KR100337132B1

KR100337132B1 - 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100337132B1
Application number: KR1019990044723A
Authority: KR
Inventors: 이창희; 신상영; 추광욱
Original assignee: 윤덕용; 한국과학기술원
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2002-05-18
Also published as: DE10049769A1; JP3569217B2; JP2001168813A; US6671045B1; KR20010037296A

Abstract

본 발명은 광통신 기술에 관한 것으로서, 특히 광 증폭기를 사용하는 광통신에서의 광 신호 대 잡음비(optical signal-to-noise ratio)를 측정하는 장치에 관한 것이다. 이러한 광 신호 대 잡음비 측정장치는, 광 증폭기의 출력 광이 입력되면 투과파장과 일치하는 파장의 상기 출력 광을 통과시키는 대역통과 광 가변필터와; 상기 대역통과 광 가변필터를 통과한 광을 4개로 분배하는 1×4 광 분배기; 상기 분배된 4개의 광으로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂, S₃을 구하는 스톡스 매개변수 측정수단; 상기 스톡스 매개변수로부터 상기 광 증폭기의 출력 광 중 편광된 성분의 세기를 측정하여 광 신호의 세기를 구하는 광 신호 세기 측정수단; 상기 스톡스 매개변수 S₀와 상기 광 신호의 세기를 이용하여 상기 광 증폭기의 출력 광에 포함된 잡음 세기를 구하는 잡음세기 측정수단; 및 상기 광 증폭기의 광 신호의 세기와 잡음 세기를 이용하여 투과파장에 대한

Description

광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치 및 방법 { Apparatus and method for measuring optical signal-to-noise ratio }

본 발명은 광통신 기술에 관한 것으로서, 특히 광 증폭기를 사용하는 광통신에서의 광 신호 대 잡음비(optical signal-to-noise ratio)를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

광 증폭기란, 광전(光電)/전광(電光) 변환없이 광 신호를 증폭하는 장치로서, 증폭하는 광 신호의 전송 속도나 전송 포맷에 의존하지 않는다. 이러한 광 증폭기는, 광 신호를 광전(光電) 변환한 후 증폭하고, 다시 전광(電光) 변환하여 광 신호로 재생하는 종래의 광 중계기를 대체하고 있다. 특히, 광 증폭기는 넓은 대역의 서로 다른 파장의 여러 광 신호를 동시에 증폭할 수 있기 때문에 광통신의 전송용량을 높이기 위해 여러 채널의 광 신호를 각기 서로 다른 파장으로 분할다중하여 전송하는 파장분할다중 광통신에서 핵심적인 역할을 한다.

이러한 광 증폭기는 입력 광 신호를 증폭하여 출력할 뿐만 아니라, 넓은 파장대역의 잡음을 광 신호와 함께 출력한다. 이러한 광 증폭기의 출력 광에 포함된 잡음을 제거하기 위해 광 필터를 사용하기도 하지만, 이렇더라도 광 신호와 동일한 파장의 잡음은 제거할 수가 없다. 광통신망의 전송품질을 판단하는 한 척도로서 광 신호의 세기를 광 신호와 같은 파장의 잡음 세기로 나눈 광 신호 대 잡음비를 사용하고 있는 바, 광통신망의 운용면에 있어 광 신호 대 잡음비를 광 선로 또는 노드에서 감시해야 할 필요가 있다.

도 1은 광 필터를 사용하지 않는 파장분할다중방식 광통신에서 파장분할다중된 광 신호가 광 증폭기에 의해 증폭되었을 때, 광 증폭기의 출력 광을 종래의 광 스펙트럼 분석 장비로 검출한 그래프도이다.

광 신호 대 잡음비는 측정하고자 하는 광 신호의 세기를 그 광 신호와 동일한 파장의 잡음 세기로 나눈 값이지만, 도 1에서 도시한 바와 같이 잡음이 광 신호와 함께 검출되기 때문에 잡음 세기만을 직접 측정할 수 없다.

도 2는 도 1에 도시된 광 증폭기의 출력 광으로부터 광 신호 대 잡음비를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 그래프도이다.

출력 광의 광 신호 대 잡음비를 측정하기 위해, 먼저 광 증폭기를 통과한 파장분할다중된 광 신호의 광 스펙트럼을 측정한다. 측정한 광 스펙트럼으로부터 첫번째 첨두(peak)의 광 세기 A를 찾은 후, 그 양쪽 주변 파장의 잡음 세기 a, b를 측정한다. 그 다음 두 잡음 세기 a와 b의 평균 세기 즉, (a + b)/2를 구하여 광 신호 1의 파장에서의 잡음 세기라고 가정하고, 수학식 1에 적용하여 광 신호 1의 광 신호 대 잡음비를 구한다.

나머지 두 개의 광 신호 2와 광 신호 3의 광 신호 대 잡음비도 같은 방법으로 측정할 수 있다.

그러나, 도 2와 같은 종래방법으로 광 신호 대 잡음비를 측정할 수 없는 경우가 종종 있다. 도 3은 이러한 경우를 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 파장분할다중방식 광통신에서 광 증폭기의 잡음을 제거하기 위해 광 필터를 사용하였을 때, 광 증폭기의 출력 광을 종래의 광 스펙트럼 분석 장비로 나타낸 그래프도이다. 광 신호 대 잡음비를 측정하기 위해서는 광 신호의 주변 파장에서의 잡음 세기를 알아야 하는데, 이때에는 광 신호와 잡음의 구분이 뚜렷하지가 않기 때문에 도 2의 방법을 사용할 수가 없다.

도 4는 이러한 문제를 해결하기 위한 장치를 도시한 구성도로서, 편광 조절기와 직선 편광기를 이용하여 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치를 도시한 도면이다. 이러한 장치를 사용하면 도 3과 같은 경우에도 광 신호 대 잡음비를 측정할 수 있다.

도 4에 도시된 광 신호 대 잡음비 측정장치(400)는, M. Rasztovits-Wiech, M. Danner 및 W. R. Leeb가 학회지 '98 European Conference on Optical Communication, p. 549-550, 1998.'에 발표한 논문 'Optical Signal-to-Noise Ratio Measurement in WDM Networks Using Polarization Extinction' 에 공개되어 있다.

광통신에서 일반적으로 사용되는 광원은 레이저 다이오드이고 레이저 다이오드에서 출력되는 광은 100% 직선 편광된 상태이기 때문에, 비록 광섬유를 진행하면서 편광 상태가 바뀌어도 광 신호는 역시 100% 편광된 상태이다. 반면에, 광 증폭기에서 나오는 잡음은 무작위로 발생한 모든 편광 상태의 광으로 이루어져 있기 때문에 100% 무편광된 상태이다.

따라서, 입력 광의 편광을 조절하여 출력하는 편광 조절기(401)와, 편광 축과 일치하는 성분의 광만을 통과시키는 직선 편광기(402)를 사용하여 광 증폭기에서 증폭된 광 신호를 제거하면 원하는 잡음의 세기를 측정할 수 있다. 왜냐하면, 100% 편광된 광 신호는 광섬유를 진행하면서 편광 상태가 바뀌어도 편광 조절기(401)를 사용하면 임의의 편광 상태로 100% 변환이 가능하기 때문에 직선 편광기(402)의 편광 축과 90°직교한 직선 편광상태로 변환하면, 100% 제거가 가능하다. 그러나, 잡음은 모든 편광 상태의 광으로 이루어져 있기 때문에 아무리 편광을 조절하여도 직선 편광기(402)를 통과하는 잡음의 세기는 항상 원래의 반으로 줄뿐이다.

도 4를 참조하면, 도 1에 도시한 바와 같은 광 스펙트럼을 갖는 광 증폭기의 출력 광은 편광 조절기(401)에 입력된다. 먼저, 편광 조절기(401)를 조정하여 직선 편광기(402)와 대역통과 광 가변필터(403)를 거쳐 광 검출기(404)에 입력되는 광의 세기가 최대가 되도록 한 후 그 값을 측정한다. 그 다음, 편광 조절기(401)를 조정하여 광 검출기(404)에 입력되는 광의 세기가 최소가 되도록 한 후 그 값을 측정한다. 이러한 절차를 대역통과 광 가변필터(403)의 투과파장을 가변하여 입력되는 광 증폭기 출력 광의 모든 스펙트럼에 걸쳐 반복한다.

도 5의 (a)는 도 4의 편광 조절기에 도 1과 같은 광 스펙트럼을 갖는 광 증폭기의 출력 광이 입력되고 광 검출기에 입력되는 광의 세기가 최대일 때의 측정값을 파장에 따라 도시한 그래프도이고, 도 5의 (b)는 도 4의 광 검출기에 입력되는 광의 세기가 최소일 때의 측정값을 파장에 따라 도시한 그래프도이다.

도 5의 (a)의 광 스펙트럼에서, 첨두들의 광 세기는 광 신호의 세기와 잡음 세기의 반이 합쳐진 값이다. 그리고 도 5의 (b)의 광 스펙트럼에서, 광 세기는 원래 잡음 세기의 반에 해당하는 값이다. 그러므로 광 신호 1의 광 신호 대 잡음비는 수학식 2에 적용하여 구할 수 있다.

나머지 두 개의 광 신호 2와 광 신호 3의 광 신호 대 잡음비도 역시 같은 방법으로 측정할 수 있다.

도 6의 (a)는 도 4의 편광 조절기에 도 3과 같은 광 스펙트럼을 갖는 광 증폭기의 출력 광이 입력되고 광 검출기에 입력되는 광의 세기가 최대일 때의 측정값을 파장에 따라 도시한 그래프도이고, 도 6의 (b)는 도 4의 광 검출기에 입력되는 광의 세기가 최소일 때의 측정값을 파장에 따라 도시한 그래프도이다.

이때, 도 6의 (a)의 광 스펙트럼에서, 첨두들의 광 세기는 광 신호의 세기와 잡음 세기의 반이 합쳐진 값이다. 도 6의 (b)의 광 스펙트럼에서, 광 세기는 원래 잡음 세기의 반에 해당하는 값이다. 그러므로 광 신호 1의 광 신호 대 잡음비를 수학식 3에 적용하여 구할 수 있다.

나머지 두 개의 광 신호 2와 광 신호3의 광 신호 대 잡음비도 역시 같은 방법으로 측정할 수 있다.

그러나, 도 4에서는 편광 조절기(401)를 조정하여 각 파장마다 광 검출기(404)에 수신되는 광 세기의 최대 값과 최소 값을 찾아야 하기 때문에, 광신호 대 잡음비를 측정하는 데 시간이 많이 걸리고 편광 조절기(401)를 조정하기 위한 복잡한 능동 제어회로가 필요하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광 증폭기 출력 광의 스톡스 매개변수를 측정하여 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치와 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 광 필터를 사용하지 않는 파장분할다중방식 광통신에서 파장분할다중된 광 신호가 광 증폭기에 의해 증폭되었을 때, 광 증폭기의 출력 광을 종래의 광 스펙트럼 분석 장비로 나타낸 그래프도,

도 2는 도 1에 도시된 광 증폭기의 출력 광에서 광 신호 대 잡음비를 측정하는 방법을 나타낸 그래프도,

도 3은 광 필터를 사용한 파장분할다중방식 광통신에서 광 증폭기의 출력광을 종래의 광 스펙트럼 분석 장비로 나타낸 그래프도,

도 4는 종래의 기술에 따라 편광 조절기와 직선 편광기를 사용하여 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치를 도시한 도면,

도 5의 (a)는 도 4의 편광 조절기에 도 1과 같은 광 스펙트럼을 갖는 광 증폭기의 출력 광이 입력되고 광 검출기에 입력되는 광의 세기가 최대일 때의 측정값을 파장에 따라 도시한 그래프도,

도 5의 (b)는 도 4의 광 검출기에 입력되는 광의 세기가 최소일 때의 측정값을 파장에 따라 도시한 그래프도,

도 6의 (a)는 도 4의 편광 조절기에 도 3과 같은 광 스펙트럼을 갖는 광 증폭기의 출력 광이 입력되고 광 검출기에 입력되는 광의 세기가 최대일 때의 측정값을 파장에 따라 도시한 그래프도,

도 6의 (b)는 도 4의 광 검출기에 입력되는 광의 세기가 최소일 때의 측정값을 파장에 따라 도시한 그래프도,

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치를 도시한 구성도,

도 8의 (a)와 (b)는 광 필터를 사용한 광 증폭기의 출력 광을 광 스펙트럼 분석 장비를 사용하여 분석한 그래프도,

도 9의 (a)는 도 8의 (b)와 같은 광 스펙트럼을 갖는 광 증폭기의 출력 광을 도 7의 대역통과 광 가변필터에 입력하여 측정한 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂와S₃을 파장에 대해 나타낸 그래프도,

도 9의 (b)는 측정한 S₀와 잡음의 세기를 파장에 대해 나타낸 그래프도,

도 10은 도 9의 (b)의 S₀와 잡음의 세기로부터를 파장에 대해 나타낸 그래프도,

도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 광 신호 대 잡음비를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

700 : 광 신호 대 잡음비 측정장치

701 : 대역통과 광 가변필터 702 : 1×4 광 분배기

703 : 0°직선 편광기 704 : 90°직선 편광기

705 : 45°직선 편광기 706 : λ/4 위상 지체기

707 : 45°직선 편광기 708, 709, 710, 711 : 광 검출기

713, 714, 716, 718, 720 : 덧셈기

715, 717 : 곱셈기 719 : 신호처리수단

721 : 나눗셈기

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치는, 광 증폭기의 출력 광이 입력되면 투과파장과 일치하는 파장의 상기 출력 광을 통과시키는 대역통과 광 가변필터와; 상기 대역통과 광 가변필터를 통과한 광을 4개로 분배하는 1×4 광 분배기; 상기 분배된 4개의 광으로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂, S₃을 구하는 스톡스 매개변수 측정수단; 상기 스톡스 매개변수 S₁, S₂, S₃으로부터 상기 광 증폭기의 출력 광 중 편광된 성분의 세기를 측정하여 광 신호의 세기를 구하는 광 신호 세기 측정수단; 상기 스톡스 매개변수 S₀와 상기 광 신호의 세기를 이용하여 상기 광 증폭기의 출력 광에 포함된 잡음 세기를 구하는 잡음세기 측정수단; 및 상기 광 증폭기의 광 신호의 세기와 잡음 세기를 이용하여 투과파장에 대한를 구하는 나눗셈수단을 포함하며, 상기 대역통과 광 가변필터의 투과파장을 가변시키면서 모든 파장에서의를 측정하고, 상기 측정된들의 첨두값을 찾아서 광 신호 대 잡음비로 설정하는 것을 특징으로 한다.

양호하게는, 상기 스톡스 매개변수 측정수단은, 상기 분배된 4개의 광 중 하나를 입력받아 0°직선편광 성분의 세기(P_X)를 검출하는 0°직선 편광수단과, 상기 분배된 4개의 광 중 다른 하나를 입력받아 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 검출하는 90°직선 편광수단, 상기 분배된 4개의 광 중 또 다른 하나를 입력받아 45°직선편광 성분의 세기(P₄₅)를 검출하는 45°직선 편광수단, 상기 분배된 4개의 광 중 또 다른 하나를 입력받아 우회전 원형편광 성분의 세기(P_RCP)를 검출하는 원형 편광수단, 및 상기 편광수단들로부터 출력된 각 편광 성분의 세기(P_X, P_Y, P₄₅, P_RCP)들로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂,S₃을 구하는 스톡스 매개변수 계산수단을 포함한다.

보다 양호하게는, 상기 원형 편광수단은, 상기 입력된 광의 위상을 지체시켜서 직교하는 0°와 90°직선편광의 위상차가 λ/4 가 되도록 하는 λ/4 위상 지체기와, 상기한 λ/4 위상 지체기를 통과한 광의 45°직선편광 성분만을 투과시키는45°직선 편광기를 포함한다.

보다 양호하게는, 상기 스톡스 매개변수 계산수단은, 상기 0°직선편광 성분의 세기(P_X)와 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 합하여 스톡스 매개변수 S₀을 구하는 제 1 덧셈기와, 상기 0°직선편광 성분의 세기(P_X)에서 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 빼서 스톡스 매개변수 S₁을 구하는 제 2 덧셈기, 상기 45°직선편광 성분의 세기(P₄₅)와 상수 2를 곱하는 제 1 곱셈기, 상기 제 1 곱셈기의 출력값(2P₄₅)에서 스톡스 매개변수 S₀을 빼서 스톡스 매개변수 S₂를 구하는 제 3 덧셈기, 상기 우회전 원형편광 성분의 세기(P_RCP)와 상수 2를 곱하는 제 2 곱셈기, 및 상기 제 2 곱셈기의 출력값(2P_RCP)에서 스톡스 매개변수 S₀을 빼서 스톡스 매개변수 S₃을 구하는 제 4 덧셈기를 포함한다.

양호하게는, 상기 대역통과 광 가변필터는 패브리 패롯(Fabry-Perot) 가변필터, 또는 격자를 포함하는 집적광학소자, 또는 다층박막소자로 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 광 신호 대 잡음비를 측정하는 방법은, 광 증폭기의 출력 광의 시작 파장을 투과시키는 제 1 단계와; 상기 투과된 광을 4개로 분배하는 제 2 단계; 상기 분배된 4개의 광으로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂, S₃을 구하는 제 3 단계; 상기 스톡스 매개변수 S₁, S₂, S₃으로부터 광 증폭기의 출력 광 중 편광된 성분의 세기를 측정하여 광 신호의 세기를 구하는 제 4 단계; 상기 스톡스매개변수 S₀와 상기 광 신호의 세기를 이용하여 상기 광 증폭기의 출력 광에 포함된 잡음 세기를 구하는 제 5 단계; 상기 광 증폭기의 광 신호의 세기와 잡음 세기를 이용하여 투과파장에 대한를 구하는 제 6 단계; 투과파장을 점차 증가시키면서 상기 제 2 단계 내지 제 6 단계를 반복 수행하여 상기 출력 광의 모든 파장에서의를 측정하는 제 7 단계; 및 상기 측정된의 첨두값을 찾아서 광 신호 대 잡음비를 구하는 제 8 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

양호하게는, 상기 제 3 단계는, 상기 분배된 4개의 광으로부터 0°직선편광 성분의 세기(P_X)와, 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)와, 45°직선편광 성분의 세기(P₄₅)와, 우회전 원형편광 성분의 세기(P_RCP)를 검출하는 제 1 소단계와; 상기 각 편광 성분의 세기(P_X, P_Y, P₄₅, P_RCP)들로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂,S₃을 계산하는 제 2 소단계를 포함한다.

보다 양호하게는, 상기 제 2 소단계는, 상기 0°직선편광 성분의 세기(P_X)와 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 합하여 스톡스 매개변수 S₀을 구하고, 상기 0°직선편광 성분의 세기(P_X)에서 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 빼서 스톡스 매개변수 S₁을 구하고, 상기 45°직선편광 성분의 세기(P₄₅)와 상수 2를 곱한 후 스톡스 매개변수 S₀을 빼서 스톡스 매개변수 S₂를 구하고, 상기 우회전 원형편광 성분의 세기(P_RCP)와 상수 2를 곱한 후 스톡스 매개변수 S₀을 빼서 스톡스 매개변수 S₃을 구하는 단계이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치(700)를 도시한 도면이다. 이는 대역통과 광 가변필터(701)와, 1×4 광 분배기(702), 4개의 직선 편광기(703, 704, 705, 707), λ/4 위상 지체기(706), 4개의 광 검출기(708, 709, 710, 711), 5개의 덧셈기(713, 714, 716, 718, 720), 2개의 곱셈기(715, 717), 신호 처리수단(719), 및 나눗셈기(721)로 구성되어 있다.

상기한 대역통과 광 가변필터(701)는 광 증폭기의 출력 광 중 투과파장과 일치하는 성분의 광을 통과시킨다. 1×4 광 분배기(702)는 입력된 광을 4개로 분할하여 0°, 90°, 및 45°직선 편광기(703, 704, 705)와 위상 지체기(706)에 각각 입력한다. 0°직선 편광기(703)로부터 0°직선편광된 성분의 세기(P_X)가 얻어지고, 90°직선 편광기(704)로부터 90°직선편광된 성분의 세기(P_Y)가 얻어지며, 45°직선 편광기(705)로부터 45°직선편광된 성분의 세기(P₄₅)가 얻어진다. 위상 지체기(706)의 출력 광이 45°직선 편광기(707)를 통과하면 우회전 원형편광된성분의 세기(P_RCP)가 얻어진다.

각 편광된 성분의 세기들(P_X,P_Y,P₄₅,P_RCP)은 광 검출기들(708, 709, 710, 711)로부터 얻을 수 있으며, 덧셈기들(713, 714, 716, 718)과 곱셈기들(715, 717)에 의해 적절하게 계산하면 스톡스 매개변수S₀,S₁,S₂,S₃을 구할 수 있다.

상기한 신호 처리수단(719)은S₁,S₂, 및S₃을 입력받아를 신호 처리하여, 즉를 계산하여 출력한다.

이로부터를 구하고, 나눗셈기(721)는 이 두 값을 나누어를 구한다.

상기한 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂, 및S₃은 다음과 같이 정의되어 있다.

S₀= 편광된 광의 세기와 무편광된 광의 세기의 합

S₁= P_X(0°직선편광 성분의 세기) - P_Y(90°직선편광 성분의 세기)

S₂= P₄₅(+45°직선편광 성분의 세기) - P_-45(-45°직선편광 성분의 세기)

S₃= P_RCP(우회전 원형편광 성분의 세기) - P_LCP(좌회전 원형편광 성분의 세기)

그런데, (0°직선편광과 90°직선편광), (+45°직선편광과 -45°직선편광), 및 (우회전 원형편광과 좌회전 원형편광)은 각각 완전 직교 집합(complete orthogonal set)이기 때문에 수학식 4와 같은 식이 성립된다.

그리고, 광 신호는 100% 편광되고, 광 증폭기의 잡음은 100 % 무편광되기 때문에 광 신호 대 잡음비는 수학식 5와 같이 구할 수 있다.

∴ 광 신호대 잡음비 =

이와 같이 스톡스 매개변수에서 광 신호의 세기를 구하는 과정은 문헌 〔'Principles of Optics Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light' by Max Born and Emil Wolf, 6th Ed. PERGAMON PRESS, pp. 554-555.〕 와 〔 Hewlett Packard Product Note 8509-1, 'Polarization Measurement of Signals and Components', pp 5. 〕를 참조하면 보다 자세하게 알 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 장치의 작용 및 효과는 다음과 같다.

먼저, 대역통과 광 가변필터(701)의 투과파장을 광 증폭기의 출력 광 스펙트럼의 처음 파장으로 설정한다. 그러면 광 증폭기의 출력 광 중 대역통과 광 가변필터(701)의 투과파장과 일치하는 성분의 광이 통과하여 1×4 광 분배기(702)에 입력된다. 상기한 1×4 광 분배기(702)는 입력된 광을 4개로 나누어 각각 0°직선 편광기(703)와, 90°직선 편광기(704), 45°직선 편광기(705), λ/4 위상 지체기(706)에 하나씩 입력한다.

0°직선 편광기(703)에 입력된 광은 0°편광축 성분만이 통과하여 광 검출기(708)에 입력되며, 광 검출기(708)의 출력 값은 대역통과 광 가변필터(701)를 통과한 출력 광의P_X와 일치한다. 90°직선 편광기(704)에 입력된 광은 90°편광축 성분만이 통과하여 광 검출기(709)에 입력되며, 광 검출기(709)의 출력 값은 대역통과 광 가변필터(701)를 통과한 광의P_Y와 일치한다. 45°직선 편광기(705)에 입력된 광은 45°편광축 성분만이 통과하여 광 검출기(710)에 입력되며, 광 검출기(710)의 출력 값은 대역통과 광 가변필터(701)를 통과한 광의P₄₅와 일치한다.

λ/4 위상 지체기(706)는 입력 광의 90^°편광 성분의 위상을 지체시켜 0^°편광 성분과의 위상차가 λ/4 가 되게 한다. 그러면 λ/4 위상 지체기(706)에 입력된 광의 우회전 편광 성분이 45^°직선편광으로 변환되어 45°직선 편광기(707)에 입력되므로, λ/4 위상 지체기(706)에 입력된 광은 우회전 편광 성분만이 45°직선 편광기(707)를 통과하여 광 검출기(711)에 입력된다. 따라서, 광 검출기(710)의 출력값은 대역통과 광 가변필터(701)를 통과한 광의P_RCP와 일치한다.

상기한P_X와P_Y를 덧셈기(713)에 입력하여 둘을 더하면S₀이 출력된다. 상기한P_X와P_Y를 덧셈기(714)에 입력하여P_X에서P_Y를 빼면S₁이 출력된다. 상기한P₄₅를 곱셈기(715)에 입력하여 상수 2와 곱한 후,S₀과 함께 덧셈기(716)에 입력하여P₄₅에서S₀을 빼면S₂가 출력된다. 상기한P_RCP를 곱셈기(717)에 입력하여 상수 2와 곱한 후,S₀과 함께 덧셈기(718)에 입력하여P_RCP에서S₀을 빼면S₃이 출력된다. 상기한S₁와S₂와S₃은 신호 처리수단(719)에 입력되는데, 이 신호 처리수단(719)이를 출력한다. 편광된 광의 세기는 수학식 4와 같이이다.

또한,S₀와을 덧셈기(720)에 입력하여S₀에서을 빼면이 출력된다. 상기한 잡음 세기는 수학식 4와 같이이다.

마지막으로, 상기한와을 나눗셈기(721)에 입력하여을으로 나누면을구할 수 있다.

상기한 광 신호 대 잡음비(=)를 구하는 과정을 대역통과 광 가변필터(701)의 투과파장을 한 단계씩 증가시키면서 투과파장이 광 증폭기 출력 광의 스펙트럼의 마지막 파장이 될 때까지 반복한다. 그리고,의 첨두값들을 찾으면 그것들이 바로 파장분할 다중방식 광통신에서의 파장분할 다중된 광 신호들의 광 신호 대 잡음비가 된다. 왜냐하면, 대역통과 광 가변필터의 투과파장이 광 신호와 일치하는 때에가 첨두값을 갖기 때문이다.

도 8의 (a)와 (b)는, 광 필터를 사용한 광 증폭기의 출력 광을 종래의 광 스펙트럼 분석장비를 사용하여 분석한 그래프도이다. 이때, 도 8의 (a)는 광 신호는 없고 오직 광 증폭기의 잡음만이 광 필터를 통과한 경우로서, 넓은 파장의 잡음과 광 필터의 투과 곡선이 곱해진 형태의 광 스펙트럼이 검출된다. 그리고, 도 8의 (b)는 광 필터 투과 곡선의 왼쪽 첨두와 파장이 일치하는 광 신호가 있는 경우로서, 광 신호의 세기가 같은 파장의 잡음 세기보다 9.66배 크다. 따라서 이 경우 광 신호 대 잡음비는 9.85 dB (=10 log₁₀9.66) 가 된다.

도 9의 (a)는, 도 8 (b)와 같은 광 스펙트럼을 갖는 광 증폭기의 출력 광을 도 7의 대역통과 광 가변필터(701)에 입력하여 측정한 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂,S₃을 파장에 대해 나타낸 그래프도이고, 도 9의 (b)는, 측정한 스톡스 매개변수 S₀와 잡음의 세기를 파장에 대해 나타낸 그래프도이다.

도 10은, 도 9의 (b)에 도시된 스톡스 매개변수 S₀와 잡음의 세기로부터 계산된 광 신호 대 잡음비(=)를 파장에 대해 나타낸 그래프도이다. 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 첨두값이 약 10 dB로서 도 8에서 주어진 광 신호 대 잡음비와 거의 일치한다.

물론, 도 1과 같이 광 필터를 사용하지 않는 파장분할다중방식 광통신에서 파장분할다중된 광 신호가 광 증폭기에 의해 증폭되었을 때, 광 증폭기의 출력 광으로부터도 같은 방법을 사용하여 광 신호 대 잡음비를 측정할 수 있다.

도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 광 신호 대 잡음비 측정방법을 도시한 흐름도이다. 먼저, 대역통과 광 가변필터(701)의 투과파장을 광 증폭기의 출력 광 스펙트럼의 처음 파장으로 설정한다(S101). 대역통과 광 가변필터(701)를 통과한 광을 4개로 분배한다(S102). 분배한 4개의 광으로부터 0°직선편광 성분의 세기인 P_X, 90°직선편광 성분의 세기인 P_Y, 45°직선편광 성분의 세기인 P₄₅, 우회전 원형편광 성분의 세기인 P_RCP을 각각 검출한다(S103). 검출한 P_X, P_Y, P₄₅, 및 P_RCP로부터 4개의 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂, 및S₃을 구한다(S104). 스톡스 매개변수 S₁, S₂와S₃을 신호 처리하여 편광된 광의 세기를구한다(S105). 스톡스 매개변수 S₀에서 편광된 광의 세기를 빼서 잡음의 세기를 구한다(S106). 편광된 광의 세기를 잡음 세기로 나눈다(S107).

그 다음, 대역통과 광 가변필터(701)의 투과파장이 입력되는 광 증폭기의 출력 광 스펙트럼의 마지막 파장보다 큰 지를 비교한다(S108). 만일, 대역통과 광 가변필터(701)의 투과파장이 입력되는 광 증폭기의 출력 광 스펙트럼의 마지막 파장보다 크지 않으면, 대역통과 광 가변필터(701)의 투과파장을 한 단계 증가시킨다(S109). 그리고 단계 S102로 진행하여 대역통과 광 가변필터(701)를 통과한 광을 4개로 분배하는 것부터 반복한다.

만일 대역통과 광 가변필터(701)의 투과파장이 입력되는 광 증폭기의 출력 광 스펙트럼의 마지막 파장보다 크면, 단계 S107에서 계산한 편광된 광의 세기를 잡음 세기로 나눈 값들의 첨두값들을 찾는다(S110). 이 첨두값들이 광 증폭기 출력광의 광 신호 대 잡음비이다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

이상과 같이 본 발명은, 편광을 조절하기 위한 편광 조절기나 편광 조절기를 조정하기 위한 복잡한 능동회로가 필요없고, 광 증폭기의 출력 광의 스톡스 매개변수를 이용하여 광 신호 대 잡음비를 측정하기 때문에 광 신호 대 잡음비의 측정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 또한, 간단한 하드웨어로 광 신호 대 잡음비를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims

광 증폭기의 출력 광이 입력되면 투과파장과 일치하는 파장의 상기 출력 광을 통과시키는 대역통과 광 가변필터와;

상기 대역통과 광 가변필터를 통과한 광을 4개로 분배하는 1×4 광 분배기;

상기 분배된 4개의 광으로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂, S₃을 구하는 스톡스 매개변수 측정수단;

상기 스톡스 매개변수 S₁, S₂, S₃으로부터 상기 광 증폭기의 출력 광 중 편광된 성분의 세기를 측정하여 광 신호의 세기를 구하는 광 신호 세기 측정수단;

상기 스톡스 매개변수 S₀와 상기 광 신호의 세기를 이용하여 상기 광 증폭기의 출력 광에 포함된 잡음 세기를 구하는 잡음세기 측정수단; 및

상기 광 증폭기의 광 신호의 세기와 잡음 세기를 이용하여 투과파장에 대한를 구하는 나눗셈수단을 포함하며,

상기 대역통과 광 가변필터의 투과파장을 가변시키면서 각 파장에서의를 측정하여, 상기 측정된들의 첨두값을 찾아서 광 신호 대 잡음비로 설정하는 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스톡스 매개변수 측정수단은,

상기 분배된 4개의 광 중 하나를 입력받아 0°직선편광 성분의 세기(P_X)를 검출하는 0°직선 편광수단과,

상기 분배된 4개의 광 중 다른 하나를 입력받아 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 검출하는 90°직선 편광수단,

상기 분배된 4개의 광 중 또 다른 하나를 입력받아 45°직선편광 성분의 세기(P₄₅)를 검출하는 45°직선 편광수단,

상기 분배된 4개의 광 중 또 다른 하나를 입력받아 우회전 원형편광 성분의 세기(P_RCP)를 검출하는 원형 편광수단, 및

상기 편광수단들로부터 출력된 각 편광 성분의 세기(P_X, P_Y, P₄₅, P_RCP)들로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂,S₃을 구하는 스톡스 매개변수 계산수단을 포함한 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 원형 편광수단은,

상기 입력된 광의 위상을 지체시켜서 직교하는 0°와 90°직선편광의 위상차가 λ/4 가 되도록 하는 λ/4 위상 지체기와,

상기한 λ/4 위상 지체기를 통과한 광의 45°직선편광 성분만을 투과시키는 45°직선 편광기를 포함한 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 스톡스 매개변수 계산수단은,

상기 0°직선편광 성분의 세기(P_X)와 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 합하여 스톡스 매개변수 S₀을 구하는 제 1 덧셈기와,

상기 0°직선편광 성분의 세기(P_X)에서 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 빼서 스톡스 매개변수 S₁을 구하는 제 2 덧셈기,

상기 45°직선편광 성분의 세기(P₄₅)와 상수 2를 곱하는 제 1 곱셈기,

상기 제 1 곱셈기의 출력값(2P₄₅)에서 스톡스 매개변수 S₀을 빼서 스톡스 매개변수 S₂를 구하는 제 3 덧셈기,

상기 우회전 원형편광 성분의 세기(P_RCP)와 상수 2를 곱하는 제 2 곱셈기, 및

상기 제 2 곱셈기의 출력값(2P_RCP)에서 스톡스 매개변수 S₀을 빼서 스톡스 매개변수 S₃을 구하는 제 4 덧셈기를 포함한 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 대역통과 광 가변필터는 패브리 패롯(Fabry-Perot) 가변필터인 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 대역통과 광 가변 필터는 격자를 포함하는 집적광학소자인 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 대역통과 광 가변 필터는 다층박막소자인 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치.
광 증폭기의 출력 광의 시작 파장을 투과시키는 제 1 단계와;

상기 투과된 광을 4개로 분배하는 제 2 단계;

상기 분배된 4개의 광으로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂, S₃을 구하는 제 3 단계;

상기 스톡스 매개변수 S₁, S₂, S₃으로부터 광 증폭기의 출력 광 중 편광된성분의 세기를 측정하여 광 신호의 세기를 구하는 제 4 단계;

상기 스톡스 매개변수 S₀와 상기 광 신호의 세기를 이용하여 상기 광 증폭기의 출력 광에 포함된 잡음 세기를 구하는 제 5 단계;

상기 광 증폭기의 광 신호의 세기와 잡음 세기를 이용하여 투과파장에 대한를 구하는 제 6 단계;

투과파장을 점차 증가시키면서 상기 제 2 단계 내지 제 6 단계를 반복 수행하여 상기 출력 광의 모든 파장에서의를 측정하는 제 7 단계; 및

상기 측정된들 중 첨두값을 찾아서 광 신호 대 잡음비로 설정하는 제 8 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,

상기 분배된 4개의 광으로부터 0°직선편광 성분의 세기(P_X)와, 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)와, 45°직선편광 성분의 세기(P₄₅)와, 우회전 원형편광 성분의 세기(P_RCP)를 검출하는 제 1 소단계와;

상기 각 편광 성분의 세기(P_X, P_Y, P₄₅, P_RCP)들로부터 스톡스 매개변수 S₀, S₁, S₂,S₃을 계산하는 제 2 소단계를 포함한 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 제 2 소단계는,

상기 0°직선편광 성분의 세기(P_X)와 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 합하여 스톡스 매개변수 S₀을 구하고,

상기 0°직선편광 성분의 세기(P_X)에서 90°직선편광 성분의 세기(P_Y)를 빼서 스톡스 매개변수 S₁을 구하고,

상기 45°직선편광 성분의 세기(P₄₅)와 상수 2를 곱한 후 스톡스 매개변수 S₀을 빼서 스톡스 매개변수 S₂를 구하고,

상기 우회전 원형편광 성분의 세기(P_RCP)와 상수 2를 곱한 후 스톡스 매개변수 S₀을 빼서 스톡스 매개변수 S₃을 구하는 단계인 것을 특징으로 하는 광 신호 대 잡음비를 측정하는 방법.