KR100315421B1 - Spacing variable two wavelength fiber optic filter and laser using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 넓은 영역의 파장을 조절할 수 있으며 손실이 적고 파장 및 파장 간격을 용이하게 가변시킬 수 있는 두파장 광필터 및 그를 이용한 레이저에 관한 것으로, 특정 파장의 빛을 반사하는 광학 필터와 임의의 파장을 투과시키는 광학 필터로 이루어져 파장 간격이 가변되는 두 파장 광섬유 광학 필터 및 이를 이용하여 서로 다른 두개의 파장을 발진시키는 동시에 두개의 발진 파장 간격을 조절할 수 있는 두 파장 레이저를 제공한다. 본 발명에 따른 광학 필터는 파장이 고정되었거나 또는 좁은 범위에서 파장을 가변시킬 수 있는 FBG 필터와 넓은 범위에 걸쳐 투과 파장을 가변시킬 수 있는 필터 및 파장 의존성이 없는 반사수단으로 이루어지며 가변 광 감쇄기를 통해 두 파장의 상대적인 세기를 조절할 수 있다. 또한, 이러한 광섬유 광학 필터를 레이저 공진기에 적용하여 두개의 파장에서 출력을 냄과 동시에 파장 간격이 가변되는 레이저를 구현할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-wavelength optical filter capable of controlling a wide range of wavelengths, having a low loss, and easily changing wavelengths and wavelength spacings, and a laser using the same. The present invention provides a two-wavelength optical fiber optical filter having a variable wavelength spacing and a two-wavelength laser that can oscillate two different wavelengths at the same time and control two oscillating wavelength spacings. The optical filter according to the present invention comprises a FBG filter capable of varying the wavelength in a fixed or narrow range, a filter capable of varying the transmission wavelength over a wide range, and a reflection means having no wavelength dependence. This allows you to adjust the relative intensities of the two wavelengths. In addition, the optical fiber optical filter may be applied to a laser resonator to implement a laser having an output at two wavelengths and varying a wavelength interval.
Description
본 발명은 광소자 제조 분야에 관한 것으로, 파장 간격을 가변시킬 수 있는 두 파장 광섬유 광학 필터 및 이러한 광학 필터를 사용하여 동시에 서로 다른 두개의 파장을 발진시키는 동시에 두개의 발진 파장 간격을 조절할 수 있는 두 파장 레이저에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to the field of optical device fabrication, wherein two wavelength fiber optic filters capable of varying wavelength spacing and two oscillation wavelength spacings capable of simultaneously oscillating two different wavelengths using such optical filters It relates to a wavelength laser.
종래의 두 파장 또는 다 파장 광섬유 광학 필터의 기술로는 반사 파장이 서로 다른 광섬유 격자(fiber Bragg grating: FBG) 필터들을 서로 직렬 연결하여 두 파장 또는 그 이상의 투과 대역을 갖도록 하는 방법, 광결합기를 사용하여 빛을 두 갈래 이상으로 나누어 각각 대역 투과필터(band-pass filter: BPF)를 통과시킨 후 다시 광결합기를 사용하여 합치는 방법, 그리고 박막의 두께를 적절하게 조절하여 두개 이상의 파장에서 빛이 투과하도록 만드는 다층 박막 코팅 방법 등이 있다.Conventional two-wavelength or multi-wavelength optical fiber filters employ a method of coupling fiber Bragg grating (FBG) filters with different reflection wavelengths in series so as to have two or more transmission bands. Split the light into two or more branches and pass them through a band-pass filter (BPF), then combine them again using an optical coupler, and adjust the thickness of the thin film to transmit light at two or more wavelengths. Multi-layer thin film coating method.
도 1은 광섬유 격자(fiber Bragg grating: FBG) 필터들을 서로 직렬 연결하여 다파장 광신호로부터 두 파장 신호를 분리하는 종래 광학 필터의 구성을 보이는 개략도이다.FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a conventional optical filter in which fiber Bragg grating (FBG) filters are connected in series to separate two wavelength signals from a multi-wavelength optical signal.
FBG 필터는 광섬유에 미세한 간격의 격자를 구성한 것으로 광섬유를 따라 입사하는 광신호 중 특정한 파장의 광신호를 반사시키고 나머지는 투과시키는 기능을 갖는다. 즉, 광섬유(13)으로 입력되는 λ1내지 λN의 다파장 광신호 중 파장이 각각 λ1, λ2인 광신호는 FBG ( λ1)(11)과 FBG ( λ2)(12)에 의해 반사되어 오던 방향으로 되돌아 나가게 되며, 나머지 광신호들은 FBG를 투과하여 계속 진행함으로써 광신호를 분리하게 된다.The FBG filter constitutes a finely spaced grating on the optical fiber, and has a function of reflecting an optical signal having a specific wavelength among optical signals incident along the optical fiber and transmitting the rest. That is, among the λ 1 to λ N multi-wavelength optical signals input to the optical fiber 13, optical signals having wavelengths of λ 1 and λ 2 are respectively applied to the FBG (λ 1 ) 11 and the FBG (λ 2 ) 12. It is returned to the direction reflected by the remaining, and the remaining optical signals pass through the FBG to continue to separate the optical signal.
이러한 구성에서 파장 또는 파장 사이의 간격을 변화시키기 위해서는 FBG의 온도를 변화시키거나 장력을 가하여 길이를 변화시킴으로써 FBG의 반사 특성을 변화시켜야 한다. 그러나, 이러한 방법에 의한 FBG의 파장 가변 범위는 극히 제한적이기 때문에 FBG를 이용한 다 파장 광섬유 필터는 광통신에서와 같이 정해진 파장에 고정된 필터를 필요로 할 때는 유리하나, 넓은 영역의 파장에 걸쳐 조절할 수 없는 단점이 있다.In such a configuration, in order to change the wavelength or the interval between wavelengths, the reflection characteristics of the FBG must be changed by changing the temperature of the FBG or by applying a tension. However, since the variable wavelength range of FBG by this method is extremely limited, a multi-wavelength optical fiber filter using FBG is advantageous when a fixed filter is required at a predetermined wavelength such as in optical communication, but it can be adjusted over a wide range of wavelengths. There are no drawbacks.
도2는 파장가변형 대역 투과필터(band-pass filter : BPF)와 광결합기를 사용하여 다파장 광신호로부터 두 파장 신호를 분리하는 종래 광필터를 보이는 개략도이다. BPF는 보통 다층 박막으로 이루어지는 필터를 회전시키는 구조로 되어있으며, 입사하는 광신호 중 특정한 파장의 광신호를 투과시키고 나머지는 제거하는 기능을 갖는다. 이때, 다층 박막 필터의 면과 입사광이 이루는 각도에 따라 투과되는 광신호의 중심파장이 변화하는 것을 이용하여 투과파장을 조절할 수 있다.FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional optical filter for separating two wavelength signals from a multi-wavelength optical signal using a wavelength-variable band-pass filter (BPF) and an optical coupler. The BPF has a structure of rotating a filter made of a multilayer thin film, and transmits an optical signal having a specific wavelength among the incident optical signals and removes the rest. In this case, the transmission wavelength may be adjusted by changing the central wavelength of the transmitted optical signal according to the angle between the plane of the multilayer thin film filter and the incident light.
광섬유(25)로 입력되는 λ1내지 λN의 다파장 광신호는 광결합기(23)에 의해 둘로 나뉘어 출력되며, 파장이 λ1인 광신호는 광섬유(26)을 따라 BPF( λ1)(21)을 투과하여 광결합기(24)로 입력되고, 파장이 λ2인 광신호는 광섬유(27) 을 따라 BPF(λ2)(22)를 투과하여 광결합기(24)로 입력된다. 광결합기(24)는 파장이 각각 λ1, λ2인 입력 광신호를 결합하여 하나의 광섬유로 출력한다.The multi-wavelength optical signal of λ 1 to λ N input to the optical fiber 25 is divided into two and output by the optical coupler 23, and the optical signal having a wavelength of λ 1 is outputted along the optical fiber 26 by BPF (λ 1 ) ( 21 is transmitted through the optical coupler 24, and the optical signal having the wavelength λ 2 is transmitted through the BPF (λ 2 ) 22 along the optical fiber 27 and input to the optical coupler 24. The optical coupler 24 combines input optical signals having wavelengths λ 1 and λ 2 , respectively, and outputs one optical fiber.
이 방법은 적절한 협대역 가변 광학 필터를 사용하여 용이하게 구성할 수 있고, 두 파장 모두 비교적 넓은 범위에 걸쳐 가변시킬 수 있다는 장점이 있으나, 광결합기들에 의한 손실이 최소 6 dB 이상이 되기 때문에, 투과된 신호의 세기가 매우 약해지게 되어 증폭수단을 사용하지 않는 수동 시스템에는 적용하기 곤란한 단점이 있다.This method can be easily configured using an appropriate narrowband variable optical filter and has the advantage that both wavelengths can be varied over a relatively wide range, but at least 6 dB of loss due to the optical couplers, The strength of the transmitted signal is very weak, which makes it difficult to apply to passive systems that do not use amplification means.
그리고, 다층 증착된 박막의 두께를 잘 조절하여 두개 이상의 파장에서 빛이투과하도록 만드는 다층 박막 필터는 소형화된 저손실의 다 파장 광필터를 만들 수 있지만, 파장 및 파장간의 간격을 가변시키기는 매우 어렵다.In addition, the multilayer thin film filter which makes the thickness of the multilayer deposited thin film to transmit light at two or more wavelengths can make a miniaturized low loss multi-wavelength optical filter, but it is very difficult to vary the wavelength and the spacing between wavelengths.
한편, 일반적으로 레이저는 이득 매질 및 공진기 특성에 의해 결정되는 좁은 파장 영역에서 출력을 낸다. 여러 파장의 레이저 출력을 필요로 하는 경우, 필요한 파장 수만큼의 레이저가 있어야 하고, 이를 하나의 광섬유로 전송하기 위해서는 광결합기 또는 파장 분할 다중화기(WDM) 등을 사용한 다중화 장치를 필요로 한다. 따라서, 다중화 장치없이 한 개의 레이저 시스템에서 서로 떨어져 있는 두개 파장 이상의 레이저 빛을 동시에 발진시킬 수 있는 저가의 다채널 광원이 필요한 실정이다.On the other hand, lasers generally produce power in a narrow wavelength range, which is determined by the gain medium and resonator characteristics. If a laser output of several wavelengths is required, there must be as many lasers as necessary wavelengths, and a multiplexing device using an optical coupler or a wavelength division multiplexer (WDM) is required to transmit the same number of lasers to a single optical fiber. Therefore, there is a need for a low-cost multi-channel light source capable of simultaneously oscillating two or more laser lights separated from each other in one laser system without a multiplexing device.
본 발명은 파장을 넓은 영역에 걸쳐 조절할 수 있으며 손실이 적고 파장 및 파장 간격을 용이하게 가변시킬 수 있는 두파장 광필터 및 그를 이용한 레이저를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a two-wavelength optical filter capable of controlling a wavelength over a wide area, having a low loss, and easily changing a wavelength and a wavelength interval, and a laser using the same.
도 1은 종래 광섬유 격자(fiber Bragg grating: FBG) 필터를 사용한 2 파장 광섬유 광학 필터의 구성을 보이는 개략도,1 is a schematic view showing the configuration of a two-wavelength optical fiber optical filter using a conventional fiber Bragg grating (FBG) filter,
도 2는 종래 파장가변형 대역투과필터(band-pass filter : BPF)와 광결합기를 사용한 2 파장 광섬유 광학 필터의 구성을 보이는 개략도,Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of a two-wavelength optical fiber filter using a conventional wavelength variable band-pass filter (BPF) and an optical coupler,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 파장 간격이 가변되는 두 파장 반사형 필터의 구성을 보이는 개략도,3 is a schematic view showing a configuration of two wavelength reflective filters having a variable wavelength interval in accordance with a first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따라 파장 간격이 가변되는 두 파장 투과형 필터의 구성을 보이는 개략도,Figure 4 is a schematic diagram showing the configuration of two wavelength transmission filter having a variable wavelength interval in accordance with a second embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따라 파장 간격이 가변되는 두 파장 투과형 필터의 구성을 보이는 개략도,5 is a schematic view showing the configuration of two wavelength transmission filters having a variable wavelength interval in accordance with a third embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 파장 간격 가변 두 파장 광섬유 광학 필터의 입출력 특성을 보이는 설명도,6 is an explanatory diagram showing input and output characteristics of a variable wavelength spacing two wavelength optical fiber filter according to the present invention;
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반사형 필터를 사용한 발진 파장 간격 가변형 두 파장 레이저의 구성을 보이는 개략도,7 is a schematic view showing the configuration of an oscillation wavelength gap variable two-wavelength laser using a reflective filter according to a fourth embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 반사형 필터를 사용한 발진 파장 간격 가변형 두 파장 고리형 레이저의 구성을 보이는 개략도,8 is a schematic view showing the configuration of an oscillation wavelength gap variable two-wavelength ring laser using a reflective filter according to a fifth embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 투과형 필터를 사용한 발진 파장 간격 가변형 두 파장 고리형 레이저의 구성을 보이는 개략도.9 is a schematic diagram showing the configuration of an oscillation wavelength gap variable two-wavelength ring laser using a transmission filter according to a sixth embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing
31, 41, 501, 503, 81: FBG 32, 42, 502, 82: BPF31, 41, 501, 503, 81: FBG 32, 42, 502, 82: BPF
33, 43, 506: 광 감쇄기 34, 44: 반사수단33, 43, 506: optical attenuator 34, 44: reflecting means
35, 45, 46, 507, 508, 510, 511: 광섬유35, 45, 46, 507, 508, 510, 511: optical fiber
47, 504, 88, 904, 905: 광순환기 74, 84: 전반사경47, 504, 88, 904, 905: optical circulator 74, 84: total reflection mirror
76, 86, 908: 이득매질 77: 부분 반사경76, 86, 908: gain medium 77: partial reflector
910: 광결합기910: optical coupler
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다파장 광신호 입출력 수단; 상기 다파장 광신호 입출력 수단에 연결되며 온도 및 길이에 따라 반사특성이 결정되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제1 파장의 광을 상기 다파장 광신호 입출력 수단으로 반사시키는 광섬유 격자필터; 상기 광섬유 격자필터에 연결되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제2 파장의 광을 투과시키는 파장가변형 대역투과필터; 상기 파장가변형 대역투과필터에 연결되며 상기 광섬유 격자필터로부터 반사되는 제1 파장 광의 세기와 상기 파장가변형 대역투과필터에서 선택된 제2 파장 광의 세기 차를 조절하는 조절수단; 및 상기 조절수단에 연결되며 상기 파장가변형 대역투과필터 및 상기 조절수단을 통과한 상기 제2 파장의 광을 상기 다파장 광신호 입출력 수단 방향으로 반사시키는 반사수단을 포함하는 광학 필터를 제공한다.The present invention for achieving the above object, a multi-wavelength optical signal input and output means; An optical fiber grating filter connected to the multi-wavelength optical signal input / output means and reflecting a reflection characteristic according to a temperature and a length to reflect light having a first wavelength among the light of the multi-wavelength input thereto to the multi-wavelength optical signal input / output means; A wavelength tunable bandpass filter connected to the optical fiber grating filter to transmit light having a second wavelength among the light having multiple wavelengths input thereto; Adjusting means connected to the wavelength tunable bandpass filter to adjust a difference between the intensity of the first wavelength light reflected from the optical fiber grating filter and the intensity of the second wavelength light selected from the wavelength tunable bandpass filter; And reflecting means connected to the adjusting means and reflecting light of the second wavelength passing through the wavelength variable band pass filter and the adjusting means toward the multi-wavelength optical signal input / output means.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다파장 광신호 입력 수단; 상기 다파장 광신호 입력 수단에 연결되며 온도 및 길이에 따라 반사특성이 결정되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제1 파장의 광을 상기 다파장 광신호 입력 수단 방향으로 반사시키는 광섬유 격자필터; 상기 광섬유 격자필터에 연결되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제2 파장의 광을 투과시키는 파장가변형 대역투과필터; 상기 파장가변형 대역투과필터에 연결되며 상기 광섬유 격자필터로부터 반사되는 제1 파장 광의 세기와 상기 파장가변형 대역투과필터에서 선택된 제2 파장 광의 세기 차를 조절하는 조절수단; 상기 조절수단에 연결되며 상기 파장가변형 대역투과필터 및 상기 조절수단을 통과한 상기 제2 파장의 광을 상기 다파장 광신호 입력 수단 방향으로 반사시키는 반사수단; 상기 광섬유 격자필터, 상기 다파장 광신호 입력수단 및 출력수단에 연결된 광 순환수단을 포함하는 광학 필터를 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object, the multi-wavelength optical signal input means; An optical fiber grating filter connected to the multi-wavelength optical signal input unit and having a reflection characteristic determined according to a temperature and a length, and reflecting light having a first wavelength among the multi-wavelength light inputs toward the multi-wavelength optical signal input unit; A wavelength tunable bandpass filter connected to the optical fiber grating filter to transmit light having a second wavelength among the light having multiple wavelengths input thereto; Adjusting means connected to the wavelength tunable bandpass filter to adjust a difference between the intensity of the first wavelength light reflected from the optical fiber grating filter and the intensity of the second wavelength light selected from the wavelength tunable bandpass filter; Reflecting means connected to the adjusting means and reflecting light of the second wavelength passing through the wavelength variable band pass filter and the adjusting means toward the multi-wavelength optical signal input means; It provides an optical filter including an optical fiber grating filter, optical circulation means connected to the multi-wavelength optical signal input means and output means.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광 입력 수단에 연결된 제1 광 순환수단; 상기 제1 광 순환수단에 연결되며 온도 및 길이에 따라 반사특성이 결정되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제1 파장의 광을 반사시키는 제1 광섬유 격자필터; 상기 제1 광섬유 격자필터에 연결되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제2 파장의 광을 투과하는 파장가변형 대역투과필터; 상기 파장가변형 대역투과필터에 연결되며 상기 제1 광섬유 격자필터와 동일 파장의 광을 반사시키는 제2 광섬유 격자필터; 상기 제1 광 순환수단, 상기 제2 광섬유 격자필터 및 광신호 출력 수단에 연결된 제2 광 순환수단; 및 상기 제1 광 순환수단 및 상기 제2 광 순환수단에 연결되어, 상기 제1 광섬유 격자필터 및 상기 제2 광섬유 격자필터로부터 반사되는 제1 파장 광의 세기와 상기 파장가변형 대역투과필터로부터 선택된 제2 파장 광의 세기의 차를 조절하는 조절수단을 포함하는 광학 필터를 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object, the first light circulation means connected to the light input means; A first optical fiber grating filter connected to the first light circulating means and reflecting light having a first wavelength and reflecting light having a first wavelength among multi-wavelength light inputted therein; A wavelength tunable bandpass filter connected to the first optical fiber grating filter and transmitting light having a second wavelength among light of multiple wavelengths input thereto; A second optical fiber grating filter connected to the wavelength variable band pass filter and reflecting light having the same wavelength as that of the first optical fiber grating filter; Second optical circulation means connected to the first optical circulation means, the second optical fiber grating filter and the optical signal output means; And a second connected to the first light circulating means and the second light circulating means and selected from the intensity of the first wavelength light reflected from the first optical fiber grating filter and the second optical fiber grating filter and the wavelength variable bandpass filter. It provides an optical filter comprising an adjusting means for adjusting the difference of the intensity of the wavelength light.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 부분 반사수단; 상기 부분 반사수단에 연결된 이득매질; 상기 이득매질에 연결되며 온도 및 길이에 따라 반사특성이 결정되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제1 파장의 광을 상기 증폭수단 방향으로 반사시키는 광섬유 격자필터; 상기 광섬유 격자필터에 연결되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제2 파장의 광을 투과하는 파장가변형 대역투과필터; 상기 파장가변형 대역투과필터에 연결되며 상기 광섬유 격자필터로부터 반사된 제1 파장 광의 세기와 상기 파장가변형 대역투과필터에서 선택된 제2 파장 광의 세기 차를 조절하는 조절수단; 및 상기 조절수단에 연결되며 상기 파장가변형 대역투과필터 및 상기 조절수단을 통과한 상기 제2 파장의 광을 상기 부분 반사수단 방향으로 전반사시키는 전반사수단을 포함하는 레이저를 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object, the partial reflecting means; A gain medium connected to the partial reflecting means; An optical fiber grating filter connected to the gain medium and having a reflection characteristic determined according to a temperature and a length, and reflecting light of a first wavelength among light of multiple wavelengths input thereto in the direction of the amplifying means; A wavelength tunable bandpass filter connected to the optical fiber grating filter and transmitting light having a second wavelength among the light having multiple wavelengths input thereto; Adjusting means connected to the wavelength tunable bandpass filter and controlling an intensity difference between the intensity of the first wavelength light reflected from the optical fiber grating filter and the second wavelength light selected from the wavelength tunable bandpass filter; And a total reflection means connected to the adjusting means and totally reflecting the light of the second wavelength passing through the wavelength variable bandpass filter and the adjusting means toward the partial reflecting means.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이득매질; 상기 이득매질에 연결되며 온도 및 길이에 따라 반사특성이 결정되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제1파장의 광을 상기 증폭수단 방향으로 반사시키는 광섬유 격자필터; 상기 광섬유 격자필터에 연결되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제2 파장의 광을 투과하는 파장가변형 대역투과필터; 상기 파장가변형 대역투과필터에 연결되며 상기 광섬유 격자필터로부터 반사된 제1 파장 광의 세기와 상기 파장가변형 대역투과필터에서 선택된 제2 파장 광의 세기 차를 조절하는 조절수단; 상기 조절수단에 연결되며 상기 파장가변형 대역투과필터 및 상기 조절수단을 통과한 상기 제2 파장의 광을 상기 다파장 광신호 입력 수단 방향으로 전반사시키는 전반사수단; 및 상기 증폭수단 및 상기 광순환기에 연결되어 상기 광섬유격자필터로부터 반사되는 제1 파장의 광 및 상기 전반사 수단으로부터 반사되는 제2 파장의 광을 레이저 출력단에 연결된 광결합기로 전달하는 광 순환수단을 포함하는 레이저를 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object, a gain medium; An optical fiber grating filter connected to the gain medium and having a reflection characteristic determined according to a temperature and a length and reflecting light of a first wavelength among light of multiple wavelengths input thereto in the direction of the amplifying means; A wavelength tunable bandpass filter connected to the optical fiber grating filter and transmitting light having a second wavelength among the light having multiple wavelengths input thereto; Adjusting means connected to the wavelength tunable bandpass filter and controlling an intensity difference between the intensity of the first wavelength light reflected from the optical fiber grating filter and the second wavelength light selected from the wavelength tunable bandpass filter; Total reflection means connected to the adjusting means and totally reflecting the light of the second wavelength passing through the wavelength variable band pass filter and the adjusting means toward the multi-wavelength optical signal input means; And light circulation means connected to the amplifying means and the optical circulator to transmit light having a first wavelength reflected from the optical fiber grating filter and light having a second wavelength reflected from the total reflection means to an optical coupler connected to a laser output terminal. To provide a laser.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이득매질; 상기 이득매질에 연결된 제1 광 순환수단; 상기 제1 광 순환수단에 연결되며 온도 및 길이에 따라 반사특성이 결정되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제1 파장의 광을 반사시키는 제1 광섬유 격자필터; 상기 제1 광섬유 격자필터에 연결되어 그에 입력된 다파장의 광 중 제2 파장의 광을 투과하는 파장가변형 대역투과필터; 상기 파장가변형 대역투과필터에 연결되며 상기 제1 광섬유 격자필터와 동일 파장의 광을 반사시키는 제2 광섬유 격자필터; 상기 제1 광 순환수단, 상기 제2 광섬유 격자필터 및 상기 이득매질에 연결된 제2 광 순환수단; 제1 광 순환수단 및 상기 제2 광 순환수단에 연결되어, 상기 제1 광섬유 격자필터 및 상기 제2 광섬유 격자필터로부터 반사되는 제1 파장 광의 세기와 상기 파장가변형 대역투과필터로부터 선택된 제2 파장 광의 세기의 차를 조절하는 조절수단; 및 상기 제1 광 순환수단 및 상기 이득매질과 연결되어 상기 제1 광섬유 격자필터 및 상기 제2 광섬유 격자필터로부터 반사되는 제1 파장 광과 상기 파장가변형 대역투과필터에서 선택된 제2 파장의 광을 출력단에 전달하는 광결합 수단을 포함하는 레이저를 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object, a gain medium; First optical circulation means connected to the gain medium; A first optical fiber grating filter connected to the first light circulating means and reflecting light having a first wavelength and reflecting light having a first wavelength among multi-wavelength light inputted therein; A wavelength tunable bandpass filter connected to the first optical fiber grating filter and transmitting light having a second wavelength among light of multiple wavelengths input thereto; A second optical fiber grating filter connected to the wavelength variable band pass filter and reflecting light having the same wavelength as that of the first optical fiber grating filter; Second optical circulation means connected to the first optical circulation means, the second optical fiber grating filter and the gain medium; A first wavelength light reflected from the first optical fiber grating filter and the second optical fiber grating filter and a second wavelength light selected from the wavelength tunable bandpass filter connected to the first optical circulation means and the second optical circulation means. Adjusting means for adjusting the difference in intensity; And a first wavelength light reflected by the first optical fiber grating filter and the second optical fiber grating filter and the light having a second wavelength selected from the wavelength tunable bandpass filter connected to the first optical circulation means and the gain medium. It provides a laser comprising a light coupling means for transmitting to.
본 발명은 특정 파장의 광신호만 반사하고 나머지 광신호는 투과시키는 FBG의 특성과 특정 파장의 광신호만 투과시키고 나머지 광신호는 제거하는 BPF의 특성을 이용하여 광필터 및 레이저를 구성한다.The present invention configures an optical filter and a laser by using the characteristics of an FBG that reflects only an optical signal of a specific wavelength and transmits the remaining optical signals and a BPF that transmits only an optical signal of a specific wavelength and removes the remaining optical signals.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 파장 간격이 가변되는 두 파장 반사형 필터의 구성을 보이는 개략도이다. 도 3에 나타난 두 파장 반사형 광섬유 필터의 동작 원리는 다음과 같다.3 is a schematic view showing the configuration of two wavelength reflective filters having a variable wavelength interval according to the first embodiment of the present invention. The operating principle of the two-wavelength reflective optical fiber filter shown in FIG. 3 is as follows.
광섬유(35)로 입력되는 λ1내지 λN의 다파장 광신호 중 파장이 λ1인 광신호는 FBG(λ1)(31)에 의해 반사되어 오던 방향으로 되돌아 나가게 되며, 나머지 광신호들은 FBG(λ1)(31)을 투과하여 BPF(λ2)(32)로 입사한다. BPF(λ2)(32)는 파장이 λ2인 광신호만 투과시키며 나머지는 제거되어 없어진다. 파장이 λ2인 광신호는 광 감쇄기(33)을 지나 파장에 관계없이 모든 광신호를 반사시키는 반사수단(34)에 의해 반사됨으로써 다시 광 감쇄기(33)과 BPF(λ2)(32) 및 FBG(λ1)(31)를 거쳐오던 방향으로 되돌아 나오게 된다. 여기서 광 감쇄기(33)은 FBG(λ1)(31)에 의해 반사된파장이 λ1인 광신호의 세기와 BPF(λ2)(32)에 의해 선택된 파장이 λ2인 광신호의 세기 차이를 임의의 값으로 조절하기 위한 수단이다.Of the λ 1 to λ N multi-wavelength optical signals input to the optical fiber 35, the optical signal having a wavelength of λ 1 is returned to the direction reflected by the FBG (λ 1 ) 31 and the remaining optical signals are FBG It penetrates (λ 1 ) 31 and enters the BPF (λ 2 ) 32. The BPF (λ 2 ) 32 transmits only an optical signal having a wavelength of λ 2 , and the rest is removed. The optical signal having a wavelength of λ 2 is reflected by the reflecting means 34 reflecting all the optical signals irrespective of the wavelength after passing through the optical attenuator 33, thereby again the optical attenuator 33 and the BPF (λ 2 ) 32 and It returns to the direction which passed through FBG ((lambda) 1 ) 31. Here, the optical attenuator 33 is a difference between the intensity of the optical signal reflected by the FBG (λ 1 ) 31 is λ 1 and the intensity of the optical signal having a wavelength λ 2 selected by the BPF (λ 2 ) 32. Is a means for adjusting to an arbitrary value.
도 3에서 파장에 관계없이 모든 광신호를 반사시키는 반사수단(34)으로는 통상의 반사경 및 광섬유 고리형 반사경(fiber loop mirror), 파라데이 로테이터 반사경(Faraday rotator mirror) 등이 사용된다.In FIG. 3, as the reflecting means 34 for reflecting all optical signals regardless of the wavelength, a conventional reflector, a fiber loop mirror, a Faraday rotator mirror, and the like are used.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따라 파장 간격이 가변되는 두 파장 투과형 필터의 구성을 보이는 개략도이다, 본 발명의 제2 실시예는 전술한 제1 실시예의 구성에 광순환기(optical circulator)를 추가한 것으로서, 광섬유(45)로 입력되는 λ1내지 λN의 다파장 광신호는 광순환기(47)를 지나 FBG(λ1)(41)로 입력된다. 파장이 λ1인 광신호는 FBG(λ1)(41)에 의해 반사되어 오던 방향으로 되돌아 나가게 되며, 나머지 광신호들은 FBG(λ1)(41)을 투과하여 BPF(λ2)(42)로 입사한다. BPF(λ2)(42)는 파장이 λ2인 광신호만 투과시키며 나머지는 제거되어 없어진다. 파장이 λ2인 광신호는 광 감쇄기(43)을 지나 파장에 관계없이 모든 광신호를 반사시키는 반사수단(44)에 의해 반사됨으로써 다시 광 감쇄기(43)와 BPF(λ2)(42) 및 FBG(λ1)(41)를 거쳐오던 방향으로 되돌아 나오게 된다. 되돌아 나온 파장이 λ1및λ2인 광신호는 광순환기(47)을 경유하여 광섬유(46)으로 출력된다.4 is a schematic view showing the configuration of two wavelength-transmissive filters having a variable wavelength interval according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment of the present invention is an optical circulator according to the first embodiment. In addition, the multi-wavelength optical signal of λ 1 to λ N input to the optical fiber 45 is input to the FBG (λ 1 ) 41 through the optical circulator 47. An optical signal having a wavelength of λ 1 is FBG (λ 1), and out back in the direction ohdeon is reflected by 41, the remaining light signals are FBG (λ 1) is transmitted through the 41 BPF (λ 2) (42) Incident The BPF (λ 2 ) 42 transmits only an optical signal having a wavelength of λ 2 , and the rest is removed. The optical signal having the wavelength λ 2 is reflected by the reflecting means 44 reflecting all the optical signals irrespective of the wavelength after passing through the optical attenuator 43, thereby again the optical attenuator 43 and the BPF (λ 2 ) 42 and It returns to the direction which passed through FBG ((lambda) 1 ) 41. The returned optical signals having the wavelengths λ 1 and λ 2 are output to the optical fiber 46 via the optical circulator 47.
도3과 도4에 보이는 광필터에서 광 감쇄기(33, 43)를 사용하여 파장이 λ1인 광신호와 파장이 λ2인 광신호의 세기를 같게 만들기 위해서는, 광 감쇄기가 없을 때 BPF와 반사경으로 이루어지는 반사 필터의 반사율이 FBG의 반사율보다 크도록 BPF(32, 42)의 삽입손실이 충분히 작아야 한다.In the optical filters shown in FIGS. 3 and 4, the optical attenuators 33 and 43 are used to make the intensity of the optical signal having the wavelength λ 1 and the optical signal having the wavelength λ 2 the same. The insertion loss of the BPFs 32 and 42 should be small enough so that the reflectance of the reflective filter is greater than that of the FBG.
반대로 FBG의 반사율이 더 클 경우에는 두 반사 파장의 반사율 및 투과율을 광 감쇄기를 통하여 같게 만들 수 없다.Conversely, when the reflectance of the FBG is larger, the reflectance and transmittance of the two reflection wavelengths cannot be made equal through the optical attenuator.
도 5는 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제3 실시예를 보이는 것으로서, FBG의 반사율이 상대적으로 클 경우에 적용되는 두 파장 투과형 필터의 구성을 보이는 개략도이다.FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention for solving this problem, and is a schematic view showing the configuration of two wavelength transmission filters applied when the reflectance of the FBG is relatively large.
도 5와 같이 구성되는 필터에서는 광섬유(507)로 입력되는 λ1내지 λN의 다파장 광신호가 광순환기(optical circulator)(504)를 지나 광섬유(508)을 거쳐 FBG(λ1)(501)로 입력된다. 여기서 파장이 λ1인 광신호는 FBG(λ1)(501)에 의해 반사되어 광섬유(508)을 거쳐오던 방향으로 되돌아 나가 다시 광순환기(504)를 거쳐 광섬유(509)와 광 감쇄기(506)를 지나 광순환기(505)로 입력되고, 광섬유(510)을 지나 FBG(λ1)(503)에 의해 반사되어 다시 광섬유(510)과 광순환기(505)를 거쳐 광섬유(511)로 출력된다.In the filter configured as shown in FIG. 5, the multi-wavelength optical signal of λ 1 to λ N input to the optical fiber 507 passes through the optical circulator 504 and passes through the optical fiber 508 to the FBG (λ 1 ) 501. Is entered. Here, the optical signal having a wavelength of λ 1 is reflected by the FBG (λ 1 ) 501 and returned to the direction passing through the optical fiber 508, and then passes through the optical circulator 504 to the optical fiber 509 and the optical attenuator 506. After passing through the optical circulator 505, and is reflected by the FBG (λ 1 ) 503 through the optical fiber 510, it is again outputted to the optical fiber 511 via the optical fiber 510 and the optical circulator 505.
파장이 λ1인 광신호를 제외한 나머지 광신호들은 FBG(λ1)(501)을 투과하여 BPF(λ2)(502)로 입사한다. BPF(λ2)(502)는 파장이 λ2인 광신호만 투과시키며 나머지는 제거되어 없어진다. 파장이 λ2인 광신호는 FBG(λ1)(503)을 투과하여 광섬유(510)을 지나 광순환기(505)를 거쳐 광섬유(511)로 출력된다Except for the optical signal having the wavelength λ 1 , the remaining optical signals pass through the FBG (λ 1 ) 501 and enter the BPF (λ 2 ) 502. The BPF (λ 2 ) 502 transmits only an optical signal having a wavelength of λ 2 , and the rest is removed. The optical signal having a wavelength of λ 2 is transmitted to the optical fiber 511 through the optical fiber 510 after passing through the optical fiber 510 through the FBG (λ 1 ) 503.
여기서 광 감쇄기(506)은 FBG(λ1)(501)과 (503)에 의해 반사된 파장이 λ1인 광신호의 세기와 BPF(λ2)(502)에 의해 투과된 파장이 λ2인 광신호의 세기 차이를 임의의 값으로 조절하기 위한 수단이다. 이 경우에는 FBG(λ1)(501)과 (503)의 반사율이 높고 BPF(λ2)(502)의 삽입 손실이 다소 크더라도 광 감쇄기(506)를 통해 두 파장의 투과율을 같게 만들 수 있다. 단, FBG(λ1)(501)과 (503)은 반사되는 파장이 정확히 일치해야 한다.Here, the optical attenuator 506 has an intensity of the optical signal reflected by the FBG (λ 1 ) 501 and 503 of λ 1 and a wavelength transmitted by the BPF (λ 2 ) 502 of λ 2 . It is a means for adjusting the intensity difference of the optical signal to an arbitrary value. In this case, although the reflectances of the FBG (λ 1 ) 501 and 503 are high and the insertion loss of the BPF (λ 2 ) 502 is somewhat large, the transmittance of the two wavelengths can be made equal through the optical attenuator 506. . However, the FBG (λ 1 ) 501 and 503 should exactly match the reflected wavelength.
도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 두 파장 광섬유 광학 필터에서 FBG는 반사 파장이 일정한 값으로 고정되어있거나, 온도 변화 및 장력에 의한 좁은 범위의 파장 변화가 가능하며, BPF는 넓은 범위에 걸쳐 투과 파장을 가변시킴으로써 두 파장의 간격을 조절할 수 있다.In the two-wavelength optical fiber filter shown in FIGS. 3, 4, and 5, the FBG has a fixed reflection wavelength at a fixed value or a narrow range of wavelength changes due to temperature change and tension, and BPF has a wide range. The spacing of the two wavelengths can be adjusted by varying the transmission wavelength over time.
도 6은 본 발명에 따른 파장 간격 가변 두 파장 광섬유 광학 필터의 입출력 특성을 도시한 것이다. 넓은 스펙트럼을 갖는 다채널 광신호를 입력시키면 FBG와 BPF의 특성에 따라 λ1과 λ2의 광신호가 분리되어 출력되며, λ2는 BPF를 사용하여 자유로이 변화시킬 수 있으므로 λ1과 λ2의 간격을 자유로이 조절할 수 있다.Figure 6 illustrates the input and output characteristics of the wavelength-wavelength variable two-wavelength optical filter according to the present invention. If the input channel optical signal having a wide spectrum of the optical signal of λ 1 and λ 2 separated according to the characteristics of the FBG and the BPF is output, λ 2 it is can be changed freely by using the BPF interval of λ 1 and λ 2 Can be adjusted freely.
전술한 바와 같이 파장 간격이 가변되는 두 파장 광섬유 광학 필터를 사용하여 동시에 서로 다른 두개의 파장을 발진시킬 수 있고 발진 파장의 간격을 조절할수 있는 레이저 장치를 구성할 수 있다.As described above, a laser device capable of oscillating two different wavelengths at the same time and adjusting the spacing of the oscillation wavelengths may be configured by using two wavelength optical fiber optical filters having variable wavelength intervals.
도 7은 반사형 필터를 사용한 발진 파장 간격 가변형 두 파장 레이저의 구성 예이다. 파장이 λ1인 레이저 광 출력은 부분 반사경(77)과 파장이 λ1인 광신호를 반사하는 FBG(λ1)(71)로 구성되는 공진기와 이득매질(76)에 의해 발진한다. 파장이 λ2인 레이저 광 출력은 부분 반사경(77)과 전반사경(74)으로 구성되는 공진기와 이득매질(76)에 의해 발진하며, 발진 파장은 공진기 내부의 가변 파장 BPF(72)에 의해 선택된다.7 shows an example of the configuration of an oscillating wavelength-interval variable two-wavelength laser using a reflective filter. A laser beam output having a wavelength of λ 1 is oscillated by the partial reflection mirror 77 and the FBG (λ 1) resonator and a gain medium 76 consisting of a 71 to a wavelength of the reflected optical signal is λ 1. The laser light output having a wavelength of λ 2 is oscillated by the resonator and the gain medium 76 composed of the partial reflector 77 and the total reflection mirror 74, and the oscillation wavelength is selected by the variable wavelength BPF 72 inside the resonator. do.
이때, 전반사경(74) 위치에 파라데이 로테이터 반사경을 사용하게 되면 입사하는 광신호의 편광과 반사되어 나오는 광신호의 편광이 직교하게 되므로 파장이 λ1인 광신호와 파장이 λ2인 광신호의 경합(competition) 효과를 줄일 수 있는 장점이 있다.At this time, when the Faraday rotator reflector is used at the position of the total reflection mirror 74, the polarization of the incident optical signal and the polarization of the reflected optical signal are orthogonal, so that the optical signal having a wavelength of λ 1 and the optical signal having a wavelength of λ 2 are used. There is an advantage to reduce the competition effect (competition) of.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 반사형 필터를 사용한 발진 파장 간격 가변형 두 파장 고리형 레이저의 구성을 보이는 개략도로서, 도 7과 같이 반사형 필터를 사용하되 공진기 구조를 고리(ring)형으로 구성한 발진 파장 간격 가변형 두 파장 레이저의 구성 예이다. 이득매질(86)에서 증폭된 파장이 λ1인 레이저 광은 광순환기(88)을 지나 FBG( λ1)(81)로 입사되며, FBG( λ1)(81)은 이 광신호를 반사시키고 나머지 광신호는 투과시킨다. 반사되어 되돌아 나오는 파장이 λ1인 레이저 광은 다시 광순환기(88)을 지나 광결합기(87)로 입사된다. 여기서 일부 출력이 공진기 외부로 출력되며 나머지는 이득매질(86)에서 증폭되는 순환경로를 따른다. 파장이 λ2인 레이저 광은 FBG( λ1)(81)과 가변 파장 BPF( λ2)(82) 및 광 감쇄기(83)을 투과하여 전반사경(84)에서 반사되어 되돌아 나오게 된다. 발진 파장은 공진기 내부의 가변 파장 BPF( λ2)(82)에 의해 선택되며, 반사되어 되돌아 나오는 파장이 λ2인 레이저 광은 다시 광순환기(88)을 지나 광결합기(87)로 입사된다. 여기서 일부 출력이 공진기 외부로 출력되며 나머지는 이득매질(86)에서 증폭되는 순환경로를 따른다.FIG. 8 is a schematic view showing the configuration of an oscillating wavelength gap variable two-wavelength ring laser using a reflective filter according to a fifth embodiment of the present invention, and using a reflective filter as shown in FIG. It is an example of the configuration of the two-wavelength laser of the oscillation wavelength gap variable type comprised in the form. The laser light whose wavelength amplified in the gain medium 86 is λ 1 passes through the optical circulator 88 and enters the FBG (λ 1 ) 81, and the FBG (λ 1 ) 81 reflects the optical signal. The remaining optical signal is transmitted. The reflected laser beam having a wavelength of λ 1 is again incident to the optical coupler 87 through the optical circulator 88. Here some output is output outside the resonator and the other follows a circulating path that is amplified in the gain medium 86. The laser light having a wavelength of λ 2 passes through the FBG (λ 1 ) 81, the variable wavelength BPF (λ 2 ) 82, and the optical attenuator 83, and is reflected by the total reflection mirror 84 to return. The oscillation wavelength is selected by the variable wavelength BPF (λ 2 ) 82 inside the resonator, and the laser light having the reflected wavelength returned to λ 2 is incident again through the optical circulator 88 and into the optical coupler 87. Here some output is output outside the resonator and the other follows a circulating path that is amplified in the gain medium 86.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 투과형 필터를 사용한 발진 파장 간격 가변형 두 파장 고리형 레이저의 구성을 보이는 개략도로서, 도 9와 같이 광순환기(905)에서 출력되는 신호는 이득매질(908)과 광결합기(910)를 거쳐 다시 광순환기(904)로 입력되는 반시계 방향의 순환경로를 구성한다. 이때 순환되는 광신호의 일부는 광결합기(910)에서 외부로 출력된다.9 is a schematic view showing the configuration of an oscillating wavelength-variable two-wavelength ring laser using a transmission filter according to a sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, a signal output from the optical circulator 905 is a gain medium 908. And a counterclockwise circulation path inputted back to the optical circulator 904 through the optical coupler 910. At this time, a part of the circulated optical signal is output from the optical coupler 910 to the outside.
도 7 내지 도 9에 도시한 구성에서 이득매질은 에르븀 첨가 광섬유(Er-doped fiber) 및 반도체 광증폭기 등이 사용될 수 있다.In the configuration shown in FIGS. 7 to 9, an erbium-doped fiber, a semiconductor optical amplifier, or the like may be used.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 광학 필터는 기존의 다파장 광학 필터에 비하여 저손실이면서도 가변 광 감쇄기를 통해 두 파장의 상대적인 세기를 조절할 수 있다. 또한, 이러한 광섬유 광학 필터를 레이저 공진기에 적용하여 두개의 파장에서 출력을 냄과 동시에 파장 간격이 가변되는 레이저를 저렴하게 구현할 수 있다.The optical filter according to the present invention made as described above can control the relative intensity of the two wavelengths through a variable optical attenuator with low loss compared to the conventional multi-wavelength optical filter. In addition, by applying the optical fiber optical filter to the laser resonator it is possible to implement a laser in which the wavelength is variable at the same time while outputting at two wavelengths.
또한 본 발명에 따른 두 파장 광섬유 광학 필터는 광 센서 분야에서의 신호 처리용 장치로 사용 가능하며 광통신 분야에서 잡음 특성 측정 및 잡음 제거용 필터로 사용할 수 있다. 파장 가변 두파장 레이저는 WDM 시스템용 광원 및 광 센서 분야에서의 광원과 광증폭기의 증폭 특성 분석에 사용될 수 있다.In addition, the two wavelength optical fiber optical filter according to the present invention can be used as a signal processing device in the optical sensor field, and can be used as a filter for noise characteristic measurement and noise removal in the optical communication field. The tunable two-wavelength laser can be used to analyze the amplification characteristics of light sources and optical amplifiers in light source and optical sensor applications for WDM systems.
그리고, 본 발명 따른 파장 간격 가변 두 파장 광학 필터는 광통신 및 광센서 시스템에서 신호의 품질을 향상시키거나 특정 신호의 분리 및 처리에 필요한 투과특성을 제공할 수 있으며, 이를 이용한 파장 간격 가변 두 파장 레이저는 다중화 장치 없이 저가의 파장 가변 다채널 광원을 제공할 수 있다.In addition, the two-wavelength variable wavelength optical filter according to the present invention can improve the signal quality in optical communication and optical sensor systems or provide transmission characteristics necessary for separation and processing of a specific signal. Can provide a low cost tunable multichannel light source without a multiplexing device.
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