KR101845514B1 - 소형 광 변조기 및 이를 포함하는 광 송신기 - Google Patents

소형 광 변조기 및 이를 포함하는 광 송신기 Download PDF

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Abstract

소형 광 변조기 및 이를 포함하는 광 송신기가 개시된다. 본 발명에 따른 광 변조기는 변조되지 않은 입력 광 신호를 수신하여 제1 광 신호와 제2 광 신호로 나누어 광 도파로의 제1 및 제2 경로로 각각 전송하는 광 입출력부, 상기 제1 및 제2 경로 중 적어도 하나에 위치하여, 전기 신호에 따라 상기 제1 경로로 전송되는 제1 광 신호 및 상기 제2 경로로 전송되는 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하여 위상 변조 신호를 출력하는 위상 천이기, 및 상기 제1 경로로 전송된 신호 및 상기 제2 경로로 전송된 신호를 각각 동일한 경로로 반사시키는 반사형 그레이팅 커플러를 포함하여, 안정성 확보 및 소형화가 가능한 효과가 있다.

Description

소형 광 변조기 및 이를 포함하는 광 송신기{OPTICAL MODULATOR WITH REDUCED SIZE AND OPTICAL TRANSMITTER HAVING THE SAME}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 광 변조기 및 이를 포함하는 광 송신기에 관한 것으로, 특히 소형화를 구현할 수 있는 광 변조기 및 이를 포함하는 광 송신기에 관한 것이다.
광 변조기(optical modulator)의 소형화를 위한 방안으로, 링형(ring-type) 광 변조기가 제안될 수 있다. 하지만, 링형 광 변조기는 온도에 불안정하여 이를 해결하지 않고서는 광 변조기 소형화를 위한 대안으로는 부적합한 면이 있다.
마흐-젠더(Mach-Zehnder)형 광 변조기를 사용하는 경우, 링형 광 변조기와는 달리 안정성을 확보할 수 있으나, 광 변조기 양단의 Y-스플리터(Y-splitter)가 대면적을 차치하는 수동형 소자이므로 광 변조기의 소형화가 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 소형화가 가능하며 안정성도 확보할 수 있는 소형 광 변조기 및 이를 포함하는 광 송신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조기는 변조되지 않은 입력 광 신호를 수신하여 제1 광 신호와 제2 광 신호로 나누어 광 도파로의 양 방향으로 위치하는 제1 및 제2 경로로 각각 전송하는 광 입력부; 상기 제1 및 제2 경로 중 적어도 하나에 위치하여, 전기 신호에 따라 상기 제1 경로로 전송되는 제1 광 신호 및 상기 제2 경로로 전송되는 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 위상 천이기(phase shifter); 및 상기 제1 경로로 전송된 신호 및 상기 제2 경로로 전송된 신호를 결합하여 출력 광 신호를 생성하는 광 출력부를 구비하며, 상기 광 입력부 및 상기 광 출력부 중 적어도 하나는 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 광 입력부는 상기 입력 광신호를 상기 광 도파로의 양 방향과 수직 방향으로 입력받아 상기 광도파로의 양 방향으로 동일 비율로 전송하는 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 광 입력부는 상기 입력 광신호를 상기 광 도파로의 양 방향과 수직 방향으로 입력받아 상기 광도파로의 양 방향으로 동일 비율로 전송하는 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함할 수 있다.
상기 전기 신호는 제1 전기 신호를 포함하고, 상기 위상 천이기는, 상기 제1 경로에 위치하여 상기 제1 전기 신호에 따라 상기 제1 광신호의 위상을 제1 위상만큼 천이시키는 제1 위상 천이기를 포함할 수 있다.
상기 전기 신호는 제2 전기 신호를 더 포함하고, 상기 위상 천이기는, 상기 제2 경로에 위치하여 상기 제2 전기 신호에 따라 상기 제2 광신호의 위상을 제2 위상만큼 천이시키는 제2 위상 천이기를 더 포함할 수 있다.
상기 광 출력부는 상기 제2광 신호 및 상기 위상 변조 신호를 결합하여, 상기 제2 광 신호 및 상기 위상 변조 신호가 상기 광 출력부로 입력되는 방향과 수직 방향으로 상기 출력 광 신호를 출력하는 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 변조기는 변조되지 않은 입력 광 신호를 수신하여 제1 광 신호와 제2 광 신호로 나누어 광 도파로의 제1 및 제2 경로로 각각 전송하는 광 입출력부; 상기 제1 및 제2 경로 중 적어도 하나에 위치하여, 전기 신호에 따라 상기 제1 경로로 전송되는 제1 광 신호 및 상기 제2 경로로 전송되는 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하여 위상 변조 신호를 출력하는 위상 천이기(phase shifter); 및 상기 제1 경로로 전송된 신호 및 상기 제2 경로로 전송된 신호를 각각 동일한 경로로 반사시키는 반사형 그레이팅 커플러를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광 변조기는 변조되지 않은 입력 광 신호를 수신하여 제1 광 신호와 제2 광 신호로 나누어 광 도파로의 제1 및 제2 경로로 각각 전송하는 수직 회절형 그레이팅 커플러; 상기 제1 및 제2 경로 중 적어도 하나에 위치하여, 전기 신호에 따라 상기 제1 경로로 전송되는 제1 광 신호 및 상기 제2 경로로 전송되는 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하는 위상 천이기(phase shifter); 상기 제1 경로로 전송된 신호를 입력받아 동일한 경로로 반사시키는 제1 반사형 그레이팅 커플러; 및 상기 제1 경로로 전송된 신호를 입력받아 동일한 경로로 반사시키는 제2 반사형 그레이팅 커플러를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광 변조기는 광도파로에서 상기 광신호가 진행할 평면과 수직 방향으로 입력받아 상기 광신호의 제1 편광에 대해 상기 광 도파로의 제1 내지 제4 경로 중 제1 및 제3 경로로 전송하고, 상기 광 신호의 제2 편광에 대해 제2 및 제4 경로로 전송하는 수직 회절형 그레이팅 커플러; 상기 제1 경로에 위치하여 상기 제1 경로로 전송되는 광 신호의 위상을 변조하는 제1 위상 천이기; 상기 제2 경로에 위치하여 상기 제2 경로로 전송되는 광 신호의 위상을 변조하는 제2 위상 천이기; 및 각각이 상기 제1 내지 제4 경로로 전송된 광 신호 중 해당 광신호를 입력받아 동일한 경로로 반사시키는 제1 내지 제4 반사형 그레이팅 커플러를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광 변조기는 광도파로에서 상기 광신호가 진행할 평면과 수직 방향으로 입력받아 상기 광신호의 제1 편광에 대해 상기 광 도파로의 제1 내지 제4 경로 중 제1 및 제3 경로로 전송하고, 상기 광 신호의 제2 편광에 대해 제2 및 제4 경로로 전송하는 수직 회절형 그레이팅 커플러; 상기 제1 경로에 위치하여 상기 제1 경로로 전송되는 광 신호의 위상을 변조하는 제1 위상 천이기; 상기 제2 경로에 위치하여 상기 제2 경로로 전송되는 광 신호의 위상을 변조하는 제2 위상 천이기; 상기 제1 경로로 전송된 신호 및 상기 제3 경로로 전송된 신호를 입력받아 각각 동일한 경로로 반사시키는 제1 반사형 그레이팅 커플러; 및 상기 제2 경로로 전송된 신호 및 상기 제2 경로로 전송된 신호를 입력받아 각각 동일한 경로로 반사시키는 제2 반사형 그레이팅 커플러를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소형 광 변조기는 마흐 젠더형 변조기로 구현됨으로써 안정성을 확보하면서, 또한 면적을 많이 차지하는 수동형 소자의 사용을 줄이거나 없앰으로써 소형화가 가능한 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 비교 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 광섬유와 광도파로 간의 제1 광 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b 및 도 3d는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유와 광도파로 간의 제2 광 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다.
도 4b 내지 도 4f는 각각 본 발명의 일 실시예의 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다.
도 5b 내지 도 5f는 각각 본 발명의 다른 실시예의 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다.
도 6b 내지 도 6d는 각각 본 발명의 또 다른 실시예의 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다.
도 7a는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 7b는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 8은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 9는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 10은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 11은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 12는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 13은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 14는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 15는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 16 내지 도 19는 각각 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기를 나타내는 도면이다. 도 1을 참고하면, 상기 광 송신기(1)는 광원(10), 광 변조기 드라이버(20), 프리코더(Pre-Coder, 30) 및 광 변조기(optical modulator, 200)를 포함한다.
도 1을 참고하면, 상기 프리코더(30)는 입력되는 NRZ(Non Return-to-Zero) 전기 신호(electrical signal)를 전 부호화(pre-encoding)하여 상기 광 변조기 드라이버(20)로 출력하고, 상기 광 변조기 드라이버(20)는 상기 전부호화된 신호를 증폭하여 광 변조기(100)로 출력한다. 이때, 상기 NRZ 전기 신호는 이진 데이터(binary data) 신호에 해당할 수 있으며, 상기 프리코더(30)는 예컨대, 1 비트(bit) 지연 소자와 배타적 논리합(exclusive-OR) 소자를 통해 구성 가능하다.
상기 광 변조기(200)는 광원(10)으로부터 입력되는 광을 상기 증폭된 신호, 즉 전기 신호에 따라 강도 및 위상 변조하여 출력한다. 이때, 상기 광 변조기(200)의 바이어스(bias) 위치는 그 전달 특성 함수에서 최소값에 해당하는 영점(null point)에 위치시킬 수 있다. 여기서, 상기 광원(10)은 연속 발진 레이저(continuous wave laser: CW laser)에 해당할 수 있다.
또한, 상기 광 변조기(200)는 변조된 광 신호를 제1 및 제2 광 신호들로 분기하고, 상기 제1 광 신호를, 예컨대, 약 0.5 비트(180도) 지연하여, 상기 지연된 제1 광신호와 상기 제2 광신호를 상쇄 간섭시킨 광신호를 출력할 수 있다. 또한, 상기 광 변조기(200)는 경우에 따라 상기 제1 광신호 및 상기 제2 광신호를 보강 간섭시킨 광신호를 출력할 수도 있다. 상기 광 변조기(200)는 후술되는 본 발명의 실시예에 따른 광 변조기들 중 하나일 수 있다.
도 2는 본 발명의 비교 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 2를 참고하면, 상기 광 변조기(100)는 입력단(110), 제1 Y-스플리터(Y-splitter_1, 120), 위상 천이기(phase shifter, 130), 제2 Y-스플리터(Y-splitter_2, 140) 및 출력단(150)을 포함한다.
상기 입력단(110)은 광섬유와 연결되어 상기 광 변조기(100)로 광이 입력될 수 있으며, 상기 출력단(150)도 광섬유와 연결되어 상기 광 변조기(100)로부터 변조된 광이 출력될 수 있다.
상기 제1 Y-스플리터(120)는 상기 입력단(110)을 통해 입력되는 광을 분기하는 수동형 소자이다. 예컨대, 상기 제1 Y-스플리터(120)는 상기 입력단(110)을 통해 입력되는 광 신호를 동일한 비율, 예컨대, 50:50의 비율로 분기할 수 있으며, 분기를 위한 상기 제1 Y-스플리터(120)의 분기각은 랜덤할 수 있다.
위상 천이기(130)는 광 변조기 드라이버(20)를 통해 입력되는 전기 신호를 이용하여 상기 제1 Y-스플리터(120)에 의하여 양 방향으로 분기된 광 신호들 중 하나의 위상을 천이시킬 수 있다.
상기 제2 Y-스플리터(140)는 상기 위상 천이기(130)를 거친 광 신호 및 상기 제1 Y-스플리터(120)를 지난 광 신호를 입력받아 결합(즉, 중첩)시킬 수 있는 수동형 소자이다. 이때, 상기 중첩을 통해 입력되는 광 신호들은 상쇄 간섭 또는 보강 간섭이 일어날 수 있으며, 상기 제2 Y-스플리터(140)의 분기각은 랜덤할 수 있다.
하지만, 상기 제1 Y-스플리터(120) 및 상기 제2 Y-스플리터(140)는 수동형 소자이기 때문에, 상기 비교 예에 따른 광 변조기(100)는 소형화에 어려움이 생긴다.
도 3a 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유(210)와 광도파로(240) 간의 제1 광 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다. 도 3a 및 도 3c를 참조하면, 상기 광도파로(240)는 옥사이드층(Ox, 220) 및 실리콘층(Si, 230)을 포함한다. 상기 실리콘층(230)은 광섬유(210)에 의해 광이 들어오는 부분(250)이 요철 형태로 되어 있으며, 상기 요철의 간격 및 깊이를 조절을 통해 입력되는 광이 상기 실리콘층(230)으로 들어올 수 있고, 상기 실리콘층(230)으로 들어온 광은 실리콘층(230)의 굴절률이 옥사이드층(220)의 굴절률보다 크기 때문에 전반사 진행한다. 상기 실리콘층(230)은 코어층, 상기 옥사이드층(220)은 클래딩층에 해당하며, 도 3a에는 도시되지 않았지만, 상기 실리콘층(230)의 상부도 클래딩층(예컨대, 옥사이드층)으로 덮일 수 있다.
도 3a를 참고하면, 상기 제1 광 인터페이스는 광도파로(240)에서 진행하는 광신호의 방향성을 결정하기 위하여 광신호를 전송하고자 하는 방향과 반대 방향으로 상기 광도파로(240)의 수직방향과 경사각(θ)을 두고 광섬유(210)를 위치시킨다. 예컨대, 입력되는 광(Pcw_in)이 제1 방향(D1)으로 입사하도록 경사각(θ)을 주면, 상기 광도파로(240)에 들어온 광은 제2 방향(D2)로 진행한다. 이때, 상기 경사각(θ)은 8도 내지 10도에 해당할 수 있으나, 반드시 이 각도 범위 내일 필요는 없다.
상술한 바와 같이 제1 광 인터페이스에 의하면 입력된 광신호는 단방향으로 진행하므로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 광 도파로(280a) 역시 단방향으로 형성될 수 있다. 광신호가 입력되는 부분(250)과 광 도파로(280a) 간에는 양자를 연결하는 테이퍼(taper, 270a)가 형성될 수 있다. 도 3a 및 도 3c에 도시된 구조의 광 인터페이스를 경사 회절형 커플러라 한다.
도 3b 및 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유(210)와 광도파로(240) 간의 제2 광 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다. 상기 광도파로(240)는 옥사이드층(Ox, 220) 및 실리콘층(Si, 230)을 포함한다. 상기 실리콘층(230)은 광섬유에 의해 광이 들어오는 부분이 요철 형태로 되어 있으며, 상기 요철의 간격 및 깊이를 조절을 통해 입력되는 광이 상기 실리콘층(230)으로 들어올 수 있고, 상기 실리콘층(230)으로 들어온 광은 실리콘층(230)의 굴절률이 옥사이드층(220)의 굴절률보다 크기 때문에 전반사 진행한다. 상기 실리콘층(230)은 코어층, 상기 옥사이드층(220)은 클래딩층에 해당하며, 도 3b에는 도시되지 않았지만, 상기 실리콘층(230)의 상부도 클래딩층(예컨대, 옥사이드층)으로 덮일 수 있다.
도 3b를 참고하면, 상기 제2 광 인터페이스는 광도파로(240)에서 진행하는 광신호의 방향성을 위하여 상기 광도파로(240)에 수직인 방향으로 상기 광섬유(210)를 위치시킨다. 예컨대, 입력되는 광(Pcw _ in)이 제3 방향(D3)으로 입사하도록 상기 광도파로(240)에 수직인 방향으로 상기 광섬유(210)를 위치시키면, 상기 광도파로(240)에 들어온 광은 제4 방향(D4) 및 제5 방향(D5)으로 진행한다. 이때, 상기 제4 방향(D4) 및 제5 방향(D5)으로 진행하는 광은 동일한 비율, 예컨대, 약 50:50의 비율로 분기될 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제4 방향(D4) 및 제5 방향(D5)으로 진행하는 광의 비율은 고의적으로 또는 비고의적(제품 설계 및 제작 단계에서의 변수나 오차 등으로 인하여) 50:50 이 아닌 다른 비율일 수 있다.
상술한 바와 같이 제2 광 인터페이스에 의하면 입력된 광신호는 양방향으로 진행하므로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 광 도파로(280a, 280b) 역시 양방향으로 형성될 수 있다. 광이 입력되는 부분(250)과 양방향의 광 도파로(280a, 280b) 간에는 양자를 연결하는 테이퍼(taper, 270a, 270b)가 형성될 수 있다. 도 3b 및 도 3d에 도시된 구조의 광 인터페이스를 이하 수직 회절형 커플러라 한다.
도 3a 내지 도 3d에는 광도파로(240)에 광을 입력하기 위한 수단의 일 예로 광섬유(210)가 도시되나, 이에 한정되지 않으며, 광도파로일 수도 있고, 다른 소자일 수 있다.
또한, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 광 인터페이스들은 광도파로(240)에 광을 입사시키는 인터페이스뿐만 아니라, 광도파로(240)로부터 광을 출력시키는 인터페이스에도 사용될 수 있다. 즉, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 광 인터페이스들은 본 발명의 실시예에 따른 광 변조기(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 600')로 광 신호를 수신하기 위한 광 입력부로 사용될 수도 있고, 또한 본 발명의 실시예에 따른 광 변조기(200, 200', 300, 300', 300", 600, 600')로부터 외부로 광 신호를 출력하기 위한 광 출력부로 사용될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 4a를 참고하면, 상기 광 변조기(200)는 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(grating coupler, 310), 위상 천이기(phase shifter, 130) 및 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(310, 320)는 각각 도 3b의 제2 광 인터페이스 형태로 구성될 수 있다. 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)은 광원으로부터 입력되는 광신호(Pcw _ in)를 광도파로에서 상기 광신호가 진행할 평면과 수직 방향(예컨대, 광도파로와 수직인 방향)으로 입력받아 양 방향(P#1 및 P#2)으로 소정 비율(예컨대, 약 50:50의 비율 또는 서로 다른 비율)로 전송할 수 있다. 양 방향(P#1 및 P#2)으로 전송되는 광 신호의 비율이 50:50인 경우가 베스트일 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 의해서 의도적으로 양 방향(P#1 및 P#2)으로 전송되는 광 신호의 비율을 50:50 이 아닌 다른 비율로 설정할 수 있다. 이 경우, 양 방향(P#1 및 P#2)으로 전송되는 광 신호의 비율을 원하는 비율로 하기 위하여, 추가 구성요소가 구비될 수도 있다. 또한, 실제 구현상의 변수, 오차 등으로 인하여 양 방향(P#1 및 P#2)으로 전송되는 광 신호의 비율이 50:50이 아닌 다른 비율이 될 수도 있다.
상기 위상 천이기(130)는 상기 양 방향으로 전송되는 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러의 전송 신호들 중 하나(이하, 제1 광 신호라 함)를, 전기 신호에 따라 위상 변조하여 위상 변조 신호를 출력한다.
예컨대, 상기 위상 천이기(130)는 제1측 방향(P#1)으로 진행하는 제1 광신호를 광 변조기 드라이버로부터 상기 위상 천이기(130)로 입력되는 전기 신호에 응답하여 위상 천이시켜 위상 변조 신호(P#1_ PS)를 출력한다. 전기 신호가 '1'에 해당하는 신호인 경우, 예컨대, 소정의 공급 전압이 인가될 때, 위상 변조 신호(P#1_ PS)의 위상은 제1 광신호의 위상과 비교하여 소정의 위상 차이(예컨대 90도, 180도 등 미리 정해진 위상차)를 가질 수 있으며, 전기 신호가 '0'에 해당하는 신호인 경우, 예컨대, 공급 전압이 인가되지 않을 때, 위상 변조 신호(P#1_ PS)의 위상은 제1 광신호의 위상과 동일할 수 있다.
이와 같이, 전송하고자 하는 데이터에 따라 공급 전압이 선택적으로 위상 천이기(130)에 인가됨으로써, 위상 천이기(130)는 제1 광 신호의 위상을 선택적으로 일정 위상만큼(예컨대, 180도 등) 지연시킬 수 있다.
상기 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)은 상기 위상 변조 신호(P#1_ PS) 및 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러의 전송 신호들 중 제2측 방향(P#2)으로 진행한 광신호(이하, 제2 광 신호라 함)를 입력받아 결합(중첩)하여 광도파로에서 상기 광신호가 진행한 평면과 수직 방향(예컨대, 광도파로와 수직인 방향)으로 출력한다.
따라서, 상기 위상 변조 신호(P#1_ PS) 및 상기 제2 광신호가 진행하는 도파로는 서로 일직선(예컨대, 180도 각도)으로 연결될 수 있으며, 상기 위상 변조 신호(P#1_ PS) 및 상기 제2 광신호는 서로 중첩되어 광도파로에서 상기 광신호가 진행한 평면과 수직 방향(예컨대, 광도파로와 수직인 방향)으로 출력 신호(P_ out)가 출력된다.
이때, 상기 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)은 상기 위상 변조 신호(P#1_ PS) 및 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러의 전송 신호들 중 제2측 방향(P#2)으로 진행한 광신호(제2 광 신호)가 보강 간섭 또는 상쇄 간섭을 하여 상기 중첩을 수행할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예의 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 4b를 참고하면, 상기 광 변조기(200')는 도 4a의 광 변조기(200)의 변형 예에 해당할 수 있으며, 경사 회절형 그레이팅 커플러(405), 제1 Y-스플리터(410), 위상 천이기(phase shifter, 130) 및 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)을 포함한다.
도 4b의 상기 광 변조기(200')는 도 4a의 광 변조기(200)와 비교하여 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310) 대신 경사 회절형 그레이팅 커플러(405) 및 제1 Y-스플리터(410)를 포함한 변형 예이다.
경사 회절형 그레이팅 커플러(405)는 도 3a에 도시된 제1 광 인터페이스의 형태로 구현될 수 있다.
상기 제1 Y-스플리터(410)는 상기 입력단(110)을 통해 입력되는 광을 분기하는 수동형 소자이다. 예컨대, 상기 제1 Y-스플리터(410)는 입력 광신호(Pcw _ in)를 소정의 비율(예컨대, 50:50 비율 또는 서로 다른 비율)로 분기할 수 있으며, 분기를 위한 상기 제1 Y-스플리터(410)의 분기각은 랜덤할 수 있다.
상기 위상 천이기(130)는 분기된 양 방향으로 전송되는 신호들 중 하나(제1 광 신호)를 전기 신호에 응답하여 위상 변조하여 위상 변조 신호를 출력한다.
예컨대, 상기 위상 천이기(130)는 제1측 방향(P#1)으로 진행하는 제1 광신호를 광 변조기 드라이버로부터 상기 위상 천이기(130)로 입력되는 전기 신호를 통해 위상 천이시켜 위상 변조 신호(P#1_ PS)를 출력한다.
상기 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)는 상기 위상 변조 신호(P#1_ PS) 및 제2측 방향(P#2)으로 진행한 광신호(제2 광 신호)를 입력받아 중첩하여 광도파로에서 상기 광신호가 진행한 평면과 수직 방향(예컨대, 광도파로와 수직인 방향)으로 출력한다.
따라서, 상기 위상 변조 신호(P#1_ PS) 및 제2 광신호가 진행하는 도파로는 서로 일직선(예컨대, 180도 각도)으로 연결될 수 있으며, 상기 위상 변조 신호(P#1_ PS) 및 제2 광신호는 상기 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)에서 서로 중첩되어 광도파로에서 상기 광신호가 진행한 평면과 수직 방향(예컨대, 광도파로와 수직인 방향)으로 출력 신호(P_ out)가 출력된다.
이때, 상기 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)은 상기 위상 변조 신호(P#1_ PS) 및 제2 광신호를 보강 간섭 또는 상쇄 간섭을 하여 상기 중첩을 수행할 수 있다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예의 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 4c를 참고하면, 상기 광 변조기(200")는 도 4a의 광 변조기(200)의 변형 예에 해당할 수 있으며, 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(grating coupler, 310), 위상 천이기(phase shifter, 130), Y-결합기(420) 및 제2 경사 회절형 그레이팅 커플러(425)를 포함한다.
도 4c의 상기 광 변조기(200")는 도 4a의 광 변조기(200)와 비교하여 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320) 대신 Y-결합기(420) 및 제2 경사 회절형 그레이팅 커플러(425)를 포함한 변형 예이다.
Y-결합기(420)는 도 4b에 도시된 제1 Y-스플리터(410)와 유사하며, 양쪽으로부터 입력되는 광을 결합하는 수동형 소자이다. Y-결합기(420), Y-스플리터(410)를 구분하지 않고, 통칭하여 Y-스플리터라 부르기도 한다.
경사 회절형 그레이팅 커플러(425)는 도 3a에 도시된 제1 광 인터페이스의 형태로 구현될 수 있다.
도 4d는 본 발명의 일 실시예의 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 4d의 광 변조기는 도 4a의 광 변조기(200)의 변형 예에 해당할 수 있으며, 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(grating coupler, 310), 제1 및 제2 위상 천이기(131, 132), 및 및 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)를 포함한다.
도 4d의 광 변조기(200)는 도 4a의 광 변조기(200)와 비교하여 하나의 위상 천이기(130) 대신 제1 및 제2 위상 천이기(131, 132)를 포함한 변형 예이다.
제1 위상 천이기(131)는 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)의 전송 신호들 중 제1 광 신호를, 제1 전기 신호(ES1)에 따라 위상 변조하여 위상 변조 신호를 출력하고, 제2 위상 천이기(132)는 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)의 전송 신호들 중 제2 광 신호를, 제2 전기 신호(ES2)에 따라 위상 변조하여 위상 변조 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 제1 위상 천이기(131)는 제1 광 신호를 제1 위상(예컨대, 90도)만큼 천이시키고, 제2 위상 천이기(132)는 제2 광 신호를 제2 위상(예컨대, -90도)만큼 천이시킬 수 있다. 제1 전기 신호(ES1)와 제2 전기 신호(ES2)는 상호 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 예컨대, 제2 전기 신호(ES2)는 제1 전기 신호(ES1)를 반전하여 생성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4d의 광 변조기는 광 신호가 전송되는 두 개의 경로 각각에 위상 천이기(131, 132)가 구비됨으로써, 광 신호가 전송되는 두 개의 경로 중 하나에만 위상 천이기(130)가 구비되는 도 4a의 광 변조기(200)에 비하여 변조 효율이 높아질 수 있다. 이에 따라, 도 4d에 도시된 위상 천이기(131, 132)는 도 4a에 도시된 위상 천이기(130)에 비하여, 상대적으로 작은 사이즈(예컨대, 짧은 길이)로 구현될 수 있다.
도 4e는 도 4b의 광 변조기(200')의 일 변형 예를 나타내는 도면이다. 도 4e의 광 변조기는 도 4b의 광 변조기(200)와 비교하여 하나의 위상 천이기(130) 대신 제1 및 제2 위상 천이기(131, 132)를 포함한 변형 예이다.
마찬가지로, 도 4f는 도 4c의 광 변조기(200")의 일 변형 예를 나타내는 도면이다. 도 4f의 광 변조기는 도 4c의 광 변조기(200")와 비교하여 하나의 위상 천이기(130) 대신 제1 및 제2 위상 천이기(131, 132)를 포함한 변형 예이다.
하나의 위상 천이기(130) 대신 제1 및 제2 위상 천이기(131, 132)를 포함한 경우에 대해서는 도 4d를 참조하여 상술하였으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 5a를 참고하면, 상기 광 변조기(300)는 도 1의 광 변조기(200)에 해당할 수 있으며, 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310), 위상 천이기(phase shifter, 130) 및 제1 반사형 그레이팅 커플러(330)를 포함한다.
상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)은 도 3b의 제2 광 인터페이스 형태로 구성될 수 있다. 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)은 광원으로부터 입력되는 광신호(Pcw _ in)를 광도파로에서 상기 광신호가 진행할 평면과 수직 방향(예컨대, 광도파로와 수직인 방향)으로 입력받아 양 방향(P#1 및 P#2)으로 소정 비율(예컨대, 약 50:50의 비율 또는 서로 다른 비율)로 전송한다.
상기 위상 천이기(130)는 상기 양 방향으로 전송되는 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)의 전송 신호들 중 하나(제1 광 신호)를 위상 변조한 위상 변조 신호를 출력한다.
예컨대, 상기 위상 천이기(130)는 제1측 방향(P#1)으로 진행하는 광신호(제1 광신호)를 광 변조기 드라이버로부터 상기 위상 천이기(130)로 입력되는 전기 신호를 통해 위상 천이시켜 1차 위상 변조 신호(P#1_ PS)를 출력한다.
상기 제1 반사형 그레이팅 커플러(330)은 제2측 방향(P#2)으로 진행한 광신호(제2 광 신호) 및 상기 1차 위상 변조 신호를 입력받아 각각 동일한 경로로 반사시킨다. 즉, 상기 제1 반사형 그레이팅 커플러(330)은 제2 광 신호를 제2 광 신호가 전송된 동일한 경로로 반사시키고, 상기 1차 위상 변조 신호 역시 그 동일한 경로로 반사시킨다.
상기 위상 천이기(130)는 상기 반사된 1차 위상 변조 신호(P#1_ PS _ rflc)를 입력 받아 위상 변조하여 2차 위상 변조 신호(P#1_ DPS _ rflc)를 출력한다.
이와 같이, 위상 천이기(130)는, 제1 광 신호를 1차 위상 변조하고, 또한 제1 반사형 그레이팅 커플러(330)에 의해 반사된 1차 위상 변조 신호도 위상 변조함으로써, 변조 효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 도 5a에 도시된 위상 천이기(130)는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 위상 천이기(130)에 비하여, 상대적으로 작은 사이즈(예컨대, 짧은 길이)로 구현될 수 있다.
상기 2차 위상 변조 신호(P#1_ DPS _ rflc) 및 상기 반사된 제2측 방향으로 진행한 광신호(P#2_ rflc)가 진행하는 도파로는 서로 일직선(예컨대, 180도 각도)으로 연결될 수 있으며, 상기 2차 위상 변조 신호(P#1_ DPS _ rflc) 및 상기 반사된 제2 광신호(P#2_ rflc)는 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)에서 서로 중첩되어 광도파로에서 상기 광신호가 진행한 평면과 수직 방향(예컨대, 광도파로와 수직인 방향)으로 출력 신호(P_ out)가 출력된다.
이때, 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)은 2차 위상 변조 신호(P#1_ DPS _ rflc) 및 상기 반사된 제2 광신호(P#2_ rflc)를 보강 간섭 또는 상쇄 간섭을 하여 상기 중첩을 수행할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예의 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 5b를 참고하면, 상기 광 변조기(300')는 도 5a의 광 변조기(300)의 변형 예에 해당할 수 있으며, 제1 Y-스플리터(510), 위상 천이기(phase shifter, 130) 및 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러(320)을 포함한다.
도 5b의 상기 광 변조기(300')는 도 5a의 광 변조기(300)와 비교하여 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310) 대신 제1 Y-스플리터(510)를 포함한 변형 예이다.
제1 Y-스플리터(510) 전단에는 도 4b와 마찬가지로, 경사 회절형 그레이팅 커플러(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 제1 Y-스플리터(510)는 상기 입력단(110)을 통해 입력되는 광을 분기하는 수동형 소자이다. 예컨대, 상기 제1 Y-스플리터(510)는 입력 광신호(Pcw _ in)를 소정 비율(예컨대, 약 50:50의 비율 또는 서로 다른 비율)로 분기할 수 있으며, 분기를 위한 상기 제1 Y-스플리터(510)의 분기각은 랜덤할 수 있다.
상기 위상 천이기(130)는 분기된 양 방향으로 전송되는 신호들 중 하나(제1 광 신호)를 위상 변조한 위상 변조 신호를 출력한다.
예컨대, 상기 위상 천이기(130)는 제1측 방향(P#1)으로 진행하는 광신호를 광 변조기 드라이버로부터 상기 위상 천이기(130)로 입력되는 전기 신호(ES)를 통해 위상 천이시켜 1차 위상 변조 신호(P#1_ PS)를 출력한다. 상기 1차 위상 변조 신호(P#1_ PS)의 위상은 상기 제1측 방향(P#1)으로 진행하는 광신호의 위상과 비교하여 180도 위상 차이를 가질 수 있다.
상기 제1 반사형 그레이팅 커플러(330)은 제2측 방향(P#2)으로 진행한 광신호 및 상기 1차 위상 변조 신호를 입력받아 동일한 경로로 반사시킨다.
상기 위상 천이기(130)는 상기 반사된 1차 위상 변조 신호(P#1_ PS _ rflc)를 입력받아 위상 변조하여 2차 위상 변조 신호(P#1_ DPS _ rflc)를 출력한다.
상기 2차 위상 변조 신호(P#1_ DPS _ rflc) 및 상기 제1 반사형 그레이팅 커플러(330)에 의해 반사되어 제2측 방향으로 진행한 광신호(P#2_ rflc)는 상기 제1 Y-스플리터(510)에서 중첩되어 경사 회절형 그레이팅 커플러(미도시)를 통해 출력될 수 있다.
도 5c는 도 5a의 광 변조기(300)의 일 변형 예를 나타내는 도면이다. 도 5c의 광 변조기는 도 5a의 광 변조기(300)와 비교하여 하나의 위상 천이기(130) 대신 제1 및 제2 위상 천이기(131, 132)를 포함한 변형 예이다.
마찬가지로, 도 5d는 도 5b의 광 변조기(300')의 일 변형 예를 나타내는 도면이다. 도 5d의 광 변조기는 도 5b의 광 변조기(300')와 비교하여 하나의 위상 천이기(130) 대신 제1 및 제2 위상 천이기(131, 132)를 포함한 변형 예이다.
도 5e는 본 발명의 다른 실시예의 또 다른 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 5e를 참고하면, 상기 광 변조기(300")는 도 5a의 광 변조기(300)의 변형 예에 해당할 수 있으며, 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310), 위상 천이기(phase shifter, 130), 제1 반사형 그레이팅 커플러(330) 및 제2 반사형 그레이팅 커플러(340)을 포함한다.
도 5e의 상기 광 변조기(300")는 도 5a의 광 변조기(300)와 동일한 동작을 하고, 다만, 차이점으로는, 도 5a의 광 변조기(300)에 비해 반사형 그레이팅 커플러(340)가 하나 더 추가된다. 반사형 그레이팅 커플러(340)를 하나 더 추가하여 도 5a에서 볼 수 있는 양 방향의 도파로 사이의 낭비되는 공간을 줄일 수 있다.
마찬가지로 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(310)은 입력되는 광신호(Pcw _ in)를 제1방향(P#1) 및 제2방향(P#2)으로 소정 비율(예컨대, 약 50:50의 비율 또는 서로 다른 비율)로 전송할 수 있으며, 상기 제1방향(P#1) 및 제2방향(P#2)에서 반사되어 오는 2차 위상 변조 신호(P#1_ DPS _ rflc) 및 반사된 제2측 방향으로 진행한 광신호(P#2_ rflc)를 중첩시켜 출력할 수 있다.
도 5f는 도 5e의 광 변조기(300")의 일 변형 예를 나타내는 도면이다. 도 5f의 광 변조기는 도 5e의 광 변조기(300")와 비교하여 하나의 위상 천이기(130) 대신 제1 및 제2 위상 천이기(131, 132)를 포함한 변형 예이다.
도 5e 및 도 5f에서는 광 변조기(300")의 구성요소들(수직 회절형 그레이팅 커플러, 반사형 그레이팅 커플러, 광 도파로 등)이 일직선 상에 배치되는 것으로 도시되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 광 변조기(300”)의 구성요소들이 직선 상에 배치될 필요는 없으며, 실제 소형화를 달성하기 위해 광변조기의 각 구성요소가 광 변조기를 포함하는 칩의 남는 공간에 배치될 수도 있다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 6a를 참고하면, 상기 광 변조기(600)는 도 1의 광 변조기(100)에 해당할 수 있으며, 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(610), 제1 위상 천이기(670), 제2 위상 천이기(660), 제1 반사형 그레이팅 커플러(630), 제2 반사형 그레이팅 커플러(620), 제3 반사형 그레이팅 커플러(640) 및 제4 반사형 그레이팅 커플러(650)을 포함한다.
도 6a의 광 변조기(600)는 입력되는 광신호를 두 편광 상태에 따라 각각 별도로 변조하며, 도 5d의 광 변조기(300")를 두 개 중첩한 형태에 해당할 수 있다.
상기 두 편광 상태는 TE(transverse electric) 편광 및 TM(transverse magnetic)에 해당할 수 있으며, 입력되는 광신호는 상기 TE 편광 및 TM 편광 각 편광마다 양 방향으로 소정 비율(예컨대, 약 50:50의 비율 또는 서로 다른 비율)로 광도파로를 따라 전송될 수 있다.
TE 편광의 경우, 입력되는 광신호는 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(610)을 거쳐 제1 방향 및 제2 방향으로 진행하고, 제1 방향으로 진행하는 광신호(P#1_ TE)는 제1 위상 천이기(670)를 거쳐 상기 제1 반사형 그레이팅 커플러(630)에서 반사되어 제1 반사 신호(P#1_ TE _ DPM _ rflc)로 출력되며, 제2 방향으로 진행하는 광신호(P#2_ TE)는 제2 반사형 그레이팅 커플러(620)에서 반사되어 제2 반사 신호(P#2_ TE _ rflc)로 출력된다. 제1 방향 및 제2 방향은 180도 각도를 이룰 수 있다.
TM 편광의 경우, 입력되는 광신호는 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(610)을 거쳐 제3 방향 및 제4 방향으로 진행하고, 제3 방향으로 진행하는 광신호(P#1_ TM)은 제2 위상 천이기(660)를 거쳐 상기 제3 반사형 그레이팅 커플러(640)에서 반사되어 제3 반사 신호(P#1_ TM _ DPM _ rflc)로 출력되며, 제4 방향으로 진행하는 광신호(P#2_ TM)는 제4 반사형 그레이팅 커플러(650)에서 반사되어 제4 반사 신호(P#2_ TM _ rflc)로 출력된다.
제3 방향 및 제4 방향은 180도 각도를 이룰 수 있고, 제1 방향과 제3 방향은 수직일 수 있다.
도 6b는 도 6a의 광 변조기(600)의 일 변형 예를 나타내는 도면이다. 도 6b의 광 변조기는 도 6a의 광 변조기(300')와 비교하여, TM 편광에 대해 하나의 위상 천이기(660) 대신에 두 개의 위상 천이기(661, 662)가 구비되고, TE 편광에 대해서도 하나의 위상 천이기(670) 대신에 두 개의 위상 천이기(671, 672)가 구비된다.
이에 따라 TE 편광의 경우, 입력되는 광신호는 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(610)을 거쳐 제1 방향 및 제2 방향으로 진행하고, 각 광신호(P#1_ TE, P#2_ TE)는 해당 경로에 구비된 위상 천이기(671, 672))를 거쳐 해당 반사형 그레이팅 커플러(620, 630)에서 반사되어 다시 해당 위상 천이기(671, 672)를 거쳐 출력된다.
TM 편광의 경우에도, 입력되는 광신호는 상기 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(610)을 거쳐 제3 방향 및 제4 방향으로 진행하고, 각 광신호(P#1_ TM, P#2_TM)은 해당 경로에 구비된 위상 천이기(661, 662)를 거쳐 해당 반사형 그레이팅 커플러(640, 650)에서 반사되어 제3 반사 신호(P#1_ TM _ DPM _ rflc)로 출력되며, 제4 방향으로 진행하는 광신호(P#2_ TM)는 해당 위상 천이기(671, 672)를 거쳐 출력된다.
도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예의 변형 예에 따른 광 변조기를 나타내는 도면이다. 도 6c를 참고하면, 상기 광 변조기(600')는 도 6a의 광 변조기(600)의 변형 예에 해당할 수 있으며, 상기 광 변조기(600')는 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러(610'), 제1 위상 천이기(670'), 제2 위상 천이기(660'), 제1 반사형 그레이팅 커플러(620') 및 제2 반사형 그레이팅 커플러(640')을 포함한다.
도 6c의 광 변조기(600')는 도 6a의 광 변조기와 동일한 동작을 한다. 다만, 차이점으로는, 도 6a의 광 변조기(600)에 비해 각 편광별로 반사형 그레이팅 커플러의 수가 하나씩 더 적다.
도 6a의 광 변조기(600)는 상기 수직 회절형 그레이팅 커플러(610), 상기 제1 반사형 그레이팅 커플러(630) 및 상기 제2 반사형 그레이팅 커플러(620)가 하나의 선 상에 배치되고, 수직 회절형 그레이팅 커플러(610), 상기 제3 반사형 그레이팅 커플러(640) 및 상기 제3 반사형 그레이팅 커플러(650)가 다른 선 상에 배치되어 오픈형 구조를 가지는데 반하여, 도 6c의 광 변조기(600')는 수직 회절형 그레이팅 커플러(610'), 및 반사형 그레이팅 커플러(620')가 하나의 폐곡선을 형성하도록 배치되고, 수직 회절형 그레이팅 커플러(610'), 및 반사형 그레이팅 커플러(640')가 다른 하나의 폐곡선을 형성하도록 배치되는 더블 루프형 구조를 가지기 때문이다.
상기 광 변조기(600')의 도파로는 각 편광별로 반사형 그레이팅의 수가 하나씩 더 적기 때문에 구조상으로, 두 편광 신호, 즉, TE 편광 신호 및 TM 편광 신호가 공통적으로 지나는 웨이브 가이드 교차 소자(680')을 포함할 수 있다.
도 6d는 도 6c의 광 변조기(600')의 일 변형 예를 나타내는 도면이다. 도 6d의 광 변조기는 도 6c의 광 변조기(600')와 비교하여, TM 편광에 대해 하나의 위상 천이기(660') 대신에 두 개의 위상 천이기(661, 662)가 구비되고, TE 편광에 대해서도 하나의 위상 천이기(670')대신에 두 개의 위상 천이기(671, 672)가 구비된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 변조기는 적어도 하나의 Y-스플리터를 수직 회절형 그레이팅 또는 반사형 그레이팅으로 대체하여 소형 광 변조기를 구성할 수 있다.
도 7a는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 데이터 처리 시스템(1200)은 제1장치(1210)와 제2장치(1220)를 포함한다. 제1장치(1210)와 제2장치(1220)는 시리얼 통신을 통하여 광신호를 통신할 수 있다.
제1장치(1210)는 제1광원(1212), 전-광 변환(electrical to optical conversion) 동작을 수행할 수 있는 제1광 변조기(1214), 및 광-전 변환(optical to electrical conversion) 동작을 수행할 수 있는 제1광 복조기(optical de-modulator; 1216)를 포함한다.
제1광원(1212)은 지속 파형을 갖는 광신호를 출력한다. 제1광 변조기(1214)는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 및 600') 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
제1광 복조기(1216)는 제2장치(1220)의 제2광 변조기(1224)로부터 출력된 광신호를 수신하여 복조하고 복조된 전기 신호를 출력한다. 제2장치(1220)는 제2광원(1222), 제2광 변조기(1224), 및 제2광 복조기(1226)를 포함한다.
제2광원(1222)은 지속 파형을 갖는 광신호를 출력한다. 제2광 변조기(1224)는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들200” 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
제2광 복조기(1226)는 제1장치(1220)의 제1광 변조기(1214)로부터 출력된 광신호를 수신하여 복조하고 복조된 전기 신호를 출력한다.
도 7b는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다. 도 7b를 참조하면, 데이터 처리 시스템(1200')은 제1장치(1210')와 제2장치(1220')를 포함한다. 도 7b의 데이터 처리 시스템(1200')은 도 7a의 데이터 처리 시스템(1200)과 그 구성 및 동작이 유사하므로, 설명의 중복을 피하기 위하여 차이점을 위주로 기술한다. 데이터 처리 시스템(1200')의 제1장치(1210')는 제1 커플러(1215)를 더 포함하고, 제2장치(1220')는 제2 커플러(1225)를 더 포함한다
제1광 변조기(1214') 및 제2광 변조기(1224') 각각은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서도 특히 광 신호의 입/출력이 동일한 단자(또는 포트)를 통해 이루어지는 광 변조기(예컨대, 도 5a 내지 도 6d에 도시된 광 변조기) 중 어느 하나일 수 있다.
제1 커플러(1215)는 제1광원(1212)에서 출력된 광 신호를 제1 광변조기(1214')로 전달하고, 제1 광변조기(1214')에서 출력된 변조된 광 신호는 제2 장치(1220')로 전달한다. 마찬가지로, 제2 커플러(1225)는 제2광원(1222)에서 출력된 광 신호를 제2 광변조기(1224')로 전달하고, 제2 광변조기(1224')에서 출력된 변조된 광 신호는 제1 장치(1210')로 전달한다.
도 8은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 8에 도시된 MOD(E/O)는 전-광 변환기로서 사용되는 광 변조기를 의미하는 것으로서, 상기 광 변조기(MOD(E/O))는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 및 600') 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
도 8을 참조하면, 데이터 처리 시스템(1300)은 CPU(1310), 복수의 데이터 버스들(1301-1~1301-3), 및 복수의 메모리 모듈들(1340)을 포함한다.
복수의 메모리 모듈들(1340) 각각은 복수의 데이터 버스들(1301-1~1301-3) 각각에 접속된 복수의 커플러들(1311-1, 1311-2, 및 1311-3) 각각을 통하여 광신호를 주거나 받을 수 있다.
실시 예에 따라, 복수의 커플러들(1311-1, 1311-2, 및 1311-3) 각각은 전기적인 커플러(electrical coupler) 또는 광학적인 커플러(optical coupler)로 구현될 수 있다.
CPU(1310)는 적어도 하나의 광 변조기(MOD(E/O))와 적어도 하나의 광 복조기 (DEM(O/E))를 포함하는 제1광 송수신기(1316), 및 메모리 컨트롤러(1312)를 포함한다. 적어도 하나의 광 복조기(DEM(O/E))는 광-전 변화기로서 사용된다.
메모리 컨트롤러(1312)는 CPU(1310)의 제어하에 제1광 송수신기(1316)의 동작, 예컨대 송신 동작 또는 수신 동작을 제어할 수 있다.
예컨대, 라이트 동작 시, 제1광 송수신기(1316)의 제1광 변조기(MOD(E/O))는 메모리 컨트롤러(1312)의 제어하에 어드레스들과 제어 신호들을 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 및 600')중 어느 하나에 의해 변조된 광신호를 생성하고, 생성된 광신호(ADD/CTRL)를 광 통신 버스(1301-3)로 전송할 수 있다.
제1광 송수신기(1316)가 광신호(ADD/CTRL)를 광 통신 버스(1301-3)로 전송한 후, 제1광 송수신기(1316)의 제2광 변조기(MOD(E/O))는 변조된 광 라이트 데이터(WDATA)를 생성하고, 생성된 광 라이트 데이터(WDATA)를 광 통신 버스(1301-2)로 전송할 수 있다.
각 메모리 모듈(1340)은 제2광 송수신기(1330) 및 복수의 메모리 장치들(1335)을 포함한다.
각 메모리 모듈(1340)은 광학적 DIMM(optical dual in-line memory module), 광학적 Fully Buffered DIMM, 광학적 SO-DIMM(small outline dual in-line memory module), Optical RDIMM(Registered DIMM), Optical LRDIMM(Load Reduced DIMM), UDIMM(Unbuffered DIMM), 광학적 MicroDIMM, 또는 광학적 SIMM(single in-line memory module)으로 구현될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2광 송수신기(1330)에 구현된 광 복조기(DEM(O/E))는 광통신 버스(1301-2)를 통하여 입력된 광 라이트 데이터(WDATA)를 복조하고 복조된 전기 신호를 복수의 메모리 장치들(335) 중에서 적어도 하나의 메모리 장치로 전송할 수 있다.
실시 예에 따라, 각 메모리 모듈(1340)은 광 복조기(DEM(O/E))로부터 출력된 전기 신호를 버퍼링하기 위한 전기적인 버퍼(1333)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 전기적인 버퍼(1333)는 복조된 전기 신호를 버퍼링하고, 버퍼링된 전기 신호를 복수의 메모리 장치들(1335) 중에서 적어도 하나의 메모리 장치로 전송할 수 있다.
복수의 메모리 장치들(1335) 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 어레이(1337), 메모리 어레이(1337)를 액세스할 수 있는 액세스 회로(1339), 및 액세스 회로(1339)의 동작을 제어할 수 있는 컨트롤 로직(미 도시)을 포함할 수 있다.
리드 동작 시, 메모리 장치(1335)로부터 출력된 전기 신호는 제2광 송수신기 (1330)에 구현된 광 변조기(MOD(E/O))에 의하여 광 리드 데이터(RDATA)로 변조된다. 광 리드 데이터(RDATA)는 광통신 버스(1301-1)를 통하여 CPU(1310)에 구현된 제1광 복조기(DEM(O/E))로 전송된다. 제1광 복조기(DEM)는 광 리드 데이터(RDATA)를 복조하고 복조된 전기 신호를 메모리 컨트롤러(1312)로 전송한다.
도 9는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 9에 도시된 MOD(E/O)는 전-광 변환 기능을 수행하는 광 변조기를 의미하는 것으로서, 상기 광 변조기(MOD(E/O))는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 및 600') 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
도 9를 참조하면, 데이터 전송 시스템(1400)은 CPU(1410), 복수의 데이터 버스들(1401-1, 1401-2, 및 1401-3), 및 복수의 메모리 모듈들(1440)을 포함한다.
복수의 데이터 버스들(1401-1, 1401-2, 및 1401-3) 각각은 전기적 또는 광학적으로 신호를 전송할 수 있다.
복수의 메모리 모듈들(1440) 각각은 복수의 메모리 장치들(1441)을 포함하고, 복수의 메모리 장치들(1441) 각각은 제2광 송수신기(1445)를 포함한다.
또한, 복수의 메모리 장치들(1441) 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 어레이(1443), 메모리 어레이(1443)를 액세스할 수 있는 액세스 회로(미 도시), 및 상기 액세스 회로의 동작을 제어할 수 있는 컨트롤 로직(미 도시)을 포함할 수 있다.
데이터 처리 시스템(1400)의 라이트 동작이 설명된다. 우선, 라이트 동작을 수행하기 위한 어드레스들과 제어 신호들(ADD/CTRL)은 대응되는 데이터 버스(1401-3)를 통하여 이미 복수의 메모리 장치들(1441) 중에서 적어도 하나로 전송되었다고 가정한다.
CPU(1410)의 제1광 송수신기(1416) 내의 광 변조기(MOD(E/O))는 메모리 컨트롤러(1412)의 제어하에 광 라이트 데이터(WDATA)를 데이터 버스(1401-2)에 접속된 광학적 커플러(1411-2)를 통하여 제1메모리 모듈(1440)의 제2광 송수신기(1445)의 광 복조기(DEM(O/E))로 전송한다.
제2광 송수신기(1430)의 광 복조기(DEM(O/E))는 광 라이트 데이터(WDATA)를 복조하고 복조된 전기 신호를 발생하다. 상기 액세스 회로는 상기 컨트롤 로직의 제어하에 상기 전기 신호를 메모리 어레이(1443)에 라이트한다.
데이터 처리 시스템(1400)의 리드 동작이 설명된다.
우선, 리드 동작을 수행하기 위한 어드레스들과 제어 신호들(ADD/CTRL)은 대응되는 데이터 버스(1401-3)를 통하여 이미 복수의 메모리 장치들(1441) 중에서 어느 하나의 메모리 장치로 전송되었다고 가정한다.
메모리 장치(1441)의 제2광 송수신기(1445) 내의 광 변조기(MOD(E/O))는 메모리 어레이(1443)로부터 출력된 전기 신호를 광 리드 데이터(RDATA)로 변조하고 이를 데이터 버스(1401-1)에 접속된 광학적 커플러(1411-1)를 통하여 CPU(1410)의 제1광 송수신기(1416)의 복조기(DEM(O/E))로 전송한다.
제1광 송수신기(1416)의 제1광 복조기(DEM(O/E))는 광 리드 데이터(RDATA)를 전기 신호로 복조하고 복조된 전기 신호를 메모리 컨트롤러(1412)로 출력한다.
도 10은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 데이터 처리 시스템(1500)은 제1장치(1510)와 제2장치(1530)를 포함한다. 도 10에 도시된 MOD(E/O)는 광 변조기를 의미하는 것으로서, 상기 광 변조기(MOD(E/O))는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 및 600') 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
제1장치(1510)와 제2장치(1530) 각각은 시리얼 통신 프로토콜을 이용하여 데이터를 주거나 받을 수 있는 장치를 의미한다.
상기 시리얼 통신 프로토콜은 그 실시 예로서 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter), SPI(Serial Peripheral Interface), I2C(Inter-integrated Circuit), SMBus(System Management Bus), CAN(Controller Area Network), USB (Universal Serial Bus), IC(Inter-chip)-USB, MIPI®(mibile industry processor interface)에서 규정하는 CSI(camera serial interface), MIPI®에서 규정하는 DSI(display serial interface), MDDI(Mobile Display Digital Interface), 또는 LIN(Local Interconnect Network)을 지원하는 데이터 통신 프로토콜일 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1장치(1510)에 구현된 제1광 송수신기(1512)의 제1광 변조기(1518)는 제1마이크로프로세서(1514)의 제어하에 광신호를 데이터 버스를 통하여 제2장치(1530)의 제2광 송수신기(1532)의 제2광 복조기(1540)로 전송한다.
제2광 복조기(1540)는 수신된 광신호를 전기 신호로 복조한다.
제2마이크로프로세서(1534)는 제2광 복조기(1540)로부터 출력된 복조된 전기 신호를 처리한다. 예컨대, 라이트 동작 시, 제2마이크로프로세서(1534)는 상기 전기 신호를 메모리 어레이에 라이트할 수 있다.
제2장치(1530)의 제2광 송수신기(1532)의 제2광 변조기(1538)는 제2마이크로프로세서(1534)의 제어하에 광신호를 데이터 버스를 통하여 제1장치(1510)의 제1광 송수신기(1512)의 제1광 복조기(1520)로 전송한다.
제1광 복조기(1520)는 수신된 광신호를 전기 신호로 복조한다.
제1마이크로프로세서(1514)는 제1광 복조기(1520)로부터 출력된 복조된 전기 신호를 처리한다. 예컨대, 리드 동작 시, 제1마이크로프로세서(1514)는 상기 전기 신호를 리드 데이터로서 처리할 수 있다. 각 마이크로프로세서(1514와 1534)는 그 명칭에도 불구하고 각 장치(1510과 1530)의 동작, 예컨대 라이트 동작 또는 리드 동작을 제어할 수 있는 프로세서를 의미한다.
도 11은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 11을 참조하면, SPI(serial peripheral interface) 통신 프로토콜을 사용하여 시리얼 데이터를 주거나 받을 수 있는 데이터 처리 시스템(1700)은 SPI 마스터 (1710)와 적어도 하나의 SPI 슬레이브(1720, 1730, 1740, 및 1750)를 포함한다.
도 11에 도시된 MOD(E/O)는 광 변조기를 의미하는 것으로서, 상기 광 변조기(MOD(E/O))는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 및 600') 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
복수의 SPI 슬레이브들(1720, 1730, 1740, 및 1750) 중에서 어느 하나는 시프트 레지스터(shift register), 메모리 칩(memory chip), 포트 확장기(port expander), 디스플레이 드라이버(display driver), 데이터 변환기(data converter), 프린터(printer), 데이터 저장 장치(data storage), 센서(sensor), 또는 마이크로프로세서(microprocessor)일 수 있다.
제1광 송수신기(1712)와 각 제2광 송수신기(1722, 1732, 1742, 또는 1750)는 대응되는 광학적 데이터 버스를 통하여 광신호(MOSI(Master Out Slave In) 또는 MISO (Master In Slave Out))를 주거나 받을 수 있다.
SPI 마스터(1710)는 제1광 송수신기(1712)의 동작을 제어할 수 있는 마이크로프로세서(미 도시)를 포함하고, 복수의 SPI 슬레이브들(1720, 1730, 1740, 및 1750) 각각은 제2광 송수신기(1722, 1732, 1742, 또는 1750)의 동작을 제어할 수 있는 마이크로프로세서(미 도시)를 포함한다.
또한, 제1광 송수신기(1712)는 시리얼 클락 신호(CLK)를 전기적인 데이터 버스 또는 광학적 데이터 버스를 통하여 각 제2광 송수신기(1722, 1732, 1742, 또는 1750)로 전송할 수 있다.
각 SPI 슬레이브(1720, 1730, 1740, 및 1750)는 각 칩 선택 신호(SS0, SS1, SS2, 및 SS3)에 의하여 선택될 수 있다. 이 경우, 각 칩 선택 신호(SS0, SS1, SS2, 및 SS3)는 전기적인 데이터 버스 또는 광학적 데이터 버스를 통하여 각 제2광 송수신기(1722, 1732, 1742, 또는 1750)로 전송될 수 있다.
도 12는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 통신 프로토콜을 사용하여 시리얼 데이터를 주거나 받을 수 있는 데이터 처리 시스템(1800)은 SATA 호스트(1810)와 SATA 장치(1830)를 포함한다. 도 12에 도시된 MOD(E/O)는 광 변조기를 의미하는 것으로서, 상기 광 변조기(MOD(E/O))는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 및 600') 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
SATA 호스트(1810)는 호스트 CPU(1811), 데이터 버스(1813), 메모리(1815), DMA 컨트롤러(1817), 및 제1SATA 인터페이스(1819)를 포함한다.
호스트 CPU(1811)는 DMA 컨트롤러(direct memory access controller; 1817) 또는 제1SATA 인터페이스(1819)의 동작을 제어한다.
제1SATA 인터페이스(1819)는 제1광 변조기(MOD(E/O))와 제1광 복조기 (DEM(O/E))를 포함한다.
SATA 호스트(1810)는 제1SATA 인터페이스(1819)의 동작을 제어할 수 있는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 상기 컨트롤러는 제1SATA 인터페이스(1819) 내부에 구현될 수도 있고 호스트 CPU(1811)가 상기 컨트롤러의 기능을 수행할 수 있다.
SATA 장치(1830)는 하드디스크 컨트롤러(1840)와 메모리 장치(1850), 및 자기적 기록 매체(1860)를 포함한다. 하드디스크 컨트롤러(1840)는 MCU(main control unit; 1841), 데이터 버스(1843), 제2SATA 인터페이스(1845), 버퍼(1847), 및 디스크 컨트롤러(1849)를 포함한다.
MCU(1841)는 제2SATA 인터페이스(1845), 버퍼(1847), 및 디스크 컨트롤러(1849) 중에서 적어도 하나의 동작을 제어한다.
제2SATA 인터페이스(1845)는 제2광 변조기(MOD(O/E))와 제2광 복조기 (DEM(E/O))를 포함한다.
SATA 장치(1830)는 제2SATA 인터페이스(1845)의 동작을 제어할 수 있는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 상기 컨트롤러는 제2SATA 인터페이스(1845) 내부에 구현될 수도 있고 MCU(1841)가 상기 컨트롤러의 기능을 수행할 수 있다.
라이트 동작 시, 메모리(1815)에 저장된 라이트 데이터는 DMA 컨트롤러(1817)의 제어하에 제1SATA 인터페이스(1819)의 제1광 변조기(MOD(E/O))로 전송된다.
제1광 변조기(MOD(E/O))는 상기 라이트 데이터에 따라 광 라이트 데이터를 생성하고 생성된 광 라이트 데이터를 데이터 버스를 통하여 제2SATA(1845)의 제2광 복조기(DEM(O/E))로 전송한다.
제2광 복조기(DEM(E/O))는 상기 광 라이트 데이터를 전기 신호로 복조할 수 있다.
버퍼(1847)는 상기 전기 신호를 버퍼링하고 버퍼된 전기 신호를 메모리 장치 (1850)에 일시적으로 저장한다.
디스크 컨트롤러(1849)는 메모리 장치(1850)에 저장된 전기 신호를 리드하여 라이트 어드레스에 의하여 지정된 자기적 기록 매체(1860)에 라이트한다.
리드 동작 시, 디스크 컨트롤러(1849)는 리드 어드레스에 의하여 지정된 자기적 기록 매체(1860)로부터 데이터를 리드하고, 리드된 데이터를 버퍼(1847)를 통하여 메모리 장치(1850)에 저장한다.
제2 SATA 인터페이스(1845)의 제2변조기(MOD(E/O)는 버퍼(1847)를 통하여 메모리 장치(1850)로부터 데이터에 따라 광 리드 데이터를 생성하고, 생성된 광 리드 데이터를 데이터 버스를 통하여 제1SATA(1819)의 제1광 복조기(DEM(O/E))로 전송한다.
제2광 복조기(DEM(O/E))는 수신된 광 리드 데이터를 전기 신호로 복조한다. DMA 컨트롤러(1817)는 제2광 복조기(DEM(O/E))에 의하여 복조된 전기 신호를 메모리 (1815)에 저장한다.
도 13은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
USB(Universal Serial Bus) 통신 프로토콜을 사용하여 시리얼 데이터를 주거나 받을 수 있는 데이터 처리 시스템(1900)은 USB 호스트(1910)와 USB 장치(1920)를 포함한다. 도 13에 도시된 MOD(E/O)는 광 변조기를 의미하는 것으로서, 상기 광 변조기(MOD(E/O))는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들(200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 및 600') 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.
USB 호스트(1910)의 제1광 송수신기(1912)의 제1광 변조기(MOD(E/O))에 의하여 생성된 광신호는 데이터 버스(1900-1)를 통하여 USB 장치 (1920)의 제2광송수신기(1614)의 제2광 복조기(DEM(O/E))로 전송되고, USB 장치(1920)의 제2광 복조기(DEM(O/E))는 수신된 상기 광신호를 복조하여 전기 신호를 생성한다.
USB 호스트(1910)는 제1광 송수신기(1912)의 동작을 제어할 수 있는 마이크로컨트롤러(미도시)를 더 포함할 수 있다.
USB 장치(1920)의 제2광 송수신기(1914)의 제2변조기(MOD(E/O))에 의하여 생성된 광신호는 데이터 버스(1900-2)를 통하여 USB 호스트 (1910)의 제1광 송수신기(1912)의 제1복조기(DEM(O/E))로 전송되고, USB 호스트(1910)의 제1광 복조기(DEM(O/E))는 수신된 상기 광신호를 복조하여 전기 신호를 생성한다.
USB 장치(1920)는 제1광 송수신기(1912)의 동작을 제어할 수 있는 마이크로컨트롤러(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 14는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 14에 도시된 SoC(system on chip; 1000)은 복수의 마스터들(1010과 1020), 복수의 슬레이브들(1110과 1120), 및 복수의 버스들(1001)을 포함한다.
복수의 마스터들(1010과 1020) 각각과 복수의 슬레이브들(1110과 1120) 각각은 광 변조기(MOD(E/O))와 광 복조기(DEM(O/E))를 포함한다. 복수의 버스들(1001) 각각은 광 도파로(optical waveguide)로 구현될 수 있다.
각 광 변조기(MOD(E/O))에 의하여 변조된 광신호는 각각이 광 도파로로 구현된 복수의 버스들(1001) 중에서 대응되는 버스를 통하여 각 광 복조기(DEM(O/E))로 전송되고, 각 광 복조기(DEM(O/E))는 수신된 광신호를 복조하여 전기 신호를 발생한다.
도 15는 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 15에 도시된 데이터 처리 시스템(1100)은 복수의 레이어들(1110과 1120)을 포함하는 적층 구조로 형성될 수 있다.
제1레이어(1110)는 제1광 송수신기(1111)와 제1광 송수신기(1111)의 동작을 제어할 수 있는 제1데이터 프로세싱 회로(1113)를 포함한다.
제1광 송수신기(1111)의 제1광 변조기(MOD(E/O))는 광신호를 광 전송 수단, 예컨대 광 도파로, TSV(through silicon via), 또는 광 섬유를 통하여 제2레이어(1120)의 제2광 복조기(DEM(O/E))로 전송한다. 제2광 복조기(DEM(O/E))에 의하여 복조된 전기 신호는 제2데이터 프로세싱 회로(1123)에 의하여 처리된다.
제2광 송수신기(1121)의 제2광 변조기(MOD(E/O))는 광신호를 광 전송 수단, 예컨대 광 도파로, TSV, 또는 광 섬유를 통하여 제1레이어(1110)의 제1광 복조기(DEM(O/E))로 전송한다. 제1광 복조기(DEM(O/E))에 의하여 복조된 전기 신호는 제1데이터 프로세싱 회로(1113)에 의하여 처리된다.
도 16 내지 도 19는 각각 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서 어느 하나를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 데이터 처리 시스템(2000)은 송신기(2010)와 수신기(2020)를 포함한다. 송신기(2010)는 광원(2011), 다수의 광 변조기(2013), 다수의 광 서큘레이터(2015) 및 스플리터(2017)를 포함한다. 수신기(2010)는 다수의 광 복조기(2021)를 포함한다. 도 16에 도시된 실시예에서는 다수의 광 변조기(2013)가 하나의 광원(2011)을 공유한다.
광원(2011)은 변조되지 않은 광 신호를 출력한다. 스플리터(2017)는 하나의 광원(2011)로부터 출력되는 광 신호를 다수의 광 변조기(2013)로 분배하는 역할을 한다. 다수의 광 서큘레이터(2015) 각각은 스플리터(2017)에서 분배된 광 신호를 수신하여 대응되는 광 변조기(2013)로 전달하고, 대응되는 광변조기(2013)에서 출력된 변조된 광 신호는 수신기(2020)의 대응되는 광 복조기(2021)로 전달한다.
다수의 광 변조기(2013) 각각은 도 4a부터 도 6d에 도시된 광 변조기들 중에서도 특히 광 신호의 입/출력이 동일한 단자(또는 포트)를 통해 이루어지는 광 변조기(예컨대, 도 5a 내지 도 6d에 도시된 광 변조기) 중 어느 하나일 수 있다.
수신기(2020)의 다수의 광 복조기(2021) 각각은 송신기(2010)의 다수의 광 변조기(2013) 중 대응되는 광 변조기(2013)로부터 출력된 광 신호를 수신하여 복조한다.
도 17을 참조하면, 데이터 처리 시스템(2100)은 제1장치(2110)와 제2장치(2120)를 포함한다. 제1장치(2110)는 제1 송신기(2010)와 제1 수신기(2040)를 포함하고, 제2 장치(2120) 역시 제2 송신기(2030)와 제2 수신기(2020)를 포함한다. 도 17은 각 장치(2110, 2120)에 송신기와 수신기가 모두 구비되는 실시예를 도시한다.
제1 송신기(2010)가 광 신호를 변조하여 전송하면 제2 수신기(2020)가 이를 수신하여 복조하고, 제2 송신기(2030)가 광 신호를 변조하여 전송하면 제1 수신기(2040)가 이를 수신하여 복조한다. 제1 및 제2 송신기(2010, 2030)의 구성 및 동작은 도 16의 송신기(2010)와 동일하고, 제1 및 제2 수신기(2040, 2020)의 구성 및 동작은 도 16의 수신기(2020)과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 18을 참조하면, 데이터 처리 시스템(2200)은 제1장치(2210)와 제2장치(2220)를 포함한다. 도 18의 데이터 처리 시스템(2200)은 도 17의 데이터 처리 시스템(2100)과 그 구성 및 동작이 유사하므로, 설명의 중복을 피하기 위하여 차이점 위주로 기술한다.
도 17의 실시예에서는 각 송신기(2010, 2030)에 광원(2011, 2031)이 구비되는 데 반하여, 도 18의 실시예에서는 제2 장치(2220)의 광원(2063)이 제1 장치(2210)의 송신기(2010)나 수신기(2060) 또는 송/수신기(2010, 2060) 외의 다른 부분에 구비된다.
즉, 도 18의 실시예에서는, 제1 장치(2210, 예컨대 컨트롤러 또는 CUP)에만 광원(2011, 2063)이 구비되고, 제2 장치(2220, 예컨대, 메모리)에는 광원이 구비되지 않는다. 제1 장치(2210)에 구비된 제2 장치용 광원(2063)에서 출력된 광 신호는 제2 장치(2220)의 송신기(2050)로 전송된다.
이에 따라 제2 장치(2220)의 송신기(2050)는 제1 장치(2210)로부터 변조되지 않은 광 신호를 수신하여 변조하고 변조된 광 신호를 제1 장치(2210)로 전송한다.
도 19를 참조하면, 데이터 처리 시스템(2300)은 제1장치(2310)와 제2장치(2320)를 포함한다. 도 19의 데이터 처리 시스템(2300)은 도 18의 데이터 처리 시스템(2200)과 그 구성 및 동작이 유사하므로, 설명의 중복을 피하기 위하여 차이점 위주로 기술한다.
도 18의 실시예에서는 제1 장치(2210)에 제1 장치와 제2 장치용 광원이 각각 하나씩 구비되는 데 반하여, 도 19의 실시예에서는 제1장치(2310)와 제2장치(2320) 중 어느 하나에만 광원(2311)이 구비된다. 이에 따라, 제1장치(2310)와 제2장치(2320)는 어느 하나의 광원(2311)을 공유하게 된다. 도 19의 실시예에서는 광원(2311)은 제1 장치(2310)에 구비되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 광원(2311)은 제2 장치(2320)에 구비되거나 또는 제1 및 제2 장치(2310, 2320) 외부에 구비될 수도 있다.
본 명세서에 사용된 전기 신호는 직렬 전기 신호 또는 병렬 전기 신호를 의미할 수 있고, 또한 상기 전기 신호는 직렬 데이터 또는 병렬 데이터를 의미할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 데이터 처리 시스템은 시리얼 인터페이스를 사용하는 시스템을 위주로 기술되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 광 변조기는 시리얼 인터페이스를 갖는 데이터 처리 시스템 뿐 아니라, 병렬 인터페이스를 갖는 데이터 처리 시스템에도 적용될 수 있음은 자명하다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한, 도면에서는 도시의 편의성 또는 명확성을 위하여 생략되거나 과장되거나 실 치수와 다를 수있음은 물론이다. 예컨대, 도 5a 내지 도 6d에 도시된 반사형 그레이팅 커플러(330, 340, 620, 630, 640, 650, 620', 640')는 광 도파로의 폭과 유사하게 구현될 수 있으나, 도면 상에서는 광 도파로의 폭보다 크게 도시되었다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 광송신기
10: 광원
20: 드라이버
30: 프리코더
100, 200, 200', 200", 300, 300', 300", 600, 600': 광 변조기
210: 광섬유
220: 옥사이드층
230: 실리콘층
240: 광도파로
130, 131, 132, 660, 661, 662, 670, 671, 672: 위상 천이기
310, 320, 610: 수직 회절형 그레이팅 커플러(grating coupler)
330, 340, 620, 630, 640, 650: 반사형 그레이팅 커플러
405, 425: 경사 회절형 그레이팅 커플러
410: Y-스플리터
420: Y-결합기

Claims (29)

  1. 변조되지 않은 입력 광 신호를 수신하여 제1 광 신호와 제2 광 신호로 나누어 광 도파로의 양 방향으로 위치하는 제1 및 제2 경로로 각각 전송하는 광 입력부;
    상기 제1 경로에 위치하여, 제1 전기 신호에 따라 상기 제1 광 신호의 위상을 제1 위상만큼 천이시키는 제1 위상 천이기(phase shifter);
    상기 제2 경로에 위치하여, 제2 전기 신호에 따라 상기 제2 광 신호의 위상을 제2 위상만큼 천이시키는 제2 위상 천이기; 및
    상기 제1 경로로 전송된 신호 및 상기 제2 경로로 전송된 신호를 결합하여 출력 광 신호를 생성하는 광 출력부를 구비하며,
    상기 광 입력부 및 상기 광 출력부 중 적어도 하나는 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함하는 광 변조기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 입력부는
    상기 입력 광신호를 상기 광 도파로의 양 방향과 수직 방향으로 입력받아 상기 광도파로의 양 방향으로 동일 비율로 전송하는 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함하는 광 변조기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 입력부는
    상기 입력 광신호를 상기 광 도파로의 양 방향과 수직 방향으로 입력받아 상기 광도파로의 양 방향으로 다른 비율로 전송하는 제1 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함하는 광 변조기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 광 출력부는
    상기 제2광 신호 및 상기 제1 위상 천이기로부터 출력되는 위상 변조 신호를 결합하여, 상기 제2 광 신호 및 상기 위상 변조 신호가 상기 광 출력부로 입력되는 방향과 수직 방향으로 상기 출력 광 신호를 출력하는 제2 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함하는 광 변조기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 출력부는
    상기 제2 광 신호 및 상기 제1 위상 천이기로부터 출력되는 위상 변조 신호를 결합하는 Y-결합기; 및
    상기 Y-결합기의 출력 신호를 상기 광도파로의 양 방향의 수직 방향에서 소정 각도만큼 경사진 방향으로 출력하는 경사 회절형 그레이팅 커플러를 포함하는 광 변조기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광 입력부는
    상기 입력 광 신호를 수신하여 일 방향으로 전달하는 경사 회절형 그레이팅 커플러; 및
    상기 경사 회절형 그레이팅 커플러로부터 전달되는 상기 입력 광 신호를 상기 양 방향으로 동일 비율로 분기하는 Y-스플리터를 포함하며,
    상기 광 출력부는
    상기 제2광 신호 및 상기 제1 위상 천이기로부터 출력되는 위상 변조 신호를 결합하여, 상기 제2 광 신호 및 상기 위상 변조 신호가 상기 광 출력부로 입력되는 방향과 수직 방향으로 상기 출력 광 신호를 출력하는 수직 회절형 그레이팅 커플러를 포함하는 광 변조기.
  9. 변조되지 않은 입력 광 신호를 수신하여 제1 광 신호와 제2 광 신호로 나누어 광 도파로의 제1 및 제2 경로로 각각 전송하는 광 입출력부;
    상기 제1 및 제2 경로 중 적어도 하나에 위치하여, 전기 신호에 따라 상기 제1 경로로 전송되는 제1 광 신호 및 상기 제2 경로로 전송되는 제2 광 신호 중 적어도 하나의 위상을 변조하여 위상 변조 신호를 출력하는 위상 천이기(phase shifter); 및
    상기 제1 경로로 전송된 신호 및 상기 제2 경로로 전송된 신호를 각각 동일한 경로로 반사시키는 반사형 그레이팅 커플러를 포함하며,
    상기 광 입출력부는,
    상기 제1 경로를 통해 수신된 반사 신호 및 상기 제2 경로를 통해 수신된 반사 신호를 결합하여 출력하는 광 변조기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전기 신호는 제1 전기 신호를 포함하고,
    상기 위상 천이기는, 상기 제1 경로에 위치하여 상기 제1 전기 신호에 따라 상기 제1 광신호의 위상을 제1 위상만큼 천이시키는 제1 위상 천이기를 포함하는 광 변조기.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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  29. 삭제
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