KR20200140868A - 방향 전환된 광 변조기 출력 - Google Patents

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Abstract

제1 광학 장치, 제2 광학 장치 및 광 변조기를 포함하는 시스템이 개시된다. 제1 광학 장치는 극저온 환경에서, 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 수신하고, 상기 제1 변조 광 신호를 상기 비 극저온 환경으로 출력한다. 제2 광학 장치는 극저온 환경에서, 상기 제1 광학 장치로부터 상기 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 출력하고, 상기 제1 변조 광 신호를 수신하고, 상기 제1 변조 광 신호를 출력한다. 광 변조기는 상기 극저온 환경에서, 상기 제2 광학 장치로부터 상기 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 변조하여 상기 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성하고, 상기 제2 변조 광 신호를 출력하고, 상기 제1 변조 광 신호를 상기 제2 광학 장치로 출력한다.

Description

방향 전환된 광 변조기 출력
본 개시는 일반적으로 광 변조기에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 방향 전환된 광 변조기 출력에 관한 것이다.
극저온 컴퓨팅은 처리 구성 요소가 극저온 환경, 예를 들어, 4-77K 내에 위치하는 컴퓨팅의 한 형태이다. 이러한 극저온 환경에서는 처리 부품이 제로 저항 와이어, 초고속 조셉슨(Josephson) 접합 스위치, 플럭소이드(fluxoid) 등을 포함하는 초전도 부품과 함께 작동하는 것을 가능하게 한다. 광 섬유는 극저온 컴퓨터에/로부터 데이터를 이동시키기 위한 하나의 매체이다. 이러한 광 섬유는 극저온 환경 및 비 극저온 환경, 예를 들어, 실온 환경 (예를 들어, 300K))으로/로부터 고속, 예를 들어, 10-100Gbps의 디지털 통신 링크(들)를 제공할 수 있다. 더욱이, 초저 전력의 극저온 시스템에 적용하는 데에 있어, 일부 변조기는 극저온 환경에 부정적인 영향을 미치는 상대적으로 많은 양의 열을 생성한다는 점에서 특정 변조기의 사용은 제한된다.
일 예에서, 시스템은 제1 광학 장치, 제2 광학 장치 및 광 변조기를 포함한다. 비 극저온 환경에서, 제1 광학 장치는 광 신호를 수신하고, 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 수신하고, 제1 변조 광 신호를 비 극저온 환경으로 출력한다. 제 2 광학 장치는 극저온 환경에서, 제1 광학 장치로부터 광 신호를 수신하고, 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 수신하고, 제1 변조 광 신호를 출력한다. 광 변조기는 극저온 환경에서, 제2 광학 장치로부터 광 신호를 수신하고, 광 신호를 변조하여 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성하고, 제2 변조 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 제2 광학 장치로 출력한다.
다른 예의 방법이 제공된다. 상기 방법은 비 극저온 환경의 제1 광학 장치로부터 극저온 환경의 제2 광학 장치로 광 신호를 출력하고, 상기 제2 광학 장치로부터 극저온 환경의 광 변조기로 광 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 광 신호를 광 변조기로 변조하여 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성하고 광 변조기로부터 제2 변조 광 신호를 출력하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 광 변조기로부터 제1 변조 광 신호를 제2 광학 장치로 출력하고, 제2 광학 장치로부터 제1 변조 광 신호를 제1 광학 장치로 출력하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제1 광학 장치로부터 상기 제1 변조 광 신호를 상기 비 극저온 환경으로 출력하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 예에서, 시스템은 제1 광학 편광 빔 분할 및 결합기, 제2 광학 편광 빔 분할 및 결합기, 1x2 방향성 결합 변조기 및 도파관을 포함한다. 제1 광학 편광 빔 분할 및 결합기는 비 극저온 환경에서 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 수신하고, 상기 제1 변조 광 신호를 비 극저온 환경으로 출력한다. 제 2 광학 편광 빔 분할 및 결합기는 극저온 환경에서 제1 광학 장치로부터 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 출력하고, 상기 제1 변조 광 신호를 수신하고, 상기 제1 변조 광 신호를 출력한다. 극저온 환경에서 1x2 방향성 결합 변조기는 제2 변조 광 신호를 출력하고 제1 변조 광 신호를 제2 광학 편광 빔 분할 및 결합기로 출력한다. 도파관은 1x2 방향성 결합 변조기에 결합되어 1x2 방향성 결합 변조기로부터 제1 변조 광 신호를 수신한다.
도 1은 극저온 환경에서 비 극저온 환경으로 미사용된 광을 방향 전환하는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2는 극저온 환경에서 비 극저온 환경으로 미사용된 광을 방향 전환하는 또 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 3은 극저온 환경에서 비 극저온 환경으로 미사용된 광을 방향 전환하는 또 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 4a는 광 변조기의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 4b는 도 4a에 도시된 광 변조기(430)에 대한 예시적인 광 파워 타이밍도를 도시한다.
도 5는 사용되지 않은 광을 극저온 환경에서 비 극저온 환경으로 방향 전환하는 예시적인 방법을 도시한다.
극저온 컴퓨팅 시스템 내에서 사용되지 않은 광 신호와 관련된 온도 상승에 대한 통상적인 보상을 제거하기 위해서, 본 명세서에 개시된 예시적인 시스템은 이 사용되지 않은 광 신호를 극저온 환경에서 비 극저온 환경으로 방향 전환한다. 따라서, 이 방향 전환된 출력 신호는 극저온 환경으로 분산되지 않는다. 그러한 예시적인 시스템은 비 극저온 환경에서, 광 신호를 수신하고, 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 수신하고, 제1 변조 광 신호를 비 극저온 환경으로 출력하는, 제1 광학 장치를 포함한다. 시스템은 극저온 환경에서, 제1 광학 장치로부터 광 신호를 수신하고, 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 수신하고, 제1 변조 광 신호를 출력하는 제2 광학 장치를 더 포함한다. 이 시스템은 극저온 환경에서, 제2 광학 장치로부터 광 신호를 수신하고, 광 신호를 (예룰 들어, 초전도 전기 신호로) 변조하여 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성하고, 제2 변조 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 제2 광학 장치로 출력하는, 광 변조기를 더 포함한다.
일부 극저온 컴퓨팅 시스템은 광 변조기를 사용하여 비 극저온 환경으로부터 극저온 환경 내에 수신된 광 신호를 변조한다. 광 신호를 변조하는 작동 중에, 이들 광 변조기는 사용되지 않은 광의 출력 신호를 생성한다. 극저온 환경 내에서 이러한 사용되지 않은 광 신호를 출력하면 극저온 환경의 온도가 상승된다. 이 온도 상승은 극저온 환경의 냉각 증가로 보상된다. 이러한 온도 상승은 더 많은 광 변조기를 추가하면서 증가되게 되는데, 이는 특정 극저온 컴퓨팅 시스템으로 전송되고 있는 데이터의 양을 기준으로, 일부 극저온 컴퓨팅 시스템이 수백 개 이상의 많은 광 변조기를 사용하기 때문이다. 예시 시스템은 두 개의 광학 장치를 사용하여, 사용되지 않은 광 신호 (예를 들어, 제1 변조 광 신호)를 극저온 환경에서 비 극저온 환경으로 방향 전환한다. 이렇게 사용되지 않은 광 신호를 비 극저온 환경으로 출력하면 미사용된 광 신호가 극저온 환경의 온도를 상승시키는 것을 방지하고 극저온 환경 내에서 원하는 온도를 유지하는 데 사용되는 냉각량을 줄인다. 예시적인 시스템은 제2 광학 장치의 출력에서 제2 광 섬유의 필요성 및 관련 복잡성 (예를 들어, 질량, 커넥터, 재킷, 공간 등)을 제거하고, 예시의 시스템은 광 변조기의 성능에 영향을 주지 않고 시스템의 광 변조기로부터의 두 출력 중 하나를 방향 전환한다. 이러한 방향 전환은 변조기 칩에 위치한 통합 광학 편광 빔 분할 결합기(PBSC) 또는 변조기 칩에 위치한 통합 광 순환기로 구현될 수 있다.
도 1은 사용되지 않은 광을 극저온 환경(121) (예를 들어, 4-77K)에서 실온 환경 (예를 들어, 300K)과 같은 비 극저온 환경(111)으로 방향 전환하기 위해서, 예시의 시스템(100) (예를 들어, 초 저전력 전기 광학 극저온 논리 시스템)을 도시한다. 일 예에서, 극저온 환경(121)은 극저온 환경(121) 내의 온도 유지를 용이하게 하기 위해서, 절연된 장벽, 예를 들어, 절연된 벽에 의해 비 극저온 환경(111)과 분리된다. 시스템(100)은 비 극저온 환경(111)의 제1 광학 장치(110)를 포함한다. 제1 광학 장치(110)는 제1 광 섬유(102), 제2 광 섬유(112) (예를 들어, 편광 유지 광 섬유) 및 제3 광 섬유(104)에 결합된다. 제1 광학 장치(110)는 제1 광 섬유(102)에서 광 신호를 수신하고 제2 광 섬유(112)에서 광 신호를 출력한다. 제1 광학 장치(110)는 또한 제2 광 섬유(112) 상의 극저온 환경(121)으로부터 제1 변조 광 신호를 수신하고 제1 변조 광 신호를 제3 광 섬유(104) 상의 비 극저온 환경(111)으로 출력한다. 따라서, 제2 광 섬유(112)는 극저온 환경(121)으로부터 비 극저온 환경(111)으로 원치 않는 광 및 미사용된 광을 제거하거나 처분하기 위해서, 광 신호를 비 극저온 환경(111)으로부터 극저온 환경(121)으로 전송하고, 제1 변조 광 신호를 극저온 환경(121)으로부터 비 극저온 환경(111)으로 전송하기 위해 사용되는 양방향 경로이다.
시스템(100)은 극저온 환경(121)의 제2 광학 장치(120)로 이루어진 변조기 모듈(170)을 더 포함한다. 제2 광학 장치(120)는 제1 광 도파관(124)을 통해 제2 광 섬유(112)에 결합되고, 제2 광 도파관(122) 및 제3 광 도파관(134)에 더 결합된다. 제2 광학 장치(120)는 제2 광 섬유(112)를 통해 제1 광학 장치(110)로부터 광 신호를 수신한다. 제2 광학 장치(120)는 제2 광 도파로(122)에 광 신호를 출력한다. 제2 광학 장치(120)는 또한 제3 광 도파관(134)을 통해 제1 변조 광 신호를 수신하고 제1 광 도파관(124)을 통해 제2 광 섬유(112) 상에서 제1 변조 광 신호를 출력한다.
변조기 모듈(170)은 극저온 환경(121)에서 광 변조기(130) (예를 들어, 1x2 방향성 결합 변조기(1x2 DCM), 실리콘 마이크로 공진기(SMR), 또는 비 극저온 환경(111)으로 방향 전환될 수 있는 출력 신호를 생성하는 임의의 다른 광 변조기)를 더 포함한다. 따라서, 이 방향 전환된 출력 신호는 극저온 환경(121)으로 소산되지 않는다. 광 변조기(130)는 제2 광 도파관(122), 제3 광 도파관(134) 및 제4 광 도파관(132)에 결합된다. 광 변조기(130)는 제2 광 도파관(122)을 통해 제2 광학 장치(120)로부터 광 신호를 수신한다. 광 변조기(130)는 이 수신된 광 신호 (예를 들어, 초전도 전기 신호)를 변조하여 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성한다. 광 변조기(130)는 제4 광 도파관(132)을 통해 광 변조기(130)에 결합되는 극저온 환경(121) 내에서, 제2 변조 광 신호를 극저온 장치(190), 예를 들어 극저온 컴퓨팅 시스템으로 출력한다. 다른 예에서, 극저온 장치(190)는 극저온 환경(121) 내에서 통신 경로를 제공하고/하거나 극저온 환경(121) 내에서 비 극저온 환경(111)으로 신호를 전달하는 극저온 시스템(미도시)의 일부이다. 제4 광 도파관(132)은 제2 변조 광 신호를 위해 광 변조기(130)와 극저온 장치(190) 사이에 데이터 경로를 제공하기 위해 제3 광 섬유(138)에 결합된다. 광 변조기(130)는 또한 제3 광 도파관(134)을 통해 제1 변조 광 신호를 제2 광학 장치(120)로 출력한다. 광 변조기(130)는 실질적으로 광이 변조기 모듈(170)의 기판으로 낭비되지 않고 제4 광 도파관(132) 및 제3 광 섬유(138)를 통해 판독될 수 있는 2 개의 "의사 상보적" 광 출력을 제공한다.
따라서, 시스템(100)은 광 변조기(130)의 출력 중 하나, 즉 제3 광 도파관(134)상의 제1 변조 광 신호를 극저온 환경(121)으로부터 비 극저온 환경(111)으로 방향 전환한다. 특히, 제2 광학 장치(120)는 제1 변조 광 신호가 비 극저온 환경(111)으로 통과하게 될 제2 광 섬유(112) 상에서 제1 변조 광 신호를 수신하고 제1 변조 광 신호를 출력한다. 이후, 제1 광학 소자(110)는 제1 변조 광 신호가 극저온 환경(121)의 온도를 상승시키는 것을 방지하기 위해 제1 변조 광 신호를 비 극저온 환경(111)으로 출력한다. 더욱이, 시스템(100)은 제2 광학 장치(120)의 출력에서의 제2 광 섬유에 대한 필요성 및 관련 복잡성 (예를 들어, 질량, 커넥터, 공간 등)을 제거하고, 이 때 예시적인 시스템(100)은 광 변조기(130)의 성능에 영향을 주지 않고 시스템(100)의 광 변조기(130)로부터의 2 개의 출력 중 하나를 방향 전환한다. 또한, 제2 광학 장치(120), 광 변조기(130) 및 그와 관련된 도파관(122, 124, 132, 134)은 동일한 기판에 통합되어 있으며, 그 결과 거의 모든 제1 변조 광 신호가 비 극저온 환경(111)으로 방향 전환될 수 있도록 이들 구성 요소들 사이에서 이동하므로 광 손실이 감소될 수 있다.
도 2는 극저온 환경(221)으로부터 비 극저온 환경(211)으로 사용되지 않은 광을 방향 전환시키는 다른 예시적인 시스템(200) (예를 들어, 초 저전력 전기 광학 극저온 논리 시스템)을 도시한다. 시스템(200)은 비 극저온 환경(211)에서 제1 1x2 방향성 결합기(210) (예를 들어, 온칩 통합 광학 편광 빔 분할/결합기)를 포함한다. 제1 1x2 방향성 결합기(210)는 제1 광 섬유(202), 제2 광 섬유(212)(예를 들어, 편광 유지 광 섬유) 및 제3 광 섬유(204) (예를 들어, 고속 축)에 결합된다. 제1 1x2 방향성 결합기(210)는 제1 광 섬유(202)의 저속 축에서 광 신호를 수신하고 제2 광 섬유(212)에 광 신호를 출력한다. 제2 광 섬유(212)는 편광 유지(PM) 섬유이며 저속(예를 들어, 수평) 축을 따라 편광된 연속파(CW) 광을 전달한다. 제1 1x2 지향성 결합기(210)는 제2 광 섬유(212)상에서 제1 변조 광 신호를 추가로 수신하고 제1 변조 광 신호를 제3 광 섬유(204)를 통해 비 극저온 환경(211)으로 출력한다. 따라서, 제2 광 섬유(212)는 광 신호를 비 극저온 환경(211)에서 극저온 환경(221)으로 광 신호를 전송하고 제1 변조 광 신호를 극저온 환경(221)에서 비 극저온 환경(211)으로 전송하는 데 사용되는 양방향 경로이고, 광 신호는 제2 광 섬유(212)의 저속 축을 통해 극저온 환경(221)으로 전송되고 제1 변조 광 신호는 제2 광 섬유(212)의 고속 축을 통해 전송된다.
일 예에서, 제1 광 섬유(202)는 저속 축 광 경로이고 제3 광 섬유(204)는 고속 축 광 경로이다. 그러나 광학적 특성, 예를 들어, 제1 광 섬유(202) 및 제3 광 섬유(204)의 복굴절 재료 (예를 들어, 실리카, 플루오로 지르코네이트, 플루오로 알루미네이트, 칼코게나이드 유리, 사파이어, 폴리스티렌, 아크릴 또는 임의의 다른 전기 광학 재료)의 반사 지수에 따라, 다른 예에서, 제1 광 섬유(202)는 고속 축 광 경로일 수 있고, 제3 광 섬유(204)는 저속 축 광 경로일 수 있다. 제2 광 섬유(212)는 저속 축 광 경로 및 고속 축 광 경로이며, 제2 광 섬유(212)는 비 극저온 환경(211)에서 극저온 환경(221)으로의 저속 축 광 경로를 제공하고 극저온 환경(221)에서 비 극저온 환경(211)으로 고속 축 광 경로를 제공한다. 마찬가지로, 다른 예에서, 제2 광 섬유(212)는 비 극저온 환경(211)으로부터 극저온 환경(221)으로 고속 축 광 경로를 제공할 수 있고, 극저온 환경(221)에서 비 극저온 환경(211)으로 저속 축 광 경로를 제공할 수 있다.
시스템(200)은 극저온 환경(221)에서 제2 1x2 양방향 결합기(220) (예를 들어, 온칩 통합 광학 편광 빔 분할/결합기)로 구성된 변조기 모듈(270)을 더 포함한다. 제2 1x2 양방향 결합기(220)는 제1 광 도파관(224)을 통해 제2 광 섬유(212)에 결합되고, 제2 광 도파관(222) 및 제5 광 도파관(236)에 더 결합된다. 일 예에서, 제2 광 도파관(222)은 저속 축 편광 도파관이고 제5 광 도파관(236)은 고속 축 편광 도파관이다. 다른 예에서, 제2 광 도파관(222)은 저속 축편광 도파관이고 제5 광 도파관(236)은 저속 축 편광 도파관이다. 제1 및 제2 1x2 양방향 결합기(210 및 220)는 양방향 장치이며 그 편광 상태 (예를 들어, 수직 및 수평)에 따라 입력 섬유로부터의 광을 동시에 분할하고 두 개의 직교 편광된 빔을 단일 이중 편광 빔으로 결합하는 데 사용된다는 점에서, 편광 기반 멀티플렉서/디멀티플렉서 역할을 한다. 도 2의 예에서, 제1 및 제2 1x2 양방향 결합기(210 및 220)는 수평 방향을 따라 놓인 시스템(200)의 저속 축을 따라 편광된다.
제2 1x2 양방향 결합기(220)는 제2 광 섬유(212)를 통해 제1 1x2 양방향 결합기(210)로부터 광 신호를 수신한다. 제2 1x2 양방향 결합기(220)는 제2 광 도파관(222)에서 광 신호를 출력한다. 제2 1x2 양방향 결합기(220)는 또한 제5 광 도파관(236)을 통해 제1 변조 광 신호를 수신하고 제1 광 도파관(224)을 통해 제2 광 섬유(212)에서 제1 변조 광 신호를 출력한다. 제2 1x2 양방향 결합기(220)는 제2 광 섬유(212)의 저속 (예를 들어, 수평) 축을 통해 광 신호를 수신하고, 제2 광 섬유(212)의 고속 (예를 들어, 수직) 축을 통해 광 신호를 출력한다.
변조기 모듈(270)은 극저온 환경(121)에서 광 변조기(230) (예를 들어, 1x2 방향성 결합 변조기, 실리콘 마이크로 공진기 광 변조기, 또는 비 극저온 환경(211)으로 방향 전환될 수 있는 출력 신호를 생성하는 임의의 다른 광 변조기)를 더 포함한다. 따라서, 이 방향 전환된 출력 신호는 극저온 환경(121)으로 소산되지 않는다. 광 변조기(230)는 제2 광 도파관(222), 제3 광 도파관(234) (예를 들어, 180도 회전 도파관) 및 제4 광 도파관(232)에 결합된다. 광 변조기(230)는 제2 광 도파관(222)을 통해 제2 1x2 방향성 결합기(220)로부터 광 신호를 수신한다. 광 변조기(230)는 이 수신된 광 신호를 변조하여 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성한다. 광 변조기(230)는 제4 광 도파관(232)을 통해 광 변조기(230)에 결합된 극저온 환경(221) 내에서, 극저온 장치(290), 예를 들어 극저온 컴퓨팅 시스템으로 제2 변조 광 신호를 출력한다. 다른 예에서, 극저온 장치(290)는 극저온 환경(221) 내에 통신 경로를 제공하고/하거나 극저온 환경(221) 내로부터 비 극저온 환경(211)으로 신호를 전달하는 극저온 시스템 (도시되지 않음)의 일부이다. 제4 광 도파관(232)은 제2 변조 광 신호를 위해 광 변조기(230)와 극저온 장치(290) 사이에 데이터 경로를 제공하기 위해 제3 광 섬유(238)에 결합된다. 변조기 모듈(270)은 제3 광 도파관(234) 및 제5 광 도파관(236)에 결합되는 편광 회전자(240)를 더 포함한다. 광 변조기(230)는 또한 제1 변조 광 신호를 제3 광 도파관(234)을 통해 편광 회전자(240)로 출력한다. 광 변조기(230)는 변조기 모듈(270)의 기판으로 광이 실질적으로 낭비되지 않으며 제4 광 도파관(232) 및 제3 광 섬유(238)를 통해 판독될 수 있는 2 개의 "의사 상보적" 광 출력을 제공한다.
편광 회전자(240)는 선형 편광된 광 빔의 편광축을 선택 각도만큼 회전시키는 광학 장치이다. 이 예에서, 편광 회전자(240)는 90도 편광 회전자이고, 제3 광 도파관(234) 및 제5 광 도파관(236)과 광학적으로 통합될 수 있다. 편광 회전자(240)는 제3 광 도파관(234)을 통해 광 변조기(230)로부터 제1 변조 광 신호를 수신하고, 제1 변조 광 신호의 편광 축을 약 90도 (예를 들어, 5 % 허용 오차 내에서) 회전시키고, 제1 변조 광 신호의 편광축 회전 버전을 제2 1x2 방향성 결합기(220)로 출력한다. 편광 회전자(240)는 제5 광 도파관(236) 상의 제1 변조 광 신호의 회전된 버전을 제2 1x2 방향성 결합기(220)의 고속 축 (예를 들어, 수직 축)으로 출력한다. 따라서, 시스템(200)은 제1 변조 광 신호가 극저온 환경(121)의 온도를 상승시키는 것을 방지하기 위해서, 광 변조기(230)의 출력 중 하나인 제3 광 도파관(234)상의 제1 변조 광 신호를, 극저온 환경(121)에서 비 극저온 환경(211)으로 방향 전환한다. 더욱이, 시스템(200)은 제2 광학 장치(220)의 출력에서의 제2 광 섬유의 필요성 및 관련 복잡성 (예를 들어, 질량, 커넥터, 공간 등)을 제거하는데, 이 예시의 시스템(200)이 광 변조기(230)의 성능에 영향을 주지 않고 시스템(200)의 광 변조기(230)로부터의 2 개의 출력 중 하나를 방향 전환하기 때문이다. 또한, 제2 광학 장치(220), 광 변조기(230) 및 그와 관련된 도파관(222, 224, 232, 234, 236)은 동일한 기판에 통합되어 있고, 그 결과, 거의 모든 제1 변조 광 신호가 비 극저온 환경(211)으로 방향 전환될 수 있도록 이들 구성 요소들 사이에서 이동하므로 광 손실이 감소될 수 있다.
도 3은 극저온 환경(321)으로부터 비 극저온 환경(311)으로 사용되지 않은 광을 방향 전환하는 또 다른 예시적인 시스템(300)(예를 들어, 초 저전력 전기 광학 극저온 논리 시스템)을 도시한다. 시스템(300)은 비 극저온 환경(311)에서 제1 광 순환기(310) (예를 들어, 온칩 통합 광 순환기)를 포함한다. 제1 광 순환기(310)는 제1 광 섬유(302), 제2 광 섬유(312) (예를 들어, 편광 유지 광 섬유) 및 제3 광 섬유(304)(예를 들어, 고속 축)에 결합된다. 제1 광 순환기(310)는 제1 광 섬유(302)의 저속 축에서 광 신호를 수신하고 제2 광 섬유(312)에서 광 신호를 출력한다. 제2 광 섬유(312)는 편광 유지(PM) 섬유이고 그 저속 (예를 들어, 수평) 축을 따라 편광된 연속파(CW) 광을 전달한다. 제1 광 순환기(310)는 제2 광 섬유(312)상에서 제1 변조 광 신호를 추가로 수신하고 제1 변조 광 신호를 제3 광 섬유(304)를 통해 비 극저온 환경(311)으로 출력한다. 따라서, 제2 광 섬유(312)는 광 신호를 비 극저온 환경(311)에서 극저온 환경(321)으로 전송하고, 제1 변조 광 신호를 극저온 환경(321)에서 비 극저온 환경(311)으로 전송하는 데 사용되는 양방향 경로로, 이 광 신호는 제2 광 섬유(312)의 저속 축상에서 극저온 환경(321)으로 전송되고 제1 변조 광 신호는 제2 광 섬유(312)의 고속 축상에서 전송된다.
일 예에서, 제1 광 섬유(302)는 저속 축 광 경로이고 제3 광 섬유(304)는 고속 축 광 경로이다. 그러나, 광학적 특성, 예를 들어, 제1 광 섬유(302) 및 제3 광 섬유(304)의 복굴절 재료(예를 들어, 실리카, 플루오로 지르 코 네이트, 플루오로 알루미 네이트, 칼 코게 나이드 유리, 사파이어, 폴리스티렌, 아크릴 또는 임의의 다른 전기 광학 재료)의 반사 지수에 따라서, 다른 예에서 제1 광 섬유(302)는 고속 축 광 경로일 수 있고 제3 광 섬유(304)는 저속 축 광 경로일 수 있다. 제2 광 섬유(312)는 저속 축 광 경로 및 고속 축 광 경로 모두이며, 제2 광 섬유(312)는 비 극저온 환경(311)으로부터 극저온 환경(321)으로의 저속 축 광 경로를 제공하고 극저온 환경(321)으로부터 비 극저온 환경(311)으로의 고속 축 광 경로를 제공한다. 마찬가지로, 다른 예에서, 제2 광 섬유(312)는 비 극저온 환경(311)으로부터 극저온 환경(321)으로의 고속 축 광 경로를 제공할 수 있고 극저온 환경(321)으로부터 비 극저온 환경(311)으로의 저속 축 광 경로를 제공할 수 있다.
시스템(300)은 극저온 환경(321)에서 제2 광 순환기(320) (예를 들어, 온칩 통합 광 순환기)로 구성된 변조기 모듈(370)을 더 포함한다. 제1 및 제2 광 순환기(310 및 320)는 양방향 장치이며 편광 상태 (즉, 수직 및 수평)에 따라 입력 섬유로부터의 광을 동시에 분할하고 두 개의 직교 편광 빔을 단일 이중 편광 빔으로 결합하는 데 사용된다는 점에서, 편광 기반 멀티플렉서/디멀티플렉서의 역할을 한다. 도 3의 예에서, 제1 및 제2 광 순환기(310 및 320)는 수평 방향을 따라 놓인 시스템(300)의 저속 축을 따라 편광된다.
제2 광 순환기(320)는 제2 광 섬유(312)를 통해 제1 광 순환기(310)로부터 광 신호를 수신한다. 제2 광 순환기(320)는 제1 광 도파관(324)을 통해 제2 광 도파관(312)에 결합되고, 제2 광 도파관(322) (예를 들어, 저속 축) 및 제3 광 도파관(334) (예를 들어, 180도 회전 도파관)에 더 결합된다. 제2 광 순환기(320)는 제2 광 도파로(322)에 광 신호를 출력한다. 제2 광 순환기(320)는 또한 제3 광 도파관(334)을 통해 제1 변조 광 신호를 수신하고 제1 광 도파관(324)을 통해 제2 광 섬유(312) 상에서 제1 변조 광 신호를 출력한다. 제2 광 순환기(320)는 제2 광 섬유(312)의 저속 (예를 들어, 수평) 축을 통해 광 신호를 수신하고, 제2 광 섬유(312)의 고속 (예를 들어, 수직) 축을 통해 광 신호를 출력한다.
변조기 모듈(370)은 극저온 환경(321)에서 광 변조기(330) (예를 들어, 1x2 방향성 결합 변조기, 실리콘 마이크로 공진기, 또는 비 극저온 환경(311)으로 방향 전환될 수 있는 출력 신호를 생성하는 임의의 다른 광 변조기)를 더 포함한다. 따라서, 이 방향 전환된 출력 신호는 극저온 환경(321)으로 소산되지 않는다. 광 변조기(330)는 제2 광 도파관(322), 제5 광 섬유(332) 및 제3 광 도파관(334)에 결합된다. 일 예에서, 광 변조기(330)는 제2 광 순환기(320)와 동일한 집적 회로 칩 상에 구현된다. 광 변조기(330)는 제2 광 도파관(322)을 통해 제2 광 순환기(320)로부터 광 신호를 수신한다. 광 변조기(330)는 이 수신된 광 신호를 변조하여 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성한다. 광 변조기(330)는 제2 변조 광 신호를 제5 광 섬유(332)를 통해 광 변조기(330)에 결합된 극저온 환경(321) 내에서, 극저온 장치(390), 예를 들어 극저온 컴퓨팅 시스템으로 출력한다. 다른 예에서, 극저온 장치(390)는 극저온 환경(321) 내에 통신 경로를 제공하고/하거나 극저온 환경(321) 내로부터 비 극저온 환경(311)으로 신호를 전달하는 극저온 시스템 (미도시)의 일부이다. 제5 광 도파관(332)은 제2 변조 광 신호를 위해 광 변조기(330)와 극저온 장치(390) 사이에 데이터 경로를 제공하기 위해 제4 광 섬유(338)에 결합된다. 광 변조기(230)는 또한 제1 변조 광 신호를 제3 광 도파관(334)을 통해 제2 광 순환기(320)로 출력한다. 광 변조기(330)는 변조기 모듈(370)의 기판으로 실질적으로 광이 낭비되지 않으며 제5 광 도파관(332) 및 제4 광 섬유(338)를 통해 판독될 수 있는 2 개의 "의사 상보적" 광 출력을 제공한다.
따라서, 시스템(300)은 광 변조기(330)의 출력 중 하나, 제3 광 도파관(334)상의 제1 변조 광 신호를 극저온 환경(321)으로부터 제1 변조 광 신호가 극저온 환경(321)의 온도를 증가시키지 않는 비 극저온 환경(311)으로 방향 전환한다. 특히, 제2 광 순환기(320)는 제1 변조 광 신호를 수신하고 제1 변조 광 신호가 비 극저온 환경(311)으로 통과하게 되는 제2 광 섬유(312) 상에 제1 변조 광 신호를 출력한다. 그 후, 제1 광 순환기(310)는 제1 변조 광 신호가 극저온 환경(321)의 온도를 상승시키는 것을 방지하기 위해서, 제1 변조 광 신호를 비 극저온 환경(311)으로 출력한다. 더욱이, 시스템(300)은 제2 광 순환기(320)의 출력에서의 제2 섬유의 필요성 및 관련 복잡성 (예를 들어, 질량, 커넥터, 공간 등)을 제거하는데, 이 예시의 시스템(300)이 광 변조기(330)의 성능에 영향을 주지 않고 시스템(300)의 광 변조기(330)로부터의 2 개의 출력 중 하나를 방향 전환하기 때문이다. 또한, 제2 광 순환기(320), 광 변조기(330) 및 그와 관련된 도파관(322, 324, 332, 334)은 동일한 기판에 통합되고, 그 결과 거의 모든 제1 변조 광 신호가 비 극저온 환경(311)으로 방향 전환될 수 있도록 이들 구성 요소들 사이에서 이동하므로 광 손실이 감소될 수 있다.
도 4a는 광 변조기(430) (예를 들어, 1x2 방향성 결합 변조기)의 예시적인 개략도를 도시한다. 일 예에서, 광 변조기(430)는 도 1 내지 3도에 각각 도시된 광 변조기(130), 광 변조기(230) 및/또는 광 변조기(330)로 사용될 수 있다.
광 변조기(430)는 단일 입력, 예를 들어 단일 모드 도파관 입력(432)을 포함한다. 일 예에서, 광 변조기(430)는 중합체 격자의 비선형 광학 색소체로 구성되는, 유기 EO 재료, 플라스틱 EO 재료 또는 중합체 EO 재료와 같은 전기 광학(EO) 재료 상에 구현된다. 단일 모드 도파관(432)은 실질적으로 동일한 2 개의 병렬 단일 모드 결합 도파관(436 및 440)을 포함하는 방향성 결합기에 결합된 도파관 "Y"(434)에서 분기된다. 일 예에서, 이 도파관 "Y"는 저속 축 편광 도파관이다. 전극(450)은 실질적으로 동일한 2 개의 동일한 평행 단일 모드 결합 도파관(436 및 440)에 평행하게 배치된다. 일 예에서, 2 개의 실질적으로 평행한 단일 모드 결합 도파관(436 및 440)은 전압 신호가 전극(450)에 인가되어 광 변조기(430)의 2 개의 실질적으로 평행한 단일 모드 결합 도파관(436 및 440) 각각의 광 파워(P1 및 P2)를 제어한다는 점에서, 결합 도파관이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 광 변조기(430)에 대한 예시적인 광 파워 타이밍도(460)를 도시한다. 특히, 제로 입력 전압 (V = 0)이 전극(450)에 인가되면, 단일 모드 도파관(432)에 결합된 광은 실질적으로 동일한 2 개의 병렬 단일 모드 결합 도파관(436 및 440) 사이에서 균등하게 분할된다. 도 4b에 예시된 경우, 출력 광 파워는 P1 = P2 = 0.5이다. 하나의 입력 전압의 값 (V = 1)이 전극(450)에 인가될 때, 실질적으로 동일한 2 개의 병렬 단일 모드 결합 도파관(436 및 440) 간에 위상 불일치가 유입되어, 광 변조기(430) 내의 대칭을 제거하고 2 개의 단일 모드 결합 도파관(436 및 440)에서 광이 불균등하게 분할되게 한다. 광 변조기(430)의 설계에 따라, 하나의 출력 (예를 들어, 단일 모드 결합 도파관 436)은 높을 것이고(광 파워 = 1) 다른 출력 (예를 들어, 단일 모드 결합 도파관(440))은 낮을 것이다(광 전력 = 0). 도 4b의 예에서. V = 1이 전극(450)에 적용될 때, 단일 모드 결합 도파관(436)에서의 광 전력 P1은 P1 = 1 인 반면, 단일 모드 결합 도파관(440)에서의 광 전력 P2는 P2 = 0이다. 예시된 예에서, 광 변조기(430)는 광 변조기(430)에 의해 생성된 광 파워(P2)에서의 제2 변조 광 신호를 보완하는 광 파워(P1)에서의 제1 변조 광 신호를 생성한다.
전술한 구조적 및 기능적 특징을 고려하여, 본 개시의 다양한 양상에 따른 방법은 도 5를 참조하여 더 잘 이해 될 것이다. 설명의 단순화를 위해, 도 5의 방법은 순서적으로 실행되는 것으로 도시되고 설명되었지만, 본 개시는 예시된 순서에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해되는데, 어떤 양태는 본 개시에 따라 상이한 순서로 및/또는 본원에 도시되고 설명된 것과 다른 양태와 동시에 발생할 수 있기 때문이다. 더욱이, 본 개시 내용의 양태에 따른 방법을 구현하기 위해 예시된 모든 특징이 요구되는 것은 아니다. 추가적으로, 도 5의 방법은 도 1 내지 도 4에 설명된 구성 요소에 대해 상기 설명된 추가 특징을 포함할 수 있다.
도 5는 극저온 환경(121, 221, 321)으로부터 비 극저온 환경(111, 211, 311)으로 사용되지 않은 광을 방향 전환하는 예시적인 방법(500)을 도시한다. 이 방향 전환된 사용되지 않은 광은 극저온 환경(121, 221 또는 321)으로 소산되지 않는다. 505에서, 방법(500)은 비 극저온 환경(111, 211 또는 311)에 있는 제1 광학 장치 (예를 들어, 도 1의 제1 광학 장치(110), 도 2의 제1 1x2 방향성 결합기(210), 및 도 3의 제1 광 순환기(310))로부터 극저온 환경(121, 221 또는 321)에 있는 제2 광학 장치 (예를 들어, 도 1의 제2 광학 장치(120), 도 2의 제2 1x2 방향성 결합기(220), 및 도 3의 제2 광학 순환기(320))로 광 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 510에서, 방법(500)은 극저온 환경(121, 221 또는 321)에서 제2 광학 장치로부터 광 신호를 광 변조기 (예를 들어, 도 1의 광 변조기(130), 도 2의 광 변조기(230) 및 도 3의 광 변조기(330))로 출력하는 단계를 더 포함한다.
515에서, 방법(500)은 광 신호를 광 변조기로 변조하여 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 520에서, 방법(500)은 광 변조기로부터 제2 변조 광 신호를 출력하는 단계를 더 포함한다. 525에서, 방법(500)은 광 변조기로부터 제1 변조 광 신호를 제2 광학 장치로 출력하는 단계를 더 포함한다.
530에서, 이 방법은 제2 광학 장치로부터 제1 변조 광 신호를 제1 광학 장치로 출력하는 단계를 더 포함한다. 535에서, 방법(500)은 제1 광학 장치로부터 제1 변조 광 신호를 비 극저온 환경(111, 211, 또는 311)으로 출력하는 단계를 더 포함한다.
위에서 설명된 것은 본 개시의 예이다. 물론, 본 개시 내용을 설명하기 위해 구성 요소 또는 방법의 모든 가능한 조합을 설명하는 것은 가능하지 않지만, 당업자는 본 개시 내용의 많은 추가 조합 및 순열이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시 내용은 첨부된 청구 범위를 포함하여 본 출원의 범위 내에 속하는 모든 변경, 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 비 극저온 환경에서, 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 수신하고, 상기 제1 변조 광 신호를 상기 비 극저온 환경으로 출력하는 제1 광학 장치;
    극저온 환경에서, 상기 제1 광학 장치로부터 상기 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 출력하고, 상기 제1 변조 광 신호를 수신하고, 상기 제1 변조 광 신호를 출력하는 제2 광학 장치; 및
    상기 극저온 환경에서, 상기 제2 광학 장치로부터 상기 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 변조하여 상기 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성하고, 상기 제2 변조 광 신호를 출력하고, 상기 제1 변조 광 신호를 상기 제2 광학 장치로 출력하는 광 변조기
    를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 변조기는 1x2 방향성 결합 변조기와 실리콘 마이크로 공진기 통합 광 변조기 중 하나인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 장치 및 상기 제2 광학 장치는 광학 편광 빔 분할 및 결합기인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 장치 및 상기 제2 광학 장치는 광 순환기인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 변조 광 신호의 편광축을 약 90도 회전시키고 상기 제1 변조 광 신호의 상기 편광축 회전 버전을 상기 제2 광학 장치에 출력하는 회전자
    를 더 포함하는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회전자와 상기 제2 광학 장치를 결합하는 고속 축 편광 도파관
    을 더 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 변조기에 결합되어 상기 광 변조기로부터 상기 제1 변조 광 신호를 수신하고 상기 제1 변조 광 신호를 상기 제2 광학 장치 중 하나로 출력하는 180도 회전 도파관; 및
    상기 제1 변조 광 신호의 편광축을 약 90도 만큼 회전시키는 회전자
    를 더 포함하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광 변조기로부터 출력된 상기 제1 변조 광 신호는 상기 광 변조기로부터 출력된 상기 제2 변조 광 신호의 보완인, 시스템.
  9. 비 극저온 환경의 제1 광학 장치로부터 극저온 환경의 제2 광학 장치로 광 신호를 출력하는 단계;
    상기 제2 광학 장치로부터 상기 극저온 환경의 광 변조기로 상기 광 신호를 출력하는 단계;
    상기 광 변조기로, 상기 광 신호를 변조하여 제1 변조 광 신호 및 제2 변조 광 신호를 생성하는 단계;
    상기 광 변조기로부터 상기 제2 변조 광 신호를 출력하는 단계;
    상기 광 변조기로부터 상기 제1 변조 광 신호를 상기 제2 광학 장치로 출력하는 단계;
    상기 제2 광학 장치로부터 상기 제1 변조 광 신호를 상기 제1 광학 장치로 출력하는 단계; 및
    상기 제1 광학 장치로부터 상기 제1 변조 광 신호를 상기 비 극저온 환경으로 출력하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광 변조기는 1x2 방향성 결합 변조기 및 실리콘 마이크로 공진기 통합 광 변조기 중 하나인, 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 광학 장치 및 상기 제2 광학 장치는 광학 편광 빔 분할 및 결합기인, 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 광학 장치 및 상기 제2 광학 장치는 광 순환기인, 방법.
  13. 제9항에 있어서, 회전자로 상기 제1 변조 광 신호의 편광 축을 약 90도 회전시키는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 고속 축 편광 도파관을 통해 상기 회전자와 상기 제2 광학 장치를 결합하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 광 변조기에 결합된 180도 회전 도파관에 의해, 상기 제1 변조 광 신호를 상기 광 변조기로부터 수신하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  16. 제9항에 있어서, 상기 광 변조기로부터 출력된 상기 제1 변조 광 신호는 상기 광 변조기로부터 출력된 상기 제2 변조 광 신호의 보완인, 방법.
  17. 비 극저온 환경에서, 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 출력하고, 제1 변조 광 신호를 수신하고, 상기 제1 변조 광 신호를 비 극저온 환경으로 출력하는 제1 광학 편광 빔 분할 및 결합기;
    극저온 환경에서, 상기 제1 광학 장치로부터 상기 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 출력하고, 상기 제1 변조 광 신호를 수신하고, 상기 제1 변조 광 신호를 출력하는 제2 광학 편광 빔 분할 및 결합기;
    상기 극저온 환경에서, 제2 변조 광 신호를 출력하고 상기 제1 변조 광 신호를 상기 제2 광학 편광 빔 분할 및 결합기로 출력하는 1x2 방향성 결합 변조기; 및
    상기 1x2 방향성 결합 변조기에 결합되어 상기 1x2 방향성 결합 변조기로부터 상기 제1 변조 광 신호를 수신하는 도파관
    을 포함하는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 변조 광 신호의 편광 축 회전 버전을 상기 제2 광학 장치로 출력하는 회전자
    를 더 포함하는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 회전자 및 상기 제2 광학 편광 빔 분할 및 결합기를 결합하는 고속 축 편광 도파관
    을 더 포함하는, 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 상기 1x2 방향성 결합 변조기에서 출력되는 상기 제1 변조 광 신호는 상기 1x2 방향성 결합 변조기에서 출력된 상기 제2 변조 광 신호의 보완인 시스템.
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