KR20190062006A - 편광 분리 및 결합을 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 일 실시 예에 따른 광으로부터 복수의 편광들을 분리하기 위한 장치는, 광을 입력 받기 위한 입력 도파로, 광으로부터 제1편광과 제2편광을 분리하기 위한 제1간섭계, 및 광으로부터 제3편광과 제4편광을 분리하기 위한 제2간섭계를 포함하고, 제1간섭계와 제2간섭계는 병렬로 연결되고, 제1간섭계는, 제1편광을 출력하기 위한 제1출력 도파로와 제2편광을 출력하기 위한 제2출력 도파로를 포함하고, 제2간섭계는, 제3편광을 출력하기 위한 제3출력 도파로와 제4편광을 출력하기 위한 제4출력 도파로를 포함할 수 있다.

Description

편광 분리 및 결합을 위한 장치{APPARATUS FOR SPLTTING AND COMBINING POLARIZED LIGHT}
하나의 광 신호로부터 복수의 편광들을 분리하거나 복수의 편광들을 하나의 광 신호로 결합하기 위한 장치에 관한 것이다.
통신의 보안을 위해 양자암호통신이 주목 받고 있다. 양자암호통신은 복제가 불가능한 양자의 특성을 활용하여 보안을 강화한 통신 기술이다. 즉, 단일한 광자의 양자역학적 특성(예를 들어, 광자의 진동 방향)에 대한 정보에 기초하여 수행되는 통신을 양자암호통신이라고 한다.
양자암호통신을 위한 통신 프로토콜은 편광을 기초로 구현될 수 있다. 예를 들어, 통신 프로토콜은 수직 편광, 수평 편광, 대각 편광, 반-대각 편광의 네 가지 편광을 사용하여 정보를 전달할 수 있다.
복수의 편광들은 통신 경로(예를 들어, 광 통신망 또는 자유 공간)를 통해 송신자로부터 수신자에게 전달될 수 있다. 따라서, 광 신호를 복수의 편광들로 분리하는 기능이 양자암호통신에서 요구될 수 있다.
두 개의 마하-젠더 간섭계를 사용하여 광 신호로부터 복수의 편광들을 분리하는 장치가 제공될 수 있다.
본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
광으로부터 복수의 편광들을 분리하기 위한 장치는, 상기 광을 입력 받기 위한 입력 도파로, 상기 광으로부터 제1편광과 제2편광을 분리하기 위한 제1간섭계, 및 상기 광으로부터 제3편광과 제4편광을 분리하기 위한 제2간섭계를 포함하고, 상기 제1간섭계와 상기 제2간섭계는 병렬로 연결되고, 상기 제1간섭계는, 상기 제1편광을 출력하기 위한 제1출력 도파로와 상기 제2편광을 출력하기 위한 제2출력 도파로를 포함하고, 상기 제2간섭계는, 상기 제3편광을 출력하기 위한 제3출력 도파로와 상기 제4편광을 출력하기 위한 제4출력 도파로를 포함할 수 있다.
광으로부터 복수의 편광들을 분리하기 위한 장치는, 상기 광을 입력 받기 위한 입력 도파로, 상기 광으로부터 제1편광과 제2편광을 분리하기 위한 제1간섭계, 상기 광으로부터 제3편광과 제4편광을 분리하기 위한 제2간섭계, 및 상기 제2간섭계의 입력단과 상기 입력 도파로 사이에 위치하는 파장판을 포함하고, 상기 제1간섭계는, 상기 제1편광을 출력하기 위한 제1출력 도파로와 상기 제2편광을 출력하기 위한 제2출력 도파로를 포함하고, 상기 제2간섭계는, 상기 제3편광을 출력하기 위한 제3출력 도파로와 상기 제4편광을 출력하기 위한 제4출력 도파로를 포함하고, 상기 파장판은, 상기 제2간섭계로 입력되는 광의 편광 상태를 변화시키기 위해 구성될 수 있다.
복수의 편광들을 결합하기 위한 장치는, 제1편광과 제2편광이 결합된 제1광을 출력하기 위한 제1간섭계, 및 제3편광과 제4편광이 결합된 제2광을 출력하기 위한 제2간섭계, 상기 제1광과 제2광을 결합하여 출력하기 위한 출력 도파로를 포함하고,상기 제1간섭계와 상기 제2간섭계는 병렬로 연결되고, 상기 제1간섭계는, 상기 제1편광을 입력 받기 위한 제1입력 도파로와 상기 제2편광을 입력 받기 위한 제2입력 도파로를 포함하고, 상기 제2간섭계는, 상기 제3편광을 입력 받기 위한 제3입력 도파로와 상기 제4편광을 입력 받기 위한 제4입력 도파로를 포함할 수 있다.
병렬로 연결된 두 개의 마하-젠더 간섭계를 사용하여 편광 분리 장치 및 편광 결합 장치를 구현함으로써, 양자암호통신을 위한 송신기 및 수신기의 소형화 및 성능의 안정화가 가능해질 수 있다.
도1은 일 실시 예에 따른 양자암호통신의 개념도를 나타낸다.
도2는 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 블록도를 나타낸다.
도3은 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 블록도를 나타낸다.
도4a는 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 상세한 블록도를 나타낸다.
도4b는 일 실시 예에 따라 편광을 분리하여 출력하는 다중 모드 간섭계를 나타낸다.
도5a는 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 상세한 블록도를 나타낸다.
도5b는 일 실시 예에 따라 구현된 도5a의 편광 분리 장치의 사시도를 나타낸다.
도6a는 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 상세한 블록도를 나타낸다.
도6b는 일 실시 예에 따라 구현된 도6a의 편광 분리 장치의 사시도를 나타낸다.
아래에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들(이하, 통상의 기술자들)이 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 첨부되는 도면들을 참조하여 몇몇 실시 예가 명확하고 상세하게 설명될 것이다.
도1은 양자암호통신이 수행되는 시스템을 나타낸다.
송신기(1200)는 광원으로부터 생성된 광 신호(light signal)를 통신 채널을 통해 수신기(1600)에게 전달할 수 있다. 예를 들어, 송신기(1200)는 광자의 편광에 대한 정보를 부호화하여 통신 채널을 통해 수신기(1600)에 전달할 수 있다.
일 실시 예에 따른 송신기(1200)는 직교 기저(basis)를 선택하고 수평 편광(즉, 0도 편광)을 ‘0’으로, 수직 편광(즉, 90도 편광)을 ‘1’로 부호화할 수 있다. 또는, 송신기(1200)는 대각 기저를 선택하고 대각 편광(즉, 45도 편광)을 ‘0’으로, 반-대각 편광(즉, 135도 편광)을 ‘1’로 부호화할 수 있다.
수신기(1600)는 직교 기저 또는 대각 기저를 사용하여 송신기(1200)로부터 수신된 신호를 복호화할 수 있다.
시스템(1000)은 송신기(1200)가 부호화를 위해 사용한 기저들에 대한 정보와 수신기(1600)가 복호화를 위해 사용한 기저들에 대한 정보를 분석하여 송신기(1200)와 수신기(1600)에게 분배함으로써 통신의 보안을 유지할 수 있다.
즉, 양자암호통신은 양자효과를 나타내는 광자는 복제가 불가능하다는 점에 기초한 통신 기술이다. 시스템(1000)의 외부에서 해킹을 시도할 경우 광자의 특성이 변한다는 점을 이용하여, 송신기(1200)와 수신기(1600) 사이에 안전한 통신이 수행될 수 있다.
수직, 수평, 대각, 반-대각의 네 개의 편광들이 시스템(1000)에서 사용될 수 있다. 네 개의 편광들은 통신 채널을 통해 송신기(1200)로부터 수신기(1600)로 전달될 수 있다. 따라서, 광 신호로부터 복수의 편광들을 분리하거나 복수의 편광들을 하나의 광 신호로 결합하는 기능이 시스템(1000)에서 요구될 수 있다.
도2는 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 블록도를 나타낸다.
편광 분리 장치(2000)는 입사된 광을 네 개의 편광들로 분리할 수 있다. 네 개의 편광들은 수평 편광, 수직 편광, 대각 편광, 반-대각 편광을 의미할 수 있다. 네 개의 편광들은 제1출력부, 제2출력부, 제3출력부, 및 제4출력부에 의해 각각 출력될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1출력부, 제2출력부, 제3출력부, 및 제4출력부 각각은 다이오드를 포함할 수 있다.
편광 분리 장치(2000)는 빔 스플리터(2200), 파장판(2400), 및 두 개의 편광 빔 스플리터(2600, 2800)를 포함할 수 있다.
빔 스플리터(2200)는 입사된 광을 서로 다른 경로로 진행시킬 수 있다. 일 실시 예에 따른 빔 스플리터(2200)는 반투명 거울로 구현될 수 있다. 빔 스플리터(2200)로 입사된 광은 반투명 거울에 의해 반사하여 제1경로로 진행하거나, 반투명 거울을 투과하여 제2경로로 진행할 수 있다. 예를 들어, 빔 스플리터(2200)로 입사된 광은 편광 빔 스플리터(2600)로 진행하거나 편광 빔 스플리터(2800)로 진행할 수 있다.
편광 빔 스플리터(2600, 2800)는 입사된 광으로부터 복수의 편광들을 분리하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 편광 빔 스플리터(2600, 2800)는 복굴절성 결정을 포함하는 광학 소자를 의미할 수 있다.
일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터(2600)는 빔 스플리터(2200)로부터 입력 받은 광을 수평 편광과 수직 편광으로 분리할 수 있다. 수평 편광은 제1출력부를 통해서 출력되고, 수직 편광은 제2출력부를 통해서 출력될 수 있다.
빔 스플리터(2200)와 편광 빔 스플리터(2800) 사이에는 파장판(Wave Plate, 2400)이 위치할 수 있다. 파장판(2400)은 입력된 광의 편광 상태를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 파장판(2400)은 빔 스플리터(2200)로부터 입력된 대각 편광 또는 반 대각 편광을 수평 편광 또는 수직 편광으로 변화시킬 수 있다. 일 실시 예에 따른 파장판(2400)은 반 파장판(half wave plate) 또는 사분파장판(quarter wave plate)일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
따라서, 편광 빔 스플리터(2800)는 파장판(2400)으로부터 입력 받은 광으로부터 수평 편광과 수직 편광을 분리하여 출력할 수 있다. 수평 편광은 제3출력부를 통해서 출력되고, 수직 편광은 제4출력부를 통해서 출력될 수 있다.
도3은 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 블록도를 나타낸다.
편광 분리 장치(3000)는 병렬로 연결된 두 개의 간섭계(interferometer)(3200, 3400)를 포함할 수 있다.
간섭계란, 동일한 광원으로부터 입사되는 광을 두 갈래 이상으로 나누어 진행 경로에 차이를 발생시킨 다음, 광이 다시 만났을 때 발생하는 간섭현상을 관찰할 수 있는 장치이다. 예를 들어, 간섭계로 입사된 광은 두 개의 경로로 분배되고, 분배된 광은 서로 다른 경로(예를 들어, 도파로(waveguide)를 진행하면서 위상의 차이가 발생할 수 있다. 위상의 차이가 발생된 두 개의 광은 다시 만나 간섭 현상을 발생시킬 수 있다.
간섭계(3200)와 간섭계(3400)는 병렬로 연결될 수 있다. 간섭계(3200)와 간섭계(3400)는 편광 분리 장치(3000)의 입력 도파로에 연결되어, 입력 도파로에 의해 입력된 광을 진행시킬 수 있다.
예를 들어, 편광 분리 장치(3000)에 입력된 광은 간섭계(3200)와 간섭계(3400)로 분배될 수 있다. 편광 분리 장치(3000)에 입력된 광은 광 분배기에 의해, 제1경로와 제2경로로 나뉘어서 진행할 수 있다. 제1경로로 진행된 광은 간섭계(3200)로 진행하게 되고, 제2경로로 진행된 광은 간섭계(3400)를 진행하게 된다.
이하, 광 분배기는 입사된 광을 복수의 경로로 진행시킬 수 있는 광학 소자를 의미할 수도 있으나, 일 실시 예에 따라 하나의 광을 복수의 경로로 나누어 진행시킬 수 있는 형태의 도파로 자체(예를 들어, Y 자형 도파로)를 의미할 수도 있다.
간섭계(3200)와 간섭계(3400) 각각은 분리된 두 개의 편광을 출력할 수 있는 두 개의 출력 도파로를 포함할 수 있다. 간섭계(3200)를 진행한 광으로부터 제1편광과 제2편광이 분리될 수 있다. 제1편광과 제2편광은 서로 다른 출력 도파로를 통해 출력될 수 있다. 또한, 간섭계(3400)를 진행한 광으로부터 제3편광과 제4편광이 분리될 수 있다. 제3편광과 제4편광은 서로 다른 출력 도파로를 통해 출력될 수 있다.
예를 들어, 간섭계(3200)로 진행된 광은 간섭계(3200) 내의 두 개의 도파로(연결 도파로로 지칭될 수 있다)로 분배되고, 분배된 광은 서로 다른 도파로를 진행하면서 위상의 차이가 발생할 수 있다. 간섭계(3200)는 서로 다른 두 개의 도파로를 진행하면서 발생된 위상 차이를 이용하여 제1편광과 제2편광을 분리하여 출력할 수 있다.
간섭계(3400)에서도 간섭계(3200)에서의 동작과 동일한 동작이 수행될 수 있다. 예를 들어, 간섭계(3400)로 진행된 광은 간섭계(3400) 내의 두 개의 도파로(연결 도파로로 지칭될 수 있다)로 분배되고, 분배된 광은 서로 다른 도파로를 진행하면서 위상의 차이가 발생할 수 있다. 간섭계(3400)는 서로 다른 두 개의 도파로를 진행하면서 발생된 위상 차이를 이용하여 제3편광과 제4편광을 분리하여 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 간섭계(3200)와 간섭계(3400) 각각은, 두 개의 암(arm) 및 두 개의 출력 도파로를 포함하는 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer)일 수 있다. 간섭계(3200)와 간섭계(3400) 각각에 포함된 두 개의 암들은 위상 차이를 발생시키기 위한 두 개의 연결 도파로에 대응될 수 있다. 이하, ‘간섭계’는 ‘마하-젠더 간섭계’를 의미할 수 있다.
도4a는 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 상세한 블록도를 나타낸다.
도4a의 편광 분리 장치(4000)는 도3의 편광 분리 장치(3000)의 구체적인 실시 예를 나타낸다. 따라서, 도3의 편광 분리 장치(3000)에 관하여 상술된 내용은 도4의 편광 분리 장치(4000)에도 적용될 수 있다.
편광 분리 장치(4000)는 병렬로 연결된 두 개의 간섭계(4200, 4400)를 포함할 수 있다. 편광 분리 장치(4000)는 입력 도파로(4100)에 의해 입력 받은 광으로부터 제1편광, 제2편광, 제3편광, 제4편광을 분리하여 출력할 수 있다.
간섭계(4200)는, 제1경로로 진행된 광으로부터 제1편광과 제2편광으로 분리할 수 있다. 제1편광은 출력 도파로(4270)를 통해 출력되고 제2편광은 출력 도파로(4280)를 통해 출력될 수 있다.
간섭계(4400)는, 제2경로로 진행된 광으로부터 제3편광과 제4편광으로 분리할 수 있다. 제3편광은 출력 도파로(4470)를 통해 출력되고 제4편광은 출력 도파로(4480)를 통해 출력될 수 있다.
간섭계(4200)는 두 개의 암(4220, 4240) 및 다중 모드 간섭계(Multimode Interference Device, 4260)를 포함할 수 있다. 두 개의 암(4220, 4240)은 간섭계(4200)로 분배된 광을 진행시킬 수 있다. 두 개의 암(4220, 4240) 중 적어도 하나의 암은 광의 위상을 변화시키기 위한 복굴절성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 암(4220)은 암(4220)을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 복굴절성 물질(4230)을 포함할 수 있다.
간섭계(4400)는 두 개의 암(4420, 4440) 및 다중 모드 간섭계(4460)를 포함할 수 있다. 두 개의 암(4420, 4440)은 간섭계(4400)로 분배된 광을 진행시킬 수 있다. 두 개의 암(4420, 4440) 중 적어도 하나의 암은 광의 위상을 변화시키기 위한 복굴절성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 암(4420)은 암(4420)을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 복굴절성 물질(4430)을 포함할 수 있다.
간섭계(4200)의 동작을 설명하면, 암(4220)으로 진행하는 광의 위상은 복굴절성 물질(4230)에 의해 변화될 수 있다. 예를 들어, 암(4220)으로 진행하는 광의 위상은 복굴절성 물질(4230)에 의해 90도만큼 지연시킬 수 있다. 따라서, 암(4220)으로 진행한 수직 편광의 위상은 암(4240)으로 진행한 수직 편광의 위상보다 90도 빠를 수 있다. 또한, 암(4240)으로 진행한 수평 편광의 위상은 암(4220)으로 진행한 수평 편광의 위상보다 90도 빠를 수 있다. 따라서, 암(4220)으로 진행한 광과 암(4240)으로 진행한 광은 위상 차이가 발생할 수 있다. 암(4220)으로 진행한 광과 암(4240)으로 진행한 광은 편광의 분리를 위해 다중 모드 간섭 간섭계(4260)로 입력될 수 있다.
간섭계(4400)의 동작을 설명하면, 암(4420)으로 진행하는 광의 위상은 복굴절성 물질(4430)에 의해 변화될 수 있다. 예를 들어, 암(4420)으로 진행하는 광의 위상은 복굴절성 물질(4430)에 의해 90도만큼 지연시킬 수 있다. 따라서, 암(4420)으로 진행한 반-대각 편광의 위상은 암(4440)으로 진행한 반-대각 편광의 위상보다 90도 빠를 수 있다. 또한, 암(4440)으로 진행한 대각 편광의 위상은 암(4420)으로 진행한 대각 편광의 위상보다 90도 빠를 수 있다. 따라서, 암(4420)으로 진행한 광과 암(4440)으로 진행한 광은 위상 차이가 발생할 수 있다. 암(4420)으로 진행한 광과 암(4440)으로 진행한 광은 편광의 분리를 위해 다중 모드 간섭 간섭계(4460)로 입력될 수 있다.
다중 모드 간섭계(4260)와 다중 모드 간섭계(4460) 각각은 두 개의 입력단과 두 개의 출력단을 가지는 2X2 커플러(coupler)일 수 있다.
도4b를 참조하여 다중 모드 간섭계의 동작을 설명하면, 다중 모드 간섭계(4260)의 제1입력단은 위상이 Θ 인 수평 편광을, 제2입력단은 위상이 Θ - 90 인 수평 편광을 입력 받을 수 있다.
제1입력단에 의해 입력된 위상 Θ 인 수평 편광을 갖는 광은 제2출력단으로 진행하면서 제1출력단으로 진행한 광에 비해 90도만큼 위상이 지연될 수 있다. 예를 들어, 제1입력단에서의 광의 위상이 Θ 일 때, 제2출력단에 도달할 때의 광의 위상은 Θ + 90이 될 수 있다. 제2입력단에 의해 입력된 위상 Θ-90 인 수평 편광을 갖는 광은 제2출력단으로 위상 변화 없이 진행할 수 있다. 따라서, 제1입력단으로부터 전달된 수평 편광(위상 : Θ+90)과 제2출력단으로부터 전달된 수평 편광(위상 : Θ-90)은 제2출력단에서 서로 상쇄될 수 있다. 결과적으로, 수평 편광은 제2출력단에 의해 출력되지 않으며 제1출력단에 의해서만 출력될 수 있다.
제2입력단에 의해 입력된 위상 ψ+90 인 수직 편광을 갖는 광은 제1출력단으로 진행하면서 제1출력단으로 진행한 광에 비해 90도만큼 위상이 지연될 수 있다. 예를 들어, 제2입력단에서의 수직 편광의 위상이 ψ+90 일 때, 제1출력단에 도달할 때의 수직 편광의 위상은 ψ+180 가 될 수 있다. 제1입력단에 의해 입력된 위상 ψ 인 수직 편광을 갖는 광은 제1출력단으로 위상 변화 없이 진행할 수 있다. 따라서, 제2입력단으로부터 전달된 수직 편광(위상 : ψ+180)과 제1입력단으로부터 전달된 수직 편광(위상 : ψ)은 제1출력단에서 서로 상쇄될 수 있다. 결과적으로, 수직 편광은 제1출력단에 의해 출력되지 않으며 제2출력단에 의해서만 출력될 수 있다.
결과적으로, 다중 모드 간섭 커플러(4260)는 제1입력단에 의해 수신된 광과 제2입력단에 의해 수신된 광의 위상 차이에 기초하여, 수평 편광과 수직 편광을 분리하여 출력할 수 있다.
다중 모드 간섭계(4460)는 위상 차이가 존재하는 두 개의 대각 편광과 두 개의 반-대각 편광으로부터 대각 편광과 반 대각 편광을 분리하여 출력할 수 있다. 다중 모드 간섭계(4460)가 대각 편광과 반-대각 편광을 분리하여 출력하는 동작은 다중 모드 간섭계(4260)에서의 동작과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
다시 도4a를 참조하여 설명하면, 두 개의 간섭계(4200, 4400) 중 어느 하나의 간섭계의 입력단에 파장판(미도시)이 연결될 수 있다. 파장판은 간섭계에 입력되는 광의 편광 상태를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 파장판은 대각 편광 또는 반 대각 편광을 수평 편광 또는 수직 편광으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 파장판에 의해 편광 상태가 변화된 광이 두 개의 간섭계(4200, 4400) 중 어느 하나의 간섭계로 진행될 수 있다.
도5a는 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 상세한 블록도를 나타낸다.
편광 분리 장치(5000)가 도4의 편광 분리 장치(4000)와 다른 점은, 간섭계의 암들을 진행하는 광들에 대해 위상 차이를 발생시키기 위해서, 복굴절성 물질 대신 파장판이 사용된다는 것이다. 일 실시 예에 따라, 암(5220)과 암(5240)의 길이는 동일할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 암(5420)과 암(5440)의 길이는 동일할 수 있다.
입력 도파로(5100)에 의해 입력된 광은 간섭계(5200)와 간섭계(5400)로 분배될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 간섭계(5200)의 암(5220)에는 광축이 수직 방향인 사분파장판(5230)이 포함(또는 삽입)될 수 있으며, 암(5240)에는 광축이 수평 방향인 사분파장판(5250)이 포함(또는 삽입)될 수 있다. 사분파장판(5230)은 암(5220)을 진행하는 광의 위상을 변화시키고, 사분파장판(5250)은 암(5240)을 진행하는 광의 위상을 변화시킬 수 있다.
다중 모드 간섭계(5260)에는 사분파장판(5230)을 통과한 수평 편광과 사분파장판(5250)을 통과한 수평 편광이 도달될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 사분파장판(5230)을 통과하여 도달된 수평 편광의 위상과 사분파장판(5250)을 통과하여 도달한 수평 편광의 위상은 90도만큼 차이날 수 있다.
다중 모드 간섭계(5260)에는 사분파장판(5230)을 통과한 수직 편광과 사분파장판(5250)을 통과한 수직 편광이 도달될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 사분파장판(5230)을 통과하여 도달된 수직 편광의 위상과 사분파장판(5250)을 통과하여 도달한 수직 편광의 위상은 90도만큼 차이날 수 있다.
다중 모드 간섭계(5260)는 수직 편광을 출력 도파로(5270)를 통해서 출력하고, 수평 편광을 출력 도파로(5280)를 통해서 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 간섭계(5400)의 암(5420)에는 광축이 대각 방향인 사분파장판(5430)이 포함(또는 삽입)될 수 있으며, 암(5440)에는 광축이 반-대각 방향인 사분파장판(5450)이 포함(또는 삽입)될 수 있다. 사분파장판(5430)은 암(5420)을 진행하는 광의 위상을 변화시키고, 사분파장판(5450)은 암(5440)을 진행하는 광의 위상을 변화시킬 수 있다.
다중 모드 간섭계(5460)에는 사분파장판(5430)을 통과한 대각 편광과 사분파장판(5450)을 통과한 대각 편광이 도달될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 사분파장판(5430)을 통과하여 도달한 대각 편광의 위상과 반-대각 사분파장판(5450)을 통과하여 도달한 대각 편광의 위상은 90도만큼 차이날 수 있다.
다중 모드 간섭계(5460)는 대각 편광을 출력 도파로(5470)를 통해 출력하고, 반-대각 편광을 출력 도파로(5480)를 통해 출력할 수 있다.
도5b는 일 실시 예에 따라 구현된 도5a의 편광 분리 장치의 사시도를 나타낸다. 편광 분리 장치(5000)의 구성 요소들의 구성들 및 연결은 도 5a를 참조하여 설명된 것들과 실질적으로 동일할 수 있고, 따라서 중복되는 설명들은 이하 생략될 것이다.
도6a는 일 실시 예에 따른 편광 분리 장치의 상세한 블록도를 나타낸다.
편광 분리 장치(6000)가 도5a의 편광 분리 장치(5000)와 다른 점은, 간섭계(5400) 대신 간섭계(6400)가 사용된다는 것과 간섭계(6400)의 입력단과 입력 도파로(5100) 사이에 파장판(6300)이 위치할 수 있다는 것이다. 만약 간섭계의 도파로의 단면이 원형이 아닌 사각형이라면, 대각 편광 또는 반-대각 편광은 도파로를 진행하면서 편광 방향이 회전할 수 있으므로 편광의 분리가 어려울 수 있다. 따라서, 편광 분리 장치(6000)는 대각 편광 또는 반-대각 편광을 파장판(6300)을 사용하여 수평 편광 또는 수직 편광으로 변화시켜 간섭계(6400)로 진행시킬 수 있다.
파장판(6300)은 광의 편광 상태를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 파장판(6300)은 대각 편광 또는 반-대각 편광을 수평 편광 또는 수직 편광으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 파장판(6300)에 의해 생성된 수평 편광과 수직 편광이 간섭계(6400)로 진행할 수 있다. 파장판(6300)은 반 파장판 또는 사분파장판일 수 있다. 예를 들어, 파장판(6300)은 광축이 22.5도 또는 67.5도 기울어진 반 파장판일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도5a의 간섭계(5400)와 달리, 간섭계(6400)의 암(6420)에는 광축이 수직 방향인 사분파장판(6430)이 포함(또는 삽입)될 수 있고, 암(6440)에는 광축이 수평 방향인 사분파장판(6450)이 포함(또는 삽입)될 수 있다. 즉, 파장판(6300)에 의해 대각 편광 또는 반-대각 편광이 수평 편광 또는 수직 편광으로 변화될 수 있으므로, 수평 편광과 수직 편광의 분리를 위한 사분파장판(6430)과 사분파장판(6450)이 사용될 수 있다.
다중 모드 간섭계(6460)는 암(6420)으로 진행하여 도달된 광과 암(6440)으로 진행하여 도달된 광으로부터 수직 편광과 수평 편광을 분리할 수 있다. 다중 모드 간섭계(6460)는 수직 편광을 출력 도파로(6470)를 통해 출력하고, 수평 편광을 출력 도파로(6480)를 통해 출력할 수 있다.
도6b는 일 실시 예에 따라 구현된 도6a의 편광 분리 장치의 사시도를 나타낸다. 편광 분리 장치(6000)의 구성 요소들의 구성들 및 연결은 도 6a를 참조하여 설명된 것들과 실질적으로 동일할 수 있고, 따라서 중복되는 설명들은 이하 생략될 것이다.
도3 내지 도6b를 참조하여 설명한 편광 분리 장치들은 편광 결합 장치로도 동작할 수 있다. 편광 분리 장치의 출력 도파로들 각각에 편광을 입사시키면 편광들이 결합된 광이 입력 도파로에 의해 출력될 수 있다.
예를 들어, 도4a의 편광 분리 장치(4000)의 출력 도파로(4270)에 수평 편광을, 출력 도파로(4280)에 수직 편광을, 출력 도파로(4470)에 대각 편광을, 출력 도파로(4480)에 반-대각 편광을 입력시키면, 네 개의 편광이 결합된 광이 입력 도파로(4100)로부터 출력될 수 있다. 이러한 경우, 간섭계(4200)는 수평 편광과 수직 편광이 결합된 제1광을 출력하고, 간섭계(4400)는 대각 편광과 반-대각 편광이 결합된 제2광을 출력할 수 있다. 입력 도파로(4100)는 제1광과 제2광을 결합할 수 있다. 즉, 입력 도파로(4100)는 수평 편광, 수직 편광, 대각 편광, 및 반-대각 편광이 결합된 하나의 광 신호를 출력할 수 있다.
즉, 도3 내지 도6b를 참조하여 설명한 편광 분리 장치들이 편광을 결합하기 위한 장치로 사용되는 경우, 편광을 출력하기 위한 출력 도파로들은 편광을 입력 받기 위한 도파로로 사용되고, 광을 입력 받기 위한 입력 도파로는 편광들이 결합된 광을 출력하기 위한 도파로로 사용될 수 있다.
위 설명들은 본 발명을 구현하기 위한 예시적인 구성들 및 동작들을 제공하도록 의도된다. 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들뿐만 아니라, 위 실시 예들을 단순하게 변경하거나 수정하여 얻어질 수 있는 구현들도 포함할 것이다. 또한, 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들을 앞으로 용이하게 변경하거나 수정하여 달성될 수 있는 구현들도 포함할 것이다.

Claims (17)

  1. 광으로부터 복수의 편광들을 분리하기 위한 장치에 있어서,
    상기 광을 입력 받기 위한 입력 도파로;
    상기 광으로부터 제1편광과 제2편광을 분리하기 위한 제1간섭계; 및
    상기 광으로부터 제3편광과 제4편광을 분리하기 위한 제2간섭계를 포함하고,
    상기 제1간섭계와 상기 제2간섭계는 병렬로 연결되고,
    상기 제1간섭계는, 상기 제1편광을 출력하기 위한 제1출력 도파로와 상기 제2편광을 출력하기 위한 제2출력 도파로를 포함하고,
    상기 제2간섭계는, 상기 제3편광을 출력하기 위한 제3출력 도파로와 상기 제4편광을 출력하기 위한 제4출력 도파로를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1간섭계는, 상기 제1간섭계로 입력된 광을 서로 다른 경로로 진행시킴으로써 발생되는 위상 차이에 기초하여 상기 제1편광과 상기 제2편광을 분리하고,
    상기 제2간섭계는, 상기 제2간섭계로 입력된 광을 서로 다른 경로로 진행시킴으로써 발생되는 위상 차이에 기초하여 상기 제3편광과 상기 제4편광을 분리하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1간섭계는, 제1암 및 제2암을 포함하는 마하-젠더 간섭계이고,
    상기 제2간섭계는, 제3암 및 제4암을 포함하는 마하-젠더 간섭계인 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1간섭계는, 상기 제1암으로 진행하는 광의 위상과 상기 제2암으로 진행하는 광의 위상에 차이를 발생시키도록 구성되고,
    상기 제2간섭계는, 상기 제3암으로 진행하는 광의 위상과 상기 제4암으로 진행하는 광의 위상에 차이를 발생시키도록 구성되는 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1암은, 상기 제1암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 복굴절성 물질을 포함하고,
    상기 제3암은, 상기 제3암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 복굴절성 물질을 포함하는 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1암은, 상기 제1암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 제1파장판을 포함하고,
    상기 제2암은, 상기 제2암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 제2파장판을 포함하고,
    상기 제3암은, 상기 제3암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 제3파장판을 포함하고,
    상기 제4암은, 상기 제4암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 제4파장판을 포함하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1파장판은 광축이 수직 방향인 사분파장판이고,
    상기 제2파장판은 광축이 수평 방향인 사분파장판이고,
    상기 제3파장판은 광축이 대각 방향인 사분파장판이고,
    상기 제4파장판은 광축이 반-대각 방향인 사분파장판인 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1간섭계는, 상기 제1암으로 진행한 광과 상기 제2암으로 진행한 광으로부터 상기 제1편광과 상기 제2편광을 분리하여 출력하기 위해 구성되는 다중 모드 간섭계를 포함하고,
    상기 제2간섭계는, 상기 제3암으로 진행한 광과 상기 제4암으로 진행한 광으로부터 상기 제3편광과 상기 제4편광을 분리하여 출력하기 위해 구성되는 다중 모드 간섭계를 포함하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광은 수직 편광, 상기 제2편광은 수평 편광, 상기 제3편광은 대각 편광, 상기 제4편광은 반-대각 편광인 장치.
  10. 광으로부터 복수의 편광들을 분리하기 위한 장치에 있어서,
    상기 광을 입력 받기 위한 입력 도파로;
    상기 광으로부터 제1편광과 제2편광을 분리하기 위한 제1간섭계;
    상기 광으로부터 제3편광과 제4편광을 분리하기 위한 제2간섭계; 및
    상기 제2간섭계의 입력단과 상기 입력 도파로 사이에서 상기 제2간섭계로 입력되는 광의 편광 상태를 변화시키도록 구성되는 파장판을 포함하고,
    상기 제1간섭계는, 상기 제1편광을 출력하기 위한 제1출력 도파로와 상기 제2편광을 출력하기 위한 제2출력 도파로를 포함하고,
    상기 제2간섭계는, 상기 제3편광을 출력하기 위한 제3출력 도파로와 상기 제4편광을 출력하기 위한 제4출력 도파로를 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 파장판은, 대각 편광 또는 반-대각 편광을 수직 편광 또는 수평 편광으로 변화시키기 위해 구성되는 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 파장판은, 광축이 22.5도 또는 66.5도 기울어진 반 파장판인 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1간섭계는, 제1암 및 제2암을 포함하는 마하-젠더 간섭계이고,
    상기 제2간섭계는, 제3암 및 제4암을 포함하는 마하-젠더 간섭계인 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1간섭계는, 상기 제1암으로 진행하는 광의 위상과 상기 제2암으로 진행하는 광의 위상에 차이를 발생시키도록 구성되고,
    상기 제2간섭계는, 상기 제3암으로 진행하는 광의 위상과 상기 제4암으로 진행하는 광의 위상에 차이를 발생시키도록 구성되는 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1암은, 상기 제1암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 제1파장판을 포함하고,
    상기 제2암은, 상기 제2암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 제2파장판을 포함하고,
    상기 제3암은, 상기 제3암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 제3파장판을 포함하고,
    상기 제4암은, 상기 제4암을 진행하는 광의 위상을 변화시키기 위한 제4파장판을 포함하고,
    상기 제1파장판과 상기 제3파장판은 광축이 수직 방향인 사분파장판이고,
    상기 제2파장판과 상기 제4파장판은 광축이 수평 방향인 사분파장판인 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1편광과 상기 제3편광은 수직 편광이고,
    상기 제2편광과 상기 제4편광은 수평 편광인 장치.
  17. 복수의 편광들을 결합하기 위한 장치에 있어서,
    제1편광과 제2편광이 결합된 제1광을 출력하기 위한 제1간섭계; 및
    제3편광과 제4편광이 결합된 제2광을 출력하기 위한 제2간섭계;
    상기 제1광과 제2광을 결합하여 출력하기 위한 출력 도파로를 포함하고,
    상기 제1간섭계와 상기 제2간섭계는 병렬로 연결되고,
    상기 제1간섭계는, 상기 제1편광을 입력 받기 위한 제1입력 도파로와 상기 제2편광을 입력 받기 위한 제2입력 도파로를 포함하고,
    상기 제2간섭계는, 상기 제3편광을 입력 받기 위한 제3입력 도파로와 상기 제4편광을 입력 받기 위한 제4입력 도파로를 포함하는 장치.
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