KR20050108792A - Integrated optic true-time delay apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집적광학형 실시간 지연 장치에 관한 것으로, 종래 광학적 실시간 지연 장치는 광섬유 선로에 브래그 격자를 형성한 후, 지연시간을 조절하기 위해 무선주파(RF) 신호가 실려있는 광신호의 파장을 가변하거나 브래그 격자가 형성된 부분을 기계적으로 변형시키는 방법을 사용하므로 파장을 가변하는 경우에는 고가의 파장가변 광원이 필요하여 비용이 높아지며, 기계적인 변형을 실시하는 경우 부피가 큰 구동부가 필요한 것은 물론이고 기계적 피로에 의해 재연성과 신뢰성이 낮으며 연속적인 고속 구동이 어려운 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 온도 변화에 따라 유효 굴절율이 변화되는 도파로형 균일 브래그 격자를 형성하고, 점진적으로 인접 거리가 변화되도록 히터 전극을 배치하여 상기 전극에 전압이 인가되어 온도 분포가 달라지면 상기 균일 브래그 격자가 쳐핑된 브래그 격자로 동작하도록 구성한 후, 인가 전압의 크기에 따라 전체적인 브래그 격자의 유효굴절율을 변화시켜 입력광의 반사 위치를 조절하도록 함으로써, 단순한 전압 조절을 통해 실시간 지연시간을 결정할 수 있어 신뢰성이 높아지고, 제어가 용이하며, 크기를 줄인 집적광학형 실시간 지연 장치를 낮은 비용으로 제공할 수 있는 효과가 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated optical real-time delay device. In the conventional optical real-time delay device, after forming a Bragg grating on an optical fiber line, a wavelength of an optical signal on which a radio frequency (RF) signal is loaded is adjusted to adjust the delay time. Or the method of mechanically deforming the part where the Bragg grating is formed, the cost is increased when expensive wavelength variable light source is required to change the wavelength, and if the mechanical deformation is performed, a large driving part is required as well as mechanical Fatigue has low reproducibility and reliability, and continuous high speed driving has been difficult. In view of the above problems, the present invention forms a waveguide-type uniform Bragg grating in which the effective refractive index is changed according to temperature change, and arranges heater electrodes so that adjacent distances are gradually changed. After the uniform Bragg grating is configured to operate as a chirped Bragg grating, the effective refractive index of the Bragg grating is adjusted according to the applied voltage to adjust the reflection position of the input light, thereby real time delay can be determined through simple voltage adjustment. The reliability, ease of control, and size of the integrated optical real-time delay device can be provided at low cost.
Description
본 발명은 집적광학형 실시간 지연 장치에 관한 것으로, 특히 열광학 효과를 가지는 도파로 광소자를 이용하여 무선주파(RF)신호가 실린 광신호의 전달 시간을 제어할 수 있도록 한 집적광학형 실시간 지연 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an integrated optical real-time delay apparatus, and more particularly, to an integrated optical real-time delay apparatus that can control a transmission time of an optical signal carrying a radio frequency (RF) signal by using a waveguide optical element having a thermo-optic effect. It is about.
이동통신 단말기, 무선랜, 홈네트워크, 전자상거래, 전자회의 등이 실생활에 급속히 퍼져나감에 따라 무선 통신량이 폭발적으로 증가하게 되었다. 이러한 무선통신 시스템 및 단말기의 성능은 주변의 통신 환경에 민감하게 반응하는 경우가 많기 때문에 주변 통신 환경의 변화에 대응할 수 있는 안테나 시스템에 대한 요구가 급증하게 되었다. 특히, 이동통신 단말기, 무선랜의 경우 통화 품질은 인접 사용자에 의한 통화량이나 위치 등과 같은 주변 환경에 영향을 받기 쉬우므로, 주변의 통신 환경 변화에 대응하여 우수한 통신 품질을 유지하기 위해 통신 요구에 따라 능동적으로 전파의 송수신 분포를 조절 할 수 있는 배열형 안테나가 사용되고 있다. 이러한 배열형 안테나의 경우 다수의 요소 안테나들에 인가되는 RF 신호를 차등하게 지연시킴으로써 방출되는 RF 신호빔의 지향각을 조절할 수 있으므로, 신호를 적절하게 지연시킬 수 있는 지연 장치는 배열형 안테나의 핵심 소자이다. As mobile terminals, wireless LANs, home networks, e-commerce, and e-meetings spread rapidly in real life, wireless communication has exploded. Since the performance of the wireless communication system and the terminal is often sensitive to the surrounding communication environment, the demand for an antenna system that can cope with changes in the surrounding communication environment has increased rapidly. In particular, in the case of a mobile communication terminal and a wireless LAN, call quality is easily influenced by the surrounding environment such as a call volume or location by a neighboring user, and according to communication requirements in order to maintain excellent communication quality in response to changes in the surrounding communication environment. Array antennas that can actively control the transmission and reception of radio waves are used. In the case of such an array antenna, the directivity angle of the emitted RF signal beam can be adjusted by differentially delaying the RF signal applied to the plurality of element antennas. Therefore, a delay device capable of delaying the signal properly is the core of the array antenna. Element.
종래에는 이러한 지연장치를 위상 제어 방식의 전기적 스위치를 이용하기 때문에 부피와 정밀도에서 크게 불리했으나, 최근에는 광학 효과를 이용하여 이러한 실시간 지연부를 구성하고 있다. Conventionally, such a delay device is greatly disadvantageous in volume and precision because it uses a phase controlled electrical switch, but recently, such a real time delay unit is configured by using an optical effect.
도 1은 광학적 실시간 지연부를 이용하는 일반적인 위상 배열 안테나 시스템의 구성을 간략히 보인 것으로, 도시한 구성은 광학적 RF 실시간 지연선로를 이용한 배열형 안테나 구조이다. 도시한 바와 같이 4개의 요소 안테나(50a~50d)가 각각광학적 실시간 지연부(30a~30d)와 연결되어 있다. FIG. 1 briefly illustrates a configuration of a general phased array antenna system using an optical real time delay unit, and the illustrated configuration is an array antenna structure using an optical RF real time delay line. As shown, four element antennas 50a to 50d are connected to the optical real time delay units 30a to 30d, respectively.
상기 구조를 감안하면서 광학적으로 RF 신호의 송수신 분포를 조절하는 방법을 알아보면, 전송하고자 하는 RF 신호(fRF)를 전기 광학 변조기(10)에 인가하여 전송자(carrier)로 사용되는 광신호(fo)에 실어 상기 광 지연부(30a~30d)와 연결된 광섬유 선로(20)에 제공하면서, 상기 광 지연부(30a~30d) 각각에 설정된 지연 시간(Δτ단위)을 조절한다. 이렇게 지연된 광 신호들은 광 검출기(40a~40d)에 의해 다시 RF 신호로 복원된 후 상기 요소 안테나(50a~50d)를 구동하여 이들로부터 송수신되는 RF 신호빔의 분포를 조절할 수 있다Considering the above structure, a method of optically adjusting the transmission / reception distribution of the RF signal is applied to the electro-optic modulator 10 by applying an RF signal f RF to be transmitted to the optical signal f used as a carrier. o ) is provided to the optical fiber line 20 connected to the optical delay units 30a to 30d, and the delay time (Δτ unit) set for each of the optical delay units 30a to 30d is adjusted. The delayed optical signals are restored to the RF signal by the photo detectors 40a to 40d, and then the element antennas 50a to 50d are driven to adjust the distribution of the RF signal beams transmitted and received therefrom.
여기서, 상기 광 지연부(30a~30d)는 광섬유 선로(20)의 일부분에 형성된 지연선로로서, 각각 Δτ를 단위로 하는 시간 지연을 가지도록 구성되며, 이들에 의해 상기 요소 안테나(50a~50d)를 통해 송수신되는 RF 심호빔의 주사 방향이 결정된다. Here, the optical delay units 30a to 30d are delay lines formed in a portion of the optical fiber line 20 and are configured to have time delays in units of Δτ, respectively, and thereby the element antennas 50a to 50d. The scanning direction of the RF deep beam beam transmitted and received through is determined.
상기와 같은 광 지연부(30a~30d)는 특정한 광파장의 신호만을 반사시키는 특성을 가지는 광섬유 브래그 격자(fiber bragg grating)를 이용하는 것이 일반적인데, 기존의 방법은 광섬유 자체에 브래그 격자 구조를 도입한 형태로 사용된다. 즉, 고정된 파장에 대응하는 브래그 격자 구조를 광 선로에 형성하여 인가되는 파장이 소정의 위치에서 반사되도록 하고, 이렇게 반사되는 광을 다시 받아들여 지연이 발생하도록 하는 방식이다. As described above, the optical delay units 30a to 30d generally use a fiber bragg grating having a characteristic of reflecting only a signal of a specific light wavelength, but the conventional method adopts a Bragg grating structure in the optical fiber itself. Used as That is, a Bragg grating structure corresponding to a fixed wavelength is formed in the optical line so that the applied wavelength is reflected at a predetermined position, and the reflected light is received again to cause a delay.
상기 종래의 브래그 격자 구조를 이용하는 지연 선로는 크게 두가지 방법으로 사용되는데, 하나는 광신호의 진행 방향으로 격자의 주기가 변하여 각 지점에서 반사되는 광파장이 달라지는 쳐핑된 브래그 격자(Chirped fiber bragg grating)를 이용하는 것이다. 이는 입력되는 광파장을 변화시킴으로써 상기 광파장이 브래그 격자 구조로 진행하다가 격자 구조에 의해 반사되는 반사 지점을 변경시켜 상기 광파장에 실린 RF 신호의 지연 시간을 조절하는 방식이다. 이는 RF 신호가 실리는 광신호의 파장을 변화시켜 상기 브래그 격자에서 상기 광 신호가 반사되는 위치를 조절하는 것으로 지연 시간을 변화시키기 때문에 파장 가변 광원이 필수적이다. 그러나 이러한 파장 가변 광원은 상당히 고가이므로 제조 비용이 높아지는 문제점이 있었다. The delay line using the conventional Bragg grating structure is largely used in two ways, one of which is a chirped Bragg grating (Chirped fiber bragg grating) that changes the wavelength of light reflected at each point by changing the period of the grating in the advancing direction of the optical signal It is to use. This is a method of controlling the delay time of the RF signal carried on the optical wavelength by changing the input wavelength of the optical wavelength is changed to the Bragg grating structure and the reflection point reflected by the grating structure. The variable wavelength light source is essential because the delay time is changed by changing the wavelength of the optical signal on which the RF signal is carried and adjusting the position where the optical signal is reflected in the Bragg grating. However, such a tunable light source has a problem that the manufacturing cost increases because it is quite expensive.
다른 방법은, 파장을 가변시키는 방법이 아니라, 브래그 격자가 형성된 선로를 물리적으로 변형(선로를 휘거나 누르는 등)시켜 격자의 구조를 가변함으로써 반사되는 광신호의 지연시간을 조절하는 방법인데, 이는 기계적인 움직임이 필요하므로 지연부의 부피가 커지고 기계적인 피로에 의해 재현성 및 신뢰성이 낮은 문제점과 함께, 연속적으로 고속 구동이 어렵다는 문제점 또한 가지게 된다. The other method is not a method of varying the wavelength, but a method of controlling the delay time of the reflected optical signal by physically modifying a line in which the Bragg grating is formed (by bending or pressing the line) to vary the structure of the grating. Since mechanical movement is required, the volume of the retardation part is increased, and the reproducibility and reliability are low due to mechanical fatigue, and there is also a problem that it is difficult to continuously drive at high speed.
상기한 바와 같이 종래 광학적 실시간 지연 장치는 광섬유 선로에 브래그 격자를 형성한 후, 지연시간을 조절하기 위해 무선주파(RF) 신호가 실려있는 광신호의 파장을 가변하거나 브래그 격자가 형성된 부분을 기계적으로 변형시키는 방법을 사용하므로 파장을 가변하는 경우에는 고가의 파장가변 광원이 필요하여 비용이 높아지며, 기계적인 변형을 실시하는 경우 부피가 큰 구동부가 필요한 것은 물론이고 기계적 피로에 의해 재연성과 신뢰성이 낮으며 연속적인 고속 구동이 어려운 문제점이 있었다.As described above, in the conventional optical real-time delay apparatus, after forming a Bragg grating on an optical fiber line, in order to adjust the delay time, the wavelength of an optical signal on which a radio frequency (RF) signal is loaded or a portion of the Bragg grating is formed mechanically Because of the method of deformation, expensive wavelength-variable light sources are required to change the wavelength, and the cost is high, and mechanical deformation requires not only a bulky driving part but also low reproducibility and reliability due to mechanical fatigue. There was a problem that continuous high speed driving was difficult.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 온도 변화에 따라 유효 굴절율이 변화되는 도파로형 균일 브래그 격자를 형성하고, 점진적으로 인접 거리가 변화되도록 히터 전극을 배치하여 상기 전극에 전압이 인가되어 온도 분포가 달라지면 상기 균일 브래그 격자가 쳐핑된 브래그 격자로 동작하도록 구성한 후, 인가 전압의 크기에 따라 전체적인 브래그 격자의 유효굴절율을 변화시켜 입력광의 반사 위치를 조절하도록 한 집적광학형 실시간 지연 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In view of the above problems, the present invention forms a waveguide-type uniform Bragg grating whose effective refractive index is changed according to temperature change, and arranges heater electrodes so that adjacent distances are gradually changed. After the uniform Bragg grating is configured to operate as a chirped Bragg grating, to provide an integrated optical real-time delay device to adjust the reflection position of the input light by varying the effective refractive index of the overall Bragg grating according to the magnitude of the applied voltage. have.
상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은, 이격 거리가 점진적으로 변화되도록 배치된 히터 전극과; 상기 히터 전극에 인가되는 전압에 의해 발생되는 열에 의해 유효 굴절율이 변화되는 물질로 이루어진 도파로형 균일 브래그 격자와; 상기 브래그 격자가 내부에 위치하며 상기 히터 전극을 지지하는 도파로 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object, and the heater electrode disposed so that the separation distance is gradually changed; A waveguide type uniform Bragg grating made of a material whose effective refractive index is changed by heat generated by a voltage applied to the heater electrode; The Bragg grating is located therein and comprises a waveguide structure for supporting the heater electrode.
상기 히터 전극은 상기 도파로형 균일 브래그 격자가 내부에 형성된 육면체 구조의 도파로 구조물 상부에 배치되며, 상기 균일 브래그 격자와의 거리가 점진적으로 이격되도록 상기 균일 브래그 격자의 배치에 대해 비스듬하도록 형성된 것을 특징으로 한다. The heater electrode is disposed above the waveguide structure of the hexahedral structure in which the waveguide-type uniform Bragg grating is formed therein, and is formed to be inclined with respect to the arrangement of the uniform Bragg grating so that the distance from the uniform Bragg grating is gradually spaced apart. do.
상기 브래그 격자는 열광학 폴리머로 이루어지며, 상기 히터 전극은 인가되는 전압에 따라 상기 균일 브래그 격자가 선형적인 광 반사 특성을 가지는 쳐핑된 브래그 격자로 동작하도록 곡선 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.The Bragg grating is made of a thermo-optic polymer, and the heater electrode has a curved shape so that the uniform Bragg grating acts as a chirped Bragg grating having linear light reflection characteristics according to an applied voltage.
상기와 같은 방법으로 실시되는 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS Embodiments of the present invention implemented as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명 일 실시예의 구조를 보이는 열광학 폴리머 도파로형 브래그 격자를 이용한 실시간 지연 장치의 상부 평면도 및 단면도이다.2 is a top plan view and a cross-sectional view of a real-time retardation apparatus using a thermo-optic polymer waveguide Bragg grating showing the structure of an embodiment of the present invention.
먼저, 도시된 도 2a와 도 2b의 구조를 보면, 도파로 구조물(100) 내부에 열광학 폴리머로 이루어진 도파로형 균일 브래그 격자(120)가 위치되어 있다. 그리고, 상기 도파로형 브래그 격자(120)의 외부에 형성된 도파로 구조물(100) 상부에 상기 도파로형 균일 브래그 격자(120)의 구조에 대해 비스듬한 방향으로 히터 전극(110)이 형성된다. 상기 히터 전극(110)의 비스듬한 배치로 인해 상기 히터 전극(110)과 도파로형 균일 브래그 격자(120) 사이의 이격 거리는 점진적으로 변화된다. First, referring to the structures of FIGS. 2A and 2B, a waveguide-type uniform Bragg grating 120 made of a thermo-optic polymer is positioned inside the waveguide structure 100. The heater electrode 110 is formed in an oblique direction with respect to the structure of the waveguide uniform Bragg grating 120 on the waveguide structure 100 formed outside the waveguide Bragg grating 120. Due to the oblique arrangement of the heater electrode 110, the separation distance between the heater electrode 110 and the waveguide type uniform Bragg grating 120 is gradually changed.
상기 도파로형 브래그 격자(120)는 유효 굴절율이 다른 폴리머 물질이 서로교번하도록 배치되는데, 제 1유효 굴절율을 가지는 격자와 제 2유효 굴절율을 가지는 격자가 계속 반복되어 균일 브래그 격자(120)를 형성한다. 이를 용이하게 형성하기 위해서 본 실시예에서는 열광학 폴리머로 도파로를 형성한 후, 두 종류의 자외선에 의해 발생하는 간섭 현상을 이용하여 상기 형성된 도파로를 광표백시켜 도파로의 굴절율이 광의 진행방향에 따라 일정한 주기를 가지고 변하는 균일 브래그 격자(120)가 되도록 한다.The waveguide Bragg grating 120 is arranged such that polymer materials having different effective refractive indices alternate with each other, and the grating having the first effective refractive index and the grating having the second effective refractive index are repeatedly repeated to form a uniform Bragg grating 120. . In order to easily form this, in the present embodiment, the waveguide is formed of a thermo-optic polymer, and then optically bleached by using the interference phenomena generated by the two types of ultraviolet rays so that the refractive index of the waveguide is constant depending on the direction of the light. It is to be a uniform Bragg grating 120 that changes with.
비록 도시되지는 않았지만, 각 격자의 초기 유효 굴절율을 결정하는 방법은 식각을 통해 실시될 수도 있는데, 식각되지 않은 폴리머와 식각된 폴리머가 교번하여 배치되도록 열광학 폴리머를 식각함으로써 균일 브래그 격자를 형성할 수 있다. 이 경우 식각에 사용되는 마스크층의 패턴을 정의하기 위해 상기 설명한 두종류의 자외선 간섭을 이용할 수 있다. Although not shown, a method of determining the initial effective refractive index of each lattice may be carried out by etching, which may form a uniform Bragg lattice by etching the thermo-optic polymer such that the etched polymer and the etched polymer are alternately placed. Can be. In this case, the above-described two kinds of ultraviolet interference may be used to define the pattern of the mask layer used for etching.
이렇게 형성된 균일 브래그 격자(120)는 고정된 파장에 대해서만 동작하게 되므로 상기 설명한 바와 같이 상기 균일 브래그 격자(120)와 이격 거리가 점진적으로 변화하도록 히터 전극(110)을 배치한 후, 상기 히터 전극(110)에 전압을 인가하여 상기 열광학 폴리머로 이루어진 균일 브래그 격자(120)에 가해지는 열이 점진적으로 변화하도록 함으로써, 상기 열광학 폴리머로 이루어진 균일 브래그 격자(120)의 유효 굴절율이 점진적으로 가변하게되고, 이는 상기 균일 브래그 격자(120)가 쳐핑된 브래그 격자(120)로 동작할 수 있게 한다. 다시 말해서, 히터 전극(110)에 전압을 인가하는 것 만으로 균일 브래그 격자(120)를 쳐핑된 브래그 격자(120)로 변화시켜 여러 종류의 광파장에 대응하도록 한다.Since the uniform Bragg grating 120 is operated only for a fixed wavelength, the heater electrode 110 is disposed such that the separation distance from the uniform Bragg grating 120 gradually changes as described above. By applying a voltage to 110 to gradually change the heat applied to the uniform Bragg grating 120 made of the thermo-optic polymer, the effective refractive index of the uniform Bragg grating 120 made of the thermo-optic polymer is gradually varied. This allows the uniform Bragg grating 120 to operate as a chirped Bragg grating 120. In other words, by applying a voltage to the heater electrode 110, the uniform Bragg grating 120 is changed to the chirped Bragg grating 120 to correspond to various types of light wavelengths.
상기 열광학 폴리머 브래그 격자(120)에 의해 반사되는 광신호의 파장은 다음과 같은 식을 통해 얻을 수 있다. The wavelength of the optical signal reflected by the thermo-optic polymer Bragg grating 120 may be obtained through the following equation.
여기서, neff는 도파로 유효 굴절율이고, Λg는 격자의 주기이다.Where n eff is the waveguide effective refractive index and Λ g is the period of the grating.
도 3은 상기 도 2에 도시한 본 발명 일 실시예의 유효 굴절율 분포를 보인 것으로, 히터 전극에 인가하는 전압에 따른 온도 상승에 의한 도파로 브래그 격자 진행방향으로의 유효 굴절율 분포를 보이고 있다. 여기서 L은 도파로 격자의 길이이고, n0는 초기 유효 굴절율이다. 따라서, 가해지는 열에 의해 온도가 높아지는 격자 부분의 유효 굴절율은 작아지며, 발생되는 열이 전달되지 않아 온도 상승이 낮아지는 격자 부분으로 갈수록 초기 유효 굴절율에 근접하게 된다. 따라서, 반사되는 광파장이 진행 방향에 따라 연속적으로 변하는 쳐핑된 브래그 격자를 형성할 수 있다.FIG. 3 shows the effective refractive index distribution of the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 2, and shows the effective refractive index distribution in the waveguide Bragg grating traveling direction due to the temperature rise according to the voltage applied to the heater electrode. Where L is the length of the waveguide grating and n 0 is the initial effective refractive index. Therefore, the effective refractive index of the grating portion where the temperature is increased by the heat applied is small, and the closer to the initial effective refractive index toward the grating portion where the generated heat is not transferred and the temperature rise is lowered. Accordingly, it is possible to form a chirped Bragg grating whose reflected light wavelength is continuously changed in the direction of travel.
도 4는 상기 설명한 바와 같이 쳐핑된 브래그 격자를 이용하여 소정의 광파장을 가지는 광신호를 반사시켜 지연 시간을 조절하는 방식에서, 지연 시간 조절을 위한 광의 반사위치와 브래그 격자의 온도 사이의 관계를 보이는 반사위치 분포도이다. 도시한 바와 같이 소정의 광파장(λs)을 인가한 경우 히터 전극에 가하는 전압(즉, 그에 따른 온도의 변화)에 따른 반사 위치가 도시되어 있다. 예를 들어, 온도가 T1인 경우 반사되는 위치는 z1이 되고, 온도가 Tn인 경우 반사되는 위치는 zn이 되므로 가해지는 열에 의해 온도가 높아질 수록 반사되는 위치가 더 깊어져, 지연 시간이 길어지게 된다. 즉, 히터 전극에 인가되는 전압을 조절하여 제공되는 열의 크기를 조절함으로써 인가되는 광이 반사되는 위치를 조절할 수 있으며, 그에 따라 입력되는 광신호가 반사될때 까지의 지연 시간을 결정할 수 있게 된다.FIG. 4 illustrates a relationship between a reflection position of light for adjusting a delay time and a temperature of a Bragg grating in a method of adjusting a delay time by reflecting an optical signal having a predetermined optical wavelength using the chucked Bragg grating as described above Reflection position distribution chart. As shown, a reflection position according to a voltage (that is, a change in temperature) applied to the heater electrode when a predetermined light wavelength λ s is applied is illustrated. For example, if the temperature is T 1 , the reflected position becomes z 1 , and if the temperature is T n , the reflected position becomes z n , so the higher the temperature is, the deeper the reflected position becomes. It will take longer. That is, the position at which the applied light is reflected may be adjusted by adjusting the size of the heat provided by adjusting the voltage applied to the heater electrode, thereby determining the delay time until the input optical signal is reflected.
따라서, 도 2에 도시한 본 발명 일실시예의 구조는 히터 전극에 인가하는 전압의 크기에 따라 임의의 광파장에 대한 지연 시간을 조절할 수 있다. 이는 여러 신호들이 상이한 광파장에 실려 인가되는 경우에 그에 대한 지연시간 조절을 인가 전압 만으로 실시할 수 있다는 것을 의미하므로 작은 부피의 도파로형 실시간 지연 장치를 쉽게 구현할 수 있으며, 비교적 제어가 용이한 전압 조절 만으로 실시간 지연 장치의 지연 시간을 결정할 수 있다. Therefore, the structure of the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 can adjust the delay time for any light wavelength according to the magnitude of the voltage applied to the heater electrode. This means that when multiple signals are applied on different optical wavelengths, the delay time can be adjusted only with the applied voltage. Therefore, a small volume waveguide type real-time delay device can be easily implemented. The delay time of the real time delay device can be determined.
도 5는 본 발명 다른 실시예의 구조를 보인 평면도로서, 도시한 바와 같이 열광학 폴리머를 이용한 브래그 격자(120)의 온도를 가변하기 위해 배치하는 히터 전극(130)의 구조를 변경한 것이다. FIG. 5 is a plan view showing the structure of another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the structure of the heater electrode 130 arranged to vary the temperature of the Bragg grating 120 using the thermo-optic polymer is changed.
도 2에 도시한 구조에서 히터 전극(110)은 단순히 열광학 폴리머로 이루어진 균일 브래그 격자(120)와 비스듬하게 형성한 직선 형태를 가짐으로써, 상기 열광학 폴리머 균일 브래그 격자(120)에 차등한 열을 가할 수 있는 형태였다. 하지만, 상기 히터 전극(110)에 가하는 전압에 의해 발생되는 열과 그에 따른 광 신호 지연 시간은 선형적인 특성을 가지지 않음은 이미 도 4를 통해 확인한 바가 있다. In the structure shown in FIG. 2, the heater electrode 110 has a straight line formed obliquely with the uniform Bragg grating 120 made of the thermo-optic polymer, thereby providing a heat differential to the thermo-optic polymer uniform Bragg grating 120. It was a form that can be added. However, it has already been confirmed through FIG. 4 that the heat generated by the voltage applied to the heater electrode 110 and the resulting optical signal delay time do not have a linear characteristic.
하지만, 이러한 비선형적 특성은 정확한 지연시간 제어에 여려움을 주게 되므로 히터 전극에 인가되는 전압과 그로인해 발생되는 열로 인한 입사광의 반사 위치(즉, 지연 시간) 사이의 선형적인 동작 특성을 얻어야할 필요가 있다. 만일 인가 전압과 지연 시간 사이의 선형성을 얻을 수 있다면, 제어 및 캘리브레이션(calibration)이 용이해지게 된다.However, this nonlinear characteristic makes it difficult to accurately control the delay time, so it is necessary to obtain a linear operating characteristic between the voltage applied to the heater electrode and the reflection position (ie, the delay time) of incident light due to heat generated thereby. have. If linearity between the applied voltage and the delay time can be obtained, control and calibration will be easy.
따라서, 히터 전극(130)에 의해 형성되는 열 분포를 계산 및 시뮬레이션 한 결과 전극으로부터의 거리에 따른 온도 변화는 근사적으로 가우스 함수 모양으로 가변됨을 알 수 있었다. 그로인해, 도시된 바와 같이 S자와 유사한 곡면을 가지는 전극 구조를 도입하면 히터 전극(130)에 인가되는 전압과 인가되는 광 신호의 지연 시간 사이에 선형적인 특성을 얻을 수 있게 된다. Therefore, as a result of calculating and simulating the heat distribution formed by the heater electrode 130, it can be seen that the temperature change according to the distance from the electrode is approximately changed to a Gaussian function shape. Therefore, by introducing an electrode structure having a curved surface similar to the S-shape as shown, it is possible to obtain a linear characteristic between the voltage applied to the heater electrode 130 and the delay time of the applied optical signal.
상기 설명된 본 발명의 실시예들에서는 브래그 격자를 형성하는 물질로 열광학 폴리머를 사용했지만, 본 발명은 열광학 폴리머로 브래그 격자 구조물의 재질을 한정하지 않는다. 즉, 실리카 등과 같이 온도 변화에 따라 유효 굴절율이 변화되는 특성을 가지는 다른 광학 물질의 사용도 충분히 가능하다는 것에 주의한다. 단지, 이러한 물질들은 열광학 폴리머에 비해 열광학 계수가 크게 작아지기 때문에 이를 감안하여 히터 전극의 발열 용량이나 인가 전력등이 결정되어야 한다.In the embodiments of the present invention described above, the thermo-optic polymer is used as the material for forming the Bragg grating, but the present invention does not limit the material of the Bragg grating structure to the thermo-optic polymer. In other words, it is noted that other optical materials having a property in which the effective refractive index changes with temperature change, such as silica, can also be sufficiently used. However, since these materials have significantly smaller thermo-optic coefficients than thermo-optic polymers, the heating capacity and applied power of the heater electrode should be determined in consideration of this.
상기한 바와 같이 본 발명 집적광학형 실시간 지연 장치는 온도 변화에 따라 유효 굴절율이 변화되는 도파로형 균일 브래그 격자를 형성하고, 점진적으로 인접 거리가 변화되도록 히터 전극을 배치하여 상기 전극에 전압이 인가되어 온도 분포가 달라지면 상기 균일 브래그 격자가 쳐핑된 브래그 격자로 동작하도록 구성한 후, 인가 전압의 크기에 따라 전체적인 브래그 격자의 유효굴절율을 변화시켜 입력광의 반사 위치를 조절하도록 함으로써, 단순한 전압 조절을 통해 실시간 지연시간을 결정할 수 있어 신뢰성이 높아지고, 제어가 용이하며, 크기를 줄인 집적광학형 실시간 지연 장치를 낮은 비용으로 제공할 수 있는 효과가 있다. As described above, the integrated optical real-time delay device of the present invention forms a waveguide-type uniform Bragg grating whose effective refractive index changes with temperature change, and arranges heater electrodes such that adjacent distances are gradually changed to apply voltage to the electrode. If the temperature distribution is different, the uniform Bragg grating is configured to operate as a chirped Bragg grating, and then the effective refractive index of the Bragg grating is adjusted according to the applied voltage to adjust the reflection position of the input light, thereby real time delay through simple voltage adjustment. Time-determinable, reliable, easy-to-control, and reduced-size integrated optical real-time delay devices can be provided at low cost.
도 1은 일반적인 광학적 무선주파신호를 위한 위상 배열 안테나 시스템 구성도.1 is a configuration diagram of a phased array antenna system for a general optical radio frequency signal.
도 2는 본 발명 일 실시예의 실시간 지연 장치 구조를 보인 상부 평면도 및 단면도.Figure 2 is a top plan view and a cross-sectional view showing a structure of a real time delay device of an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 인가되는 전극 온도에 따른 도파로 유효굴절율 분포도.Figure 3 is a waveguide effective refractive index distribution according to the electrode temperature applied to FIG.
도 4는 도 2에 인가되는 전극 온도에 따른 입력광의 반사 위치 분포도.4 is a reflection position distribution diagram of input light according to an electrode temperature applied to FIG. 2.
도 5는 본 발명 다른 실시예의 전극 구조를 보인 상부 평면도.5 is a top plan view showing an electrode structure of another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 전기광학 변조기 20: 광섬유 선로10: electro-optic modulator 20: fiber optic line
30: 광지연부 40: 광검출기30: photo delay 40: photo detector
50: 요소 안테나 100: 도파로 구조물50: element antenna 100: waveguide structure
110: 히터 전극 120: 폴리머 브래그 격자110: heater electrode 120: polymer Bragg grating
130: s자 히터 전극130: s-shaped heater electrode
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