CN109254422B - 光调制器件及包括该光调制器件的光设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供光调制器件及包括光调制器件的光设备。光调制器件可以包括纳米天线、导体、以及位于纳米天线和导体之间的有源层。光调制器件还可以包括位于有源层和导体之间的第一电介质层以及位于有源层和纳米天线之间的第二电介质层。光调制器件还可以包括信号施加单元，该信号施加单元被配置为独立地将电信号施加到纳米天线、有源层和导体中的至少两个。

Description

光调制器件及包括该光调制器件的光设备
技术领域
与示例性实施方式一致的装置和方法涉及光调制器件及包括该光调制器件的光设备。
背景技术
用于改变光的透射/反射特性、相位、振幅、偏振、强度、路径等的光器件被用在各种各样光设备中的任意光设备中。为了在光学系统中以期望的方式控制光的这样的特性，已经提出了具有各种各样的结构的光调制器。例如，具有光学各向异性的液晶或利用光阻挡/反射元件的微机械运动的微机电系统(MEMS)结构被用在光调制器中。近来，已经尝试将利用入射光激励的表面等离子体激元共振的纳米结构应用于光器件。
发明内容
一个或更多个示例性实施方式可以提供用于电调制光的光调制器件。
一个或更多个示例性实施方式可以提供用于通过利用表面等离子体激元共振来调制光的光调制器件。
一个或更多个示例性实施方式可以提供包括等离子体激元纳米天线或等离子体激元纳米天线的阵列的光调制器件。
一个或更多个示例性实施方式可以提供操作光调制器件的方法。
一个或更多个示例性实施方式可以提供包括光调制器件的设备。
额外的示例性方面部分地将在后续的描述中被阐述，部分地将因该描述而明显，或者可以通过对所给出的示例性实施方式的实践而被了解。
根据一示例性实施方式的一方面，一种光调制器件包括：纳米天线；面对纳米天线的导体；位于纳米天线与导体之间的有源层，该有源层的至少一种特性根据施加到其的电压而是可变化的；位于有源层和导体之间的第一电介质层；位于有源层和纳米天线之间的第二电介质层；以及信号施加单元，被配置为独立地将电信号施加到纳米天线、有源层和导体中的至少两个。
信号施加单元可以被配置为独立地向导体施加第一电压，向纳米天线施加第二电压。
信号施加单元可以包括：第一电压施加单元，被配置为在导体和有源层之间施加第一电压；以及第二电压施加单元，被配置为在有源层和纳米天线之间施加第二电压。
信号施加单元可以被配置为独立地向导体施加第一电压，向有源层施加第二电压，和向纳米天线施加第三电压。
信号施加单元可以被配置为将第一电压施加到导体，将第二电压施加到有源层，以及将第三电压施加到纳米天线，第一电压和第三电压的至少之一可以不同于第二电压。
第二电压可以是用于第一电压和第三电压的参考电压。
第二电压可以为地电压。
有源层可以包括由信号施加单元施加电信号而形成的第一电荷浓度变化区域和第二电荷浓度变化区域，第一电荷浓度变化区域可以位于第一电介质层附近，第二电荷浓度变化区域可以位于第二电介质层附近。
导体可以是位于有源层下方的背反射器电极。
导体可以是金属层。
有源层可以是第一有源层，并且光调制器件可以还包括位于导体和第一电介质层之间的第二有源层，第二有源层电接触导体。
有源层可以是第一有源层，并且光调制器件可以还包括在第一电介质层和第二电介质层之间的第二有源层以及位于第一有源层和第二有源层之间的中间电介质层。
有源层可以具有包括下层和上层的多层结构，且下层和上层可以包含不同的材料或具有不同的掺杂特性。
多个导体可以彼此间隔开，多个纳米天线可以彼此间隔开，并且有源层可以位于所述多个导体与所述多个纳米天线之间。
光调制器件可以被配置为向所述多个导体中的至少两个施加不同的电压，并且向所述多个纳米天线中的至少两个施加不同的电压。
信号施加单元可以被配置为向所述多个导体中的每一个独立地施加电压，并且向所述多个纳米天线中的每一个独立地施加电压。
所述多个导体可以包括第一导体和第二导体，所述多个纳米天线可以包括对应于第一导体的第一纳米天线和对应于第二导体的第二纳米天线，其中第一电压可以被施加到第一导体，并且独立地，第二电压可以被施加到第一纳米天线，第三电压可以被施加到第二导体，并且独立地，第四电压可以被施加到第二纳米天线。
导体、第一电介质层、有源层、第二电介质层和纳米天线可以构成一个单元装置，并且多个所述单元装置可以被布置。
所述多个单元装置可以布置成一维(1D)或二维(2D)阵列。
一个纳米天线可以被安置成对应于一个导体，或者多个纳米天线可以被安置成对应于一个导体。
有源层可以包括具有根据施加到有源层的电信号而变化的电容率的电光材料。
有源层可以包括透明导电氧化物和过渡金属氮化物中的至少一种。
第一电介质层和第二电介质层中的至少一个可以包括绝缘硅化合物和绝缘金属化合物中的至少一种。
光调制器件可以引起被纳米天线反射的光的相位调制。
光调制器件可以被配置为将入射光的反射相位改变高达360°。
根据另一示例性实施方式的一方面，一种光设备包括光调制器件。
光设备可以被配置为通过使用光调制器件来按一维(1D)或二维(2D)方式使光束转向。
光设备可以包括光检测及测距(LiDAR)设备、三维(3D)图像获取设备、全息显示设备和结构化光发生设备中的至少一种。
根据另一示例性实施方式的一方面，一种光调制器件包括：彼此间隔开的多个导电元件；面对所述多个导电元件的多个纳米天线；位于所述多个导电元件和所述多个纳米天线之间的有源层，其中有源层与所述多个导电元件间隔开并且与所述多个纳米天线间隔开，并且有源层的至少一种特性根据施加到其的电压而是可变化的；以及电压施加单元，被配置为向所述多个导电元件中的每一个以及所述多个纳米天线中的每一个独立地施加电压，其中被独立地施加到所述多个导电元件中的每一个的电压引起在有源层的第一区域中发生的电荷浓度的变化，并且被独立地施加到所述多个纳米天线中的每一个的电压引起在有源层的第二区域中发生的电荷浓度的变化，其中在第一区域中发生的电荷浓度的变化和在第二区域中发生的电荷浓度的变化调制入射在光调制器件上的光。
电压施加单元可以被配置为独立地向所述多个导电元件中的至少两个施加不同的电压，并且独立地向所述多个纳米天线中的至少两个施加不同的电压。
所述多个导电元件可以包括第一导电元件和第二导电元件，所述多个纳米天线可以包括对应于第一导电元件的第一纳米天线和对应于第二导电元件的第二纳米天线，其中电压施加单元可以被配置为向第一导电元件、第一纳米天线、第二导电元件和第二纳米天线中的每一个独立地施加电压。
光调制器件可以进一步包括：位于所述多个导电元件与有源层之间的第一绝缘层；以及位于所述多个纳米天线与有源层之间的第二绝缘层。
所述多个纳米天线可以布置成一维(1D)阵列，并且光调制器件可以被配置为将光束向1D方向转向。
所述多个纳米天线可以布置成二维(2D)阵列，并且光调制器件可以被配置为将光束向2D方向转向。
根据另一示例性实施方式的一方面，一种光设备包括光调制器件。
光设备可以被配置为通过使用光调制器件来按一维(1D)或二维(2D)方式使光束转向。
光设备可以包括例如光检测及测距(LiDAR)设备、三维(3D)图像获取设备、全息显示设备和结构化光发生设备中的至少一种。
附图说明
结合附图，由以下对示例性实施方式的描述，这些和/或其它方面将变得清楚和更易于理解，其中：
图1是根据一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图2是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图3是根据一比较示例的光调制器件的横截面视图；
图4是曲线图，其示出根据图3的比较示例的光调制器件的按照电压施加条件的反射光相位变化；
图5是曲线图，其示出根据图3的比较示例的光调制器件的按照电压施加条件的反射率变化；
图6是曲线图，其示出图1的光调制器件的按照电压施加条件的反射光相位变化；
图7是曲线图，其示出图1的光调制器件的按照电压施加条件的反射率变化；
图8是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图9是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图10是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图11是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图12是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图13是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图14是根据另一示例性实施方式的光调制器件的透视图；
图15是根据另一示例性实施方式的光调制器件的透视图；
图16是根据另一示例性实施方式的光调制器件的透视图；
图17是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图18是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图；
图19(A)、图19(B)、图19(C)和19(D)是透视图，其示出根据示例性实施方式的可应用于光调制器件的纳米天线的各种各样的结构/形状；
图20是用于解释包括根据一示例性实施方式的光调制器件的光束转向装置的概念视图；
图21是用于解释包括根据另一示例性实施方式的光调制器件的光束转向装置的概念视图；
图22是用于解释包括光束转向装置的光设备的整个系统的框图，该光束转向装置使用了根据一示例性实施方式的光调制器件；以及
图23和24是概念视图，其示出根据一示例性实施方式的包括光调制器件的光探测及测距(LiDAR)设备被用于车辆的情形。
具体示例性实施方式
现在将参照其中示出示例示例性实施方式的附图更充分地描述各种各样的示例性实施方式。
将被理解，当一元件被称为“连接”或者“联接”至另一元件时，它可以被直接连接或者联接至所述另一元件，或者居间元件可以存在。相反，当一元件被称为“直接连接”或者“直接联接”至另一元件时，没有居间元件存在。当在本文中使用时，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或更多个项目的任一和全部组合。诸如“中的至少一个”的表述，当其放在一列元素之后时，修饰整列元素，不修饰该列中的单个元素。
将理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文中被用来描述各种各样的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该被这些术语限制。这些术语仅被用来将一个元件、部件、区域、层或者部分与另一元件、部件、区域、层或者部分区分开。因而，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或者部分能被称为第二元件、部件、区域、层或者部分，而不背离示例性实施方式的教导。
为了描述的容易，诸如“在……之下”、“在……下面”、“下部的”、“在……之上”、“上部的”等等的空间关系术语可以在本文中被使用以描述如图所示的一个元件或者特征的相对于另外的元件(们)或者特征(们)的关系。将理解，除了图中描绘的取向之外，所述空间关系术语意欲还涵盖装置在使用或者操作中的各种各样的取向。例如，如果图中的装置被翻过来，则被描述为“在”另外的元件或者特征“下面”或者“在”另外的元件或者特征“之下”的元件将被取向为“在”所述另外的元件或者特征“之上”。因而，示例性术语“在……下面”可以涵盖上和下取向两者。装置可以被以另外的方式取向(旋转90度或者在另外的取向)，并且本文中使用的空间关系描述词可以被相应地解释。
本文中使用的术语仅是为了描述特定的实施方式，不是要成为对示例性实施方式的限制。当在本文中使用时，单数形式“一”和“该”意欲也包括复数形式，除非上下文清楚地另行指明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”表明所述及的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个另外的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或者添加。
在本文中参考是示例性实施方式的理想化实施方式(以及中间结构)的示意性图示的横截面图示描述示例性实施方式。因而，作为例如制造工艺和/或公差的结果的相对于图示的形状的偏离将是可能发生的。因而，示例性实施方式不应该被解释为限于本文中示出的区域的特定形状，而是将包括例如由制造导致的形状上的偏离。例如，被示作矩形的注入区域通常会在其边缘具有圆化或者弯曲的特征和/或注入浓度的梯度，而非从注入至非注入区域的二元变化。同样，通过注入形成的掩埋区域可以导致掩埋区域与注入经其发生的表面之间的区域中的一些注入。因而，图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状不意欲示出装置的区域的实际形状，并且不意欲限制示例性实施方式的范围。
除非另外限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例性实施方式所属领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解，诸如通用词典中定义的术语的术语应当被解释为具有与相关技术背景中的其含义一致的含义，并且将不在理想化或者过分形式化的意义上被解释，除非本文中明确地如此定义。
现在将参照其中示出示例性实施方式的附图更充分地描述本公开。在附图中，为了说明的清楚和方便，层和区域的宽度和厚度可以被夸大。在整个详细描述中，相同的附图标记代表相同的元件。
图1是根据一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参见图1，光调制器件可以包括导体C10和面对导体C10的纳米天线N10。纳米天线N10可以是等离子体激元纳米天线(plasmonic nano-antenna)。有源层A10可以位于导体C10和纳米天线N10之间。有源层A10可以是其性质根据电条件而变化的层。有源层A10的电容率可以根据与有源层A10和围绕有源层A10的区域有关的电条件而变化。有源层A10的电容率的变化可以由有源层A10中的区域的电荷浓度(电荷密度)的变化引起。换句话说，当有源层A10中的区域的电荷浓度改变时，有源层A10的电容率可以改变。第一电介质层D10可以位于导体C10和有源层A10之间。第二电介质层D20可以位于有源层A10和纳米天线N10之间。第一电介质层D10可以是用于使导体C10与有源层A10电绝缘的第一绝缘层，第二电介质层D20可以是用于使纳米天线N10与有源层A10电绝缘的第二绝缘层。
根据本示例性实施方式的光调制器件可以包括信号施加单元，该信号施加单元被配置为将电信号独立地施加到纳米天线N10、有源层A10和导体C10中的至少两个。信号施加单元可以被配置为独立地向导体C10和纳米天线N10中的每一个施加电压。例如，信号施加单元可以包括用于在导体C10和有源层A10之间施加第一电压的第一电压施加单元VB和用于在有源层A10和纳米天线N10之间施加第二电压的第二电压施加单元VT。在这种情况下，有源层A10可以接地。
有源层A10可以包括第一电荷浓度变化区域10，其中电荷浓度根据第一电压施加单元VB施加在导体C10和有源层A10之间的电压而变化。而且，有源层A10可以包括第二电荷浓度变化区域20，其中电荷浓度根据第二电压施加单元VT施加在有源层A10与纳米天线N10之间的电压而变化。第一电荷浓度变化区域10可以邻近第一电介质层D10安置，并且第二电荷浓度变化区域20可以邻近第二电介质层D20安置。第一电荷浓度变化区域10和第二电荷浓度变化区域20可以被独立地控制。
纳米天线N10可以是具有纳米结构并且被配置为通过将特定波长(或频率)的光(包括入射光以及可见和不可见电磁波)转变成局域表面等离子体激元共振光来捕获能量的天线。纳米天线N10可以是导电层图案(例如金属层图案)，并且导电层图案可以接触非导电层(例如电介质层)。等离子体激元共振可以发生在导电层图案与非导电层之间的界面处。在这种情况下，非导电层可以是第二电介质层D20，或者是不同于第二电介质层D20的层。为了方便起见，以下内容将在导电层图案是纳米天线N10的前提下被说明。发生表面等离子体激元共振的界面，诸如导电层图案与非导电层之间的界面，可以被称为“超颖表面(meta-surface)”或者“超颖结构(meta-structure)”。
纳米天线N10可以由导电材料形成，并且可以具有亚波长尺寸。术语‘亚波长尺寸’指的是小于纳米天线N10的工作波长的尺寸。纳米天线N10的厚度、水平长度和垂直长度中的至少一种形状尺寸以及相邻纳米天线N10之间的间隔可以是亚波长尺寸。共振波长可以根据纳米天线N10的形状和尺寸改变。
用来形成纳米天线N10的导电材料可以是具有高导电性而且能够引起表面等离子体激元激励的金属材料。例如，纳米天线N10可以由从铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、锌(Zn)、钛(Ti)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)和金(Au)组成的组中选出的至少一种金属，或者包括前述金属中的至少一种的合金形成。或者，纳米天线N10可以包括其中分散有诸如Au或Ag的金属纳米颗粒的薄膜，诸如石墨烯或碳纳米管(CNT)的碳纳米结构，诸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚吡咯(PPy)或聚(3-己基噻吩)(P3HT)的导电聚合物，或者导电氧化物。
有源层A10可以是其性质根据施加到有源层A10的电条件而变化的层，并且可以用作电极。例如，有源层A10可以是具有根据电条件而变化的电容率的层。作为示例，有源层A10中的区域的浓度(电荷密度)可以由于施加到有源层A10的电场而改变，因此有源层A10的电容率可以被改变。例如，有源层A10可以包括诸如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)、铝镓锌氧化物(AGZO)或镓铟锌氧化物(GIZO)的透明导电氧化物(TCO)。或者，有源层A10可以包括诸如TiN、ZrN、HfN或TaN的过渡金属氮化物。有源层A10可以包括具有在施加电信号到其时被改变的有效电容率的电光(EO)材料。EO材料可以包括诸如LiNbO3、LiTaO3、钽铌酸钾(KTN)或锆钛酸铅(PZT)的晶体材料，或者具有EO特性的各种各样的聚合物中的任一种。
有源层A10的电容率可以根据波长变化。相对于真空的电容率ε0的相对电容率εr可以被定义为介电常数，并且在预定波段中有源层A10的介电常数的实部可以等于0。其中介电常数的实部等于或近似等于0的波段被称为ε近零(ENZ)波段。大多数材料的介电常数可以是波长的函数，并且可以表示为复数。真空的介电常数是1，电介质材料的介电常数的实部是大于1的正数。当使用金属时，介电常数的实部可以是负数。大多数材料的介电常数在大多数波段中具有大于1的值，然而在特定波长中介电常数的实部可以等于0。已知当介电常数的实部等于或近似等于0时，电介质材料展现出特定的光学特性。本示例性实施方式的光调制器件可以将工作波段设置为包括有源层A10的ENZ波段的区域。通过将纳米天线A10的共振波段设定为与有源层A10的ENZ波段相似，可以增大光调制性能被调整的范围。有源层A10的ENZ波段可以根据第一电荷浓度变化区域10和第二电荷浓度变化区域20的特性(例如电荷浓度)而变化。
导体C10可以包括导电材料并且可以用作电极。导体C10的导电材料可以与纳米天线N10的导电材料相同或相似。例如，导体C10可以包括从由Cu、Al、Ni、Fe、Co、Zn、Ti、Ru、Rh、Pd、Pt、Ag、Os、Ir和Au组成的组中选择的至少一种金属，或者含前述金属中的至少一种的合金。或者，导体C10可以包括其中分散有诸如Au或Ag的金属纳米颗粒的薄膜，诸如石墨烯或CNT的碳纳米结构，诸如PEDOT、PPy或P3HT的导电聚合物，或者导电氧化物。
导体C10可以是位于有源层A10下方的背反射器电极。因此，导体C10可以反射光并且可以用作电极。导体C10可以光耦合到纳米天线N10，并且光可以由于纳米天线N10和导体C10之间的光学相互作用而被反射。对应于下面参照图8至18描述的导体C10的任何导体(例如导电元件)可以是背反射器电极。
第一电介质层D10和第二电介质层D20中的每一个可以包括绝缘材料(例如电介质材料)。第一电介质层D10和第二电介质层D20中的至少一个可以包括绝缘硅化合物和绝缘金属化合物中的至少一种。绝缘硅化合物可以包括例如硅氧化物(SiOx)、硅氮化物(SixNy)或硅氮氧化物(SiON)，并且绝缘金属化合物可以包括例如铝氧化物(Al2O3)、铪氧化物(HfO)、锆氧化物(ZrO)或铪硅氧化物(HfSiO)。第一电介质层D10和第二电介质层D20的上述详细材料是示例性的，并且本公开不限于此。第一电介质层D10和第二电介质层D20可以由相同的材料或不同的材料形成。
通过使用第一电压施加单元VB和第二电压施加单元VT，电压可以被独立地施加在有源层A10和导体C10之间以及在有源层A10和纳米天线N10之间。当有源层A10接地时，即当有源层A10的电压为0V时，由第一电压施加单元VB施加到导体C10的电压可以是正(+)电压或负(-)电压。当施加到导体C10的电压是正(+)电压时，第一电荷浓度变化区域10可以是电荷积累区域，当施加到导体C10的电压是负(-)电压时，第一电荷浓度变化区域10可以是电荷耗尽区域。也可以将0V的电压施加到导体C10。而且，由第二电压施加单元VT施加到纳米天线N10的电压可以是正(+)电压或负(-)电压。当施加到纳米天线N10的电压是正电压时，第二电荷浓度变化区域20可以是电荷积累区域，并且当施加到纳米天线N10的电压是负(-)电压时，第二电荷浓度变化区域20可以是电荷耗尽区域。也可以将0V的电压施加到纳米天线N10。
由于施加到导体C10和纳米天线N10的电压被独立地调节，所以可以独立地控制第一和第二电荷浓度变化区域10和20的特性。因此，第一电荷浓度变化区域10和第二电荷浓度变化区域20中的任一个可以是电荷积累区域，并且另一个可以是电荷耗尽区域。或者，第一电荷浓度变化区域10和第二电荷浓度变化区域20两者都可以是电荷积累区域或电荷耗尽区域。即使当第一和第二电荷浓度变化区域10和20两者都是电荷积累区域或电荷耗尽区域时，也可以独立地控制第一和第二电荷浓度变化区域10和20的电荷浓度。
假定有源层A10的多数载流子是负(-)电荷，换句话说，有源层A10是N型电极或N掺杂材料层，当施加到导体C10的电压为正电压时，第一电荷浓度变化区域10可以是电子积累区，并且当施加到导体C10的电压是负电压时，第一电荷浓度变化区域10可以是电子耗尽区。类似地，当施加到纳米天线N10的电压是正电压时，第二电荷浓度变化区域20可以是电子积累区，并且当施加到纳米天线N10的电压是负电压时，第二电荷浓度变化区域20可以是电子耗尽区。或者，有源层A10的多数载流子可以是正电荷。换句话说，有源层A10可以是P型电极或P型掺杂材料层。在这种情况下，当施加到导体C10的电压是正电压时，第一电荷浓度变化区域10可以是空穴耗尽区，并且当施加到导体C10的电压是负电压时，第一电荷浓度变化区域10可以是空穴积累区。类似地，当施加到纳米天线N10的电压是正电压时，第二电荷浓度变化区域20可以是空穴耗尽区，并且当施加到纳米天线N10的电压是负电压时，第二电荷浓度变化区域20可以是空穴积累区。
导体C10可以被称为第一栅电极，纳米天线N10可以被称为第二栅电极。第一电介质层D10可以被称为第一栅极绝缘层，第二电介质层D20可以被称为第二栅极绝缘层。施加到导体C10的电压可以被称为第一栅极电压，施加到纳米天线N10的电压可以被称为第二栅极电压。由于可以独立地控制第一和第二栅极电压，所以可以说本示例性实施方式的光调制器件具有双电极结构(例如双栅电极结构)。
第一电荷浓度变化区域10和第二电荷浓度变化区域20的特性可以通过使用第一电压施加单元VB和第二电压施加单元VT来独立地控制，并且光调制器件的光调制特性可以相应地被改变。光调制特性可以通过纳米天线N10、有源层A10和导体C10之间的电光相互作用以及有源层A10的特性变化来控制。例如，当预定的入射光LI被纳米天线N10反射时，反射光LR的特性可以根据第一和第二电荷浓度变化区域10和20的特性而变化。换句话说，反射光LR的特性可以根据由第一电压施加单元VB施加到导体C10的电压和由第二电压施加单元VT施加到纳米天线N10的电压而变化。由于第一电荷浓度变化区域10和第二电荷浓度变化区域20的特性被独立地控制，所以光调制特性可以被显著改善，并且可以减少问题噪声等，这将在下面参考图6和7被详细说明。
尽管在图1中，用于向光调制器件施加电信号的“信号施加单元”包括连接在导体C10和有源层A10之间的第一电压施加单元VB以及连接在有源层A10和纳米天线N10之间的第二电压施加单元VT，并且有源层A10接地，但是信号施加单元的配置可以被改变，例如，如图2中所示地那样。
图2是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参考图2，用于将电信号施加到光调制器件的信号施加单元可以被配置为独立地向导体C10、有源层A10和纳米天线N10中的每一个施加电压。信号施加单元可以包括用于向导体C10施加第一电压的第一电压施加单元V1、用于向有源层A10施加第二电压的第二电压施加单元V2、以及用于向纳米天线N10施加第三电压的第三电压施加单元V3。第一电压可以大于或小于第二电压，因此第一电压可以不同于第二电压。而且，第三电压可以大于或小于第二电压，因此第三电压可以不同于第二电压。在某些情况下，第一电压和第三电压中的至少一个可以与第二电压相同。第二电压可以是用于第一电压和第三电压的参考电压。可选地，第二电压可以是地电压，这可以类似于图1中有源层A10被接地的情形。
由于电压被独立地施加到导体C10、有源层A10和纳米天线N10中的每一个，所以第一电荷浓度变化区域10和第二电荷浓度变化区域20的特性可以通过导体C10、有源层A10和纳米天线N10之间的电势差被独立地控制。
图3是根据一比较示例的光调制器件的横截面视图。
参考图3，根据比较示例的光调制器件可以包括位于导体C1之上的纳米天线N1、与导体C1接触的有源层A1、以及位于有源层A1和纳米天线N1之间的电介质层D1。而且，根据比较示例的光调制器件包括用于向纳米天线N1施加电压的电压施加单元V。电压施加单元V连接在导体C1和纳米天线N1之间，且导体C1接地。
在此情况下，根据通过电压施加单元V施加在导体C1和纳米天线N1之间的电压，可以在有源层A1中形成一个电荷浓度变化区域1。电荷浓度变化区域1可以邻近电介质层D1形成。可以说，根据比较示例的光调制器件具有单个栅电极结构。
图4是曲线图，其示出根据图3的比较示例的光调制器件的按照电压施加条件的反射光相位变化。
参见图4，反射相位(°)根据电压改变。反射相位(°)可以被改变直到约270°，并且会难以被改变超过约270°。因此，存在可能不表示所有相位的限制。由于该限制，在光波转向(即光束转向)期间，噪声会增加。
图5是曲线图，其示出根据图3的比较示例的光调制器件的按照电压施加条件的反射率变化。
参见图5可见，反射率(％)根据电压而极大地改变。由于对每个电压反射率(％)都不同，所以失真在所产生的光波的波前发生。结果，当光波被转向时，噪音增加。一旦噪音增加，主波瓣的能量会降低，监测距离会减小，并且被转向不期望的方向的光束反射的光会导致信息失真。因为当反射波的相位被改变时振幅也被改变，所以反射率(％)的这样的变化可发生。
图6是曲线图，其示出图1的光调制器件的按照电压施加条件的反射光相位变化。
参见图6，由于电压可以被独立地施加到位于导体C10上方的纳米天线N10和位于纳米天线N10下方的导体C10，所以水平轴表示上部电压VT和下部电压VB的组合。与其中反射相位(°)被改变达到270°的图4的比较示例不同，根据本示例性实施方式，反射相位(°)根据电压条件可被改变达到360°。
图7是曲线图，其示出图1的光调制器件的按照电压施加条件的反射率变化。
参见图7，在反射相位(°)根据电压条件而改变的同时，反射率(％)可以维持在接近恒定的水平。例如，在测量范围内，反射率(％)的变化的量可以是大约±15％或更小，这与其中反射率(％)极大地改变的图5的比较示例中不同。而且，可见，图7的平均反射率(％)远高于图5的最大反射率(％)。
如图6和图7中所示，根据本示例性实施方式，由于反射相位(°)可以被改变高达360°并且反射率(％)可以保持在接近恒定的水平，所以光波转向(即光束转向)期间的效率可以增加，噪音可以减少，并且失真可以被抑制。因此，使用特别是恒定幅值法、2π(360°)全覆盖法和纯相位调制法的光调制可以被容易地执行。
图8是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参见图8，光调制器件可以进一步包括位于导体C10和第一电介质层D10之间并且与导体C10电接触的第二有源层A20。在这种情况下，位于第一电介质层D10和第二电介质层D20之间的有源层A10可以被称为第一有源层A10。第二有源层A20可以由与第一有源层A10的材料相同或相似的材料形成。第二有源层A20可以包括第三电荷浓度变化区域30，第三电荷浓度变化区域30的电荷浓度由于第一电压施加单元VB施加在导体C10与第一有源层A10之间的电压而改变。第三电荷浓度变化区域30可以邻近第一电介质层D10安置。在本示例性实施方式中，第一电荷浓度变化区域10和第三电荷浓度变化区域30可以通过第一电压施加单元VB分别形成在第一有源层A10和第二有源层A20中，并且第二电荷浓度变化区域20可以通过第二电压施加单元VT形成在第一有源层A10中。其它元件可以与图1的元件相同或相似，除了包括第三电荷浓度变化区域30的第二有源层A20被进一步提供之外。
由于在本示例性实施方式中第一至第三电荷浓度变化区域10、20和30的特性的变化被用于光调制，所以光调制特性可以被改善并且可以被容易地控制。
图9是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参见图9，至少两个有源层可以位于第一电介质层D10和第二电介质层D20之间。在图9中，两个有源层A11和A12被提供。两个有源层A11和A12可以被称为第一有源层A11第二有源层A12。中间电介质层D15可以位于彼此邻近的第一和第二有源层A11和A12之间。第一和第二有源层A11和A12中的每一个可以由与图1的有源层A10的材料相同或者相似的材料形成，中间电介质层D15可以由与第一和第二电介质层D10和D20中的每一个的材料相同或者相似的材料形成。第一和第二有源层A11和A12可以由相同的材料或者不同的材料形成。
根据本示例性实施方式的光调制器件可以包括用于施加电压至导体C10的第一电压施加单元V10、用于施加电压至第一有源层A11的第二电压施加单元V20、用于施加电压至第二有源层A12的第三电压施加单元V30、以及用于施加电压至纳米天线N10的第四电压施加单元V40。因此，电压可以被独立地施加到导体C10、第一有源层A11、第二有源层A12和纳米天线N10中的每一个。第一有源层A11和第二有源层A12之一可以被接地。
第一电荷浓度变化区域11和第二电荷浓度变化区域21可以被分别形成在第一有源层A11的下部和上部。同样地，第三电荷浓度变化区域31和第四电荷浓度变化区域41可以被分别形成在第二有源层A12的下部和上部。第一电荷浓度变化区域11可以由于导体C10和第一有源层A11之间的电势差形成，第二和第三电荷浓度变化区域21和31可以由于第一有源层A11和第二有源层A12之间的电势差形成，第四电荷浓度变化区域41可以由于第二有源层A12和纳米天线N10之间的电势差形成。
因为在本示例性实施方式中第一至第四电荷浓度变化区域11、21、31和41的特性的变化被用于光调制，所以光调制特性可以被改善并且可以被容易地控制。虽然图9中未示出，但是三个或更多有源层可以被安置在第一电介质层D10和第二电介质层D20之间，并且中间电介质层可以被安置在所述三个或更多有源层中的相邻有源层之间。
图10是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参见图10，一个有源层A15可以具有多层结构。例如，有源层A15可以具有包括下层A15a和上层A15b的多层结构。下层A15a和上层A15b可以包括不同的材料或者可以具有不同的掺杂特性。第一电荷浓度变化区域15可以被形成在下层A15a中，第二电荷浓度变化区域25可以被形成在上层A15b中。当下层A15a和上层A15b包括不同的材料或者具有不同的掺杂特性时，可以与用来控制图1的第一和第二电荷浓度变化区域10和20的特性的方法不同地控制第一和第二电荷浓度变化区域15和25的特性。有源层A15可以具有包括三个或更多层的多层结构。除了有源层A15具有多层结构之外，有源层A15的配置可以与图1中的有源层的配置相同或者相似。图10的有源层A15可以被用于图2、8和9的光调制器件。此外，图8的结构的至少一部分和图9的结构的至少一部分可以被合并成一个装置。
图1、2和8至10中的有源层A10、A11、A12、A15和A20中的每一个的厚度可以等于或小于几百纳米(nm)，例如等于或小于约300nm。有源层A10、A11、A12、A15和A20可以每个具有小的厚度，例如等于或小于约50nm、约30nm或约10nm的厚度。例如，当图1的有源层A10具有小厚度时，第一电荷浓度变化区域10和第二电荷浓度变化区域20之间的间隔可以减小，因此光调制特性可以被改善并且可以被容易地控制。第一电介质层D10、第二电介质层D20和中间电介质层D15中的每一个的厚度可以例如在从约几纳米到几百纳米的范围，但不限于此。而且，第一电介质层D10、第二电介质层D20和中间电介质层D15的厚度可以彼此不同。
当参照图1、2、8和10中的每一个描述的光调制器件被定义为“单元装置”时，多个单元装置可以构成阵列结构，例如，如图11到13中示出地那样。
图11是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参见图11，多个导体C10a、C10b、……、和C10n可以布置在衬底SUB100上并且彼此间隔开，并且可以设置覆盖所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n的第一电介质层D100。有源层A100可以位于第一电介质层D100上，第二电介质层D200可以位于有源层A100上。多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n可以被布置在第二电介质层D200上并且彼此间隔开且分别面对所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n。
被配置为独立地将电信号施加到所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n中的每一个以及所述多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n中的每一个的“信号施加单元”可以被提供。信号施加单元可以是电压施加单元。电压VB1、VB2、……、和VBn可以被分别独立地施加到所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n，并且除此之外，电压VT1、VT2、……、和VTn可以分别独立地施加到所述多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n。在这种情况下，有源层A100可以接地。
由于分别独立地施加到所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n的电压VB1、VB2、……、和VBn，多个第一电荷浓度变化区域10a、10b、……、和10n可以形成在有源层A100中。由于分别独立地施加至所述多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n的电压VT1、VT2、……、和VTn，多个第二电荷浓度变化区域20a、20b、……、和20n可以形成在有源层A100中。所述多个第一电荷浓度变化区域10a、10b、……、和10n可以邻近第一电介质层D100定位，并且所述多个第二电荷浓度变化区域20a、20b、……、和20n可以邻近第二电介质层D200定位。所述多个第一电荷浓度变化区域10a、10b、……、和10n以及所述多个第二电荷浓度变化区域20a、20b、……、和20n的电荷浓度可以被独立地控制。
一个导体(例如C10a)和与该导体对应的纳米天线(例如N10a)、以及位于导体C10a和纳米天线N10a之间的有源层A100可以构成一个单元装置，例如单位单元，并且多个单位单元可以被布置在光调制器件中。不同的电压可以被施加到所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n中的至少两个，并且除此之外，不同的电压可以被施加到所述多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n中的至少两个。施加到所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n中的任一个和与该导体对应的纳米天线的电压可以彼此不同。由于所述多个单元装置中的每一个而发生的光的相位调制可以被独立地控制。通过借助所述多个单元装置适当地控制光的相位调制，从所述多个单元装置输出的光束的方向可以被转向。例如，当在第一方向上排列的多个单元装置中发生的相位调制被控制为在第一方向上顺序地减小π/2时，由该多个单元装置反射的光的方向可以被控制(转向)到特定的方向，这可以被称为使用光相控阵方法(optical phased array method)的光束转向。通过调整相控阵(phased array)的相位变化规律，可以以各种各样的方式中的任一种来调整光束的转向方向。
尽管在以上描述中反射光被转向至一个方向，但是可以通过按照区域将光转向到不同的方向来执行预定的光束成形。例如，光调制器件可以包括多个具有多个单元的区域，并且通过按照所述多个区域将光束转向到不同的方向，可以执行得到期望形状的光束成形。
根据本示例性实施方式，在所述多个单元装置(单元)中(换句话说，在所述多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n中)出现的光的相位调制可以达到360°。而且，即使在相位被改变时，所述多个单元装置(单元)中的每一个的反射率(％)也可以保持在近似常数和高水平。因此，可以改善光调制效率，并且可以减少/防止噪声和失真。
图12是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参见图12，分别接触多个导体C10a、C10b、……、和C10n的多个第二有源层A20a、A20b、……、和A20n可以被进一步安置在所述多个C10a、C10、……、和C10n与第一电介质层D100之间。换句话说，可以提供分别接触所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n的所述多个第二有源层A20a、A20b、……、和A20n，并且第一电介质层D100可以覆盖所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n以及所述多个第二有源层A20a、A20b、……、和A20n。第三电荷浓度变化区域30a、30b和30n可以分别形成在所述多个第二有源层A20a、A20b、……、和A20n中。第二有源层A20a、A20b、……、和A20n中的每一个以及第三电荷浓度变化区域30a、30b、……、和30n中的每一个可以分别对应于图8的第二有源层A20和第三电荷浓度变化区域30。
图13是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参见图13，至少两个有源层可以被安置在第一电介质层D100和第二电介质层D200之间。在图13中，提供了两个有源层，即第一和第二有源层A110和A120，并且中间电介质层D150被进一步安置在图13中的第一和第二有源层A110和A120之间。
第一有源层电压VA1可以被施加到第一有源层A110，并且第二有源层电压VA2可以被施加到第二有源层A120。第一有源层A110和第二有源层A120中的任何一个可以接地。电压VB1、VB2、……、和VBn可以分别独立地被施加到所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n，并且除此之外，电压VT1、VT2、……、和VTn可以分别独立地被施加到所述多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n。多个第一电荷浓度变化区域11a、11b、……、和11n以及多个第二电荷浓度变化区域21a、21b、……、和21n可以形成在有源层A110中。多个第三电荷浓度变化区域31a、31b、……、和31n以及多个第四电荷浓度变化区域41a、41b、……、和41n可以形成在第二有源层A120中。图13的单元结构可以对应于或可以类似于图9的结构。
根据本示例性实施方式的光调制器件可以包括以一维(1D)或二维(2D)方式布置的多个单元装置。在图14中示出多个单元装置以1D方式布置的情形，在图15中示出多个单元装置以2D方式布置的情形。
参见图14，多个导体(导电元件)120可以以1D方式布置并且在第一方向(例如Y轴方向)上彼此间隔开，并且多个纳米天线200可以分别面对所述多个导体120。有源层160可以安置在所述多个导体120和所述多个纳米天线200之间以与所述多个导体120和所述多个纳米天线200间隔开。第一电介质层140可以位于所述多个导体120和有源层160之间，并且第二电介质层180可以位于有源层160和所述多个纳米天线200之间。
用于独立地向所述多个导体120中的每一个和所述多个纳米天线200中的每一个施加电压的电压施加单元可以被提供。例如，电压施加单元可以包括用于在每个导体120和有源层160之间施加电压的第一电压施加单元VB、以及用于在每个纳米天线200和有源层160之间施加电压的第二电压施加单元VT。有源层160可以接地。
可以说，根据本示例性实施方式的光调制器件对应于图1的多个单元装置以1D方式排列的情形。在这种情况下，可以实现用于将光束转向至1D方向的设备。换言之，通过不同地控制在所述多个单元装置中发生的光调制(相位调制)特性，可以以1D方式控制借助于所述多个单元装置的组合的光束的转向方向。
参见图15，所述多个导体(导电元件)120可以以2D方式布置并且例如在X轴方向和Y轴方向上彼此间隔开。可以提供覆盖多个导体120的第一电介质层140，有源层160可以安置在第一电介质层140上，并且第二电介质层180可以安置在有源层160上。多个纳米天线200可以安置在第二电介质层180上。所述多个纳米天线200可以面对所述多个导体120。
尽管在图15中未示出，但是可以提供用于独立地向所述多个导体120中的每一个施加电压的电压施加单元。而且，可以提供用于独立地向所述多个纳米天线200中的每一个施加电压的电压施加单元。在这种情况下，有源层160可以接地。
可以说，根据本示例性实施方式的光调制器件对应于多个图1的单元装置以2D方式布置的情形。在这种情况下，可以实现用于在2D方向上使光束转向的设备。换句话说，通过不同地控制在多个单元装置中出现的光调制(相位调制)特性，可以以2D方式控制借助于所述多个单元装置的组合的光束的转向方向。
在图15中，所述多个纳米天线200可以在预定方向上(例如在X轴方向上)延伸(连续延伸)。而且，所述多个导体120可以在预定方向上(例如在X轴方向上)延伸(连续延伸)，例如，如图16中示出那样。
参见图16，多个导体120L可以布置成彼此间隔开。所述多个导体120L可以在X轴方向上延伸，并且可以在Y轴方向上彼此间隔开。覆盖所述多个导体120L的第一电介质层140可以被提供，有源层160和第二电介质层180可以被顺序地堆叠在第一电介质层140上，并且多个纳米天线200L可以安置在第二电介质层180上。类似于所述多个导体120L，所述多个纳米天线200L可以在X轴方向上延伸并且可以在Y轴方向上彼此间隔开。
虽然在以上示例性实施方式中一个纳米天线被设置为对应于一个导体(导电元件)，但是根据另外的示例性实施方式，多个纳米天线可以被设置为对应于一个导体(导电元件)，如图17中示例性示出那样。
参见图17，多个导体(导电元件)125可以被安置在衬底100上并且彼此间隔开。可以提供覆盖所述多个导体125的第一电介质层140，并且有源层160和第二电介质层180可以顺序地堆叠在第一电介质层140上。多个纳米天线200可以安置在第二电介质层180上。可以将两个或更多个纳米天线200安置为对应于一个导体125。因此，每个导体125可以具有大到足以覆盖两个或更多个纳米天线200的尺寸(例如宽度)。
可以提供用于独立地向所述多个导体125中的每一个和所述多个纳米天线200中的每一个施加电压的电压施加单元(未示出)。有源层160可以接地。或者，可以进一步提供用于将预定电压施加到有源层160的另一电压施加单元。多个第一电荷浓度变化区域16可以形成在有源层160的第一层部分(例如下层部分)中，并且多个第二电荷浓度变化区域26可以形成在有源层160的第二层部分(上层部分)中。
一个导体125、对应于所述一个导体125的两个或更多个纳米天线200、以及所述一个导体与所述两个或更多个纳米天线200之间的部分可以构成一个单元区域R1。在每个导体125中，每个导体125的对应于纳米天线200的部分可以用作有效电极部分。因此，第一电荷浓度变化区域16可以形成在对应于有效电极部分的部分中。在一个单元区域R1中，电压可以被施加到导体125，并且不同的电压可以被施加到两个或更多个纳米天线200。而且，施加到所述两个或更多个纳米天线200的电压可以不同于施加到导体125的电压。
图18是根据另一示例性实施方式的光调制器件的横截面视图。
参见图18，可以提供电路基板(电路板)CS100，并且根据示例性实施方式的光调制器件结构(例如图11的器件结构)可以被安置在电路基板CS100上。用于向所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n中的每一个以及所述多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n中的每一个施加电信号的信号施加单元可以形成在电路基板CS100中。信号施加单元可以是电压施加单元。详细地，电路基板CS100可以被划分为多个单元区域，并且每个单元区域可以具有诸如1T(晶体管)-1C(电容器)配置、2T-1C配置或2T-2C配置的各种各样的配置中的任意配置。电路基板CS100的电路可以电连接到所述多个导体C10a、C10b、……、和C10n中的每一个以及所述多个纳米天线N10a、N10b、……、和N10n中的每一个。这样的电连接可以通过使用在各种各样的半导体器件中使用的键合引线或利用通路孔的连接布线来形成。虽然有源层A100可以接地，但是可以在电路基板CS100中进一步设置用于向有源层A100施加预定电压的单独的电压施加单元。可以省略衬底SUB100。
尽管在以上示例性实施方式中简单地示出了每个纳米天线，但是纳米天线的结构可以以各种各样的方式被改变。
图19(A)、图19(B)、图19(C)和图19(D)是透视图，其示出根据示例性实施方式的可应用于光调制器件的纳米天线的各种各样的结构/形状。
纳米天线可以具有诸如圆盘型(图19(A))、椭圆盘型(图19(B))、十字型(图19(C))或星号型(图19(D))的各种各样的结构/形状中的任意形状。十字型(图19(C))可以是两个纳米棒彼此垂直交叉的类型，星号型(图19(D))可以是三个纳米棒相互交叉的星号(*)型。尽管图中未示出，但是纳米天线可以具有诸如圆锥型、三角锥型、球型、半球型、米粒型、棒型或鱼骨型、或者如本领域的技术人员可以理解的其它类型的各种各样其它改型结构中的任意结构。而且，纳米天线可以具有其中多个层被堆叠的多层结构，并且可以具有包括芯部分和至少一个壳部分的芯-壳结构。另外，具有两种或更多种不同结构/形状的纳米天线可以构成一个单元并且可以被周期性地布置。
共振波长、共振波长宽度、共振极化特性、共振角度以及反射/吸收/透射特性可以根据纳米天线的结构/类型和排列而改变。因此，可以通过控制纳米天线的结构/类型和排列来制造具有期望特性的光调制器件。
用于将光束转向至预定方向的装置可以通过使用以上示例性实施方式中的任何示例性实施方式的光调制器件来实现。
图20是用于解释包括根据一示例性实施方式的光调制器件的光束转向装置1000A的概念视图。
参见图20，通过使用光束转向装置1000A，光束可以被转向到1D方向。例如，可以在第一方向DD1上将光束朝着预定目标OBJ转向。光束转向装置1000A可以包括根据示例性实施方式的光调制器件的1D阵列。
图21是用于解释包括根据另一示例性实施方式的光调制器件的光束转向装置1000B的概念视图。
参见图21，通过使用光束转向装置1000B，光束可以被转向到2D方向。例如，可以在第一方向DD1和垂直于第一方向DD1的第二方向DD2上将光束朝向目标OBJ转向。光束转向装置1000B可以包括根据示例性实施方式的光调制器件的2D阵列。
图22是用于解释包括光束转向装置1000的光设备A1的整个系统的框图，该光束转向装置1000使用了根据一示例性实施方式的光调制器件。
参见图22，光设备A1可以包括光束转向装置1000。光束转向装置1000可以包括参照图1、2和8至19(D)中的任一个描述的光调制器件。光设备A1可以包括在光束转向装置1000内的光源单元，或者可以包括与光束转向装置1000分开的光源单元。光设备A1可以包括检测器2000，检测器2000用于检测由光束转向装置1000转向并被目标(未示出)反射的光。检测器2000可以包括多个光检测元件，并且还可以包括其它光学元件。此外，光设备A1还可以包括连接到光束转向装置1000和检测器2000中的至少一个的电路单元3000。电路单元3000可以包括用于获取和计算数据的计算器，并且还可以包括驱动器和控制器。而且，电路单元3000还可以包括电源单元和存储器。
尽管图22中光设备A1包括光束转向装置1000和检测器2000，但是光束转向装置1000和检测器2000可以分开设置在不同的装置中，而不是设置在一个装置中。而且，电路单元3000可以通过无线通信而不是通过连接线被连接到光束转向装置1000或检测器2000。图22的配置可以以各种各样另外的方式中的任意方式被改变。
根据以上示例性实施方式的光束转向装置可以应用于各种各样的光设备。例如，光束转向装置可以应用于光探测及测距(LiDAR)设备。LiDAR设备可以是使用相移方法或飞行时间(TOF)方法的设备。LiDAR设备可以应用于无人驾驶车辆、诸如无人机的飞行体、移动设备、小型车辆(例如自行车、摩托车、婴儿车或滑板)、机器人、人/动物辅助装置(例如手杖、头盔、装饰品、服装、手表或包)、物联网(IoT)设备/系统、以及安全设备/系统。
图23和24是概念视图，其示出根据一示例性实施方式的包括光调制器件的LiDAR设备51被用于车辆50的情形。图23是侧视图，图24是俯视图。
参见图23，LiDAR设备51可以应用于车辆50，并且可以通过使用LiDAR设备51获得关于目标60的信息。车辆50可以是具有自行驾驶功能的车辆。位于车辆50行进的方向上的目标60，例如固体物质或人，可以通过使用LiDAR设备51来探测。另外，到目标60的距离可以通过使用诸如发射信号与检测信号之间的时间差的信息来测量。而且，如图24所示，可以获得关于位于扫描范围内的近目标61和远目标62的信息。
根据各种示例性实施方式的光调制器件可以应用于各种各样的光设备以及LiDAR设备。例如，由于通过使用根据各种示例性实施方式的光调制器件进行扫描可以获得目标和空间的三维(3D)信息，所以光调制器件可以应用于3D图像获取设备或3D相机。而且，光调制器件可以应用于全息显示设备和结构化光发生设备。而且，光调制器件可以应用于各种光束扫描设备、全息图生成设备、光耦合设备以及诸如变焦距透镜的各种光学部件/装置中的任意设备。而且，光调制器件可以应用于使用“超颖表面”或“超颖结构”的各种领域中的任意领域。另外，根据示例性实施方式的光调制器件和包括其的光设备可以被应用于用于各种目的中的任意目的的各种光学和电子装置中的任一种。
尽管已经详细描述了许多示例性实施方式，但是这些实施方式应该被解释为仅仅是示例。例如，本领域普通技术人员将理解，图1、2和8至19(D)中的任何一个的光调制器件的配置可以以各种方式修改。详细地，图11的有源层等可以通过被图案化而被用作多个有源层元件，并且电信号(例如电压)可以被独立地施加到每个有源层元件。而且，将会理解，根据示例性实施方式的光调制器件可以应用于半透反射装置或透射装置以及反射装置。而且，根据示例性实施方式的光调制器件的应用不限于此，并且可以以各种方式进行修改。因此，本公开的范围不是由示例性实施方式来限定，而是由所附权利要求的技术精神和范围来限定。
本申请要求于2017年7月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0089156号的优先权，其公开通过引用全部结合于此。

Claims (34)

1.一种光调制器件，包括：
纳米天线；
导体；
设置在所述纳米天线与所述导体之间的有源层，其中所述有源层的至少一种特性基于施加到其的电压而是可变化的；
设置在所述有源层和所述导体之间的第一电介质层；
设置在所述有源层和所述纳米天线之间的第二电介质层；以及
信号施加单元，被配置为独立地将电信号施加到所述纳米天线、所述有源层和所述导体中的至少两个，
其中所述有源层包括第一电荷浓度变化区域和第二电荷浓度变化区域，其中第一电荷浓度变化区域和第二电荷浓度变化区域通过由所述信号施加单元施加所述电信号而形成，以及
其中所述第一电荷浓度变化区域邻近所述第一电介质层，并且所述第二电荷浓度变化区域邻近所述第二电介质层。
2.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述信号施加单元被配置为向所述导体施加第一电压并且向所述纳米天线施加第二电压。
3.如权利要求2所述的光调制器件，其中所述信号施加单元包括：
第一电压施加单元，被配置为在所述导体和所述有源层之间施加所述第一电压；以及
第二电压施加单元，被配置为在所述有源层和所述纳米天线之间施加所述第二电压。
4.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述信号施加单元被配置为向所述导体施加第一电压，向所述有源层施加第二电压以及向所述纳米天线施加第三电压。
5.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述信号施加单元被配置为将第一电压施加到所述导体，将第二电压施加到所述有源层，以及将第三电压施加到所述纳米天线，以及
其中所述第一电压和所述第三电压中的至少一个不同于所述第二电压。
6.如权利要求5所述的光调制器件，其中所述第二电压是用于所述第一电压和所述第三电压的参考电压。
7.如权利要求5所述的光调制器件，其中所述第二电压为地电压。
8.如权利要求1所述的光调制器件，其中，所述导体是设置在所述有源层下方的背反射器电极。
9.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述导体是金属层。
10.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述有源层是第一有源层，并且所述光调制器件还包括设置在所述导体和所述第一电介质层之间的第二有源层，其中所述第二有源层电接触所述导体。
11.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述有源层是第一有源层，并且所述光调制器件还包括：
第二有源层，设置在所述第一电介质层和所述第二电介质层之间；以及
中间电介质层，设置在所述第一有源层和所述第二有源层之间。
12.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述有源层包括下有源层和上有源层，以及
其中所述下有源层的材料不同于所述上有源层的材料，或者所述下有源层的掺杂特性不同于所述上有源层层的掺杂特性。
13.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述导体包括彼此间隔开的多个所述导体，并且所述纳米天线包括彼此间隔开的多个所述纳米天线。
14.如权利要求13所述的光调制器件，其中所述信号施加单元被配置为向所述多个导体中的至少两个施加不同的电压，并且向所述多个纳米天线中的至少两个施加不同的电压。
15.如权利要求13所述的光调制器件，其中所述信号施加单元被配置为向所述多个导体中的每一个独立地施加电压，并且向所述多个纳米天线中的每一个独立地施加电压。
16.如权利要求13所述的光调制器件，其中：
所述多个导体包括第一导体和第二导体，以及
所述多个纳米天线包括对应于所述第一导体的第一纳米天线和对应于所述第二导体的第二纳米天线，
其中所述信号施加单元被配置为向所述第一导体施加第一电压，并且向所述第一纳米天线施加第二电压，以及
所述信号施加单元被配置为向所述第二导体施加第三电压，并且向所述第二纳米天线施加第四电压。
17.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述导体、所述第一电介质层、所述有源层、所述第二电介质层和所述纳米天线构成一个单元装置，以及
其中所述光调制器件包括多个所述单元装置。
18.如权利要求17所述的光调制器件，其中所述多个单元装置布置成一维阵列和二维阵列的其中之一。
19.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述纳米天线包括多个对应于所述导体的所述纳米天线。
20.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述有源层包括电光材料，并且所述电光材料的电容率根据施加到所述有源层的电信号而变化。
21.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述有源层包括透明导电氧化物和过渡金属氮化物中的至少一种。
22.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述第一电介质层和所述第二电介质层中的至少一个包括绝缘硅化合物和绝缘金属化合物中的至少一种。
23.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述光调制器件被配置为引起被所述纳米天线反射的光的相位调制。
24.如权利要求1所述的光调制器件，其中所述光调制器件被配置为将入射光的反射相位改变高达360°。
25.一种光设备，包括如权利要求1至24的其中之一所述的光调制器件。
26.如权利要求25所述的光设备，其中所述光调制器件被配置为按一维方式和二维方式的其中一种使光束转向。
27.如权利要求25所述的光设备，其中所述光设备包括光检测及测距设备、三维图像获取设备、全息显示设备和结构化光发生设备中的至少一种。
28.一种光调制器件，包括：
彼此间隔开的多个导电元件；
面对所述多个导电元件的多个纳米天线；
设置在所述多个导电元件和所述多个纳米天线之间的有源层，其中所述有源层与所述多个导电元件间隔开并且与所述多个纳米天线间隔开，并且其中所述有源层的至少一种特性基于施加到其的电压而是可变化的；以及
电压施加单元，被配置为向所述多个导电元件中的每一个以及向所述多个纳米天线中的每一个独立地施加电压，
其中被独立地施加到所述多个导电元件中的每一个的所述电压导致在所述有源层的第一区域中发生电荷浓度的变化，以及被独立地施加到所述多个纳米天线中的每一个的所述电压导致在所述有源层的第二区域中发生电荷浓度的变化，在所述第一区域中发生的所述电荷浓度的变化和在所述第二区域中发生的所述电荷浓度的变化调制入射在所述光调制器件上的光。
29.如权利要求28所述的光调制器件，其中所述电压施加单元还被配置为独立地向所述多个导电元件中的至少两个施加不同的电压，并且独立地向所述多个纳米天线中的至少两个施加不同的电压。
30.如权利要求28所述的光调制器件，其中所述多个导电元件包括第一导电元件和第二导电元件，以及
所述多个纳米天线包括对应于所述第一导电元件的第一纳米天线和对应于所述第二导电元件的第二纳米天线，
其中所述电压施加单元还被配置为向所述第一导电元件、所述第一纳米天线、所述第二导电元件和所述第二纳米天线中的每一个独立地施加电压。
31.如权利要求28所述的光调制器件，还包括：
设置在所述多个导电元件与所述有源层之间的第一绝缘层；以及
设置在所述多个纳米天线与所述有源层之间的第二绝缘层。
32.如权利要求28所述的光调制器件，其中所述多个纳米天线布置成一维阵列，以及
其中所述光调制器件被配置为使入射在其上的光一维地转向。
33.如权利要求28所述的光调制器件，其中所述多个纳米天线布置成二维阵列，以及
其中所述光调制器件被配置为将入射在其上的光二维地转向。
34.一种光设备，包括如权利要求28至33的其中之一所述的光调制器件。
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