KR100289715B1 - 다단복합광학장치 - Google Patents

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Abstract

하나의 광 아이솔레이터로 복수의 광 아이솔레이터 기능 수행할 뿐만 아니라, 입력광의 광파우어를 검출할 수 있도록 구조가 개선된 다단 복합 광학장치가 개시되어 있다.
이 개시된 장치는 제1광섬유에서 출사된 제1입사광선을 평행광선으로 바꾸어주는 제1콜리메이터와; 제2광섬유에서 출사된 제2입사광선을 평행광선으로 바꾸어주는 제2콜리메이터와; 제1 및 제2입사광선을 복굴절 투과시키는 제1폴라라이저와, 제1폴라라이저의 광 입사면에 형성되어 제1 및 제2입사광선 각각에 대해 대부분은 투과시키고 일부는 반사시키는 탭과, 탭을 투과하여 입사된 광선을 회전 투과시키는 패러데이 회전자와, 입사된 광선을 편광상태를 반전투과시키는 제2폴라라이저를 포함하는 광 아이솔레이터와; 탭에서 반사된 제1입사광선을 수광하여 제1입사광선의 광 파우어를 검출하는 제1광검출기와; 탭에서 반사된 제2입사광선을 수광하여 제2입사광선의 광 파우어를 검출하는 제2광검출기와; 제2폴라라이저를 투과한 광을 제3광섬유로 집속시키는 제3콜리메이터와; 제2폴라라이저의 광 출사면과 마주하며 상기 제3콜리메이터와 다른 위치에 배치되며, 제2콜리메이터에서 출사되고 광 아이솔레이터를 경유하여 출사된 광선을 제4광섬유에 집속시키는 제4콜리메이터;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

다단 복합 광학장치{Multichannel ITP apparatus}
본 발명은 광섬유(optical fiber) 사이에 채용되어 일 방향으로의 광선은 통과시키고 역방향으로의 광선은 차단하고 입사광 파우어를 분리해내는 다단 복합 광학장치에 관한 것으로서, 상세하게는 하나의 광 아이솔레이터로 복수의 광 아이솔레이터 기능을 수행 및 입사광선의 광 파우어를 검출 할 수 있도록 아이솔레이터-탭-광검출기(ITP; Isolator-Tap-Photodiode)의 구조가 개선된 다단 복합 광학장치에 관한 것이다.
일반적인 다단 복합 광학장치는 광선의 편광모드(polarization modes)를 이용하여 역방향 광선을 차단시키는 광 아이솔레이터와, 이 광 아이솔레이터의 입,출사면 각각에 배치되어 제1 및 제2광섬유에 입,출력되는 광을 집속시키는 제1 및 제2콜리메이터를 포함한다.
종래의 편광모드를 이용한 광 아이솔레이터는 두 광섬유 사이의 광경로 상에 위치되어, 순방향의 광선은 투과시키고, 그 역방향의 광선은 차단한다.
이를 위하여 광 아이솔레이터는 복굴절 결정 웨지 형상의 제1폴라라이저와, 패러데이 회전자와, 제2폴라라이저로 구성된다. 따라서, 순방향으로 진행하는 광선 즉, 제1폴라라이저, 패러데이 회전자 및 제2폴라라이저 순서로 진행하는 광선은 상기 제1 및 제2폴라라이저를 통과하면서 서로 평행한 정상광선과 이상광선으로 분기된 채로 광섬유로 향하게 된다. 여기서, 정상광선과 이상광선 사이의 광경로차는 워크오프(walk-off)라 정의되며, 상기 워크오프가 큰 경우, 정상광선과 이상광선 사이에 시간지연이 생기게 되어 편광모드 디스퍼션이 발생한다.
본 출원인은 상기한 바와 같은 점을 고려하여 광학부품의 추가없이 워크오프를 줄일 수 있는 편광모드를 이용한 광 아이솔레이터를 대한민국 특허출원 제96-18025호, 제96-80099호, 제96-80100호 및, 제97-9555호를 통해 제안한 바 있다.
이 제안된 광 아이솔레이터는 순방향 광선과, 역방향 광선의 진행경로를 서로 다르게 하여 역방향 광선의 진행을 차단하는 것으로 한 채널 즉, 하나의 광신호를 전달하는 것에 대하여 개시하고 있다. 따라서, EDFA등의 광증폭기에 있어서 정보를 포함한 입력광의 진행방향으로 가이드하기 위한 광 아이솔레이터와, 역방향에서 입사된 광이 EDF를 통과하는 것을 차단하기 위한 광 아이솔레이터를 별도로 구비하여야 하므로, 광증폭기를 콤팩트화 하는데 장애요인이 되었다.
또한, 입력광선에 대한 광 파우어를 검출하기 위하여 광 아이솔레이터의 앞단에 입력광선의 대부분은 투과시키고 일부를 반사시킬 수 있도록 된 탭(TAP) 및 이 탭에서 반사된 광을 수광할 수 있도록 된 광검출기를 설치하였다. 즉, 별도로 배치된 탭을 구비함에 의해 광학계가 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 하나의 광 아이솔레이터를 이용하여 적어도 두 광선에 대해 역방향 진행을 차단할 수 있도록 된 두 채널 구조를 구현할 수 있음과 아울러 입사광선의 광파우어를 측정할 수 있도록 된 다단 복합 광학장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다단 복합 광학장치의 광학적 배치를 보인 도면.
도 2는 도 1에 도시된 패룰과, 콜리메이터의 결합관계를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
I...제1입력광선 Ⅱ...제2입력광선 10...제1광섬유
20...제2광섬유 30...제3광섬유 40...제4광섬유
50...콜리메이터 51, 53, 55, 57...제1, 제2, 제3, 제4콜리메이터
60...광 아이솔레이터 61...제1폴라라이저
63...패러데이 회전자 65...제2폴라라이저
67...탭 71...제1광검출기
75...제2광검출기 80...글래스패룰
85...홀더
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다단 복합 광학장치는, 제1광섬유에서 출사된 제1입사광선을 평행광선으로 바꾸어주는 제1콜리메이터와; 상기 제1폴라라이저의 광 입사면과 마주하며 상기 제1콜리메이터와 다른 위치에 배치되고, 제2광섬유에서 출사된 제2입사광선을 평행광선으로 바꾸어주는 제2콜리메이터와; 광경로 상에 순차로 배치되며, 입사되는 제1 및 제2입사광선을 정상광선과 이상광선으로 복굴절 투과시키는 제1폴라라이저와, 상기 제1폴라라이저의 상기 제1콜리메이터와 마주하는 광 입사면에 형성되어 상기 제1 및 제2입사광선 각각에 대해 대부분은 투과시키고 일부는 반사시키는 탭과, 상기 탭을 투과하여 입사된 광선을 회전 투과시키는 패러데이 회전자와, 입사된 정상광선과 이상광선 각각을 반전투과시키는 제2폴라라이저를 포함하는 광 아이솔레이터와; 상기 탭에서 반사된 제1입사광선을 수광하여 제1입사광선의 광 파우어를 검출하는 제1광검출기와; 상기 탭에서 반사된 제2입사광선을 수광하여 상기 제2입사광선의 광 파우어를 검출하는 제2광검출기와; 상기 제2폴라라이저를 투과한 광을 제3광섬유로 집속시키는 제3콜리메이터와; 상기 제2폴라라이저의 광 출사면과 마주하며 상기 제3콜리메이터와 다른 위치에 배치되며, 상기 제2콜리메이터에서 출사되고 상기 광 아이솔레이터를 경유하여 출사된 광선을 제4광섬유에 집속시키는 제4콜리메이터;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다단 복합 광학장치는 광신호를 전달하는 제1 내지 제4광섬유(10)(20)(30)(40) 사이의 광경로 상에 배치된다. 이 다단 복합 광학장치는 입사광선의 편광모드에 따라 제1 및 제2광섬유(10)(20) 각각에서 출사된 광선은 제3 및 제4광섬유(30)(40) 각각으로 전달하고, 제3 및 제4광섬유(30)(40)쪽에서 출사된 광선이 상기 제1 및 제2광섬유(10)(20) 각각으로 진행하지 못하도록 차단한다.
이를 위하여 상기 다단 복합 광학장치는, 제1 및 제2광섬유(10)(20)에서 전달되는 제1입사광선(I)과 제2입사광선(Ⅱ) 각각을 집속시키는 제1 및 제2콜리메이터(51)(53)와, 광 아이솔레이터(60)와, 이 광 아이솔레이터(60)에서 출사된 광 각각을 제3 및 제4광섬유(30)(40) 각각에 집속시키는 제3 및 제4콜리메이터(55)(57)와, 상기 광 아이솔레이터(60)에서 반사된 광을 수광하는 제1 및 제2광검출기(71)(75)를 포함하여 구성된다.
제1 및 제2콜리메이터(51)(53)는 상기 광 아이솔레이터(60)의 광 입사면(61a)에 대향되게 배치되며, 제1광섬유(10)에서 조사된 광선을 집속시켜 평행광선이 되도록 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2콜리메이터(51)(53)는 상기 광 아이솔레이터(60)의 광 입사면(61a)에 대해 서로 다른 위치에 배치되어, 각 콜리메이터(51)(55)를 투과한 제1 및 제2입사광선(I)(Ⅱ)이 상호 간섭되지 않도록 한다.
상기 광 아이솔레이터(60)는 광경로 상에 순차로 배치되며, 입사되는 제1 및 제2입사광선(I)(Ⅱ) 각각에 대해 복굴절 투과시키는 제1폴라라이저(61)와, 입사광선을 회전 투과시키는 패러데이 회전자(63) 및 입사된 정상광선과 이상광선 각각을 반전투과시키는 제2폴라라이저(65) 및, 상기 제1폴라라이저(61)의 광 입사면(61a)에 형성된 탭(67)을 포함한다. 상기 탭(67)은 상기 제1폴라라이저(61)에 소정의 반사율 즉, 입사광선의 대부분을 투과시키고, 일부분을 반사시킬 수 있는 재질을 통상의 방식 예컨대, 증기증착, 스퍼터링등의 방식으로 코팅 형성할 수 있다.
상기 탭(67)은 상기 제1 및 제2광섬유(10)(20)에서 출사된 제1 및 제2입사광선(I)(Ⅱ) 각각의 대부분을 투과시키고, 일부분을 반사시킨다. 상기 탭(67)을 투과한 제1 및 제2입사광선(I)(Ⅱ)은 상기 제1폴라라이저(61)로 향하고, 상기 탭(67)에서 반사된 광은 제1 및 제2광검출기(71)(75)에 입사된다.
상기 제1폴라라이저(61)는 복굴절 결정 웨지 형상을 가지며, 입사된 제1입사광선(I)을 제1 및 제2광선(I')(I″)으로 분기시키고, 입사된 제2입사광선(Ⅱ)을 제3 및 제4광선(Ⅱ')(Ⅱ″)으로 분기시킨다. 상기 제1 및 제3광선(I')(Ⅱ')은 상기 제1폴라라이저(61)의 정상 굴절률 n_o에 따라 굴절된 정상광선이며, 상기 제2 및 제4광선(I″)(Ⅱ″)은 상기 제1폴라라이저(61)의 이상(extraordinary)굴절률 n_e에 따라 굴절된 이상광선이다.
상기 제1폴라라이저(61)는 소정의 결정광축을 가지며, 상기 제1 및 제3광선(I')(Ⅱ')은 상기 제1폴라라이저(61)의 결정광축과 나란한 편광방향을 가지며, 상기 제2 및 제4광선(I″)(Ⅱ″)은 결정광축에 대해 수직인 편광방향을 가진다.
상기 제2폴라라이저(65)는 상기 제1폴라라이저(61)와 마찬가지로 복굴절 결정 웨지형상으로 되어 있으며, 상기 제1폴라라이저(61)와 다른 방향을 갖는 소정 결정광축을 가진다. 즉, 제2폴라라이저(65)의 결정광축은 상기 제1폴라라이저(61)의 결정광축에 대해, 상기 패러데이 회전자(63)의 편광회전방향과 반대 방향으로 소정 각도 틀어져 있다.
상기 패러데이 회전자(63)는 입사되는 광선의 편광방향을 소정 각도 회전 투과시킨다. 따라서, 상기 패러데이 회전자(63)를 투과한 제1 및 제3광선(I')(Ⅱ')은 이상광선으로 바뀌게 되고, 상기 제2 및 제4광선(I″)(Ⅱ″)은 정상광선으로 바뀌게 된다.
상기 제1 및 제2폴라라이저(61)(65)의 형상은 상기 패러데이 회전자(63)를 중심으로 선대칭되고, 제1 및 제2폴라라이저(61)(65) 각각은 그 밑면이 상면보다 넓은 웨지형상이다.
제3콜리메이터(55)는 상기 광 아이솔레이터(60)의 광 출사면(65a)에 대향되게 배치되어, 상기 광 아이솔레이터(60)에서 출사된 제1 및 제2광선(I')(I″)을 상기 제3광섬유(30)에 집속시킨다. 한편, 상기 제4콜리메이터(57)는 상기 광 아이솔레이터(60)의 광 출사면(65a)에 대향되게 배치되어, 상기 광 아이솔레이터(60)에서 출사된 제3 및 제4광선(Ⅱ')(Ⅱ″)을 상기 제4광섬유(40)에 집속시킨다. 여기서, 상기 제3콜리메이터(55)와 상기 제4콜리메이터(57)는 입사되는 제1 및 제2입사광선(I)(Ⅱ) 각각을 집속시킬 수 있도록 서로 다른 위치에 배치된다.
여기서, 상기 제1 내지 제4광섬유(10)(20)(30)(40) 각각은 도 1 및 도2에 도시된 바와 같이, 패룰(80)에 의해 그 위치가 정렬되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 내지 제4콜리메이터(51)(53)(55)(57) 각각은 도 2에 도시된 바와 같은, 그린(GRIN:Graded Index)렌즈(50)인 것이 바람직하며, 상기 그린렌즈(50)는 홀더(85)에 의해 상기 패룰(80)에 결합 설치된다.
상기 탭(67)에서 반사된 광선 각각은 상기 제1 및 제2광검출기(71)(75) 각각에 수광된다. 상기 제1 및 제2광검출기(71)(75)는 입사광으로부터 상기 제1광섬유(10)와 제2광섬유(20)를 통해 전달되는 광신호의 광파우어를 검출한다. 이로부터 소정의 광증폭기(미도시)를 통해 전달되는 광신호에 대한 증폭도를 결정할 수 있다.
또한, 상기 탭(67)과 상기 제1광검출기(71) 사이 및/또는 상기 탭(67)과 상기 제2광검출기(75) 사이의 광경로 상에는 입사광선을 집속시키는 콜리메이터(미도시)가 더 구비될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다단 복합 광학장치의 동작을 설명한다.
우선, 제1광섬유(10)를 통해 전달된 제1입력광선(I)은 상기 제1콜리메이터(51))에서 집속된 채로, 상기 탭(67)에 입사된다. 상기 탭(67)은 입사된 대부분의 광은 상기 제1폴라라이저(61)쪽으로 투과시키고, 일부 광은 상기 제1광검출기(71)쪽으로 반사시킨다. 상기 제1광검출기(71)는 입력된 광으로부터 상기 제1광섬유(10)를 통해 전달되는 광선의 광파우어를 검출한다. 상기 제1폴라라이저(61)에 입사된 제1입력광선(I)은 상기 제1폴라라이저(61)의 결정광축에 따라 정상광선인 제1광선(I')과 이상광선인 제2광선(I″)으로 복굴절된 채로, 상기 패러데이 회전자(63)와 제2폴라라이저(65)를 경유하여 상기 제2콜리메이터(53)쪽으로 향한다. 여기서, 상기 제1광선(I')은 상기 패러데이 회전자(63)의 회전 편광방향과 상기 제2폴라라이저(65)의 결정광축에 따라 이상광선으로 변환되고, 상기 제2광선(I″)은 정상광선으로 변환된다. 따라서, 두 광선(I')(I″)은 상호 광경로 차를 갖지 않은 채로, 상호 나란하게 상기 제3콜리메이터(55)에 입사된다. 입사된 광은 제3콜리메이터(55)를 투과하면서 집속되고 상기 제3광섬유(30)를 통해 출력된다.
상기 제2광섬유(20)를 통해 입력된 제2입사광선(Ⅱ)은 제2콜리메이터(53)에서 집속된 후, 상기 탭(67)에 입사되고, 대부분의 광선은 탭(67)을 투과하고, 일부는 반사되어 상기 제2광검출기(75)에 입사된다. 상기 제2광검출기(75)에 검출된 광으로부터 상기 제2광섬유(20)에서 조사된 광의 광 파우어를 검출할 수 있다. 상기 탭(67)을 투과한 광선은 상기 제1폴라라이저(61), 패러데이 회전자(63), 제2폴라라이저(65) 및 제4콜리메이터(57)를 경유하여 상기 제4광섬유(40)에 전달된다. 상기 제2입사광선(Ⅱ)의 변화는 실질적으로 상기한 제1입사광선(I)과 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
한편, 상기 제3 및 제4광섬유(30)(40)쪽에서 상기 광 아이솔레이터(60) 쪽으로 입사된 광선(미도시)는 상기 제1 및 제2폴라라이저(61)(65)에 의해 제1 및 제2입력광선(I)(Ⅱ)의 진행경로와 다른 경로로 진행되어, 상기 제1 및 제2광섬유(10)(20) 각각으로 전달되는 것이 차단된다.
상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 다단 복합 광학장치는 일 광 아이솔레이터를 통해 제1입사광선과 제2입사광선 각각에 대한 광의 진행방향을 가이드할 수 있다. 따라서, 두 광 아이솔레이터를 필요로 하는 광증폭장치에 채용시, 하나의 광 아이솔레이터로 대체할 수 있으므로, 광학적 구성의 단순화와, 부품수 절감 및 조립성을 향상 시킬 수 있다.
또한, 상기 제1폴라라이저의 광 입사면에 탭을 형성함에 의하여 두 광섬유를 통해 전달되는 광신호의 파우어를 검출할 수 있다.

Claims (4)

  1. 제1광섬유에서 출사된 제1입사광선을 평행광선으로 바꾸어주는 제1콜리메이터와;
    상기 제1콜리메이터와 다른 위치에 배치되고, 제2광섬유에서 출사된 제2입사광선을 평행광선으로 바꾸어주는 제2콜리메이터와;
    광경로 상에 순차로 배치되는 것으로,
    입사되는 제1 및 제2입사광선을 정상광선과 이상광선으로 복굴절 투과시키는 광입사면을 갖는 제1폴라라이저와, 상기 광 입사면에 형성되어 상기 제1 및 제2입사광선 각각에 대해 대부분은 투과시키고 일부는 반사시키는 탭과, 상기 탭을 투과하여 입사된 광선을 회전 투과시키는 패러데이 회전자와, 입사된 정상광선과 이상광선 각각을 반전투과시키는 제2폴라라이저를 포함하는 광 아이솔레이터와;
    상기 탭에서 반사된 제1 및 제2입사광선을 각각 수광하여 제1 및 제2입사광선의 광 파우어를 검출하는 제1 및 제2광검출기와;
    상기 제1광섬유를 통하여 입력되고, 상기 광 아이솔레이터를 경유하여 출사된 광선을 제3광섬유로 집속시키는 제3콜리메이터와;
    상기 제2콜리메이터에서 출사되고 상기 광 아이솔레이터를 경유하여 출사된 광선을 제4광섬유에 집속시키는 제4콜리메이터와;
    상기 제1 내지 제4광섬유 각각의 단부에 마련되어 상기 제1 내지 제4광섬유 각각의 위치를 정렬시키는 패룰;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 다단 복합 광학장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2폴라라이저 각각은 그 밑면이 상면보다 넓은 복굴절 결정 웨지형상으로 상기 패러데이 회전자를 기준으로 상호 선대칭되는 것을 특징으로 하는 다단 복합 광학장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4콜리메이터 각각은 그린렌즈인 것을 특징으로 하는 다단 복합 광학장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탭과 상기 제1광검출기 사이 및/또는 상기 탭과 상기 제2광검출기 사이의 광경로 상에 입사광선을 상기 제1 및/또는 제2광검출기에 집속시키는 콜리메이터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 다단 복합 광학장치.
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