Optical wireless communication (OWC) is an alternative technology to overcome RF communication, which is reaching the limit of bandwidth due to the continuous growth of communication traffic. OWC technology, which has a much higher carrier frequency than RF or mm-wave, can be a fundamental solution to meet the recent large bandwidth requirements such as 8K TV, mobility, metaverse and 6G. By using optical phased array (OPA), it is possible to implement a beam-forming OWC that steers a laser signal with high-speed modulated data in a desired direction. In particular, silicon-based OPA has many advantages in terms of size, power consumption, and steering range. In this research, we propose an optical wireless transmission system using OPA. We demonstrate 32 Gbps pseudo-random bit sequence (PRBS) data transmission based on silicon OPA by combining an electro-optic phase shifter and a thermo-optic emitter for two-dimensional beam steering by selecting suitable components for the transmitter and receiver.
In order to commercialize high-speed data transmission using OPA, we further research on the optical packaging method that can modularize the developed OPA chip. We developed a new technology called direct optical wire (DOW) bonding which uses polymer to create an optical waveguide that can be fabricated in free space. This technology interconnects optical chips in a very similar way to metal wire bonding, and can solve the problems in existing optical packaging methods which is low yield, large volume, and high cost. The wireless transmission module is developed by analyzing the advantages and disadvantages of other optical packaging technologies applicable to the OPA chip. Finally, 8K video data transmission using the OPA chip based wireless optical transmission module was demonstrated for proving that it can be applied to commercial systems.
Optical wireless communication (OWC)는 통신 트래픽의 지속적인 성장으로 대역의 한계에 다다르고 있는 RF 통신을 극복하기 위한 대안기술이다. 최근 8K TV, 모빌리티, 메타버스와 6G 등 넓은 대역폭 요구에 충족하기 위해 RF 및 mm-wave 기술보다 훨씬 더 높은 반송 주파수를 갖는 OWC가 근본적인 해결책이 될 수 있다. Optical phased array (OPA)을 이용하면 고속 데이터가 변조된 레이저 신호를 원하는 방향으로 조향하는 빔포밍형 OWC을 구현할 수 있다. 특히 실리콘 기반 OPA는 크기, 전력 소비, 조향 범위 등의 측면에서 많은 이점을 가지고 있다. 본 연구에서는 OPA를 이용한 광 무선 전송 시스템을 제안한다. 송신기와 수신기에 적합한 구성 요소를 선택하여 2차원 빔조향을 위한 전기 광학 위상변환기와 열 광학 방사기를 결합하여 실리콘 OPA를 기반으로 32 Gbps pseudo-random bit sequence (PRBS) data 전송을 시연한다.
OPA를 사용한 고속 데이터 전송을 상용화하기 위해, 개발한 OPA 칩을 모듈화 할 수 있는 광학 패키징 방법까지 연구한다. Polymer를 사용하여 자유공간에서 조형 가능한 광통로를 만드는 신기술인 direct optical wire (DOW) bonding을 개발한다. 해당 기술은 metal wire bonding과 매우 유사한 방식으로 광소자들을 연결하여, 기존 광학 패키징의 낮은 수율, 큰 부피, 고비용 등의 문제점을 해결할 수 있다. 이외에도 OPA 칩에 적용 가능한 광학 패키징 기술의 장단점을 분석하여, 무선전송모듈을 개발한다. OPA 칩 기반의 무선전송모듈을 사용하여 8K video data를 전송하는 시연을 통해 상용화 시스템에 적용 가능함을 증명한다.
