KR0154619B1

KR0154619B1 - 전 광섬유 편광모드 분산 측정기

Info

Publication number: KR0154619B1
Application number: KR1019950039790A
Authority: KR
Inventors: 김향균
Original assignee: 양승택; 한국전자통신연구원; 이준; 한국전기통신공사
Priority date: 1995-11-04
Filing date: 1995-11-04
Publication date: 1998-12-15
Also published as: KR970028617A

Abstract

본 발명은 전 광섬유 편광모드 분산 측정기에 관한 것으로, 각 부분이 광섬유로 융착 접속되어 있는 전 광섬유 편광모드 분산 측정기를 제공하기 위하여, 광 발생 수단(24); 제1,2,34 광섬유(25,22,29,31); 상기 광원 발생 수단(24)으로 입력되는 광을 차단하는 아이솔레이터(26); 상기 광 발생 수단(24)으로 부터 입력되는 입사광을 서로 수직한 성분으로 분할하거나 반사광을 결합하는 편극 광분할 수단(27); 경로차를 발생하는 제1,2 경로차 발생 수단(23,30); 입력받은 광신호의 편광에 대하여 수직된 편광의 반사광을 출력하는 제1,2 패러데이 회전 거울(21,28); 편광모드 분산에 의한 광경로 차를 유도하는 측정소자(32); 광신호를 입력받아 간섭신호로 변환하는 편극기(33); 및 광세기를 검출하는 광세기 측정기(34)를 구비하여 접속 손실이 적고, 외부의 진동등에 대해서 안정하며, 광섬유의 편광섭동에 전혀 영향받지 않는 효과가 있다.

Description

전 광섬유 편광모드 분산 측정기

제1도는 종래의 백색광 간섭을 이용한 편광모드 분산 측정기.

제2도는 본 발명에 따른 전 광섬유 편광모드 분산 측정기.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 제1패러데이 회전 거울 22 : 제2광섬유

23 : 제1원통형 압전소자 24 : 광원

25 : 제1광섬유 26 : 아이솔레이터

27 : 편극 광분할기 28 : 제2 패러데이 회전 거울

29 : 제3광섬유 30 : 제2 원통형 압전 소자

31 : 제4광섬유 32 : 측정소자

33 : 편극기 34 : 광세기 측정기

본 발명은 전 광섬유 편광모드 분산 측정기에 관한 것이다.

광소자에서 편광모드 분산이란 빛이 광소자를 진행할 때 서로 수직한 두 편광 모드간에 군속도 차이를 의미한다. 이러한 편광모드 분산은 광전송 시스템에서 색분산과 함께 구형파로 변조되는 신호광의 펄스 폭의 확대를 유발하여 최대 전송거리에 제한을 가져오고, 또한 전송 품질을 악화시킨다. 특히, 초고속(10Gb/s이상), 대용량의 광전송이 현실화되면서, 색분산, 편광모드 분산에 의한 문제는 더욱 더 심각해 지고 있다.

따라서, 현 시점에서 광선로 및 광소자의 편광모드 분산의 양을 정확히 측정하고, 이에 의한 광전송 시스템의 영향을 정확히 예측하고 광전송시스템을 설계하는 것이 매우 중요하다.

광섬유 및 광소자의 편광모드 분산 측정 방법은 여러가지가 제안되어 있다. 이들은 측정 방법에 따라 크게 세 가지로 구분할 수 있다.

첫째는 측정소자의 입력단과 출력단에 편극기를 놓아 광이 매질을 진행한 후 파장에 따른 투과광이 세기 변화를 관측하는 것이다. 즉, 고정된 편광이 광원이 측정하고자 하는 소자를 진행한 후 광원의 파장에 따른 편광 변화를 측정하는 것이다. 이를 위해서 파장 가변 레이저, 또는 발광 다이오드(LED)나 에르븀 첨가 광증폭기(EDFA)의 자연방출광(ASE)과 같이 선폭이 매우 넓은 광원과 편극기, 광세기 측정기 또는 광주파수 분석기가 이용된다.

둘째는 파장에 따른 광의 편광 상태 변화를 직접 관측하는 것이다. 이 방법에서는 파장 가변 레이저와 편광 상태 분석기가 이용된다.

셋째는 간섭계를 이용하는 방법이다. 간섭 길이가 매우 짧은 백생광 간섭계의 입력 광원을 서로 수직하게 편광되어 있는 두 성분으로 나누어 측정소자를 통과시킨 후 이들의 간섭 신호를 관측함으로서 측정소자의 편광모드간의 광경로 차이를 측정하는 것이다. 이 방법은 편광모드의 결합이 많은 소자의 측정에는 부적합하다. 그러나, 매우 적은 편광모드 분산의 양을 측정할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명이 이와 관계가 깊으므로 간섭계를 이용한 편광모드 분산 측정 방법에 대해서는 좀더 자세하게 기술한다.

제1도는 종래의 백색광 간섭을 이용한 편광모드 분산 측정기로서, 일본의 KDD에서 개발하고, Santec Corp.에서 제작, 시판하고 있는 간섭계형 편광모드 분산 측정기이다.

백색 광원(LED 또는 SLD)이 광분할기에 의하여 50:50의 광세기 비율로 나누어진 후 각각 편극기를 거쳐 거울로 입사된다. 각각의 거울에 의해 반사된 광원은 다시 편극기를 거쳐 광분할기에 의해 다시 결합한 후 광접속기를 통하여 측정소자로 입사된다.

이때, 광분할기에 의해 나누어진 광의 편광 상태는 두 편극기를 이용하여 서로 수직하게 맞추어 놓아 측정소자로 입사되는 두 광원이 서로 수직한 편광을 이루도록 한다. 동일한 매질을 서로 수직한 편광의 빛이 진행한 후의 광경로 차이가 바로 편광모드 분산의 양이 된다.

측정소자를 통과한 광원을 다시 편극기를 이용하여 관측하면 두 수직한 광원의 간섭 신호를 측정할 수 있는데, 편광모드 분산에 의한 두 광원의 광경로 차가 광원의 길이보다 길 경우 간섭 신호가 나타나지 않는다. 그러나, 입력쪽에서 광분할기로 나뉜 두 광원의 광경로 차이를 두 거울의 상대적인 위치를 조정하여 변화시키면 편광모드 분산에 의한 광경로 차를 보상할 수 있고 간섭 신호가 최대가 된 순간에 두 거울간의 경로차를 읽어서 측정소자의 편광모드 분산을 측정한다.

이와같은 백색광 간섭계는 백색광의 가간섭 거리가 매우 짧아서 매우 작은 광경로 차이를 측정할 수 있기 때문에 편광모드 분산을 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 이 방법은 편광모드 결합이 적고, 편광모드 분산의 양이 적은 소자를 측정하기에 적합하다.

상기와 같은 종래의 간섭계형 편광모드 분산 측정기는 편극기와 벌크광소자(bulk optic device)를 이용하였는데, 이 때문에 진동등의 외부 환경 변화에 대해 시스템의 안전성이 떨어지고, 벌크 광소자와 광섬유와의 광결합시 소자 삽입 손실이 많으며, 측정소자의 편광모드 분산 결합이 많을 경우 입력광 경로를 조절하여 간섭 신호를 관측할 때 그 형태가 복잡하여 편광모드 분산의 양을 정확히 예측하기 어려운 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 각 부분이 광섬유로 융착 접속되어 있는 전 광섬유 편광모드 분산 측정기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광신호를 발생하는 광 발생수단; 상기 광 발생 수단에 일측이 연결되어 광신호를 입력받는 제1광섬유; 상기 제1광섬유 중의 소정의 위치에 연결되어 상기 광원 발생 수단으로 입력되는 광을 차단하는 아이솔레이터; 상기 제1광섬유의 타측에 연결되어 상기 광 발생 수단으로부터 입력되는 입사광을 서로 수직한 성분으로 분할하거나 반사광을 결합하는 편극 광분할 수단(Polarization beam splitter); 상기 편극 광분할 수단에 일측이 연결되어 수직 분할된 하나의 광을 입력받는 제2광섬유; 상기 제2광섬유 중의 소정의 위치에 연결되어 경로차를 발생하는 제1경로차 발생 수단; 상기 편극 광분할 수단에 일측이 연결되어 수직 분할된 타 광을 입력받는 제3광섬유; 상기 제3광섬유 중의 소정의 위치에 연결되어 경로차를 발생하는 제2경로차 발생 수단; 상기 제2광섬유의 타측에 연결되어 입력받은 광신호의 편광에 대하여 수직된 편광의 반사광을 상기 제2광섬유를 통하여 상기 편극 광분할 수단으로 출력하는 제1패러데이 회전 거울(Faraday Rotating Mirror); 상기 제3광섬유의 타측에 연결되어 입력받은 광신호의 편광에 대하여 수직된 편광의 반사광을 상기 제3광섬유를 통하여 상기 편극 광분할 수단으로 출력하는 제2 패러데이 회전거울(Faraday Rotating Mirror); 상기 편극 광분할 수단에 일측이 연결되어 결합된 반사광을 입력받는 제4광섬유; 상기 제4광섬유의 타측에 연결되어 편광모드 분산에 의한 광경로 차를 유도하는 측정소자; 상기 측정소자를 통과한 광신호를 입력받아 간섭신호로 변환하는 편극기; 및 상기 편극기에 연결되어 광세기를 검출하는 광세기 측정기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 전 광섬유 편광모드 분산 측정기로서, 21은 제1패러데이 회전 거울, 22는 제2광섬유, 23은 제 1 원통형 압전 소자, 24는 광원, 25는 제1광섬유, 26은 아이솔레이터, 27은 편극 광분할기, 28은 제2패러데이 회전 거울, 29는 제3광섬유, 30은 제2 원통형 압전 소자, 31은 제4광섬유, 32는 측정 소자, 33은 편극기, 34는 광세기 측정기를 각각 나타낸다.

백색 광원(24)으로는 발광다이오드(LED), 혹은 에르븀 첨가 광증폭기에서 나오는 증폭된 자연방출광을 이용한다. 백색 광원(24)은 제1광섬유(25)와 아이솔레이터(24)를 통하여 편극 광분할기(Polarzation beam splitter)(27)로 입사된다. 이때, 아이솔레이터(26)는 제1광섬유(25) 중의 소정의 위치에 연결되어 편극 광분할기(27)에서 백색 광원(24)으로 되돌아 오는 광을 차단하는 기능을 수행한다.

입사되는 백색 광원(24)은 편극 광분할기(27)에서 서로 수직한 성분으로 나뉘어 제2광섬유(22)와 제3광섬유(29)로 진행한다. 제2광섬유(22)를 진행한 신호광은 제1패러데이 회전 거울(Faraday Rotating Mirror)(21)에 의해 반사되고, 제3광섬유(29)로 진행한 신호광은 제2 패러데이 회전 거울(Faraday Rotating Mirror)(28)에 의해 반사되는데, 이때, 상기 제1,2 패러데이 회전 거울(Faraday Rotating Mirror)(21,28)의 특성에 의해 반사광의 편광은 입사광과 항상 수직하게 된다.

따라서, 반사된 광은 편극 광분할기(27)에서 다시 결합하여 아이솔레이터(26)에 의하여 입사 방향(제1광섬유)으로 진행하지 못하고, 제4광섬유(31)를 통하여 측정하고자 하는 측정소자(32) 방향으로 진행한다. 제4광섬유(31)로 진행한 광원은 측정하고자 하는 측정소자(32)를 진행한 후 편극기(33)를 거쳐 광세기 검출기(34)에서 검출된다.

측정소자(32)로 입사되는 광원은 제2광섬유(22)와 제3광섬유(29)를 진행한 서로 수직한 편광의 백색광이며, 측정소자(32)를 진행하면서 편광모드 분산에 의해 광경로 차가 유도되며, 이 두 성분이 편극기 (33)를 통과한 후의 출력은 이들간의 간섭신호로 나타난다.

측정소자(32)에서의 편광모드 분산에 의한 광경로 차는 제2광섬유(22)와 제3광섬유(29)의 길이 변화로 광경로 차이를 조정하여 보상할 수 있으며, 광세기 검출기(34)로 검출된 백색광 간섭계의 간섭 신호가 최대가 된 순간에 제2광섬유(22)와 제3광섬유(29)의 보상된 길이를 읽음으로서 측정소자(32)의 편광모드 분산을 알 수 있다.

제2광섬유(22)의 길이 변화는 제2광섬유(22)를 제1원통형 압전소자(PZT)(23)에 감아서 적정의 전압을 가함으로서 제2광섬유(22)의 길이를 변화시키고, 제3광섬유(29)의 길이 변화는 제3광섬유(29)를 제2 원통형 압전소자(PZT)(30)에 감아서 적정의 전압을 가함으로서 제3광섬유(29)의 길이를 변화시킨다. 또한, 상기 제2,3광섬유(22,29)의 길이를 변화시키기 위하여 기계적으로 광섬유를 압축 또는 인장시킬 수 있다.

한편, 광신호에 광경로 차이를 주기 위하여 제2,3광섬유(22,29)의 길이를 변화시키지 않고, 상기 제2,3광섬유(22,29)의 소정의 위치에 자유 공간을 확보하고, 이 자유 공간을 이용하여 광경로 차이를 둘 수도 있다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 각 부분이 광섬유로 융착 접속되어 있어 접속 손실이 적다.

종래의 백색광 간섭계를 이용한 편광모드 분산 측정기의 경우 소자와 소자가 따라 분리되어 있고, 특히, 광경로 부분이 공간로(air path)로 되어 있고, 여기에 편극기가 삽입되어 전체적인 소자 삽입 손실이 증가한다. 이러할 경우, 측정소자로 입사되는 광원의 세기가 작아져 작동범위(dynamic range), 즉 측정소자의 허용 가능 손실의 양이 작아져 측정가능 소자의 폭이 줄어드는 단점이 있으나, 본 발명의 구조는 광소자들의 삽입 손실이 적어진 만큼 작동 범위(dynamic range)가 커진다.

둘째, 소자 각 부분이 완전히 융착 접속되어 있기 때문에 외부의 진동등에 대해서 안정하다.

백색광 간섭은 작은 세기의 간섭 신호를 관측하는 것이므로 그 크기에 영향을 주는 작은 섭동에 민감하다. 그러나, 벌크 광소자로 이루어진 종래의 백색광 간섭계 편광모드 분산 측정기는 각 부분이 떨어져 있기 때문에 이에 의한 영향을 많이 받을 수 있으나, 본 발명의 구조는 광소자들이 완전히 융착 접속되어 있어 외부 환경 변화등에 매우 안정하다.

셋째, 제2,3광섬유에 부착되어 있는 거울이 패러데이 회전 거울이기 때문에 제2,3광섬유의 편광 섭동에 전혀 영향받지 않는다.

Claims

광신호를 발생하는 광 발생 수단(24); 상기 광 발생 수단(24)에 일측이 연결되어 광신호를 입력받는 제1광섬유(25); 상기 제1광섬유(25)중의 소정의 위치에 연결되어 상기 광원 발생 수단(24)으로 입력되는 광을 차단하는 아이솔레이터(26); 상기 제1광섬유(25)의 타측에 연결되어 상기 광 발생 수단(24)으로부터 입력되는 입사광을 서로 수직한 성분으로 분할하거나 반사광을 결합하는 편극 광분할 수단(Polarization beam splitter)(27); 상기 편극 광분할 수단(27)에 일측이 연결되어 수직 분할된 하나의 광을 입력받는 제2광섬유(22); 상기 제2광섬유(22) 중의 소정의 위치에 연결되어 경로차를 발생하는 제1경로차 발생수단(23); 상기 편극 광분할 수단(27)에 일측이 연결되어 수직 분할된 타 광을 입력받는 제3광섬유(29); 상기 제3광섬유(29) 중의 소정의 위치에 연결되어 경로차를 발생하는 제2경로차 발생수단(30); 상기 제2광섬유(22)의 타측에 연결되어 입력받은 광신호의 편광에 대하여 수직된 편광의 반사광을 상기 제2광섬유(22)를 통하여 상기 편극 광분할 수단(27)으로 출력하는 제1패러데이 회전 거울(Faraday Rotating Mirror)(21); 상기 제3광섬유(29)의 타측에 연결되어 입력받은 광신호의 편광에 대하여 수직된 편광의 반사광을 상기 제3광섬유(29)를 통하여 상기 편극 광분할 수단(27)으로 출력하는 제2 패러데이 회전 거울(Faraday Rotating Mirror)(31); 상기 편극 광분할 수단(27)에 일측이 연결되어 결합된 반사광을 입력받는 제4광섬유(31); 상기 제4광섬유(31)의 타측에 연결되어 편광모드 분산에 의한 광경로차를 유도하는 측정소자(32); 상기 측정소자(32)를 통과한 광신호를 입력받아 간섭신호로 변환하는 편극기(33); 및 상기 편극기(33)에 연결되어 광세기를 검출하는 광세기 측정기(34)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전 광섬유 편광모드 분산 측정기.
제1항에 있어서, 상기 광 발생 수단(24)은, 발광다이오드(LED) 또는 에르븀 첨가 광증폭기인 것을 특징으로 하는 전 광섬유 편광모드 분산 측정기.
제1항에 있어서, 상기 제1경로차 발생 수단은(23)은, 상기 제2광섬유(22)의 길이 변화로 광경로 차를 발생하도록 구성하고, 상기 제2경로차 발생 수단(30)은, 상기 제3광섬유(29)의 길이 변화로 광경로 차를 발생하도록 구성한것임을 특징으로 하는 전 광섬유 편광모드 분산 측정기.
제3항에 있어서, 상기 각 경로차 발생 수단(23,30)은, 원통형 압전소자(PZT)(23)로 구성한 것임을 특징으로 하는 전 광섬유 편광모드 분산 측정기.
제3항에 있어서, 상기 각 경로차 발생 수단(23,30)은, 기계적으로 광섬유를 압축하거나 인장하도록 구성함 것임을 특징으로 하는 전 광섬유 편광모드 분산 측정기.
제1항에 있어서, 상기 제1경로차 발생 수단(23)은, 제2광섬유(22)의 소정의 위치에 자유 공간을 설정하고, 상기 제2경로차 발생수단(29)은, 상기 제3광섬유(29)의 소정의 위치에 자유 공간을 설정한 것임을 특징으로 하는 전 광섬유 편광모드 분산 측정기.