KR102171779B1 - 링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템 - Google Patents

링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102171779B1
KR102171779B1 KR1020180101563A KR20180101563A KR102171779B1 KR 102171779 B1 KR102171779 B1 KR 102171779B1 KR 1020180101563 A KR1020180101563 A KR 1020180101563A KR 20180101563 A KR20180101563 A KR 20180101563A KR 102171779 B1 KR102171779 B1 KR 102171779B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
focus lens
variable focus
angle
current
diffusion angle
Prior art date
Application number
KR1020180101563A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200024638A (ko
Inventor
박재돈
베트 왕 마이
김훈
Original Assignee
국방과학연구소
한국과학기술원
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 국방과학연구소, 한국과학기술원 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020180101563A priority Critical patent/KR102171779B1/ko
Publication of KR20200024638A publication Critical patent/KR20200024638A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102171779B1 publication Critical patent/KR102171779B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

본 발명은 링크 가용성을 향상시키기 위한 광 통신 시스템을 제공한다. 일 실시예에 따른 광 통신 시스템은, 제어부, 빔을 출광하는 광원 및 상기 광원에서 출광된 빔의 빔 확산 각을 조절하는 초점 가변 렌즈를 포함할 수 있다.
광 통신 시스템의 제어부는, 목표 빔 확산 각을 산출하고, 초점 가변 렌즈의 초점 거리에 기초한 현재 빔 확산 각을 산출하며, 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각에 대응되도록 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하여 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다.

Description

링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템{OPTICAL COMMUNICATION SYSTEMS WITH IMPROVED LINK AVAILABILITY}
본 개시는 링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템을 제공한다.
자유 공간 광 통신(Free Space Optical Communications; FSOC)이라고도 불리는 광 무선 통신 분야에서는, 공간 또는 대기를 통해 전파되는 광선에 의해 정보를 전송 및 수신한다.
마이크로웨이브-기반 시스템에 비해 FSOC 시스템은 일반적으로 대역폭이 월등히 크고 전력 소모가 적으며 크기가 작고 무게가 적다. 또한, FSOC 시스템은 동축 케이블이나 광섬유를 사용하여 유선 네트워크 연결을 제공하는 것이 어렵거나 비용이 많이 드는 지역에서 통신 서비스를 제공하는데 사용될 수 있다.
FSOC 시스템에서 송신기와 수신기 사이의 조준선 정렬(line-of-sight alignment)은 PAT(pointing, acquisition, and tracking) 시스템을 사용하여 수행할 수 있다. 그러나 PAT 시스템의 노이즈 및 FSOC 시스템의 진동 및 움직임 (풍하중, 열팽창, 건물 움직임 등)으로 인해 정렬 오차가 발생할 수 있다. 따라서, FSOC 시스템의 성능 개선 문제를 해결하는 것이 중요하다.
정렬 오차에 의해 야기되는 성능 악화는 적응형 빔 제어 기술(adaptive beam control techniques)을 사용함으로써 개선될 수 있다. 빔 확산 각(beam divergence angle)은 시스템 환경에 적응적으로(adaptively) 조정될 수 있는데, 이는 정렬 오차에 대한 강인성과 기하 손실 사이의 이율배반적 관계(trade-off)가 존재하기 때문이다. 예를 들어, 넓은 빔 확산 각은 정렬 오차에 의한 성능 열화를 줄일 수 있으나, 기하 손실을 증가시킨다.
이에 따라, 최적의 빔 확산 각에 기초하여 FSOC 시스템의 성능을 효과적으로 개선할 수 있는 기술의 필요성이 요구되는 실정이다.
M. Blum et al, “Compact optical design solutions using focus tunable lenses” (2011.)
링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템을 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제 1 측면은, 링크 가용성(link availability)이 향상된 광 통신 시스템에 있어서, 제어부; 빔을 출광하는 광원; 및 상기 광원에서 출광된 빔의 빔 확산 각(beam divergence angle)을 조절하는 초점 가변 렌즈(focus-tunable lens);를 포함하고, 상기 제어부는, 목표 빔 확산 각을 산출하고, 상기 광원에서 출광되는 빔이 상기 초점 가변 렌즈를 통과함에 따라, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리(focal length)에 기초한 현재 빔 확산 각을 산출하고, 상기 현재 빔 확산 각이 상기 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하여 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하는 것인, 광 통신 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 현재 빔 확산 각과 상기 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출하고, 상기 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 상기 오차에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절함으로써 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하며, 상기 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 상기 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정하는 것인, 광 통신 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 시스템은, 빔 스플리터(beam splitter) 및 빔 프로파일러(beam profiler);를 더 포함하고, 상기 빔 스플리터는 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔을 신호 빔과 참조 빔으로 분리시키고, 상기 빔 프로파일러는 상기 참조 빔의 프로파일을 결정하고, 상기 제어부는, 상기 빔 프로파일러로부터 상기 프로파일을 획득함으로써, 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 것인, 광 통신 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 시스템은, 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 상기 빔을 수광하는 수신기; 및 상기 초점 가변 렌즈와 상기 수신기 사이에 위치하고, 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔 중 일부 영역의 빔을 획득하는, 적어도 하나의 광검출기 어레이(photodetector array);를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 광검출기 어레이로부터 획득한 상기 일부 영역의 빔에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔의 프로파일을 예측함으로써, 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 것인, 광 통신 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 시스템은, 상기 초점 가변 렌즈와 상기 광원 사이에 위치하고, 상기 초점 가변 렌즈에서 반사된 빔 중 일부 영역의 빔을 획득하는, 적어도 하나의 광검출기 어레이;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 적어도 하나의 광검출기 어레이로부터 획득한 상기 일부 영역의 빔 및 상기 초점 가변 렌즈의 반사율에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔의 프로파일을 예측함으로써, 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 것인, 광 통신 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 광원에서 출광된 빔은 가우시안 세기 프로파일(Gaussian intensity profile)을 갖는 것인, 광 통신 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 상기 초점 가변 렌즈의 모양(shape) 및 굴절률(refractive index) 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하며, 상기 조절된 초점 거리에 기초하여 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하는 것인, 광 통신 시스템을 제공할 수 있다.
본 개시의 제 2 측면은, 광 통신 시스템의 링크 가용성(link availability)을 향상시키기 위한 방법에 있어서, 목표 빔 확산 각을 산출하는 단계; 광원에서 출광되는 빔이 초점 가변 렌즈를 통과함에 따라, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리에 기초한 현재 빔 확산 각을 산출하는 단계; 및 상기 현재 빔 확산 각이 상기 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하여 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 현재 빔 확산 각과 상기 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출하는 단계; 및 상기 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 상기 오차에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절함으로써 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하며, 상기 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 상기 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔은 신호 빔과 참조 빔으로 분리되고, 빔 스플리터에서 분리된 상기 참조 빔을 수광한 빔 프로파일로부터 상기 참조 빔에 대한 프로파일을 획득하는 단계; 및 상기 프로파일에 기초하여 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 광검출기 어레이로부터 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔 중 일부 영역의 빔을 획득하는 단계; 및 상기 일부 영역의 빔에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔의 프로파일을 예측함으로써, 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 광검출기 어레이로부터 상기 초점 가변 렌즈에서 반사된 빔 중 일부 영역의 빔을 획득하는 단계; 및 상기 일부 영역의 빔에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔의 프로파일을 예측함으로써, 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 광원에서 출광된 빔은 가우시안 세기 프로파일(Gaussian intensity profile)을 갖는 것인 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 상기 초점 가변 렌즈의 모양 및 굴절률 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하는 단계; 및 상기 조절된 초점 거리에 기초하여 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 제 3 측면은, 광 통신 시스템의 링크 가용성을 향상시키기 위한 빔 확산 각 조절 장치에 있어서, 적어도 하나의 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써 빔 확산 각 조절 장치를 구동하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 목표 빔 확산 각을 산출하고, 광원에서 출광되는 빔이 초점 가변 렌즈를 통과함에 따라 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리에 기초한 현재 빔 확산 각을 산출하며, 상기 현재 빔 확산 각이 상기 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하여 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 현재 빔 확산 각과 상기 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출하고, 상기 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 상기 오차에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절함으로써 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하며, 상기 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 상기 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔에 대한 정보를 수신하는 통신부;를 더 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 빔에 대한 정보에 기초하여 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 제 4 측면은, 제 2 측면의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 폐회로(closed-loop)를 이용하여 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각에 대응되도록 지속적으로 현재 빔 확산 각을 업데이트함에 따라, 효과적으로 광 통신 시스템의 링크 가용성을 최대화할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 초점 가변 렌즈를 이용하여 현재 빔 확산 각을 용이하게 변경하고, 효율적인 SWaP(size, weight, and power) 디자인을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 광 통신 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 광 통신 시스템의 링크 가용성을 향상시키기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 빔 스플리터 및 빔 프로파일러를 이용하여 폐회로를 구성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광검출기 어레이를 이용하여 폐회로를 구성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 광검출기 어레이를 이용하여 폐회로를 구성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 빔 확산 각 조절 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.
본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
본 개시의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단” 및 “구성”등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 또한, 명세서에 기재된 "??부", "??모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 광 통신 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
일 실시예에서 광 통신 시스템(100)은 자유 공간(free space)에서 빔(beam)을 전송하는 FSOC(Free Space Optical Communications) 통신일 수 있다.
도 1을 참조하면, 광 통신 시스템(100)은 송신기(110) 및 수신기(120)를 포함할 수 있다. 송신기(110)는 광원 및 렌즈를 포함할 수 있다. 송신기(110)의 광원(예를 들어, 레이저, 광 섬유 말단 등)에서 생성된 빔은 렌즈를 통과하여 소정의 빔 크기(beam size)를 형성하고, 전송 매체를 통과하여 수신기(120)에 도달할 수 있다. 즉, 송신기(110)로부터 출광된 빔이 수신기(120)에 수광됨으로써 광 통신이 수행될 수 있다.
광 통신 시스템(100)의 통신 성능을 측정하는 지표로는 링크 가용성(link availability)이 이용될 수 있다. 링크 가용성은 광 통신 시스템(100)의 총 운용 시간 중에서, 수신기(120)에서 송신기(110)로부터 소정의 수신 감도 이상의 빔(또는, 광 전력)을 획득할 수 있는 시간의 비율을 의미한다. 즉, 광 통신 시스템(100)의 링크 가용성을 최대화함으로써 통신 성능을 향상시킬 수 있다.
광 통신 시스템(100)의 링크 가용성은 빔 확산 각(beam divergence angle)(111a, 111b)에 기초하여 결정될 수 있다. 송신기(110)에서 빔이 출광될 때 빔은 소정의 각도를 가지고 확산될 수 있으며 이를 빔 확산 각(111a, 111b)이라 한다.
도 1을 참조하면, 송신기(110)와 수신기(120)가 이상적으로 정렬(130)된 경우, 빔 확산 각(111a)이 작을수록 기하 손실이 줄어든다. 즉, 빔 확산 각(111a)을 작게 함으로써 광 통신 시스템(100)의 링크 가용성을 최대화할 수 있다.
그러나, 실제에서는 송신기(110)와 수신기(120)가 비이상적으로 정렬(140)되며, 이 경우 빔 확산 각(111b)을 지나치게 작게 하면 빔이 수신기(120)에 정확하게 입사될 때만 수광될 수 있고, 반대로 빔 확산 각(111b)을 지나치게 크게 하면 기하 손실(geometric loss)이 증가할 수 있다. 즉, 송신기(110)와 수신기(120)가 비이상적으로 정렬(140)되는 경우, 송신기(110)에서 출광되는 빔의 빔 확산 각(111b)을 최적화하여야 광 통신 시스템(100)의 링크 가용성을 최대화할 수 있다.
한편, 송신기(110)에서 출광되는 빔의 빔 확산 각(111b)에 의해 기하 손실이 결정되므로, 빔 확산 각(111b)을 최적화하는 것은 기하 손실을 최적화하는 것을 의미할 수도 있다.
구체적으로, 광 통신 시스템(100)에서 빔 확산 각 θ가 아래의 수학식 1과 같이 주어질 때, 광 통신 시스템(100)의 링크 가용성을 최대화할 수 있다.
Figure 112018085483955-pat00001
상기 수학식 1에서, ar은 수신기(120)의 반경, L은 전송 거리, Pt는 송신기(110)의 광 출력, Prs는 수신 감도, 그리고 ha는 채널 감쇠에 의한 손실을 의미한다.
광 통신 시스템(100)의 빔 확산 각(111b)이 상기 수학식 1을 만족할 경우, 최대가 되는 광 통신 시스템(100)의 링크 가용성 Pavail은 아래의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112018085483955-pat00002
상기 수학식 2에서 w는 수신기(120)에서의 빔의 반경으로 대략적으로 θ·L로 주어지며, smod는 송신기(110) 및 수신기(120) 간 정렬 오차(alignment error)의 표준편차이다.
한편, 상기 수학식 2에 따르면, 광 통신 시스템(100)의 링크 가용성은 정렬 오차에 의해 영향을 받을 수 있다. 정렬 오차에서 정렬(alignment)이란, 송신기(110)와 수신기(120) 간의 정렬을 의미한다. 송신기(110)와 수신기(120) 간의 정렬은 PAT(pointing, acquisition and tracking) 시스템을 이용하여 달성될 수 있다. 이 때, PAT 시스템에 존재하는 노이즈와, 송신기(110) 및 수신기(120)의 이동에 따른 움직임, 송신기(110) 및 수신기(120)가 구동됨에 따라 발생하는 진동 등에 의해 정렬 오차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 풍하중(wind load), 열팽창(thermal expansion)와 같은 원인에 의해 송신기(110) 및 수신기(120)에서 진동이 발생할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 광 통신 시스템의 링크 가용성을 향상시키기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 단계 210에서 광 통신 시스템은 목표 빔 확산 각을 산출할 수 있다.
광 통신 시스템의 제어부는 다양한 파라미터에 기초하여 목표 빔 확산 각을 산출할 수 있다.
일 실시예에서 목표 빔 확산 각은 상기 수학식 1을 통해 산출될 수 있다. 광 통신 시스템은 수신기의 반경, 빔의 전송 거리, 송신기의 광 출력, 수신 감도 및 채널 감쇠에 의한 손실에 기초하여 목표 빔 확산 각을 산출할 수 있다. 그러나, 목표 빔 확산 각을 산출하는데 이용되는 수학식 및 파라미터는 이에 제한되지 않는다.
단계 220에서 광원에서 출광되는 빔이 초점 가변 렌즈(focus-tunable lens)를 통과함에 따라, 광 통신 시스템은 초점 가변 렌즈의 초점 거리(focal length)에 기초한 현재 빔 확산 각을 산출할 수 있다.
송신기는 빔을 생성하는 광원(예를 들어, 레이저, 광 섬유 말단 등)과 소정의 빔 크기를 형성하기 위한 초점 가변 렌즈를 포함할 수 있다. 단일 초점 가변 렌즈가 송신기에 포함될 수 있다.
일 실시예에서 초점 가변 렌즈는 광학 유동체(optical fluid)와 고분자 분리막(polymer membrane)의 조합으로 형성되는 형상 변화 렌즈일 수 있다. 초점 가변 렌즈를 이용함으로써 수 마이크로미터 단위의 렌즈 지름을 변경하여 렌즈 전체를 수 센티 미터 단위로 이동하는 것과 동일한 광학 효과를 얻을 수 있다. 즉, 광학 장비를 소형화할 수 있고, 사용되는 렌즈의 개수를 줄일 수 있으며, 렌즈의 불필요한 이동을 제거할 수 있다.
광 통신 시스템의 제어부는 초점 가변 렌즈에 인가되는 전압(또는 전류)을 제어하여, 초점 가변 렌즈의 모양(shape) 및 굴절률(refractive index) 중 적어도 어느 하나를 변화시킬 수 있다. 초점 가변 렌즈의 모양(shape) 및 굴절률(refractive index) 중 적어도 어느 하나가 변화됨으로써, 초점 가변 렌즈의 초점 거리가 조절될 수 있다.
제어부는 초점 가변 렌즈의 초점 거리에 기초하여 현재 빔 확산 각을 산출할 수 있다. 제어부는 현재 빔 확산 각을 실시간으로 산출할 수 있다. 일 실시예에서 제어부는 아래의 수학식 3을 통해 현재 빔 확산 각을 산출할 수 있다.
Figure 112018085483955-pat00003
상기 수학식 3에서
Figure 112018085483955-pat00004
은 초점 가변 렌즈를 통과하기 전의 빔 확산 각,
Figure 112018085483955-pat00005
은 초점 가변 렌즈를 통과한 후의 빔 확산 각을 의미한다. 또한,
Figure 112018085483955-pat00006
는 전송 파장(transmission wavelength),
Figure 112018085483955-pat00007
광원과 초점 가변 렌즈 사이의 거리,
Figure 112018085483955-pat00008
는 빔 반경, 그리고 f는 초점 가변 렌즈의 초점 거리(focal length)를 의미한다.
한편,
Figure 112018085483955-pat00009
은
Figure 112018085483955-pat00010
로 주어지며, 오직 광원에만 의존하는 고정 값일 수 있다. 상기 수학식 3에서
Figure 112018085483955-pat00011
,
Figure 112018085483955-pat00012
,
Figure 112018085483955-pat00013
및
Figure 112018085483955-pat00014
는 주어진 값으로서, 알고자 하는 초점 가변 렌즈를 통과한 후의 빔 확산 각
Figure 112018085483955-pat00015
은 초점 가변 렌즈의 초점 거리 f를 조절함에 따라 변경될 수 있다. 즉, 초점 가변 렌즈의 초점 거리 f를 감소시키거나 증가시킴으로써
Figure 112018085483955-pat00016
을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
그러나, 제어부에서 현재 빔 확산 각을 산출하는 방법은 상술한 예로 제한되지 않는다.
한편, 본 발명에서는 단일 초점 가변 렌즈를 사용함으로써 SWaP(size, weight and power)를 최소화 할 수 있다. 또한, 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 초점 거리를 변화시킬 수 있으므로 초점 가변 렌즈를 기계적으로 이동시키기 위한 별도의 시스템이 요구되지 않는다.
단계 230에서 광 통신 시스템은 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하여 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다.
광 통신 시스템의 제어부는 현재 빔 확산 각과 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출할 수 있다. 산출된 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 제어부는 오차에 기초하여 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절함으로써 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다.
구체적으로, 상기 수학식 3을 참조하면, 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각 보다 큰 경우, 제어부는 초점 가변 렌즈의 초점 거리가 감소하도록 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류(또는 전압)를 제어할 수 있다. 또는, 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각 보다 작은 경우, 제어부는 초점 가변 렌즈의 초점 거리가 증가하도록 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류(또는 전압)를 제어할 수 있다.
한편, 실제에서는 초점 거리의 근사(approximation), 액체로 형성된 초점 가변 렌즈에 대한 주변 환경의 영향(예를 들어, 온도) 등으로 인해, 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각에 대응되도록 개회로(open-loop)에서 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하는 것은 용이하지 않다.
본 발명의 광 통신 시스템은 실시간으로, 현재 빔 확산 각과 목표 빔 확산 각을 비교하여 오차를 산출하고, 폐회로(closed-loop)를 통해 산출된 오차를 피드백함으로써 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다. 즉, 본 발명의 광 통신 시스템에서는 폐회로(closed-loop)를 이용하여 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각에 대응되도록 지속적으로 현재 빔 확산 각을 업데이트함에 따라, 현재 빔 확산 각에 대한 정밀한 제어가 가능하다. 그 결과, 본 발명에서는 효과적으로 광 통신 시스템의 링크 가용성을 최대화할 수 있다.
산출된 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 제어부는 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정할 수 있다. 최종 빔 확산 각은 최적화된 빔 확산 각으로서, 최종 빔 확산 각에 기초하여 광 통신이 수행됨으로써 광 통신 시스템의 링크 가용성이 최대화될 수 있다.
한편, 폐회로(closed-loop)를 구성하는 방법에 대해서는 이하 도 3 내지 도 5를 통해 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 빔 스플리터 및 빔 프로파일러를 이용하여 폐회로를 구성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 광 통신 시스템(300)에는 광원(310), 초점 가변 렌즈(320), 제어부(330), 빔 스플리터(beam splitter)(340), 빔 프로파일러(350) 및 수신기(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 광원(310) 및 초점 가변 렌즈(320)는 송신기에 포함되는 구성일 수 있으나, 송신기에 포함되는 구성은 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서 빔 스플리터(340)는 초점 가변 렌즈(320)에 인접하여, 초점 가변 렌즈(320)와 대향되게 배치될 수 있다. 빔 프로파일러(350)는 빔 스플리터(340)에서 분리된 빔의 일부를 수광할 수 있도록 배치될 수 있다. 빔 프로파일러(350)는 IR(infrared) 카메라와 분석 소프트웨어를 포함할 수 있다.
광원(310)에서 생성된 빔이 초점 가변 렌즈(320)를 통과하여 빔 스플리터(340)에 도달한다. 빔 스플리터(340)는 초점 가변 렌즈(320)를 통과한 빔을 신호 빔(341)과 참조 빔(342)로 분리할 수 있다. 예를 들어, 빔 스플리터(340)는 초점 가변 렌즈(320)를 통과한 빔 중 약 99%는 신호 빔(341), 약 1%는 참조 빔(342)이 되도록 초점 가변 렌즈(320)를 통과한 빔을 분리할 수 있다. 빔 스플리터(340)에서 분리된 신호 빔(341)은 수신기(미도시)에 수광된다.
빔 스플리터(340)에서 분리된 참조 빔(342)은 빔 프로파일러(350)에 도달하고, 빔 프로파일러(350)는 참조 빔(342)의 프로파일을 결정할 수 있다.
일 실시예에서 광원(310)에서 생성된 빔은 소정의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 광원(310)에서 생성된 빔은 가우시안 세기 프로파일(Gaussian Intensity Profile)을 가질 수 있으며, 초점 가변 렌즈(320)를 통과한 빔 역시 가우시안 세기 프로파일을 가질 수 있다. 제어부(330)에서 현재 빔 확산 각을 산출하기 위해서는 초점 가변 렌즈(320)를 통과한 빔의 전체 영역에 대한 상대적 세기 정보 즉, 프로파일이 필요할 수 있다.
참조 빔(342)은 초점 가변 렌즈(320)를 통과한 빔 중 일부에 해당하나, 광원(310)에서 생성된 빔의 전체 영역에 대한 상대적 세기 정보가 참조 빔(342)에 포함되어 있으므로, 참조 빔(342)의 프로파일은 광원(310)에서 생성된 빔의 프로파일로 볼 수 있다.
제어부(330)는 빔 프로파일러(350)로부터 참조 빔(342)의 프로파일을 획득함으로써 현재 빔 확산 각을 산출할 수 있다. 현재 빔 확산 각은 상기 수학식 3을 통해 산출될 수 있으나, 산출 방법은 이에 제한되지 않는다.
제어부(330)는 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 초점 가변 렌즈(320)의 초점 거리를 조절하여 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다. 구체적으로, 제어부(330)는 현재 빔 확산 각과 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출할 수 있다. 산출된 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 제어부(330)는 오차에 기초하여 초점 가변 렌즈(320)의 초점 거리를 조절함으로써 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다. 제어부(330)는 초점 가변 렌즈(320)에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 초점 가변 렌즈(320)의 모양 및 굴절률 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써 초점 거리를 조절할 수 있다.
산출된 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 제어부(330)는 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정할 수 있다. 최종 빔 확산 각은 최적화된 빔 확산 각으로서, 광 통신 시스템(300)에서 최종 빔 확산 각에 기초하여 광 통신이 수행됨으로써 광 통신 시스템(300)의 링크 가용성이 최대화될 수 있다.
이와 같이, 광 통신 시스템(300)은 실시간으로, 현재 빔 확산 각과 목표 빔 확산 각을 비교하여 오차를 산출하고, 폐회로(closed-loop)를 통해 산출된 오차를 피드백함으로써 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 광검출기 어레이를 이용하여 폐회로를 구성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 광 통신 시스템(400)에는 광원(410), 초점 가변 렌즈(420), 제어부(430), 광검출기 어레이(photodetector array)(440) 및 수신기(450)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 광원(410) 및 초점 가변 렌즈(420)는 송신기에 포함되는 구성일 수 있으나, 송신기에 포함되는 구성은 이에 제한되지 않는다.
광검출기 어레이(440)는 광신호를 전기신호로 변환할 수 있는 복수의 디바이스들일 수 있다. 일 실시예에서 광검출기 어레이(440)는 초점 가변 렌즈(420)와 수신기(450) 사이에 위치할 수 있다. 도 4에는 하나의 광검출기 어레이(440)만이 도시되어있으나, 복수의 광검출기 어레이가 초점 가변 렌즈(420)와 수신기(450) 사이에 위치할 수 있다.
광검출기 어레이(440)는 초점 가변 렌즈(420)를 통과한 빔 중 일부 영역의 빔을 획득할 수 있다. 제어부(430)는 광검출기 어레이(440)로부터, 초점 가변 렌즈를 통과한 빔 중 일부 영역의 빔에 대한 정보만을 획득할 수 있다.
일 실시예에서 광원(410)에서 생성된 빔은 소정의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 광원(410)에서 생성된 빔은 가우시안 세기 프로파일을 가질 수 있으며, 초점 가변 렌즈(420)를 통과한 빔 역시 가우시안 세기 프로파일을 가질 수 있다. 제어부(430)에서 현재 빔 확산 각을 산출하기 위해서는, 초점 가변 렌즈(420)를 통과한 빔의 전체 영역에 대한 상대적 세기 정보 즉, 프로파일이 필요할 수 있다.
제어부(430)는, 복수의 광검출기 어레이(440) 각각으로부터 획득한 빔의 복수의 특정 영역에서의 세기 정보에 기초하여, 초점 가변 렌즈(420)를 통과한 빔의 프로파일을 예측할 수 있다.
제어부(430)는 초점 가변 렌즈(420)를 통과한 빔의 프로파일을 예측함으로써, 현재 빔 확산 각을 산출할 수 있다. 현재 빔 확산 각은 상기 수학식 3을 통해 산출될 수 있으나, 산출 방법은 이에 제한되지 않는다.
제어부(430)는 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 초점 가변 렌즈(420)의 초점 거리를 조절하여 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다. 구체적으로, 제어부(430)는 현재 빔 확산 각과 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출할 수 있다. 산출된 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 제어부(430)는 오차에 기초하여 초점 가변 렌즈(420)의 초점 거리를 조절함으로써 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다. 제어부(430)는 초점 가변 렌즈(420)에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 초점 가변 렌즈(420)의 모양 및 굴절률 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써 초점 거리를 조절할 수 있다.
산출된 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 제어부(430)는 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정할 수 있다. 최종 빔 확산 각은 최적화된 빔 확산 각으로서, 광 통신 시스템(400)에서 최종 빔 확산 각에 기초하여 광 통신이 수행됨으로써 광 통신 시스템(400)의 링크 가용성이 최대화될 수 있다.
이와 같이, 광 통신 시스템(400)은 실시간으로, 현재 빔 확산 각과 목표 빔 확산 각을 비교하여 오차를 산출하고, 폐회로(closed-loop)를 통해 산출된 오차를 피드백함으로써 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 광검출기 어레이를 이용하여 폐회로를 구성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 광 통신 시스템(500)에는 광원(510), 초점 가변 렌즈(520), 제어부(530), 광검출기 어레이(photodetector array)(540) 및 수신기(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 광원(510) 및 초점 가변 렌즈(520)는 송신기에 포함되는 구성일 수 있으나, 송신기에 포함되는 구성은 이에 제한되지 않는다.
광검출기 어레이(540)는 광신호를 전기신호로 변환할 수 있는 복수의 디바이스들일 수 있다. 일 실시예에서 광검출기 어레이(540)는 광원(510)과 초점 가변 렌즈(520) 사이에 위치할 수 있다. 도 5에는 하나의 광검출기 어레이(540)만이 도시되어있으나, 복수의 광검출기 어레이가 광원(510)과 초점 가변 렌즈(520) 사이에 위치할 수 있다.
광검출기 어레이(540)는 광원(510)에서 출광되어 초점 가변 렌즈(520)로 향하는 빔을 차단하지 않도록, 빔의 진행 방향 바깥에 위치할 수 있다. 광검출기 어레이(540)는 초점 가변 렌즈(520)에서 반사된 빔 중 일부 영역의 빔을 획득할 수 있다. 제어부(530)는 광검출기 어레이(540)로부터, 초점 가변 렌즈에서 반사된 빔 중 일부 영역의 빔에 대한 정보만을 획득할 수 있다.
일 실시예에서 광원(510)에서 생성된 빔은 소정의 프로파일을 가질 수 있다. 일 실시예에서 광원(510)에서 생성된 빔은 가우시안 세기 프로파일을 가질 수 있으며, 초점 가변 렌즈(520)를 통과한 빔 역시 가우시안 세기 프로파일을 가질 수 있다. 제어부(530)에서 현재 빔 확산 각을 산출하기 위해서는, 초점 가변 렌즈(520)를 통과한 빔의 전체 영역에 대한 상대적 세기 정보 즉, 프로파일이 필요할 수 있다.
초점 가변 렌즈(520)는 소정의 반사율을 가지므로, 초점 가변 렌즈(520)에서 반사된 빔에 대한 정보에 기초하여 초점 가변 렌즈(520)를 통과한 빔을 분석할 수 있다.
제어부(530)는, 복수의 광검출기 어레이(540) 각각으로부터 획득한 빔의 복수의 특정 영역에서의 세기 정보, 및 초점 가변 렌즈(520)의 반사율에 기초하여, 초점 가변 렌즈(520)를 통과한 빔의 프로파일을 예측할 수 있다.
제어부(530)는 초점 가변 렌즈(520)를 통과한 빔의 프로파일을 예측함으로써, 현재 빔 확산 각을 산출할 수 있다. 현재 빔 확산 각은 상기 수학식 3을 통해 산출될 수 있으나, 산출 방법은 이에 제한되지 않는다.
제어부(530)는 현재 빔 확산 각이 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 초점 가변 렌즈(520)의 초점 거리를 조절하여 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다. 구체적으로, 제어부(530)는 현재 빔 확산 각과 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출할 수 있다. 산출된 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 제어부(530)는 오차에 기초하여 초점 가변 렌즈(520)의 초점 거리를 조절함으로써 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다. 제어부(530)는 초점 가변 렌즈(520)에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 초점 가변 렌즈(520)의 모양 및 굴절률 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써 초점 거리를 조절할 수 있다.
산출된 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 제어부(530)는 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정할 수 있다. 최종 빔 확산 각은 최적화된 빔 확산 각으로서, 광 통신 시스템(500)에서 최종 빔 확산 각에 기초하여 광 통신이 수행됨으로써 광 통신 시스템(500)의 링크 가용성이 최대화될 수 있다.
이와 같이, 광 통신 시스템(500)은 실시간으로, 현재 빔 확산 각과 목표 빔 확산 각을 비교하여 오차를 산출하고, 폐회로(closed-loop)를 통해 산출된 오차를 피드백함으로써 현재 빔 확산 각을 업데이트할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 빔 확산 각 조절 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 빔 확산 각 조절 장치(600)는 제어부(610), 통신부(620) 및 메모리(630)를 포함할 수 있다. 도 6의 빔 확산 각 조절 장치(600)에는 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 6에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있다.
빔 확산 각 조절 장치(600)는 PC(personal computer), 서버 디바이스, 모바일 디바이스, 임베디드 디바이스 등의 다양한 종류의 디바이스들로 구현될 수 있다.
제어부(610)는 도 1 내지 도 5에서 상술한 광 통신 시스템의 링크 가용성(link availability)을 향상시키기 위한 일련의 프로세스를 제어할 수 있다. 제어부(610)는 빔 확산 각 조절 장치(600)를 제어하기 위한 전반적인 기능들을 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 제어부(610)는 빔 확산 각 조절 장치(600) 내의 메모리(630)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 빔 확산 각 조절 장치(600)를 전반적으로 제어한다. 제어부(610)는 빔 확산 각 조절 장치(600) 내에 구비된 CPU(central processing unit), GPU(graphics processing unit), AP(application processor) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
통신부(620)는 근거리 통신부, 이동 통신부, 방송 수신부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 통신부(620)는 광 통신 시스템 내 빔 프로파일러로부터 수신기에서 출광된 빔에 대한 정보를 수신할 수 있다. 또한, 통신부(620)는 광 통신 시스템 내 광검출기 어레이로부터 초점 가변 렌즈를 통과한 빔 중 일부 영역의 빔에 대한 정보를 수신할 수 있다. 일 실시예에서 통신부(620)에서 수신하는 정보는 빔에 대한 프로파일일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
메모리(630)는 빔 확산 각 조절 장치(600) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 예를 들어, 메모리(630)는 목표 빔 확산 각, 현재 빔 확산 각, 통신부(620)에서 수신한 빔에 대한 정보(예를 들어, 프로파일), 빔 확산 각 조절 장치(600)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(630)는 빔 확산 각 조절 장치(600)에 의해 구동될 애플리케이션들, 드라이버들 등을 저장할 수 있다. 메모리(630)는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), CD-ROM, 블루레이 또는 다른 광학 디스크 스토리지, HDD(hard disk drive), SSD(solid state drive), 또는 플래시 메모리를 포함할 수 있다.
본 실시예들은 전자 디바이스에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는 전자 디바이스로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 어플리케이션의 형태로 구현될 수 있다. 상기 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행되었을 때, 개시된 실시예들의 소정의 동작들을 수행할 수 있다.
본 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
또한, 본 명세서에서, "부"는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 내용이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 실시예의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 링크 가용성(link availability)이 향상된 광 통신 시스템에 있어서,
    제어부;
    빔을 출광하는 광원;
    상기 광원에서 출광된 빔의 빔 확산 각(beam divergence angle)을 조절하는 초점 가변 렌즈(focus-tunable lens);
    빔 스플리터(beam splitter); 및
    빔 프로파일러(beam profiler)를 포함하고,
    상기 빔 스플리터는 상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔을 신호 빔과 참조 빔으로 분리시키고,
    상기 빔 프로파일러는 상기 참조 빔의 프로파일을 결정하고,
    상기 제어부는,
    목표 빔 확산 각을 산출하며,
    상기 목표 빔 확산 각은
    Figure 112020502726424-pat00023
    에 의해 산출되고, 이때, θ는 목표 빔 확산각, ar은 수신기의 반경, L은 전송 거리, Pt는 송신기의 광 출력, Prs는 수신 감도, 그리고 ha는 채널 감쇠에 의한 손실이고,
    상기 광원에서 출광되는 빔이 상기 초점 가변 렌즈를 통과함에 따라, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리(focal length)에 기초한 현재 빔 확산 각을 산출하며,
    상기 현재 빔 확산 각은
    상기 빔 프로파일러로부터 상기 프로파일을 획득함으로써 산출되고,
    상기 현재 빔 확산 각이 상기 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 상기 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 상기 초점 가변 렌즈의 모양(shape) 및 굴절률(refractive index) 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하여 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하며,
    상기 제어부는,
    상기 현재 빔 확산 각과 상기 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출하고,
    상기 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 상기 오차에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절함으로써 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하며, 상기 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 상기 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정하는 것인, 광 통신 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원에서 출광된 빔은 가우시안 세기 프로파일(Gaussian intensity profile)을 갖는 것인, 광 통신 시스템.
  7. 삭제
  8. 광 통신 시스템의 링크 가용성(link availability)을 향상시키기 위한 방법에 있어서,
    목표 빔 확산 각을 산출하는 단계;
    광원에서 출광되는 빔이 초점 가변 렌즈를 통과함에 따라, 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리에 기초한 현재 빔 확산 각을 산출하는 단계; 및
    상기 현재 빔 확산 각이 상기 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 상기 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 상기 초점 가변 렌즈의 모양 및 굴절률 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하여 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 목표 빔 확산 각은
    Figure 112020076066911-pat00024
    에 의해 산출되고, 이때, θ는 목표 빔 확산각, ar은 수신기의 반경, L은 전송 거리, Pt는 송신기의 광 출력, Prs는 수신 감도, 그리고 ha는 채널 감쇠에 의한 손실이고,
    상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하는 단계는,
    상기 현재 빔 확산 각과 상기 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출하는 단계; 및
    상기 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 상기 오차에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절함으로써 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하며, 상기 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 상기 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 단계는,
    상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔은 신호 빔과 참조 빔으로 분리되고, 빔 스플리터에서 분리된 상기 참조 빔을 수광한 빔 프로파일로부터 상기 참조 빔에 대한 프로파일을 획득하는 단계; 및
    상기 프로파일에 기초하여 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 광원에서 출광된 빔은 가우시안 세기 프로파일(Gaussian intensity profile)을 갖는 것인, 방법.
  14. 삭제
  15. 광 통신 시스템의 링크 가용성을 향상시키기 위한 빔 확산 각 조절 장치에 있어서,
    적어도 하나의 프로그램이 저장된 메모리; 및
    상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써 빔 확산 각 조절 장치를 구동하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    목표 빔 확산 각을 산출하고, 광원에서 출광되는 빔이 초점 가변 렌즈를 통과함에 따라 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리에 기초한 현재 빔 확산 각을 산출하며, 상기 현재 빔 확산 각이 상기 목표 빔 확산 각에 대응되도록, 상기 초점 가변 렌즈에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하여 상기 초점 가변 렌즈의 모양(shape) 및 굴절률(refractive index) 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절하여 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하며,
    상기 목표 빔 확산 각은
    Figure 112020076066911-pat00025
    에 의해 산출되고, 이때, θ는 목표 빔 확산각, ar은 수신기의 반경, L은 전송 거리, Pt는 송신기의 광 출력, Prs는 수신 감도, 그리고 ha는 채널 감쇠에 의한 손실이고,
    상기 현재 빔 확산 각은
    상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔이 신호 빔과 참조 빔으로 분리되고, 빔 스플리터에서 분리된 상기 참조 빔을 수광한 빔 프로파일로부터 상기 참조 빔에 대한 프로파일을 획득하고, 상기 프로파일에 기초하여 산출되는 것이고,
    상기 프로세서는,
    상기 현재 빔 확산 각과 상기 목표 빔 확산 각 간의 오차를 산출하고, 상기 오차가 기설정된 값 이상인 경우, 상기 오차에 기초하여 상기 초점 가변 렌즈의 초점 거리를 조절함으로써 상기 현재 빔 확산 각을 업데이트하며, 상기 오차가 기설정된 값 미만인 경우, 상기 업데이트된 현재 빔 확산 각을 최종 빔 확산 각으로 결정하는 것인, 장치.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 초점 가변 렌즈를 통과한 빔에 대한 정보를 수신하는 통신부;를 더 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 빔에 대한 정보에 기초하여 상기 현재 빔 확산 각을 산출하는 것인, 장치.
  18. 제 8 항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
KR1020180101563A 2018-08-28 2018-08-28 링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템 KR102171779B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180101563A KR102171779B1 (ko) 2018-08-28 2018-08-28 링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180101563A KR102171779B1 (ko) 2018-08-28 2018-08-28 링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200024638A KR20200024638A (ko) 2020-03-09
KR102171779B1 true KR102171779B1 (ko) 2020-10-29

Family

ID=69802207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180101563A KR102171779B1 (ko) 2018-08-28 2018-08-28 링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102171779B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100384422B1 (ko) * 2001-04-04 2003-05-22 주식회사 레이저넷트워크 빔 셰이핑 광학 처리 장치
JP2006323380A (ja) * 2005-04-22 2006-11-30 Citizen Watch Co Ltd 液晶光学素子、光学装置及び開口制御方法
JP2007150245A (ja) * 2005-11-04 2007-06-14 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 光照射装置、光照射装置の調整方法、結晶化装置、結晶化方法、およびデバイス

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1185340A (ja) * 1997-09-09 1999-03-30 Canon Inc 光空間伝送装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100384422B1 (ko) * 2001-04-04 2003-05-22 주식회사 레이저넷트워크 빔 셰이핑 광학 처리 장치
JP2006323380A (ja) * 2005-04-22 2006-11-30 Citizen Watch Co Ltd 液晶光学素子、光学装置及び開口制御方法
JP2007150245A (ja) * 2005-11-04 2007-06-14 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 光照射装置、光照射装置の調整方法、結晶化装置、結晶化方法、およびデバイス

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200024638A (ko) 2020-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7346282B2 (en) Optical-transmission-space determining apparatus and optical-space transmission apparatus
KR102441589B1 (ko) 라이다 시스템 및 이의 구동 방법
US10677994B2 (en) Calibration system for a wavelength selective switch
JP6336200B2 (ja) 大気の乱れによる信号フェーディングを低減する装置及び方法
EP3248025B1 (en) Optical phased array focus control for active illuminated swir range selection
WO2019180924A1 (ja) レーザレーダ装置
US11005565B1 (en) Free space optical communication terminal with wavelength dependent optic
US8731884B2 (en) Scintillation generator for simulation of aero-optical and atmospheric turbulence
CN111988091B (zh) 空间光耦合装置
Mai et al. Beaconless pat and adaptive beam control using variable focus lens for free-space optical communication systems
KR102365128B1 (ko) 위상배열 결맞음 빔 결합 레이저 기반 능동형 표적 탐지 장치 및 방법
GB2573637A (en) Underwater laser light source
KR102171779B1 (ko) 링크 가용성이 향상된 광 통신 시스템
JP6874205B2 (ja) 透過型適応光学システム
JP7174934B2 (ja) レーザ光照射装置及びレーザ光照射方法
JP2022508332A (ja) 適合速度モデム
JP2006333070A (ja) 空間光通信方法および空間光通信装置
JP7111902B2 (ja) 可変デューティサイクルを有する光増幅器のバーストモード通信
JPWO2020050959A5 (ko)
JP2007060308A (ja) 光空間伝送システム
CN112511224B (zh) 抑制空间激光通信系统中指向抖动和大气湍流影响的方法
US20220137300A1 (en) Power Equalizer And Adjustment Method Therefor
JP4590610B2 (ja) マルチビームレーザ通信装置
Kuskov et al. Partially coherent beam focusing based on atmospheric backscatter signals
CN112099241B (zh) 一种光束准直系统及方法、激光雷达

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)