KR20200112808A

KR20200112808A - 광 서큘레이터

Info

Publication number: KR20200112808A
Application number: KR1020207015599A
Authority: KR
Inventors: 페르난도 디아즈
Original assignee: 바라자 피티와이 엘티디
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-10-05
Also published as: US20200333441A1; CA3079611A1; WO2019084610A1; AU2018359007A1; JP7228168B2; CN111801617B; CN111801617A; US11714168B2; EP3704538A1; JP2021501364A; EP3704538A4

Abstract

다양한 형태의 광 서큘레이터들이 공개된다. 광 서큘레이터들은 빛의 편광 상에 작용하여 그 포트들 사이의 빛을 지향시킨다. 또한 공개되는 것은 빛 감지 및 범위 측정(LiDAR) 기반 기술에 기초한 환경에서 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템 및 방법이다. 일 배치에서, 본 발명은 수직 방향을 따르는 것과 같은 1개 차원에 걸쳐 빛을 지향시키는 것에 기초하여 공간적 프로파일 추정을 용이하게 한다. 다른 배치에서, 1차원으로 지향된 빛을 수평 방향을 따르는 것과 같은 다른 차원으로 더 지향시킴으로써, 본 발명은 2개 차원에서 빛을 지향시키는 것에 기초하여 공간적 프로파일 추정을 용이하게 한다.

Description

광 서큘레이터

본 발명은 일반적으로 광 서큘레이터에 관한 것이다. 특정 실시예들은 예컨대 적어도 1개 차원에 걸쳐 빛을 지향시키는 것에 기초한, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

공간적 프로파일링(spatial profiling)이란 원하는 원점으로부터 보여지는 환경의 맵핑을 말한다. 시야의 각 지점 또는 화소는 환경의 표현을 형성하는 거리와 연관된다. 공간적 프로파일은 환경에서 물체 및/또는 장애물을 식별하는데 유용하며, 작업 자동화를 용이하게 한다.

공간적 프로파일링의 한가지 기술은 빛을 환경에서 특정한 방향으로 보내고 그 방향으로부터 예컨대 환경 속의 반사면에 의해 반사되어 오는 임의의 빛을 감지하는 것이다. 반사된 빛은 반사면으로의 거리를 결정하기 위한 관련 정보를 담고 있다. 특정 방향과 거리의 조합이 환경의 표현에서 지점 또는 화소를 형성한다. 상기 단계들은 복수의 상이한 방향들에 대해 반복되어 표현의 다른 지점들이나 화소들을 형성하여, 그럼으로써 원하는 시야 내에서 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 한다.

본 명세서에서 임의의 선행 기술에 대한 참조는, 이 선행 기술이 임의의 지역에서 일반적인 상식의 일부를 형성하거나 이 선행기술이 당업자에 의해 선행 기술의 다른 부분들과 함께 조합되어 및/또는 유관한 것으로 이해 또는 간주될 것으로 합리적으로 기대되는 것을 인정하거나 임의의 형태로 제안하는 것이 아니며 그렇게 취급되어서는 안된다.

광 서큘레이터가 개시된다. 또한 광학 시스템이 개시된다. 또한 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 광학 시스템이 개시된다. 광학 시스템은 광 서큘레이터를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서 광 서큘레이터는 빛(예컨대 광원으로부터의)을 수신하기 위한 입력 포트, 환경으로 빛을 송신하고 환경으로부터의 빛을 수신하기 위한 이방성 포트, 및 빛(예컨대 수신기로)을 출력하기 위한 출력 포트를 포함한다. 출력 포트는 입력 포트로부터 공간적으로 이격된다. 코어는 빛의 방향을 입력 포트로부터 이방성 포트로 그리고 이방성 포트로부터 출력 포트로 가도록 만들도록 구성된다. 코어는 빛을 별개의 편광들로 분리하고 코어를 통해 편광들 중의 하나 또는 모두를 지향시킴으로서 상기 빛의 방향을 만들도록 구성된다.

특정 실시예들에서 광 서큘레이터는, 빛을 수신하기 위한 입력 포트, 빛을 출력하기 위한 출력 포트를 포함하고, 상기 출력 포트는 상기 입력 포트와 공간적으로 이격되고; 빛의 방향을 상기 입력 포트로부터 자유 공간 환경의 출사 광 경로로 가도록 만들고 그리고 빛의 방향을 상기 자유 공간 환경에서의 입사 광 경로로부터 상기 출력 포트로 가도록 만들도록 구성되는 코어를 포함하고, 상기 출사 광 경로 및 상기 입사 광 경로는 적어도 부분적으로 오버랩하도록 공간적으로 배치된다.

특정 실시예들에서, 광 서큘레이터는 적어도 하나의 입력 포트 및 적어도 하나의 출력 포트, 그리고 상기 적어도 하나의 입력 포트 및 적어도 하나의 출력 포트와 광 통신하는 제1 복굴절 결정, 상기 제1 복굴절 결정에 이어나오는 비-가역성 편광-회전 소자, 상기 비-가역성 편광-회전 소자에 이어나오는 제2 복굴절 결정을 포함한다. 상기 제1 복굴절 결정은 상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 이동 방향을 횡단하는 제1 축에 대해 제1의 0이 아닌 양만큼 회전된 제1 표면을 포함하고, 상기 제2 복굴절 결정은 상기 제1 축에 대해 상기 제1의 0이 아닌 양만큼 또는 제2의 0이 아닌 양만큼 회전된 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면은 반대 방향들로 회전된다.

특정 실시예들에서, 광 서큘레이터는 적어도 하나의 입력 포트와 적어도 하나의 출력 포트 그리고 상기 적어도 하나의 입력 포트와 적어도 하나의 출력 포트와 광 통신하는 광학 어셈블리(optical assembly)를 포함하며, 상기 광학 어셈블리는 제1 복굴절 결정, 상기 제1 복굴절 결정에 이어나오는 비-가역적 편광-회전 소자, 상기 비-가역적 편광-회전 소자에 이어나오는 제2 복굴절 결정을 포함한다. 상기 상기 비-가역성 편광-회전 소자는 제1 구성요소, 예컨대 반-파장판 소자 및 제2 구성요소, 예컨대 패러데이 회전자를 포함한다. 상기 제1 구성요소는 상기 광 서큘레이터를 통해 빛의 이동 방향을 횡단하는 제1 축에 대하여 제1의 0이 아닌 양만큼 회전되는 제1 표면을 포함하고, 상기 제2 구성요소 결정은 상기 제1 축에 대하여 상기 제1의 0이 아닌 양만큼 또는 제2의 0이 아닌 양만큼 회전된 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 반대 방향들로 회전된다.

특정 실시예들에서, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템으로서, 복수의 파장 채널들 중 선택된 하나 또는 그 이상에서 출사광(outgoing light)을 제공하도록 구성된 광원, 입사광을 감지하도록 구성된 광 감지기로서, 상기 입사광은 상기 환경에 의해 반사된 상기 출사광의 적어도 일부분에 대응하는, 광 감지기, 광 서큘레이터(optical circulator), 및 빔 조종기(beam steerer)를 포함한다. 상기 광 서큘레이터는, 하나 또는 그 이상의 입력 포트들을 통해 상기 출사광을 수신하고, 복굴절(bidirectional) 포트를 통해 상기 수신된 출사광을 자유 공간 환경의 출사 경로(outgoing path)로 직접 송신하고, 상기 복굴절 포트를 통해 상기 자유 공간 환경에서 입사 경로 상의 상기 입사광을 수신하여, 상기 출사 경로 및 상기 입사 경로는 적어도 부분적으로 오버랩되고, 그리고 출력 포트를 통하여 상기 수신된 출사광을 상기 광 감지기로 송신하되, 상기 출력 포트는 상기 하나 또는 그 이상의 입력 포트들로부터 공간적으로 이격된다. 상기 빔 조종기는 상기 출사 경로 상의 상기 출사광을 상기 환경을 향해 하나 또는 그 이상의 각각의 출사 방향들로 지향시키되, 상기 하나 또는 그 이상의 각각의 출사 방향들은 복수의 파장 채널들 중의 상기 선택된 하나 또는 그 이상에 기초하고, 그리고 상기 입사 경로 상의 상기 환경으로부터 반사된 상기 입사광을 상기 광 서큘레이터를 향해 지향시키도록 구성된다. 상기 감지된 빛과 연관된 적어도 하나의 특성은, 상기 하나 또는 그 이상의 출사 방향들과 연관된 상기 환경의 상기 공간적 프로파일의 추정을 위한 정보를 포함한다.

특정 실시예에서, 광학 시스템은 출사광을 제공하도록 구성된 광원, 입사광을 수신하도록 구성된 광 수신기 및 광 서큘레이터를 포함한다. 광 서큘레이터는 하나 또는 그 이상의 입력 포트들을 통해 출사광을 수신하고, 수신된 출사광을 이방성 포트를 통해 직접 자유 공간 환경에서의 출사 경로로 송신하고, 이방성 포트를 통해 자유 공간 환경에서의 입사 경로 상의 입사광을 수신하고, 출사 경로와 입사 경로는 적어도 부분적으로 오버랩되도록 공간적으로 배치되고, 수신된 입사광을 적어도 하나의 출력 포트를 통하여 광 수신기로 송신하되, 상기 적어도 하나의 출력 포트는 상기 하나 또는 그 이상의 입력 포트들과 공간적으로 이격되도록 구성된다.

특정 실시예에서, 광 서큘레이터는 적어도 하나의 입력 포트와 적어도 하나의 출력 포트, 그리고 상기 적어도 하나의 입력 포트와 적어도 하나의 출력 포트와 광 통신하는 광학 어셈블리(optical assembly)를 포함한다. 상기 광학 어셈블리는 제1 복굴절 결정, 상기 제1 복굴절 결정에 이어나오는 비-가역적 편광-회전 소자, 상기 비-가역적 편광-회전 소자에 이어나오는 제2 복굴절 결정을 포함한다. 상기 광학 어셈블리는 적어도 하나의 입력 포트로부터 빛을 수신하는 제1 표면을 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 이동 방향에 실질적으로 수직이지 않도록 하기 위해 회전되고, 상기 광학 어셈블리는 상기 적어도 하나의 입력 포트로부터 빛을 수신하기 위한 제2 표면을 포함하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 이격되고 상기 제1 표면의 반대 방향으로 상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 이동 방향에 실질적으로 수직이지 않도록 하기 위해 회전된다.

본 발명의 더 많은 측면들과 이어지는 문단들에서 설명되는 측면들의 더 많은 실시예들은 예시로서 주어지는 이하의 설명과 첨부된 도면 및 뒤따르는 청구범위로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 의하면,

● 출사 및 입사 경로 (125) 및 (135)의 오버랩핑은, 시선이나 시야의 감지에서 사각 지대를 회피하는 실시예를 용이하게 한다.

● 출사 및 입사 경로 (125) 및 (135)의 용이한 정렬은, 예컨대 실시예들로 하여금 대량 제조를 더 잘 처리할 수 있게 하는 것을 용이하게 한다.

● 입력 포트(들)과 출력 포트 사이의 고지향성은, 실시예로 하여금 반환 신호를 압도하는 것을 회피하는 것을 용이하게 한다.

● 높은 수집 효율을 갖는다.

● 상대적으로 단순하고 그리고/또는 확장가능한 광 서큘레이터 구조이다.

도 1은 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 공개되는 시스템의 배치를 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 광 서큘레이터이다.
도 3a~3d는 다른 광 서큘레이터의 예시이다.
도 4는 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 공개되는 시스템의 다른 배치를 도시한 것이다.
도 5a, 5b는 예시적인 광 서큘레이터를 도시한 것이다.
도 6은 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 공개되는 시스템의 다른 배치를 도시한 것이다.
도 7은 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 공개되는 시스템의 다른 배치를 도시한 것이다.
도 8은 예시적인 광 서큘레이터이다.

여기에 공개된 것은 광 서큘레이터의 형태이다. 광 서큘레이터는 고지향성을 제공하는 특성이 있다. 광 서큘레이터를 응용하는 예시는 공간적 프로파일 추정을 위한 시스템에 있다. 광 서큘레이터의 다른 예시적인 응용은 예컨대 도플러 효과(Doppler Effect)에 기초한 자유 공간 측정이나 자유 공간 광통신을 위한 시스템이다.

또한 여기에 도시된 것은 라이다(빛 감지 및 범위 측정, light detection and ranging, LiDAR) 기반 기술에 기초한 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템 및 방법이다. 여기서 "빛(light)"은 원적외선 방사, 적외선 방사, 가시광선 방사 및 자외선 방사를 포함하는 광학 주파수들을 가진 전자기 방사를 포함한다. 일반적으로, LiDAR는 환경으로 빛을 전송하고 이어서 환경에 의해 되돌아온 반사광을 탐지하는 것을 포함한다. 빛이 시야 내의 반사 표면으로 그리고 그로부터 되돌아오는 왕복 여행을 하는데 걸린 시간, 따라서 그 거리를 결정함으로써, 환경의 공간적 프로파일의 추정이 형성될 수 있다. 일 배치에서, 본 발명은 수직 방향을 따르는 것과 같은 1개 차원 이상에 걸쳐 빛을 지향시키는 것에 기초하여 공간적 프로파일 추정을 용이하게 한다. 다른 배치에서, 1차원으로 지향되었던 빛을 수평 방향을 따르는 것과 같이 다른 차원으로 더 지향시킴으로써, 본 발명 2개 차원들에 빛을 지향시키는 것에 기초하여 공간적 프로파일 추정을 용이하게 한다.

발명자들은, LiDAR 시스템이 반환 신호를 압도할 혼선(cross-talk)을 줄이기 위해 분리되거나 아니면 잘못 정렬된 송신 및 수신 광학 경로들을 가지도록 배열되면, 시스템의 시선(1차원의 경우) 또는 시야(2차원의 경우)에 하나 또는 그 이상의 감지 사각지대가 발생함을 발견하였다. 이 결함을 인식하면서, 발명자들은 그러한 사각 지대들이나 혼선을 줄이는 동축 또는 다른 정렬된 송수신 광학 경로를 가능케 하는 다수의 광학 설계를 고안하였다. 이 광학 설계들은 광 서큘레이터를 사용하며, 광 서큘레이터는 (광원에 결합되는) 그 입력 포트 및 (광 감지기에 결합되는) 출력 포트 사이에 예컨대 적어도 70dB, 또는 적어도 75dB, 또는 적어도 80dB, 또는 적어도 90dB의 고지향성을 제공하면서, 환경으로부터 빛을 송수신하는 이방성 포트(bi-directional port)를 제공한다. 일부 실시예들에서 광학 설계는 단일 입력 포트와 단일 출력 포트를 포함한다.

다른 실시예는 2개 또는 그 이상의 입력 포트들을 포함하는데, 각각의 입력 포트는 대응하는 출력 포트 및 이방성 포트를 가진다. 2개 또는 그 이상의 입력 포트들과 2개 또는 그 이상의 출력 포트들은 단일 광 서큘레이터에서 제공될 수 있다.

특정한 실시예는 2개 또는 그 이상의 이방성 포트들을 포함하는데, 각각의 이방성 포트는 적어도 하나의 대응하는 출력 포트와 적어도 하나의 대응하는 입력 포트들을 가진다. 2개 또는 그 이상의 이방성 포트들은 각각이 독립한 서큘레이터를 형성하고 동일한 서큘레이터 코어를 활용할 수 있다.

복수의 입력 포트들, 출력 포트들 및 이방성 포트들을 가진 실시예들은 복수의 목표들의 동시 감지를 가능케 한다.

시스템 예시 1

일반적인 형태에서, 도 1에 도시된 것과 같이, 설명되는 시스템(100)은 츨력광(120)을 하나 또는 그 이상의 파장 채널들(예컨대 λ₁에서 λ_N에 중심이 둔)에 제공하도록 구성된 적어도 하나의 광원(102)을 포함한다. 예컨대, 광원(102)은 한 번에 하나의 파장 채널을 선택적으로 출력하도록 구성된 레이저를 포함할 수 있다. 시스템(100)은 또한 입사광(130)을 감지하도록 구성된 적어도 하나의 광 감지기(104), 광 서큘레이터(106) 및 빔 조종기(beam steerer)(108)를 포함한다. 입사광(130)은 환경(110)에 의해 출사광(120)의 적어도 일부분에 대응한다. 광 서큘레이터(106)는 (a) 하나 또는 그 이상의 입력포트들(106A)을 통해 출사광(120)을 수신하고, (b) 수신된 출사광(120)을 하나 또는 그 이상의 이방성 포트들(106B)을 통해 출사 경로(125)를 향해 자유 공간 환경으로 보내고, (c) 이방성 포트들(106B)을 통해 자유 공간 환경에서 입사 경로(135) 상의 입사광을 수신하고, 그리고 (d) 수신된 입사광(130)을 하나 또는 그 이상의 출력 포트들(106C)을 통해 적어도 하나의 광 감지기(104)로 보내도록 구성된다. '자유 공간에서의 빛의 전송'이라는 표현은 광 전송이 광섬유, 광튜브 또는 유사 구조를 포함하는 임의의 광 도파관 내에 제한되지 않은 것으로 판독되어야 한다.

빔 조종기(108)는 (a) 선택된 파장 채널 및/또는 서큘레이터의 선택된 입력 포트에 기초하여, 출사 경로(125) 상의 출사광(120)을 환경(110)을 향해 하나 또는 그 이상의 각각의 출력 방향으로 지향시키고, (b) 입사 경로(135) 상의 환경(110)으로부터 반사된 입사광(130)을 광 서큘레이터(106)로 지향시키도록 구성된다. 빔 조종기(108)는 더 나은 발산 특성을 위해 빔 크기를 확대하는 확장 광학계(108A)를 포함할 수 있다. 일 변형례에서, 빔 조종기(108)는 회절격자(grating), 프리즘(prism)이나 그리즘(grism)과 같은 파장-의존 각도 분산을 제공하기 위한 분산 소자(108B)를 포함한다. 빔 조종기(108)의 예제는 출원인의 함께 진행중인 출원 중의 하나 또는 그 이상에 공개되어 있으며, 2017년 4월 6일 WO 2017/054036 A1으로 간행된 PCT 출원 PCT/AU2016/050899을 포함하며, 그 전체가 여기에 참조로서 포함된다. 감지된 빛과 연관된 적어도 하나의 특성은 하나 또는 그 이상의 출력 방향들과 연관된 (예컨대 제어 유닛(105)에 의한) 환경의 공간적 프로파일의 추정을 위한 정보를 포함한다.

광 서큘레이터(106)는 출사 경로(125)와 입사 경로(135)가 적어도 부분적으로 오버랩하도록 공간적으로 배치되도록 배치되며, 반면 출력 포트(106C)는 하나 또는 그 이상의 입력 포트들(106A)로부터 공간적으로 이격된다. 적어도 부분적으로 오버랩된 출사 및 입사 경로들은 전술한 사각 지대들을 회피하는 실시예를 용이하게 해 주며, 반면 입력 및 출력 포트 사이의 공간적 이격 및 광 서큘레이터(106)의 자유 공간과의 개입하거나 중간의 광 도파로 대신 직접 통신은 반환 신호를 압도하는 것을 회피하는 향상된 지향성을 제공한다.

광 서큘레이터(106)는 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 광 서큘레이터(106)의 예시는 이하에서 설명된다. 여기에서, "포트(port)"는 공간 상의 영역을 표기 또는 도시하도록 의도되며, 조리개(aperture) 등과 같은 것이고, 이것을 통해 광선이 지나가고, 포트를 형성하기 위한 물리적 구성요소의 존재를 필수적으로 요구하는 것이 아니다. 일부 실시예에서 광 서큘레이터는 V-그루브(groove) 어레이나 묶인 광섬유와 같은 광학 어레이를 포함하거나 연결되며, 광 서큘레이터의 포트와 함께 광섬유를 정렬한다. 특히, 하나 또는 그 이상의 입력 포트들(106A) 및/또는 하나 또는 그 이상의 출력 포트들(106C)은 포트와 함께 광섬유를 정렬하기 위해 V-그루브 어레이나 번들된 광섬유와 함께 연관된다.

도시된 것처럼, 일부 실시예에서 광섬유로부터의 광선은 직접적으로 광 서큘레이터(106)로 제공된다. 즉, 하나 또는 그 이상의 렌즈와 같은, 광섬유와 광 서큘레이터 사이에 위치된 모드 확장 광학 구성요소가 없다. 그러한 모드 확장 광학 구성요소의 결여가 갖는 장점 중의 하나는 그러한 구성요소들의 표면에서 시스템으로 되돌아오는 광반사를 제거할 수 있다는 것인데, 이것은 다시 지향성을 향상시킨다. 일부 실시예에서, 지향성은 임의의 하나 또는 그 이상의 출사 및 입사 경로들의 오버랩을 배치함으로써, 광 서큘레이터의 자유 공간으로의 직접 통신 및 광 도파관(들)로부터의 빛의 광 서큘레이터의 적어도 입력 포트로의 직접 통신에 의해 긍정적인 영향을 받을 수 있다.

시스템(100)의 일 실시예는 단일 광 서큘레이터(106)를 포함한다. 다른 실시예는 2개 또는 그 이상의 광 서큘레이터들(106)을 포함한다. 예컨대, 일 실시예에서 2개 또는 그 이상의 광 서큘레이터들(106)이 병렬로 작동하고, 하나 또는 그 이상의 광 감지기(104)에 의한 감지를 위한 병렬 광 경로들을 제공한다. 따라서, 시스템(100)은 복수의 입력 포트들(106A)의 어레이와 복수의 이방성 포트들(106B)의 어레이를 포함한다. 일부 실시예들에서 입력 포트들(106A)의 숫자는 이방성 포트들(106B)의 숫자와 동일하다. 다른 실시예에서는 입력 포트들과 이방성 포트들의 숫자가 상이하다. 포트들의 어레이는 선택적으로 단일 광원(102)과 단일 빔 지향기(108)에 결합되거나, 다른 실시예에서는 복수의 광원(102) 및/또는 복수의 빔 지향기들(108)이 제공되고, 각각은 선택적으로 포트들의 부분집합과 결합된다.

병렬 포트들을 가진 실시예에서, 시스템(100)은 제1 포트가 제1 파장 또는 제1 범위의 파장의 빛에 결합되고, 제2 포트가 각각 제1 파장 및 제1 범위와 상이한 제2 파장 또는 제2 범위의 파장의 빛과 결합하도록 구성될 수 있다. 예컨대 병렬 포트들이 복수의 광 서큘레이터(106)를 가로질러 공급되는 곳에서, 각각의 광 서큘레이터는 각각의 파장 및 파장 범위에서 작동하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서 하나 또는 그 이상의 포트들이나 광 서큘레이터들은 적어도 하나의 파장이나 파장 범위에서 작동하지 않도록 구성되어 다른 포트들이나 광 서큘레이터들이 작동하도록 구성될 수 있다.

예시 1

일 예시에서, 광 서큘레이터(200)는, 도 2에 도시된 것과 같이, 도 2는 도 1의 광 서큘레이터(106)일 수 있는데, 1개의 입력 포트(206A), 1개의 이방성 포트(206B), 1개의 출력 포트(206C), 및 (포트 (206B)로부터 포트 (206C)으로 진행하는) 입사 빔(208)으로부터 (포트 (206A)로부터 포트 (206B)로 진행하는) 출사 빔(206)을 이격시키도록 구성된 빔 이격기(204)를 포함한다. 빔 이격기(204)는 이트륨 오르소바나듐산염(yttrium orthovanadate, YVO4)과 같은, 복굴절 소자와 연관된 이격각(walk-off angle)(210)에 의해 출사 빔(206)으로부터 입사 빔(208)을 이격시키는 복굴절 소자(birefringent element)를 포함한다. 입력 포트(206A)를 통해 을 통해 빔 이격기(204)에 진입할 때 출사 빔(206)은 제1 편광(206')(예컨대 정상 빔이거나 o-빔)으로 회전되거나 아니면 유지되며, 반면 이방성 포트(206B)를 통해 빔 이격기(204)에 진입하는 입사 빔(208)은 제1 편광(206')과 수직인, 제2 편광(208')(예컨대 비정상 빔이나 e-빔)으로 회전되거나 아니면 유지된다.

빔 이격기(204)는 그 입력 포트(206A)를 통해 제1 편광(예컨대 o-빔)으로 지향된 구성요소를 포함하는 출사 빔(120)을 수신하고, 그 이방성 포트(206B)를 통해 나오는 수신된 출사광(206)을 보내고, 그 이방성 포트(206B)를 통해 반사광(135)을 수신하고, 그리고 제1 편광과 다른 예컨대 제1 편광(206')(예컨대 e-빔)과 수직인 제2 편광(208')으로 지향된 구성요소를 가진 수신된 반사광(208)을 그 출력 포트(206C)를 통해 감지기(104)로 보내도록 배치된다. 그 이격의 각도는 여기에서 "이격각(walk-off angle)"으로 지칭된다. 일 실시예에서, 빔 이격기(204)는 제2 직교 편광(208')을 달성하기 위하여 반사광의 비-편광화 상태에 의존한다. 다른 실시예에서, 광 서큘레이터(200)는 출사 편광(206')의 입사 편광(208')으로의 회전을 위해 빔 이격기(204)의 이방성 포트(206B) 이후에 적어도 하나의 파장판(waveplate)(도시되지 않음)을 포함한다. 예컨대, 파장판은 이방성 포트(206B) 바로 뒤에 배치된, 제1 편광(206')에 대하여 45도로 지향된 1/4 파장판일 수 있다. 이 예시에서, 원하는 회전이 상대적으로 낮은 재료 비용으로 얻어질 수 있다. 1/4 파장판은 그렇지 않았으면 광 감지기(104)를 압도할 수 있는 고반사성 목표들로부터의 거울 반사들의 저감을 용이하게 하기 위한 제1 편광(206')에 대해 45도가 아닌(예컨대 25도)로 회전될 수 있다. 다른 실시예에서, 광 서큘레이터(200)는 출사 편광(206')을 입사 편광(208')으로 회전시키기 위하여 빔 이격기(204)의 이방성 포트(206B) 이후의 아무 곳에나 비-가역적 편광-회전 소자(non-reciprocal polarization-rotating element)를 포함할 수 있다. 예컨대, 비-가역적 편광-회전 소자는 패러데이 회전자(Faraday rotator)이거나 이방성 포트(206B) 바로 뒤에 위치된 편광(206')에 22.5도로 지향된 반-파장판일 수 있다.

일 실시예에서, 광원(102)은 편광-유지(polarisation-maintaining, PM) 광섬유를 통해 입력 포트(206A)에서 빔 이격기(204)와 광 결합된다. 일부 또는 상이한 실시예에서, 감지기(104)는 멀티모드(multimode, MM) 광섬유를 통해 출력 포트(206C)에서 빔 이격기(204)와 광 결합된다. 일부 또는 상이한 실시예에서, 광 서큘레이터(200)는 포트(206A, 206B, 206C)로 들어가는 및/또는 나오는 빛을 집속 및/또는 시준하기 위한 비구면 렌즈(aspheric lens)와 같은 하나 또는 그 이상의 집속 소자(focusing element)를 포함한다. 일 실시예에서 파장판, 예컨대 1/4 파장판이, 하나 또는 그 이상의 집속 소자의 각 측면 상에 제공된다.

광 서큘레이터(200)는 광 경로들을 정렬하기 위한 하나 또는 그 이상의 기판을 포함하는데, 예컨대 높은 정밀도로 복수의 광섬유를 그들 사이의 각각의 상대적인 위치에서 유지하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 유리 기판을 포함한다(여기서는 "V-그루브 어레이"라고 불림). 예컨대 V-그루브 어레이는 각각의 PM 및 MM 광섬유들을 빔 이격기(204)의 대응하는 입력 및 출력 포트들과 정렬하는데 쓰일 수 있고, 그럼으로써 광섬유 어레이를 형성한다. V-그루브 어레이의 사용은 그들의 공간적 분리를 최소화하면서 입력 및 출력 포트 사이의 혼선이 감소되는 실시예를 용이하게 한다. 게다가, 그 사용은 PM과 MM 광섬유 사이의 정밀한 위치를 부여하는데, 전형적으로 +/- 1um 이내이며, 상당한 공간적 오버랩을 가능케 하고 V-그루브 어레이가 설계에 의해 결정 차원(crystal dimension)에 매칭됨에 따른 활성 정렬을 회피한다.

일부 실시예들에서 광 서큘레이터(200)의 광 소자들은 혼선 선능과 수집 효율성에 요구되는 조합을 달성하도록 구성된다. 예컨대, 광 소자들은 90% 이상의 수집 효율성과 조합하여 70dB 이하, 또는 80dB 이하의 혼선을 달성하도록 구성된다.

예시 2

다른 예시에서, 도 3에 도시된 것처럼, 광 서큘레이터(300)(다시 도 1의 광 서큘레이터(106)일 수 있음)은 코어(core)(302)를 포함한다. 도 3a, 3b, 3c, 3d의 실시예에서 좌측에서 우측 순으로 코어(302)는 제1 복굴절 결정(302A), 제1 복굴절 결정(302A)에 이어나오는 비-가역적 편광-회전 소자(302B), 비-가역적 편광-회전 소자(302B)에 이어나오는 제2 복굴절 결정(302C)을 포함한다. 일 배치에서, 비-가역적 편광-회전 소자(302B)는 비-가역적 편광-회전 소자(302B₁) 및 비-상호성을 용이하게 하는 반파장판(302B₂)을 포함한다.

2개의 복굴절 결정 (302A) 및 (302C)은 도 3a, 3b 및 도 3c, 3d의 실시예에 의해 도시된 것과 같이, o-빔과 e-빔의 재조합이 용이하도록 같거나 반대의 이격각을 가질 수 있다. 제1 배치에서, 상이한 이격각으로, 비-가역적 편광-회전 소자(302B)는 출사 빔을 회전시키되 입사 빔을 회전시키지 않도록 설정된다. 제2 구성에서, 동일한 이격각으로, 비-가역적 편광-회전 소자(302B)는 입사 빔을 회전시키되 출사 빔을 회전시키지 않도록 설정된다.

광 서큘레이터(300)는 2가지 방법 중의 하나로 사용될 수 있다. 첫번째 사용으로는, 도 3a에 도시된 것과 같이, 포트(306C)는 임의의 편광 상태(예컨대 수직과 수평 편광 구성요소를 모두 가진)를 포함하는 출사광(120)을 수신하는 입력 포트일 수 있다. 광 서큘레이터(300A)는 광원(102)으로부터 출사광을 전달하기 위해 입력 포트(306C)에 광 결합되도록 구성되는 광섬유(예컨대 SM 광섬유)를 포함할 수 있다. 출사 경로(125)를 향해 가는 출사광(120)에 대하여(실선을 보라), 제1 복굴절 결정(302A)은 o-빔을 e-빔 성분으로부터 이격각으로 분리한다. 비-가역적 편광-회전 소자(302B)는 각각의 성분이 영향받지 않도록 내버려두는데 이 방향으로 이동하면서 패러데이 회전자가 반파장판을 보상하여 결과적으로 총 0도의 회전이 얻어지기 때문이다. 제2 복굴절 결정(302C)은 그 후 이방성 포트(306B)에서 2개의 성분들을 재조합하여 출사 경로(125)를 따르는 출사광(120)을 형성한다.

입사 경로(135)(점선 및 파선을 보라) 상을 이동하는 빛에 대하여, 제2 복굴절 결정(302C)은 o-빔을 e-빔 성분으로부터 이격각만큼 분리한다. 비-가역적 편광-회전 소자(302B)는 각 성분의 편광을 회전시키는데 이 방향으로 이동하면서 패러데이 회전자가 반파장 판을 더하여 결과적으로 90도의 회전이 얻어지기 때문이다. 제1 복굴절 웨지(302A)는 그 후 성분들을 더 분리한다. 분리된 빔들은 그 후 포트 (306A)와 (306Z)에서 각각 수집되어 각각 입사광 (103A)와 (103Z)를 형성한다. 광 서큘레이터(300A)는 광원(102)으로부터 출사광을 전달하기 위해 입력 포트(306C)에 광 결합되도록 구성되는 광섬유(예컨대 PM 광섬유)를 포함할 수 있다. 감지기(104)는 멀티모드(MM) 광섬유(들)을 통해 그 출력 포트들 (306A) 및 (306Z) 중의 하나 또는 모두에서 코어(302)에 광 결합될 수 있다. 광 서큘레이터(300A)는 대응 입력 및 출력 포트들에 PM 및 MM 광섬유들을 각각 정렬하기 위한 V-그루브 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

이 제1 용도에서, 광섬유는 단일 입력 편광(예컨대 수직으로 편광된 빛)을 전달하는 PM 광섬유이고, 반사된 빛의 편광 상태의 감지(예컨대 입력 편광과 비교하여 입사광 (130A) 및 (130Z)의 상대적인 수신 전력(power)을 감지함으로써)는 반사광의 비편광 비율의 감지를 용이하게 한다. 감지된 비편광 비율에 기초하여, 반사 표면은 금속이거나 금속일 가능성이 높다고 결정될 수 있다. 예컨대, 만약 감지된 비편광 비율이 문턱값 비편광 비율을 초과하면, 반사 표면은 금속성이거나 금속성일 가능성이 높다고 결정될 수 있다. 반면에, 만약 감지된 비편광 비율이 문턱값 비편광 비율 미만인 것으로 결정되면, 반사 표면은 비-금속성이거나 비-금속성일 확률이 높다고 결정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 반사광의 편광 상태의 감지에 기초하여, 거울 반사 표면(예컨대 재귀-반사기(retro-reflector))이 감지될 수 있다.

제2 용도에서, 도 3b에 도시된 것과 같이, 포트 (306A) 및 (306Z) 중의 어느 하나 또는 둘 다가 각각 o-빔(120A) 및 e-빔(120Z)에 대한 입력 포트들일 수 있다. 도 3b에서 출사광(예컨대 광원(102)으로부터의 빛)은 파선 및 점선으로 표시되고 입사 경로 상에 도달하는 빛(예컨대 환경(110)으로부터의 빛)은 직선으로 표시된다(즉, 도 3a의 반대임). 광 서큘레이터(300B)는 입력 포트들 (306A) 및 (306Z)에 광 결합되고 광원(102)으로부터의 출사광을 전달하도록 구성되는 PM 광섬유를 포함할 수 있다. 제2 용도에서의 작동은 제1 용도의 그것과 유사하나, 다만 입력 포트(들)과 출력 포트(들)이 스왑(swap)되고, 분해된 편광 상태들이 순방향(forward direction)과 역방향(backward direction) 사이에서 스왑된다. 광 서큘레이터(300A)에 대한 설명은 그러므로 약간의 수정을 하여 광 서큘레이터(300B)에 적용가능하다.

이 제2 용도에서, e-빔과 o-빔 중의 어느 하나 또는 모두는 예컨대 전력 및 민감도 요구에 따라 사용될 수 있다. 동일하거나 상이한 변형례에서, 감지기(104)는 멀티모드(MM) 광섬유를 통해 출력 포트(306C)에서 코어(302)에 광 결합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, PM 광 증폭기(예컨대 에르븀(erbium)-도핑된 광섬유 증폭기)가 필수적이지 않다. 대신, 편광 빔 스플리터(polarisation beam splitter)가 2개의 PM 광섬유에 빛을 결합하는데 사용될 수 있다.

도 3c와 도 3d는 도 3a와 도 3b와 유사한 방식의 대안적 용도를 도시한 것이다. 도 3c와 도 3d에서 도 1을 참조하여 설명되었던 유사한 구성요소들은 도 1에서와 동일한 참조 번호가 주어졌다. 도 3c에서 출사광(예컨대 광원(102)으로부터의 빛)은 직선으로 표시되고 입사 경로 상에 도달하는 빛(예컨대 환경(110)으로부터의 빛)은 파선 및 점선으로 표시되며 도 3d에서 이 표시들은 반대로 되어 있다.

광 서큘레이터 (300A) 및 (300B)는 코어(302)의 대응 입력 및 출력 포트들에 SM, PM 및 MM 광섬유 각각을 정렬하는 V-그루브 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 광 서큘레이터 (300A) 또는 (300B)는 빛을 입력 포트(들) 상에 집속하고 및/또는 출력 포트(들)로부터의 빛을 시준하는 비구면 렌즈(도시되지 않음)과 같은 하나 또는 그 이상의 집속 소자들을 포함할 수 있다.

시스템 예시 2

일반적인 형태에서, 도 4로 도시된 것과 같이, 설명되는 시스템(400)은 광 서큘레이터(302') 예컨대 여기에 설명된 광 서큘레이터들로부터 선택된 광 서큘레이터를 포함한다. 일 실시예에서 광 서큘레이터(302')는 2개 또는 그 이상의 광 서큘레이터들을 포함하는데, 예컨대 여기에 설명된 광 서큘레이터들로부터 선택된 2개 또는 그 이상의 광 서큘레이터들이다.

일부 실시예에서 광 서큘레이터(302')는 도 3b를 참조하여 설명된 2개 또는 그 이상의 광 서큘레이터들(302)을 포함한다. 광 서큘레이터(302')에서의 각각의 광 서큘레이터(302)는, V-그루브 어레이(107')에 의해 위치된 광섬유 광케이블을 통하여, 하나 또는 그 이상의 광원으로부터의 2개의 입력 광신호를 수신한다. 따라서, 각 광섬유 광케이블로부터의 출사광은 직접적으로 광 서큘레이터(302')로 제공된다.

일부 실시예에서 광 서큘레이터(302')는 충분하게 큰 조리개를 가져서 동일한 코어가 2개 또는 그 이상의 광원들에 대해 사용된다.

일부 실시예에서 스플리터(109)는 각각의 광섬유 광케이블에 걸쳐 2개의 광 신호들을 제공하기 위하여 각각의 광원과 V-그루브 어레이(107') 사이에 제공된다.

도 4에 보여진 예시에서, 제1 출사 광 경로(125A)와 제2 출사 광 경로(125B)는 빔 조종기(108')를 통해 환경에 빛을 제공하는데, 2개 신호들의 예시에서는 2중 빔 조종기이다. 환경으로부터 반환된 빛은 광 서큘레이터(302')에서 그들의 연관된 광 서큘레이터(302)에 의해 2개의 광 감지기들 중의 하나로 지향된다. 자유 공간으로의 또는 그로부터의 전이는 광 서큘레이터의 이방성 포트(들)에서 일어나는데, 시스템 예시 1을 참조하여 설명된 것처럼 이방성 포트(들)에 도파관이 있는 시스템과 비교하여 지향성을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서 이중 빔 조종기(108')는 출사 광 경로 (125A), (125B)로부터의 빛의 방향을 독립적으로 제어한다. 다른 실시예에서 출사 광 경로 (125A), (125B)로부터의 빛의 방향은 서로 연관되는데, 예컨대 고정된 각도 오프셋을 가지기 때문이다.

다른 실시예에서 단일 광 감지기가 광 서큘레이터(302')의 광 서큘레이터(302)로부터 빛을 감지하기 위해 제공된다. 제어 유닛(105)(도 1을 보라)은 그 후 감지된 빛을 구별한다.

다른 예시에서, 3개 도는 그 이상의 광원이 제공되고, 하나 또는 그 이상의 광 서큘레이터와 연결될 수 있다. 이 예시 및 다른 예시들에서 다른 형태의 광 서큘레이터(302)로부터의 광 서큘레이터가 사용될 수 있다. 일부 예시들에서 광 서큘레이터들은 동일한 유형이다. 다른 예시들에서 광 서큘레이터들은 상이한 유형이다(예컨대 도 3a를 참조하여 설명된 것과 도 3b를 참조하여 설명된 것).

예시 3

다른 예시에서, 도 5에 도시된 것과 같이, 광 서큘레이터(500)(다시 도 1의 광 서큘레이터(106)일 수 있음)는 코어(502)를 포함한다. 도 5의 실시예에서 왼쪽에서 오른쪽의 순서로 코어(502)는 제1 복굴절 결정(502A), 제1 복굴절 결정(502A)에 이어나오는 비-가역성 편광-회전 소자(502B), 비-가역성 편광-회전 소자(502B)에 이어나오는 제2 복굴절 결정(502C)를 포함한다. 일 배치에서, 비-가역성 편광-회전 소자(502B)는 반-파장판 소자(502B₁)와 비-가역성을 용이하게 하기 위한 패러데이 회전자(502B₂)를 포함한다.

도 5a의 측면도와 도 5b의 평면도로부터 도시된 것처럼, 제1 복굴절 소자(502A)는 α₁의 각도만큼 하나의 축(도면에서 y-축으로 지정됨)에서 각도지게 제공된다. 그 실시예에서 y-축에서 회전으로 보여지는 것은 시계방향이다. 반-파장판(502B₁)은 α₂의 각도만큼 마찬가지로 시계 방향으로 다른 축(도면에서 x-축으로 지정됨) 각도지게 제공된다. 패러데이 회전자(502B₂)는 반시계방향으로 α₃의 각도만큼 x-축으로 각도지게, 제2 복굴절 결정(502C)은 마찬가지로 반시계방향으로 α₄의 각도만큼 y-축으로 각도지게 제공된다. 일부 실시예에서, 도 5에 도시된 실시예를 포함하여, x-축과 y-축은 실질적으로 횡단한다.

일부 실시예에서, 모든 소자들이 한가지 축에 대해 한 방향으로 회전된 도 5에 도시된 실시예를 포함하여, 실질적으로 동일한 정도로 반대 방향으로 회전된 쌍을 이루는 소자들이 있다. 일부 실시예에서 하나 또는 그 이상의 회전되지 않은 소자들이 회전된 소자들과 조합하여 제공될 수 있다. 일부 실시예에서 회전된 소자들의 이 쌍을 용이하게 하기 위하여 짝수(예컨대 도 5의 실시예에서는 4개)의 회전된 소자들이 있다.

일부 실시예에서 회전 정도는 다른 축으로 회전된 소자들과 실질적으로 동일한데, 예컨대 각도 α₁ , α₂, α₃, 및 α₄가 동일한 값을 가진다(즉, α₁ = α₂ = α₃ = α₄ ). 다른 실시예에서 회전 정도는 다른 축으로 회전된 구성요소들 사이에서 상이하다. 예컨대, 일부 실시예에서 α₁는 α₄와 동일한 반면, α₂는 α₃와 다를 수 있다. 각도나 회전에 의해, 구성요소의 회전 정도가 실질적으로 0이 아닌 것을 포함하여 0이 아님을 알 수 있을 것이다.

구성요소에 대해 선택된 회전 각도는 지향성과 수집 효율을 향상시키기 위하여 최적화될 수 있다. 예컨대, 각도는 광 서큘레이터(500)에 진입하는 비-시준된 광선들에 의해 야기되는 수차(aberration)를 특정한 수준 내에 유지하도록 또는/그리고 시스템으로 되돌아오는 광반사를 완화하도록 선택될 수 있다. 구성요소들 사이에 형성된 각도들은 약 12도에서 약 30도의 범위일 수 있다. 예시적인 각도는 11.8도, 12.5도, 15도, 17.5도, 20도, 25도 및 30도를 포함한다.

일부 실시예들에서 회전 방향은 반전되는데, 예컨대 도 5의 시계방향으로 회전된 각 구성요소들이 대신 반시계방향으로 회전되고 반시계방향으로 회전된 각 구성요소들이 대신 시계방향으로 회전된다.

다른 배치에서, 회전축은 횡단하게 되지 않는다. 예컨대, 코어의 구성요소들은 모두 동일한 축으로 회전될 수 있는데, 예컨대 모두 도 5의 y-축이나 x-축 중의 하나로 회전된다. 다른 예시에서 회전축은 다른 양만큼 예컨대 120도로 오프셋될 수 있다. 그 예시에서 코어는 6개 구성요소들을 포함할 수 있는데, 서로 간에 각각 120도로 3개 축들을 따라 쌍을 이루어 회전되고, 각 쌍은 반대 방향들로 회전된다.

일부 실시예들에서 도 5a에서 t로 표기되는 복굴절 결정 (502A) 및/또는 (502C)의 두께는 약 1 mm 내지 1.5 mm이다. 일 예시에서, 복굴절 결정 (502A) 및 (502C)의 두께(t)는 약 1.304 mm인 반면 약 125 um의 클래딩 두께(cladding thickness)를 가진 광섬유를 사용했으며, 이것은 피치(pitch)를 약 127 um로 제한한다.

일부 실시예에서 복굴절 결정 (502A) 및 (502C)의 두께는 감소되는데, 지향성과 수집 효율의 이득이 얻어진다. 두께 t를 줄이기 위하여, 광섬유 어레이 피치가 감소되는데, 예컨대 감소된 클래딩 두께를 가진 광섬유를 사용함으로써 감소된다. 일 예시에서, 복굴절 결정 (502A) 및 (502C)의 두께(t)는 약 80 um의 클래딩 두께를 가진 감소된 클래딩 광섬유를 사용함으로써 약 0.85 mm로 감소되며, 약 82 um의 감소된 광섬유 어레이 피치를 이끌어낸다. 일부 실시예에서 복굴절 결정 (502A) 및/또는 (502C)의 두께는 약 0.80 mm 또는 0.85 mm와 약 0.90 mm 또는 약 1.00 mm 사이이다.

2개의 복굴절 결정 (502A) 및 (502C)는 o-빔이나 e-빔의 재조합을 용이하게 하기 위하여 동일하거나 반대되는 이격각을 가질 수 있다. 도시의 방법으로서, 반대되는 이격각들을 가진 일 배치에서, 비-가역성 편광-회전 소자(502B)는 출사 빔을 회전시키지만 입사 빔은 회전시키지 않도록 설정된다. 다른 구성에서는, 동일한 이격각을 가지고, 비-가역성 편광-회전 소자(502B)는 입사 빔을 회전시키지만 출사 빔을 회전시키지 않도록 설정된다.

광 서큘레이터(500)는 코어를 통하는 다양한 포트들과 광학 경로들과 함께 사용될 수 있다. 예컨대, 광 서큘레이터(500)는 위의 예시 2에 기술된 것에 대응하는 2가지 방법 중의 하나로 사용될 수 있다. 예컨대 선택적으로 코어에 결합된 광섬유 어레이는 광원에 연결된 2개의 포트들과 광 감지기에 연결된 1개의 포트를 가질 수 있고, 또는 광원에 연결된 하나의 포트와 광 감지기 또는 각각의 광 감지기에 연결된 2개의 포트들을 가질 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 반-파장판과 패러데이 회전자의 순서는 바뀔 수 있는데, 즉, 비-가역성 편광-회전 소자(502B)는 패러데이 회전자(502B1)와 반-파장판 소자(502B2)를 포함한다.

광 서큘레이터(500)의 구성요소들이 실질적으로 평행한 측면들을 가지고 도 5에 도시되는 반면, 다른 실시예에서 구성요소들은 평행하지 않은 측면들을 포함한다. 각진 구성요소의 적어도 하나의("제1") 표면은 광 서큘레이터를 통해 빛의 진행 방향에 대해 회전되어 표면이 빛의 진행 방향을 실질적으로 횡단하지 않는다. 다른 표면("제2")은 빛의 진행 방향에 횡방향으로 지향되거나 또는 제1 및 제2 표면들이 다른 각도로 되어 있을 수 있는데, 예컨대 2개의 표면들이 웨지(wedge)나 사다리꼴(trapezoidal) 형상을 형성할 수 있다.

광학 서큘레이터(500)는 코어(502)의 대응 입력 및 출력 포트들에 SM, PM 및/또는 MM 광섬유들을 각각 정렬하는 V-그루브 어레이(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 광 서큘레이터(500)는 입력 포트(들) 상에 빛을 집속하기 위해 및/또는 출력 포트(들)에서 나오는 빛을 시준하기 위해 비구면 렌즈 및/또는 포물면 거울(도시되지 않음)과 같은 하나 또는 그 이상의 집속 소자들을 포함할 수 있다.

시스템 예시 3

다른 형태에서, 도 6에 도시된 것과 같이, 설명되는 시스템(700)은 광 서큘레이터(502')를 포함하는데, 예컨대 여기에 설명된 광 서큘레이터들로부터 선택된 광 서큘레이터이다. 일 실시예에서 광 서큘레이터(502')는 2개 또는 그 이상의 광 서큘레이터를 포함하는데, 예컨대 여기에 설명된 광 서큘레이터들로부터 선택된 2개 또는 그 이상의 광 서큘레이터들이다. 일부 실시예에서 광 서큘레이터(502')는 도 5를 참조하여 설명된 것과 같은 하나 또는 그 이상의 광 서큘레이터(502)를 포함한다.

일부 실시예에서 통합 구성요소(701)는 광섬유 편광 빔 스플리터(fibre polarisation beam splitter, FPBS)(209) 및 각 채널의 편광이 독립적인 3-채널 V-그루브 광섬유 어레이(207)를 포함한다. FPBS와 광섬유 어레이의 통합은 제조 비용을 절감하고 정렬을 용이하게 할 수 있다. FPBS의 사용은 또한 단순하고 확장가능한 광 서큘레이터 설계를 용이하게 할 수 있다. 예컨대, 광 서큘레이터에 사용되는 반-파장판은 분할된 결정 또는 결정의 어레이 보다는 균일한 결정으로 선택될 수 있어서 각 부분이 편광 상태들을 분리하고 각 편광 상태들을 다르게 처리하도록 설계된다. 통합 구성요소(701)는 광원(102)으로부터의 빛(120)이 포트(701A)를 통해 통합 구성요소(701)에 공급되고 감지기(104)는 선택적으로 그 출력 포트(701B)에서 통합 구성요소(701)에 결합된다. 상이한 편광을 가진 2개의 광선 (225A)와 (225B)은 각각 포트 (701C)와 (701E)를 통해 통합 구성요소(701)로부터 출력된다. 광선 (225A)와 (225B)는 광 서큘레이터(502')에 직접적으로 제공된다. 즉, 하나 또는 그 이상의 렌즈와 같은, 광섬유 어레이와 광 서큘레이터 사이에 배치된 모드 확장 광학 구성요소(mode expansion optical components)는 없다. 그러한 모드 확장 광학 구성요소들이 없는 것의 장점 중의 하나는 그러한 구성요소의 표면에서 시스템으로 되돌아 오는 빛의 반사를 제거인데, 이는 다시 지향성을 향상시킬 수 있다. 포트(701D)는 광 서큘레이터(502')로부터 빛을 수신한다. 통합 구성요소(701)과 연관된 포트들, 즉 (701A), (701B), (701C), (701D) 및 (701E)는 광섬유 커넥터들 및/또는 광 접합(optical splicing)에 의해 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 광원(102)으로부터의 출사광은 단일-모드 광섬유(single-mode fibre)를 가로질러 통합 구성요소(701)로 전송된다. FPBS(209)의 출력 광섬유는 편광-유지 광섬유(polarisation-maintaining fibres, PMFs)일 수 있다. 광 감지기에 연결된 수신 광섬유는 SMFs, PMFs, MM 광섬유(MMFs), 이중 클래드 광섬유(double clad fibres, DCFs) 및 광자 랜턴들(photonic lanterns, PLs)를 포함하는 상이한 광섬유 종류들로부터 선택될 수 있다. 선택은 시스템에 채택된 수신 및 감지 방법에 기초할 수 있다.

일부 실시예에서 시준 소자(210)는 광 서큘레이터(502')의 출력 포트들을 위해 빛을 시준하기 위하여 광 서큘레이터(502')와 함께 통신에 제공된다.

일 실시예에서 시준 소자(210)는 하나 또는 그 이상의 렌즈이다. 렌즈는 상대적으로 큰 초점 거리를 가질 수 있고 그리고/또는 렌즈 표면에서 시스템으로 돌아오는 반사를 제한하도록 반사-방지 코팅으로 코팅될 수 있다.

다른 실시예에서 시준 소자(210)는 포물면 거울인데, 도 7에 도시된 것과 같다. 일 배치에서 90도 포물면 거울이 시준 소자(210)로서 사용될 수 있다. 다른 배치에서 포물면 거울은 45도와 같은 다른 반사 각도를 가질 수 있다. 포물면 거울은 반사가 시스템으로 되돌아가지 않는 것을 보장하면서 빛을 시준할 수 있다.

또다른 실시예에서 시준 소자(210)는 집속 격자(focusing grating)이다.

또다른 실시예에서 시준 소자(210)는 적어도 2개의 렌즈의 조합을 포함하며, 포물면 거울과 집속 격자이다. 조합은 하나 또는 그 이상의 렌즈와 및/또는 하나 또는 그 이상의 포물면 거울과 및/또는 하나 또는 그 이상의 집속 격자를 포함할 수 있다.

도 6에 도시된 예시에서, 출사 광 경로(125)는 빛을 빔 조종기(208)를 통해 환경으로 제공하는데, 예컨대 단일 빔 조종기나 이중 빔 조종기이다. 환경으로부터 되돌아온 빛은 광 서큘레이터(502')에 의해 감지기(104)로 지향된다. 제어 유닛(105)은 그 후 감지된 빛을 식별한다.

다른 예시에서, 2개 또는 그 이상의 광원이 제공될 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 광 서큘레이터와 연결된다. 이들 또는 다른 예시에서 광 서큘레이터(502)와는 다른 형태의 광 서큘레이터가 사용될 수 있다. 일부 예시에서 광 서큘레이터들은 동일한 유형이다. 다른 예시에서 광 서큘레이터들은 상이한 유형이다.

예시 4

다른 예시에서, 도 8에 도시된 것처럼, 광 서큘레이터(800)(다시 도 1의 광 서큘레이터(106)일 수 있음)는 제1 복굴절 소자(802A), 제1 복굴절 소자(802A)에 이어나오는 제1 비-가역성 편광-회전 소자(802B), 제1 비-가역성 편광-회전 소자(802B)에 이어나오는 제2 복굴절 소자(802C), 제2 복굴절 소자(802C)에 이어나오는 제2 비-가역성 편광-회전 소자(802D), 제2 비-가역성 편광-회전 소자(802D)에 이어나오는 제3 복굴절 소자(802E)를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 복굴절 소자 (802A), (802C) 및 (802E)는 각각 입력 포트(806A)에 수신된 출사광에 45도로 정렬된 광축을 갖는다. 제1, 제2 및 제3 복굴절 소자 (802A), (802C) 및 (802E)는 각각 복굴절 웨지일 수 있다.

이 예시에서 비-가역성 편광-회전 소자 (802B) 및 (802D)에 결정 어레이(crystal array)가 있을 수 있다. 이것은 균일한 결정들의 사용을 허용했던 형태의 다른 예시들과 대비된다. 일 배치에서, 비-가역성 편광-회전 소자(802B)는 하나 또는 그 이상의 패러데이 회전자 및/또는 비-가역성을 용이하게 하는 반-파장판을 포함할 수 있다.

광 서큘레이터(800)는 출사광(120)을 수신하는 입력 포트(806A)를 포함한다. 제1 복굴절 소자(802A)는 입력 포트(806A)에서 수신된 빛을 이격각으로 o-빔과 e-빔으로 분리한다. 제1 비-가역성 분광-회전 소자(802B)는 e-빔을 회전시켜 그 편광을 o-빔의 그것과 정렬시키며, 굴절되지 않은 채로 그러나 평행하게 o-빔들 모두를 제2 복굴절 소자(802C)로 통과시킨다. 제2 비-가역성 편광-회전 소자(802D)는 원래 o-빔의 편광을 e-빔의 그것으로 회전시키나 회전된 o-빔은 회전된 채로 놔둔다. 제3 복굴절 소자(802E)는 회전된 o-빔을 굴절시키나 회전된 e-빔은 굴절시키지 않는다. 회전된 o-빔과 e-빔은 출사 경로(125)를 따르는 복굴절 포트(806B)에서 조합된다. 입사 경로(135)를 따라 반사된 빛은 제3 복굴절 소자(802E)에 의해 o-빔과 e-빔으로 분리된다. 제2 비-가역성 편광-회전 소자(802D)는 그 후 o-빔을 더 회전시켜 그 편광을 e-빔의 그것과 정렬되도록 하며, e-빔들 모두를 e-빔들 모두를 굴절시키는 제2 복굴절 소자(802C)로 통과시킨다. 굴절된 e-빔들 중의 하나는 제1 비-가역성 편광-회전 소자(802B)에 의해 회전되어 그 편광을 o-빔의 그것과 정렬시키며, 그 후 출력 포트(806C)에서 회전되지 않은 e-빔과 조합시킨다.

일 변형례에서, 광원(102)은 단일-모드(SM) 광섬유를 통해 입력 포트(806A)에서 광 서큘레이터(800)에 광 결합된다. 동일하거나 상이한 변형례에서, 감지기(104)는 멀티모드(MM) 광섬유 또는 SM 광섬유 또는 PM 광섬유 또는 DC 광섬유를 통해 출력 포트(806C)에서 광 서큘레이터(800)에 광 결합된다. 마이크로렌즈 어레이(도시되지 않음)는 필요한 대로 결정 어레이를 적절하게 통과해 지나가도록 하기 위해 광 서큘레이터(800)의 입력 및 출력 포트들에 대한 빛을 시준한다. 광 서큘레이터(800)는 대응하는 입력 및 출력 포트들 (806A) 및 (806C)에 SM 및 MM 광섬유들 중의 적어도 하나를 정렬시키기 위한 V-그루브 어레이(도시되지 않음)과 같은 광학 어레이를 포함할 수 있다. 복굴절 포트(806B)는 시준 소자를 통해, 자유 공간에 써큘레이터를 결합한다.

이제 본 발명의 배치들이 설명되었으며, 당업자에게는 설명된 배치들 중의 적어도 하나가 다음의 장점들 중의 하나 또는 그 이상을 가진다는 것이 명확해졌을 것이다.

● 출사 및 입사 경로 (125) 및 (135)의 오버랩핑은, 시선이나 시야의 감지에서 사각 지대를 회피하는 실시예를 용이하게 함.

● 출사 및 입사 경로 (125) 및 (135)의 용이한 정렬은, 예컨대 실시예들로 하여금 대량 제조를 더 잘 처리할 수 있게 하는 것을 용이하게 함.

● 입력 포트(들)과 출력 포트 사이의 고지향성은, 실시예로 하여금 반환 신호를 압도하는 것을 회피하는 것을 용이하게 함.

● 높은 수집 효율.

● 상대적으로 단순하고 그리고/또는 확장가능한 광 서큘레이터 구조.

본 명세서에서 공개되고 정의된 발명은 텍스트나 그림으로부터 언급되거나 명백한 개별 특징들의 2개 또는 그 이상의 모든 대안적인 조합으로 확장됨이 이해될 것이다. 이러한 상이한 조합들 모두는 본 발명의 다양한 대안적인 측면을 구성한다.

Claims

환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템으로서, 상기 시스템은:
복수의 파장 채널들 중 선택된 하나 또는 그 이상에서 출사광(outgoing light)을 제공하도록 구성된 광원;
입사광을 감지하도록 구성된 광 감지기로서, 상기 입사광은 상기 환경에 의해 반사된 상기 출사광의 적어도 일부분에 대응하는, 광 감지기;
광 서큘레이터(optical circulator)로서:
하나 또는 그 이상의 입력 포트들을 통해 상기 출사광을 수신하고,
복굴절(bidirectional) 포트를 통해 상기 수신된 출사광을 자유 공간 환경의 출사 경로(outgoing path)로 직접 송신하고,
상기 복굴절 포트를 통해 상기 자유 공간 환경에서 입사 경로 상의 상기 입사광을 수신하되, 상기 출사 경로 및 상기 입사 경로는 적어도 부분적으로 오버랩하도록 공간적으로 배치되고, 그리고
출력 포트를 통하여 상기 수신된 출사광을 상기 광 감지기로 송신하되, 상기 출력 포트는 상기 하나 또는 그 이상의 입력 포트들로부터 공간적으로 이격되는, 광 서큘레이터; 및
상기 자유 공간 환경에 있는 빔 조종기(beam steerer)로서,
상기 출사 경로 상의 상기 출사광을 상기 환경을 향해 하나 또는 그 이상의 각각의 출사 방향들로 지향시키되, 상기 하나 또는 그 이상의 각각의 출사 방향들은 복수의 파장 채널들 중의 상기 선택된 하나 또는 그 이상에 기초하고, 그리고
상기 입사 경로 상의 상기 환경으로부터 반사된 상기 입사광을 상기 광 서큘레이터를 향해 지향시키도록 구성되는, 빔 조종기;를 포함하고, 그리고
상기 감지된 빛과 연관된 적어도 하나의 특성은, 상기 하나 또는 그 이상의 출사 방향들과 연관된 상기 환경의 상기 공간적 프로파일의 추정을 위한 정보를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광 서큘레이터는, 하나의 입력 포트;를 포함하고, 상기 입사 경로로부터 상기 출력 포트를 향하는 상기 입사광의 입사 빔(incoming beam)을, 상기 출력 경로를 향하는 상기 하나의 입력 포트로부터의 상기 출사광의 출사 빔(outgoing beam)으로부터 이격시키도록 구성된 빔 이격기(beam displacer);를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제2항에 있어서,
상기 빔 이격기는, 제1 편광으로 회전된 상기 출사 빔으로부터, 상기 제1 편광에 수직한 제2 편광으로 회전된 상기 입사 빔을 이격시키는 복굴절 소자(birefringent element)를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제3항에 있어서,
상기 광 서큘레이터는, 이방성(bidirectional) 포트에, 상기 출사 빔을 상기 제1 편광으로부터 중간 편광으로 회전시키고 상기 입사 빔을 상기 중간 편광으로부터 상기 제2 편광으로 회전시키는 파장판(waveplate)를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광 서큘레이터는, 상기 하나 또는 그 이상의 입력 포트들로부터 상기 출사 경로를 향하는 상기 출사 빔의 비정상적으로-편광된(extraordinarily-polarised) 빔과 정상적으로-편광된(ordinarily-polarised) 빔 중의 어느 하나 또는 모두로부터, 상기 입사 경로로부터 상기 출력 포트를 향해 상기 입사광의 입사 빔을 이격시키는 코어(core)를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광원은, 상기 광 서큘레이터의 상기 하나 또는 그 이상의 입력 포트들에 직접적으로 광 결합된 각각의 하나 또는 그 이상의 입력 광섬유들을 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제6항에 있어서,
상기 하나 또는 그 이상의 입력 광섬유들 각각은 단일-모드 광섬유를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광 감지기는, 상기 광 서큘레이터의 상기 출력 포트에 광 결합된 출력 광섬유를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제8항에 있어서,
상기 출력 광섬유는 멀티-모드 광섬유(multi-mode fibre)를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제1항에 있어서,
통합된 광섬유 편광 빔 스플리터(integrated fibre polarisation beam splitter); 및 상기 광원과 상기 광 서큘레이터 사이의 v-그루브 광섬유 어레이(v-groove fibre array);를 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광 서큘레이터와 상기 빔 조종기 사이의 시준 거울(collimating mirror)을 포함하는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제11항에 있어서,
상기 시준 거울은 90도 포물면 거울인, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광 서큘레이터는, 적어도 제1 복굴절 결정과 제2 복굴절 결정 및 비-가역성 편광-회전 소자(non-reciprocal polarisation-rotating element)를 포함하고, 상기 제1 복굴절 결정 및 제2 복굴절 결정은 상기 광 서큘레이터를 통한 빛의 방향에 대하여 반대 방향들로 0이 아닌 양만큼 회전되는, 환경의 공간적 프로파일의 추정을 용이하게 하는 시스템.
광학 시스템으로서,
상이한 편광들로 분할된 출사광을 제공하도록 구성된, 편광 빔 스플리터를 포함하거나 편광 빔 스플리터와 통신하는 적어도 하나의 광원;
입사광을 감지하도록 구성된 적어도 하나의 광 감지기; 및
하나 또는 그 이상의 결정들을 포함하는 적어도 하나의 광 서큘레이터;를 포함하고, 상기 광학 시스템은:
상기 출사광을 상기 광 서큘레이터의 2개 또는 그 이상의 입력 포트들로 지향시키되, 상기 출사광의 하나의 편광은 하나의 입력 포트로 그리고 다른 편광은 다른 입력 포트로 보내고,
상기 광 서큘레이터의 이방성 포트를 통해 상기 광 서큘레이터로부터 상기 출사광을 출력하고,
상기 입사광을 상기 이방성 포트로 지향시키고, 그리고
상기 수신된 입사광을 상기 광 서큘레이터의 출력 포트를 통해 상기 광 감지기로 송신하되, 상기 출력 포트는 상기 입력 포트들로부터 공간적으로 이격되어 있도록 구성되는, 광학 시스템.
제14항에 있어서,
상기 광 서큘레이터의 상기 하나 또는 그 이상의 결정들은 균일한 결정들(uniform crystals)인, 광학 시스템.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 광섬유 편광 빔 스플리터와 통합된 광학 어레이(optical array)를 더 포함하는, 광학 시스템.
제16항에 있어서,
상기 광학 어레이는 V-그루브 광섬유 어레이인, 광학 시스템.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이방성 포트는 시준 소자를 포함하거나 시준 소자와 광 통신하는, 광학 시스템.
광 서큘레이터로서, 상기 광 서큘레이터는:
빛을 수신하기 위한 입력 포트;
빛을 자유 공간 환경으로 직접적으로 출력하고 상기 자유 공간 환경으로부터 빛을 수신하기 위한 이방성 포트;
빛을 출력하기 위한 출력 포트로서, 상기 출력 포트는 상기 입력 포트와 공간적으로 이격되는, 출력 포트; 및
빛의 방향이 상기 입력 포트로부터 상기 이방성 포트로 그리고 상기 이방성 포트로부터 상기 출력 포트로 가도록 만드는 코어로서, 상기 코어는 상기 빛을 별개의 편광들로 분리하고 상기 코어를 통해 편광들 중의 하나 또는 모두를 지향시킴으로써 상기 빛의 방향을 가도록 구성되는, 코어;를 포함하는, 광 서큘레이터.
제19항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광원으로부터 빛을 수신하는 적어도 2개의 입력 포트들을 포함하고, 상기 코어는 상기 적어도 2개의 입력 포트들로부터 상기 이방성 포트로 빛을 지향시키도록 구성되는, 광 서큘레이터.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 코어는 빛의 제1 위상(phase)의 방향을 상기 이방성 포트로부터 상기 출력 포트로 그리고 빛의 제2 위상의 방향을 상기 이방성 포트로부터의 상기 출력 포트나 또는 상기 광 서큘레이터의 다른 출력 포트 중의 어느 하나로 가도록 만드는, 광 서큘레이터.
제19항 내지 제21항에 있어서,
상기 자유 공간 환경은 상기 이방성 포트로부터 출력된 상기 빛을 시준하는 시준 소자를 포함하는, 광 서큘레이터.
광 서큘레이터로서,
빛을 수신하기 위한 입력 포트;
빛을 출력하기 위한 출력 포트로서, 상기 출력 포트는 상기 입력 포트와 공간적으로 이격되는, 출력 포트;
상기 입력 포트와 상기 출력 포트 사이의 코어로서, 빛의 방향을 상기 입력 포트로부터 자유 공간 환경의 출사 광 경로로 가도록 만들고 그리고 빛의 방향을 상기 자유 공간 환경에서의 입사 광 경로로부터 상기 출력 포트로 가도록 만들도록 구성되고, 상기 출사 광 경로 및 상기 입사 광 경로는 적어도 부분적으로 오버랩하도록 공간적으로 배치되는, 코어;를 포함하는, 광 서큘레이터.
제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 입력 포트 및 출력 포트를 위한 광학 어레이를 더 포함하거나 광학 어레이에 직접적으로 연결되고, 상기 광학 어레이는 빛을 상기 입력 포트와 출력 포트로 또는 상기 입력 포트와 상기 출력 포트로부터 각각 지향시키는, 광 서큘레이터.
제24항에 있어서,
상기 광학 어레이는 V-그루브 어레이인, 광 서큘레이터.
제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 광원으로부터 빛에 대한 편광-유지 광섬유(polarisation-maintaining optical fibre)를 더 포함하거나 편광-유지 광섬유에 광 결합되고, 상기 광학 어레이는 상기 편광-유지 광섬유로부터 빛을 수신하고 상기 입력 포트로 상기 빛을 지향시키도록 구성되는, 광 서큘레이터.
제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출력 포트로부터의 빛에 대한 멀티모드 광섬유(multimode optical fibre)를 더 포함하거나 멀티모드 광섬유에 광 결합되고, 상기 광학 어레이는 상기 출력 포트로부터 빛을 수신하고 상기 멀티모드 광섬유로 상기 빛을 지향시키도록 구성되는, 광 서큘레이터.
제19항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 방향에 대해 반대 방향들로 0이 아닌 양만큼 각도진 적어도 제1 복굴절 결정 및 제2 복굴절 결정을 포함하는, 광 서큘레이터.
제28항에 있어서,
상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 방향에 대해 반대 방향들로 0이 아닌 양만큼 각도진 반-파장판 소자(half-waveplate element) 및 패러데이 회전자(Faraday rotator)를 포함하는, 광 서큘레이터.
제29항에 있어서,
상기 제1 복굴절 결정 및 제2 복굴절 결정은 상기 빛의 방향을 횡단하는 제1 축을 따라 각도지고, 상기 반-파장판 소자와 패러데이 회전자는 상기 제1 축을 횡단하고 상기 빛의 방향을 횡단하는 제2 축을 따라 각도지는, 광 서큘레이터.
광 서큘레이터로서:
적어도 하나의 입력 포트와 적어도 하나의 출력 포트; 및
상기 적어도 하나의 입력 포트와 적어도 하나의 출력 포트와 광 통신하는 광학 어셈블리(optical assembly)로서, 상기 광학 어셈블리는 제1 복굴절 결정, 상기 제1 복굴절 결정에 이어나오는 비-가역적 편광-회전 소자, 상기 비-가역적 편광-회전 소자에 이어나오는 제2 복굴절 결정을 포함하는, 광학 어셈블리;를 포함하고,
상기 제1 복굴절 결정은 상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 이동 방향을 횡단하는 제1 축에 대해 제1의 0이 아닌 양만큼 회전된 제1 표면을 포함하고, 상기 제2 복굴절 결정은 상기 제1 축에 대해 상기 제1의 0이 아닌 양만큼 또는 제2의 0이 아닌 양만큼 회전된 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면은 반대 방향들로 회전된, 광 서큘레이터.
제31항에 있어서,
상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 동일한 그리고 반대 방향들로 회전되는, 광 서큘레이터.
제31항 또는 제32항에 있어서,
상기 비-가역성 편광-회전 소자는 반-파장판 소자 및 패러데이 회전자를 포함하는, 광 서큘레이터.
제33항에 있어서,
상기 반-파장판 소자는 상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 이동 방향을 횡단하고 상기 제1 축을 횡단하는 제2 축에 대해 0이 아닌 양만큼 회전된 제3 표면을 포함하고, 상기 패러데이 회전자는 상기 제1 축에 대하여 0이 아닌 양만큼 회전된 제4 표면을 포함하고, 상기 제3 표면과 상기 제4 표면은 반대 방향들로 회전되는, 광 서큘레이터.
제34항에 있어서,
상기 제3 표면과 상기 제4 표면은 동일한 그리고 반대 방향들로 회전되는, 광 서큘레이터.
제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 0이 아닌 양만큼의 회전은 약 12도 내지 약 30도의 범위 내에 있는, 광 서큘레이터.
광 서큘레이터로서:
환경으로 빛을 출력하고 상기 환경으로부터 빛을 수신하는 이방성 포트; 및
각각 빛을 수신하고 출력하는 입력 포트 및 출력 포트로서, 각각의 출력 포트는 각각의 입력 포트로부터 공간적으로 이격되고, 입력 포트와 출력 포트의 총 숫자는 적어도 3개인, 입력 포트 및 출력 포트; 및
빛의 방향을 각각의 입력 포트로부터 상기 이방성 포트로 그리고 상기 이방성 포트로부터 각각의 출력 포트로 가도록 만드는 코어로서, 상기 코어는 상기 빛을 별개의 편광들로 분리하고 상기 코어를 통하는 상기 편광들 중의 하나 또는 모두를 지향시킴으로써 상기 빛의 방향을 만들도록 구성되는, 코어;를 포함하는, 광 서큘레이터.
제37항에 있어서,
상기 입력 포트는 1개이고, 상기 출력 포트들은 2개이며 상기 입력 포트의 측면 중의 하나에 공간적으로 위치되는, 광 서큘레이터.
제38항에 있어서,
상기 코어는, 상기 입력 포트에 수신된 빛을 적어도 2개의 편광들로 분리하도록 구성되고 상기 적어도 2개의 편광들을 상기 이방성 포트로 지향시키도록 구성되는, 광 서큘레이터.
제39항에 있어서,
상기 코어는, 상기 이방성 포트에 수신된 빛을 적어도 2개의 편광들로 분리하도록 구성되고 적어도 하나의 편광을 상기 출력 포트들 중의 하나에 그리고 다른 편광을 상기 출력 포트들 중의 다른 하나에 지향시키도록 구성되는, 광 서큘레이터.
제37항에 있어서,
상기 출력 포트는 1개이고, 상기 입력 포트들은 2개이며 상기 출력 포트의 측면 중의 하나에 공간적으로 위치되는, 광 서큘레이터.
제41항에 있어서,
상기 코어는, 상기 이방성 포트에 수신된 빛을 적어도 2개의 편광들로 분리하도록 구성되고 상기 적어도 2개의 편광들을 상기 출력 포트로 지향시키도록 구성되는, 광 서큘레이터.
제41항 또는 제42항에 있어서,
상기 코어는, 상이한 편광들을 가진 상기 2개의 입력 포트들에 수신된 상기 빛에 기초하여 빛의 방향을 상기 2개의 입력 포트들로부터 상기 이방성 포트로 가도록 만드는, 광 서큘레이터.
광학 시스템으로서:
제1 도파관에 제1 편광을 가진 빛을 제공하고 제2 도파관에 상기 제1 편광과 다른 제2 편광을 가진 빛을 제공하는, 광학 구성요소; 및
광 서큘레이터로서:
개입 모드 확장 광학 구성요소들(intervening mode expansion optical components)이 없이 각각 상기 제1 도파관과 제2 도파관에 연결되는 제1 입력 포트 및 제2 입력 포트;
적어도 하나의 출력 포트;
이방성 포트; 및
상기 제1 입력 포트 및 제2 입력 포트에 수신된 상기 빛을 상기 이방성 포트로 그리고 상기 이방성 포트에 수신된 빛을 상기 적어도 하나의 출력 포트에 지향시키는 광학 어셈블리로서, 상기 광학 어셈블리는 제1 복굴절 결정, 상기 제1 복굴절 결정에 이어나오는 비-가역성 편광-회전 소자, 상기 비-가역성 편광-회전 소자에 이어나오는 제2 복굴절 결정을 포함하고, 상기 제1 복굴절 결정은 상기 광 서큘레이터를 통해 상기 제1 입력 포트 및 제2 입력 포트로부터 빛의 이동 방향을 횡단하는 제1 축에 대하여 제1의 0이 아닌 양만큼 회전되는 제1 표면을 포함하고, 상기 제2 복굴절 결정은 상기 제1 축에 대하여 상기 제1의 0이 아닌 양만큼 또는 제2의 0이 아닌 양만큼 회전된 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 반대 방향들로 회전되는, 광학 어셈블리;를 포함하는, 광학 시스템.
제44항에 있어서,
상기 광학 구성요소들은, 단일 모드 광섬유로 빛을 지향시키도록 배치된 광원; 및 상기 제1 도파관 및 제2 도파관에 작동상 연결된 광섬유 편광 빔 스플리터;를 포함하는, 광학 시스템.
제45항에 있어서,
상기 제1 입력 포트와 제2 입력 포트는 광학 어레이에 의해 상기 제1 도파관과 제2 도파관에 연결되는, 광학 시스템.
제46항에 있어서,
상기 광학 어레이는 상기 광섬유 편광 빔 스플리터와 통합된, 광학 시스템.
제46항 또는 제47항에 있어서,
상기 광섬유 편광 빔 스플리터 및 광학 어레이는 편광-유지 광섬유에 의해 연결되는, 광학 시스템.
제44항에 있어서,
상기 이방성 포트는 상기 광학 구성요소들로부터 빛에 대한 자유 공간으로의 전이 지점(transition point)인, 광학 시스템.
광 서큘레이터로서:
적어도 하나의 입력 포트 및 적어도 하나의 출력 포트; 및
상기 적어도 하나의 입력 포트 및 적어도 하나의 출력 포트와 광 통신하는 광학 어셈블리로서, 상기 광학 어셈블리는 제1 복굴절 결정, 상기 제1 복굴절 결정에 이어나오는 비-가역성 편광-회전 소자, 상기 비-가역성 편광-회전 소자에 이어나오는 제2 복굴절 결정;을 포함하고,
상기 광학 어셈블리는 상기 적어도 하나의 입력 포트로부터 빛을 수신하기 위한 제1 표면을 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 이동 방향에 실질적으로 수직이지 않도록 하기 위해 회전되고, 상기 광학 어셈블리는 상기 적어도 하나의 입력 포트로부터 빛을 수신하기 위한 제2 표면을 포함하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 이격되고 상기 제1 표면의 반대 방향으로 상기 광 서큘레이터를 통하는 빛의 이동 방향에 실질적으로 수직이지 않도록 하기 위해 회전되는, 광 서큘레이터.
제50항에 있어서,
상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 동일한 그리고 반대 방향으로 회전되는, 광 서큘레이터.
제50항 또는 제51항에 있어서,
상기 비-가역적 편광-회전 소자는, 상기 제1 표면을 포함하는 반-파장판과 상기 제2 표면을 포함하는 패러데이 회전자를 포함하는, 광 서큘레이터.
제52항에 있어서,
상기 반-파장판과 패러데이 회전자는, 각각 상기 적어도 하나의 입력 포트로부터 빛을 수신하기 위한 제3 표면 및 제4 표면을 포함하고, 상기 제3 표면 및 제4 표면은 각각 상기 제1 표면과 제2 표면에 실질적으로 평행한, 광 서큘레이터.