KR20070006766A - 광제어식 광로전환형 광신호 전송 장치 및 광신호 광로전환 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열렌즈 형성 소자(1,2,3) 중의 광흡수층막이 제어광(121,122,123)을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 이용하고, 제어광(121,122,123)이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사되고, 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사되고, 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는, 상기 신호광을 통과하는 구멍을 설치한 거울의 구멍(61,62,63)을 통과하여 직진시키고, 한편, 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는, 상기 신호광을 상기 구멍이 있는 거울을 이용하여 반사함으로써 광로를 변경시키는 광신호 광로전환 방법이다.

광신호 광로전환 방법, 광제어식 광로전환, 광신호 전송장치

Description

광제어식 광로전환 장치 및 광로전환 방법{OPTICALLY CONTROLLED OPTICAL-PATH-SWITCHING APPARATUS, AND METHOD OF SWITCHING OPTICAL PATHS}

본 발명은 광통신 분야 및 광정보 처리 분야에서 사용되는 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에 관한 것이다.

인터넷 및 회사내·가정내 인트라넷의 보급에 동반되는 네트워크 트래픽의 폭발적 증가에 대응하기 위해서, 전기 신호를 경유하지 않는 광로전환 장치(광스위치), 즉, 광-광 직접 스위치가 요구되고 있다. 광섬유, 광 도파관(waveguide), 또는, 공간에서 전파되는 광의 진행 통로, 즉, 광로를 전환(switch)하는 장치 또는 방법으로는, 예를 들면, 광 도파관 내 또는 광 도파관 사이에서 광로를 전환하는 공간 분할형, 다중화된 복수의 파장의 광을 파장에 따른 광로로 분할해서 전환하는 파장 분할 다중형, 일정 시간마다 시분할 다중화된 광의 광로를 전환하는 시분할 다중형, 및 공간에서 전파되는 광의 광로를 거울이나 셔터(shutter) 등을 이용하여 공간적으로 분할·합성하는 프리 스페이스형(free-space type) 등의 방식이 알려져 있다. 이들 방식은, 각각 다중화할 수도, 복수를 조합하여 사용할 수도 있다.

상기 공간 분할형 광 스위치로는, 방향성 결합기를 이용하는 것, 광 분기기를 사용하여 광신호의 카피(copy)를 만들고, 게이트 소자에 의해 광을 온·오프하 는 것, 교차 또는 Y 분기의 교차 부분에서 도파관의 굴절률을 변화시킴으로써 도파관을 전파해온 광을 투과시키거나 반사시키는 것 등이 제안되어 있지만, 이들 모두 연구 개발 단계에 있다. 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계형 광 도파관 스위치의 도파관의 굴절률을 변화시키기 위해서, 전기히터 가열에 의한 열 광학 효과를 이용하는 것이 실용화에 가까워지고 있지만, 응답 속도가 1밀리초 정도로 느릴 뿐만 아니라, 광 스위치를 동작시키기 위해서 전기신호를 이용해야만 한다는 결점이 있다.

프리 스페이스형 광 스위치에는, 마이크로일렉트로 메카니칼 시스템(Micro Electro Mechanical System; MEMS라고 약기(略記)함), 여기자(勵起子) 흡수·반사 스위치(Exciton Absorption Reflection Switch; EARS 스위치라고 약기함), 다단 빔 디플렉터형 광 스위치, 홀로그램형 광 스위치, 액정 스위치 등이 검토되고 있다. 이들은, 기계적 가동 부분이 있고 편파 의존성이 있는 등의 과제가 있어, 아직 충분히 실용 단계에 있다고는 할 수 없다.

한편, 광학 소자에 광을 조사함으로써 야기되는 투과율 변화나 굴절률 변화를 이용해서 직접 광으로 광의 강도나 주파수를 변조하는, 전(全)광형 광학 소자나 광제어 방식의 연구가 활발히 행해지고 있다. 본 발명자들은, 전광형 광학 소자 등에 의한 새로운 정보처리기술의 개발을 목표로 하여, 유기 색소 응집체를 폴리머 매트릭스에 분산시킨 유기 나노 파티클 광열렌즈 형성 소자(히라가 다카시, 다나카 노리오, 하야미즈 기쿠코, 모리야 데츠오 저, 색소 회합체·응집체의 제조·구조 평가·광물성, 「전자기술종합연구소 휘보(彙報)」, 일본 통상산업성 공업기술원 전자기술종합연구소 발행, 제59권, 제2호, 29-49쪽(1994년) 참조)를 사용하여, 광 제어 방식의 연구를 행해왔다. 현재, 제어광(633㎚)에 의해 신호광(780㎚)의 변조를 행하는 방식으로, 제어광과 신호광을 동축·동초점 입사시키는 것을 특징으로 하고, 제어광의 흡수에 의해 과도적으로 형성되는 열렌즈에 의해 신호광이 굴절된다는 동작 원리에 근거한 소자를 개발하고 있으며, 약 20 나노초의 고속 응답이 달성되어 있다. 일본 특개평8-286220호 공보, 일본 특개평8-320535호 공보, 일본 특개평8-320536호 공보, 일본 특개평9-329816호 공보, 일본 특개평10-90733호 공보, 일본 특개평10-90734호 공보, 및 일본 특개평10-148852호 공보에는, 광 응답성 조성물로 이루어지는 광학 소자에 제어광을 조사하여, 제어광과는 다른 파장대역에 있는 신호광의 투과율 및/또는 굴절률을 가역적으로 변화시킴으로써 상기 광학 소자를 투과하는 상기 신호광의 강도 변조 및/또는 광속 밀도 변조를 행하는 광제어 방법으로서, 상기 제어광 및 상기 신호광을 각각 수속(收束:converge)시켜서 상기 광학 소자에 조사하고, 또한, 상기 제어광 및 상기 신호광 각각의 초점 근방(빔 웨이스트(beam waist))의 광자 밀도가 가장 높은 영역이 상기 광학 소자 중에서 서로 중첩되도록 상기 제어광 및 상기 신호광의 광로를 조정하는 것을 특징으로 하는 광제어 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특개평10-148853호 공보에는, 광 응답성 조성물로 이루어지는 광학 소자에 서로 파장이 다른 제어광 및 신호광을 조사하고, 상기 제어광의 파장을 상기 광 응답성 조성물이 흡수하는 파장대역으로부터 선택하여, 상기 광 응답성 조성물이 상기 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 발생하는 온도 상승에 기인하는 밀도 변화의 분포에 의거한 열렌즈를 가역적으로 형성시킴으로써, 상기 열렌즈를 투과하는 신호광의 강도 변조 및/또는 광속 밀도 변 조를 행하는 광제어 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특개평10-148853호 공보에는, 상기 광학 소자로서, 예를 들면 색소/수지 막이나 색소용액 막이 사용되고, 제어광의 파워 2∼25mW인 경우의 조사된 제어광에 대한 신호광의 응답시간은 2㎲ec 미만으로 기재되어 있다.

여기서, 열렌즈 효과라 함은, 광흡수의 중심 부분에서 광을 흡수한 분자 등이 광을 열로 변환시키고, 이 열이 주위로 전파됨으로써 온도 분포가 발생하여, 그 결과, 광투과 매체의 굴절률이 광흡수 중심에서 외부로 향하여 구상(球狀)으로 변화하여 광흡수 중심의 굴절률이 낮고 외부로 향하여 굴절률이 높아지는 분포를 형성하여, 이것이 오목렌즈와 같이 기능하는 광의 굴절 효과를 말한다. 열렌즈 효과는 분광분석의 분야에서 이전부터 이용되고 있으며, 현재에는 분자 1개에 의한 광흡수도 검출할 수 있는 초고감도 분광분석도 할 수 있게 되었다(후지와라 기타오, 후와 케이이치로 및 고바야시 다카요시 저, "레이저 유기(Laser-Induced) 열렌즈 효과와 비색법에의 그 응용", 「화학」, 일본 화학동호인 발행, 제36권, 제6호, 432-438쪽(1981년); 키타모리 다케히코 및 사와다 츠구로 저, "광열변환 분광분석법", 「분석」, 일본 분석화학회 발행, 1994년 3월호, 178-187쪽 참조).

또한, 일본 특개소60-14221호 공보에는, 열렌즈 효과 또는 열에 의한 굴절률 변화를 이용하여 광로를 편향시키는 방식으로서, 발열 저항체를 이용하여 매체에 열을 부여하여, 매체내에 굴절률 분포를 생성시켜, 광을 편향하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법은 발열 저항체를 이용하여 발열시켜, 열전도를 이용하여 매체를 가열하기 때문에, 「열의 확산」이라는 문제를 본질적으로 갖는다. 즉, 열 의 확산에 의해, 넓은 면적내에서 미세한 열구배를 부여할 수 없어, 원하는 굴절률 분포를 쉽게 얻을 수 없다. 또한, 실제로, 발열 저항체의 미세가공은 반도체 집적회로에 이용되고 있는 포토리소그래피 기술을 채용한다 해도, 현실적으로는 일정한 한계가 있어, 소자의 대형화를 막을 수 없다. 소자가 대형화되면, 그것에 동반하여 광학계도 복잡해지고 대형화된다. 또한, 이 발명은 발열 저항체를 사용하여 발열시켜, 열 전도에 의해 매체를 가열하기 때문에, 응답이 느리고, 굴절률 변화의 주파수를 올릴 수 없다는 본질적인 결함을 가지고 있다.

또한, 일본 특개평11-194373호에는, 광응답 조성물로 이루어지는 광학소자와, 상기 광학소자에 쐐기형(wedge-shaped)의 광강도 분포로 광을 조사하기 위한 강도 분포 조정 수단으로 적어도 구성되고, 제어광에 의해 상기 광학소자 중에 굴절률 분포를 형성하고, 그 굴절률 분포에 의해 상기 제어광과는 다른 파장의 신호광의 편향을 행하는 것을 특징으로 하는 광학소자를 사용한 편향소자가 개시되어 있다. 이 방식은, 광으로 광을 제어하는 점에서는 우수한 것이지만, 편향 각도가 30도 이내이어야 한다는 제약이 있으므로, 광로전환 방향을 자유롭게 설정할 수 없다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명자들은, 편파 의존성이 없고, 광로전환의 각도 및 방향을 자유롭게 설정할 수 있고, 신호광의 광 강도 감쇠가 적은 다중연결사용이 가능한 광로전환 장치 및 광로전환 방법을 제공하기 위해서, 이하에 기재하는 바와 같은 광로전환 방법을 특허출원하였다. 이 일본특개 2004-109892호 공보에 개시되어 있는 광로전환 방법에서는, 적어도 광흡수층막을 포함하는 열렌즈 형성 소자 중의 광흡 수층막에, 상기 광흡수층막이 흡수하는 파장대역으로부터 선택되는 파장의 제어광과, 상기 광흡수층막이 흡수하지 않는 파장대역으로부터 선택되는 파장의 신호광을 각각 수속시켜서 조사하고; 적어도 상기 제어광이 상기 광흡수층막내에서 초점을 잡도록 배치를 조정하고; 상기 광흡수층막이 상기 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용한다. 이에 의해, 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상태를, 제어광이 조사되어 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상태를, 상기 제어광의 조사 유무에 대응하여 실현시키고; 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 일반적인 개방 각도를 변경시킨 후, 상기 신호광이 통과하는 구멍이 설치된 거울(mirror)의 구멍을 통하여 직진시키고; 한편, 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는, 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 퍼지면서 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 퍼짐의 개방 각도를 변경시킨 후, 상기 구멍이 설치된 거울을 사용하여 반사함으로서 광로를 변경시킨다.

본 발명은 전기회로나 기계적 가동부분을 사용과 관련하여 발생하는 문제가 없고, 고속으로 작동하고, 내구성의 높고, 편파 의존성이 없는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법을 제공하는 이점이 있다.

상기의 이점을 얻기 위해서, 본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는, 1종류 이상의 파장의 신호광을 조사하는 신호광 광원; 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을 조사하는 제어광 광원; 상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막; 상기 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하는 수단; 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 상기 수속된 신호광을 수속시킨 채 출사하는, 또는, 신호광의 개방 각도를 가변시켜서 출사하는 2개 이상의 열렌즈 형성 소자; 및 상기 각 열렌즈 형성 소자의 각각 후방에 설치된, 구멍과 반사 수단을 가진 거울로서, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 상기 열렌즈 형성 소자를 출사한 신호광을 상기 구멍에 통과시키거나, 또는, 상기 반사 수단에 의해 반사시킴으로써 광로를 변화시키는 거울을 구비한다.

또한, 본 발명의 다른 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는, 1종류 이상의 파장의 신호광을 조사하는 신호광 광원; 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을 조사하는 제어광 광원; 상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막; 상기 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜 조사하는 수단; 및 열렌즈 형성 소자와 구멍이 있는 거울의 조합으로 이루어지는 2조 이상의 광로전환 기구를 구비하며,

상기 열렌즈 형성 소자는, 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 출사되고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 출사되어, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시키는 열렌즈 형성 소자이고,

상기 구멍이 있는 거울은, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를 통과시키는 구멍과, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에, 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 퍼지면서 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 상기 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광 중 어느 하나를 반사하는 반사 수단을 가져, 광로를 변경시키는 거울이다.

또한, 본 발명의 다른 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는, 1종류 이상의 파장의 신호광을 조사하는 신호광 광원; 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을 조사하는 제어광 광원; 상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막; 상기 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하는 수단; 및 열렌즈 형성 소자와 구멍이 있는 거울의 조합으로 이루어지는 2조 이상의 광로전환기를 구비하며,

상기 열렌즈 형성 소자는, 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 수속된 채 출사되고, 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 출사되어, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시키는 열렌즈 형성 소자이고,

상기 구멍이 있는 거울은, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에, 수속된 채 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 수속된 신호광을 통과시키는 구멍과, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 상기 개방 각도를 변경시키기 위해서 설치된 수광렌즈를 투과시킨 신호광 중 어느 하나를 반사시키는 반사 수단을 가져, 광로를 변경시키는 거울이다.

또한, 본 발명의 또 다른 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는, 1종류 이상의 파장의 신호광을 조사하는 신호광 광원; 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을 조사하는 제어광 광원; 상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막; 상기 광흡수층막의 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하는 수단; 제1 열렌즈 형성 소자와 제1 구멍이 있는 거울의 조합으로 이루어지는 1조 이상의 제1 광로전환 기구; 및 제2 열렌즈 형성 소자와 제2 구멍이 있는 거울의 조합으로 이루어지는 1조 이상의 제2 광로전환 기구를 구비하며,

제1 열렌즈 형성 소자는, 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 출사되고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 출사되어, 상기 특정의 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시키는 열렌즈 형성 소자이고,

상기 제1 구멍이 있는 거울은, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를, 통과시키는 구멍과, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에, 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 퍼지면서 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 상기 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광 중 어느 하나를 반사하는 반사 수단을 가져, 광로를 변경시키는 거울이고,

상기 제2 열렌즈 형성 소자는, 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 수속된 채 출사되고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 출사되어, 상기 특정의 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시키는 열렌즈 형성 소자이고,

상기 제2 구멍을 갖는 거울은, 상기 특정의 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에, 수속된 채 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 수속된 신호광을 통과시키는 구멍과, 상기 특정의 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 상기 개방 각도를 변경시키기 위해서 설치된 수광렌즈를 투과시킨 신호광의 어느 하나를 반사시키는 반사 수단을 가져, 광로를 변경시키는 거울이다.

또한, 본 발명의 다른 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는 2조 이상의 상기한 광로전환 기구가 공간을 거쳐서 직접, 또는, 광섬유 결합계를 거쳐서, 직렬로 연결되어 있다.

또한, 본 발명의 다른 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는 3조 이상의 상기한 광로전환 기구가 공간을 거쳐서 직접, 또는, 광섬유 결합계를 거쳐서, 연결 1단마다 상기 거울의 구멍을 통과하여 직진하는 방향과 반사하는 방향의 2 방향으로 분기되어, 다단으로 연결되어 있다.

또한, 본 발명의 광신호 광로전환 방법은, 1 종류 이상의 파장의 신호광과, 상기 신호광과는 다른 2 종류 이상의 파장의 제어광을, 실질적으로 동축의 같은 방향으로 진행시켜;

상기 신호광은 투과하고 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막 각각에, 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하고;

상기 광흡수층막을 포함하는 2개 이상의 열렌즈 형성 소자의 각각에서, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 상기 수속된 신호광을 수속시킨 채 출사시키거나, 또는, 신호광의 개방 각도를 가변시켜 출사시켜;

반사면을 가진 구멍이 있는 거울을 이용하여, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사한 신호광을 상기 구멍에 통과시켜 직진시키거나, 또는, 반사면을 이용하여 반사시킴으로써 광로를 변경시킨다.

또한, 본 발명의 또 다른 광신호 광로전환 방법은, 1종류 이상의 파장의 신호광과, 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을, 실질적으로 동축의 같은 방향으로 진행시켜;

상기 신호광은 투과하고 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막 각각에, 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜 조사하고;

상기 광흡수층막을 포함하는 2개 이상의 열렌즈 형성 소자 각각에서, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사되고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사되어, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사하는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시켜;

상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사되는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광 중 어느 하나를, 구멍이 있는 거울의 구멍을 통과하여 직진시키고;

한편, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는, 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 퍼지면서 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광 중 어느 하나를, 상기 구멍이 있는 거울의 반사면을 이용하여 반사함으로써 광로를 변경시킨다.

또한, 본 발명의 다른 광신호 광로전환 방법은, 1종류 이상의 파장의 신호광과, 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을, 실질적으로 동축의 같은 방향으로 진행시켜;

상기 신호광은 투과하고 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막 각각에, 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하고;

상기 광흡수층막을 포함하는 2개 이상의 열렌즈 형성 소자의 개개에서, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1 종류의 파장의 제어광이 조사되어 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 수속된 채 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사되고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사되어, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시켜;

상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는, 수속된 채 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 수속된 신호광을, 구멍이 있는 거울의 구멍에 통과시켜 직진시키고;

한편, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광의 광로를 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를, 상기 구멍이 있는 거울의 반사면을 이용하여 반사시킴으로써, 광로를 변경시킨다.

또한, 본 발명의 다른 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는, 복수의 파장의 광의 내, 가장 긴 파장의 광을 신호광으로 하고, 신호광보다도 짧은 2개 이상의 파장의 광을 제어광으로 하고, 상기 광로전환 기구 중의 열렌즈 형성 소자가 흡수하는 파장이 가장 짧은 광로전환 기구를 제1단으로 하고, 제2단 이후의 상기 광로전환 기구의 열렌즈 형성 소자가 흡수하는 각각의 파장이 길어지는 순서로 후단의 광로전환 기구를 연결한다.

도 1a는 실시예 1의 광로전환 기구를 도시한 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 개략적인 구성도.

도 1b는 실시예 1의 광로전환 기구를 기호화하여 간략하게 도시한, 도 1a의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 개략적인 구성도.

도 2a는 공간결합형의 광로전환 기구의 구성도를 간략하게 도시한 도면.

도 2b는 공간결합형의 광로전환 기구의 구성도를 간략하게 도시한 도면.

도 3은 광섬유 결합형의 광로전환 기구의 구성도를 간략하게 도시한 도면.

도 4는 실시예 2의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 구성도를 간략하게 도시한 도면.

도 5는 실시예 4의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 구성도를 간략하게 도시한 도면.

도 6은 실시예 5의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 구성도를 간략하게 도시한 도면.

도 7(a)는 열렌즈가 형성되지 않을 경우의 광의 경로 예를 나타낸 도면.

도 7(b)는 열렌즈가 형성되지 않을 경우의 광의 다른 경로 예를 나타낸 도면.

도 8(a)는 빔 웨이스트(beam waist)의 위치를 광흡수층막의 빔 입사측 근방 으로 조정한 경우에, 열렌즈가 형성된 경우의 광의 경로를 나타낸 도면.

도 8(b)는 빔 웨이스트의 위치를 광흡수층막의 빔 출사측 근방으로 조정한 경우에, 열렌즈가 형성된 경우의 광의 경로를 나타낸 도면.

도 9(a)는 빔 웨이스트의 위치를 광흡수층막의 빔 입사측 근방으로 조정한 경우의 광로전환의 원리를 나타낸 모식도.

도 9(b)는 빔 웨이스트의 위치를 광흡수층막의 빔 입사측 근방으로 조정한 경우의 광로전환의 원리를 나타낸 모식도.

도 1O(a)는 빔 웨이스트의 위치를 광흡수층막의 빔 출사측 근방으로 조정한 경우의 광로전환의 원리를 나타낸 모식도.

도 10(b)는 빔 웨이스트의 위치를 광흡수층막의 빔 출사측 근방으로 조정한 경우의 광로전환의 원리를 나타낸 모식도.

도 11은 열렌즈 형성 소자의 구성예의 단면도.

도 12는 열렌즈 형성 소자의 구성예의 단면도.

도 13은 신호광 빔 단면의 광 강도 분포 측정에 사용한 슬릿(slit)과 광 빔의 관계를 나타내는 도면.

도 14는 집광렌즈 등에 의해 수속된 가우스 빔의 초점 근방을 나타낸 모식도.

도 15는 오실로스코프(oscilloscope)로 관찰한 제어광 및 신호광의 파형을 나타낸 도면.

도 16은 오실로스코프로 관찰한 제어광 및 신호광의 파형을 나타낸 도면.

도 17은 제어광을 단속(斷續)하는 주파수와 광로전환된 신호광의 강도(진폭)의 관계를 나타낸 도면.

도 18은 신호광의 빔 단면의 광 강도 분포를 나타낸 도면.

도 19는 신호광의 빔 단면의 광 강도 분포를 나타낸 도면.

도 20은 신호광의 빔 단면의 광 강도 분포를 나타낸 도면.

도 21은 색소 용액 충전식 열렌즈 형성 소자를 예시한 모식도.

도 22는 색소 [1], [2], 및 [3]의 용액의 투과율 스펙트럼을 나타내는 도면.

< 바람직한 태양의 상세한 설명 >

[열렌즈 형성 소자]

본 발명에서는, 열렌즈 형성 소자로 적층막형 구조를 가진 소자를 적합하게 사용할 수 있으며, 그 적층막의 구성으로는 예를 들면 이하와 같은 조합을 들 수 있다.

(1)광흡수층막 단독. 그러나, 이 광흡수층막은 문자 그대로 광흡수막만으로 되는 단층막, 또는, 광흡수막/열렌즈 형성층과 같은 2층 구조, 또는, 광흡수막/열렌즈 형성층/광흡수막과 같은 3층 구조의 적층형 박막 중의 어느 하나여도 좋다. 또한, 이하의 (2)∼(10)의 광흡수층막도 상기와 같은 구조를 포함한다.

(2)광흡수층막/단열층막(heat-insulating layer film)

(3)단열층막/광흡수층막/단열층막

(4)광흡수층막/전열층막

(5)전열층막/광흡수층막/전열층막

(6)광흡수층막/단열층막/전열층막

(7)전열층막/광흡수층막/단열층막

(8)전열층막/광흡수층막/단열층막/전열층막

(9)전열층막/단열층막/광흡수층막/단열층막

(10)전열층막/단열층막/광흡수층막/단열층막/전열층막

(11)굴절률 분포형 렌즈/(광투과층/) 상기 (1)∼(10)의 열렌즈 형성 소자 중

어느 하나

(12)굴절률 분포형 렌즈/(광투과층/) 상기 (1)∼(10)의 열렌즈 형성 소자 중 어느 하나/(광투과층/)굴절률 분포형 렌즈

또한, 상기 "(광투과층/)" 이라 함은, 필요에 따라서, 광투과층을 설치하는 것을 의미한다. 또한, 필요에 따라서 광의 입사면 및 출사면에 반사 방지막(AR 코팅 막)을 형성해도 좋다.

열렌즈 형성 소자 구성의 일례를 예시한 단면도를 도 11에 나타낸다. 도 11에 예시하는 바와 같이, 열렌즈 형성 소자(500)는 제어광(509) 및 신호광(508)이 입사하는 측으로부터, 예를 들면, 굴절률분포형 렌즈(507)/광투과층(506)/전열층막(501)/광흡수층막(503)/열렌즈 형성층(505)/광흡수층막(504)/전열층막(502)의 순으로 적층되어 이루어진다. 또한, 도 11에 나타내는 제어광(509)의 광선은 모식적인 것이며, 각층 막 사이에서의 굴절은 도시하지 않고 있다.

열렌즈 형성 소자 구성의 다른 일례를 예시한 단면도를 도 12에 나타낸다. 도 12에 예시하는 바와 같이, 열렌즈 형성 소자(600)는 제어광(609) 및 신호광(608)의 입사측으로부터, 예를 들면, 전열층막(601)/광흡수층막(603)/열렌즈 형성층(605)/광흡수층막(604)/전열층막(602)의 순으로 적층되어 이루어진다. 이러한 구성이 채용된 경우, 제어광(609) 및 신호광(608)은 우선 외부에 설치한 집광렌즈(610)에 의해 집광된 후, 열렌즈 형성 소자(600)에 입사한다. 또한, 도 12에 나타내는 제어광(609)의 광선은 모식적인 것이며, 각층 막 사이에서의 굴절은 도시하지 않고 있다.

또한, 색소 용액 충전식 열렌즈 형성 소자를 예시한 모식도를 도 21에 나타낸다. 도 21에 예시하는 바와 같이, 색소 용액 충전식 열렌즈 형성 소자(800)는 전열층막으로서 작용하는 입사·출사면 유리(801 및 802), 측면 유리(803 및 804), 바닥면 유리(805)로 둘러싸인 광학 셀(809)의 색소 용액 충전부(808)에, 도입관(806)의 도입구(807)로부터 광흡수층막겸 열렌즈 형성층으로서 작용하는 색소 용액을 충전하고, 도입구(807)을 닫은 것이다. 즉, 이 소자(800)는 전열층막/광흡수층막겸 열렌즈 형성층/전열층막과 같은 단순한 소자 구성이다.

광흡수층막, 열렌즈 형성층, 단열층막, 전열층막, 광투과층, 및 굴절률분포형 렌즈의 재료 및 제조 방법, 각각의 막두께 등에 대해서, 이하에 설명한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 광흡수층막, 열렌즈 형성층, 단열층막, 전열층막, 광투과층, 및 굴절률 분포형 렌즈의 재료는 그 기능에 지장을 초래하지 않는 범위에서, 가공성을 향상시키거나, 광학 소자로서의 안정성·내구성을 향상시키기 위해서, 첨가물로서 공지의 산화방지제, 자외선흡수제, 일중항 산소 퀀쳐(singlet oxygen quencher), 분산조제 등을 함유해도 좋다.

[광흡수층막의 재료]

본 발명에서 사용되는 열렌즈 형성 소자 중의 광흡수층막에 사용되는 광흡수성의 재료로는 공지의 다양한 재료를 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 열렌즈 형성 소자 중의 광흡수층막에 사용되는 광흡수성 재료의 구체 예로는, GaAs, GaAsP, GaAlAs, InP, InSb, InAs, PbTe, InGaAsP, 및 ZnSe 등의 화합물 반도체의 단결정; 이들 화합물 반도체의 미립자를 매트릭스 재료 중에 분산시켜 얻은 재료; 다른 금속이온을 도핑한 금속 할로겐화물(예를 들면, 브롬화칼륨, 염화나트륨 등)의 단결정; 상기 금속 할로겐화물(예를 들면, 브롬화구리, 염화구리, 염화코발트 등)의 미립자를 매트릭스 재료 중에 분산시켜 얻은 재료; 구리 등의 다른 금속이온을 도핑한 CdS, CdSe, CdSeS, CdSeTe 등의 카드뮴칼코게나이드의 단결정; 이들 카드뮴칼코게나이드의 미립자를 매트릭스 재료 중에 분산시켜 얻은 재료; 실리콘, 게르마늄, 셀렌, 텔루르 등의 반도체 단결정 박막; 다결정 박막 또는 다공질 박막; 실리콘, 게르마늄, 셀렌, 텔루르 등의 반도체 미립자를 매트릭스 재료 중에 분산시켜 얻은 재료; 루비, 알렉산드라이트, 가넷, Nd:YAG, 사파이어, Ti:사파이어, Nd:YLF 등, 금속이온을 도핑한 보석에 상당하는 단결정(소위 "laser 결정"이라 함); 금속이온(예를 들면, 철 이온)을 도핑한 니오브산리튬(LiNbO₃), LiB₃O₅, LiTaO₃, KTiOPO₄, KH₂PO₄, KNbO₃, BaB₂O₂ 등의 강유전성 결정; 금 속이온(예를 들면, 네오듐 이온, 에르븀 이온 등)을 도핑한 석영 유리, 소다 유리, 붕규산 유리, 그 외의 유리 등; 매트릭스 재료 중에 색소를 용해 또는 분산시켜 얻은 재료; 및 비결정성 색소 응집체를 바람직하게 사용할 수 있다.

상기한 재료들 중에서도, 매트릭스 중에 색소를 용해 또는 분산시켜 얻은 재료는 매트릭스 재료 및 색소의 선택 범위가 넓고, 또한 열렌즈 형성 소자로의 가공도 용이하기 때문에, 특히 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 사용할 수 있는 색소의 구체예로는, 로다민 B, 로다민 6G, 에오신, 플록신 B 등의 크산텐계 색소; 아크리딘 오렌지, 아크리딘 레드 등의 아크리딘계 색소; 에틸 레드, 메틸 레드 등의 아조 색소; 포르피린계 색소; 프탈로시아닌계 색소; 나프탈로시아닌계 색소; 3,3'-디에틸티아카르보시아닌 아이오다이드, 3,3'-디에틸옥사디카르보시아닌 아이오다이드 등의 시아닌 색소; 에틸 바이올렛, 빅토리아 블루 R 등의 트리아릴메탄계 색소; 나프토퀴논계 색소; 안트라퀴논계 색소; 나프탈렌테트라카르복실산디이미드계 색소; 페릴렌테트라카르복시산디이미드계 색소 등을 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서는, 이들 색소를 단독으로, 또는, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 사용할 수 있는 매트릭스 재료로는 하기의 조건을 만족하는 재료이면 어느 것이라도 사용할 수 있다:

(1)본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 사용되는 광의 파장영역에서 투과율이 높은 재료,

(2)본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 사용되는 색소 또는 각종 미립자를 높은 안정성으로 용해 또는 분산할 수 있는 재료.

무기계 고체상의 매트릭스 재료의 예로는 금속 할로겐화물의 단결정, 금속 산화물의 단결정, 금속 칼코게나이드의 단결정, 석영 유리, 소다 유리, 보론 실리케이트 유리 등 외에, 소위 졸겔법으로 제조한 저융점 유리 재료 등을 사용할 수 있다.

무기계 액체상의 매트릭스 재료의 예로는 물, 물 유리(water glass)(알칼리규산염의 농후 수용액), 염산, 황산, 질산, 왕수(aqua regia), 클로로설폰산, 메탄설폰산, 트리플루오로메탄설폰산 등을 사용할 수 있다.

또한, 유기 용제의 예로는, 구체적으로는, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, n-부탄올, 아밀알콜, 시클로헥사놀, 벤질알콜 등의 알콜류; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린 등의 다가 알콜류; 아세트산 에틸, 아세트산 n-부틸, 아세트산 아밀, 아세트산 이소프로필 등의 에스테르류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 디에틸에테르, 디부틸에테르, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 부톡시에탄올, 카르비톨 등의 에테르; 테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,3-디옥소란 등의 환상 에테르류; 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 트리클렌, 브로모포름, 디브로모메탄, 디요오 드메탄 등의 할로겐화 탄화수소류; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 니트로벤젠, 아니솔, α-클로로나프탈렌 등의 방향족 탄화수소류; n-펜탄, n-헥산, n-펜탄, 시클로헥산 등의 지방족 탄화수소류; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 헥사메틸포스포릭트리아미드 등의 아미드류; N-메틸피롤리돈 등의 환상 아미드류; 테트라메틸우레아, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 등의 우레아 유도체류; 디메틸설폭시드 등의 설폭시드류; 탄산프로필렌 등의 탄산에스테르류; 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 벤조니트릴 등의 니트릴류; 피리딘, 퀴놀린 등의 질소함유 복소환식 화합물류; 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 디에틸아미노알콜, 아닐린 등의 아민류; 클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 트리플루오로아세트산, 아세트산 등의 유기산; 및 니트로메탄, 이황화탄소, 설포란 등의 용제를 사용할 수 있다. 이들 용제는 복수의 종류의 것을 혼합하여 사용해도 좋다.

또한, 유기계의 매트릭스 재료로서, 액체상, 고체상, 유리(glass)상 또는 고무상 유기 고분자 재료를 사용할 수 있다. 이들 재료의 구체예로는, 폴리스티렌, 폴리(α-메틸스티렌), 폴리인덴, 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리비닐피리딘, 폴리비닐포르말, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐부티랄, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐알콜, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐메틸에테르, 폴리비닐에틸에테르, 폴비닐벤질에테르, 폴리비닐메틸케톤, 폴리(N-비닐칼바졸), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리아크릴산메틸, 폴리아크릴산에틸, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴산메틸, 폴리메타크릴산에틸, 폴리메타크릴산부틸, 폴리메타크릴산벤질, 폴리메타크릴산시클로헥실, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산아미드, 폴리메타크릴로니트릴, 폴리아세트알데히드, 폴리클로랄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트류(비스페놀류+탄산), 폴리(디에틸렌글리콜/비스아릴카보네이트)류, 6-나일론, 6,6-나일론, 12-나일론, 6,12-나일론, 폴리아스파라긴산에틸, 폴리글루타민산에틸, 폴리리신, 폴리프롤린, 폴리(γ-벤질-L-글루타메이트), 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 벤질셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 트리부틸레이트, 알키드 수지(무수프탈산 + 글리세린), 지방산 변성 알키드 수지(지방산 + 무수프탈산 + 글리세린), 불포화 폴리에스테르 수지(무수말레인산 + 무수프탈산 + 프로필렌글리콜), 에폭시 수지(비스페놀류 + 에피클로로히드린), 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라닌 수지, 크실렌 수지, 톨루엔 수지, 구아나민 수지 등의 수지; 폴리(페닐메틸실란) 등의 유기 폴리실란; 및 유기 폴리게르만 및 이들의 공중합체 및 공중축합체를 들 수 있다. 또한, 이황화탄소, 사불화탄소, 에틸벤젠, 퍼플루오로벤젠, 퍼플루오로시클로헥산 또는 트리메틸클로로실란 등, 정상 상태(normal state)에서는 중합성이 없는 화합물을 플라즈마 중합하여 얻은 고분자 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 유기 고분자 화합물의 어느 하나에, 색소의 잔기를 모노머 단위의 측쇄로서, 또는 공중합 모노머 단위의 가교기로서, 또는 중합 개시 말단으로서 결합시킨 것을 매트릭스 재료로서 사용할 수도 있다. 상기 색소 잔기와 매트릭스 재료가 화학 결합을 형성하고 있어도 좋다.

이들 매트릭스 재료 중에 색소를 용해 또는 분산시키기 위해서는 공지의 방 법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 하기한 방법을 바람직하게 채용할 수 있다.

색소와 매트릭스 재료를 공통의 용매 중에 용해하여 혼합한 후, 용매를 증발시켜서 제거하는 방법; 졸겔법으로 제조한 무기계 매트릭스 재료의 원료 용액에 색소를 용해 또는 분산시키고 나서 매트릭스 재료를 형성하는 방법; 유기 고분자계 매트릭스 재료의 모노머 중에, 필요에 따라서 용매를 사용하여, 색소를 용해 또는 분산시키고 나서 상기 모노머를 중합 내지 중축합시켜서 매트릭스 재료를 형성하는 방법; 및 색소와 유기 고분자계 매트릭스 재료를 공통의 용매 중에 용해한 용액을, 색소 및 열가소성의 유기 고분자계 매트릭스 재료 둘다 용해되지 않는 용제 중에 적하하여, 발생한 침전을 여과하여 분별하고 건조한 뒤 가열·용융 가공하는 방법 등을 적합하게 사용할 수 있다. 색소와 매트릭스 재료의 조합 및 가공 방법을 연구함으로써, 색소 분자를 응집시켜, "H 회합체"나 "J 회합체" 등으로 불리는 특수한 회합체를 형성시키는 경우가 알려져 있으며, 매트릭스 재료 중의 색소 분자는 이러한 응집 상태 또는 회합 상태를 형성하는 조건으로 사용할 수 있다.

또한, 이들 매트릭스 재료 중에 상기의 여러 미립자를 분산시키기 위해서는, 공지의 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 미립자를 매트릭스 재료의 용액, 또는 매트릭스 재료의 전구체의 용액에 분산시킨 후, 용매를 제거하는 방법; 유기 고분자계 매트릭스 재료의 모노머 중에, 필요에 따라서 용매를 사용하여, 상기 미립자를 분산시키고 나서 상기 모노머를 중합 또는 중축합시켜서 매트릭스 재료를 형성하는 방법; 미립자의 전구체로서, 예를 들면, 과염소산카드뮴이나 염화금 등의 금속염을 유기 고분자계 매트릭스 재료 중에 용해 또는 분산시킨 후, 황화수소 가 스로 처리하여 황화카드뮴의 미립자를, 또는, 열처리하여 금의 미립자를, 각각 매트릭스 재료 중에 석출시키는 방법; 화학적 기상 성장법 및 스퍼터링법 등을 적합하게 사용할 수 있다.

색소를 단독으로, 광산란이 적은 비결정성(amorphous) 상태의 박막으로서 존재시킬 수 있는 경우에는, 매트릭스 재료를 사용하지 않고, 비결정성 색소막을 광흡수층막으로서 사용할 수 있다.

또한, 색소를 단독으로, 광산란을 일으키지 않는 미세결정 응집체로서 존재시킬 수 있는 경우에는, 매트릭스 재료를 사용하지 않고, 색소의 미세결정 응집체를 광흡수층막으로서 사용할 수도 있다. 본 발명에서 사용되는 열렌즈 형성 소자에서와 같이, 광흡수층막으로서의 색소 미세결정 응집체가, 열렌즈 형성층(수지 등), 전열층막(유리 등) 및/또는 단열층막(수지 등)으로 적층되어서 존재할 경우, 상기 색소 미세결정 입자 지름이 상기 신호광의 파장과 제어광의 파장을 비교하여 짧은 쪽의 파장의 1/5을 넘지 않는 크기이면, 실질적으로 광산란을 일으키지 않는다.

[광흡수층막의 재료, 신호광의 파장대역 및 제어광의 파장대역의 조합과 순서]

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 사용되는 광흡수층막의 재료, 신호광의 파장대역, 및 제어광의 파장대역은, 이들의 조합으로서, 사용 목적에 따라서 적절한 조합을 선정하여 사용할 수 있다.

구체적인 설정 순서로는, 예를 들면, 우선, 사용 목적에 따라서 신호광의 파장 또는 파장대역을 결정하고, 상기 신호광의 결정된 파장 또는 파장대역을 제어하기에 최적인 광흡수층막의 재료와 제어광의 파장의 조합을 선정하면 좋다. 또한, 사용 목적에 따라서 신호광과 제어광의 파장의 조합을 결정한 뒤, 이 결정된 조합에 적합한 광흡수층막의 재료를 선정하면 좋다.

이러한 선정 순서의 구체예로서, 신호광으로서 기가헤르츠(giga-hertz) 오더로 초고속 변조 가능한 반도체 레이저로부터 발진(發振)하는 파장 850nm, 1350nm 또는 1550nm의 근적외선을 사용하여, 이것을, 복수의 가시광선 파장대역의 제어광에 의해 광로전환하는 예를 이하에 기재한다. 제어광의 광원으로는 서브밀리초 보다 긴 응답 속도로 단속가능한 연속(CW:continuous wave) 발진 방식의 레이저를 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 파장이 증가하는 순서로, 파장 405∼445nm의 청보라색 내지 청색 반도체 레이저; 반도체 여기 Nd:YAG 레이저의 파장 1064nm을 2차 비선형 광학 소자에 의해 파장 532nm의 녹색으로 변환하여 얻은 광선; 파장 635∼670nm의 적색 반도체 레이저; 및 780∼800nm의 근적외선 레이저를 들 수 있다. 이들의 제어광 파장대역에 흡수를 나타내고, 850nm∼1550nm의 근적외선을 흡수하지 않는 색소로서, 예를 들면,

N,N'-비스(2,5-디-tert-부틸페닐)-3,4,9,10-페릴렌디카르복시이미드[1],

구리(II)2,9,16,23-테트라-tert-부틸―29H,31H-프탈로시아닌[2],

및

바나딜-2,11,20,29-테트라-tert-부틸-2,3-나프탈로시아닌[3],

등을 2개 이상 선정하여, 각각 적합하게 사용할 수 있다. 이들 색소는 모두 내광성 및 내열성이 높고, 특히 본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 열렌즈 형성을 위한 광흡수층막용의 색소로서 적합하다. 색소[1], [2] 및 [3]의 테트라히드로푸란 용액의 투과율 스펙트럼을 도 22에 각각 실선, 쇄선 및 일점쇄선으로 나타낸다. 도 22에는 나타내지 않았지만, 이들 색소 용액은 900∼1550nm의 근적외선 영역에서도 98% 이상의 투과율을 나타낸다.

상기 제어광 레이저의 발진 파장과, 이들 색소의 투과율 스펙트럼의 관계를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

	색소 번호	레이저 발진 파장 [nm]
		445	532	635	650	670	780	800	850
투과율 [%]	[1]	3.59	0.10	97.08	97.36	97.33	97.67	97.15	98.64
	[2]	93.64	81.67	2.32	0.78	0.00	97.23	98.37	99.63
	[3]	52.19	89.90	88.72	81.56	73.35	9.06	0.12	89.00

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 색소[1]는 파장 445∼532nm의 제어광을 흡수하여 열렌즈를 형성하는 열렌즈 형성 소자의 광흡수층막의 재료로서 적합하다. 마찬가지로, 색소[2]는 파장 635∼670nm에 대응하는 광흡수층막의 재료로서 적합하고, 또한 색소[3]는 파장 780∼800nm에 대응하는 광흡수층막의 재료로서 적합하다. 이들 색소는, 상기 용제에 용해하여 광학 셀에 충전하거나, 또는 유기 고분자 재료 중에 용해하여 전열층막 사이에 끼우거나, 또는 전열층막 위에 스핀코팅막 또는 증착막으로서 막을 형성하여, 사용할 수 있다.

이들 색소를 2종류 이상 선택하여 사용하는 경우, 각각의 색소의 흡수 파장대역에 대응하는 열렌즈 형성 소자를 포함하는 광로전환 기구를, 흡수 파장대역이 짧은 쪽부터 차례로 연결하여 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 예를 들면, 제1단째의 광로전환 기구에 색소[1], 제2단째에 색소[2] 또는 [3]의 2단 구성으로 사용하거나, 또는 제1단째에 색소[1], 제2단째에 색소[2], 제3단째에 색소[3]의 3단 구성으로 사용함으로써, 각 색소의 흡수 대역과 비흡수 대역을 효율적으로 중첩(overlap)시킬 수 있다.

[광흡수층막의 재료의 조성, 광흡수층막 중의 광흡수층막의 막 두께, 및 열렌즈 형성층의 막 두께]

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 사용되는 열렌즈 형성 소자에서, 광흡수층막은 "광흡수막" 단독의 단층막, 또는, "광흡수막/열렌즈 형성층" 이라는 2층 구조, 또는, "광흡수막/열렌즈 형성층/광흡수막" 이라는 3층 구조의 적층형 박막의 어느 것이어도 좋다. 광흡수층막 전체의 두께는, 수속된 상기 제어광의 공초점 거리의 2배를 넘지 않는 것이 바람직하다. 또한, 더 고속인 응답 속도를 원하는 경우에는, 상기 적층형 박막으로 이루어지는 광흡수층막의 두께는 수속된 상기 제어광의 공초점 거리의 1배를 넘지 않는 것이 바람직하다.

이러한 조건 중에서, 본 발명에서 사용되는 광흡수층막의 재료의 조성 및 광흡수층막 중의 1매 또는 2매의 광흡수막 두께에 대해서는, 이들의 조합으로서, 광흡수층막을 투과하는 제어광 및 신호광의 투과율을 기준으로 하여 설정할 수 있다. 예를 들면, 우선, 상기 광흡수층막의 재료의 조성 중, 적어도 제어광 또는 신호광을 흡수하는 성분의 농도를 결정하고, 이어서, 열렌즈 형성 소자를 투과하는 제어광 및 신호광의 투과율이 특정한 값으로 되도록 광흡수층막 중의 광흡수막(1매 또는 2매)의 막두께를 설정할 수 있다. 선택적으로, 우선, 예를 들면 장치설계상의 필요에 따라, 광흡수층막 중의 광흡수막(1매 또는 2매)의 막두께를 특정한 값으로 설정한 후, 열렌즈 형성 소자를 투과하는 제어광 및 신호광의 투과율이 특정한 값으로 되도록 광흡수층막의 재료의 조성을 조정할 수 있다.

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 사용되는 열렌즈 형성 소자로부터, 가능한한 낮은 광 파워에서 충분한 크기 및 고속도의 열렌즈 효과를 이끌어내기 위해 최적인, 광흡수층막을 투과하는 제어광 및 신호광의 투과율의 값은 각각, 다음에 나타내는 바와 같다.

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 사용되는 열렌즈 형성 소자에서는, 열렌즈 형성 소자 중의 광흡수층막을 전파하는 제어광의 투과율이 90%∼0%로 되도록, 광흡수층막 중의 광흡수 성분의 농도 및 존재 상태의 제어, 광흡수층막 중의 광흡수막(1매 또는 2매)의 막두께 설정을 행하는 것이 권장된다.

한편, 제어광을 조사하지 않은 경우에는, 열렌즈 형성 소자 중의 광흡수층막을 전파하는 신호광의 투과율이 하한으로서 10% 이상, 또한 상한으로는 100%에 한없이 근접하도록 광흡수층막 중의 광흡수 성분의 농도 및 존재 상태의 제어, 광흡수층막 중의 광흡수막(1매 또는 2매)의 막두께 설정을 행하는 것이 권장된다.

광흡수층막 중의 열렌즈 형성층 막두께의 하한은, 이하에 기재하는 바와 같이, 열렌즈 형성층의 재료에 따라 선정된다.

[광흡수층막 중의 열렌즈 형성층의 재료 및 열렌즈 형성층의 막두께]

단층의 광흡수막 그자체를, 열렌즈 형성층으로서 작용시켜도 좋지만, 광흡수와 열렌즈 형성의 기능을 별도의 재료에 분담시켜서, 각각 선택된 최적의 재료를 적층하여 사용할 수도 있다.

광흡수층막 중의 열렌즈 형성층의 재료로는 액체, 액정, 및, 고체의 재료를 사용할 수 있다. 특히, 열렌즈 형성층이 비결정성의 유기 화합물, 유기 화합물 액 체, 및 액정으로 이루어지는 군에서 선택되는 유기 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 열렌즈 형성층의 재질이 액정 및 액체인 경우, 예를 들면, 광흡수막 및/또는 전열층막을 자기형태유지성(self-form-maintaining)의 재질로 제조하고, 열렌즈 형성층의 두께에 상당하는 공동(cavity)를 설치하여, 거기에 유동 상태의 열렌즈 형성층 재료를 주입함으로써 열렌즈 형성층을 제조할 수 있다. 한편, 열렌즈 형성층의 재질이 고체인 경우에는, 열렌즈 형성층의 한면 또는 양면에 광흡수막을 적층시켜서 제조하면 좋다.

열렌즈 형성층의 재질은 단일 재료가 아니라도 좋고, 예를 들면, 복수 종류의 고체의 적층막이어도 좋고, 또한 고체와 액체를 적층시킨 것이어도 좋다.

열렌즈 형성층의 두께는, 사용하는 재료의 종류에 따라, 수 nm∼1 mm의 범위의 두께이면 좋고, 수십 nm∼수백 ㎛의 범위이면 더 바람직하다.

상기한 바와 같이, 열렌즈 형성층과 1매 또는 2매의 광흡수막을 적층하여 이루어지는 광흡수층막의 합계 두께는 수속된 상기 제어광의 공초점 거리의 2배를 넘지 않는 것이 바람직하다.

광흡수층막 중의 열렌즈 형성층의 재료로는 액체, 액정, 및, 고체의 재료를 사용할 수 있지만, 어느 재료라도 굴절률의 온도 의존성이 큰 재료가 바람직하다.

대표적인 유기 화합물 액체 및 물의 굴절률 온도 의존성의 물성값은 문헌 [D. Solminn: J. Appl. Phys., vol.37, 3314(1966)]에 기재되어 있다. 파장 633nm의 광에 대한 굴절률의 온도 변화[단위:1/K]는 물(0.8×10^-4)보다도 메탄올(3.9× 1O^-4) 등의 알콜이 크고, 또한 시클로펜탄(5.7×10^-4), 벤젠(6.4×10^-4), 클로로포름(5.8×10^-4), 이황화탄소(7.7×10^-4) 등의 비수소결합성 유기 용제가 크다.

광흡수층막 중의 열렌즈 형성층의 재료로서 액정을 사용하는 경우, 액정으로서는 공지의 임의의 것을 사용할 수 있다.

구체적으로는, 각종 콜레스테롤 유도체류;

4'-n-부톡시벤질리덴-4-시아노아닐린 및 4'-n-헥실벤질리덴-4-시아노아닐린 등의 4'-알콕시벤질리덴-4-시아노아닐린류;

4'-에톡시벤질리덴-4-n-부틸아닐린, 4'-메톡시벤질리덴아미노아조벤젠, 4-(4'-메톡시벤질리덴)아미노비페닐 및 4-(4'-메톡시벤질리덴)아미노스틸벤 등의 4'-알콕시벤질리덴아닐린류;

4'-시아노벤질리덴-4-n-부톡시아닐린 및 4'-시아노벤질리덴-4-n-헥실옥시아닐린 등의 4'-시아노벤질리덴-4-알콕시아닐린류;

4'-n-부톡시카르보닐옥시벤질리덴-4-메톡시아닐린 및 p-카르복시페닐·n-아밀카보네이트, n-헵틸·4-(4'-에톡시페녹시카르보닐)페닐카보네이트 등의 탄산에스테르류;

4-n-부틸벤조산·4'-에톡시페닐, 4-n-부틸벤조산·4'-옥틸옥시페닐 및 4-n-펜틸벤조산·4'-헥실옥시페닐 등의 4-알킬벤조산·4'-알콕시페닐에스테르류;

4,4'-디-n-아밀옥시아조옥시벤젠 및 4,4'-디-n-노닐옥시아조옥시벤젠 등의 아조옥시벤젠 유도체류;

4-시아노-4'-n-옥틸비페닐 및 4-시아노―4'-n-도데실비페닐 등의 4-시아노―4'-알킬비페닐류 등의 액정: 및 (2S,3S)-3-메틸-2-클로로펜타노익산·4',4"-옥틸옥시비페닐, 4'-(2-메틸부틸)비페닐-4-카르복실산·4-헥실옥시페닐 및 4'-옥틸비페닐-4-카르복실산·4-(2-메틸부틸)페닐 등의 강유전성 액정을 사용할 수 있다.

광흡수층막 중의 열렌즈 형성층의 재료로서 고체의 재료를 사용하는 경우에는, 광산란이 적어 굴절률의 온도의존성의 큰, 비결정성의 유기 화합물이 특히 적합하다. 구체적으로는, 상기 매트릭스 재료와 마찬가지로, 여러 유기 고분자 재료 중에서 광학용 수지로서 공지된 화합물을 선정하여 사용할 수 있다. 문헌 [기술정보협회편, "최신 광학용 수지의 개발, 특성과 고정밀 부품의 설계, 성형 기술", 기술정보협회(1993), P.35]에 기재되어 있는 광학용 수지의 굴절률의 온도변화[단위:1/K]는 예를 들면 폴리(메타크릴산메틸)이 1.2×10^-4, 폴리카보네이트가 1.4×10^-4, 폴리스티렌이 1.5×1O^-4이다. 이들 수지를 광흡수층막 중의 열렌즈 형성층의 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.

상기 유기 용제는 그 굴절률의 온도의존성이 상기 광학용 수지의 경우보다도 크다는 장점이 있다. 반면에, 상기 유기 용제는 제어광 조사에 의한 온도상승이 유기용제의 비점에 도달하면 비등해버린다는 문제가 있다(고비점의 용제를 사용하는 경우는 문제가 없음). 이에 비해, 휘발성 불순물을 철저하게 제거한 광학용 수지는, 예를 들면, 폴리카보네이트의 경우, 제어광 조사에 의한 온도상승이 250℃를 넘는 가혹한 조건에서도 사용할 수 있다.

[단열층막]

단열층막으로서 기체를 사용하는 경우에는, 공기 외에, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤 등의 불활성 가스를 적합하게 사용할 수 있다.

단열층막으로서 액체를 사용하는 경우에는, 열 전도율이 광흡수층막과 동등하거나 광흡수층막보다도 적은 재질이고, 또한 제어광 및 신호광을 투과하고, 광흡수층막의 재질을 용해 또는 부식하지 않는 것이면, 어떠한 액체라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 광흡수층막이 시아닌 색소를 함유한 폴리메타크릴산메틸로 이루어지는 경우, 유동성 파라핀을 사용할 수 있다.

단열층막으로서 고체를 사용하는 경우에는, 열전도율이 광흡수층막(광흡수막 및 열렌즈 형성층)과 동등하거나 광흡수층막보다도 작은 재질이고, 또한, 제어광 및 신호광을 투과하고, 광흡수층막이나 전열층막의 재질과 반응하지 않는 것이면, 어떠한 고체라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 광흡수층막이 시아닌 색소를 함유한 폴리메타크릴산메틸로 이루어지는 경우, 색소를 함유하지 않은 폴리메타크릴산메틸[300K에서의 열전도율 0.15W/mK]을 단열층막으로서 사용할 수 있다.

[전열층막의 재료]

전열층막으로는 열 전도율이 광흡수층막보다도 큰 재질이 바람직하고, 제어광 및 신호광을 투과하여, 광흡수층막이나 단열층막의 재질과 반응하지 않는 것이면, 어떤 것이라도 이용할 수 있다. 열전도율이 높고, 또한, 가시광선의 파장대역 에서의 광흡수가 적은 재질로는, 예를 들면, 다이아몬드[300K에서의 열전도율 900W/mK], 사파이어[300K에서의 열전도율 46W/mK], 석영 단결정[c축에 평행한 방향에서의 300K에서의 열전도율 10.4W/mK], 석영유리[300K에서의 열전도율 1.38W/mK], 경질 유리[300K에서의 열전도율 1.10E/mK] 등을 전열층막으로서 적합하게 사용할 수 있다.

[광투과층의 재료]

본 발명에서 사용되는 열렌즈 형성 소자는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 상기 제어광의 수속 수단으로서 작용하는 굴절률 분포형 렌즈가, 광투과층을 거쳐서 상기 제어광의 입사측에 적층되어 설치되어 있어도 좋다. 이 광투과층의 재질로는, 고체의 단열층막 및/또는 전열층막의 재질과 같은 것을 사용할 수 있다. 광투과층은 상기 제어광 및 신호광을 효율좋게 투과시킬 뿐만 아니라, 굴절률 분포형 렌즈를 열렌즈 형성 소자 구성 요소로서 접착하기 위해 설치되는 것이다. 소위 자외선 경화형 수지나 전자선 경화형 수지 중에서, 상기 제어광 및 신호광의 파장대역의 광투과율이 높은 것을 특히 적합하게 사용할 수 있다.

[열렌즈 형성 소자의 제조 방법]

본 발명에서 사용되는 열렌즈 형성 소자의 제조 방법은, 열렌즈 형성 소자의 구성 및 사용하는 재료의 종류에 따라 임의로 선정하여, 적합한 공지의 방법을 사용할 수 있다.

예를 들면, 열렌즈 형성 소자 중의 광흡수막에 사용되는 광흡수성의 재료가, 상기한 바와 같은 단결정인 경우, 단결정의 절삭·연마 가공에 의해, 광흡수막을 제조할 수 있다.

다른 예를 들면, 색소를 함유한 매트릭스 재료로 이루어지는 광흡수막, 광학용 수지로 이루어지는 열렌즈 형성층, 및 광학유리를 전열층막으로서 조합하여 사용한 "전열층막/광흡수막/열렌즈 형성층/광흡수막/전열층막" 이라는 구성의 열렌즈 형성 소자를 제조하는 경우, 이하에 열거하는 방법 중 어느 하나에 의해, 우선, 전열층막 위에 광흡수막을 제조할 수 있다.

색소 및 매트릭스 재료를 용해한 용액을, 전열층막으로서 사용하는 유리판 위에 도포법, 블레이트 코팅법, 롤 코팅법, 스핀 코팅법, 딥핑법, 스프레이법 등의 코팅법으로 코팅하거나, 또는 평판 인쇄, 볼록판 인쇄, 오목판 인쇄, 공판 인쇄(mimeograph), 스크린 인쇄, 전사 등의 인쇄법으로 인쇄하여 광흡수막을 형성하는 방법을 사용해도 좋다. 이들 방법과 관련하여, 광흡수막의 형성을 위해 졸겔법에 의한 무기계 매트릭스 재료 제조 방법을 이용할 수도 있다.

전착법(electro-deposition method), 전해 중합법, 미셀 전해법(예, 일본 특개소63-243298호 공보 참조) 등의 전기화학적 막형성 방법을 사용할 수 있다.

또한, 물 위에 형성시킨 단분자막을 전사하는 랑그미어·블로제트법 (Langmuir-Blodgett method)을 사용할 수도 있다.

원료 모노머의 중합 내지 중축합 반응을 이용하는 방법으로서, 예를 들면, 모노머가 액체인 경우, 캐스팅법, 리엑션·인젝션·몰딩법, 플라즈마 중합법, 및 광중합법 등을 들 수 있다.

부가적으로 적용할 수 있는 방법으로는 승화 전사법, 증착법, 진공 증착법, 이온 빔법, 스퍼터링법, 플라즈마 중합법, CVD법, 유기 분자선 증착법 등의 방법을 이용할 수도 있다.

2성분 이상의 유기계 광학 재료를 용액 또는 분산액 상태로, 각 성분마다 설치한 분무 노즐로부터 고진공 용기내로 분무하여 기판상에 퇴적시켜, 가열 처리하는 것을 특징으로 하는 복합형 광학 박막의 제조 방법(예, 일본 특허공보 제2599569호)을 이용할 수도 있다.

이상과 같은 고체의 광흡수막의 제조 방법은, 예를 들면, 고체의 유기 고분자 재료로 이루어지는 단열층막을 제조하는 경우에도, 적합하게 사용할 수 있다.

이어서, 열가소성의 광학용 수지를 사용하여 열렌즈 형성층을 제조하는 경우, 진공 핫 프레스법(예, 일본 특개평4-99609호)을 사용하여 "전열층막/광흡수막/열렌즈 형성층/광흡수막/전열층막" 이라는 구성의 열렌즈 형성 소자를 제조할 수 있다. 즉, 열가소성 광학용 수지의 분말 또는 시트를, 상기의 방법으로 표면에 광흡수막을 형성한 2매의 전열층막(유리판) 사이에 끼우고, 가열·프레스 함으로써, 상기 구성의 적층형 박막 소자를 제조할 수 있다.

[굴절률 분포형 렌즈의 재료와 제조 방법]

본 발명에서 사용되는 열렌즈 형성 소자는 상기 제어광의 수속 수단으로서의 굴절률 분포형 렌즈가 광투과층을 거쳐서 상기 제어광의 입사측에 적층되어서 설치 되어 있어도 좋다. 하지만, 이 굴절률 분포형 렌즈의 재료와 제조 방법으로는, 공지된 임의의 재료 및 방법을 사용할 수 있다.

예를 들면, 모노머의 침투·확산 현상을 이용하여, 굴절율 분포형의 굴절율 분포형 렌즈를 유기 고분자계 재질로 제조할 수 있다[M.Oikawa, K.Iga, T.Sanada: Jpn.J.Appl.Phys,20(1), L51-L54(1981)]. 즉, 모노머 교환 기술에 의해, 굴절률 분포 렌즈를 평탄한 기판상에 모노리식으로 제조할 수 있고, 예를 들면, 저굴절률 플라스틱으로서의 메타크릴산메틸(n=1.494)을, 3.6mmφ의 원형 디스크의 마스크의 주위로부터, 고굴절률을 가진 폴리이소프탈산디아크릴(n=1.570)의 평탄한 플라스틱 기판 중에 확산시킨다.

또한, 무기 이온의 확산 현상을 이용하여, 굴절률 분포형의 굴절률 분포형 렌즈를 무기 유리계 재질로 제조할 수 있다[M.Oikawa, K.Iga: Appl. 0pt., 21(6), 1052-1056(1982)]. 즉, 유리 기판에 마스크를 붙이고 나서 포토리소그래피 방법에 의해 지름이 수백 ㎛ 전후인 원형 창(윈도우)을 설치하고, 용융염에 침지하여 이온 교환에 의해 굴절율 분포를 형성시킴에 있어서, 수시간에 걸쳐 전계를 인가하여 이온 교환을 촉진시킴에 의해, 예를 들면, 직경 0.9mm, 초점 거리 2mm, 개구수 NA=0.23의 렌즈를 형성시킬 수 있다.

[광학 셀]

색소 용액 충전식 열렌즈 형성 소자에 사용되는 광학 셀은 색소 용액을 유지하는 기능, 및 색소 용액에 효과적으로 형태를 부여하여, 광흡수층막겸 열렌즈 형 성층으로서 작용하는 기능을 갖고, 또한 수속되어 조사되는 신호광 및 제어광을 수광하여 상기 광응답성 조성물에 상기 신호광 및 상기 제어광을 전파시키는 기능, 및 상기 광응답성 조성물을 투과한 후 상기 신호광을 전파시켜서 출사하는 기능을 갖는 것이다.

색소 용액 충전식 열렌즈 형성 소자에서 사용되는 광학 셀의 형태는 "외부 형태"와 "내부 형태"로 크게 분류할 수 있다.

광학 셀의 외부 형태로는, 본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 구성에 따라, 판 형상, 직육면체 형상, 원기둥 형상, 반원기둥 형상, 사각기둥 형상, 삼각 기둥 형상 등이 사용된다.

광학 셀의 내부 형태라 함은, 즉, 색소 용액 충전부의 형태이며, 색소 용액에, 효과적으로 형태를 부여하는 것이다. 구체적으로는, 본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송 장치의 구성에 따라, 광학 셀의 내부 형태는, 예를 들면, 박막, 후(厚)막, 판 형상, 직육면체 형상, 원기둥 형상, 반원기둥 형상, 사각기둥 형상, 삼각기둥 형상, 볼록렌즈 형상, 오목렌즈 형상 등 중에서 적당히 선택할 수 있다.

광학 셀의 구성 및 재료는 하기의 요건을 만족하는 것이면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

(1)상기한 외부 형태 및 내부 형태가 실사용 조건하에 정밀하게 유지되는 재질;

(2)색소 용액에 대하여 불활성인 재료;

(3)색소 용액을 구성하는 여러 성분의 방산(emanation)·투과·침투에 의한 조성 변화가 방지되는 재료;

(4)산소나 물 등 사용 환경에 존재하는 기체 또는 액체와의 접촉에 기인한 색소 용액의 열화가 방지되는 재료.

광학 셀의 재료의 구체적인 예로는, 색소 용액의 종류에 상관없이, 소다 유리, 보론 실리케이트 유리 등의 각종 광학 유리, 석영 유리, 사파이어 등을 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 색소 용액의 용제가 물이나 알콜계인 경우, 폴리(메타크릴산메틸), 폴리스티렌, 폴리카보네이트 등의 플라스틱을 사용할 수도 있다.

하지만, 상기 요건 중, 색소 용액의 조성 변화나 열화를 방지하는 기능은, 열렌즈 형성 소자로서의 설계 수명의 범위내에서만 발휘할 수 있으면 된다.

본 발명에서 사용되는 다른 광학 요소, 즉, 집광렌즈, 수광렌즈, 파장 선택 투과 필터 등을 상기 광학 셀에 조합해 넣은 일체 구조의 광학 셀을 사용할 수 있다.

[빔 웨이스트 지름의 계산]

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 열렌즈 효과를 유효하게 이용하기 위해서는, 초점(집광점) 근방의 광자 밀도가 가장 높은 영역, 즉 '빔 웨이스트'에서의 상기 신호광의 빔 단면적이 빔 웨이스트에서의 상기 제어광의 빔 단면적을 넘지 않도록 상기 신호광 및 상기 제어광의 빔 단면의 형상 및 크기를 각각 설정하는 것이 바람직하다.

이하, 진행 방향에서의 빔 단면의 전장의 진폭 분포, 즉 광속의 에너지 분포가 가우스 분포로 되어 있는 가우스 빔의 경우에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 빔 수속 수단으로서 집광렌즈(굴절률 분포형 렌즈)를 사용하는 경우에 대해서 기재하고 있지만, 수속 수단이 오목면 거울이나 굴절률 분산형 렌즈인 경우에도 마찬가지로 적용된다.

가우스 빔을, 도 1 등의 집광렌즈(31) 등에 의해, 개방각 2θ로 수속시켰을 때의 초점(301) 근방에서의 광선 다발 및 파면(300)의 모양을 도 14에 나타낸다. 여기서, 파장 λ의 가우스 빔의 지름 2ω이 최소로 되는 위치를 '빔 웨이스트' 라고 하고, 이하, 빔 웨이스트 지름을 2ω₀로 나타낸다. 광의 회절 작용 때문에, 2ω₀는 제로로 되지는 않으며, 유한한 값을 갖는다. 또한, 빔 반경 ω 및 ω₀의 정의는 가우스 빔의 빔 중심부분의 에너지를 기준으로 하여, 에너지가 1/e²(e는 자연 대수의 베이스)로 되는 위치를 빔 중심에서 측정했을 때의 거리이며, 빔 지름은 2ω 또는 2ω₀로 나타낸다. 당연히, 빔 웨이스트의 중심에서, 광자 밀도가 가장 높다.

가우스 빔의 경우, 빔 웨이스트로부터 충분히 먼 쪽에서의 빔 퍼짐 각도 θ는 다음 식[4]에 의해, 파장 λ 및 빔 웨이스트 지름 ω₀과 상호관련된다.

π·θ·ω₀ ≒ λ ··· [4]

여기서, π은 원주율이다.

상기 식[4]은 '빔 웨이스트로부터 충분히 먼 쪽' 이라는 조건을 만족하는 경 우에만 사용되며, 집광렌즈에 입사하는 빔 반경ω, 집광렌즈의 개구수 및 초점거리로부터, 집광렌즈로 집광된 빔 웨이스트 지름 ω₀를 계산할 수 있다.

또한, 일반적으로, 유효 개구 반경 "a" 및 개구수 NA의 집광렌즈에서, 빔 반경ω의 평행 가우스 빔(파장λ)을 수속시킨 경우의 빔 웨이스트 지름 2ω₀는 다음 식[5]으로 나타낼 수 있다.

2ω₀ ≒ k·λ/NA ···[5]

여기서, 계수 k는 대수적으로 풀 수 없기 때문에, 렌즈 결상면에서의 광 강도 분포에 대한 수치 해석 계산을 행함으로써 결정할 수 있다.

집광렌즈에 입사하는 빔 반경ω과 집광렌즈의 유효 개구 반경 a의 비율을 변경하여, 수치 해석 계산을 행하면, 식[5]의 계수 k의 값은 이하와 같이 구할 수 있다.

(수학식 3)

a/ω=1일 때, k ≒ 0.92;

a/ω=2일 때, k ≒ 1.3;

a/ω=3일 때, k ≒ 1.9; 및

a/ω=4일 때 k ≒ 3.

즉, 집광렌즈의 유효 개구 반경 a보다도 빔 반경ω이 작으면 작을수록, 빔 웨이스트 지름ω₀는 커진다.

예를 들면, 집광렌즈로서 개구수 0.25, 유효 개구 반경 약 5mm의 렌즈를 사 용하여, 파장 780nm의 신호광을 수속한 경우, 집광렌즈에 입사하는 빔 반경ω이 5mm이면, a/ω은 약 1이고, 빔 웨이스트의 반경ω₀은 1.4㎛이며, ω이 1.25mm이면 a/ω은 약 4이고, ω₀는 4.7㎛로 계산된다. 마찬가지로, 파장 633nm의 제어광을 수속했을 때, 빔 반경ω이 5mm이면 a/ω은 약 1이고, 빔 웨이스트의 반경ω₀는 1.2㎛이며, ω이 1.25mm이면, a/ω은 약 4이고, ω₀는 3.8㎛로 계산된다.

상기 계산 예로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 집광렌즈의 초점 근방의 광자 밀도가 가장 높은 영역, 즉 빔 웨이스트에서의 광빔의 단면적을 최소로 하기 위해서는, 집광렌즈에 입사하는 광빔의 강도 분포가 거의 평면파에 가까워질 때까지, 빔 지름을 확대(beam expanding)하면 좋다. 또한, 집광렌즈에 입사하는 빔 지름이 동일한 경우, 광의 파장이 짧을수록, 빔 웨이스트 지름은 작아짐을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서 열렌즈 효과를 유효하게 이용하기 위해서는, 빔 웨이스트 근방의 광자 밀도가 가장 높은 영역에서의 상기 신호광의 빔 단면적이, 빔 웨이스트에서의 상기 제어광의 빔 단면적을 넘지 않도록 상기 신호광 및 상기 제어광의 빔 단면의 형상 및 크기를 각각 설정하는 것이 바람직하다. 신호광 및 제어광과 함께 가우스 빔을 사용하는 경우이면, 이상의 설명 및 계산식에 따라서, 집광렌즈 등의 수속 수단으로 수속하기 전의 평행 빔의 상태로, 파장에 따라, 신호광 및 제어광의 빔 지름을, 필요에 따라서, 빔 확장하는 등에 의해, 조절함으로써, 빔 웨이스트 근 방의 광자 밀도가 가장 높은 영역에서의 상기 신호광의 빔 단면적이 빔 웨이스트에서의 상기 제어광의 빔 단면적을 넘지 않도록 할 수 있다. 빔 확장의 수단으로는, 공지의 것, 예를 들면, 2매의 볼록 렌즈로 이루어지는 케플러형(Keplerian) 광학계를 사용할 수 있다.

[공초점 거리 Zc의 계산]

일반적으로, 볼록 렌즈 등의 수속 수단으로 수속된 광속의 빔 웨이스트 근방, 즉, 초점을 사이에 끼운 공초점 거리 Zc의 구간에서는, 수속된 가우스 빔은 거의 평행광으로 볼 수 있고, 공초점 거리 Zc는 원주율 π, 빔 웨이스트 반경 ω₀ 및 파장 λ를 사용한 식 [6]으로 나타낼 수 있다.

Zc = πω₀ ²/λ ··· [6]

식[6]의 ω₀에 식[5]를 대입하면, 식[7]이 얻어진다.

Zc ≒ π(k/NA)²λ/4 ···[7]

예를 들면, 집광렌즈로서 개구수 0.25, 유효 개구 반경 약 5mm의 렌즈를 사용하여, 파장 780nm의 신호광을 수속시켰을 때, 집광렌즈에 입사하는 빔 반경ω이 5mm이면, a/ω은 약 1이고, 빔 웨이스트의 반경ω₀는 1.4㎛이고, 다초점 거리 Zc는 8.3㎛이며, ω이 1.25mm이면, a/ω은 약 4이고, ω₀은 4.7㎛, 다초점 거리 Zc은 88㎛로 계산된다. 마찬가지로, 파장 633nm의 제어광을 수속시켰을 때, 빔 반경ω이 5mm이면, a/ω은 약 1이고, 빔 웨이스트의 반경ω₀는 1.2㎛이고, 다초점 거리 Zc는 6.7㎛이며, ω이 1.25mm이면 a/ω은 약 4이고, ω₀는 3.8㎛이고, 다초점 거리 Zc는 71㎛로 계산된다.

[집광렌즈 및 수광렌즈의 개구수]

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법에서는, 신호광 및 제어광을 동축으로 집광렌즈에 의해 수속시켜서 열렌즈 형성 소자 중에 초점을 연결하도록 조사하고 있다. 그러나, 열렌즈 형성 소자로부터 통상의 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 출사하는 광을 수광렌즈로 수광하여 평행광으로 시준(collimate)하는 경우, 이 수광렌즈의 개구수(이하, NA라 함)는 집광렌즈의 NA보다도 커지도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 수광렌즈의 NA는 수광렌즈의 NA의 2배 이상이 바람직하다. 그러나, 집광렌즈에 입사하는 빔 반경ω보다도 집광렌즈의 유효 개구 반경 a가 큰(즉, a/w > 1인) 경우에는, 집광렌즈의 실질적 개구수는 집광렌즈의 개구수보다도 작다. 따라서, 수광렌즈의 개구수는, 집광렌즈 개구수 뿐만 아니라 집광렌즈의 실질적 개구수보다도 크고, 2배 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 수광렌즈의 NA를, 집광렌즈의 NA의 2배 이상으로 설정함으로써, 신호광의 빔 지름이 열렌즈 형성 소자에 입사할 때의 2배 이상까지 확대되는 경우에도, 손실없이 수광할 수 있게 된다.

[광흡수층막의 최적 막두께]

광흡수층막을 구성하는 1매 또는 2매의 광흡수막의 두께를 변경하지 않고, 열렌즈 형성층의 두께를 변경하여 시료를 제조하여, 광학 농도는 일정하고 막두께는 다른 복수의 열렌즈 형성 소자에 대해서 실험한 결과, 상기한 바와 같이 하여 계산한 공초점 거리 Zc의 2배를 광흡수층막의 막두께의 상한으로 했을 때, 열렌즈 효과의 광응답 속도가 충분히 고속으로 됨을 알았다.

광흡수층막의 막두께의 하한에 대해서는, 열렌즈 효과를 발휘할 수 있는 한, 얇으면 얇을수록 바람직하다.

[단열층막의 막두께]

단열층막의 막두께의 최적 값은, 광응답의 크기 또는 속도를 최대로 하는 값(하한값 및 상한값)이다. 이 값들은 열렌즈 형성 소자의 구성, 광흡수층막의 재질 및 두께, 단열층막의 재질, 전열층막의 재질 및 두께 등에 따라, 실험적으로 결정할 수 있다. 예를 들면, 전열층막으로서 일반적인 붕규산 유리를 사용하고, 단열층막 및 열렌즈 형성층의 재질로서 폴리카보네이트를 사용하고, 광흡수막으로서 플라티나프탈로시아닌의 증착막을 사용하고, 유리(전열층막, 막두께 150㎛)/폴리카보네이트 수지층(단열층)/플라티나프탈로시아닌 증착막(광흡수막, 막두께 0.2㎛)/폴리카보네이트 수지층(열렌즈 형성층, 막두께 20㎛)/플라티나프탈로시아닌 증착막(광흡수막, 막두께 0.2㎛)/폴리카보네이트 수지층(단열층)/유리(전열층막, 막두께 150㎛)의 구성을 가진 열렌즈 형성 소자를 제조한 경우, 단열층막의 막두께는 바람직하게는 5nm∼5㎛이며, 더 바람직하게는 50nm∼500nm이다.

[전열층막의 막두께]

전열층막의 막두께의 최적 값은, 광응답의 크기 또는 속도를 최대로 하는 값(이 경우에는 하한값)이다. 이 값들은 열렌즈 형성 소자의 구성, 광흡수층막의 재질 및 두께, 단열층의 재질 및 두께, 전열층막의 재질 등에 따라, 실험적으로 결정할 수 있다. 예를 들면, 전열층막으로서 일반적인 붕규산 유리를 사용하고, 단열층막 및 열렌즈 형성층의 재질로서 폴리카보네이트를 사용하고, 광흡수막으로서 플라티나프탈로시아닌의 증착막을 사용하여, 유리(전열층막, 막두께 150㎛)/폴리카보네이트 수지층(단열층)/플라티나프탈로시아닌 증착막(광흡수막, 막두께 0.2㎛)/폴리카보네이트 수지층(열렌즈 형성층, 막두께 20㎛)/플라티나프탈로시아닌 증착막(광흡수막, 막두께 0.2㎛)/폴리카보네이트 수지층(단열층)/유리(전열층막, 막두께 150㎛)로 하는 구성의 열렌즈 형성 소자를 제조한 경우, 전열층막의 두께의 하한은, 바람직하게는 1O㎛, 더 바람직하게는 1OO㎛이다. 또한, 전열층막의 막두께의 상한에 관해서는, 광응답의 크기 및/또는 속도면에서 제약은 없지만, 사용되는 집광렌즈 및 수광렌즈의 방식, 초점거리 및 작동거리(working distance)에 맞추어 이 두께를 설계해야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 태양을 구체적인 실시예에 의거하여 상세히 설명 한다.

[실시예 1]

도 1a는 실시예 1의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 개략적인 구성도를 나타낸다.

도 1a의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는, 1개의 신호광 광원(20); 신호광(120)과는 파장이 다른, 3개의 서로 파장의 다른 제어광 광원(21,22,23); 신호광(120)과 3개의 제어광(121,122,123)의 모든 광축을 나열하여 동축으로 같은 방향으로 전파시키기 위한 다이크로익 거울(dichroic mirror)(51,52,53); 신호광 (120)과 3개의 제어광(121,122,123)을 합쳐서, 광섬유(100)에 입사시키기 위한 집광렌즈(10); 신호광(120) 및 3개의 제어광(121,122,123)을 합쳐서 전송하는 광섬유(100); 광섬유(100)로부터 출사하는 신호광(120) 및 3개의 제어광(121,122,123)을 실질적으로 평행 빔으로 되돌리기 위한 시준렌즈(collimating lense)(30); 및 열렌즈 입사광 집광렌즈(31,32,33), 열렌즈 형성 소자(1,2,3), 열렌즈 출사광 수광렌즈(41,42,43), 파장 선택 투과 필터(81,82,83) 및 구멍이 있는 거울(61,62,63)로 이루어지는 광로전환 기구(91,92,93)를 3단 직렬로 연결한 것을 예시한 것이다.

광로전환 기구(91 및 92)로부터 출사하는 직진 신호광(111 및 112)은, 공간적으로 결합되어, 각각 후단의 광로전환 기구(92 및 93)의 열렌즈 입사광 집광렌즈(32 및 33)에 입사하고, 3단째의 광로전환 기구(93)로부터 출사하는 직진 신호광(113)은 직진 출사 신호광의 집광렌즈(401)에 의해 집광되어, 직진 출사 신호광의 광섬유(101)에 입사한다. 또한, 광로전환 기구(91,92,93)로부터 광로가 전환되 어 출사하는 신호광(211,212,213)은, 각각 광로전환 후의 출사 신호광 집광렌즈(71,72,73)에 의해 집광되어, 광로전환 후의 출사 신호광 광섬유(11,12,13)에 입사한다. 여기서, 광섬유(11,12,13,100,101)로는, 일반적인 단일 모드 석영 광섬유(길이 10∼1OOm)를 사용하였다. 단일 모드 석영 광섬유 대신에, 멀티 모드 석영 광섬유, SI형 플라스틱 광섬유, GI형 플라스틱 광섬유 등을 사용할 수 있다. 이들은 제어광 및 신호광의 투과율/전송 거리특성에 따라 선택할 수 있다.

광로전환 기구의 연결수는 서로 파장의 다른 신호광의 광원 수에 대응한다. 다만, 광로전환 기구 1단 당의 신호광의 투과율, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치에 입사하는 신호광의 초기 강도, 및, 최종적으로 필요한 신호광 강도로부터 연결가능한 단수가 계산된다. 예를 들면, 광로전환 기구 1단 당의 투과율이 85% (신호강도로서 0.7dB 감쇠)이면, 4단 직렬 연결인 경우의 종합 투과율은 52.2%(신호강도로서 2.8dB 감쇠)로 된다.

다음에, 도 1a에 나타내는 3단 직렬 구성을 예로 들어, 상세히 설명한다. 또한, 도 1a에서의 집광렌즈(31) 및 열렌즈 형성 소자(1)를 나타내는 부분을 발췌한 부분도를 도 7 및 도 8에 나타낸다. 또한, 수광렌즈(41) 및 구멍이 있는 거울(61) 등을 첨가한 부분도를 도 9 및 도 10에 나타낸다. 또한, 광로전환 기구를 3개 이상 설치한 장치의 구성도가 복잡해지는 것을 피하기 위해서, 도 1a에 나타내는 바와 같이 광로전환 기구(91,92,93)을 공간결합형으로 연결시키는 경우, 공간결합형의 광로전환 기구의 개략 구성도(도 2a의 좌측 도면)를 일부 기호화하여, 도 2a의 우측 도면과 같이 나타낸다. 즉, 예를 들면, 도 1a의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는 도 1b과 같이 일부 기호화한 개략적인 구성도로 나타낸다. 도 1a와 도 1b는 표기 방법이 다른 것 외에는 동일한 내용의 개략적인 구성도이므로, 이하, 도 1a와 도 1b를 구별하는 필요가 없을 경우, 이들을 단지 '도 1' 이라고 부른다.

또한, 2개 이상의 광로전환 기구를 광섬유 결합형으로 연결시킬 수 있다. 그러나, 이 경우, 상기 기구들을 광섬유 결합형의 광로전환 기구의 개략적인 구성도를 생략하여, 도 3과 같이 나타낸다.

또한, 도 1a 내지 도 3, 및 도 7 내지 도 10에, 열렌즈 형성 소자(1)를 전열층막(501)/광흡수층막(503)/전열층막(502)의 3층 구조로 가진 소자로서 도시하지만, 이것에 한정되지는 않는다.

본 실시예에서는, 열렌즈 형성 소자(1,2 및 3)로서, 각각 상기의 색소[1], [2] 및 [3]의 용액을 충전한 색소 용액 충전식 열렌즈 형성 소자(800)(도 21)를 사용하였다. 상기 색소를 용해시키는 용제로는 철저하게 탈수 및 탈기한 o-디클로로벤젠을 사용하였다. 광학 셀(809)은 열렌즈 형성 소자(1,2 및 3)에 대해서 동일한 형상의 것을 사용하고, 그 색소 용액 충전부(808)의 두께, 즉, 입사면과 출사면 유리판(801과 802) 사이의 내부 간격은 예를 들면 200㎛로 하였다. 광학 셀(809)의 입사 및 출사면 유리판(801 및 802)의 외면에는 AR 코팅을 행하였다. 또한, 광학 셀(809)의 도입구(807)는 색소 용액의 충전 및 탈기 처리를 행한 후, 용융·봉인하였다. 색소 용액의 농도는 0.2∼2중량%로 조정하고, 색소 [1], [2] 및 [3]에 대해서, 각각 532nm, 670nm 및 800nm의 투과율이 0.0∼0.2%, 850nm의 신호광 투과율이 85∼99%로 되도록 조정하였다.

본 실시예에서는, 광섬유(100)으로부터의 입사 신호광(110)을 시준렌즈(30)에 의해 빔 반경 5.0mm의 거의 평행 광선이 되도록 하고 있다.

본 실시예에서는, 신호광(120)의 광원(20)으로서, 예를 들면, 2.5GHz로 변조가능한 발진 주파수 850nm의 면발광형 반도체 레이저를 사용하고 있지만, 발진 주파수 1350nm, 1550nm의 초고속 변조가능한 반도체 레이저광을 사용해도 좋다. 또한, 이들 복수의 파장의 신호광을 동시에 사용해도 좋다. 본 실시예에서는, 열렌즈 형성 소자(1,2,3)에 각각 열렌즈를 형성시키기 위한 제어광(121,122,123)을 조사하는 제어광 광원(21,22,23)으로서, 각각, 발진 파장 532nm의 반도체 여기 Nd:YAG 레이저의 2차 고주파, 670nm 및 800nm의 반도체 레이저를 사용하여, 제어광의 단속에 의해 신호광 광로의 전환을 행한다. 제어광(121,122,123)은, 모두 빔 반경 4.5mm의 평행 광선으로 되도록, 빔 성형하여 사용한다. 제어광 광원의 레이저 파워는 집광렌즈(31,32 또는 33)의 어느 쪽 전방에서도 2∼10mW로 한다.

제어광(121,122,123) 및 신호광(110,111,112)을 공통의 집광렌즈(31,32,33)로 각각 수속시켜서 열렌즈 형성 소자(1,2,3)에 각각 조사한다. 제어광 및 신호광의 각각의 빔 웨이스트가 열렌즈 형성 소자 중에서 서로 겹치도록, 광섬유(100)에 입사되기 전에, 신호광과 제어광을 다이클로익 거울(51,52,53)를 사용하여 동일한 광축, 및 신호광과 제어광이 서로 평행하게 되도록 조정한다. 이러한 공정을 수행함으로써, 제어광 빔 웨이스트 위치에서의 광흡수에 의해 형성된 열렌즈 효과를, 신호광의 진행 방향 변경에 효율적으로 이용할 수 있게 된다.

상기 신호광 및 3개의 제어광은 모두, 빔 단면의 광 강도 분포가 가우스 분포인 것을 사용하였다. 이러한 레이저광을 렌즈로 집광하면, 빔 웨이스트(집광 점;초점)에서의 광 강도 분포는 가우스 분포로 된다. 광흡수막에 의해 흡수되는 파장대역의 레이저광을 제어광으로 하여, 상기 광흡수막을 포함하는 열렌즈 형성 소자에 집광렌즈를 거쳐서 조사하여, 열렌즈 형성층을 포함하는 광흡수층막 중에 수속시키면, 광흡수막이 레이저광을 흡수하여 열렌즈 형성층의 온도가 상승하고, 그 결과, 그 층의 굴절률이 떨어진다. 상기한 바와 같이 가우스 분포의 광 강도를 가진 광을 조사하면, 광 강도가 강한 가우스 분포의 중심 부분이 수속되어, 조사된 부분이 광흡수의 중심으로 되고, 그 부분의 온도가 가장 높고, 굴절률이 가장 작아진다. 광흡수의 중심 부분으로부터 외주로 항하여 광흡수가 열로 변하고, 또한 주위에 전파되는 열에 의해 열렌즈 형성층을 포함하는 광흡수층막의 굴절률이 광흡수 중심으로부터 외부로 향하여 구상으로 변화하여 광흡수 중심의 굴절률이 낮고 외부로 향하여 굴절률이 높아지는 분포를 발생시킨다. 이때, 이 분포가 오목렌즈와 같은 기능을 한다. 즉, 광은 굴절률의 큰 곳보다도 작은 곳에서, 속도가 크고, 따라서 광 강도가 강한 가우스 분포의 중심 부분이 조사된 곳을 광이 통과할 때의 광속은, 광 강도가 약한 가우스 분포의 주변 부분이 조사된 곳을 광이 통과할 때의 광속보다도 크다. 따라서 광은, 광 강도가 약한 가우스 분포의 주변 부분이 조사된 방향으로 구부러진다. 이것은, 국부적으로는, 대기 중에서의 오목렌즈와 같은 동작이다. 실제로는, 제어광은 집광렌즈(31) 등에 의해 집광되어 열렌즈 형성층을 포함하는 광흡수층 막중에 조사된다. 그 다음, 광흡수가 수속광의 진행 방향으로 다중으로 일어나고, 다중으로 형성된 열렌즈에 의해, 진행하는 제어광 자신의 광속도 변형되기 때문에, 관측되는 열렌즈 효과는 후술하는 바와 같이 단일의 오목렌즈에 의한 것과는 다르다.

본 실시예에서는, 열렌즈 형성 소자(1,2,3)를 통과한 신호광을 수광렌즈(41,42,43)에 의해 거의 팽행광으로 시준한다. 이 수광렌즈의 개구수(이하, "NA"라고 함)는 집광렌즈의 NA보다도 커지도록 설정되어 있다. 본 실시예에서는, 집광렌즈의 NA는 0.25, 수광렌즈의 NA는 0.55가 사용된다. 수광렌즈의 NA는 집광렌즈의 NA의 2배 이상이 바람직하다. 이 관계가 만족되는 경우, 집광렌즈와 시준렌즈의 NA의 조합은 이 실시예에 한정되지 않는다. 수광렌즈의 NA를, 집광렌즈의 NA의 2배 이상으로 함으로써, 신호광의 빔 지름이 열렌즈 형성 소자에 입사할 때의 2배 이상까지 확대되어도, 어떠한 손실 없이 수광할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예에서는 집광렌즈와 수광렌즈의 초점거리는 동일하게 하고, 집광렌즈의 유효 지름은 약 1Omm인 것을 사용하였다.

수광렌즈(41,42,43)로 시준한 신호광을 구멍이 있는 거울(61,62,63)에 입사시킨다. 상세히 후술하는 바와 같이, 이 구멍이 있는 거울을 설치함으로써 신호광의 광로를 전환하는 것이 가능해진다.

광흡수층막의 흡수 대역에 있는 파장의 제어광과 투과 대역에 있는 파장의 신호광을, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이 열렌즈 형성 소자(1)의 광흡수층막의 입사면에 가까운 위치(5)에 초점을 연결하도록 동시에 조사하면, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이 제어광에 의해 입사면에 가까운 위치에 형성된 열렌즈(50)에 의해, 신호 광은 단면이 링 형상으로 퍼지도록 확산된 출사광(201)으로서 일반적인 출사광(200)보다도 큰 개방 각도로 출사한다. 한편, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 열렌즈 형성 소자의 광흡수층막의 출사면에 가까운 위치(6)에서 초점을 연결하도록 동시에 조사하면, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 제어광에 의해 출사면에 가까운 위치에 형성된 열렌즈(60)에 의해, 신호광은 수속된 출사광(119)으로서 출사한다. 도 7(a) 및 도 7(b)의 어느 경우에도, 제어광을 조사하지 않으면, 도 8(a) 및 도 8(b)에 점선으로 나타내는 바와 같이 신호광은 열렌즈(50 또는 60)의 영향을 받지 않고, 신호광만이 일반적인 개방 각도의 출사광(200)으로서 출사한다.

상기한 바와 같은 열렌즈 효과를 조사하기 위해서, 열렌즈 효과의 유무와 집광점 위치의 차이에 대응한 신호광 빔 단면에서의 광강도 분포의 차이점을 측정하였다. 즉, 도 1 또는 도 9에 개요를 나타내는 장치에서, 수광렌즈(41)의 개구수를 0.55로 하고, 집광렌즈(31)의 개구수를 0.25로 하고; 구멍이 있는 거울(61) 대신에, 도 13에 개요를 나타내는 광강도 분포 측정기(700)를 설치하고; 열렌즈 형성 소자(1)를 투과한 신호광 빔의 전부를 수광렌즈(41)로 수광하여, 평행 광선으로서 상기 광강도 분포 측정기의 수광부(701)(유효지름 20mm)에 입사시켜; 신호광 빔 단면의 광강도 분포를 측정하였다. 측정 결과를 도 18, 도 19, 및, 도 20에 나타낸다. 여기서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 광강도 분포 측정기는, 수광부(701)(유효지름 20mm)에 대하여 폭 1mm의 제1 슬릿(702)을 설치하고, 제1 슬릿의 길이 방향, 즉 도 13에서 점(710)에서부터 점(720)의 방향으로, 폭 25㎛의 제2 슬릿(703)을 일정 속도로 이동시켜서, 2매의 슬릿이 만드는 1mm × 25㎛의 직사각형의 창을 통과한 광의 강도를, 상기 창의 이동 위치에 대응시켜 측정하는 장치이다. 상기 창의 이동 위치에 대응시켜서 광 강도를 측정하기 위해서는, 예를 들면, 제2 슬릿(703)의 이동 속도에 동기시킨 스토리지 오실로스코프(storage oscilloscope) 위에, 상기 창을 통과한 광을 수광한 검출기의 출력을 기록하면 좋다. 도 18∼도 20은, 이상과 같이 하여, 스토리지 오실로스코프 위에 기록된 신호광의 광빔 단면에 대한 광강도 분포를 나타내는 것이며, 가로축(광빔 단면내의 위치)은 수광부(701)의 중심을 O으로 하고, 도 13의 점(710)을 마이너스 방향으로, 점(720)을 플러스 방향으로 좌표를 정하여 표시한 위치에 대응하며, 세로축은 광강도를 나타낸다.

도 18은, 도 9(a)의 경우에 대응하고, 열렌즈 형성 소자(1)에 제어광이 입사하지 않고, 신호광만이 입사한 경우의 상기 신호광 빔 단면의 광강도 분포이다. 이 경우의 광강도 분포는, 중심 부분의 강도가 강하고, 주변으로 갈수록 강도가 약해지는, 거의 가우스 분포로 된다. 따라서, 이 경우에 충분한 크기의 구멍(161)을 가진 구멍이 있는 거울(61)이 도 9(a)와 같이 설치되어 있으면, 신호광 빔(111)의 전부가 구멍이 있는 거울의 구멍(161)을 통과할 수 있다. 여기서, 평행광으로서 집광렌즈(31)(초점거리 f₁)에 입사하는 신호광의 빔 지름을 d₁, 수광렌즈(41)(초점거리 f₂)에 의해 평행광으로 된 신호광 빔(111)의 빔 지름을 d₂로 하면,

f₁:f₂ = d₁:d₂ ··· [8]

이므로, d₂은 다음 식에 의해 구할 수 있다.

d₂ = (f₂/f₁)×d₁ ···[9]

구멍이 있는 거울(61)은 본 실시예 1에서는, 신호광의 광축과 45도의 각도를 갖게 설치되어 있다. 또한, 구멍(161)을 통과하는 신호광의 단면은 원형이다. 따라서, 구멍(161)의 형상은 단경(D₁)과 장경(D₂)을 가진 타원일 필요가 있고, D₁과 D₂는 다음 식[10]의 관계에 있다.

D₂ = D₁×√2 ··· [10]

여기서, 구멍이 있는 거울(61)의 타원형 구멍(161)의 단경(D₁)은, 식[9]으로부터 구해지는 신호광 빔(111)의 빔 지름(d₂)보다도 크면 좋다. 그러나, D₁이 너무 크면, 제어광의 조사에 의해 링 형상으로 확대된 신호광의 일부도 통과해버린다. 즉, D₁의 최적값은 d₂의 1.01배 또는 1.2배이며, 더 바람직하게는 1.02배 또는 1.1배이다.

본 실시예 1에서, 집광렌즈(31)의 초점거리 f₁과 수광렌즈(41)의 초점거리 f₂는 동일하게 하였다. 따라서, 집광렌즈(31)에 입사하는 신호광(11O)의 빔 지름(d₁)과 수광렌즈에 의해 평행광으로 된 신호광(111)의 빔 지름(d₂)은 동일하며, 상술한 바와 같이 1Omm이다. 따라서, 본 실시예 1에서의 구멍이 있는 거울(61)의 타원형 구멍(161)의 단경(D₁)은 10.1mm∼12mm가 바람직하고, 10.2mm∼11mm이 더 바람직하며, 실제로는 10.5mm로 하였다. D₂는 식[7]에 의해 14.8mm로 결정되었다. 또한, 거울의 사이즈는 직경 30mm의 빔을 45도 반사할 수 있는 크기(50mm각)의 거울을 사용하였다.

도 19는 초점(집광점)을 열렌즈 형성 소자(1)의 집광렌즈(31)에 가까운 위치(5)(광의 입사측)에 설정하여, 제어광을 조사했을 때의 신호광 빔 단면의 광강도 분포이다. 이 경우의 광강도 분포는, 중심부분의 광강도가 약하고, 주변에서 링 형상으로 광 강도가 증대하는 분포로 되어 있다. 신호광 빔 단면의 중심부의 광강도는 제어광 강도 및 열렌즈 형성 소자(1)와 초점의 위치 관계에 의존하여 감소하고, 제어광 강도가 증가함에 따라, 제로에 가까이 간다. 또한, 신호광의 광 강도의 극대 위치는, 원래의 빔 지름보다도 큰 값(지름 약 15mm)이다.

도 20에 대응하는 열렌즈 효과의 이용에 대해서는, 실시예 2에 기재한다.

이상을 정리하면, 도 8(a)의 광학 배치에서, 제어광 조사의 유무에 대응하여, 열렌즈 형성 소자를 통과한 신호광의 빔 단면의 광강도 분포가, 도 19의 링 형상 분포(제어광 조사의 경우)와 도 18의 가우스 분포(제어광 비조사의 경우) 사이에서 전환되고, 이것을, 신호광 빔 단면의 광강도 분포의 형상에 적합한 구멍이 있는 거울에 의해, 각각 별개로 취출함으로써, 신호광의 광로의 전환이 가능해진다.

본 실시예 1에서는, 구멍이 있는 거울(61)은 신호광의 광축과 45도의 각도를 갖도록 설치되어 있다. 구멍이 있는 거울(61)의 거울면은, 유리면 위에 유전체 다층막을 스퍼터링법으로 형성하여, 신호광의 파장에서 반사율이 극대로 되도록 조정한 것을 사용하였다. 구멍이 있는 거울(61)의 구멍(161) 부분은, 유리에 타원 형상의 구멍을, 45도 기울여서 뚫어서 만들었다. 구멍을 뚫는 대신에, 타원 형상의 반사막을 부착하지 않아도 좋지만, 유리면에는 몇% 반사가 있어서 신호광의 감쇠 또한 크로스토크(cross-talk)가 일어나므로, 구멍을 뚫는 편이 바람직하다. 구멍의 내면은 광 산란 등에 의한 차광을 방지하기 위해서, 평활하게 무반사 처리되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 반사막은 유전체 다층막에 한정되는 것은 아니며, 사용하는 제어광과 신호광을 반사하는 재료이면 어떠한 것이라도 좋고, 금, 은 등이어도 좋다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 광로전환에 의해, 신호광 본래의 진행 방향으로부터 90도로 방향을 변환하여 취출한 신호광(스위치 신호광)(211,212,213)은, 집광렌즈(71,72,73)로 집광하여 광섬유(11,12,13)에 입사시킨다.

제어광의 모든 광원(21,22,23)이 소등해 있는 경우, 신호광은 열렌즈 효과에 영향을 받지 않고, 신호광(111,112,113)으로서 출사한다. 출사 신호광(113)을 집광렌즈(401)에 의해 집광하여 광섬유(101)에 입사시킨다.

광섬유(11,12,13, 및 101) 대신에, 광검출기 등에 입사시켜, 정보를 전기 신호로 변환하여 취출해도 좋다.

여기서, 열렌즈 형성 소자(1,2,3)에서의 제어광의 투과율이 0%가 아닌 한, 투과율에 상당하는 분량의 제어광도 열렌즈 형성 소자(1,2,3)를 투과하여, 출사되어 나온다. 이 제어광이 후단의 열렌즈 형성 소자 등에 입사하여 오동작 내지 크로스토크를 일으키는 것을 피하기 위해서, 열렌즈 형성 소자(1,2,3)에서의 각각의 제어광의 투과율을 0%에 한없이 근접시킬 필요가 있다. 또한, 열렌즈 형성 소자(1,2,3)의 뒤 또는 집광렌즈(41,42,43)의 뒤에 파장 선택 투과 필터(81,82,83)를 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 파장 선택 투과 필터로는, 개개의 제어광의 파장대역의 광을 완전히 차단하는 한편, 신호광 및 후단의 광로전환 기구를 위한 제어광의 파장대역의 광을 효율적으로 투과할 수 있는 파장선택 투과 필터이면, 공지의 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 색소로 착색한 플라스틱이나 유리, 표면에 유전체 다층막을 설치한 유리 등을 사용할 수 있다. 이러한 파장선택 투과 필터용 재료로 이루어지는 박막을 집광렌즈(41,42,43)의 표면에 코팅법, 스퍼터링법 등의 방법으로 형성하여, 상기 파장선택 투과 필터로서의 기능을 발휘시키도 좋다.

본 실시예의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는 집광렌즈, 열렌즈 형성 소자, 수광 렌즈, 및 구멍이 있는 거울로 이루어지는 광로전환 기구를 3단 직렬로 연결한 것이다. 따라서, 제어광을 모두 소등한 경우에는 신호광은 직진하여 광섬유(101)에 입사하는 반면, 제어광(21)을 점등한 경우에는 신호광(211)이 광섬유(11)로, 제어광(21)을 소등하고 제어광(22)을 점등한 경우에는 신호광(212)이 광섬유(12)로, 또한 제어광(21 및 22)을 소등하고 제어광(23)을 점등한 경우에는 신호광(213)이 광섬유(13)로, 광로가 전환되어 출사한다. 복수의 제어광을 동시에 점등하는 케이스에 대해서는 뒤의 실시예에서 설명한다.

본 실시예 1의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치를 사용하여, 제1단째의 광로전환 기구의 광응답 속도를 측정하기 위해서, 신호광을 연속광으로 사용하는 한편, 제어광(121)을 수Hz∼100kHz의 주파수로, 듀티비(duty ratio)가 1:1인 직사각형파 단속 광선으로서 조사하여, 광로전환된 신호광의 강도 진폭의 대소를 비교 하였다.

도 1에 나타내는 제어광 광원(21)으로부터의 제어광(121)을 광검출기로 유도하여 오실로스코프상에서 측정한 제어광의 파형(1210), 및 제어광(121)의 명멸에 대응하여 광로전환된 신호광(211)을 광검출기로 유도하여 오실로스코프상에서 측정한 신호광의 파형(1220)을 도 15 및 도 16에 나타낸다. 또한, 도 16의 세로축은 도 15의 경우의 3배로 확대되어 있다. 또한, 제어광(121)을 단속하는 직사각형파의 주파수를 200Hz∼100kHz로 설정하고, 그때의 신호광의 단속에 대응하는 신호광의 파형(1220)의 진폭(L)을 측정한 결과를 도 17에 나타낸다.

도 15에서 제어광(121)(도 1)을 단속하는 직사각형파의 주파수는 500Hz이며, 이때의 신호광의 단속에 대응하는 신호광의 파형(1220)의 진폭(L)을 기준 1로 하면, 제어광(121)(도 1)을 단속하는 구형파의 주파수 범위 0.2∼2kHz에서, 진폭(L)은 거의 1이었다. 즉, 500㎲ec내에 완전한 광로전환이 가능함이 확인되었다. 이것은, 전기히터를 사용한 열광학 효과를 사용하는 광 스위치(응답 속도는 밀리미터초 오더)에 비해, 2배 이상의 고속 응답이다.

주파수를 더 높인 경우의 예로서, 주파수 20kHz에서의 신호광의 파형(1220)을 도 16에 나타낸다. 도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 열렌즈 효과에 의한 광로전환이 완료되기 전에 제어광을 소등하면, 신호광의 파형은 톱날 형상으로 되어, 진폭(L)은 작아지게 된다. 즉, 열렌즈 효과의 응답 속도를 넘으면, 광로의 전환이 불완전해져, 신호광의 일부는 광로전환되지 않고 직진한다.

이상과 같은 제1단째의 광로전환 기구에서 행한 광응답 속도 측정과 동일한 측정을, 제2단째 및 제3단째의 광로전환 기구에서, 각각 신호광(122 및 123)을 단속시켜서 실시한 결과, 제1단째와 동등한 응답속도가 측정되었다.

본 실시예 1의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 내구성을 측정하기 위해서, 신호광을 연속광으로 사용하는 한편, 제어광(121,122,123)을 각각, 주파수 1kHz로, 듀티비 1:1의 직사각형파 단속 광선으로 조사하여, 광로전환된 신호광의 강도 진폭의 시간을 비교하였다. 그 결과, 각각 연속 작동 1만 시간이 경과 후에도, 신호광의 강도 진폭은 감쇠하지 않았다.

본 실시예 1의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 편파 의존성을 검증하기 위해서, 신호광 및 제어광에 1매의 편광소자를 삽입하고, 편광각을 변화시키는 실험을 실시하였다. 그러나, 편파 의존성은 전혀 확인되지 않았다.

본 실시예 1의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 출사 직진광과 광로전환광의 크로스토크 특성을 조사하기 위해서, 제어광을 모두 소등한 경우, 제어광 광원(21)만을 점등한 경우, 제어광 광원(22)만을 점등한 경우, 및, 제어광 광원(23)만을 점등한 경우의 각각에 대해서, 광섬유(101,11,12,13)로부터의 출사광 강도를 비교하였다. 그 결과, 목적으로 하는 출사광 강도에 대한 누락광(크로스토크) 강도는 2000∼8000:1(-33∼39dB)로 미약하였다.

[실시예 2]

신호광 빔 단면에서의 광강도 분포의 일례를 나타내는 도 20은, 도 8(b) 및 도 10(b)에 나타내는 바와 같은 광학 배치의 경우에 대응하여, 초점(집광점)을 도 7(b)에 나타내는 열렌즈 형성 소자(1)의 수광렌즈(41)에 가까운 위치(6)(광의 출사측)에 설정하고, 제어광을 조사했을 때의 신호광 빔 단면의 광강도 분포를 나타낸다. 이 경우, 중심부분의 광 강도가, 제어광을 조사하지 않는 경우의 중심 부분의 광강도(도 18)보다 강하게 되어 있다. 이 경우에, 신호광 빔 단면의 중심부의 광강도는, 제어광 강도 및 열렌즈 형성 소자(1)와 초점(6)의 위치 관계에 의존하지만, 제어광이 조사되지 않은 경우의 몇 배에 이른다.

따라서, 이 실시예와 같이, 구멍이 있는 거울(61)이 설치되어 있으면, 신호광 빔의 대부분이 구멍이 있는 거울의 구멍(161)을 통과한다. 여기서, 구멍이 있는 거울(61)(62,63)의 구멍(161)의 크기가 최적화(본 실시예 2의 경우, 지름 2mm)되어 있으면, 구멍이 있는 거울(61)에 의해 반사되는 신호광을 사실상 제로로 할 수 있다. 그러나, 구멍이 있는 거울(61)의 구멍(161)의 크기를 최적화해도, 제어광을 조사하지 않는 경우(도 9(a), 도 8)에는, 도 10(a)에 나타내는 바와 같은 신호광의 중심부분이 구멍(161)을 누락 신호광(118)으로서 통과해버리는 것은 막지 못한다. 즉, 본 실시예 2의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치에서는, 신호광 빔 단면의 광강도 분포가 가우스 분포 또는 가우스 분포에 가까울 경우, 도 10(a)에서의 신호광(211)에 대하여, 반드시, 어느 정도의 누설 신호광(118)(크로스토크)이 발생한다.

그러므로, 열렌즈 형성 소자로 입사하는 신호광 빔 단면의 광강도 분포를 변경함으로써, 이러한 누설 신호광을 사실상 제로로 할 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2b에 나타내는 바와 같이, 광섬유(100)로부터 출사한 신호광(110)을 시준렌즈(30)를 사용하여 정형(整形)한 후, 원뿔 프리즘형 렌즈 등으로 이루어지는 빔 단면 링화 렌즈 군(321)에 의해, 신호광 빔 단면의 광강도 분포를 도 19에 상당하는 링 형상의 분포로 하는 것이 용이할 수 있다. 이러한 단면광 강도 분포의 신호광(110)을 집광렌즈(31)를 사용하여 초점위치(6)(도 1O(a))를 통과하도록 수속하여 열렌즈 형성 소자(1)를 투과시킨 후, 수광렌즈(41)에 의해 평행 광선으로 되돌린다. 그러면, 그 광 빔 단면의 광강도 분포는, 도 19에 상당하는 바와 같이, 주변 부분에서 강하고, 중심부분이 사실상 제로인 링 형상으로 된다. 따라서, 구멍이 있는 거울(61)을 설치한 경우, 그 구멍(161)을 통과하는 신호광의 누락을 사실상, 없앨 수 있다. 신호광 빔 단면의 광강도 분포가 이렇게 링 형상이어도, 도 9(b)과 같이 제어광을 조사하여 열렌즈(60)를 과도적으로(transiently) 형성시킨 경우에는, 신호광 빔 단면의 광강도 분포가 날카로운 빔 형상으로 되고, 그 신호광이 수속 직진 신호광(119)으로서 구멍이 있는 거울(61)의 구멍(161)을 통과한다.

도 10에 예시하는 바와 같은 광학 배치에서, 제어광 및 신호광의 초점이 열렌즈 형성 소자의 출사측에 가까운 위치(6)에 형성되도록 조정하고, 또한 신호광 빔 단면의 광강도 분포를 링 형상으로 함으로써, 제어광을 조사하지 않았을 때에는, 신호광 본래의 진행 방향에서 90도, 광로를 전환하여 신호광을 출사시킬 수 있다. 마찬가지로, 제어광 조사 시에는 신호광을 직진시킬 수 있다.

본 실시예 2의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는, 실시예 1(도 1)에서의 광로전환 기구(91,92,93)를 도 2b에 예시한 광로전환 기구(191)로 모두 바꿔놓은 것으로서, 신호광 및 제어광의 초점(집광점)을 열렌즈 형성 소자(1)의 수광렌 즈(41)에 가까운 위치(6)(광의 출사측)에 설정하여, 구멍이 있는 거울(61)의 구멍(161)을 실시예 1의 경우보다도 적게, 지름 2mm로 한 것이다. 이 경우, 신호광 및 제어광의 초점(집광점)을 열렌즈 형성 소자(1)의 수광렌즈(41)에 가까운 위치(6)(광의 출사측)에 설정하기 위해서는, 열렌즈 형성 소자의 광흡수층막에서의 제어광의 투과율은 1∼5%인 것이 바람직하다.

광로전환 기구(191)에 입사하는 신호광(110)의 빔 단면 광강도 분포가 가우스 분포 또는 가우스 분포와 유사한 분포로서, 링 형상이 아닌 경우, 원뿔 프리즘형 렌즈 등으로 이루어지는 빔 단면 링화 렌즈 군(321)에 의해, 신호광 빔 단면의 광강도 분포를 링 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 신호광과 제어광이 동시에 조사되었을 경우, 제어광의 광흡수에 의해 형성된 열렌즈(60)를 출사하는 수속 직진 신호광(119)은 빔 지름이 작기 때문에, 후단에서 집광하는 경우, 상기한 바와 같이 빔 웨이스트가 커져 버린다. 이것을 회피하기 위해서, 수속 직진 신호광(119)을 빔 익스펜더(331)에 의해, 입사 신호광(110)과 동등한 반경 5mm까지 확대시킨 신호광(111)으로서 출사시키는 것이 바람직하다.

본 실시예 2의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 제어광(121,122,123)의 점등의 조합과 광로전환의 관계는 다음과 같다. 적어도 제어광(121)을 소등한 경우, 신호광(110)은 구멍이 있는 거울(61)의 반사면에 의해 반사되어, 광로전환 신호광(211)으로서 출사하고, 집광렌즈(71)에 의해 집광되어, 광섬유(11)에 입사한다. 제어광(121)을 점등한 경우, 신호광(110)은 수속 직진 신호광(119)으로서 구멍이 있는 거울(61)의 구멍(161)을 통과한 후, 빔 익스펜더(331)에 의해 입사 신호 광(110)과 같은 빔 지름까지 확대되어서 제2단째의 광로전환 기구(192)(도 4)에 입사한다. 제어광(121)이 점등되어 있고, 제어광(122)이 소등되어 있는 경우, 신호광(111)은 광로전환광(212)으로서 출사하여, 광섬유(12)에 입사한다.

제어광(121 및 122)이 동시에 점등해 있는 경우, 신호광은 직진하여, 신호광(112)으로서 제3단째의 광로전환 기구(193)(도 4)에 입사하고, 제어광(121과 122)이 동시에 점등해 있고 제어광(123)이 소등해 있는 경우, 광로전환광(213)으로서 광섬유(13)에 입사한다. 제어광(121,122,123)이 모두 점등해 있는 경우, 신호광(110)은 최종적으로 직진 신호광(113)으로서 출사하여, 집광렌즈(401)에 의해 집광되어, 광섬유(101)에 입사한다.

본 실시예 2의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 광응답 속도를 측정하기 위해서, 신호광을 연속광으로 사용하는 한편, 제어광(121)을 주파수 수Hz∼100kHz로, 듀티비 1:1의 직사각형파 단속 광선으로서 조사하여, 광로전환된 신호광의 강도 진폭의 대소를 비교하였다. 그 결과, 1Hz일 때의 신호광의 강도 진폭을 기준으로, 2kHz까지, 강도 진폭은 변화되지 않았고, 주파수를 더 높였을 경우, 강도 진폭은 서서히 감쇠하여, 10kHz일 때 반감하였다. 즉, 500㎲ec내에 완전한 광로전환이 가능함이 확인되었다. 이것은, 전기 히터를 사용한 열광학 효과를 사용한 광 스위치에 비해, 2배 이상의 고속 응답이다. 제어광(122 및 123)을 마찬가지로 단속해도, 제어광(121)을 단속한 경우와 동등한 응답 속도가 관측되었다.

본 실시예 2의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 내구성을 측정하기 위해서, 신호광을 연속광으로 사용하는 한편, 제어광(121,122,123)을 각각 주파수 1kHz로, 듀티비 1:1의 직사각형파 단속 광선으로서 조사하여, 광로전환된 신호광의 강도 진폭의 시간을 비교하였다. 그 결과, 각각 연속 작동 1만 시간이 경과해도, 신호광의 강도 진폭은 감쇠하지 않았다.

본 실시예 2의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 출사 직진광과 광로전환광의 크로스토크 특성을 조사하기 위해서, 제어광 모두를 소등하는 경우, 제어광(121)만 점등하는 경우, 제어광(121 및 122)만 점등하는 경우, 및, 제어광(121,122,123) 모두 점등하는 경우 각각에 대해서, 광섬유(101,11,12,13)로부터의 출사광 강도를 비교하였다. 그 결과, 목적으로 하는 출사광 강도에 대한 누락광(크로스토크) 강도는 1000∼2000:1(-30∼33dB)로 미약하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서의 구멍이 있는 거울(61)의 설치 각도(신호광(110)의 광축에 대하여 45도)를 변경하고, 타원상의 구멍(161)의 형상(단경에 대한 장경의 크기)을 설치 각도에 의거하여 삼각 함수를 사용하여 계산하여 결정함으로써, 신호광(110)의 광축에 대한 광로전환의 각도를, 대략 5도∼175도의 범위에서 자유롭게 변경할 수 있다. 제2단째 이후의 구멍이 있는 거울(62 및 63)의 설치 각도도 마찬가지로 변경할 수 있다.

또한, 신호광(110)의 광축을 회전축으로 하여, 구멍이 있는 거울(61)의 설치 위치를 회전시키고, 집광렌즈(71) 등의 위치를 이동함에 의해서도, 신호광(110)의 광축에 대한 광로전환의 방향을, 0∼360도의 범위에서 자유롭게 변경할 수 있다. 제2단째 이후의 구멍이 있는 거울(62 및 63)의 설치 위치도 마찬가지로 변경할 수도 있다.

[실시예 4]

도 5는, 실시예 4의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 개략적인 구성을 나타내고 있다.

도 5에서, 신호광 광원(20), 제어광 광원(21,22,23), 다이클로익 거울(51,52,53), 집광렌즈(10), 광섬유(100), 및 시준렌즈(30)는 실시예 1의 경우와 로 동일하다.

도 5의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치는, 실시예 1의 제2단째의 광로전환 기구(92)에 1개, 또한 제1단째의 광로전환 기구(91)의 후단에 3개의 광로전환기구를 공간결합형으로 추가, 연결하여, 합계 7개의 광로전환기구에 의해, 또한 3종류의 제어광의 동시 점등의 조합에 의해, 신호광(120)의 출사처를 광섬유(101,102,103,104,13,14,15, 및 16)의 8방향으로 광로전환하는 것이다. 즉, 원리적으로는, 일반적으로, n을 2 이상의 정수로서, n 종류의 제어광의 점등 상황의 조합에 의해, 2ⁿ 방향의 광로전환이 2ⁿ-1의 광로전환 기구를 연결함으로써 가능해진다. 실제로는 광로전환 기구 1단당 신호광의 투과율의 조합에 의해, 실용적인 조합 단수가 결정된다. 광로전환 기구에 의해 광로가 바뀌지 않는 "직진 신호광"의 투과율을 85%(신호강도로서 0.7dB 감쇠), 광로가 전환된 전환 신호광의 감쇠율을 80%(신호강도로서 1.0dB 감쇠)로 가정하면, 모두 직진한 경우의 종합 투과율은 61.4%(신호강도로서 2.1dB 감쇠), 3단으로 전환된 경우의 종합 투과율은 51.2%(신호강도로서 2.9dB 감쇠)이다. 표 2에 3종류의 제어광(121,122,123)의 동시 점등의 조합과 신호광 출사처를 정리하여 나타낸다.

[표 2]

	제어광			신호광 출사처
	121	122	123
제어광의 온/오프의 조합	오프	오프	오프	101
	오프	오프	온	13
	오프	온	오프	14
	오프	온	온	102
	온	온	오프	104
	온	온	온	16
	온	오프	오프	15
	온	오프	온	103

제1단째의 광로전환 기구(91)의 열렌즈 형성 소자로는, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 532nm의 신호광(121)을 흡수하는 색소[1]의 용액을 충전한 색소용액 충전식 열렌즈 형성 소자를 사용하였다. 파장 투과율 특성도 실시예 1의 경우와 동일한 것으로 하였다.

제2단째의 광로전환 기구(92)(광로전환 기구(91)로부터의 직진광(111)과 공간적으로 결합)와 (95)(광로전환기구 91로부터의 전환광(211)과 공간적으로 결합)의 열렌즈 형성 소자로는, 어느 경우에도, 실시예 1의 경우와 같이 파장 670nm의 신호광(122)을 흡수하는 색소[2]의 용액을 충전한 색소용액 충전식 열렌즈 형성 소자를 사용하였다. 파장 투과율 특성에 관해서는 뒤에 설명한다.

제3단째의 광로전환기구(93)(광로전환기구(92)로부터의 직진광(112)과 공간 적으로 결합), (94)(광로전환기구(92)로부터의 전환광(212)과 공간적으로 결합), (96)(광로전화기구(95)로부터의 전환광(215)과 공간적으로 결합), (97)(광로전환기구(95)로부터의 직진광(115)과 공간적으로 결합)의 열렌즈 형성 소자로는, 어느 경우에도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 파장 800nm의 신호광(123)을 흡수하는 색소[3]의 용액을 충전한 색소용액 충전식 열렌즈 형성 소자를 사용하였다. 파장 투과율 특성에 관해서는 뒤에 설명한다.

여기서, 전단의 광로전환 기구로부터의 직진광과 결합하는 후단의 광로전환 기구(92,93,97)에서는, 실시예 1에서의 광로전환 기구의 경우와 마찬가지로, 집광렌즈(31) 등에 의해 신호광 및 제어광을 도 7(a) 및 도 9의 위치 5에 상당하는 위치, 즉, 열렌즈 소자의 광흡수층막의 입사면에 가까운 위치에 초점을 연결하도록 조정하고, 또한, 구멍이 있는 거울(61) 등의 구멍(161) 등의 크기도, 실시예 1의 경우와 동일하게 하였다. 그 결과, 전단의 광로전환 기구로부터의 직진광을 효율적으로, 후단의 광로전환 기구에 의해 직진 또는 전환할 수 있게 된다. 광로전환 기구(92,93,97)에서는, 각각의 제어광의 투과율이 0.0∼0.2%로 조정되고, 신호광 850mn의 투과율이 85∼99%로 되도록 조정하였다.

한편, 전단의 광로전환 기구로부터의 광로전환광(링 형상의 단면의 광)과 결합하는 후단의 광로전환 기구(94,95,96)에서는, 실시예 2의 광로전환 기구(191)의 경우와 마찬가지로, 집광렌즈(31) 등에 의해 신호광 및 제어광을 도 7(b) 및 도 10의 위치 6에 상당하는 위치, 즉, 열렌즈 소자의 광흡수층막의 출사면에 가까운 위치에 초점을 연결하도록 조정하고, 또한 구멍이 있는 거울(61) 등의 구멍(161) 등 의 크기도, 실시예 2의 경우와 동일하게 하였다. 다만, 광로전환기구(94,95,96)에는, 전단의 광로전환 기구로부터, 광로가 전환된 링 형상의 신호광(212,211,215)이 각각 공간 결합되어서, 링 형상인 채로 입사하기 때문에, 광로전환 기구(191)에서의 빔 단면 링화 렌즈 군(321)(도 2b)은 설치하지 않았다. 한편, 수속 직진 신호광(119)의 빔 지름을 확대하기 위한 빔 익스펜더(331)(도 2b)는 광로전환 기구(94,95,96)의 각각에 설치하였다.

그 결과, 전단의 광로전환기구로부터의 링 형상 단면의 광로전환광을 효율적으로, 후단의 광로전환 기구에 의해 직진 또는 전환할 수 있게 된다. 광로전환 기구(94,95,96)에서는, 각각의 제어광의 투과율이 1.0∼50%, 신호광 850nm의 투과율이 85∼99%로 되도록 조절하였다.

제3단(최종단)의 광로전환기구로부터 출사하는 직진광(113,114,116,117)에 대해서는, 각각, 집광렌즈(401,402,403,404)에 의해 집광하여, 출사 신호광 광섬유(101,102,103,104)에 입사한다. 또한, 상기 출사하는 광로전환광(213,214,216,217)은, 각각, 집광렌즈(73,74,75,76)에 의해 집광되어, 출사 신호광 광섬유(13,14,15,16)에 입사한다. 이들 광섬유의 사양은 실시예 1에서와 동일하다.

본 실시예 4의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치에 대하여, 제1∼3단째의 광로전환 기구의 광응답 속도를 실시예 1의 경우와 동일한 방법으로 측정한 결과, 동일한 결과가 얻어졌다.

본 실시예 4의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 내구성을 실시예 1의 경우와 동일한 방법으로 측정한 결과, 각 광로전환 기구에 대해서도, 각각 연속 작동 1만 시간이 경과해도, 신호광의 강도 진폭은 감쇠하지 않고, 높은 내구성을 확인할 수 있었다.

본 실시예 4의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 편파 의존성을 검증하기 위해서, 신호광 및 제어광 각각에 1매의 편광 소자를 삽입하고, 편광각을 다양하게 변화시키는 실험을 실시했지만, 편파 의존성은 전혀 확인되지 않았다.

본 실시예 4의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 8개의 출사 신호광 사이의 크로스토크 특성을 조사하기 위해서, 표 2에 나타내는 제어광 점등의 8가지 조합 각각의 경우에 대해서, 광섬유(13,14,15,16,101,102,103,104)로부터의 출사 광 강도를 비교한 결과, 목적으로 하는 출사광 강도에 대한 누락광(크로스토크) 강도는 1000∼8000:1(-30∼39dB)로 미약하였다.

[실시예 5]

도 6은, 실시예 5의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 개략적인 구성을 나타내고 있다. 본 실시예 5는, 실시예 4의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치에서의 공간결합형 광로전환 기구(91,92,93,94,95,96,97)(도 2a 또는 도 2b에 상당함)를 광섬유 결합형 광로전환 기구(910,920,930,940,950,960,970)(모두 도 3에 상당)으로 바꿔 놓은 것이다. 상기 광섬유 결합형 광로전환 기구 모두에서, 실시예 1에서의 광로전환 기구의 경우와 마찬가지로, 집광렌즈(31) 등에 의해 신호광 및 제어광을 도 7(a) 및 도 9의 위치(5)에 상당하는 위치, 즉, 열렌즈 소자의 광흡 수층막의 입사면에 가까운 위치에 초점을 연결하도록 조정하고, 또한 구멍이 있는 거울(61) 등의 구멍(161) 등의 크기도, 실시예 1의 경우와 동일하게 하였다. 또한, 상기 광섬유 결합형 광로전환 기구 모두에서, 열렌즈 형성 소자의 구성, 재료, 및, 투과율 특성은 실시예 1의 경우와 동일하게 하였다. 개개의 광섬유 결합형 광로전환 기구를 접속하는 광섬유의 길이는, 일반 가정내, 병원내, 사무실내 등의 설치 용도에 따라서, 1O∼1OOm 로 하였다.

광섬유 결합에 의거하는 제어광의 로스(loss)를 보충하기 위해서 제어광 광원(21,22,23)의 출력을 높임으로써, 전단의 광로전환 기구에서, 열렌즈 형성 소자에 입사하는 제어광의 파워가 2∼5mW로 되도록 조정하였다. 또한, 신호광 광원의 출력도, 8개의 출사 신호광이 각각 충분한 파워로 되도록 조절하였다.

제3단째의 광로전환 기구(930,940,960,970)의 직진 출사 신호광은 광섬유와 시준렌즈를 경유하여 각각 수광기(1013,1014,1016,1017)에 입사되고, 광로전환된 신호광은 광섬유와 시준렌즈를 경유해서 각각 수광기(2013,2014,2016,2017)에 입사되었다.

표 3에 본 실시예 5에서의 3종류의 제어광(121,122,123)의 동시 점등의 조합과 신호광 출사처 수광기의 대응 관계를 정리해서 나타낸다.

[표 3]

	제어광			신호광 출사처
	121	122	123
제어광의 온/오프 조합	오프	오프	오프	1013
	오프	오프	온	2013
	오프	온	오프	1014
	오프	온	온	2014
	온	온	오프	1016
	온	온	온	2016
	온	오프	오프	1017
	온	오프	온	2017

본 실시예 5의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치의 광응답 속도, 내구성, 편파 의존성, 및, 크로스토크에 대해서 실시예 4의 경우와 마찬가지로 측정하여, 동등 또는 동등 이상의 결과를 얻었다.

본 발명에 의해, 전기회로나 기계적 가동 부분을 사용하지 않고, 고속으로 작동하고, 내구성의 높고, 편파 의존성이 없는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치 및 광신호 광로전환 방법은, 예를 들면, 기업의 사무실, 공장, 병원, 일반 가정 등에서, 고선명 화상 데이터 및 고선명 동영상 데이터 등의 대용량 디지털 정보를, 서버로부터 복수의 클라이언트의 특정한 1개소에, 고속으로 공급하는 시스템에 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (18)

1종류 이상의 파장의 신호광을 조사하는 신호광 광원;

상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을 조사하는 제어광 광원;

상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막;

상기 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜 조사하는 수단;

상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함에 의해, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 상기 수속된 신호광을 수속시킨 채 출사하거나, 또는, 신호광의 개방 각도를 가변시켜서 출사하는 2개 이상의 열렌즈 형성 소자; 및

상기 각 열렌즈 형성 소자 각각의 후방에 설치된, 구멍과 반사 수단을 가진 거울로서, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사한 신호광을 상기 구멍에 통과시키거나, 또는, 상기 반사 수단에 의해 반사시킴으로써 그 광로를 변화시키는 거울

를 구비하는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

1종류 이상의 파장의 신호광을 조사하는 신호광 광원;

상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을 조사하는 제어광 광원;

상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막;

상기 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하는 수단; 및

열렌즈 형성 소자와 구멍이 있는 거울의 조합으로 각각 이루어지는 2조 이상의 광로전환기구를 구비하는 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치로서,

상기 열렌즈 형성 소자는 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 출사되고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 출사되어, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시키는 열렌즈 형성 소자이며,

상기 구멍이 있는 거울은, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도 를 변경시킨 신호광의 어느 하나를 통과시키는 구멍과, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에, 일반적인 개방각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 퍼지면서 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 상기 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를 반사하는 반사 수단을 가져 광로를 변경시키는 거울인, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

1종류 이상의 파장의 신호광을 조사하는 신호광 광원;

상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을 조사하는 제어광 광원;

상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막;

상기 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하는 수단; 및

열렌즈 형성 소자와 구멍이 있는 거울의 조합으로 각각 이루어지는 2조 이상의 광로전환기구를 구비하는 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치로서,

상기 열렌즈 형성 소자는 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 수속된 채로 출사되고, 상기 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 출사되어, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시키는 열렌즈 형성 소자이며,

상기 구멍이 있는 거울은 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에, 수속된 채 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 수속된 신호광을 통과시키는 구멍과, 상기 특정의 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 상기 개방 각도를 변경시키기 위해서 설치된 수광렌즈를 투과시킨 신호광의 어느 하나를 반사시키는 반사 수단을 가져 광로를 변경시키는 거울인, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

1종류 이상의 파장의 신호광을 조사하는 신호광 광원;

상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을 조사하는 제어광 광원;

상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막;

상기 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하는 수단;

제1 열렌즈 형성 소자와 제1 구멍이 있는 거울의 조합으로 각각 이루어지는 1조 이상의 제1 광로전환기구; 및

제2 열렌즈 형성 소자와 제2 구멍이 있는 거울의 조합으로 각각 이루어지는 1조 이상의 제2 광로전환기구를 구비하는 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치로서,

상기 제1 열렌즈 형성 소자는 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 출사되고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 출사되어, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시키는 열렌즈 형성 소자이며,

상기 제1 구멍이 있는 거울은 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를 통과시키는 구멍과, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에, 통상보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 퍼지면서 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 상기 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를 반사하는 반사 수단을 가져 광로를 변경시키는 거울이며,

상기 제2 열렌즈 형성 소자는 상기 광흡수층막을 포함하고, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광이 수속된 채 출사되고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광이 일반적인 개방 각도로 출사되어, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시키는 열렌즈 형성 소자이며,

상기 제2 구멍이 있는 거울은, 상기 특정의 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에, 수속된 채 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 수속된 신호광을 통과시키는 구멍과, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 상기 개방 각도를 변경시키기 위해서 설치된 수광렌즈를 투과시킨 신호광의 어느 하나를 반사시키는 반사 수단을 가져 광로를 변경시키는 거울인, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제2항에 있어서,

2조 이상의 상기 광로전환기구가 공간을 거쳐서 직접, 또는, 광섬유 결합계를 거쳐서 직렬로 연결되어 있는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제3항에 있어서,

2조 이상의 상기 광로전환기구가 공간을 거쳐서 직접, 또는, 광섬유 결합계를 거쳐서 직렬로 연결되어 있는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제4항에 있어서,

2조 이상의 상기 광로전환기구가 공간을 거쳐서 직접, 또는, 광섬유 결합계를 거쳐서 직렬로 연결되어 있는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제2항에 있어서,

3조 이상의 상기 광로전환기구가 공간을 거쳐서 직접, 또는, 광섬유 결합계 을 거쳐서, 연결의 1단마다 상기 거울의 구멍을 통과하여 직진하는 방향과 반사하는 방향의 2방향으로 분기되어, 다단으로 연결되어 있는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제3항에 있어서,

3조 이상의 상기 광로전환기구가 공간을 거쳐서 직접, 또는, 광섬유 결합계를 거쳐서, 연결의 1단마다 상기 거울의 구멍을 통과하여 직진하는 방향과 반사하는 방향의 2방향으로 분기되어, 다단으로 연결되어 있는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제4항에 있어서,

3조 이상의 상기 광로전환기구가 공간을 거쳐서 직접, 또는, 광섬유 결합계를 거쳐서, 연결의 1단마다 상기 거울의 구멍을 통과하여 직진하는 방향과 반사하는 방향의 2방향으로 분기되어, 다단으로 연결되어 있는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

1종류 이상의 파장의 신호광과, 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을, 실질적으로 동축의 같은 방향으로 진행시켜;

상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막 각각에, 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하고;

상기 광흡수층막을 포함하는 2개 이상의 열렌즈 형성 소자 각각에서, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 상기 수속된 신호광을 수속시킨 채 출사시키거나, 또는, 신호광의 개방 각도를 가변시켜서 출사시키고;

반사면을 가진 구멍이 있는 거울을 사용하여, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라, 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사한 신호광을 상기 구멍에 통과시켜 직진시키거나, 또는, 반사면을 이용하여 반사시킴으로써 광로를 변경시키는 공정을 포함하는 광신호 광로전환 방법.

1종류 이상의 파장의 신호광과, 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을, 실질적으로 동축의 같은 방향으로 진행시켜;

상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하고;

상기 광흡수층막을 포함하는 2개 이상의 열렌즈 형성 소자의 각각에서, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광을 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사시키고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광을 일반적인 개방 각도보다도 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사시켜, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시켜;

상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를, 구멍이 있는 거울의 구멍에 통과시켜 직진시키고;

한편, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 입사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는, 일반적인 개방 각도보다 큰 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 퍼지면서 출사하는 상기 신호광을 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를, 상기 구멍이 있는 거울의 반사면을 이용하여 반사시킴으로써 광로를 변경시키는 공정을 포함하는 광신호 광로전환 방법.

1종류 이상의 파장의 신호광과, 상기 신호광과는 다른 2종류 이상의 파장의 제어광을, 실질적으로 동축의 같은 방향으로 진행시켜;

상기 신호광은 투과하고, 상기 제어광의 특정한 1종류의 파장만을 각각 선택적으로 흡수하는 2개 이상의 광흡수층막 각각에 상기 제어광과 상기 신호광을 각각 수속시켜서 조사하고;

상기 광흡수층막을 포함하는 2개 이상의 열렌즈 형성 소자의 각각에서, 상기 광흡수층막이 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광을 흡수한 영역 및 그 주변 영역에서 일어나는 온도상승에 기인하여 가역적으로 생기는 굴절률의 분포에 의거한 열렌즈를 사용함으로써, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는 상기 수속된 신호광을 수속된 채 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사시키고, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광 이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는 상기 수속된 신호광을 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사시켜, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광의 조사 유무에 따라 출사되는 상기 신호광의 개방 각도를 변경시켜;

상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되어서 상기 광흡수층막의 출사면 근방에 열렌즈가 형성되는 경우에는, 수속된 채 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 수속된 신호광을, 구멍이 있는 거울의 구멍에 통과시켜 직진시키고;

한편, 상기 특정한 1종류의 파장의 제어광이 조사되지 않아 열렌즈가 형성되지 않는 경우에는, 일반적인 개방 각도로 상기 열렌즈 형성 소자로부터 출사하는 상기 신호광의 광로를 그대로, 또는, 수광렌즈에 의해 상기 개방 각도를 변경시킨 신호광의 어느 하나를, 상기 구멍이 있는 거울의 반사면을 이용하여 반사시킴으로써 광로를 변경시키는 공정을 포함하는 광신호 광로전환 방법.

제2항에 있어서,

복수의 파장의 광 중에서, 가장 긴 파장의 광을 신호광으로 하고, 신호광보다도 짧은 2개 이상의 파장의 광을 제어광으로 하고, 상기 광로전환기구 중의 열렌즈 형성 소자가 흡수하는 파장이 가장 짧은 광로전환기구를 제1단으로 하고, 제2단 이후의 상기 광로전환기구의 열렌즈 형성 소자가 흡수하는 각각의 파장이 길어지는 순서로 후단의 광로전환기구를 연결하는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제3항에 있어서,

복수의 파장의 광 중에서, 가장 긴 파장의 광을 신호광으로 하고, 신호광보다도 짧은 2개 이상의 파장의 광을 제어광으로 하고, 상기 광로전환기구 중의 열렌즈 형성 소자가 흡수하는 파장이 가장 짧은 광로전환기구를 제1단으로 하고, 제2단 이후의 상기 광로전환기구의 열렌즈 형성 소자가 흡수하는 각각의 파장이 길어지는 순서로 후단의 광로전환기구를 연결하는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제4항에 있어서,

복수의 파장의 광 중에서, 가장 긴 파장의 광을 신호광으로 하고, 신호광보다도 짧은 2개 이상의 파장의 광을 제어광으로 하고, 상기 광로전환기구 중의 열렌즈 형성 소자가 흡수하는 파장이 가장 짧은 광로전환기구를 제1단으로 하고, 제2단 이후의 상기 광로전환기구의 열렌즈 형성 소자가 흡수하는 각각의 파장이 길어지는 순서로 후단의 광로전환기구를 연결하는, 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제1항 내지 제10항 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광흡수층막은 N,N'-비스(2,5-디-tert-부틸페닐)-3,4,9,10-페릴렌디카르복시이미드[1],

구리(II) 2,9,16,23-테트라-tert-부틸-29H,31H-프탈로시아닌[2],

및

바나딜 2,11,20,29-테트라-tert-부틸-2,3-나프탈로시아닌[3]

으로 이루어지는 색소의 군에서 2개 이상 선정되는 색소를 포함하는 광제어식 광로전환형 광신호 전송장치.

제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광흡수층막은 N,N'-비스(2,5-디-tert-부틸페닐)-3,4,9,10-페릴렌디카르복시이미드[1],

구리(II) 2,9,16,23-테트라-tert-부틸-29H,31H-프탈로시아닌[2],

및

바나딜 2,11,20,29-테트라-tert-부틸-2,3-나프탈로시아닌[3]

으로 이루어지는 색소의 군에서 2개 이상 선정되는 색소를 포함하는 광신호 광로전환 방법.

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