KR100436850B1 - Dispersion compensation make use of higher order mode optical fiber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고차모드 광섬유를 이용한 분산보상 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광증폭기가 구비된 파장분할 다중화방식 전송시스템의 전송로로 사용하는 단일모드 광섬유의 분산값 및 분산기울기를 동시에 보상하기 위한 분산보상소자에 있어서, 상기 분산보상소자는 단일모드를 고차모드로 변환시키는 제1모드변환기와, 상기 제1모드변환기와 연결되어 누적분산과 분산기울기를 동시에 보상하며 상기모드 특성을 갖는 고차모드 광섬유와, 상기 고차모드 광섬유와 연결되어 고차모드를 단일모드로 변환시키는 제2모드변환기로 구성된다.The present invention relates to a distributed compensation device using a high-order mode optical fiber, and more particularly, to simultaneously compensate dispersion and dispersion slope of a single mode optical fiber used as a transmission path of a wavelength division multiplexed transmission system equipped with an optical amplifier. In the distributed compensation device, the distributed compensation device is connected to the first mode converter for converting a single mode into a higher-order mode, and is connected to the first mode converter to compensate for the cumulative dispersion and dispersion gradient simultaneously. And a second mode converter connected to the high order mode optical fiber having a mode characteristic and converting the high order mode into a single mode.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 전송로로 사용하는 광섬유의 분산 특성에 관계없이 누적 분산과 분산 기울기를 보상하며, 축퇴된 상태(degenerated states)로 인해 발생하는 모드 변환상의 문제가 없게 되며, 서로 다른 분산 및 분산기울기 특성을 갖는 다수의 고차모드 광섬유를 사용하여 분산 보상 가능한 파장대역을 100nm이상 확장 할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to compensate the cumulative dispersion and dispersion slope irrespective of the dispersion characteristics of the optical fiber used as the transmission path, there is no problem in mode conversion caused by degenerated states, It is possible to extend the wavelength band over which dispersion compensation is possible by using a plurality of higher order mode optical fibers having dispersion and dispersion slope characteristics.
Description
본 발명은 고차모드 광섬유를 이용한 분산보상 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고차모드 가운데모드의 분산 특성을 갖게 되며, 다수개의 광섬유를 동시에 사용할 수 있게 되는 것에 의하여, 분산 보상 가능한 파장대역을 100nm이상 확장 할 수 있게되는 분산보상 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a distributed compensation device using a high order mode optical fiber, and more particularly, The present invention relates to a dispersion compensating device having a dispersion mode of a mode and being able to use a plurality of optical fibers at the same time, thereby expanding a wavelength band capable of dispersion compensation by 100 nm or more.
일반적으로, 광섬유는 빛의 전송을 목적으로 하는 섬유 모양의 도파관(導波管)을 말하며, 주로 투명도가 좋은 유리로 제조된다.In general, an optical fiber refers to a fiber-shaped waveguide for the purpose of transmitting light, and is mainly made of glass having good transparency.
상기 광섬유에서 발생하는 광신호 에너지의 손실은 에르븀이 첨가된 광섬유 증폭기를 사용하여 효율적으로 보상하는 것에 의하여 초고속 광신호의 장거리 전송이 가능하게 되며, 광섬유의 분산이 초고속 장거리 광통신의 가장 큰 제한 요인이 된다.The loss of the optical signal energy generated in the optical fiber can be efficiently compensated by using an erbium-doped optical fiber amplifier, and the long-distance transmission of the high-speed optical signal is possible. do.
광섬유의 굴절율은 파장에 따라 다른 값을 가지므로 광신호의 주파수 성분들은 서로 다른 군속도를 갖게 된다. 이러한 결과로 광신호는 왜곡되며, 특히 전송 속도가 증가할 수록 이러한 효과는 광전송에 절대적인 영향을 미치게 된다.Since the refractive index of the optical fiber is different depending on the wavelength, the frequency components of the optical signal have different group velocities. As a result, the optical signal is distorted, and as the transmission speed increases, this effect has an absolute effect on the optical transmission.
예를 들면, 광신호의 전송 속도가 10 Gbps 일 때 전송 거리가 60 km이상이 되면 광신호는 왜곡되어 양질의 광전송을 하기 어렵게 되며, 초고속 장거리 광통신을 위해서는 광섬유 분산을 보상할 수 있어야 한다.For example, when the transmission distance of the optical signal is 10 Gbps, when the transmission distance is more than 60 km, the optical signal is distorted, making it difficult to perform high-quality optical transmission, and the optical fiber dispersion must be compensated for the high speed long distance optical communication.
광섬유의 분산을 보상하는 방법은 크게 송신단에서 보상하는 방법과 광섬유에서 보상하는 방법, 그리고 수신단에서 보상하는 방법 등으로 세 가지로 분류할 수 있다.Compensation of optical fiber dispersion can be classified into three types: compensation at the transmitting end, compensation at the optical fiber, and compensation at the receiving end.
상기 광섬유에서 보상하는 방법으로는, 광섬유의 굴절율 분포를 바꾸어 도파로 분산을 크게 하여 단일 모드 광섬유의 색분산을 보상하게 되는 방법이 사용된다.As a method for compensating the optical fiber, a method of compensating color dispersion of a single mode optical fiber by changing the refractive index distribution of the optical fiber to increase waveguide dispersion is used.
상기에서 본 발명과 관련된 종래 기술인 광섬유에 대한 분산 보상법에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.The dispersion compensation method for the conventional optical fiber according to the present invention will be described with reference to the drawings.
도1은 1520-1630nm 파장구간에서 일반 단일모드 광섬유의 분산특성을 도시하였으며, 도2는 1520-1630nm 파장구간에서 일반 단일모드 광섬유의 100km 누적분산 특성을 도시하였다.FIG. 1 shows the dispersion characteristics of a general single mode optical fiber in the wavelength range of 1520-1630 nm, and FIG. 2 shows the 100 km cumulative dispersion characteristics of the general single mode optical fiber in the wavelength range of 1520-1630 nm.
파장 분할 다중화 전송 시스템에서 전송로로 사용하는 광섬유의 분산 D (ps/nm-km)으로 인한 전송 신호 왜곡은 전송속도 B(Gb/s), 전송거리 L(km)에 따라 다르며,를 만족할 경우 eye clousure penalty가 1dB 정도로 전송 가능하다.Transmission signal distortion due to dispersion D (ps / nm-km) of optical fiber used as transmission path in wavelength division multiplexed transmission system depends on transmission speed B (Gb / s) and transmission distance L (km), If it satisfies, eye clousure penalty is about 1dB.
위의 식에 의하면, 전송 속도가 10 Gb/s 일 경우 파장 간 누적 분산 차이가 1040 ps/nm 이하, 40 Gb/s일 경우 65 ps/nm 이하일 때 전송 가능하다.According to the above equation, when the transmission rate is 10 Gb / s, it is possible to transmit when the cumulative dispersion difference between wavelengths is 1040 ps / nm or less, 40 Gb / s less than 65 ps / nm.
상기 eye clousure penalty는 연속된 비트(bit) 전송시, 각 신호에 해당하는 펄스를 겹쳐서 그리면 eye 모양이 되며, 0,1에 해당하는 신호의 파워 차이가 어느 수준 이상으로 작아지는 것에 의하여 에러가 발생하는 것을 방지하기 위하여 두 신호의 파워차이를 특정 수준까지 제한하는 것을 말한다.The eye clousure penalty becomes an eye shape when the pulses corresponding to each signal are overlaid during continuous bit transmission, and an error occurs when the power difference of the signals corresponding to 0 and 1 becomes smaller than a certain level. It limits the power difference between two signals to a certain level in order to prevent it.
이때,정도의 Bit error ratio를 만족하기 위해 1dB eye closure penalty를 적용하게 되며, 상기 eye closure penalty는 아래 식에서도 알 수 있듯이,로 나타낼 수 있으며, 상기 a는 광섬유를 통과하지 않고 수신기에서 측정한 eye opening을 나타내고 b는 광섬유를 통과한 신호에 대한 eye opening이다.At this time, 1dB eye closure penalty is applied to satisfy the bit error ratio, and the eye closure penalty can be seen in the following equation, Where a represents the eye opening measured by the receiver without passing through the optical fiber and b represents the eye opening for the signal passing through the optical fiber.
그리고, 누적분산은 분산 D와 전송거리 L의 곱으로 나타내며, 예를 들어 도1에 도시한 바와 같이, 1550nm 파장에서 분산 D가 17ps/nm-km인 일반 단일 모드 광섬유를 사용하여 100km 전송할 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 1550nm 파장에서 누적분산은 1700ps/nm이다.The cumulative dispersion is expressed as the product of the dispersion D and the transmission distance L. For example, as shown in FIG. 1, when the transmission is 100 km using a general single mode optical fiber having a dispersion D of 17 ps / nm-km at a wavelength of 1550 nm, As shown in FIG. 2, the cumulative dispersion at 1550 nm wavelength is 1700 ps / nm.
전송로의 누적분산은 전송로로 사용하는 광섬유의 분산 특성과 부호가 반대인 분산 특성을 갖는 광섬유를 연결하여 줄일 수 있으며, 상기에서 제시된 단일모드 광섬유에 길이가 17km이고, 1550nm 파장에서 분산이 -100ps/nm-km인 광섬유를 연결할 경우 누적분산은 0ps/nm가 된다.The cumulative dispersion of the transmission path can be reduced by connecting the optical fiber having the dispersion characteristic whose sign is opposite to the dispersion characteristic of the optical fiber used as the transmission path. The single mode optical fiber presented above has a length of 17 km and dispersion at 1550 nm wavelength. If you connect a 100ps / nm-km fiber, the cumulative dispersion is 0ps / nm.
상기에서 전송로의 누적분산을 0ps/nm로 만들기 위해 분산 D의 절대값이 크고, 부호가 음인 분산특성을 갖는 광섬유가 사용되며, 이를 분산보상 광섬유라 한다.In order to make the cumulative dispersion of the transmission path 0ps / nm, an optical fiber having a large dispersion D and having a negative sign is used as a dispersion compensation optical fiber.
파장 분할 다중화 전송 시스템은 하나의 광섬유를 통해 다수의 파장을 전송하므로, 각 파장에서의 누적분산을 일정 수준으로 모두 보상해야 전송신호 왜곡을 줄일 수 있다.Since the wavelength division multiplexing transmission system transmits a plurality of wavelengths through one optical fiber, the cumulative dispersion at each wavelength must be compensated to a certain level to reduce the transmission signal distortion.
특히 전송로로 사용하는 광섬유는 분산 기울기 특성을 가지므로, 단파장대와 장파장대에서의 누적분산 차이를 고려하여 보상할 수 있는 분산보상 광섬유가 필요하다.In particular, since the optical fiber used as a transmission path has a dispersion slope characteristic, a distributed compensation optical fiber that can compensate for the difference in cumulative dispersion in the short wavelength band and the long wavelength band is required.
일반 단일 모드 광섬유의 분산 기울기 DS는 도1에 도시된 바와 같이, 1550nm 파장대에서 0.06이므로파장 구간에서 분산 D는이며 100km 전송시 누적분산은 도2에 도시된 바와 같이,가 되어 단파장 1540nm 와 장파장 1560nm 에서의 누적 분산 차이는 120ps/nm가 된다.The dispersion slope DS of a typical single mode optical fiber is 0.06 at 1550 nm wavelength, as shown in FIG. Because of The dispersion D in the wavelength range The cumulative variance at 100 km transmission is shown in Figure 2, The cumulative dispersion difference between short wavelength 1540 nm and long wavelength 1560 nm is 120 ps / nm.
따라서 분산 보상 광섬유가 특정 분산 기울기를 가져 전송로로 사용되는 광섬유의 분산 기울기를 보상하지 않으면 누적 분산 차이가 보상되지 않아 초고속 장거리 전송이 불가능하다.Therefore, unless the dispersion compensation optical fiber has a specific dispersion slope and compensates for the dispersion slope of the optical fiber used as a transmission path, the cumulative dispersion difference is not compensated, and thus high speed long distance transmission is impossible.
일반적으로 전송로로 사용되는 광섬유와 분산보상 광섬유의 RDS(Relative Dispersion Slope)가 일치할 경우 분산 기울기 보상이 가능하며, 상기 RDS는 분산 D를 분산 기울기 DS로 나눈 값이다.In general, when the RDS (Relative Dispersion Slope) of the optical fiber used as the transmission path and the dispersion compensation fiber coincide, dispersion slope compensation is possible, and the RDS is a value obtained by dividing the dispersion D by the dispersion slope DS.
예를 들어 일반 단일 모드 광섬유의 경우 1550nm 파장대에서 RDS가 283.3nm 이므로, 분산 보상 광섬유의 분산이 -100ps/nm-km일 경우 분산 기울기는이면 1550nm 파장대에서 분산 기울기 보상이 가능하며, 상기 분산 보상 광섬유의 분산기울기 절대값은 일반 단일 모드 광섬유의 분산 기울기에 비해 6배 정도 큰 값을 갖는다.For example, for a typical single mode fiber, the RDS is 283.3 nm in the 1550 nm wavelength band, so if the dispersion compensation fiber has a dispersion of -100 ps / nm-km, the dispersion slope is In this case, dispersion slope compensation is possible in a wavelength range of 1550 nm, and the absolute value of the dispersion slope of the dispersion compensation optical fiber is about six times larger than the dispersion slope of the general single mode optical fiber.
상기 분산보상 광섬유에서 분산과 분산기울기는 음의 부호를 가지며, 절대값이 크게 되기 위해서는 코어의 비굴절률차를 증가시켜야 하므로, 광섬유 제조시 굴절률을 증가시키는 증착물을 코어내에 다량 증착 시키며, 이 경우, 분산은 증가하나 산란 손실이 증가하고 유효단면적이 감소한다.In the dispersion compensation optical fiber, the dispersion and dispersion slope have a negative sign, and in order to increase the absolute value, the specific refractive index difference of the core must be increased, so that a large amount of deposits that increase the refractive index in manufacturing the optical fiber are deposited in the core. Dispersion increases but scattering losses increase and effective area decreases.
상기에서, 산란 손실이 증가할 경우, 광파워가 감쇄되어 사용길이를 길게 할 수 없으며, 유효 단면적이 감소할 경우 비선형 현상에 의한 문제가 발생한다.In the above, when the scattering loss is increased, the optical power is attenuated so that the use length cannot be lengthened, and when the effective cross-sectional area is decreased, a problem due to nonlinear phenomenon occurs.
상기 비선형 현상은, 광섬유 내 단위 면적당 빛의 파워가 증가하여 발생하므로 광섬유의 유효 단면적을 증가 시킴으로써 억제 할 수 있으며, 일반적으로 유효 단면적의 증가는 구부림 손실의 증가를 가져오므로 두 가지 광특성을 적절하게 조절할 수 있는 광섬유 구조가 필요하다.The nonlinear phenomenon can be suppressed by increasing the effective cross-sectional area of the optical fiber because the power of light per unit area in the optical fiber increases, and in general, the increase in the effective cross-sectional area leads to an increase in bending loss, so that the two optical characteristics are appropriate. There is a need for an adjustable fiber optic structure.
대표적인 비선형 현상인 FWM(Four Wave Mixing)은 서로 다른 파장의 빛이 상호 작용하여 새로운 파장의 빛을 생성하여 광신호를 왜곡하는 것으로 위상 일치 상황인 분산값이 0인 파장부근에서 유효적으로 발생하며, 광증폭 구간인 1550nm 파장대에서 광섬유가 수 ps/nm-km의 분산값을 갖게 되면, FWM은 크게 감소한다.Four Wave Mixing (FWM), a representative nonlinear phenomenon, distorts an optical signal by interacting with light of different wavelengths, effectively generating it near a wavelength with zero dispersion. When the optical fiber has a dispersion value of several ps / nm-km in the wavelength range of 1550 nm, which is an optical amplification period, the FWM is greatly reduced.
기존 일반 단일 모드 광섬유용 분산 보상 광섬유는 1550nm, 파장대에서 분산이 -100ps/nm-km 이고 분산 기울기가로 RDS가 454.5nm로 일반 단일모드 광섬유 RDS 283.3nm 와 차이가 크므로 분산 기울기 보상이 불가능하며, 유효 단면적도로 상당히 작다.Dispersion compensation optical fiber for conventional single-mode fiber is 1550 nm with -100 ps / nm-km dispersion and wavelength RDS is 454.5nm, which is different from general single mode fiber RDS 283.3nm, so dispersion slope compensation is impossible and effective cross-sectional area As fairly small.
최근 분산기울기 보상 문제를 해결할 수 있는 1550nm 파장대에서 분산이 -95 ps/nm-km 이고 분산기울기가로 RDS가 285.7nm인 분산보상 광섬유가 제시되었으나, 유효 단면적이로 상당히 작으므로 비선형 현상이 문제된다.Dispersion is -95 ps / nm-km and dispersion slope in the 1550nm wavelength range that can solve the problem of dispersion slope compensation. A distributed compensation fiber with RDS of 285.7 nm was proposed, but its effective cross-sectional area As it is quite small, nonlinear phenomenon is a problem.
이 외에 국내특허인 출원번호 10-1998-0036042에 서로 다른 분산과 분산 기울기를 갖는 분산보상 광섬유를 일정 길이비로 연결하여 RDS를 조정하는 방법이 제시되었다.In addition, Korean Patent Application No. 10-1998-0036042 has been proposed a method for adjusting the RDS by connecting the dispersion compensation optical fiber having different dispersion and dispersion slope in a certain length ratio.
이 경우 사용하는 광섬유의 수를 증가시킬수록 RDS를 정확히 맞출 수 있으나, 한가지 분산 보상 광섬유를 사용하는 경우와 마찬가지로 전송 시스템의 광파워가 증가할 경우 작은 유효 단면적 때문에 비선형 형상이 문제된다.In this case, the RDS can be accurately matched by increasing the number of optical fibers used. However, as in the case of using one dispersion compensation optical fiber, the nonlinear shape is problematic due to the small effective cross-sectional area when the optical power of the transmission system increases.
상기 문제를 해결하기 위하여 미국특허 US 5,185,827에 고차 모드 광섬유를 사용한 분산 보상 방법이 제시되었으며, 미국특허 US 5,234,016에 분산보상 후의 누적 분산을 최소화 하기 위하여 고차모드 광섬유의 길이를 조정하는 방법이 제시되었다.In order to solve the problem, a dispersion compensation method using a higher-order mode optical fiber has been proposed in US Pat. No. 5,185,827, and a method for adjusting the length of the higher-order mode optical fiber is proposed in US Pat.
일반적으로 고차모드에서 광섬유의 분산은 수백 ps/nm-km이며, 큰 분산 기울기를 가질수 있으며, 유효 단면적이 크므로 비선형 현상 문제없이 분산 보상이 가능하다.In general, in the higher-order mode, the dispersion of the optical fiber is several hundred ps / nm-km, has a large dispersion slope, and the effective cross-sectional area allows the dispersion compensation without the problem of nonlinear phenomenon.
그러나, 상기 미국특허의 경우 고차모드로모드를 사용하며, 상기모드의 경우, 축퇴된 상태(degenerated states)로 인해모드와모드 간의 변환시 문제가 발생하여 분산 보상 특성이 저하된다.However, in the case of the US patent, Mode, and said In the case of modes, due to degenerated states Mode and Problems occur when converting between modes, resulting in poor dispersion compensation characteristics.
상기 축퇴된 상태란 것은, 같은 에너지를 갖는 여러 상(state)이 존재하는 것을 말하며, 당업계에서는 공지된 용어이다.The degenerate state means that there are several states having the same energy, and are known in the art.
그리고, 잡음등 외부적 요소에 민감히 반응하는 것에 의하여 다수개의 광섬유를 사용하지 못하고, 하나의 고차모드 광섬유를 사용하게 되었으며, 이로 인하여 분산보상 가능한 파장대역이 50nm 정도로 제한된다.In addition, by sensitively reacting to external factors such as noise, a plurality of optical fibers cannot be used, and a single high-order mode optical fiber is used, thereby limiting the wavelength band of dispersion compensation to about 50 nm.
상기 열거된 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기존의모드를 사용한 분산보상 광섬유보다 산란손실이 감소되며 유효단면적과 분산과 분산기울기가 증가된 고차모드 광섬유를 이용한 분산보상 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above-listed problems is It is to provide a scattering compensation device using a higher order mode optical fiber which has less scattering loss and more effective cross-sectional area, dispersion and dispersion slope than the dispersion compensation fiber using mode.
그리고, 고차모드인모드에서 발생되는 축퇴된 상태로 인해 발생되는모드와모드 간의 모드 변환시 문제가 발생하여 분산보상 특성이 저하되는 문제점을 해결하기 위한 고차모드 광섬유를 이용한 분산보상 소자를 제공하는 것이다.And in higher order mode Caused by a degenerate state that occurs in Mode and It is to provide a distributed compensation device using a high-order mode optical fiber to solve the problem that the problem occurs during mode conversion between modes, the dispersion compensation characteristics are deteriorated.
그리고, 고차모드인모드를 분산보상 소자로 사용시, 분산 보상 가능한 파장대역이 제한되는 문제점을 해결하기 위한 고차모드 광섬유를 이용한 분산보상소자를 제공하는 것이다.And in higher order mode The present invention provides a dispersion compensator using a higher-order mode optical fiber for solving a problem in which a wavelength band capable of dispersion compensation is limited when the mode is used as a dispersion compensator.
도 1은 1520-1630 nm 파장구간에서 일반 단일모드 광섬유의 분산특성을 도시한 그래프.1 is a graph showing dispersion characteristics of a general single mode optical fiber in a wavelength range of 1520-1630 nm.
도 2는 1520-1630 nm 파장구간에서 일반 단일모드 광섬유의 100km 누적분산 특성을 도시한 그래프.2 is a graph showing the 100 km cumulative dispersion characteristics of a general single mode optical fiber in the wavelength range of 1520-1630 nm.
도 3은 본 발명 실시예에 의한 파장분할 시스템에서모드에 의한 분산보상 소자의 장착위치를 도시한 블록도.3 is a wavelength division system according to an embodiment of the present invention. A block diagram showing the mounting position of the distributed compensation element in the mode.
도 4는 본 발명 실시예에 의하여 전송로의 누적분산을 보상하기 위한모드 특성을 가지는 세가지 광섬유 DC1, DC2, DC3의 분산 특성을 도시한 그래프.4 is a diagram for compensating for cumulative dispersion of a transmission path according to an embodiment of the present invention. A graph showing the dispersion characteristics of three optical fibers DC1, DC2, and DC3 with mode characteristics.
도 5는 본 발명 실시예에 의하여 누적 분산을 최소화 할수 있는 길이만큼 DC1, DC2, DC3를 사용하여 누적 분산을 보상한 후의 분산특성을 도시한 그래프.5 is a graph illustrating dispersion characteristics after compensating for cumulative dispersion using DC1, DC2, and DC3 as long as the cumulative dispersion can be minimized according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1 : 송신단 3 : 멀티플럭서1: Transmitter 3: Multiplexer
5,13 : 전송로 7 : 제1광증폭기5,13 transmission line 7: first optical amplifier
9 : 분산보상소자 9a : 제1모드변환기9: distributed compensation element 9a: first mode converter
9b : 고차모드광섬유 9c : 제2모드변환기9b: higher order mode optical fiber 9c: second mode converter
11 : 제2광증폭기 15 : 디멀티플럭서11: second optical amplifier 15: demultiplexer
17 : 수신단17: receiving end
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 광증폭기가 구비된 파장분할 다중화방식 전송시스템의 전송로로 사용하는 단일모드 광섬유의 분산값 및 분산기울기를 동시에 보상하기 위한 분산보상소자에 있어서, 상기 분산보상소자는 단일모드를 고차모드로 변환시키는 제1모드변환기와, 상기 제1모드변환기와 연결되어 누적분산과 분산기울기를 동시에 보상하며 상기모드 특성을 갖는 고차모드 광섬유와, 상기 고차모드 광섬유와 연결되어 고차모드를 단일모드로 변환시키는 제2모드변환기로 구성된다.The present invention for achieving the above object, in the dispersion compensation device for compensating the dispersion value and dispersion slope of the single mode optical fiber used as a transmission path of the wavelength division multiplexing transmission system equipped with an optical amplifier, the dispersion compensation device Is a first mode converter for converting a single mode to a higher order mode, and is connected to the first mode converter to simultaneously compensate for cumulative dispersion and dispersion gradients. And a second mode converter connected to the high order mode optical fiber having a mode characteristic and converting the high order mode into a single mode.
바람직하게는, 상기모드의 분산특성을 갖는 분산보상 소자에서, 서로 다른 분산 및 분산 기울기 특성을 가지는모드 광섬유가 적어도 2개 이상 사용된다.Preferably, the In the dispersion compensation device having the dispersion characteristics of the mode, the dispersion and dispersion slope characteristics At least two mode optical fibers are used.
그리고, 상기 전송로의 길이를 l, 전송로의 분산을 D 라고 할때 누적분산 lD를 보상하기 위해 상기모드의 분산 특성이인 광섬유를를 만족하도록길이비로 사용됨을 특징으로 한다.In order to compensate for the cumulative dispersion lD when the length of the transmission path is l and the distribution of the transmission path is D, Mode's distribution characteristics Optical fiber To satisfy Characterized in that it is used in the ratio of length.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 전송로로 사용하는 광섬유의 분산 특성에 관계없이 누적 분산과 분산 기울기를 보상하며, 축퇴된 상태(degenerated states)로 인해 발생하는 모드 변환상의 문제가 없게 되며, 서로 다른 분산 및 분산기울기 특성을 갖는 다수의 고차모드 광섬유를 사용하여 분산 보상 가능한 파장대역을 100nm이상 확장 할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to compensate the cumulative dispersion and dispersion slope irrespective of the dispersion characteristics of the optical fiber used as the transmission path, there is no problem in mode conversion caused by degenerated states, It is possible to extend the wavelength band over which dispersion compensation is possible by using a plurality of higher order mode optical fibers having dispersion and dispersion slope characteristics.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3에 도시된 바와 같이, 송신단(1)에서 나온 다수의 광신호는 멀티플렉서(3)를 통해 합쳐진 후 전송로(5)를 통해 진행하게 되며, 일정 길이만큼 상기 전송로(5)를 따라 진행한 광신호는 손실로 인해 신호의 세기가 작아지게 된다.As shown in FIG. 3, a plurality of optical signals from the transmitter 1 are combined through the multiplexer 3 and then proceed through the transmission path 5, and travel along the transmission path 5 by a predetermined length. Loss of an optical signal causes the signal strength to be reduced.
상기 약해진 광신호는 제1광증폭기(7)에 들어가 세기를 크게 한 후, 본 발명 실시예에 의한 분산보상소자(9)를 통과하면서 분산과 분산기울기가 보상되며, 상기 보상된 광신호는 제2광증폭기(11)를 통과하며 다시 세지게 되어 전송로(13)를 통과하여 진행한 후, 디멀티플렉서(15)를 통해 분리되어 수신단(17)에 도달한다.After the weakened optical signal enters the first optical amplifier 7 to increase the intensity, the weakened optical signal passes through the dispersion compensating element 9 according to the embodiment of the present invention, and dispersion and dispersion slope are compensated. After passing through the two optical amplifiers 11, they are washed again and passed through the transmission path 13, and then separated through the demultiplexer 15 to reach the receiving end 17.
상기 분산보상소자(9)는 상기 제1광증폭기(7)를 나온 단일모드를 고차모드로 변환시키는 제1모드변환기(9a)와, 상기 제1모드변환기(9a)를 통하여 변환된 광신호의 누적분산과 분산기울기를 동시에 보상하며모드 특성을 가지는 고차모드 광섬유(9b)와, 상기 고차모드 광섬유(9b)와 연결되어 고차모드를 단일모드로 변환시키는 제2모드변환기(9c)로 구성된다.The dispersion compensator 9 includes a first mode converter 9a for converting a single mode from the first optical amplifier 7 into a higher order mode, and an optical signal converted through the first mode converter 9a. Compensate cumulative dispersion and dispersion slope at the same time And a second mode converter 9c connected to the higher mode optical fiber 9b to convert the higher mode into a single mode.
상기 본 발명 실시예에 의한 고차모드인모드의 특성에 대하여 설명하기로 한다.In the higher order mode according to the embodiment of the present invention The characteristics of the mode will be described.
상기 전송로(5)인 광섬유를 지나는 광신호의 단위 거리당 파장간 도달시간 차이를 분산 D라고 하며 단위는 ps/nm-km이고, 특정 파장의 광신호가 매질을 거리 L만큼 진행할 때 도달시간는 아래 식 (1)과 같이 나타낼수 있다.The difference in arrival time between wavelengths per unit distance of the optical signal passing through the optical fiber, which is the transmission path 5, is called dispersion D. The unit is ps / nm-km, and the arrival time when the optical signal of a specific wavelength travels the medium by the distance L. Can be expressed as Equation (1) below.
식 (1) : Equation (1):
상기 식 (1)에서 L은 진행거리,은 매질 내 진행속도,은 유효 굴절률, c는 빛의 속도이며, 상기 유효굴절률은 아래 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.In Equation (1), L is the traveling distance, Is the rate of progress in the medium, Is the effective refractive index, c is the speed of light, and the effective refractive index Can be expressed as in Equation (2) below.
식 (2) : Equation (2):
상기 식 (2)에서 n은 굴절률이며,는 파장을 나타내며, 분산D는 파장에 따른 도달시간의 변화로 아래 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다.In formula (2) n is the refractive index, Is the wavelength, and D is the arrival time according to the wavelength. Can be expressed as in Equation (3) below.
식 (3) : Equation (3):
식 (4) : Equation (4):
식 (5) : Equation (5):
상기 식 (4)와 같이 파장의 4차 함수로 나타낸 경우 분산 D는 식 (3)에 의해 파장의 2차함수로 나타낼 수 있으며, 전송로로 사용하는 광섬유의 굴절률은 식 (4)와 같이 나타낼 경우, 분산특성은 식 (5)와 같이 나타낼수 있다.When expressed as a quadratic function of the wavelength as shown in Equation (4), the dispersion D can be represented by the second function of the wavelength according to Equation (3), and the refractive index of the optical fiber used as the transmission path is represented by Equation (4). In this case, the dispersion characteristic can be expressed as in Equation (5).
만약, 분산보상용 광섬유의 특성이 식 (5)와 동일하면서 분산 부호가 반대일 경우 사용하는 파장대에서 누적 분산의 차이를 최소화 할 수 있으며, 식 (5)와 같은 분산 특성을 갖는 광섬유는 다수의 광섬유를 연결하여 얻을 수 있다.If the dispersion compensation optical fiber has the same characteristics as Eq. (5) and the dispersion code is opposite, the difference in cumulative dispersion can be minimized in the wavelength band used. Can be obtained by connecting optical fibers.
상기 식 (5)를 적용한 세 종류의 광섬유의 실시예를 아래 식 (6-1)과 식 (6-2), 그리고 식 (6-3)으로 나타낼 수 있으며, 이를 도 4에 도시하였다.An embodiment of three kinds of optical fibers to which Equation (5) is applied may be represented by Equation (6-1), Equation (6-2), and Equation (6-3) below, which are illustrated in FIG. 4.
식 (6-1): Equation (6-1):
식 (6-2): Equation (6-2):
식 (6-3): Equation (6-3):
상기 식 (5)와 같은 분산 특성을 갖는 광섬유를 사용하여 거리 l만큼 전송할 경우 누적분산을 보상하기 위한 광섬유의 길이는 아래 식 (7)에 의하여 결정된다.When the distance l is transmitted using an optical fiber having a dispersion characteristic as in Equation (5), the length of the optical fiber for compensating for the cumulative dispersion is determined by Equation (7) below.
식 (7): Equation (7):
상기 식 (7)을 만족하는 다수의 고차모드 광섬유는 상기 제1모드변환기(9a)와 제2모드변환기(9c) 사이에 설치되며, 분산 특성이 상기 식(5)를 만족하는 광섬유를 거리만큼 진행한 후 상기 제1모드변환기(9a)를 거쳐 고차모드로 변환된다.A plurality of higher-order mode optical fibers satisfying Equation (7) are provided between the first mode converter 9a and the second mode converter 9c, and the dispersion characteristics of the optical fibers satisfying Equation (5) are distanced. After the advance, the first mode converter 9a is converted into the higher order mode.
그리고, 분산 특성이 식 (6-1), 식 (6-2), 식 (6-3)인 광섬유를 상기 식 (7)을 만족하는 거리만큼 진행한 후, 다시 제2모드변환기(9c)를 거쳐모드로 변환되며, 변환된모드의 누적 분산은 도 5에 도시된 바와 같이, 거의0의 값을 갖게된다.And the dispersion | distribution characteristics satisfy | fill the said Formula (7) with the optical fiber of Formula (6-1), Formula (6-2), and Formula (6-3). After as long as the second mode converter (9c) Mode, converted The cumulative variance of the modes has a value of almost zero, as shown in FIG.
상기한 바와 같이, 본 발명 실시예에 의한모드인 고차모드 광섬유를 도3에 도시된 분산보상소자(9)에 사용하는 것에 의하여 전송로(13)를 흐르는 광신호는 도5에 도시된 바와 같은 누적특성을 갖게된다.As described above, according to the embodiment of the present invention By using the mode higher order mode optical fiber in the dispersion compensation element 9 shown in FIG. 3, the optical signal flowing through the transmission path 13 has a cumulative characteristic as shown in FIG.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 종래모드를 사용한 분산보상 광섬유에 비해 손실이 작으므로, 광증폭기(7,11)의 수를 줄일 수 있게 되어 설치비를 절감할 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, Since the loss is smaller than that of the distributed compensation optical fiber using the mode, the number of the optical amplifiers 7 and 11 can be reduced, thereby reducing the installation cost.
그리고, 유효단면적이 커서 비선형성에 강하므로 큰 파워의 증폭기 후단에 설치할 수 있으며, 축퇴현상이 없어 잡음 등 외부 환경에 영향을 잘 받지 않기에 다수개의모드 특성의 광섬유를 동시 사용할 수 있게 되어, 분산보상 가능한 파장대역을 확장하게 된다.In addition, since the effective area is large, it is strong in nonlinearity, so it can be installed at the rear of the amplifier with a large power. Since there is no degeneracy phenomenon, it is not affected by external environment such as noise. The optical fiber having the mode characteristic can be used simultaneously, thereby extending the wavelength band capable of dispersion compensation.
상기 본 발명 실시예에서, 전송로(5,13)로 사용되는 광섬유를 일반 단일모드 광섬유를 사용하였으나, 이는 실시예에 의한 것일뿐 다른 분산과 분산기울기 특성을 갖는 광섬유를 사용하더라도 동일한 방식의 누적 분산으로 보상할 수 있다.In the above embodiment of the present invention, the optical fiber used as the transmission paths 5 and 13 is used as a general single mode optical fiber, but this is based on the embodiment, even if the optical fiber having different dispersion and dispersion slope characteristics is used. Dispersion can be compensated for.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 다른 분산과 분산 기울기 특성을 가지는, 고차모드 광섬유(9b)인,,는 도 5에 도시된 바와 같이, 일반 단일모드 광섬유 100km의 누적분산을 보상하기 위해 일례로 사용되었으며, 전송로(5,13)의 분산과 기울기 특성에 따라 다양한 고차모드 광섬유가 사용될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4, the higher order mode optical fiber 9b having different dispersion and dispersion slope characteristics is , , As shown in Figure 5, was used as an example to compensate for the cumulative dispersion of 100km of the general single-mode fiber, various high-order mode optical fiber can be used according to the dispersion and the slope characteristics of the transmission path (5, 13).
그리고, 본 발명 실시예에 의한모드 특성을 가지는 분산보상 소자(9)는 도3에 도시된 바와 같이, 반드시 광증폭기(7,11) 사이에 설치될 필요 없이, 다른 위치에도 설치될 수 있다.And, according to the embodiment of the present invention The dispersion compensating element 9 having the mode characteristic may be installed in other positions without necessarily being installed between the optical amplifiers 7, 11, as shown in FIG.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 고차모드 광섬유를 이용한 분산보상 소자에 의하면, 기존의모드를 사용한 분산보상 광섬유보다 산란손실이 감소되며 유효단면적이 증가되어 분산과 분산기울기가 증가된 고차모드 광섬유를 이용한 분산보상 소자를 제공하여 초고속 장거리 전송이 가능하게 되도록 하는 효과를 제공하게 된다.As described above, according to the dispersion compensation device using the high-order mode optical fiber according to the present invention, The scattering loss is reduced and the effective area is increased compared to the distributed compensation fiber using the mode, and the dispersion compensation device using the high-order mode fiber with the increased dispersion and the slope is provided to provide the effect of enabling the high speed long distance transmission.
그리고, 축퇴되어 있지 않은 고차모드인모드를 분산보상 소자로 사용하는것에 의하여 축퇴된 상태로모드와모드 간의 모드 변환시 발생하는 분산보상 특성이 저하되지 않게 되어 신뢰성이 향상되는 효과를 제공하게 된다.And the higher order mode that is not degenerate Degenerate by using the mode as a distributed compensation element Mode and The dispersion compensation characteristic generated during the mode conversion between modes is not degraded, thereby providing an effect of improving reliability.
그리고,모드의 특성을 가지며 서로 다른 분산과 분산기울기 특성을 갖는 다수의 고차모드 광섬유의 사용에 의하여 분산 보상 가능한 파장대역을 확대할수 있게 되는 효과를 제공하게 된다.And, The use of a plurality of higher order mode optical fibers having mode characteristics and having different dispersion and dispersion slope characteristics can provide an effect of expanding a wavelength band capable of dispersion compensation.
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