KR20200038663A - 광학 위상 어레이의 위상 최적화 방법 - Google Patents

Abstract

광학 위상 어레이(OPA)의 위상 최적화 방법에 관해 개시되어 있다. 일 실시예에 의한 OPA의 위상 최적화 방법은 1차 위상 최적화를 실시하고, 상기 1차 위상 최적화를 통해 얻은 제1 위상 프로화일을 대상으로 2차 위상 최적화를 실시하여 단일점에 대한 빔 포밍 과정에서의 위상을 최적화하고, 상기 1차 위상 최적화와 상기 2차 위상 최적화는 서로 다른 방법을 이용하여 수행하는 과정을 포함한다. 상기 2차 위상 최적화를 실시하는 과정은 상기 제1 위상 프로화일을 대상으로 서로 다른 2가지 방법을 순차적으로 적용하여 상기 제1 위상 프로화일에 변화를 주는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 서로 다른 2가지 방법은 스텝 스캔과 HC 방법일 수 있다.

Description

광학 위상 어레이의 위상 최적화 방법{Phase optimization method of Optical Phased Array}

일 실시예는 광학 위상 어레이(Optical Phased Array, OPA)의 동작과 관련된 것으로써, 보다 자세하게는 OPA의 위상 최적화 방법에 관한 것이다.

OPA는 모터, 멤스 미러(MEMS mirror) 등과 달리 기계적인 움직임 없이 광의 방향을 바꿀 수 있는 장치로, LiDAR (Light Detection and Ranging)와 같은 거리 측정 센서, 광학추적기술 (optical tracking), 자유공간 광통신 등에서 최근 각광받고 있는 기술이다.

기존 빔 스캐닝(beam scanning)을 적용한 LiDAR들이 기계식 모터나 회전 모터, 멤스 등의 장치를 사용하여 구조는 간단하지만 정확도, 충격에 대한 신뢰성, 대량 생산성 등에 문제가 있었던 것에 비해 OPA는 LiDAR의 비기계식 빔 스캐닝을 가능하게 한다는 점에서 정교하고 빠른 제어가 가능하며, 대량 생산시 제조단가를 크게 낮출 수 있다는 장점으로 인해 주목 받고 있다.

OPA는 고밀도 집적을 위해 리소그래피(lithography)를 이용하여 도파관(waveguide)을 기판 위에 형성하는 포토닉 IC(photonic integrated circuit) 기술이 주로 사용되고 있고, 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.

칩 위의 도파관을 구현할 때, 이상적으로는 일정한 너비와 두께를 가져야 하지만 실제 공정시는 리소그래피, 증착, 식각 등의 공정 오차로 인해 도파관의 형태에 랜덤한 산포가 생긴다. 따라서 각 도파관에서 광신호의 위상이 서로 랜덤한 차이를 갖게 된다. 또한 실제 사용 환경에서도 외부의 충격, 진동, 작동온도 등과 같은 환경에 따른 도파관 내부의 위상에 변화가 있을 수 있다.

일 실시예는 높은 효율과 빠른 속도로 빔 포밍(beam forming)과 빔 스티어링(beam steering)을 수행할 수 있는 광학 위상 어레이의 위상 최적화 방법을 제공한다.

일 실시예에 의한 OPA의 위상 최적화 방법은 1차 위상 최적화를 실시하고,

상기 1차 위상 최적화를 통해 얻은 제1 위상 프로화일을 대상으로 2차 위상 최적화를 실시하여 단일점에 대한 빔 포밍 과정에서의 위상을 최적화하고,

상기 1차 위상 최적화와 상기 2차 위상 최적화는 서로 다른 방법을 이용하여 수행하는 과정을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 2차 위상 최적화를 실시하는 과정은

상기 제1 위상 프로화일을 대상으로 서로 다른 2가지 방법을 순차적으로 적용하여 상기 제1 위상 프로화일에 변화를 주는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 서로 다른 2가지 방법은 스텝 스캔(step scan)과 HC(Hill Climb optimization) 방법일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 2차 위상 최적화를 실시하는 과정은 상기 제1 위상 프로화일을 대상으로 로컬 최적화 방법을 적용하여 상기 제1 위상 프로화일에 변화를 주는 과정을 포함할 수 있다.

상기 제1 위상 최적화를 실시하는 과정은 GA(Genetic Algorithm) 방법을 적용하여 상기 제1 위상 프로화일을 생성하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 로컬 최적화 방법은 스텝 스캔과 HC 방법 중 어느 하나일 수 있다.

상기 제1 위상 프로화일을 생성하는 과정은 복수의 위상 프로화일을 포함하는 모집단을 생성하는 제1 과정과, 상기 복수의 위상 프로화일에 대한 빔 프로화일 이미지를 획득하는 제2 과정과, 상기 획득한 빔 프로화일 이미지에 대한 피트니스(fitness)를 평가하는 제3 과정과, 상기 피트니스 평가된 위상 프로화일들 중 일부를 선택하는 제4 과정과, 상기 선택된 위상 프로화일들을 이용하여 새로운 모집단을 생성하는 제5 과정과, 상기 새로운 모집단을 대상으로 상기 제2 과정 내지 제5 과정을 반복하되, 상기 새로운 모집단 생성횟수가 설정된 횟수에 도달되면, 최대 피트니스 값에 해당하는 위상 프로화일을 상기 제1 위상 프로화일로 선택하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 제5 과정은 상기 선택된 위상 프로화일들 중 뽑은 2개의 위상 프로화일을 대상으로 크로스오버를 수행하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 제5 과정은 상기 선택된 위상 프로화일들 중 뽑은 일부 위상 프로화일을 대상으로 뮤테이션(mutation)을 수행하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 2차 위상 최적화를 실시한 후, 빔 스티어링을 위해 다중점(multipoint)에서의 위상을 최적화하는 과정을 더 포함할 수 있다. 상기 다중점 위상 최적화를 실시하는 과정은 상기 단일점에 근접한 위치를 설정하는 과정과, 상기 2차 위상 최적화를 통해서 얻은 위상 프로화일에 위상 기울기를 적용하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일에 로컬 최적화 방법을 적용하여 상기 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일의 위상을 조정하는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기 위상 프로화일에 위상 기울기를 적용하는 과정은 상기 위상 기울기를 중심으로 주어진 범위에서 위상 기울기 스캔을 실시하여 상기 단일점에 근접한 위치에서 피트니스가 최대인 위상 기울기 값을 찾는 과정과, 상기 위상 기울기 값을 상기 2차 위상 최적화를 통해서 얻은 위상 프로화일에 적용하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 로컬 최적화 방법을 적용하여 상기 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일의 위상을 조정하는 과정은 스텝 스캔 방식으로 상기 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일의 위상을 조정하는 과정과, 상기 스텝 스캔 방식으로 조정된 위상 프로화일의 위상을 HC 방식으로 조정하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시예에 의한 OPA의 위상 최적화 방법은 빔 포밍 과정에서 위상 최적화를 위해 복합 방식을 적용한다. 곧, 랜덤 방식 기반의 접근방식과 로컬 최적화 방식을 함께 이용하여 위상 최적화를 수행한다. 이렇게 함으로써, 기존의 최적화 방식에 비해 최적화 시간은 줄이면서 단일점에 대한 빔 포밍 효율뿐만 아니라 빔 스티어링이 동반되는 다중점에 대한 빔 포밍의 효율도 높게 유지할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한 OPA 최적화 방법에 따른 OPA 위상 최적화 구현을 위한 실험 기구 배치(setup)를 간략히 나타낸 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 OPA 위상 최적화 방법(제1 최적화 방법)을 나타낸 순서도이다
도 3은 도 2의 제1 단계의 제1 위상 최적화를 GA를 이용하여 수행하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3의 제7 단계의 새로운 모집단 생성을 위한 크로스오버 과정을 보여준다.
도 5는 도 3의 제7 단계의 새로운 모집단 생성을 위한 과정에 사용될 수 있는 뮤테이션 과정을 보여준다.
도 6은 도 2의 제2 단계의 제2 위상 최적화를 위한 스텝 스캔을 실시하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 7은 도 2의 제2 단계의 제2 위상 최적화를 위한 HC를 실시하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 8a는 빔 포밍이 완료된 위상 프로화일에 위상 기울기를 적용할 경우, OPA의 채널 어레이에서 방출되는 광의 진행 방향이 바뀌는 경우를 나타낸 평면도이다.
도 8b는 빔 포밍이 완료된 위상 프로화일(전압 프로화일)에 선형 위상 기울기가 적용된 경우를 나타낸 그래프이다.
도 8c는 빔 포밍 완료된 위상 프로화일에 위상 기울기가 적용됨에 따라 빔 포밍된 위치, 곧 빔의 초점 위치가 이동되는 것을 나타낸 사진이다.
도 9는 일 실시예에 의한 OPA 위상 최적화 방법에서 다중점(multipoint)에 대한 OPA 빔 스티어링을 위한 위상 최적화 방법(제2 최적화 방법)을 단계별로 나타낸 순서도이다.
도 10 내지 도 12는 일 실시예에 의한 OPA 위상 최적화 방법을 적용한 다중점에 대한 빔 포밍 실험 결과를 나타낸 사진과 그래프들이다.

OPA 동작에서 실시간으로 빔의 모양을 한 포인트에 포커싱(focusing)하는 것, 곧 빔 포밍(beam forming)을 구현하기 위해서는 위상 시프터(phase shifter)를 이용하여 각 도파관(waveguide) 사이의 위상 차이를 보정 혹은 조절해주어야 한다. 또한 빔의 방향을 바꾸는 스티어링(steering)을 구현하기 위해서는 각도별로 위상차이를 보정해 줄 필요가 있다. OPA의 채널 수가 늘어날수록 위상조절에 필요한 변수의 개수도 증가한다. 또한, 빔 스티어링에서 빔 방향 별로 최적화된 위상 조건이 다르기 때문에, 위상 차이를 보정하는 과정, 즉 각 채널들의 위상을 최적화하는 과정은 상당한 시간과 복잡성이 요구된다.

여기에 개시되는 일 실시예는 OPA 동작에서 나타나는 이러한 점들을 개선하기 위한 OPA 위상 최적화 방법을 제공하는 것으로, OPA의 빔 포밍과 빔 스티어링에서 요구되는 위상 차이 보정을 높은 효율과 빠른 속도로 수행하는 방법을 제공한다.

OPA의 위상 최적화 방식은 간단히 표현하면 하나의 다항 방정식을 푸는 것으로 해석될 수 있다. OPA의 채널수를 N이라 하면, 다항 방정식의 미지수의 수는 N개가 된다. 한 개 채널의 위상은 0부터 2π 사이에서 변할 수 있다. 한 개 채널의 위상은 0~2π 사이에서 복수의 단계로 나눌 수 있는데, 상기 복수의 단계의 수를 m(m은 일반적으로 10 이상) 이라고 하면, 이론적으로 OPA에 대한 모든 위상 프로화일을 평가하기 위해서는 m^N번의 위상 프로화일 측정과정이 필요하다. 여기에 더해서 빔 스티어링을 위해 빔의 방향별 평가까지 수행하는 경우, 천문학적인 시간과 비용이 소모될 수 있다. 이러한 이유로 10개 이상의 채널 수를 갖는 대부분의 OPA에서 위상 최적화는 현실적으로 어려울 수 있다.

이에 따라 위상 켈리브레이션(phase calibration)에는 정확하고 빠른 수치적(numerical) 최적화 방법이 요구되고, 최근까지 다양한 방법이 시도되고 있다.

이러한 최적화 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 랜덤(random) 방식이고, 두 번째는 해석적 방법이다.

상기 랜덤 방식은 랜덤(random) 하게 생성된 씨드(seed) 혹은 모집단을 바탕으로 최적해를 찾는 방법이다. 상기 랜덤 방식(이하, 랜덤 방식)에서는 잘 알려진 수단으로 GA(Genetic Algorithm) 또는 DEA(Differential Evolution Algorithm)을 이용할 수 있다.

상기 해석적 방법은 하나의 특정 위상 프로화일(phase profile)에서 시작해서 로컬 해법(local solution)을 해석적으로 찾는 방법이다. 상기 해석적 방법에서는 잘 알려진 수단으로 Gradient Descent Algorithm, Hill Climber Algorithm, 또는 Rapid Search Algorithm 등을 이용할 수 있다.

상기 랜덤 방식은 얻고자 하는 실제 최적해(global solution)에 가까운 해를 찾을 수 있다는 장점을 갖고 있다. 그러나 상기 랜덤 방식의 경우, 알고리즘과 계산 과정이 복잡하고 수렴속도가 너무 느려 실제 상황에 적용하기에는 비효율적일 수 있다.

상기 해석적 방법은 계산과정이 간단하고 빠른 속도로 로컬 해법을 찾을 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러나 상기 해석적 방법의 경우, 일반적으로 해법의 품질(quality)이 상기 랜덤 방식에 비해 낮다.

여기 개시되는 일 실시예에서는 상기 두 방법을 조합하여 OPA의 싱글 포인트 빔 포밍(single point beam forming)을 실시하여 빠른 속도로 고품질의 위상 최적해, 곧 최적 위상 프로화일을 찾는 방법과, 상기 위상 기울기(phase gradient)와 상기 해석적 방법을 이용하여 OPA 출력광의 방향별 위상 최적화, 곧 빔 스티어링을 위한 위상 최적화를 고속으로 수행하는 방법을 제공한다.

이하, 일 실시예에 의한 OPA의 위상 최적화 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

도 1은 일 실시예에 의한 OPA 최적화 방법에 따른 OPA 위상 최적화 구현을 위한 실험 기구 배치(setup)를 간략히 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 광원(20)으로부터 방출된 광은 OPA(22)를 통해 반사부재(24)에 입사된다. 광원(20)은 레이저 일 수 있다. 반사부재(24)는 반사판일 수 있다. 반사부재(24)에서 반사된 이미지는 검출기(26)을 통해 검출된다.

OPA(22)에서 출력된 광은 반사부재(24)를 거치지 않고 검출기(26)에 의해 직접 검출될 수도 있다. OPA(22)에서 방출되는 빔의 프로화일은 부채꼴 모양으로 방사각이 넓을 수 있다. 그러므로 OPA(22)와 반사부재(24)의 거리는 상대적으로 좁을 수 있다. 검출기(26)는 FOV(Field of View)가 넓은 것일 수 있다. 검출기(26)는 사용하는 광신호의 파장에 맞는 고감도 카메라(가시광-Silicon, 근적외선- GaAs 등)나 광 검출 어레이(Photo Detector Array) 모두 사용 가능하다. 검출기(26)에서 획득한 이미지 또는 광 패턴 결과는 컴퓨터(28)로 전송된다. 컴퓨터(28)는 전송 받은 이미지의 품질을 판단하고 알고리즘을 수행하여 최적화를 진행한다. 컴퓨터(28)에서 계산된 새로운 위상 프로화일은 OPA 전용 제어 보드(30)를 통해 OPA(22)에게 전달된다. OPA(22)의 위상 조절용으로 설계된 제어보드(30)는 전압 제어를 통해 위상을 조절한다. 전압 제어를 통해 위상은 0~2π사이에서 조절될 수 있다.

도 2는 일 실시예에 의한 OPA 위상 최적화 방법(이하, 제1 최적화 방법)을 나타낸 순서도이다. 도 2의 순서도는 OPA 위상 최적화 과정 중에서 빔 포밍 과정의 위상 최적화 방법을 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 제1 최적화 방법은 제1 단계(S1)와 제2 단계(S2)를 포함한다. 제1 단계(S1)는 1차 위상 최적화를 실시하는 과정을 포함한다. 제2 단계(S2)는 2차 위상 최적화를 실시하는 과정을 포함한다. 제2 단계(S2)는 제1 단계(S1)에서 얻어지는 위상 프로화일(phase profile)을 대상으로 수행될 수 있다. 상기 위상 프로화일은 OPA의 채널들 각각에 대한 위상을 나타내는 것으로, 각 채널의 위상은 각 채널에 인가되는 전압에 의해 결정되거나 조절된다는 점에서 상기 위상 프로화일은 전압 프로화일에 대응되는 것일 수 있다. 제1 단계(S1)의 상기 제1 위상 최적화를 실시하는 과정은 랜덤 방식을 이용한 위상 최적화 과정을 포함한다. 예를 들면, 제1 단계(S1)는 랜덤 방식의 하나의 GA(Genetic Algorithm)을 이용하여 수행할 수 있다. 이에 대해서는 후술된다. 제2 단계(S2)의 상기 제2 위상 최적화를 실시하는 과정은 해석적 접근 방식인 로컬 최적화를 이용하여 수행할 수 있는데, 상기 로컬 최적화 방법으로, 예를 들면, 스텝 스캔(step scan) 및/또는 힐 클라임 최적화(Hill Climb Optimization, HC)를 이용하여 실시할 수 있다. 제2 단계(S2)는 스텝 스캔과 HC 중 적어도 하나를 이용하여 실시할 수 있는데, 스텝 스캔과 HC를 모두 이용하는 경우, 스텝 스캔을 먼저 실시하고, 스텝 스캔의 결과를 대상으로 HC를 실시할 수 있다. 상기 제2 위상 최적화를 위해 스텝 스캔과 HC를 이용하는 과정을 후술된다.

제1 단계(S1)를 GA를 이용하여 수행하는 경우, 제1 단계(S1)는 정해신 시간 혹은 정해진 평가 횟수만큼만 실시한다. 예컨대, 제1 단계(S1)에서 상기 GA는 시뮬레이션이나 테스트를 통해 설정된 시간 동안 혹은 평가 횟수만큼만 수행할 수 있다. 상기 GA를 수행하는 시간 혹은 평가 횟수는 시뮬레이션이나 테스트 결과를 통해 소요 시간과 최종 결과의 품질을 모두 감안하여 적합한 횟수로 결정될 수 있다. 상기 GA를 수행하는 시간이나 평가 횟수는 OPA의 형태나 채널수 등에 의존하므로, 고정된 인자(factor)가 아니다.

제1 단계(S1)에서 상기 GA을 이용하여 얻은 해(solution), 곧 위상 프로화일을 바탕으로 제2 단계(S2)에서 로컬 최적화가 수행된다. 이렇게 해서 싱글 포인트에 대한 빔 포밍을 위한 최적화된 위상 프로화일(전압 프로화일)이 얻어진다.

도 3은 도 2의 제1 단계(S1)의 상기 제1 위상 최적화를 GA를 이용하여 수행하는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 위상 최적화를 GA를 이용하여 수행하는 과정의 제1 단계(S1(A))에서는 GA 수행에 필요한 파라미터들(parameters) 및 OPA 광 출력방향(θ₀)을 설정한다. 상기 파라미터들은, 예를 들면 모집단 수(population number)(nP), 모집단 생성수(number of generation)(nG), 선택압(selection pressure), 크로스오버 확률(crossover probability), 뮤테이션 확률(mutation probability) 등일 수 있다.

OPA 광 출력방향을 설정하는 것은 빔을 포커싱하고자 하는 제1 위치를 설정하는 것으로, 소정의 각(θ)이 설정될 수 있는데, 편의 상, 처음에는 OPA의 바로 정면 중앙(θ=0)을 광 출력방향으로 설정한다.

모집단 수는 위상 프로화일 수를 의미하는 것으로, OPA에 인가될 전압 프로화일 수를 의미한다. 달리 말하면, 상기 모집단 수는 OPA에 인가될 전압 프로화일이다. 이 전압 프로화일이 OPA에 인가되면서 OPA의 각 채널의 위상이 정해지고, OPA로부터 광이 출력된다. 이렇게 출력된 광을 수신하여 광 이미지, 곧 빔 프로화일을 얻을 수 있다. 상기 모집단 생성수는 모집단을 생성하는 횟수를 의미한다. 도 2의 제1 단계(S1)의 상기 제1 위상 최적화를 위한 GA는 기존과 달리 정해진 시간 동안만 이용하거나 정해진 모집단 생성 횟수가 도달될 때까지만 이용한다. 기존에는 위상 최적화를 위한 최종 위상 프로화일이 얻어질 때까지 GA를 이용하여 최종해를 얻기까지 많은 시간이 소요되었다. 선택압의 경우, 선택압이 클수록 피트니스 값이 큰 위상 프로화일이 선택될 확률이 높아진다. 상기 크로스오버 확률은 피트니스 평가후 선택된 위상 프로화일들 간 채널 교환이 일어나는 확률이다. 예컨대, 선택된 위상 프로화일의 채널 중 일부 채널의 위상 프로화일(전압 프로화일)은 선택된 다른 위상 프로화일의 채널 중 일부 채널의 위상 프로화일(전압 프로화일)과 교환될 수 있다. 이에 따라 상기 선택된 위상 프로화일의 채널 중 일부 채널에는 상기 선택된 다른 위상 프로화일의 채널 중 일부 채널의 위상 프로화일이 적용된다. 그리고 상기 선택된 다른 위상 프로화일의 채널 중 일부 채널에는 상기 선택된 위상 프로화일의 채널 중 일부 채널의 위상 프로화일이 적용된다. 상기 크로스오버 확률이 높을 수록 선택된 위상 프로화일들 간 위상 프로화일이 교환되는 비율이 높아질 수 있다. 상기 뮤테이션 확률은 피트니스 평가후 선택된 각 위상 프로화일에 포함된 채널들 중에서 위상이 바뀌어지는(인가되는 전압이 변화되는) 채널의 비율과 관련된 것이다. 예컨대, 상기 선택된 위상 프로화일들 중 첫 번째 위상 프로화일에 100개 채널이 포함된 경우, 뮤테이션은 100개 채널 중 일부 채널, 예를 들면 2번과 10번 채널의 위상(또는 인가된 전압)을 다른 임의의 값으로 변경하는 것을 의미한다. 뮤테이션 확률이 높을 수록 위상(또는 인가된 전압)이 변경되는 채널의 수가 증가된다.

제2 단계(S1(B))는 모집단을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 모집단은 초기에 생성되는 것으로 임의로 생성한 복수의 위상 프로화일을 포함한다.

제3 단계(S1(C))는 모집단에 대한 빔 프로화일 이미지를 획득하는 단계를 포함한다. 빔 프로화일 이미지는 제2 단계(S1(B))에서 생성한 모집단의 복수의 위상 프로화일(전압 프로화일)을 OPA에 적용하였을 때, 방출되는 광을 검출하여 얻을 수 있다. 빔 프로화일 이미지는 모집단에 포함된 위상 프로화일 수 만큼 얻을 수 있다.

제4 단계(S1(D))는 획득한 빔 프로화일 이미지에 대한 피트니스(fitness)를 평가하는 단계를 포함한다. 피트니스 평가는 획득한 빔 프로화일 이미지가 설정한 기준 이미지에 얼마나 부합되는지를 평가하는 것이다.

선택된 빔 프로화일 이미지에 대한 피트니스 값은 상기 선택된 빔 프로화일 이미지 전체의 광 세기에 대한 상기 선택된 빔 프로화일 이미지 내 상기 설정된 제1 위치에 대응하는 위치에서의 광 세기 비율이다.

이러한 피트니스 평가에 의해 상기 획득한 빔 프로화일 이미지들에 대한 피트니스 값들이 정해진다. 피트니스 값에 따라 피트니스 값이 높은 것부터 낮은 것까지 상기 획득한 빔 프로화일들의 순서가 정해진다.

다음, 제5 단계(S1(E))에서 모집단 생성횟수가 설정한 횟수에 도달되었는지를 판단한다. 모집단 생성횟수가 설정한 횟수에 도달되었다면(예), 제8 단계(S1(H))가 수행된다. 곧 최고 피트니스 값을 갖는 빔 프로화일 이미지에 해당하는 위상 프로화일(전압 프로화일)을 위상 최적화를 위한 위상 프로화일로 선택한다. 모집단 생성횟수가 설정한 횟수에 도달되지 않았다면(아니오), 상기 피트니스 평가된 위상 프로화일들 중 일부를 선택한다(S1(F)). 이때, 선택되는 위상 프로화일들은 상기 피트니스 평가 결과에서 피트니스 값이 높은 빔 프로화일 이미지에 해당하는 위상 프로화일들일 수 있다. 그러나 상기 선택압에 따라서 제6 단계(S1(F))에서 선택되는 위상 프로화일들 중 일부는 중위권 또는 하위권의 피트니스 값을 갖는 빔 프로화일 이미지에 해당하는 위상 프로화일일 수도 있다.

다음, 제7 단계(S1(G))에서 상기 선택된 위상 프로화일들을 이용하여 새로운 모집단을 생성한다. 새로운 모집단에 포함되는 위상 프로화일의 수는 제2 단계(S1(B))에서 생성한 모집단에 포함된 수와 동일할 수 있다.

상기 새로운 모집단은 제6 단계(S1(F))에서 선택된 위상 프로화일들을 대상으로 크로스오버 과정을 수행하여 생성할 수 있다. 상기 크로스오버 과정은 원하는 수의 위상 프로화일이 만들어질 때까지 실시할 수 있다. 상기 크로스오버 과정 대신 뮤테이션 과정이 수행될 수도 있다. 다른 예에서 상기 크로스오버 과정에 뮤테이션 과정이 추가될 수도 있다. 상기 크로스오버 과정과 뮤테이션 과정은 도 4와 도 5을 참조하여 후술된다.

제7 단계(S1(G))에서 새로운 모집단을 생성한 후, 제3 단계(S1(C))부터 과정을 반복한다.

도 4는 도 3의 제7 단계(S1(G))의 새로운 모집단 생성을 위한 크로스오버 과정을 보여준다.

도 4에서는 도 3의 제6 단계(S1(F))에서 피트리스 평가후 제1 내지 제4 위상 프로화일((1)-(4))을 선택한 것으로 가정하였다. 피트니스 평가 후에 4개 이상의 위상 프로화일을 새로운 모집단 생성을 위해 선택할 수도 있다. 선택된 각 위상 프로화일((1)-(4))은 7개의 채널을 포함하는 것으로 가정하였으나, 7개 이상의 채널을 포함할 수도 있다. 각 채널의 숫자는 각 채널에 인가되는 전압을 나타낸다.

제1 내지 제4 위상 프로화일((1)-(4)) 중 크로스오버를 위해 2개의 위상 프로화일을 임의로 선택한다. 일 예로 제1 및 제2 위상 프로화일((1), (2))을 선택한다. 크로스오버는 제1 및 제2 위상 프로화일((1), (2))의 제2, 제4 및 제7 채널(ch2, ch4, ch7) 사이에서 일어난다. 구체적으로, 제1 위상 프로화일((1))의 제2 채널(ch2)의 위상, 곧 제2 채널(ch2)에 인가되는 전압(1)과 제2 위상 프로화일((2))의 제2 채널(ch2)의 위상, 곧 제2 채널(ch2)에 인가되는 전압(0)을 교환한다. 이 결과 크로스오버 결과에 나타낸 바와 같이, 제1 위상 프로화일((1))의 제2 채널(ch2)에 인가되는 전압은 1

0으로 바뀌고, 제2 위상 프로화일((2))의 제2 채널(ch2)에 인가되는 전압은 0

1로 바뀌게 된다. 제1 및 제2 위상 프로화일((1), (2))의 제4 및 제7 채널(ch4, ch7) 사이에도 동일한 크로스오버가 이루어진다. 이러한 크로스오버에 따라 크로스오버 결과에서 볼 수 있듯이 제1 및 제2 위상 프로화일((1), (2))의 각 채널에 위상 상태, 곧 인가되는 전압 상태는 크로스오버 전과 달라진다. 결과적으로, 한 번의 크로스오버 과정을 통해 새로운 위상 프로화일 2개가 만들어진다. 도 3의 제2 단계(S1(B))의 모집단에 포함된 위상 프로화일의 수가 100개라고 하면, 상기 크로스오버 과정을 50회 수행함으로써, 새로운 위상 프로화일 100개를 포함하는 새로운 모집단이 생성될 수 있다.

도 5는 도 3의 제7 단계(S1(G))의 새로운 모집단 생성을 위한 과정에 사용될 수 있는 뮤테이션 과정을 보여준다.

뮤테이션을 위해, 피트니스 평가후 선택된 제1 내지 제4 위상 프로화일((1)-(4))에서 임의의 위상 프로화일을 선택할 수 있다. 일 예로 제1 위상 프로화일((1))을 선택하여 설명한다. 뮤테이션은 제1 위상 프로화일((1) 내 채널들(ch1-ch7) 중 일부, 예컨대 제6 채널(ch6)의 위상(인가되는 전압)을 다른 값으로 바꾸는 것이다. 뮤테이션의 결과, 제1 위상 프로화일((1))의 제6 채널(ch6)의 전압 값은 2

3으로 바뀌어 제1 위상 프로화일((1))은 새로운 위상 프로화일이 된다. 이러한 뮤테이션 과정은 도 4의 크로스오버 과정을 거친 위상 프로화일을 대상으로 실시할 수도 있다.

도 6은 도 2의 제2 단계(S2)의 상기 제2 위상 최적화를 위한 스텝 스캔을 실시하는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 6의 스텝스캔은 도 3의 제1 위상 최적화 단계를 통해서 얻은 위상 프로화일을 대상으로 실시할 수 있다.

도 6을 참조하면, 먼저 제1 단계(SS1)로 스캔을 실시할 채널을 선택한다. 일 예로 상기 제1 위상 최적화 단계를 통해서 얻은 위상 프로화일의 제1 채널을 선택한다. 상기 제1 채널에 대해서 위상 스캔을 실시한다(SS2). 곧, 제1 채널에 대해서 0에서 2π까지 위상 스캔을 실시하되, 주어진 간격으로 단계별로 위상 스캔을 실시한다. 예를 들면, 상기 제1 채널의 위상이 0, π/4, π/2, 3π/4, π, 5π/4, 6π/4, 7π/4, 2π일 때, 각 위상에서 빔 프로화일 이미지를 획득하여 피트니스를 계산한다(SS3). 상기 제1 채널의 위상은 제1 채널에 해당 위상에 대응되는 전압이 인가됨으로써 나타난다. 따라서 제1 채널에 대한 위상을 0~2π까지 변화시킨다는 것은 결국, 상기 제1 채널에 인가되는 전압을 위상 0에 대응되는 전압(V0)에서 위상 2π에 대응되는 전압(Vmax)까지 변화시킴을 의미한다. 상기 제1 채널에 대한 위상 스캔과 피트니스 계산 결과 상기 제1 채널에 대해서 피트니스 값이 최대인 위상(전압)을 얻을 수 있다(SS4). 상기 제1 위상 최적화 단계를 통해서 얻은 위상 프로화일의 나머지 채널에 대해서도 상기 제1 채널에 대한 위상 스캔과 피트니스 계산 과정을 적용한다(SS5). 이 결과, 각 채널에 대해서 피트니스 값이 최대인 위상(전압)을 얻을 수 있다. 곧, 새로운 위상 프로화일(전압 프로화일)을 얻을 수 있다.

도 6의 스탭 스캔 과정은 위상 프로화일에 포함된 N개의 모든 채널에 대해 수행되는데, 위상 스캔 과정에서의 위상 스캔 간격이 작을 수록, 곧, 채널에 인가되는 전압의 간격이 작을수록 위상 최적화 품질이 높아지지만, 시간이 오래 걸리게 된다. 이 방식을 2번 이상 반복하면 위상 최적화 품질은 더 높아질 수 있다. 대부분의 경우 이 방법을 사용하면 GA로 얻은 위상 프로화일에 비해 좋은 품질의 위상 프로화일을 얻을 수 있다. 이후, 위상 프로화일의 품질을 좀 더 높이기 위해 도 7에 도시한 바와 같은 HC를 수행할 수 있다.

도 7은 도 2의 제2 단계(S2)의 상기 제2 위상 최적화를 위한 HC를 실시하는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 7을 참조하면, 먼저 채널을 선택한다(S11). 제1 단계(S11)에서 선택한 채널은 도 6의 스텝 스캔을 통해서 얻은 위상 프로화일(전압 프로화일)의 제1 채널일 수 있다. 상기 선택한 채널의 위상 값(채널에 인가되는 전압)을 위 아래로 주어진 값 만큼 변화시키면서 각각의 값에서 빔 프로화일 이미지를 획득하여 피트니스를 계산한다(S22). 이 과정에서 상기 위상 값(채널에 인가되는 전압)은 도 6의 스텝 스캔을 통해서 얻은 위상 프로화일(전압 프로화일)의 제1 채널의 피트니스가 최대인 위상 값(전압)일 수 있다. 제2 단계(S22)의 피트니스 계산을 통해서 얻은 결과 중 최대 피트니스를 갖는 위상을 상기 제1 채널의 위상으로 결정하고, 이 위상에 대응하는 전압을 상기 제1 채널의 전압으로 설정한다(S33). 나머지 채널에 대해서도 상기 제1 채널에 대한 상기 제2 및 제3 단계(S22, S33)를 적용할 수 있다. 이렇게 해서 도 6의 스텝 스캔을 통해서 얻은 위상 프로화일(전압 프로화일)의 모든 채널에 대해서 위상(전압)을 설정할 수 있다. 이렇게 해서 도 2의 제2 위상 최적화 단계(S2)가 완료되고, OPA의 빔 포밍에 대한 위상 최적화가 완료된다. 곧, 도 7의 HC를 거쳐 얻어지는 위상 프로화일(전압 프로화일)은 OPA의 빔 포밍을 최적화할 수 있는 위상 프로화일이 된다.

도 6의 스텝 스캔의 경우, 위상(0~2π) 전체를 스캔하지만, 도 7의 HC의 경우, 초기값 V0와 그 주변만 비교하기 때문에, 결과를 빨리 얻을 수 있다. 상기 초기값 V0는 도 6의 스텝 스캔을 통해서 얻은 위상 프로화일(전압 프로화일)에 있는 각 채널의 최대 피트니스의 위상 값(전압)을 의미한다. 다만, 상기 제1 위상 최적화 단계(S1)의 GA를 실시한 후, 상기 제2 위상 최적화 단계(S2)에서 스텝 스캔없이 바로 HC가 실시되는 경우, 상기 초기값 V0는 상기 GA에서 얻은 최종 위상 프로화일에 있는 각 채널의 위상 값일 수 있다.

한편, 도 7의 HC 단계에서는 효율성을 위해 각 채널에서 실시되는 위상 스캔의 간격은 도 6의 스텝 스캔 단계에서 각 채널에서 실시되는 위상 스캔 간격의 절반 정도일 수 있다. 예를 들면, 도 6의 스텝 스캔 단계에서 각 채널의 위상 스캔 간격이 30도(π/6)라면, 도 7의 HC 단계에서는 각 채널의 위상 스캔 간격은 15° 정도일 수 있다.

　앞에서 설명한 GA, 스텝 스캔 및 HC의 세 단계 혹은 HC를 생략한 두 단계를 거치면 OPA 출력광의 제1 위치에 대한 위상 최적화는 완료된다. OPA로 빔 스티어링을 구현하기 위해서는 여러 포인트, 예컨대 100개 이상에서 위상 최적화가 필요한데, 이 과정은 GA가 포함되어 있어 상당한 시간이 소요되어 각 포인트마다 이와 같은 방법을 반복하여 최적화하는 방법은 아주 비효율적이다. 따라서 빔 스티어링까지 고려한 위상 최적화는 주어진 한 방향에 대해 얻은 최적화된 위상 프로화일을 기반으로 위상 기울기(phase gradient)를 적용하여 빔의 방향을 조절한 후, 스텝 스캔 및/또는 HC와 같은 간단한 로컬 최적화를 수행함으로써, 각 포인트에서 위상 최적화를 이룰 수 있다. 여기서 위상 기울기는 선형 위상 기울기를 의미한다.

도 8a는 빔 포밍이 완료된 위상 프로화일에 위상 기울기를 적용할 경우, OPA의 채널 어레이(80)에서 방출되는 광의 진행 방향이 바뀌는 경우를 보여준다. 도 8을 참조하면, 채널 어레이(80)의 채널(80a) 간 위상차는 ΔΦ로 일정함을 알 수 있다. 도 8a에서 참조번호 82는 위상 기울기가 적용되기 전 채널 어레이(80)에서 방출되는 광의 제1 파면을 나타내고, 84는 위상 기울기가 적용된 후, 채널 어레이(80)에서 방출되는 광의 제2 파면을 나타낸다. 제2 파면(84)은 제1 파면(82)에 대해 주어진 각으로 경사져 있는데, 이 경사각이 위상 기울기에 비례하여 위상 기울기가 커질 수록 상기 경사각도 증가하게 된다.

도 8b는 빔 포밍이 완료된 위상 프로화일, 곧 전압 프로화일에 선형 위상 기울기가 적용된 경우를 보여준다. 도 8b에서 가로축은 채널을, 세로축은 전압을 나타낸다. 위상 기울기가 적용된다는 것은 위상 기울기에 상응하는 기울기를 갖는 전압이 채널 어레이(80a)에 적용되는 것을 의미한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 위상 기울기가 적용된 경우, 1번 채널에서 마지막 채널로 갈수록 각 채널에 추가로 더해지는 전압의 크기는 선형적으로 증가한다(점선).

도 8c는 빔 포밍 완료된 위상 프로화일에 위상 기울기가 적용됨에 따라 빔 포밍된 위치, 곧 빔의 초점 위치가 이동됨을 보여준다. 도 8c는 위상 기울기 조절에 의해 수평으로 이동된 빔의 초점 위치를 수직으로 겹쳐서 나타낸 것이다.

이상적인 상황에서는 위상 기울기 적용만으로 포커싱된 빔이 품질을 유지하면서 스티어링 되어야 하지만, 실제로는 채널 어레이의 두께와 간격의 불균일성, 전압과 위상 관계의 비선형성, 각 채널 별로 균일하지 않은 위상 범위(phase range) 등으로 인해 위상 기울기 적용과 함께 추가 최적화 과정이 요구된다.

도 9는 일 실시예에 의한 OPA 위상 최적화 방법에서 다중점에 대한 OPA 빔 스티어링을 위한 위상 최적화 방법(이하, 제2 최적화 방법)을 단계별로 나타낸 순서도이다.

도 9를 참조하면, 먼저 빔 포밍 위치와 다른 위치를 선택한다(SP1). 제1 단계(SP1)의 상기 다른 위치는 상기 빔 포밍 위치에 근접한 위치로써, 상기 빔 포밍 위치에 대해 수평으로 주어진 각을 갖는 위치일 수 있다. 상기 빔 포밍 위치는 도 3 내지 도 7을 통해서 최적 위상 프로화일이 얻어진 빔 포밍 위치일 수 있다.

다음에는 위상 기울기를 주어진 범위에서 스캔하여 상기 다른 위치에서 피트니스가 최대가 되는 위상 기울기 값을 찾는다(SP2). 위상 기울기는 OPA에서 방출되는 광의 진행 방향에 변화를 준다. 위상 프로화일에 위상 기울기를 준다는 것은 해당 위상 프로화일의 각 채널에 위상을 더하는데, 1번 채널로부터 마지막 채널로 가면서 더해지는 위상의 크기가 선형적으로 증가하거나 감소함을 의미한다. 이에 따라 위상 기울기를 갖는 위상 프로화일의 경우, 각 채널 간의 위상차는 일정하게 된다. 따라서 위상 프로화일의 각 채널 간 위상차를 조절함으로써, 해당 위상 프로화일의 위상 기울기에 변화를 줄 수 있다.

상기 다른 위치에 대응하는 위상 기울기를 중심으로 주어진 범위에서 위상 기울기 변화를 스캔하면서 위상 기울기 별 빔 프로화일 이미지를 획득하여 피트니스를 계산한다. 이러한 계산을 통해서 상기 다른 위치에서 피트니스가 최대가 되는 위상 기울기를 찾을 수 있다. 이렇게 찾은 위상 기울기를 빔 포밍에 대해 최적화된 위상 프로화일에 적용한다(SP3).

다음에는 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일을 대상으로 로컬 최적화를 실시한다(SP4). 이때의 로컬 최적화는 상술한 스텝 스캔만을 이용하거나 스텝 스캔과 HC를 함께 이용하여 수행할 수 있다. 이렇게 해서 상기 다른 위치로의 빔 스티어링을 위한 위상 최적화가 완료된다. 곧, 상기 다른 위치로 빔 스티어링을 실행하는데 필요한 최적화된 위상 프로화일이 얻어진다.

또 다른 위치들에 대한 빔 스티어링을 위한 위상 최적화는 제2 내지 제4 단계(SP2, SP3, SP4)를 반복해서 수행할 수 있다(SP5).

이러한 과정들을 OPA 출력 광의 모든 각도 영역에서 연속적으로 수행하면 모든 각도에서 최적화된 위상 프로화일이 얻어질 수 있다. 결과적으로, 실시간으로 최적의 빔 스티어링을 구현할 수 있다. 일 실시예에 의한 이러한 빔 스티어링 위상 최적화 방법은 매 포인트마다 로컬 최적화만을 수행하는 기존의 기술에 비해 훨씬 높은 품질을 제공하고, 빠른 속도로 위상 최적화를 구현할 수 있다. 결과적으로, 빔 포밍의 품질을 유지하면서 실시간으로 빠르게 빔 스티어링이 가능할 수 있다.

또한, 상기 과정들을 통해서 OPA의 시야각 내의 모든 각도에서 빔 스티어링을 위한 최적화된 위상 프로화일들이 얻어질 수 있는 바, 이를 바탕으로 룩-업 테이블(Look-up Table, LUT)을 얻을 수도 있다.

다음에는 일 실시예에 의한 OPA 위상 최적화 방법을 적용한 다중점(multipoint)에 대한 빔 포밍 실험예를 설명한다.

상기 실험에는 LiDAR 용으로 개발된 128채널로 구성된 실리콘 OPA를 이용하였다. 실험에 사용된 OPA에서 안테나 어레이 패턴, 곧 채널 어레이 패턴은 랜덤한 간격으로 배치하여 주기 구조에서 나타나는 2차 모드(2nd mode)를 억제하였다. 상기 실험에서 광 파장은 1310nm 대역의 단파장 IR이 사용되었고, 검출기로 InGaAs 카메라를 이용하였다.

도 10 내지 도 12는 상기 실험의 결과를 나타낸다.

도 10은 수평 방향으로 연속된 9개 위치에 대한 빔 포밍 결과를 카메라로 촬영한 영상을 Y 방향으로 중첩한 영상이다. 도 11은 도 10에 도시된 9개 빔 포밍된 위치에 대한 수평 방향 화소 세기(pixel intensity)를 나타낸 그래프들이다. 각 그래프들을 보면, 빔 포밍된 위치에서만 피크(화소 세기)가 크게 나타나고, 나머지 영역에서는 의미있는 피크가 나타나지 않음을 알 수 있는데, 이는 도 12의 결과에서도 볼 수 있듯이, 빔 포밍 결과에 노이즈가 거의 포함되지 않음을 시사한다. 도 11에서 제일 왼쪽에 있는 제1 피크(P1)는 기준점인 각도 0인 위치에 대한 빔 포밍 결과 나타나는 피크로, 도 10의 제일 좌측 상단의 화소 세기에 대응하고, 제일 우측 피크는 상기 기준점에 대해 3.28°정도 경사진 위치에 대한 빔 포밍 결과 나타나는 제9 피크(P9)로, 도 10의 우측 하단의 화소 세기에 대응된다.

도 12는 상기 9개 각 위치에서의 신호대 잡음비(signal to noise ratio, snr)(노이즈 평균 대비 피크 값 비율)와 사이드 모드 억제비(side mode suppression ratio, smsr)(2차 피크 대비 1차 피크의 세기 비율)를 나타낸다. 가로축은 각도를, 세로축은 빔 포밍 효율을 나타낸다. 제1 그래프(G1)는 신호대 잡음비(snr)을 나타내고, 제2 그래프(G2)는 사이드 모드 억제비(smsr)를 나타낸다.

도 12의 제1 및 제2 그래프(G1, G2)를 참조하면, 각(angle)이 커지면서, 곧 위치가 상기 기준점에서 멀어질수록 상기 기준점에 비해 snr과 smsr이 감소하는 추세를 보이지만, 감소율은 크지 않음을 알 수 있다. 이는 빔 스티어링이 동반되는 경우에도 빔 포밍 효율은 견조함을 시사한다.

상기 실험에서 상기 기준점에 대한 위상 최적화는 앞서 설명한 상기 제1 최적화 방법(도 2)에 따라 위상 최적화를 하였으며, 나머지 8개의 위치에 대해서는 상기 제2 최적화 방법(도 9)에 따라 위상 최적화를 하였다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

20:광원 22:OPA
24:반사부재 26:검출기
28:컴퓨터 30:제어 보드
80:채널 어레이 80a:채널
82:제1 파면 84:제2 파면
86:광의 진행방향

Claims (14)

1차 위상 최적화를 실시하는 단계; 및
상기 1차 위상 최적화를 통해 얻은 제1 위상 프로화일을 대상으로 2차 위상 최적화를 실시하는 단계;를 포함하여 단일점에 대한 빔 포밍 과정에서의 위상을 최적화하고,
상기 1차 위상 최적화와 상기 2차 위상 최적화는 서로 다른 방법을 이용하여 수행하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 1 항에 있어서,
상기 2차 위상 최적화를 실시하는 단계는,
상기 제1 위상 프로화일을 대상으로 서로 다른 2가지 방법을 순차적으로 적용하여 상기 제1 위상 프로화일에 변화를 주는 단계를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 1 항에 있어서,
상기 2차 위상 최적화를 실시하는 단계는,
상기 제1 위상 프로화일을 대상으로 로컬 최적화 방법을 적용하여 상기 제1 위상 프로화일에 변화를 주는 단계를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 1 항에 있어서,
상기 제1 위상 최적화를 실시하는 단계는,
GA(Genetic Algorithm) 방법을 적용하여 상기 제1 위상 프로화일을 생성하는 단계를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 2 항에 있어서,
상기 서로 다른 2가지 방법은 스텝 스캔과 HC 방법인 OPA의 위상 최적화 방법.

제 3 항에 있어서,
상기 로컬 최적화 방법은 스텝 스캔과 HC 방법 중 어느 하나인 OPA의 위상 최적화 방법.

제 4 항에 있어서,
상기 제1 위상 프로화일을 생성하는 단계는,
복수의 위상 프로화일을 포함하는 모집단을 생성하는 제1 단계;
상기 복수의 위상 프로화일에 대한 빔 프로화일 이미지를 획득하는 제2 단계;
상기 획득한 빔 프로화일 이미지에 대한 피트니스(fitness)를 평가하는 제3 단계;
상기 피트니스 평가된 위상 프로화일들 중 일부를 선택하는 제4 단계;
상기 선택된 위상 프로화일들을 이용하여 새로운 모집단을 생성하는 제5 단계; 및
상기 새로운 모집단을 대상으로 상기 제2 단계 내지 제5 단계를 반복하되,
상기 새로운 모집단 생성횟수가 설정된 횟수에 도달되면, 최대 피트니스 값에 해당하는 위상 프로화일을 상기 제1 위상 프로화일로 선택하는 단계;를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 1 항에 있어서,
상기 2차 위상 최적화를 실시한 후, 빔 스티어링을 위한 다중점 위상 최적화를 실시하는 단계를 더 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 7 항에 있어서,
상기 제5 단계는 상기 선택된 위상 프로화일들 중 뽑은 2개의 위상 프로화일을 대상으로 크로스오버를 수행하는 단계를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 8 항에 있어서,
상기 빔 스티어링을 위한 다중점 위상 최적화를 실시하는 단계는,
상기 단일점 근접한 위치를 설정하는 단계; 및
상기 2차 위상 최적화를 통해서 얻은 위상 프로화일에 위상 기울기를 적용하는 단계;를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 10 항에 있어서,
상기 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일에 로컬 최적화 방법을 적용하여 상기 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일의 위상을 조정하는 단계를 더 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 10 항에 있어서,
상기 위상 프로화일에 위상 기울기를 적용하는 단계는,
상기 위상 기울기를 중심으로 주어진 범위에서 위상 기울기 스캔을 실시하여 상기 단일점에 근접한 위치에서 피트니스가 최대인 위상 기울기 값을 찾는 단계; 및
상기 위상 기울기 값을 상기 2차 위상 최적화를 통해서 얻은 위상 프로화일에 적용하는 단계;를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 11 항에 있어서,
상기 로컬 최적화 방법을 적용하여 상기 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일의 위상을 조정하는 단계는,
스텝 스캔 방식으로 상기 위상 기울기가 적용된 위상 프로화일의 위상을 조정하는 단계; 및
상기 스텝 스캔 방식으로 조정된 위상 프로화일의 위상을 HC 방식으로 조정하는 단계;를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

제 7 항에 있어서,
상기 제5 단계는 상기 선택된 위상 프로화일들 중 뽑은 일부 위상 프로화일을 대상으로 뮤테이션(mutation)을 수행하는 단계를 포함하는 OPA의 위상 최적화 방법.

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