KR101832874B1 - 광 교차연결 장치 - Google Patents

Abstract

구성 소자의 복잡도에 따르는 신뢰성 저하의 문제점을 해소하고 경박단소화를 달성한 광 교차연결 장치에 관해 개시하고 있다. 본 발명의 가장 큰 특징은, 그레이팅, 스위칭 소자 등의 구성요소를 단일하게 채용하고 단일 소자에 여러 번의 광경로가 통과하도록 하여 개별적으로 다른 소자를 이용하는 경우에 비해 신뢰성이 높고 소형화도 달성할 수 있는 광 교차연결 장치를 구현할 수 있다는 것이다.

Description

광 교차연결 장치{OPTICAL CROSS-CONNECT DEVICE}

본 발명은 광 교차연결 장치에 관한 것으로, 특히 구성 소자의 수를 줄여 경박단소화를 달성함으로써 제품의 신뢰성을 높인 광 교차연결 장치에 관한 것이다.

최근 인터넷에서의 폭발적인 트래픽 증가에 따라, 광 교차연결(optical cross-connect) 기술이 광통신 분야에서 매우 중요해졌다. 광 스위칭은 이러한 광 교차연결 기술의 핵심으로서 임의의 입력 포트로 입력된 광신호를 다른 출력 포트로 연결해 줄 수 있는 기능을 말한다.

광 교차연결 장치에 대한 종래기술로서는, 일본 특허공개 제2013-218201호에 개시된 기술이 있다. 도 1은 종래기술로 개시된 일본 특허공개 제2013-218201호의 광 교차연결 장치의 개략적 사시도이다. 도 1은 비충돌(contentionless) MxN 스위칭을 구현하는 광학 장치 구성의 일 예를 보여주는 것으로서, 복수의 입력 포트(5)에서 나온 각 빔(beam)이 도파로 어레이(8)를 거쳐 제1 렌즈(15)에 의해 시준된(collimated) 후, 그레이팅(grating; 10)에서 디멀티플렉싱(분파; demultiplexed)된다. 그 다음 제2 렌즈(16)에 의해 포커싱되어 입력단 편향 소자 어레이(20)인 MEMS 미러 어레이의 각 포트 및 파장에 해당하는 위치에 집속된다. 포트 및 파장에 따라 각각 스위칭된 빔은 릴레이 광학계에 해당하는 각종 렌즈들(23, 24, 22, 25)을 차례로 거쳐 출력단 편향 소자 어레이(21)인 MEMS 미러 어레이의 각 위치에 전송되고, 입력 분파 광학계(2)와 동일한 구조의 출력 합파 광학계(4)를 거쳐 멀티플렉싱된(합파; multiplexed) 후, 출력 포트(6)의 광섬유 어레이(14)로 전송된다. 도 1을 참조하면, 그레이팅은 모두 같은 참조번호인 10으로 표시되어 있으나, 장치의 구성상 별개 소자로 되어 있음을 알 수 있다. 또한, 입력단 편향 소자 어레이(20)와 출력단 편향 소자 어레이(21)는 MEMS 미러 어레이로 이루어져 있으나, 이 역시 장치의 구성상 별개 소자로 되어 있다.

도 2는 도 1에서 설명된 종래기술의 광 교차연결 장치를 광경로에 따라 펼쳐서 나타낸 도면이다. 도 2에는 도 1의 모든 구성요소를 나타낸 것이 아니라 주요 구성요소만을 나타내었으며, 전송빔은 점선으로 나타내었음에 유의해야 한다. 도 1및 도 2를 참조하면, 입력 포트(5)에서 나온 빔은 입력분파 광학계(2)에 속한 그레이팅(10)과 분산축(dispersion axis)에 대한 실린더형 렌즈(16)을 차례로 거친 후, 입력단 편향 소자 어레이(20)인 MEMS 미러 어레이에 의해 반사된다. 그 다음 릴레이 광학계에 해당하는 각종 렌즈들(23, 24, 22, 25)을 통과한 후, 출력단 편향 소자 어레이(21)인 MEMS 미러 어레이에서 다시 반사된다. 이후, 출력 합파 광학계(4)에 속한 분산축(dispersion axis) 실린더형 렌즈(16)와 그레이팅(10)을 차례로 거쳐서 결국 출력 포트(6)으로 전송되게 된다. 여기서 주의할 것은, 입력분파 광학계(2)와 출력 합파 광학계(4)에 각각 포함된 그레이팅(10)은 별개 소자로 구성되어 분파와 합파의 기능을 한다는 것이다. 또한, 입력단 편향 소자 어레이(20)와 출력단 편향 소자 어레이(21)는 MEMS 미러 어레이로 이루어져 있으나, 이 역시 장치의 구성상 별개 소자로 되어 있다.

여기서 릴레이 광학계의 기능은 다음과 같다. 도 3은 도 1에서 설명된 종래기술의 광 교차연결 장치에 채용된 릴레이 광학계를 설명하기 위한 도면이다. 파장 분산(wavelength dispersion) 방향에 대해 4f 렌즈 구성으로 빔을 대칭적으로 입력 스위칭 플레인(input switching plane)에서 출력 스위칭 플레인(output switching plane)으로 전송한다. 스위칭 방향에 대해서는 2f 렌즈 구성으로, 입력단 편광 소자 어레이(20)인 MEMS 미러 어레이의 조향각(steering angle)에 대응하는 출력단 편향 소자 어레이(21)인 MEMS 미러 어레이의 각 출력 포트로 할당된 위치에 전송한다.

위와 같은 구성을 가진 종래기술의 광 교차연결 장치에서는, 그레이팅과 MEMS 미러 어레이가 별개의 소자들로 분리 구성되었기 때문에, 소자의 수가 많고 구조가 복잡하여 동일한 성능의 제품을 만들어 내기 어려운 문제가 있었다.

광 스위치에 대한 다른 종래기술로서는, 미국 특허공개 제20120236216호에 개시된 기술이 있다. 도 4는 미국 특허공개 제20120236216호에서 개시한, 양방향성 광부품(bidirectional optical component)을 거치도록 반사형 빔 조향 어레이(reflective beam-steering array)들을 사용한 파장 선택 스위칭 기술의 두 가지 실시예의 구성을 개략적으로 나타내는 블록 다이어그램이다. 구체적으로, 여기서는 입력 포트 어셈블리(601) 및 출력 포트 어셈블리(602)와, 입/출력이 공유되는 양방향성 광 부품, 두 개의 스위칭 부품(Lcos)을 사용하여 MxN 스위칭을 구현하였다. 도 4를 참조하면, 입력 포트 어셈블리(601)에서 나온 빔은 편광 관리 어셈블리(polarization management assembly; 603)와 회절 그레이팅(604)을 차례로 거쳐 스위칭 소자인 반사형 빔 조향 어레이(640, 650)들로 전송되는데, 도 4의 윗 부분에 나타낸 실시예의 경우는 두 스위칭 소자를 대칭적으로 구성하여 빔이 스위칭 소자를 연속적으로 거치게 한 것이고, 도 4의 아랫 부분에 나타낸 실시예의 경우는 두 스위칭 소자 사이에 미러와 같은 반사기(reflector; 770)를 설치하여 두 스위칭 소자를 동일한 면 위에 정렬시킨 것이다.

한편 또 다른 종래기술의 광 교차연결 장치는 미국특허 제6690885호에 개시되어 있다. 도 5는 미국특허 제6690885호에 개시된, MEMS를 이용한 광 교차연결 장치의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 이 구성은 도 4에 설명된 기술의 구성과 유사하며, 세부적 광 소자에 대한 기술은 나타나 있지 않다. 도 5를 참조하면, 복수의 입력 포트(212)에서 나온 각 빔이, 입력 MEMS 미러 어레이(218)에서 조향 스위칭되어 전송하고자 하는 출력 MEMS 미러 어레이(222)의 출력 포트 할당 위치로 미러 등의 반사기(230)를 거쳐 보내어진다. 즉, 출력 포트에 따라 위치가 할당된 출력 MEMS 미러 어레이(222)의 조향에 의해 각 입력 포트의 파장별 빔이 출력 포트로 전송되는 것이다.

도 6은 도 4 및 도 5에 설명된 종래기술의 광 교차연결 장치를 광경로에 따라 펼쳐서 나타낸 도면이다. 도 6에서 각 구성요소의 표시는 참조번호가 아닌 참조부호로 되어 있는데, 그 이유는 도 4 및 도 5에 설명된 종래기술의 광 교차연결 장치의 구성이 거의 비슷하지만, 사용된 참조번호가 각각 다르기 때문에 이를 통일하여 나타내기 위함이다. 여기서, I는 입력 포트, O는 출력 포트, G는 그레이팅, Lx는 분산축에 대한 실린더형 렌즈, Ly는 스위칭축에 대한 실린더형 렌즈, S는 스위칭 소자, M은 반사 소자를 각각 나타낸다. 이 때, 기호 옆의 숫자가 없거나 같은 경우는 빔이 하나의 동일한 소자를 다시 통과함을 의미하며, 기호 옆의 숫자가 다른 것은 같은 종류의 소자이지만 물리적으로 별개의 소자인 것을 의미한다. 도 6을 참조하면, 빔이 하나의 동일한 소자인 그레이팅(G)을 통과하지만, 스위칭 소자(S1, S2)는 별개로 구성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 미러와 같은 반사 소자(M)는 도 4의 윗 부분에 나타낸 실시예의 경우에 채용되어 있지 않으며, 도 4의 아랫 부분에 나타낸 실시예의 경우는 채용되어 있기 때문에, 도 6에서 반사 소자의 참조부호를 괄호 안에 나타내었다. 그런데, 이와 같이 구성된 종래기술의 광 교차연결 장치에서는, 스위칭 소자가 별개로 분리 구성되었기 때문에, 소자의 수가 많고 구조가 복잡하여 동일한 성능의 제품을 만들어 내기 어려운 문제가 있었다.

이와 같은 종래의 기술에 있어서는, 소자의 수가 많고 구조가 복잡하여 동일한 성능을 내는 제품을 만들기가 어려우며 장치를 안정적으로 운영하는 데 어려움이 있었다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 그레이팅, 스위칭 소자 등의 구성요소를 단일하게 채용하고 단일 소자에 여러 번의 광경로가 통과하도록 한 광 교차연결 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 구성 소자의 기능을 최대한 공유하여 구성 소자의 수를 줄이고 경박단소화를 달성함으로써 광 교차연결 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 종래기술로 개시된 일본 특허공개 제2013-218201호의 광 교차연결 장치의 개략적 사시도;
도 2는 도 1에서 설명된 종래기술의 광 교차연결 장치를 광경로에 따라 펼쳐서 나타낸 도면;
도 3은 도 1에서 설명된 종래기술의 광 교차연결 장치에 채용된 릴레이 광학계를 설명하기 위한 도면;
도 4는 미국 특허공개 제20120236216호에서 개시한, 양방향성 광부품(bidirectional optical component)을 거치도록 반사형 빔 조향 어레이(reflective beam-steering array)들을 사용한 파장 선택 스위칭 기술의 두 가지 실시예의 구성을 개략적으로 나타내는 블록 다이어그램;
도 5는 미국특허 제6690885호에 개시된, MEMS를 이용한 광 교차연결 장치의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 6은 도 4 및 도 5에 설명된 종래기술의 광 교차연결 장치를 광경로에 따라 펼쳐서 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 교차연결 장치의 개략적 구성 및 그 동작을 설명하기 위한 도면;
도 8은 LCoS 파장 스위칭 수단의 광신호 입사 및 출사면을 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 교차연결 장치에서의 포트 스위칭(port switching)을 설명하기 위한 도면;
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 교차연결 장치의 개략적 구성을 분산 평면(dispersion plane)에서 나타낸 도면;
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 교차연결 장치를 광경로에 따라 펼쳐서 나타낸 도면;
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 교차연결 장치의 개략적 구성 및 그 동작을 설명하기 위한 도면;
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 교차연결 장치의 개략적 구성을 분산 평면에서 나타낸 도면; 및
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 교차연결 장치를 광경로에 따라 펼쳐서 나타낸 도면이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은: 광신호를 전송하기 위한 단일의 멀티 포트 어레이로 이루어진 입력 포트 및 출력 포트; 단일의 파장 분산 수단; 상기 입력 포트 대응 어레이 영역 및 상기 출력 포트 대응 어레이 영역이 서로 구분되어 동일 면 위에 정렬되어 있는 단일의 파장 스위칭 수단; 상기 파장 스위칭 수단의 상기 입력 포트 대응 어레이 영역 다음의 광경로 상에 위치하는 반사 수단; 및 상기 파장 분산 수단과 상기 파장 스위칭 수단의 사이에 위치하는 이미징(imaging) 수단을 구비하는 광 교차연결 장치로서,

상기 파장 분산 수단은, 상기 입력 포트에서 나오는 합파된 광신호를 상기 파장 스위칭 수단의 각 파장 영역에 맞도록 분파하고, 상기 파장 스위칭 수단에서 파장에 따라 상기 출력 포트로 스위칭된 광신호를 다시 합파시켜 보내며, 상기 파장 스위칭 수단은, 상기 파장 분산 수단에 의해 파장별로 분파된 광신호를 파장 스위칭 수단의 상기 입력 포트 대응 어레이 영역에서 임의의 입력 포트와 임의의 출력 포트에 따라 결정되는 각도로 파장별로 스위칭하고, 상기 반사 수단에 의해 되돌아오는 광신호를 상기 파장 스위칭 수단의 상기 출력 포트 대응 어레이 영역에서 파장별로 상기 출력 포트의 각각으로 전송되게 스위칭하며, 상기 반사 수단은, 상기 파장 스위칭 수단의 상기 입력 포트 대응 어레이 영역에서 스위칭되어 상기 파장 분산 수단에 의해 합파된 광신호를 반사시켜 상기 파장 스위칭 수단의 상기 출력 포트 대응 어레이 영역으로 보내며, 상기 이미징 수단은 서로 다른 각도로 진행하는 광신호의 각 파장 성분들이 서로 평행하게(collimated) 되도록 편향하여 각 파장에 대응하는 상기 파장 스위칭 수단의 위치로 전송시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 교차연결 장치(500)의 개략적 구성 및 그 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 광신호를 전송하기 위한 입력 포트 및 출력 포트가 단일의 멀티 포트 어레이로 이루어져 있음을 알 수 있다. 본 실시예에서는 쉬운 예시를 위해, 입력 포트 및 출력 포트가 8개의 광섬유로 구성된 광섬유 어레이(502)와 여기에 대응되는 8개의 마이크로 렌즈(504)로 구성된 마이크로 렌즈 어레이로 이루어진 것을 선택하였다. 8개의 광섬유 어레이(502) 중의 일부는 광신호가 입력되는 입력 포트로 기능하고, 다른 일부는 광신호가 출력되는 출력 포트로 기능하게 되는데, 본 발명에서는 이러한 입력 포트와 출력 포트가 공간적으로 멀리 이격된 곳에 설치된 것이 아니라, 단일의 멀티 포트 어레이에 의해 인접한 위치에 설치된다는 것이 특징적이다. 입력 포트 및 출력 포트를 (M+N)개의 광섬유로 구성된 광섬유 어레이와 (M+N)개의 마이크로 렌즈로 구성된 마이크로 렌즈 어레이로 구성할 경우, M개의 광섬유와 마이크로 렌즈에 대해서는 입력 포트로 지정하고, N개의 광섬유와 마이크로 렌즈에 대해서는 출력 포트로 지정하는 것이 가능하다. 본 실시예에서는 y축 방향으로 위에서부터 제1 광섬유에서 제4 광섬유까지를 입력 포트로, 제5 광섬유에서 제8 광섬유까지를 출력 포트로 설정하였으며, 제1 광섬유와 제3 광섬유에서 합파된 광신호가 입력되는 것을 예로 들었다. 입력된 광신호는, 편광 의존 스위칭이 적용될 경우 편광 조절이 필요하기 때문에 옵션으로 포함되는 편광 다이버시티(diversity) 수단(506)을 먼저 거치는데, 이러한 수단으로 복굴절 광학계와 파장판이 이용된다. 편광 다이버시티 수단(506)은 입력 포트에서 나오는 무편광 광신호를 두 개의 평행한 선형 편광 광신호로 공간적으로 분리시키고, LCoS(Liquid Crystal on Silicon)와 같은 파장 스위칭 수단(518)에 의해 스위칭되어 되돌아 오는 광신호를 다시 하나의 무편광 광신호로 결합하여 출력 포트로 전송시키는 역할을 한다. 편광 다이버시티 수단(506)에서 나온 광신호는 프리즘 또는 실린더형 렌즈들로 이루어진 아나몰픽(anamorphic) 빔 확장 수단(508)을 다음 단계로 거치게 된다. 아나몰픽 빔 확장 수단(508)은 스위칭 평면(y-z 평면)에서 광신호 빔의 스폿 크기와 모양을 조절하기 위한 것으로서, 스위칭 방향보다 파장 분산 방향으로 더 작은 빔 웨이스트(beam waist)를 갖는 타원 빔 스폿을 광신호가 형성하도록 해준다. 아나몰픽 빔 확장 수단(508)에서 나온 광신호는 y-방향 실린더형 렌즈들로 이루어진 릴레이 광학계(510, 512)를 다음으로 거치는데, 릴레이 광학계(510, 512)는 광신호 빔의 작동 거리의 한계를 보상하는 역할을 하는데, 이에는 실린더형 렌즈 또는 구형 렌즈가 사용될 수 있다. 릴레이 광학계(510, 512)를 거친 광신호는 그레이팅(grating)이나 프리즘과 같은 단일의 파장 분산 수단(514)에 의해 분산평면(x-z 평면)에서 파장 스위칭 수단(518)의 제1 레이어(519) 내의 각 파장영역에 맞도록 분파된다. 추후에 이 파장 분산 수단(514)은 파장 스위칭 수단(518)의 제2 레이어(520)에서 파장에 따라 출력 포트로 스위칭된 광신호를 다시 합파하는 용도로 사용된다. 분파된 광신호는 x-방향 실린더형 렌즈로 이루어진 이미징 수단(516)을 거쳐 LCoS 파장 스위칭 수단(518)에 입사된다. 이미징 수단(516)은, 서로 다른 각도로 진행하는 광신호의 각 파장 성분들이 서로 평행하게 되도록 편향하여 각 파장에 대응하는 LCoS 파장 스위칭 수단(518)단의 위치로 전송하는 역할을 한다.

여기서 LCoS 파장 스위칭 수단(518)에 대해서 먼저 설명하기로 한다. 도 8은 LCoS 파장 스위칭 수단의 광신호 입사 및 출사면을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 제1 레이어(519)는 각 입력 포트에 대응하는 영역으로 이루어져 있고, 제2 레이어(520)는 각 출력 포트에 대응하는 영역으로 이루어져 있다. 광신호가 입사 및 출사되는 영역이 항상 제1 레이어와 제2 레이어의 형태로 구분되야 하는 것은 아니며, 각 입출력 포트에 할당된 영역이 서로 겹치지 않은 상태에서 동일 면 위에 정렬되어 있으면 된다. 이러한 LCoS 파장 스위칭 수단(518)은, 파장 분산 수단(514)에 의해 파장별로 분파된 광신호를 LCoS 파장 스위칭 수단(518)의 입력 포트 대응 어레이 영역인 제1 레이어(519)에서 임의의 입력 포트와 임의의 출력 포트에 따라 결정되는 각도로 파장별로 스위칭하고, 미러와 같은 반사 수단(522)에 의해 되돌아오는 광신호를 LCoS 파장 스위칭 수단(518)의 출력 포트 대응 어레이 영역인 제2 레이어(520)에서 파장별로 출력 포트의 각각으로 전송되게 스위칭한다. 부연하자면, 반사 수단(522)은, LCoS 파장 스위칭 수단(518)의 입력 포트 대응 어레이 영역인 제1 레이어(519)에서 스위칭되어 파장 분산 수단(514)에 의해 합파된 광신호를 반사시켜 LCoS 파장 스위칭 수단(518)의 출력 포트 대응 어레이 영역인 제2 레이어(520)으로 보내는 것이다. 이와 같은 과정을 통해 제1 입력 포트에서 입사된 광신호는 제2 출력 포트로 출력되며, 제3 입력 포트에서 입사된 광신호는 제4 출력 포트로 출력되게 된다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 교차연결 장치에서의 포트 스위칭(port switching)을 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 제1 입력 포트에서 입사되어 제2 출력 포트로 출력되던 광신호(점선 광경로)가 반사 수단(522)이나 LCoS 파장 스위칭 수단(518)의 조향(steering)에 의해 제4 출력 포트로 출력됨을 알 수 있다. 이와 같은 원리를 이용하면 어떤 입력 포트의 광신호도 어떤 출력 포트로 출력할 수 있으며, 모든 입력 포트에서 나온 광신호가 같은 출력 포트로 향하지 않는 조건(contentionless condition)에서 독립적인 스위칭이 가능하다.

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 교차연결 장치의 개략적 구성을 분산 평면(dispersion plane), 즉 x-z 평면에서 나타낸 도면이다. 도시의 편의를 위해 도 10에는 릴레이 광학계(510, 512)를 생략하여 도시하였다. 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 광 교차연결 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. 입력 포트에서 나온 광신호는 편광 다이버시티 수단(506)에 의해 동일한 편광 상태를 갖게 된다. 한 쌍의 프리즘 또는 한 쌍의 실린더형 렌즈 등의 아나몰픽 빔 확장 수단(508)을 거쳐 한 축으로 팽창된 광신호 빔은 그레이팅 등의 파장 분산 수단(514)을 거쳐서 파장성분에 따라 나뉘고 포커싱(focusing)을 위한 이미징 수단(516)을 거쳐 LCoS 파장 스위칭 수단(518)에 입사된다. LCoS 파장 스위칭 수단(518)에서 반사한 광신호 빔은 미러와 같은 반사 수단(522)까지 되돌아 왔다가 반사되고, 다시 LCoS 파장 스위칭 수단(518)에서의 반사를 통해 출력 포트로 향한다.

도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 교차연결 장치를 광경로에 따라 펼쳐서 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, 광신호를 전송하기 위한 입력 포트 및 출력 포트가 단일의 멀티 포트 어레이(IO)로 이루어졌고, 파장 스위칭 수단(518)도 단일의 스위칭 수단으로 이루어졌음을 알 수 있다. 또한, 그레이팅 등의 파장 분산 수단(514)이 4번 도시되었지만, 이는 하나의 동일한 파장 분산 수단(514)에 대해 광신호가 4번 통과함을 의미한다. 이와 같이 단일의 파장 분산 수단을 이용하면, 별개의 파장 분산 수단을 이용한 종래기술에서의 복잡도에 따르는 신뢰성 저하의 문제점을 해소하고 경박단소화를 달성할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 교차연결 장치(501)의 개략적 구성 및 그 동작을 설명하기 위한 도면이다. 제1 실시예에서는 그레이팅 등의 파장 분산 수단(514)을 4번 통과하게 되는데, 경우에 따라서 이에 의한 광 파워 손실이 문제가 될 수도 있다. 따라서, 파장 분산 수단(514)의 통과 횟수를 2번으로 줄일 수 있도록 한 것이 제2 실시예이다. 광신호는 제1 실시예에서와 같이 편광 다이버시티 수단(506), 아나몰픽 빔 확장 수단(508), 파장 분산 수단(514), 이미징 수단(516), LCoS 파장 스위칭 수단(518)을 동일하게 거친 후, 텔레스코픽 광학계(telescopic optics; 525)를 거쳐 반사 수단(522)에서 반사되고, 다시 텔레스코픽 광학계(525)와 LCoS 파장 스위칭 수단(518)에서 스위칭되어 출력 포트로 향한다.

도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 교차연결 장치의 개략적 구성을 분산 평면(dispersion plane), 즉 x-z 평면에서 나타낸 도면이다. 제2 실시예의 광학계 구성은 LCoS 파장 스위칭 수단(518)과 반사 수단(522) 사이에 추가적으로 구형 또는 실린더형 렌즈들로 이루어진 텔레스코픽 광학계(525)를 필요로 한다. 텔레스코픽 광학계(525)는 LCoS 파장 스위칭 수단(518)의 입력 포트 대응 어레이 영역에서 스위칭된 광신호 빔이 반사 수단(522)에 의해 반사되어, 다시 LCoS 파장 스위칭 수단(518)의 출력 포트 대응 어레이 영역으로 되돌아올 때 빔의 크기와 상호 위치를 입력 포트 대응 어레이 영역에서 나갈 때와 동일하게 형성되도록 해준다. 본 실시예에서는 텔레스코픽 광학계(525)와 이미징 수단(516)을 분리하여 나타냈지만, 텔레스코픽 광학계(525)의 일부는 이미징 수단(516)과 공유될 수 있다.

도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 교차연결 장치를 광경로에 따라 펼쳐서 나타낸 도면이다. 도 14를 참조하면, 제1 실시예와 같이 광신호를 전송하기 위한 입력 포트 및 출력 포트가 단일의 멀티 포트 어레이(IO)로 이루어졌고 파장 스위칭 수단(518)도 단일의 스위칭 수단으로 이루어졌음을 알 수 있다. 제2 실시예가 제1 실시예와 가장 큰 차이점은 그레이팅 등의 파장 분산 수단(514)이 2번 도시되었고, 이는 하나의 동일한 파장 분산 수단(514)에 대해 광신호가 2번 통과함을 의미하는 바, 이에 의해 제1 실시예에서 있을 수도 있는 광 파워 손실의 문제를 제2 실시예에서는 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.

위의 실시예들은 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예들만으로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서, 본 실시예의 입출력 포트 또는 스위칭 수단을 본 발명의 사상을 변경하지 않는 한도로 일직선으로 붙여서 전체적으로 단일한 광 교차연결 장치가 되도록 구성하거나, 본 실시예의 장치를 복수 개 연결하여 붙여서 단일한 광 교차연결 장치가 되도록 구성하여도 이는 사실상 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 함은 물론이다.

500, 501: 광 교차연결 장치
502: 광섬유 어레이
504: 마이크로 렌즈
506: 편광 다이버시티(diversity) 수단
508: 아나몰픽(anamorphic) 빔 확장 수단
510, 512: 릴레이 광학계
514: 파장 분산 수단
516: 이미징 수단
518: LCoS 파장 스위칭 수단
519: 제1 레이어
520: 제2 레이어
522: 반사 수단
525: 텔레스코픽 광학계(telescopic optics)

Claims (14)

1. 광신호를 전송하기 위한 단일의 멀티 포트 어레이로 이루어진 입력 포트 및 출력 포트;
   단일의 파장 분산 수단;
   상기 입력 포트 대응 어레이 영역 및 상기 출력 포트 대응 어레이 영역이 서로 구분되어 동일 면 위에 정렬되어 있는 단일의 파장 스위칭 수단;
   상기 파장 스위칭 수단의 상기 입력 포트 대응 어레이 영역 다음의 광경로 상에 위치하는 반사 수단; 및
   상기 파장 분산 수단과 상기 파장 스위칭 수단의 사이에 위치하는 이미징 수단을 구비하는 광 교차연결 장치에 있어서,
   상기 파장 분산 수단은, 상기 입력 포트에서 나오는 합파된 광신호를 상기 파장 스위칭 수단의 각 파장 영역에 맞도록 분파하고, 상기 파장 스위칭 수단에서 파장에 따라 상기 출력 포트로 스위칭된 광신호를 다시 합파시켜 보내며,
   상기 파장 스위칭 수단은, 상기 파장 분산 수단에 의해 파장별로 분파된 광신호를 파장 스위칭 수단의 상기 입력 포트 대응 어레이 영역에서 임의의 입력 포트와 임의의 출력 포트에 따라 결정되는 각도로 파장별로 스위칭하고, 상기 반사 수단에 의해 되돌아오는 광신호를 상기 파장 스위칭 수단의 상기 출력 포트 대응 어레이 영역에서 파장별로 상기 출력 포트의 각각으로 전송되게 스위칭하며,
   상기 반사 수단은, 상기 파장 스위칭 수단의 상기 입력 포트 대응 어레이 영역에서 스위칭되어 상기 파장 분산 수단에 의해 합파된 광신호를 반사시켜 상기 파장 스위칭 수단의 상기 출력 포트 대응 어레이 영역으로 보내며,
   상기 이미징 수단은 서로 다른 각도로 진행하는 광신호의 각 파장 성분들이 서로 평행하게 되도록 편향하여 각 파장에 대응하는 상기 파장 스위칭 수단의 위치로 전송시키고,
   상기 파장 스위칭 수단이 편광 의존 스위칭 수단이며;
   상기 입력 포트에서 나오는 무편광 광신호를 두 개의 평행한 선형 편광 광신호로 공간적으로 분리시키고, 상기 파장 스위칭 수단에 의해 스위칭되어 되돌아 오는 광신호를 다시 하나의 무편광 광신호로 결합하여 상기 출력 포트로 전송시키는 편광 다이버시티(diversity) 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
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3. 제1항에 있어서, 스위칭 평면에서 광신호 빔의 스폿 크기와 모양을 조절하는 아나몰픽 빔 확장(anamorphic beam expansion) 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 입력 포트 및 출력 포트가 (M+N)개의 광섬유로 구성된 광섬유 어레이와 (M+N)개의 마이크로 렌즈로 구성된 마이크로 렌즈 어레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 편광 다이버시티(diversity) 수단이 복굴절 광학계와 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 아나몰픽 빔 확장 수단이 프리즘 또는 실린더형 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 파장 분산 수단이 그레이팅 또는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 파장 스위칭 수단이 LCoS인 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 반사 수단이 미러인 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 LCoS에 상기 입력 포트 대응 어레이 영역이 M개, 상기 출력 포트 대응 어레이 영역이 N개 각각 포함되어 있으며, 이 영역들이 서로 겹치지 않으며, 순서에 무관하게 배치될 수 있고 각각 독립적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 입력 포트 및 출력 포트와, 상기 반사 수단 사이의 광경로에 광신호 빔의 작동 거리의 한계를 보상하기 위해 릴레이 광학계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 릴레이 광학계가 구형 또는 실린더형 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 파장 스위칭 수단과 상기 반사 수단 사이의 광경로에 위치하여, 파장 스위칭 수단의 입력 대응 포트 어레이 영역에서 나가는 광신호 빔이 반사 수단을 거쳐 파장 스위칭 수단의 출력 대응 포트 어레이 영역으로 되돌아 올 때 빔의 크기와 상호 위치가 동일하게 유지되도록 하는 텔레스코픽 광학계(telescopic optics)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 텔레스코픽 광학계가 구형 또는 실린더형 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 교차연결 장치.

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