KR100283278B1 - 고용량 파장 분할 멀티플렉서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 광원(10)으로부터 광 섬유들(12)에 실려온 여러 가지 파장을 갖는 다수의 광 신호들을 공간적으로 결합시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 회절 격자(16)로 나타나는 분산 광학 장치는 다수의 신호들을 합성빔으로 결합시킨다. 그런후 그 복합빔의 샘플이 동조 가능 에탈론(etalon)(26)을 통과해 지나가서 센서(30)에 도착함으로써 분석된다. 그 에탈론(26)은 통과 대역폭(passband)에 연속적으로 동조되고, 각각의 통과 대역폭은 광 신호들 각각의 파장에 차례로 대응한다. 그 센서(30)는 파장의 변화로 일어난 각각의 빔의 각도 편차를 측정하고, 자신의 레이저 광원에서 각각의 파장을 조정하기 위하여 제어 신호(라인(36) 위에)를 발생시킨다. 그리하여 그 장치는 상대적으로 다수인 레이저 광원(10)을 신뢰성 있게 멀티플렉싱(multiplexing)하는 것을 제공하는 한편, 그 에탈론(26)과 센서(30)는, 빔의 정렬을 정밀하게 하고 멀티플렉싱하는 것을 더 효과적으로 보증하기 위하여 레이저(10)에 대한 파장 제어 신호들을 또한 발생시키는, 제어기(32)와 연결되어 동작한다.

Description

고용량 파장 분할 멀티플렉서

본 발명은 일반적으로 광 파장 분할 멀티플렉싱(multiplexing)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 개별 광 섬유들의 여러 가지 파장들을 갖는 다수의 신호들을 단일 광 섬유을 따라 전송하거나 공간을 통해 전송하기 위해 단일 빔으로 결합시키는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 고용량 레이저 통신 시스템에 적용된다.

분산 회절 격자와 프리즘은 다이크로익(dichroic) 빔 스플리터를 가지는 바와 같이, 과거에는 광 파장을 멀티플렉싱하기 위해 사용되어왔는데, 그러나 종래 기술의 기법들은 입력 채널(channel)이 다수인 경우에는 적합하지 않거나 에너지 관점으로부터 볼 때에 심히 비효율적이다.

전형적으로, 멀티플렉싱되는 광 신호들은 개별 광 섬유들에서 이용되어왔는데, 이 광 섬유로부터 빛을 쉽게 단일 섬유 속으로 발사시킬 수가 없다. 더욱이, 비록 개별 섬유는 작을 지라도, 매우 가깝게 떨어져 있는 섬유들의 가장자리부는 여러 가지 공간적 위치로부터 빛을 방출한다. 또하나의 어려움은 레이저 광원 각각의 공칭(nominal) 파장이 온도와 그밖의 매개 변수들이 시간에 따라 변화함에 따라 그 값이 유동할 수 있다는 것이다. 파장에서의 어떤 변동은 분산 접근법으로 결합될 때 파장을 멀티플렉싱하는데 사용되는 광학 요소들을 일직선으로 정렬하는데 불리하게 영향을 미친다. 따라서, 상대적으로 다수의 입력들을 취급할 능력이 있으며, 파장에서의 유동을 제어함으로써 일직선으로 정렬되는 출력빔을 신뢰성있게 생성할 수 있는, 광 파장을 멀티플렉싱하는 멀티플렉서에 대한 필요성은 여전히 존재하게 된다. 본 발명은 이러한 요구 조건들을 충족시켜준다.

본 발명은 고 용량을 갖는 파장 멀티플렉서와 그 사용을 위한 방법에 관한 것이다. 간단하게, 그리고 일반적인 용어로 볼 때, 본 발명의 파장 멀티플렉서는, 광학 분산 장치와, 여러 가지 파장들을 갖는 다수의 광 빔들을 파장에 따른 입사각으로 분산 장치로 향하게 하는 수단을 포함한다. 분산 장치는 실질적으로 공통 경로를 따라 전파되는 여러 가지 파장들을 갖는 다수의 빔들을 포함하는 하나의 합성 출력빔을 제공한다. 멀티플렉서는 합성빔의 일부를 적어도 수신하기 위하여 위치된 동조 가능 광 대역 통과 필터와, 상기 다수의 광 빔들의 여러 가지 파장들에 따라 상기 광 대역 통과 필터를 연속하는 배치들에 동조하는 수단과, 상기 동조 가능 광 대역 통과 필터로부터 방출된 연속적인 빔들을 위하여 공통인 광 경로로부터의 빔 각도 차이의 측정을 제공하기 위하여 위치된 센서로서, 상기 빔 각도 차이의 측정은 파장 에러를 지시하는, 센서와, 그리고 상기 센서에 의하여 제공된 각각의 빔 각도 차이의 측정으로부터 광원 제어 신호를 생성시키는 수단을 더 포함한다. 상기 광원 제어 신호들은 파장 정정 신호들을 피드백하여 제공하는데, 그것에 의하여 상기 개별 빔들을 정렬하여 유지한다.

본 발명의 도시적인 실시예에서, 상기 광 분산 장치는 분산 회절 격자이고, 상기 합성빔은 상기 회절 격자로부터 반사된다. 상기 도시적인 실시예에서 상기 동조 가능 광 대역 통과 필터는 동조 가능 에탈론(etalon)을 포함하고, 상기 센서는 상기 동조 가능 에탈론으로부터 출력빔의 각반사를 검출하기 위하여 위치된 바이셀(bi-cell) 센서이다. 상기 다수의 빔들을 상기 회절 격자로 향하게 하는 수단은 시준(collimating) 렌즈를 포함하고, 상기 멀티플렉서의 바람직한 구성은, 상기 회절 격자로부터 복귀되는 합성빔의 경로에 위치된 미러와, 상기 동조 가능 에탈론에 사용하기 위해 상기 합성빔으로부터 빔의 샘플을 제공하기 위하여, 실질적으로 공통인 경로에 위치된 빔 스플리터를 더 포함한다. 상기 센서는 공칭 각도로부터 상기 에탈론 출력빔의 각도 차이를 측정하는데, 상기 차이는 상기 출력 빔에 대응하여 레이저 광원에서의 파장의 에러를 지시해준다. 또한 상기 멀티플렉서의 바람직한 구성은, 상기 레이저 파장의 각각에 차례로 대응하여 상기 에탈론을 연속하는 좁은 대역폭들에 동조하기 위한 것이며, 상기 센서로부터 얻어진 상기 차이의 측정으로부터 레이저 제어 신호들을 생성시키기 위한, 제어기를 포함한다. 상기 레이저 광원은, 상기 측정된 각도 차이를 최소화하기 위하며, 상기 빔들을 파장 분할 멀티플렉싱하는 것을 촉진하기 위하여 개별로 파장면에서 제어된다.

본 발명은 또한 다수의 레이저 광 빔들을 멀티플렉싱하는 파장 분할에 관한 방법으로 한정될 수 있는데, 상기 방법은 별도로 제어가능한 레이저 광원들로부터 다수의 레이저 빔들을 생성시키는 단계와, 상기 다수의 레이저 빔들을 개별 광 섬유들 안으로 발사하는 단계와, 다수의 레이저 빔들을 파장 순서로 배열된 상기 개별 광 섬유들로부터 방출하는 단계와, 상기 방출된 레이저 빔들을 시준(collimating)하며 상기 시준된 빔들을 파장에 따른 입사각으로 분산 회절 격자로 향하도록 하는 단계와, 상기 회절 격자로부터 나온 광을 실질적으로 공통인 복귀 경로로 전파되는 합성 빔으로 반사하는 단계와, 상기 합성빔으로부터 빔의 샘플을 분할하는 단계와, 상기 샘플 빔을 좁은 대역 통과 필터링을 갖는 동조 가능 에탈론으로 통과시키는 단계와, 여러 가지 파장들에서 동작되는 상기 레이저 광원들의 연속적인 상기 파장들에 대하여 파장면으로 대응하여 연속적인 출력 빔들을 제공하기 위하여 상기 동조 가능 에탈론을 제어하는 단계와, 연속적인 에탈론 출력 빔들에서의 각도 차이를 측정하는 단계로서, 각도 차이는 파장의 에러를 지시하는, 상기 측정하는 단계와, 그리고 에탈론 출력 빔 각각에 대하여 상기 측정된 각도 차이에 따라 상기 레이저 광원들의 상기 파장들을 제어하는 단계를 포함하는데, 이것에 의하여 상기 레이저 광원의 파장들은 상기 레이저 빔들을 신뢰성 있게 멀티플렉싱하는 것을 제공하기 위하여 제어된다.

본 발명은 파장 분할 멀티플렉서의 분야에서 중요한 진보를 나타낸다는 것은 전술한 요약으로부터 이해할 수 있을 것이다. 특히, 본 발명은 여러 가지 파장들을 갖는 상대적으로 다수의 개별 광 신호들을 멀티플렉싱하는 것을 제공해준다. 효율적인 멀티플렉싱은 분산 광학 장치를 사용하여 상기 개별 빔들을 공간적으로 병합시킴으로써, 그리고 상기 신호들이 유도되는 상기 레이저 광원들의 파장을 연속적으로 조정하여 빔 정렬을 유지함으로써, 본 발명에서 달성된다. 본 발명의 다른 특성과 장점들은 도면과 연계하여 취해진 아래의 좀더 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 본질적인 특성을 도시하는 블록 다이아그램.

〈도면 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 레이저 광원 12 : 개별 광 섬유

14 : 제 1 시준 렌즈 16 : 분산 회절 격자

18 : 미러 20 : 제 2 시준 렌즈

22, 28 : 시준 렌즈 24 : 빔 스플리터

26 : 동조 가능 에탈론 30 : 센서 바이셀

32 : 제어기 34, 36 : 라인

설명을 위해 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 20개 내지 40개의 채널(channel)과 같은 상대적으로 다수의 광 통신 채널에 대한 광 파장 분할 멀티플렉싱에 관한 것이다. 비록 회절 격자와 프리즘과 같은 분산 장치가 파장 분할 멀티플렉서에 사용되도록 제안되어왔을지라도, 본 발명에 앞서 사용된 기술들은 다수의 채널에 대해서는 효율적으로 멀티플렉싱 기능을 수행할 수 없었다.

본 발명에 따라, 분산 장치는 여러 가지 파장에 대한 다수의 광 입력빔을 공간적으로 병합하는데 사용되고, 동조 가능 에탈론은, 그 입력빔이 유도되는 다수의 레이저 광원에 대한 파장 안정성을 유지하는데 사용된다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 도면 번호 10으로 지시된, 다수의 레이저는 다수의 광 섬유(12)에 광 빔을 제공한다. 통신에 적용할 때에, 그 빔들은 여러 종류의 정보 신호와 개별로 변조되어질 것이나, 이것이 본 발명에 속한 것은 아니므로, 도면에서 도시되지 않는다. 각각의 레이저(10)는 여러 가지 공칭 파장을 갖는다. 이미 공지되어 있는 바와 같이, 레이저는 간섭성이 있으며 본질적으로는 단색인 광 빔을 생산하는데, 그러나 레이저 파장은 동작 온도의 변화와 전류의 변동으로 유동하기가 쉽다. 만약 다수의 통신 채널을 구성하는 다수의 빔이 하나의 빔으로 결합될 수 있다면, 그후 그 빔들은 단일 광 섬유를 통하거나 아니면 공간을 통하여서거나 간에, 목적하는 위치까지 좀더 효율적으로 전송될 수 있다. 목적하는 지점에서, 그 별도의 채널들은 파장 분할 디멀티플렉싱을 통하여 재생될 수 있다. 소수의 채널인 경우에는, 별도의 섬유(12) 속의 그 빔들은 별도의 빔들을 단일 섬유 속으로 발사하거나 공간 속에 단일 빔으로 발사하기 위하여 간단한 광 요소를 사용하여 결합되어질 수 있다. 입력 채널의 수가 증가함에 따라, 이러한 방법은 점차 실효성이 적어진다.

본 발명의 장치에서, 그 섬유들(12)의 각각의 가장자리로부터 방출된 광은 대체적으로 원뿔형 모양으로 뻗어나가고 제 1 렌즈(14)에 의해 시준(collimated)된다. 그후 그 시준된 빔들은 분산 회절 격자(16)에 부딪힌다. 분산 회절 격자들은 파장에 따른 반사각을 제공한다. 만약 그 섬유들(12)의 가장자리들이 파장이 증가하는 순서로 선형 배열되어 있다면, 그 회절 격자(16)는 그 여러 가지 파장들에 대한 반사된 빔들이 공통인 복귀 경로 상에 놓이는 방식으로 선택되고 위치될 수 있다. 더욱이, 만약 그 회절 격자(16)가 적당히 기울어져 있다면, 반사된 빔들은 광 경로들로부터 회절 격자를 향해서 약간 비스듬하게 위치해 자리하고 있는 미러(18) 상에 제 1 렌즈(14)에 의하여 초점이 형성될 것이다. 미러(18)로부터 반사된 합성 빔은 제 2 시준 렌즈(20)를 통해 지나가고 그후 수신기 위치(도시되지 않음)까지 전송될 수 있을 것이다. 만약 합성빔이 단일 광 섬유 속으로 발사되어야 한다면, 그 장치는, 단일 섬유와 일직선 상에 정열하기 위하여 작은 직경 안으로 그 빔을 집중시키게 하는, 또하나의 렌즈(22)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 중요한 특성에 따라, 제 2 시준 렌즈(20)로부터 나온 시준된 빔의 일부는 빔 스플리터(24)를 사용하여 분할되고, 동조 가능 에탈론(26)으로 향하게 된다. 에탈론은 좁은 광 대역 통과(bandpass) 필터로서의 기능을 하는 광 공동부를 포함한다. 동조 가능 에탈론에서, 그 공동부의 하나 이상의 단부 미러는 그 장치를 원하는 파장으로 동조시키도록 이동 가능하다. 동조 가능 에탈론(26)으로부터 나온 광 출력은 또 하나의 렌즈(28)에 의하여 센서 바이셀(bi-cell)(30) 상에 초점을 형성한다. 그 바이셀(30)은 서로 인접한 두 개의 광 검출기를 갖는데, 그 검출기의 출력은 제어기(32)에 연결된다.

그 제어기(32)는 다음 기능을 수행한다:

(a) 그 제어기(32)는 레이저들(10)의 공칭 파장들에 대응하여 연속적인 주파수 대역 배치를 통해 동조 가능 에탈론(26)을 순환시키도록 제어 신호를 라인(34)에 생성시킨다.

(b) 각 연속적인 주파수 대역 배치에서, 제어기(32)는 바이셀(30)로부터 나온 입력 신호들을 수신한다. 만약 에탈론(26)의 현재 선택된 주파수 대역에 대응하는 레이저가 지정된 파장에 알맞게 동조되어 있다면, 그리고 만약 모든 광 요소들이 일직선으로 정렬되어 있다면, 에탈론(26)으로부터 나온 출력 광 빔은 렌즈(28)에 의하여 두 개의 검출기로부터 균형 잡힌 출력을 생성하는 바이셀(30)의 중심에 초점이 형성될 것이다. 만약 레이저 파장이 너무 낮거나 너무 높다면, 회절 격자(16)는 그 레이저로부터 나온 빛을 약간 다른 각도로 반사할 것이고, 에탈론(26)으로부터 나온 빛은 바이셀의 중심부에 부딪히지 않을 것이고, 그후 바이셀은 불안정한 출력 신호들을 생성할 것이다.

(c) 제어기(32)는 레이저(10)에 다시 영향을 미치는 피드백 제어 신호들을 라인(36) 위에 생성시킨다. 각 레이저(10)의 출력 파장은 온도, 전류 또는 둘 다를 변화시킴으로써 제한된 정도까지 제어될 수 있다. 라인(36) 위의 피드백 제어 신호들은 N개의 제어 루프들 각각에 네가티브(negative) 피드백을 제공하는데, N은 제어되어야 하는 레이저의 수이다. 각각의 레이저(10)는, 그 특정한 레이저의 출력이 에탈론(26)에 의하여 동조되어질 때 바이셀(30)의 출력을 평가하도록 하는 방식으로 제어된다. 그리하여 각각의 레이저(10)는 자신의 지정된 파장만을 생성시키도록 제어되고, 다른 파장 유동은 최소화된다. 상당히 고도한 정밀도까지 파장이 제어되는 각각의 레이저를 가지고, 다수의 레이저 빔들은 단일 섬유나 단일 빔으로 신뢰할 만하게 그리고 효율적으로 배열되고 멀티플렉싱된다.

본 발명은 광 파장 분할 멀티플렉싱의 분야에서 중요한 진보를 나타내고 있다는 것을 전술한 설명으로부터 이해할 수 있을 것이다. 특히 본 발명은, 여러 가지 파장을 갖는 다수의 입력 빔을 공간적으로 병합하는 것을 제공하기 위한 분산 광 장치와, 입력 빔이 유도되는 다수의 레이저에 대하여 파장 동조를 위한 제어 신호들을 제공하는 동조 가능 에탈론을 결합하는 것을 포함한다. 본 발명의 일 실시예만이 설명의 목적으로 기술되었는데, 여러 가지 변형이 본 발명의 사상과 범주를 벗어남이 없이 만들어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, "광"이라는 용어는 적외선 영역과 자외선 영역이 있는 것과 같이, 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역을 벗어난 파장들도 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부되는 청구항을 제외한 다른 내용에 대해서 제한되어서는 안될 것이다.

Claims (5)

1. 고용량 파장 분할 멀티플렉서(multiplexer)로서,

   광 분산 장치와,

   여러 가지 파장을 갖는 다수의 광 빔들을 파장에 따라 입사각을 갖는 상기 분산 장치로 향하게 하는 수단으로서, 상기 분산 장치는 실질적으로 공통 경로를 따라 전파되는 상기 여러 가지 파장들을 갖는 다수의 빔들을 포함하는 합성 출력 빔을 제공하는, 상기 향하게 하는 수단과,

   상기 합성빔 중 하나 이상의 부분을 수신하도록 위치된 동조 가능 광 대역 통과 필터와,

   상기 다수의 광 빔들의 상기 여러 가지 파장들에 대응하여 연속적인 배치로 상기 광 대역 통과 필터를 동조하기 위한 수단과,

   상기 동조 가능 광 대역 통과 필터로부터 방출된 연속적인 빔들에 대하여 상기 공통 빛살 경로로부터의 빔의 각도 차이의 측정을 제공하도록 위치된, 센서로서, 상기 빔의 각도 차이의 측정은 파장 에러를 지시하는, 상기 센서와,

   파장 정정을 위해, 상기 센서에 의하여 제공된 각각의 빔의 각도 차이의 측정으로부터 광원 제어 신호를 생성시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 멀티플렉서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광 분산 장치는 분산 회절 격자이고 상기 합성 빔은 상기 회절 격자로부터 반사되는 것을 특징으로 하는 파장 분할 멀티플렉서.
3. 제 1항에 있어서, 상기 동조 가능 광 대역 통과 필터는 동조 가능 에탈론(etalon)을 포함하고, 상기 센서는 상기 동조 가능 에탈론으로부터 나온 출력광의 각도 편향을 검출하기 위하여 위치된 바이셀(bi-cell) 센서인 것을 특징으로 하는 파장 분할 멀티플렉서.
4. 파장 분할 멀티플렉서에 있어서,

   분산 회절 격자와,

   파장에 따른 입사각을 따라 여러 가지 파장에서 동작하는 레이저 광원으로부터 다수의 레이저 광 빔들을 상기 회절 격자로 향하게 하기 위한, 시준(collimating) 렌즈를 포함하는, 광학 요소들과,

   실질적으로 공통인 경로를 따라 상기 회절 격자로부터 복귀하는 합성 빔의 경로 상에 위치된, 미러를 포함하는, 추가적인 광학 요소들과,

   상기 합성 빔으로부터 샘플 빔을 제공하기 위하여 실질적으로 공통인 경로 상에 위치된 빔 스플리터와,

   상기 빔의 상기 샘플 상에 위치되는 동조 가능 에탈론으로서, 각각의 상기 레이저 광원에 차례로 대응하여 선택된 좁은 대역폭에서 출력 빔을 제공하는 상기 동조 가능 에탈론과,

   공칭(nominal) 각도로부터 상기 에탈론 출력빔의 각도 차이를 측정하기 위한 센서로서, 상기 차이는 상기 출력빔에 대응하여 상기 레이저 광원에 있는 파장 에러를 지시하는, 상기 센서와,

   상기 레이저 파장들 각각에 차례로 대응하여 연속적인 좁은 대역폭에 상기 에탈론을 동조하기 위한, 또한 상기 센서로부터 얻어진 상기 차이의 측정치로부터 레이저 제어 신호들을 발생시키기 위한 제어기를 포함하는데,

   이것에 의하여 상기 레이저 광원들이 각도 차이를 최소화하고 상기 개별 빔의 파장 분할 멀티플렉싱을 촉진하기 위하여 파장으로 제어되는 것을 특징으로 하는 파장 분할 멀티플렉서.
5. 다수의 레이저 광 빔들을 파장 분할 멀티플렉싱하는 방법에 있어서,

   개별 제어 가능한 레이저 광원들로부터 다수의 레이저 빔들을 생성시키는 단계와,

   상기 다수의 레이저 빔들을 개별 광 섬유들로 발사하는 단계와,

   다수의 레이저 빔들을 파장 순서로 배열된 상기 개별 광 섬유들로부터 방출하는 단계와,

   상기 방출된 레이저 빔들을 시준(collimating)하고 파장에 따른 입사각으로 상기 시준된 빔들을 분산 회절 격자로 향하게 하는 단계와,

   상기 회절 격자로부터 나온 광을 실질적으로 공통인 복귀 경로를 따라 전파되는 합성 빔으로 반사하는 단계와,

   상기 합상 빔으로부터 샘플 빔을 분할하는 단계와,

   좁은 대역 통과 필터링을 위하여 동조 가능 에탈론을 통해 상기 샘플 빔을 통과시키는 단계와,

   여러 가지 파장들에서 작동되는 연속적인 상기 레이저 광원의 상기 파장들에 따라 파장으로 연속적인 출력빔을 제공하기 위하여 상기 동조 가능 에탈론을 제어하는 단계와,

   상기 연속적인 에탈론 출력 빔들에서의 각도 차이를 측정하는 단계로서, 공칭 각도로부터의 각도 차이는 파장의 에러를 지시하는, 상기 각도 차이를 측정하는 단계와,

   각각의 에탈론 출력 빔에 대하여 상기 측정된 각도 차이에 따라 상기 레이저 광원의 상기 파장들을 제어하는 단계를 포함하는데,

   이것에 의하여 상기 레이저 광원 파장들은 상기 레이저 빔들의 신뢰성 있는 멀티플렉싱을 제공하기 위하여 제어되는 것을 특징으로 하는 파장 분할 멀티플렉싱하는 방법.