[논문]LCOS기반의 파장선택스위치 빔제어용 컴퓨터 생성 홀로그램

이용민; 한창호

doi:10.5762/kais.2016.17.6.744

LCOS기반의 파장선택스위치 빔제어용 컴퓨터 생성 홀로그램
Computer Generated Hologram for Beam Control of LCOS based Wavelength Selective Switch 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.6, 2016년, pp.744 - 749

이용민 (선문대학교 기계ICT융합공학부) , 한창호 (선문대학교 기계ICT융합공학부)

초록
AI-Helper

본 논문은 차세대 ROADM을 구성하는 핵심기술인 LCOS를 이용한 파장선택 스위치에서 LCOS 소자의 빔 제어방법으로 컴퓨터 생성 홀로그램 설계에 관한 논문이다. LCOS 소자를 이용한 빔 제어방법으로 일반적으로 grating 패턴을 사용하지만 본 논문에서는 컴퓨터 생성 홀로그램을 도입하여 보다 높은 광효율의 파장선택 스위치 구현이 가능하도록 하였다. LCOS 소자의 위상변조 특성을 이용하여 5개의 출력 포트와 40 채널의 다중파장의 빔 제어를 할 수 있는 파장선택 스위치의 홀로그램 설계방법을 제시하였다. Gerchberg-Saxton 알고리즘을 적용한 멀티레벨 위상변조 홀로그램을 설계하였으며 다른 출력 포트와 채널을 갖는 파장선택 스위치 시스템에도 쉽게 적용이 가능하다. 타겟 이미지의 밝기정보를 사전에 입력하고 역프리에 변환을 통해 위상정보를 추출하여 홀로그램에 저장한 후 임의의 광원의 밝기정보를 합성하여 프리에 변환하는 방법으로 타겟 이미지의 밝기정보를 예측하는 방법을 사용한다. 5개의 출력포트용 홀로그램을 제작하여 검증실험장치의 재생 이미지의 출력특성을 통해 본 연구방법으로 설계된 홀로그램의 유용성을 검증하였고 40채널 파장선택 스위치 제어용 홀로그램 설계방법을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the design of a computer-generated hologram for beam control of an LCOS-based wavelength selective switch, which is the core technology for next-generation ROADM. By introducing a computer-generated hologram instead of general grating patterns to control the LCOS device, we contribute to building a more efficient wavelength selective switch. With the use of phase modulation properties of LCOS devices, we designed the hologram for five-port output and a 40-channel wavelength selective switch. We applied a multi-level phase modulation technique with the Gerchberg-Saxton algorithm to produce the hologram, which is easily scalable to any different type of wavelength selective switch. With an experimental setup, we verified the usability of the hologram designed for five-port output. We also suggest a hologram design technique for beam control of a 40-channel wavelength selective switch.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

5개의 출력포트를 지정하기 위한 홀로그램 패턴의 재생이미지 검증 실험을 통해 본 홀로그램 설계 방법의 우수성을 입증하였고 채널간 크로스토크 회피 가능한 40채널의 다중파장 빔 제어용 홀로그램 제작방법을 제시하였다. 본 논문에서는 5개의 출력 포트와 40 채널의 다중파장의 빔제어에 대한 설계방법을 제시하였는데 본 논문의 설계방법으로 더 많은 출력과 채널에도 같은 방법으로 쉽게 적용할 수 있다. 향후 본 설계된 홀로그램 패턴으로 실제 LCOS 소자를 이용한 파장선택 스위치 설계에 적용하는 연구를 진행할 예정이다.
본 논문에서는 LCOS소자를 이용한 파장선택 스위치 시스템에서 5개의 출력 포트를 갖고 40 채널의 다중파장의 빔제어를 할 수 있는 컴퓨터 생성 홀로그램 연구에 관한 것으로 Gerchberg-Saxton 알고리즘 기반의 멀티레벨 위상변조 방법으로 5개의 출력포트를 지정할 수 있는 컴퓨터 생성 홀로그램을 설계하고 40채널의 다중파장에 대한 빔 제어용 홀로그램 설계방법에 대해 기술한다.

제안 방법

40채널 빔제어용 병합 홀로그램을 Fig. 6 과 같이 성공적으로 제작하였으며 각각의 홀로그램 패턴의 폭도 임의로 정할 수 있도록 설계하였다. 따라서 주변의 다른 홀로그램 패턴의 영향을 받지 않도록 하여 각 채널간의 크로스토크를 효율적으로 방지할 수 있을 것이다.
LCOS소자를 이용한 파장선택 스위치 시스템에서 빔 제어용으로 컴퓨터 생성 홀로그램 설계방법을 통해 광 입출력효율이 높은 파장선택 스위치 설계에 기여할 수 있게 되었다. 5개의 출력포트를 지정하기 위한 홀로그램 패턴의 재생이미지 검증 실험을 통해 본 홀로그램 설계 방법의 우수성을 입증하였고 채널간 크로스토크 회피 가능한 40채널의 다중파장 빔 제어용 홀로그램 제작방법을 제시하였다. 본 논문에서는 5개의 출력 포트와 40 채널의 다중파장의 빔제어에 대한 설계방법을 제시하였는데 본 논문의 설계방법으로 더 많은 출력과 채널에도 같은 방법으로 쉽게 적용할 수 있다.
LCOS소자를 이용한 파장선택 스위치 시스템에서 빔 제어용으로 컴퓨터 생성 홀로그램 설계방법을 통해 광 입출력효율이 높은 파장선택 스위치 설계에 기여할 수 있게 되었다. 5개의 출력포트를 지정하기 위한 홀로그램 패턴의 재생이미지 검증 실험을 통해 본 홀로그램 설계 방법의 우수성을 입증하였고 채널간 크로스토크 회피 가능한 40채널의 다중파장 빔 제어용 홀로그램 제작방법을 제시하였다.
3 의 5개 출력포트 지정패턴 중 하나를 각각 40개의 홀로그램 패턴으로 배열하여 원하는 출력포트 선택이 가능하며 채널별로 홀로그램 패턴의 폭도 개별적으로 정할 수 있도록 프로그램을 설계하였다. 따라서 40개의 분할파장이 LCOS소자에 입사되는 위치에 정확히 맞추어 각 홀로그램 패턴의 폭을 튜닝할 수 있도록 설계하였다. 이와 같이 지정한 포트와 패턴폭을 반영하여 Fig.
이와 같이 만들어진 5가지 홀로그램 패턴을 Fig. 4 와 같이 검증용 실험 장치를 통해 LCOS소자에 디스플레이시킨 후 레이져광원을 비추어 스크린에 복원되는 광 이미지가 실제로 코딩된 원본 이미지와 같은지를 검증하는 실험을 진행하였다.
따라서 40개의 분할파장이 LCOS소자에 입사되는 위치에 정확히 맞추어 각 홀로그램 패턴의 폭을 튜닝할 수 있도록 설계하였다. 이와 같이 지정한 포트와 패턴폭을 반영하여 Fig. 6 과 같이 40채널 빔 제어용 홀로그램을 제작하였다. Fig.
각각의 파장이 지정된 출력 포트로 전송되어야 한다. 이와같이 각 채널별로 정해진 출력포트로 스위칭하기 위해 LCOS소자에 각 채널영역에 Fig. 3 의 5개 출력포트 지정패턴 중 하나를 각각 40개의 홀로그램 패턴으로 배열하여 원하는 출력포트 선택이 가능하며 채널별로 홀로그램 패턴의 폭도 개별적으로 정할 수 있도록 프로그램을 설계하였다. 따라서 40개의 분할파장이 LCOS소자에 입사되는 위치에 정확히 맞추어 각 홀로그램 패턴의 폭을 튜닝할 수 있도록 설계하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 5개의 출력포트를 지정하여 빔이 출력하도록 Fig. 2 와 같이 원본 이미지를 다섯 개를 제작하여 사용하였다. 각각의 이미지는 Fig.

이론/모형

파장선택 스위치 시스템에서 LCOS소자에 특정한 홀로그램 패턴을 디스플레이시켜 광의 회절 현상을 이용한 빔의 편향이 가능하므로 입출력 빔 제어를 할 수 있다. 이를 위해서 컴퓨터 생성 홀로그램이 필요하며, 홀로그램을 제작하기 위해 Gerchberg-Saxton 알고리즘을 적용한 멀티레벨 홀로그램 생성 프로그램을 제작하였다.

후속연구

6 과 같이 성공적으로 제작하였으며 각각의 홀로그램 패턴의 폭도 임의로 정할 수 있도록 설계하였다. 따라서 주변의 다른 홀로그램 패턴의 영향을 받지 않도록 하여 각 채널간의 크로스토크를 효율적으로 방지할 수 있을 것이다. 이 병합 홀로그램을 LCOS 소자에 디스플레이 시켜 파장선택 스위치의 빔 제어가 이루워 지게 된다.
이 병합 홀로그램을 LCOS 소자에 디스플레이 시켜 파장선택 스위치의 빔 제어가 이루워 지게 된다. 이 병합 홀로그램을 적용하면 향후 LCOS 소자를 사용한 파장선택 스위치 시스템설계 시 광효율이 높은 시스템 설계에 매우 유용하게 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
본 논문에서는 5개의 출력 포트와 40 채널의 다중파장의 빔제어에 대한 설계방법을 제시하였는데 본 논문의 설계방법으로 더 많은 출력과 채널에도 같은 방법으로 쉽게 적용할 수 있다. 향후 본 설계된 홀로그램 패턴으로 실제 LCOS 소자를 이용한 파장선택 스위치 설계에 적용하는 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문에서 제안한 LCOS소자를 이용한 파장선택스위치 시스템은 무엇으로 구성되어 있는가?	1 과 같이 구성한다. 1개의 다중파장 입력포트와 5개의 출력포트를 갖는 fiber collimator array입출력부, LCOS소자에서의 회절을 위한 편광처리 및 collimation 렌즈부, 다중파장으로 분리를 위한 grating, 분리된 각 파장의 빔을 제어하는 LCOS소자로 구성된다.
	홀로그램을 제작하는 기법으로 연구되고 있는 기법은 무엇이 있는가?	그런데 홀로그램 패턴을 사용할 수 있다면 보다 높은 광효율의 파장 선택 스위치의 실현이 가능할 것이다. 홀로그램을 제작하는 기법으로 Simulated annealing[10], Direct binary search[11], Gerchberg-Saxton 알고리즘[12] 등이 연구되고 있다. 이 중에 특히 Gerchberg-Saxton 알고리즘은 프리에 변환 기반의 홀로그램과 이미지 도메인의 위상값을 반복적으로 최적화하는 방법으로 위상의 자유도를 제공하는 장점이 있다.
	파장선택 스위치를 구성하는 핵심소자들 중 MEMS 소자의 장점은 무엇인가?	파장선택 스위치를 구성하는 핵심소자로 현재 Micro Electro Mechanical System (MEMS) 소자[2],[3]와 Liquid Crystal on Silicon (LCOS) 소자[4]-[6] 2가지가 주로 경쟁하고 있다. 이 두가지 소자는 빔을 반사시켜 방향을 제어하는 방식으론 같으나, 구체적으로 MEMS 소자는 각 픽셀에 위치한 마이크로 반사판을 움직여서 입사빔을 방향을 제어하는 방식으로 저손실 이득과 빔의 편광과 파장의 영향이 없다는 장점이 있다. 반면에 LCOS소자는 빛의 회절현상을 이용하여 각 픽셀에 위치한 반사판에서 입사빔의 방향을 제어하는 방식으로, 움직이는 부품이 없어 진동에 강하고 포트확장성 및 견고성이 우수하며 채널별 손실 보상, 파장변위 보상, 입출력 채널 모니터링등의 기능을 용이하게 수행할 수 있는 장점 [7],[8]이 많아 활발한 연구가 진행되고 있다.

참고문헌 (12)

M. Feuer, D. Kilper, and S. Woodward, "ROADMs and their system applications" in Optical Fibre Telecommunications VB, (I. Kaminov, T. Li., A. Willner eds), pp. 293-343, San Diego, Academic Press, 2008.
L.Y. Lin et al., "MEMS for optical networking: Current status and future prospects," in Proc. ECOC 2000, p. 91, Sept. 2000.
D. M. Marom, D. T. Neilson, D. S. Greywall, C. S. Pai, N. R. Basavanhally, V. A. Aksyuk, D. O. Lopez, F. Pardo, M. E. Simon, Y. Low, P. Kolodner, and C. A. Bolle, "Wavelength-selective 1 $\times$ K switches using free-space optics and MEMs micromirrors," J. Lightw.Technol., vol. 23, no. 4, pp. 1620-1630, 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/JLT.2005.844213

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N. Collings, T. Davey, J. Christmas, D. Chu, and B. Crossland, "The applications and technology of phase-only liquid crystal on silicon devices," J. Display Technol., vol. 7, no. 3, pp. 112-119, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/JDT.2010.2049337

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O. Gerstel, M. Jinno, A. Lord, and S. J. Ben Yoo, "Elastic optical networking: A new dawn for the optical layer," IEEE Commun. Mag., vol. 50, pp. S12-S20, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/MCOM.2012.6146481

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Y. Lee, "Wavelength Selective Switch using LCoS Display," J. Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 15, No. 8, pp. 5288-5293, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.8.5288

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M. Johansson, S. Hard, B. Robertson, I. Manolis, T. Wilkinson, and W. Crossland, "Adaptive beam steering implemented in a ferroelectric liquid crystal spatial-light-modulator free-space, fiber-optic switch," Appl. Opt., vol. 41, no. 23, pp. 4904-4911, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1364/AO.41.004904

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Y. Lee, J. Gourlay, W. J. Hossack, I. Underwood, and A. J. Walton, "Multi-phase modulation for nematic liquid crystal on silicon backplane spatial light modulators using pulse-width modulation driving scheme," Opics Comm., vol. 236, pp. 313-322, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2004.03.043
A. Kirk and T. Hall, "Design of binary computer generated simulated annealing: Coding density and reconstruction error," Opt. Commun., vol. 94, pp. 491-496, 1992. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0030-4018(92)90592-F

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M. A. Sedowitz, J. P. Allebach, and D. W. Sweeny, "Synthesis of digitalholograms by direct binary search," Appl. Opt., vol. 26, pp. 2788-2798, 1987. DOI: http://dx.doi.org/10.1364/AO.26.002788

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R. Gerchberg, W. O. Saxton, "A practical algorithm for the determination of phase from image and diraction plane pictures," Optik, vol. 35, no. 2, pp. 237-246, 1972.
C. A. Tee, W. A. Crossland, T. D. Wilkinson, and A. B. Davey, "Binary phase modulation using electrically addressed transmissive and silicon backplane spatial light modulators," Opt. Eng. Vol. 39, No. 9, pp. 2527-2534, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1117/1.1287395

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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