KR19990048135A

KR19990048135A - 아이솔레이터를 이용한 광 변조기 및 이를 구비한 광 전송장치

Info

Publication number: KR19990048135A
Application number: KR1019970066750A
Authority: KR
Inventors: 김성준
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1999-07-05
Also published as: KR100288443B1; CN1113264C; BR9805235A; GB2332066A; GB9826846D0; FR2772150A1; CA2255450A1; JPH11237594A; US6141140A; DE19856586A1; CA2255450C; CN1221118A

Abstract

본 발명은 아이솔레이터를 이용한 광 변조기 및 이를 구비한 광 전송장치에 관한 것으로, 아이솔레이터를 이용한 광 변조기는 인가되는 자기장의 세기에 따라 편광회전각이 달라지는 패러데이 회전자를 구비하고, 편광회전각에 의해 광신호에 대한 아이솔레이션을 온오프하여 변조된 광신호를 출력하는 아이솔레이터; 소정의 전기신호에 의해 그 크기가 조절되는 자기장을 생성하며, 생성된 자기장이 아이솔레이터에 인가되도록 아이솔레이터에 장착된 자장발생장치; 및 자장발생장치에 전기신호를 공급하며, 전기신호의 크기를 조절하는 신호발생기를 포함한다.

본 발명에 의하면, 광 아이솔레이터에 자장발생장치를 장착하고 장착된 자장발생장치에 인가되는 전기신호를 조절하여 아이솔레이터에 형성되는 자장의 세기를 조절하고 이에 따라 광신호의 아이솔레이션을 온/오프하여 연속파 광신호를 변조하므로써, 크기가 작고 온도특성이 우수하며 저가인 광 변조기를 구현하여 시스템에 용이하게 장착할 수 있다.

Description

아이솔레이터를 이용한 광 변조기 및 이를 구비한 광 전송장치

본 발명은 아이솔레이터(Isolator)를 이용한 광 변조기(Optical Modulator) 및 이를 구비한 광 전송장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아이솔레이터에 자장변화를 주어서 광 감쇄를 일으켜서 연속파 광빔(continuous wave optical beam)을 변조하는 광 변조기 및 이를 구비한 광 전송장치에 관한 것이다.

광 변조기는 연속파 광빔을 전기적 신호의 형태와 동일한 광신호로 변조해주는 광소자이다. 특히 최근에는 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing) 방식에 의한 광전송이 부각되면서 여러 개의 파장을 동시에 보낼 때 전기신호를 인가하여 발생한 광신호 스펙트럼의 처핑(chirping) 특성에 의하여 중심파장이 흔들리게 되어 전송특성이 저하되는데 이러한 문제점을 없애고자 레이저 다이오드는 연속파로 구동시키고 레이저 다이오드에서 출력된 빔을 변조시키기 위하여 전기-광 변조기(Electric-optic Modulator) 또는 리튬나오베이트 변조기(LiNbO₃Modulator)와 같은 외부 변조기를 사용하여 광신호로 변조시킨다.

도 1은 종래의 광 변조기에 대한 구성도로서, 도 1에 따른 광 변조기는 레이저 다이오드(100), 제1광 도파로(102), 제2광 도파로(104), 전극판(106) 및 전기신호원(108)으로 이루어지며 그 동작은 다음과 같다.

먼저, 레이저 다이오드(100)로부터 입사된 연속 광신호는 두 광 도파로(102, 104)로 커플링된다. 이 때 전극판(106)에 전기신호원(108)으로부터 전기신호가 가해지면 제1광 도파로(102)의 굴절율이 변하고, 변화된 굴절률에 의해 제1광 도파로(102)의 전파상수(propagation constant)에 의해서 제1광 도파로를 통과하는 광신호의 위상이 변하게 된다. 제1광 도파로(102)와 제2광 도파로(104)를 진행하는 각 광신호의 위상차에 따라, 위상차가 같을 때는 보강되고 위상차가 다르면 상쇄되어 출력단자에서 온/오프(변조)된다. 오프시 소광비는 22dB정도이다.

그러나 이러한 변조기는 삽입손실이 크고(보통 6dB), 편광에 의한 특성변화가 심하고 높은 기준 전압과 전기적 변조신호를 요구한다. 또한 이러한 높은 전압이 인가됨으로써 내부적으로 발생하는 열이 높아서 방열과정이 필요하다.

가입자망을 위한 저가격의 광변조기술로서는 광증폭기의 자연방출(Amplified Spontaneous Emission)을 이용한 스펙트럼 슬라이스 소스(Spectrum Sliced Source)를 연속파 광원으로 이용하여 상술한 외부변조기로서 전기신호를 광신호로 변조시키는 방식을 사용하게 되는데 이 때 광 변조기의 고가격으로 인하여 가입자망을 구성할 때 소요되는 비용이 높아진다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 아이솔레이터에 자장을 발생시켜서 패러데이 회전자의 편광을 변화게 하므로써 출력 광신호를 변조시키는 아이솔레이터를 이용한 광 변조기 및 이를 구비한 광 전송장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 광 변조기에 대한 구성도이다.

도 2는 아이솔레이터에 대한 상세도이다.

도 3은 본 발명에 따른 아이솔레이터를 이용한 광 변조기의 블럭도이다.

도 4는 본 발명에 따른 아이솔레이터를 이용한 광변조기를 구비한 전송장치레 대한 블럭도이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명은 인가되는 자기장의 세기에 따라 편광회전각이 달라지는 패러데이 회전자를 구비하고, 상기 편광회전각에 의해 광신호에 대한 아이솔레이션을 온오프하여 변조된 광신호를 출력하는 아이솔레이터; 소정의 전기신호에 의해 그 크기가 조절되는 자기장을 생성하며, 상기 생성된 자기장이 상기 아이솔레이터에 인가되도록 상기 아이솔레이터에 장착된 자장발생장치; 및 상기 자장발생장치에 상기 전기신호를 공급하며, 상기 전기신호의 크기를 조절하는 신호발생기를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 반송파를 생성하는 광원, 소정의 전기신호에 따라 상기 생성된 반송파를 온오프시켜서 변조하는 광 변조기 및 상기 광 변조기를 통해 생성된 광신호를 증폭하여 전송채널로 전송하는 광 증폭기를 구비하는 광 전송장치에 있어서, 인가되는 자기장의 세기에 따라 편광회전각이 달라지는 패러데이 회전자를 구비하고, 상기 편광회전각에 의해 광신호에 대한 아이솔레이션을 온오프하여 변조된 광신호를 출력하는 아이솔레이터; 소정의 전기신호에 의해 그 크기가 조절되는 자기장을 생성하며, 상기 생성된 자기장이 상기 아이솔레이터에 인가되도록 상기 아이솔레이터에 장착된 자장발생장치; 및 상기 자장발생장치에 상기 전기신호를 공급하며, 상기 전기신호의 크기를 조절하는 신호발생기를 포함하는 상기 광 변조기를 구비한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 아이솔레이터에 대한 상세도이다. 아이솔레이터는 입력투사단자에서 출력단자로 가는 정방향의 광에 대해서는 저손실로 전송하며, 그 역방향에 대해서는 고손실을 유발시킴으로써 광의 역류를 막고 빛의 재결합을 막아서 시스템의 동작을 안정하게 유지시켜주는 광부품이다. 예를 들어, 레이저 다이오드에서 출사한 광원이 광전송방향으로 진행하면서 광섬유가 접속되는 커넥터에서 반사광이 생기거나 각종 소자와 접속시에 광이 역류하여 반사성 잡음을 일으키는데 이를 억제하는 부품으로 특히 반사광이 문제시되는 1Gbps이상의 광통신과 고감도 센서에서 필수적인 광부품이다.

도 2에 따른 아이솔레이터는 제1콜리메이터(Collimator, 200), 제1복굴절 소자(202), 패러데이 회전자(Faraday Rotator, 204), 제2복굴절 소자(206) 및 제2콜리메이터(208)를 포함한다. 제1 및 제2복굴절 소자의 재질로는 금홍석(rutile) 또는 방해석(calcite) 등이 적절하며, 제1복굴절 소자(202)는 편광자(polarizer)로 동작하고, 제2복굴절 소자(206)는 검광자(analyzer)로 동작한다. 그 원리는 한쪽방향의 특정편광만 통과시키고 상대적으로 수직인 편광은 통과하지 못하도록하는 것으로 편광자와 검광자의 주요 파라미터는 투과하는 편광과 수직인 편광광의 소광비(Extinction Ratio)이다.

패러데이 회전자(204)는 입사되는 광의 편광면을 45°회전시킨다. 이 때 후단으로부터 역방향으로 반사되어 들어오는 광은 다시 45°회전하게 되어 전체 90°회전하게 된다. 따라서 90°회전된 반사파는 편광자에 의해서 차단된다. 이 패러데이 회전자는 광이 자기광학재료를 통과하면서 광의 편광면이 회전하는 패러데이 효과를 이용한 것으로, 자장이 광파의 진행방향을 따라 자기광학재료에 인가되는 경우 패러데이 회전이 발생된다.

아이솔레이터의 성능은 순방향 삽입손실과 역방향의 아이솔레이션으로 결정되며, 보통 소자접속에서의 반사, 편광기 및 회전자의 결함때문에 1dB정도의 삽입손실과 30dB정도의 아이솔레이션을 갖는다.

도 2에 도시된 아이솔레이터의 동작은 다음과 같다. 제1콜리메이터(200)는 제1광섬유 혹은 레이저 다이오드(도시되지 않음)에서 나온 빛을 집광하여 평행하게 한다. 들어온 평행광은 제1복굴절 소자(202)에서 편광상태가 서로 수직인 방향으로 나누어진 후 두 빔이 다른 경로를 지나 패러데이 회전자(204)에 입사된다. 패러데이 회전자(204)에 들어온 빛은 편광이 서로 수직인 상태를 유지하면서 기존의 편광방향에서 45°회전한다. 편광방향이 바뀐 빛은 다시 제2복굴절 소자(206)를 지나면서 두 경로에서 하나로 합해진 후 제2콜리메이터(208)에서 집광되어 제2광섬유(도시되지 않음)로 들어간다. 여기서, 패러데이 회전자(204)는 편광이 45°바뀔 수 있도록 아이솔레이터에 일정한 자장을 유지한다. 그러나 아이솔레이터 주변에 자장을 발생시키면 패러데이 회전자를 구성하는 자석의 자장에 영향을 주게되며, 패러데이 회전자는 자장의 세기에 따라 다음과 같이 편광의 회전각이 달라진다.

θ=VBl

여기서, θ는 회전각, V는 상수, B는 자장의 세기이며 l은 상호작용 길이이다.

외부자장에 의해 수학식 1과 같이 편광이 바뀌면, 제2복굴절 소자(206)에서 서로 수직으로 편광된 광 빔의 경로가 바뀌어 결과적으로 제2콜리에미터(208)를 통과하여 제2광섬유에 입사되는 광량이 달라진다. 즉, 외부에서 인가된 전기신호(전류)의 세기에 따라 자장의 세기가 변하고, 변화된 자장의 세기에 따라 아이솔레이터의 손실특성도 변하게 된다.

아이솔레이터에 상술한 바와 같이 자장을 가하므로써 출력되는 광량을 조절하여 입사광을 변조하기 위해 본 발명의 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 아이솔레이터(300)에 자장발생장치(304) 및 신호 발생기(302)를 연결한다. 자장발생장치(304)는 전기신호에 의해 자장이 발생될 수 있는 전자석이 바람직하다.

상술한 구성에 의거하여 본 발명의 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 입력 연속파 광신호가 광섬유 입력단(도시되지 않음)으로부터 들어오면 아이솔레이터(300)에 의해서 광신호가 차단된다. 신호발생기(302)에서 발생한 전기신호는 자장발생장치(304)의 전자장을 온/오프시켜서 아이솔레이터(300)의 아이솔레이션 온/오프시킨다. 이러한 아이솔레이션의 온/오프는 입력 광신호 측면에서 감쇄의 온/오프로 간주할 수 있다. 즉, 신호발생기(302)에서 발생한 전기신호가 자장발생장치(304)에 가해지면서 아이솔레이터(300)에 입사되는 입력 연속파 광신호는, 예를 들어 자장발생장치(304)가 전자석일 경우, 전기신호가 1(하이)일 때 자장이 형성되어 아이솔레이터(300)를 통과해서 출력단으로 출력된다. 전기신호가 0(로우)인 경우 아이솔레이터(300)에는 자장이 형성되지 않게되므로, 입력 연속파 광신호는 아이솔레이터(300)를 통과하지 못하게되어 출력단으로 광신호가 출력되지 못한다. 따라서, 전기신호의 온/오프에 의해 아이솔레이터(300)에서 연속파 광신호가 온/오프되어서 광 변조가 이루어진다. 이와같이 동작하는 광 변조기에서 소광비의 범위는 0.5dB~50dB 까지 변화될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 아이솔레이터를 이용한 광 변조기를 구비한 광 전송장치에 대한 블록도를 도시한 것으로, 도 4에 따른 광 전송장치는 광원(400), 아이솔레이터를 이용한 광 변조기(402) 및 증폭기(404)를 포함하며, 그 동작은 다음과 같다. 먼저, 레이저 다이오드 혹은 발광 다이오드(Light Emitting Diode)와 같은 광원(400)을 통해 정보 전송을 위한 반송파(carrier wave)가 생성되면, 상술한 아이솔레이터를 이용한 광 변조기(402)를 통해 광원(400)으로부터 나오는 반송파를 적절한 시간에 온/오프시킨다. 증폭기(404)를 통해서는 변조되어 생성된 광신호를 증폭하여 전송채널을 통해 다음 단으로 전송한다.

파장분할다중화된 광신호의 전송인 경우, 여러 광원으로부터 오는 반송파 광을 변조시켜서 다중화하여 전송한다. 광 가입자망에서는 광전송 시스템으로부터 정보를 실은 광 파장과 반송파 광파장이 가입자단으로 전송되고, 정보를 실은 광파장은 검출기로 인가되어 전기신호로 변환되고 반송파광파장은 아이솔레이터를 이용한 광 변조기를 통해 가입자의 정보를 싣고 광전송 시스템으로 전송된다.

본 발명에 의하면, 광 아이솔레이터에 자장발생장치를 장착하고 장착된 자장발생장치에 인가되는 전기신호를 조절하여 아이솔레이터에 형성되는 자장의 세기를 조절하고 이에 따라 광신호의 아이솔레이션을 온/오프하여 연속파 광신호를 변조하므로써, 크기가 작고 온도특성이 우수하며 저가인 광 변조기를 구현하여 전송장치에 용이하게 장착할 수 있다. 또한 레이저 다이오드에 고정하여 전기신호의 세기만을 변화시켜 광변조를 할 수 있으므로 먼지, 온도 및 습도 등의 외부 환경에 민감하지 않으며, 편광에 대한 위상차가 거의 없다.

Claims

인가되는 자기장의 세기에 따라 편광회전각이 달라지는 패러데이 회전자를 구비하고, 상기 편광회전각에 의해 광신호에 대한 아이솔레이션을 온오프하여 변조된 광신호를 출력하는 아이솔레이터;

소정의 전기신호에 의해 그 크기가 조절되는 자기장을 생성하며, 상기 생성된 자기장이 상기 아이솔레이터에 인가되도록 상기 아이솔레이터에 장착된 자장발생장치; 및

상기 자장발생장치에 상기 전기신호를 공급하며, 상기 전기신호의 크기를 조절하는 신호발생기를 포함함을 특징으로하는 아이솔레이터를 이용한 광 변조기.
제1항에 있어서, 상기 자장발생장치는

전자석임을 특징으로하는 아이솔레이터를 이용한 광 변조기.
제2항에 있어서, 상기 아이솔레이터는

상기 전기신호가 로우이면 상기 연속파 광신호를 아이솔레이션하고, 상기 전기신호가 하이이면 상기 연속파 광신호를 아이솔레이션하지 못함을 특징으로하는 아이솔레이터를 이용한 광 변조기.
반송파를 생성하는 광원, 소정의 전기신호에 따라 상기 생성된 반송파를 온오프시켜서 변조하는 광 변조기 및 상기 광 변조기를 통해 생성된 광신호를 증폭하여 전송채널로 전송하는 광 증폭기를 구비하는 광 전송장치에 있어서, 상기 광 변조기는

인가되는 자기장의 세기에 따라 편광회전각이 달라지는 패러데이 회전자를 구비하고, 상기 편광회전각에 의해 광신호에 대한 아이솔레이션을 온오프하여 변조된 광신호를 출력하는 아이솔레이터;

소정의 전기신호에 의해 그 크기가 조절되는 자기장을 생성하며, 상기 생성된 자기장이 상기 아이솔레이터에 인가되도록 상기 아이솔레이터에 장착된 자장발생장치; 및

상기 자장발생장치에 상기 전기신호를 공급하며, 상기 전기신호의 크기를 조절하는 신호발생기를 포함함을 특징으로하는 아이솔레이터를 이용한 광 변조기를 구비한 광 전송장치.