KR102505410B1 - 파장 변화로 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법 - Google Patents

파장 변화로 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법 Download PDF

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Abstract

파장 변화로 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 위상배열 구조는 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조에 있어서, 파장의 변조가 가능한 광을 제공하는 광원; 상기 광원으로부터 제공되는 광의 파워를 분배하는 광 파워 분배기; 상기 분배된 각 광파의 위상을 제어하는 위상 제어기 어레이; 상기 위상이 제어된 광파를 전달하는 위상 공급선 어레이; 및 상기 전달된 광파를 공간으로 방사하는 광 방사기 어레이를 포함하고, 상기 위상 공급선 어레이는 각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 광원의 파장이 변화되는 경우 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되며, 상기 광 위상배열 구조는 상기 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 원리를 이용하여 상기 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

파장 변화로 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법 {Architectures of optical phased array for two-dimensional beam-steering with wavelength change and beam-steering methods thereof}
본 발명은 파장 변화로 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 격자 방사기와 위상 공급선의 기하학적인 구조를 인접한 도파관(waveguide) 간 경로차를 가지게 형성함으로써, 파장 변화에 따라 수평 방향 빔 스팅어링과 수직 방향 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 그 스캐닝 방법에 관한 것이다.
광위상배열은 광파를 발산하는 소자의 배열에 위상이 제어된 광파를 입력하는 방식으로, 기계적으로 동작하는 부품 없이 단일 칩에서 원하는 방향으로 빔(beam)을 조향해 방사할 수 있는 소자이다. 광위상배열은 기존의 기계식 회전부 또는 MEMS(micro-electro-mechanical systems) 소자 등을 이용하여 빔의 방사 방향을 조향하는 시스템과 비교하여, 기계적으로 동작하는 부품이 없어 내구성 및 신뢰성이 뛰어나다는 특징을 가지며, 현대의 반도체 공정을 이용하여 쉽게 반도체 칩 상에 제작할 수 있어 소자의 제조 단가를 낮출 수 있다는 장점을 지닌다. 광위상배열은 이러한 장점들로 인해 자율주행 자동차 등의 핵심 센서로 사용되는 LiDAR(light detection and ranging) 시스템의 차세대 소자로서 학계 및 기업에서 활발하게 연구되고 있다.
도 1은 일반적인 1D 광 위상배열 구조에 대한 평면도를 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 1차원(1D) 스캐닝(Scanning)을 위한 광위상배열(OPA)의 일반적인 기본구조는 입력 레이저 광원(laser source), 광파워 분배기(optical power splitter), 위상 제어기 어레이(phase shifter array), 위상 공급선(phase feeding line), 광방사기 어레이(radiator array)를 포함한다.
1차원(1D) 스캐닝(Scanning)을 위한 광위상배열(OPA)의 일반적인 기본구조는 위상 제어기에서 각 방사기로 전달되는 빛의 위상 차이(phase difference)를 조절하여 방사기에서 나오는 빔의 수평(transversal) 방향 스티어링(steering)을 수행한다.
일반적인 1D OPA 구조를 이용하여, 2차원(2D) 스티어링 기능을 달성해내는 기존의 방법은 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 수평방향 스티어링은 위상 제어기에서 각 방사기로 전달되는 빛의 위상 차이를 조절하여 수행하고, 수직(longitudinal) 방향의 스티어링은 일반적으로 고전적 회절이론으로 근사한 아래 <수학식 1>과 같이, 격자 방사기(grating radiator)의 수직방향 방사각 θ⊥에 영향을 주는 파장 변화(wavelength tuning), 격자 주기(grating period)(Λ)와 유효 굴절률(effective refractive index)(neff) 변화의 세가지 변수의 조절로 달성할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020104612426-pat00001
파장 변화(wavelength tuning)를 이용한 기존 방법은 입력 레이저 빛의 파장(λ0)을 조절함으로써, 방사기에서 나오는 빔의 수직방향 각도 θ⊥(법선으로부터 각도)를 변화시켜 빔을 스티어링을 한다.
격자주기(grating period) 변화를 이용한 기존 방법은 격자 주기(Λ)가 다른 1D OPA 어레이를 여러 개를 순차적으로 작동함으로써, 빔의 수직방향 각도 θ⊥를 변화시켜 빔을 스티어링을 한다.
유효 굴절률(effective refractive index) 변화를 이용한 기존 방법은 방사기 부분에, 온도를 높이는 등의 수단을 적용하여 방사기의 인덱스(neff)를 조절함으로써, 빔의 수직방향 각도 θ⊥를 변화시켜 빔을 스티어링을 한다.
본 발명의 실시예들은, 격자 방사기와 위상 공급선의 기하학적인 구조를 인접한 도파관(waveguide) 간 경로차를 가지게 형성함으로써, 파장 변화에 따라 수평 방향 빔 스팅어링과 수직 방향 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 위상배열 구조는 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조에 있어서, 파장의 변조가 가능한 광을 제공하는 광원; 상기 광원으로부터 제공되는 광의 파워를 분배하는 광 파워 분배기; 상기 분배된 각 광파의 위상을 제어하는 위상 제어기 어레이; 상기 위상이 제어된 광파를 전달하는 위상 공급선 어레이; 및 상기 전달된 광파를 공간으로 방사하는 광 방사기 어레이를 포함하고, 상기 위상 공급선 어레이는 각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 광원의 파장이 변화되는 경우 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되며, 상기 광 위상배열 구조는 상기 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 원리를 이용하여 상기 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 위상 공급선 어레이는 상기 위상 제어기 어레이에서 평행하게 나온 위상 공급선이 직각 방향으로 한 번 꺽어서 평행한 상기 광 방사기 어레이에 도달 할 때, 상기 위상 제어기 어레이 간격과 상기 광 방사기 어레이의 간격을 합한 간격 만큼의 등간격의 경로차가 발생하는 기하학적인 관계를 이용하여, 인접한 위상 공급선 간에 등간격의 경로차를 제공할 수 있다.
상기 위상 제어기 어레이는 반도체 p-i-n 접합 또는 p-n 접합 구조로 형성되고, 상기 반도체 p-i-n 접합 또는 p-n 접합 구조에 순전압 또는 역전압을 인가하여 전압 인가 또는 전류 주입에 의한 캐리어 농도 변화에 의한 전기 광학(electro-optic) 효과를 이용하여 굴절률을 변화시킴으로써, 상기 분배된 각 광파의 위상을 제어할 수 있다.
상기 광 방사기 어레이는 방사기의 굴절률을 변조할 수 있는 가변형 격자 방사기(tunable grating radiator)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 위상배열 구조의 빔 스티어링 방법은 파장의 변조가 가능한 광을 제공하는 광원; 상기 광원으로부터 제공되는 광의 파워를 분배하는 광 파워 분배기; 상기 분배된 각 광파의 위상을 제어하는 위상 제어기 어레이; 상기 위상이 제어된 광파를 전달하는 위상 공급선 어레이; 및 상기 전달된 광파를 공간으로 방사하는 광 방사기 어레이를 포함하며, 상기 위상 공급선 어레이는 각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성되는 광 위상배열 구조의 빔 스티어링 방법에 있어서, 각 위상 제어기의 전압 또는 전류를 적절히 공급하여, 특정 수평/수직 방향으로 단일 빔을 형성하게 하는 위상 초기화 단계; 및 상기 광원의 파장을 변화시켜 상기 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 원리를 이용하여 상기 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링하는 단계를 포함한다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 위상배열 구조의 빔 스티어링 방법은 상기 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링하는 단계 이후 상기 광 방사기어레이의 굴절률을 변조할 수 있는 변조가능한 방사기를 이용하여 상기 광 방사기어레이의 굴절률을 연속적으로 변조함으로써, 수직방향 스티어링을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 위상배열 구조는 광 위상배열 구조에 있어서, 공간에서 반사되는 광파를 수신하는 광 수신기 어레이; 상기 광 수신기 어레이를 통해 수신되는 광파를 전달하는 위상 공급선 어레이; 상기 전달된 각 광파의 위상을 제어하는 위상 제어기 어레이; 상기 위상이 제어된 광파의 파워를 결합하는 광 파워 결합기; 및 상기 광 파워 결합기로부터 제공되는 광을 검출하는 광 검출기를 포함하고, 상기 위상 공급선 어레이는 각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 공간에서 반사되는 광파의 파장이 변화되는 경우 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 위상 제어기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 위상배열 구조 시스템은 송신 광 위상배열 구조; 및 수신 광 위상배열 구조를 포함하고, 상기 송신 광 위상배열 구조는 파장의 변조가 가능한 광을 제공하는 광원; 상기 광원으로부터 제공되는 광의 파워를 분배하는 광 파워 분배기; 상기 분배된 각 광파의 위상을 제어하는 송신 위상 제어기 어레이; 상기 위상이 제어된 광파를 전달하는 송신 위상 공급선 어레이; 및 상기 전달된 광파를 공간으로 방사하는 광 방사기 어레이를 포함하고, 상기 송신 위상 공급선 어레이는 각 송신 위상 공급선과 인접한 다른 송신 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 광원의 파장이 변화되는 경우 송신 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되며, 상기 송신 광 위상배열 구조는 상기 송신 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 원리를 이용하여 상기 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링을 수행하고, 상기 수신 광 위상배열 구조는 상기 공간에서 반사되는 광파를 수신하는 광 수신기 어레이; 상기 광 수신기 어레이를 통해 수신되는 광파를 전달하는 수신 위상 공급선 어레이; 상기 전달된 각 광파의 위상을 제어하는 수신 위상 제어기 어레이; 상기 위상이 제어된 광파의 파워를 결합하는 광 파워 결합기; 및 상기 광 파워 결합기로부터 제공되는 광을 검출하는 광 검출기를 포함하고, 상기 수신 위상 공급선 어레이는 각 수신 위상 공급선과 인접한 다른 수신 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 공간에서 반사되는 광파의 파장이 변화되는 경우 수신 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 수신 위상 제어기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 격자 방사기와 위상 공급선의 기하학적인 구조를 인접한 도파관(waveguide) 간 경로차를 가지게 형성함으로써, 파장 변화에 따라 수평 방향 빔 스팅어링과 수직 방향 빔 스티어링이 가능할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 파장 변화로 수평/수직방향 빔 스티어링을 할 경우에, 단일 빔을 형성하게 하는 위상초기화의 빈도수를 크게 줄일 수 있으며, 경로차를 갖는 OPA 구조에 가변형 격자 방사기(tunable grating radiator)를 결합함으로써, 수평방향으로는 파장변화로 연속적인 스티어링이 가능하고, 수직방향으로는 방사기의 인덱스(neff)를 변화시켜 연속적인 스티어링이 가능하며, 이를 통해 2차원 공간 상에서 영상의 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 경로차를 갖는 OPA 구조와 가변형 방사기를 결합한 구조에서 최대 범위의 파장변화로 해당 수직방향까지 2D 빔 스티어링을 한 후, 가변형 방사기를 가동하면 수직방향 빔 스티어링 범위를 더 확장시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 등간격의 경로차이를 갖는 OPA 구조를 송신 OPA(Tx OPA)와 수신 OPA(Rx OPA)에 동일하게 적용하는 경우 Tx/Rx OPA의 빔 지향 방향이 동일한 방향으로 정렬되게 위상 초기화한 후에는 Tx/Rx OPA는 파장에 따른 빔 지향 방향이 동일하게 변화할 수 있으며, Tx OPA에서 파장변화로 2D 빔 스티어링 하는 동안, Rx OPA의 수광 방향도 해당 파장의 빔이 반사되는 빙향으로 자동정렬되면서, 2D 영상을 손쉽게 감지할 수 있다.
도 1은 일반적인 1D 광 위상배열 구조에 대한 평면도를 나타낸 것이다.
도 2는 기존 2차원 스티어링 방법을 설명하기 위한 광 위상배열 구조의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조에 대한 평면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 광 위상배열 구조에 의한 2차원 스티어링 특징에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 송신 OPA와 수신 OPA가 분리된 구조에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은, 격자 방사기와 위상 공급선의 기하학적인 구조를 인접한 도파관 간 경로차를 가지게 형성함으로써, 파장 변화에 따라 수평 방향 빔 스팅어링과 수직 방향 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조를 제공하는 것을 그 요지로 한다.
이 때, 본 발명은 위상 공급선의 기하학적인 구조를 인접한 도파관 간 경로차를 가지게 만들어 파장 변화에 따라 수평방향의 빔 스티어링이 가능하고, 격자 방사기가 파장에 따라 수직방향 빔 스티어링이 일어난다는 원리에 입각하여 연속적인 2차원 빔 스티어링을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명은 파장 변화 하나 만으로 2차원 빔 스티어링이 가능한 점 뿐만 아니라 수신 광 위상배열에서의 역 이용으로 수신 효율을 높일 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조에 대한 평면도를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상배열 구조는 입력 레이저 광원(laser source), 광파워 분배기(optical power splitter), 위상 제어기 어레이(phase shifter array), 위상 공급선 어레이(phase feeding line array)와 광 방사기 어레이(radiator array)를 포함한다.
광원은 파장의 변조가 가능한 광을 제공하고, 광 파워 분배기는 광원으로부터 제공되는 광의 파워를 분배한다.
위상 제어기 어레이는 광 파워 분배기에 의해 분배된 각 광파의 위상을 제어한다.
이 때, 위상 제어기 어레이는 반도체 p-i-n 접합 또는 p-n 접합 구조로 형성되고, 상기 반도체 p-i-n 접합 또는 p-n 접합 구조에 순전압 또는 역전압을 인가하여 전압 인가 또는 전류 주입에 의한 캐리어 농도 변화에 의한 전기 광학(electro-optic) 효과를 이용하여 굴절률을 변화시킴으로써, 분배된 각 광파의 위상을 제어할 수 있다.
위상 공급선 어레이는 위상이 제어된 광파를 광 방사기 어레이로 전달하는 기능을 수행하며, 각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 광원의 파장이 변화되는 경우 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화할 수 있다.
광 방사기 어레이는 위상 공급선 어레이를 통해 전달된 광파를 공간으로 방사한다.
이 때, 광 방사기 어레이는 방사기의 굴절률을 변조 또는 가변할 수 있는 가변형 격자 방사기(tunable grating radiator)를 포함할 수 있다. 즉, 광 위상배열 구조는 경로차를 갖는 OPA 구조에 가변형 격자 방사기를 결합함으로써, 수평방향으로는 파장변화로 연속적인 스티어링이 가능하고, 수직방향으로는 방사기의 인덱스 또는 굴절률(neff)을 변화시켜 연속적인 스티어링이 가능하며, 이를 통해 2차원 공간 상에서 영상의 정밀도를 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상배열 구조는 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 원리를 이용하여 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링을 수행할 수 있다.
이러한 본 발명에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 광 위상배열 구조에서의 핵심은 인접한 OPA의 각 채널에 균일한 경로차(path difference,ΔL)를 갖도록 하는데 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 위상 공급선들이 넓은 간격(pitch)의 위상 제어기 어레이에서 좁은 간격의 광 방사기 어레이로 향하여 방향 전환 시, 등간격의 길이 차이가 발생하는 기하학적 특징을 이용하여 각 위상공급선 사이에 등간격의 경로차(ΔL 1 , ΔL 2 )를 제공하는 것이다.
본 발명의 광 위상배열 구조에서의 수평방향 빔 스티어링에 대해 설명하면, 도 3에 도시된 광 위상배열 구조에서 인접한 위상 공급선 사이의 경로차는 각 채널마다 동일하다.
아래 <수학식 2>와 같이 경로차(DL)는 인접한 채널 사이에 위상 차이(phase difference, Δφ)를 만든다.
[수학식 2]
Figure 112020104612426-pat00002
상기 수학식 2에 따라, 입력 레이저 광원의 파장(λ0)이 변화되면, Δφ의 크기가 달라지므로, 고전적 회절이론에 의하면, 수평방향의 zeroth-order diffraction 빔의 방향(
Figure 112020104612426-pat00003
)은 아래 <수학식 3>과 같이 이동될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020104612426-pat00004
상기 수학식 3에서 Δφ=2일 때 zeroth-order diffraction 빔이 수평방향으로 최대로 이동되며, 최대로 이동시키기 위한 파장변화 범위 Δλ0 max는 아래 <수학식 3>와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020104612426-pat00005
상기 파장범위 Δλ0 max로 수평방향으로 스티어링 할 수 있는 최대범위(Δ
Figure 112020104612426-pat00006
max)는 first-order diffraction의 형성 조건에 의해 아래 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있으며, 광 방사기 어레이의 pitch wr에 의해 정해질 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020104612426-pat00007
본 발명의 광 위상배열 구조에서의 수직방향 빔 스티어링에 대해 설명하면, 1D OPA에서 입력 레이저 광원(λ0)의 파장이 변화될 때, 아래 <수학식 6>을 통해 알 수 있듯이, 수직방향의 각도(
Figure 112020104612426-pat00008
)도 달라지므로, 수직방향 빔 스티어링이 가능하다.
[수학식 6]
Figure 112020104612426-pat00009
이 때, 파장변화를 상기 수학식 4의 Δλ0 max 범위 이상으로 계속 변화시키면, 빔은 수평방향으로 스캐닝이 반복되면서, 스캐닝 선은 수직방향으로 특정 간격으로 스킵(skip)하며 스티어링 될 수 있다. 특정 간격으로 스킵되는 각도(
Figure 112020104612426-pat00010
)는 아래 <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112020104612426-pat00011
상술한 수학식 3과 수학식 6에 의해, 큰 폭의 파장(λ0) 변화로 수평방향과 수직방향으로 모두 빔 스티어링을 할 수 있다.
여기서, 파장이 연속적으로 변화될 때, 빔이 수평방향으로는 연속적으로 스티어링되나, 수직방향으로는 상기 수학식 7의 특정 각도로 스킵하면서 스티어링이 이루어 질 수 있다. 이러한 스티어링 특징은 도 4에 도시된 시뮬레이션 결과에서 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 광 위상배열 구조에 의한 2차원 스티어링 특징에 대한 일 예시도를 나타낸 것으로, 도 3에 도시된 본 발명의 1D OPA 구조에서, 파장변화에 의해 2D 빔 스티어링의 계산 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 도 4는 ΔL =80 mm, wr = 2 mm, wp = 78 mm에 대해 파장을 1500nm에서 1600nm까지 변화했을 때, 상기 수학식 2, 수학식 3, 수학식 5와 수학식 7로 계산되는 빔 중심의 궤적(
Figure 112020104612426-pat00012
,
Figure 112020104612426-pat00013
)을 선으로 나타낸 것이다.
도 4를 통해 알 수 있듯이, 파장을 연속적으로 변화시킬 때, 빔 궤적은 연속적인 선으로 거의 수평방향으로 스티어링(수직방향으로는 약간만 이동) 되며, 수평방향의 최대 범위를 넘어서면 수직방향으로 특정 간격으로 스킵되는 각도(
Figure 112020104612426-pat00014
)만큼 스킵하고 나서 다시 거의 수평방향으로 스티어링되는 것을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 광 위상배열 구조를 이용한 2D 스티어링 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
광 위상배열 구조를 이용한 2D 스티어링 방법은 위상 초기화 단계(phase initialization), 수평방향/수직방향 스티어링 단계와 수직방향 미세 스티어링 단계를 포함할 수 있다.
위상 초기화 단계(phase initialization)는 zeroth-order diffraction에 해당하는 single beam을 형성시키는 작업이다. 회절이론에 의하면, 각 방사기에 도착하는 위상이 동일하면, 수평방향의 가운데에 zeroth-order diffraction beam 하나가 생긴다. 실제 OPA 소자 제작에서 방사기에 도달하기 까지 각 채널의 길이가 다를 수 있고, 같다 하더라도 공정오차에 의해 유효굴절률이 균일하지 않기 때문에 각 방사기에 도달하는 위상은 사실상 무작위가 될 수 있다. 이로 인하여 diffraction pattern은 side lobes가 많은 복잡한 형태가 될 수 있다.
이러한 상황에서, 도 3에 도시된 본 발명의 광 위상배열 구조에서 초기 입력 파장을 고정시켜 놓고, 각 위상 제어기에 전압 또는 전류를 인가하여 굴절률을 변화시키며 각 채널의 위상을 적절히 조절하여, 중앙 또는 특정 방향으로 방사되는 single beam을 얻어 내는 위상 초기화 작업을 먼저 수행한다.
수평방향/수직방향 스티어링 단계는 위상초기화 작업이 된 상태에서, 입력 광의 파장을 변화시키면, 도 4에 도시된 바와 같은 수평/수직방향으로 빔 스티어링을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 수학식 3의 작은 파장변화로 한번의 수평방향 스티어링을 하는 동안에는 단일 빔의 형태가 거의 변화지 않으므로, 위상초기화를 다시 하지 않아도 단일빔 스티어링이 가능하다. 큰 파장변화로 수직방향으로 빔이 많이 이동한 상태에서는 빔의 패턴이 많이 흐트러져 버릴 수 있으며, 이 경우에는 그 빔의 위치에서 위상 초기화를 다시 할 필요가 있다.
수직방향 미세 스티어링 단계는 상기 수학식 7에 의한 수직방향 스킵 범위
Figure 112020104612426-pat00015
이내로 미세하게 변화된 특정 수직방향
Figure 112020104612426-pat00016
에서 수평 스티어링을 하려고 할 경우에는, 특정 각도에서 위상 초기화를 다시 하여, 상기 수학식 4의 작은 파장변화로 수평방향 스티어링을 하면 된다.
이러한 본 발명의 광위상 배열 구조를 이용하여 광을 송신하는 것으로 한정되지 않으며, 반사광을 수신하는 것도 가능한다. 즉, 본 발명의 광 위상배열 구조를 이용하면 지향성 있는 빔의 송신뿐 아니라 수신도 가능하다. OPA를 수신(Rx OPA)에 사용할 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, radiator aperture(antenna)를 receiver aperture(antenna)로 사용해서, 이 receiver aperture로 들어오는 빛을 모아서 하나의 광 검출기(photodetector)로 입력하면 된다.
Tx OPA에서 파장변화로 빔을 스캐닝할 경우에, Rx OPA는 다음과 같은 방법으로 물체로부터 반사되는 빛을 쉽게 수신할 수 있다.
Tx OPA에서 나간 레이저 빔이 물체 표면에 조사될 때, 반사되는 빛은 사방으로 산란된다. Rx OPA의 위상 제어기를 조절하여 물체 방향으로 빔 지향성을 갖도록 위상을 설정(setting)해 놓으면, 다른 방향에서 들어오는 빛은 거의 수광되지 않고, 물체에서 반사되는 빛만 수광될 수 있다. 따라서, 배경에서 들어오는 잡음(noise) 광을 제거하여 신호대비잡음비(SNR)를 높일 수 있다.
일 실시예로, 상기 도 3과 같이 등간격의 경로차이를 갖는 OPA를 동일한 구조로 갖추되, Tx OPA는 광원과 Rx OPA는 광 검출기(photodetector)와 결합한 한 쌍의 Tx/Rx OPA를 구비한다. Tx OPA와 Rx OPA는 각각의 위상 제어기를 조절하여 동일 방향으로 빔 지향성을 갖도록 위상초기화를 할 수 있다. 그 다음, Tx OPA에서 파장을 변화시켜 2D 빔 스티어링을 수행한다. Tx OPA와 Rx OPA에서 파장에 따른 빔 지향 방향이 동일하게 변화되므로, Tx OPA에서 파장변화로 2D 빔 스티어링하는 동안, Rx OPA의 수광방향도 해당 파장의 빔이 반사되는 빙향으로 자동정렬되는 효과를 가지므로, 2D 영상을 자동 감지할 수 있다.
여기서, Rx OPA는 Tx OPA의 광파워 분배기(optical power splitter)에 대응하는 부분을 광파워 결합기(optical power combiner)의 기능을 수행할 수 있다. 즉, Rx OPA는 오브젝트로부터 반사되어 수신되는 반사 신호를 광 방사기 어레이(radiator array)에 대응하는 광 수신기 어레이를 통해 수신하고, 위상 공급선 어레이를 통해 위상 제어기 어레이로 제공하며, 위상 제어기 어레이에 의해 광 위상이 조절된 반사 신호를 광파워 결합기로 전달함으로써, 광파워 결합기를 통해 광파워가 결합된 신호를 광 검출기로 제공할 수 있다. 물론, Rx OPA의 위상 공급선 어레이와 위상 제어기 어레이는 Tx OPA의 위상 공급선 어레이 및 위상 제어기 어레이와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 이 때, Rx OPA의 위상 공급선 어레이는 각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 공간에서 반사되는 광파의 파장이 변화되는 경우 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 위상 제어기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화될 수 있다.
비록, 도 5에서 Tx OPA와 Rx OPA가 분리된 구조로 도시하였지만, 이에 제한되거나 한정되지 않으며, 하나의 OPA를 사용하여 Tx 기능과 Rx 기능을 같이 수행할 수도 있다. 예를 들어, Rx 광 신호와 Tx 광 신호를 circulator로 분리하여 수행하거나 시간분할로 분리하여 수행할 수 있다.
기존 빔 스티어링 방법과 본 발명의 빔 스티어링 방법을 비교 설명하면, 1D OPA를 이용한 기존의 빔 스티어링 방법에서 수평방향 빔 스티어링은 파장을 고정시키 두고, 각 위상 제어기(phase shifter)에 적절히 전압 또는 전류를 공급하여, 각 위상 제어기 간이 적정 위상차
Figure 112020104612426-pat00017
를 0 < Δφ < 2p 범위 내에 변화시켜 빔이 수평방향으로 스티어링되는 원리를 이용한다.
회절 이론적으로는 그러한 스티어링 가능하지만, 실제는
Figure 112020104612426-pat00018
이 조금이라도 이동되면, 채널간 길이차이, 공정오차, 위상 제어기에서 위상변화의 비균일성과 비선형성 등의 원인으로 인해 각 방사기에 도달하는 위상이 무작위에 가깝게 달라질 수 있으므로, 바뀐 위치에서 위상 초기화를 다시 하여야만 단일 빔을 형성하게 할 수 있다. 다시 말하면, 수평방향으로 빔 각도를 바꿀 때마다, 각 위상 제어기(phase shifter)에 인가되는 전압/전류 값을 달리 배치하여 단일 빔을 다시 얻어야 하는 문제가 있다.
하지만, 본 발명에서는 한번의 위상초기화 후, 수평방향의 스티어링 동안에는 빔의 형태가 거의 그대로 유지되고, 수직방향으로도 상당한 각도까지는 빔 형태가 크게 변하지 않기 때문에 위상초기화의 빈도수를 기존의 빔 스티어링 방법보다 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상배열 구조는 광 방사기 어레이에 방사기이 굴절률을 변조 또는 가변할 수 있는 가변형 격자 방사기(tunable grating radiator)를 결합함으로써, 수직방향으로는 방사기의 인덱스 또는 굴절률(neff)을 변화시켜 연속적인 스티어링이 가능할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상배열 구조와 그 스캐닝 방법은 격자 방사기와 위상 공급선의 기하학적인 구조를 인접한 도파관(waveguide) 또는 채널 간 경로차를 가지게 형성함으로써, 파장 변화에 따라 수평 방향 빔 스팅어링과 수직 방향 빔 스티어링이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상배열 구조와 그 스캐닝 방법은 파장 변화로 수평/수직방향 빔 스티어링을 할 경우에, 단일 빔을 형성하게 하는 위상초기화의 빈도수를 크게 줄일 수 있으며, 경로차를 갖는 OPA 구조에 가변형 격자 방사기(tunable grating radiator)를 결합함으로써, 수평방향으로는 파장변화로 연속적인 스티어링이 가능하고, 수직방향으로는 방사기의 인덱스를 변화시켜 연속적인 스티어링이 가능하며, 이를 통해 2차원 공간 상에서 영상의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상배열 구조와 그 스캐닝 방법은 경로차를 갖는 OPA 구조와 가변형 방사기를 결합한 구조에서 최대 범위의 파장변화로 해당 수직방향까지 2D 빔 스티어링을 한 후, 가변형 방사기를 가동하면 수직방향 빔 스티어링 범위를 더 확장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상배열 구조와 그 스캐닝 방법은 등간격의 경로차이를 갖는 OPA 구조를 송신 OPA(Tx OPA)와 수신 OPA(Rx OPA)에 동일하게 적용하는 경우 Tx/Rx OPA의 빔 지향 방향이 동일한 방향으로 정렬되게 위상 초기화한 후에는 Tx/Rx OPA는 파장에 따른 빔 지향 방향이 동일하게 변화할 수 있으며, Tx OPA에서 파장변화로 2D 빔 스티어링 하는 동안, Rx OPA의 수광 방향도 해당 파장의 빔이 반사되는 빙향으로 자동정렬되면서, 2D 영상을 손쉽게 감지할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조에 있어서,
    파장의 변조가 가능한 광을 제공하는 광원;
    상기 광원으로부터 제공되는 광의 파워를 분배하는 광 파워 분배기;
    상기 분배된 각 광파의 위상을 제어하는 위상 제어기 어레이;
    상기 위상이 제어된 광파를 전달하는 위상 공급선 어레이; 및
    상기 전달된 광파를 공간으로 방사하는 광 방사기 어레이
    를 포함하고,
    상기 위상 공급선 어레이는
    각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 광원의 파장이 변화되는 경우 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되며,
    상기 광 위상배열 구조는
    상기 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 원리를 이용하여 상기 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링을 수행하고,
    상기 위상 공급선 어레이는
    상기 위상 제어기 어레이에서 평행하게 나온 위상 공급선이 직각 방향으로 한 번 꺾어서 평행한 상기 광 방사기 어레이에 도달 할 때, 상기 위상 제어기 어레이 간격과 상기 광 방사기 어레이의 간격을 합한 간격만큼의 등간격의 경로차가 발생하는 기하학적인 관계를 이용하여, 인접한 위상 공급선 간에 등간격의 경로차를 제공하는 것을 특징으로 하는 광 위상배열 구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상 제어기 어레이는
    반도체 p-i-n 접합 또는 p-n 접합 구조로 형성되고, 상기 반도체 p-i-n 접합 또는 p-n 접합 구조에 순전압 또는 역전압을 인가하여 전압 인가 또는 전류 주입에 의한 캐리어 농도 변화에 의한 전기 광학(electro-optic) 효과를 이용하여 굴절률을 변화시킴으로써, 상기 분배된 각 광파의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 위상배열 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 방사기 어레이는
    방사기의 굴절률을 변조할 수 있는 가변형 격자 방사기(tunable grating radiator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 위상배열 구조.
  5. 파장의 변조가 가능한 광을 제공하는 광원; 상기 광원으로부터 제공되는 광의 파워를 분배하는 광 파워 분배기; 상기 분배된 각 광파의 위상을 제어하는 위상 제어기 어레이; 상기 위상이 제어된 광파를 전달하는 위상 공급선 어레이; 및 상기 전달된 광파를 공간으로 방사하는 광 방사기 어레이를 포함하며, 상기 위상 공급선 어레이는 각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성되는 광 위상배열 구조의 빔 스티어링 방법에 있어서,
    각 위상 제어기의 전압 또는 전류를 적절히 공급하여, 특정 수평/수직 방향으로 단일 빔을 형성하게 하는 위상 초기화 단계; 및
    상기 광원의 파장을 변화시켜 상기 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 원리를 이용하여 상기 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 스티어링하는 단계는,
    상기 위상 제어기 어레이에서 평행하게 나온 위상 공급선이 직각 방향으로 한 번 꺾어서 평행한 상기 광 방사기 어레이에 도달 할 때, 상기 위상 제어기 어레이 간격과 상기 광 방사기 어레이의 간격을 합한 간격만큼의 등간격의 경로차가 발생하는 기하학적인 관계를 이용하여, 인접한 위상 공급선 간에 등간격의 경로차를 제공함으로써, 상기 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링하는 단계인 것을 특징으로 하는 광 위상배열 구조의 빔 스티어링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링하는 단계 이후 상기 광 방사기어레이의 굴절률을 변조할 수 있는 변조가능한 방사기를 이용하여 상기 광 방사기어레이의 굴절률을 연속적으로 변조함으로써, 수직방향 스티어링을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 위상배열 구조의 빔 스티어링 방법.
  7. 광 위상배열 구조에 있어서,
    공간에서 반사되는 광파를 수신하는 광 수신기 어레이;
    상기 광 수신기 어레이를 통해 수신되는 광파를 전달하는 위상 공급선 어레이;
    상기 전달된 각 광파의 위상을 제어하는 위상 제어기 어레이;
    상기 위상이 제어된 광파의 파워를 결합하는 광 파워 결합기; 및
    상기 광 파워 결합기로부터 제공되는 광을 검출하는 광 검출기
    를 포함하고,
    상기 위상 공급선 어레이는
    각 위상 공급선과 인접한 다른 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 공간에서 반사되는 광파의 파장이 변화되는 경우 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 위상 제어기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되며,
    상기 위상 공급선 어레이는
    상기 위상 제어기 어레이에서 평행하게 나온 위상 공급선이 직각 방향으로 한 번 꺾어서 평행한 상기 광 수신기 어레이에 도달 할 때, 상기 위상 제어기 어레이 간격과 상기 광 수신기 어레이의 간격을 합한 간격만큼의 등간격의 경로차가 발생하는 기하학적인 관계를 이용하여, 인접한 위상 공급선 간에 등간격의 경로차를 제공하는 것을 특징으로 하는 광 위상배열 구조.
  8. 송신 광 위상배열 구조; 및
    수신 광 위상배열 구조
    를 포함하고,
    상기 송신 광 위상배열 구조는
    파장의 변조가 가능한 광을 제공하는 광원;
    상기 광원으로부터 제공되는 광의 파워를 분배하는 광 파워 분배기;
    상기 분배된 각 광파의 위상을 제어하는 송신 위상 제어기 어레이;
    상기 위상이 제어된 광파를 전달하는 송신 위상 공급선 어레이; 및
    상기 전달된 광파를 공간으로 방사하는 광 방사기 어레이
    를 포함하고,
    상기 송신 위상 공급선 어레이는
    각 송신 위상 공급선과 인접한 다른 송신 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 광원의 파장이 변화되는 경우 송신 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되며,
    상기 송신 광 위상배열 구조는
    상기 송신 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 광 방사기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되는 원리를 이용하여 상기 광 방사기 어레이에서 방사되는 빔을 2차원 공간상에서 수평방향과 수직방향으로 스티어링을 수행하고,
    상기 송신 위상 공급선 어레이는
    상기 송신 위상 제어기 어레이에서 평행하게 나온 송신 위상 공급선이 직각 방향으로 한 번 꺾어서 평행한 상기 광 방사기 어레이에 도달 할 때, 상기 송신 위상 제어기 어레이 간격과 상기 광 방사기 어레이의 간격을 합한 간격만큼의 등간격의 경로차가 발생하는 기하학적인 관계를 이용하여, 인접한 송신 위상 공급선 간에 등간격의 경로차를 제공하는 것을 특징으로 하며,
    상기 수신 광 위상배열 구조는
    상기 공간에서 반사되는 광파를 수신하는 광 수신기 어레이;
    상기 광 수신기 어레이를 통해 수신되는 광파를 전달하는 수신 위상 공급선 어레이;
    상기 전달된 각 광파의 위상을 제어하는 수신 위상 제어기 어레이;
    상기 위상이 제어된 광파의 파워를 결합하는 광 파워 결합기; 및
    상기 광 파워 결합기로부터 제공되는 광을 검출하는 광 검출기
    를 포함하고,
    상기 수신 위상 공급선 어레이는
    각 수신 위상 공급선과 인접한 다른 수신 위상 공급선 간의 경로 차이가 등간격의 차이가 나게 형성됨으로써, 상기 공간에서 반사되는 광파의 파장이 변화되는 경우 수신 위상 공급선 간의 경로 차이로 인해 인접한 수신 위상 제어기에 도달하는 위상의 차이가 연속적으로 변화되며,
    상기 수신 위상 공급선 어레이는
    상기 수신 위상 제어기 어레이에서 평행하게 나온 수신 위상 공급선이 직각 방향으로 한 번 꺾어서 평행한 상기 광 수신기 어레이에 도달 할 때, 상기 수신 위상 제어기 어레이 간격과 상기 광 수신기 어레이의 간격을 합한 간격만큼의 등간격의 경로차가 발생하는 기하학적인 관계를 이용하여, 인접한 수신 위상 공급선 간에 등간격의 경로차를 제공하는 것을 특징으로 하는 광 위상배열 구조 시스템.
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