KR101916501B1 - 광 셔플링 - Google Patents

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데이비드 에이 파탈
마르코 피오렌티노
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휴렛 팩커드 엔터프라이즈 디벨롭먼트 엘피
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Abstract

광 셔플링에 관한 기술은 본 출원에서 기술된다. 일 예로서, 복수의 광 빔을 셔플링하기 위한 시스템이 기술된다. 시스템은 각각의 광 빔을 출력하는 복수의 소스를 포함한다. 시스템은 각각의 광 빔을 수신하는 복수의 수신기를 더 포함한다. 시스템은 복수의 서브-파장 격자(SWG) 섹션을 포함하는 셔플링 어셈블리를 더 포함한다. 복수의 SWG 섹션 각각은 복수의 빔의 광 경로를 정의하기 위한 것이다. 복수의 SWG 섹션은 복수의 소스의 각각으로부터의 광을 반사하여 복수의 수신기의 각각으로 향하도록 하기 위해 적어도 하나의 반사 SWG 섹션을 포함한다.

Description

광 셔플링{OPTICAL SHUFFLING}
많은 애플리케이션은 비교적 대량의 데이터를 보내고 받는데 의존한다. 광을 사용하여 데이터를 전송하는 것을 기반으로 하는 기술은 높은 네트워크 대역폭을 제공하는 편리한 선택이다. 정보를 전송하기 위해 광을 사용하는 많은 장치가 있다.
네트워킹 장비는 광섬유를 통해 동일하게 복수의 광 수신기에 결합되는 복수의 광 소스를 포함할 수 있다. 광 엔진과 같은 광 소스는 광섬유를 통해 광 수신기에 결합될 수 있다.
다중-섬유 광 커넥터 내의 광섬유로 운반되는 광 신호를 스위치 또는 '셔플(shuffle)'하는 것이 종종 바람직하다. 이러한 작업은 종종 하나의 커넥터로부터 개개의 섬유들을 물리적으로 분리하거나 "브레이킹 아웃(breaking out)"하고 이 섬유들을 하나 이상의 부가적인 광 커넥터에 있는 상이한 구성으로 리-라우팅함으로써 달성된다. 예를 들면, 블레이드 컴퓨터 시스템에서, 리던던시(redundancy)를 제공하기 위해 하나의 프로세서의 출력으로부터 발생한 신호를 둘 이상의 스위치의 입력으로 라우팅하는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시가 잘 이해될 수 있도록, 이제 다양한 예가 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 광 셔플링 시스템의 일 예를 포함하는 환경의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 다른 예에 따른 광 셔플링 시스템의 등각 투영도(isometric view)를 개략적으로 도시한다.
도 3은 광 셔플링 시스템의 다른 예를 포함하는 환경의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 다른 예에 따른 광 셔플링 시스템의 등각 투영도를 개략적으로 도시한다.
도 5(a)는 예에 따른 SWG 섹션에 의해 반사되는 광 빔의 다이어그램을 개략적으로 도시한다.
도 5(b) 및 도 5(c)는 예에 따른 SWG 섹션을 통해 투과되는 광 빔의 다이어그램을 개략적으로 도시한다.
도 5(d)는 예에 따라 광 빔의 방향이 변하는 방식의 다이어그램을 개략적으로 도시한다.
도 6은 예에 따른 SWG 어셈블리의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 예에 따라 동작시 두 개의 분리된 격자 서브-패턴을 개략적으로 도시한다.
도 8은 예에 따라 동작시 두 개의 분리된 격자 서브-패턴을 개략적으로 도시한다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 동작시 SWG 섹션의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 10은 광 셔플링 시스템 제조 방법의 예를 예시하는 플로우 차트를 도시한다.
도 11은 도 10에 도시된 방법에서 동작의 일부를 수행하도록 사용될 수 있는 컴퓨팅 장치의 예에 대한 개략도를 도시한다.
아래에서, 많은 세부 사항이 본 출원에서 개시되는 예에 대한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나 예는 이러한 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 다음의 상세한 설명에서 다양한 예가 예시의 방식으로 도시되는 첨부 도면이 참조될 것이다. 제한된 수의 예가 예시되지만, 그로부터 많은 수정 및 변형이 있다는 것이 이해될 것이다.
이와 관련하여, "상부(top)", "하부(bottom)", "정면(front)", "배면(back)", "좌측(left)", "우측(right)", "수직(vertical)" 등과 같은 방향 용어는 설명되는 도면의 방향을 참조하여 사용된다. 개시된 컴포넌트가 복수의 상이한 방향으로 위치될 수 있기 때문에 방향 용어는 설명의 목적으로 사용되고 결코 제한하지 않는다. 도면에서, 층 및 영역의 치수와 일부 표면 각도는 예시의 명료성을 위해 과장된다. 유사한 숫자는 다양한 도면의 유사 및 대응 부분을 위해 사용된다.
또한, 도면에 예시된 시스템은 비율대로 그려지지 않고 대신 본 출원에서 예시된 시스템의 다양한 컴포넌트 사이의 관계를 명료하게 도시하도록 그려진다.
제한된 수의 예가 예시되지만, 그로부터 많은 수정과 변형이 있다는 것이 이해될 것이다.
위에서 제시된 바와 같이, 종종 광 신호를 스위치 또는 "셔플(shuffle)"하는 것이 바람직하다. 일부 시스템에서 셔플링은 데이터를 운반하는 매우 조밀한 집단의 광 신호의 복잡한 라우팅을 발생시킬 수 있다. 그러한 복잡한 라우팅의 예는 컴퓨터 및 스위치 캐비넷의 내부에서 발생될 수 있다. 시스템 아키텍처는 배면 또는 중간 면으로 플러그하는 일련의 인쇄 회로 기판(PCB)으로 구성될 수 있다. 그러한 복잡한 라우팅의 다른 예는 많은 또는 전체 블레이드 서버가 접속되는 한 셋의 스위치를 통해 관리될 수 있는 블레이드 서버 사이의 통신에서 볼 수 있다.
일부 광통신용 시스템에서, 광 셔플링을 라우팅하고 관리하는 일은 광섬유를 통해 구현된다. 광 접속은 신호를 특정 위치로 라우팅하기 위해 커넥터에 있는 다중 섬유를 더 작은 그룹의 섬유 및 개별 섬유로 분리시키는 브레이크-아웃 케이블에 의해 구현될 수 있다. 예를 들면, 일부 광통신용 시스템에서, 브레이크-아웃 박스 및 패치 패널은 원하는 케이블 라우팅 패턴을 발생시키는데 사용된다. 예를 들면, 다중-섬유 광 커넥터는 브레이크-아웃 박스에 접속되는 커넥터에 플러그될 수 있다. 박스 내에서, 여러 개 또는 개별 섬유는 진입 커넥터로부터 분리되고 박스 내의 다른 커넥터로 라우팅 될 수 있다. 개별 섬유는 진입 커넥터 상의 다른 위치로 다시 라우팅될 수 있다. 광케이블의 배치는 광 커넥터를 사용하는 특정 시스템을 구성할 때 실질적으로 비용에 일조할 수 있다.
광통신용 다른 시스템에서, 광 셔플링을 라우팅하고 관리하는 일은 제 2 렌즈 및 커넥터 어셈블리를 향한 자유 공간 전송을 위해 광 신호를 시준하고(collimate) 편향하는데 사용될 수 있는 렌즈 어레이를 통해 구현된다. 렌즈 어레이는 비싸며, 특정 환경에서 복잡한 셔플링을 구현하지 못할 수도 있다는 점에서 기능상 제한될 수 있다. 또한, 렌즈는 벌크 디자인으로 설계될 수 있고 광 손실을 유발할 수 있다.
셔플링 시스템을 설계하고 구축하는 프로세스는 비쌀 수 있다. 또한, 적어도 일부의 경우에, 설계하고 구성하는 일은 자동화로 처리하지 못할 수 있다. 마지막으로 특히, 셔플링 시스템은 또한 크고 유효 공간을 소비할 수 있다. 많은 시스템에서, 예를 들면 컴퓨터 또는 스위치 캐비넷 내부에서 공간은 확보하기 어려울 수 있다.
본 출원에서 다양한 예는 복수의 광 소스 각각으로부터의 광이 반사되어 복수의 수신기 각각으로 향하도록 복수의 광 빔을 셔플링하는 것이다. 본 출원에서의 예는 광을 반사하도록 구성되는 서브-파장 격자(sub-wavelength grating (SWG))를사용하여 그러한 셔플링을 구현한다. 반사 SWG 섹션은 셔플링을 구현할 때 비용 및/또는 공간을 양보하지 않고 융통성이 가능해진다. 또한, 반사 SWG 섹션은 예로서 아래에서 더 예시되는 바와 같이, 소스 및 수신기가 셔플링 시스템의 같은 쪽에 있는 셔플링을 수행하는 것을 용이하게 한다.
SWG는 0차 회절을 제외한 모든 회절을 억압하기에 충분할 정도로 작은 피치를 갖는 회절 격자를 포함하는 격자를 지칭한다. 이것과 대조적으로, 종래의 파장 회절 격자는 입사 광의 고차 회절을 유도하기에 충분할 정도로 높은 피치를 특징으로 한다. 즉, 종래의 파장 회절 격자는 광을 상이한 방향으로 이동하는 여러 개의 빔으로 분할하고 회절시킨다. SWG 섹션이 입사 빔과 그 광 경로를 수정하는 방법은 SWG의 물리적 파라미터를 적절히 선택함으로써, 그리고 더 구체적으로는 회절 요소(예를 들면, 릿지 폭, 릿지 두께 및 릿지 주기 간격)의 치수를 적절히 선택함으로써 제조시 결정될 수 있다.
아래의 서브-파장 격자의 구성의 부분에서 상세히 기술된 바와 같이, SWG 섹션은 사전 정의된 방식으로 입사 파면을 제어하도록 배열될 수 있다. 더 구체적으로, 비-주기적, 서브-파장 패턴을 갖는 격자는 충돌하는 빔에 임의의 동위상 파면(phase front)을 부여하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 임의의 회절 또는 굴절 요소가 실현될 수 있다. SWG를 구비한 파면 제어는 특정 파면 제어 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 SWG 층을 포함함으로써 본 출원에서 기술되는 장치에서 구현될 수 있다.
SWG 섹션은 입사 파면을 편향시키도록 구성되어 그 이동 방향을 변경시킬 수 있다. 특히, SWG는 특정한 송출 파면(outgoing wavefront) 형상을 가진 입사 광을 반사하도록 구성될 수 있다. SWG는 특정한 송출 파면 형상을 가진 입사광을 투과하도록 구성될 수 있다. SWG로 구현될 수 있는 추가의 기능은 입사 파면을 스펙트럼 컴포넌트로 분리하거나 입사 파면의 특정 스펙트럼 컴포넌트를 필터링하는 것을 포함한다. 또한, 파면 제어를 위한 그러한 SWG 층은 제어된 파면을 시준하거나, 초점을 맞추거나, 또는 확장하도록 구성된 SWG 층과 조합될 수 있다.
다음의 설명에서, "광(light)"이라는 용어는 전자기 스펙트럼의 적외선 및 자외선 부분을 포함하여, 전자기 스펙트럼의 가시 및 비-가시 부분에 있는 파장을 갖는 전자기 방사선을 지칭한다. "파면(wavefront)"이라는 용어는 동일 위상을 갖는 광 빔에서 포인트의 궤적(즉, 라인 또는 3차원으로 전파하는 파에서의 표면)을 지칭한다. "스택(stack)"이라는 용어는 SWG 층의 정렬된 적층을 지칭한다. 스페이서는 스택의 SWG 층들 사이에 삽입될 수 있다. 층 또는 필름은 두 개의 층 또는 필름 "사이(between)"에 있는 것으로 지칭되거나 도시될 때 두 개의 층 또는 필름 사이에 있는 유일한 층 또는 필름일 수 있거나, 하나 이상의 사이에 있는 층 또는 필름이 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
셔플링 시스템(SHUFFLE SYSTEMS): 아래에 기술되는 광 셔플링 시스템은 복수의 SWG 섹션 중 적어도 하나의 SWG 섹션이 복수의 빔 중 하나가 반사되어 특정 방향으로 지향되는 복수의 광 빔을 셔플링하기 위한 많은 다양한 가능한 배열의 일부 예를 예시하기 위해 제공된다. 그러나 광 셔플링 시스템은 본 출원에서 예로 예시되는 특정 셔플링 아키텍처에 한정되지 않는다고 간주되는 것이 이해될 것이다. 광 셔플링 시스템은 특정 광 접속 애플리케이션용으로 적합한 임의의 셔플링 아키텍처로 간주된다.
도 1은 복수의 빔(102a-102d)을 셔플링하기 위한 광 셔플링 시스템(100)의 일 예가 예시되는(각각의 개별 빔은 특성 라인 패턴에 의해 예시됨) 환경의 사시도를 도시한다. 시스템(100)은 각각의 광 빔(102a-102d)을 출력하는 소스(104a-104d)를 포함한다. 소스(104a-104d)는 도파관에 의해 운반되는 광 신호(도시되지 않음)를 시스템(100)으로 출력하기 위해 입력 도파관(106a-106d)에 광학적으로 결합된다.
시스템(100)은 각각의 광 빔을 수신하는 복수의 수신기(108a-108d)를 포함한다. 수신기(108a-108d)는 소스(104a-104d)로부터 이격된다. 수신기(108a-108d)는 출력 도파관(110a-110d)에 광학적으로 결합되어 입력 도파관(106a-106d)에 의해 운반되는 광 신호(도시되지 않음)를 출력 도파관(110a-110d)으로 입력한다.
시스템(100)은 셔플링 어셈블리(112)를 더 포함한다. 셔플링 어셈블리(112)는 SWG 섹션(112a-112d)을 포함한다. SWG 섹션(112a-112d)은 빔(102a-102d)의 광 경로를 정의하도록 구성된다.
본 출원에서 기술된 적어도 일부의 예에 따르면, 셔플링 시스템은 광을 반사하기 위해 구성된 SWG 섹션을 포함한다. 도 1에 예시되는 특정 예에서, SWG 섹션(112b 및 112d)은 시스템(100)의 동작시 소스(106b, 106d)의 각각으로부터의 광을 반사하여 수신기(108b, 108c)의 각각으로 향하게 하는 반사 SWG 섹션이다.
본 출원에서 기술된 적어도 일부의 예에 따르면, 셔플링 시스템은 광을 특정 방향으로 투과하기 위해 적어도 하나의 투광(transmissive) SWG 섹션을 포함할 수 있다. 도 1에 예시되는 특정 예에서, SWG 섹션(112a, 112c)은 시스템(100)의 동작시 광을 소스(106a,106c)의 각각으로부터 수신기(108a, 108c)의 각각으로 투과하는 투광 SWG 섹션이다.
도 1에 도시되어 있지 않지만, 시스템(100)은 위에서 언급된 요소를 기계적으로 지지하고 배치하기 위한 요소를 더 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 시스템(100)은 도시된 요소를 둘러싸고 복수의 기계적 링크를 통해 도시된 요소를 지지하는 사례를 포함할 수 있다.
"소스(source)"라는 용어는 입력 도파관(예를 들면, 입력 도파관(106a-106d) 중 임의의 것)에 광학적으로 결합되도록 구성되는 셔플링 시스템의 일부 또는 예를 들면, 광 엔진(예를 들면, 수직-공동 표면-방출 레이저)과 같은 소스에 광을 출력하도록 구성되는 임의의 다른 요소를 지칭한다. "수신기(receiver)"라는 용어는 소스로부터 광을 수신하도록 구성되는 셔플링 시스템의 일부를 지칭한다. 일반적으로, 수신기는 출력 도파관(예를 들면, 출력 도파관(110a-110d) 중 임의의 도파관)에 광학적으로 결합된다. 소스 및 수신기는 동작시 광 투과를 위해 입력 및 출력 요소와 각각 광학적으로 정렬되는 개구 또는 투명한 물질로 구성될 수 있다. 소스 및 수신기는 그를 통해 투과되는 광의 파면을 수정하기 위해 렌즈 또는 SWG 부분과 같은 광학 요소를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 광학 요소는 그를 통과하는 광을 시준하거나, 초점을 맞추거나, 편향시킬 수 있다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 도파관은 광 신호를 운반하도록 구성되는 광학 요소를 지칭한다. 도파관은 이것으로 한정되지는 않지만 광섬유, 유전체 슬랩 도파관, 스트립 도파관 또는 리브 도파관을 포함한다. 유전체 슬랩 도파관은 상이한 유전 상수를 갖는 물질의 세 개의 층으로 구성될 수 있고, 물질은 광이 내부 전반사에 의해 중간 층에 한정되도록 선택된다. 스트립 도파관은 클래딩 층 사이에 한정되는 광 가이딩 층의 스트립으로 구성될 수 있다. 리브 도파관에서, 광 가이딩 층은 그 위에 중첩되는 하나의 스트립(또는 여러 개의 스트립)을 가진 슬랩으로 구성된다.
본 출원에서 아래에 더 상세히 기술되는 바와 같이, SWG 섹션은 거기에 충돌하는 광에서 위상 변이의 특정 변형을 초래하도록 선택되는 다양한 물리적 파라미터(예를 들면, 릿지 간격, 릿지 폭, 릿지 두께 등)을 가질 수 있다. 더 구체적으로, 이러한 물리적 파라미터는 특정 SWG 섹션이 미리 결정된 방식으로 셔플링에 기여하는 방식으로 선택될 수 있다.
SWG 패턴은 광이 특정 SWG 섹션(예를 들면, SWG 섹션(112b, 112d))에서 미리 결정된 공간 모드에서 반사되도록 설계될 수 있다. 본 출원에서 적어도 일부 예에서, 반사 SWG 섹션은 아래의 다음 부분에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 광 빔이 반사 SWG 섹션에 의해 특정 방향으로 반사되도록 광 빔의 상이한 부분에서 위상 변화를 제어하기 위해 선택된 릿지 폭, 릿지 두께 및 릿지 주기 간격을 갖는 복수의 릿지로 형성된다.
SWG 패턴은 또한 광이 특정 SWG 섹션을 가로질러 미리 결정된 공간 모드에서 투과되고 특정 SWG 섹션(예를 들면, SWG 섹션(112a, 112c)에 의해 지향되도록 설계될 수 있다. 본 출원에서 적어도 일부 예에서, 아래의 다음 부분에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 투과 SWG 섹션은 광빔이 투과 SWG 섹션을 통해 특정 방향으로 투과되도록, 광 빔의 상이한 부분에서 위상 변화를 제어하기 위해 선택된 릿지 폭, 릿지 두께 및 릿지 주기 간격을 갖는 복수의 릿지로 형성된다.
도 1로부터 이해할 수 있는 바와 같이, SWG 어셈블리의 상이한 SWG 섹션은 셔플링을 구현하기 위해 유입 광 빔의 광 경로를 상이한 방식으로 수정하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 적어도 일부 예에서, 셔플링 어셈블리에서 복수의 SWG 섹션 중 적어도 두 개의 섹션은 광 빔을 서로에 대해 상이한 방향으로 지향하도록 서로에 대해 상이한 릿지 폭, 릿지 두께 또는 릿지 주기 간격을 갖는다. 비록 도 1에는 G 섹션(112a-112d)이 어셈블리(112)에서 분산되어 형성된 것으로 도시되지만, 본 출원에서 기술되는 바와 같이 둘 이상의 SWG 섹션이 SWG 어셈블리 상에 연속적으로 형성될 수 있고 각각의 SWG 섹션이 상이한 셔플링 기능(예를 들면, 광을 반사하기 위한 한 기능과, 광을 투과시키기 위한 다른 기능)을 구현할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 예에 따르면, 광 셔플링 시스템은 다중-섬유 광 셔플링 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 1의 예를 참조하면, 채널(106a-106d), 채널(110a, 110c) 또는 채널(110b, 110d) 중 적어도 하나가 세 개의 상이한 다중-섬유 커넥터에서 개별 섬유를 각각 구성할 수 있다. 예를 들면, 셔플링 시스템(100)은 (채널(106a-106d)을 구비한) 입력 다중-섬유와 두 개의 출력 다중-섬유 즉, (채널(110a, 110c)을 구비한) 제 1 출력 다중-섬유 및 (채널(110b, 110d)을 구비한) 제 2 출력 다중-섬유 사이에서 셔플링을 구현할 수 있다.
도 2로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 본 출원에서의 예에 따른 광 셔플링 시스템은 다차원 셔플링을 구현할 수 있다. 즉, 소스 및 수신기는 동일 평면상에 있지 말아야 한다. 도 2는 예에 따른 광 셔플링 시스템(200)의 등각투영도(isometric view)를 도시한다. 셔플링 시스템(200)은 서로에 대해 이격된 관계에 있는 복수의 소스(202) 및 복수의 수신기(204)를 포함한다. 셔플링 시스템(200)은 또한 소스(202)와 수신기(204) 사이에 위치하는 셔플링 어셈블리(210)를 포함한다.
복수의 SWG 섹션(222)은 셔플링 어셈블리(210)에 형성되는 것으로 도시된다. 도시되지 않지만 셔플링 어셈블리(210)는 임의의 적절한 기계적 지지부를 사용하여 소스(202) 및 수신기(204)에 대해 실질적으로 고정된 위치에서 유지될 수 있다. 셔플링 어셈블리(210)는 소스(202) 및 수신기(204)에 대하여 셔플링 어셈블리(210)의 위치를 변경시키는 액추에이터(도시되지 않음)에 접속될 수 있다. 셔플링 어셈블리의 위치를 변경시키기 위한 액추에이터는 도 5(d)에 대하여 아래에 예시된다.
소스(202)는 복수의 소스 클러스터(230a-230d)에 배열되는 것으로 도시되고, 수신기(204)는 복수의 수신기 클러스터(240a-240d)에 배열되는 것으로 도시된다. 일 예에 따르면, 특정 소스 클러스터에 포함되는 소스(202)는 특정 장치(도시되지 않음)용 소스를 포함하고, 특정 수신기 클러스터(240)에 포함되는 수신기(204)는 다른 특정 장치(도시되지 않음)용 수신기를 포함한다. 수신기 클러스터(240c, 240d)는 소스 클러스터(230a-230d)와 동일한 측면(측면 A)에 위치한다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 셔플링 어셈블리(210)는 SWG 섹션(222)이 2차원 어레이로 배열되어 형성되는 물질의 실질적으로 평면의 시트(242)를 포함한다. 평면 시트(242)는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 리소그래피 기술을 사용하여 알맞게 제조될 수 있다. 그 평면성이 그 제조에 사용되는 특정 기술의 제조 공차에 한정된다는 점에서 시트(242)는 실질적으로 평탄하다는 것이 이해될 것이다. SWG 섹션(222)의 적어도 일부는 셔플 어셈블리(200)의 동일 측면에 있는 소스와 수신기 사이, 그리고 더 구체적으로는 소스 클러스터(230a-230d)와 수신기 클러스터(240c, 240d) 사이의 셔플링을 용이하게 하기 위해 반사 SWG로 구성된다.
소스와 수신기 사이에서 셔플하기 위한 셔플링 시스템의 다른 예는 도 3과 관련하여 예시된다. 도 3은 SWG 어셈블리가 다양한 셔플링 기능을 소형으로 구현할 수 있는 방법을 예시한다. 도 3은 광 셔플링 시스템(300)이 포함되는 환경을 예시한다. 셔플링 시스템(300)은 한 셋의 광 빔(302)을 셔플하는 것이다. 셔플링 시스템(300)은 소스(304a-304h), 수신기(308a-308h, 310a-310d, 312a) 및 셔플링 요소(314a-314f)로 구성되는 셔플링 어셈블리(314)를 포함한다. 각각의 셔플링 요소는 소스와 수신기 사이에서 셔플링을 구현하도록 구성되는 SWG 섹션(316, 318, 320, 322, 324, 326)을 포함한다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 복수의 SWG 섹션 중 일부는 광 셔플링 시스템의 제 1 측면에 배치되고 복수의 SWG 섹션의 다른 일부는 광 셔플링 시스템의 제 2 측면에 배치될 수 있다. 제 2 측면은 제 1 측면에 대해 맞은편이다. 도 3의 특정 예에서, SWG 섹션(316, 318, 320)은 시스템(300)의 측면 A에 있고 SWG 섹션(322, 324, 326)은 시스템(300)의 측면 B에 있다. 아래의 설명에서 이해될 수 있듯이, SWG 섹션을 맞은편에 배치하는 것은 셔플링 기능의 다양성을 용이하게 한다. 또한, 맞은편 배치와 반사 SWG의 조합은 소스 및 수신기가 셔플링 시스템의 동일 측면에 있는 셔플링의 수행을 더 용이하게 한다.
셔플링 시스템(302)은 특정 셔플링 패턴에 따라 광 신호를 입력 커넥터(306)의 채널(306a-306h)로부터 광 커넥터(328, 330, 332)의 채널로 결합한다. 입력 커넥터(306)의 채널(306a-306h)은 개별 광 신호를 운반한다. 이러한 광 신호를 운반하는 빔(302)은 입력 커넥터의 채널로부터 소스(304a-304h)를 통해 셔플링 시스템(300)으로 출력된다.
도면에 예시된 바와 같이, 셔플링 시스템(300)은 광 신호를 소스(304a-304d)로부터 수신기(308a-308d)에 직접 결합한다. 수신기(308a-308d)는 이러한 광 신호를 커넥터(328)의 채널(328a-328d)에 결합한다.
셔플링 시스템(302)은 광 신호를 채널(306e)로부터 채널(328e-328h)로 더 방송한다. 도면에 예시된 바와 같이, 셔플링 요소(314d)에서 SWG 섹션(322)은 충돌하는 광 빔을 4 개의 상이한 빔으로 분리하도록 구성된다. SWG 섹션(322)은 셔플링 시스템(300)의 이러한 방송 기능을 구현하기 위해 소스(304e) 및 수신기(308e-308h)와 광학적으로 정렬된다. 수신기(308e-308h)는 광 신호를 커넥터(328)의 채널(328e-328h)에 결합한다.
셔플링 시스템(302)은 광 신호를 커넥터(306)에 있는 채널(306f, 306g)로부터 각각 커넥터(330)에 있는 채널(330a, 330b)에 더 결합한다. 커넥터(306, 330)는 셔플링 시스템(300)의 동일 측면(측면 A)에 있다. 이러한 광 신호의 셔플은 세 개의 상이한 SWG 섹션의 협력에 의해 즉, 소스(304f-304g)로부터 방출되는 광 빔이 SWG 요소(314a)에 있는 SWG 섹션(316)에 의해 SWG 섹션(314e)에 있는 SWG 섹션(324)으로 편향되고, SWG 섹션(316)이 광 빔을 SWG 섹션(316)으로부터 SWG 요소(314b)에 있는 SWG 섹션(318)으로 반사하고, SWG 섹션(318)이 광 빔을 SWG 섹션(324)으로부터 수신기(310a, 310b)로 시준하는 것에 의해 구현된다. 수신기(310a, 310b)는 광 신호를 커넥터(330)에 있는 채널(330a, 330b)에 결합한다.
셔플링 시스템(302)은 또한 광 신호를 커넥터(306)에 있는 채널(306h)로부터 커넥터(330)에 있는 채널(330c, 330d) 및 커넥터(332)에 있는 채널(332a)로 방송한다. 커넥터(330, 332)는 셔플링 시스템(300)의 반대편에 있다. 광 신호의 셔플은 세 개의 상이한 SWG 섹션의 협력에 의해 구현된다. 즉, 소스(304h)로부터 방출되는 광 빔은 SWG 요소(314a)에 있는 SWG 섹션(316)에 의해 SWG 요소(314f)에 있는 SWG 섹션(326)으로 편향되고, SWG 섹션(316)은 광 빔의 일부를 SWG 섹션(316)으로부터 SWG 요소(314c)에 있는 SWG 섹션(320)으로 반사하고 광 빔의 다른 부분을 수신기(312a)에 투과하여 시준하고, SWG 섹션(320)은 광 빔을 SWG 섹션(326)으로부터 수신기(310c, 310c)로 시준되는 두 개의 개별 빔으로 분리한다. 수신기(312a)는 광 신호를 채널(332a)에 결합하고 수신기(310c,310d)는 광 신호를 커넥터(330)에 있는 채널(330c, 330d)에 결합한다.
본 출원의 일부 예에서, 셔플링 어셈블리는 (i) 복수의 SWG 섹션 중 적어도 제 1 부분이 2차원 어레이로 배열되어 형성되는 물질의 제 1의 실질적 평면 시트와, (ii) 복수의 SWG 섹션 중 적어도 제 2 부분이 또한 2차원 어레이로 배열되어 형성되는 제 2의 실질적 평면 시트를 포함한다. 이들 예는 도 4에 대하여 예시된다.
도 4는 다른 예에 따른 광 셔플링 시스템(400)의 등각 투영도를 도시한다. 셔플링 시스템(400)은 복수의 소스 클러스터(230a-230b)에 배열되는 소스(202)와, 복수의 수신기 클러스터(240a-240f)에 배열되는 수신기(204)를 포함한다(이들 요소는 도 2에 대하여 위에서 예시되어 있다). 수신기 클러스터(240e-204f)는 셔플링 시스템(400)의 동일 측면(측면 A)에서 소스 클러스터(230a, 230b)로 배열된다.
셔플링 시스템(400)은 복수의 SWG 섹션(422)의 제 1 부분이 2차원 어레이로 배열되어 형성되는 물질의 제 1의 실질적 평면 시트(402)를 포함한다. 예시된 예에서, SWG 섹션(422)의 제 1 부분은 소스 클러스터(230a, 230b)로부터 방출되는 광 신호를 SWG의 제 2 부분으로 투과시키거나 광 신호를 수신기 클러스터(240e, 240f)에 결합하는 투과 SWG 섹션으로 구성된다. SWG 섹션(422)의 제 2 부분의 SWG는 특정 셔플링 구조를 구현하기 위해 포커싱, 편향 또는 시준과 같은 다른 광학 기능을 구현할 수 있다.
셔플링 시스템(400)은 복수의 SWG 섹션(422)의 제 2 부분이 2차원 어레이로 배열되어 형성되는 물질의 제 2 실질적 평면 시트(410)를 더 포함한다. SWG 섹션(422)의 적어도 일부는 셔플링 시스템(400)의 동일한 측면에서 소스와 수신기 사이, 그리고 더 구체적으로는 소스 클러스터(230a-230d)와 수신기 클러스터(240e, 240f) 사이에서 셔플링을 용이하게 하는 반사 SWG로 구성된다. SWG 섹션(222)의 다른 부분은 투과 SWG로서 또는 특정 셔플링 구조를 구현하기 위하여 포커싱, 편향 또는 시준과 같은 일부 다른 광 기능을 구현하기 위해 구성될 수 있다.
SWG 섹션(222, 422)은 각각의 평면 시트(210, 410) 상에 분산된 위치에 형성되어 있는 것으로 도시되었지만, 평면 시트의 추가적인 섹션이 본 출원에서 개시되는 광 셔플링 시스템의 범위에서 벗어나지 않고서 SWG 섹션으로 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 예를 들면, 실질적으로 전체 표면적 예를 들면, 평면 시트의 표면적의 약 75%를 초과하여 SWG를 포함할 수 있다.
도 5(a)는 SWG 섹션(522)이 SWG 섹션(522)의 축(504)을 따라서 전파하는 광 빔(502a)을 축(504)을 벗어난 광 빔(50b)으로 반사시키는 방식의 일 예를 도시한다.
도 5(b)는 좌측으로부터 우측으로 보았을 때 SWG 섹션(524)이 광 빔(502a)을 수신기(506)로부터 SWG 섹션(524)의 축(504)을 따라 광 빔(502b)으로 시준하는 방식의 일 예를 도시한다. 유사하게, 도 5(b)에 도시된 다이어그램은 또한 우측에서 좌측으로 보았을 때 SWG 섹션(524)이 광 빔(502b)을 축(504)을 따라 수신기(508)로 포커싱하는 일 예를 도시한다.
도 5(c)는 좌측에서 우측으로 보았을 때 SWG 섹션(526)이 광 빔(502a)을 소스(506)로부터 빔(502b)으로 시준하고 빔(502b)이 SWG 섹션(112)의 축(504)으로부터 벗어나도록 그 방향을 변경하는 방식의 일 예를 도시한다. 유사하게, 도 5(c)에 도시된 다이어그램은 우측에서 좌측으로 보았을 때 SWG 섹션(526)이 광 빔(502b)을 빔(502a)으로 포커싱하고 빔(502a)이 축(504)을 따라 수신기(508)로 전파하도록 그 방향을 변경하는 일 예를 도시한다.
본 출원에서 적어도 일부 예에 따르면, 복수의 SWG 섹션의 적어도 일부는 복수의 빔의 각각의 광 경로를 변경하기 위해 소스에 대해 이동 가능하다. 도 5(d)를 참조하면, 반사 SWG 섹션(528)을 포함하는 SWG 어셈블리(510)는 화살표(552)로 표시된 바와 같이 SWG 어셈블리(510)를 하나 이상의 특정 방향으로 이동하도록 액추에이터(550)에 부착될 수 있다. SWG 섹션(528)은 유입 발산 빔(502a)을 특정 방향으로 전파하는 시준 빔(502b)으로 반사한다. SWG 어셈블리(510)의 이동은 일반적으로 반사된 광 빔(502b)의 방향이 화살표(554)로 도시된 바와 같이 변하도록 한다. 예를 들면, 도 5(d)에 도시된 바와 같은 광 빔(502b)은 화살표(552, 554)로 표시된 방향 중 한 방향 또는 양방향으로 이동하여, 광 빔(132a)에 의해 운반되는 광 신호가 셔플링 시스템에서 수신기(104) 중 상이한 수신기에 결합되게 한다. 유사하게, 액추에이터는 SWG 섹션을 통해 투과되는 빔이 어느 수신기에 결합하는지를 제어하기 위해 투과 SWG 섹션을 포함하는 SWG 어셈블리에 결합될 수 있다. 액추에이터(550)는 예를 들면 인코더, 마이크로-전자기계 시스템(micro-electromechanical system (MEMS)) 또는 SWG 어셈블리(510)를 작동시키기에 적합한 임의의 다른 요소를 포함할 수 있다.
일부 예에 따르면, 복수의 소스로부터 방출되는 광 빔은 이동 가능한 SWG 섹션이 제 1 위치에 있을 때 복수의 수신기의 제 1 서브셋으로 지향될 수 있고, 복수의 소스로부터의 광 빔은 이동 가능한 SWG 섹션이 제 2 위치에 있을 때 복수의 수신기의 제 2 서브셋으로 지향될 수 있다.
예를 들면, 도 1 내지 도 4에 대해 예시된 예를 참조하면, 임의의 요소(112, 210, 314, 402, 410)는 각각의 어셈블리에 의해 구현되는 셔플링 기능을 변화시키기 위해 (예를 들면, 도 5(d)에 도시된 액추에이터를 통하여) 이동할 수 있다. 하나 이상의 SWG 섹션 및 소스가 상대적 위치에 있을 때, 상이한 셋의 SWG 섹션은 광 빔의 광 경로에 위치할 수 있다. 또한, 상이한 셋의 SWG 섹션은 상이한 물리적 특성을 가질 수 있고 따라서 광 빔의 광 경로가 수정되게 하여, 빔이 상이한 특정 방향으로 지향되도록 한다. 따라서, 이동 가능한 SWG 섹션은 상이한 수신기가 액추에이션에 의해 상이한 소스로부터 광 빔을 수신할 수 있는 것을 용이하게 한다. 대안으로, 그러나 이것은 SWG 어셈블리를 교체되는 SWG 어셈블리의 물리적 특성과 상이한 물리적 특성을 갖는 SWG 섹션을 구비하는 다른 SWG 어셈블리로 교체함으로써 달성될 수 있다.
서브-파장 격자의 구성: 도 6은 일 예에 따른 격자 패턴을 포함하는 SWG 섹션으로 구성되는 SWG 어셈블리(600)의 평면도를 도시한다. 이 예에서, SWG 어셈블리(600)는 복수의 1차원 격자 서브-패턴을 포함한다. 세 개의 격자 서브-패턴(601-603)은 확대 도시된다. 각각의 격자 서브-패턴은 복수의 규칙적으로 배열된 회절 구조체를 포함한다. 도시된 예에서, 회절 구조체는 SWG 층 물질의 이격된 와이어-형(wire-like) 부분(이하 "라인(line)"이라 칭함)으로 예시된다. 라인은 y-방향으로 연장되고 x-방향으로 이격된다. 격자 서브-패턴(602)의 확대된 엔드-온 뷰(end-on view)(604)가 또한 도시된다. 엔드-온 뷰(604)에 의해 예시된 바와 같이, SWG 층(600)은 층에 형성된 홈에 의해 분리되는 라인(606-609)과 같은 라인을 갖는 단일 층일 수 있다.
SWG 섹션에서 회절 구조체는 도 6에 대하여 예시된 바와 같이 1차원 격자로 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다. SWG 섹션은 2차원 비-주기적 SWG로 구성되어, SWG 층이 특정 파면 제어 기능 또는 입사 빔의 포커싱, 확장, 반사, 시준 또는 이들의 조합과 같은 다른 기능을 구현하도록 동작될 수 있다. 예로서, 비-주기적 SWG는 라인 대신 포스트(post)로 구성되고, 포스트는 홈에 의해 분리된다. 듀티 사이클과 주기는 포스트 크기를 변화시킴으로써 x-방향 및 y-방향으로 변화될 수 있다. 다른 예에서, 비-주기적 SWG 층은 실선 부분으로 분리되는 구멍으로 구성된다. 듀티 사이클과 주기는 구멍 크기를 변화시킴으로써 x-방향 및 y-방향으로 변화될 수 있다. 그러한 포스트 또는 구멍은 원형 또는 직사각형 모양과 같은 다양한 모양에 따라 배열될 수 있다. 추가적인 기하학적 배치의 예는 본 출원에서 언급되고 참조로 병합되는 참조문헌에 예시된다.
SWG 층의 서브-패턴은 회절 구조체의 하나 이상의 주기적 치수를 특징으로 한다. 도 6의 예에서, 주기적 치수는 (a) 라인의 간격 및 (b) x-방향으로의 라인 폭에 대응한다. 더 구체적으로, 서브-패턴(601)은 주기 p1을 가지고 주기적으로 이격되는 폭 w1의 라인을 포함하고, 서브-패턴(602)은 주기 p2를 가지고 주기적으로 이격되는 폭 w2의 라인을 포함하고, 서브-패턴(603)은 주기 p3을 가지고 주기적으로 이격되는 폭 w3의 라인을 포함한다. 격자 서브-패턴은 그 특성 디멘션(예를 들면, 주기 p1, p2 또는 p3)이 동작하도록 설계되는 특정 입사 광의 파장보다 작을 경우 서브-파장 격자를 형성한다. 예를 들면, SWG의 특성 디멘션(예를 들면, 주기 p1, p2 또는 p3)은 약 10㎚부터 약 300㎚까지 또는 약 20㎚부터 약 1㎛까지의 범위에 있을 수 있다. 일반적으로 SWG의 특성 치수는 특정 파면 제어 장치가 동작하도록 설계되는 광의 파장에 따라 선택된다.
서브-영역으로부터의 0차 회절된 광은 라인 두께 t에 의해 결정되는 위상
Figure 112014104197258-pct00001
및 다음 식으로 정의되는 듀티 사이클
Figure 112014104197258-pct00002
를 획득한다.
Figure 112014104197258-pct00003
여기서, w는 라인 폭이고 p는 영역과 관련되는 라인의 주기이다.
각각의 격자 서브-패턴(601-603)은 각각의 서브-패턴과 연관된 상이한 듀티 사이클 및 주기로 인해 입사 광을 상이하게 회절시킨다. SWG 섹션(600)은 라인의 주기, 라인 폭 및 라인 두께를 조정함으로써 입사 광을 특정 방식으로 인터페이스하도록 구성될 수 있다.
도 7은 예에 따라 반사된 광에 의해 얻어지는 위상을 나타내는 두 개의 분리된 격자 서브-패턴으로부터 생긴 라인의 단면도를 도시한다. 격자는 기판(701)에 배치된다. 라인(702, 703)은 제 1 서브-패턴에서의 라인일 수 있고, 라인(704, 705)은 기판(701)의 다른 곳에 위치하는 제 2 서브-패턴에서의 라인일 수 있다. 라인(702, 703)의 두께 t1은 라인(704, 705)의 두께 t2보다 크고, 라인(702, 703)과 관련된 듀티 사이클
Figure 112014104197258-pct00004
은 또한 라인(704, 705)과 관련된 듀티 사이클
Figure 112014104197258-pct00005
보다 크다. x-방향으로 편광되고 라인(702-705) 상에 입사하는 광은 라인(704, 705)에 의해 모아지는 입사 광의 부분 보다 상대적으로 더 긴 시간 주기 동안 라인(702, 703)에 의해 모아진다. 그 결과, 라인(702, 703)으로부터 반사되는 광의 부분은 라인(704, 705)으로부터 반사되는 광의 부분보다 더 큰 위상 변이를 얻는다. 도 7의 예에 도시된 바와 같이, 입사 파(708, 710)는 대략 동일한 위상으로 라인(702-705)과 부딪치지만, 라인(702, 703)으로부터 반사되는 파(712)는 라인(704, 705)으로부터 반사된 파(714)에 의해 얻어지는 위상보다 상대적으로 더 큰 위상 변이를 얻는다.
도 8은 파면이 본 발명의 예에 따라 변화하는 방법을 나타내는 라인(702-705)의 단면도를 도시한다. 도 8의 예에서 도시된 바와 같이, 실질적으로 균일한 파면(802)을 갖는 입사광은 라인(702-705) 및 기판(701)과 충돌하여, 곡선 반사 파면(804)을 갖는 반사 광을 발생한다. 곡선 반사 파면(804)은 상대적으로 더 작은 듀티 사이클
Figure 112014104197258-pct00006
및 두께 t2를 갖는 라인(704, 705)과 상호작용하는 동일한 입사 파면(802)의 부분 보다 상대적으로 더 큰 듀티 사이클
Figure 112014104197258-pct00007
및 두께 t1을 갖는 라인(702, 703)과 상호작용하는 입사 파면(802)의 부분으로부터 초래된다. 반사 파면(804)의 모양은 라인(704, 705)에 부딪치는 광에 의해 얻어진 더 작은 위상과 비교하여 라인(702, 703)에 부딪치는 광에 의해 얻어지는 더 큰 위상으로 일관성 있다.
SWG 섹션은 매우 높은 반사율을 유지하면서 특정 위상 변화를 반사 광에 적용하도록 구성될 수 있다. 특히, 1차원 격자 패턴으로 구성되는 SWG는 도 7 및 도 8을 참조하여 위에서 기술된 바와 같이 위상 변화를 라인에 대해 수직으로 편광된 반사 광에 적용할 수 있다.
도 9(a)는 본 발명의 예에 따라 입사 광을 초점(904)으로 초점을 맞추도록 구성되는 격자 층(902)을 구비하는 SWG 섹션(900)에 대한 측면도를 도시한다. 도 9(a)의 예에서, 격자 층(902)은 격자 패턴으로 구성되어, x-방향으로 편광되는 입사 광이 반사 광을 초점(904)에 초점 맞추는 것에 대응하는 파면에 의해 반사된다. 한편, 도 9(b)는 본 발명의 예에 따라 발산 미러로 구성되고 동작되는 격자 층(912)을 갖는 SWG 섹션(910)의 측면도를 도시한다. 도 9(b)의 예에서, 격자 층(912)은 격자 패턴으로 구성되어, x-방향으로 편광되는 입사 광이 초점(914)으로부터 발산하는 광에 대응하는 파면에 의해 반사된다.
도 7 내지 도 9(b)는 SWG 섹션의 파면의 반사를 예시한다. 대안으로 또는 이들과 결합하여, SWG 섹션은 파면을 투과하도록 구성될 수 있다. SWG 섹션은 평행하게 배열된 반사 SWG 층을 구비하여, 공진 공동을 형성할 수 있다. 광은 공진 공동에 가두어질 수 있다. 공진 공동은 광이 궁국적으로 빔에서 상이한 위상을 갖는 반사 층을 통하여 투과되도록 구성된다. 더 구체적으로, SWG 층에서 회절 요소의 치수는 격자의 서브-패턴의 투과 특성이 투과 곡선에서의 공진 사이에 포함되어 SWG가 입사 파면의 편광에 대해 둔감하도록 선택될 수 있다. 일 예에서, 650㎚ 파장용의 편광된 투광 회절 SWG 섹션은 475㎚의 고정된 피치와 140㎚와 380㎚ 사이에서 변하는 포스트 직경을 갖는 130㎚ 높이의 실리콘 포스트의 어레이를 기반으로 설계될 수 있다.
파면을 투과하는 SWG 섹션의 더 구체적인 예는 Integrated Photonics Research, Silicon and Nanophotonics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2011)(집적 포토닉스 연구, 실리콘, 나노포토닉스, OSA 기술 다이제스트 (CD) (미국 광학 학회, 2011))에서 발행한 Fattal 등에 의한 "A Silicon Lens for Integrated Free-Space Optics(집적 자유-공간 광학용 실리콘 렌즈)"라는 논문과, 공개 번호 WO 2011/093893를 갖는 국제 출원에서 예시되고, 이들 문서는 본 개시 특히 광 과를 위한 SWG 설계를 설명하는 본 개시 부분과 부합하는 범위에서 본 출원에서 참조문헌으로 병합된다.
광 셔플링 시스템의 설계(DESIGNING OPTICAL SHUFFLE SYSTEMS): 광 셔플링 시스템 제조 방법 및 광 셔플링 시스템의 다양한 예가 다음에 예시된다. 그러나 본 개시는 이러한 방법에 한정되지 않고 다양한 방법이 특히 SWG 섹션의 설계를 위해 사용 가능하다는 것이 이해될 것이다.
도 10은 광 셔플링 시스템 제조 방법을 예시하는 플로우 차트(1000)를 도시한다. 플로우 차트(1000)는 본 개시의 범위에서 벗어나지 않고 추가의 블록이 추가되고/추가되거나 기존의 블록이 수정 또는 제거될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
블록(1010)에서, 복수의 SWG 섹션 각각을 통한 타겟 위상 변화가 계산될 수 있고 각각의 타겟 위상 변화는 복수의 SWG 섹션을 통해 투과되거나 반사되는 각각의 광 빔에서 원하는 파면 모양과 대응할 수 있다. SWG 섹션은 동작하는 셔플링 시스템에서 구현될 때 특정 셔플링을 구현하도록 협력한다.
타켓 위상 변화는 특정 위상 변화가 투과 또는 반사된 광에서 SWG에 의해 유도될 때 볼 수 있다. 그러한 타겟 위상 변화는 충돌하는 파면의 투과율 또는 반사율을 연관짓는 투과율 또는 반사율 곡선과 특정 SWG 섹션에 대한 입사 광 파장의 범위에 걸친 결과적인 위상 변이를 사용하여 계산될 수 있다. 계산된 투과율 또는 반사율 곡선은 투과된 파면에서 원하는 변화를 발생하기 위하여 전체 SWG 섹션의 기하학적 파라미터를 균일하게 조정하도록 사용될 수 있다. (그러한 곡선의 일부 예는 아래에 더 예시된다.)
블록(1020)에서, SWG 물리적 파라미터가 결정된다. 더 구체적으로, 블록(1020)에서, 블록(1010)에서 계산된 것과 같은 타겟 위상 변화에 대응하는 릿지 폭, 릿지 주기 간격 및 릿지 두께는 복수의 SWG 섹션 각각에 대해 계산될 수 있다. 특정 예에서, 블록(1020)은 SWG 섹션의 부분의 듀티 사이클을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 결정을 수행하기 위해, 특정 파장을 갖는 광에 대한 SWG 듀티 사이클의 함수로서 투과율 또는 반사율 및 위상 변이의 플롯이 사용될 수 있다. 또한, SWG 물리적 파라미터는 SWG 섹션의 릿지 주기 간격 및 듀티 사이클의 함수로서 SWG 섹션을 통해 투과되는 광의 위상의 변화를 고려하여 결정될 수 있다. 이러한 함수는 주기 및 듀티 사이클의 함수로서 위상 변화의 윤곽 플롯에 반영될 수 있다. 윤곽 릿지는 윤곽을 따라 어디에나 있는 주기 및 듀티 사이클로 구성되는 SWG 층을 갖는 SWG 섹션을 통하여 투과되는 광에 의해 얻어지는 특정 위상에 대응한다. SWG 물리적 파라미터를 결정하는 예는 본 출원에서 인용되고 이 관점에서 참조문헌으로 병합되는 임의의 특허 문서에서 기술된다.
위에서 언급된 투과율 및 반사율 곡선의 일부 예는 본 출원에서 병합되는 공개 번호 제 WO2011/093893호인 국제출원, 특히 반사 SWG 섹션에 대한 타겟 위상 변화의 계산을 기술하는 부분에서 도시된다. 그러한 반사율 곡선의 예는 예를 들면 본 출원에서 병합되는 공개 번호 제 WO2011/129814 호의 국제출원, 특히 투과 SWG 섹션에 대한 타겟 위상 변화의 계산을 기술하는 부분에서 도시된다.
투과율 및 반사율 곡선과 위상 변화의 윤곽 플롯은 COMSOL Multiphysics®로부터 전자기 시스템을 모델화하기 위해 애플리케이션 "MIT Electromagnetic Equation Propagation(MIT 전자기 방정식 전파))")("MEEP") 시뮬레이션 패키지를 사용하여 얻어질 수 있다. 이 패키지는 다양한 물리학 및 엔지니어링 애플리케이션 또는 다른 적절한 시뮬레이션 애플리케이션을 시뮬레이팅하는데 사용될 수 있는 유한 요소 분석 및 솔버(solver) 소프트웨어 패키지이다. 본 출원에서 인용되고 또한 이 관점에서 참조문헌으로 병합되는 임의의 특허 출원에서 기술되는 바와 같은 SWG 섹션의 타겟 위상 변화를 계산하기 위한 다양한 방법이 있다는 것이 이해될 것이다.
블록(1030)에서, SWG 섹션은 블록(1020)에서 결정되는 SWG 물리적 파라미터와 특히 결정된 릿지 폭, 릿지 주기 간격 및 릿지 두께를 갖도록 제조된다. SWG 섹션을 제조하기 위한 다양한 방법이 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 출력 SWG 섹션(112) 및 입력 SWG 섹션(122)의 릿지는 반응 이온 에칭, 포커싱 이온 빔 밀링, 나노프린트 리소그래피 등과 같은 리소그래피 기술을 통해 제조될 수 있다. 특정 예를 통하여, 각각의 SWG 섹션의 릿지는 물질의 제 1 층에 직접 패턴화될 수 있다. 다른 예로서, 릿지가 한정되는 임프린트 몰드는 릿지를 제 1 층에 임프린트하는데 사용될 수 있다. SWG 섹션 각각은 단일 제조 동작 동안 물질의 평면 시트(예를 들면, 시트(242, 402 또는 410))에 형성될 수 있다. 또한, 본 출원에서 예시되는 입력 SWG 섹션 각각은 단일 제조 동작 동안 물질의 평면 시트에 형성될 수 있다.
블록(1040)에서, SWG 섹션(예를 들면, 블록(1030)에서 제조되는 SWG 섹션)은 복수의 빔의 광 경로를 한정하기 위해 위치된다. SWG 섹션 중 적어도 하나는 복수의 빔 중 하나를 반사하여 특정 방향으로 지향하도록 한다(예를 들면, 반사 SWG 섹션의 예는 도 1 내지 도 4에 관해 위에서 예시된다). 복수의 SWG 섹션 중 적어도 다른 섹션은 복수의 빔 중 하나를 특정 방향을 향해 투과한다(투과 SWG 섹션의 예는 도 1 내지 도 4와 관련하여 위에서 예시된다).
SWG 섹션의 특정 위치설정의 예는 도 1 내지 도 4와 관련하여 위에서 예시된다. 위치설정은 자동, 반자동 또는 수동으로 이루어질 수 있다. 위치설정을 실현하도록 사용가능한 다양한 방식이 있고 이것에 한정되지 않지만, 클램핑 요소, 위치설정 슬롯 또는 보유 요소와 같은 위치설정 요소의 사용을 포함할 수 있는 것이 이해될 것이다.
이제 도 11로 돌아가서, 도 11에는 일 예에 따라 플로우 차트(1000)에서 다양한 동작을 수행하도록 사용될 수 있는 컴퓨팅 장치(1100)의 개략도가 도시된다. 장치(1100)는 중앙 처리 장치와 같은 프로세서(1102), 모니터와 같은 디스플레이 장치(1104), 디자인 툴 인터페이스(1106), 근거리 통신 네트워크(Local Area Network (LAN)), 무선 801.11x LAN, 3G 모바일 WAN 또는 WiMax WAN과 같은 네트워크 인터페이스(1108) 및 컴퓨터 판독가능 매체(1110)를 포함한다. 그러한 컴포넌트 각각은 버스(1112)에 동작가능하게 결합된다. 예를 들면, 버스(1412)는 EISA, PCI, USB, FireWire, NuBus 또는 PDS일 수 있다.
컴퓨터 판독가능 매체(1110)는 실행을 위해 프로세서(1102)에 명령을 제공하는데 관여하는 임의의 적절한 매체일 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터 판독가능 매체(1110)는 광 또는 자기 디스크와 같은 비-휘발성 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체(1110)는 Mac OS, MS 윈도우, 유닉스 또는 리눅스와 같은 운영 체제(1114), 네트워크 애플리케이션(1116) 및 SWG 패터닝 애플리케이션(1118)을 저장할 수 있다. 네트워크 애플리케이션(1116)은 TCP/IP, HTTP, 이더넷, USB 및 FireWire를 포함하는 통신 프로토콜을 구현하기 위한 소프트웨어와 같은 네트워크 접속부를 설정하고 유지하기 위한 다양한 컴포넌트를 포함한다.
SWG 패터닝 애플리케이션(1118)은 도 10의 방법(1000)에 관하여 위에서 논의된 바와 같이, 타겟 위상 변화를 계산하고 계산된 타겟 위상 변화에 대응하는 SWG 섹션에 대한 릿지 폭, 릿지 주기 간격 및 릿지 두께를 결정하기 위해 다양한 머신 판독가능 명령을 제공한다. 특정 예에서, 애플리케이션(1118)에 의해 수행되는 프로세스의 일부 또는 전체는 운영 체제(1114)에 통합될 수 있다. 특정 예에서, 프로세스는 또한 위에서 논의된 바와 같이, 디지털 전자 회로 또는 컴퓨터 하드웨어, (펌웨어 및 소프트웨어를 포함한) 머신 판독가능 명령 또는 이들의 임의의 결합에서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다.
위의 설명에서, 많은 세부 사항이 본 출원에 개시된 예에 대한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나 상기 예는 이러한 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 출원에 도시된 시스템이 추가의 컴포넌트를 포함할 수 있고 본 출원에서 기술된 컴포넌트의 일부가 제거되고/제거되거나 수정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 제한된 수의 예가 개시되었지만, 그로부터 많은 수정 및 변형이 고려된다. 첨부된 특허청구범위가 그러한 수정 및 변화를 커버하고자 의도된다. 특정 요소에 대해 "하나" 또는 "하나의"를 인용하는 청구항은 둘 이상의 그러한 요소를 요구하지도 배재하지도 않고 하나 이상의 그러한 요소의 포함을 고려한다. 또한, "구비한다" 및 "포함한다"라는 용어는 개방형 전환으로 사용된다.

Claims (15)

  1. 복수의 광 빔을 셔플링하기 위한 시스템으로서,
    각각의 광 빔을 출력하기 위한 복수의 소스와,
    상기 복수의 소스로부터 방출되는 각각의 광 빔을 수신하는 복수의 수신기와,
    복수의 서브-파장 격자(sub-wavelength grating (SWG)) 섹션을 포함하는 셔플링 어셈블리 - 상기 복수의 SWG 섹션의 각각은 상기 복수의 광 빔의 광 경로를 정의하기 위한 것임 - 를 포함하며,
    상기 복수의 SWG 섹션은 적어도 하나의 반사 SWG 섹션(reflecting SWG section)을 포함하여 상기 복수의 소스 중 각각의 소스로부터의 광을 반사하여 상기 복수의 수신기 중 각각의 수신기로 지향하도록 하고,
    상기 복수의 SWG 섹션은 적어도 하나의 투광 SWG 섹션(transmissive SWG section)을 포함하는 상기 복수의 광 빔 중 하나를 제 1 특정 방향으로 그를 통하여 투과하도록(transmitted) 하는
    광 빔 셔플링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 SWG 섹션은 광 빔이 상기 반사 SWG 섹션에 의해 제 2 특정 방향으로 반사되도록 상기 광 빔의 상이한 부분에서 위상 변화를 제어하기 위해 선택되는 릿지 폭, 릿지 두께 및 릿지 주기 간격(ridge period spacings)을 갖는 복수의 릿지(ridges)로 형성되는
    광 빔 셔플링 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 투광 SWG 섹션은 광 빔이 상기 투광 SWG 섹션에 의해 상기 제 1 특정 방향으로 투과되도록, 상기 투광 SWG 섹션을 통해 투과되는 상기 광 빔의 상이한 부분에서 위상 변화를 제어하기 위해 선택되는 릿지 폭, 릿지 두께 및 릿지 주기 간격을 갖는 복수의 릿지로 형성되는
    광 빔 셔플링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 SWG 섹션 중 적어도 두 개의 섹션은 광 빔을 서로 상이한 방향으로 지향하도록 하기 위해 서로 상이한 릿지 폭, 릿지 두께 또는 릿지 주기 간격을 갖는
    광 빔 셔플링 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 SWG 섹션의 일부는 상기 광 빔 셔플링 시스템의 제 1 측면에 배치되고 상기 복수의 SWG 섹션의 다른 부분은 상기 광 빔 셔플링 시스템의 제 2 측면에 배치되고, 상기 제 2 측면은 상기 제 1 측면과 반대편인
    광 빔 셔플링 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 셔플링 어셈블리는 상기 복수의 SWG 섹션의 적어도 제 1 부분이 2차원 어레이로 배열되어 형성되는 물질의 제 1의 실질적 평면 시트를 포함하는
    광 빔 셔플링 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 셔플링 어셈블리는 상기 복수의 SWG 섹션의 적어도 제 2 부분이 2차원 어레이로 배열되어 형성되는 물질의 제 2의 실질적 평면 시트를 포함하는
    광 빔 셔플링 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 SWG 섹션의 적어도 일부는 상기 복수의 광 빔의 각각의 광 경로를 변화시키기 위해 상기 소스에 대해 상대적으로 이동가능한
    광 빔 셔플링 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 소스로부터 방출되는 상기 광 빔은 상기 이동가능한 SWG 섹션이 제 1 위치에 있을 때 상기 복수의 수신기의 제 1 서브셋으로 지향되고 상기 복수의 소스로부터의 상기 광 빔은 상기 이동가능한 SWG 섹션이 제 2 위치에 있을 때 상기 복수의 수신기의 제 2 서브셋으로 지향되는
    광 빔 셔플링 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 빔 셔플링 시스템은 다중-섬유 광 셔플링 시스템(multi-fiber optical shuffle system)의 일부를 형성하는
    광 빔 셔플링 시스템.
  11. 복수의 빔을 복수의 소스로부터 복수의 수신기로 셔플링하기 위한 광 셔플링 시스템을 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 복수의 빔의 광 경로를 정의하기 위해 복수의 서브-파장 격자(sub-wavelength grating (SWG)) 섹션을 배치하는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 SWG 섹션 중 적어도 하나는 상기 복수의 빔 중 하나를 반사하여 제 1 특정 방향으로 지향하게 하고,
    상기 복수의 SWG 섹션 중 적어도 하나는 상기 복수의 빔 중 하나를 제 2 특정 방향을 향해 그를 통하여 투과하게 하는
    광 셔플링 시스템 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 SWG 섹션의 각각에 걸쳐 타겟 위상 변화를 계산하는 단계 - 각각의 타겟 위상 변화는 상기 복수의 SWG 섹션을 통해 투과되거나 반사되는 각각의 광 빔에서의 원하는 파면 모양(wavefront shape)에 대응함 - 와,
    상기 복수의 SWG 섹션 각각에 대한 상기 타겟 위상 변화에 대응하는 릿지 폭, 릿지 주기 간격 및 릿지 두께를 결정하는 단계와,
    상기 결정된 릿지 폭, 릿지 주기 간격 및 릿지 두께를 갖도록 상기 복수의 SWG 섹션을 제조하는 단계를 포함하는
    광 셔플링 시스템 제조 방법.
  13. 복수의 빔을 셔플링하기 위한 광 셔플링 시스템으로서,
    제 1 측면 및 상기 제 1 측면 반대편의 제 2 측면과
    광 빔을 출력하는 소스와,
    상기 광 빔을 수신하는 수신기 - 상기 소스 및 상기 수신기는 상기 제 1 측면에 있음 - 와,
    상기 제 2 측면에 있는 반사 SWG 섹션과,
    상기 제 1 측면에 있는 투광 SWG 섹션을 포함하고,
    상기 반사 SWG 섹션 및 상기 투광 SWG 섹션은 동작시 상기 수신기가 상기 소스로부터 상기 광 빔을 수신하도록 상기 광 빔의 광 경로의 적어도 일부를 정의하는
    광 셔플링 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사 SWG 섹션은 광 빔이 상기 반사 SWG 섹션에 의해 특정 방향으로 반사되도록 상기 광 빔의 상이한 부분에서 위상 변화를 제어하기 위해 선택되는 릿지 폭, 릿지 두께 및 릿지 주기 간격을 갖는 복수의 릿지로 형성되는
    광 셔플링 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 투광 SWG 섹션은 광 빔이 상기 투광 SWG 섹션에 의해 특정 방향으로 편향(deflect)되도록 상기 투광 SWG 섹션을 통해 투과되는 상기 광 빔의 상이한 부분에서 위상 변화를 제어하기 위해 선택되는 릿지 폭, 릿지 두께 및 릿지 주기를 갖는 복수의 릿지로 형성되는
    광 셔플링 시스템.
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