KR100199858B1 - Full optical wavelength transformation device using cavity dumping - Google Patents
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Abstract
1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
공진기 덤핑을 이용한 완전 광신호 파장 변환기Fully Optical Signal Wavelength Converter Using Resonator Dumping
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
공진하고 있는 광 루프 거울에 신호광을 입사시키고, 입사된 신호광에 의해 유도되는 광 루프 거울내의 위상변화에 기인한 공진기 덤핑(cavity dumping)을 파장 변환 원리로 사용하여 파장 변환을 수행하는 완전 광신호 파장 변환기를 제공하고자 함.A complete optical signal wavelength in which the signal light is incident on the resonant optical loop mirror and the wavelength conversion is performed using the resonator cavity dumping caused by the phase change in the optical loop mirror induced by the incident signal light as the wavelength conversion principle. I want to provide a converter.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
본 발명은 선형 공진기를 이용하여 원하는 파장의 광신호를 선택하여 증폭하고, 공진하고 있는 광 루프 거울내로 입사된 신호광에 의해 유도되는 루프거울내의 위상변화에 따른 공진기 덤핑(cavity dumping)을 파장 변환 원리로 사용하여 신호광을 원하는 광신호의 파장으로 변환하여 출력하므로써, 입력 신호의 시간 대역폭에 대한 제한이 거의 없는 초고속 변환이 가능하고, 출력되는 공진기광의 파장을 원하는 파장으로 조절할 수 있다.The present invention selects and amplifies an optical signal having a desired wavelength by using a linear resonator, and converts the resonator cavity dumping according to the phase change in the loop mirror induced by the signal light incident into the resonant optical loop mirror. By converting the signal light into the wavelength of the desired optical signal by using the P-N, the ultra-high-speed conversion without limiting the time bandwidth of the input signal is possible, and the wavelength of the output resonator light can be adjusted to the desired wavelength.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
초고속 파장 분할 다중화(WDM) 광통신 시스템에 이용됨.Used in ultrafast wavelength division multiplexing (WDM) optical communication systems.
Description
본 발명은 초고속 파장 분할 다중화(WDM : Wavelength Division Multiplexing) 광통신 시스템에서 핵심적인 소자로 사용될 광신호 파장 변환기에 관한 것으로, 특히 파장 변환중에서도 광에서 광으로의 직접 변환인 완전 광신호 파장 변환기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an optical signal wavelength converter to be used as a key element in an ultrafast wavelength division multiplexing (WDM) optical communication system. In particular, the present invention relates to a full optical signal wavelength converter which is a direct conversion from light to light even during wavelength conversion. .
파장 변환기는 전송되어 오는 신호의 파장을 원하는 파장으로 변환하는 소자로서, 전송 시스템에서 사용하는 파장과 각각의 서브넷(sub-net)이나 노드(node)에서 사용하는 파장으로 매칭(matching)시키거나 파장을 재 사용(wavelength reuse)하고자 할 경우에 사용하는 소자이다.The wavelength converter converts the wavelength of the transmitted signal into a desired wavelength. The wavelength converter matches or wavelengths the wavelength used in the transmission system with the wavelength used by each subnet or node. This element is used to reuse wavelength.
파장 변환에는 광신호를 전기신호로 변환한 후에 다시 전기신호를 광신호로 변환하는 전기 광학적 방법과, 직접 광신호를 광신호로 변환하는 완전 광신호 파장 변환 방법이 있다. 이와 같은 완전 광신호 파장 변환은 전기 광학적 방법보다 입력 신호의 시간 대역폭에 대한 제한이 거의 없는 초고속 변환이 가능하다.The wavelength conversion includes an electro-optical method of converting an optical signal into an electric signal and then converting the electric signal into an optical signal, and a full optical signal wavelength conversion method of directly converting an optical signal into an optical signal. This complete optical signal wavelength conversion enables ultrafast conversion with little limitation on the time bandwidth of the input signal than the electro-optical method.
종래의 파장 변환기는 반도체 광 증폭기에서의 4 광파 혼합(FWM : four wave mixing)을 이용하거나 반도체 광 증폭기의 교차 이득 변조(cross gain modulation)를 주로 이용해 왔다.Conventional wavelength converters have primarily used four wave mixing (FWM) in semiconductor optical amplifiers or cross gain modulation of semiconductor optical amplifiers.
도 1 은 종래의 반도체 증폭기의 4광파 혼합(FWM)을 이용한 파장 변환기의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a wavelength converter using four-wave mixing (FWM) of a conventional semiconductor amplifier.
비선형 광학 효과는 입사되는 여러 개의 광 사이의 상호작용을 가능하게 하여 그들 광이 지닌 주파수의 차이나 합에 해당하는 진동수를 지닌 새로운 광, 즉 파장이 다른 광을 발생시킨다. 여기서, 진동수와 파장은 같은 개념으로서 서로 역비례의 관계가 있다. ω1의 진동수를 지닌 광과 ω2의 진동수를 지닌 광들을 반도체 광 증폭기와 같은 비선형 광학 물질에 입사시키면 2ω2-ω1이나 2ω1-ω2의 광이 발생된다. 따라서, 진동수가 ω1인 신호광과 진동수가 ω2인 여기광(pump light)을 같이 입사시키면 발생된 2ω2-ω1(또는 2ω1-ω2)의 진동수를 갖는 광신호도 신호광과 같은 신호를 지니게 된다. 따라서, 신호 파장 변환이 이루어진다.Nonlinear optical effects enable interaction between multiple incident lights, producing new light with a frequency that corresponds to the difference or sum of the frequencies of those lights, that is, light of different wavelengths. Here, the frequency and the wavelength have the same concept and are inversely related to each other. When light having a frequency of ω 1 and light having a frequency of ω 2 is incident on a nonlinear optical material such as a semiconductor optical amplifier, light of 2ω 2 -ω 1 or 2ω 1 -ω 2 is generated. Therefore, the signal frequency of the signal light as shown in FIG optical signal having a frequency ω 1 of the signal light and the frequency ω 2 of the excitation light (pump light) occurs when the incident as a 2ω 2 -ω 1 (or 2ω 1 -ω 2) Will have. Thus, signal wavelength conversion is achieved.
그러나, 종래의 4 광파 혼합(FWM) 방법은 2ω2-ω1(또는 2ω1-ω2)의 진동수를 지닌 광이 효율적으로 생성되기 위해서는 위상 정합 조건이라는 까다로운 조건을 만족시켜야 하는 문제점이 있으며, 보통 위상 정합 조건이 만족되어도 변환율이 - 30 dB 정도로 매우 작은 문제점이 있었다.However, the conventional four-wave mixing (FWM) method has a problem of satisfying a demanding condition of phase matching in order to efficiently generate light having a frequency of 2ω 2 -ω 1 (or 2ω 1 -ω 2 ). Even if the phase matching condition is satisfied, there is a problem that the conversion rate is -30 dB.
여기서, 위상 정합 조건이라는 것은 입사되는 광들과 생성되는 광의 진동수에서 선형 굴절계수가 모두 같아야 하는 조건이다.Here, the phase matching condition is a condition in which the linear refraction coefficients are the same in frequency of incident light and generated light.
도 2 는 종래의 반도체 증폭기에서의 교차 이득 변조(cross gain modulation)를 이용한 파장 변환기의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a wavelength converter using cross gain modulation in a conventional semiconductor amplifier.
반도체 광 증폭기의 교차 이득 변조(cross gain modulation)를 이용하는 방법은 λ1의 파장을 지닌 신호광과 λ2의 파장을 지닌 연속 발진 레이저를 같이 반도체 광 증폭기에 입사시키면 두 파장 사이의 이득 경쟁에 의하여 λ2의 광에는 신호광의 신호와 정반대인 보상신호(complementary signal)가 출력된다. 이것은 넓은 의미의 파장 변환이다.The method of using cross gain modulation of a semiconductor optical amplifier includes a signal light having a wavelength of λ 1 and a continuous oscillation laser having a wavelength of λ 2 . The light of 2 outputs a complementary signal opposite to that of the signal light. This is a broad wavelength conversion.
이러한 종래의 교차 이득 변조 방법은 그 구조가 비교적 간단하다는 장점을 지니고 있으나, 항상 변환된 파장에서의 신호로 입력신호와 보상관계에 있는 보상신호(complementary signal)가 나온다는 문제점이 있었다.The conventional cross gain modulation method has an advantage that the structure is relatively simple, but there is a problem that a complementary signal having a compensating relationship with an input signal is always generated as a signal at a converted wavelength.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 공진하고 있는 광 루프 거울에 신호광을 입사시키고, 입사된 신호광에 의해 유도되는 광 루프 거울내의 위상변화에 기인한 공진기 덤핑(cavity dumping)을 파장 변환 원리로 사용하여 파장 변환을 수행하는 완전 광신호 파장 변환기를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a wavelength conversion principle for injecting signal light into a resonant optical loop mirror and resonator cavity dumping caused by a phase change in the optical loop mirror induced by the incident signal light. It is an object of the present invention to provide a complete optical signal wavelength converter to perform a wavelength conversion using.
도 1 은 종래의 반도체 증폭기의 4광파 혼합(FWM)을 이용한 파장 변환기의 구성도,1 is a configuration diagram of a wavelength converter using four-wave mixing (FWM) of a conventional semiconductor amplifier,
도 2 는 종래의 반도체 증폭기에서의 교차 이득 변조(cross gain modulation)를 이용한 파장 변환기의 구성도,2 is a configuration diagram of a wavelength converter using cross gain modulation in a conventional semiconductor amplifier;
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 공진기 덤핑(cavity dumping)을 이용한 완전 광신호 파장 변환기의 구성도.3 is a schematic diagram of a complete optical signal wavelength converter using resonator cavity dumping in accordance with one embodiment of the present invention;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
101 : 광 루프 거울(optical loop mirror)101: optical loop mirror
102 : 선형 공진기 11 : 반사거울102: linear resonator 11: reflection mirror
12 : 파장 선택용 파장 여과기12: wavelength filter for wavelength selection
13 : 어븀 첨가 광섬유 증폭기13: Erbium-doped fiber amplifier
14,21,23,24 : 광섬유 결합기 15 : 펌프 레이저14,21,23,24: fiber coupler 15: pump laser
22 : 분산 천이 광섬유22: dispersion transition optical fiber
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부로부터 입력되는 광신호중에서 원하는 파장을 선택하여 증폭하여 출력하는 파장 선택 수단; 및 외부로부터 공진하고 있는 루프거울내로 입사된 신호광에 의해 유도되는 루프거울내의 위상변화에 따른 공진기 덤핑(cavity dumping)을 파장 변환 원리로 사용하여 상기 파장 선택 수단으로부터 입력되는 광신호의 파장으로 신호의 파장을 변환하여 출력하는 파장 변환 수단을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention, the wavelength selection means for selecting and amplifying a desired wavelength from the optical signal input from the outside; And resonator cavity dumping according to the phase change in the loop mirror induced by the signal light incident into the loop mirror resonating from the outside as the wavelength conversion principle, to convert the signal into the wavelength of the optical signal input from the wavelength selecting means. And wavelength converting means for converting and outputting the wavelength.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment according to the present invention;
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 공진기 덤핑(cavity dumping)을 이용한 완전 광신호 파장 변환기의 구성도로서, 도면에서 101은 광 루프 거울(optical loop mirror), 102는 선형 공진기, 11은 반사거울, 12는 파장 선택용 파장 여과기, 13은 어븀 첨가 광섬유 증폭기, 14,21,23,24는 광섬유 결합기, 15는 펌프 레이저, 22는 분산 천이 광섬유를 각각 나타낸다.FIG. 3 is a block diagram of a complete optical signal wavelength converter using resonator cavity dumping according to an embodiment of the present invention, where 101 is an optical loop mirror, 102 is a linear resonator, and 11 is a reflection A mirror, a wavelength filter for wavelength selection, 13 an erbium-doped fiber amplifier, 14, 21, 23 and 24 are optical fiber combiners, 15 is a pump laser, and 22 is a distributed transition optical fiber.
기본적인 레이저 구조는 여러 가지가 가능하나 여기서는 광 루프 거울(optical loop mirror)(101)과 선형 공진기(102)로 구성된 레이저를 중심으로 기술한다.The basic laser structure may be various, but the description here will be based on a laser composed of an optical loop mirror 101 and a linear resonator 102.
선형 공진기(102)는, 외부로부터 입력 신호광을 입력받는 반사거울(11), 상기 반사거울(11)을 통하여 입력된 광신호에서 원하는 파장을 선택하여 여과하는 파장 여과기(12), 어븀 첨가 광섬유로 구성되어 상기 파장 여과기(12)에서 여과된 광신호를 증폭하는 광섬유 증폭기(13), 상기 어븀 첨가 광섬유 증폭기(13)를 광펌핑하기 위한 여기광을 입력시키는 펌프 레이저(15), 상기 펌프 레이저(15)를 어븀 첨가 광섬유 증폭기(13)에 결합시키는 광섬유 결합기(14)를 구비한다.The linear resonator 102 includes a reflection mirror 11 receiving input signal light from the outside, a wavelength filter 12 for selecting and filtering a desired wavelength from the optical signal input through the reflection mirror 11, and an erbium-doped optical fiber. And a pump laser 15 for inputting excitation light for optically pumping the erbium-doped optical fiber amplifier 13, which is configured to amplify the optical signal filtered by the wavelength filter 12, and the pump laser ( And an optical fiber coupler 14 for coupling 15 to the erbium-doped optical fiber amplifier 13.
광 루프 거울(Optical loop mirror)(101)은, 상기 선형 공진기(102)의 광섬유 증폭기(13)에서 증폭된 광신호(공진기광)를 입력받아 50 : 50으로 분배하여 동일한 루프경로를 반대방향으로 진행시켜 되돌아오는 광신호를 결합하여 변환된 광신호를 외부로 출력하는 50 : 50 광섬유 결합기(21), 신호광을 루프내로 입사시키는 광섬유 결합기(23), 루프내의 비성형 굴절율을 조절하기 위한 분산 천이 광섬유(22), 광섬유 결합기(23)를 통하여 루프내로 입사된 신호광을 루프로부터 추출하여 외부로 출력하는 광섬유 결합기(24)를 구비한다.The optical loop mirror 101 receives an optical signal (resonator light) amplified by the optical fiber amplifier 13 of the linear resonator 102 and divides the same loop path in a 50: 50 direction in the opposite direction. 50:50 optical fiber coupler 21 which combines the returned optical signal by advancing and outputs the converted optical signal to the outside, optical fiber coupler 23 which inputs the signal light into the loop, and dispersion transition for adjusting the non-molding refractive index in the loop The optical fiber coupler 24 which extracts the signal light incident in the loop through the optical fiber 22 and the optical fiber coupler 23 from the loop and outputs it to the outside.
이러한 동작을 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation in detail as follows.
50 : 50 광섬유 결합기(21)는 선형 공진기(102)로부터 H1 포드를 통하여 광 루프 거울(101)로 입사되는 광신호를 같은 크기의 두 개의 광신호로 분리한다. 두 개로 나뉘어진 광신호들은 루프 거울내의 동일한 경로를 반대방향으로 진행하므로 외부의 비가역적(nonreciprocal)인 요동(perturbation)이 없는 한 50 : 50 광섬유 결합기(21)에 의해 다시 결합되어 간섭을 일으킬때 보강 간섭이 일어나 입사될 때의 에너지를 지닌 채 되돌아간다. 이와 같은 작용은 마치 거울과 같으므로 광섬유 루프 거울이라는 명칭을 사용하며, 50 : 50 광섬유 결합기(21)의 포트 H1을 반사 포트라고 한다.The 50:50 optical fiber combiner 21 separates the optical signal incident from the linear resonator 102 through the H1 pod into the optical loop mirror 101 into two optical signals of the same size. The two divided optical signals travel in the same direction in the loop mirror in the opposite direction, so when they are recombined by the 50:50 optical fiber coupler 21 to cause interference unless there is external nonreciprocal perturbation. Constructive interference occurs and returns with the energy of the incident. Since this action is like a mirror, the name of the fiber loop mirror is used, and the port H1 of the 50:50 fiber coupler 21 is called a reflection port.
이때, 비가역적인 요동이란 반대 방향으로 진행하는 두개의 신호광중의 하나에 대해 다른 하나와 차별적인 요동이 가해지는 것으로, 루프의 회전에 의한 사냑 효과, 자기-광학 패러데이 효과, 비선형 광학 효과 등이 있다. 이러한 효과들은 루프 거울 내부를 반대 방향으로 진행하는 두 광 사이의 위상차를 유도하고, 위상차는 각각 그것의 원인이 되는 물리 현상(루프의 회전, 자기장, 비선형 굴절율)의 크기에 따라서 비례한다. 이와 같은 위상차는 루프거울 출력 강도의 변화를 일으키어 50 : 50 광섬유 결합기(21)의 다른 포트인 H2 포트로 광신호(공진기광)의 일부분이 추출되게 된다. 따라서, H2 포트를 투과 포트라고 한다. 공진기 덤핑(cavity dumping)은 이러한 비가역적 요동중에서 비선형 효과를 이용하는 것이다.In this case, the irreversible fluctuation is applied to the one of the two signal light proceeding in the opposite direction to the one that is different from the other, there is a sagnac effect, a magneto-optical Faraday effect, a nonlinear optical effect due to the rotation of the loop . These effects induce a phase difference between two lights traveling in the opposite direction inside the loop mirror, each of which is proportional to the magnitude of the physics phenomena (loop rotation, magnetic field, non-linear refractive index) that cause it. This phase difference causes a change in the loop mirror output intensity so that a portion of the optical signal (resonator light) is extracted to the H2 port, which is another port of the 50:50 optical fiber combiner 21. Therefore, the H2 port is referred to as a transmission port. Cavity dumping uses nonlinear effects during this irreversible fluctuation.
두 개의 광섬유 결합기(23,24)는 공진기광과 신호광의 파장에 대해서 각각 100 : 0과 0 : 100의 결합/분리 비율을 가지고 있어, 하나의 광섬유 결합기(23)는 공진기광을 무조건 통과(by-pass)시키고 신호광을 루프거울 내부로 입사시키며, 다른 광섬유 결합기(24)는 공진기광을 무조건 통과(by-pass)시키고 루프거울내로 입사된 신호광을 루프거울 밖으로 추출한다.The two optical fiber couplers 23 and 24 have a coupling / separation ratio of 100: 0 and 0: 100 for the wavelengths of the resonator light and the signal light, respectively, so that one optical fiber coupler 23 passes the resonator light unconditionally (by and pass the signal light into the loop mirror, and the other optical fiber combiner 24 unconditionally passes the resonator light and extracts the signal light incident into the loop mirror out of the loop mirror.
신호광이 광섬유 루프 거울(101)에 광섬유 결합기(23)을 통해 입사되면 비선형 광학 효과에 의한 투과율 T(t)이 다음의 [수학식1]과 같이 주어진다.When the signal light is incident on the optical fiber loop mirror 101 through the optical fiber coupler 23, the transmittance T (t) due to the nonlinear optical effect is given by Equation 1 below.
φo는 루프 거울의 위상 바이어스(phase bias)로서 보통은 0 이다. Δφ 는 신호광에 의해서 유도되는 비선형 굴절율로서 다음의 [수학식2]와 같다.φ o is the phase bias of the loop mirror and is usually zero. Δφ is a nonlinear refractive index induced by signal light, and is represented by Equation 2 below.
여기서, λc는 공진기광의 파장이며, n2는 분산 천이 광섬유의 비선형 굴절 계수, L은 분산 천이 광섬유의 길이, Is는 신호광의 피크 파워이다.Here, λ c is the wavelength of the resonator light, n 2 is the nonlinear refractive index of the dispersion transition optical fiber, L is the length of the dispersion transition optical fiber, and I s is the peak power of the signal light.
Δφ 의 값이 180o가 되도록 입력 신호광의 피크 파워 및 분산 천이 광섬유 길이를 조절하면 공진기광이 투과 포트를 통해 출력된다. 이것이 비선형 광학 효과를 이용한 공진기 덤핑(cavity dumping)이며, 파장여과기를 통해 출력되는 공진기광의 파장을 원하는 파장으로 조절할 수 있으므로 가변이 용이한 파장 변환기의 역할을 수행한다.When the peak power of the input signal light and the dispersion transition optical fiber length are adjusted so that the value of Δφ is 180 ° , the resonator light is output through the transmission port. This is a cavity dumping using a nonlinear optical effect, and the wavelength of the resonator light output through the wavelength filter can be adjusted to a desired wavelength, thereby serving as a variable wavelength converter.
이처럼, 신호를 지닌 신호광을 입사시킴으로써 공진기 덤핑(cavity dumping)을 이용하여 신호의 파장을 입사하는 신호광의 파장에서 공진기 내부의 파장으로 변환한다.As such, by injecting the signal light with the signal, the wavelength of the signal is converted from the wavelength of the incident signal light into the wavelength inside the resonator using cavity cavity dumping.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains, and the above-described embodiments and accompanying It is not limited to the drawing.
상기와 같은 본 발명은, 공진하고 있는 광 루프 거울에 신호광을 입사시키고, 입사된 신호광에 의해 유도되는 광 루프 거울내의 위상변화에 기인한 공진기 덤핑(cavity dumping)을 파장 변환 원리로 사용하여 파장 변환을 수행하므로써, 입력 신호의 시간 대역폭에 대한 제한이 거의 없는 초고속 변환이 가능하고, 출력되는 공진기광의 파장을 원하는 파장으로 조절할 수 있으므로 가변이 용이하며, 초고속 파장 분할 다중화(WDM) 광통신 시스템에서 전송되어 오는 신호의 파장을 각각의 서브망(sub-net)이나 노드(node)에서 사용하는 파장으로 매칭(matching)시키거나 파장을 재 사용(wavelength reuse)하고자 할 경우에 사용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention provides a wavelength conversion method using a wavelength conversion principle by injecting signal light into a resonant optical loop mirror and resonator cavity dumping due to a phase change in the optical loop mirror induced by the incident signal light. By performing the method, ultra-fast conversion with almost no limitation on the time bandwidth of the input signal is possible, and the wavelength of the output resonator light can be adjusted to a desired wavelength, thereby making it easy to change and transmitted in an ultra-fast wavelength division multiplexing (WDM) optical communication system. There is an effect that can be used to match the wavelength of the incoming signal to the wavelength used by each sub-net or node or to reuse the wavelength.
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Cited By (1)
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| KR100665566B1 (en) * | 2000-01-05 | 2007-01-09 | 주식회사 케이티 | Interferometric wavelength convert with fiber optical loop mirror |
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1996
- 1996-12-20 KR KR1019960069280A patent/KR100199858B1/en not_active IP Right Cessation
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| KR100665566B1 (en) * | 2000-01-05 | 2007-01-09 | 주식회사 케이티 | Interferometric wavelength convert with fiber optical loop mirror |
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| Publication number | Publication date |
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| KR19980050457A (en) | 1998-09-15 |
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