KR100890286B1 - 회절형 도파 공간 광변조기 - Google Patents

회절형 도파 공간 광변조기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광변조기에 관한 것으로서, 특히 격자 어레이를 형성하고 있는 복수의 반사부재의 마주보는 수직면의 간격을 가변하여 입사되는 광의 위상을 편이시켜 회절광을 형성할 수 있도록 하는 회절형 도파 공간 광변조기에 관한 것이다.
회절형, 도파관, 광변조기, 압전, 위상 편이

Description

회절형 도파 공간 광변조기{Wave-guide spatial optical modulator diffraction type}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기의 절단면도.
도 2는 도 1의 회절형 도파 공간 광변조기의 구동시 폭과 깊이 변화를 보여주는 도면.
도 3은 도 1의 라인 단자층에서 반사된 반사광의 광세기를 보여주는 도면.
도 4는 도 1의 간극에서 반사된 반사광의 광세기를 보여주는 도면.
도 5은 도 1의 라인 단자층에서 반사된 반사광과 간극에서 반사된 반사광이 이루는 회절광을 설명하기 위한 도면.
도 6a는 도 1의 간극의 폭의 변화에 따른 위상 편이를 설명하기 위한 도면이고, 도 6b는 도 1의 라인 단자층에서 반사된 반사광과 간극에서 반사된 반사광이 이루는 회절광의 차수별 광세기를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기의 절단면도.
도 8은 본 발명이 또 다른 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기의 절단면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기를 이용한 디스플레이 장치의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 기반 부재 101, 201aa~201eb : 반사부재
101a~101d : 간극 102 : 공통 단자층
103 : 라인 단자층 104 : 가변 부재
105 : 하부 반사면 106 : 측면 반사면
107,207 : 입사광 108, 109, 208 : 반사광
본 발명은 광변조기에 관한 것으로서, 특히 격자 어레이를 형성하고 있는 복수의 반사부재의 마주보는 수직면간의 간격을 가변하여 입사되는 광의 위상을 편이시켜 회절광을 형성할 수 있도록 하는 회절형 도파 공간 광변조기에 관한 것이다.
종래의 광변조 소자의 제조에서 음향 광학 효과를 이용하는 장치는 소위 초음파 광변조기라고 불리우며 이러한 광변조기는 통상 일정한 광굴절율을 갖는 초음파매질을 사용하여 그 초음파매질의 내부에 일정한 소밀주기를 갖는 초음파를 일정 방향으로 전파시키고 그 초음파의 전파방향에 대하여 적당한 입사각을 갖도록 레이저광을 초음파매질내에 입사시켜서 입사된 레이저광의 매질내부에서 초음파면에 반사되어 회절광으로 변조되게 하고 그 초음파의 출력을 변화시켜서 매질내부에 전파되는 초음파의 소밀상태에 변화를 주고 그에 의하여 초음파면에서 반사되는 회절광의 강도를 변조하여 레이저광을 변조하는 원리로 구성되어 있다.
그런데, 이와같은 종래의 광변조기에 있어서는 매질내의 초음파면에 일정의 입사각(θ)을 갖도록 레이저광을 입사시키기 위해서는 레이저광원을 초음파매질의 측면에 대하여 일정한 경사각을 갖도록 비스듬히 설치해야 하므로, 시스템의 설계와 제작에 불편이 따르고, 또한 초음파매질내에 형성되는 광반사면은 초음파가 밀집하여 구성되는 것이기 때문에 완전한 반사면의 역할을 할 수 없고 특히 초음파매질내에서 발생하는 초음파의 펴짐 현상으로 인한 초음파 출력의 감소 때문에 입사된 레이저광의 손실이 많게되는 폐단이 있을뿐 아니라 비변조광을 흡수시키기 위하여 초음파매질의 외부에 보조적으로 광흡수체을 설치해야 하는 단점도 있다. 그뿐만 아니라, 레이저광이 초음파매질에 입사될 때 그 매질면에서 반사되는 반사광로 인한 광손실을 막을 수 없었고, 또한 Ar+레이저광 또는 Kr-레이저광과 같은 고출력의 레이저광을 사용하는 경우 초음파매질내에 발생한 열이 초음파에 영향을 미치게 되어 광의 강도 변조가 불안정하게 되는 등의 단점도 있었다.
또한, 종래의 광변조기에 있어서는 초음파가 전파되는 방향에서 광빔폭이 제한되는 문제점이 있으며, 상대적으로 낮은 초음파의 전파 속도 동안의 시간 지연으로 인하여 스위칭율이 제한되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 높은 효율과 정확도 그리고 민감도를 가지며 또한 높은 해상도의 작은 크기의 회절형 도파 공간 광변조기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기반 부재; 판형을 이루고 있으며, 상기 기반부재에 서로 등간격으로 배열되어 격자 어레이를 형성하고 있고, 서로간의 이격공간이 간극을 형성하며, 서로 대향하는 수직면에 반사면이 형성되어 있으며, 간극의 하부에 반사면이 형성되어 있는 복수의 반사부재; 및 상기 반사부재를 구동하여 서로간의 간격이 가변되도록 하는 구동수단을 포함하며, 상기 복수의 반사부재의 간극은 개방부로 광이 입사되는 경우에 도파관으로 작용하며, 상기 복수의 반사부재의 간극은 상기 반사부재에 의해 접근 거리가 가변되는 경우에 개방부로 입사되는 입사광의 위상을 편이시켜 반사하여 이와 같이 반사된 반사광들이 회절광을 형성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이제, 도 1 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 회 절형 도파 공간 광변조기를 상세히 설명한다.
도 1 는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기의 절단면도 이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기는 압전재료로 형성되어 있으며 평평한 판형으로 형성되어 있는 기반부재(100)를 포함한다. 여기에서, 기반부재(100)의 일면에는 압전재료에 압전 전압을 제공하기 위한 공통 단자층(102)이 형성되어 있다.
그리고, 도파 공간 광변조기는 압전재료로 형성되어 있고 사각 판형으로 기반부재(100)에 요철 형상으로 돌출되게 형성되어 있으며, 격자 어레이를 형성하고 있는 복수의 반사부재(101)를 포함하고 있다. 복수의 반사부재(101)는 서로 등간격 을 가지고 배열되어 있으며 수직면이 서로 대향되게 형성되어 있고, 서로 대향되는 면에 측면 반사면(106)을 구비하고 있다.
이러한 복수의 반사부재(101)의 각각의 상부에는 압전 재료에 압전 전압을 제공하기 위한 라인 단자층(103)이 형성되어 있다.
여기에서, 기반부재(100)와 반사부재(101)의 압전재료는 상하 압전재료와 좌우 압전 재료를 모두 사용가능하며, PzT , PNN - PT , ZnO 등의 압전재료를 사용할 수 있고, Pb, Zr , Zn 또는 타이타늄 등을 최소 한개 이상의 원소를 포함하는 압전 전해 재료도 사용할 수 있다.
그리고, 공통 단자층(102)의 전극재료로는 Pt , Ta / Pt , Ni , Au , Al , RuO 2 등이 사용될 수 있으며, 라인 단자층(103)의 전극재료로는 Pt , Ta / Pt , Ni , Au , Al , RuO 2 등이 사용될 수 있다. 또한, 라인 단자층(103)의 개방된 측면은 광을 반사하는 반사면으로 사용될 수 있다.
공통단자층(102)은 기반부재(100)와 반사부재(101)로 이루어진 가변부재(104)에 제공되는 인가전압의 일단자를 형성하며, 라인 단자층(103)은 타단자를 형성한다. 복수의 라인 단자층(103)은 서로 분리되어 각각에 대하여 외부에서 전원이 개별적으로 인가되도록 할 수도 있고, 하나 이상을 서로 연결하여 외부에서 서로 연결된 복수의 라인 단자층(103)에 공통 전압을 인가하도록 할 수도 있다.
한편, 반사부재(101)가 격자 어레이를 형성하게 됨에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 지면쪽을 향하여 서로 평행하게 형성되어 있는 4개의 간극(101a~101d)이 형성된다. 이러한 간극(101a~101d)은 사각형의 홈 형상을 하고 있으며 일면이 개방되어 있다. 또한, 간극(101a~101d)은 깊이가 서로 같으며, 폭 또한 서로 같다. 간극(101a~101d)의 폭을 b 라하면 폭의 가변 범위는 다음 ( 수학식 3)의 부등 조건을 만족하는 것이 좋다.
mλ/2<b<(m+1)λ/2
여기에서, λ는 파장이며, m은 동작 도파 모드 차수이다. 일예로 동작 도파 모드 차수가 1이라면 b는 λ/2<b<λ가 된다.
그리고, 간극(101a~101d)의 바닥에는 하부 반사면(105)이 형성되어 있으며, 측벽에는 측벽 반사면(106)이 형성되어 있다.
이러한 하부 반사면(105)과 측벽 반사면(106)의 재료로는 Ti , Cr , Cu , Ni , Al, Au , Ag , Pt , Au / Cr 등등의 광반사 물질이 사용된다.
또한, 이러한 간극(101a~101d)으로 인하여 복수의 라인 단자층(103)은 서로 분리되어 복수의 라인 형상을 형성하게 된다. 즉, 라인 단자층(103)은 반사부재(101)별로 서로 분리되어 있으며 분리된 각각이 하나의 전극을 형성한다. 이러한 라인 단자층(103)의 폭 a는 대략 간극(101a~101d)의 폭과 같으며, 이러한 구조물의 주기 d는 d=a+b가 되며, 그 결과 대략적으로 λ<d<2λ가 된다.
이제, 도 1를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면에서 반사부재(101)를 향하여 입사되는 입사광(107)은 TE 편광(벡터 E는 Z축에 평행하다)으로 라인 단자층(103)과 간극(101a~101d)의 개방 부위로 입사된다.
그리고, 이처럼 반사부재(101)의 라인 단자층(103)과 간극(101a~101d)의 개방되어 있는 측으로 입사되는 입사광(107)의 일부는 라인 단자층(103)에서 반사되어 반사광(108)을 형성한다.
이러한 입사광(107)의 라인 단자층(103)에서 반사된 반사광(108)은 전전력의 대략 절반 정도를 가지고 있으며, 도 3에서 보듯이 대략 0에 가까운 일정한 위상 편이를 가지고 있다. 도 3에서 f(x)는 복소 위상 편이(complex amplitude shift)를 나타낸다. 그리고, X축은 거리를 나타내며, Z축은 반사광(108)의 복소 크기(complex amplitude)의 실수부를 그리고 Y축은 반사광(108)의 복소 크기의 허수 부를 나타낸다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이 복소 크기 f(x)의 실수이며, 위상 편이는 0이다.
그리고, 반사부재(101)의 간극(101a~101d)의 개방된 부위에 입사한 입사광(107)은 간극(101a~101d)의 하부 반사면(105)과 측벽 반사면(106)에서 반사되어 입구쪽으로 출사된다. 즉, 이때 하부 반사면(105)과 측벽 반사면(106)으로 이루어진 간극(101a~101d)은 도파관처럼 작용하며, 입사광(107)은 측벽 반사면(106)에서 여러번 반사되어 하부 반사면(105)으로 향하고 하부 반사면(105)과 그 근방의 측벽 반사면(106)에서 반사되어 다시 측벽 반사면(106)에서 여러번 반사되어 입구쪽으로 출사된다.
간극(101a~101d)에서 반사되는 반사광(109)의 위상 편이(φ)는 도 4에 도시된 바와 같이 하부 반사면(105)과 측벽 반사면(106)으로 이루어진 도파관을 두번 왕복할 때 간극(101a~101d)의 깊이 h(또는 y0)와 간극(101a~101d)의 폭 b에 의존하는 도파관의 위상 속도에 의존한다. 도 4에는 위상 편이 φ는 복소 크기 g(x)의 복소 평면 Re{g(x)}와 Im{g(x)}에서 회전각이다. 여기에서 g(x)는 간극(101a~101d)에서 반사되는 반사광(109)의 X 좌표에 따라 분포된 복소 크기이다.
대략 이러한 의존 관계는 다음 (수학식4)로 표현된다.
Figure 112006080467724-pat00001
이러한 의존 관계는 도 6a에 도시되어 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이 폭 b가 그 임계치 λ/2에 가까이 감에 따라 간극(101a~101d)의 폭 b가 아주 조금 변화되어도 위상 편이는 π레디안이 변화된다.
라인 단자층(103)에서 생성된 반사광(108)과 간극(101a~101d)에서 생성된 반사광(109)은 간섭하여 도 5에 도시된 바와 같이 먼 공간에서 회절 패턴을 형성한다.
이러한 회절패턴은 회절차수에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 F0, G0,F+1, G+1, F-1, G- 1를 형성한다. 다음 (수학식 5) 0차와 1차에서의 대략적인 효율의 의존관계를 보여준다.
Figure 112006080467724-pat00002
도 6b은 간극(101a~101d)의 폭 b에 따른 서로 다른 회절 차수에서 효율의 의존관계를 나타내는 도면이다. 여기에서 초기값(전압이 0일 때 얻는 값) h0와 b0는 위상 주기 φ0=2πn, n=1,2,3...으로 정수배를 가지도록 선택된다.
이 경우에 광세기의 주요 부분은 0차의 회절광에 집중되어 최대가 된다(도 6b에서 b=b0이다).
한편, 공통 단자층(102)과 라인 단자층(103)에 전압을 인가하면 반사부재(103)는 상하 압축 또는 팽창하여 깊이 h와 폭 b를 변화시킨다.
도 2에서 점선은 라인 단자층(103)에 구동 전압이 인가되기 전의 상태를 보여주며 실선은 라인 단자층(103)에 구동 전압이 인가된 경우의 상태를 보여준다. 라인 단자층(103)에 구동 전압이 인가되면 폭 b는 증가하게 되고 도파관 내부의 위상 속도는 작아진다. 따라서, 도 6a에 도시된 바와 같이 간극(101a~101d)으로부터 출사되는 출사광(109)의 위상 편이 φ는 증가된다. 그리고, 도 6b에 도시된 바와 같이 폭 b가 b1이 될 때 위상 편이가 φ=φ0+π 에 도달하며 , 출사광의 주 전력은 +1차와 -1차 회절차수에 집중되며 0차의 회절차수의 회절광은 최소가 된다.
만약 도파관 폭 b가 도 6a에 도시된 바와 같이 임계치에 가까이 가면 간극(101a~101d)의 폭의 변형에 의존하는 위상 편이는 매우 가파르게 되며 매우 작은 공간 이동이 있을 때, 일예로 Δx=b1-b0가 되면 위상 편이는 φ-φ0=π로 π가 된다.
이러한 이유로 장치의 전체 효율은 볼트당 5 또는 10%가 된다. 도 6a에 도시 된 바와 같이 파장이 800nm이면 라인 단자층(103)의 주기는 0.8 내지 1.6mkm이 된다.
이 경우에 하나의 픽셀 크기는 수 mkm이다. 그 결과 높은 밀도와 높은 해상도를 제공한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기는, 평평한 판형으로 형성되어 있는 기반부재(200)를 포함한다. 여기에서, 기반부 재(200)는 절연 재료로 형성되어 있으며, 이에 따라 내부 또는 외부에 회로패턴을 형성할 수 있다.
그리고, 도파 공간 광변조기는 사각 판형으로 기반부재(200)에 요철 형상으로 형성되어 있으며, 격자 어레이를 형성하고 있는 반사부재(201aa~201eb)를 포함한다.
이러한, 반사부재(201aa~201eb)는 서로 등간격을 가지고 배열되어 있고 수직면이 서로 대향되게 형성되어 있으며 서로 대향되는 수직면이 반사면을 형성하고 있다. 여기에서, 모든 반사부재(201aa~201eb)의 대향하는 수직면이 반사면을 형성하도록 할 수도 있고, 이와 달리 두개의 반사부재 단위로, 즉 도면에서 도면부호 201aa와 201 ab , 그리고 201 ba 와 201 bb , 그리고 201 ca 와 201 cb , 그리고 201 da 와 201db, 그리고 201 ea 와 201 eb 로 각각 하나의 쌍을 이루도록 한 후에 쌍을 이루는 반사부재(201 aa~201eb)간의 서로간의 대향하는 수직면에만 반사면을 구비하도록 할 수 있다. 즉, 위에서 쌍을 이루는 반사부재의 서로 대향하지 않는 면에는 반사면이 형성되어 있지 않다.
이렇게 함으로 한쌍을 이루는 반사부재(201 aa 와 201 ab , 또는 201 ba 와 201 bb , 또는 201 ca 와 201 cb , 또는 201 da 와 201 db , 또는 201 ea 와 201 eb )는 쌍을 이룬 반사 부재의 대향하는 수직면의 반사면에서만 광을 반사하여 반사광을 형성하며 다른 쌍의 반사부재와의 사이에서는 반사광이 형성되지 않아 쌍을 이루지 않는 반사부재와 는 그 간격의 가변에 따른 반사광의 광세기 변화를 가져오지 않는다. 그결과 , 도 1 와 달리 측면의 일부에만 반사면을 형성하도록 되어 있기 때문에 회절광의 광세기 를 위상 편이에 의해 용이하게 제어할 수 있다.
이러한 복수의 반사부재(201aa~201eb)의 각각의 상부는 상부 반사면을 형성하고 있어 입사되는 입사광을 반사한다.
여기에서, 반사부재(201aa~201eb)의 재료로는 전도성을 있는 물질이 바람직하며 광을 반사하는 특성이 있다면 더 좋은데 그 일예로 Pt , Ta / Pt , Ni , Au , Al , RuO 2 등이 사용될 수 있다.
이러한, 반사부재(201aa~201eb)는 도면에 도시된 바와 같이 인접한 두개가 한쌍을 이루어 동일한 전원 단자에 연결되어 있다. 이처럼 인접한 두개가 한쌍을 이루어 동일한 전원 단자에 연결되어 있기 때문에 다른 극성의 전압이 인접한 반사부재(201aa~201eb) 쌍에 인가될 수 있다. 일예로, 201aa와 201ab 쌍, 201ca와 201cb쌍, 201 ea 와 201 eb 쌍은 단일 전선에 연결되어 있으며, 반면에, 201ba와 201bb 쌍, 201da와 201db 쌍은 공통 전극에 연결되어 있어 인접한 쌍간에 인력이 발생하여 쌍을 이루는 반사부재(201aa~201eb)간의 인접 거리를 증가시킬 수 있다. 일예로, 반사부재 201 ba 와 201 bb 쌍을 살펴본다. 반사부재 201 ba 와 201 bb 가 공통 단자에 연결되어 있기 때문에, 이웃하는 쌍인 201aa와 201ab, 201ca와 201cb가 단일 전선에 연결되어 전원이 인가되면 인접쌍과 다른 극성을 가지게 된다. 그 결과, 반사부재 201 ab -201 ba 간에, 201 bb -201 ca 간에 인력이 발생하며, 대향하는 반사부 재(201 ba , 201bb)간의 인접거리는 증가된다 . 따라서, 입사광(207)이 반사부 재(201 ba , 201 bb )를 통하여 반사되는 광경로가 더 증가하게 되며 그에 따라 위상 편이가 발생된다 .
이처럼, 반사부재(201aa~201eb)를 공통 단자로 묶어 여러쌍으로 서로 구별하게 되면 그 각각에 대하여 개별적으로 제어를 할 수 있기 때문에 제어에 있어서 그 정확도가 증가되며 , 제어에 있어서 용이성이 있다. 물론, 도면에 도시된 것처럼 여 러쌍의 반사부재(201aa~201eb)를 교대로 하여 동일한 공통 단자에 연결하여 제어할 수도 있다.
한편, 반사부재(201aa~201eb)가 격자 어레이를 형성하게 됨에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 지면쪽을 향하여 서로 평행하게 형성되어 있는 9개의 간극(201a~201i)이 형성된다. 이러한 간극(201a~201i)은 사각형의 홈 형상을 하고 있으며 일면이 개방되어 있다. 또한, 간극(201a~201i)은 깊이가 서로 같으며, 폭 또한 서로 같다. 간극(201a~201i)의 폭을 b 라하면 폭의 가변 범위는 다음 ( 수학식 6)의 부등 조건을 만족하는 것이 좋다.
mλ/2<b<(m+1)λ/2
여기에서, λ는 파장이며, m은 동작 도파 모드 차수이다. 일예로 동작 도파 모드 차수가 1이라면 b는 λ/2<b<λ가 된다.
그리고, 간극(201a~201i)의 바닥에는 하부 반사면이 형성되어 있으며(쌍을 이룬 반사부재의 간극에만 형성되어 있는 것이 바람직하다), 측벽에는 측벽 반사면 가 형성되어 있다(측벽 반사면도 쌍을 이루는 반사부재의 서로 대향하는 면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다).
이제, 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면에서 반사부재(201aa~201eb)를 향하여 입사되는 입사광(207)은 TE 편광 (벡터 E는 Z축에 평행하다) 으로 반사부재(201aa~201eb)와 간극(201a~201i)의 개방 부위로 입사된다.
그리고, 이처럼 반사부재(201aa~201eb)와 간극(201a~201i)의 개방되어 있는 측으로 입사되는 입사광(207)의 일부는 반사부재(201 aa ~201 eb )의 상부 반사면에서 반사되어 반사광(208)을 형성한다.
또한, 반사부재(201aa~201eb)가 형성하는 간극(201a~201i)에 입사된 입사광(207)은 측면 반사면에서 반사되어 반사광(208)을 형성하며, 이러한 반사광의 위 상은 쌍을 이루는 반사부재(201 aa ~201 eb )의 간격의 가변에 따라 그 위상 편이가 상이하게 된다. 따라서, 반사부재(201aa~201eb)의 간격을 가변하게 되면 그에 따라 반사광의 위상이 변화되고 이에 따라 인접한 반사부재의 쌍에서 반사된 반사광과 중첩되어 회절광이 형성된다.
도 8은 본 발명이 또 다른 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기의 절단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기는, 도 9와 달리 2차원 격자 어레이를 형성하고 있음을 알 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 도 8에 도시된 회절형 도파 공간 광변조기가 1차원 격자 어레이가 옆으로 확장되어 2차원 배열을 이루고 라인 형상의 회절광을 얻을 수가 있다.
이러한, 구성의 회절형 도파 공간 광변조기는 디스플레이 응용에서 라인 영상을 형성하여 스캐능을 수행하여 2차원 영상을 형성할 수 있다.
즉, 도면에서 도면부호 201 aa ~201 bb 는 하나의 픽셀에 대응되는 회절광을 형성하고, 도면부호 201 aa' ~201 bb' 는 또 하나의 픽셀에 대응되는 회절광을 형성하며, 도면부호 201 aa'' ~201 bb'' 는 또 다른 하나의 픽셀에 대응되는 회절광을 형성하며, 도면부호 201 aa''' ~201 bb''' 는 또 다른 하나의 픽셀에 대응되는 회절광을 형성하여 4개의 픽셀에 대응되는 회절광을 형성할 수 있다. 이러한 4개의 픽셀에 대응하는 회절광으로 이루어진 라인 영상을 스캐닝하여 2차원 영상을 생성할 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기를 이용한 디스 플레이 장치의 구성도이다. 이와 같이 디스플레이 장치에 사용되는 광학계는 프린터 등에도 사용가능하며, 이 경우에 아래에서 설명할 스크린(818) 대신 드럼이 사용되며, 이처럼 드럼이 사용되는 경우에 드럼의 회전하기 때문에 디스플레이 장치처럼 별도의 스캐닝 광학부가 회전하여 스캐닝 광학부가 반드시 필요한 것은 아니다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회절형 도파 공간 광변조기를 이용한 디스플레이 장치는 디스플레이 광학계(802)와 디스플레이 전자계(804)를 포함한다. 디스플레이 광학계(802)는 광원(806), 광원(806)로부터 나오는 빛을 회절형 도파 공간 광변조기(810)에 선형광으로 조사하기 위해 선형광을 만들어 주는 조명 광학부(808), 조명 광학부(808)로부터 조사된 선형광을 변조하여 회절광을 형성시키는 회절형 도파 공간 광변조기(810), 회절형 도파 공간 광변조기(810)에서 변조된 회절광을 차수분리하여 분리된 여러 차수의 회절광중에서 원하는 차수의 회절광을 통과시키는 필터링 광학부(812), 필터링 광학부(812)를 통과한 회절광을 집광하고 집광된 선형광을 2차원이미지로 스캐닝을 수행하는 투영 및 스캐닝 광학부(816), 및 디스플레이 스크린(818)을 포함한다.
디스플레이 전자계(804)는 광원(806), 회절형 도파 공간 광변조기(810) 및 투영 및 스캐닝 광학부(816)에 접속된다.
그리고, 회절형 도파 공간 광변조기(810)는 조명광학부(808)로부터 선형광이 입사되면, 디스플레이 전자계(804)의 제어에 따라 입사광을 변조하여 회절광을 생성하여 출사한다.
한편, 필터링 광학계(812)는 여러회절차수를 갖는 회절된 광이 입사하면 원하는 회절차수의 회절광을 분리한다. 필터링 광학계(812)는 푸리에 렌즈(미도시)와 필터(미도시)로 구성되어 있으며, 입사되는 회절광중 0차 회절광 또는 ±1차 광을 선택적으로 통과시킨다.
그리고, 투영 및 스캐닝 광학부(816)는 집광 렌즈(미도시), 스캐닝 미러(미도시)를 구비하며, 디스플레이 전자계(804)의 제어에 따라 입사된 회절광을 스크린(818)에 스캐닝을 수행한다.
디스플레이 전자계(804)는 투영 및 스캐닝 광학 장치(816)의 스캐닝 미러(미도시)를 구동시킨다. 투영 및 스캐닝 광학 장치(816)는 디스플레이 스크린(818) 상에 2차원적인 이미지를 형성하기 위해서 이미지를 디스플레이 스크린(818)에 투영하고 디스플레이 스크린(818)에 스캐닝한다.
한편, 여기의 도파 공간 광변조기는 디스플레이 장치에 사용되는 경우에 대하여 설명하였지만, 프린트 장치( printing device )에 사용될 수 있으며, 온도 센서( temperature sensor ) 또는 텐션 센서( tension sensor ) 등에 사용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 높은 효율을 얻을 수 있으며, 높은 신뢰성을 확보할 수 있고, 높은 민감도를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 높은 해상도를 작은 크기의 장치를 통하여 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 기반 부재;
    판형을 이루고 있으며, 상기 기반부재에 서로 등간격으로 배열되어 격자 어레이를 형성하고 있고, 서로간의 이격공간이 간극을 형성하며, 서로 대향하는 수직면에 반사면이 형성되어 있으며, 간극의 하부에 반사면이 형성되어 있는 복수의 반사부재; 및
    상기 반사부재를 구동하여 서로간의 간격이 가변되도록 하는 구동수단을 포함하며,
    상기 복수의 반사부재의 간극은 개방부로 광이 입사되는 경우에 도파관으로 작용하며, 상기 복수의 반사부재의 간극은 상기 반사부재에 의해 접근 거리가 가변되는 경우에 개방부로 입사되는 입사광의 위상을 편이시켜 반사하여 이와 같이 반사된 반사광들이 회절광을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사부재의 서로 대향하는 수직면은 반사면으로 형성되어 있으며, 입사되는 입사광을 반사하며,
    상기 구동수단은 상기 반사부재의 서로 대향하는 수직면상의 반사면의 위치를 가변하여 반사광의 위상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 반사부재의 상기 간극의 폭이 서로 같고, 상기 간극의 깊이가 서로 같은 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사부재는 압전 재료로 이루어져 있으며,
    상기 구동수단은, 상기 반사부재의 일면에 형성되어 있는 공통 단자층과, 상기 반사부재의 타면에 형성되어 있는 라인 단자층으로 이루어져 있으며, 상기 공통 단자층과 라인 단자층에 전압을 인가하여 상기 압전재료의 팽창과 수축에 의해 상기 반사부재의 서로간의 인접 거리를 가변시키는 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압전 재료는, PzT, PNN-PT, ZnO, Pb, Zr, Zn, 타이타늄 등을 최소 한개 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 공통단자층과 라인 단자층의 전극재료로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 인 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사부재는 전도성 물질로 이루어져 있으며,
    상기 구동수단은 인접한 반사부재의 극성에 따른 정전력을 이용하여 인접 거리가 가변되도록 하는 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사부재는 인접한 반사부재와 한쌍의 반사부재를 형성하며, 쌍을 이루는 반사부재간의 대향하는 수직면에 반사면이 형성되어 있고 타면에는 반사면이 없는 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사부재의 전도성 물질은 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 중 하나인 것을 특징으로 하는 회절형 도파 공간 광변조기.
  11. 삭제
  12. 광을 출사하는 광원;
    기반 부재와, 판형을 이루고 있으며 상기 기반부재에 서로 등간격으로 배열되어 격자 어레이를 형성하고 있고 서로간의 이격공간이 간극을 형성하며 서로 대향하는 수직면에 반사면이 형성되어 있으며 간극의 하부에 반사면이 형성되어 있는 복수의 반사부재와, 상기 반사부재를 구동하여 서로간의 간격이 가변되도록 하는 구동수단을 포함하며, 상기 복수의 반사부재의 간극은 개방부로 광이 입사되는 경우에 도파관으로 작용하며, 상기 복수의 반사부재의 간극은 상기 반사부재에 의해 접근 거리가 가변되는 경우에 개방부로 입사되는 입사광의 위상을 편이시켜 반사하여 이와 같이 반사된 반사광들이 회절광을 형성하도록 하는 회절형 도파 공간 광변조기;
    상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 회절형 도파 공간 광변조기에 광을 조사시키는 조명 광학부;
    상기 회절형 도파 공간 광변조기에서 변조된 회절광에서 원하는 차수회절광을 선택하여 통과시키는 필터링 광학부; 및
    상기 필터링 광학부를 통과한 회절광을 대상물체에 투사하여 스캐닝을 수행하는 투영 및 스캐닝 광학부를 포함하여 이루어진 회절형 도파 공간 광변조기를 이용한 디스플레이 장치.
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