KR19980044073A - 광주파수 변환을 이용한 비가역적 광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 주파수 변환을 이용한 비가역적 광소자에 관한 것으로서, 상세하게는 주파수 변환기를 이용하여 비가역적 위상 변조기를 구현하고, 구현한 비가역적 위상 변조기를 이용하여 비가역적 간섭계를 구현하며, 특히 이중모드 광섬유(TMF), 모드/주파수 변환기(mode/frequency shifer), LP11모드 제거기(mode stripper)를 이용하여 이중모드 광섬유를 이용한 비가역적 간섭계를 구현한다.

본 발명의 비가역적 간섭계는 빛의 진행방향에 따라 빛의 투과율이 다르므로 기존의 옵티컬 아이솔레이터(optical isolator) 또는 서큘레이터(circulator)와 같은 기능을 할 수 있으며, 수동형 모드 결합기(mode coupler)를 포함시켜 원하는 파장주기의 비가역적 콤 필터(comb filter)를 구현할 수 있으며, 전기신호를 통해 빛의 투과율 혹은 투과방향을 시간에 따라 변조시키거나, 콤 필터의 콤(comb) 위치를 파장영역에서 이동시킬 수 있다.

본 발명의 비가역적 광소자는 광섬유로 구성된 소자이므로 삽입 손실이 작으며 빛의 위상 및 투과율 변조, 파장에 따른 빛의 투과율 변화 등의 동작이 가능것이 특징이다.

Description

광 주파수 변환을 이용한 비가역적 광소자

본 발명은 비가역적인 광소자에 관한 것으로서, 상세하게는 빛의 위상 및 투과율 변조, 파장에 따른 빛의 투과율 변화 등의 동작이 가능한 광 주파수 변환을 이용한 비가역적 광소자에 관한 것이다.

비가역적이라 함은 빛이 진행하는 방향에 따라 빛이 경험하는 효과가 다름을 의미한다. 비가역적 소자는 광통신, 레이저, 센서 등에 삽입되어 빛의 되반사를 막거나 단일방향 동작을 유도하기 위해 사용되는데, 패러데이 회전자, 아이솔레이터(isolator), 서큘레이터(circulator)등이 대표적인 비가역적 소자들이다.

이 소자들은 대부분, 패러데이 효과를 이용하여 비가역적인 동작을 유발한다.

패러데이 효과란 직선 편광이 어떤 종류의 투명물질(납, 유리 등)의 내부를 강한 자기장과 평행한 방향으로 통과하고 있을 때 편광면이 회전하는 현상으로써, 편파면의 회전방향은 자기장의 방향에 의존하며 전파하는 빛의 방향에 의존하지 않는다.

페러데이 효과를 이용하여 비가역적인 동작을 유발하는 패러데이 소자들은 강한 자속, 편광기와 함께 자기광학상수가 큰 매질을 필요로 하는데, 광섬유는 자기광학상수가 극히 작으므로 일반적인 패러데이 소자들은 광섬유가 아닌 다른 매질을 사용하게 된다. 또한 이러한 소자를 광섬유 시스템에 사용하는 경우 광섬유와 접속하는 과정에서 수 dB의 삽입손실이 발생하므로, 저손실의 광섬유 시스템을 구성하기 위해서는 광섬유로 구성된 비가역적 소자가 필요하다.

또 기존의 패러데이 소자들은 빛의 파장에 따라 다른 동작을 갖도록 하거나 소자의 동작을 원하는 대로 변조시키는 등의 효과를 나타내기 어려웠다.

패러데이 소자로는 특허 WO9320475에 비가역적 위상 변환기를 구성하고 이를 간섭계에 응용하여 파장에 따른 비가역적 투과율을 나타내도록 한 것이 개시되어 있다. 이것은 벌크 형태의 패러데이 소자로 구성되어 있으며, 삽입손실이 크고 투과율의 변조가 불가능하다.

상기와 같은 한계를 극복하기 위해 제안된 본 발명은 패러데이 효과를 이용하지 않고, 광 주파수 변환을 이용하여 비가역적 기능을 구현한 광소자(위상 변조기 , 간섭계 등)를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위하여 본 발명에서는 주파수 변환기를 사용하여 비가역적 위상 변조기를 구성하고, 또 이를 간섭계와 결합시켜 새로운 비가역적 소자를 구성하였으며, 기존의 비가역적 소자가 갖지 못했던 빛의 위상 및 투과율 변조, 파장에 따른 빛의 투과율 변화 등의 동작이 가능한 것을 특징으로 한다.

도 1은 빛의 주파수와 모드를 동시에 변화시키는 모드/주파수 변환기

도 2는 LPO1모드와 LP11모드의 빛을 분리시키는 모드 필터

도 3은 비가역적 위상 변조기

도 4는 일반적인 비가역적 간섭계

도 5는 도 3의 비가역적 위상 변조기를 이용한 비가역적 간섭계

도 6a 및 도 6b는 파장영역에서 본 빛의 투과율

도 7은 이중모드 광섬유로 구성한 비가역적 간섭계

도 8a는 빛의 투과율 혹은 투과방향을 사각형태로, 도 8b는 sine 형태로 변조시킨 결과의 오실로스코프 사진

도 9는 파장주기를 변화시킬 수 있는 콤 필터의 일 실시예

도 10는 파장주기를 변화시킬 수 있는 콤 필터의 다른 실시예

도 11은 2 x 2 구조로 확장된 도 7의 비가역적 간섭계

도 12은 비가역적 위상 변조기를 이용한 비가역적 공진기

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 이중모드 광섬유20 : 함수 발생기

30 : PZT40 : 혼

50 : 단일모드 광섬유60,61: 주파수 변환기

70,71 : 광분할기80 : 비가역적 위상 변조기

90,91 : LP11모드 제거기100,101 : 모드/주파수 변환기

110,111 : 모드 결합기120,121 : 모드 필터

130 : 방향성 결합기

본 발명의 비가역적 소자를 구성하는 중요한 요소인 이중모드 광섬유, 모드 결합기, 모드/주파수 변환기, LP11모드 제거기, 모드 필터에 관하여 먼저 설명한다.

먼저 이중모드 광섬유(TMF)를 설명한다.

보통 흔히 사용되는 단일모드 광섬유는 하나의 공간모드만을 진행시킬 수 있으나 단일모드 광섬유에 차단(cut off) 파장 보다 더 짧은 파장의 빛을 넣으면 두 개 혹은 그 이상의 공간모드를 진행시킬 수 있으며, 두 개의 공간모드를 진행시키는 광섬유를 이중모드 광섬유라 한다. 또 LP모드(Linearly Polarized mode)에서 가장 낮은 차수의 모드를 LP01, 그 다음 낮은 차수의 모드를 LP11이라고 부른다.

수동형 모드 결합기(mode coupler)는 광섬유에 특정한 주기로 구부림을 주어서 광섬유를 진행하는 LP01모드와 LP11모드 사이에 모드결합을 일으키는 소자이다.

모드/주파수 변환기(정확하게는 음향광학 모드/주파수 변환기 : acousto-optic mode/frequency shifter)는 도 1에 나타낸 바와 같이 빛을 전파하는 이중모드 광섬유(10)와; 특정 주파수(fa)의 전기신호를 발생시키는 함수 발생기(20)와; 상기 함수 발생기(20)에서 발생된 전기신호에 의해 떨림(음파)을 발생시키는 압전 세라믹스(piezoelectric ceramics) 소자인 PZT(30)와; PZT(30)의 미약한 떨림을 최대로 증폭시키는 혼(horn : 40)으로 이루어지며, 함수 발생기(20)에서 특정 주파수(fa)의 전기신호를 가하여 PZT(30)를 구동하면, 이 PZT(30)의 떨림(음파)이 혼(40)을 통해 이중모드 광섬유(10)에 전해져 광섬유를 타고 지나간다.

이 음파가 도 1에 나타낸 것처럼 물결파인 경우에, 상기한 수동형 모드 결합기(MC)와 같이 LP01모드와 LP11모드 사이에 모드결합이 일어난다. 그러나 이 경우에는 음파가 광섬유를 파도치면서 이동하고 있기 때문에, 빛의 모드가 바뀔 뿐만 아니라 빛의 주파수(fo)도 함께 바뀌게 된다.

빛의 진행방향과 음파의 진행방향이 같을 때에는 LP01모드와 그 보다 빛의 주파수가 더 작은 LP11모드가 서로 결합한다. 즉, LP01모드의 일부가 LP11모드로 바뀌면서 빛의 주파수(fo)가 전기신호의 주파수(fa)만큼 더 작아진다. 동시에 LP11모드의 일부가 LP01모드로 바뀌면서 빛의 주파수(fo)가 전기신호의 주파수(fa)만큼 더 커진다.

한편, 빛의 진행방향과 음파의 진행방향이 반대일 때에는 LP01 모드와 그 보다 빛의 주파수가 더 큰 LP11모드가 서로 결합한다. 즉, LP01모드의 일부가 LP11모드로 바뀌면서 빛의 주파수(fo)가 전기신호의 주파수(fa)만큼 더 커진다. 동시에 LP11모드의 일부가 LP01모드로 바뀌면서 빛의 주파수(fo)가 전기신호의 주파수(fa)만큼 더 작아진다.

LP11모드 제거기(mode stripper)는 적당한 반경으로 광섬유를 수회 감아 LP01모드의 손실은 거의 없이 대부분의 LP11모드를 제거한 것으로서, 이는 광섬유를 작은 반경으로 감으면 광섬유를 지나는 빛에 구부림 손실이 생기는데, LP11모드의 손실이 LP01모드의 손실에 비해 휠씬 큰 성질을 이용한 것이다.

또한 LP11모드는 단순히 이중모드 광섬유에 단일모드 광섬유의 중심을 맞추어 접합함으로써 제거할 수도 있다.

모드 필터(mode filter)는 도파관에 따라 특정한 진동 모드의 파동을 선택적으로 통과시키고 다른 진동 모드의 파동은 통과를 저지 또는 현저하게 감쇠하도록 설계된 선택 장치이며, 두 가닥의 단일모드 광섬유로 제작되는 일반적인 방향성 결합기(directional coupler)와 달리, 도 2에 나타낸 바와 같이 한 가닥의 이중모드 광섬유(10)와 잘 선택된 단일모드 광섬유(50)로 제작된 방향성 결합기로서, 이중모드 광섬유(10)를 진행하던 LP01모드의 빛은 그대로 진행하고, LP11모드의 빛은 모두 단일모드 광섬유(50)로 빠져나가도록 하는 것이다.

이하 상기한 기본 구성 요소를 이용한 본 발명의 비가역적 소자에 대하여 설명한다.

실시예 1 비가역적 위상 변조기

본 실시예의 비가역적 위상 변조기의 기본적인 구성은 도 3에 나타낸 바와 같이 길이 L의 광경로를 사이에 두고, 양쪽에 빛의 주파수를 변환하는 두 개의 주파수 변환기(60)(61)로 이루어진다.

상기 주파수 변환기(60)는 통과하는 빛의 주파수를 fa만큼 작게 만드는 주파수 변환기이며, 주파수 변환기(61)는 통과하는 빛의 주파수를 fa만큼 크게 만드는 주파수 변환기이다.

왼쪽에서 오른쪽으로 진행하는 주파수 fo, 전파상수 β0를 갖는 빛은 두 주파수 변환기(60)(61) 사이의 광경로 L을 지나는 동안 주파수 fo-fa와 전파상수 β_를 갖게 된다. 반대로, 오른쪽에서 왼쪽으로 진행하는 주파수 fo, 전파상수 β0를 갖는 빛은 두 주파수 변환기(61)(60)를 지나는 동안 주파수 fo+fa와 전파상수 β+를 갖게 된다. 그러므로 오른쪽으로 진행하는 빛과 왼쪽으로 진행하는 빛은 광경로 L을 지나면서 각각 수학식 1, 2에 나타낸의 위상 변화를 겪는다.

여기서,란 두 주파수 변환기(60)(61)에 가해지는 신호의 위상차를 나타낸다. 이 때 빛의 진행방향에 따른 비가역적 위상차는 수학식 3과 같이 표현된다.

따라서 주파수 변환기(60)(61)의 주파수 또는 광경로 L을 조절함으로써 비가역적 위상차를 원하는대로 설정할 수 있다.

또한 두 주파수 변환기(60)(61)에 가해지는 신호의 위상를 변화시키면 비가역적 위상차는 변화시키지 않은 채 양방향으로 진행하는 두 빛의 위상,을 동시에 변조시킬 수 있다.

본 실시예에서는 2개의 주파수 변환기를 이용한 경우만을 설명하였으나 이에 한정하지 않으며 2개 이상의 주파수 변환기를 나란히 배열하여 비가역적 위상 변조기를 구성할 수 있다.

실시예 2 비가역적 위상 변조기를 이용한 비가역적 간섭계

본 실시예의 비가역적 간섭계는 도 4에 나타낸 일반적인 간섭계에 실시예 1의 비가역적 위상 변조기를 삽입한 것으로서 도 5에 나타낸 바와 같다.

즉, 입력 또는 출력 포트(port)로 2x2 포트(포트1∼4)와; 빛을 분할시키는 광분할기(beam spliter : 70)(71)와; 두 주파수 변환기(60)(61) 사이에는 π만큼의 비가역적 위상차가 생기는 길이 L1 = Lπ의 광경로를 두고 있는 비가역적 위상 변조기(80)로 이루어진다.

광경로 L2의 길이를 잘 설정하면 포트 1에서 들어온 빛은 포트 3에서 보강간섭을 일으키고, 포트 3에서 들어온 빛은 포트 1에서 상쇄간섭(포트 2에서 보강간섭)을 일으킨다. 마찬가지로 포트 2에서 포트 4로, 포트 4에서 1으로 빛이 진행하므로 이 비가역적 간섭계는 옵티컬 서큘레이터(optical circulator)처럼 작용한다.

만일 포트 1과 포트 3만을 사용하면 일반적인 옵티컬 아이솔레이터(optical isolator)가 된다.

상기한 바와 같이 두 주파수 변환기(60)(61)의 위상차를 변화시키면 광경로 L1을 지나는 빛의 위상이 바뀌므로 따라서 전체 간섭계의 투과율을 변화시킬 수 있다.

광경로 L1, L2의 길이가 크게 다를 때에는 간섭계의 투과율이 파장에 따라 달라지는데, 이것을 그래프로 나타내면 도 6a와 같은 sine 형태의 비가역적 콤 필터(comb filter)가 된다.

이 때 반대방향으로 진행하는 경우의 빛에 대해서는 도 6b와 같은 투과율을 보인다. 도 6a에서 최대투과율을 갖는 파장이 도 6b에서는 최소투과율을 갖는 것을 알 수 있다. 이 콤 필터의 주기는 광경로 L1,L2의 길이차를 변화시킴으로써 조절할 수 있다.

실시예 3 이중모드 광섬유를 이용한 비가역적 간섭계

실시예 2의 간섭계(도 5 참조)는 어떠한 광도파로(waveguide)로도 구성할 수 있다. 주파수 변환폭(fa)의 크기와 변환 효율을 고려할 때는 광집적소자 (integrated optic device)가 유리하며, 관손실을 고려할 때는 두 가닥의 단일모드 광섬유를 사용할 수 있다. 그러나 특히 이중모드 광섬유를 사용하여 이 간섭계를 구성하면 광손실이 적은 데가 구성이 간단해지는 장점이 있으므로 본 실시예에서는 도 7에 나타낸 바와 같이 이중모드 광섬유(10)를 이용하여 비가역적 간섭계를 구성하였다.

즉, 간섭계의 양단에 적당한 반경으로 광섬유를 수회 감아 LP11모드를 제거하는 LP11모드 제거기(90)(91)와; 상기 LP11모드 제거기(90)(91) 사이에 광 주파수와 모드를 동시에 변화시키는 모드/주파수 변환기(100)(101)를 접속하여 이루어지며, 상기 LP11모드 제거기(90)(91), 모드/주파수 변환기(100)(101)는 모두 이중모드 광섬유(10)로 구성되어 있다. 모드/주파수 변환기(100)(101)내의 삼각형은 혼(40)을 의미한다.

이 때 한 가닥의 이중모드 광섬유(10)를 진행하는 LP01모드와 LP11모드는 각각 도 5의 광경로 L1, L2의 역할을 한다. 두 개의 모드/주파수 변환기(100)(101)는 각각 50%의 모드결합 효율을 갖고 있다. 이중모드 광섬유(10)에 있어서 모드변환은 도 5의 광분할기(70)(71)에 의한 광분할에 해당하므로, 모드/주파수 변환기(100)(101)는 광분할기와 주파수변환기의 역할을 동시에 하게 된다.

여기서 광섬유의 길이를 L3=Lπ로 설정하면 옵티컬 아이솔레이터(optical isolator)와 같은 작용을 한다. 왼쪽에서 들어온 빛은 LP01모드로 진행하다가 모드/주파수 변환기(100)에 의해 LP01모드의 50%가 LP11모드로 변환되고, 모드/주파수 변환기(101)에 의해 다시 100%의 LP01모드가 되어 손실없이 오른쪽으로 진행한다. 즉, LP01모드로 보강간섭한다.

마찬가지로 오른쪽에서 들어온 빛은 모드/주파수 변환기(101)를 지난 후 LP01모드와 LP11모드가 50%씩 진행하다가, 모드/주파수 변환기(100)에서 100%의 LP11모드가 되어 LP11모드 제거기(90)에 의해 모두 손실된다.

그러나 이 간섭계를 옵티컬 아이솔레이터로 사용할 경우, 광섬유의 길이 L3이 온도 변화 등에 의해 조금만 달라지면 아이솔레이터로서의 역할이 이려워진다. 이러한 경우에는 되먹임 회로를 통해 길이의 변화를 모드/주파수 변환기(100)(101)의 위상 변화로 보상해 줄 수 있다. 즉 간섭계의 출력에 대해 그 출력이 최소값이 되도록 모드/주파수 변환기(100)(101)의 위상을 계속 조절해주는 회로를 삽입하면 된다.

본 실시예의 간섭계도 상기한 실시예 2(도 5 참조)의 간섭계와 마찬가지로 투과율 변조 및 비가역적 콤 필터링(comb filtering)이 가능하다.

모드/주파수 변환기(101)에 가하는 전기신호의 위상을 0, π로 교대로 변화시켰을 때, 빛의 투과방향이 바뀐 결과가 도 8a에 나타나 있다.

도 8b는 두 모드/주파수 변환기(100)(101)에 가하는 전기신호의 주파수를 40Hz만큼 다르게 했을 때 빛의 투과율이 변조된 결과이다. 두 경우 모두 반대 방향의 간섭이 항상 π만 큼의 위상차를 유지하고 있음을 알 수 있다.

실시예 4 파장주기를 변화시킬 수 있는 콤 필터 Ⅰ

실시예 3의 간섭계(도 7 참조)의 경우, LP01모드, LP11모드의 광경로의 기하학적 길이는 같지만, 빛이 경험하는 광섬유의 유효 굴절율이 두 모드에 대해 다르므로, 결국 두 광경로는 어느 정도 차이를 갖게 된다. 따라서 비가역적 위상차가 π가 되도록 광섬유 길이 Lπ를 설정하면, 여기에서 콤 필터의 주기가 결정되므로 더 이상 콤 필터의 파장주기를 변화시킬 수 없다.

실시예 3의 비가역적 간섭계의 비가역적 위상차는 그대로 유지하면서 콤 필터의 주기를 원하는 대로 바꾸기 위해서는 도 9와 같이 두 개의 수동형 모드 결합기(110)(111)가 필요하다.

도 9에 나타낸 콤 필터는 실시예 3(도 7 참조)의 비가역적 간섭계를 구성하는 두 모드/주파수 변환기(100)(101) 사이에 100% 결합율을 가지는 두 개의 수동형 모드 결합기(110)(111)를 삽입한 형태이다. 두 모드/주파수 변환기(100)(101) 사이의 길이 L4+L5+L6은 도 7의 구성에서의 L3=Lπ와 같으며, L4+L6과 L5의 길이 비에 의해 파장의존성이 결정된다.

예를 들어, L5=0일 때 파장필터의 주기는 도 7의 경우와 같으며, L4+L6=L5일 때 콤 필터의 주기는 무한대가 되어서 파장의존성이 없어진다. 이와같이 길이 비를 잘 조절하면, 콤 필터의 주기를 원하는 대로 조절할 수 있다.

실시예 5 파장주기를 변화시킬 수 있는 콤 필터Ⅱ

파장주기를 변화시킬 수 있는 콤 필터의 다른 실시예는 실시예 4의 콤 필터(도 9 참조)의 구성에서 도 10에 나타낸 바와 같이 수동형 모드 결합기(110)와 모드/주파수 변환기(100), 수동형 모드 결합기(111)와 모드/주파수 변환기(101)의 위치를 바꾼 경우이다. 이 때 모드/주파수 변환기(100)(101)의 결합율은 100%이고, 수동형 모드 결합기(110)(111)의 결합율은 50% 이다.

두 모드/주파수 변환기(100)(101) 사이의 길이 L5는 기본적인 구성에서의 Lπ의 절반에 해당하는 길이이다. 실시예 4의 경우와 마찬가지로 L4+L6와 L5의 길이 비에 의해 파장의존성이 결정된다.

도 9 및 도 10에서 L4+L6=L5로 소자를 구성하였을 때는 파장의존성을 없앨 수 있을 뿐 아니라 온도의존성도 함께 줄일 수 있다. L4+L6의 광섬유와 L5의 광섬유를 같은 원통에 감아 두 부분의 광섬유가 온도변화를 동시에 느끼도록 하면 주위의 온도변화에 대해 상당히 안정된 광출력을 얻을 수 있게 된다.

일반적으로, 모드/주파수 변환기(100)(101)에서 모드변환을 일으키는데 필요한 전기신호의 주파수는 빛의 두 편광에 따라 약간 다르다. 그러므로 본 실시예의 경우에서는 한 편광에 대해서는 비가역적인 동작을 하지만 다른 편광에 대해서는 빛의 진행방향에 관계없이 투과율이 항상 1로 나타나게 된다. 이러한 편광의존성을 없애기 위해서 모드/주파수 변환기(100)(101)에 각각 두 개의 주파수의 전기신호를 동시에 가하면, 두 편광을 동시에 모드변환 시킬 수 있으며 두 편광의 빛을 독립적으로 조작할 수 있다.

실시예 6 2 x 2 구조로 확장된 비가역적 간섭계

실시예 3의 구성(도 7 참조)에서 두 LP11모드 제거기(90)(91)를 특정한 진동 모드의 파동을 선택적으로 통과시키는 모드 필터(120)(121)로 대체하면, 최종적으로 만들어진 LP11모드의 빛을 버리는 대신 다른 포트로 꺼낼 수 있다. 도 11에서 보는 바와 같이 기존의 1, 3 포트 외에 2, 4 포트가 새로 추가되었다. 이것은 도 5의 경우와 같이 4개의 포트(port)를 갖는 서큘레이터(circulator)로 응용될 수 있다.

실시예 7 비가역적 공진기

실시예 1(도 3 참조)의 비가역적 위상 변조기(80)를 도 11에 나타낸 바와 같이 방향성 결합기(130)와 광섬유를 이용하여 접속시켜 고리형의 비가역적 공진기를 구성할 수 있다.

이렇게 하면 오른쪽으로 투과하는 빛과 왼쪽으로 투과하는 빛의 파장이 다르게 된다. 이 공진기를 이용하여 고리형 레이저를 구성하면, 시계방향과 반시계방향의 레이저 종모드의 위치가 다른 주파수에서 나타난다.

또한 실시예2(도 5 참조) 또는 실시예3(도 7 참조)의 비가역적 간섭계를 고리형 공진기 안에 삽입하여 비가역적 공진기를 구성할 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 광주파수 변환을 이용한 비가역적 광소자는 자기광학매질을 필요로 하지 않으므로 어떤 동작 파장에 대해서도 소자를 제작할 수 있으며, 삽입 손실이 작고, 간단한 되먹임 회로를 통해 시스템을 안정화 시키면 옵티컬 아이솔레이터, 서큘레이터 등으로 다양하게 활용할 수 있다.

또 기존의 비가역적 소자들에게는 없었던 새로운 기능을 갖는다. 즉, 주파수 변환기는 전기신호를 통해 그 동작을 변조시킬 수 있으므로 본 발명의 소자는 빛의 위상변조 혹은 빛의 투과율 변조등이 가능한 특징이 있다.

또한 비가역적 간섭계는 파장에 대해 주기적인 투과율을 갖는 콤 필터가 되며, 이 때 빛의 투과파장은 진행방향에 따라 다르게 나타난다. 그리고 구성을 바꾸면 파장필터의 주기를 원하는 대로 설정할 수 있다. 이러한 비가역적 콤 필터는 양방향 광통신(bidirectional communication)에서의 파장 분할방식(WDM) 소자로 사용될 수 있다.

Claims (24)

1. 빛의 주파수를 변환시키는 광 주파수 변환기를 두 개 이상 나란히 배열하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비가역적 위상 변조기.
2. 제 1항에 있어서, 길이 L의 광경로를 사이에 두고 통과하는 빛의 주파수를 fa만큼 작게 만드는 주파수 변환기(60)와 통과하는 빛의 주파수를 fa만큼 크게 만드는 주파수 변환기(61)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비가역적 위상 변조기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 주파수 변환기(60)(61)에 입력되는 광 주파수 또는 광경로 L을 조절함으로써 비가역적 위상차를 유도하는 것을 특징으로 하는 비가역적 위상 변조기.
4. 제 2항에 있어서, 두 주파수 변환기(60)(61)에 가해지는 신호의 위상을 변화시키므로써 비가역적 위상차는 변화시키지 않은 채 양방향으로 진행하는 두 빛의 위상을 동시에 변조시키는 것을 특징으로 하는 비가역적 위상 변조기.
5. 입력 또는 출력 포트로 이용되는 2 x 2 포트와; 상기 포트 또는 광경로 L1, L2에서 입력되는 빛을 분할하는 광 분할기(70)(71)와; 두 주파수 변환기(60)(61) 사이에 π만큼의 비가역적 위상차가 생기는 길이 L1 = Lπ의 광경로를 두고 있는 비가역적 위상 변조기(80)를 포함하여 이루어지며, 빛의 진행방향에 따라 다른 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
6. 제 5항에 있어서, 상기 두 주파수 변환기(60)(61)의 위상차를 변화시키므로써 광경로 L1=Lπ를 지나는 빛의 위상을 바꿔 전체 간섭계의 투과율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
7. 제 5항에 있어서, 광경로 L2의 길이를 잘 설정하여 옵티컬 서큘레이터로 사용되는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
8. 제 5항에 있어서, 포트1과 포트3 만을 이용하여 옵티컬 아이솔레이터로 사용되는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
9. 제 5항에 있어서, 광경로 L1, L2의 길이를 달리함으로써 간섭계의 투과율이 파장에 따라 달라지는 것을 이용하여 비가역적 콤 필터로 사용되는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
10. LP11모드를 제거하는 LP11모드 제거기(90)(91)과; 길이 L3의 이중모드 광섬유(10)를 사이에 두고 주파수와 모드를 동시에 변화시키는 모드/주파수 변환기(100)(101)를 양단에 설치하여 비가역적인 모드 변환을 유도한 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
11. 제 10항에 있어서, 상기 모드/주파수 변환기(100)(101)는 50%의 모드결합 효율을 가지는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
12. 제 11항에 있어서, 간섭계의 투과율이 파장에 따라 달라지는 것을 이용하여 비가역적 콤 필터로 사용되는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
13. 제 11항에 있어서, 상기 모드/주파수 변환기(100)(101) 사이의 광섬유의 길이 L3 = Lπ로 설정하여 옵티컬 아이솔레이터로 이용되는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
14. 제 13항에 있어서, 상기 모드/주파수 변환기(101)에 가하는 전기신호의 위상혹은 주파수를 변화시켜 빛의 투과방향을 변조시키는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
15. 제 10항에 있어서, 상기 두 LP11모드 제거기(90)(91)를 특정한 진동 모드의 파동을 선택적으로 통과시키는 모드 필터(120)(121)로 대체하고 기존의 포트1,3 외에 포트2,4를 추가하여 2x2 구조로 확장된 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
16. 제 15항에 있어서, 4개의 포트를 갖는 서큘레이터(circulator)로 사용되는 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
17. 제 10항에 있어서, 상기 모드/주파수 변환기(100)(101)에 두 개의 주파수의 전기신호를 동시에 가하여 두 편광을 동시에 모드 변환시킴으로써 편광의존성을 없애거나 두 편광을 독립적으로 조작할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 비가역적 간섭계.
18. 두 개의 수동형 모드 결합기(110)(111)를 제 10항의 비가역적 간섭계를 구성하는 모드/주파수 변환기(100)(101) 사이에 삽입하여 구성되며, 모드/주파수 변환기(100)와 수동형 모드 결합기(110)의 길이 L4와 수동형 모드 결합기(111)와 모드/주파수 변환기(101) 사이의 길이 L6의 합과 두 수동형 모드 결합기(110)(111) 사이의길이 L5의 비에 의해 파장주기를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 콤 필터.
19. 제 18항에 있어서, 상기 모드/주파수 변환기(100)(101)는 50%의 결합율을 가지며, 수동형 모드 결합기(110)(111)는 100% 결합율을 가지는 것을 특징으로 하는 콤 필터.
20. 제 18항에 있어서, 상기 수동형 모드 결합기(110)와 모드/주파수 변환기(100), 수동형 모드 결합기(111)와 모드/주파수 변환기(101)의 위치를 바꾸어 구성되는 것을 특징으로 하는 콤 필터.
21. 제 20항에 있어서, 상기 모드/주파수 변환기(100)(101)는 100%의 결합율을 가지며, 수동형 모드 결합기(110)(111)는 50% 결합율을 가지는 것을 특징으로 하는 콤 필터.
22. 제 18항 또는 제 20항에 있어서, L4+L6=L5가 되도록 콤 필터를 구성하고 L4+L6의 광섬유와 L5의 광섬유를 같은 원통에 감아 두 부분의 광섬유가 온도변화를 동시에 느끼도록 함으로써 파장의존성을 없애고 온도의존성도 줄인 것을 특징으로 하는 콤 필터.
23. 방향성 결합기(130)로 구성되는 고리형 공진기 안에 비가역적 위상 변조기(80)를 삽입하여 양 방향의 레이저의 주파수가 다르게 한 것을 특징으로 하는 비가역적 공진기.
24. 제 5항 또는 제 10항의 비가역적 간섭계를 방향성 결합기(130)으로 구성되는 고리형 공진기 안에 삽입하여 양 방향의 레이저의 파장을 다르게 한 것을 특징으로 하는 비가역적 공진기.