광 스위치 및 이를 포함한 광학 논리 소자

광 스위치 및 이를 포함한 광학 논리 소자{Optical switch and optical logic device}

본 발명의 실시예는 광에 의해 광의 온-오프를 제어할 수 있는 광 스위치 및 이를 포함한 광학 논리 소자에 관한 것이다.

빔 포커싱은 광학에 있어서 중요한 개념이며, 빔 포커싱을 위해 다양한 광학 소자들이 사용될 수 있다. 렌즈를 통한 빔 포커싱이 일 예가 될 수 있다.

그런데, 일반적으로 렌즈는 입사 빔을 그 파장보다 작은 사이즈로 포커싱하는 것이 어렵다. 이에, 회절 한계를 극복하여 빔을 포커싱하는 방법들이 개발되고 있다. 이러한 방법으로 나노 사이즈의 슬릿을 이용한 빔 포커싱이 많이 이용되고 있다. 그리고, 나노 사이즈의 슬릿을 이용한 빔 포커싱을 응용한 광학 소자가 많이 개발되고 있다.

본 발명의 실시예는 광에 의해 광의 온-오프를 제어할 수 있는 광 스위치를 제공한다.

본 발명의 실시예는 광에 의해 광의 온-오프를 제어할 수 있는 광 스위치를 이용한 광학 논리 소자를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 광 스위치는, 나노미터 두께를 가지는 플레이트; 상기 플레이트에 형성된 것으로 제1광이 통과하는 제1슬릿; 상기 제1슬릿으로부터 이격되어 형성된 것으로, 제2광이 선택적으로 통과되는 제2슬릿; 상기 제1슬릿과 제2슬릿 사이에 형성된 복수 개의 제1그루브; 및 상기 제1슬릿의 다른 쪽에 형성된 복수 개의 제2그루브;를 포함하고,

상기 제1광과 제2광이 위상차를 가지고, 상기 제2광의 온-오프 제어에 의해 제1광의 포커싱을 온-오프시킬 수 있다.

상기 제1그루브와 제2그루브는 제1슬릿을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다.

상기 제1슬릿과 제2슬릿이 사각형 단면 형상을 가질 수 있다.

상기 제1슬릿과 제2슬릿은 각각 제1광의 파장의 1/2-1/20 범위를 가질 수 있다.

상기 제1그루브와 제2그루브 중 적어도 하나가 상기 플레이트의 양면에 형성될 수 있다

상기 제1그루브와 제2그루브가 사각형 단면 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 그루브와 제2 그루브의 폭은 제1광의 파장의 1/2-1/20 범위를 가질 수 있다.

상기 제1 그루브와 제2 그루브의 깊이는 제1광의 파장의 1/2-1/20 범위를 가질 수 있다.

상기 제1슬릿과 제2슬릿이 원형 단면 형상을 가질 수 있다.

상기 제1그루브와 제2그루브가 상기 제1슬릿을 중심으로 원형 형상으로 만나도록 형성될 수 있다.

상기 제1그루브와 제2그루브는 각각 3-10개를 포함할 수 있다.

상기 제1슬릿, 제2슬릿, 제1그루브 및 제2그루브가 일정한 간격으로 배열될 수 있다.

상기 일정한 간격이 제1광의 파장과 같거나 작은 사이즈를 가질 수 있다.

상기 제1광과 제2광이 180도 위상차를 가질 수 있다.

상기 제1그루브와 제2그루브의 개수와 간격은 제1광의 초점 거리, 강도, 제1광의 파장 중 적어도 하나에 따라 조절될 수 있다.

상기 플레이트는 전도성 금속 또는 반도체로 형성될 수 있다.

상기 전도성 금속은 Au, Ag, Cu, 또는 Cr을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.

상기 제2광이 제1광과 위상차가 나도록 하는 위상차 발생기를 더 포함할 수있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 논리 회로 소자는, 제1광스위치; 상기 제1광스위치와 마주보게 배치된 제2광스위치; 및 상기 제1광스위치와 제2광스위치 사이에 배치되어 제1광스위치로부터의 제1출력광과제2광스위치로부터의 제2출력광을 가이드하는 도파관;을 포함하고,

상기 제1광스위치는, 나노미터 두께를 가지는 제1플레이트, 상기 제1플레이트에 형성된 것으로 제1광이 통과하는 제1슬릿, 상기 제1슬릿으로부터 이격되어 형성된 것으로, 제2광이 통과하는 제2슬릿, 상기 제1슬릿과 제2슬릿 사이에 형성된 복수 개의 제1그루브; 및 상기 제1슬릿의 다른 쪽에 형성된 복수 개의 제2그루브를 포함하고,

상기 제2광스위치는, 나노미터 두께를 가지는 제2플레이트, 상기 제2플레이트에 형성된 것으로 제3광이 통과하는 제3슬릿, 상기 제3슬릿으로부터 이격되어 형성된 것으로, 제4광이 통과하는 제4슬릿, 상기 제3슬릿과 제4슬릿 사이에 형성된 복수 개의 제3그루브; 및 상기 제3슬릿의 다른 쪽에 형성된 복수 개의 제4그루브를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광 스위치는, 제어 광을 이용하여 초고속으로 신호광을 제어할 수 있다. 그러므로, 매우 빠르고 정확하게 광을 제어할 수 있으며, 기계적인 조작에 의해 광을 제어하는 것이 아니므로 광학 정렬이 용이하다. 그리고, 광 스위치를 이용하여 광학 논리 소자를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치에 구비되는 슬릿과 그루브의 다양한 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 스위치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치의 온-오프 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치의 포커싱 동작을 보인 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치의 산란 동작을 보인 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치의 온 동작시 제1슬릿으로부터의 거리에 따른 전계의 변화를 보인 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치의 오프 동작시 제1슬릿으로부터의 거리에 따른 전계의 변화를 보인 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치에 채용된 위상차 발생기의 일 예를 도시한 것이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치에 채용된 위상차 발생기의 다른 예를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치에 채용된 위상차 발생기의 또 다른 예를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치를 포함하는 광학 논리 소자를 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 광 스위치 및 이를 포함한 광학 논리 소자에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 스위치(10)를 개략적으로 도시한 것이다.

광 스위치(10)는 플레이트(20)와, 상기 플레이트(20)에 형성된 제1슬릿(23)과, 상기 제1슬릿(23)으로부터 이격되어 형성된 제2슬릿(25)을 포함한다. 상기 제1슬릿(23)과 제2슬릿(25) 사이에 복수 개의 제1그루브(30)가 형성되고, 상기 제1슬릿(23)의 다른 쪽에 제2그루브(32)가 형성될 수 있다. 상기 제2그루브(32)는 제1슬릿(23)을 중심으로 상기 제1그루브와 대응되게 형성될 수 있다.

상기 플레이트(20)는 나노미터 두께를 가질 수 있으며, 전도성 금속 또는 반도체로 형성될 수 있다 상기 전도성 금속은 Au, Ag, Cu, 또는 Cr을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.

상기 제1슬릿(23)과 제2슬릿(25)은 원형 단면 또는 사각 단면을 가질 수 있다. 또한, 제1그루브(30)와 제2그루브(32)의 형상, 개수, 배치 등을 상기 제1슬릿(23)과 제2슬릿(25)의 형상에 따라 다양하게 구성할 수 있다. 도 2는 상기 플레이트(20)의 평면도를 도시한 것이다. 제1슬릿(23)과 제2슬릿(25)이 직사각형 단면을 가지고, 제1 그르부(30)와 제2그루브(32)가 직사각형 형상을 가질 수 있다. 제1슬릿(23)을 중심으로 제1그루브(30)와 제2그루브(32)는 대칭적으로 배치될 수 있다.

상기 제1슬릿(23)으로 제1광(Ls)이 통과하고, 제2슬릿(25)으로 제2광(Lc)이 통과할 수 있다. 상기 제1광(Ls)은 신호 광으로, 제2광(Lc)은 제어 광으로 사용될 수 있다. 상기 제1슬릿(23), 제2슬릿(25), 제1그루브(30) 및 제2그루브(32)의 사이즈는 사용하는 광의 파장에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1그루브(30)들 사이의 간격(d)과 제2그루브(32)들 사이의 간격(d)은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, ε ₁ ,ε ₂ 는 플레이트(20)와, 플레이트 주변의 매질(예를 들어, 공기)의 비투자율(relative permittivity)을 나타낸다. 그루브 사이의 간격(d)은 제1광의 파장(λ)과 같거나 짧을 수 있다. 예를 들어, 플레이트가 금속으로 형성된 경우, 그루브 사이의 간격(d)이 제1광의 파장보다 짧을 수 있다. 또는, 플레이트가 PEC로 형성되는 경우, 그루브 사이의 간격(d)은 제1광의 파장과 같을 수 있다.

파장(λ)과 그루브 사이의 간격(d)이 정해지면, 그루브의 폭(a)과 깊이(h), 그루브의 개수(N)가 정해질 수 있다. 예를 들어, 그루브의 폭(a)은 광 스위치에 사용되는 제1광의 파장의 1/2-1/20 범위를 가질 수 있다. 그루브이 깊이(h)는 예를 들어, 사용 광의 파장의 1/2-1/20 범위를 가질 수 있다. 제1그루브와 제2그루브의 개수가 각각 3개 이상일 때 양호한 포커싱 성능이 나오기 시작할 수 있다. 예를 들어, 제1그루브와 제2그루브의 개수는 각각 3-10개의 범위를 가질 수 있다.

한편, 제1슬릿(23)과 제2슬릿(25)은 각각 제1광의 파장의 1/2-1/20 범위의 폭(g)을 가질 수 있다. 제1슬릿(23)과 제2슬릿(25)은 그루브의 깊이(h)보다 큰 깊이(H)를 가질 수 있다(H>h). 제1슬릿(23)과 제2슬릿(25)은 예를 들어, 각각 깊이(H) 250nm, 폭(g) 40nm 사이즈를 가질 수 있다.

상기 제1그루브(30)와 제2그루브(32)가 사각형 단면 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어, 제1그루브(30)와 제2그루브(32)는 같은 사이즈를 가질 수 있으며, 예를 들어, 깊이(h) 83.5nm, 폭(a) 40nm 사이즈를 가질 수 있다

한편, 상기 제1그루브(30)와 제2그루브(32)의 개수와 간격은 제1광의 초점 거리와 강도에 따라서 조절될 수 있다. 광의 파장이 정해진 후에 원하는 광의 초점 거리와 강도가 정해지면, 그루부의 개수와 간격이 정해질 수 있다. 예를 들어, 제1그루브와 제2그루브는 각각 3개 이상 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1그루브와 제2그루브는 각각 3-10개 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제1슬릿(23), 제2슬릿(25), 제1그루브(30) 및 제2 그루브(320)가 일정한 간격(d)으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 일정한 간격은 500nm일 수 있다.

도 3은 슬릿과 그루브의 다른 예를 도시한 것이다. 플레이트(250a)에 형성된제1슬릿(23a)과 제2슬릿(25a)이 원형 단면 형상을 가지고, 제1그루브와 제2그루브가 상기 제1슬릿(23a)을 중심으로 환형의 그루브(30a)로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1슬릿(23a)과 제2슬릿(25a)이 원형 단면 형상을 가지고 있지만, 사각 단면을 갖는 것도 가능하다. 이와 같이 슬릿과 그루브가 다양한 형태와 배치를 가지고 구성될 수 있다.

상기 제1슬릿(23)으로 제1광(Ls)이 통과하고, 제2슬릿(25)으로 제2광(Lc)이 통과할 수 있다. 상기 제1광(Ls)은 신호 광으로, 제2광(Lc)은 제어 광으로 사용될 수 있다. 제1광과 제2광은 위상차를 가질 수 있으며, 예를 들어 180도의 위상차를 가질 수 있다. 제1광과 제2광의 위상차를 발생시키기 위해 위상차 발생기(35)가 더 구비될 수 있다. 위상차 발생기(35)에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 도 1에서는 제1그루브와 제2그루브가 플레이트(20)의 일 면에 구비된 예를 도시하였지만, 도 4에 도시된 바와 같이 제1그루브(31)와 제2그루브(32) 중 적어도 하나가 플레이트(20)의 양 면에 구비되는 것도 가능하다.

다음, 제1광(신호 광)과 제2광(제어 광)에 의해 광 스위칭이 구현되는 동작을 도 5를 참조하여 설명한다. 신호 광(Ls)이 온이고, 제어 광(Lc)이 오프일 때, 신호 광(Ls)이 제1슬릿(23)을 통과하여 포커싱됨으로써 출력 광이 온(ON) 될 수 있다. 제1슬릿(23)에 생긴 다이폴(dipole)이 강하게 방사(radiation)되며, 제1슬릿(23)의 주변에 있는 제1그루브(30)와 제2그루브(32)에 생긴 다이폴이 상기 방사된 광을 포커싱시킬 수 있다. 도 6은 신호 광(Ls)이 온이고, 제어 광(Lc)이 오프일 때 신호 광(Ls)이 포커싱되는 것을 보여준다. 도 6에서 x는 플레이트로부터 광축 방향으로의 좌표이고, y는 플레이트의 단면 길이 방향(도 1 참조)으로의 좌표를 나타낸다. 그리고, 도 8은 신호 광(Ls)이 온이고, 제어 광(Lc)이 오프일 때, 제1슬릿(23)으로부터의 거리에 따른 전계(Electric Field)의 변화를 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래프를 통해서도 광이 포커싱되는 것을 알 수 있다.

다음, 신호 광(Ls)이 온이고, 제어 광(Lc)이 온일 때, 신호 광(Ls)이 제1슬릿(23)을 통과하고, 제어 광(Lc)이 제2슬릿(25)을 통과하여 광이 산란될 수 있다. 다시 말하면, 제2슬릿(25)을 통과한 광이 제1슬릿(23)을 통과한 광을 산란시킴으로써 출력 광이 오프(OFF)되도록 한다. 다시 말하면, 제2광이 상기 제1그루브와 제2그루브에 생긴 다이폴을 약하게 만들어 포커싱 효과를 약화시키고, 제2슬릿에 생긴 다이폴이 제1슬릿(23)을 통과한 광을 산란시킴으로써 출력 광이 오프되도록 할 수 있다.

도 7은 신호 광(Ls)이 온이고, 제어 광(Lc)이 온일 때 신호 광(Ls)이 산란되는 것을 보여준다. 그리고, 도 9는 신호 광(Ls)이 온이고, 제어 광(Lc)이 온일 때, 제1슬릿(23)으로부터의 거리에 따른 전계(Electric Field)의 변화를 그래프로 나타낸 것이다. 도 8의 그래프와 도 9의 그래프를 비교할 때, 신호 광(Ls)이 온이고, 제어 광(Lc)이 온일 때 광이 산란되는 것을 알 수 있다.

다음, 제1광과 제2광의 위상차를 발생시키는 위상차 발생기에 대해 설명한다. 도 10a를 참조하면, 위상차 발생기(35A)는 일부광은 투과시키고, 일부광은 반사시키는 빔스프리터(36)와, 상기 빔스플리터(36)로부터 이격되어 설치되고 회동 가능한 미러(37)를 포함할 수 있다. 상기 빔스프리터(36)는 입력광의 일부를 투과시켜 제1슬릿(23)쪽으로 향하도록 하고, 입력광의 나머지 광을 반사시켜 상기 미러(37)쪽으로 향하도록 할 수 있다. 예를 들어, 빔스프리터(36)를 투과한 제1광(Ls)은 신호광으로서 제1슬릿(23)을 향하고, 빔스프리터(36)에서 반사된 제2광(Lc)은 제어광으로서 미러(37)를 향하여 진행할 수 있다. 상기 미러(37)는 회동 가능하게 되어 있어 제어 광의 온 오프를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 미러(37)는 제어 광의 제어 신호에 따라 상기 빔 스프리터(36)에서 반사된 제2광(Lc)을 반사시킬 수 있는 제1위치에 있거나(도 10a 참조), 상기 빔 스프리터(36)에서 반사된 제2광(Lc)을 통과시킬 수 있는 제2위치에 있을 수 있다(도 10b 참조). 도 10a는 광 스위치의 온(ON) 상태를 도시한 것으로, 제어 광의 오프 제어 신호가 위상차 발생기(35A)에 입력되고, 제어 광의 오프 제어 신호에 따라 미러(37)가 제1위치에 오도록 회전될 수 있다. 빔 스프리터(36)에서 반사된 제2광(Lc)은 그대로 직진하여 제2슬릿(25) 쪽으로 진행하지 않는다. 따라서, 상기 빔스프리터(36)를 통과한 제1광만이 제1슬릿(23)을 통과하여 포커싱됨으로써 광 스위치가 온 상태가 될 수 있다.

다음, 도 10b는 광 스위치의 오프(OFF) 상태를 도시한 것으로, 제어 광(제2광)의 온 제어 신호가 위상차 발생기(35A)에 입력되고, 제어 광(제2광)의 온 제어 신호에 따라 미러(37)가 제2위치에 오도록 회전될 수 있다. 빔 스프리터(36)에서 반사된 제2광(Lc)은 미러(37)에서 반사되어 제2슬릿(25) 쪽으로 향한다. 그리고, 제2광이 상기 빔스프리터(36)를 통과한 제1광을 산란시켜 광 스위치가 오프 상태가 될 수 있다. 도 10b에서 상기 제1광(Ls)과 제2광(Lc)의 경로차(D)가 발생되고, 이 경로차(D)에 의해 제1광과 제2광의 위상차가 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1광(Ls)과 제2광(Lc)의 경로차(D)를 조절하여 180도의 위상차가 나도록 할 수 있다.

다음, 11a 및 도 11b는 위상차 발생기(35B)의 또 다른 예를 도시한 것이다. 위상차 발생기(335B)는 입력 광의 일부를 반사시키고, 나머지 광을 투과시키는 빔스프리터(38)와, 상기 빔스프리터(38)에서 반사된 광을 반사시키는 미러(40)와, 상기 미러(40)에서 반사된 광을 선택적으로 투과시키는 밴드 스톱 필터(42)를 포함할 수 있다. 상기 빔스프리터(38)는 입력광의 일부를 투과시켜 제1슬릿(23)쪽으로 향하도록 하고, 입력광의 나머지 광을 반사시켜 상기 미러(40)쪽으로 향하도록 할 수 있다. 예를 들어, 빔스프리터(38)를 투과한 제1광(Ls)은 신호광으로서 제1슬릿(23)을 향하고, 빔스프리터(36)에서 반사된 제2광(Lc)은 제어광으로서 미러(40)를 향하여 진행할 수 있다. 상기 미러(40)에서 반사된 제2광은 제어 신호에 따라 밴드 스톱 필터(42)를 통과하거나 차단될 수 있다.

도 11a는 광 스위치의 온(ON) 상태를 도시한 것으로, 제어 광(제2광)의 오프 제어 신호가 밴드 스톱 필터(42)에 입력되고, 밴드 스톱 필터(42)가 제어 광의 오프 제어 신호에 따라 제2광(Lc)을 차단시킬 수 있다. 따라서, 상기 빔스프리터(38)를 통과한 제1광만이 제1슬릿(23)을 통과하여 포커싱됨으로써 광 스위치가 온 상태가 될 수 있다.

다음, 도 11b는 광 스위치의 오프(OFF) 상태를 도시한 것으로, 제어 광(제2광)의 온 제어 신호가 밴드 스톱 필터(42)에 입력되고, 제어 광(제2광)의 온 제어 신호에 따라 밴드 스톱 필터(42)가 제2광을 통과시켜 제2슬릿(25) 쪽으로 향하도록 한다. 그리고, 제2광이 상기 빔스프리터(38)를 통과한 제1광을 산란시켜 광 스위치가 오프 상태가 될 수 있다. 도 11b에서 상기 제1광(Ls)과 제2광(Lc)의 경로차(D)가 발생되고, 이 경로차(D)에 의해 제1광과 제2광의 위상차가 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1광(Ls)과 제2광(Lc)의 경로차(D)를 조절하여 180도의 위상차가 나도록 할 수 있다.

도 12는 위상차 발생기(35C)의 또 다른 예를 도시한 것이다. 위상차 발생기(35C)는 입력 광의 일부를 반사시키고, 나머지 광을 투과시키는 빔스프리터(45)와, 상기 빔스프리터(45)에서 반사된 광을 반사시키는 미러(47)와, 상기 미러(47)에서 반사된 광의 위상을 변조하는 광학 위상 변조기(50)를 포함할 수 있다. 상기 빔스프리터(45)는 입력광의 일부를 투과시켜 제1슬릿(23)쪽으로 향하도록 하고, 입력광의 나머지 광을 반사시켜 상기 미러(47)쪽으로 향하도록 할 수 있다. 예를 들어, 빔스프리터(45)를 투과한 제1광(Ls)은 신호광으로서 제1슬릿(23)을 향하고, 빔스프리터(36)에서 반사된 제2광(Lc)은 제어광으로서 미러(40)를 향하여 진행할 수 있다. 상기 미러(40)에서 반사된 제2광은 제어 신호에 따라 광학 위상 변조기(50)를 통해 위상차가 조절될 수 있다. 광학 위상 변조기(50)는 예를 들어, 전기적 신호에 따라 내부 물질의 굴절률을 변화시켜 광의 위상을 변화시킬 수 있다. 광학 위상 변조기(50)는 예를 들어 액정으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 제어 광(제2광)의 오프 제어 신호가 상기 광학 위상 변조기(50)에 입력되고, 광학 위상 변조기(50)가 제어 광의 오프 제어 신호에 따라 제2광(Lc)의 위상을 변조하여 상기 제1광과의 위상차가 0이 되도록 할 수 있다. 제1광과 제2광이 위상차가 0일 때, 상기 빔스프리터(45)를 통과한 제1광이 제1슬릿(23)을 통과하여 포커싱됨으로써 광 스위치가 온 상태가 될 수 있다.

또는, 제어 광(제2광)의 온 제어 신호가 광학 위상 변조기(50)에 입력되고, 제어 광(제2광)의 온 제어 신호에 따라 광학 위상 변조기(50)가 제2광의 위상을 변조하여 상기 제1광의 위상차가 180도가 되도록 할 수 있다. 제1광과 제2광이 위상차가 180도 일 때, 제2광이 제1광을 산란시켜 광 스위치가 오프 상태가 될 수 있다. 이상 설명한 바와 같이 위상차 발생기는 다양하게 구현 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 광 스위치는 제2광에 의해 제1광의 온-오프를 제어하는 것과 같이 광을 이용하여 초고속으로 광을 제어할 수 있다. 그러므로, 전기 회로를 이용하여 광을 제어하는 것에 비해 상대적으로 매우 빠르게 광을 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광 스위치는 광통신에 유용하게 적용될 수 있으며, 전기 회로에서 다이오드나 트랜지스터와 같은 소자로도 사용될 수 있다. 그리고, 400-700nm 범위의 파장을 위한 광 스위치 뿐만 아니라, THz 웨이브 스위치, 마이크로 웨이브 스위치, X-ray 스위치 등에도 사용될 수 있다. 그리고, 구조가 간단하고, 제조 공정이 용이하므로 나노 스케일 수준에서 집적하기 쉽고, 대량 생산이 가능하다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 논리 소자(100)를 개략적으로 도시한 것이다.

광학 논리 소자(100)는 제1광스위치(OP1)와, 제1광스위치(OP1)와 마주보게 배치된 제2광스위치(OP2)와, 상기 제1광스위치(OP1)와 제2광스위치(OP2) 사이에 배치된 도파관(150)을 포함할 수 있다. 제1광스위치(OP1)는 제1플레이트(120)와, 상기 제1플레이트(120)에 형성된 제1슬릿(123)과, 상기 제1슬릿(123)으로부터 이격되어 형성된 제2슬릿(125)을 포함한다. 상기 제1슬릿(123)과 제2슬릿(125) 사이에 제1그루브(130)가 형성되고, 상기 제1슬릿(123)을 중심으로 상기 제1그루브(130)와 대응되게 복수 개의 제2그루브(131)가 형성될 수 있다.

상기 제1슬릿(123)으로 제1광(Ls1)이 입사되고, 제2슬릿(125)으로 제2광(Lc1)이 제어 신호에 따라 선택적으로 입사될 수 있다. 제1광(Ls1)과 제2광(Ls2)은 위상차를 가질 수 있으며, 예를 들어 180도 위상차를 가질 수 있다.

상기 제2광스위치(OP2)는, 제2플레이트(220), 상기 제2플레이트(220)에 형성된 제3슬릿(223), 상기 제3슬릿으로부터 이격되어 형성된 제4슬릿(225)을 포함할 수 있다. 상기 제3슬릿(223)과 제4슬릿(225) 사이에 복수 개의 제3그루브(230)가 형성되고, 상기 제1슬릿(223)을 중심으로 상기 제3그루브(230)와 대응되게 복수 개의 제2그루브(232)가 형성될 수 있다.

상기 제3슬릿(223)으로 제3광(Ls3)이 입사되고, 제4슬릿(225)으로 제4광(Lc4)이 제어 신호에 따라 선택적으로 입사될 수 있다. 제3광(Ls3)과 제4광(Ls4)은 위상차를 가질 수 있으며, 예를 들어 180도 위상차를 가질 수 있다. 제1광과 제2광의 위상차를 발생시키고, 제3광과 제4광의 위상차를 발생시키기 위해 9A 내지 도 11을 참조하여 설명한 위상차 발생기들을 사용할 수 있다.

상기 제1 광스위치(OP1)와 제2 광스위치(OP2)는 도 1을 참조하여 설명한 광스위치(10)와 실질적으로 동일한 구성 및 기능을 가지므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 제1 광스위치(OP1)와 제2 광스위치(OP2)의 동작에 의해 다음과 같은 부정논리곱(NAND)이 구성될 수 있다.

제1광스위치(OP1)에서 제2광(Lc1)이 제2슬릿(125)에 입사될 때(Lc2(on)) 제1슬릿(123)을 통과한 제1광(Ls1)이 산란되어 제1출력광(L01)이 오프되고, 제2광스위치(OP2)에서 제3광(Lc2)이 제3슬릿(225)에 입사될 때(Lc2(on)) 제2슬릿(223)을 통과한 제2광(Ls2)이 산란되어 제2출력광(L02)이 오프된다. 이 경우, 제1광스위치와 제2광스위치가 모두 오프이므로 출력광이 오프될 수 있다.

제1광스위치(OP1)에서 제2광(Lc1)이 제2슬릿(125)에 입사될 때(Lc2(on)) 제1슬릿(123)을 통과한 제1광(Ls1)이 산란되어 제1출력광(L01)이 오프되고, 제2광스위치(OP2)에서 제3광(Lc2)이 제3슬릿(225)에 입사되지 않을 때(Lc2(off)) 제2슬릿(223)을 통과한 제2광(Ls2)이 포커싱되어 제2출력광(L02)이 온된다. 이 경우, 제2광스위치(OP2)에서 나온 제2출력광(L02)이 도파관(150)을 통해 출력되므로 출력광(L0)이 온될 수 있다.

제1광스위치(OP1)에서 제2광(Lc1)이 제2슬릿(125)에 입사되지 않을 때(Lc2(off)) 제1슬릿(123)을 통과한 제1광(Ls1)이 포커싱되어 제1출력광(L01)이 온되고, 제2광스위치(OP2)에서 제3광(Lc2)이 제3슬릿(225)에 입사될 때(Lc2(on)) 제2슬릿(223)을 통과한 제2광(Ls2)이 산란되어 제2출력광(L02)이 오프된다. 이 경우, 제1광스위치(OP1)에서 나온 제1출력광(L01)이 도파관(150)을 통해 출력되므로 출력광(L0)이 온될 수 있다.

제1광스위치(OP1)에서 제2광(Lc1)이 제2슬릿(125)에 입사되지 않을 때(Lc2(off)) 제1슬릿(123)을 통과한 제1광(Ls1)이 포커싱되어 제1출력광(L01)이 온되고, 제2광스위치(OP2)에서 제3광(Lc2)이 제3슬릿(225)에 입사되지 않을 때(Lc2(off)) 제2슬릿(223)을 통과한 제2광(Ls2)이 포커싱되어 제2출력광(L02)이 온된다. 이 경우, 제1광스위치(OP1)에서 나온 제1출력광(L01) 및 제2광스위치(OP2)에서 나온 제2출력광(L02)이 도파관(150)을 통해 출력되므로 출력광(L0)이 온될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 광스위치를 이용하여 광학 논리 소자를 구현할 수 있다. 광 스위치가 소형이므로 광학 논리 소자를 소형으로 구현 가능하며, 제어 광에 의해 신호 광을 온-오프 시킬 수 있으므로 제어 속도가 매우 가 빠르고, 광학 정렬이 용이하다.

본 발명의 실시예에 따른 광 스위치 및 이를 포함한 광학 논리 소자는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10...광 스위치, 20...플레이트
23,25...슬릿, 30,32...그루브
35...위상차 발생기, 36...빔 스프리터