KR100299125B1 - 대역저지특성을갖는광학필터및이를이용한광학장치 - Google Patents

대역저지특성을갖는광학필터및이를이용한광학장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유와 같은 광도파로에 의해 진행된 광을 소정의 전송특성에 따라 필터링하는 광학필터에 관한 것으로, 복수의 파장들로 다중화된 광이 입사되는 입력 광도파로; 상기 입력 광도파로로부터 입사된 다중화된 광에서 특정 파장대역의 광을 소정의 투과특성에 따라 전송시키며 그 나머지 광을 반사시키는 광학필터; 및 상기 광학필터에서 반사된 광이 입사되는 제1 출력 광도파로를 포함함을 특징으로 하며, 비교적 제작하기가 용이한 대역통과필터의 반사특성을 이용하여 임의의 대역저지특성을 갖는 필터를 구현함으로써, 노치필터를 간단하게 제작할 수 있으며, 이를 이용하여 광증폭기의 이득평탄화에 사용되는 복잡한 대역저지특성을 갖는 필터 및 광다중화기/분할기도 용이하게 실현할 수 있다.

Description

대역저지특성을 갖는 광학필터 및 이를 이용한 광학장치{Optical filter having band rejection characteristics and optical device using the same}
본 발명은 광섬유와 같은 광도파로에 의해 진행된 광을 소정의 전송특성에 따라 필터링하는 광학필터에 관한 것으로, 특히 대역저지특성을 갖는 광학필터 및 이를 이용한 광학장치에 관한 것이다.
일반적으로 광학 증폭기는 파장에 따른 이득이 균일하지 않기 때문에 이를 보상하기 위한 이득 평탄화 필터의 사용이 요구된다. 이득 평탄화에 사용되는 필터는 그 필터링 특성이 임의의 형상을 갖고 있어 단일 필터로는 구현이 거의 불가능하여 광노치필터의 조합이나 퓨리에 필터를 사용하고 있다.
일반적으로 임의의 광특성을 갖는 노치필터(Notch Filter)로는 광섬유 블래그 격자(Fiber Bragg Grating)가 많이 이용된다. 이러한 광섬유 격자는 광 특성이 우수하고 패키징이 비교적 단순하다는 장점이 있으나, 광섬유 자체가 온도에 민감하다는 단점이 있다.
또한, 광학 코팅으로 특정 파장 대역만의 투과를 억제하는 노치필터를 구현하는 것은 상당히 제한적이다. 즉, 투과 특성이 임의의 형상을 갖게 되면, 임의의 모양의 반사율을 얻기 위하여 두께가 다른 수십 층 이상되는 광학 박막을 설계하여야 한다. 그러나, 각 층이 다른 두께를 갖도록 필터를 제작하기 위해서는 정확한 두께 제어와 장시간 반복성을 만족하여야 하므로, 현재 제작 가능한 층수가 20~30층 정도가 한계인 것으로 알려져 있다. 예를 들어 EDFA의 이득 평탄화(GainFlattening)를 위한 필터를 제작하기 위해서는 최소 70층 이상이 필요하게 되는데, 이를 실제적으로 실현하는 것은 어렵다.
한편, FSR (Free Space Range)이 다른 퓨리에 필터나 마흐-젠더 필터를 여러 개 사용하여 이들 필터들을 조합하면 원하는 특성을 갖는 노치필터를 만들수 있으나, 정현적인(Sinusoidal) 특성을 가지는 퓨리에 필터의 특성상 복잡한 필터 특성을 구현하는 것은 현실적으로 상당히 어렵다. 이러한 예가 도 1a 및 1b에 도시되어 있다.
도 1a는 종래 기술에 의한 스플릿-빔 퓨리에 필터(Split-Beam Fourier Filter)의 구성을 나타내는 도면으로, 이는 국제특허출원 공개번호 WO9607114호에 기재되어 있다. 그리고, 도 1b는 도 1a에 도시된 퓨리에 필터에서 파장에 따른 손실 특성을 나타내는 도면이다.
퓨리에 필터는 하나의 엣지(12)를 갖는 평판 유리(11), 제1렌즈(14)와 연결된 제1광섬유(13), 제2렌즈(17)와 연결된 제2광섬유(16)를 구비한다. 평판 유리(11)는 화살표(10)의 방향으로 빔 경로상에 삽입되며 화살표(20) 방향으로 회전할 수 있다. 엣지(12)는 평판에 수직되도록 잘 연마되어 있으며, 제1렌즈(14)에서 나온 빔의 일부는 엣지(12)를 통과한 다음 제2레즈(17)로 입사되고 그 나머지는 그대로 제2렌즈(17)로 입사된다.
도 1a에 도시된 퓨리에 필터는 제1 광섬유(13)로부터 확장되어 평행하게 진행하는 빔을 양면에 무반사 코팅된 유리 평판(11)을 이용하여 부분적으로 나누어, 평판(11)을 통과한 광은 평판(11)을 통하지 아니한 광과 비교하여 위상천이된 파장으로 형성된다. 따라서, 유리 평판(11)을 지나는 광과 그것을 지나지 않는 광의 광학 위상차를 다르게 하여 이들 광이 제2광섬유(16)에서 포커싱될 때 상호 간섭을 일으켜 도 1b와 같이 파장에 대한 손실 특성이 정현파적(sinusoidal)인 특성을 보인다. 도 1b에서 10a는 정현파의 주기를 나타내는 FSR (Free Space Range), 그리고 10b는 특정 파장에서의 최대 감쇠크기(Extinction)를 나타낸다.
퓨리에 필터나 마흐-젠더 필터는 FSR 및 감쇠크기가 다른 여러 필터를 조합하므로써 복잡한 손실특성을 갖는 노치필터를 만들 수 있다. 그러나, 정현파적인 특성을 갖는 퓨리에 필터의 특성상 이를 조합하여 복잡한 임의의 필터 특성을 갖도록 구현하는 것은 상당히 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 간단한 구성으로 특정 파장대역의 광을 저지시키는 노치필터의 특성을 갖는 광필터모듈 및 광필터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기의 광필터모듈을 이용하여 임의의 대역저지특성을 갖는 광필터모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기의 광필터모듈을 이용하여 광다중화기/분할기를 구현할 수 있는 광필터모듈을 제공하는 것이다.
도 1a는 종래 기술에 의한 스플릿-빔 퓨리에 필터의 구성을 나타내는 도면이며, 도 1b는 도 1a에 도시된 퓨리에 필터에서 파장에 따른 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학필터의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 광학필터의 구성을 자세히 도시한 도면이다.
도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 필터에서 입사광에 대한 광투과율 및 광반사율을 각각 나타내는 그래프이다.
도 5a-5c는 도 2에 도시된 광학필터의 구조를 실현된 예를 나타내는 도면이다.
도 6a-6c는 여러 개의 노치필터를 이용하여 임의의 전송특성을 갖는 필터를 설계하는 예를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 7b는 도 2에 도시된 광학필터를 이용하여 광증폭기의 이득평탄화용에 사용될 수 있는 다중필터를 구현하는 예를 나타내는 도면이다.
도 8a 및 8b는 도 2에 도시된 광학필터를 이용하여 광다중화기/분할기로 사용될 수 있는 다중필터를 구현하는 예를 나타내는 도면이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 광필터모듈은,
복수의 파장들로 다중화된 광이 입사되는 입력 광도파로; 상기 입력 광도파로로부터 입사된 다중화된 광에서 특정 파장대역의 광을 소정의 투과특성에 따라 전송시키며 그 나머지 광을 반사시키는 광학필터; 및 상기 광학필터에서 반사된 광이 입사되는 제1 출력 광도파로를 포함함을 특징으로 한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 광필터링방법은, 입력 광도파로를 통하여 복수의 파장들로 다중화된 광을 입사하는 단계; 상기 다중화된 입사광에서 특정 파장대역의 광을 소정의 투과특성에 따라 투과시키며 그 나머지 광을 반사시키는 단계; 및 상기 반사광을 제1 출력 광도파로로 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 광필터모듈은, 복수의 파장들로 다중화된 광이 입사되는 입력 광도파로; 소정의 전송특성에 따라 특정 파장대역의 광을 투과시키며 그 나머지 반사광을 출력하는 복수개의 필터모듈을 구비하여, 상기 다중화된 입사광을 입력받아, 파장대역별로 임의의 전송손실특성을 갖는 광을 출력하는 다중필터수단; 및 상기 다중필터수단에서 출력된 광이 입사되는 출력 광도파로를 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 각 필터모듈은 제1 광도파로; 상기 다중화된 입사광에서 특정 파장대역의 광이 소정의 전송손실특성을 갖도록 반사시켜 출력하는 필터; 및 상기 필터에서 출력된 광이 입사되는 제2 광도파로를 구비하며, 상기 입력 광도파로는 제1 필터모듈의 제1 광도파로와 연결되고, 제1 필터모듈의 제2 광도파로는 제2 필터모듈의 제1 광도파로와 연결되며, 마찬가지로 제N-1 필터모듈의 제2 광도파로는 제N 필터모듈의 제1 광도파로와 연결되며, 마지막 필터모듈의 제2 광도파로는 상기 출력 광도파로와 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 광필터모듈은, 복수의 파장들로 다중화된 광이 입사되거나 출력되는 제1 광도파로; 각각 특정 파장의 광이 입사되거나 출력되는 복수의 제2 광도파로들; 및 특정 파장의 광은 통과시키고 그 나머지 광은 반사시키는 필터를 복수 개 구비하여, 상기 제1 광도파로로 다중화된 광이 입사되면 각 파장에 따라 분할된 광을 상기 복수의 제2 광도파로로 각각 출력하고, 상기 복수의 제2 광도파로로 각각 다른 파장의 광이 입사되면 상기 입사된 파장들로 다중화된 광을 상기 제1 광도파로로 출력하는 광제어기를 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 각 필터모듈은 제3 광도파로; 제4 광도파로; 제5 광도파로; 및 상기 제3 광도파로로 다중화된 광이 입사되면 특정 파장대역의 광을 상기 제4 광도파로로 출력하고 그 나머지 반사광을 상기 제5 광도파로로 출력하며, 상기 제4 및 제5 광도파로로 각각 특정 파장대역의 광이 입사되면 상기 입사광을 다중화하여 상기 제3 광도파로로 출력하는 필터를 구비하며, 상기 제1 광도파로는 제1 필터모듈의 제3 광도파로와 연결되고, 제1 필터모듈의 제5 광도파로는 제2 필터모듈의 제3 광도파로와 연결되며, 마찬가지로 제N-1 필터모듈의 제5 광도파로는 제N 필터모듈의 제3 광도파로와 연결되는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광학필터의 구성을 나타내는 도면이다. 광학필터는 복수의 파장들로 다중화된 광이 입사되는 입력 광도파로(21), 입력 광도파로(21)로부터 입사된 다중화된 광에서 특정 파장대역의 광을 소정의 투과특성에 따라 전송시키며 그 나머지 광을 반사시키는 광학필터(23), 광학필터(23)에서 반사된 광이 입사되는 제1 출력 광도파로(27), 광학필터(23)를 통과한 파장의 광이 입사되는 제2 출력 광도파로(25)를 포함한다. 여기서 광도파로로는 단일모드 또는 다중모드 광섬유가 사용될 수 있다.
입력 광도파로(21)는 광학필터(23)에 대하여 적당한 입사각으로 광이 입사되도록 하고, 이 입사각에 근거하여 반사광 또는 투과광을 집광할 수 있는 위치에 제1 및 제2 출력 광도파로(27, 25)를 위치시킨다. 그리고, 광학필터(23)는 온도특성이 좋은 유전코팅(dielectric coating)을 이용한 대역통과필터가 사용된다.
입력 광도파로(21)와 광학필터(23)의 사이에 있는 렌즈(22)는 입력 광도파로(21)에서 나온 광을 평행하게 하여 광학필터(23)로 입사되도록 하는 콜리메이팅렌즈를 나타내며, 각각 광학필터(23)와 제1 및 제2 출력 광도파로(27, 25) 사이에 있는 렌즈(26) 및 렌즈(27)는 광학필터(23)를 통과한 광이 각 출력 광도파로로 집속(focusing)되도록 한다. 입력 광도파로(21)로부터 입사된 광이 입력 광도파로로 다시 역반사되는 것을 방지하기 위하여 입력 광도파로(21)의 단면이나 렌즈(22)를 입사광의 입사각에 대하여 소정의 각도를 갖도록 할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 광학필터(23)의 구성을 자세히 도시한 도면으로서, 이중 캐비티 구조를 갖는 대역통과필터를 나타낸다. 일반적으로 대역통과필터는 캐비티(cavity)와 캐비티 양쪽으로 거울을 형성하여 Fabry-Perot 공진을 일으키도록 설계되며 유전체 박막을 이용하여 제작된다. 거울을 형성하는 박막은 굴절율이 높은 물질과 낮은 물질로 된 박막이 λ0/4n 의 두께를 갖고 교번으로 형성되며, 캐비티는 λ0/2n 의 두께를 갖는다. 여기서, λ0는 필터를 통과하는 광파장의 중심주파수를 나타내며, n은 유효굴절율을 나타낸다.
대역통과필터는 캐비티의 수가 늘어남에 따라 특정 파장대역에서의 투과특성이 삼각형 형태에서 구형(rectangular)형태로 되며, 또한 사용된 물질에 따라 그 투과특성이 변하게 된다. 따라서, 중심파장영역에서의 투과특성, 예컨대 투과대역폭이나 픽크크기 등의 특성을 원하는데로 설계하기 위해서는, 사용되는 물질의 종류, 각 층의 두께, 캐비티의 위치 및 그 수 등을 적절히 선택하여야 한다.
도 3에서는 적당한 대역폭과 피크값을 얻기 위하여 이중캐비티 구조를 갖는 대역통과필터의 예를 나타낸다. 대역통과필터는 기판(31) 위에 두 개의 단위필터(33, 35)로 구성된다. 제1단위필터(33)는 고굴절율을 갖는 물질로 형성된 층과 저굴절율을 갖는 물질로 형성된 층이 차례로 반복적으로 적층되어 형성된 두 반사층(reflector)(33a, 33b) 사이에 캐비티(또는 공간층(spacer layer))(33c)가 형성되어 있으며, 제2단위필터(35)도 마찬가지로 두 반사층(35a, 35b) 사이에 캐비티(35c)가 형성되어 있다. 도면의 각 반사층에서, 빗금으로 표시된 층(37)은 고굴절율을 갖는 물질로 형성된 층을 나타내며, TiO2를 사용하여 코팅하여 유전막을 형성하고, 빗금이 표시되지 아니한 층(38)은 저굴절율을 갖는 물질로 형성된 층을 나타내며, SiO2를 사용하여 코팅하여 유전막을 형성한다.
도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 필터에서 입사광에 대한 광투과율 및 광반사율을 각각 나타내는 그래프이다. 만일 필터의 대역통과 중심파장이 1545nm라고 할때 입사광이 필터를 투과하여 나타나는 출력광의 특성은 도 4a에 도시한 바와 같으며, 이러한 특성곡선은 반사층에 사용된 물질의 종류, 각 층의 두께, 캐비티의 위치 및 그 수 등에 따라 설계목적에 맞도록 변경할 수 있다는 것은 전술한 바 있다. 한편, 필터로 입사된 광이 투과하지 않고 반사된 광의 특성은 도 4b와 같이 된다. 즉, 반사특성은 투과특성과 정반대의 모양을 하고 있다. 따라서, 대역통과필터의 반사특성을 이용하여 노치필터를 구현할 수 있다.
본 발명에서는 온도 특성이 좋은 유전체 코팅(dielctric coating)의 반사특성을 사용하여 임의의 대역저지(band-rejection)특성을 갖는 노치필터를 구현한 것으로, 이 방법을 이용하여 임의의 밴드 폭이나 이득(extinction)을 가진 대역저지필터를 구현할 수 있다. 이와 같은 본 발명이 적용될 수 있는 응용분야는 다음과 같다:
(1) 노치필터 : 임의의 대역폭과 임의의 저지크기 특성을 필요로 하는 분야.
(2) 광 증폭기 이득 평탄화용 필터 : 광 증폭기의 입출력단이나 그 사이에 삽입되어 광 증폭기의 이득을 평탄화하는 응용분야.
(3) 광 다중화기/분할기 : 여러 개의 필터를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 필터의 투과특성 및 반사특성을 이용하여 여러 파장의 광을 다중화하거나 복수 파장으로 다중화된 광을 분할하는 응용분야.
이외에 본 발명의 구조를 갖는 필터를 여러개 직렬로 연결하여 임의의 이득특성을 얻고자 하는 모든 광학 분야에서 사용 가능하며, 광전송 시스템이나 광학 측정기 및 계측기에도 적용 가능하다.
도 5a-5c는 도 2에 도시된 광학필터의 구조를 실현된 예를 나타내는 도면이다.
도 5a에서, 한 개의 구멍이 뚫린 페룰(512)에 입력 광도파로용 광섬유(511)와 제1 출력 광도파로용 광섬유(516)를 동시에 정렬하고, 광학필터(514)와 페룰(512) 사이에 광평행용 및 광집속용 렌즈(513)가 구비된다. 광학필터(514)를 투과한 광이 집속되는 위치에는 제2 출력 광도파로용 광섬유(515)가 정렬된다.
도 5b에서, 하나의 페룰(522)에 두개의 구멍을 뚫어 각각의 구멍에 입력 광도파로용 광섬유(521)와 제1 출력 광도파로용 광섬유(526)를 정렬하고, 광학필터(524)와 페룰(522) 사이에 광평행용 및 광집속용 렌즈(523)가 구비된다. 광학필터(524)를 투과한 광이 집속되는 위치에는 제2 출력 광도파로용 광섬유(525)가 정렬된다.
도 5c에서, 두 개의 V-홈(groove)(532)을 이용하여 각 홈에 입력 광도파로용 광섬유(531)와 제1 출력 광도파로용 광섬유(536)를 정렬하고, 광학필터(534)와 V-홈(532) 사이에 광평행용 및 광집속용 렌즈(533)가 구비된다. 광학필터(534)를 투과한 광이 집속되는 위치에는 제2 출력 광도파로용 광섬유(535)가 정렬된다.
도 6a-6c는 여러 개의 노치필터를 이용하여 임의의 전송특성을 갖는 필터를 설계하는 예를 나타내는 도면이다. 도 6a는 일반적인 광증폭기의 특성을 나타내는 그래프로서, 도시된 바와 같이 목적하는 파장대역에서의 광이득이 불균일하므로, 이를 평탄하게 할 필요가 있다. 도 6b는 도 6a에 도시된 특성을 갖는 광증폭기의 이득 특성을 평탄화하기 위하여 요구되는 필터의 특성을 나타내는 그래프이다. 그리고, 도 6c는 도 6b에 도시된 이득특성을 갖도록 3개의 노치필터를 사용하여 구현한 예를 도시한 그래프이다.
도 6c에서 3개의 노치필터(61, 62, 63)를 결합하면 도 6b에서와 같은 필터특성을 구현할 수 있다. 그런데, 종래에 광학 코팅으로 임의의 이득특성을 갖는 노치필터를 구현하는 것은 현실적으로 어렵고, 또한 FSR (Free Space Range)이 다른 퓨리에 필터를 여러 개 사용하여 임의의 특성을 갖는 필터를 만들수 있으나, 이득특성이 주기적으로 반복되는 퓨리에 필터의 특성상 그 실현이 상당히 어렵다는 것은 전술한 바 있다. 그러나, 본 발명에서는 대역통과필터의 반사특성을 이용한 광노치필터를 여러 개 조합하여 광증폭기의 이득평탄화용 필터에 적용할 수 있다. 도 6c에서는 저지대역의 중심파장이 대략 1530nm, 1550nm 및 1560nm를 갖도록 하고 대역폭과 피크값이 적당히 정해지면 도 6b에서와 같은 이득특성을 만족시킬 수 있으며, 따라서 이 필터를 광증폭기와 연결하여 사용하면 이득 평탄화를 실현할 수 있다.
도 7a 및 7b는 도 2에 도시된 광학필터를 이용하여 광증폭기의 이득평탄화용에 사용될 수 있는 다중필터를 구현하는 예를 나타내는 도면이다.
도 7a에서, 다중필터(71)는 복수 개의 필터모듈들이 집합해 있으며, 입력광이 입사되는 입력 광도파로(72) 및 특정의 이득특성에 따른 광이 출력되는 출력 광도파로(73)가 다중필터(71)에 연결된다. 그리고, 각 필터모듈은 하나의 모듈로 형성되어 차례로 나란히 배열되며, 연결용 광도파로(74)는 서로 인접한 필터모듈의 출력과 입력을 서로 연결한다. 연결용 광도파로는 전송특성을 좋도록 하기 위하여금속코팅된 광섬유를 사용할 수 있다. 이 때 각 광섬유의 연결은 광 콘넥터를 사용하거나 스플라이싱을 사용한다. 또한 외각 케이스의 소형화를 위해 각 모듈은 최대한 밀착하여 조립하게 되고 그에 따라 연결된 광섬유의 벤딩 반지름(bending radius)이 줄어들게 된다.
입력 광도파로(72)로는 복수의 파장들로 다중화된 광이 입사된다. 다중필터(71)는 복수 개의 필터모듈들(711,712, ..., 71n)을 구비하며, 각 필터모듈은 소정의 전송특성에 따라 특정 파장대역의 광을 투과시키며 그 나머지 반사광을 출력한다. 예컨대, 도 6a의 이득특성을 갖는 필터를 설계하기 위해서는, 저지대역의 중심파장이 필터모듈1(711)은 1530nm, 필터모듈2(712)은 1550nm, 그리고 필터모듈3(713)은 1560nm를 갖도록 설계한다. 그리고 입력 광도파로(72)의 입사광은 필터모듈1(711)로 입력되고, 필터모듈1(711)의 출력광은 필터모듈2(712)로 입력되고, 필터모듈2(712)의 출력광은 필터모듈3(713)으로 입력되고, 필터모듈3(713)의 출력광은 출력 광도파로(73)로 출력한다. 결국 출력 광도파로(73)로 출력된 광은 각 필터모듈에 의한 이득특성의 조합으로 형성된 광이 되며, 각 필터모듈의 구조를 적절히 한다면 도 6b와 같은 특성을 구현할 수 있다.
도 7b에서, 다중필터(75)는 복수 개의 필터모듈들이 집합해 있으며, 입력광이 입사되는 입력 광도파로(76) 및 특정의 이득특성에 따른 광이 출력되는 출력 광도파로(78)가 다중필터(75)에 연결된다. 그리고, 각 필터모듈은 하나의 모듈로 형성되어 각 모듈이 서로 마주보고 어긋나게 배열되며, 연결용 광도파로(79)는 서로 인접한 필터모듈의 출력과 입력을 직선적으로 서로 연결시킨다. 도 7a에서의연결용 광도파로는 벤딩되어 있어 그로 인한 광손실의 우려가 있는 반면 도 7b에서는 광도파로가 직선적으로 형성되어 있어 보다 좋은 광특성을 구현할 수 있다.
도 8a 및 8b는 도 2에 도시된 광학필터를 이용하여 광다중화기/분할기(optical multiplexer/demultiplexer)로 사용될 수 있는 다중필터를 구현하는 예를 나타내는 도면이다. 도 7a, 7b에 도시된 구성은 각 필터모듈들의 반사특성만을 이용하여 임의 대역저지특성을 갖는 노치필터를 구현하였으나, 도 8a, 8b에 도시된 구성은 각 필터모듈들의 반사특성 뿐만 아니라 통과특성도 함께 이용하여 광 다중화 및 분할기를 구현할 수 있다.
도 8a에서, 제1 광도파로(82)로는 복수의 파장들(λ1, λ2,..., λn,λ
n+1)로 다중화된 광이 입사되거나 출력되며, 복수의 제2 광도파로들(851, 852,..., 85n, 83)로는 각각 특정 파장의 광이 입사되거나 출력된다. 다중필터(81)는 복수 개의 필터모듈들이 집합해 있으며, 특정 파장의 광은 통과시키고 그 나머지 광은 반사시키는 복수 개의 필터모듈(811, 812,..., 81n)을 구비한다. 그리고, 각 필터모듈은 하나의 모듈로 형성되어 차례로 나란히 배열되며, 연결용 광도파로(84)는 서로 인접한 필터모듈의 출력과 입력을 서로 연결하며, 외각 케이스의 소형화를 위해 각 모듈은 최대한 밀착하여 조립하게 되고 그에 따라 연결된 광섬유의 벤딩 반지름(bending radius)이 줄어들게 된다.
각 필터모듈은 세 개의 광도파로, 즉 다중화된 광이 입출력되는 제3 광도파로, 하나의 파장으로 된 광이 입출력되는 제4 광도파로 및 이웃하는 필터와 서로연결하는 제5 광도파로를 구비한다. 여기서, 필터모듈1(811)의 제3 광도파로는 제1 광도파로(82)와 연결되며, 필터모듈1(811)의 제5 광도파로로는 필터모듈2(812)의 제3 광도파로와 연결된다. 도면에서 이웃하는 필터모듈들을 서로 연결하는 연결용 광도파로는 참조번호 84로 표기되어 있다.
먼저, 광분할기로 작용할 때의 동작을 살펴보면, 필터모듈1(811)의 제3 광도파로로 다중화된 광이 입사되면 특정 파장대역(λ1)의 광이 필터모듈1(811)을 투과하여 제4 광도파로(851)로 출력하고 그 나머지 파장(λ2,..., λn,λn+1)으로 다중화된 반사광은 제5 광도파로를 통하여 그 다음에 있는 필터모듈2(812)의 제3 광도파로로 입사된다. 따라서, 필터모듈2(812)의 제3 광도파로로 입사되는 광은 필터모듈1(811)에서 특정 파장대역의 광이 저지된 다중화 광이 된다. 필터모듈2(812)는 필터모듈1(811)에서 반사된 광을 입사받아, 특정 파장대역(λ2)의 광은 제4 광도파로(852)로 출력하고 그 나머지 파장(λ3,..., λn,λn+1)으로 다중화된 반사광은 제5 광도파로를 통하여 그 다음에 있는 필터모듈3(813)의 제3 광도파로로 출력한다. 마찬가지로, 마지막 필터모듈n(81n)은 파장(λn,λn+1)으로 다중화된 광을 입사받아 제4 광도파로(85n)로 파장(λn)의 광을 투과시켜 출력하고 제5 광도파로(83)로 파장(λn+1)의 광을 반사시켜 출력한다. 따라서, 광도파로(82)로 입사된 다중화된 광이 각 파장별로 분할되어 각 필터모듈의 제4 도파로(851, 852, 85n) 및 마지막 필터모듈의 제5 도파로(83)를 통하여 출력된다.
다음으로, 광다중화기로 작용할 때의 동작을 살펴보면, 각 필터모듈의 제4 도파로(851, 852, 85n) 및 마지막 필터모듈의 제5 도파로(83)를 통하여 특정 파장의 광이 각각 입사되면 이들이 다중화되어 광도파로(82)를 통하여 출력된다.
한편, 각 필터모듈간의 연결 광섬유(84)로 인하여 광신호 전송시 선형적으로 광손실이 증가하게 된다. 대개 그 광손실은 연결 광섬유(84)의 수와 비례하게 될 것이다. 따라서, 최종 출력에 나타나는 총손실을 기준으로 각 필터모듈의 광출력에 추가의 광손실이 나타나도록 각 필터모듈의 출력크기를 조정한다. 그렇게 하므로써 모든 파장대역에서의 광신호의 크기특성을 균일하게 할 수 있다. 예를 들어, 5개의 필터모듈이 사용된 경우, 최종 출력단에서 연결 광섬유로 인한 총손실이 1.0dB로 나타나면 각 연결 광섬유로 인한 광손실은 0.25dB라고 볼 수 있다. 따라서, 제1 필터모듈의 출력에 1.0dB, 그 다음 필터모듈에 차례대로 0.75, 0.5, 025dB의 손실이 추가로 나타나도록 출력크기를 조정하면, 전체적인 출력특성이 균일하게 된다.
도 8b에서, 제1 광도파로(87)로는 복수의 파장들(λ1, λ2,..., λn,λn+1)로 다중화된 광이 입사되거나 출력되며, 복수의 제2 광도파로들(910, 902,..., 90n, 88)로는 각각 특정 파장의 광이 입사되거나 출력된다. 다중필터(86)는 복수 개의 필터모듈들이 집합해 있으며, 특정 파장의 광은 통과시키고 그 나머지 광은 반사시키는 복수 개의 필터모듈(861, 862,..., 86n)를 구비하며, 그 동작은 도 8a에서 설명한 것과 같다. 여기서는, 각 필터모듈은 하나의 모듈로 형성되어 각 모듈이 서로 마주보고 어긋나게 배열되며, 연결용 광도파로(89)는 서로 인접한 필터모듈의출력과 입력을 직선적으로 서로 연결시킨다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 광필터모듈에 의하면, 비교적 제작하기가 용이한 대역통과필터의 반사특성을 이용하여 임의의 대역저지특성을 갖는 필터를 구현함으로써, 노치필터를 간단하게 제작할 수 있으며 이를 이용하여 광증폭기의 이득평탄화에 사용되는 복잡한 대역저지특성을 갖는 필터도 용이하게 구현할 수 있다. 또한 본 발명에 의한 광필터모듈을 조합하여 광다중화기/분할기도 용이하게 실현할 수 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 파장들로 다중화된 광이 입사되며, 상기 입사광이 출력되는 측의 단면이 입사광의 입사각에 대하여 소정의 각도를 갖도록 하여 출력된 광이 다시 역반사되는 것을 방지하는 입력 광도파로;
    상기 입력 광도파로로부터 입사된 다중화된 광에서 특정 파장대역의 광을 소정의 투과특성에 따라 전송시키며 그 나머지 광을 반사시키는 광학필터;
    상기 광학필터에서 반사된 광이 입사되는 제1 출력 광도파로;
    상기 광학필터를 통과한 파장의 광이 입사되는 제2 출력 광도파로;
    상기 입력 광도파로와 상기 광학필터의 사이에 상기 입력 광도파로에서 나온 광을 평행하게 하여 상기 광학필터로 입사되도록 하는 수단; 및
    상기 광학필터와 상기 제1 또는 제2 출력 광도파로 사이에 상기 광학필터를통과한 광이 상기 제1 또는 제2 출력 광도파로로 집속되도록 하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 광필터모듈.
  2. 제1항에 있어서, 한 개의 구멍이 뚫린 페룰에 상기 입력 광도파로용 광섬유와 상기 제2 출력 광도파로용 광섬유를 동시에 정렬하는 것을 특징으로 하는 광필터모듈.
  3. 제1항에 있어서, 하나의 페룰에 두개의 구멍을 뚫어 각각의 구멍에 상기 입력 광도파로용 광섬유와 상기 제2 출력 광도파로용 광섬유를 각각 삽입하여 구성된 것을 특징으로 하는 광필터모듈.
  4. 제1항에 있어서, 두 개의 V-홈을 이용하여 각 홈에 상기 입력 광도파로용 광섬유와 상기 제2 출력 광도파로용 광섬유를 각각 정렬하여 구성된 것을 특징으로 하는 광필터모듈.
  5. 제 2 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 및 제1 출력 광도파로와 상기 광학필터의 사이에,
    상기 입력 광도파로에서 나온 광이 상기 광학필터로 평행하게 입사되도록 하고, 또한 상기 광학필터에서 반사된 광이 상기 제1 출력 광도파로로 집속되도록 하는 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 광필터모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광필터모듈은
    광증폭기 출력의 이득평탄화를 위한 이득평탄화용 필터로서 사용되는 것을 특징으로 하는 광필터모듈.
  7. 복수의 파장들로 다중화된 광이 입사되는 입력 광도파로;
    소정의 전송특성에 따라 특정 파장대역의 광의 이득을 조정하여 출력하는 복수 개의 필터모듈을 구비하되, 제1필터모듈은 상기 입력 광도파로부터의 광을 입력받아 제1파장대역의 광의 이득을 조정하여 출력하고, 제2필터모듈은 상기 제1필터모듈의 출력광을 입력받아 제2파장대역의 광의 이득을 조정하여 출력하고, 다음에 연결되는 각 필터모듈도 이전의 필터모듈의 출력광을 입력받아 그 필터모듈에 대해 정해진 파장대역의 광의 이득을 조정하여 다음의 필터모듈로 출력하며, 마지막 필터모듈은 각 필터모듈에 의하여 파장대역별로 이득이 조정된 다중화된 광을 출력하는 다중필터수단; 및
    상기 다중필터수단의 마지막 필터모듈에서 출력된 광이 입사되는 출력 광도파로를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장대역별 광이득 조정용 광필터모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각 필터모듈은
    제1 광도파로; 상기 다중화된 입사광에서 특정 파장대역의 광이 소정의 전송손실특성을 갖도록 반사시켜 출력하는 필터; 및 상기 필터에서 출력된 광이 입사되는 제2 광도파로를 구비하며,
    상기 입력 광도파로는 제1 필터모듈의 제1 광도파로와 연결되고, 제1 필터모듈의 제2 광도파로는 제2 필터모듈의 제1 광도파로와 연결되며, 마찬가지로 제N-1 필터모듈의 제2 광도파로는 제N 필터모듈의 제1 광도파로와 연결되며, 마지막 필터모듈의 제2 광도파로는 상기 출력 광도파로와 연결되는 것을 특징으로 하는 파장대역별 광이득 조정용 광필터모듈.
  9. 제7항에 있어서, 상기 필터모듈들은 각각 하나의 모듈로 형성되어 차례로 나란히 배열되며, 서로 인접한 필터모듈에 있는 제1 광도파로와 제2 광도파로가 벤딩되어 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 파장대역별 광이득 조정용 광필터모듈.
  10. 제7항에 있어서, 상기 필터모듈들은 각각 하나의 모듈로 형성되어 각 모듈이 서로 마주보고 어긋나게 배열되며, 서로 인접한 필터모듈에 있는 제1 광도파로와 제2 광도파로가 직선적으로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 파장대역별 광이득 조정용 광필터모듈.
  11. 복수의 파장들로 다중화된 광이 입사되거나 출력되는 제1 광도파로;
    각각 특정 파장대역의 광이 입사되거나 출력되는 복수의 제2 광도파로들; 및
    특정 파장대역의 광은 통과시키고 그 나머지 광은 반사시키는 필터를 복수개 구비하되, 제1필터는 상기 제1 광도파로부터의 광을 입력받아 제1파장대역의 광을 통과시켜 상기 첫 번째 제2 광도파로로 출력하고, 제2필터는 상기 제1필터에서 반사된 출력광을 입력받아 제2파장대역의 광을 통과시켜 상기 두 번째 제2 광도파로로 출력하고, 다음에 연결되는 각 필터도 이전의 필터의 출력광을 입력받아 그 필터모듈에 대해 정해진 파장대역의 광을 그에 대응하는 상기 제2 광도파로 중 하나로 출력하고 나머지 반사광은 다음의 필터모듈로 출력하여, 상기 제1 광도파로로 다중화된 입사광을 각 파장대열별로 분할된 광을 상기 복수의 제2 광도파로로 각각 출력하고, 상기 복수의 제2 광도파로를 통하여 상기 각 필터로 각각 다른 파장의 광이 입사되면 상기 입사된 파장들로 다중화된 광을 상기 제1 광도파로로 출력하는 광제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 광다중화/분할기용 광필터모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 각 필터모듈은
    제3 광도파로;
    제4 광도파로;
    제5 광도파로; 및
    상기 제3 광도파로로 다중화된 광이 입사되면 특정 파장대역의 광을 상기 제4 광도파로로 출력하고 그 나머지 반사광을 상기 제5 광도파로로 출력하며, 상기 제4 및 제5 광도파로로 각각 특정 파장대역의 광이 입사되면 상기 입사광을 다중화하여 상기 제3 광도파로로 출력하는 필터를 구비하며,
    상기 제1 광도파로는 제1 필터모듈의 제3 광도파로와 연결되고, 제1 필터모듈의 제5 광도파로는 제2 필터모듈의 제3 광도파로와 연결되며, 마찬가지로 제N-1 필터모듈의 제5 광도파로는 제N 필터모듈의 제3 광도파로와 연결되는 것을 특징으로 하는 광다중화/분할기용 광필터모듈.
  13. 제11항에 있어서, 상기 필터모듈들은 각각 하나의 모듈로 형성되어 차례로 나란히 배열되며, 서로 인접한 필터모듈에 있는 제5 광도파로와 제3 광도파로가 벤딩되어 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광다중화/분할기용 광필터모듈.
  14. 제11항에 있어서, 상기 필터모듈들은 각각 하나의 모듈로 형성되어 각 모듈이 서로 마주보고 어긋나게 배열되며, 서로 인접한 필터모듈에 있는 제3 광도파로와 제5 광도파로가 직선적으로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광다중화/분할기용 광필터모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    모든 파장대역에서의 광신호의 크기특성을 균일하게 하기 위하여, 최종 출력에 나타나는 총손실을 기준으로 상기 각 필터모듈의 광출력에 추가의 광손실이 나타나도록 각 필터모듈의 출력크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 광다중화/분할기용 광필터모듈.
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