KR100301840B1 - 광통신용가변광감쇠기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광통신 시스템에서 광신호의 크기를 튜닝에 의해 일정하게 유지시켜주며 광신호를 모니터 하면서 지속적으로 사용이 가능한 광통신용 가변 광감쇠기를 제공하기 위한 것으로, 방향성 결합기를 형성하는 인접하여 위치된 2개의 비대칭 광도파로와, 상기 비대칭 광도파로의 대칭성을 가변하도록 형성된 열광학 전극을 구비하여 광통신 시스템의 광출력을 감쇄하도록 구성한 것이다.

본 발명은 상기 열광학 전극에 전류를 가하여 열을 발생시킴으로서 상기 비대칭 광도파로의 굴절률, 즉 비대칭성을 다르게 하여 광감쇄 변화량을 조절하기 때문에 구조가 간단하고 제조가 용이하며 사용되는 광도파로의 재료로 염가의 폴리머를 사용하기 때문에 가격이 저렴하면서도 파장분할 다중화 광통신용 광감쇠기에 적합한 속도(수 밀리초)로서 안정된 동작을 행할수 있으며, 열광학 효과도 실리카에 비하여 약 10의1정도의 열용량이므로 전력소모 및 구동 전압이 낮을 뿐만아니라 폴리머는 굴절률 조절이 용이하며 광섬유와의 결합효율을 높일수 있어 삽입손실을 낮게 할수 있고, 열광학 전극에 인가되는 전류로 광감쇄량을 가변 할수 있으므로 신호를 모니터하면서 지속적으로 사용이 가능하다.

Description

광통신용 가변 광감쇠기{variable light attenuator using light communication}

본 발명은 광통신 시스템에서 광신호의 크기를 일정하게 유지시켜주는 광출력 등화기에 사용할 수 있도록한 가변 광감쇠기에 관한 것으로, 구체적으로는 광신호의 크기를 원하는 양만큼 줄일수 있도록 튜닝이 가능하게 비대칭되는 2개의 광도파로를 인접하게 배치하여 형성한 비대칭 방향성 결합기에 열광학전극을 설치하도록 한 광통신용 가변 광감쇠기에 관한 것이다.

현재 광통신 기술은 단순히 전송매체를 전기신호 대신 광으로하는 수준을 벗어나 보다 장거리 전송을 위해 광신호를 증폭하거나 도중에 광신호를 전기신호로 변환시키는 형태로 되었다.

또한 최근에는 전송용량을 크게 늘이기 위해 파장 분할 다중화(wavelengh devision multiplexing)기술이 급속이 발전하여 보급되어있는 추세이다.

이러한 시스템에서는 각 파장 별로 서로다른 광원을 사용하고 이를 다중화하여 하나의 광섬유를 통해 전송한후 수신단에서 장거리 전송을 위해 중간에 광신호를 증폭하는 광증폭기를 사용하거나, 또는 통신망의 구성에서 전송 도중에 광신호의 일부를 필요한 지점에 나누어 주고 다시 그곳의 광신호를 추가하는 소위 애드-드롭(add-drop)기능을 가진 기술이 사용되고 있다.

도 1은 전형적인 파장 분할 다중화 장치의 구성도를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

파장 분할 다중화 장치는 도 1에서 도시된 바와 같이 광증폭기를 통하여 전송되는 광신호를 광증폭기(10)로 증폭한 후, 디먹스(11)에서 역다중화하여 각 파장의 신호로 나누고, 이어 각파장별로 광스위치(12)를 이용하여 애드-드롭 한 후 다시 먹스(14)를 통해 다중화되어 하나의 광도파로에 합쳐진후 광증폭기(15)을 통하여 증폭되어 전송되도록 한 것으로, 이때 다중화되기전 먹스(14)입력단에서의 광신호를 파장별로 살펴보면 출력이 불균일한 상태로 되는데, 이와 같이 되는 이유로는, 광증폭기(10)를 통해 증폭될때 증폭이득이 파장에 따라 차이가 있고, 디먹스(11)의 파장별 분리특성이 일정하지 않으며, 광스위치(12)의 스위칭 특성이 일정하지 않는 등의 여러 가지 복합적인 요인을 들수 있다.

이러한 상태로 다중화 한 후 광증폭기(15)를 통하여 증폭한 후 전송되면 파장별 출력의 불균일성이 더욱 심화되어 신호의 특성이 저하되므로 장거리 전송이 불가능하게 된다.

따라서 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 먹스(14)를 통하여 광신호를 다중화하기전에 광신호의 세기를 균일하게 하여야 하며 이러한 기능을 수행하기 위해 광감쇠기(13)를 사용하게 되며, 이 광감쇠기(13)는 가장 출력이 작은 파장의 신호를 기준으로 그 보다 출력이 높은 신호를 상기 기준으로 줄이는 역할을 한다.

이와 같은 기능을 가지는 종래의 광감쇠기는 수동으로 마이크로미터를 기계적으로 조작하는 광섬유를 이용하거나, 마이크로미터에 모터를 부착하여 전기적으로 조절이 가능한 것이 상품화 되었으나 전력 소모가 크고 구동 전압도 10V이상으로 높으며 부피도 상당히 크며, 튜닝 속도도 50-1,400msec로 느려서 시스템에서 실제 적용하는데 많은 문제점이 있을 뿐만 아니라 구조적으로도 양산에 적합하지 않아서 가격도 비싸다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 파장분할 다중화 장치로의 적용시에 안정된 동작을 행할수 있음과 동시에 양산에 적합하고 제조비가 저렴한 광통신용 가변 광감쇠기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광섬유와의 결합효율이 높아 낮은 삽입손실을 가지는 광통신용 가변형 광감쇠기를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 애드-드롭 파장분할 다중화 장치를 대략적으로 나타낸 단면도

도 2(a)~(c)는 각 각 대칭형 방향성 결합기의 구조 및 광감쇄 특성을 나타낸 그래프

도 3(a)~(c)는 각 각 비대칭 방향성 결합기의 구조 및 광감쇄 특성을 나타내내 그래프

도 4는 본 발명의 제 1실시예의 광통신용 가변 광감쇠기를 개략적으로 나타낸 단면도

도 5(a) 및 (b)는 각 각 본 발명의 제 2실시예의 광통신용 광감쇠기를 개략적으로 나타낸 단면도 및 광감쇄 특성을 나타낸 그래프

도 6(a) 및 (b)는 각 각 본 발명의 제 3실시예의 광통신용 광감쇠기를 개략적으로 나타낸 단면도 및 광감쇄 특성을 나타낸 그래프이다

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 광증폭기 11 : 디먹스

12 : 광스위치 13 : 광감쇠기

14 : 먹스 15 : 광증폭기

20,23,26 : 기준광도파로 22,25,28 : 열광학전극

21, 24, 27 : 광도파로

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 광통신용 가변 광감쇠기는, 방향성 결합기를 형성하는 인접하여 위치된 광채널로 사용되는 기준광도파로 및 이 기준광도파로에 비대칭인 광도파로와, 상기 2개의 광도파로나 이들 사이의 굴절율을 감소시켜 비대칭성을 가변하도록 형성된 열광학 전극을 구비하여 광통신 시스템의 광출력을 감쇄하도록 함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 광감쇠기는 방향성 결합기를 기반으로 하여 구성된다.

동일한 전파정수를 가진 대칭적인 2개의 평행하게 설치하는 광도파로로 형성되는 종래의 방향성 결합기는 광출력의 변조 깊이가 수십 dB정도이나, 광통신용 광감쇠기로 사용할 목적에는 광출력 변화가 10dB 이내면 충분하고 소자의 오동작에의해서도 출력 변화의 범위가 너무 큰 것은 바람직하지 못하다.

따라서 본 발명에서는 비대칭의 2개의 광도파로를 이용하는 방향성 결합기를 사용하여 광통신용 광감쇠기를 구현한 것으로, 방향성 결합기의 구조는 하나의 광도파로의 폭과 굴절률을 기준 광도파로보다 약간 크게 또는 작게 하도록 한 것이다.

대칭방향성 결합기의 빔전파상태 및 광감쇠량의 특성을 시뮬레이션하여 도 2(a)~도 2(c)와, 비대칭 방향성 결합기의 빔전파상태 및 광 감쇠량의 특성을 시뮬레이션하여 도 3(a)~도 3(c)에 나타내었다.

그림의 왼쪽 부분은 방향성 결합기 광도파로에 빔(beam)이 전파되는 상태를 도식적으로 나타낸 것이고, 오른쪽 부분은 왼쪽 광도파로의 광출력을 전파 방향에 따라 나타낸다.

모든 경우에 입력과 출력은 광채널로 이용되는 왼쪽 기준광도파로(a, c)에 대한 것이다.

전파 방향의 마지막 측정값이 출력이 되고 이 값이 광감쇠기의 출력에 해당한다.

도 2와 도 3에서 확인되는 바와 같이, 대칭형은 최대 100%의 출력과 최소 0%의 출력을 얻으므로 변조깊이를 크게 얻을 수 있으나 상대적으로 동일한 열광학 효과를 사용할 때 출력의 미세한 조절이 곤란하나, 비대칭형의 경우 최대 100% 출력과 최소 20%의 출력을 얻을 수 있어, 변조의 깊이가 적어 미세한 광감쇠 조절이 용이하다.

본 발명의 광감쇠기에서 광감쇄 변화량인 변조깊이는 비대칭형 광도파로의 비대칭정도에 의해 결정되며 비대칭성이 커지면 광결합이 약화되어 광감쇄량이 적어지고 비대칭성이 적어지면 광결합이 강화되어 광감쇄량이 커지므로 비대칭 광도파로의 비대칭성이 광감쇄정도를 조절한다.

이와 같은 비대칭 방향성 결합기의 특성을 이용하는 본 발명의 가변광감쇠기의 실시예를 첨도도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1실시예를 나타내는 광통신용 가변 광감쇠기를 개략적으로 도시한 단면도로서, 제 1실시예의 가변 광감쇠기는 상이한 전파 정수를 가지며 상하로 인접되게 위치되고 광채널로 이용되는 기준광도파로(20)와, 이 기준광도파로(20)에 비대칭인 광도파로(21)로 방향성 결합기를 형성하고, 상기 기준광도파로(20) 및 광도파로(21)의 외측부를 둘러싸도록 열광학전극(22)을 형성하여 구성한 것으로 상기 방향성 결합기의 하나의 광도파로(21)의 폭은 기준 광도파로(20) 보다 약간 넓게 또는 좁게 하거나 하고, 상기 광도파로(21)의 유효굴절률을 광채널로 이용되는 기준 광도파로(20)의 것보다 약간 크게 또는 작게 하도록 하여 비대칭으로 구성되어 있다.

그리고 본 발명의 제 1실시예는 제작하기가 가장 용이하고, 기준광도파로(20)와 광도파로(21)간의 간격이 비교적 좁을 때 사용하는데 적절한 구조로서, 열광학 전극(22)에 전류가 흐르지 않을때인 초기에 광출력이 최대가 되고 열광학 전극(22)에 전류를 흐르도록 하였을 때 열광학 전극아랫 부분의 유효굴절률이 감소하고 이로인해 광결합 특성이 변하여 광감쇄를 얻게 된다.

도 5(a) 및 (b)는 본 발명의 제 2실시예를 개략적으로 나타낸 단면 및 광감쇄 특성을 나타낸 그래프로, 기준 광도파로(23)와, 상기 기준 광도파로(23)에 평행하게 배열되고 전파정수가 다르게 설정되어 비대칭으로 형성된 광도파로(24)로 결합길이 L인 방향성 결합기를 형성하고, 상기 기준 광도파로(23)와 상기 광도파로(24)사이에 열광학 전극(25)을 형성하도록 구성되어 있다.

제 2실시예의 가변 광감쇠기의 구조는 열광학 전극(25)을 기준광도파로(23)와 광도파로(24) 사이에 설치하여야 하므로 열광학 전극(25)을 잘 정렬시켜야 하며, 이로인해 제작시 제 1실시예보다 어렵다는 단점이 있으나 전극 면적이 제 1실시예보다 상대적으로 적어 소자의 구동을 위해 적은 양의 전력을 사용한다는 장점이 있어 기준광도파로(23)와 광도파로(24)간의 간격이 넓은 경우에 매우 효과적이다.

이와 같이 구성된 제 2실시예의 가변 광감쇠기는 열광학 전극(25)에 전류를 가하지 않은 상태에서는 광감쇄를 일으키지 않으나, 열광학 전극(25)에 전류를 가하면 폴리머의 열광학 효과로 인하여 광도파로 사이의 유효굴절률이 감소되고 이로 인해 광결합 길이가 늘어나게 되어 출력단의 출력이 감소되며, 전류를 더욱 크게 하여 열광학 효과를 증가시키면 최소출력까지 광감쇄가 일어난다.

최소 출력의 크기는 열광학 전극(25)에 전류를 가하지 않은 초기의 광도파로의 비대칭 정도에 따라 결정된다.

그리고 도 5 (b)는 열광학전극(25)에 전류를 인가하였을 때의 광출력(P₁)과인가하지 않을 때의 광출력(P₂)을 결합걸이(L)에 따라 나타낸 것으로 변조깊이는 결합길이를 조절하여 얻을 수 있음을 알 수 있다.

제2실시예의 가변광감쇠기는 비교적 광감쇄를 적게 일으키면서 적은 광감쇄에 대해 미세한 조절을 일으키기에 적합하다.

도 6(a) 및 (b)는 본 발명의 제 3실시예의 가변 광감쇠기의 개략적인 단면 및 그의 감쇄 특성을 나타낸 그래프로, 제 3실시예의 가변 광감쇠기는 방향성 결합기를 형성하는 평행하게 배열된 비대칭의 기준광도파로(26) 및 광도파로(27)와, 광도파로(27)의 외측부를 둘러싸도록 열광학 전극(28)으로 구성되어 있다.

그리고 기준 상기 광도파로(27)는 상기 기준 광도파로(26)보다 굴절률이 크게 설정되어 있으며, 결합 길이(l)는 방향성 결합이 가장 크게 일어나 최소 광출력을 얻도록 설정되어있다.

도 6(b)는 열광학전극(28)에 전류를 인가하지 아니하였을 때의 광출력(P₃)가 인가하였을 때의 광출력(P₄)을 결합길이(ℓ)에 따라 나타낸 것으로 결합길이(ℓ)를 적절히 선택하면 최대 100%출력(k₀)과 최소 20%출력(k₁)을 얻을 수 있음을 나타낸 것이다.

상기 광도파로(27)의 외측부를 열광학전극(28)으로 둘러싸도록 하였으나 광도파로(27) 대신 기준광도파로(26)의 외측부를 열광학전극(28)으로 둘러싸도록 하여도 된다. 이러할 경우 기준광도파로(26)의 굴절율을 광도파로(27)의 굴절율보다 더 크게 되도록 하여야 한다.

제 3실시예의 가변 광감쇠기는 열광학 전극(28)에 전류를 가하여 열을 발생시키면 상기 광도파로(27)의 유효굴절률이 감소하여 점차 기준 광도파로(26)의 유효굴절률에 접근하므로 광결합량이 늘어나게 되고 이로인해 기준 광도파로(26)로 출력되는 광출력이 감소되므로 보다 많은 광감쇄가 일어난다.

최고 광감쇄량의 크기는 전류를 가하지 않은 초기의 광도파로(27)의 설계에 따라 설정되고 최대 광감쇄량은 열광학 효과에 따라 좌우 된다.

제 3실시예에 가변 광감쇠기의 구조는 비교적 광감쇄를 많이 시키고 미세한 조절을 원할 때 적당한 구조이다.

이상과 같이 본 발명의 광통신용 가변 광감쇠기는 폴리머를 사용하는 비대칭의 2개의 광도파로를 인접하게 배치하여 방향성 결합기를 형성하고 상기 2개의 광도파로의 적어도 하나에 열광학 전극을 형성하거나 또는 상기 광도파로 사이에 전극이 형성되도록 구성한 것으로, 상기 열광학 전극에 전류를 가하여 열을 발생시킴으로서 상기 광도파로의 유효굴절률, 즉 비대칭성을 다르게 하여 광감쇄 변화량을 조절하기 때문에 구조가 간단하고 제조가 용이하며 가격이 저렴하면서도 파장분할 다중화 광통신용 광감쇠기에 적합한 속도(수 밀리초)로서 안정된 동작을 행할수 있으며, 열광학 효과도 실리카에 비하여 약 10배 정도 커서 전력소모 및 구동 전압이 낮을 뿐만아니라 폴리머는 합성에 의해 굴절율 조절이 용이하며 광섬유와의 결합효율을 높일수 있어 삽입손실을 낮게 할수 있고, 열광학 전극에 인가되는 전류에 따라 기준(채널)광도파로에 흐르는 광신호세기가 변하게 되므로 이 전류를 이용하여기준(채널)광도파로의 광감쇠량을 조절할 수 있으므로 모니터를 부가하는 경우 신호를 모니터하면서 지속적으로 사용이 가능하는 등의 뛰어난 효과가 있다.

Claims (6)

1. 방향성 결합기를 형성하도록 광신호의 채널로 사용되는 기준광도파로와 상기 기준광도파로에 인접위치되어 광결합되고 상기 기준도파로와는 다른 굴절율을 가져 비대칭으로 되는 소정길이의 광도파로와,

   상기 기준광도파로 및 상기 광도파로 또는 이들 광도파로 사이의 유효굴절율을 감쇠시켜 상기 기준광도파로의 광출력을 감쇠시키는 열광학전극을 포함하여 구성된 광통신용 가변 광감쇠기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 열광학 전극은 상기 2개의 비대칭 광도파로 모두의 외측부를 동시에 둘러싸도록 형성함을 특징으로 하는 광통신용 가변 광감쇠기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 열광학 전극은, 상기 2개의 비대칭 광도파로의 사이에 형성함을 특징으로 하는 광통신용 가변 광감쇠기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 열광학 전극은, 상기 2개의 비대칭 광도파로의 어느 하나의 외측부를 둘러싸도록 형성함을 특징으로 하는 광통신용 가변 광감쇠기.
5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 광도파로는 폴리머로 형성됨을 특징으로 하는 광통신용 가변 광감쇠기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 광통신 시스템은 파장 분할 다중화 광통신 시스템임을 특징으로 하는 광통신용 가변 광감쇠기.