초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
2차년도 연구목표에 국한하지 않고, 상기 4개의 세부 연구목표들을 병행하여 아래와 같이 연구/개발을 진행함.
1. 광자-플라즈몬-광자 변환을 위한 플라즈모닉 구조의 설계, 해석 및 제작
- FDTD 시뮬레이션을 통해 플라즈몬 공명 현상을 보이는 EOT 샘플의 조건을 최적화함.
- EOT 샘플의 2차원 홀 배열의 금 박막 제작을 위해 전자빔 리소그래피 방법을 통해 200 nm 직경의 홀을 530 nm 주기로 가공함.
- 해당 샘플을 포함하여 마하젠더 간섭계를 기반으로 한 헤테로다

Ⅳ. 연구개발결과
2차년도 연구목표에 국한하지 않고, 상기 4개의 세부 연구목표들을 병행하여 아래와 같이 연구/개발을 진행함.
1. 광자-플라즈몬-광자 변환을 위한 플라즈모닉 구조의 설계, 해석 및 제작
- FDTD 시뮬레이션을 통해 플라즈몬 공명 현상을 보이는 EOT 샘플의 조건을 최적화함.
- EOT 샘플의 2차원 홀 배열의 금 박막 제작을 위해 전자빔 리소그래피 방법을 통해 200 nm 직경의 홀을 530 nm 주기로 가공함.
- 해당 샘플을 포함하여 마하젠더 간섭계를 기반으로 한 헤테로다인 간섭계를 설계 및 제작함.
- 간섭계를 이용하여, EOT 샘플에 의한 광자-플라즈몬-광자 변환 후 광 주파수 모드 구조를 확인하고자 함.
- 측정 과정 중 광 주파수에 대한 EOT 샘플의 위상잡음 특성을 파악하고자 함. 맥놀이 주파수 선폭과 SNR을 값 측정, 샘플 통과 전 후에서 ~60dB 수준으로 샘플에 의한 추가적인 위상 잡음이 없음을 확인.
- 추가적으로, 위상 잡음 스펙트럼 측정 결과로서 EOT 샘플의 유/무에 따라 맥놀이 주파수는 0.24 mHz의 값 차이, 61 mHz의 표준 편차를 보이는데, 이는 6.51×10^-19의 상대 안정도 수준으로서, 실직적으로 주파수 정확도를 저하시키지 않음을 확인함.
- 따라서, 고안정화된 광빗의 플라즈모닉 위상 분광기법으로서의 적용 가능성을 검증함.

2. 피코미터급 측정 분해능 구현을 위한, 광빗 기반 광대역 플라즈몬 위상 초정밀 분광기술 개발
- 표면 플라즈모닉 공명을 위한 위상 변화를 직접적으로 검출하기위해 헤테로다인 간섭계를 구성함.
- 간섭계의 측정광은 EOT 샘플을 투과하고, 기준광은 측정광의 주파수 대역을 RF 대역으로 낮추어 위상 검출을 위해 주파수 천이를 겪도록 구성됨. 이 후, 광검출기를 통해 두 빛의 간섭 신호를 높은 신호잡음비 RF 주파수로 측정함.
- 전체 시스템의 비공통 광경로의 잡음과 환경 잡음을 억제하여 측정 분해능 향상을 위해 Phase meter에서 Differential Scheme을 이용함. Off-resonance 파장(630 nm), on-resonance 파장(780nm)의 맥놀이 신호의 슈퍼헤테로다인 RF 신호(1.2 MHz)를 이용하여 신호의 위상차를 얻음.

3. 단분자 수준의 조성변화 감지를 위한, 플라즈몬 위상분광 굴절률 변화 감지 기술 적용 및 평가
- 플라즈몬 위상분광을 위한 챔버 내부의 단일 분자 수준의 조성 변화를 만들고자 유량 조절 시스템을 설계함.
- 유량 조절 시스템은 아르곤 및 질소 가스 실린더에 연결된 질량 유량 제어기에 컴퓨터를 이용한 조절 과정을 거침
- 유량 제어기의 질량 유량 영점 시프트는 0.01 %/atm이며, 압력 오차는 1 atm 이상에서 표시값의 0.5 %로서, 단일 분자 수준의 조성 변화를 위한 압력 변화인 수 kPa 수준을 조성하기에 해당 시스템의 충분한 스펙을 확인함.

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

Project objective: 　Development of picometer-level extreme displacement precision and single-molecule-level extreme refractive index change precision measurement through plasmonic phase spectroscopy technology based on femtosecond laser optical comb

ㅇ Research contents and results of the 2

Project objective: 　Development of picometer-level extreme displacement precision and single-molecule-level extreme refractive index change precision measurement through plasmonic phase spectroscopy technology based on femtosecond laser optical comb

ㅇ Research contents and results of the 2^nd year
1. Design and analysis of plasmonic structure for photon-plasmon-photon conversion system
- The conditions of EOT sample, which has surface plasmon resonance, are optimized through FDTD simulation. Based on the simulation result, a regular two-dimensional hole arrangement is sputtered on the gold thin film.
- Based on Mach-Zehnder interferometery, heterodyne interferometer is designed to implement the highly stable optical comb-based plasmonic phase spectroscopy.
- The interferometery uses highly stabilized optical comb as a linght source, which is divided into measurement light and reference light. Each light source passes through the EOT sample and the acousto-optical device (AOM), respectively, and is then combined to obtain an interference signal.

2. Development of ultra-pricision, broadband plasmonic phase spectroscopy based on optical freuqency comb for realization of picometer-level measurement resolution
- Heterodyne interferometer is developed to directly detect the phase change for surface plasmonic resonance.
- The measurement light of the interferometer passesthe EOT sample, and the reference light undergoes a frequency shift to detect the phase change. Interference signal is detected in RF frequency range with a high S-N ratio in the photodetector.
- Differential scheme is used in the phasemeter to improve the measurement resolution by suppressing the uncommon noise and environmental noise of the optical path in the entire system. The phase difference of the signal is obtained by using the super heterodyne RF signal (1.2 MHz) of the beat signal of the off-resonance wavelength (630 nm) and on-resonance wavelength (780 nm).

3. Application and evaluation of ultra-pricision broadband plasmonic phase spectroscopy detecting compositional changes at the level of single molecules
- A flow control system was designed to make a single molecule-level compositional change inside the chamber for plasmonic phase spectroscopy.
- The flow control system uses a computer-aided control process with a mass flow controller connected to an argon and nitrogen gas cylinder.
- The zero shift of the flow controller is 0.01%/atm, and the pressure error is 0.5% of the displayed value at 1 atm. Confirmed that the suggested system has sufficient specification.

(source : Summary 9p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 12
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 17
• 1. 광자-플라즈몬-광자 변환을 위한 플라즈모닉 구조의 설계, 해석 및 제작 ... 17
• 2. 피코미터급 측정 분해능 구현을 위한, 광빗 기반 광대역 플라즈몬 위상 초정밀 분광기술 개발 ... 18
• 3. 단일 분자 수준의 조성 변화 감지를 위한, 플라즈몬 위상분광 기술 기반 피코미터급 굴절률 변화 감지 기술 적용 및 평가 ... 19
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 20
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 21
• 제 6 장 참고문헌 ... 22
• 끝페이지 ... 26