KR100536437B1

KR100536437B1 - 단면이 경사진 grin 렌즈 미러를 이용한 광도파로 탭

Info

Publication number: KR100536437B1
Application number: KR10-2002-0040900A
Authority: KR
Inventors: 노영욱; 황월연; 박남훈; 오민철; 한선규
Original assignee: 김미화
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2005-12-16
Also published as: KR20040006590A

Abstract

본 발명은 광통신 시스템에 이용될 수 있는 광신호 탭 모듈에 관한 것으로, 특히 제1 콜리메이션부(collimation part), 제2 콜리메이션부 및 검출부(detection part)로 구성된 광신호 탭 모듈에서 상기 콜리메이션부를 이용하여 광도파로에서의 광신호를 검출부로 결합하는 광신호 탭 모듈에 관한 것이다.

상기 각 콜리메이션부는 광도파로와 GRIN(graded index) 렌즈로 이루어져 있다. 광도파로를 통과한 광신호는 제2 콜리메이션부의 경사면에서 공기와 렌즈의 유효 굴절률 차이에 의해 부분적으로 반사되고 부분적으로는 GRIN 렌즈를 통과하여 출력 광도파로로 커플링되어 진행한다. 상기 부분적으로 반사된 광신호는 검출부의 수광소자를 통하여 검출되거나 또 다른 콜리메이션부를 통하여 진행하게 된다.

본 발명은 광통신 시스템에서 이용되는 광신호 탭 모듈에 있어서, 상기 광신호 탭 모듈은 광도파로(11)와 GRIN 렌즈(12)로 이루어진 제1 콜리메이션부(10)와, 입력된 광신호를 부분적으로 반사하기 위해 경사면을 가지는 GRIN 렌즈(22)와 광도파로(21)로 이루어진 제2 콜리메이션부(20)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

단면이 경사진 GRIN 렌즈 미러를 이용한 광도파로 탭{Optical tap module incorporating a GRIN lens with a tilted facet mirror}

본 발명은 광통신 시스템에 이용될 수 있는 광신호 탭 모듈에 관한 것으로, 특히 제1 콜리메이션부(collimation part), 제2 콜리메이션부 및 검출부(detection part)로 구성된 광신호 탭 모듈에서 상기 콜리메이션부에서의 표면 반사를 이용하여 광신호의 일부를 검출하는 광신호 탭 모듈에 관한 것이다.

상기 각 콜리메이션부는 광도파로와 GRIN(graded index) 렌즈로 이루어져 있다. 제1 콜리메이션부에서 자유 공간 평면파로 변환된 광신호는 제2 콜리메이션부에서 공기와 렌즈의 굴절률 차이에 의해 부분적으로 반사되고 부분적으로는 GRIN 렌즈를 통과하여 출력 광도파로로 커플링되어 진행한다. 상기 부분적으로 반사된 광신호는 반사된 빛의 경로상에 위치한 검출부의 수광소자를 통하여 검출되거나 또 다른 콜리메이션부를 통하여 진행하게 된다.

다른 한편으로 상기 제2 콜리메이션부의 GRIN 렌즈에 박막필터(Thin Film Fiter)를 부착하면 파장분할다중(Wavelength Division Mltiplexed; WDM) 탭으로도 이용할 수 있게 된다.

광통신 시스템에서 피드백 컨트롤 또는 신호를 모니터링하기 위해 태핑은 필수적이다. 그러나 종래의 광통신 시스템에서 주로 쓰고있는 태핑 방법은 광섬유 탭 커플러와 수광소자를 이용하고 있다.

현재 광통신 시스템은 단일파장만을 이용하는 시스템에서 여러 파장을 이용하는 WDM 광통신 시스템으로 변화하고 있다.

WDM 광통신 시스템은 한 가닥의 광섬유에 서로 다른 파장의 광신호를 다중화하여 전송하는 광통신 방식으로 데이터 전송용량을 극대화 할 수 있는 장점으로 인해 전세계적으로 널리 이용되고 있다. 여러 채널의 광신호가 공존하는 WDM 방식에서는 각채널의 상태를 파악하는 것이 전송망의 효율적인 운용 및 관리를 위해 매우 중요하여 광채널 모니터링은 필수적인 사항이다.

또한, WDM 광통신 시스템에서 전송용량을 증가시키기 위해서 다중화하는 광채널 수를 늘리거나 각 광채널의 전송속도를 증가시켜야한다. 광채널의 전송속도를 증가시킬 경우 각 광신호의 주파수 선폭이 넓어져 광섬유의 분산에 의한 신호 왜곡이 심각해진다. 따라서, 대용량 WDM 전송 시스템에서 분산보상 기술과 광채널 모니터링 기술은 핵심적인 기술로 이들의 효과적인 구현을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나, 여러 파장을 이용한 시스템에서 각 파장별로 신호를 모니터링 하기 위해서는 파장 수와 동일한 수의 탭 커플러와 수광소자가 필요하며, 각 탭 커플러는 광섬유로 되어 있기 때문에 수가 많아지면 시스템을 소형화하기 어려운점이 있을 뿐 아니라 구성이 복잡하여 제작 및 유지관리에 있어서 많은 시간이 걸리는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광도파로 내부의 광신호를 콜리메이션부를 이용하여 자유 공간 평면파로 변환시키고, 다시 콜리메이션부를 이용하여 광도파로로 재입사시킬 때 콜리메이션부의 경계면에서 반사되는 신호를 검출함으로써, 컴팩트한 광신호 탭 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제2 콜리메이션부의 GRIN 렌즈에 박막필터를 부착함으로써 파장별 태핑도 가능한 광도파로 탭을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광도파로 탭은 광도파로와 GRIN 렌즈로 이루어진 제1 콜리메이션부와, 입력된 광신호를 일부를 반사하기 위해 경사면을 가지는 GRIN 렌즈와 광도파로로 이루어진 제2 콜리메이션부와, 상기 반사된 광신호를 검출하기 위한 검출부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 입출력부 광도파로는 광섬유 또는 평판형 광도파로인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 광도파로 탭은 상기 제2 콜리메이션부에 경사면을 가지는 GRIN 렌즈는 경사면의 각도, 반사율을 조절하기 위하여 유전물질인 막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 광도파로 탭은 상기 제1 콜리메이션부도 경사면이 되도록 하여 양 방향 광도파로 탭이 되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 광도파로 탭은 상기 경사면에 WDM 필터를 부착하여 WDM탭으로서도 활용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 광신호 탭 모듈의 구조도를 도시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 광통신 시스템에서 이용되는 광신호 탭 모듈에 있어서, 상기 광신호 탭 모듈은 광도파로(11)와 GRIN(Graded Index) 렌즈(12)로 이루어진 제1 콜리메이션부(10)와, 평면파로 변환된 광신호를 일부를 반사하기 위해 경사면을 가지는 GRIN 렌즈(22)와 광도파로(21)로 이루어진 제2 콜리메이션부(20)와, 상기 반사된 광신호를 검출하기 위한 검출부(30) 또는 제3 콜리메이션부(40)로 구성되어 있다.

상기 광도파로(11,21)는 중앙의 코어(core,13, 23)부분이 있고 그 주변에 상기 코어(13,23)를 감싸고 있는 클래드(clad, 14, 24)부분으로 이루어져 있다.

상기 광도파로(11)를 통과한 광신호는 GRIN렌즈(12)를 통과하면서 평행광으로 바뀌고 제2 콜리메이션부(20)의 GRIN렌즈(22) 경사면(각도 : α)과 공기와의 굴절률 차이에 의하여 부분적으로 반사되고, 또 부분적으로는 상기 GRIN렌즈(22)를 통과하여 출력 광도파로로 결합되어 진행하게 된다. 상기 부분적으로 반사된 광신호는 광신호를 검출하기 위해 수광소자를 가진 검출부(30)에 의해 직접 검출되거나 제3 콜리메이션부(40)를 통해 진행할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 입사각 변화에 의한 편광의존도(polarization dependence, dB)를 나타내는 그래프로서, 상기 GRIN렌즈(22)의 경사면의 각도(α)가 증가함에 따라 편광의존도가 지수적으로 비례하여 증가함을 알 수 있고, 도 2에 의하여 원하는 편광의존도에 따라 상기 GRIN렌즈(22)의 경사면의 각도(α)를 조정할 수 있다.

예를 들어 반사각에 의한 편광의존도로서 대략 0,2dB 이하의 편광의존도를 얻으려면 상기 GRIN렌즈(22)의 경사면의 각도(α)가 대략 7도 이하이어야 한다.

상기 제2 콜리메이션부(20)에 경사면을 가지는 GRIN 렌즈(22)에 대해 반사율을 조절하기 위하여 상기 경사면에 유전물질인 막이 형성할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 다른 형상의 광신호 탭 모듈의 구조도로서, 상기 광도파로 탭에 있어서 도 1의 구성 중 중앙의 코어(core,13, 23)부분과 그 주변에 상기 코어(13,23)를 감싸고 있는 클래드(clad, 14, 24)부분으로 구성된 광도파로(11,21)를 광섬유(15, 25)로 대체한 것으로 도 1의 광도파로 탭과 그 작용이 동일하므로 그 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명에 따른 광도파로 탭의 다른 실시 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 광통신 시스템에서 이용되는 광신호 탭 모듈에 있어서, 상기 광신호 탭 모듈은 광도파로(11)와 GRIN 렌즈(12)로 이루어진 제1 콜리메이션부(10)와, 입력된 다중 광신호(λ₁ -λ_n)중 특정파장을 분할하기 위하여 그 경사면에 파장분할다중 박막필터(WDM Thin Film Filter, 26)를 부착한 GRIN 렌즈(22)와 광도파로(21)로 이루어진 제2 콜리메이션부(20)와, 상기 파장분할다중 박막필터(26)에 의해 반사된 특정의 광신호(λ_α)를 검출하기 위한 검출부(30) 또는 제3 콜리메이션부(40)로 구성되어 있다.

위와 같이 본 발명은 상기 제2 콜리메이션부(20)의 GRIN렌즈에 박막 필터(Thin Film Filter)를 부착하면 파장분할다중(Wavelength Division Mltiplexed; WDM) 탭으로도 이용할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 광도파로 탭의 또 다른 실시 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 광통신시스템에서 이용되는 광도파로 탭에 있어서, 입력된 광신호를 일부를 반사하기 위해 경사면을 가지는 GRIN 렌즈(22)와 광도파로(21)로 이루어진 제2 콜리메이션부(20) 뿐 만 아니라 제1 콜리메이션부(10)에서도 경사면을 가지는 GRIN 렌즈(12)를 두어, 양 방향(bi-directional) 광도파로 탭으로서 활용이 가능하게 한 것이다.

즉, 상기 제1 콜리메이션부(10)에서 상기 광도파로(11)를 통과한 광신호는 GRIN렌즈(12)를 통과하면서 평행광으로 바뀌고 제2 콜리메이션부(20)의 GRIN렌즈(22) 경사면(각도 : α₁)과 공기와의 굴절률 차이에 의하여 부분적으로 반사되고, 상기 부분적으로 반사된 광신호가 광신호를 검출하기 위해 수광소자를 가진 검출부(30)에 의해 직접 검출되거나, 상기 제2 콜리메이션부(20)에 광신호가 입력되는 경우에도 광도파로(21)를 통과한 광신호는 GRIN렌즈(22)를 통과하면서 평행광으로 바뀌고 상기 제1 콜리메이션부(10) GRIN렌즈(12)의 경사면(각도 : α₂)에서 역시 공기와 렌즈의 굴절률 차이에 의하여 부분적으로 반사되고, 상기 부분적으로 반사된 광신호가 광신호를 검출하기 위해 수광소자를 가진 제2 검출부(31)에 의해 직접 검출할 수 있게 된다. 상기 검출부(30,31)는 제3, 제4 콜리메이션부(40, 41)로 대체할 수도 있다.

본 발명은 광도파로 탭을 제1 콜리메이션부(collimation part), 제2 콜리메이션부 및 검출부(detection part)로 구성하여 상기 콜리메이션부의 렌즈와 공기사이의 반사를 이용하여 진행하는 광신호의 일부를 검출함으로서, 컴팩트한 광신호 탭 모듈을 제작할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1, 2 콜리메이션부의 GRIN 렌즈에 파장분할 박막필터(Thin Film Filter)를 부착함으로써 간단한 방법으로도 파장분할다중(WDM) 탭으로도 이용할 수 있고, 상기 콜리메이션부들을 모두 경사면을 가지게 하면 간단한 구조로 양 방향 광도파로 탭으로 이용할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광신호 탭 모듈의 구조도

도 2는 본 발명에 따른 입사각 변화에 의한 편광의존도를 나타내는 그래프

도 3는 본 발명에 따른 다른 형상의 광신호 탭 모듈의 구조도

도 4은 본 발명에 따른 광신호 탭 모듈의 다른 실시예

도 5는 본 발명에 따른 광신호 탭 모듈의 또 다른 실시예

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제1 콜리메이션부 11, 21 : 광도파로

12: GRIN 렌즈

22 : 단면이 경사진 GRIN 렌즈 13, 23 : 코어

14, 24 : 클래드

15, 25 : 광섬유 또는 평면형 광도파로

20 : 제2 콜리메이션부 26 : 박막필터 또는 유전물질

30 : 검출부 31 : 제2 검출부

40 : 제3 콜리메이션부 41 : 제4 콜리메이션부

Claims

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광통신 시스템에서 이용되는 광신호 탭 모듈에 있어서, 상기 광신호 탭 모듈은

광섬유 또는 광도파로인 광도파로(11,21)와 입력된 광신호를 부분적으로 반사하기 위해 경사면을 가지며 이 경사면에 반사율을 조절하기 위한 유전물질인 막이 추가로 형성된 GRIN 렌즈(12,22)로 이루어지며 WDM 탭으로서도 활용할 수 있도록 WDM 필터가 부착된 제1 및 제2 콜리메이션부(10,20)와,

제 1 및 제2 콜리메이션부(10,20)로부터 각각 부분적으로 반사된 광신호를 검출하기 위해 수광소자를 가진 각각의 검출부(30,31) 또는 제1 및 제2 콜리메이션부(10,20)로부터 각각 부분적으로 반사된 광신호가 통과되는 각각의 제3 및 제4 콜리메이션부(40,41)로부터 선택되는 어느 하나로 구성되어,

양방향 광도파로 탭이 되도록 한 것을 특징으로 하는 광신호 탭 모듈.