초록 ▼

□ 연구개요
다양한 기능의 광소자들을 하나의 기판상에 집적화시킬수 있는 광IC 기술을 이용하여 본 과제에서는 광학식 라이다 기술을 연구하고자 함. 폴리머 광도파로 기술을 이용하여 제작 가능한 가변파장 레이저와 위상배열 안테나, 광디플렉터로 구성되는 광 위상배열 안테나 소자를 하나의 칩상에 집적화하여 소형 solid-state 빔스캐너 광IC 소자를 완성함. 이와 함께 감도가 우수한 SPAD 어레이 소자를 광검출기로 사용하여 산란광을 디텍션하여 time-of-flight 측정을 통한 거리를 측정하기 위한 라이다 모듈을 연구함.<

□ 연구개요
다양한 기능의 광소자들을 하나의 기판상에 집적화시킬수 있는 광IC 기술을 이용하여 본 과제에서는 광학식 라이다 기술을 연구하고자 함. 폴리머 광도파로 기술을 이용하여 제작 가능한 가변파장 레이저와 위상배열 안테나, 광디플렉터로 구성되는 광 위상배열 안테나 소자를 하나의 칩상에 집적화하여 소형 solid-state 빔스캐너 광IC 소자를 완성함. 이와 함께 감도가 우수한 SPAD 어레이 소자를 광검출기로 사용하여 산란광을 디텍션하여 time-of-flight 측정을 통한 거리를 측정하기 위한 라이다 모듈을 연구함.

□ 연구 목표대비 연구결과
◎ 폴리머 가변 파장 레이저 일체형 빔스캐닝 광IC 연구: 폴리머 광 IC를 기반으로 폴리머 가변 파장 레이저와 폴리머 광IC 빔스캐너를 제작하였으며, 이를 바탕으로 한 빔스캐너와 외부 회절격자를 이용하여 이용한 파장 가변을 통한 수직 방향 빔스캐닝과 위상변조를 통한 수평방향의 빔스캐닝을 구현함.
◎ 가시광 대역 동작 빔스캐닝 폴리머 광IC 연구: 가시광 대역에서 동작하는 작은 크기의 폴리머 광도파로를 설계하고, 스테퍼 공정을 이용하여 광도파로를 제작한 후, 개별 부품들을 집적하여 가시광 폴리머 광도파로 빔스캐너를 구현함.
◎ 고집적도 폴리머 광도파로 라이다 안테나 연구: 고굴절률 폴리이미드 재료를 도입하여 고집적도 폴리머 광도파로를 제작하여 좁은 피치의 출력 광도파로 안테나의 집적도를 높이는 연구를 진행하였다. 또한, 폴리머 재료보다 굴절률이 높은 실리콘나이트라이드 재료를 적용하여 고집적도의 폴리머 광집적회로 기술을 개발함.
◎ 다채널 폴리머 위상변조기 라이다 제어 알고리즘 연구: 광IC 위상배열 빔스캐너의 제작 공정에서 발생하는 미세한 오차에 의해 각 채널 간의 위상 편차를 보정하기 위한 빔포밍 알고리즘이 필요하다. 반복적인 피드백을 이용한 최적화 방식을 사용하여 오랜 시간이 걸리는 기존 알고리즘과 달리 rotating element vector method와 최소제곱법을 이용하여 수초 이내로 완성가능한 빔포밍 알고리즘을 개발함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
◎ 자율주행차 기술과 함께 중요성이 부각된 라이다 기술은 드론이나 로봇등에 이르기까지 무인 자동화 시스템 전반에 걸쳐서 그 응용범위가 매우 넓은 기술로 인식되고 있다. 이를 반영한 전세계 시장의 라이다 기술은 2020년 이후부터 급속도로 성장하여 22.5% 정도의 CAGR 을 보일 것으로 예상하고 있으며 시장규모는 2032년에 16조원 정도로 추측됨.
◎ 라이다 모듈을 구성하기 위한 기술은 기존의 기계식 회전 미러 방식과 멤스 미러 방식 그리고 가장 진보된 형태의 Pure Solid State 광IC 방식이 있음. 각 기술 방식에 따라 나누어서 정리한 시장전망 자료에 따르면 기계적 움직임이 배제된 쏠리드 상태 광IC 방식 라이다 기술이 압도적으로 성장할 것으로 예상되고 있음.
◎ 가시광 투과특성이 우수한 폴리머 광도파로 재료를 이용하고 가시광 SLED를 통하여 발진하는 레이저를 이용하여 소형 저가격 빔스캐너 기술을 완성하는 것이 본 연구의 최종 목표이며, 적외선 기반의 빔스캐너 대비 눈으로 확인 가능한 소형 고정식 가시광 스캐너는 새로운 다양한 분야에 적용 가능할 것임. 미세한 분자들을 잡는 광 트위져나 이온을 가두어 양자 큐빗을 생성하여 양자 정보처리를 하는 분야에도 적용될 수 있으며, 특정 신경에만 자극을 주도록 하는 광유전학 분야, 무안경 3D 디스플레이에도 적용이 가능할 것임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• 끝페이지 ... 39