KR100794852B1 - 파장 변환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 여기광 파장과 제로 분산 파장과의 차가 커지더라도 높은 파워의 변환광의 생성을 가능하게 하는 구조를 구비한 파장 변환기에 관한 것이다. 당해 파장 변환기는, 예를 들면 파장 1550㎚에서 절대값이 0.01㎰/㎚2/㎞ 이하의 분산 슬로프를 갖는 광파이버를 포함한다.

Description

파장 변환기{WAVELENGTH CONVERTER}
본 발명은 제 1 파장의 입력광으로부터, 비선형 광학 현상을 이용하여 제 2 파장의 변환광을 발생시키기 위한 파장 변환기에 관한 것이다.
일반적으로, 높은 파워의 광이 매질내를 전파하면, 그 매질에서의 비선형 분극에 기인하여 여러 가지의 비선형 광학 현상이 발생하는 것이 알려져 있다. 이 비선형 광학 현상 중, 사광파 혼합(FWM: Four-Wave Mixing)은 3차 비선형 효과에 의해 발생하고, 구체적으로는, 3개의 광자가 매질에 입력했을 때에 이들로부터 새로운 하나의 광자가 발생하는 현상이다. 이러한 비선형 광학 현상에 관여하는 복수개의 광자간에 에너지 보존 법칙 및 운동량 보존 법칙이 함께 성립할 때, 가장 높은 효율로 비선형 광학 현상이 발생한다.
종래부터, 상술한 바와 같은 비선형 광학 현상을 광파이버내에서 적극적으로 발생시키고, 해당 광파이버를 파장 변환기에 이용하고자 하는 연구가 한창 행해지고 있다. 예를 들면, 파장 변환기는 제 1 파장의 입력으로부터, 해당 입력광과 동일한 정보를 갖는 제 2 파장의 변환광을 발생시키는 광학 디바이스이다. 이러한 파장 변환기는, 다수 노드가 광파이버 전송로망에 의해 서로 접속되어 있는 광통신 네트워크에서, 이들 노드에 마련된다. 그 노드에서 파장 변환기는 도달한 입력광의 파장으로부터 파장 변환된 변환광을 출력광으로서 출력한다.
또한, 내부에서 상술한 바와 같은 비선형 광학 현상을 발생하기 쉬운 고비선형 파이버로서, 예를 들면, 문헌 1: Jiro Hiroishi, et al., "Dispersion slope controlled HNL-DSF with high γ25 W-1㎞-1 and band conversion experiment using this fiber", ECOC2002, PD1.5에는, 분산 슬로프를 0.013㎰/㎚2/㎞까지 저감한 고비선형 파이버가 개시되어 있다. 문헌 2: Toshiaki Okuno, et al., "Generation of Ultra-Broad-Band Supercontinuum by Dispersion-Flattened and Decreasing Fiber", IEEE PHOTONICS TEC. LETT., VOL.10, NO.1, JAN.1998, pp.72-74에는, 고비선형 분산 플랫 파이버가 개시되어 있다. 문헌 3: K.P.Hansen, et al., "Fully Dispersion Controlled Triangular-Core Nonlinear Photonic Crystal Fiber", OFC2003, PD2에는, 손실이 크기 때문에 실효 길이가 짧은 분산 플랫형 고비선형 포토닉 크리스탈 파이버가 나타내어져 있다. 문헌 4: Ju Han Lee, et al., "Four-Wave Mixing Based 10-Gb/s Tunable Wavelength Conversion Using a Holey Fiber With a High SBS Threshold", IEEE PHOTONICS TECH. LETT., VOL.15, NO.3, MAR. 2003, pp.440-442에는, 파장 분산의 절대값이 크기 때문에, 신호광과 여기광과의 파장차가 10㎚ 정도밖에 허용되지 않지만, 폴리 파이버를 이용한 파장 변화기가 개시되어 있다. 문헌 5: K.Inoue, "Arrangement of fiber pieces for a wide wavelength conversion range by fiber four-wave mixing", OPTICS LETTERS, VOL.19, NO.16, Aug.15,1994에는, 상이한 제로 분산 파장을 갖는 복수의 광파이버를 종렬 접속하고, 대역폭을 약 2THz까지 확대하는 기술이 개시되어 있으며, 또한, 문헌 6: M.Onishi, et al., "Highly Nonlinear Dispersion-Shifted Fibers and Their Application to Broadband Wavelength Converter", OPTICAL FIBER TECHNOLOGY, VOL.4, 204-214(1998)에는, 고비선형 파이버의 예가 개시되어 있다.
발명의 개시
발명자들은 상술한 고비선형 파이버에 대해서 검토한 결과, 이하와 같은 과제를 발견하였다. 즉, 상술한 문헌 1~6에 개시된 고비선형 파이버를 이용한 파장 변환기에서는, 여기광 파장이 이용되는 광파이버의 제로 분산 파장으로부터 떨어지면 위상 정합 조건이 만족되지 않게 되기 때문에, 급격하게 변환광의 광파워가 저하해버린다. 그 때문에, 그러한 파장 변환기에서는, 한 채널만의 여기광으로 입력 신호광을 소망하는 파장으로 변환하는 가변 파장 변환을 실현하는 것은 곤란하다.
또한, 문헌 7: Kyo Inoue, "Tunable and Selective Wavelength Conversion Using Fiber Four-Wave Mixing with Two Pump Lights", IEEE PHOTONICS TECH. LETT., VOL.6, NO.12, DEC.1994에는, 광파이버에 2채널의 여기광을 공급하는 파장 변환기가 소개되어 있다. 그러나, 여기광 파장과 광파이버의 제로 분산 파장이 떨어져 버리면, 역시 변환광의 광파워가 저하한다. 처음 2채널의 여기광을 공급하는 것은 파장 변환기의 제조 비용을 올리는 요인으로 된다. 이와 같이, 문헌 7에 기 재된 파장 변환기에 있어서도, 보다 넓은 대역에 걸쳐서 효율적으로 파장 변환을 실행하는 것은 곤란하다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 여기광 파장과 제로 분산 파장과의 차가 커지더라도 높은 파워의 변환광의 생성을 가능하게 하는 구조를 구비한 파장 변환기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 파장 변환기는 광파이버를 이용한 파장 변환기로서, 제 1 파장의 입력광으로부터, 비선형 광학 현상을 이용하여 파장 변환된, 해당 제 1 파장과는 상이한 제 2 파장의 변환광을 발생시킨다.
본 발명에 따른 파장 변환기에 적용되는 광파이버는 파장 1550㎚에서 절대값이 0.01㎰/㎚2/㎞ 이하의 분산 슬로프를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 광파이버에 입력되는 광의 파장과, 해당 광파이버의 제로 분산 파장과의 차인 Detuning이 커지더라도, 높은 파워의 변환광의 생성이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 파장 변환기에 적용되는 광파이버는, 공급되는 여기광의 파장에서 절대값이 0.01㎰/㎚2/㎞ 이하의 분산 슬로프를 갖더라도 무방하다. 여기광을 이용하는 파장 변환기에 있어서, 해당 여기광이 전파하는 광파이버의 분산 슬로프를 충분히 작게 하는 것에 의해, 보다 효율적으로 변환광을 취출할 수 있기 때문이다. 특히, 높은 광파워의 여기광에 대하여 광파이버의 분산 슬로프를 작게 함으로써, 여기광과 해당 광파이버의 제로 분산 파장과의 차인 Detuning이 커졌다고 하더라도, 높은 파워의 변환광의 생성이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 파장 변환기에 적용되는 광파이버는 적어도 1530㎚~1565㎚의 파장 범위에서 절대값이 0.2㎰/㎚/㎞ 이하의 파장 분산을 갖더라도 무방하다. 당해 광파이버의 파장 분산이 C밴드의 범위에서 충분히 억제되는 것에 의해, 보다 넓은 대역에서의 파장 변환이 가능하게 되기 때문이다. 또한, 이 파장 범위이면 여기광 파장을 변동시켜도 얻어지는 변환광의 광파워의 변동이 작기 때문에, 보다 넓은 대역에서 높은 광파워를 갖는 변환광이 생성된다.
본 발명에 따른 파장 변환기에 적용되는 광파이버는 1300㎚~1700㎚의 파장 범위에서 적어도 2개의 제로 분산 파장을 갖는 것이 바람직하다. 제로 분산 파장이 2개 이상 존재하도록 광파이버를 설계하는 것에 의해, 파장 분산의 절대값이 작은 파장 범위를 확대할 수 있다. 이 결과, 보다 넓은 파장 대역에 걸쳐서 효율적으로 사광파 혼합을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 파장 변환기는 적어도 하나의 여기 채널의 여기광과 적어도 하나의 신호 채널의 신호광으로부터, 비선형 광학 현상을 이용하여 파장 변환된, 적어도 하나의 채널의 변환광을 발생시킨다. 이 때, 당해 파장 변환기는 여기 채널의 파장이 가변인 여기광 광원과, 여기광 광원으로부터 공급되는 여기광의 파장에서 절대값이 0.01㎰/㎚2/㎞ 이하의 분산 슬로프를 갖는 광파이버를 구비하는 것이 바람직하다. 여기광과 신호광을 입력하는 구성에 있어서, 여기광 파장에서의 분산 슬로프를 작게 억제함으로써, 보다 효율적으로 변환광을 생성할 수 있기 때문이다. 또한, 특히 높은 광파워의 여기광에 대하여 파이버의 분산 슬로프를 작게 함으로 써, 여기광과 해당 광파이버의 제로 분산 파장과의 차인 Detuning이 커졌다고 하더라도, 높은 파워의 변환광의 생성이 가능하게 된다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 광파이버는 파장 1550㎚에서 8(1/W/㎞) 이상, 또는 10(1/W/㎞) 이상의 비선형 정수를 갖는 것이 바람직하다. 비선형 정수가 이러한 값 이상이면, 실제적인 입력광 파워로 효율적으로 변환광의 생성이 가능하게 된다. 또한, 파이버 길이를 1㎞ 이하까지 짧게 하더라도, 충분히 넓은 대역 또한 높은 파워의 변환광을 얻을 수 있다.
또한, 상기 광파이버는 파장 1550㎚에서 1㏈/㎞ 이하의 전송 손실을 갖는 것이 바람직하다. 전송 손실을 낮게 억제하는 것에 의해, 비선형 광학 현상이 일어나는 실효적인 파이버 길이를 충분히 길게 취할 수 있으며, 보다 높은 파워의 변환광을 얻을 수 있기 때문이다. 환언하면, 광파이버의 실효 길이를 충분히 길게 유지할 수 있어, 높은 파워의 변환광이 생성된다.
상기 광파이버의, 입력되는 여기광에 대한 유도 브리유앵(Brillouin) 산란의 발생 임계값은 10㏈m 이상인 것이 바람직하다. 이 발생 임계값이 10㏈m 이상이면, 비선형 광학 현상이 일어나는 실효적인 파이버 길이의 저감을 회피할 수 있으며, 입력되는 여기광을 충분히 변환광으로 분배할 수 있기 때문이다. 즉, 이 발생 임계값이 10㏈m 이상이면, 실용상 사용 가능한 높은 파워의 변환광이 생성된다.
또한, 본 발명에 따른 파장 변환기에 있어서, 상기 광파이버로부터 출력되는 변환광의 파장의 허용 가변폭은 20㎚ 이상이다. 입력 신호광을 20㎚ 이상의 파장 범위로 변환 가능하게 함으로써, 실제의 광네트워크상에서 충분히 실용 레벨의 파 장 변환기로서 적용하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 파장 변환기에 있어서, 적어도 1530㎚~1565㎚의 파장 범위(C밴드)의 신호 채널에 대하여 상기 광파이버로부터 출력되는 변환광의 파장의 허용 가변폭은 20㎚ 이상인 것이 바람직하다. C밴드에서 충분히 실용적인 파장 변환을 실현할 수 있기 때문이다. 즉, 신호광 파장에 의존하는 일 없이, 임의 파장으로의 변환이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 파장 변환기는, 상기 광파이버내를 전파한 여기광을 차단하기 위한 광부품을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 광부품은 상기 광파이버의 광출력단측에 배치된다. 이 광부품에 의해, 높은 파워의 여기광이 상기 광파이버로부터 출력되는 것에 의한 후단의 전송계로의 영향을 회피할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 각 실시예는, 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 보다 더 충분하게 이해 가능해진다. 이들 실시예는 단순히 예시를 위해서 나타내어지는 것으로서, 본 발명을 한정하는 것으로 생각해서는 안된다.
또한, 본 발명의 한층 더한 응용 범위는, 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다. 그러나, 상세한 설명 및 특정한 사례는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 것이기는 하지만, 예시를 위해서만 나타내어져 있는 것으로서, 본 발명의 사상 및 범위에서의 여러 가지의 변형 및 개량은 이 상세한 설명으로부터 당업자에게는 자명한 것은 명백하다.
도 1(a) 및 1(b)는 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 고비선형 분산 플랫 파이버의 구조를 나타내는 단면도, 및, 그 굴절률 프로파일이다.
도 2는 도 1(a) 및 1(b)에 도시된 고비선형 분산 플랫 파이버로서 시험적으로 만들어진 복수 샘플(No.1~No.7)의 제원을 정리한 표이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 고비선형 분산 플랫 파이버의 그 밖의 굴절률 프로파일이다.
도 4는 본 발명에 따른 파장 변환기에 적용되는 광파이버 샘플의 평가계 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 평가계 시스템에서의 평가 대상으로서 시험적으로 만들어진 복수 샘플(No.8, No.9) 및 비교 대상 파이버의 제원을 정리한 표이다.
도 6은 샘플 No.8의 광파이버(고비선형 분산 플랫 파이버)와 샘플 No.10의 광파이버(통상의 고비선형 파이버)에 대해서 파장 분산 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 FWM 광파워의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 샘플 No.9의 광파이버(고비선형 분산 플랫 파이버)를 기준으로, 분산 슬로프 고정에서 파장 분산값을 바꾸면서 FWM 대역폭의 파장 의존성을 계산기 시뮬레이션한 그래프이다. 또한, 비교를 위해서 샘플 No.10의 광파이버(통상의 고비선형 파이버)의 경우의 시뮬레이션 결과도 기재하고 이다. 또한, 샘플 No.9 광파이버의 실측값을 플롯하고 있다.
도 9는 파장 분산과 FWM 대역폭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10(a)~10(e)는 본 발명에 따른 파장 변환기가 적용된 광통신 시스템의 실시예 1의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11(a)~11(e)는 본 발명에 따른 파장 변환기가 적용된 광통신 시스템의 실시예 2의 구성을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명에 따른 파장 변환기의 실시예를, 도 1(a), 1(b), 2, 3(a), 3(b), 4~9, 및 10(a)~11(e)를 이용하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에서 동일한 요소에는 동일 부호를 부여하여 중복하는 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 광파이버의 구조에 대해서 설명한다. 도 1(a) 및 1(b)는 당해 파장 변환기에 적합한 광파이버로서 고비선형 분산 플랫 파이버(HNL-DFF: Highly Nonlinear Dispersion Flattened Fiber)의 구조를 나타내는 단면도 및 그 굴절률 프로파일이다.
도 1(a)에서, 광파이버(100)는 소정축을 따라서 신장한, 외경(2a)을 갖는 굴절률 n1의 코아 영역(110)과, 해당 코아 영역(110)의 외주에 마련된 클래드 영역(120)을 구비한다. 이 클래드 영역(120)은 코아 영역(110)의 외주에 마련되고, 외경(2b)을 갖는 굴절률 n2(<n1)의 내측 클래드(121)와, 해당 내측 클래드(121)의 외주에 마련된 굴절률 n3(<n1, >n2)의 외측 클래드(122)를 구비한다.
또한, 클래드 영역(120)의 최외층인 외측 클래드(122)를 기준 영역으로 했을 때, 해당 외측 클래드(122)에 대한 코아 영역(110)의 비굴절률차 Δ+, 내측 클래드(121)의 비굴절률차 Δ-는 각각 이하의 식으로 주어진다.
Δ+≒(n1-n3)/n1×100
Δ-≒(n2-n3)/n2×100
도 1(b)는 도 1(a)에 도시된 광파이버(100)의 굴절률 프로파일(150)이며, 이 굴절률 프로파일(150)에서 영역(151)은 코아 영역(110)의 선 L상에서의 각 부의 굴절률, 영역(152)은 내측 클래드(121)의 선 L상에서의 각 부의 굴절률, 그리고, 영역(153)은 외측 클래드(122)의 선 L상에서의 각 부의 굴절률을 각각 나타내고 있다. 이러한 광파이버(100)는, 예를 들면 석영 유리를 주성분으로 하여, 코아 영역(110)에는 GeO2가 첨가되고, 내측 클래드(121)에는 불소가 첨가된다. 외측 클래드(122)는 순수한 석영으로 구성되는, 염소가 첨가된 석영 유리로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 광파이버는, 도 3(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 여러 가지의 굴절률 프로파일(160, 170)을 가져도 된다. 도 3(a)에 도시된 굴절률 프로파일(160)은 도 1(a)에 도시된 광파이버(100)의 내측 클래드(121)와 외측 클래드(122) 사이에 중간 클래드가 마련되는 것에 의해 실현된다. 즉, 이 굴절률 프로파일(160)에서, 영역(161)은 굴절률 n1, 외경(2a)을 갖는 코아 영역의 굴절률, 영역(162)은 코아 영역의 외주에 마련되고, 굴절률 n2(<n1), 외경(2b)을 갖는 내측 클래드의 굴절률, 영역(163)은 내측 클래드의 외주에 마련되고, 굴절률 n3(>n2, <n1), 외경(2c)을 갖는 중간 클래드의 굴절률, 그리고, 영역(164)은 중간 클래드의 외주에 마련되고, 굴절률 n4(<n3, >n2)를 갖는 외측 클래드의 굴절률을 각각 나타내고 있다.
또한, 도 3(b)에 도시된 굴절률 프로파일(170)은 도 1(a)에 도시된 광파이버(100)의 내측 클래드(121)와 외측 클래드(122) 사이에 2층의 중간 클래드가 마련되는 것에 의해 실현된다. 즉, 이 굴절률 프로파일(170)에서, 영역(171)은 굴절률 n1, 외경(2a)을 갖는 코아 영역의 굴절률, 영역(172)은 코아 영역의 외주에 마련되고, 굴절률 n2(<n1), 외경(2b)을 갖는 내측 클래드의 굴절률, 영역(173)은 내측 클래드의 외주에 마련되고, 굴절률 n3(>n2, <n1), 외경(2c)을 갖는 제 1 중간 클래드의 굴절률, 영역(174)은 제 1 중간 클래드의 외주에 마련되고, 굴절률 n4(>n2, <n3), 외경(2d)을 갖는 제 2 중간 클래드의 굴절률, 영역(175)은 제 2 중간 클래드의 외주에 마련되고, 굴절률 n5(<n3, >n4)를 갖는 외측 클래드의 굴절률을 각각 나타내고 있다.
(실시예 1)
다음에, 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 고비선형 분산 플랫 파이버의 각 실시예에 대해서 설명한다. 도 2는 도 1(a) 및 1(b)에 도시된 고비선형 분산 플랫 파이버로서 시험적으로 만들어진 복수 샘플(No.1~No.7)의 제원을 정리한 표이다. 또한, 이들 샘플 No.1~No.7의 광파이버는 모두 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 단면 구조와 굴절률 프로파일을 갖는다.
(샘플 No.1)
샘플 No.1의 광파이버에서, 기준 영역인 외측 클래드에 대한 코아 영역의 비굴절률차 Δ+는 1.37%, 외측 클래드에 대한 내측 클래드의 비굴절률차 Δ-는 -0.82%이다. 또한, 코아 영역의 프로파일 형상을 정하기 위한 α값은 3.0이다. 코아 영역의 외경(2a)은 4.890㎛이며, 내측 클래드의 외경(2b)에 대한 코아 영역의 외경(2a)의 비 Ra(=a/b)는 0.52이다. 이 샘플 No.1의 광파이버는 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.48㏈/㎞의 전송 손실과, 0.063㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, -0.0011㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프를 갖는다. 컷오프 파장은 989㎚이다. 또한, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 샘플 No.1의 광파이버는 16.4㎛2의 실효 단면적 Aeff와, 10.4(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ와, 4.6㎛의 모드 필드 직경 MFD와, 0.05㎰ㆍ㎞-1/2의 편파 모드 분산 PMD를 갖는다.
(샘플 No.2)
샘플 No.2의 광파이버에서, 기준 영역인 외측 클래드에 대한 코아 영역의 비굴절률차 Δ+는 1.37%, 외측 클래드에 대한 내측 클래드의 비굴절률차 Δ-는 -0.82%이다. 또한, 코아 영역의 프로파일 형상을 정하기 위한 α값은 3.0이다. 코아 영역의 외경(2a)은 4.908㎛이며, 내측 클래드의 외경(2b)에 대한 코아 영역의 외경(2a)의 비 Ra(=a/b)는 0.52이다. 이 샘플 No.2의 광파이버는 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.48㏈/㎞의 전송 손실과, 0.525㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 0.0006㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프를 갖는다. 컷오프 파장은 995㎚이다. 또한, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 샘플 No.2의 광파이버는 16.5㎛2의 실효 단면적 Aeff와, 10.3(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ와, 4.6㎛의 모드 필드 직경 MFD와, 0.06㎰ㆍ㎞-1/2의 편파 모드 분산 PMD를 갖는다.
(샘플 No.3)
샘플 No.3의 광파이버에서, 기준 영역인 외측 클래드에 대한 코아 영역의 비굴절률차 Δ+는 1.37%, 외측 클래드에 대한 내측 클래드의 비굴절률차 Δ-는 -0.82%이다. 또한, 코아 영역의 프로파일 형상을 정하기 위한 α값은 3.0이다. 코아 영역의 외경(2a)은 4.860㎛이며, 내측 클래드의 외경(2b)에 대한 코아 영역의 외경(2a)의 비 Ra(=a/b)는 0.52이다. 이 샘플 No.3의 광파이버는 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.47㏈/㎞의 전송 손실과, -0.771㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, -0.0045㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프를 갖는다. 컷오프 파장은 980㎚이다. 또한, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 샘플 No.3의 광파이버는 16.3㎛2의 실효 단면적 Aeff와, 10.5(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ와, 4.6㎛의 모드 필드 직경 MFD와, 0.02㎰ㆍ㎞-1/2의 편파 모드 분산 PMD를 갖는다.
(샘플 No.4)
샘플 No.4의 광파이버에서, 기준 영역인 외측 클래드에 대한 코아 영역의 비굴절률차 Δ+는 1.37%, 외측 클래드에 대한 내측 클래드의 비굴절률차 Δ-는 -0.82% 이다. 또한, 코아 영역의 프로파일 형상을 정하기 위한 α값은 3.0이다. 코아 영역의 외경(2a)은 4.892㎛이며, 내측 클래드의 외경(2b)에 대한 코아 영역의 외경(2a)의 비 Ra(=a/b)는 0.52이다. 이 샘플 No.4의 광파이버는 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.51㏈/㎞의 전송 손실과, -O.097㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, -0.0015㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프를 갖는다. 컷오프 파장은 987㎚이다. 또한, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 샘플 No.4의 광파이버는 16.4㎛2의 실효 단면적 Aeff와, 10.4(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ와, 4.6㎛의 모드 필드 직경 MFD와, 0.03㎰ㆍ㎞-1/2의 편파 모드 분산 PMD를 갖는다.
(샘플 No.5)
샘플 No.5의 광파이버는 파장 분산이 한쪽 단(이하, A단이라고 함)측으로부터 다른쪽 단(이하, B단이라고 함)측을 향하는 길이 방향을 따라서 변화되고 있는 분산 관리 파이버(DMF: Dispersion-Managed Fiber)이다. 이 샘플 No.5의 광파이버에서, 기준 영역인 외측 클래드에 대한 코아 영역의 비굴절률차 Δ+는 1.37%, 외측 클래드에 대한 내측 클래드의 비굴절률차 Δ-는 -0.82%이다. 또한, 코아 영역의 프로파일 형상을 정하기 위한 α값은 3.0이다. 코아 영역의 외경(2a)은 A단측이 4.88이며, B단측이 5.36㎛이다. 내측 클래드의 외경(2b)에 대한 코아 영역의 외경(2a)의 비 Ra(=a/b)는 0.52이다. 이 샘플 No.5의 광파이버는 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 평균값 0.55㏈/㎞의 전송 손실과, 평균값 5.432㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 평균값 0.0168㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프를 갖는다. 또한, A단측에서의 파장 분산과 분산 슬로프는 각각 -O.2㎰/㎚/㎞, -O.002㎰/㎚2/㎞이다. 한편, B단측에서의 파장 분산과 분산 슬로프는 각각 9.0㎰/㎚/㎞, 0.026㎰/㎚2/㎞이다. 컷오프 파장은 A단측에서 987㎚, B단측에서 1084㎚이다. 또한, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 샘플 No.5의 광파이버는 평균값 O.05㎰ㆍ㎞-1/2의 편파 모드 분산 PMD를 갖는다. A단측에서의 실효 단면적 Aeff는 16.4㎛2이며, B단측에서의 실효 단면적 Aeff는 17.4㎛2이다. A단측에서의 비선형 정수 γ는 10.4(1/W/㎞)이며, B단측에서의 비선형 정수 γ는 9.8(1/W/㎞)이다. 또한, A단측에서의 모드 필드 직경 MFD는 4.6㎛이며, B단측에서의 모드 필드 직경 MFD는 4.8㎛이다.
(샘플 No.6)
샘플 No.6의 광파이버에서, 기준 영역인 외측 클래드에 대한 코아 영역의 비 굴절률차 Δ+는 1.30%, 외측 클래드에 대한 내측 클래드의 비굴절률차 Δ-는 -O.75%이다. 또한, 코아 영역의 프로파일 형상을 정하기 위한 α값은 2.8이다. 코아 영역의 외경(2a)은 5.288㎛이며, 내측 클래드의 외경(2b)에 대한 코아 영역의 외경(2a)의 비 Ra(=a/b)는 0.55이다. 이 샘플 No.6의 광파이버는 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.43㏈/㎞의 전송 손실과, 0.31㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 0.001㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프를 갖는다. 컷오프 파장은 948㎚이다. 또한, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 샘플 No.6의 광파이버는 18.2㎛2의 실효 단면적 Aeff와, 9.1(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ와, 4.9㎛의 모드 필드 직경 MFD와, 0.03㎰ㆍ㎞-1/2의 편파 모드 분산 PMD를 갖는다.
(샘플 No.7)
샘플 No.7의 광파이버에서, 기준 영역인 외측 클래드에 대한 코아 영역의 비굴절률차 Δ+는 1.30%, 외측 클래드에 대한 내측 클래드의 비굴절률차 Δ-는 -0.75%이다. 또한, 코아 영역의 프로파일 형상을 정하기 위한 α값은 2.8이다. 코아 영역의 외경(2a)은 5.274㎛이며, 내측 클래드의 외경(2b)에 대한 코아 영역의 외경(2a)의 비 Ra(=a/b)는 0.55이다. 이 샘플 No.7의 광파이버는 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.40㏈/㎞의 전송 손실과, -0.10㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, -0.001㎰/㎚ 2/㎞의 분산 슬로프를 갖는다. 컷오프 파장은 944㎚이다. 또한, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 샘플 No.7의 광파이버는 18.2㎛2의 실효 단면적 Aeff와, 9.1(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ와, 4.9㎛의 모드 필드 직경 MFD와, 0.01㎰ㆍ㎞-1/2의 편파 모드 분산 PMD를 갖는다.
이상의 각 실시예로부터, 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 광파이버는 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 절대값이 2㎰/㎚/㎞ 이하의 파장 분산과, 절대값이 0.01㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프와, 8(1/W/㎞) 이상, 바람직하게는 10(1/W/㎞) 이상의 비선형 정수 γ를 갖는다. 또한, 분산 관리 파이버는, A단측에서 +4~+15㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 절대값이 0.04㎰/㎚2/㎞ 이하의 분산 슬로프와, 8(1/W/㎞) 이상의 비선형 정수 γ를 갖는 한편, B단측에서 +2~-2㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 절대값이 0.01㎰/㎚2/㎞ 이하의 분산 슬로프와, 8(1/W/㎞) 이상의 비선형 정수 γ를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 실효 단면적 Aeff는 20㎛2 이하, 바람직하게는 17㎛2 이하, 편파 모드 분산 PMD는 0.3㎰ㆍ㎞-1/2 이하, 전송 손실은 1.0㏈/㎞ 이하인 것이 바람직하다.
바람직한 굴절률 프로파일 형상을 얻기 위해서, 외측 클래드를 기준으로 한 코아 영역의 비굴절률차 Δ+는 1.2% 이상, 내측 클래드의 비굴절률차 Δ-는 -0.6% 이하가 바람직하다. 또한, 코아 영역의 굴절률 프로파일을 파워 분포로 근사했을 때의 α값은 2 이상, 코아 영역의 외경(2a)과 내측 클래드의 외경(2b)의 비 Ra(=a/b)는 0.30~0.70인 것이 바람직하다.
계속해서, 종래의 고비선형 파이버(HNLF)와 비교하여, 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 고비선형 분산 플랫 파이버(HNL-DFF)의 우위성을 검증한다. 도 4는 본 발명에 따른 파장 변환기에 적용되는 광파이버 샘플의 평가계 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
이 도 4에 도시된 평가계 시스템은 2입력-2출력의 3㏈ 광커플러(50)를 구비한다. 이 광커플러(50)의 제 1 입력단에는 프로브광을 공급하기 위한 가변 길이 레이저 광원(TLS: Tunable Laser Source)(10a)이 광학적으로 접속되어 있으며, 이들 광커플러(50)와 TLS(10a) 사이에는 편파 제어기(PC: Polarization Controller)(20a), Er 첨가 광파이버 증폭기(EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier)(30a)와, 가변 밴드 패스 필터(BPS: Band Pass Filter)(40a)가 배치되어 있다. 한편, 광커플러(50)의 제 2 입력단에는 여기광을 공급하기 위한 TLS(10b)가 광학적으로 접속되어 있고, 이들 광커플러(50)과 TLS(10b) 사이에는 PC(20b), EDFA(30b)와, BPS(40b)가 배치되어 있다.
광커플러(50)의 제 1 출력단과 제 2 출력단에는 각각 광학 스펙트럼 분석기(OSA: 0ptical Spectrum Analyzer)(70a, 70b)가 배치되어 있고, 평가 대상 파이버(60)가 광커플러(50)의 제 1 출력단과 OSA(70a) 사이에 배치되는 것에 의해, 해당 OSA(70a)가 평가 대상 파이버(60)의 출력을 모니터하는 구성으로 되어 있다.
도 5는 도 4에 도시된 평가계 시스템에서의 평가 대상으로서 시험적으로 만들어진 복수 샘플(No.8, No.9) 및 비교 대상 파이버의 제원을 정리한 표이다. 또한, 샘플 No.8 및 No.9의 광파이버는 모두 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 고비선형 분산 플랫 파이버(HNL-DFF: Highly Nonlinear Dispersion-Flattened Fiber), 샘플 No.1O의 광파이버는 종래의 고비선형 파이버(HNLF: Highly Nonlinear Fiber), 샘플 No.11은 상기 문헌 2에 개시된 분산 플랫 파이버(DFF: Dispersion-Flattened Fiber), 샘플 No.12는 상기 문헌 3에 개시된 고비선형 분산 플랫 포토닉 크리스탈 파이버(HNL-DFPCF: Highly Nonlinear Dispersion-Flattened Photonic Crystal Fiber)이다.
(샘플 No.8)
샘플 No.8의 HNL-DFF는 1000m의 길이를 갖고, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.47㏈/㎞의 전송 손실과, 0.42㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 0.0002㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프와, 10.4(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ를 갖는다.
(샘플 No.9)
샘플 No.9의 HNL-DFF는 500m의 길이를 갖고, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.62㏈/㎞의 전송 손실과, 0.063㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, -0.0011㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프와, 10.4(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ를 갖는다.
(샘플 No.10)
샘플 No.10의 HNLF는 1000m의 길이를 갖고, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.56㏈/㎞의 전송 손실과, -0.36㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 0.025㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프와, 20.4(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ를 갖는다.
(샘플 No.11)
샘플 No.11의 DFF는 1000m의 길이를 갖고, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 0.22㏈/㎞의 전송 손실과, 0.32㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 0.0036㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프와, 5.1(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ를 갖는다.
(샘플 No.12)
샘플 No.12의 PCF는 500m의 길이를 갖고, 파장 1550㎚의 여러 특성으로서, 9.9㏈/㎞보다 큰 전송 손실과, -1㎰/㎚/㎞의 파장 분산과, 0.001㎰/㎚2/㎞의 분산 슬로프와, 11.2(1/W/㎞)의 비선형 정수 γ를 갖는다.
또한, 도 6은 샘플 No.8의 광파이버(HNL-DFF)와 샘플 No.10의 광파이버(종래의 HNLF)에 대해서 파장 분산 특성을 나타내는 그래프이다. 도 6에서, 그래프 G610은 HNL-DFF의 파장 분산 특성, 그래프 G620은 HNLF의 파장 분산 특성을 각각 나타낸다. 이 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, HNL-DFF는 보다 넓은 파장 범위에서 분산 슬로프가 작아, 효율적인 파장 변환이 가능한 것을 알 수 있다.
또한, 발명자들은 도 4의 평가계 시스템에서 실제의 여기광 파장을 바꾸면서 FWM 변환광의 광파워를 측정하였다. 도 7은 FWM 광파워의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 이 측정에서는, 상술한 샘플 No.9의 HNL-DFF가 준비되었다. 그리고, 여기광 파장은 1540㎚에 고정된 상태에서, 여기광 및 프로브광의 입력 파워는 각각 16㏈m으로 했을 때의, 해당 프로브광 파장에 대한 FWM 광파워가 측정되었다.
이 명세서에서는, FWM 광파워의 피크보다 3㏈ 저하하는 파장 대역을 FWM 대역폭으로 정의한다. 이 경우, 상술한 측정 방법에 의하면, 20㎚의 대역폭이 얻어지는 것을 알 수 있다(도 7 참조). 이 FWM 대역폭을 상이한 여기광 파장에 대하여 플롯한 결과가 도 8내의 그래프 G860이다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 1530㎚~1565㎚의 파장 범위에서 20㎚의 FWM 대역폭을 확보할 수 있다. 이는, 여기광 파장의 Detuning이 30㎚ 이상인 것을 나타내고 있어, HNL-DFF가 적용되는 것에 의해, 파장 변환 가능한 파장 대역을 종래보다도 훨씬 확대 가능한 것을 의미한다. 또한, 변환 효율은 약 -19㏈이며, 500m의 파이버 길이에서는 종래의 분산 플랫 파이버보다도 높은 변환 효율을 얻을 수 있고, 또한 실용 가능한 값이 실현되고 있다. 따라서, 비선형 정수 γ는 10(1/w/㎞) 이상인 것이 바람직하다.
도 8은 샘플 No.9의 광파이버(HNL-DFF)를 기준으로, 분산 슬로프는 일정한 그대로 피크 분산값을 시프트시킨 경우의 FWM 대역폭의 파장 의존성을 계산기 시뮬레이션한 그래프이다. 이 도 8에서, 그래프 G810은 비교를 위한 HNLF(샘플 No.10)의 여기광 파장에 대한 FWM 대역폭, 그래프 G820은 0.065㎰/㎚/㎞의 파장 분산(파장 1545㎚에서의 샘플 No.9의 HNL-DFF 본래의 파장 분산, 이하 마찬가지)을 갖는 HNL-DFF의 여기광 파장에 대한 FWM 대역폭, 그래프 G830은 0㎰/㎚/㎞의 파장 분산을 갖는 HNL-DFF의 여기광 파장에 대한 FWM 대역폭, 그래프 G840은 -0.065㎰/㎚/㎞의 파장 분산을 갖는 HNL-DFF의 여기광 파장에 대한 FWM 대역폭, 그리고, 그래프 G850은 +0.13㎰/㎚/㎞의 파장 분산을 갖는 HNL-DFF의 여기광 파장에 대한 FWM 대역폭을 각각 나타낸다. 또한, 그래프 G860은 상술한 바와 같이, FWM 대역폭을 상이한 여기광 파장에 대하여 플롯한 측정 결과이다. 이 도면으로부터, 파장 변환기에 HNL-DFF가 적용되는 것에 의해, 크게 여기광 파장을 할당하더라도 FWM 대역폭의 급격한 협착화가 회피되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 그래프 G810으로부터 명백한 바와 같이, 종래의 HNLF는 여기광 파장을 제로 분산 파장에 맞춰 넣는 것이 필요하여, 제로 분산 파장으로부터 여기광 파장이 떨어지면 급격히 변환 효율이 저하한다.
또한, 상기 광파이버의 전송 손실에 대해서는, 도 5에 도시된 표에 있는 바와 같이, 1㏈/㎞을 충분히 하회하는 값이 얻어진다. 단, 본 발명에 따른 파장 변환기에 적합한 광파이버에서는, 비선형 정수 γ가 10(1/W/㎞) 이상이면, 전송 손실이 1㏈/㎞이더라도 파이버 길이 1㎞(1000m) 정도로 충분히 높은 변환 효율이 얻어지기 때문에, 해당 전송 손실이 1㏈/㎞ 이하이면 실용상 문제는 없다고 생각된다.
또한, 유도 브리유앵 산란에 대해서는 실제의 사용 조건으로 발현되는지 여부가 문제로 된다. 이는 반대로, 실제로 입력되는 조건으로서 신호광이나 여기광에 대한 발생 임계값이 10㏈m 이하인 경우, 변환 효율의 저하가 문제로 되기 때문에, 적어도 10㏈m 이상의 발생 임계값을 확보하는 광파이버나 여기광 광원을 이용 할 필요가 있는 것을 의미하고 있다.
또한, 도 9는 여기 파장에서의 파장 분산과 FWM 대역폭의 관계를 나타내는 그래프이다. 실제로는, 최저한의 파장 가변 범위가 ±6㎚(FWM 대역폭=12㎚)이면, 플렉서블 광네트워크를 실현할 수 있다고 생각된다. 이에 필요한 파장 분산의 절대값은, 도 9의 그래프로부터, ±0.2㎰/㎚/㎞ 이하로 되는 것을 알 수 있다. 따라서, C밴드(1530㎚~1565㎚) 전역에 걸쳐서 가변 파장 변환을 실현하기 위해서는, 1530㎚~1565㎚의 파장 범위에서 파장 분산의 절대값이 0.2㎰/㎚/㎞ 미만일 필요가 있다.
다음에, 본 발명에 따른 파장 변환기가 적용된 광통신 시스템에 대해서 설명한다. 도 10(a)~10(e)는 본 발명에 따른 파장 변환기가 적용된 광통신 시스템의 실시예 1의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10(a)에 도시된 광통신 시스템에서는, 광송신 수단(TX)(201)으로부터 광수신 수단(RX)(202)을 향하여, 전송로 본선상에 EDFA(211), DMF(221), 전송로 지선으로부터의 광을 유도하기 위한 광커플러(231), EDFA(212), DMF(222), 가변 감쇠기(241)(ATT), EDFA(213), AWG(250)가 순서대로 배치되어 있다. 전송로 지선에는 여기광 광원(204)으로부터 출력된 여기광과, 광송신 수단(TX)(203)으로부터 출력되어 EDFA(216) 및 전송로 파이버(224)를 순차적으로 전파해 온 신호광을 입력하여, 새롭게 소정 파장의 변환광을, 광커플러(231)를 거쳐서 본선에 출력하는 파장 변환기(200)(본 발명에 따른 파장 변환기)가 마련되어 있다. 이 파장 변환기(200)는 여기광 광원(204)으로부터 출력되어 EDFA(214), 가변 BPF(261)를 순서대로 통과한 여기광과, 전송로 파이버(224)로부터 출력되어 EDFA(215), 가변 BPF(262)를 순서대로 통과한 신호광을 합파하는 광커플러(232)가 마련되어 있으며, 이 광커플러(232)의 출력단에 HNL-DFF(223)가 접속되어 있다. 또한, HNL-DFF(223)와 광커플러(231) 사이에는 가변 BPF(263)와 가변 ATT(242)가 배치되어 있다.
통상, FWM은 펨토초 오더의 고속 현상이기 때문에, 신호광을 패킷 가공하는 한편, 변환에 이용하는 여기광을 적당히 변조함으로써, 얻어지는 변환광에 그 변조 성분을 부가하는 방법을 들 수 있다. 도 10(a)에 도시된 광통신 시스템은 전송로 본선에 지선으로부터의 신호광을 추가하는 경우를 상정하고 있어, 본선을 전파하는 신호광이 버스트 스위칭하고 있기 때문에, 그 빈 시간에 지선으로부터의 데이터를 실은, 이른바 시간 분할 다중 시스템이다. 실험에서는 TDM(Time Division Multiplexing) 신호를 수신하여, 본선으로부터의 신호 성분 및 지선으로부터의 신호 성분 각각을 조사했지만, 양호한 광전송을 실현할 수 있는 것을 확인하였다. 또한, 당해 파장 변환기(200)의 후단에는, 여기광(및 입력 신호광)을 제거하기 위해서, 가변 BPF(263)가 마련되어 있다.
또한, 도 10(b)는 본선상에 위치하는 EDFA(211)의 출력단 A에서의 주신호 광성분, 도 10(c)는 지선상에 위치하는 EDFA(215)의 출력단 B에서의 추가 신호 광성분, 도 10(d)는 파장 변환기(200)의 후단에 마련된 가변 ATT(242)의 출력단 C에서의 파장 변환된 변환 광성분, 그리고, 도 10(e)는 본선상에 위치하는 EDFA(212)의 출력단 D에서의 합성 신호 광성분을 각각 나타낸다.
또한, 도 11(a)~11(e)는 본 발명에 따른 파장 변환기가 적용된 광통신 시스 템의 실시예 2의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11(a)에 도시된 광통신 시스템에서는, 복수 채널이 다중화된 신호광의 진행 방향을 따라서 전송로 본선상에 EDFA(301), 전송로 파이버(311), 전송로 지선으로부터의 광을 유도하기 위한 광커플러(320), EDFA(302), 전송로 파이버(312), EDFA(303)가 순서대로 배치되어 있다. 전송로 지선에는 파장 변환기(300)가 배치되어 있어, 다른 신호광이 EDFA(304), 전송로 파이버(313)를 통과하여 해당 파장 변환기(300)에 유도된다. 그리고, 이 파장 변환기(300)로부터 출력된 변환광이 광커플러(320)를 거쳐서 본선에 유도된다.
플렉서블 네트워크의 경우, 전송로 본선의 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 신호의 파장 분포가 시간적으로 변하는 것이 예상된다. 그 때문에, 각 신호 채널의 이용 효율을 높이기 위해서, 지선으로부터 합류하는 신호광은 본선에서의 신호 채널의 공백 상황에 맞춰서, 적당히 변환 파장을 튜닝할 필요가 일어날 수 있다. 이 경우에, 본 발명에 따른 파장 변환기는 가변 파장 변환기로서 광대역에 걸쳐서 소망 파장의 변환광을 생성하는 데 적합하여, 광통신 시스템의 구축이 용이해진다.
또한, 도 11(b)는 본선상에 위치하는 EDFA(301)의 입력단 A에서의 WDM 신호광, 도 11(c)는 지선상에 위치하는 EDFA(304)의 입력단 B에서의 신호광, 도 11(d)는 파장 변환기(300)의 출력단 C에서의 파장 변환된 변환광, 그리고, 도 11(e)는 본선상에 위치하는 EDFA(302)의 출력단 D에서의 WDM 신호광을 각각 나타내고 있다.
또한, 본 발명에서의 HNL-DFF를 이용함으로써, 고효율인 SC(Supercontinuum) 광의 생성이나, 광대역 광파라메트릭 증폭기 등의 실현이 가능하다.
이상의 본 발명의 설명으로부터, 본 발명을 여러 가지로 변형할 수 있는 것은 명백하다. 그러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈하는 것은 인정하는 것은 불가능하고, 모든 당업자에게 있어서 자명한 개량은 이하의 청구의 범위에 포함되는 것이다.
본 발명에 의하면, 높은 파워의 여기광에 대하여 분산 슬로프가 작은 고비선형 분산 플랫 파이버를 이용하여 파장 변환기를 실현하는 것에 의해, 여기광 파장과 해당 고비선형 분산 플랫 파이버의 제로 분산 파장과의 차인 Detuning이 커지더라도 높은 파워의 변환광의 생성이 가능하게 된다. 또한, 여기광 파장을 폭 35㎚ 정도의 파장 범위를 변동시키더라도, 이 여기광 파장에 대응한 파장의 변환광의 광파워는 충분히 유지되기 때문에, 보다 광대역에서의 파장 변환을 실현하는 가변 파장 변환기를 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
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  5. 제 1 파장의 입력광으로부터, 비선형 광학 현상을 이용하여 파장 변환된, 상기 제 1 파장과는 상이한 제 2 파장의 변환광을 발생시키기 위한 파장 변환기로서,
    1300㎚~1700㎚의 파장 범위에서 적어도 2개의 제로 분산 파장을 갖는 광파이버를 포함하고, 또한,
    입력되는 여기광에 대해, 10dBm 이상의 유도 브리유앵(Brillouin) 산란의 발생 임계값을 갖는
    파장 변환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광파이버는 파장 1550㎚에서 10(1/W/㎞) 이상의 비선형 정수를 갖는 파장 변환기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광파이버는 파장 1550㎚에서 1㏈/㎞ 이하의 전송 손실을 갖는 파장 변환기.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 광파이버의 광출력단측에 배치된, 상기 광파이버 내를 전파한 여기광을 차단하기 위한 광부품을 더 구비하는 파장 변환기.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6925236B2 (en) * 2002-08-30 2005-08-02 Nagoya Industrial Science Research Institute Broadband optical spectrum generating apparatus and pulsed light generating apparatus
WO2005015303A1 (ja) * 2003-08-07 2005-02-17 The Furukawa Electric Co., Ltd. 非線形光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光信号処理装置
JP4579710B2 (ja) * 2004-02-20 2010-11-10 フルカワ エレクトリック ノース アメリカ インコーポレーテッド 後処理による高非線形ファイバにおける光発生の変更、増強および調整
JP3920297B2 (ja) * 2004-09-01 2007-05-30 富士通株式会社 光スイッチおよび光スイッチを利用した光波形モニタ装置
US20060147821A1 (en) 2004-12-30 2006-07-06 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method
US20060239604A1 (en) * 2005-03-01 2006-10-26 Opal Laboratories High Average Power High Efficiency Broadband All-Optical Fiber Wavelength Converter
JP4887675B2 (ja) * 2005-07-11 2012-02-29 住友電気工業株式会社 光ファイバおよびそれを用いた光デバイス
JP4492498B2 (ja) * 2005-09-07 2010-06-30 住友電気工業株式会社 光ファイバおよびそれを用いた光デバイス
US7483614B2 (en) * 2005-09-07 2009-01-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber and optical device using the same
JP4460065B2 (ja) * 2006-02-21 2010-05-12 古河電気工業株式会社 非線形光ファイバおよび非線形光デバイスならびに光信号処理装置
US20070258717A1 (en) * 2006-05-01 2007-11-08 Masaaki Hirano Optical device and wavelength conversion method and optical fiber suitable for them
JP5532759B2 (ja) * 2009-08-31 2014-06-25 住友電気工業株式会社 光ファイバ型デバイス
JP2019095649A (ja) * 2017-11-24 2019-06-20 住友電気工業株式会社 光ファイバおよび光源装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4852968A (en) * 1986-08-08 1989-08-01 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Optical fiber comprising a refractive index trench
US5532868A (en) * 1994-09-23 1996-07-02 At&T Corp. Apparatus and method for compensating chromatic dispersion produced in optical phase conjugation or other types of optical signal conversion
US5619368A (en) * 1995-05-16 1997-04-08 Massachusetts Inst. Of Technology Optical frequency shifter
US5960146A (en) * 1996-07-24 1999-09-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber and light source apparatus
US6043927A (en) * 1997-06-26 2000-03-28 University Of Michigan Modulation instability wavelength converter
TWI226464B (en) 2000-11-13 2005-01-11 Sumitomo Electric Industries Optical fiber, non-linear optical fiber, optical amplifier using the same optical fiber, wavelength converter and optical fiber manufacture method
JP4070083B2 (ja) * 2001-10-04 2008-04-02 古河電気工業株式会社 非線形分散シフト光ファイバおよびこの光ファイバを用いた光信号処理装置ならびに波長変換器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Conversion efficiency of fiber wavelength converter based on degenerate FWM", ICTON(Internation Conference on Transparent Optical Networks, June 2000, p.179-182
T. Okuno, et al. Generation of Ultra-Broad-Band Supercontinuum by Dispersion-Flattened and Decreasing Fiber, IEEE. Photonics technology, Lett., Vol 10(1998.1.1)

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