KR100939246B1 - 시간 지연 광 라우터/스위치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 비선형 광 매체를 포함하는 지연 광 스위치를 구동하는 방법으로서, 여기서 상기 비선형 광매체는 에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태(ground state)와, 들뜬 상태(excited state)를 포함하고, 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 쌍극자-금지되되, 상기 들뜬 상태를 통한 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 가능하고, a) 상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 1 전이를 가능하게 하는 제 1 주파수를 갖는 제 1 레이저 빔(P)과 그리고 상기 2개의 바닥 상태 중 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 2 전이를 가능하게 하는 제 2 주파수를 갖는 제 2 레이저 빔(C1)을 인가함으로써, 느린 빛(S)을 생성하는 단계와; b) 상기 제 1 주파수를 갖는 상기 제 1 레이저 빔(P), 상기 제 2 주파수를 갖는 상기 제 2 레이저 빔(C1), 그리고 상기 제 2 전이를 가능하게 하는 제 3 주파수를 갖는 제 3 레이저 빔(C2)을 인가함으로써, 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 생성하는 단계와, 여기서, 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)의 생성에 응답하여, 상기 느린 빛(S)은 사라지며; c) 상기 느린 빛(S) 또는 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 자유 공간 또는 광 섬유 등으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법을 제공한다.

Description

시간 지연 광 라우터/스위치 및 그 구동 방법{TIME-DELAYED OPTICAL ROUTER/SWITCH AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 양자 결맞음(quantum coherence)(또는 양자 가간섭성)에 기반한 시간 지연 광 라우터/스위치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 느린 빛 현상(slow light phenomenon) 및 비축퇴 4파장 혼합 프로세서를 이용한 지연 광 라우터/스위치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
광 스위치는 일반적으로 입력되는 광 신호를 드롭(drop)시키거나, 다른 신호를 추가시키거나, 다른 신호와 결합하거나 또는 다른 신호로 변경하는 장치이다. 광 라우터는 입력되는 광 신호를 동일한 주파수 또는 다른 주파수, 또는 다른 진행 방향을 갖는 신호로 스위칭하는 장치로서, 상기 광 라우터는 상기 광 스위치의 한 종류에 속한다. 광 통신에 있어서, 데이터 트래픽이 증가할 수 록, 더 많은 대역폭이 요구된다. 그러나, 광대역(wide-band)을 갖는 능동 광 스위치를 개발하는 것은 광 스위칭 시간을 지연시키는 저속의 전자 소자의 제한으로 인해 용이하지 않다. 따라서, 광통신에 있어서 어떤 데이터 처리를 위해서 데이터 트리픽은 일시적으로 지연되거나, 멈춰질 필요가 있다. 이로 인해, 광 버퍼 메모리의 개념이 대두되었 다. 또한 광 스위칭 영역에서, 여러 스위칭 방법이 소개되기도 하였다. 이러한 요구에 따라 제안된 개념들은 반도체-광-증폭기(SOA: semiconductor-optical-amplifier) 기반 광 스위치, LINbO3 광 스위치, 반도체 서브밴드(intersubband)를 이용한 광 스위치가 있다.
상기 SOA 기반 광 스위치 및 LINbO3 광 스위치는 전기 전류 또는 전압에 의해 유도된 굴절률(refracvie index) 변화를 이용한다. 그러나, 종래의 광 스위칭 기술들에 있어서, 굴절률을 변화시키기 위해 소요되는 시간은 상기 광 스위칭 장비들에 대한 제한 요소로 작용하였다. 따라서, 광 스위칭 장치는 최대 10~100GHz 까지로 제한되어 있었다. 이러한 광 스위칭 기술에 따르면, 더욱더 빠른 스위칭을 가능하게 하기 위해서는 더욱 짧은 펄스 길이를 요구한다. 따라서, 스위칭 시간과 대역폭은 서로 상충관계에 있다고 할 수 있다.
한편, 공진하는 2색 전자기장(two-color electromagnetic fields)은 3개 이상의 에너지 준위를 갖는 비선형 광 매체에서 굴절률을 변화시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태와 들뜬 상태, 또는 에너지적으로 근접한 2개의 들뜬 상태 또는 바닥 상태, 또는 무작위적으로 위치되는 상태들을 포함하는 광 시스템에서, 굴절률의 변화는 중심에서의 흡수 상쇄(absorption cancellation)뿐만 아니라, 에너지적으로 근접한 2개의 준위들 간의 2 광자 결맞음(two-photon coherence)을 유도한다. 이 현상을 광학적으로 밀한 매체(optically dense medium)에서의 검은 공진(dark resonance) 또는 EIT 현 상(electromagnetically induced transparency)이라고 부른다. 상기 EIT는 상기 매체 내에서의 흡수 스펙트럼을 변화시키기 때문에, 상기 매체의 분산은 Kramers Kronig 관계식을 통해 마땅히 변화된다. 따라서, 진행 빛 펄스의 군 속도는 조절되어 느려질 수 있다. 이러한 현상을 느린 빛 현상(slow light phenomenon)이라고 부른다. 최근에 상기 느린 빛 현상은 저온 미립자(또는 원자(atoms)), defected solids, 광 섬유, 및 반도체 내에서 관측되었다: 참조, "Nature" 397권 594-598페이지에 Hau가 기고한 내용; Physical Review Letter" 제88권 236024페이지에 함병승이 기고한 내용; Opt. Lett" 제 29권 2291-2293페이지에 Wang이 기고한 내용.
그러나, 검은 공진(dark resonance) 또는 EIT의 경우, 굴절률을 변화시키기 위해 필요한 시간은 캐리어(carrier)의 수명 또는 밀도전이시간(population relaxation time)에 의해 제한되는 것이 아니라, 위상 감쇄 시간에 의해서 제한된다. 일반적으로 위상 감쇄 시간은 거의 대부분의 원자 기체(atomic gases)나 Pr3+ 도핑된 Y2SiO5와 같은 대부분의 이온-도핑된(ion-doped) 크리스탈, 혹은 반도체에서 캐리어의 밀도전이시간보다 두 배 정도 빠르다. 에너지적으로 거의 근접한 바닥 상태에서의 2 광자 결맞음 (two-photon coherence)은 또한 비축퇴 4파장 혼합 과정을 통해 광학적으로 검출될 수 있다. 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호의 세기는 입력되는 신호의 세기보다 강할 수 있다. EIT에 기반한 상기 비축퇴 4파장 혼합 과정 중의 이러한 신호 증폭은 실험적으로 증명되었다: 참조, Optics Letter"(1995) 제20권 982-984페이지에 Hemmer가 기고한 내용.
광학 소자는 100GHz 스위칭을 달성하기 위해 적절하나, 전기적 성질은 그렇지 않다. 따라서, 광전자(optoelectronics) 장치 내에서의 속도 제한은 전기적 부분에 의존된다. 만약, 스위칭/라우팅 장치의 전체적인 스위칭 대역폭에 영향을 주지 않고, 광 스위칭 속도를 늦출 수 있다면, 비록 저속의 전자 소자도 고속의 광소자에 적합하게 이용될 수 있다.
전술한 내용에 따라, 본 출원은 느린 빛 및 비축퇴 4파장 혼합 신호에 기반한 시간지연 광 스위치/라우터 및 그 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 지연 광 라우터의 주요 특징은 라우팅/스위칭 메커니즘이 양자 결맞음(quantum coherence)(양자 가간섭성)에 기반한다는 것이다. 상기 양자 결맞음(양자 가간섭성)은 입력 광자에 강하게 결속되며, 그것의 군 속도는 느려지며, 상기 느려짐 요소는 다른 광 전자기장(optical field)을 사용함으로써, 조절될 수 있다. 여기서, 지연 광 스위치/라우터 전체적으로 볼 때 데이터 트래픽 전송 속도는 동일하기 때문에 상기 느려짐 요소는 데이터 트래픽 전송 속도를 전혀 낮추지 않는다는 것을 주목할 필요가 있다. 즉, 스위칭/라우팅 대역폭은 상기 느려짐 요소에 의해 변경되지 않는다. 더욱이, 저속의 군 속도는 EIT 또는 결맞음 밀도 진동(coherent population oscillations)으로 인한 매체의 분산 스펙트럼 변경에 의한 직접적인 결과이다. 따라서, 본 출원의 발명자는 일부 광 신호 처리를 위한 목적으로 상기 지연 시간을 이용한다. 상기 느려짐은 광 버퍼 메모리의 주요 기능으로 이용될 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 지연 광 라우터는 스위칭/라우팅 대역폭이 저하되지 않고, 동일한 데이터 트래픽 속도를 유지할 수 있는 광 버퍼 메모리를 포함한다.
또한, 본 발명은 전광(all-optical) 프로세싱 및 전광(all-optical) 지연-시간 제어에 기반한 지연 광 라우터를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
이는 4GHz 보다 낮은 속도를 갖는 저속 전기적 소자에 있어서 전체적인 광데 이터 속도를 낮추지 않고서도 빠른 광 데이터 트래픽(~40Gbps)를 제어할 수 있기 때문에, 지연광 라우터는 광스위칭 성능을 높일 수 있다. 이에 대한 이해를 도모하기 위해서, 공기 또는 광 섬유와 본 발명에서 사용되는 비선형 광 매체 간의 인터페이스를 이해할 필요가 있다. 상기 비선형광매질에 입사되는 광신호의 전단부는 느린 군속도로 인해 진행속도가 느려진다. 구체적으로, 상기 지연 광 라우터에 입력되는 광 펄스의 전단은 상기 펄스의 후단이 상기 매체에 입력될 때까지 시공간으로 압축된다. 그리고, 상기 압축된 광 펄스는 상기 매체를 완전히 다 벗어날 때까지 느린 속도로 상기 매체를 통과한다. 여기서, 상기 비선형 광 매체(지연 광 라우터) 인터페이스 경계면에서 입력되는 연속적인 광 펄스들은 설사 진행 속도가 다를지라도 서로 충돌하지 않는다는 것을 주목할 필요가 있다. 상기 광 펄스의 전단이 상기 매체를 벗어나는 경계면에서, 상기 광 펄스의 전단은 상기 광 펄스의 후단이 상기 매체를 완전히 다 벗어날 때까지 매우 빠르게 진행한다. 따라서, 상기 지연 광 라우터를 전체적으로 보았을 때, 데이터 트래픽 속도는 변하지 않는다. 그러나 군속도는 느리게 되므로, 빠른 광 펄스를 스위칭/라우팅하는 전기적 소자를 위해서 매우 유용한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지연 광 스위치를 제공한다. 상기 지연 광 라우터는 3개의 레이저 빔들과 상호작용하는 비선형 광 매체를 포함한다. 상기 3개의 레이저 빔들은 입력 신호에 해당하는 제 1 레이저 빔(P)과, 커플링 신호에 해당하는 제 2 레이저 빔(C1)과, 제어 신호에 해당하는 제 3 레이저 빔(C2)으로 이루어진다. 상기 3개의 레이저 빔들은 자유 공간 또는 광 섬유를 통하여 상기 비선형 광 매체에 연결된다. 상기 제 2 레이저 빔(C1)과 상기 제 3 레이저 빔(C2)은 연속 파(CW: continuous wave)이거나 펄스 파(Pulsed Wave)이다. 상기 제 2 레이저 빔(C1)과 상기 제 3 레이저 빔(C2)은 상기 제 1 레이저 빔(P)과 동기되도록 변조될 수 있다. 한편, 상기 비선형 매체는 3개의 에너지 준위들로 이루어진다. 그 중 2개의 에너지 준위는 에너지적으로 거의 근접한 바닥상태들이며, 나머지 하나의 에너지 준위는 들뜬 상태이다(또는, 역일 수 있다).
상기 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔은 람다(lambda) 타입 또는 V 타입 구성을 형성하기 위해서, 상기 비선형 매체에 대해 공진한다. 2 개의 레이저 빔들, 즉 제 2 및 제 3 레이저 빔들(C1, C2)은 동일한 주파수(서로 다른 주파수)를 가지면, 시간적으로 일치되지 않아야 한다(일치되어도 무방하다). 상기 제 2 레이저 빔(C1)은 굴절률을 변화시켜, 상기 제 1 레이저 빔(P)이 군속도 저하를 일으키는 매우 강한 분산 스펙트럼을 갖는 흡수 상쇄를 겪도록 하기 위한 결합 광파(coupling field)로서 동작한다. 이러한 군 속도 저하에서는, 입력되는 상기 제 1 레이저 빔은 상기 비선형 광 매체를 매우 느린 속도로 진행하지만, 흡수는 겪지 않는다. 상기 제 2 레이저 빔(C1)에 대해 시간적으로 후속하는 상기 제 3 레이저 빔(C2)은 상기 제 1 레이저 빔(P)과 상기 제 2 레이저 빔(C1) 간의 상호 간섭으로 인해 상기 매우 근접한 에너지 준위들 상에서 일어나는 양자 결맞음(quantum coherence)을 변경시킴으로써 입력 신호에 해당하는 상기 제 1 레이저 빔(P)을 느린 빛(S) 또는 비축퇴 4파장 혼합 출력(D)으로 스위칭하거나, 라우팅한다. 만약, 상기 제 3 레이저 빔(C2)이 인가되지 않는다면, 상기 제 1 레이저 빔(P)은 상기 느린 빛(S)이 된다. 상기 3개의 레이저 빔들의 진행 방향을 조정함으로써, 상기 느린 빛(S) 및 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)의 진행 방향은 서로 공간적으로 분리되도록 조정될 수 있다: 참조, Optics Letter"(1997) 제22권 1132-1134페이지에 함병승이 기고한 내용. 또한, 상기 제 3 레이저 빔(C2)의 주파수를 상기 제 2 레이저 빔(C1)의 주파수와 다르게 함으로써, 상기 지연 광 라우터는 또한 파장 변환기로 작동할 수 도 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 본 출원은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,
비선형 광 매체를 포함하는 지연 광 스위치를 구동하는 방법으로서, 여기서 상기 비선형 광 매체는 에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태(ground state)와, 들뜬 상태(excited state)를 포함하고, 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 쌍극자-금지되되, 상기 들뜬 상태를 통한 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 가능하고,
a) 상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 1 전이를 가능하게 하는 제 1 주파수를 갖는 제 1 레이저 빔(P)을 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 통해 상기 비선형 광 매체에 인가하는 단계와;
b) 상기 2개의 바닥 상태 중 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 2 전이를 가능하게 하는 제 2 주파수를 갖는 제 2 레이저 빔(C1)을 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 통해 상기 비선형 광 매체에 인가하는 단계와;
c) 상기 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 상기 제 2 전이를 가능하게 하는 제 3 주파수를 갖는 제 3 레이저 빔(C2)을 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 통해 상기 비선형 광 매체에 인가하는 단계와;
d) 상기 제 1 레이저 빔(P)으로부터 느려진 빛(S)을 생성하기 위하여, 상기 제 2 레이저 빔(C1)의 세기를 조절하는 단계와; 여기서 상기 느려진 빛(S)의 펄스 지연은 상기 제 2 레이저 빔(C1)의 세기를 통해 조절가능하고,
e) 상기 제 2 레이저 빔(C1), 상기 제 3 레이저 빔(C2), 상기 느려진 빛(P) 간의 위상 일치 조건 하에서 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 생성하기 위하여, 상기 제 3 레이저 빔(C2)의 세기를 조절하는 단계와; 그리고
f) 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D) 또는 상기 느린 빛(S)을 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 연결하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)와 상기 느린 빛(S)은 진행 방향이 물리적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법을 제공한다.
또한, 본 출원은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,
비선형 광 매체를 포함하는 지연 광 스위치를 구동하는 방법으로서, 여기서 상기 비선형 광 매체는 에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태(ground state)와, 들뜬 상태(excited state)를 포함하고, 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 쌍극자-금지되되, 상기 들뜬 상태를 통한 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 가능하고,
a) 상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 1 전 이를 가능하게 하는 제 1 주파수를 갖는 제 1 레이저 빔(P)과, 그리고 상기 2개의 바닥 상태 중 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 2 전이를 가능하게 하는 제 2 주파수를 갖는 제 2 레이저 빔(C1)을 인가함으로써, 느린 빛(S)을 생성하는 단계와;
b) 상기 제 1 주파수를 갖는 상기 제 1 레이저 빔(P), 상기 제 2 주파수를 갖는 상기 제 2 레이저 빔(C1), 그리고 상기 제 2 전이를 가능하게 하는 제 3 주파수를 갖는 제 3 레이저 빔(C2)을 인가함으로써, 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 생성하는 단계와, 여기서, 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)의 생성에 응답하여, 상기 느린 빛(S)은 사라지며;
c) 상기 느린 빛(S) 또는 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 자유 공간 또는 광 섬유로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법을 제공한다.
또한, 본 출원은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,
지연 광 라우터로서,
에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태(ground state)와, 들뜬 상태(excited state)를 포함하는 비선형 광매체와, 여기서 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 쌍극자-금지되되, 상기 들뜬 상태를 통한 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 가능하고;
상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 1 전이를 가능하게 하는 제 1 주파수를 갖는 제 1 레이저 빔(P)을 생성하고, 상기 제 1 레이저 빔(P)을 상기 비선형 광 매체에 인가하는 제 1 레이저 장치와;
상기 2개의 바닥 상태 중 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 2 전이를 가능하게 하는 제 2 주파수를 갖는 제 2 레이저 빔(C1)을 생성하고, 상기 생성된 제 2 레이저 빔(C1)을 상기 비선형 광 매체에 인가하는 제 2 레이저 장치;
상기 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 상기 제 2 전이를 가능하게 하는 제 3 주파수를 갖는 제 3 레이저 빔(C2)을 상기 비선형 광 매체에 인가하는 제 1 수단과;
상기 제 1 레이저 빔(P)을 이용해 느려진 빛(S)을 생성하고, 상기 제 3 레이저 빔(P)을 이용해 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 생성하기 위하여, 상기 제 2 레이저 빔(C1) 및 상기 제 3 레이저 빔(C2)의 세기를 조절하는 제 2 수단과; 그리고
상기 느린 빛(S) 또는 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 상기 비선형 광매체로 연결하는 제 3 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터를 제공한다.
본 발명에 따른 지연 광 스위치/라우터는 전기적 장치와 같이 협대역 프로세싱 유닛을 통해서도 광대역 광 데이터 트래픽을 처리할 수 있도록 하는 장점을 갖는다. 또한, 본 발명은 검은 공진(dark resonance)으로 인한 비축퇴 4파장 혼합 프로세싱으로 인해 신호의 증폭을 할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 이해를 도모하고자, 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한 다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지연 광 스위치/라우터가 나타나 있다.
상기 지연 광 스위치/라우터는 적어도 2개의 레이저 장치들(101a, 101b)과, 비 선형 광 매체(108)를 포함한다. 상기 지연 광 스위치/라우터에는 3개의 레이저 빔들(105, 106, 107)이 입력되며, 2개의 출력(109, 110)이 발생한다. 상기 레이저 입력들(105, 106, 107) 및 상기 출력들(109, 110)은 광 섬유, 광 도파관, 또는 자유 공간을 통해서, 상기 비선형 광 매체(108)에 연결된다.
상기 2개의 레이저 장치들 중 제 1 레이저 장치(101a)는 제 1 레이저 빔(107)(P)을 생성하고, 상기 비선형 광 매체(108)에 인가한다.
제 2 레이저 장치(101b)는 연속 파(continuous wave) 또는 펄스파(Pulsed wave)를 생성한다. 상기 제 2 레이저 장치(101b)에는 빔가르개 (beam splitter or fiber coupler)(102)가 연결된다. 상기 빔가르개(102)는 상기 제 2 레이저 장치(101b)로부터 생성된 신호를 제 2 레이저 빔(C1)(105)과, 제 3 레이저 빔(C2)(106)으로 분광한다. 상기 빔가르개(102)에는 2개의 광 모듈레이터(103, 104)가 연결된다. 제 1 광 모듈레이터(103)는 상기 제 2 레이저 빔(C1)(105)을 펄스 트레인(pulse train)으로 변조시키고, 상기 제 1 레이저 빔(P)(107)과 동기되도록 한다. 제 2 광 모듈레이터(104)는 상기 제 3 레이저 빔(C1)(106)을 펄스 트레인(pulse train)으로 변조시키고, 필요시 상기 느린 빛(S)의 위치와 시간적으로 일치시킨다.
한편, 도 2(a)를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 전술한 비선형 광 매체의 에너지 준위가 나타나 있다.
상기 비선형 광 매체는 3개의 에너지 준위들을 갖는다. 3개의 에너지 준위들은 에너지적으로 근접한 2개의 바닥상태들 |1>, |2>와, 들뜬 상태의 에너지 준위 |3>으로 이루어진다. 상기 들뜬 상태 |3>은 상기 2개의 바닥상태들 보다 에너지 준위가 높다. 그리고, 바닥 상태 |2>의 에너지 준위는 바닥 상태 |1>의 에너지 준위보다 높다. 여기서, 상기 비선형 광 매체는 더 많은 에너지 준위를 가질 수 있지만, 도 2에서는 본 발명에 따른 지연 광 스위치/라우터를 구현할 수 있는 3개의 에너지 준위만을 도시하였음을 주의해야 한다. 상기 2개의 바닥 상태들은 희토류 도핑된(rare-earth doped) 크리스탈 또는 중성 원소들에서의 초미세 준위(hyperfine states)로부터 형성될 수 있다. 또는 도 2(a)에 도시된 에너지 구조는 다중 결합 반도체 양자우물(quantum well) 또는 양자점(quantum dot)으로부터 인공적으로 생성될 수 있다.
한편, 상기 지연 광 스위치/라우터에 의해 발생되는 출력(S)(109)은 상기 비선형 광 매체에 상기 제 1 레이저 빔(P)과 상기 제 2 레이저 빔(C1)이 인가되었을 때 발생한다. 그리고, 출력(D)(110)은 상기 비선 형 광 매체에 상기 제 2, 3 레이저 빔들(C1, C2)과, 느린 빛(S)의 상호 작용에 의한 비축퇴 4파장 혼합 프로세싱에 이해서 생성될 수 있다.
도 2(b)를 참조하면, 레이저 빔들이 상호작용 및 진행 방향이 나타나 있다. 상기 출력(D)의 라우팅되는 진행 방향 kD는 위상 매칭 조건(kD=kP-kC2+kC1)에 의해서 결정된다. 여기서, 상기 출력(D)의 라우팅은 비축퇴 4 파장 혼합 생성에 의해서 결정되며, 상기 출력(D)은 상기 출력(S)의 결맞음 역전 (coherence conversion)에 의해서 생성된다. 따라서, 상기 제 3 레이저 빔(C2)이 입력되면, 상기 지연 광 스위치/라우터는 상기 출력(S)을 상기 출력(D)으로 라우팅한다. 더욱이, 상기 라우팅되는 출력(D)은 검은 공진(dark resonance) 또는 EIT에 의해서 증폭될 수 있다.
비축퇴 4파장 혼합 프로세싱은 Harris에 의해 제안되었으며, "Physcial Review Letters"(1991년도) 64권 1107~1110페이지에서 찾아 볼 수 있다. 이는 Jain에 의한 원자 기체(atomic gases)에서의 실험에 의해 증명되었으며, "Optics Letter"(1993) 18권 98~101페이지에 Jain 기고한 내용 및 "Optics Letter"(1997) 22권 1128~1140 페이지에 본 출원의 출원인인 함병승이 기고한 내용에서 찾아볼 수 있다. 비축퇴 4 파장 혼합 프로세싱에서 원자 기체를 이용한 신호의 증폭 및 High-Conversion 효율은 실험을 통해 증명되었으며, "Optics Letter"(1995) 20권 982-984 페이지에 Hemmer가 기고한 내용 및, "Physical Review Letter"(1996) 77권 4326~4329 페이지에서 Jain이 기고한 내용을 통해 찾아볼 수 있다. 또한, 비축퇴 4파장 혼합 신호 프로세싱의 고효율은 함병승에 의한 이온-도핑된 고체(ion-doped solid) 실험에서 증명되었으며, 해당 내용은 "Physicsal Review A"(1999) 59권 R2583~2586 페이지에서 찾아볼 수 있다. 상기 비축퇴 4파장 혼합 프로세싱의 개선은 감소된 1차 선형 감도(reduced first-order linear susceptibility)(EIT로 인한 흡수 상쇄)와, 그리고 상쇄 및 보강 양자 간섭으로 인한 개선된 4차 비선형 감도(enhanced third-order nonlinear susceptibility)에 그 기반을 두고 있다.
입력에 해당하는 레이저 빔들(P, C1, C2)과 비축퇴 4파장 혼합 신호(D) 간의 상세한 관계를 이해하기 위해서는 무엇보다도 결맞음 생성(coherence exciations)을 이해해야 한다. 상기 결맞음 생성을 이해하기 위해서, 상태밀도 매트릭스 ρ가 필요하다. 상태밀도 매트릭스는 캠브리지 대학에서 발행된 Quantum optics(1997)에 Scully와 Zubary가 기고한 system's macroscopic ensemble을 통해 이해할 수 있다.
한편, 도3(a)를 참조하면, 제 1 레이저 빔(P)과 제 2 레이저 빔(C1)이 제 1 바닥 상태|1>에서 제 2 바닥 상태|2>로의 전이에서 2 광자 결맞음(two-photon coherence)(2광자 가간섭성)을 유도하는 것을 알 수 있다. 특히, 2 광자 결맞음(two-photon coherence)은 검은 공진(dark resonance) 또는 EIT가 결부되는 상태에서 크게 증대된다.
도 3(a)에 도시된 δ1은 제 1 바닥 상태|1> 에서 들뜬 상태|3>로 전이시키기 위해, 상기 제 1 레이저 빔(P)의 공진 주파수에서 벗어난 에너지이다. 여기서, 검은 공진(dark resonance) 또는 EIT는 물리적으로 동일한 현상이나, EIT라는 용어는 파괴적 양자 간섭(quantum inferference)을 초래하는 광학적으로 두터운 매체와 상호작용하는 강한 전자기장 하에서 약하게 공진하는 전자기장(week resonant electromagenetic field)의 흡수 상쇄에 그 근거를 두고 있다. 도 3(b) 및 도 3(c)을 통해 알 수 있는 바와 같이, 2 양자 결맞음 Re(ρ12)은 중심선에서의 흡수선 Im(ρ13)에 강하게 의존한다.
또한, 상기 2 광자 결맞음 Re(ρ12)은 전술한 바와 같이 비축퇴 4파장 혼합 프로세싱에 의해서 광학적으로 관측될 수 있다. 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)(110)와 상기 2 광자 결맞음(2광자 가간섭성) Re(ρ12)간의 관계는 I(D) ∝ Re[ρ12]2이다. 이러한 관계식은 본 발명인에 의해서 실험적으로 증명되었으며, 해당 내용은 "Physcial Review A"(1996) 59권 R2583-R2586 페이지에서 찾아볼 수 있다.
도 3(b) 및 도 3(c)을 알 수 있는 바와 같이, 제 1 레이저 빔(P)과 제 2 레이저 빔(C1)은 광 결맞음(optical coherence)을 변화시킨다. 특히 1 광자 결맞음(one-photon coherence) Im(ρ13)의 비흡수 요소와 2 광자 결맞음 Re(ρ12)을 나타내는 비선형매질의 스핀결맞음 요소는 검은 공진 폴라리톤(dark resonance polariton)으로 묶어 표현한다. 여기서 상기 2개의 요소는 함께 매질내에서 진행된다. 상기 검은 공진 폴라리톤 내에서의 광자 요소와 스핀결맞음 요소 간의 비율은 이해되기 싶다. 전자기이론에 따르면, 두 개의 매질이 경계하는 면에서 전자기파의 크기(amplitude)는 변하지 않기에 군속도 느려짐에 따라 매질내에서 빛속도가 늦어짐에 따라 전자장의 밀도는 증가하게 된다. 이 전자기장 밀도증가는 그러나 EIT에 의해 흡수상쇄가 되며 동시에 직접적으로 매질의 스핀결맞음을 크게 유도하는데 기여하게 된다.
도 4는 느린 빛의 실험적 관측을 나타낸다. 느린 빛 현상은 Bose-Einsetin 응축 및 EIT를 이용한 희토류 도핑된 크리스탈(rare-earth doped crystal)내에서 관측되었다. 이는 "Nature"(1999) 397권 594-598페이지에 Hau가 기고한 내용으로부터 알 수 있다. EIT와는 물리적 원리가 다를지라도, 결맞음 밀도진동(coherent population oscillation)은 동일한 느린 빛 현상을 위해 사용되었으며, defected crystal, 반도체 양자우물(semiconductor quantum well) 및 광섬유에서 관측되었다. 이는 "Science"(2003) 301권 200-202페이지에 Begelow가 기고한 내용으로부터 알 수 있다.
도 4(b)는 상기 제 3 레이저 빔(C3)이 입력되지 않은 상태에서 도 2의 느린 빛(S)의 실험적 데이터를 나타낸다. 상기 실험에서, Pr3 + 의 3H4 초미세 상태는 도 2(a)의 바닥 상태들을 만족시키며, Pr3 +의 1D2 의 초미세 상태들 중 하나는 도 2(a)의 들뜬 상태를 만족시킨다. Pr3 +가 도핑된 Y2SiO5의 결정(crystal) 구조는 Maksimov에 의해서 증명되었다. 이는 "Sov. Phys.-Doklady"(1969) 13권 1188의 기재 내용으로부터 알 수 있다. 도 4(a)는 입력되는 제 1 레이저 빔(P)을 기준으로 도시하였다. 여기서, 상기 제 2 레이저 빔(C1)은 상기 제 1 레이저 빔(P)과 중첩되지 않는다. 도 4(b)는 시간 τ만큼 지연된 느린 빛(S)을 나타낸다. 여기서 상기 제 2 레이저 빔(C1)은 제 1 레이저 빔(P) 보다 시간적으로 길게 입력되어, 변경된 굴절률이 상기 제 1 레이저 빔(P)의 군 속도를 변경시킨다.
도 5는 전술한 비축퇴 4파장 혼합 프로세싱을 통한 coherence conversion의 수치적 시뮬레이션을 나타낸다. 제 1 레이저 빔(P)과 제 2 레이저 빔(C1)으로 이루어진 Raman field 에 의해 생성되는 2-광자(Raman) 결맞음 Re(ρ12)는 연속하는 제 2 레이저 빔(C2)에 의해서 Im(ρ13)의 1 광자 방사로 나타난다. 상기 방사는 도 1 및 도 2에 도시된 출력(D)이다. 이는 본 출원인에 의해서 실험적으로 증명되었으며, "Optics Letter"(1997) 22권 1139-1140 페이지 및 "Physical Review Letters"(2002) 88권 236021 페이지로부터 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 지연 광 스위치/라우터에 의한 수치적 시뮬레이션을 나타낸다. 입력되는 신호는 도 2(c)에 나타난 바와 동일하다. 도 6(a)을 참조하여 알 수 있는 바와 같이 제 1 레이저 빔(P)은 느려져서 느린 빛(S)을 형성한다. 상기 제 2 레이저 빔(C1)에 이어서 상기 제 3 레이저 빔(C2)이 입력되면, 출력(D)가 나타나며, 상기 느린 빛(S)은 사라진다. 상기 출력(D)과 상기 느린 빛(S)의 진행방향은 도 2(b)와 같다. 여기서, 느린 빛 또는 빠른 빛에 대한 스위칭/라우팅에 있어 상승 시간(rising time)은 상기 제 3 레이저 빔(C2)의 Rabi 주파수에 의존하며, 하강(falling time) 시간에 대해서는 위상결맞음 감쇄 시간(coherecne phase decay time)에 의존한다. 여기서, 상기 하강 시간은 전체적인 스위칭 시간을 결정짓는다. 이는 본 발명에 따른 광 스위치/라우터에서 스위칭 시간은 상기 군속도에 의해 느려짐과는 무관하다. 따라서 광 통신의 광 스위치/라우터에서 정보 처리를 하는데 군 지연 시간(group delay time) τ는 유용하게 이용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 지연 광 스위치/라우터에서 레이저 빔이 순방향으로 입력되는 것을 나타낸 예시도이다. 제 1 레이저 빔(P)(701), 제 2 레이저 빔(C1)(702), 제 3 레이저 빔(C2)이 입력으로 사용되며, 느린 빛(S)(707)과, 비축 퇴 4파장 혼합 신호(D)는 출력이다. 상기 입력되는 레이저 빔들(P, C1, C2)은 렌즈(704)를 통해 포커싱된다. 상기 느린 빛(S)(706)은 상기 제 3 레이저 빔(C2)이 입력되지 않을 때만 나타난다. 여기서, 상기 느린 빛(S)의 느려짐 시간은 상기 제 2 레이저 빔(C1)(702)의 세기를 조절함으로써, 조정될 수 있다. 지연 광 스위치/라우터로 동작시키기 위해서 상기 제 3 레이저 빔(C2)(703)은 상기 느린 빛(S)(706)과 동기되어야 한다.
도 8은 본 발명에 따른 지연 광 스위치/라우터에서 제 3 레이저 빔이 역방향으로 입력되는 것을 나타낸 예시도이다.
제 1 레이저 빔(P)(801)과 제 2 레이저 빔(C1)(802)은 순방향으로 입력된다. 그러나, 제 3 레이저 빔(C2)은 역방향으로 입력된다. 이와 같이 입력되는 제 1, 2, 3 레이저 빔들(P, C1, C2)은 렌즈(804)를 통해 포커싱된다. 상기 제 1 레이저 빔(P)(801)으로부터 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)(807)를 분리하기 위해, 도시된 바와 같이 빔가르개(808)가 필요하다. 상기 느린 빛(S)은 상기 역방향의 제 3 레이저 빔(C2)이 입력되지 않을 때만, 나타난다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지연 광 스위치/라우터를 나타낸다.
도 2(a)는 비선형 광 매체의 에너지 준위를 나타내며, 도 2(b)는 레이저 빔의 진행 방향을 나타내고, 도 2(c)는 상호 작용하는 레이저 빔들 간의 시간관계를 나타낸다.
도 3은 비선형 광 매체에서 에너지 준위들 간의 전이를 나타낸다.
도 4는 느린빛의 실험적 관측을 나타낸다.
도 5는 비축퇴 4파장 혼합 프로세싱에서 2광자 결맞음에 의한 결맞음 역진(coherence conversion)의 수치적 시뮬레이션을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 지연 광 스위치/라우터에 의한 실험결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 지연 광 스위치/라우터에서 레이저 빔이 순방향으로 입력되는 것을 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 지연 광 스위치/라우터에서 제 3 레이저 빔(C2)이 역방향으로 입력되는 것을 나타낸 예시도이다.

Claims (20)

  1. 비선형 광 매체를 포함하는 지연 광 스위치를 구동하는 방법으로서, 여기서 상기 비선형 광매체는 에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태(ground state)와, 들뜬 상태(excited state)를 포함하고, 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 쌍극자-금지되되, 상기 들뜬 상태를 통한 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 가능하고,
    a) 상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 1 전이를 가능하게 하는 제 1 주파수를 갖는 제 1 레이저 빔(P)을 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 통해 상기 비선형 광 매체에 인가하는 단계와;
    b) 상기 2개의 바닥 상태 중 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 2 전이를 가능하게 하는 제 2 주파수를 갖는 제 2 레이저 빔(C1)을 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 통해 상기 비선형 광 매체에 인가하는 단계와;
    c) 상기 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 상기 제 2 전이를 가능하게 하는 제 3 주파수를 갖는 제 3 레이저 빔(C2)을 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 통해 상기 비선형 광 매체에 인가하는 단계와;
    d) 상기 제 1 레이저 빔(P)으로부터 느려진 빛(S)을 생성하기 위하여, 상기 제 2 레이저 빔(C1)의 세기를 조절하는 단계와; 여기서 상기 느려진 빛(S)의 펄스 지연은 상기 제 2 레이저 빔(C1)의 세기를 통해 조절가능하고,
    e) 상기 제 2 레이저 빔(C1), 상기 제 3 레이저 빔(C2), 상기 느려진 빛(S) 간의 위상 일치 조건 하에서 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 생성하기 위하여, 상기 제 3 레이저 빔(C2)의 세기를 조절하는 단계와; 그리고
    f) 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D) 또는 상기 느려진 빛(S)을 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 통해 연결하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)와 상기 느려진 빛(S)은 진행 방향이 물리적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 들뜬 상태의 에너지 준위는
    상기 바닥 상태들의 에너지 준위보다 높은 것을 특징으로 하는 지연광 스위치 구동 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태의 에너지 준위는 제 2 바닥 상태의 에너지 준위보다 높은 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 레이저 빔(P) 및 상기 제 2 레이저 빔(C1)이 동기되어, 상기 제 1 레이저 빔(P)과 상기 제 2 레이저 빔(C1)을 시/공간에 중첩시키고, 상기 제 2 레이저 빔(C1)을 상기 제 1 레이저 빔(P)의 후단(back-end)으로 시 간 확장시키는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 느려진 빛(S)은
    상기 제 1 레이저 빔(P)에 비해 일시적으로 소정 시간 지연되는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 3 레이저 빔(C2)은
    상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 통해 상기 느려진 빛(S)을 스위치하거나, 라우팅하는 제어 빔으로서 동작하는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)가 상기 제 1 레이저 빔(P)의 상기 제 1 주파수와 다른 주파수를 갖도록, 상기 제 3 레이저 빔(C2)의 상기 제 3 주파수는 상기 제 2 레이저 빔(C1)의 상기 제 2 주파수와 다른 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  8. 비선형 광 매체를 포함하는 지연 광 스위치를 구동하는 방법으로서, 여기서 상기 비선형 광매체는 에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태(ground state)와, 들뜬 상태(excited state)를 포함하고, 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 쌍극자-금지되되, 상기 들뜬 상태를 통한 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 가능하고,
    a) 상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 1 전이를 가능하게 하는 제 1 주파수를 갖는 제 1 레이저 빔(P)과 그리고 상기 2개의 바닥 상태 중 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 2 전이를 가능하게 하는 제 2 주파수를 갖는 제 2 레이저 빔(C1)을 인가함으로써, 느린 빛(S)을 생성하는 단계와;
    b) 상기 제 1 주파수를 갖는 상기 제 1 레이저 빔(P), 상기 제 2 주파수를 갖는 상기 제 2 레이저 빔(C1), 그리고 상기 제 2 전이를 가능하게 하는 제 3 주파수를 갖는 제 3 레이저 빔(C2)을 인가함으로써, 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 생성하는 단계와, 여기서, 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)의 생성에 응답하여, 상기 느린 빛(S)은 사라지며;
    c) 상기 느린 빛(S) 또는 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(surface plasmon), 또는 자유 공간을 통해 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 1 레이저 빔(P) 및 상기 제 2 레이저 빔(C1)이 동기되어, 상기 제 1 레이저 빔(P)과 상기 제 2 레이저 빔(C1)을 일시적으로 중첩시키고, 그리고 상기 제 2 레이저 빔(C1)을 상기 제 1 레이저 빔(P)의 후단(back-end)으로 시간 확장시키는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 느린 빛(S)은
    상기 제 1 레이저 빔(P)에 비해 일시적으로 소정 시간 지연되는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 제 3 레이저 빔(C2)은
    상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 통해 상기 느린 빛(S)을 스위칭하거나, 라우팅하는 제어 빔으로서 동작하는 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)가 상기 제 1 레이저 빔(P)의 상기 제 1 주파수와 다른 주파수를 갖도록, 상기 제 3 레이저 빔(C2)의 상기 제 3 주파수는 상기 제 2 레이저 빔(C1)의 상기 제 2 주파수와 다른 것을 특징으로 하는 지연 광 스위치 구동 방법.
  13. 지연 광 라우터로서,
    에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태(ground state)와, 들뜬 상태(excited state)를 포함하는 비선형 광매체와, 여기서 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 쌍극자-금지되되, 상기 들뜬 상태를 통한 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 가능하고;
    상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 1 전이를 가능하게 하는 제 1 주파수를 갖는 제 1 레이저 빔(P)을 생성하고, 상기 제 1 레이저 빔(P)를 상기 비선형 광 매체에 인가하는 제 1 레이저 장치와;
    상기 2개의 바닥 상태 중 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 2 전이를 가능하게 하는 제 2 주파수를 갖는 제 2 레이저 빔(C1)을 생성하고, 상기 생성된 제 2 레이저 빔(C1)을 상기 비선형 광 매체에 인가하는 제 2 레이저 장치;
    상기 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 상기 제 2 전이를 가능하게 하는 제 3 주파수를 갖는 제 3 레이저 빔(C2)을 상기 비선형 광 매체에 인가하는 제 1 수단과;
    상기 제 1 레이저 빔(P)을 이용해 느려진 빛(S)을 생성하고, 상기 제 3 레이저 빔(P)을 이용해 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 생성하기 위하여, 상기 제 2 레이저 빔(C1) 및 상기 제 3 레이저 빔(C2) 중 어느 하나의 세기를 조절하는 제 2 수단과; 그리고
    상기 느려진 빛(S) 또는 상기 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 상기 비선형 광 매체로 연결하는 제 3 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 1 수단은
    상기 제 2 레이저 수단으로부터의 상기 제 2 레이저 빔(C1)을 상기 제 2 레이저 빔(C1)과 상기 제 3 레이저 빔(C1)으로 분리하는 수단인 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 제 1 수단은 상기 제 3 레이저 빔(C2)을 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 비선형 광 매체는 고체인 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 비선형 광 매체는 다중 결합 반도체 인 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 2개의 바닥 상태들 및 상기 들뜬 상태는 상기 다중 결합 반도체의 전도대 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터.
  19. 제 13항에 있어서, 상기 제 3 수단은 광섬유, 광 도파관, 표면 플라즈몬(plasmon) 도파관, 또는 자유 공간인 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터.
  20. 지연 광 라우터로서,
    에너지적으로 근접한 2개의 바닥 상태(ground state)와, 들뜬 상태(excited state)를 포함하는 비선형 광매체와, 여기서 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 쌍극자-금지되되, 상기 들뜬 상태를 통한 상기 2개의 바닥 상태들 간의 전이는 가능하고;
    제 1 레이저 빔(P), 제 2 레이저 빔(C1), 그리고 제 3 레이저 빔(C2)을 상기 비선형 광 매체에 인가하는 제 1 수단과, 여기서, 상기 제 1 레이저 빔은 상기 2개의 바닥 상태 중 제 1 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 1 전이를 가능하게 하는 제 1 주파수를 갖고, 상기 제 2 레이저 빔(C1)은 상기 2개의 바닥 상태 중 제 2 바닥 상태와 상기 들뜬 상태 간의 제 2 전이를 가능하게 하는 제 2 주파수를 갖고, 상기 제 3 레이저 빔(C2)은 상기 제 2 전이를 가능하게 하는 제 3 주파수를 갖으며;
    상기 제 1 레이저 빔(P)을 이용하여 느린 빛(S)을 생성하거나, 상기 제 3 레이저 빔(C2)을 이용하여 비축퇴 4파장 혼합 신호(D)를 생성할 수 있도록, 상기 제 2 레이저 빔(C1)과 상기 제 3 레이저 빔(C2) 중 적어도 하나의 세기와 주파수를 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지연 광 라우터.
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