KR102329109B1

KR102329109B1 - Photonic phased array based detector enabling direction division demultiplexing for optical wireless communication

Info

Publication number: KR102329109B1
Application number: KR1020200130310A
Authority: KR
Inventors: 이상신; 임철순; 이우빈
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2021-11-19

Abstract

According to one aspect of the present invention, provided is a photonic-based optical phase array receiver capable of wireless optical communication direction division demultiplexing, which includes: a silicon nitride-based grid array antenna which receives an optical signal incident in the range of 0 to 180°; a free propagation area unit which divides the light input from the grid array antenna according to an input phase difference, and guide the divided light to each output port; and a multiple output port which transmits the optical signal divided in the free propagation area unit, to a signal detector.

Description

Photonic phased array based detector enabling direction division demultiplexing for optical wireless communication

본 발명은 무선 광통신 방향 분할 역다중화가 가능한 포토닉 위상배열 기반 수신기에 관한 기술이다.The present invention relates to a photonic phased array-based receiver capable of direction division demultiplexing for wireless optical communication.

광 반송파 주파수를 사용하는 광 무선 통신은 자유 공간 통신의 주요 수단으로 각광받고 있다. 광 무선 통신은 하나의 전송로에 여러 개의 신호를 중복시켜 하나의 고유신호로 변화하여 전송하는 다중통신(multiplexing communication) 시스템 방식이 사용된다. Optical wireless communication using an optical carrier frequency is spotlighted as a major means of free space communication. Optical wireless communication uses a multiplexing communication system method in which multiple signals are overlapped on one transmission path and changed into one unique signal for transmission.

다중 통신 시스템이 복수의 단말기를 상호 접속시키는 경우, 각 단말기 간의 전송 레이트를 상당히 증가시키기가 어려우며, 전 시스템의 전력소모가 증가하게 된다. 시스템은 소위 셀룰러 통신 시스템을 사용하여 복수의 단말기를 상호접속시킬 수도 있으며, 셀룰러 통신 시스템은 네트워크 공간이 일정 레벨의 지향성을 갖는 복수의 빔을 사용하여 다수의 스페이스 셀로 분할되어 있다. 다중통신의 일 예로 사용되는 시분할 다중접속방식은 데이터 통신에서, 하나의 중계기에 여러 사용자가 접속하여 동시에 데이터를 송수신할 수 있게 해주는 기술이다. 동일한 주파수를 작은 시간들로 나눠서, 사용자는 자신에게 주어진 시간에 주파수를 독점하게 된다.When a multi-communication system interconnects a plurality of terminals, it is difficult to significantly increase a transmission rate between each terminal, and power consumption of the entire system increases. The system may interconnect a plurality of terminals using a so-called cellular communication system, in which a network space is divided into a plurality of space cells using a plurality of beams having a certain level of directivity. The time division multiple access method used as an example of multiple communication is a technology that enables multiple users to simultaneously transmit and receive data by accessing a single repeater in data communication. By dividing the same frequency into smaller times, the user monopolizes the frequency at the time given to him.

TDMA(time division multiple access)는 하나의 중계기를 매개로 하여 다수의 기지국이 다원접속하여 동일 주파수대를 시간적으로 분할하여 신호가 겹치지 않도록 상호통신을 하는 시분할다중접속 방식을 말한다.TDMA (time division multiple access) refers to a time division multiple access method in which multiple base stations access multiple base stations through a single repeater, divide the same frequency band temporally, and communicate with each other so that signals do not overlap.

TDMA를 사용하여 반이중 통신을 행하는 경우, 각 단말기가 LAN 상으로 통신을 시작하기 바로 전에 다른 단말기가 이미 통신을 행하고 있는지를 확인해야만 한다. 이러한 확인 절차를 충돌 회피라고 한다. 충돌회피 절차를 행할 때에도, 통신 상태가 나쁜 단말기가 지역 내에 존재하는 경우, 통신 에러가 발생할 수 있다.In the case of performing half-duplex communication using TDMA, it is necessary to check whether the other terminal is already communicating just before each terminal starts communication on the LAN. This verification process is called collision avoidance. Even when performing the collision avoidance procedure, a communication error may occur if a terminal with a poor communication condition exists in the area.

각 통신 채널에 코드를 할당(CDMA)하거나 또는 각 통신 채널에 반송 주파수를 할당(FDMA), 즉 전기 회로를 사용하여 다중화하는 경우에도, 매 사용자에 대한 통신 용량은 한정되어 있다. 이러한 경우에, 신호 처리가 아주 복잡하며, 불가피하게 전 시스템의 전력 소모도 증가하게 된다. Even in the case of assigning a code to each communication channel (CDMA) or assigning a carrier frequency to each communication channel (FDMA), that is, multiplexing using an electric circuit, the communication capacity for each user is limited. In this case, signal processing is very complicated, and power consumption of the entire system is inevitably increased.

그러나 각 채널에 통신 파장이 할당되는 파장 분할 다중 접속(wavelength division multiple access, WDMA)에서는, 원리상으로는 다중 접속이 확산 링크에서 동시적으로 행해질 수 있다. 이 경우, 각 전송기의 광원의 파장이 가변적일 필요가 있다. 역으로, 각 전송기의 광원이 일정 파장을 가지며 복수의 파장 대역이 사용되는 경우, 수신기는 링크에서 사용되는 모든 파장 대역으로부터 단지 하나의 파장만을 선택하는 대역 통과 필터가 필요하게 되며, 전송의 중심 파장은 가변적이다. 이러한 기능은 단일 디바이스로는 저가로 용이하게 달성되지 않는다. 따라서, 각각이 일정한 파장을 갖는 복수의 광원을 포함하는 전송기와 각각이 일정한 대역 통과 특성을 갖는 복수의 필터를 포함하는 수신기가 각 단말기마다 필요하게 되므로, 실용적인 시스템을 실현할 수 없게 된다.However, in wavelength division multiple access (WDMA), in which a communication wavelength is assigned to each channel, in principle, multiple accesses can be performed simultaneously in a spreading link. In this case, the wavelength of the light source of each transmitter needs to be variable. Conversely, when the light source of each transmitter has a certain wavelength and a plurality of wavelength bands are used, the receiver needs a bandpass filter that selects only one wavelength from all wavelength bands used in the link, and the center wavelength of the transmission is variable. These functions are not easily achieved at low cost with a single device. Accordingly, since a transmitter including a plurality of light sources each having a constant wavelength and a receiver including a plurality of filters each having a constant bandpass characteristic are required for each terminal, a practical system cannot be realized.

또한, 다른 방향별로 데이터신호를 분할하여 할당되어 송, 수신되는 방향-분할 다중화(direction-division multiplexing)방법이 연구되고 있다.In addition, a direction-division multiplexing method in which data signals are allocated and transmitted and received in different directions is being studied.

이를 수신하는 수신단에서는 방향-분할 역다중화(direction-division multiplexing)를 수행하는데, 다른 방향의 광신호를 입사각에 따라 역다중화하여 무선 광통신용 검출기에 접목시키려는 연구가 진행되고 있다.The receiving end that receives this performs direction-division multiplexing, and research is being conducted to demultiplex optical signals in different directions according to the angle of incidence and graft them into a detector for wireless optical communication.

최근에 「Dominic O'Brien, Sujan Rajbhandari, and Hyunchae Chun, “and receiver technologies for optical wireless”Phil. Trans. R. Soc. A. 378 (2169)」에서 광통신 기술에 대해 소개된 바 있다.Recently, Dominic O'Brien, Sujan Rajbhandari, and Hyunchae Chun, “and receiver technologies for optical wireless” Phil. Trans. R. Soc. A. 378 (2169)” introduced the optical communication technology.

위 연구에서 소개된 도 1을 살펴보면, 입사된 빛은 원치 않는 주변 광을 차단하는 데 사용할 수 있는 광학 필터(optical filter)를 통해 광시스템(optical system)으로 들어와서 광검출기(photodetector)에 입력된다. 그런 다음 빛이 수집되어 광 검출기에 집중되거나 광 파워를 전기 신호로 변환합니다. 이것은 증폭되고 결과 신호가 처리되어 수신 된 데이터 스트림을 생성한다.Referring to FIG. 1 introduced in the above study, incident light enters the optical system through an optical filter that can be used to block unwanted ambient light and is input to a photodetector. . The light is then collected and focused on a photodetector or converts the optical power into an electrical signal. It is amplified and the resulting signal is processed to produce a received data stream.

이상적인 수신기는 넓은 시야를 가지므로 송신기와 정렬할 필요가 없고 가능한 한 작은 광 검출기에 빛을 집중시킬 필요가 없다. 검출기 커패시턴스는 종종 수신기 대역폭을 제한하며 이는 검출기 영역에 비례하므로 검출기 크기를 최소화하는 것이 핵심 목표이다. 이러한 광학적 농도를 달성하기 위해 사용되는 렌즈 및 기타 광학 요소는 에텐듀(etendue)의 제한을 받는다. 일반적인 평면형 포토 다이오드 영역(A)의 경우, 시야각은 2πSr이고 에텐듀(etendue)는 2π로써, 광검출기 에텐듀는 궁극적으로 넓은 시야각과 시야각 모두에서 달성할 수 있는 수신기의 시야와 수집 영역을 제한하게 된다. 일반적으로 대규모 수집 영역은 불가능하게 된다. 이러한 포토다이오드 기반의 무선 광통신용 감지기들은 높은 속도의 데이터를 수신하기 위해 넓은 수신면적으로부터 좁은 면적의 감지기로 빛을 모으기 위한 광집중기(Concentrator)와 같은 부가적인 요소가 필요하다. 작 광집중기(Concentrator)에서 작은 검출기에 넓은 영역에서 검출된 빔을 집중시켜서 신호를 분리할 수 있다. 이와 같은 부가요소들은 수신장치의 비용 부담과 더불어 소비전력의 증가를 가져오게 된다.An ideal receiver has a wide field of view, so there is no need to align with the transmitter and focus the light on as small a photodetector as possible. Detector capacitance often limits the receiver bandwidth and is proportional to the detector area, so minimizing the detector size is a key goal. Lenses and other optical elements used to achieve this optical density are subject to etendue limitations. For a typical planar photodiode region (A), the viewing angle is 2πSr and the etendue is 2π, so that the photodetector etendue ultimately limits the viewing and collection area of the receiver that can be achieved at both wide viewing and viewing angles. do. In general, large collection areas become impossible. These photodiode-based sensors for wireless optical communication require additional elements such as a light concentrator to collect light from a large reception area to a small area sensor in order to receive high-speed data. Signals can be separated by focusing a beam detected in a wide area from a concentrator to a small detector. Such additional factors cause an increase in power consumption along with a cost burden of the receiving device.

또한, 최근 도 3과 같은 광도파로를 기반으로 다중 데이터 전달이 가능한 OPA(optical phased arrays)를 활용한 무선 광통신 장치에 대한 연구가 보고된 바 있다(Christopher Vincent Poulton, Matthew J. Byrd, Peter Russo, Erman Timurdogan, Murshed Khandaker, Diedrik Vermeulen, and Michael R. Watts, “LiDAR and Free-Space Data Communication With High-Performance Optical Phased Arrays” Quantum Electron. 25 (5), 2019,). In addition, a study on a wireless optical communication device using optical phased arrays (OPA) capable of transmitting multiple data based on an optical waveguide as shown in FIG. 3 has been recently reported (Christopher Vincent Poulton, Matthew J. Byrd, Peter Russo, Erman Timurdogan, Murshed Khandaker, Diedrik Vermeulen, and Michael R. Watts, “LiDAR and Free-Space Data Communication With High-Performance Optical Phased Arrays” Quantum Electron. 25 (5), 2019,).

도 3a는 종래 다중데이터 신호처리에 대한 블록 다이어그램을 도시한 것이다.3A is a block diagram of a conventional multi-data signal processing.

도 3a을 참조하면, 입력 레이저는 임의 파형 발생기(AWG)와 함께 NRZ (non-return-to-zero) OOK PRBS (pseudorandom bit sequence)에 의해 구동되는 외부 실리콘 포토닉스 기반 이동파 Mach-Zehnder 변조기(TW-MZM)에 결합된다. MZM에서 변조된 광 신호는 이브륨 광섬유 증폭기(EDFA, erbium-doped fiber amplifier)로 증폭되고 수동 송신기 광학위상 어레이(OPA, optical phased arrays)에 연결된다. 도 3b는 OPA의 메인빔이 전송에서 수신까지 50m 광경로로 전송된 전송 아이 다이어그램을 나타낸 것이다. 도 3c는 APD 수신기를 사용하여 100Mbps로 수신하여 출력된 신호를 나타낸 것이고, 도 3d는 OPAL 수신기를 사용하여 10Gbps로 수신하여 출력된 신호를 나타낸 것이다.Referring to Figure 3a, the input laser is an external silicon photonics-based moving wave Mach-Zehnder modulator (TW) driven by a non-return-to-zero (NRZ) OOK pseudorandom bit sequence (PRBS) together with an arbitrary waveform generator (AWG). -MZM). In the MZM, the modulated optical signal is amplified by an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) and coupled to a passive transmitter optical phased array (OPA). FIG. 3b shows a transmit eye diagram in which the main beam of the OPA is transmitted over a 50 m optical path from transmit to receive. FIG. 3C shows a signal received and output at 100 Mbps using an APD receiver, and FIG. 3D shows a signal received and output at 10 Gbps using an OPAL receiver.

도 3을 참조하면, APD를 수신기로 사용했을 때 APD의 차단 주파수에 의해 제한되는 100Mbps의 데이터 속도를 달성할 수 있다. 이것은 간단한 감지 기술이지만 OPA를 수신기로 사용하면 소형 단일 모드 광 검출기를 사용할 수 있기 때문에 더 높은 대역폭을 사용할 수 있음을 나타낸다, OPA 수신기를 사용한 결과 10Gbps의 깨끗한 신호는 기록적인 50m에서 고속의 광학 렌즈없는 통신 링크 특성을 나타낸다.Referring to FIG. 3 , when the APD is used as a receiver, a data rate of 100 Mbps limited by the cut-off frequency of the APD can be achieved. Although this is a simple sensing technique, it indicates that using an OPA as a receiver allows higher bandwidth due to the use of a compact single-mode photodetector. Using the OPA receiver, a clean signal of 10 Gbps results in a record high speed of 50 m without optical lenses. Indicates the communication link characteristics.

이와 같이 최근 광도파로를 이용한 데이터 전달과 그 크기의 유연한 확장성, 그리고 광학렌즈가 없는(Lens free) 특성과 격자구조 광안테나의 강한 방향성(High directivity)을 바탕으로 한 실리콘 포토닉기반의 OPA 기술을 무선 광통신용 검출기에 접목시키려는 연구가 진행되고 있다. As described above, silicon photonic-based OPA technology based on recent data transmission using optical waveguides, flexible scalability of its size, lens free characteristics, and high directivity of lattice structure optical antennas. Research is underway to graft the detector into a detector for wireless optical communication.

도 4는 OPA 수신장치의 예를 도시한 것이다.4 shows an example of an OPA receiver.

도 4를 참조하면, 현재까지 연구되고 개발된 OPA의 구조는 격자구조 기반 광안테나로부터 수신된 광을 위상변조기(Modulator)및 1×2 광분배기(1x2 power splitter)를 통해 단일 광도파로로 전달하는 구조를 포함하게 된다.Referring to FIG. 4, the structure of the OPA that has been studied and developed so far is to transmit light received from a grating-based optical antenna to a single optical waveguide through a phase modulator and a 1x2 power splitter. structure will be included.

이 경우, 0이 아닌 입사광 각도(ψ)로부터 입사하는 빛을 수신하기 위해서는 각 채널위상변조기를 통해 위상을 조절하여 채널 간 위상차이(

)를 없애는 과정(Phase-difference compensation)이 필수 구성으로 포함되었었다.In this case, in order to receive light incident from a non-zero incident light angle ( ψ), the phase difference between channels (

) was included as a required configuration (Phase-difference compensation).

이에 따라 수신단에서 위상차이(

)를 보상하기 위한 장치에 대한 소비전력이 필요하게 되며, 또한, 단일신호만 받는 한계점이 발생한다.Accordingly, the phase difference (

), power consumption for the device is required, and there is also a limitation in receiving only a single signal.

1.Christopher Vincent Poulton, Matthew J. Byrd, Peter Russo, Erman Timurdogan, Murshed Khandaker, Diedrik Vermeulen, and Michael R. Watts, "Long-Range LiDAR and Free-Space Data Communication With High-Performance Optical Phased Arrays", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 25 (5), 2019,1.Christopher Vincent Poulton, Matthew J. Byrd, Peter Russo, Erman Timurdogan, Murshed Khandaker, Diedrik Vermeulen, and Michael R. Watts, "Long-Range LiDAR and Free-Space Data Communication With High-Performance Optical Phased Arrays", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 25(5), 2019, 2. Dominic O'Brien, Sujan Rajbhandari, and Hyunchae Chun, “Transmitter and receiver technologies for optical wireless”, Phil. Trans. R. Soc. A. 378 (2169),2. Dominic O'Brien, Sujan Rajbhandari, and Hyunchae Chun, “Transmitter and receiver technologies for optical wireless”, Phil. Trans. R. Soc. A. 378 (2169),

본 발명은 위상변조기 또는 광분배기 장치를 사용하지 않는 최소한의 구성으로 소비전력을 최소화하고, 빠른 전송속도를 가지는 무선 광통신 방향 분할 역다중화가 가능한 포토닉 위상배열 기반 수신기를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a photonic phased array-based receiver capable of directional division and demultiplexing of wireless optical communication having a fast transmission speed and minimizing power consumption with a minimal configuration that does not use a phase modulator or an optical splitter device.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.

본 발명의 일 측면에 따른 무선 광통신 방향 분할 역다중화가 가능한 포토닉 기반 광위상 배열 수신기는, 0 ~ 180° 방향으로 입사되는 광신호를 입력받는 Silicon nitride 기반 격자 배열 안테나; 상기 격자 배열 안테나로부터 입력된 광을 분석하여 입력 위상 차이에 따라 분할하여 각 출력 포트로 안내하는 자유전파 영역부; 및 상기 자유전파 영역부에서 분할된 광신호를 신호검출기로 전송하는 다중 출력포트; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, a photonic-based optical phase array receiver capable of direction division and demultiplexing of wireless optical communication according to an aspect of the present invention includes: a silicon nitride-based lattice array antenna receiving an optical signal incident in a direction of 0 to 180°; a free propagation area unit that analyzes the light input from the grating array antenna, divides it according to the input phase difference, and guides it to each output port; and a multiple output port for transmitting the optical signal divided in the free propagation region to a signal detector. It is characterized in that it includes.

또한, 상기 격자 배열 안테나는 일정한 채널 너비의 요철이 번갈아 형성되는 격자 패턴이 일정한 채널 간격으로 배열된 것을 특징으로 하며, 상기 격자 배열 안테나에 입사된 광신호는 입사각(Ψ)에 따라 채널 간 위상차(

) 분포를 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the grating array antenna is characterized in that a grating pattern in which irregularities of a constant channel width are alternately formed are arranged at regular channel intervals, and the optical signal incident on the grating array antenna is a phase difference (

) to form a distribution.

또한, 상기 광위상 배열 수신기는, 상기 입사되는 광신호의 입사각(Ψ)에 따라 형성된 상기 채널 간 위상차(

) 분포에 따라 광신호의 진행방향(Ψ')을 산출하고 예상되는 x축 변위(x)를 산출하고, 상기 입사된 입사각(Ψ)으로 전달된 광신호에 대응하는 출력포트로 상기 광신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광위상 배열 수신기.특징으로 한다.In addition, in the optical phase array receiver, the inter-channel phase difference (

) calculates the propagation direction (Ψ') of the optical signal according to the distribution, calculates the expected x-axis displacement (x), and sends the optical signal to an output port corresponding to the optical signal transmitted at the incident angle (Ψ). An optical phase array receiver, characterized in that it outputs.

또한, 상기 자유전파 영역부는 상기 격자 배열 안테나의 종단과 광로가 수용되도록 연결되며, 균등 매질로 채워진 자유공간 형태의 형상으로 형성되는 것으로써, 상기 격자 배열 안테나에서 수신된 광신호가 방출되어 입사각에 따른 파동벡터에 따라 채널 간의 위상차를 가지면서 이동하게 되는 것을 특징으로 한다.In addition, the free propagation region is connected to the end of the grating array antenna and the optical path is accommodated, and is formed in a free space shape filled with a uniform medium. It is characterized in that it moves while having a phase difference between channels according to the wave vector.

또한, 상기 입사각(Ψ)에 따른 광안테나 채널 간 위상차(

) 분포는 다음 식과 같이 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the phase difference (

) distribution is calculated as follows.

여기서 Λ는 안테나 채널 간의 간격,

는 입사각에 따른 채널 간 위상차, λ는 입사신호 파장을 의미함.특징으로 한다.where Λ is the distance between the antenna channels,

is the phase difference between channels according to the angle of incidence, and λ is the wavelength of the incident signal.

또한, 상기 광신호의 진행방향(Ψ')은 다음 식에 의해 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the traveling direction (Ψ') of the optical signal is characterized in that it is calculated by the following equation.

여기서 Ψ'는 자유전파 영역부에서의 진행방향, n_FPR은 자유전파 영역부의 매질의 굴절률, Λ_ch는 안테나 채널 간의 간격,

는 광신호의 입사각(ψ)에 따른 형성된 채널 간 위상차, λ는 입사신호 파장을 의미함.where Ψ' is the propagation direction in the free propagation region, n _FPR is the refractive index of the medium in the free propagation region, Λ _ch is the distance between antenna channels,

is the phase difference between channels formed according to the incident angle ( ψ ) of the optical signal, and λ is the incident signal wavelength.

또한, 상기 광위상배열 수신기는, 상기 입사되는 광신호의 입사각(Ψ)에 의해 형성된 상기 채널 간 위상차(

) 분포에 따라 광신호의 진행방향(Ψ')을 산출하여 예상되는 x축 변위(x)를 산출하고, 상기 입사된 입사각(Ψ)으로 전달된 광신호에 대응하는 출력포트로 상기 광신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical phase array receiver, the inter-channel phase difference (

) by calculating the propagation direction (Ψ') of the optical signal according to the distribution It is characterized by outputting.

또한, 상기 격자 배열 안테나의 격자 패턴은 SiN 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the grating pattern of the grating array antenna is characterized in that it is formed of a SiN material.

또한, 상기 격자 배열 안테나는, SI 재질의 기판; 상기 기판상에 형성되는 SiO₂ 재질의 박스층; 및 상기 박스층상에 SiN 재질로 형성되며, 상부에 형성된 격자 패턴을 포함하여 광경로를 형성시키는 코어층; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lattice array antenna may include: a substrate made of an SI material; a box layer made of _{SiO 2} material formed on the substrate; and a core layer formed of a SiN material on the box layer and forming an optical path including a lattice pattern formed thereon; It is characterized in that it includes.

또한, 상기 격자 배열 안테나는, 상기 코어층 상부에 형성되는 SiO₂ 재질의 상부 클래딩층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lattice array antenna may further include an upper cladding layer made of _{SiO 2 material formed on the core layer.}

또한, 상기 격자 배열안테나는, 상기 채널 간의 간격은 4.0㎛, 채널 너비는 2㎛인 것을 특징으로 한다.In addition, the grid array antenna, the interval between the channels is characterized in that 4.0㎛, the channel width is 2㎛.

또한, 상기 자유전파 영역부는, 메타표면(metasurface) 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the free propagation region portion is characterized in that it includes a metasurface structure.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 위상변조기 또는 광분배기 장치를 사용하지 않는 간단한 구조의 수신단을 형성할 수 있으며, 최소한의 구성으로 소비전력을 최소화할 수 있는 무선 광통신 방향 분할 역다중화가 가능한 광위상 배열 수신기를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to form a receiving end having a simple structure that does not use a phase modulator or an optical splitter device, and a wireless optical communication direction division demultiplexing that can minimize power consumption with a minimum configuration is possible. An array receiver may be provided.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자유공간에서 입사되는 광신호를 격자 배열구조의 광안테나로 수신하여 자유전파 영역부에서 수신된 광 입사각(Ψ)에 대응하는 광 출력포트 위치로 선택적으로 안내하는 간단한 구조에 의해 경제적이고 기존 포토다이오드 방식의 광검출기를 사용하는 것에 비하여 빠른 속도로 데이터를 수신할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an optical signal incident in a free space is received by an optical antenna having a grating array structure and selectively guided to a position of an optical output port corresponding to the received light incident angle Ψ in the free propagation region. Due to its simple structure, it is economical and can receive data at a faster speed than using a conventional photodiode type photodetector.

도 1은 종래 무선 광통신용 수신기의 블록 다이어그램을 도시한 것이다.
도 2는 종래 무선 광통신용 수신기에 포함되는 광집중기(concentrator)의 예를 도시한 것이다.
도 3은 종래 광도파로를 기반으로 다중 데이터 전달이 가능한 OPA(optical phased arrays)를 활용한 무선 광통신 장치의 예를 도시한 것이다.
도 4는 종래 OPA 수신장치의 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기의 구조를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기의 격자 배열 안테나의 xz평면을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기의 격자 배열 안테나의 yz평면을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기의 평면 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 격자 배열 안테나에 입사되는 광신호 입사각도와 안테나에 형성된 채널 간 위상차 관계를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 10은 입사광에 대해 광안테나의 위상차에 따른 자유전파 영역부에서의 전기장(E-field) 분포를 도시한 것이다.
도 11은 채널 간 위상차에 따른 자유전파 영역부에서 진행방향(Ψ')과의 관계를 도시한 것이다.1 is a block diagram of a conventional receiver for wireless optical communication.
FIG. 2 shows an example of an optical concentrator included in a conventional wireless optical communication receiver.
3 illustrates an example of a wireless optical communication device using optical phased arrays (OPA) capable of transmitting multiple data based on a conventional optical waveguide.
4 shows an example of a conventional OPA receiver.
5 is a diagram illustrating the structure of an optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the xz plane of the grating array antenna of the optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a yz plane of a grating array antenna of an optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention.
8 schematically illustrates a planar structure of an optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a phase difference relationship between an incident angle of an optical signal incident on a grating array antenna and a channel formed in the antenna according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating an electric field (E-field) distribution in a free propagation region according to a phase difference of an optical antenna with respect to incident light.
11 is a diagram illustrating a relationship with a traveling direction Ψ' in a free propagation region according to a phase difference between channels.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffixes "module" and "part" for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have a meaning or role distinct from each other by themselves.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the present application, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

이하 본 발명의 구현에 따른 무선 광통신 방향 분할 역다중화가 가능한 포토닉 기반 광위상 배열 수신기에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a photonic-based optical phase array receiver capable of wireless optical communication direction division demultiplexing according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기의 구조를 도시한 것이다. 5 is a diagram illustrating the structure of an optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기는 0 ~ 180° 방향으로 입사되는 광신호를 입력받는 Silicon nitride 기반 격자 배열 안테나(10), 격자 배열 안테나(10)로부터 입력된 광을 입력 위상 차이에 따라 분할하여 각 출력 포트로 안내하는 자유전파 영역부(20), 상기 자유전파 영역부(20)에서 분할된 광신호를 신호검출기로 전송하는 다중 출력포트(30)를 포함한다.Referring to FIG. 5 , the optical phased array receiver according to an embodiment of the present invention receives an optical signal incident in a 0 to 180° direction. A free propagation area unit 20 that divides the divided light according to the input phase difference and guides it to each output port, and a multiple output port 30 that transmits the optical signal divided in the free propagation area unit 20 to a signal detector. include

본 발명의 일 실시 예에 따른 자유전파 영역부(20)는 격자 배열 안테나(10)의 종단과 광로가 수용되도록 연결되며, 균등 매질로 채워진 자유공간 형태의 형상으로 형성되는 것으로서, 격자 배열 안테나(10)에서 수신된 광신호가 방출되어 입사각에 따른 파동벡터에 따라 채널 간의 위상차를 가지면서 이동하게 되는 것을 특징으로 한다. The free propagation area unit 20 according to an embodiment of the present invention is connected to the end of the grating array antenna 10 and an optical path to be accommodated, and is formed in a free space shape filled with a uniform medium, the grating array antenna ( 10), the received optical signal is emitted and moves with a phase difference between channels according to a wave vector according to an incident angle.

도 5를 참조하면, 다중 출력포트(30)는 분리된 광신호를 전송하기 위해 광섬유(51-1 … 51-n)로 각각 연결될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the multiple output ports 30 may be respectively connected to optical fibers 51-1 … 51-n to transmit separated optical signals.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기의 격자 배열 안테나(10)의 xz평면을 도시한 것이다.6 illustrates the xz plane of the grating array antenna 10 of the optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기의 격자 배열 안테나(10)의 yz평면을 도시한 것이다.7 illustrates the yz plane of the grating array antenna 10 of the optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention.

도 6, 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 격자 배열 안테나(10)는 Si 재질의 기판(14) 상기 기판(14)상에 형성되는 SiO₂ 재질의 박스층(13), 상기 박스층(13)상에 SiN 재질로 형성되며, 상부에 형성된 격자 패턴을 포함하여 광경로를 형성시키는 코어층(12), 상기 코어층 상부에 형성되는 SiO₂ 재질의 상부 클래딩층(11)을 포함한다.6 and 7, the grating array antenna 10 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 14 made of Si material, a box layer 13 made of _{SiO 2 material formed on the substrate 14, and the} A core layer 12 formed of SiN material on the box layer 13 and forming an optical path including a lattice pattern formed thereon, and an upper cladding layer 11 made of _{SiO 2 material formed on the core layer.} include

본 발명의 일 실시 예에 따른 격자 배열 안테나(10)는 채널 간의 간격은 4.0㎛, 채널 너비는 2㎛이며, 격자간의 간격은 1㎛인 것을 특징으로 한다.The grid array antenna 10 according to an embodiment of the present invention is characterized in that the interval between channels is 4.0 μm, the channel width is 2 μm, and the interval between the grids is 1 μm.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 격자 배열 안테나(10)는 일정한 채널 너비의 요철이 번갈아 형성되는 격자 패턴이 일정한 채널 간격으로 배열된 것을 특징으로 한다.That is, the grid array antenna 10 according to an embodiment of the present invention is characterized in that a grid pattern in which irregularities of a constant channel width are alternately formed are arranged at regular channel intervals.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기의 평면 구조를 간략하게 도시한 것이다.8 schematically illustrates a planar structure of an optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 일시 예에 따른 광신호의 이동 경로는 다음과 같은 방법으로 수행된다.A movement path of an optical signal according to an exemplary embodiment of the present invention is performed in the following manner.

도 5 내지 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광신호는 격자 배열 안테나(10)에서 xz평면 속 Ψ_1,2,..,n의 입사각으로 입사된다5 to 8 , an optical signal according to an embodiment of the present invention is incident from the _{grating array antenna 10 at an incidence angle of Ψ 1,2,..,n in the xz plane.}

격자배열구조 안테나(10)를 통해 광신호가 입사되면, 도 8과 같이 입사광의 입사각(Ψ_1,2,..,n)에 따른 광안테나 채널 간 위상차(

) 분포가 형성된다.When an optical signal is incident through the lattice array structure antenna 10, as shown in FIG. 8 _{, the} phase difference (

) distribution is formed.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 격자 배열 안테나에 입사되는 광신호 입사각도와 채널 간 위상차 관계를 설명하기 위해 도시한 것이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an incident angle of an optical signal incident on a grating array antenna and a phase difference between channels according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 도 9의 좌측 식 L1은 안테나 y축을 따라 갖는 단위 길이당 위상차(

/Λ_ch)를 나타내며, 우측 식 R2는 k'(=2π/λ)의 y축 성분크기를 나타낸다.Referring to FIG. 9 , the left equation L1 of FIG. 9 is the phase difference per unit length along the y-axis of the antenna (

/ Λ _ch ), and the right equation R2 represents the y-axis component size of k' (=2π/λ).

즉, 안테나 y축을 따라 갖는 단위 길이당 위상차는 호이갠스 원리에 따라 다음 수학식1로 표현될 수 있다. That is, the phase difference per unit length along the y-axis of the antenna can be expressed by the following Equation 1 according to the Hoygance principle.

여기서 Λ_ch는 안테나 채널 간의 간격,

는 안테나의 채널 간 위상차, λ는 입사신호 파장을 의미한다.where Λ _ch is the distance between the antenna channels,

is the phase difference between channels of the antenna, and λ is the wavelength of the incident signal.

위 식을 다시 정리하면, 입사광의 임의의 입사각(Ψ)에 따른 광안테나 채널 간 위상차(

) 분포는 다음 수학식2와 같이 설명될 수 있다. If the above equation is rearranged, the phase difference between the optical antenna channels (

) distribution can be described as Equation 2 below.

예를 들면, 파장 1.55㎛인 입사광이 Ψ= 10°로 채널 간격 4㎛인 안테나에 입사된 경우, 채널 간의 위상차

160.2°의 위상차 분포가 형성된다.For example, when incident light with a wavelength of 1.55 μm is incident on an antenna with a channel interval of 4 μm with Ψ = 10°, the phase difference between channels

A phase difference distribution of 160.2° is formed.

자유전파 영역부(20)에서는 형성된 채널 간 위상차(

) 조건에 대응하는 출력포트 및 광섬유로 광신호가 전달하는 과정이 수행된다.In the free propagation region 20, the phase difference (

) The process of transmitting the optical signal to the output port and optical fiber corresponding to the condition is performed.

예를 들면, 채널 간 위상차(

)에 따라 y축의 일정 위치에서 빛이 이동한 거리로 나타나는 x축 변위(

)에 대응하는 출력포트로 광신호가 안내될 수 있다.For example, the phase difference between channels (

), the x-axis displacement (

) may be guided to an output port corresponding to the optical signal.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 임의의 입사각(Ψ)의 광신호가 일정한 채널 간격(Λ_ch)을 갖는 광안테나에 입사되어 채널 간 위상 차이(

)를 형성했다고 가정할 수 있다. 이 경우 채널 간 위상 차이(

)에 따른 자유전파 영역부(20)로 진입되는 광신호의 진행방향(Ψ')을 산출하여 예상되는 x축 변위(

)를 산출하고, 상기 임의의 입사각(Ψ)으로 전달된 광신호에 대한 출력포트(30)의 위치를 결정하여 출력을 하도록 할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an optical signal of an arbitrary angle of incidence (Ψ) _{is incident on an optical antenna having a constant channel interval (Λ ch} ), so that the phase difference between channels (

) can be assumed to form. In this case, the phase difference between channels (

x-axis displacement (

), and the position of the output port 30 with respect to the optical signal transmitted at the arbitrary incident angle Ψ is determined to output.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광신호의 진행방향(Ψ')은 광신호에 대한 메인 로브의 진행방향을 의미한다.The traveling direction Ψ' of the optical signal according to an embodiment of the present invention means the traveling direction of the main lobe with respect to the optical signal.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 의한 광위상 배열 수신기에 따르면, 격자 배열 안테나에 입사되는 서로 다른 방향의 입사각(Ψ)의 광신호(k_1,2,…)는 안테나의 채널 간격 및 광신호 파장에 의해 채널 간 위상차(

) 분포를 형성하고, 자유전파 영역부(20)를 지나면서 입사광의 파동 벡터 방향에 대응하는 출력포트로 광신호를 분할하는 역다중화(Demultiplexing)가 실행될 수 있다. That is, according to the optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention, the optical signals (k _{1,2, ...} ) of incident angles Ψ in different directions incident on the grating array antenna are the channel spacing of the antenna and the optical signal. The phase difference between channels (

) distribution and dividing the optical signal to an output port corresponding to the wave vector direction of the incident light while passing through the free propagation area unit 20 may be performed.

본 발명의 일 실시 예에서, 임의의 광신호 입사각에 의해 형성된 안테나의 채널 간 위상차(

)는 다음 수학식 3으로 산출되는 진행방향(Ψ')에 따라 자유전파 영역부(20)을 지나면서 출력포트로 전달된다.In an embodiment of the present invention, the phase difference (

) is transmitted to the output port while passing through the free propagation region 20 according to the traveling direction Ψ' calculated by Equation 3 below.

여기서 Ψ'는 자유전파 영역부에서의 메인로브의 진행방향, n_FPR은 자유전파 영역부의 매질의 굴절률, Λ_ch는 안테나 채널 간의 간격,

는 입사각(Ψ)에 따른 채널 간 위상차, λ는 입사신호 파장을 의미한다.where Ψ' is the traveling direction of the main lobe in the free propagation region, n _FPR is the refractive index of the medium in the free propagation region, Λ _ch is the distance between antenna channels,

is the phase difference between channels according to the incident angle Ψ, and λ is the incident signal wavelength.

도 10은 입사광에 대해 광안테나의 위상차에 따른 자유전파 영역부에서의 전기장(E-field) 분포를 도시한 것이다.10 is a diagram illustrating an electric field (E-field) distribution in a free propagation region according to a phase difference of an optical antenna with respect to incident light.

도 10을 참조하면, x=0은 안테나(Antenna)배열의 중심위치와 일치하며,

는 자유전파 영역부에서 진행되는 광신호의 메인 로브(main lobe)가 채널 간 위상차(

)에 의해 y=1.5 mm 위치에서 이동한 상대적 거리를 의미한다. 10, x = 0 coincides with the center position of the antenna array,

where the main lobe of the optical signal proceeding in the free propagation region

) means the relative distance moved from the position y = 1.5 mm.

도 10을 참조하면, 자유전파 영역에서 진행하는 광신호의 광신호 진행방향(Ψ’) 및 광신호가 y=1.5 mm 위치에서 이동한 상대적 거리(

)는 채널 간 위상차(

) 분포에 따라 각각 다르게 형성됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 10 , the optical signal propagation direction (Ψ') of the optical signal traveling in the free propagation region and the relative distance (

) is the phase difference between channels (

), it can be seen that each is formed differently depending on the distribution.

도 11은 채널 간 위상차에 따른 자유전파 영역부(20)에서 진행방향(Ψ')과의 관계를 도시한 것이다.11 is a diagram illustrating a relationship with a traveling direction Ψ' in the free propagation region 20 according to a phase difference between channels.

도 11로부터 특정 위상차(

) 분포조건에 따라 입력된 광신호는 자유전파 영역부(20)에서 조건에 부합하는 진행방향(Ψ')으로 방사하게 되는 것을 예측할 수 있다.11, a specific phase difference (

), it can be predicted that the optical signal input according to the distribution condition is radiated from the free propagation area unit 20 in the traveling direction Ψ' that meets the condition.

이에 따라 위상변조기 또는 광분배기 장치를 사용하지 않는 간단한 구조에 의해, 다중 데이터를 수신된 광신호를 입사 각도에 따라 대응하는 포트로 분할할 수 있는 수신단을 형성할 수 있다.Accordingly, with a simple structure that does not use a phase modulator or an optical splitter, it is possible to form a receiving end capable of dividing the received optical signal into corresponding ports according to the angle of incidence.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기는 포토닉기반의 기술을 활용한 형태로써, Si 및 SiN_x 재질 등으로도 구현이 가능하다. 또한, 포토닉기반의 기술에 의한 수 ㎛m 크기의 광도파로(Optical)를 기반으로 광신호를 전달하므로 기존 포토다이오드 방식의 광검출기보다 더 빠른 속도로 데이터를 수신할 수 있다.The optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention utilizes a photonic-based technology, and can be implemented with _{Si and SiN x materials.} In addition, since an optical signal is transmitted based on an optical waveguide with a size of several μm by a photonic-based technology, data can be received at a faster speed than a conventional photodiode type photodetector.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상 배열 수신기는 향후 수신된 신호의 세기를 증폭시킬 수 있는 Gain chip 및 SOA 와 결합된 형태로 구현될 수 있다.In addition, the optical phase array receiver according to an embodiment of the present invention may be implemented in a form combined with a gain chip and SOA capable of amplifying the strength of a received signal in the future.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자유전파영역부는 메타표면구조물을 포함한 구조로 구현될 수 있다. 자유전파 영역부 내부에 메타표면(Metasurface) 구조를 포함하도록 하면, 광진행 길이 조절(특히 y 방향의 길이 조절)이 가능하도록 제어할 수 있다.In addition, the free propagation region according to an embodiment of the present invention may be implemented in a structure including a meta surface structure. When a metasurface structure is included in the free propagation region, it is possible to control the length of the light propagation (especially the length of the y-direction) to be controlled.

10: 격자 배열 안테나
20: 자유전파 영역부
30: 다중 출력포트
51-1 …51-n: 광섬유10: grid array antenna
20: free propagation area part
30: multiple output ports
51-1 … 51-n: optical fiber

Claims

In the photonic-based optical phase array receiver capable of wireless optical communication direction division demultiplexing,
The optical phase array receiver may include: a silicon nitride-based grating array antenna receiving an optical signal incident in a direction of 0 to 180°; a free propagation area unit that analyzes the light input from the grating array antenna, divides it according to the input phase difference, and guides it to each output port; and a multiple output port for transmitting the optical signal divided in the free propagation region to a signal detector. Optical phase array receiver comprising a.

According to claim 1,
The grating array antenna is characterized in that a grating pattern in which irregularities of a constant channel width are alternately formed are arranged at regular channel intervals, and the optical signal incident on the grating array antenna has a phase difference (

) optical phase array receiver, characterized in that it forms a distribution.

3. The method of claim 2,
In the optical phase array receiver, the inter-channel phase difference (

) calculates the propagation direction (Ψ') of the optical signal according to the distribution, calculates the expected x-axis displacement (x), and sends the optical signal to an output port corresponding to the optical signal transmitted at the incident angle (Ψ). Optical phase array receiver, characterized in that the output.

The method of claim 1
The free propagation area portion is connected to the end of the grating array antenna to accommodate the optical path, and is formed in the shape of a free space filled with a uniform medium. Optical phase array receiver, characterized in that it moves while having a phase difference between the channels according to the

4. The method of claim 3,
The phase difference between optical antenna channels according to the incident angle Ψ (

) The optical phase array receiver, characterized in that the distribution is calculated as follows.

where Λ is the distance between the antenna channels,

6. The method of claim 5,
The optical phase array receiver, characterized in that the propagation direction (Ψ') of the optical signal is calculated by the following equation.

where Ψ' is the propagation direction in the free propagation region, n _FPR is the refractive index of the medium in the free propagation region, Λ _ch is the distance between antenna channels,

is the phase difference between channels formed according to the incident angle (Ψ) of the optical signal, and λ is the incident signal wavelength.

delete

3. The method of claim 2,
The grating pattern of the grating array antenna is an optical phased array receiver, characterized in that formed of a SiN material.

According to claim 1,
The lattice array antenna,
Si material substrate;
a box layer made of _{SiO 2} material formed on the substrate; and
a core layer formed of a SiN material on the box layer and forming an optical path including a lattice pattern formed thereon; Optical phase array receiver comprising a.

10. The method of claim 9,
The lattice array antenna,
The optical phased array receiver further comprising an upper cladding layer made of _{SiO 2} material formed on the core layer.

3. The method of claim 2,
The grid array antenna,
The optical phase array receiver, characterized in that the interval between the channels is 4.0㎛, the channel width is 2㎛.

According to claim 1,
The free propagation area
An optical phased array receiver comprising a metasurface structure.