KR102026739B1 - 가변성 나노 안테나와 그 제조 및 방법 - Google Patents

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Abstract

가변 물질층을 포함하는 광학 나노 안테나와 그 제조 및 동작방법이 개시되어 있다. 개시된 광학 나노 안테나는 기판 상에 순차적으로 적층된 복수의 물질층들을 포함하고, 상기 복수의 물질층들은 적어도 하나의 가변 물질층과 적어도 하나의 슬롯을 포함한다. 상기 기판 상에 제1 가변 물질층과 금속층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성될 수 있다. 상기 기판 상에 금속층과 제1 가변 물질층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성될 수도 있다. 상기 기판 상에 제1 가변 물질층, 금속층 및 제2 가변 물질층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성될 수 있다. 상기 금속층에 상기 제1 슬롯에 경사진 제2 슬롯이 존재할 수 있다.

Description

가변성 나노 안테나와 그 제조 및 방법{tunable nano-antenna and methods of manufacturing and operating the same}
본 개시는 안테나에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 파장 가변성 광학 나노 안테나와 그 제조 및 동작방법에 관한 것이다.
휴대폰 안테나가 전파를 수신해 전기신호로 변환하거나 전기신호를 전파로 바꿔 송신하는 것처럼 광학 나노 안테나는 광을 수신해 전자기장으로 바꾸거나 그 반대 기능을 하는 일종의 광학소자이다. 휴대폰 통신에 사용되는 전파는 파장이 수㎝에 달해 안테나가 어느 정도의 크기를 갖지만, 빛의 파장은 500㎚ 정도 내외로 매우 짧으므로, 송수신을 위해서는 광학 나노 안테나를 머리카락 굵기의 10만분의1인 100㎚ 수준으로 가늘게 만들어야 한다. 나노 기술의 발전으로 이같이 미세한 안테나를 만드는 것이 가능하지만, 나노 입자로 만든 안테나는 단일 파장의 빛만 송수신할 수 있는 한계를 갖고 있다. 따라서 기존의 광학 나노 안테나는 다양한 파장에서 송ㅇ수신기 역할을 수행할 만큼 효율적이지 못하다.
본 개시에서 일 실시예는 파장 가변형이면서 스위칭이 가능한 능동형 광학 나노 안테나를 제공한다.
본 개시에서 일 실시예는 이러한 광학 나노 안테나의 제조방법을 제공한다.
본 개시에서 일 실시예는 이러한 광학 나노 안테나의 동작방법을 제공한다.
개시된 일 실시예에 의한 광학 나노 안테나는 기판 상에 순차적으로 적층된 복수의 물질층들을 포함하고, 상기 복수의 물질층들은 적어도 하나의 가변 물질층과 적어도 하나의 슬롯을 포함한다.
이러한 광학 나노 안테나에서, 상기 기판 상에 제1 가변 물질층과 금속층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 구비될 수 있다.
또한, 상기 기판 상에 금속층과 제1 가변 물질층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 구비될 수 있다.
또한, 상기 기판 상에 제1 가변 물질층, 금속층 및 제2 가변 물질층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에제1 슬롯이 구비될 수 있다.
상기 금속층에 상기 제1 슬롯에 경사진 제2 슬롯이 존재할 수 있다.
상기 금속층에 상기 제1 슬롯에 경사진 제2 슬롯이 존재할 수 있다.
상기 가변 물질층은 액정층, 상변화 물질층 및 그래핀층 중 어느 하나일 수 있다.
개시된 일 실시예에 의한 광학 나노 안테나의 제조방법은 기판 상에 금속층과 가변 물질층이 포함된 복수의 물질층을 형성하고, 상기 금속층에 제1 슬롯을 형성하는 과정을 포함한다.
이러한 제조방법에서, 상기 복수의 물질층을 형성하는 과정은,
상기 기판 상에 제1 가변 물질층과 금속층을 순차적으로 적층하는 과정, 상기 기판 상에 금속층과 제1 가변 물질층을 순차적으로 적층하는 과정 및 상기 기판 상에 제1 가변 물질층, 금속층 및 제2 가변 물질층을 순차적으로 적층하는 과정 중 어느 한 과정을 포함할 수 있다.
상기 금속층에 광의 진행방향에 변화를 일으키는 제2 슬릿을 더 형성할 수 있다.
개시된 일 실시예에 의한 광학 나노 안테나의 동작방법은 기판 상에 순차적으로 적층된 복수의 물질층들을 포함하고, 상기 복수의 물질층들은 적어도 하나의 가변 물질층과 적어도 하나의 슬롯을 포함하며, 상기 가변 물질층에 동작신호를 인가하여 상기 가변 물질층의 광학적 특성을 변화시킨다.
이러한 동작방법에서, 상기 동작신호는 전기적 신호, 광학적 신호 및 열적 신호 중 어느 하나일 수 있다.
상기 복수의 물질층들은 가변 물질층과 금속층을 순차적으로 적층하여 이루어지고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 구비될 수 있다.
상기 복수의 물질층들은 금속층과 가변 물질층을 순차적으로 적층하여 이루어지고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 구비될 수 있다.
상기 복수의 물질층들은 제1 가변 물질층, 금속층 및 제2 가변 물질층을 순차적으로 적층하여 이루어지고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 구비될 수 있다.
상기 금속층에 상기 제1 슬롯에 경사진 제2 슬롯이 더 구비될 수 있다.
개시된 가변형 광학 나노 안테나는 파장 가변성 물질층을 포함한다. 파장 가변성 물질층의 가변성은 가변성 물질층에 따라 전기적 방법, 광학적 방법 또는 열적 방법으로 제어할 수 있다. 이에 따라 개시된 광학 나노 안테나는 광학 밴드 폭이 넓은 광학 나노 안테나로 활용될 수 있고, 다양한 제어 방법을 통해 실시간 제어 가능한 능동소자로도 활용될 수 있는 바, 기존의 수동적 광학 나노 안테나에 비해 그 활용도가 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 나노 안테나의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학 나노 안테나의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광학 나노 안테나의 사시도이다.
도 4는 도 1에서 광학 나노 안테나에 스위칭 슬롯(제2 슬롯)이 더 구비된 경우를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 2에서 광학 나노 안테나에 스위칭 슬롯이 더 구비된 경우를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 3에서 광학 나노 안테나에 스위칭 슬롯이 더 구비된 경우를 나타낸 사시도이다.
이하, 일 실시예에 의한 가변성 광학 나노 안테나와 그 제조 및 동작방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 가변성 광학 나노 안테나를 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 가변성 광학 나노 안테나를 보여준다.
도 1을 참조하면, 기판(30) 상에 제1 가변 물질층(32)이 형성되어 있다. 기판(30)은 광의 입사 방향에 따라 투광성 기판 또는 비투광성 기판일 수 있다. 예를 들면, 도면에 도시한 바와 같이 광이 나노 안테나(10)의 아래 방향에서 나노 안테나(10)에 입사되는 경우, 기판(30)은 입사광에 대해 투명한 기판일 수 있다. 다른 예로써, 광이 광 가이드 수단(50)을 통해 나노 안테나(10)의 측 방향으로 나노 안테나(10)에 전달되는 경우, 기판(30)은 불투명 기판일 수 있다. 그러나 이것으로 제한되지 않는다. 곧, 광이 광 가이드 수단(50)을 통해 입사되는 경우에도 기판(30)은 투명한 기판일 수 있다. 광 가이드 수단(50)은, 예를 들면 광 섬유 또는 도파관일 수 있다. 광 가이드 수단(50)은 제1 가변 물질층(32) 및/또는 금속층(34)의 측면에 연결될 수 있다.
제1 가변 물질층(32)은 제1 가변 물질층(32)에 입사되는 광의 파장을 변화시키는 동작을 수행할 수 있다. 곧, 제1 가변 물질층(32)에 입사되는 광의 파장은 제1 가변 물질층(32)에 인가되는 소정의 신호에 따라 다른 파장으로 바뀔 수 있다. 상기 소정의 신호는 제1 가변 물질층(32)의 종류에 따라 전기적 신호(전압), 광학적 신호(펌핑 소스), 또는 열적 신호(온도)일 수 있다. 이러한 특성을 갖는 제1 가변 물질층(32)은, 예를 들면 액정(liquid crystal)층, 상변화 물질(phase change material)층 또는 그래핀(graphene)층일 수 있는데, 이러한 층으로 한정되지 않는다. 곧, 주변 환경에 따라 굴절률이 변하는 물질이라면 제1 가변 물질층(32)으로 사용될 수 있다. 상기 상변화 물질층은, 예를 들면 VO2층 또는 켈코게나이드 물질(chalcogenide material)층일 수 있다. 상기 켈코게나이드 물질층은 반도체 메모리 소자에 사용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 켈코게나이드 물질층은 Ge(In, As, Se), Sb(Bi, Au, As)의 합금(alloy)일 수 있다.
제1 가변 물질층(32)이 액정층일 때, 제1 가변 물질층(32)은 광을 차단하거나 통과시키는 온/오프 스위치 역할을 할 수도 있다.
계속해서, 제1 가변 물질층(32) 상에 금속층(34)이 형성되어 있다. 금속층(34)의 소정 위치에 금속층(34)을 관통하는 제1 슬롯(36)이 형성되어 있다. 제1 슬롯(36)의 제원(dimension)(예컨대, 길이, 폭, 깊이 등)은 발생되는 광을 고려하여 결정될 수 있다. 제1 슬롯(36)의 제원에 따라 공진 조건이 결정되고, 상기 공진 조건에 맞는 광이 형성되어 방사될 수 있다. 제1 슬롯(36)은 금속층(34)의 제1 변(34a)에 수직하고, 제1 변(34a)에 수직한 제2 변(34b)과 평행하다.
도 2는 다른 실시예에 의한 광학 나노 안테나를 보여준다.
도 2를 참조하면, 기판(30) 상에 제1 슬롯(36)을 갖는 금속층(34)이 존재하고, 금속층(34) 상에 제1 가변 물질층(32)이 존재한다.도 3은 또 다른 실시예에 의한 광학 나노 안테나를 보여준다.
도 3을 참조하면, 기판(30) 상에 제1 가변 물질층(32)이 구비되어 있다. 제1 가변 물질층(32) 상에 제1 슬롯(36)을 갖는 금속층(34)이 존재한다. 금속층(34) 상에 제2 가변 물질층(38)이 형성되어 있다. 제2 가변 물질층(38)은 제1 가변 물질층(32)과 동일한 물질일 수 있으나, 제1 가변 물질층(32)으로 열거한 물질들 중에서 제1 가변 물질층(32)으로 사용된 물질과 다른 물질일 수도 있다. 도 3의 경우는 가변 물질층이 금속층(34)의 위 아래에 모두 구비된 경우이다.
도 3의 경우, 파장 가변을 위해 제1 및 제2 가변 물질층(32, 38) 모두에 상기 소정의 신호를 인가하던가 어느 하나의 가변 물질층에만 상기 소정의 신호를 인가할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 각각 도 1 내지 도 3의 광학 나노 안테나에 제2 슬롯이 구비된 경우를 예시한 것이다.
도 4를 참조하면, 금속층(34)에 제1 및 제2 슬롯(36, 40)이 형성되어 있다. 제2 슬롯(40)은 진행하는 광의 방향을 바꾸기 위한 것이다. 광의 편광 방향 따라 또는 제2 슬롯(40)의 위치에 따라 진행하는 광의 방향은 스위칭될 수 있다. 곧, 제2 슬롯(40)은 나노 스위치 역할을 한다. 제2 슬롯(40)은 제1 슬롯(36)과 금속층(34)의 제2 변(34b) 사이에 위치할 수 있다. 제2 슬롯(40)은 제1 슬롯(36)에 대해 경사져 있다. 제2 슬롯(40)의 제원과 제1 슬롯(36)에 대한 제2 슬롯(40)의 경사각은 방사되는 광의 스위칭 방향을 고려하여 결정할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 가변 물질층(32)이 제1 및 제2 슬롯(36, 40)을 갖는 금속층(34) 상에 구비될 수 있다. 곧, 제1 및 제2 슬롯(36, 40)이 형성된 금속층(34)은 기판(30)과 제1 가변 물질층(32) 사이에 위치할 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 도 4의 나노 안테나에서 제1 및 제2 슬롯(36, 40)이 형성된 금속층(34) 상에 제2 가변 물질층(38)이 더 구비될 수 있다.
다음에는 상술한 광학 나노 안테나의 제조방법을 설명한다.
도 1을 참조하면, 기판(30) 상에 제1 가변 물질층(32)을 형성한다. 금속층(34)을 준비한 다음, 금속층(34)의 소정 영역에 제1 슬롯(36)을 형성한다. 제1 슬롯(36)은 나노 패터닝 공정을 이용하여 금속층(34)의 제1 슬롯(36)이 형성될 부분을 식각하여 형성할 수 있는데, 예를 들면 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 공정 또는 집속 이온 빔(Focused Ion Beam, FIB) 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 제1 슬롯(36)이 형성된 금속층(34)을 제1 가변 물질층(32) 상에 부착한다. 혹은 금속층(34)에 제1 가변 물질층(32)을 부착할 수 있다.
한편, 제1 슬롯(36)을 갖는 금속층(34)은 다음과 같이 형성할 수도 있다.
곧, 제1 가변 물질층(32) 상에 금속층(34)을 먼저 형성한 다음, 상기한 나노패터닝 공정을 이용하여 금속층(34)에 제1 슬롯(36)을 형성할 수 있다. 금속층(34)은 얇은 금속막일 수 있다.
도 2에 도시한 광학 나노 안테나는 도 1에서 제1 가변 물질층(32)과 금속층(34)의 적층 순서를 바꾸어 형성한 것이다. 곧, 기판(30) 상에 금속층(34)과 가변 물질층(32)을 순차적으로 적층한 것이다.
도 3에 도시한 광학 나노 안테나는 기판(30) 상에 제1 가변 물질층(32)과 금속층(34)을 순차적으로 적층한 다음, 금속층(34)에 제1 슬롯(36)을 형성하고, 이어서 제1 슬롯(36)이 형성된 금속층(34) 상에 제2 가변 물질층(38)을 적층하여 형성한 것이다.
도 4 내지 도 6에 도시한 광학 나노 안테나의 경우는, 도 1 내지 도 3에 도시한 광학 나노 안테나의 금속층(34)에 제2 슬롯(40)을 추가로 형성한 것이며, 제2 슬롯(40)은 제1 슬롯(36)과 동시에 형성될 수 있다.
다음에는 상술한 광학 나노 안테나의 동작방법을 설명한다.
제1 및 제2 가변 물질층(32, 38) 중 적어도 하나가 액정층일 때, 예컨대, 제1 가변 물질층(32)이 액정층일 때, 액정층에 전기적 신호를 인가하여 액정층의 편광축이 입사광의 편광축과 수평 또는 수직이 되도록 한다. 이 결과, 광 신호를 턴 온/턴 오프시킬 수 있다.
다른 한편으로는, 액정의 종류에 따라 평광축을 돌려서 광 신호의 진행방향을 바꿀 수도 있다. 곧, 스위칭할 수도 있다.
제1 및 제2 가변 물질층(32, 38) 중 적어도 하나가 상변화 물질층일 때, 예컨대, 제1 가변 물질층(32)이 상변화 물질층일 때, 상기 상변화 물질층에 열적신호를 인가하여 상기 상변화 물질층의 전기적 상태를 변화시킬 수 있다. 곧, 상기 상변화 물질층이 상태 변화에 이르도록 상기 상변화 물질층의 온도를 변화시킨다. 이에 따라 상기 상변화 물질층의 전기적 성질은 절연체에서 도전체로 바뀔 수 있고, 이때 상기 상변화 물질층의 굴절률도 달라지게 된다. 결국, 상기 상변화 물질층의 상태 변화로 인해 광학 나노 안테나의 공명(공진) 특성이 달라지게 되므로, 상기 상변화 물질층에 인가되는 열적신호를 조절하여 광학 나노 안테나의 공명 특성을 제어할 수 있다. 상기 상변화 물질층이 전기적 성질이 절연체일 때, 상기 광학 나노 안테나는 안테나의 성질을 잃어 버릴 수 있다. 이러한 상변화 물질층의 성질을 이용하여 상기 광학 나노 안테나의 소자 기능을 온/오프시킬 수도 있다.
상기 상변화 물질층의 전기적 상태는 상기 상변화 물질층에 직접 열을 가하는 방법으로 변화시킬 수 있고, 상기 상변화 물질층에 광 펄스를 가하여 순간적으로 상기 상변화 물질층의 온도를 변화시키는 방법으로 상기 전기적 상태를 변화시킬 수도 있다.
제1 및 제2 가변 물질층(32, 38) 중 적어도 하나가 그래핀층일 때, 예컨대, 제1 가변 물질층(32)이 그래핀층일 때, 상기 그래핀층에 전압을 인가하여 상기 그래핀층의 일함수(work function)를 변화시킨다. 상기 그래핀층의 일함수가 달라지면, 상기 광학 나노 안테나의 공명(공진) 특성이 달라진다. 그러므로 상기 그래핀층에 인가되는 전압을 조절하여 상기 광학 나노 안테나의 공명(공진) 조건을 제어할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
10:광학 나노 안테나 30:기판
32, 38:제1 및 제2 가변 물질층 34:금속층
34a, 34b:금속층(34)의 제1 및 제2 변
36, 40:제1 및 제2 슬롯 50:광 가이드 수단

Claims (20)

  1. 기판 및
    상기 기판 상에 순차적으로 적층된 복수의 물질층들을 포함하고,
    상기 복수의 물질층들은 적어도 하나의 가변 물질층과 적어도 하나의 슬롯을 포함하는 광학 나노 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 제1 가변 물질층과 금속층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 금속층과 제1 가변 물질층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 제1 가변 물질층, 금속층 및 제2 가변 물질층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속층에 상기 제1 슬롯에 경사진 제2 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속층에 상기 제1 슬롯에 경사진 제2 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속층에 상기 제1 슬롯에 경사진 제2 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 물질층은 액정층, 상변화 물질층 및 그래핀층 중 어느 하나인 광학 나노 안테나.
  9. 기판 상에 금속층과 가변 물질층을 포함하는 복수의 물질층을 형성하는 단계 및
    상기 금속층에 제1 슬롯을 형성하는 단계를 포함하는 광학 나노 안테나의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 물질층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 제1 가변 물질층과 금속층을 순차적으로 적층하는 단계를 포함하는 광학 나노 안테나의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 물질층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 금속층과 제1 가변 물질층을 순차적으로 적층하는 단계를 포함하는 광학 나노 안테나의 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 물질층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 제1 가변 물질층, 금속층 및 제2 가변 물질층을 순차적으로 적층하는 단계를 포함하는 광학 나노 안테나의 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속층에 광의 진행방향에 변화를 일으키는 제2 슬릿을 더 형성하는 광학 나노 안테나의 제조방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 물질층은 액정층, 상변화 물질층 및 그래핀층 중 어느 하나인 광학 나노 안테나의 제조방법.
  15. 기판 상에 순차적으로 적층된 복수의 물질층들을 포함하고,
    상기 복수의 물질층들은 적어도 하나의 가변 물질층과 적어도 하나의 슬롯을 포함하며,
    상기 가변 물질층에 동작신호를 인가하여 상기 가변 물질층의 광학적 특성을 변화시키는 광학 나노 안테나의 동작방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 동작신호는 전기적 신호, 광학적 신호 및 열적 신호 중 어느 하나인 광학 나노 안테나의 동작방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 물질층들은 가변 물질층과 금속층을 순차적으로 적층하여 이루어지고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나의 동작방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 물질층들은 금속층과 가변 물질층을 순차적으로 적층하여 이루어지고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나의 동작방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 물질층들은 제1 가변 물질층, 금속층 및 제2 가변 물질층을 순차적으로 적층하여 이루어지고, 상기 금속층에 제1 슬롯이 형성된 광학 나노 안테나의 동작방법.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층에 상기 제1 슬롯에 경사진 제2 슬롯이 더 형성된 광학 나노 안테나의 동작방법.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9753001B1 (en) * 2011-09-23 2017-09-05 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Polymer nanofiber based reversible nano-switch/sensor diode (nanoSSSD) device
CN105914470B (zh) * 2016-05-03 2019-01-25 上海交通大学 电调谐范围可变的液晶贴片天线及其制备、使用方法
WO2018028486A1 (en) * 2016-08-08 2018-02-15 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Housing, method for manufacturing housing, and mobile terminal having housing
WO2018028372A1 (en) 2016-08-08 2018-02-15 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Housing, method for manufacturing housing, and mobile terminal having housing
CN108650818B (zh) * 2016-08-16 2020-08-18 Oppo广东移动通信有限公司 一种壳体的加工方法、壳体和移动终端
US10312580B1 (en) * 2017-01-18 2019-06-04 Northrop Grumman Systems Corporation Class of nanomaterial-based tunable antennas
US11233332B2 (en) * 2017-05-02 2022-01-25 Electronics And Telecommunications Research Institute Light absorber
US10481433B1 (en) * 2018-08-30 2019-11-19 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Dynamic optical and RF devices based on structured plasmonics and liquid crystal hybrids
US11322684B2 (en) 2019-08-15 2022-05-03 International Business Machines Corporation Electrically rotatable antennas formed from an optically tunable material
CN110957585B (zh) * 2019-12-24 2021-04-13 清华大学 一种基于液晶材料的平面反射阵天线

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5700550A (en) * 1993-12-27 1997-12-23 Toppan Printing Co., Ltd. Transparent hologram seal
US7348928B2 (en) * 2004-12-14 2008-03-25 Intel Corporation Slot antenna having a MEMS varactor for resonance frequency tuning
US8588920B2 (en) * 2007-11-21 2013-11-19 The Trustees Of Boston College Apparatus and methods for visual perception using an array of nanoscale waveguides
WO2010065071A2 (en) * 2008-11-25 2010-06-10 Regents Of The University Of Minnesota Replication of patterned thin-film structures for use in plasmonics and metamaterials
US20120006981A1 (en) 2009-03-31 2012-01-12 Imec Waveguide integrated photodetector
US8474726B2 (en) * 2010-08-12 2013-07-02 Feinics Amatech Teoranta RFID antenna modules and increasing coupling
TWI433389B (zh) * 2010-04-22 2014-04-01 Taiwan Lamination Ind Inc Packaging bag with radio frequency identification capability and its manufacturing method
WO2012011998A2 (en) 2010-04-28 2012-01-26 The Regents Of The University Of California Impedance matching ground plane for high efficiency coupling with optical antennas
KR101669219B1 (ko) 2010-12-30 2016-10-26 삼성전자주식회사 광변조기 및 이를 채용한 광학장치
KR20130006287A (ko) 2011-07-07 2013-01-16 한국전자통신연구원 금속 슬롯 광도파로를 포함하는 광전 회로 기판과 광전 동시 통신 시스템
KR101872788B1 (ko) * 2011-09-16 2018-07-02 삼성전자주식회사 광학 소자 및 광학 소자로부터의 광의 진행방향을 제어하는 방법
KR101301969B1 (ko) 2012-05-10 2013-08-30 한국과학기술원 플라즈몬 나노안테나를 이용한 광학 트랩 형성 장치
US9716307B2 (en) * 2012-11-08 2017-07-25 Htc Corporation Mobile device and antenna structure
US9385435B2 (en) * 2013-03-15 2016-07-05 The Invention Science Fund I, Llc Surface scattering antenna improvements
KR102040153B1 (ko) 2013-06-19 2019-11-04 삼성전자주식회사 광학 소자 및 광학 소자를 이용하여 광과 표면 플라즈몬의 진행방향을 제어하는 방법
US9780451B2 (en) * 2013-11-05 2017-10-03 Kymeta Corporation Tunable resonator device and method of making same

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Publication number Publication date
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US20160223843A1 (en) 2016-08-04
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