KR20120116674A - 도파로형 고밀도 광 매트릭스 스위치 - Google Patents

도파로형 고밀도 광 매트릭스 스위치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120116674A
KR20120116674A KR1020110034261A KR20110034261A KR20120116674A KR 20120116674 A KR20120116674 A KR 20120116674A KR 1020110034261 A KR1020110034261 A KR 1020110034261A KR 20110034261 A KR20110034261 A KR 20110034261A KR 20120116674 A KR20120116674 A KR 20120116674A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
optical waveguides
waveguides
switch
waveguide
Prior art date
Application number
KR1020110034261A
Other languages
English (en)
Inventor
신장욱
한영탁
박상호
백용순
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020110034261A priority Critical patent/KR20120116674A/ko
Priority to US13/347,719 priority patent/US20120263413A1/en
Publication of KR20120116674A publication Critical patent/KR20120116674A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q3/00—Selecting arrangements
    • H04Q3/42—Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker
    • H04Q3/52—Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker using static devices in switching stages, e.g. electronic switching arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G02B6/3546—NxM switch, i.e. a regular array of switches elements of matrix type constellation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/05—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 multimode
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/02—Materials and properties organic material
    • G02F2202/022—Materials and properties organic material polymeric
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/02—Function characteristic reflective
    • G02F2203/023—Function characteristic reflective total internal reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0201—Add-and-drop multiplexing
    • H04J14/0202—Arrangements therefor
    • H04J14/021—Reconfigurable arrangements, e.g. reconfigurable optical add/drop multiplexers [ROADM] or tunable optical add/drop multiplexers [TOADM]
    • H04J14/0212—Reconfigurable arrangements, e.g. reconfigurable optical add/drop multiplexers [ROADM] or tunable optical add/drop multiplexers [TOADM] using optical switches or wavelength selective switches [WSS]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • H04Q2011/0052—Interconnection of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2213/00—Indexing scheme relating to selecting arrangements in general and for multiplex systems
    • H04Q2213/1301—Optical transmission, optical switches

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

도파로형 광 매트릭스 스위치가 제공된다. 이 광 매트릭스 스위치는 서로 평행한 두 개의 직선 광 도파로들, 직선 광 도파로들 사이에서 직선 광 도파로들의 내측부들을 서로 연결하면서 X자 형태로 서로 교차하는 두 개의 교차 광 도파로들 및 직선 광 도파로와 교차 광 도파로가 연결되는 부위들 상에 구비되는 반사 전극들을 포함하는 2×2 광 스위치들, 및 하나의 열의 2×2 광 스위치들 중 하나의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로들 중 하나와 인접하는 열의 동일한 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로를 연결하는 직선 연결 광 도파로 및 직선 광 도파로들 중 다른 하나와 인접하는 열의 다른 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로를 연결하는 교차 연결 광 도파로를 포함하는 연결 광 도파로들을 포함한다. 직선 광 도파로들, 교차 광 도파로들 및 연결 광 도파로들은 다중 모드 광 도파로인 것을 특징으로 한다.

Description

도파로형 고밀도 광 매트릭스 스위치{Waveguide Type High Density Optical Matrix Switch}
본 발명의 도파로형 광 스위치에 관한 것으로, 더 구체적으로 고밀도의 광 매트릭스 스위치에 관한 것이다.
인터넷 트래픽(internet traffic) 증가에 따라, 복수 지점간 대용량 신호의 효율적 전송이 필요해졌다. 이에 따라, 링(Ring) 형태나 메쉬(Mesh) 형태의 네트워크(network)가 요구되고 있다. 링 형태의 네트워크에서는 로드엠(ROADM : Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexing) 시스템이 주로 사용된다. 복잡한 스위칭(swiching) 기능이 요구되는 메쉬 형태의 네트워크에서는 고밀도 파장 분할 다중화(DWDM : Dense Wavelength Division Multiplexing) 신호의 파장 단위 광회선 분배기(OXC : Optical Cross Connector) 기술이 사용된다. 현재 광회선 분배기는 광전 변환-스위칭-전광 변환 과정을 거치는 불투명(opaque) 방식과 광 매트릭스(matrix) 스위치를 이용한 투명(transparent) 방식으로 분류된다. 최근 트래픽의 급속한 증가로 인하여 광회선 분배기는 상위 계층 스위치를 통과하지 않도록, 광전 변환-전광 변환 없이 광 신호를 스위칭할 수 있는 투명 방식의 요구가 많이 증가하고 있다. 이러한 투명 방식의 광회선 분배기의 상용화를 위해서는 광 매트릭스 스위치의 원활한 공급이 가장 필수적 요인이다.
종래의 광 매트릭스 스위치의 대표적인 기술로는 멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용한 광 매트릭스 스위치를 들 수 있다. 이 기술은 정밀하게 가공된 미세 기계 장치에서 전기적 작동으로 거울을 움직여서 광 신호를 반사시킴으로써, 광 경로를 전환하는 방식의 광 매트릭스 스위치이다. 이와 같은 종래 기술의 광 매트릭스 스위치의 경우, 각각의 경로마다 광 입력부 및 광 출력부에 광 평행 시준(collimation)을 위한 광학계가 필요하다. 또한, 미세한 거울의 가공을 위해 매우 복잡한 다단계의 제작 공정이 필요하다. 뿐만 아니라, 사용할 때에 있어서 변형할 수 있는 기계적인 구조를 포함하기 때문에, 근본적으로 먼지, 진동 또는 온도 변화 등과 같은 주위 환경의 변화에 대한 안정성이 낮다.
본 발명이 해결하려는 과제는 매우 단순하고, 기계적 움직임이 전혀 없는 구조를 가져 안정성이 우수한 고밀도 광 매트릭스 스위치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 n×n(n은 2x; x는 2 이상의 자연수) 광 매트릭스 스위치를 제공한다. 이 광 매트릭스 스위치는 서로 평행한 두 개의 직선 광 도파로들, 직선 광 도파로들 사이에서 직선 광 도파로들의 내측부들을 서로 연결하면서 X자 형태로 서로 교차하는 두 개의 교차 광 도파로들 및 직선 광 도파로와 교차 광 도파로가 연결되는 부위들 상에 구비되는 반사 전극들을 포함하는 2×2 광 스위치들, 및 하나의 열의 2×2 광 스위치들 중 하나의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로들 중 하나와 인접하는 열의 동일한 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로를 연결하는 직선 연결 광 도파로 및 직선 광 도파로들 중 다른 하나와 인접하는 열의 다른 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로를 연결하는 교차 연결 광 도파로를 포함하는 연결 광 도파로들을 포함할 수 있다. 직선 광 도파로들, 교차 광 도파로들 및 연결 광 도파로들은 다중 모드 광 도파로인 것을 특징으로 할 수 있다.
직선 광 도파로들 및 교차 광 도파로들은 히터 전극이 동작하는 상태일 때, 전반사 현상을 일으킬 수 있다. 직선 광 도파로들 및 교차 광 도파로들은 음의 열광학 계수를 가질 수 있다.
직선 광 도파로에 대한 교차 광 도파로의 꺾임 정도는 6~12도 범위일 수 있다.
직선 광 도파로들, 교차 광 도파로들 및 연결 광 도파로들은 기판, 기판 상의 하부 클래드, 하부 클래드 상의 코어 및 코어 상의 상부 클래드를 포함할 수 있다.
기판은 히터 전극이 동작하는 상태일 때, 열 경사도가 큰 것일 수 있다. 기판은 실리콘 재질 또는 유리 재질을 포함할 수 있다.
하부 클래드, 코어 및 상부 클래드는 폴리머일 수 있다.
코어와 하부 클래드 및 코어와 상부 클래드 사이의 굴절률 차이는 0.25~1％-Δ 범위의 값을 가질 수 있다.
직선 광 도파로들 및 교차 광 도파로들의 폭은 20~50μm 범위의 값을 가질 수 있다.
연결 광 도파로들은 하나의 열의 2×2 광 스위치들 중 하나의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로들 중 하나를 인접하는 열의 동일한 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로와 연결하는 직선 연결 광 도파로 및 하나의 열의 2×2 광 스위치들 중 하나의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로들 중 다른 하나를 인접하는 열의 다른 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로와 연결하는 교차 연결 광 도파로를 포함할 수 있다.
2×2 광 스위치들의 직선 광 도파로에 대한 교차 연결 광 도파로의 꺾임 정도는 4~30도 범위일 수 있다.
교차 연결 광 도파로가 꺾이는 부위들에 인접하게 형성되어, 광의 경로를 변경시키는 트렌치들을 더 포함할 수 있다.
트렌치의 깊이는 상부 클래드의 두께보다는 크고, 하부 클래드, 코어 및 상부 클래드의 두께의 총합보다는 작은 범위의 값을 가질 수 있다.
트렌치들을 채우는 광학 물질을 더 포함하되, 광학 물질의 굴절률은 코어의 굴절률보다 낮을 수 있다.
연결 광 도파로들의 폭은 직선 광 도파로들 및 교차 광 도파로들의 폭보다 같거나 클 수 있다.
하나의 2×2 광 스위치의 히터 전극들은 모두 동시에 동작할 수 있다.
시작 열의 상기 2×2 광 스위치들의 직선 광 도파로들과 연결 광 도파로들에 의해 연결되되, 행의 개수와 동일한 2×2 광 스위치들로 구성된 전단 2×2 광 스위치 배열 및 끝 열의 2×2 광 스위치들의 직선 광 도파로들과 연결 광 도파로들에 의해 연결되되, 행의 개수와 동일한 2×2 광 스위치들로 구성된 후단 2×2 광 스위치 배열을 더 포함할 수 있다.
전단 2×2 광 스위치 배열의 직선 광 도파로들의 시작 단부들에 연결되면서, 입력용 광 섬유들과 연결되는 입력 포트들 및 후단 2×2 광 스위치 배열의 직선 광 도파로들의 끝 단부들에 연결되면서, 출력용 광 섬유들과 연결되는 출력 포트들을 더 포함할 수 있다.
입력 포트들 및 출력 포트들 각각은 직선 광 도파로에 연결되는 테이퍼형 광 도파로 및 테이퍼형 광 도파로에 연결되는 단일 모드 광 도파로를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 n×n(n은 2x; x는 2 이상의 자연수) 고밀도 광 매트릭스 스위치를 제공한다. 이 광 매트릭스 스위치는 서로 평행한 두 개의 직선 광 도파로들, 직선 광 도파로들 사이에서 직선 광 도파로들의 내측부들을 서로 연결하면서 X자 형태로 서로 교차하는 두 개의 교차 광 도파로들, 및 직선 광 도파로와 교차 광 도파로가 연결되는 부위들 상에 구비되는 반사 전극들을 포함하는 2×2 광 스위치들, 하나의 열의 상기 2×2 광 스위치들 중 하나의 2×2 광 스위치의 상기 직선 광 도파로들 중 하나와 인접하는 열의 동일한 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로를 연결하는 직선 연결 광 도파로 및 상기 직선 광 도파로들 중 다른 하나와 인접하는 열의 다른 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로를 연결하는 교차 연결 광 도파로를 포함하는 연결 광 도파로들, 및 연결 광 도파로가 꺾이는 부위들에 인접하게 형성되어, 광의 경로를 변경시키는 트렌치들을 포함할 수 있다. 직선 광 도파로들, 교차 광 도파로들 및 연결 광 도파로들은 다중 모드 광 도파로인 것을 특징으로 할 수 있다.
직선 광 도파로들, 교차 광 도파로들 및 연결 광 도파로들은 폴리머 다중 모드 광 도파로일 수 있다.
시작 열의 상기 2×2 광 스위치들의 직선 광 도파로들과 연결 광 도파로들에 의해 연결되되, 행의 개수와 동일한 2×2 광 스위치들로 구성된 전단 2×2 광 스위치 배열 및 끝 열의 2×2 광 스위치들의 직선 광 도파로들과 연결 광 도파로들에 의해 연결되되, 행의 개수와 동일한 2×2 광 스위치들로 구성된 후단 2×2 광 스위치 배열을 더 포함할 수 있다.
전단 2×2 광 스위치 배열의 직선 광 도파로들의 시작 단부들에 연결되면서, 입력용 광 섬유들과 연결되는 입력 포트들 및 후단 2×2 광 스위치 배열의 직선 광 도파로들의 끝 단부들에 연결되면서, 출력용 광 섬유들과 연결되는 출력 포트들을 더 포함할 수 있다.
입력 포트들 및 출력 포트들 각각은 직선 광 도파로에 연결되는 테이퍼형 광 도파로 및 테이퍼형 광 도파로에 연결되는 단일 모드 광 도파로를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 2×2 광 스위치들만을 서로 연결하여 n×n 광 매트릭스 스위치를 구성함으로써, n×n 광 매트릭스 스위치의 구조가 매우 단순하고, 기계적 움직임을 갖지 않을 수 있다. 이에 따라, 안정성이 우수한 고밀도 광 매트릭스 스위치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 종래의 MEMS 기술을 이용한 광 매트릭스 스위치에 비하여 구조가 매우 간단하고, 공정이 단순하기 때문에, 저가격의 고밀도 광 매트릭스 스위치의 양산에 매우 유리한 구조이다.
뿐만 아니라, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 종래의 MEMS 기술을 이용한 광 매트릭스 스위치에 비해 기계적 움직임이 전혀 없는 구조이기 때문에, 기계적인 진동이나 온도 변화 등 환경적 변화 요인에 대한 안정성이 우수한 구조이다.
이에 더하여, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 기본 단위인 2×2 광 스위치의 네 개의 반사 전극들을 한 묶음으로 동시에 제어할 수 있기 때문에, 종래의 광 매트릭스 스위치보다 간단한 제어 회로의 구성이 가능한 구조이다.
게다가, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 광의 입출력 부분에만 단일 모드 광 도파로 및 테이퍼형 광 도파로를 적용하고, 그 이외 광 도파로들이 직렬 또는/및 병렬로 교차하는 부분에는 다중 모드 광 도파로를 사용하기 때문에, 광 매트릭스 스위치의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 예를 들어, 종래의 실리카 광 도파로를 이용한 16×16 광 매트릭스 스위치의 경우, 코어와 클래드 간의 굴절률 차이가 0.75%-Δ로 본 발명에 비하여 굴절률 차이가 높은 광 도파로를 사용함에도 불구하고 광 매트릭스 스위치 칩의 폭 및 길이가 10cm를 넘는다. 그러나 본 발명의 다중 모드 광 도파로를 이용한 전반사형 16×16 광 매트릭스 스위치는 약 5.5cm 이내로 광 매트릭스 스위치 칩 제작이 가능한 구조이다. 이에 따라, 광 모듈의 대량 생산 및 저가격화에 매우 유리한 장점을 가진다.
추가로, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 열광학 계수의 절대값이 매우 높으면서, 전반사 효과를 이용하는 경우 소모 전력이 낮은 폴리머 광 도파로를 사용하고, 더욱이 코어와 클래드 사이의 굴절률 차이가 낮은 광 도파로 구조를 사용함으로써, 전반사 효율을 극대화시키는 것이 가능하기 때문에, 소모 전력 측면에서 매우 유리한 구조이다. 예를 들어, 종래의 실리카 광 도파로를 이용한 광 매트릭스 스위치의 경우, 반사 전극 한 개당 소모 전력이 300~600mW인 반면에, 본 발명에서는 반사 전극 한 개당 소모 전력이 약 20~25mW에 불과하다.
이상과 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 낮은 광 손실, 우수한 분리성(isolation), 작은 칩 크기, 및 저전력으로 동작 가능한 특징들을 가지며, 궁극적으로 양산 제품의 수율 향상, 저가격화 및 대량 생산에 매우 유리한 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치의 기본 단위 광 스위치로 사용되는 2×2 광 스위치의 구조를 설명하기 위한 구성 평면도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4×4 광 매트릭스 스위치의 구조를 설명하기 위한 구성 평면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 8×8 광 매트릭스 스위치의 구조를 설명하기 위한 구성 평면도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 구성도;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치에 사용되는 꺾인 광 도파로의 곡선 구조를 설명하기 위한 구성 평면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
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, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치의 기본 단위 광 스위치로 사용되는 2×2 광 스위치의 구조를 설명하기 위한 구성 평면도이다.
도 1을 참조하면, 2×2 광 스위치(100)는 두 개의 직선 광 도파로들(110a, 110b), 두 개의 교차 광 도파로들(120ab, 120ba) 및 네 개의 반사 전극들(130)을 포함한다.
두 개의 직선 광 도파로들(110a, 110b)은 서로 평행하다. 두 개의 교차 광 도파로들(120ab, 120ba)은 직선 광 도파로들(110a, 100b) 사이에서 직선 광 도파로들(110a,110b)의 내측부들을 서로 연결하면서 X자 형태로 서로 교차할 수 있다. 직선 광 도파로들(110a, 110b)에 대한 교차 광 도파로들(110ab, 110ba)의 꺾임 정도는 6~12도 범위일 수 있다. 네 개의 반사 전극들(130)은 직선 광 도파로들(110a, 110b)과 교차 광 도파로들(110ab, 110ba)이 연결되는 부위들 상에 구비될 수 있다. 반사 전극들(130)은 직선 광 도파로들(110a, 110b)에 대한 교차 광 도파로들(110ab, 110ba)의 꺾임 정도와 유사하게 직선 광 도파로들(110a, 110b)에 대해 꺾인 형태로 배치될 수 있다.
직선 광 도파로들(110a, 110b) 및 교차 광 도파로들(120ab, 120ba)은 다중 모드(multi-mode) 광 도파로일 수 있다. 바람직하게는, 직선 광 도파로들(110a, 110b) 및 교차 광 도파로들(120ab, 120ba)은 폴리머(polymer) 다중 모드 광 도파로일 수 있다. 직선 광 도파로들(110a, 110b) 및 교차 광 도파로들(120ab, 120ba)은 기판, 기판 상의 하부 클래드(clad), 하부 클래드 상의 코어(core) 및 코어 상의 상부 클래드를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하부 클래드, 코어 및 상부 클래드는 폴리머일 수 있다. 기판은 반사 전극들(130)이 동작하는 상태일 때, 열 경사도가 큰 물질일 수 있다. 바람직하게는, 기판은 실리콘 재질 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 직선 광 도파로들(110a, 110b) 및 교차 광 도파로들(120ab, 120ba)의 폭은 20~50μm 범위의 값을 가질 수 있다.
반사 전극들(130)은 직선 광 도파로들(110a, 110b)과 교차 광 도파로들(110ab, 110ba)이 연결되는 부위들 상에서 열광학(thermo-optic) 효과를 이용하여 전반사 현상을 일으킬 수 있다. 직선 광 도파로들(110a, 110b) 및 교차 광 도파로들(110ab, 110ba)은 음의 열광학 계수를 가질 수 있다. 바람직하게는, 반사 전극들(130)은 히터(heater) 전극일 수 있다.
직선 광 도파로(110a, 110b) 및 교차 광 도파로들(110ab, 110ba)의 코어-클래드 굴절률 차이는 비교적 낮은 온도 차에서 전반사에 의한 스위칭이 가능하도록 0.35%-Δ 범위의 작은 굴절률 차이를 이용할 수 있다. 이 경우, 일반적인 상용 광 섬유와의 모드 크기가 거의 동일하여 광 섬유 결합(coupling) 손실도 매우 낮을 수 있다.
이러한 2×2 광 스위치(100)는 반사 전극들(130)이 동작하지 않는 상태에서는 평행한 두 개의 직선 광 도파로들(110a, 110b)로 입력된 광이 그대로 평행한 두 개의 직선 광 도파로들(110a, 110b)을 통해 평행 상태(bar state)로 출력(미도시)되지만, 반사 전극들(130)이 동작하는 상태에서는 평행한 두 개의 직선 광 도파로들(110a. 110b)로 입력된 광이 반사 전극들(130)의 동작에 의한 굴절률 변화에서 기인하는 전반사 현상에 의해 X자 형태의 두 개의 교차 광 도파로들(110ab, 110ba)을 거쳐 반대쪽 평행한 두 개의 직선 광 도파로들(110a, 110b)로 교차 상태(cross state)로 출력(점선 화살표)된다.
이때, 네 개의 반사 전극들(130)은 동시에 동작하거나 또는 동작하지 않을 수 있기 때문에, 반사 전극들(130)은 하나의 전원에 연결되어 동시에 동작할 수 있다. 따라서, 종래의 MEMS 기술을 이용한 광 매트릭스 스위치의 경우, 기본 단위 스위치의 반사 전극들을 별도로 조절해야 하는 데 비하여, 본 발명의 2×2 광 스위치(100)의 네 개의 반사 전극들(130)은 하나의 묶음으로 동시에 동작이 조절될 수 있기 때문에, 스위치 제어 회로를 4분의 1 이하로 줄일 수 있는 장점을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고밀도 광 매트릭스 스위치는 2×2 광 스위치(100)를 기본 구조로 사용하고, 다중 모드 광 도파로를 이용하여 다단 연결하여 구성된다. 이하 고밀도 광 매트릭스 스위치의 구성을 위한 2×2 광 스위치들(100)이 다단 연결된 구조를 기술하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4×4 광 매트릭스 스위치의 구조를 설명하기 위한 구성 평면도이다.
도 2를 참조하면, 4×4 광 매트릭스 스위치(1100)는 상부 및 하부 두 개의 2×2 광 스위치(도 1의 100 참조)로 구성된 스위칭부(B), 및 스위칭부(B)의 전단 및 후단에 각각 배치된 전단 2×2 광 스위치 배열(A) 및 후단 2×2 광 스위치 배열(C)이 연결 광 도파로들(150p, 150x)에 의해 서로 연결되어 구성될 수 있다. 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(A, C)의 2×2 광 스위치들의 개수는 스위칭부(B)의 행의 개수와 동일할 수 있다. 즉, 4×4 광 매트릭스 스위치(1100)에서의 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(A, C)은 두 개의 2×2 광 스위치들로 구성될 수 있다.
전단 2×2 광 스위치 배열(A)의 두 개의 2×2 광 스위치들 각각의 직선 광 도파로들(도 1의 110a 및 110b 참조) 중 하나는 스위칭부(B)의 상부 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로와 연결되고, 그리고 다른 하나는 스위칭부(B)의 하부 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로와 연결될 수 있다. 후단 2×2 광 스위치 배열(C)의 두 개의 2×2 광 스위치들 각각의 직선 광 도파로들 중 하나는 스위칭부(B)의 상부 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로와 연결되고, 그리고 다른 하나는 스위칭부(B)의 하부 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로와 연결될 수 있다.
연결 광 도파로들(150p, 150x)은 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(A, C)의 2×2 광 스위치들 중 하나의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로들 중 하나를 스위칭부(B)의 동일한 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로와 연결하는 직선 연결 광 도파로(150p) 및 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(A, C)의 2×2 광 스위치들 중 하나의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로들 중 다른 하나를 스위칭부(B)의 다른 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로와 연결하는 교차 연결 광 도파로(150x)를 포함할 수 있다. 직선 광 도파로들에 대한 교차 연결 광 도파로들(150x)의 꺾임 정도는 4~30도 범위일 수 있다.
연결 광 도파로들(150p, 150x)은 다중 모드 광 도파로일 수 있다. 바람직하게는, 연결 광 도파로들(150p, 150x)은 폴리머 다중 모드 광 도파로일 수 있다. 연결 광 도파로들(150p, 150x)의 폭은 직선 광 도파로들 및 교차 광 도파로들(도 1의 120ab 및 120ba 참조)의 폭보다 같거나 클 수 있다. 바람직하게는, 연결 광 도파로들(150p, 150x)의 폭은 20~60μm 범위의 값을 가질 수 있다.
교차 연결 광 도파로들(150x)이 꺾이는 부위들에 인접하게 형성되어, 광의 경로를 변경시키는 트렌치들(trench, 140)을 포함할 수 있다. 트렌치들(140)은 직선 광 도파로들에 대한 교차 연결 광 도파로들(150x)의 꺾임 정도와 유사하게 직선 광 도파로들에 대해 꺾인 형태로 배치되도록 형성될 수 있다. 트렌치(140)의 깊이는 상부 클래드의 두께보다는 크고, 하부 클래드, 코어 및 상부 클래드의 두께의 총합보다는 작은 범위의 값을 가질 수 있다.
트렌치들(140)을 채우는 광학 물질을 더 포함할 수 있다. 광학 물질의 굴절률은 코어의 굴절률보다 낮을 수 있다.
4×4 광 매트릭스 스위치(1100)는 전단 2×2 광 스위치 배열(A)의 2×2 광 스위치들의 직선 광 도파로들의 시작 단부들에 연결되면서, 입력용 광 섬유들(미도시)과 연결되는 입력 포트들(160i) 및 후단 2×2 광 스위치 배열(C)의 2×2 광 스위치들의 직선 광 도파로들의 끝 단부들에 연결되면서, 출력용 광 섬유들(미도시)과 연결되는 출력 포트들(160o)을 더 포함할 수 있다. 입력 포트들(160i) 및 출력 포트들(160o) 각각은 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(A, C)의 2×2 광 스위치들의 직선 광 도파로에 연결되는 테이퍼형 광 도파로 및 테이퍼형 광 도파로에 연결되는 단일 모드 광 도파로를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 8×8 광 매트릭스 스위치의 구조를 설명하기 위한 구성 평면도이다.
도 3을 참조하면, 8×8 광 매트릭스 스위치(1200)는 상부 및 하부 두 개의 4×4 광 매트릭스 스위치(도 2의 1100 참조)로 구성된 스위칭부(Bab, Bat), 및 스위칭부(Bab, Bat)의 전단 및 후단에 각각 배치된 전단 2×2 광 스위치 배열(Aa) 및 후단 2×2 광 스위치 배열(Ca)이 연결 광 도파로들(도 2의 150p 및 150x 참조)에 의해 서로 연결되어 구성될 수 있다. 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(Aa, Ca)의 2×2 광 스위치들의 개수는 스위칭부(Bab, Bat)의 행의 개수와 동일할 수 있다. 즉, 8×8 광 매트릭스 스위치(1200)에서의 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(Aa, Ca)은 네 개의 2×2 광 스위치들로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, n×n(n은 2x; x는 2 이상의 자연수) 광 매트릭스 스위치(1300)는 상부 및 하부 두 개의 (n/2)×(n/2) 광 매트릭스 스위치로 구성된 스위칭부(Bbb, Bbt), 및 스위칭부(Bbb, Bbt)의 전단 및 후단에 각각 배치된 전단 2×2 광 스위치 배열(Ab) 및 후단 2×2 광 스위치 배열(Cb)이 연결 광 도파로들(도 2의 150p 및 150x 참조)에 의해 서로 연결되어 구성될 수 있다. 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(Ab, Cb)의 2×2 광 스위치들의 개수는 스위칭부(Bbb, Bbt)의 행의 개수와 동일할 수 있다. 즉, n×n 광 매트릭스 스위치(1300)에서의 전단 및 후단 2×2 광 스위치 배열들(Ab, Cb)은 n/2 개의 2×2 광 스위치들로 구성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖도록 2의 x승에 해당하는 n에 대하여 n×n 광 매트릭스 스위치(1300)를 2×2 광 스위치들만을 서로 연결하여 구성하는 구조가 가능할 수 있다. 본 발명에서는 2×2 광 스위치들 사이를 연결하기 위한 연결 광 도파로가 2×2 광 스위치를 구성하는 다중 모드 광 도파로와 동일한 다중 모드 광 도파로로 구성됨으로써, 단일 모드 광 도파로와 다중 모드 광 도파로 사이의 변환을 위한 단열적(adiabatic) 테이퍼 구조가 제거될 수 있다. 이에 따라, 단순하고 용이하게 고밀도의 n×n 광 매트릭스 스위치(1300)가 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치에 사용되는 꺾인 광 도파로의 곡선 구조를 설명하기 위한 구성 평면도이다.
도 5를 참조하면, 2×2 광 스위치들만을 서로 연결하여 도 2 내지 도 4의 실시예들과 같은 광 매트릭스 스위치를 구성하기 위해서는 교차 연결 광 도파로(도 2의 150x)와 같이 다중 모드 광 도파로의 굽힘(Bend)이 필요하다.
일반적으로 광 도파로의 굽힘에 필요한 곡률 반경은 광 손실과 직결된다. 이러한 광 손실을 줄이기 위해서는 곡률 반경이 큰 곡선을 이용하여야 한다. 그러나 곡률 반경이 큰 곡선의 경우, 곡선의 크기가 매우 커짐에 따라 전체 광 소자의 크기가 커질 수밖에 없다. 따라서, 고밀도 광 소자의 제작이 불가능해진다. 이에 따라, 본 발명에서는 효과적으로 다중 모드 광 도파로의 곡률 반경을 감소시켜, 고밀도 n×n 광 매트릭스 스위치를 제작할 수 있도록 꺾인 다중 모드 광 도파로(150b)에 전반사 현상을 야기할 수 있는 트렌치들(140)을 포함하는 트렌치 구조를 적용한다.
꺾인 다중 모드 광 도파로(150b)는 작은 각도의 직선 다중 모드 광 도파로의 꺾임이 계속 연결되어 있는 구조이며, 직선 다중 모드 광 도파로들 사이의 꺾임이 있는 부분에는 광이 전반사될 수 있도록, 특정 영역을 식각하여 트렌치들(140)을 구성한다. 꺾인 다중 모드 광 도파로(150b)로 입력된 광은 트렌치들(140)이 형성된 영역에서 전반사가 일어나면서, 꺾인 교차점에서 광 신호가 꺾인 다중 모드 광 도파로(150b)의 꺾임을 따라 전송이 일어난다. 각각의 꺾임이 여러 번 순차적으로 반복됨에 따라, 필요한 만큼의 다중 모드 광 도파로에 대한 굽힘을 얻을 수 있다. 이때, 트렌치(140)의 반사면 위치는 전반사될 때의 전자기장의 투과 깊이(penetration depth)를 고려하여 기하학적 반사면 위치에서 약 1μm 정도 얕게 위치 조정이 필요하다.
트렌치들(140)이 형성된 꺾인 다중 모드 광 도파로(150b)에서의 광 전송에 따른 손실 값을 광 전송 방법(BPM : Beam Propagation Method)으로 계산한 결과, 꺾인 다중 모드 광 도파로(150)의 폭이 45μm, 그리고 꺾임 각이 20도인 경우에는 한 번의 꺾임에서 0.08dB 정도의 손실 값이 나타났다. 따라서, 40도의 굽힘을 위해서 두 번의 꺾임을 사용할 경우, 0.16dB 정도의 낮은 손실을 예상할 수 있다. 이러한 경우 꺾인 다중 모드 광 도파로(150b)는 1,500μm 이하의 매운 작은 곡률 반경을 가진다.
상기한 본 발명의 실시예들에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 2×2 광 스위치들만을 서로 연결하여 n×n 광 매트릭스 스위치를 구성함으로써, n×n 광 매트릭스 스위치의 구조가 매우 단순하고, 기계적 움직임을 갖지 않을 수 있다. 이에 따라, 안정성이 우수한 고밀도 광 매트릭스 스위치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 종래의 MEMS 기술을 이용한 광 매트릭스 스위치에 비하여 구조가 매우 간단하고, 공정이 단순하기 때문에, 저가격의 고밀도 광 매트릭스 스위치의 양산에 매우 유리한 구조이다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예들에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 종래의 MEMS 기술을 이용한 광 매트릭스 스위치에 비해 기계적 움직임이 전혀 없는 구조이기 때문에, 기계적인 진동이나 온도 변화 등 환경적 변화 요인에 대한 안정성이 우수한 구조이다.
이에 더하여, 본 발명의 실시예들에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 기본 단위인 2×2 광 스위치의 네 개의 반사 전극들을 한 묶음으로 동시에 제어할 수 있기 때문에, 종래의 광 매트릭스 스위치보다 간단한 제어 회로의 구성이 가능한 구조이다.
게다가, 본 발명의 실시에들에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 광의 입출력 부분에만 단일 모드 광 도파로 및 테이퍼형 광 도파로를 적용하고, 그 이외 광 도파로들이 직렬 또는/및 병렬로 교차하는 부분에는 다중 모드 광 도파로를 사용하기 때문에, 광 매트릭스 스위치의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 예를 들어, 종래의 실리카 광 도파로를 이용한 16×16 광 매트릭스 스위치의 경우, 코어와 클래드 간의 굴절률 차이가 0.75%-Δ로 본 발명에 비하여 굴절률 차이가 높은 광 도파로를 사용함에도 불구하고 광 매트릭스 스위치 칩의 폭 및 길이가 10cm를 넘는다. 그러나 본 발명의 다중 모드 광 도파로를 이용한 전반사형 16×16 광 매트릭스 스위치는 약 5.5cm 이내로 광 매트릭스 스위치 칩 제작이 가능한 구조이다. 이에 따라, 광 모듈의 대량 생산 및 저가격화에 매우 유리한 장점을 가진다.
추가로, 본 발명의 실시예들에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 열광학 계수의 절대값이 매우 높으면서, 전반사 효과를 이용하는 경우 소모 전력이 낮은 폴리머 광 도파로를 사용하고, 더욱이 코어와 클래드 사이의 굴절률 차이가 낮은 광 도파로 구조를 사용함으로써, 전반사 효율을 극대화시키는 것이 가능하기 때문에, 소모 전력 측면에서 매우 유리한 구조이다. 예를 들어, 종래의 실리카 광 도파로를 이용한 광 매트릭스 스위치의 경우, 반사 전극 한 개당 소모 전력이 300~600mW인 반면에, 본 발명에서는 반사 전극 한 개당 소모 전력이 약 20~25mW에 불과하다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 n×n 광 매트릭스 스위치는 낮은 광 손실, 우수한 분리성, 작은 칩 크기, 및 저전력으로 동작 가능한 특징들을 가지며, 궁극적으로 양산 제품의 수율 향상, 저가격화 및 대량 생산에 매우 유리한 장점을 갖는다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 2×2 광 스위치
110a, 110b : 직선 광 도파로
120ab, 120ba : 교차 광 도파로
130 : 히터 전극
140 : 트렌치
150b : 꺾인 다중 모드 광 도파로
150p : 직선 연결 광 도파로
150x : 교차 연결 광 도파로
160i : 입력 포트
160o : 출력 포트
1100 : 4×4 광 매트릭스 스위치
1200 : 8×8 광 매트릭스 스위치
1300 : n×n 광 매트릭스 스위치

Claims (14)

  1. 서로 평행한 두 개의 직선 광 도파로들, 상기 직선 광 도파로들 사이에서 상기 직선 광 도파로들의 내측부들을 서로 연결하면서 X자 형태로 서로 교차하는 두 개의 교차 광 도파로들, 및 상기 직선 광 도파로와 상기 교차 광 도파로가 연결되는 부위들 상에 구비되는 반사 전극들을 포함하는 2×2 광 스위치; 및
    하나의 열의 상기 2×2 광 스위치들 중 하나의 2×2 광 스위치의 상기 직선 광 도파로들 중 하나와 인접하는 열의 동일 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로를 연결하는 직선 연결 광 도파로 및 상기 직선 광 도파로들 중 다른 하나와 인접하는 열의 다른 행의 2×2 광 스위치의 직선 광 도파로를 연결하는 교차 연결 광 도파로를 포함하는 연결 광 도파로들을 포함하되,
    상기 직선 광 도파로들, 상기 교차 광 도파로들 및 상기 연결 광 도파로들은 다중 모드 광 도파로인 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 직선 광 도파로들 및 상기 교차 광 도파로들은 상기 히터 전극이 동작하는 상태일 때, 전반사 현상을 일으키는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 직선 광 도파로에 대한 상기 교차 광 도파로의 꺾임 각은 6~12도 범위인 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 직선 광 도파로들, 상기 교차 광 도파로들 및 상기 연결 광 도파로들은:
    기판;
    상기 기판 상의 하부 클래드;
    상기 하부 클래드 상의 코어; 및
    상기 코어 상의 상부 클래드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 재질 또는 유리 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 코어와 상기 하부 클래드 및 상기 코어와 상기 상부 클래드 사이의 굴절률 차이는 0.25~1％-Δ 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 직선 광 도파로들 및 상기 교차 광 도파로들의 폭은 20~50μm 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 2×2 광 스위치의 상기 직선 광 도파로에 대한 상기 교차 연결 광 도파로의 꺾임 각은 4~30도 범위인 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 교차 연결 광 도파로가 꺾이는 부위들에 인접하게 형성되어, 광의 경로를 변경시키는 트렌치들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 트렌치의 깊이는 상기 상부 클래드의 두께보다는 크고, 상기 하부 클래드, 상기 코어 및 상기 상부 클래드의 두께의 총합보다는 작은 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 연결 광 도파로들의 폭은 상기 직선 광 도파로들 및 상기 교차 광 도파로들의 폭보다 같거나 큰 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  12. 제 1항에 있어서,
    시작 열의 상기 2×2 광 스위치들의 상기 직선 광 도파로들과 상기 연결 광 도파로들에 의해 연결되되, 상기 행의 개수와 동일한 2×2 광 스위치들로 구성된 전단 2×2 광 스위치 배열; 및
    끝 열의 2×2 광 스위치들의 상기 직선 광 도파로들과 상기 연결 광 도파로들에 의해 연결되되, 상기 행의 개수와 동일한 2×2 광 스위치들로 구성된 후단 2×2 광 스위치 배열을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 전단 2×2 광 스위치 배열의 상기 직선 광 도파로들의 시작 단부들에 연결되면서, 입력용 광 섬유들과 연결되는 입력 포트들; 및
    상기 후단 2×2 광 스위치 배열의 상기 직선 광 도파로들의 끝 단부들에 연결되면서, 출력용 광 섬유들과 연결되는 출력 포트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 입력 포트들 및 상기 출력 포트들 각각은:
    상기 직선 광 도파로에 연결되는 테이퍼형 광 도파로; 및
    상기 테이퍼형 광 도파로에 연결되는 단일 모드 광 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 매트릭스 스위치.
KR1020110034261A 2011-04-13 2011-04-13 도파로형 고밀도 광 매트릭스 스위치 KR20120116674A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110034261A KR20120116674A (ko) 2011-04-13 2011-04-13 도파로형 고밀도 광 매트릭스 스위치
US13/347,719 US20120263413A1 (en) 2011-04-13 2012-01-11 Waveguide type high density optical matrix switches

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110034261A KR20120116674A (ko) 2011-04-13 2011-04-13 도파로형 고밀도 광 매트릭스 스위치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120116674A true KR20120116674A (ko) 2012-10-23

Family

ID=47006433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110034261A KR20120116674A (ko) 2011-04-13 2011-04-13 도파로형 고밀도 광 매트릭스 스위치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20120263413A1 (ko)
KR (1) KR20120116674A (ko)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4746183A (en) * 1986-02-24 1988-05-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Electrically controlled integrated optical switch
US5630004A (en) * 1994-09-09 1997-05-13 Deacon Research Controllable beam director using poled structure
NL1001841C2 (nl) * 1995-12-07 1997-06-10 Nederland Ptt Optische koppelinrichting en optische schakelaar voor toepassing in de optische koppelinrichting.
US6343171B1 (en) * 1998-10-09 2002-01-29 Fujitsu Limited Systems based on opto-electronic substrates with electrical and optical interconnections and methods for making
US6219475B1 (en) * 1999-04-19 2001-04-17 National Science Council Nondestructive measurement method of individual mode loss for waveguides
US6614960B2 (en) * 1999-12-23 2003-09-02 Speotalis Corp. Optical waveguide structures
US7218812B2 (en) * 2003-10-27 2007-05-15 Rpo Pty Limited Planar waveguide with patterned cladding and method for producing the same
US7397989B2 (en) * 2004-09-21 2008-07-08 Dynamic Method Enterprises Limited Optical switches
CN101194222A (zh) * 2005-02-07 2008-06-04 Rpo私人有限公司 包含反射光学元件的波导设计
KR101433856B1 (ko) * 2010-07-21 2014-08-27 한국전자통신연구원 광 스위치 소자 및 그의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20120263413A1 (en) 2012-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3486700B1 (en) Optical switch and optical switching system
EP3467556B1 (en) Optical switch and optical switching system
JP4616470B2 (ja) 光スイッチ
JP5913139B2 (ja) 導波路型光スイッチ
WO2015147966A2 (en) Silicon-photonics-based optical switch
KR102064860B1 (ko) 비대칭 1x2 소자들을 사용하는 대용량 광 스위치
US20020159684A1 (en) Novel optical waveguide switch using cascaded mach-zehnder interferometers
US20220269007A1 (en) Ultra-broadband silicon waveguide micro-electro-mechanical systems (mems) photonic switch
JP4023584B2 (ja) 光スイッチ
JP6117447B2 (ja) マルチキャストスイッチおよびマルチキャストスイッチモジュール
JP4727279B2 (ja) マトリクス光スイッチ
US6801690B1 (en) Grating-based wavelength selective switch
KR20120116674A (ko) 도파로형 고밀도 광 매트릭스 스위치
JP2006038897A (ja) 導波路型光スイッチ単位素子および導波路型マトリクス光スイッチ
JPH049823A (ja) 光クロスバスイッチ
JP2009157114A (ja) 導波路型光干渉計回路
JP5168905B2 (ja) 光スイッチ及び経路切り替え方法
JP2008281639A (ja) 光偏向素子、光偏向モジュール及び光スイッチモジュール、並びに光偏向方法
US6748130B2 (en) Optical switch and using method therefor
Fujita et al. The integration of silica and polymer waveguide devices for ROADM applications
CN212872974U (zh) 基于平面光波导的两通道波分复用或解复用的光器件
JP2004029519A (ja) 光スイッチ
CN116736449A (zh) 用机械双稳态梁的集成波导mems光开关及n×n阵列
JP4112287B2 (ja) 光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュール
CN111913253A (zh) 基于平面光波导的两通道波分复用或解复用的光器件

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid