KR19980068452A - Wdm전송 시스템의 디멀티플렉서 - Google Patents

Abstract

1×n 커플러(coupler)에 의해 필연적으로 발생하는 전력 손실을 줄여서 시스템의 동작성과 비용을 줄이는 새로운 WDM(Wavelength Division Multiplexor) 전송 시스템의 디멀티플렉서에 관한 것이다.

본 발명에 따른 WDM 전송 시스템의 디멀티플렉서는 주파수 다중화된 복수 채널의 광신호로부터 각 채널의 광신호들을 검출하는 WDM 전송 시스템의 디멀티플렉서에 있어서, 각기 소정 채널의 광신호를 검출하는 복수 개의 채널 필터들이 축차적으로 접속되고, 여기서, 상기 채널 필터는 두 개의 직렬 접속된 2×2 커플러와 상기 2×2커플러의 사이에 설치되며 해당 채널의 광신호에 적합한 반사 특성을 가지는 2개의 fiber Bragg grating reflection filter 로 구성된 것임을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 경제적인 디멀티플렉서를 구성할 수 있다는 효과가 있다.

Description

WDM 전송 시스템의 디멀티플렉서

본 발명은 WDM(Wavelength Division Multiplexor) 전송 시스템의 디멀티플렉서에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 1×n 커플러(coupler)에 의해 필연적으로 발생하는 전력 손실을 줄여서 시스템의 동작성과 비용을 줄이는 새로운 디멀티플렉서에 관한 것이다.

WDM 전송 시스템에서는 전송 용량을 늘리기 위해 서로 다른 주파수를 가지는 여러 개의 채널을 사용한다. 즉,의 파장을 가지는 n개의 채널을 주파수 다중화하여 전송한 뒤 수신단에서 파장별로 분할하는 디멀티플렉서를 사용하여 각 채널별 신호를 검출하게 된다.

종래의 디멀티플렉서의 구조를 도 1에 도시하였다. 도 1에 도시된 장치는 다중화된 n채널의 전송 신호를 n개의 신호로 분기시키는 1×n 커플러(10) 및 분기된 신호로부터 각 채널의 신호를 필터링하는 n개의 밴드 패스 필터(20a ∼ 20n)를 구비한다.

도 1에 도시된 장치에 있어서 각각의 밴드 패스 필터(20a ∼ 20n)에 의해 검출되는 채널 신호는 P/n(여기서, P는 전송 신호의 파워)의 전력만을 갖는다. 이는 전송 신호의 파워(P)가 1×n 커플러(10)에 의해 n개의 신호로 분기되는 것에 기인한다.

도 2-a 및 도 2-b는 도 1에 도시된 장치에 있어서 전송 신호와 각 채널별 광신호의 전력 관계를 보이는 그래프이다. 도 2-a에 도시된 바와 같은 전송 신호가 도 1에 도시된 장치에 인가되면 그의 출력단에서는 도 2-b에 도시된 바와 같이 각기 P/n(여기서, n은 채널수)의 전력을 가지는 채널 신호가 얻어진다.

즉, 종래의 디멀티플렉서는 전송 신호의 전력이 손실되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 디멀티플렉서에 의해 발생되는 전송 신호의 전력 손실을 줄이는 새로운 디멀티플렉서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 디멀티플렉서의 구성을 보이는 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 장치에 있어서 전송 신호와 디멀티플렉스된 신호의 전력 관계를 보이는 그래프이다.

도 3은 종래의 2×2커플러의 구성을 보이는 도면이다.

도 4-a 내지 도 4-b는 도 3에 도시된 장치의 동작 특성을 보이는 그래프이다.

도 5는 fiber Bragg grating reflection filter의 구조를 보이는 도면이다.

도 6은 두 개의 2×2 커플러를 직렬로 접속시킨 것을 보이는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 채널 필터의 구성을 보이는 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 디멀티플렉서의 구성을 보이는 도면이다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 WDM 전송 시스템의 디멀티플렉서는 주파수 다중화된 복수 채널의 광신호로부터 각 채널의 광신호들을 검출하는 WDM 전송 시스템의 디멀티플렉서에 있어서, 각기 소정 채널의 광신호를 검출하는 복수 개의 채널 필터들이 축차적으로 접속되고, 여기서, 상기 채널 필터는 두 개의 직렬 접속된 2×2 커플러와 상기 2×2커플러의 사이에 설치되며 해당 채널의 광신호에 적합한 반사 특성을 가지는 2개의 fiber Bragg grating reflection filter 로 구성된 것임을 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 디멀티플렉서는 두 개의 2×2 커플러 및 두 개의 fiber Bragg grating reflection filter를 이용한다. 여기서, fiber Bragg grating reflection filter는 UV sensitive fiber에 빛의 간섭 현상을 이용하여 일정 간격의 굴절률 차이를 만들어 특정 파장의 광신호만을 반사시키는 장치이다.

먼저 2×2 커플러의 동작을 설명한다. 도 3은 2×2 커플러의 구조를 보이는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 장치의 특성을 보이는 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이 2×2 커플러는 양 선단이 꺾여지고, 가운데가 서로 평행하게 인접한 두 개의 광 fiber로 구성된다. 이와 같은 2×2 커플러는 인접된 광fiber에서 한 쪽으로 입력되는 광신호의 전력이 다른 쪽으로 전이되는 특이한 현상을 이용한다. 이 때 다른 쪽으로 전이되는 전력의 비율은 두 개의 광fiber가 인접된 길이에 따라 변화한다. 앞쪽 선단을 각각 ①②라 하고, 뒤쪽 선단을 각각 ③ⓝ라 할 때 ③ⓝ에서 출력되는 파워는 도 4에 도시된 그래프와 같이 변화한다.

도 4-a에 도시된 것은 ①에 입력되는 광신호에 의해 ④에 출력되는 인텐시티(intensity)의 크기 변화를 보이는 것이고, 도 4-b에 도시된 것은 ①에 입력되는 광신호에 의해 ③에 출력되는 인텐시티의 크기 변화를 보이는 것이고, 도 4-c에 도시된 것은 ①에 입력되는 광신호에 의해 ③,④에서 출력되는 인텐시티의 크기 변화를 보이는 것이다. 도 4-a 및 도 4-b는 ① 에 입력되는 광신호에 의해 ③④에서 출력되는 인텐시티의 크기 변화를 보인 것이지만, ②에 입력되는 광신호에 의해 ③③에서 출력되는 인텐시티의 크기 변화도 마찬가지로 보여진다.

여기서, 특기할 만한 것은 도 4-a에 도시된 것과 도 4-b에 도시된 것의 위상차가 서로의 관계를 가지고 있다는 것이다. 즉, ①로부터 ③으로 진행하는 광신호와 ①로부터 ④로 진행하는 광신호 사이에는 반드시의 위상차가 존재한다. 일반적으로 이를 한 번의 커플링이 일어날 때마다의 위상차가 있다고 말한다.

도 5는 fiber Bragg grating reflection filter의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이 fiber Bragg grating reflection filter는 빛의 간섭 현상을 이용하여 일정 간격의 굴절률 차이를 만들어 특정 파장의 광신호만을 반사시키는 장치이다. 일반적으로 광fiber는 코어(core)와 이를 감싸고 있는 클래딩(cladding)으로 구성되며, 양자는 서로 다른 굴절률을 가진다. 광신호는 코어와 클래딩의 경계면에서 전반사하면서 코어 내부로 진행한다. 이 때 굴절률을 조절하기 위한 물질로서 게르마늄(Ge), 인(P), 불소(F), 보론(B) 등이 사용된다. 게르마늄(Ge)과 인(P)은 굴절률을 높이는 작용을 하고, 불소(F), 보론(B)은 낮추는 작용을 한다.

그런데, 코어 중간에 일정 간격으로 굴절률이 높은 부분을 만들어 주면 특성 파장의 광신호만을 입력된 방향으로 전반사시키는 작용이 일어난다. 이 때 반사되는 광신호의 파장과, 간격 d 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.

여기서,는 effective refractive이다.

여기서, 코어 내부에 일정 간격으로 굴절률이 다른 부분을 만들어 주기 위해 게르마늄(Ge)의 특성을 이용한다. 게르마늄(Ge)가 첨가된 광섬유 코어는 248㎚의 자외선에 대해 민감하게 반응하여 굴절률이 높아지는 특성을 가진다. 이를 이용하여 코어의 중간에의 관계를 만족하도록 자외선을 조사시키면 특정한 파장의 광신호를 반사시키는 필터를 구성할 수 있다. 이러한 과정을 grading이라 하며, 이러한 필터를 fiber Bragg grating reflection filter이라 한다.

도 6은 두 개의 2×2 커플러를 직렬로 접속시킨 것을 보이는 도면이다.

도 6에 도시된 장치에 동작을 살펴본다.

①포트로만 광신호를 입력시켰을 때;

③포트에서 광신호를 받을 수 있는 경로는 i)①-①'-③과 ii)①-②-③있다.

여기서, i)의 경우는 커플링이 없으므로 위상의 변화가 0이 되고, ii)의 경우는 두 번의 커플링이 있으므로 위상의 변화가이다.

따라서, i)에 의한 0과 ii)에 의한로 인하여 ③포트로는 광신호가 출력되지 않는다.

④포트에서 광신호를 받을 수 있는 경로는 i)①-①'-④와 ii)①-②-④있다.

여기서, i)의 경우는 한 번의 커플링이 있으므로 위상의 변화가이고, ii)의 경우도 한 번의 커플링이 있으므로 위상의 변화가이다.

따라서, i)에 의한와 ii)에 의한로 인하여 ①포트로 입력된 광신호가 ④포트로 출력된다.

도 7에 도시된 것은 도 6에 도시된 장치에서 두 개의 2×2 커플러 사이에 같은 조건의 fiber Bragg grating reflection filter를 삽입한 것, 즉, 본 발명의 요약에 있어서 채널 필터를 보이는 것이다.

도 7에 도시된 장치의 동작을 살펴본다.

여기서, 두 개의 fiber Bragg grating reflection filter를 각각 ⑤ 및 ⑥으로 표기한다.

⑤ 및 ⑥에서 반사된의 파장을 가지는 광신호가 ①포트로 가는 경우는

i)①-⑤-①과 ii)①-⑥-①이 있다.

여기서, i)의 경우는 커플링이 없으므로 위상의 변화가 0이 되고, ii)의 경우는 두 번의 커플링이 있으므로 위상의 변화가이다.

따라서, i)에 의한 0과 ii)에 의한로 인하여 ①포트로는의 파장을 가지는 광신호가 출력되지 않는다.

⑤ 및 ⑥에서 반사된의 파장을 가지는 광신호가 ②포트로 가는 경우는

i)①-⑤-②와 ii)①-⑥-②가 있다.

여기서, i)의 경우는 한 번의 커플링이 있으므로 위상의 변화가이고, ii)의 경우도 한 번의 커플링이 있으므로 위상의 변화가이다.

따라서, i)에 의한와 ii)에 의한로 인하여 ②포트로의 파장을 가지는 광신호가 출력된다.

도 8은 본 발명에 따른 디멀티플렉서의 구성을 보이는 도면이다. 도 6에 도시된 장치는 도 7에 도시된 채널 필터가 축차적으로 접속된 형태이다.

제일 선단의 채널 필터(10)를 구성하는 제1 2×2 커플러(10a)의 한 포트①로 주파수 다중화된 복수 채널의 광신호가 입력되고, 다른 포트 ②로부터의 파장을 가지는 광신호가 출력되며, 또 다른 포트 ④로의 파장을 가지는 광신호를 제외한 광신호가 출력된다. 포트 ③으로는 아무런 신호도 출력되지 않는다.

두 번째 채널 필터(20)를 구성하는 제1 2×2 커플러(20a)의 한 포트①로 디멀티플렉서로 입력되는 광신호 중에서의 파장을 가지는 채널 신호를 제외한 광신호가 입력되고, 다른 포트 ②로부터의 파장을 가지는 광신호가 출력되며, 또 다른 포트 ④로및의 파장을 가지는 채널 신호들을 제외한 광신호가 출력된다. 마찬가지로 포트 ③으로는 아무런 신호도 출력되지 않는다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디멀티플렉서는 정교한 커플러 설계에 의해 손실 없이 채널 신호를 분리할 수 있어서 종래의 디멀티플렉서에 있어서와 같이 광증폭기를 달지 않아도 되므로 경제적으로 구성할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 주파수 다중화된 복수 채널의 광신호로부터 각 채널의 광신호들을 검출하는 WDM 전송 시스템의 디멀티플렉서에 있어서,

   각기 소정 채널의 광신호를 검출하는 복수 개의 채널 필터들이 축차적으로 접속되고,

   여기서, 상기 채널 필터는 두 개의 직렬 접속된 2×2 커플러와 상기 2×2커플러의 사이에 설치되며 해당 채널의 광신호에 적합한 반사 특성을 가지는 2개의 fiber Bragg grating reflection filter 로 구성된 것임을 특징으로 하는 디멀티플렉서.