KR100725211B1 - An apparatus for measuring a differential mode delay of a multimode waveguide and the measuring method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 도파로의 모드간 차등시간지연 측정장치의 구성을 나타낸 도면으로서,1 to 5 are views showing the configuration of the differential time delay measuring device between modes of the multi-mode waveguide according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명 광섬유 간섭계로 구성된 다중모드도파로의 모드간 차등시간지연 측정장치의 실시예를 나타낸 도면.2 is a view showing an embodiment of an inter-mode differential time delay measurement apparatus of a multimode waveguide composed of an optical fiber interferometer of the present invention.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예로 광섬유로 구성된 마흐젠더형 간섭계를 이용하여 투과광분석 을 통한 다중모드도파로에서 모드간 차등시간지연 측정장치의 개략도.3 and 4 are schematic diagrams of a differential time delay measurement apparatus between modes in a multi-mode waveguide using transmitted light analysis using a Mahgender-type interferometer composed of optical fibers according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로 광학계로 구성된 마흐젠더형 간섭계를 이용하여 투과광분석을 통한 다증모드도파로에서 모드 간 차등시간지연측정 장치의 개략도.5 is a schematic diagram of a differential time delay measurement apparatus between modes in a multimode mode waveguide using transmitted light analysis using a Mahgender-type interferometer composed of an optical system in another embodiment of the present invention.
도 6a,6b는 본 발명에 따른 다중모드도파로의 모드간 차등시간지연에 측정한 파장성분광검출기에서 검출된 광파장성분별 광세기를 나타낸 그래프. Figure 6a, 6b is a graph showing the light intensity for each wavelength component detected by the wavelength component photodetector measured in the differential time delay between modes of the multi-mode waveguide according to the present invention.
도 7a,7b는 본 발명에 있어서 모드 차등지연시간분포를 나타낸 파형도. 7A and 7B are waveform diagrams showing a mode differential delay time distribution in the present invention.
본 발명은 다중모드 광섬유의 모드간의 지연분포를 측정할 수 있도록 하는 것으로, 더 상세하게는 폭이 있는 광원과 파장성분광검출기가 있는 간섭계를 이용하여 간단하면서도 정확하게 다중모드 도파로에서의 모드간 차등시간지연을 측정할 수 있도록 하는 다중모드 광도파로의 다중모드간 차등시간 지연 측정장치에 관한 것이다. The present invention enables to measure the delay distribution between modes of a multimode optical fiber, and more specifically, the time difference between modes in a multimode waveguide simply and accurately by using an interferometer having a wide light source and a wavelength component photodetector. The present invention relates to a differential time delay measuring device between multimode optical waveguides for measuring delay.
근래에 들어 근거리 통신영역(Local area network)에서의 차세대 광 통신망 연구가 많이 진행되고 있다. Recently, many researches on next-generation optical networks in the local area network have been conducted.
그 중에서 850nm 영역에서의 최적화된 VCSEL(Vertical cavity surface emitting laser)을 이용한 광전송이 주목을 받고 있다. Among them, optical transmission using an optimized vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) in the 850 nm region is drawing attention.
이 광전송에 있어서, 도파 모드들간의 차등시간지연 발생에 따라 광신호가 변형되는 문제가 발생될 수 있는데, 이때 광전송의 주요 매개체가 되는 다중모드광섬유(MMF-multimode optical fiber)의 특성분석에 있어 모드간의 차등지연분포(DMD-Differential mode delay)는 광섬유의 특징을 결정짓는 중요한 요소이다. In this optical transmission, there may be a problem that the optical signal is deformed according to the occurrence of the differential time delay between the waveguide modes, in which the mode between the modes in the characteristic analysis of the MMF (multimode optical fiber) which is the main medium of the optical transmission Differential mode delay (DMD) is an important factor in determining the characteristics of an optical fiber.
또한 다중모드의 특성을 가지는 PCF(Photonic crystal fiber)가 광소자에 응용되고 있으며 0-PCB (Optical printed circuit board) 및 폴리머형태의 optical pointed circuit board의 연구가 활발히 진행되고 있다.In addition, photonic crystal fiber (PCF), which has a multi-mode characteristic, is being applied to optical devices, and researches on 0-PCB (Optical printed circuit board) and polymer type optical pointed circuit boards are being actively conducted.
다중모드 광도파로에서 모드간 차등시간지연 측정방법으로는 Differential time delay measurement method in multimode optical waveguide
(a). 광단파(optical short pulse)와 샘플링 오실로스코프(sampling oscilloscope)를 이용한 시간영역에서의 측정방법과,(a). Measurement method in time domain using optical short pulse and sampling oscilloscope,
(b). 최근에 개발된 OFDR(Optical frequency domain reflectometry)를 이용한 주파수 영역에서의 측정 방법이 있다. (b). There is a measurement method in the frequency domain using the recently developed optical frequency domain reflectometry (OFDR).
이미 표준화된 시간영역에서의 측정방법은 먼저 광섬유에 광단파( optical short pulse)를 인가시킨다.The already standardized measurement method in the time domain first applies an optical short pulse to an optical fiber.
이와 같이 인가된 광펄스는 광섬유를 통과한 후 폭이 나눠지게 되는 바, 샘플링 오실로스코프를 이용하여 측정광섬유를 통과한 후 광펄스의 폭의 퍼짐 정도를 관찰하여 모드간의 차등시간지연을 측정한다. The width of the applied optical pulse is divided after passing through the optical fiber, and after passing through the measurement optical fiber using a sampling oscilloscope, the differential time delay between modes is measured by observing the spread of the optical pulse width.
이 방법은 간단하지만 값비싼 광단파(optical shoot pulse)와 샘플링 오실로스코프(sampling oscilloscope)등의 고가장비를 사용함으로 광섬유생산 과정에서의 생산단가 상승을 유발한다. This method is simple but uses expensive equipment such as expensive optical shoot pulses and sampling oscilloscopes, which leads to an increase in production cost during the fiber production process.
측정광원으로 사용되는 광펄스는 제조가 어려워 생산현장에 있는 수요자들이 쉽게 구하기도 어렵다. Light pulses, which are used as measurement light sources, are difficult to manufacture, and are difficult to obtain by the customers on the production site.
또한 이 장치는 분해능을 개선시키는데 어려움이 있다. The device also has difficulty in improving resolution.
이 장치의 분해능을 결정하는 광펄스의 폭을 줄이면 상대적으로 파장영역에서의 광펄스의 파장성분이 넓어지게 되는 데, 이는 시간영역에서 광펄스가 짧아지면 짧아질수록 시간영역과 역수의 관계에 있는 주파수 성분 즉 파장성분의 요소는 넓어지기 때문이다. 이와 같이 넓어진 광펄스는 측정광도파로에서의 색분산 영향에 따른 펄스 퍼짐현상을 커지게 함으로써, 측정시스템의 분해능을 떨어뜨린다. Reducing the width of the optical pulse, which determines the resolution of the device, increases the wavelength component of the optical pulse in the wavelength region, which means that the shorter the optical pulse in the time domain, the inverse of the time domain. This is because the frequency component, that is, the component of the wavelength component, becomes wider. The wider optical pulse thus increases the pulse spreading effect due to the color dispersion effect in the measurement optical waveguide, thereby reducing the resolution of the measurement system.
또한 짧은 길이의 다중모드광도파로의 모드분포측정이 불가능하다.It is also impossible to measure the mode distribution of short length multimode optical waveguides.
한편, OFDR을 이용한 측정방법도 시간영역측정방법에 비해 상대적으로 높은 분해능으로 광섬유의 차등시간지연을 측정할 수 있지만 여전히 고가의 주파수변환 레이저를 이용해야하며 짧은 길이의 광도파로 측정 및 수m 내의 다중모드 장치(device)의 모드분포를 측정 할 수 없다. 이는 상용화된 다중모드광섬유에 대해서 모드간 지연 시간이 0.2ps/m 이내로 들어와야 되므로, 일반적인 100ps 레이저를 사용할 경우 이 모드간 지연 시간을 측정할 수 있는 최소 길이는 100ps/(0.2ps/m)=500m로 계산되는바 그 이하의 짧은 길이의 다중모드광도파로는 모드분포측정이 불가능하기 때문이다. On the other hand, the measurement method using OFDR can measure the differential time delay of the optical fiber with a relatively higher resolution than the time domain measurement method, but it still requires the use of expensive frequency-converted lasers and the measurement of short optical waveguides and multiple measurements within a few meters. The mode distribution of the mode device cannot be measured. Since the inter-mode delay time should be within 0.2ps / m for commercially available multi-mode fiber, the minimum length to measure the inter-mode delay time is 100ps / (0.2ps / m) = 500m when using a typical 100ps laser. This is because the mode distribution measurement is not possible with multimode optical waveguides with short lengths of less than that.
따라서 가격이 저렴하면서도 생산현장에서 쉽게 이용할 뿐만 아니라 짧은 길이의 다중모드도파로 측정이 가능한 모드간 차등시간지연측정방법이 필요하게 되었다.Therefore, there is a need for a differential time delay measurement method that is inexpensive and easily used in a production site and that can be measured by a short length multimode waveguide.
본 발명에서는 간단하면서도 저렴한 비용으로 다중모드 도파로에서의 차등시간지연 측정을 하는 방법에 관한 것으로, 짧은 길이의 다중모드도파로에서의 모드간 차등시간지연 측정이 가능한 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring differential time delay in a multimode waveguide at a simple and low cost. The present invention relates to an apparatus capable of measuring differential time delay between modes in a short length multimode waveguide.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 향상된 분해능, 저렴한 비용 및 생산현장에서 쉽게 이용 가능한 다중모드 도파로에서의 모드간 차등시간 지연을 측정하도록 하고자 한 것으로, The present invention is to solve the above problems, to improve the resolution, low cost and to measure the differential time delay between modes in the multi-mode waveguide that is readily available in the production site,
본 발명은 폭이 있는 광원과 파장성분광검출기를 이용한 간섭계를 구성하여 기준광경로와 다중모드도파로를 통과한 광의 변위차이로 생기는 간섭무늬를 측정하여 컴퓨터에서 간단한 수치분석을 통해서 이를 퓨리에 변환시켜 모드간의 차등시간지연을 측정할 수 있도록 하는 다중모드 도파로의 다중모드간 차등시간지연 측정장치를 제공하고자 함을 목적으로 한다.The present invention constructs an interferometer using a light source having a wide light source and a wavelength component photodetector to measure the interference fringe caused by the displacement difference of the light passing through the reference optical path and the multimode waveguide, and Fourier transforms it through a simple numerical analysis on a computer. An object of the present invention is to provide a differential mode delay time measurement apparatus between multimode waveguides capable of measuring differential time delays.
본 발명은, The present invention,
폭이 있는 광원과, A light source with a width,
광원으로부터 출사된 빛을 입력으로 하여 다중모드도파로와 기준광경로로 분배하는 광분배수단과, Light distribution means for distributing the light emitted from the light source as a multimode waveguide and a reference optical path;
기준광경로를 통과한 광신호를 광분배수단으로 반사시키기 위한 반사수단과, Reflecting means for reflecting the optical signal passing through the reference optical path to the light distribution means;
다중모드도파로의 절단면에서 돌아오는 광신호와 기준광경로인 공기경로를 통과한 후 반사수단에서 반사되어 되돌아온 광신호가 광분배수단에서 결합되어 발생되는 간섭에 의한 신호를 파장성분별로 각각의 광세기에 맞게 검출하여 컴퓨터에 전송하는 파장성분검출기와,The optical signal returned from the cutting plane of the multi-mode waveguide and the optical signal reflected by the reflecting means after passing through the air path, which is the reference optical path, are combined by the optical distribution means. A wavelength component detector for detecting and transmitting to a computer
파장성분검출기로부터 입력된 광세기에 따른 검출신호를 주파수 성분으로 변환시키는 주파수성분변환 프로세스와, 변화된 주파수성분으로부터 퓨리에 변환을 통해 변화된 간섭무늬를 차등시간모드지연정보로 분해하기 위한 프로세스와, 그 측 정된 결과를 다양한 형태로 디스플레이하기 위한 프로세스를 포함하는 프로그램이 탑재된 컴퓨터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. A frequency component conversion process for converting a detection signal according to the light intensity input from the wavelength component detector into a frequency component, a process for decomposing the interference fringe changed through the Fourier transform from the changed frequency component into differential time mode delay information, and the side thereof And a computer equipped with a program including a process for displaying predetermined results in various forms.
이하 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration and an operation according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예 에 따른 다중모드 도파로에서의 모드간 차등시간지연 측정장치를 도식화한 구성도이다. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an apparatus for measuring differential time delay between modes in a multimode waveguide according to an exemplary embodiment of the present invention.
폭이 있는 광원(10)과, A
광원으로부터 출사된 빛을 입력으로 하여 다중모드도파로와 기준광경로로 분배하는 광분배기(20)와, An
기준광경로를 통과한 광신호를 광분배기(20)로 반사시키기 위한 반사경(30)과, A
다중모드도파로의 절단면에서 돌아오는 광신호와 기준광경로인 공기경로를 통과한 후 반사경(30)에서 반사되어 되돌아온 광신호가 광분배기(20)에서 결합되어 발생되는 간섭에 의한 신호를 파장성분별로 각각의 광세기에 맞게 검출하여 컴퓨터(50)에 전송하는 파장성분검출기(40)와,The optical signal returned from the cutting plane of the multi-mode waveguide and the optical signal reflected by the
파장성분검출기(40)로부터 입력된 광세기에 따른 검출신호를 주파수 성분으로 변환시키는 주파수성분변환 프로세스와, 변화된 주파수성분으로부터 퓨리에 변환을 통해 변화된 간섭무늬를 차등시간모드지연정보로 분해하기 위한 프로세스와, 그 측정된 결과를 다양한 형태로 디스플레이하기 위한 프로세스를 포함하는 프로그램이 탑재된 컴퓨터(50)를 포함하여 구성된다. A frequency component conversion process for converting a detection signal according to the light intensity input from the
이와 같은 본 발명 실시예는,Such an embodiment of the present invention,
폭이 있는 광원(10)에서 광학간섭계로 광을 출사시킨다. Light is emitted from the
출사된 빛은 광분배기(20)를 통하여 다중모드도파로와 기준광경로로 인가된다. The emitted light is applied to the multimode waveguide and the reference optical path through the
두 경로로 인가된 광은 두 경로의 끝에 있는 반사부분에서 반사되는 바, 다중모드도파로의 절단면에서 반사되는 광신호와 기준광경로인 공기경로를 통과한 후 반사경(30)에서 반사되어 되돌아오는 광신호는 다시 광분배기(20)에서 결합되어 간섭을 일으킨다. The light applied in the two paths is reflected at the reflecting portions at the ends of the two paths. The light is reflected at the cutting surface of the multimode waveguide and the light is reflected by the
간섭을 일으킨 신호는 파장성분광검출기(40)로 인가되고, 파장성분검출기(40)에서 파장성분별로 각각의 광세기에 맞게 광신호를 검출하게 된다. The signal causing the interference is applied to the
파장성분광검출기(40)는 광스펙트럼 분석기(optical spectrum analyser)와 스펙트럼 메터(spectrometer) 및 광분광기 등이 있다.The
파장성분광검출기(40)에서 검출된 광신호는 컴퓨터로 보내어지며 컴퓨터에서 간단한 수치해석과정을 거쳐 주파수 성분으로 변환되고, 이와 같이 변화된 간섭무늬는 퓨리에 변환을 통해 차등시간모드지연정보로 분해된다.The optical signal detected by the
이와 같은 측정결과는 다양한 형태로 컴퓨터(50)의 디스플레이에 출력된다.Such measurement results are output to the display of the
여기서 간섭 무늬를 최대로 하기 위하여 PC(Polarization controller)(60)를 기준광경로에 포함시킬 수 있다.In this case, in order to maximize the interference fringe, a PC (Polarization Controller) 60 may be included in the reference optical path.
간섭무늬를 최대로 하는 것은 간섭현상을 최대가 되도록 하는 것을 의미하는 것이며, 기준광경로와 다중모드도광로를 거치는 빛의 편광상태를 동일하게 하는 방 법을 의미한다. Maximizing the interference fringe means that the interference phenomenon is maximized, and means the method of equalizing the polarization state of the light passing through the reference light path and the multi-mode light path.
또한 기준광경로에서 기준광경로의 상대적인 길이를 변환시키기 위하여 이송장치를 설치하는 것도 가능하다.It is also possible to install a transfer device to convert the relative length of the reference light path from the reference light path.
이와 같이 기준광경로를 이동시키기 위한 이송장치를 구성하는 이유는, 기준광경로를 이동시키는 것을 통하여 측정된 모드분포를 상대적으로 조정할 수 있기 때문이다.The reason for configuring the transfer device for moving the reference light path as described above is that the mode distribution measured by moving the reference light path can be relatively adjusted.
모드분포가 비교적은 적은 측정대상체에 있어서 예를 들어 수 ps/m 내외 또는 0.1 ps/m 내외의 신호를 측정할 경우에 측정된 간섭무늬는 DC 영역의 정보를 가지고 있는 바, 이 DC 영역의 정보는 퓨리에 변환을 하면 주파수 성분이 0으로 나타난다.In the case of measuring objects with a relatively small mode distribution, for example, when measuring signals of about several ps / m or about 0.1 ps / m, the interference fringes have information of the DC region. The frequency component is zero when the Fourier transform is performed.
그러나 실제 DC영역의 정보는 0뿐만 아니라 서브 포인트 오더(sub point order) 이내의 신호가 있는 것이다.However, the information of the actual DC region is not only 0 but also a signal within a sub point order.
따라서 DC 레벨의 신호와 현재 측정신호가 분해가 어려운 아주 작은 영역에서의 모드분포를 측정할 때 모드분포를 상대적으로 조정하여 다른 모드 분포영역에서 측정하기 위한 것이다.Therefore, when measuring the mode distribution in a very small area where the DC level signal and the current measurement signal are difficult to decompose, the mode distribution is relatively adjusted to measure in another mode distribution area.
상기와 같은 방법은 일반적으로 생물체 샘풀(치아, 피부표피, cell)의 길이방향의 특성 분포를 측정하는데 사용되어졌다.Such methods have generally been used to measure the longitudinal distribution of properties of biological samples (tooth, skin epidermis, cells).
도 2는 도 1에서와 같은 본 발명 광섬유 간섭계로 구성된 다중모드도파로의 모드간 차등시간지연 측정장치를 그 동작과정을 중심으로 도식화한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a mode difference time delay measuring apparatus of a multimode waveguide composed of the optical fiber interferometer of the present invention as shown in FIG.
도 2에서는 상기에서 설명한 PC(Polarization Controller)와 기준광경로의 길이를 조정하기 위한 이송장치(도면에 도시하지 않음)를 포함하였다.In FIG. 2, a PC (Polarization Controller) and a transfer device (not shown) for adjusting the length of the reference optical path are described.
파장성분이 있는 광원(10)이 빛을 출력한다. The
입사된 빛은 광섬유 분배기로 인가되며 인가된 광은 광섬유 분배기(21)를 통해 측정용 다중모드도파로와 기준광경로로 나누어 투과된다.The incident light is applied to the optical fiber splitter, and the applied light is transmitted through the
투과된 빛은 다중모드광도파로의 끝 단면에서 반사되며, 기준광경로의 반사경에 반사되어 다시 광섬유분배기(21)로 집광된다. The transmitted light is reflected at the end section of the multimode optical waveguide, and is reflected by the reflector of the reference optical path and concentrated again by the
집광된 광은 광섬유 분배기(21)에서 만나 간섭을 일으키며 파장성분광검출기(40)에서 파장성분별로 검출된다.The collected light meets in the
검출된 광신호는 컴퓨터로 보내어 지며 소장된 프로그램에 의해 측정대상의 모드간의 모드지연시간정보를 보여준다. The detected optical signal is sent to the computer and shows the mode delay time information between the modes of measurement by the stored program.
이때 제공된 PC(60)는 파장성분광검출기(40)에서 검출되는 간섭광신호의 간섭현상 이 최대로 일어나게 해 준다. In this case, the provided
기준광경로는 이동이 가능하며 이 이동은 측정된 다중모드 도파로에서 측정된다. The reference path is movable and this movement is measured on the measured multimode waveguide.
시간모드지연측정량 전체에 오프셋(offset)을 줄 수 있다. An offset can be given to the entire time mode delay measurement.
그러나 오프셋(offset)을 시간모드지연측정량 전체에 준다고 해도 측정된 모드들간의 시간모드지연량 사이의 측정량은 변함이 없다However, even if an offset is given to the entire time mode delay measurement amount, the measurement amount between the time mode delay amounts between the measured modes does not change.
도 3은 본 발명의 다른 실시예로 광섬유로 구성된 마흐젠더형 간섭계를 이용하여 투과광분석 을 통한 다중모드도파로에서 모드간 차등시간지연 측정 장치의 개 략도를 나타낸다.3 is a schematic diagram of an apparatus for measuring differential time delay between modes in a multi-mode waveguide using transmitted light analysis using a Mahzender interferometer composed of optical fibers according to another embodiment of the present invention.
도 3에서 나타낸 본 발명의 실시예는 2개의 광섬유광분배기를 구성하여 기준광경로와 다중모드도파로로 분배하고, 이들 기준광경로와 다중모드도파로를 거친 신호를 또 다른 광섬유광분배기를 통해 입력받도록 한 구성을 나타낸다. The embodiment of the present invention shown in FIG. 3 configures two optical fiber splitters and distributes them to a reference optical path and a multimode waveguide, and receives signals passing through the reference optical path and the multimode waveguide through another optical fiber optical splitter. One configuration is shown.
폭이 있는 광원(10)과, 광원(10)으로부터 출사된 빛을 입력으로 하여 다중모드도파로와 기준광경로로 분배하는 제 1광섬유광분배기(21)와, A first optical fiber
다중모드도파로를 통과한 광신호와 기준광경로인 공기경로를 통과한 광신호를 입력받아 광결합시키는 제 2광섬유광분배기(22)와, A second optical fiber
제 2광섬유광분배기(22)에서 발생되는 간섭에 의한 신호를 파장성분별로 각각의 광세기에 맞게 검출하여 컴퓨터에 전송하는 파장성분검출기(40)와,A
파장성분검출기(40)로부터 입력된 광세기에 따른 검출신호를 주파수 성분으로 변환시키는 주파수성분변환 프로세스와, 변화된 주파수성분으로부터 퓨리에 변환을 통해 변화된 간섭무늬를 차등시간모드지연정보로 분해하기 위한 프로세스와, 그 측정된 결과를 다양한 형태로 디스플레이하기 위한 프로세스를 포함하는 프로그램이 탑재된 컴퓨터(50)와, A frequency component conversion process for converting a detection signal according to the light intensity input from the
간섭 무늬를 최대로 하기 위하여 기준광경로에 포함되는 PC(Polarization controller)(60)와, PC (Polarization controller) 60 included in the reference optical path to maximize the interference fringe,
기준광경로의 상대적인 길이를 변환시키기 위한 이송장치를 포함하여 구성된다. And a conveying device for converting the relative lengths of the reference light paths.
이와 같은 구성을 갖는 도 3에 도시된 본 발명 실시예는,Embodiment of the present invention shown in Figure 3 having such a configuration,
파장성분이 있는 광원(10)이 빛을 출력한다. The
제 1광섬유광분배기(21)로 입사된 광은 제1광섬유광분배기(21)를 통하여 두 경로로 투과된다. Light incident on the first optical fiber
이 빛은 측정샘플인 다중모드 도파로와 기준광경로인 공기중으로 통과한다. This light passes through the multimode waveguide, a measurement sample, and into the air, the reference light path.
두 경로를 통과한 빛은 동일하게 제 2광섬유광분배기(22)에게 만나 간섭을 일으킨다. Light passing through the two paths similarly meets the second optical fiber
간섭을 일으킨 광은 파장성분광검출기(40)에서 검출된다. Interfering light is detected by the
검출된 광신호는 컴퓨터(50)로 보내지며 소장된 프로그램에 의해 측정 대상의 모드간의 모드지연시간정보를 보여준다. The detected optical signal is sent to the
이때 제공된 PC(60)는 파장성분광검출기에서 검출되는 간섭광신호의 간섭 현상이 최대로 일어나게 해준다. At this time, the provided
이때 사용된 광원은 파장성분이 폭을 가지는 광원(10)이 사용된다. In this case, a
기준광경로는 이송장치에 의해 이동이 가능하며 이러한 이동은 측정된 다중모드도파로에서 측정된 시간모드지연측정량에 상대적인 오프셋(offset)을 줄 수 있다. The reference optical path can be moved by the feeder, and this movement can give an offset relative to the measured time mode delay measurement in the measured multimode waveguide.
그러나 앞서 설명한 바와 같이, 측정된 모드들간의 시간모드지연량 사이의 측정량은 변함이 없다. However, as described above, the measured amount between the time mode delays between the measured modes does not change.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 광섬유로 구성 된 마흐젠더형 간섭계를 이용하여 투과광분석을 통한 다중모드도파로에서 모드간 차등시간지연 측정 장치의 개략도를 나타낸다. Figure 4 shows another embodiment of the present invention, and shows a schematic diagram of the differential time delay measuring device between modes in a multi-mode waveguide using the transmitted light analysis using the Mahgender-type interferometer consisting of optical fibers.
여기에서는 도 3에 도시한 본 발명 다른 실시예에서 사용한 광섬유 광분배기 대신 광학계용광분배기를 사용하는 것으로 구성된다. In this case, instead of the optical fiber optical splitter used in another embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the optical optical splitter is used.
파장성분이 있는 광원(10)이 빛을 출력한다. The
광분배기(23)로 입사된 광은 광분배기(23)를 통하여 두 경로로 갈라진다. Light incident on the optical splitter 23 splits into two paths through the optical splitter 23.
이 빛은 측정샘플인 다중모드도파로가 있는 광경로와 기준광경로인 공기중으로 통과한다. This light passes through the light path with the multimode waveguide as the measurement sample and into the air as the reference light path.
이때 기준광경로를 통과하는 빛은 반사경(31)을 통해 광분배기(24)로 입사된다.At this time, the light passing through the reference light path is incident to the
두 경로는 통과한 빛은 동일하게 광분배기(24)를 통과 후 간섭을 일으킨다. Both paths pass through the
간섭을 일으킨 광은 파장성분광검출기(40)에서 검출된다. Interfering light is detected by the
검출된 광신호는 컴퓨터로 보내어 지며 소장된 프로그램에 의해 측정대상의 모드간의 모드지연시간정보를 보여준다. The detected optical signal is sent to the computer and shows the mode delay time information between the modes of measurement by the stored program.
이때 제공된 PC(60)는 파장성분광검출기(40)에서 검출되는 간섭광신호의 간섭현상이 최대로 일어나게 해 준다. At this time, the provided
이때 사용된 광원(10)은 파장성분이 폭을 가지는 광원(10)이 사용된다. At this time, the
기준광 경로는 이동이 가능하며 이 이동은 측정된 다중모드 도파로에서 측정된 시간모드지연측정량에 상대적인 오프셋(offset)을 줄 수 있다. The reference light path is movable and this movement can give an offset relative to the measured time mode delay measurement in the measured multimode waveguide.
그러나 측정된 모드들간의 시간모드 지연량 사이의 측정량은 변함이 없다.However, the measurement amount between the time mode delays between the measured modes does not change.
도 5는 광학계로 구성된 마흐젠더형 간섭계를 이용하여 투과광분석을 통한 다증모드도파로에서 모드 간 차등시간지연측정 장치의 개략도를 나타낸다.FIG. 5 shows a schematic diagram of a differential time delay measurement apparatus between modes in a multimode mode waveguide using transmitted light analysis using a Mahzender interferometer composed of an optical system.
이와 같은 본 발명 실시예는 도 3의 본 발명의 다른실시예에서 이용한 광섬 유 광분배기 대신 광학계용 광분배기를 사용하는 것으로 구성된다. Such an embodiment of the present invention consists of using an optical splitter for an optical system instead of the optical splitter used in another embodiment of the present invention of FIG. 3.
파장성분이 있는 광원(10)이 광을 출력한다. The
광학적 제1광분배기(25)로 입사된 광은 제 1광분배기(26)를 통하여 두 경로로 갈라진다.Light incident on the optical
빛은 렌즈로 집광되어 측정샘플인 다중모드도파로와 기준광경로인 공기중으로 통과한다. Light is condensed by the lens and passed through the multimode waveguide, a measurement sample, and in the air, the reference light path.
두 경로로 통과한 빛은 동일하게 제2광분배기(26)를 통과후 렌즈로 집광되어 파장성분광검출기(40)로 검출된다. The light passing through the two paths is similarly collected by the lens after passing through the second
간섭을 일으킨 광은 파장성분광검출기(40)에서 검출된다. Interfering light is detected by the
검출된 광신호는 컴퓨터로 보내어 지며 소장된 프로그램에 의해 측정대상의 모드간의 모드지연시간정보를 보여준다. The detected optical signal is sent to the computer and shows the mode delay time information between the modes of measurement by the stored program.
이때 제공된 PC(60)는 파장성분광검출기에서 검출되는 간섭광신호의 간섭현상이 최대로 일어나게 해 준다. In this case, the provided
이때 사용된 광원(10)은 파장성분이 폭을 가지는 광원(10)이 사용된다. At this time, the
기준광경로는 이동이 가능하며 이 이동은 측정된 다중모드 도파로에서 측정된 시간모드지연측정량에 상대적으로 오프셋(offset)을 줄 수 있다. The reference path is movable and this shift can give an offset relative to the measured time mode delay measurement in the measured multimode waveguide.
그러나 측정된 모드들간의 시간모드지연량 사이의 측정량은 변함이 없다. However, the measurand between time mode delays between the measured modes does not change.
도 6a 는 본 발명에 따른 다중모드도파로의 모드간 차등시간지연에 측정한 파장성분광검출기에서 검출된 광파장성분별 광세기를 나타낸 그래프이다. Figure 6a is a graph showing the light intensity for each wavelength component detected by the wavelength component photodetector measured in the differential time delay between modes of the multi-mode waveguide according to the present invention.
컴퓨터(50)에 만들어진 수식프로그램을 이용하여 파장성분별로 표시된 광세 기는 주파수성 분별 광세기로 변환 후 퓨리에 변환을 통해 도파로의 모드간 차등시간지연 결과값을 출력한다.Using the mathematical program created in the
이와 같은 컴퓨터의 수식프로그램에 의해 이루어진 도파로의 모드간차등시간지연 결과값 출력과정을 수학식과 함께 설명하면 다음과 같다.The process of outputting the differential time delay result value of the waveguides formed by the computer's mathematical program is described with the following equation.
광도파로에서 여기된 모드들은 시간상에서 다른속도를 가지고 광섬유를 통과하기 때문에 파장성분이 다르게 검출이 된다. The excited modes in the optical waveguide pass through the optical fiber at different speeds in time, so the wavelength components are detected differently.
주파수영역에서 측정되는 간섭광의 신호의 광세기는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The light intensity of the signal of the interference light measured in the frequency domain may be expressed by
여기서, N은 다중모드 도파로에서 여기된 광섬유의 수, Where N is the number of optical fibers excited in the multimode waveguide,
는 측정에 사용된 폭이 넓은 광섬유의 스펙트럼, Is the spectrum of the broad optical fiber used for the measurement,
는 m번째로 여기된 모드의 상대적인 광파워, Is the relative optical power of the m th excited mode,
은 기준광신호와 m번째로 여기된 신호사이의 상대적인 위상, Is the relative phase between the reference light signal and the m th excited signal,
< >는 시간영역 평균값이다. <> Is the time domain average value.
다시 이 위상을 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Again, this phase can be expressed as
여기서, 은 측정된 다중모드도파로의 길이, here, Is the length of the measured multimode waveguide,
는 기준광경로의 시간지연, Is the time delay of the reference light path,
은 m번째로 여기된 모드들의 전파속도이다. Is the propagation velocity of the m th excited modes.
여기서, m번째의 전파속도를 Taylor expansion(수학식 3)으로 다시 표현할 수 있다. Here, the m th propagation speed can be expressed again by Taylor expansion (Equation 3).
이때, 고정된 주파수 영역에서 색분산( )을 무시하면 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.At this time, Color dispersion in a fixed frequency domain Ignoring) is expressed as Equation 4 below.
단, 은 상수 , 은 m 번째 여기된 모드의 그룹지연 속도이다. only, Is a constant, Is the group delay rate of the m th excited mode.
여기서 퓨리에 변환을 한 값은 다음의 수학식 5와 같이 사용된다.The Fourier transformed value is used as in Equation 5 below.
단 *는표준 컨볼루션 연산자(a standard convolution operator), G(t) 는 측정광원의 퓨리에 변환값, 수학식 5에서 표현된 각각의 최대피크(peak)는 로 표현이 되며, 이 피크(peak)는 다중모드광도파로에서의 여기된 m번째의 시간차등지연에 해당하는 값이다. Where * is a standard convolution operator, G (t) is the Fourier transform of the measured light source, and each peak in Eq. This peak is the value corresponding to the excited mth time difference delay in the multimode optical waveguide.
도6b는 도 6a의 그래프를 확대해서 보여준 그래프로서, 1550nm~ 1555nm구간을 확대한 것이다.FIG. 6B is an enlarged graph of the graph of FIG. 6A and shows an enlarged view of 1550 nm to 1555 nm.
이 그래프는 변조(modulation)된 형태의 그래프가 나타나는데 이 변조(modulation)된 폭이 모드간 차등시간지연정보를 포함하고 있다.This graph shows a modulated graph in which the modulated width includes the differential time delay information between modes.
분석을 용이하게 하기 위해 몇 개의 모드만 가지는 다중모드도파로를 제작하여 측정한 값이다. In order to facilitate the analysis, a multimode waveguide having only a few modes is fabricated and measured.
도 6a는 다중모드도파로의 모드가 세개인 것을 측정한 그래프이고 도6b는 도 6a와 동일 한 측정으로 측정 한 값으로 고차 모드를 하나 제거 한 다음 측정 한 그래프이다. FIG. 6A is a graph measuring three modes of a multimode waveguide, and FIG. 6B is a graph measured after removing one higher-order mode with a value measured by the same measurement as that of FIG. 6A.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 있어서 모드 차등지연시간분포를 나타낸 것으로, 상기한 도 6a의 파장성분별 그래프를 주파수성분으로 바꾸어서 퓨리에 변환을 하면 도 7a의 파형이 나타나게 된다.7A and 7B illustrate the mode differential delay time distribution according to the present invention. When the graph of the wavelength component of FIG. 6A is changed to frequency components and Fourier transform is performed, the waveform of FIG. 7A appears.
여기서, 도 7a의 각각의 봉우리(피크(peak))에 해당하는 x축의 값이 모드의 차등지연시간분포이다.Here, the value of the x-axis corresponding to each peak (peak) in FIG. 7A is the differential delay time distribution of the mode.
이와 같은 본 발명은 실시예에 제한되지 않고, 광학계용 광분배기 또는 광섬유 광분배기 및 다수의 반사경 등의 배열 조합을 통해 다양한 다중모드 도파로의 다중모드간 차등시간지연 측정장치의 구현이 가능하다.The present invention is not limited to the embodiments, and it is possible to implement a differential time delay measuring apparatus between multiple modes of various multimode waveguides through an arrangement combination of an optical optical splitter or an optical optical splitter and a plurality of reflectors.
이상에서와 같이 본 발명은 저가의 광원과 간섭계를 이용하여 다중모드도파로의 모드간 차증지연시간 특정을 측정할 수 있을 뿐만이 아니라 짧은 길이의 다중모드도파로의 측정이 가능하다. As described above, the present invention can not only measure the differential delay time between modes of the multimode waveguide using a low-cost light source and an interferometer, but also measure a short-length multimode waveguide.
또한 이 방법은 쉽고 간단한 방법이기에 다중모드도파로를 생산하는 사람은 누구나 쉽게 사용할 수 있는 장치이다. In addition, this method is easy and simple, so anyone who produces a multimode waveguide can use it easily.
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