| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2017년 봄 (05/17 ~ 05/19, 목포 현대호텔) |
| 권호 | 23권 1호 |
| 발표분야 | 7. 플라즈모닉 소재의 응용(Applications of Plasmonic Materials) |
| 제목 | 플라즈모닉 금속 나노디스크 배열 필터의 광학적 특성 및 칩형 적외선 분광계로의 응용 가능성 평가 (Optical properties of plasmonic metal nanodisk array filter and its application to infrared on-chip spectrometer) |
| 초록 | 적외선 분광계는 물질 고유의 스펙트럼으로부터 물질의 화학적인 구조를 정량∙정성적으로 측정하는 기기로 다양한 분야에서 응용되고 있다. 기존 적외선 분광계로 널리 쓰이고 있는 푸리에 변환 적외선 분광계의 경우, 크기가 크고 무거우며, 고가의 광학계를 사용한다는 단점이 있다. 따라서, 현장 및 휴대용 분석을 하기 위해서는, 소형화 된 분광계의 개발이 필요하다. 최근에는, 필터 배열 기반의 칩형 분광계에 대한 관심이 증가하고 있다. 대표적인 분광계 용 광학 필터로는 파브리-페롯 구조의 간섭형 필터가 있는데, 이러한 방식의 광학 필터는 배열 형태로 사용될 경우 공정적인 측면에서 몇 가지 한계점을 지니고 있다. 우선, 공진층의 두께에 의해 필터의 공명파장대역이 결정되기 때문에 멀티채널 형성을 위한 공정단계 및 비용이 급격히 증가하게 된다. 또한, 2차원 집적화가 용이하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하는 방안으로, 플라즈모닉 필터를 이용한 분광계 응용연구가 최근 들어 진행된 바 있다. 플라즈모닉 필터는, 나노 구조체의 주기와 단위체 크기 등의 수평 성분의 기하학적인 요소만을 조절함으로써 필터링 하고자 하는 파장을 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 이번 연구에서는, 광학 시뮬레이션 결과로부터 설계한 Al 나노디스크 필터 배열을 제작하여, 이를 중적외선 대응 분광계용 광학 필터로 적용하였다. 측정하고자 하는 대상체의 적외선 스펙트럼을 읽어들이기 위해, 디지털 신호 처리 기법을 사용하여 신호 복원 작업을 실시하였다. 신호 복원에 필요한 필터 함수 값을 얻기 위해, 푸리에 변환 적외선 현미경을 이용하여 필터 배열의 투과 스펙트럼을 측정하였다. 임의의 파장 간격을 갖는 두 개의 투과 피크 신호의 스펙트럼 복원을 위해 불량조건 선형대수 문제에 대한 정규화 기법을 이용한 디지털 신호처리 알고리즘을 적용하고, 두 피크 간 간격에 따른 신호복원능을 평가하였다. 이를 통해 플라즈모닉 나노디스크 필터 배열을 이용한 분광계 동작이 가능함을 확인하였다. 더 나아가, 해당 필터 배열을 오일 산화 유무에 따라 신호복원능이 어떻게 나타나는 지를 관찰하였다. 본 연구는 한국과학기술연구원의 기관고유사업 과제(2E27160)의 지원을 받아 수행되었습니다. |
| 저자 | 이화섭1, 성태연2, 황규원1, 이경석1 |
| 소속 | 1한국과학기술(연), 2고려대 |
| 키워드 | Plasmonic nanodisk array; Oil aging; Digital Signal Processing |
