KR101939268B1

KR101939268B1 - Surface plasmon laser

Info

Publication number: KR101939268B1
Application number: KR1020120101625A
Authority: KR
Inventors: 이재숭; 김언정; 노영근; 박연상
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2019-01-18
Also published as: KR20130030217A

Abstract

표면 플라즈몬 레이저가 개시된다. 개시된 표면 플라즈몬 레이저는, 금속층과, 금속층 상에 마련되고 이 금속층과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생되는 표면 플라즈몬 광이 원을 따라 도는 위스퍼링 갤러리 모드가 발생되는 원형 구조부분을 가지는 이득 매질층과, 이득 매질층의 원형 구조부분으로부터 발생된 레이저광의 일부가 출력되도록 형성된 변형부를 구비한다.A surface plasmon laser is initiated. The disclosed surface plasmon laser has a metal layer and a gain medium layer provided on the metal layer and having a circular structure portion in which a whispering gallery mode in which surface plasmon light generated by surface plasmon resonance occurs along the circle is generated at the interface between the metal layer and the metal layer. And a deformation portion formed so that a part of the laser light generated from the circular structure portion of the gain medium layer is output.

Description

표면 플라즈몬 레이저{Surface plasmon laser}Surface plasmon laser < RTI ID = 0.0 >

레이저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 레이저 발진을 하는 표면 플라즈몬 레이저에 관한 것이다.More particularly, to a surface plasmon laser that generates a laser oscillation by using a surface plasmon resonance phenomenon.

광집적 회로는 일반적으로는 발광, 광검출, 광증폭, 광변조 등과 같은 다양한 작업을 수행하는 여러 가지 광학 소자들을 하나의 동일 기판 위에 집적한 광회로이다. 예를 들어, 광원, 광검출기, 광도파로, 렌즈, 회절 격자, 광 스위치 등이 하나의 동일 기판 위에 집적될 수 있다. 광집적 회로는, 예를 들어, 광기록/재생 장치, 광통신 장치, 디스플레이 장치, 광 컴퓨터 등의 분야에서 다양하게 적용될 수 있다.An optical integrated circuit is generally an optical circuit in which various optical elements for performing various operations such as light emission, optical detection, optical amplification, optical modulation, etc. are integrated on one same substrate. For example, a light source, a photodetector, an optical waveguide, a lens, a diffraction grating, an optical switch, and the like can be integrated on one same substrate. The optical integrated circuit can be variously applied in the field of, for example, an optical recording / reproducing apparatus, an optical communication apparatus, a display apparatus, a light computer, and the like.

이러한 광집적 회로에서 광원으로는 주로 레이저가 사용된다. 레이저는 출력, 발진 파장 및 발진 방식에 따라 매우 다양한 종류가 개발되어 사용되고 있다. 광집적 회로의 집적도를 높이기 위해서는 레이저에서 방출되는 레이저 빔의 광 스폿(light spot)의 크기를 매우 작게(예를 들어, 1㎛ 이하) 형성할 필요가 있다. 또한, 레이저 장치 자체의 크기를 소형화할 필요도 있다. 그러나, 지금까지 제안된 구조의 레이저는 그 회절 한계로 인해 광 스폿의 크기를 작게 만드는 데 한계가 있다. 이에 따라, 레이저의 회절 한계를 극복할 수 있는 새로운 구조의 레이저를 개발하기 위한 노력이 증가하고 있다.In this optical integrated circuit, a laser is mainly used as a light source. A wide variety of lasers have been developed and used depending on the output, oscillation wavelength, and oscillation method. In order to increase the degree of integration of the optical integrated circuit, it is necessary to form a very small light spot of the laser beam emitted from the laser (for example, 1 탆 or less). In addition, it is necessary to downsize the size of the laser device itself. However, the laser of the proposed structure has a limitation in making the size of the light spot small due to the diffraction limit thereof. Accordingly, there is an increasing effort to develop a new structure laser capable of overcoming the diffraction limit of the laser.

레이저의 회절 한계를 넘는 작은 크기를 갖는 레이저빔을 출력할 수 있는 표면 플라즈몬 레이저를 제공한다.A surface plasmon laser capable of outputting a laser beam having a small size exceeding the diffraction limit of the laser is provided.

본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저는, 금속층과; 상기 금속층 상에 마련되고, 이 금속층과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생되는 표면 플라즈몬 광이 원을 따라 도는 위스퍼링 갤러리 모드가 발생되는 원형 구조부분을 가지는 이득 매질층과; 상기 이득 매질층의 원형 구조부분으로부터 발생된 레이저광의 일부가 출력되도록 형성된 변형부;를 구비한다.A surface plasmon laser according to an embodiment of the present invention includes a metal layer; A gain medium layer provided on the metal layer and having a circular structure portion in which a whispering gallery mode is generated in which a surface plasmon light generated by surface plasmon resonance at an interface with the metal layer follows a circle; And a deformation part formed to output a part of the laser light generated from the circular structure part of the gain medium layer.

상기 변형부는, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분과 동일 평면에 형성될 수 있다.The deformed portion may be formed in the same plane as the circular structure portion of the gain medium layer.

상기 변형부는 상기 이득 매질층의 일측에 이 이득 매질층으로부터 레이저광이 출력되도록 마련된 노치를 구비할 수 있다.The deforming portion may include a notch provided on one side of the gain medium layer so as to output laser light from the gain medium layer.

상기 변형부는, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분에 일부분이 접속된 부분원형 구조를 구비하며, 레이저광은 이 부분 원형 구조의 단면을 통해 출사될 수 있다.The deforming portion has a partial circular structure partially connected to the circular structure portion of the gain medium layer, and laser light can be emitted through a section of the partial circular structure.

상기 부분원형 구조는 상기 이득 매질층과 동일층으로 형성될 수 있다.The partial circular structure may be formed in the same layer as the gain medium layer.

상기 변형부는, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분의 접선 방향으로 연장 형성된 돌출가이드일 수 있다.The deforming portion may be a protruding guide extending in the tangential direction of the circular structure portion of the gain medium layer.

상기 변형부는 상기 이득 매질층의 일측에 함몰형성된 함몰부일 수 있다.The deformed portion may be a recess formed at one side of the gain medium layer.

상기 변형부는, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분에 접하도록 배치된 고리형 구조와; 이 고리형 구조의 일측에 접선 방향으로 연장 형성된 돌출가이드;를 포함할 수 있다.Wherein the deforming portion comprises: an annular structure disposed to abut the circular structure portion of the gain medium layer; And a protruding guide extending in a tangential direction on one side of the annular structure.

상기 고리형 구조 및 돌출가이드는 상기 이득 매질층과 동일층으로 형성될 수 있다.The annular structure and the protrusion guide may be formed in the same layer as the gain medium layer.

상기 이득 매질층의 원형 구조부분은 고리형 구조로 형성될 수 있다.The circular structure portion of the gain medium layer may be formed in an annular structure.

상기 이득 매질층은 InP를 포함할 수 있다.The gain medium layer may comprise InP.

상기 이득 매질층은 양자점을 포함하도록 형성될 수 있다.The gain medium layer may be formed to include quantum dots.

상기 변형부의 레이저광 출구에 레이저광을 가이드하기 위한 광 가이드;를 더 구비할 수 있다.And a light guide for guiding the laser light to the laser light exit of the deformed portion.

상기 광가이드는 금속성 나노튜브나 나노로드를 포함할 수 있다.The light guide may include a metallic nanotube or a nanorod.

상기 이득 매질층의 원형 구조부분의 외주면 적어도 일부에 금속성 물질이 입혀진 금속막을 더 구비할 수 있다.The gain medium layer may further include a metal film on which at least a part of the outer circumferential surface of the circular structure portion is covered with a metallic material.

상기 금속층은 상기 이득 매질층으로부터 상기 변형부를 통하여 외부로 출력된 레이저광의 도파면으로 이용되도록 2차원 평면으로 형성되고, 이 2차원 평면을 이루는 금속층의 일부 영역에 상기 이득 매질층이 위치될 수 있다.The metal layer may be formed in a two-dimensional plane so as to be used as a waveguiding surface of laser light output from the gain medium layer through the deformation portion to the outside, and the gain medium layer may be located in a part of the metal layer forming the two- .

표면 플라즈몬 공명에 의해 표면 플라즈몬 광을 발생시킴으로써, 레이저의 회절 한계를 넘는 작은 크기를 갖는 레이저빔을 출력할 수 있다.By generating surface plasmon light by surface plasmon resonance, it is possible to output a laser beam having a small size exceeding the diffraction limit of the laser.

또한, 나노디스크 (nanodisc) 모양으로부터 얻어지는 위스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode) 형성을 이용하며, 나노디스크에 약간의 변형을 가하여 레이저광을 한 방향으로 나오게 하므로, 양질의 레이저광을 나노 사이즈의 구조체로부터 얻을 수 있다.In addition, by using a whispering gallery mode obtained from a nanodisc shape and applying a slight deformation to the nano disk to emit the laser light in one direction, Lt; / RTI >

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저를 개략적으로 보인 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 적용 가능한 이득 매질층을 보인 평면도이다.
도 3은 도 1의 표면 플라즈몬 레이저에서 발생되는 위스퍼링 갤러리 모드를 개략적으로 보여준다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저를 개략적으로 보인 사시도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저의 다양한 실시예를 보여준다.1 is a perspective view schematically showing a surface plasmon laser according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are plan views showing a gain medium layer applicable to FIG.
FIG. 3 schematically shows a whispering gallery mode generated in the surface plasmon laser of FIG.
4 is a perspective view schematically showing a surface plasmon laser according to another embodiment of the present invention.
5 to 8 show various embodiments of surface plasmon lasers according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저는 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생되는 표면 플라즈몬 광이 원을 따라 도는 위스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode)형 표면 플라즈몬 레이저를 실현하도록 형성된다. 이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저는 나노디스크 (nanodisc) 모양으로부터 얻어지는 위스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode) 형성을 이용한다. 나노디스크에 약간의 변형을 가하여 레이저광을 한 방향으로 나오게 하면, 양질의 레이저광을 나노 사이즈의 구조체로부터 얻을 수 있다.A surface plasmon laser according to an embodiment of the present invention is formed to realize a whispering gallery mode type surface plasmon laser in which surface plasmon light generated by surface plasmon resonance follows a circle. To this end, a surface plasmon laser according to an embodiment of the present invention uses a whispering gallery mode formation obtained from a nanodisc shape. When a slight deformation is applied to the nano disk to expose the laser light in one direction, a high-quality laser light can be obtained from the nano-sized structure.

단순한 나노디스크 모양은 상대적으로 공정이 단순하여 양질의 레이저를 만들 수 있지만, 캐버티로부터 레이저광을 사용자측인 외부로 뽑기가 힘들다. 이를 극복하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저는 전체적으로는 원형 모양인 나노디스크에 약간의 변형을 가하여 레이저광이 나노디스크로부터 빠져나오기 쉽게 하여, 양질의 레이저광을 손쉽게 이용할 수 있도록 마련된다. 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저는, 나노디스크로부터 나온 레이저광을 가이드하기 위해, 2차원 평면 자체를 도파면으로 사용하거나 금속 나노튜브(nanotube)나 금속 나노로드(nanorod) 등의 1차원 도파관을 이용함으로써, 도파로가 일체화된 구조의 단위 소자를 구현할 수도 있다.A simple nano disk shape is relatively simple to manufacture, but it is difficult to draw laser light from the cavity to the outside of the user's side. In order to overcome this problem, the surface plasmon laser according to the embodiment of the present invention slightly deforms the circular nano disk to facilitate the laser light to escape from the nano disk, so that the laser can be easily used do. The surface plasmon laser according to the embodiment of the present invention can be used for guiding laser light emitted from a nano disk by using a two-dimensional plane itself as a waveguide surface or a one-dimensional (2D) laser such as a metal nanotube or a metal nano- By using a waveguide, a unit element having a structure in which the waveguide is integrated can be realized.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, a surface plasmon laser according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 이득 매질층을 보인 평면도이다. 도 3은 도 1의 표면 플라즈몬 레이저에서 발생되는 위스퍼링 갤러리 모드를 개략적으로 보여준다. 도 3에서는 편의상 이득 매질층에 대응하는 금속층 부분만을 도시한다.FIG. 1 is a perspective view schematically showing a surface plasmon laser according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are plan views showing the gain medium layer of FIG. FIG. 3 schematically shows a whispering gallery mode generated in the surface plasmon laser of FIG. FIG. 3 shows only the metal layer portion corresponding to the gain medium layer for the sake of convenience.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저(10)는 금속층(20)과, 상기 금속층(20) 상에 마련된 이득 매질층(30)을 포함한다.1 to 3, a surface plasmon laser 10 according to an embodiment of the present invention includes a metal layer 20 and a gain medium layer 30 provided on the metal layer 20.

상기 금속층(20)은 이득 매질층(30)과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 것으로, 예를 들어, 은(Ag)이나 금(Au) 등과 같이 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 쉬운 재료로 이루어질 수 있다. 또한 상기 금속층(20)으로 금속성을 나타내는 그래핀 등을 사용할 수도 있다. 그 외에도 구리(Cu), 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 카드뮴(Cd) 등과 같은 금속을 금속층(20)으로서 사용할 수도 있다. The metal layer 20 is for causing surface plasmon resonance at the interface with the gain medium layer 30 and may be made of a material likely to cause surface plasmon resonance such as silver (Ag) or gold (Au) . The metal layer 20 may be formed of graphene or the like. A metal such as copper (Cu), lead (Pb), indium (In), tin (Sn), cadmium (Cd) and the like may be used as the metal layer 20.

상기 금속층(20)은 상기 이득 매질층(30)과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생되는 표면 플라즈몬 광으로부터 유도된 레이저광이 이득 매질층(30)으로부터 외부로 출력될 때, 이 레이저광의 도파면으로 이용될 수 있도록 2차원 평면으로 형성되고, 이 2차원 평면을 이루는 금속층(20)의 일부 영역에 상기 이득 매질층(30)이 위치될 수 있다. 대안으로, 상기 금속층(20)은 이득 매질층(30) 저면에만 위치하고, 이득 매질층(30)으로부터 출력되는 레이저광의 도파면으로 이용되는 2차원 평면은 금속층(20) 이외 영역에 존재하는 구조로 형성될 수도 있다. 이때, 2차원 평면은 레이저광 도파를 위해 금속성을 가지도록, 금속 재질로 형성되거나 그래핀 등으로 형성될 수 있다.When the laser beam derived from the surface plasmon light generated by the surface plasmon resonance at the interface with the gain medium layer 30 is output from the gain medium layer 30 to the outside, Dimensional plane, and the gain medium layer 30 may be located in a part of the metal layer 20 forming the two-dimensional plane. Alternatively, the metal layer 20 is located only on the bottom surface of the gain medium layer 30, and the two-dimensional plane used as the guiding surface of the laser light output from the gain medium layer 30 is present in a region other than the metal layer 20 . At this time, the two-dimensional plane may be formed of a metal material or may be formed of graphene or the like so as to have a metallic property for laser beam transmission.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 적용할 수 있는 이득 매질층(30)을 보인 평면도로서, 도 2a는 이득 매질층(30)의 일 실시예를 보여주며, 도 2b는 이득매질층(30)의 다른 실시예를 보여준다.2A and 2B are plan views showing a gain medium layer 30 applicable to FIG. 1, FIG. 2A showing one embodiment of a gain medium layer 30, FIG. 2B showing a gain medium layer 30, Fig.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 이득 매질층(30)은 광을 유도방출(stimulated emission)시키고 증폭시키기 위한 층으로서, 금속층(20) 상에 마련되어, 이 금속층(20)과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 표면 플라즈몬 광을 발생시킨다. 상기 이득 매질층(30)은 예를 들어, InP 등을 포함할 수 있다. 상기 이득 매질층(30)은 금속층(20)과의 계면에서의 표면 플라즈몬 공명에 의한 표면 플라즈몬 광이 도 3에 보여진 바와 같이 원을 따라 도는 위스퍼링 갤러리 모드를 형성하도록, 원형 구조부분(40)을 가진다. 2A and 2B, the gain medium layer 30 is a layer for stimulating emission and amplifying light, and is provided on the metal layer 20, Plasmon resonance generates surface plasmon light. The gain medium layer 30 may include, for example, InP. The gain medium layer 30 has a circular structure portion 40 so that surface plasmon light due to surface plasmon resonance at the interface with the metal layer 20 forms a whispering gallery mode along the circle as shown in FIG. .

즉, 표면 플라즈몬 광(35)이 원을 따라 도는 위스퍼링 갤러리 모드를 형성하도록, 상기 이득 매질층(30)의 적어도 캐버티를 구성하여 증폭이 이루어지는 부분을 나노디스크(nanodisk) 모양으로 형성할 수 있다. 이 나노디스크로부터 얻어지는 위스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode)로 레이저 발진이 이루어지게 된다. 이러한 위스퍼링 갤러리 모드로 레이저 발진이 이루어지는 경우, 발생된 표면 플라즈몬 광(35)은 양쪽 방향으로 다 돌게 되지만, 도 1, 도 2a 및 도 2b, 후술하는 도 4 내지 도 7 등에서는 실질적으로 출력되는 레이저광은 한 방향으로 도는 표면 플라즈몬 광(35)이므로, 단방향 표면 플라즈몬 레이저가 실현될 수 있다. 또한, 후술하는 도 8의 경우에 양방향으로 도는 표면 플라즈몬 광(35)이 모두 출력되기는 하지만, 출력된 레이저광의 진행 방향이 한 방향이므로, 마찬가지로 단방향 표면 플라즈몬 레이저가 실현될 수 있다. 도 3에서는 표면 플라즈몬 광(35)이 양방향으로 도는 경우를 예시한다.That is, at least the cavity of the gain medium layer 30 may be formed so as to form a whispering gallery mode in which the surface plasmon light 35 follows the circle, and a part where amplification is performed may be formed into a nanodisk shape have. The laser oscillation is performed in a whispering gallery mode obtained from the nano disk. When the laser oscillation is performed in such a whispering gallery mode, the generated surface plasmon light 35 is scattered in both directions, but is substantially output in Figs. 1, 2A and 2B, and Figs. 4 to 7 described later Since the laser light is the surface plasmon light 35 which turns in one direction, a unidirectional surface plasmon laser can be realized. In the case of Fig. 8 to be described later, both surface plasmon lights 35 are output in both directions, but the direction of the laser beam output is one direction, so that a unidirectional surface plasmon laser can be realized. 3 illustrates a case in which the surface plasmon light 35 turns in both directions.

상기 이득 매질층(30)은 도 2b에 예를 들어 보인 바와 같이, 다수의 양자점(quantum dot: 31)들을 포함하도록 형성될 수 있다. 양자점(31)은 보어(Bohr) 엑시톤 반경보다 더 작은 크기인 수 나노미터의 크기의 결정 구조를 가진 반도체 재료이다. 양자점(31) 내에는 많은 수의 전자들이 존재하지만, 그 중에서 자유 전자의 수는 1 내지 100개 정도로 제한될 수 있다. 그 결과, 양자점(31) 내의 전자들이 가지는 에너지 준위가 불연속적으로 된다. 이로 인해, 양자점(31)은 연속적인 밴드를 형성하는 벌크(bulk) 상태의 반도체와는 다른 전기적 및 광학적 특성을 갖는다. 예를 들어, 양자점(31)은 그 크기에 따라 에너지 준위가 달라지기 때문에 단순히 크기를 바꾸어 줌으로써 밴드갭을 조절할 수 있다. 즉, 양자점(31)은 크기의 조절만으로도 발광 파장을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 양자점(31)은 높은 이득을 갖기 때문에, 금속층(20)으로 인해 비교적 큰 광손실이 발생하더라도 레이저 발진을 가능하게 할 수 있다. 즉, 고효율의 이득을 갖는 양자점(31)을 이득 매질층(30)에 사용할 경우, 양자점(31)에 의한 이득이 금속층(20)에 의한 손실을 상회하여 광 증폭이 가능하게 된다.The gain medium layer 30 may be formed to include a plurality of quantum dots 31 as shown in FIG. 2B. The quantum dot 31 is a semiconductor material having a crystal structure of a size of several nanometers, which is smaller than the Bohr exciton radius. Although a large number of electrons exist in the quantum dot 31, the number of free electrons can be limited to about 1 to 100. As a result, the energy levels of the electrons in the quantum dots 31 become discontinuous. Due to this, the quantum dot 31 has electrical and optical characteristics different from those of a bulk semiconductor forming a continuous band. For example, since the energy level of the quantum dot 31 varies depending on its size, the band gap can be adjusted by simply changing the size. That is, the quantum dot 31 can easily control the emission wavelength by adjusting the size. Further, since the quantum dot 31 has a high gain, laser oscillation can be enabled even if a relatively large optical loss occurs due to the metal layer 20. That is, when the quantum dot 31 having a high efficiency gain is used for the gain medium layer 30, the gain by the quantum dot 31 exceeds the loss caused by the metal layer 20, so that optical amplification is possible.

여기서, 도 2b는 이득 매질층(30)이 도 2a에 비해 양자점(31)을 포함하는 경우를 보여준다. 도 2a 및 도 2b의 이득 매질층(30)의 물성적인 특성은 도 1, 도 3 내지 도 8에 어디에든 적용될 수 있다. 양자점(31)을 포함하는 이득 매질층(30)은 양자점(31)만으로 이루어지거나, 예컨대, InP 등과 같은 금속층(20)과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 표면 플라즈몬 광을 발생시킬 수 있는 이득 매질에 양자점(31)을 더 추가한 구성을 가질 수 있다. 또한, 도 2b에서는 이득 매질층(30)에 전체적으로 양자점(31)을 구비하는 경우를 보여주는데 이득 매질층(30)의 일부 영역에만 양자점(31)을 포함할 수도 있다.Here, FIG. 2B shows a case where the gain medium layer 30 includes the quantum dot 31 as compared with FIG. 2A. The physical properties of the gain medium layer 30 of Figs. 2A and 2B can be applied anywhere in Figs. 1, 3 to 8. The gain medium layer 30 including the quantum dots 31 is made of only the quantum dots 31 or a gain medium capable of generating surface plasmon light by surface plasmon resonance at the interface with the metal layer 20, The quantum dot 31 may be further added to the quantum dot. 2B shows a case in which the quantum dots 31 are provided in the gain medium layer 30 as a whole. However, the quantum dots 31 may be included only in a part of the gain medium layer 30.

상기 이득 매질층(30)은 광을 유도방출(stimulated emission)시키고 증폭시키기 위한 층으로서, 금속층(20) 상에 마련되어, 이 금속층(20)과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 표면 플라즈몬 광을 발생시킨다. 상기 이득 매질층(30)은 예를 들어, InP 등을 포함할 수 있다.The gain medium layer 30 is a layer for stimulating emission and amplifying light and is provided on the metal layer 20 and generates surface plasmon light by surface plasmon resonance at the interface with the metal layer 20 . The gain medium layer 30 may include, for example, InP.

상기 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)의 외주면 적어도 일부에 금속성 물질이 입혀진 금속막(60)을 더 구비할 수 있다. 상기 금속막(60)은 예를 들어, 은 등의 금속 물질로 형성될 수 있다. The gain medium layer 30 may further include a metal layer 60 on which a metallic material is coated on at least a part of the outer circumferential surface of the circular structure portion 40. The metal film 60 may be formed of a metal material such as silver.

상기 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40) 일측에는 그 원형 구조부분(40)에서 발생된 레이저광의 일부가 출력되도록 형성된 변형부가 구비된다. 즉, 나노디스크에 약간의 변형을 가하여 레이저광을 한 방향으로 나오도록 변형부가 구비될 수 있다. 상기 변형부는 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)과 동일 평면에 형성될 수 있다. 상기 변형부는 도 2a, 도 2b 및 후술하는 도 5 내지 도 8에서와 같이 다양하게 마련될 수 있다. 도 2a, 도 2b, 도 5 내지 도 8은 원형 모양의 나노디스크에 약간의 변형을 가하여 표면 플라즈몬 레이저(10)가 만들어지도록 캐버티를 형성한 모습들을 보인 평면도이다.The gain medium layer 30 has a deformed portion formed on one side of the circular structure portion 40 so as to output a part of the laser light generated in the circular structure portion 40. That is, the deforming unit may be provided to slightly exert the laser light on the nano disk in one direction. The deformed portion may be formed in the same plane as the circular structure portion 40 of the gain medium layer 30. [ The deformed portion may be variously formed as shown in Figs. 2A and 2B and Figs. 5 to 8 described later. 2A, 2B and 5 to 8 are plan views showing cavities formed by applying a slight deformation to a circular nano disk to form a surface plasmon laser 10.

상기 변형부는 도 1 및 도 2a, 도 2b에서와 같이, 이득 매질층(30)의 원형 캐버티로부터 레이저광이 출력될 수 있도록 이득 매질층(30)의 일측에 형성된 노치(50) 예컨대, 원형 구조부분(40)의 접선 방향에 대한 단절면일 수 있다. 원을 따라 돌던 레이저광이 노치(50)가 형성된 부분쯤에 도달하게 되면, 그 일부가 노치(50)를 통해 외부로 출력되게 된다. 이때, 출력되는 레이저광은 대략적으로 원형 구조부분(40)의 접선 방향 또는 그에 근접된 방향을 따라 진행하게 된다. 이 출력된 레이저광은 금속층(20)이 이루는 2차원 평면(또는 금속층(20)이 이득 매질층(30) 저면에만 형성된 경우, 이 금속층(20)과 동일 면상의 금속성 2차원 평면)을 따라 도파될 수 있다.As shown in FIG. 1, FIG. 2A and FIG. 2B, the modified portion may include a notch 50 formed on one side of the gain medium layer 30, for example, a circular And may be a cut surface with respect to the tangential direction of the structural portion 40. [ When the laser light that has traveled along the circle reaches a position where the notch 50 is formed, a part of the laser light is output to the outside through the notch 50. At this time, the output laser light travels roughly along the tangential direction of the circular structure portion 40 or a direction close thereto. The outputted laser light is guided along a two-dimensional plane formed by the metal layer 20 (or a metallic two-dimensional plane on the same plane as the metal layer 20 when the metal layer 20 is formed only on the bottom surface of the gain medium layer 30) .

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저(10)는 다음과 같이 동작될 수 있다.The surface plasmon laser 10 according to the embodiment of the present invention as described above can be operated as follows.

먼저, 표면 플라즈몬 레이저(10)의 이득 매질층(30)을 향해 여기광(excitation light)을 입사시킨다. 여기광은 표면 플라즈몬 레이저(10)의 발진 파장보다 짧은 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 표면 플라즈몬 레이저(10)의 발진 파장이 청색 영역의 파장으로 설계된 경우, 여기광은 자외선 영역의 파장을 가질 수 있다. 또한, 표면 플라즈몬 레이저(10)의 발진 파장이 적색 영역의 파장으로 설계된 경우, 여기광은 청색 영역의 파장을 가질 수 있다. 그러면, 여기광에 의해 예를 들어, 양자점(31)들로 이루어진 이득 매질층(30)이 여기되어 특정 파장의 광을 발생시킨다. 여기서, 이득 매질층(30)에서 발생하는 광의 파장은 표면 플라즈몬 레이저(10)의 발진 파장과 같을 수 있다.First, excitation light is incident on the gain medium layer 30 of the surface plasmon laser 10. The excitation light may have a wavelength shorter than the oscillation wavelength of the surface plasmon laser 10. For example, when the oscillation wavelength of the surface plasmon laser 10 is designed as the wavelength of the blue region, the excitation light may have the wavelength of the ultraviolet region. When the oscillation wavelength of the surface plasmon laser 10 is designed to be the wavelength of the red region, the excitation light may have the wavelength of the blue region. Then, for example, the gain medium layer 30 composed of the quantum dots 31 is excited by the excitation light to generate light of a specific wavelength. Here, the wavelength of the light generated in the gain medium layer 30 may be the same as the oscillation wavelength of the surface plasmon laser 10.

이득 매질층(30)에서 발생한 광은 상기 이득 매질층(30)과 금속층(20)의 계면에서 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 일으킨다. 표면 플라즈몬이란 금속막과 유전체의 계면에서 발생하는 표면 전자기파(즉, 광)이다. 표면 플라즈몬은, 금속막에 특정 파장의 빛이 입사할 때, 금속막의 표면에서 일어나는 전자들의 집단적인 진동(charge density oscillation)에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다. 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생하는 광은 세기가 매우 강하지만 유효 거리가 짧은 소산파(evanescent wave)이다. 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 빛의 파장은 예를 들어 금속막의 재료 및 유전체의 굴절률 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 이득 매질층(30)의 굴절율과 금속층(20)의 재료는 상기 이득 매질층(30)에서 발생한 광의 파장에 의해 표면 플라즈몬 공명이 일어나도록 선택될 수 있다.The light generated in the gain medium layer 30 causes surface plasmon resonance at the interface between the gain medium layer 30 and the metal layer 20. Surface plasmons are surface electromagnetic waves (i.e., light) generated at the interface between a metal film and a dielectric. Surface plasmons are known to be generated by charge density oscillation of electrons occurring at the surface of a metal film when light of a specific wavelength is incident on the metal film. The light generated by surface plasmon resonance is an evanescent wave whose intensity is very strong but whose effective distance is short. The wavelength of the light for causing the surface plasmon resonance may vary depending on, for example, the material of the metal film and the refractive index of the dielectric. For example, the refractive index of the gain medium layer 30 and the material of the metal layer 20 may be selected so that surface plasmon resonance occurs due to the wavelength of the light generated in the gain medium layer 30.

이득 매질층(30)은 위스퍼링 갤러리 모드로 플라즈몬 광이 원을 따라 돌도록 되어 있으므로, 표면 플라즈몬 광은 이득 매질층(30)내에 머물게 된다. 따라서, 표면 플라즈몬 레이저(10)의 이득이 증가하게 되어, 광이 증폭되게 된다. 증폭된 표면 플라즈몬 광은 레이저광으로서, 표면 플라즈몬 레이저(10)의 변형부 예컨대, 노치(50) 통해 출력되어 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)의 접선 방향 또는 그에 근접된 방향으로 진행하게 된다. 도 1에서 참조번호 70은 노치(50)를 통해 출력된 표면 플라즈몬 레이저광을 나타낸다.The gain medium layer 30 is caused to rotate along the circle in the whispering gallery mode so that the surface plasmon light stays in the gain medium layer 30. [ Therefore, the gain of the surface plasmon laser 10 is increased, and the light is amplified. The amplified surface plasmon light is output as laser light through a deformation portion of the surface plasmon laser 10, for example, the notch 50, and is emitted toward the tangential direction of the circular structure portion 40 of the gain medium layer 30 . 1, reference numeral 70 denotes a surface plasmon laser light output through the notch 50. In FIG.

원형의 나노디스크를 가지는 표면 플라즈몬 레이저(10)를 형성하는 경우, 표면 플라즈몬 광은 계속해서 캐버티안에만 있게 되는데, 상기한 본 발명의 실시예에서와 같이, 원형 캐버티에 약간의 변형을 가하면, 레이저광이 캐버티 안에만 있지 않고 변형된 틈으로 외부로 나오게 되므로, 레이저광 출력 효율을 높일 수 있다.In the case of forming the surface plasmon laser 10 having a circular nano disc, the surface plasmon light continues to exist only in the cavity. As in the embodiment of the present invention described above, when the circular cavity is slightly deformed , The laser light is emitted not only into the cavity but also through the deformed gap, so that the laser light output efficiency can be increased.

이득 매질층(30)으로부터 변형부를 통해 캐버티로부터 나온 표면 플라즈몬 레이저광(70)을 사용하기 위해서는, 표면 플라즈몬 레이저광(70)이 전파할 수 있는 전파 구조가 필요하다. 도 1에서와 같이, 2차원 평면 예컨대, 금속층(20)이 은 등의 금속 물질이나 그래핀 등으로 이루어져, 금속성을 가지는 경우, 이득 매질층(30)으로부터 출력된 표면 플라즈몬 레이저광은 2차원 도파면을 통해 전파될 수 있어, 같은 평면에 마련된 다른 소자에 평면을 타고 전달될 수 있다. 여기서, 도파면으로 사용되는 2차원 평면은 전기적인 주입 층으로 사용될 수도 있다.In order to use the surface plasmon laser light 70 emitted from the cavity through the deformation portion from the gain medium layer 30, a propagation structure capable of propagating the surface plasmon laser light 70 is required. 1, when a two-dimensional plane, for example, a metal layer 20 is made of a metallic material such as silver or graphene and has metallic properties, the surface plasmon laser light output from the gain medium layer 30 is transmitted through a two- Plane, and can be transmitted on a plane to another element provided in the same plane. Here, a two-dimensional plane used as a waveguide may be used as an electrical injection layer.

한편, 이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저(10)가, 2차원 평면을 도파로면으로 이용하는 경우를 예를 들었는데, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 2차원 평면을 도파로면으로 이용하는 대신에, 이득 매질층(30)으로부터 변형부를 통해 나온 레이저광을 원하는 방향으로 더 쉽게 가이드할 수 있도록, 도 4에서와 같이, 변형부의 레이저광 출구에 레이저광을 가이드하기 위한 1차원 도파관으로서의 광 가이드(80)를 별도로 구비할 수도 있다. In the above description, the surface plasmon laser 10 according to the embodiment of the present invention uses a two-dimensional plane as a waveguide surface, but the embodiment of the present invention is not limited thereto. Instead of using the two-dimensional plane as a waveguide surface, laser light is emitted to the laser light exit of the deformation portion, as shown in FIG. 4, so that the laser light emitted from the gain medium layer 30 through the deformation portion can be more easily guided in a desired direction A light guide 80 as a one-dimensional waveguide for guiding may be separately provided.

도 4를 참조하면, 노치(50)로 된 변형부를 가지는 경우에, 광 가이드(80)는 노치(50)에 인접되게 배치된다. 광 가이드(80)는 2차원 평면 예컨대, 금속층(20) 상에 배치될 수 있다. 이 광 가이드(80)로는 금속성 나노튜브나 나노로드를 사용할 수 있다. 즉, 나노튜브나 나노로드를 레이저가 나오는 곳에 집적하면 된다. 반대로, 나노로드 모양의 음각구조인 경우, 금속이 캐버티를 덥게 되는데, 이때에는 예를 들어, FIB 장비 등을 이용하여 금속을 나노로드모양 만큼만 없애서 레이저광이 전파될 수 있는 길을 만들어서 원하는 단위소자를 만들 수도 있다.Referring to FIG. 4, the light guide 80 is disposed adjacent to the notch 50, with the notch 50 having a deformed portion. The light guide 80 may be disposed on a two-dimensional plane, e.g., a metal layer 20. As the light guide 80, metallic nanotubes or nano-rods can be used. In other words, nanotubes or nanorods can be integrated into the laser. On the contrary, in the case of a nano-rod-shaped concave structure, a metal covers the cavity. In this case, for example, by using a FIB equipment or the like, Devices can also be made.

이러한 광 가이드(80)는 1차원 도파관을 형성하므로, 1차원 도파관이 일체화된 표면 플라즈몬 레이저(10)의 단위 소자를 구현할 수 있다.Since the light guide 80 forms a one-dimensional waveguide, a unit element of the surface plasmon laser 10 in which the one-dimensional waveguide is integrated can be realized.

도 4에 보여진바와 같은 1차원 도파관 형태로 광 가이드(80)는 후술하는 도 5 내지 도 8에 보여진 바와 같은 다양한 변형부를 가지는 구조에 대해서도, 변형부의 레이저광 출구쪽에 배치할 수 있다. 이러한 예에 대해서는 도 4를 참조로 충분히 유추할 수 있으므로, 여기서는 그 도시를 생략한다.The light guide 80 in the form of a one-dimensional waveguide as shown in FIG. 4 can also be arranged on the laser beam exit side of the deformation portion, as shown in FIGS. 5 to 8, which will be described later. Such an example can be sufficiently deduced with reference to FIG. 4, and therefore, the illustration thereof is omitted here.

이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조로, 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저(10)의 다양한 예를 설명한다. 도 5 내지 8에서는 원형 구조부분(40)을 가져 나노디스크 형태로 형성된 이득 매질층(30) 및 그 레이저광 출력단에 약간의 변형을 가해 형성된 변형부의 다양한 예를 보여준다. 도 5 내지 도 8의 다양한 변형부도 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)과 동일 평면에 형성된다.Hereinafter, various examples of the surface plasmon laser 10 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 8. FIG. 5 to 8 show various examples of the gain medium layer 30 formed in the form of a nano disk having the circular structure portion 40 and a deformed portion formed by applying a slight deformation to the laser light output end thereof. 5 to 8 are also formed in the same plane as the circular structure portion 40 of the gain medium layer 30. [

도 5를 참조하면, 변형부는 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)의 접선 방향 또는 그에 근접된 방향으로 연장 형성된 돌출가이드(100) 형태로 형성될 수 있다.5, the deformable portion may be formed in the form of a protruding guide 100 extending in a tangential direction or a direction close to the circular structure portion 40 of the gain medium layer 30. [

도 6을 참조하면, 변형부는 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)에 일부분이 접속된 부분원형 구조(110) 예컨대, 반원형 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)을 원을 따라 돌던 레이저광의 일부가 접속부분 예컨대, 원형 구조부분(40)의 노치를 통해 부분원형 구조(110)를 원을 따라 돌다가 그 부분원형 구조(110)의 단면(110a)을 통해 출사될 수 있다. 이때, 상기 부분원형 구조(110)는 이득 매질층(30)과 동일층으로 형성될 수 있다. 도 6에서 보여진 점선이, 부분원형 구조(110)를 통해 출력되는 광의 경로를 개략적으로 나타낸다.Referring to FIG. 6, the deformation portion may be formed as a partial circular structure 110, for example, a semicircular structure, to which a portion is connected to the circular structure portion 40 of the gain medium layer 30. In this case, a part of the laser light that has circled the circular structure portion 40 of the gain medium layer 30 is rounded along the circle through the connecting portion, for example, the notch of the circular structure portion 40 May be emitted through the end face 110a of the partial circular structure 110. [ At this time, the partial circular structure 110 may be formed in the same layer as the gain medium layer 30. The dotted line shown in FIG. 6 schematically shows the path of light output through the partial circular structure 110.

도 7을 참조하면, 변형부는, 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)에 접하도록 배치된 고리형 구조(120)와, 이 고리형 구조(120)의 일측에 접선 방향 또는 그에 근접된 방향으로 연장 형성된 돌출가이드(125)를 포함하는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 이 변형부를 이루는 고리형 구조(120)와 돌출가이드(125)는 이득 매질층(30)과 동일층으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 이득 매질층(30)의 원형 구조부분(40)도 도 7에 예시한 바와 같이 고리형 구조(40')로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예들에서와 같이 나노디스크 형태로 형성될 수도 있다.7, the deformation portion includes an annular structure 120 disposed to abut a circular structural portion 40 of the gain medium layer 30, and a tangential structure 120 that is tangential to or proximate to one side of the annular structure 120 And a protrusion guide 125 extending in the direction in which the protrusion 125 is formed. In addition, the annular structure 120 and the protrusion guide 125 constituting the deformation part may be formed in the same layer as the gain medium layer 30. At this time, the circular structure portion 40 of the gain medium layer 30 may be formed as the annular structure 40 'as illustrated in FIG. 7, but the present invention is not limited thereto. As in other embodiments, Or may be formed in the form of a nano disk.

도 8을 참조하면, 변형부는 이득 매질층(30)의 일측에 함몰 형성된 함몰부((130)로 형성될 수도 있다. 원을 따라 돌던 광이 이 함몰부(130)를 만나게 되면, 이득 매질층(30)과 함몰부(130)의 경계면에서 반사되어 이득 매질층(30)으로부터 출력되게 된다. 도 8에서는 함몰부(130)의 경계면에서 반사되는 광의 경로를 예시적으로 보여준다. 전술한 바와 같이, 원을 따라 양방향으로 도는 광이 함몰부(130)에서 반사되어, 동일 방향으로 진행할 수 있다. 8, the deformation portion may be formed as a depression 130 that is recessed at one side of the gain medium layer 30. When the light that has been circled along the circle meets the depression 130, The light is reflected from the interface between the light emitting layer 30 and the depression 130 and outputted from the gain medium layer 30. The light path reflected by the interface of the depression 130 is exemplarily shown in Figure 8. As described above, , The light in both directions along the circle can be reflected by the depression 130 and proceed in the same direction.

이상에서와 같이, 나노디스크 형태의 이득 매질층(30)으로부터 나온 레이저광을 가이드하기 위해 그래핀 등으로 입혀진 금속성의 2차원 평면 예컨대, 금속층(20)을 대면적의 도파면으로 사용하거나 금속성 나노튜브나 나노로드로 된 광 가이드(80)를 이용하여 1차원 도파관을 형성하면, 표면 플라즈몬 레이저(10)로부터 발생된 레이저광을 가이드(80)하여 전송하는 구조를 손쉽게 만들 수 있으므로, 광전자 집적 회로(OEIC)를 만드는 핵심적인 단위소자를 구현할 수 있다.As described above, in order to guide the laser light emitted from the nano disk-type gain medium layer 30, a metallic two-dimensional plane, for example, a metal layer 20 coated with graphene or the like is used as a large- When a one-dimensional waveguide is formed using a light guide 80 made of a tube or a nano-rod, a structure for transmitting the laser beam generated from the surface plasmon laser 10 by the guide 80 can be easily made, (OEIC) can be implemented.

본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저(10)에 따르면, 캐버티로부터 표면 플라즈몬 레이저광 출력 효율을 높일 수 있어, 캐버티와 다른 플라즈몬 소자간의 레이저광 전달이 쉽게 이루어질 수 있다. 따라서, 높은 큐 요소(high Q factor)를 갖는 표면 플라즈몬 레이저(10)를 단순한 구조로 만들 수 있으며, 레이저광을 도파하는 구조까지 집적함으로써, 광집적회로(OEIC)의 구현을 용이하게 할 수 있다.According to the surface plasmon laser 10 according to the embodiment of the present invention, the surface plasmon laser light output efficiency can be increased from the cavity, and laser light transmission between the cavity and another plasmon device can be easily performed. Therefore, the surface plasmon laser 10 having a high Q factor can be made simple structure, and the structure for guiding laser light can be integrated to facilitate the implementation of the optical integrated circuit (OEIC) .

더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈몬 레이저(10)는 금속층(20)이 기판의 역할을 할 수 있기 때문에, 광집적 회로에의 집적이 더욱 용이할 수 있다. Furthermore, the surface plasmon laser 10 according to the embodiment of the present invention can be more easily integrated into the optical integrated circuit because the metal layer 20 can serve as a substrate.

이상에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 표면 플라즈몬 레이저(10)에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.In the foregoing, an exemplary embodiment of the surface plasmon laser 10 has been described and shown in the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that such embodiments are merely illustrative of the present invention and not limiting thereof. And it is to be understood that the invention is not limited to the details shown and described. Since various other modifications may occur to those of ordinary skill in the art.

Claims

금속층과;
상기 금속층 상에 마련되고, 이 금속층과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생되는 표면 플라즈몬 광이 원을 따라 도는 위스퍼링 갤러리 모드가 발생되는 원형 구조부분을 가지는 이득 매질층과;
상기 이득 매질층의 원형 구조부분으로부터 발생된 레이저광의 일부가 출력되도록 형성된 변형부;를 구비하며,
상기 변형부는, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분에 일부분이 접속된 부분원형 구조를 구비하며, 레이저광은 이 부분 원형 구조의 단면을 통해 출사되는 표면 플라즈몬 레이저.A metal layer;
A gain medium layer provided on the metal layer and having a circular structure portion in which a whispering gallery mode is generated in which surface plasmon light generated by surface plasmon resonance occurs along the circle at an interface with the metal layer;
And a deformation portion formed to output a part of the laser light generated from the circular structure portion of the gain medium layer,
Wherein the deforming portion has a partial circular structure partially connected to the circular structure portion of the gain medium layer, and the laser light is emitted through a section of the partial circular structure.

제1항에 있어서, 상기 변형부는, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분과 동일 평면에 형성되는 표면 플라즈몬 레이저.The surface plasmon laser according to claim 1, wherein the deforming portion is formed in the same plane as the circular structure portion of the gain medium layer.

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제1항에 있어서, 상기 부분원형 구조는 상기 이득 매질층과 동일층으로 형성되는 표면 플라즈몬 레이저.The surface plasmon laser according to claim 1, wherein the partial circular structure is formed in the same layer as the gain medium layer.

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금속층과;
상기 금속층 상에 마련되고, 이 금속층과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생되는 표면 플라즈몬 광이 원을 따라 도는 위스퍼링 갤러리 모드가 발생되는 원형 구조부분을 가지는 이득 매질층과;
상기 이득 매질층의 원형 구조부분으로부터 발생된 레이저광의 일부가 출력되도록 형성된 변형부;를 구비하며,
상기 변형부는, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분에 접하도록 배치된 고리형 구조와; 이 고리형 구조의 일측에 접선 방향으로 연장 형성된 돌출가이드;를 포함하는 표면 플라즈몬 레이저.A metal layer;
A gain medium layer provided on the metal layer and having a circular structure portion in which a whispering gallery mode is generated in which surface plasmon light generated by surface plasmon resonance occurs along the circle at an interface with the metal layer;
And a deformation portion formed to output a part of the laser light generated from the circular structure portion of the gain medium layer,
Wherein the deforming portion comprises: an annular structure disposed to abut the circular structure portion of the gain medium layer; And a projecting guide extending in a tangential direction on one side of the annular structure.

제8항에 있어서, 상기 고리형 구조 및 돌출가이드는 상기 이득 매질층과 동일층으로 형성되는 표면 플라즈몬 레이저.The surface plasmon laser according to claim 8, wherein the annular structure and the protrusion guide are formed in the same layer as the gain medium layer.

제8항에 있어서, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분은 고리형 구조로 형성된 표면 플라즈몬 레이저.The surface plasmon laser according to claim 8, wherein the circular structure portion of the gain medium layer is formed in an annular structure.

제1항, 제2항, 제5항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 매질층은 InP를 포함하는 표면 플라즈몬 레이저.The surface plasmon laser according to any one of claims 1, 2, 5, and 8 to 10, wherein the gain medium layer comprises InP.

제1항, 제2항, 제5항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 매질층은 다수의 양자점들을 포함하도록 형성되는 표면 플라즈몬 레이저.The surface plasmon laser according to any one of claims 1, 2, 5, and 8 to 10, wherein the gain medium layer is formed to include a plurality of quantum dots.

제1항, 제2항, 제5항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변형부의 레이저광 출구에 레이저광을 가이드하기 위한 광 가이드;를 더 구비하는 표면 플라즈몬 레이저.The surface plasmon laser according to any one of claims 1, 2, 5, and 8 to 10, further comprising a light guide for guiding the laser light to the laser light exit of the deformation portion.

제13항에 있어서, 상기 광가이드는 금속성 나노튜브나 나노로드를 포함하는 표면 플라즈몬 레이저.14. The surface plasmon laser according to claim 13, wherein the light guide comprises a metallic nanotube or a nanorod.

제13항에 있어서, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분의 외주면 적어도 일부에 금속성 물질이 입혀진 금속막을 더 구비하는 표면 플라즈몬 레이저.14. The surface plasmon laser according to claim 13, further comprising a metal film on which at least a part of the outer circumferential surface of the circular structure portion of the gain medium layer is covered with a metallic material.

제1항, 제2항, 제5항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득 매질층의 원형 구조부분의 외주면 적어도 일부에 금속성 물질이 입혀진 금속막을 더 구비하는 표면 플라즈몬 레이저.The surface plasmon resonator according to any one of claims 1, 2, 5, and 8 to 10, further comprising a metal film on at least a part of the outer circumferential surface of the circular structure portion of the gain medium layer, laser.

제1항, 제2항, 제5항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 상기 이득 매질층으로부터 상기 변형부를 통하여 외부로 출력된 레이저광의 도파면으로 이용되도록 2차원 평면으로 형성되고, 이 2차원 평면을 이루는 금속층의 일부 영역에 상기 이득 매질층이 위치된 표면 플라즈몬 레이저.The method as claimed in any one of claims 1, 2, 5, and 8 to 10, wherein the metal layer is formed of a material having a refractive index of 2 Dimensional plane, and the gain medium layer is located in a partial region of the metal layer forming the two-dimensional plane.