KR100438814B1 - Chirping parameter measurement apparatus of light modulator using dispersion compensation fiber module, especially by controlling chirping parameter of light modulator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분산보상광섬유모듈을 이용한 광변조기의 처핑값 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring chirping values of an optical modulator using a distributed compensation optical fiber module.
광섬유의 색분산은 광섬유에서의 군속도가 파장에 따라 다르기 때문에 생기는 현상으로 광 펄스가 진행하면서 펄스폭이 넓어지는 정도를 나타낸다. 전송한 데이터의 펄스폭이 넓어지면 내부부호 간섭(Intersymbol Interference)이 발생함으로써 데이터 검출의 에러 요인이 되고 있다. 또한, 송신부의 신호 변조시 발생하는 처핑에 의한 발진 선폭의 증대는 광섬유를 통과하면서 색분산의 영향을 증대시켜 전송 거리를 제한하는 요인이 되고 있다. 그러나 변조기에 인가되는 바이어스(bias) 전압에 따라 변조기의 처핑값을 조절함으로써 전송거리를 최대한 확장하는 것이 가능하다.Color dispersion of the optical fiber is a phenomenon caused by the group speed in the optical fiber depending on the wavelength and indicates the degree of widening of the pulse width as the optical pulse progresses. When the pulse width of the transmitted data becomes wider, intersymbol interference occurs, which causes error in data detection. In addition, the increase in the oscillation line width due to the chirp generated during signal modulation of the transmitter increases the influence of color dispersion while passing through the optical fiber, thereby limiting the transmission distance. However, it is possible to extend the transmission distance as much as possible by adjusting the chirping value of the modulator according to the bias voltage applied to the modulator.
광변조기의 처핑값 측정을 위한 종래의 기술로는 광변조기에 소신호의 정현파 신호를 인가한 상태에서 광변조기의 출력신호를 광증폭기와 단일모드 광섬유를 지나도록 함으로서 주파수 영역에서 공진피크가 발생하도록 하는 소신호 해석법을 사용하여 왔다.Conventional techniques for measuring the chirping value of an optical modulator include generating a resonance peak in a frequency domain by passing an output signal of the optical modulator through an optical amplifier and a single mode optical fiber while a small signal sinusoidal signal is applied to the optical modulator. The small signal analysis method has been used.
도 1은 종래의 처핑값 측정 장치의 개략적 구성을 나타내는 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 처핑값 측정장치는 광원으로서 레이저 다이오드(1), 단일 모드 광섬유(Single Mode fiber)(2), 편광 조절기(3), 편광 모드 광섬유(Polarized Mode fiber)(4), 외부광 변조기(5), 광증폭기(6), 단일모드 광섬유(7), 광전변환기(8), DC 전원(9), DC 바이어스 선택 필터(10), DC차단 접지 회로(11) 및 회로망 분석기(12)로 구성되어 있다. 레이저 다이오드(1)에서 방출된 광출력 신호는 단일모드 광섬유(2)를 거쳐 편광조절기(3)에 입사된다. 편광 조절기(3)에 의해 편광조절된 광신호는 편광모드 광섬유(4)에 의해 특정 편광 성분만 선택되어 광변조기(5)의 광입력단자로 입력된다. 또한, 광변조기(5)의 rf단자에는 회로망 분석기(network analyzer)(12)의 주파수 발생기로부터 수MHz에서 20GHz정도의 소신호의 정현파 신호가 인가된다. 또한 광변조기(5)의 광출력 신호를 광증폭기(6)로 증폭하여 단일모드 광섬유(7)에 인가하고, 단일모드 광섬유(7)에서 분산시켜 광전 변환기(8)를 통해 다시 회로망 분석기(12)로 인가되도록 구성되어 있다. 이러한 측정 장치에 사용되는 80~100km 길이의 광섬유(7)는 분산을 발생시키는 분산매질로 사용되며 단일모드 광섬유의 분산값이 17ps/km/nm 이므로 80~100km의 경우 분산값은 1360~1700ps/nm 정도이다. 또한 단일모드 광섬유의 전송 손실이 0.2dB/km로 광섬유를 통과한 후의 신호가 매우 미약하게 되어 광증폭기(6)를 사용하여 증폭해야 하는 단점이 있다. 광증폭기(6)를 사용하는 경우 광증폭기(6)의 광스펙트럼이 흔들리게 되어 공진 피크점들의 흔들림이 상대적으로 크게 발생되어 공진 피크점을 측정하는 것이 광변조기의 종류에 따라 정확도가 떨어지는 단점이 있다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional chirping value measuring device. As shown, a conventional chirping value measuring device is a laser diode (1), a single mode fiber (2), a polarization controller (3), a polarized mode fiber (Polarized Mode fiber) (4), External light modulator (5), optical amplifier (6), single mode fiber (7), photoelectric converter (8), DC power supply (9), DC bias select filter (10), DC blocking ground circuit (11) and network analyzer It consists of 12. The light output signal emitted from the laser diode 1 is incident on the polarization controller 3 via the single mode optical fiber 2. The optical signal polarized by the polarization controller 3 is selected by the polarization mode optical fiber 4 and is input to the optical input terminal of the optical modulator 5 by selecting only a specific polarization component. Further, a small signal sine wave signal of about several MHz to about 20 GHz is applied to the rf terminal of the optical modulator 5 from the frequency generator of the network analyzer 12. In addition, the optical output signal of the optical modulator 5 is amplified by the optical amplifier 6 and applied to the single mode optical fiber 7, dispersed in the single mode optical fiber 7, and then re-circulated through the photoelectric converter 8 through the network analyzer 12. It is configured to be applied. The optical fiber (7) of 80 to 100km length used in such a measuring device is used as a dispersion medium to generate dispersion. Since the dispersion value of single mode optical fiber is 17ps / km / nm, the dispersion value is 1360 ~ 1700ps / nm is about. In addition, since the transmission loss of the single mode optical fiber is 0.2dB / km, the signal after passing through the optical fiber is very weak, and has to be amplified using the optical amplifier 6. In the case of using the optical amplifier (6), the optical spectrum of the optical amplifier (6) is shaken, the vibration of the resonance peak points are relatively large, and measuring the resonance peak point has a disadvantage of inferior accuracy depending on the type of optical modulator. have.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 변조기에 인가되는 바이어스(bias) 전압에 따라 변조기의 처핑값을 조절함으로써 전송거리를 최대한 확장하는데에 필요한 변조기의 처핑값을 측정하기 위한 분산보상광섬유모듈을 이용한 광변조기의 처핑값 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and the dispersion compensation for measuring the chirping value of the modulator required to maximize the transmission distance by adjusting the chirping value of the modulator according to the bias voltage applied to the modulator. An object of the present invention is to provide a chirping value measuring apparatus for an optical modulator using an optical fiber module.
도 1은 종래의 처핑값 측정 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도,1 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional chirping value measuring apparatus;
도 2는 본 발명에 따른 처핑값 측정 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도,2 is a block diagram showing a schematic configuration of a chirping value measuring device according to the present invention;
도 3은 도 2의 분산보상 광섬유 모듈을 통과한 후의 공진피크를 측정한 그래프,3 is a graph measuring the resonance peak after passing through the dispersion compensation optical fiber module of FIG.
그리고 도 4는 인가 전압에 따른 처핑값의 변화를 측정한 그래프이다.4 is a graph measuring a change in chirping value according to an applied voltage.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1. 레이저 다이오드(1) 2. 단일 모드 광섬유(Single Mode fiber)1. Laser Diode (1) 2. Single Mode Fiber
3. 편광 조절기 4. 편광 모드 광섬유(Polarized Mode fiber)3. Polarization Controller 4. Polarized Mode Fiber
5. 외부광 변조기 6. 광증폭기5. External light modulator 6. Optical amplifier
7. 단일모드 광섬유 8. 광전변환기7. single mode fiber 8. photoelectric converter
9. DC 전원 10. DC 바이어스 선택 필터9. DC power supply 10. DC bias selection filter
11. DC차단 접지 회로 12. 회로망 분석기11. DC blocking ground circuit 12. Network analyzer
21. 레이저 다이오드(1) 22. 단일 모드 광섬유(Single Mode fiber)21. Laser diode (1) 22. Single mode fiber
23. 편광 조절기 24. 편광 모드 광섬유(Polarized Mode fiber)23. Polarization Controller 24. Polarized Mode Fiber
25. 외부광 변조기 26. 광증폭기25. External light modulator 26. Optical amplifier
28. 광전변환기 29. DC 전원28. Photoelectric Converter 29. DC Power
30. DC 바이어스 선택 필터 31. DC차단 접지 회로30. DC bias select filter 31. DC blocking ground circuit
32. 회로망 분석기32. Network Analyzer
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분산보상광섬유모듈을 이용한 광변조기의 처핑값 측정 장치는, 단일모드의 광신호를 방출하는 광원; 상기 단일모드 광신호를 소정의 거리 이상을 전송하는 단일모드 광섬유; 상기 단일모드 광섬유로부터의 단일모드 광신호로부터 소정 편광 성분만을 선택적으로 선택하는 광편광 조절기; 소정의 DC 바이어스 전압을 제공하기 위한 DC 전원; 상기 DC 바이어스 전압 및 소정 주파수의 소신호 정현파 신호를 인가받아 상기 편광조절기로부터 선택되어 입사되는 편광성분의 광신호를 변조하는 광 변조기; 상기 단일모드광섬유에 의해 발생되는 분산을 보상하는 분산보상광섬유모듈; 상기 분산보상광섬유모듈로부터의 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광전변환기; 및 상기 광전변환기로부터의 전기적 신호를 분석하여 상기 소정 주파수의 소신호 정현파 신호를 상기 광변조기의 고주파 단자에 제공하는 회로망 분석기;를 구비한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a chirping value measuring apparatus for an optical modulator using a distributed compensation optical fiber module according to the present invention includes a light source for emitting an optical signal in a single mode; A single mode optical fiber transmitting the single mode optical signal more than a predetermined distance; An optical polarization controller for selectively selecting only a predetermined polarization component from the single mode optical signal from the single mode optical fiber; A DC power supply for providing a predetermined DC bias voltage; An optical modulator receiving the DC bias voltage and a small signal sinusoidal signal having a predetermined frequency and modulating an optical signal having a polarization component selected by the polarization controller; A dispersion compensation optical fiber module for compensating for dispersion caused by the single mode optical fiber; A photoelectric converter converting the optical signal from the distributed compensation optical fiber module into an electrical signal; And a network analyzer for analyzing the electrical signal from the photoelectric converter and providing a small signal sine wave signal of the predetermined frequency to the high frequency terminal of the optical modulator.
본 발명에 있어서, 상기 소신호의 정현파 신호는 수MHz에서 20GHz 범위의 주파수를 가지며, 상기 분산보상광섬유모듈의 분산값은 -1405ps/nm 이고, 전송 손실은 9dB인 것이 바람직하다.In the present invention, the sine wave signal of the small signal has a frequency in the range of several MHz to 20 GHz, the dispersion value of the dispersion compensation optical fiber module is -1405ps / nm, the transmission loss is preferably 9dB.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 분산보상광섬유모듈을 이용한 광변조기의 처핑값 측정 장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a chirping value measuring device of an optical modulator using the distributed compensation optical fiber module according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 처핑값 측정 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분산보상모듈을 이용한 광변조기의 처핑값 측정 장치는 레이저 다이오드(21), 단일 모드 광섬유(Single Mode fiber)(22), 편광 조절기(23), 편광 모드 광섬유(Polarized Mode fiber)(24), 외부광 변조기(25), 분산보상모듈(26), 광전변환기(28), DC 전원(29), DC 바이어스 선택 필터(30), DC차단 접지 회로(31) 및 회로망 분석기(32)로 구성된다. 레이저 다이오드(21)에서 방출된 광출력 신호는 단일모드 광섬유(22)를 거쳐 편광조절기(23)에 입사된다. 편광 조절기(23)에 의해 편광조절된 광신호는 편광모드 광섬유(24)에 의해 특정 편광 성분만 선택되어 광변조기(25)의 광입력단자로 입력된다. 또한, 광변조기(25)의 rf단자에는 회로망 분석기(network analyzer)(32)의 주파수 발생기로부터 수MHz에서 20GHz정도의 소신호의 정현파 신호가 인가된다. 또한 광변조기(25)의 광출력 신호를 80km의 단일모드광섬유에 의해 발생되는 분산을 보상하는 분산보상광섬유(DCF)모듈(26)에 인가하고, 분산보상광섬유모듈(26)의 광출력신호는 광전 변환기(28)를 통해 다시 회로망 분석기(32)로 인가되도록 구성된다. 이 때 사용된 분산보상모듈(26)의 분산값은 약 -1405ps/nm로 80km의 단일모드광섬유(1360ps/nm)의 경우와 유사한 분산값을 가지며, 전송 손실에 있어서 분산보상모듈(26)은 약 9dB로 단일모드광섬유의 약16dB에 비해 상대적으로 손실이 적다. 따라서, 광증폭기를 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.2 is a block diagram showing a schematic configuration of a chirping value measuring device according to the present invention. As shown, the chirping value measuring apparatus of the optical modulator using the dispersion compensation module according to the present invention is a laser diode 21, a single mode fiber 22, a polarization controller 23, a polarization mode optical fiber ( Polarized Mode fiber) 24, external light modulator 25, distributed compensation module 26, photoelectric converter 28, DC power supply 29, DC bias select filter 30, DC blocking ground circuit 31 and It consists of a network analyzer 32. The light output signal emitted from the laser diode 21 is incident on the polarization controller 23 via the single mode optical fiber 22. The optical signal polarized by the polarization controller 23 is selected by the polarization mode optical fiber 24 only the specific polarization component is input to the optical input terminal of the optical modulator 25. Further, a small signal sine wave signal of about several MHz to about 20 GHz is applied to the rf terminal of the optical modulator 25 from the frequency generator of the network analyzer 32. In addition, the optical output signal of the optical modulator 25 is applied to the distributed compensation optical fiber (DCF) module 26 to compensate for the dispersion caused by the 80km single mode optical fiber, the optical output signal of the distributed compensation optical fiber module 26 It is configured to be applied back to the network analyzer 32 via the photoelectric converter 28. At this time, the dispersion value of the dispersion compensation module 26 used is about -1405ps / nm, which has a dispersion value similar to that of the 80km single mode optical fiber (1360ps / nm). At about 9dB, the loss is relatively low compared to about 16dB of single mode fiber. Therefore, there is an advantage that does not need to use an optical amplifier.
광변조기의 처핑값 측정을 위한 본발명에 따른 처핑값 측정 장치는 광변조기에 수MHz에서 20GHz정도의 소신호의 정현파 신호를 인가하는 종래의 소신호 해석 방식과 동일한 방식을 사용하나, 광변조기(25)의 출력신호를 분산하는 분산매질로 단일모드 광섬유를 사용하는 것이 아니라 분산보상광섬유(26)를 사용하는 점에 차이가 있다.The chirping value measuring device according to the present invention for measuring the chirping value of an optical modulator uses the same method as the conventional small signal analysis method of applying a sine wave signal having a small signal of several MHz to about 20 GHz to an optical modulator. There is a difference in that the dispersion compensation optical fiber 26 is used instead of using a single mode optical fiber as a dispersion medium for dispersing the output signal of 25).
이상과 같은 구성의 분산보상광섬유모듈을 이용한 광변조기의 처핑값 측정 장치의 동작원리는 다음과 같다.The operation principle of the chirping value measuring device of the optical modulator using the distributed compensation optical fiber module having the above configuration is as follows.
광전송거리를 제한하는 변조기의 처핑은 변조 신호가 변조기를 구성하는 매질의 굴절율 혹은 흡수율을 변화시키기 때문에 발생하며 흡수율 변화는 Kramer-Kronig 관계에 의해 굴절율 변화로 연결된다. 변조시 굴절율이 바뀐다는 것은 변조기를 통과하는 빛의 위상이 변한다는 것이므로 처핑(위상의 변화를 시간에 대해 미분한것)이 발생하게 된다. 일반적으로 직접 변조한 반도체레이저의 경우 보다 외부변조기를 사용하는 경우 그 양이 더 작으며 관계식은 수학식 1과 같다.Chirping of modulators that limit the optical transmission distance occurs because the modulating signal changes the refractive index or absorption of the medium constituting the modulator, and the change in absorption is linked to the change in refractive index by the Kramer-Kronig relationship. Changing the refractive index during modulation means that the phase of the light passing through the modulator changes, resulting in chirping (differentiating phase changes over time). In general, the amount of the external modulator is smaller than in the case of the directly modulated semiconductor laser and the relation is expressed by Equation 1.
수학식 1에서 I 는 광세기, α는 처핑값을 나타내며 위상이 광세기의 변화에 따라 변함을 나타내고 있다.In Equation 1, I denotes the light intensity, α denotes the chirping value, and the phase changes according to the change of the light intensity.
또한, 도 2에서 수MHz에서 20GHz정도의 소신호의 정현파신호를 광변조기(25)를 통하여 분산보상광섬유모듈(26)에 인가하여 측정된 공진 피크들의 주파수값들을 수학식 2에 대입함으로써 처핑값 α를 얻을 수 있다.In addition, in FIG. 2, a chirping value is obtained by substituting the frequency values of the resonance peaks measured by applying a sine wave signal having a small signal of several MHz to about 20 GHz to the distributed compensation optical fiber module 26 through the optical modulator 25. α can be obtained.
수학식 2에서 LD는 분산보상광섬유모듈의 분산값에 해당되는 -1405 ps/nm, u는 공진피크의 수, α는 처핑파라메타, λ는 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저 빔의 파장을 나타내고 있다.In Equation 2, LD denotes -1405 ps / nm corresponding to the dispersion value of the distributed compensation optical fiber module, u denotes the number of resonance peaks, α denotes the chirping parameter, and λ denotes the wavelength of the laser beam output from the laser diode.
<실시예><Example>
레이저다이오드의 출력 레이저 빔의 파장은 1552.52nm, 마하젠더 외부광강도변조기, -1405ps/nm/km의 분산값을 갖는 분산보상 광섬유모듈, 광전변환기 등으로 측정 장치를 도 2에 도시된 바와 같이 구성한 후 외부광강도변조기의 인가전압에 따른 처핑값을 측정하였다. 도 3은 인가되는 DC 바이어스 전압을 2.5volt로 하였을 때의 공진피크를 나타내고 있고, 도 4는 외부변조기에 인가되는 전압에 따른 공진피크값을 측정하여 그결과를 수식 2로부터 계산하여 얻어낸 처핑값을 나타내고 있다. 여기서, 처핑 파라메타(chirping parameter)α의 값이 양(+)이면 분산과 동일한 방향을 나타내고, 음(-)이면 분산과 반대 방향을 나타내며, 아래첨자 MZ는 분산보상모듈이 Mach-Zender Modulator임을 나타낸다.The wavelength of the output laser beam of the laser diode is 1552.52 nm, a Mach-Zehnder external light intensity modulator, a dispersion compensation optical fiber module having a dispersion value of -1405 ps / nm / km, a photoelectric converter, and the like. After that, the chirping value of the external light intensity modulator was measured. 3 shows the resonance peak when the applied DC bias voltage is 2.5 volts, and FIG. 4 measures the resonance peak value according to the voltage applied to the external modulator, and calculates the result from Equation 2. It is shown. Here, if the value of chirping parameter α is positive (+), it indicates the same direction as the dispersion, and if it is negative (-), the opposite direction to the dispersion, the subscript MZ indicates that the dispersion compensation module is a Mach-Zender Modulator. .
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 분산보상광섬유모델을 이용한 광변조기의 처핑값 측정 장치는 광변조기에 수MHz에서 20GHz정도의 소신호의 정현파 신호를 인가하는 종래의 소신호 해석 방식과 동일한 방식을 사용하되, 광변조기의 출력신호를 분산하는 분산매질로 단일모드 광섬유를 사용하는 것이 아니라 분산보상광섬유를 사용함으로써, 변조 신호가 변조기를 구성하는 매질의 굴절율 혹은 흡수율을 변화시키기 때문에 발생하며 광전송거리를 제한하는 요인이 되는 변조기의 처핑값을 DC바이어스전압으로 조절하여 광손실이 적절하게 보상되도록 한다. 따라서, 다음과 같은 장점이 있다.As described above, the chirping value measuring apparatus of the optical modulator using the distributed compensation optical fiber model according to the present invention uses the same method as the conventional small signal analysis method of applying a small signal sine wave signal of about 20 GHz to the optical modulator. However, by using dispersion compensation fiber instead of single mode fiber as a dispersion medium for dispersing the output signal of the optical modulator, the modulation signal is caused by changing the refractive index or absorption of the medium constituting the modulator. The chirping value of the modulator, which is a limiting factor, is adjusted to the DC bias voltage so that the optical loss is properly compensated. Therefore, there are the following advantages.
첫째, 분산보상모듈의 손실값이 단일모드광섬유에 비해 상대적으로 적으므로 80~100km의 단일모드 광섬유를 사용하는 경우에 비해 광증폭기를 사용하지 않으므로 측정 장치가 단순화된다.First, since the loss value of the distributed compensation module is relatively smaller than that of the single mode optical fiber, the measurement device is simplified because the optical amplifier is not used as compared to the case of using the 80 to 100km single mode optical fiber.
둘째, 광증폭기를 사용하지 않음으로 분산보상모듈에 의한 공진피크점들의 흔들림이 적게되어 측정값의 정확도가 향상된다.Second, because the optical amplifier is not used, the shaking of the resonance peak points by the dispersion compensation module is reduced, thereby improving the accuracy of the measured value.
셋째, 분산보상광섬유의 분산값을 알고 있으므로 측정값의 오차를 줄일 수 있다.Third, since the dispersion value of the distributed compensation optical fiber is known, the error of the measured value can be reduced.
넷째, 측정이 신속하게 이루어진다.Fourth, the measurement is made quickly.
Claims (4)
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