CN112542768A - 光调制器、光束转向设备和电子设备 - Google Patents

光调制器、光束转向设备和电子设备 Download PDF

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modulator
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李斗铉
申昶均
金善日
朴晶铉
郑秉吉
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Abstract

提供了一种用于放大入射光的强度并调制入射光的相位的光调制器。该光调制器包括：第一分布式布拉格反射器(DBR)层，具有第一反射率，并且包括具有彼此不同的折射率并重复地交替堆叠的至少两个第一折射率层；第二DBR层，具有第二反射率，并且包括具有彼此不同的折射率并重复地交替堆叠的至少两个第二折射率层；以及有源层，设置在第一DBR层与第二DBR层之间，并且包括量子阱结构。

Description

光调制器、光束转向设备和电子设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月23日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请第10-2019-0116875号的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
符合示例实施例的装置和方法涉及光调制器、包括光调制器的光束转向设备、以及包括光束转向设备的电子设备。
背景技术
用于调制入射光的透射/反射、偏振、相位、强度、路径等的光调制器用于各种光学设备。此外，已实现了各种结构的光调制器，以控制光学设备所需的光的特性。
例如，在通常的光调制器中广泛使用具有光学各向异性的液晶结构、利用光防止/反射元件的微机械运动的微机电系统(MEMS)等。这些光调制器基于其操作特性具有至少若干μs的操作响应速度。此外，在光学相控阵列(OPA)方法中，通过使用各种像素的干涉或以波导形式的光线束来调制光的相位。
当使用利用机械运动的MEMS的结构时，光调制器的体积可能增加以导致费用增加。另外，由于包括振动等问题，MEMS的应用可能被限制。
根据OPA方法的控制技术，每个像素或波导必须具有驱动像素，并且像素运算器必须具有操作驱动器，因此，电路和设备可能不可避免地变得复杂，并且可能增加处理成本。
近来，已经尝试将超表面应用于光调制器。超表面是一种结构，其中将小于入射光的波长的值应用于厚度、图案、周期等。例如，具有可变光学特性(例如，折射率)并使用基于具有多量子阱结构的半导体材料的可调超表面的光学设备被用于从光学通信到光学感测的各种技术领域。
例如，使用可调超表面的光调制器可以包括形成为夹心结构的Fabry-Perot谐振器结构，其中半导体材料层被提供在一对分布式布拉格(Bragg)反射器(以下称为DBR)之间。
用于通过使用包括一对DBR和半导体材料层的Fabry-Perot谐振器结构来调制光的光调制器可以包括具有损耗的光学材料。通常，大的共振结构用于高相位调制。然而，在这种情况下，光学损耗也可能增加而低光调制器的效率。
发明内容
示例实施例至少解决上述问题和/或缺点以及以上未描述的其他缺点。此外，示例实施例不需要克服上述缺点，并且可以不克服上述问题中的任一个。
一个或多个示例实施例提供一种由于包括量子点的有源层而具有饱和增益的光调制器。
此外，一个或多个示例实施例提供一种包括具有饱和增益的光调制器的光束转向设备，和包括光束转向设备的电子设备。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种用于放大入射光的强度并调制入射光的相位的光调制器，该光调制器包括：第一分布式布拉格反射器(DBR)层，具有第一反射率，并且包括具有彼此不同的折射率并重复地交替堆叠的至少两个第一折射率层；第二DBR层，具有第二反射率，并且包括具有彼此不同的折射率并重复地交替堆叠的至少两个第二折射率层；以及有源层，设置在所述第一DBR层和所述第二DBR层之间，并且包括量子阱结构。
所述量子阱结构可以包括至少一个量子点，所述至少一个量子点具有满足Gs^2*Rf*Rb＜1的单个增益，并且Gs、Rf和Rb分别表示所述单个增益、所述第二反射率和所述第一反射率。
所述量子阱结构可以包括至少一个量子点，所述至少一个量子点具有满足Gs^2＞1/Rb的单个增益，并且Gs和Rb分别表示所述单个增益和所述第一反射率。
所述量子阱结构可以包括阱层和阻挡层，并且所述阱层可以包括多个量子点。
所述有源层可以包括多个堆叠结构，并且所述多个堆叠结构中的每一个可以包括交替地堆叠的阱层和阻挡层。
所述有源层可以包括具有第一多个堆叠结构的第一多堆叠结构和具有第二多个堆叠结构的第二多堆叠结构。
光调制器还可以包括在所述第一多堆叠结构与所述第二多堆叠结构之间的阻挡层。
所述有源层的量子阱结构可以包括第一多堆叠结构和第二多堆叠结构，其中所述第一多堆叠结构和所述第二多堆叠结构中的每一个可以包括交替地堆叠的阱层和第一阻挡层，其中，所述光调制器还可以包括设置在所述第一多堆叠结构与所述第二多堆叠结构之间的第二阻挡层，并且其中，所述第二阻挡层的厚度可以大于所述第一阻挡层的厚度。
所述有源层的量子阱结构可以包括至少一个量子点，并且所述至少一个量子点的带隙能量可以等于所述入射光的能量。
所述有源层可以在所施加的电流下具有饱和增益，所施加的电流的值大于或等于预定值。
所述第一反射率长度可以大于所述第二反射率长度。
所述光调制器还可以包括处理器，所述处理器被配置为通过在所述第一DBR层与所述第二DBR层之间施加电流来单独地调制所述有源层的折射率和增益。
所述光调制器还可以包括设置在所述第二DBR层上的多个超结构。
所述多个超结构中的至少两个可以具有彼此不同的折射率。
所述光调制器还可以包括设置在所述第一DBR层上的第一接触层和设置在所述第二DBR层上的第二接触层。
根据另一示例实施例的一个方面，提供了一种光束转向设备，包括：光调制器阵列，包括多个光调制器，所述多个光调制器包括所述光调制器，所述多个光调制器具有相同的结构；以及控制电路，被配置为单独地控制所述多个光调制器的折射率。
所述多个光调制器可以具有相同的量子点分布密度。
所述控制电路可以包括多个互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，每个CMOS器件连接到所述多个光调制器中的两个相邻的光调制器。
根据另一示例实施例的一个方面，提供了一种电子设备，包括：光源；以及光束转向设备，被配置为调制从所述光源朝向对象入射的光的行进方向；传感器，被配置为接收从所述对象反射的光；以及处理器，被配置为分析所述传感器接收的光。
所述至少一个量子点可以具有满足1/Rb＜Gs^2＜1/(Rf*Rb)的单个增益，并且Gs、Rb和Rf分别表示所述单个增益、所述第一反射率和所述第二反射率。
根据另一示例实施例的一个方面，提供了一种包括光调制器的光学传感器，所述光调制器包括：第一分布式布拉格反射器(DBR)层；第二DBR层；以及设置在所述第一DBR层与所述第二DBR层之间的量子阱，其中，所述光学传感器可以被配置为在所述第一DBR层与所述第二DBR层之间施加电流以通过在所述量子阱的价带与导带之间的电子的带间跃迁来控制光调制器的增益和入射光的相位。
附图说明
通过参考附图来描述某些示例实施例，上述和/或其他方案将变得更清楚，在附图中：
图1是示意性地示出了根据实施例的光调制器的结构的横向截面图；
图2是示出了图1的光调制器的特性的曲线图；
图3示意性地示出了在图1的光调制器中发生密度反转的过程；
图4示意性地示出了在图1的光调制器中发生受激发射的过程；
图5示意性地示出了在图1的光调制器中改变折射率的过程；
图6是示意性地示出了根据另一实施例的光调制器的结构的横向截面图；
图7是示意性地示出了根据另一实施例的光调制器的结构的横向截面图；
图8是示意性地示出了根据另一实施例的光调制器的结构的横向截面图；
图9是示意性地示出了根据实施例的光调制器阵列的结构的横向截面图；
图10是示意地示出了用于控制图9的光调制器阵列的控制电路的结构的横向截面图；
图11是示意地示出了根据实施例的光束转向设备的横向截面图；以及
图12是示出了根据实施例的电子设备的示意性结构的框图。
具体实施方式
下面参考附图更详细地描述示例实施例。
在以下描述中，即使在不同附图中，类似的附图标记也用于类似的元件。提供描述中定义的内容(例如详细构造和元件)以帮助全面理解示例实施例。然而，应当清楚，即便在缺少这些具体定义的内容的情况下，也能够实践示例实施例。此外，由于公知的功能或构造会以不必要的细节使描述模糊，因此没有对其进行详细地描述。
如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该被理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c两者、包括全部a、b和c或包括上述示例的任何变型。
在下文中，将参考附图描述根据各种实施例的光调制器、包括光调制器的光束转向设备、以及包括光束转向设备的电子设备。在附图中，相似的附图标记指代相似的元件，并且为了清楚地说明，可以放大组件的大小或厚度。
本文可以使用术语第一、第二等来描述各种组件。然而，组件不受术语限制。这些术语仅用于将一个组件与另一组件彼此区分的目的。可以以各种形式实现光调制器设备、包括光调制器设备的光束转向设备、以及包括光束转向设备的电子设备，并且不限于本文描述的实施例。
在整个说明书中，将进一步理解，当部件“包括”或“包含”元件时，除非另外定义，否则该部件可以进一步包括其他元件，而不排除其他元件。
图1是示意性地示出了根据实施例的光调制器1100的结构的横向截面图。图2是示出了图1的光调制器1100的特性的曲线图。
参考图1，光调制器1100可以包括具有第一反射率Rb的第一分布式布拉格反射器(DBR)层100、有源层200和具有第二反射率Rf的第二DBR层300。第一DBR层100可以包括具有彼此不同的折射率并且重复地交替堆叠的两个折射率层。有源层200设置在第一DBR层100上，并且包括具有堆叠结构的量子阱结构，在该堆叠结构中，阱层202和第一阻挡层201交替地堆叠。至少一个量子点203设置在阱层202中。第二DBR层300设置在有源层200上，并且包括具有彼此不同的折射率并且重复地交替堆叠的两个折射率层。此外，可以在第一DBR层100上设置第一接触层400，并且可以在第二DBR层300上设置第二接触层500。例如，第一接触层400可以设置在第一DBR层100的下表面上，第二接触层500可以设置在第二DBR层300的上表面上。
光调制器1100可以放大入射光IL的强度。因此，输出光0L可以具有比入射光IL更大的强度。此外，光调制器1100可以调制入射光IL的相位。因此，输出光OL的行进方向可以被调节以使得输出光OL沿期望的方向行进，而不管入射光IL的入射角如何。稍后参考附图描述光调制器1100的放大入射光IL和调制入射光IL的相位的功能。
第一DBR层100和第二DBR层300可以形成Fabry-Perot谐振器。从外部入射到第二DBR层300中的入射光IL可以在第一DBR层100和第二DBR层300之间发生谐振。在本文中，第一DBR层100的第一反射率Rb可以大于第二DBR层300的第二反射率Rf。因此，在第一DBR层100与第二DBR层300之间发生谐振的光可以通过第二DBR层300输出到外部。另外，由于第一DBR层100的第一反射率Rb大于第二DBR层300的第二反射率Rf，因此入射光IL的相变可能发生在360度的范围内。
第一DBR层100和第二DBR层300可以用作具有高反射率的镜，并且可以包括具有彼此不同的折射率的一对材料层。例如，第一DBR层100和第二DBR层300可以包括这样的结构：具有相对低折射率的低折射率层10和具有相对高折射率的高折射率层11交替地堆叠的结构。例如，第一DBR层100和第二DBR层300可以包括重复地交替堆叠的A1As/A10.5GaO.5As的结构或A10.9GaO.1As/A10.3GaO.7As的结构。然而，不限于此，并且A1与Ga的比率可以改变。此外，第一DBR层100和第二DBR层300的低折射率层10和高折射率层11可以包括与所描述的材料完全不同的材料。当特定波长的光入射到具有这种结构的第一DBR层100和第二DBR层300中时，反射可能在低折射率层10和高折射率层11的界面处发生。在本文中，可以通过去除或减小所有光之间的相位差来获得高反射率，使得光具有相同的相位并且可能发生反射光的相长干涉。为此，低折射率层10和高折射率层11中的每一个的光学厚度(通过将层的物理厚度乘以层的折射率而获得的值)可以与λ/4(λ是入射光的波长)的奇数倍的值相对应。随着一对低折射率层10和高折射率层11重复堆叠次数的增加，第一DBR层100和第二DBR层300可以具有增加的反射率。例如，在第一DBR层100的情况下一对低折射率层10和高折射率层11重复堆叠的次数可以比在第二DBR层300的情况下更大。因此，第一DBR层100的反射率Rb可以大于第二DBR层300的反射率。
有源层200可以包括具有量子阱结构的半导体材料。例如，有源层200可以包括其中阱层202和第一阻挡层201交替地堆叠的堆叠结构。有源层200可以包括交替地堆叠的多个第一阻挡层201和多个阱层202，或者可以包括一对第一阻挡层201以及设置在该一对第一阻挡层201之间的一个阱层202。第一阻挡层201的带隙能量可以大于阱层202的带隙能量。阱层202具有比与阱层202接触的第一阻挡层201相对小的带隙能量，因此，电子和空穴在阱层202中可以具有量子化的能级。例如，第一阻挡层201可以包括GaAs，阱层202可以包括InGaAs。然而，不限于此，并且第一阻挡层201和阱层202可以包括除了所描述的材料之外的其他材料。另外，当电流源600在第一DBR层和第二DBR层之间施加电流以使得电流流入有源层200时，有源层200的折射率可以改变。因此，入射光IL的相位和输出光0L的相位可以彼此不同。也就是说，随着有源层200的折射率被改变，已经穿过光调制器1100的光的行进方向可以被改变。
有源层200还可以包括量子点。例如，可以在阱层202中设置至少一个量子点203。然而，不限于此，并且可以在阱层202中设置多个量子点203。量子点203的带隙能量可以小于阱层202的带隙能量。量子点203的带隙能量可以与入射光IL的能量相同。例如，量子点203可以包括InAs。然而，并不限于此，并且量子点203可以包括除所描述的材料之外的其他材料。
如下所述，在量子点203中，由于施加的电流，可能发生密度反转。当具有特定能量的入射光入射到发生密度反转的量子点203中时，可能发生受激发射。由于受激发射，入射光IL的强度可以被放大。随着施加电流的增加，受激发射的发生可能增加。因此，可以增加入射光IL的强度的放大率。然而，当电流达到等于或大于特定值的值时，受激发射可能不增加，因此，入射光IL的强度的放大率可以达到饱和。以下将参考图2描述入射光IL的强度的放大率的饱和原理。这样，当入射光IL的强度的放大率饱和时，这可以称为有源层200具有饱和增益的情况。可以基于具有单个增益Gs的量子点203的分布密度来确定有源层200的饱和增益。例如，随着量子点203的分布密度的增加，有源层200的饱和增益可以增加。
量子点203的单个增益Gs可以满足Gs^2*Rf*Rb＜1。当增加单个增益Gs使得Gs^2*Rf*Rb的值等于或大于1时，量子点203中可能发生自发发射。也就是说，当量子点203的单个增益Gs增加到超过预定阈值的值时，即使当少量电流在光调制器1100中流动时，也会发生激射。在这种情况下，即使当光未入射到光调制器1100中时，光也可以从光调制器1100发射。因此，光调制器1100不能用于光束转向设备来调制入射光IL的相位。
此外，量子点203的单个增益Gs可以满足Gs^2＞1/Rb。当单个增益Gs减小使得Gs^2的值等于或小于1/Rb时，有源层200可能具有损耗。因此，期望设计量子点203的单个增益Gs以满足Gs^2＞1/Rb，使得有源层200具有增益。
这样，当量子点203的单个增益Gs满足1/Rb＜Gs^2＜1/(Rf*Rb)时，在量子点203中可能不会发生由于自发发射而引起的激射，并且同时有源层200可以具有增益。
第一接触层400可以包括掺杂有N型材料的N型接触层，第二接触层500可以包括掺杂有P型材料的P型接触层。图1示出了第一接触层400设置在第一DBR层100下方。然而，不限于此。例如，可以在有源层200与第一DBR层100之间设置第一接触层400。此外，图1示出了第二接触层500设置在第二DBR层300上方。然而，不限于此。例如，可以在有源层200与第二DBR层300之间设置第二接触层500。还可以在第一接触层400和第二接触层500上设置电极。
参考图2，从光调制器1100输出的输出光0L的强度可以随着施加到有源层200的电流I的增加而增加。然而，当电流达到等于或大于特定值Ia的值时，输出光OL的强度可能不再增加。因此，有源层200可以在所施加的具有等于或大于特定值1a的电流处具有饱和增益，这是因为在能够直接参与引起有源层200中的受激发射的电子中，仅有限数量的电子可以流入量子点203的导带的基态。相反，即使在有源层200的增益不再增加的区域中，有源层200的折射率也可以改变。换句话说，即使在输出光OL的强度不再增加的区域中，入射光IL的相位p也可以改变。
如上所述，光调制器1100可以基于施加的电流在具有饱和增益的同时连续地改变入射光IL的相位。这样，光调制器1100还可以包括配置为单独地控制增益和折射率的处理器。例如，处理器可以通过在第一DBR层100和第二DBR层300之间施加电流来单独地调节有源层200的折射率和增益。因此，光调制器1100可以有效地控制入射光IL的行进方向。以下将参考图5描述经由光调制器1100单独地控制增益和折射率的原理。
图3示意性地示出了在图1的光调制器1100中发生密度反转的过程。图4示意性地示出了在图1的光调制器1100中发生受激发射的过程。图5示意性地示出了光调制器1100中改变折射率的过程。在图3至图5的描述中，将参考图1所示的组件。如图3至图5所示，第一阻挡层a1或a4的带隙能量Eb可以大于阱层a2的带隙能量Ew。此外，阱层a2的带隙能量Ew可以大于量子点203的带隙能量Ed。
参考图3，当停留在量子点203的价带中的电子由于在第一DBR层100和第二DBR层300之间施加的电流而获得能量并移动到导带时，可能发生密度反转。例如，停留在量子点203的价带中的电子可以获取能量并且可以被填充在导带的基态S1中。例如，当在第一DBR层100与第二DBR层30()之间施加与量子点203的带隙能量Ed相对应的电流时，量子点203的价带中的电子可以获得能量并移动到导带，因此，可能发生密度反转。当连续施加电流时，更多的电子可以移动，因此，可能增加密度反转的发生。
参考图4，入射光IL的波长可以具有等于量子点203的带隙能量Ed的能量，并且在量子点203中可能发生密度反转。当入射光IL入射到光调制器1100中时，可能发生受激发射，因此，入射光IL的强度可以被放大。因此，可以从光调制器1100输出具有比入射光IL更大强度的输出光0L。同时，被填充在量子点203的导带的基态S1中的电子可能发生受激发射。如上所述，在基态S1中填充的电子的数量被限制，因此，即使在第一DBR层100和第二DBR层300之间连续地施加电流时，也不会再增加受激发射的发生。因此，当放大率达到等于或大于特定值的值时，入射光IL的放大率可以不再增加，并且可以是饱和的。换句话说，当施加具有大于或等于特定值的值的电流时，有源层200可以具有饱和增益。
参考图5，在增加第一DBR层100与第二DBR层300之间的电流的幅度时，电子可以被填充在量子点a3和阱层a2的多个量子化态中。如上所述，有源层200的增益可以由量子点203的导带的基态S1中的电子来确定。单独地，可以由填充在阱层a2的多个量子态中的电子来确定有源层200的折射率。例如，即使在电子被完全填充在包括量子点203的基态S1在内的多个态中之后，当将电流连续地施加到有源层200时，电子也可以被连续地填充在阱层a2的多个态中。随着填充在阱层a2中的电子的数量改变，有源层200的折射率可以改变。如上所述，当施加具有等于或大于特定值的值的电流时，即使当施加的电流增加时，有源层200的增益也不再增加并且可以是饱和的。相反，即使当有源层200的增益为饱和时，当将电流连续地施加到有源层200时，有源层200的折射率也可以连续地改变。这样，通过将电流施加到有源层200，可以单独地控制增益和折射率。
光调制器1110可以包括电流源600，该电流源600在第一DBR层100和第二DBR层300之间施加电流，以通过阱层202的价带和导带之间的电子的带间跃迁来控制光调制器1110的增益和入射光的相位。
图6是示意性示出了根据另一实施例的光调制器1110的结构的横向截面图。当描述图6的实施例时，与图1的实施例的方面相同的方面被省略。
参考图6，光调制器1110可以包括具有第一反射率Rb的第一DBR层110、具有第二反射率Rf的第二DBR层310、以及设置在第一DBR层110和第二DBR层310之间的有源层210。第一DBR层100可以包括具有彼此不同的折射率并且重复地交替堆叠的两个折射率层。有源层210可以设置在第一DBR层110上，并且可以包括具有堆叠结构的量子阱结构，在该堆叠结构中，阱层212和第一阻挡层211交替地堆叠。至少一个量子点213设置在阱层212中。第二DBR层310可以设置在有源层210上，并且可以包括彼此重复地交替堆叠的具有彼此不同的折射率的两个折射率层。此外，光调制器1110还可以包括设置在第一DBR层110下方的第一接触层410和设置在第二DBR层310上方的第二接触层510。然而，不限于此，并且第一接触层410可以设置在有源层210与第一DBR层110之间。此外，第二接触层510可以设置在有源层210与第二DBR层310之间。
第一DBR层110和第二DBR层310可以分别具有与图1的第一DBR层100和第二DBR层300基本相同的结构。例如，第一DBR层110和第二DBR层310可以包括其中具有相对低折射率的低折射率层12和具有相对高折射率的高折射率层13交替地堆叠的结构。
第一接触层410和第二接触层510可以分别具有与图1的第一接触层400和第二接触层500基本相同的结构。
有源层210可以包括具有量子阱结构的半导体材料。例如，有源层210可以包括其中阱层212和第一阻挡层211交替地堆叠的多个堆叠结构ST1至STn(n是自然数)。随着多个堆叠结构ST1至STn的数量增加，有源层210的增益可以增加。
多个堆叠结构ST1至STn中的每一个可以包括至少一个量子点213。量子点213可以具有与图2的量子点203基本相同的结构。
图7是示意性地示出了根据另一实施例的光调制器1120的结构的横向截面图。当描述图7的实施例时，与图1的实施例的方面相同的方面被省略。
参考图7，光调制器1120可以包括具有第一反射率Rb的第一DBR层120、具有第二反射率Rf的第二DBR层320、以及设置在第一DBR层120和第二DBR层320之间的有源层220。第一DBR层120可以包括具有彼此不同的折射率并且重复地交替堆叠的两个折射率层。有源层220设置在第一DBR层120上，并且可以包括具有堆叠结构的量子阱结构，在该堆叠结构中阱层222和第一阻挡层221交替地堆叠，其中，至少一个量子点223设置在阱层222中。第二DBR层320可以设置在有源层220上，并且可以包括具有彼此不同的折射率并且被重复地交替堆叠的两个折射率层。此外，光调制器1120还可以包括设置在第一DBR层120下方的第一接触层420和设置在第二DBR层320上方的第二接触层520。然而，不限于此，并且第一接触层420可以设置在有源层220与第一DBR层120之间。此外，第二接触层520可以设置在有源层220与第二DBR层320之间。
第一DBR层120和第二DBR层320可以分别具有与图1的第一DBR层100和第二DBR层300基本相同的结构。例如，第一DBR层120和第二DBR层320可以包括其中具有相对低折射率的低折射率层14和具有相对高折射率的高折射率层15交替地堆叠的结构。
第一接触层420和第二接触层520可以分别具有与图2的第一接触层400和第二接触层500基本相同的结构。
有源层220可以包括具有量子阱结构的半导体材料。例如，有源层220可以包括其中阱层222和第一阻挡层221交替地堆叠的多个堆叠结构ST1至ST6。图7示出了六个堆叠结构ST1至ST6。然而，不限于此，并且可以存在六个以上的堆叠结构。随着堆叠结构ST1至ST6的数量增加，有源层220的增益可以增加。同时，有源层220可以包括具有多个堆叠结构(例如，第一堆叠结构ST1至第三堆叠结构ST3)的第一多堆叠结构MS1和具有多个堆叠结构(例如，第四堆叠结构ST4至第六堆叠结构ST6)的第二多堆叠结构MS2。然而，不限于此，第一多堆叠结构MS1和第二多堆叠结构MS2中的每一个可以包括多于或少于三个的堆叠结构。另外，图7示出了两个多堆叠结构。然而，不限于此，有源层220可以包括多于两个的多堆叠结构。另外，第二阻挡层224还可以设置在第一多堆叠结构MS1与第二多堆叠结构MS2之间。另外，第二阻挡层224可以设置在第一多堆叠结构MS1与第二DBR层320之间。此外，第二阻挡层224可以设置在第二多堆叠结构MS2与第一DBR层120之间。也就是说，光调制器1120可以具有多个第二阻挡层224。第二阻挡层224的厚度可以大于第一屏障层221的厚度。此外，阱层222可以包括至少一个量子点223。量子点223可以具有与图2的量子点203基本相同的结构。
图8是示意性地示出了根据另一实施例的光调制器1130的结构的横向截面图。当描述图8的实施例时，省略了与图1的实施例的方面相同的方面。
参考图8，光调制器1130可以包括具有第一反射率Rb的第一DBR层130、具有第二反射率Rf的第二DBR层330、以及设置在第一DBR层130和第二DBR之间的有源层230。第一DBR层130可以包括具有彼此不同的折射率并且重复地交替堆叠的两个折射率层。有源层230可以设置在第一DBR层130上，并且可以包括具有堆叠结构的量子阱结构，在该堆叠结构中阱层232和第一阻挡层231交替地被堆叠，其中至少一个量子点233设置在阱层232中。第二DBR层330可以设置在有源层230上，并且可以包括具有彼此不同的折射率并且被重复地交替堆叠的两个折射率层。此外，光调制器1130还可以包括设置在第一DBR层130下方的第一接触层430和设置在第二DBR层330上方的第二接触层530。然而，不限于此，并且第一接触层430可以设置在有源层230与第一DBR层130之间。此外，第二接触层530可以设置在有源层230与第二DBR层330之间。
第一DBR层130和第二DBR层330可以分别具有与图1的第一DBR层100和第二DBR层300基本相同的结构。例如，第一DBR层130和第二DBR层330可以包括其中具有相对低折射率的低折射率层16和具有相对高折射率的高折射率层17交替地堆叠的结构。
第一接触层430和第二接触层530可以分别具有与图2的第一接触层400和第二接触层500基本相同的结构。
有源层230可以具有与图1的有源层200相同的结构。例如，有源层230可以包括其中阱层232和第一阻挡层231交替地堆叠的堆叠结构。例如，阱层232可以设置在一对第一阻挡层231之间。此外，阱层232可以包括至少一个量子点233。量子点233可以具有与图1的量子点203基本相同的结构。
此外，可以在第二DBR层330上方设置多个超结构630。例如，多个超结构630可以形成为直接与设置在第二DBR层330上方的第二接触层530接触。然而，当第二接触层530设置在第二DBR层330与有源层230之间时，可以形成多个超结构630以直接与第二DBR层330接触。
多个超结构630可以具有小于入射光IL的波长的形状度量。在这种情况下，在输出具有由有源层230调制的相位和强度的入射光IL之前，入射光IL也可以通过穿过超结构630而被调制。这样，入射光IL的相位或强度可以通过超结构630而进行二次调制。可以基于超结构630的形状度量来确定通过超结构630的入射光IL的第二调制的程度。
多个超结构630的形状度量可以小于入射光IL的波长。例如，多个超结构630的高度、幅面、宽度、间距等可以小于入射光IL的波长。多个超结构630中的至少两个可以具有彼此不同的折射率。例如，多个超结构630中的至少两个可以具有彼此不同的形状尺寸，例如，不同的高度、幅面、宽度、间距等，因此可以具有彼此不同的折射率。
图9是示意性地示出了根据实施例的光调制器阵列2100的结构的横向截面图。图10是示意性地示出用于控制图9的光调制器阵列2100的控制电路2200的结构的横向截面图。图11是示意性地示出了根据实施例的光束转向设备2000的横向截面图。
参考图9，光调制器阵列2100可以包括布置在基板2120上的多个光调制器2110。例如，多个光调制器2110可以与图1的光调制器1100、图6的光调制器1110、图7的光调制器1120和图8的光调制器1130基本相同。例如，多个光调制器2110中的每一个可以包括至少一个量子点。此外，多个光调制器2110中的每一个的量子点的分布密度可以相同。因此，多个光调制器2110中的每一个的增益可以相同。然而，不限于此，多个光调制器2110中的每一个的量子点的分布密度可以彼此不同，因此，多个光调制器2110中的每一个的增益可以彼此不同。
参考图10，控制电路2200可以包括多个晶体管Tr1至Tr4。第一晶体管Tr1可以设置在基板sub上，并且可以包括彼此面对的源电极1和漏电极2。源电极1和漏电极2可以掺杂有n型或p型材料。可以在源电极1与漏电极2之间形成沟道层3。沟道层3可以是包括n型材料或p型材料的区域。例如，当源电极1和漏电极2二者都掺杂有n型材料时，沟道层3可以是包括p型材料的区域。在这种情况下，第一晶体管Tr1可以被称为n沟道金属氧化物半导体(NMOS)。备选地，当源电极1和漏电极2都掺杂有p型材料时，沟道层3可以是包括n型材料的区域。在这种情况下，第一晶体管Tr1可以被称为p沟道金属氧化物半导体(PMOS)。当第一晶体管Tr1是NMOS时，与第一晶体管Tr1相邻的第二晶体管Tr2可以是PMOS。在这种情况下，第一晶体管Tr1和第二晶体管Tr2可以彼此连接以形成互补金属氧化物半导体(CMOS)。例如，第一晶体管Tr1和第二晶体管Tr2的漏电极2可以彼此连接以形成CMOS。此外，第一晶体管Tr1还可以包括设置在基板sub上的与沟道层3相对应的区域上的栅电极4。栅极绝缘层5还可以设置在栅电极4与沟道层3之间。覆盖栅电极4的绝缘层7可以设置在基板sub上。可以在绝缘层7中形成多个孔H。多个第一电极E1和多个第二电极E2可以形成在多个孔H中。多个第一电极E1可以接触多个源电极1。此外，多个第一电极E1可以形成为暴露于绝缘层7的外部。多个第二电极E2可以接触多个漏电极2。多个漏电极2可以在绝缘层7中彼此连接。图10没有示出漏电极2彼此直接连接，但是漏电极2可以通过不同的路径彼此连接。图10的控制电路2200包括四个晶体管Tr1至Tr4。然而，为了便于说明，控制电路2200可以包括四个以上的晶体管。
参考图11，光束转向设备2000可以包括光调制器阵列2100和控制电路2200。光调制器阵列2100和控制电路2200可以经由键合部分2300彼此电连接。例如，光调制器阵列2100中包括的多个光调制器和控制电路2200中包括的多个晶体管可以分别彼此电连接。例如，电连接到第一光调制器OM1的第一晶体管Tr1可以是NMOS，而电连接到与第一光调制器OM1相邻的第二光调制器OM2的第二晶体管Tr2可以是PMOS。在这种情况下，第一晶体管Tr1和第二晶体管Tr2可以形成CMOS。换句话说，彼此相邻的第一光调制器OM1和第二光调制器OM2可以电连接到包括第一晶体管Tr1和第二晶体管Tr2在内的CMOS。如参考图10所描述的，控制电路2200可以包括多个晶体管Tr1至Tr4，因此，CMOS可以形成为多个。施加到控制电路2200中包括的多个CMOS的电流可以彼此不同。因此，可以将不同的电信号发送到与多个CMOS电连接的光调制器。因此，包括多个CMOS的控制电路2200可以单独地控制多个光调制器的特性。例如，控制电路2200可以单独地控制多个光调制器的折射率。在这种情况下，多个光调制器中的每一个可以具有相同的饱和增益。因此，从多个光调制器的每一个输出的光的强度可以相同。
图12是示出了根据实施例的电子设备3000的示意性结构的框图。
参考图12，电子设备3000可以包括：照明设备3100，被配置为朝向对象OBJ照射光；传感器3300，被配置为接收从对象OBJ反射的光；以及处理器3200，被配置为执行用于根据从传感器3300接收的光获得关于对象OBJ的信息的计算。电子设备3000还可以包括存储器3400，存储器3400中存储用于执行处理器3200的代码或数据。
照明设备3100可以包括光源3120和光束转向设备3110。光源3120可以产生用于扫描对象OBJ的光源。源光可以是脉冲激光束。光束转向设备3110可以通过改变来自光源3120的光的行进方向来照亮对象OBJ，并且可以包括图11的光束转向设备2000。参考图11描述了可以将参考图1、图6、图7和图8所描述的光调制器1100、光调制器1110、光调制器1120和光调制器1130应用于光束转向设备2000。
用于调制来自照明设备3100的光的方向以使得光朝向对象OBJ的光学设备或用于附加调制的光学设备还可以布置在照明设备3100与对象OBJ之间。
传感器3300可以感测由对象OBJ反射的光Lr。传感器3300可以包括光检测元件的阵列。传感器3300还可以包括用于针对每个波长来分析从对象OBJ反射的光的光谱设备。在图12中，照明设备3100和传感器3300可以被集成到单个感测设备中，并且在这种情况下，照明设备3100和传感器3300可以分别执行光发射和光检测操作。
处理器3200可以执行用于根据从传感器3300接收的光来获得关于对象OBJ的信息的计算。此外，处理器3200可以对电子设备3000执行总体处理和控制。处理器3200可以获得并处理关于对象OBJ的信息。例如，处理器3200可以获得并处理二维或三维图像信息。另外，处理器3200可以操作照明设备3100中包括的光源，或者总体控制传感器3300的操作。例如，处理器3200可以计算施加到照明设备3100中包括的光调制器的电流的值。处理器3200可以基于从对象OBJ获得的信息来确定用户是否被认证等，并且可以执行其他应用。
存储器3400可以存储用于由处理器3200执行的代码。另外，存储器3400可以存储由电子设备3000执行的各种执行模块以及用于执行模块的数据。例如，存储器3400可以存储由处理器3200执行用于获得关于对象OBJ的信息的计算所使用的程序代码、以及通过使用关于目标对象OBJ的信息执行的诸如应用模块的代码。此外，存储器3400还可以存储通信模块、相机模块、视频播放模块、音频播放模块等，作为用于驱动可以在电子设备3000中附加地设置的设备的程序。
在处理器3200的计算之后，可以根据需要向其他设备或单元发送关于对象OBJ的形状和位置的信息。例如，可以向使用关于对象OBJ的信息的另一电子设备的控制器发送关于对象OBJ的信息。信息所发送到的其他单元可以包括输出结果的显示设备或打印机。另外，其他单元可以是但不限于智能电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、各种可穿戴设备以及其他移动或非移动计算设备。
存储器3400可以包括闪存型存储器、硬盘型存储器、多媒体微型存储器、卡型存储器(例如，SD或XD存储器)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘和光盘等。
电子设备3000可以包括例如便携式移动通信设备、智能电话、智能手表、PDA、膝上型计算机、PC、其他移动或非移动计算设备，但是电子设备3000不限于此。此外，电子设备3000可以包括自动驾驶机器(例如无人驾驶车辆、自动驾驶车辆、机器人、无人机等)或物联网(IoT)设备。
根据本公开的各种实施例，可以通过使用具有饱和增益的光调制器来单独地控制光的相位和强度。
根据本公开的各种实施例，可以通过使用包括具有饱和增益的光调制器在内的光束转向设备来有效地调制光行进方向。
尽管不限于此，但是示例实施例可以被实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可以存储之后能够被计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在联网的计算机系统上，使得按照分布方式存储和执行计算机可读代码。此外，示例实施例可以被写为计算机程序，所述计算机程序通过计算机可读传输介质(例如，载波)传输，并在执行所述程序的通用或专用数字计算机中被接收和执行。此外，可以理解在示例实施例中，上述装置和设备的一个或多个单元可以包括电路、处理器、微处理器等，并且可以执行存储在计算机可读介质中的计算机程序。
上述示例性实施例仅仅作为示例而不应被解释为限制。本教导能够被容易地应用于其他类型的装置。此外，对示例性实施例的描述意在是说明性的，而不是为了限制权利要求的范围，并且本领域技术人员将清楚多种替代、修改和变化。

Claims (21)

1.一种用于放大入射光的强度并调制入射光的相位的光调制器，所述光调制器包括：
第一分布式布拉格反射器DBR层，具有第一反射率，并且包括具有彼此不同的折射率并重复地交替堆叠的至少两个第一折射率层；
第二DBR层，具有第二反射率，并且包括具有彼此不同的折射率并重复地交替堆叠的至少两个第二折射率层；以及
有源层，设置在所述第一DBR层与所述第二DBR层之间，并且包括量子阱结构。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述量子阱结构包括至少一个量子点，所述至少一个量子点具有满足Gs^2*Rf*Rb＜1的单个增益，并且
其中，Gs、Rf和Rb分别表示所述单个增益、所述第二反射率和所述第一反射率。
3.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述量子阱结构包括至少一个量子点，所述至少一个量子点具有满足Gs^2＞1/Rb的单个增益，以及
其中，Gs和Rb分别表示所述单个增益和所述第一反射率。
4.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述量子阱结构包括阱层和阻挡层，并且所述阱层包括多个量子点。
5.根据权利要求1所述的光调制器，其中，
所述有源层包括多个堆叠结构，并且所述多个堆叠结构中的每一个包括交替地堆叠的阱层和阻挡层。
6.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述有源层包括：
具有第一多个堆叠结构的第一多堆叠结构，以及具有第二多个堆叠结构的第二多堆叠结构。
7.根据权利要求6所述的光调制器，还包括在所述第一多堆叠结构与所述第二多堆叠结构之间的阻挡层。
8.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述有源层的量子阱结构包括第一多堆叠结构和第二多堆叠结构，
其中，所述第一多堆叠结构和所述第二多堆叠结构中的每一个包括交替地堆叠的阱层和第一阻挡层，
其中，所述光调制器还包括第二阻挡层，所述第二阻挡层设置在所述第一多堆叠结构和所述第二多堆叠结构之间，并且
其中，所述第二阻挡层的厚度大于所述第一阻挡层的厚度。
9.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述有源层的量子阱结构包括至少一个量子点，并且所述至少一个量子点的带隙能量等于所述入射光的能量。
10.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述有源层在所施加的电流下具有饱和增益，所施加的电流的值大于或等于预定值。
11.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述第一反射率大于所述第二反射率。
12.根据权利要求1所述的光调制器，还包括处理器，所述处理器被配置为通过在所述第一DBR层与所述第二DBR层之间施加电流来单独地调制所述有源层的折射率和增益。
13.根据权利要求1所述的光调制器，还包括设置在所述第二DBR层上的多个超结构。
14.根据权利要求13所述的光调制器，其中，所述多个超结构中的至少两个具有彼此不同的折射率。
15.根据权利要求1所述的光调制器，还包括设置在所述第一DBR层上的第一接触层和设置在所述第二DBR层上的第二接触层。
16.一种光束转向设备，包括：
光调制器阵列，包括多个光调制器，所述多个光调制器包括根据权利要求1所述的光调制器，所述多个光调制器具有相同的结构；以及
控制电路，被配置为单独地控制所述多个光调制器的折射率。
17.根据权利要求16所述的光束转向设备，其中，所述多个光调制器具有相同的量子点分布密度。
18.根据权利要求16所述的光束转向设备，其中，所述控制电路包括多个互补金属氧化物半导体CMOS器件，每个CMOS器件连接到所述多个光调制器中的两个相邻的光调制器。
19.一种电子设备，包括：
光源；
根据权利要求16所述的光束转向设备，所述光束转向设备被配置为调制从所述光源朝向对象入射的光的行进方向；
传感器，被配置为接收从所述对象反射的光；以及
处理器，被配置为分析所述传感器接收的光。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其中，所述至少一个量子点具有满足1/Rb＜Gs^2＜1/(Rf*Rb)的单个增益，并且
其中，Gs、Rb和Rf分别表示所述单个增益、所述第一反射率和所述第二反射率。
21.一种包括光调制器的光学传感器，所述光调制器包括：
第一分布式布拉格反射器DBR层；
第二DBR层；以及
量子阱，设置在所述第一DBR层和所述第二DBR层之间，
其中，所述光学传感器被配置为在所述第一DBR层与所述第二DBR层之间施加电流，以通过所述量子阱的价带与导带之间的电子的带间跃迁来控制所述光调制器的增益和入射光的相位。
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