KR100658532B1 - 가변 다채널 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1개 또는 여러 개의 편광 유지 광섬유와 편광 조절기 (λ/2, λ/4), 3dB 커플러로 구성된 기능성 가변 다채널 광섬유 필터에 관한 것이다. 특히 편광 조절기 (λ/2)를 이용하여 1개 또는 다중으로 연결된 편광 유지 광섬유들의 유효 굴절률 및 유효 길이의 조합을 조절하여 채널 간격을 자유롭게 조절할 수 있는 채널 간격 가변형 다채널 필터에 관한 것이다. 또한, 편광 조절기(λ/4)를 이용하여 파장 위치를 동시에 가변할 수 있는 기능성 다채널 필터에 관한 것이다.
기존의 다채널 필터들은 외부 환경에 민감하거나 입력 신호의 편광 상태 변화에 따라 출력이 변해서 성능 안정화가 아주 어려웠다. 또한 채널 간격과 파장 위치가 동시에 조절 가능하지도 않았다. 본 발명의 기능성 다채널 필터는 편광 조절기를 이용하여 채널 간격과 파장 위치가 자유롭게 조절 가능하며 입력 편광 상태에도 영향을 받고, 또한 임의의 비균일 투과 스펙트럼 구현이 가능하므로 이득 평탄화 필터에도 사용될 수 있으며 다양한 광섬유 다파장 레이저, 신호 게이팅 소자, 다파장 광 스위치 소자 등으로 활용할 수 있다.
다채널 필터, 가변 필터, 이득 평탄화 필터, 편광 조절기, λ/4

Description

가변 다채널 필터{Tunability Multichannel Filter}
도 1은 본 발명의 실시예로서 n개의 편광 유지 광섬유를 이용한 기능성 다채널 필터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서 세 개의 편광유지 광섬유와 편광 조절기를 3dB 커플러 내에 위치하여 구성한 가변 다채널 필터의 구성도이다.
도 3은 편광 조절기를 이용하여 본 발명의 다채널 필터의 채널 간격이 조절되는 것의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 편광 상태에 따른 파장 변화 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 입력 편광의 상태에 따른 출력 변화 설명도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
10 : 편광 유지 광섬유 20 : 편광조절기(λ/2)
30 : 편광조절기(λ/4) 40 : 3dB 커플러
100 : 가변 다채널 필터
본 발명은 1개 또는 여러 개의 편광 유지 광섬유와 편광 조절기 (λ/2, λ/4), 3dB 커플러로 구성된 기능성 가변 다채널 광섬유 필터 및 그 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 편광 유지 광섬유와 편광 조절기(λ/2, λ/4), 3dB 커플러를 이용하여 입력 편광 상태 변화에 영향을 받지 않는 독접적 가변 다채널 필터에 관한 것이다.
기존의 다채널 필터는 광섬유 격자 필터, Mach-Zehnder 간섭계, 도파로 격자 (arrayed waveguide grating) 등이 있다. 광섬유 격자 필터의 경우에는 각각의 파장에 일치하는 여러 개의 격자들을 연결하여 다채널 필터를 구현하는 것으로 가격이 비싸고 파장 가변을 위해서는 각각의 격자 필터를 조절해야하므로 어려움이 있다. 파장 위치는 각각의 격자 필터를 조절하여 변화시킬 수 있지만 채널 간격을 일정하게 조절하기도 어려우며 상품화할 경우에 부피가 커지는 문제가 있다.
Mach-Zehnder 간섭계의 경우에는 위상 변화를 정확하게 일치시켜야 다채널 필터 특성을 가질 수 있는데 위상 변화를 일치하는 것이 외부 온도, 진동, 스트레인 등의 변화에 아주 민감하여 성능을 안정화하기가 아주 어렵다는 단점을 가지고 있다. 그리고 파장 위치 및 채널 간격을 조절하기도 어렵다는 문제가 있다.
또한, 도파로 격자를 이용하는 경우에는 각각의 도파로의 위상을 정확하게 맞춰야 하며 원하는 채널을 선택하기가 어려우며 상품화하였을 경우 부피가 커진다는 단점이 있다. 온도에 따라서 파장 위치는 가변은 용이하나 채널 간격 조절은 어렵다는 문제가 있다. 그리고 위에서 제시된 세 가지 종래 기술의 경우에 입력 신호의 편광 변화에 민감하게 반응하기 때문에 편광 의존도 억제가 필요하다.
본 발명은 상기 종래 기술들이 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 채널 간격이 조절되는 가변 다채널 필터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 파장 위치도 동시에 가변시킬 수 있는 기능성 다채널 필터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 입력 신호의 편광 상태 변화에 무관한 다채널 필터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제작 단가가 저렴하고 소규모의 다채널 필터를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, 본 발명에서는 편광 조절기(λ/2, λ/4)를 이용하여 3dB 커플러 내에서 여러 개의 편광 유지 광섬유들의 유효 굴절률 및 유효 길이의 조합을 변화시킴으로써 채널 간격과 파장 위치를 가변시킬 수 있도록 하는 다채널 필터가 제시된다.
본 발명에서 제시하는 기능성 다채널 필터는 기존의 다채널 필터의 단점 여겨졌던 입력 신호의 편광 상태 의존도를 억제하였을 뿐만 아니라 채널 간격 및 파장이 동시에 조절가능하다는 장점을 가지는 새로운 형태의 기능성 가변 다채널 필터를 구현할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 그 발명의 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예로서 n개의 편광 유지 광섬유를 이용한 기능성 다채널 필터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서 세 개의 편광유지 광섬유와 편광 조절기를 3dB 커플러 내에 위치하여 구성한 가변 다채널 필터의 구성도이다.
도 3은 편광 조절기를 이용하여 본 발명의 다채널 필터의 채널 간격이 조절되는 것의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 편광 상태에 따른 파장 변화 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 입력 편광의 상태에 따른 출력 변화 설명도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이 본 발명의 기능성 가변 다채널 광섬유 필터(100)는 1개 또는 여러 개의 편광 유지 광섬유(10)와 편광 조절기 (λ/2)(20), 편광조절기(λ/4)(30) 및 3dB 커플러(40)로 구성되어 있다.
도 1a에 도시된 본 발명의 기능성 다채널 필터는(100)는 n 개의 편광 유지 광섬유(10)와 3d 커플러(40)를 이용하여 Lyot-Sagnac 필터를 구성하고, 편광 조절기(λ/2, λ/4)(20)(30)를 이용하여 각각의 편광 유지 광섬유(10)를 지나는 광신호의 편광상태를 조절하여 파장 가변 및 채널 간격을 조절할 수 있도록 되어 있다. 두 광신호 사이에 특히 편광 조절기(λ/2,λ/4)(20)(30)를 통하여 다채널 필터의 유효 굴절률 및 유효 길이의 조합이 조절되기 때문에 각각의 채널의 파장과 간격이 효과적으로 조절될 수 있으며 입력 편광 상태에 영향을 받지 않고 동작된다.
본 발명의 기능성 가변 다채널 필터에서는 입력 신호가 3dB 커플러(40)를 통 해서 두 부분으로 나누어져 시계 및 반시계 방향으로 각각 진행하게 된다. 나누어진 두 신호는 각각 다중으로 연결된 편광 유지 광섬유(10) 부분과 편광 조절기(20)(30)를 지나면서 서로 다른 위상변화를 겪게 되며 3dB 커플러를 통해서 결합한다. 이때 두 광신호 사이에 간섭 현상이 일어나며 다채널 필터 특성이 나타난다.
이때, 투과도(T)와 채널 간격(Δλ)은 다음 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112004056872107-pat00001
Figure 112004056872107-pat00002
여기서 Δn (=n x -n y )은 두 수직 모드의 굴절률 차이, L eff 는 유효 길이를 나타낸다.
수학식 1과 2에서 보듯이 투과 특성은 다중으로 연결된 편광 유지 광섬유(10)들의 유효 굴절률 및 유효 길이 조합의 변화에 따라 조절할 수 있으며 채널 간격도 그들의 조합에 의해 조절할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 투과도에서 광신호의 위상을 변화시키면 파장 위치를 변화시킬 수 있다. 본 발명의 다채널 필터는 1개 또는 다중으로 연결된 편광 유지 광섬유(10)를 가지고 있다. 광신호는 다중으로 연결된 편광 유지 광섬유(10)를 지날 때 편광 조절기 (λ/2)에 의해서 상대적인 편광상태 변화를 겪게 되는데, 이러한 위상 변화에 의해 광신호가 느끼는 유효 길이 조합이 변하게 된 다. 만일 n 개의 편광 유지 광섬유가 연결되어 있는 경우에는 2n-1 의 채널 간격을 가질 수 있다. 또한 편광 조절기(λ/4)를 이용하면 θ를 변화시킬 수 있으므로 파장 위치를 조절할 수 있으며 투과도를 조절할 수 있으므로 임의의 비균일 투과 스펙트럼 구현을 통해 광증폭기의 이득 평탄화 필터로써 활용할 수 있다.
이러한 가변 다채널 필터(100)를 도 1b에서와 같이 직렬로 연결하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실제적인 실험 구성도로써, 3개의 편광 유지 광섬유(10)와 편광 조절기(20)(30) 및 3dB 커플러(40)를 사용하여 구성한 기능성 가변 다채널 필터를 나타내고 있다. 위에서 언급한 것과 같이 3개의 편광 유지 광섬유를 사용하고 있으므로 4개의 유효 길이 조합을 얻을 수 있으므로 4개의 채널 간격을 얻을 수 있다. 실험에서 사용한 편광 유지 광섬유는 길이가 각각 L1=6 m, L2=3m, L3=1m, Δn=0.0003 이었다.
도 3에서는 실험 결과를 나타내고 있다. 즉, 편광 조절기를 이용하여 다채널 필터의 채널 간격이 조절되는 것을 나타낸 것으로, 편광 조절기(λ/2)로써 3개의 편광 유지 광섬유 부분의 유효 길이 조합에 따라 채널 간격이 효과적으로 조절됨을 알 수 있다.
도면 4에서는 편광 상태에 따른 파장 변화를 나타내고 있다. 즉, 편광 조절기(λ/4)를 이용하여 광신호의 θ을 변화시켜 파장 위치를 가변한 실험 결과를 나타내고 있다. 특히 Electro-optic 편광 조절기를 이용하면 인가된 전압을 변화시킴에 따 라 편광 상태를 조절할 수 있고 빠른 응답 속도를 가지는 파장 가변 다채널 필터를 구현될 수 있음을 나타내고 있다.
도면 5에서는 입력 신호의 편광 변화에 따른 출력 변화를 나타내고 있는데, 입력 신호의 편광 변화에 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 따라서 입력 편광 변화에 무관한 독립적인 기능성 가변 다채널 필터를 구현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 다채널 필터는 편광 조절기(λ/2)를 이용하여 3dB 커플러 내에서 여러개의 편광 유지 광섬유들의 유효 굴절률 및 유효 길이의 조합을 변화시킴으로써 채널 간격을 가변시킬 수 있고,
기존의 다채널 필터의 단점으로 여겨졌던 입력 신호의 편광 상태 의존도를 억제하였을 뿐만 아니라 채널 간격 및 파장이 동시에 조절가능하므로 새로운 형태의 기능성 가변 다채널 필터를 구현할 수 있고,
또한, 편광 조절기(λ/4)를 이용하여 파장 위치도 동시에 가변시킬 수 있는 기능성 가변 다채널 필터를 구현할 수 있는 효과가 있다.
특히, 응답 속도가 빠르고 인가전압으로 조절할 수 있는 Electro-optic 편광 조절기를 이용하면 응답 속도가 빠른 다채널 필터가 구현 가능하므로 다채널 스위치 소자, 신호 게이팅 소자, interleaver, 그리고 다파장 광섬유 레이저 구현을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 적어도 하나 또는 복수개의 편광 유지 광섬유 부분과,
    편광 조절기(λ/2)와,
    편광조절기(λ/4)와,
    3dB 커플러를 포함하고,
    상기 각각의 편광 유지 광섬유 부분을 지나는 광신호의 편광상태를 상기 편광조절기(λ/2) 및 편광조절기(λ/4)에서 조절하여 파장 가변 및 채널 간격을 조절할 수 있도록는 구성된 가변 다채널 필터.
  2. 적어도 하나 또는 복수개의 편광 유지 광섬유 부분과,
    편광 조절기(λ/2)와,
    편광조절기(λ/4)와,
    3dB 커플러를 포함하고,
    상기 각각의 편광 유지 광섬유 부분을 지나는 광신호의 편광상태를 상기 편광조절기(λ/2) 및 편광조절기(λ/4)에서 조절하여 파장 가변 및 채널 간격을 조절할 수 있도록 구성된 가변 다채널 필터가 복수개 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 다채널 필터.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 편광 유지 광섬유는 실리카 광섬유, 포토닉 크리스탈 광섬유, 벌크(bulk) 편광 유지 소자, 폴리머 광섬유를 포함한 복굴절을 가지고 있는 소자 중의 하나인 것을 특징으로 하는 가변 다채널 필터.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 편광조절기(λ/2)는 광신호의 채널 간격을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변 다채널 필터.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 편광조절기(λ/4)는 광신호의 파장 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변 다채널 필터.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    입력 광신호가 상기 3dB 커플러를 통해서 두 부분으로 나누어져 시계 및 반시계 방향으로 각각 진행하게 되고, 나누어진 두 신호는 각각 다중으로 연결된 상기 편광 유지 광섬유 부분과 편광 조절기(λ/2)(λ/4))를 지나면서 서로 다른 위상변화를 일으키고 상기 3dB 커플러를 통해서 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 다채널 필터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 두 광신호 사이에는 간섭 현상이 일어나며 이 간섭 현상에 의해 다채널 필터 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 가변 다채널 필터.
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