[3분논문] 제19회 - 나노포토닉 위상조절배열

황용섭의 3분논문 제19회입니다.

총시간은 5분 31초입니다.

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# 논문표지

# 간단한 정보

글쓴이: Jie Sun, Erman Timurdogan, Ami Yaacobi, Ehsan Shah Hosseini & Michael R. Watts

제목: Large-scale nanophotonic phased array

학술지: Nature

발행년월: 2013년 1월

이어가기: http://dx.doi.org/10.1038/nature11727

# 용어

- phased array: 위상조절된 배열 (또는 위상배열). 비슷한 (또는 같은) 모양의 안테나가

                      여러 개 모여 있는 배열로, 각 안테나에서 방출되는 빛의 상대적인 위상차이를

                      조절하여 먼장에서 맺는 상을 원하는 모양으로 만드는 장비.

# 발췌

1.

To our knowledge, this demonstration represents the largest coherent combination of nanophotonic elements so far.

 

2. 

By applying different voltages on each pixel, different phase combinations can be achieved in the phased array to generate different radiation patterns dynamically in the far field...

# 그림

Figure 1: The NPA system.

a, Schematic illustration of a 64 × 64 NPA system. Laser input from an optical fibre is delivered equally to each of the 4,096 nanoantennas through silicon waveguides. The inset shows a diagram of a close-up view of one antenna unit cell (m, n), or ‘pixel’. The coupling efficiency is varied by the length of the directional coupler L_c, and the emitting phase is controlled by two segments of optical delay lines to achieve a desired phase delay of ϕ_mn. b, SEM of part of the 64 × 64 NPA system fabricated at a CMOS foundry. c, A close-up SEM of one pixel of the NPA system, indicated by the green rectangle in b. The pixel size is 9 μm × 9 μm, with a compact grating as an optical nanoantenna, where the first groove of the grating is partly etched to enhance the upward emission. The emitted phase of each pixel is adjusted by the length of the optical delay line within the pixel.

Figure 3: Experimental results.

a, A diagram of the imaging system used to observe the near field and far field. Lens 1 alone (numerical aperture = 0.40) was used to obtain the near-field (NF) image, as shown by the green rays. The far-field (FF) image, or the Fourier image, was taken by moving lens 1 down so as to form the far-field image in its back-focal plane (Fourier plane), and inserting lens 2 to project the far-field image on the infrared charge-coupled device (CCD), as shown by the blue rays. b, The near-field image shows uniform emission across all of the 64 × 64 (4,096) nanoantennas. The input bus waveguide is located on the top left corner, causing some excess scattering noise. e, The far-field radiation pattern of the fabricated 64 × 64 NPA system. The aperture (indicated by the green circle) corresponds to the numerical aperture (0.4) of lens 1 in a. The measurement accurately matched simulations, except for the higher background noise introduced by the light scattered from fibre-to-waveguide input coupling.

# 결론

넓은 배열을 만들었다는 것, 그리고 CMOS 공정을 이용했다는 점. 멋지다. 게다가 실시간으로 상의 모양을 바꾸는 배열까지 만들어 실험적으로 구현했다는 점이 훌륭하다. 계산도 꼼꼼하게 하지 않으면 실제로 만들었을 때 상이 잘 안 맺힐텐데, 계산도 잘 했다. 공학적으로 매우 뛰어난 연구결과라고 생각한다.

# 동영상 이어가기

전기적으로 위상을 조절하여 맺히는 상을 바꾸는 동영상을 보려면 아래 링크를 눌러주세요.

http://www.nature.com/nature/journal/v493/n7431/fig_tab/nature11727_SV1.html

끝.

2013년 1월 19일