KR20190083230A - 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자 - Google Patents

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Abstract

360도 위상변조가 가능하며 균일한 반사율을 보여 높은 빔 조향 효율을 가지는 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자가 개시된다. 능동형 위상변조기는 기판, 전계 인가시 전기적 특성이 변화되는 활성층, 절연층, 적어도 일부가 서로 90도 각도간격을 가지는 복수의 제1 나노안테나를 포함하는 나노안테나부를 포함한다.

Description

능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자{Active phase modulator and beam steering device}
본 개시는 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자에 관한 것으로, 특히 기계적인 회전 구조가 아닌 광학적 겉보기 길이 변화를 통해 360도의 위상 변화를 가능하게 하는 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자에 관한 것이다.
최근, LiDAR(LiDAR; Light Detection and Ranging) 시스템은 스마트카, 로봇 등 다양한 자율 구동 기기 분야에서 장애물을 감지하기 위한 센서 또는 스캐너로서 이용되고 있다.
LiDAR 시스템은 일반적으로 레이저 광을 목표 지점으로 조사하기 위한 빔 조향용 장치를 구비할 수 있다. 빔 조향용 장치로, 인접한 채널 사이에 일정한 위상 차이(phase difference)를 인가하여 각각의 채널에서 나오는 빛들의 간섭에 의해 출사되는 빔을 일정한 각도로 스티어링하는 OPA(optical phased array)가 사용될 수 있다.
OPA는 그 구동 원리에 의해, 의도한 방향으로의 출사되는 광(main lobe) 외, 고차항의 회절광에 의해 다른 방향을 향하는 광(side lobe)이 발생한다. 이러한 광(side lobe)은 노이즈로 작용하며, 신호대 잡음비(SNR; Signal to Noise ratio)를 낮춰 시스템 전체의 효율 저하를 가져올 수 있다. 또한, 종래의 OPA는 360도를 모두 변조하지 못하고 220도 내지 230도 정도로 변조 가능한 위상이 제한된다.
본 개시는 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자에 관한 것으로, 특히 기계적인 회전 구조가 아닌 광학적 겉보기 길이 변화를 통해 360도의 위상 변화를 가능하게 하는 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자를 제공하고자 한다.
일 개시에 따른 능동형 위상변조기는, 기판; 상기 기판 상에 마련되며, 전기장 인가시 전기적 특성이 변화되는 물질로 형성되는 활성층; 상기 활성층 상에 마련되는 절연층; 및 상기 절연층 상에 마련되며, 소정의 중심축을 기준으로 각도 간격을 가지는 복수의 제1 나노안테나를 포함하고, 상기 복수의 제1 나노안테나의 적어도 일부는 서로 실질적으로 90도 각도간격을 가지도록 분포되는 나노안테나부;를 포함한다.
상기 나노안테나부는 전압인가에 따라 광-겉보기 길이가 변화되는 물질로 형성될 수 있다.
상기 복수의 제1 나노안테나는 방사형으로 분포 될 수 있다.
상기 나노안테나부는 상기 복수의 제1 나노안테나와 중심축을 기준으로 대칭적으로 배치되는 복수의 제2 나노안테나를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2 나노안테나는 방사형으로 분포될 수 있다.
상기 복수의 제1 나노안테나는 서로 인접한 제1 나노안테나 간의 각도간격이 90도 이하가 되도록 분포될 수 있다.
상기 복수의 제1 나노안테나는 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 제1 나노안테나 중 적어도 일부는 서로 상이한 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 제2 나노안테나 중 적어도 일부는 서로 상이한 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 제1 나노안테나는 상기 중심축을 기준으로 동일한 거리에 배치될 수 있다.
상기 복수의 제1 나노안테나는 서로 동일한 각도 간격을 가지도록 배치될 수 있다.
상기 기판은 금속을 비롯한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
상기 나노안테나부는 금속으로 형성될 수 있다.
상기 절연층은 SiO2, SiNx, fO2, Al2O3, La2O3, ZrO2, HfSiOx, HfSiON, HfLaOx, LaAlOx, SrTiOx, HfO2 중 적어도 하나 또는 이들의 결합으로 형성될 수 있다.
상기 활성층은 투명 전도성 산화 물질로 형성될 수 있다.
상기 기판 및 상기 나노안테나부에 전압을 인가하는 전압원;를 더 포함할 수 있다.
일 개시에 따른 빔 스티어링 소자는, 기판; 상기 기판 상에 마련되며, 전기장 인가시 전기적 특성이 변화되는 물질로 형성되는 활성층; 상기 활성층 상에 마련되는 절연층; 어레이 배열되는 나노안테나부를 포함하는 위상변조층; 및 상기 나노안테나부에 전압을 인가하는 전압원;을 포함하고, 상기 나노안테나부는 상기 절연층 상에 마련되며, 소정의 중심축을 기준으로 각도 간격을 가지도록 방사형으로 분포되는 복수의 나노안테나를 포함한다.
상기 나노안테나부에 원형 편광 빔을 조사하는 광원부;를 더 포함할 수 있다.
상기 나노안테나부는 1차원 또는 2차원 어레이 배열될 수 있다.
일 개시에 따른 라이다 장치는 전술한 개시에 따른 빔 스티어링 소자를 포함한다.
상기 라이다 장치는 대상체로부터 반사된 광을 수광하는 광검출 소자와 상기 광검출 소자에서 수광된 광으로부터 거리정보를 도출하는 계산 소자를 더 포함할 수 있다.
일 개시에 따른 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자는 360도(2π 라디안) 전 영역에 걸쳐 광의 위상을 변조할 수 있다. 이에, 광파 정형(beam shaping)이 잘 이루어지며, 노이즈가 적다.
일 개시에 따른 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자는 공진 조건을 위해 전압을 인가하여도 반사율의 급격한 변화를 제한할 수 있다.
일 개시에 따른 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자는 반파장판(half-wave plate) 위상지연자(phase retarder)로 기능하여, 원형 편광(circular polarization)의 편광 성분 중 지연 축(slow-axis)에 해당하는 광의 위상을 180도(π 라디안) 만큼 지연시킬 수 있다. 이러한 반파장판 위상지연자는 공간 상에서 지연 축이 θ의 각도로 회전하였을 때, 이를 투과 또는 반사한 광의 위상을 2θ만큼 변화시킬 수 있다. 본 개시에 따른 능동형 위상변조기 및 스티어링 소자는 기계적인 각도의 변화 없이도 광학적 성질을 능동적으로 제어하여 위상변조를 만들 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 능동형 위상변조기의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 능동형 위상변조기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 능동형 위상변조기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 전압인가에 따른 능동형 위상변조기의 반사율 변화와 위상 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 전압인가에 따른 나노안테나의 실제 크기를 개략적으로 비교한 도면이다.
도 6은 전압인가에 따른 나노안테나의 광-겉보기 크기를 개략적으로 비교한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 나노안테나의 방사형 배열을 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 나노안테나의 방사형 배열을 나타내는 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 나노안테나의 방사형 배열을 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 스티어링 소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 스티어링 소자의 개략적인 구조를 나타내는 평면도이다.
도 12 및 도 13은 스티어링 소자의 빔 스티어링 기능을 설명하는 도면이다.
도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 라이더 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 개시되는 능동형 위상변조기는 반파장판(half-wave plate) 위상지연자(phase retarder)로 기능한다. 일반적으로 반파장판 위상지연자는 두 개의 서로 직교하는 두 전기장이 입사되었을 때 크기는 같고 위상은 180도 차이나도록 하는 광학 부재를 의미한다. 반파장판 위상지연자는 180도만큼 위상을 지연시키기 위해서 일 방향의 전기장은 투과시키고, 다른 방향의 전기장은 진폭을 유지하며 위상을 180도만큼 지연시킨다.
입사 광파 중 한쪽 방향으로의 전기장의 계수(coefficient)를 Ax라고, 이 전기장 방향에 대해 위상지연을 φx이라고 하며, 그에 따른 출사 광파의 계수를 Bx라고 한다. 이에 직교하는 입사 광파 전기장의 계수(coefficient)를 Ay, 위상지연을 φy, 출사 광파 전기장의 계수를 By라고 한다. 이를 수식적으로 표현하면 아래와 같다.
Figure pat00001
이상의 식을 행렬식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00002
반파장판 위상지연자를 행렬 계수로 나타내면 φx=1, φy=-1 로 표현할 수 있다.
이러한 반파장판 위상지연자에 원형 편광(circular polarization)의 빛이 입사되었을 때 발생되는 위상변화를 설명한다. 원형 편광은 두 직교하는 방향의 전기장의 성분 사이에 90도의 위상차이가 존재하는 것을 나타낸다. x 방향 전기장에 비해서 y 방향 전기장이 90도 늦는 경우를 오른손 원형 편광(right-handed circular polarization)이라고 한다. x 방향 전기장에 비해서 y 방향 전기장이 90도 빠른 경우를 왼손 원형 편광(left-handed circular polarization)이라고 한다. 입사 광파가 오른손 원형 편광인 경우,
Figure pat00003
로 표현된다.
입사 광파가 오른손 원형 편광인 경우 반파장판 위상지연자에 의한 출사 광파는 아래와 같이 구해진다.
Figure pat00004
이로부터 입사 광파가 오른손 원형 편광인 경우, 반파장판 위상지연자에 의해 출사 광파는 왼손 원형 편광이 된다는 것을 알 수 있다.
위 상황에서 좀더 나아가서, 반파장판 위상지연자가 일정 각도로 회전한 상태인 경우를 설명한다. 여기서 회전이라 함은, 회전축이 반파장판 위상지연자가 존재하는 면에 수직인 것이며, 회전 각도 θ는 반파장판 위상지연자를 광파가 입사하는 방향에서 봤을 때 반시계방향으로의 잰 각도를 의미한다. 이때의 출사 광파의 계수는 회전에 관한 좌표변환 R(θ)를 이용하여 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00005
여기에 만약 오른손 원형 편광 또는 왼손 원형 편광을 입사시키는 경우를 고려하자.
Figure pat00006
상기 수학식에 따르면 입사 광파의 편광 상태가 반전된다. 입사 광파가 오른손 원형 편광(1, +i)이면 출사 광파는 왼손 원형 편광(1, -i)이 된다. 입사 광파가 왼손 원형 편광(1, -i)이면 출사 광파는 오른손 원형 편광(1, +i)이 된다. 또한 회전 각도 θ의 2배에 해당하는 만큼의 위상변조 2θ가 발생한다 따라서, 반파장판 위상지연자가 회전하면 회전각도에 따라 위상변조를 조절할 수 있다. 회전각도를 위치에 따라 미리 결정한 수동 소자(passive device)는 회전각도의 자유로운 조절이 불가능하여 불편함이 따른다.
이하 도면을 참조하여 반파장판 위상지연자로 기능할 수 있는 여러 실시예에 따른 능동형 위상변조기 및 빔 스티어링 소자에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 능동형 위상변조기(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 능동형 위상변조기(100)는 기판(110), 활성층(120), 절연층(130), 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a) 및 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)를 포함하는 나노안테나부(140)을 포함한다.
기판(110)은 활성층(120)을 지지하는 부재일 수 있다. 기판(110)은 전도성 소재로 형성될 수 있다. 기판(110)은 광원(미도시)의 위치에 따라 다르게 기능할 수 있다. 예를 들어, 광원(미도시)이 나노안테나부(140)의 상부에 마련되는 경우 기판(110)은 반사형 전극으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 금속으로 형성되는 반사판일 수 있다. 예를 들어, 금속은 금(Au), 은(Ag), 납(Pb), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등의 노블 메탈(noble metal) 에서 선택 될 수 있다. 또는, 예를 들어, 광원(미도시)이 기판(110)의 하부에 마련되는 경우 기판(110)은 투과형 전극으로 기능할 수 있으며 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다.
기판(110)은 전압원(미도시)로부터 전압이 인가될 수 있다. 기판(110)은 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a) 및 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)과 함께 활성층(120)에 전기장을 인가할 수 있다. 예를 들어, 구동 전압은 나노안테나부(140)으로 인가되고, 기판(110)은 그라운드 전극(GND)으로 기능할 수 있다. 이러한 구동예는 일 예시에 불과하며 한정되지 않는다.
활성층(120)은 전기장 인가시 전기적 특성이 변화되는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전기장이 활성층(120)에 인가되면, 활성층(120)과 절연층(130) 사이에 전하농도변화층이 생길 수 있다. 활성층(120)은 n형 도펀트로 도핑되거나, p형 도펀트로 도핑될 수 있다. 활성층(120)에 전하공핍층 또는 전하축적층이 생기면 능동형 위상변조기(100)의 공진 조건(resonance condition)이 변화된다. 이러한 능동형 위상변조기(100)는 입사된 광의 위상을 변조시키는 변조기로서의 기능을 가진다. 자세한 내용은 도 2에서 후술한다.
활성층(120)은 입사된 광에 대하여 투명성을 가지는 소재로 선택될 수 있다. 예를 들어, 활성층(120)은 투명 전도성 산화막(transparent conducting oxide)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(120)은 인듐주석산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화티타늄(TiO2), 갈륨이 도핑된 산화아연(Ga-doped ZnO), 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연(Al-doped ZnO) 중 적어도 하나의 물질 또는 이들의 혼합으로 형성 될 수 있다. 활성층(120)은 이외에도 다양한 물질로 형성될 수 있으며 상술한 예시에 한정되지 않는다.
절연층(130)은 유전성 절연물질로 형성될 수 있다. 절연층(130)은 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a) 및 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)를 활성층(120)과 전기적으로 단절시킬 수 있다. 절연층(130)은 유전체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(130)은 SiO2, SiNx, fO2, Al2O3, La2O3, ZrO2, HfSiOx, HfSiON, HfLaOx, LaAlOx, SrTiOx, HfO2 등과 같은 일반적인 반도체 트랜지스터의 게이트 절연막 재료중 적어도 하나의 재료 또는 이들의 혼합으로 형성 될 수 있다. 절연층(130)은 이외에도 다양한 물질로 형성될 수 있으며 상술한 예시에 한정되지 않는다.
복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 절연층(130) 상에 마련될 수 있다.
복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 외부 전압원(미도시)와 연결되어 각각 전압(V1, V2, V3, V4)을 공급받을 수 있다. 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 전압 인가에 따라 광-겉보기(optical-apparent) 길이가 달라지는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 전압 인가에 따라 굴절률이 달라지는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 금(Au), 은(Ag), 납(Pb), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등의 노블 메탈(noble metal)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 소정의 중심축(cp)을 중심으로 각도 간격을 가지도록 방사형으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 중심축(cp)을 통과하는 서로 방사형 선상에 각각 마련될 수 있다. 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)의 적어도 일부는 서로 실질적으로 90도의 각도 간격을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1-1 나노안테나(141-a)와 제1-3 나노안테나(143-a)는 실질적으로 90도 간격을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1-2 나노안테나(142-a)와 제 1-4 나노안테나(144-a)는 실질적으로 90도 간격을 가지도록 배치될 수 있다. 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 서로 동일한 각도 간격을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 인접한 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 서로 0도 초과 90도 이하의 일정한 각도 간격을 가지도록 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 중심축(cp)을 기준으로 동일한 거리에 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 서로 동일한 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 적어도 일부가 서로 상이한 형상을 가질 수 있다.
복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)는 가장 멀리 이격된 두 제1 나노안테나가 180도 미만의 각도 간격을 가지도록 배치될 수 있다. 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)의 전압 인가에 따른 능동형 위상변조기(100)의 반파장판 위상지연자로서의 기능을 예시적으로 설명하도록 한다.
복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)에 전압이 인가되지 않는 경우에, 능동형 위상변조기(100)는 입사되는 원 편광의 광(lin)의 편광 방향을 변조하지 않을 수 있다.
실질적으로 90도의 각도간격을 가지는 제1-1 나노안테나(141-a)와 제1-3 나노안테나(143-a)에 서로 반대 부호를 가지는 전압이 인가되고, 제1-2 나노안테나(142-a) 및 제1-4 나노안테나(144-a)에 0V 전압이 인가될 때, 능동형 위상변조기(100)는 입사되는 입사광(lin)의 편광 방향을 반전시키고 위상을 지연 시킬 수 있다. 예를 들어, 입사광의 원형 편광이 왼손 편광이면 오른손 편광으로 반전될 수 있으며, 그 반대도 가능하다. 예를 들어, 제1-1 나노안테나(141-a)에 V1의 음의 전압이 인가되고, 제1-3 나노안테나(143-a)에 V3의 양의 전압이 인가될 수 있다. 그리고 이들을 제외한 나머지 구체적인 전압 인가조건은 활성층(102)의 주 전하(majority carrier) 조건에 따라 달라질 수 있으며 상술한 예시에 한정되지 않는다. 제1-2 나노안테나(142-a) 및 제1-4 나노안테나(144-a)는 V2=V4=0의 조건을 만족할 수 있다.
복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)에 인가되는 전압 조건에 따라 정의되는 위상 지연자가 입사광의 지연축과 이루는 각도를 θ 라고 할 때, 출사광(lout)의 위상은 그 2배인 2θ만큼 지연될 수 있다. 위상지연자가 입사광의 지연축과 이루는 각도 θ 는 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)에 인가되는 전압 조건에 따라 변화될 수 있다.
이와 같이, 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)의 배치 형태 및 전압 인가 조건에 따라서, 출사광(lout)의 위상을 입사광(lin) 기준으로 360도에 걸쳐서 조절하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)를 포함하는 능동형 위상변조기(100)는 위상 지연 정도가 기결정된(pre-determined) 수동 지연 소자(passive phase delay device)와는 다르다. 따라서, 본 실시예에 따른 능동형 위상변조기(100)는 위상지연자를 물리적으로 회전시키지 않고, 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)의 광학 특성을 변조시키는 것으로 각도 θ 의 자유로운 조절이 가능하다.
복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 외부 전압원(미도시)와 연결되어 각각 전압(V1, V2, V3, V4)을 공급받을 수 있다. 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 전압 인가에 따라 광-겉보기길이가 달라지는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 전압 인가에 따라 굴절률이 달라지는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)와 동일한 물질로 형성될 수 있다.
복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)와 중심축(cp)을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a)와 중심축(cp)을 통과하는 각 방사형 선상에 마련될 수 있다.
동일한 방사형 선상에 마련되는 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a) 및 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 나노 안테나 페어(pair)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1-1 나노안테나(141-a) 및 제2-1 나노안테나(141-b)는 동일한 방사형 선상에 마련되며 서로 나노안테나 페어를 형성할 수 있다. 마찬가지로 제1-2 나노안테나(142-a) 및 제2-2 나노안테나(142-b)가 하나의 나노안테나 페어를 형성할 수 있다. 제1-3 나노안테나(143-a) 및 제2-3 나노안테나(143-b)가 하나의 나노안테나 페어를 형성할 수 있다. 제1-4 나노안테나(144-a) 및 제2-4 나노안테나(144-b)가 하나의 나노안테나 페어를 형성할 수 있다.
방사형 선상을 기준으로 정의되는 나노안테나 페어 배치는 능동형 위상변조기(100)의 위상 변조 효율을 향상시킬 수 있다. 동일한 나노안테나 페어를 구성하는 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a) 및 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 서로 180도 각도 간격을 가짐으로써 동일한 회전각도 θ를 가질 수 있다. 예를 들어, 동일한 나노안테나 페어에는 동일한 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 한 나노안테나 페어에 양의 전압이 인가되며, 상기 나노안테나 페어와 90도 각도 간격을 가지는 다른 나노안테나 페어에는 음의 전압이 인가되며, 이외의 나노안테나 페어에는 전압이 인가되지 않을 수 있다.
중심축(cp)을 기준으로 나노안테나 페어를 구성하는 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a) 및 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 서로 동일한 형상, 크기, 배향(orientation), 중심축(cp)으로부터의 거리를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
나노안테나 페어 배치와 관련된 구체적인 실시예들은 도7 내지 9에서 후술한다.
복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a) 및 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 다양한 삼차원 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 나노안테나(141-a, 142-a, 143-a, 144-a) 및 복수의 제2 나노안테나(141-b, 142-b, 143-b, 144-b)는 사각기둥, 삼각뿔, 원기둥, 타원 기둥 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 능동형 위상변조기(200)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 능동형 위상변조기(200)는 기판(210), 활성층(220), 절연층(230), 나노안테나(240)를 포함한다.
전압원(V)는 기판(210) 및 나노안테나(240)에 전압(V1)을 인가할 수 있다. 기판(210) 및 나노안테나(240)에 인가된 전압(V1)으로 인해 활성층(220)의 전기적 특성이 변화될 수 있다. 예를 들어, 활성층(220)의 절연층(230)과 접하는 면 상에 전하농도변화층(220-a)가 형성될 수 있다.
활성층(220)이 n형 도펀트로 도핑된 경우에는, 주 전하(majority carrier)가 음전하이다. 나노안테나(240)에 양의 전압을 인가하면, 전하농도변화층(220-a)에 전하축적층(accumulation layer)이 형성될 수 있다. 나노안테나(240)에 음의 전압을 인가하면, 전하농도변화층에 전하공핍층(depletion layer)이 형성될 수 있다.
활성층(220)이 p형 도펀트로 도핑된 경우에는, 주 전하가 양의 전하이다. 이때, 나노안테나(240)에 음의 전압을 인가하면, 전하농도변화층에 전하축적층이 형성될 수 있다. 나노안테나(240)에 양의 전압을 인가하면, 전하농도변화층에 전하공핍층이 형성될 수 있다.
활성층(220)에 전하공핍층 또는 전하축적층이 생기면 능동형 위상변조기(200)의 공진 조건이 변화된다. 이러한 능동형 위상변조기(200)는 입사된 광의 위상을 변조시키는 변조기로서의 기능을 가진다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 능동형 위상변조기(300)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3을 참조하면, 능동형 위상변조기(300)는 기판(310), 활성층(320), 절연층(330), 나노안테나부(340)를 포함한다.
나노안테나부(340)는 서로 나노안테나 페어를 형성하는 제1 나노안테나(340-a)와 제2 나노안테나(340-b)를 포함한다. 제1 나노안테나(340-a)와 제2 나노안테나(340-b)는 소정의 중심축을 기준으로 동일한 방사형 선상에 마련될 수 있다. 따라서, 제1 나노안테나(340-a)와 제2 나노안테나(340-b)는 서로 180도 각도 간격을 가질 수 있다. 제1 나노안테나(340-a)와 제2 나노안테나(340-b)는 반파장판 위상지연자로 기능함에 있어 동일한 회전각도를 가진다. 제1 나노안테나(340-a)에 인가되는 전압 V1은 제2 나노안테나(340-b)에 인가되는 전압 V2와 동일할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 나노안테나 페어를 포함하는 나노안테나부(340)는 능동형 위상변조기(300)의 위상 변조 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 전압인가에 따른 능동형 위상변조기의 반사율 변화와 위상 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5는 전압인가에 따른 나노안테나의 실제 크기를 개략적으로 비교한 도면이다. 도 6은 전압인가에 따른 나노안테나의 광-겉보기 크기를 개략적으로 비교한 도면이다.
도 4를 참조하면, 출사광의 주파수 대비 반사율의 그래프가 좌측에 도시되고, 출사광의 주파수 대비 위상의 그래프가 우측에 도시된다. 양 그래프의 a 선은 능동형 위상변조기에 전압을 인가하지 않은 경우의 반사율 및 위상을 나타낸다. a 선은 전압을 인가하지 않은 능동형 위상변조기의 공진 주파수가 2000 hz 임을 나타낸다. a' 선은 음의 전압을 인가하여 공진 주파수를 2000 hz 미만으로 낮춘 경우의 반사율 및 위상을 나타낸다. a''은 양의 전압을 인가하여 공진 주파수를 2000 hz 초과로 높인 경우의 반사율 및 위상을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 동일한 형상, 크기, 배향을 가지는 예시적인 나노안테나 페어가 도시된다. 도 5의 (a) 경우는 나노안테나 페어에 전압을 인가하지 않는 경우(a 선)를 나타낸다. 도 5의 (b) 경우는 나노안테나 페어에 음의 전압을 인가하는 경우(a' 선)를 나타낸다. 도 5의 (c) 경우는 나노안테나 페어에 양의 전압을 인가하는 경우(a'' 선)를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 나노안테나 페어의 전압 인가 여부와는 상관없이 안테나의 물리적인 차원은 변하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 도 5에 따른 나노안테나 페어의 광-겉보기 모습을 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)를 참고하면, 나노안테나 페어에 전압을 인가하지 않은 경우에는 광-겉보기 모습이 나노안테나의 실제 모양(도 5 (a) 경우에 도시)과 동일한 것을 확인할 수 있다.
도 6의 (b)를 참고하면, 나노안테나 페어에 음의 전압을 인가한 경우에는 광-겉보기 모습이 나노안테나의 실제 모양(도 5 (b) 경우에 도시)보다 길어지는 것을 확인할 수 있다. 이는 요컨대, 나노안테나 페어의 굴절률이 낮아진 것을 의미할 수 있다.
도 6의 (c)를 참고하면, 나노안테나 페어에 양의 전압을 인가한 경우에는 광-겉보기 모습이 나노안테나의 실제 모양(도 5 (c) 경우에 도시)보다 길어지는 것을 확인할 수 있다. 이는 요컨대, 나노안테나 페어의 굴절률이 높아진 것을 의미할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 나노안테나의 방사형 배열을 나타내는 도면이다. 도 7의 (a) 경우를 참조하면, 소정의 중심점(cp;central point)를 기준으로 가상의(imaginary) 방사형 선(rl)이 도시된다. 복수의 제1 나노안테나(a1, a2, a3, a4)는 방사형 선(rl) 상에 마련될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 나노안테나(a1, a2, a3, a4)는 서로 다른 방사형 선(rl) 상에 소정의 각도 간격을 가지도록 마련될 수 있다. 복수의 제1 나노안테나(a1, a2, a3, a4)는 서로 간에 동일한 각도 간격을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 제1 나노안테나(a1, a2, a3, a4)는 모두 동일한 모양과 크기를 가질 수 있으며, 중심점(cp)을 향하는 배향을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 제1 나노안테나(a1, a2, a3, a4)는 서로 90도의 간격을 가지도록 분포될 수 있다. 예를 들어, 제1-1 나노안테나(a1)와 제 1-2 나노안테나(a3)는 서로 90도의 각도간격을 가지고, 제1-2 나노안테나(a2)와 제1-4 나노안테나(a4)는 서로 90도의 각도간격을 가질 수 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 복수의 제1 나노안테나(a12, a2, a3, a4)와 더불어 복수의 제2 나노안테나(b1, b2, b3, b4)는 방사형 선(rl)상에 마련될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 나노안테나(b1, b2, b3, b4)는 방사형 선(rl) 상에서 복수의 제1 나노안테나(a1, a2, a3, a4)와 중심점(cp)를 사이에 두고 마주하도록 배치될 수 있다. 복수의 제2 나노안테나(b1, b2, b3, b4)는 복수의 제1 나노안테나(a1, a2, a3, a4)와 각각 하나의 방사형 선(rl)상에서 마주하도록 배치됨으로써 복수의 나노안테나 페어를 구성할 수 있다. 이러한 복수의 나노안테나 페어를 포함하는 능동형 위상변조기는 위상 변조 효율이 향상될 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 나노안테나의 방사형 배열을 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 다양한 각도간격을 가지는 나노안테나의 예시적인 방사형 배열이 도시된다.
예를 들어, 도 8의 (a) 경우에 따르면, 복수의 나노안테나(a1)는 서로 90도의 각도 간격을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 (b) 경우에 따르면, 복수의 나노안테나(c1)는 서로 45도의 각도 간격을 가지도록 배치될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 나노안테나의 방사형 배열을 나타내는 도면이다. 도 9을 참조하면, 다양한 크기를 가지는 나노안테나의 예시적인 방사형 배열이 도시된다.
예를 들어, 도 9의 (a) 경우에 따르면, 제1 나노안테나 페어(a1)와 제2 나노안테나 페어(a2)는 서로 다른 크기와 모양을 가질 수 있다. 동일한 나노안테나 페어(a1)는 같은 크기와 모양을 가질 수 있다. 동일한 나노안테나 페어(a2)는 같은 크기와 모양을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 9의 (b) 경우에 따르면, 복수의 나노 안테나(c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8)이 각기 다른 크기와 모양을 가질 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(1000)의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다. 빔 스티어링 소자(1000)는 기판(1100), 활성층(1200), 절연층(1300), 어레이 배열되는 나노안테나부(1410, 1420, 1430, 1440)를 포함하는 위상변조층(1400), 위상변조층(1400)에 전압을 인가하는 전압원(1500), 원형 편광 광을 조사하는 광원(1600)을 포함한다.
기판(1100), 활성층(1200), 절연층(1300)은 도 1에서 전술한바와 같으므로 동일한 내용은 생략한다.
전압원(1500)는 어레이 배열되는 나노안테나부(1410, 1420, 1430, 1440) 각각에 전압을 제공할 수 있다.
광원(1600)은 기판(1100)을 형성하는 물질의 종류에 따라, 빔 스티어링 소자(1000)의 하부 또는 상부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판(1100)이 반사형 전도성 물질로 형성되는 경우는 광원(1600)은 위상변조층(1400)의 상부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판(1100)이 투과형 전도성 물질로 형성되는 경우는 광원(1600)은 기판(1100)의 하부에 마련될 수 있다. 광원(1600)은 원형 편광을 가지는 광을 조사하는 부재일 수 있다. 예를 들어, 광원(1600)은 원형 편광을 가지는 평면파를 조사할 수 있다.
어레이 배열되는 나노안테나부(1410, 1420, 1430, 1440)는 원형 편광 광의 위상을 각기 다르게 지연시켜 입사광의 파면(wavefront)의 방향을 변경하여 광의 방향을 조절할 수 있다. 본 실시예에 따른 나노안테나부(1410, 1420, 1430, 1440)는 일차원 배열될 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(2000)의 개략적인 구조를 나타내는 평면도이다. 도 11을 참조하면, 빔 스티어링 소자(2000)는 2차원으로 빔을 스티어링 하는 위상변조층(2400)을 포함한다. 위상변조층(2400)은 2차원 배열되는 나노안테나부를 포함한다.
도 12 내지 도 15는 빔 스티어링 소자(1000)의 빔 스티어링 기능을 설명하는 도면이다. 설명의 편의상 광원(미도시) 및 전압원(미도시)는 도면에서 생략하도록 한다.
도 12 및 도 13를 참조하면, 빔 스티어링 소자(1000)가 입사광을 우측 방향으로 스티어링 할 수 있다. 입사광(lin)은 오른손 방향 원형 편광을 가지는 평면파일 수 있다.
제1 나노안테나부(1410)는 오른손 방향 원형 편광을 가지는 입사광(lin)을 왼손 방향 원형 편광을 가지는 출사광(lout)으로 변조하며 φ1 의 위상을 가지도록 위상 지연시킬 수 있다. 제2 나노안테나부(1420)는 오른손 방향 원형 편광을 가지는 입사광(lin)을 왼손 방향 원형 편광을 가지는 출사광(lout)으로 변조하며 φ2 의 위상을 가지도록 위상 지연시킬 수 있다. 제3 나노안테나부(1430)는 오른손 방향 원형 편광을 가지는 입사광(lin)을 왼손 방향 원형 편광을 가지는 출사광(lout)으로 변조하며 φ3 의 위상을 가지도록 위상 지연시킬 수 있다. 제4 나노안테나부(1440)는 오른손 방향 원형 편광을 가지는 입사광(lin)을 왼손 방향 원형 편광을 가지는 출사광(lout)으로 변조하며 φ4 의 위상을 가지도록 위상 지연시킬 수 있다. 출사광의 위상이 φ1 > φ2 > φ3 > φ4 의 관계를 만족하도록 함으로써, 출사광의 파면을 우측 방향으로 기울게 할 수 있다. 이는 예시에 불과하며 상술한 작동예에 한정되지 않는다.
도 13을 참조하면, 나노안테나부(1410, 1420, 1430, 1440)는 각각 45도의 각도 간격을 가지는 복수의 나노안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 나노안테나부(1410)는 제1 나노안테나(1411-a, 1412-a, 1413-a, 1414-a) 및 제2 나노안테나(1411-b, 1412-b, 1413-b, 1414-b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 나노안테나부(1420)는 제1 나노안테나(1421-a, 1422-a, 1423-a, 1424-a) 및 제2 나노안테나(1421-b, 1422-b, 1423-b, 1424-b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 나노안테나부(1430)는 제1 나노안테나(1431-a, 1432-a, 1433-a, 1434-a) 및 제2 나노안테나(1431-b, 1432-b, 1433-b, 1434-b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제4 나노안테나부(1440)는 제1 나노안테나(1441-a, 1442-a, 1443-a, 1444-a) 및 제2 나노안테나(1441-b, 1442-b, 1443-b, 1444-b)를 포함할 수 있다.
출사광의 위상이 φ1 > φ2 > φ3 > φ4 의 관계를 만족시키기 위해 나노안테나부(1410, 1420, 1430, 1440) 전압 V1, V2, V3, V4가 인가될 수 있다. 나노안테나부(1410, 1420, 1430, 1440)의 구동에 있어서, 서로 실질적으로 90도로 마련되는 나노안테나 페어에 반대 부호의 전압이 인가될 수 있다.
예를 들어, 나노안테나부(1410)은 출사광의 위상이 φ1 만큼 지연되도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 나노안테나 페어(1411-a, 1411-b)에 전압 V1 이 인가되고, 나노안테나 페어(1413-a, 1413-b)에는 V1 과 반대 부호를 가지는 전압 V3 가 인가되고, 나머지 나노안테나 페어는 전압이 인가되지 않을 수 있다.
예를 들어, 나노안테나부(1420)은 출사광의 위상이 φ2 만큼 지연되도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 나노안테나 페어(1422-a, 1422-b)에 전압 V2 가 인가되고, 나노안테나 페어(1424-a, 1424-b)에 전압 V2와 반대부호를 가지는 전압 V4 가 인가되고 나머지 나노안테나 페어는 전압이 인가되지 않을 수 있다.
예를 들어, 나노안테나부(1430)은 출사광의 위상이 φ3 만큼 지연되도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 나노안테나 페어(1433-a, 1433-b)에 V3 전압이 인가되고, 나노안테나 페어(1431-a, 1431-b)에 전압 V3와 반대부호를 가지는 전압 V1 가 인가되고 나머지 나노안테나 페어는 전압이 인가되지 않을 수 있다.
예를 들어, 나노안테나부(1440)은 출사광의 위상이 φ4 만큼 지연되도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 나노안테나 페어(1444-a, 1444-b)에 V4 전압이 인가되고, 나노안테나 페어(1442-a, 1442-b)에 전압 V4와 반대부호를 가지는 전압 V2 가 인가되고 나머지 나노안테나 페어는 전압이 인가되지 않을 수 있다.
도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 라이다 장치(31)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 라이다 장치(31)가 피사체(32)에 광을 조사하고, 반사되는 광을 수광하여 피사체(32)와 라이다 장치(31)간의 거리 정보를 도출할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치(31)는 근거리 물체(33) 및 장거리 물체(34)에 광을 조사하고 반사광을 수신하여 근거리 물체(33)가 장거리 물체(34)보다 더 가깝게 있는지 여부를 판단할 수 있다.
라이다 장치(31)는 자율 주행을 위해 자동차(30)에 탑재될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
라이다 장치(31)는 전술한 실시예에 따른 빔 스티어링 소자(1000), 광 검출소자(3000), 계산소자(4000)을 포함할 수 있다.
스티어링 소자(1000)는 광원으로부터의 광이 피사체를 향하도록 조준하고 스캔하는 것으로 방향 조절이 가능한 소자이다. 빔 스티어링 소자(1000)로부터의 광이 피사체(32, 33, 34)에 조사된 후 피사체(32, 33, 34)로부터의 반사광을 광 검출소자(3000)에서 수신할 수 있다. 광 검출소자(3000)는 광을 센싱하는 복수의 광검출요소들의 어레이로 이루어질 수 있다. 계산소자(4000)는 광 검출소자(3000)에서 검출된 광 정보로부터 피사체까지의 거리를 도출하는 일체의 소자일 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명에 대한 예시적인 실시예를 설명하고 첨부된 도면에 도시하였다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 200, 300 : 능동형 위상변조기
110 : 기판
120 : 활성층
130 : 절연층
140 : 나노안테나부
1000, 2000 : 빔 스티어링 소자
31 : 라이다 장치
3000 : 광검출 소자
4000 : 계산 소자

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 마련되며, 전기장 인가시 전기적 특성이 변화되는 물질로 형성되는 활성층;
    상기 활성층 상에 마련되는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 마련되며, 소정의 중심축을 기준으로 각도 간격을 가지는 복수의 제1 나노안테나를 포함하고, 상기 복수의 제1 나노안테나의 적어도 일부는 서로 실질적으로 90도 각도간격을 가지도록 분포되는 나노안테나부;를 포함하는 능동형 위상변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노안테나부는 전압인가에 따라 광-겉보기 길이가 변화되는 물질로 형성되는 능동형 위상변조기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 나노안테나는 방사형으로 분포되는 능동형 위상변조기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노안테나부는 상기 복수의 제1 나노안테나와 중심축을 기준으로 대칭적으로 배치되는 복수의 제2 나노안테나를 포함하는 능동형 위상변조기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 나노안테나는 방사형으로 분포되는 능동형 위상변조기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 나노안테나는 서로 인접한 제1 나노안테나 간의 각도간격이 90도 이하가 되도록 분포되는 능동형 위상변조기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 나노안테나는 서로 동일한 형상을 가지는 능동형 위상변조기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 나노안테나 중 적어도 일부는 서로 상이한 형상을 가지는 능동형 위상변조기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 나노안테나는 상기 중심축을 기준으로 동일한 거리에 배치되는 능동형 위상변조기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 나노안테나는 서로 동일한 각도 간격을 가지도록 배치되는 능동형 위상변조기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 금속을 비롯한 전도성 물질로 형성되는 능동형 위상변조기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노안테나부는 금속으로 형성되는 능동형 위상변조기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2, SiNx, fO2, Al2O3, La2O3, ZrO2, HfSiOx, HfSiON, HfLaOx, LaAlOx, SrTiOx, HfO2 중 적어도 하나 또는 이들의 결합으로 형성되는 능동형 위상 변조기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층은 투명 전도성 산화 물질로 형성되는 능동형 위상변조기.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 나노안테나부에 전압을 인가하는 전압원;를 더 포함하는 능동형 위상변조기.
  16. 기판;
    상기 기판 상에 마련되며, 전기장 인가시 전기적 특성이 변화되는 물질로 형성되는 활성층;
    상기 활성층 상에 마련되는 절연층;
    어레이 배열되는 나노안테나부를 포함하는 위상변조층; 및
    상기 나노안테나부에 전압을 인가하는 전압원;을 포함하고,
    상기 나노안테나부는 상기 절연층 상에 마련되며, 소정의 중심축을 기준으로 각도 간격을 가지도록 방사형으로 분포되는 복수의 나노안테나를 포함하는 빔 스티어링 소자.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 나노안테나부에 원형 편광 빔을 조사하는 광원부;를 더 포함하는 빔 스티어링 소자.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 나노안테나부는 1차원 또는 2차원 어레이 배열되는 빔 스티어링 소자.
  19. 제 16 항에 따른 빔 스티어링 소자를 포함하는 라이다 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 라이다 장치는 대상체로부터 반사된 광을 수광하는 광검출 소자와 상기 광검출 소자에서 수광된 광으로부터 거리정보를 도출하는 계산 소자를 더 포함하는 라이다 장치.
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