KR100384998B1 - Apparatus for bidirectional spectral inversion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 양방향 스펙트럼 반전 장치에 관한 것으로서, 비선형 매질에서 발생하는 4광파 혼합에 의한 스펙트럼 반전(spectral inversion)광을 이용할 경우 광통신 시스템에서 발생하는 색분산 및 비선형 현상을 보상할 수 있다.The present invention relates to an apparatus for bidirectional spectral inversion, and when using spectral inversion light by four-wave mixing occurring in a nonlinear medium, color dispersion and nonlinear phenomena occurring in an optical communication system can be compensated for.
그렇지만 이와 관련된 현재까지의 기술은 모두 단방향의 광통신 시스템에서만 적용이 가능하였다.However, all of the related technologies up to now have been applicable only to unidirectional optical communication systems.
그러므로 양방향 광통신 시스템에 적용하기 위해서는, 동일한 기능을 수행하는 장치를 각 방향에 대하여 사용해야 한다는 단점을 지니고 있었다.Therefore, in order to apply to a two-way optical communication system, a device having the same function has to be used in each direction.
도 1 은 종래의 단방향 스펙트럼 반전 장치 구성도로서, 여기광(3), 여기광과 신호광을 결합하기 위해 사용되는 파장분할 다중화기(4) 및 비선형 매질(5)로 구성된 장치를 사용하여 단방향에 대해서만 스펙트럼 반전 신호광을 발생시키는 것이다.1 is a block diagram of a conventional unidirectional spectral inverting device, which is unidirectional using an apparatus consisting of an excitation light 3, a wavelength division multiplexer 4 and a nonlinear medium 5 used to combine an excitation light and a signal light. Only the spectral inversion signal light is generated.
따라서 상기 양방향의 스펙트럼 반전을 위해서는 도 2와 같이 광 회전기(circulator)(9, 12)와 비선형 매질(10, 11), 여기광원(7, 14) 및 파장분할 다중화기(8, 13)를 각각 두 개씩 사용해 독립적인 두 개의 스펙트럼 반전 장치를 구성하여 각 방향별로 스펙트럼 반전을 시켜주어야 하기 때문에 장치의 구현이 복잡하고 또한 경제적으로도 불리한 단점을 지니고 있었다.Accordingly, for the bidirectional spectral inversion, as shown in FIG. 2, the optical circulators 9 and 12, the nonlinear media 10 and 11, the excitation light sources 7 and 14, and the wavelength division multiplexers 8 and 13, respectively, are used. Since two independent spectral inversion devices must be configured by two to perform spectral inversion in each direction, the implementation of the device is complicated and economically disadvantageous.
이에 따라 기존의 반전광을 이용한 색분산 보상 장치는 대부분 단방향 광통신에서만 동작이 가능하도록 되어 있다.Accordingly, the conventional color dispersion compensating apparatus using the inverted light is only able to operate in one-way optical communication.
상기 단점을 해결하기 위해 본 발명은, 하나의 스펙트럼 반전 장치를 사용하여 양방향에서 입력된 두 신호에 대해 모두 스펙트럼 반전이 가능하도록 하여 양방향 광통신 시스템에서 발생하는 광섬유의 색분산 및 비선형 현상이 보상되도록 한 양방향 스펙트럼 반전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above disadvantages, the present invention, by using a spectrum inverting device to enable the spectrum inversion for both signals input in both directions to compensate for the color dispersion and nonlinear phenomenon of the optical fiber generated in the bidirectional optical communication system It is an object to provide a bidirectional spectral inversion device.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 각 방향의 광섬유를 통해 양방향에 위치한 송신기로부터 출력된 광신호를 양측 입력단을 통해 입력받아 스펙트럼 반전광을 발생시켜 양 출력단을 통해 출력하는 도파로형 광결합기와, 상기 도파로형 광결합기의 두 출력단으로 출력된 신호들과 Y형 분파기를 통해 1/2로 분할된 후 여기광원으로부터 공급되는 여기광을 받아 비선형 매질로 입력하는 파장분할 다중화기와, 4광파 혼합과 같은 비선형 현상을 이용하여 상기 입력단을 통해 입력된 신호광과 상기 여기광원의 작용을 통해 새로운 광신호 성분을 발생하는 비선형 매질 및 상기 비선형 매질에 의해 새로이 생성된 스펙트럼 반전 광신호의 진행방향을 바꾸어주는 반사체를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a waveguide type optical coupler for receiving the optical signal output from the transmitter located in both directions through the optical fiber in each direction through the input terminal on both sides to generate spectral inverted light and output through both output terminals; A wavelength division multiplexer for splitting the signals output to the two output stages of the waveguide optical coupler and a Y-type splitter and receiving the excitation light supplied from the excitation light source into a nonlinear medium; The non-linear medium for generating a new optical signal component through the action of the signal light input through the input terminal and the excitation light source using the same non-linear phenomenon and the reflector for changing the traveling direction of the spectral inverted optical signal newly generated by the non-linear medium Characterized in that it comprises a.
도 1 은 종래의 단방향 스펙트럼 반전 장치 구성도,1 is a block diagram of a conventional unidirectional spectral inversion device;
도 2 는 종래의 양방향 스펙트럼 반전 장치 구성도,2 is a block diagram of a conventional bidirectional spectrum inversion apparatus;
도 3 은 본 발명이 적용되는 새로운 양방향 스펙트럼 반전 장치 구성도.3 is a block diagram of a novel bidirectional spectrum inversion device to which the present invention is applied.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
101, 127 : 송신기 102, 126 : 수신기101, 127: transmitter 102, 126: receiver
103, 109, 124 : 파장분할 다중화기 104, 125 : 필터103, 109, 124: wavelength division multiplexer 104, 125: filter
105, 123 : 송신 광신호 106 : 스펙트럼 반전 수신 광신호105, 123: transmission optical signal 106: spectrum inversion reception optical signal
107, 121 : 광섬유 108 : 여기 광원107, 121: optical fiber 108: excitation light source
110 : 도파로형 광섬유 결합기 111 : 소자의 일측 입력단110: waveguide optical fiber coupler 111: one side input of the device
112 : 소자의 타측 입력단 113 : 소자의 일측 출력단112: other input terminal of the device 113: one output terminal of the device
114 : 소자의 타측 출력단 115, 116 : 비선형 매질114: other output terminal 115, 116: nonlinear medium
117, 118 : 반사체 119, 120 : 스펙트럼 반전 신호광117, 118: reflectors 119, 120: spectral inversion signal light
122 : 스펙트럼 반전 수신 신호광 128 : Y형 분파기122: spectral inverted received signal light 128: Y-type splitter
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 은 본 발명이 적용되는 새로운 양방향 스펙트럼 반전 장치 구성도로서, 도파로형 광결합기, 반사체, 비선형 매질, 여기광원, 파장분할 다중화기 및 이들 소자를 연결하기 위한 도파관으로 이루어져 있다.3 is a block diagram of a novel bidirectional spectral inversion device to which the present invention is applied, and includes a waveguide optical coupler, a reflector, a nonlinear medium, an excitation light source, a wavelength division multiplexer, and a waveguide for connecting these devices.
상기와 같이 구성된 새로운 양방향 스펙트럼 반전 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the new bidirectional spectrum inversion device configured as described above is as follows.
먼저 도 3의 일측에 위치한 송신기(101)로부터 출력되는 광신호(105)는 광섬유(107)를 거쳐 도파로형 광결합기의 일측 입력단(111)으로 입력된다.First, the optical signal 105 output from the transmitter 101 located at one side of FIG. 3 is input to one input terminal 111 of the waveguide optical coupler via the optical fiber 107.
입력된 광신호는 1/2로 분할되어 도파로형 광결합기의 출력단(113, 114)을 통해 출력된다.The input optical signal is divided into 1/2 and output through the output terminals 113 and 114 of the waveguide optical coupler.
이때 도파로형 광결합기의 일측 출력단(113)으로 출력된 신호는 위상의 변화가 발생하지 않지만, 도파로형 광결합기의 타측 출력단(114)으로 출력된 신호는 도파로형 광결합기의 내부에서 인접 채널로의 결합(coupling)이 발생하게 되어 출력되는 신호의 위상이 π/2 만큼 지연되는 특성을 가지고 있다.At this time, the signal output to the output terminal 113 of the waveguide optical coupler does not change the phase, but the signal output to the other output terminal 114 of the waveguide optical coupler to the adjacent channel from the inside of the waveguide optical coupler Coupling occurs and the phase of the output signal is delayed by π / 2.
한편 도파로형 광결합기의 두 출력단(113, 114)으로 출력된 신호들은 파장분할 다중화기(109)를 통해 별도로 공급되는 여기광과 함께 두 개의 비선형 매질(115, 116)로 입력된다.Meanwhile, signals output to the two output terminals 113 and 114 of the waveguide optical coupler are input to two nonlinear media 115 and 116 together with excitation light separately supplied through the wavelength division multiplexer 109.
여기광은 여기광원(108)의 출력이 Y형 분파기(128)를 통해 1/2로 분할된 후 파장분할 다중화기(109)를 거쳐 상기 비선형 매질(115, 116)로 입력된다.The excitation light is input into the nonlinear media 115 and 116 through the wavelength division multiplexer 109 after the output of the excitation light source 108 is divided into 1/2 through the Y-type splitter 128.
상기 파장분할 다중화기(109)는 신호에 대해 위상의 변화를 일으키지 않는다.The wavelength division multiplexer 109 does not cause a phase change with respect to the signal.
상기 비선형 매질(115, 116)에서는 4광파 혼합(Four-wave mixing)과 같은 비선형 현상에 의해 입력 신호광과 여기광원의 작용으로 새로운 광신호 성분(119, 120)이 발생하게 되는데, 새로 생성된 광신호는 원래의 광신호(105)와 비교하여 위상이 180°바뀐 스펙트럼 반전광이며, 상기 송신기(101)로부터 입력된 신호광의 파장을, 여기광의 파장을, 스펙트럼 반전광의 파장을라고 하면 스펙트럼 반전광의 파장을 다음 식 1과 같이 주어진다.In the nonlinear media 115 and 116, new optical signal components 119 and 120 are generated by the action of the input signal light and the excitation light source by nonlinear phenomena such as four-wave mixing. The signal is a spectral inverted light whose phase is changed by 180 ° compared with the original optical signal 105, and the wavelength of the signal light input from the transmitter 101 is changed. , The wavelength of the excitation light The wavelength of the spectral inverted light In this case, the wavelength of the spectral inverted light is given by Equation 1 below.
〔식 1〕[Equation 1]
한편 비선형 현상에 의한 스펙트럼 반전광은 원래 신호광의 위상에 관한 정보를 그대로 가져가는 특성을 가지고 있다.On the other hand, the spectral inverted light by nonlinear phenomenon has the characteristic of taking the information regarding the phase of the original signal light as it is.
그러므로 도파로형 광결합기의 일측 출력단(113)을 통해 비선형 매질(115)로 입력된 신호와 여기광 간의 작용으로 발생한 스펙트럼 반전광(119)의 위상에 비하여 도파로형 광결합기의 타측 출력단(114)을 통해 비선형 매질(116)로 입력된 신호에 의한 스펙트럼 반전광(120)은 π/2의 위상 지연을 가지게 된다.Therefore, compared to the phase of the spectral inverted light 119 generated by the action between the signal input to the nonlinear medium 115 through the output terminal 113 of the waveguide optical coupler and the excitation light, the other output terminal 114 of the waveguide optical coupler The spectral inverted light 120 by the signal input to the nonlinear medium 116 has a phase delay of π / 2.
만일 도파로형 광결합기의 일측 출력단(113)-비선형 매질(119)-반사체(117)-비선형 매질(119)-일측 출력단(113)으로 형성된 도파관 경로와 도파로형 광결합기의 타측 출력단(114)-비선형 매질(116)-반사체(118)-비선형 매질(116)-타측 출력단(114)으로 형성된 도파관의 길이가 동일하며, 위상차이가 발생하지 않을 경우 도파로형 광결합기의 일측 출력단(113)으로 입력되는 스펙트럼 반전광 신호(119)가 타측 입력단(112)으로 출력될 때 도파로형 광결합기의 내부에서 인접 채널로의 결합이 발생하기 때문에 π/2의 위상 지연을 가지게 된다.If a waveguide path formed of one output terminal 113, nonlinear medium 119, reflector 117, nonlinear medium 119, one output terminal 113 of the waveguide optical coupler and the other output terminal 114 of the waveguide optical coupler, The length of the waveguide formed by the nonlinear medium 116, the reflector 118, the nonlinear medium 116, and the other output terminal 114 is the same, and if there is no phase difference, it is input to one output terminal 113 of the waveguide optical coupler. When the spectral inverted light signal 119 is output to the other input terminal 112, since the coupling to the adjacent channel occurs inside the waveguide type optical coupler, it has a phase delay of π / 2.
한편 도파로형 광결합기의 타측 출력단(114)으로 입력되는 스펙트럼 반전광 신호(120)는 이미 π/2의 위상 지연을 가지고 있는 신호이지만 이 신호가 도파로형광결합기의 일측 입력단(112)으로 출력될 경우 추가의 위상 지연은 발생하지 않게 된다.On the other hand, if the spectral inverted light signal 120 inputted to the other output terminal 114 of the waveguide optical coupler already has a phase delay of π / 2, but this signal is output to one input terminal 112 of the waveguide optical coupler No additional phase delay will occur.
따라서 상기 두 신호는 모두 π/2의 위상 지연을 갖게 되며, 두 신호의 위상이 동일하기 때문에 도파로형 광결합기의 일측 입력단(111)으로 입력되어 스펙트럼 반전된 후 다시 도파로형 광결합기의 출력단(113, 114)으로 입력되는 신호(119, 120)는 모두 도파로형 광결합기의 타측 입력단(112)으로 출력된다.Therefore, both signals have a phase retardation of π / 2, and since the two signals have the same phase, they are inputted to one input terminal 111 of the waveguide optical coupler, and the spectrum is inverted. The output terminal 113 of the waveguide optical coupler is then returned. , And the signals 119 and 120 input to the 114 are output to the other input terminal 112 of the waveguide optical coupler.
반면에 도파로형 광결합기의 일측 입력단(111)에서는 두 출력단으로 입력된 스펙트럼 반전광 간의 위상 차이가 π가 나게 되어 광출력이 존재하지 않게 된다.On the other hand, in one input terminal 111 of the waveguide optical coupler, the phase difference between the spectral inverted light inputs to the two output terminals is π, so that there is no light output.
출력된 스펙트럼 반전광은 광섬유(121)와 필터(125)를 거쳐 타측 수신기(126)로 입력되는데, 이때 필터는 스펙트럼 반전광 만을 통과시키기 위해 사용된다.The output spectral inverted light is input to the other receiver 126 via the optical fiber 121 and the filter 125, where the filter is used to pass only the spectral inverted light.
한편 상기 도 3의 타측에 위치한 송신기(127)로부터 출력되는 광신호(123)는 도파로형 광결합기(110)의 타측 입력단(112)으로 입력된 후 상기의 경우와 동일한 과정을 거쳐 새로이 생성된 스펙트럼 반전광이 도파로형 광결합기의 일측 입력단(111)으로만 출력된다.Meanwhile, the optical signal 123 output from the transmitter 127 located at the other side of FIG. 3 is input to the other input terminal 112 of the waveguide optical coupler 110 and then newly generated spectrum through the same process as the above case. The inverted light is output only to one input terminal 111 of the waveguide optical coupler.
상기 스펙트럼 반전광은 광섬유(107)와 필터(103)를 거쳐 일측 수신기(102)로 수신된다.The spectral inverted light is received by the receiver 102 through the optical fiber 107 and the filter 103.
그러므로 상기 도 3의 여기광원(108)∼반사체(118)의 소자를 구비하여 장치를 구성하면 일측 송신기(101)로부터 입력된 광신호의 스펙트럼 반전된 신호가 타측 수신기(126)로 입력되며, 반대로 타측 송신기(127)로부터 입력된 신호는 동일한구조를 이용하여 일측 수신기(102)로 스펙트럼 반전된 신호를 보낼 수 있게 된다.Therefore, when the device is configured with the elements of the excitation light source 108 to the reflector 118 of FIG. 3, the spectral inverted signal of the optical signal input from one transmitter 101 is input to the other receiver 126. The signal input from the other transmitter 127 can be used to send the spectrum inverted signal to one receiver 102 using the same structure.
따라서 하나의 장치 내에서 간단하게 양방향으로 전송되는 광신호에 대해 모두 스펙트럼 반전광을 발생시킬 수 있게 된다.Therefore, it is possible to generate spectral inverted light for all the optical signals transmitted in both directions within one device.
상술한 바와 같이 기존의 스펙트럼 반전 장치를 사용하여 양방향 광통신 시스템에서 발생하는 색분산을 보상하는 경우 고가의 광 회전기와 여기광원을 모두 두 개씩 사용해야 하므로 경제적으로 불리하였으나, 본 발명에서는 상기 종래의 광 회전기 대신 저가의 도파로형 광결합기와 여기광원을 각각 하나씩만 사용하여 양방향 스펙트럼 반전 장치를 구성할 수 있는 효과를 갖는다.As described above, when compensating for color dispersion occurring in a bidirectional optical communication system using a conventional spectral inversion device, it is economically disadvantageous because two expensive optical rotators and two excitation light sources are used, but in the present invention, the conventional optical rotator Instead, it has the effect of constructing a bidirectional spectral inverting device using only one low cost waveguide type optical coupler and one excitation light source.
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