KR100358113B1 - 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산파장 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 대역폭이 넓은 한개의 스펙트럼 분할 광원을 사용하여 4-광파 혼합 효과에 의해 간단히 영분산 파장을 측정할 수 있는, 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치 및 그 방법을 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치에 있어서, 펌프 광원을 어븀 첨가 광섬유(Erbium Doped Fiber, 이하 'EDF'라 함)에 역방향으로 인가하여 넓은 대역폭의 광신호를 발생시키기 위한 광원 생성 수단; 상기 광원 생성 수단에서 발생된 광신호를, 역방향 흩어짐을 방지하면서 전달하기 위한 광고립 수단; 상기 광고립 수단에 의해 전달받은 광신호를 스펙트럼 분할하기 위한 제 1 필터링 수단; 상기 제 1 필터링 수단에 의해 스펙트럼 분할된 광신호를 증폭하기 위한 광증폭 수단; 상기 광증폭 수단에 의한 신호 증폭 과정에서 발생한 잡음을 제거하기 위한 제 2 필터링 수단; 상기 제 2 필터링 수단에 의해 잡음이 제거된 광신호를 나누어 출력하기 위한 광분배 수단; 및 상기 광분배 수단에 의해 나뉘어진 신호의 비교를 통해 광신호의 스펙트럼을 분석하기 위한 광스펙트럼 분석 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 등에 이용됨.
Description
본 발명은 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대역폭이 넓은 한개의 스펙트럼 분할 광원을 사용하여, 4-광파 혼합 효과에 의해 간단히 영분산 파장을 측정할 수 있는, 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
장거리 고속 광전송 시스템에 있어서 광중계기의 간격은, 광섬유의 색분산(chromatic dispersion)에 의해 제한된다. 따라서, 정확한 시스템의 설계를 위해서는 정확한 색분산의 측정이 필요하다.
지금까지 여러 가지 색분산 측정법들이 제안되어 왔으며, 그러한 방법으로는, 일정한 광섬유 길이에 대한 평균 색분산 뿐만 아니라 광섬유에 따라 분포되어 있는 색분산과 영분산 파장을 측정할 수 있는 방법들이 있다(EL'93 pp. 426-428, EL'95 pp. 225-226).
그리고, 최근에는 4-광파 혼합(four-wave mixing) 효과를 이용하여 광섬유를 절단하지 않고도 광섬유 길이에 따라 영분산 파장을 측정하는 방법이 제안되고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 방법은 영분산 파장 분포를 정확히 측정할 수 있는 대신에 그 구성이 복잡하여 측정이 까다로우며, 경제성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 대역폭이 넓은 한개의 스펙트럼 분할 광원을 사용하여 4-광파 혼합 효과에 의해 간단히 영분산 파장을 측정할 수 있는, 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 영분산 파장의 위치에 따른 4-광파 혼합광의 스펙트럼 대칭성을 설명하기 위한 일예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치 및 그 방법에 대한 일실시 예시도.
도 3a 내지 3d 는 본 발명에 따른 영분산 파장의 위치에 따른 입/출력 스펙트럼의 비교 설명도.
도 4 는 본 발명에 따른 입력광의 중심 파장과 영분산 파장의 관계에 따른 4-광파 혼합광의 대칭성을 설명하기 위한 일예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 펌프 레이저 220 : 광고립기
230 : 편광기 240,260 : 대역 통과 필터
250 : 광증폭기 270 : 편광 제어기
280 : 광결합기 290 : 광 스펙트럼 분석기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치에 있어서, 펌프 광원을 어븀 첨가 광섬유(Erbium Doped Fiber, 이하 'EDF'라 함)에 역방향으로 인가하여 넓은 대역폭의 광신호를 발생시키기 위한 광원 생성 수단; 상기 광원 생성 수단에서 발생된 광신호를, 역방향 흩어짐을 방지하면서 전달하기 위한 광고립 수단; 상기 광고립 수단에 의해 전달받은 광신호를 스펙트럼 분할하기 위한 제 1 필터링 수단; 상기 제 1 필터링 수단에 의해 스펙트럼 분할된 광신호를 증폭하기 위한 광증폭 수단; 상기 광증폭 수단에 의한 신호 증폭 과정에서 발생한 잡음을 제거하기 위한 제 2 필터링 수단; 상기 제 2 필터링 수단에 의해 잡음이 제거된 광신호를 나누어 출력하기 위한 광분배 수단; 및 상기 광분배 수단에 의해 나뉘어진 신호의 비교를 통해 광신호의 스펙트럼을 분석하기 위한 광 스펙트럼 분석 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본 발명의 장치는, 상기 광고립 수단에 의해 전달받은 광신호의 특정 편광 성분을 선택하여 상기 제 1 필터링 수단에 입력하기 위한 편광 선택 수단; 및 상기 제 2 필터링 수단에 의해 잡음이 제거된 광신호의 편광을 제어하여 4-광파 혼합의 효율을 높이기 위한 편광 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 방법은, 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치에 적용되는 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 방법에 있어서, 펌프 광원을 EDF에 역방향으로 여기하여 넓은 대역폭의 광신호를 발생시키는 제 1 단계; 상기 발생된 광신호의 역방향 흩어짐을 방지하면서 전달하는 제 2 단계; 상기 전달받은 광신호를 스펙트럼 분할하는 제 3 단계; 상기 스펙트럼 분할된 광신호를 증폭하는 제 4 단계; 상기 광신호 증폭 과정에서 발생한 잡음을 제거하는 제 5 단계; 상기 잡음이 제거된 광신호를 분배하는 제 6 단계; 및 상기 분배된 광신호의 비교를 통해 광신호의 스펙트럼을 분석하는 제 7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본 발명의 방법은, 상기 제 2 단계에서 전달되는 광신호의 특정 편광 성분을 선택한 후에 상기 제 3 단계로 진행하는 제 8 단계; 및 상기 제 5 단계에서 잡음이 제거된 광신호의 편광을 제어하여 4-광파 혼합의 효율을 높인 후에제 6 단계로 진행하는 제 9 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 영분산 파장의 위치에 따른 4-광파 혼합광의 스펙트럼 대칭성을 설명하기 위한 일예시도이다.
일반적으로 스펙트럼 분할 광원과 같이 대역폭이 넓은 비간섭성 광은, 여러 주파수 성분들을 포함하고 있다. 따라서, 높은 파워의 스펙트럼 분할 광원이 광섬유에 인가되면 자체 주파수 성분들끼리 4-광파 혼합을 발생시켜, 광섬유에서 출력된 광의 스펙트럼은 도 1 에 도시된 바와 같이 인가된 광의 스펙트럼 보다 더 넓게 퍼져 있게 된다.
4-광파 혼합에서 혼합광의 효율은 색분산에 의존하게 되므로, 영분산 파장 근처에서는 더욱 높은 효율은 갖는 4-광파 혼합광들이 발생된다. 따라서, 만일 입력광이 중심 파장에 대해 대칭인 스펙트럼을 가진다고 하면, 출력 스펙트럼은 영분산 파장 근처에서는 넓게 확장되므로, 영분산 파장이 상기 입력광의 중심 주파수에서 좌우의 어느쪽에 위치하느냐에 따라 비대칭적인 스펙트럼을 갖게 된다.
즉, 영분산 파장(λ0)이 입력광 중심 주파수(λc)의 왼쪽에 위치하면, 왼쪽편의 4-광파 혼합 효과가 크게 나타나 왼쪽 스펙트럼이 오른쪽 보다 더 확장되게 되고, 영분산 파장이 입력광 중심 주파수의 오른쪽에 위치하면, 오른쪽 스펙트럼이더 확장되게 된다.
그러나, 영분산 파장과 입력광의 중심 주파수가 일치하면, 출력광은 대칭적 스펙트럼을 갖게 된다. 또한, 입력광의 중심 주파수가 영분산 파장에서 멀리 떨어져 있다면 4-광파 혼합에 의한 스펙트럼 확장 효과는 거의 볼 수 없게 된다.
도 2 는 본 발명에 따른 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치 및 그 방법에 대한 일실시 예시도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치는, 넓은 대역폭의 광신호를 발생시키기 위해 EDF에 역방향으로 펌프 광원을 여기하는 펌프 광원으로서의 펌프 레이저 (210), 상기 펌프 레이저(210)에서 여기된 펌프광을 이용하여 발생한 넓은 대역폭의 광신호를 역방향 흩어짐없이 전달하기 위한 광고립기(optical isolator, 220), 상기 광고립기(220)에 의해 전달받은 넓은 대역폭의 광신호를 스펙트럼 분할하는 1.7nm 대역 통과 필터(240), 상기 1.7nm 대역 통과 필터(240)에 의해 스펙트럼 분할된 광신호를 높은 입력 파워를 얻기 위해 증폭하는 광증폭기(250), 상기 광증폭기(250)에 의해 신호를 증폭하는 과정에서 발생한 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 잡음을 제거하는 2nm 대역 통과 필터(260), 상기 2nm 대역 통과 필터(260)에서 잡음이 제거된 광신호를 나누어 출력하기 위한 2x2 광결합기(280) 및 2x2 광결합기(280)에 의해 나뉘어진 신호의 비교를 통해 광신호의 스펙트럼을 분석하기 위한 광 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer, 이하 'OSA'라 함)(290)를 포함한다.
상기 각 구성 요소들의 상세 기능 및 동작 과정은 다음과 같다.
펌프 레이저(210)에 의해 역방향으로 여기된 EDF로부터 넓은 대역폭의 광신호가 방출되면, 상기 EDF로부터 방출된 광신호는 1.7nm의 가변 대역 통과 필터(260)에 의해 스펙트럼 분할된다.
이때, 상기 EDF로부터 방출된 광신호의 역방향 흩어짐을 방지하기 위해 광고립기(220)를 사용한다.
또한, 상기 광고립기(220)를 통과한 광신호의 특정 편광 성분만을 선택하기 위해 편광기(polarizer, 230)를 사용하는 것도 가능하다.
1.7nm의 가변 대역 통과 필터(260)에 의해 스펙트럼 분할된 광신호는, 높은 입력 파워를 얻도록 광증폭기(250)에 의해 증폭된 후, 상기의 증폭 과정에서 광증폭기(250)에 의해 더해진 스펙트럼 하단부의 ASE 잡음이 제거되도록, 2nm의 대역 통과 필터(260)를 통과한다.
4-광파 혼합전의 입력 스펙트럼과 비교하기 위해서 10:90 광결합기(280)를 사용하여 입력 스펙트럼과 출력 스펙트럼을 추출하며, 90% 부분의 파워를 25km의 분산 천이 광섬유에 인가하여 출력 스펙트럼을 측정한다.
만일, 상기의 과정에서, 광고립기(220)를 통과한 광신호의 특정 편광 성분만을 선택하기 위해 편광기(230)를 사용하였다면, 편광 제어기(270)를 사용하여 2nm의 대역 통과 필터(260)로부터 출력되는 신호의 특정 편광 성분을 제어하여 4-광파 혼합의 효율을 최대로 한다.
도 3a 내지 3d 는 본 발명에 따른 영분산 파장의 위치에 따른 입/출력 스펙트럼의 비교 설명도이다.
측정된 입력 스펙트럼과 출력 스펙트럼을 비교하여 보면 도 3 에 도시된 바와 같다.
도 3a 에 도시된 바와 같이 입력광의 중심 주파수가 평균 영분산 파장과 멀리 떨어져 있으면 4-광파 혼합에 의한 스펙트럼 확장은 거의 없으며, 영분산 파장에 가까울수록 확장이 증가된다.
도 3b 에 도시된 바와 같이 영분산 파장이 중심 파장의 오른쪽에 위치하면 오른쪽 스펙트럼이 왼쪽보다 더 높은 효율의 4-광파 혼합 과정을 거치므로 오른쪽 스펙트럼이 더 넓어지게 된다.
도 3d 는 상기 도 3b 와 반대의 경우로, 영분산 파장이 중심 파장의 왼쪽에 위치하여 왼쪽이 더 넓어진 경우이다.
도 3c 는 중심 파장과 영분산 파장이 일치하여 스펙트럼이 대칭성을 유지하는 경우이다. 이 방법에서 측정 결과의 오차를 줄이기 위해서는 광섬유에 인가되는 스펙트럼의 대칭성이 중요하다.
각각의 도 3a 내지 도 3d 의 내부 화살표는 영분산 파장의 위치를 표시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 입력광의 중심 파장과 영분산 파장의 관계에 따른 4-광파 혼합광의 대칭성을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 영분산 파장의 위치에 따라서 확장된 스펙트럼이 중심 주파수에서 비대칭을 이루게 된다. 그러므로, 대칭성을 만족하는 파장이 영분산 파장과 중심 파장이 일치하는 부분이 된다.
측정 결과, 평균 영분산 파장은 1550.1nm이며, 이 값은 기존 영분산 측정 장치를 이용한 값과 잘 일치한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 대역폭이 넓은 한개의 스펙트럼 광원을 사용함으로써, 장치의 구성 및 측정이 간단하고 용이하며, 경제적으로 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치에 있어서,펌프 광원을 어븀 첨가 광섬유(Erbium Doped Fiber, 이하 'EDF'라 함)에 역방향으로 인가하여 넓은 대역폭의 광신호를 발생시키기 위한 광원 생성 수단;상기 광원 생성 수단에서 발생된 광신호를, 역방향 흩어짐을 방지하면서 전달하기 위한 광고립 수단;상기 광고립 수단에 의해 전달받은 광신호를 스펙트럼 분할하기 위한 제 1 필터링 수단;상기 제 1 필터링 수단에 의해 스펙트럼 분할된 광신호를 증폭하기 위한 광증폭 수단;상기 광증폭 수단에 의한 신호 증폭 과정에서 발생한 잡음을 제거하기 위한 제 2 필터링 수단;상기 제 2 필터링 수단에 의해 잡음이 제거된 광신호를 나누어 출력하기 위한 광분배 수단; 및상기 광분배 수단에 의해 나뉘어진 신호의 비교를 통해 광신호의 스펙트럼을 분석하기 위한 광 스펙트럼 분석 수단을 포함하는 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 광고립 수단에 의해 전달받은 광신호의 특정 편광 성분을 선택하여 상기 제 1 필터링 수단에 입력하기 위한 편광 선택 수단; 및상기 제 2 필터링 수단에 의해 잡음이 제거된 광신호의 편광을 제어하여 4-광파 혼합의 효율을 높이기 위한 편광 제어 수단을 더 포함하는 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 광분배 수단은,입력받은 광신호의 일부를 분기하여, 상기 분기된 일부 신호를 상기 광 스펙트럼 분석 수단에 직접 입력하고, 상기 분기되고 남은 광신호를 상기 분산 천이 광섬유를 통하여 상기 광 스펙트럼 분석 수단에 입력하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 필터링 수단은, 대역폭 대칭성을 갖는 가변 대역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 필터링 수단은, 대역폭 대칭성을 갖는 대역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치.
- 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 장치에 적용되는 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 방법에 있어서,펌프 광원을 EDF에 역방향으로 여기하여 넓은 대역폭의 광신호를 발생시키는 제 1 단계;상기 발생된 광신호의 역방향 흩어짐을 방지하면서 전달하는 제 2 단계;상기 전달받은 광신호를 스펙트럼 분할하는 제 3 단계;상기 스펙트럼 분할된 광신호를 증폭하는 제 4 단계;상기 광신호 증폭 과정에서 발생한 잡음을 제거하는 제 5 단계;상기 잡음이 제거된 광신호를 분배하는 제 6 단계; 및상기 분배된 광신호의 비교를 통해 광신호의 스펙트럼을 분석하는 제 7 단계를 포함하는 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 단계에서 전달되는 광신호의 특정 편광 성분을 선택한 후에 상기 제 3 단계로 진행하는 제 8 단계; 및상기 제 5 단계에서 잡음이 제거된 광신호의 편광을 제어하여 4-광파 혼합의 효율을 높인 후에 제 6 단계로 진행하는 제 9 단계를 더 포함하는 스펙트럼 분할 광원을 이용한 분산 천이 광섬유의 영분산 파장 측정 방법.
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