KR101038125B1 - 광학적 변조기 - Google Patents

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Abstract

고속 광학적 변조기는 단일의 광학적 칩 상에 통합된 다수의 저속 강도 변조기로 구성된다.

Description

광학적 변조기{OPTICAL MODULATOR}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 본 명세서에서 개시되는 바와 같이 전체 파일 래퍼 내용이 참조로서 인용되는 2006년 9월 20일에 출원된 미국 특허 출원 제 60/843,973 호를 우선권 주장하여 청구한 것이다.
본 발명은 광학적 통신의 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고속 광학적 변조기에 관한 것이다.
고속 광대역 광학적 통신을 실현하기 위해, 광학적 변조기에 대해 높은 기대치가 부여된다.
발명의 개요
당 분야에서 본 발명의 원리에 따른 진전이 이루어지며 여기서 고속 광학적 변조기는 단일의 광학적 칩 상에 통합된 다수의 저속 강도 변조기로 구성된다.
본 발명의 측면에 따르면, 변조기는 펄스 카버(pulse carver), 간섭계, 다수 의 강도 변조기 및 간섭계의 암 내에 위치하는 위상 쉬프터를 포함하는 통합된 평탄형 광파 회로로 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 펄스 카버는 입력하는 연속적인 파장 광학적 신호를 수신하고 P/N의 데이터 레이트에서 광학적 펄스를 생성하며 여기서 P는 원하는 고속 데이터 레이트이고 N은 정수이다. 펄스 카버로부터 출력된 광은 간섭계의 암으로 지향된다. 비제로 복귀(non-return-to-zero : NRZ) 광학적 신호는 모든 암으로부터의 신호가 동위상으로 부가되도록 조정된다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 보다 완전한 이해는 첨부 도면을 참조함으로써 구현되며, 도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 고속 광학적 변조기의 개략적인 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 광학적 변조기의 다른 실시예의 개략적인 도면이다.
후술하는 설명은 본 발명의 원리를 단지 예시한다. 따라서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서에서 명시적으로 기술되거나 도시되지 않더라도, 본 발명의 원리를 구현하고 그 사상 및 범위 내에 포함되는 각종 실시예를 고안할 수 있음을 이해할 것이다.
또한, 본 명세서에서 인용된 모든 예 및 조건적 언어는 주로 본 발명의 원리 및 당 분야를 촉진하는 본 발명자(들)에 의해 제공된 개념을 이해하는데 도움을 주도록 교육적인 목적을 위해서만 명시적으로 의도되며, 이러한 구체적으로 인용된 예 및 조건에 대한 제한 없는 것으로서 구성된다.
또한, 본 명세서에서 본 발명의 원리, 측면 및 실시예 뿐만 아니라 그 특정의 예를 인용하는 모든 기술은 그 구조적 및 기능적 균등물을 포함하는 것으로 의도된다. 추가적으로, 이러한 균등물은 현재 알려진 균등물 뿐만 아니라 이후 개발될 균등물, 즉, 구조에 관계없이, 동일한 기능을 수행하는 임의의 개발된 요소를 포함한다.
따라서, 예를 들어, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서에서의 도면은 본 발명의 원리를 구현하는 예시적인 구조의 개념적인 관점을 나타낸다는 것을 이해할 것이다.
우선 도 1을 참조하면, 본 발명의 개시 내용에 따라 구성된 고속 변조기(100)의 예시적인 구성을 도시한다. 보다 구체적으로, 고속 변조기(100)는 펄스 카버(pulse carver)(120) 및 다수의 동등하지 않은 길이 도광관(135[1]...135[N])에 의해 상호 접속된 입력 커플러(130)와, 출력 커플러(150)를 갖는 간섭계 구조(127)를 포함하며, 도광관의 각각은 강도 변조기(140[1]...140[N]) 및 위상 쉬프터(145[1]...145[N])를 포함하는 단일의 반도체 칩(110)으로 통합되는 것으로 도시되어 있다. 유용하게는, 강도 변조기(140[1]...140[N])는 전계 흡수 변조기(electroabsorption modulators : EAM)일 수 있으며 전체 간섭계 구조는 유사한 재료 및 프로세스, 예를 들어, LiNbO3을 이용하여 구성될 수 있다.
동작 가능하게는, 외부 연속적인 파장(continuous wavelength : CW) 광원(117)(예를 들어, 레이저)은 자신이 EAM을 포함할 수 있는 펄스 카버(120)에 의해 수신되는 변조기 칩(110)으로 지향되는 CW 광을 생성하도록 사용된다. 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 CW 광원(117)은 변조기 칩(110)에 대해 외부일 필요는 없으나 편의상 다른 구성요소와 함께 칩(110) 상에 통합될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 그러나, CW 광원(117)이 칩(110) 상에 통합되지 않는 경우, CW 광이 수신되는 칩의 에지에는 바람직하게 칩(110) 내에 생성된 CW 광의 결합을 제공하도록 반반사형(anti-reflective) 코팅(115)이 제공된다.
펄스 커버(120)에 의해 CW 광이 수신될 때, 일련의 광학적 펄스가 생성되고 도광관(125)을 통해 간섭계 구조(127)의 입력 커플러(130)로 향하게 된다. 앞서 기술된 바와 같이, 펄스 커버(120)는 유용하게는 EAM으로부터 구성될 수 있으며 이는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해하는 바와 같이 매우 짧고, 매우 높은 대역폭을 나타내도록 이루어질 수 있다. 전계 흡수 변조기는 매우 높은 속도에서 동작될 수 있으며, 심지어 앞서 기술된 레이저 CW 광원과 통합될 수도 있다.
펄스 커버(120)에 의해 출력된 광학적 펄스는 앞서 기술된 바와 같이, 다수의 동등하지 않은 길이 도광관(135[1]...135[N])에 의해 광학적으로 접속된 입력 커플러(130)와, 출력 커플러(150)를 갖는 간섭계 구조(127)를 포함하며, 이들의 각각은 강도 변조기(140[1]...140[N]) 및 위상 쉬프터(145[1]...145[N])를 포함하는 간섭계(127)로 향하게 된다. 위상 쉬프터는 출력 커플러(150)의 효과를 통해 재결합되고 이후 입력과 마찬가지로 반반사형 코팅(155)으로 코팅되는 칩(110)의 에지로부터 도광관(153)을 통해 출력될 때 암(135[1]...135[N])의 각각을 가로지리는 신호가 동위상으로 부가되도록 조정된다.
앞서 기술된 바와 같이, 간섭계(127)의 암(135[1]...135[N])의 각각은 동등하지 않은 경로 길이를 갖는다. 암들 간의 경로 길이 차는 실질적으로 1/P와 동등한 (시간에 따른) 거리인 변조기(100)의 원하는 출력 데이터 레이트에 의해 결정되며 여기서 P는 원하는 고속 데이터 레이트이고 펄스 카버(120)는 P/N의 레이트에서 입력 CW 광으로부터 펄스를 생성한다. 개별적인 강도 변조기(140[1]...140[N])는 P/N의 데이터 레이트에서 동작한다. NRZ(non-return-to-zero) 출력 신호를 생성하기 위해 위상 쉬프터(145[1]...145[N])는 모든 암(135[1]...135[N])으로부터의 신호가 동위상으로 부가되도록 조정된다.
이러한 지점에서, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 원리를 나타내는 도 1에 도시된 구조가 임의의 수의 개별적인 데이터 스트림의 멀티플렉싱으로 확장될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 다수의 개별적인 도광관 암(135[1]...135[N])은 물론 대응하는 개수의 진폭 변조기(140[1]...140[N]) 및 위상 쉬프터(145[1]...145[N])와 함께 증가될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 고속 변조기(200)이 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스는 유용하게 통합된 칩(210)의 전체 길이가 도 1에 앞서 도시된 디바이스보다 실질적으로 짧 아질 수 있도록 하는 반사형 기하 구조를 채용한다. 보다 구체적으로, 이러한 반사형 구성은 간섭계 구조를 포함하는 개별적인 동등하지 않은 길이 도광관 암(235[1]...235[N])이 종래의 구성으로부터 실질적으로 단축될 수 있도록 허용한다.
도 2에 도시된 바와 같이, CW 광(217)이 통합된 칩(210)에 입력되어 펄스 카버(220)에 의해 수신된다. 이전의 실시예에서와 같이, 통합된 칩의 에지는 바람직하게 반사형 코팅(215)으로 코팅되고 펄스 카버(220)는 편의상 EAM으로 제조될 수 있다.
펄스 카버(220)에 의해 생성된 광의 펄스는 입/출력 커플러(230), 및 각각이 위상 쉬프터(245[1]...245[N])과 강도 변조기(240[1]...240[N])를 갖는 다수의 동등하지 않은 길이 도광관(235[1]...235[N])을 포함하는 반사형 간섭계 구조로 향한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 칩(210)의 에지는 입/출력 커플러(230)에 입력하여 도광관 암(235[1]...235[N])을 가로지리는 광이 실질적으로 역 방향이고 이후에 도광관 암 및 커플러(230)를 통해 변조기(200)를 탈출하는 출력 도광관(253)으로 다시 향하는 고 반사 코팅(255)에 의해 반사되도록 하는 방식으로 고 반사 코팅(255)으로 코팅된다.
당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 반사형 구성에 대한 경로 길이 차가 1/2 P의 경로 길이(시간) 차를 필요로 하며 여기서 강도 변조기(240[1]...240[N])가 P/N 비트/초에서 실행된다는 것을 인지할 것이다. 대표적인 실시예에서 강도 변조기(240[1]...240[N])는 바람직하게 EAM 디바이스로 구성되므로, 이들 디바이스는 앞서 도시된 이들 유사한 디바이스의 길이의 단지 1/2만을 필요로 한다. 따라서, 디바이스의 전체 길이가 상당히 단축된다.
동작 가능하게는, P 비트/초를 나타내는 신호가 요구되고, N개의 도광관 암이 채용되면, CW 광은 칩(210)으로 향하거나 또는 대안적으로 온칩 레이저(도시되지 않음)에 의해 생성된다. EAM 펄스 카버(210)는 P/N GHz에서 CW 광을 펄스로 변환하며, 여기서 디바이스의 듀티 사이클은 바람직하게 1/N이다. 유용하게는, 커플러는 N=2이면 방향성 커플러일 수 있다. N이 2보다 큰 경우, 잘 알려진 스타형 커플러가 유용하게 사용될 수 있다. 대안적으로, 커플러의 트리는 채용된 특정의 구성에 따라 사용될 수 있다. 커플러 구성이 채용되더라도, 인접하는 도광관 암에 대한 경로 길이 차는 1/P(반사형 배치에 대해 1/2 P)가 될 것이다. 암 경로의 각각은 바람직하게 경로 내의 공간적 신호의 상대 이상을 제어하도록 사용되는 정적 이상 쉬프터를 포함한다. 재결합될 때 위상 제어 신호가 동위상이면, 결과적인 출력 신호는 BRZ 신호이다. 이들이 180도 위상 차로 결합되고 N=2이면, CSRZ 신호가 생성된다.
본 발명자는 현재 일부 특정의 예를 이용하여 기술하고 도시하였으나, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시 내용은 제한적이지 않다는 것을 인지할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 첨부된 측허 청구 범위의 범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (9)

  1. P 비트/초의 광학적 신호를 생성하는 광학적 변조기로서,
    연속적인 파장의 광학적 신호로부터 일련의 광학적 펄스를 발생하는 펄스 카버(pulse carver)와,
    상기 일련의 광학적 펄스로부터 일련의 보다 높은 주파수의 광학적 펄스를 생성하는 간섭계를 포함하며,
    상기 간섭계는 입력 커플러, 출력 커플러, 및 상기 입력 커플러를 상기 출력 커플러에 접속하는 N개의 광학적 도광관 암(waveguide arms)을 포함하며, 상기 도광관 암의 각각은 인접하는 도광관 암으로부터 1/P의 경로 길이 차를 나타내고 상기 N개의 암의 각각은 P/N 비트/초에서 동작하는 강도 변조기 및 상기 암을 가로지르는(traversing) 광학적 신호의 위상을 조정하는 위상 쉬프터를 가지며,
    상기 암을 가로지르는 광학적 신호의 상대 위상이 상기 출력 커플러의 작용에 의해 동위상으로 부가되도록 상기 위상 쉬프터가 조정되는
    광학적 변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 암을 가로지르는 광학적 신호의 상대 위상이 연속적으로 보다 긴 암에 대해 상이한 위상으로 부가되도록 상기 위상 쉬프터가 조정되어, 반송파 억제 제로 복귀(carrier suppressed return-to-zero : CSRZ) 신호를 생성하는
    광학적 변조기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭계는 반사형 구성이고 상기 도광관 암의 각각은 1/2 P의 경로 길이 차를 나타내는
    광학적 변조기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 간섭계는 반사형 구성이고 상기 도광관 암의 각각은 1/2 P의 경로 길이 차를 나타내는
    광학적 변조기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    단일의 커플러가 입력 커플러 및 출력 커플러 모두로서 작용하며, 상기 변조기를 집적한 칩의 에지는 복수의 강도 변조기를 갖는 에지에 고 반사 코팅을 포함하는
    광학적 변조기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 카버는 전계 흡수(electroabsorption) 변조기를 포함하는
    광학적 변조기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 강도 변조기는 전계 흡수 변조기를 포함하는
    광학적 변조기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    연속적인 파장 레이저를 더 포함하는
    광학적 변조기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    연속적인 파장 레이저를 더 포함하는
    광학적 변조기.
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