KR101160774B1 - Ringresonator using slotwaveguide, ringresonator sensor including the same and microresonator apparatuses for sensing including ringresonator sensor - Google Patents
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Abstract
슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기, 이를 구비한 링 공진기 센서 및 이러한 링 공진기 센서를 포함한 센서 장치가 개시되어 있다. 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기는 광원에서 발생된 광신호를 상기 링 공진기에 결합시키는 광결합 도파로, 광결합 도파로에서 결합된 광신호를 상기 링 공진기에서 진행시키는 주회 도파로와 광결합 도파로에서 결합된 상기 광신호를 상기 주회 도파로에서 진행하도록 상기 광신호의 진행 경로를 변경하는 광경로 변경수단을 포함할 수 있다. 따라서, 굴절률이 낮은 부분에서 광신호가 진행하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용하여 센서의 감도(Sensitivity)를 높힐 수 있을 뿐만 아니라, Modal Volume을 줄여 광가둠 효과를 높혀 센서의 안정성과 신뢰도를 높힐 수 있다. A ring resonator using a slot wave guide, a ring resonator sensor having the same, and a sensor device including the ring resonator sensor are disclosed. The ring resonator using a slot wave guide is an optical coupling waveguide for coupling an optical signal generated from a light source to the ring resonator, and a circular waveguide and an optical coupling waveguide for propagating the optical signal coupled in the optical coupling waveguide in the ring resonator. And optical path changing means for changing an advancing path of the optical signal so that the optical signal travels in the main waveguide. Therefore, not only the sensitivity of the sensor may be increased by using the slot wave guide in which the optical signal progresses at a low refractive index, but also the stability and reliability of the sensor may be improved by reducing the modal volume to increase the light confinement effect.
Description
본 발명은 링 공진기, 링 공진기 센서 및 링 공진기 센서를 이용한 마이크로 공진기 센서 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 측정 대상 물질을 탐지함에 있어서 링 공진기를 이용하는 링 공진기, 링 공진기 센서 및 이러한 링 공진기 센서를 이용한 마이크로 공진기 센서 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a ring resonator, a ring resonator sensor, and a micro resonator sensor device using a ring resonator sensor. More particularly, the present invention relates to a ring resonator, a ring resonator sensor, and a ring resonator sensor. A micro resonator sensor device.
전통적인 집적 광학 분야에서는 높은 굴절률을 가진 웨이브 가이드를 사용한 광학 장치를 사용하여 광신호를 진행시키고, 분산시키고 필터링하였다. 전통적인 광신호를 도파로 내에서 진행시키는 방법은 낮은 굴절율을 가진 물질(클래딩)로 둘러싸인 높은 굴절율의 물질(코어)의 전반사(TIR, Total Internal Reflection) 현상을 사용한 것이다. 전반사 현상은 높은 굴절률을 가진 부분에 광신호를 가두어 두는 역할을 할 수 있다. In traditional integrated optics, optical signals are processed, distributed and filtered using optical devices using wave guides with high refractive index. Traditional optical signal propagation in a waveguide uses a total internal reflection (TIR) phenomenon of a high refractive index material (core) surrounded by a low refractive index material (cladding). The total reflection phenomenon may serve to trap the optical signal in a portion having a high refractive index.
최근 연구에서는 낮은 굴절률을 가지는 물질에서 광신호를 진행시키고 강화시키기 위한 여러 가지 방법이 제안되었다. 제안된 방법은 전반사 현상이 아닌 간섭 효과에 의해 발생된 외부 반사를 사용하여 낮은 굴절률을 가지는 부분에서 광신호를 진행시키는 것이었다. Recent studies have suggested several methods for advancing and enhancing optical signals in materials with low refractive indices. The proposed method is to propagate the optical signal in the part with low refractive index using the external reflection generated by the interference effect, not the total reflection phenomenon.
하지만, 전반사와 달리 외부 반사는 입사되는 광신호와 반사되는 광신호가 완전히 동일하게 될 수 없고 결과적으로 광신호의 모드에 어느 정도의 손실을 가지고 온다. 또한 외부 반사를 이용할 경우 광신호가 진행시 간섭이 생기기 때문에 외부 반사를 사용한 구조는 광신호의 파장에 의존적이다. However, unlike total reflection, the external reflection cannot be completely equal to the incident optical signal and the reflected optical signal, resulting in some loss in the mode of the optical signal. In addition, when the external reflection is used, since the interference occurs when the optical signal progresses, the structure using the external reflection depends on the wavelength of the optical signal.
"Guiding and confining light in void nanostructure"(OPTICAL LETTER, 1, JUNE, 2004)에 따르면 광신호가 낮은 굴절율을 가진 부분에서도 외부 반사가 아닌 전반사 현상을 통해 광신호가 진행될 수 있다는 것을 보여준다. According to "Guiding and confining light in void nanostructure" (OPTICAL LETTER, 1, JUNE, 2004), the optical signal can be processed through total reflection, not external reflection, even in the low refractive index.
맥스웰(Maxwell)방정식은 전속 밀도(D, Electric Field Density)의 수직 성분이 연속성을 만족하기 위해서는, 전기장(E-field)은 낮은 굴절률을 가지는 부분에서 증가된 진폭을 가지고 불연속성을 가진다는 것을 보여준다. The Maxwell equation shows that in order for the vertical component of Electric Field Density (D) to satisfy continuity, the E-field has discontinuities with increased amplitude in the region with low refractive index.
전기장이 불연속하는 경우 낮은 굴절률을 가지는 나노 단위의 폭을 가지는 부분에 광신호를 가두어둘 수 있다. 논문"Guiding and confining light in void nanostructure"(OPTICAL LETTER, 1, JUNE, 2004)에서는 전반사를 이용한 저굴절 광도파로에서 진행되는 광신호가 아이젠 모드(Eigen Mode)로 저굴절 광 도파로에서 진행할 수 있음을 보여준다. When the electric field is discontinuous, the optical signal may be confined to a portion having a width in nano units having a low refractive index. In the paper "Guiding and confining light in void nanostructure" (OPTICAL LETTER, 1, JUNE, 2004), it is shown that the optical signal from the low-refraction optical waveguide using total reflection can proceed in the low-refraction optical waveguide in Eigen mode. .
도 1은 저굴절 광도파로의 구조를 나타낸 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a structure of a low refractive optical waveguide.
도 1을 참조하면, 저굴절 광도파로는 높은 굴절률을 가지는 슬라브(100, Slab)와 슬라브(110, Slab) 사이에 위치한 낮은 굴절률의 슬롯(120, Slot)을 포함하여 구현될 수 있다. 저굴절 광도파로는 슬롯 웨이브 가이드라는 용어와 동일한 의미로 사용될 수 있다. Referring to FIG. 1, a low refractive optical waveguide may include a low
슬라브 구조의 슬롯 웨이브 가이드의 기본적인 TM(Tranverse Magnetic) 아이젠 모드의 TE 필드(Tranverse Electric Field) 는 아래의 수학식 1과 같다. Transverse Electric Field (TE) in Basic Transverse Magnetic (TM) Eisen Mode of Slab Structure Slot Wave Guide Is the same as
여기서, 는 굴절률이 상대적으로 높은 슬라브에 있는 트랜버스 파장 수(Tranverse Wave Number)이고, 는 클래딩에서의 필드 감쇠 계수(Field Decay Coefficient), 는 슬롯에서의 필드 감쇠 계수(Field Decay Coefficient)이고, 수학식 1의 상수 는 아래의 수학식 2와 같이 정의된다. here, Is the Transverse Wave Number in the slab with a relatively high refractive index, Is the field decay coefficient in the cladding, Is a field decay coefficient in the slot, and is a constant of
여기서, 는 임의의 상수이고, 는 진공 파장 수(Vacuum Wave Number)이다. here, Is any constant, Is the vacuum wave number.
트랜버스(Tranverse) 파라미터 ,, 및 는 아래 수학식 3의 관계를 동시에 만족해야 한다. Transverse parameter , , And Must satisfy the relationship of Equation 3 below.
여기서, 는 아이젠 모드 진행 상수(Eigen Mode Propagation Constant)이고 는 아래의 수학식 4를 계산함으로서 유도할 수 있다.here, Is the Eigen Mode Propagation Constant Can be derived by calculating Equation 4 below.
여기서, 를 만족해야 한다. here, Must be satisfied.
수학식 1에서 알 수 있듯이, 슬롯 부분의 바로 안쪽 부분의 전기장(E-field)의 크기는 슬라브의 바로 안쪽 부분의 전기장보다 배 큰 값을 가진다. 는 슬라브와 슬롯이 로 이루어진 경우, 6의 값을 가지고 인 경우에는 12의 값을 가진다. As can be seen from
슬롯의 넓이가 슬롯 내부의 특성 감쇠 길이보다 훨씬 작은 경우(), 슬롯에서의 전기장은 큰 값을 가질 수 있다.If the width of the slot is much smaller than the characteristic attenuation length inside the slot ( ), The electric field in the slot can have a large value.
도 2는 로 가정한 경우, 슬롯에서 불연속성을 가지면서 증가된 크기를 가지는 전기장의 분포를 보여주는 그래프이다. 2 is If we assume that is a graph showing the distribution of the electric field having an increased magnitude with discontinuities in the slot.
그래프에서의 전기장의 분포는 슬롯 웨이브 가이드의 파라미터를 , , , 로 가정한 경우, 파장 에서 의 분포를 계산한 것이다. The distribution of the electric field in the graph depends on the parameters of the slot wave guide. , , , Wavelength, in The distribution of is calculated.
도 2를 참조하면 슬롯 부분에 형성된 전기장의 크기는 슬롯 부분에서 불연속성을 가지고 큰 값으로 상승한 값을 가지는 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the magnitude of the electric field formed in the slot portion has a value that rises to a large value with discontinuity in the slot portion.
도 3은 슬롯 웨이브 가이드를 일정한 높이를 가진 입체 형태로 나타낸 개념도이다. 3 is a conceptual diagram illustrating a slot wave guide in a three-dimensional form having a constant height.
Quasi-TE 아이젠 모드는 x 방향에 따른 전기장 성분을 나타내고 입체 형태의 슬롯 웨이브 가이드에서 Quasi-TE 아이젠 모드는 슬라브 구조에 기초한 슬롯 웨이브 가이드의 TM 아이젠 모드와 유사하다. Quasi-TE Eisen mode represents the electric field component along the x direction and in three-dimensional slot wave guides, Quasi-TE Eisen mode is similar to TM Eisen mode of slot wave guides based on slab structure.
Quasi-TE 아이젠 모드는 Nonuniform Grid Mesh Full-vectorical Finite-Difference Mode Solver로 물질의 분산되는 정도를 고려해서 계산할 수 있다.
Quasi-TE Eisen mode is a nonuniform grid mesh full-vectorical finite-difference mode solver that can be calculated to account for the degree of dispersion of the material.
도 4는 , , 인 경우, Quasi- TE 모드의 TE field 분포를 나타낸 그래프이다.4 is , , In this case, the graph shows the TE field distribution in the Quasi-TE mode.
도 4를 참조하면, 전기력선과 전기장의 크기가 등고선으로 나타난 것을 볼 수 있다. 그래프 중간에 밝은 부분은 슬롯에 형성된 강한 전기장의 크기를 보여준다. 슬롯에서의 전기력선의 방향은 전기장이 높은 굴절률을 가진 부분에 수직이고, 이러한 전기력선의 방향 때문에 전기장은 강한 불연속성을 가지게 된다.
Referring to Figure 4, it can be seen that the magnitude of the electric force line and the electric field is represented by the contour line. The bright part in the middle of the graph shows the magnitude of the strong electric field formed in the slot. The direction of the electric field lines in the slots is perpendicular to the portion where the electric field has a high refractive index, and because of the direction of the electric field lines the electric field has a strong discontinuity.
도 5는 전기장의 크기 특성을 입체 형태로 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the size characteristics of the electric field in a three-dimensional form.
도 5를 참조하면, 0일 때, x 방향에 따른 전기장의 진폭 특성은 도 2의 그래프와 대응됨을 볼 수 있다. 슬롯 부분의 전기장의 수직 성분은 굴절률이 높은 부분에 의해 영향을 받는다. 이론적으로는 슬롯 웨이브 가이드 구조는 아이젠 모드를 가지기 때문에 광신호의 손실이 없다. 슬롯에서 전기장 증가의 결과로서, 슬롯에서의 광 강도(Optical Intensity)는 굴절률이 높은 부분인 슬라브 부분보다 훨씬 강해진다.
5, When 0, it can be seen that the amplitude characteristic of the electric field along the x direction corresponds to the graph of FIG. The vertical component of the electric field of the slot portion is affected by the portion of high refractive index. Theoretically, since the slot waveguide structure has an eigen mode, there is no loss of the optical signal. As a result of the electric field increase in the slot, the optical intensity in the slot becomes much stronger than the slab portion, which is the portion with the highest refractive index.
도 6은 광 파워(Optical Power)와 평균 광 강도(Average Optical Intensity)를 나타내는 그래프이다. 6 is a graph illustrating optical power and average optical intensity.
슬롯 내부의 광 파워 와 평균 광 강도 는 과 의 함수로 표현된다. Optical power inside the slot And average light intensity Is and It is expressed as a function of.
도 6을 참조하면, 각 수치간의 비교를 위해 및 를 전체 웨이브가이드 광 파워와 관련하여 정규화(Normalize)할 수 있다. Referring to Figure 6, for comparison between each number And Can be normalized with respect to the total waveguide optical power.
인 경우, 은 거의 30% 정도 남아있다. 인 경우, 은 이고 이것은 보다 6배 정도 큰 값을 가진다. 그래프에서 볼 수 있듯이, 값은 슬롯 웨이브 가이드 성능에 영향을 끼치지 못한다. Quot; Nearly 30% remain. Quot; silver And this is It is 6 times larger than that. As you can see in the graph, The value does not affect slot waveguide performance.
즉, 슬롯 웨이브 가이드에서 광신호의 진행은 기존의 웨이브 가이드 구조에서 얻을 수 있는 광 강도보다 높은 광 강도를 가질 수 있다.That is, the progress of the optical signal in the slot wave guide may have a light intensity higher than that obtained in the conventional wave guide structure.
기존의 SOI 웨이브 가이드 구조의 경우 최적의 면적인 에서 보다 작은 값을 가진다. 의 구조를 가진 경우, 이 값은 최적의 면적인 에서 보다 작은 값으로 감소하고 이것은 슬롯 웨이브 가이드보다 20배 정도 작은 값이다. Optimal area for conventional SOI waveguide structure in Has a smaller value. If you have a structure of, this value is the optimal area in Decrease to a smaller value, which is about 20 times smaller than the slot wave guide.
반공진 반사 웨이브 가이드(Antiresonant Reflecting Waveguide), 광 결정(Photonic Crystal) 웨이브 가이드와 같은 외부 반사(External Reflection)에 기초한 손실-모드(Leaky-Mode)의 웨이브 가이드는 굴절률이 작은 부분인 코어의 사이즈가 굴절률이 작은 부분에서의 진행하는 광신호의 파장 길이의 반파장보다 큰 것으로 제한된다. 그러므로, 기존의 외부반사를 이용한 웨이브 가이드에서는 정규화된 광 강도가 파장 에서 를 넘기가 어렵다. External reflection-based waveguides, such as antiresonant reflecting waveguides and photonic crystal waveguides, have a small index of refraction. The refractive index is limited to larger than the half wavelength of the wavelength length of the traveling optical signal in the small portion. Therefore, in conventional waveguides using external reflection, the normalized light intensity in It is difficult to turn over.
도 7은 과 의 파장 종속성을 나타낸 그래프이다. 7 is and Is a graph showing the wavelength dependence of.
도 7을 참조하면, 슬롯에서 광신호를 진행시키고 가두어 두는 방법에 있어서 간섭 효과가 없기 때문에 그래프는 매우 낮은 파장 종속성을 보인다. 400nm의 파장 변화에서 과 는 10% 내의 작은 변화를 가진다. Referring to FIG. 7, the graph shows a very low wavelength dependency since there is no interference effect in the method of advancing and confining the optical signal in the slot. At a wavelength change of 400 nm and Has a small change within 10%.
즉, 슬롯 웨이브 가이드를 이용하여 굴절률이 상대적으로 낮은 부분에서 광신호를 전달시키는 경우, 기존에 광신호를 전달하기 위해 사용되던 웨이브 가이드에서 얻을 수 없는 높은 전기장 및 광 강도를 얻을 수 있다. 이러한 슬롯 웨이브 가이드의 특성은 필드와 물질 사이에 효과적인 상호 작용을 만들어 낼 수 있다. 또한 나노 미터 사이즈의 굴절률이 낮은 부분에서 전기장(E-field)은 큰 값으로 생성되고 이러한 증가된 전기장 성분은 저굴절 웨이브 가이드를 사용하는 광센서 장치의 감도를 향상 시킬 수 있다. That is, when the optical signal is transmitted in a portion where the refractive index is relatively low by using the slot wave guide, it is possible to obtain a high electric field and light intensity that cannot be obtained in the wave guide used to transmit the optical signal. The properties of these slot waveguides can create effective interactions between fields and materials. In addition, in the low refractive index of nanometer size, the electric field (E-field) is generated with a large value, and this increased electric field component can improve the sensitivity of the optical sensor device using the low refractive wave guide.
센서를 제조함에 있어서 요구되는 사항은 안정성과 신뢰도이다. 즉, 센서를 개발함에 있어 감도의 심한 변화, 잡음 간섭에도 불구하고 센서의 측정 대상 물질의 검사 결과는 안정성과 신뢰도를 가져야 한다.The requirements for manufacturing sensors are stability and reliability. That is, in the development of the sensor, despite the severe change in sensitivity and noise interference, the test result of the material to be measured should have stability and reliability.
또한, 홈 네트워크를 이용한 홈 헬스 케어 시스템과 같이 간편하게 가정에서 사용하고자 하는 센서를 개발하기 위해서는 센서의 소형화 및 휴대화가 센서 개발시 또한 요구되는 사항이다.In addition, miniaturization and portability of the sensor is also required in developing the sensor in order to easily develop a sensor to be used at home, such as a home healthcare system using a home network.
센서의 Q-factor를 높이기 위해 구형(Microsphere), 토로이드(Toroid), 디스크(Disk) 타입의 입체형 링 공진기를 활용한 센서들이 연구되고 제품으로 양산되고 있으나 구형(Microsphere), 토로이드(Toroid), 디스크(Disk) 타입의 공진기는 입체 형태를 가지기 때문에 센서의 제작 공정상 어려움이 많고 이러한 링 공진기를 활용한 센서는 구조상 크기가 매우 커질 수 밖에 없다. 또한 광원 및 광 탐지기와 같은 외부 모듈과의 집적화가 사실상 불가능하여 집적화된 소자가 아닌 프리즘을 이용한 벌크(Bulk) 타입의 바이오 센서 시스템으로 구현될 수밖에 없어 센서의 활용도가 떨어진다. In order to increase the Q-factor of the sensor, sensors using spherical ring resonators of the microsphere, toroid, and disk types have been researched and are being mass-produced. However, the microsphere and toroid Since the disk type resonator has a three-dimensional shape, there are many difficulties in the manufacturing process of the sensor, and the sensor utilizing the ring resonator has a large structure. In addition, since the integration with external modules such as a light source and a light detector is virtually impossible, it cannot be implemented as a bulk-type biosensor system using a prism instead of an integrated device.
또한 광신호를 이용하는 센서는 기존의 웨이브 가이드를 사용하는 경우 웨이브 가이드의 구조만을 변화시켜 센서의 감도를 향상 시키는 데는 한계가 있을 뿐만 아니라, 기존의 웨이브 가이드를 사용한 다각형 링 공진기는 공진기의 Modal Volume이 크기 때문에 광가둠 효과가 낮고 센서의 Q-factor에 한계가 있다. In addition, the sensor using the optical signal has a limitation in improving the sensitivity of the sensor by changing only the structure of the wave guide when using the existing wave guide. In addition, the polygonal ring resonator using the conventional wave guide has a modal volume of Because of its size, the light confinement effect is low and the Q-factor of the sensor is limited.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 센서의 감도를 높혀 센서의 안정성과 신뢰도를 향상시키기 위한 슬롯 웨이브 가이드를 가지는 링 공진기를 제공하는 것이다. Accordingly, a first object of the present invention is to provide a ring resonator having a slot wave guide for increasing the sensitivity of the sensor to improve the stability and reliability of the sensor.
또한, 본 발명의 제2 목적은 이러한 링 공진기를 이용한 슬롯 웨이브 가이드를 가지는 링 공진기 센서를 포함한 센서 장치를 제공하는 것이다. A second object of the present invention is to provide a sensor device including a ring resonator sensor having a slot wave guide using such a ring resonator.
또한, 본 발명의 제3 목적은 이러한 링 공진기를 이용한 슬롯 웨이브 가이드를 가지는 링 공진기 센서를 포함한 마이크로 공진기 센서를 제공하는 것이다. In addition, a third object of the present invention is to provide a micro resonator sensor including a ring resonator sensor having a slot wave guide using such a ring resonator.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기는 광원에서 발생된 광신호를 상기 링 공진기에 결합시키는 광결합 도파로, 상기 광결합 도파로에서 결합된 광신호를 상기 링 공진기에서 진행시키는 주회 도파로 및 상기 광결합 도파로에서 결합된 상기 광신호를 상기 주회 도파로에서 진행하도록 상기 광신호의 진행 경로를 변경하는 광경로 변경수단을 포함하되 상기 광결합 도파로 및 상기 주회 도파로 중 적어도 하나는 슬롯 웨이브 가이드일 수 있다. 상기 슬롯 웨이브 가이드를 포함하는 링 공진기는 상기 주회 도파로 및 상기 광경로 변경수단 중 적어도 하나에 측정 대상 물질을 탐지할 수 있는 센서부가 구비될 수 있다. 상기 링 공진기는 상기 광결합 도파로를 밑변으로 하고 상기 주회 도파로를 양변으로 하는 삼각형 형상일 수 있다. 상기 링 공진기는 상기 광결합 도파로를 밑변으로 하고 상기 주회 도파로를 나머지 세 변으로 하는 사각형 형상일 수 있다. Ring resonator using a slot wave guide according to an aspect of the present invention for achieving the first object of the present invention described above is an optical coupling waveguide for coupling an optical signal generated from a light source to the ring resonator, the coupling in the optical coupling waveguide And a optical path changing means for changing a propagation path of the optical signal to propagate the optical signal in the ring resonator and the optical signal coupled in the optical coupling waveguide in the main waveguide. And at least one of the winding waveguides may be a slot wave guide. The ring resonator including the slot wave guide may include a sensor unit capable of detecting a material to be measured in at least one of the main waveguide and the optical path changing means. The ring resonator may have a triangular shape having the optical coupling waveguide as the bottom side and the peripheral waveguide as both sides. The ring resonator may have a rectangular shape having the optical coupling waveguide as the bottom side and the main waveguide as the remaining three sides.
또한 상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서는 광원에서 광신호를 전달받아 링 공진기에 전달하는 주 도파로, 상기 주 도파로에서 전달 받은 광신호를 전달받아 상기 광신호의 특정 파장에서 공진하는 링 공진기를 포함하되 상기 주 도파로 및 상기 링 공진기 중 적어도 하나는 슬롯 웨이브 가이드일 수 있다. 상기 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서는 상기 링 공진기에 측정 대상 물질을 전달하는 유로부를 더 포함할 수 있다. 상기 유로부는 상기 측정 대상 물질의 이동성을 제어하기 위한 제어부, 상기 측정 대상 물질의 이동 시작점인 측정 대상 물질 저장부, 상기 측정 대상 물질의 이동 도착점인 측정 대상 물질 도착부를 더 포함할 수 있다. 상기 링 공진기는 상기 광원에서 발생된 광신호를 상기 링 공진기에 결합시키는 광결합 도파로, 상기 광결합 도파로에서 결합된 광신호를 상기 링 공진기에서 진행시키는 주회 도파로, 상기 광결합 도파로에서 결합된 상기 광신호를 상기 주회 도파로에서 진행하도록 상기 광신호의 진행 경로를 변경하는 광경로 변경수단를 포함할 수 있다. 상기 링 공진기는 상기 주회 도파로 및 상기 광경로 변경수단 중 적어도 하나에 측정 대상 물질을 탐지할 수 있는 센서부가 구비될 수 있다. 상기 광경로 변경수단에 구비된 상기 센서부는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 측정 대상 물질을 탐지할 수 있다. 상기 광경로 변경수단에 구비된 센서부는 다중 금속막 구조를 이용하여 측정 대상 물질을 탐지할 수 있다. 상기 링 공진기는 상기 광결합 도파로를 밑변으로 하고 상기 주회 도파로를 양변으로 하는 삼각형 형상일 수 있다. 상기 링 공진기는, In addition, the ring resonator sensor using a slot wave guide according to an aspect of the present invention for achieving the second object of the present invention is a main waveguide for receiving an optical signal from a light source and transmitting to the ring resonator, received from the main waveguide And a ring resonator receiving the optical signal and resonating at a specific wavelength of the optical signal, wherein at least one of the main waveguide and the ring resonator may be a slot wave guide. The ring resonator sensor using the slot wave guide may further include a flow path unit configured to transfer a material to be measured to the ring resonator. The flow path unit may further include a control unit for controlling the mobility of the measurement target material, a measurement target material storage unit which is a moving start point of the measurement target material, and a measurement target material arrival unit which is a movement arrival point of the measurement target material. The ring resonator is an optical coupling waveguide for coupling the optical signal generated from the light source to the ring resonator, a circulating waveguide for propagating the optical signal coupled in the optical coupling waveguide in the ring resonator, and the optical coupling in the optical coupling waveguide. And optical path changing means for changing a traveling path of the optical signal so that the signal travels in the main waveguide. The ring resonator may include a sensor unit capable of detecting a material to be measured in at least one of the main waveguide and the optical path changing means. The sensor unit provided in the optical path changing means may detect a material to be measured by using a surface plasmon resonance phenomenon. The sensor unit provided in the light path changing means may detect a measurement target material using a multi-metal film structure. The ring resonator may have a triangular shape having the optical coupling waveguide as the bottom side and the peripheral waveguide as both sides. The ring resonator,
상기 광결합 도파로를 밑변으로 하고 상기 주회 도파로를 나머지 세 변으로 하는 사각형 형상일 수 있다. 상기 주 도파로는 마흐-젠더 간섭계에 포함된 암 중 적어도 하나의 암이 다른 형태를 가진 비대칭 마흐-젠더 간섭계일 수 있다. 상기 비대칭 마흐-젠더 간섭계는 상기 마흐-젠더 간섭계의 제1 암에서 출력되는 광신호와 상기 마흐-젠더 간섭계의 제2 암에서 출사되는 광신호의 크기가 동일하고 위상은 180도가 차이가 날 수 있다. The optical coupling waveguide may have a base shape and the main waveguide may have a quadrangle shape having three remaining sides. The main waveguide may be an asymmetric Mach-gender interferometer in which at least one of the arms included in the Mach-gender interferometer has a different shape. The asymmetric Mach-Gender interferometer may have the same magnitude of the optical signal output from the first arm of the Mah-Gender interferometer and an optical signal emitted from the second arm of the Mah-Gender interferometer and may have a 180 degree difference in phase. .
또한 상술한 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서는 광신호를 발생시켜 상기 링 공진기 센서에 전달하는 광원부, 상기 광원부에서 광신호를 전달받아 슬롯 웨이브 가이드를 포함하는 링 공진기를 구비한 링 공진기 센서, 상기 링 공진기 센서에서 출사된 광신호를 탐지하는 광 검출기를 포함할 수 있다. 상기 광원부는 광신호를 발생시키는 광원, 상기 광원에서 발생한 상기 광신호를 커플링하는 광 결합기, 상기 광원에서 발생된 상기 광신호 중 일정한 파장의 광신호를 필터링하는 파장 필터 및 상기 파장 필터를 통해 필터링된 상기 광신호를 TM(Tranverse Magnetic) 모드 및 TE(Tranverse Electric) 모드 중 적어도 하나의 모드로 편광 시키는 회전 편광기를 포함할 수 있다. 상기 링 공진기 센서는 광원에서 광신호를 전달받아 링 공진기에 전달하는 주 도파로, 상기 주 도파로에서 전달 받은 광신호를 전달받아 상기 광신호의 특정 파장에서 공진하는 링 공진기를 포함하되 상기 주 도파로 및 상기 링 공진기 중 적어도 하나는 슬롯 웨이브 가이드일 수 있다. 상기 주 도파로는 마흐-젠더 간섭계에 포함된 암 중 적어도 하나의 암이 다른 형태를 가진 비대칭 마흐-젠더 간섭계일 수 있다. 상기 링 공진기 센서는 상기 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서에 적어도 하나 포함될 수 있다. 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서는 상기 광신호에 존재하는 노이즈를 감쇠시키는 미세 신호 검출 장치를 더 포함할 수 있다. 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서는 집적화 회로로 구현될 수 있다. In addition, a micro-resonator sensor having a ring resonator sensor using a slot wave guide according to an aspect of the present invention for achieving the third object of the present invention is a light source unit for generating an optical signal and transmitting to the ring resonator sensor, the The light resonator may include a ring resonator sensor including a ring resonator including a slot wave guide and an optical detector for detecting an optical signal emitted from the ring resonator sensor. The light source unit filters through a light source for generating an optical signal, an optical coupler for coupling the optical signal generated from the light source, a wavelength filter for filtering an optical signal having a predetermined wavelength among the optical signals generated in the light source, and the wavelength filter. The optical signal may include a rotating polarizer for polarizing the optical signal in at least one of a TM (Tranverse Magnetic) mode and a TE (Tranverse Electric) mode. The ring resonator sensor includes a main waveguide receiving an optical signal from a light source and transmitting the optical signal to a ring resonator, and including a ring resonator receiving the optical signal received from the main waveguide and resonating at a specific wavelength of the optical signal, wherein the main waveguide and the At least one of the ring resonators may be a slot wave guide. The main waveguide may be an asymmetric Mach-gender interferometer in which at least one of the arms included in the Mach-gender interferometer has a different shape. The ring resonator sensor may be included in at least one micro resonator sensor having a ring resonator sensor using the slot wave guide. The micro resonator sensor having a ring resonator sensor using a slot wave guide may further include a fine signal detection device for attenuating noise present in the optical signal. The micro resonator sensor having a ring resonator sensor using a slot wave guide may be implemented as an integrated circuit.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기, 이를 구비한 링 공진기 센서 및 이러한 링 공진기 센서를 포함한 센서 장치에 따르면, 굴절률이 낮은 부분에서 광신호가 진행하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용하여 센서의 감도(Sensitivity)를 높힐 수 있을 뿐만 아니라, Modal Volume을 줄여 광가둠 효과를 높혀 센서의 안정성과 신뢰도를 높힐 수 있다. As described above, according to a ring resonator using a slot wave guide according to an embodiment of the present invention, a ring resonator sensor having the same, and a sensor device including the ring resonator sensor, a slot wave guide through which an optical signal travels at a low refractive index may be used. In addition to increasing the sensitivity of the sensor (Sensitivity), by increasing the light confinement effect by reducing the modal volume can increase the stability and reliability of the sensor.
도 1은 저굴절 광도파로의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 슬롯에서 불연속성을 가지면서 증가된 크기를 가지는 전기장의 분포를 보여주는 그래프이다.
도 3은 슬롯 웨이브 가이드를 일정한 높이를 가진 입체 형태로 나타낸 개념도이다.
도 4는 Quasi- TE 모드의 TE field 분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 전기장의 크기 특성을 입체 형태로 나타낸 그래프이다.
도 6은 광 파워(Optical Power)와 평균 광 강도(Average Optical Intensity)를 나타내는 그래프이다.
도 7은 과 의 파장 종속성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드의 구조를 입체적으로 나타낸 개념도이다.
도 10은 슬롯 웨이브 가이드에 전기장이 형성되는 원리를 나타낸 개념도이다.
도 11은 저굴절 도파로에 광신호를 진행시킨 경우 생성된 전기장의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 12는 광신호를 TE 모드 및 TM 모드로 진행시킨 경우, 센서의 감도를 비교하기 위한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드를 사용한 구조를 이용해 측정 대상 물질을 탐지하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드를 통해 진행하는 광신호의 경로를 변경하는 전반사 미러와 슬롯 웨이브 가이드를 나타낸 개념도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 MOI(Model Overlap Integral)의 관점에서 벤딩 효율(BE)를 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 구스-한센(Goos-Hnchen) 특성을 고려한 전반사 미러를 나타내기 위한 개념도이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 링 공진기 센서에 포함되는 링 공진기를 나타낸 개념도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 광신호를 광결합 도파로에 결합시키는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 금속막 구조를 나타내기 위한 개념도
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 금속막 구조에 따른 공진 공선을 나타낸 그래프이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 링 공진기 센서에 포함되는 링 공진기를 나타낸 개념도이다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 마흐-젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer)를 사용한 링 공진기 센서를 나타낸 개념도이다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 유로부를 포함한 링 공진기 센서를 나타낸 개념도이다.
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 자기 참조 도파로를 사용한 링 공진기 센서를 나타낸 개념도이다.
도 26은 본 발명의 일실시예에 따른 링 공진기 센서를 직접화하여 구현한 센서를 나타낸 개념도이다.
도 27은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 링 공진기 센서를 구비한 센서를 나타낸 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a structure of a low refractive optical waveguide.
2 is a graph showing the distribution of electric fields with increased magnitude with discontinuities in the slots.
3 is a conceptual diagram illustrating a slot wave guide in a three-dimensional form having a constant height.
4 is a graph showing the TE field distribution in Quasi-TE mode.
5 is a graph showing the size characteristics of the electric field in a three-dimensional form.
6 is a graph illustrating optical power and average optical intensity.
7 is and Is a graph showing the wavelength dependence of.
8 is a conceptual diagram illustrating a structure of a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
9 is a conceptual diagram showing in three dimensions the structure of a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
10 is a conceptual diagram illustrating a principle in which an electric field is formed in a slot wave guide.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an electric field generated when an optical signal is advanced through a low refractive waveguide.
12 is a graph for comparing the sensitivity of the sensor when the optical signal is advanced in the TE mode and TM mode.
13 is a conceptual diagram illustrating a method of detecting a material to be measured by using a structure using a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
14 and 15 are conceptual views illustrating a total reflection mirror and a slot wave guide for changing a path of an optical signal traveling through a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing the bending efficiency (BE) in terms of MOI (Model Overlap Integral) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a conceptual view illustrating a total reflection mirror considering Goos-Hnchen characteristics according to an embodiment of the present invention.
18 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator included in a ring resonator sensor according to an embodiment of the present invention.
19 is a conceptual diagram illustrating a method of coupling an optical signal to an optical coupling waveguide according to an embodiment of the present invention.
20 is a conceptual diagram illustrating a metal film structure according to an embodiment of the present invention.
21 is a graph illustrating resonance collinearity according to a metal film structure according to an embodiment of the present invention.
22 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator included in a ring resonator sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator sensor using a Mach-Zehnder Interferometer according to an embodiment of the present invention.
24 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator sensor including a flow path part according to an exemplary embodiment of the present invention.
25 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator sensor using a self referencing waveguide according to an embodiment of the present invention.
26 is a conceptual diagram illustrating a sensor implemented by directly implementing a ring resonator sensor according to an embodiment of the present invention.
27 is a conceptual diagram illustrating a sensor including a plurality of ring resonator sensors according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.
이하 본 발명의 실시예에서는 링 공진기는 광결합 도파로, 주회 도파로 및 전반사 미러를 포함하는 구조를 가리키는 용어로 사용될 수 있고, 링 공진기 센서는 링 공진기에 링 공진기에 광신호를 결합시키는 주도파로(예를 들어,마흐-젠더 구조)가 결합한 구조를 가리키는 용어로 사용될 수 있다. 또한 마이크로 공진기 센서 또는 센서는 링 공진기 센서에 광원, 광 탐지기, 편광기와 같은 외부 모듈을 포함한 구조를 가리키는 용어로 사용될 수 있다. 센서는 생화학적 물질을 탐지하기 위해 사용될 수 있으나, 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 생화학적 물질을 탐지하는 목적 외에 다른 목적으로 사용하는 것도 가능하다.
In the following embodiments of the present invention, the ring resonator may be used as a term referring to a structure including an optical coupling waveguide, a circumferential waveguide, and a total reflection mirror, and the ring resonator sensor may include a main waveguide (for example, a coupling optical signal to the ring resonator). For example, Mach-gender structure) can be used as a term referring to a structure combined. In addition, the micro resonator sensor or sensor may be used as a term referring to a structure including an external module such as a light source, a light detector, and a polarizer in the ring resonator sensor. Sensors may be used to detect biochemicals, but may be used for purposes other than detecting biochemicals as long as they do not depart from the nature of the present invention.
또한, 이하 본 발명의 실시예에서 사용하는 슬롯 웨이브 가이드(Slot Wave Guide)라는 용어는 굴절률이 낮은 부분을 광신호가 진행하는 부분으로 활용하는 저굴절 광도파로를 가리키는 용어와 동일한 의미로 사용될 수 있다. 또한 주도파로는 광원으로부터 링 공진기에 광신호를 전달하는 역할을 하는 것으로서 마흐-젠더 간섭계 또한 주도파로에 포함되는 것이다.
In addition, the term slot wave guide used in an embodiment of the present invention may be used in the same sense as the term indicating a low refractive optical waveguide that utilizes a portion having a low refractive index as a portion through which an optical signal travels. In addition, the main waveguide serves to transfer an optical signal from the light source to the ring resonator, and the Mach-gender interferometer is also included in the main waveguide.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드의 구조를 나타내는 개념도이다. 8 is a conceptual diagram illustrating a structure of a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 슬롯 웨이브 가이드는 낮은 굴절률을 가지는 물질 위에 높은 굴절률을 가지는 슬라브(800, 810)를 적어도 2개를 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 높은 굴절률을 가지는 웨이브 가이드 사이에는 나노(Nano) 사이즈의 공간인 슬롯(820, Slot)을 두어 광신호가 슬롯을 통해 진행할 수 있도록 할 수 있다. Referring to FIG. 8, the slot wave guide may be formed in a structure including at least two
슬롯 웨이브 가이드를 이용하여 굴절률이 상대적으로 낮은 부분에서 광신호를 전달시키는 경우, 기존의 굴절률이 높은 부분에서 광신호를 진행시키는 웨이브 가이드에서 얻을 수 없는 전기장의 세기 및 광 강도를 얻을 수 있다. When the optical signal is transmitted in a portion having a relatively low refractive index by using the slot wave guide, an electric field intensity and a light intensity that cannot be obtained in a wave guide for advancing the optical signal in a portion where a high refractive index is high can be obtained.
광신호가 웨이브 가이드에서 진행되기 위해서는 모드(Mode)가 형성되어 있어야 하고, 이러한 모드의 부피를 모드 볼륨(Modal Volume)이라고 한다. 슬롯 웨이브 가이드를 사용하는 경우, 슬롯 구조를 통해 광신호가 진행하기 때문에 모드 볼륨(Modal Volume)이 작게 형성된다. 모드 볼륨(Modal Volume)이 작게 형성되는 경우, 광신호는 기본 모드(Fundermental Mode)만이 형성되게 되고 이러한 기본 모드에서 광신호가 웨이브 가이드를 통해 진행하는 경우 광신호의 손실(Loss)이 없게 된다. In order for an optical signal to progress in the wave guide, a mode must be formed, and the volume of such a mode is called a modal volume. In the case of using the slot wave guide, the modal volume is made small because the optical signal propagates through the slot structure. When the modal volume is made small, the optical signal has only a fundamental mode, and there is no loss of the optical signal when the optical signal travels through the wave guide in this basic mode.
링 공진기 구조에서 광신호의 손실이 없는 경우, 센서의 Q-factor가 높아진다. 즉, 슬롯 웨이브 가이드 구조를 사용하는 경우, 광신호의 손실이 줄어들고, 이에 따라 센서의 Q-factor가 향상 될 수 있다.
If there is no loss of the optical signal in the ring resonator structure, the Q-factor of the sensor is high. That is, in the case of using the slot wave guide structure, the loss of the optical signal is reduced, thereby improving the Q-factor of the sensor.
도 9는 본 발명의 일시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드의 구조를 입체적으로 나타낸 개념도이다. 9 is a conceptual diagram showing in three dimensions the structure of a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
도 9의 상단을 참조하면, 슬롯 웨이브 가이드는 구조를 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 상대적으로 굴절률이 낮은 구조로 광신호가 진행하는 저굴절 광 도파로 구조인 경우, 다른 구조 및 다른 물질을 사용한 구조 역시 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드에 포함될 수 있다. Referring to the top of Figure 9, the slot wave guide is It may have a structure. However, the present invention is not limited thereto, and in the case of a low refractive optical waveguide structure in which an optical signal travels with a relatively low refractive index structure, another structure and a structure using another material may also be included in the slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
낮은 굴절률을 가진 도파로에 형성된 광신호는 전반사에 의해 낮은 굴절률의 도파로를 따라 진행할 수 있다. TE(Tranverse Electric)모드의 광 신호를 입사 시키는 경우, 전기장(E-field)의 불연속성이 발생하게 되어 낮은 굴절률의 물질로 광신호가 진행한다. 상대적으로 굴절률이 낮은 슬롯에 형성된 강한 전기장(E-field)은 측정 대상 물질을 센서부에 높은 접착력을 가지고 결합할 수 있도록 하기 때문에 기존의 굴절률이 높은 부분에서 광신호를 진행시키는 웨이브 가이드 구조 보다 센서의 안정도 및 신뢰도가 향상된다. The optical signal formed in the waveguide having the low refractive index may travel along the waveguide having the low refractive index by total reflection. When the optical signal of the TE (Tranverse Electric) mode is incident, discontinuity of the electric field (E-field) is generated, the optical signal proceeds to a material of low refractive index. A strong electric field (E-field) formed in a slot with a relatively low refractive index allows the material to be measured to be bonded to the sensor with high adhesion. The stability and reliability of the is improved.
도 9의 하단 또한 슬롯 웨이브 가이드를 나타낸 것이다. 도 9의 상단의 슬롯 웨이브 가이드 구조와 달리 광신호는 고굴절 도파로 사이에 평행하게 형성된 틈을 통해 진행될 수 있다. 도 9 하단의 슬롯 웨이브 가이드 구조를 사용하기 위해서는 입력광이 TM 모드로 입사되어 진행되어야 한다. 9 also shows the slot wave guide. Unlike the slot wave guide structure at the top of FIG. 9, the optical signal may travel through a gap formed in parallel between the high refractive waveguides. In order to use the slot wave guide structure at the bottom of FIG. 9, the input light has to enter the TM mode and proceed.
이하 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 도 9의 상단에 나타난 슬롯 웨이브 가이드 구조를 사용한 링공진기, 링공진기 센서 및 마이크로 공진기 센서에 대하여 개시하지만, 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 도 9의 하단에 개시된 슬롯 웨이브 가이드 구조를 사용한 링공진기, 링공진기 센서 및 마이크로 공진기 센서 역시 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
Hereinafter, an embodiment of the present invention discloses a ring resonator, a ring resonator sensor, and a micro resonator sensor using the slot wave guide structure shown in the upper part of FIG. 9 for convenience of description, but the lower part of FIG. 9 is omitted from the nature of the present invention. The ring resonator, ring resonator sensor and micro resonator sensor using the slot wave guide structure disclosed in the above are also included in the scope of the present invention.
도 10은 슬롯 웨이브 가이드에 전기장이 형성되는 원리를 나타낸 개념도이다. 10 is a conceptual diagram illustrating a principle in which an electric field is formed in a slot wave guide.
도 10의 왼쪽에 위치한 도면은, 굴절률이 높은 부분을 이용하여 광신호를 진행시키는 기존의 웨이브 가이드 구조를 나타낸 개념도이다. 10 is a conceptual diagram illustrating a conventional wave guide structure in which an optical signal is advanced by using a portion having a high refractive index.
도 10의 왼쪽 도면을 참조하면, 웨이브 가이드에 TE 모드의 광신호을 인가하면, 전기 쌍극자 모멘트(Electric Dipole Moment)가 정렬이 되고 웨이브 가이드내부의 전하는 결과적으로 상쇄되고 유전체 외부 표면에 전하들이 형성된다. Referring to the left figure of FIG. 10, when the TE mode optical signal is applied to the wave guide, the electric dipole moment is aligned and the charge in the wave guide is canceled as a result and charges are formed on the dielectric outer surface.
도 10의 오른쪽에 위치한 도면은, 굴절률이 낮은 부분을 이용하여 광신호를 진행시키는 슬롯 웨이브 가이드 구조를 나타낸 개념도이다. 10 is a conceptual diagram illustrating a slot wave guide structure for propagating an optical signal using a portion having a low refractive index.
도 10의 오른쪽 도면을 참조하면, 웨이브 가이드에 TE 모드의 광신호를 인가하면, 유전체 내부에 전하는 상쇄되고 결과적으로 표면 전하만 남게 된다. 이러한 유전체가 슬롯과 같은 좁은 간격으로 마주보는 경우, 쿨롱의 법칙에 의해 힘은 전하 사이의 거리 제곱에 반비례하기 때문에 슬롯의 폭이 작아질수록 전하 사이의 힘이 강해지고 결과적으로 강한 전기장이 생성된다. 따라서, 생체분자(Biomolecule) 같은 전하에 반응하는 측정 대성 물질들은 강하게 생성된 전기장에 끌려오게 되고 측정 대상 물질을 탐지하는 센서의 감도가 향상될 수 있다.
Referring to the right diagram of FIG. 10, when the TE mode optical signal is applied to the wave guide, charges in the dielectric are canceled, and only surface charge remains. When these dielectrics face at narrow intervals, such as slots, Coulomb's law forces the power in inverse proportion to the square of the distance between charges, so that the smaller the slot width, the stronger the force between charges and, as a result, a stronger electric field. . Thus, the measuring counterparts reacting to charges, such as biomolecules, are attracted to the strongly generated electric field and the sensitivity of the sensor to detect the material to be measured can be improved.
도 11은 저굴절 도파로에 광신호를 진행시킨 경우 생성된 전기장의 모습을 나타내는 개념도이다. FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an electric field generated when an optical signal is advanced through a low refractive waveguide.
도 11을 참조하면, 도 11의 좌측은 슬라브가 슬롯과 수직으로 형성되어 있을 때, TE 모드 및 TM 모드 광신호를 슬롯 웨이브 가이드를 통해 진행시킨 경우 발생된 전기장을 나타낸 것이고, 도 11의 우측은 슬라브가 슬롯과 일정한 각도를 가지고 형성되어 있을 때, TE 모드 및 TM 모드 광신호를 슬롯 웨이브 가이드를 통해 진행시킨 경우 발생된 전기장을 나타낸 것이다. 진행되는 광신호가 TE 모드일 경우, 슬롯에 강하게 전기장이 형성되고 진행되는 광신호가 TM 모드일 경우, 슬라브에 강한 전기장이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, the left side of FIG. 11 illustrates an electric field generated when the TE mode and TM mode optical signals are advanced through the slot wave guide when the slab is formed perpendicular to the slot, and the right side of FIG. When the slab is formed at a certain angle with the slot, it shows the electric field generated when the TE mode and TM mode optical signal is advanced through the slot wave guide. It can be seen that the electric field is strongly formed in the slot when the traveling optical signal is in the TE mode, and the strong electric field is formed in the slab when the traveling optical signal is the TM mode.
도 12는 광신호를 TE 모드 및 TM 모드로 진행시킨 경우, 센서의 감도를 비교하기 위한 그래프이다. 12 is a graph for comparing the sensitivity of the sensor when the optical signal is advanced in the TE mode and TM mode.
도 12를 참조하면, 상단의 두 개의 그래프는 TE 모드 및 TM 모드에 따른 유효 굴절률(Effective Index) 값의 변화를 비교한 것이고, 하단의 두 개의 그래프는 TE 모드 및 TM 모드에 따른 파장 감도(Wavelength Sensitivity)를 비교하여 나타낸 그래프이다. Referring to FIG. 12, the upper two graphs compare the change of effective index values according to the TE mode and the TM mode, and the lower two graphs show the wavelength sensitivity according to the TE mode and the TM mode. This is a graph comparing the sensitivity.
슬롯에 Gas를 넣고 Gas 농도에 따른 슬롯의 Effective Index의 변화량 및 그 영향을 계산한 것이다. The gas is inserted into the slot and the change in the effective index of the slot according to the gas concentration and its effect are calculated.
광신호가 TE 모드인 경우, 도 11에 도시된 바와 같이 굴절률이 상대적으로 낮은 슬롯에 광신호가 인가되어 진행되고, 광신호가 TM 모드인 경우, 슬라브에 광신호가 인가되어 진행된다.When the optical signal is in the TE mode, as shown in FIG. 11, the optical signal is applied to the slot having a relatively low refractive index, and when the optical signal is the TM mode, the optical signal is applied to the slab.
도 12의 TE 모드 및 TM 모드에 따른 유효 굴절률의 변화를 나타낸 상단의 두 개의 그래프를 참조하면, TE 모드인 경우, TM 모드에 비해서 유효 굴절률의 변화가 3배 정도 큰 것을 확인할 수 있다. 유효 굴절률의 변화가 큰 경우, 센서가 상대적으로 광신호의 변화를 정확하게 인식할 수 있기 때문에 센서의 안정성과 신뢰도가 향상된다. 그래프의 x축 값은 슬라브의 폭을 나타낸다. 슬라브 구조의 폭이 좁을수록 유효 굴절률의 변화가 큰 값을 보이는 것을 확인할 수 있다. Referring to the upper two graphs showing the change of the effective refractive index according to the TE mode and the TM mode of FIG. 12, it can be seen that the change of the effective refractive index is about three times larger than the TM mode in the TE mode. If the change in the effective refractive index is large, the sensor can recognize the change in the optical signal relatively accurately, thereby improving the stability and reliability of the sensor. The x-axis value of the graph represents the width of the slab. It can be seen that the narrower the slab structure, the larger the change in the effective refractive index.
도 12의 하단의 두 개의 그래프는 TE 모드 및 TM 모드에 따른 파장 감도(Wavelength Sensitivity)의 변화를 나타낸 것이다. TE 모드인 경우, TM 모드에 비해서 파장 감도의 최대값은 2배 가량 크고 최저값은 정규화된 경우 0.1 정도 감도 차이를 가지는 것을 볼 수 있다. 그래프의 x 축은 슬라브의 폭을 나타내고 g 값은 슬롯의 폭을 나타낸다. The two graphs at the bottom of FIG. 12 show changes in wavelength sensitivity according to the TE mode and the TM mode. In the case of the TE mode, the maximum value of the wavelength sensitivity is about 2 times larger than the TM mode, and the minimum value has a sensitivity difference of about 0.1 when normalized. The x axis of the graph represents the width of the slab and the g value represents the width of the slot.
즉, 도 12를 참조하면, 광신호가 TE 모드로서 굴절률이 낮은 부분을 통해 진행하는 슬롯 웨이브 가이드 구조(도 12의 좌측 두 개의 그래프)가 광신호가 TM 모드로서 굴절률이 높은 부분을 통해 진행하는 기존의 웨이브 가이드 구조(도 12의 우측 두 개의 그래프)보다 높은 파장 감도(Sensitivity)값 및 큰 유효 굴절률(Effective Index)의 변화를 가지는 것을 확인할 수 있고 결과적으로 저굴절 도파로를 통해 광신호가 진행하는 경우 굴절률이 높은 부분을 통해 광신호가 진행하는 경우보다 센서의 성능이 향상 될 수 있다.That is, referring to FIG. 12, the slot wave guide structure (two graphs on the left side of FIG. 12) in which the optical signal proceeds through the portion having a low refractive index as the TE mode is used. It can be seen that the wave guide structure (two graphs on the right side of FIG. 12) has a higher change in wavelength sensitivity and a larger effective index. As a result, when the optical signal propagates through the low refractive waveguide, the refractive index is decreased. The performance of the sensor can be improved compared to the case where the optical signal proceeds through the high portion.
측정 대상 물질을 탐지하는 방법에 있어서, 기존의 굴절률이 높은 웨이브 가이드를 통해 광신호가 진행되는 경우, 소산파(Evanescent Wave)에 생화학적 물질이 붙게 되는 경우 발생하는 인덱스 변화에 따른 공진 피크(Resonance Peak)의 변화를 탐지한다. 하지만, 굴절률이 낮은 부분을 통해 광신호가 진행하는 슬롯 웨이브 가이드는 슬롯에 광신호의 메인 웨이브가 생성되고 메인 웨이브의 굴절률 변화를 탐지하기 때문에 기존의 웨이브 가이드 구조보다 감도가 향상된다. 또한, 전기장이 강하게 형성될수록 광신호의 가둠 효과가 극대화되기 때문에 슬롯 웨이브 가이드는 기존의 웨이브 가이드 구조보다 측정 대상 물질의 미세한 변화를 상대적으로 쉽게 탐지할 수 있어 센서의 감도를 증가시킬 수 있다.
In the method of detecting a measurement target, a resonance peak according to an index change generated when a biochemical material adheres to an evanescent wave when an optical signal progresses through a wave guide having a high refractive index. Detect changes in). However, since the slot wave guide through which the optical signal propagates through the low refractive index generates the main wave of the optical signal in the slot and detects the change in the refractive index of the main wave, the sensitivity is improved than the conventional wave guide structure. In addition, since the stronger the electric field is formed, the confinement effect of the optical signal is maximized, so that the slot wave guide can detect the minute change of the material to be measured relatively easily than the conventional wave guide structure, thereby increasing the sensitivity of the sensor.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드를 사용한 구조를 이용해 측정 대상 물질을 탐지하는 방법을 나타낸 개념도이다. 13 is a conceptual diagram illustrating a method of detecting a material to be measured by using a structure using a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
도 13의 왼쪽 도면은 슬롯 웨이브 가이드가 아닌 기존의 웨이브 가이드를 사용한 경우, 소산파를 이용하여 측정 대상 물질을 탐지하는 구조를 나타낸 개념도이고, 도 13의 오른쪽 도면은 슬롯 웨이브 가이드를 사용하여 측정 대상 물질을 탐지하는 구조를 나타낸 개념도이다. FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a structure of detecting a material to be measured by using a dissipation wave when a conventional wave guide is used instead of a slot wave guide, and the right view of FIG. 13 is a measurement target using a slot wave guide. A conceptual diagram showing the structure of detecting a substance.
도 13의 왼쪽 도면을 참조하면, 기존의 굴절률이 높은 부분을 이용하여 광신호를 진행하는 구조는 광신호의 소산파(Evanescent Wave) 영역을 사용하여 측정 대상 물질과 소산파의 반응에 따른 변화를 탐지할 수 있다. 반면에, 도 13의 오른쪽 도면을 참조하면, 슬롯 웨이브 가이드의 경우, 슬롯 영역에 형성된 광신호의 메인(Main) 영역을 사용하여 측정 대상 물질을 탐지할 수 있다.Referring to the left figure of FIG. 13, the structure of proceeding the optical signal by using the portion of the conventional high refractive index is used to change the change according to the reaction of the measurement target material and the dissipation wave using the evanescent wave region of the optical signal. Can be detected. On the other hand, referring to the right drawing of FIG. 13, in the case of the slot wave guide, the measurement target material may be detected using the main area of the optical signal formed in the slot area.
즉, 슬롯 웨이브 가이드를 사용한 구조일 경우, 광신호의 메인 영역과 측정 대상 물질의 상호 작용을 탐지하기 때문에 소산파를 사용하여 측정 대상 물질에 대한 정보를 얻는 기존의 웨이브 가이드 구조보다 특성 변화의 폭이 상대적으로 커지고 센서의 감도가 향상 될 수 있다.
That is, in the case of the structure using the slot wave guide, since the interaction between the main region of the optical signal and the material to be measured is detected, the width of the characteristic change is greater than that of the conventional wave guide structure using the dissipation wave to obtain information on the material to be measured. This can be relatively large and the sensitivity of the sensor can be improved.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 슬롯 웨이브 가이드를 통해 진행하는 광신호의 경로를 변경하는 전반사 미러와 슬롯 웨이브 가이드를 나타낸 개념도이다. 14 and 15 are conceptual views illustrating a total reflection mirror and a slot wave guide for changing a path of an optical signal traveling through a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 삼각형 형태의 공진 캐버티(Cavity) 구조(1410) 및 전반사 미러(1420)에 평행한 평행 슬롯 웨이브 가이드(1430)를 포함한 구조를 통해 광신호의 진행 경로를 변경할 수 있다. Referring to FIG. 14, a propagation path of an optical signal may be changed through a structure including a triangular
도 15는 도 14에 도시된 삼각형 형태의 공진 캐버티 구조가 아닌 사각형 형태의 공진 캐버티(Cavity) 구조(1510) 및 전반사 미러(1520)에 평행한 평행 슬롯 웨이브 가이드(1530)를 포함한 구조를 통하여 광신호의 진행 경로를 변경하는 방법을 나타낸 것이다.FIG. 15 illustrates a structure including a rectangular
기존의 광신호의 진행 경로를 변경시키기 위해 수직 슬롯 웨이브 가이드 및 수평 슬롯 웨이브 가이드 구조를 사용했지만, 본 발명의 일실시예에 따른 광신호의 진행 경로를 변경시키기 위한 웨이브 가이드 구조는 수직 슬롯 웨이브 가이드(1440) 및 수평 슬롯 웨이브 가이드(1450)와 45도 기울어져 전반사 미러와 평행하게 마주보는 형태를 가지는 평행 슬롯 웨이브 가이드(1430)를 더 포함할 수 있다. 평행 웨이브 가이드(1430)의 폭은 수평 슬롯 웨이브 가이드와 수직 슬롯 웨이브 가이드의 폭과 동일할 수 있다. The conventional slot wave guide structure and the horizontal slot wave guide structure are used to change the path of the optical signal, but the wave guide structure for changing the path of the optical signal according to an embodiment of the present invention is a vertical slot wave guide. 1440 and the horizontal
이하의 본 발명의 실시예에서는 광신호의 진행 경로를 변경시키기 위해 수직 슬롯 웨이브 가이드(1440) 및 수평 슬롯 웨이브 가이드(1450)와 평행 웨이브 가이드(1430)가 이루는 각도는 이상적으로 45도를 가정하지만, 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 수직 슬롯 웨이브 가이드(1440) 및 수평 슬롯 웨이브 가이드(1450)가 각각 평행 웨이브 가이드(1430)가 이루는 각도는 45도에서 일정한 오차를 가진 개별적인 값일 수 있고 그에 따라 전반사 미러(1420)와 평행 웨이브 가이드(1430)가 완전한 평행을 이루지 않을 수 있다. 또한, 평행 웨이브 가이드(1430)의 폭 또한, 마찬가지로 수평 슬롯 웨이브 가이드(1450)와 수직 슬롯 웨이브 가이드(1440)의 폭과 일정한 오차 범위를 가지는 값을 가질 수 있다. In the following embodiments of the present invention, an angle formed by the vertical
또한 수평 슬롯 웨이브 가이드와 수직 슬롯 웨이브 가이드는 광경로 변경 수단과 광신호를 진행시키는 웨이브 가이드가 수직으로 만나는 구조이기 때문에 사용한 용어이고 만약, 웨이브 가이드가 광경로 변경수단과 수직으로 만나지 않은 경우에서 수직 슬롯 웨이브 가이드와 수평 슬롯 웨이브 가이드는 광경로 변경수단으로 입사광을 입사하는 웨이브 가이드 및 광경로 변경수단에서 반사된 광신호를 출사하는 웨이브 가이드를 의미하는 용어로 사용될 수 있다. In addition, the horizontal slot wave guide and the vertical slot wave guide are used because the structure of the optical path changing means and the wave guide for advancing the optical signal are perpendicular to each other. If the wave guide is not perpendicular to the optical path changing means, the term is vertical. The slot wave guide and the horizontal slot wave guide may be used as a term meaning a wave guide for injecting incident light as a light path changing unit and a wave guide for emitting an optical signal reflected from the light path changing unit.
전반사 미러(1420)는 수직 웨이브 가이드(1440)를 진행하는 광신호를 수평 웨이브 가이드(1450)로 진행하도록 할 수 있고, 전반사 미러(1420)는 z 축에서 45도 기울어진 구조로 평행 웨이브 가이드(1430)와 평행하게 마주볼 수 있다. 전반사 미러(1420)와 평행 슬롯 웨이브 가이드(1420) 사이의 거리는 dx를 조정함으로서 변경할 수 있다. The
전반사 미러(1420)는 구스-한센(Goos-Hnchen) 특성을 고려한 구조로 형성될 수 있다. The
본 발명의 일실시예에 따르면, 슬롯 웨이브 가이드는 구조이고, 굴절률이 높은 부분은 이고 굴절률이 낮은 부분은 인 경우를 가정할 수 있다. 삼각형 캐버티(1410)는 이등변 삼각형 형태로서 와 의 길이를 로 두고, 수직 웨이브 가이드(1440)의 광신호가 입력되는 부분에서부터 원점까지의 거리와 원점에서 수평 웨이브 가이드(1450)의 광신호가 출력되는 부분까지의 거리는 각각 와 라고 둘 수 있다.
According to one embodiment of the invention, the slot wave guide is Structure, the part with high refractive index And the low refractive index Can be assumed.
벤딩 효율(BE, Bending Efficiency)은 광신호가 진행 경로를 변경하면서 일어나는 손실에 대한 값으로서 벤딩 효율이 높을수록 광신호의 손실이 작다. Bending efficiency (BE) is a value for the loss that occurs when the optical signal changes the traveling path. The higher the bending efficiency, the smaller the loss of the optical signal.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 MOI(Model Overlap Integral)의 관점에서 벤딩 효율(BE)를 나타낸 그래프이다.16 is a graph showing the bending efficiency (BE) in terms of MOI (Model Overlap Integral) according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 최적의 벤딩 효율값은 삼각형 캐버티를 포함한 구조일 경우 일 때, 이고, 사각형 캐버티를 포함한 구조일 경우 일 때, 의 값을 가진다. 이러한 수치는 기존의 전반사 구조를 이용하여 광신호의 진행 경로를 변경하는 경우 벤딩 효율치 보다 증가된 값으로서 광신호가 진행 경로를 변경시 기존의 구조를 사용한 경우 보다 광신호의 손실이 적다. 최적치는 구스-한센(Goos-Hnchen) 특성을 추가적으로 고려한 값이 될 수 있다.Referring to FIG. 16, when the optimal bending efficiency value is a structure including a triangular cavity when, , If the structure contains a rectangular cavity when, Has the value This value is higher than the bending efficiency value when the path of the optical signal is changed by using the conventional total reflection structure. When the optical signal is changed by the path, the optical signal has less loss than the conventional structure. The optimal value may be a value in consideration of the Goos-Hnchen characteristic.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 구스-한센(Goos-Hnchen) 특성을 고려한 전반사 미러를 나타내기 위한 개념도이다. FIG. 17 is a conceptual view illustrating a total reflection mirror considering Goos-Hnchen characteristics according to an embodiment of the present invention.
구스-한센 특성은 인덱스가 서로 다른 물질에서 광신호가 반사될 때 물질의 표면에서 광신호가 반사되는 것이 아니라 표면 깊이(Skin Depth)만큼 들어간 후 반사하는 현상으로 실제의 반사된 광신호는 구스-한센 특성이 없이 반사되는 광신호보다 일정한 길이만큼 옆으로 이동되어 반사되는 것을 말한다. 따라서, 광경로 변경 수단을 제작시 이러한 광신호의 반사되는 특성을 고려하여 설계할 수 있다.
The Goose-Hansen characteristic is a phenomenon in which the optical signal is reflected from the surface of the material when the light signal is reflected from the materials having different indices, and then enters and reflects the surface depth (Skin Depth). This means that the light is moved laterally by a certain length than the reflected optical signal and reflected. Therefore, the optical path changing means may be designed in consideration of the reflection characteristic of the optical signal.
이하 본 발명의 실시예에서, 슬롯 웨이브 가이드와 광 경로 변경 수단은 도 14 및 도 15에 나타난 바와 같이 평행 슬롯 웨이브 가이드 구조와 광 경로 변경수단이 삼각형 또는 사각형 공진 캐버티를 포함하여 이루어질 수 있으나, 본 발명의 권리범위는 이러한 도 14 및 도 15에 도시된 구조에 한정되는 것이 아니라 평행 슬롯 웨이브 가이드 없이 수직 슬롯 웨이브 가이드, 수평 슬롯 웨이브 가이드 만으로 광경로의 진행 경로를 변경할 수 있다.
In the following embodiments of the present invention, the slot wave guide and the optical path changing means may include a parallel slot wave guide structure and the optical path changing means including a triangular or square resonant cavity, as shown in FIGS. 14 and 15. The scope of the present invention is not limited to the structure shown in FIGS. 14 and 15, but the traveling path of the optical path may be changed only by the vertical slot wave guide and the horizontal slot wave guide without the parallel slot wave guide.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 링 공진기 센서에 포함되는 링 공진기를 나타낸 개념도이다. 18 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator included in a ring resonator sensor according to an embodiment of the present invention.
도 18의 상단과 도 18의 하단은 각각 다른 형태의 슬롯 웨이브 가이드 구조를 사용한 링공진기를 나타낸다. 18 illustrates a ring resonator using a slot wave guide structure having a different shape, respectively.
설명의 편의상 도 18의 상단에 도시된 링 공진기에 한정하여 개시하지만, 도 18의 하단에 도시된 링공진기 역시 본 발명의 권리범위에 포함된다.For the sake of convenience, the ring resonator shown in the upper part of FIG. 18 is disclosed, but the ring resonator shown in the lower part of FIG. 18 is also included in the scope of the present invention.
도 18을 참조하면, 링 공진기(1800)는 광결합 도파로(1810), 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830), 제1 광경로 변경수단(1840), 제2 광경로 변경수단(1850), 제3 광경로 변경수단(1860)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 18, the ring resonator 1800 may include an
링 공진기(1800)에 포함되는 광결합 도파로(1810), 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)는 슬롯 웨이브 가이드로 이루어질 수 있다. The
이하의 본 발명의 실시예에서 주회 도파로라는 용어는 제1 주회 도파로(1820) 및 제2 주회도파로(1830) 중 적어도 하나를 포함한 개념으로 사용할 수 있으며, 광경로 변경수단은 제1 광경로 변경수단(1840), 제2 광경로 변경수단(1850), 제3 광경로 변경수단(1860) 중 적어도 하나를 포함하는 개념으로 사용할 수 있다. In the following embodiments of the present invention, the term winding waveguide may be used as a concept including at least one of the first winding
광결합 도파로(1810), 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)는 광결합 도파로(1810)를 밑변으로 하고 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)를 동일한 길이로 하는 삼각형의 형상을 가질 수 있다. The
하지만, 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)를 동일한 길이로 하는 삼각형의 형상은 하나의 실시예로서 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)는 소정의 길이 차이를 가지고 광결합 도파로(1810)와 결합되어 삼각형 형상을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)는 소정의 길이 차이를 가질 수 있다. However, a triangular shape having the same length as the first winding
광결합 도파로(1810)는 광원으로부터 광신호를 진행시키는 주도파로를 통해 입사된 광신호를 링 공진기(1800)에 결합시키기 위한 광결합 영역을 포함할 수 있다. 광결합 영역은 수직 결합 기법(Vertical Coupling)과 수평 결합 기법(Horizontal Coupling)를 이용한 방향성 결합기를 이용하는 방법 또는 다중 모드 간섭기(MMI, Multimode Interferometer)를 이용하여 광신호를 주도파로에서 광결합 도파로(1810)로 결합시키는 방법을 사용할 수 있다.
The
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 광신호를 광결합 도파로에 결합시키는 방법을 나타낸 개념도이다. 19 is a conceptual diagram illustrating a method of coupling an optical signal to an optical coupling waveguide according to an embodiment of the present invention.
도 19의 상단은 방향성 결합 방법 중 수평 결합 기법(Horizontal Coupling)을 사용하여 광신호를 광결합 도파로에 결합하는 방법을 나타내는 개념도이다. 도 19의 중단은 방향성 결합 방법 중 수직 결합 기법(Vertical Coupling)을 사용하는 광신호 결합방법을 나타낸 것이고, 도 19의 하단은 다중 모드 간섭기(MMI)를 사용하여 광신호를 광결합 도파로에 결합하는 방법을 나타내는 개념도이다. 19 is a conceptual diagram illustrating a method of coupling an optical signal to an optical coupling waveguide using a horizontal coupling technique among directional coupling methods. 19 shows an optical signal coupling method using a vertical coupling method of the directional coupling method, and the lower part of FIG. 19 uses a multi-mode interferometer (MMI) to couple an optical signal to an optical coupling waveguide. A conceptual diagram illustrating the method.
하지만, 방향성 결합 방법 및 다중 모드 간섭기를 이용한 결합 방법은 광신호를 광결합 도파로에 결합하는 방법 중 일부의 실시예에 불과하고 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 광신호를 광결합 도파로에 결합하는 방법이 전술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. However, the directional coupling method and the coupling method using the multi-mode interferometer are only some embodiments of the method of coupling the optical signal to the optical coupling waveguide, and the optical signal is coupled to the optical coupling waveguide, unless it deviates from the nature of the present invention. The method is not limited to the embodiment described above.
주회 도파로(1820, 1830)는 광 결합 도파로(1810)와 소정의 각도를 가지고 결합될 수 있다. 제1 주회 도파로(1820)와 제2 주회 도파로(1830)의 길이는 동일한 길이를 가질 수 있으므로 제1 주회 도파로(1820)와 제2 주회 도파로(1830) 각각이 광 결합 도파로(1810)와 결합하는 각도는 동일한 값을 가질 수 있다. The winding
하지만, 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)를 동일한 길이로 하는 삼각형의 형상은 본 발명의 하나의 실시예로서 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)는 소정의 길이 차이를 가지고 광결합 도파로(1810)와 결합되어 삼각형 형상을 가질 수 있고 그에 따른 제1 주회 도파로(1820)와 제2 주회 도파로(1830) 각각이 광 결합 도파로(1810)와 결합하는 각도는 소정의 차이를 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830)와 광 결합 도파로(1810)가 결합하는 각도는 소정의 차이를 가질 수 있다.However, the shape of a triangle having the same length as the first winding
광결합 도파로(1810)와 제1 주회 도파로(1820)가 만나는 지점에는 광신호의 경로를 변경시킬 수 있는 제1 광경로 변경수단(1840)이 결합되어 주도파로에서 광 결합 도파로(1810)로 결합된 광신호가 제1 주회 도파로(1820)를 통해 진행될 수 있도록 광 신호의 경로를 변경시킬 수 있다. At the point where the
제1 주회 도파로(1820)와 제2 주회 도파로(1830)가 만나는 지점에는 제2 광경로 변경수단(1850)이 결합되어 제1 주회 도파로(1820)를 통해 전달된 광신호가 제2 주회 도파로(1830)를 통해 진행될 수 있다. At the point where the first
제2 주회 도파로(1830)와 광 결합 도파로(1810)가 만나는 지점에는 제3 광경로 변경수단(1860)이 결합되어 제2 주회 도파로(1830)를 통해 진행된 광신호가 광결합 도파로(1810)를 통해 진행될 수 있다.At the point where the second winding
광경로 변경수단은 전반사 미러(Total Reflection Mirror)와 같이 광신호의 경로를 변경할 수 있는 수단으로 구현될 수 있지만, 광경로 변경수단은 전반사 미러에 한정되지 않고 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 전반사 미러 외의 광신호의 경로를 변경할 수 있는 다른 수단 역시 광경로 변경수단으로 사용될 수 있다.또한, 광경로 변경수단을 구현시 구스-한센(Goos-Hnchen) 특성이 고려될 수 있다. The optical path changing means may be implemented as a means capable of changing the path of the optical signal, such as a total reflection mirror, but the optical path changing means is not limited to the total reflection mirror and is not totally reflected in the essence of the present invention. Other means for changing the path of the optical signal other than the mirror may also be used as the optical path changing means. In addition, the Goos-Hnchen characteristic may be taken into consideration when implementing the optical path changing means.
본 발명의 일실시예에 따르면, 측정 대상 물질을 탐지하기 위한 센서부는 제1 주회 도파로(1820), 제2 주회 도파로(1830) 및 제2 광경로 변경수단(1850) 중 적어도 하나에 위치할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the sensor unit for detecting the measurement target material may be located in at least one of the first winding
도 18의 도면을 참조하면, 슬롯 웨이브 가이드를 사용하는 경우, 제1 주회 도파로(1820) 및 제2 주회 도파로(1830) 중 적어도 하나에 포함된 센서부(1870-1, 1870-2)는 슬롯 웨이브 가이드의 전체 또는 일부를 사용하여 측정 대상 물질을 탐지할 수 있다. 즉, 슬롯 웨이브 가이드의 전면을 활용하여 측정 대상 물질을 탐지하거나, 슬롯 웨이브 가이드의 일부 부분만을 활용하여 측정 대상 물질을 탐지할 수 있다. Referring to the drawing of FIG. 18, when using the slot wave guide, the sensor units 1870-1 and 1870-2 included in at least one of the first winding
제1 주회 도파로(1820) 및 제2 주회 도파로(1830)에 포함된 센서부(1870-1, 1870-2)는 측정 대상 물질과 광신호가 반응을 하게 되면, 링 공진기(1800)를 통해 진행하는 광신호의 유효 굴절율이 변하게 되고 유효 굴절율의 변화에 따라 링 공진기(1800)의 공진조건이 변화하게 되어 출력되는 광신호의 정보가 변화하게 된다. 변화된 광신호의 정보를 기초로 측정 대상 물질에 대한 정보를 제공받을 수 있다.The sensor units 1870-1 and 1870-2 included in the first winding
제2 광경로 변경수단(1850)에 포함된 센서부(1870-3)는 표면 플라즈몬 공명(SPR, Surface Plasmon Resonance)을 이용하여 측정 대상 물질의 변화를 탐지 할 수 있다.The sensor unit 1870-3 included in the second optical
이뿐만 아니라, 제2 광경로 변경수단(1850)에 포함된 센서부(1870-3)는 표면 플라즈몬 공명이 아닌 소산파(Evanescent Wave)를 사용하여 측정 대상 물질의 변화를 탐지할 수도 있다. In addition, the sensor unit 1870-3 included in the second optical
센서부(1870-3)는 제2 광경로 변경수단(1850)의 광신호가 반사되는 면의 반대쪽 면에 위치할 수 있다. The sensor unit 1870-3 may be located on a surface opposite to a surface on which the optical signal of the second optical
측정 대상 물질과 센서부(1870-3)에 위치한 측정 대상 물질과 반응하는 리셉터와 반응하는 경우, 제2 광경로 변경수단(1850)에 입사된 광신호가 표면 플라즈몬 공명을 일으키는 공진 조건이 변화하게 되고 광신호의 공진각이 변화하게 된다. 이러한 공진각의 변화에 따라 광신호가 최소 파워를 가지는 파장값이 변화한다. 공진각 또는 최소 파워를 가지는 파장값 뿐만 아니라 측정 대상 물질과 리셉터의 반응에 의한 기타 변화된 정보가 있는 경우, 이러한 변화된 정보 중 적어도 하나에 대한 정보를 얻음으로써 측정 대상 물질의 변화에 대한 정보를 제공받을 수 있다.When reacting with a receptor reacting with the measurement target material and the measurement target material located in the sensor unit 1870-3, the resonance condition of the optical signal incident on the second optical path changing means 1850 causes surface plasmon resonance to change. The resonance angle of the optical signal is changed. As the resonance angle changes, the wavelength value of the optical signal having the minimum power changes. If there is a resonant angle or wavelength value with minimum power, as well as other changed information due to the reaction of the material to be measured with the receptor, information about at least one of the changed information can be obtained to provide information on the change of the material to be measured. Can be.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 제2 광경로 변경수단(1850)에 포함된 센서부(1870-3))에 포함된 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하기 위한 금속막 구조를 나타내기 위한 개념도이다. 20 is a conceptual diagram illustrating a metal film structure for using the surface plasmon resonance phenomenon included in the sensor unit 1870-3 included in the second optical
도 20을 참조하면 금속막은 금(Au)과 같이 하나의 금속으로 이루어진 단일 금속막 구조(2000), 금(Au)과 은(Ag)으로 이루어진 다중 금속막 구조(2010)으로 이루어 질 수 있다.Referring to FIG. 20, the metal film may be formed of a single
금(Au)과 은(Ag)은 금속막을 구현하기 위한 일실시예이고 금(Au)과 은(Ag)이 아닌 다른 금속의 조합을 사용하여 단일 금속막 구조 또는 다중 금속막 구조를 사용하여 센서부를 구현할 수도 있다.
Gold (Au) and silver (Ag) are one embodiment for implementing metal films and sensors using a single metal film structure or multiple metal film structures using a combination of metals other than gold (Au) and silver (Ag). We can also implement wealth.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 금속막 구조에 따른 공진 공선을 나타낸 그래프이다.21 is a graph illustrating resonance collinearity according to a metal film structure according to an embodiment of the present invention.
도 21을 참조하면, 상단의 두 개의 그래프는 단일 금속막 구조일 때의 공진곡선이고, 하단의 두 개의 그래프는 다중 금속막 구조일 때의 공진곡선을 나타낸 그래프이다. 다중 금속막 구조일 때가 더욱 날카로운 공진조건을 가지고 급격한 위상 변화를 가짐을 볼 수 있다. 즉, 다중 금속막 구조를 가질 경우, 센서부의 감도가 더욱 향상될 수 있다.
Referring to FIG. 21, two graphs at the top are resonance curves in the case of a single metal film structure, and two graphs at the bottom are graphs showing the resonance curves in the multiple metal film structure. It can be seen that the multilayer metal film structure has a sharper resonance condition and a sharp phase change. That is, when having a multi-metal film structure, the sensitivity of the sensor unit can be further improved.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 링 공진기 센서에 포함되는 링 공진기를 나타낸 개념도이다. 22 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator included in a ring resonator sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 22를 참조하면, 링 공진기(2200)는 광결합 도파로(2010), 제1 주회 도파로(2020), 제2 주회 도파로(2030), 제3 주회 도파로(2040), 제1 광경로 변경수단(2050), 제2 광경로 변경수단(2060), 제3 광경로 변경수단(2070) 및 제4 광경로 변경수단(2080)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 22, the ring resonator 2200 may include an
광 결합 도파로(2010) 및 주회도파로(2020, 2030, 2040)는 슬롯 웨이브 가이드 구조로 이루어질 수 있다. The
이하의 본 발명의 실시예에서 주회 도파로라는 용어는 제1 주회 도파로(2020), 제2 주회 도파로(2030) 및 제3 주회 도파로(2040) 중 적어도 하나를 포함한 개념으로 사용할 수 있으며, 광경로 변경수단은 제1 광경로 변경수단(2050), 제2 광경로 변경수단(2060), 제3 광경로 변경수단(2070), 제4 광경로 변경수단(2080) 중 적어도 하나를 포함하는 개념으로 사용할 수 있다. In the following embodiments of the present invention, the term winding waveguide may be used as a concept including at least one of a first winding
광결합 도파로(2010), 제1 주회 도파로(2020), 제2 주회 도파로(2030), 제3 주회 도파로(2040)는 광결합 도파로(2010)를 밑변으로 하고 제1 주회 도파로(2020), 제2 주회 도파로(2030), 제3 주회 도파로(2040)를 나머지 변으로 하는 사각형의 형상을 가질 수 있다. The
광결합 도파로(2010)는 주도파로를 통해 입사된 광신호를 링 공진기(2200)에 결합시키기 위한 광결합 영역을 포함할 수 있다. 광결합 영역은 수직 결합 기법(Vertical Coupling)과 수평 결합 기법(Horizontal Coupling)를 이용한 방향성 결합기를 이용하는 방법 또는 다중모드 간섭기(MMI, Multimode Interferometer)를 이용하여 광신호를 주도파로에서 광결합 도파로(2010)로 결합시키는 방법을 사용할 수 있다. The
하지만, 방향성 결합 방법 및 다중 모드 간섭기를 이용한 결합 방법은 광신호를 광결합 도파로에 결합하는 방법 중 일부의 실시예에 불과하고 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 광신호를 광결합 도파로에 결합하는 방법이 전술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. However, the directional coupling method and the coupling method using the multi-mode interferometer are only some embodiments of the method of coupling the optical signal to the optical coupling waveguide, and the optical signal is coupled to the optical coupling waveguide, unless it deviates from the nature of the present invention. The method is not limited to the embodiment described above.
광결합 도파로(2010)와 제1 주회 도파로(2020)가 만나는 지점에는 광신호의 경로를 변경시킬 수 있는 제1 광경로 변경수단(2050)이 결합되어 주도파로에서 광 결합 도파로(2010)로 결합된 광신호가 제1 주회 도파로(2020)를 통해 진행될 수 있도록 광 신호의 경로를 변경시킬 수 있다. At the point where the
제1 주회 도파로(2020)와 제2 주회 도파로(2030)가 만나는 지점에는 제2 광경로 변경수단(2060)이 결합되어 제1 주회 도파로(2020)를 통해 전달된 광신호가 제2 주회 도파로(2030)로 진행될 수 있다. At the point where the first
제2 주회 도파로(2030)와 제3 주회 도파로(2040)가 만나는 지점에는 제3 광경로 변경수단(2070)이 결합되어 제2 주회 도파로(2030)를 통해 진행된 광신호가 제3 주회 도파로(2040)로 진행될 수 있다.At the point where the second
제3 주회 도파로(2040)와 광결합 도파로(2010)가 만나는 지점에는 제4 광경로 변경수단(2080)이 결합되어 제3 주회 도파로(2040)를 통해 진행된 광신호가 광결합 도파로(2010)로 진행될 수 있다.At the point where the third winding
광경로 변경수단은 전반사 미러(Total Reflection Mirror)와 같이 광신호의 경로를 변경할 수 있는 수단으로 구현될 수 있지만, 광경로 변경수단은 전반사 미러에 한정되지 않고 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 전반사 미러 외의 광신호의 경로를 변경할 수 있는 다른 수단 역시 광경로 변경수단으로 사용될 수 있다.The optical path changing means may be implemented as a means capable of changing the path of the optical signal, such as a total reflection mirror, but the optical path changing means is not limited to the total reflection mirror and is not totally reflected in the essence of the present invention. Other means for changing the path of the optical signal other than the mirror may also be used as the optical path changing means.
본 발명의 일실시예에 따르면, 측정 대상 물질을 탐지하기 위한 센서부는 제1 주회 도파로(2020), 제2 주회 도파로(2030) 및 제3 주회 도파로(2040) 중 적어도 하나에 위치할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the sensor unit for detecting the measurement target material may be located in at least one of the first winding
도 22를 참조하면, 슬롯 웨이브 가이드를 사용하는 경우, 제1 주회 도파로(2020), 제2 주회 도파로(2030) 및 제3 주회 도파로(2040) 중 적어도 하나에 포함된 센서부(2090-1, 2090-2, 2090-3)는 슬롯 웨이브 가이드의 전체 또는 일부를 사용하여 측정 대상 물질을 탐지할 수 있다. Referring to FIG. 22, when the slot wave guide is used, the sensor unit 2090-1 included in at least one of the first winding
이하의 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 삼각형 형태의 링 공진기를 포함한 링 공진기 센서 및 센서에 대해 기술하지만, 삼각형 형태의 링 공진기 센서의 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니고, 전술한 사각형 형태의 링 공진기를 포함한 링 공진기 센서 및 센서 또한 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
In the following embodiments of the present invention, a ring resonator sensor and a sensor including a triangular ring resonator are described for convenience of description, but the scope of the present invention of the triangular ring resonator sensor is not limited to the above-described quadrangular shape. Ring resonator sensors and sensors, including the ring resonator of may also be included in the scope of the present invention.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마흐-젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer)를 사용한 링 공진기 센서를 나타낸 개념도이다. FIG. 23 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator sensor using a Mach-Zehnder Interferometer according to another embodiment of the present invention.
도 23을 참조하면, 링 공진기 센서(2300)는 링 공진기(2310), 마흐-젠더 간섭계(2320), 유로부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 23, the
마흐-젠더 간섭계(2320)는 광원으로부터 광신호를 전달 받아 링 공진기(2310)로 광신호를 전달하는 역할을 하는 주 도파로의 일실시예로서, 마흐-젠더 간섭계(2320)가 아닌 광원으로부터 링 공진기(2310)에 광신호를 전달하는 하나의 웨이브 가이드인 주 도파로 형태도 가능하다. The Mach-
마흐-젠더 간섭계(2320) 및 링 공진기(2310) 중 적어도 하나는 슬롯 웨이브 가이드 구조를 가질 수 있다. At least one of the Mach-
유로부는 측정 대상물질이 기체일 때 또는 측정 대상 물질이 유로부를 지나지 않고 링 공진기(2310)의 웨이브 가이드를 사용해 측정할 수 있는 경우에는 링 공진기 센서(2300)의 구성에 포함되지 않을 수 있다. The flow path part may not be included in the configuration of the
링 공진기(2310)는 도 18 또는 도 22에서 전술한 바와 동일한 구성으로 구현될 수 있다. The
유로부는 측정 대상 물질을 흘려주어 링 공진기(2310)의 센서부에 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 유로부는 기체 또는 액체와 같은 유동성을 가지는 측정 대상 물질이 유로부의 내부에 구비된 일정한 공간을 통해 진행될 수 있다. 유로부는 주회 도파로에 측정 대상 물질을 탐지하기 위한 센서부가 존재하는 경우, 센서부에 측정 대상 물질을 접촉시키기 위한 형태로 구현될 수 있고 광 경로 변경 수단의 광 신호가 반사되는 면의 반대편에 센서부가 형성되어 있는 경우, 광 경로 변경 수단의 광 신호가 반사되는 면의 반대편에 구비된 센서부에 측정 대상 물질을 접촉시키기 위한 형태로 구현될 수 있다.
The flow path part may be used to flow the material to be measured and couple it to the sensor part of the
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 유로부를 포함한 링 공진기 센서를 나타낸 개념도이다. 24 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator sensor including a flow path part according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 24를 참조하면, 도 24의 상단 왼쪽 부분의 개념도는 측정 대상 물질이 제1 주회 도파로 및 제2 주회도파로에 접촉할 수 있도록 유로부를 형성한 것을 나타낸다. Referring to FIG. 24, a conceptual diagram of the upper left portion of FIG. 24 illustrates that a flow path part is formed so that a material to be measured may contact the first main waveguide and the second main waveguide.
유로부(2400)는 측정 대상 물질 저장부(2410), 측정 대상 물질 도착부(2420), 제어부(2430)가 포함될 수 있다. The
측정 대상 물질 저장부(2410), 측정 대상 물질 도착부(2420), 제어부(2430)를 포함한 구성은 유로부(2400)의 하나의 실시예로서 본 발명의 실시예에 따른 유로부는 측정 대상 물질을 흘려주는 역할을 하는 경우 본 발명의 권리범위에 포함된다. The configuration including the measurement target
제어부(2430)는 측정 대상 물질 저장부(2410)와 측정 대상 물질의 도착부(2420)에 전압을 걸어 유로부(2400)를 통해서 흐르는 측정 대상 물질의 이동 속도를 제어할 수 있다. The
측정 대상 물질의 이동시키고 측정 대상 물질이 이동하는 속도를 제어하기 위해서 전압 뿐만 아니라 기타 물리적인 압력을 이용하거나 모세관 현상과 같은 생물학적 원리를 사용할 수 있으므로 제어부(2430)는 측정 대상 물질의 이동 및 이동 속도를 제어하기 위한 경우 전압이 아닌 다른 변수를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. In order to move the substance to be measured and control the rate at which the substance is moved, not only voltage but also other physical pressures or biological principles such as capillary phenomenon can be used, so that the
또한 제어부(2430)를 통해 측정 대상 물질에 전압을 걸어 측정 대상 물질에 복수에 물질이 혼합되어 있는 경우 혼합물의 이동 속도를 다르게 하여 시간 차를 두어 링 공진기 센서에서 혼합물을 각각 측정할 수 있도록 하는 것도 가능하다. In addition, when a plurality of substances are mixed in the measurement target material by applying a voltage to the measurement target material through the
이하의 유로부에도 측정 대상 물질 저장부(2410), 측정 대상 물질 도착부(2420), 제어부(2430)와 같은 구성부가 포함될 수 있으나, 설명의 편의상 이하의 도 24의 개념도에서는 유로부의 위치만을 도시한다. The following flow path part may include components such as the measurement target
도 24의 상단 오른쪽 부분의 개념도는 측정 대상 물질이 제1 주회 도파로 및 제2 주회 도파로 각각으로 유입되어 하나의 통로로 빠져나가는 유로부를 나타낸 것이다. The conceptual diagram of the upper right part of FIG. 24 illustrates a flow path portion in which the material to be measured flows into each of the first and second winding waveguides and exits through one passage.
도 24의 하단 왼쪽 부분의 개념도는 주회 도파로 중 하나의 개구부만을 이용하여 측정 대상 물질을 탐지할 수 있도록 하나의 주회 도파로의 개구부만을 측정 대상 물질이 지날 수 있도록 유로부를 구현한 것을 나타낸다. The conceptual diagram of the lower left portion of FIG. 24 illustrates that a flow path part is implemented so that only the opening of one winding waveguide can pass through the measurement target material so that only the opening of the winding waveguide can be detected using only one opening of the winding waveguide.
도 24의 하단 오른쪽 부분의 개념도는 제2 광경로 변경 수단의 광신호가 반사되는 면의 반대쪽 측면에 센서부가 형성되어 있을 경우 센서부에 측정 대상 물질을 흘려주기 위해 형성된 유로부를 나타낸다.
The conceptual diagram of the lower right part of FIG. 24 illustrates a flow path part formed to flow a measurement target material into the sensor part when the sensor part is formed on the side opposite to the surface on which the optical signal of the second optical path changing means is reflected.
도 24에 나타난 유로부의 형태는 본 발명에서 유로부를 구현하는 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 유로부의 형태가 도 24의 형태로 제한되는 것은 아니다. 유로부가 본 발명의 본질, 즉, 센서부에 측정 대상 물질을 접촉시키기 위해 구현하는 형태인 경우 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다. 사각형 형태의 링 공진기가 포함된 링 공진기 센서인 경우, 센서부에 유로부를 구현하는 형태는 삼각형 형태의 링 공진기 형상과 차이가 있으므로 도 24의 실시예와 다를 수 있지만, 본 발명의 권리 범위에 포함될 수 있다.The shape of the flow path part shown in FIG. 24 is only one embodiment of implementing the flow path part in the present invention, and the shape of the flow path part is not limited to the shape of FIG. 24. If the flow path portion is implemented in the form of the nature of the present invention, that is to contact the material to be measured in the sensor unit it may be included in the scope of the present invention. In the case of a ring resonator sensor including a rectangular ring resonator, the shape of implementing the flow path part in the sensor part may be different from that of FIG. 24 because the shape of the flow path part is different from that of the triangular ring resonator. Can be.
도 23을 참조하면, 마흐-젠더 간섭계는 제1 암(Arm)(2320-1) 및 제2 암(Arm)(2320-2)을 포함하여 구성될 수 있고 슬롯 웨이브 가이드 구조를 가질 수 있다. Referring to FIG. 23, the Mach-gender interferometer may include a first arm 2320-1 and a second arm 2320-2 and have a slot wave guide structure.
본 발명의 일실시예에 따른 마흐- 젠더 간섭계는 두 개의 암(Arm)으로 구성되어 있으나, 마흐-젠더 간섭계는 두 개의 암(Arm) 이상의 암을 포함하여 구현될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 두 개의 암을 가진 마흐-젠더 간섭계를 기준으로 개시되지만, 두 개 이상의 암을 가진 마흐-젠더 간섭계도 본 발명의 실시예에 포함될 수 있다. Although the Mach-gender interferometer according to an embodiment of the present invention is composed of two arms, the Mach-gender interferometer may be implemented to include two or more arms. Hereinafter, in the embodiment of the present invention, for convenience of description, a Mach-gender interferometer having two arms is disclosed, but a Mach-gender interferometer having two or more arms may also be included in the embodiment of the present invention.
마흐-젠더 간섭계(2320)는 링 공진기의 광결합 도파로와 결합될 수 있는 제1 암(2320-1) 및 링 공진기의 광결합 도파로와 결합되지 않는 제2 암(2320-2)으로 구현될 수 있다. 이하, 후술할 자기 참조 도파로를 사용하는 경우 제2 암(2320-2)도 링 공진기의 광결합 도파로와 결합된 형태를 가질 수 있다. The Mach-
제1 암(2320-1)과 제2 암(2320-2)은 동일하지 않은 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명에서는 센서의 감도를 높이기 위해 제1 암(2320-1)에서 출력되는 광신호와 제2 암(2320-2)에서 출력되는 광신호는 특정 파장에서 파워의 크기는 유사하고 180도에 가까운 위상 차이를 가지고 있어야 한다. 이상적으로는 제1 암(2320-1)과 제2 암(2320-2)에서 출력되는 광신호는 파워의 크기가 동일하고 180도의 위상차가 있어야 하지만, 제1 암(2320-1)과 제2 암(2320-2)의 구현시 일정한 오차 범위의 값을 가져 양쪽 암에서 나오는 광신호의 파워가 일정한 범위의 오차값를 가지거나 양쪽 암에서 나오는 광신호의 위상이 180도의 위상차에서 일정한 범위의 오차값을 가질 수 있다. The first arm 2320-1 and the second arm 2320-2 may have different shapes. According to an embodiment of the present invention, in order to increase the sensitivity of the sensor, the optical signal output from the first arm 2320-1 and the optical signal output from the second arm 2320-2 are powered at a specific wavelength. The magnitudes of V are similar and should have a phase difference close to 180 degrees. Ideally, the optical signals output from the first arm 2320-1 and the second arm 2320-2 should have the same power and have a 180 degree phase difference. However, the first arm 2320-1 and the second arm 2320-1 have a phase difference of 180 degrees. In the implementation of the arm 2320-2, the power of the optical signal from both arms has a constant range of error values, or the phase of the optical signal from both arms has a constant range of error values at a phase difference of 180 degrees. May have
이하, 본 발명의 실시예에서 기술할 마흐 젠더 양쪽 암에서 출사하는 광신호의 180도의 위상차 및 마흐 젠더 양쪽 암에서 출사하는 광신호의 동일한 파워값이라는 것은 이상적인 경우를 가정한 것이고 마흐-젠더 간섭계의 양쪽 암에서 나오는 광신호가 180도의 위상차에서 일정한 오차범위를 가진 경우 및 마흐-젠더 간섭계의 양쪽 암에서 나오는 광신호가 동일한 파워값에서 일정한 오차범위를 가진 경우도 또한 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.Hereinafter, it is assumed that the phase difference of 180 degrees of the optical signal emitted from both of the Mach Gender genders and the same power value of the optical signal emitted from both the Machender genders will be described in an embodiment of the present invention. The case where the optical signals from both arms have a constant error range at 180 degrees of phase difference and the optical signals from both arms of the Mach-gender interferometer have a certain error range at the same power value may also be included in the scope of the present invention.
제1 암(2320-1)에서 나오는 광신호 파워의 크기와 제2 암(2320-2)에서 나오는 광신호 파워의 크기는 출력되는 광신호를 검출하는 부분에서는 동일한 크기의 파워를 가지도록 조절될 수 있다. The magnitude of the optical signal power coming out of the first arm 2320-1 and the magnitude of the optical signal power coming out of the second arm 2320-2 may be adjusted to have the same magnitude of power in the part of detecting the output optical signal. Can be.
제1 암(2320-1)에서 출력되는 광신호의 크기는 링 공진기를 거쳐서 출력되는 광신호이기 때문에 광신호의 손실이 제2 암(2320-2)에 비해서 클 수 있다. 따라서 양 쪽 암에서 출력되는 광신호의 크기를 동일한 크기로 조정하기 위해서는 제1 암(2320-1)에서 발생한 광신호의 손실을 이득(Gain)을 주거나, 제2 암(2320-2)에서 출력되는 광신호에 감쇠(Attenuation)을 주어 제1 암(2320-1)과 제2 암(2320-2)에서 출력되는 광신호의 크기를 동일한 크기로 만들 수 있다.
Since the magnitude of the optical signal output from the first arm 2320-1 is an optical signal output through the ring resonator, the loss of the optical signal may be larger than that of the second arm 2320-2. Therefore, in order to adjust the magnitudes of the optical signals output from both arms to the same size, a gain of the optical signal generated in the first arm 2320-1 is gained or output from the second arm 2320-2. Attenuation may be applied to the optical signals to make the magnitudes of the optical signals output from the first arm 2320-1 and the second arm 2320-2 the same.
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 자기 참조 도파로를 사용한 링 공진기 센서를 나타낸 개념도이다.25 is a conceptual diagram illustrating a ring resonator sensor using a self referencing waveguide according to an embodiment of the present invention.
자기 참조 도파로를 사용한 링 공진기 센서는 자기 참조 도파로(2500), 제1 측정부(2510), 제2 측정부(2520)를 포함할 수 있다.The ring resonator sensor using the magnetic reference waveguide may include a
자기 참조 도파로(2500), 제1 측정부(2510), 제2 측정부(2520) 중 적어도 하나는 슬롯 웨이브 가이드 구조를 포함한 구조를 가질 수 있다. At least one of the
차동 증폭기(2530), 신호 처리부(2540)는 링 공진기 센서를 사용하여 마이크로 공진기 센서를 구현시 포함될 수 있다. The
자기 참조 도파로(2500)는 제1 도파로(2500-1)와 제2 도파로(2500-2)를 포함하여 구성되고, 제1 도파로(2500-1)에는 실제 측정 대상 물질을 센서부를 통해 측정하는 비대칭 마흐-젠더 구조를 가지고 있는 링 공진기 센서가 구현되고 제2 도파로(2500-2)는 측정 대상 물질을 측정하는 것이 아닌 측정 대상 물질이 없는 경우 광신호를 출력하는 링 공진기 센서를 포함한다. 제2 도파로(2500-2)에서 진행되는 광신호는 제1 도파로(2500-1)에서 나오는 광신호와 비교하기 위한 기준 광신호의 역할을 할 수 있다. The self-referencing
이하 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 마흐-젠더 간섭계를 사용한 자기 참조 도파로를 이용한 링 공진기 센서의 형태를 개시하지만, 링 공진기 센서는 마흐-젠더 간섭계가 아닌 하나의 웨이브 가이드로 이루어진 주도파로 형태로도 구현될 수 있다. 즉, 마흐-젠더 간섭계를 사용한 구조뿐만 아니라 주도파로를 사용한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다. In the following embodiments of the present invention, for convenience of description, a ring resonator sensor using a magnetic reference waveguide using a Mach-gender interferometer is disclosed. However, the ring resonator sensor is not a Mach-gender interferometer. May also be implemented. That is, not only the structure using the Mach-gender interferometer but also the shape using the waveguide are included in the scope of the present invention.
제1 측정부(2510)는 마흐-젠더 구조를 포함한 링 공진기 센서의 형태로 구현될 수 있고, 제1 측정부(2510)는 실제 측정 대상 물질을 링 공진기에 구현된 센서부에 접촉시켜 광신호를 출력할 수 있다.The
제2 측정부(2520)는 마흐-젠더 구조를 포함한 링 공진기 센서의 형태로 구현될 수 있고, 제1 측정부(2510)와 달리 실제 측정 대상 물질이 아닌 실제 측정 대상 물질이 없는 검사용액만을 링 공진기에 구현된 센서부에 접촉시켜 광신호를 출력할 수 있다. The
차동 증폭기(2530)는 제1 측정부(2510)에서 출력된 광신호와 제2 측정부()에서 출력된 광신호를 증폭하여 상대적인 광신호의 차이를 증폭하기 위해 사용될 수 있다. The
신호 처리부(2530)는 제1 측정부(2510)에서 출력된 광신호와 제2 측정부(2520)에서 출력된 신호를 분석하기 위해서 사용될 수 있다. The
자기 참조 도파로(2500)를 사용하는 경우, 제2 측정부(2520)에서 제1 측정부(2510)에서 출력된 광신호와 상대적으로 분석할 수 있는 제2 기준 신호가 생성되므로, 측정 대상 물질의 온도 변화와 무관하게 측정 대상 물질의 굴절률 및 농도를 정확하게 측정할 수 있다. 자기 참조 도파로를 사용하는 시스템은 별도의 온도 유지 장치가 필요가 없으므로 링공진기 센서를 제작시 소형화할 수 있다.
When the
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 링 공진기 센서를 직접화하여 구현한 마이크로 공진기 센서를 나타낸 개념도이다. FIG. 26 is a conceptual view illustrating a micro resonator sensor implemented by directly implementing a ring resonator sensor according to another embodiment of the present invention.
도 26을 참조하면, 마이크로 공진기 센서(2600)는 광원(2610), 광 결합기(2615, Optical Coupler), 파장 필터(2620, Wavelength Filter), 회전 편광기(2630, Polarization Rotator), 광 검출기(2640,Photo Detector), 링 공진기 센서(2650), 미세 신호 검출 장치(2660)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 26, the
마이크로 공진기 센서(2600)는 단일 웨이퍼상에 집적화된 광집적화회로(Photonic Integrated Circuit)로 구현될 수 있다. The
광원(2610), 광 결합기(2615, Optical Coupler), 파장 필터(2620, Wavelength Filter), 회전 편광기(2630, Polarization Rotation Polarizer)는 광원부로서 광원(2610), 광 결합기(2615, Optical Coupler), 파장 필터(2630, Wavelength Filter), 회전 편광기(2630, Polarization Rotation Polarizer)중 적어도 두 개의 구성부가 결합되어 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 즉, 광원(2610), 광 결합기(2615, Optical Coupler), 파장 필터(2620, Wavelength Filter), 회전 편광기(2630, Polarization Rotation Polarizer)가 적어도 하나의 모듈로 구현된 형태는 본 발명의 권리범위에 포함된다. 또한, 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 광원(2610), 광 결합기(2615, Optical Coupler), 파장 필터(2620, Wavelength Filter), 회전 편광기(2630, Polarization Rotation Polarizer)중 적어도 하나가 제외된 형태의 광원부로도 구현될 수 있다. 이하 본 발명의 실시예에서는 하나의 모듈로 구현되지 않은 설명의 편의상 각 구성부로 나누어 개시한다.The
광원(2610)는 레이져 다이오드(LD, Laser Diode), LED(Light Emitting Diode), SOA(Semiconductor Optical Amplifier)와 같은 광신호를 발생시킬 수 있는 모듈로서 구현될 수 있다. The
광 결합기(2615, Optical Coupler)는 광원(2610)에서 발생한 광신호를 커플링(Coupling)하여 파장 필터(2620)에 전달하는 역할을 할 수 있다.The
파장 필터(2620)는 광원(2610)로부터 발생하는 광신호 중 일정한 파장 영역의 광신호만을 선택적으로 이용할 수 있도록 필터링할 수 있다. LED 또는 SOA와 같은 광원부에서 출력되는 광신호는 넓은 파장 영역의 광신호를 발생시키기 때문에 측정대상물질을 탐지하기 위해 필요한 영역의 광신호만을 선택적으로 필터링하기 위해 파장 필터(2620)를 사용할 수 있다. The
회전 편광기(2630)는 파장 필터(2620)를 통해 입사된 광신호 중 TM(Tranverse Magnetic)모드 또는 TE(Transverse Electric)모드를 가지는 광신호만을 링 공진기 센서(2650)에 입사시키기 위해 사용될 수 있다.The
링 공진기 센서의 전반사 미러를 사용하여 측정 대상 물질을 탐지할 경우, TE 모드를 사용하고 링 공진기 센서의 개구부를 사용하여 측정 대상 물질을 탐지할 경우는 TM 모드를 사용할 수 있다. 즉, 링 공진기 센서에서 측정 대상 물질을 탐지하는 부위에 따라 광신호의 진행 모드는 회전 편광기(2630)에 의해 변화될 수 있다. The TE mode can be used to detect the material to be measured using the total reflection mirror of the ring resonator sensor, and the TM mode can be used to detect the material to be measured using the opening of the ring resonator sensor. That is, the traveling mode of the optical signal may be changed by the
링 공진기 센서(2650)에 포함되는 링 공진기는 도 18 또는 도 22에서 전술한 바와 동일한 구성으로 구현될 수 있다. 링 공진기 센서(2650)는 마흐-젠더 간섭계와 링 공진기, 유로부를 포함하여 구현될 수 있다. 마흐-젠더 간섭계는 출력단에서 마흐-젠더 간섭계의 제1 암과 제2 암을 통해서 출력된 광신호의 위상차이가 180도가 될 수 있도록 마흐-젠더 간섭계의 각 암의 구조를 다르게 하여 구현될 수 있다. The ring resonator included in the
미세 신호 검출 장치(2660)는 회로 내부에서 발생한 노이즈의 영향을 감쇠시키기 위해 마이크로 공진기 센서에 포함될 수 있다. The fine
마이크로 공진기 센서(2600)는 필요에 따라 미세 신호 검출 장치(2660)를 포함하지 않고 구현될 수 있다.The
미세 신호 검출 장치는 가변 수정 발진기(Variable Crystal Ocillator, VCO), 주파수 혼합기, 위상 고정 루프, 필터기 및 검출기와 같은 구성부를 포함할 수 있다. 이러한 구성부 중 일부는 필요에 따라 포함되지 않을 수 있다.The microsignal detection device may include components such as a variable crystal oscillator (VCO), a frequency mixer, a phase locked loop, a filter, and a detector. Some of these components may not be included as needed.
가변 수정 발진기는 검출대상 신호와 주파수가 동일한 기준 신호를 생성하여 주파수 혼합기에 보낸다. 여기서, 가변 수정 발진기는 미세 신호 검출 장치에 포함되는 하나의 예이며, 함수 발생기 등을 이용하여 기준 신호를 생성하여 주파수 혼합기에 보낼 수 있다. 주파수 혼합기는 검출대상 신호와 가변 수정 발진기로부터 기준 신호를 입력받아 각각의 주파수를 혼합한 신호를 출력하여 필터기에 보내고 필터기는 주파수 혼합기를 통해 받은 신호에서 특정성분만을 추출할 수 있다. 검출기는 추출된 특정 성분 신호 중 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 검출대상 신호를 검출할 수 있다.The variable crystal oscillator generates a reference signal having the same frequency as the signal to be detected and sends it to the frequency mixer. Here, the variable crystal oscillator is one example included in the fine signal detection apparatus, and may generate a reference signal using a function generator or the like and send it to the frequency mixer. The frequency mixer receives a reference signal from the detection target signal and the variable crystal oscillator, outputs a mixed signal of each frequency to the filter, and extracts only a specific component from the signal received through the frequency mixer. The detector may selectively detect at least one signal to be detected by using at least one of the extracted specific component signals.
이하 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 주도파로 형태를 마흐-젠더 간섭계를 사용한 구조를 사용하지만, 하나의 웨이브 가이드 형태의 주도파로 구조 또한 사용될 수 있다. In the following embodiments of the present invention, for convenience of description, a structure using a Mach-gender interferometer is used as the main waveguide shape, but a single waveguide type main waveguide structure may also be used.
링 공진기 센서(2650)에 포함되는 유로부는 도 26에 나타난 형태로 측정 대상 물질을 흘려주는 입력부와 측정 대상 물질이 링 공진기에 포함되는 센서부를 거쳐서 나오는 출력부를 포함하여 구성될 수 있다. 유로부는 도 26에 도시된 형태의 유로부 뿐만 아니라 도 24에 나타난 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 도 24에 도시된 유로부의 형태는 유로부를 구현하는 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 유로부의 형태가 도 24의 형태로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 본질, 즉, 센서부에 측정 대상 물질을 접촉시키기 위해 구현하는 형태인 경우 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다. 또한, 측정 대상 물질에 따라 링 공진기 센서(2650)는 유로부를 포함하지 않을 수 있다.The flow path part included in the
광 검출기(2640)는 링 공진기 센서에서 출력된 광신호를 검출하는 부분으로서 출력된 광신호의 정보를 기초로 측정 대상 물질과 관련된 정보를 제공받을 수 있도록 링 공진기로부터 출력된 광신호를 검출할 수 있다.
The
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서를 나타낸 개념도이다. 27 is a conceptual diagram illustrating a micro resonator sensor having a plurality of ring resonator sensors according to another exemplary embodiment of the present invention.
복수의 링 공진기 센서(2700)는 하나의 측정 대상 물질을 이용해 복수의 검출을 하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 혈액 샘플을 사용해 다수의 질병인자를 검출하는 용도로 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 복수의 검출을 위한 목적에 제한되는 것이 아니라 단일 인자 검출 또는 하나의 링 공진기는 측정 대상 물질을 흘리지 않아 기준 신호를 발생시키기 위해 사용되는 구조로 활용될 수 있다. The plurality of
광원(2710), 광 결합기(2715, Optical Coupler), 파장 필터(2720, Wavelength Filter), 회전 편광기(2730, Polarization Rotation Polarizer), 미세 신호 검출 장치(2750)는 도 26에서 개시된 구성과 동일할 수 있다. The
복수의 링 공진기 센서는 복수의 측정 결과를 얻어내기 위해 사용될 수 있다. 복수의 링 공진기 센서에 포함되는 링 공진기는 삼각형 형태의 링 공진기로 센서부가 개구부에 형성된 구조, 삼각형 형태의 링 공진기가 광 경로 변경 수단의 반대편에 생성된 구조, 마흐-젠더 간섭계를 포함한 삼각형 형태의 링 공진기 센서로서 센서부가 개구부에 구비된 구조, 마흐-젠더 간섭계를 포함한 삼각형 형태의 링 공진기 센서로서 센서부가 전반사 미러의 반대편에 생성된 구조, SPR 현상을 이용한 삼각형 형태의 링공진기 센서, SPR 현상을 이용한 마흐-젠더 구조를 포함한 삼각형 형태의 링공진기 센서 등 다양한 링 공진기 중 적어도 하나가 복수의 링 공진기 센서에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 따른 슬롯 웨이브 가이드를 사용한 링 공진기 센서의 형태로 구현될 수 있다. A plurality of ring resonator sensors can be used to obtain a plurality of measurement results. The ring resonator included in the plurality of ring resonator sensors includes a triangular ring resonator, in which a sensor unit is formed at an opening, a triangular ring resonator is formed on the opposite side of the optical path changing unit, and a triangular form including a Mach-gender interferometer. Ring resonator sensor with sensor part in opening, triangular ring resonator sensor including Mach-gender interferometer, sensor part created on opposite side of total reflection mirror, triangular ring resonator sensor using SPR phenomenon, SPR phenomenon At least one of various ring resonators, such as a triangular ring resonator sensor including the Mach-gender structure, may be provided in the plurality of ring resonator sensors. That is, it may be implemented in the form of a ring resonator sensor using a slot wave guide according to an embodiment of the present invention.
유로부의 형태는 복수의 링공진기 센서를 포함한 링 공진기의 센서부의 위치 및 형태에 따라 개별적으로 다른 형상을 가지고 구현될 수 있다.
The flow path portion may be implemented to have a different shape individually according to the position and shape of the sensor portion of the ring resonator including a plurality of ring resonator sensors.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.
Claims (22)
광원에서 발생된 광신호를 상기 링 공진기에 결합시키는 광결합 도파로;
상기 광결합 도파로에서 결합된 광신호를 상기 링 공진기에서 진행시키는 주회 도파로; 및
상기 광결합 도파로에서 결합된 상기 광신호를 상기 주회 도파로에서 진행하도록 상기 광신호의 진행 경로를 변경하는 광경로 변경수단을 포함하되 상기 광결합 도파로 및 상기 주회 도파로 중 적어도 하나는 슬롯 웨이브 가이드인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기.In a ring resonator using a slot wave guide,
An optical coupling waveguide coupling the optical signal generated from the light source to the ring resonator;
A main waveguide for propagating the optical signal coupled from the optical waveguide at the ring resonator; And
And optical path changing means for changing an optical path of the optical signal coupled to the optical waveguide in the main waveguide, wherein at least one of the optical waveguide and the main waveguide is a slot wave guide. Ring resonator using a slot wave guide characterized in that.
상기 주회 도파로 및 상기 광경로 변경수단 중 적어도 하나에 측정 대상 물질을 탐지할 수 있는 센서부가 구비된 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기.The ring resonator of claim 1, wherein the ring resonator comprises the slot wave guides.
Ring resonator using a slot wave guide, characterized in that the sensor unit for detecting the material to be measured in at least one of the main waveguide and the optical path changing means.
상기 광결합 도파로를 밑변으로 하고 상기 주회 도파로를 양변으로 하는 삼각형 형상인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기.The method of claim 1, wherein the ring resonator,
A ring resonator using a slot wave guide, characterized in that the triangular shape having the optical coupling waveguide as the base side and the circumferential waveguide as both sides.
상기 광결합 도파로를 밑변으로 하고 상기 주회 도파로를 나머지 세 변으로 하는 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기.The method of claim 1, wherein the ring resonator,
The ring resonator using a slot wave guide, characterized in that the optical waveguide is the base side and the main waveguide is a rectangular shape having the remaining three sides.
광원에서 광신호를 전달받아 링 공진기에 전달하는 주 도파로; 및
상기 주 도파로에서 전달 받은 광신호를 전달받아 상기 광신호의 특정 파장에서 공진하는 링 공진기를 포함하되 상기 주 도파로 및 상기 링 공진기 중 적어도 하나는 슬롯 웨이브 가이드인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서. In the ring resonator sensor using a slot wave guide,
A main waveguide receiving an optical signal from a light source and transferring the optical signal to a ring resonator; And
And a ring resonator receiving the optical signal received from the main waveguide and resonating at a specific wavelength of the optical signal, wherein at least one of the main waveguide and the ring resonator is a slot wave guide. Resonator sensor.
상기 링 공진기에 측정 대상 물질을 전달하는 유로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.According to claim 5, The ring resonator sensor using the slot wave guide,
The ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that it further comprises a flow path for delivering a material to be measured to the ring resonator.
상기 측정 대상 물질의 이동성을 제어하기 위한 제어부;
상기 측정 대상 물질의 이동 시작점인 측정 대상 물질 저장부;및
상기 측정 대상 물질의 이동 도착점인 측정 대상 물질 도착부를 더 포함하는 슬롯 웨이브 가이드를 포함하는 링 공진기 센서.The method of claim 6, wherein the flow path unit,
A controller for controlling mobility of the measurement target material;
A measurement material storage unit which is a starting point of movement of the measurement material; and
The ring resonator sensor of claim 1, further comprising a slot wave guide further comprising a measurement target material arrival point of the movement of the target material.
상기 광원에서 발생된 광신호를 상기 링 공진기에 결합시키는 광결합 도파로;
상기 광결합 도파로에서 결합된 광신호를 상기 링 공진기에서 진행시키는 주회 도파로; 및
상기 광결합 도파로에서 결합된 상기 광신호를 상기 주회 도파로에서 진행하도록 상기 광신호의 진행 경로를 변경하는 광경로 변경수단을 포함하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.The method of claim 5, wherein the ring resonator,
An optical coupling waveguide coupling the optical signal generated from the light source to the ring resonator;
A main waveguide for propagating the optical signal coupled from the optical waveguide at the ring resonator; And
And a light path changing means for changing a traveling path of the optical signal to propagate the optical signal coupled by the optical coupling waveguide in the main waveguide.
상기 주회 도파로 및 상기 광경로 변경수단 중 적어도 하나에 측정 대상 물질을 탐지할 수 있는 센서부가 구비된 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.The method of claim 8, wherein the ring resonator,
Ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that the sensor unit for detecting the measurement target material is provided in at least one of the winding waveguide and the optical path changing means.
표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 측정 대상 물질을 탐지하는 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.The method of claim 9, wherein the sensor unit provided in the optical path changing means,
Ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that for detecting the target material using the surface plasmon resonance phenomenon.
다중 금속막 구조를 이용하여 측정 대상 물질을 탐지하는 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.The method of claim 9, wherein the sensor unit provided in the optical path changing means,
Ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that for detecting the material to be measured using a multi-metal film structure.
상기 광결합 도파로를 밑변으로 하고 상기 주회 도파로를 양변으로 하는 삼각형 형상인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.The method of claim 8, wherein the ring resonator,
Ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that the triangular shape of the optical coupling waveguide as the base side and the circumferential waveguide both sides.
상기 광결합 도파로를 밑변으로 하고 상기 주회 도파로를 나머지 세 변으로 하는 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.The method of claim 8, wherein the ring resonator,
A ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that the rectangular wave shape of the optical coupling waveguide as the base side and the circumferential waveguide to the remaining three sides.
마흐-젠더 간섭계에 포함된 암 중 적어도 하나의 암이 다른 형태를 가진 비대칭 마흐-젠더 간섭계인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.The method of claim 6, wherein the main waveguide,
Ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that at least one of the arms included in the Mach-gender interferometer is an asymmetric Mah-gender interferometer having a different shape.
상기 마흐-젠더 간섭계의 제1 암에서 출력되는 광신호와 상기 마흐-젠더 간섭계의 제2 암에서 출사되는 광신호의 크기가 동일하고 위상은 180도가 차이가 나도록 하는 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서.The method of claim 14, wherein the asymmetric Mach-gender interferometer,
The slot wave guide, characterized in that the optical signal output from the first arm of the Mach-Gender interferometer and the optical signal emitted from the second arm of the Mach-Gender interferometer are equal in magnitude and 180 degrees out of phase. Ring resonator sensor.
광신호를 발생시켜 상기 링 공진기 센서에 전달하는 광원부;
상기 광원부에서 광신호를 전달받으며, 슬롯 웨이브 가이드를 포함하는 링 공진기를 구비한 링 공진기 센서; 및
상기 링 공진기 센서에서 출사된 광신호를 탐지하는 광 검출기를 포함하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서.In the micro resonator sensor having a ring resonator sensor using a slot wave guide,
A light source unit generating an optical signal and transmitting the optical signal to the ring resonator sensor;
A ring resonator sensor receiving an optical signal from the light source unit and having a ring resonator including a slot wave guide; And
And a ring resonator sensor using a slot wave guide including a photo detector for detecting an optical signal emitted from the ring resonator sensor.
광신호를 발생시키는 광원;
상기 광원에서 발생한 상기 광신호를 커플링하는 광 결합기;
상기 광원에서 발생된 상기 광신호 중 일정한 파장의 광신호를 필터링하는 파장 필터; 및
상기 파장 필터를 통해 필터링된 상기 광신호를 TM(Tranverse Magnetic) 모드 및 TE(Tranverse Electric) 모드 중 적어도 하나의 모드로 편광 시키는 회전 편광기를 포함하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서.The method of claim 16, wherein the light source unit,
A light source for generating an optical signal;
An optical coupler coupling the optical signal generated from the light source;
A wavelength filter for filtering an optical signal having a predetermined wavelength among the optical signals generated by the light source; And
Micro-resonator having a ring resonator sensor using a slot wave guide including a rotating polarizer for polarizing the optical signal filtered through the wavelength filter in at least one of a TM (Tranverse Magnetic) mode and a TE (Tranverse Electric) mode sensor.
광원에서 광신호를 전달받아 링 공진기에 전달하는 주 도파로; 및
상기 주 도파로에서 전달 받은 광신호를 전달받아 상기 광신호의 특정 파장에서 공진하는 링 공진기를 포함하되 상기 주 도파로 및 상기 링 공진기 중 적어도 하나는 슬롯 웨이브 가이드인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서.The method of claim 17, wherein the ring resonator sensor,
A main waveguide receiving an optical signal from a light source and transferring the optical signal to a ring resonator; And
And a ring resonator receiving the optical signal received from the main waveguide and resonating at a specific wavelength of the optical signal, wherein at least one of the main waveguide and the ring resonator is a slot wave guide. Micro resonator sensor with resonator sensor.
마흐-젠더 간섭계에 포함된 암 중 적어도 하나의 암이 다른 형태를 가진 비대칭 마흐-젠더 간섭계인 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서.The method of claim 18, wherein the main waveguide,
Micro-resonator sensor with a ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that at least one of the arms included in the Mach-gender interferometer is an asymmetric Mah-gender interferometer having a different shape.
상기 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서에 적어도 하나 포함되는 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서.The method of claim 17, wherein the ring resonator sensor,
And at least one micro resonator sensor including a ring resonator sensor using the slot wave guide.
상기 광신호에 존재하는 노이즈를 감쇠시키는 미세 신호 검출 장치를 더 포함하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서.18. The micro resonator sensor of claim 17, further comprising a ring resonator sensor using a slot wave guide.
And a ring resonator sensor using a slot wave guide further comprising a fine signal detection device for attenuating noise present in the optical signal.
집적화 회로로 구현되는 것을 특징으로 하는 슬롯 웨이브 가이드를 이용한 링 공진기 센서를 구비한 마이크로 공진기 센서.18. The micro resonator sensor of claim 17, further comprising a ring resonator sensor using a slot wave guide.
Micro-resonator sensor having a ring resonator sensor using a slot wave guide, characterized in that implemented as an integrated circuit.
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