KR100506229B1 - 평면 광도파로 구조의 분산 보상기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 분산 보상기는 그 내부에 입력된 광신호를 분산 보상 후 반사시키는 제1 첩드 격자(Chirped grating)가 형성된 제1 분산 보상부와, 상기 제1 분산 보상부의 일단에는 광신호를 입력시키는 입력부가, 상기 제1 분산 보상부의 타단에는 분산 보상된 광신호를 출력시키는 출력부가 연결된 제1 도파로와, 상기 제1 분산 보상부에 인접하게 위치됨으로써 상기 제1 분산 보상부와 모드 커플링 영역을 형성하며 상기 제1 첩드 격자에 반대되는 주기 변화를 갖는 제2 첩드 격자가 형성된 제2 분산 보상부와, 상기 제2 분산 보상부의 양 끝단을 연결하는 귀환부로 이루어진 고리 형태의 제2 도파로를 포함하며, 상기 제2 도파로는 상기 제1 분산 보상부로부터 모드 커플링된 광신호를 상기 제2 첩드 격자에서 분산 보상 후 상기 귀환부로 반사시키며, 상기 귀환부를 통해서 상기 제2 분산 보상부로 귀환되는 광신호를 상기 제1 분산 보상부로 모드 커플링시킨다.

Description

평면 광도파로 구조의 분산 보상기{DISPERSION COMPENSATOR WITH PLANAR LIGHTWAVE CIRCUIT STRUCTURE}

본 발명은 광신호의 장거리 송수신시 발생하는 광신호 분산을 보상해주기 위한 분산 보상기에 관한 것으로서, 특히, 첩드 격자를 포함하는 분산 보상기에 관한 것이다.

파장 분할 다중화 방식의 광 통신 방법은 서로 다른 파장을 갖는 다수의 광신호를 다중화시킴으로써 광섬유 당 광신호의 전송 용량을 쉽게 증대시킬 수 있다는 이점이 있으며, 이로 인해서 장거리 통신 망 구축에 널리 사용되고 있다.

반면에, 상술한 파장 분할 다중화 방식의 광 통신 망은 전송하는 광신호의 파장이 넓어지는 분산 현상, 다중화된 각 채널 사이에 발생하는 비선형 현상, 각 채널 사이의 이득 차이로 인한 대역폭이 제한되고, 광신호의 송수신 효율이 제한되는 문제가 있다. 특히, 상술한 분산 현상은 광신호를 전송하는 매질의 형태 및 재질 등으로 인해서 전송되는 광신호의 파형이 넓어지는 광신호의 왜곡 현상을 의미하며, 상술한 분산 현상을 방지하기 위한 수단으로서 분산된 광신호를 압축시키기 위한 다양한 방법들이 적용되고 있다.

상술한 분산 현상을 보상해주기 위한 종래의 일반적인 방법으로는 분산 보상 광섬유(DCF : Dispersion Compensated Fiber) 등을 사용하는 방법과, 첩드 격자(Chirped grating)를 사용한 분산 보상 수단 등을 사용하는 방법 등이 있다.

그러나, 상술한 분산 보상 광섬유를 사용한 방법은 비선형 현상을 유발함으로써 분산 보상된 광신호를 왜곡시키며, 기존의 일반 광섬유를 대체해서 매설해야 하는 문제점이 있다. 즉, 상술한 분산 보상 광섬유를 설치하기 위한 시간적, 경제적 손실이 매우 크다는 문제가 있다. 상술한 비선형 현상으로는 유도 산란(stimulate scattering)과, 비선형 굴절률로 인한 광신호의 위상 변화 등의 현상 등이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광신호의 분산 현상을 보상해주기 위한 분산 보상기의 구성을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 종래의 분산 보상기는 제1 분산 보상부(120)와, 제2 분산 보상부(130)를 포함하며, 상기 제1 분산 보상부(120)에서 1차 분산 보상된 광신호를 상기 제2 분산 보상부(130)에서 2차 분산 보상시킨 후에 그 외부로 출력시킨다.

상기 제1 분산 보상부(120)는 제1 서큘레이터(121)와, 제1 첩드 격자(122)를 포함하며, 상기 제1 서큘레이터(121)는 제1 단이 광신호의 전송 매질인 광섬유(110)에, 제2 단은 상기 제1 첩드 격자(122)에, 제3 단은 상기 제2 분산 보상부(130)에 연결됨으로써, 상기 제1 첩드 격자(122)에 입력된 광신호를 상기 제1 첩드 격자(122)에서 1차 분산 보상된 광신호를 상기 제2 분산 보상부(130)로 출력한다.

상기 제1 서큘레이터(121)는 제1 단으로 입력된 광신호를 제2 단을 통해서 상기 제1 첩드 격자(122)로 출력하고, 상기 제1 첩드 격자(122)에서 제2 단으로 반사된 광신호를 제3 단으로 출력한다.

상기 제1 첩드 격자(122)는 상기 제1 서큘레이터(121)의 제2 단으로부터 입력된 광신호를 분산 보상 후에 상기 제1 서큘레이터(121)의 제2 단으로 반사시킨다.

상기 제2 분산 보상부(130)는 제2 서큘레이터(131)와, 제2 첩드 격자(132)를 포함하며, 상기 제2 서큘레이터(131)는 제1 단이 상기 제1 서큘레이터(121)의 제3 단과, 제2 단이 상기 제2 첩드 격자와 연결됨으로써 상기 제1 서큘레이터(131)의 제3 단에서 출력된 1차 분산 보상된 광신호를 상기 제2 첩드 격자(132)로 출력하고 상기 제2 첩드 격자(132)에서 2차 분산 보상후에 반사된 광신호를 제3 단을 통해서 그 외부로 출력시킨다.

그러나, 종래의 분산 보상 광섬유는 가격이 고가이며, 기존에 구축된 광섬유 통신망을 전부 대체해야 하므로 시간적 경제적 손실이 크다는 문제점이 있다. 더욱이, 분산 보상 광섬유는 그 자체가 갖는 비선형성 특징으로 인해서 광통신 상에 또 다른 오류를 유발하는 문제가 있다. 그 외에 다른 종래 기술로서 첩드 격자와, 광서큘레이터로 구성된 분산 보상기는 고가의 광서큘레이터를 포함함으로써 생산비 상승 및 부피가 커지는 등의 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 최소화된 크기로도 적용 가능하고, 생산비 및 광통신 망에 적용이 용이한 분산 보상기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 그 내부에 입력된 광신호를 다수회 분산 보상시킴으로써, 분산 보상의 효율이 우수한 분산 보상기를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 분산 보상기는,

그 내부에 입력된 광신호를 분산 보상 후 반사시키는 제1 첩드 격자(Chirped grating)가 형성된 제1 분산 보상부와, 상기 제1 분산 보상부의 일단에는 광신호를 입력시키는 입력부가, 상기 제1 분산 보상부의 타단에는 분산 보상된 광신호를 출력시키는 출력부가 연결된 제1 도파로와;

상기 제1 분산 보상부에 인접하게 위치됨으로써 상기 제1 분산 보상부와 모드 커플링 영역을 형성하며 상기 제1 첩드 격자에 반대되는 주기 변화를 갖는 제2 첩드 격자가 형성된 제2 분산 보상부와, 상기 제2 분산 보상부의 양 끝단을 연결하는 귀환부로 이루어진 고리 형태의 제2 도파로를 포함하며;

상기 제2 도파로는 상기 제1 분산 보상부로부터 모드 커플링된 광신호를 상기 제2 첩드 격자에서 분산 보상 후 상기 귀환부로 반사시키며, 상기 귀환부를 통해서 상기 제2 분산 보상부로 귀환되는 광신호를 상기 제1 분산 보상부로 모드 커플링시킨다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분산 보상기의 구성을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 분산 보상기는 제1 도파로(210)와, 제2 도파로(220)를 포함하는 평면 광도파로 구조로서, 그 내부에 입력된 광신호를 2차 분산 보상시킨 후 그 외부로 출력시킨다.

상기 제1 도파로(210)는 그 내부에 입력된 광신호를 분산 보상 후 반사시키는 제1 첩드 격자(211a; Chirped grating)가 형성된 제1 분산 보상부(211)와, 상기 제1 분산 보상부(211)의 일단에는 광신호를 입력시키는 입력부(212)가, 상기 제1 분산 보상부(211)의 타단에는 분산 보상된 광신호를 출력시키는 출력부(213)가 연결된다.

상기 제2 도파로(220)는 상기 제1 분산 보상부(211)에 인접하게 위치됨으로써 상기 제1 분산 보상부(211)와 모드 커플링 영역(230)을 형성하며 상기 제1 첩드 격자(211a)에 반대되는 주기 변화를 갖는 제2 첩드 격자(221a)가 형성된 제2 분산 보상부(221)와, 상기 제2 분산 보상부(221)의 양 끝단을 연결하는 귀환부(222)로 이루어진 고리 형태를 갖는다. 상기 제2 도파로(220)는 상기 제1 분산 보상부(211)로부터 모드 커플링된 광신호(201)를 상기 제2 첩드 격자(221a)에서 분산 보상시킨 후에 상기 귀환부(222)로 반사시키며, 상기 귀환부(222)를 통해서 상기 제2 분산 보상부(221)로 귀환되는 광신호는 상기 모드 커플링 영역(230)에서 상기 제1 분산 보상부(211)로 모드 커플링된다.

상기 제1 첩드 격자(211a)는 그 내부에 입력된 1차 분산 보상된 광신호(202)를 2차 분산 보상시키며, 2차 분산 보상된 광신호(203)을 그 일단에 연결된 상기 출력부(213)로 반사시킨다. 상기 출력부(213)는 상기 제1 첩드 격자(211)에서 2차 분산 보상된 광신호(203)를 상기 분산 보상기의 외부로 출력시킨다.

도 3은 첩드 격자의 분산된 광신호를 분산 보상시키는 원리를 나타내는 도면으로서, 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 첩드 격자(211a, 221a)는 일정한 주기 변화를 갖는 브래그 격자 형태를 갖도록 형성되며, 선형적인 주기 변화를 갖는 첩드 격자는 단위 길이당 첩드 비(Chirped rate)로서 그 특성을 나타낸다. 그 주기 변화는 하기 하는 수학식에 의한다.

상술한 <수학식 1>에서 Z는 첩드 격자의 길이를, λ_B는 브래그 중심 파장을, Λ(Z)는 중심 주기 변화를, n_eff는 광섬유의 길이에 따른 유효 굴절률의 변환를 나타낸다. 첩드 격자에서 반사되는 브래그 중심 파장은 첩드 격자의 길이에 따라서 선형 함수적으로 변화된다. 즉, 첩드 격자의 길이 방향에 따른 위치에 따라서 반사되는 브래그 중심 파장이 다르다. 즉, 첩드 격자는 기결정된 위치에서 반사되는 브래그 중심 파장들 사이에 유발되는 시간 지연으로 인해서 그 내부에 입력된 광신호의 분산을 제어하게 된다.

상기 제1 및 제2 첩드 격자(211a, 221a)는 도 2에 도시된 바와 같이 모드 커플링 영역(230)의 정 중앙에 위치됨으로써 각각 그 내부에서 분산 보상 후 반사되는 광신호의 손실을 최소화시킨다. 상기 제1 및 제2 첩드 격자(211a, 221a)는 큰 주기에서 작은 주기로 감소하는 주기 변화를 갖도록 형성되거나, 작은 주기에서 큰 주기로 증가하는 주기 변화를 갖도록 형성될 수 있으며, 상호 반대되는 주기 변화를 갖도록 형성된다.

도 4는 도 2에 도시된 제2 첩드 격자(221a)의 반사 스펙트럼과, 지연 시간에 대한 측정 그래프를 나타내며, 도 4의 그래프 측정에 적용된 제2 첩드 격자(221a)는 그 길이가 1㎝, Λ= 533㎚, 첩(Chirp; λ₁ - λ_-1) = - 0.4㎚일 경우에 측정된 3-㏈에서의 대역폭이 1.56 ㎚, 지연 시간이 170㎰, 분산 값이 109㎰/㎚을 갖는다.

도 5는 도 2에 도시된 제1 첩드 격자(211a)의 반사 스펙트럼과, 지연 시간에 대한 측정 그래프를 나타내며, 도 5의 그래프 측정에 적용된 제1 첩드 격자(211a)는 Λ= 533.4㎚를 제외한 나머지의 첩(Chirp) 등은 상기 제2 첩드 격자와 동일한 값을 갖도록 설정된다. 그러나, 상기 제2 첩드 격자(221a)는 대역폭을 제외한 나머지, 지연 시간 및 분산 값은 상기 제1 첩드 격자와 다른 값을 갖는다. 즉, 상기 제2 첩드 격자의 지연 시간은 150㎰, 분산 값은 96㎰/㎚의 값을 갖는다.

도 6은 도 2에 도시된 제1 도파로의 출력부에서 출력되는 광신호의 반사 스펙트럼 및 지연 시간을 나타내는 그래프로서, 도 4 및 도 5에 적용된 제1 첩드 격자와 제2 첩드 격자를 포함하는 분산 보상기에서 출력되는 광신호의 반사율 및 지연 시간을 나타낸다. 도 6에 적용된 모드 커플링 영역은 그 길이가 3.1988㎝일 경우에 3-㏈ 대역폭은 2.71㎚를, 지연 시간은 약 600㎰를, 분산 값은 221㎰/㎚ 값을 갖는다.

도 6의 측정에 사용된 조건을 갖도록 구성된 분산 보상기는 17㎰(㎚ ×㎞)의 시간 지연 값을 갖는 광섬유를 이용해서 광신호를 송수신시킬 경우에 약 13㎞의 거리를 광신호의 분산 현상 없이 전송할 수 있으며, 분산 현상 없이 전송할 수 있는 전송 거리는 분산 보상기를 구성하는 첩드 격자의 첩(Chirp) 값과 길이에 따라서 조정 가능하다.

도 4 내지 도 6의 지연 시간의 그래프에 나타나는 리플들은 가우시안 아포다이제션(Gaussian Appodization) 또는 광경로와 귀환부 영역에 자외선 트리밍 등을 적용함으로써 최소화시킬 수 있다.

본 발명의 제2 실시예는 도 2에 도시된 분산 보상기를 다수개 직렬로 연결한 구조로서, 각 분산 보상기는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 첩드 격자(Chirped grating)가 형성된 제1 분산 보상부와, 상기 제1 분산 보상부의 양 단에 입력부와 출력부가 연결된 제1 도파로와, 고리 형태의 제2 도파로를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 직렬로 연결된 다수의 분산 보상기는 광신호의 분산없이 전송할 수 있는 거리는 직렬 집적되는 분산 보상기의 수에 따라서 조절할 수 있다.

제3 실시예는 도 2에 도시된 분산 보상기를 다수개 상호 병렬로 연결한 구조로서, 각 분산 보상기는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 첩드 격자(Chirped grating)가 형성된 제1 분산 보상부와, 상기 제1 분산 보상부의 양 단에 입력부와 출력부가 연결된 제1 도파로와, 고리 형태의 제2 도파로를 포함한다.

본 발명은 도파로 상에 첩드 격자를 형성한 평면 광도파로 구조의 분산 보상기를 사용함으로써, 그 제작 및 부피 축소가 용이하다는 이점이 있다. 더욱이, 그 내부에 입력된 분산된 광신호를 상호 반대되는 주기 변화를 갖는 두 개의 첩드 격자에서 분산 보상시킴으로써 분산 보상 효율을 향상시키는 등의 이점이 있다.

본 발명은 광도파로 구조의 분산 보상기를 제공함으로써, 대량 생산 및 생산비 절감이 가능한 이점이 있다. 더욱이, 분산 보상기의 크기를 부피를 최소화시킬 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래의 서큘레이터와 첩드 격자를 포함하는 분산 보상기 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고리 형태의 제2 도파로와, 모드 커플링 영역을 형성하는 제1 도파로를 포함하는 분산 보상기 구성을 나타내는 도면,

도 3은 도 2에 도시된 제1 및 제2 첩드 격자의 동작 원리를 설명하기 위한 도면,

도 4는 도 3에 도시된 제2 첩드 격자의 반사 스펙트럼과, 지연 시간을 측정한 그래프,

도 5는 도 3에 도시된 제1 첩드 격자의 반사 스펙트럼과, 지연 시간을 측정한 그래프,

도 6은 도 3에 도시된 제1 도파로의 출력부에서 출력되는 광신호의 반사 스펙트럼 및 지연 시간을 나타내는 그래프.

Claims (7)

1. 분산 보상기에 있어서,

   그 내부에 입력된 광신호를 분산 보상 후 반사시키는 제1 첩드 격자(Chirped grating)가 형성된 제1 분산 보상부와, 상기 제1 분산 보상부의 일단에는 광신호를 입력시키는 입력부가, 상기 제1 분산 보상부의 타단에는 분산 보상된 광신호를 출력시키는 출력부가 연결된 제1 도파로와;

   상기 제1 분산 보상부에 인접하게 위치됨으로써 상기 제1 분산 보상부와 모드 커플링 영역을 형성하며 상기 제1 첩드 격자에 반대되는 주기 변화를 갖는 제2 첩드 격자가 형성된 제2 분산 보상부와, 상기 제2 분산 보상부의 양 끝단을 연결하는 귀환부로 이루어진 고리 형태의 제2 도파로를 포함하며;

   상기 제2 도파로는 상기 제1 분산 보상부로부터 모드 커플링된 광신호를 상기 제2 첩드 격자에서 분산 보상 후 상기 귀환부로 반사시키며, 상기 귀환부를 통해서 상기 제2 분산 보상부로 귀환되는 광신호를 상기 제1 분산 보상부로 모드 커플링시킴을 특징으로 하는 평면 광도파로 구조의 분산 보상기.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 첩드 격자는 큰 주기에서 작은 주기로 감소하는 주기 변화 를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 평면 광도파로 구조의 분산 보상기.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 첩드 격자는 작은 주기에서 큰 주기로 증가하는 주기 변화 를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 평면 광도파로 구조의 분산 보상기.
4. 제1 항에 있어서,

   다수의 분산 보상기 각각의 제1 도파로가 그 일단이 상호 직렬되도록 연결된 구조임을 특징으로 하는 평면 광도파로 구조의 분산 보상기.
5. 제 4항에 있어서,

   광신호의 분산없이 전송할 수 있는 거리는 직렬 연결되는 분산 보상기의 수에 따라서 조절됨을 특징으로 하는 평면 광도파로 구조의 분산 보상기.
6. 제1 항에 있어서,

   다수의 분산 보상기 각각의 제1 도파로가 그 양 단이 상호 병렬되도록 연결된 구조임을 특징으로 하는 평면 광도파로 구조의 분산 보상기.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 각 제1 도파로의 입력부는 입력부끼리, 출력부는 출력부끼리 연결됨을 특징으로 하는 평면 광도파로 구조의 분산 보상기.