KR100860549B1 - Optical signal processing system based on polarization modulation and optical signal processing method - Google Patents

Optical signal processing system based on polarization modulation and optical signal processing method Download PDF

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오충근
김태영
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Abstract

An optical signal processing system using polarization modulation and a method thereof are provided to control only the polarization state and power of optical signals inputted by using polarization modulation, thereby acquiring position coefficients and negative coefficient for processing the optical signals in an incoherent area. A light source(10) generates optical signals with difference wavelengths. A polarization modulator(30) receives the generated optical signals and generates the polarization-modulated optical signals according to a control signal. A wavelength dependent optical delaying unit(50) receives the polarization-modulated optical signals and generates a time delay of the optical signal according to a wavelength of the input optical signals.

Description

편광 변조 현상을 이용한 광학적 신호 처리 시스템 및 방법{Optical signal processing system based on polarization modulation and optical signal processing method}Optical signal processing system based on polarization modulation and optical signal processing method

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an optical signal processing system using polarization modulation according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 본 발명에서 편광 변조 원리를 설명하는 참고도이고, 도 2b는 도 2a에서 리튬나오베이트 크리스탈을 통해 변조된 반전/비반전 신호들을 나타내는 참고도이다.FIG. 2A is a reference diagram illustrating a polarization modulation principle in the present invention, and FIG. 2B is a reference diagram showing inverted / non-inverted signals modulated through a lithium nanoate crystal in FIG. 2A.

도 3은 본 발명에서 파장에 의존하는 시간 지연의 개념을 설명하는 참고도이다.3 is a reference diagram illustrating the concept of time delay depending on the wavelength in the present invention.

도 4는 도 1의 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성을 나타내는 참고도이다.4 is a reference diagram illustrating a frequency response characteristic of the optical signal processing system of FIG. 1.

도 5는 도 1의 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성에 대한 또 다른 일예를 나타내는 참고도이다.5 is a reference diagram illustrating still another example of a frequency response characteristic of the optical signal processing system of FIG. 1.

도 6a는 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템에서 편광 변조와 탭 더블링을 설명하기 위한 참고도이고, 도 6b는 도 6a에서 리튬나오베이트 크리스탈을 통해 변조된 반전/비반전 신호들을 나타내는 참고도이다.FIG. 6A is a reference diagram for explaining polarization modulation and tap doubling in the optical signal processing system of the present invention, and FIG. 6B is a reference diagram showing inverted / non-inverted signals modulated through the lithium nanobait crystal in FIG. 6A.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광학적 신호 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.7 is a block diagram illustrating an optical signal processing system according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 8은 도 7에서 각 지점에 따른 시간 지연의 시간적 관계를 나타내는 참고도이다.FIG. 8 is a reference diagram illustrating a temporal relationship between time delays according to points in FIG. 7.

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광학적 신호 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.9 is a block diagram illustrating an optical signal processing system according to another embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 탭 더블링 방식의 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성을 나타내는 참고도이다10 is a reference diagram showing the frequency response characteristics of the optical signal processing system of the tap doubling method of the present invention.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating an optical signal processing method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 편광 변조 현상을 이용한 광학적 신호 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 저주파수 대역은 물론 마이크로파 또는 RF 대역과 같은 고주파수 대역의 필터로서 사용되는 광학적 신호 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical signal processing system and method using a polarization modulation phenomenon, and more particularly to an optical signal processing system and method used as a filter of a high frequency band, such as a microwave or RF band as well as a low frequency band.

최근 무선 통신 분야에서는 수요자들의 요구에 따라 음성 뿐만 아니라 HDTV급의 고품질 영상과 같은 데이터의 전송에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. 큰 대역폭의 데이터 전송 서비스를 제공하기 위해서는 이미 포화된 저주파수 대역이 아닌 마이크로파나 RF(radio-frequency) 대역과 같은 고주파수 대역을 사용하는 것이 필요하며, 고주파수 대역에 적합한 신호 처리가 요구된다. 현재 1GHz 미만의 낮은 주파수 대역에서는 기존의 성숙된 디지털 신호 처리 기술을 이용한 정교한 신호 처리가 가능하지만, 마이크로파 대역과 같은 고주파수 대역에서 고품질의 신호 처리기에 대한 연구는 아직 미흡하다.Recently, in the field of wireless communication, many researches have been conducted on the transmission of data such as high quality video of HDTV level as well as voice according to the demands of consumers. In order to provide a large bandwidth data transmission service, it is necessary to use a high frequency band such as a microwave or a radio-frequency (RF) band instead of a saturated low frequency band and a signal processing suitable for a high frequency band is required. At present, low frequency bands below 1 GHz enable sophisticated signal processing using existing mature digital signal processing techniques, but there is still little research on high quality signal processors in high frequency bands such as microwave bands.

광 마이크로파 필터는 고주파 대역의 신호를 광 영역에서 처리하기 때문에 전자파 장해로부터 벗어날 수 있고, 넓은 대역폭과 적은 손실을 갖는다. 광 마이크로파 필터는 광의 어떤 영역에서 신호 처리가 이루어지느냐에 따라 간섭성(coherent) 또는 비간섭성(incoherent)의 광 마이크로파 필터로 나눌 수 있다. 간섭성의 광 마이크로파 필터는 작은 환경적 변화에도 주파수 응답이 크게 변하기 때문에 실질적인 구현이 힘들다.The optical microwave filter is free from electromagnetic interference because it processes signals in the high frequency band in the light region, and has a wide bandwidth and low loss. The optical microwave filter may be classified into a coherent or incoherent optical microwave filter depending on which region of the light is processed. Coherent optical microwave filters are practically difficult to implement because the frequency response changes significantly even with small environmental changes.

비간섭성의 광 마이크로파 필터의 경우 주파수 응답이 각 계수에 따른 파워의 합으로 결정되기 때문에 항상 양계수 만을 가지며 음계수는 갖지 못한다. 따라서, 음계수를 갖지 못하기 때문에 구현가능한 주파수 응답이 제한되고, 대역통과필터(band-pass filter)나 급진적인 전이 필터(sharp transition filter)를 구현하는 것은 어렵다. 또한, 기저 대역에서 항상 공진 현상이 나타나므로 광 마이크로파 필터를 사용할 수 있는 응용 시스템이 제한되는 문제가 있다.In the case of an incoherent optical microwave filter, since the frequency response is determined by the sum of the powers of each coefficient, it always has only a positive coefficient and no negative coefficient. Therefore, the frequency response that can be implemented is limited because it does not have a negative coefficient, and it is difficult to implement a band-pass filter or a sharp transition filter. In addition, since the resonance phenomenon always appears in the base band, there is a problem that the application system that can use the optical microwave filter is limited.

비간섭성의 광마이크로파 신호 처리기에서 음계수를 구현하기 위한 기존의 방법으로는 S. Sales가 제안한 차분 검출 방법(differential detection method)이 있는데, 이 경우 전기적 영역에서의 신호 처리에 따른 대역폭이 제한되는 한계가 있다. F. Coppinger가 제안한 반도체 광 증폭기에서의 크로스 이득 변조(cross gain modulation)를 이용한 방법의 경우 단순히 노치(notch) 타입의 필터만이 제시되어 있으며 대역통과 타입의 필터를 구현하기 어렵다. J. Mora가 제안한 광대역 광원의 슬라이싱(slicing of a broadband source)을 이용한 방법의 경우 기저대역에서 공진이 발생하며, 필터 구현을 위해 많은 광 부품이 필요하다는 단점이 있다. 이외에도 Michael G. Wickham이 제안한 듀얼-출력 마흐-젠더 변조(dual-output Mach-zehnder modulator)를 이용한 방법 등이 있다.The conventional method for implementing negative coefficients in an incoherent optical microwave signal processor is a differential detection method proposed by S. Sales, in which case the limitation of bandwidth due to signal processing in the electrical domain is limited. There is. In the method using the cross gain modulation in the semiconductor optical amplifier proposed by F. Coppinger, only a notch type filter is presented and it is difficult to implement a bandpass type filter. The method using the slicing of a broadband source proposed by J. Mora has the disadvantage that resonance occurs at the baseband and many optical components are required to implement the filter. In addition, there is a method using the dual-output Mach-zehnder modulator proposed by Michael G. Wickham.

그러나, 상술한 종래의 광마이크로파 신호 처리기의 경우 다양한 주파수 응답을 얻기 위해서는 신호 처리기의 구조 자체를 새롭게 변경해야 하기 때문에, 재구성성(reconfigurability) 측면에서 취약하다.However, the conventional optical microwave signal processor described above is vulnerable in terms of reconfigurability because the structure of the signal processor itself needs to be newly changed in order to obtain various frequency responses.

상술한 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여, 본 발명은 신호 처리 시스템의 구조적 변경 없이 다양한 주파수 응답 특성을 갖는 신호 처리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to overcome the above limitations of the prior art, it is an object of the present invention to provide a signal processing system and method having various frequency response characteristics without structural modification of the signal processing system.

또한, 본 발명은 기존의 전기적인 신호 처리 시스템과 달리 전자파 장해로부터 자유롭고, 주파수에 의존하는 파워 손실이 거의 없으며, 대역폭의 제한 없이 수 GHz 이상의 마이크로파 신호 또는 RF 신호를 처리할 수 있는 광학적 신호 처리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is free from electromagnetic interference, unlike the existing electrical signal processing system, there is little power loss depending on the frequency, and an optical signal processing system capable of processing microwave signals or RF signals of several GHz or more without bandwidth limitations. And to provide a method.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템은 서로 다른 파장의 광 신호를 생성하는 광원; 상기 생성된 광 신호를 입력 받고, 제어 신호에 따라 편광 변조된 광 신호를 생성하는 편광 변조기; 및 상기 편광 변조된 광 신호를 입력 받고, 상기 입력된 광 신호의 파장에 따라 광 신호의 시간 지연을 발생시키는 파장 의존 광 지연부를 포함하는 것을 특징으로 한다.An optical signal processing system using polarization modulation according to the present invention for solving the technical problem is a light source for generating optical signals of different wavelengths; A polarization modulator that receives the generated optical signal and generates a polarization modulated optical signal according to a control signal; And a wavelength dependent optical delay unit configured to receive the polarization modulated optical signal and generate a time delay of the optical signal according to the wavelength of the input optical signal.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 방법은 a) 서로 다른 파장의 광 신호를 생성하는 단계; b) 상기 생성된 광 신호를 입력 받고, 제어 신호에 따라 편광 변조된 광 신호를 생성하는 단계; c) 상기 b)단계에서 생성된 광 신호를 입력 받고, 상기 입력된 광 신호의 파장에 따라 광 신호의 시간 지연을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The optical signal processing method using the polarization modulation according to the present invention for solving the other technical problem comprises the steps of: a) generating optical signals of different wavelengths; b) receiving the generated optical signal and generating a polarized modulated optical signal according to a control signal; c) receiving an optical signal generated in step b) and generating a time delay of the optical signal according to the wavelength of the input optical signal.

이하에서는 도면과 실시예를 참조하여 본 발명의 편광 변조 현상을 이용한 광학적 신호 처리 시스템 및 광학적 신호 처리 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an optical signal processing system and an optical signal processing method using the polarization modulation phenomenon of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and embodiments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 변조 현상을 이용한 광학적 신호 처리 시스템을 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating an optical signal processing system using a polarization modulation phenomenon according to an embodiment of the present invention.

도 1의 광학적 신호 처리 시스템은 광원(10), 편광 조절부(20), 편광 변조기(30), 선형 편광기(40), 파장 의존 광 지연부(50) 및 수신기(60)를 포함한다. 도 1은 광학적 신호 처리 시스템은 변조기로서 편광 변조 현상을 이용한 편광 변조기를 도입하는 것을 통해 재구성성(reconfigurability)을 갖는다. 즉, 본 발명에 따르면 시스템의 구조를 변경하지 않고서도 원하는 주파수 응답 특성을 갖는 필터 구 현이 가능하다.The optical signal processing system of FIG. 1 includes a light source 10, a polarization control unit 20, a polarization modulator 30, a linear polarizer 40, a wavelength dependent optical delay unit 50, and a receiver 60. 1 shows that the optical signal processing system has reconfigurability through introducing a polarization modulator using a polarization modulation phenomenon as a modulator. That is, according to the present invention, it is possible to implement a filter having a desired frequency response characteristic without changing the structure of the system.

광원1(11) 내지 광원5(15)는 서로 다른 파장의 광 신호를 생성한다. 생성된 광 신호는 편광 조절부를 통해 편광 변조기에 입사된다. 광원의 종류에 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 0.8nm의 파장 간격의 레이저 빔을 생성하는 레이저 다이오드가 있다.The light sources 1 11 to 5 15 generate optical signals having different wavelengths. The generated optical signal is incident on the polarization modulator through the polarization control unit. There is no particular limitation on the type of light source, for example, there is a laser diode that generates a laser beam with a wavelength interval of 0.8 nm.

편광 조절부1(21) 내지 5(25)는 광원1(11) 내지 광원5(15)로부터 생성된 각각의 광 신호를 입력 받고, 특정의 편광 상태를 갖는 광 신호를 출력한다.The polarization control units 1 (21) to 5 (25) receive respective optical signals generated from the light sources 1 (11) to 5 (15), and output an optical signal having a specific polarization state.

편광 변조기(30)는 각각의 편광 조절기를 통과한 광 신호를 입력 받고, 제어 신호에 따라 편광 변조된 광 신호를 생성한다. 편광 변조기(30)는 편광 조절부를 통해 편광이 조절된 광 신호를 입력 받는 입력부와, 상기 편광 제어 신호에 따라 위상 변조를 통해 반전 또는 비반전 상태의 광 신호를 생성하는 위상 변조기를 포함한다. 여기에서 제어 신호는 편광 변조기 내부로 입사된 광의 편광 상태를 변형시키기 위한 신호이다. 제어 신호의 예로는 온오프로 인가되는 스위칭 전압, 연속파 형태의 RF 신호 등이 있다. 위상 변조기(phase modulator)는 제어 신호에 따라 입사된 광의 위상을 변조하며 반전 또는 비반전 상태의 광을 생성한다.The polarization modulator 30 receives an optical signal passing through each polarization controller and generates a polarization modulated optical signal according to the control signal. The polarization modulator 30 includes an input unit for receiving an optical signal whose polarization is controlled through the polarization control unit, and a phase modulator for generating an optical signal in an inverted or non-inverted state through phase modulation according to the polarization control signal. Here, the control signal is a signal for modifying the polarization state of the light incident into the polarization modulator. Examples of the control signal include a switching voltage applied on and off and an RF signal in the form of a continuous wave. A phase modulator modulates the phase of incident light in accordance with a control signal and generates light in an inverted or non-inverted state.

도 2a는 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템에서 편광 변조 원리를 설명하는 참고도이다. 2A is a reference diagram illustrating the principle of polarization modulation in the optical signal processing system of the present invention.

도 2a에서 Ain 와 Bin 는 편광 조절부(20)에서 출력된 광의 편광 상태로서, 특히 Ain 와 Bin 는 서로 직교하는 것이 바람직하다. 도 1의 실시예에서 편광 변조 기(30)는 리튬나오베이트(LiNbO3) 크리스탈 위상 변조기에 대응된다.In FIG. 2A, A in and B in are polarization states of the light output from the polarization control unit 20, and A in and B in are preferably orthogonal to each other. In the embodiment of FIG. 1, the polarization modulator 30 corresponds to a lithium naobate (LiNbO 3 ) crystal phase modulator.

본 발명에서 편광 변조기(30)를 구성하는 리튬나오베이트 크리스탈은 전기 광학 계수(electro-optic coefficient)의 비등방성(anisotropy)을 갖는데, 입력 광 신호의 편광 상태는 리튬 나오베이트 크리스탈에 가해지는 전기적 신호에 따라 변하는 특성을 갖는다. 본 발명은 기존의 광학적 신호 처리 시스템과는 달리 입력되는 광의 편광 상태와 광 파워만을 조절함으로써 신호 처리 시스템의 계수 특히 계수의 부호와, 진폭을 각각 조절할 수 있다. 본 발명은 광학적 신호 처리 시스템의 구조적 변경 없이 편광 상태와 파워 조절을 통해 원하는 주파수 응답 특성을 갖는 필터를 구현할 수 있기 때문에, 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템은 재구성성(reconfigurability)을 갖는다.In the present invention, the lithium naobate crystal constituting the polarization modulator 30 has anisotropy of an electro-optic coefficient, and the polarization state of the input optical signal is an electrical signal applied to the lithium nauvate crystal. It has the property to change according to. The present invention, unlike the conventional optical signal processing system, by adjusting only the polarization state and the optical power of the input light can adjust the coefficients, particularly the sign and the amplitude of the signal processing system, respectively. The optical signal processing system of the present invention has reconfigurability because the present invention can implement a filter having desired frequency response characteristics through the polarization state and power adjustment without structural modification of the optical signal processing system.

도 2a에서 제어 신호로서 구형파 형태의 스위칭 전압 Vπ가 리튬나오베이트 크리스탈에 인가된다. 리튬나오베이트 크리스탈은 내부 주축 방향으로 전기광학계수가 비등방성을 갖는다. 이러한 비등방성 때문에 리튬나오베이트 크리스탈에 스위칭 전압이 인가된 경우(V = Vπ) 입사된 광의 편광 상태는 반시계 방향으로 90도 회전하게 된다. 스위칭 전압이 인가되지 않은 경우(V = 0) 입사된 광의 편광 상태는 그대로 유지된다.In FIG. 2A, the switching voltage V π in the form of a square wave is applied to the lithium nanoateate crystal as a control signal. Lithium naobate crystals have anisotropy in their electro-optic coefficients in the direction of the inner principal axis. Because of this anisotropy, when a switching voltage is applied to the lithium naoate crystal (V = V π ), the polarized state of the incident light is rotated 90 degrees counterclockwise. When no switching voltage is applied (V = 0), the polarization state of the incident light is maintained as it is.

도 2a에서 선형 편광기는 Bin 방향의 편광 상태를 갖는 광을 통과시킨다. 예를 들어 Bin 의 편광을 갖는 광이 리튬나오베이트 크리스탈로 입사되고, 스위칭 전 압이 인가된 경우, 입사된 광은 Ain의 편광 상태를 갖는 광으로 출력되지만, 선형 편광기를 통과하지 못하게 된다.In FIG. 2A, the linear polarizer passes light having a polarization state in the B in direction. For example, when light having a polarization of B in is incident on a lithium nanooate crystal and a switching voltage is applied, the incident light is output as light having a polarization state of A in , but does not pass through the linear polarizer. .

결과적으로 리튬나오베이트 크리스탈에 전기적 신호를 인가하여 광 신호를 변조할 경우, Ain의 편광 상태를 가지고 입사된 광은 비반전된 신호가 선형 편광기를 통해 출력되고, Bin의 편광 상태를 가지고 입사된 광은 반전된 신호가 선형 편광기를 통해 출력된다.As a result, when the optical signal is modulated by applying an electrical signal to the lithium naobate crystal, the light incident with the polarization state of A in is outputted through the linear polarizer, and the non-inverted signal is incident with the polarization state of B in . The inverted signal is outputted through the linear polarizer.

도 2b는 도 2a에서 리튬나오베이트 크리스탈을 통해 변조된 반전/비반전의 신호들을 나타내는 참고도이다. 도 2b의 제어 신호는 5Gbps의 '10111100' 패턴을 갖는 신호이고, 그래프는 이러한 제어 신호를 인가하였을 때 각 편광 상태에 따라 얻어지는 반전 신호와 비반전 신호들의 측정값을 나타낸다. 반전 신호와 비반전 신호는 광학적 신호 처리기의 일 구성인 시간 지연선(탭 지연선)의 양계수, 음계수로 사용될 수 있다. 편광 조절부를 통해 리튬나오베이트 크리스탈로 입사되는 광의 편광 상태를 제어하면 재구성성을 갖는 광 변조 시스템의 구현이 가능하다.FIG. 2B is a reference diagram illustrating signals of inverted / non-inverted modulated through the lithium nanooate crystal in FIG. 2A. The control signal of FIG. 2B is a signal having a '10111100' pattern of 5 Gbps, and a graph shows measured values of inverted signals and non-inverted signals obtained according to each polarization state when the control signal is applied. The inverted signal and the non-inverted signal may be used as the positive coefficient and the negative coefficient of the time delay line (tap delay line), which is one component of the optical signal processor. By controlling the polarization state of the light incident to the lithium naobate crystal through the polarization control unit, it is possible to implement an optical modulation system having a reconfigurability.

선형 편광기(linear polarizer, 40)는 편광 변조기(30)를 통해 변조된 광 신호로부터 특정의 편광 상태를 갖는 광 신호를 통과시킨다. 본 실시예의 광학적 신호 처리 시스템은 편광 변조기와 선형 편광기 사이에 변조된 광 신호의 증폭을 위한 광 증폭기를 더 포함할 수 있다.A linear polarizer 40 passes an optical signal having a specific polarization state from the modulated optical signal through the polarization modulator 30. The optical signal processing system of the present embodiment may further include an optical amplifier for amplifying an optical signal modulated between the polarization modulator and the linear polarizer.

파장 의존 광 지연부(50)는 편광 변조된 광 신호를 입력 받고, 입력된 광 신호를 파장에 따라 시간 지연시킨다. 본 실시예에서 파장 의존 광 지연부(50)는 파 장분할다중화기(AWG, 51), 광학 미러들(M1~M5, 52~56), 시간 지연선들(tapped delay lines)을 포함한다. 또한, 광학 미러 대신 브래그 격자를 사용하는 것도 가능하다.The wavelength dependent optical delay unit 50 receives a polarization modulated optical signal and delays the input optical signal according to the wavelength. In this embodiment, the wavelength dependent optical delay unit 50 includes a wavelength division multiplexer AWG 51, optical mirrors M 1 to M 5 , 52 to 56, and tapped delay lines. . It is also possible to use Bragg gratings instead of optical mirrors.

편광 변조의 제어를 위한 제어 신호를 입력으로 하고 수신기(60) 측의 신호를 출력으로 할 때, 광학적 신호 처리 시스템이 갖는 임펄스 응답은 z 영역상에서

Figure 112007045858113-pat00001
로 표현된다. 여기에서 ar은 각 시간 지연선의 필터 계수이고, Z-1은 샘플들 간의 단위 시간 지연을 의미한다. 시간 영역에서의 임펄스 응답은
Figure 112007045858113-pat00002
로 표현되며, 여기에서 T는 단위 시간 지연을 의미한다. When the control signal for controlling the polarization modulation is input and the signal of the receiver 60 is output, the impulse response of the optical signal processing system is in the z region.
Figure 112007045858113-pat00001
It is expressed as Where a r is a filter coefficient of each time delay line, and Z −1 represents a unit time delay between samples. The impulse response in the time domain
Figure 112007045858113-pat00002
Where T is the unit time delay.

도 3은 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템에서 파장 의존 시간 지연의 개념을 설명하는 참고도이다. 도 3에 도시된 시간 지연 시스템의 필터의 전달 함수는 다음 수학식으로 표현된다. 3 is a reference diagram illustrating the concept of wavelength dependent time delay in the optical signal processing system of the present invention. The transfer function of the filter of the time delay system shown in FIG. 3 is represented by the following equation.

수학식Equation

Figure 112007045858113-pat00003
Figure 112007045858113-pat00003

여기에서, Td는 시간 지연을 각 탭에서의 시간 지연을 의미하고, a1 내지 aN은 각 지연선의 필터 계수를 의미하며, N은 탭의 개수를 의미하며, f는 전기적인 주파수(electrical frequency)를 의미한다.Here, T d means time delay at each tap, a 1 to a N are the filter coefficients of each delay line, N is the number of taps, and f is the electrical frequency. frequency).

도 1의 광학적 신호 처리 시스템에서 파장에 따라 서로 다른 시간 지연을 가 지며, 광학 미러들에 의해 반사된 광 신호는 시간 지연선들을 통해 다시 시간 지연 처리된 후 파장분할다중화기(AWG)를 통해 다중화된 광 신호로 합쳐진다. The optical signal processing system of FIG. 1 has a different time delay depending on the wavelength, and the optical signal reflected by the optical mirrors is time delayed again through the time delay lines and then multiplexed through a wavelength division multiplexer (AWG). Are merged into a light signal.

예를 들어, 도 1에서 서로 인접하는 파장간의 시간 지연은 9.8ns로 조절할 수 있는데, 이는 레이저 빔의 라운드 트립(round trip)을 고려하였을 때 100cm의 광로차에 해당한다. 한편, 본 실시예의 광학적 신호 처리 시스템은 파장 의존 광 지연부(50)와 선형 편광기(40) 사이에 광 순환기(optical circulator)를 포함한다.For example, in FIG. 1, the time delay between adjacent wavelengths may be adjusted to 9.8 ns, which corresponds to an optical path difference of 100 cm when considering a round trip of the laser beam. On the other hand, the optical signal processing system of the present embodiment includes an optical circulator between the wavelength dependent optical delay unit 50 and the linear polarizer 40.

수신기(60)는 시간 지연된 광 신호를 수신하고 변조된 광 신호를 송출한다. 바람직하게는 상기 파장 의존 광 지연부에서 시간 지연된 광 신호를 전기적인 신호로 변환시키는 광 검출부(photo detector)를 수신기의 일 구성으로 사용할 수 있다.Receiver 60 receives the time delayed optical signal and transmits a modulated optical signal. Preferably, a photo detector for converting an optical signal delayed in the wavelength dependent optical delay unit into an electrical signal may be used as a receiver.

도 4는 도 1의 광학적 신호 처리 시스템에서 동일한 가중치의 계수를 갖는 광학적 신호 처리기의 실험 결과를 나타내는 참고도이다.4 is a reference diagram illustrating an experimental result of an optical signal processor having the same weight coefficient in the optical signal processing system of FIG. 1.

도 4의 (a)는 광원인 레이저 다이오드에서 생성되는 광의 파장별 파워가 동일한 경우를 나타낸다. 도 4의 (b)는 레이저 다이오드에서 생성되는 광의 편광 상태를 모두 양수가 되도록 하여 5개의 [1,1,1,1,1]의 탭 계수 즉 탭 계수(a1~ a5)가 모두 1이 되도록 구현한 시스템의 주파수 응답 특성을 나타낸다. 도 4의 (b)에서 실선은 도 1의 광학적 신호 처리 시스템에 따른 주파수 응답 특성이고, 점선은 시뮬레이션에 따른 주파수 응답 특성으로서, 점선과 실선이 상당히 일치하였다. 또한, 도 4 (b)의 주파수 응답 특성을 갖는 광학적 신호 처리 시스템은 102MHz 의 FSR(free spectral range)를 갖는 대역 통과 필터임을 확인할 수 있다.4A illustrates a case where the power of each wavelength of light generated by the laser diode as a light source is the same. 4 (b) shows that the tap coefficients of five [1,1,1,1,1], that is, the tap coefficients a 1 to a 5 are all 1 such that all polarization states of light generated by the laser diode are positive. The frequency response characteristics of the implemented system are shown. In FIG. 4B, the solid line is the frequency response characteristic according to the optical signal processing system of FIG. 1, and the dotted line is the frequency response characteristic according to the simulation. In addition, it can be seen that the optical signal processing system having the frequency response characteristic of FIG. 4 (b) is a band pass filter having a free spectral range (FSR) of 102 MHz.

본 발명에 따르면 상기 예에서 광학적 신호 처리 시스템의 구조를 변경하지 않고, 편광 상태의 제어를 통해 필터의 특성을 변경할 수 있다. 예를 들어, 위의 예에서 편광 조절부2(22)와 편광 조절부4(24)의 편광 상태를 90도 회전시킴으로써, [1,-1,1,-1,1]의 탭 계수를 갖는 광학적 신호 처리 시스템을 구현할 수 있다. 도 4의 (c)는 [1,-1,1,-1,1]의 탭 계수를 갖는 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성을 나타낸 것이다.According to the present invention, the characteristics of the filter can be changed by controlling the polarization state without changing the structure of the optical signal processing system in the above example. For example, in the above example, by rotating the polarization state of the polarization control unit 2 (22) and the polarization control unit 4 (24) by 90 degrees, having a tap coefficient of [1, -1,1, -1,1] Optical signal processing systems can be implemented. 4C shows frequency response characteristics of an optical signal processing system having a tap coefficient of [1, -1,1, -1,1].

도 5는 도 1의 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성에 대한 또 다른 일예를 나타내는 참고도이다. 도 5는 해닝 가중 계수(Hanning weighted coefficient)에 따른 광원을 사용한 경우 측정되는 주파수 응답 특성에 대한 실험 결과를 나타낸다.5 is a reference diagram illustrating still another example of a frequency response characteristic of the optical signal processing system of FIG. 1. FIG. 5 shows experimental results of frequency response characteristics measured when using a light source according to a Hanning weighted coefficient.

도 5의 (a)는 광원인 레이저 다이오드에서 생성되는 광의 파장별 파워가 [-6.03, -1.25, 0, -1.25, -6.03] dB임을 나타낸다. 도 5의 (b)는 탭 계수를 [0.25, 0.75, 1, 0.75, 0.25]로 할 경우의 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성을 나타낸다. 도 5의 (b)에서 실선은 도 1에서 광원의 파워를 해닝 가중 계수에 따라 조절할 경우의 주파수 응답 특성이고, 점선은 시뮬레이션에 따른 주파수 응답 특성이다. 도 5의 (c)는 탭 계수를 [0.25, -0.75, 1, -0.75, 0.25]로 할 경우의 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성을 나타낸다. 이 경우 MSR(mainlobe to sidelobe ratio)은 약 -30dB 이상의 값을 갖는 것으로 나타났다. 따라서, 각 광원들의 광 파워를 조절함으로써 탭의 계수와 진폭을 조절할 수 있음을 확인할 수 있 다.5 (a) shows that power of each wavelength of light generated by a laser diode as a light source is [-6.03, -1.25, 0, -1.25, -6.03] dB. FIG. 5B shows the frequency response characteristic of the optical signal processing system when the tap coefficient is set to [0.25, 0.75, 1, 0.75, 0.25]. In FIG. 5B, the solid line is a frequency response characteristic when the power of the light source is adjusted according to the Hanning weighting factor in FIG. 1, and the dotted line is the frequency response characteristic according to the simulation. FIG. 5C shows the frequency response characteristic of the optical signal processing system when the tap coefficient is set to [0.25, -0.75, 1, -0.75, 0.25]. In this case, the mainlobe to sidelobe ratio (MSR) was found to have a value of about -30 dB or more. Accordingly, it can be seen that the coefficient and amplitude of the tap can be adjusted by adjusting the optical power of each light source.

도 4와 도 5를 통해 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따르면 입력 광원의 광 파워와 편광 상태의 조절을 통해 신호 처리기의 진폭과 계수들(양계수, 음계수)을 조절할 수 있기 때문에 어떠한 형태의 필터든지 구현 가능한 장점이 있다.As can be seen from FIG. 4 and FIG. 5, according to the present invention, the amplitude and coefficients (positive coefficient and negative coefficient) of the signal processor can be adjusted by adjusting the optical power and polarization state of the input light source. There are advantages that can be implemented.

도 6a는 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템에서 편광 변조와 탭 더블링을 설명하는 참고도이다. 도 6a에서 연속파 형태의 광이 리튬나오베이트 크리스탈의 주축에 대하여 45도로 선형 편광되어 입사되면 크리스탈에 인가된 제어 신호의 세기에 따라 출력되는 광의 편광 상태가 크리스탈의 주축에 대해 ±45도로 스위치하게 된다. 도 6a에서 A축에서는 크리스탈에 인가된 제어 신호에 대하여 반전된 광 신호가 얻어지고, B축에서는 비반전된 광 신호가 얻어진다.6A is a reference diagram illustrating polarization modulation and tap doubling in the optical signal processing system of the present invention. In FIG. 6A, when the light in the form of continuous wave is linearly polarized at 45 degrees with respect to the principal axis of the lithium nanobait crystal, the polarization state of the output light is switched by ± 45 degrees with respect to the principal axis of the crystal according to the intensity of the control signal applied to the crystal. . In Fig. 6A, the optical signal inverted with respect to the control signal applied to the crystal is obtained on the A axis, and the non-inverted optical signal is obtained on the B axis.

도 6b는 도 6a에서 리튬나오베이트 크리스탈을 통해 변조된 반전/비반전된 신호들을 나타내는 참고도이다. 도 6b에서 입사 광은 10GHz의 정연파이며, 출력 광은 서로 수직하는 편광 상태를 갖는데, 이는 후술하는 탭 더블링(tap doubling)과 직접적으로 관련이 된다.FIG. 6B is a reference diagram illustrating inverted / non-inverted signals modulated through the lithium nanooate crystal in FIG. 6A. In FIG. 6B, the incident light is a 10 GHz square wave and the output light has a polarization state perpendicular to each other, which is directly related to tap doubling described later.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광학적 신호 처리 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 7에 도시된 광학적 신호 처리 시스템은 WDM광원(110), 편광 변조기(120), 파장 의존 광 지연부(130), 편광 의존 광 지연부(140) 및 수신기(150)를 포함한다.7 is a block diagram illustrating an optical signal processing system according to another exemplary embodiment of the present invention. The optical signal processing system illustrated in FIG. 7 includes a WDM light source 110, a polarization modulator 120, a wavelength dependent optical delay unit 130, a polarization dependent optical delay unit 140, and a receiver 150.

WDM광원(LD1~LDM, 110)은 파장분할다중 변조를 위해 서로 다른 파장의 광원 을 생성한다. 본 실시예의 신호 처리 시스템은 WDM 광원(110)과 편광 변조기(120) 사이에는 특정 편광 상태를 갖는 광 신호를 생성하기 위한 편광 조절기(PC)를 구비하는 것이 바람직하다. 편광 변조기(120)는 광원에서 생성된 광 신호와 파장 변조의 제어를 위한 RF 제어 신호를 입력 받고, 입력된 RF 제어 신호에 따라 광 신호에 대한 편광 변조를 수행한다.The WDM light sources LD 1 to LD M 110 generate light sources of different wavelengths for wavelength division multiplexing. The signal processing system of the present embodiment preferably includes a polarization controller PC for generating an optical signal having a specific polarization state between the WDM light source 110 and the polarization modulator 120. The polarization modulator 120 receives an optical signal generated from a light source and an RF control signal for controlling wavelength modulation, and performs polarization modulation on the optical signal according to the input RF control signal.

파장 의존 광 지연부(wavelength dependent optical delaying unit, 130)는 편광 변조된 광 신호를 입력 받고, 입력된 광 신호를 파장에 따라 시간 지연 시킨다. 파장 의존 광 지연부(polarization dependent optical delaying unit)는 AWG(arrayed waveguide grating)와 광학 미러(optical mirror)를 포함한다. 편광 의존 광 지연부(140)는 시간 지연된 광 신호를 입력 받고, 서로 수직하는 편광 성분 들 사이에 일정한 시간 지연을 부여한다. 수신기(150)는 시간 지연된 광 신호를 수신하고, 수신된 광 신호를 송출한다.The wavelength dependent optical delaying unit 130 receives a polarization modulated optical signal and delays the input optical signal according to the wavelength. The polarization dependent optical delaying unit includes an arrayed waveguide grating (AWG) and an optical mirror. The polarization dependent optical delay unit 140 receives a time delayed optical signal and provides a constant time delay between polarization components perpendicular to each other. The receiver 150 receives a time delayed optical signal and transmits the received optical signal.

도 8은 도 7의 A지점, B지점, C지점에 따른 탭의 시간적 관계를 나타내는 참고도이다. 도 8의 (A)는 A지점에서의 탭 지연의 시간적 관계를 나타내고, (B)와 (C)는 각각 B지점과 C지점에 따른 탭 지연의 시간적 관계를 나타낸다. 도 7의 A 지점은 서로 다른 파장과 편광 상태를 가진 복수개의 광 신호가 다중화된 지점이고, B 지점은 파장 의존 광 지연부에 의해서 각 파장별로 2Td의 시간 지연이 나타나는 지점이며, C지점은 서로 수직한 편광 성분들 사이에 Td의 시간 지연이 나타나는 지점이다. 파장 의존 광 지연부의 단위 시간 지연값(Td1)은 편광 의존 광 지연부의 단 위 시간 지연값(Td2) 보다 큰 것이 바람직한데, 이는 각 계수 사이에 일정한 시간 지연값을 가지게 하기 위함이다. 또한, 광 시간 지연값Td1와 Td2의 조절을 통해 처리하고자 하는 주파수 대역을 변경시킬수 있다. FIG. 8 is a reference diagram illustrating a temporal relationship between taps according to points A, B, and C of FIG. 7. Fig. 8A shows the temporal relationship of tap delays at point A, and (B) and (C) show the temporal relationship of tap delays at points B and C, respectively. A point A of FIG. 7 is a point where a plurality of optical signals having different wavelengths and polarization states are multiplexed, a point B is a point where a time delay of 2T d appears for each wavelength by a wavelength dependent optical delay unit, and a point C is It is the point where the time delay of T d appears between the polarization components perpendicular to each other. Unit time delay portion wavelength dependent optical delay (T d1) is preferred that greater than a polarization dependent optical delay section Unit time lag (T d2), which is to have a constant time delay between the respective coefficients. In addition, the frequency band to be processed can be changed by adjusting the optical time delay values T d1 and T d2 .

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광학적 신호 처리 시스템을 나타내는 블록도이다. 9 is a block diagram illustrating an optical signal processing system according to another embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 광학적 신호 처리 시스템은 광원(210), 편광 조절부(220), 편광 변조기(230), 광증폭기(EDFA, 240), 파장 의존 광 지연부(260), Hi-Bi 섬유(270), 광 감쇄기(280), 광 다이오드(290) 및 네트워크 분석기(295)를 포함한다.The optical signal processing system illustrated in FIG. 9 includes a light source 210, a polarization controller 220, a polarization modulator 230, an optical amplifier EDFA 240, a wavelength dependent optical delay unit 260, and a Hi-Bi fiber ( 270, optical attenuator 280, photodiode 290, and network analyzer 295.

광원1(LD1, 211) 내지 광원3(LD3, 213)은 각각 다른 파장의 광 신호를 생성한다. 본 실시예에서 각각의 광원에서 생성된 광의 파장 간격은 1.6nm 이다. 광원에서 생성된 광 신호는 편광 조절부(PC1~PC3)를 통해 45도의 선형 편광 상태를 갖도록 변형된다. 광 커플러(224)는 편광 조절부들을 통과한 광 신호를 결합한다.The light sources 1 LD 1 and 211 to the light sources 3 LD 3 and 213 generate light signals having different wavelengths, respectively. In this embodiment, the wavelength interval of the light generated by each light source is 1.6 nm. The optical signal generated by the light source is modified to have a linear polarization state of 45 degrees through the polarization adjusting units PC 1 to PC 3 . The optical coupler 224 couples the optical signal passing through the polarization control units.

편광 변조기(230)는 광 커플러(224)를 통과한 광 신호를 편광 변조한다. 편광 변조기의 예로는 리튬나오베이트 또는 리튬탄탈레이트 계열의 위상 변조기가 있다. 편광 변조기(230)는 광 커플러(224)로부터 광 신호를 입력 받고, 네트워크 분석기(295)로부터 300kHz~3.5GHz 대역의 전기적 제어 신호를 입력 받아 편광 변조를 수행한다.The polarization modulator 230 polarizes the optical signal passing through the optical coupler 224. Examples of polarization modulators include lithium naobate or lithium tantalate-based phase modulators. The polarization modulator 230 receives an optical signal from the optical coupler 224 and receives an electrical control signal of 300 kHz to 3.5 GHz from the network analyzer 295 to perform polarization modulation.

광 증폭부(Eribium Doped Fiber Amplifier, 240)는 편광 변조된 광 신호의 파워를 증폭시킨다. 증폭된 광 신호는 광 순환기(250)를 통해 AWG(261)에 전달된 다. AWG(261)는 입력된 광 신호를 파장별로 분리한다. 파장별로 분리된 광 신호는 각각 다른 파장 의존 광 지연 경로를 통해 광학 미러(M1~M3)에 전달되고, 광학 미러에 의해 반사된 광 신호는 다시 파장 의존 광 지연 경로를 통해 AWG(261)에 전달된다. 인접하는 파장 간의 시간 지연은 1.26ns가 되도록 조절하였는데, 이러한 시간 지연은 레이저 빔들의 라운드 트립(round trip)을 고려하였을 때 13cm의 광 경로차에 해당한다.An optical doped fiber amplifier 240 amplifies the power of the polarization modulated optical signal. The amplified optical signal is transmitted to the AWG 261 through the optical circulator 250. The AWG 261 separates the input optical signal for each wavelength. The optical signals separated by wavelengths are transmitted to the optical mirrors M 1 to M 3 through different wavelength dependent optical delay paths, and the optical signals reflected by the optical mirrors are again transmitted through the wavelength dependent optical delay paths. Is passed on. The time delay between adjacent wavelengths was adjusted to be 1.26 ns, which corresponds to an optical path difference of 13 cm when considering a round trip of the laser beams.

AWG(261)은 전달된 광 신호를 다중화하며, 광 순환기(250)은 다중화된 광 신호를 편광 의존 광 지연부에 전달한다. 본 실시예의 광학적 신호 처리 시스템은 편광에 따른 광 지연을 위해 500m의 Hi-Bi (high birefringence) 광 섬유(270)를 사용하였다. 특히, 1550nm 에서 비트 길이(beat length)가 4.1mm의 특성을 갖는 Hi-Bi 광섬유를 사용하였다. Hi-Bi 광 섬유(270)는 광 신호의 편광 상태에 따라 0.63ns에 해당하는 시간 지연을 발생시킨다. The AWG 261 multiplexes the transmitted optical signal, and the optical circulator 250 delivers the multiplexed optical signal to the polarization dependent optical delay unit. The optical signal processing system of this embodiment used a high birefringence (Hi-Bi) optical fiber 270 of 500 m for optical delay due to polarization. In particular, a Hi-Bi fiber having a beat length of 4.1 mm at 1550 nm was used. The Hi-Bi optical fiber 270 generates a time delay corresponding to 0.63 ns according to the polarization state of the optical signal.

본 실시예에 따른 광학적 신호 처리 시스템은 Hi-Bi 광 섬유(270)와 광 순환기(250) 사이에 편광 조절기(미도시)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 편광 조절기는 Hi-Bi 광 섬유의 fast축과 slow축에 입력되는 비반전된 광 신호와 반전된 광 신호의 편광 상태를 일치 시킨다.The optical signal processing system according to the present embodiment preferably further includes a polarization controller (not shown) between the Hi-Bi optical fiber 270 and the optical circulator 250. The polarization controller matches the polarization states of the non-inverted and inverted optical signals input to the fast and slow axes of the Hi-Bi optical fiber.

광 감쇄기(optical attenuator, 280)는 Hi-Bi 광 섬유를 통과한 광 신호의 파워를 0dBm로 조절한다. 광 다이오드(290)는 파워가 조절된 광 신호로부터 광 신호를 검출하고, 검출된 신호에 따른 전기적 신호를 출력한다. 네트워크 분석 기(295)는 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성을 측정하며, 편광 변조를 위한 제어 신호를 생성한다.An optical attenuator 280 adjusts the power of the optical signal through the Hi-Bi optical fiber to 0 dBm. The photodiode 290 detects an optical signal from an optical signal whose power is adjusted, and outputs an electrical signal according to the detected signal. The network analyzer 295 measures the frequency response characteristic of the optical signal processing system and generates a control signal for polarization modulation.

본 실시예에 따르면, 광 신호를 파장에 따른 시간 지연 시킴과 동시에 편광 상태에 따라 광 신호를 시간 지연 시킴으로써 탭이 더블링되는 효과를 얻을 수 있다. 도 8의 B에서 M개의 서로 다른 파장을 가지며 2Td의 시간 지연을 갖는 광 신호는 편광 의존 광 지연부를 통해 2M 개의 서로 다른 파장을 가지며 Td의 시간 지연을 갖는 광 신호로 변형된다. 본 발명에서는 단위 광원 당 2개의 시간 지연을 발생시키는 것을 탭 더블링(tap doubling)이라 칭한다. According to the present exemplary embodiment, the tap is doubled by delaying the optical signal according to the wavelength and delaying the optical signal according to the polarization state. In FIG. 8B, an optical signal having M different wavelengths and having a time delay of 2T d is transformed into an optical signal having 2M different wavelengths and having a time delay of T d through a polarization dependent optical delay unit. In the present invention, generating two time delays per unit light source is called tap doubling.

도 10은 탭 더블링 방식의 광학적 신호 처리 시스템의 주파수 응답 특성을 나타내는 참고도이다. 도 10의 (a), (b), (c)에서 실선은 도 9에 도시된 탭 더블링 방식의 광학적 신호 처리 시스템에서 광원을 1 개, 2 개, 3 개를 사용하였을 경우의 주파수 응답 특성을 나타낸다. 또한, 점선은 기존의 방식을 이용하여 광원을 2 개, 4 개, 6 개 사용하였을 경우의 주파수 응답 특성의 시뮬레이션 결과이다. 10 is a reference diagram illustrating a frequency response characteristic of an optical signal processing system of a tap doubling method. Solid lines in (a), (b), and (c) of FIG. 10 show frequency response characteristics when one, two, or three light sources are used in the tap doubling optical signal processing system shown in FIG. Indicates. In addition, the dotted line is the simulation result of the frequency response characteristic when 2, 4, and 6 light sources are used using the conventional method.

도 10을 참고할 때, 탭 더블링 방식의 실험 결과와 기존의 WDM 시스템에서 광원을 두 배 적용한 실험 결과의 주파수 응답 특성이 완전히 일치하며, 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템이 탭 더블링을 성공적으로 수행함을 확인할 수 있다. 또한, 도 10의 FSR(free spectral range)은 1.6GHz로서, 상기 FSR값은 Hi-Bi 광 섬유(270)에 의해 발생한 0.63ns에 해당하는 값이다. 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템의 경우 동일한 파장에 존재하는 서로 다른 편광 상태를 갖는 2개의 광 신호는 편광 직교성을 갖기 때문에 광원의 간섭(coherence) 없이 안정적인 동작이 가능하다. 또한, 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템은 편광 변조 특성을 갖기 때문에 탭 지연 구조에서 양 계수와 음 계수를 동시에 가질 수 있으며, 기저 대역의 공진 현상도 제거된 우수한 대역 통과 특성을 갖는 필터로 사용될 수 있다.Referring to FIG. 10, it is confirmed that the frequency response characteristics of the experimental results of the tap doubling method and the experimental results of applying the light source twice in the existing WDM system are completely matched, and the optical signal processing system of the present invention successfully performs the tap doubling. Can be. In addition, the free spectral range (FSR) of FIG. 10 is 1.6 GHz, and the FSR value corresponds to 0.63 ns generated by the Hi-Bi optical fiber 270. In the optical signal processing system of the present invention, since two optical signals having different polarization states present at the same wavelength have polarization orthogonality, stable operation can be performed without coherence of a light source. In addition, since the optical signal processing system of the present invention has polarization modulation characteristics, the optical signal processing system may have both positive and negative coefficients simultaneously in a tap delay structure, and may be used as a filter having excellent bandpass characteristics in which baseband resonance is removed. .

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 신호 처리 방법을 나타낸 흐름도이다. 본 발명의 광학적 신호 처리 방법은 도 1의 광학적 신호 처리 시스템에서 시계열적으로 처리되는 하기의 단계 들을 포함한다.11 is a flowchart illustrating an optical signal processing method according to an embodiment of the present invention. The optical signal processing method of the present invention includes the following steps which are processed in time series in the optical signal processing system of FIG.

310단계에서 광원1(11) 내지 광원5(15)은 서로 다른 파장의 광 신호를 생성한다.In operation 310, the light sources 1 11 to 5 15 generate optical signals having different wavelengths.

320단계에서 편광 조절부1(21) 내지 편광 조절부5(25)는 310단계에서 생성된 광 신호를 입력 받고, 광 신호의 편광 상태를 도 2a의 Ain 또는 Bin 이 되도록 조절한다. In operation 320, the polarization control unit 1 (21) to the polarization control unit 5 (25) receive the optical signal generated in operation 310, and adjust the polarization state of the optical signal to be A in or B in FIG. 2A.

330단계에서 편광 변조기(30)는 320단계에서 편광 상태가 조절된 광 신호와 제어 신호를 입력 받고, 편광 변조된 광 신호를 생성한다.In operation 330, the polarization modulator 30 receives an optical signal and a control signal whose polarization state is adjusted in operation 320 and generates a polarization modulated optical signal.

340단계에서 파장 의존 광 지연부(50)는 편광 변조된 광 신호를 입력 받고, 입력된 광 신호가 갖는 파장에 따라 광 신호의 시간 지연을 발생시킨다.In operation 340, the wavelength dependent optical delay unit 50 receives the polarized modulated optical signal and generates a time delay of the optical signal according to the wavelength of the input optical signal.

350단계에서 수신기(60)는 시간 지연된 광 신호를 외부의 전자 기기로 송출한다.In step 350, the receiver 60 transmits a time delayed optical signal to an external electronic device.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발 명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 상기 개시된 실시예 들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown not in the above description but in the claims, and all differences within the scope should be construed as being included in the present invention.

본 발명에 따르면, 편광 변조 현상을 이용하여 입력되는 광의 편광 상태와 파워 만을 조절함으로써, 비간섭 영역에서 광 신호 처리를 위한 양계수와 음계수를 동시에 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템은 재구성성(reconfigurability)을 갖기 때문에, 시스템의 구조적 변경 없이 원하는 주파수 응답 특성을 얻을 수 있다. According to the present invention, by adjusting only the polarization state and the power of the input light by using the polarization modulation phenomenon, it is possible to simultaneously obtain the positive coefficient and the negative coefficient for the optical signal processing in the non-interfering region. In addition, since the optical signal processing system of the present invention has reconfigurability, desired frequency response characteristics can be obtained without structural modification of the system.

또한, 본 발명에서 편광 변조 현상을 통해 얻어지는 양계수와 음계수는 기존의 광학적 신호 처리 시스템과 비교할 때, 시간 지연에서의 탭을 두배로 하는 탭 더블링(tap-doubling) 효과를 발생시킨다. 탭 더블링 효과를 갖는 본 발명의 광학적 신호 처리 시스템은 기존의 시스템 보다 적은 수의 광원을 사용하고도 기존의 시스템과 동일한 성능의 필터 구현이 가능하며, 동일한 광원을 사용할 경우 기존의 시스템 보다 우수한 성능의 필터 구현이 가능하다. In addition, in the present invention, the positive coefficient and the negative coefficient obtained through the polarization modulation phenomenon generate a tap-doubling effect of doubling the tap in the time delay when compared with the conventional optical signal processing system. The optical signal processing system of the present invention having a tap doubling effect can implement a filter having the same performance as that of the existing system even though using a smaller number of light sources than the conventional system. Filter implementation is possible.

또한, 편광 변조를 통해 얻어지는 광 신호가 갖는 편광의 직교성은 본 광학적 신호 처리 시스템 상에서 광원의 간섭과 이에 따른 동작의 불안정성을 발생시키지 않는 효과가 있다.In addition, the orthogonality of the polarization of the optical signal obtained through the polarization modulation has an effect that does not generate interference of the light source and thereby instability of the operation in the optical signal processing system.

Claims (18)

서로 다른 파장의 광 신호를 생성하는 광원;A light source for generating optical signals having different wavelengths; 상기 생성된 광 신호를 입력 받고, 제어 신호에 따라 편광 변조된 광 신호를 생성하는 편광 변조기; 및A polarization modulator that receives the generated optical signal and generates a polarization modulated optical signal according to a control signal; And 상기 편광 변조된 광 신호를 입력 받고, 상기 입력된 광 신호의 파장에 따라 광 신호의 시간 지연을 발생시키는 파장 의존 광 지연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.And a wavelength dependent optical delay unit configured to receive the polarized modulated optical signal and generate a time delay of the optical signal according to the wavelength of the input optical signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편광 변조기는 상기 제어 신호에 따라 위상 변조를 통해 반전 또는 비반전 상태의 광 신호를 생성하는 위상 변조기(phase modulator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.The polarization modulator comprises a phase modulator for generating an optical signal in an inverted or non-inverted state through phase modulation according to the control signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원은 서로 다른 파장의 광 신호를 발생시키는 복수 개의 광원들이고, 상기 복수 개의 광원 각각에서 생성된 서로 다른 파장의 광 신호의 편광을 조절하는 편광 조절부를 더 포함하며,The light source is a plurality of light sources for generating optical signals of different wavelengths, and further comprises a polarization control unit for controlling the polarization of the optical signals of different wavelengths generated by each of the plurality of light sources, 상기 편광 변조기는 상기 편광 조절부에서 편광이 조절된 광 신호를 입력받고, 제어 신호에 따라 편광 변조된 광 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.The polarization modulator is an optical signal processing system using a polarization modulation, characterized in that for receiving an optical signal whose polarization is adjusted in the polarization control unit, and generates a polarized modulated optical signal according to a control signal. 제 3 항에 있어서, 상기 편광 변조기는The polarization modulator of claim 3, wherein the polarization modulator 상기 편광 조절부를 통해 편광이 조절된 광 신호를 입력 받는 입력부와, 상기 편광 제어 신호에 따라 위상 변조를 통해 반전 또는 비반전 상태의 광 신호를 생성하는 위상 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.And a phase modulator configured to generate an optical signal in an inverted or non-inverted state through phase modulation according to the polarization control signal, and an input unit receiving an optical signal of which polarization is controlled through the polarization control unit. Optical signal processing system using. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 위상 변조기는 상기 생성된 반전 상태의 광 신호와 비반전 상태의 광 신호의 편광 상태는 서로 직교가 되도록 구비됨을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.And the phase modulator is configured such that polarization states of the generated inverted optical signal and the non-inverted optical signal are orthogonal to each other. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 변조된 광 신호로부터 특정의 편광 상태를 갖는 광 신호만을 통과시키는 선형 편광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.And a linear polarizer for passing only an optical signal having a specific polarization state from the modulated optical signal. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 위상 변조기는 리튬나오베이트 또는 리튬탄탈레이트 계열의 크리스탈인 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.The phase modulator is an optical signal processing system using polarization modulation, characterized in that the lithium naobate or lithium tantalate-based crystals. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 파장 의존 광 지연부에서 시간 지연된 광 신호를 전기적인 신호로 변환시키는 광 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.And a light detector for converting the optical signal delayed in the wavelength dependent optical delay unit into an electrical signal. 제 1 항에 있어서, 상기 파장 의존 광 지연부는The method of claim 1, wherein the wavelength dependent optical delay unit 상기 편광 변조된 광 신호를 파장에 따라 다중화 또는 역다중화하는 파장다중화기; A wavelength multiplexer for multiplexing or demultiplexing the polarization modulated optical signal according to a wavelength; 상기 파장다중화기로부터 전달받은 광 신호의 시간 지연을 발생시키는 시간 지연선; 및 A time delay line for generating a time delay of the optical signal received from the wavelength multiplexer; And 상기 시간 지연선에 의해 전달받은 광 신호를 반사하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.And a reflector reflecting an optical signal transmitted by the time delay line. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 파장 의존 광 지연부에서 생성된 파장 시간 지연된 광 신호를 입력 받고, 입력된 광 신호의 편광 상태에 따라 시간 지연된 광 신호를 생성하는 편광 의존 광 지연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.And a polarization dependent optical delay unit configured to receive the wavelength time delayed optical signal generated by the wavelength dependent optical delay unit and generate a time delayed optical signal according to the polarization state of the input optical signal. Optical signal processing system. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 파장 의존 광 지연부의 단위 시간 지연값(Td1)은 상기 편광 의존 광 지연부의 단위 시간 지연값(Td2) 보다 큰 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.The unit time delay value (T d1 ) of the wavelength dependent optical delay unit is greater than the unit time delay value (T d2 ) of the polarization dependent optical delay unit. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 편광 의존 광 지연부는 Hi-Bi 광 섬유를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.The polarization dependent optical delay unit comprises a Hi-Bi optical fiber, optical signal processing system using a polarization modulation. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 파장 의존 광 지연부에서 생성된 파장 시간 지연된 광 신호를 입력 받고, 입력된 광 신호의 편광 상태를 조절하는 편광 조절부를 더 포함하고, And receiving a wavelength time delayed optical signal generated by the wavelength dependent optical delay unit and adjusting a polarization state of the input optical signal. 상기 편광 의존 광 지연부는 상기 편광 조절부를 통과한 광 신호의 편광 상태에 따라 시간 지연된 광 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 시스템.And the polarization dependent optical delay unit generates a time delayed optical signal according to the polarization state of the optical signal passing through the polarization control unit. a) 광원이 서로 다른 파장의 광 신호를 생성하는 단계;a) the light source generating optical signals of different wavelengths; b) 편광 변조된 광 신호를 생성하는 편광 변조기가 상기 a)단계에서 생성된 광 신호를 입력 받고, 제어 신호에 따라 편광 변조된 광 신호를 생성하는 단계; 및b) a polarization modulator for generating a polarization modulated optical signal receives the optical signal generated in step a) and generates a polarization modulated optical signal according to the control signal; And c) 파장에 따라 광을 지연시키는 파장 의존 광 지연부가 상기 b)단계에서 생성된 광 신호를 입력 받고, 상기 입력된 광 신호의 파장에 따라 광 신호의 시간 지연을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 방법.c) receiving a optical signal generated in step b) by a wavelength dependent optical retarder for delaying light according to the wavelength, and generating a time delay of the optical signal according to the wavelength of the input optical signal. An optical signal processing method using polarization modulation. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 b) 단계는 상기 제어 신호에 따라 위상 변조를 통해 반전 또는 비반전 상태의 광 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 방법.B) the optical signal processing method using polarization modulation, characterized in that for generating an optical signal in an inverted or non-inverted state through the phase modulation according to the control signal. 제 14 항에 있어서, 상기 c)단계는The method of claim 14, wherein step c) c1) 상기 편광 변조된 광 신호를 파장에 따라 역다중화시키는 단계;c1) demultiplexing the polarization modulated optical signal according to a wavelength; c2) 상기 c1)을 통해 역다중화된 광 신호의 시간 지연을 발생시키는 단계;c2) generating a time delay of the demultiplexed optical signal via c1); c3) 상기 c2)를 통해 시간 지연된 광 신호를 반사시키는 단계;c3) reflecting the time delayed optical signal through c2); c4) 상기 c3)를 통해 반사된 광 신호를 다중화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 방법.c4) multiplexing the optical signal reflected through c3). 제 14 항에 있어서, 상기 b) 단계는 The method of claim 14, wherein step b) b1) 서로 다른 파장의 광 신호의 편광을 조절하는 단계; 및b1) adjusting polarizations of optical signals having different wavelengths; And b2) 상기 편광 변조기가 b1)단계를 통해 편광이 조절된 광 신호를 입력 받고, 상기 편광 제어 신호에 따라 반전 상태 또는 비반전 상태의 광 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 신호 처리 방법. b2) the polarization modulator receiving an optical signal of which polarization is controlled through step b1), and generating an optical signal of an inverted state or a non-inverted state according to the polarization control signal; Way. 제 14 항에 있어서, The method of claim 14, c1) 편광에 따라 광을 지연시키는 편광 의존 광 지연부가 상기 c)단계를 통해 시간 지연된 광 신호를 입력 받고, 편광에 따라 시간 지연된 광 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 변조를 이용한 광학적 신호 처리 방법.c1) a polarization-dependent optical retarder for delaying light according to polarization, and receiving a time-delayed optical signal through step c), and generating a time-delayed optical signal according to polarization. Optical signal processing method using.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040087481A (en) * 2003-04-08 2004-10-14 한국과학기술원 Method and apparatus for reducing system impairments caused by polarization effects
KR20050050332A (en) * 2003-11-25 2005-05-31 삼성전자주식회사 Differential-phase-shift-keying optical transmission system
JP2006319651A (en) 2005-05-12 2006-11-24 Kddi Corp Differential phase-shift keying signal light reproduction method and device thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040087481A (en) * 2003-04-08 2004-10-14 한국과학기술원 Method and apparatus for reducing system impairments caused by polarization effects
KR20050050332A (en) * 2003-11-25 2005-05-31 삼성전자주식회사 Differential-phase-shift-keying optical transmission system
JP2005160065A (en) 2003-11-25 2005-06-16 Samsung Electronics Co Ltd Differential polarization shift-keying optical transmission system
JP2006319651A (en) 2005-05-12 2006-11-24 Kddi Corp Differential phase-shift keying signal light reproduction method and device thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101141700B1 (en) 2010-09-29 2012-05-04 서울시립대학교 산학협력단 Photonic microwave notch filter

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