KR100589515B1 - 전기적으로 조정 가능한 광 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따라, 1차 방사빔에서 주파수 성분들을 공간적으로 분리하는 장치는 1차 방사빔을 각각 위상 φ를 갖는 복수의 2차 방사빔으로 분리하는 수단(40), 도파관을 형성하고, 각각 2차 방사빔을 출력단에 전송하는 복수의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관(41)(여기서, 각각의 도파관은 대응하는 광 지연 시간을 갖는 연관된 광 지연 라인(43)을 갖고, 각각의 광 지연 시간은 상이함)을 포함한다. 이 장치는 또한 각각의 도파관을 통해 전송된 2차 방사빔들의 위상 φ이 전계를 변화시킴으로써 변화될 수 있도록 각각의 도파관에 걸쳐 가변 전계를 인가하는 수단(42)을 포함한다. 각각의 도파관으로부터 출력된 2차 방사빔은 전파 영역 내의 여러 위치에 하나 이상의 최대값을 포함하는 간섭 패턴을 형성하도록 다른 도파관들 중 적어도 하나로부터 출력된 2차 방사빔과 전파 영역 내에서 간섭한다. 바람직하게는, 이 장치는 적어도 두 개의 출력단을 제공한다. 이 장치는 또한 1차 방사빔에 RF 변조를 인가하는 수단을 포함할 수도 있다. 이 장치는 단일 칩 상에 연관된 광 지연 라인과 하나로 형성된 전기적으로 바이어스 가능한 GaAs 도파관을 포함할 수 있다. 대안으로, 이 장치는 각각 광섬유 지연 라인을 갖는 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들의 어레이를 포함할 수 있다. 이 장치는 방사빔을 디멀티플렉싱 또는 멀티플렉싱하고 조정 가능한 온-칩 레이저의 파장을 조절하기 위한 광학적 또는 마이크로파 주파수에 대한 스테어링 스펙트럼 분석기로서 사용될 수 있다.

Description

전기적으로 조정 가능한 광 필터{Electrically tuneable optical filter}
본 발명은, 특히 마이크로파 또는 광 주파수들로 입력된 방사빔의 주파수 성분들을 공간적으로 분리하기 위해 사용될 수 있는 전기적으로 조정 가능한 광 필터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 장치는 스테어링 스펙트럼 분석기(staring spectrum analyser)로서 또는 파장 분할 멀티플렉서 및 디멀티플렉서로서 사용될 수 있다.
스펙트럼 분석기를 제조하는 데는 두 가지 접근법이 존재한다. 한 가지 경우에, 분석될 입력 신호는 조정 가능한 필터를 통해 통과될 수 있고, 상기 필터는 요구되는 주파수 범위를 통해 스캐닝된다. 이어서, 필터의 전송 주파수에 반하는 전송이 측정되어 스펙트럼을 제공한다. 그러한 시스템은 스캐닝 스펙트럼 분석기(scanning spectrum analyser)로서 알려져 있다. 대안으로, 입력 신호는 다수의 동일한 저전력 신호들로 분할될 수 있고, 이어서, 이들 각각은 한 세트의 동일하게 이격된 필터들 중 서로 다른 필터를 통과한다. 필터 세트의 출력 전력은 요구되는 스펙트럼을 제공한다. 그러한 시스템들은 스테어링 스펙트럼 분석기들(staring spectrum analysers)로서 알려져 있다.
실험실에서 사용되는 종래의 RF 스펙트럼 분석기들은 스캐닝 스펙트럼 분석기들이다. 이것은 스캐닝 스펙트럼 분석기가 큰 해상도로 광범위한 주파수를 커버할 수 있고, 필요에 따라 용이하게 재구성될 수 있기 때문이다. 그러나 스캐닝 스펙트럼 분석기는 단지 입력 신호들이 한번에 한 주파수에서 "볼(look)" 수 있으므로, 단지 신속하게 변화하지 않는 입력 신호들을 측정하는 데 유용하다. 예를 들면, 입력 신호들이 고속 펄스들을 포함하는 경우, 스캐닝된 스펙트럼 분석기는 펄스가 도달할 때 적절한 주파수를 주시하고 있지 않는다면 일부 주파수들의 펄스들을 놓칠 수 있다.
스테어링 스펙트럼 분석기는 이러한 문제점을 극복한다. 그러나 그것은 주파수 채널의 수가 큰 경우에 특히, 스캐닝된 스펙트럼 분석기보다 제조하기가 더 어렵다. 스플리터들은 대역폭 성분들을 협소화시키는 경향이 있으므로, 심각한 왜곡 없이 많은 방식으로 광대역 전기 RF 신호를 분할하기가 어렵다. 또한, RF 필터들은 필터 대역폭의 역에 비례하는 시간만큼 신호를 지연시켜야 하고, 이는 그러한 성분들을 매우 크게 만들며 종래 기술을 사용하여 약 100MHz 이하의 해상도를 달성하기에 충분히 적은 손실로 제조하기가 어렵다.
스캐닝된 스펙트럼 분석기 및 스테어링 스펙트럼 분석기 모두를 제조하기 위해 광학적 방법이 사용될 수 있다. 스캐닝된 광 스펙트럼 분석기의 예는 스캐닝 페이브리 페롯 간섭계(scanning Fabry Perot interferometer)이며, 이것은 (통상적으로 톱니 구동 전압을 사용하여) 서로를 향하여 이동하고 서로 떨어진 두 개의 병렬(또는 공초점) 판들을 포함한다. 시간에 대해 그려진 출력 세기는 광 스펙트럼을 제공한다["광 전자학 입문(Introduction to optical electronics)," A. Yariv(Holt Reinhart and Winston, 1976)].
회절 격자 분광계는 광 스테어링 스펙트럼 분석기의 예이다. 이는 입력 빔을 수백 개의 빔으로 분할하고, (회절 격자를 사용하여) 그의 위치에서 선형으로 의존하는 양만큼 각각의 빔의 위상을 변화시키고, 출력 검출기 어레이 상의 위상 시프트된 모든 빔들을 재조합함으로써 작동한다. 위상 시프트 때문에, 상이한 광 주파수들이 검출기 어레이의 상이한 위치에서 동상으로 재조합된다.
다른 유형의 스테어링 광 스펙트럼 검출기는 음향 파형을 투명한 압전 및 전기-광 물질(예, 니오브산 리튬)로 론칭하는 음향-광 변환기를 구동하기 위해 분석될 신호가 사용되는 음향-광학 장치이다. 음향 파형은, 물질들을 통해 통과하는 광빔을 RF 주파수에 직접적으로 비례하는 양만큼 회절시키는 물질들로 굴절률 파형을 셋업할 수 있다. 실제로, 이러한 유형의 스펙트럼 분석기는 매우 큰 해상도를 제공할 수 있고, 주로 음향 파형들은 전자기 파형들보다 훨씬 더 느리게 운동하기 때문에, 단락 장치들에서 보다 긴 지연들을 허용한다. 그러나 이들은 음향 손실 때문에 수GHz 이하의 주파수로 제한되는 경향이 있다.
저 해상도 광 분광계의 다양한 광 도파관 버전들은 통상적으로 하나의 섬유 상의 다수의 상이한 파장들을 조합(멀티플렉싱)하거나 또는 분할(디멀티플렉싱) 하기 위해 설명되고 있다. 그러나 이들은 능동 장치가기보다는 수동 장치로서, 정확한 리소그래피에 의해 제조되고, 광 위상 시프트를 제어하도록 디자인된다. 그러나 리소그래피 부정확도는 피할 수 없고, 이는 그러한 시스템에 의해 달성될 수 있는 해상도를 제한한다.
UK 2 269 678 A호는 본 발명의 분야에 관련된다. 이 문헌은, 도파관이 동일한 길이의 복수의 브랜치로 분할되는 반도체 기판 상에 형성된 간섭계 조정 가능한 필터를 개시하고 있다. 각각의 브랜치는, 이 브랜치들을 통해 전송된 광의 진폭 및 위상을 변조시키기 위한 전기적으로 조절 가능한 진폭 및 위상 제어 소자를 갖는다. 필터는 복수의 멀티플렉싱된 광 신호들로부터 미리 결정된 파장의 광 신호를 선택하는 기능을 갖는다. 각각의 브랜치를 통해 전송된 광은 재조합되어 단일 장치 출력을 제공한다. 따라서 UK 2 269 678A호에 개시된 장치는 단지 하나의 파장이 장치로부터 출력되고, 나머지는 기판에서 손실되는 단점을 갖는다. 따라서 이 장치는 상이한 파장의 다중 출력이 요구되는 용도에서 또는 스펙트럼 분석기로서 사용하기에 적절치 못하다.
본 발명에 따라, 1차 방사빔에서 주파수 성분들을 공간적으로 분할하는 장치는;
1차 방사빔을 복수의 2차 방사빔들로 분리하는 수단으로서, 상기 복수의 2차 방사빔들 각각은 각각의 위상 φ를 갖는, 상기 분리 수단,
도파관 어레이를 형성하는 복수의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들로서, 상기 도파관들 각각은 2차 방사빔을 출력단에 전송하고, 각각의 도파관은 대응하는 광 지연 시간을 갖는 연관된 광 지연 라인을 갖고, 상기 광 지연 시간들 각각은 상이한, 상기 도파관들,
도파관들 각각을 통해 전송된 2차 방사빔들의 위상 φ이 전계를 변화시킴으로써 변화될 수 있도록 도파관들 각각에 걸쳐 가변 전계를 인가하는 수단을 포함하며,
그에 의해, 도파관들 각각으로부터 출력된 2차 방사빔들은 전파 영역 내의 여러 위치들에서 하나 이상의 최대값을 포함하는 간섭 패턴을 형성하도록 적어도 하나의 다른 도파관들로부터 출력된 2차 방사빔과 전파 영역 내에서 간섭한다.
바람직하게는, 이 장치는 적어도 두 개의 출력단을 제공한다.
이 장치는 1차 방사빔에 RF 변조를 적용하는 수단을 포함할 수도 있다. 따라서 이 장치는 광 스테어링 스펙트럼 분석기 또는 RF 스펙트럼 분석기로서 사용될 수 있으며, 방사선의 펄스가 도달할 때 장치가 적절한 주파수에서 스캐닝되지 않는다면 일부 주파수들의 신호들이 누락될 수 있는 경우의 스캐닝 스펙트럼 분석기에 비해 장점을 갖는다. 더욱이, 이 장치는 RF 변조 수단을 사용함으로써 광 주파수 및 마이크로파 주파수 모두를 스캐닝하기 위해 사용될 수 있고, 하나 이상의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들에 걸쳐 인가된 전계들을 변화시킴으로써 사용 중에 능동적으로 제어될 수 있다. 도파관들 각각을 통해 전송된 방사선의 위상은 변화될 수 있기 때문에, 인가된 전계들을 변화시킴으로써 임의의 설계 부정확성들이 사용 중에 정정될 수 있다. 이는, 빔들을 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱하기 위해 사용된 수동 장치들에 비해 장점을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 도파관 출력단들의 각각의 인접한 쌍은 도파관들의 대응하는 인접 쌍 간의 광 시간 지연차에 비례하는 양만큼 떨어져 이격된다. 이는 상이한 광 주파수들에 대응하는 상이한 세기 최대값이 전파 영역에서 잘 정의된 각도로 발생하고, 두 개의 상이한 주파수 성분들에 대한 최대값들 간의 각도상의 차는 두 개의 주파수 성분들 간의 주파수 차에 실질적으로 비례한다.
보다 바람직한 실시예에서, 도파관들은 도파관 어레이에 걸친 광 시간 지연에서 실질적으로 선형인 변동을 가질 수 있다.
전형적으로, 도파관 어레이에 걸쳐 광 시간 지연차는 적어도 100 피코초이고, 적어도 10 나노초일 수도 있다.
전파 영역은 자유 공간 영역일 수 있거나 또는 슬랩 도파관(slab waveguide)일 수 있다. 슬랩 도파관은 그것이 2차 방사빔을 예를 들면 칩으로 한정함에 따라 유리하게 사용될 수 있다.
전기적으로 바이어스 가능한 도파관들은 III-V족 반도체 도파관일 수 있다. 예를 들면, GaAs 또는 InP/InGaAsP 도파관이 사용될 수 있다.
전기적으로 바이어스 가능한 도파관들은 광 지연 라인들과 함께 하나로 형성될 수 있고, 상기 장치는 단일 칩 상에 형성될 수 있다. 대안으로, 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들 각각은 전기적으로 바이어스 가능한 도파관 및 광섬유 지연 길이를 포함할 수 있다.
1차 방사빔을 복수의 2차 방사빔들로 분리하는 수단은 다중 모드 간섭 스플리터이다.
전기적으로 바이어스 가능한 도파관들 각각은 전기적으로 바이어스 가능한 도파관 부분에 걸쳐 전계를 변화시키는 독자적인 수단을 가질 수 있다. 예를 들면, 각각의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관은 독자적인 가변 전압 공급원을 가질 수 있다.
이 장치는 또한 도파관 영역 내에 위치하는 하나 이상의 출력 도파관을 포함할 수 있으므로, 각각의 출력 도파관이 각각의 도파관으로부터 출력된 선택된 주파수의 2차 방사빔을 각각 수신할 수 있다.
부가적으로, 또는 대안으로, 이 장치는 또한 레이저 공동(laser cavity)을 갖는 입력 레이저를 포함할 수 있으며, 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들은 도파관들 각각에 걸쳐 인가된 전계들의 변동에 의해 레이저의 선택적 파장 동조를 가능하게 하도록 레이저 공동의 일부를 형성한다.
본 발명의 제2 관점에 따라, 1차 방사빔에서 주파수 성분들을 공간적으로 분리하는 방법은;
(i) 1차 방사빔을 복수의 2차 방사빔으로 분리하는 단계로서, 상기 복수의 2차 방사빔은 각각의 위상 φ을 갖는, 상기 분리 단계,
(ⅱ) 도파관 어레이를 형성하는 복수의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들 중 하나를 통해 2차 방사빔들 각각을 전송하는 단계로서, 각각의 도파관은 대응하는 광 지연 시간을 갖는 연관된 광 지연 라인을 갖고, 광 지연 시간들 각각은 상이한, 상기 전송 단계,
(ⅲ) 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들 각각에 걸쳐 가변 전계를 인가하는 단계,
(iv) 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들 각각을 통해 전송된 2차 방사빔들의 위상 φ이 변화될 수 있도록, 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들 각각에 걸쳐 전계를 변화시키는 단계,
(v) 2차 방사빔들이 하나 이상의 다른 2차 방사빔들과 간섭할 수 있는 전파 영역으로 2차 방사빔들을 출력하는 단계, 및
(vi) 여러 위치에서 하나 이상의 최대값을 포함하는 전파 영역에서 간섭 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
이 방법은,
(ⅶ) 전파 영역에서 해당 최대값 또는 각각의 최대값의 위치로부터 1차 입력 빔에서 주파수 성분들을 추론하는 단계를 추가로 포함한다.
이하, 본 발명을 하기 도면들을 참조하여 단지 실시예로서 기재할 것이다.
도 1은 알려진 전기-광 도파관 장치의 개략적 사시도.
도 2는 본 발명의 개략도.
도 3은 어레이에 걸쳐 가변 광 지연을 갖는 단일 칩 GaAs 도파관 어레이 장치의 마스크 도면.
도 4(a)는 임의의 입력 변조 없이 입력 레이저 빔에 대해 도 3에 나타낸 전기-광 도파관 장치로부터 얻어진 파 필드(far field) 회절 패턴의 적외선 카메라 사진을 나타낸 도면.
도 4(b) 및 4(c)는 RF 변조에 따른 입력 레이저 빔에 대해 도 3에 나타낸 전기-광 도파관 장치로부터 얻어진 파 필드 회절 패턴의 적외선 카메라 사진을 나타낸 도면.
도 5는 어떠한 입력 변조 없이 입력 레이저 빔에 대한 파 필드 회절 패턴의 라인 스캐닝을 나타내고, 입력 레이저 파장을 변화시키는 효과를 나타낸 도면.
도 6은 세 가지 상이한 주파수들에 대해 제공된 변조 측파대들 및 널값(null)의 미변조된 입력 빔에 의한 파 필드 세기 패턴의 라인 스캐닝을 나타낸 도면.
도 7은 회절 측파대의 효과를 제거하기 위해 도 6에 나타낸 라인 스캐닝을 확대된 스케일로 나타낸 도면.
본 발명에 사용될 수 있는 전기-광 도파관 장치의 일부는 도 1에 나타낸다. 전기-광 도파관 장치 및 그의 동작은 미합중국 특허 제5 239 598호에 개시되어 있다. 요약하자면, 일반적으로 1로 칭한 장치는 전형적으로 1x1018 cm-3의 도핑 농도를 갖는 깊게 도핑된 n-타입(n+) GaAs 기판(2)을 포함한다. 이러한 층(2)은 동일한 도펀트 종 및 농도에 따라 n+ GaxAl1-xAs의 클래딩층(3)으로 중첩된다.
클래딩층(3)은 도파관 코어층(4)으로 덮인다. 이 층(4)은 n-(도핑되지 않은 잔류 n-타입) GaAs로 구성된다. 층들은 모두 GaxAl1-xAs 시스템인 것으로 고려될 수 있다. 층(4)은 수평 및 수직 에지(각각 7, 8)를 갖는 평행한 후면(도시하지 않음)에 대해 어떠한 방식도 아닌 것을 제외하고, 대부분 그의 상부 표면(6)으로 확장하고, 장치(1)의 정면으로부터 확장하는 홈들(5)을 갖는다. 리브 도파관(9)은 홀들(5) 사이에 한정된다. 전형적으로, 도파관(9)은 2.6㎛의 폭 및 3mm의 길이를 갖는다. 도 1은 실제로 훨씬 더 많은 수의 도파관이 완성된 장치에 포함될 것이지만, 두 개의 도파관(9)(세 개의 홈(5))을 예시한다.
도파관들(9) 각각은 알루미늄층(10) 및 DC 바이어스 전압 공급원(12)에 접속된 본드 패드(11)로 코팅된다. 따라서 각각의 도파관(9)은 개별적으로 어드레스된다. 장치(1)의 정면(13) 및 후면(7/8)은 광학적 품질 표면들을 제공하도록 신중하게 쪼개어진다.
작동 중에, 장치(1)에는 후면(7/8)의 도파관층(4) 상의 작은 지점(즉, 2㎛ 직경)으로 초점이 모인 방사선(라인(20)으로 나타냄)이 조사될 수 있다. 전형적으로, 이 장치는 도파관 단부로부터 500㎛에 있다. 이어서, 광은 그 지점으로부터 도파관(9)으로 수렴한다. 도파관(9)으로부터 나오는 광빔은 21과 같은 발산하는 화살표들로 지시된다. 나타나는 광빔들(21)은 조합되어 도 1의 아래 부분에 예시된 바와 같이 위치(24)에서 중심 세기 최대값(22) 및 두 개 이상의 종속 최대값(23)을 갖는 통상의 파 필드 회절 패턴을 형성한다.
각각의 도파관(9)은 광 전파의 수평 모드 및 수직 모드를 지원할 수 있다. 도파관(9)은 실질적으로 가장 하위 오더 수평 모드 및 수직 모드로 한정되는 광 출력 세기를 생성하고, 보다 높은 오더의 수평 및 수직 모드의 출력은 억제된다. 그 결과는 도파관들(9)이 조합되어 실질적으로 가장 하위 오더 공간적 모드로부터 발생하는 파 필드 회절 패턴을 생성한다는 것이다. 이 장치를 통한 광 전파 작용을 더 잘 설명하기 위해, 미합중국 특허 제5,239,598호 참조한다.
각각의 도파관(9)에 대한 굴절률 및 광 경로 길이는 도파관 코어층 물질(4)이 전기-광학적(즉, 전기-굴절) 특성을 갖기 때문에, 전압 공급원(12)에 의해 공급된 전계에 의존한다. 임의의 도파관(9)의 알루미늄층(10) 상의 전압의 변화는 결과적으로 그의 광 출력의 위상을 변경시킨다. 파 필드 회절 패턴은 도파관(9)으로부터 위상 및 진폭 기여의 벡터 합이고, 주요 최대값(24)의 위치는 도파관 전압을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 각각의 도파관 상의 전극에 인가된 전압을 제어함으로써, 파 필드 회절 패턴에서 빔이 형성되고 스캐닝될 수 있거나, 또는 전자적으로 초점이 모아질 수 있다. 장치(1)로 생성된 파 필드 회절 패턴은 공기 중에서 0.5mm 미만, 또는 GaAs 매질 중에서 1.8mm 미만의 범위에서 완전하게 형성된다. 20°에 이르기까지의 빔 스티어링은 20V 영역의 도파관 전압에 따라 달성될 수 있다.
본 발명은 입력된 방사빔의 상이한 주파수 성분들을 공간적으로 분리하기 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는 각각의 도파관이 상이한 광 지연의 연관된 광 지연 라인을 갖는 전기-광 도파관의 어레이를 포함한다. 전형적으로, 전기-광 도파관은 광을 전극 금속으로부터 벗어나게 유지함으로써 광 손실을 감소시키기 위해 GaxAl1-xAs(1 x 1015 cm-3)의 추가의 상위 클래딩층과 함께, 도 1에 나타낸 전기 광 도파관 어레이의 구조를 갖는다. 도 1에 나타낸 종래 장치에서, 파 필드 빔은 각각이 개별적인 도파관에 인가된 전압을 변화시킴으로써 스티어링될 수 있다. 따라서 파 필드 회절 패턴은 전기적으로 스티어링 가능하다. 본 발명에서, 파 필드 회절 패턴은 각각의 도파관의 상이한 지연 길이로 인해 주파수 스티어링 가능할 뿐만 아니라 전자적으로 스티어링 가능하다. 따라서 지연 길이가 예를 들면 500㎛로 짧은 경우, 장치는 광 스펙트럼 분석기로서 사용될 수 있고, 지연 라인이 예를 들면 10cm로 긴 경우, 이 장치는 마이크로파 스펙트럼 분석기로서 사용될 수 있다.
본 발명의 장치(30)의 일 실시예의 개략도는 도 2에 나타낸다. 이 장치는 n-방식 시프팅 장치(31) 및 n 광 위상 시프터(32)를 포함한다. 예를 들면, 광 위상 시프터(32)는 도 1에 나타낸 전기-광 도파관 장치(1)일 수 있다. 이 장치(30)는 어레이에 걸쳐 지연 길이의 선형의 변동을 갖는 n 광 지연 라인의 어레이(33) 및 출력 선형 위상의 어레이(34)를 포함하기도 한다. 장치(30)로부터 출력 스펙트럼은 출력 스펙트럼을 기록, 처리, 디스플레이 또는 저장하기 위해 TV 카메라 또는 스테어링 선형 검출기 어레이(37) 상에서 바라볼 수 있다. 스캐닝될 방사빔(35)은 장치(30)에 직접 입력될 수 있다. 대안으로, 이 빔(35)은 전기-광 세기 변조기(36)에 의해 변조될 수 있다. 전기-광 세기 변조기(36)의 기능은 이후에 보다 상세히 기재될 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 2에 개략적으로 나타낸 장치(30)는 단일 칩 상에 형성될 수 있다. 단일 칩 장치의 실시예로서, 16 도파관, 단일 칩 GaAs 장치에 대한 설명이 이하 계속된다.
단일 칩 16 채널 GaAs 전기-광 도파관 장치의 마스크 도를 도 3에 나타낸다. 이 장치(30)는 빔(35)이 입력되는 입력 도파관(39) 및 입력 빔(35)을 n개의 상이한 출력단으로 분할하기 위한 1 내지 16 방식 다중 모드 간섭 스플리터(40)를 포함한다. 예를 들면, 이 장치는 미합중국 특허 제5 410 625호에 기재된 바의 다중모드 간섭 스플리터일 수 있다. 이 장치(30)는 광 위상 조절을 위해 16개의 전기-광 도파관들(41)을 포함하기도 하고, 각각의 전기-광 도파관(41)은 각각의 도파관(41)에 걸쳐 전계를 인가하기 위한 전극(42)을 갖는다. 이는 각각의 도파관(41)을 개별적으로 어드레스할 수 있게 한다.
각각의 전기-광 도파관(41)과 연관되는 것은 각각 상이한 길이를 갖는 광 지연 라인(43)이다. 바람직하게는, 전기-광 도파관 어레이에 걸친 지연 길이의 실질적으로 선형인 변동이 존재한다. 지연 라인(43)의 출력단에는 출력 도파관 어레이(44)가 공간적으로 근접하게 위치한다. 출력 도파관 어레이는 지연 라인들(43)과 연결하여 출력 위치(46)를 갖는 수평 블랙 라인들(44)의 어레이로서 도면에 예시된다.
실제로, 각각의 전기-광 도파관(41)을 구축하는 경우에, 연관된 지연 라인(43) 및 연관된 출력 도파관(44)은 그 장치가 각각 상이한 길이(즉, 상이한 지연)를 갖는 전기-광 도파관의 어레이가 되는 하나의 도파관으로서 형성될 수 있다. 각각 상이한 광 길이를 갖는 전기-광 도파관의 어레이는 본 명세서에서 전기-광 도파관 지연 라인들의 어레이라 칭할 수 있다. 성분들(41, 43 및 44)이 단일 칩 상에서 분리되도록 장치를 구축할 수도 있다. 전형적으로, 전기-광 도파관(41)은 도 1에 나타낸 구조의 형태를 갖고, 광 스플리터(4)로부터 확장하는 수평 블랙 라인들로서 도면에 나타낸다.
사용 중에, 입력 레이저(도시하지 않음)로부터 연속파 방사선(35)은 다중모드 간섭 스플리터(40)에서 장치(30)에 입력될 수 있고, 여기서 입력 빔은 16 채널로 분할된다. 16개의 분할 신호들 각각은 전기-광 도파관들(41)(또는 위상 시프터) 중 하나를 통해 연관된 지연 라인(43)으로 통과되고, 이어서 출력 도파관 어레이를 형성하는 출력 도파관(44)으로 통과된다. 따라서 16개의 출력 빔들(45) 세트는 위치(46)에서 출력 도파관(44)으로부터 이들이 간섭하는 영역(본 명세서에서 전파 영역이라 칭함)으로 나타난다. 전형적으로, 전파 영역은 나타난 빔들(45)이 칩 상에 한정되지만, 자유 공간인 것처럼 전파하는 슬랩 도파관(도시되지 않음)일 수 있다. 대안으로, 전파 영역은 자유 공간의 영역일 수 있다.
출력 도파관들(44) 각각으로부터 나온 출력 빔(45)은 위치(46)에서 출력되고, 상이한 주파수 성분들이 전파 영역 내의 상이한 위치에서 세기 최대값을 형성하도록 다른 출력 도파관(44)으로부터 나온 대부분 또는 모든 출력 빔들(45)과 전파 영역에서 간섭한다. 전형적으로 수 mm의 거리에서 간섭 패턴 또는 파 필드 회절 패턴은 광의 특정 파장에 민감한 카메라를 사용하여 조망될 수 있다.
출력 도파관(44)은 인접한 출력 위치들(46) 간에 전형적으로 100㎛ 미만, 바람직하게는 보다 치밀하게, 예를 들면 5-20㎛의 공간을 두고 분리된다. 각각의 출력 도파관(44)의 출력 위치(46)는 실질적으로 직선 L을 따라 배열된다. 바람직하게는, 출력 도파관(44)은 임의의 두 개의 인접한 출력 위치들(46) 간의 중심 대 중심 피치가 두 개의 인접한 출력 도파관들 간의 광 시간 지연차에 직접적으로 비례한다. 이는 상이한 광 주파수에 대응하는 세기 최대값이 전파 영역의 잘 제한된 각도로 발생할 것이고, 두 개의 상이한 주파수 광빔들에 대한 최대값들 간의 각도상의 차이가 두 개의 빔들 간의 주파수차에 직접적으로 비례할 것임을 보장한다.
다른 바람직한 실시예에서, 출력 위치들(46)은 동일하게 이격되고, 또한 대응적으로 동일하게 이격된 인접한 도파관 지연 라인들의 각각의 쌍 간에 대응하는 광 시간 지연차를 가짐으로써, 광 지연 라인들(43)은 어레이에 걸친 지연 길이의 실질적으로 선형인 변동을 갖는다. 전형적으로, 이는 0 나노초와 1 나노초 간의 시간 지연 범위(즉, n차 도파관의 상대적 지연은 n/16 나노초이고, 여기서 n=1 내지 16임)에 대응할 수 있다. 이 실시예에서, 장치(30)는 1GHz 채널 분리를 갖는 16개 채널 스펙트럼 분석기로서 작동될 수 있다. 인접한 지연 라인들 간의 광 시간 지연차가 약 100ps인 경우, 이는 10GHz의 자유로운 스펙트럼 범위(즉, 동작의 최대 주파수 범위) 및 10GHz/N의 해상도를 제공하고, 여기서 N은 지연 라인들의 수이다. 따라서 최대 지연 라인 길이와 최소 지연 라인 길이 간의 차이는 그 장치에 의해 달성될 수 있는 주파수 해상도를 결정한다.
그 결과는 1.064㎛로 입력 다이오드 펌프된 Nd:YAG 레이저 빔을 위해 도 3에 나타낸 GaAs 칩 장치의 형태를 갖는 장치에 대해 얻어지고 있다. 전기-광 도파관(41)에 인가된 전압은 먼저 16개의 출력 빔들(45) 모두가 같은 위상이 되도록 설정된 경우, 이는 파 필드 회절 패턴에서 단일 메인 빔 및 두 개의 사이드로브(출력 세기 패턴의 주기성으로 인함)를 제공한다. 이는 단일 메인 빔(47a) 및 두 개의 사이드로브(47b)를 나타내는 도 4(a)에 예시된다. 이어서, 메인 빔(47a) 및 사이드로브(47b)는 선형으로 어레이에 걸쳐 16 출력 빔들의 위상을 변화시킴으로써 스캐닝될 수 있다.
예를 들면, 위상이 어레이에 걸쳐 360°/16(즉, 22.5°) 만큼 (균일한 출발 상태로부터) 스테핑된 경우, 이 빔은 메인 빔-대-제1 사이드로브 분리 거리의 1/16차만큼 스티어링될 수 있다. 보다 일반적으로, 위상이 n x 22.5°만큼 스테핑된 경우, 이 빔은 n=16일 때, 어레이 출력 빔이 (초기 상태와 같이) 다시 동일한 위상이 됨에 따라 원시 패턴이 재생될 때까지 메인 빔 대 제1 사이드로브 분리 거리의 1/16차만큼 스티어링될 수 있다.
실제로, 위상들은 각각의 도파관의 전극에 인가된 전압들을 적절히 선택함으로써 0 내지 360°범위의 값으로 항상 설정될 수 있다. 동일한 길이의 도파관보다는 오히려 부가된 지연 라인들을 사용하는 효과는 입력된 광 파장 또는 주파수가 변경되는 경우에 빔 역시 스티어링될 수 있다는 것이다. 이는 종래의 전기-광 도파관에 의해 달성될 수 없고, 본 발명에서 가능하고, 그 이유는 입력 파장이 변화함에 따라, 출력 위상들은 전기적으로 스캐닝되는 메인 빔에 대해서와 동일한 방식으로 어레이에 걸쳐 선형으로 변화한다. 예를 들면, 선형의 0 내지 1 나노초 도파관 지연 라인 세트를 갖는 장치에 대해, 입력된 광빔들의 1GHz의 주파수 변화가 메인 빔 대 제1 사이드로브 분리의 1/16차를 통해 빔을 스티어링시키고, 그 이유는 1GHz의 광 주파수의 변화가 나노초 당 정확히 1 사이클 또는 1 나노초 지연 라인에서 360°위상 시프트의 변화에 대응한다.
n차 도파관의 지연은 메인 빔 대 제1 사이드로브 분리의 1/16차를 통해 빔을 스티어링하기 위해 요구되는 위상 세트인 n x 22.5°의 대응하는 위상차를 제공한다. 따라서 이 장치는 전자 스캐닝에 비해 많은 장점을 갖는 주파수 의존형 빔 스캐닝을 제공한다. 더욱이, 함께 구현된 두 가지 유형의 스캐닝은 장치에 또 다른 장점을 제공한다. 이 장치는 16 채널 장치로서 기재하였지만, 보다 적은 수 또는 보다 많은 수의 채널이 실제로 사용될 수 있다.
이 장치의 특히 유용한 용도는 스테어링 스펙트럼 분석기이다. 이 장치는 광 스펙트럼 분석기 또는 RF 스펙트럼 분석기로서 작동될 수 있다. 도 2를 참조하면, RF 스펙트럼 분석을 위해, 분석될 방사선(20)의 입력 빔은 장치(30)로 유입되기 전에 전기-광 주파수 변조기(36)를 통해 통과된다. 따라서 변조기(36)에 인가된 마이크로파 신호(50)는 입력파(20)에 주파수 성분들을 부가하며, 상기 주파수 성분들은 지연 라인 위상 어레이(41/43)에 의해 상이한 각도(변조된 주파수에 비례함)를 통해 편향된다.
보다 높은 화성을 부가하는 것을 피하고, 입력 빔의 주파수가 파 필드 회절 패턴으로부터 제거되도록 밸런스된 전기-광 변조기(36)를 사용하는 것이 중요하다. 세기 변조기를 널로 설정함으로써, 입력 빔은 변조 측파대만을 나타내도록 억제될 수 있다. 이는 입력 빔의 주파수가 스펙트럼으로부터 제거된 도 4(b) 및 4(c)에 나타낸 스펙트럼에 예시된다.
도 5는 세 가지 상이한 주파수(곡선 48, 49, 50)에서, 입력 레이저의 파 필드 회절 패턴(far field diffraction pattern)에 걸쳐 거리의 함수로서 출력 도파관 어레이의 세기를 나타낸다. 이는 지연 라인들을 전기-광 도파관과 조합하여 사용하는 부가된 효과를 예시한다. 즉, 빔은 입력된 광 파장 또는 주파수가 도파관에 인가된 전압을 변화시킴으로써 마찬가지로 변화되는 경우에 스티어링될 수 있다.
도 6은 널로 설정된 세기 변조기(36)에 의해 세 가지 상이한 RF 주파수 2GHz, 3GHz 및 5GHz(각각 곡선 51, 52, 53)에 대한 파 필드 회절 패턴의 세기 스캐닝을 나타낸다. 반송파 빔이 억제되고, 변조된 측파대만이 스캐닝에 제공된다. 도 7은 도 6에 나타낸 세기 스캐닝을 확대된 스케일(임의 단위)로 나타내고, 어떠한 변조 신호도 없는 세기 스캐닝(피크 54)을 역시 나타낸다. 많은 상이한 주파수가 입력 빔을 변조시키기 위해 사용된 경우, 이들 주파수는 모두 회절 패턴에서 동시에 관찰될 것이다. 따라서 이 장치는 종래의 스캐닝 스펙트럼 분석기에서와 같은 주파수 범위를 통해 스캐닝되지 않는다.
도 2의 광 변조기(36) 없이, 이 장치는 필연적으로 전기적으로 조정 가능한 광 분광계로서 작동한다. 종래의 광 회절 분광계를 사용하여 달성할 수 있는 것보다 더 양호한 임의의 큰 광 해상도를 전달할 수 있고, 그의 분해력은 격자 폭 및 피치에 의해 제한된다. 그 성능 역시 스캐닝 페이브리-페롯 에탈론 간섭계 분광계의 그것과 정합되지만, 임의의 수의 출력 채널들에 따라 광 스펙트럼을 분석할 수 있는 장점을 갖고, 그들 각각은 시작되어 스펙트럼을 측정하기 위해 스캐닝을 필요로 하지 않는다.
이 장치의 다른 용도는 전기적으로 조절 가능한 파장 분할 멀티플렉서/디멀티플렉서로서 이다. 이는 특히 광섬유 통신 분야에서 사용된다. 파장 분할 멀티플렉싱/디멀티플렉싱은 광섬유 상의 많은 치밀하게 위치하는 파장 레이저 빔을 조합하고, 이들을 다른 단부에서 분리하기 위해 사용된다. 종래의 파장 분할 멀티플렉서/디멀티플렉서에서, 이는 수동으로 달성되고 장치가 요구되는 주파수로 설정되도록 큰 정확도로 구축되어야 하는 것을 의미한다[Y. Inoue, Integrated Photonic Research 1996, Conference Proceedings, 1996년 4월, 미합중국, 보스턴시, 논문 IMC1 제32-35페이지, C. van Dam 등, Integrated Photonics Research 1996, Conference Proceedings, 1996년 4월, 미합중국, 보스턴시, 논문 IMC6 제52-55페이지 참조].
본 발명의 장치는 파장 분할 멀티플렉서/디멀티플렉서일 수 있고, 전기-광 도파관 상의 전극들에 인가된 전압들을 미세 조정함으로써 능동적인 정렬이 가능한 점에서 알려진 멀티플렉서들에 비해 장점을 제공한다. 중심 파장의 능동적 제어 및 개개의 도파관 위상 시프트의 미세 제어는 다중 분할 멀티플렉싱에서 중요하고, 실제로는 수동적 장치를 충분한 정확도로 제조하기가 어렵다.
실제로, 파장 분할 멀티플렉싱/디멀티플렉싱에서, 주파수 분리는 스펙트럼 분리기에서 요구되는 약 1GHz의 전형적인 값과 반대로 전형적으로 약 50-100GHz로 너무 클 필요가 없다. 이는 광 지연 길이가 스펙트럼 분석기 용도에서와 같이 길 필요가 없음을 의미한다. 100GHz 해상도를 위해, 예를 들면, 최대 지연 길이와 최소 지연 길이 간의 차이는 800㎛일 수 있다.
이 장치는 온-칩 레이저의 파장을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 수동 도파관 지연의 어레이를 사용하는 그러한 장치의 버전은 문헌[M. Zirngibl 등, Integrated Photonic Research 1996, Conference Proceedings, 1996년 4월, 미합중국, 보스턴시, 논문 IMC6 제52-55페이지 및 L.H. Spiekman 등, Integrated Photonic Research 1996, Conference Proceedings, 1996년 4월, 미합중국, 보스턴시, 논문 IMC3 제136-139페이지]에 개시되어 있다. 그러나 이들 장치들은 임의의 요구되는 값으로 파장을 설정하기에 충분히 정확하게 설계 및 구축하기가 어렵다.
그러한 경우에, 어레이는 파장 필터로서 작용하도록 레이저 공동의 일부로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 3을 참조하면, 이득 영역은 n-방식 스플리터(40) 전에 위치해 있는 입력 도파관(60) 내에 놓일 수 있고, 반사기(도시되지 않음)는 전파 영역 내에 놓일 수 있다. 반사기는 유일하게 하나의 특정 주파수의 광을 지연 라인들(43)의 어레이로 반사하도록 배열됨으로써, 공동 이득은 선택된 주파수에 대한 최대값이고, 따라서 이 장치는 충분히 큰 공동 이득을 제공하는 반사된 광 주파수에 대응하는 파장에서 레이저를 발한다. 본 발명의 전기적으로 조정 가능한 장치의 어레이를 사용함으로써, 레이저 주파수는 어레이의 해상도 한도 내의 정확도까지 임의의 요구되는 값으로 정확하게 설정될 수 있다. 전형적으로, 이는 <100MHz일 수 있다. 레이저 파장은 전기-광 도파관 상의 전극에 인가된 전압들을 조정함으로써 일정하게 유지되거나 또는 전기적으로 조정됨으로써, 하나의 파장에서 유일하게 레이저 공동으로 피드백을 제공한다. 이러한 장치는 특히 두 개의 입력 레이저 주파수의 미세한 동조를 요하는 마이크로파 주파수의 발생을 위해 사용될 수 있다.
도 3에 나타낸 본 발명의 실시예는 단일 칩 GaAs 장치에 대해 기재된다. 실제로, 단일 칩 상에 장치를 제조하는 것이 보다 편리할 수 있지만, 대안으로, 지연 라인 어레이는 전기적으로 바이어스 가능한 도파관 어레이로부터 별개의 칩 상에 배열될 수 있다. 기타 III-V 반도체 도파관 기술, 예를 들면 InP/InGaAsP 역시 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 이 장치는 전기-광 도파관이 섬유 기재 성분들과 조합되어 사용되는 경우의 섬유 기재 장치일 수 있다. 예를 들면, 도 2를 참조하면, 광 지연 라인(32)은 상이한 길이의 광섬유일 수 있다. 마찬가지로, n-방식 스플리터(31)는 섬유 성분이거나 또는 유리 블록일 수 있다. 광섬유가 사용되는 경우, GaAs 칩보다는 오히려 니오브산 리튬 칩 상에 형성된 전기-광 도파관을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
도 2를 참조하면, 이 장치는 분할된 입력 빔들이 지연 라인(33)을 통해 통과하기 전에 전기적으로 바이어스 가능한 도파관을 통해 통과하도록 배열된다. 그러나 이 장치는 위상 제어 및 지연 기능이 구현되는 시퀀스가 반전됨으로써 지연 기능이 위상 제어 전에 도입되도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 섬유 기재 장치에서, 이는 n-방식 스플리터(31)와 전기적으로 바이어스 가능한 도파관(32) 사이에 위치하는 광섬유 지연 라인(33)을 가짐으로써 달성될 수 있다. 마찬가지로, 도 3을 참조하면, 단일 칩 장치를 위해, 가변 지연 길이(43)는 위상 제어를 구현하기 위해 전극들(42) 전에 놓일 수 있다.
입력 빔이 발생되는 입력 레이저, 전기-광 변조기 및 n-방식 스플리터 및 위상 시프트 어레이가 모두 단일 칩 상에 사용될 수 있다. 이는 요구되는 채널들의 수에 단지 난외로 의존하는 치수에 따라 작고 가볍고 튼튼한 장치가 구성되게 한다.
이 장치는 광범위한 스펙트럼 범위에 걸쳐 용이하게 작동될 수 있고, 전기-광 물질 및 임의의 외부 지연 라인 매체의 투명성에 의해 제한된다. 현행 GaAlAs 기술은 0.7㎛ 내지 10㎛ 범위의 파장의 유효 범위를 가능하게 한다. 이 장치는 입력단에서 광 변조기 장치와 함께 사용될 때 RF 스펙트럼 분석을 수행하는 능력을 갖기도 한다.
이 장치가 입력단으로서 조정 가능한 CW 레이저 빔에 의해 사용될 때, 이 장치는 전기적으로 스캐닝될 뿐만 아니라, 이 장치에 사용된 위상 시프터의 임의의 조절 없이 파장의 작은 변화를 스캐닝할 것이다. 선형 어레이가 출력 섬유에 접속되고 이들 섬유가 2차원 어레이를 유발하는 경우, x-y 스캐닝 능력은 각각의 선형 어레이 입력 간에 짧은 지연을 배열함으로써 달성될 수 있다. 선형 어레이는 (긴 지연을 사용하여) 매우 큰 파장 감도를 가질 필요가 있으므로, 자유로운 스펙트럼 범위(또는 계획된 스캐닝 각도)가 초과되고, 다음 스캐닝은 제1 스캐닝 축에 대해 통상적인 적은 양으로 치환된다.
본 발명에 의하면, RF 변조 수단을 사용함으로써 광 주파수 및 마이크로파 주파수 모두를 스캐닝하기 위해 사용될 수 있고, 하나 이상의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들에 걸쳐 인가된 전계들을 변화시킴으로써 사용 중에 능동적으로 제어될 수 있으며, 도파관들 각각을 통해 전송된 방사선의 위상은 변화될 수 있기 때문에, 인가된 전계들을 변화시킴으로써 임의의 설계 부정확성들이 사용 중에 정정될 수 있는, 분리 장치를 제공할 수 있다.

Claims (23)

1차 방사빔(35)을 수신하여 상기 1차 방사빔(35)의 주파수 성분들을 공간적으로 분리하는 장치로서,
상기 1차 방사빔을 복수의 2차 방사빔들로 분리하는 수단(31; 40)으로서, 상기 복수의 2차 방사빔들 각각은 각각의 위상 θi를 갖는, 상기 분리 수단(31; 40)과;
도파관 어레이를 형성하는 복수의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들(32; 41)로서, 상기 도파관들 각각은 2차 방사빔을 출력단에 전송하고, 각각의 도파관(32; 41)은 대응하는 광 지연 시간을 갖는 연관된 광 지연 라인(33; 43)을 갖고, 상기 광 지연 시간들 각각은 상이한, 상기 도파관들(32; 41)과;
상기 각각의 도파관(32; 41)을 통해 전송된 상기 2차 방사빔들 각각의 위상 θi 이 전계를 변화시킴으로써 변화될 수 있도록 상기 도파관들(32; 41) 각각에 걸쳐 가변 전계를 인가하는 수단(42)으로서, 상기 도파관들(32; 41)은, 전파 영역에서 간섭 패턴을 형성하기 위해 상기 도파관들(32; 41) 각각으로부터 출력된 상기 2차 방사빔들이 적어도 하나의 다른 도파관들로부터 출력된 2차 방사빔과 간섭하고 또한 상기 장치가 적어도 두 개의 출력들을 제공하도록 배열되고, 상기 간섭 패턴은 상기 전파 영역 내의 여러 위치들에서 하나 이상의 최대값을 포함하는, 상기 가변 전계 인가 수단(42)을 포함하는, 상기 분리 장치에 있어서:
상기 1차 방사빔(35)에 RF 변조를 적용하는 수단(36,50)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
1차 마이크로파 방사빔을 분석하기 위한 스테어링 스펙트럼 분석기(staring spectrum analyser)를 형성하는, 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
도파관 출력단들의 각각의 인접 쌍은 도파관들의 대응하는 인접 쌍간의 광 시간 지연차에 비례하는 양만큼 떨어져 이격되는, 분리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 도파관들(32; 41)은 상기 도파관 어레이에 걸친 광 시간 지연에서 실질적으로 선형인 변동을 갖는, 분리 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 도파관 어레이에 걸친 광 시간 지연차는 적어도 100 피코초인, 분리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 도파관 어레이에 걸친 광 시간 지연차는 적어도 10 나노초인, 분리 장치.
청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 1 항에 있어서,
상기 전파 영역은 자유 공간의 영역인, 분리 장치.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 1 항에 있어서,
상기 전파 영역은 슬랩(slab) 도파관인, 분리 장치.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 1 항에 있어서,
상기 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들(32; 41)은 III-V족 반도체 도파관들인, 분리 장치.
청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 9 항에 있어서,
상기 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들은 GaAs 도파관들인, 분리 장치.
청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 9 항에 있어서,
상기 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들은 InP/InGaAsP 도파관들인, 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들(32; 41) 및 상기 연관된 광 지연 라인들은 하나로 형성되는, 분리 장치.
청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제 1 항에 있어서,
단일 칩 상에 형성되는, 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 도파관 어레이는 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들(32; 41)의 어레이를 포함하고, 상기 도파관들 각각은 연관된 광섬유 지연 라인(33; 43)을 갖는, 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 방사빔을 복수의 2차 방사빔들로 분할하는 상기 수단은 다중 모드 간섭 스플리터(40)인, 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들(32; 41) 각각은 상기 각각의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들(32; 41)에 걸쳐 전계를 변화시키는 독자적인 수단(42)을 갖는, 분리 장치.
제 16 항에 있어서,
각각의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관(32; 41)은 독자적인 가변 전압 공급원을 갖는, 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전파 영역 내에 위치된 하나 이상의 출력 도파관(44)을 더 구비하여, 각각의 출력 도파관은 선택된 주파수 출력의 2차 방사빔을 각각의 도파관(32; 41)으로부터 각각 수신할 수 있는, 분리 장치.
1차 방사빔(35)의 주파수 성분들을 공간적으로 분리하는 방법에 있어서:
(i) 상기 1차 방사빔(35)에 RF 변조를 적용하는 단계;
(ii) 상기 1차 방사빔(35)을 복수의 2차 방사빔들로 분리하는 단계로서, 상기 복수의 2차 방사빔들 각각은 각각의 위상 θi를 갖는, 상기 분리 단계;
(iii) 도파관 어레이를 형성하는 복수의 전기적으로 바이어스 가능한 도파관들(32; 41) 중 하나를 통해 상기 2차 방사빔들 각각을 전송하는 단계로서, 각각의 도파관은 대응하는 광 지연 시간을 갖는 연관된 광 지연 라인(33; 43)을 갖고, 상기 광 지연 시간들 각각은 상이한, 상기 전송 단계;
(iv) 상기 도파관들(32; 41) 각각에 걸쳐 가변 전계를 인가하는 단계;
(v) 상기 도파관들(32; 41) 각각을 통해 전송된 상기 2차 방사빔들의 각각의 위상 θi 이 변화될 수 있도록, 상기 도파관들(32; 41) 각각에 걸쳐 전계를 변화시키는 단계; 및
(vi) 여러 위치들에서 하나 이상의 최대값을 포함하는 전파 영역에서 간섭 패턴을 형성하기 위해 상기 2차 방사빔들이 하나 이상의 다른 2차 방사빔들과 간섭하도록 상기 2차 방사빔들을 상기 전파 영역으로 출력하는 단계를 포함하는, 분리 방법.
제 19 항에 있어서,
(vii) 상기 전파 영역에서의 상기 최대값 또는 각각의 최대값의 위치들로부터 상기 1차 방사빔의 주파수 성분들을 유도하는 단계를 더 구비하는, 분리 방법.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6804008B1 (en) 2001-11-14 2004-10-12 Fiber Optic Systems Technology, Inc. Fiber optic sensing instrument and system with fiber of adjustable optical path length and method of using it
US6870975B1 (en) 2001-11-14 2005-03-22 Fiber Optic Systems Technology, Inc. Fiber optic sensor usable over wide range of gage lengths
US7035508B2 (en) 2003-04-18 2006-04-25 Metrophotonics Inc. Waveguide structure having improved reflective mirror features
US7212695B2 (en) * 2003-08-05 2007-05-01 Lucent Technologies Inc. Variable optical delay line with a large continuous tuning range
EP1624334A1 (en) * 2004-08-05 2006-02-08 STMicroelectronics S.r.l. Integrated optical network with controlled optical beam deflection and optical transmitter
CN100399082C (zh) * 2005-01-25 2008-07-02 电子科技大学 一种高精细度电调谐集成光滤波器
WO2007023324A2 (en) * 2005-08-08 2007-03-01 Lako Sandor High capacity and high speed data storage system
WO2010021193A1 (ja) * 2008-08-22 2010-02-25 日本碍子株式会社 光変調器
CN103576345A (zh) * 2013-10-28 2014-02-12 华中科技大学 一种基于集成硅波导的可编程光学滤波器
EP3029783B1 (en) * 2014-12-01 2020-03-04 Huawei Technologies Co., Ltd. Multi-channel tunable laser
US10101630B2 (en) 2016-04-28 2018-10-16 Analog Photonic Llc Optical waveguide device
CN112204458B (zh) * 2018-05-14 2024-01-19 株式会社大成科技 光集成电路及使用该光集成电路的光学相控阵和LiDAR传感器
CN112567893A (zh) * 2018-05-25 2021-03-26 微-X有限公司 一种将波束成形信号处理应用于rf调制x射线的装置
CN109491010B (zh) * 2018-12-14 2020-06-09 上海交通大学 基于光相控阵的硅基集成光学可调延时线
EP3809175B1 (en) * 2019-10-18 2022-03-02 Centre National De La Recherche Scientifique -Cnrs- Process for delaying an optical signal
CN114019610B (zh) * 2022-01-05 2022-03-29 成都明夷电子科技有限公司 一种用于射频信号调制强化的调制器及其调制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5239598A (en) * 1987-11-20 1993-08-24 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Electro-optic waveguide device
JP2733116B2 (ja) * 1989-11-30 1998-03-30 沖電気工業株式会社 光合分波器
US5002350A (en) * 1990-02-26 1991-03-26 At&T Bell Laboratories Optical multiplexer/demultiplexer
GB9027657D0 (en) * 1990-12-20 1991-02-13 Secr Defence Optical device
EP0662621B1 (de) 1994-01-11 1998-05-06 Siemens Aktiengesellschaft Optische Anordnung aus streifenförmigen optischen Wellenleitern

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