KR20220122331A - 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치 - Google Patents

실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치가 제공된다. 상기 장치는, 광대역의 광을 출력하는 광원 모듈; 서큘레이터를 통하여 상기 광원 모듈에서 출력되는 광을 입력받아, 특정 대역의 광을 상기 서큘레이터로 반사시키고, 상기 특정 대역을 제외한 나머지 대역의 광을 투과시키는 광센서; 및 상기 서큘레이터를 통하여 입력된 반사광으로부터 편광을 분리하여 선택적으로 편광을 입사시키는 인터로게이터;를 포함할 수 있다.

Description

실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치 {REFLECTED LIGHT WAVELENGTH SCANNING DEVICE INCLUDING SILICON PHOTONICS INTERROGATOR}
본 발명은 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치에 관한 것으로써, 특히 실리콘(Silicon)으로 이루어진 광섬유 인터로게이터를 구비함으로 소형화할 수 있는 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치에 관한 것이다.
광섬유센서는 광세기, 위상, 파장, 편광 상태 등의 광의 특징에서의 변화를 측정하여 변위, 속도, 온도, 습도, 스트레인, 압력, 전류, 전압 등으로 변환하는 것으로서, 전자기파 간섭 현상으로부터 자유로와 고전압 또는 고전류 환경에서 계측 가능한 센서이다.
광섬유센서는 비접촉 방식으로 고감도, 고정밀 계측 및 원격 측정이 가능하고, 거의 모든 물리량의 측정이 가능 하며, 원하는 거리까지 저광손실 전송이 가능 및 광을 외부로 노출하지 않고 광계측을 수행할 수 있다.
이러한 광섬유센서는 광섬유의 일부분의 코어에 자외선을 노출하여 코어의 굴절률을 변화시키고, 주기적인 굴절률의 변화는 진행하는 빛의 특정 파장에 대한 반사를 유도한다. 이때, 반사되는 파장을 브래그 파장이라고 부르 는데, 이 브래그 파장은 코어 영역에서의 유효굴절률과 굴절률이 변화되는 공간적 주기성에 의해서 결정된다. 유효굴절률의 변화나 주기성에 영향을 줄 수 있는 요인(변위, 온도, 압력 등)에 의해서 다른 반사 파장을 가질 수 있으며, 광섬유센서로부터 반사된 광을 측정하거나 또는 투과된 스펙트럼을 관찰함으로써 외부 물리량의 변화를 계측할 수 있다.
광섬유센서와 같이 파장 선택성을 가지는 광소자를 이용한 광센싱 방식은 보편적으로 이용되고 있는 계측법으로서, 광원으로부터 출력된 광을 파장 선택성을 가지는 광소자에서 입사시키고 특정 파장만을 가지는 반사광을 계 측하여 물리량을 계측하는 시스템을 인터로게이터(Interrogator)라 한다.
인터로게이터는 건축물의 건전성 진단이나 다중 포인트 측정을 위한 분산 측정을 위한 기법으로 활용되고 있으며 온도나 스트레인 등의 다양한 물리량을 계측하는데 활용되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여서는 안될 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0112086호 대한민국 공개특허 제10-2015-0146468호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치는 광대역의 광을 출력하는 광원 모듈; 서큘레이터를 통하여 상기 광원 모듈에서 출력되는 광을 입력받아, 특정 대역의 광을 상기 서큘레이터로 반사시키고, 상기 특정 대역을 제외한 나머지 대역의 광을 투과시키는 광센서; 및 상기 서큘레이터를 통하여 입력된 반사광으로부터 편광을 분리하여 선택적으로 편광을 입사시키는 인터로게이터;를 포함할 수 있다
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 인터로게이터는, 실리콘(Silicon)으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 인터로게이터는, 상기 서큘레이터를 통하여 입력된 반사광으로부터 편광을 분리하여 상기 편광을 투과시키는 편광파 컨트롤러; 상기 편광파 컨트롤러를 통해 투과된 편광을 선택적으로 차단 또는 투과하는 전단스위칭부; 상기 전단스위칭부를 투과한 광을 파장 대역에 따라 각각의 채널별로 분배하는 고분해능 배열 도파로 격자; 상기 고분해능 배열 도파로 격자의 각각의 채널에 대응하여 연결되는 복수 개의 광검출기로 이뤄진 광검출기 어레이; 및 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 편광파 컨트롤러는, 굴절률의 차이에 의해 편광을 TE 편광 및 TM 편광으로 분리하는 편광파 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter; PBS) 또는 편광파 로테이터(Polarization Rotator) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 편광파 컨트롤러는, Y-분기 또는 X-분기 방식을 통해 편광을 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광으로 분리하고, 상기 전단스위칭부는, 선택적으로 상기 TE 편광만 투과하는 제1 전단스위칭부와, 선택적으로 상기 TM 편광만 투과하는 제2 전단스위칭부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 편광파 컨트롤러는, 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광이 상기 전단스위칭부를 투과하는 경우 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광을 결합하는 빔 컴바이너;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 인터로게이터는, 상기 고분해능 배열 도파로 격자와 상기 광검출기 어레이 사이에 배치되는 후단스위칭부;를 포함하고, 상기 광검출기 어레이는 상기 후단스위칭부의 채널 수에 대응하여 배치할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 써큘레이터와 상기 편광파 컨트롤러 사이, 상기 후단스위칭부와 광검출기 어레이 사이 및 상기 편광파 컨트롤러와 상기 빔 컴바이너 사이 중 적어도 하나의 사이에 배치되는 커플러;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치는, 광대역의 광을 출력하는 광원 모듈; 서큘레이터를 통하여 상기 광원 모듈에서 출력되는 광을 입력받아, 특정 대역의 광을 상기 서큘레이터로 반사시키고, 상기 특정 대역을 제외한 나머지 대역의 광을 투과시키는 광센서; 상기 서큘레이터를 통하여 입력된 반사광으로부터 편광을 분리하여 상기 편광을 투과시키는 편광파 컨트롤러; 상기 편광파 컨트롤러를 통해 투과된 편광을 선택적으로 차단 또는 투과하는 스위칭부; 상기 스위칭부를 투과한 광을 파장 대역에 따라 각각의 채널별로 분배하는 고분해능 배열 도파로 격자; 상기 고분해능 배열 도파로 격자의 각각의 채널에 대응하여 연결되는 복수 개의 광검출기로 이뤄진 광검출기 어레이; 및 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 실리콘(Silicon)으로 이루어진 광섬유 인터로게이터를 구비함으로써, 비용을 절감하면서 반사 광파장 스캐닝 장치의 크기를 소형화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실리콘(Silicon)으로 이루어진 광섬유 인터로게이터를 구비함으로써, 광센서로부터 입사된 광원을 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 편광파 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter; PBS) 또는 편광파 로테이터(Polarization Rotator)를 구비함으로써, 편광을 TE 편광 및 TM 편광으로 분리 및 입사시켜 광센서로부터 입사된 광원을 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 전단스위칭부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 4에 도시된 후단스위칭부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 6에 도시된 커플러를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 전단스위칭부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(1)는 광원 모듈(10), 써큘레이터(Circulator)(12), 광센서(14) 및 인터로게이터(Interrogator)(16)를 포함할 수 있다.
광원 모듈(10)은 광대역의 광원을 써큘레이터(12)로 출력할 수 있다. 이때, 광원은 광케이블을 통해 광센서(14)를 통해 특정 파장의 광이 반사되어 반사된 광이 인터로게이터(16)로 입사될 수 있다.
광원 모듈(10)은 반도체 소자 등의 표면 뿐 아니라 막질의 내부에 존재하는 다양한 불량을 검출할 수 있도록 넓은 범위의 파장과 피검 소자의 내부까지 진행할 정도로 충분한 세기를 갖는 광원인 것이 바람직하며, 광섬유 증폭기를 구비한 ASE(Amplified spontaneous emission) 광원, 레이저 생성 플라즈마 광원(Laser produced plasma light source), 고출력 발광 다이오드 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
써큘레이터(12)는 한 단자에 입력된 신호를 바로 옆 단자에 출력시켜 주는 원형 구조의 수동 비가역 장치(Passive non-reciprocal device)로, 원형으로 배치될 수 있다.
써큘레이터(12)는 광원 모듈(10)로부터 출력된 광을 광케이블을 이용하여 입력받고, 입력된 광을 광센서(14)로 출력하며, 광센서(14)에서 반사된 광을 광케이블을 이용하여 입력받고, 입력된 광을 광케이블을 통해서 인터로게이터(16)로 출력할 수 있다.
광센서(14)는 광케이블을 통해 입력받은 광원 중 특정 대역에 해당하는 광을 써큘레이터(12)로 반사하고, 특정 대역을 제외한 나머지 대역에 해당하는 광을 투과할 수 있다.
본 실시예에서, 광센서(14)는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating, FBG) 구조의 반사형 필터(Filter)일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 이때, FBG는 광섬유 코어의 굴절률이 광섬유 축을 따라 ㎛ 단위로 주기적으로 변화되도록 구비되고, 이를 통하여 광섬유를 통과하는 여러 파장의 광 신호 중 특정 파장의 광만을 투과 또는 반사시키게 된다. FBG는 광섬유에 가해지는 인장력이나 온도 변화에 따라 선택된 파장의 광을 반사 또는 투과하는 특성이 있으므로, 광센서(14)는 반사 및 투과 대역의 조정 시, 광섬유에 적용되는 온도 등 물리량을 제어하여 FBG의 광섬유 길이, 즉, 굴절률 변화 주기에 해당하는 길이를 변화시킴으로써 투과 또는 반사되는 광의 대역을 조절할 수 있다
인터로게이터(16)는 편광파 컨트롤러(160), 전단스위칭부(161), 고분해능 배열 도파로 격자(162), 광검출기 어레이(163), 표시부(164) 및 제어부(165)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 인터로게이터(16)는 실리콘(Silicon)으로 이루어진 것이 바람직하다. 인터로게이터(16)가 실리콘 재질로 이루어짐으로써, 공정을 최소화하여 소형화가 가능하여 비용절감되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 실리콘으로 이루어진 인터로게이터(16)는 광대역 중 편광파만을 통과시킬 수 있다.
실시예에 따라, 편광파 컨트롤러(160), 전단스위칭부(161) 및 고분해능 배열 도파로 격자(162) 또는 편광파 컨트롤러(160), 전단스위칭부(161) 고분해능 배열 도파로 격자(162) 및 광검출기 어레이(163)만 실리콘으로 제조될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
편광파 컨트롤러(160)는 광케이블을 통해 입사된 광 중 전달이 용이한 편광파로 광을 분리하여 편광파를 안정적으로 인터로게이터(16)로 입사시킬 수 있다.
편광파 컨트롤러(160)는 편광파 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter; PBS)를 포함할 수 있다.
편광파 컨트롤러(160)는 편광파를 분리하는 편광분리기로써, 굴절률의 차이에 의해 편광을 TE 편광 및 TM 편광으로 분리할 수 있다.
예를 들어, 편광파 컨트롤러(160)는 Y-분기 또는 X-분기 방식을 통해 편광을 TE 편광 및 TM 편광으로 분리할 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
실시예에 따라, 편광파 컨트롤러(160)는 편광파 로테이터(Polarization Rotator)를 포함할 수 있다. 즉, 편광파 로테이터가 굴절률의 차이에 의해 편광을 TE 편광 및 TM 편광으로 분리할 수 있다.
실시예예 따라, 편광파 컨트롤러(160)는 편광파 중 TM 편광을 TE 편광으로 변환하는 변환기(미도시)를 구비할 수 있다.
전단스위칭부(161)는 편광파 빔 스플리터(1600)로부터 분리된 TE 편광 및 TM 편광을 투과할 수 있다.
이와 달리, 전단스위칭부(161)는 편광파 빔 스플리터(1600)로부터 분리된 TE 편광 및 TM 편광을 선택적으로 차단 또는 투과할 수 있다.
예를 들어, 전단스위칭부(161)는 TE 편광은 투과하고, TM 편광은 차단할 수 있다.
본 실시예에서, 전단스위칭부(161)는 12개의 채널로 구성될 수 있지만, 이에 한정하지 않고, N개의 채널로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 전단스위칭부(161)는 TE 편광 및 TM 편광을 선택적으로 차단 또는 투과할 수 있는 제1 전단스위칭부(1610) 및 제2 전단스위칭부(1612)를 포함할 수 있다.
제1 전단스위칭부(1610)는 TE 편광은 투과하고, TM 편광을 차단할 수 있다.
실시예에 따라, 제1 전단스위칭부(1610)는 TM 편광은 투과하고, TE 편광을 차단할 수 있다.
제2 전단스위칭부(1612)는 TM 편광은 투과하고, TE 편광을 차단할 수 있다.
실시예에 따라, 제2 전단스위칭부(1612)는 TE 편광은 투과하고, TM 편광을 차단할 수 있다.
고분해능 배열 도파로 격자(162)는 전단스위칭부(161)로부터 출력된 TE 편광 및 TM 편광을 각각의 채널별로 분배할 수 있다.
예를 들어, 고분해능 배열 도파로 격자(162)는 1520nm 내지 1570nm의 파장범위의 광신호를 수신하는 플랫탑(flat-top) 배열 도파로 격자로 구성될 수 있다. 즉, 고분해능 배열 도파로 격자(162)는 C 밴드 대역 전체의 광신호의 파장 및 파워를 스캐닝하기 위한 것으로, 3dB 대역폭을 일정한 값으로 유지할 수 있으면서 광손실 값이 대폭 감소된 플랫탑(고분해능) 배열 도파로 격자일 수 있다.
따라서, 고분해능 배열 도파로 격자(162)는 각각의 채널의 파형의 상단이 플랫한 형태로 이뤄져 온도의 변화에 따라 출력 스펙트럼의 파장이 변하더라도 일정한 출력값을 갖게 된다.
본 실시예에서, 고분해능 배열 도파로 격자(162)는 각각의 채널의 대역폭(3dB 대역폭)이 0.28nm 정도로 구성되며, 채널간 간격이 0.4nm±0.015nm인 96개의 채널을 구성될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
이때, 플랫탑(flat-top) 배열 도파로 격자는, 출력 스펙트럼이 온도에 민감한 특성을 보이는 배열 도파로 격자(Arrayed waveguide grating)가 온도의 영향에 무관하게 균일한 출력값을 얻도록 하기 위한 것이다. 스펙트럼 응답에 따라 배열 도파로 격자는 가우시안(Gaussian) 타입과 플랫탑(Flat-top) 타입으로 분류할 수 있다. 이때, 가우시안 타입은 파장에 따른 광출력 특성이 가우시안 분포 형태를 질 수 있고, 플랫탑 타입은 최대 광출력이 특정 파장 범위에서 일정한 분포 형태를 가질 수 있다.
이와 같은 고분해능 배열 도파로 격자(162)는 C 밴드 대역에서 인접 주파수 범위를 갖는 광신호의 파장 및 파워를 정확하고 효율적으로 측정하기 위해 실리콘을 이용하여 도파로 마스크를 설계하고 도파로를 구현하는 식각공정과 박막증착 과정을 거쳐 제작될 수 있으며, 일예로, -3.5dB 이하의 삽입손실과 0.5dB 이하의 편광의존손실을 갖도록 제작될 수 있다.
광검출기 어레이(163)는 고분해능 배열 도파로 격자(162)의 각각의 채널에 대응하여 연결되는 복수 개의 광검출기로 이뤄져 각각의 채널로 수신되는 신호를 전기신호로 변환할 수 있다.
표시부(164)는 광검출기 어레이(163)로부터 출력된 신호를 시각적으로 표시할 수 있다.
예를 들어, 표시부(164)는 수신된 광신호의 파장에 따른 출력 시그널을 기호, 문자, 숫자 또는 그래프 등을 이용하여 시각적으로 화면에 출력할 수 있다.
이와 달리, 표시부(164)는 오디오로 출력하는 스피커 등을 이용하여 청각적으로 신호를 출력할 수 있다.
표시부(164)는 LCD, LED 등의 디스플레이 패널 및 인터페이스를 포함하여 이뤄지며, 사용자에 의한 설정 입력이 가능한 입력부와 연결될 수 있다. 표시부(164)는 터치 패널 형태로 구현되어 입력부와 일체형으로 구성될 수도 있다.
제어부(165)는 광검출기 어레이(163)에서 변환된 전기신호를 수신하여 고분해능 배열 도파로 격자(162)의 각각의 채널의 파워를 도출하며, 도출된 파워를 출력 시그널로 표시부(164)로 전달할 수 있다. 즉, 제어부(165)는 광검출기 어레이(163)로부터 수신 신호를 분석하여 표시부(164)로 광신호의 파장에 따른 출력 시그널을 전송할 수 있다.
제어부(165)는 각각의 채널을 2 이상으로 세분화하고 광검출기 어레이(163)에서 검출된 광신호와 각각의 세분화된 채널의 주파수를 매칭하는 데이터 수집 모듈을 포함하며, 데이터 처리를 위해 CPU 등의 마이크로 프로세서(microprocessor)를 더욱 포함할 수 있다. 데이터 수집 모듈은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to digital convertor) 및 자료처리부(Data acquisition, DAQ)를 포함하여 이뤄질 수 있다. 데이터 수집 모듈은 고분해능 배열 도파로 격자(162) 각각의 채널에서의 출력을 디지털화하며, 제어부(165)에 구비된 마이크로 프로세서 및 소프트웨어를 이용하여 상기 고분해능 배열 도파로 격자(162)의 채널 간격인 0.4nm 보다 작은 0.1nm 마다 측정 값을 연산하는 과정을 통해 각각의 광신호의 파장에 따른 출력 스펙트럼을 더욱 세분화하여 얻을 수 있으므로 고분해능의 파장 파워 스캐닝이 가능할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 고분해능 배열 도파로 격자(162)의 채널 간격인 0.4nm 보다 작은 0.01nm 마다 측정 값을 연산하는 과정을 통해 각각의 광신호의 파장에 따른 출력 스펙트럼을 더욱 세분화하여 얻을 수 있으므로 고분해능의 파장 파워 스캐닝이 가능할 수도 있다
실시예에 따라, 인터로게이터(16)는 전기 배선이 구비된 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 배치될 수 있다. 즉, 전기 배선이 구비된 PCB 기판에 인터로게이터(16)가 배치됨으로써, 열에너지에 의해서 발생할 수 있는 손상 및 훼손이 방지될 수 있다. 이에 따라, 안정적으로 입사된 광원을 더욱 정확하게 측정함으로써, 신뢰성이 향상될 수 있다.
이와 같은 반사 광파장 스캐닝 장치(1)는 직렬 연결된 각각의 센서의 변형(예, 거리 변경, 휘어짐), 온도 등으로 인해 광원 모듈(10)에서 써큘레이터(12)를 통해 광센서(14)로 전달된 광의 반사 파장이 변하게 되고, 실리콘으로 이루어진 인터로게이터(16)에 입사된 편광을 TM 편광 및 TE 편광으로 분리한 후 각각 입사함으로써, 변형률에 비례하는 피크 파장의 변화를 감지하게 되며, 반사된 통신 네트워크 선로의 상태를 용이하게 파악할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(2)는 편광파 컨트롤러(260)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 편광파 컨트롤러(260)를 제외하고는 도 1에 도시된 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(1)와 동일한 특성을 가질 수 있다.
이하의 도 3에서는 도 1에 기재된 내용과 중복되는 내용에 대한 상세한 설명을 생략하고, 다른 점을 위주로 설명할 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(2)와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 도 1과 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
편광파 컨트롤러(260)는 편광파 빔 스플리터(2600) 및 빔 컴바이너(Beam Combiner)(2602)를 포함할 수 있다.
편광파 빔 스플리터(2600)는 편광파를 분리하는 편광분리기로써, 굴절률의 차이에 의해 편광을 TE 편광 및 TM 편광으로 분리할 수 있다.
예를 들어, 편광파 빔 스플리터(2600)는 Y-분기 또는 X-분기 방식을 통해 편광을 TE 편광 및 TM 편광으로 분리할 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
빔 컴바이너(2602)는 분리된 TE 편광 및 TM 편광을 입력받아 하나의 광으로 결합할 수 있다. 즉, 입력된 편광을 결합하여 안정적인 광을 생성할 수 있다.
이와 같은 반사 광파장 스캐닝 장치(2)는 직렬 연결된 각각의 센서의 변형(예, 거리 변경, 휘어짐), 온도 등으로 인해 광원 모듈(10)에서 써큘레이터(12)를 통해 광센서(14)로 전달된 광의 반사 파장이 변하게 되고, 실리콘으로 이루어진 인터로게이터(16)에 입사된 편광을 TM 편광 및 TE 편광으로 분리한 후 분리된 TM 편광 및 TE 편광을 하나의 광원으로 결합함으로써, 안정적인 광원이 입사되어 반사된 통신 네트워크 선로의 상태를 더욱 용이하게 파악할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 4에 도시된 후단스위칭부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(3)는 후단스위칭부(361)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 후단스위칭부(361)를 제외하고는 도 1에 도시된 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(1)와 동일한 특성을 가질 수 있다.
이하의 도 4에서는 도 1에 기재된 내용과 중복되는 내용에 대한 상세한 설명을 생략하고, 다른 점을 위주로 설명할 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(3)와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 도 1과 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
후단스위칭부(361)는 복수개로 구성되며, 고분해능 배열 도파로 격자(362)와 광검출기 어레이(363) 사이에 배치될 수 있다.
후단스위칭부(361)는 고분해능 배열 도파로 격자(362)의 각각의 채널에 대응하여 고분해능 배열 도파로 격자(362)를 통과한 신호를 투과할 수 있다.
이와 달리, 후단스위칭부(361)는 고분해능 배열 도파로 격자(362)를 통과한 신호를 선택적으로 차단 또는 투과할 수 있다.
본 실시예에서, 후단스위칭부(361)는 고분해능 배열 도파로 격자(362)의 채널에 대응하여 12개로 구성될 수 있다. 이때, 후단스위칭부(361)가 8개 채널 수로 이루어진 12개로 구성되는 경우 광검출기 어레이(363)는 후단스위칭부(361)에 대응하여 12개로 형성될 수 있다.
이와 달리, 후단스위칭부(361)는 N개의 채널로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 후단스위칭부(361)는 고분해능 배열 도파로 격자(362)의 채널로부터 입사되는 광을 모두 수신하는 1개로 구성될 수 있다. 이때, 후단스위칭부(361)가 96채널 수로 이루어진 1개로 구성되는 경우 광검출기 어레이(163)는 후단스위칭부(361)에 대응하여 1개로 형성될 수 있다.
이와 같은 반사 광파장 스캐닝 장치(3)는 직렬 연결된 각각의 센서의 변형(예, 거리 변경, 휘어짐), 온도 등으로 인해 광원 모듈(10)에서 써큘레이터(12)를 통해 광센서(14)로 전달된 광의 반사 파장이 변하게 되고, 실리콘으로 이루어진 인터로게이터(16)에 입사된 편광을 TM 편광 및 TE 편광으로 분리한 후 분리된 TM 편광 및 TE 편광이 입사될 때 선택적으로 투과 또는 차단함으로써, 안정적인 광원이 입사되어 반사된 통신 네트워크 선로의 상태를 더욱 용이하게 파악할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 6에 도시된 커플러를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(4)는 커플러(18)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 커플러(18)를 제외하고는 도 1에 도시된 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(1)와 동일한 특성을 가질 수 있다.
이하의 도 6에서는 도 1에 기재된 내용과 중복되는 내용에 대한 상세한 설명을 생략하고, 다른 점을 위주로 설명할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치(4)와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 도 1과 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
커플러(18)는 써큘레이터(12)와 인터로게이터(16) 사이에 배치되어 연결되는 연결소자일 수 있다. 즉, 커플러(18)는 써큘레이터(12)와 편광파 컨트롤러(160) 사이에 배치되어 반사된 광원이 빠르게 입사되도록 할 수 있다.
커플러(18)는 반사된 광원을 쪼갠 후 결합하여 인터로게이터(16)로 입사시킴으로써, 광 간섭을 최소화할 수 있다.
실시예에 따라, 커플러(18)는 도 7에 도시된 바와 같이 후단스위칭부(361)와 광검출기 어레이(363) 사이에 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 커플러(18)는 도 8에 도시된 바와 같이 써큘레이터(12)와 편광파 컨트롤러(160) 사이에 배치되는 전단커플러(180)와 후단스위칭부(361)와 광검출기 어레이(363) 사이에 배치되는 후단커플러(182)를 포함할 수 있다.
전단커플러(180)는 반사된 광신호 중 동시에 신호가 인터로게이터(16)로 입사되지 않도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 전단커플러(180)는 2 이상의 유사 파장대역 광신호가 입력되어 본 실시예에 따른 고분해능 배열 도파로 격자(162)의 어느 하나의 채널에서 해당 광신호의 출력 및 파장을 정확히 파악하기 어려운 문제를 해결하기 위한 것으로, 각각의 광신호가 동시에 입력되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 전단커플러(180)는 2 이상의 광신호 각각의 중심 파장 중에서 각각의 채널의 중심파장과 가장 근접한 광신호를 그대로 수신하고, 나머지 광신호를 시간 지연 입력하도록 할 수 있다.
후단커플러(182)는 광검출기 어레이(363)에 후단스위칭부(361)를 투과한 광신호가 동시에 고분해능 배열 도파로 격자(362)로 입사되지 않도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 후단커플러(182)는 2 이상의 유사 파장대역 광신호가 입력되어 본 실시예에 따른 고분해능 배열 도파로 격자(162)의 어느 하나의 채널에서 해당 광신호의 출력 및 파장을 정확히 파악하기 어려운 문제를 해결하기 위한 것으로, 각각의 광신호가 동시에 입력되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 후단커플러(182)는 2 이상의 광신호 각각의 중심 파장 중에서 각각의 채널의 중심파장과 가장 근접한 광신호를 그대로 수신하고, 나머지 광신호를 시간 지연 입력하도록 할 수 있다.
실시예에 따라, 커플러(18)는 도 9에 도시된 바와 같이 편광파 빔 스플리터(2600) 및 빔 컴바이너(2602) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 커플러(18)는 분리된 TE 편광이 입사되는 TE 커플러(184)와 분리된 TM 편광이 입사되는 TM 커플러(186)를 포함할 수 있다.
TE 커플러(184)는 TM 편광을 필터링하여 TE 편광만이 입사되도록 TE 편광을 제어할 수 있다. 즉, TE 커플러(184)는 TM 편광을 필터링하여 각각의 신호에 대한 정확한 파장 및 파워(출력)를 측정할 수 있게 한다.
TM 커플러(186)는 TE 편광을 필터링하여 TM 편광만이 입사되도록 TM 편광을 제어할 수 있다. 즉, TM 커플러(186)는 TE 편광을 필터링하여 각각의 신호에 대한 정확한 파장 및 파워(출력)를 측정할 수 있게 한다.
이와 같은 반사 광파장 스캐닝 장치(4)는 써큘레이터(12)에서 고분해능 배열 도파로 격자(162)로 유입되는 광신호가 동일하거나 제어부(165)에서 검출하기 어려운 유사한 파장을 갖는 경우 이를 필터링하여 각각의 신호에 대한 정확한 파장 및 파워(출력)를 측정할 수 있게 할 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1, 2, 3, 4 : 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치
10 : 광원 모듈
12 : 써큘레이터
14 : 광센서
16 : 인터로게이터
18 : 커플러

Claims (9)

  1. 광대역의 광을 출력하는 광원 모듈;
    서큘레이터를 통하여 상기 광원 모듈에서 출력되는 광을 입력받아, 특정 대역의 광을 상기 서큘레이터로 반사시키고, 상기 특정 대역을 제외한 나머지 대역의 광을 투과시키는 광센서; 및
    상기 서큘레이터를 통하여 입력된 반사광으로부터 편광을 분리하여 선택적으로 편광을 입사시키는 인터로게이터;를 포함하는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인터로게이터는,
    실리콘(Silicon)으로 이루어지는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인터로게이터는,
    상기 서큘레이터를 통하여 입력된 반사광으로부터 편광을 분리하여 상기 편광을 투과시키는 편광파 컨트롤러;
    상기 편광파 컨트롤러를 통해 투과된 편광을 선택적으로 차단 또는 투과하는 전단스위칭부;
    상기 전단스위칭부를 투과한 광을 파장 대역에 따라 각각의 채널별로 분배하는 고분해능 배열 도파로 격자;
    상기 고분해능 배열 도파로 격자의 각각의 채널에 대응하여 연결되는 복수 개의 광검출기로 이뤄진 광검출기 어레이; 및
    제어부;를 포함하는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 편광파 컨트롤러는,
    굴절률의 차이에 의해 편광을 TE 편광 및 TM 편광으로 분리하는 편광파 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter; PBS) 또는 편광파 로테이터(Polarization Rotator) 중 적어도 하나를 포함하는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 편광파 컨트롤러는,
    Y-분기 또는 X-분기 방식을 통해 편광을 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광으로 분리하고,
    상기 전단스위칭부는,
    선택적으로 상기 TE 편광만 투과하는 제1 전단스위칭부와, 선택적으로 상기 TM 편광만 투과하는 제2 전단스위칭부를 포함하는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 편광파 컨트롤러는,
    상기 TE 편광 및 상기 TM 편광이 상기 전단스위칭부를 투과하는 경우 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광을 결합하는 빔 컴바이너;를 포함하는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인터로게이터는,
    상기 고분해능 배열 도파로 격자와 상기 광검출기 어레이 사이에 배치되는 후단스위칭부;를 포함하고,
    상기 광검출기 어레이는 상기 후단스위칭부의 채널 수에 대응하여 배치되는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 써큘레이터와 상기 편광파 컨트롤러 사이, 상기 후단스위칭부와 광검출기 어레이 사이 및 상기 편광파 컨트롤러와 상기 빔 컴바이너 사이 중 적어도 하나의 사이에 배치되는 커플러;를 더 포함하는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
  9. 광대역의 광을 출력하는 광원 모듈;
    서큘레이터를 통하여 상기 광원 모듈에서 출력되는 광을 입력받아, 특정 대역의 광을 상기 서큘레이터로 반사시키고, 상기 특정 대역을 제외한 나머지 대역의 광을 투과시키는 광센서;
    상기 서큘레이터를 통하여 입력된 반사광으로부터 편광을 분리하여 상기 편광을 투과시키는 편광파 컨트롤러;
    상기 편광파 컨트롤러를 통해 투과된 편광을 선택적으로 차단 또는 투과하는 스위칭부;
    상기 스위칭부를 투과한 광을 파장 대역에 따라 각각의 채널별로 분배하는 고분해능 배열 도파로 격자;
    상기 고분해능 배열 도파로 격자의 각각의 채널에 대응하여 연결되는 복수 개의 광검출기로 이뤄진 광검출기 어레이; 및
    제어부;를 포함하는, 실리콘 포토닉스 인터로게이터를 구비한 반사 광파장 스캐닝 장치.
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