KR102574503B1 - 시공간적으로 유전율이 변조되는 광학적 물질을 포함하는 파라메트릭 소자 - Google Patents

시공간적으로 유전율이 변조되는 광학적 물질을 포함하는 파라메트릭 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 시공간적으로 유전율이 변조되는 광학적 물질을 이용한 다기능 파라메트릭 소자는 디자인 특성에 따라 주파수 변환기 및 발진기로 사용될 수 있다. 변환 및 발진되는 주파수는 시공간적으로 유전율이 변조되는 ?塚? 판의 변조 주파수에 따라 결정되기 때문에, 사용자가 능동적으로 파라메트릭 소자를 이용한 주파수 변조 및 발진 특성을 결정할 수 있다.

Description

시공간적으로 유전율이 변조되는 광학적 물질을 포함하는 파라메트릭 소자{PARAMETRIC DEVICE COMPRISING OPTICAL MATERIALS SPATIOTEMPORALLY VARYING PERMITTIVITY}
본 발명은 시공간적으로 유전율이 변조되는 광학적 물질을 포함하는 파라메트릭 소자에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 주파수 변환기 혹은 전자기파 발진기로 구현할 수 있고, 시공간적으로 유전율이 변조되는 광학적 물질을 포함하는 다기능 파라메트릭 소자에 관한 것이다.
전자기파의 주파수 변환 및 발진 특성을 얻기 위한 일반적인 방법은 물질이 갖고 있는 광학적 특성을 활용한 것이다. 즉, 물질이 나타내는 광학적 비선형 성이나 이득 특성을 활용한 소자들을 활용한 주파수 변환 및 발진 소자들이 마이크로파 대역에서부터 엑스-레이(X-ray) 영역까지 실용적으로 많은 결실을 보았다.
하지만, 이 방법은 물질 고유의 비선형성 및 이득특성에 따라 변환될 수 있는 주파수의 값과 변환 효율이 제한될 수 있다는 한계가 있다. 기존의 광학적 물성으로는 기대하기 어려웠던 대역의 주파수 변환기 및 발진기로 활용될 수 있는 광학적 물질로 이루어진 소자의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 기존의 광학적 물성으로는 기대하기 어려웠던 대역의 주파수 변환기 및 발진기로 활용될 수 있는 파라메트릭 소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 파라메트릭 소자가 주파수 변환기로서 작동하는 경우에, 변환 주파수를 사용자가 제어할 수 있는 파라메트릭 소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 파라메트릭 소자가 발진기로서 작동하는 경우에, 증폭효율을 사용자가 설계할 수 있는 파라메트릭 소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 파라메트릭 소자가 증폭기로서 작동하는 경우에, 증폭 주파수를 사용자가 제어할 수 있는 파라메트릭 소자를 제안하는 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자는, 시간에 대해서 주기적으로 유전율이 변하는 소정 두께의 판을 복수로 포함하고, 상기 복수의 판들이 일정한 간격으로 배열된 형태를 갖는다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자는, 기판; 상기 기판의 일 면에 패터닝되고, 'ㄷ'자 형상을 갖는 제1 메타물질층; 상기 기판의 일 면에 패터닝되고, 상기 'ㄷ자 형상을 갖고, 상기 제1 메타물질층에 인접하여 배치되고, 상기 제1 메타물질층의 양 단부와 마주보는 양 단부를 갖는, 제2 메타물질층; 및 상기 제1 메타물질층의 양 단부 중 일 단부와 상기 제2 메타물질층의 양 단부 중 일 단부 사이에 배치되고, AC 전압이 인가되어 상기 제1 및 제2 메타물질층의 유전율의 시변특성을 일으키는, 바랙터;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 파라메트릭 시스템은, AC 전압 신호를 출력하는 AC 전압 제공부; DC 전압 신호를 출력하는 DC 전압 제공부; 상기 AC 전압 신호와 상기 DC 전압 신호를 합하여 출력하는 바이어스 티; 상기 바이어스 티로부터 출력되는 전압 신호를 수신하고, 수신된 전압 신호를 다수의 출력단자로 분배하는 전력 분배기; 및 상기 전력 분배기의 다수의 출력단자에 연결되고, 행렬 배열의 단위 파라메트릭 소자를 다수로 포함하는 파라메트릭 소자;를 포함하고, 상기 단위 파라메트릭 소자는, 기판의 일 면에 패터닝되고, 'ㄷ'자 형상을 갖는 제1 메타물질층; 상기 기판의 일 면에 패터닝되고, 상기 'ㄷ자 형상을 갖고, 상기 제1 메타물질층에 인접하여 배치되고, 상기 제1 메타물질층의 양 단부와 마주보는 양 단부를 갖는, 제2 메타물질층; 상기 제1 메타물질층의 양 단부 중 일 단부와 상기 제2 메타물질층의 양 단부 중 일 단부 사이에 배치되고, AC 전압이 인가되어 상기 제1 및 제2 메타물질층의 유전율의 시변특성을 일으키는, 바랙터; 상기 제1 및 제2 메타물질층의 일 측의 상기 기판 상에 배치되고 상기 전력 분배기의 출력단자에 연결된 제1 라인 트레이스; 상기 제1 및 제2 메타물질층의 다른 일 측의 상기 기판 상에 배치되고, 접지에 연결된 제2 라인 트레이스; 상기 제1 메타물질층의 양 단부 중 타 단부와 상기 제1 라인 트레이스 사이를 연결하는 제1 연결 트레이스; 상기 제2 메타물질층의 양 단부 중 타 단부와 상기 제2 라인 트레이스 사이를 연결하는 제2 연결 트레이스; 및 상기 제1 라인 트레이스에 배치된 위상 변위기;를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 주파수 변환 및 증폭 발진을 기대하기 어려웠던 파장대역에서 전자기파 변환 및 증폭을 일으킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기파 변환 주파수 및 발진 주파수를 목적에 맞게 제어할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 시간에 따른 전자기파 발진률을 목적에 맞게 제어할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 비선형성을 이용한 주파수 변환 소자로는 기대하기 어려웠던 대역의 주파수 증폭기의 대안이 될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기파의 전파방향을 사용자가 임의로 지정할 수 있는 지향성 전자기파 소자를 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자와 상기 파라메트릭 소자에 포함된 판(slab)의 시간에 따른 유전율의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자를 포함하는 파라메트릭 시스템이다.
도 3은 도 2에 도시된 파라메트릭 소자(200)의 단위 파라메트릭 소자만을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 전력 분배기(240)로 입력되는 전압 신호의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 5의 상측 그래프는 시간에 따라 도 3에 도시된 바랙터(203)에 인가되는 AC 전압의 크기가 주기적으로 변하는 것을 보여주고, 하측 그래프는 도 3에 도시된 단위 파라메트릭 소자(200u)가 바랙터(203)에 의해 시간에 따라 유효유전율이 주기적으로 변화되는 것을 보여주는 그래프이다.
도 6은 주파수에 따른 유효유전율에 관한 그래프로서, 도 2에 도시된 전력 분배기(power divider, 240)로 입력되는 전압 신호의 DC 전압 레벨(Vdc)에 따라 유효유전율이 다르다는 것을 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 6의 점선 박스를 확대한 그래프이다.
도 8은 시공간적으로 유전율이 변조되는 광학적 물성을 지닌 도 1에 도시된 판(100)이 10개로 이루어진 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자가 갖는 전자기파 변조 및 발진 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 형태가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시 형태의 다양한 변경(modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정 실시 형태를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 형태의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술 적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문 서의 실시 형태들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자와 상기 파라메트릭 소자에 포함된 판(slab)의 시간에 따른 유전율의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자는 시간에 따라 주기적으로 유전율이 변하는 판(slab, 100)을 다수로 포함하고, 상기 다수의 판(100)들은 서로 일정한 간격으로 배열된 형태를 갖는다. 여기서, Ei는 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자로 입사되는 전기장을 의미하고, Et는 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자를 투과해 나오는 전기장을 의미한다.
도 1에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자는, 시공간적으로 유전율이 일정한 주기에 따라 변조되는 광학적 물성을 갖는 얇은 판(slab, 100) N개가 1차원적으로 배열된 것일 수 있다.
상기 판(100)의 유전율의 시간적 변화(ε(t))는, 도 1에 도시된 바와 같이, 사인함수를 따르는 것일 수 있다. 여기서, 상기 판(100)의 유전율의 시간적 변화가 사인함수로 한정되는 것은 아니다. 상기 판은, 주기적으로 유전율이 변하는 다른 함수를 따를 수도 있다.
상기 판(100)에 포함되는 물질은, 주파수 대역에 따라 다를 수 있다.
예를 들어, 마이크로파 대역에서 상기 판(100)은 메타물질을 포함할 수 있다. 좀 더 구체적인 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 파라메트릭 소자를 바랙터(varactor)와 결합된 메타물질로 구현할 수 있다. 이러한 파라메트릭 소자는 바랙터(varactor)에 인가되는 AC 전압에 따라 메타물질의 시변특성을 일으킬 수 있다. 좀 더 구체적으로 도 2를 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자를 포함하는 파라메트릭 시스템이다.
도 2에 도시된 파라메트릭 시스템은, 파라메트릭 소자(200)를 포함하고, 상기 파라메트릭 소자(200)를 구동하기 위한 DC 전압 제공부(210), AC 전압 제공부(220), 바이어스 티(230, bias tee) 및 전력 분배기(240)를 포함한다.
파라메트릭 소자(200)는 단위 파라메트릭 소자가 다수로 구성된 것일 수 있다. 도 3을 참조하여 단위 파라메트릭 소자를 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 파라메트릭 소자(200)의 단위 파라메트릭 소자만을 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 단위 파라메트릭 소자(200u)는 기판(201), 메타물질층(202a, 202b), 바랙터(203, varactor), 위상 변위기(204), 연결 트레이스(205a, 205b), 라인 트레이스(206a, 206b)을 포함한다.
기판(201)은 RF-4 기판일 수 있다.
메타물질층(202a, 202b)은 기판(201)의 일 면에 패터닝된다.
메타물질층(202a, 202b)는 제1 메타물질층(202a)과 제2 메타물질층(202b)를 포함한다. 제1 메타물질층(202a)과 제2 메타물질층(202b) 각각은 'ㄷ'자 형상이며, 제1 메타물질층(202a)의 양 단부와 제2 메타물질층(202b)의 양 단부가 서로 마주보도록 배치되며, 서로 소정 간격(g)만큼 이격된다.
'ㄷ'자 형상의 제1 메타물질층(202a)과 제2 메타물질층(202b) 각각은 소정의 두께(또는 폭, w)를 갖는다.
기판(201)의 일 면에 패터닝된 제1 메타물질층(202a)과 제2 메타물질층(202b)은 전체적으로 'ㅁ'자 형상을 가질 수 있다. 여기서, 가로 길이(ax)는 세로 길이(ay)보다 작게 형성될 수 있다.
단위 파라메트릭 소자(200u)는 소정의 가로 길이(px)와 세로 길이(py)를 가지며, 세로 길이(py)가 가로 길이(px)보다 더 길 수 있다.
바랙터(203)은 제1 메타물질층(202a)와 제2 메타물질층(202b) 사이에 배치된다. 구체적으로, 바랙터(203)은 'ㄷ'자 형상의 제1 메타물질층(202a)의 양 단부 중 일 단부와 'ㄷ'자 형상의 제2 메타물질층(202b)의 양 단부 중 일 단부 사이에 배치될 수 있다. 바랙터(203)에 인가되는 AC 전압에 따라 메타물질층(202a, 202b)의 시변특성을 일으킬 수 있다.
연결 트레이스(205a, 205b)는 'ㄷ'자 형상의 제1 메타물질층(202a)의 양 단부 중 타 단부와 제1 라인 트레이스(206a) 사이에 연결된 제1 연결 트레이스(205a)와, 'ㄷ'자 형상의 제2 메타물질층(202b)의 양 단부 중 타 단부와 제2 라인 트레이스(206b) 사이에 연결된 제2 연결 트레이스(206)를 포함한다.
라인 트레이스(206a, 206b)는 제1 라인 트레이스(206a)와 제2 라인 트레이스(206b)를 포함한다. 제1 라인 트레이스(206a)는 도 2에 도시된 전력 분배기(240)에서 배분된 전압 신호를 수신한다. 제2 라인 트레이스(206b)는 접지(ground)와 연결된다.
위상 변위기(204)는 제1 라인 트레이스(206a) 상에 배치되며, 입력되는 전압 신호의 위상을 미리 설정된 위상만큼 시프트한다. 도 2에 도시된 파라메트릭 소자(200) 내의 모든 단위 파라메트릭 소자(200u)들마다 위상 변위기(204)가 배치된다. 따라서, 제1 라인 트레이스(206a) 상에 단위 파라메트릭 소자(200u)의 개수만큼 위상 변위기(204)가 배치된다.
다시, 도 2를 참조하면, 파라메트릭 소자(200)는, 도 3에 도시된 단위 파라메트릭 소자(200u)가 다수로 행렬 형태로 배열된 형상을 갖는다. 여기서, 각 단위 파라메트릭 소자(200u)마다의 기판(201)은 각기 별개가 아니라 하나의 기판으로 구성될 수 있다.
DC 전압 제공부(210)와 AC 전압 제공부(220)는 각기 소정의 DC 전압과 AC 전압을 생성하여 출력한다. 바이어스 티(230, bias tee)는 DC 전압 제공부(210)로부터의 DC 전압과 AC 전압 제공부(220)로부터의 AC 전압을 합하여 전력 분배기(240)로 제공한다. 좀 더 구체적으로, AC 전압 제공부(220)는 도 4에 도시된 소정의 주기와 진폭을 갖는 AC 전압을 출력하고, DC 전압 제공부(210)는 도 4에 도시된 대략 7-8 (V)의 소정의 DC 전압을 출력할 수 있다. 바이어스 티(230)는 도 4에 도시된 바와 같이 AC 전압와 DC 전압을 합해준다. 도 4에 도시된 파형의 전압 신호가 전력 분배기(240)로 입력된다.
전력 분배기(240)는 바이어스 티(230)로부터 출력되는 전압 신호를 수신하고, 수신된 전압 신호를 분배한다. 좀 더 구체적으로, 전력 분배기(240)는 입력된 전압 신호를 분배하여 전력 분배기(240)에 연결된 다수의 제1 라인 트레이스들 각각으로 출력한다.
도 5의 상측 그래프는 시간에 따라 도 3에 도시된 바랙터(203)에 인가되는 AC 전압의 크기가 주기적으로 변하는 것을 보여주고, 하측 그래프는 도 3에 도시된 단위 파라메트릭 소자(200u)가 바랙터(203)에 의해 시간에 따라 유효유전율이 주기적으로 변화되는 것을 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 단위 파라메트릭 소자(200u)의 유효유전율은 바랙터(203)에 인가되는 AC 전압과 같은 주기를 따르지만, 위상이 정반대임을 확인할 수 잇다.
도 6은 주파수에 따른 유효유전율에 관한 그래프로서, 도 2에 도시된 전력 분배기(power divider, 240)로 입력되는 전압 신호의 DC 전압 레벨(Vdc)에 따라 유효유전율이 다르다는 것을 보여주는 그래프이고, 도 7은 도 6의 점선 박스를 확대한 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 주파수가 높아질수록 유효유전율이 커지는 것을 확인할 수 있고, DC 전압 레벨(Vdc)이 작을수록 주파수 증가에 따라 유효유전율의 변화량이 더 커지는 것을 확인할 수 있다.
한편, 다시, 도 1을 참조하면, 테라파대역에서 상기 판(100)은 저온-갈륨비소(LT-GaAs) 또는 그래핀(graphene)과 같이, 지연 시간(decay time)이 짧은 물질을 포함할 수 있다.
상기 판의 두께는 입사파장 및 유전율 변화 주기에 따른 파장(=빛의 속도 / fm)의 절반 보다 짧을 수 있다. 여기서, fm은 판의 유전율의 변조 주파수이다.
상기 판과 판 사이의 거리(또는 간격)은 입사파장 및 유전율 변화 주기에 따른　파장(=빛의 속도 / fm) 보다 짧을 수 있다. 여기서, 상기 판과 판 사이의 거리(또는 간격)가 입사파장보다 길면, 증폭현상이 발생하지 않을 수 있다. 상기 판과 판 사이의 거리(또는 간격)은 유전율 변화 주기에 따른　파장보다 짧은 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자에 포함된 상기 판(100)의 개수(N)와 변조 크기(Δε)는 다음의 경우에 영향을 미친다.
(1) 파라메트릭 소자가 주파수 변환기로 작동하는 경우, 주파수의 변환율에 영향을 준다.
(2) 파라메트릭 소자가 주파수 발진기로 작동하는 경우, 발진이 시작되는 시간과 발진율에 영향을 준다.
도 8은 시공간적으로 유전율이 변조되는 광학적 물성을 지닌 도 1에 도시된 판(100)이 10개로 이루어진 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자가 갖는 전자기파 변조 및 발진 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8의 상단 그래프들을 참조하면, 시간에 대해 유전율이 주기적으로 변하는 광학적 물성을 가진 얇은 판의 개수(N)가 10개로 주어졌을 때, 유전율의 시간에 따른 변조량(Δε/ε)이 0.48인 경우를 보이고 있다.
이러한 상기 파라메트릭 소자는 특정시간(ttp) 전에는 주파수 변조기로 작동하며, 상기 특정시간(ttp) 이후에는 발진기로 작동한다. 여기서, 도 8에 도시된 fi는 상기 파라메트릭 소자에 입사하는 빛의 주파수를 의미하고, fm은 판의 유전율의 변조 주파수를 뜻한다.
도 8에 도시된 그래프들을 보면, 특정시간(ttp) 전과 후로 주파수 변조 특성과 발진 특성이 다르게 나타남을 확인할 수 있다.
상기 파라메트릭 소자가 발진기로 작동하는 경우, 발진되는 전자기파의 주파수는 1/2*fm의 정수배로만 고정되는 특성을 지닌다.
도 8의 하단 그래프들은, 상기 파라메트릭 소자가 발진기로 작동할 때, 판의 개수(N)와 변조량(Δε/ε)의 값에 따른 전자기파 발진율(growing rate)을 각 발진 주파수 별로 계산한 것들이다.
도 8의 하단 그래프들을 참조하면, 판의 개수(N)과 변조량(Δε/ε) 의 값이 클수록 더 큰 발진율을 보임을 확인할 수 있다. 이 결과는 파라메트릭 소자의 발진 특성을 설계자가 직접 디자인할 수 있음을 시사한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자는, 유효 유전율이 시간에 따라 빠르게 변조되는 인공 매질 판의 주기적 배열로 이루어진 파라메트릭 소자로서, 원하는 주파수의 전자기파를 발생시킬 수 있는 파라메트릭 주파수 증폭기 혹은 파라메트릭 발진기로 활용할 수 있다. 예를 들어, 유효 유전율의 변조 세기가 작을 때는 파라메트릭 주파수 증폭기로, 충분히 클 때는 파라메트릭 발진기로 동작할 수 있다. 여기서, 유효 유전율의 변조 세기가 크다는 뜻은 파라메트릭 소자의 유전율의 변화율이 큰폭으로 변한다는 의미이다. 변조 세기의 크고 작음을 나누는 기준은 해당 파라메트릭 소자를 구성하는 물질과 패턴의 모양, 판의 개수와 너비 등에 따라 영향을 받는다.
여기서, 상기 파라메트릭 소자가 주파수 증폭기로 작동하는 경우, 발생되는 주파수는 해당 소자에 입사하는 전자기파 주파수와 인공 매질 판의 변조 주파수의 혼합으로 결정될 수 있다.
여기서, 파라메트릭 소자가 주파수 발진기로 작동하는 경우, 증폭 주파수는 인공 매질 판의 변조 주파수 및 공간 배열 주기에 의해 결정될 수 있다.
여기서, 파라메트릭 소자가 주파수 발진기로 작동하는 경우, 소자에서 발진된 전자기파의 전파방향은 인공 매질간의 위상 차이에 따라 결정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자는, 매질의 고유한 비선형적 응답이 아닌 외부의 입력에 의한 유효 물성 변화를 사용하므로 발생하는 전자기파의 세기, 주파수, 전파 방향 들을 기존 소자에 비해 폭넓게 제어할 수 있다.
앞서 도면들을 통해 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 파라메트릭 소자는 임의의 주파수 신호를 증폭, 발진시킬 수 있다는 것을 검증하였다. 이는 완전히 새로운 형태의 광소자에 적용될 수 있다. 나아가 세계적으로 활발히 연구되는 시공간 변조 광학적 물질 연구에 새로운 방향을 제시할 수 있고, 신개념 시공간변이 광소자를 공급 및 개발하는 사업으로 발전시킬 수 있을 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
N : 파라메트릭 소자에 포함된 시간에 따라 유전율이 변조되는 얇은 판의 개수
Δε/ε : 얇은 판의 유전율 변조 세기
fm : 파라메트릭 소자에 포함된 시간에 따라 유전율이 변조되는 얇은 판의 유전율 변조 주파수
fi : 파라메트릭 소자에 입사되는 빛의 입사주파수

Claims (9)

  1. 시간에 대해서 주기적으로 유전율이 변하는 소정 두께의 판을 복수로 포함하고, 상기 복수의 판들이 일정한 간격으로 배열된 형태를 갖고,
    상기 복수의 판들 중 서로 인접한 2개의 판 사이의 거리(또는 간격)는, 입사파장 및 유전율 변화 주기에 따른 파장(=빛의 속도/fm)보다 짧고,
    상기 fm은 상기 판의 유전율의 변조 주파수인, 파라메트릭 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라메트릭 소자는 특정시간(ttp) 전에는 주파수 변조기로 동작하며, 상기 특정시간(ttp) 이후에는 발진기로 동작하는, 파라메트릭 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판에 포함되는 물질은, 주파수 대역에 따라 다르고,
    상기 주파수 대역이 마이크로파 대역이면, 상기 판은 메타물질을 포함하고,
    상기 주파수 대역이 테라파 대역이면, 상기 판은 저온-갈륨비소(LT-GaAs) 또는 그래핀(graphene)을 포함하는, 파라메트릭 소자.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 판의 개수(N)과 상기 판의 유전율의 변조량(Δε/ε)의 값이 크면 클수록 주파수 발진율이 커지는, 파라메트릭 소자.
  6. 기판;
    상기 기판의 일 면에 패터닝되고, 'ㄷ'자 형상을 갖는 제1 메타물질층;
    상기 기판의 일 면에 패터닝되고, 상기 'ㄷ자 형상을 갖고, 상기 제1 메타물질층에 인접하여 배치되고, 상기 제1 메타물질층의 양 단부와 마주보는 양 단부를 갖는, 제2 메타물질층;
    상기 제1 메타물질층의 양 단부 중 일 단부와 상기 제2 메타물질층의 양 단부 중 일 단부 사이에 배치되고, AC 전압이 인가되어 상기 제1 및 제2 메타물질층의 유전율의 시변특성을 일으키는, 바랙터;
    상기 제1 및 제2 메타물질층의 일 측의 상기 기판 상에 배치된 제1 라인 트레이스;
    상기 제1 및 제2 메타물질층의 다른 일 측의 상기 기판 상에 배치된 제2 라인 트레이스;
    상기 제1 메타물질층의 양 단부 중 타 단부와 상기 제1 라인 트레이스 사이를 연결하는 제1 연결 트레이스; 및
    상기 제2 메타물질층의 양 단부 중 타 단부와 상기 제2 라인 트레이스 사이를 연결하는 제2 연결 트레이스;
    를 포함하는, 파라메트릭 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 라인 트레이스에 배치된 위상 변위기;
    를 더 포함하는, 파라메트릭 소자.
  8. AC 전압 신호를 출력하는 AC 전압 제공부;
    DC 전압 신호를 출력하는 DC 전압 제공부;
    상기 AC 전압 신호와 상기 DC 전압 신호를 합하여 출력하는 바이어스 티;
    상기 바이어스 티로부터 출력되는 전압 신호를 수신하고, 수신된 전압 신호를 다수의 출력단자로 분배하는 전력 분배기; 및
    상기 전력 분배기의 다수의 출력단자에 연결되고, 행렬 배열의 단위 파라메트릭 소자를 다수로 포함하는 파라메트릭 소자;를 포함하고,
    상기 단위 파라메트릭 소자는,
    기판의 일 면에 패터닝되고, 'ㄷ'자 형상을 갖는 제1 메타물질층;
    상기 기판의 일 면에 패터닝되고, 상기 'ㄷ자 형상을 갖고, 상기 제1 메타물질층에 인접하여 배치되고, 상기 제1 메타물질층의 양 단부와 마주보는 양 단부를 갖는, 제2 메타물질층;
    상기 제1 메타물질층의 양 단부 중 일 단부와 상기 제2 메타물질층의 양 단부 중 일 단부 사이에 배치되고, AC 전압이 인가되어 상기 제1 및 제2 메타물질층의 유전율의 시변특성을 일으키는, 바랙터;
    상기 제1 및 제2 메타물질층의 일 측의 상기 기판 상에 배치되고 상기 전력 분배기의 출력단자에 연결된 제1 라인 트레이스;
    상기 제1 및 제2 메타물질층의 다른 일 측의 상기 기판 상에 배치되고, 접지에 연결된 제2 라인 트레이스;
    상기 제1 메타물질층의 양 단부 중 타 단부와 상기 제1 라인 트레이스 사이를 연결하는 제1 연결 트레이스;
    상기 제2 메타물질층의 양 단부 중 타 단부와 상기 제2 라인 트레이스 사이를 연결하는 제2 연결 트레이스; 및
    상기 제1 라인 트레이스에 배치된 위상 변위기;를 포함하는,
    파라메트릭 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 라인 트레이스에 다수의 상기 단위 파라메트릭 소자가 병렬로 연결된, 파라메트릭 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3526206B2 (ja) * 1998-03-30 2004-05-10 富士写真フイルム株式会社 光波長変換素子の作製方法
KR101765865B1 (ko) * 2016-04-20 2017-08-08 한양대학교 산학협력단 전자기파 투과장치
WO2019039530A1 (ja) * 2017-08-24 2019-02-28 国立研究開発法人情報通信研究機構 電気光学ポリマー層を含む非線形光学用積層体及びその製造方法

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