KR20110046531A - 광 감쇄 방법, 광 장치 및 광 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

광 빔을 감쇄시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 방법은 광 빔에 적용될 감쇄 수준을 선택하는 단계를 포함한다. 2 차원 공간 광 변조기(SLM)에서 온 상태 픽셀 및 오프 상태 픽셀의 패턴은, 상기 패턴이 선택된 감쇄 수준을 제공하기 위해 상기 광 빔을 변조하도록 선택된다. 마지막으로, 상기 픽셀이 상기 선택된 패턴으로 배열된 동안 상기 SLM으로 상기 광 빔이 지향된다. 상기 패턴은 제 1 축을 따라 주기적이고, 상기 광 빔의 강도 분포가 연장하는 제 2 축 주위에서 대칭이다.

Description

광 감쇄 방법, 광 장치 및 광 통신 시스템{SPATIAL LIGHT MODULATOR (SLM)-BASED OPTICAL ATTENUATOR}
픽셀 기반의 공간 광 변조기(SLM; Spatial Light Modulator)는 인입되는 광 신호를 변조하는데 사용될 수 있다. 공간 광 변조기(SLM)는 광 소자의 어레이로 구성되는데, 어레이에서 각 픽셀은 독립적으로 광 강도를 조정 또는 변조하는 광 "밸브"로서 동작한다. SLM은 그 자체로 광을 생성하지는 않고, 램프나 다른 광원으로부터의 광을 (반사적(reflectively)으로 또는 투과적(transmissively)으로) 변조하여 동적으로 재구성 가능한 디지털 이미지를 생성한다. 공간 광 변조기로서 이용되어온 기술은 음향-광(acoustic-optic) 변조기, 액정 장치, 디지털 마이크로미러 장치(DMD)나 격자 광 밸브(GLV) 장치와 같은 미러 어레이를 포함한다.
SML은, 프로젝션 디스플레이, 인쇄, 텔레커뮤니케이션, 직접-기입 리소그래피 및 기타 유형의 광 신호 프로세싱과 같이 많은 정황에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 텔레커뮤니케이션에 있어서, 광 네트워크를 통해 전파되는 광 신호는 다수의 상이한 채널 또는 캐리어 파장을 가질 수 있다. SLM은 이러한 광 신호를 등화(equalize), 필터링, 변조 및 제어할 수 있다.
SLM이 사용되는 다양한 장치는, 다이내믹 게인 이퀄라이저, 광 스위치, 디스플레이 장치, 감쇄기, 다이내믹 회절 광 소자, 빔 스티어링 장치, 포토리소그래픽 레이저 마스크 기록기 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 이들 장치의 기능은 서로 배타적인 것은 아니다. 예를 들어, 광 감쇄기로 사용되는 SLM 기반 장치가 광 스위칭을 수행하는데 사용될 수도 있다.
상술한 SLM 기반 장치가 감쇄를 수행하는데 사용되는 경우에 이들 장치를 개선할 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 광 빔을 감쇄시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 방법은 광 빔에 적용될 감쇄 수준을 선택하는 단계를 포함한다. 2 차원 공간 광 변조기(SLM)에서 온 상태 픽셀 및 오프 상태 픽셀의 패턴은, 상기 패턴이 선택된 감쇄 수준을 제공하기 위해 상기 광 빔을 변조하도록 선택된다. 마지막으로, 상기 픽셀이 상기 선택된 패턴으로 배열된 동안 상기 SLM으로 상기 광 빔이 지향된다. 상기 패턴은 제 1 축을 따라 주기적이고, 상기 광 빔의 강도 분포가 연장하는 제 2 축 주위에서 대칭이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광 빔은 제 1 축을 따라 연정하는 비대칭적 강도 분포를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광 빔은 SLM의 제 1 축을 따라 분포된 복수의 파장으로 분산될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 파장에 따라 변할 수 있는 선택된 감쇄 수준을 갖는 재결합 광 빔을 형성하도록, 상기 복수의 파장이, 상기 SLM에 의해 변조된 후에 재결합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선택된 패턴의 주기성은 광 빔의 지름 미만일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선택된 패턴의 주기성은 광 빔의 지름의 약 1/4 미만일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제 1 축에 따른 선택된 패턴의 주기성은 광 빔의 지름의 약 1/10 미만일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 패턴은 광 빔의 여하한 국지적 강도 최대점(maximum)의 어느 한 측의 광 빔의 부분에 대해 실질적으로 동일한 감쇄 수준을 부여하는 영역을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 패턴은 국지적 강도 최대점의 어느 한 측에서 최대 강도 변화율이 존재하는 상기 광 빔의 부분에 대해 실질적으로 동일한 감쇄 수준을 부여하는 영역을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 선택된 패턴의 주기성은 각각의 개별 파장의 빔 지름보다 큰 거리에 걸쳐 변화하여 상이한 파장 범위에 대해 선택적으로 변화될 수 있는, 상대적으로 균일한 감쇄 수준을 부여할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 선택된 패턴의 주기성은 각각의 개별 파장의 빔 지름보다 작은 거리에 걸쳐 변화하여 특정 파장 범위에 대해 명목상(nominally) 연속적인 감쇄 수준 변화를 부여할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고대역폭 신호의 특정 파장 범위 내에서의 연속적인 감쇄 수준 변화는 상기 특정 파장 범위 내에서 적어도 하나의 고 강도 대역폭 신호의 신호 무결성(integrity)을 개선하도록 선택된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고대역폭 신호의 상기 특정 파장 범위 내에서의 선택된 상기 감쇄 수준 변화는, 신호의 최고 강도에 걸친 근사적으로 선형인 파장의 함수로 감쇄 변화를 가져온다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고대역폭 신호의 상기 특정 파장 범위 내에서의 선택된 상기 감쇄 수준 변화는, 신호의 최고 강도 대역폭에 걸친 근사적으로 2차인 파장의 함수로 감쇄 변화를 가져온다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고대역폭 신호의 상기 특정 파장 범위 내에서의 선택된 상기 감쇄 수준 변화는 신호의 최고 강도 부분에 걸쳐 감쇄 변화를 가져오되, 상기 최고 강도 부분에 걸친 감쇄 변화는 송신 경로에서 발생하는 이전의 파장 의존적인 감쇄를 보상하여 신호의 최고 강도 부분의 전체 파장 독립적인 순(net) 감쇄를 유발한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고대역폭 신호의 상기 특정 파장 범위 내에서의 선택된 상기 감쇄 수준 변화는 신호의 최고 강도 부분의 대역폭을 감소시키는 파장의 함수로서 감쇄 변화를 유발한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고대역폭 신호의 특정 파장 범위 내에서의 감쇄 수준 변화를 선택하는데, 송신 시스템의 끝의 수신 포토디텍터로부터의 피드백이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광 빔을 수신하기 위한 입력 포트와 상기 광 빔을 수신하기 위한 표면을 갖는 SLM을 포함하는 광 장치가 제공된다. 상기 표면은 복수의 픽셀에 상기 광 빔이 입사하도록 상기 픽셀의 어레이를 포함하고, 상기 픽셀 각각은 그 위에 입사하는 광 에너지에 대해 상이한 변조량을 제공하는 다수의 이산(discrete) 상태 중 하나의 상태에 있다. 상기 픽셀은 상기 광 빔을 희망량만큼 감쇄시키는 상태의 패턴으로 배열된다. 상기 패턴은 제 1 축을 따라 주기적이고 상기 광 빔의 강도 분포가 연장하는 제 2 축을 따라 대칭이다.
도 1은 광 빔 또는 신호를 감쇄시키기 위해 공간 광 변조기(SLM)를 사용하는 광 장치의 일 예의 블록도이다.
도 2는 파장 λ1이 입사되는 확대 부분 단면도이다.
도 3은 개별 픽셀의 온 또는 오프 상태를 도시하는, 도 1의 광 장치에서 사용되는 유형의 SLM의 평면도이다.
도 4 및 5는 상이한 픽셀 세트가 오프 상태에 있지만 동일한 감쇄 수준을 달성하는 도 3에 도시된 SLM의 평면도이다.
도 6은 3개의 공간적으로 분리된 광 파장이 집속된 도 1의 광 장치에서 사용되는 SLM의 평면도이다.
도 7 내지 10은 빔 축 방향에서 광 빔의 중심에 대해 대칭이고 광 분산 축을 따라 주기적인 픽셀 패턴의 예를 도시한다.
도 11은 예시적인 선형 통신 시스템에서의 3가지 범위(span)를 도시한다.
도 12는 도 11에 도시된 중간 노드를 위한 하나의 잠재적 구성을 도시한다.
도 1은 광 빔 또는 신호를 감쇄시키기 위해 공간 광 변조기(SLM)를 채용하는 광 장치(100)의 일 예의 블록도이다. 이 예에서, 가변 광 감쇄기(VOA; variable optical attenuator)로 기능할 수 있는 광 장치(100)는, 장치(100)로 다수 파장 신호(112)를 도입할 수 있는 입력 광 섬유(102)와 장치(100)로부터 신호의 적어도 일부분을 제거할 수 있는 출력 광 섬유(104)를 포함한다. 특히 텔레커뮤니이션 산업에 적합한 다양한 실시예에서, 다수 파장 신호(112)는 C-밴드(약 1525 내지 1565 ㎚ 사이의 파장) 또는 L-밴드(1565 내지 1625 ㎚ 사이의 파장) 내의 하나 이상의 파장을 포함할 수 있다.
광 장치(100)는 또한 제1 분산 격자 배열(118a) 및 제2 분산 격자 배열도 포함한다. 이 예에서, 제1 분산 격자 배열(118a)은 다수 파장 신호(112)를 개별 파장 또는 채널(λ1-λn)로 분리하고 파장을 SLM(108)에 집속하도록 동작한다. 유사하게, 제2 분산 격자 배열(118b)은 SLM(108)로부터의 반사 파장을 출력 다수 파장 광 신호(114)로 결합하고 신호(114)를 출력 광 섬유(104)로 집속하도록 동작한다. 제1 및 제2 분산 격자 배열은 격자, 렌즈(예를 들어, 시준 렌즈)와 다른 광 소자를 포함할 수 있다.
SLM(108)은 광 파장을 공간 변조하도록 동작할 수 있다. SLM(108)은 SLM(108)이 광 신호 프로세서로 동작하는 것처럼 인입 파장을 변조하는 한편, 광 파장 중 하나 이상을 반사에 의해 선택적으로 광 출력 섬유(104)로 통신한다. 이 광 신호 처리는, 예를 들어, 광 감쇄, 파장 필터링, 광 성능 모니터링, 동일 채널(co-channel) 변조, 분산 보상 등일 수 있다. 본 예에서, SLM(108)은 광 감쇄를 수행하는데 사용된다.
마이크로미러 기반 SLM의 한 유형은 디지털 마이크로미러 장치(DMD)이다. DMD는 마이크로미러 또는 픽셀의 2차원 어레이로 구성되며, 각각은 온 상태 또는 오프 상태로 구동될 수 있다. DMD와 관련하여서 본 명세서에서, "마이크로미러"라는 용어와 "픽셀"이라는 용어는 서로 교환 가능하게 사용된다. 통상 DMD는 작은 미러(보통, 평방 인치 당 수 백만 개)의 어레이로 구성되며, 각 미러 소자의 각 위치 (angular position)가, 예를 들어, 약 10 내지 20 도만큼 서로 각도상 오프셋되는 적어도 2개의 위치 사이에서 개별적으로 제어될 수 있다. 미러 베이스가 미러 소자 뒤에 배치된다. 개별적으로 어드레스 할 수 있는 미러 소자는 기계적 힌지 상에 기울일 수 있게 설치되고, 통상 미러 소자의 어레이는 미러 베이스 내의 제어 회로 층 위에 놓이는데, 이들은 모두 반도체 칩 상에 설치된다. DMD의 거울면은 직사각형 또는 정사각형의 미러 소자의, 대체로 직사각형인 그리드 어레이로 구성된다. 통상적인 미러 소자는 약 16 평방 마이크로미터이고, 개별 소자는 약 1 마이크론의 거리만큼 서로 분리된다. 개별적으로 제어되는, 어레이 내 미러 소자의 적어도 한 축 주위의 기울임은 거울면으로부터 반사되는 에너지가 사전결정된 패턴으로 형성될 수 있도록 한다. 또한, 거울면은 디지털 신호에 응답하여 실질적으로 순간적으로 다른 패턴을 형성하도록 재구성될 수 잇다. 이러한 재구성은 정확하고 반복가능(reproducible)하며, 일반적으로 약 25 마이크로초 미만의 시간에서 이루어질 수 있다.
도 1의 예에서, SLM(108)은 일련의 마이크로미러(도 1에 미도시)로부터 픽셀이 형성되는 DMD이다. 통상, SLM(108)에 의해 수신되는 각각의 개별 파장은 수 개의 마이크로미러에 확산되어 마이크로미러(110)가 출력 섬유(104)에 결합되는 광량을 제어할 수 있게 한다. 이는 SLM(108)의 부분확대도인 도 2에 가장 명확히 나타나 있다. 명확성을 위해, 도 2는 파장 λ1이 입사되는 마이크로미러(110)만을 도시한다. 여하한 광 빔에서와 같이, 강도 분포 곡선(150)에 의해 표시된 것처럼 파장 λ1의 강도는 공간적으로 분포된다. 강도 분포 곡선은 종종 도시된 바와 같이 가우스 분포이지만, 이에 제한되지는 않는다. 동작 시에, 온 상태의 마이크로미러(110a)는 파장 λ1의 적어도 일부의 에너지를 선택적으로 출력 섬유(104)로 반사하도록 동작한다. 또한 오프 상태의 마이크로미러(110b)는 파장 λ1의 에너지의 일부를 출력 섬유(104)로부터 먼 쪽으로 선택적으로 반사시키도록 동작한다. 이 예에서, 오프 상태 마이크로미러(110b)는 에너지를 드롭 포트(106)로 반사시킨다. 이러한 방식으로, SLM(108)은 마이크로미러(110) 중 일부의 동작 상태를 선택적으로 변화시킴으로써 출력 섬유(104)로 결합되는 파장 λ1의 광 파워를 변화시킬 수 있다. SLM(108)에 의해 출력 포트(104)로 지향되는 파장 λ2-λn의 광 파워는 비슷한 방식으로 감쇄되거나 달리 변화될 수 있다.
도 1에 도시된 SLM 기반 광 장치의 구조는 본원에서 논의되는 실시예가 적용될 수 있는 광 시스템의 일 예에 불과하다. 예를 들어, 일부 적용에서, 반사 빔을 다시 동일한 경로를 따라 지향시키고, 인입 빔과 인출 빔을 분리하기 위해 서큘레이터 또는 다른 수단을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시예에서, SLM(108)은 반사 대신 투과(transmission)에 의해 출력 섬유(104)로 하나 이상의 파장을 선택적으로 통신할 수 있다. 또 다른 실시예에서, SLM 기반 광 장치는 SML이 감쇄에 추가하여 하나 이상의 기능을 수행하는데 사용되는 장치일 수 있다. 전술한 바와 같이, 그러한 장치의 일부 예는 다이내믹 게인 이퀄라이저, 광 스위치, 디스플레이 장치, 감쇄기, 다이내믹 회절 광 소자, 빔 스티어링 장치 및 포토리소그래피 레이저 마스크 기록기를 포함한다. 본원에서 논의된 실시예가 적용될 수 있는 광 스위치의 특정한 예가 미국 출원 번호 [Docket No. 2062/3 및 2062/4]에 개시되어 있으며, 그 전체가 본 출원에 참조로 포함된다.
도 3은 개개의 픽셀(220)(그 중 하나만 라벨링 됨)을 설명하기 위한, 도 1의 광 장치에서 사용된 유형의 SLM(208)의 평면도이다. 또한 단일의 광 빔(250)이 SLM(108) 상에 입사되는 것으로 도시된다. 빔(250)의 스폿 사이즈는 일군의 픽셀을 커버하며, 하나의 응용을 다른 응용과 구별하는 것은 이들 픽셀 그룹의 조직 및 그들의 가변 패턴이다. 광 빔은 강도가 분포되어 있으므로, 모든 픽셀이 동일한 양의 에너지를 받는 것은 아니다. 예를 들어, 광 빔이 가우스 분포를 갖는다면, 강도는 정가운데 픽셀에서 최대일 것이다. 스폿 사이즈 아래의 영역을 H(높이) 행과 W(폭) 열의 마이크로미러 세그먼트로 조직한다면, 온 상태 픽셀의 수를 감소시킴으로서 픽셀의 세그먼트에서 반사되는 광 강도는 그에 따라 감소될 것이다. 역으로, 계속하여 온 상태 픽셀의 수를 증가시킴으로써, 반사 광의 강도는 이전 수준으로 점차 회복할 것이다.
논의의 명확성을 위해, 도 3 및 이후의 도면에서 오프 상태의 픽셀은 음영처리 되고 온 상태의 픽셀은 음영처리 되지 않을 것이다. 전술한 바와 같이, 주어진 파장이 입사하는 온 상태 픽셀의 수를 감소시킴으로써, 어떠한 주어진 파장도 감쇄될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 광 빔은 4개 픽셀에 입사되는 광에 상당하는 양만큼 감쇄되고 있다. 도 4는 도 3과 동일한 양만큼 광 빔(250)을 감쇄시키는 SLM(208)을 도시한다. 그러나 도 3 및 4에서, 4개 픽셀의 상이한 세트가 오프 상태에 있다. 즉, 도 3 및 4에서 상이한 패턴의 오프 상태 픽셀이 사용되어 동일한 수준의 감쇄를 달성한다. 도 5는 도 3 및 4와 동일한 수준의 감쇄를 달성하는 또 다른 픽셀 패턴을 도시한다.
도 6은 도 1의 광 장치에서 사용되는 SLM(180)의 평면도와, 제1 분산 격자 배열(118a)에 의해 SLM(108)에 집속되는 공간적으로 분리된 광 파장 λ1, λ2 및 λ3 (각각 빔 310, 320 및 330으로 나타냄)을 도시한다. 설명을 위해 3개의 파장이 도시되지만, 더 일반적으로는 여하한 수의 파장이 SML(108)에 걸쳐 공간적으로 분리될 수 있다. 본 예에서 SLM(108)의 스펙트럼 분산 축이 수평 방향이고, 개개의 파장이 포함되는 직교축은 수직 방향인 것으로 가정한다. 이 직교 축은 본 명세서에서 빔 축이라고 지칭될 것이다. 그러나, 다른 방향도 가능하다. DMD의 경우, 마이크로미러의 피봇 축이 일반적으로 스펙트럼 분산 축에 평행하게 연장할 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 예에서 각 파장에 대한 빔 지름은 약 10 픽셀에 걸쳐 연장한다.
상술한 바와 같이 상이한 픽셀 패턴이 파장 λ1-λ3을 소정 양만큼 감쇄시키는데 사용될 수 있지만, 일부 픽셀 패턴이 다른 것보다 바람직하다. 공간적으로 분산된 광 빔을 소정 감쇄 수준만큼 감쇄시킬 때 이용할 적절한 픽셀 패턴을 선택하는 경우에, 다양한 인자들이 고려되어야 한다. 먼저, 이상적인 패턴은 SML 상의 입사 광 위치의 작은 요동(fluctuation)에 상대적으로 둔감하여야 한다. 이러한 요동은 빔 정렬의 부정확성, 진동, 온도 변화 등을 포함하는 다양한 요인들로부터 발생할 수 있다. 다음, 많은 경우에 희망 감쇄 수준은 파장에 독립적이어야 한다. 즉, SML(108)의 스펙트럼 분산 축을 따라 파장 λ1-λ3 중 어느 것이 스캔되는 때에도, 파장이 겪는 감쇄량은 실질적으로 동일하여야 한다.
첫 번째 기준인 빔 위치 둔감성은 빔 축을 따르는 방향에서 광 빔의 중심에 대해 대칭인 픽셀 패턴을 이용함으로써 만족될 수 있다.
두 번째 기준인 파장 독립적 감쇄는 스펙트럼 분산 축을 따라 주기적인 픽셀 패턴을 이용함으로써 만족될 수 있다. 두 가지 기준을 모두 만족시키는 다양한 픽셀 패턴의 예가 도 7 내지 10에 도시된다. 이들 도면에서, 패턴은 수직 축을 따라 대칭이고 수평 축을 따라 주기적이다. 광 빔은 대체로 패턴의 중앙으로 입사할 것이다. 통상 패턴의 주기성(periodicity)은 광 빔의 지름 미만이어야 하고, 일부 경우에는 광 빔 지름의 약 1/4 미만이어야 한다.
앞서 말한 기준 각각을 만족시키는 SLM 픽셀 패턴은 희망하는 감쇄 수준 각각에 대해 생성될 수 있다. 예를 들어, 일부 광 장치는 0 내지 예를 들어 15dB 감쇄 수준 사이에서 예를 들어 0.1 dB 증분(increments)의 감쇄 가변도를 제공하여야 한다. 이 경우, 각 0.1 dB 감쇄 증분에 대해 하나 이상의 패턴이 생성될 수 있다.
도 7 내지 10의 패턴의 정성적 비교는 주기적인 패턴이 모두 공통으로 가지는 특성을 나타낸다. 이들은 모두 수평 축에서 주기적이고 수직 축에서 대칭이기 때문에 모든 패턴이 전술한 2개의 기준을 만족시킨다. 그러나, 또한, 아마 도 7에서 가장 잘 나타난 바와 같이, 패턴은 더 큰 감쇄량 및 더 작은 감쇄량을 부여하는 상이한 영역들로 배열된다. 이 예에서, 이들 영역은 5개의 상이한 밴드 또는 스트립으로 배열되며, 도 7에서 스트립 700, 7001과 7002, 및 7201과 7202로 표시된다. 패턴 상의 가우스 빔 입사는, 빔의 중심(즉, 피크)가 중앙 스트립(700)상에 입사되고 중앙의 한 쪽 측의 빔 부분(가우스 빔이 최대 공간 강도 변화를 겪는 곳)은 각각 유사한 스트립 7101 및 7102로 입사하도록 정렬된다. 마지막으로, 가우스 빔의 최외곽 부분인 강도가 가장 낮은 부분은 스트립 7201 및 7202에 입사된다. 도 7에서 가장 명확하지만, 이 동일한 경향이 도 7 내지 10의 모든 패턴에 나타난다. 패턴에 의해 나타나는 이들 특성에 대한 직관적인 설명은, 1차적으로, 빔이 입사된 중앙 위치로부터 빔이 증분적으로 옮겨짐에 따라, 빔의 최대 강도 변화 주위의 2개의 스트립(7101 및 7102)이 서로 오프셋되기 때문에 이러한 패턴이 가우스 빔에 대해 둔감하다는 것이다. 도 7 내지 10에서 또한 볼 수 있는 것은, 다섯 개의 영역이 절대적으로, 그리고 서로에 대해 상대적으로 변화하는 더 밝은 서브 영역 및 더 어두운 서브 영역(픽셀 온 상태 및 오프 상태에 각각 대응)을 가져 SLM 상의 가우스 빔의 수직 이동에 대해 상대적으로 둔감하게 유지하면서 감쇄 수준의 정밀한 입도(granularity)를 얻는다는 것이다. 직교 또는 수평 축에서 둔감성은 가우스 빔의 반폭(half-width)(이들 예에서는 중앙 스트립(700)의 한 측의 2개 스트립 7101 및 7102의 중심-중심 간격으로부터, 약 25 픽셀 열로 추론할 수 있다)의 약 1/10 미만인 2 열 주기성을 통해 얻어진다는 점이 중요하다.
감쇄 패턴을 최적화하기 위한 추가적 고려사항은 감쇄 수준의 전이(transition)에서 이들 패턴을 관리하는 것이다. 이는 광 스위칭 또는 다이내믹 채널 등화와 같은 파장 의존 감쇄 애플리케이션에서 특히 고려된다. 균일하고 독립적으로 재구성 가능한 감쇄를 개별 파장 범위에서 광 채널에 제공하기 위해 이들 애플리케이션은 스펙트럼 분산 축을 따라 주기적인 감쇄 패턴을 이용할 수 있다. 이는 상이한 수준 사이의 감쇄 경계에서 상이한 패턴 간의 전이를 요구하며, 경계에서 감쇄 패턴의 완전한 주기성이 나타나지 않는다면 감쇄 에러가 발생할 수 있다. 희망 감쇄를 달성하기 위해 패턴의 완전한 주기가 필요하기 때문에 에러가 발생하며, 정의된 채널에서 패턴 열의 수가 패턴 주기로 정확히(evenly) 나누어지지 않는다면, 희망의 평균 감쇄 수준이 나타나지 않고 부분적 패턴으로부터 발생하는 감쇄 수준 에러가 존재할 수 있다. 이 에러를 최소화하는 전략은 일반적으로 (1) 목표 감쇄 수준에 가까이 근사하는 개별 행을 갖는 패턴을 선택하는 것, (2) 애플이케이션에서 불완전한 주기를 갖는 열의 수를 최소화하는 것 또는 (3) 감쇄 경계에서의 단절을 최소화하도록 주어진 패턴의 배열(또는 주기적 페이즈)을 위치시키는 것의 세가지 접근 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 접근 (1)의 예는 각 열에서 모두 목표 감쇄 수준을 갖는 패턴을 이용하는 것이다. 접근 (2)의 예는 패턴의 적어도 한 쪽에서 항상 완전한 주기로 시작하고, 바람직하게는 전체 영역이 완전한 주기(양 경계를 포함)만을 갖도록 주기성 및 감쇄 수준 경계를 선택하는 것이 될 것이다. 접근 (3)의 예는 여하한 잔여 부분 주기가 목표 값에 가까운 평균 감쇄를 갖도록 패턴의 페이즈 또는 열 순서를 변경하는 것이 될 것이다.
SLM 픽셀 패턴은 SLM이 프로세서로부터 적절한 제어 신호를 받을 때 생성될 수 있다. 프로세서와 연관된 저장 매체는 프로세서가 다양한 패턴을 생성하는데 사용하는 프로그램 명령들을 저장할 수 있다. 이러한 프로세서는 명령들을 어셈블리, 컴파일 또는 기계 수준에서 실행할 것이다. 명령들은 본 명세서에서 제공된 설명을 따라 통상의 기술 중 하나에 의해 작성될 수 있으며, 컴퓨터 판독 가능 매체 상에서 저장 또는 전송될 수 있다. 명령들은 소스 코드 또는 여하한 다른 공지된 컴퓨터 이용 설계 툴을 이용하여 생성될 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 이들 명령을 운반할 수 있는 여하한 매체일 수 있으며, CD-ROM, DVD, 자기 또는 다른 광 디스크, 테이프, 실리콘 메모리(예를 들어, 소거가능, 비-소거가능, 휘발성 또는 비-휘발성), 및/또는 패킷화된 또는 비-패킷화된 유선 또는 무선 송신 신호를 포함한다.
본 명세서에서 설명된 VOA는 광 섬유 통신 시스템에 채용되는 때에 몇 가지 중요한 특징을 수행할 수 있을 것으로 기대된다. 도 11은 예시적인 선형 통신 시스템에서의 3개의 범위(span; 820)을 도시한다. 범위(820)는 중간 노드(801 및 802)를 통해 광 결합된다. 이 시스템은 다수의 상이한 정보 반송(information-carrying) 파장 스트림(810)이 디멀티플렉서(811)로 전송될 수 있도록 이들을 다중화하는 수단을 제공한다. 본 발명은 중간 노드에서 여러 목적을 위해 유리하게(advantageously) 채용될 수 있다.
중간 노드를 위한 한 가지 잠재적 구성이 도 12에 도시된다. 도시된 바와 같이, 노드는 광 사전증폭기(preamplifier; 930), 광 프로세서(921) 및 광 후증폭기(post amplifier; 931)을 포함한다. 2개의 광 증폭기(930 및 931)는 광 신호가 광 손실을 겪으며 긴 길이의 광 섬유를 따라 송신될 때 높은 신호 파워를 제공함으로써 광 손실을 보상한다. 그러나, 후증폭기(931) 이후에 최적의 채널 당 출력 파워를 효과적으로 제공하기 위해서, 광 프로세서(921)가 채널 당 손실을 동적으로 제어할 수 있는 것이 종종 유익할 것이다. 이 채널 당 출력 파워 제어 기능은 다이내믹 게인 등화라고 지칭할 수 있으며, 광 프로세서(921)는 다이내믹 게인 이퀄라이저(DGE; Dynamic Gain Equalizer)라고 지칭할 수 있다. DGE는 광 증폭기에서 발생하는 비-최적 게인을 정정하는 등의 다양한 목적을 위해 유용하다. 다르게는, DGE는 저 마진 채널에 대해 마진을 개선하기 위해 더 많은 신호 파워를 요구하는 채널을 "사전강조(preemphasize)"하는데 사용될 수 있다. 다른 또는 강화된 기능은, DGE가 감쇄를 제어하는 기능을, 예를 들어 도 12의 섬유(920)를 이용하여, 각 노드에서의 국지적 사용을 위해 채널을 최적으로 라우팅하는 기능과 통합하는 것이다. 이러한 통합된 기능을 포함하는 장치는 통상 파장 선택 스위치(WSS; Wavelength Selective Switch)라고 지칭하며, 이러한 스위치는 본 발명의 VOA에 의해 설명된 기술을 이용할 때 강화된 기능 및 성능을 가질 수 있다. 또한, WSS의 기능은 다수의 섬유 사이에서 완전한 비-차단 교차 접속(full non-blocking cross-connect) 을 형성하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 이는 도 11에 도시된 선형 송신 시스템을 더 복잡한 상호접속 메쉬 시스템으로 확장하는 때에 유용하다.

Claims (32)

  1. 광 빔을 감쇄시키는 방법으로서,
    광 빔에 적용될 감쇄 수준을 선택하는 단계와,
    2 차원 공간 광 변조기(SLM)에서 온 상태 픽셀 및 오프 상태 픽셀의 패턴을, 상기 패턴이 선택된 감쇄 수준을 제공하기 위해 상기 광 빔을 변조하도록 선택하는 단계와,
    상기 픽셀이 상기 선택된 패턴으로 배열된 동안 상기 SLM으로 상기 광 빔을 지향시키는 단계를 포함하되,
    상기 패턴은 제 1 축을 따라 주기적이고, 상기 광 빔의 강도 분포가 연장하는 제 2 축 주위에서 대칭인
    광 빔 감쇄 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 빔은 상기 제 1 축을 따라 연장하는 비대칭 강도 분포를 갖는
    광 빔 감쇄 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 빔을 상기 SLM의 상기 제 1 축을 따라 분포된 복수의 파장으로 공간적으로(spatially) 분산시키는 단계를 더 포함하는
    광 감쇄 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    파장에 따라 변할 수 있는 선택된 감쇄 수준을 갖는 재결합 광 빔을 형성하도록, 상기 복수의 파장을, 상기 SLM에 의해 변조된 후에 재결합하는 단계를 더 포함하는
    광 감쇄 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택된 패턴의 주기성(periodicity)은 상기 광 빔의 지름 미만인
    광 감쇄 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 광 빔의 여하한 국지적 강도 최대점(maximum)의 어느 측의 상기 광 빔의 부분에 대해서도 실질적으로 동일한 감쇄 수준을 부여하는 영역을 갖는
    광 감쇄 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 국지적 강도 최대점의 어느 측의 최대 강도 변화율이 존재하는 상기 광 빔의 부분에 대해서도 실질적으로 동일한 감쇄 수준을 부여하는 영역을 갖는
    광 감쇄 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 선택된 패턴의 주기성은 각각의 개별 파장의 빔 지름보다 큰 거리에 걸쳐 변화하여 상이한 파장 범위에 대해 선택적으로 변화될 수 있는, 상대적으로 균일한 감쇄 수준을 부여하는
    광 감쇄 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 선택된 패턴의 주기성은 각각의 개별 파장의 빔 지름보다 작은 거리에 걸쳐 변화하여 특정 파장 범위에 대해 명목상(nominally) 연속적인 감쇄 수준 변화를 부여하는
    광 감쇄 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    고대역폭 신호의 특정 파장 범위 내에서의 상기 연속적인 감쇄 수준 변화는 상기 특정 파장 범위 내에서 적어도 하나의 고대역폭 신호의 신호 무결성(integrity)을 개선하도록 선택되는
    광 감쇄 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    고대역폭 신호의 상기 특정 파장 범위 내에서의 선택된 상기 감쇄 수준 변화는, 신호의 최고 강도에 걸친 근사적으로 선형인 파장의 함수로 감쇄 변화를 가져오는
    광 감쇄 방법.
  12. 제 10 항에 있어서
    고대역폭 신호의 상기 특정 파장 범위 내에서의 선택된 상기 감쇄 수준 변화는, 신호의 최고 강도 대역폭에 걸친 근사적으로 2차인(quadratic) 파장의 함수로 감쇄 변화를 가져오는
    광 감쇄 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    고대역폭 신호의 상기 특정 파장 내에서의 선택된 상기 감쇄 수준 변화는 신호의 최고 강도 부분에 걸쳐 감쇄 변화를 가져오되, 상기 최고 강도 부분에 걸친 감쇄 변화는 송신 경로에서 발생하는 이전의 파장 의존적인 감쇄를 보상하여 신호의 최고 강도 부분의 전체 파장 독립적인 순(net) 감쇄를 유발하는
    광 감쇄 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    고대역폭 신호의 특정 파장 범위 내에서의 감쇄 수준 변화를 선택하는데, 송신 시스템의 끝의 수신 포토디텍터로부터의 피드백이 사용되는
    광 감쇄 방법.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 패턴은, 상이한 감쇄 수준에 대한 패턴들 사이의 전이(transition)에서 강도 혼란(perturbation)을 최소화하도록 배열된 복수의 주기적 감쇄 패턴을 포함하는
    광 감쇄 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 주기적 감쇄 패턴은 전체 주기적 패턴의 평균 감쇄를 근접하게 근사하는, 패턴의 각각의 열에 걸친 평균 감쇄 수준을 갖도록 선택되는
    광 감쇄 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 주기적 감쇄 패턴은, 부분적인 주기적 패턴이 전체 주기적 패턴의 평균 감쇄를 근접하게 근사하는 평균 감쇄 수준을 갖는 것을 보장하도록 선택되는
    광 감쇄 방법.
  18. 광 빔을 수신하기 위한 입력 포트와,
    상기 광 빔을 수신하기 위한 표면을 갖는 SLM을 포함하되,
    상기 표면은 복수의 픽셀에 상기 광 빔이 입사하도록 상기 픽셀의 어레이를 포함하고, 상기 픽셀 각각은 입사하는 광 에너지에 대해 상이한 변조량을 제공하는 다수의 이산(discrete) 상태 중 하나의 상태에 있으며, 상기 픽셀은 상기 광 빔을 희망량만큼 감쇄시키는 상태의 패턴으로 배열되고, 상기 패턴은 제 1 축을 따라 주기적이고 상기 광 빔의 강도 분포가 연장하는 제 2 축을 따라 대칭인
    광 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광 빔을 복수의 파장으로 공간적으로 분산시키기 위한 분산(dispersive) 광 소자를 더 포함하고, 상기 SLM의 표면은 공간적으로 분산된 파장이 상기 제 1 축을 따라 연장하도록 상기 공간적으로 분산된 파장을 수신하는
    광 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 SLM은 디지털 마이크로미러 장치(DMD)인
    광 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 광 빔의 여하한 국지적 강도 최대점의 어느 측의 상기 광 빔의 부분에 대해서도 실질적으로 동일한 감쇄 수준을 부여하는 영역을 갖는
    광 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 패턴은 국지적 강도 최대점의 어느 측에서 최대 강도 변화율이 존재하는 상기 광 빔의 부분에 대해서도 실질적으로 동일한 감쇄 수준을 부여하는 영역을 갖는
    광 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    선택된 패턴의 주기성은 각각의 개별 파장의 빔 지름보다 큰 거리에 걸쳐 변화하여 상이한 파장 범위에 대해 선택적으로 변화될 수 있는, 상대적으로 균일한 감쇄 수준을 부여하는
    광 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    선택된 패턴의 주기성은 각각의 개별 파장의 빔 지름보다 작은 거리에 걸쳐 변화하여 특정 파장 범위에 대해 명목상(nominally) 연속적인 감쇄 수준 변화를 부여하는
    광 장치.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 패턴은, 상이한 감쇄 수준에 대한 패턴들 사이의 전이(transition)에서 강도 혼란(perturbation)을 최소화하도록 배열된 복수의 주기적 감쇄 패턴을 포함하는
    광 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 주기적 감쇄 패턴은 전체 주기적 패턴의 평균 감쇄를 근접하게 근사하는, 패턴의 각각의 열에 걸친 평균 감쇄 수준을 갖도록 선택되는
    광 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 주기적 감쇄 패턴은, 부분적인 주기적 패턴이 전체 주기적 패턴의 평균 감쇄를 근접하게 근사하는 평균 감쇄 수준을 갖는 것을 보장하도록 선택되는
    광 장치.
  28. 정보 포함(information-bearing) 광 빔을 수신하기 위한 입력 포트와,
    상기 광 빔을 전송하기 위한 출력 포트와,
    상기 정보 포함 광 빔 내에서 반송되는 정보를 이용하기 위한 프로세서와,
    상기 광 빔을 수신하기 위한 표면을 갖는 적어도 하나의 SLM을 포함하고,
    상기 표면은 복수의 픽셀에 상기 광 빔이 입사하도록 상기 픽셀의 어레이를 포함하고, 상기 픽셀 각각은 입사하는 광 에너지에 대해 상이한 변조량을 제공하는 다수의 이산(discrete) 상태 중 하나의 상태에 있으며, 상기 픽셀은 상기 광 빔을 희망량만큼 감쇄시키는 상태의 패턴으로 배열되고, 상기 패턴은 제 1 축을 따라 주기적이고 상기 광 빔의 강도 분포가 연장하는 제 2 축을 따라 대칭인
    광 통신 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 선택된 패턴의 주기성은 각각의 개별 파장의 빔 지름보다 큰 거리에 걸쳐 변화하여 상이한 파장 범위에 대해 선택적으로 변화될 수 있는, 상대적으로 균일한 감쇄 수준을 부여하는
    광 통신 시스템.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 선택된 패턴의 주기성은 각각의 개별 파장의 빔 지름보다 작은 거리에 걸쳐 변화하여 특정 파장 범위에 대해 명목상(nominally) 연속적인 감쇄 수준 변화를 부여하는
    광 통신 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    고대역폭 신호의 특정 파장 범위 내에서의 상기 연속적인 감쇄 수준 변화는 상기 특정 파장 범위 내에서 적어도 하나의 고대역폭 신호의 신호 무결성(integrity)을 개선하도록 선택되는
    광 통신 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 출력 포트에 광 결합된 수신 포토디텍터를 더 포함하고, 적어도 하나의 고대역폭 신호의 특정 파장 범위 내에서의 감쇄 수준 변화를 최적화하는데, 상기 수신 포토디텍터로부터의 피드백이 사용되는
    광 통신 시스템.
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