭되게 된다.

긴 직사각형이나 슬릿 형태의 경우 입사광의 편광 방향으로의 길이(width)는 투과 공진 파장이나 투과 특성에 크게 영향을 미치지 않기 때문에 이 방향으로의 길이가 아주 좁은 경우에도 거의 비슷한 투과 특성이나 공진 파장이 나타나는 것이 확인되었다. 이는 금속막 위를 채우고 있는 형태 구조의 총량 (filling factor)이 10% 이하인 경우에도 90% 이상의 투과율을 보여준다는 것을 의미한다.

입사광의 편광 방향에 수직한 방향으로의 길이가 긴 직사각형 형태에 대해 가장 비주기적인 배열, 랜덤 배열(random arrays), 을 가지는 경우에 대해서 90% 이상의 투과특성을 발견하였다. 즉 특수한 경우에 대해 구조를 이루는 기본 형태들이 구조적으로 배열되어 있든지 아니면 비구조적으로 배열되어 있든지 90% 이상의 투과 특성을 보여주기도 한다는 것이 확인된 것이다. 이런 현상은 형태 공진(shape resonance)이 표면 플라즈몬 공진(surface plasmon resonance)으로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있을 때 나타난다.

입사광의 편광에 수직한 방향으로 긴 길이를 가지는 직사각형 형태에 대해서 입사각 의존 투과 특성 (incident angle-dependent transmission)을 측정하였다. 이 경우 길이가 길어지면 길어질수록 투과 공진 파장은 금속막에 입사하는 입사광의 각도에 대해 변하지 않는 것으로 확인되었다. 하지만 정사각형 형태의 경우는 투과 공진 파장이 입사광의 입사각에 크게 의존하는 것으로 확인되었다. 이 경우 입사각이 커짐에 따라 투과 공진 파장은 장파장 영역으로 연속적으로 옮겨지는 것 이 발견되었다. 이런 현상은 형태 공진이 표면 플라즈몬 공진에 어느정도 영향을 받느냐에 따라 결정되는데, 정사각형의 경우 형태 공진이 주기성에 의한 레일리선에 가까울 경우 레일리선의 구부러짐을 강하게 느끼게 되는 반면 (즉 입사광의 입사각의 변화에 따른 모멘텀 변화를 강하게 느끼게 되고), 길이가 긴 직사각형의 경우 두 개의 공진이 상대적으로 멀리 놓여 있기 때문에 레일리선의 변화를 강하게 느끼지 못하게 된다.

직사각형, 원형, 슬릿 또는 정사각형과 같이 대칭적 형태를 가진 배열구조에서는 두드러진 투과 공진이 오직 하나씩만 나타나는 것이 발견되었다.

반면 말굽이나 윕실론 형태의 비대칭 모양를 가진 배열구조에서는 하나 이상의 두드러진 투과 공진 파장을 가지는 것이 확인되었다. 말굽모양의 경우 말굽의 열려있는 부분과 수직하게 놓여있는 입사광의 편광의 경우에는 투과 공진 파장이 하나 나타나지만 평행하게 놓여진 경우에 대해서는 투과 공진 파장이 두 개 나타나는 것이 발견되었다. 이 경우 하나는 90% 이상 하나는 80% 이상의 두드러진 투과 특성을 보여준다. 투과 공진 파장이 두 개 나타나게 되는 것은 관통구 형태가 가지는 기본적인 두 개의 모드가 발현되는 것인데 기본적으로 형태가 대칭적일 때는 첫 번째 모드가 가장 두드러지게 되지만 비대칭적이 될 경우 두 개의 모드가 동시에 두드러지게 발현되기 때문이다.

윕실론 형태의 경우에도 두 개의 두드러진 투과 공진 파장이 나타나는데 말굽 형태의 경우와 달리 이 경우에는 입사광의 편광의 수직한 두 경우에 대해서 모두 두 개의 투과 공진 파장을 보여준다는 것이다. 말굽 형태나 윕실론 형태의 경우 투과 공진 파장은 형태의 크기, 길이 또는 적절한 모양의 변화에 따라 조절가능하다는 것이 또한 확인되었다.

본 발명가들의 실험에 사용된 위의 두 개의 대표적인 비대칭 구조의 경우 말굽 형태의 경우는 투과 공진 파장중 하나는 레일리선에 가까이 놓여 있고 다른 하나는 꽤 멀리 놓여 있어서 전자는 입사광의 입사 가도 의존도가 강하고 후자는 미약하여 입사광의 입사각에 따라 하나는 파장 가변적이 되고 다른 하나는 파장 비가변적이 되는 것으로 확인되었다. 하지만 윕실론 형태의 경우 두 개의 투과 공진 파장이 모두 레일리선에서 멀리 떨어져 있기 때문에 입사광의 입사 각도에 영향을 거의 받지 않기 때문에 파장 비가변적(omni-directional)이 되는 것으로 확인되었다. 이는 두 개의 투과 공진 파장을 가지는 경우에 대해서도 입사광의 입사 각도의 변화에 따라 파장 가변성을 조절할 수 있다는 것을 보여주는 것이다.

본 발명가들은 비대칭적 구조의 경우 위의 대표적인 두 개 이외에 십자(cross), 삼각형(triangle), 나선형(sprial-shaped)등 다양한 형태를 가진 배열 구조에 대해서도 위와 같은 실험을 실시하였다. 이런 경우에 대해서도 위와 비슷한 특성들이 나타나는 것이 확인되었다.

위의 모든 90% 이상의 투과 특성을 가지는 다양한 형태에 대해 똑같은 형태를 가진 구조를 입사광이 진행하는 방향을 따라 일정한 거리마다 여러 개 (두개 이상)를 놓을 경우 투과 공진 파장에서의 크기 (intensity)는 거의 유지하면서 파장폭은(spectral width) 점점 줄일 수 있어서 거의 단색파(quasi- monochromatic wave)에 가까운 투과 파장을 실현할 수 있다는 것이 발견되었다.

기본적인 형태를 가진 다양한 관통구 구조를 같은 금속막 위에 주기적으로 배열함으로써 여러개의 공진 파장을 가지는 투과 특성을 실현하였다. (여기에서 본 발명가들은 세 개의 다른 길이를 가지는 직사각형 형태를 주기적으로 배열한 관통구 구조를 사용하였다.) 세 개의 다른 길이를 가지는 직사각형 형태의 주기적인 배열은 스펙트럼상에 여러 파장위치에서 다양한 주기성을 보여주는데 이로 인한 레일리선과 형태 공진의 적절한 배치를 통해서 네 개의 투과 공진 파장을 실현할 수 있다는 것이 확인되었다. 이런 구조 뿐 아니라 다른 기본 형태를 가지는 관통구를 다양한 주기성으로 배열하면 다양한 투과 특성을 디자인할 수 있다는 것이 또한 확인되었다.

금속막 위에서, 다양한 형태를 가지는 관통구의 주기적 또는 비주기적 배열을 통한 테라 또는 적외선 영역에서의 다양한 투과 특성은 필터로서의 다양한 응용가능성이 있을 것으로 기대되어 진다.

(실시예)

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장치들의 구성은 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기본 형태중 하나인 직사각형 구조의 주기적인 배열에 대한 사시도를 보여준다. 다른 형태를 가지는 모든 경우도 도 1의 사시도의 배치 구도를 따른다. 이 필터는 제1표면(10), 제2표면(미도시), 그리고 측면(11) 및 내부가 모두 광학적으로 두꺼운 금속막으로 형성되어 있다. 도면 1의 직사각형 형태의 관통구(12) 뿐 아니라 이후의 다양한 형태들의 관통구들은 펨토초 레이져 기술에 기반한 레이져 머시닝 방법(laser machining method)에 의해 제작된다. 레이져 머시닝 방법은 최소 30 마이크론의 폭을 가지고 디자인된 도면상의 어떤 형태이든지 만들어 낸다. 제1표면 위나 제2표면의 아래 또한 레이져 머시닝 방법에 의해 형성된 관통구(12)의 내부에는 원하는 유전체 물질을 이용하여 채울 수 있는데 주로 공기를 사용한다. 어떤 유전체 물질로 채워지느냐에 따라 투과 특성이 결정되게 된다. 레이져 머시닝 방법에 의해 뚫려진 관통구(12)의 단면(13, 14)은 직사각형 구조를 잘 보여준다. 직사각형의 금속막 위의 두 방향을 따르는 길이(a, b) 와 그 방향으로의 주기 (dx, dy)는 레이져 머시닝을 위한 도면상의 디자인의 변화를 통해 자유로이 조절 가능하다.

도 2는 정사각형 형태에서 직사각형을 거쳐 슬릿까지의 다양한 경우에 대한 구조를 보여주는 평면도이다. 이후의 설명을 위해 금속막(20, 22, 24, 26)위의 좌표축을 정의할 필요가 있는데 가로축 방향(29)을 엑스(x) 축이라 하고 세로축 방향(28)을 와이(y) 축이라 할 수 있다. 입사광의 편광 방향이 엑스축 방향으로 놓여 있기 때문에 배열 구조의 주기성은 엑스축 방향으로 느끼게 된다. 그래서 엑스축 방향의 주기(dx)는 일정하게 정하고 와이축 방향으로의 관통구 형태(21, 23, 25, 27)를 연속적으로 증가시켜 결국 슬릿 구조까지 형성하였다.

이런 도 2의 사시도에 기반하여 실제 제작된 필터구조는 도 3에서 확인할 수 있다. 금속막(30, 31, 32, 33)위에 레이져 머시닝 방법을 이용하여 도 2와 같은 특성을 가지는 관통구 구조(34, 35, 36, 37)을 실현하였다. 도 3은 전자주사현미경(SEM) 이미지를 보여주고 있는데 레이져 머시닝 방법이 이런 구조를 형성하는데 탁월한 성능을 발휘함을 보여준다.

도 2와 3에서 예로 보여준 몇가지 경우를 포함한 와이축 방향으로 길이가 변화하는 사각형 구조의 투과 특성을 도 4에서 확인할 수 있다. 길이 200 마이크론을 가지는 정사각형 형태의 배열 구조에서의 투과 공진 파장(40)이 가장 단파장 영역에 놓여 있는데 90% 이상의 투과 특성을 보여준다. 사각형의 와이축 방향의 길이가 길어짐에 따라 투과 공진 파장의 위치는 점점 장파장(40→41→42→43→44→45)으로 옮겨가게 된다. (물론 모든 경우 90% 이상의 투과 특성을 그대로 유지한다.) 이는 사각형의 길이가 투과 공진 파장과 깊이 관련되어 있음을 보여주는 것으로 와이축 방향으로의 길이가 투과 공진 파장의 위치를 결정하는 형태 공진의 특성을 보여준다. 본 실험에서 사용된 구조들은 모두 400 마이크론의 엑스축 방향 주기를 가지고 있기 때문에 주기성에 의한 레일리선(46)이 0.75 THz에서 나타난다. 그 위치에서 단파장 영역대(47)로 가게 되면 금속막의 표면에 형성되는 표면파의 축적량이 줄어들기 때문에 투과가 거의 일어나지 않게 된다. 이런 금속막 위에서의 표면파의 특성과 형태 공진의 특성을 이용하면 직사각형, 정사각형 그리고 슬릿 형태의 배열구조에서 하나의 두드러진 투과 파장을 생성할 수 있음을 확인할 수 있다.

투과 공진 파장의 위치는 컷오프 주파수(cut-off frequency)와 함께 비교해 볼 수 있는데 도 5에서 확인할 수 있다. 컷오프 주파수 선(51)은 주기성에 의한 레일리선(50)과 0.75 THz에서 교차하는데 이 교차점에서 상대적으로 먼 위치(53,54)에 있는 투과 공진 파장은 컷오프 주파수 선을 따라서 생성되는 반면, 이 교차점에서 가까운 위치(52)에 있는 투과 공진 파장은 레일리선(50)을 따라 구부러지게 된다. 이는 투과 공진 파장이 레일리선(52)에서 멀리 떨어져 있을 경우 형태 공진의 특성에 더 강하게 지배되어 진다는 것을 보여주는 것이다.

도 4와 5에서의 실험 결과들을 기반으로 제시할 수 있는 또 하나의 적용가능성은 파장 가변적 필터인데 그 사시도는 도 6에서 표현되어 진다. 제 1표면 및 제 2표면을 갖는 금속막(62) 위에 슬릿(63) 형태를 가지는 배열 구조를 제작한 후 제 1표면상에 얇은 금속막 두 개(60, 61)을 설치한다. 하나의 금속막(61)은 고정하여 놓고 다른 하나의 금속막(60)을 표시된 방향(64)을 따라 조절하게 되면 입사광은 자신의 편광 방향에 수직한 방향으로의 사각형 형태의 길이변화를 연속적으로 느끼게 되어 도 4와 5의 실험결과에서 볼 수 있는 것처럼 연속적으로 변화하는 투과 공진 파장을 얻어낼 수 있게 된다.

도 7은 금속막(70) 위에 입사광의 편광 방향에 수평한 방향(75)으로의 길이(a)와 수직한 방향(74)으로의 길이(b)가 다른 직사각형 형태(71)의 배열 구조에서 금속평면 방향으로의 회전을 통한 편광 방향의 조절을 통해 파장 스위칭 필터를 구성하는 구조의 사시도를 보여준다. 구조를 가진 금속면에 수직한 축(73)을 기준으로 수평한 방향(75)에서 수직한 방향(74)으로 90도 회전(76)시킴으로서 두 개의 다른 파장을 선택적으로 스위칭할 수 있다.

도 8은 도7의 구조에서의 입사광의 편광 정도에 따른 투과 특성을 보여준다. 도 7의 평행한 방향(75)을 따라서 입사광의 편광이 놓여 있을때 도 8에서의 (81)과 같은 투과 공진 파장이 나타나고, 도 7의 수직한 방향(74)을 따라서 입사광의 편광이 놓여 있을 때, 도 8에서의 (80)과 같은 투과 공진 파장이 나타난다. 이 편광 방향은 각각 0도(82)와 90도(83)으로 표현되었다. 0도와 90도에서 나타나는 투과 공진 파장의 세기는 각각 90% 이상으로 필터 구조의 회전을 통해 두 파장을 각각 스 위칭할 수 있다. 본 실험에서 사용된 직사각형 형태의 a와 b의 길이는 각각 200 과 300 마이크론을 사용하였는데 각각의 길이를 적절히 디자인함으로써 다른 투과 공진 파장을 가지는 파장 스위칭 필터를 실현할 수 있다.

도 9는 입사광의 입사 각도에 따른 직사각형 형태에서의 옴니 디렉셔널 (omni-directional)과 연속적인 파장가변적 필터 기능을 보여주는 구조를 도식화한 사시도이다. 본 발명가들의 실험에서는 a 와 b 의 다양한 비를 가지는 직사각형 구조를 사용하였다. 금속막(90)위에 구조화된 직사각형 형태(91)는 입사광의 편광 방향(95)에서 입사광의 진행 방향(93)으로 회전(96)됨에 따라 독특한 기능을 가지는 투과 특성을 보여준다. 자세히 말하면 필터의 회전은 입사광의 편광 방향에 수직한 방향(94)을 기준으로 이루어 진다.

도 10과 11은 도 9의 사시도에서 볼 수 있는 구조인 입사광의 입사 각도에 따른 변화에서의 투과 특성을 보여준다. 도면 10에서 제시된 실험 결과는 b 가 683 마이크론, a 가 85 마이크론 그리고 입사광의 편광 방향으로의 주기가 400 마이크론인 경우에 해당한다. 이 경우 투과 공진 파장(100)은 레일리선에서 장파장 영역으로 멀리 떨어져 있기 때문에 주기성에 의한 레일리선의 영향을 거의 받지 않고 형태 공진에 의해서만 영향을 받는다. 그래서 입사광의 입사 각도가 0도(101)에서 35도(102)까지 변하더라도 투과 공진 파장의 위치는 변하지 않는다. 이는 형태 공진을 이용한 옴니 디렉셔널 필터의 기능을 보여주는 것이다. 반면 a 와 b 의 길이 가 같은 (각각 200 마이크론) 정사각형의 입사광의 입사 각도에 대한 투과 특성은 도 11에서 볼 수 있는 것처럼 전혀 다른 특성을 보여준다. 입사 각도가 0도 근처에서는 형태공진에 의한 투과 공진 파장이 레일리선 바로 아래에서 나타나는데(110), 반면 입사 각도가 조금씩 변화하면 주기성에 의한 레일리선을 강하게 느끼기 시작하면서 투과 공진 파장은 장파장 영역으로 옮겨 가게 된다(111). 이는 적절하게 디자인된 사각형 형태에서 입사광의 입사 각도를 조절함으로써 연속적으로 파장 조절 가능한 필터를 실현할 수 있음을 보여준다.

도 12는 입사광의 편광 방향에 대해 비대칭적인 형태를 가지는 배열 구조의 대표적인 예라 할 수 있는 말굽 모양과 윕실론 모양에 대한 사시도를 보여준다. 금속막(120)위에 디자인된 형태(121)는 레이져 머시닝 방법에 의해 제작될 수 있는데 이런 디자인에 의해 제작된 필터의 전자주사현미경(SEM) 사진은 도 13에서 볼 수 있다. 전자주사현미경 사진에서 확인할 수 있는 것처럼 금속막(130)에 구멍 뚫려진 형태(131)들은 정확히 디자인된 도면을 실현하였음을 보여준다. 이런 비대칭적 형태는, 도 12에서의 길이(d), 폭(e) 그리고 내부 구조의 총길이(f)등의 적절한 변화를 통해 원하는 투과 공진 파장의 위치, 투과 공진 파장의 개수, 각각의 투과 공진 파장의 편광 및 입사광의 입사각도 의존성을 만들어 낼 수 있다.

도 14는 도 12의 말굽 형태의 배열 구조에 대한 투과 공진 파장의 편광 특성을 보여준다. 입사광의 편광은, 도 12에 있어서, 수평 방향(122)을 기준 0도(142) 로 하고 도 12의 두 방향(122,123)을 가지는 평면을 따르는 필터 구조의 회전(125)를 통해 90도(143)로 정하였다. 입사광의 편광이 0도 일 때는 도 12에서의 말굽 형태의 열린 입구(124)에 평행하게 놓이게 되는데 이 경우 테라영역에서의 투과 특성은 도 14의 141처럼 나타나게 된다. 이 경우 입사광의 편광은 말굽 구조의 비대칭성을 강하게 느끼게 되어 두 개의 두드러진 투과 공진 파장을 보여주게 된다. 하지만 편광 방향의 90도 회전을 통한 투과 특성은 다른 양상을 보여준다. 이 경우 단지 하나의 투과 공진 파장(140)을 가지게 되는데 이는 이 방향으로의 편광이 필터 형태의 비대칭성을 제대로 느끼지 못하기 때문이다. 하지만 두 경우 모두에서 본 실험에서 사용된 400 마이크론의 주기 특성은 레일리 최소(Rayleigh minima) (145)로 나타난다. 그리고 그보다 단파장 영역(146)으로 가면 금속막 위의 표면장의 급격한 감소로 인해 두드러진 투과 공진을 더 이상 나타내지 못하게 된다.

말굽 형태의 배열 구조에 대한 입사광의 편광에 따른 투과 특성 변화는 도 15에서 인상적으로 확인할 수 있다. 여기에서 편광의 두 극단(152, 153)은 각각 도 14의 142, 143에 대응한다. 도 15에서 확인할 수 있는 것처럼 편광에 따른 투과 특성 변화는 두 개의 수직한 편광에서 두 개의 다른 공진 파장 위치가 스위칭하며 또한 두 개의 공진 파장(151, 152)에서 하나의 공진 파장(150)으로 스위칭 하는 것을 보여준다. 이는 파장 스위칭 뿐 아니라 공진 파장 개수 스위칭이 가능한 필터의 가능성을 보여준다.

도 12에서 123 방향을 기준으로 122 방향에서 123과 122에 수직한 또 다른 방향으로의 필터 회전을 통해 비대칭구조의 입사광의 입사 각도 의존성을 확인할 수 있다. 도 16은 말굽 형태의 배열 구조에서의 입사광의 입사 각도 의존성을 보여준다. 여기에서 두 개의 투과 공진 파장(160, 161)은 각기 다른 변화를 보여주는데 161의 경우는 입사 각도에 대해 비의존적이지만 160의 경우는 입사 각도에 따라 투과 특성이 인상적으로 변하게 된다. 이는 이런 투과 특성이 나타나게 하는 형태 공진과 주기성에 의한 레일리선 사이의 상대적인 위치 관계에 의한 결과이다. 레일리선에 가까이 놓여 있는 160은 입사 각도에 강하게 영향을 받는 반면 레일리선에서 멀리 떨어져 있는 161은 거의 영향을 받지 않는다.

이런 특성은 윕실론 형태의 배열 구조에서도 확인할 수 있다. 이는 도 17에서 확인할 수 있다. 하지만 이 경우는 말굽 형태에서와 달리 두 개의 투과 공진 파장이 모두 레일리선에서 멀리 떨어져 있기 때문에 두 개 모두 입사광의 입사 각도에 영향을 적게 받게 되어 입사 각도에 대해 거의 변화가 없는 투과 공진 파장의 위치를 보여준다. 이는 두 개의 두드러진 투과 공진 파장을 가지는 옴니 디렉셔널 필터의 실현을 보여주는 것이다. 이런 투과 공진 파장의 위치는 도 12에서의 윕실론 형태에서의 길이(d), 내부구조의 총길이(f) 그리고 폭(e)을 적절히 디자인함으로써 원하는 특성을 만들어 낼 수 있다.

듀얼 파장 필터를 넘어서 세 개 또는 네 개 이상의 투과 공진 파장을 가지는 필터를 제작하기 위하여 특수한 형태 배열구조가 도안되었다. 도 18은 그런 특수한 경우중의 하나를 보여준다. 세 개 이상의 투과 공진 파장은 대칭적 또는 비대칭적인 형태들의 병렬적 결합에 의해 실현되어 질 수 있다. 도 18에서는 금속막(180)위의 세 개의 직사각형 형태(181, 182, 183)의 병렬적 결합을 볼 수 있다. 물론 병렬적 결합을 이루는 기본 형태는 다양할 수 있고 투과 공진 파장의 특성은 기본 형태 그 자체가 가지는 형태 공진의 특성과 기본 형태들의 병렬적 결합의 주기적인 배열에 의한 레일리선의 결합된 특성에 의해 결정되어 진다.

도 19의 그래프는 도 18의 평면도에 의해 도안된 디자인을 가지고 제작된 필터를 이용한 투과 특성 결과이다. 이 경우 기본적으로 도 18에서 주어진 세 개의 기본적인 형태의 형태 공진에 의한 투과 공진이 세 파장(190, 191, 193)에서 나타나게 되는 것을 확인할 수 있다. 본 실험에서 각 형태간 주기(p1)는 400 마이크론을 사용했기 때문에 0.75 THz 근방(194)에서 레일리 최소가 나타나게 된다. 본 실험에서 사용된 필터의 경우 실험 결과에 의하면 하나의 주기를 더 느끼게 되는데 바로 세 개의 기본 형태가 결합한 상태에서의 주기(p2)이다. 이 주기성은 도 19의 195에서 확인할 수 있다. 195에 놓여진 레일리 최소는 파장영역의 가운데 놓이는 형태 공진을 두 개의 파장(191, 192)으로 나누기 때문에 최종적으로는 네 개의 투과 공진 파장을 가지게 된다.

형태 공진에 의한 이런 투과 공진 특성은 더 확장해 갈 수 있고 결국 세 개 이상의 투과 공진 파장을 가지는 필터를 실현가능하게 한다. 이런 과정에서 레일리 최소는 중요한 역할을 하게 된다.

도 20은 좁은 파장폭을 가지는 (또는 거의 단색파장에 가까운) 투과 특성을 실현하기 위한 사시도를 보여준다. 투과 공진 파장에서 거의 완벽하게 투과하는 특성을 가진 형태의 배열구조(202, 203)를 입사광(204)이 입사하는 방향을 따라 여러 개 배치하게 되면 하나씩 통과 할 때마다 투과 공진 파장의 파장폭은 계속해서 줄어들게 된다. 도 21의 210은 도 20에서 필터 하나를 통과한 후(205)의 투과 특성을 보여주고 있으며 211은 동일한 형태의 필터를 하나 더 통과한 후(206)의 투과 특성을 보여준다. 투과 공진 파장의 거의 변하지 않으면서 파장폭은 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이런 특성은 거의 완벽하게 투과하는 특성을 가진 형태의 어떤 경우에서는 실현 가능하다.

본 발명은 금속막 위에 뚫려지는 관통구 형태의 주기적인 또는 비주기적인 배열에 의한 적외선 또는 테라 영역에서의 선택적 투과 특성을 이용한 필터를 제공한다. 본 발명가들의 실험에 의하면 투과 특성은 기본적으로 관통구 형태에 관련되기 때문에 원하는 특성을 가지는 필터를 관통구 형태의 자유로운 디자인을 통해 실현할 수 있다. 본 발명가들의 실험을 통해 확인된 필터의 활용 예는 다양하다. 첫째 투과 공진 파장의 수를 조절하여 싱글(single), 듀얼(dual), 그 이상의 필터를 실현할 수 있다. 둘째 파장 가변적 필터와 옴니 디렉셔널(omni-directional) 필터를 실현할 수 있다. 셋째 준단일파장(quasi- monochromatic) 필터를 실현할 수 있다. 넷째 입사광의 편광을 이용한 파장 스위칭 필터를 실현할 수 있다. 관통구 형태의 적절한 디자인을 통해 위의 다양한 기능을 조합함으로써 모든 경우에 대해 활용 가능한 필터를 제작할 수 있으며 모든 경우에 대해 90% 이상의 고효율의 투과 특성을 실현할 수 있다. 본 발명에서 형태 공진의 특성을 통해 디자인되어 제작되는 필터는 테라 영역 및 적외선 영역까지 광학용으로 폭넓게 활용되어 질 수 있다.

Claims (25)

1. 제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및

   상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하는 적외선 및 테라파 영역의 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고,

   여기서, 상기 관통구는 정사각형상, 직사각형상, 슬릿형상, c-형상, ε-형상 및 그들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 형상에 의해 제어되는 90%이상의 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
2. 제 1 청구항에서, 상기 기판은 자유전자를 가지는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터.
3. 제 2항에 있어서, 상기 자유전자를 가지는 물질은 금속 또는 반도체인 것을 특징으로 하는 필터.
4. 삭제
5. 제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및

   상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하고, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 편광 방향을 기준으로 대칭적인 형상을 갖는 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고,

   여기서, 상기 입사광의 단일의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 형상에 의해 제어되는 고 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 공진 필터.
6. 제 5항에 있어서, 상기 기판은 자유전자를 가지는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일 공진 필터.
7. 제 6항에 있어서, 상기 자유전자를 가지는 물질은 금속 또는 반도체인 것을 특징으로 하는 단일 공진 필터.
8. 제 5항에 있어서, 상기 대칭적인 형상은 정사각형, 직사각형, 원형, 슬릿 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 단일 공진 필터.
9. 제 8항에 있어서, 상기 직사각형은 상기 입사광의 편광 방향에 수직한 방향으로의 길이를 조절함으로써 90% 이상의 고효율을 유지하면서 폭넓은 파장 영역대역에서 투과 공진 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는 단일 공진 필터.
10. 제 9항에 있어서, 상기 직사각형은 상기 입사광의 편광 방향에 상기 수직한 방향으로의 길이가 길게 조절됨으로써, 투과 공진 파장이 주기성에 의해 나타나는 레일리선에서 멀어진 결과 상기 입사광의 상기 제1표면에 대한 각도에 무관하여 파장 비 가변적인 전방향성 기능을 갖는 단일 공진 필터.
11. 제 5항에 있어서, 상기 대칭적인 형상은 상기 입사광의 두 수직한 편광 방향으로의 길이 비가 다르게 함에 따라 파장 변환 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 공진 필터.
12. 제 5항에 있어서, 상기 대칭적인 형상을 갖는 관통구의 배열구조는 같은 형상으로 상기 입사광의 진행방향을 따라 일정한 거리마다 배치되어 상기 입사광중 좁은 선폭 준-단색파장을 90%이상 투과시키는 것을 특징으로 하는 단일 공진 필터.
13. 제 5항에 있어서, 상기 단일 공진 필터는 상기 입사광 중 90%이상 투과되는 고 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 공진 필터.
14. 제1표면 및 제2표면을 갖는 기판;및

    상기 제1표면과 상기 제2표면을 관통하고, 상기 제1표면상으로 입사하는 입사광의 편광 방향을 기준으로 비대칭적인 형상을 갖는 파장이하 크기의 관통구들의 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고,

    여기서, 상기 입사광의 하나 이상의 투과 공진 특성이 상기 관통구의 상기 비대칭적인 형상에 의해 제어되는 고 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
15. 제 14항에 있어서, 상기 기판은 자유전자를 가지는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
16. 제 14항에 있어서, 상기 자유전자를 가지는 물질은 금속 또는 반도체인 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
17. 제 14항에 있어서, 상기 필터는 상기 입사광 중 80%이상 투과되는 고 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
18. 제 14항에 있어서, 상기 비대칭적인 형상은, 십자, 삼각형, 나선형, 말굽, 윕실론, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 다중 공진 필터.
19. 제 18항에 있어서, 상기 입사광의 편광이 상기 말굽 형상의 개부에 수직하게 놓이는 경우 하나의 투과 공진 파장을 나타내고, 상기 입사광의 편광이 상기 말굽 형상의 개부에 수평하게 놓이는 경우 두 개의 투과 공진 파장을 나타내는, 상기 입사광의 편광 방향을 90도 회전시킴으로써 공진 파장의 개수를 조절하는 다중 공진 필터.
20. 제 18항에 있어서, 상기 윕실론 형상의 개구부가 상기 입사광의 편광 방향에 따라 각각 다른 파장 위치의 두개의 투과 공진 파장을 가져 파장을 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
21. 제 14항에 있어서, 상기 비대칭적인 형상에 의해 제어되는 공진 파장 위치가 표면 플라즈몬 공진 위치와 비교해 상대적으로 멀리 떨어져 있을 때 형태 공진의 두드러진 발현에 따라 파장이 변하지 않는 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
22. 제 14항에 있어서, 상기 투과 공진 특성이 2개인 경우에 있어서, 두 파장중 하나는 레일리선 근처에 놓이게 하고 다른 하나는 멀리 떨어지게 함으로써 입사광의 입사각도에 따라 하나는 파장 가변적이고 다른 하나는 파장 비가변적이 되어 파장 가변-비가변 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
23. 제 14항에 있어서, 상기 비대칭적인 형상을 갖는 관통구의 배열구조는 같은 형상으로 상기 입사광의 진행방향을 따라 일정한 거리마다 병렬적으로 배치되어 상기 입사광 중 좁은 파장폭의 준 단색파장을 90%이상 투과시키는 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
24. 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판; 및

    상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 관통하고, 상기 제1 표면상으로 입사하는 입사광의 편광 방향을 기준으로 대칭적인 형상을 갖는 파장이하 크기의 관통구들 및 비대칭적인 형상을 갖는 파장이하 크기의 관통구들의 복합적 조합을 통한 주기적 또는 비주기적인 배열구조를 포함하고, 상기 복합적 조합을 통하여, 세 개 이상의 공진 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 공진 필터.
25. 제 24항에 있어서, 상기 복합적 조합을 가지는 형상과 레일리 최소와의 적절한 배합을 통한 투과 특성 향상을 특징으로 하는 다중 공진 필터.

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