KR100319780B1 - 마이켈슨-싸냑형 파장 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파장 다중을 이용하는 광통신 시스템 혹은 광 통신망에 사용될 수 있는 파장변환기에 관한 것으로, 기존에 알려진 마이켈슨형 파장변환기의 문제점인 한쪽팔에서의 광 손실을 보상하기 위해 싸냑 간섭계를 마이켈슨 간섭계의 한쪽 팔에 구성하여 광섬유 고리 거울 (optical fiber loop mirror : OFLM)로 동작시켜 입력되는 모든 신호를 다시 반사시킴으로 광신호의 손실 없이 반도체 광 증폭기의 위상변화만 일으키게 함으로서 신호의 손실을 적게 하면서 마이켈슨 간섭계의 동작으로 파장 변환이 일어나게 한다.

Description

마이켈슨-싸냑형 파장 변환기{Michelson-Sagnac Wavelength Converter}

본 발명은 파장 변환기(wavelength converter)에 관한 것으로, 특히 마이켈슨 파장변환기(Michelson wavelength converter)에서 발생하는 파장 변환효율을 증대시킨 마이켈슨-싸냑(Sagnac)형 파장 변환기에 관한 것이다.

파장 다중을 이용하는 광통신 시스템 혹은 광 통신망에 사용되는 파장변환기는, 하나의 파장에 변조되어 있는 데이터를 다른 파장으로 복사하는 역할을 수행한다. 그리고 반도체 광 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)를 굴절률 변조 소자로 응용하여 파장변환기를 구현한 예로는 마흐-젠더(Mach-Zehnder)형, 마이켈슨(Michelson)형, 싸냑(Sagnac)형 등의 세가지 유형이 알려져 있다.

이와 관련하여 도 1은 마이켈슨 간섭계 구조의 파장변환기의 개략적 구성을 나타낸 도면으로서, 그 구성상의 특징은, 마이켈슨 간섭계의 양쪽 팔에 반도체 광증폭기(SOA)(18A, 18B)를 둔 구조이다. 도 1에서 부호 1은 연속광(CW[Continuous Wave] probe light)이고, 2는 파장 변환된 출력광(Wavelength-converted output light)이고, 3은 광 아이솔레이터(0ptical isolator)를 나타내며, 17은 신호광(signal light)를 나타낸다.

도 1에서 위쪽 반도체 광 증폭기(SOA)(18A)는 신호광 입력되는 쪽의 면을 반사율이 약 0.36 정도 되게하여 신호 입력이 가능하게 한 것이고, 아래 쪽 반도체 광 증폭기(SOA)(18B)는 위쪽 팔(arm)과의 광 파워 균형을 맞추기 위해 신호 증폭용으로 사용한 것이다.

만일, 이와 같은 구성에서 마이켈슨 간섭계의 양 팔에 반도체 광 증폭기(SOA) 대신 단순한 거울(mirror)로 대치하면 이것은 통상적인 마이켈슨 간섭계가 구성되고, 이와 같은 간섭계로부터 나오는 출력은 양쪽 팔의 길이에 따라 항상 '1' 아니면 '0'으로 된다. 통상적으로 반도체 광 증폭기(SOA)는 양쪽면의 반사율이 '0'이지만 한쪽 면의 반사율이 '0'이 아닌 반도체 광 증폭기(SOA)를 제작하여 도면과 같이 거울대신 두게 되면 이 구조 역시 마이켈슨 간섭계를 구성하게 된다. 이때 한쪽 팔에 외부로부터 신호광을 입력하게 되면 반도체 광 증폭기(SOA)는 이 신호광의 세기에 따라 위상변화가 생겨 마이켈슨 간섭계의 출력이 항상 '1'이거나 '0'이 아니라 신호광의 크기에 따라 변하게 된다. 즉 신호광의 세기에 의해 마이켈슨 간섭계의 광 출력이 변조가 된다.

이때, 도면의 왼쪽에서 입력되는 연속광(1)과 반도체 광 증폭기(SOA)를 변조하는 신호광은 서로 파장이 다르며, 신호광의 데이터가 왼쪽에서 입력되는 광으로 전달, 즉 복사되므로 이것을 신호의 파장변환이 발생되었다고 일컫는다.

통상적인 마이켈슨 간섭계는 양쪽 팔의 반사율이 1인 거울을 사용하지만 종래의 파장변환기인 마이켈슨 간섭계 구조 파장변환기는 반사율이 0.36인 반도체 광 증폭기(SOA)를 사용하므로, 입력된 연속광(1)의 일부가 입력측으로 다시 반사되지 않고 상당수가 밖으로 새어나가게 된다. 이것은 파장변환기의 작용상 신호광이 반도체 광 증폭기(SOA)를 위상변조하기 위해 입력되어야 하기 때문에 연속광의 손실은, 종래의 구조하에서는 피할 수 없는 문제점으로 나타났다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반도체 광 증폭기에서 발생하는 연속광의 손실을 제거하여 파장변환 효율을 증대하는 마이켈슨-싸냑형 파장변환기를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 마이켈슨 간섭계 구조하에서 상호 위상변조 현상을 이용한 파장변환 작용을 통하여 파장변환 효율을 증대시켜, 파장 변환된 출력광의 파워레벨을 높이는 마이켈슨-싸냑형 파장변환기를 제공함에 있다.

도1은 일반적인 마이켈슨 간섭계 구조의 파장변환기의 개략적 구성도,

도2은 본 발명에 따른 마이켈슨-싸냑형 파장 변환기의 구조를 보여주는 일실시예 구성도.

*도면의 주요 부호에 대한 설명

1 : 연속광(CW[Continuous Wave] probe light)

2 : 파장 변환된 출력광(Wavelength-converted output light)

3 : 광 아이솔레이터(Optical isolator)

4, 5, 7, 8, 9, 11, 13, 15, 16 : 광섬유,

6, 12, 14 : 50 대 50 광 커플러(3 dB coupler)

10 : 위상변조수단

17 : 신호광(Signal light)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마이켈슨-싸냑형 파장변환기는, 마이켈슨 간섭계 구조를 가지는 파장변환기에 있어서, 신호광과, 상기 신호광에 대응포트를 통해 연결되는 제1광커플러가 광섬유와 결합되어 형성되는 제1고리거울과, 연속광과, 상기 연속광과 제1고리거울에 각각 대응포트를 통해 접속구성되는 제2광커플러와, 상기 제2광커플러에 대응포트를 통해 접속되는 제3광커플러가 광섬유와 결합되어 형성되는 제2고리거울을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에서 상기 연속광은 광아이솔레이터를 통해 상기 광커플러에 접속됨을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 마이켈슨-싸냑형 파장 변환기는 상기 위상변조수단을 상기 제1 및 제2 고리거울 중 적어도 어느하나의 고리거울에 접속함을 특징으로 한다.

또한, 상기 위상변조수단은 반도체 광 증폭기(SOA)와 같은 비선형 소자를 구비함을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마이켈슨-싸냑형 파장변환기는, 마이켈슨 간섭계 구조를 가지는 파장변환기에 있어서, 신호광과, 상기 신호광에 대응포트를 통해 연결되는 제1광커플러가 광섬유와 결합되어 형성되는 제1고리거울과, 연속광과, 상기 연속광과 제1고리거울에 각각 대응포트를 통해 접속구성되는 제2광커플러와, 상기 제2광커플러에 대응포트를 통해 접속구성되는 제3광커플러가 광섬유와 결합되어 형성되는 제2고리거울과, 상기 제1고리거울 구조상에 형성되며 상기 제1고리거울의 제1광커플러의 입력포트로 상기 신호광의 신호가 입력될 시에 상기 제1광커플러의 제2입력포트로 입력되는 신호를 위상변조시키는 위상변조수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 마이켈슨-싸냑형 파장 변환기는 상기 위상변조수단이 반도체 광 증폭기(SOA)와 같은 비선형 소자를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면에서 종래기술과 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 인용하였다.

도 2는 본 발명에 의한 고리 거울구조를 가지는 마이켈슨-싸냑형 파장 변환기의 구성을 나타낸다.

그 구성은, 신호광(CW probe light)(1)과, 상기 신호광(1)에 접속된 광아이솔레이터(0ptical isolator)(3)와, 상기 광아이솔레이터(3)를 거친 신호광(1)의 출력신호에 대응포트 a를 통해 연결되는 제2 광커플러(6)와, 연속광(signal light)(17)과, 상기 연속광(17)의 대응포트 b를 통해 입력하며 상기 광커플러(6)에 대응포트 a를 통해 접속되는 제1 광커플러(14)와, 상기 제 1 광커플러(14)와 결합되어 제1고리거울을 형성하는 광섬유(9,15)와, 상기 제 2 광커플러(6)의 포트 d에 대응포트 a를 통해 접속 구성되는 제3 광커플러(12)와, 상기 제3 광커플러(12)와 결합되어 제2고리거울을 형성하는 광섬유(11)과, 상기 제1고리거울상에 형성되어 상기 제1 고리거울의 광커플러(14)의 입력포트 b로 상기 신호광(17)이 입력될 시에 상기 제1 광커플러(l4)의 입력포트 a로 입력되는 신호를 위상 변조시키는 위상변조수단(10)으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 위상변조수단(10)은 비선형 광소자로 구성되며, 예컨대 반도체 광 증폭기(SOA)로 실시 구성함이 바람직하다.

도 1의 구성을 참조하면, 종래의 문제점을 해결하는 있어서 가장 바람직한 구조는 연속광이 간섭계의 양쪽 팔에서 모두 반사되게 하면서 한쪽 팔의 위상변조소자에 외부 데이터 광원이 입력되게 하는 것이다. 이렇게 함으로써 종래의 구조하에서의 반도체 광 증폭기(SOA)에서 발생하는 연속광의 손실을 제거 할 수 있다. 다시말해서 이러한 기능은 종래의 방법으로는 그 구현이 불가능하였으며, 본 발명에서 제시하는 것과 같은 고리 거울(loop mirror)을 사용해야 구현 가능한 것이다.

본 발명에 의한 도2의 작용을 설명하면 다음과 같다.

연속광(1)과는 파장이 다른 신호광(17)을 제1 광커플러(3 dB 커플러)(14)의 b 포트에 입력하고, 연속광(1)을 광아이솔레이터(3)을 거쳐 제2 광커플러(3 dB 커플러)(6)의 a 포트로 입력하면, 신호광에 실려있는 데이터가 연속광(1)의 파장으로 복사되어 상기 제2 광커플러(6)의 b 포트로 출력된다. 즉, 출력되는 최종결과는 연속광(1)의 파장을 가지면서 상기 신호광(17)의 데이터를 가지고 있다. 이러한 파장변환, 즉 데이터의 파장변환 작용을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서 중심 기능을 하는 고리 거울은 싸냑(Sagnac) 간섭계라고 부르며, 본 실시예에서는 한 개의 2 x 2 커플러와 한 가닥의 광섬유로 구성된다. 이 간섭계는 여러 가지 용도로 많이 응용되고 있다. 이 고리 거울을 구성하는 광커플러의 a 포트로 입력된 광은 모두 a 포트로 반사되어 나오고 b 포트로 입력한 광은 모두 b 포트로 반사되어 나온다. 따라서 이 구조를 고리 거울 미러(optical loop mirror)라고 부른다. 이 구조에서 광섬유 대신 다른 광도파로 구조를 대체할 수도 있다.

이 고리 거울을 양쪽 팔에 배치한 형태의 마이켈슨 간섭계형 파장 변환기의 동작은 다음과 같이 일어난다. 임의의 파장을 가진 연속광(1)을 제1 광커플러(6)의 a포트(port)에 입력하면 입력신호의 50% 씩 c와 d 포트로 파워(power)가 반씩 분기된다. 그래서 광섬유 8로 분기된 연속광은 제3 광커플러(12)와 광섬유(11)로 구성된 광섬유 고리 거울(OFLM)에서 반사되어 다시 제2 광커플러(6)의 a 와 b 포트로 50% 분기되어 나온다. 마이켈슨의 다른 한쪽 팔에 있는 고리 거울도 마찬가지의 동작을 한다.

따라서, 마이켈슨 간섭계의 양팔의 길이를 180도 위상차 만큼 나게 만들면 제2 광커플러(6)의 b로 나오는 출력 값이 '0' 이 되게 만들 수 있다. 만일 마이켈슨 간섭계에서 한 쪽 팔로 들어 갔다 반사되어 나오는 광의 위상을 변조할 수 있으면 마이켈슨 간섭계의 출력, 즉 제2 광커플러(6)의 a 포트로 나오는 광의 세기를 변조할 수 있다.

본 발명의 구조에서 마이켈슨 간섭계의 한쪽 팔로 들어가는 광의 위상을 변조하는 방법을 상세히 살피면 다음과 같다. 즉, 데이터 신호인 신호광(17) 입력을 고리거울을 구성하고 있는 제1 광커플러(14)의 b 포트로 입력하는 것이다. 이곳으로 입력된 신호광(17)은 위상변조수단(10)를 거치면서 위상변화를 180도 만큼 일으킨 후 포트 b로 다시 반사되어 나온다. 따라서, 신호광(17)의 광신호가 있을 경우에, 제1 광커플러(14)의 a 포트로 입력된 신호는 신호광(17)으로부터 데이터 신호가 입력될 경우 비선형 광소자인 위상변조수단(10)에서 위상변화를 겪게 되고, 신호광(17)의 데이터 신호가 없을 경우에는 위상변화를 겪지 않게 되어 최종적으로 마이켈슨 간섭계의 출력인 제2 광커플러(6)의 포트 b에서 광 세기 변조가 일어난다.

상술한 내용은 본 발명의 실시예에 관하여 설명이 이루어졌지만, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 마이켈슨 간섭계 구조의 파장변환기는 반도체 광 증폭기(SOA)의 한쪽 면 반사율을 1 이하의 값을 사용함으로 연속광의 손실을 초래하고 전체적으로는 파장변환기의 변환 효율의 저하를 피할 수 없었으나, 본 발명은 고리 거울 속에 반도체 광증폭기(SOA)와 같은 위상변조수단을 두게 됨으로써 마이켈슨 간섭계의 양쪽 팔의 반사율이 1이 되게 하여 반도체 광 증폭기(SOA)의 반사율로 발생되는 연속광의 손실없이 파장변환이 이루어지게 하는 우수한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 마이켈슨 간섭계 구조를 가지는 파장변환기에 있어서,

   신호광;

   상기 신호광에 대응포트를 통해 연결되는 제1 광커플러가 광섬유와 결합되어 형성하기 위한 제1 고리거울;

   연속광;

   상기 연속광과 상기 제1 고리거울에 각각 대응포트를 통해 접속하기 위한 제2 광커플러;

   연속광과 제2 광커플러를 연결하기 위한 광아이솔레이터;

   상기 제2 광커플러에 대응포트를 통해 접속되는 제3 광커플러가 광섬유와 결합되어 형성하기 위한 제2 고리거울; 및

   상기 제1 고리거울 구조상에 형성되며 상기 제1 고리거울의 제1 광커플러 입력포트로 상기 신호광의 신호가 입력될 시에 상기 제1 광커플러의 다른 입력포트로 입력되는 신호를 위상 변조시키기 위한 위상변조수단

   을 포함하는 마이켈슨-싸냑형 파장 변환기.
2. 제 5 항에 있어서,

   상기 위상변조수단은,

   비선형 광소자인 반도체 광 증폭기(SOA)인 것을 특징으로 하는 마이켈슨-싸냑형 파장 변환기.