KR100311908B1 - 체적홀로그램기반파장분할다중화/역다중화채널형성장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변 파장 레이져를 통해 레이져빔의 파장을 가변시켜 다중화시키고자 하는 다수의 파장을 갖는 레이져빔을 생성하고 이를 기준파와 물체파를 분리한 후, 기준파와 물체파 간의 홀로그래픽 격자 간섭상을 광굴절 기록 매질이나 폴리머와 같은 체적 홀로그램 기록 매질에 기록함으로써 대용량의 고속 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하도록 한 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 삽입 손실 및 채널들 간의 간섭에 따른 누화(crosstalk)가 상대적으로 작은 파장 분할 다중화/역다중화기 소자를 얻을 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 파장을 갖는 기준파와 물체파 간의 홀로그래픽 격자 간섭상을 광굴절 기록 매질이나 폴리머와 같은 체적 홀로그램 기록 매질에 기록함으로써 대용량의 고속 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하도록 한 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치(Apparatus for manufacturing wavelength division multiplexing/demultiplexing element based on the volume hologram)에 관한 것이다.
21세기 정보화 사회에서 요구되는 정보 통신량은 우리의 상상을 초월하는 천문학적인 숫자로 예상되며, &
예컨대, 이에 대한 하나의 대안으로 도출된 파장 분할 다중화 전송 기술은 소위, 전광 통신망으로 지칭되는 광 통신망의 현안이 되고 있으며 전송량을 가장 손쉽게 높일 수 있는 하나의 대안으로 평가되고 있다. 망 운용을 효과적으로 할 수 있도록 해주기 때문에 세계의 많은 연구기관들에서 연구되고 있고 미국, 일본의 일부 장거리 통신사업자들은 이미 자사의 망에 도입하고 있는 실정이다.
현재, 파장 분할 다중화 방식의 기술 요소 중 하나인 다중화기를 구현하기 위한 연구로는 널리 공지된 바 있는 다이크로닉 필터(dichronic filter) 방식과 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating) 방식 및 도파관 어레이(waveguide array) 방식으로 축약되는 세 가지 기술에 집중되어 있으며, 미국의 주요 업체들은 1998년도에 이들을 이용한 32 채널, 40 채널의 다중화기를 발표, 상용화할 예정이다. 현재 국내의 연구 및 실험실 수준은 8채널 정도에 그치고 있고 대부분 수입에 의존하고 있으며, 이에 향후 초고속 정보 통신망 구축을 위해 독자적인 개발이 시급하다할 수 있다.
종래 기술에 따른 파장 다중화 장치와 관련된 대표적인 선출원예로는 미합중국 특허출원 제 5608826 호, "Wavelength division multiplexed optical modulator and multiplexing method using same", 미합중국 특허출원 제 5450510 호, "Wavelength division multiplexed optical modulator and multiplexing method using same", 미합중국 특허출원 제 5793912 호, "Tunable receiver for a wavelength division multiplexing optical apparatus and method". 미합중국 특허출원 제 5777763 호, "In-line optical wavelength reference and control module", 미합중국 특허출원 제 5719974 호, "Method for customizing optical device configuration after packaging and packaged optical device for use therewith", 미합중국 특허출원 제 5553091 호, "Optical component having a plurality of bragg gratings and process for the production of said components", 미합중국 특허출원 제 5790289 호, "WDM optical communication method with pre-emphasis technique and an apparatus therefor", 미합중국 특허출원 제 5712936 호, "Hybrid bi-directional three color wave division multiplexer and method using same", 미합중국 특허출원 제 5680490 호, "Comb splitting system and method for a multichannel optical fiber communication network", 미합중국 특허출원 제 5550818 호, "System for wavelength division multiplexing/asynchronous transfer mode switching for network communication", 미합중국 특허출원 제 5491764 호, "Narrowband twisted optical fiber wavelength division multiplexer", 미합중국 특허출원 제 5696857 호, "WDM/FDM fiber optic sensor architecture using WDM tap coupler", 미합중국 특허출원 제 5566014 호"Tunable add/drop optical filter providing arbitrary channel arrangements", 대한민국 특허출원 제 97-011806 호, "광섬유 WDM을 이용한 분포형 광온도센서의 광학계", 대한민국 특허출원 제 98-013061 호, "비선형 광섬유 루프 미러를 이용한 광헤더 교체 장치", 대한민국 특허출원 제 98-020475 호, "파장 분할 다중(WDM) 광전송 시스템의 이득 가변 보상 장치" 등과 같은 예들을 들 수 있다.
본 발명은 홀로그래픽 저장 기술과 파장 분할 다중화 기술에 기반한 광학 전송 시스템과 관련된 바, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 광굴절 효과를 이용하는 홀로그래픽 저장 기술에 대한 일반적인 지식을 간략하게 살펴보면, 광굴절 효과는 광굴절 기록 매질에서 빛으로 야기된 굴절률의 변화를 말하며, 이런 굴절률의 변화는 광굴절 결정 내에 두 개의 간섭하는 광파에 기인한 간섭 패턴에 대응하는 굴절률의 격자로 나타나게 된다. 광굴절 효과의 기본적인 메커니즘은 빛이 광굴절 기록 매질에 입사된 후 광이온화(photoionization), 확산(diffusion), 재결합(recombination), 공간 전하(space charge) 형성, 전계(electric field) 형성을 거쳐 굴절률의 변화로 정보를 기록하게 된다.
다시 말해서, 광이온화 현상에 의해 생성된 전하들은 불균일한 밀도를 가지고 있으므로 확산(diffusion)이나 드리프트(drift)를 통해 불균일한 공간 전하 분포를 발생시킨다. 이러한 공간 전하 분포는 결정 내에서 내부 전계를 형성하며, 이 전계는 전기 광학 효과(Pockels effect)에 의해 물질의 굴절률을 국부적으로 변화시킴으로 입력된 정보를 저장할 수 있다. 참고로, 포켈 효과란 투명한 결정체에서 거기에 가해지는 전계의 세기에 비례하여 빛의 굴절률이 변화하는 현상을 말한다.
이러한 홀로그램에 기초한 종래의 파장 다중화 장치와 관련된 대표적인 선출원예로는 미합중국 특허출원 제 4359259 호, "Holographic multiplexer/ demultiplexer", 미합중국 특허출원 제 4387955 호, "Holographic reflective grating multiplexer/demultiplexer", 미합중국 특허출원 제 5500910 호, "Passively aligned holographic WDM" 등과 같은 예들을 들 수 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 홀로그램 기반 파장 다중화 방식은 각각 박판 홀로그램이나 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating)에 기초함에 따라 서로 다른 다수의 파장에 의해 각각의 채널을 분리함을 고려할 때, 다중화 채널의 수를 확장할 시에 그 수에 제한을 받는 단점이 있으며, 특히, 박판 홀로그램 방식은 삽입 손실 및 채널들 간의 간섭에 따른 누화(crosstalk)가 상대적으로 크게 나타나는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 가변 파장 레이져를 통해 레이져빔의 파장을 가변시켜 다중화시키고자 하는 다수의 파장을 갖는 레이져빔을 생성하고 이를 기준파와 물체파를 분리한 후, 기준파와 물체파 간의 홀로그래픽 격자 간섭상을 광굴절 기록 매질이나 폴리머와 같은 체적 홀로그램 기록 매질에 기록함으로써 대용량의 고속 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하도록 한 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도,
도 2는 간단한 정현파 홀로그램의 기하학적 구조를 나타내기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치의 다른 실시예를 나타낸 블록도이다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 파장 가변 레이져 20 : 빔 스플리터
21 : 제 1 조리개 22 : 제 2 조리개
30, 300 : 반사경군 31, 301 : 제 1 반사경
32 : 제 2 반사경 40 : 매질 이동체
100 : 체적 홀로그램 제어부 200 : 체적 홀로그램 매질
302 : 이동 반사경 400 : 반사경 이동체
이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 광굴절 기록 매질 혹은 폴리머를 이용한 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 장치를 제공하고 있는 데, 다중화하려는 파장을 기준파와 물체파로 분리한 후, 이를 상호 간섭시킴을 통해 구성할 수 있다. 즉, 기준파는 공간적으로 고정한 채로 다중화하고자 하는 파장(채널)을 변화시키며, 물체파는 파장의 변화에 따라 공간을 변화시켜 줌으로써 다수의 파장을 간섭파 형태의 격자 간섭상을 광굴절 기록 매질 혹은 폴리머와 같은 체적 홀로그램 매질에 저장하게 된다. 다음, 정착(fixing) 과정을 거쳐 체적 홀로그램 매질에 기록된 격자 간섭상을 고정시킨다. 체적 홀로그램 매질에 기록된 파장 재생의 경우 공간상으로 분리된 파장(채널) 영역에서 각각 혹은 복합적으로 빛이 입사되면 이들은 모두 기록 시의 기준파 진행 방향으로 일치되어 한 개의 광섬유를 통해 전달되는 다중화기로 동작하게 된다. 역으로 단일 광섬유를 통과해온 여러 개의 파장(채널)은 기록시의 물체파 위치에 각각 일치하는 파장만이 출력되므로 채널을 분리할 수 있는 것이 특징이다.
이하, 본 발명에 따른 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치의 바람직한 실시예를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치의 바람직한 실시예는 도 1에 도시한 바와 같이,
파장 다중화를 위해 레이져빔의 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하는 파장 가변 레이져(tunable laser; 10)와;
상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter; 20)와;
상기 물체빔과 상기 기준빔이 간섭하여 형성된 격자 간섭상을 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하는 체적 홀로그램 매질(200)과;
상기 빔 스플리터(20)에서 분리된 기준빔과 물체빔 중 적어도 어느 하나의 진행 경로를 변경하여 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 입사되는 상기 기준빔과 상기 물체빔 간의 입사각을 조정하는 반사경군(30)과;
상기 각각의 상이한 파장에 대해 상기 체적 홀로그램 매질(200)을 미세 변위로 이동시켜 상기 체적 홀로그램 매질(200)의 상이한 위치에 각각의 격자 간섭상이 파장 다중화되어 형성되도록 하기 위해 상기 기준파의 입사 방향에는 평행하고 상기 물체파의 입사 방향에는 수직인 방향에 대해 수평 병진 운동력을 제공하는 매질 이동체(40)와;
상기 빔 스플리터(20)와 상기 체적 홀로그램 매질(200) 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터(20)를 경유한 기준빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개(21); 및
상기 빔 스플리터(20)와 상기 반사경군(30) 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터(20)를 경유한 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개(22);
상기 파장 가변 레이져(10)에 인가하는 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하도록 제어하고, 각각의 상이한 파장에 대응하여 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 미소 변위차를 갖도록 상기 매질 이동체(40)의 수평 병진 운동력을 제어함에 따라 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 상기 상이한 파장의 수만큼 격자 간섭상이 형성되도록 함으로써 상기 격자 간섭상의 수와 동수의 다중화 채널을 갖는 파장 분할 다중화/역다중화 소자(wavelength division multiplexing/demultiplexing element)를 제조하는 체적 홀로그램 제어부(100)로 구성된다.
여기서, 상기 반사경군(30)은 상기 가변 파장 레이져빔의 진행 방향을 기준삼아 상기 빔 스플리터(20)에서 반시계 방향으로 90。 변경된 물체파의 진행 경로를 시계 방향으로 90。 변경시키는 제 1 반사경(31); 및
상기 제 1 반사경(31)에서 변경된 물체파의 진행 방향을 시계 방향으로 90。 변경하여 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 입사시키는 제 2 반사경(32)으로 구성된다.
여기서, 체적 홀로그램 매질(200)의 재료는 LiNbO3, BSO, BaTiO3등 광굴절 기록 매질이나 폴리머를 그 예로 들 수 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예의 작용을 설명하기에 앞서 체적 홀로그램의 기본적인 원리와 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 소자의 구성 원리에 대해 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 간단한 정현파 홀로그램의 기하학적 구조를 나타내기 위한 것으로, 도 2의 첫 번째 도면은 물체빔과 기준빔의 두 평면파에 의한 체적 홀로그램의 정현파 격자의 형성 구조를 나타낸 도면이고, 도 2의 두 번째 도면은 홀로그래픽적인 상호 작용에 의해 형성된 파 벡터 공간도를 나타낸 도면이다.
기본적으로, 체적 홀로그램은 특정한 사잇각을 갖는 물체빔(즉, 물체파)과 기준빔(즉, 기준파)으로 기록된 격자 간섭상의 재생은 기록시의 기준빔과 복원시의 기준빔 사이의 각에 강하게 의존하여 복원된다는 브래그 매칭 조건(Bragg's matching condition)을 기초로 하고 있다.
체적 홀로그램 매질(200)(설명의 편의상, 체적 홀로그램 매질(200)의 두께는 Lz 로 표기하기로 함) 내에서 측정된 기준빔과 물체빔의 입사각을 각각 θR 과 θO 로 표기할 때, 물체빔의 파벡터 kO 및 기준빔의 파벡터 kR 는 각각 수학식 1과 같이 표현된다.
여기서, n 은 매질의 굴절률이고, λ 는 진공 내에서의 빛의 파장이다.
이때, 파벡터 공간 도형에서의 격자 벡터 K 를 매질 내에서 진행하는 평면파에 대응하는 모든 가능한 파벡터 k 의 집합이라 하고, 간략화를 위해 표면의 반지름이 k0 인 등방성인 구의 경우만을 고려할 때, 입력 기준파가 회절을 일으키기 위해 만족되어야 할 브래그 매칭 조건은 수학식 2와 같이 주어진다.
여기서, kO′ 는 산란된 물체빔의 파벡터이고 kR′ 는 입사 기준빔이 파벡터, 그리고 ▵kz 는 매질의 두께 때문에 발생될 수 있는 소정의 위상 불일치 정도를 나타낸 것이다. 통상, 약한 산란의 경우(즉, 회절 효율 η << 1 )에 회절 효율은 수학식 3과 같다.
정보를 읽어내는 동안 기준빔의 방향은 수학식 4로 정의되는 영역 내에 있어야 충분히 관측될 수 있는 회절을 일으킨다.
본 발명은 파장 다중화(wavelength multiplexing)를 이용함으로써 다중화 채널의 용량을 증가시키고 이에 대한 고속 엑세스를 제공할 수 있는 바, 이에 대한 이해를 돕고자 파장 다중화를 간략하게 설명하기로 한다.
통상, 파장 다중화는 기준빔과 물체빔의 각이 일정하게 유지된 상태에서 레이져의 파장을 노출시 마다 가변시키면서 데이터를 기록하는 방법이다.
데이터의 재생은 재생을 원하는 파장이 기록된 "주소" 파장과 일치되도록 동조된 기준빔에 의해 개별적으로 엑세스된다. 홀로그램이 광학 주파수 ν (즉 )에서 기록된다면 같은 각도에서 ν-▵ν 의 기준빔으로 홀로그램을 읽어내면 수학식 5와 같이 1차의 ▵ν 로 주어지는 위상불일치가 생기게 된다.
여기서, ▵kz 는 매질의 두께 때문에 발생될 수 있는 소정의 위상 불일치 정도를 나타낸 것이다. 수학식 5에 근거하여 수학식 6을 유도할 수 있는 데, 수학식 6을 통해 허용 가능한 광학 주파수 간격을 유도한다.
예컨대, 주어진 레이져의 파장이 800nm에서 820nm까지 변조될 수 있다고 가정할 경우. 이는 9,146 GHz의 주파수 영역에 해당하며, Lz=1cm 이고 n=2.2 라면 수학식 8로부터 주파수 간격 ▵ν= 2.95GHz이다. 따라서, 파장을 변화시킴에 따라 같은 체적에서 최대 3,100개의 정보를 다중화하여 기록할 수 있다.
이하, 이상과 같은 이론적인 토대 위에서 본 발명의 바람직한 실시예의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 각각의 상이한 파장에 대응하여 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 미소 변위차를 가지면서 상기 상이한 파장의 수만큼 격자 간섭상이 체적 홀로그램 매질(200)에 형성되도록 함으로써 상기 격자 간섭상의 수와 동수의 다중화 채널을 갖는 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하는 것으로 요약할 수 있다.
이를 위해 도 1에 도시한 바와 같이, 체적 홀로그램 제어부(100)의 제어에 따라 파장 가변 레이져(10)가 파장 다중화를 위해 레이져빔의 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하면, 빔 스플리터(20)는 상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만든다.
빔 스플리터(20)에 의해 분리된 기준빔은 제 1 조리개(21)를 경유하게 되는 데, 제 1 조리개(21)는 상기 빔 스플리터(20)와 상기 체적 홀로그램 매질(200) 사이에 위치하여 체적 홀로그램 제어부(100)의 제어에 따라 상기 빔 스플리터(20)를 경유한 기준빔을 투과시키거나 차단하는 기능을 수행한다.
제 1 조리개(21)를 통과한 기준빔은 체적 홀로그램 매질(200)에 입사되는 데, 이때, 기준빔의 입사 위치는 변동되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 빔 스플리터(20)에 의해 분리된 물체빔은 제 2 조리개(22)와 제 1 반사경(31) 및 제 2 반사경(32)을 경유하게 되는 데, 제 2 조리개(22)는 상기 빔 스플리터(20)와 상기 반사경군(30) 사이에 위치하여 체적 홀로그램 제어부(100)의 제어에 따라 상기 빔 스플리터(20)를 경유한 물체빔을 투과시키거나 차단하는 기능을 수행하고, 제 1 반사경(31)은 상기 가변 파장 레이져빔의 진행 방향을 기준삼아 상기 빔 스플리터(20)에서 반시계 방향으로 90。 변경된 물체파의 진행 경로를 시계 방향으로 90。 변경시키고, 제 2 반사경(32)은 상기 제 1 반사경(31)에서 변경된 물체파의 진행 방향을 시계 방향으로 90。 변경하여 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 입사시킨다.
체적 홀로그램 매질(200)은 상기 물체빔과 상기 기준빔이 간섭하여 형성된 격자 간섭상을 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하는 매체로, 그 재료는 LiNbO3, BSO, BaTiO3등 광굴절 기록 매질이나 폴리머를 이용하며, 특히, 이들 중 폴리머는 채널빔이 입력되거나 출력되는 채널 라인을 부착하기에 용이한 장점이 있으며, 흔히, 채널 라인으로는 광섬유를 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 매질 이동체(40)는 상기 각각의 상이한 파장에 대해 상기 체적 홀로그램 매질(200)을 미세 변위로 이동시켜 상기 체적 홀로그램 매질(200)의 상이한 위치에 각각의 격자 간섭상이 파장 다중화되어 형성되도록 하기 위해 상기 기준파의 입사 방향에는 평행하고 상기 물체파의 입사 방향에는 수직인 방향에 대해 수평 병진 운동력을 제공한다.
여기서, 매질 이동체(40)는 수평 운동력을 제공할 수 있는 수단이면 어느 것을 사용해도 무방하지만 전자 제어가 용이하도록 하기 위해, 일실시예로, 랙(rack)과 피니언(pinion)의 기어 메커니즘(gear mechanism)에서 피니언의 주축에 스텝 모터(step motor)의 회전축을 결합한 형태를 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 체적 홀로그램 매질(200)은 랙(rack)에 장착되며 체적 홀로그램 제어부(100)의 제어를 받는 스텝 모터의 단계적인 회전에 의해 수평 병진 운동력을 제공받는다.
매질 이동체(40)를 통해 체적 홀로그램 매질(200)을 이동시킬 시에 주의할 점은 반드시 체적 홀로그램 매질(200)이 상기 기준파의 입사 방향에는 평행하고 상기 물체파의 입사 방향에는 수직인 방향으로만 이동되어야 한다는 것이다. 즉, 이는 기준파의 입사 방향 또는 입사각이 고정되어 있어야 함을 의미한다. 격자 간섭상이 기록된 체적 홀로그램 매질(200)로 파장 분할 다중화기를 구성할 경우, 체적 홀로그램의 특성상, 기준빔의 입사 방향을 변경시키지 않으면, 각각의 서로 다른 파장들을 기준파의 투과 방향만으로 진행하도록 다중화할 수 있으며 더불어, 이를 하나의 광섬유 코어를 통해 수신단으로 전송시킬 수 있는 기본 조건이 된다.
체적 홀로그램 제어부(100)는 본 발명의 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치를 전체적으로 제어하게 되는 데, 상기 파장 가변 레이져(10)에 인가하는 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하도록 제어하고, 각각의 상이한 파장에 대응하여 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 미소 변위차를 갖도록 상기 매질 이동체(40)의 수평 병진 운동력을 제어함에 따라 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 상기 상이한 파장의 수만큼 격자 간섭상이 형성되도록 함으로써 상기 격자 간섭상의 수와 동수의 다중화 채널을 갖는 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하도록 제어한다.
기록이 끝난 뒤 체적 홀로그램 매질은 정착(fixing) 과정을 거쳐 영구 보존할 수 있게 되며, 출력단에서는 기록 시에 사용된 파장의 위치에서 격자 회절 현상이 일어나게 되어 파장별로 독립된 위치로 각 채널의 신호가 출력되게 된다.
한편, 본 발명은 체적 홀로그램을 기록하는 다양한 다중화 방식 중에서 파장 다중화에 기초하고 있음에 따라 체적 홀로그램 매질(200) 상에서 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 반드시 미소 변위차를 가질 필요는 없는 것이다.
다시 말해서, 체적 홀로그램 매질(200)에 허용 가능한 범위 내에서 다양한 파장을 갖는 격자 간섭상이 동일한 위치에 파장 다중화되어 기록되어 있다하더라도 기록 시와 동일한 파장이 입사될 때만이 해당 격자 간섭상이 재생되는 원리를 이용하고 있음에 따라 이를 이용하더라도 일정부분 파장 분할 다중화/역다중화 소자로 기능하게 할 수 있다.
각각의 파장을 하나의 채널로 구성할 시에 체적 홀로그램 매질(200)에 형성된 각 채널의 형성 위치가 서로 다르지 않을 경우, 체적 홀로그램 매질(200)로부터 출력되는 각 채널별 출력빔을 분리하는 데에는 해당 파장을 분리해낼 수 있는 정밀한 광학 필터를 구비하든지 또는 격자 간섭상이 재생되는 회절각에 따라 해당 파장을 분리해야 하는 등의 고도의 광학적 기술이 요구된다.
이러한 이유로 본 발명의 바람직한 실시예에서는 격자 간섭상의 형성 위치를 가변시키기 위해 매질 이동체(40)를 통해 체적 홀로그램 매질(200)을 직접적으로 이동시키고 있지만 체적 홀로그램 매질(200)의 위치를 고정시킨 상태에서 반사경을 조정하여 물체빔의 입사 위치를 미소 변위 단위로 가변시킴으로써 격자 간섭상의 형성 위치가 파장별로 독립된 위치를 갖도록 하여 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같은 동일한 효과를 발생시킬 수도 있다.
이하, 상기한 바와 같은 사실에 기초한 본 발명의 다른 실시예를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치의 다른 실시예를 나타낸 블록도로, 본 발명의 바람직할 실시예에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에는 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예는 도 3에 도시한 바와 같이, 파장 다중화를 위해 레이져빔의 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하는 파장 가변 레이져(10)와;
상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(20)와;
상기 물체빔과 상기 기준빔이 간섭하여 형성된 격자 간섭상을 광굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하는 체적 홀로그램 매질(200)과;
상기 체적 홀로그램 매질(200)에 대향하여 이동 가능하도록 구비된 이동 반사경을 포함하고, 상기 빔 스플리터(20)에서 분리된 기준빔과 물체빔 중 적어도 어느 하나의 진행 경로를 변경하여 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 입사되는 상기 기준빔과 상기 물체빔 간의 입사각을 조정하는 반사경군(300)과;
상기 체적 홀로그램 매질(200)로 입사되는 물체파의 입사 위치를 변경시킴으로써 상기 체적 홀로그램 매질(200)의 상이한 위치에 각각의 격자 간섭상이 파장 다중화되어 형성되도록 하기 위해, 상기 이동 반사경으로 입사되는 물체파의 입사 방향에 평행한 방향에 대해 수평 병진 운동력을 상기 이동 반사경에 제공하는 반사경 이동체(400)와;
상기 빔 스플리터(20)와 상기 체적 홀로그램 매질(200) 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터(20)를 경유한 기준빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개(21); 및
상기 빔 스플리터(20)와 상기 반사경군(300) 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터(20)를 경유한 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개(22);
상기 파장 가변 레이져(10)에 인가하는 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하도록 제어하고, 각각의 상이한 파장에 대응하여 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 미소 변위차를 갖도록 상기 반사경 이동체(400)의 수평 병진 운동력을 제어함에 따라 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 상기 상이한 파장의 수만큼 격자 간섭상이 형성되도록 함으로써 상기 격자 간섭상의 수와 동수의 다중화 채널을 갖는 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하는 체적 홀로그램 제어부(100)로 구성된다.
여기서, 상기 반사경군(300)은 상기 가변 파장 레이져빔의 진행 방향을 기준삼아 상기 빔 스플리터(20)에서 반시계 방향으로 90。 변경된 물체파의 진행 경로를 시계 방향으로 90。 변경시키는 제 1 반사경(301); 및
상기 제 1 반사경(31)에서 변경된 물체파의 진행 방향을 시계 방향으로 90。 변경시킴과 동시에 상기 반사경 이동체(400)에 의해 이동됨에 따라 상기 체적 홀로그램 매질(200)로 입사되는 물체파의 입사 위치를 변경시켜 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 입사시키는 이동 반사경(302)으로 구성된다.
여기서, 체적 홀로그램 매질(200)의 재료는 LiNbO3, BSO, BaTiO3등 광굴절 기록 매질이나 폴리머를 그 예로 들 수 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예의 작용을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예의 작용을 설명함에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 불필요하게 중복되는 내용은 당분야의 통상의 지식을 가진자가 허용할 수 있는 범위내에서 생략하기로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 체적 홀로그램 매질(200)의 위치를 고정시킨 상태에서 반사경을 조정하여 물체빔의 입사 위치를 미소 변위 단위로 가변시킴으로써 격자 간섭상의 형성 위치가 파장별로 독립된 위치를 갖도록 하는 것이 주요 특징이다.
이를 위해 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직할 실시예와 마찬가지로, 체적 홀로그램 제어부(100)의 제어에 따라 파장 가변 레이져(10)가 파장 다중화를 위해 레이져빔의 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하면, 빔 스플리터(20)는 상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이져빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만든다.
빔 스플리터(20)에 의해 분리된 기준빔은 본 발명의 바람직한 실시예에서와 마찬가지로 진행하여 체적 홀로그램 매질(200)에 입사되며, 이때, 기준빔의 입사 위치는 변동되지 않도록 하는 것이 중요하다.
빔 스플리터(20)에 의해 분리된 물체빔은 제 2 조리개(22)와 제 1 반사경(301) 및 이동 반사경(302)을 경유하게 되는 데, 제 2 조리개(22)는 상기 빔 스플리터(20)와 상기 반사경군(300) 사이에 위치하여 체적 홀로그램 제어부(100)의 제어에 따라 상기 빔 스플리터(20)를 경유한 물체빔을 투과시키거나 차단하는 기능을 수행하고, 제 1 반사경(301)은 상기 가변 파장 레이져빔의 진행 방향을 기준삼아 상기 빔 스플리터(20)에서 반시계 방향으로 90。 변경된 물체파의 진행 경로를 시계 방향으로 90。 변경시키고, 이동 반사경(302)은 상기 제 1 반사경(301)에서 변경된 물체파의 진행 방향을 시계 방향으로 90。 변경시킴과 동시에 상기 반사경 이동체(400)에 의해 이동됨에 따라 상기 체적 홀로그램 매질(200)로 입사되는 물체파의 입사 위치를 변경시켜 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 입사시킨다.
본 발명의 다른 실시예의 체적 홀로그램 매질(200)은 그 역할과 구성 재료면에서 본 발명의 바람직한 실시예와 동일한 반면에 체적 홀로그램 매질(200)의 위치가 고정된다는 점이 다르다.
즉, 체적 홀로그램 매질(200)을 이동시키는 것이 아니라 반사경 이동체(300)를 제어하여 이동 반사경(302)의 위치를 가변시킴으로써 상기 체적 홀로그램 매질(200)의 상이한 위치에 각각의 격자 간섭상이 파장 다중화되어 형성되도록 한다.
다시 말해서, 반사경 이동체(400)는 체적 홀로그램 제어부(100)의 제어에 따라 상기 체적 홀로그램 매질(200)로 입사되는 물체파의 입사 위치를 변경시킴으로써 상기 체적 홀로그램 매질(200)의 상이한 위치에 각각의 격자 간섭상이 파장 다중화되어 형성되도록 하기 위해, 상기 이동 반사경으로 입사되는 물체파의 입사 방향에 평행한 방향에 대해 수평 병진 운동력을 상기 이동 반사경에 제공한다.
여기서, 반사경 이동체(400)는 매질 이동체(40)와 마찬가지로, 수평 운동력을 제공할 수 있는 수단이면 어느 것을 사용해도 무방하지만 전자 제어가 용이하도록 하기 위해, 일실시예로, 랙(rack)과 피니언(pinion)의 기어 메커니즘(gear mechanism)에서 피니언의 주축에 스텝 모터(step motor)의 회전축을 결합한 형태를 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 이동 반사경(302)은 랙(rack)에 장착되며 체적 홀로그램 제어부(100)의 제어를 받는 스텝 모터의 단계적인 회전에 의해 수평 병진 운동력을 제공받는다.
반사경 이동체(400)를 통해 이동 반사경(302)을 이동시킬 시에 주의할 점은 반드시 상기 이동 반사경으로 입사되는 물체파의 입사 방향에 평행한 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.
체적 홀로그램 제어부(100)는 상기 파장 가변 레이져(10)에 인가하는 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 상기 상이한 파장을 갖는 레이져빔들을 생성하도록 제어하고, 각각의 상이한 파장에 대응하여 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 미소 변위차를 갖도록 상기 반사경 이동체(400)의 수평 병진 운동력을 제어함에 따라 상기 체적 홀로그램 매질(200)에 상기 상이한 파장의 수만큼 격자 간섭상이 형성되도록 함으로써 상기 격자 간섭상의 수와 동수의 다중화 채널을 갖는 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하도록 제어한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로는 상기 반사경 이동체(300)를 이동시켜 물체파의 입사 위치를 가변시키는 대신에 형성시키고자 하는 채널의 수와 동수의 반사경을 이동 반사경이 단계적으로 이동한 위치에 진행파가 입사되는 방향에 대해 순서적으로 배치한 후, 선행하는 위치에 대한 격자 간섭상이 기록되면, 해당 반사경을 접는 형태의 플립형으로 각각의 반사경을 설계함으로써 이동 반사경을 사용한 형태와 동일한 효과를 얻을 수도 있다.
한편, 본원에서는 전술한 내용을 통해, 본 발명이 체적 홀로그램을 기록하는 다양한 다중화 방식 중에서 파장 다중화에 기초하고 있음에 따라 체적 홀로그램 매질(200) 상에서 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 반드시 미소 변위차를 가질 필요는 없음을 지적한 바 있다. 체적 홀로그램 매질(200)로부터 출력되는 각 채널별 출력빔을 분리하기 위해서는 해당 파장을 분리해낼 수 있는 정밀한 광학 필터를 구비하든지 또는 격자 간섭상이 재생되는 회절각에 따라 해당 파장을 분리해야 하는 등의 광학적 기술을 채택하면 됨에 따라 이러한 기술 또한 본 발명의 기술적 사상에 인용한 것으로 간주할 수 있음은 주지의 사실이다.
현재의 체적 홀로그램의 기술 수준에 비추어 볼 때, 파장 분할 다중화/역다중화 소자로 사용되는 광굴절 기록 매질 혹은 폴리머의 홀로그래픽 격자의 경우 0,5 Å 정도의 파장 대역폭을 가짐으로써, 0.8 nm 정도의 대역폭을 갖는 기존의 기술 보다 많은 수의 채널을 다중화/역다중화할 수 있는 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 만들 수 있는 이점이 있다.
앞에서 지적한 바와 같이, 매년 13% 이상의 통신 속도 증가가 요구되고 있으며, 2010년경에는 약 130배 정도의 통신량 증가를 예상하고 있음에 따라 본 발명에 따르면 다양한 기술적인 파급 효과를 창출할 수 있을 것으로 예측되는 데, 특히, 광섬유를 이용한 초고속 통신망 구축, 파장 다중화 기술의 독자적 기술 확보 및 전자 통신 분야의 핵심 기술 확보를 기대할 수 있다.
수출입 효과로는 2001년까지 예상되는 파장분할 다중화 시스템의 미국내 시장 규모는 약 40억불로 예측된다. 다중화기의 주요 수입국은 미국이며, 8채널 다중화기의 경우 대당 2만불 이상이 됨에 따라 국내 자체적인 개발은 막대한 외화를 절약하는 효과를 갖는다. 또한, 독자적인 개발 상품으로 수출 증대 및 기술료를 획득할 수 있어 수입 대체 효과를 얻을 수 있다.
본원에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본원의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본원에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시예와 다른 변형을 가할 수 있으므로, 상술한 설명에서 사상을 인용한 실시예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 가변 파장 레이져를 통해 레이져빔의 파장을 가변시켜 다중화시키고자 하는 다수의 파장을 갖는 레이져빔을 생성하고 이를 기준파와 물체파를 분리한 후, 기준파와 물체파 간의 홀로그래픽 격자 간섭상을 광굴절 기록 매질이나 폴리머와 같은 체적 홀로그램 기록 매질에 기록함으로써 대용량의 고속 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하도록 한 본 발명에 의한 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치에 따르면, 삽입 손실 및 채널들 간의 간섭에 따른 누화(crosstalk)가 상대적으로 작은 파장 분할 다중화/역다중화기 소자를 얻을 수 있는 이점이 있다.
Claims (6)
- 파장 다중화를 위해 레이저빔의 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이저빔들을 생성하는 파장 가변 레이저(tunable laser)와; 상기 상이한 파장을 갖는 레이저빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이저빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter)와; 상기 물체빔과 상기 기준빔이 간섭하여 형성된 격자 간섭상을 광 굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하는 체적 홀로그램 매질과; 상기 빔 스플리터에서 분리된 기준빔과 물체빔 중 적어도 어느 하나의 진행경로를 변경하여 상기 체적 홀로그램 매질에 입사되는 상기 기준빔과 상기 물체빔간의 입사각을 조정하는 반사경 군과; 상기 각각의 상이한 파장에 대해 상기 체적 홀로그램 매질을 미세 변위로 이동시켜 상기 체적 홀로그램 매질의 상이한 위치에 각각의 격자 간섭상이 파장 다중화되어 형성되도록 하기 위해 상기 기준파의 입사 방향에는 평행하고 상기 물체파의 입사 방향에는 수직인 방향에 대해 수평 병진 운동력을 제공하는 매질 이동체와; 상기 파장 가변 레이저에 인가하는 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 상기 상이한 파장을 갖는 레이저빔들을 생성하도록 제어하고, 각각의 상이한 파장에 대응하여 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 미소 변위차를 갖도록 상기 매질 이동체의 수평 병진 운동력을 제어함에 따라 상기 체적 홀로그램 매질에 상기 상이한 파장의 수만큼 격자 간섭상이 형성되도록 함으로써 상기 격자 간섭상의 수와 동수의 다중화 채널을 갖는 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하는 체적 홀로그램 제어부와; 상기 빔 스플리터와 상기 체적 홀로그램 매질 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터를 경유한 기준빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개; 및 상기 빔 스플리터와 상기 반사경군 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터를 경유한 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 반사경 군은, 상기 가변 파장 레이저빔의 진행 방향을 기준 삼아 상기 빔 스플리터에서 반시계 방향으로 90°변경된 물체파의 진행 경로를 시계 방향으로 90°변경시키는 제 1 반사경; 및 상기 제 1 반사경에서 변경된 물체파의 진행 방향을 시계 방향으로 90°변경하여 상기 체적 홀로그램 매질에 입사시키는 제 2 반사경으로 구성되는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 체적 홀로그램 매질의 재료는, LiNbO3, BSO, BaTiO3, 폴리머(polymer) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치.
- 파장 다중화를 위해 레이저빔의 파장을 가변시켜 상이한 파장을 갖는 레이저빔들을 생성하는 파장 가변 레이저와; 상기 상이한 파장을 갖는 레이저빔이 입사됨에 따라 광학적으로 분리하여 각각의 레이저빔과 동일한 파장을 갖는 기준빔(reference beam)과 물체빔(object beam)을 만드는 빔 스플리터(beam spliter)와; 상기 물체빔과 상기 기준빔이 간섭하여 형성된 격자 간섭상을 광 굴절 효과에 의해 전기 광학적으로 저장하는 체적 홀로그램 매질과; 상기 체적 홀로그램 매질에 대향하여 이동 가능하도록 구비된 이동 반사경을 포함하고, 상기 빔 스플리터에서 분리된 기준빔과 물체빔 중 적어도 어느 하나의 진행 경로를 변경하여 상기 체적 홀로그램 매질에 입사되는 상기 기준빔과 상기 물체빔간의 입사각을 조정하는 반사경 군과; 상기 체적 홀로그램 매질로 입사되는 물체파의 입사 위치를 변경시킴으로써 상기 체적 홀로그램 매질의 상이한 위치에 각각의 격자 간섭상이 파장 다중화되어 형성되도록 하기 위해, 상기 이동 반사경으로 입사되는 물체파의 입사 방향에 평행한 방향에 대해 수평 병진 운동력을 상기 이동 반사경에 제공하는 반사경 이동체와; 상기 파장 가변 레이저에 인가하는 제어 전압을 단계적으로 가변시킴에 따라 상기 상이한 파장을 갖는 레이저빔들을 생성하도록 제어하고, 각각의 상이한 파장에 대응하여 상기 격자 간섭상의 형성 위치가 미소 변위차를 갖도록 상기 반사경 이동체의 수평 병진 운동력을 제어함에 따라 상기 체적 홀로그램 매질에 상기 상이한 파장의 수만큼 격자 간섭상이 형성되도록 함으로써 상기 격자 간섭상의 수와 동수의 다중화 채널을 갖는 파장 분할 다중화/역다중화 소자를 제조하는 체적 홀로그램 제어부와; 상기 빔 스플리터와 상기 체적 홀로그램 매질 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터를 경유한 기준빔을 투과시키거나 차단하는 제 1 조리개; 및 상기 빔 스플리터와 상기 반사경군 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터를 경유한 물체빔을 투과시키거나 차단하는 제 2 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 반사경 군은, 상기 가변 파장 레이저빔의 진행 방향을 기준 삼아 상기 빔 스플리터에서 반시계 방향으로 90°변경된 물체파의 진행 경로를 시계 방향으로 90°변경시키는 제 1 반사경; 및 상기 제 1 반사경에서 변경된 물체파의 진행 방향을 시계 방향으로 90°변경시킴과 동시에 상기 반사경 이동체에 의해 이동됨에 따라 상기 체적 홀로그램 매질로 입사되는 물체파의 입사 위치를 변경시켜 상기 체적 홀로그램 매질에 입사시키는 이동 반사경으로 구성되는 것을 특징으로 하는 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 체적 홀로그램 매질의 재료는, LiNbO3, BSO, BaTiO3, 폴리머(polymer) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 체적 홀로그램 기반 파장 분할 다중화/역다중화 채널 형성 장치.
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