| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2017년 가을 (11/15 ~ 11/17, 경주 현대호텔) |
| 권호 | 23권 2호 |
| 발표분야 | 1. 고속 데이터 처리를 위한 광학 재료 및 소자(Optical Materials & Devices for High-Speed Data Management) |
| 제목 | 광각 빔 조향 LiDAR의 구현을 위한 silicon photonics 기반 광위상배열 구조의 설계 |
| 초록 | 최근 차량용 LiDAR (Light Detection And Ranging) 센서의 빔 조향 (beam steering) 핵심 기술로 광위상배열(OPA, optical phased array)가 많은 관심을 받고 있다. OPA를 Si/SiO2 기반의 광집접회로 상에서 구현하게 되면 비모터방식의 초소형 LiDAR 센서로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 일반적으로 OPA에서는 수십~수백 채널의 회절격자 배열을 통해 레이저 빛이 방출되는데, 회절격자 간의 위상 차이에 따라 far-field의 특정 각도로 빔이 진행하게 된다. 이 때 회절격자 간 위상 각도를 변화함으로써 빔의 조향 각을 제어하게 된다. 그런데, 회절격자 사이의 간격이 넓을수록 far-field에서 고차 모드의 각도 간격이 좁아져서 실질적인 조향 각도의 범위가 제한되게 된다. 문헌에 보고된 결과에 의하면 회절격자 사이의 간격이 4um일 때 23도 정도의 범위에서 빔 조향이 가능하다. 그런데 실제 LiDAR 응용에 있어서도 이보다 훨씬 넓은 각도로 빔 조향이 가능해야 한다. 최근 Intel에서는 비주기적인 OPA 구조를 통해 회절격자 간의 평균 간격이 7um 이상임에도 80도 범위에서 빔 조향이 가능한 결과를 보고한 바 있다. 본 연구에서는 OPA 구조에서 FDTD 방법을 이용한 far-field simulation을 수행하여 위상 제어를 통한 far-field 제어가 가능함을 확인하고, 광각의 빔 조향 제어를 위한 OPA 구조 설계의 방향을 모색해 본다. 본 연구에서 OPA 구조의 전산모사에는 3차원 FDTD 프로그램을 활용하였다. OPA의 기본 구조는 Si/SiO2 도파로 상에 32 channel의 회절 격자 배열로 구성되어 있고, 레이저의 파장은 1.31 um이다. 예를 들어, 회절격자들 사이의 간격이 6um로 일정할 때의 FFP (far-field pattern)를 보면 대략 9도 정도의 각도 간격으로 peak이 형성된다. 그런데 회절격자의 간격을 표준편차가 1um가 되도록 무작위적으로 배치하였을 때의 FFP를 보면, 중심부의 peak만 남고 나머지 peak들의 intensity는 크게 감소하였음을 볼 수 있다. 최적 설계를 통해 중심부 peak에 대한 주변부의 noise를 최소화할 수 있는 OPA 구조를 도출할 수 있을 것이며, 최적의 OPA 구조는 고속 동작 LiDAR 센서의 핵심 소자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. |
| 저자 | 류한열 |
| 소속 | 인하대 |
| 키워드 | <P>optical phased array; lidar; silicon photonics</P> |
