KR100865390B1

KR100865390B1 - 전광 신호 처리 방법 및 디바이스

Info

Publication number: KR100865390B1
Application number: KR1020067008789A
Authority: KR
Inventors: 레르베르 튜모 본
Original assignee: 룩스다인 오이
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2008-10-24
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: KR20060095773A

Abstract

본 발명은 전광 신호 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 광 복소 단극 공진기의 가능한 대역통과 필터링 성능들의 사용을 고려하는 신규한 방법을 제공하는데, 상기 방법은 광 공진 장치를 적어도 일부의 입력 신호로 여기하는 단계와, 여기서 광 공진 장치는, 상기 공진기들 중 제 1 공진기가 정합되며, 제 2 공진기가 입력 신호와 정합되지않는 방식으로 구성된 2개의 실질적으로 병렬의, 별개의 복소 단극 공진기들을 포함하며; 그리고 상기 광 공진기 출력으로부터 또한 적어도 하나의 광 출력 신호를 분리시키는 편광에 기초하여, 상기 정합 및 비-정합 공진기들 모두가 상기 출력 신호의 형성에 기여하게 함으로써 수행된다. 본 발명은 예를 들어, 광신호 분석, 광 클록 회복을 위해, 또는 예를 들어, 광 극초단파 생성과 같은 저주파 입력 신호들로부터 고주파 출력들을 생성하기 위해 이용될 수 있다.

광 공진 장치, 편광 빔 분할기, 복굴절

Description

전광 신호 처리 방법 및 디바이스{ALL-OPTICAL SIGNAL PROCESSING METHOD AND DEVICE}

본 발명은 광신호 처리 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 광 디바이스에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 광 공진 장치 기반의 전광 필터(all-optical filter : 이하에서는 '전광 필터' 라 함)들에 관한 것인데, 여기서 광 공진 장치는 입사 광의 전자기 에너지를 일시적으로 저장하는 성능을 가지고, 따라서 그 과거(past)에 관한 일부 메모리를 가지며, 이에 따라 광 입력 신호상에서의 고속 교란(fast perturbation)들에도 불구하고, 상기 필터는 일정 시간 동안 바람직한 상태에서 머무를 수 있다. 이러한 필터는 "슬로우(slow)" 전광 필터로 지칭된다. 본 발명은 예를 들어, 광신호 분석 및 광 클록 회복(recovery)을 위해 이용될 수 있으며, 또는 예를 들어, 광 극초단파(microwave) 생성과 같이, 저주파 입력 신호들로부터 고주파 출력들을 생성하기 위해 이용될 수 있다.
정의들(DEFINITIONS)
빛(light)의 주파수는 전형적으로 전자기장 파장의 역수(즉, υ=ｃ/(ｎλ))로서 이해되는데, 여기서 υ는 주파수이며, ｃ는 진공에서 빛의 속도이며, ｎ은 매체의 굴절률이며, λ는 파장이다. 이러한 응용 환경에서, 주파수라는 용어는 광속도의 일시적인, 주기적인 세기 변화(예를 들어, 펄스 주파수)를 가리키며, 이에 따라 파장과 관련되지 않는다. 이러한 개념적 차이를 명확하게 하기 위해, 이러한 세기 변화율은 이하에서 단순히 주파수(ｆ)로 불리며, 전자기장의 기본 물리적 특성으로서의 주파수(υ)는 파장(λ)에 대하여 논의된다. 바꾸어 말하면, 주파수(ｆ)는 이하에서 빛의 일시적인 펄스들과 관련되며, 상기 펄스들은 파장(λ), 및 상기 파장에 대응하는 주파수(υ)를 갖는 광으로부터 형성된다.
역사적인 이유들 때문에, 광 공진기(optical resonator)들은 종종 광 캐비티(optical cavity)들로서 불린다. 이들 두 표현들은 본 명세서 전체에서 호환적으로 사용된다.

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전기 신호 처리

대역통과 필터링은 통상적으로 전기적 수단으로 수행되며, 따라서 종래 방법들에 의해 처리된 광신호들은, 필터링이 수행되기 이전에 광학적 신호에서 전기적인 신호로 변환되어야만 한다. 광 수단에 의해 신호가 더 전송되는 경우에는, 필터링된 신호를 다시 광 도메인으로 변환해야 한다. 현재 기술에서, 전기 도메인으로의/전기 도메인으로부터의 변환은 신호 주파수들이 40 ㎓ 이상인 경우에 사소한 문제가 아니다. 또한, 상호간의 변환들은 추가 비용을 발생시키며, 광신호 품질을 저하시킬 수도 있다. 예를 들어, 미국특허 제 4,737,970호는 전기 도메인에서 캐비티 공진기를 이용한 클록 회복 디바이스를 개시한다. 본 발명은 전기 도메인으로의 및 전기 도메인으로부터의 어떤 변환들도 요구하지 않으며, 이에 따라 상기 변환들과 관련된 문제들을 제거하는 전광 변환(all-optical conversion)을 그 목적으로 한다.

전광 신호 처리(All-Optical Signal Processing)

전광 신호 처리는 통상적으로 다른 파장들의 빛을 취급하는데, 예를 들어, WDM(Wavelength Division Multiplexing : 파장분할 다중화) 시스템의 서로 다른 채널들은 서로 다른 파장 대역들을 갖는 광학 필터들을 이용하여 서로 분리된다.

빛의 파장들이 아닌, 일시적인 입력 신호 주파수들에 기반하는 광학 처리는 매우 적게 수행되었지만, 이는 또한 기술분야에서 알려져 있다. 링-공진기들이 전통과 광 필터들(all-pass optical filters)(Azana and Chen, IEEE 광자 기술 문서, 14, 2002)의 구성을 위해 사용되었으며, 이들은 Mach-Zehnder 간섭계(interferometer)와 함께 전광 필터들의 전형적인 기본 빌딩블록들로서 고려된다. 캐스케이드 링-공진기들 및 Mach-Zehnder 간섭계들은 퓨리에-변환 및 다른 광학 기능들을 수행하는데에 사용될 수 있다. 광 공진기들은 전광 신호 처리(Lenz et al, IEEE J. Quantum Electron., 34, Aug. 1998) 및 클록 회복(Jinno and Matsumoto, IEEE J. Quantum Electron., 4, Apr. 1992)을 위해 사용되었다. Jinno에 의한 클록 회복은 단순한 광 공진기에 기초하는데, 여기서 광 공진기의 광학 길이(optical length)는 1) 입력되는 빛의 파장 및 2) 데이터 주파수와 세심하게 정합(matching)된다. 하지만, 상기 디바이스는 한번에 한개 이상의 파장(또는 WDM 채널)을 처리하기에는 그 성능들이 매우 제한되어 있다.

몇몇 다른 전광 필터링 기법들이 다음의 특허 공보들에서 제시된다. 미국특허 제 5,446,573호는 비선형 링 공진기의 사용에 기초한 전광 재생기를 개시한다. 미국특허 제 6,028,687호는 변조 광 입력 신호로부터 클록을 회복하기 위한 2개의 공진기 미러들 사이의 레이저 장치를 개시한다. 여기에서, 양방향 먹스(mux)/디먹스(demux) 구성요소들이 공진기 내에 배치된다. 미국특허 제 6,388,753호는 비선형 간섭계들을 이용한 전광 비트 위상 센서를 개시하는데, 여기서 비선형 물질의 굴절률은 가변된다.

기본적으로, 일반적으로 말하자면, 본 발명은 광 입력 신호의 처리가 적어도: 1)광 공진 장치를 적어도 일부의 입력 신호로 여기(excitation)하는 단계와, 여기서 광 공진 장치는, 공진기들 중 제 1 공진기가 정합되며, 제 2 공진기는 입력 신호와 정합되지 않는 방식으로 구성된 2개의 실질적으로 병렬의, 별개의 복소 단극 공진기들을 포함하며; 그리고 2) 상기 광 공진기 출력으로부터 또한 적어도 하나의 광 출력 신호를 분리시키는 편광에 기초하여, 상기 정합 및 비-정합 공진기들 모두가 상기 선형으로 편광된 출력 신호의 형성에 기여하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

상기 방법은 사실상 예를 들어, 단일의 광 복굴절 공진기를 사용함으로써 수행될 수 있는데, 여기서 그 출력은 또한 적합하게 위치된 편광 선택 디바이스로 지향되며, 상기 편광 선택 디바이스는 상기 복굴절 공진기 출력으로부터 적어도 한 방향의 편광을 선택한다. 이러한 실시예에서, 상기 정합 및 비-정합 공진기들은 복굴절 때문에 2개의 사실상 개별적인 공진기들로서 상기 공진 장치 내부에 형성된다.

이후에서 설명하는 바와같이, 상기 편광(polarization) 분리(또는 선택) 디바이스(또는 수단)와 함께 상기 정합 및 비-정합 공진기들은 여러 방식들로, 다양한 타입들의 광 요소들을 사용하여 구현될 수 있다. 상기 방법을 수행하는 모든 광 디바이스들이 입력되는 광 신호를 서로 다른 타입들로 대역통과 필터링하며, 이에 따라 다양한 전광 신호 처리 응용들을 위한 유용한 툴들을 제공한다.

본 발명의 중요한 이점들은 예를 들어, 본 발명이 다중 파장 채널들을 동시에, 즉 병행으로 처리하는 광 디바이스들을 구현하는데에 사용될 수 있다는 것이다. 본 발명이 공진 장치의 하나의 편광 모드의 광 길이가 입사 광 파장과 정합되기를 요구하지만, 본 발명은 어떤 일시적인 신호 길이 요건들을 갖지 않는바, 즉 입사 광 데이터 속도(rate)에 관한 지속기간(duration)에 대한 요건들을 요구하지는 않는다. 데이터 속도는 예를 들어, 공진기로의 적합한 량의 복굴절을 선택함으로써 정합된다. 따라서, 공진기 길이가 사용된 모든 파장들에 정합되며, 복굴절이 데이터 속도에 적합한 경우에, 본 발명의 방법은 동시에 다중 파장들의 병행 처리를 가능하게 한다.

본 발명의 하나의 가능한 응용은 전광 클록 회복에서 발견될 수 있다. 하지만, 나중에 서로 다른 파장들이 서로 분리될 수 있는 경우에는, 상술된 병행처리는 모든 응용예들에 대해 유효하다.

본 발명의 가장 중요한 이점들은 특정 응용예들에 따라 가변한다. 전광 클록 회복을 위해 사용되는 때에, 상기 방법은 공진기 길이(WDM 채널 분리)와 데이터 속도 사이의 의존성으로부터 자유롭다. 이러한 사실은 사실상 병행처리 시스템들을 구축할 기회를 제공한다. 본 발명을 미국특허 제 5,446,573호, 미국특허 제 6,028,687호, 또는 미국특허 제 6,338,753호와 비교할 때에, 본 발명은 작은 개수의 광 요소들을 요구하며, 이에 따라 구성의 단순함 및 비용 저감을 가져온다. 특히, 본 발명에서는 적절한 신호 레벨들 및 동작을 제공하기 위해 임의의 광학 능동 매체(반도체 광 증폭기 또는 레이저 소스)의 사용을 반드시 요구하지는 않는다. 그 단순한 형태에서, 본 발명은 단지 하나의 편광 선택 요소와 함께 하나의 복굴절 공진 장치의 사용만을 요구한다. 예를 들어, 미국특허 제 5,446,573호는 2개의 레이저 소스들과 4개의 위상 변조기들로 구성되는 비선형 링을 요구한다. 미국특허 제 6,028,687호는 광 공진기 내에 적어도 2개의 반도체 광 증폭기들과 광 먹스/디먹스 요소를 요구한다. 미국특허 제 6,338,753호는 비선형 간섭계를 요구하는데, 비선형 간섭계의 굴절률은 외부 광 펄스들로 가변되는바, 이는 사실상 작업 시스템 내에 충분한 하이(high)-에너지 레이저가 구축되어야 함을 의미한다. 본 발명의 보다 상세사항들은 전술한 상세한 설명 및 본 발명의 선택된 실시예들을 설명하는 첨부 도면들에서 제시된다. 본 발명의 바람직한 실시예들 및 가능한 변형들은 첨부된 청구범위를 통해 기술분야의 당업자에게 더욱 자명하게 될 것이다.

하기에서, 이론적이며 수학적인 설명들의 목적은 단순히 기술분야의 당업자에게 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 도구들로서 작용하기 위한 것이다. 따라서, 이론이 모든 면들에서 완전히 결함이 없는 것은 아니지만은, 하기의 설명은 본 발명의 기초가 되는 현상에 대한 출원인의 최상의 이해를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 광신호 주파수 필터의 기본 셋업이다.

도 2는 공진기 내의 전기장의 페이저도이다.

도 3은 ｒ=0.99이며, 위상이 정합되는 때에(φ=0°), 공진기 내의 전기장의 스텝-펄스 응답을 도시하는데, 여기서 전기장은 어떤 허수부도 갖지 않는다.

도 4는 ｒ=0.99이며, 위상이 정합되지않는 때에(φ=10°), 공진기 내의 전기장의 스텝-펄스 응답을 도시하는데, 위상 정합실패 때문에, 전기장은 복소수이다. 전기장의 실수부 및 허수부는 사인파 형태로 진동하며, 위상-편이(π/2)를 갖는다.

도 5는 ｒ=0.999에서, φ=0.1°, φ=0°에 대한 전달함수들을 도시한다,

도 6은 T=188.5를 갖는 펄스열(Train of pulses)을 도시한다(상부 도면). 신호의 주파수 분석(하부 도면)은 각 주파수 0.1 rad n^-1에서 에너지 피크를 가짐을 보여준다. 점선들은 직사각형 신호의 퓨리에-변환을 나타내며, 원들은 주기의 신호의 크기 및 정확한 에너지 밀도 위치를 나타내며, 피크들은 신호의 계산된 FFT 솔루션을 나타낸다.

도 7은 각 주파수(φ/3)에서 정사각형 펄스 여기에 대한 공진기 응답을 도시한다. 전기장의 실수부 및 허수부들(상부 도면)은 입력 여기의 제 3 고조파 성분에 대한 강한 의존성을 나타낸다. 전기장 세기(하부 도면)는 평평하게 되며(flatten), 공진기의 필터링 특성을 나타내지 않는다. 비교를 위해, 입력 여기의 제 1 주기(점선)가 도시된다.

도 8은 ｘ축과 ｙ축으로 심볼화된 2개의 축의 복굴절을 갖는 공진기를 도시한다. 입사 전기장의 편광은 복굴절 축에 관하여 각(α)을 가지며, 편광 빔 분할기는 각(θ)에 따라 유출 전기장을 나눈다.

도 9는 공진기를 갖는 시스템 응답을 도시하는데, 여기서 x-축은 정합되며(φ=0), y-축은 정합되지 않으며(φ=0.1), 반사율은 ｒ=0.999이며, 입력 편광 각도는 α=45°이며, 편광 빔 분할기(PBS) 각도는 θ=45°이다. 상부 도면에서, 세기 성분들(I_x,I_y 및 I_z)은 단일 주기의 여기(E_in)에 대해 도시된다. 하부 도면에서, 최종 출력 암(arm)들은 진동 신호를 도시하는데, 이는 입력 펄스 주파수의 제 3 고조파가 된다.

도 10은 공진기에 대한 입력으로서 사용되는 주기 T=125.7을 갖는 가우시안 펄스열의 특성들을 도시한다.

도 11은 도 10에서 정의된 펄스들에 대한 시스템 응답을 도시한다.

도 12는 공진기에 대한 입력으로서 사용되는 주기 T=100을 갖는 가우시안 펄스열의 특성들을 도시한다.

도 13은 도 12에서 정의된 펄스들에 대한 시스템 응답을 도시한다.

도 14는 공진기에 대한 입력으로서 사용되는 랜덤 데이터 버스트이다.

도 15는 도 14에서 정의된 펄스들에 대한 시스템 응답이다.

도 16은 공진기 장치(resonator arrangement) 이전 및 이후에서 편광 제어기들을 사용한 본 발명에 따른 디바이스의 실시예를 도시한다.

도 17은 ｒ=0.99, θ=75°의 파라메터 값들을 갖는 시스템으로서, 상기 시스템의 복굴절이 변경되기가 쉽다. 상기 시스템은 스텝-함수로 여기된다. 제 1 암으로부터의 시스템 세기 출력(Bout1)은 3개의 다른 위상-편이 값들(즉, φ₀=0, φ₁=10°, 및 φ₂=20°)에서 도시된다.

도 18은 본 발명에 따른 디바이스의 소형화된(miniaturized) 실시예를 도시한다.

도 19는 2개의 개별 공진기들 셋업 이전에 제 1 편광 빔 분할기를 갖는 본 발명에 따른 디바이스의 실시예를 도시하는데, 여기서 공진기들의 출력은 다른 편광 빔 분할기와 또한 결합된다.

도 20은 미소구 공진기의 사용에 기초한 본 발명에 따른 디바이스의 실시예를 도시한다.

도 21은 광 밴드갭(photonic bandgap) 구조들의 사용에 기초한 본 발명에 따른 디바이스의 실시예를 도시한다.

하기에서, 본 발명은 주로 복굴절 공진기 장치에 관하여 설명되는데, 여기서 정합 및 비-정합 공진기들은 복굴절 때문에 단일의 물리적 캐비티 내에 형성된다. 하지만, 본 발명은 이러한 실시예들에 국한되지 않으며, 또한 본 발명은 개별의 정합 및 비-정합 공진기들을 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 실시예의 일 예는 이후에 도 19에서 제공된다.

도 1, 16, 19 및 20에서, 편광 축들은 실선 및 점선들 모두를 사용하여 "크로스된(crossed)" 부호들로 도시된다.

종래기술에서 공지된 바와같이, 광 공진기는 단극 복소 필터로서 작용한다. 일반적으로 광, 디지털 전자 등의 도메인에서 작동하는, 복소 단극 공진기들은 순수한 실수 입력 신호를 복소 신호로 변환시킬 수 있다. 여기 파장이 공진기와 정합되는 때에만, 공진기는 허수부가 없는 저역통과 필터링 기능을 가지며, 따라서 직접적으로 신호 처리 목적들로 사용될 수 있다. 대안적으로, 파장 및 데이터 속도 모두가 정합되는 경우에, 공진기는 대역통과 필터로서 동작한다. 하지만, 여기 파장이 공진기와 정합되지않는 경우에, 공진기는 항상 복소 대역통과 필터로서 작용한다. 실수부와 허수부 모두가 동일한 이득으로 단지 협대역 신호 스펙트럼을 통과하지만은, 이들은 π/2의 위상차가 발생한다. 광 출력이 항상 진폭(즉, 세기)의 제곱으로서 측정되며, 신호의 실수부와 허수부 사이의 2차 위상-편이(quadratic phase-shift) 때문에, 출력은 평평하게 되며, 공진기는 직접적으로 대역통과 필터로서 사용할 수 없게 된다(이후에 그래프로 도시된다).

만일 실수부와 허수부를 서로로부터 분리하거나 이들 중 하나를 억제할 수 있다면, 공진기 대역통과 특성들은 또한 파장 정합실패의 경우에 이용될 수 있다. 본 발명은 이를 위한 신규의, 발명적인 방식을 제공한다.

본 발명은 광 복소 단극 공진기의 가능한 대역통과 필터링 성능들의 사용을 고려하는 신규한 방법을 제공하는데, 상기 방법은 상기 공진기들 중 제 1 공진기가 정합되며, 제 2 공진기가 입력 신호와 정합되지 않는 방식으로 구성된 2개의 실질적으로 병렬의, 별개의 복소 단극 공진기들을 포함하는 광 공진 장치를 적어도 일부의 입력 신호로 여기하며, 그리고 또한 상기 광 공진기 출력으로부터 적어도 하나의 광 출력 신호를 분리시키는 편광에 기초하여, 상기 정합 및 비-정합 공진기들 모두가 상기 출력 신호 형성에 기여하게 함으로써 수행된다.

이후에서 도시되는 바와같이, 예를 들어 편광 빔 분할기와 결합된 복굴절 공진기를 사용함으로써 구현될 수 있는 이러한 구성은 정합실패된 광 필드의 실수부를 증폭시키며, 허수부를 억제시킬 수 있다. 따라서, 이러한 공진기-편광자 셋업의 출력은 복소 단극 공진기의 필터링 특성들에 크게 의존할 수 있다.

도 1은 복굴절 광 공진기(OR)와 편광 빔 분할기(PBS)를 결합하여 상기 시스템에 입력된 광 빔(Bin)을 2개의 개별 광 암들(Bout1, Bout2)로 나뉘게 하는 본 발명의 일실시예를 개략적으로 도시한다. 이러한 기본 셋업은 이후에서 도시될 바와같이 다양한 다른 방식들로 구현될 수 있다.

하기에서, 광 공진기들의 기본 원리들이 먼저 설명된다. 복소 단극 공진기의 실수부 및 허수부 전달 함수들이 제시된다. 특히, 공진기(OR)의 복굴절 영향 및 공진기 출력에서의 편광 빔 분할기(PBS)의 삽입에 의한 효과가 설명된다. 마지막으로, 본 발명에 따른 시스템들의 선택된 예들 및 다양한 광 여기 형태들을 사용하는 것이 여러 응용들과 함께 제시된다.

광 공진기 및 페이저들

광 공진기 내부의 전기장의 진폭 및 위상이 도 2에 도시된 바와같이 페이저들로 제시될 수 있다. t=0에서, 전기장 E_m(0)이 공진기에 주입된다. 한번의 왕복 이후에, 전기장 진폭은 인자 r∈[0,1]에 의해 감소되며, 위상-편이(φ)를 경험한다(이하에서, 위상-편이(φ)는 2π의 모듈로(modulo)가 된다). 부가적으로, 새로운 필드-성분이 추가되어 전체 전기장을 제공한다 E(1)=re^iΦE_in(0) + E_in(1). n 번의 왕복 이후에, 공진지 내부의 전기장은 하기와 같다.

(1)

여기서, n=t/t_n은 왕복횟수이며, t_n은 단일 왕복의 지속기간이다. 단극 복소 필터와 같은 광 공진기는 위상 정합실패(φ)의 존재하에서 공진기 내부에 복소 전기장을 발생시킬 것이다. 위상 정합실패(φ=0°및 φ=10°)를 갖는 임의의 공진기(r=0.99)에서, 일정한 주입하에서 에너지 구성이 각 도 3 및 4에서 도시된다.

위상이 정합되는 때에(φ=0), 에너지는 공진기 내에 구축되기 시작하며, 순(net) 전기장은 어떤 허수부도 갖지 않는다. 이제, 공진기는 저역통과 필터로서 작용하며, 광 세기에 대한 시상수(τ=ℓ/(-clnr))를 가지며, 여기서 c는 매체 내의 광속도이고, ℓ은 패브리-페롯 공진기(Fably Perot resonator)의 원패스(one-pass) 길이이며, r은 공진기 내의 광 세기의 원패스 손실 인자이다.

위상이 정합되지 않는 경우에, 전기장은 복소수가 되며, 위상은 수렴하는 나선형 루프를 그리게 된다. 도 4에서 볼수 있는 바와같이, 종래기술에서 알려진 바와같이, 인과 신호(causal signal)의 실수부 및 허수부가 힐버트 변환(Hilbert-transformation)을 통해 연결된다.

공진기의 임펄스 응답은 하기와 같다.

(2)

여기서 u(n)은 응답의 인과 특성으로 인한 스텝-함수(헤비사이드 함수)이다. 실수부와 허수부의 임펄스 응답의 퓨리에-변환은 전달함수들을 제공한다.

(3)

(4)

여기서, ω = 2πf = 2π/n은 rad/n 단위로 표현된 각 주파수이다. r = 0.9999에서, φ=0.1 및 φ=0에 대한 전달함수들은 도 5에서 도시된다. 위상 정합실패에서 광 공진기의 대역통과 필터링 특성 및 위상 정합에서 저역통과 특성이 분명하게 된다. 공진기 휘네스(finesse)를 증가시킴으로써(즉, r → 1), 필터는 더욱더 선택성으로 된다.

주기 입력에 대한 공진기의 필터링 특성이 시간 도메인에서 도시된다. 도 6에 도시된 바와같이, 주기(T=188.5)를 갖는 펄스열을 가정한다. 신호의 주파수 분석은 1/30 rad n^-1에서 기본 각 주파수를 가지며, 제 2 고조파는 억제되며, 0.1 rad n^-1에서 제 3 고조파를 가짐을 나타낸다. 이러한 신호가 φ=0.1 및 r=0.999인 위상 정합실패를 갖는 공진기에 공급되는 때에, 신호의 실수부와 허수부는 다른 모든 주파수 성분들이 크게 억제되는 동안에 제 3 고조파 성분을 나타낸다. 이는 도 7의 상부 도면으로부터 분명하게 된다. 진폭들이 거의 동일하며, 위상은 신호의 실수부와 허수부 사이에서 2차 편이되기 때문에, 복소 신호의 모듈러스는 대략적으로 일정하게 유지된다. 페이저도에서, 벡터는 거의 일정한 반경으로 단지 원을 그릴 것이다. 따라서, 세기 출력(I ∝ EE°)이 도 7의 하부에서 도시되는 바와같이 평평하게 된다. 이러한 공진기는 파장 정합실패에서 대역통과 필터로서 거의 사용될 수 없음이 분명하다. 하지만, 신호의 실수부나 허수부가 억제되는 경우에 상황은 변할 것이다.

광 공진기 복굴절 및 편광 빔 분할기

광 공진기(OR)가 복굴절인 때에, 공진기 내부의 경로 길이들은 직교 편광 성분들에 대해 고르지 않게 된다. 이런 타입의 공진기가 편광 빔 분할기(PBS)와 결합되며, 순환 전기장이 위상-정합 및 비-위상정합 성분들을 갖는 때에, 전기장 성분의 허수부가 억제될 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 발명에 따르면, 시스템 출력은 정합되지않은 공진기의 전기장의 실수부에 강하게 의존할 수 있으며, 이러한 시스템은 광신호 대역통과 필터로서 작용한다.

x축을 공진기 위상-정합된 것으로, y축을 위상-정합되지않은 것으로 정의하는데, 여기서 φ에 의해 정합되지않은 량이 심볼화된다. 인트라캐비티(intracavity) 전기장들은 다음과 같다.

(5)

(6)

도 8에 도시된 바와같이, 입사 전기장이 공진기(OR)의 복굴절 축에 대해 각도(α)를 가지며, 편광 빔 분할기(PBS)가 각도(θ)에 따라 유출 전기장을 나눈다고 가정한다. 편광 빔 분할기(PBS) 출력(Bout1 및 Bout2)은 하기의 식들에서 제 1 및 제 2 광 암(arm)들로서 라벨링된다. 이는 특히 편광 빔 분할기에 대해 유효하지만, 본 발명은 편광 빔 분할기의 사용에 국한되지 않으며, 임의의 적합한 편광 분리 또는 선택 수단이 이용될 수 있다. 편광 빔 분할기(PBS)의 출력 세기는 다음과 같다.

(7)

여기서, I_x = E_xE_x ^*, I_y = E_yE_y ^*, 그리고 I_b = E_xE_y ^* + E_x ^*E_y = 2E_xReE_y이다. 제시된 바와같이, 진동, 또는 비트(beat)인 I_b 항은 전기장(E_x)이 공진기와 정합되는 때에 허수 전기장 Im E_y와 무관하다.

이러한 효과를 보여주기 위하여, 이전의 경우와 동일한 펄스 여기가 공진기와 함께 사용되는데, 여기서 x축은 정합되며(φ=0), y축은 위상-정합되지않으며(φ=0.1), 반사율은 r=0.999이며, 입력 편광각도는 α=45°이며, 그리고 편광 빔 분할기(PBS) 각도는 θ=45°이다. 도 9의 상부도면에서, 세기 성분들(I_x, I_y 및 I_b)이 단일 주기 여기(E_m)에 대해 도시된다. 진동 항은 명백하게 허수부가 없음을 나타내며, 전기장의 실수부는 E_x에 의해 증폭된다. 도 9의 하부에서, 최종 출력 암들은 진동 신호를 도시하는데, 이는 입력 펄스 주파수의 제 3 고조파가 된다.

동작은 또한 다른 타입의 신호들에 대해 증명될 수 있다. 도 10에 도시된 바와같이, 주기(T=125.7)를 갖는 가우시안 펄스열이 이전에 사용된 것과 동일한 공진기에 공급된다. 주파수 분석의 제 2 고조파는 정확히 공진기의 공진 주파수에 있으며, 따라서 이 제 2 고조파 성분이 필터에 의해 통과될 것으로 예상할 수 있다. 이는 정확하게 도 11에 도시된 것과 같다. 만일 동일한 펄스 주기열이 약간 변경되고(T=100), 이에 따라 공진 주파수에서 어떤 주파수 성분도 이전에 도입된 공진기 에 공급되지 않는 경우에, 필터 출력은 필수적으로 평평하게 된다. 이러한 효과를 위해, 도 12 및 13을 참조하면, 상기 효과는 기술분야의 당업자에게 자명하게 될 것이다.

응용들, 전광 다중파장 클록 회복

본 발명의 하나의 유익한 응용은 전광 클록 회복에서 발견될 수 있다. 패브리-페롯 공진기를 사용하여 전광 클록을 회복하는 종래기술 솔루션에 비교할 때에, 본 발명의 구성은 그 성능에서 다중 파장들에서 동시에 동작하는 우수성이 있다. 클록 주기(T=62.8)를 갖는 데이터 버스트(랜덤으로 차단된 비트들의 절반임)가 도 14에 도시된 바와같이 공진기(OR)에 공급된다. 공진기(OR)의 출력은 도 15에서 도시된다. 명확성을 위해, 단지 제 1 암(Bout 1)이 도시된다. 이 경우는 발명 시스템의 특성들을 매우 잘 예시한다. 이는 정합되지않은 편광 성분의 공진 주파수와 정합하는 각 주파수를 선택적으로 필터링하며, 이에 더하여, 공진기 휘네스에 의존하여 일정 시간 동안 동작을 유지한다. 광 공진기는 일시적인 에너지 저장소로서 여겨질 수 있다. 이는 일정 시간 동안 픽업(pick up)한 진동을 저장 및 유지한다.

하기에서, 여러 파장들에서 동시에 필터링하는 계산예가 제공된다.

λ=1550 nm 파장 영역에서 동작하는 세트 DWDM 채널들(Δυ=100 ㎓)을 가정한다. 각 채널에서 데이터 속도는 f=40 ㎓이다. 공진기 매체는 굴절률(n=1.5)을 갖는다. 하기에서, 다중 파장들에서 시스템의 동시 동작에 대해 요구되는 패브리-페롯 공진기 길이(ℓ), 복굴절 각도(Δｎ), 및 원패스 세기 손실 인자(r)를 결정할 것이다.

공진기 x모드들은 DWDM 시스템의 채널 분리와 일치하도록 세팅되는데(즉,Δυ=c/2nℓ), 이는 공진기 길이(ℓ=1 mm)를 제공한다. 기술분야의 당업자에게 명확한 바와같이, 길이가 ℓ의 정수배인 때에, DWDM 채널들은 또한 공진기 모드들과 정합될 것이다.

필터링된 주파수는 x모드 및 y모드 굴절률 차에 의존한다.

(8)

이는 λ=1550.00에서 Δｎ=3.1ㆍ10^-4가 되는 요구되는 복굴절 각도를 결정한다.

식 8로부터 알 수 있는 바와같이, 필터링된 주파수는 광 파장에 의존한다. 다른 채널들이 약간 다른 파장을 갖는 동안에, 필터링된 주파수가 또한 변경된다. 필터링된 신호 주파수에서의 차이는 파장 변화 함수로서 표현될 수 있다.

(9)

채널 분리는 파장(dλ= -λ²dυ/c = -0.8 nm) 항들로 표현될 수 있는데, 이는 하기 표 1에 따라 필터링 주파수 편이로 변환된다.

패브리-페롯 통과대역은 다음과 같이 정의된다.

(10)

필터는 이러한 DWDM 채널들에 대해 동작하는데, 여기서 필터링 주파수(f) 편이들이 공진기의 통과대역 내에서 유지된다. 이는 df < 0.5 δυ인 때에 발생한다.

채널 #	dλ (nm)	df (GHz)
0	0	0
1	-0.8	0.02
2	-1.6	0.04
10	-8.0	0.21
20	-16	0.41
50	-40	1.03

통과대역들 및 다양한 손실 인자들(r)에 대해 가능한한 동시에 처리되는 채널들의 개수가 아래의 표 2에서 제시된다.

r	0.5 δυ (GHz)	최대 채널 편이, #	dλ (nm)	df (GHz)
0.9	1.68	81	64.87	1.67
0.99	0.16	7	5.61	0.14
0.998	0.03	1	0.8	0.02

알 수 있는 바와같이, 공진기는 손실 인자가 낮을수록(미러 반사율이 높을수록) 작은 수의 채널들을 처리할 수 있다. 높은 손실 인자(낮은 미러 반사율)는 큰 수의 채널들이 처리되게 하지만, 이는 회복에 대한 낮은 성능(공진기의 에너지 저장소는 손실이 크다)을 갖는다. 처리되는 채널들의 개수와 클록 신호를 회복하는 성능 사이에 타협을 해야 한다.

상황은 복굴절(Δｎ(λ))의 파장 의존성에 대한 적합한 제어에 의해 보상될 수 있다.

도 16에서 개략적으로 도시된 바와같이, 하나의 가능한 셋업은 제 1 편광 제어기(PCI), 광섬유 트위스트 성능을 갖는 패브리-페롯 타입 광섬유 공진기(OR), 제 2 편광 제어기(PC2), 및 편광 빔 분할기(PBS)를 포함한다.

제 1 편광 제어기(PC1)는 입사 광의 편광 상태를 세팅하며, 이에 따라 편광 각(방위각)은 공진기(OR)의 복굴절 각도와 다르게 된다. 만일 각도들이 완전히 일치하는 경우에, 모든 에너지가 정합 또는 비-정합 공진기 모드상으로 지향되는 동안에 출력에서 어떤 진동도 관측되지 않을 수 있다.

본 실시예에서, 광섬유 광 공진기(OR)는 높은 반사율 절연 코팅으로 클리브(cleave) 되거나 연마된 광섬유 단을 코팅함으로써 구성된다. 광섬유 길이는. 자유 스펙트럼 영역(FSR)이 입사 광의 채널 간격과 정합되도록 선택된다. 공진기의 광 길이는 x-모드 광 길이가 입사 광 채널들과 정합을 유지하도록 조절된다. 본 발명의 환경에서, 상술된 정합은 잠금-모드(mode-locking)로서 불리며, 또한 광섬유 공진기 이외에 다른 타입의 공진기들에 적용된다. 그 대신에, 또는 공진기 길이의 조정 이외에, 입사 광의 파장을 동조시킴으로써 잠금-모드가 달성될 수 있다. 바람직하게도, 공진기는 낮은 내부 손실을 가지며, 높은 반사율의 절연 미러들을 갖는다. 복굴절 각도, 및 이에 따른 정합실패의 각 주파수는 공진기를 구성하는 광섬유를 트위스트(twist) 함으로써 조정된다. 각 주파수 정합실패 량은 인입 데이터의 각 주파수와 일치되어야 한다.

제 2 편광 제어기(PC2)는 공진기(OR) 출력의 편광 상태를 세팅하며, 이에 따라 편광 빔 분할기(PBS)는 신호를 두 출력 암들(Bout1, Bout2) 사이에서 적절하게 나눈다.

만일 처리된 신호가 다중 파장들(채널들)을 갖는 경우에, 채널 사이의 정합실패된 각도와 정합되는 데이터 주파수를 가져야 한다.

위상이 다를 수 있다. 이후에, 채널을 서로로부터 분리시키기를 원할 수 있지만, 이러한 추론 및 관련 기법들은 본 발명의 범주를 벗어나는 것이다.

하기에서, 본 발명을 실시하는 셋업의 서로다른 부분들에 대한 여러 변화들 및 대안들이 리스트된다. 이들은 상술된 클록 회복 응용에 적용되며, 또한 필요한 변경을 가하여 다른 응용들 및 본원에서 설명된 광 셋업들에 적용가능하다. 더욱이, 이러한 변화들 및 대안들에 의해 본 발명이 제한되지 않아야 하며, 본 발명은 단지 첨부된 청구범위의 범주에 의해 표시되는 방식으로 제한되어야 한다.

공진기(OR)는 패브리-페롯 타입이 될 필요가 없으며, 또한 예를 들어, (바람직하게는, 약한 입/출력 커플링들을 갖는) 광섬유 루프 공진기가 될 수 있다. 또한, 미소-링, 미소-구, 미소-토로이드, 혹은 광 밴드갭 공진기가 될 수 있다. 이러한 "비(non)-패브리 페롯" 루프 또는 링 타입 공진기들에서, 광 매체는 적어도 부분적으로 폐쇄된 광 서클(optical circle)을 형성하도록 구성되는데, 여기서 광은 다중의 전후방 반사들이 없이 실질적으로 단 한 방향으로 이동한다.

공진기(OR)의 캐비티 매체는 정상 단일 모드 광섬유 또는 편광 유지(polarization maintaining) 광섬유로 구성될 수 있다. 하지만, 셋업은 또한 임의의 광섬유 구성요소들 없이 완전하게 구성될 수 있다. 요구되는 광 기능들은 자유공간 광들 또는 통합 광들로 달성될 수 있다. 따라서, 공진기(OR)는 예를 들어, 코팅된 절연 로드(rod), 자유공간 절연 미러들 쌍 또는 심지어 반도체 디바이스가 될 수 있다. 캐비티 매체는 단순히 공기 또는 다른 투명 기체 또는 액체, 및 대신에 다른 광-투명한, 절연 또는 반도체 물질들이 될 수 있다. 본 발명은 가시 파장들에만 국한되지 않으며, 가시 파장들보다 짧거나 긴 임의의 광 파장들과 함께 광범위하게 사용될 수 있다. 또한, 입력 광의 일정한 코히어런스(coherence)가 요구됨이 기술분야의 당업자에게 자명하다.

공진기(OR)의 "미러들"은 예를 들어, 절연 스택 미러들, 금속 미러들, 광섬유 루프 미러들, 광섬유 커플러들(진정한 미러는 아니지만, 낮은 효율성의 입력 포트를 갖는다) 또는 다른 타입의 도파관 커플러들이 될 수 있다. 더욱이, 상기 미러들은 x방향과 y방향에 대한 다른 반사율을 가질 수 있다. 전형적으로, 높은 반사율 미러들이 바람직하다.

광은 필수적으로 상술된 미러들을 통해 공진기(OR)에 결합될 필요가 없지만, 기술분야에 알려진 소멸파 커플링(evanescent coupling) 또는 임의의 다른 광 커플링이 또한 사용될 수 있다. 입력 커플링은 예를 들어, 플래너 도파관(planar waveguide)들에 배열된 프리즘들로 구현될 수 있다.

공진기(OR)의 복굴절 각도는 트위스트뿐만 아니라 응력, 인장, 구부림, 또는 캐비티 매체의 다른 구조적 변형들로 조정될 수 있다. 또한, 온도 및 전기-광 효과들이 캐비티 매체/물질에 의존하여 공진기의 복굴절에 영향을 주는데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 캐비티 매체가 기체 또는 진공인 경우에, 공진기의 복굴절은 엔드 미러(end mirror)들 또는 대응 캐비티 형성 반사기들의 변형에 의해 변경될 수 있다.

상술한 바와같이, 공진기 장치는 복굴절 캐비티에 기초할 필요가 없으며, 대신에 하나는 입사 광에 정합되며, 다른 하나는 입사 광에 정합되지않은 2개의 물리적으로 분리된 공진기들로부터 형성될 수 있다. 입사 광의 편광 상태는, 이 공진기들 모두가 편광 분리 수단 이후에 이용가능한 최종 출력 신호의 형성에 참여하게끔 요구된다.

도 16에 도시된 바와같이, 만일 입사 광의 편광이 이미 공진기(OR)에 대해 적합하고, 편광 빔 분할기(PBS)의 선택 각도가 정확하거나 조정될 수 있는 경우에, 공진기(OR) 이전 및 이후의 편광 제어기들(PC1, PC2)이 필수적이지 않을 것이다.

편광 분리 수단은 빔 분할기(PBS) 또는 기술분야에 공지된 임의의 광 구성요소 또는 구성요소 세트가 될 수 있는데, 이는 입사 광으로부터 적어도 하나의 편광 요소를 선택하거나 분리한다. 광의 편광 성분들을 서로다른 광 암들로 나눌 필요가 없지만, 이들 성분들 중 하나는 분리 과정 동안에 흡수되거나 버려질 수 있다. 가능한 디바이스들은 하기내용을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 가능한 디바이스는 윌러스턴 프리즘(Wollaston prism), 글랜-포콜트 편광자(Glan-Foucault polarizer), 니콜 프리즘, 로션 프리즘(Rochon prism), 절연 코팅 편광자, 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer), 폴리머 기반 필름 편광자, 단일 편광 모드 전송 광섬유, 광자 결정 편광 분리기를 포함한다. 편광 분리 수단은 개별 광 구성요소에 포함될 필요는 없지만, 이는 예를 들어, 공진기 장치의 출력측에서 직접적으로 통합될 수 있다.

공진기(OR)의 복굴절이 파장 의존성인 경우에, 추출된 주파수는 입력 채널마다 변할 수 있는데, 즉 데이터 속도는 제 1 입력 채널에 대해 xx GHz이며, 제 2 채널에 대해 yy GHz 등이다.

잠금-모드는 활성 또는 비활성일 수 있다. 예를 들어, 광원이 공진기(OR) 근처에 있는 경우에, 공진기로부터의 누설 광은 일부 광을 코히어런트 광원(전형적으로, 레이저)으로 다시 공급하는데에 사용될 수 있다. 하지만, 정확한 셋업 동작을 위해, 공진기(OR)는 전형적으로 입사 광/광원과 실질적으로 잠금-모드가 되도록 요구된다.

본 발명에 따른 시스템의 여기는 입사광 세기의 변경, 그 편광의 변경, 공진기 길이 변경(이에 따라, x축이 또한 위상-정합되지 않는다), 또는 공진기 매체 굴절률 변경으로 인한 것이다. 여기는 광원, (광 세기 또는 편광을 변조하는) 외부 변조기, 또는 공진기 입력 포트의 커플링 강도에 의해 생성될 수 있다. 또한, 입력 포트 커플링 강도가 변조될 수 있다. 여기 형태들은: 정사각형 펄스열, 가우시안 펄스열, 고립파(sech)열의 주기파 이거나 데이터 스트림의 비주기파가 될 수 있다. 또한, 다른 타입의 입력 신호들이 사용될 수 있다. 따라서, 여기는 입사광 자체의 특성 때문이거나, 여기는 또한 공진기 장치의 특성을 변경함으로써 수행될 수 있다.

응용들, 신호 주파수 성분 분석

도 16에서 개략적으로 설명된 셋업은 적어도 하나의 광 센서(포토다이오드)와 센서 출력을 판독하는 수단이 구비되는 때에 입력신호 RF-성분 분석을 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 포토다이오드 또는 다른 타입의 고속 광 센서들은 적어도 하나의 광신호 출력(Bout1 및 Bout2)을 감지한다. 공진기(OR)의 복굴적 각도는 (예를 들어, 트위스트에 의해) 스위핑(sweeping) 되며, 이에 따라 광 주파수 위상 정합실패는 0 내지 π의 단계적인 진행을 한다. 각 광 주파수 위상 정합실패가 신호의 일정 무선 주파수에 대응하는 동안에, 출력 신호(Bout1, Bout2) 진폭들이 스위핑 중에 판독된다. 따라서, 입사 신호(Bin)의 신호 주파수들에 관한 정보를 획득할 수 있다. 이러한 구성에서, 광신호 품질 검사를 위해 단극 복소 공진기 주파수 선택도를 이용할 수 있다.

응용들, 고차의 고조파 신호 생성

상술된 경우들에서의 셋업(도 16)은 적합한 광의 광원을 더 구비하는 때에 광 극초단파 생성을 위해 사용될 수 있다. 본 출원의 초기에서 설명 및 예시된 바와같이, 만일 입력 신호가 정사각형 펄스열의 일부의 홀수 고조파와 같은 고차의 고조파 성분들을 포함하는 경우에, 예를 들어, 정사각형 펄스열의 고차의 고조파가 추출될 수 있다.

응용들, 복굴절 측정

본 발명에 따른 공진기 시스템의 필터링 특성은 광 공진기(OR)의 복굴절 각도에 의존한다. 이러한 특성은 하기의 방식으로 미세한(minute) 복굴절 측정에 사용될 수 있다.

시스템이 광신호(Bin)(여기서, 상기 광신호는 다중 주파수 범위들, 또는 주파수들의 연속을 포함한다)에 의해 여기되는 때에, 필터링 주파수 변경은 주파수 출력 진동들로부터 결정될 수 있다. 주파수들의 연속을 갖는 신호의 예는 스텝-함수이며, 다중 주파수들을 갖는 신호는 예를 들어, 주기 싱크(sinc) 신호이다.

파라메터 값들(r=0.99 및 θ=75°)을 갖는 시스템은 굴절률이 변경되기 쉽다. 이 시스템은 입력 스텝-함수로 여기된다. 제 1 암으로부터의 시스템 세기 출력(Bout1)이 도 17에서 3개의 다른 위상-편이 값들(즉, φ₀=0, φ₁=10°, 및 φ₂=20°)로 도시된다. 제시된 바와같이, 진동 주파수들은 복굴절 변경들에 의존한다. 여기가 계속 변경되지않는 동안에, 진동은 감쇠될 수 있다.

만일 연구되는 광 시스템의 초기 상태(즉, 복굴절)를 알고 있는 경우에, 진동 주파수 변경은 복굴절 변경 표시이다. 진동이 시간의 진행중에 감쇠하는 동안에, 일정 시간 간격으로 여기가 반복되어야 한다.

복굴절을 측정하는 대안적인 방식은 주기 신호로 시스템을 여기하는 것인데, 여기서 주기 신호의 기본 주파수 또는 일부 고조파들은 공진기 시스템의 필터링 특성과 일치한다. 여기 주파수는 예를 들어, 전압 제어 오실레이터를 사용함으로써 필터 전송 매체를 활성적으로 추적한다. 만일 필터 출력 진폭이 감소하는 경우에, 출력 진폭이 다시 그 최대점에 도달하도록 여기 주파수가 조정된다. 따라서, 여기 주파수는 광 시스템의 복굴절 표시가 된다.

응용들, 소형화된 실시예

본 발명은 또한 도 18에서 설명된 소형화된 광 장치로서 실시될 수 있다. 광 공진기(OR)는 소형화된(단지 수 밀리미터의 치수들) 패브리-페롯 에탈론(etalon)으로서 실시될 수 있는데, 여기서 상기 에탈론의 양쪽 광 단부들은 절연 반사 코팅들로 코팅되어 있다. 편광 선택 요소(PBS)는 소형 크기의 편광 빔 분할기이거나 폴리머 필름 편광자이다. 일 실시예에 따르면, PBS는 광 공진기(OR) 바로 직후에 접합(cement) 되거나 통합될 수 있다. 도 18에서, PBS의 단지 하나의 광 암이 이용되며, 유용한 광은 반도체 광 증폭기(SOA)로 증폭된 이후에, 출력으로 지향된다. 당연하게도, 입력 및 출력은 포커싱을 위한 렌즈들 또는 광 전송을 위한 도파관들과 같은 추가 광 요소들을 포함할 수 있다. 광 공진기(OR) 온도는 광 공진기(OR) 온도를 바람직한 값으로 안정화하는 하나 이상의 열전기 냉갹기들(TEC1)로 조절된다. 공진기 전송을 안정화하며, 광 공진기(OR)가 입사광 파장들에 잠금-모드가 되게 할 필요가 있다. 디바이스 패키지(P)는 또한 추가의 열전기 냉각기들 또는 온도 조절기들을 포함할 수 있는데, 이들은 도 18에서 도시되지 않았다. 광 공진기(OR)의 복굴절은 사실상 예를 들어, 두개 이상의 열전기 냉각기들로 제어될 수 있다. 둘 이상의 온도 조절기들은 광 공진기(OR)에 연결되는 때에 온도 경사를 생성하는데에 사용될 수 있는데, 여기서 온도 경사는 광 공진기(OR) 상에 복굴절을 유도한다. 온도차 및 평균 온도를 제어함으로써, 광 공진기(OR) 복굴절 및 잠금-모드 특성을 동시에 조정할 수 있다. 대안적으로, 또한, 전기장이 복굴절 량을 유도 및 제어하는 한 쌍의 전극들이 복굴절을 제어하는데에 사용될 수 있다.

다른 응용들 및 추가의 변화들

본 발명은 전광 필터링과 관련된 매우 다양한 응용들에 대해 사용될 수 있다. 자동-후퇴(auto-regression) 특성, 즉 필터의 "메모리" 때문에, 필터링은 매우 고속인 변경들에 적용되지 않는다. 여러 응용들에 대해, 이는 제한이라기보다는 바람직한 특성이 될 수 있다.

또한, 본 발명이 몇개의 선택된 실시예들에 관하여 도시되고 설명되었지만은, 이 실시예들은 단지 예들에 불과하며, 기술분야의 당업자가 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 본원에서 특정적으로 개시된 것 이외의 기술적 상세사항들을 이용하여 다른 실시예들을 구성할 수 있다. 따라서, 공진 장치, 편광 선택 요소 및 관련 광 구성요소들(이는 구성요소들로의 및 구성요소들로부터의 광을 결합한다)의 광 설계에서뿐만 아니라 상기 사항들의 공조 및 동작에서의 다양한 생략들 및 대체들 및 변경들은 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 기술분야의 당업자에 의해 가해질 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따르면, 셋업 초기에 제 1 편광 빔 분할기(PBS1)를, 이후에 2개의 공진기들(OR1 및 OR2)(하나는 정합되며, 다른 하나는 정합되지 않는다)을 배열하는 것이 또한 가능한데, 여기서 공진기 출력들은 또한 다른 편광 빔 분할기(PBS2)에 결합된다. 본 실시예는 도 19에서 개략적으로 도시된다. 빔 분할기들(PBS1 및 PBS2)의 편광 축들은 실선으로 도시된다. 전체 시스템의 기본 편광 축을 결정하는 PBS1의 편광 축들은 시스템의 다른 부분들에서 점선으로 도시된다. 구성요소들 (M1 내지 M3)은 미러들이다. 여기서, 단일 복굴절 공진 장치 대신에, 공진 장치는 2개의 물리적으로 분리된 개별의 공진기들(OR1 및 OR2)을 포함한다.

본 발명에 따른 셋업은 전송중에 동작하도록 상기 예들에서 도시되었다. 하지만, 또한 반사 중에서 동작하는 실시예들이 가능함이 기술분야의 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 공진기 장치(OR)는 포트(전형적으로, 미러)를 통해 공진기에 입사된 광이 동일 포트로부터 출력하는 방식으로 구현될 수 있다. 상기 제공된 예들에서, 공진기는 입력 및 출력에 대한 개별 포트들로 배열되어 있다.

본 발명에 따른 광 셋업 성능을 최적화하는 일반적인 방식으로서, 입사광의 선형 편광 각도는 공진기 장치의 편광 축들에 대하여 조정되며, 이에 따라 출력에서의 진동들이 최소화될 수 있다. 유사하게는, 공진기 장치 이후의 편광 분리 요소의 각도는 동일한 목적을 위해 조정될 수 있다.

광증폭 광 요소 또는 광증폭 수단이 공진기 장치 이전에, 이후에, 또는 장치 내에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 요소는 공진기와 편광 분리 수단 사이에 배열된다. 적합한 광증폭 요소들은 예를 들어, 활성 광섬유들 및 다른 활성 도파관들을 포함하는데, 이들은 전형적으로 희소 요소(rare-earth element) 도핑된 물질들의 사용에 기초한다. 다른 가능성은 도 18에 도시된 바와같이 다양한 반도체 광 증폭기(SOA) 디바이스들을 사용하는 것이다. 도 20은 미소구 공진기의 사용에 기초하여 본 발명에 따른 디바이스의 다른 하나의 가능한 실시예를 개략적으로 설명한다. 일 도파관은 입사광(Bin)을 공진기(OR)에 커플링하며, 다른 도파관은 공진기로부터의 광을 편광 빔 분할기(PBS)에 커플링 시킨다.

도 21은 광 밴드갭 구조들을 사용하는, 본 발명에 따른 디바이스가 제조되는 방법을 도시한다. 더욱 일반적으로 표현하면, 이 디바이스는 광 분산 주기적 미세구조들을 사용함으로써 제조될 수 있다. 이러한 디바이스는 최소 수십 마이크로미터의 크기로 구성될 수 있다. (유리, 실리콘, 또는 적합한 폴리머와 같은) 고체-상태 기판 매체는 주기적 미세구조들에 대한 베이스로서 작용할 수 있다. 입사광(Bin)은 미세구조들의 상실된 행(row)을 따라 안내될 수 있다. 광 공진기(OR)는 두개 이상의 미세구조들을 사용하여 형성될 수 있거나, 링 형상으로 형성되며, 커플링된 광은 광자 결정 편광 빔 분할기(PBS)로 안내될 수 있다. 도 21은 순전히 예시적인 것이며, 미세구조 형태, 크기, 피치(pitch), 종횡비 등은 사용 파장 및 광 설계에 의존한다.

Claims

광 입력 신호의 광 신호 처리 방법으로서,

적어도 두 개의 복소 단극 공진기(complex one-pole resonator)들을 포함하는 광 공진기 장치(optical resonator arrangement)를 상기 광 입력 신호의 적어도 일부를 사용하여 여기시키는 단계와, 여기서 상기 복소 단극 공진기들 중 제 1 복소 단극 공진기는 상기 광 입력 신호의 파장과 정합(matching)되도록 정렬되고 상기 복소 단극 공진기들 중 제 2 복소 단극 공진기는 상기 광 입력 신호의 파장과 비정합(non-matching)되도록 정렬되며; 그리고

상기 제 1 복소 단극 공진기의 출력과 상기 제 2 복소 단극 공진기의 출력을 결합하여 적어도 하나의 광 출력 신호를 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 신호 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

비정합되도록 정렬된 상기 제 2 복소 단극 공진기에 대응하는 전기장의 허수부가 억제되는 것을 특징으로 하는 광신호 처리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 광 입력 신호는 실질적으로 코히어런트이며, 상기 광 공진 장치와 잠금-모드(mode-locked)가 되는 것을 특징으로 하는 광신호 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 광 공진기 장치는 실질적으로 단일 공진기 캐비티이며, 여기서 상기 별개의 제 1 복소 단극 공진기 및 제 2 복소 단극 공진기는 상기 단일 공진기 캐비티의 복굴절에 기초하여, 상기 단일 공진기 캐비티 내에서 인트라캐비티(intracavity) 공진기들로서 형성되는 것을 특징으로 하는 광신호 처리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 방법은 저주파 광 입력 신호로부터 고주파 광 출력 신호를 생성하는데에 적용되는 것을 특징으로 하는 광신호 처리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 방법은 전광 클록 회복에 적용되는 것을 특징으로 하는 광신호 처리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 방법은 광입력 신호의 신호 주파수 성분들을 분석하는데에 적용되는 것을 특징으로 하는 광신호 처리 방법.
제 5항에 있어서, 상기 방법은 극초단파 또는 고주파 범위의 출력 신호를 생성하는데에 적용되는 것을 특징으로 하는 광신호 처리 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 방법은 상기 광 공진기 장치의 복굴절 측정에 적용되는 것을 특징으로 하는 광신호 처리 방법.
광 입력 신호의 광 신호 처리를 위한 광 디바이스로서,

적어도 두 개의 복소 단극 공진기(complex one-pole resonator)들을 포함하고, 아울러 상기 광 입력 신호의 적어도 일부를 사용하여 여기되는 광 공진기 장치(optical resonator arrangement)와, 여기서 상기 복소 단극 공진기들 중 제 1 복소 단극 공진기는 상기 광 입력 신호의 파장과 정합(matching)되도록 정렬되고 상기 복소 단극 공진기들 중 제 2 복소 단극 공진기는 상기 광 입력 신호의 파장과 비정합(non-matching)되도록 정렬되며; 그리고

상기 제 1 복소 단극 공진기의 출력과 상기 제 2 복소 단극 공진기의 출력을 결합시켜 상기 광 공진기 장치의 출력을 형성하도록 하는 결합 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10 항에 있어서,

비정합되도록 정렬된 상기 제 2 복소 단극 공진기에 대응하는 전기장의 허수부가 억제되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10항에 있어서, 상기 광 입력 신호는 실질적으로 코히어런트이며, 상기 광 공진 장치와 잠금-모드가 되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10 항에 있어서,

상기 광 공진기 장치는 실질적으로 단일 공진기 캐비티이며, 여기서 상기 별개의 제 1 복소 단극 공진기 및 제 2 복소 단극 공진기는 상기 단일 공진기 캐비티의 복굴절에 기초하여, 상기 단일 공진기 캐비티 내에서 인트라캐비티 공진기들로서 형성되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10 항에 있어서,

상기 광 공진기 장치는 하나 이상의 패브리-페롯(Fabry -Perot) 타입 공진기들을 포함하며, 상기 패브리-페롯 타입 공진기의 광 매체는 캐비티를 형성하는 반사 수단 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10 항에 있어서,

상기 광 공진기 장치는 하나 이상의 단일 루프 또는 링 타입 공진기들을 포함하며, 상기 단일 루프 또는 링 타입 공진기의 광 매체는 적어도 부분적으로 폐쇄된 광 서클(optical circle)을 형성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
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제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 광 공진기 장치는 적어도 하나의 광섬유 또는 도파관 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10항에 있어서,

상기 결합 수단은, 하나 이상의 하기의 광 물품들: 윌러스턴 프리즘(Wollaston prism), 글랜-포콜트 편광자(Glan-Foucault polarizer), 니콜 프리즘, 로션 프리즘(Rochon prism), 절연 코팅 편광자, 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer), 폴리머 기반 필름 편광자, 단일 편광 모드 전송 광섬유, 광자 결정 편광 분리기의 사용에 기초하는 편광 분리 수단인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 19항에 있어서, 상기 편광 분리 수단은 편광 빔 분할기 또는 편광 빔 선택자인 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10 항에 있어서,

상기 결합 수단은 편광 분리 수단이며, 상기 디바이스는 하나 이상의 하기 위치들: 상기 공진기 장치에 들어가기 이전에, 상기 공진기 장치 내에, 상기 공진기 장치 이후이지만 상기 편광 분리 수단 이전에, 상기 편광 분리 수단 내에 또는 상기 편광 분리 수단 이후에서 상기 광의 편광 상태를 바꾸기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10항에 있어서, 상기 디바이스는 활성 광증폭 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 22항에 있어서, 상기 활성 광증폭 수단은 반도체 광증폭기를 포함하는 것 을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 22항에 있어서, 상기 활성 광증폭 수단은 희토류(rare-earth)로 도핑된 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10항에 있어서,

상기 디바이스는, 소형화된 광 공진기(optical resonator), 소형화된 편광 빔 분할기(polarization beam spliter), 소형화된 폴리머 필름 편광자(polymer film polarizer)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 광 구성요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
제 10항에 있어서,

상기 디바이스는, 광 산란 주기적 미세구조들(light-scattering periodic microstructures)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광 디바이스.