KR100487200B1 - 광섬유 격자를 이용한 다채널 광원 - Google Patents

광섬유 격자를 이용한 다채널 광원 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 격자를 이용한 다채널 광원에 관한 것으로서, 여기광원과, 상기 여기광원으로부터의 여기광에 의해 여기되어 자연방사증폭잡음을 발생시키는 광증폭기와, 상기 광증폭기에서 발생된 자연방사증폭잡음을 반사시켜 상기 광증폭기로 재입력시키는 반사수단과, 외부로부터 입력된 자연방사증폭잡음으로부터 소정 파장군의 다채널 광원을 발생하는 제1 광섬유격자와, 상기 제1 광섬유격자와 동일한 파장군을 갖는 제2 광섬유격자와, 상기 광증폭기에서 출력된 자연방사증폭잡음을 상기 제1 광섬유격자로 전달하고, 상기 제1 광섬유격자에서 발생된 다채널의 광원을 외부로 전달하는 제1 써큘레이터와, 상기 제1 써큘레이터를 통해 상기 제1 광섬유격자에서 발생된 다채널 광원을 전달받아 상기 제2 광섬유격자로 전달하고, 상기 제2 광섬유격자에서 발생된 다채널 광원을 외부로 출력하는 제2 써큘레이터와, 상기 제2 광섬유격자의 중심파장들을 소정간격 이동시키기 위해 상기 제2 광섬유격자를 제어하는 격자제어부를 포함함으로써, 다채널 광원의 선폭특성을 개선하였다.

Description

광섬유 격자를 이용한 다채널 광원{MULTI WAVELENGTH LIGHT SOURCE USING FIBER GRATING}
본 발명은 다채널 광원(Multi wavelength source)에 관한 것으로서, 특히, 광섬유 격자를 이용한 다채널 광원에 관한 것이다.
최근 광통신분야에서 전송용량을 늘리기 위한 파장분할다중방식(WDM: Wavelength Division Multiplexing)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 전송 용량의 확장이 요구되어짐에 따라 전송 채널 수가 점차 증가하고 있는 실정이다. 이 같은 요구에 따라 광통신분야에서 전송 채널 수를 증가하는 방법이 연구되고 있으며, WDM 광전송시스템에 대해 연구/제작하는 많은 곳에서는 기본적으로 다 채널 광원을 보유해야 하는 문제점이 발생하고 있다.
이를 위해, 분포궤환형 레이저다이오드(DFB-LD: Distributed FeedBack Laser Diode)를 주로 광원으로 사용하고 있으나, 이는 가격이 높고 온도를 제어하여 출력 파장을 제어하기 때문에 정밀한 파장제어가 필요하다. 이와 같이 DFB-LD 등을 이용하여 직접 다채널 광원을 제작하는 것은 많은 비용과 시간을 필요로 하며, 사용에도 많은 불편함이 있다. 따라서, 다채널 광원에 대한 많은 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
다채널 광원에 요구되어 지는 특성으로는 정확한 파장과, 안정되고 높은 출력 그리고, 높은 OSNR(Optical Signal to Noise Ratio), 좁은 선폭(line width) 등을 들 수 있다. 다채널 광원의 예로는 어븀첨가광섬유증폭기(EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier)의 자연방사증폭잡음(ASE: Amplified Spontaneous Emission)와 광섬유 격자를 이용한 제품이 대표적이며, 배열도파로회절격자(AWG: Arrayed Waveguide Grating)와 ASE 소스(source)를 결합 시킨 형태의 제품 등이 있다. 이러한 제품들은 앞에서 언급한 특성들(예컨대, 정확한 파장, 안정되고 높은 출력, 높은 OSNR 등)을 대체로 잘 만족시킨다. 그러나, 다채널 광원에 요구되어 지는 특성 중에서 좁은 선폭은 만족시키기가 어렵다는 문제점이 있다. 이는 광섬유 격자(fiber grating)와 AWG가 모두 선폭에 제한을 받기 때문이다.
도 1은 종래의 실시 예에 따른 다채널 광원에 대한 예시도이다. 도 1을 참조하면 종래의 실시 예에 따른 다채널 광원은 거울(mirror)(10), 어븀첨가광섬유(EDF: Erbium Doped Fiber)(20), 파장선택커플러(WSC: Wavelength Selective Coupler)(30), 980nm 펌프레이저다이오드(Pump LD: Pump Laser Diode)(40), 써큘레이터(Circulator)(50), 광섬유격자(fiber grating)(60)를 포함한다.
이러한 다채널 광원의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 펌프 레이저다이오드(40)에서 펌핑된 펌핑광원은 WSC(30)를 통해 EDF(20)를 여기시킨다. 이에 의해 EDF(20)에서 출력된 ASE는 거울(10)에서 반사되어 다시 EDF(20)로 입력되고, EDF(20)는 이를 증폭하여 출력한다. 그러면, 써큘레이터(50)는 이 증폭된 ASE를 광섬유격자(fiber grating)(60)로 전달하고,광섬유격자(fiber grating)(60)로부터 입력된 다채널 광원을 출력한다.
그런데, 이와 같이 광섬유격자(fiber grating)(60)를 이용한 다채널 광원의 경우 '-3 dB'에서 '0.15 ~0.4 nm'의 넓은 선폭 특성을 나타낸다. 이는 DFB-LD를 이용한 광원의 경우 '-20dB'에서 '0.16 nm'의 선폭 특성을 나타내는 것과 비교해 매우 넓은 값이다. 이 때, DFB-LD를 이용한 광원의 경우 '-20 dB'에서의 선폭을 나타낸 것은 DFB-LD를 이용한 광원의 경우 '-3dB'에서의 선폭 측정이 어렵기 때문이다. 이로 인해 현재 상용화되어 있는 다채널 광원을 WDM 전송실험이나 각종 측정시스템에 적영할 경우 실제 시스템과의 차이를 유발하게 된다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 보완하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다채널 광원의 선폭 특성을 향상시킨 다채널 광원을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광섬유 격자를 이용한 다채널 광원의 선폭 특성을 향상시킨 다채널 광원을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 다채널 광원은 여기광원과, 상기 여기광원으로부터의 여기광에 의해 여기되어 자연방사증폭잡음을 발생시키는 광증폭기와, 상기 광증폭기에서 발생된 자연방사증폭잡음을 반사시켜 상기 광증폭기로 재입력시키는 반사수단과, 외부로부터 입력된 자연방사증폭잡음으로부터 소정 파장군의 다채널 광원을 발생하는 제1 광섬유격자와, 상기 제1 광섬유격자와 동일한 파장군을 갖는 제2 광섬유격자와, 상기 광증폭기에서 출력된 자연방사증폭잡음을 상기 제1 광섬유격자로 전달하고 상기 제1 광섬유격자에서 발생된 다채널의 광원을 외부로 전달하는 제1 써큘레이터와, 상기 제1 써큘레이터를 통해 상기 제1 광섬유격자에서 발생된 다채널 광원을 전달받아 상기 제2 광섬유격자로 전달하고 상기 제2 광섬유격자에서 발생된 다채널 광원을 외부로 출력하는 제2 써큘레이터와, 상기 제2 광섬유격자의 중심파장들을 소정간격 이동시키기 위해 상기 제2 광섬유격자를 제어하는 격자제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다채널 광원에 대한 예시도이다.
도 2a를 참조하면 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다채널 광원은 거울(mirror)(110), 어븀첨가광섬유(EDF: Erbium Doped Fiber)(120), 파장선택커플러(WSC: Wavelength Selective Coupler)(130), 980nm 펌프레이저다이오드(Pump LD: Pump Laser Diode)(140), 제1 써큘레이터(Circulator)(150), 제1 광섬유격자(fiber grating)(160), 제2 써큘레이터(Circulator)(170), 제2 광섬유격자(fiber grating)(180) 및 격자제어부(190a)를 포함한다.
거울(mirror)(110)은 어븀첨가광섬유(EDF)(120)에서 발생된 자연방사증폭잡음(ASE)을 반사시켜 어븀첨가광섬유(EDF)(120)로 재입력시키는 반사수단으로 사용된다.
어븀첨가광섬유(EDF)(120)는 광증폭기로서, 980nm 펌프레이저다이오드(Pump LD) (140)로부터 전달된 여기광에 의해 여기되어 자연방사증폭잡음(ASE)을 발생시키고, 거울(mirror)(110)로부터 반사되어 재입력되는 자연방사증폭잡음(ASE)을 증폭시켜 출력한다.
파장선택커플러(WSC)(130)는 980nm 펌프레이저다이오드(Pump LD)(140)에서 발생된 여기광원을 어븀첨가광섬유(EDF)(120)로 전달하고, 어븀첨가광섬유(EDF) (120)에서 출력된 자연방사증폭잡음(ASE)을 제1 써큘레이터(150)로 전달한다.
제1 써큘레이터(150)는 파장선택커플러(WSC)(130)로부터 전달된 자연방사증폭잡음(ASE)을 제1 광섬유격자(160)로 전달하고, 제1 광섬유격자(160)에서 발생된 다채널의 광원을 제2 써큘레이터(170)로 전달한다. 이 때, 제1 광섬유격자(160)는 소정 파장군의 다채널 광원을 발생하기 위한 소자이다.
제2 써큘레이터(170)는 제1 써큘레이터(150)를 통해 제1 광섬유격자(160)에서 발생된 다채널 광원을 전달받아 제2 광섬유격자(180)로 전달하고, 제2 광섬유격자(180)에서 발생된 다채널 광원을 외부로 출력한다. 이 때, 제2 광섬유격자(180)는 제1 광섬유격자(160)와 동일한 파장군을 갖는 다채널 광원 발생수단이다.
격자제어부(190a)는 제2 광섬유격자(180)의 중심파장들을 소정간격 이동시키기 위해 제2 광섬유격자(180)를 제어한다. 일반적으로 광섬유격자는 온도 1°변화에 따라 0.01㎚의 피크 파장이 변하는 특성 또는 압전변환기(PZT: Piezo-electric transducer)를 이용하여 전압 100V를 인가할 경우 2.35㎚의 피크 파장이 변하는 특성이 있다. 따라서, 제2 광섬유격자(180)의 중심파장을 이동시키기 위해서는 제2 광섬유격자(180)의 주변온도를 제1 광섬유격자(160)의 주변온도와 다르게 하거나, 제2 광섬유격자(180)에 소정의 전압을 인가시켜야 한다.
도 2a의 예에서 격자제어부(190a)는 제2 광섬유격자(180)의 주변온도를 변화시기키 위한 온도제어신호를 발생시킨다. 이를 위해, 격자제어부(190a)는 소정의 코일 등을 포함하도록 구현한 후 온도제어신호에 의해 코일에 전류를 흐르게 하고, 그에 따라 제2 광섬유격자(180)의 주변온도를 변화시키도록 구현할 수 있을 것이다. 이러한 구성은 당업자에게 자명한 내용이므로 온도제어를 위한 격자제어부(190a)의 보다 구체적인 구성 설명은 생략한다.
이와 같은 격자제어부(190a)에 의해 제2 광섬유격자(180)의 중심파장이 소정간격 이동하게 되는 것이다.
한편, 도 2b에서는 전압제어에 의해 제2 광섬유격자(180)의 중심파장을 소정 간격 이동시키기 위한 예를 나타낸 도면이다. 격자제어부(190b)를 제외한 나머지 구성 요소들의 동작은 도 2a에 예시된 바와 유사하므로 다른 구성 요소들에 대한 설명은 생략한다.
도 2b를 참조하면, 격자제어부(190b)는 제2 광섬유격자(180)로 전압제어신호를 발생시킨다. 즉, 도 2b의 예에서는 격자제어부(190b)가 제2 광섬유격자(180)로 소정의 전압을 인가하여 제2 광섬유격자의 중심파장을 소정간격 이동시키는 경우를 도시하였다.
이러한 다채널 광원의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 펌프 레이저다이오드(Pump LD)(140)에서 발생된 여기광원은 파장선택커플러(WSC)(130)를 통해 어븀첨가광섬유(EDF)(120)를 여기시킨다. 이에 의해 어븀첨가광섬유(EDF)(120)에서 출력된 자연방사증폭잡음(ASE)은 거울(mirror)(110)에서 반사되어 다시 어븀첨가광섬유(EDF)(120)로 재입력되고, 어븀첨가광섬유(EDF)(120)는 이를 증폭하여 출력한다. 그러면, 파장선택커플러(WSC)(130)는 이를 제1 써큘레이터(150)로 전달하고, 제1 써큘레이터(150)는 이 증폭된 자연방사증폭잡음(ASE)을 제1 광섬유격자(fiber grating)(160)로 전달하고, 제1 광섬유격자(fiber grating)(160)로부터 입력된 다채널 광원을 제2 써큘레이터(170)로 전달한다. 이 때, 넓은 대역의 자연방사증폭잡음(ASE) 스펠트럼은 제1 광섬유격자(fiber grating)(160)를 거치면서 각각의 광섬유격자(fiber grating)의 파장에 해당하는 영역만 반사되어 출력된다. 이처럼 반사된 빛이 제1 써큘레이터(150)를 통해 제2 써큘레이터(170)로 전달되는 것이다.
제2 써큘레이터(170)는 이러한 다채널 광원을 제2 광섬유격자(fiber grating)(180)로 전달하고, 제2 광섬유격자(fiber grating)(180)로부터 입력된 다채널 광원을 출력한다. 이 때, 제2 광섬유격자(fiber grating)(180)는 격자제어부(190a 또는 190b)에 의해 제1 광섬유격자(fiber grating)(160)와 다른 중심파장을 가지고 있으므로, 제1 광섬유격자(fiber grating)(160)에서 출력된 다채널 광원의 선폭을 좁혀서 출력하는 특성을 가진다.
도 3a는 광섬유 격자를 이용한 종래의 다채널 광원에 대한 선폭 특성곡선의 예이고, 도 3b는 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 다채널 광원에 대한 선폭 특성곡선의 예이다. 도 3a는 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 제1 광섬유격자(fiber grating)(160)(도 2 참조)에서 출력된 임의의 한 중심파장과도 동일하다.
도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제1 광섬유격자(fiber grating)(160)에서 출력된 다채널의 광원 중 중심파장(λ1)의 선폭은 도 3a에 예시된 바와 같이 'w'이다. 하지만, 제1 광섬유격자(fiber grating)(160)에서 출력된 다채널 광원을 제2 광섬유격자(fiber grating)(180)에 한번 더 통과시킬 경우, 제2 광섬유격자(fiber grating)(180)에서 출력된 다채널 광원의 선폭 특성은 도 3b와 같다. 즉, 격자제어부(미도시)가 제2 광섬유격자(fiber grating)(180)의 중심파장을 'd' 만큼 이동시킨 경우, 중심파장(λ1')의 선폭은 도 3b의 점선 부분과 같이 이동한다. 따라서, 제2 광섬유격자(fiber grating)(180)에서 출력된 다채널의 광원 중 중심파장(λ1)의 선폭은 'w'(w' ＜w)'이다. 이와 같이 하여 본 발명이 다채널 광원은 좁은 선폭의 광원을 제공할 수 있는 것이다.
즉, 본 발명은 동일한 파장군의 광섬유격자를 복수개 설치한 후, 두 번째 광섬유격자 주변의 온도를 변경하거나, 두 번째 광섬유격자에 소정의 전압을 인가함으로써, 그 두 번째 광섬유격자의 중심파장을 소정간격 이동시킴으로써, 결과적으로 좁은 선폭의 다채널 광원을 발생시킬 수 있도록 한다.
이 때, 동일한 파장군의 광섬유격자는 용이하게 생성할 수 있으므로, 도 2의 예에서 2개로 예시된 광섬유격자를 2개 이상으로 확장하여 적용할 수 있음은 자명하다. 다만, 이와 같이 광섬유격자를 2개 이상 확장하여 적용하고자 하는 경우는 그 광섬유격자들의 중심파장을 서로 다르게 하기 위해, 각 광섬유격자들의 주변온도를 다르게 하거나, 각 광섬유격자들로 인가되는 전압을 서로 다르게 하여야 한다.
한편, 이와 같은 내용은 AWG를 이용한 다채널 광원에도 적용할 수 있다. 즉, 동일한 AWG 온도특성을 이용하여 출력되는 다채널 광원의 중심파장을 조절함으로써, 좁은 선폭의 다채널 광원을 출력할 수 있도록 한다. 일반적으로 AWG를 이용한 다채널 광원은 광섬유 격자를 이용한 다채널 광원과 그 구성이 유사하고 광섬유 격자만을 AWG로 대체하여 구성한다.
이러한 AWG를 이용한 다채널 광원에 본 발명을 적용한 경우에 대한 예가 도 4에 예시되어 있다. 도 4를 참조하면, AWG를 이용한 다채널 광원은 도 1, 도 2a 및 도 2b에 예시된 광섬유 격자를 이용한 다채널 광원과 마찬가지로 거울(mirror)(110), 어븀첨가광섬유(EDF)(120), 파장선택커플러(WSC)(130), 980nm 펌프레이저다이오드(Pump LD)(140)를 포함한다. 그리고, 동일한 두 개의 AWG(210, 220)를 출력단 앞에 연속적으로 배치하였다. 이 때, 통상적으로 AWG는 내부에 온도조절기능을 내장하고 있으므로 별도의 온도제어회로 없이도 AWG의 온도를 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 그 AWG의 온도조절기능을 이용하여 각 AWG(210, 220)의 중심파장을 조절할 수가 있는 것이다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다채널 광원은 동일한 복수개의 광섬유 격자에 서로 다른 온도 및 전압을 인가하고, 그 복수개의 광섬유 격자를 통해 발생된 다채널의 광신호를 출력함으로써, 좁은 선폭을 갖는 광신호를 출력할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 다채널 광원의 선폭 특성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래의 실시 예에 따른 다채널 광원에 대한 예시도,
도 2a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다채널 광원에 대한 예시도,
도 2b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 다채널 광원에 대한 예시도,
도 3a는 광섬유 격자를 이용한 종래의 다채널 광원에 대한 선폭 특성곡선의 예,
도 3b는 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 다채널 광원에 대한 선폭 특성곡선의 예,
도 4는 AWG를 이용한 다채널 광원에 본 발명을 적용한 경우에 대한 예시도.

Claims (9)

  1. 여기광원과,
    상기 여기광원으로부터의 여기광에 의해 여기되어 자연방사증폭잡음을 발생시키는 광증폭기와,
    상기 광증폭기에서 발생된 자연방사증폭잡음을 반사시켜 상기 광증폭기로 재입력시키는 반사수단과,
    외부로부터 입력된 자연방사증폭잡음으로부터 소정 파장군의 다채널 광원을 발생하는 제1 광섬유격자와,
    상기 제1 광섬유격자와 동일한 파장군을 갖는 제2 광섬유격자와,
    상기 광증폭기에서 출력된 자연방사증폭잡음을 상기 제1 광섬유격자로 전달하고, 상기 제1 광섬유격자에서 발생된 다채널의 광원을 외부로 전달하는 제1 써큘레이터와,
    상기 제1 써큘레이터를 통해 상기 제1 광섬유격자에서 발생된 다채널 광원을 전달받아 상기 제2 광섬유격자로 전달하고, 상기 제2 광섬유격자에서 발생된 다채널 광원을 외부로 출력하는 제2 써큘레이터와,
    상기 제2 광섬유격자의 중심파장들을 소정간격 이동시키기 위해 상기 제2 광섬유격자를 제어하는 격자제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여기광원은 펌프레이저다이오드인 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광증폭기는 어븀첨가광증폭기인 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사수단은 거울인 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
  5. 제1항에 있어서, 상기 격자제어부는 상기 제2 광섬유격자의 주변온도를 상기 제1 광섬유격자의 주변온도와 다르게 조절하여 상기 제2 광섬유격자의 중심파장을 소정간격 이동시키는 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
  6. 제1항에 있어서, 상기 격자제어부는 상기 제2 광섬유격자로 소정의 전압을 인가하여 상기 제2 광섬유격자의 중심파장을 소정간격 이동시키는 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
  7. 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 광섬유격자와 동일한 파장군을 가지며 상기 제2 광섬유격자와 상기 다채널 광원의 출력단 사이에 순차 배열된 다수개의 제3 광섬유격자들과,
    상기 다수개의 제3 광섬유격자들 각각과 연결되어, 바로 앞단의 출력을 상기 연결된 제3 광섬유격자로 전달하고 그 제3 광섬유격자에서 발생된 다채널 광원을 다음단으로 출력하는 다수개의 제3 써큘레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
  8. 제7항에 있어서, 상기 격자제어부는
    상기 제2 광섬유격자 및 다수개의 제3 광섬유격자들의 주변온도를 상기 제1 광섬유격자의 주변온도와 다르게 조절하되, 상기 제2 광섬유격자 및 다수개의 제3 광섬유격자들 각각의 주변온도를 서로 다르게 조절하여 상기 제2 광섬유격자 및 다수개의 제3 광섬유격자들 각각의 중심파장을 서로 다르게 이동시키는 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
  9. 제7항에 있어서, 상기 격자제어부는 상기 제2 광섬유격자 및 다수개의 제3 광섬유격자들로 서로 다른 소정의 전압을 인가하여 상기 제2 광섬유격자 및 다수개의 제3 광섬유격자들 각각의 중심파장을 서로 다르게 이동시키는 것을 특징으로 하는 다채널 광원.
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