KR20140016975A

KR20140016975A - 광전송 시스템

Info

Publication number: KR20140016975A
Application number: KR1020137033074A
Authority: KR
Inventors: 웨인 브이. 소린; 마이클 르네 타이 탄
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2014-02-10
Also published as: EP2715951A1; EP2715951A4; CN103608706B; KR101648039B1; CN103608706A; WO2012161689A1; US20140099120A1; US9331782B2

Abstract

광전송 시스템은 광을 광전송 매체 내로 커플링하기 위한 렌즈 웨이퍼를 포함한다. 렌즈 웨이퍼는, 복수의 광원으로부터의 광의 빔을 시준하기 위한, 렌즈 웨이퍼의 제1 면 상의 시준 렌즈의 세트와, 렌즈 웨이퍼의 제1 면의 반대쪽의 제2 면 상의 포커싱 요소를 포함한다. 포커싱 요소는 광의 시준된 빔을 광전송 매체 내로 포커싱한다.

Description

광전송 시스템{OPTICAL TRANSMISSION SYSTEM}

본 발명은 광전송 시스템에 관한 것이다.

광통신 시스템은 전화 통신 시스템 및 데이터 통신 시스템과 같은 다양한 시스템에서 데이터를 전송하기 위해 종종 이용된다. 전화통신 시스템은 수 마일 내지 수천 마일 범위의 지리적 거리에 걸친 데이터의 전송을 수반하는 경우가 많다. 데이터 통신은 데이터 센터를 거친 데이터의 전송을 수반하는 경우가 많다. 이러한 시스템은 수 피트 내지 수백 피트 범위의 거리에 걸친 데이터의 전송을 수반한다. 전기 신호를 광신호로 변환하고 그 광신호를 광섬유 케이블과 같은 광전송 매체에 집어넣기 위해 이용되는 커플링 컴포넌트는 비교적 비용이 많이 소요된다. 이러한 고비용으로 인해, 광전송 시스템은 일반적으로 더 큰 거리에 걸친 대량의 데이터의 전송을 위한 네트워크의 백본(backbone)으로서 이용된다.

컴퓨터 통신 시스템에 광전송 시스템을 이용하는 것은 이러한 광시스템에 의해 제공되는 높은 대역폭으로부터 이점을 갖게 될 것이다. 대역폭은 지정된 단위 시간 내에 전송할 수 있는 데이터의 양을 지칭한다. 그러나, 컴퓨터 통신 시스템은 통상적으로 수 인치 내지 수 피트 범위의 더 작은 거리에 걸친 데이터의 전송을 수반한다.

그러므로, 이러한 작은 거리에 걸쳐 데이터를 광학적으로 전송하기 위해 더욱 고가의 광학 커플링 컴포넌트를 이용하는 것은 경제적으로 실용적이지 못한 경우가 많다.

본 발명에 따른 광전송 시스템은 광을 광전송 매체 내로 커플링하기 위한 렌즈 웨이퍼를 포함하며, 상기 렌즈 웨이퍼가, 복수의 광원으로부터의 광의 빔을 시준하기 위한, 상기 렌즈 웨이퍼의 제1 면 상의 시준 렌즈의 세트와, 광의 시준된 빔을 상기 광전송 매체 내로 포커싱하는, 상기 렌즈 웨이퍼의 제1 면의 반대쪽에 있는 제2 면 상의 포커싱 요소를 포함한다.

첨부 도면은 본 명세서에 설명되는 원리의 다양한 예를 예시하고, 본 명세서의 일부를 이룬다. 예시된 예는 단지 예에 불과하며, 청구항들의 범위를 한정하지 않는다.
도 1은 본 명세서에 설명되는 원리의 일례에 따른 예시를 위한 광통신 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 명세서에 설명되는 원리의 일례에 따른 렌즈 웨이퍼(lens wafer) 상의 예시를 위한 커플링 요소를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 명세서에 설명되는 원리의 일례에 따른 커플링 요소의 예시를 위한 다이렉트 뷰를 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 명세서에 설명되는 원리의 일례에 따른 4개의 시준 렌즈를 포함하는 커플링 요소의 예시를 위한 다이렉트 뷰를 도시하는 도면이다.
도 4b는 본 명세서에 설명되는 원리의 일례에 따른 4개의 중첩 시준 렌즈를 포함하는 커플링 요소의 예시를 위한 다이렉트 뷰를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 명세서에 설명되는 원리의 일례에 따른 파장 선택성 미러(wavelength selective mirror)를 갖는 예시를 위한 디멀티플렉서를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 명세서에 설명되는 원리의 일례에 따른 일련의 확산 요소를 갖는 예시를 위한 디멀티플렉서를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 명세서에 설명되는 원리의 일례에 따른 예시를 위한 광다중화(optical multiplexing)를 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도면에 걸쳐 동일한 도면 부호는 유사하지만 반드시 동일한 필요는 없는 요소를 나타낸다.

전술한 바와 같이, 컴퓨터 시스템에서 광통신을 이용하는 것은 이러한 광 데이터 전송에 의해 제공되는 높은 대역폭이 제공될 것이다. 그러나, 컴퓨터 통신 시스템은 통상적으로 수 인치에서 수 피트 범위의 더 작은 거리에 걸친 데이터의 전송을 수반한다. 그러므로, 이러한 작은 거리에 걸쳐 데이터를 광학적으로 전송하기 위해 더욱 고가의 광학 커플링 컴포넌트를 이용하는 것은 경제적으로 실용적이지 못한 경우가 많다.

이러한 문제점 및 기타 문제점의 점에서, 본 명세서는 광섬유와 같은 광전송 매체에 광을 비용이 저렴한 방식으로 커플링하기 위한 방법 및 시스템을 개시한다. 이들 커플링 콤포넌트의 비용을 감소시킴으로써, 더 작은 거리에 걸친 데이터의 전송을 수반하는 컴퓨터 통신 시스템은 광시스템에 의해 제공된 높은 대역폭의 장점을 보다 비용 효율적으로 이용할 수 있을 것이다.

예시를 위한 특정한 예에 따라, 커플링 콤포넌트는 렌즈 웨이퍼 상에 형성되는 커플링 요소를 포함한다. 렌즈 웨이퍼는 투명 기판이며, 그 위에 렌즈의 어레이가 배치 프로세스(batch process)로 형성될 수 있다. 배치 프로세스는 웨이퍼로서 지칭되기도 하는 단일 기판 상에 다수의 유사 콤포넌트를 형성하는 프로세스를 지칭한다. 웨이퍼는 그 후 더 작은 유닛으로 추가로 절단되며, 각각의 유닛이 기판 상에 형성된 유사 콤포넌트 중의 하나 이상을 포함한다. 이러한 프로세싱은 각각의 콤포넌트를 별도로 생산하는 것보다 비용이 더욱 저렴하다.

렌즈 웨이퍼 상에 형성된 커플링 요소는 렌즈 웨이퍼의 일면 상의 시준 렌즈의 세트와 렌즈 웨이퍼의 반대쪽 면 상의 포커싱 요소를 포함한다. 시준 렌즈는 광원의 어레이로부터 수광된 광의 빔을 시준하도록 형성된다. 광원의 어레이는 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers)의 어레이이어도 된다. VCSEL은 반도체 기판에 수직한 광을 투사하는 레이저이다. VCSEL이 위에 형성된 반도체 기판 또한 배치 프로세스로 생산될 수 있다. 커플링 요소의 각각의 시준 렌즈는 상이한 VCSEL로부터 광의 빔을 수광할 수 있다. 하나의 커플링 요소 상에 광을 투사하는 각각의 VCSEL은 상이한 파장의 광을 발생할 수 있다. 각각의 상이한 파장의 광은 분리된 데이터 채널로서 이용될 수 있다.

렌즈 웨이퍼의 반대쪽 면 상의 포커싱 요소는 각각의 시준 렌즈로부터의 광의 시준된 빔을 광섬유 내로 포커싱하도록 형성된다. 각각의 시준 렌즈로부터의 광의 시준된 빔은 상이한 파장일 수 있다. 그러므로, 커플링 요소는 멀티플렉서로서 작용한다. 멀티플렉서는 여러 개의 데이터 채널을 단일 전송 라인 상에 위치시키는 디바이스이다. 여기서, 커플링 요소는 여러 파장의 광을 동일한 광전송 매체 내에 위치시킨다. 그리고나서, 데이터의 채널을 분리시켜 별도로 처리될 수 있도록 하기 위해 전송 라인의 타단에 디멀티플렉서가 이용된다.

본 명세서에 설명되는 원리를 구현하는 방법 및 시스템의 사용을 통해, 커플링 콤포넌트가 더 낮은 비용으로 생산될 수 있다. 이러한 낮은 비용은 부분적으로는 단일 렌즈 웨이퍼 상에의 복수의 커플링 요소의 배치 프로세싱에 기인한다. 더 낮은 비용의 커플링 콤포넌트는 광통신 방법을 광신호가 비교적 짧은 거리를 이동하는 컴퓨터 통신 애플리케이션에 보다 적합하게 한다.

이하의 기술에서, 설명을 목적으로, 본 시스템 및 방법의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 세부 사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 장치, 시스템 및 방법은 이들 구체적인 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에서의 "일례" 또는 유사 표현의 언어로 언급하는 것은, 그 예와 관련하여 설명되는 특정한 특징부, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 예에 포함된다는 것을 의미하지만, 다른 예에서도 반드시 그러할 필요는 없다.

도면을 참조하면, 도 1은 예시를 위한 광통신 시스템을 도시하는 도면이다. 예시를 위한 어떠한 예에 따라, 광통신 시스템은 소스 디바이스(102), 커플링 기구(104), 광섬유(106) 및 수신 디바이스(108)를 포함한다.

소스 디바이스(102)는 데이터를 전송하기 위해 변조될 수 있는 광의 빔을 투사하는 광전송기이다. 소스 디바이스(102)는 광원을 변조하기 위해 전기 신호를 이용함으로써 전기 신호를 광신호로 변환할 수 있다. 광섬유 기술에서 사용되는 통상의 광원은 레이저이다. 사용될 수 있는 한 가지 유형의 레이저는 VCSEL이다.

VCSEL은 반도체 기판의 평면에 수직한 광을 투사하는 레이저이다. 반도체 기판은 VCSEL의 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 VCSEL은 상이한 전기 신호에 의해 변조될 수 있으며, 그러므로 어레이 내의 각각의 VCSEL은 상이한 채널의 데이터를 반송(carrying)하는 광신호를 전송할 수 있다. VCSEL에 의해 발생된 광을 통해 광신호를 전송하기 위해, 광은 커플링 기구(104-1)에 의해 광섬유(106) 내로 포커싱된다.

광섬유(106)는 광의 전파를 제공하도록 설계되는 매체이다. 광섬유(106)는 굽어질 수 있으며, 광이 여전히 광섬유의 일단으로부터 타단으로 이동한다. 광섬유(106)는 통상적으로 2개의 상이한 타입의 재료를 포함한다. 광섬유의 코어는 통상적으로 투명한 재료이다. 광섬유의 코어 주위에 투명한 피복재(cladding material)가 형성된다. 피복재는 코어 재료의 굴절률보다 약간 작은 굴절률을 갖는다. 이것은 코어 내로 투사되는 광이 코어의 측면에서 코어의 중심 쪽으로 튀게(bounce off) 한다. 그러므로, 광은 광섬유(106)의 전체 길이를 따라 전파하고, 타단에서 출현하게 될 것이다.

광이 광섬유를 통해 적절하게 전파하도록 하기 위해서는, 광의 특성 및 광이 커플링 기구(104-1)에 의해 포커싱되는 방식이 광섬유(106)의 특성에 따라 특수하게 설계된다. 광섬유는 싱글 모드 광섬유 또는 멀티 모드 광섬유 중의 어느 하나이어도 된다. 싱글 모드 광섬유는 한 가지 모드의 전파를 허용하는 한편, 멀티 모드 광섬유는 복수의 전파 모드를 허용한다. 전파 모드는 도파관을 따라 교란되지 않은 상태로(unperturbed) 전파하는 광의 공간적인 형상을 지칭한다.

광도파관을 통해 전파하는 광의 동작을 설명하기 위해 여러 모델이 이용될 수 있다. 레이 옵틱스 모델(ray optics model)에 따르면, 모드는 광선이 도파관을 따라 이동하는 각도에 대응한다. 그러므로, 광을 도파관을 통해 전파하고 그 공간적인 형상을 유지하기 위해 광이 멀티 모드 광섬유에 진입하는 불연속적인 세트의 각도가 있다. 아래에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 커플링 기구는 상이한 광원으로부터의 여러 개의 빔을 멀티 모드 광섬유 내로 다중화하여, 상이한 빔이 효율적으로 커플링되고, 광섬유를 통해 동시에 전파할 수 있게 되도록 할 수 있다.

광섬유(106)를 통해 전파하는 광이 반대쪽 단부에 도달할 때, 커플링 기구(104-2)는 광을 검출기와 같은 수신 디바이스(108) 상으로 포커싱할 것이다. 검출기는 수광된 광신호에 따른 전기 신호를 발생함으로써 수광된 광신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 아래에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 커플링 기구(104-2)는 디멀티플렉서로서 동작할 수 있고, 복수 파장의 광이 상이한 검출기에 의해 수광되도록 복수 파장의 광을 분리할 수 있다.

도 2는 복수의 VCSEL로부터의 광을 광섬유(210) 내로 포커싱하기 위한 예시의 커플링 기구(200)를 도시하는 도면이다. 예시를 위한 특정한 예에 따라, 커플링 기구(200)는 다수의 커플링 요소(212)를 포함한다. 예시의 목적으로, 하나의 커플링 요소(212)가 도시되어 있다. 커플링 요소(212)는 렌즈 웨이퍼(206)의 일면 상에 형성된 시준 렌즈(204)의 세트와 렌즈 웨이퍼(206)의 다른 면 상의 포커싱 요소(208)를 포함한다. 커플링 요소(212)는 상이한 파장의 광을 동일한 광섬유(210) 내로 진입시키기 위한 멀티플렉서로서 동작한다.

렌즈 웨이퍼(206)는 그 위에 형성된 복수의 커플링 요소(212)를 가질 수 있는 투명한 재료이다. 각각의 커플링 요소(212)는 광을 상이한 광섬유(210) 내로 포커싱한다. 커플링 요소(200)는 상이한 파장의 복수의 소스로부터 광을 받아들이고, 그 광을 관련 광섬유(210) 내로 포커싱할 것이다. 이들 커플링 요소의 어레이를 웨이퍼 상에 배치 프로세스로 형성함으로써, 커플링 기구는 더 낮은 비용으로 생산될 수 있다.

렌즈 웨이퍼(206) 상의 커플링 요소(212)의 위치설정은 VCSEL 어레이(202) 상의 VCSEL의 위치설정에 대응한다. VCSEL 어레이는 VCSEL 어레이 내의 VCSEL의 위치설정이 광을 직접 적정한 커플링 요소 내로 투사하도록 렌즈 웨이퍼에 대해 수동적으로 정렬될 수도 있다. 이러한 정밀한 수동 자기 정렬 프로세스(precise passive self-alignment process)를 달성하기 위해 다양한 기술이 이용될 수 있다.

각각의 커플링 요소(212) 내에서, 시준 렌즈는 VCSEL 어레이(202) 내의 VCSEL의 세트의 위치설정에 부합하도록 위치설정된다. VCSEL로부터 나오는 광의 빔은 자연적으로 외측으로 확장할 것이다. 시준 렌즈는 빔 내의 확장하는 광선을 실질적으로 시준된 상태로 만들도록 설계되어, 이들 광선이 외측으로 확장하는 것을 지속하지 않고 렌즈 웨이퍼를 통해 직선으로 이동하도록 한다. 시준 렌즈는 도 2에서는 굴절 렌즈로서 도시되어 있다. 그러나, 회절 렌즈와 같은 다른 시준 방법이 이용될 수도 있다. 이용될 수 있는 한 가지 타입의 회절 렌즈는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)이다.

시준된 광이 렌즈 웨이퍼(206)를 통과한 후, 포커싱 요소(208)는 각각의 시준 렌즈로부터의 시준된 광을 광섬유 내로 포커싱할 것이다. 광섬유는 또한 수동 자기 정렬 기술을 이용하여 포커싱 요소에 대해 정렬될 수 있다.

단일 커플링 요소(212)에 연관된 시준 렌즈(204)의 세트에 대응하는 VCSEL의 세트는 각각 상이한 파장의 광을 발생할 수 있다. 일례에서, 단일 커플링 요소(212)에 연관된 VCSEL의 세트는 20 나노미터의 파장차를 가질 수 있다. 각각의 상이한 파장의 광은 상이한 채널의 데이터를 반송할 수 있다. 그러므로, 커플링 요소가 2개의 시준 렌즈를 포함하면, 그 커플링 요소는 2개의 데이터 채널을 관련 광섬유(210) 내로 커플링할 것이다. 유사하게, 커플링 요소가 4개의 시준 렌즈를 포함하면, 커플링 요소(212)는 4개의 상이한 데이터 채널을 관련 광섬유(210) 내로 커플링할 수 있다.

전형적인 VCSEL은 대개는 광이 1차원의 방향을 따라 약 4개의 공간적 모드를 포함하도록 광을 방출한다. 이들 모드는 종종 에르미트 가우스 함수(Hermite Gaussian function)에 의해 근사될 수 있다. 방출된 광의 빔을 지칭할 때, 모드라는 표현은 그 빔 내에서의 하나의 가로 방향을 따른 세기의 로브(lobes of intensity)의 수를 지칭한다. 예컨대, 빔이 단지 하나의 모드를 포함한다면, 그 빔은 1 로브의 세기를 가질 것이며, 이것은 통상적으로 빔의 중심에 있을 것이다. 그 단일 빔의 세기는 통상적으로 최대치가 빔의 중심에 있는 가우스 분포를 나타낸다. 복수 모드를 포함하는 빔은 세기의 분포를 따라 복수 로브의 세기를 포함한다. 전형적인 50 마이크론 코어 그레이디드-인덱스 멀티모드 광섬유(graded-index multimode optical fiber)는 그 코어를 가로지르는 하나의 치수를 따라 약 18개의 모드를 지원할 수 있다. 코어 면적을 가로지르는 2개의 치수에서, 지원되는 2차원 모드의 개수는 대략 18² = 324개이다. 각각의 VCSEL이 빔을 4개의 모드로 방출하고, 광섬유가 18개의 모드를 지원하면, 어떠한 기본적인 손실을 초래하지 않고서도 다수의 VCSEL이 멀티모드 광섬유 내로 커플링될 수 있다.

도 3은 2개의 시준 렌즈(302)를 포함하는 커플링 요소(300)의 예시의 다이렉트 뷰를 도시하는 도면이다. 이 예에서, 각각의 시준 렌즈(302)의 직경은 대략 100 ㎛이다. 커플링 요소(300) 상에 투사되는 광의 빔은 빔 클리핑(beam clipping)으로 인한 어떠한 손실을 방지하기 위해 시준 렌즈(302)의 전체 면적보다 작은 면적을 커버하도록 설계될 수 있다. 그러므로, 시준 렌즈(302) 상에 투사되는 빔의 직경은 대략 77㎛이다. 둘 모두의 시준 렌즈(302)의 합계 직경은 렌즈 웨이퍼의 다른 면 상의 포커싱 요소(304)의 직경보다 작게 될 수 있다. 이 예에서, 포커싱 요소(304)는 250㎛의 직경을 갖는다. 그러므로, 시준 렌즈(302)의 합계 직경은 포커싱 요소(304)의 직경보다 50㎛ 작게 된다. 이 예는 2개의 소스가 어떠한 기본적인 손실을 초래하지 않고서도 멀티모드 전송 매체 내로 커플링될 수 있는 방법을 예시한다.

도 4a는 커플링 요소(400)의 예시를 위한 다이렉트 뷰를 도시하는 도면이다. 예시를 위한 특정한 예에 따라, 커플링 요소(400)는 4개의 시준 렌즈(402)를 포함할 수 있다. 각각의 시준 렌즈(402)는 상이한 파장의 광을 시준할 것이고, 포커싱 요소(404)는 이들 파장의 각각의 파장의 광을 하나의 광섬유 내로 포커싱할 것이다.

도 4b는 커플링 요소(410)의 예시를 위한 다이렉트 뷰를 도시하는 도면이다. 예시를 위한 특정한 예에 따라, 각각의 시준 렌즈는 약간 중첩될 수 있다. 역시, 각각의 시준 렌즈(412)는 상이한 파장의 광을 시준할 것이며, 포커싱 요소(414)는 이들 파장의 각각의 파장의 광을 하나의 광섬유 내로 포커싱할 것이다. 시준 렌즈(412)의 중첩으로 인해 빔의 어느 정도의 클리핑(clipping)이 발생할 수도 있지만, 이 손실은 완전하게 조립된 광시스템의 위치 공차를 감소시키기 위해서는 수용 가능하게 될 수 있다.

전술한 바와 같이, 광의 다중화된 빔이 광섬유 케이블을 통해 이동한 후, 빔은 자신의 각각의 파장으로 분리되고, 그리고나서 별도의 검출기에 공급된다. 상이한 파장의 조합 빔을 분리하는 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예시를 위한 특정한 예에 따라, 광신호를 역다중화하는 한 가지 방법은 파장 선택성 미러를 채용하는 디멀티플렉서를 이용하는 것이다.

도 5는 파장 선택성 미러(506)를 갖는 예시를 위한 예시의 디멀티플렉서(500)를 도시하는 도면이다. 예시를 위한 특정한 예에 따라, 디멀티플렉서(500)는 파장 선택성 미러(506)의 세트, 리포커싱 요소(refocusing element)(508)의 세트, 포커싱 어레이(510), 및 검출기 어레이(512)를 포함한다.

파장 선택성 미러는 특정한 파장 대역의 광을 통과시키면서 다른 파장을 반사시키는 재료이다. 파장 선택성 미러를 형성하기 위해 다양한 박막 재료가 이용될 수 있다. 이와 달리, 부파장 가로 특징부(sub-wavelength transverse feature)를 이용하는 하이 콘트래스트 격자(high contrast grating)가 파장 선택성 미러를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 상이한 파장 선택성 미러(506)가 적정한 마스크 설계를 이용하여 하나의 웨이퍼 상에 제조될 수 있도록 한다. 디멀티플렉서(500)는 광섬유 케이블(502) 내로 다중화된 광의 각각의 파장에 대한 파장 선택성 미러를 포함할 수 있다. 예컨대, 멀티플렉서가 4개의 시준 렌즈를 포함하고, 각각의 시준 렌즈가 상이한 파장의 광을 수광하면, 디멀티플렉서는 4개의 파장 선택성 미러를 포함할 수 있다.

광이 광섬유(502)를 최초로 출사할 때에, 그 광을 미러 챔버(514)에 통과시키기 전에 광을 시준하기 위해 시준 렌즈가 이용될 수 있다. 미러 챔버는 하나의 파장의 광을 통과시키고 나머지 파장을 리포커싱 요소(508)에 반사시키기 위한 방식으로 위치된 파장 선택성 미러를 포함한다. 리포커싱 요소는 나머지 파장의 광을 후속 파장 미러(506)에 반사시킬 것이다. 이 프로세스는 각각의 요구된 파장의 광이 파장 선택성 미러(506)를 통과할 때까지 발생할 것이다.

한 파장의 광이 파장 선택성 미러를 통과한 후, 그 광은 그 광을 검출기 어레이(512)의 검출기 상으로 포커싱할 포커싱 어레이에 통과될 것이다. 검출기 어레이(512) 내의 검출기는 그 위에 충돌하는 광을 검출하고, 수광된 광신호에 기초하여 전기 신호를 생성한다. 그 후, 전기 신호는 전기 신호를 이용하는 표준 컴퓨터 처리 회로에 의해 처리될 수 있다.

도 5에 예시된 예에서, 파장 1, 파장 2, 파장 3 및 파장 4의 4개 파장의 광이 미러 챔버에 진입한다. 제1 파장 선택성 미러(506-1)는 파장 4를 통과시키고, 나머지 파장을 반사한다. 그 후, 리포커싱 요소 1(508-1)이 나머지 파장을 제2 파장 선택성 미러(506-2)에 반사한다. 제2 파장 선택성 미러는 파장 3을 통과시키고, 나머지 파장을 리포커싱 요소 2(508-2)에 반사한다. 리포커싱 요소 2(508-2)는 이들 파장을 제3 파장 선택성 미러(506-3)에 반사한다. 제3 파장 선택성 미러(506-3)는 파장 2를 반사시키고, 파장 1을 리포커싱 요소 3(508-3)에 반사한다. 리포커싱 요소 3(508-3)은 파장 1을 마지막 파장 선택성 미러(506-4)에 반사한다. 마지막 파장 선택성 미러는 검출기가 파장 1의 광을 수광하도록 임의의 원하지 않은 파장을 제거하기 위해 이용된다. 몇몇 경우에는, 최종 파장 선택성 미러(506-4)가 이용되지 않을 수도 있다.

몇몇 경우에, 파장 선택성 미러의 간격은, 검출기 어레이의 피치가 광전송 매체의 어레이의 피치보다 작게 되도록 된다. 검출기의 피치는 한 세트의 검출기의 제1 검출기와 인접한 세트의 검출기의 제1 검출기 사이의 거리로서 정해지며, 각각의 세트의 검출기는 상이한 커플링 요소에 연관된다. 광전송 매체 어레이의 피치는 광전송 매체의 중앙에서부터 인접한 광전송 매체의 중앙까지의 거리로서 측정될 수 있다. 파장 선택성 미러들 간의 간격이 광전송 매체의 어레이의 피치보다 작거나 동일하게 되도록 함으로써, 디멀티플렉서(500)의 어레이는 수광되는 다중화된 광신호를 제공하는 광전송 매체의 어레이에 우수하게 맞게 될 수 있다.

도 6은 일련의 확산 요소(606)를 갖는 예시의 디멀티플렉서(600)를 도시하는 도면이다. 예시를 위한 특정한 예에 따라, 광섬유를 통해 이동하는 상이한 파장의 광을 분리하기 위한 한 가지 방법은 확산 요소(504)를 이용하는 것이다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위의 전반에 걸쳐, "확산 요소"라는 표현은 상이한 파장의 광을 상이한 각도로 반사하는 요소로서 폭 넓게 해석될 것이다. 그러므로, 상이한 파장의 광이 확산 요소 상에 충돌할 때, 그 확산 요소로부터 반사하는 광은 파장에 따라 확산을 개시할 것이다. 확산 요소는 반사 효율을 증가시키기 위해 부파장 특징부를 갖는 하이 콘트래스트 격자 또는 표준 회절 격자를 이용함으로써 형성될 수 있다.

예시를 위한 특정한 예에 따라, 디멀티플렉서(600)는 시준 렌즈(604)를 통해 광섬유(602)로부터 광을 수광하는 반사 챔버(620)를 포함한다. 반사 챔버(620)는 광을 확산 요소(606) 사이에서 앞쪽과 뒤쪽으로 반사하여 이 광이 최종적으로는 검출기 어레이(608) 상으로 반사되도록 위치된 다수의 확산 요소(606)를 포함한다. 각각의 확산 요소(606)에서, 상이한 파장의 광은 서로 더욱 떨어지게 확산된다. 이것은 각각의 확산 요소가 상이한 파장의 광을 상이한 각도로 반사하기 때문이다.

광이 반사 챔버(620) 바깥으로 반사되는 때에는, 4개의 상이한 파장의 광이 검출기 어레이 내의 상이한 검출기 상으로 투사되도록 하기에 충분한 정도로 확산된다. 반사 챔버(620)로부터 수광된 광의 빔을 검출기 어레이(608) 내의 개별 검출기 상으로 포커싱하기 위해 포커싱 요소(610)가 이용될 수 있다. 특정한 검출기가 주로 하나의 특정 파장의 광을 수광할 수 있다. 특정 검출기가 다른 파장들의 광을 수광하는 것 또한 가능할 수 있다. 그러나, 확산 요소는 광의 하나의 특정 파장이 다른 파장보다 더 집중적인 것이 되도록 할 수 있다. 그러므로, 검출기는 다른 파장으로부터의 소량의 "노이즈" 광을 견뎌낼 수 있다.

도 7은 광다중화를 위한 일례의 방법(700)을 도시하는 흐름도이다. 예시를 위한 특정한 예에 따라, 본 방법은, 렌즈 웨이퍼의 제1 면 상의 복수의 시준 렌즈로, 복수의 광원으로부터 수광된 광의 빔을 시준하는 단계(단계 702)와, 렌즈 웨이퍼의 제1 면의 반대쪽에 있는 제2 면 상의 포커싱 요소로, 광의 시준된 빔을 광전송 매체 내로 포커싱하는 단계(단계 704)를 포함한다.

결론으로, 본 명세서에 설명된 원리를 구현하는 방법 및 시스템을 이용함으로써, 커플링 컴포넌트가 더 낮은 비용으로 생산될 수 있다. 이러한 낮은 비용은 부분적으로는 단일 렌즈 웨이퍼 상에의 복수의 커플링 요소의 배치 처리에 의한 것이다. 낮은 비용의 커플링 컴포넌트는 광통신 방법을 광신호가 비교적 짧은 거리를 이동하는 컴퓨터 통신 애플리케이션에 보다 적합하게 한다.

이상의 설명은 단지 본 명세서에 기술된 원리를 예시 및 설명하기 위해 제공된 것이다. 이러한 설명은 본 발명의 원리를 개시된 임의의 명확한 형태로 국한하거나 제한하려는 것이 아니다. 상기한 교시의 면에서 다수의 수정 및 변형이 가능하다.

Claims

광전송 시스템에 있어서,
광을 광전송 매체 내로 커플링하기 위한 렌즈 웨이퍼를 포함하며, 상기 렌즈 웨이퍼가,
복수의 광원으로부터의 광의 빔을 시준하기 위한, 상기 렌즈 웨이퍼의 제1 면 상의 시준 렌즈의 세트와,
광의 시준된 빔을 상기 광전송 매체 내로 포커싱하는, 상기 렌즈 웨이퍼의 제1 면의 반대쪽에 있는 제2 면 상의 포커싱 요소
를 포함하는, 광전송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 렌즈 웨이퍼는 추가 세트의 시준 렌즈의 어레이를 더 포함하며, 각각의 추가 세트의 시준 렌즈가 상기 렌즈 웨이퍼의 상기 제2 면 상의 추가의 포커싱 요소에 대응하며, 각각의 포커싱 요소가 광을 상이한 광전송 매체 내로 포커싱하는, 광전송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시준 렌즈는 이들이 서로 중첩되도록 하는 간격으로 되어 있는, 광전송 시스템.
제1항에 있어서,
각각의 상기 복수의 광원은 상이한 파장의 광을 발생하는, 광전송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광전송 매체의 반대쪽 단부 상의 디멀티플렉서를 더 포함하며, 상기 디멀티플렉서가,
각각의 파장 선택성 미러(wavelength selective mirror)가 상이한 파장의 광을 통과시키고 다른 파장의 광을 반사하는 파장 선택성 미러의 세트와,
상기 파장 선택성 미러 중의 하나의 파장 선택성 미러로부터 반사된 광을 반대로 다른 파장 선택성 미러에 반사하기 위한 리포커싱 요소의 세트와,
상기 파장 선택성 미러를 통과한 광의 분리된 파장을 검출하기 위한 검출기 어레이
를 포함하는, 상기 광전송 매체의
광전송 시스템.
제5항에 있어서,
상기 파장 선택성 미러는 유전체 박막과 하이 콘트래스트 격자 중의 하나를 포함하는, 광전송 시스템.
제5항에 있어서,
상기 파장 선택성 미러의 간격은, 통과한 광의 각각의 파장을 검출하기 위한 상기 검출기 어레이의 총간격이 상기 광전송 매체의 어레이의 피치보다 작거나 동일하게 되도록, 상기 통과한 광의 각각의 파장이 간격을 두도록 되는, 광전송 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광전송 매체의 반대쪽 단부 상의 디멀티플렉서를 더 포함하며, 상기 디멀티플렉서가,
상기 광전송 매체로부터 광을 수광하기 위한 제1의 복수의 확산 요소로서, 상기 확산 요소가 상이한 파장의 광을 후속하는 확산 요소에 상이한 각도로 반사하는, 제1의 복수의 확산 요소와,
상기 광을 검출기 어레이 상으로 반사하기 위한 최종의 확산 요소
를 포함하는, 광전송 시스템.
광다중화 방법에 있어서,
렌즈 웨이퍼의 제1 면 상의 복수의 시준 렌즈로, 복수의 광원으로부터 수광된 광의 빔을 시준하는 단계; 및
상기 렌즈 웨이퍼의 제1 면의 반대쪽의 제2 면 상의 포커싱 요소로, 광의 시준된 빔을 광전송 매체 내로 포커싱하는 단계
를 포함하는, 광다중화 방법.
제9항에 있어서,
각각의 상기 복수의 광원은 상이한 파장의 광을 발생하는, 광다중화 방법.
제10항에 있어서,
상기 광전송 매체의 반대쪽 단부 상에서 상기 상이한 파장의 광을 역다중화하는 단계를 더 포함하며, 상기 역다중화하는 단계는,
상기 광전송 매체로부터의 광을, 각각의 파장 선택성 미러가 상이한 파장의 광을 통과시키고 다른 파장의 광을 반사시키는 상기 파장 선택성 미러의 세트에 통과시키고,
상기 파장 선택성 미러 중의 하나의 파장 선택성 미러에 의해 반사된 상기 광을 반대로 다른 파장 선택성 미러에 반사시킴으로써 이루어지며,
상기 파장 선택성 미러를 통과하는 광이 검출기 어레이에 통과되는,
광다중화 방법.
제11항에 있어서,
상기 파장 선택성 미러는 유전체 박막과 하이 콘트래스트 격자 중의 하나를 포함하는, 광다중화 방법.
제11항에 있어서,
상기 파장 선택성 미러의 간격은, 통과한 광의 각각의 파장을 검출하기 위한 상기 검출기 어레이의 총간격이 상기 광전송 매체의 어레이의 피치보다 작거나 동일하게 되도록, 상기 통과한 광의 각각의 파장이 간격을 두도록 되는, 광다중화 방법.
제9항에 있어서,
상기 광을 일련의 확산 요소를 통해 검출기 어레이에 통과시킴으로써 상기 광전송 매체의 반대쪽 단부 상에서 상이한 파장의 광을 역다중화하는 단계를 더 포함하며, 각각의 상기 확산 요소는 상이한 파장의 광이 상이한 위치에서 상기 검출기 어레이에 도달하도록 상이한 파장의 광을 상이한 각도로 반사하는, 광다중화 방법.
광시스템에 있어서,
각각의 광원이 상이한 파장의 광을 투사하는 광원의 세트의 어레이; 및
다수의 커플링 요소를 포함하는 렌즈 웨이퍼
를 포함하며, 각각의 상기 커플링 요소가,
상기 광원으로부터의 광의 빔을 시준하기 위한, 상기 렌즈 웨이퍼의 제1 면 상의 시준 렌즈의 세트와,
광의 시준된 빔을 광전송 매체 내로 포커싱하는, 상기 렌즈 웨이퍼의 제1 면의 반대쪽의 제2 면 상의 포커싱 요소를 포함하는,
광시스템.