KR100786341B1 - Apparatus for wavelength monitoring - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 CWDM(Coarse WDM) 필터를 이용한 종래의 파장 모니터링 장치의 개략적 구성도;1 is a schematic configuration diagram of a conventional wavelength monitoring apparatus using a CWDM (Coarse WDM) filter;
도 2는 종래의 파장 모니터링 장치에 박막간섭형 DWDM(Dense WDM) 필터를 이용할 경우에 필터의 접속관계를 개략적으로 나타낸 단면도;FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a connection relationship between filters when a thin film interference DWDM filter is used in a conventional wavelength monitoring apparatus. FIG.
도 3은 본 발명의 장치에 사용되는 빔 스플리터를 이용한 파장 필터의 원리를 설명하기 위한 도면;3 is a view for explaining the principle of a wavelength filter using a beam splitter used in the apparatus of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 모니터링 장치의 개략적 구성도;4 is a schematic structural diagram of a wavelength monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 모니터링 장치의 개략적 구성도;5 is a schematic structural diagram of a wavelength monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention;
도 6은 도 4의 파장 모니터링 장치에 광 수신기인 포토 다이오드와의 광결합 효율을 높이기 위해 마이크로 렌즈를 부가한 상태를 나타낸 도면; 및FIG. 6 is a view illustrating a state in which a microlens is added to the wavelength monitoring device of FIG. 4 to increase optical coupling efficiency with a photodiode as an optical receiver; FIG. And
도 7은 도 4의 구조를 패키지 형태로 제조한 본 발명의 파장 모니터링 장치의 외관을 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a view illustrating an appearance of a wavelength monitoring apparatus of the present invention in which the structure of FIG. 4 is manufactured in a package form.
본 발명은 파장 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광통신 시스템 등에서 2개 이상의 파장을 가진 광이 수신기 안으로 들어올 때 각 파장별로 필터링한 후 각각의 파워를 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength monitoring apparatus, and more particularly, to an apparatus for measuring respective powers after filtering for each wavelength when light having two or more wavelengths enters a receiver in an optical communication system.
광통신 분야에 있어서, 광섬유에 다수의 파장의 광을 다중화하여 통신함으로써, 정보의 전송량을 단일 파장의 광을 이용했을 경우보다 큰 폭으로 증가시키는 파장다중 통신방식이 있다. 그리고, 최근에는, 파장이 다른 광을 발생하는 레이저 광원들을 동시에 이용해 정보의 전송을 하는 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplexing; WDM) 통신방식도 널리 이용되고 있다. 이러한 광통신 시스템에서, 송수신하는 레이저 광의 파장을 식별하기 위해서 파장 모니터링 장치가 이용된다. 파장 모니터링 장치는, 광섬유로부터 나온 광을 콜리미네이터(colliminator)에 의해서 정렬된 광으로 만들고, 그 광을 파장 의존성을 가지는 소자, 즉 파장에 따라 투과 또는 반사율이 변화하는 파장변별 소자에 통과시킨 후, 포토 다이오드(Photo Diode) 등의 수광 소자로 파장에 의존하는 신호를 검출하는 것이다. 파장 모니터링 장치로서는, 미국특허 제 5,822,049호에 개시된 바와 같은 WDM 커플러형이나, 일본 특허공개 평10-253452호에 개시된 바와 같은 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)형, 또는 간섭계형, 에탈론(Etalon)형 등이 있으나, 종래기술의 파장 모니터링 장치는 작은 사이즈로 집적화하기 어려울 뿐 아니라 저가격화하기도 곤란하다는 문제점을 갖는다. 아래의 예를 통해 종래기술의 문제점에 대해 더 구체적으로 논의하기로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION In the field of optical communication, there is a wavelength multiplex communication method in which multiple transmissions of light of a plurality of wavelengths are communicated with an optical fiber, thereby increasing the amount of transmission of information to a greater extent than using a single wavelength of light. In recent years, a wavelength division multiplexing (WDM) communication system that transmits information by simultaneously using laser light sources that generate light having different wavelengths has also been widely used. In such an optical communication system, a wavelength monitoring device is used to identify the wavelength of laser light that transmits and receives. The wavelength monitoring device converts the light from the optical fiber into light arranged by a collimator and passes the light through a device having a wavelength dependency, that is, a wavelength discriminating device whose transmission or reflectance changes with wavelength. A light-receiving element such as a photo diode or the like is used to detect a signal depending on the wavelength. As the wavelength monitoring device, a WDM coupler type as disclosed in U.S. Patent No. 5,822,049, a band pass filter type as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 10-253452, or an interferometer type, Etalon Although there is a type, the prior art wavelength monitoring device has a problem that it is difficult to integrate into a small size and low cost. The following examples will discuss in more detail the problems of the prior art.
도 1은 CWDM(Coarse WDM) 필터를 이용한 종래의 파장 모니터링 장치의 개략적 구성도이다. 도 1을 참조하면, 파장 모니터링 장치는 CWDM 필터(100)와 어레이(array)형 포토 다이오드(110)를 포함한다. CWDM 필터(100)는 단품의 필터들(100-1, …, 100-n)이 캐스케이드(cascade) 형태로 일반적인 스플라이싱(splicing)이나 광섬유 접속(connection) 등으로 연결되어 파장 분별의 기능을 수행한다. 필터들(100-1, …, 100-n)의 각각은 자신의 특성에 따라 특정 파장의 광은 투과시키고 그 이외의 파장의 광은 캐스케이드 형태로 연결된 다음 단의 필터에 입사시킨다. 투과된 광은 그 파장의 광을 감지할 수 있는 포토 다이오드들(110-1, 110-2, 110-3, …, 110-n) 중의 하나에 의해 그 광의 파워가 측정된다. 이와 같은 구성을 갖는 파장 모니터링 장치의 경우, 단일 패키지 형태의 각 소자를 단지 외부에서 광섬유 등을 사용하여 서로 연결하기 때문에, CWDM 필터(100)의 패키징 시에 부피가 5㎝ 이상 커지고, 수작업에 의존하여야 하기 때문에 그 제작 비용도 상승하게 되는 문제점이 있다. 또한, 패키징 내부의 광섬유의 연결을 위한 구부림 등에 기인한 패키징 부피의 증가라는 문제점도 있다.1 is a schematic configuration diagram of a conventional wavelength monitoring apparatus using a CWDM (Coarse WDM) filter. Referring to FIG. 1, the wavelength monitoring device includes a
도 2는 종래의 파장 모니터링 장치에 박막간섭형 DWDM(Dense WDM) 필터를 이용할 경우에 필터의 접속관계를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 입력 신호는 λ1에서 λ8까지 8개의 파장을 가진 광신호인데, 특정 파장의 광에 대해서는 투과성질을 가지면서 다른 파장의 광에 대해서는 반사성질을 가지는 박막간섭형 DWDM 필터(230)에 의해 λ4의 파장의 광을 투과 신호로 얻고, λ1,λ2,λ3,λ5,λ6,λ7,λ8의 파장의 광을 반사 신호로 얻음을 알 수 있다. 박막간섭형 DWDM 필 터(230)는 통상적으로 유리 기판 위에 형성한 것을 사용한다. 입력 신호(또는 반사신호)와 DWDM 필터(230)의 일단 간의 정렬에 는 제1 GRIN(graded index) 렌즈(220)가 이용되는데, 그 접속에는 이중 페룰(ferrule; 200)이 관여한다. 또한, 투과 신호와 DWDM 필터(230)의 타단 간의 정렬에 는 제2 GRIN 렌즈(222)가 이용되는데, 그 접속에는 단일 페룰(210)이 관여한다. 그런데 이와 같은 소자를 사용할 경우 삽입 손실이 크기 때문에 적절한 파장 모니터링이 이루어지기 어렵다는 문제점이 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a connection relationship between filters when a thin film interference type DWDM filter is used in a conventional wavelength monitoring apparatus. Referring to FIG. 2, the input signal is an optical signal having eight wavelengths from λ1 to λ8, and has a thin film interference
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 작은 사이즈로 집적화가 용이하여 칩 형태로 제조할 수 있으며, 이로 인해 제조 및 패키징 시의 원가를 감소시킬 수 있는 파장 모니터링 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention is to provide a wavelength monitoring device that can be integrated into a small size and can be manufactured in the form of a chip, thereby reducing the cost of manufacturing and packaging.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 종래기술의 장치에 비해 낮은 손실 특성을 갖는 파장 모니터링 장치를 제공하는 것이다.Another technical problem of the present invention is to provide a wavelength monitoring device having a low loss characteristic compared to the prior art device.
상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명은, 복수 파장을 가진 광을 각 파장별로 필터링한 후 각각의 파워를 측정하는 파장 모니터링 장치에 관한 것으로서,The present invention for solving the above technical problem, relates to a wavelength monitoring device for measuring each power after filtering the light having a plurality of wavelengths for each wavelength,
인접한 반사면들이 지그재그 형태를 가지면서 직렬로 연결된 복수의 빔 스플리터(beam splitter)들을 포함하되, 각각의 빔 스플리터가 특정 파장의 광은 반사 하고 나머지 파장의 광은 통과시키는 파장 의존성을 가져서 서로 다른 특정 파장의 광들을 상기 직렬 연결된 복수의 빔 스플리터들의 양방향으로 반사시키는 WDM 필터와;Adjacent reflecting surfaces have a plurality of beam splitters connected in series with a zigzag shape, each beam splitter having a wavelength dependency that reflects light of a specific wavelength and passes light of a remaining wavelength. A WDM filter for reflecting light of a wavelength in both directions of the serially connected beam splitters;
상기 WDM 필터의 양방향으로 반사된 서로 다른 특정 파장의 광들의 각각의 파워를 측정하는 복수의 포토 다이오드들로 이루어진 2개의 포토 다이오드 어레이;Two photodiode arrays comprising a plurality of photodiodes for measuring the power of each of light of different specific wavelengths reflected in both directions of the WDM filter;
를 구비하는 것을 특징으로 한다.Characterized in having a.
이 때, 본 파장 모니터링 장치가, 상기 복수 파장의 광을 도입하는 광섬유와;At this time, the present wavelength monitoring device includes: an optical fiber for introducing the light having the plurality of wavelengths;
상기 광섬유를 통해 도입된 복수 파장의 광을 정렬하여 상기 WDM 필터에 입사시키는 콜리미네이터를 더 구비할 수도 있다.A collimator may be further provided to align light of a plurality of wavelengths introduced through the optical fiber and to enter the WDM filter.
또한, 수신기인 포토 다이오드에 대한 광결합 효율을 높이기 위해 마이크로 렌즈(Micro-Lens) 등의 부가 부분이 삽입될 수도 있다In addition, an additional part such as a micro-lens may be inserted to increase optical coupling efficiency of the photodiode as a receiver.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 장치에 사용되는 빔 스플리터를 이용한 파장 필터의 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, λ1 및 λ2의 파장을 가진 광이 파장 의존성을 가지는 빔 스플리터(300)에 입사되는데, 빔 스플리터(300)는 λ1 파장을 가진 광은 반사시키고, λ2 파장을 가진 광은 투과시킴으로써 파장 필터의 역할을 행한다.3 is a view for explaining the principle of the wavelength filter using a beam splitter used in the apparatus of the present invention, it is shown to help the understanding of the present invention. Referring to FIG. 3, light having wavelengths of
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 모니터링 장치의 개략적 구성도이다. 도 4를 참조하면, 복수 파장(λ1,λ2,…, λn)의 광신호가 입력 광섬유(402)를 통해 도입되며, 입력 광섬유(402)를 통해 도입된 복수 파장의 광은 콜리미네이터(colliminator; 405)에 의해 정렬되어 WDM 필터(400)에 입사된다. WDM 필터(400)는, 인접한 반사면들이 지그재그 형태를 가지면서 직렬로 연결된 제1 빔 스플리터(400-1) 내지 제n 빔 스플리터(400-n)들로 이루어진다. 각각의 빔 스플리터는 특정 파장의 광은 반사하고 나머지 파장의 광은 통과시키는 파장 의존성을 가지는 필터가 실장 및 코팅되도록 구성된다. 인접한 반사면들이 지그재그 형태를 가지면서 직렬로 연결된 구조에 의해 서로 다른 특정 파장의 광들이 WDM 필터(400)의 양방향으로 반사된다. 반사된 특정 파장의 광들은 제1군 포토 다이오드(410-1, 410-3,…)로 이루어진 제1 포토 다이오드 어레이(410)와, 제2군 포토 다이오드(412-2, 412-4,…)로 이루어진 제2 포토 다이오드 어레이(412)에서 대응되는 각각의 포토 다이오드에 의해 그 파워가 전기적 신호로 검출되게 된다. 이러한 WDM 필터(400), 제1 포토 다이오드 어레이(410) 및 제2 포토 다이오드 어레이(412)를 DIP(Dual In-line Package) 방식으로 구성할 경우, 극히 소형화된 파장 모니터링 장치를 구현할 수 있다. 또한, 다파장 신호의 동시 개별적인 파워 검출이 용이하며, 생산단가 및 패키지 사이즈에 대해 상당한 개선이 가능하다.4 is a schematic configuration diagram of a wavelength monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, an optical signal having a plurality of
도면에서 설명되지 않은 참조번호 450은 개별 포토 다이오드를 작동시키기 위한 양전극/음전극, 451은 패키지를 하였을 경우에 그라운드 연결, 452는 전원전압(Vcc), 460은 패키지 몸체를 각각 나타내는 것이다.
또한, 일반적인 단일 필터의 직렬 연결은 각 소자의 삽입 손실(약 0.3dB)과 연결손실(0.1dB) 및 패키지 내의 광섬유 구부러짐(bending) 손실이 누적되어 손실 이 커지게 된다. 예를 들어, 8개의 단일 필터를 연결할 경우, 대략 3dB 정도의 손실이 발생한다. 이에 반해 본 발명의 파장 모니터링 장치에서와 같은 구조의 WDM 필터를 사용한다면 이상적인 삽입손실(약 0.3dB)에 광신호 전송에 따른 손실과 정렬 손실을 모두 합하여도 대략 1dB 이내의 손실이 발생하게 된다. 또한 최소형 최적 공정을 할 경우에 각 필터의 손실 이외의 손실은 없게 되고 사이즈도 소자 공정에 따라서 mm 단위 또는 그 이하 단위로도 만들 수도 있으며 패키지 내에 광섬유 등이 필요 없어서 광섬유의 구부러짐 손실 등을 고려를 할 필요 없이 집적기술의 발전에 따라 파장 수에 관계없이 적은 손실로 구현할 수 있다. 더욱이, 본 발명을 사용한 다파장 동시 측정을 할 경우 다파장 동시 측정이 가능한 수신기 및 모니터링 시스템이 응용에 주요 기능으로서 사용가능하며 그 시장은 상당히 큰 것으로 예측된다.In addition, a series connection of a typical single filter accumulates an insertion loss (about 0.3 dB), a connection loss (0.1 dB), and an optical fiber bending loss in a package. For example, connecting eight single filters will result in approximately 3dB of loss. On the contrary, if the WDM filter having the same structure as in the wavelength monitoring apparatus of the present invention is used, even if both the ideal insertion loss (about 0.3 dB) and the loss due to optical signal transmission and the alignment loss are combined, a loss of about 1 dB occurs. In the case of the smallest optimal process, there is no loss other than the loss of each filter, and the size can be made in the unit of mm or less according to the device process, and the bending loss of the optical fiber is not considered because the optical fiber is not required in the package. As a result of the integration technology, it can be realized with a small loss regardless of the number of wavelengths. Moreover, in the case of multi-wavelength simultaneous measurement using the present invention, a receiver and a monitoring system capable of multi-wavelength simultaneous measurement can be used as a main function in an application, and the market is expected to be quite large.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 모니터링 장치의 개략적 구성도이다. 도 5에 도시된 파장 모니터링 장치와 도 4의 것을 비교할 경우 유일한 차이점은, 도 4에 도시된 파장 모니터링 장치는 종단(End Terminal)에 사용하기 위한 것으로서 파장별 파워를 측정하는 기능을 수행하여 파워미터나 장비 등에 적용된다는 것이며, 도 5에 도시된 파장 모니터링 장치는 주로 모니터링에 사용하기 위한 투과형이라는 것이다. 따라서, 중복적 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다. 도 4와 도 5를 비교하면, 도 4에서는 입력광이 투과되지 않으나, 도 5에서는 모니터링에 이용된 광신호를 제외한 대부분은 출력 광섬유(403)를 통해 투과됨을 알 수 있다. 여기서, 투과 광신호는 입력 광신호와 동일하게 복수 파장(λ1,λ2,…, λn)을 가지지만, 투과 광신호의 광 파워는 모니터링 때문에 의해 당연히 낮아짐을 알 수 있다.5 is a schematic configuration diagram of a wavelength monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention. When comparing the wavelength monitoring device shown in FIG. 5 with that of FIG. 4, the only difference is that the wavelength monitoring device shown in FIG. 4 is used for an end terminal, and performs a function of measuring power for each wavelength, thereby measuring a power meter. It is applied to equipment, etc., the wavelength monitoring device shown in Figure 5 is that the transmission type mainly for use in monitoring. Therefore, description of redundant portions will be omitted. 4 and 5, input light is not transmitted in FIG. 4, but in FIG. 5, most of the light signals except for the optical signal used for monitoring are transmitted through the output
이러한 본 발명의 파장 모니터링 장치는 PCB 기판에 실장할 수 있도록 파장 모니터링 칩으로 제조할 수도 있다. 즉, DIP과 같은 전자 소자 기반의 패키지가 가능하여 다파장 동시 검출장치로 이용될 수도 있다.Such a wavelength monitoring device of the present invention may be manufactured as a wavelength monitoring chip to be mounted on a PCB substrate. That is, an electronic device-based package such as DIP can be used and can be used as a multi-wavelength simultaneous detection device.
도 6은 도 4의 파장 모니터링 장치에서 광 수신기인 포토 다이오드와의 광결합 효율을 높이기 위해 마이크로 렌즈를 부가한 상태를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 빔 스플리터에서 나온 광이 포토 다이오드로 입사되는 광경로 상에 마이크로 렌즈를 부가하여 광결합 효율을 높였음을 알 수 있다. 이러한 마이크로 렌즈는 다수의 빔 스플리터 및 포토 다이오드들의 각각에 1:1로 대응되도록 설치되어 결국 마이크로 렌즈들이 어레이 형태를 이루게 된다. 예를 들어서, 제1 빔 스플리터(400-1)에서 제1군 포토 다이오드(410-1, 410-3,…) 중의 제1 포토 다이오드(400-1)로 입사되는 광신호의 광결합 효율을 높이기 위해 제1 마이크로 렌즈(700-1)가 그 광신호의 광경로 상에 설치된다. 도 6에 도시한 장치에 의하여 다파장 신호의 동시 개별적인 파워 검출이 가능한데, 이는 본 발명의 장치가 역다중화기(DeMux) 응용분야에 적용될 수 있다는 것을 의미한다.FIG. 6 is a view illustrating a state in which a microlens is added to increase optical coupling efficiency with a photodiode as an optical receiver in the wavelength monitoring apparatus of FIG. 4. Referring to FIG. 6, it can be seen that the optical coupling efficiency is increased by adding a microlens on the optical path through which light emitted from the beam splitter is incident to the photodiode. The micro lenses are installed to correspond to each of the plurality of beam splitters and photo diodes in a 1: 1 manner, so that the micro lenses form an array. For example, the optical coupling efficiency of the optical signal incident from the first beam splitter 400-1 to the first photo diode 400-1 of the first group photo diodes 410-1, 410-3,. In order to increase, the first micro lens 700-1 is provided on the optical path of the optical signal. The device shown in FIG. 6 allows simultaneous individual power detection of multi-wavelength signals, which means that the device of the present invention can be applied to DeMux applications.
도 7은 도 4의 구조를 패키지 형태로 제조한 본 발명의 파장 모니터링 장치의 외관을 나타낸 도면이다. 도시의 명확화를 위해, 도 5에서 패키지 몸체(460)의 우측면을 투명하게 나타내었다. 도 5에서 A는 Anode, C는 cathode를 표시한다.FIG. 7 is a view illustrating an appearance of a wavelength monitoring apparatus of the present invention having the structure of FIG. 4 manufactured in a package form. For clarity of illustration, the right side of the
이와 같은 본 발명의 파장 모니터링 장치는, 파장 분별 모니터링, 광가입자망(Fiber to The Home; FTTH), ROADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers), 파장 의존성 파워 감지, 루프-백 모니터링, 파워 미터, 병렬 인터페이스 (접속기) 등에 널리 사용될 수 있다.Such a wavelength monitoring device of the present invention, wavelength fractionation monitoring, Fiber to The Home (FTTH), Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexers (ROADM), wavelength dependent power detection, loop-back monitoring, power meter, parallel It can be widely used for interface (connector) and the like.
본 발명의 장치는 파장별로 광파워를 측정하는 기능을 수행할 수 있는 바, 단순한 물리량을 나타내는 광파워 뿐만 아니라 유효한 정보를 포함하는 광신호의 파워를 측정하는 기능도 수행할 수 있는 것은 당연하다. 따라서, 본 발명의 장치는 광통신 분야에도 널리 응용될 수 있다. Since the apparatus of the present invention can perform the function of measuring the optical power for each wavelength, it is natural that not only the optical power representing a simple physical quantity but also the function of measuring the power of an optical signal including valid information can be performed. Therefore, the apparatus of the present invention can be widely applied to the field of optical communication.
상술한 바와 같은 본 발명을 이용하면 파장 모니터링 장치의 제조 및 패키징 시의 원가를 감소시킬 수 있어서 경제적으로 유리할 뿐만 아니라 종래기술의 장치에 비해 낮은 손실 특성을 갖는 파장 모니터링 장치를 구현할 수 있으므로 본 발명의 장치를 포함하는 전체 통신 시스템 등의 신뢰성을 높일 수 있다.By using the present invention as described above, it is possible to reduce the cost of manufacturing and packaging the wavelength monitoring device, which is economically advantageous and can implement a wavelength monitoring device having lower loss characteristics than the prior art device. The reliability of the entire communication system including the device can be improved.
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