KR20240021992A - 빔 컨트롤러 및 빔 컨트롤 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 광 위상 어레이 기반의 빔 컨트롤러에 관한 것이다. 빔 컨트롤러는 광학 위상 어레이, 자유-공간 빔 결합 영역, 및 공유 격자 트랜스미터를 포함한다. 광학 위상 어레이는 빔 스플리터 및 빔 스플리터에 결합된 도파관 어레이를 포함한다. 빔 스플리터는 초기 광 빔을 복수의 서브-빔들로 균등하게 분할하도록 구성된다. 도파고나 어레이는 서브-빔들에 일대일 대응하도록 배열된 복수의 도파관들을 포함한다. 도파관들은 서브-빔들을 수신하고 전송하도록 구성된다. 복수의 도파관들의 송신 테일 섹션들은 팬 형상의 방식으로 자유-공간 빔 결합 영역에 집중된다. 자유-공간 빔 결합 영역은 복수의 서브-빔들이 이미지 평면에서 결합될 수 있도록 구성된다. 공유 격자 트랜스미터는 복수의 서브-빔들이 이미지 평면에서 결합된 결합 광 빔을 회절하고 송신하도록 구성된다. 빔 컨트롤러는 결합된 광 빔을 컨트롤하여 큰-각도 방출이 달성되는 동안 더 높은 스캔 출력 효율을 가지게 한다.

Description

빔 컨트롤러 및 빔 컨트롤 방법
본 개시는 광학(optical) 통신 기술에 관한 것으로, 특히, 빔 컨트롤러 및 빔 컨트롤 방법에 관한 것이다.
레이저 레이더, 자유-공간 광학 통신과 같은 분야의 핵심 기술들 중 하나인 빔 컨트롤은, 홀로그래픽 디스플레이 및 생물학적 이미징 등 다른 분야에도 적용될 수 있다. 현재, 실리콘-베이스 포노틱스 기술의 발전으로, 빔 컨트롤은 광학 위상 어레이들(OPAs; Optical Phased Array)를 이용하여 구현되는데, 이는 더 작은 크기, 빠른 속도 및 가벼운 무게 등의 장점을 가진다.
예를 들어, 광학 위상 어레이(OPA)는 스타 커플러(star coupler) 또는 빔 스플리터(beam splitter)와, 스타 커플러 또는 빔 스플리터에 결합된 도파관 어레이(waveguide array)를 포함한다. 도파관 어레이는 열(column)로 배열된 N개의 평행 도파관들로 형성된다. 여기서, 각 도파관은 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(controllable phase shifter)와 통합되어 있고, 각 도파관은 2차(second-order) 선형 격자에도 결합된다. 복수의 이차 선형 격자들이 등거리로 배열되어서 레이러 출력 장치로 역할을 하는 1차원 광학 안테나 어레이를 형성한다.
그러나, 광학 위상 어레이(OPA)는 대부분의 경우 마이크론-규모의 파장 범위에서 작동한다. 2차 선형 격자에 의해 전송되는 빔의 발산(divergence) 각도를 가능한 작게 만들기 위해서는, 일반적으로 도파관 표면에 수직한 도파관에 의해 전송되는 빔을 더 긴 거리에 걸쳐 방출하기 위해 약한 격자를 사용할 필요가 있다. 약한 격자들의 크기가 작기 때문에, 빔 스캐닝 중에 격자 사이드 로브(lobe)들이 발생하지 않는다는 전제 하에, 인접한 2차 선형 격자들 사이의 간격이 작아서 대응하는 평행-배열 도파관들 사이의 결합 크로스토크(crosstalk)가 쉽게 발생할 수 있다. 또한, 도파관의 전송 거리가 증가할수록, 발생하는 크로스토크도 증가한다. 따라서, 광학 위상 어레이의 광학 성능은 예를 들어, 방출 각도가 감소하고, 스캐닝 출력 효율이 낮아지는 등 결과적으로 상당한 영향을 받을 수 있다.
상기에 기초하여, 본 개시의 실시 예들은 큰-각도 방출을 달성하면서 더 높은 스캔 출력 효율을 가지도록 결합된 광 빔을 컨트롤 할 수 있는 빔 컨트롤러 및 빔 컨트롤 방법을 제공한다.
상기를 달성하기 위해, 다른 한편으로, 본 개시의 일부 실시 예들은 빔 컨트롤러를 제공한다. 빔 컨트롤러는, 광학 위상 어레이(optical phased array), 자유-공간 빔 결합 영역(free-space beam combining area), 및 공유 격자 트랜스미터(shared grating transmitter)를 포함한다. 광학 위상 어레이는 빔 스플리터(beam splitter) 및 빔 스플리터에 결합되는 도파관 어레이(waveguide array)를 포함한다. 빔 스플리터는 초기 광 빔을 복수의 서브-빔들(sub-beams)로 균등하게 분할하도록 구성된다. 도파관 어레이는 서브-빔들에 일대일 대응하도록 배열된 복수의 도파관들을 포함한다. 도파관들은 서브-빔들을 수신하고 전송하도록 구성된다. 복수의 도파관들의 송신 테일 섹션(transmission tail section)들은 팬 형상의 방식으로 자유-공간 빔 결합 영역에 집중된다. 자유-공간 빔 결합 영역은 복수의 서브-빔들이 이미지 평면 상에서 결합될 수 있도록 구성된다. 공유 격자 트랜스미터는 이미지 평면 상에 결합된 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔을 회절하고 전송하도록 구성된다.
본 개시의 실시 예들에서, 복수의 서브-빔들의 결합 및 결합된 광 빔의 방출은 독립적으로 수행된다. 즉, 자유-공간 빔 결합 영역에서 프리 포커싱에 의해 복수의 서브-빔들의 결합이 완성되고, 공유 격자 트랜스미터에 의해 수행된 회절에 의해 대응하는 결합된 광 빔의 방출이 완료된다. 이러한 방식으로, 공유 격자 송신기의 구조는 결합된 광 빔의 방출 요구에 대해서만 설계될 수 있으며, 더 이상 서브-빔들의 결합 요구에 의해 제한되지 않는다. 즉, 복수의 서브-빔들을 결합된 광 빔으로 포커싱하는 기능 및 결합된 광빔을 동시에 방출하고 회절하는 기능을 고려할 필요가 없다. 따라서, 공유 격자 트랜스미터는 더 큰 빔 방출 각도를 가질 수 있다.
또한, 복수의 도파관들의 송신 테일 섹션들이 자유-공간 빔 결합 영역에 팬 형상의 방식으로 집중되어 있으므로, 도파관들의 주요 송신 부분의 송신 효과에 영향을 주지 않고 도파관의 송신 테일 섹션들 사이의 간격을 점차적으로 줄일 수 있다. 예를 들어, 인접한 두 도파관들의 출력 단들 사이의 거리는 초기 광 빔의 파장보다 작거나 초기 광 빔의 파장의 절반보다 작다. 여기서, 도파관들의 출력 단들은 송신 테일 섹션들 및 자유-공간 빔 결합 영역 사이의 접합점(junction)의 끝단들이다. 따라서, 빔 컨트롤러의 스캐닝 출력 효율을 보장하거나 또는 향상시키기 위해 복수의 서브-빔들이 포커싱 된 후 결합된 광 빔에서 격자 사이드 로브들(lobes)의 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.
요약하면, 본 개시의 실시 예들에 의해 제공되는 빔 컨트롤러는 큰-각도 방출을 달성하면서 더 높은 스캔 출력 효율을 가지도록 결합된 광 빔을 컨트롤 할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 기준 평면 상의 이미지 평면의 정사영(orthographic projection) 형상은 R의 곡률 반경을 갖는 아크를 포함하고, 기준 평면 상의 자유-공간 빔 결합 영역의 정사영 형상은 2R의 반지름을 가지는 롤랜드원(Rowland circle)을 포함하고, 롤랜드원의 중심은 상기 아크에 위치한다.
일부 실시 예들에서, 2개의 인접한 도파관들의 출력 단들 사이의 거리는 초기 광 빔의 파장보다 작다. 선택적으로, 인접한 두 도파관들의 출력 단들 사이의 각 거리는 동일하다. 이 방식으로, 도파관 어레이의 복수의 도파관들은 동일한 출력 간격을 가지며, 이는 인접한 두 도파관들 사이의 송신 거리의 차이를 설계하고 컨트롤 하는 것을 용이하게 한다.
일부 실시 예들에서, 인접한 두 도파관들 사이의 송신 거리의 차이 및 도파관들의 그룹 굴절률(group index of refraction)의 곱(product)은 초기 광 빔 파장의 정수배이다. 이 방식으로, 복수의 도파관들에 의해 송신된 복수의 서브-빔들은 자유-공간 빔 결합 영역에서 쉽게 공간적으로 회절되고 중첩되어(superimposed), 이미지 평면 상의 결합된 광 빔으로 포커싱된다.
일부 실시 예들에서, 빔 스펄리터는 복수의 1x2 캐스케이드(cascaded) 도파관 빔 스플리터들을 포함한다. 각각의 도파관들은 순차적으로 연결되는 송신 헤드 섹션 및 송신 테일 섹션을 포함한다. 복수의 도파관들의 송신 헤드 섹션들은 평행하게 배열되고, 인접한 두 송신 헤드 섹션들 사이의 거리는 제1임계값보다 크다.
일부 다른 실시 예들에서, 빔 스플리터는 스타 커플러를 포함한다. 각각의 도파관들은 순차적으로 연결되는 송신 헤드 섹션, 송신 미들 섹션, 및 송신 테일 섹션을 포함한다. 복수의 도파관들의 송신 헤드 섹션들은 팬 형상의 방식으로 스타 커플러에 집중된다. 복수의 도파관들의 송신 미들 섹션들은 평행하게 배열되고, 인접한 두 송신 미들 섹션들 사이의 거리는 제2임계값보다 크다.
제1임계값 및 제2임계값은 인접한 두 도파관들의 병렬 송신 섹션들 사이의 간격이 서브-빔들의 송신 시 커플링 크로스토크를 생성하지 않는 한, 실제 필요에 따라 선택되거나 설정될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 도파관 어레이는 각각의 도파관들에 통합된 컨트롤 가능한 위상 쉬프터를 더 포함한다. 컨트롤 가능한 위상 쉬프터는 서브-빔의 위상을 컨트롤하도록 구성된다. 이 방식으로, 서브 -빔의 위상을 조정하기 위해 컨트롤 가능한 위상 쉬프터를 사용함으로써, 도파관 어레이 내의 복수의 서브-빔들의 상대적인 위상 분포가 제어될 수 있다.
선택적으로, 컨트롤 가능한 위상 쉬프터는 각각의 도파관들 상에 배열된 금속 가열 레이어를 포함한다.
선택적으로, 각각의 도파관은 도핑된(doped) 도파관이고, 컨트롤 가능한 위상 쉬프터는 도핑된 도파관에 연결된 금속 전극을 포함한다.
일부 실시 예들에서, 도파관 어레이는 각각의 도파관에 통합된 가변 광학 감쇠기(attenuator)를 더 포함한다. 가변 광학 감쇠기는 도파관의 송신 전력을 조절하도록 구성된다. 따라서, 가변 광학 감쇠기가 서브-빔의 강도를 제어하여 임의의 형태의 빔 조합을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
한편, 본 개시의 일부 실시 예들은 빔 컨트롤러에 적용되는 빔 컨트롤 방법을 더 제공한다. 빔 컨트롤 방법은 다음의 단락에서 설명하는 것과 같은 다음의 단계들을 포함한다.
빔 스플리터는 초기 광 빔을 복수의 서브-빔들로 균등하게 분할하고, 하나의 서브-빔을 하나의 도파관에 대응하도록 전송한다.
복수의 도파관들은 각각 대응하는 서브-빔들을 자유-공간 빔 결합 영역으로 전송한다.
복수의 서브-빔들은 자유-공간 빔 결합 영역의 이미지 평면 상에 결합된다.
공유 격자 트랜스미터는 이미지 평면 상의 결합된 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔을 회절하고 송신한다.
일부 실시 예들에서, 빔 컨트롤 방법은 다음의 단계들을 더 포함한다.
결합된 광 빔의 스캐닝 각도가 제1방향으로 변화하도록 초기 빔의 파장이 조정된다. 결합된 광 빔의 스캐닝 각도가 제2방향으로 변화하도록 서브-빔들의 위상이 조정된다. 여기서, 제1방향 및 제2방향은 서로 직교한다.
본 개시의 실시 예들에 의해 제공되는 빔 컨트롤 방법은 앞서 언급된 일부 실시 예들의 빔 컨트롤러에 적용된다. 앞서 언급된 빔 컨트롤러에 의해 달성될 수 있는 기술적 효과는 이러한 빔 컨트롤 방법에 의해서도 달성될 수 있으므로, 본 문서에서 이에 대한 상세한 설명이 생략된다
본 개시의 실시 예들에서 제공되는 기술적 해결과제를 보다 명확하게 설명하기 위해, 상세한 설명을 위해 실시 예들에서 요구되는 여러 첨부 도면들이 아래와 같이 간략하게 소개된다. 명백히, 다음 상세한 설명의 도면들은 단지 본 개시의 일부 실시 예일 뿐이며, 당업자라면 진보된 노력 없이 이들 도면들에 기초하여 다른 도면들을 얻을 수 있다.
도 1은 실시 예에 제공된 빔 컨트롤러의 개략적인 평면도이다.
도 2는 실시 예에 제공된 또 다른 빔 컨트롤러의 개략적인 평면도이다.
도 3은 실시 예에 제공된 자유-공간 빔 결합 영역의 개략적인 구조도이다.
도 4는 실시 예에 제공된 공유 격자 트랜스미터의 개략적인 구조도이다.
도 5는 실시 예에 제공된 도파관 어레이의 개략적인 구조도이다.
도 6은 실시 예에 제공된 초기 광 빔의 결합된 광학 경로 및 방출 광학 경로의 개략도이다.
도 7은 실시 예에 제공된 또 다른 초기 광 빔의 결합된 광학 경로 및 방출 광학 경로의 개략도이다.
본 개시의 이해를 용이하게 하기 위해, 본 개시는 관련된 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 보다 포괄적으로 설명될 것이다. 본 개시의 실시예들은 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시는 여러가지 다른 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 반대로, 이들 실시예들을 제공하는 목적은 개시된 개시 내용을 더욱 철저하고 포괄적으로 만드는 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 개시가 속하는 기술분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 개시의 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 제한하려는 의도가 아니다.
요소 또는 레이어가 다른 요소 또는 레이어에 “위에”, “인접하게”, “연결된”, 또는 “결합된” 것으로 언급되는 경우, 이는 해당 요소 또는 레이어가 다른 요소 또는 레이어에 대해, 직접적으로 위에 있거나, 인접하거나, 연결되거나, 또는 결합될 수 있음을 의미하거나, 또는 개재하는 요소 또는 레이어가 존재할 수 있음을 의미한다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 또는 레이어에 대해, “직접적으로 위에”, “직접적으로 인접하게”, “직접적으로 연결된”, 또는 “직접적으로 결합된” 것으로 언급된 경우, 이는 그 사이에 개재하는 또는 레이어가 존재하지 않는다는 것을 의미한다.
제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 요소들, 구성요소들, 영역들, 레이어들, 및/도는 섹션들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이들 요소들, 구성요소들, 영역들, 레이어들 및/도는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 하나의 요소, 구성요소, 영역, 레이어, 또는 섹션을 또 다른 요소, 구성요소, 영역, 레이어 또는 섹션과 구별하는 데에만 사용된다. 따라서, 아래의 단락에서 논의되는 제1 요소, 구성요소, 영역, 레이어, 또는 섹션은 본 개시의 교시를 벗어나지 않으면서 제2 요소, 구성요소, 영역, 레이어, 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
“아래(under)”, “아래(below)”, “아래(beneath)”, “위(on)”, “위에(above)” 등과 같은 공간 관계 용어는 도면에 도시된 하나의 요소 또는 특징을 다른 요소 또는 특징과의 관계로 설명하기 위해 본 문서에서 사용될 수 있다. 공간적인 상대적 용어들은 도면에 표시된 방향 외에도 사용 및 작동 시 장치의 다양한 방향들을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도면에 도시된 장치가 뒤집힌 경우, 다른 요소 또는 특징에 대해 “아래(under)”, “아래(below)”, 또는 “아래(beneath)”로 설명된 요소 또는 특징은 다른 요소 또는 특징에 대해 “위”로 배향된다. 따라서, “아래(below)”, 및 “아래(under)”라는 예시적 용어들은 위쪽 방향 및 아래쪽 방향을 모두 포함할 수 있다. 또한, 장치는 다른 방향으로 배향될 수 있으며(예: 90도 회전되거나 또는 다른 방향으로), 본 문서에서 사용된 공간적 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 문서에 사용된 바와 같이, 단수형 “a”, “an”, 및 “the”는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 형도 포함할 수 있다. 또한, “포함하는(including)/포함하는(comprising)”, 또는 “가지는(having)” 등의 용어는 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 구성요소들, 부분들, 또는 이들의 조합의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 구성요소들, 부분들, 또는 이들의 조합의 존재 또는 추가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서, 용어 “및/또는” 은 관련하여 언급된 항목들의 모든 종합을 포함한다.
본 개시의 실시예들이 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)의 도식적인 도면들인 단면도들을 참조하여 본 문서에서 설명되며, 예를 들어, 제조 기술들 및/또는 공차들로 인해 보여지는 형상들의 변화들이 고려된다. 따라서, 본 개시의 실시예들은 본 문서에 도시된 영역들의 특정 형상들로 제한되지 않고, 예를 들어, 제조 기술들로 인한 형상들의 편차를 포함하는 것이어야 한다. 도면들에 나타난 영역들은 본질적으로 도식적이며, 그 형상들은 장치의 영역들의 실제 형상들을 나타내지 않으며, 본 개시의 범위를 제한하지 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 일부 실시예들에서, 광학 위상 어레이에 기반하는 빔 컨트롤러(100)가 제공된다. 빔 컨트롤러(100)는 광학 위상 어레이(1), 자유-공간 빔 결합 영역(2), 및 공유 격자 트랜스미터(3)를 포함한다. 광학 위상 어레이(1)는 빔 스플리터(11), 및 빔 스플레터(11)에 결합된 도파관 어레이(12)를 포함한다. 빔 스플리터(11)는 초기 광 빔을 복수의 서브-빔들로 균등하게 분할하도록 구성된다. 도파관 어레이(12)는 서브-빔들에 일대일 대응하도록 배열된 복수의 도파관들(120)을 포함한다. 도파관들(120)은 서브-빔들을 수신하고 송신하도록 구성된다. 복수의 도파관들(120)의 송신 테일 섹션들은 팬 형상의 방식으로 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 집중되어 있다. 자유-공간 빔 결합 영역(2)은 복수의 서브-빔들이 이미지 평면(S0)에서 결합될 수 있도록 구성된다. 공유 격자 트랜스미터(3)는 이미지 평면(S0)에 결합된 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔을 회절시키고 송신하도록 구성된다.
빔 스플리터(11)는 스타 커플러일 수 있고, 복수의 1x2 캐스케이드(cascaded) 도파관 빔 스플리터들에 의해 형성될 수 있다. 빔 스플리터(11)는 초기 광 빔을 복수의 서브-빔들로 균일하게 분할하도록 구성되고, 빔 스플리터(11)는 적어도 하나의 입력 단 및 복수의 출력 단들을 가진다. 빔 스플리터(11)의 입력 단은 광원에 결합되고, 빔 스플리터(11)의 하나의 출력 단은 하나의 서브-빔을 출력한다.
선택적으로, 광원은 레이저 칩이고, 광원에 의해 방출되는 광빔은 960nm 내지 1550nm 사이의 파장을 갖는 근-적외선 광 빔이다. 광원으로부터 빔 스플리터(11)로 전달된 광 빔은 초기 광 빔이고, 초기 광 빔의 파장은 광원에 의해 조정될 수 있다.
도파관 어레이(12)의 도파관들(120)의 수는 빔 스플리터(11)의 출력 단들의 수에 대응하며, 예를 들어, 두 수들은 동일하다. 도파관들(120)은 평면 광학 도파관들이다. 빔 스플리터(11) 및 도파관 어레이(12)는 이산화규소(SiO2), 글라스, 니오베이트산리튬(LiNbO3; lithium niobate), III-V반도체 화합물, 절연체 상의 실리콘(silicon on insulator)(SOI/SIMOX), 질화규소(SiN), 산질화규소(SiON), 고분자 폴리머 및 다른 재료들 등으로 이루어질 수 있다.
빔 스플리터(11)의 구조에 따라, 도파관(120)의 구조들도 달라진다.
일부 실시예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 빔 스플리터(11)는 스타 커플러이고, 빔 스플리터(11)의 복수의 출력 단들은 원주를 따라 분포된다. 각각의 도파관들(120)은 순차적으로 연결된 송신 헤드 섹션(1210), 송신 미들 섹션(1215) 및 송신 테일 섹션(1220)을 포함한다. 복수의 도파관들(120)의 송신 헤드 섹션들(1210)은 팬 형상의 방식으로 스타 커플러에 집중되어 있고, 하나의 도파관(120)의 송신 헤드 섹션(1210)이 스타 커플러의 하나의 출력 단에 결합된다. 복수의 도파관들(120)의 송신 미들 섹션들(1215)은 평행하게 배열되고, 인접한 두 송신 미들 섹션들(1215) 사이의 거리(D1)은 제1임계값 보다 크다. 복수의 도파관(120)의 송신 테일 섹션들은 팬 형상의 방식으로 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 집중되어 있다.
일부 다른 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 빔 스플리터(11)는 복수의 1x2 캐스케이드 도파관 빔 스플리터(111)에 의해 형성되고, 빔 스플리터(11)의 복수의 출력 단들은 평행하게 배열된다. 각각의 도파관들(120)은 순차적으로 연결된 송신 헤드 섹션(1210) 및 송신 테일 섹션(1220)을 포함한다. 복수의 도파관들(120)의 송신 헤드 섹션들(1210)은 평행하게 배열되고, 인접한 두 송신 헤드 섹션들(1210) 사이의 거리(D2)는 제2임계값 보다 크다.
여기서, 각 도파관(120)의 송신 거리는 일반적으로 길다는 것을 알 수 있으나, 도파관(120)의 송신 테일 섹션(1220)의 길이는 가능한 작게 설정되어야 해서, 도파관(120)의 주 송신 부분은 도 1의 송신 미들 섹션(1215) 또는 도 2의 송신 헤드 섹션(1210)과 같이 인접한 도파관(120)에 평행하게 배열된 송신 섹션이다. 상기에 기초하여, 인접한 두 도파관(120)의 평행한 송신 섹션들 사이의 간격은 서브-빔들의 송신에서 결합 크로스토크(crosstalk)를 생성하지 않는 한, 실제 필요에 따라 제1임계값 및 제2임계값이 선택 및 설정될 수 있다. 각각의 도파관(120)의 송신 테일 섹션(1220)의 길이가 짧기 때문에, 복수의 도파관들(120)의 송신 테일 섹션(1220)이 팬 형상의 방식으로 집중되어서 인접한 송신 테일 섹션들(1220) 사이의 간격이 점차 줄어들게 되고, 서브-빔들의 송신에서 인접한 두 송신 테일 섹션들(1220) 사이의 커플링 크로스토크가 무시될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서, 복수의 도파관들(120)의 송신 테일 섹션들이 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 팬 형상으로 집중되어서, 도파관 어레이(12)에 의해 출력되는 복수의 서브-빔들의 결합이 자유-공간 빔 결합 영역(2)에서 완성되게 한다. 예를 들어, 복수의 서브-빔들은 이미지 평면(S0)에 포커싱되고, 이미지 평면(S0)은 복수의 서브-빔들이 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 집중된 이후에 가상 이미징 평면이다. 자유-공간 빔 결합 영역(2)은 자유 전파 영역(FPR; free propagation region)이다.
선택적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 평면(S0)은 아크 표면이고, 기준 평면 상의 이미지 평면(S0)의 정사영 형상은 곡률 반경 R인 아크(LA)를 포함한다. 대응하여, 기준 평면 상의 자유-공간 빔 결합 영역(2)의 정사영 형상은 반경 2R의 롤런드원(Rc)를 포함하고, 롤런드 원(Rc)의 중심(O1)은 아크(La) 상에 위치된다.
여기서, 기준 평면은, 예를 들어, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 수평면과 같이, 도파관 어레이(12)가 위치되는 평면에 평행한 평면을 지칭한다. 또한, 상기에 기초하여, 복수의 도파관들(120)의 송신 테일 섹션들이 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 팬 형상의 방식으로 집중되어 있다는 것은, 복수의 도파관들(120)의 출력 단들이 롤런드원(Rc)의 원주를 따라 분포되어 있다는 것을 의미한다.
본 개시의 실시예들에서, 공유 격자 트랜스미터(3)는 이미지 평면(S0) 상에 결합된 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔을 회절 및 송신(transmit)하도록 구성되고, 공유 격자 트랜스미터(3)는 동심원의 2차 격자 구조를 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 공유 격자 트랜스미터(3)는 동일한 곡률 중심(O3)을 갖는 복수의 아크-형태의 치형부(teeth)(31)로 형성된다. 본 개시의 실시 예들에서, 결합된 광 빔이 이미지 평면(S0)으로부터 공유 격자 트랜스미터(3)로 직접 방출될 수 있는 한, 아크-형태의 치형부(31)의 수, 곡률 반경 등은 제한되지 않는다.
선택적으로, 이미지 평면(S0)은 아크-형태의 치형부(31) 및 곡률 중심(O3)으로 둘러싸인 영역에 위치된다. 예를 들어, 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 이미지 평면(S0)의 곡률 중심(O2)은 아크-형태의 치형부(31)의 곡률 중심(O3)과 동일하다. 대안적으로, 다른 예를 위해, 도 3 및 도 4를 다시 함께 참조하면, 이미지 평면(S0)은 공유 격자 트랜스미터(3)에서 가장 작은 곡률 반경을 갖는 아크-형태의 치형부(31)의 내부 표면에 중첩한다.
이 방식으로, 이미지 평면(S0)에 결합된 복수의 서브빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔은 포커싱 방향으로 공유 격자 트랜스미터(3)로 선형적으로 송신되고, 공유 격자 트랜스미터(3)에 의해 회절되고 방출될 수 있다. 즉, 이미지 평면(S0)에 포커싱된 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔은 이미지 평면(S0)의 원주 방향에 수직한 광 방출 방향으로 공유 격자 트랜스미터(3)로 송신될 수 있다. 공유 격자 트랜스미터(3)는 파장 선택 기능을 가지므로, 결합된 빔의 파장이 공유 격자 트랜스미터(3)의 격자 방정식을 만족하는 조건에서, 결합된 광 빔은 공유 격자 트랜스미터(3)를 통해 특정 각도로 회절되어 방출될 수 있다. 또한, 초기 광 빔의 파장 및 위상이 상이한 경우, 결합된 광 빔이 이미지 평면(S0)상에 포커싱되는 위치와 결합된 광 빔의 방출 각도도 달라진다. 공유 격자 트랜스미터(3)는 동심원으로 배열된 아크-형태의 치형부(31)을 적용하고, 이미지 평면(S0)은 아크-형태의 치형부(31) 및 그 곡률 중심(O3)으로 둘러싸인 영역에 위치된다. 이 방식으로, 복수의 아크-형태의 치형부(31)는 이미지 평면(S0) 상의 임의의 위치에서 결합된 광 빔을 회절시켜 방출하도록 전체적으로 처리될 수 있다.
게다가, 공유 격자 트랜스미터(3)가 상기 구조를 적용하므로, 인접한 두 개의 아크-형태의 치형부(31) 사이의 간격은 결합된 광 빔의 회절 및 방출에서 결합 크로스토크를 생성하지 않는다. 이 방식으로, 도파관 어레이(12)의 도파관들(120)의 개수가, 공유 격자 트랜스미터(3)의 작은 크기로 인해 최대한 작아질 필요가 없으며, 이는 빔 컨트롤러(100)의 송신 전력을 향상시키는데 이점이 있다.
상기의 관점에서, 개시의 실시 예들에서, 복수의 서브-빔들의 조합 및 결합된 광 빔의 방출은 독립적으로 수행된다. 즉, 자유-공간 빔 결합 영역(2)에서 프리 포커싱에 의해 복수의 서브-빔들의 결합이 완성되고, 공유 격자 트랜스미터(3)에 의해 수행되는 회절에 의해 대응하는 결합된 광 빔의 방출이 완료된다. 이 방식으로, 공유 격자 트랜스미터(3)의 구조는 결합된 광 빔의 방출 요구에 대해서만 설계될 수 있고, 더 이상 서브-빔들의 조합 요구에 의해 제한되지 않는다. 즉, 복수의 서브-빔들을 결합된 광 빔으로 포커싱 하는 기능 및, 결합된 광빔을 동시에 회절하고 방출하는 기능을 고려할 필요가 없다. 따라서, 공유 격자 트랜스미터(3)는 더 큰 빔 방출 각도를 가질 수 있다.
또한, 복수의 도파관들(120)의 송신 테일 섹션들은 팬 형상의 방식으로 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 집중되어 있으므로, 도파관들(120)의 송신 테일 섹션들(1220) 사이의 간격이 도파관들(120)의 주 송신 부분들의 송신 효과에 영향을 끼치지 않으면서 점차적으로 감소될 수 있다. 예를 들어, 인접한 두 도파관들(120)의 출력 단부들 사이의 거리는 초기 광 빔의 파장보다 작거나, 초기 광 빔의 파장의 절반보다 작다. 여기서, 도파관들(120)의 출력 단부는 송신 테일 섹션들(1220) 및 자유-공간 빔 결합 영역(2) 사이의 교차점(junction)의 끝이다. 따라서, 빔 컨트롤러(100)의 스캐닝 출력 효율을 보장하거나 또는 향상시키기 위해, 복수의 서브-빔들이 포커싱된 후 결합된 광 빔에서 격자 사이드 로브의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
하나의 가능한 구현에서, 2개의 인접한 도파관들(120) 사이의 송신 거리 및 도파관들(120)의 그룹 굴절률의 곱은 초기 광 빔 파장의 정수배라는 점에 주목해야 한다. 이 방식으로, 복수의 도파관들(120)에 의해 송신되는 복수의 서브-빔들은 자유-공간 빔 결합 영역(2)에서 쉽게 공간적으로 회절하고 중첩되어(superimposed)서 이미지 평면(S0) 상의 결합된 광 빔에 포커싱 된다.
상기에 기초하여, 선택적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 인접한 두 도파관들(120) 사이의 출력 단부들 사이의 거리(D3)는 동일하므로, 도파관 어레이(12)의 복수의 도파관들(120)은 동일한 출력 간격을 가지고, 이는 인접한 두 도파관들(120) 사이의 송신 거리의 차이를 설계 및 컨트롤하기 용이하게 한다.
일부 실시예들에서, 도 5를 다시 참조하면, 도파관 어레이(12)는 각각의 도파관들에 통합된 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)를 더 포함한다. 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)는 서브-빔의 위상을 컨트롤하도록 구성된다. 이 방식으로, 서브-빔의 위상을 조정하기 위해 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)를 사용함으로써, 도파관 어레이(121) 내의 복수의 서브-빔들의 상대적인 위상 분포가 컨트롤 될 수 있다.
컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)의 구조는 실제 필요에 따라 선택 및 설정될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)는 각각의 도파관(120)에 배치되는 금속 가열 레이어이므로, 이 방식으로, 금속 가열 레이어에 의해 제공되는 가열 온도에 의해 대응하는 서브-빔의 위상이 컨트롤 될 수 있다. 대안적으로, 또 다른 예로, 각각의 도파관들(120)은 도핑된 도파관이고, 컨트롤 가능한 위상 쉬푸터(121)은 도파관(120)에 연결되는 금속 전극이므로, 금속 전극에 의해 전송되는 전기 신호를 통해 대응하는 서브-빔의 위상이 컨트롤 될 수 있다.
상기에 기초하여, 초기 광 빔의 파장을 조정함으로써, 결합된 광 빔의 방출 각도가 수직 평면에서 변경될 수 있어서, 제1방향(예: 수직 방향)에서 결합된 광 빔의 스캐닝이 달성될 수 있다. 초기 빔의 파장은 수직 방향에서 결합된 광 빔의 스캐닝 각도를 결정할 수 있다. 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)에 의해 대응하는 서브-빔의 위상 변화를 컨트롤 함으로써, 결합된 광 빔은 수평 평면에서 이미지 평면(S0)의 원주 방향의 서로 다른 위치들에서 포커싱 될 수 있으므로, 수평 방향에서 결합된 광 빔의 스캐닝이 달성될 수 있다. 각각의 서브-빔들의 위상은 제2방향(예: 수평 방향)에서 결합된 광 빔의 스캐닝 각도를 결정할 수 있다. 게다가, 초기 광 빔의 파장의 조정 및 각각의 서브-빔들의 위상의 조정이 선택적으로 또는 동시에 이루어질 수 있다.
결합된 광 빔에서 상이한 파장들 및 상이한 위상의 효과를 보다 명확하게 도시하기 위해, 도 6 및 도 7은 상이한 파장 및 상이한 위상의 컨트롤 아래에서 두 결합된 광 빔들의 광학 경로를 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 초기 광 빔의 파장은 λ1이고, 서브 빔의 위상 컨트롤은 제1컨트롤 방식을 적용한다. 도파관 어레이(12)에 의해 자유-공간 빔 결합 영역(2)으로 송신된 복수의 서브-빔들은 자유 공간에서 회절되고 중첩될 수 있으며, (도 6의 (a)에 도시된) A 위치에 포커싱될 수 있고, 이후 (도 6의 (b)에 도시된) 공유 회절 격자 트랜스미터(3)의 작용 하에, 수평 평면(즉, 빔 컨트롤러(100)의 표면)에서 각도 α1로 방출된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 초기 광 빔의 파장은 파장은 λ2이고 서브 빔의 위상 컨트롤은 λ1≠ λ2 인 제2컨트롤 방법을 적용하며, 제1컨트롤 방법은 제2컨트롤 방법과 상이하다. 도파관 어레이(12)에 의해 자유-공간 빔 결합 영역(2)으로 송신되는 복수의 서브-빔들은 자유 공간에서 회절되고 중첩될 수 있으며, (도 7의 (a)에 도시된) 이미지 평면(S0)의 B 위치에 포커싱될 수 있고, 이후 (도 7의 (b)에 도시된) 공유 격자 트랜스미터(3)의 작용 하에 수평 평면(즉, 빔 컨트롤러(100)의 표면)에서 각도 α2로 방출된다.
일부 실시예들에서, 다시 도 5를 참조하면, 도파관 어레이(12)는 각각의 도파관들(120)에 통합된 가변 광학 감쇠기(VOA; variable optical attenuator)를 더 포함한다. 가변 광학 감쇠기(122)는 도파관(120)의 송신 전력를 조정하도록 구성된다. 따라서, 가변 광학 감쇠기(122)는 임의의 형태의 빔 조합을 달성하기 위해 서브-빔의 강도를 컨트롤하는데 사용될 수 있다.
가변 광학 감쇠기(122)의 구조는 실제 필요에 따라 선택 및 설정될 수 있다. 선택적으로, 가변 광학 감쇠기(122)는 마하-젠더 간섭계(MZI; Mach-Zehnder interferometer)에 의해 형성된다. 마하-젠더 간섭계를 사용하여 각 서브-빔들의 위상을 조정함으로써, 원하는 비율의 전력 감쇠가 달성될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들에서, 앞서 언급된 실시예들의 일부에서 빔 컨트롤러(100)에 적용되는 빔 컨트롤 방법이 제공된다. 빔 컨트롤 방법은 S100 내지 S400을 포함한다.
S100에서, 빔 스플리터(11)는 초기 광 빔을 복수의 서브-빔들로 균등하게 분할하고, 대응하는 하나의 서브-빔을 하나의 도파관(120)으로 전송한다.
여기서, 빔 스플리터(11)는 스타 커플러일 수 있고, 또는 복수의 1x2 캐스케이드 도파관 빔 스플리터들에 의해 형성될 수도 있다. 빔 스플리터(11)의 입력 단은 광원에 결합되고, 빔 스플리터(11)의 출력 단은 대응하는 하나의 도파관(120)에 연결된다.
게다가, 광원은 예를 들어, 레이저 칩이고, 광원에서 방출되는 광 빔은 950nm 내지 1550nm 사이의 파장을 갖는 근-적외선 광 빔일 수 있다. 광원으로부터 빔 스플리터(11)로 송신된 광 빔은 초기 광 빔이고, 초기 광 빔의 파장은 광원에 의해 조정될 수 있다.
S200에서, 복수의 도파관들(120)은 대응하는 서브-빔들을 자유-공간 빔 결합 영역(2)으로 송신한다.
여기서, 복수의 도파관들(120)의 송신 테일 섹션들은 팬 형상의 방식으로 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 집중된다.
게다가, 각 도파관(120)의 송신 거리는 일반적으로 길지만, 도파관(120)의 주 송신 부분이 도 1의 송신 미들 섹션(1215) 또는 도 2의 송신 헤드 섹션(1210)과 같이, 인접한 도파관(120)에 평행하게 배열된 송신 섹션이도록 도파관(120)의 송신 테일 섹션(1220)의 길이는 가능한 작게 설정될 필요가 있다. 상기에 기초하여, 인접한 두 도파관들(120)의 평행한 송신 섹션들 사이의 간격은 서브-빔들의 송신에서 결합 크로스토크를 생성하지 않을 정도로 제한된다. 각각의 도파관(120)의 송신 테일 섹션(1220)의 길이가 짧기 때문에, 복수의 도파관들(!20)의 송신 테일 섹션들(1220)이 팬 형상으로 집중되어서 두 인접한 송신 테일 섹션들(1220) 사이의 갭이 점진적으로 감소하고, 서브-빔들의 송신에서 두 인접한 송신 테일 섹션들(1220) 사이의 커플링 크로스토크가 무시될 수 있다.
S300에서, 복수의 광 빔들은 자유-공간 빔 결합 영역(2)의 이미지 평면(S0)에서 결합된다.
복수의 도파관들(120)의 송신 테일 섹션들은 팬 형상 방식으로 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 집중되어서, 도파관 어레이(12)에 의해 출력되는 복수의 서브-광빔들의 조합이 자유-공간 빔 결합 영역(2)에서 완료될 수 있다. 예를 들어, 복수의 서브-빔들은 이미지 평면(S0)에 포커싱되고, 이미지 평면(S0)은 복수의 서브-빔들이 자유-공간 빔 결합 영역(2)에 포커싱된 후의 가상 이미지 평면이다. 자유-공간 빔 결합 영역(2)은 자유 전파 영역(FPR)이다.
S400에서, 공유 격자 트랜스미터(3)는 이미지 평면(S0) 상에 결합된 복수의 광-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔을 회절하고 송신한다.
이미지 평면(S0)상에 결합된 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔은 포커싱 방향에서 공유 격자 트랜스미터(3)로 선형적으로 송신되고 공유 격자 트랜스미터(3)에 의해 회절되고 방출될 수 있다. 이미지 평면(S0)에 포커싱된 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔은 이미지 평면(S0)의 원주 방향에 수직한 광 방출 방향으로 공유 격자 트랜스미터(3)로 송신될 수 있다. 공유 격자 트랜스미터(3)는 파장 선택 기능을 가지므로, 결합된 빔의 파장이 공유 격자 트랜스미터(3)의 격자 방정식을 만족하는 조건에서, 결합된 광 빔은 공유 격자 트랜스미터(3)를 통해 특정 각도로 회절되어 방출될 수 있다. 또한, 초기 광 빔의 파장 및 위상이 상이한 경우, 대응하는 결합된 광 빔이 이미지 평면(S0)에 포커싱되는 위치 및 결합된 광 빔의 방출 각도도 상이하다.
본 개시의 실시예들에서 제공되는 빔 컨트롤 방법은 일부 실시예들의 빔 컨트롤러에 적용된다. 앞서 언급된 빔 컨트롤러에 의해 달성될 수 있는 기술적 효과는 이러한 빔 컨트롤 방법에 의해서도 달성될 수 있으므로, 본 문서에서 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
일부 실시예들에서, 빔 컨트롤 방법은 S500을 더 포함한다.
S500에서, 결합된 광 빔의 스캐닝 각도가 제1방향으로 변화하도록 초기 빔의 파장이 조정된다. 결합된 광 빔의 스캐닝 각도가 제2방향으로 변화하도록 서브-빔의 위상이 조정된다. 여기서, 제1방향 및 제2방향은 서로 직교한다.
여기서, 광원을 컨트롤함으로써, 초기 광 빔의 파장이 조정될 수 있다.
각각의 서브-빔들의 위상은 각각의 도파관(120)에 통합된 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)는 각 도파관(120)에 배치된 금속 가열 레이어이고, 이러한 방식으로, 금속 가열 레이어에 의해 제공되는 가열 온도에 의해 대응하는 서브-빔이 컨트롤 될 수 있다. 대안적으로, 또 다른 예에서, 각각의 도파관(120)은 도핑된 도파관이고, 컨트롤 가능한 위상 쉬프터(121)는 각 도파관(!20)에 결합된 금속 전극이므로, 금속 전극에 의해 송신되는 전기 신호를 통해 대응하는 서브-빔의 위상이 컨트롤 될 수 있다.
제1방향은, 예를 들어 수직 방향이고, 제2방향은 예를 들어 수평 방향이다.
게다가, S500, S300, 및 S400 사이에는 순서에 대한 필수적인 제한이 없으며, 즉 어느 하나가 앞서 실행되거나 동시에 실행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 빔 컨트롤 방법은 S600을 더 포함한다.
S600에서, 각 도파관의 송신 전력이 조정되어서, 서브-빔의 강도가 변화한다.
여기서, 각 도파관의 송신 전력은 각 도파관(!20)에 통합된 가변 광학 감쇠기(122)에 의해 달성될 수 있다.
예를 들어, 가변 광학 감쇠기(122)는 Mach-Zehnder 간섭계(MZI)에 의해 형성된다. MZI를 사용하여 각 서브-빔들의 위상을 조정함으로써, 원하는 비율의 전력 감쇠가 달성될 수 있다. 따라서, 서브-빔들의 강도는 임의의 형태의 빔 조합을 달성하기 위해 컨트롤 될 수 있다.
또한, S600, S300, S400, 및 S500 사이에는 순서에 대한 필수적인 제한이 없으며, 즉 어느 하나가 앞서 실행되거나 동시에 실행될 수 있다.
앞서 설명된 실시예들의 기술적 특징은 임의로 결합될 수 있다. 설명을 단순화하기 위해, 상기 실시예들의 기술적 틀징들의 가능한 모든 조합이 설명되지는 안흔다. 그러나, 이들 기술적 특징들의 조합에 모순이 없는 한, 이러한 조합들은 본 명세서의 기재범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다.
앞서 언급된 실시예들은 단지 본 개시의 몇몇 실시예를 대표할 뿐이며, 그들의 설명은 구체적이고 상세하지만 본 발명 특허의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 당업자라면 본 개시의 개념을 벗어나지 않고, 여러 수정 및 개선이 이루어질 수 있으며, 이는 모두 본 개시의 보호 범위에 속한다는 것을 지적해야 한다. 따라서, 본 개시의 특허의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 따라야 한다.
100L: 빔 컨트롤러, 1: 광학 위상 어레이, 2: 자유-공간 빔 결합 영역, 3: 공유 격자 트랜스미터,
11: 빔 스플리터, 12: 도파관 어레이, 120: 도파관, 1210: 송신 헤드 섹션, 1215: 송신 미들 섹션,
1220: 송신 테일 섹션, 121: 컨트롤 가능한 위상 쉬프터, 122: 가변 광학 감쇠기, 31: 아크-형태 치형부
111: 1x2 도파관 빔 스플리터, S0: 이미지 평면, La: 아크, Rc: 롤런드원, D1: 인접한 송신 미들 섹션들 사이의 거리
D2: 인접한 송신 헤드 섹션들 사이의 거리, D3: 인접한 출력 단들 사이의 거리
O1: 롤런드원의 중심, O2: 이미지 평면의 곡률 중심, O3: 아크-형태 치형부의 곡률 중심,
α1 및 α2: 상이한 파장 조건 하에서 수직 방향으로 결합된 광 빔의 방출 각도,
A 및 B: 상이한 위상 조건 하에서 수평 방향으로 결합된 광 빔의 포커싱 위치.

Claims (12)

  1. 빔 컨트롤러에 있어서,
    광학 위상 어레이, 자유-공간 빔 결합 영역, 및 공유 격자 트랜스미터를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 광학 위상 어레이는 빔 스플리터 및 상기 빔 스플리터에 결합된 도파관 어레이를 포함하고,
    상기 빔 스플리터는 초기 광 빔을 복수의 서브-빔들로 균등하게 분할하도록 구성되고,
    상기 도파관 어레이는 상기 서브-빔들에 일대일 대응으로 배열된 복수의 도파관들을 포함하고, 상기 도파관들은 상기 서브-빔들을 수신 및 송신하도록 구성되고,
    상기 복수의 도파관들의 송신 테일 섹션들은 팬 형상으로 자유-공간 빔 결합 영역에 집중되고, 상기 자유-공간 빔 결합 영역은 복수의 서브-빔들이 이미지 평면에서 결합될 수 있도록 구성되고,
    상기 공유 격자 트랜스미터는 상기 이미지 평면에 결합된 상기 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔을 회절하고 전송하도록 구성되는, 빔 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    기준 평면 상의 상기 이미지 평면의 정사영 형상은 곡률 반경이 R인 아크를 포함하고,
    상기 기준 평면 상의 상기 자유-공간 빔 결합 영역의 정사영 형상은 반경 2R의 롤런드원(Rowland circle)을 포함하고, 상기 롤런드원의 중심은 상기 아크 상에 위치되는 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  3. 제1항에 있어서,
    인접한 두 상기 도파관들의 출력 단들 사이의 거리는 상기 초기 광 빔의 파장보다 작은 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  4. 제3항에 있어서,
    인접한 두 상기 도파관들의 출력 단들 사이의 각각의 거리는 동일한 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  5. 제1항에 있어서,
    인접한 두 상기 도파관들 사이의 송신 거리의 차이 및 상기 도파관들의 그룹 굴절율의 곱은 초기 광 빔의 파장의 정수배인 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 스타 커플러를 포함하고, 상기 도파관들 각각은 송신 헤드 섹션, 송신 미들 섹션, 및 상기 송신 테일 섹션이 순차적으로 연결되고,
    상기 복수의 도파관들의 상기 송신 헤드 섹션은 팬 형상으로 상기 스타 커플러에 집중되어 있고,
    상기 복수의 도파관들의 상기 송신 미들 섹션들은 평행하게 배열되고, 상기 송신 미들 섹션들 중 인접한 두개 사이의 거리는 제1임계값보다 큰 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 복수의 1x2 캐스케이드 도파관 빔 스플리터들로 구성되고,
    각각의 도파관들은 순차적으로 연결된 송신 헤드 섹션 및 송신 테일 섹션을 포함하고, 상기 복수의 도파관들의 송신 헤드 섹션들은 평행하게 배열되고, 상기 송신 헤드 섹션들 중 인접한 두 개 사이의 거리는 제2임계값보다 큰 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 어레이는 상기 각각의 도파관들에 통합된 컨트롤 가능한 위상 쉬프터를 더 포함하고, 상기 컨트롤 가능한 위상 쉬프터는 상기 서브-빔의 위상을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤 가능한 위상 쉬프터는 각각의 도파관들 상에 배열된 금속 가열 레이어를 포함하거나, 또는
    각각의 도파관들은 도핑된 도파관이고, 상기 컨트롤 가능한 쉬프터는 상기 도핑된 도파관에 연결된 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 어레이는 각각의 상기 도파관에 통합된 가변 광학 감쇠기를 더 포함하고, 상기 가변 광학 감쇠기는 상기 도파관의 송신 전력을 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤러.
  11. 빔 컨트롤 방법에 있어서,
    초기 광빔을 복수의 서브-빔들로 균등하게 분할하고, 빔 스플리터에 의해 하나의 서브-빔을 하나의 도파관에 대응하도록 전송하는 단계;
    복수의 상기 도파관에 의해, 상기 대응하는 서브-빔들을 자유-공간 빔 결합 영역으로 각각 송신하는 단계;
    상기 자유-공간 빔 결합 영역의 이미지 평면에서 복수의 서브-빔들을 결합하는 단계; 및
    공유 격자 트랜스미터에 의해 상기 이미지 평면에 결합된 복수의 서브-빔들에 의해 형성된 결합된 광 빔을 회절 및 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 결합된 광 빔의 스캐닝 각도가 제1방향으로 변경되도록, 상기 초기 빔의 파장을 조정하는 단계; 및
    상기 결합된 광 빔의 상기 스캐닝 각도가 제2방향으로 변경되도록 상기 서브-빔들의 위상들을 조정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1방향 및 제2방향은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는, 빔 컨트롤 방법.
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