KR20100016439A - 광 스위치 및 광 스위치를 이용한 논리 게이트 - Google Patents

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Abstract

변경가능한 단면적을 갖는 광 경로; 상기 광 경로와 연관되고, 기동 광이 충돌하는 것에 응답하여 형상을 변경하도록 동작하는 기동 광 응답 압전 소자; 및 상기 기동 광 응답 압전 소자와 연관되어 동작되고, 기동 광 응답을 강화시키기 위한 도전 소자;를 포함하고, 상기 기동 광 응답 압전 소자는 상기 광 경로와 연관되어 있고, 상기 기동 광 응답 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 경로를 따른 광의 경로를 조정하기에 충분한 상기 광 경로의 변경가능한 단면적에서의 변화를 유발하도록 동작하는 광 스위치가 개시되어 있다. 또한 광 스위치를 채용하는 논리 게이트 및 논리 기능이 개시되어 있다.
광 스위치, 광 경로, 기동 광, 신호 광, 압전 소자, 도전 소자, 논리 게이트, 신호 채널, 파장 축소기, 이상기

Description

광 스위치 및 광 스위치를 이용한 논리 게이트{OPTICAL SWITCHES AND LOGIC GATES EMPLOYING SAME}
본 발명은 일반적으로 광 기동(light activated) 스위치 및 논리 게이트에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 참조
여기에 언급되어 통합된 아래의 관련된 출원이 참조되었다.
Figure 112009069193315-PCT00001
본 발명의 배경
여기에 언급되어 통합된, 아래에 나열된 공개공보와 함께, 역시 여기에 언급되어 통합된, 본 발명자, 개리 닐 푸베이 박사의 미국 특허 제7,072,536호 및 제7,283,698호는 당업분야의 현 상태를 나타내고 있는 것으로 판단된다.
Figure 112009069193315-PCT00002
본 발명은 향상된 광 스위치, 논리 게이트 및 논리적 기능을 제공하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 변경가능한 단면적을 갖는 광 경로; 상기 광 경로와 연관되고, 기동 광이 충돌하는 것에 응답하여 형상을 변경하도록 동작하는 기동 광 응답 압전 소자; 및 상기 기동 광 응답 압전 소자와 연관되어 동작되고, 기동 광 응답을 강화시키기 위한 도전 소자;를 포함하고, 상기 기동 광 응답 압전 소자는 상기 광 경로와 연관되어 있고, 상기 기동 광 응답 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 경로를 따른 광의 경로를 조정하기에 충분한 상기 광 경로의 변경가능한 단면적에서의 변화를 유발하도록 동작하는 광 스위치가 제공된다.
상기 광 경로, 상기 압전 소자 및 상기 도전 소자는, 상기 압전 소자에 제1 범위의 임계 레벨내의 기동 광이 충돌함으로 인해, 상기 광 경로가 제1 범위의 파장의 광이 상기 광 경로를 통과하는 것을 차단하도록 하고, 상기 압전 소자에 상기 제1 범위의 임계 레벨을 벗어나는 제2 범위의 임계 레벨내의 기동 광이 충돌함으로 인해, 상기 광 경로가 제1 범위의 파장의 광이 상기 광 경로를 통과할 수 있도록 하기 위해 구성되고 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 도전 소자는 상기 압전 소자의 표면을 따라 뻗은 도전 재료의 층을 포함한다.
상기 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 적어도 2개의 압전 재료층은 상이한 결정 방위를 갖고 있다.
상기 도전 소자는 2개의 압전 소자층 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 기동 광 및 신호 광을 상기 광 경로내에 지향시키도록 동작되는 광결합기가 또한 제공되고, 상기 기동 광의 적어도 하나의 특성은 상기 신호 광이 상기 광 경로를 통과할지 여부를 조정한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 변경가능한 단면적을 갖는 광 경로; 및 상기 광 경로와 연관되고, 기동 광이 충돌하는 것에 응답하여 형상을 변경하도록 동작하는 기동 광 응답 압전 소자;를 포함하고, 상기 기동 광 응답 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 포함하고, 상기 기동 광 응답 압전 소자는 상기 광 경로와 연관되어 있고, 상기 기동 광 응답 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 경로를 따른 광의 통과를 조정하기에 충분하게 상기 광 경로의 변경가능한 단면적을 변화시키도록 동작하는 광 스위치가 제공된다.
상기 광 경로 및 상기 압전 소자는, 상기 압전 소자에 제1 범위의 임계 레벨내의 기동 광이 충돌함으로 인해, 상기 광 경로가 제1 범위의 파장의 광이 상기 광 경로를 통과하는 것을 차단하도록 하고, 상기 압전 소자에 상기 제1 범위의 임계 레벨을 벗어나는 제2 범위의 임계 레벨내의 기동 광이 충돌함으로 인해, 상기 광 경로가 제1 범위의 파장의 광이 상기 광 경로를 통과할 수 있도록 하기 위해 구성되고 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 광에 의해 기동되는 적어도 하나의 광 스위치를 포함하는 NOT, AND, OR, NAND 및 NOR 기능중 적어도 하나를 갖는 적어도 하나의 게이트를 포함하는 논리 게이트로서, 상기 적어도 하나의 광 스위치는, 변경가능한 단면적을 갖는 광 경로; 및 상기 광 경로와 연관되고, 기동 광이 충돌하는 것에 응답하여 형상을 변경하도록 동작하는 기동 광 응답 압전 소자;를 포함하고, 상기 기동 광 응답 압전 소자는 상기 광 경로와 연관되어 있고, 상기 기동 광 응답 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 경로를 따른 광의 경로를 조정하기에 충분한 상기 광 경로의 변경가능한 단면적에서의 변화를 유발하도록 동작하는 논리 게이트가 제공된다.
상기 논리 게이트는 또한 기동 광을 상기 적어도 하나의 광 스위치에 공급하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치에 디지털 정보를 송수신하는 신호 광을 전달하는 광 콘딧을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보가 큰 파장을 갖고 있다.
상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장의 대략 2배인 파장을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 신호 광은 1500nm의 파장을 갖고 있고, 상기 기동 광은 대략 750nm의 파장을 갖고 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, NOT 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 광 스위치를 포함하고 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장의 대략 2배의 파장을 갖는 논리 게이트가 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, AND 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는, 신호 광을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부; 상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제1 광 콘딧; 상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제2 광 콘딧; 상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제3 광 콘딧; 상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제4 광 콘딧; 상기 제2 광 콘딧을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기; 상기 제4 광 콘딧을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기; 상기 제2 광 콘딧을 따른 상기 광의 위상을 상기 기동 광에 매칭시키도록 동작하는 제1 위상 매처; 상기 제4 광 콘딧을 따른 상기 광의 위상을 상기 기동 광에 매칭시키는 제2 위상 매처; 및 상기 제2 광 콘딧 및 제4 광 콘딧을 따른 파장 감소되고 위상 매칭된 광이 상호 180도 이상이 되도록 하는 이상기;를 더 포함하고, 상기 제1 및 제3 광 콘딧을 따른 광은 단일 광 입력으로서 상기 광 스위치에 공급되고, 상기 제2 및 제4 광 콘딧을 따른 파장 감소되고 위상 매칭된 광이 기동 광으로서 상기 광 스위치에 추가 기동 광과 함께 공급되는 논리 게이트가 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, NAND 기능을 제공하고, 상기 제1 광 스위치는 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는, 신호 광 입력을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부; 상기 제1 입력부에서의 신호 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기; 상기 제2 입력부에서의 신호 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기; 상기 제1 광 스위치로부터의 신호 광의 파장을 감소시키도록 동작하는 제3 파장 수정기; 상기 제1 파장 수정기로부터 제1 광 흡수기로 상기 광의 일부를 공급하는 제1 광 도파관; 상기 제1 파장 수정기로부터 상기 제1 광 스위치로 상기 광의 일부를 공급하는 제2 광 도파관; 상기 제2 파장 수정기로부터 제2 광 흡수기로 상기 광의 일부를 공급하는 제3 광 도파관; 상기 제2 파장 수정기로부터 상기 제1 광 스위치로 상기 광의 일부를 공급하는 제4 광 도파관; 상기 제1 광 스위치로부터 상기 제3 파장 수정기로 신호 광을 공급하는 제4 광 도파관; 및 상기 제3 파장 수정기로부터 상기 제2 광 스위치로 파장 수정된 광을 기동 광으로서 공급하는 제6 광 도파관;을 더 포함하는 논리 게이트가 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, OR 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 가지고 있고, 상기 논리 게이트는, 신호 광 입력을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부; 상기 제1 광 입력부를 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기; 상기 제2 광 입력부를 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기; 상기 제1 파장 수정기로부터의 파장 수정된 광의 위상을 기동 광의 위상에 매칭시키도록 동작하는 제1 위상 매처; 상기 제2 파장 수정기로부터의 광의 위상을 상기 기동 광의 위상에 매칭시키도록 동작하는 제2 위상 매처; 상기 제1 위상 매처로부터 제1 광 흡수기로 상기 광의 일부를 공급하는 제1 광 콘딧; 상기 제2 위상 매처로부터 제2 광 흡수기로 상기 광의 일부를 공급하는 제2 광 콘딧; 제1 이상기; 제2 이상기; 상기 제1 위상 매처로부터 상기 제1 이상기로 상기 광의 일부를 공급하여 상기 위상 매처로부터의 광이 상기 기동 광과 이상이 되도록 하는 제3 광 콘딧; 상기 제2 위상 매처로부터 제2 이상기로 상기 광의 일부를 공급하여 상기 제1 위상 매처로부터의 광이 상기 공급된 기동 광과 이상이 되도록 하는 제4 광 콘딧; 상기 제1 이상기로부터 상기 광 스위치로 광을 공급하는 제5 광 콘딧; 및 상기 제2 이상기로부터 상기 광 스위치로 광을 공급하는 제6 광 콘딧;을 더 포함하고, 상기 광 스위치는 상기 제5 및 제6 광 콘딧으로부터 상기 기동 광 및 신호 광을 수신하는 논리 게이트가 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, OR 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 제1 및 제2 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는, 신호 광 입력을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부; 상기 제1 광 입력부에 다른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기; 상기 제2 광 입력부에 다른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기; 상기 제1 및 제2 파장 수정기로부터 파장 수정된 광을 공급하는 제1 및 제2 광 콘딧; 상기 제1 및 제2 광 콘딧 각각을 통해 상기 제1 파장 수정기 및 제2 파장 수정기로부터 광을 수신하고, 파워 리미터로부터의 광 출력을 사전결정된 파워 레벨로 유지하도록 동작하는 파워 리미터; 상기 파워 리미터로부터 상기 제1 광 스위치로 파워 제한된 광을 공급하는 제3 광 콘딧; 상기 제1 광 스위치로부터 신호 광을 수신하고, 상기 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제3 파장 수정기; 및 상기 제3 파장 수정기로부터 상기 제2 광 스위치로 광을 공급하는 제4 광 콘딧;을 더 포함하는 논리 게이트가 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, OR 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는, 신호 광을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부; 상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제1 광 도파관; 상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제2 광 도파관; 상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제3 광 도파관; 상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제4 광 도파관; 상기 제2 광 도파관을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기; 상기 제4 광 도파관을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기; 및 상기 제1 파장 수정기로부터의 파장 수정된 광이 상기 제2 파장 수정기로부터의 상기 광에 대해 180도 만큼 이상이 되도록 하기 위해 동작하는 이상기;를 더 포함하고, 상기 광 스위치는 상기 제1 및 제3 광 도파관, 제2 파장 수정기 및 상기 이상기로부터 광을 수신하는 논리 게이트가 제공된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 신호 광을 가이딩할 수 있는 신호 채널; 상기 신호 채널에 인접한 압전 소자; 및 상기 압전 소자에 인접한 도전층;을 포함하고, 상기 신호 광의 상기 신호 채널의 통과는 압전 소자로의 기동 광의 인가에 의해 제어되고, 상기 도전층은 상기 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가되는 전기장을 강화시키는 광 스위치가 제공된다.
상기 도전층은 상기 압전 소자의 표면에 부착된 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 압전 소자에 기동 광을 인가함으로써 상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과할 수 없도록 상기 압전 소자의 형상이 변한다.
상기 신호 채널은 압축가능한 재료로 채워진 챔버를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 압전 소자는 상기 챔버의 일부를 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층을 포함한다.
상기 도전층은 상기 압전 소자의 2개의 층 사이에 부착되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 광 스위치 동작 방법으로서, 압전 소자 및 상기 압전 소자에 인접한 적어도 하나의 도전층을 포함하는 광 스위치에 신호 광을 인가하는 단계; 및 상기 광 스위치의 상태를 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하는 단계;를 포함하고, 상기 도전층은 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시키는 광 스위치 동작 방법이 제공된다.
상기 압전 소자에 상기 기동 광을 인가하는 단계에 의해 상기 신호 광이 상기 광 스위치를 통과할 수 없도록 상기 압전 소자의 형상이 변하는 것이 바람직하다.
상기 기동 광을 인가하는 단계는 상기 압전 소자에 서로 이상인 2개의 광 신호를 인가한 후에 상기 광 신호중 하나를 제거하여 상기 기동 광으로서 나머지 광 신호를 남기는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 광 스위치 동작 방법으로서, 적어도 하나의 도전층에 인접한 압전 소자에 인접한 신호 채널에 신호 광을 인가하는 단계; 및 상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과하는 것이 방지되도록 상기 압전 소자의 형상을 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하는 단계;를 포함하고, 상기 도전층은 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시키는 광 스위치 동작 방법이 제공된다.
또한, 신호 광을 가이딩할 수 있는 신호 채널; 상기 신호 채널에 인접한 압전 소자; 상기 압전 소자에 인접한 도전층; 및 상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과하는 것이 방지되도록 상기 압전 소자의 형상을 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가시키기 위한 수단;을 포함하고, 상기 도전층은 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 이낙된 전기장을 강화시키는 광 스위치가 제공된다.
또한, 광 스위치 동작 방법으로서, 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 포함하는 압전 소자를 포함하는 광 스위치에 신호 광을 인가하는 단계; 및 상기 광 스위치의 상태를 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하는 단계;를 포함하는 광 스위치 동작 방법이 제공된다.
상기 압전 소자에 상기 기동 광을 인가하는 단계에 의해 상기 신호 광이 상기 광 스위치를 통과할 수 없도록 상기 압전 소자의 형상을 변하는 것이 바람직하다.
상기 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 스위치의 신호 채널의 치수가 변하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 기동 광을 인가하는 단계는 상기 압전 소자에 서로 이상인 2개의 광 신호를 인가한 후에 상기 광 신호중 하나를 제거하여, 상기 기동 광으로서 나머지 광 신호를 남기는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 압전 소자에 인접한 도전층은 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시킨다.
또한, 신호 광을 가이딩할 수 있는 신호 채널; 및 상기 신호 채널에 인접하고, 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 포함하는 압전 소자;를 포함하고, 상기 신호 광의 상기 신호 채널의 통과는 상기 압전 소자에 기동 광을 인가함으로써 제어되는 광 스위치가 제공된다.
상기 기동 광을 상기 압전 소자에 인가하는 단계에 의해 상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과할 수 없도록 상기 압전 소자의 형상이 변하는 것이 바람직하다.
또한, 광 스위치 동작 방법으로서, 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 갖는 압전 소자에 인접한 신호 채널에 신호 광을 인가하는 단계; 및 상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과하는 것이 방지되도록 상기 압전 소자의 형상을 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하는 단계;를 포함하는 광 스위치 동작 방법이 제공된다.
또한, 신호 광을 가이딩할 수 있는 신호 채널; 상기 신호 채널에 인접하여 있고, 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 상이한 층을 포함하는 압전 소자; 및 상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과하는 것이 방비되도록 상기 압전 소자의 형상을 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하기 위한 수단;을 포함하는 광 스위치가 제공된다.
본 발명은 다음의 도면과 함께 아래의 상세한 설명으로부터 보다 더 잘 이해될 것이다.
도 1A는 신호 채널 및 압전 소자를 포함하고 기동 광에 의해 제어되는 광 스위치를 도시한 도면,
도 1B는 이러한 압전 소자에 기동 광을 인가함으로써 얻어지는 기동된 상태를 도 1A의 압전 소자를 도시한 도면,
도 2A는 도 1A의 IIA-IIA 라인을 따라 취해진, 압전 소자가 비기동 상태일 때의 도 1A의 신호 채널 및 압전 소자의 단면도,
도 2B는 도 1B의 IIB-IIB 라인을 따라 취해진, 압전 소자가 기동 상태일 때의 도 1B의 신호 채널 및 압전 소자의 단면도,
도 3은 신호 채널의 치수에 대한 광 신호 감쇠도의 그래프,
도 4A 및 도 4B는 신호 광보다 짧은 파장을 갖는 기동 광을 인가하는 단계를 수반하는 광 스위치의 상태를 변경시키는 기술을 도시한 도면,
도 5A 및 도 5B는 기동 광을 인가하는 단계가 서로 이상인 2개의 광 신호를 제공한 후에 광 신호중 하나를 제거하여 나머지 광 신호를 기동 신호로서 남기는 단계를 수반하는 광 스위치의 상태 변경 기술을 도시한 도면,
도 6A는 신호 채널, 압전 소자 및 이러한 압전 소자에 인접한 도전층을 포함하는 광 기동 광 스위치의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 6B는 기동 광을 압전 소자에 인가함으로써 얻어지는 기동된 상태의 도 6A의 압전 소자를 도시한 도면,
도 7은 도전층의 전자에 대한 기동 광의 전기장의 액션을 도시한 도면,
도 8은 도 1A 내지 도 7에 참조하여 상술된 광 기동 광 스위치를 포함하는 광 스위치 시스템을 도시한 도면,
도 9는 광 스위치와, 신호광 및 기동광을 동일한 신호 채널에 결합시키는데 사용되는 광결합기의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 10A는 상이한 압전 특성을 갖는 2개보다 많은 층의 압전 재료를 가지고 있는 압전 소자의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 10B는 2개 층의 압전 소자 사이에 샌드위칭된 도전층을 포함하는 광기동된 광 스위치의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 10C는 다층 압전 소자 사이에 샌드위칭된 다수의 도전층을 포함하는 광기동된 광 스위치의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 10D는 신호 채널의 2개의 상이한 사이드에 다층 압전 소자 및 도전층을 포함하는 광기동된 광 스위치의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 10E는 신호 채널의 2개의 각 사이드에 다층 압전 소자 및 도전층을 포함하는 광기동된 광 스위치의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 11A는 신호 채널의 일부가 압축가능한 재료로 채워진 챔버를 포함하는, 신호 채널 및 압전 소자를 포함하는 광기동된 광 스위치의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 11B는 기동 광을 압전 소자에 인가함으로써 얻어지는 기동된 상태의 도 11A의 압전 소자를 도시한 도면,
도 12A는 신호 채널, 압전 소자 및 이러한 압전 소자에 인접한 도전층을 포함하고, 신호 채널은 광섬유이고 압전 소자 및 도전층은 이러한 광섬유의 둘레에 밴드 형상으로 형성된, 광기동되는 광 스위치의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 12B는 기동 광을 압전 소자에 인가함으로써 얻어지는 기동된 상태의 도 12A의 압전 소자를 도시한 도면,
도 13A는 신호 채널, 투명 압전 소자 및 이러한 투명 압전 소자에 인접한 도전층을 포함하고, 신호 채널은 투명 압전 소자를 포함하는, 광기동되는 광 스위치의 하나의 실시예를 도시한 도면,
도 13B는 기동 광을 압전소자에 인가함으로써 얻어지는 기동된 상태의 도 13A의 압전 소자를 도시한 도면,
도 14A 및 도 14B는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른, 광 스위치를 단순하게 도시한 도면,
도 15A 및 도 15B는 도 14A의 라인 XVA-XVA 및 도 14B의 라인 XVB-XVB를 따라 취한, 도 14A 및 도 14B의 신호 채널 및 압전 소자의 단면도,
도 16A 및 도 16B는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 광 스위치를 단순하게 도시한 도면,
도 17A 및 도 17B는 도 16A의 라인 XVIIA-XVIIA 및 도 16B의 라인 XVIIB-XVIIB를 따라 취한, 도 16A 및 도 16B의 신호 채널 및 압전 소자의 단면도,
도 18A 및 도 18B는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른, 광 스위치의 단순화된 도면,
도 19A 및 도 19B는 도 18A의 라인 XIXA-XIXA 및 도 18B의 라인 XIXB-XIXB를 따라 취한, 도 18A 및 도 18B의 신호 채널 및 압전 소자의 단면도,
도 20은 논리 NOT 게이트의 개략적인 도면,
도 21은 광 스위치를 사용하는 논리 AND 게이트의 개략적인 도면,
도 22는 광 스위치를 사용하는 논리 AND 게이트의 제2 개략적인 도면,
도 23은 광 스위치 및 위상 매칭 디바이스를 사용하는 논리 OR 게이트의 개략적인 도면,
도 24는 광 스위치 및 파워 리미터를 사용하는 논리 OR 게이트의 개략적인 도면, 및
도 25는 광 스위치를 사용하는 논리 OR 게이트의 개략적인 도면.
광 기동 광 스위치는 AND, OR 및 NOR 논리 게이트를 구성하는데 사용된다. 이러한 논리 게이트에 들어오는 광신호가 처리되어 논리 게이트의 출력은 각 종류의 게이트에 대한 필요한 사양에 합치하게 된다. 이러한 광 신호는 상술된 논리 게이트를 동작시키는데 사용되는 모두이고, 아무런 외부 배터리도 광기동되는 광 스위치를 사용하는데 요구되지 않고, 이러한 논리 게이트는 반도체 논리 설계 치수 에 꼭맞는 치수를 가질 것이다.
전기 신호 대신에 광신호에 기능하는 컴퓨터가 제조될 수 있을 것이다. 트랜지스터 기반 논리게이트의 트랜지스터는 10E-9 초에 스위칭하고, 이것은 트랜지스터 기반 논리 게이트의 속도를 제한한다. 광은 10E-14 초에 3 미크론을 이동할 수 있다. 광기동되는 스위치에 기초한 논리 게이트는 트랜지스터 기반논리 게이트보다 훨씬 더 빠를 수 있다.
광 스위치는 신호 채널 및 이러한 신호 채널에 인접한 압전 소자를 포함한다. 이러한 압전 소자는 기동 광에 응답하여 형상을 변화시키고 압전 소자는 신호 채널에 대하여 구성되어서 압전 소자의 형상에서의 변화는 신호 채널의 치수에서의 변화를 유발한다. 예를 들어, 압전 소자의 형상에서의 변화로 인해 신호 채널의 치수는 신호 광이 더 이상 광 채널을 통과할 수 없을 정도로 충분히 감소된다. 이러한 현상을 사용하여, 광 스위치의 상태는 기동 광의 압전 소자로의 인가를 제어함으로써 제어된다. 하나의 실시예에서, 광 스위치로 인해 기동 광이 압전 소자에 안기되지 않ㅇ르 때 신호 채널을 통과할 수 있고, 기동 광이 압전 소자에 인가될 때 신호 광이 신호 채널을 통과하는 것을 차단할 수 있다. 압전 소자의 형상이 광이 신호 채널을 통과할지를 결정하기 때문에, 광 스위치의 기능은 형상을 변화시키는 압전 소자의 능력에 달려 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 압전 소자는 각 층이 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층의 압전 재료를 갖는다. 이러한 층의 압전 특성은 압전 소자의 성능을 강화시키고 궁극적으로 광 스위치의 성능을 강화시키도록 선택된다. 하 나의 실시예에서, 이러한 층의 압전 특성은 신호 광이 신호 채널을 통과하는 것을 차단하도록 기동 광에 응답하여 충분한 형상 변화를 나타내는 압전 소자를 생산하도록 선택된다.
도 1A는 신호 채널(102) 및 압전 소자(104)를 포함하고 기동 광에 의해 제어되는 광 스위치(100)를 도시하고 있다. 신호 채널은 한정된 경로를 따라, 제한된 영역내에서 광의 전송을 가이드한다. 신호 채널은 한정된 경로를 따라, 제한된 영역내에서 광을 가이드할 수 있는 광 가이딩 구조 또는 구조들의 조합에 의해 형성된다. 신호 채널을 형성할 수 있는 구조는 예를 들어, 광 섬유, 니오브산리튬 또는 신호 채널을 포함하는 다른 투명 압전 재료와 같은 기판, 광 도파관 및 압축가능한 재료를 홀딩하기 위한 챔버를 포함한다. 도 1A의 실시예에서, 신호 채널은 모노리딕 광 가이딩 소자에 의해 형성된다.
압전 소자(104)는 압전 재료로 형성되어 있다. 압전 소자를 형성하는데 사용될 수 있는 압전 재료의 예는 석영(SiO2), 니오브산리튬(LiNbO3), 지르콘산납(PbZrO3), 티탄산납(PbTiO3), 티탄산지르콘산납과 같은 결정질 압전 재료를 포함한다. 자기장에서 방향성을 가질 수 있는 압전 재료의 예는 지르콘산납 및 티탄산납 또는 티탄산지르콘산납이다. 석영 및 니오브산리튬은 투명 압전 재료의 예이다.
압전 소자(104)는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층(106, 108)의 압전 재료를 갖는다. 상이한 층의 상이한 압전 특성은 예를 들어, 1) 동일한 전기장 에 응답하는 팽창 및/또는 수축의 상이한 정도; 2) 동일한 전기장에 대한 상이한 응답, 예를 들어, 하나의 층은 제1 방위를 갖는 전기장에 응답하여 팽창하고 또 다른 층은 제1 방위에 수직인 제2 방위를 갖는 전기장에 응답하여 팽창한다; 3) 상이한 극성; 4) 상이한 스트레인; 5) 상이한 히스테리; 6) 상이한 커패시턴스; 7) 상이한 임피던스; 8) 상이한 저항; 9) 상이한 열 히스토리; 및 10) 상이한 전자기 히스토리를 포함할 수 있다.
압전 재료의 압전 특성은 예를 들어, 1) 압전 재료의 타입; 2) 압전 재료의 결정 방위; 3) 압전 재료내의 도핑 레벨; 4) 압전 재료의 밀도; 5) 압전 재료의 보이드 밀도; 6) 압전 재료의 화학적 구성; 7) 압전 재료의 열 히스토리; 8) 압전 재료의 전자기 히스토리의 함수이다. 압전 재료의 각 층의 요구되는 압전 특성은 예를 들어, 상술된 파라미터 하나 이상을 조작함으로써 달성될 수 있다.
하나의 실시예에서, 동일한 전기장에 응답하여 상이한 정도의 팽창 및/또는 수축을 나타내는 압전 재료의 층은 압전 소자에 집약되어 압전 소자가 기동 광에 응답하여 형상이 변하거나 구부러지도록 한다. 예를 들어, 모노리딕 엘리먼트에 서로 고정된 압전 소자의 2개의 이웃하는 층이 동일한 기동 광에 응답하여 상이한 양만큼 팽창한다면, 압전 소자는 구부러질 것이다. 하나의 실시예에서, 압전 소자는 모노리딕 엘리먼트로서 형성된, 상이한 압전 특성을 갖는, 적어도 2개 층의 압전 재료를 포함한다. 예를 들어, 이러한 압전 소자는 반도체 처리 기술, 에를 들어, 결정 성장, 데포지션, 스퍼터링, 이온 주입등을 사용하여 서로의 상부에 압전 재료의 층을 구축함으로서 형성된다. 하나의 실시예에서, 압전 소자의 층은 상이 한 결정 방위를 가져서2개의 층은 동일한 전기장에 상이하게 응답한다. 예를 들어, 2개의 층은 서로 수직인 결정 방위를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 압전 소자의 층중 적어도 하나는 유기 재료로 만들어진다.
상이한 압전 특성을 갖는 압전 재료의 층을 갖는 압전 소자를 사용하여, 압전 소자의 응답은 온/오프 스위칭을 최적화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 층의 압전 특성은 1) 기동 광에 응답하여 압전 소자의 형상 변화를 최대화하도록; 2) 히스테리시스를 최소화하도록; 3) 압전 소자의 형상을 변화시키는데 필요한 파워의 양을 감소시키도록; 그리고 4) 스위칭 기술에 의해 생성된 열량을 감소시키도록 선택될 수 있다.
도 1A에 도시된 광 스위치(100)의 동작은 이제 도 1A 및 도 1B를 참조하여 설명된다. 도 1A는 비기동 상태의 압전 소자(104)를 도시하고 있다. 비기동 상태에서, 압전 소자의 형상은 압전 소자의 노멀 상태가 기동 광이 없는 압전 소자의 상태인 노멀 상태로부터 변화되지 않는다. 도 1A의 실시예에서, 압전 소자는 기본적으로 비기동 상태에서 편평하다(flat). 이러한 압전 소자의 편평한 형상으로 인해 신호 광(110)은 신호 채널에 들어가고 나오는 신호광에 의해 표시된 바와 같이 신호 채널(104)을 통과할 수 있다.
도 1B는 기동 광(112)을 압전 소자에 인가함으로써 얻어지는 기동 상태의 압전 소자(104)를 도시하고 있다. 도 1B의 실시예에서, 기동 광은 신호 광(110)과 병렬로 기동 광을 신호 채널(102)내에 향하도록 함으로써 압전 소자에 인가된다. 기동 광은 압전 재료에 영향을 주는 전기장을 공급한다. 기동 상태에서, 압전 소 자의 형상은 신호 광이 신호 채널을 통과하는 것이 차단되기에 충분할 정도로 변한다. 신호 광의 차단은 신호 채널을 나오는 신호광의 부족에 의해 표시된다. 일단 기동 광이 신호 채널로부터 제거되면, 압전 소자는 그 노멀 형상으로 복귀하고 신호 광은 다시 한번 신호 채널을 통과할 수 있다.
상술된 바와 같이, 기동 광(112)에 응답하여 압전 소자(104)를 기동함으로써 압전 소자의 형상은 변하고, 이로 인해 신호 채널(102)의 적어도 하나의 치수가 변한다. 도 2A는 압전 소자가 비기동 상태에 있을 때의 도 1A의 압전 소자 및 신호 채널의 단면도이다. 도 2B는 압전 소자가 기동 상태에 있을 때의 도 1B의 압전 소자 및 신호 채널의 단면도이다. 기동 상태에서, 압전 소자는 신호 채널내로 팽창하고 신호 채널의 적어도 하나의 치수를 감소시킨다. 도 2A 및 도 2B에 도시된 바와 같이, 신호 채널의 단면적은 비기동 상태일 때(도 2A)보다 기동 상태(도 2B)에서 보다 작다.
도 1A 내지 도 2B의 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 압전 소자(104)가 기동 상태에 있을 때조차 신호 채널(102)에 개방부가 여전히 존재한다. 압전 소자가 기동 상태에 있을 때조차 신호 채널내에 개방부가 여전히 존재하지만, 신호 채널내의 개방부는 신호 광(110)이 신호 채널을 통과하는 것이 차단되기에 충분할 정도로 작다. 신호 채널을 통과하는 신호 광의 능력은 신호 광의 파장 및 신호 채널의 치수의 함수이다. 일반적으로, 보다 짧은 파장을 갖는 광은 보다 긴 파장을 갖는 광보다 작은 치수를 갖는 신호 채널을 통과할 수 있다.
도 3은 신호 채널의 치수에 대한 광 신호 감쇠도의 그래프를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광 신호 감쇠도는 일단 신호 채널 치수가 특정 치수, 여기서는 차단 치수로 불리는 특정 치수에 도달하면 급속히 변한다. 예를 들어, 차단 치수보다 작은 치수에서(예를 들어, 약 5 옹스트롬), 감쇠도는 급속히 상승하고, 차단 치수보다 긴 치수에서 감쇠도는 급속하게 떨어진다. 도 3에 지시된 바와 같이, 차단 치수 주변의 신호 채널 치수에서의 변화에 대한 가파른 응답으로 인해 신호 채널의 치수가 차단 치수 보다 길거나 짧은 것 사이에서 스위칭하도록 기동 광을 토글링함으로써 고속으로 온/오프 스위칭할 수 있다.
상술된 바와 같이, 광 스위치(100)의 상태는 기동 광(112)을 압전 소자(104)에 인가함으로써 기동된다. 기동 광은 상이한 기술을 사용하여 압전 소자에 인가될 수 있다. 기동 광을 압전 소자에 인가하기 위한 일부 기술예는 도 4A 내지 도 5B을 참조하여 설명된다.
도 4A 및 도 4B는 신호 광(110)보다 짧은 파장을 갖는 기동 광(112)을 인가하는 단계를 수반하는 광 스위치(100)의 상태를 변경하는 기술을 설명하고 있다. 도 4A에서, 광 스위치(100)는 아무런 기동 광이 압전 소자(104)에 인가되지 않고 신호 광(110)이 신호 채널(102)를 통과할 때 온 상태이다. 도 4B에 설명된 바와 같이, 기동 광(112)은 압전 소자(104)에 인가되어 광 스위치(100)의 상태를 온에서 오프로 변경한다. 오프 상태에서, 기동 광(112)으로 인해 압전 소자(104)는 형상이 변하고 신호 광(110)이 신호 채널(102)를 통과하는 것을 차단할 수 있다. 이러한 예에서, 기동 광(112)은 신호 광(110)보다 짧은 파장을 갖는다. 특히, 기동 광(112)의 파장은 광 스위치(100)가 오프 상태에 있을 때조차 기동 광(112)이 신호 채널을 여전히 통과할 수 있을 정도로 짧다. 도 4B는 신호 광(110)보다 짧은 파장을 갖는 기동 광(112)이 광 스위치(100)가 오프 상태에 있을 때조차 신호 채널(102)을 통과할 수 있는 경우를 설명한다.
도 5A 및 도 5B는 기동 광을 인가하는 단계가 서로 이상인(out of phase) 2개의 광신호(112A, 112B)를 압전 소자(104)에 제공한 후에 광 신호중 하나, 도시된 실시예에서는 광 신호(112A)를 제거하고 나머지 광 신호, 도시된 실시예에서는 광 신호(112B)를 남기는 단계를 수반하는 광 스위치(100)의 상태를 변경하기 위한 기술을 설명하고 있다. 이러한 실시예에서, 2개의 신호(112A, 112B)는 서로 이상이어서 이들의 전기장은 효과적으로 서로를 상쇄시킨다(예를 들어, 180도의 이상). 이러한 2개의 이상인 신호가 서로 상쇄시키기 때문에, 이러한 2개의 이상 신호가 동시에 압전 소자(104)에 인가되는 동안 압전 소자(104)는 기동되지 않는다. 일단 광신호중 하나가 제거되면, 나머지 광 신호의 전기장은 더이상 상쇄되지 않고 나머지 광 신호는 압전 소자를 기동시킨다. 도 5A는 신호 광(110) 및, 신호 채널(102)을 통과하는 이상 광 신호(112A, 112B)의 양측 성분을 도시하고 있다. 상술된 바와 같이, 압전 소자(104)는 이러한 경우에 기동되지 않는데, 그 이유는 이러한 2개의 아상의 광 신호가 서로 상쇄시키기 때문이다. 도 5B에서, 이러한 이상 광 신호중 하나(112A)가 제거되고, 나머지 광 신호(112B)는 기동 광으로서 남게 된다. 이러한 기동 광은 압전 소자(104)를 기동시키고 광 신호(110)( 및 이러한 경우에 기동 광)이 신호 채널을 통과하는 것을 차단한다. 또 다른 실시예에서, 이러한 2개의 광 신호중 하나의 파워는 또 다른 광 신호보다 크게 증가될 수 있어 상쇄 효과 를 극복하고, 따라서, 기동 광을 제공할 수 있다.
광 기동 광 스위치의 성능을 최적화하기 위한 또 다른 기술은 기동 광에 응답하여 압전 소자에 인가되는 전기장을 강화시키는 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 적어도 하나의 도전층이 기동 광에 응답하여 압전 소자에 인가되는 전기장을 강화시키기 위해 광 기동 광 스위치의 압전 소자에 인접하여 위치된다. 이러한 도전층은 기동 광이 압전 소자에 인가될 때 압전 소자에 인접한 표면으로 배출되고 수집되는 전자 정공 또는 자유 전자를 갖는다. 압전 소자 근방의 자유 전자의 콜렉션은 기동 광에 응답하여 압전 소자에 인가되는 전기장을 강화시킨다. 이러한 강화된 전기장은 압전 소자의 성능을 강화시키고 궁극적으로 광 스위치의 성능을 강화시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 인접한 도전층으로부터 분포된 이러한 강화된 전기장에 의해 압전 소자는 압전 소자에 인접한 도전층이 없을 때 가능한 것 보다 낮은 파워로 기동되고 및/또는 보다 신속하게 기동될 수 있도록 한다.
도전층 없이 기동 광의 전기장만 압전 소자를 기동시킨다. 도전층이 사용될 때, 도전층은 기동 광의 전기장에 의해 수집되거나 분산되는 전하를 공급한다. 수집된 전하의 전기장은 기동 광의 전기장에 더해진다. 이러한 경우에, 압전 소자는 수집된 전하의 전기장 및 기동 광의 전기장에 의해 동작된다. 분산된 전하의 경우에, 양전하 및 음전하로 구성되어서 하나가 분산될 때 또 다른 하나가 표현된다. 이러한 경우에, 표현된 전하의 전기장은 기동 광의 전지장에 더해지고 압전 소자에 대한 효과는 강화된다. 전자는 금속 도체에서 이동하지만, 양 정공은 반도체에서 이동할 수 있다.
도 6A는 신호 채널(122), 압전 소자(124) 및 이러한 압전 소자(124)에 인접한 도전층(126)을 포함하는 광 기동 광 스위치(120)의 하나의 실시예를 도시하고 있다. 신호 채널(122) 및 압전 소자(124)는 압전 소자(124)가 상이한 압전 특성을 갖는 상이한 층의 압전 재료를 반드시 포함할 필요가 없지만, 상술된 것과 유사하다. 도전층(126)은 납, 텅스텐, 다른 금속, 붕소로 도핑된 실리콘, 비소로 도핑된 실리콘, 도핑된 비소화갈륨, 및/또는 다른 반도체 재료와 같은 높은 도전성 재료이다. 하나의 실시예에서, 도전층(126)은 압전 소자(124)의 표면에 부착되어 있다. 예를 들어, 도전층(126)이 금속 데포지션 기술을 사용하여 압전소자(124)의 대부분의 표면에서 데포지팅될 수 있다. 대안의 실시예에서, 도전층(126)은 오직 음전하뿐인 것 대신에 양전하 또는 음전하가 이동하는 반도체 재료로 형성되어 있다.
도 6A에 도시된 광 스위치(120)의 동작을 이제 도 6A 및 도 6B를 참조하여 설명한다. 도 6A는 비기동 상태의 압전 소자(124)를 도시하고 있다. 비기동 상태에서, 압전 소자(124)의 형상은 압전 소자의 노멀 상태가 기동 광이 없는 압전소자의 상태인 노멀 상태로부터 변화되지 않는다. 도 6A의 실시예에서, 압전 소자(124)는 기본적으로 비기동 상태에서 편평하다. 이러한 압전 소자의 편평한 형상으로 인해 신호 광(128)은 신호 채널(122)에 들어가고 나가는 신호 광(128)에 의해 표시된 바와 같이 신호 채널(122)를 통과할 수 있다.
도 6B는 기동 광(129)을 압전소자(124)에 인가함으로써 얻어지는 기동 상태의 압전 소자(124)을 도시하고 있다. 도 6B의 실시예에서, 기동 광(129)은 기동 광(129)을 신호 광(128)과 병렬로 신호 채널(122)내로 지향시킴으로써 압전 소자(124)에 인가된다. 기동 광(129)이 압전 소자에 인가될 때, 자유 전자는 압전 소자(124) 최근방에 있는 도전층(126)의 표면에 모인다. 기동 상태에서, 압전 소자(124)의 형상은 신호 광(128)이 신호 채널(122)을 통과하는 것이 차단되기 에 충분하도록 형상 변화된다. 신호 광(128)의 차단은 신호 채널(122)을 나오는 신호 광(128)의 부재에 의해 표시된다. 도전층(126)과 연관된, 압전 재료 근방의 추가적인 전자로 인해 압전 소자(124)의 압전 재료에 인가되는 전기장이 증가한다. 도전층(126)과 연관된 전기장에서의 증가는 예를 들어, 압전 소자(124)의 형상에서의 변화 폭 증가, 압전 소자(124)의 형상 변하는 속도의 증가, 및/또는 요구된 형상 변화를 달성하는데 필요한 기동 광량의 감소를 포함하는 유익을 제공한다.
도 7는 도 6A 및 도 6B의 도전층(126)의 전자에 대한 기동광(129)의 전기장(130)의 동작을 도시하고 있다. 도 7에서, 표면(132)은 기동 광(129) 최근방의 도전층(126)의 표면이고 표면(134)은 기동 광(129)으로부터 가장 먼 도전층(126)의 표면이다. 도 7의 빗 형상의 구조는 도전층(126)의 영향하의 전기장을 나타낸다. 빗 형상의 구조의 각 이(136)는 전기장의 일부를 나타내고 이러한 이의 일부는 이들의 단부에서 넓은 익스텐션(138)을 갖는다. 이러한 넓은 익스텐션(138)은 압전 소자9124)에 인접한 도전층(126)에서 이동하는 전하에 의해 분포된 보다 큰 전기장을 나타낸다. 기동 광(129)의 전기장에 응답하여 이동하는 전하는 점선(140)으로 표시되어 있다. 전기장이 네가티브일 때 도전층(126)의 전하는 도전층의 근방 표면(132)으로부터 멀리 구동되어 네가티브 전기장을 강화시킨다. 전기장이 포지티 브일 때 도전층내의 전하는 도전층의 근방 표면(132)으로 오고 전기장을 강화시킨다. 도전층(132)이 존재하지 않는다면, 아무런 전하도 이동하지 않는데, 그 이유는 압전 재료는 도체가 아니고 유전체이기 때문이다. 도 7에서, 도전층(126)이 제거되어 오직 압전 소자만(도시되지 않음) 남았다면, 빗 형상의 구조의 이(136)는 이러한 빗 형상의 구조에서 아무런 익스텐션(138)도 갖지 않는다.
도 8은 도 1A 내지 도 7를 참조하여 상술된 바와 같은 광 기동 광 스위치(152)를 포함하는 광 스위치 시스템(150)을 도시하고 있다. 도 8의 광 스위치 시스템(150)은 또한 기동 광원(156) 및 기동 광 컨트롤러(158)를 포함하는 기동 광 시스템(154)을 포함한다. 이러한 광 스위치 시스템(150)은 신호 광(161)을 받기 위해 신호 광원(160)에 광학적으로 연결되어 있다. 도 8의 실시예에서, 신호 광(161)은 신호 광 경로(162)를 통해 광 스위치(152)에 제공되고 기동 광(163)은 기동 광 경로(164) 및 신호 광 경로(162)를 통해 광 스위치(152)에 제공된다. 신호 광(161) 및 기동 광(163)은 광결합기(166)에서 조합된다. 광 스위치(152)의 출력은 출력 경로(168)를 통과한다.
기동 광 시스템(154)은 광 스위치(152)의 압전 소자(도시되지 않음)로의 기동 광(163)의 인가를 제어한다. 도 8의 실시예에서, 기동 광원(156)은 발광 다이오드(LED), 또는 요구되는 특성, 예를 들어, 요구되는 파장, 강도, 신호 채널내의 다른 광에 대한 기동 광의 위상, 및 극성을 가진 기동 광을 생성하는 레이저와 같은 광원이고, 기동 광 컨트롤러(158)는 기동 광 시스템으로부터 기동 광(163)이 전송되는 것을 제어한다. 실시예에서, 기동 광(163)의 강도는 광 스위치(152)의 압 전 소자의 형상을 충분히 변형시키기에 충분할 만큼 커야 하고, 실시예에서, 기동 광(163)의 강도는 신호 광(161)의 강도보다 크다. 기동 광(163)의 파장은 신호 광(161)의 파장 보다 짧거나 길 수 있다. 상술된 바와 같이, 기동 광(163)의 파장이 충분히 짧다면, 기동 광(163)은 압전 소자가 기동되고 신호광(161)이 차단될 때도 신호 채널을 통과할 수 있다.
기동 광(154)은 많은 상이한 방법으로 광 스위치(152)에 기동 광(163)을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 기동 광(163)이 제2 광 기동 광 스위치에 의해 스위칭 온 및 스위칭 오프되고, 다른 실시예에서, LED 또는 레이저가 턴온/오프되고, 다른 실시예에서, 다른 스위치들이 기동 광(163)을 제어하기 위해 채용될 수 있다. 신호 광원(160)은 광 스위치(152)에 의해 스위칭 온 및 스위칭 오프되는(즉, 광 스위치(152)를 통과하도록 허용되고 광 스위치(152)를 통과하는 것이 차단되는) 신호 광(161)을 생성한다. 실시예에서, 신호 광원(160)은 광 신호를 변조함으로써 (예를 들어, 주파수 변조 또는 진폭 변조) 디지털 데이터를 전송하는 광 전송기이다. 실시예에서, 신호 광원(160)에 의해 출력되는 신호 광(161)은 임의의 방법(예를 들어, 진폭 또는 주파수 변조, 로직 등)으로 디지털 데이터를 통신하는 광 신호이고, 기동 광원(156)에 의해 출력되는 기동 광(163)은 디지털 데이터를 통신하지 않는다. 예를 들어, 신호 광(161)은 변조된 광 포맷으로 디지털 데이터를 전달할 수 있고 기동 광(163)은 디지털 데이터를 전달하기 위해 변조되지 않는다.
동작에서, 신호 광(161)은 신호 광원(160)을 통해 광 스위치(152)에 제공되 고 광 스위치(152)의 압전 소자로의 기동 광(163)의 인가는 기동 광 시스템(154)에 의해 제어된다. 하나의 실시예에서, 신호 광(161)은 기동 광 시스템(154)이 광 스위치(152)에 기동 광(163)을 제공하지 않을 때 광 스위치(152)를 통과하고 기동 광 시스템(154)이 광 스위치(152)에 기동 광(163)을 제공할 때 광 스위치(152)를 통과하는 것이 차단된다.
도 1A 내지 도 6B에 대하여 설명된 광 스위치에서, 신호 광 및 기동 광은 동일한 신호 채널에서 전송된다. 다양한 기술이 신호 및 기동 광을 동일한 신호 채널로 조합하는데 사용될 수 있다. 도 9는 광 스위치(152) 그리고, 신호 광(161) 및 기동 광(163)을 동일한 신호 채널(122)로 결합하는데 사용되는 광결합기(166)의 실시예를 도시하고 있다. 도 9의 실시예에서, 신호 광(161)은 광섬유와 같은 신호 광로(162)에서 이동하고, 기동 광(163)은 기동 섬유와 같은 기동 광로(164)에서 이동한다. 신호광(161) 및 기동광(163)은 광결합기(166)에 의해 신호 채널(122)로 결합된다. 도 9의 도시된 실시예에서 광결합기가 도시되어 있지만, 신호광(161) 및 기동광(163)을 동일한 신호 채널(122)로 결합하기 위한 다른 적합한 기술이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
도 10A 내지 도 10E는 도 1A 내지 도 9에 대하여 상술된 광 기동 광 스위치의 상이한 실시예를 도시하고 있다. 도 10A는 압전 소자가 상이한 압전 특성을 갖는 2개 보다 많은 압전 재료의 층(174)을 갖는 광 기동 광 스위치(170)의 실시예를 도시하고 있다. 도 10의 도시된 실시예에서, 압전 소자(172)는 4개의 압전 재료의 층(174)를 가지고 있다. 하나의 실시예에서, 상이한 압전 재료의 층(174)은 각각 상이한 압전 특성을 가지고 있고 또 다른 실시예에서, 상이한 압전 재료의 층은 올터네이팅 압전 특성을 갖고 있다. 압전 재료(174)의 수 및 배열은 많은 상이한 변형을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
도 10B는 도전층(178)이 2개의 압전 소자(182)의 층(180) 사이에 샌드위칭되어 있는 광 기동 광 스위치(176)의 실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예에 의해 도전층(178)에 전하를 배치함으로써 압전 소자(182)는 방위지정될 수 있고 압전 소자(182)의 각 층(180)의 형상의 변화가 압전 층(180)이 도전층(178) 근방에 있음으로 해서 강화될 수 있다.
도 10C는 다수의 도전층(185)이 다수의 상이한 압전 재료(187)의 층(186) 사이에 샌드위칭되는 광 기동 광 스위치(184)의 실시예를 도시하고 있다. 이러한 예에서, 도전층9185)은 압전 소자(187)의 상이한 층(186) 사이에 교대로 부착되어 있다. 압전 층(186)의 사이의 다수의 도전 재료의 층(185)에 의해 각 압전 재료의 층(186)은 전하를 도전층(185)에 전하를 인가함으로써 상이한 방위로 개별적으로 극성화될 수 있다. 이로 인해 서로 동작하는 압전 층(186)의 동작은 압전 소자(187)의 형상의 변화를 강화시킬 수 있다.
일반적으로, 다수의 도전층에 의해 압전 소자의 히스테리시스가 관리될 수 있다. 다수의 도전층에 의해 압전 재료의 방위를 변화시키기 위해 압전 소자가 상승되어야 하는 온도가 감소될 수 있다. 다수의 도전층에 의해압전 소자의 형상의 변화가 강화될 수 있다. 다수의 도전층에 의해, 광 스위치의 많은 기계적, 전기적, 열 및 다른 물리적 특성의 관리가 관리되어 광 스위치가 구성되고, 관리되고 사용되기가 보다 용이해질 수 있다. 실시예에서, 상이한 압전 재료의 층 및 도전층은 모노리딕 스택 구조로 형성된다. 이러한 모노리딕 스택 구조는 예를 들어, 공지된 처리 기술, 예를 들어, 결정 성장, 금속 데포지션, 스퍼터링, 이온 주입등을 사용하여 형성될 수 있다.
어떤 경우에, 압전 소자의 히스테리시스는 압전 소자로 제조되는 광 기동 광 스위치가 하나의 상태로부터 다른 상태로 얼마나 빨리 변화될 수 있는지를 제한할 수 있다. 하나의 실시예에서, 3000 옹스트롬 두께층의 티탄산지르콘산납(PZT)가 기판에 배치되어 있다. PZT의 층은 소정의 퍼센트의 납과 소정의 퍼센트의 지르코늄 및 티타늄을 갖는다. 다음으로, 3000 옹스트롬 층의 PZT은 제1 층에 배치되는데, 이러한 층은 상부의 티탄의 퍼센트를 감소시키고 보다 많은 납 및 아연을 갖고 있다. 이러한 층을 사용하여, 최종 압전 소자가 나타내는 히스테리시스는 유사한 층을 포함하지 않는 압전 소자에 비교하여 감소된다. 보다 많은 올터네이팅 층이 압전 소자를 구축하기 위해 배치된다면, 고속 응답 압전 소자가 제조될 수 있다. 이러한 모든 것이 도전층상에 배치된다면, 기동 광의 전기장은 훨씬 더 빨리 응답하는 광 기동 광 스위치를 만들도록 강화된다.
도 10D는 신호 채널(190)의 일측에 다층 압전 소자(189)를 포함하고 신호 채널(190)의 2개의 측에 도전층(191)을 포함하는 광 기동 광 스위치(188)의 실시예를 도시하고 있다. 스위치의 응답은 도전층(191)의 다중도에 의해 강화된다.
도 10E는 신호 채널(198)의 2개의 측에 다층 압전 소자(194) 및 도전층(196)을 포함하는 광 기동 광 스위치(192)의 실시예를 도시하고 있다. 하나의 실시예에 서, 도 10E는 광섬유의 전체 둘레에서 하나의 밴드로 형성된 압전 소자 및 도전층을 포함하는 광섬유의 단면도를 나타내고 있다. 이러한 실시예에서, 광섬유는 압축가능한 재료이다.
도 11A는 신호 채널(202), 압전 소자(204), 및 도전층(206)을 포함하고, 신호 채널의 일부는 압축가능한 재료로 채워진 챔버(208)를 포함하는 광 기동 광 스위치(200)의 실시예를 도시하고 있다. 예를 들어, 압축가능한 재료는 아르곤 또는 질소와 같은 기체 또는 석유추출물 또는 실리콘 고무와 같은 재료일 수 있다. 압축가능한 재료로 채워진 챔버(208)는 압전 소자(204)의 인근에 있어 압전 소자(204)는 기동 광에 의해 기동될 때 챔버(208)로 팽창할 수 있다. 하나의 실시예에서, 압전 소자(204)는 챔버(208)의 일부를 형성한다. 하나의 실시예에서, 챔버(204)의 적어도 일부는 투명 재료에 의해 형성된다.
도 11A에 도시된 광 스위치(200)의 동작은 이제 도 11A 및 도 11B를 참조하여 설명된다. 도 11A는 비기동된 상태의 압전 소자(204)를 도시하고 있다. 비기동된 상태에서, 압전 소자(204)의 형상은 노멀 상태로부터 변화되지 않는데, 여기에서 압전 소자(204)의 노멀 상태란 기동 광이 없는 압전 소자의 상태를 말한다. 도 11A의 실시예에서, 압전 소자(204)는 비기동된 상태에서 기본적으로 편평하고 챔버(208)로 돌출하지 않는다. 압전 소자(204)의 편평한 형상으로 인해 신호 광(210)은 신호 채널(202)을 들어가고 나오는 신호 광(210)에 의해 표시된 바와 같이 (챔버(208)를 포함하는) 신호 채널(202)을 통과할 수 있다.
도 11B는 압전 소자(204)에 기동 광(212)을 인가함으로써 얻어진 기동 상태 의 압전 소자(204)를 도시하고 있다. 도 11B의 실시예에서, 기동 광(212)은 신호 광(210)과 평행하게 신호 채널(202)내로 기동 광(212)를 지향시킴으로써 압전 소자(204)에 인가된다. 기동 광(212)이 압전 소자(2404)에 인가될 때, 압전 소자(204)는 챔버(208)내로 돌출하여 챔버내의 압축가능한 재료를 압축한다. 기동된 상태에서, 압전 소자(204)의 형상은 신호 광(210)이 신호 채널(202)르 통과하는 것이 차단되기에 충분할 정도로 변한다. 신호 광(210)의 차단은 신호 채널(202)을 나오는 신호 광(210)의 부재에 의해 표시되어 있다. 기동 광(212)이 신호 채널(202)로부터 제거될 때, 압전 소자(204)는 신호 광(210)이 통과할 수 있도록 하는 노멀 상태로 복귀한다. 기동 광(212)의 부재에서, 챔버(208)내의 압축된 재료의 압력은 압전 소자(204)가 노멀 상태로 복귀하는 것을 돕는다.
도 12A는 신호 채널(222), 압전 소자(224), 및 이러한 압전 소자에 인접한 도전층(226)을 포함하는 광 기동 광 스위치(220)의 실시예를 도시하는데, 신호 채널(222)은 광 섬유이고 압전 소자(224) 및 도전층(226)은 광섬유의 전체 둘레에 밴드로 형성되어 있다. 도 12A는 비기동 상태의 압전 소자(224)를 도시하고 있다. 비기동 상태에서, 압전 소자(224)의 형상은 그 노멀 상태로부터 변하지 않는데, 압전 소자(224)의 노멀 상태란 기동 광이 없는 압전 소자의 상태를 말한다. 도 12A의 실시예에서, 압전 소자(224)는 기본적으로 비기동 상태에서 편평하다. 압전 소자(224)의 편평한 형상으로 인해 신호 광(230)은 신호 채널(222)에 들어가고 나오는 신호 광(230)에 의해 표시된 바와 같이 신호 채널(222)를 통과할 수 있다. 도 12B는 압전 소자(224)에 기동 광(232)를 인가함으로써 얻어지는 기동 상태의 압전 소자(224)를 도시하고 있다. 도 12B의 실시예에서, 기동 광(232)은 기동 광(232)을 신호 광(230)과 평행한 신호 채널(222)내로 지향시킴으로써 압전 소자(224)에 인가된다. 기동 상태에서, 압전 소자(224)의 형상은 신호 광(230)이 신호 채널(222)를 통과하는 것이 차단되기에 충분할 정도로 변한다. 예를 들어, 압전 소자(224)의 형상의 변화는 벨트 형상의 광섬유를 압박하여 신호 광(230)의 통과를 조이는 효과를 갖는다. 신호 광(230)의 차단은 신호 채널(222)을 나오는 신호 광(230)의 없는 것으로 알 수 있다. 일단 기동 광(232)이 신호 채널(222)로부터 제거되면, 압전 소자(224)는 그 노멀 상태로 복귀하고 신호 광(230)은 다시 한번 신호 채널(222)을 통과할 수 있다.
도 13A는 신호 채널(242), 압전 소자(244), 이러한 압전 소자(244) 근방의 도전층(246)을 포함하는 광 기동 광 스위치(240)의 실시예를 도시하고 있는데, 압전 소자(244)는 투명 재료로 제조되고 신호 채널(242)의 적어도 일부를 형성한다. 도 13A는 압전 소자(244)를 비기동 상태로 도시하고 있다. 비기동 상태에서, 압전 소자(244)의 형상은 노멀 상태로부터 변하지 않는데, 압전 소자(244)의 노멀 상태는 기동 광이 없는 압전 소자의 상태를 말한다. 도 13A의 실시예에서, 압전 소자(244)는 기본적으로 비기동 상태에서 편평하다. 압전 소자(244)의 편평한 형상에 의해 신호 광(250)은 신호 채널(242)를 들어가고 나오는 신호 광(250)에 의해 표시된 바와 같이 신호 채널(242)를 통과할 수 있다. 도 13B는 압전 소자(244)에 기동 광(252)를 인가함으로써 얻어지는 기동 상태의 압전 소자(244)를 도시하고 있다. 도 13B의 실시예에서, 기동 광(252)은 신호 광(250)과 평행한 신호 채널(242) 내로 기동 광(252)를 지향시킴으로써 압전 소자(244)에 인가된다. 기동 상태에서, 압전 소자(244)의 형상은 신호 광(250)이 신호 채널(242)을 통과하는 것이 차단되기에 충분할 정도로 변한다. 예를 들어, 압전 소자(244)의 형상의 변화는 벨트 형상의 신호 채널(242)를 압박하여 신호 광(250)의 통로를 조이는 효과를 갖는다. 신호 광(250)의 차단은 신호 광(250)이 신호 채널(242)를 나오지 않는 것으로 알 수 있다. 일단 기동 광(252)이 신호 채널(242)로부터 제거되면, 압전 소자(244)는 노멀 형상으로 복귀하고 신호 광(250)은 다시 한번 신호 채널(242)를 통과할 수 있다.
하나의 실시예에서, 압전 소자 및 신호 채널은 기동 광의 인가가 온(광이 신호 채널을 통과하는 상태)로부터 오프(광 차단)로 광 스위치의 상태를 변화시키는 대신에 오프로부터 온으로 변화시키도록 서로에 대하여 구성된다.
일부 압전 재료는 형상을 변화시킬 전기장과 정렬되어야 하는 결정 방위를 갖는다. 다른 압전 재료는 자기장에서 가열되고 방위를 가질 수 있어서, 인가될 전기장에 요구되는 방향으로 응답할 수 있다. 광 기동 광 스위치를 구성하는데 있어, 결정의 방위 또는 압전 재료의 자기 방위는 신호 채널내의 신호 광의 방향과 (수직인) 직각에서 최대 형상 변화를 갖도록 지향되어야 한다. 하나의 실시예에서, 스위칭을 트리거링하는 전기장은 광 채널내의 광 경로에 (수직인) 직각이다.
요구되는 인터랙션이 다음과 같이 설명되어 있다. 광 기동 광 스위치를 기동시키기 위해 필요한 볼트 단위의 전기장은 채널내의 광의 와트 단위의 전력을 사 용하여 계산된다. E = (2μ0cP)1/2로 기록되는 포인트 벡터 등식은 이러한 계산을 위해 사용된다. 여기에서 μ0는 4 pi X10E-7 웨버/암페어-미터이고, c는 3X10E+8미터/초, E는 볼트 단위의 전기장이고, P는 와트 단위의 전력이다. 이러한 관계를 사용하여, 1/4 미크론 채널내의 150 밀리와트 신호에 의해 생성된 전압은 10볼트라는 것이 발견되었다. 하나의 실시예에서, 이러한 전압은 광 트리거링되는 광 스위치를 턴온 또는 턴오프하도록 (예를 들어, 신호 광이 신호 채널을 통과하거나 신호 광이 신호 채널을 통과하는 것을 차단하도록) 광 트리거링되는 광 스위치를 기동하기 위해 채용된다. 10 볼트에 의해 유발될 수도 있는 크기 변화의 하나의 예는 다음과 같다. 2065 옹스트롬의 높이를 갖는 채널에서, 10볼트는 납 아연 티탄이 사용될 때 40옹스트롬만큼 크기를 변화시킬 것이다. 납 아연 티탄은 3.90 × 10E-10 미터/볼트의 압전 스트레인 계수를 갖는다. 광섬유에 주로 사용되는 818 nm 광(8180 옹스트롬)은 2045 옹스트롬보다 약간 큰 채널에서 이동할 수 있을 것이고 보다 작은 채널을 이동하지 않을 것이다. 2065 옹스트롬 채널이 2014 옹스트롬으로 변할 대, 신호 광은 차단될 것이다. 8056 옹스트롬 이하의 파장의 광은 신호 채널을 여전히 통과할 수도 있을 것이다. 광 기동 광 스위치는 10E-11 초 또는 그보다 빨리 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 이것은 광이 이동하는 매체에서 전기장 및 자기장이 갖는 효과를 이용한다. 신호에 대한 이동의 마일 당 감쇠도의 데시벨을 나타내는, 도파관내의 신호의 감쇠도(A)의 등식은 다음과 같다.
A=(K/a3 /2)((1/2)(f/f0)3/2+(f/f0)-1/2)/((f/f0)2-1)-1/2 등식 (1)
K는 채널의 벽이 제조되는 재료에 대한 상수이고, K의 값은 납에 대해 821.3이다. 하나의 실시예에서, 광 스위치의 하나의 벽만이 대부분 납이기 때문에, 광 스위치는 도 3의 그래프를 정확하게 따르지 않을 수 있지만, 그래프는 설명을 위해 주어졌다. 이러한 등식 로우어 케이스 "a"는 도파관의 일측의 길이이다. 고려되는 신호의 주파수(f)는 채널내의 차단 주파수(f0)에 대한 비이다. 이러한 등식은 파형 전파의 TE0 ,1 모드에 대한 것이다. 하나의 실시예에서, 도파관의 크기는 이것이 가능한 유일한 모드가 되도록 선택된다. 이러한 관계는 주어진 신호에 대한 도파관 치수를 수축시키기 위해 연구되기 때문에, 감쇠도는 신호 채널의 수축의 크기에 따라 증가하고 차단 주파수에 도달할 때까지 무한히 진행한다. 이러한 등식은 1943년 McGraw-Hill Book Company, Inc에 의해 발행되고 Frederick Terman에 이해 기록된 Radio Engineers' Handbook의 페이지 263에 있다.
이제, 신호 채널(302) 및 이러한 신호 채널의 길이를 따라 고르지 않게 이격되는 것이 바람직한 복수의 압전 소자를 포함하는 광 스위치(300)를 도시하는 도 14A에 대해 설명한다. 도시된 실시예에서, 3개의 대략 직방형인 압전 소자(304, 305, 306)가 비균일하게 이격되어 신호 채널(302)의 길이를 따라 분포되어 있다. 압전 소자(304, 305, 306)의 형상은 기동 광에 의해 제어된다. 신호 채널(302)은 한정된 경로를 따라 제한된 영역내에서 광의 전송을 가이드한다. 신호 채널(302)은 한정된 경로를 따라 제한된 영역에서 광을 가이드할 수 있는 광가이딩 구조 또 는 이러한 구조의 조합에 의해 형성된다. 신호 채널을 형성할 수 있는 구조는 예를 들어, 광 섬유, 니오브산리튬 또는 신호 채널을 포함하는 다른 투명 압전 재료와 같은 기판, 광 도파관 및 압축가능한 재료를 홀딩하기 위한 챔버를 포함한다. 도 14A의 실시예에서, 신호 채널(302)은 모노리딕 광 가이딩 소자에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
압전 소자(304, 305, 305)는 압전 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 압전 소자를 형성하는데 사용될 수 있는 압전 재료의 예는 석영(SiO2), 니오브산리튬(LiNbO3), 지르콘산납(PbZrO3), 티탄산납(PbTiO3) 및 티탄산지르콘산납과 같은 결정질 압전 재료를 포함한다. 자기장에서 방위를 가질 수 있는 압전 재료의 예는 지르콘산납 및 티탄산납 또는 티탄산지르콘산납이다. 석영 및 니오브산리튬은 투명 압전 재료의 예이다.
압전 소자(304, 305, 306)는 상이한 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료 층(307, 308)를 각각 포함하는 것이 바람직하다. 상이한 압전 재료 층(307, 308)의 상이한 압전 특성은 예를 들어, 1) 동일한 전기장에 응답하는 상이한 정도의 팽창 및/또는 수축; 2) 동일한 전기장에 대한 상이한 응답, 예를 들어, 압전 재료층의 하나는 제1 방위를 갖는 전기장에 응답하여 팽창하고 또 다른 압전 재료층은 제1 방위에 수직인 제2 방위를 갖는 전기장에 응답하여 팽창한다; 3) 상이한 극성; 4) 상이한 스트레인; 5) 상이한 히스테리시스; 6) 상이한 커패시턴스; 7) 상이한 임피던스; 8) 상이한 저항; 9) 상이한 열 히스토리; 및 10) 상이한 전자기 히스토 리를 포함할 수 있다.
도 14A에 도시된 광 스위치(300)의 동작이 이제 도 14B를 참조하여 설명된다. 도 14A는 비기동된 상태의 압전 소자(304, 305, 306)를 도시하고 있다. 비기동된 상태에서, 압전 소자(304, 305, 306)의 형상은 노멀 상태로부터 변화되지 않는데, 압전 소자(304, 305, 306)의 노멀 상태는 기동 광이 없는 압전 소자의 상태를 말한다. 도 14A의 실시예에서, 압전 소자(304, 305, 306)는 기본적으로 비고동된 상태에서 편평하다. 압전 소자(304, 305, 306)의 편평한 형상에 의해 신호 광(310)은 신호 채널(302)을 들어가고 나오는 신호 광(310)에 의해 표시된 바와 같이 신호 채널(302)을 통과할 수 있다.
도 14B는 압전 소자(304, 305, 306)에 기동 광(312)를 인가함으로써 얻어지는 기동 상태의 압전 소자(304, 305, 306)를 도시하고 있다. 도 14B의 실시예에서, 기동 광(312)은 기동 광(312)을 신호 광(310)과 평행한 신호 채널(302)내로 지향시킴으로써 압전 소자(304, 305, 306)에 인가된다. 기동 광(312)은 압전 재료에 영향을 주는 전기장을 공급한다. 기동된 상태에서, 압전 소자(304, 305, 306)의 형상은 신호 광(310)이 신호 채널(302)을 통과하는 것이 차단되기에 충분할 정도로 변한다. 신호 광(310)의 차단은 신호 채널(302)을 나오는 신호 광(310)의 부재에 의해 표시되어 있다. 일단 기동 광(312)이 신호 채널(302)로부터 제거되면, 압전 소자(304, 305, 306)는 노멀 형상으로 복귀하고 신호 광(310)은 다시 한번 신호 채널(302)를 통과할 수 있다.
상술된 바와 같이, 기동 광(312)에 응답하여 압전 소자(304, 305, 306)를 기 동시킴으로써 압전 소자(304, 305, 306)의 형상이 변화고, 이로 인해 신호 채널(302)의 적어도 하나의 치수가 변하게 된다. 도 15A는 압전 소자(305)가 비기동 상태에 있을 때의 도 14A의 압전 소자(305) 및 신호 채널(302)의 단면도이다. 도 15B는 압전 소자(305)가 기동 상태에 있을 때의 도 14B의 압전 소자(305) 및 신호 채널(302)의 단면도이다. 기동 상태에서, 압전 소자(305)는 신호 채널(302)로 확장하고 신호 채널(302)의 적어도 하나의 치수를 감소시킨다. 도 15A 및 도 15B에 도시된 바와 같이, 신호 채널(302)의 단면적은 비기동 상태(도 15A) 때보다 기동 상태(도 15B)일 때 보다 작다.
도 14A 내지 도 15B에서 볼 수 있는 바와 같이, 압전 소자(304, 305, 306)가 기동 상태에 있을 때도 신호 채널(302)내에 개구가 여전히 존재한다. 압전 소자(304, 305, 306)가 기동 상태에 있을 때도 신호 채널(302)내에 여전히 개구가 존재하지만, 신호 채널(302)내의 개구는 신호 광(310)이 신호 채널(302)를 통과하는 것을 차단할 정도로 작다. 신호 광(310)이 신호 채널(302)을 통과하는 능력은 신호 채널(302)의 치수 및 신호 광(310)의 파장의 함수이다. 일반적으로, 보다 짧은 파장을 갖는 광은 보다 파장을 갖는 광보다 보다 작은 치수를 갖는 신호 채널(302)을 통과할 수 있다.
신호 채널(402)의 길이를 따라 비균일하게 이격되는 것이 바람직한 복수의 압전 소자 및 신호 채널(402)을 포함하는 광 스위치(400)를 도시하는 도 16A에 대해 설명한다. 도시된 실시예에서, 대략 원형통형상의 압전 소자(404, 405, 406, 407)가 비균일하게 이격되어 신호 채널(402)의 길이를 따라 분포되어 있다. 압전 소자(404, 405, 406, 407)의 형상은 기동 광에 의해 제어된다. 신호 채널(402)은 한정된 경로를 따라 제한된 영역내에서 광의 전송을 가이딩한다. 신호 채널은 한정된 경로를 따라 제한된 영역내에서 광을 가이딩할 수 있는 광 가이딩 구조, 또는 구조들의 조합에 의해 형성된다. 신호 채널을 형성할 수 있는 구조는 예를 들어, 광 섬유, 니오브산리튬 또는 신호 채널을 포함하는 다른 투명 압전 재료와 같은 기판, 광 도파관 및 압축가능한 재료를 홀딩하기 위한 챔버를 포함한다. 도 16A의 실시예에서, 신호 채널(402)은 모노리딕 광 가이딩 소자에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
압전 소자(404, 405, 406, 407)는 압전 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 압전 소자를 형성하는데 사용될 수 있는 압전 소자의 예는 석영(SiO2), 니오브산리튬(LiNbO3), 지르콘산납(PbZrO3), 티탄산납(PbTiO3), 및 티탄산지르콘산납과 같은 결정질 압전 재료를 포함한다. 자기장에서 방위를 가질 수 있는 압전 재료의 예는 지르콘산납 및 티탄산납 또는 티탄산지르콘산납이다. 석영 및 니오브산리튬은 투명 압전 재료의 예이다.
압전 소자(404, 405, 406, 407)는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층(408, 409)을 각각 포함한다. 상이한 층의 상이한 압전 특성은 예를 들어, 1) 동일한 전기장에 응답하는 상이한 정도의 팽창 및/또는 수축; 2) 동일한 전기장에 대한 상이한 응답, 예를 들어, 층들중 하나는 제1 방위를 갖는 전기장에 응답하여 팽창하고 또 다른 층은 제1 방위에 수직인 제2 방위를 갖는 전기장에 응답하여 팽창한다; 3) 상이한 극성; 4) 상이한 스트레인; 5) 상이한 히스테리시스; 6) 상이한 커패시턴스; 7) 상이한 임피던스; 8) 상이한 저항; 9) 상이한 열 히스토리; 및 10)상이한 전자기 히스토리를 포함할 수 있다.
도 16A에 도시된 광 스위치(400)의 동작을 이제 도 16B를 참조하여 설명한다. 도 16A는 비기동 상태의 압전 소자(404, 405, 406, 407)를 도시한다. 비기동 상태에서, 압전 소자(404, 405, 406, 407)의 형상은 그 노멀 상태로부터 변하지 않는다. 여기서, 압전 소자(404, 405, 406, 407)의 노멀 상태는 기동 광이 없는 압전 소자의 상태를 말한다. 도 16A의 실시예에서, 압전 소자(404, 405, 406, 407)는 기본적으로 비기동 상태에서 편평하다. 압전 소자(404, 405, 406, 407)의 편평한 형상으로 인해 신호 광(410)은 신호 채널(402)을 들어가고 나가는 신호 광(410)에 의해 표시된 바와 같이 신호 채널(402)를 통과할 수 있다.
도 16B는 기동 광(412)을 압전 소자(404, 405, 406, 407)에 인가함ㅇ르ㅗ써 얻어지는 기동 상태의 압전 소자(404, 405, 406, 407)를 도시한다. 도 16B의 실시예에서, 기동 광(4120은 기동 광(412)을 신호 광(410)과 평행한 신호 채널(402)내로 지향시킴으로써 압전 소자(404, 405, 406, 407)에 인가된다. 기동 광(412)은 압전 재료에 영향을 주는 전기장을 공급한다. 기동 상태에서, 압전 소자(404, 405, 406, 407)의 형상은 신호 광(410)이 신호 채널(402)을 통과하는 것이 차단될 정도로 변한다. 신호 광(410)의 차단은 신호 채널(402)을 나오는 신호 광(410)의 부재에 의해 표시되어 있다. 일단 기동 광(412)이 신호 채널(402)로부터 제거되면, 압전 소자(404, 405, 406, 407)는 노멀 형상으로 복귀하고 신호 광(410)은 다시 한번 신호 채널(402)을 통과할 수 있다.
상술된 바와 같이, 기동 광(412)에 응답하는 압전 소자(404, 405, 406, 407)의 기동으로 인해 압전 소자(404, 405, 406, 407)의 형상이 변할 수 있고, 이로 인해 신호 채널(402)의 적어도 하나의 치수가 변할 수 있다. 도 17A는 압전 소자(406)가 비기동 상태일 때의 도 16A의 신호 채널(402) 및 압전 소자(406)의 단면도이다. 도 17B는 압전 소자(406)가 기동 상태일 때의 도 16B의 신호 채널(402) 및 압전 소자(406)의 단면도이다. 기동 상태에서, 압전 소자(406)는 신호 채널(402)내로 확장하고 신호 채널(402)의 적어도 하나의 치수를 감소시킨다. 도 17A 및 도 17B에 도시된 바와 같이, 신호 채널(402)의 단면적은 비기동 상태(도 17A)일 때보다 기동 상태(도 17B)에서 보다 작다.
도 16A 내지 도 17B의 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 압전 소자(404, 405, 406, 407)가 기동 상태일 때도 신호 채널(402)내의 개구는 여전히 존재한다. 압전 소자(404, 405, 406, 407)가 기동 상태일 때로 신호 채널(402)내에 여전히 개구가 존재하지만, 신호 채널(402)내의 개구는 신화 광(410)이 신호 채널(402)를 통과하는 것이 차단할 정도로 작다. 신호 광(410)이 신호 채널(402)을 통과하는 능력은 신호 채널(402)의 치수 및 신호 광(410)의 파장의 함수이다. 일반적으로, 보다 짧은 파장을 갖는 광은 보다 파장을 갖는 광보다 보다 작은 치수를 갖는 신호 채널을 통과할 수 있다.
이제, 신호 채널(502) 및 이러한 신호 채널(502)의 길이를 따라 비균일하게 이격되는 것이 바람직한 복수의 압전 소자를 포하맣는 광 스위치(500)을 도시하는 도 18A에 대해 설명한다. 도시된 실시예에서, 3개의 대략 타원형의 원통형 압전 소자(504, 505, 506)는 비균일하게 이격되어 신호 채널(502)의 길이를 따라 분포되어 있다. 압전 소자(504, 505, 506)의 형상은 기동 광에 의해 제어된다. 신호 채널(502)은 한정된 경로를 따라 제한된 영역내에서 광의 전송을 가이딩한다. 신호 채널(502)은 한정된 경로를 따라 제한된 영역내에서 광을 가이딩할 수 있는 광 가이딩 구조 또는 구조들의 조합에 의해 형성된다. 신호 채널을 형성할 수 있는 구조는 예를 들어, 광 섬유, 니오브산리튬 또는 신호 채널을 포함하는 다른 투명 압전 재료와 같은 기판, 광 도파관 및 압축가능한 재료를 홀딩하기 위한 챔버를 포함한다. 도 18A의 실시예에서, 신호 채널(502)은 모노리딕 광 가이딩 소자에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
압전 소자(504, 505, 506)는 압전 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 압전 소자를 형성하는데 사용될 수 있는 압전 재료의 예는 석영(SiO2), 니오브산리튬(LiNbO3), 지르콘산납(PbZrO3), 티탄산납(PbTiO3) 및 티탄산지르콘산납과 같은 결정질 압전 재료를 포함한다. 자기장에서 방위를 가질 수 있는 압전 재료의 예는 지르콘산납 및 티탄산납 또는 티탄산지르콘산납이다. 석영 및 니오브산리튬은 투명 압전 재료의 예이다.
압전 소자(504, 505, 506)는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층(507, 508)을 각각 포함한다. 상이한 층(507, 508)의 상이한 압전 특성은 예를 들어, 1) 동일한 전기장에 응답하는 상이한 정도의 팽창 및/또는 수축; 2) 동일한 전기장에 대한 상이한 응답, 예를 들어, 층들중 하나는 제1 방위를 갖는 전기장에 응답하여 팽창하고 또 다른 층은 제1 방위에 수직인 제2 방위를 갖는 전기장에 응답하여 팽창한다; 3) 상이한 극성; 4) 상이한 스트레인; 5) 상이한 히스테리시스; 6) 상이한 커패시턴스; 7) 상이한 임피던스; 8) 상이한 저항; 9) 상이한 열 히스토리; 및 10)상이한 전자기 히스토리를 포함할 수 있다.
압전 재료의 압전 특성은 예를 들어, 1) 압전 재료의 타입; 2) 압전 재료의 결정 방위; 3) 압전 재료내의 도핑 레벨; 4) 압전 재료의 밀도; 5) 압전 재료의 보이드 밀도; 6) 압전 재료의 화학적 구성; 7) 압전 재료의 열 히스토리; 8) 압전 재료의 전자기 히스토리의 함수이다. 압전 재료의 각 층의 요구되는 압전 특성은 예를 들어, 하나 이상의 상술된 파라미터를 조작함으로써 달성될 수 있다.
동일한 전기장에 응답하여 상이한 정도의 팽창 및/또는 수축을 나타내는 압전 재료의 층은 압전 소자에 통합되어 압전 소자가 기동 광에 응답하여 형상을 변화시키거나 구부러지도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 모노리딕 엘리먼트로 서로에게 부착된 압전 소자의 2개의 이웃한 층이 동일한 기동 광에 응답하여 상이한 양만큼 팽창한다면 압전 소자는 구부러질 것이다. 하나의 실시예에서, 압전 소자는 모노리딕 엘리먼트로서 형성되는, 상이한 압전 특성을 갖는, 적어도 2개의 층의 압전 재료를 포함한다. 예를 들어, 압전 소자는 반도체 처리 기술, 예를 들어, 결정 성장, 데포지션, 스퍼터링, 이온 주입등을 사용하여 서로의 상부에 압전 재료의 층을 구축함으로써 형성된다. 하나의 실시예에서, 압전 소자의 층은 상이한 결절 방위를 가져서 2개의 층은 동일한 전기장에 상이하게 응답한다. 예를 들어, 2개의 층은 서로 수직인 결정 방위를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 압전 소자의 층 의 적어도 하나는 유기 재료로 만들어진다.
상이한 압전 특성을 갖는 압전 재료의 층을 갖는 압전 소자를 사용함으로써, 압전 소자의 응답은 온/오프 스위칭을 최적화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 이러한 층의 압전 특성은 1) 기동 광에 응답하여 압전 소자의 형상 변화를 최대화하고, 2) 히스테리시트를 최소화하고, 3) 압전 소자의 형상을 변화시키는데 필요한 전력의 양을 감소시키고, 그리고 4) 스위칭 기술에 의해 생성된 열량을 감소시키기 위해 선택될 수 있다.
도 18A에 도시된 광 스위치(500)의 동작은 도 18B를 참조하여 설명된다. 도 18A는 비기동 상태의 압전 소자(504, 505, 506)를 도시한다. 비기동 상태에서, 압전 소자(504, 505, 506)의 형상은 그 노멀 상태로부터 변한다. 여기서 압전 소자(504, 505, 506)의 노멀 상태란 기동 광이 없는 압전 소자의 상태를 말한다. 도 18A의 실시예에서, 압전 소자(504, 505, 506)는 기본적으로 비기동 상태에서 편평하다. 압전 소자(504, 505, 506)의 편평한 형성으로 인해 신호 광(510)은 신호 채널(502)에 들어가고 나오는 신호 광(510)에 의해 표시된 바와 같이 신호 채널(502)을 통과할 수 있다.
도 18B는 기동 광(512)을 압전 소자(504, 505, 506)에 인가함으로써 얻어지는 기동 상태의 압전 소자(504, 505, 506)를 도시한다. 도 18B의 실시예에서, 기동 광(512)은 기동 광(512)을 신호 광(510)에 평행한 신호 채널(502)에 지향시킴으로써 인가된다. 기동 광(512)은 압전 재료에 영향을 주는 전기장을 공급한다. 기동 상태에서, 압전 소자(504, 505, 506)의 형상은 신호 광(510)이 신호 채널(5020 를 통과하는 것이 차단될 정도로 변한다. 신호 광(510)의 차단은 신호 채널(502)을 나오는 신호 광(510)의 부재에 의해 표시되어 있다. 일단 기동 광(512)이 신호 채널(502)로부터 제거되면, 압전 소자(504, 505, 506)는 노멀 상태로 복귀하고 신호 광(510)은 다시 한번 신호 채널(502)를 통과할 수 있다.
상술된 바와 같이, 기동 광(512)에 응답한 압전 소자(504, 505, 506)의 기동에 의해 압전 소자(504, 505, 506)의 형상은 변하고, 이로 인해, 신호 채널(502)의 적어도 하나의 치수는 변하게 된다. 도 19A는 압전 소자(505)가 비기동 상태일 때의 도 18A의 신호 채널(502) 및 압전 소자(505)의 단면도이다. 도 19B는 압전 소자(505)가 기동 상태일 때의 도 18B의 신호 채널(502) 및 압전 소자(505)의 단면도이다. 기동된 상태에서, 압전 소자(505)는 신호 채널(502)내로 확장하고 신호 채널(502)의 적어도 하나의 치수를 감소시킨다. 도 19A 및 도 19B에 도시된 바와 같이, 신호 채널(502)의 단면적은 비기동 상태(도 19A)일 때보다 기동 상태(도 19B)에서 보다 작다.
도 18A 내지 도 19B의 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 압전 소자(504, 505, 506)가 기동 상태일 때또 신호 채널(502)내에 여전히 개구가 존재한다. 압전 소자(504, 505, 506)가 기동 상태일 때도 신호 채널(502)내에 여전히 개구가 존재하지만, 신호 채널(502)내의 개구는 신호 광(510)이 신호 채널(502)을 통과하는 것을 차단할 정도록 작다. 신호 광(510)이 신호 채널(502)을 통과할 수 있는 능력은 신호 채널(502)의 치수 및 신호 광(510)의 파장의 함수이다. 일반적으로, 보다 짧은 파장을 갖는 광은 보다 긴 파장을 갖는 광 보다 보다 작은 치수를 갖는 신호 채 널을 통과할 수 있다.
모든 컴퓨터 로직이 3개의 논리 게이트에 의해 이루어질 수 있다는 것을 알고 있다. AND, OR 및 NOR 논리 게이트가 존재한다. 이것들은 진리표를 사용하여 기술된 특정 방식으로 디지털 신호를 처리한다. 이러한 진리표는 특정 신호가 게이트에 입력될 때 게이트로부터 출력될 신호를 나타낸다.
입력 A 입력 B AND 출력
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
표 1은 논리 AND 게이트에 대한 진리표이다. A 및 B 입력은 디지틸 신호 펄스가 게이트에 들어가는 것을 나타낸다. 이러한 입력들은 A 입력 또는 B 입력에서 들어올 수 있다. 입력 신호가 A 입력 및 B 입력 모두에서 발견될 때만 AND 게이트로부터 출력 펄스가 얻어진다.
입력 A 입력 B OR 출력
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
표 2는 논리 OR 게이트에 대한 진리표이다. 입력 신호가 A 입력 및 B 입력중 하나에서 발견될 때 또는 양측에서 발견될 대 OR 게이트로부터 출력 펄스가 얻어진다.
입력 A 입력 B NOR 출력
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
표 3은 논리 NOR 게이트에 대한 진리표이다. 양측 A 입력 및 B 입력 모두에서 입력 신호가 발견되지 않을 때만 NOR 게이트로부터 출력 펄스가 얻어진다. NOR 게이트는 자주 그 출력부에 NOT 게이트를 가진 OR게이트로서 설명된다.
논리 NOT 게이트는 신호를 취하고 이것을 그 반대로 변환한다. 들어오는 신호가 있을 때, 아무런 신호도 전송되지 않고, 아무런 신호가 들어오지 않을 때 신호가 전송된다.
현 컴퓨터 회로에서, 3개의 트랜지스터가 전기 디지털 신호를 위한 논리 AND 또는 논리 OR 게이트를 만들기 위해 사용될 수 있다. 현 컴퓨터 회로에서, 4개의 트랜지스터는 논리 NOR 게이트를 만들기 위해 사용될 수 있다. 트랜지스터는 10E-9초에 스위칭한다. 이것은 컴퓨터가 얼마나 빨리 기능하도록 만들어질 수 있는가를 결정한다. 현 컴퓨터는 전자 디지털 신호의 플로우에 기능하고 광 신호에 기능하지 않는다. 광 신호는 또한 광학 또는 포토닉 신호로 불린다.
본 발명은 광에 의해 기동되고 전기 신호 또는 트랜지스터 회로에 의해 기동되지 않는 섬유 광 스위치에 기초한 AND, OR 및 NOR 논리 게이트를 포함한다. 이들은 아무런 배터리도 필요하지 않고, 정확한 스위치가 선택되면, 게이트는 반도체 크기 제약에 대해 충분히 작게 만들어질 수 있다. 광 기동 광 스위치의 하나의 예가 여기에 언급되어 통합된 미국 특허 제7,072,536호에 개시되어 있다. 광 기동 광 스위치의 하나의 예가 식별되지만, 논리 게이트는 다른 타입의 광 기동 광 스위치를 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 논리에 대한 디지털 정보를 전달하는 광은 현 섬유 광 채널에 널리 사용되는 바와 같이 1500nm 파장 신호이다. 이러한 신호는 입력 신호의 주파수를 더블링할 주기적으로 폴링되는 니오브산리튬(PPLN) 결정을 사용함으로써 750nm 신호로 변경될 수 있다. 이러한 주파수 더블링에 의해 신호의 파장은 원 파장의 절반으로 할 수 있다. 이러한 파장의 절반으로의 변경은 PPLN에서와 같이 단순히 예일 뿐이다. 다른 파장 및 수단이 사용될 수도 있다.
상이한 구성으로 PPLN 결정은 또한 750nm 광으로부터 1500nm 파장 광을 산출할 수 있다. 일반적으로, PPLN 엘리먼트는 단지 특정 파장에 대해서만 기능하고 동시에 다른 파장에 대해서 기능하지는 않는다. 이러한 전환 동안, 전력은 소실되지만, 광 증폭기가 신호를 필요한 레벨로 다시 부스팅하기 위해 사용될 수 있다. 현 발명에 있어서, 필요한 전력 부스팅은 주파수 더블링 기능에 포함될 것이다.
광은 180 도 이상(異相)의 광과 함께 섬유 광 채널에 있을 수 있고, 광의 전기장은 나타나지 않게 된다. 이러한 180도 이상의 광은 광의 전력을 상쇄한다.
섬유 광 시스템에 대한 논리 NOT 게이트(600)의 개략도인 도 20에 대해 이제 설명한다. 도 20에서, 광 섬유와 같은 광 채널(601)은 논리 게이트(600)에 의해 필요한 1500nm 신호를 받아들인다. 광 섬유와 같은 광 채널(603)은 논리 NOT 게이트(600)에 의해 변화될 1500nm 신호를 받아들인다. 파장 축소기(605)는 들어오는 신호의 주파수를 더블링하여 750nm 신호로 전환되고, 주파수 전환이 완성된 후에 신호가 유용하도록 준비시키기 위해 필요한 임의의 광 증폭 기능을 포함하고 있다. 광 채널(601)은 파장 축소기(605)의 출력부와 결합되고 광 스위치(607)에 입력된다. 광 스위치(607)는 상술된 바와 같이 광 기동 광 스위치이다. 광 스위치(607)에 의해, 750nm 신호가 파장 축소기(605)로부터 나올 때까지 1500nm 신호가 출력될 수 있을 것이다. 750nm 신호가 파장 축소기(605)로부터 나올 때, 아무런 신호도 광 스위치(607)로부터 출력되지 않는다. 광 채널(609)은 논리 NOT 게이트(600)로부터 출력 신호를 제공한다. 출력 신호는 아무런 신호가 광 채널(603)에 입력되지 않을 때만 제공되어, 논리 NOT 게이트를 제공한다.
이제 논리 AND 게이트(610)의 개략도인 도 21에 대해 설명한다. 광 섬유와 같은 광 채널(611)은 광 스위치(612)에 보다 높은 주파수 파장 신호를 공급하여 광 스위치(612)를 기동시킨다. 광 채널(611)은 광 채널(611)내의 광의 위상이 위상 매처(616)에 의해, 광 채널(614)을 따라 논리 AND 게이트(610)에 제공된 제1 논리 입력부에 입력되는 광에 매칭된 후에 광 스위치(612)에 입력되기 위해 또 다른 섬유 광 채널과 결합한다. 광 채널(614)은 광의 절반이 파장 축소기(618)로 그후에 위상 매처(614)로 들어가서 분할된 후에, 광 채널과 결합하여 광 스위치(612)에 입력을 제공한다. 광 채널(614)내의 광의 또 다른 절반은 직접 광 스위치(612)에 입력된다.
제2 논리 입력은 광 채널(620)을 따라 논리 AND 게이트(610)에 제공된다. 광 채널(620)은 광의 절반이 파장 축소기(622)로 그후에 위상 매처(624)로 들어가서 분할된 후에 다른 광 채널과 결합하여 입력을 광 스위치(612)에 제공한다. 광 채널(614)내의 광의 또 다른 절반은 직접 광 스위치(612)에 입력된다.
광 채널(626)은 광 채널(626)내의 광의 위상이 광 채널(620)상의 제2 논리 입력의 광에 위상 매처(624)에 의해 매칭된 후에 또 다른 섬유 광 채널과 결합되어 입력을 광 스위치(612)에 제공한다. 논리 AND 논리(610)의 출력은 광 채널(628)을 따라 제공되고, 표 1에 도시된 바와 같이 AND 기능을 제공한다.
이상기(629)가 제공되어 광 채널(614, 620)로부터의 입력은 상호 180도 이상이 될 것이다. 따라서, 광 스위치(612)는 광 채널(614, 620) 양측을 따라 광이 입력될 때 개방하고 출력 신호를 제공할 것이고, 광 채널(614, 620)중 하나에서만 광이 입력될 때 폐로되고 아무런 출력 신호도 제공되지 않을 것이다. 광 채널(614, 620)의 어느 하나에 아무런 광이 입력되지 않을 때 아무런 출력 신호도 제공되지 않을 것이라는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 제1 및 제2 데이터 입력부에 들어오는 디지털 신호 광이 2개의 채널로 분할되고, 그 중 하나의 채널은 파장이 짧고 위상은 매칭되어 기동 신호를 스위칭하는, 논리 AND 게이트를 제공한다. 또한, 기동 광이 광 스위치로 들어가는 짧아진 파장 신호에 위상 매칭되는 논리 AND 게이트로서, 데이터 신호가 양 입력부에 수신될 때만 논리 게이트 밖으로 데이터 신호를 내보도록 개방되어 논리 AND 게이트의 필요조건을 충족시키는 논리 AND 게이트가 제공된다.
이제 디지털 광 신호 데이터를 처리하기 위해 2개의 광 기동 광 스위치(632, 634)를 사용하는 논리 AND 게이트(630)의 개략도인 도 22에 대해 설명한다. 1500nm 광의 제1 광 입력 신호는 광 채널(636)을 따라 논리 AND 게이트(630)에 제공되고 1500nm 광의 제2 논리 입력 신호는 광 채널(638)을 따라 논리 AND 게이트(6300에 제공된다. 광 섬유와 같은 제1 광 채널(640)은 1500nm 광의 기동 신호를 광 스위치(632)에 공급하고 제2 광 채널(642)은 1500nm의 기동 신호를 광 스위치(634)에 공급한다.
제1 및 제2 파장 축소기(642, 646)는 1500nm 광의 주파수를 더블링하여 750nm 광을 되도록 한다. 전력은 또한 주파수가 더블링된 후에, 광 기동 광 스위치를 기동시키기 위해 필요한 레벨까지 부스팅된다. 광 스위치는 150밀리와트의 기동 광 전력으로 기동시키도록 설계되었다. 광 채널(647)을 따라 파장 축소기(642, 646)에 의해 출력된 디지털 광 신호의 절반은 광 흡수기(648)에 제공된다. 파장 축소기(642, 646)로부터 출력된 광 신호의 또 다른 절반은 논리 AND 게이트(630)가 동작하도록 하는데 필요한 광 채널(640)상의 광 신호 입력과 결합한다. 광 스위치(632)로 인해 광 채널(640)상의 1500nm 신호는 이러한 스위치를 닫기에 충분히 강한 750nm 신호가 광 채널(650)에 입력될 때가지 이러한 스위치를 통과할 수 있다. 이것은 1500nm 신호가 광 채널(636, 638)상의 게이트에 들어갈 때 일어날 것이다. 광 채널(652)는 광 스위치(632)로부터 파장 축소기(654)로 출력 신호를 제공한다. 파장 축소기(654)는 광 채널(652)을 따라 광 스위치(632)에 의해 출력된 1500nm 신호의 주파수를 더블링한다.
광 채널(642)는 논리 AND 게이트(630)에 1500nm 신호를 제공하고 이것을 파장 축소기(654)의 출력과 결합시킨다. 광 스위치(634)로 인해 광 채널(642)로부터의 1500nm 신호는 아무런 신호가 파장 축소기(654)를 통해 광 스위치(632)로부터 출력되지 않는한 광 스위치를 나갈 수 있다.
광 채널(636, 638)중 하나에 들어가는 신호만이 존재할 때, 광 스위치(632)내에 입력되는 750nm 신호는 광 스위치(632)를 폐로시키고 광 채널(640)로부터의 1500nm 광의 흐름을 차단하는데 충분하지 않다. 신호가 광 채널(636, 638) 양측에서 제공될 때, 신호는 광 채널(640)로부터의 1500nm 신호를 턴오프하는데 충분하다.
광 채널(640)로부터의 신호가 광 스위치(632)로부터 출력되는 한, 광 스위치(634)로부터 제공되는 신호는 존재하지 않을 것이다.
1500nm 신호가 광 채널(636, 638) 모두에 제공되고 광 채널(640)로부터의 소스 광이 광 스위치(632)에 의해 턴오프될 때만 광 채널(642)에 의해 제공된 입력이 광 스위치(634)로부터 출력되고, 따라서, 1500nm 신호가 광 채널(636, 638) 모두에 제공될 때만 1500nm 광이 출력되는, 논리 AND 게이트를 제공한다. 이러한 논리 AND 게이트는 표 1과 같이 동작한다.
파장의 절반으로의 변화는 하나의 예로서만 제공되었다는 것을 이해해야 한다. 다른 파장 및 수단이 사용될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 2개의 입력 신호의 파장이 광 스위치의 기동을 위해 광을 제공하기 위해 즉시 축소되고 분하되는 논리 AND 게이트를 제공한다. 또한, 파장이 축소된 광이 제2 광 스위치에 공급되는 데이터 파장 신호를 전송하는 게이트의 양 입력부에 데이터 신호가 일단 들어가면 스위치를 기동시키는 논리 AND 게이트가 제공된다. 출력 신호의 파장은 2개의 입력이 논리 AND 게이트의 요구사항을 충족시킴으로써 게이트의 2개의 데이터 포트에 들어갈 때만 데이터 신호가 논리 AND 게이트를 떠나는 것을 확실히하는 제2 광 스위치에 대한 기동 신호가 되도록 증가된다.
논리 OR 게이트(700)의 개략도인 도 23에 대해 이제 설명한다. 1500nm 광의 제1 논리 입력 신호가 광 채널(702)을 따라 논리 OR 게이트(700)에 제공되고 1500nm의 제2 논리 입력 신호가 광 채널(704)을 따라 논리 AND 게이트(700)에 제공된다. 광 채널(706)은 광 스위치(708)에 공급하는 750nm의 소스를 제공한다. 광 스위치(708)는 닫힌 상태로 남을 것이고 아무런 출력 1500nm 신호도 광 채널(706)로부터 750nm 신호가 취소되지 않으면 제공되지 않을 것이다.
제1 및 제2 파장 축소기(710, 712)는 광 채널(702, 704)을 따라 제공된 1500nm 신호의 주파수를 더블링하여 750nm 신호가 되도록 한다. 이러한 축소기내에 통합되는 광 증폭기는 주파수의 변화에서 손실된 전력을 다시 유용한 레벨까지 부스팅한다.
광 채널(714)은 파장 축소기(710)로부터 위상 매처(716)로 750nm 신호 출력을 전달한다. 위상 매처(716)는 광 채널(714)을 따라 전달된 750nm 신호의 위상을 광 채널(706)을 따른 750nm 광의 소스 신호와 동위상이 되도록 한다.
광 채널(718)은 파장 축소기(712)로부터 위상 매처(720)로 출력을 제공한다. 위상 매처(7200는 광 채널(718)에 따른 신호의 위상을 광 채널(706)에 따른 750nm 광의 소스 신호와 동위상이 되도록 한다.
광 채널(722, 724)은 위상 매처(716, 720) 각각으로부터 광 흡수기(726, 728)로 광의 절반을 제공한다. 이상기(730)는 광 채널(702, 704)로부터의 신호를 이들이 특정 위상 매칭된 광 채널(706)을 따른 광과 180도 이상이 되도록 하는 절반 파장 경로이다. 이들이 광 채널(706)을 따라 광과 혼합될 때 이들은 그 절반을 상쇄한다.
광 채널(732)은 위상 매처(720)로부터 750nm 소스 광을 전달하고, 이러한 소스 광을, 충분한 전력이 광 채널(706)으로부터 나와 광 스위치(708)를 셧오프할 때까지, 이상기(730)로부터의 신호 및, 광 스위치(708)의 밖으로 흘러나올 1500nm 광의 소스인 광 채널(740)과 결합한다. 이러한 신호는 광 채널(742)을 따라 광 스위치(708)로부터 출력되어, 논리 OR 게이트를 제공한다.
광 채널(706)로부터의 750nm 광의 소스가 스위치(708)에 공급되는 한 광 채널(740)로부터의 1500nm 광의 소스로부터 소스로부터의 아무런 신호도 논리 OR 게이트 밖으로 나가는 것이 허용되지 않을 것이지만, 신호가 광 채널(702, 704)로 들어간다면 광 채널(706)로부터의 광은 절반 전력으로 상쇄될 것이고 1500nm 신호는 논리 OR 게이트 밖으로 나가는 것이 허용될 것이다.
또한, 신호가 양 광 채널(702, 704)에 제공된다면, 이들은 전체, 광 채널(706)로부터의 750nm 광의 소스를 상쇄시키기 위해 함께 충분한 전력을 갖게 될것이고, 그래서, 출력 신호가 논리 OR 게이트(700)에 의해 제공되도록 한다.
마지막 단락은 여기에 개시된 논리 OR 게이트가 어떻게 표 2에 표시된 논리 OR 게이트 진리표의 필요조건을 충족시키는지를 설명하였다. 신호가 광 채널(702 또는 704) 또는 양 채널을 따라 제공될 때 1500nm 신호는 논리 OR 게이트(700) 밖으로 나온다.
도 23에 도시된 바와 같은 논리 OR 게이트의 출력부에 도 20에 도시된 바와 같은 논리 NOT 게이트를 제공함으로써, 표 3에 표시된 진리표와 같이 기능할 논리 NOR 게이트가 만들어진다.
이제 대안의 논리 OR 게이트(800)인 도 24에 대해 설명한다. 라인(802, 804)은 게이트내에 들어오는 광 디지털 신호(A, B)를 제공하는 광 채널 또는 광 섬유이다. 이것들은 1500nm 라인 신호이다. 라인(806, 807)은 논리 OR 게이트의 기능ㅇ르 위한 1500nm 광의 소스이다.
파장 축소기(808, 810)는 주파수가 더블링된 후에 광 기동 광 스위치를 기동시킬 수 있는 레벨까지 광의 전력을 부스팅하는 주파수 더블러이다. 라인(812)은 파장 축소기(808, 810)로부터 신호(A, B)를 전달하고 라인(806)으로부터의 신호와 조합시키고 이런 신호 모두를 파워 리미터(814)에 전달하는 광 채널 또는 광 섬유의 네트워크이다.
파워 리미터(814)에 의해 특정 최대값 아래인 전력 레벨이 지날 수 있다. 라인(818)은 파워 리미터(814)로부터 스위치(816)로 그리고 파장 파장 축소기(820)로 신호를 전달하는 광 채널 또는 광 섬유이다. 스위치(816)는 광 기동 광 스위치이다. 파장 축소기(820)는 스위치(816)로부터 나오는 신호의 자푸수를 더블링한다.
스위치(830)는 광 기동 광 스위치이다. 라인(807)은 1500nm 신호를 파장 축소기(820)의 출력과 조합되도록 하고 이러한 신호를 스위치(830)에 전달하는 광 채널 또는 광 섬유이다. 파장 축소기(820)로부터 신호가 존재하는한 아무런 신호도 스위치(830) 밖으로 나오지 않을 것이다.
1500nm 신호가 라인(802)로부터 들어올 때(A 신호) 축소기(808)에서 750nm 광으로 전환되고 변경되지 않고 파워 리미터(814)를 통과하고 스위치(816)에서 라인(806)으로부터의 1500nm 신호를 턴오프한다. 그래서, 아무런 신호도 라인(807)으로부터 신호를 턴오프하도록 지나가지 않고 OR 게이트는 신호를 전송한다. (주파수를 더블링하는) 축소기(810), 파워 리미터(814), 스위치(816)를 지나는 신호가 라인(804)으로부터 나올 때, 806으로부터의 아무런 신호도 스위치(830)를 턴오프하도록 나가지 않는다. 이로 인해 신호는 게이트의 밖으로 라인(807)으로부터 스위치(830)를 통과할 수 있다.
신호가 라인(802, 804)으로부터 나올 때, 축소기(808, 810)의 더블 출력은 리미터(814)에 의해 제한되어 스위치(816)내의 라인(806)으로부터 신호를 셧오프하기에 적합하게 된다. 이로 인해 라인(807)으로부터의 신호는 논리 OR 게이트를 나올 수 있다. 신호가 A 또는 B 또는 양쪽으로 들어올 때 1500nm 신호가 논리 OR 게이트에서 나온다. 그다음, 이것은 논리 OR 게이트의 기능을 설명하는 표 2의 진리표처럼 기능한다.
OR 기능을 제공하는 논리 게이트로서, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 제1 및 제2 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는, 신호 광 입력을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부; 상기 제1 광 입력부에 다른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기; 상기 제2 광 입력부에 다른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기; 상기 제1 및 제2 파장 수정기로부터 파장 수정된 광을 공급하는 제1 및 제2 광 콘딧; 상기 제1 및 제2 광 콘딧 각각을 통해 상기 제1 파장 수정기 및 제2 파장 수정기로부터 광을 수신하고, 파워 리미터로부터의 광 출력을 사전결정된 파워 레벨로 유지하도록 동작하는 파워 리미터; 상기 파워 리미터로부터 상기 제1 광 스위치로 파워 제한된 광을 공급하는 제3 광 콘딧; 상기 제1 광 스위치로부터 신호 광을 수신하고, 상기 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제3 파장 수정기; 및 상기 제3 파장 수정기로부터 상기 제2 광 스위치로 광을 공급하는 제4 광 콘딧;을 더 포함한다.
논리 OR 게이트(900)의 개략도인 도 25에 대해 이제 설명한다. 광 채널(902)은 제1 입력을 논리 게이트(900)에 제공한다. 광 채널은 광 신호가 절반으로 분할되는 논리 게이트로 광 신호를 전달하는 섬유 광 채널이다. 광의 절반은 주파수 증가 디바이스(905)에 취해진다. 주파수 증가 디바이스(905)로부터 광은 주파수 증가 디바이스(908)로부터 충족될 광과 이상인 광을 증가 디바이스(905)로부터 만드는 절반파 경로(906)를 통해 진행한다. 절반파 경로(906)으로부터의 광은 그다음 논리 게이트의 광과 조합되어 광 스위치(910)로 입력된다. 논리 입력 A인, 라인(902)으로부터의 광의 또 다른 절반은 논리 게이트의 또 다른 광과 결합되어 광 스위치(910)로 입력된다. 라인(904)은 논리 게이트로의 입력 B이다. 라인(904)은 광 신호가 절반으로 분할되는 논리 게이트로 광 신호를 전달하는 섬유 광 채널이다. 광의 절반은 주파수 증가 디바이스(908)내로 취해진다. 그다음, 주파수 증가 디바이스(908)로부터의 광은 논리 게이트내의 또 다른 광과 조합되어 광 스위치(910)에 인터링한다. 라인(904)로부터의 광의 또 다른 절반은 논리 디바이스의 또 다른 광과 결합되어 광 스위치(910)에 인터링한다. 라인(912)은 논리 OR 디바이스의 출력부이다.
OR 기능을 제공하는 논리 게이트로서, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는, 신호 광을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부; 상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제1 광 도파관; 상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제2 광 도파관; 상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제3 광 도파관; 상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제4 광 도파관; 상기 제2 광 도파관을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기; 상기 제4 광 도파관을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기; 및 상기 제1 파장 수정기로부터의 파장 수정된 광이 상기 제2 파장 수정기로부터의 상기 광에 대해 180도 만큼 이상이 되도록 하기 위해 동작하는 이상기;를 더 포함하고, 상기 광 스위치는 상기 제1 및 제3 광 도파관, 제2 파장 수정기 및 상기 이상기로부터 광을 수신한다.
표 3내의 진리표로서 기능하는 논리 NOR 게이트는 도 20의 논리 NOT 게이트를 도 24 또는 도 25의 논리 OR 게이트의 출력부에 놓음으로써 만들어진다. 광 기동 광 스위치를 사용하는, 논리 게이터의 일부 예가 기술되었지만, AND, OR, NOR 및 NOT 논리 게이트의 다른 실시예가 광 기동 광 스위치를 사용하여 안출될 수 있다.
본 발명이 여기에 특별히 도시되고 기술된 것에 의해 제한되지 않는다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 본 발명은 상술된 설명을 읽음으로써 당업자에게 일어날 수 있고 종래에 없었던 변형은 물론 여기에 기술된 다양한 특징의 조합을 포함하고 있다.

Claims (71)

  1. 변경가능한 단면적을 갖는 광 경로;
    상기 광 경로와 연관되고, 기동 광이 충돌하는 것에 응답하여 형상을 변경하도록 동작하는 기동 광 응답 압전 소자; 및
    상기 기동 광 응답 압전 소자와 연관되어 동작되고, 기동 광 응답을 강화시키기 위한 도전 소자;를 포함하고,
    상기 기동 광 응답 압전 소자는 상기 광 경로와 연관되어 있고, 상기 기동 광 응답 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 경로를 따른 광의 경로를 조정하기에 충분한 상기 광 경로의 변경가능한 단면적에서의 변화를 유발하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 경로, 상기 압전 소자 및 상기 도전 소자는, 상기 압전 소자에 제1 범위의 임계 레벨내의 기동 광이 충돌함으로 인해, 상기 광 경로가 제1 범위의 파장의 광이 상기 광 경로를 통과하는 것을 차단하도록 하고, 상기 압전 소자에 상기 제1 범위의 임계 레벨을 벗어나는 제2 범위의 임계 레벨내의 기동 광이 충돌함으로 인해, 상기 광 경로가 제1 범위의 파장의 광이 상기 광 경로를 통과할 수 있도록 하기 위해 구성되고 동작하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전 소자는 상기 압전 소자의 표면을 따 라 뻗은 도전 재료의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  4. 전술된 청구항중 어느 한항에 있어서, 상기 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 2개의 압전 재료층은 상이한 결정 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 도전 소자는 2개의 압전 소자층 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  7. 전술된 청구항중 어느 한항에 있어서, 상기 기동 광 및 신호 광을 상기 광 경로내에 지향시키도록 동작되는 광결합기를 더 포함하고, 상기 기동 광의 적어도 하나의 특성은 상기 신호 광이 상기 광 경로를 통과할지 여부를 조정하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  8. 변경가능한 단면적을 갖는 광 경로; 및
    상기 광 경로와 연관되고, 기동 광이 충돌하는 것에 응답하여 형상을 변경하도록 동작하는 기동 광 응답 압전 소자;를 포함하고,
    상기 기동 광 응답 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 포함하고,
    상기 기동 광 응답 압전 소자는 상기 광 경로와 연관되어 있고, 상기 기동 광 응답 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 경로를 따른 광의 통과를 조정하기에 충분하게 상기 광 경로의 변경가능한 단면적을 변화시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광 경로 및 상기 압전 소자는, 상기 압전 소자에 제1 범위의 임계 레벨내의 기동 광이 충돌함으로 인해, 상기 광 경로가 제1 범위의 파장의 광이 상기 광 경로를 통과하는 것을 차단하도록 하고, 상기 압전 소자에 상기 제1 범위의 임계 레벨을 벗어나는 제2 범위의 임계 레벨내의 기동 광이 충돌함으로 인해, 상기 광 경로가 제1 범위의 파장의 광이 상기 광 경로를 통과할 수 있도록 하기 위해 구성되고 동작하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 적어도 2개의 압전 재료층은 상이한 결정 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  11. 제8항 내지 제10항중 어느 한항에 있어서, 상기 적어도 2개의 압전 소자의 적어도 2개는 상호 수직인 결정 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  12. 전술된 청구항중 어느 한항에 있어서, 상기 기동 광 및 신호 광을 상기 광 경로내에 지향시키도록 동작되는 광결합기를 더 포함하고, 상기 기동 광의 적어도 하나의 특성은 상기 신호 광이 상기 광 경로를 통과할지 여부를 조정하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  13. 광에 의해 기동되는 적어도 하나의 광 스위치를 포함하는 NOT, AND, OR, NAND 및 NOR 기능중 적어도 하나를 갖는 적어도 하나의 게이트를 포함하는 논리 게이트로서, 상기 적어도 하나의 광 스위치는,
    변경가능한 단면적을 갖는 광 경로; 및
    상기 광 경로와 연관되고, 기동 광이 충돌하는 것에 응답하여 형상을 변경하도록 동작하는 기동 광 응답 압전 소자;를 포함하고,
    상기 기동 광 응답 압전 소자는 상기 광 경로와 연관되어 있고, 상기 기동 광 응답 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 경로를 따른 광의 경로를 조정하기에 충분한 상기 광 경로의 변경가능한 단면적에서의 변화를 유발하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기동 광을 상기 적어도 하나의 광 스위치에 공급하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치에 디지털 정보를 송수신하는 신호 광을 전달하는 광 콘딧을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  15. 제14항에 있어서, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보가 큰 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  16. 제14항에 있어서, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장의 대략 2배인 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  17. 제15항에 있어서, 상기 신호 광은 1500nm의 파장을 갖고 있고, 상기 기동 광은 대략 750nm의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  18. 제14항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, NOT 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 광 스위치를 포함하고 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장의 대략 2배의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  19. 제14항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, AND 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는,
    신호 광을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부;
    상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제1 광 콘딧;
    상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제2 광 콘딧;
    상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제3 광 콘딧;
    상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제4 광 콘딧;
    상기 제2 광 콘딧을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기;
    상기 제4 광 콘딧을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기;
    상기 제2 광 콘딧을 따른 상기 광의 위상을 상기 기동 광에 매칭시키도록 동작하는 제1 위상 매처;
    상기 제4 광 콘딧을 따른 상기 광의 위상을 상기 기동 광에 매칭시키는 제2 위상 매처; 및
    상기 제2 광 콘딧 및 제4 광 콘딧을 따른 파장 감소되고 위상 매칭된 광이 상호 180도 이상이 되도록 하는 이상기;를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제3 광 콘딧을 따른 광은 단일 광 입력으로서 상기 광 스위치에 공급되고,
    상기 제2 및 제4 광 콘딧을 따른 파장 감소되고 위상 매칭된 광이 기동 광으로서 상기 광 스위치에 추가 기동 광과 함께 공급되는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  20. 제14항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, NAND 기능을 제공하고, 상기 제1 광 스위치는 제1 광 스위치 및 제2 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는,
    신호 광 입력을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부;
    상기 제1 입력부에서의 신호 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기;
    상기 제2 입력부에서의 신호 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기;
    상기 제1 광 스위치로부터의 신호 광의 파장을 감소시키도록 동작하는 제3 파장 수정기;
    상기 제1 파장 수정기로부터 제1 광 흡수기로 상기 광의 일부를 공급하는 제1 광 도파관;
    상기 제1 파장 수정기로부터 상기 제1 광 스위치로 상기 광의 일부를 공급하는 제2 광 도파관;
    상기 제2 파장 수정기로부터 제2 광 흡수기로 상기 광의 일부를 공급하는 제3 광 도파관;
    상기 제2 파장 수정기로부터 상기 제1 광 스위치로 상기 광의 일부를 공급하는 제4 광 도파관;
    상기 제1 광 스위치로부터 상기 제3 파장 수정기로 신호 광을 공급하는 제4 광 도파관; 및
    상기 제3 파장 수정기로부터 상기 제2 광 스위치로 파장 수정된 광을 기동 광으로서 공급하는 제6 광 도파관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  21. 제14항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, OR 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 가지고 있고, 상기 논리 게이트는,
    신호 광 입력을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부;
    상기 제1 광 입력부를 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기;
    상기 제2 광 입력부를 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기;
    상기 제1 파장 수정기로부터의 파장 수정된 광의 위상을 기동 광의 위상에 매칭시키도록 동작하는 제1 위상 매처;
    상기 제2 파장 수정기로부터의 광의 위상을 상기 기동 광의 위상에 매칭시키도록 동작하는 제2 위상 매처;
    상기 제1 위상 매처로부터 제1 광 흡수기로 상기 광의 일부를 공급하는 제1 광 콘딧;
    상기 제2 위상 매처로부터 제2 광 흡수기로 상기 광의 일부를 공급하는 제2 광 콘딧;
    제1 이상기;
    제2 이상기;
    상기 제1 위상 매처로부터 상기 제1 이상기로 상기 광의 일부를 공급하여 상기 위상 매처로부터의 광이 상기 기동 광과 이상이 되도록 하는 제3 광 콘딧;
    상기 제2 위상 매처로부터 제2 이상기로 상기 광의 일부를 공급하여 상기 제1 위상 매처로부터의 광이 상기 공급된 기동 광과 이상이 되도록 하는 제4 광 콘딧;
    상기 제1 이상기로부터 상기 광 스위치로 광을 공급하는 제5 광 콘딧; 및
    상기 제2 이상기로부터 상기 광 스위치로 광을 공급하는 제6 광 콘딧;을 더 포함하고,
    상기 광 스위치는 상기 제5 및 제6 광 콘딧으로부터 상기 기동 광 및 신호 광을 수신하는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  22. 제14항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, OR 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 제1 및 제2 광 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는,
    신호 광 입력을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부;
    상기 제1 광 입력부에 다른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기;
    상기 제2 광 입력부에 다른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키 도록 동작하는 제2 파장 수정기;
    상기 제1 및 제2 파장 수정기로부터 파장 수정된 광을 공급하는 제1 및 제2 광 콘딧;
    상기 제1 및 제2 광 콘딧 각각을 통해 상기 제1 파장 수정기 및 제2 파장 수정기로부터 광을 수신하고, 파워 리미터로부터의 광 출력을 사전결정된 파워 레벨로 유지하도록 동작하는 파워 리미터;
    상기 파워 리미터로부터 상기 제1 광 스위치로 파워 제한된 광을 공급하는 제3 광 콘딧;
    상기 제1 광 스위치로부터 신호 광을 수신하고, 상기 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제3 파장 수정기; 및
    상기 제3 파장 수정기로부터 상기 제2 광 스위치로 광을 공급하는 제4 광 콘딧;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  23. 제14항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, OR 기능을 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 단일 스위치를 포함하고, 상기 신호 광은 상기 기동 광의 파장보다 큰 파장을 갖고 있고, 상기 논리 게이트는,
    신호 광을 수신하는 제1 및 제2 논리 입력부;
    상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제1 광 도파관;
    상기 제1 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제2 광 도 파관;
    상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제1 부분을 수신하는 제3 광 도파관;
    상기 제2 논리 입력부에서 수신된 신호 광의 제2 부분을 수신하는 제4 광 도파관;
    상기 제2 광 도파관을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제1 파장 수정기;
    상기 제4 광 도파관을 따른 광의 파장을 상기 기동 광의 파장으로 감소시키도록 동작하는 제2 파장 수정기; 및
    상기 제1 파장 수정기로부터의 파장 수정된 광이 상기 제2 파장 수정기로부터의 상기 광에 대해 180도 만큼 이상이 되도록 하기 위해 동작하는 이상기;를 더 포함하고,
    상기 광 스위치는 상기 제1 및 제3 광 도파관, 제2 파장 수정기 및 상기 이상기로부터 광을 수신하는 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  24. 제14항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광 스위치는 제1항 내지 제13항중 어느 한항에 따라 구성된 것을 특징으로 하는 논리 게이트.
  25. 제14항 내지 제24항중 어느 한항에 따른 논리 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 논리 기능부;
  26. 신호 광을 가이딩할 수 있는 신호 채널;
    상기 신호 채널에 인접한 압전 소자; 및
    상기 압전 소자에 인접한 도전층;을 포함하고,
    상기 신호 광의 상기 신호 채널의 통과는 압전 소자로의 기동 광의 인가에 의해 제어되고, 상기 도전층은 상기 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가되는 전기장을 강화시키는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 압전 소자에 기동 광을 인가함으로써 상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과할 수 없도록 상기 압전 소자의 형상이 변하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  29. 제26항에 있어서, 상기 신호 채널은 압축가능한 재료로 채워진 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 압전 소자는 상기 챔버의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  31. 제26항에 있어서, 상기 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  32. 제26항에 있어서, 상기 압전 소자의 2개의 층은 상이한 결정 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  33. 제26항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 2개의 층 사이에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  34. 광 스위치 동작 방법으로서,
    압전 소자 및 상기 압전 소자에 인접한 적어도 하나의 도전층을 포함하는 광 스위치에 신호 광을 인가하는 단계; 및
    상기 광 스위치의 상태를 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하는 단계;를 포함하고,
    상기 도전층은 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시키는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 압전 소자에 상기 기동 광을 인가하는 단계에 의해 상기 신호 광이 상기 광 스위치를 통과할 수 없도록 상기 압전 소자의 형상이 변하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  37. 제34항에 있어서, 상기 기동 광을 인가하는 단계는 상기 압전 소자에 서로 이상인 2개의 광 신호를 인가한 후에 상기 광 신호중 하나를 제거하여 상기 기동 광으로서 나머지 광 신호를 남기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  38. 제34항에 있어서, 상기 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  39. 제34항에 있어서, 상기 압전 소자의 2개의 층은 상이한 결정 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  40. 제34항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 2개의 층 사이에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  41. 광 스위치 동작 방법으로서,
    적어도 하나의 도전층에 인접한 압전 소자에 인접한 신호 채널에 신호 광을 인가하는 단계; 및
    상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과하는 것이 방지되도록 상기 압전 소자의 형상을 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하는 단계;를 포함하고,
    상기 도전층은 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시키는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 2개의 층 사이에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  44. 신호 광을 가이딩할 수 있는 신호 채널;
    상기 신호 채널에 인접한 압전 소자;
    상기 압전 소자에 인접한 도전층; 및
    상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과하는 것이 방지되도록 상기 압전 소자의 형상을 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가시키기 위한 수단;을 포함하고,
    상기 도전층은 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 이낙된 전기장을 강화시키는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 신호 광 및 기동 광을 상기 신호 채널내로 결합시키기위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  46. 제44항에 있어서, 상기 기동 광을 인가하기 위한 수단은 기동 광 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  47. 제44항에 있어서, 상기 압전 소자는 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  48. 제47항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 2개의 층 사이에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  49. 광 스위치 동작 방법으로서,
    상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 포함하는 압전 소자를 포함하는 광 스위치에 신호 광을 인가하는 단계; 및
    상기 광 스위치의 상태를 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 압전 소자에 상기 기동 광을 인가하는 단계에 의해 상기 신호 광이 상기 광 스위치를 통과할 수 없도록 상기 압전 소자의 형상을 변하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 압전 소자의 형상의 변화로 인해 상기 광 스위치의 신호 채널의 치수가 변하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  52. 제49항에 있어서, 상기 기동 광을 인가하는 단계는 상기 압전 소자에 서로 이상인 2개의 광 신호를 인가한 후에 상기 광 신호중 하나를 제거하여, 상기 기동 광으로서 나머지 광 신호를 남기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  53. 제49항에 있어서, 상기 광 스위치는 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시키는 상기 압전 소자에 인접한 도전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  54. 제49항에 있어서, 상기 압전 소자의 2개의 층은 상이한 결정 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  55. 신호 광을 가이딩할 수 있는 신호 채널; 및
    상기 신호 채널에 인접하고, 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 포함하는 압전 소자;를 포함하고,
    상기 신호 광의 상기 신호 채널의 통과는 상기 압전 소자에 기동 광을 인가함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  56. 제55항에 있어서, 상기 압전 소자의 2개의 층은 상이한 결정 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  57. 제56항에 있어서, 상기 압전 소자의 2개의 층은 수직 결정 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  58. 제55항에 있어서, 상기 압전 소자에 인접하여 있고, 상기 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시키는 도전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  59. 제58항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 표면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  60. 제58항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 2개의 층 사이에 부착되 어 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  61. 제55항에 있어서, 상기 기동 광을 상기 압전 소자에 인가하는 단계에 의해 상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과할 수 없도록 상기 압전 소자의 형상이 변하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  62. 제55항에 있어서, 상기 신호 채널은 압축가능한 재료로 채워진 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  63. 제62항에 있어서, 상기 압전 소자는 상기 챔버의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  64. 광 스위치 동작 방법으로서,
    상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 압전 재료층을 갖는 압전 소자에 인접한 신호 채널에 신호 광을 인가하는 단계; 및
    상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과하는 것이 방지되도록 상기 압전 소자의 형상을 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  65. 제64항에 있어서, 상기 광 스위치는 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시키는 상기 압전 소자에 인접한 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치 동작 방법.
  66. 신호 광을 가이딩할 수 있는 신호 채널;
    상기 신호 채널에 인접하여 있고, 상이한 압전 특성을 갖는 적어도 2개의 상이한 층을 포함하는 압전 소자; 및
    상기 신호 광이 상기 신호 채널을 통과하는 것이 방비되도록 상기 압전 소자의 형상을 변화시키기 위해 상기 압전 소자에 기동 광을 인가하기 위한 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  67. 제66항에 있어서, 상기 압전 소자의 2개의 층은 상이한 결정 방위를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  68. 제66항에 있어서, 상기 신호 광 및 기동 광을 상기 신호 채널내로 결합시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  69. 제66항에 있어서, 상기 기동 광을 인가하기 위한 수단은 기동 광 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  70. 제66항에 있어서, 상기 압전 소자에 인접한 도전층을 더 포함하고, 상기 도 전층은 상기 인가된 기동 광에 응답하여 상기 압전 소자에 인가된 전기장을 강화시키는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
  71. 제70항에 있어서, 상기 도전층은 상기 압전 소자의 주표면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 광 스위치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104956260B (zh) * 2013-12-20 2019-04-12 华为技术有限公司 一种全光逻辑门

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2504285B1 (fr) * 1981-04-15 1986-06-06 Chevron Res Dispositif et procede de modulation d'energie rayonnante
US4524294A (en) * 1984-05-07 1985-06-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Ferroelectric photomechanical actuators
US4632518A (en) * 1984-07-31 1986-12-30 Hughes Aircraft Company Phase insensitive optical logic gate device
JP2525764B2 (ja) * 1985-12-12 1996-08-21 宇部興産株式会社 光駆動リレ−
US5144375A (en) * 1990-05-10 1992-09-01 At&T Bell Laboratories Sagnac optical logic gate
US5150242A (en) * 1990-08-17 1992-09-22 Fellows William G Integrated optical computing elements for processing and encryption functions employing non-linear organic polymers having photovoltaic and piezoelectric interfaces
US5050242A (en) * 1990-10-29 1991-09-24 Udell C Leland Hospital gown
JPH0674213A (ja) * 1992-08-26 1994-03-15 Mitsubishi Cable Ind Ltd マイクログリッパ機構
JPH06160736A (ja) * 1992-11-16 1994-06-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ブレーカ
US5502781A (en) * 1995-01-25 1996-03-26 At&T Corp. Integrated optical devices utilizing magnetostrictively, electrostrictively or photostrictively induced stress
US5943453A (en) * 1997-03-14 1999-08-24 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University All fiber polarization splitting switch
JP3829548B2 (ja) * 1999-09-24 2006-10-04 ソニー株式会社 機能性材料および機能素子
US6990281B2 (en) * 2002-08-22 2006-01-24 Prima Luci, Inc. All optical logic gates
JP2004145315A (ja) * 2002-10-01 2004-05-20 Canon Inc 光学素子および光学素子の変調方法
US7072536B2 (en) * 2003-12-11 2006-07-04 Gary Neal Poovey Light triggered light switch
JP2005315955A (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Murata Mfg Co Ltd マトリクス型光スイッチ
US7283698B2 (en) * 2004-08-30 2007-10-16 Gary Poovey Bending element light switch

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