(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-24
(45)【発行日】2022-11-01
(54)【発明の名称】光変調素子
(51)【国際特許分類】
G02F 1/01 20060101AFI20221025BHJP
G02F 1/29 20060101ALI20221025BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20221025BHJP
B82Y 20/00 20110101ALN20221025BHJP
【ＦＩ】
G02F1/01 D
G02F1/29
G01S7/481 A
B82Y20/00
【請求項の数】
32
(21)【出願番号】P 2018116999
(22)【出願日】2018-06-20
(65)【公開番号】P2019020715
(43)【公開日】2019-02-07
【審査請求日】2021-06-17
(31)【優先権主張番号】10-2017-0089156
(32)【優先日】2017-07-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】朴 晶 鉉
(72)【発明者】
【氏名】慶 智 秀
(72)【発明者】
【氏名】金 善 日
(72)【発明者】
【氏名】申 昶 均
(72)【発明者】
【氏名】鄭 秉 吉
(72)【発明者】
【氏名】崔 秉 龍
【審査官】奥村 政人
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６８３２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００２３８０３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４５７５９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００９０２２１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２２３７２３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００－ １／１２５
Ｇ０２Ｆ １／２１－ ７／００
Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５
ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ナノアンテナと、導電体と、
前記ナノアンテナと前記導電体との間に配置されたものであり、印加電圧によって、少なくとも一つの物性が変化する活性層と、
前記活性層と前記導電体との間に配置された第１誘電体層と、
前記活性層と前記ナノアンテナとの間に配置された第２誘電体層と、
独立して、前記導電体に第１電圧を印加し、前記ナノアンテナに前記第１電圧とは異なる第２電圧を印加するように構成された信号印加手段と、を含む光変調素子。
【請求項2】
前記信号印加手段は、前記導電体と前記活性層との間に、前記第１電圧を印加するための第１電圧印加手段と、
前記活性層と前記ナノアンテナとの間に、前記第２電圧を印加するための第２電圧印加手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項3】
前記信号印加手段は、前記活性層に第３電圧を印加するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項4】
前記第３電圧は、前記第１電圧及び前記第２電圧に対する基準電圧であることを特徴とする請求項３に記載の光変調素子。
【請求項5】
前記第３電圧は、接地電圧であることを特徴とする請求項３または４に記載の光変調素子。
【請求項6】
前記活性層は、前記信号印加手段の電気的信号によって誘発された第１電荷濃度変化領域及び第２電荷濃度変化領域を含み、前記第１電荷濃度変化領域は、前記第１誘電体層に隣接するように具備され、前記第２電荷濃度変化領域は、前記第２誘電体層に隣接するように具備されたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項7】
前記導電体は、前記活性層下に配置された下部反射板電極であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項8】
前記導電体は、金属層であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項9】
前記活性層は、第１活性層であり、前記導電体と前記第１誘電体層との間に、前記導電体と電気的に接触した第２活性層をさらに含むことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項10】
前記活性層は、第１活性層であり、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間に、第２活性層が具備され、
前記第１活性層と前記第２活性層との間に、中間誘電体層が具備されたことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項11】
前記活性層は、下部層及び上部層を含む多層構造を有し、前記下部層と前記上部層は、互いに異なる物質を含むか、あるいは互いに異なるドーピング特性を有することを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項12】
前記導電体、前記第１誘電体層、前記活性層、前記第２誘電体層及び前記ナノアンテナは、１つの単位素子を構成し、複数の前記単位素子が配列された構造を有することを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項13】
前記複数の前記単位素子は、一次元的または二次元的に配列されたことを特徴とする請求項１２に記載の光変調素子。
【請求項14】
前記導電体一つに対して、複数のナノアンテナが配置されたことを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項15】
前記活性層は、前記信号印加手段によって印加される電気的信号によって誘電率が変わる電気光学物質を含むことを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項16】
前記活性層は、透明伝導性酸化物及び遷移金属窒化物のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１～１５のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項17】
前記第１誘電体層及び第２誘電体層のうち少なくとも１層は、絶縁性シリコン化合物及び絶縁性金属化合物のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１～１６のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項18】
前記光変調素子は、前記第２電圧を減少させながら同時に前記第１電圧を増加させることによって、または前記第２電圧を増加させながら同時に前記第１電圧を減少させることによって、入射光の反射位相を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１～１７のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項19】
前記光変調素子は、入射光の反射位相を３６０゜まで変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１～１８のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項20】
請求項１～１９のいずれか１項に記載の光変調素子を含む光学装置。
【請求項21】
前記光学装置は、前記光変調素子を利用し、一次元的または二次元的にビームを操向するように構成されたことを特徴とする請求項２０に記載の光学装置。
【請求項22】
前記光学装置は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）装置、三次元イメージ獲得装置、ホログラフィックディスプレイ装置及び構造光発生装置のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２０または２１に記載の光学装置。
【請求項23】
前記導電体は互いに離間した複数の導電体を含み、前記ナノアンテナは、互いに離間した複数のナノアンテナを含むことを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項24】
前記光変調素子は、前記ナノアンテナによって反射された光の位相変調を誘導するように構成されたことを特徴とする請求項２３に記載の光変調素子。
【請求項25】
前記信号印加手段は、前記複数の導電体のうち少なくとも２つに異なる電圧を印加し、前記複数のナノアンテナのうち少なくとも２つに異なる電圧を印加するように構成されたことを特徴とする請求項２３に記載の光変調素子。
【請求項26】
前記信号印加手段は、前記複数の導電体のそれぞれに独立して電圧を印加し、前記複数のナノアンテナのそれぞれに独立して電圧を印加するように構成されたことを特徴とする請求項２３に記載の光変調素子。
【請求項27】
互いに離隔して配置された複数の導電要素と、前記複数の導電要素に対向するように配置された複数のナノアンテナと、
前記複数の導電要素と前記複数のナノアンテナとの間に、それらと離隔して配置されたものであり、印加電圧によって少なくとも一つの物性が変化する活性層と、
前記活性層と前記複数の導電要素との間に配置された第１誘電体層と、
前記活性層と前記複数のナノアンテナとの間に配置された第２誘電体層と、
独立して、前記複数の導電要素それぞれに電圧を印加し、前記複数のナノアンテナそれぞれに前記複数の導電要素に印加した電圧とは異なる電圧を印加するように構成された電圧印加手段と、を含み、
前記複数の導電要素それぞれに独立して印加される電圧により、前記活性層の第１領域で発生する電荷濃度変化、及び前記複数のナノアンテナそれぞれに独立して印加される電圧により、前記活性層の第２領域で発生する電荷濃度変化を利用して、入射光を変調する光変調素子。
【請求項28】
前記電圧印加手段は、前記複数の導電要素のうち少なくとも二つに互いに異なる電圧を印加し、それと独立して、前記複数のナノアンテナのうち少なくとも二つに互いに異なる電圧を印加するように構成されたことを特徴とする請求項２７に記載の光変調素子。
【請求項29】
前記複数の導電要素は、第１導電要素及び第２導電要素を含み、前記複数のナノアンテナは、前記第１導電要素に対応する第１ナノアンテナ、及び前記第２導電要素に対応する第２ナノアンテナを含み、
前記電圧印加手段は、前記第１導電要素、前記第１ナノアンテナ、前記第２導電要素及び前記第２ナノアンテナそれぞれに、独立して電圧を印加するように構成されたことを特徴とする請求項２７に記載の光変調素子。
【請求項30】
前記複数のナノアンテナは、一次元的に配列され、前記光変調素子は、一次元的方向に、ビームを操向するように構成されたことを特徴とする請求項２７～２９のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項31】
前記複数のナノアンテナは、二次元的に配列され、前記光変調素子は、二次元的方向に、ビームを操向するように構成されたことを特徴とする請求項２７～２９のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項32】
請求項２７～３１のいずれか１項に記載の光変調素子を含む光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光変調素子に関する。
【背景技術】
【0002】
光の透過／反射特性、位相、振幅、偏光、強度、経路などを変化させる光学素子は、多様な光学装置に活用される。光学システム内において、所望の方式で前述の光の性質を制御するために、多様な構造の光変調器が提示された。例えば、光学的異方性を有する液晶（liquid crystal）や、光遮断／反射要素の微小機械的動きを利用するＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）構造などが、一般的な光変調器に使用されている。最近では、入射光に対する表面プラズモン共振（surface Plasmon resonance）現象を利用するナノ構造体を光学素子に活用しようとする試みがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００５４５９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、光を電気的方式で変調する素子（光変調素子）を提供することである。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、また、表面プラズモン共振現象を利用して光を変調する素子（光変調素子）を提供することである。
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、また、プラズモニックナノアンテナ（plasmonic nano-antenna）またはそのアレイを含む光変調素子を提供することである。
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、また、前記光変調素子を含む装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一側面（aspect）によれば、ナノアンテナ（nano-antenna）と、前記ナノアンテナと対向するように配置された導電体と、前記ナノアンテナと前記導電体との間に配置されたものであり、印加電圧によって物性が変化される活性層と、前記活性層と前記導電体との間に配置された第１誘電体層と、前記活性層と前記ナノアンテナとの間に配置された第２誘電体層と、前記ナノアンテナ、前記活性層及び前記導電体のうち少なくとも二つに、独立して電気的信号を印加するように構成された信号印加手段と、を含む光変調素子が提供される。
【0009】
前記信号印加手段は、前記導電体に第１電圧を印加し、前記ナノアンテナに第２電圧を印加するように構成されてもよい。
【0010】
前記信号印加手段は、前記導電体と前記活性層との間に、前記第１電圧を印加するための第１電圧印加手段と、前記活性層と前記ナノアンテナとの間に、前記第２電圧を印加するための第２電圧印加手段と、を含んでもよい。
【0011】
前記信号印加手段は、前記導電体に第１電圧を印加し、前記活性層に第２電圧を印加し、前記ナノアンテナに第３電圧を印加するように構成されてもよい。
【0012】
前記信号印加手段は、前記導電体に第１電圧を印加し、前記活性層に第２電圧を印加し、前記ナノアンテナに第３電圧を印加するように構成されてもよい。該第１電圧及び該第３電圧のうち少なくとも一つは、該第２電圧と異なってもよい。
【0013】
前記第２電圧は、前記第１電圧及び第３電圧に対する基準電圧でもある。
【0014】
前記第２電圧は、選択的に（optionally）、接地電圧でもある。
【0015】
前記活性層は、前記信号印加手段の電気的信号によって誘発された第１電荷濃度変化領域及び第２電荷濃度変化領域を含み、前記第１電荷濃度変化領域は、前記第１誘電体層に隣接するように具備され、前記第２電荷濃度変化領域は、前記第２誘電体層に隣接するように具備されてもよい。
【0016】
前記導電体は、前記活性層下に配置された下部反射板電極（back reflector electrode）でもある。
【0017】
前記導電体は、金属層でもある。
【0018】
前記活性層は、第１活性層でもあり、前記導電体と前記第１誘電体層との間に、前記導電体と電気的に接触した第２活性層がさらに具備されてもよい。
【0019】
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間に、少なくとも２層の前記活性層が前記第１誘電体層から順に具備され、前記少なくとも２層の活性層間に、中間誘電体層が具備されてもよい。
【0020】
前記活性層は、下部層及び上部層を含む多層構造を有することができる。前記下部層と前記上部層は、互いに異なる物質を含むか、あるいは互いに異なるドーピング特性を有することができる。
【0021】
複数の前記導電体が互いに離隔して配置され、複数の前記ナノアンテナが互いに離隔して配置され、前記複数の導電体と前記複数のナノアンテナとの間に、前記活性層が具備されてもよい。
【0022】
前記複数の導電体のうち少なくとも二つに、互いに異なる電圧が印加され、前記複数のナノアンテナのうち少なくとも二つに、互いに異なる電圧が印加されもする。
【0023】
前記複数の導電体それぞれに、独立して電圧が印加され、前記複数のナノアンテナそれぞれに、独立して電圧が印加されもする。
【0024】
前記複数の導電体は、第１導電体及び第２導電体を含み、前記複数のナノアンテナは、前記第１導電体に対応する第１ナノアンテナ、及び前記第２導電体に対応する第２ナノアンテナを含み、前記第１導電体に第１電圧が印加され、これと独立して、前記第１ナノアンテナに第２電圧が印加され、前記第２導電体に第３電圧が印加され、これと独立して、前記第２ナノアンテナに第４電圧が印加されもする。
【0025】
前記導電体、前記第１誘電体層、前記活性層、前記第２誘電体層及び前記ナノアンテナは、一つの単位素子を構成することができ、前記光変調素子は、複数の前記単位素子が配列された構造を有することができる。
【0026】
前記複数の単位素子は、一次元的または二次元的に配列されてもよい。
【0027】
前記導電体一つに対して、前記ナノアンテナ一つが対応するように配置されるか、あるいは前記導電体一つに対して複数のナノアンテナが配置されてもよい。
【0028】
前記活性層は、それに印加される電気的信号によって誘電率（permittivity）が変わる電気光学（electro-optic）物質を含んでもよい。
【0029】
前記活性層は、透明伝導性酸化物（transparent conductive oxide）及び遷移金属窒化物（transition metal nitride）のうち少なくとも一つを含んでもよい。
【0030】
前記第１誘電体層及び第２誘電体層のうち少なくとも一つは、絶縁性シリコン化合物及び絶縁性金属化合物のうち少なくとも一つを含んでもよい。
【0031】
前記光変調素子は、前記ナノアンテナによって反射する光の位相変調（phase modulation）を誘導するように構成された素子でもある。
【0032】
前記光変調素子は、入射光の反射位相を３６０゜まで変化させるように構成されてもよい。
【0033】
他の側面によれば、前述の光変調素子を含む光学装置が提供される。
【0034】
前記光学装置は、前記光変調素子を利用し、一次元または二次元的にビームを操向するように構成されてもよい。
【0035】
前記光学装置は、例えば、ライダー（ＬＩＤＡＲ：light detection and ranging）装置、三次元イメージ獲得装置、ホログラフィック（holographic）ディスプレイ装置及び構造光（structured light）発生装置のうち少なくとも一つを含んでもよい。
【0036】
他の側面によれば、互いに離隔して配置された複数の導電要素と、前記複数の導電要素に対向するように配置された複数のナノアンテナと、前記複数の導電要素と前記複数のナノアンテナとの間に、それらと離隔して配置されたものであり、印加電圧によって物性が変化される活性層と、前記複数の導電要素それぞれ、及び前記複数のナノアンテナそれぞれに、独立して電圧を印加するように構成された電圧印加手段と、を含み、前記複数の導電要素それぞれに独立して印加される電圧により、前記活性層の第１領域で発生する電荷濃度変化、及び前記複数のナノアンテナそれぞれに独立して印加される電圧により、前記活性層の第２領域で発生する電荷濃度変化を利用して、入射光を変調する光変調素子が提供される。
【0037】
前記電圧印加手段は、前記複数の導電要素のうち少なくとも二つに互いに異なる電圧を印加し、それと独立して、前記複数のナノアンテナのうち少なくとも二つに互いに異なる電圧を印加するように構成されてもよい。
【0038】
前記複数の導電要素は、第１導電要素及び第２導電要素を含み、前記複数のナノアンテナは、前記第１導電要素に対応する第１ナノアンテナ、及び前記第２導電要素に対応する第２ナノアンテナを含み、前記電圧印加手段は、前記第１導電要素、前記第１ナノアンテナ、前記第２導電要素及び前記第２ナノアンテナそれぞれに、独立して電圧を印加するように構成されてもよい。
【0039】
前記光変調素子は、前記複数の導電要素と、前記活性層との間に具備された第１絶縁層と、前記複数のナノアンテナと、前記活性層との間に具備された第２絶縁層と、をさらに含んでもよい。
【0040】
前記複数のナノアンテナは、一次元的に配列され、前記光変調素子は、一次元的方向に、ビームを操向するように構成されてもよい。
【0041】
前記複数のナノアンテナは、二次元的に配列され、前記光変調素子は、二次元的方向に、ビームを操向するように構成されてもよい。
【0042】
他の側面によれば、前述の光変調素子を含む光学装置が提供される。
【0043】
前記光学装置は、前記光変調素子を利用し、一次元的または二次元的にビームを操向するように構成されてもよい。
【0044】
前記光学装置は、例えば、ライダー（ＬｉＤＡＲ）装置、三次元イメージ獲得装置、ホログラフィックディスプレイ装置及び構造光発生装置のうち少なくとも一つを含んでもよい。
【発明の効果】
【0045】
本発明によれば、光を電気的方式で変調する素子（光変調素子）を具現することができる。また、表面プラズモン共振現象を利用して光を変調する素子（光変調素子）を具現することができる。また、プラズモニックナノアンテナまたはそのアレイを含む光変調素子を具現することができる。また、光変調効率を高め、ノイズを減らす光変調素子を具現することができる。また、反射位相の変化量を増加させることができる光変調素子を具現することができる。また、反射率の変化量を減らす光変調素子を具現することができる。
【0046】
さらに、前述の光変調素子を適用し、優秀な性能を有する多様な光学装置を具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】一実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図2】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図3】比較例による光変調素子を示す断面図である。
【図8】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図9】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図10】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図11】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図12】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図13】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図14】他の実施形態による光変調素子を示す斜視図である。
【図15】他の実施形態による光変調素子を示す斜視図である。
【図16】他の実施形態による光変調素子を示す斜視図である。
【図17】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図18】他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【図19A】実施形態による光変調素子に適用されるナノアンテナの構造／形態を示す斜視図である。
【図19B】実施形態による光変調素子に適用されるナノアンテナの構造／形態を示す斜視図である。
【図19C】実施形態による光変調素子に適用されるナノアンテナの構造／形態を示す斜視図である。
【図19D】実施形態による光変調素子に適用されるナノアンテナの構造／形態を示す斜視図である。
【図20】一実施形態による光変調素子を含むビームステアリング素子（beam steering device）について説明するための概念図である。
【図21】他の実施形態による光変調素子を含むビームステアリング素子について説明するための概念図である。
【図22】一実施形態による光変調素子を適用したビームステアリング素子を含む光学装置の全体的なシステムについて説明するためのブロック図である。
【図23】一実施形態による光変調素子を含むライダー（ＬｉＤＡＲ）装置を車両に適用した場合を示す概念図である。
【図24】一実施形態による光変調素子を含むライダー（ＬｉＤＡＲ）装置を車両に適用した場合を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0048】
以下、一実施形態による光変調素子及びその動作方法、並びに該光変調素子を含む装置について、添付された図面を参照して詳細に説明する。添付された図面に図示された層や領域の幅及び厚みは、明細書の明確性、及び説明の便宜性のために、若干誇張されてもいる。詳細な説明全体にわたって、同一参照番号は、同一構成要素を示す。
【0049】
図１は、一実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0050】
図１を参照すれば、導電体Ｃ１０、及びそれと対向するように配置されたナノアンテナ（nano-antenna）Ｎ１０が具備されてもよい。ナノアンテナＮ１０は、プラズモニックナノアンテナ（plasmonic nano-antenna）であると言うことができる。導電体Ｃ１０とナノアンテナＮ１０との間に、活性層Ａ１０が具備されてもよい。活性層Ａ１０は、その電気的条件によって物性が変化される層でもある。例えば、活性層Ａ１０の少なくとも一つの物性は、それに印加される電圧によっても変化する。活性層Ａ１０、及びその周辺領域に係わる電気的条件（例えば、印加電圧）により、活性層Ａ１０の誘電率（permittivity）が変化する。活性層Ａ１０の誘電率変化は、活性層Ａ１０内領域の電荷濃度（電荷密度）の変化に起因したものでもある。言い換えれば、活性層Ａ１０内領域の電荷濃度変化により、活性層Ａ１０の誘電率が変化する。導電体Ｃ１０と活性層Ａ１０との間に、第１誘電体層Ｄ１０が配置されてもよい。活性層Ａ１０とナノアンテナＮ１０との間に、第２誘電体層Ｄ２０が配置されてもよい。第１誘電体層Ｄ１０は、導電体Ｃ１０と活性層Ａ１０とを電気的に分離する第１絶縁層でもあり、第２誘電体層Ｄ２０は、活性層Ａ１０とナノアンテナＮ１０とを電気的に分離する第２絶縁層でもある。
【0051】
本実施形態による光変調素子は、ナノアンテナＮ１０、活性層Ａ１０及び導電体Ｃ１０のうち少なくとも二つに、独立して電気的信号を印加するように構成された信号印加手段を含んでもよい。該信号印加手段は、導電体Ｃ１０及びナノアンテナＮ１０それぞれに、独立して電圧を印加するように構成されてもよい。例えば、前記信号印加手段は、導電体Ｃ１０と活性層Ａ１０との間に、第１電圧を印加するための第１電圧印加手段ＶＢ、及び活性層Ａ１０とナノアンテナＮ１０との間に、第２電圧を印加するための第２電圧印加手段ＶＴを含んでもよい。このとき、活性層Ａ１０は、接地されてもよい。
【0052】
活性層Ａ１０は、第１電圧印加手段ＶＢにより、導電体Ｃ１０と活性層Ａ１０との間に印加される電圧により、電荷濃度が変化する第１電荷濃度変化領域１０を含んでもよい。また、活性層Ａ１０は、第２電圧印加手段ＶＴにより、活性層Ａ１０とナノアンテナＮ１０との間に印加される電圧により、電荷濃度が変化する第２電荷濃度変化領域２０を含んでもよい。第１電荷濃度変化領域１０は、第１誘電体層Ｄ１０に隣接するように具備され、第２電荷濃度変化領域２０は、第２誘電体層Ｄ２０に隣接するように具備されてもよい。第１電荷濃度変化領域１０と第２電荷濃度変化領域２０は、独立して制御される。
【0053】
ナノアンテナＮ１０は、特定波長（あるいは、周波数）の光（入射光、可視（visible）電磁波及び不可視（invisible）電磁波をいずれも含む）を、局所表面プラズモン共振（localized surface plasmon resonance）の形態に変換し、そのエネルギーを捕獲するものであり、光に対するナノ構造のアンテナであると言うことができる。ナノアンテナＮ１０は、導電層パターン（例：金属層パターン）でもあり、該導電層パターンは、非導電層（例：誘電層）にも接触している。該導電層パターンと該非導電層（例：誘電層）との界面で、プラズモン共振が発生しうる。このとき、非導電層（例：誘電層）は、第２誘電体層Ｄ２０か、第２誘電体層Ｄ２０と別個の層にも具備される。便宜上、以下では、導電層パターン自体を、ナノアンテナＮ１０と見なして説明する。該導電層パターンと該非導電層（例：誘電層）との界面のように、表面プラズモン共振が起きる境界面（interface）を通称し、「メタ表面」または「メタ構造」であると言うことができる。
【0054】
ナノアンテナＮ１０は、伝導性物質からもなり、サブ波長（sub-wavelength）の寸法を有することができる。ここで、サブ波長とは、ナノアンテナＮ１０の動作波長より小さい寸法を意味する。ナノアンテナＮ１０の形状をなすある１つの寸法、例えば、厚み、横、縦、またはナノアンテナＮ１０間の間隔、またはナノアンテナの配列周期（すなわち、横長または縦長と間隔との和）のうち少なくともいずれか一つがサブ波長の寸法を有することができる。ナノアンテナＮ１０の形状や寸法によって共振波長が異なりもする。前記動作波長は、約１，５５０ｎｍほどでもあり、前記ナノアンテナの配列周期（サブ波長の一例）は、約５００ｎｍほどでもあるが、それは例示的なものに過ぎず、本願は、それに限定されるものではない。
【0055】
ナノアンテナＮ１０を形成する伝導性物質としては、表面プラズモン励起（surface Plasmon excitation）が発生しうる導電性が高い金属物質が採用される。例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕなどで構成されたグループのうちから選択された少なくとも一つの金属が採用され、それらのうち少なくとも一つを含む合金からもなる。また、ナノアンテナＮ１０は、Ａｕ、Ａｇなどの金属ナノ粒子が分散された薄膜、グラフェンやＣＮＴ（carbon nanotube）などの炭素ナノ構造体；ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）などの伝導性高分子を含むか、あるいは伝導性酸化物などを含んでもよい。
【0056】
活性層Ａ１０は、それに印加される電気的条件によって物性が変化する層でもあり、同時に、電極の機能を遂行することができる。例えば、活性層Ａ１０は、電気的条件によって誘電率が変化する層でもある。活性層Ａ１０に印加される電場により、活性層Ａ１０内領域の電荷濃度（電荷密度）が変化され、それにより、活性層Ａ１０の誘電率が変化する。例えば、活性層Ａ１０は、ＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＡＺＯ（aluminum doped zinc oxide）、ＧＺＯ（gallium doped zinc oxide）、ＡＧＺＯ（aluminium gallium zinc oxide）、ＧＩＺＯ（gallium indium zinc oxide）のような透明伝導性酸化物（ＴＣＯ：transparent conductive oxide）を含んでもよい。または、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮのような遷移金属窒化物（transition metal nitride）を含んでもよい。それ以外にも、電気的信号が加えられれば、有効誘電率が変わる電気光学（ＥＯ：electro－optic）物質を含んでもよい。該電気光学物質は、例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、タンタル酸二オブ酸カリウム（ＫＴＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの結晶性物質を含むか、あるいは電気光学特性を有する多様なポリマーを含んでもよい。
【0057】
活性層Ａ１０の誘電率は、波長によっても変わる。真空の誘電率ε０に対する相対誘電率（relative permittivity）εｒを誘電定数（dielectric constant）といい、活性層Ａ１０の誘電定数の実数部は、所定波長帯域において、０の値を示すことができる。該誘電定数の実数部が０、または０に非常に近い値を有するようになる波長帯域を、ＥＮＺ（epsilon near zero）波長帯域という。ほとんどの物質の誘電定数は、波長の関数で示され、複素数でも示される。真空の誘電定数は、１になり、一般的な誘電体の場合、誘電定数の実数部は、１より大きい正数である。金属の場合、誘電定数の実数部は、負数にもなる。ほとんどの波長帯域において、ほとんどの物質の誘電定数は、１より大きい値を有するが、特定波長において、誘電定数の実数部は、０の値を有することができる。誘電定数の実数部が０、または０に非常に近い値を有するとき、特異な光学的性質を示すと知られている。一実施形態の光変調素子は、動作波長帯域を、活性層Ａ１０のＥＮＺ波長帯域を含む領域と設定することができる。ナノアンテナＮ１０の共振波長帯域と、活性層Ａ１０のＥＮＺ波長帯域とを類似して設定することにより、光変調性能が調節される範囲を拡大させることができる。活性層Ａ１０のＥＮＺ波長帯域は、第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０の特性（電荷濃度）によっても異なる。
【0058】
導電体Ｃ１０は、伝導性物質を含み、電極の機能を遂行することができる。導電体Ｃ１０の伝導性物質は、ナノアンテナＮ１０の伝導性物質と同一であるか、あるいは類似している。例えば、導電体Ｃ１０は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕなどで構成されたグループのうちから選択された少なくとも一つの金属を含み、それらのうち少なくとも一つを具備する合金を含んでもよい。または、導電体Ｃ１０は、Ａｕ、Ａｇなどの金属ナノ粒子が分散された薄膜；グラフェンやＣＮＴなどの炭素ナノ構造体；ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）などの伝導性高分子を含むか、あるいは伝導性酸化物などを含んでもよい。
【0059】
導電体Ｃ１０は、活性層Ａ１０下に配置された下部反射板電極（back reflector electrode）でもある。よって、導電体Ｃ１０は、光を反射させる役割を行いながら、同時に電極の機能を遂行することができる。導電体Ｃ１０は、それに対応するナノアンテナＮ１０と光学的にカップリング（coupling）されており、ナノアンテナＮ１０と導電体Ｃ１０との光学的相互作用によって光が反射することができる。後述する図８ないし図１８において、図１の導電体Ｃ１０に対応する導電体（導電要素）は、いずれも下部反射板電極でもある。
【0060】
第１誘電体層Ｄ１０及び第２誘電体層Ｄ２０は、絶縁性物質（誘電体物質）を含んでもよい。第１誘電体層Ｄ１０及び第２誘電体層Ｄ２０のうち少なくとも一つは、絶縁性シリコン化合物及び絶縁性金属化合物のうち少なくとも一つを含んでもよい。該絶縁性シリコン化合物は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉｘＮｙ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）などを含み、該絶縁性金属化合物は、例えば、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ）、ハフニウムシリコン酸化物（ＨｆＳｉＯ）などを含んでもよい。しかし、ここで提示した第１誘電体層Ｄ１０及び第２誘電体層Ｄ２０の具体的な物質は、例示的なものであり、それらに限定されるものではない。第１誘電体層Ｄ１０と第２誘電体層Ｄ２０は、同一物質から形成されるか、あるいは互いに異なる物質構成を有することもできる。
【0061】
第１電圧印加手段ＶＢ及び第２電圧印加手段ＶＴを利用して、活性層Ａ１０と導電体Ｃ１０との間、及び活性層Ａ１０とナノアンテナＮ１０との間に、独立して電圧を印加することができる。活性層Ａ１０が接地された場合、すなわち、活性層Ａ１０の電圧が０Ｖである場合、第１電圧印加手段ＶＢにより、導電体Ｃ１０に印加される電圧は、正（＋）の電圧でもあり、負（－）の電圧でもある。導電体Ｃ１０に印加される電圧が正（＋）の電圧である場合、第１電荷濃度変化領域１０は、電荷蓄積領域（accumulation region）でもあり、導電体Ｃ１０に印加される電圧が負（－）の電圧である場合、第１電荷濃度変化領域１０は、電荷空乏領域（depletion region）でもある。場合により、導電体Ｃ１０にも、０Ｖの電圧を印加することができる。また、第２電圧印加手段ＶＴによってナノアンテナＮ１０に印加される電圧は、正（＋）の電圧でもあり、負（－）の電圧でもある。ナノアンテナＮ１０に印加される電圧が正（＋）の電圧である場合、第２電荷濃度変化領域２０は、電荷蓄積領域でもあり、ナノアンテナＮ１０に印加される電圧が負（－）の電圧である場合、第２電荷濃度変化領域２０は、電荷空乏領域でもある。場合により、ナノアンテナＮ１０にも、０Ｖの電圧を印加することができる。
【0062】
導電体Ｃ１０及びナノアンテナＮ１０に印加する電圧を独立して調節するために、第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０の特性を独立して制御することができる。従って、第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０のうちいずれか一つは、電荷蓄積領域でもあり、他の一つは、電荷空乏領域でもある。または、第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０がいずれも電荷蓄積領域でもあり、電荷空乏領域でもある。第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０が、いずれも電荷蓄積領域であり、電荷空乏領域である場合にも、それらの電荷濃度は、異なっても制御される。
【0063】
活性層Ａ１０の多数キャリア（majority carrier）が負（－）の電荷である場合、言い換えれば、活性層Ａ１０がＮ型電極であるか、あるいはＮ－ドーピングされた物質層である場合、導電体Ｃ１０に印加される電圧が正（＋）の電圧であるならば、第１電荷濃度変化領域１０は、電子蓄積領域でもあり、負（－）の電圧であるならば、第１電荷濃度変化領域１０は、電子空乏領域でもある。それと類似して、ナノアンテナＮ１０に印加される電圧が正（＋）の電圧であるならば、第２電荷濃度変化領域２０は、電子蓄積領域でもあり、負（－）の電圧であるならば、第２電荷濃度変化領域２０は、電子空乏領域でもある。場合により、活性層Ａ１０の多数キャリアは、正（＋）の電荷でもある。言い換えれば、活性層Ａ１０は、Ｐ型電極であるか、あるいはＰ－ドーピングされた物質層でもある。その場合、導電体Ｃ１０に印加される電圧が正（＋）の電圧であるならば、第１電荷濃度変化領域１０は、正孔空乏領域でもあり、負（－）の電圧であるならば、第１電荷濃度変化領域１０は、正孔蓄積領域でもある。それと類似して、ナノアンテナＮ１０に印加される電圧が正（＋）の電圧であるならば、第２電荷濃度変化領域２０は、正孔空乏領域でもあり、負（－）の電圧であるならば、第２電荷濃度変化領域２０は、正孔蓄積領域でもある。
【0064】
導電体Ｃ１０は、第１ゲート電極と言うことができ、ナノアンテナＮ１０は、第２ゲート電極であると言うことができる。第１誘電体層Ｄ１０は、第１ゲート絶縁層と言うことができ、第２誘電体層Ｄ２０は、第２ゲート絶縁層であると言うことができる。導電体Ｃ１０に印加される電圧は、第１ゲート電圧と言うことができ、ナノアンテナＮ１０に印加される電圧は、第２ゲート電圧であると言うことができる。第１ゲート電圧及び第２ゲート電圧は、互いに独立して制御されるという側面で、本実施形態の光変調素子は、二重電極構造（二重ゲート電極構造）を有すると言うことができる。
【0065】
第１電圧印加手段ＶＢ及び第２電圧印加手段ＶＴを利用して、第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０の特性を独立して制御することができ、それにより、素子の光変調特性が異なりもする。活性層Ａ１０の特性変化、そしてナノアンテナＮ１０、活性層Ａ１０及び導電体Ｃ１０の間の電気光学的相互作用により、光変調特性が制御される。例えば、所定の入射光ＬＩがナノアンテナＮ１０によって反射される場合、反射光ＬＲの特性が、第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０の特性によっても変化する。言い換えれば、第１電圧印加手段ＶＢで導電体Ｃ１０に印加する電圧、及び第２電圧印加手段ＶＴでナノアンテナＮ１０に印加する電圧により、反射光ＬＲの特性が異なりもする。第１電荷濃度変化領域１０の特性、及び第２電荷濃度変化領域２０の特性の独立的制御は、光変調特性を大きく改善することができ、ノイズなどの問題を減らすことができる。それについては、追って図６及び図７などを参照してさらに詳細に説明する。
【0066】
図１においては、光変調素子に電気的信号を印加するための「信号印加手段」が導電体Ｃ１０と活性層Ａ１０との間に連結された第１電圧印加手段ＶＢ、及び活性層Ａ１０とナノアンテナＮ１０との間に連結された第２電圧印加手段ＶＴを含み、活性層Ａ１０は、接地された場合を図示したが、かような信号印加手段の構成は、異なりもする。その一例が図２に図示されている。
【0067】
図２は、他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0068】
図２を参照すれば、光変調素子に電気的信号を印加するための信号印加手段は、導電体Ｃ１０、活性層Ａ１０及びナノアンテナＮ１０それぞれに、独立して電圧を印加するように構成されてもよい。前記信号印加手段は、導電体Ｃ１０に、第１電圧を印加するための第１電圧印加手段Ｖ１、活性層Ａ１０に第２電圧を印加するための第２電圧印加手段Ｖ２、及びナノアンテナＮ１０に第３電圧を印加するための第３電圧印加手段Ｖ３を含んでもよい。ここで、該第１電圧は、該第２電圧より、高くとも低くともよい。また、該第３電圧は、該第２電圧より、高くとも低くともよい。場合により、該第１電圧及び該第３電圧のうち少なくとも一つが、該第２電圧と同じであってもよい。該第２電圧は、該第１電圧及び該第３電圧に対する基準電圧（reference voltage）でもある。該第２電圧は、選択的に（optionally）、接地電圧（ground voltage）でもある。その場合、図１において、活性層Ａ１０が接地された場合と類似している。
【0069】
導電体Ｃ１０、活性層Ａ１０及びナノアンテナＮ１０それぞれに、独立して電圧を印加することにより、それら間の電位差により、第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０の特性を独立して制御することができる。
【0070】
図３は、比較例による光変調素子を示す断面図である。
【0071】
図３を参照すれば、比較例による光変調素子は、導電体Ｃ１上側に、ナノアンテナＮ１を有することができ、導電体Ｃ１に接触した活性層Ａ１、そして、活性層Ａ１とナノアンテナＮ１との間に具備された誘電体層Ｄ１を含んでもよい。また、該比較例による光変調素子は、導電体Ｃ１に対して、ナノアンテナＮ１に電圧を印加するための電圧印加手段Ｖを含む。導電体Ｃ１とナノアンテナＮ１との間に、電圧印加手段Ｖが連結され、導電体Ｃ１は、接地される。
【0072】
その場合、電圧印加手段Ｖにより、導電体Ｃ１とナノアンテナＮ１との間に印加される電圧により、活性層Ａ１内に、１つの電荷濃度変化領域１が形成される。電荷濃度変化領域１は、誘電体層Ｄ１に隣接するように形成される。かような光変調素子は、単一ゲート電極構造を有すると言うことができる。
【0073】
【0074】
図４を参照すれば、電圧によって反射位相（゜）が変化するが、反射位相（゜）は、約２７０゜まで変化し、それ以上には変化させにくい。従って、全ての位相を表現することができないという限界がある。かような限界点は、光波操向、すなわち、ビームステアリング（beam steering）においてノイズを増大させるという問題を誘発してしまう。
【0075】
【0076】
図５を参照すれば、電圧によって、反射率（％）が大きく変化するということが分かる。反射率（％）が各電圧別に異なるために、生成された光波の波面に歪曲が発生する。その結果、光波操向でノイズが増大することになる。かようなノイズが多ければ、メインローブ（main lobe）のエネルギーが減ることになり、監視距離が短くなり、所望しない方向に操向されたビームによって反射された光が、情報の歪曲をもたらしてしまう。かような反射率（％）の変化は、反射波の位相変化時、振幅も共に変化するために発生しうる。
【0077】
【0078】
図６を参照すれば、一実施形態においては、上部のナノアンテナＮ１０と、下部の導電体Ｃ１０とに独立して電圧を印加することができるために、横軸を、上部電圧ＶＴと下部電圧ＶＢとの組み合わせで表示した。一実施形態によれば、電圧条件により、反射位相（゜）を３６０゜まで変化させることができる。それは、図４の比較例において、反射位相（゜）が２７０゜まで変化するところと比較される。
【0079】
【0080】
図７を参照すれば、電圧条件によって反射位相（゜）を変化させている中、反射率（％）が概して一定に維持される。例えば、測定範囲内において、反射率（％）の変化量は、およそ±１５％以内でもある。それは、図５の比較例において、反射率（％）が大きく変化するところと比較される。また、図７の平均反射率（％）は、図５の最大反射率（％）よりはっきりと高いことが分かる。
【0081】
図６及び図７の結果のように、一実施形態によれば、反射位相（゜）は、３６０゜まで変化させることができ、反射率（％）は、概して一定に維持されるために、光波操向時、効率が上昇し、ノイズが減少し、歪曲が抑制される効果を得ることができる。特に、constant amplitude方式、２π（３６０゜）－full cover方式及びphase-only modulation方式の光変調に有利に適用される。
【0082】
図８は、他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0083】
図８を参照すれば、光変調素子は、導電体Ｃ１０と第１誘電体層Ｄ１０との間に、導電体Ｃ１０と電気的に接触した第２活性層Ａ２０をさらに含んでもよい。このとき、第１誘電体層Ｄ１０と第２誘電体層Ｄ２０との間に存在する活性層Ａ１０は、第１活性層Ａ１０と言うことができる。第２活性層Ａ２０は、第１活性層Ａ１０と同一であるか、あるいは類似した物質からも形成される。第２活性層Ａ２０は、第１電圧印加手段ＶＢにより、導電体Ｃ１０と第１活性層Ａ１０との間に印加される電圧により、電荷濃度が変化する第３電荷濃度変化領域３０を含んでもよい。第３電荷濃度変化領域３０は、第１誘電体層Ｄ１０に隣接するように配置されてもよい。本実施形態においては、第１電圧印加手段ＶＢによって、第１活性層Ａ１０内に、第１電荷濃度変化領域１０、及び第２活性層Ａ２０内に、第３電荷濃度変化領域３０が誘発され、第２電圧印加手段ＶＴによって、第１活性層Ａ１０内に、第２電荷濃度変化領域２０が誘発されると言うことができる。第３電荷濃度変化領域３０を含む第２活性層Ａ２０がさらに具備されるということを除いた残り構成は、図１と同一であるか、あるいは類似している。
【0084】
本実施形態においては、３つの電荷濃度変化領域１０、２０、３０の特性変化を光変調に利用するために、光変調特性改善及び制御に有利である。
【0085】
図９は、他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0086】
図９を参照すれば、第１誘電体層Ｄ１０と第２誘電体層Ｄ２０との間に、少なくとも２層の活性層が具備されてもよい。ここでは、２層の活性層Ａ１１、Ａ１２が具備された場合が図示されている。２層の活性層Ａ１１、Ａ１２は、それぞれ第１活性層Ａ１１及び第２活性層Ａ１２と言うことができる。隣接した２層の活性層Ａ１１、Ａ１２の間には、中間誘電体層Ｄ１５が具備されてもよい。第１活性層Ａ１１及び第２活性層Ａ１２は、図１の活性層Ａ１０と同一であるか、あるいは類似した物質から形成され、中間誘電体層Ｄ１５は、第１誘電体層Ｄ１０及び第２誘電体層Ｄ２０と同一であるか、あるいは類似した物質からも形成される。第１活性層Ａ１１及び第２活性層Ａ１２は、互いに同じ物質、または異なる物質からも形成される。
【0087】
本実施形態による光変調素子は、導電体Ｃ１０に電圧を印加するための第１電圧印加手段Ｖ１０、第１活性層Ａ１１に電圧を印加するための第２電圧印加手段Ｖ２０、第２活性層Ａ１２に電圧を印加するための第３電圧印加手段Ｖ３０、及びナノアンテナＮ１０に電圧を印加するための第４電圧印加手段Ｖ４０を含んでもよい。従って、導電体Ｃ１０、第１活性層Ａ１１、第２活性層Ａ１２及びナノアンテナＮ１０それぞれに、独立して電圧を印加することができる。場合により、第１活性層Ａ１１及び第２活性層Ａ１２のうち一つは、接地されてもよい。
【0088】
第１活性層Ａ１１の下部領域及び上部領域に、それぞれ第１電荷濃度変化領域１１及び第２電荷濃度変化領域２１が形成される。それと類似して、第２活性層Ａ１２の下部領域及び上部領域に、それぞれ第３電荷濃度変化領域３１及び第４電荷濃度変化領域４１が形成される。導電体Ｃ１０と第１活性層Ａ１１との電位差により、第１電荷濃度変化領域１１が形成され、第１活性層Ａ１１と第２活性層Ａ１２との電位差により、第２電荷濃度変化領域２１及び第３電荷濃度変化領域３１が形成され、第２活性層Ａ１２とナノアンテナＮ１０との電位差により、第４電荷濃度変化領域４１が形成される。
【0089】
本実施形態においては、４つの電荷濃度変化領域１１、２１、３１、４１の特性変化を光変調に利用するために、光変調特性の改善及び制御に有利である。図示されていないが、第１誘電体層Ｄ１０と第２誘電体層Ｄ２０との間に、３層あるいはそれ以上の活性層を使用することができ、それらの間に、中間誘電体層を適用することができる。
【0090】
図１０は、他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0091】
図１０を参照すれば、１層の活性層Ａ１５は、多層構造を有することができる。例えば、活性層Ａ１５は、下部層Ａ１５ａ及び上部層Ａ１５ｂを含む多層構造を有することができる。下部層Ａ１５ａと上部層Ａ１５ｂは、互いに異なる物質を含むか、あるいは互いに異なるドーピング特性を有することができる。下部層Ａ１５ａ内に、第１電荷濃度変化領域１５が形成され、上部層Ａ１５ｂ内に、第２電荷濃度変化領域２５が形成される。下部層Ａ１５ａと上部層Ａ１５ｂとの物質が異なるか、あるいは互いに異なるドーピング特性を有する場合、第１電荷濃度変化領域１５及び第２電荷濃度変化領域２５の特性は、図１の第１電荷濃度変化領域１０及び第２電荷濃度変化領域２０とは異なって制御される。場合により、活性層Ａ１５は、３層、あるいはそれ以上の多層構造を有することもできる。活性層Ａ１５が多層構造を有することを除いた残り構成は、図１と同一であるか、あるいは類似している。図１０の活性層Ａ１５は、図２、図８及び図９の素子に適用することができる。また、図８の構造のうち少なくとも一部と、図９の構造のうち少なくとも一部とを１つの素子に組み合わせることもできる。
【0092】
図１、図２及び図８ないし図１０の実施形態において、活性層Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１５、Ａ２０の厚みは、数百ｎｍ以下、例えば、約３００ｎｍ以下でもある。活性層Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１５、Ａ２０の厚みは、約５０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下または約１０ｎｍ以下と薄い。例えば、図１において、活性層Ａ１０の厚みが薄ければ、第１電荷濃度変化領域１０と第２電荷濃度変化領域２０との間隔が短くなり、それは、光変調特性の改善及び制御に有利に作用することができる。第１誘電体層Ｄ１０、第２誘電体層Ｄ２０及び中間誘電体層Ｄ１５の厚みは、例えば、数ｎｍないし数百ｎｍほどでもあるが、それに限定されるものではない。また、第１誘電体層Ｄ１０、第２誘電体層Ｄ２０及び中間誘電体層Ｄ１５の厚みを互いに異なって作ることもできる。
【0093】
【0094】
図１１は、他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0095】
図１１を参照すれば、基板ＳＵＢ１００上に、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎが相互離隔して配置され、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎを覆う第１誘電体層Ｄ１００が具備されてもよい。第１誘電体層Ｄ１００上に、活性層Ａ１００が具備され、活性層Ａ１００上に、第２誘電体層Ｄ２００が具備されてもよい。第２誘電体層Ｄ２００上に、複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎが相互離隔し、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎそれぞれに対向するように配置されてもよい。
【0096】
複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎそれぞれ、及び複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎそれぞれに、独立して電気的信号を印加するように構成された「信号印加手段」が具備されてもよい。前記信号印加手段は、電圧印加手段でもある。複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎそれぞれに、独立して電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢｎが印加され、それと独立して、複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎそれぞれに、独立して電圧ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴｎが印加されもする。このとき、活性層Ａ１００は、接地されてもよい。
【0097】
複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎそれぞれに独立して印加される電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢｎにより、活性層Ａ１００に、複数の第１電荷濃度変化領域１０ａ、１０ｂ、１０ｎが形成される。複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎそれぞれに独立して印加される電圧ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴｎにより、活性層Ａ１００に、複数の第２電荷濃度変化領域２０ａ、２０ｂ、２０ｎが形成される。複数の第１電荷濃度変化領域１０ａ、１０ｂ、１０ｎは、第１誘電体層Ｄ１００に隣接するように配置され、複数の第２電荷濃度変化領域２０ａ、２０ｂ、２０ｎは、第２誘電体層Ｄ２００に隣接するように配置されてもよい。複数の第１電荷濃度変化領域１０ａ、１０ｂ、１０ｎそれぞれ、及び複数の第２電荷濃度変化領域２０ａ、２０ｂ、２０ｎそれぞれの電荷濃度は、独立して制御される。
【0098】
１つの導電体（例：Ｃ１０ａ）、それに対応するナノアンテナ（例：Ｎ１０ａ）、及びそれらの間に位置する活性層Ａ１００領域が、１つの単位素子、例えば、単位セル（unitcell）を構成すると言うことができ、光変調素子にはかような単位素子（セル）が複数配列されてもよい。複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎのうち少なくとも二つに、互いに異なる電圧が印加され、それと独立して、複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎのうち少なくとも二つに、互いに異なる電圧が印加されもする。複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎのうちいずれか一つ、及びそれと対応するナノアンテナに印加される電圧は、互いに異なってもよい。複数の単位素子それぞれによって発生する光の位相変調を、独立して制御することができる。該複数の単位素子による光の位相変調を適切に制御することにより、それらから出射されるビームの方向をステアリングすることができる。例えば、第１方向に配列された複数の単位素子で発生する位相変調が、第１方向に沿ってπ／２ほどずつ順に低減するように制御すれば、複数の単位素子によって反射される光の方向が、特定方向に制御（ステアリング）される。それは、光学的位相アレイ（optical phased array）方式のビームステアリングであると言うことができる。位相アレイの位相変異規則を調節し、光のステアリング方向を多様に調節することができる。
【0099】
前述の説明では、反射光が一方向にステアリングされることを例示的に説明したが、領域ごとに光を異なる方向にステアリングし、所定のビーム整形（beam shaping）を可能にすることも可能である。例えば、光変調素子は、それぞれ複数のセルを有する複数の領域を含み、複数の領域ごとに、他の方向にビームことをステアリングすることにより、所望形態へのビーム整形（beam shaping）が可能である。
【0100】
本実施形態によれば、複数の単位素子（セル）から発生する、言い換えれば、複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎで発生する光の位相変調が３６０゜まで差があってもよい。また、位相が変化しても、複数の単位素子（セル）による反射率（％）は、概して一定に高く維持される。従って、光変調効率が改善され、ノイズ問題及び歪曲問題を抑制／防止することができる。
【0101】
図１２は、他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0102】
図１２を参照すれば、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎと、第１誘電体層Ｄ１００との間に、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎにそれぞれ接触した複数の第２活性層Ａ２０ａ、Ａ２０ｂ、Ａ２０ｎがさらに具備されてもよい。言い換えれば、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎにそれぞれ接触した複数の第２活性層Ａ２０ａ、Ａ２０ｂ、Ａ２０ｎが具備され、第１誘電体層Ｄ１００は、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎ、及び複数の第２活性層Ａ２０ａ、Ａ２０ｂ、Ａ２０ｎを覆うように具備されてもよい。複数の第２活性層Ａ２０ａ、Ａ２０ｂ、Ａ２０ｎそれぞれに、第３電荷濃度変化領域３０ａ、３０ｂ、３０ｎが形成される。第２活性層Ａ２０ａ、Ａ２０ｂ、Ａ２０ｎ及び第３電荷濃度変化領域３０ａ、３０ｂ、３０ｎは、図８を参照して説明した第２活性層Ａ２０及び第３電荷濃度変化領域３０にそれぞれ対応する。
【0103】
図１３は、他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0104】
図１３を参照すれば、第１誘電体層Ｄ１００と第２誘電体層Ｄ２００との間に、少なくとも２層の活性層が具備されてもよい。ここでは、２層の活性層、すなわち、第１活性層Ａ１１０及び第２活性層Ａ１２０が具備され、それら間に中間誘電体層Ｄ１５０がさらに具備された場合が図示されている。
【0105】
第１活性層Ａ１１０に第１活性層電圧ＶＡ１が印加され、第２活性層Ａ１２０に第２活性層電圧ＶＡ２が印加されもする。場合により、第１活性層Ａ１１０及び第２活性層Ａ１２０のうちいずれか１層は、接地されてもよい。複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎそれぞれに、独立して電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢｎが印加され、それと独立して、複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎそれぞれに、独立して電圧ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴｎが印加されもする。第１活性層Ａ１１０に、複数の第１電荷濃度変化領域１１ａ、１１ｂ、１１ｎ、及び複数の第２電荷濃度変化領域２１ａ、２１ｂ、２１ｎが形成される。第２活性層Ａ１２０に、複数の第３電荷濃度変化領域３１ａ、３１ｂ、３１ｎ、及び複数の第４電荷濃度変化領域４１ａ、４１ｂ、４１ｎが形成される。図１３の単位構造は、図９の構造に対応するか、あるいはそれと類似している。
【0106】
本願の実施形態による光変調素子は、一次元的に配列されるか、あるいは二次元的に配列された複数の単位素子を含んでもよい。複数の単位素子が一次元的に配列された場合が、図１４に図示され、二次元的に配列された場合が、図１５に例示的に図示されている。
【0107】
図１４を参照すれば、複数の導電体（導電要素）１２０が、第１方向、例えば、Ｙ軸方向に互いに離隔して一次元的に配列され、複数の導電体１２０に対向する複数のナノアンテナ２００が具備されてもよい。複数の導電体１２０と、複数のナノアンテナ２００との間に、それらと離隔して配置された活性層１６０が具備されてもよい。複数の導電体１２０と活性層１６０との間に、第１誘電体層１４０が具備され、活性層１６０と複数のナノアンテナ２００との間に、第２誘電体層１８０が具備されてもよい。
【0108】
複数の導電体１２０それぞれ、及び複数のナノアンテナ２００それぞれに、独立して電圧を印加するための電圧印加手段が具備されてもよい。例えば、該電圧印加手段は、それぞれの導電体１２０と活性層１６０とに電圧を印加するための第１電圧印加手段ＶＢ、及びそれぞれのナノアンテナ２００と活性層１６０とに電圧を印加するための第２電圧印加手段ＶＴを含んでもよい。活性層１６０は、接地されてもよい。
【0109】
本実施形態による光変調素子は、図１の単位素子複数個が一次元的にアレイされた場合であると言うことができる。その場合、一次元的な方向に、ビームをステアリングする装置を具現することができる。言い換えれば、複数の単位素子で発生する光変調（位相変調）特性を異なって制御することにより、それらの組み合わせによるビームのステアリング方向を一次元的に制御することができる。
【0110】
図１５を参照すれば、複数の導電体（導電要素）１２０が二次元的に、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に互いに離隔して配列されてもよい。複数の導電体１２０を覆う第１誘電体層１４０が具備され、第１誘電体層１４０上に、活性層１６０が具備され、活性層１６０上に、第２誘電体層１８０が具備されてもよい。第２誘電体層１８０上に、複数のナノアンテナ２００が具備されてもよい。複数のナノアンテナ２００は、複数の導電体１２０に対向するように配置されてもよい。
【0111】
図示されていないが、複数の導電体１２０それぞれに、独立して電圧を印加するための電圧印加手段が具備されてもよい。また、複数のナノアンテナ２００それぞれに、独立して電圧を印加するための電圧印加手段が具備されてもよい。このとき、活性層１６０は、接地されてもよい。
【0112】
本実施形態による光変調素子は、図１の単位素子複数個が二次元的にアレイされた場合であると言うことができる。その場合、二次元的な方向に、ビームをステアリングする装置を具現することができる。言い換えれば、複数の単位素子で発生する光変調（位相変調）特性を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に異なって制御することにより、それらの組み合わせによるビームのステアリング方向を二次元的に制御することができる。
【0113】
図１５において、複数のナノアンテナ２００は、所定方向、例えば、Ｘ軸方向に延長された（連続された）構造を有することができる。また、複数の導電体１２０も、所定方向、例えば、Ｘ軸方向に延長された（連続された）構造を有することができる。その例が図１６に図示されている。
【0114】
図１６を参照すれば、複数の導電体１２０Ｌが互いに離隔して配列されてもよい。複数の導電体１２０Ｌは、Ｘ軸方向に延長された構造を有することができ、それらは、Ｙ軸方向に相互離隔される。複数の導電体１２０Ｌを覆う第１誘電体層１４０が具備され、第１誘電体層１４０上に活性層１６０及び第２誘電体層１８０が順に具備され、第２誘電体層１８０上に、複数のナノアンテナ２００Ｌが具備されてもよい。複数のナノアンテナ２００Ｌは、複数の導電体１２０Ｌと類似し、Ｘ軸方向に延長された構造を有することができ、Ｙ軸方向に相互離隔される。
【0115】
以上の実施形態においては、１つの導電体（導電要素）に、１つのナノアンテナが対応して具備される場合について主に説明したが、他の実施形態によれば、１つの導電体（導電要素）に、複数のナノアンテナが対応して具備されてもよい。その一例が、図１７に図示されている。
【0116】
図１７を参照すれば、基板１００上に、複数の導電体（導電要素）１２５が相互離隔して具備されてもよい。複数の導電体１２５を覆う第１誘電体層１４０が具備され、第１誘電体層１４０上に、活性層１６０及び第２誘電体層１８０が順に具備されてもよい。第２誘電体層１８０上に、複数のナノアンテナ２００が具備されてもよい。１つの導電体１２５に対して、２以上のナノアンテナ２００が対応して配置されてもよい。従って、それぞれの導電体１２５は、２以上のナノアンテナ２００をカバーするサイズ（幅）を有することができる。
【0117】
複数の導電体１２５それぞれ、及び複数のナノアンテナ２００それぞれに、独立して電圧を印加するための電圧印加手段（図示せず）が具備されてもよい。活性層Ａ１６０は、接地されてもよい。または、活性層Ａ１６０に、所定電圧を印加するための他の電圧印加手段（図示せず）がさらに具備されてもよい。活性層１６０の第１層領域（下層部）に、複数の第１電荷濃度変化領域１６が形成され、活性層１６０の第２層領域（上層部）に、複数の第２電荷濃度変化領域２６が形成される。
【0118】
１つの導電体１２５、それに対応する２以上のナノアンテナ２００、及びそれら間の領域が１つの単位領域Ｒ１を構成すると言うことができる。それぞれの導電体１２５において、ナノアンテナ２００に対応する領域が、有効な電極領域として作用することができる。従って、有効な電極領域に対応する部分に、第１電荷濃度変化領域１６が形成される。１つの単位領域Ｒ１において、導電体１２５に電圧が印加され、２以上のナノアンテナ２００に、互いに異なる電圧が印加されもする。また、２以上のナノアンテナ２００に印加される電圧は、導電体１２５に印加される電圧と異なってもよい。
【0119】
図１８は、他の実施形態による光変調素子を示す断面図である。
【0120】
図１８を参照すれば、回路基板ＣＳ１００が設けられ、回路基板ＣＳ１００上に、一実施形態による光変調素子構造、例えば、図１１の素子構造が具備されてもよい。回路基板ＣＳ１００内に、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎそれぞれ、及び複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎそれぞれに電気的信号を印加するための信号印加手段が形成される。該信号印加手段は、電圧印加手段でもある。具体的な例として、回路基板ＣＳ１００は、複数のセル領域に区画され、それぞれのセル領域は、１Ｔ（transistor）－１Ｃ（capacitor）構成、２Ｔ－１Ｃ構成または２Ｔ－２Ｃ構成など多様な構成を有することができる。回路基板ＣＳ１００の回路は、複数の導電体Ｃ１０ａ、Ｃ１０ｂ、Ｃ１０ｎそれぞれ、及び複数のナノアンテナＮ１０ａ、Ｎ１０ｂ、Ｎ１０ｎそれぞれに電気的に連結される。かような電気的連結は、多様な半導体素子で使用されるビアホールを利用した連結配線や、ボンディングワイヤなどによってなされる。活性層Ａ１００は、接地されもするが、活性層Ａ１００に所定電圧を印加するための別途の電圧印加手段が、回路基板ＣＳ１００内にさらにも具備される。一方、場合により、基板ＳＵＢ１００は、排除されてもよい。
【0121】
以上の実施形態においては、ナノアンテナを例示的に単純に図示したが、ナノアンテナの構造は、多様に変化する。
【0122】
【0123】
図１９Ａないし図１９Ｄを参照すれば、ナノアンテナは、円形ディスク（図１９Ａ）、楕円形ディスク（図１９Ｂ）、十字型（図１９Ｃ）、星型（asterisk type）（図１９Ｄ）など多様な構造／形状を有することができる。十字型（図１９Ｃ）は、２つのナノロッド（nanorod）が互いに垂直方向に交差する形態でもあり、星型（図１９Ｄ）は、３つのナノロッドが交差する星（＊）状でもある。それ以外にも、図示されていないが、ナノアンテナは、円錐（cone）・三角錐（triangular pyramid）・球（sphere）・半球（hemisphere）・米粒（rice grain）・棒（rod）・フィッシュボーン（fish-bone）構造など多様な変形構造を有することができる。また、該ナノアンテナは、複数の層が重なった多層構造を有することができ、コア部と、少なくとも１つの殻部とを含むコア・シェル（core-shell）構造を有することもできる。さらに、２以上の互いに異なる構造／形態を有するナノアンテナが１つの単位をなして周期的に配列されてもよい。
【0124】
該ナノアンテナの構造／形態及びその配列方式により、共振波長、共振波長幅、共振偏光特性、共振角度、反射／吸収／透過特性などが異なりもする。従って、該ナノアンテナの構造／形態及び配列方式を制御することにより、目的に合う特性を有する光変調素子を製造することができる。
【0125】
一実施形態による光変調素子を利用すれば、ビームを所定方向に操向する素子を具現することができる。
【0126】
図２０は、一実施形態による光変調素子を含むビームステアリング素子（beam steering device）について説明するための概念図である。
【0127】
図２０を参照すれば、ビームステアリング素子１０００Ａを利用し、ビームを一次元的方向に操向することができる。例えば、所定被写体ＯＢＪに向けてビームを第１方向ＤＤ１に沿って操向することができる。ビームステアリング素子１０００Ａは、本願の実施形態による複数の光変調素子の一次元的アレイを含んでもよい。
【0128】
図２１は、他の実施形態による光変調素子を含むビームステアリング素子について説明するための概念図である。
【0129】
図２１を参照すれば、ビームステアリング素子１０００Ｂを利用し、ビームを二次元的方向に操向することができる。例えば、所定被写体ＯＢＪに向けて、ビームを第１方向ＤＤ１、及びそれと垂直した第２方向ＤＤ２に沿って操向することができる。ビームステアリング素子１０００Ｂは、本願の実施形態による複数の光変調素子の二次元的アレイを含んでもよい。
【0130】
図２２は、一実施形態による光変調素子を適用したビームステアリング素子を含む光学装置の全体的なシステムについて説明するためのブロック図である。
【0131】
図２２を参照すれば、光学装置Ａ１は、ビームステアリング素子１０００を含んでもよい。ビームステアリング素子１０００は、図１、図２、図８ないし図１９などを参照して説明した光変調素子を含んでもよい。光学装置Ａ１は、ビームステアリング素子１０００内に、光源部を含むか、あるいはビームステアリング素子１０００と別途に具備された光源部を含んでもよい。光学装置Ａ１は、ビームステアリング素子１０００によって操向された光が、被写体（図示せず）によって反射された光を検出するための検出部２０００を含んでもよい。検出部２０００は、複数の光検出要素を含み、それ以外に、他の光学部材をさらに含んでもよい。また、光学装置Ａ１は、ビームステアリング素子１０００及び検出部２０００のうち少なくとも一つに連結された回路部３０００をさらに含んでもよい。回路部３０００は、データを獲得して演算する演算部を含み、駆動部及び制御部などをさらに含んでもよい。また、回路部３０００は、電源部及びメモリなどをさらに含んでもよい。
【0132】
図２２においては、光学装置Ａ１が１つの装置内に、ビームステアリング素子１０００及び検出部２０００を含む場合を図示したが、ビームステアリング素子１０００及び検出部２０００は、１つの装置として具備されず、別途の装置に分離して具備されてもよい。また、回路部３０００は、ビームステアリング素子１０００や検出部２０００に有線で連結されず、無線通信でも連結される。それ以外にも、図２２の構成は、多様に変化する。
【0133】
以上で説明した実施形態によるビームステアリング素子は、多様な光学装置に適用される。一例として、ビームステアリング素子は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）装置に適用される。ライダー（ＬｉＤＡＲ）装置は、phase-shift方式またはＴＯＦ（time-of-flight）方式の装置でもある。かようなライダー（ＬｉＤＡＲ）装置は、自律走行自動車、ドローン（drone）などの飛行物体、モバイル（mobile）機器、小型歩行手段（例えば、自転車、オートバイ、乳母車、ボードなど）、ロボット類、人／動物の補助手段（例えば、杖、ヘルメット、装身具、衣類、時計、かばんなど）、ＩｏＴ（internet of things）装置／システム、保安装置／システムなどに適用される。
【0134】
【0135】
図２３を参照すれば、車両５０にライダー（ＬｉＤＡＲ）装置５１を適用することができ、それを利用して、被写体６０に係わる情報を獲得することができる。車両５０は、自律走行機能を有する自動車でもある。ライダー（ＬｉＤＡＲ）装置５１を利用し、車両５０が進行する方向にある物体や人を含んだ被写体６０を探知することができる。また、送信信号と検出信号との時間差などの情報を利用して、被写体６０までの距離を測定することができる。また、図２４に図示されているように、スキャン範囲内にある近い被写体６１と、遠くある被写体６２とについての情報を獲得することができる。
【0136】
本願の多様な実施形態による光変調素子は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）以外に、多様な光学装置に適用される。例えば、多様な実施形態による光変調素子を利用すれば、スキャニングを介して、空間及び被写体の三次元的な情報を獲得することができるために、三次元イメージ獲得装置や三次元カメラなどに適用される。また、該光変調素子は、ホログラフィック（holographic）ディスプレイ装置及び構造光（structured light）発生装置にも適用される。また、該光変調素子は、多様なビームスキャン装置、ホログラム（hologram）生成装置、光結合装置、可変焦点レンズなど多様な光学成分／装置にも適用される。また、光変調素子は、「メタ表面」または「メタ構造」が利用される多様な分野にも適用される。それ以外にも、本願の実施形態による光変調素子、及びそれを含む光学装置は、多様な光学及び電子機器分野において、さまざまな用途に適用される。
【0137】
前述の説明で、多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、具体的な実施の例示として解釈されなければならない。例えば、当該技術分野で当業者であるならば、図１、図２及び図８ないし図１９を参照して説明した光変調素子の構成は、多様に変形されるということを理解することができるであろう。具体的な例として、図１１などで活性層は、複数の活性層要素にパターニングして使用することができ、それぞれの活性層要素に、独立して電気的信号（電圧）を印加することができるということを知ることができるであろう。また、一実施形態による光変調素子は、反射型素子だけではなく、半透過反射型素子または透過型素子にも適用されるということが分かるであろう。また、一実施形態による光変調素子の適用分野は、前述の説明内容に限定されるものではなく、多様に変化されるということを知ることができるであろう。従って、権利範囲は、説明された実施形態によって決められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決められるものである。
【産業上の利用可能性】
【0138】
本発明の、光変調素子及びその動作方法は、例えば、光学機器関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【0139】
Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ２０ 活性層
Ｃ１０、Ｃ１０ａ～Ｃ１０ｎ 導電体
ＣＳ１００ 回路基板
Ｄ１０ 第１誘電体層
Ｄ１５ 中間誘電体層
Ｄ２０ 第２誘電体層
Ｎ１０、Ｎ１０ａ～Ｎ１０ｎ ナノアンテナ
ＳＵＢ１００ 基板
ＶＢ、ＶＴ、Ｖ１～Ｖ３、Ｖ１０～Ｖ４０ 電圧印加手段
１０、１１ 第１電荷濃度変化領域
２０、２１ 第２電荷濃度変化領域
３０、３１ 第３電荷濃度変化領域
４１ 第４電荷濃度変化領域
１００ 基板
１２０、１２０Ｌ 導電体
１４０ 第１誘電体層
１６０ 活性層
１８０ 第２誘電体層
２００、２００Ｌ ナノアンテナ
Ｃ１０、Ｃ１０ａ～Ｃ１０ｎ 導電体
ＣＳ１００ 回路基板
Ｄ１０ 第１誘電体層
Ｄ１５ 中間誘電体層
Ｄ２０ 第２誘電体層
Ｎ１０、Ｎ１０ａ～Ｎ１０ｎ ナノアンテナ
ＳＵＢ１００ 基板
ＶＢ、ＶＴ、Ｖ１～Ｖ３、Ｖ１０～Ｖ４０ 電圧印加手段
１０、１１ 第１電荷濃度変化領域
２０、２１ 第２電荷濃度変化領域
３０、３１ 第３電荷濃度変化領域
４１ 第４電荷濃度変化領域
１００ 基板
１２０、１２０Ｌ 導電体
１４０ 第１誘電体層
１６０ 活性層
１８０ 第２誘電体層
２００、２００Ｌ ナノアンテナ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
