KR101660407B1 - 상변이 물질을 이용한 능동광학소자 - Google Patents

상변이 물질을 이용한 능동광학소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101660407B1
KR101660407B1 KR1020100115764A KR20100115764A KR101660407B1 KR 101660407 B1 KR101660407 B1 KR 101660407B1 KR 1020100115764 A KR1020100115764 A KR 1020100115764A KR 20100115764 A KR20100115764 A KR 20100115764A KR 101660407 B1 KR101660407 B1 KR 101660407B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating
regions
refractive index
optically variable
micro
Prior art date
Application number
KR1020100115764A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120054408A (ko
Inventor
김선일
최준희
김종민
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020100115764A priority Critical patent/KR101660407B1/ko
Priority to US13/091,360 priority patent/US8917440B2/en
Publication of KR20120054408A publication Critical patent/KR20120054408A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101660407B1 publication Critical patent/KR101660407B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/292—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection by controlled diffraction or phased-array beam steering
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/30—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating
    • G02F2201/305—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating diffraction grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/32—Photonic crystals

Abstract

능동 광학 소자가 개시된다. 개시된 능동 광학 소자는 온도 변화에 따라 굴절률이 변화하는 성질의 물질을 포함하는 광학적 가변층; 상기 광학적 가변층의 온도를 국부적으로 조절할 수 있는 온도 제어 수단;을 포함한다.

Description

상변이 물질을 이용한 능동광학소자{Active optical device employing phase change material}
본 개시는 상변이 물질을 이용한 능동광학소자에 관한 것이다.
렌즈(lens), 미러(mirror), 프리즘(prism) 등과 같은 광학 소자들은 광학 시스템 내에서 빛의 경로를 변경시키는 수단으로 다양하게 활용된다. 이러한 광학 소자들은 일반적으로 고정된 굴절률 값을 가지는 재료로 이루어지며, 그 형태를 가공하여 빛의 경로를 변경시키게 된다. 따라서, 광학 시스템 내에서 원하는 방식으로 광 경로를 제어하기 위해서는 매우 복잡한 구조가 필요하게 된다.
이러한 복잡성을 해결하는 방법으로서, 광학 소자의 기능을 복합적으로 수행할 수 있는 공간 광변조기(spatial light modulator, SLM)를 사용하는 방법이 있다. 이러한 SLM 기능의 핵심은 굴절률을 외부 신호에 맞게 제어할 수 있어야 한다는 점이다. 일반적인 SLM의 경우에는 액정(liquid crystal)을 이용하여 이러한 기능을 수행하고 있지만, 동작 속도가 늦고 크기가 제한적인 문제점이 있다.
본 개시는 외부 신호에 따라 굴절률을 빠른 속도로 변조할 수 있는 능동광학소자를 제시하고자 한다.
온도 변화에 따라 굴절률이 변화하는 성질의 물질을 포함하는 광학적 가변층; 상기 광학적 가변층의 온도를 국부적으로 조절할 수 있는 온도 제어 수단;을 포함하는 능동 광학 소자가 제공된다.
상기 광학적 가변층은 바나듐 다이옥사이드(vanadium dioxide; VO2) 박막으로 이루어질 수 있다.
상기 온도 제어 수단은, 상기 광학적 가변층에 주기적인 굴절률 교번 패턴이 형성되도록 열을 발산하는 마이크로 히팅 어레이를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마이크로 히팅 어레이는 전기적 제어에 의해 가열되는 복수의 가열영역을 포함하며, 상기 복수의 가열영역이 주기적으로 반복된 형상을 가질 수 있다.
상기 마이크로 히팅 어레이는 상기 복수의 가열영역을 직렬 연결하는 복수의 지지영역을 포함하며, 상기 지지영역은 상기 가열영역보다 좁은 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 광학적 가변층은 소정의 포토닉 밴드갭을 가지는 광결정층으로 구성될 수 있다.
상기 광결정층은 내부에 복수의 구형 셀이 3차원적으로 반복 배열된 VO2 물질층으로 이루어질 수 있으며, 또한, 이 경우, 서로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록, 상기 복수의 구형 셀의 크기 및 배열 주기가 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되어 이루어질 수 있다.
상기 복수의 구형 셀에는 상기 VO2 물질층과 굴절률이 다르고, 고정된 값을 가지는 상수 굴절률 물질이 채워질 수 있으며, 또한, 이 경우, 서로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록, 상기 상수 굴절률 물질의 굴절률이 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되어 이루어질 수 있다.
상기 광결정층은 기판상에 VO2 물질로 된 복수의 구형 입자가 3차원적으로 배열되어 이루어질 수 있으며, 또한, 이 경우, 서로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록, 상기 복수의 구형 입자의 크기 및 배열 주기가 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되어 이루어질 수 있다.
상기 온도 제어 수단은, 상기 광결정층을 이루는 VO2 물질의 굴절률이 변하여 포토닉 밴드갭이 변화되도록 열을 발산하는 마이크로 히팅 어레이를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 능동 광학 소자는 소정 온도에서 상변이를 일으키는 물질을 응용하고 있으며, 빠른 반응 속도로 입사광의 성질을 다양하게 변조할 수 있다.
따라서, 상기 능동 광학 소자는 광 기록/재생 시스템, 디스플레이 장치 등, 광변조 기능의 스위칭이 필요한 다양한 광학 장치에 채용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 실시예에 의한 능동 광학 소자의 개략적인 구조를 보이며 각각 오프(off) 및 온(on) 구동 상태를 보인다.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 채용된 온도제어수단의 보다 상세한 구조를 보인 부분사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 다른 실시예에 의한 능동광학소자의 개략적인 구조를 보이며 각각 오프(off) 및 온(on) 구동 상태를 보인다.
도 4a 및 도 4b는 또 다른 실시예에 의한 능동광학소자의 개략적인 구조를 보이며 각각 오프(off) 및 온(on) 구동 상태를 보인다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 200'...능동 광학 소자 110, 210...기판
120...지지부 130...마이크로 히티 어레이
132...가열영역 134...지지영역
150, 250, 250'...광학적 가변층 251...구형 셀
252...VO2 물질층 253...구형 입자
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
실시예들은 온도 변화에 따라 물질의 상(phase)이 달라지는 상변이 물질을 이용하고 있다. 즉, 외부의 온도 변화에 따라 물질의 유전율이 변하고 이에 따라 굴절률이 달라지는 성질을 응용하여 능동 광학 소자를 구현하는 것이다.
대표적인 상변환 물질의 예로 바나듐 다이옥사이드(vanadium dioxide; VO2 )가 있으며, 대략, 67°C (340 K) 정도의 온도에서 급격한 상변이가 일어난다. 상기 임계 온도를 경계로 상변이가 일어날 때, 저온 상(cold phase)에서 결정구조상으로 반도체 성질을 갖는 모노클리닉(monoclinic) 구조가, 고온 상(hot phase)에서, 금속 성질을 갖는 테트라고날(tetragonal) 구조로 변환된다. 이에 따라 비유전율이 대략 8.4에서 5.3으로 변하며, 이것은 굴절률 변환으로 환산시, 대략 2.9의 굴절률에서 2.3의 굴절률로의 변환에 해당한다. 매질의 굴절률은 이를 통과하는 광의 경로에 직접적인 영향을 주는 요소이다. 더욱이, 굴절률의 이러한 전이는 500fs보다 짧은 시간 동안 일어나는 것으로 보고되고 있다. 이러한 성질의 상변이 물질은 빠른 반응 속도로 입사광의 성질을 다양하게 변조할 수 있는 능동광학소자에 응용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 실시예에 의한 능동 광학 소자(100)의 개략적인 구조를 보이며 각각 오프(off) 및 온(on) 구동 상태를 보인다. 본 실시예는 능동 광학 소자로서, 가변 그레이팅의 역할을 하는 예이다.
도면을 참조하면, 능동 광학 소자(100)는 온도 변화에 따라 굴절률이 변화하는 성질의 물질을 포함하는 광학적 가변층(150)과, 광학적 가변층(150)의 온도를 국부적으로 조절할 수 있는 온도 제어 수단을 포함한다.
광학적 가변층(150)은 바나듐 다이옥사이드(vanadium dioxide; VO2) 박막으로 이루어질 수 있다.
온도 제어 수단은, 광학적 가변층(150)에 주기적인 굴절률 교번 패턴이 형성되도록 열을 발산하는 마이크로 히팅 어레이(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 마이크로 히팅 어레이(130)는 전기적 제어에 의해 가열되는 복수의 가열영역(132)을 포함하며, 복수의 가열영역(132)이 주기적으로 반복된 형상을 갖는다.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 채용된 온도 제어 수단의 보다 상세한 구조를 보인 부분사시도이다.
기판(110) 상에 다수의 마이크로 히팅 어레이(130)가 형성될 수 있으며, 마이크로 히팅 어레이(130)는 지지영역(134)과 지지영역(134)보다 좁은 폭을 가지는 가열영역(132)을 구비한다. 도시된 바와 같이, 마이크로 히팅 어레이(130)는 복수의 가열영역(132)과 복수의 지지영역(134)이 직렬적으로 교번된 형상의 어레이로 구성될 수 있다. 마이크로 히팅 어레이(130)는 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 몰리브덴이나 텅스텐 등으로 이루어질 수 있다.
마이크로 히팅 어레이(130)에서 가열영역(132)의 폭을 지지영역(134)보다 좁게 한 것은 광학적 가변층(150)의 영역에 선택적으로 열전달이 일어나게 하기 위한 것이다. 마이크로 히팅 어레이(130)에 전력이 인가되면 마이크로 히팅 어레이(130)는 줄 히팅(joule heating)에 의해 가열되는데, 가열영역(132)의 폭은 지지영역(134)의 폭보다 작으므로 가열영역(132)에서 보다 많이 발열되고 지지영역(134)의 발열은 상대적으로 적어지게 된다. 가열영역(132)의 폭은 발열에 의해 광학적 가변층(150)에 일어나는 온도 변화가 상전이가 일어나는 임계온도를 넘을 수 있는 정도가 되게 한다. 또한, 지지영역(134)의 폭은 발열에 의해 광학적 가변층(150)에 일어나는 온도변화가 상전이가 일어나는 임계온도를 넘지 않는 정도가 되도록 한다. 지지부(120)는 지지영역(134)과 기판(110) 사이에 마련되어, 마이크로 히팅 어레이(130)를 지지하는 역할을 한다.
다만, 온도 제어 수단은 도시된 구조에 한정되지 않으며, 광학적 가변층(150)의 선택적 소정 영역의 온도를 가변시킬 수 있는 다양한 구조가 채택될 수 있다. 예를 들어, 도시된 구조 외에, 광학적 가변층(150)의 선택적 소정 영역을 독립적으로 제어할 수 있는 온도 조절부 어레이로 구성될 수도 있다.
다시, 도 1a를 참조하면, 도 1a는 마이크로 히팅 어레이(130)에 전류가 인가되지 않은 상태로, 능동 광학 소자(100)가 오프 제어된 오프 구동 상태를 보인다. 광학적 가변층(150)은 상변이가 일어나지 않은 상황으로, 상온에서 굴절률 n1을 갖는다. 입사된 광(Li)은 변조되지 않은 상태로 그대로, 능동 광학 소자(100)를 투과한다.
도 1b는 마이크로 히팅 어레이(130)에 전류가 인가되고, 교번 배열된 가열영역(132)이 줄 히팅되어 이에 대응하는 광학적 가변층(150)의 영역에 상변이가 일어난 것을 보인다. 상변이가 일어난 영역의 굴절률은 n1'이 된다. 이에 따라 광학적 가변층(150)은 굴절률 n1과 n1'이 반복된 형태로, 소위, 위상 격자(phase grating)의 역할을 하게 되며, 이에 따라 능동 광학 소자(100)에 입사된 입사광(Li)은 회절광(Ld)으로 변조된다. 이 교번되는 주기와, n1, n1'이 형성된 영역 각각의 크기는 마이크로 히팅 어레이(130)의 가열영역(132), 지지영역(134)의 반복 주기 및 각각의 크기에 대응되며, 회절효율을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 다른 실시예에 의한 능동 광학 소자(200)의 개략적인 구조를 보이며 각각 오프(off) 및 온(on) 구동 상태를 보인다. 본 실시예는 능동 광학 소자(200)가 튜너블(tunable) 컬러필터로서 동작하는 예이다.
능동 광학 소자(200)는 온도 변화에 따라 굴절률이 변화하는 성질의 물질을 포함하는 광학적 가변층(250)과, 광학적 가변층(250)의 온도를 국부적으로 조절할 수 있는 온도 제어 수단을 포함한다. 온도 제어 수단은 광학적 가변층(250)의 선택적 영역에 열을 전달하는 마이크로 히팅 어레이(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 마이크로 히팅 어레이(130)는 전기적 제어에 의해 가열되는 복수의 가열영역(132)을 포함하며, 복수의 가열영역(132)이 주기적으로 반복된 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 광학적 가변층(250)은 소정의 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)을 가지는 광결정(photonic crystal)으로 구성되고 있으며, 예를 들어, 도시된 바와 같이, 내부에 복수의 구형 셀(251)이 3차원적으로 반복 배열된 VO2 물질층(253)으로 이루어져 있다. 복수의 구형 셀(251)은 공기(air) 매질로 된 빈 셀이거나 또는, VO2 물질층(253)과 굴절률이 다르고, 고정된 값을 가지는 상수 굴절률 물질이 채워질 수 있다. 이와 같이, 굴절률이 다른 두 가지 이상의 물질이 2차원 또는 3차원 형태로 규칙적으로 배열되어 있는 격자 구조로 된 광결정에는 주기적인 굴절률 분포로 인해 입사된 광이 어느 방향으로도 통과할 수 없는 특정 파장 대역이 존재하게 되며, 이를 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)이라 한다.
도 3a는 마이크로 히팅 어레이(130)에 전류가 인가되지 않은 상태로, 능동 광학 소자(200)가 오프(off) 상태로 제어된 구동 상태를 보인다. 광학적 가변층(250)을 이루는 VO2 물질층(253)에 상변이가 일어나지 않은 상황으로, VO2 물질층(253)은 상온에서 굴절률 n1을 갖는다. 구형 셀(251)의 내부에는 굴절률 n2가 형성되어 있다. 입사된 광(Li) 중에서, 광학적 가변층(250)에서, 굴절률 n1, n2의 3차원 격자구조의 광결정이 형성하는 포토닉 밴드갭에 해당하는 광(Lc)이 능동 광학 소자(200)에서 반사된다.
도 3b는 마이크로 히팅 어레이(130)에 전류가 인가되고, 교번 배열된 가열영역(132)이 줄 히팅되어 이에 대응하는 광학적 가변층(250)의 영역에 상변이가 일어난 것을 보인다. 상변이가 일어난 영역의 굴절률은 n1'이 된다. 이에 따라 광학적 가변층(250)은 굴절률 n1', n2의 3차원 배열에 의한 광결정이 형성하는 포토닉 밴드갭에 해당하는 광(Lc')이 능동 광학 소자(200)에서 반사된다. 이 때의 포토닉 밴드갭은 도 3a의 구조에서 형성된 포토닉 밴드갭과 다른 파장대역이 되며, 즉, 마이크로 히팅 어레이(130)를 온, 오프 제어함에 따라, 반사되는 광의 파장 대역이 조절되게 된다.
도면에 도시된 광결정은 동일한 포토닉 밴드갭을 가지는 영역이 반복된 형상으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며, 예를 들어, R, G, B 픽셀별로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록 제작된 후, 마이크로 히팅 어레이(130)의 온/오프 제어에 따라 반사 파장 대역이 조절되도록 구동될 수 있다. 이 경우, 광학적 가변층(250)이 형성하는 광결정층은, 서로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록, 복수의 구형 셀(251)의 크기 및 배열 주기가 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되는 형태가 될 수 있다. 또는, 복수의 구형 셀(251)의 크기 및 배열 주기는 전체적으로 일정하게 하고, 구형 셀(251) 내부에 채워지는 상수 굴절률 물질의 굴절률이 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되는 형태가 될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 또 다른 실시예에 의한 능동 광학 소자(200')의 개략적인 구조를 보이며 각각 오프(off) 및 온(on) 구동 상태를 보인다. 본 실시예도 능동 광학 소자(200')가 튜너블 컬러필터로서 동작하는 예이며, 도 3a 및 도 3b의 변형예이다. 본 실시예는 광학적 가변층(250')의 광결정층 형태에서 도 3a 및 도 3b의 구성과 차이가 있다. 광학적 가변층(250')은 기판(210)상에 VO2 물질로 된 복수의 구형 입자(252)가 3차원적으로 배열되어 이루어져 있다. VO2 물질로 된 복수의 구형 입자(252)의 굴절률 n1과 주변 매질의 굴절률 n2가 3차원 배열되어 광결정을 형성하는 형태로, 도 3a 및 도 3b의 구성과 역상의 형태이며, 예를 들어, VO2 물질을 이용하여 광결정 형성시, 제조방법상의 편이에 따라, 선택적으로 채용될 수 있다.
본 실시예에서도, 광결정층(250')은 동일한 크기, 주기의 구형 입자(252)가 반복 배열된 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 광결정층(250')은 서로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록, 복수의 구형 입자(252)의 크기 및 배열 주기가 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되어 이루어질 수 있다.
도 4a와 같이, 마이크로 히팅 어레이(130)가 오프 상태로 제어될 때, 능동 광학 소자(200')는 원래의 광학적 가변층(250')이 형성하는 포토닉 밴드갭에 해당하는 광(Lc)을 반사시킨다. 또한, 도 4b와 같이, 마이크로 히팅 어레이(130)가 온 상태로 제어될 때, 구형 입자(252)의 굴절률이 n1'으로 변하게 되므로, 도 4a와는 다른 포토닉 밴드갭에 해당하는 광(Lc')이 반사된다.
상술한 능동 광학 소자는 소정 온도에서 상변이를 일으키는 물질을 응용하여, 빠른 반응 속도로 입사광의 성질을 다양하게 변조할 수 있다.
이상, 온도에 의해 상변이가 일어나는 물질을 이용한 능동 광학 소자(100,200,200')의 예시적인 구조를 설명하였으나, 설명된 회절변조, 파장변조 외에도, 경로나 편광등 다른 성질의 변조를 위한 구성으로 변경될 수 있으며, 이에 따라 다양한 가변 광학 소자로서 응용될 수 있다. 또한, 이러한 능동 광학 소자는 광 기록/재생 시스템, 디스플레이 장치 등, 광변조 기능의 스위칭이 필요한 다양한 광학 장치에 채용될 수 있을 것이다.
이러한 본원 발명은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 온도 변화에 따라 굴절률이 변화하는 성질의 물질을 포함하는 광학적 가변층;
    상기 광학적 가변층의 온도를 국부적으로 조절할 수 있는 온도 제어 수단;을 포함하며,
    상기 온도 제어 수단은
    상기 광학적 가변층에 주기적인 굴절률 교번 패턴이 형성되도록 열을 발산하는 마이크로 히팅 어레이를 포함하고,
    상기 마이크로 히팅 어레이는
    전기적 제어에 의해 가열되고 주기적으로 반복 배치된 복수의 가열영역과,
    상기 복수의 가열영역을 직렬 연결하는 복수의 지지영역을 포함하며,
    상기 지지영역과 상기 가열영역은 동일한 재질로 이루어지고, 상기 가열영역이 상기 지지영역보다 좁은 폭을 갖는, 능동 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 가변층은 바나듐 다이옥사이드(vanadium dioxide; VO2) 박막으로 이루어진 능동 광학 소자.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 가변층은 소정의 포토닉 밴드갭을 가지는 광결정층으로 구성된 능동 광학 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광결정층은
    내부에 복수의 구형 셀이 3차원적으로 반복 배열된 VO2 물질층으로 이루어진 능동 광학 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광결정층은,
    서로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록, 상기 복수의 구형 셀의 크기 및 배열 주기가 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되어 이루어진 능동 광학 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 구형 셀에는 상기 VO2 물질층과 굴절률이 다르고, 고정된 값을 가지는 상수 굴절률 물질이 채워진 능동 광학 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광결정층은,
    서로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록, 상기 상수 굴절률 물질의 굴절률이 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되어 이루어진 능동 광학 소자.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 광결정층은
    기판상에 VO2 물질로 된 복수의 구형 입자가 3차원적으로 배열되어 이루어진 능동 광학 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광결정층은,
    서로 다른 포토닉 밴드갭을 갖도록, 상기 복수의 구형 입자의 크기 및 배열 주기가 서로 다른 복수의 영역이 반복적으로 배열되어 이루어진 능동 광학 소자.
  13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 제어 수단은,
    상기 광결정층을 이루는 VO2 물질의 굴절률이 변하여 포토닉 밴드갭이 변화되도록 열을 발산하는 마이크로 히팅 어레이를 포함하여 구성된 능동 광학 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마이크로 히팅 어레이는 전기적 제어에 의해 가열되는 복수의 가열영역을 포함하며,
    상기 복수의 가열영역이 주기적으로 반복된 형상을 갖는 능동 광학 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 마이크로 히팅 어레이는
    상기 복수의 가열영역을 직렬 연결하는 복수의 지지영역을 포함하며,
    상기 가열영역은 상기 지지영역보다 좁은 폭을 갖는 능동 광학 소자.
KR1020100115764A 2010-11-19 2010-11-19 상변이 물질을 이용한 능동광학소자 KR101660407B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100115764A KR101660407B1 (ko) 2010-11-19 2010-11-19 상변이 물질을 이용한 능동광학소자
US13/091,360 US8917440B2 (en) 2010-11-19 2011-04-21 Active optical device using phase change material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100115764A KR101660407B1 (ko) 2010-11-19 2010-11-19 상변이 물질을 이용한 능동광학소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120054408A KR20120054408A (ko) 2012-05-30
KR101660407B1 true KR101660407B1 (ko) 2016-09-27

Family

ID=46064160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100115764A KR101660407B1 (ko) 2010-11-19 2010-11-19 상변이 물질을 이용한 능동광학소자

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8917440B2 (ko)
KR (1) KR101660407B1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9293197B2 (en) 2011-08-15 2016-03-22 Lockheed Martin Corporation Reconfigurable phase change material masks for electro-optical compressive sensing
US9340446B1 (en) 2013-02-04 2016-05-17 Lockheed Martin Corporation Optical apparatus and method of forming a gradient index device
CN103399419A (zh) * 2013-08-07 2013-11-20 苏州扬清芯片科技有限公司 一种温控型滤光器件
EP3087430B1 (en) 2013-12-23 2018-05-02 Oxford University Innovation Limited Display device based on phase-change materials
JP6553620B2 (ja) 2013-12-23 2019-07-31 オックスフォード ユニヴァーシティ イノヴェーション リミテッド 光学デバイス
US10437083B1 (en) 2014-10-20 2019-10-08 Lockheed Martin Corporation Individually addressable infrared mask array
GB201512914D0 (en) 2015-07-22 2015-09-02 Isis Innovation Optical device
US9969647B2 (en) 2016-05-17 2018-05-15 Lockheed Martin Energy, Llc Glass composites having a gradient index of refraction and methods for production thereof
US9908808B1 (en) 2016-08-18 2018-03-06 Lockheed Martin Corporation Ternary glass materials with low refractive index variability
US10545357B2 (en) * 2017-08-24 2020-01-28 International Business Machines Corporation Programmable metamaterial
US10261384B2 (en) 2017-08-24 2019-04-16 International Business Machines Corporation Reconfigurable interference
US11187889B2 (en) 2019-04-29 2021-11-30 International Business Machines Corporation Phase-change spatial light modulator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040155154A1 (en) * 2001-04-04 2004-08-12 Topping Alexander John Structure with variable emittance

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4872743A (en) * 1983-04-18 1989-10-10 Canon Kabushiki Kaisha Varifocal optical element
US7369327B1 (en) * 1998-06-09 2008-05-06 Olympus Corporation Variable optical-property element and optical apparatus including the same
KR100308638B1 (ko) 1998-08-25 2002-04-24 김춘호 밀리미터파감지장치및감지센서의제조방법
KR100313905B1 (ko) 1999-11-05 2001-11-15 구자홍 볼로메터 센서
US7507293B2 (en) * 2002-10-28 2009-03-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Photonic crystals with nanowire-based fabrication
WO2005015637A1 (ja) 2003-08-08 2005-02-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 電子デバイスおよびその製造方法
KR100916929B1 (ko) 2007-07-06 2009-09-15 전자부품연구원 반도체형 가스 센서 및 그의 제조방법
KR20110131801A (ko) 2010-05-31 2011-12-07 삼성전자주식회사 발광 소자 및 다중 파장의 광을 만드는 방법
KR101643757B1 (ko) 2010-06-01 2016-07-29 삼성전자주식회사 발광소자 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040155154A1 (en) * 2001-04-04 2004-08-12 Topping Alexander John Structure with variable emittance

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120054408A (ko) 2012-05-30
US8917440B2 (en) 2014-12-23
US20120127562A1 (en) 2012-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101660407B1 (ko) 상변이 물질을 이용한 능동광학소자
US8200055B2 (en) Two-dimensional surface normal slow-light photonic crystal waveguide optical phased array
CN104204916B (zh) 光学设备与方法
US20200081318A1 (en) Photonic device
WO2018156688A1 (en) Optical surface-scattering elements and metasurfaces
JP6629338B2 (ja) 光変調器及び光変調装置
KR101955332B1 (ko) 플라즈모닉 변조기 및 이를 채용한 광학장치
CN112415785A (zh) 一种基于相变材料的空间光调制系统
Chen et al. Opportunities and challenges for large-scale phase-change material integrated electro-photonics
US11392088B2 (en) Optical device, a system and a method for forming a distribution of a three-dimensional light field
Hong et al. Ultracompact nanophotonics: light emission and manipulation with metasurfaces
Abdollahramezani et al. Dynamic dielectric metasurfaces incorporating phase-change material
CN218298697U (zh) 一种超表面
EP0219069B1 (en) Light modulator and wave guide device
CN217280851U (zh) 一种多功能相变单元及多功能超表面
KR101670962B1 (ko) 국소 전극을 이용한 능동광학소자
CN115018041A (zh) 一种可重构非易失性的集成三维光学衍射神经网络芯片
CN218240467U (zh) 光纤模式复用系统
JP2006349776A (ja) 波長選択素子
US20230053851A1 (en) High speed spatial light modulator
US11016314B2 (en) Non-volatilely programmable optical devices and methods to configure such optical devices
CN218298696U (zh) 复振幅动态调制单元和复振幅动态调制器
JP2004317540A (ja) 光学素子及び光学デバイス
CN115933224B (zh) 对光计算器件进行调控的方法和光计算器件
US20230207008A1 (en) Low loss multistate photonic memories

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190820

Year of fee payment: 4