KR20240034872A - Mems 구동 수직 커플러 어레이에 기반한 빔 스티어링 시스템 - Google Patents

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KR20240034872A
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샤오셩 장
밍 치앙 에이. 우
앤드류 에스 마이클스
요하네스 헨릭손
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더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
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Abstract

집적 광학 MEMS 구동 빔 스티어링 시스템이 개시되며, 빔 스티어링 시스템은 스위칭 네트워크와 수직 커플러 어레이를 가지는 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이 및 렌즈를 포함하되, 상기 스위칭 네트워크는 수직 커플러가 광을 자유 공간으로 효율적으로 방출하도록 전력을 공급할 수 있다. 렌즈는 전력이 공급된 수직 커플러로부터 수신된 광을 시준하고, 수직 커플러 어레이 내의 전력이 공급된 수직 커플러의 위치에 의해 결정된 전파 방향을 따라 출력 빔을 지향시킨다. 일부 실시예에서, 수직 커플러는 렌즈의 수차를 보정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 수직 커플러에 전력이 공급되어 복수의 출력 빔을 스티어링할 수 있다. 일부 실시예에서, 스위칭 네트워크는 논블로킹(non-blocking) 방식이다.

Description

MEMS 구동 수직 커플러 어레이에 기반한 빔 스티어링 시스템{BEAM-STEERING SYSTEM BASED ON A MEMS-ACTUATED VERTICAL-COUPLER ARRAY}
본 발명은 2018년 6월 19일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 62/686,848(변호사 문서 번호: 332-007PR1)의 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참조로서 포함된다.
본원의 표현과 본원의 청구범위의 해석에 영향을 미칠 수 있는 참고 문헌에 포함된 발명의 표현 간에 모순 또는 불일치가 있는 경우, 본원의 청구범위는 본원의 표현과 일치하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 Advanced Research Projects Agency-Energy(ARPA-E)에 의해 수여된 계약 번호 DE-AR0000849에 따라 정부의 지원을 받아 만들어졌다. 정부는 본 발명에 대해 특정한 권리를 가지고 있다.
본 발명은 일반적인 자유 공간 광 전송에 관한 것이고, 특히 자유 공간 빔 스티어링에 관한 것이다.
자유 공간 광 통신뿐만 아니라, LiDAR(light detection and ranging), 3D 영상, 센싱 및 현미경 애플리케이션에도 신속한 빔 스티어링 기기가 필요하다. 빔 스티어링 장치는 스캔 및 획득/조준/추적(ATP, acquisition/pointing/tracking) 기능을 제공한다. 종래의 빔 스티어링 장치는 전동 기계식 짐벌(gimbal)을 사용하여 전체 광학 시스템을 회전시킨다. 하지만, 전동 짐벌은 부피가 크고 무거우며 전력을 크게 소비한다.
집적된 빔 스티어링 시스템은 휴대용 또는 모바일 플랫폼에서 큰 유용성을 보였으며, "고체형 LiDAR"의 핵심 요소가 되었다. 예를 들어, 시준(collimation) 및 빔 스티어링은, 렌즈(예: 텔레센트릭 렌즈, 망원경 등)의 초점면에 위치한 광원을 사용하고 렌즈의 광축의 위치 및 렌즈의 초점면 내 광원의 위치의 배치를 변경한, 선행기술에서 입증되었다. 이는, 광축에 대하여 매크로 광원을 이동시키고, 초점면 내에 위치한 광섬유를 이동시키고, 고정 위치 광원에 대하여 렌즈를 이동시키는 등의 다양한 방식으로 수행되었다.
하지만, 렌즈 및/또는 광원을 이동시키는 데 필요한 기계 시스템은 하중의 무게/강성으로 인해 주파수 응답이 제한되고, 빠르게 이동하는 차량 간의 LiDAR 및/또는 자유 공간 통신에 사용되기에는 너무 느리며, 부피가 크고, 복잡하며 저속이고 고가이다.
다른 선행기술의 빔 스티어링 시스템은, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL, vertical cavity surface-emitting laser)의 2차원(2D) 어레이의 개별 요소에 선택적으로 전력을 공급하는, 전자 크로스바(crossbar) 스위치를 기반으로 한다. 그러나, 이러한 접근 방식에는 대규모 레이저 어레이가 필요하다. 또한, 이러한 시스템에는 VCSEL 소스가 필요한데, 이는 일부 통신 또는 감지 센싱 애플리케이션에 적합하지 않다.
또 다른 선행기술의 빔 스티어링 시스템은, 표면 방출 격자 커플러(surface-emitting grating coupler)를 활성화하기 위해 실리콘 광자 기반 열 광학 스위치를 사용했다. 하지만, 열 광학 스위치는 온도에 민감하고 스티어링 기능이 제한적이며 전력 소모가 많고 대규모의 빔 스티어링 기기로 제조되기 어렵다.
실용성 있는 빔 스티어링 기술은 아직 선행기술로 구현 불가능하다.
본 발명의 목적은 실용성 있는 빔 스티어링 기술을 구현하기 위한 것이다.
본 발명은 렌즈의 초점면에 위치하는, 기계적으로 활성화된 수직 격자 커플러(즉, 커플러)의 집적 광학 기반의 프로그래밍 가능한 2차원(2D) 어레이를 포함하는, 빔 스티어링 장치에 관한 것이다. 렌즈는, 커플러 중 임의의 하나에 의해 방출된 자유 공간 광을, 시준된 자유 공간 광으로 변환시키도록 배치된다. 프로그래밍 가능한 커플러 어레이는 기판 상에 모놀리식으로(monolithically) 집적되며, 어떤 커플러(또는 커플러들)에 전력이 공급되는지(즉, 광을 수신하여 자유 공간으로 방사하는지) 제어하는, 스위칭 네트워크를 포함한다. 스위칭 네트워크는 전력이 공급되지 않는 커플러로의 누설을 완화하도록 구성되어, 광학 크로스토크(crosstalk)를 완화한다. 각 자유 공간 광선의 전파 방향(즉, 렌즈의 광축에 대한 출력 각)은 렌즈의 광축에 대한 각각의 커플러의 x 및 y 좌표의 함수이다. 본 발명에 따른 실시예는 특히 LiDAR 시스템, 광 통신 시스템, 광 간섭 단층 촬영(optical coherence tomography) 및 기타 의료 영상 시스템, 3차원 영상 및 센싱 애플리케이션 등에 사용하기에 매우 적합하다.
본 발명에 따른 일 실시예는, (1) 기계적으로 활성화된 집적 광학 기반 커플러의 2D 어레이 및 (2) 전력이 공급되는 커플러를 제어하기 위한 집적 광학 기반 스위칭 네트워크를 포함하는, 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이 및 렌즈를 포함하는, 빔 스티어링 시스템이다.
2D 어레이의 각 수직 커플러는 집적 광학 도파관에 형성된 격자 구조를 포함하며, 도파관 및 격자는 도파관을 통해 전파되는 광 신호의 광 에너지가 격자에 의해 자유 공간으로 방사되도록 구성된다.
스위칭 네트워크는, OFF 상태 및 ON 상태를 가지는 상이한 MEMS 기반 광 스위치를 통해 복수의 가로행 도파관 각각과 광학적으로 결합 가능한, 버스 도파관의 입력 포트에서 광 신호를 수신한다. OFF 상태에서, 스위치에서 수신된 광 신호는 버스 도파관에 남아있으며, 실질적으로 광 에너지 손실 없이 스위치를 통과한다. ON 상태에서, 광 신호는 버스 도파관으로부터 각각의 가로행 도파관으로 완전히 전송된다. 각 스위치는, 스위치가 OFF 상태일 때 버스 도파관 및 가로행 도파관이 서로 광학적으로 분리되어, 스위치에서 이들 사이의 누설을 완화하도록 구성된다.
또한, 각 가로행 도파관은, 다른 MEMS 기반 광 스위치에 의해, 커플러 어레이 내 대응하는 가로행에서 각 커플러와 광학적으로 결합될 수 있다. 각 가로행 도파관 스위치가 OFF 상태일 때, 가로행 도파관을 통해 전파되는 광 신호는 가로행 도파관에 남아 있으며, 실질적인 광 에너지 손실 없이 스위치를 통과한다. 스위치가 ON 상태일 때, 광 신호는 가로행 도파관에서 각 커플러로 완전히 전송된다.
렌즈는, 각 커플러에 의해 자유 공간으로 방사된 광 에너지를 수신하고, 수신된 광 에너지를 시준된 자유 공간 출력 빔으로 변환시키도록 배치된다. 출력 빔은, 렌즈의 광축에 대한 수직 커플러의 x 좌표 및 y 좌표를 기반으로 하는 전파 방향(propagation direction)을 따라 지향된다.
일부 실시예에서, 한 번에 하나의 수직 커플러에만 전력이 공급될 수 있다. 일부 실시예에서, 스위칭 네트워크는 주어진 시간에 복수의 수직 커플러에 전력이 공급될 수 있도록 한다. 일부 실시예에서, 스위칭 네트워크는 완전한 논블로킹(non-blocking) 방식이므로, 임의의 다른 수직 커플러의 상태에 관계없이 각 수직 커플러에 전력이 공급되도록 할 수 있다.
일부 실시예에서, 렌즈 및 커플러 어레이의 배치는 제어 가능하다.
본 발명에 따른 일 실시예는, 광축(A1) 및 초점면(FP1)을 가지는 렌즈(102); 및 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이(104)를 포함하되, 상기 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이는: 기판(114); 중심점(CP1), 및 복수의 커플러 가로행(coupler row)(CR) 및 복수의 커플러 세로열(coupler column)(CC)을 가지는 것을 특징으로 하는, 커플러(112)의 2차원 어레이 - 상기 어레이의 각 커플러는 커플러 도파관(402) 및 상기 커플러 도파관으로부터 수신된 광(光) 에너지를 자유공간으로 방사하도록 구성된 수직 커플링 요소(408)를 포함함 -; 상기 기판 상에 배치되고, 제1 광 신호(120)를 수신하기 위한 제1 입력 포트(IP1)를 가지는 버스 도파관(202); 상기 기판 상에 배치된 복수의 가로행 도파관(204); 및 상기 제1 입력 포트로부터 상기 어레이의 임의의 커플러로의 상기 제1 광 신호(120)의 전파를 제어하도록 작동하는 스위칭 네트워크(110); 를 포함하며, 상기 렌즈가 상기 복수의 수직 커플링 요소 각각에 의해 방사된 상기 광 에너지를 수신하도록 하고, 상기 광 에너지를, 상기 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이 내 상기 수직 커플링 요소의 위치 및 적어도 1차원 내에서의 상기 렌즈와 상기 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이의 제1 상대 위치에 기반한, 출력 축으로 지향시키도록 하는, 상기 렌즈 및 상기 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이가 배열된, 빔 스티어링 시스템(100)이다.
본 발명에 따른 다른 실시예는, 광 빔을 스티어링하기 위한 방법으로서, 상기 방법은: (1) 광축(A1) 및 초점면(FP1)을 가지는 렌즈(102)를 제공하는 단계; (2) 중심점(CP1), 및 복수의 커플러 가로행(CR) 및 복수의 커플러 세로열(CC)을 가지는 것을 특징으로 하는, 기판(114)상에 배치되고 2차원 어레이에 배치된, 커플러(112)의 어레이 - 상기 어레이의 각 커플러는 커플러 도파관(402) 및 상기 커플러 도파관으로부터 수신된 광(光) 에너지를 자유공간으로 방사하도록 구성된 수직 커플링 요소(408)를 포함함 -; 상기 기판 상에 배치되고, 제1 입력 포트(IP1)를 가지는 버스 도파관(202); 상기 기판 상에 배치된 복수의 가로행 도파관(204); 및 상기 제1 입력 포트로부터 상기 어레이의 임의의 커플러로의 상기 제1 광 신호(120)의 전파를 제어하도록 작동하는 스위칭 네트워크(110); 를 포함하는, 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이(104)를 위치시키는 단계; (3) 상기 렌즈가 상기 복수의 수직 커플링 요소 각각에 의해 방사된 상기 광 에너지를 수신하도록 하고, 상기 광 에너지를, 상기 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이 내 상기 수직 커플링 요소의 위치 및 적어도 1차원 내에서의 상기 렌즈와 상기 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이의 제1 상대 위치에 기반한, 출력 축으로 지향시키도록 하는, 상기 렌즈 및 상기 프로그래밍 가능한 수직 커플러 어레이를 배치하는 단계; (4) 상기 스위칭 네트워크로 하여금 제1 광 신호를 상기 입력 포트로부터 상기 어레이의 제1 커플러로 지향시키도록 하여, 제 1위치(x1, y1)에 자리한 상기 제1 커플러가, 상기 렌즈로의 상기 제1 광 신호에 기반한 제2 광 신호(120')를 제공하게끔 제어하는 단계; 및 (5) 상기 제2 광 신호를 시준(collimate)하고, 상기 제1 위치에 기반한 출력 축(A2)을 따라 지향시키는 단계; 를 포함한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 빔 스티어링 시스템의 예시적인 실시 예의 측면도 및 평면도의 개략도를 도시한다.
도 1c 및 도 1d는 는 본 발명에 따른 상이한 빔 스티어링 상태에서의 예시적인 빔 스티어링 시스템의 사시도의 개략도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 커플러 어레이의 작동 개략도를 도시한다.
도 3a는 MEMS 광 스위치(206)의 평면도의 개략도를 도시한다.
도 3b 및 도 3c는 각각 OFF 및 ON 상태에 있는 대표적인 MEMS 광 스위치 (206)의 사시도의 개략도를 도시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 예시적인 MEMS 제어 수직 커플러의 평면도의 개략도를 도시한다.
도 4b 및 도 4c는 각각 OFF 및 ON 상태에 있는 MEMS 제어 수직 커플러(212)의 단면도의 개략도를 도시한다.
도 4d는 본 발명에 따른 MEMS 제어 수직 커플러의 대안적인 실시예의 평면도의 개략도를 도시한다.
도 4e 및 도 4f는 각각 OFF 및 ON 상태에 있는 MEMS 제어 수직 커플러(212A)의 개략도를 도시한다.
도 4g는 MEMS 제어 수직 커플러(212B)의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 대안적인 프로그래밍 가능한 커플러 어레이를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 대안적인 프로그래밍 가능한 커플러 어레이를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 대안적인 빔 스티어링 시스템의 측면도의 개략도를 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 빔 스티어링 시스템의 예시적인 실시 예의 측면도 및 평면도의 개략도를 도시한다. 빔 스티어링 시스템(100)은 렌즈(102), 프로그래밍 가능한 커플러 어레이(104) 및 제어기(106)를 포함한다. 시스템(100)은, 입력 광 신호(120)를 수신하고, 광 에너지를 자유 공간 출력 빔(108)으로 시준하고, 출력 빔을 3차원 볼륨을 통해 스티어링하도록 구성된다. 도시된 예에서, 광 신호(120)는 연속파(CW) 신호이지만, 시스템(100)은 사실상 임의의 광 신호(예: 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호, LiDAR 신호, 광 펄스 등)에 대하여 작동한다.
렌즈(102)는, 초점면(FP1)을 규정하는 광축(A1) 및 초점 거리(f)를 가지는, 단순 볼록-볼록 굴절 렌즈이다. 일부 실시예에서, 렌즈(102)는, 복합 렌즈(예: 텔레센트릭(telecentric) 렌즈 등) 또는, 예를 들어 하나 이상의 수차를 보정하거나 광학 성능을 개선하도록 구성된 기타 다중 요소 렌즈와 같은, 다른 유형의 렌즈이다. 일부 실시예에서, 렌즈(102)는 평면-볼록 렌즈이다. 일부 실시예에서, 렌즈(102)는, 일반적으로 저비용이고 모바일 시스템을 사용 가능하도록 하는, 휴대폰 렌즈이다. 일부 실시예에서, 렌즈(102)는 회절 렌즈, 홀로그래픽 요소, 메타 표면 렌즈 등과 같은 회절 요소이다.
프로그래밍 가능한 커플러 어레이(104)(이하 커플러 어레이(104)로 지칭)는 스위칭 네트워크(110) 및 수직 커플러(112(1,1) 내지 112(M,N)) (커플러(112)로 통칭)를 포함한다. 수직 커플러(112)는, 커플러 가로행 CR-1 내지 CR-M(커플러 가로행 CR로 통칭) 및 커플러 세로열 CC-1 내지 CC-N(커플러 세로열 CC로 통칭)을 포함하는, 2차원 어레이 내에 배치된다.
도시된 예에서, 스위칭 네트워크(110) 및 커플러(112)는 기판(114) 상에 모놀리식으로 집적되지만, 일부 실시예에서, 프로그래밍 가능한 커플러 어레이(104)의 하나 이상의 요소는 범프 본딩(bump bonding), 멀티-칩 모듈 패키징(multi-chip module packaging) 등과 같은 상이한 집적 방법을 사용하여 기판(114) 상에 위치한다.
도시된 예에서, 기판(114)은 실리콘 기판이다. 실리콘 기판을 사용함으로써, 커플러 어레이(104)의 기능을 향상시킬 수 있는 집적 회로 및/또는 기타 회로가 직접적으로 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 온칩(on-chip) 기능은 신호 변조, 위상 이동, 광 검출기, 프로세싱, 메모리, 신호 컨디셔닝, 전치 증폭(pre-amplification), 에너지 소거 및/또는 저장 등을 위한 전자 장치를 포함한다. 일부 실시예에서, LiDAR 시스템의 전체 전자 장치는 기판(114) 상에 모놀리식으로 집적된다.
제어기(106)는, 고정밀 및 다축 포지셔닝 시스템, 보이스 코일, 압전 액추에이터, MEMS 액추에이터 등과 같은 포지셔닝 시스템을 통해 x-, y- 및 z- 차원 각각에서 렌즈(102) 및 커플러 어레이(104)의 위치를 제어하도록 구성된, 종래의 제어기이다. 또한, 제어기(106)는 스위칭 네트워크(110)의 상태를 제어하기 위해 작동하며, 그에 따라 커플러 어레이의 커플러 또는 커플러들에 전력이 공급된다. 일부 실시예에서, 제어기(106)는 커플러 어레이(104) 상에 적어도 부분적으로 집적된다.
본 발명은 빔 스티어링 애플리케이션에 관한 것이지만, 본원에 개시된 교시는 스티어링 가능한 수신기(즉, 수신 방향을 제어 가능한 수신기)뿐만 아니라, 빔 스티어링 송신기와 스티어링 가능한 수신기를 모두 포함하는 트랜시버에도 적용 가능하다는 점에 유의해야 한다.
도시된 예에서, 렌즈(102)와 커플러 어레이(104)는 동심(concentric)으로 배열되고, 이들 사이의 간격(s1)은 렌즈(102)의 초점 거리(f)와 동일하다. 결과적으로, 커플러(112)의 평면은 실질적으로 초점면(FP1)에 위치하고, 광축(A1)은 커플러(112)의 배열의 중심이 되며, 그에 따라 중심점(CP1)을 규정한다. 일부 실시예에서, 렌즈(102)는 렌즈 및 커플러 어레이가 렌즈의 초점 거리 이외의 거리만큼 분리되고/되거나 광축(A1)이 커플러 어레이의 커플러(112)의 배열의 중심이 되지 않도록 위치된다.
도시된 예에서, 제어기(106)는 x- 및 y- 차원 각각에서 렌즈(102)와 커플러 어레이(104)의 측면 정렬을 제어하기 위해 스캔 방향(SD1)을 따라 렌즈(102)를 스캔하도록 선택적으로 구성된다. 이러한 측면 스캐닝 능력으로 인해, 출력 빔(108)은 커플러 어레이 내의 각 커플러의 고정된 위치에 의하여 결정된 각도 사이에서 원활하게 이동할 수 있고, 그에 따라 위치 고정 시스템보다 더 많은 수의 분석 가능한 스폿을 구현할 수 있게 된다. 일부 실시예에서, 제어기(106)는 렌즈와 커플러 어레이 사이의 수직 분리(s1)를 제어하도록 추가로 구성되어, 출력 빔(108)이 공간 내의 상이한 지점에 초점을 맞출 수 있도록 한다. 렌즈와 커플러 어레이 사이의 측면 정렬은, 렌즈(102)만 이동시키거나, 커플러 어레이(104)만 이동시키거나, 렌즈와 커플러 어레이 모두를 이동시킴으로써 제어될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
스위칭 네트워크(110)는 프로그래밍 가능한 커플러 어레이 전체에 걸쳐 광 신호(120)의 광 에너지의 분포를 집합적으로 제어하는 가로행 스위치(116) 및 세로열 스위치(118)를 포함한다. 도시된 예에서, 스위칭 네트워크(110)는 광 신호(120)의 모든 광 에너지를 단 하나의 커플러(112)로 지향시키도록 구성된다. 스위칭 네트워크(110)는 이하에서 그리고 도 2와 관련하여 더 상세히 설명된다.
각각의 커플러(112)(i,j)는 커플러 어레이(104) 내의 집적 광학 도파관(즉, "커플러 도파관")의 구조 내로 집적된 회절 격자를 포함하며, 출력 광 신호(120')가, 각각의 커플러와 렌즈(102)의 중심 사이의 기하학 선과 실질적으로 정렬된 출력 축(A2)을 특징으로 하도록 구성되고, 여기서 i = 1 내지 M, j = 1 내지 N이다. 일부 실시예에서, 커플러(112)의 적어도 하나의 회절 격자는, 바람직하게는 고효율 달성을 위한 블레이즈 격자이다. 또한, 도시된 예에서, 각각의 커플러(112)는 각각의 광 신호(120')가 렌즈(102)의 광학 구경(clear aperture)을 실질적으로 채울 만큼의 큰 분산각을 특징으로 한다. 각 커플러(112)의 설계는 일반적으로 커플러 어레이(104) 상에서의 위치를 기반으로 한다는 점에 유의해야 한다.
렌즈(102)의 중심과 출력 축(A2)의 정렬에 의해, 광 신호(120')는 렌즈 구경의 더 큰 부분을 비추고, 이는 원거리 필드에서 출력 빔(108)의 발산각(divergence angle)을 완화하며, 출력 빔(108)이 스티어링될 수 있는 해상도를 증가시킨다.
각 커플러(112)(i,j)는 ON 상태와 OFF 상태 사이에서 전환될 수 있도록 구성된다. ON 상태에서, 커플러(112)(i,j)는 그 격자 구조가 광 신호(120)를 수신하고, 광 신호(120')(i,j)로서 자유 공간으로 광 에너지를 산란시키도록, 입력 포트(IP1)과 광학적으로 결합된다. OFF 상태에서, 커플러(112)(i,j)는 입력 포트(IP1)로부터 광학적으로 분리되고, 그 격자 구조는 광 신호(120)를 수신하지 않는다. 바람직하게는, 각 커플러(112)는 렌즈(102)의 수차를 보정하도록 설계된다. 커플러(112)의 격자 요소에 대한 많은 다른 디자인은, 1차원 격자 또는 2차원 격자를 포함하여 본 발명의 범위 내에 있다는 점에 유의해야 한다.
렌즈(102)는, 커플러 어레이(104) 내의 신호(112)(i,j)의 위치에 기반하는 광축(A1)으로부터의 거리에서 광 신호(120')(i,j)를 수신한다. 그 결과, 상이한 수직 커플러에 의해 방출된 모든 광 신호는 렌즈(102)에 의해 상이한 출력 축(A2)(i,j)을 따라 시준되고 스티어링된다.
도 1c 및 도 1d는 는 본 발명에 따른 상이한 빔 스티어링 상태에서의 예시적인 빔 스티어링 시스템의 사시도의 개략도를 도시한다. 빔 스티어링 시스템(100A)은 프로그래밍 가능한 커플러 어레이(104)가 3x3 어레이로 배열된 9개의 커플러(112A)(즉, 커플러(112A)(1,1) 내지 커플러(112A)(3,3))만을 포함하는 빔 스티어링 시스템(100)의 예이다. 또한, 도 1c 및 도 1d에서, 각각의 커플러(112A(1,1) 내지 112A(3,3))는, 이하에서 그리고 도 7에 대해 논의되는 바와 같이, 커플러 어레이(104)의 평면에 실질적으로 수직인 전파 방향을 따라 전파하는 상대적으로 더 좁은 광 신호를 구현하는 방출 패턴을 가진, 대안적인 커플러(특히, 종래의 수직 격자 커플러)의 예이다.
도 1c는 커플러(112)(1,1)만이 ON 상태에 있는 빔 스티어링 상태의 시스템(100A)을 도시한다. 그 결과, 커플러(112)(1,1)는 광 신호(120)를 수신하고, 이를 광 신호(120')(1,1)로서 자유 공간으로 방사한다. 렌즈(102)는 광 신호(120')(1,1)를 수신하고 시준하여, 출력 빔(108)(1,1)으로서 출력 축(A2)(1,1)을 따라 지향시킨다. 출력 빔(108)(1,1)은 각도 θ x1 및 θ y1으로 향하는 출력 축(A2)(1,1)을 따라 전파된다. 각도 θ x1 및 θ y1은 각각 광축(A1)에 대한 x-z 및 y-z 평면의 각도이다. 각도 θ x1 및 θ y1은 다음 공식으로 제공된다: 및 . 공식에서, f는 렌즈(102)의 초점 거리이고, (x,y)는 중심점(CP1)에 대한 x-y 평면(즉, 수직 커플러 어레이의 초점면)에서 전력이 공급된 격자 커플러의 좌표이다.
도 1d는 커플러(112)(3,3)만이 ON 상태에 있는 빔 스티어링 상태의 시스템(100A)을 도시한다. 그 결과, 커플러(112)(3,3)는 광 신호(120)를 수신하고, 이를 광 신호(120')(3,3)로서 자유 공간으로 방사한다. 렌즈(102)는 광 신호(120')(3,3)를 수신하고 시준하여, 출력 빔(108)(3,3)으로서 출력 축(A2)(3,3)을 따라 지향시킨다. 출력 빔(108)(3,3)은 각도 θ x2 및 θ y2로 향하는 출력 축(A2)(3,3)을 따라 전파된다.
도 2는 일 실시예에 따른 커플러 어레이의 작동 개략도를 도시한다. 커플러 어레이(104)는 스위칭 네트워크(110), 커플러(112), 버스 도파관(202) 및 가로행 도파관(204-1 내지 204-M)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 커플러 어레이(104)는, MEMS 광 스위치(206-1) 및 세로열 스위치 어레이(208-1)가 각각 ON 상태인 반면 다른 모든 MEMS 광 스위치(206) 및 세로열 스위치 어레이(208)는 (이하에 설명된 대로)OFF 상태인, 예시적인 스위치 구성이다. 그 결과, 광 신호(120)는 MEMS 광 스위치(206-1)에 의해 버스 도파관(202)으로부터 가로행 도파관(204-1)으로 전환된 다음, 세로열 스위치 어레이(208-1)에 의해 가로행 도파관(204-1)으로부터 커플러(112)(1,1)로 전환된다.
버스 도파관(202) 및 가로행 도파관(204-1 내지 204-M)(가로행 도파관(204)으로 통칭) 각각은 단결정 실리콘 코어를 갖는 단일 모드 리지(ridge) 도파관이다. 도시된 예에서 버스 도파관 및 가로행 도파관은 동일 평면상에 있다. 일부 실시예에서, 버스 도파관 및 가로행 도파관 중 적어도 하나는 다중 모드 도파관이다. 그러한 일부 실시예에서, 다중 모드 도파관은 폭이 넓으며, 광 손실을 감소시키기 위해 기본 모드가 여기(exited)될 수 있도록 구성된다.
도시된 예가 실리콘 기반 리지 도파관인 버스 도파관 및 가로행 도파관(및 이하에서 설명되는 션트 도파관 및 커플링 도파관)을 포함하지만, 일부 실시예에서, 다른 도파관 구조(예: 리브(rib) 도파관 등) 및/또는 다른 도파관 재료 시스템이 적어도 하나의 도파관에 사용된다. 예를 들어, 실리콘 질화물 코어 도파관과 같은 유전체(dielectric) 기반 도파관의 사용으로, 비선형 효과 등을 완화할 수 있는, 낮은 광 손실 및/또는 증가된 광 전력 처리 능력(피크 또는 평균)을 가지는 시스템을 구현할 수 있다.
스위칭 네트워크(110)는 가로행 스위치(116) 및 세로열 스위치(118)를 포함한다.
가로행 스위치(116)는 MEMS 광 스위치(206-1 내지 206-M)(MEMS 광 스위치 (206)로 통칭)를 포함하는 1xM 스위치이며, 이는 각각 버스 도파관(202)과 가로행 도파관(204-1 내지 204-M) 사이의 광학 결합을 제어하기 위한, 독립적으로 제어 가능한 1x2 집적 광학 기반 MEMS 스위치이다.
도 3a는 MEMS 광 스위치(206)의 평면도의 개략도를 도시한다.
도 3b 및 도 3c는 각각 OFF 및 ON 상태에 있는 대표적인 MEMS 광 스위치 (206)의 사시도의 개략도를 도시한다.
MEMS 광 스위치(206)는 버스 도파관(202)의 일부, 가로행 도파관(204)의 일부, 션트 도파관(302) 및 MEMS 액추에이터(304)(도 3b 및 도 3c에 도시되지 않음)를 포함한다.
도시된 예에서, 버스 도파관(202)의 부분 및 가로행 도파관(204)의 부분은, 이들 사이에 교차하는 도파관이 없도록 배열된다. 그 결과, 광 삽입 손실이 매우 낮아질 수 있을 뿐만 아니라, 도파관 사이의 광학 크로스토크가 실질적으로 0이 될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 두 개의 도파관 부분은, 바람직하게는, MEMS 광 스위치(206)가 OFF 상태에 있을 때 버스 도파관(202)의 가로행 도파관(204) 으로의 누설을 완화하기 위해 직교하도록, 교차점에서 교차한다. 일부 실시예에서, 버스 도파관(202)은, 다중 모드 간섭(MMI) 영역 및, MMI 영역으로 이어져 MMI 영역을 빠져나가는, 테이퍼를 포함한다. 일부 실시예에서, 버스 도파관(202) 및 가로행 도파관(204)은 공통 기판 위의 다른 평면에 형성된다.
션트 도파관(302)은 단부(306-1, 306-2) 사이에서 연장되는 도파관 부분이다. 션트 도파관(302)은 버스 도파관(202) 및 가로행 도파관(204)과 유사하지만, 션트 도파관(302)은 버스 도파관 및 가로행 도파관에 대해 이동 가능하도록 구성된다.
단부(306-1, 306-2)(단부(306)로 통칭)는 각각 도파관 부분(308-1, 308-2) 바로 위에 정렬되고, 여기서 도파관 부분(308-1, 308-2)(도파관 부분(308)으로 통칭)은 각각 버스 도파관(202) 및 가로행 도파관(204)의 부분이다.
명확성을 위해 도 3a 내지 도 3c에는 도시되지 않았지만, 일반적으로 션트 도파관(302)은 MEMS 광 스위치(206)가 ON 상태에 있을 때 단부(306)와 도파관 부분(308) 사이에 정확한 수직 간격을 설정하기 위해 바닥 표면으로부터 연장되는 돌출부를 포함한다.
MEMS 액추에이터(304)는, 도파관 부분(308-1, 308-2)에 대해 상대적인, 션트 도파관(302) 및 단부(306)의 수직 위치를 제어하기 위해 작동하는, 정전형 MEMS 수직 액추에이터이다. MEMS 액추에이터(304)는 도 4a 내지 도 4c와 관련하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
예시적인 실시예에서, MEMS 광 스위치(206)가 정전형 MEMS 수직 액추에이터를 포함하지만, 본 명세서를 읽고, 단부(306)와 도파관 부분(308)사이의 분리를 제어하는 데 적합한 임의의 액추에이터를 특정, 제조 및 사용하는 방법이 당업자에게 명백해질 것이다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 액추에이터는 수직 액추에이터, 측면 액추에이터, 및 수직 및 측면 방향으로 모두 작동하는 액추에이터를 포함하되 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 액추에이터는 전열, 열, 자기, 전자기, 정전기 빗살 구동(electrostatic comb-drive), 자기 변형(magnetostrictive), 압전, 유체, 공압 액추에이터 등을 포함하되 이에 한정되지 않는다.
MEMS 광 스위치(206)가 스위칭되지 않은(즉, "오프") 상태에 있을 때, 션트 도파관(302)은, 단부(306-1, 306-2)가 도파관 부분(308-1, 308-2)으로부터 거리(d1)만큼 분리되는 제1 위치에 자리하고 있다. 거리(d1)는 단부(306)와 각각의 도파관 부분 사이에 광 에너지가 실질적으로 전달되지 않도록 충분히 보장하는 길이이다. 그 결과, 광 신호(120)는 MEMS 광 스위치(206)를 우회하고, 실질적으로 교란되지 않은 채, 버스 도파관(202)을 통해 계속 전파된다.
MEMS 광 스위치(206)가 스위칭된(즉, "온") 상태에 있을 때, 션트 도파관(302)은 단부(306)가 도파관 부분(308)으로부터 거리(d2)만큼 분리되는 제2 위치로 이동하여, 방향성 커플러(310-1, 310-2)를 규정한다. 거리(d2)는 션트 도파관의 바닥 상의 돌출부의 높이에 의해 결정되고, 광 신호(120)의 광 에너지가 도파관 부분(308-1)으로부터 방향성 커플러(310-1)의 단부(306-1)로, 및 단부(306-2)로부터 방향성 커플러(310-2)의 도파관 부분(308-2)으로, 실질적으로 완전히 전달될 수 있도록 하는 길이를 가진다. 그 결과, 광 신호(120)는 버스 도파관(202)으로부터 가로행 도파관(204)으로 실질적으로 완전히 스위칭된다.
MEMS 광 스위치(206)는 단지 집적 광학 기반 MEMS 광 스위치의 하나의 예시일 뿐이라는 점에 유의해야 한다. 본 발명의 교시에 따라 사용하기에 적합한 MEMS 스위치의 추가적인 예는, T. J. Seok 등의 "수직 단열 커플러를 가지는 대규모 광대역 디지털 실리콘 광자 스위치(Large-scale broadband digital silicon photonic switches with vertical adiabatic couplers)"(2016년 1월 발행 Optica vol. 3, no. 1, p. 64) 및 각각 본원에 참조로서 포함된, 미국 특허 공개번호 20160327751 및 국제 공개번호 WO2018/049345 등에 설명되어 있다. 이들 간행물에 설명된 바와 같은 MEMS 스위치는, 본 발명에 따른 프로그래밍 가능한 커플러 어레이에 대하여, 종래의 빔 스티어링 시스템에 비해 많은 이점을 제공한다. 특히, 이러한 스위치는 종래의 전기 광학 또는 열 광학 스위치보다 광 손실이 현저히 낮고, 광학 크로스토크(<-60dB) 및 전력 소비(~10 마이크로와트)는 종래의 스위치보다 몇 배 더 낮으며, 디지털 모드에서 작동할 수 있다. 이러한 이점들로 인해, 빔 스티어링 장치는, 단순 디지털 제어가 가능할 뿐만 아니라, 종래 기술에서 가능한 것보다 상대적으로 더 높은 처리량(즉, 더 낮은 광 삽입 손실) 및 상대적으로 더 높은 해상도(즉, 더 높은 격자 커플러 밀도)를 가질 수 있다.
도 2로 돌아가면, 세로열 스위치(118)는 세로열 스위치 어레이(208-1 내지 208-N)(세로열 스위치 어레이(208)로 통칭)를 포함하는 1xN 스위치이다.
도시된 예에서, 각각의 세로열 스위치 어레이(208)는 실질적으로 동일한 M개의 MEMS 광 스위치(210)를 포함하고, 이들 각각은 MEMS 광 스위치(206)와 유사하지만, 각각의 MEMS 광 스위치(210)는 각각의 커플러(112)와 가로행 도파관(204) 사이의 광 결합을 제어하도록 구성된다. 각각의 MEMS 광 스위치(210) 및 그와 결합된 커플러(112)는 MEMS 제어 수직 커플러(212)를 집합적으로 규정한다.
도시된 예에서, 각각의 세로열 스위치 어레이(208)의 모든 MEMS 광 스위치(210)는 모두 동일한 제어 신호로 제어되도록 "함께 연결"된다. 그 결과, 각각의 세로열 스위치 어레이(208)는 커플러 어레이(104)의 각각의 세로열에 있는 모든 M 커플러(112)와 각각의 가로행 도파관 사이의 광 결합을 동시에 제어한다. 이러한 스위치 어레이 구성은, 각 커플러가 개별적으로 어드레싱되는 경우 MxN 제어 신호를 필요로 하는, 대량의 커플러(예: M과 N이 각각 1000 이상인 MxN 어레이)를 가지는 빔 스티어링 시스템에 특히 유리하다. 대형 시스템의 경우, 전기 입출력(I/O) 개수가 표준 전기 패키징 제한을 빠르게 초과한다. 그러나, 세로열 스위치 어레이(208)와 같은 스위치 어레이를 사용하면, 제어 신호의 수를 MxN에서 M+N으로 감소시키는 "가로행-세로열" 어드레싱 방식을 가능하게 함으로써, 필요한 전기 제어 신호의 수를 상당히 감소시킬 수 있다.
MEMS 제어 수직 커플러(212) 각각이 ON 상태일 때, MEMS 광 스위치(210)는 각각의 가로행 도파관(204)을 각각의 커플러(112)와 광학적으로 결합시킨다. 그 결과, 광 신호(120)가 해당 가로행 도파관을 통해 전파될 때, 광 에너지는 커플러(112)로 방향을 전환한다. 각각의 MEMS 제어 수직 커플러(212)가 OFF 상태일 때, MEMS 광 스위치(210)는 각각의 가로행 도파관 및 커플러를 광학적으로 결합시키지 않으며, 따라서 광 신호(120)는 가로행 도파관에 계속 남아있고 해당 커플러를 우회한다.
도 4a는 일 실시예에 따른, 예시적인 MEMS 제어 수직 커플러의 평면도의 개략도를 도시한다. MEMS 제어 수직 커플러(212)는 MEMS 광 스위치(210) 및 커플러(112)를 포함한다.
도 4b 및 도 4c는 각각 OFF 및 ON 상태의 MEMS 제어 수직 커플러(212)의 단면도의 개략도를 도시한다. 도 4b 및 도 4c에 도시된 단면도는 도 4a에 도시된 라인 a-a를 통해 획득한 것이다.
MEMS 광 스위치(210)는 MEMS 액추에이터(404)와 작동 가능하게 결합되는 커플러 도파관(402)의 일부를 포함한다.
커플러 도파관(402)은 션트 도파관(302)과 유사하고, 이동식 단부(406-1)로부터 수직 커플링 요소(408)가 위치한 고정 단부(406-2)로 광을 전달하도록 구성되어, 커플러(112)를 규정한다. 도시된 예에서, 수직 커플링 요소(408)는 광축(A1)이 중심점(CP1)과 정렬될 때 광 에너지를 렌즈(102)의 중심으로 지향시키도록 구성되는, 회절 격자이다. 일부 실시예에서, 수직 커플링 요소(408) 중 적어도 하나는, 원하는 출력 광 신호(120')를 제공하기에 적합한 상이한 광학 요소를 포함한다. 수직 커플링 요소(408)에 사용하기에 적합한 광학 요소는, 프리즘, 홀로그램, 2차원 격자 구조, 회절 렌즈, 회절 격자 요소, 굴절 렌즈, 각도 에칭된(angle-etched) 도파관 측면 거울, 각도 에칭된 도파관 및 경사진 거울 등을 포함하되 이에 한정되지 않는다.
이동식 단부(406-1)에서, 커플러 도파관(402)이 MEMS 액추에이터(404)에 부착된다.
고정 단부(406-2)에서, 커플러 도파관(402)은 하부 기판(114)으로부터 돌출되는 강성 요소인 한 쌍의 앵커(anchor)(410)에 물리적으로 부착된다. 이 영역에서 커플러 도파관이 강성 구조 요소에 부착되기 때문에, 가로행 도파관(204) 위의 높이는 고정된다.
MEMS 액추에이터(404)는 전술된 MEMS 액추에이터(304)와 유사하며, 다른 한 쌍의 앵커(410)에 연결된 스트럿(strut)(412), 전극(414) 및 테더(tether)(416)를 포함한다.
스트럿(412)은 이동식 단부(406-1)를 각각의 전극(414)에 연결하는, 실질적으로 강성인 요소이다.
전극(414)은 기판(114)(미도시)에 배치된, 대응하는 전극 쌍 위에 위치하여, 두 쌍의 전극 사이에 인가된 전압으로 하여금 전극, 스트럿 및 이동식 단부를 기판 쪽으로 당기는 정전기력을 발생시키도록 하며, 그에 따라 커플러 도파관(402)과 가로행 도파관(204) 사이의 분리를 감소시킨다.
테더(416)는 z- 방향으로는 가요성이나 x- 및 y- 방향을 따라서는 실질적으로 강성인, "스프링형"요소이다. 테더(416)의 가요성은 가로행 도파관(204)에 대해 상대적인 이동식 단부(406-1)의 움직임을 가능하게 한다.
MEMS 액추에이터(404)가 미작동 상태에 있을 때, 이동식 단부(406-1)는 거리(d1)만큼 가로행 도파관(204)으로부터 분리된다. 그 결과, 전술된 바와 같이, 두 개의 도파관은 광학적으로 결합되지 않고, 커플러(112)는 OFF 상태에 있다.
MEMS 액추에이터(404)가 작동 상태에 있을 때, 이동식 단부(406-1)는 돌출부(418)의 높이에 의해 결정되는 거리(d2)만큼 가로행 도파관(204)으로부터 분리되도록, 아래로 힘이 가해진다. 그 결과, 두 개의 도파관은, 실질적으로 모든 광 신호(120)가 커플러 도파관(402)에 에바네센트(evanescently) 결합하고 격자 요소(408)로 전파될 수 있도록 하는, 방향성 커플러(420)를 집합적으로 규정한다. 이후, 광 신호의 광 에너지는 격자 요소(408) 및 ON 상태의 커플러(112)에 의해 자유 공간으로 방사된다.
MEMS 제어 수직 커플러(212)는 단지 예시일 뿐이며, MEMS 제어 수직 커플러(212)에 대한 무수히 많은 대안적 설계가 본 발명의 범위 내에 있다는 점에 유의해야 한다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 커플러 도파관은 MEMS 제어 수직 커플러(212)에 포함되지 않으며 격자 요소는 MEMS 액추에이터(404) 자체 상에 배치된다.
도 4d는 본 발명에 따른 MEMS 제어 수직 커플러의 대안적인 실시예의 평면도의 개략도를 도시한다. MEMS 제어 수직 커플러(212A)는 MEMS 액추에이터(404), 격자 요소(408), 플랫폼(422) 및 커플러 도파관(424)을 포함한다.
플랫폼(422)은 MEMS 액추에이터의 중앙에 형성된 실질적으로 강성인 구조 요소이다. 플랫폼(422)은 커플러 도파관(402)의 이동식 부분과 유사한 커플러 도파관(424)을 포함한다.
도 4e 및 4f는 각각 OFF 및 ON 상태에 있는 MEMS 제어 수직 커플러(212A)의 개략도를 도시한다. 도 4e 및 도 4f에 도시된 단면도는 도 4d에 도시된 라인 b-b를 통해 획득한 것이다.
MEMS 액추에이터(404)가 미작동 상태에 있을 때, 이동식 단부(406-1)는 거리(d1)만큼 가로행 도파관(204)으로부터 분리된다. 그 결과, 두 개의 도파관은 광학적으로 결합되지 않고, 커플러(112)는 OFF 상태에 있다.
MEMS 액추에이터(404)가 작동 상태에 있을 때, 가로행 도파관(204) 및 커플러 도파관(424)는 방향성 커플러(426)를 집합적으로 규정하여, 가로행 도파관으로부터의 광 에너지를 격자 요소(408) 내로 직접 결합시키고, 이후 에너지를 자유 공간으로 방출한다.
일부 실시예에서, MEMS 제어 수직 커플러(212)는 동일한 평면에 놓인 가로행 도파관 및 커플링 도파관을 포함하고, 전술된 바와 같이, 이동식 션트 도파관을 사용하여 스위칭이 구현된다.
도 4g는 본 발명에 따른 다른 대안적인 MEMS 제어 수직 커플러의 평면도의 개략도를 도시한다. MEMS 제어 수직 커플러(212B)는 MEMS 액추에이터(304), 가로행 도파관(204), 커플러 도파관(424), 션트 도파관(302) 및 커플러(112)를 포함한다. MEMS 제어 수직 커플러(212B)는 전술된 MEMS 광 스위치(206)와 유사하며 도 3a 내지 도 3c와 관련된다.
MEMS 액추에이터(304)가 미작동 상태에 있을 때, 션트 도파관은 가로행 도파관(204) 및 커플러 도파관(424) 위에 잘 유지된다. 그 결과, 두 개의 도파관은 광학적으로 결합되지 않고, 커플러(112)는 전력이 공급되지 않는다.
MEMS 액추에이터(304)가 작동 상태에 있을 때, 션트 도파관(302)은 각각의 가로행 도파관(204) 및 커플러 도파관(424)과 광학적으로 결합되어, 션트 도파관의 각 단부에서 방향성 커플러를 규정한다. 그 결과, 광 에너지는 가로행 도파관으로부터 션트 도파관으로, 그리고 션트 도파관에서 커플링 도파관으로 결합된다. 광 에너지는 커플링 도파관에 의해 커플러(112)로 전달되고, 이에 따라 광 에너지를 자유 공간으로 방출하도록 커플러에 전력을 공급한다.
도 5는 본 발명에 따른 대안적인 프로그래밍 가능한 커플러 어레이를 도시한다. 커플러 어레이(500)는 커플러 어레이(104)와 유사하지만, 커플러 어레이(500)는 복수의 광 신호를 복수의 커플러(112)로 지향시키도록 구성되어, 동시에 복수의 출력 빔을 형성하고 스티어링할 수 있는 빔 스티어링 시스템이 가능하도록 한다.
커플러 어레이(500)는 스위칭 네트워크(502) 및 수직 커플러(112), 버스 도파관(202) 및 가로행 도파관(204-1 내지 204-M)을 포함한다.
스위칭 네트워크(502)는 가로행 스위치(504) 및 세로열 스위치(506-1 내지 506-M)를 포함한다.
가로행 스위치(504)는 입력 신호(120-1 내지 120-L) 중 임의의 신호를 가로행 도파관(204-1 내지 204-M) 중 상이한 하나로 지향시키도록 작동하는 LxM 스위치이다.
세로열 스위치(506-1 내지 506-M) 각각은 N 개의 스위치(510)를 포함하는 1xN 광 스위치이다. 세로열 스위치(506-1)는 가로행 스위치(504)로부터 수신한 광 신호를 커플러(112)(1,1) 내지 커플러(112)(1,N) 중 하나로 지향시키고, 세로열 스위치(506-2)는 광 신호(120-2)를 커플러(112)(2,1) 내지 커플러(112)(2,N) 중 하나로 지향시킨다.
그 결과, 커플러 어레이(500)를 포함하는 빔 스티어링 시스템은, 복수의 독립적으로 스티어링 가능한 시준된 출력 빔(110-1 내지 110-L)을 제공할 수 있다.
전술된 바와 같이, 독립적으로 제어 가능한 스위치를 가지는 빔 시스템에는, 필요한 전기 신호의 수가 문제될 수 있다. 예를 들어, 시스템(500)에서 필요한 전기 신호의 수는 NxM + LxM이다. 그러나, 일부 실시예에서, 전기 패키징 문제를 완화하기 위해 집적 전기 어드레싱 회로가 포함된다. 이러한 집적은 모놀리식 집적, 하이브리드 집적, 플립칩 본딩 등과 같은 광범위한 종래 기술 중 임의의 기술을 통해 이루어질 수 있다.
시스템(500)의 아키텍처는 가로행 당 하나의 커플러(112)만이 가로행 스위치(504)로부터 광 신호를 수신할 수 있다는 점에서 블로킹(blocking) 방식이라는 사실에 유의해야 한다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 대안적인 프로그래밍 가능한 커플러 어레이를 도시한다. 프로그래밍 가능한 커플러 어레이(600)는, 복수의 독립적으로 스티어링 가능한 출력 빔을 제공하도록 구성된 빔 스티어링 시스템에서 사용하기에 적합한, 논블로킹(non-blocking) 방식의 커플러 어레이이다. 프로그래밍 가능한 커플러 어레이(600)는 프로그래밍 가능한 커플러 어레이(500)와 유사하지만, 스위칭 네트워크(602)는 LxM 광 스위치인 가로행 스위치 및 PxN 광 스위치인 M 세로열 스위치를 포함한다.
커플러 어레이(600)는 스위칭 네트워크(602), 수직 커플러(112), 버스 도파관(202), 및 가로행 도파관(204-1 내지 204-MxP)을 포함한다.
스위칭 네트워크(602)는 가로행 스위치(604) 및 세로열 스위치(606-1 내지 606-M)를 포함한다.
가로행 스위치(604)는 입력 신호(120-1 내지 120-L) 중 임의의 신호를 버스 도파관(204-1 내지 204-MxP) 중 상이한 하나에 지향시키도록 작동하는 Lx (MxP) 스위치이다.
각 세로열 스위치(506-1 내지 506-M)는 각각의 P 가로행 도파관(204)에서 수신된 광 신호를 N 커플러(112) 중 임의의 하나로 지향시킬 수 있는 PxN 광 스위치이다. 세로열 스위치(506-1)는 가로행 도파관 204(1,1) 내지 가로행 도파관(204)(1,P) 각각 상에서 수신한 광 신호를 커플러(112)(1,1) 내지 커플러(112)(1,N) 중 임의의 하나로 지향시키고, 세로열 스위치(506-2)는 가로행 도파관 204(2,1) 내지 가로행 도파관(204)(2,P) 각각 상에서 수신한 광 신호를 커플러(112)(2,1) 내지 커플러(112)(2,N) 중 어느 하나로 지향시킨다.
즉, 커플러(112)의 각 행은 P 도파관 및 PxN 스위치(606)를 통해 Lx(MxP) 스위치(604)에 연결된다. 그 결과, 임의의 P 입력 신호는 동일한 가로행의 격자 커플러에 동시에 액세스할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 대안적인 빔 스티어링 시스템의 측면도의 개략도를 도시한다. 빔 스티어링 시스템(700)은 빔 스티어링 시스템(100)과 유사하지만, 빔 스티어링 시스템(700)은 종래의 수직 격자 커플러인 커플러를 포함하는 커플러 어레이(702)를 포함한다.
커플러 어레이(702)는 스위칭 네트워크(110) 및 수직 커플러(704(1,1) 내지 704(M, N))(커플러(704)로 통칭)를 포함한다.
커플러(704)는 커플러(112)와 유사하지만, 도시된 예에서, 커플러(704)는 초점면(FP1)에 실질적으로 수직인 전파 방향을 따라 전파되는 비교적 작은 발산 광 신호로서 자유 공간 방출(즉, 광 신호(706))을 직접 제공하도록 구성된, 종래의 수직 격자 커플러이다. 그 결과, 광 신호(706)는 렌즈(102)의 광학 구경의 비교적 작은 부분과만 상호 작용한다.
렌즈(102)는 광 신호(706)를 수신하여 이를 출력 빔(708)으로서 시준하고, 출력 빔이 출력 축(A3)을 따라 전파되도록 방향을 전환한다. 전술된 바와 같이, 그리고 도 1a 내지 도 1d와 관련하여, 광축(A1)에 대한 출력 축(A3)의 각도는 커플러 어레이(702) 내의 커플러(704)(i,j)의 위치에 따라 결정된다.
본 발명은 단지 하나의 예시적인 실시예를 교시할 뿐이며, 본 명세서를 읽은 후 본 발명의 다양한 변형이 당업자에 의해 용이하게 고안될 수 있고, 본 발명의 범위는 다음의 청구항에 의해 결정된다는 점을 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 장치에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 가로행 도파관; 및
    제1 수직 커플러를 포함하되, 상기 제1 수직 커플러는:
    (i) 제1 이동식 단부 및 제1 고정식 단부 - 상기 제1 고정식 단부는 상기 기판에 대해 이동이 불가능한 제1 수직 커플링 요소를 포함함 - 를 가지는 제1 커플러 도파관 - 상기 제1 수직 커플링 요소는 상기 제1 커플러 도파관으로부터 수신된 광(光) 에너지를 자유공간으로 방사하도록 구성됨 -; 및
    (ii) 상기 제1 커플러 도파관과 작동 가능하게 결합되며, 상기 제1 커플러 도파관이 상기 제1 가로행 도파관으로부터 광학적으로 분리되는 상기 기판 위의 제1 높이와 상기 제1 커플러 도파관이 상기 제1 가로행 도파관과 광학적으로 결합되는 상기 기판 위의 제2 높이 사이에서, 상기 제1 이동식 단부를 이동시키도록 구성된 제1 액추에이터;
    를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가로행 도파관을 포함하는 복수의 가로행 도파관;
    상기 제1 수직 커플러를 포함하는 수직 커플러 어레이;를 더 포함하되, 상기 커플러 어레이 내의 상기 수직 커플러 각각은, 상기 복수의 가로행 도파관의 각각의 가로행 도파관과 작동 가능하게 결합될 수 있으며, 각각의 수직 커플러는:
    (i) 이동식 단부 및 고정식 단부 - 상기 고정식 단부는 상기 기판에 대해 이동이 불가능한 수직 커플링 요소를 포함함 - 를 가지는 커플러 도파관 - 상기 수직 커플링 요소는 상기 커플러 도파관으로부터 수신된 광 에너지를 자유공간으로 방사하도록 구성됨 -; 및
    (ii) 상기 커플러 도파관과 작동 가능하게 결합되며, 상기 커플러 도파관이 상기 복수의 가로행 도파관의 각각의 가로행 도파관으로부터 광학적으로 분리되는 상기 기판 위의 제1 높이와 상기 커플러 도파관이 상기 복수의 가로행 도파관의 각각의 가로행 도파관과 광학적으로 결합되는 상기 기판 위의 제2 높이 사이에서, 상기 이동식 단부를 이동시키도록 구성된 액추에이터;
    를 더 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    렌즈를 더 포함하되, 상기 렌즈 및 상기 수직 커플러 어레이는, 상기 렌즈가 각각의 수직 커플링 요소에 의해 방사된 상기 광 에너지를 수신하도록 하고, 상기 광 에너지를, 상기 수직 커플러 어레이 내의 상기 수직 커플링 요소의 위치에 기반한 방향으로 지향시키도록 배열된, 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기판 상의 입력 포트로부터 상기 수직 커플러 어레이의 임의의 수직 커플러로의 광 신호의 전파를 제어하도록 작동하는 스위칭 네트워크를 더 포함하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 네트워크는, 상기 수직 커플러 어레이 내의 임의의 수직 커플러가, 상기 수직 커플러 어레이 내의 임의의 다른 수직 커플러가 상기 광 신호의 적어도 일부를 수신하는지 여부에 관계없이 상기 광 신호의 적어도 일부를 수신할 수 있도록 하는 논블로킹 스위칭 네트워크인, 장치.
  6. 방법에 있어서,
    상기 기판 상에 배치된 제1 가로행 도파관을 제공하는 단계;
    제1 이동식 단부 및 제1 고정식 단부 - 상기 제1 고정식 단부는 상기 기판에 대해 이동이 불가능한 제1 수직 커플링 요소를 포함함 - 를 가지는 제1 커플러 도파관 - 상기 제1 수직 커플링 요소는 상기 제1 커플러 도파관으로부터 수신된 광(光) 에너지를 자유공간으로 방사하도록 구성됨 - 을 포함하는 제1 수직 커플러를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 커플러 도파관이 상기 제1 가로행 도파관으로부터 광학적으로 분리되는 상기 기판 위의 제1 높이와 상기 제1 커플러 도파관이 상기 제1 가로행 도파관과 광학적으로 결합되는 상기 기판 위의 제2 높이 사이에서, 상기 제1 이동식 단부를 제어하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판 상에 배치된 복수의 가로행 도파관 - 상기 복수의 가로행 도파관은, 상기 제1 가로행 도파관을 포함함 - 을 제공하는 단계;
    상기 제1 수직 커플러를 포함하는 수직 커플러 어레이를 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 수직 커플러 어레이 내의 상기 수직 커플러 각각은, 상기 복수의 가로행 도파관의 각각의 가로행 도파관과 작동 가능하게 결합될 수 있으며, 각각의 수직 커플러는:
    (i) 이동식 단부 및 고정식 단부 - 상기 고정식 단부는 상기 기판에 대해 이동이 불가능한 수직 커플링 요소를 포함함 - 를 가지는 커플러 도파관 - 상기 수직 커플링 요소는 상기 커플러 도파관으로부터 수신된 광 에너지를 자유공간으로 방사하도록 구성됨 -; 및
    (ii) 상기 커플러 도파관과 작동 가능하게 결합되며, 상기 커플러 도파관이 상기 복수의 가로행 도파관의 각각의 가로행 도파관으로부터 광학적으로 분리되는 상기 기판 위의 제1 높이와 상기 커플러 도파관이 상기 복수의 가로행 도파관의 각각의 가로행 도파관과 광학적으로 결합되는 상기 기판 위의 제2 높이 사이에서, 상기 이동식 단부를 이동시키도록 구성된 액추에이터;
    를 더 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판 상의 상기 입력 포트로부터 상기 수직 커플러 어레이 내의 임의의 수직 커플러로의 상기 광 신호의 전파를 제어하는 단계;
    상기 수직 커플러 어레이 내의 적어도 하나의 수직 커플러에 의해 방사된 광 에너지를, 상기 수직 커플러 어레이와 광학적으로 결합된 렌즈에서 수신하는 단계; 및
    상기 수직 커플러 어레이 내의 적어도 하나의 수직 커플러의 위치에 기반한 방향으로 상기 광 에너지를 지향시키는 단계;
    를 더 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수직 커플러 어레이 내의 상기 적어도 하나의 수직 커플러에서 상기 렌즈의 수차를 보정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 입력 포트로부터 상기 수직 커플러 어레이의 임의의 수직 커플러로의 광 신호의 전파를 제어하는 상기 기판 상의 스위칭 네트워크를 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 스위칭 네트워크는, 상기 수직 커플러 어레이 내의 임의의 수직 커플러가, 상기 수직 커플러 어레이 내의 임의의 다른 수직 커플러가 상기 광 신호의 적어도 일부를 수신하는지 여부에 관계없이 상기 광 신호의 적어도 일부를 수신할 수 있도록 하는 논블로킹 스위칭 네트워크로서 제공되는, 방법.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10845671B2 (en) 2017-10-27 2020-11-24 Exciting Technology, Llc System, method and apparatus for non-mechanical optical and photonic beam steering
US11835841B2 (en) 2017-10-27 2023-12-05 Exciting Technology LLC System, method and apparatus for non-mechanical optical and photonic beam steering
US11835838B2 (en) 2017-10-27 2023-12-05 Exciting Technology LLC System, method and apparatus for non-mechanical optical and photonic beam steering
EP3811107A4 (en) * 2018-06-19 2022-04-13 The Regents of the University of California BEAM STEERING CONTROL SYSTEM BASED ON AN ARRAY OF MEMS OPERATED VERTICAL COUPLERS
US11906785B2 (en) * 2019-07-01 2024-02-20 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Photonic integrated circuit outcoupling array for imaging-based beam steering
US20210063541A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-04 Lumentum Operations Llc Multi-channel lidar optical sub-assembly with shared optics
US11822205B2 (en) 2020-04-17 2023-11-21 Exciting Technology LLC System, method, and apparatus for high precision light beam steering using rotating lens elements
WO2022266229A1 (en) * 2021-06-15 2022-12-22 Exciting Technology LLC System, method, and apparatus for high precision light beam steering
CN111722237B (zh) * 2020-06-02 2023-07-25 上海交通大学 基于透镜和集成光束收发器的激光雷达探测装置
US20220003842A1 (en) * 2020-07-02 2022-01-06 Robert Bosch Gmbh Lidar Module With Monolithic Array
CN117425837A (zh) * 2021-05-10 2024-01-19 奈伊系统公司 具有二维硅光子MEMS开关阵列的伪单站LiDAR
EP4323809A1 (en) * 2021-05-19 2024-02-21 Neye Systems, Inc. Lidar with microlens array and integrated photonic switch array
WO2023022737A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 Shifamed Holdings, Llc Adjustable shunting systems with energy redirecting elements, and associated methods and devices
WO2024039032A1 (ko) * 2022-08-19 2024-02-22 삼성전자 주식회사 디스플레이 장치

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5543805A (en) * 1994-10-13 1996-08-06 The Boeing Company Phased array beam controller using integrated electro-optic circuits
JP3386930B2 (ja) * 1995-06-22 2003-03-17 株式会社日立製作所 光スイッチ装置
JPH10160964A (ja) 1996-11-27 1998-06-19 Idec Izumi Corp 光デバイス、光導入装置および光検出装置
US6360036B1 (en) * 2000-01-14 2002-03-19 Corning Incorporated MEMS optical switch and method of manufacture
US6925218B2 (en) * 2000-05-26 2005-08-02 Vitesse Semiconductor Corporation Control techniques and devices for an optical switch array
US20030108274A1 (en) * 2000-08-22 2003-06-12 Dan Haronian Mode coupled optomechanical devices
US6944361B2 (en) * 2001-04-13 2005-09-13 Gazillion Bits, Inc. Electrically controllable integrated optical cross-connect
US6760512B2 (en) * 2001-06-08 2004-07-06 Hrl Laboratories, Llc Electro-optical programmable true-time delay generator
US6842563B2 (en) * 2001-10-22 2005-01-11 Oplux, Inc. Waveguide grating-based wavelength selective switch actuated by micro-electromechanical system
US6683711B2 (en) * 2001-10-22 2004-01-27 Integrated Optics Communications Corporation Wavelength selective light source using Bragg-grating
US7298555B2 (en) 2001-12-07 2007-11-20 The Boeing Company Optical beam steering using small angle beam steering device
US6608715B2 (en) * 2001-12-10 2003-08-19 Integrated Optics Communications Corporation Wavelength converter using Bragg-grating
JP2005519323A (ja) 2002-03-01 2005-06-30 ローズマウント インコーポレイテッド 三次元導光板を有する光学スイッチ
US20030231821A1 (en) 2002-06-13 2003-12-18 Clarke William L. Integrated optical crossbar switch
US20040228574A1 (en) 2003-05-14 2004-11-18 Yu Chen Switchable optical dispersion compensator using Bragg-grating
US9274320B2 (en) 2011-10-07 2016-03-01 National University Of Singapore MEMS-based zoom lens system
US10310148B2 (en) * 2013-05-22 2019-06-04 Finisar Corporation Systems and methods of aberration correction in optical systems
WO2015015249A1 (en) 2013-07-30 2015-02-05 Nokia Corporation Optical beams
US10061085B2 (en) 2014-01-11 2018-08-28 The Regents Of The University Of California Silicon-photonics-based optical switch
US9778421B2 (en) 2015-10-14 2017-10-03 Nistica, Inc. Large scale optical switch using asymmetric 1×2 elements
WO2017151843A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-08 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Naval Chip-scale two-dimensionai optical phased array with simplified controls
EP3510441B1 (en) 2016-09-09 2021-03-31 The Regents of The University of California Silicon-photonics-based optical switch with low polarization sensitivity
JP6520879B2 (ja) * 2016-09-23 2019-05-29 株式会社豊田中央研究所 スイッチ式光アンテナ、スイッチ式光アンテナアレイ、および光走査装置
US10739520B2 (en) 2016-12-16 2020-08-11 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. All-solid state optical transmit/receive terminal
WO2018227007A1 (en) 2017-06-07 2018-12-13 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Integrated mems switches for selectively coupling light in and out of a waveguide
EP3811107A4 (en) * 2018-06-19 2022-04-13 The Regents of the University of California BEAM STEERING CONTROL SYSTEM BASED ON AN ARRAY OF MEMS OPERATED VERTICAL COUPLERS

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