KR101958395B1 - 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하고 감소된 파장 의존 손실을 가지는 광학적 프로세싱 디바이스 - Google Patents

디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하고 감소된 파장 의존 손실을 가지는 광학적 프로세싱 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR101958395B1
KR101958395B1 KR1020120145999A KR20120145999A KR101958395B1 KR 101958395 B1 KR101958395 B1 KR 101958395B1 KR 1020120145999 A KR1020120145999 A KR 1020120145999A KR 20120145999 A KR20120145999 A KR 20120145999A KR 101958395 B1 KR101958395 B1 KR 101958395B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
wavelength
wavelength components
collimating
diffracted
Prior art date
Application number
KR1020120145999A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130069480A (ko
Inventor
이. 할러 미첼
엘. 와그너 제퍼슨
Original Assignee
니스티카, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 니스티카, 인코포레이티드 filed Critical 니스티카, 인코포레이티드
Publication of KR20130069480A publication Critical patent/KR20130069480A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101958395B1 publication Critical patent/KR101958395B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29305—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide
    • G02B6/29313—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide characterised by means for controlling the position or direction of light incident to or leaving the diffractive element, e.g. for varying the wavelength response
    • G02B6/29314—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide characterised by means for controlling the position or direction of light incident to or leaving the diffractive element, e.g. for varying the wavelength response by moving or modifying the diffractive element, e.g. deforming
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/3518—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element being an intrinsic part of a MEMS device, i.e. fabricated together with the MEMS device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/356—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types in an optical cross-connect device, e.g. routing and switching aspects of interconnecting different paths propagating different wavelengths to (re)configure the various input and output links
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/3516—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element moving along the beam path, e.g. controllable diffractive effects using multiple micromirrors within the beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

광학적 배열체는 광학적 구동 요소와 광학적 보상 요소를 포함한다. 광학적 구동 요소는 복수의 공간적으로 분리된 파장 성분들을 가지는 광학적 빔을 수용하고 복수의 파장 성분들을 파장에 의존하는 방식으로 회절하도록 제공된다. 광학적 보상 요소는 광학적 구동 요소에 광학적 빔을 향하도록 한다. 광학적 보상 요소는 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성을 보상한다.

Description

디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하고 감소된 파장 의존 손실을 가지는 광학적 프로세싱 디바이스{OPTICAL PROCESSING DEVICE EMPLOYING A DIGITAL MICROMIRROR DEVICE(DMD) AND HAVING REDUCED WAVELENGTH DEPENDENT LOSS}
본 발명은 광학적 프로세싱 디바이스에 관한 것으로서, 더 상세하게는 디지털 마이크로 디바이스를 이용한 광학적 프로세싱 디바이스에 관한 것이다.
통상적으로, 광학적 빔을 분산하기 위한 분산 요소(예를 들어, 회절 격자) 및 분산된 빔들의 각각의 파장이 복수의 출력 경로들 중의 하나의 상에 입사되도록 허용하는 광학적 구동 요소를 포함하는 광학적 프로세싱 디바이스가 사용되고 있다.
이러한 광학적 구동 요소의 일례가 마이크로미러 요소들의 어레이를 포함하는 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD, Digital Micromirror Device)이며, 마이크로미러 요소들의 각각은 개별적으로 구동 가능하다. 디지털 마이크로미러 디바이스는 반사된 파장 성분들의 광학적 경로를 복수의 출력 경로들 중의 임의의 하나로 선택적으로 스위칭할 수 있는데, 이는 반사된 상기 파장 성분들의 방향을 조절하기 위하여 상기 미러 요소들의 위치를 조절함으로써 구현된다. 이러한 광학적 프로세싱 디바이스들은 스위칭, 파장 감쇠 및 파장 차단을 포함하는 다양한 목적들을 위하여 다양한 방식으로 광학적 빔의 파장들을 프로세싱 하기 위하여 사용될 수 있다.
종래의 광학적 프로세싱 디바이스는 광학적 빔을 처리하는 과정에서 파장 의존 손실을 보상하지 못하는 문제점이 있다. 이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광학적 빔의 파장 의존 손실을 보상할 수 있는 광학적 배열체 및 광학적 프로세싱 디바이스를 제공한다. 이러한 본 발명의 과제는 예시적으로 제시되었고, 따라서 본 발명이 이러한 과제에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광학적 배열체(optical arrangement)는 광학적 구동 요소(actuatable optical element)와 광학적 보상 요소(compensating optical element)를 포함한다. 상기 광학적 구동 요소는 복수의 공간적으로 분리된 파장 성분(wavelength component)들을 가지는 광학적 빔(optical beam)을 수용(receive)하고 상기 복수의 파장 성분들을 파장에 의존하는 방식(in a wavelength dependent manner)으로 회절하도록 제공된다. 상기 광학적 보상 요소는 상기 광학적 구동 요소에 상기 광학적 빔을 향하도록(direct) 한다. 상기 광학적 보상 요소는 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성을 보상한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광학적 프로세싱 디바이스(optical processing device)는 광학적 빔을 수용하기 위한 적어도 두 개의 광학적 입력/출력 포트(input/output port)들 및 상기 포트들 중의 하나로부터 상기 광학적 빔을 수용하며 그리고 상기 광학적 빔을 복수의 파장 성분들로 공간적으로 분리하는 분산 요소(dispersion element)를 포함한다. 또한, 상기 디바이스는 상기 복수의 파장 성분들을 콜리메이팅(collimating)하기 위한 콜리메이팅 렌즈 및 광학적 구동 요소를 포함한다. 상기 광학적 구동 요소는 상기 콜리메이팅 요소로부터 콜리메이팅된 파장 성분들을 수용하며 그리고 상기 복수의 파장 성분들을 파장에 의존하는 방식으로 회절하기 위하여 제공된다. 광학적 보상 요소가 상기 분산 요소 및 상기 광학적 구동 요소 사이의 광학적 경로에 위치한다. 상기 광학적 보상 요소는 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성을 보상한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학적 빔의 파장 의존 손실을 보상할 수 있는 광학적 배열체 및 광학적 프로세싱 디바이스를 구현할 수 있다.
도 1은 디지털 마이크로미러 디바이스와 같은 멤스 미러 어레이에 기반한 파장 차단기의 단순화된 예를 도시한다.
도 2는 광학적 프로세싱 디바이스의 다른 예를 도시한다.
도 3a는 광학적 프로세싱 디바이스의 다른 예의 측면도(side view)이고, 도 3b는 상면도(top view)이다.
도 4는 광학적 프로세싱 디바이스에서 디지털 마이크로미러 디바이스와 보상 프리즘 사이의 관계를 도시한다.
도 5는 두 개의 빔들이 보상 프리즘을 통과하고 디지털 마이크로미러 디바이스에서 회절할 때의 두 개의 빔들의 회절을 도시한다.
도 6a는 디지털 마이크로미러 디바이스로부터 회절되는 단파장 빔을 도시하고, 도 6b는 디지털 마이크로미러 디바이스로부터 회절되는 장파장 빔을 도시한다.
도 7은 보상 프리즘의 일 예를 도시한다.
도 8은 도 7의 보상 프리즘의 표면에 제공될 수 있는 형상의 일 예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 예증이 되는 광학적 프로세싱 디바이스에 대하여 C-밴드의 일부에 대한 삽입 손실을, 디지털 마이크로미러 디바이스에서의 회절각에 대한 파장 의존성의 보상을 하지 않는 경우와 회절각에 대한 파장 의존성을 보상하는 경우에 대하여 각각 도시한다.
많은 광학적 프로세싱 디바이스들은 들어오고 나가는 광학적 빔을 동일한 광학적 경로의 방향으로 유도한다. 이러한 디바이스들은 광학적 스위치들, 파동 차단기 및 광학적 감쇠기들을 포함할 수 있다. 도 1은 디지털 마이크로미러 디바이스와 같은 멤스 미러 어레이에 기반한 파장 차단기의 단순화된 예를 도시한다. 1x1 파장 차단기에서 섬유 어레이는 입력 및 출력 포트의 역할을 하는 단일 섬유이다. 많은 경우에 서큘레이터(circulator, 미도시) 또는 다른 수단들이 상기 들어오고 나가는 빔들을 분리하기 위하여 사용된다. 섬유 어레이가 N개의 섬유들을 포함한다면, 각각의 섬유는 입력 및 출력 포트의 역할을 한다. 이러한 디바이스는 공통의 광학적 섬유를 사용하는 N개의 1x1 파장 차단기들을 제공하며 파장 차단기 어레이로 명명된다. 이러한 디바이스에서 N개의 들어오는 빔들과 N개의 나가는 빔들의 각각을 분리하기 위하여 론치 광학(launch optics)은 일반적으로 섬유 어레이 및 일련의 서큘레이터들 등을 필요로 할 수 있다.
광학적 프로세싱 디바이스의 다른 예가 도 2에 도시된다. 이러한 특별한 예에서, N(예를 들어, 15)개의 1x1 스위치들은 커플링 미러(coupling mirror)를 사용하여 형성된다. 이러한 예에서 덜 복잡하고, 비용이 상대적으로 낮은, 론치 광학적 배열체가 이용되는데, 상기 론치 광학적 배열체는 서큘레이터들 등을 필요로 하지 않는다. 론치 광학적 배열체(260)는 렌즈렛(lenslet) 어레이(200)와 결합한 섬유 어레이(250)를 포함한다. 섬유 어레이(250)는 통상적으로 입력/출력 섬유들을 고정(secure)하는 두 개의 V-그루브 플레이트(V-groove plate)들로 구성된다. 도 2는 두 개의 섬유 쌍들을 도시한다; 제 1 쌍은 섬유들(1 및 2)을 포함하고, 제 2 쌍은 섬유들(3 및 4)를 포함한다.
도해하기 위한 목적으로 도 2에 도시된 론치 광학적 배열체(260)의 예는 섬유 어레이를 포함하며, 더욱 일반적으로 론치 광학적 배열체(260)는, 예를 들어, 평면 도파관 어레이(planar waveguide array)와 같은 임의의 형태의 도파관 어레이를 포함할 수 있음을 주목하여야 한다. 나아가, 상기 어레이를 이용한 도파관들은 모두 동일한 형태일 수 있거나 또는 다양한 형태들(예를 들어, 섬유 도파관 및 평면 도파관)의 조합일 수 있다.
렌즈렛 어레이(200)는 대향하는 내부면(220) 및 외부면(230)을 포함하며 실리카 또는 광학적으로 투명한 다른 적절한 물질로 형성된다. 일련의 콜리메이팅 렌즈 쌍들(2101,2102,2103 ···)은 렌즈렛 어레이(200)의 내부면(220) 상에 배열된다. 각각의 콜리메이팅 렌즈 쌍(210)은 두 개의 콜리메이팅 렌즈들(212)을 포함한다. 또한, 일련의 커플링 렌즈(2141,2142,2143 ···)는 렌즈렛 어레이(200)의 외부면(230) 상에 형성된다. 각각의 콜리메이팅 렌즈 쌍(210)은 커플링 렌즈(214)의 하나와 대응(in registration with)된다. 예를 들어, 도 2에서, 콜리메이팅 렌즈 쌍(2101)은 커플링 렌즈(2141)와 대응되고, 콜리메이팅 렌즈 쌍(2102)은 커플링 렌즈(2142)와 대응된다. 따라서, 커플링 렌즈들(214)보다 두 배 많은 콜리메이팅 렌즈들(212)이 존재한다.
콜리메이팅 렌즈들(212)의 피치(pitch)는 섬유 어레이(250) 내의 섬유들의 피치와 동일하다. 따라서, 섬유 어레이(250) 및 렌즈렛 어레이(200)는 렌즈렛 어레이(200)의 콜리메이팅 렌즈들(212) 각각이 섬유 어레이(250) 내의 섬유 출력부(fiber output)들의 하나와 대응되도록 배열된다. 어떠한 특별한 실시예들에서, 콜리메이팅 렌즈들(212)과 커플링 렌즈들(214) 사이의 이격거리는 그들 각각의 초점 길이들의 합과 거의 동일할 수 있다.
도 2에서 론치 광학적 배열체(260)의 동작은 다음과 같다. 각각의 섬유 쌍 내의 출력 섬유로부터 광학적 빔이 섬유 어레이(250)로부터 대응되는 콜리메이팅 렌즈(212)를 통하여 렌즈렛 어레이(200)로 보내진다. 예를 들어, 도 2에서 섬유(1)로부터의 광은 콜리메이팅 렌즈 쌍(2101) 내의 상응되는 콜리메이팅 렌즈(212)에 입사하는 것이 도시된다. 콜리메이팅 렌즈(212)는 대응되는 커플링 렌즈(214)로 시준된 빔(collimated beam)을 향하게 한다. 도 2에서, 섬유(1)로부터의 시준된 빔은 콜리메이팅 렌즈 쌍(2101) 내의 콜리메이팅 렌즈(212)에 의하여 시준되는데, 이것은 시준된 빔을 커플링 렌즈(2141)로 향하게 한다.
결국, 커플링 렌즈(214)는, 도 2에 도시된 예에서, 커플링 미러(240)가 위치하는, 론치면에 상기 빔을 집중시킨다. 커플링 미러(240)는 커플링 렌즈로부터 받은 빔이 다시 동일한 커플링 렌즈를 통과하도록 상기 빔을 반사한다(예를 들어, 도 2의 커플링 렌즈(2141)). 커플링 렌즈(214)는 상기 반사된 빔을 시준하고 상기 빔을 렌즈렛 어레이(200)를 다시 통과하도록 향하게 한다. 상기 빔이 커플링 미러(240)에 의하여 반사되는 각도에 기인하여, 상기 반사된 시준빔은 입사된 시준빔과 평행하며 공간적으로 오프셋(offset)을 형성한다. 상기 반사된 시준빔은 섬유 어레이(250)로부터 처음에 상기 빔을 수용한 콜리메이팅 렌즈 쌍에서의 출력 콜리메이팅 렌즈로 향한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼, 콜리메이팅 렌즈 쌍(2101)의 입력 콜리메이팅 렌즈(212)를 관통하여 렌즈렛 어레이(200)로 향했던 빔은 콜리메이팅 렌즈 쌍(2101)의 인접한 출력 콜리메이팅 렌즈(212)를 향한다. 출력 콜리메이팅 렌즈(212)는 상기 반사된 빔을 출력 콜리메이팅 렌즈(212)와 대응하는 섬유의 입력부 상에 집중시키는데, 상기 섬유는 도 2에서 도시된 예에서 섬유(2)이다. 이러한 방법으로 도 2에 도시된 광학적 프로세싱 디바이스는 섬유 쌍 내의 하나의 섬유(예를 들어, 섬유(1))로부터 수용한 입력빔을 동일한 섬유 쌍 내의 다른 섬유(예를 들어, 섬유(2))로 향하게 함으로써, 스위칭 기능을 제공한다.
광학적 프로세싱 디바이스의 다른 예가 도 3a(측면도, side view) 및 도 3b(상면도, top view)에 도시된다. 이러한 예는 도 2에 도시된 동일한 광학적 론치 배열체(optical launch arrangement)를 이용하지만, 커플링 미러(240)를 디지털 마이크로미러 디바이스(550)를 포함하는 광학적 시스템으로 대체한다. 이러한 특별한 예에서, N개의 1x1 파장 차단기들이 형성된다. 예를 들어, 광학적 프로세싱 디바이스가 15개의 1x1 파장 차단기들(도 3에서는 이들 중의 단지 세 개만 도시됨)을 포함하는 경우, 섬유 어레이(505)는 30개의 입력/출력 섬유들을 포함한다.
도시된 것처럼, 광학적 론치 배열체(570)는 콜리메이팅 렌즈(516), 회절 격자들(522), 스캔 렌즈(530), 보상 프리즘(540) 및 디지털 마이크로미러 디바이스(550)가 뒤따른다. 도 3b의 상면도에서 최적으로 도시된 것처럼, 디지털 마이크로미러 디바이스(550)는 론치 광학적 배열체(570)의 섬유들이 신장하는 면에서 스캔 렌즈(530)의 광학축에 대하여 기울어져 있다.
작동 과정에서, 섬유(502)로부터 광학적 론치 배열체(570)에 들어가는 광학적 빔은 상응하는 콜리메이팅 렌즈(514)에서 나와 론치면(511)의 허초점(virtual focus)에 들어온다. 이후에 상기 광학적 빔은 콜리메이팅 렌즈(516)에 의하여 시준된다. 다음에 회절 격자(522)는 상기 시준된 빔을 회절시키며 스캔 렌즈(530)는 스펙트럼 분산된 빔들을 보상 프리즘(540)을 통과한 이후에 디지털 마이크로미러 디바이스(550) 상으로 집중시킨다. 패스(pass) 상태로 설정하면, 디지털 마이크로미러 디바이스(550)의 각각의 미러들은 자체 상에(리트로우(Littrow) 근처) 상기 빔을 거의 반사하도록 기울어지며 그 결과 상기 빔은 상기 디바이스를 다시 통과하여 나아가며 론치 광학적 배열체(570)의 상응하는 도파관(504)을 통하여 떠나간다. 대신에, 차단(blocking) 상태로 설정하면, 디지털 마이크로미러 디바이스(550)의 각각의 미러들은 상기 빔이 상기 디바이스를 떠나가도록 하는 각도로 기울어지게 작동된다(도 3b의 빔(560) 참조). 도 3은 커플링된 섬유 쌍(502 및 504)의 동작만을 도시하지만, 상술한 커플링은 모든 섬유 쌍들에 대해 발생한다.
디지털 마이크로미러 디바이스(550)가 기울어지므로, 스캔 렌즈(530)로부터 디지털 마이크로미러 디바이스(550)까지의 거리는 섬유마다 다르다. 보상 프리즘(540)의 기능은 모든 섬유들로부터의 상기 빔들이 디지털 마이크로미러 디바이스(550) 상에 집중하도록 이러한 경로 길이의 차이를 보정하는 것이다. 보상 프리즘(540)의 동작은 도 4에서 더욱 쉽게 도시될 수 있는데, 도 4는 보상 프리즘(540)과 디지털 마이크로미러 디바이스(550) 사이의 관계를 도시하며, 투명 윈도우(420)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 디바이스는 그 성능을 제한하는 고유한 파장 의존 손실(wavelength dependent loss)을 가진다. 이러한 파장 의존 손실의 원인을 이해하기 위해서는, 디지털 마이크로미러 디바이스(550)가 마이크로미러들의 어레이로 구성되며, 미러 보다는 회절 격자로 동작한다는 것을 고려해야 한다. 엄격하게는, 디지털 마이크로미러 디바이스의 상기 빔들은 회절되는 것이며 반사되지는 않는다. 섬유 어레이(505)의 면에서 디지털 마이크로미러 디바이스(550)로부터의 회절각은 격자 방정식으로 주어진다;
Figure 112012104077130-pat00001
여기에서, n은 회절 오더, d는 디지털 마이크로미러 디바이스의 픽셀 간격이고, 는 파장이다. 따라서 디지털 마이크로미러 디바이스로부터의 상기 빔의 회절각은 파장에 의존한다. 결국, 입력 섬유와 출력 섬유 간의 커플링은 단일 파장에서만 최적화될 수 있으며, 따라서 광학적 빔은 상기 디바이스를 관통하는 방향을 가질 때 파장 의존 손실을 받는다.
도 5는 단파장 빔(370) 및 장파장 빔(380)인 두 개의 빔들이 보상 프리즘(540)을 통과하고 디지털 마이크로미러 디바이스(550)에서 회절할 때의 빔들을 도시한다. 장파장 빔(380)은 단파장 빔(370)에 비하여 더 큰 각도를 통하여 회절한다. 파장과 회절각 사이의 관계는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 명확해진다. 도 6a는 디지털 마이크로미러 디바이스(550)로부터 회절되는 단파장 빔(370)(실선)을 도시한다. 도 6a는 또한 회절되는 빔(370)의 회절각(θd)을 도시한다. 이와 같이, 도 6b는 디지털 마이크로미러 디바이스(550)로부터 회절되는 장파장 빔(380)(실선)을 도시한다. 도 6b는 또한 회절되는 빔(380)의 회절각(θd)을 도시한다. 도 6a 및 도 6b의 비교는 더 긴 파장의 빔(380)이 더 큰 각으로 회절한다는 것을 보여준다.
파장 의존 손실은 디지털 마이크로미러 디바이스에서 회절에 의해 도입된 회절각의 파장 의존성을 보상하기 위한 적절한 광학적 요소를 제공함으로써 최소화하거나 제거될 수 있다. 일반적으로 이러한 광학 요소는 도 3에 도시된 회절 격자(522)에서 하류(downstream)에 위치해야 하며, 일반적으로 디지털 마이크로미러 디바이스(550)의 주변에 위치해야 한다. 즉, 상기 광학적 요소는 회절 격자(522)와 디지털 마이크로미러 디바이스(550) 사이에 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 회절각의 파장 의존성을 보상하기 위하여 추가적인 광학적 요소를 부가하는 대신에, 존재하는 광학적 요소가 이 기능을 수행하기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 보상 프리즘(540)의 형상이 이러한 손실을 보정하기 위해 변경될 수 있다. 이 경우 보상 프리즘(540)은 각 섬유의 빔들이 가지는 경로 길이 차이를 조절하고 또한 디지털 마이크로미러 디바이스 회절로부터 발생하는 파장 의존 손실을 보상한다.
특별한 일 실시예에서, 약간의 비틀림(twist)이 보상 프리즘(540)의 양면들 또는 어느 하나의 면에 부가될 수 있다. 도 7에서 이러한 프리즘의 일 실시예가 보상 프리즘(385)의 입사 표면(incoming surface, 394)에 대하여 도시된다. 도시된 것처럼, 상기 표면(394)은 장파장 빔(392)이 단파장 빔(390)보다 더 큰 굴절각으로 굴절되도록 한다. 이러한 예에서, 표면(394)은 z=mxy(제르니케(Zernike) 다항식의 다섯째 항) 형식을 가지는데, 이것은 두 개의 교차된 원통들의 합으로 이해될 수 있다. 이러한 표면의 형상은 도 8에 도시된다. 결과적으로, 파장 의존 손실에 대한 보정도 보상 프리즘(385)의 각 표면에 원통형 표면을 추가하여 달성될 수 있다. 이 방법의 장점 중 하나는 원통형 표면이 기존의 광학적 연마 방법들을 사용하여 생성될 수 있다는 것이다.
도 4를 다시 참조하면, 어떠한 실시예들에서 디지털 마이크로미러 디바이스(550), 윈도우(420) 및 보상 프리즘(540)(또는 다른 적절한 광학적 보상 요소)은 파장에 독립적인 방식으로 광학적 빔을 회절하는 디지털 마이크로미러 디바이스 배열체를 제공하는 단일 유닛으로 패키징될 수 있다. 이러한 디지털 마이크로미러 디바이스 배열체는 매우 다양한 다른 광학적 프로세싱 디바이스에 사용될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 예증이 되는 광학적 프로세싱 디바이스에 대하여 C-밴드의 일부에 대한 삽입 손실(insertion loss)을, 디지털 마이크로미러 디바이스에서의 회절각에 대한 파장 의존성의 보상을 하지 않는 경우와, 회절각에 대한 파장 의존성을 보상하는 경우에 대하여, 각각 도시한다. 도시된 것처럼, 파장의 의존성이 감소될 때 손실의 양과 손실의 변화가 감소된다.
260 : 론치 광학적 배열체
200 : 렌즈렛(lenslet) 어레이
250 : 섬유 어레이

Claims (24)

  1. 공간적으로 분리된 복수의 파장 성분들을 가지는 광학적 빔을 수용하고, 상기 복수의 파장 성분들을 파장에 의존하여 회절시키기 위한, 광학적 구동 요소;
    상기 광학적 구동 요소에 상기 광학적 빔을 향하게 하며, 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 파장에 의존하여 회절되는 것을 보상하는, 광학적 보상 요소; 및
    상기 광학적 빔을 수용하기 위한 적어도 두 개의 광학적 입력/출력 포트들
    을 포함하고,
    상기 광학적 구동 요소는 상기 광학적 입력/출력 포트들 중의 하나에 상기 회절된 파장 성분들 중의 적어도 하나를 선택적으로 향하게 하며,
    상기 광학적 보상 요소는, 상기 파장 성분들이 파장에 의존하여 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절됨으로써 유발되는 상기 회절된 파장 성분에서의 광학적 커플링 손실(optical coupling loss)을 감소시키는, 광학적 배열체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 파장 성분들을 콜리메이팅하기 위한 광학적 콜리메이팅 요소(collimating optical element)를 더 포함하고,
    상기 광학적 구동 요소는 상기 파장 성분들을 선택적으로 반사하기 위한 개별적으로 구동 가능한 미러 요소들의 어레이를 가지는 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)를 포함하고,
    상기 미러들의 어레이는 상기 광학적 보상 요소가 없다면 상기 광학적 콜리메이팅 요소와 상기 디지털 마이크로미러 디바이스 사이의 광학적 경로 길이가 파장 성분에 따라 다르도록 배향되며,
    상기 광학적 보상 요소는 상기 광학적 경로 길이들이 각각의 파장 성분에 대하여 길이가 동일하도록 상기 광학적 경로 길이들을 조절하는,
    광학적 배열체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 보상 요소는 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성을 보상하기 위하여 구성된 적어도 하나의 표면을 포함하는, 광학적 배열체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 표면은 형상이 원통형인, 광학적 배열체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 표면은 제르니케 다항식의 제5항(5th term in a Zernike polynomial)과 일치(conform)하는 형상을 가지는, 광학적 배열체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 파장 성분들을 콜리메이팅하기 위한 광학적 콜리메이팅 요소를 더 포함하고,
    상기 광학적 보상 요소는 적어도 하나의 굴절 표면 또는 반사 표면을 포함하고, 상기 광학적 보상 요소는 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소 상으로 집중되도록 상기 광학적 콜리메이팅 요소와 상기 광학적 구동 요소 사이에서 상기 파장 성분들의 광학적 경로 길이를 조절하도록 더 구성된,
    광학적 배열체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광학적 보상 요소는 프리즘을 포함하는, 광학적 배열체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 입력/출력 포트들은, 허초점에 집중된, 공간적으로 겹치고(overlapping) 각도 다중화된(angularly multiplexed) 적어도 하나의 출력 광학적 빔과 적어도 하나의 입력 광학적 빔을 수용하기 위하여 구성된 광학적 론치 배열체를 포함하는, 광학적 배열체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학적 론치 배열체는 광학적 섬유들의 어레이를 고정하기 위한 섬유 어셈블리 및 상기 광학적 섬유들의 어레이 내의 각각의 광학적 섬유와 대응(in registration with)하는 한 쌍의 콜리메이팅 렌즈가 배치된 제1면과 콜리메이팅 렌즈들의 각 쌍들과 대응하는 커플링 렌즈가 배치된 제2면을 가지는 비대칭 렌즈렛 어레이를 포함하는, 광학적 배열체.
  11. 광학적 빔을 수용하기 위한 적어도 두 개의 광학적 입력/출력 포트들;
    상기 포트들 중의 하나로부터 상기 광학적 빔을 수용하며 그리고 상기 광학적 빔을 복수의 파장 성분들로 공간적으로 분리하는 분산 요소;
    상기 복수의 파장 성분들을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이팅 렌즈;
    상기 콜리메이팅 렌즈로부터 상기 콜리메이팅된 파장 성분들을 수용하고 상기 복수의 파장 성분들을 파장에 의존하는 방식으로 회절시키기 위한 광학적 구동 요소; 및
    상기 분산 요소 및 상기 광학적 구동 요소 사이의 광학적 경로에 위치하며, 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성을 보상하는, 광학적 보상 요소;
    를 포함하는, 광학적 프로세싱 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광학적 구동 요소는 상기 회절된 파장 성분들 중의 적어도 하나를 상기 광학적 입력/출력 포트들 중의 하나로 선택적으로 향하게 하며,
    상기 광학적 보상 요소는 상기 광학적 구동 요소에 의하여 상기 파장 성분들이 파장에 의존하여 회절됨으로써 유발되는 상기 회절된 파장 성분에서의 광학적 커플링 손실을 감소시키는, 광학적 프로세싱 디바이스.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광학적 구동 요소는 상기 파장 성분들을 선택적으로 반사하기 위한 개별적으로 구동 가능한 미러 요소들의 어레이를 가지는 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)를 포함하고,
    상기 미러들의 어레이는 상기 광학적 보상 요소가 없다면 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 디지털 마이크로미러 디바이스 사이의 광학적 경로 길이가 파장 성분에 따라 다르도록 배향(oriented)되며,
    상기 광학적 보상 요소는 상기 광학적 경로 길이들이 각각의 파장 성분에 대하여 길이가 동일하도록 상기 광학적 경로 길이들을 조절하는,
    광학적 프로세싱 디바이스.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 광학적 보상 요소는 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성을 보상하기 위하여 구성된 적어도 하나의 표면을 포함하는, 광학적 프로세싱 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 표면은 형상이 원통형인, 광학적 프로세싱 디바이스.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 표면은 제르니케 다항식의 제5항과 일치하는 형상을 가지는, 광학적 프로세싱 디바이스.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 광학적 보상 요소는 적어도 하나의 굴절 표면 또는 반사 표면을 포함하고, 상기 광학적 보상 요소는 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소 상으로 집중되도록 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 광학적 구동 요소 사이에서 상기 파장 성분들의 광학적 경로 길이를 조절하도록 더 구성된,
    광학적 프로세싱 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광학적 보상 요소는 프리즘을 포함하는, 광학적 프로세싱 디바이스.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 입력/출력 포트들은, 허초점에 집중된 공간적으로 겹치고 각도 다중화된 적어도 하나의 출력 광학적 빔과 적어도 하나의 입력 광학적 빔을 수용하기 위하여 구성된 광학적 론치 배열체를 포함하는, 광학적 프로세싱 디바이스.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 광학적 론치 배열체는 광학적 섬유들의 어레이를 고정하기 위한 섬유 어셈블리 및 상기 광학적 섬유들의 어레이 내의 각각의 광학적 섬유와 대응하는 한 쌍의 콜리메이팅 렌즈가 배치된 제1면과 콜리메이팅 렌즈들의 각 쌍들과 대응하는 커플링 렌즈가 배치된 제2면을 가지는 비대칭 렌즈렛 어레이를 포함하는, 광학적 프로세싱 디바이스.
  21. 복수의 공간적으로 분리된 파장 성분들을 광학적 구동 요소에 의하여 파장에 의존하는 방식으로 회절시키는 단계;
    상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성을 보상하는 단계;
    상기 복수의 파장 성분들을 콜리메이팅하는 단계; 및
    상기 콜리메이팅된 파장 성분들이 모두 공통의(common) 광학적 경로 길이를 진행(traverse)하도록, 회절되기 이전에 상기 콜리메이팅된 파장 성분들의 광학적 경로 길이를 조절하는 단계;
    를 포함하는, 광학적 신호의 프로세싱 방법.
  22. 삭제
  23. 제21항에 있어서,
    상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성을 보상하는 단계와 상기 광학적 경로 길이를 조절하는 단계는 공통의 광학적 요소에 의하여 수행되는, 광학적 신호의 프로세싱 방법.
  24. 공간적으로 분리된 복수의 파장 성분들을 가지는 광학적 빔을 수용하고, 상기 복수의 파장 성분들을 파장에 의존하여 회절시키기 위한, 광학적 구동 요소; 및
    상기 광학적 구동 요소에 상기 광학적 빔을 향하게 하며, 상기 파장 성분들이 상기 광학적 구동 요소에 의하여 회절될 때의 파장 의존성에서 발생하는 파장 의존 손실을, 상기 광학적 구동 요소가 상기 광학적 빔을 수용하기 전에, 감소시키는, 광학적 보상 요소;
    를 포함하는, 광학적 배열체.
KR1020120145999A 2011-12-14 2012-12-14 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하고 감소된 파장 의존 손실을 가지는 광학적 프로세싱 디바이스 KR101958395B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/325,555 US8681422B2 (en) 2011-12-14 2011-12-14 Optical processing device employing a digital micromirror device (DMD) and having reduced wavelength dependent loss
US13/325,555 2011-12-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130069480A KR20130069480A (ko) 2013-06-26
KR101958395B1 true KR101958395B1 (ko) 2019-03-14

Family

ID=47562918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120145999A KR101958395B1 (ko) 2011-12-14 2012-12-14 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하고 감소된 파장 의존 손실을 가지는 광학적 프로세싱 디바이스

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8681422B2 (ko)
EP (1) EP2605051B1 (ko)
JP (1) JP6172928B2 (ko)
KR (1) KR101958395B1 (ko)
CN (1) CN103163642B (ko)
AU (1) AU2012261755B2 (ko)
BR (1) BR102012032078A2 (ko)
CA (1) CA2798382A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6322926B2 (ja) * 2013-08-12 2018-05-16 大日本印刷株式会社 照明装置、投射装置及び投射型表示装置
JP6251202B2 (ja) * 2015-01-27 2017-12-20 日本電信電話株式会社 波長選択スイッチ
US10228517B2 (en) * 2015-03-03 2019-03-12 Nistica, Inc. Optical arrangement for managing diversity and isolation between ports in a wavelength selective switch
CN107462987B (zh) * 2016-06-02 2019-12-03 苏州旭创科技有限公司 光路控制系统及光模块
CN106918932A (zh) * 2017-03-09 2017-07-04 苏州晶萃光学科技有限公司 一种光控液晶空间光调制器及其应用
US11201673B1 (en) * 2018-03-07 2021-12-14 BridgeSat, Inc. Optical laser communication apparatus with optical phased arrays and coupling arrangement and associated methods
US11561345B2 (en) * 2020-02-14 2023-01-24 Google Llc Apertures for reduced dynamic crosstalk and stray light control

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020136524A1 (en) 2001-03-14 2002-09-26 Nabeel Agha Riza High speed fiber-optic attenuation modules
US20030174939A1 (en) 2001-04-03 2003-09-18 Cidra Corporation Chromatic dispersion compensation device having an array of micromirrors
JP2010520492A (ja) * 2007-03-02 2010-06-10 シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム 回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6449033B2 (en) * 1999-04-26 2002-09-10 Corning Incorporated Apparatus and method for measuring polarization dependent loss
US6618520B2 (en) * 1999-11-09 2003-09-09 Texas Instruments Incorporated Micromirror optical switch
US6498872B2 (en) * 2000-02-17 2002-12-24 Jds Uniphase Inc. Optical configuration for a dynamic gain equalizer and a configurable add/drop multiplexer
JP4491663B2 (ja) * 2000-03-28 2010-06-30 株式会社トプコン 眼光学特性測定装置
US6943950B2 (en) 2000-08-07 2005-09-13 Texas Instruments Incorporated Two-dimensional blazed MEMS grating
KR100805969B1 (ko) * 2000-09-29 2008-02-25 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드 광 애드 드롭 멀티플렉서
US6760501B2 (en) * 2000-12-05 2004-07-06 Jds Uniphase Inc. Device for imposing a field tilt for approximating the inherent field curvature of a focusing element in a free space optical device
US6956687B2 (en) * 2001-04-03 2005-10-18 Cidra Corporation Optical blocking filter having an array of micro-mirrors
CA2443356A1 (en) 2001-04-03 2002-10-17 Cidra Corporation Dynamic optical filter having a spatial light modulator
US6935743B2 (en) * 2002-02-06 2005-08-30 John H. Shadduck Adaptive optic lens and method of making
US20060159395A1 (en) * 2004-04-20 2006-07-20 Alan Hnatiw Optical compensator array for dispersive element arrays
US7257288B1 (en) * 2004-04-23 2007-08-14 Nistica, Inc. Tunable optical routing systems
US7397986B2 (en) * 2005-03-04 2008-07-08 Gemfire Corporation Optical device with reduced temperature dependence
JP2006276216A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Fujitsu Ltd 光スイッチ
US8086080B2 (en) * 2007-07-23 2011-12-27 Nistica, Inc. Multiple function digital optical switch
US8139284B2 (en) 2008-10-24 2012-03-20 Texas Instruments Incorporated Digital micromirror device having wavelength-dependent modulation structure and method of manufacturing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020136524A1 (en) 2001-03-14 2002-09-26 Nabeel Agha Riza High speed fiber-optic attenuation modules
US20030174939A1 (en) 2001-04-03 2003-09-18 Cidra Corporation Chromatic dispersion compensation device having an array of micromirrors
JP2010520492A (ja) * 2007-03-02 2010-06-10 シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム 回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2605051B1 (en) 2019-10-30
JP2013125278A (ja) 2013-06-24
JP6172928B2 (ja) 2017-08-02
BR102012032078A2 (pt) 2015-04-14
AU2012261755A1 (en) 2013-07-11
CA2798382A1 (en) 2013-06-14
EP2605051A1 (en) 2013-06-19
KR20130069480A (ko) 2013-06-26
US8681422B2 (en) 2014-03-25
US20130155512A1 (en) 2013-06-20
CN103163642A (zh) 2013-06-19
CN103163642B (zh) 2018-04-03
AU2012261755B2 (en) 2015-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101958395B1 (ko) 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하고 감소된 파장 의존 손실을 가지는 광학적 프로세싱 디바이스
AU2012216378B2 (en) Asymmetric lenslet array
US7725027B2 (en) Multi-unit wavelength dispersive device
US7630599B2 (en) Wavelength dispersive device with temperature compensation
US7233716B2 (en) Optical switch
US8391654B2 (en) Wavelength selection switch
US7676126B2 (en) Optical device with non-equally spaced output ports
EP4072044A1 (en) Wavelength selection switch
US9046657B2 (en) Systems and methods for reducing off-axis optical aberrations in wavelength dispersed devices
JP4967847B2 (ja) 光スイッチおよびｍｅｍｓパッケージ
US7706049B2 (en) Mirror device and optical apparatus
US6766081B2 (en) Focal length dispersion compensation for field curvature
EP2570829B1 (en) Optical processing device
WO2003065097A2 (en) Multifunctional optical device having a spatial light modulator with an array of micromirrors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right