KR100314890B1

KR100314890B1 - 대역폭 가변 광필터

Info

Publication number: KR100314890B1
Application number: KR1019980062145A
Authority: KR
Inventors: 이근우; 장길주; 이재승
Original assignee: 이근우; 장길주; 이재승
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2002-02-28
Also published as: AU1895300A; KR20000045580A; JP2002534707A; WO2000041012A1

Abstract

본 발명은 대역폭 가변 광필터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 광 파장분할다중(WDM : Wavelength Division Multiplex) 방식을 이용한 광통신 시스템에서 광의 입사각의 조정이 가능한 패브리-페로(FP: Fabry-Perot) 필터의 출력에 출력광의 수직방향으로 옵셋(offset)을 주어 어떤 중심파장에서도 전송 대역폭을 연속적으로 바꿀 수 있는 대역폭 가변 광 필터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 광 필터는 광섬유를 통해 입사되는 파장분할다중된 광을 평행광으로 바꾸기 위한 제1 렌즈; 회전 가능하도록 하여 소정 경사각만큼의 기울기를 갖도록 설치되며, 상기 제1 렌즈로부터 입사된 평행광을 투과 및 반사시켜 소정의 채널폭을 갖는 여러 광 신호로 변환하는 패브리-페로 에탈론; 및 광신호의 진행방향에 대해 수직인 방향으로 이동 가능하게 설치되어, 상기 패브리-페로 에탈론을 투과한 광신호에 대해 중심 파장에 가까운 파장만 집속하여 출력단 광섬유로 제공하는 제2 렌즈를 포함한다.

Description

대역폭 가변 광필터{BANDWIDTH VARIABLE OPTICAL FILTER}

더욱이, 본 발명은 투과 스펙트럼의 모양도 변화시킬 수 있어, 가우시안(Gaussian) 투과 특성을 얻음으로써, 종래의 패브리-페로 필터보다 우수한누화특성을 갖는 광 필터에 관한 것이다.

광 파장분할다중(WDM) 방식을 이용한 광통신 시스템에서 패브리-페로(Fabry-Perot) 필터는 파장분할 다중화 된 채널의 할당과 이에 대한 감시의 용도로서 널리 사용되고 있다. 그러나, 패브리-페로(FP) 필터의 투과 특성은 매우 천천히 감소하는 Lorentzian 모양을 가지고 있기 때문에 채널 누화가 크고, 대역폭도 고정되어 있다.

대역폭 가변 광 필터는 파장분할다중 방식의 광통신에서 채널 누화와 자연 방출광을 감소시키기 위한 목적으로 널리 이용되고 있다. 최근에는 주어진 중심 파장에서 광 대역폭을 변화시킬 수 있는 입사각이 조정되는(Angle-tuned) 패브리-페로 필터가 제안되고 있다. 상기 제안되었던 종래의 패브리-페로(FP) 필터는 필터에 입사된 가운시안 빔(beam)의 각도 확산(angular spread)을 이용하여 채널 대역폭을 변화시킬 수가 있지만, 입사각을 조정하면 광 대역폭 뿐만 아니라 중심파장도 함께 변화하게 되므로, 주어진 중심파장에서 광 대역폭을 연속적으로 변화시킬 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로, 본 발명의 목적은 입사각의 조정이 가능한 패브리-페로(FP: Fabry-Perot) 필터의 출력에 출력광의 수직방향으로 옵셋(offset)을 주어, 어떤 중심파장에서도 전송 대역폭을 연속적으로 바꿀 수 있는 대역폭 가변 광 필터를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 대역폭 가변 광필터의 구조도.

도2는 본 발명에 따른 광필터의 시험장치 구성도.

도3a 내지 도3f는 실험 결과를 나타낸 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 13 : 렌즈

12 : 패브리-페로 에탈론

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 필터는, 입력 광섬유를 통해 입사되는 파장분할다중된 광을 평행광으로 바꾸기 위한 제1 렌즈; 회전 가능하도록 하여 소정 경사각만큼의 기울기를 갖도록 설치되며, 상기 제1 렌즈로부터 입사된 평행광을 투과 및 반사시켜 소정의 채널폭을 갖는 여러 광 신호로 변환하는 패브리-페로 에탈론; 및 광신호의 진행방향에 대해 수직인 방향으로 이동 가능하게 설치되어, 상기 패브리-페로 에탈론을 투과한 광신호에 대해 중심 파장에 가까운 파장만 집속하여 출력단 광섬유로 제공하는 제2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 입사각의 조정이 가능한 패브리-페로 에탈론을 통과한 광신호를 광신호의 진행방향과 수직인 x축 방향으로 이동가능하도록 설치된 렌즈를 통해 집속함으로써, 어떤 중심파장에서도 전송 대역폭을 연속으로 바꿀 수 있고, 투과 스펙트럼의 모양도 변화시킬 수 있도록 하여, 투과된 광 신호가 가우시안 투과 특성을 갖도록 하여 누화특성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 패브리-페로 필터의 구조를 나타낸 도면으로, 도면부호 11은 제1 렌즈, 12는 패브리-페로 에탈론, 13은 제2 렌즈를 각각 나타낸다.

본 발명에 따른 광 필터는 광섬유를 통해 입사되는 광을 평행광으로 바꾸기 위한 제1 렌즈(11)와, 회전 가능하도록 설치되어 소정 각만큼의 기울기를 가지며,상기 제1 렌즈를 통과한 광신호를 파장에 따라 투과 및 반사시키는 패브리-페로 에탈론(12), 광 진행방향의 수직방향으로 이동 가능하도록 설치되어, 상기 패브리-페로 에탈론(12)을 투과한 광을 출력단 광섬유로 집속하는 제2 렌즈(13)를 포함한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 광 필터의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

입사광은 입력단 광섬유를 통해 제1 렌즈(11)로 입사되어, 평행광으로 바뀌게 된다. 패브리-페로 에탈론(12)은 소정의 굴절률을 가지고 있으며, 투명하고 편평하며, 두께가 균일한 용융 석영(Fused Silica) 기판양면에 높은 반사율을 갖는 유전체 거울(Mirror)을 코팅한 구조이다. 이러한 패브리-페로 에탈론(12)이 본 발명에서는 소정의 경사각 θ을 갖도록 하는 즉, 입사각이 조정될 수 있도록 하기 위해, 회전 가능하도록 설치된다. 상기 패브리-페로 에탈론(12)을 회전 가능하도록 설치하여 입사각을 조정하는 기술은 일반적인 공지기술로서, 본 발명에서는 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.

연속해서, 제1 렌즈(11)를 통과한 평행광은 패브리-페로 에탈론(12)에 비스듬한 입사각 θ를 가지고 입사된다. 이렇게 입사된 파장분할다중된 평행광은 패브리-페로 에탈론(12)에 의해 소정의 채널폭을 갖는 여러 광 신호로 바뀌게 된다.

일반적으로 패브리-페로 필터에서는 입사광의 진행방향을 z 축이라 할 때, 패브리-페로 에탈론(12) 뒤에 위치한 제2 렌즈(13)가 출력광의 진행방향과 동일한 z 축상에 존재하여, 패브리-페로 에탈론(12)을 통과한 광신호를 출력단 광섬유로 집속하게 된다. 종래에는 패브리-페로 필터를 회전시키는 경우에도 제2 렌즈의 위치가 고정되어 있었다.

이러한 패브리-페로 필터의 구조에서 본 발명에서는 제2 렌즈(13)의 위치를 z 축으로부터 광신호의 진행방향 및 패브리-페로 필터의 회전축과 수직인 x 축 방향으로 옵셋(offset)을 가변할 수 있도록 주어, 전체 필터의 중심투과파장은 일정한 상태에서 투과폭을 연속적으로 변화시킬 수 있도록 한 것이다. 즉, 본 발명에서는 제2 렌즈(13)를 x 방향으로 이동 가능하도록 설치하였다. 마찬가지로, 상기 제2 렌즈(13)를 수직방향으로 이동가능하도록 설치하는 기술은 일반적인 공지 기술로서, 본 발명에서는 이에 관한 설명은 생략한다.

한편, 이러한 본 발명의 구성에 더하여, 패브리-페로 에탈론(12)의 후단에 투과된 광을 집속하기 위한 렌즈를 다수개 설치할 수 있다. 물론 상기 렌즈들은 x축 방향으로 이동 가능하도록 설치된다. 이렇게 구성할 경우 패브리-페로 필터(12)를 통과한 광 신호의 집속 성능을 향상시킬 수 있어, 패브리-페로 필터의 성능을 보다 개선시킬 수 있다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, x 축 방향은 입사된 광신호의 진행방향 및 패브리-페로 에탈론(13)의 회전축에 수직인 방향으로서, x 축 방향의 옵셋(offset)인 △x를 가변시킬 경우에, 전체 필터의 중심투과파장은 거의 변화하지 않으면서도 투과폭 및 투과스펙트럼의 모양을 일정한 범위 내에서 변화시킬 수 있다. 그 이유는 중심투과파장에 가까운 입사광 일수록 패브리-페로 에탈론 내에서 다중반사가 오래 지속되어, 패브리-페로 에탈론의 경사각 θ이 θ> 0 의 조건을 만족하는 경우 x > 0 방향으로 그 투과파가 넓게 분포되기 때문이다. 따라서, θ> 0의 경우 △x를 0 에서부터 증가시킬수록 중심투과파장에서 먼 파장은 검출되지 않게 되어, 투과 스펙트럼은 주기적인 가우시안(Gaussian) 모양을 갖게 된다. 반면, △x 가 0 부근 혹은 0 이하인 경우 투과스펙트럼은 원래의 주기적인 Lorentzian 모양에 가깝게 된다. 가우시안(Gaussian)은 중심파장에서 멀어짐에 따라 그 크기가 급격히 감소하므로, 누화가 적은 광학필터의 제작에 응용될 수 있다.

도2는 이와 같은 본 발명에 따른 패브리-페로 필터의 특성을 실험하기 위한 시험장치의 구성도이다.

본 시험장치에서는 광원으로 에르븀이 첨가된 광섬유 증폭기(EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier)(21)로부터 출력되는 5.8dBm 자연 방출광을 사용하였다. 그리고, 제1 접속용 광섬유 콜리메이터(FPC: Fiber Pigtailed Collimator)(22)를 이용하여 상기 에르븀첨가 광섬유증폭기(21)로부터 방출된 자연 방출광을 자유공간에서 결합한 다음, 본 발명에 따른 패브리-페로 필터(23)를 투과시켰다. 그리고, 제2 접속용 광섬유 콜리메이터(FPC)(24)를 통해 본 발명에 따른 패브리-페로 필터(23)를 투과한 광신호를 재결합 하였다. 이렇게 제2 광섬유 콜리메이터(24)에 의해 재결합된 신호의 출력 파형은 종단에서 광 스펙트럼 해석기(OSA: Optical Spectrum Analyzer)(25)를 이용해 관찰하였다. 여기서, 입사된 빔의 직경은 450㎛ 정도이다. 그리고, 투과 스펙트럼의 모양은 광의 입사각 θ와 x축 방향에서 옵셋 Δx로 조정할 수 있다. 에탈론은 굴절률이 약 1.44인 용융 석영으로 만들어졌고, 양 표면의 굴절률과 두께는 각각 약 0.95과 약 150㎛이다.

Δx=0인 상태에서 경사각 θ를 변화시켜 가면서 얻은 출력 스펙트럼은 도3a와 같다. 투과된 피크의 중심 파장 λ_p는 약 1548.6 nm이고, 대역폭은 약 0.18nm 내지 1.28nm 사이에서 불연속적으로 변화된다. Δx가 ±300㎛ 범위 이내에서 변할 때, 중심파장은 크게 변하지 않았지만, 대역폭은 도3b에 도시된 바와 같이 연속적으로 변화함을 알 수 있었다. 0 <θ 인 경우, 실험 결과는 에탈론 내부에서 파장에 따라 다중 반사가 발생하는 것에 의하여 출력투과 스펙트럼 폭이 변하게 됨을 보여준다. 에탈론을 통과한 후, 스펙트럼의 세기 피크(intensity peak)는 파장이 λ_p에 가까울수록 +x 방향으로 널리 분포한다. 따라서 투과폭은 x축의 양의 방향을 따라 감소하며, 역으로 x축의 음의 방향을 따라 증가한다. 실험에서도 이와 부합되는 결과를 얻었다. 즉, 증폭된 자기방출광(ASE: Amplified Spontaneous Emission)의 에탈론 필터를 투과한 스펙트럼 대역폭이 Δx가 0보다 클수록 감소되었다. 세기 피크(intensity peak)도 Δx에 별로 영향을 받지 않는다. 반대로 Δx가 0보다 작을수록 대역폭이 증가되었는데, 그러나 입사빔의 분포영역을 벗어나는 Δx = -200 ㎛ 부근까지 이르면 손실이 매우 크게 증가하고 있다.

도3a의 그래프에서 □는 θ=0°인 경우의 출력 스펙트럼을, *는 θ=6.9°인 경우의 출력 스펙트럼을, △는 θ=9.9°인 경우의 출력 스펙트럼을, ◇는 θ=15.2°인 경우의 출력 스펙트럼을, ▽는 θ=18.9°인 경우의 출력 스펙트럼을, ×는 θ=23.4°인 경우의 출력 스펙트럼을, ○는 θ=32°인 경우의 출력 스펙트럼을 각각 나타낸다.

또한, 도3b의 그래프에서 ■는 θ=0°인 경우의 대역폭을, ●는 θ=6.9°인경우의 대역폭을, *는 θ=9.9°인 경우의 대역폭을, ▲는 θ=15.2°인 경우의 대역폭을, ×는 θ=18.9°인 경우의 대역폭을, ▼θ=23.4°인 경우의 대역폭을, ◆는 θ=32°인 경우의 대역폭을 각각 나타낸다.

도3c는 θ = 6.9°인 경우 에탈론을 이동시킬 때, 투과 스펙트럼를 나타낸다.

에탈론이 +x축 방향으로 이동하면 파장이 λ_p에 가까운 성분만이 우세하므로, Δx > 0일 때, 기존의 패브리-페로(FP) 필터에서와는 다른 가우시안 스펙트럼 특성을 보임을 알 수 있다.

도3c의 그래프에서 □는 △x=0㎛인 경우의 측정된 출력 스펙트럼을, *는 △x=+300㎛인 경우의 측정된 출력 스펙트럼을, ▲는 △x=+200㎛인 경우의 측정된 출력 스펙트럼을, ◇는 △x=+100㎛인 경우의 측정된 출력 스펙트럼을, ▼는 △x=-100㎛인 경우의 측정된 출력 스펙트럼을, ○는 △x=-200㎛인 경우의 측정된 출력 스펙트럼을, +는 △x=-300㎛인 경우의 측정된 출력 스펙트럼을 각각 나타낸다.

도3d는 θ와 Δx의 변화에 대하여 측정된 삽입손실을 나타낸다. 에탈론이 없을 때, 삽입손실은 0.65 dB 이었고, Δx < -200㎛ 일 때, 삽입손실은 크게 증가되었다. 그러나, 투과특성이 가우시안(Gaussian)으로 바뀌는 Δx > 0인 경우에는 삽입손실이 그다지 감소되지 않았다.

도3d에서 ■는 θ=0°인 경우의 감쇠상태를, ●는 θ=6.9°인 경우의 감쇠상태를, *는 θ=9.9°인 경우의 감쇠상태를, ▲는 θ=15.2°인 경우의 감쇠상태를,×는 θ=18.9°인 경우의 감쇠상태를, ▼θ=23.4°인 경우의 감쇠상태를, ◆는 θ=32°인 경우의 감쇠상태를 각각 나타낸다.

도3e 및 도3f는 θ=6.9°일 때, Δx=0와 Δx=300㎛의 경우에 대한 출력 스펙트럼을 각각 비교하여 나타낸 것이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 의하면, 패브리-페로(FP: Fabry-Perot) 필터의 출력에 가변 옵셋(offset)을 주어 어떤 중심파장에서도 전송 대역폭을 연속적으로 바꿀 수 있도록 하였으며, 투과 모양이 가우시안(Gaussian) 투과 특성을 가질 수 있도록 하여 파장분할다중 방식의 광전송 시스템 등에서 채널간의 누화를 현격히 감소시킬 수 있다. 또한, 대역폭이 좁은 가우시안(Gaussian) 광학필터의 제작에도 사용될 수 있으며, 가변 대역폭을 가지므로, 일반 광학 실험에서 최적 광 대역폭 값을 실험적으로 찾는 경우에도 사용될 수 있다.

Claims

입력 광섬유를 통해 입사되는 파장분할다중된 광을 평행광으로 바꾸기 위한 제1 렌즈;

회전 가능하도록 하여 소정 경사각만큼의 기울기를 갖도록 설치되며, 상기 제1 렌즈로부터 입사된 평행광을 투과 및 반사시켜 소정의 채널폭을 갖는 여러 광신호로 변환하는 패브리-페로 에탈론; 및

광신호의 진행방향에 대해 수직인 방향으로 이동 가능하게 설치되어, 상기 패브리-페로 에탈론을 투과한 광신호에 대해 중심 파장에 가까운 파장만 집속하여 출력단 광섬유로 제공하는 적어도 하나 이상의 제2 렌즈를 포함하는 대역폭 가변 광필터.