KR20120082473A - 광 정합 필터 - Google Patents

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KR20120082473A
KR20120082473A KR1020127015563A KR20127015563A KR20120082473A KR 20120082473 A KR20120082473 A KR 20120082473A KR 1020127015563 A KR1020127015563 A KR 1020127015563A KR 20127015563 A KR20127015563 A KR 20127015563A KR 20120082473 A KR20120082473 A KR 20120082473A
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알까뗄 루슨트
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Abstract

광학 경로는 입력 광학 신호를 전파하도록 구성된다. 복수의 전극은 광학 신호에 복수의 이산 위상 시프트를 생성하도록 구성된다. 출력 광학 신호는 복수의 이산 위상 시프트의 합만큼 입력 광학 신호에 대해 위상 시프트된다.

Description

광자 정합형 필터{PHOTONIC MATCH FILTER}
본 출원은 일반적으로 광학 장치에 관한 것으로서, 특히 광자 장치에 관한 것이다.
이 절은 본 개시(disclosure)에 대한 충실한 이해를 용이하게 하는데 도움을 줄 수 있는 양태를 소개한다. 따라서, 이 절의 설명은 이러한 관점에서 판독되어야 하며, 종래 기술에 있거나 종래 기술에 없는 것에 대한 인정으로 이해되지 않아야 한다.
정합 필터는 레이더 및 통신을 포함하는 다양한 응용에 이용된다. 정합 필터는 알려지지 않은 신호에서 템플릿의 존재를 검출하기 위해 전형적으로 알려진 신호 또는 템플릿을 알려지지 않은 신호와 상관시킨다.
전형적으로, 정합 필터는 진폭 정합에 의해 동작한다. 그러나, 진폭 정합에 내재한 한계는 정합 필터를 포함하는 시스템의 성능을 제한할 수 있다.
일 양태는 광학 경로 및 복수의 전극을 포함하는 장치를 제공한다. 광학 경로는 입력 광학 신호를 전파하도록 구성된다. 복수의 전극은 광학 신호에 복수의 이산 위상 시프트를 생성하도록 구성된다. 출력 광학 신호는 복수의 이산 위상 시프트의 합만큼 입력 광학 신호에 대해 위상 시프트된다.
다른 양태는 광자 정합형 필터를 제공한다. 필터는 제 1 및 2 광학 임의 위상 파형 생성기 및 그 사이의 전파 경로를 포함한다. 제 1 광학 임의 위상 파형 생성기는 간섭성 광 신호를 받아들여, 여기에 제 1 시간적 위상 시프트 패턴을 적용하도록 적응된다. 제 2 광학 임의 위상 파형 생성기는 제 1 광학 임의 위상 파형 생성기의 출력 신호를 수신하여, 여기에 제 2 시간적 위상 시프트 패턴을 적용하도록 구성할 수 있다. 전파 경로는 제 1 파형 생성기의 출력으로부터 제 2 파형 생성기의 입력으로 간섭성 광 신호를 전파하도록 구성된다.
또 다른 양태는 방법이다. 방법은 간섭성 광학 신호를 수신하도록 광학 경로를 구성하는 단계를 포함한다. 제 1 복수의 전극은 간섭성 신호에 제 1 복수의 이산 위상 시프트를 생성하도록 구성된다. 출력 광학 신호는 복수의 이산 위상 시프트의 합만큼 입력 광학 신호에 대해 위상 시프트된다. 제 1 위상 시퀀스 생성기는 제 1 복수의 전극을 제어하여 간섭성 광학 신호에 제 1 시간적 위상 시프트 패턴을 생성하도록 구성된다.
이제, 예들로서만 제공되며 첨부한 도면과 관련하여 취해지는 실시예들에 대한 다음의 설명이 참조된다.
도 1은 본 개시의 일반적 임의 위상 파형 생성기(APWG)를 도시한다.
도 2는 16 위상 상태를 생성하도록 구성되는 APWG의 예시적 실시예를 도시한다.
도 3은 APWG에 의해 생성된 신호의 예시적 크기 및 위상을 도시한다.
도 4 및 5는 본 개시의 APWG의 대안적 실시예를 도시한다.
도 6은 APWG을 이용한 정합 위상 필터에 대한 본 개시의 실시예를 도시한다.
도 7은 국부 발진기를 가진 정합 위상 필터에 대한 본 개시의 실시예를 도시한다.
도 8a 및 8b는 본 개시의 방법을 도시한다.
본 개시는 종래의 정합 필터 장치의 한계를 극복하기 위해 광학 위상 형성 장치를 이용하여 정합 필터를 구현할 수 있다는 고유한 인식으로부터 도움을 받는다. 광학 진폭 정합 필터는 신호 절연에 내재된 한계로 인해 낮은 소광비(extinction ratio)에 의해 제한될 수 있다. 여기의 여러 실시예에서 설명되는 위상 정합 필터는 적어도 필터 성능의 소광비 제한이 실질적으로 감소되거나 본질적으로 제거된다는 점에서 통상의 광학 진폭 정합 필터에 비해 개선된다. 이러한 감소는 다른 양태 중에서 통상의 광학 진폭 정합 필터에 대해서보다 위상 정합 필터의 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 가능하게 할 수 있다.
먼저 도 1을 참조하면, 일반적으로 (100)으로 명시되는 임의 위상 파형 생성기(APWG)의 일반화된 실시예가 도시된다. APWG(100)는 기판(110)에 형성된 평면 광학 도파관 장치로서 제한되지 않으면서 예시된다. 광섬유 도파관과 같은 다른 형태의 광학 도파관을 이용하는 실시예들이 광학 기술 분야의 당업자의 능력 내에서 본 개시에 제공된다. 광학 경로(120)는 기판(110) 위에 형성되며, 그 사이에 전극(130)이 위치된다. 집합적으로 여기에서 전극(140)으로 지칭되는 전극(140.0, 140.1, 140.2 ... 140.n)이 광학 경로(120) 상에 위치된다. 전극은 집합적으로 제어 신호(150)로 지칭되는 제어 신호 V0(t), Vi(t), V2(t),... Vn(t)에 의해 제어된다. 기판(110), 광학 경로(120), 전극(130) 및 전극(140)의 각각은 통상적일 수 있거나 어떤 미래에 발견되는 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 광학 경로는 예컨대 니오브산 리튬(LiNb03) 또는 하나 이상의 전극(140)과 전극(130) 사이의 전압에 응답하여 이를 통과하는 광학 신호에 위상 시프트를 유도할 수 있는 다른 전기 광학 물질을 포함할 수 있다.
각 전극(140)은 상응하는 위상 변조 섹션(160)과 관련된다. 따라서, 예컨대, 전극(140.0)은 위상 변조 섹션(160.0)과 관련되고, 전극(140.1)은 위상 변조 섹션(160.1)과 관련되며, 계속해서 같은 식으로 반복된다. 각 전극(140)은 또한 상응하는 증분 위상 시프트
Figure pct00001
와 관련된다. 따라서, 전극(140.0)은 위상 시프트
Figure pct00002
와 관련되고, 전극(140.1)은 위상 시프트
Figure pct00003
와 관련되며, 계속해서 같은 식으로 반복된다. 위상 시프트는 일반적으로 시간의 함수이며, 상응하는 전극(140)에 의해 이의 변조를 반영한다. 이하, 위상 시프트
Figure pct00004
의 시간 의존성은 생략되지만, 각 위상 시프트
Figure pct00005
는 일반적으로 시간의 함수인 것으로 이해된다.
광원(170)은 입력 광학 신호(180)를 생성하도록 적응된다. 광원(170), 예컨대, 레이저 다이오드와 같은 가시적 또는 비가시적 간섭성 광학 소스일 수 있다. 광원(170)은 일반적으로 거의 일정한 크기 EC 및 주파수
Figure pct00006
를 가진 형식
Figure pct00007
의 신호를 출력한다.
여러 실시예에서, 위상 시프트
Figure pct00008
,
Figure pct00009
,
Figure pct00010
는 이산 위상 시프트이다. 위상 시프트는 각 전극(140)이 다른 전극(140)에 의해 생성되는 위상 시프트와 무관하게 관련된 위상 시프트
Figure pct00011
를 생성하도록 구성할 수 있다는 의미에서 이산적이다. 여러 실시예에서, 위상 시프트의 크기는 또한 독특하며, 이는 2 위상 시프트
Figure pct00012
가 동일하지 않다는 것을 의미한다. 아래에 더 설명되는 바와 같이, 입력 광학 신호(180)의 위상은 복수의 이산 위상 시프트의 합인 전체 위상 시프트만큼 시프트되어 출력 광학 신호(190)를 생성한다.
일반적으로 전극(140)과 전극(130) 사이에 전압을 인가할 때에 이론에 의한 제한 없이, 전극(140)과 관련된 위상 변조 섹션(160)의 굴절률은 변화하여, 위상 변조 섹션(160)의 광학 경로 길이를 변경시킬 것이다. 광학 경로 길이의 변경은 위상 변조 섹션(160)을 통과하는 입력 광학 신호(180)의 위상의 상응하는 변화를 유발시킬 것으로 예상된다. 입력 광학 신호(180)는 각 통전된(energized) 전극(140)과 관련된 증분 위상 시프트를 경험한다.
입력 광학 신호(180)에서 생성된 위상 시프트는 일반적으로
Figure pct00013
로 표현될 수 있고, 위상 변조 섹션(160)의 각각에 의해 생성되는 거의 증분 위상 시프트의 합일 수 있다. 제어 신호(150), 예컨대, V0(t), V1(t), V2(t) ... Vn(t)가 시간의 함수로 변조되면,
Figure pct00014
는 또한 시간 의존적일 것이다. 기호 편의를 위해, 제어 신호(150)는 b0, b1, b2 ... bn로 명시될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 신호(150)는 2진(binary) 방식으로 제어된다. 여기서, 제어 라인에 관한 2진 방식은 제어 라인이 두 상태 사이의 정상적인 동작 중에 전환되는 것을 의미한다. 논리 "0" 또는 부울 "거짓"(Boolean "false")에 상응하는 제 1 상태는 위상 시프트가 여기서 발생하지 않도록 하는 관련된 변조 섹션(160)의 제어에 상응할 수 있다. 논리 "1" 또는 부울 "참(true)"에 상응하는 제 2 상태는 미리 정해진 비제로(nonzero) 위상 시프트가 여기서 발생하도록 하는 관련된 변조 섹션(160)의 제어에 상응할 수 있다. 물론, 전극(140)의 전압 상태에 대한 논리 상태의 할당은 임의적이며, 반대로 될 수 있다. APWG(100)에 의해 입력 광학 신호(180)에 부과되는 전체 위상 시프트는
Figure pct00015
로 표현될 수 있으며, 여기서,
Figure pct00016
,
Figure pct00017
,
Figure pct00018
는 비트 b0, b1, b2 ... bn에 의해 생성되는 각각의 증분 위상 시프트이고,
Figure pct00019
Figure pct00020
은 활성 전극(140)과 관련된 변조 섹션(160)으로 인한 전체 위상 시프트이다.
여기에 제시된 여러 실시예는 서로에 대한 길이의 특정 관계를 갖는 전극(140)을 설명한다. APWG(100)는, 예컨대, 전극(140.1)보다 긴 전극(140.2), 전극(140.2)보다 긴 전극(140.3), 등등, 가장 긴 전극인 전극(140.n)으로 도시된다. 전극(140)은 신호 전파의 방향으로 길이가 단조롭게(monotonically) 증가하는 것으로 도시되지만, 전파의 방향으로 더욱 작게 되도록 정돈되는 전극(140), 또는 심지어 정돈되지 않은 전극 길이를 포함하는 다른 구성이 가능하고 고려된다. 신호 전파의 방향의 전극(140)의 순서는 APWG(100)의 동작에 중요하지 않은 것으로 예상된다.
일 실시예에서, 전극(140)의 길이는, 예컨대, 전극(140.2)의 길이 대 전극(140.1)의 길이의 비는 전극(140.3) 대 전극(140.2)의 비와 거의 동일하도록 로그 형식으로 증가한다. 더 구체적으로, APWG(100)의 예시된 실시예에서, 전극(140.2)의 길이 대 전극(140.1)의 길이의 비는 약 2이고, 전극(140.3)의 길이 대 전극(140.2)의 길이의 비는 약 2이며, 계속해서 같은 식으로 반복된다. 본 실시예는 여기서 2진 전극 시퀀스로 언급된다.
전극(140)이 APWG(100)에 대해 예시된 2진 전극 시퀀스로 구성되면, 다음 더욱 작은 전극(140), 예컨대, 전극(140.1)에 대해 전극(140), 예컨대, 전극(140.2)에 의해 생성되는 위상 시프트는 또한
Figure pct00021
일 때에 약 2의 비를 갖는다. 따라서, 각 변조 섹션(160), 예컨대, 변조 섹션(160.2)에 의해 생성되는 위상 시프트 대 다음 더욱 짧은 변조 섹션, 예컨대, 변조 섹션(160.1)에 의해 생성되는 위상 시프트의 비는 전극이 디지털식으로 구동될 때에 약 2이다.
APWG(100)이 2진 전극 시퀀스를 갖는 것으로 예시되지만, 본 개시의 범위 내에는 다른 전극 구성이 존재한다. 예컨대, 전극(140)은 2진와 다른 로그 수열, 예컨대, 디바이스 재료(device material) 및 처리 제약 조건(processing constraints)과 일치하는 어떤 원하는 비를 가질 수 있다. 어떤 경우에, 전극(140)의 길이, 및 이에 의해 생성되는 수반하는 위상 시프트는 로그 관계와 다른 관계만큼 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예컨대, 전극(140)의 길이는 선형적으로 증가할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전극(140)은 단일 전극(140)만이 각 원하는 위상 시프트 값을 생성하도록 통전될 필요가 있도록 하는 길이를 갖는다. 전극의 길이는 위상 시프트 비의 정밀도가 바람직할 때에 예컨대 레이저 트리밍에 의해 조정될 수 있다.
도 2는 총괄하여 전극(210)으로 언급되는 4개의 전극(210.1, 210.2, 210.3, 210.4)을 가진 APWG(200)의 실시예를 예시한다. 전극(210)은 출력 광학 신호(220)를 생성하기 위해 광학 경로(120)를 통해 입력 광학 신호(180)의 위상을 제어하도록 구성된다. 전극(210)은 4개의 각각의 제어 신호(230)에 의해 제어된다. 예시된 실시예에서, 제어 신호(230)는 2진 제어 라인인 것으로 취해지며, 전극(210)은 2진 전극 시퀀스로 구성된다. APWG에 대한 논의에서, 제어 라인(230)은 총괄하여 B로 언급될 수 있으며, 개별적으로,
Figure pct00022
을 원하는 값으로 설정하도록 구성되는 제어 워드의 비트로서 여러 실시예에서 이들의 상태를 반영하도록 b0, b1, b2, b3로 언급될 수 있다.
여러 실시예들에서, APWG(100)는 2π보다 적은 전체 위상 시프트
Figure pct00023
를 생성하도록 구성된다. 예컨대, 제어 신호(230)(b0, b1, b2, 및 b3)가 각각 2개의 상태를 갖도록 구성되면, APWG(200)는 24 = 16 고유 위상 시프트를 제공할 수 있다. APWG(200)에 의해 제공되는 위상 지연은
Figure pct00024
로 표현될 수 있으며, 일부 경우에는 약 0 라디안 내지 약
Figure pct00025
의 범위일 수 있다.
당업자는 도 2에 의해 예시된 원리가 4개의 제어 라인보다 크거나 적도록 확장될 수 있다. 일부 실시예들에서, APWG(100)의 제어 신호(150)는 적어도 6개의 제어 라인을 포함한다. 원칙적으로, 비트의 수는 디바이스 크기 및 복잡도와 같은 전체 설계 제약 조건내에서 임의의 높은 수로 확장될 수 있다. 일반적으로, 제어 비트의 보다 큰 수는 입력 광학 신호(180)에 생성되는 전체 위상 시프트의 높은 정밀도를 생성시킨다.
도 3은 때때로 여기서 간략함을 위해 패턴(300)으로 언급되는 시간적 위상 시프트 패턴(300)의 일례의 위상/크기 특성을 예시한다. 패턴(300)은 크기 특성(310) 및 위상 특성(320)으로 설명된다. 크기 특성(310)은 광원(170)이 펄스화되는 선택적인 실시예의 경우에 대해 예시된다. 여러 대안적 실시예들에서, 광원(170)은 적어도 2개의 패턴(300) 사이의 간격에 대해 CW (연속파)이다. 위상 특성(320)은 출력 광학 신호(220)의 경우, 예컨대, 입력 광학 신호(180)가 4개의 고유 위상 시프트 양자(quanta)의 세트에 의해 변조되는 경우에 대해 예시된다. 위상 시프트 양자는 두 인접한 위상 시프트 값 사이, 예컨대 위상 시프트 값(330)과 위상 시프트 값(340) 사이의 차이다. 위상 특성(320)은 출력 광학 신호(220)가 초기에 일반적으로 입력 광학 신호(180)의 위상에 대해 임의적인 베이스라인 위상
Figure pct00026
을 갖는 비제한 경우에 대해 예시된다.
예컨대, 위상 특성(320)의 예시된 상태에 상응하는 제어 신호(230)의 비트 조합은 시간 t1, t2, t3에 상응하는 제 1의 3개의 위상 상태에 대한 테이블(350)에 도시된다. 시간 t1에서, 출력 광학 신호(220)의 위상은 약
Figure pct00027
이다. 시간 t2에서, 출력 광학 신호(220)의 위상은 약
Figure pct00028
이다. 시간 t3에서, 출력 광학 신호(220)의 위상은 약
Figure pct00029
이다. 패턴(300)은 이와 관련된 10개의 위상 상태를 갖는 것으로 예시되지만, 원칙적적으로 패턴(300)은 임의의 복수의 관련된 위상 상태를 가질 수 있다.
APWG(100)는 출력 광학 신호(190)의 어떤 원하는 베이스라인 위상
Figure pct00030
을 생성하도록 구성될 수 있는 것으로 언급된다. 예컨대, 여러 광학 경로의 길이는
Figure pct00031
의 특정 값을 생성하도록 제어될 수 있다. 특정
Figure pct00032
은 예컨대 수신 디바이스의 요구 사항과 관련될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, APWG(100)의 제어는 베이스라인 위상에 대해 원하는 위상 범위를 생성하도록 바이어스된다. 예컨대, 제어 신호(150)는 정합 필터와 같이 여러 실시예들에서 바람직할 수 있는 베이스라인 위상에 대한 ±π 위상 시프트에 대해 생성하도록 바이어스될 수 있다.
APWG(100)의 각 위상 변조 섹션(160)은 20 Gbits/s보다 큰 주파수에서 구동될 수 있는 것으로 예상된다. 일부 실시예들에서, 각 변조 섹션(160)은 50 Gbits/s 이상의 주파수에서 구동될 수 있다. 따라서, APWG(100)는 매우 높은 샘플링 속도로 동작할 수 있는 것으로 예상된다. 더욱이, 아래에 설명되는 바와 같이 APWG(100)를 이용하는 정합 필터 실시예들은 이전에 설명된 통상의 광학 진폭 정합 필터에 비해 상당히 개선된 SNR를 제공할 것으로 예상된다. 예컨대, 진폭-정합 필터는 때때로 SFDR(spurious-free dynamic range)로 표현되는 시스템 동적 범위를 상당히 제한할 수 있는 약 25 dB보다 적은 소광비를 가질 있다. 이에 반해, APWG(100)와 일치하는 APWG 실시예들의 소광비의 SFDR 측정치는 100 dB를 초과하는 값을 제공할 수 있고, 어떤 경우에는 110 dB를 초과하는 값을 제공할 수 있는데, 그 이유는 소광비가 직접 위상 변조로 인해 크기 때문이다. 그래서, 개시된 APWG(100)를 이용하는 일부 실시예들은 진폭-정합 필터 설계를 이용하는 응용보다 상당히 높은 해상도 SFDR 및/또는 SNR로부터 이득을 얻을 것으로 예상된다. 더욱이, 일부 경우에, 이와 같은 일부 실시예들의 높은 변조 속도 및 높은 SNR은 전기적 진폭 변조에 기초하여 통상의 위상 변조 디바이스에 대한 것보다 상당히 낮은 비용으로 달성될 수 있다.
여러 대안적 실시예들은 고유 광학 경로 길이를 가진 광학 경로 부분을 생성하는데 이용될 수 있다. 도 4는 비트 b0, b1, b2, b3가 각각 하나 이상의 전극(410)에 결합되어, 경로 길이의 2진 시퀀스를 가진 4개의 위상 변조 섹션(420.0, 420.1, 420.2, 420.3)을 생성시키는 일반적으로 (400)으로 명시된 대안적 일 실시예를 예시한다. 전극(410)은 명목상 예시된 실시예에서 동일하다. 따라서, 비트 b1 및 b0가 거의 동일한 전압을 이들의 각각의 전극에 제공하면, 제어 전압을 2개의 전극(410)에 인가하는 비트 b1는 단일 전극(410)만의 전압을 제어하는 비트 b0의 약 두배의 입력 광학 신호(180)에서 위상 시프트를 생성한다. 마찬가지로, 비트 b2는 4개의 전극(410)의 전압을 제어하고, 비트 b3는 8개의 전극(410)의 전압을 제어한다.
도 5는 명목상 4개의 동일한 전극(510.0, 510.1, 510.2, 510.3), 총괄하여 전극(510)이 각각의 위상 변조 섹션(520.0, 520.1, 520.2, 520.3), 총괄하여 위상 변조 섹션(520) 내에서 위상 시프트를 생성하는 데 이용되는 일반적으로 (500)으로 명시되는 실시예를 예시한다. 실시예(500)에서, 전극(510)에 인가되는 전압은 동일하지 않다. 예시된 실시예에서, 위상 변조 섹션(520)의 물리적 길이는 거의 동일하지만, 동일하지 않은 경로 길이를 가진 실시예들이 고려된다. 전극(510.0)은 전압 V0에 의해 제어된다. 전극(510.1)은 V0의 거의 두배인 전압 V1에 의해 제어된다. 마찬가지로, 전극(510.2)은 V1의 거의 두배인 전압 V2에 의해 제어되고, 전극(510.3)은 V2의 거의 두배인 전압 V3에 의해 제어된다. 이와 같이 구성되면, 인가된 전압은 위상 변조 섹션(520)의 선형 응답 레짐(regime)에 남아있는 동안, 전극(510) 및 위상 변조 섹션(520)에 의해 생성되는 위상 시프트의 합은 일반적으로 통전되는 전극(510)의 패턴을 나타내는 2진 워드의 값에 비례할 것이다.
당업자는 설명된 원리를 적용하여 제어 전압, 전극 크기 및 제어 라인당 전극의 수의 여러 조합이 예컨대 재료의 선택, 디바이스 기하학적 형상 및 제어 비트의 수에 의해 부과된 제약 조건에서와 함께 APWG(100)에 의해 나타낸 일반적인 APWG의 출력 광학 신호(190)의 어떤 원하는 위상 형태를 생성하도록 위상 시프트 값의 원하는 조합을 생성하는데 이용될 수 있음을 인식할 것이다.
이제 도 6을 참조하면, 위상 정합 필터(600)의 실시예가 예시된다. 필터(600)는 제 1 APWG(610) 및 광학 경로(630)에 의해 결합된 제 2 APWG(620)를 포함한다. 여러 실시예들에서, 제 1 APWG(610) 및 제 2 APWG(620)는 제조 허용 오차 내에서 명목상 동일하며, 특히 각각 명목상 동일한 시간적 위상 시프트 패턴을 이를 통과하는 광학 신호에 제공하도록 구성될 수 있다. 광학 경로(630)는 입력 광학 신호(180)의 전파를 지원하고, 제한 없이 광학 도파관, 예컨대, 광섬유, 액체, 바이오 물질, 공기 및 진공을 포함하는 어떤 매체를 포함할 수 있다.
제 1 APWG(610)는 제어 신호(645)를 통해 제 1 시퀀스 생성기(640)에 의해 제어된다. 제 2 APWG(620)는 제어 신호(655)를 통해 제 2 시퀀스 생성기(650)에 의해 제어된다. 제 1 및 2 시퀀스 생성기(640,650)는 이의 출력에서 비트 패턴의 시퀀스를 생성하기 위해 구성할 수 있다. 출력의 전압은 각 출력 비트에 상응하는 입력 광학 신호(180)에 원하는 위상 시프트를 형성하기 위해 필요에 따라 개별적으로 또는 집합적으로 확장될 수 있다. 지연 요소(660)는 제어 신호(645)에 대한 제어 신호(655)를 시간 지연 ΔΤ만큼 지연하도록 구성된다. 여러 실시예들에서, 지연 요소(660)는 프로그램 가능 또는 조정 가능한 지연이지만, 다른 실시예들에서는 지연 요소(660)는 고정된다.
일 실시예에서, 제 1 시퀀스 생성기(640)는 입력 광학 신호(180)에 위상 시프트의 시간적 시퀀스를 생성하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시간적 시퀀스는 예컨대 PRBS(670)에 의해 예시되고, 제 1 시퀀스 생성기(640)에 의해 출력되는 의사 랜덤 2진 시퀀스(PRBS)를 이용하여 형성된다. 이러한 실시예들에서, 제 1 APWG(610)에 의해 출력되는 신호의 위상은 상술한 바와 같이 이용 가능한 위상 상태의 의사 랜덤 분포를 가지며, 이용 가능한 위상 상태의 수는 부분적으로 제어 신호(645)의 수 n에 의해 결정된다. 다른 실시예들에서, 시간적 시퀀스는 알려진 형식 중 어느 하나의 선형 FM (LFM) 신호이다. LFM은 예컨대 레이더 응용에 이용될 수 있다. 여러 실시예들에서, 제어 신호(645)는 2진 방식으로 제어되어, 2n 위상 상태를 산출한다. 다른 실시예들에서, 제어 신호는 2와 다른 상태의 수에 의해 제어된다. 일례에서, 제어 신호(645)는 3진 방식으로 제어되어, 3n 위상 상태를 산출한다.
출력 신호가 광학 경로(630)를 통해 전파한 후, 제 2 APWG(620)는 제 1 APWG(610)에 의해 출력되는 광학 신호를 수신하도록 구성된다. 여러 실시예들에서, 제 2 APWG(620)에 의해 전파된 광학 신호에 생성되는 위상 시프트는 제 1 APWG(610)에 의해 생성되는 위상 시프트의 시간-지연된 버전이다. 예컨대, 제 2 시퀀스 생성기(650)는 또한 PRBS를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 시퀀스 생성기(650)는 제 1 시퀀스 생성기(640)와 동일한 비트 패턴의 시퀀스를 출력하도록 구성될 수 있지만, 시간 지연 ΔT만큼 지연될 수 있다.
제 1 APWG(610) 및 제 2 APWG(620)에 의해 생성되는 위상 시프트가 PRBS에 응답하면, 일반적으로 제 2 APWG(620)에 의해 생성되는 위상 시프트는 제 1 APWG(610)에 의해 생성되는 위상 시프트와 상관되지 않을 것이다. 이와 같은 경우에, 제 2 APWG(620)에 의해 생성되는 위상 시프트는 일반적으로 광학 경로(630)에서 수신된 신호를 파괴적으로 방해하여, 제 2 APWG(620)에 의해 출력되는 출력 광학 신호(675)에서 전력을 거의 생성시키지 않는다.
그러나, 지연 요소(660)에 의해 생성되는 시간 지연 ΔΤ는 제 2 APWG(620)에 의해 적용되는 지연된 시간적 위상 시프트 패턴이 제 1 APWG(610)에 의해 적용되는 도달한 신호의 시간적 위상 시프트 패턴과 정렬되도록 동조되면, 위상 시프트 패턴은 시간적으로 상관된다. 이러한 이벤트에서, 출력 광학 신호(675)의 전력은 비제로이다. 따라서, 이러한 방식으로 구성되면, 제 1 APWG(610) 및 제 2 APWG(620)는 위상 정합 필터로서 작용한다. 상술한 바와 같이, 정합이 진폭이 아닌 위상에 기초하기 때문에, 출력 광학 신호(675)로 나타내는 필터링된 신호의 SNR은 일반적으로 높으며, 특히, 광학 진폭 정합 필터에 우수하다.
비제한 예시에서, 출력 광학 신호(675)를 검출하도록 구성되는 전력량계(power meter)(680)는 매개 변수로서 지연 요소(660)에 의해 적용되는 ΔΤ의 지연을 가진 전력 특성(690)을 생성할 수 있다. 검출된 전력은 샤프 피크(sharp peak) 및 낮은 잡음 플로어(noise floor)를 특징으로 한다. 이들 특성은, 제한 없이, LIDAR(Light Detection and Ranging) 및 CDMA에 기초한 광학 통신과 같이 위상 정합 필터(600)를 이용하여 실시예들의 향상된 성능을 생성시킬 것으로 예상된다.
도 7은 광학 국부 발진기(LO)(710)를 채용한 위상 정합 필터(700)의 실시예를 예시한다. 어떤 경우에, 출력 광학 신호(675)의 전력을 증가시키거나, 추가 신호 처리를 위해 출력 광학 신호(675)를 하향 변환하는 것이 바람직할 수 있다. 출력 광학 신호(675) 및 LO(710)는 4-포트 광학 결합기(720)로 입력된다. 결합기(720)의 출력은 균형 검출기(730)의 입력에 결합된다. 일 실시예에서, LO(710)는 출력 광학 신호(675), 예컨대, ωc와 동일한 주파수를 갖도록 구성된다. 이 경우에, LO(710)는 출력 광학 신호(675)를 건설적으로 방해할 수 있다. LO(710)의 전력을 조정하거나 균형 검출기(730)의 이득을 증가시킴으로써, 균형 검출기는 출력 광학 신호(675)의 증폭 버전인 출력 신호(740)를 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 출력 광학 신호(675)의 주파수는 주파수 ωL0≠ωC로 신호를 생성하기 위해 LO(710)를 구성하여 시프트된다. 그 후, 결합기(720)는 ωL0±ωC에서의 주파수로 혼합물(mixing products)을 생성할 것이다. 차(하위) 주파수 출력이 바람직한 경우에, 균형 검출기(730)는 출력 신호(740)에 의해 출력을 위한 ωL0-ωC에서 신호를 선택하도록 구성될 수 있다.
이제 도 8A로 이동하면, 일반적으로 (800)으로 명시된 방법이 제공된다. 방법(800)은, 예컨대, 위상 정합 광학 필터를 형성하는데 이용될 수 있다. 방법은 시작 상태(801)로 시작한다. 단계(810)에서, 광학 경로는 간섭성 광학 신호를 수신하도록 구성된다. 단계(820)에서, 제 1 복수의 전극은 간섭성 신호에 제 1 복수의 이산 위상 시프트를 생성하도록 적응된다. 위상 시프트는 출력 광학 신호가 복수의 이산 위상 시프트의 합만큼 입력 광학 신호에 대해 위상 시프트되도록 적용될 수 있다. 단계(830)에서, 제 1 위상 시퀀스 생성기는 간섭성 광학 신호에 시간적 위상 시프트 패턴을 생성하기 위해 제 1 복수의 전극을 제어하도록 구성된다. 방법(800)은 종료 상태(899)로 종료한다.
도 8B는 여러 실시예들에서 수행될 수 있는 방법(800)의 부가적인 단계를 예시한다. 단계(840)에서, 제 2 복수의 전극은 간섭성 광학 신호에 제 2 복수의 이산 위상 시프트를 생성하도록 구성된다. 선택적으로, 제 1 시간적 위상 시프트 패턴 및 제 2 시간적 위상 시프트 패턴은 동일한 시간적 위상 시프트 패턴이다. 단계(850)에서, 제 2 복수의 이산 위상 시프트는 제 1 복수의 위상 시프트에 대해 지연되도록 구성된다. 제 2 위상 시퀀스 생성기는 예컨대 제 2 복수의 전극을 제어하는데 이용될 수 있다. 단계(860)에서, 제 2 시간적 위상 시프트 패턴은 제 1 시간적 위상 시프트 패턴에 대해 지연 시간 ΔΤ만큼 지연되도록 구성된다. 선택적으로, 지연 시간 ΔΤ은 제 2 시간적 위상 시프트 패턴과 제 1 시간적 위상 시프트 패턴 사이의 시간적 상관을 생성시키는 값이다.
이러한 응용이 관련되는 당업자는 다른 및 추가적인 부가, 삭제, 대체 및 수정이 설명된 실시예에 대해 행해질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 입력 광학 신호를 전파하도록 구성되는 광학 경로와,
    상기 입력 광학 신호에 복수의 이산 위상 시프트를 생성하여, 출력 광학 신호가 상기 복수의 이산 위상 시프트의 합만큼 상기 입력 광학 신호에 대해 위상 시프트되도록 구성되는 복수의 전극을 포함하는
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극의 각각은 상기 광학 경로의 각각의 복수의 부분 중 하나와 연관되며, 각각의 광학 경로 부분은 서로 다른 길이를 갖는
    장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 2n의 서로 다른 위상 시프트 값 중 어느 하나의 값만큼 상기 입력 광학 신호의 위상을 시프트하도록 구성되는 n 개의 전극을 포함하는
    장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 상기 합이 약 2π 라디안 미만의 최대 값을 갖도록 구성되는
    장치.
  5. 간섭성 광 신호(a coherent light signal)를 받아들이며 이에 제 1 시간적 위상 시프트 패턴을 적용하도록 구성되는 제 1 광학 임의 위상 파형 생성기와,
    상기 제 1 광학 임의 위상 파형 생성기의 출력 신호를 수신하며 이에 제 2 시간적 위상 시프트 패턴을 적용하도록 구성할 수 있는 제 2 광학 임의 위상 파형 생성기와,
    상기 제 1 파형 생성기의 출력으로부터 상기 제 2 파형 생성기의 입력으로 상기 간섭성 광 신호를 전파하도록 구성되는 전파 경로를 포함하는
    광자 정합 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 시간적 위상 시프트 패턴 및 상기 제 2 시간적 위상 시프트 패턴은 위상 시프트 값의 의사 랜덤 시퀀스를 포함하는
    광자 정합 필터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 광학 임의 위상 파형 생성기 및 상기 제 2 광학 임의 위상 파형 생성기는 각각 상응하는 복수의 광학 경로의 부분과 연관된 복수의 전극을 포함하며, 각각의 광학 경로 부분은 다음의 더 짧은 광학 경로 부분의 광학 경로 부분 길이의 약 두 배 긴 길이를 갖는
    광자 정합 필터.
  8. 간섭성 광학 신호를 수신하도록 광학 경로를 구성하는 단계와,
    상기 간섭성 신호에 제 1 복수의 이산 위상 시프트를 생성하여, 출력 광학 신호가 상기 복수의 이산 위상 시프트의 합만큼 상기 입력 광학 신호에 대해 위상 시프트되도록 제 1 복수의 전극을 구성하는 단계와,
    상기 간섭성 광학 신호에 제 1 시간적 위상 시프트 패턴을 생성하기 위해 상기 제 1 복수의 전극을 제어하도록 제 1 위상 시퀀스 생성기를 구성하는 단계를 포함하는
    방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 간섭성 광학 신호에 제 2 복수의 이산 위상 시프트를 생성하도록 구성되는 제 2 복수의 전극을 제공하는 단계와,
    상기 제 2 복수의 전극을 제어하여 상기 간섭성 광학 신호에 제 2 시간적 위상 시프트 패턴을 생성하도록 제 2 위상 시퀀스 생성기를 구성하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제 2 시간적 위상 시프트 패턴은 상기 제 1 시간적 위상 시프트 패턴에 대해 지연 시간만큼 지연되며, 상기 지연 시간은 상기 제 2 시간적 위상 시프트 패턴과 상기 제 1 시간적 위상 시프트 패턴 사이의 시간적 상관을 발생시키는 값인
    방법.
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