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KR102409392B1 - Optical device and soptical system comprising the same - Google Patents

Optical device and soptical system comprising the same Download PDF

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Publication number
KR102409392B1
KR102409392B1 KR1020170093686A KR20170093686A KR102409392B1 KR 102409392 B1 KR102409392 B1 KR 102409392B1 KR 1020170093686 A KR1020170093686 A KR 1020170093686A KR 20170093686 A KR20170093686 A KR 20170093686A KR 102409392 B1 KR102409392 B1 KR 102409392B1
Authority
KR
South Korea
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reflective layer
layer
nanobeam
optical element
nano
Prior art date
Application number
KR1020170093686A
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KR20180121309A (en
Inventor
주원제
마크 엘. 브롱거스마
강주형
Original Assignee
삼성전자주식회사
더 보드 어브 트러스티스 어브 더 리랜드 스탠포드 주니어 유니버시티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 더 보드 어브 트러스티스 어브 더 리랜드 스탠포드 주니어 유니버시티 filed Critical 삼성전자주식회사
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Abstract

광학 소자 및 이를 포함하는 시스템이 개시된다. 개시된 광학 소자는 반사층과 상기 반사층과 이격되어 형성된 것으로 메타 표면 형상으로 다수개로 형성된 나노 빔을 포함할 수 있다. 개시된 광학 소자의 나노 빔은 다수개의 메타 표면 형상을 지닌 패턴 구조로 형성될 수 있으며, 상기 반사층과의 이격 거리가 개별적으로 또는 전체적으로 조절 가능하며, 빔 스티어링 소자 또는 광학 위상 모듈레이터일 수 있다.An optical device and a system including the same are disclosed. The disclosed optical device may include a reflective layer and a plurality of nanobeams formed to be spaced apart from the reflective layer in a meta surface shape. The nano-beam of the disclosed optical device may be formed in a pattern structure having a plurality of meta-surface shapes, the separation distance from the reflective layer may be individually or entirely adjustable, and may be a beam steering device or an optical phase modulator.

Description

광학 소자 및 광학 소자를 포함하는 광학 시스템{Optical device and soptical system comprising the same}Optical device and optical system comprising the same

본 개시는 광학 소자 및 광학 소자를 포함하는 광학 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to an optical element and an optical system comprising the optical element.

레이저(laser)와 같은 빔을 원하는 위치로 조향, 즉 스티어링(steering)시키기 위해서 다음과 같은 방법이 사용되고 있다. 예를 들어, 레이저 조사 부분을 기계적으로 회전시켜주거나, 또는 여러 픽셀(pixel) 또는 광도파(waveguide) 형태의 레이저 다발의 간섭을 이용할 수 있다. In order to steer a beam such as a laser to a desired position, that is, to steer it, the following method is used. For example, the laser irradiation part may be rotated mechanically, or the interference of a laser bundle in the form of several pixels or a waveguide may be used.

이러한 방법을 사용하는 경우, 픽셀(pixel) 또는 광도파 형상은 전기적 또는 열적으로 제어(control)될 수 있으며, 이에 의하여 레이저(laser)와 같은 빔이 스티어링 될 수 있다.In the case of using this method, the shape of a pixel or optical waveguide can be controlled electrically or thermally, whereby a beam such as a laser can be steered.

본 개시의 일 측면에서는 반사층 및 메타 표면 구조의 다수의 나노 빔을 포함하여 간단한 구조를 지닌 광 소자를 제공한다. In one aspect of the present disclosure, an optical device having a simple structure including a reflective layer and a plurality of nanobeams having a meta surface structure is provided.

또한, 상기 광학 소자를 포함하는 광 시스템을 제공한다.In addition, there is provided an optical system including the optical element.

광학 소자에 있어서, In the optical element,

반사층; 및 reflective layer; and

상기 반사층과 이격되며, 메타 표면 형상으로 다수개로 형성된 나노 빔;을 포함하며,It is spaced apart from the reflective layer, and is formed in a plurality of nano-beams in a meta-surface shape.

상기 반사층과 상기 나노 빔 사이의 간격은 조절되는 광학 소자를 제공한다.The distance between the reflective layer and the nano-beam is adjusted to provide an optical device.

상기 반사층 및 상기 나노 빔은 서로 이격되어 비접촉 상태로 유지될 수 있다. The reflective layer and the nanobeam may be spaced apart from each other and maintained in a non-contact state.

상기 다수개로 형성된 나노 빔은 제 1나노 빔 및 제 2나노 빔을 포함하며, 상기 제 1나노 빔과 상기 반사층 사이의 간격은 상기 제 1나노 빔과 상기 반사층 사이의 간격과 서로 동일하게 조절될 수 있다.The plurality of nanobeams may include a first nanobeam and a second nanobeam, and the distance between the first nanobeam and the reflective layer may be adjusted to be the same as the distance between the first nanobeam and the reflective layer. have.

상기 광학 소자는 외부의 광원으로부터 입사하는 빔의 진폭 또는 위상이 변조되는 광학 위상 변조기일 수 있다. The optical element may be an optical phase modulator in which the amplitude or phase of a beam incident from an external light source is modulated.

상기 다수개로 형성된 나노 빔은 제 1나노 빔 및 제 2나노 빔을 포함하며, 상기 제 1나노 빔과 상기 반사층 사이의 간격은 상기 제 1나노 빔과 상기 반사층 사이의 간격과 서로 다르게 조절될 수 있다. The plurality of nanobeams may include a first nanobeam and a second nanobeam, and the distance between the first nanobeam and the reflective layer may be adjusted to be different from the distance between the first nanobeam and the reflective layer. .

상기 광학 소자는 빔 스티어링 소자일 수 있다. The optical element may be a beam steering element.

상기 반사층은 기판 상에 형성되며, The reflective layer is formed on the substrate,

상기 반사층 상에 형성된 유전체층을 더 포함하며, Further comprising a dielectric layer formed on the reflective layer,

상기 나노 빔은 상기 유전체층과 서로 이격되며, The nano-beams are spaced apart from each other with the dielectric layer,

상기 유전체층 및 상기 나노 빔 사이의 간격은 조절될 수 있다. A distance between the dielectric layer and the nanobeam may be adjusted.

상기 유전체층의 두께는 수 내지 수십 nm일 수 있다.The thickness of the dielectric layer may be several to several tens of nm.

기판 상에 형성된 바텀 콘택층;a bottom contact layer formed on the substrate;

상기 바텀 콘택층 상에 형성된 스페이서층; a spacer layer formed on the bottom contact layer;

상기 반사층은 상기 스페이서층 상에 형성되며, 상기 반사층 상에 형성된 유전체층을 더 포함하며, 상기 나노 빔은 상기 유전체층과 서로 이격되며, 상기 유전체층 및 상기 나노 빔 사이의 간격은 조절될 수 있다. The reflective layer is formed on the spacer layer, and further includes a dielectric layer formed on the reflective layer, wherein the nano-beams are spaced apart from the dielectric layer, and the distance between the dielectric layer and the nano-beams may be adjusted.

상기 광 소자를 포함하며, 상기 광 소자에 광을 조사하는 광원; 상기 광 소자로부터 변조되거나 스티어링된 빔을 검출하는 디텍터; 및 상기 광 소자 또는 상기 디텍터를 제어하는 구동회로를 포함하는 광학 시스템을 제공한다.a light source including the optical device and irradiating light to the optical device; a detector for detecting a modulated or steered beam from the optical element; and a driving circuit for controlling the optical element or the detector.

본 개시에 따르면, 반사층 및 반사층과 이격된 다수의 나노 빔을 포함하여, 나노 빔과 반사층 사이의 간격을 조절하여 메타 표면 구조의 안테나 특성을 변조할 수 있는 광학 소자를 제공할 수 있다.According to the present disclosure, it is possible to provide an optical device that includes a reflective layer and a plurality of nanobeams spaced apart from the reflective layer, and can modulate the antenna characteristics of the meta surface structure by adjusting the spacing between the nanobeams and the reflective layer.

도 1은 일 실시예에 따른 광학 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 광학 소자를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 광학 소자의 반사층 및 나노 빔이 동일한 간격을 유지하여 광학 변조기로 동작하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 광학 소자의 반사층 및 나노 빔의 간격이 나노 빔에 따라 달라짐으로써 빔 스티어링 소자로 동작하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 정전(electro-static) 방식으로 구동하는 본 개시의 실시예에 따른 광학 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6은 정전(electro-static) 방식으로 구동하는 본 개시의 변형예에 따른 광학 소자를 나타낸 단면도이다.
도 7은 실시예에 따른 광학 소자를 포함하는 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating an optical device according to an exemplary embodiment.
2 is a side cross-sectional view schematically illustrating an optical device according to an exemplary embodiment.
3 is a diagram illustrating that a reflective layer and a nanobeam of an optical device according to an embodiment operate as an optical modulator by maintaining the same spacing.
FIG. 4 is a view showing that the reflective layer of the optical element and the nano-beams according to the embodiment operate as a beam steering element by changing the spacing according to the nano-beams.
5 is a cross-sectional view illustrating an optical device driven in an electro-static manner according to an embodiment of the present disclosure;
6 is a cross-sectional view illustrating an optical element driven in an electro-static manner according to a modified example of the present disclosure.
7 is a diagram illustrating a system including an optical element according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 구현예들에 따른 광학 소자 및 이를 포함하는 시스템에 대하여 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, an optical device and a system including the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

또한, 이하에 설명되는 구현예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 구현예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.In addition, the implementations described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these implementations. In addition, in the layer structure described below, the expression "upper" or "upper" may include not only directly on in contact but also on non-contacting.

도 1은 일 실시예에 따른 광학 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating an optical device according to an exemplary embodiment.

도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 광학 소자(100)는 반사층(12) 및 반사층(12)과 이격되어 형성된 나노 빔(14)을 포함할 수 있다. 반사층(12) 및 나노 빔(14)은 서로 이격되며 소정의 간격(gap)을 유지할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the optical device 100 according to the present disclosure may include a reflective layer 12 and a nanobeam 14 formed to be spaced apart from the reflective layer 12 . The reflective layer 12 and the nanobeam 14 may be spaced apart from each other and maintain a predetermined gap.

반사층(12)은 수십 내지 수백 nm의 두께로 형성될 수 있다. 반사층(12)은 금속, 합금, 기타 반사도가 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사층(12)은 Ag, Au, Al, Pt 또는 이들 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 합금, TiN, TaN 등으로 형성될 수 있다. The reflective layer 12 may be formed to a thickness of several tens to several hundreds of nm. The reflective layer 12 may be formed of a metal, an alloy, or other highly reflective material. For example, the reflective layer 12 may be formed of Ag, Au, Al, Pt, or an alloy including at least one of them, TiN, TaN, or the like.

반사층(12) 상에 형성된 나노 빔(14)은 다수의 패턴 구조체로 형성된 것으로서, 메타표면(metasurface) 형상을 지닐 수 있다. 여기서 메타 표면이란 각각의 패턴들 사이의 거리가 입사하는 광의 파장의 절반보다 작은 경우의 구조체를 의미할 수 있다. 나노 빔(12)은 금속, 합금 등으로 형성될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 나노 빔(12)은 Ag, Au, Al 또는 Pt 등의 금속이나 합금으로 형성될 수 있으며, 또한 TiN이나 TaN 등의 금속 질화물로 형성될 수 있다. The nanobeams 14 formed on the reflective layer 12 are formed of a plurality of pattern structures, and may have a metasurface shape. Here, the meta surface may refer to a structure in which the distance between the respective patterns is less than half the wavelength of the incident light. The nanobeam 12 may be formed of a metal, an alloy, or the like. Specifically, for example, the nanobeam 12 may be formed of a metal or alloy such as Ag, Au, Al, or Pt, or may be formed of a metal nitride such as TiN or TaN.

반사층(12)과 나노 빔(14)은 서로 이격되어 접촉되지 않은 상태로 유지될 수 있다. 반사층(12)과 나노 빔(14) 사이의 간격(gap)은 대략 1 내지 100nm 사이를 유지할 수 있다. 또한, 반사층(12)과 나노 빔(14) 사이의 간격(g)에는 탄성을 갖는 물질이 갭 필링(gap filling) 물질로 삽입 될 수 있다. 예를 들어, 상기 갭 필링 물질로는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 등이 사용될 수 있다. The reflective layer 12 and the nanobeam 14 may be spaced apart from each other and maintained in a non-contact state. A gap between the reflective layer 12 and the nanobeams 14 may be maintained between approximately 1 and 100 nm. In addition, an elastic material may be inserted into the gap g between the reflective layer 12 and the nanobeam 14 as a gap filling material. For example, polydimethylsiloxane (PDMS) may be used as the gap filling material.

각각의 나노 빔(14)은 폭(w)은 약 100 내지 500nm일 수 있다. 나노 빔(14)들의 형성 주기(periodicity)는 약 200 내지 1000nm일 수 있다. 그리고, 나노 빔(14)의 두께(d)는 제한이 없다. Each nanobeam 14 may have a width w of about 100 to 500 nm. The formation period of the nanobeams 14 may be about 200 to 1000 nm. In addition, the thickness d of the nano-beam 14 is not limited.

도 2는 일 실시예에 따른 광학 소자를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.2 is a side cross-sectional view schematically illustrating an optical device according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 반사층(12)이 형성되며, 반사층(12) 측부에는 지지부(16)가 형성될 수 있다. 지지부(16)상에는 반사층(12) 상방으로 연장되어 형성된 나노 빔(14)이 형성될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 지지부(16) 상에는 다수의 나노 빔(14)이 형성될 수 있으며, 나노 빔(14)의 두께 및 폭은 선택적으로 제어될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the reflective layer 12 is formed on the substrate 100 , and the support 16 may be formed on the side of the reflective layer 12 . The nano-beams 14 extending upwardly of the reflective layer 12 may be formed on the support 16 . 1 , a plurality of nanobeams 14 may be formed on the support 16 , and the thickness and width of the nanobeams 14 may be selectively controlled.

도 3은 실시예에 따른 광학 소자의 반사층 및 나노 빔이 동일한 간격을 유지하여 광학 변조기로 동작하는 것을 나타낸 도면이다.3 is a view illustrating that the reflective layer and the nanobeam of the optical device according to the embodiment operate as an optical modulator by maintaining the same spacing.

도 3을 참조하면, 반사층(12)과 이격된 나노 빔(14)은 다수개의 개별 나노 빔(14a, 14b..)으로 형성될 수 있으며, 나노 빔(14)들과 반사층(12) 사이의 간격은 동일하게 유지될 수 있다. 이 경우, 반사층(12)과 나노 빔(14)들 각각의 개별 나노 빔(14a, 14b..) 사이의 간격(g1)이 모두 동일하게 유지됨으로써 광원으로부터 입사한 빔(L11)은 진폭 또는 위상이 변조(modulation)될 수 있다. 이처럼 반사층(12)과 다수의 나노 빔들(14) 사이의 간격이 동일하게 유지되는 경우 광학 위상 변조기(modulator)로 사용될 수 있다. Referring to FIG. 3 , the nanobeams 14 spaced apart from the reflective layer 12 may be formed of a plurality of individual nanobeams 14a , 14b .., and a space between the nanobeams 14 and the reflective layer 12 . The spacing may remain the same. In this case, since the distance g1 between the reflective layer 12 and the individual nanobeams 14a, 14b.. of each of the nanobeams 14 is kept the same, the beam L11 incident from the light source has an amplitude or a phase This can be modulated. As such, when the distance between the reflective layer 12 and the plurality of nano-beams 14 is maintained the same, it may be used as an optical phase modulator.

도 4는 실시예에 따른 광학 소자의 반사층 및 나노 빔의 간격이 나노 빔에 따라 달라짐으로써 빔 스티어링 소자로 동작하는 것을 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating that the reflective layer of the optical element according to the embodiment and the nano-beam operate as a beam steering element by varying the spacing according to the nano-beam.

도 4를 참조하면, 나노 빔(14)은 다수개의 개별 나노 빔(15a, 15b..)으로 형성될 수 있으며, 각각의 나노 빔(15a, 15b)들과 반사층(12) 사이의 간격은 서로 독립적으로 유지될 수 있다. 개별 나노 빔(15a, 15b)들과 반사층(12) 사이의 간격이 독립적으로 유지되는 경우 빔 스티어링 소자(beam steering device)로 사용될 수 있다. Referring to FIG. 4 , the nano-beams 14 may be formed of a plurality of individual nano-beams 15a, 15b.., and the distance between each of the nano-beams 15a, 15b and the reflective layer 12 is mutually can be maintained independently. When the distance between the individual nanobeams 15a and 15b and the reflective layer 12 is maintained independently, it may be used as a beam steering device.

도 1 내지 4에 나타낸 바와 같이, 나노 빔(14)과 반사층(12) 사이의 간격(g), 개별 나노 빔(14a, 14b, 14c, 14b)들과 반사층(12) 사이의 간격(gap)은 동일하게 제어되거나 독립적으로 제어될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 전기 쿨롱력을 이용하거나, 강유전성 액츄에이터를 이용하여 제어할 수 있다. 1 to 4, the gap (g) between the nano-beams 14 and the reflective layer 12, the gap between the individual nano-beams 14a, 14b, 14c, 14b and the reflective layer 12 (gap) can be controlled identically or independently. Specifically, for example, it may be controlled using an electric Coulomb force or using a ferroelectric actuator.

예를 들어, 전기 쿨롱력을 사용하는 경우는 하부 금속 반사층을 공통 접지 전극으로 사용하고, 각각의 나노 빔들에 전압을 인가하면 커패시터 구조를 형성하여, 전하들이 나노 빔과 반사층에 모이게 되고 이들 간에 상호 인력 (쿨롱힘)이 생성된다. 각각의 나노 빔들은 쿨롱힘에 의해 상하 위치 이동이 가능하도록 유연한 (free-standing) 구조를 가질 수 있다. For example, in the case of using the electric Coulomb force, the lower metal reflective layer is used as a common ground electrode, and when a voltage is applied to each of the nanobeams, a capacitor structure is formed. An attractive force (Coulomb force) is created. Each of the nanobeams may have a free-standing structure to enable vertical positional movement by Coulomb force.

다른 예로, 강유전성 액추에이터를 사용하는 경우는 인가한 전압에 따라 길이 방향으로 팽창/수축이 가능한 소재로, 강유전석 액추에이터는 나노 빔의 양쪽 끝 지지부에 연결되어 나노 빔의 상하 이동을 가능하도록 설계될 수 있다. As another example, when using a ferroelectric actuator, it is a material that can expand/contract in the longitudinal direction depending on the applied voltage. have.

상기 기술한 두 가지 예에서 나노 빔의 중심부는 공중에 부양된 상태로 제작될 수 있다.In the two examples described above, the center of the nanobeam may be manufactured in a state of being suspended in the air.

도 5는 정전(electro-static) 방식으로 구동하는 본 개시의 실시예에 따른 광학 소자를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating an optical device driven in an electro-static manner according to an embodiment of the present disclosure;

도 5를 참조하면, 본 개시에 따른 광학 소자는 기판(10) 상에 형성된 반사층(12), 반사층(12) 상에 형성된 유전체층(13) 및 유전체층(13)과 이격되어 형성된 나노 빔(14)을 포함할 수 있다. 기판(10)은 일반적인 전자 소자에 사용되는 기판 재료이면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 쿼츠(quartz) 기판, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 사파이어 기판 등이 사용될 수 있다. 그리고, 반사층(12)은 금속, 합금, 기타 반사도가 높은 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 Ag, Au, Al, Pt 또는 이들 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 합금, TiN, TaN 등으로 형성될 수 있다. 반사층(12)은 하부 콘택층 역할도 할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the optical device according to the present disclosure includes a reflective layer 12 formed on a substrate 10 , a dielectric layer 13 formed on the reflective layer 12 , and a nanobeam 14 formed to be spaced apart from the dielectric layer 13 . may include The substrate 10 may be used without limitation as long as it is a substrate material used for general electronic devices. For example, the substrate 10 may be a quartz substrate, silicon, silicon oxide, silicon nitride, sapphire substrate, or the like. In addition, the reflective layer 12 may be formed of a metal, an alloy, or other highly reflective material, for example, Ag, Au, Al, Pt or an alloy containing at least one of these materials, TiN, TaN, etc. can be The reflective layer 12 may also serve as a lower contact layer.

반사층(12) 상에 형성된 유전체층(13)은 대략 수 내지 수십 nm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(13)은 유전 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 등이 사용될 수 있다. 반사층(12)과 나노 빔(14)의 거리가 10nm 이하로 가까워지는 경우 반사층(12) 및 나노 빔(14)이 전기적으로 연결될 수 있다. 유전체층(13)은 반사층(12)과 나노 빔(14)이 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.The dielectric layer 13 formed on the reflective layer 12 may be formed to a thickness of approximately several to several tens of nm. The dielectric layer 13 may be formed of a dielectric material, for example, silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, or the like may be used. When the distance between the reflective layer 12 and the nano-beam 14 approaches 10 nm or less, the reflective layer 12 and the nano-beam 14 may be electrically connected. The dielectric layer 13 may serve to prevent the reflective layer 12 and the nano-beam 14 from being electrically connected to each other.

도 6은 정전(electro-static) 방식으로 구동하는 본 개시의 변형예에 따른 광학 소자를 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating an optical element driven in an electro-static manner according to a modified example of the present disclosure.

도 6를 참조하면, 개시에 따른 광학 소자는 기판(10) 상에 형성된 바텀 콘택층(12a), 바텀 콘택층(12a) 상에 형성된 스페이서층(18), 스페이서층(18) 상에 반사층(12b)을 포함할 수 있다. 스페이서층(18) 및 반사층(12b) 상에는 유전체층(13)이 형성될 수 있다. 그리고, 반사층(12b) 및 유전체층(13)과 이격되어 형성된 나노 빔(14)을 포함할 수 있다. 도 5에서는, 반사층(12)이 바텀 콘택의 역할을 할 수 있는 것으로 나타내었으나, 도 6에서는 별도의 바텀 콘택층(12a)이 형성될 수 있다. 바텀 콘택층(12a)과 반사층(12b) 사이에는 스페이서층(18)이 형성될 수 있으며, 스페이서층(18)은 절연물질로 형성될 수 있다. 스페이서층(18)은 예를 들어, 실리콘 사화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 텅스텐 산화물 또는 하프늄 산화물 등으로 형성될 수 있다. 6, the optical device according to the disclosure includes a bottom contact layer 12a formed on a substrate 10, a spacer layer 18 formed on the bottom contact layer 12a, and a reflective layer ( 12b) may be included. A dielectric layer 13 may be formed on the spacer layer 18 and the reflective layer 12b. In addition, the nano-beam 14 formed to be spaced apart from the reflective layer 12b and the dielectric layer 13 may be included. In FIG. 5 , it is shown that the reflective layer 12 can serve as a bottom contact, but in FIG. 6 , a separate bottom contact layer 12a may be formed. A spacer layer 18 may be formed between the bottom contact layer 12a and the reflective layer 12b, and the spacer layer 18 may be formed of an insulating material. The spacer layer 18 may be formed of, for example, silicon tetraoxide, silicon nitride, aluminum oxide, tungsten oxide, or hafnium oxide.

도 5의 개시에 따른 광학 소자에서는 나노 빔(14) 및 반사층(12)에 바이어스 전압이 인가되며, 동시에 광학적 특성을 결정하는 역할을 수행하고 있다. In the optical device according to the disclosure of FIG. 5 , a bias voltage is applied to the nanobeam 14 and the reflective layer 12 , and at the same time plays a role of determining optical properties.

반면, 도 6의 개시에 따른 광학 소자에서는 전기적인 부분은 나노 빔(14) 및 바텀 콘택층(12a)에 의해 결정되고, 광학적 특성을 결정하는 간격은 나노 빔(14) 및 반사층(12b)에 의해 결정될 수 있다. 쿨롱힘(coulomb force)은 거리의 제곱에 반비례 하므로, 오프셋(off) 거리가 길어지면 인가 전압에 대해 쿨롱힘이 완만한 변화를 가지게 되며, 따라서 도 6에 개시된 실시예에 따른 광학 소자는 미세 제어가 가능할 수 있다. On the other hand, in the optical device according to the disclosure of FIG. 6 , the electrical part is determined by the nano-beam 14 and the bottom contact layer 12a, and the interval determining the optical characteristic is in the nano-beam 14 and the reflective layer 12b. can be determined by Since the Coulomb force is inversely proportional to the square of the distance, the Coulomb force has a gentle change with respect to the applied voltage when the offset (off) distance is increased. may be possible

도 7은 실시예에 따른 광학 소자를 포함하는 시스템을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a system including an optical element according to an embodiment.

도 7을 참조하면, 실시예에 따른 광학 소자(optical device)(100)를 포함하는 광 시스템은 광학 소자(100)에 가시광선, 적외선 등의 광을 조사하는 광원(S)과, 광학 소자(100)에 의해서 변조 또는 스티어링된 빔을 검출하는 디텍터(200)를 포함할 수 있다. 그리고, 광학 소자(100), 광원(S) 및 디텍터(200)를 개별적으로 각각 제어할 수 있는 구동회로(300)를 포함할 수 있다. 이러한 광학 소자(100)를 포함하는 광학 시스템은 일례로, 광학적으로 빔을 스티어링하고, 스티어링된 빔에 의하여 스캐닝된 주변 대상체(object)를 인식하는 고체 상 메타 라이다(Solid State Meta LiDAR) 시스템으로 사용될 수 있다. Referring to FIG. 7 , an optical system including an optical device 100 according to the embodiment includes a light source S for irradiating visible light and infrared light to the optical device 100, and an optical device ( 100) may include a detector 200 for detecting the modulated or steered beam. In addition, the optical element 100 , the light source S, and the detector 200 may each include a driving circuit 300 that can be individually controlled. The optical system including the optical element 100 is, for example, a solid state meta LiDAR system that optically steers a beam and recognizes a surrounding object scanned by the steered beam. can be used

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 광학 소자에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 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.Heretofore, in order to facilitate the understanding of the present invention, exemplary embodiments of an optical element have been described and shown in the accompanying drawings. However, it should be understood that these examples are merely illustrative of the present invention and not limiting thereof. And it is to be understood that the present invention is not limited to the description shown and described. This is because various other modifications may occur to those skilled in the art.

10: 기판, 12: 반사층
14: 나노 빔, 16: 지지부
18: 스페이서층, 100: 광학 소자
200: 디텍터, 300: 구동회로
S: 광원10: substrate, 12: reflective layer
14: nano beam, 16: support
18: spacer layer, 100: optical element
200: detector, 300: driving circuit
S: light source

Claims (10)

광학 소자에 있어서,
반사층; 및
상기 반사층과 이격되며, 메타 표면 형상으로 다수개로 형성된 나노 빔;을 포함하며,
상기 다수개로 형성된 나노 빔은 제 1나노 빔 및 제 2나노 빔을 포함하며, 상기 제 1나노 빔과 상기 반사층 사이의 간격은 상기 제 1나노 빔과 상기 반사층 사이의 간격과 서로 동일하거나 서로 다르게 독립적으로 조절되는, 광학 소자.In the optical element,
reflective layer; and
It is spaced apart from the reflective layer, and is formed in a plurality of nano-beams in a meta-surface shape.
The plurality of nanobeams includes a first nanobeam and a second nanobeam, and the distance between the first nanobeam and the reflective layer is the same as or different from the distance between the first nanobeam and the reflective layer. Controlled by an optical element. 제 1항에 있어서,
상기 반사층 및 상기 나노 빔은 서로 이격되어 비접촉 상태로 유지되는 광학 소자. The method of claim 1,
The reflective layer and the nano-beam are spaced apart from each other and maintained in a non-contact state. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 광학 소자는 외부의 광원으로부터 입사하는 빔의 진폭 또는 위상이 변조되는 광학 위상 변조기인 광학 소자. The method of claim 1,
The optical element is an optical phase modulator in which the amplitude or phase of a beam incident from an external light source is modulated. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 광학 소자는 빔 스티어링 소자인 광학 소자. The method of claim 1,
The optical element is a beam steering element. 제 1항에 있어서,
상기 반사층은 기판 상에 형성되며,
상기 반사층 상에 형성된 유전체층을 더 포함하며,
상기 나노 빔은 상기 유전체층과 서로 이격되며,
상기 유전체층 및 상기 나노 빔 사이의 간격은 조절되는 광학 소자.The method of claim 1,
The reflective layer is formed on the substrate,
Further comprising a dielectric layer formed on the reflective layer,
The nanobeam is spaced apart from each other with the dielectric layer,
An optical device in which a distance between the dielectric layer and the nano-beam is controlled. 제 7항에 있어서,
상기 유전체층의 두께는 수 내지 수십 nm인 광학 소자. 8. The method of claim 7,
The thickness of the dielectric layer is several to several tens of nm optical element. 제 1항에 있어서,
기판 상에 형성된 바텀 콘택층;
상기 바텀 콘택층 상에 형성된 스페이서층;
상기 반사층은 상기 스페이서층 상에 형성되며,
상기 반사층 상에 형성된 유전체층을 더 포함하며,
상기 나노 빔은 상기 유전체층과 서로 이격되며,
상기 유전체층 및 상기 나노 빔 사이의 간격은 조절되는 광학 소자.The method of claim 1,
a bottom contact layer formed on the substrate;
a spacer layer formed on the bottom contact layer;
The reflective layer is formed on the spacer layer,
Further comprising a dielectric layer formed on the reflective layer,
The nanobeam is spaced apart from each other with the dielectric layer,
An optical device in which a distance between the dielectric layer and the nano-beam is controlled. 제 1항의 광 소자를 포함하며,
상기 광 소자에 광을 조사하는 광원;
상기 광 소자로부터 변조되거나 스티어링된 빔을 검출하는 디텍터; 및
상기 광 소자 또는 상기 디텍터를 제어하는 구동회로를 포함하는 광학 시스템.It comprises the optical device of claim 1,
a light source irradiating light to the optical element;
a detector for detecting a modulated or steered beam from the optical element; and
and a driving circuit for controlling the optical element or the detector.
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