광 빗 기반 플라즈모닉 위상 분광 이미징 시스템을 통한 나노 구조체의 비선형 위상 변화 특성 관찰

Abstract

표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 현상은 금속 및 유전체 물질의 계면에서 빛과 자유 전자의 공명 상호작용에 의해 생성되는 일관성 있는 집단적인 전하의 진동을 말한다. 이러한 표면 플라즈몬 현상은 플라즈몬 눈 금자의 핵심 기술로, 광 강도 변화를 기반으로 생체 분자 표면 결합, 분자 조성 변화, 정밀 원자 포획 등과 같은 초정밀 센싱 분야에서 많이 활용되고 있다. 하지만 광 강도 기반의 측정 시스템은 주파수 정확도 및 외부 광량 변화에 민감하기 때문에 측정 정밀도의 한계를 가지고 있으며, 이에 본 연구단에서는 높은 안정도의 주파수를 가지는 광 빗 기반의 위상 분광 이미징 기술을 제안 및 개발하고 나노 구조체에서의 공간, 편광에 따른 비선형적인 위상 변화 특성을 관찰하였다. 고정밀 위상 분광 시스템에 이미징 시스템을 적용시킴으로써 공간적인 위상 스펙트럼을 획득하였고, 나노 구조체로 입사되는 광의 편광을 조절함으로써 비선형 위상 변화의 편광 의존성을 확인하였다. 또한 나노 구조체에서의 비선형 위상 측정을 통해 p(10-12)m 수준의 변위 분해능 그리고 단일 분자 검출을 위한 굴절률 변화 분해능인 10-10 수준 보다 낮은 10-13 수준의 굴절률 변화 분해능을 확인하였다.