KR100404999B1 - 타원코어 이중모드 광섬유 및 이를 이용한 음향 광학 가변필터 - Google Patents

타원코어 이중모드 광섬유 및 이를 이용한 음향 광학 가변필터 Download PDF

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Abstract

타원코어 이중모드 광섬유 및 이를 이용한 음향 광학 가변 필터에 관하여 개시한다. 본 발명의 타원코어 이중모드 광섬유는, 광섬유의 코어에 있어서 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.14∼1.15 또는 1.11∼1.12이며, 1300±30nm 및 1500±50nm 또는 C밴드 및 L밴드의 파장대역에서 장축과 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 타원코어 이중모드 광섬유 및 이를 이용한 음향 광학 가변 필터에 의하면, 타원형 코어의 비대칭 구조로 인한 편광 특성을 이용하여 코어의 장축과 단축의 직경을 조절하면 광통신의 1300nm 대역과 1500nm 대역에서 작동하는 광대역 감쇄기를 구현할 수 있으며, 어븀첨가 광섬유 증폭기(Erbuim doped fiber amplifier)의 이득 대역 중 일반 대역인 C밴드와 장파장 대역인 L밴드에서 작동하는 광대역 감쇄기를 구현할 수 있다.

Description

타원코어 이중모드 광섬유 및 이를 이용한 음향 광학 가변 필터{Elliptical Core Two-mode Fiber and its application to Acousto-Optic Tunable Filter}
본 발명은 타원코어 이중모드 광섬유 및 이를 이용한 음향 광학 가변 필터에 관한 것으로서, 특히 두 개의 파장 대역에서 모드 결합이 일어나는 타원코어 이중모드 광섬유와 이를 이용한 음향 광학 가변 필터에 관한 것이다.
보통 흔히 사용되는 단일모드 광섬유는 하나의 공간모드만을 진행시킬 수 있으나 단일모드 광섬유에 차단(cut off) 파장보다 더 짧은 파장의 빛을 넣으면 두 개 혹은 그 이상의 공간모드를 진행시킬 수 있으며, 두 개의 공간모드를 진행시키는 광섬유를 이중모드 광섬유라 한다. LP모드(Linearly Polarized mode)에서 가장 낮은 차수의 모드를 LP01모드, 그 다음낮은 차수의 모드를 LP11모드라고 부른다.
이러한 이중 모드 광섬유소자의 파장 대역폭은 상기 두 결합되는 모드의 맥놀이 길이(beat length)의 분산에 의해 결정된다. 음향 광학 가변 필터(Acousto-Optic Tunable Filter; 이하 AOTF라 한다) 또는 장주기 필터(Long Period Grating Filter)는 이러한 이중모드 광섬유의 파장 특성을 이용한 것이다.
한편, AOTF 또는 장주기 필터의 위상 정합 조건(phase matching condition)에 의해 정규화 주파수(Nomalized Frequency, V)가 3인 광대역 감쇄기가 제작되고다.
여기서 정규화 주파수(normalized frequency)는 무차원(Dimensionless)로서, LP01모드와 LP11모드의 맥놀이 길이 분산이 최소가 되는 첫번째 정규화 주파수가 대략 3의 값을 가진다. LP11모드 이상고차 모드에 대해서는 모드에 따라 정규주파수가 3 이상의 수치에서 맥놀이 길이 분산이 최소화 되는 정규화 주파수가 나타난다.
AOFT를 이용한 광대역 감쇄기의 일 예로, 김병윤 등(B. Y. Kim, J. N. Blake, H. E. Engan, AND H. J. SHaw)에 의하여 1986년 기술논문 Optics Letter, vol . 11, 389쪽에 보고된 바 있다. 하지만, 이 경우에는 한 파장대역에서만 평탄한 감쇄를 나타내고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하나의 이중모드 광섬유를 사용하되 두 개의 파장대역에서 작동할 수 있는 광소자를 제작하기 위한 타원코어 이중모드 광섬유를 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기의 타원코어 이중모드 광섬유를 이용한 음향 광학 가변 필터를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 타원코어 이중모드 광섬유를 설명하기 위한 개략도;
도 2는 도 1에 따른 타원코어 이중모드 광섬유를 이용한 음향 광학 가변 필터를 설명하기 위한 개략도; 및
도 3a 내지 4b는 도 1에 따른 타원코어 이중모드 광섬유의 특성을 나타낸 그래프들이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 타원코어 이중모드 광섬유는: 광섬유의 코어에 있어서 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.14∼1.15이며, 1300±30nm 및 1500±50nm의 파장대역에서 상기 장축과 상기 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 타원코어 이중모드 광섬유는: 광섬유의 코어에 있어서 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.11∼1.12이며, C밴드 및 L밴드에서 상기 장축과 상기 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 일 예에 따른 음향 광학 가변 필터는: 광섬유의 코어의 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.14∼1.15이며, 1300±30nm 및 1500±50nm의 파장대역에서 상기 장축과 상기 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인 타원코어 이중모드 광섬유를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 다른 예에 따른 음향 광학 가변 필터는: 광섬유의 코어의 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.11∼1.12이며, C밴드 및 L밴드에서 상기 장축과 상기 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인 타원코어 이중모드 광섬유를 이용하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 각각의 예에서 맥놀이 길이가 200∼600㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 장축과 단축 방향에서 서로 다른 두 개의 파장 대역이 각각 광대역 결합할 수 있는 타원코어 이중모드 광섬유를 제공하며, 이를 이용하여 음향 광학 가변 필터를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 타원코어 이중모드 광섬유를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 타원코어 이중모드 광섬유는, 광섬유의 코어(110)에 있어서 단축의 직경(b)에 대한 장축의 직경(a)의 비율이 1.1∼1.2이다. 이 때 광섬유는, 1300±30nm 및 1500±50nm의 파장대역에서 위상 정합 조건을 만족하며 장축과 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 맥놀이 길이 분산이 최소가 되는 3 정도의 정규화 주파수 값을 가진다. 그리고, C밴드(1530∼1562nm) 및 L밴드(1574∼1605nm) 파장 대역에서 위상 정합 조건을 만족하여 장축과 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 맥놀이 길이 분산이 작아서 3 정도의 정규화 주파수 값을 가진다. 여기서, 맥놀이 길이 분산이란, 각각의 파장 대역에서 모드 결합으로 나타나는 맥놀이 길이의 차이를 말한다.
도 2는 도 1에 따른 타원코어 이중모드 광섬유를 이용한 음향 광학 가변 필터를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하여 광섬유를 이용하는 음향 광학 가변 필터의 일 예를 들어 설명하면, 신호광을 전송하는 타원코어 이중모드 광섬유(100)와, 이 광섬유(100)에 탄성파를 여기시키는 PZT(Piezo-electric Transducer)소자(200)를 구비한다. 이 때, 맥놀이 길이는 200∼600㎛이다. 따라서, 일정 주파수를 가지는 전기신호가 PZT(200)에 인가되면, 이와 동일한 주파수를 가지는 탄성파가 PZT(200)에서 발생하게 되고, 이 탄성파는 타원코어 이중모드 광섬유(100)로 전달되어, 광섬유(100) 내를 진행한다. 이 때, 타원코어 이중모드 광섬유(100) 내를 진행하는 탄성파는 타원코어 이중모드 광섬유(100) 내를 진행하는 신호광이 겪는 유효굴절률을 변화시키고, 이러한 유효굴절률의 변화는 LP01모드에서 LP11모드로 또는 LP11모드에서 LP01모드로 타원코어 이중모드 광섬유(100) 내를 진행하는 신호광의 모드를 변환시키게 된다.
[실시예 1]
본 발명의 1300±30nm 및 1500±50nm의 파장대역을 가지는 타원코어 이중모드 광섬유에 있어서 도 3a는 단축 방향 및 장축 방향 편광모드에서의 모드별 유효굴절율을 나타낸 그래프이고, 도 3b는 타원코어 이중모드 광섬유에 있어서 편광별 맥놀이 길이를 나타낸 그래프이다. 도 3a의 (1) 및 도 3b의 (1)은 단축 방향 편광모드, 즉 1300±30nm에서의 모드별 유효굴절율 및 맥놀이 길이를 각각 나타낸 것이고, 도 3a의 (2) 및 도 3b의 (2)은 장축 방향 편광모드, 즉 1500±50nm에서의 모드별 유효굴절율 및 맥놀이 길이를 각각 나타낸 것이다.
도 3a의 (1) 및 (2)를 참조하면, 1300±30nm와 1500±50nm에서 각각의 모드별 유효굴절율이 비슷하게 나타난다. 이것은 파장 대역은 다르지만 같은 조건, 예컨대 동일한 PZT를 사용하는 경우에도 두 개의 파장 대역에서 모드 결합이 일어나게 되는 것을 의미한다.
그리고, 도 3b의 (1) 및 (2)를 참조하면, 각각의 파장 대역, 즉 1300±30nm또는 1500±50nm에서 맥놀이 길이의 분산이 최소로 나타나고 있다. 이것은 각각의 파장 대역 전체에 걸쳐서 모드가 결합됐음을 의미한다. 즉, 각각의 파장 대역에서 평탄한 대역폭을 가지게 된다.
도 3a 및 도 3b의 특성을 나타내는 광섬유는 시뮬레이션에 의해 단축의 직경이 3.7㎛이고, 장축의 직경이 4.25㎛로 나타났다. 따라서, 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비는 1.1486이었다.
이와 같은 타원코어 이중모드 광섬유를 이용한 음향 광학 가변 필터의 전단에 편광기를 설치하고, 상기 음향 광학 가변 필터의 후단에 모드 제거기를 설치하여 광대역 감쇄기를 구성하여 스펙트럼을 조사한 결과 1300nm와 1500nm 파장 대역에서 평탄한 감쇄가 나타났다.
[실시예 2]
본 발명의 C밴드 및 L밴드 파장 대역을 가지는 타원코어 이중모드 광섬유에 있어서 도 4a는 단축 방향 및 장축 방향 편광모드에서의 모드별 유효굴절율을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 타원코어 이중모드 광섬유에 있어서 편광별 맥놀이 길이를 나타낸 그래프이다. 도 4a의 (1) 및 도 4b의 (1)은 단축 방향 편광모드, 즉 C밴드에서의 모드별 유효굴절율 및 맥놀이 길이를 각각 나타낸 것이고, 도 4a의 (2) 및 도 4b의 (2)은 장축 방향 편광모드, 즉 L밴드에서의 모드별 유효굴절율 및 맥놀이 길이를 각각 나타낸 것이다.
도 4a의 (1) 및 (2)를 참조하면, C밴드와 L밴드에서 각각의 모드별 유효굴절율이 비슷하게 나타난다. 이것은 파장 대역은 다르지만 같은 조건하에서 모드 결합이 일어나게 됨을 말한다.
그리고, 도 4b의 (1) 및 (2)를 참조하면, 각각의 파장 대역에서, 즉 1530∼1562nm 또는 1574∼1605nm에서 맥놀이 길이 분산이 매우 작게 나타난다. 이것은 각각의 파장 대역 전체에 걸쳐서 모드가 결합됐음을 의미한다. 즉, 각각의 파장 대역에서 평탄한 대역폭을 가지게 된다.
도 3a 및 도 3b의 특성을 나타내는 광섬유는 시뮬레이션에 의해 단축의 직경이 4.05㎛이고, 장축의 직경이 4.5㎛로 나타났다. 따라서, 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비는 1.111이었다.
이와 같은 타원코어 이중모드 광섬유를 이용하여 실시예 1과 같이 광대역 감쇄기를 구성하여 스펙트럼을 조사한 결과 1300nm와 1500nm에서 평탄한 감쇄가 나타나는 것을 볼 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 타원코어 이중모드 광섬유 및 이를 이용한 음향 광학 가변 필터에 의하면, 타원형 코어의 비대칭 구조로 인한 편광 특성을 이용하여 코어의 장축과 단축의 직경을 조절하면 광통신의 1300nm 대역과 1500nm 대역에서 작동하는 광대역 감쇄기를 구현할 수 있으며, 어븀첨가 광섬유 증폭기(Erbuim doped fiber amplifier)의 이득 대역 중 일반 대역인 C밴드와 장파장 대역인 L밴드에서 작동하는 광대역 감쇄기를 구현할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (5)

  1. 광섬유의 코어에 있어서 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.14∼1.15이며, 1300±30nm 및 1500±50nm의 파장대역에서 상기 장축과 상기 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인 것을 특징으로 하는 타원코어 이중모드 광섬유.
  2. 광섬유의 코어에 있어서 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.11∼1.12이며, C밴드 및 L밴드 파장 대역에서 상기 장축과 상기 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인 것을 특징으로 하는 타원코어 이중모드 광섬유.
  3. 광섬유를 이용하는 음향 광학 가변 필터에 있어서,
    상기 광섬유의 코어의 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.14∼1.15이며, 1300±30nm 및 1500±50nm의 파장대역에서 상기 장축과 상기 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인 타원코어 이중모드 광섬유를 이용하는 것을 특징으로 하는 음향 광학 가변 필터.
  4. 광섬유를 이용하는 음향 광학 가변 필터에 있어서,
    상기 광섬유의 코어의 단축의 직경에 대한 장축의 직경의 비율이 1.11∼1.12이며, C밴드 및 L밴드에서 상기 장축과 상기 단축 방향으로 각각 LP01모드와 LP11모드 간의 위상 정합 조건을 만족하며 정규화 주파수가 실질적으로 3인 타원코어 이중모드 광섬유를 이용하는 것을 특징으로 하는 음향 광학 가변 필터.
  5. 제 3항 또는 4항에 있어서, 맥놀이 길이가 200∼600㎛인 것을 특징으로 하는 음향 광학 가변 필터.
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