KR940006344B1 - 2차원 퍼팩트 셔플 스위칭 네트워크용 광학계 구성방식 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

2차원 퍼팩트 셔플 스위칭 네트워크용 광학계 구성방식

제 1 도는 1차원 퍼팩트 셔플 네트워크의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

제 2 도는 2차원 퍼팩트 셔플링을 설명하기 위한 도면.

제 3 도는 4개의 촛점을 갖도록 컴퓨터에 의해 설계된 홀로그램(4-f CGH). 제3(a)도 평편 입사파에 대해 촛점평면사 (즉, f위치)에 4개의 촛점이 맺힌 상태를 나타낸 도면. 제3(b)더 한개의 점광원이 4개의 상으로 맺힌 상태를 나타낸 도면.

제 4 도는 4개의 점광원이 4-f CGH에 의해 2f의 위치에서 9개의 상으로 맺힌 상태를 나타낸 도면.

제 5 도는 하나의 4-f CGH 에 의해 2차원 퍼팩트 셔플이 구현되는 원리를 설명하기 위한 도면.

제 6 도는 4-f CGH를 이용한 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크 평면집적 광학계(planar integrated optics)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

제 7 도는 스위칭 노드층(nide stage)에 쓰이는 광소자 어레이의 구성도.

본 발명은 스위칭 네트워크 구성방식 중의 하나의 퍼택트 셔플 네트워크(perfect shuffle network)를 광학적으로 구현하는 방식에 관한 것으로, 촛점평면(focal plane)상에 4개의 촛점을 맺도록 컴퓨터에 의해 설계된 홀로그램(computer generated hologram) : 이하, 'CGH'라 칭함)을 이용하여, 광학적 2차원-퍼팩트 셔플 네트워크(optical 2-dimensional perfect shuffle network)를 구성하는 방식에 관한 것이다. 이러한 네트워크 구현반식은 2차원으로 배열된 입력채널을 병렬정보 처리방식에 따라 스위칭 하는 것을 가능하게 해주며, 특히 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크를 평면 집적 광학계(planar integrated optics)로 구성하는 것을 가능하게 해준다.

제 1 도는 퍼팩트 셔플 네트워크를 설명하기 위한 개략도이다. 8개의 입력채널(N=8)에 대해 (N=8)에 대해 (Log₂N)개의 연결층(link stage : m = 0,1,2)와 (log₂N)+1개의 노드층(node stage : m=0,1,2,3)으로 구성되어 있다. 각 연결층의 배선구조를 보면, 각 노드층에 있는 채널(channel) 들이 하나씩 교대로 사이에 끼어, 완전히 섞여 있는 (perfect shuffling)구조를 갖는다. 각 노드층에 있는 채널들이 1차원으로 배열되어 있는데, 광통신이나 광정보처리계 등에 이러한 네트워크를 적용하고 광학계의 2차원 병렬정보(신호) 처리능력을 최대로 살리기 위해서는 2차원으로 배열되어 있는 채널신호를 처리하기 위한 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크의 광학적 구성방식이 필요하다.

제 2 도는 2차원 퍼팩트 셔플을 설명하기 위한 것이다. 2차원으로 4개의 사분면에 도면에서와 같이 배열된 입력 채널신호가, 도면 우측과 같이 전체 4사분면으로 골고루 섞여 퍼팩트 셔플이 되는 것을 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크라 한다. 하드웨어적으로 구성하기 위해서는 일반적으로 평면배선 구조로는 거의 불가능하며, 입력과 출력간에 어떠한 배선을 사용하지 않고 공간적으로 신호를 보낼 수 있는 자유공간 광학계가 필요하다. 즉, 각각의 사분면에 배열된 채널을 공간적으로 확대시키고 한개의 채널간격 만큼 이동(shift)시키는 광학계가 필요하게 되는데, 본 발명에서는 컴퓨터에 의해 미리 계산되어 설계되고 제작된 하나의 CGH 소장에 의해 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크를 구성하는 방식을 고안하였다.

제 3 도는 4개의 촛점을 갖는 컴퓨터로 고안된 홀로그램(4-f CGH)의 작용원리를 설명하는 개략도이다. 제3(a)도는 평면 입사파에 대해 거리가 f인 지점(즉, z=f 지점)에 4개의 촛점이 맺히는 4-f CGH를 설명하는 것이며, 도면 제3(b)도에서와 같이 거리가 2f인 지점(즉, z=2f 지점)에서 4개의 상으로 맺히기도 한다. 여기서, f는 4-f CGH의 촛점거리이다. 4-f CGH의 제작은 4개의 점광운과 평면파에 의해 생기는 간섭현상을 컴퓨터로 계산하여, 일반적으로 널리 쓰이고 있는 리소그래피 기술에 의해 공간기판 위에 제작할 수 있다(4-f CGH 제작에 관한 것은, 잘알려진 프레넬 렌즈-Fresnel Zone plate 혹은 렌즈-를 만드는 것과 유사하므로, 본 명세서에서는 그에 관한 자세한 설명을 생략하기로 한다.).

제 4 도는 제 3 도에서 설명한 4-f CGH에 의해 4-f CGH의 좌측에서 거리가 2f인 지점(즉, z=-2f인 지점)에 있는 4개의 점광원이 4-f CGH의 우측거리가 2f인 지점(즉, z=2f 지점)에 놓인 상평면(image plane)에서 9개의 상으로 맺히는 것을 설명하는 도면이다. 상평면에 맺힌 9개의 상중에서 중앙에는, 4개의 점광원이 하나로 중첩(superposition)되게 되며, 그밖에는 2개의 점광원이 중첩되거나, 하나의 점광원만이 상으로 맺히게 된다(제 4 도에서는 설명을 용이하게 하기 위해 중첩된 상을 약간씩 옮겨 놓았다.)

제 5 도는 하나의 4-f CGH를 이용하여 2차원 퍼팩트 셔플을 구현하는 원리를 설명하는 것이다. 제 4 도에서 설명된 원리에 의해, 4-f CGH의 좌측거리 2f인 지점(즉, z=-2f 지점)에 놓인 4개의 4×4 배열된 채널들이 4-f CGH의 우측 2f인 지점(즉, z=2f인 지점)의 상평면 중앙에서 중첩된다. 그런데, 각 채널 배열들간에 도면에서 보는 바와같이 한 채널 간격 만큼씩 이동되어 배열시키게 되면, 상평면의 중첩된 중앙부분에서 2차원적으로 퍼팩트 셔플된 결과를 얻을 수 있다. 즉, 제 2 도의 입력(INPUT)을 z=-2f 채널배열 위체 놓으면 제 2 도의 출력결과를 상평면의 중앙에서 얻게 된다. 4-f CGH를 이용하여 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크를 구성하는 방식은 단지 하나의 CGH 소자만을 필요로 하므로, 종래에 4개의 광학렌즈를 사용하는 방식에 비해 광학시스템이 간단할 뿐만 아니라, 다음에 제 6 도에서 설명되는 바와같이 평면집적 광학계(planar integrated optics)로 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크를 구성하는 것을 가능하게 해준다(단, 광신호 처리속도, 채널수, 광신호 혹은 에너지 손실량 등은 4개의 렌즈를 사용하는 종래의 방식과 동일하다.)

제 6 도는 4-f CGH 소자를 이용한 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크의 평면집적 광학계를 설명하는 개략도이다. 일반적인 경우인 m번째 노드층과 (m+1)번째 노드층간의 퍼팩트 셔플 연결(m번재 연결층)이 도시되어 있으며, m번째 노드층에 있는 2개의 채널 배열중 하나가 되시되어 있고, (m+1)번째 노드층의 중앙에서 검출되는 결과가 도시되어 있다.

유리와 같은 광학기판(optical substrate) 위면에 4-f CGH 소자가 제작되어 있고, 밑면에는 노드층에 해당하는 광 소자가 위치되어 있는데, 이러한 3개의 소자들로 한번의 2차원 퍼팩트 셔플 배선망이 구성될 수 있으며, 4-f CGH 소자와 광소자들을 좌우에 연이어 제작하므로써, 여러층으로 구성된 광스위칭 네트워크(즉, 임의의 크기의 채널수)를 구성할 수 있다.

제 7 도는 노드층에 있는 광소자의 구성도이다. 중앙에 있는 광검출소자 어레이(photodetector array)에서 퍼팩트 셔플링된 결과를 검출하고, 주위에 있는 광원용 레이저 다이오드 어레이(Laser diode array)로 검출결과가 연결되어, 다음 연결층으로 광신호가 보내어진다.

결론적으로, 광통신용 교환기의 광정보 처리계에 필요한 스위칭 네트워크 구성방식 중의 하나로, 퍼팩트 셔플 네트워크를 2차원적으로 구현하는 광학계 구성방식을 4-f CGH 광소자를 이용한 본 발명은 종래의 광학적 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크 구성방식에서는 어려웠던, 평면집적 광학계로 구성되어진 2차원 퍼팩트 셔플 네트워크를 가능하게 해주고, 기존의 광통신용 광전 집적회로(optoelectronic integrated circuit ; OEIC)와 접속이 가능한 동일한 규모와 매우 안정된 2차원 퍼팩트 셔플 스위칭 광학계를 구성하는 것을 가능하게 한다.

Claims (1)

1. 광통신용 교환 시스템에서 2차원으로 배열된 복수의 채널들로 각각 입력되는 광신호들의 경로를 전환하기 위한 2차원 스위칭 네트워크를 구성하는 방식에 있어서, 상평면(image plane)에 4개의 촛점을 맺는 4-f CGH 소자를 광학기판의 상부에 설치하고, 상기 광학기판의 하부에 광검출 소자를 설치하여 2차원 스위칭 네트워크의 각 노드층을 형성하는 것을 특징으로 하는 2차원 퍼팩트 셔플 스위칭 네크워크용 광학계 구성방식.