KR20010046674A

KR20010046674A - 도파로형 광 매트릭스 스위치

Info

Publication number: KR20010046674A
Application number: KR1019990050549A
Authority: KR
Inventors: 이한영
Original assignee: 김춘호; 전자부품연구원
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2001-06-15

Abstract

본 발명의 도파로형 광 매트릭스 스위치는 광신호가 입력되는 하나의 입력 포트, 광신호가 출력되는 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트 및 입력 포트로 입력된 광신호를 커플링하기 위하여 전계를 인가하기 위한 전극쌍을 포함하는 도파로형 광 스위치 복수 개가 k번째 열에 배치되고, k번째 열에 배치된 복수 개의 도파로형 광 스위치 각각의 제1 출력포트가 k+1번째 열, 동일 행에 배치된 도파로형 광 스위치의 입력포트에 연결되며, 각각의 제2 출력포트는 함께 연결된다. 이렇게 구성된 도파로형 광 매트릭스 스위치는 1회의 커플링만으로 입력된 광신호를 임의의 출력 포트로 출력하여 삽입 손실, 크로스톡 및 절연 측면에서 매트릭스 스위치의 성능을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 균일한 광출력을 얻을 수 있고, 스위치 구동회로의 전력 손실이 획기적으로 감소하며 하나의 입력포트가 둘 이상의 여러 출력포트로 분기될 수 있다.

Description

도파로형 광 매트릭스 스위치{AN WAVEGUIDE TYPE OPTICAL MATRIX SWITCH}

본 발명은 도파로형 광 매트릭스 스위치에 관한 것으로 특히, 단일 커플링 방식에 의한 도파로형 광 매트릭스 스위치에 관한 것이다.

일반적인 도파로형 광 스위치는 전기 광학 효과를 이용하여 외부에서 인가한 전계에 의해 도파로를 통해 입력되거나 출력되는 레이저광을 온, 오프하는 장치를 말하며, 도파로형 광 매트릭스 스위치는 이와 같은 도파로형 광 스위치를 매트릭스처럼 연결하여 집적시킨 스위치를 말한다.

도1은 일반적인 2 ×2 도파로형 광 스위치의 구조도이고, 도2는 일반적인 도파로형 광 매트릭스 스위치의 개략도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 일반적인 2 ×2 도파로형 광 스위치는 레이저광이 입력되는 2개의 입력포트(100), 레이저광이 출력되는 2개의 출력포트(120) 그리고 스위칭시 입력된 레이저광을 커플링하기 위하여 전계를 인가하는 전극(130)으로 이루어져 있고, 도파로형 광 매트릭스 스위치는 도2에 도시한 바와 같이 이와 같은 2 ×2 도파로형 광 스위치가 매트릭스처럼 연결되어 집적된다. 이와 같은 2 ×2 도파로형 광 스위치는 입력포트(100)로 들어온 레이저광을 전극(130)에 걸린 전압의 유무에 따라 2개의 출력단(120) 중 하나로 출력하게 된다. 따라서, 2 ×2 도파로형 광 스위치로 이루어진 도파로형 광 매트릭스 스위치는 전계가 가해지는 광 스위치의 조합에 의해 스위칭될 출력포트가 결정된다.

그런데, 종래의 도파로형 광 매트릭스는 2개의 입력포트와 2개의 출력포트를 가진 2 ×2 도파로형 광 스위치로 이루어지기 때문에 많은 문제점을 가지게 된다.

첫 번째 문제점은 도파로형 광 매트릭스 스위치의 삽입 손실과 크로스 톡(crosstalk)이 커진다는 것이다.

도2에 도시된 종래의 도파로형 광 매트릭스 스위치에서는 도파로형 광 스위치가 각각 2개씩의 입력포트와 출력포트를 가지므로 좌측 최상단의 도파로형 광 스위치에서 입력된 레이저광이 우측 최하단의 도파로형 광 스위치로 출력되기 위해서는 4개의 도파로형 광 스위치를 지나야 한다. 따라서 도2에 도시된 종래의 도파로형 광 매트릭스 스위치에서는 최소 3 ×4 dB의 삽입 손실이 발생할 뿐만 아니라 채널 절연이 불리하고 인접 채널사이에서 큰 크로스톡(crosstalk)이 발생한다.

두 번째 문제점은 출력되는 레이저광의 균일성이 저하되고, 전력 소모가 큰 스위치 구동회로가 필요하다는 것이다.

2 ×2 도파로형 광 스위치 사이를 연결하는 도파로의 구부러짐으로 인해 도파 손실이 커짐에 따라 입력에서 출력으로 직선형으로 스위칭되는 이상적 경우와 첫 번째 입력포트가 제일 끝번째 출력포트로 스위칭되는 경우를 비교할 때 삽입손실에서 큰 차이를 보이게 되어 출력포트로 나오는 광출력의 균일성이 저하된다. 그리고, 스위칭을 위해 4개의 도파로형 광 스위치의 전극에 구동전압을 동시에 인가하기 때문에 전력소모가 큰 스위치 구동회로가 필요하다.

세 번째 문제점은 입력되는 레이저광 신호를 분기할 수 없다는 것이다.

예를 들어 도2에 도시된 바와 같이, 레이저광 신호(A)가 2 ×2 도파로형 광 스위치(S1)로 입력되고, 이 때 2 ×2 도파로형 광 스위치(S1)의 전극에 전체 스위치 전압의 50%에 해당하는 전압을 인가하면 레이저광 신호(A)의 50%는 2 ×2 도파로형 광 스위치(S2)로 입력된다. 하지만, 2 ×2 도파로형 광 스위치(S2)는 그 50%에 해당하는 레이저광 신호가 레이저광 신호(A)인지 레이저광 신호(B)인지 파악할 수 없기 때문에 2 ×2 도파로형 광 스위치는 입력된 레이저광 신호를 분기할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명은 삽입 손실 및 크로스톡이 작고, 균일하게 출력되는 레이저광을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 저전력의 스위치 구동회로의 사용이 가능하며 입력된 레이저광 신호의 분기가 가능한 도파로형 광 매트릭스 스위치를 제공하기 위한 것이다.

도1은 일반적인 2 ×2 도파로형 광 스위치의 구조도이다.

도2는 일반적인 도파로형 광 매트릭스 스위치의 개략도이다.

도3은 본 발명에 따른 1 ×2 도파로형 광 스위치의 일실시예이다.

도4는 본 발명에 따른 도파로형 광 매트릭스 스위치의 실시예이다.

도5는 본 발명에 따른 교번 전극 구조의 1 ×2 도파로형 광 스위치이다.

도6a은 교번 전극 구조의 1 ×2 도파로형 광 스위치의 커플링을 도시한 것이다.

도6b은 단순 전극 구조의 1 ×2 도파로형 광 스위치의 커플링을 도시한 것이다.

도7은 본 발명에 따른 도파로형 광 매트릭스 스위치의 신호 분기 특성을 도시한 것이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 도파로형 광 매트릭스 스위치는 입력포트가 한 개이고 출력포트가 2개인 1 ×2 도파로형 광 스위치를 사용하여 입력포트에서 출력포트로 스위칭시 커플링 횟수를 1회로 단순화시킨다.

본 발명의 특징에 따른 도파로형 광 매트릭스 스위치는 광신호가 입력되는 하나의 입력 포트, 광신호가 출력되는 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트, 입력 포트로 입력된 광신호를 커플링하기 위하여 전계를 인가하기 위한 전극쌍을 포함하는 도파로형 광 스위치 m개가 한 개의 열을 이루고 상기 열이 n개 배치되며, 1열에서 n열 사이에 있는 임의의 k번째 열에 배치된 m 개의 1 ×2 도파로형 광 스위치 각각의 제1 출력포트는 k+1번째 열, 동일 행에 배치된 1 ×2 도파로형 광 스위치의 입력포트에 연결되고, 각각의 제2 출력포트는 모두 연결된다.

이 때, 전극쌍을 한 조의 전극쌍으로 구성하여 한 조의 전극쌍 중 하나의 전극에 전원을 연결할 수도 있다. 또한, 전극쌍을 제1 전극쌍과 제2 전극쌍으로 구성하여 제1 전극쌍 중 하나의 전극은 전원이 인가되는 플러스 전극이 되고 나머지 전극은 마이너스 전극이 되며, 제1 전극쌍의 마이너스 전극 옆에 제2 전극쌍의 전원이 인가되는 플러스 전극이 위치되고, 제1 전극쌍의 플러스 전극 옆에 제2 전극쌍의 마이너스 전극이 위치할 수도 있다.

이 때, 제1 전극쌍의 플러스 전극과 제2 전극쌍의 플러스 전극으로 동시에 전원을 인가한다.

그리고, 상기 전극쌍에 전체 스위칭 전압의 일부분만을 인가하여 광신호를 분기한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 단순 전극 구조의 1 ×2 도파로형 광 스위치이고, 도4는 본 발명에 따른 도파로형 광 매트릭스 스위치의 개략도이다.

도3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 1 ×2 도파로형 광 스위치는 레이저 광이 입력되는 하나의 입력 포트(310), 레이저 광이 출력되는 제1 출력 포트(320) 및 제2 출력 포트(330), 스위칭시 하나의 입력포트(310)로 입력된 레이저광을 커플링하기 위하여 전계가 인가되는 단순 전극쌍(341, 342)을 포함한다. 이 때, 단순 전극쌍(341, 342)은 전원(Vc)과 연결되는 전극(341)과 접지되는 전극(342)으로 구성된다.

여기에서 커플링이란 입력 포트(310)로 입력된 광신호를 인접한 다른 도파로인 제2 출력 포트(330)로 보내어 출력하는 과정을 말하며 이러한 커플링은 전극에 전계를 가함으로써 이루어진다.

또한 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 도파로형 광 매트릭스 스위치는 도3에 도시된 1 ×2 도파로형 광 스위치 m개가 한 개의 열을 이루고 이러한 열이 n개 배치된다. 이 때, 1열에 배치된 m개의 1 ×2 도파로형 광 스위치 각각의 입력 포트는 도파로형 광 매트릭스 스위치의 입력단이 되고, 1열에서 n열 사이에 있는 임의의 k번째 열에 배치된 m 개의 1 ×2 도파로형 광 스위치 각각의 제1 출력포트(320)는 k+1번째 열, 동일 행에 배치된 1 ×2 도파로형 광 스위치의 입력포트(310)에 연결되고, 각각의 제2 출력포트(330)는 모두 연결되어 도파로형 광 매트릭스 스위치의 k번째 출력단이 된다.

이와 같이 연결되는 본 발명의 도파로형 광 매트릭스 스위치는 도4에 도시된 바와 같이 입력단(IN_CHm-1)에서 입력된 레이저광이 출력단(OUT_CHn-1)로 출력되기 위해서는 m-1번째 행, n-1번째 열에 위치해 있는 1 ×2 도파로형 광 스위치의 전극(340)에만 전압을 인가하고 나머지 1 ×2 도파로형 광 스위치의 전극에는 전압을 인가하지 않으면 된다. 이에 따라 전체 커플링 횟수는 1회가 된다.

이와 같이 임의의 입력단로 입력된 레이저광을 임의의 출력단으로 출력하기 위해서는 1회의 스위치 커플링만을 수행하면 되므로 이에 따라 삽입 손실이 현저하게 감소하고, 크로스톡이 적으며, 전력 소모가 작은 스위치 구동회로로 작동할 수 있다.

도5는 본 발명에 따른 교번 전극 구조의 1 ×2 도파로형 광 스위치이고, 도6a는 교전 전극 구조의 1 ×2 도파로형 광 스위치의 커플링을 도시한 것이고, 도6b은 단순 전극 구조의 1 ×2 도파로형 광 스위치의 커플링을 도시한 것이다.

도5에 도시된 바와 같이, 커플링을 하기 위한 교번 전극 구조는 제1 전극쌍(351, 352)과 제2 전극쌍(361, 362)으로 형성되고, 제1 전극쌍의 전극(351)과 제2 전극쌍의 전극(361)에는 전계를 인가하기 위한 전원(Vc)가 연결된다. 이렇게 구성된 제1 전극쌍의 전극(351)과 제2 전극쌍의 전극(361)에 동시에 전압을 인가하면 완벽하게 커플링이 일어나는 커플링 길이가 존재하게 된다. 즉, 도6a에 도시된 바와 같이, 도5의 1 ×2 도파로형 광 스위치의 입력 포트(310)로 광신호를 입력하고 동시에 전극(351)과 전극(361)에 전압을 인가하면, 도6a에 도시한 바와 같이 입력된 광신호가 완벽하게 커플링되어 제2 출력 포트(330)로 출력되는 것을 알 수 있다. 이 때의 커플링 길이는 1.6정도이다. 이에 비하여 도6b에 도시된 바와 같이 도3의 단순 전극 구조에서는 완벽하게 커플링이 일어나는 커플링 길이가 존재하지 않는다. 따라서, 교번 전극 구조를 이용하여 도파로형 광 스위치를 구성하게 되면 그 성능이 향상된다.

도7에 도시된 바와 같이, 행렬 위치로 (2, 2)에 위치한 1 ×2 도파로형 광 스위치(S3)의 입력포트로 레이저광을 입력한다. 그리고, 상기 (2, 2)에 위치한 1 ×2 도파로형 광 스위치(S3)의 전극(340)에 전체 스위칭 전압의 1/2에 해당하는 전압을 인가한 후, (2, 3)에 위치한 1 ×2 도파로형 광 스위치(S4)의 전극(340)에 전체 스위칭 전압을 인가하면 1 ×2 도파로형 광 스위치(S3)로 입력된 광신호는 두 번째 출력단(OUT_CH2)와 세 번째 출력단(OUT_CH3)로 분기되어 출력된다. 또한, 전극(340)에 인가되는 전압 비율을 다르게 설정하면 하나의 레이저광이 다수 개의 출력 포트로 분기되어 출력된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 하나의 실시예일 뿐 본 발명이 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 또한 상기 실시예 외에 많은 변경이나 변형이 가능한 것은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 도파로형 광 매트릭스 스위치는 한 번의 커플링에 의해 임의의 입력포트를 원하는 출력포트로 스위칭하여 주므로 삽입 손실, 크로스톡 및 절연 측면에서 매트릭스 스위치의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 광출력이 균일하며, 스위치 구동회로의 전력 손실이 획기적으로 감소하고 하나의 입력포트가 둘 이상의 여러 출력포트로 분기될 수 있다.

Claims

광신호가 입력되는 하나의 입력 포트, 상기 광신호가 출력되는 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트, 상기 입력 포트로 입력된 광신호를 커플링하기 위하여 전계를 인가하기 위한 전극쌍을 포함하는 도파로형 광 스위치 m개(m은 자연수)가 한 개의 열을 이루고 상기 열이 n(n은 자연수)개 배치되며,

1열에 있는 1 ×2 도파로형 광 스위치 각각의 입력포트는 입력단이 되고, 상기 1열에서 n열 사이에 있는 임의의 k번째 열에 배치된 m 개의 1 ×2 도파로형 광 스위치 각각의 제1 출력포트는 k+1번째 열, 동일 행에 배치된 1 ×2 도파로형 광 스위치의 입력포트에 연결되고, 각각의 제2 출력포트는 모두 연결되어 k번째 출력단이 되는 것을 특징으로 하는 도파로형 광 매트릭스 스위치.
제1항에 있어서,

상기 전극쌍을 한 조의 전극쌍으로 구성하여 상기 전극쌍 중 하나의 전극에 전원을 연결하는 것을 특징으로 하는 도파로형 광 매트릭스 스위치.
제1항에 있어서,

상기 전극쌍을 제1 전극쌍과 제2 전극쌍으로 구성하여 상기 제1 전극쌍 중 하나의 전극은 전원이 인가되는 플러스 전극이 되고, 나머지 전극은 마이너스 전극이 되며, 상기 제1 전극쌍의 마이너스 전극 옆에 상기 제2 전극쌍의 전원이 인가되는 플러스 전극이 위치되고, 상기 제1 전극쌍의 플러스 전극 옆에 상기 제2 전극쌍의 마이너스 전극이 위치되는 것을 특징으로 하는 도파로형 광 매트릭스 스위치.
제3항에 있어서,

상기 제1 전극쌍의 플러스 전극과 상기 제2 전극쌍의 플러스 전극으로 동시에 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 도파로형 광 매트릭스 스위치.
제1항 내지는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극쌍에 전체 스위칭 전압의 일부분을 인가함으로써 광신호를 분기하는 것을 특징으로 하는 도파로형 광 매트릭스 스위치.