KR102665047B1 - Reflection-type complex-spatial light modulators - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사형 복소수 공간 광 변조기에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 복수의 하부 전극을 구비하는 반사층, 반사층 상에 형성되고 복수의 복굴절층을 구비하는 복굴절 물질 및 복굴절 물질 상에 형성되는 편광 선택 소자를 포함하고, 여기서 복굴절 물질은 편광 선택 소자와의 인접면에 형성된 공통 전극을 구비하고 공통 전극과 복수의 하부 전극 각각에 인가되는 전기적 신호에 대응하여 변경되는 복수의 복굴절층의 분포에 기반하여 편광 선택 소자를 통해 입사하는 광의 복소 진폭이 조절될 수 있다.The present invention relates to a reflective complex spatial light modulator. According to one embodiment, the reflective complex spatial light modulator includes a reflective layer having a plurality of lower electrodes, a birefringent material formed on the reflective layer and having a plurality of birefringent layers, and a birefringent material. A polarization selection element formed on a material, wherein the birefringent material has a common electrode formed on an adjacent surface of the polarization selection element, and a plurality of electrodes that change in response to electrical signals applied to each of the common electrode and the plurality of lower electrodes. The complex amplitude of light incident through the polarization selection element can be adjusted based on the distribution of the birefringent layer.

Description

반사형 복소수 공간 광 변조기{REFLECTION-TYPE COMPLEX-SPATIAL LIGHT MODULATORS}REFLECTION-TYPE COMPLEX-SPATIAL LIGHT MODULATORS}

본 발명은 반사형 복소수 공간 광 변조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 화소로 복소 공간 전 영역의 복소 진폭을 조절하는 기술적 사상에 관한 것이다.The present invention relates to a reflective complex spatial light modulator, and more specifically, to the technical idea of controlling the complex amplitude of the entire complex space with a single pixel.

고도화된 사회 발전과 함께 광, 신호 등 다양한 영역에서 위상, 진폭 등 다양한 정보처리를 요하고 있다.With advanced social development, various information processing such as phase and amplitude is required in various areas such as light and signal.

특히, 디지털 홀로그램과 광기반 양자 정보처리 기술은 빛의 위상과 진폭을 자유자제로 조절이 필요로 하며, 한 예로, 빛이 편광상태로 양자 얽힘이 있을 시 얽힘 상태에 게이팅 조절을 위해서는 빛의 편광과 무관하게 위상과 진폭을 독립적으로 조절할 필요성이 존재한다.In particular, digital holograms and light-based quantum information processing technologies require free control of the phase and amplitude of light. For example, when there is quantum entanglement in a polarized state of light, the polarization of light is required to control gating in the entanglement state. Regardless, there is a need to independently adjust phase and amplitude.

광공학적 분야에서 빛의 진폭, 위상, 편광과 같은 빛의 특성을 공간적으로 조절해 주는 장치를 공간 광 변조기라고 한다.In the field of optical engineering, a device that spatially adjusts the characteristics of light such as amplitude, phase, and polarization of light is called a spatial light modulator.

일반적인 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)는 진폭 혹은 위상 하나 만을 조절하거나, 진폭과 위상이 서로 결합되어 있다.A typical spatial light modulator (SLM) adjusts only the amplitude or phase, or the amplitude and phase are combined.

따라서, 복소 공간 전 영역(0pi 내지 2pi 위상 * 0 내지 최대 투과도 혹은 반사도)의 복소 진폭을 조절하기 위해서는 다수의 공간 광 변조기를 조합하거나, 여러 화소를 하나의 슈퍼 화소(super-pixel)로 조합하는 방식 등을 사용한다.Therefore, in order to adjust the complex amplitude of the entire complex space (0pi to 2pi phase * 0 to maximum transmittance or reflectance), it is necessary to combine multiple spatial light modulators or combine multiple pixels into one super-pixel. Use methods, etc.

다시 말해, 일반적인, 대중적인 공간 광 변조기는 빛의 진폭 혹은 위상 정보 중 하나만을 조절하며, 일반적인 디스플레이 장치는 진폭과 위상이 서로 결합(couping)되어 있다.In other words, a typical, popular spatial light modulator adjusts only either the amplitude or phase information of light, and a typical display device couples the amplitude and phase to each other.

복소 진폭이란, 빛의 위상과 진폭정보를 의미하며, 복소공간 또는 복소평면이란, 빛의 전기장 또는 자기장을 페이저(phasor) 형태로 표현했을 때, x 축을 전기장 또는 자기장의 Re 성분, y축을 Im성분으로 표현한 공간으로, 벡터의 크기는 진폭, 각도는 위상을 의미한다.Complex amplitude refers to the phase and amplitude information of light, and complex space or complex plane means that when the electric or magnetic field of light is expressed in phasor form, the x-axis is the Re component of the electric field or magnetic field, and the y-axis is the Im component. It is a space expressed as , where the size of the vector refers to the amplitude and the angle refers to the phase.

또한, 복소 공간 전 영역이란, 0pi 내지 2pi까지의 위상에 대하여, 0(즉, black) ~ 상대적으로 최대 값(투과도 또는 반사도)를 의미하며, 복소 공간 전 영역에서 복소 진폭의 조절이 가능함은, 복소공간에서 원점부터 일정 반지름 내의 모든 복소 진폭 값을 구현 가능 함을 의미할 수 있다.In addition, the entire complex space means 0 (i.e. black) to the relatively maximum value (transmittance or reflectivity) for the phase from 0pi to 2pi, and the complex amplitude can be adjusted in the entire complex space, This may mean that all complex amplitude values within a certain radius from the origin can be implemented in complex space.

일반적으로, 복소 진폭의 조절은 하나의 공간 광 변조기의 여러 화소들을 조합하거나, 여러 공간 광 변조기를 조합하여 구현이 가능하다.In general, complex amplitude adjustment can be implemented by combining several pixels of one spatial light modulator or combining several spatial light modulators.

하나의 공간 광 변조기의 여러 화소를 조합하는 경우, 여러 방식이 존재하나, 박막(thin film)형태 구조는 2개 내지 4개의 인접한 화소를 정밀하게 패턴된 광학 소자를 정밀하게 배열시켜 여러 화소를 통과한 빛을 하나로 합치는 구조이며, 비 박막형태 구조의 경우, PBS(Polarizing Beam Splitter), 렌즈, 거울 등을 이용하여 빛을 여러 번 통과시키는 형태를 가진다.When combining multiple pixels of a single spatial light modulator, there are several methods, but the thin film-type structure allows two to four adjacent pixels to pass through multiple pixels by precisely arranging precisely patterned optical elements. It is a structure that combines one light into one, and in the case of a non-thin film structure, it passes light several times using a PBS (Polarizing Beam Splitter), lens, mirror, etc.

박막/비 박막 구조 모두 해상도 손실이 필연적이며, 박막구조는 정밀한 광학소자 기술 및 배열 기술이라는 단점과 비 박막구조는 빛이 이동할 공간과 추가적인 광학소자, 정밀한 배열이 필요하다는 단점을 갖는다.Resolution loss is inevitable for both thin film and non-thin film structures, and thin film structures have the disadvantage of requiring precise optical element technology and arrangement technology, while non-thin film structures have the disadvantage of requiring space for light to move, additional optical elements, and precise arrangement.

진폭만을 조절하는 공간 광 변조기는 A-SLM (amplitude only-SLM)로 지칭되고, 위상만을 조절하는 공간 광 변조기는 P-SLM (Phase only-SLM) 지칭된다.A spatial light modulator that adjusts only amplitude is referred to as A-SLM (amplitude only-SLM), and a spatial light modulator that adjusts only phase is referred to as P-SLM (Phase only-SLM).

앞서 설명한 바와 같이, 여러 공간 광 변조기를 연결하는 방식은 일반적으로 진폭과 위상이 결합된 공간 광 변조기와 이를 보상하기 보상 및 추가적 위상 조절을 위한 P-SLM의 조합 혹은 A-SLM과 P-SLM으로 이루어진다고 볼 수 있다.As previously explained, the method of connecting multiple spatial light modulators is generally a combination of a spatial light modulator that combines amplitude and phase and a P-SLM for compensation and additional phase adjustment, or a combination of A-SLM and P-SLM. It can be seen that it is happening.

추가적으로, A-SLM으로써 가장 흔히 사용되는 방식은 DMD(Digital Micromirror Device) 방식으로 매우 작은 거울의 각도를 조절하여 입사 빛을 온 또는 오프(on-off) 시킨다.Additionally, the most commonly used A-SLM method is the DMD (Digital Micromirror Device) method, which turns incident light on or off by adjusting the angle of a very small mirror.

광량은 시분할 방식으로, 온오프 각각의 횟수를 조절하여 단위 시간 당 평균 밝기로 평균 광량을 조절한다.The light quantity is time-divided, and the average light quantity is adjusted to the average brightness per unit time by controlling the number of on and off cycles.

DMD 방식은 매우 높은 프레임율(frame rate)로 구동 가능하다는 장점이 있으나, 반사형 구조로 빛이 입사 및 반사를 위한 물리적 공간이 필요하며, 사용 구조가 제한이 된다.The DMD method has the advantage of being able to operate at a very high frame rate, but its reflective structure requires physical space for light to enter and reflect, and the structure for use is limited.

또한, 디스플레이 용도로는 괜찮을 수도 있으나, 온오프의 형태로 진폭을 조절하기 때문에 빛의 진행방향과 시간에 따라 빛의 진폭을 조사해보면, 불연속적인 빛의 파동을 관찰할 수 있으며, 빛이 존재하는 영역은 빛의 진폭이 조절되지 않음에 따라 평균 광량보다 순간 광량이 중요한 소자에 사용이 불가능하다는 문제점이 존재한다.In addition, it may be okay for display purposes, but since the amplitude is adjusted in the form of on and off, if you examine the amplitude of the light according to the direction of light and time, you can observe discontinuous light waves, and the presence of light can be observed. Since the amplitude of light is not controlled in the area, there is a problem that it cannot be used in devices where the instantaneous light amount is more important than the average light amount.

A-SLM의 두 번째로 자주 사용되는 구조는 액정을 통한 구조로, 이들은 반사형 투과형 두 구조 모두 가능하다.The second most frequently used structure of A-SLM is the liquid crystal structure, which is available in both reflective and transmissive structures.

DMD와는 달리, 액정 구조는 시공간적으로도 연속적인 조절이 가능하며, 최대 밝기까지 연속적인 진폭조절이 가능하나, DMD보다 프레임율(frame rate)이 매우 낮다.Unlike DMD, the liquid crystal structure allows continuous adjustment in space and time, and continuous amplitude adjustment up to maximum brightness, but the frame rate is much lower than that of DMD.

기존 대부분의 A-SLM의 경우, 이론상 완벽한 진폭(amplitude)에 대한 구동이 불가능하며, 일정양의 위상 변조(phase modulation)가 존재한다. 이를 해결하기 위하여 기존 대부분의 A-SLM은 추가적인 보상필름을 사용하거나, 추가적인 구조가 요구되는 실정이다.In the case of most existing A-SLMs, it is theoretically impossible to drive with perfect amplitude, and a certain amount of phase modulation exists. To solve this problem, most existing A-SLMs use additional compensation films or require additional structures.

즉, 단일 구조로 복소 공간 전 영역에서 복소 진폭 조절이 가능한 공간 광 변조기는 확인하기 어렵다.In other words, it is difficult to identify a spatial light modulator capable of controlling complex amplitude in the entire complex space with a single structure.

한국등록특허 제10-1505927호, "광의 진폭 및 위상 변조 장치"Korean Patent No. 10-1505927, “Optical amplitude and phase modulation device” 한국공개특허 제10-2020-0101044호, "홀로그래픽 영상을 제공하는 다중 영상 디스플레이 장치"Korean Patent Publication No. 10-2020-0101044, “Multiple image display device providing holographic images” 한국공개특허 제10-2017-0009255호, "공간 광 변조기 및 이를 이용한 디지털 홀로그래피"Korean Patent Publication No. 10-2017-0009255, “Spatial light modulator and digital holography using the same” 한국등록특허 제10-1993566호, "위상 변조기와 상호 작용하는 광을 변조하는 위상 변조기"Korean Patent No. 10-1993566, “Phase modulator that modulates light that interacts with a phase modulator”

본 발명은 비대칭적 분포의 복굴절층들과 편광 선택 소자를 사용하여, 추가적인 광학소자와 공간 광 변조기 없이 기존 해상도를 유지하며 단일 화소로 복소 공간 전 영역의 복소 진폭을 조절하는 반사형 복소수 공간 광 변조기를 제공하고자 한다. The present invention is a reflective complex spatial light modulator that uses asymmetrically distributed birefringent layers and a polarization selection element to control the complex amplitude of the entire complex space with a single pixel while maintaining the existing resolution without additional optical elements and a spatial light modulator. We would like to provide.

또한, 본 발명은 홀로그램, 광학 핀셋(optical tweezer), 광통신, 양자통신 등 다양한 광학 및 양자광학 실험, 어플리케이션에서 광의 진폭과 위상을 동시에 조절할 수 있는 반사형 복소수 공간 광 변조기를 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide a reflective complex spatial light modulator that can simultaneously adjust the amplitude and phase of light in various optical and quantum optical experiments and applications such as holograms, optical tweezers, optical communication, and quantum communication.

또한, 본 발명은 비대칭적 분포의 복굴절층들을 구비하는 복굴절 물질 하부에 반사층을 배치하여, 복굴절층들이 대칭적 분포일 때와 실질적으로 동일한 기능을 하여 단일 화소로 복소 공간 전 영역의 복소 진폭을 조절할 수 있는 반사형 복소수 공간 광 변조기를 제공하고자 한다.In addition, the present invention arranges a reflective layer below a birefringent material having asymmetrically distributed birefringent layers, so that it has substantially the same function as when the birefringent layers are symmetrically distributed, allowing the complex amplitude of the entire complex space to be adjusted with a single pixel. The object is to provide a reflective complex spatial light modulator that can

또한, 본 발명은 적어도 두 개의 위상 공간 상에서 진폭을 조절함에 따라 배가(doubling)되는 정보량을 처리할 수 있는 반사형 복소수 공간 광 변조기를 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide a reflective complex spatial light modulator that can process the amount of information that is doubled by adjusting the amplitude in at least two phase spaces.

또한, 본 발명은 위상공간의 상대적 위상차에 기반하여 위상공간 상에서 음의 진폭에서 양의 진폭까지 연속적으로 조절할 수 있는 반사형 복소수 공간 광 변조기를 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide a reflective complex spatial light modulator that can continuously adjust from negative amplitude to positive amplitude in phase space based on the relative phase difference in phase space.

본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 복수의 하부 전극을 구비하는 반사층, 반사층 상에 형성되고 복수의 복굴절층을 구비하는 복굴절 물질 및 복굴절 물질 상에 형성되는 편광 선택 소자를 포함하고, 여기서 복굴절 물질은 편광 선택 소자와의 인접면에 형성된 공통 전극을 구비하고 공통 전극과 복수의 하부 전극 각각에 인가되는 전기적 신호에 대응하여 변경되는 복수의 복굴절층의 분포에 기반하여 편광 선택 소자를 통해 입사하는 광의 복소 진폭이 조절될 수 있다. A reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention includes a reflective layer having a plurality of lower electrodes, a birefringent material formed on the reflective layer and having a plurality of birefringent layers, and a polarization selection element formed on the birefringent material. Here, the birefringent material has a common electrode formed on an adjacent surface of the polarization selection element and is used as a polarization selection element based on the distribution of a plurality of birefringence layers that change in response to an electrical signal applied to each of the common electrode and the plurality of lower electrodes. The complex amplitude of incident light can be adjusted through .

일측에 따르면, 편광 선택 소자는 기설정된 제1 편광에 대응되는 제1 광이 입사되면 제1 광은 복굴절 물질로 입사 시키고, 제2 편광에 대응되는 제2 광이 입사되면 제2 광은 투과 시킬 수 있다. According to one side, when the first light corresponding to the preset first polarization is incident on the polarization selection element, the first light is incident on the birefringent material, and when the second light corresponding to the second polarization is incident, the second light is transmitted. You can.

일측에 따르면, 복굴절 물질은 입사되는 제1 광이 반사층을 통해 반사되고, 반사된 제1 광에 대응되는 제3 광 및 제4 광이 복굴절 물질로 입사될 수 있다.According to one side, the first light incident on the birefringent material is reflected through the reflective layer, and the third and fourth lights corresponding to the reflected first light may be incident on the birefringent material.

일측에 따르면, 편광 선택 소자는 입사되는 제3 광 및 제4 광 중 제1 편광에 대응되는 제3 광은 제1 광의 입사 방향으로 출사 시키고, 제4 광은 투과 시킬 수 있다.According to one side, the polarization selection element may cause the third light corresponding to the first polarization among the incident third and fourth lights to be emitted in the incident direction of the first light, and the fourth light may be transmitted.

일측에 따르면, 복굴절 물질은 복수의 복굴절층의 극각 분포와 방위각 분포가 비대칭적인 분포를 이루도록 배치될 수 있다. According to one side, the birefringent material may be arranged so that the polar angle distribution and azimuth distribution of the plurality of birefringent layers are asymmetrically distributed.

일측에 따르면, 복수의 복굴절층은 복굴절 물질 내에서 비대칭적으로 분포되되, 제1 광이 반사층으로 인해 복굴절 물질을 2회 통과함에 따라 대칭적으로 분포 되었을 때와 동일하게 복소 진폭이 조절될 수 있다.According to one side, the plurality of birefringent layers are asymmetrically distributed within the birefringent material, but as the first light passes through the birefringent material twice due to the reflection layer, the complex amplitude can be adjusted to be the same as when distributed symmetrically. .

일측에 따르면, 편광 선택 소자는 PBS (Polarizing beam spiltter)일 수 있다. According to one side, the polarization selection element may be a polarizing beam spiller (PBS).

일측에 따르면, 복수의 복굴절층은 단축 복굴절층일 수 있다.According to one side, the plurality of birefringent layers may be uniaxial birefringent layers.

일측에 따르면, 복수의 복굴절층은 액정(Liquid Crystal; LC) 물질을 포함할 수 있다.According to one side, the plurality of birefringent layers may include a liquid crystal (LC) material.

일측에 따르면, 반사층은 반사면을 구비하는 거울 및 기판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one side, the reflective layer may include at least one of a mirror and a substrate having a reflective surface.

일실시예에 따르면, 본 발명은 비대칭적 분포의 복굴절층들과 편광 선택 소자를 사용하여, 추가적인 광학소자와 공간 광 변조기 없이 기존 해상도를 유지하며 단일 화소로 복소 공간 전 영역의 복소 진폭을 조절할 수 있다. According to one embodiment, the present invention uses asymmetrically distributed birefringent layers and a polarization selection element to control the complex amplitude of the entire complex space with a single pixel while maintaining the existing resolution without additional optical elements and spatial light modulators. there is.

일실시예에 따르면, 본 발명은 홀로그램, 광학 핀셋(optical tweezer), 광통신, 양자통신 등 다양한 광학 및 양자광학 실험, 어플리케이션에서 광의 진폭과 위상을 동시에 조절할 수 있다.According to one embodiment, the present invention can simultaneously control the amplitude and phase of light in various optical and quantum optics experiments and applications such as holograms, optical tweezers, optical communication, and quantum communication.

일실시예에 따르면, 본 발명은 비대칭적 분포의 복굴절층들을 구비하는 복굴절 물질 하부에 반사층을 배치하여, 복굴절층들이 대칭적 분포일 때와 실질적으로 동일한 기능을 하여 단일 화소로 복소 공간 전 영역의 복소 진폭을 조절할 수 있다.According to one embodiment, the present invention arranges a reflective layer below a birefringent material having asymmetrically distributed birefringent layers, so that it performs substantially the same function as when the birefringent layers are symmetrically distributed, and displays the entire area of complex space with a single pixel. The complex amplitude can be adjusted.

일실시예에 따르면, 본 발명은 반사형 복소수 공간 광 변조기는 적어도 두 개의 위상 공간 상에서 진폭을 조절함에 따라 배가(doubling)되는 정보량을 처리하고, 위상공간의 상대적 위상차에 기반하여 위상공간 상에서 음의 진폭에서 양의 진폭까지 연속적으로 조절할 수 있다.According to one embodiment, the present invention is a reflective complex spatial light modulator that processes the amount of information that is doubled by adjusting the amplitude in at least two phase spaces, and generates negative signals in the phase space based on the relative phase difference in the phase space. It can be continuously adjusted from amplitude to positive amplitude.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기의 동작 개념을 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기를 설명하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기를 구성하는 복수의 복굴절층의 방향자 방향을 설명하는 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기를 이용한 시뮬레이션을 설명하는 도면이다.
1A to 1B are diagrams illustrating the operating concept of a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are diagrams illustrating a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.
3A to 3E are diagrams illustrating the director direction of a plurality of birefringent layers constituting a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.
4 to 8 are diagrams illustrating a simulation using a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are merely illustrative for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention. They may be implemented in various forms and are not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in this specification. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들면 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used solely for the purpose of distinguishing one component from another, for example, a first component may be named a second component, and similar Thus, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들면 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Expressions that describe the relationship between components, such as “between”, “immediately between” or “directly adjacent to”, should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate the presence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, and one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these examples. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기의 동작 개념을 설명하는 도면이다.1A to 1B are diagrams illustrating the operating concept of a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기의 동작 개념도를 예시하고, 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기의 복소진폭(진폭+위상)을 조절하는 특징을 설명하기 위한 타이밍도를 예시한다.Specifically, FIG. 1A illustrates a conceptual diagram of the operation of a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B illustrates the complex amplitude (amplitude + A timing diagram to explain the characteristics of controlling phase is illustrated.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기(104)는 진폭만을 조절하는 공간 광 변조기인 A-SLM(101)과 바이너리(Binary)로 위상 조절이 가능한 공간 광 변조기인 BP-SLM(102)가 단순히 결합된 결합 공간 광 변조기(103)와 동일한 역할을 할 수 있다.Referring to FIG. 1A, the reflective complex spatial light modulator 104 according to an embodiment of the present invention includes an A-SLM 101, which is a spatial light modulator that adjusts only the amplitude, and a spatial light whose phase can be adjusted in binary. The BP-SLM 102, which is a modulator, can play the same role as the simple combined spatial light modulator 103.

또한, 반사형 복소수 공간 광 변조기(104)는 0~2pi까지 조절가능한 P-SLM과 A-SLM(101)의 조합과 동일한 역할을 할 수 있다.Additionally, the reflective complex spatial light modulator 104 can play the same role as the combination of the P-SLM and A-SLM 101, which can be adjusted from 0 to 2pi.

또한, 반사형 복소수 공간 광 변조기(104)는 수평 전계 신호만을 이용할 경우 결합 공간 광 변조기(103)와 동일한 역할을 할 수 있다.Additionally, the reflective complex spatial light modulator 104 can play the same role as the combined spatial light modulator 103 when only horizontal electric field signals are used.

일반적인 복소 진폭 조절 기술에 해당하는 결합 공간 광 변조기(103)는 복소 진폭의 조절은 하나의 공간 광 변조기의 여러 화소들을 조합하거나, 여러 공간 광 변조기를 조합하여 구현이 가능하다.In the combined spatial light modulator 103, which corresponds to a general complex amplitude control technology, complex amplitude control can be implemented by combining several pixels of one spatial light modulator or combining several spatial light modulators.

하나의 공간 광 변조기의 여러 화소를 조합하는 경우, 여러 방식이 존재하나, 박막(thin film)형태 구조는 2개 내지 4개의 인접한 화소를 정밀하게 패턴된 광학 소자를 정밀하게 배열시켜 여러 화소를 통과한 빛을 하나로 합치는 구조를 가질 수 있다.When combining multiple pixels of a single spatial light modulator, there are several methods, but the thin film-type structure allows two to four adjacent pixels to pass through multiple pixels by precisely arranging precisely patterned optical elements. It can have a structure that combines one light into one.

여러 공간 광 변조기를 연결하는 방식은 일반적으로 진폭과 위상이 결합(coupling)된 SLM과 이를 보상하기 보상 및 추가적 위상 조절을 위한 P-SLM의 조합 혹은 A-SLM과 P-SLM으로 이루어질 수 있다.The method of connecting multiple spatial light modulators is generally a combination of SLM for coupling amplitude and phase and P-SLM for compensation and additional phase adjustment, or A-SLM and P-SLM.

본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기(104)는 추가적인 광학 소자 없이, 단일 화소만으로 복소 진폭의 조절이 가능한데, 반사층과, 복굴절층의 비대칭적 분포 및 편광 선택 소자라는 조합을 수반하는 모든 구조를 포함한다.The reflective complex spatial light modulator 104 according to an embodiment of the present invention is capable of controlling complex amplitude with only a single pixel without additional optical elements, and involves a combination of a reflective layer, asymmetric distribution of a birefringent layer, and a polarization selection element. Includes all structures that

도 1b의 타이밍도(110)를 참조하면, 제1 시간 구간(111), 제2 시간 구간(112), 제3 시간 구간(113) 및 제4 시간 구간(114)으로 구분이 가능하다.Referring to the timing diagram 110 of FIG. 1B, it can be divided into a first time section 111, a second time section 112, a third time section 113, and a fourth time section 114.

일례로, 타이밍도(110)는 제2 시간 구간(112) 내지 제4 시간 구간(114)에서 진폭과 위상이 변화할 시 복소 진폭이 조절되는 결과를 예시한다.As an example, the timing diagram 110 illustrates the result of adjusting the complex amplitude when the amplitude and phase change in the second to fourth time sections 112 to 114.

본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 진폭과 위상을 포함하는 복소 진폭(즉, 진폭+위상)을 조절하는 C-SLM(complex amplitude-SLM)일 수 있다.The reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention may be a complex amplitude-SLM (C-SLM) that adjusts complex amplitude including amplitude and phase (i.e., amplitude + phase).

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 위상이 바이너리(binary)라는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 특정 수평 전계에, 수직 전계를 조절하면서 위상 정보를 조절할 수 있고, 특정 수직 전계에, 수평 전계를 조절하면서, 바이너리 위상 공간에서 진폭을 조절할 수 있다.In addition, the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention can adjust phase information while adjusting the vertical electric field to a specific horizontal electric field in order to solve the problem of the prior art that the phase is binary. By adjusting the vertical electric field and the horizontal electric field, the amplitude can be tuned in binary phase space.

타이밍도(110)는 본 발명의 하나의 실시예로서, 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기의 진폭과 위상을 포함하는 복소 진폭을 조절하는 구성은 타이밍도(110)에 한정되지 않는다. The timing diagram 110 is an embodiment of the present invention, and the configuration for adjusting the complex amplitude including the amplitude and phase of the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention is limited to the timing diagram 110. It doesn't work.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기를 설명하는 도면이다.2A to 2C are diagrams illustrating a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 2a는 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기의 구조를 예시하고, 도 2b 내지 도 2c는 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기에서 광을 변조하는 과정을 예시한다. Specifically, FIG. 2A illustrates the structure of a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment, and FIGS. 2B to 2C illustrate a process of modulating light in the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 비대칭적 분포의 복굴절층들과 편광 선택 소자를 사용하여, 추가적인 광학소자와 공간 광 변조기 없이 기존 해상도를 유지하며 단일 화소로 복소 공간 전 영역의 복소 진폭을 조절할 수 있다.Referring to FIGS. 2A to 2C, the reflective complex spatial light modulator according to one embodiment uses asymmetrically distributed birefringent layers and a polarization selection element, maintaining the existing resolution without additional optical elements and spatial light modulator and producing a single The complex amplitude of the entire complex space can be adjusted with pixels.

또한, 반사형 복소수 공간 광 변조기는 홀로그램, 광학 핀셋(optical tweezer), 광통신, 양자통신 등 다양한 광학 및 양자광학 실험, 어플리케이션에서 광의 진폭과 위상을 동시에 조절할 수 있다.In addition, the reflective complex spatial light modulator can simultaneously control the amplitude and phase of light in various optical and quantum optics experiments and applications such as holograms, optical tweezers, optical communication, and quantum communication.

또한, 반사형 복소수 공간 광 변조기는 비대칭적 분포의 복굴절층들을 구비하는 복굴절 물질 하부에 반사층을 배치하여, 복굴절층들이 대칭적 분포일 때와 실질적으로 동일한 기능을 하여 단일 화소로 복소 공간 전 영역의 복소 진폭을 조절할 수 있다.In addition, the reflective complex spatial light modulator arranges a reflective layer under a birefringent material having asymmetrically distributed birefringent layers, and performs substantially the same function as when the birefringent layers are symmetrically distributed, allowing a single pixel to display the entire complex space. The complex amplitude can be adjusted.

또한, 반사형 복소수 공간 광 변조기는 적어도 두 개의 위상 공간 상에서 진폭을 조절함에 따라 배가(doubling)되는 정보량을 처리하고, 위상공간의 상대적 위상차에 기반하여 위상공간 상에서 음의 진폭에서 양의 진폭까지 연속적으로 조절할 수 있다.In addition, the reflective complex spatial light modulator processes the amount of information that is doubled by adjusting the amplitude in at least two phase spaces, and continuously moves from negative to positive amplitude in the phase space based on the relative phase difference in the phase space. It can be adjusted.

이를 위해, 반사형 복소수 공간 광 변조기는 도면부호 200에 도시된 바와 같이, 반사층(201), 반사층(201) 상에 형성되는 복굴절 물질(202) 및 복굴절 물질(202) 상에 형성되는 편광 선택 소자(204)를 포함할 수 있다. For this purpose, the reflective complex spatial light modulator, as shown in reference numeral 200, includes a reflective layer 201, a birefringent material 202 formed on the reflective layer 201, and a polarization selection element formed on the birefringent material 202. It may include (204).

예를 들면, 반사층(201)은 반사면을 구비하는 거울 및 기판 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 기판은 실리콘 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the reflective layer 201 may include at least one of a mirror having a reflective surface and a substrate, and the substrate may be a silicon substrate, but is not limited thereto.

이를 통해, 반사층(201)은 복굴절 물질(202)을 투과한 광을 반사시켜 다시 복굴절 물질(202)에 반사된 광을 제공할 수 있다. Through this, the reflective layer 201 can reflect the light that has transmitted through the birefringent material 202 and provide the reflected light back to the birefringent material 202.

반사층(201)은 복수의 하부 전극(201-1)을 구비하고, 복굴절 물질(202)은 복수의 복굴절층(202-1)을 구비할 수 있다.The reflective layer 201 may include a plurality of lower electrodes 201-1, and the birefringent material 202 may include a plurality of birefringent layers 202-1.

여기서, 복굴절 물질(202)은 편광 선택 소자(204)와의 인접면에 형성된 공통 전극(즉, 상부 전극)(203)을 구비하고, 공통 전극(203)과 복수의 하부 전극(201-1) 각각에 인가되는 전기적 신호에 대응하여 변경되는 복수의 복굴절층(202-1)의 분포에 기반하여 편광 선택 소자(204)를 통해 입사하는 광의 복소 진폭이 조절될 수 있다.Here, the birefringent material 202 has a common electrode (i.e., upper electrode) 203 formed on an adjacent surface of the polarization selection element 204, and each of the common electrode 203 and the plurality of lower electrodes 201-1 The complex amplitude of light incident through the polarization selection element 204 may be adjusted based on the distribution of the plurality of birefringent layers 202-1 that change in response to the electrical signal applied to the light.

일측에 따르면, 반사형 복소수 공간 광 변조기는 반드시 전기적 신호에 기반하여 복수 진폭을 조절하는 것은 아니고, 복수의 복굴절층(202-1)의 배열 조건 및 편광 선택 소자(204)의 편광 조건을 만족하는 경우 복소 진폭을 조절할 수도 있으며, 이러한 특성은 광학(optical) SLM에 적용할 수 있다. According to one side, the reflective complex spatial light modulator does not necessarily adjust multiple amplitudes based on electrical signals, but satisfies the arrangement conditions of the plurality of birefringent layers 202-1 and the polarization conditions of the polarization selection element 204. In this case, the complex amplitude can be adjusted, and this characteristic can be applied to optical SLM.

이하에서는, 특별한 언급이 없다면 복굴절 물질(202)로 입사되는 광은 z축 평면에 평행하게 입사되는 것으로 가정할 수 있으며, 입사하는 광의 z축으로부터의 각도를 극각, x축으로부터 y축 방향으로의 각도를 방위각으로 정의한다.Hereinafter, unless otherwise specified, it can be assumed that the light incident on the birefringent material 202 is incident parallel to the z-axis plane, and the angle from the z-axis of the incident light is defined as the polar angle from the x-axis to the y-axis. An angle is defined as an azimuth.

일측에 따르면, 편광 선택 소자(204)는 기설정된 제1 편광에 대응되는 제1 광이 입사되면 제1 광은 복굴절 물질로 입사 시키고, 제2 편광에 대응되는 제2 광이 입사되면 제2 광은 투과 시킬 수 있다. According to one side, when the first light corresponding to the preset first polarization is incident, the polarization selection element 204 causes the first light to enter the birefringent material, and when the second light corresponding to the second polarization is incident, the second light is incident. can be transmitted.

예를 들면, 제1 편광은 x 편광 및 y 편광 중 어느 하나의 편광일 수 있고, 제2 편광은 x 편광 및 y 편광 중 어느 하나의 편광을 제외한 다른 하나의 편광일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the first polarization may be one of x polarization and y polarization, and the second polarization may be a polarization other than one of x polarization and y polarization, but is not limited thereto. no.

다시 말해, 제1 편광은 x 편광이고 제2 편광은 y 편광일 수 있다. 또한, 제1 편광은 y 편광이고, 제2 편광은 x 편광일 수도 있다. In other words, the first polarization may be x-polarization and the second polarization may be y-polarization. Additionally, the first polarization may be y-polarization, and the second polarization may be x-polarization.

복굴절 물질(202)은 복수의 복굴절층(202-1)의 극각 분포와 방위각 분포가 비대칭적인 분포를 이루도록 배치될 수 있다. The birefringent material 202 may be arranged so that the polar angle distribution and azimuth distribution of the plurality of birefringent layers 202-1 are asymmetrically distributed.

일측에 따르면, 복수의 복굴절층(202-1)은 복굴절 물질(202) 내에서 비대칭적으로 분포되되, 제1 광이 반사층(201)으로 인해 복굴절 물질(202)을 2회 통과함에 따라 대칭적으로 분포 되었을 때와 동일한 기능을 하게 되어, 복소 진폭이 조절될 수 있다. According to one side, the plurality of birefringent layers 202-1 are asymmetrically distributed within the birefringent material 202, but are symmetrical as the first light passes through the birefringent material 202 twice due to the reflection layer 201. It performs the same function as when distributed, and the complex amplitude can be adjusted.

구체적으로, 복수의 복굴절층(202-1)은 반사층(201)을 기준으로 위상차항과 슬로우 축(slow axis)의 방위각 방향이 실질적으로 대칭적 분포를 이루어서 극각 분포에 의해 결정되는 공통위상항의 전체 합에 기반하여 위상을 조절할 수 있다.Specifically, in the plurality of birefringent layers 202-1, the phase difference term and the azimuthal direction of the slow axis are substantially symmetrically distributed with respect to the reflection layer 201, so that the entire common phase term determined by the polar angle distribution is formed. The phase can be adjusted based on the sum.

또한, 복수의 복굴절층(202-1)은 반사층(201)을 기준으로 위상차항과 슬로우 축(slow axis)의 방위각 방향이 대칭적 분포에 기반하여 위상차항과 슬로우 축(slow axis)의 방위각 방향의 분포를 변화시켜 진폭을 조절 할 수 있다. In addition, the plurality of birefringent layers 202-1 are based on a symmetrical distribution of the azimuthal direction of the phase difference term and the slow axis with respect to the reflection layer 201. The amplitude can be adjusted by changing the distribution.

예를 들면, 비대칭적으로 분포된 복수의 복굴절층(202-1)들은 반사층(201)으로 인해, 입사하는 제1 광에 대한 z축으로부터의 각도인 극각과 x축 및 y축 방향으로의 각도인 방위각이 실질적으로 대칭 구조로 구현될 수 있다. For example, the plurality of asymmetrically distributed birefringent layers 202-1 have a polar angle, which is an angle from the z-axis with respect to the incident first light, and an angle in the x-axis and y-axis directions due to the reflection layer 201. The azimuth angle may be implemented in a substantially symmetrical structure.

일례로, 특정 방위각 a에 대하여 a+-180도는 동일한 역할을 하며, 특정 방위각 a, 극각 b에 대하여 a, -b 또한 동일한 역할을 할 수 있다.For example, for a specific azimuth a, a+-180 degrees play the same role, and for a specific azimuth a and polar angle b, a and -b can also play the same role.

보다 구체적으로, 반사형 복소수 공간 광 변조기는 공통 전극(203)과 복수의 하부 전극(201-1) 각각을 통해 인가되는 전기적 신호에 따라 복굴절 물질(202) 내에서 수평 전계 또는 수직 전계가 형성될 수 있으며, 형성된 전계에 따라 복수의 복굴절층(202-1)의 방위각 분포 및 극각 분포가 변경되어, 결과적으로 복굴절 물질(202)로 입사되는 광의 복소 진폭을 조절할 수 있다. More specifically, the reflective complex spatial light modulator generates a horizontal electric field or a vertical electric field within the birefringent material 202 according to the electrical signal applied through each of the common electrode 203 and the plurality of lower electrodes 201-1. The azimuth angle distribution and polar angle distribution of the plurality of birefringent layers 202-1 are changed according to the formed electric field, and as a result, the complex amplitude of light incident on the birefringent material 202 can be adjusted.

예를 들면, 복수의 복굴절층(202-1)은 복수의 하부 전극(201-1) 중 제1 하부 전극에는 기설정된 제1 레벨의 전압을 인가하고, 제2 하부 전극에는 기설정된 제2 레벨의 전압을 인가하면, 방위각 분포가 변경될 수 있다.For example, the plurality of birefringent layers 202-1 applies a preset first level voltage to the first lower electrode among the plurality of lower electrodes 201-1, and applies a preset second level voltage to the second lower electrode. When a voltage of is applied, the azimuth distribution may be changed.

또한, 복수의 복굴절층(202-1)은 공통 전극에 기설정된 제3 레벨의 전압이 인가되고, 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극에 기설정된 제4 레벨의 전압이 인가되면 극각 분포가 변경될 수 있다.In addition, the polar angle distribution of the plurality of birefringent layers 202-1 changes when a preset third level voltage is applied to the common electrode and a preset fourth level voltage is applied to the first lower electrode and the second lower electrode. It can be.

일측에 따르면, 편광 선택 소자(204)는 PBS(Polarizing beam spiltter)일 수 있고, 복수의 복굴절층(202-1)은 광학적으로 단축 복굴절 특성을 보이는 균질성(homogeneous) 물질일 수 있으며, 이는 일종의 파장판에 해당할 수 있다.According to one side, the polarization selection element 204 may be a polarizing beam spiltter (PBS), and the plurality of birefringent layers 202-1 may be a homogeneous material that optically exhibits uniaxial birefringence characteristics, which is a type of wavelength. It may correspond to a plate.

예를 들면, 복수의 복굴절층(202-1)은 액정(Liquid Crystal; LC) 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the plurality of birefringent layers 202-1 may include a liquid crystal (LC) material, but is not limited thereto.

여기서, 단축 복굴절 특성을 보이는 단축 복굴절층은 두 방향으로 굴절률(no, ordinary refractive index)이 같고 한 방향으로 굴절률(ne, extraordinary refractive index)이 다른 물질을 의미하며, 방향자는 ne를 나타낸다.Here, a uniaxial birefringent layer showing uniaxial birefringence characteristics refers to a material that has the same refractive index ( no , ordinary refractive index) in two directions and a different refractive index (ne e , extraordinary refractive index) in one direction, and the director represents ne . .

한편, 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 일실시예에 따른 편광 선택 소자(204)를 복수의 편광판으로 대체하고, 반사층(201)을 삭제하여 투과형 복소수 공간 광 변조기로 구현될 수도 있다. Meanwhile, the reflection-type complex spatial light modulator according to an embodiment may be implemented as a transmission-type complex spatial light modulator by replacing the polarization selection element 204 according to an embodiment with a plurality of polarizers and eliminating the reflection layer 201. .

구체적으로, 투과형 복소수 공간 광 변조기는 복굴절 물질(202) 하부에 제1 편광판을 배치하고, 복굴절 물질(202) 상부에 제1 편광판에 대하여 90도 내지 -90도 회전되어 대향하는 제2 편광판을 배치될 수 있다. Specifically, the transmission-type complex spatial light modulator arranges a first polarizer below the birefringent material 202, and disposes a second polarizer on top of the birefringent material 202 that is rotated 90 degrees to -90 degrees with respect to the first polarizer to face the other. It can be.

다만, 상술한 투과형 복소수 공간 광 변조기는 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기와 동일한 역할을 수행하기 위해서, 복수의 복굴절층(202-1)이 z=0에서 z=d까지 존재해야 하며(반사형 복소수 공간 광 변조기는 z=0~d/2 또는 z=d/2~d에만 존재), 단일 분포로 대칭성 조건을 만족하기 어려운 복수의 복굴절층의 분포의 경우 중간층을 삽입하여 두 층을 대칭적으로 만드는 방법 등을 적용해야만 한다. However, in order for the above-described transmission-type complex spatial light modulator to perform the same role as the reflection-type complex spatial light modulator according to one embodiment, a plurality of birefringent layers 202-1 must exist from z = 0 to z = d. (Reflective complex spatial light modulator exists only at z=0~d/2 or z=d/2~d). In the case of a distribution of multiple birefringent layers where it is difficult to satisfy the symmetry condition with a single distribution, an intermediate layer is inserted to create two layers. A method of making it symmetrical must be applied.

반면, 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 반사층(201), 복굴절 물질(202) 및 편광 선택 소자(204)의 심플한 구성을 통해 대칭성 조건에 대한 고려 없이 보다 작은 사이즈로 투과형 복소수 공간 광 변조기와 실질적으로 동일한 성능을 갖는 광 변조기를 구현할 수 있다. On the other hand, the reflection-type complex spatial light modulator according to one embodiment has a simple configuration of a reflection layer 201, a birefringent material 202, and a polarization selection element 204 to produce transmission-type complex space light in a smaller size without considering symmetry conditions. An optical modulator having substantially the same performance as the modulator can be implemented.

이하에서는, 수식1 내지 수식7을 이용하여 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기 및 투과형 복소수 공간 광 변조기의 유사성에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the similarity between the reflective complex spatial light modulator and the transmissive complex spatial light modulator according to an embodiment will be described using Equations 1 to 7.

광 변조기는 정반사를 기본으로 설계될 수 있으며, 사입사 또한 일부 오차나 보정 광학 컴포넌트(component)를 사용하는 경우 사입사 구조로도 구현될 수 있다. The optical modulator can be designed based on regular reflection, and can also be implemented with an oblique incidence structure if some error or correction optical components are used.

구체적으로, 광 변조기는 정반사를 기준으로 실험실 좌표계 기준 광이 ±z 방향으로, 즉 복굴절 물질에서의 입사 광 및 반사 광의 진행 방향이 진행하고, 편광면이 x, y 평면으로 설정되도록 설계될 수 있다.Specifically, the light modulator can be designed so that light, based on the laboratory coordinate system based on regular reflection, travels in the ±z direction, that is, the direction of incident light and reflected light in the birefringent material travels, and the polarization plane is set to the x, y plane. .

또한, 광 변조기는 복굴절 물질로의 입사 광이 반사층에 의해 반사되면, 즉 반사 광이 출력되면 광의 진행방향, 광 좌표계 축 방향들이 달라지므로, 입사 광 및 반사 광을 구성하는 성분들은 하기 수식1과 같이 정의될 수 있다. In addition, in the optical modulator, when the incident light on the birefringent material is reflected by the reflection layer, that is, when the reflected light is output, the traveling direction of the light and the axis directions of the optical coordinate system change, so the components constituting the incident light and the reflected light are expressed in Equation 1 below can be defined together.

[수식1][Formula 1]

여기서, J는 편광, Mi는 복굴절층, Mm은 복굴절 물질, P는 편광판을 의미한다. Here, J refers to polarization, M i refers to the birefringent layer, M m refers to the birefringent material, and P refers to the polarizer.

광의 진행 방향은 광 좌표계 기준 입사 / 반사 모두 z축으로 설정될 수 있으며, 좌표계 기준 입사시에는 z축 방향으로, 반사시에는 -z축 방향으로 설정될 수 있으며, y축 좌표는 두 좌표계 동일한 방향으로 설정될 수 있다.The direction of light can be set to the z-axis for both incident and reflection based on the optical coordinate system. When incident is based on the coordinate system, it can be set to the z-axis direction, and when reflected, it can be set to the -z-axis direction. The y-axis coordinate can be set to the same direction in both coordinate systems. can be set.

또한, x, y, z축 방향들은 오른손 좌표계를 기준으로 설정되었기에 입사시에는 두 좌표계의 축 방향들이 동일하지만, 반사시 실험실과 빛 좌표계의 x, z축 방향은 서로 반대가 될 수 있다.In addition, the x, y, and z axes directions are set based on the right-handed coordinate system, so the axes directions of the two coordinate systems are the same when incident, but the x, z axes directions of the laboratory and light coordinate systems may be opposite to each other when reflected.

편광면은 x, y 평면으로 정의하였기 때문에, 이후 편광과 복굴절층, 복굴절 물질 및 편광 선택 소자의 편광 방향은 y축 대칭이 될 수 있다. Since the polarization plane is defined as the x and y plane, the subsequent polarization directions of the polarization and birefringent layer, birefringent material, and polarization selection element can be y-axis symmetrical.

상술한 바와 같이, 균질성 복굴절층을 Mi로 가정하면, 임의의 Mi들로 구성된 복굴절 물질(Mm)은 하기 수식2와 같이 정의할 수 있다.As described above, assuming that the homogeneous birefringent layer is M i , the birefringent material (M m ) composed of arbitrary M i can be defined as shown in Equation 2 below.

[수식2][Formula 2]

이때, 일실시예에 따른 투과형 복소수 공간 광 변조기는 하기 수식3과 같이 정의될 수 있다. At this time, the transmissive complex spatial light modulator according to one embodiment can be defined as Equation 3 below.

[수식3][Formula 3]

여기서, Jin은 입사시 편광, Jout은 출사시 편광, Pin은 입사시 편광판, Pout은 출사시 편광판, Mm,ro는 Mm과 동일한 복굴절층으로 구성되지만 역순으로 배열된 복굴절 물질을 의미하며, Mm,ro는 하기 수식4와 같이 정의될 수 있다. Here, J in is the polarization at incident, J out is the polarization at exit, P in is the polarizer at incident, P out is the polarizer at exit, and M m,ro is a birefringent material composed of the same birefringent layers as M m but arranged in reverse order. means, and M m,ro can be defined as Equation 4 below.

[수식4][Formula 4]

Pøin 및 Pøout이 서로 ±90도 회전된 편광판이라고 하면, 투과형 복소수 공간 광 변조기와 같으며, 약간 다르더라도 근사적 복소수 공간 광 변조기로 동작할 수 있다. If P øin and P øout are polarizers rotated ±90 degrees from each other, it is the same as a transmissive complex spatial light modulator, and although it is slightly different, it can operate as an approximate complex spatial light modulator.

복수의 복굴절 물질의 중간 지점에서의 편광은 하기 수식5와 같이 정의할 수 있다. Polarization at the midpoint of a plurality of birefringent materials can be defined as Equation 5 below.

[수식5][Formula 5]

상술한 바와 같이, 반사시에는 편광들과 복굴절 물질의 방향이 y축 된 것과 같이 작용하고, 입사시 통과한 복굴절 물질을 역순으로 통과할 수 있으며, 이는 하기 수식6과 같이 표현될 수 있으며, 수식6에서 Y는 y축 대칭 행렬을 의미한다. As described above, at the time of reflection, the directions of the polarized light and the birefringent material act as if they are on the y-axis, and can pass through the birefringent material passed at the time of incidence in the reverse order. This can be expressed as Equation 6 below, Equation 6 Y means a y-axis symmetric matrix.

[수식6][Formula 6]

반사부터 최종 출사 편광은 하기 수식7과 같이 정의할 수 있다. Polarization from reflection to final emission can be defined as Equation 7 below.

[수식7][Formula 7]

즉, 반사구조의 최종 편광은 투과형 구조의 결과를 Y축 대칭한 것과 동일하며, Y축 대칭한 것을 제외하고, 진폭과 위상은 투과형 구조와 동일하다. In other words, the final polarization of the reflective structure is the same as the result of the transmissive structure symmetrical along the Y axis, and except that it is symmetrical along the Y axis, the amplitude and phase are the same as those of the transmissive structure.

반사 시에 반사 물질에 따라 위상이 변화할 수 있으나, 특수한 물질을 제외하고, 편광에 비의존적으로 글로벌 위상을 모든 편광에 덧붙이는 것이기 때문에, 위상 조절범위, 진폭 조절범위에 두 구조(투과형 및 반사형)에 차이가 없다.During reflection, the phase may change depending on the reflective material, but since the global phase is added to all polarization independent of polarization, except for special materials, there are two structures (transmissive and reflective) in the phase control range and amplitude control range. There is no difference in type).

다만, 편광판, 복굴절 물질, 반사층 들이 모두 같은 레이어에 존재하며, 일반적인 편광판을 가정하는 경우 반사 편광판은 입사 편광판이 거울 반사된 것이기 때문에 Pøin 및 Pøout이 서로 ±90도 회전된 방향이라는 조건을 만족하기 어려우며, 이에 따라 반사형에서는 편광 선택 소자를 적용하는 것이 바람직하다. However, the polarizer, birefringent material, and reflective layer all exist in the same layer, and assuming a general polarizer, the reflective polarizer is a mirror reflection of the incident polarizer, so it satisfies the condition that P øin and P øout are rotated ±90 degrees from each other. It is difficult to do this, and therefore, it is desirable to apply a polarization selection element in the reflective type.

수식1 내지 수식7에 따른 상술한 설명에서 극각과 방위각은 오직 z 위치의 함수를 가정하고 xy 평면에서 균일한 특성을 가정하여 설명 하였지만 이는 설명의 편의상 가정한 것으로, 각각의 광 경로상 방향자들의 극각, 방위각 분포들이 대칭성을 유지하면 동일하게 작동할 수 있다.In the above description according to Equations 1 to 7, the polar angle and azimuth angle were explained assuming only a function of the z position and assuming uniform characteristics in the xy plane. However, this was assumed for convenience of explanation, and the direction of the directors on each optical path was explained by assuming uniform characteristics in the xy plane. If the polar angle and azimuth distributions maintain symmetry, they can operate identically.

다시 말해, 출사되는 빛살들의 복소진폭이 xy 위치에 따라 불균일 하더라도 각각의 빛살들이 서술한 원리에 따르면 C-SLM으로 동작할 수 있으며, 이 경우, 각 빛살들의 합으로 effective한 출사 진폭을 결정할 수 있다.In other words, even if the complex amplitude of the emitted beams is non-uniform depending on the xy position, each beam can operate as a C-SLM according to the principles described, and in this case, the effective emission amplitude can be determined by the sum of each beam. .

이하에서는, 도면부호 210 내지 220을 통해 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention will be described in more detail through reference numerals 210 to 220.

도면부호 200 내지 220에 따르면, 반사형 복소수 공간 광 변조기에 구비된 편광 선택 소자(204)는 도면부호 '①'과 같이 기설정된 제1 편광에 대응되는 제1 광과 제2 편광에 대응되는 제2 광이 입사되면, 도면부호 '②'와 같이 제2 광은 투과시키고, 도면부호 '③'과 같이 제1 광은 복굴절층(202)으로 입사 시킬 수 있다.According to reference numerals 200 to 220, the polarization selection element 204 provided in the reflective complex spatial light modulator selects a first light corresponding to a preset first polarization as indicated by reference numeral '①' and a second light corresponding to the second polarization. When two lights are incident, the second light can be transmitted as indicated by reference numeral '②', and the first light can be incident on the birefringent layer 202 as indicated by reference numeral '③'.

다음으로, 복굴절층(202)은 입사된 제1 광이 반사층(201)에 의해 반사되면, 도면부호 '④'와 같이 제1 광에 대응되는 제3 광 및 제4 광을 편광 선택 소자(204)로 입사시킬 수 있으며, 여기서 제3 광은 제1 편광에 대응되고 제4 광은 제2 편광에 대응될 수 있다. Next, when the incident first light is reflected by the reflection layer 201, the birefringent layer 202 sends the third and fourth lights corresponding to the first light, as indicated by reference numeral '④', to the polarization selection element 204. ), where the third light may correspond to the first polarization and the fourth light may correspond to the second polarization.

다음으로, 편광 선택 소자(204)는 복굴절층(202)으로부터 제3 광 및 제4 광이 입사되면, 도면부호 '⑤'과 같이 제2 편광에 대응되는 제4 광은 투과 시키고, 도면부호 '⑥'과 같이 제1 편광에 대응되는 제3 광은 제1 광의 입사 방향으로 출사 시킬 수 있다. Next, when the third light and the fourth light are incident from the birefringent layer 202, the polarization selection element 204 transmits the fourth light corresponding to the second polarization, as indicated by reference numeral '⑤', and the reference numeral '⑤' As shown in ⑥', the third light corresponding to the first polarized light can be emitted in the incident direction of the first light.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 도면부호 '①' 내지 '⑥'의 광 변조 과정에서, 복굴절층(202)에 구비된 복수의 복굴절 물질(202-1)의 분포 변화에 따라 광의 복소 진폭이 조절될 수 있다.That is, the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention uses the plurality of birefringent materials 202-1 provided in the birefringent layer 202 in the light modulation process of reference numerals '①' to '⑥'. The complex amplitude of light can be adjusted according to changes in distribution.

구체적으로, 복굴절층(202)의 특정방향의 선편광은 페이저의 형태로 와 같이 나타낼 수 있고, 진폭은 E0, 위상은 복소값인 E의 각도를 나타낼 수 있으며, 복소진폭은 진폭과 위상으로 표현될 수 있다.Specifically, linearly polarized light in a specific direction of the birefringent layer 202 is in the form of a phasor. It can be expressed as follows, the amplitude can be expressed as E 0 , the phase can be expressed as the angle of E, which is a complex value, and the complex amplitude can be expressed as amplitude and phase.

파장 의 빛은 z 축 방향으로 진행하며, x-y평면에 놓여있는 편광 선택 소자(204)를 통과할 수 있다. wavelength The light travels in the z-axis direction and can pass through the polarization selection element 204 located in the xy plane.

복굴절층(202)의 방향자 n은 ne (extraordinary refractive index)의 방향을 나타내며, 이는 슬로우 축(slow axis)방향과 같을 수 있다.The director n of the birefringent layer 202 represents the direction of n e (extraordinary refractive index), which may be the same as the slow axis direction.

방향자 n은 오직 z의 함수이며, 와 같이 표현되고, 는 극각을, 는 방위각을 나타낼 수 있다.The director n is only a function of z, It is expressed as, is the polar angle, can represent the azimuth angle.

복굴절층(202)의 굴절률들은 각각 이며, 여기서 로 가정할 수 있다.The refractive indices of the birefringent layer 202 are respectively and and where It can be assumed that

복굴절층(202)이 x-y평면에 놓여져있고, 해당 평면 방향으로 균일하기 때문에 유효한 굴절률(effective refractive index)을 정의할 수 있으며, 방향자 에 대하여 로 표현할 수 있다.Since the birefringent layer 202 is placed on the xy plane and is uniform in the direction of that plane, an effective refractive index can be defined, and the director about It can be expressed as

여기서, 유효한 굴절률은 일반적으로 빛의 진행 방향에 수직하게 전지장이 존재하기 때문에 평면 내 방향(평면의 수직한 방향에 대하여 수직)으로 계산의 편의를 위하여 정의될 수 있다.Here, the effective refractive index can be defined for convenience of calculation in the in-plane direction (perpendicular to the direction perpendicular to the plane) because the electric field generally exists perpendicular to the direction of light travel.

굴절률는 오직 극각 의 함수이고, 단축 복굴절 계에서는 와 같을 수 있다.refractive index is the only polar angle is a function of , and in a uniaxial birefringent system, It may be the same as

일반적으로, 실험실 좌표계의 복굴절층(202)의 Jones행렬은 으로 표현되며, d는 두께이다. 주 좌표계에서 복굴절층(202)은 로 표현되며, 이들의 관계식은 수식8과 같을 수 있다.In general, the Jones matrix of the birefringent layer 202 in the laboratory coordinate system is It is expressed as , and d is the thickness. In the principal coordinate system, the birefringent layer 202 is It is expressed as , and their relational expression may be the same as Equation 8.

[수식8][Formula 8]

수식8에서, M은 Jones 행렬을 나타내고, W는 주좌표계에서 복굴절층을 나타낼 수 있고, R은 회전 행렬을 나타낼 수 있고, 는 진공에서의 파수를 의미한다.In Equation 8, M represents the Jones matrix, W may represent the birefringent layer in the principal coordinate system, and R may represent the rotation matrix. means the wave number in vacuum.

위상차항 ()와 공통위상항 () 은 다음과 같이 , 로 나타낼 수 있다.Phase difference term ( ) and common phase term ( ) is as follows: , It can be expressed as

복굴절층(202)은 이름과 같이, 광학 비등방성 물질이기 때문에, 빛의 편광 방향에 따라 굴절률이 다르다.As the name suggests, the birefringent layer 202 is an optically anisotropic material, so its refractive index varies depending on the polarization direction of light.

빛이 z축으로 진행할 때, 방위각 방향의 편광은 상대적으로 느리게 지나가며 (ne>no), 방위각 방향에 +90도 및 -90도 방향의 편광은 상대적으로 빨리 지나간다고 볼 수 있다.When light travels along the z-axis, polarization in the azimuth direction passes relatively slowly (n e > n o ), and polarization in the +90 and -90 degree directions in the azimuth direction can be seen to pass relatively quickly.

즉, 방위각 방향의 편광은 복굴절 물질의 슬로우 축(slow axis) 방향의 편광일 수 있다.That is, polarization in the azimuthal direction may be polarization in the slow axis direction of the birefringent material.

해당 복굴절 물질(202)을 지나갈 때, 두 편광의 위상지연의 평균이 공통위상이며, 차이가 위상차항이다. 여기서, 두 편광은 방위각 방향 편광과 방위각 방향이 90도 또는 -90도의 편광일 수 있다.When passing through the birefringent material 202, the average of the phase lags of the two polarized lights is the common phase, and the difference is the phase difference term. Here, the two polarizations may be azimuth direction polarization and azimuth direction polarization of 90 degrees or -90 degrees.

공통위상항이 0인 경우, 수식8의 비대각(off-diagonal) 성분은 진폭을 제외하고 순허수 값을 나타낼 수 있다. 진폭과 위상은 위상차항 ()과 방위각 ()의 함수를 나타낼 수 있다.When the common phase term is 0, the off-diagonal component of Equation 8 can represent a pure imaginary value excluding the amplitude. Amplitude and phase are phase difference terms ( ) and azimuth ( ) can be expressed as a function.

도 2a 내지 도 2c와 같이 복굴절 물질(202)이 복수의 복굴절층(202-1)으로 이루어진 경우, 대칭성을 유지한 상태로 슬로우 축 분포를 변화시켜줄 수 있다.When the birefringent material 202 is composed of a plurality of birefringent layers 202-1 as shown in FIGS. 2A to 2C, the slow axis distribution can be changed while maintaining symmetry.

즉, 수식8과 관련하여 복수의 복굴절층(202-1)으로 이루어진 경우, 반사층(201)을 기준으로 대칭성을 유지한 상태로 슬로우 축 분포를 변화시켜줄 수 있다.That is, in relation to Equation 8, when it is composed of a plurality of birefringent layers 202-1, the slow axis distribution can be changed while maintaining symmetry with respect to the reflection layer 201.

또한, 비대각 성분은 수식8에서 제1 편광판은 x를 사용하고, 제2 편광판은 y를 사용하는 경우, 비대각 성분 값이 복소 진폭값으로 나올 수 있다.Additionally, when the first polarizer uses x and the second polarizer uses y in Equation 8, the off-diagonal component value may appear as a complex amplitude value.

공통위상항이 0인 경우, 복소 진폭이 순허수이고, 이는 위상값이 +-pi/2가 가능하다는 결과로 해석될 수 있다.When the common phase term is 0, the complex amplitude is a pure imaginary number, which can be interpreted as a result that the phase value is possible as +-pi/2.

여기서, 위상값이 +-pi/2가 가능하다는 결과는 두 위상 공간에서 진폭 조절 가능한 구조를 나타낼 수 있다.Here, the result that a phase value of +-pi/2 is possible can indicate a structure in which amplitude can be adjusted in two phase spaces.

이때, 극각 조절이 추가되면 C-SLM 구조도 가능할 수 있다.At this time, if polar angle control is added, a C-SLM structure may be possible.

본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 극각을 유지한 채, 복굴절 물질(202) 또는 편광 선택 소자(204)(즉, 제1 내지 제2 편광판)을 회전시키는 경우, 이중 위상 공간에서 진폭을 조절할 수 있다.The reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention has a dual phase when the birefringent material 202 or the polarization selection element 204 (i.e., the first to second polarizers) is rotated while maintaining the polar angle. The amplitude can be adjusted in space.

상술한 극각을 유지한 경우는 이중 위상 공간상에서 진폭 조절하는 경우에 해당하고, 복소수진폭 조절을 위해서는 극각 분포 및 방위각 분포가 모두 변경될 필요성이 있다.The case of maintaining the above-described polar angle corresponds to the case of amplitude adjustment in a dual phase space, and in order to adjust the complex amplitude, both the polar angle distribution and the azimuth distribution need to be changed.

수식 8과 같이 하나의 복굴절층으로 복소수 진폭 조절이 가능하다고 서술하긴 하였지만, 이 경우, 복소 진폭 조절 영역이 제한되고, 상대적으로 에너지 효율이 낮고, 조절 또한 어렵다.Although it is stated in Equation 8 that complex amplitude control is possible with a single birefringent layer, in this case, the complex amplitude control area is limited, energy efficiency is relatively low, and control is difficult.

그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기와 같이, 복굴절층을 복수 개의 층으로 구성하는 경우 상술한 문제점을 해결할 수 있고, 구성 또한 보다 용이해질 수 있다. 이때 복수의 복굴절층은 하나의 복굴절층으로 구성되는 것과 유사하게 극각과 방위각 분포들을 조절하는 경우 복소 진폭의 조절이 가능하다.However, when the birefringent layer is composed of a plurality of layers, as in the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention, the above-mentioned problems can be solved and the configuration can also be made easier. At this time, the complex amplitude can be adjusted by adjusting the polar angle and azimuth angle distributions, similar to when a plurality of birefringent layers are composed of one birefringent layer.

구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 극각을 변화시키는 경우, 공통위상항과 위상차항 모두 변화할 수 있다. Specifically, when changing the polar angle, the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention can change both the common phase term and the phase difference term.

예를 들어, 반사형 복소수 공간 광 변조기는 룩업테이블을 이용할 수 있는데, 위상은 오직 극각만을 따르지만, 진폭은 극각과 방위각의 함수이고, 이에 따라 원하는 위상공간을 극각으로 고정시켜놓고, 특정 위상에 대한 방위각 진폭 룩업테이블을 사용하여 진폭을 찾는 방식을 이용할 수 있다.For example, a reflective complex spatial light modulator can use a look-up table, where the phase follows only the polar angle, but the amplitude is a function of the polar angle and azimuth, so the desired phase space is fixed at the polar angle, and the You can use an azimuth amplitude lookup table to find the amplitude.

한편, 복수의 복굴절층(202-1)은 고정된 방위각 하에 극각 변화를 가질 수 있다.Meanwhile, the plurality of birefringent layers 202-1 may have polar angle changes under a fixed azimuth.

실제적으로 특정 방위각 분포와 특정 극각 분포를 형성하기 위해서는 방위각 분포의 변경을 위한 전압 인가 동작과 극각 분포의 변경을 위한 전압 인가 동작을 교번하여 수행하거나, 특정한 전압의 조합 사용이 요구될 수 있다. In practice, in order to form a specific azimuth distribution and a specific polar angle distribution, a voltage application operation for changing the azimuth distribution and a voltage application operation for changing the polar angle distribution may be performed alternately, or a combination of specific voltages may be required.

이중 위상 공간에서 진폭을 조절하는 경우, 복굴절층들(202-1)로 이루어진 복굴절 물질(202)의 공통 위상항의 합 또는 적분값을 일정하게 하고, 방위각 분포를 변경시키면 되며, 복소수 SLM으로 동작하기 위해서는 공통 위상항의 합 또는 적분값을 조절하고, 방위각 분포를 변경시키면 된다.When adjusting the amplitude in the dual phase space, the sum or integral value of the common phase term of the birefringent material 202 composed of the birefringent layers 202-1 can be kept constant, the azimuth distribution can be changed, and the complex SLM can be operated. To do this, adjust the sum or integral value of the common phase term and change the azimuth distribution.

또한, 투과형의 경우는 복굴절 물질이 중앙을 기준으로 거울상 대칭적 분포를 이루어야 하지만, 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 근본적으로 반사층(201)을 기준으로 대칭적으로 설계되었기 때문에 투과형에서의 대칭 요건을 만족할 필요가 없다.In addition, in the case of a transmissive type, the birefringent material must be distributed mirror image symmetrically with respect to the center, but the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention is fundamentally designed to be symmetrical with respect to the reflective layer 201. Therefore, there is no need to satisfy the symmetry requirement in the transmissive type.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기를 구성하는 복수의 복굴절층의 방향자 방향을 설명하는 도면이다.3A to 3E are diagrams illustrating the director direction of a plurality of birefringent layers constituting a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3e는 다양한 단축 복굴절층의 방향자 방향을 예시하고, 여기서 단축 복굴절층은 두 방향으로 굴절률(refractive index)이 같고 한 방향으로 굴절률(refractive index)이 다른 물질을 지칭한다.3A to 3E illustrate the director directions of various uniaxial birefringent layers, where the uniaxial birefringent layer refers to a material that has the same refractive index in two directions and a different refractive index in one direction.

방향자는 한 방향으로 굴절률(refractive index)이 다른 물질의 방향을 나타낼 수 있다.A director can indicate the direction of a material with a different refractive index in one direction.

투과형 복소수 공간 광 변조기 구조에서 빛은 아래에서 위로 혹은 위에서 아래로 입사 및 출사한다.In a transmissive complex spatial light modulator structure, light enters and exits from bottom to top or top to bottom.

여기서, z 축으로부터의 각도는 극각을 정의하고, x축으로부터 y축 방향으로의 각도를 방위각으로 정의될 수 있다.Here, the angle from the z-axis defines the polar angle, and the angle from the x-axis to the y-axis direction can be defined as the azimuth.

그래프(300), 그래프(310), 그래프(320), 그래프(330) 및 그래프(340)는 복소수 공간 광 변조기의 복굴절 물질의 복굴절층의 분포에 해당하는 액정 부분만을 나타낸 실시 예로, 전기 등의 신호를 사용하여 그래프(300), 그래프(310), 그래프(320), 그래프(330) 및 그래프(340)와 같이 변화하며, 이를 통하여 반사형 복소수 공간 광 변조기는 복소 진폭을 조절할 수 있다.The graph 300, graph 310, graph 320, graph 330, and graph 340 are examples showing only the liquid crystal portion corresponding to the distribution of the birefringent layer of the birefringent material of the complex spatial light modulator, such as electricity. The signals are used to change the graph 300, graph 310, graph 320, graph 330, and graph 340, through which the reflective complex spatial light modulator can adjust the complex amplitude.

다시 말해, 그래프(300), 그래프(310), 그래프(320), 그래프(330) 및 그래프(340)는 동일한 실시예의 반사형 복소수 공간 광 변조기의 액정 부분에 해당하는 복굴절 물질의 복굴절층들의 분포를 나타내고, 각 방향자의 극각 분포와 방위각 분포가 조절될 수 있는 것을 나타낸다.In other words, the graph 300, graph 310, graph 320, graph 330, and graph 340 are the distribution of birefringent layers of birefringent material corresponding to the liquid crystal portion of the reflective complex spatial light modulator of the same embodiment. It indicates that the polar angle distribution and azimuth distribution of each director can be adjusted.

본 발명의 일실시예에 따르면 반사형 복소수 공간 광 변조기는 극각 분포를 유지하면서 방위각 분포를 조절함에 따라 단일 위상 공간에서 진폭을 조절할 수 있으며, 방위각 분포를 유지하면서 극각 분포를 조절함에 따라 진폭과 위상을 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the reflective complex spatial light modulator can adjust the amplitude in a single phase space by adjusting the azimuth distribution while maintaining the polar angle distribution, and the amplitude and phase by adjusting the polar angle distribution while maintaining the azimuth distribution. can be adjusted.

예를 들면, 반사형 복소수 공간 광 변조기는 단일 위상 공간에서 음의 진폭부터 양의 진폭까지 조절할 수 있다.For example, a reflective complex spatial light modulator can adjust from negative to positive amplitude in a single phase space.

여기서, 중앙기준은 그래프(300), 그래프(310), 그래프(320), 그래프(330) 및 그래프(340) 상에 z축의 중앙 부분에 해당할 수 있다.Here, the central reference may correspond to the central portion of the z-axis on the graph 300, graph 310, graph 320, graph 330, and graph 340.

반사형 복소수 공간 광 변조기는 반사층을 기준으로 하여 복굴절층들이 대칭적 분포를 가질 수 있으며, 여기서 대칭적 분포는 극각 분포와 방위각 분포 모두 대칭적 분포를 이루어야 한다. 단, 단축 복굴절층의 특성상, 극각을 a라 하고, 방위각을 b라고 한다면, 극각 a와 방위각b+180도가 동일 할 수 있다.In a reflective complex spatial light modulator, the birefringent layers may have a symmetrical distribution based on the reflective layer, and here, the symmetrical distribution requires both polar angle distribution and azimuth distribution to be symmetrical. However, due to the characteristics of the uniaxial birefringent layer, if the polar angle is a and the azimuth angle is b, the polar angle a and the azimuth b+180 degrees may be the same.

또한, 극각을 c라하고, 방위각을 d라고 하면, 극각 c는 180도에서 극각 c를 제외한 것과 방위각 d가 동일할 수 있다.Additionally, if the polar angle is c and the azimuth angle is d, the polar angle c may be equal to 180 degrees minus the polar angle c, and the azimuth angle d may be the same.

그래프(300), 그래프(310) 및 그래프(320)는 대칭적 방위각 변화를 나타내며, 그래프(300)과 그래프(330)은 대칭적 극각 변화를 나타내며, 그래프(340)는 극각과 방위각 모두 그래프(300)에 대비 대칭적으로 변화한 것을 나타낸다.Graph 300, graph 310, and graph 320 represent symmetrical azimuth changes, graphs 300 and 330 represent symmetrical polar angle changes, and graph 340 represents both polar angle and azimuth ( It shows a symmetrical change compared to 300).

본 발명의 일실시예에 따르면 반사형 복소수 공간 광 변조기는 매우 얇은, 균질(homogeneous) 액정 물질에 해당하는 복굴절층을 나타낼 때, 극각, 방위각, 두께로 표시할 수 있으며, 다른 방법으로는 공통위상항과 위상차항, 슬로우 축(slow axis)의 방향으로 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the reflective complex spatial light modulator can display the birefringent layer corresponding to a very thin, homogeneous liquid crystal material by polar angle, azimuth, and thickness. Alternatively, the common phase It can be expressed in terms of terms, phase difference terms, and the direction of the slow axis.

더하여, 대칭적 분포는 중앙기준으로 위상차항과 슬로우 축(slow axis)의 방위각 방향이 대칭적 분포를 이루어야 하고, 공통위상항의 전체 합이 전체 위상을 조절하는데 기여할 수 있다.In addition, the symmetric distribution requires that the phase difference term and the azimuth direction of the slow axis be symmetrically distributed based on the center, and the total sum of the common phase terms can contribute to controlling the overall phase.

또한, 극각분포에 결정과 관련된 공통위상항을 유지한 채로, 대칭성을 유지하며, 위상차항과 슬로우 축(slow axis)의 방위각 방향의 분포를 변화시키면 진폭이 조절될 수 있다.Additionally, the amplitude can be adjusted by changing the distribution of the phase difference term and the azimuthal direction of the slow axis while maintaining symmetry while maintaining the common phase term related to the determination of the polar angle distribution.

도 4 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기를 이용한 시뮬레이션을 설명하는 도면이다.4 to 8 are diagrams illustrating a simulation using a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기의 두께 변화와 정렬층의 극각 분포를 고정하고, 방위각 분포의 변화를 준 경우에 대한 시뮬레이션 결과를 예시한다.Figure 4 illustrates simulation results for the case where the thickness change and the polar angle distribution of the alignment layer of the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention are fixed and the azimuth distribution is changed.

도 4를 참조하면, 그래프(400), 그래프(410) 및 그래프(420)는 반사형 복소수 공간 광 변조기의 두께 변화에 따른 투과 진폭, 포화비율 및 방위각 분포와 관련된 위상의 변화를 예시한다.Referring to FIG. 4, graphs 400, 410, and 420 illustrate changes in phase related to transmission amplitude, saturation ratio, and azimuth distribution according to changes in the thickness of the reflective complex spatial light modulator.

또한, 도 4에서의 시뮬레이션 결과는 구조의 변조 특성이 액정(LC) 디렉터의 회전이 적용된 평면 전기장에 함수라고 가정한다.Additionally, the simulation results in Figure 4 assume that the modulation characteristics of the structure are a function of the rotation of the liquid crystal (LC) director and the applied in-plane electric field.

극각 분포가 고정되면 위상값이 고정되고, 이 상태에서 방위각 분포를 조절할 경우, 위상값과 위상값에 180도를 더한 위상 공간에서 진폭이 조절될 수 있다.When the polar angle distribution is fixed, the phase value is fixed, and when the azimuth distribution is adjusted in this state, the amplitude can be adjusted in the phase value and the phase space obtained by adding 180 degrees to the phase value.

즉, 극각은 위상을 변화시키고, 방위각은 이중 위상 공간에서 진폭을 변화시킨다.In other words, the polar angle changes the phase, and the azimuth angle changes the amplitude in dual phase space.

더하여, 전기장 방향으로 디렉터 또는 액정에서 긴 방향이 전기장 방향으로 정렬되려 한다.In addition, the long direction of the director or liquid crystal tends to be aligned in the direction of the electric field.

따라서, 면내 방향으로 전기장이 존재하고, 방위각이 변화하며, 면의 수직 방향으로 전기장이 존재함에 극각이 작게 변화할 수 있다. 여기서, 극각의 작은 변화는 면에 수직 방향 전기장을 이용하여 보정될 수 있다.Therefore, the electric field exists in the direction within the plane, the azimuth angle changes, and the polar angle may change small as the electric field exists in the direction perpendicular to the plane. Here, small changes in polar angle can be corrected using an electric field perpendicular to the plane.

그래프(400)에서 반사형 복소수 공간 광 변조기의 두께는 1224nm이고, 그래프(410)에서 반사형 복소수 공간 광 변조기의 두께는 2232nm이며, 그래프(420)에서 반사형 복소수 공간 광 변조기의 두께는 4360nm일 수 있다.In the graph 400, the thickness of the reflective complex spatial light modulator is 1224 nm, in the graph 410, the thickness of the reflective complex spatial light modulator is 2232 nm, and in the graph 420, the thickness of the reflective complex spatial light modulator is 4360 nm. You can.

그래프(400)에서 지시선(401)은 투과 진폭의 변화를 나타내고, 지시선(402)는 포화비율 변화를 나타내며, 지시선(403)은 위상 변화를 나타낸다.In the graph 400, the indicator line 401 indicates a change in transmission amplitude, the indicator line 402 indicates a change in saturation ratio, and the indicator line 403 indicates a change in phase.

또한, 그래프(410)에서 지시선(411)은 투과 진폭의 변화를 나타내고, 지시선(412)는 포화비율 변화를 나타내며, 지시선(413)은 위상 변화를 나타낸다.Additionally, in the graph 410, the indicator line 411 indicates a change in transmission amplitude, the indicator line 412 indicates a change in saturation ratio, and the indicator line 413 indicates a change in phase.

또한, 그래프(420)에서 지시선(421)은 투과 진폭의 변화를 나타내고, 지시선(422)는 포화비율 변화를 나타내며, 지시선(423)은 위상 변화를 나타낸다.Additionally, in the graph 420, the indicator line 421 indicates a change in transmission amplitude, the indicator line 422 indicates a change in saturation ratio, and the indicator line 423 indicates a change in phase.

그래프(400) 내지 그래프(420)에서 표시된 결과는 복굴절층들로 구성된 LC 디렉터는 입구 편광판 방향과 평행하지만 출구 편광판과 직교하여 정렬되어 있다. 즉, 입구 편광판과 출구 편광판은 x-y 평면에서 90도를 이룬다.The results shown in graphs 400 to 420 show that the LC director composed of birefringent layers is aligned parallel to the direction of the entrance polarizer but perpendicular to the outlet polarizer. That is, the entrance polarizer and the outlet polarizer form an angle of 90 degrees in the x-y plane.

반사형 복소수 공간 광 변조기는 두께에 독립적인 일반적으로 블랙 작동을 보장할 수 있다.Reflective complex spatial light modulators can ensure thickness-independent generally black operation.

그래프(400) 내지 그래프(420)를 참고하면, 방위각(δΦ(Exy))이 증가하거나 인가된 바이어스 전압이 증가함에 따라 투과 계수의 투과 진폭이 증가하고 피크에 도달한 다음 투과 계수의 상대 위상이 0인 동안 투과 진폭이 0으로 감소한다. 예를 들면, 전속 진폭은 투과 계수의 진폭으로 지칭될 수 있다.Referring to the graphs 400 to 420, as the azimuth angle (δΦ(E xy )) increases or the applied bias voltage increases, the transmission amplitude of the transmission coefficient increases and reaches a peak, and then the relative phase of the transmission coefficient While this is 0, the transmission amplitude decreases to 0. For example, the amplitude of the total velocity may be referred to as the amplitude of the transmission coefficient.

δΦ(Exy)는 전기장에 따른 방위각 변화폭으로, 전압이 복굴절층 맨 위와 아래에는 배향막 방향과 같이 복굴절층이 배향되지만, 전기장이 존재하는 경우 전기장 방향으로 회전하려고 한다.δΦ(Exy) is the azimuthal change width according to the electric field. The birefringent layer is oriented at the top and bottom of the birefringent layer as the voltage is in the direction of the alignment film, but when an electric field exists, it tries to rotate in the direction of the electric field.

따라서 맨 위와 맨 아래는 배향막 방향으로 존재하며, 중앙으로 갈수록 서서히 전기장 방향으로 돌아가게 되며, 서서히 돌아가는 정도는 전기장에 세기 (와 물질 특성)에 따라 다를 수 있다.Therefore, the top and bottom exist in the direction of the alignment film, and as they move toward the center, they gradually turn in the direction of the electric field. The degree to which they gradually turn may vary depending on the strength of the electric field (and material properties).

본 시뮬레이션은 특정한 예시로, 다른 형태로 방위각 분포가 변화해도 되지만 (대칭성 조건은 만족하면서) 본 시뮬레이션에서는 한 복굴절층에서 다음 복굴절층 간의 방위각 차이가δΦ(Exy) 라고 가정하였으며, 아무리 전기장이 강하더라도 전기장 방향으로 배열되려고 하기 때문에 최대 전기장 방향까지 복굴절층의 방위각 방향이 회전한다. This simulation is a specific example, and although the azimuth distribution may change in other ways (while satisfying the symmetry condition), this simulation assumes that the azimuth difference between one birefringent layer and the next is δΦ(Exy), and no matter how strong the electric field is, Since it tries to be aligned in the direction of the electric field, the azimuth direction of the birefringent layer rotates up to the direction of the electric field.

예를 들어, AL의 방위각 방향이 상하 모두 0도라고 하고, 전기장 방향이 90도라 하면, 전기장이 약할 때는 0 1 2 3 ---89 90 90 90 89 - 3 2 1 0 과 같이 된다.For example, if the azimuth direction of AL is 0 degrees both up and down, and the electric field direction is 90 degrees, when the electric field is weak, it becomes 0 1 2 3 ---89 90 90 90 89 - 3 2 1 0.

또는 전기장이 더 약하면 0 0.1 0.2 0.3 --- 8.9 9 8.9 - 0.3 0.2 0.1 0와 같이 분포하고, 굉장히 쎄면 0 10 20 30 --- 90 90 90 --- 30 20 10 0과 같이 분포할 수 있다.Or, if the electric field is weaker, it can be distributed as 0 0.1 0.2 0.3 --- 8.9 9 8.9 - 0.3 0.2 0.1 0, and if it is very strong, it can be distributed as 0 10 20 30 --- 90 90 90 --- 30 20 10 0. .

그래프(400) 내지 그래프(420)를 참고하면, 투과 진폭은 방위각 증가에 따라 증가하지만 투과 계수의 위상은 포화 영역의 일부가 증가하는 동안 상수로 점프한다. 이러한 변조 동작은 두께가 증가할 수록 더 많이 반복될 수 있다.Referring to graphs 400 to 420, the transmission amplitude increases as the azimuth increases, but the phase of the transmission coefficient jumps to a constant while the portion of the saturation region increases. This modulation operation can be repeated more times as the thickness increases.

따라서, 0 또는 방위각이 변하거나 인가된 전계가 제어됨에 따라 투과 계수의 투과 진폭이 증가하거나 감소하는 동안 일정한 위상의 교대 영역이 존재할 수 있다.Accordingly, an alternating region of constant phase may exist while the transmission amplitude of the transmission coefficient increases or decreases as the zero or azimuth angle changes or the applied electric field is controlled.

위상의 크기가 0인 지점 사이의 영역은 전송 계수가 투과 계수보다 큰 경우로, 투과 계수의 진폭이 0이되는 부분에서 위상이 +- pi 점프를 함에 따라 진폭의 크기가 0인 지점 사이의 영역에 대해 일정한 위상으로 유지된다.The area between the points where the phase size is 0 is where the transmission coefficient is greater than the transmission coefficient. The area between the points where the amplitude size is 0 as the phase jumps +- pi at the part where the amplitude of the transmission coefficient becomes 0. is maintained at a constant phase.

이것은 일정한 위상 영역에서 진폭 만 광 변조가 달성될 수 있음을 나타낸다.This indicates that amplitude-only optical modulation can be achieved in the constant phase region.

동시에, 적용된 면내 전계를 동적으로 제어하여 위상차를 갖는 광 변조를 달성 할 수 있는데, 이것은 방위각의 동적 변조 폭이 충분히 넓을 때, 투과 진폭의 0에 걸쳐 이진 위상 복소 광 변조가 달성 될 수 있음을 나타낸다.At the same time, optical modulation with phase difference can be achieved by dynamically controlling the applied in-plane electric field, which indicates that when the dynamic modulation width in azimuth is sufficiently wide, binary phase complex optical modulation over zero of the transmission amplitude can be achieved. .

그래프(400) 내지 그래프(420)를 참고하면, 전체 셀 두께에 대한 포화 영역 두께의 비율은 적용된 바이어스 전압이 증가함에 따라 포화 영역이 더 넓어지고 낮은 바이어스 전압에서는 포화 영역이 없음을 명확하게 나타낸다. 즉, 셀 두께가 증가하면 포화 영역이 더 넓어진다.Referring to graphs 400 to 420, the ratio of the saturation region thickness to the total cell thickness clearly indicates that the saturation region becomes wider as the applied bias voltage increases and that there is no saturation region at low bias voltages. In other words, as the cell thickness increases, the saturation area becomes wider.

도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기의 두께 변화와 정렬층의 방위각을 45도 변경한 경우에 대한 시뮬레이션 결과를 예시한다.Figure 5 illustrates simulation results for a case where the thickness of the reflective complex spatial light modulator and the azimuth of the alignment layer are changed by 45 degrees according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 그래프(500), 그래프(510) 및 그래프(520)는 반사형 복소수 공간 광 변조기의 두께 변화에 따른 투과 진폭, 포화비율 및 위상의 변화를 예시한다.Referring to FIG. 5, graphs 500, 510, and 520 illustrate changes in transmission amplitude, saturation ratio, and phase according to thickness changes of the reflective complex spatial light modulator.

도 5에서의 시뮬레이션 결과는 구조의 변조 특성이 LC 디렉터의 회전이 적용된 평면 전기장에 비례한다고 가정한다.The simulation results in Figure 5 assume that the modulation characteristics of the structure are proportional to the rotation of the LC director and the applied in-plane electric field.

그래프(500)에서 반사형 복소수 공간 광 변조기의 두께는 600nm이고, 그래프(510)에서 복소수 공간 광 변조기의 두께는 1680nm이며, 그래프(520)에서 복소수 공간 광 변조기의 두께는 2732nm일 수 있다.In the graph 500, the thickness of the reflective complex spatial light modulator may be 600 nm, in the graph 510, the thickness of the complex spatial light modulator may be 1680 nm, and in the graph 520, the thickness of the complex spatial light modulator may be 2732 nm.

그래프(500)에서 지시선(501)은 투과 진폭의 변화를 나타내고, 지시선(502)는 포화비율 변화를 나타내며, 지시선(503)은 위상 변화를 나타낸다.In the graph 500, the indicator line 501 indicates a change in transmission amplitude, the indicator line 502 indicates a change in saturation ratio, and the indicator line 503 indicates a change in phase.

또한, 그래프(510)에서 지시선(511)은 투과 진폭의 변화를 나타내고, 지시선(512)는 포화비율 변화를 나타내며, 지시선(513)은 위상 변화를 나타낸다.Additionally, in the graph 510, the indicator line 511 indicates a change in transmission amplitude, the indicator line 512 indicates a change in saturation ratio, and the indicator line 513 indicates a change in phase.

또한, 그래프(520)에서 지시선(521)은 투과 진폭의 변화를 나타내고, 지시선(522)는 포화비율 변화를 나타내며, 지시선(523)은 위상 변화를 나타낸다.Additionally, in the graph 520, the indicator line 521 indicates a change in transmission amplitude, the indicator line 522 indicates a change in saturation ratio, and the indicator line 523 indicates a change in phase.

그래프(500) 내지 그래프(520)를 참고하면 반사형 복소수 공간 광 변조기의 구성은 오프 상태에서 더 이상 일반적으로 블랙 작동을 보장하지 못하지만, 0.5(도/nm) 이내에서 블랙에 가까운 상태를 얻을 수 있다.Referring to graphs 500 to 520, the configuration of the reflective complex spatial light modulator no longer guarantees generally black operation in the off state, but can obtain a state close to black within 0.5 (degrees/nm). there is.

특히, 그래프(500) 및 그래프(520)는 거의 완벽에 가까운 블랙 상태를 얻을 수 있는데, 투과 계수의 진폭이 거의 0에 가까운 것을 나타낸다.In particular, graphs 500 and 520 show that a nearly perfect black state can be obtained, and the amplitude of the transmission coefficient is close to 0.

투과 진폭이 그래프(500) 내지 그래프(520)와 같이 셀 두께를 제어하여 반사형 복소수 공간 광 변조기의 binary 위상 공간 하에서 진폭 조절하는 것이 두 구조 모두에서 달성 될 수 있다.Adjusting the transmission amplitude under the binary phase space of the reflective complex spatial light modulator by controlling the cell thickness as shown in graphs 500 to 520 can be achieved in both structures.

그래프(500) 내지 그래프(520)에서의 반사형 복소수 공간 광 변조기의 투과율은 그래프(400) 내지 그래프(420)의 결과를 제공하는 반사형 복소수 공간 광 변조기에 비교하여 셀 구성이 이는 더 유리할 수 있음을 나타낸다.The transmittance of the reflective complex spatial light modulator in graphs 500 to 520 may have a cell configuration that is more advantageous compared to the reflective complex spatial light modulator that provides the results in graphs 400 to 420. It indicates that there is.

그래프(500) 내지 그래프(520)에서의 반사형 복소수 공간 광 변조기가 제한된 복합 공간 광 변조기 또는 이진 위상 복합 공간 광 변조기로 적용될 수 있음을 나타내고, 광학 정보의 제어 가능성을 두 배로 높일 수 있다고 볼 수 있다.It can be seen that the reflective complex spatial light modulator in the graphs 500 to 520 can be applied as a limited complex spatial light modulator or a binary phase complex spatial light modulator, and can double the controllability of optical information. there is.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 복소수 공간 광 변조기를 이용한 시뮬레이션을 수행하기 위한 가정 조건을 예시한다.6A to 6B illustrate assumed conditions for performing simulation using a complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 6a의 그래프(600)는 LC 층의 순서 변화와 극각(polar angle)의 변화의 관계를 나타내고, 도 9b의 그래프(610)는 LC 층의 순서 변화와 방위각(azimuth angle)의 변화의 관계를 나타낸다. 여기서, LC 층은 상술한 복굴절 물질을 지칭하며, LC 층은 복굴절 물질을 이루는 복굴절층들에 대한 다수의 층으로 형성될 수도 있다.Specifically, the graph 600 in FIG. 6A shows the relationship between the change in the order of the LC layers and the change in the polar angle, and the graph 610 in FIG. 9B shows the relationship between the change in the order of the LC layers and the change in the azimuth angle. represents the relationship. Here, the LC layer refers to the birefringent material described above, and the LC layer may be formed of multiple layers of birefringent layers making up the birefringent material.

그래프(600)와 그래프(610)를 참고하면, 시뮬레이션 하기 위하여 입사 편광판을 0도, 출사 편광판을 90도로 설정하였으며, 배향막을 가정하여, 전압이 걸리기 전, 모든 LC의 director 방향을 극각 90도, 방위각 0도로 설정할 수 있다.Referring to the graph 600 and graph 610, for simulation, the incident polarizer was set to 0 degrees and the exit polarizer was set to 90 degrees. Assuming an alignment film, before applying voltage, the director direction of all LCs was set to a polar angle of 90 degrees. The azimuth can be set to 0 degrees.

이후 수평 전계는 방위각 90도 극각 90도 방향으로 작용하며, 수직 전계는 방위각 0도 방향으로 설정할 수 있다.Afterwards, the horizontal electric field acts in the direction of 90 degrees azimuth and 90 degrees polar angle, and the vertical electric field can be set in the direction of 0 degrees azimuth.

또한, 개별 신호에 따라 두 전계의 강도는 각각 달라지며, 이에 따라 아래와 같이 선형적으로 변화하는 LC 디렉터 방향을 설정하고, 입사 빛의 편광은 0도로 가정할 수 있다.In addition, the strengths of the two electric fields vary depending on the individual signal, so the LC director direction changes linearly as shown below, and the polarization of the incident light can be assumed to be 0 degrees.

시뮬레이션은 균질(homogeneous)하고 이방성(anisotropic) 다층의 LC층을 존스(Jones) 행렬을 통하여 계산한다.The simulation calculates a homogeneous and anisotropic multilayer LC layer through the Jones matrix.

그래프(900)와 그래프(910)의 x 축은 다층의 LC 층을 쌓은 순서로, z축 높이로 해석될 수 있다.The x-axis of the graphs 900 and 910 is the order in which multiple LC layers are stacked, and can be interpreted as the z-axis height.

본 발명의 일실시예에 따른 복소수 공간 광 변조기는 맨 위와 아래 평면에 배향막이 존재하기 때문에 각각 극각과 방위각의 맨위와 아래 부분이 각각 90도와 0도로 고정되어있다.Since the complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention has alignment films on the top and bottom planes, the top and bottom portions of the polar angle and azimuth angle are fixed at 90 degrees and 0 degrees, respectively.

본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기는 수직 전계 및/또는 수평 전계로 인하여 중앙으로 갈수록 선형적으로 디렉터(director) 방향이 변화하며, 전기장 방향 이상으로 회전할 수 없기 때문에 수직, 수평 전계 방향으로 포화(satuarion)될 수 있다.In the reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention, the direction of the director changes linearly toward the center due to a vertical electric field and/or a horizontal electric field, and since it cannot rotate beyond the direction of the electric field, It can be saturated in the horizontal electric field direction.

예를 들면, 실제 액정 혹은 복굴절층은 시뮬레이션과 같이 선형적으로 변화하지 않지만, 선형적으로 근사가능하고, 본 발명의 대칭성 조건들과 편광판 배열들을 만족하면 어떤 변화 (시뮬레이션의 선형적 변화 혹은 분포와 같이)에도 본 발명의 원리 및 구조가 적용이 가능하다.For example, the actual liquid crystal or birefringent layer does not change linearly as in the simulation, but can be approximated linearly, and if the symmetry conditions and polarizer arrangements of the present invention are satisfied, any change (linear change or distribution in the simulation) Likewise), the principles and structure of the present invention can be applied.

z축 변화에 따른 극각 및 방위각 변화는 , 로 정의될 수 있다. 다만, 복굴절층이 연속적으로 변화하지 않고, 유한한 다층 균질(homogeneous) 복굴절층으로 계산되었기 때문에 effective한 z축 변화에 따른 극각 및 방위각 변화이며, 시뮬레이션 상 불연속적 구간이 존재할 수 있다.Polar angle and azimuth change according to z-axis change , It can be defined as: However, since the birefringent layer does not change continuously and is calculated as a finite multi-layer homogeneous birefringent layer, the effective polar angle and azimuth angle change according to the z-axis change, and discontinuous sections may exist in the simulation.

예를 들어 각 복굴절층이 3 nm이며, 인 경우, 각 복굴절층의 방위각 값은 0, 3, 6, ~ 90, 90, 90, ~, 6, 3, 0 이지만, 1nm 단위의 방위각 값은 0, 0, 0, 3, 3, 3, ~ 90, 90, 90,~, 0, 0, 0, 3, 3, 3과 같을 수 있다.For example, each birefringent layer is 3 nm, In this case, the azimuth value of each birefringent layer is 0, 3, 6, ~ 90, 90, 90, ~, 6, 3, 0, but the azimuth value in 1nm units is 0, 0, 0, 3, 3, 3, It can be equal to ~ 90, 90, 90, ~, 0, 0, 0, 3, 3, 3.

도 7 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반사형 복소수 공간 광 변조기를 이용한 시뮬레이션 결과로 8가지 각도에 대하여 다양한 극각 및 방위각 변화의 결과 값을 복소 공간 상에서 플롯하여 예시한다.Figures 7 and 8 show simulation results using a reflective complex spatial light modulator according to an embodiment of the present invention, illustrating the resulting values of various polar angle and azimuth angle changes for eight angles by plotting them in complex space.

다시 말해, 그래프(700) 내지 그래프(707) 및 그래프(800) 내지 그래프(807)에 나와있는 각도는 각 그래프에 모든 극각과 방위각 분포에 대하여 최대 위상차항의 값을 표현한 것으로, 위상차항은 유효한 굴절률의 차, 파수, 두께의 곱으로, 굴절률의 차와 파수는 모든 그래프에 대하여 동일함에 따라 그래프(700) 내지 그래프(707) 및 그래프(800) 내지 그래프(807)의 차이는 두께라고 볼 수 있다.In other words, the angles shown in the graphs 700 to 707 and the graphs 800 to 807 express the value of the maximum phase difference term for all polar angles and azimuth angle distributions in each graph, and the phase difference term is the effective refractive index. As the product of the difference, wave number, and thickness, the difference in refractive index and wave number are the same for all graphs, so the difference between graphs 700 to 707 and graphs 800 to 807 can be considered thickness. .

도 7의 그래프(700) 내지 그래프(707)을 참고하면, 각 점들은 극각 및 방위각의 변화 값인데, 극각은 로 표시하고, 방위각은 로 표시한다. 이는, 복굴절층에서 디렉터 분포가 얼마나 급격히 변화하는지를 나타낸다.Referring to graphs 700 to 707 of FIG. 7, each point is a change value of polar angle and azimuth angle, and the polar angle is , and the azimuth is It is displayed as This shows how rapidly the director distribution changes in the birefringent layer.

그래프(700)는 180도를 예시하고, 그래프(701)은 360도를 예시하며, 그래프(702)는 540도를 예시하고, 그래프(703)은 720도를 예시하며, 그래프(704)는 900도를 예시하고, 그래프(705)는 1080도를 예시하며, 그래프(706)은 1260도를 예시하고, 그래프(707)은 1440도를 예시한다.Graph 700 illustrates 180 degrees, graph 701 illustrates 360 degrees, graph 702 illustrates 540 degrees, graph 703 illustrates 720 degrees, and graph 704 illustrates 900 degrees. illustrating degrees, graph 705 illustrates 1080 degrees, graph 706 illustrates 1260 degrees, and graph 707 illustrates 1440 degrees.

각 두께는, 최대 위상 조절 범위 ()가 각각 180도 ~ 1440도 까지에 해당하는 복굴절률 및 두께 조건을 사용하였다. 두께가 n 배가 되면 층의 수 또한 n 배로 증가시켜 LC 층당 두께를 동일하게 유지시켰다.Each thickness has a maximum phase control range ( ) were used for birefringence and thickness conditions corresponding to 180 to 1440 degrees, respectively. When the thickness was increased by n times, the number of layers was also increased by n times to keep the thickness per LC layer the same.

동일 각도의 점들은 동일 위상 값을 의미하며, 반경은 투과계수 혹은 반사계수를 의미한다. 동일 는 동일 색으로 플롯하였는데, 동일 색은 같은 위상 혹은 같은 위상 를 보인다. 즉, 동일 의 결과는 가 달라져도 이중 위상 공간 상에서 존재한다. Points at the same angle mean the same phase value, and the radius means the transmission coefficient or reflection coefficient. same is plotted with the same color, and the same color means the same phase or same phase. shows. That is, the same The result is Even if is different, it exists in the dual phase space.

반지름이 1인 것은 입사 빛이 모두 반사 혹은 투과함을 의미하며, 작은 반지름은 0pi 내지 2pi의 범위까지 조절이 가능한 최대 반사, 투과계수를 의미하고, 작은 반지름이 커질수록 광효율이 증가함을 의미할 수 있다. A radius of 1 means that all incident light is reflected or transmitted, and a small radius means the maximum reflection and transmission coefficients that can be adjusted from 0pi to 2pi, and as the small radius increases, the light efficiency increases. You can.

위 시뮬레이션은 일종의 IPS(in-plane switching)를 응용하여 만든 구조이지만, 다른 구조 혹은 두께를 이용하는 경우 광 효율이 증가할 수 있다.The above simulation is a structure created by applying a type of IPS (in-plane switching), but light efficiency can be increased if a different structure or thickness is used.

또한 결과값들이 특정 위상 공간에 더 많이 퍼져 있는 것들을 볼 수 있는데, 해당 특성이 선호되거나, 일반 공간 광 변조기가 구현한 결과값에 큰 차이가 없는 경우에도 적용될 수 있다.It can also be seen that the result values are more spread out in a specific phase space, which can be applied even when that characteristic is preferred or when there is no significant difference in the result values implemented by a general spatial light modulator.

따라서, 본 발명은 적어도 두 개의 위상 공간 상에서 진폭을 조절함에 따라 배가(doubling)되는 정보량을 처리할 수 있다.Accordingly, the present invention can process the amount of information doubling by adjusting the amplitude in at least two phase spaces.

또한, 본 발명은 위상공간의 상대적 위상차에 기반하여 위상공간 상에서 음의 진폭에서 양의 진폭까지 연속적으로 조절할 수 있다.Additionally, the present invention can continuously adjust from negative amplitude to positive amplitude in phase space based on the relative phase difference in phase space.

도 8의 그래프(800) 내지 그래프(807)을 참고하면, 그래프(800)는 180도를 예시하고, 그래프(801)은 360도를 예시하며, 그래프(802)는 540도를 예시하고, 그래프(803)은 720도를 예시하며, 그래프(804)는 900도를 예시하고, 그래프(805)는 1080도를 예시하며, 그래프(806)은 1260도를 예시하고, 그래프(807)은 1440도를 예시한다.Referring to graphs 800 to 807 in FIG. 8, graph 800 illustrates 180 degrees, graph 801 illustrates 360 degrees, graph 802 illustrates 540 degrees, and graph 800 illustrates 180 degrees. Graph 803 illustrates 720 degrees, graph 804 illustrates 900 degrees, graph 805 illustrates 1080 degrees, graph 806 illustrates 1260 degrees, and graph 807 illustrates 1440 degrees. exemplifies.

그래프(800) 내지 그래프(807)는 그래프(700) 내지 그래프(707)과 시뮬레이션은 방법은 동일하나 극각과 방위각 분포가 상술한 시뮬레이션 방법과 다르게 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.Graphs 800 to 807 show simulation results using the same simulation method as graphs 700 to 707, but the polar angle and azimuth distribution are different from the simulation method described above.

구체적으로, 그래프(800) 내지 그래프(807)는 극각과 방위각 분포를 분자동역할을 고려하여 좀 더 현실적으로 시뮬레이션 한 것으로, 좀 더 높은 에너지 효율을 갖으며, 본 발명은 원리 및 조건을 서술한 것으로 상술한 두가지 시뮬레이션 이외에 다른 극각, 방위각 분포도 조건을 만족하면 여러 효율로 C-SLM의 기능을 구현할 수 있다.Specifically, graphs 800 to 807 are more realistic simulations of polar angle and azimuth angle distributions considering the role of molecular motion, have higher energy efficiency, and the present invention describes the principles and conditions. In addition to the two simulations described above, if other polar angle and azimuth distribution conditions are satisfied, the function of C-SLM can be implemented with various efficiencies.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들면, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 장치, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described device, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

200: 반사형 복소수 공간 광 변조기 201: 반사층
201-1: 하부 전극 202: 복굴절 물질
202-1: 복수의 복굴절층 203: 공통 전극
204: 편광 선택 소자
200: reflective complex spatial light modulator 201: reflective layer
201-1: lower electrode 202: birefringent material
202-1: plurality of birefringent layers 203: common electrode
204: Polarization selection element

Claims (10)

복수의 하부 전극을 구비하는 반사층;
상기 반사층 상에 형성되고, 복수의 복굴절층을 구비하는 복굴절 물질 및
상기 복굴절 물질 상에 형성되는 편광 선택 소자
을 포함하고,
상기 복굴절 물질은 상기 편광 선택 소자와의 인접면에 형성된 공통 전극을 구비하고, 상기 공통 전극과 상기 복수의 하부 전극 각각에 인가되는 전기적 신호에 대응하여 변경되는 상기 복수의 복굴절층의 분포에 기반하여 상기 편광 선택 소자를 통해 입사하는 광의 복소 진폭이 조절되고,
상기 편광 선택 소자는 기설정된 제1 편광에 대응되는 제1 광이 입사되면 상기 제1 광은 상기 복굴절 물질로 입사 시키고, 제2 편광에 대응되는 제2 광이 입사되면 상기 제2 광은 투과 시키며,
상기 복굴절 물질은 상기 입사되는 제1 광이 상기 반사층을 통해 반사되고, 상기 반사된 제1 광에 대응되는 제3 광 및 제4 광이 상기 복굴절 물질로 입사되고,
상기 복굴절 물질은 상기 복수의 복굴절층의 극각 분포와 방위각 분포가 비대칭적인 분포를 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는
반사형 복소수 공간 광 변조기.
A reflective layer having a plurality of lower electrodes;
A birefringent material formed on the reflective layer and having a plurality of birefringent layers, and
Polarization selection element formed on the birefringent material
Including,
The birefringent material has a common electrode formed on a surface adjacent to the polarization selection element, and the distribution of the plurality of birefringent layers changes in response to electrical signals applied to each of the common electrode and the plurality of lower electrodes. The complex amplitude of light incident through the polarization selection element is adjusted,
When first light corresponding to a preset first polarization is incident on the polarization selection element, the first light is incident on the birefringent material, and when second light corresponding to the second polarization is incident, the second light is transmitted. ,
The birefringent material causes the incident first light to be reflected through the reflective layer, and third and fourth lights corresponding to the reflected first light are incident to the birefringent material,
The birefringent material is arranged so that the polar angle distribution and azimuth distribution of the plurality of birefringent layers are asymmetrically distributed.
Reflective complex spatial light modulator.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 편광 선택 소자는 상기 입사되는 제3 광 및 제4 광 중 상기 제1 편광에 대응되는 상기 제3 광은 상기 제1 광의 입사 방향으로 출사 시키고, 상기 제4 광은 투과 시키는 것을 특징으로 하는
반사형 복소수 공간 광 변조기.
According to paragraph 1,
The polarization selection element is characterized in that among the incident third light and fourth light, the third light corresponding to the first polarization is emitted in the incident direction of the first light, and the fourth light is transmitted.
Reflective complex spatial light modulator.
삭제delete 복수의 하부 전극을 구비하는 반사층;
상기 반사층 상에 형성되고, 복수의 복굴절층을 구비하는 복굴절 물질 및
상기 복굴절 물질 상에 형성되는 편광 선택 소자
을 포함하고,
상기 복굴절 물질은 상기 편광 선택 소자와의 인접면에 형성된 공통 전극을 구비하고, 상기 공통 전극과 상기 복수의 하부 전극 각각에 인가되는 전기적 신호에 대응하여 변경되는 상기 복수의 복굴절층의 분포에 기반하여 상기 편광 선택 소자를 통해 입사하는 광의 복소 진폭이 조절되고,
상기 편광 선택 소자는 기설정된 제1 편광에 대응되는 제1 광이 입사되면 상기 제1 광은 상기 복굴절 물질로 입사 시키고, 제2 편광에 대응되는 제2 광이 입사되면 상기 제2 광은 투과 시키며,
상기 복굴절 물질은 상기 입사되는 제1 광이 상기 반사층을 통해 반사되고, 상기 반사된 제1 광에 대응되는 제3 광 및 제4 광이 상기 복굴절 물질로 입사되고,
상기 복수의 복굴절층은 상기 복굴절 물질 내에서 비대칭적으로 분포되되, 상기 제1 광이 상기 반사층으로 인해 상기 복굴절 물질을 2회 통과함에 따라 대칭적으로 분포 되었을 때와 동일하게 상기 복소 진폭이 조절되는 것을 특징으로 하는
반사형 복소수 공간 광 변조기.
A reflective layer having a plurality of lower electrodes;
A birefringent material formed on the reflective layer and having a plurality of birefringent layers, and
Polarization selection element formed on the birefringent material
Including,
The birefringent material has a common electrode formed on a surface adjacent to the polarization selection element, and the distribution of the plurality of birefringent layers changes in response to electrical signals applied to each of the common electrode and the plurality of lower electrodes. The complex amplitude of light incident through the polarization selection element is adjusted,
When first light corresponding to a preset first polarization is incident on the polarization selection element, the first light is incident on the birefringent material, and when second light corresponding to the second polarization is incident, the second light is transmitted. ,
The birefringent material causes the incident first light to be reflected through the reflective layer, and third and fourth lights corresponding to the reflected first light are incident to the birefringent material,
The plurality of birefringent layers are asymmetrically distributed within the birefringent material, and the complex amplitude is adjusted in the same way as when the first light is symmetrically distributed as it passes through the birefringent material twice due to the reflective layer. characterized by
Reflective complex spatial light modulator.
제1항에 있어서,
상기 편광 선택 소자는 PBS (Polarizing beam spiltter)인 것을 특징으로 하는
반사형 복소수 공간 광 변조기.
According to paragraph 1,
The polarization selection element is characterized in that it is a polarizing beam splitter (PBS).
Reflective complex spatial light modulator.
제1항에 있어서,
상기 복수의 복굴절층은 단축 복굴절층인 것을 특징으로 하는
반사형 복소수 공간 광 변조기.
According to paragraph 1,
Characterized in that the plurality of birefringent layers are uniaxial birefringent layers.
Reflective complex spatial light modulator.
제1항에 있어서,
상기 복수의 복굴절층은 액정(Liquid Crystal; LC) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는
반사형 복소수 공간 광 변조기.
According to paragraph 1,
The plurality of birefringent layers are characterized in that they include a liquid crystal (LC) material.
Reflective complex spatial light modulator.
제1항에 있어서,
상기 반사층은 반사면을 구비하는 거울 및 기판 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
반사형 복소수 공간 광 변조기.
According to paragraph 1,
The reflective layer is characterized in that it includes at least one of a mirror and a substrate having a reflective surface.
Reflective complex spatial light modulator.
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