KR19990084900A - 간섭 필터를 이용한 광 변조기의 과도 처프 측정 장치 및 방법 - Google Patents

간섭 필터를 이용한 광 변조기의 과도 처프 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광변조기에 인가되는 펄스의 천이 시간에 발생하는 과도 처프(transient chirp)의 크기를 직접적으로 측정할 수 있는 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프(Transient Chirp) 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치는 저가의 일반적인 가변 광간섭필터(Interference filter)와 광세기 측정기 및 1 x 2 광 결합기로 측정 모듈을 구성하여, 광변조기에 인가되는 펄스의 천이시간에 발생하는 과도 처프(transient chirp)의 크기를 직접적으로 측정함으로써, 상용화된 측정시스템에 비해 1/10정도의 저가로 측정 장치를 구현하고, 3dB 대역폭이 다른 다양한 광간섭 필터를 사용함으로써 측정하고자하는 변조기에서의 처프값의 정확도를 향상시킨다.

Description

간섭 필터를 이용한 광 변조기의 과도 처프 측정 장치 및 방법
본 발명은 광변조기에 인가되는 펄스의 천이 시간에 발생하는 과도 처프(transient chirp)의 크기를 직접적으로 측정할 수 있는 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프(Transient Chirp) 측정 방법에 관한 것이다.
광섬유의 색분산은 광섬유에서의 군속도가 파장에 따라 다르기 때문에 생기는 현상으로 광펄스가 진행하면서 펄스폭이 넓어지는 정도를 나타낸다. 전송한 데이터의 펄스폭이 넓어지면 내부부호 간섭(Intersymbol Interference)이 발생함으로써 데이터 검출의 에러 요인이 되며, 송신부의 신호 변조시 발생하는 처핑에 의한 발진 선폭의 증대는 광섬유를 통과하면서 색분산의 영향을 증대시켜 전송 거리를 제한한다. 또한, 초고속 광전송 시스템에서 외부 변조기에 의한 처핑은 레이저 다이오드를 직접 변조하는 경우 보다는 작지만 광선로에 존재하는 색분산 효과에 의해 전송 거리를 제한하는 주요인이 되고 있다. 이러한 광전송 거리를 제한하는 변조기의 처핑은 변조 신호가 변조기를 구성하는 매질의 굴절율 혹은 흡수율 변화에 의해 발생하며 흡수율 변화는 Kramer-Kronig관계에 의해 굴절율 변화로 연결된다. 변조시 굴절율이 바뀌는것은 변조기를 통과하는 빛의 위상이 변하는 것이므로 처핑(위상의 변화를 시간에 대해 미분한것)이 발생하게 된다. 이러한 처핑(chirping)을 측정하기위한 방법으로 펄스의 천이 시간에 발생하는 과도 처프(transient chirp)의 크기를 직접적으로 알려주는 광 간섭계 및 광 필터 등을 이용한 측정법 등이 있다.
변조기의 과도 처프(transient chirp) 측정을 위한 종래의 기술로는 Mach-Zehnder 광섬유 간섭계를 이용한 측정법이 폭넓게 사용되고 있다. 도 1은 이와 같은 종래의 과도 처프 측정 장치의 개략적 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 종래의 과도 처프 측정 장치는 광원으로서 DFB 레이저 다이오드(1), 단일 모드광섬유(Single Mode optical fiber)(2), 편광 조절기(polarization controller)(3), 편광 모드 광섬유(Polarized Mode optical fiber)(4), LiNbO3 마흐-젠더 외부 변조기(Mach-Zender external modulator)(5), 광섬유증폭기(EDFA)(6), 광감쇄기(optical attenuator)(7), 마흐-젠더 광섬유 간섭계(Mach-Zender fiber interferometer)(8), 광섬유 결합기(optical fiber coupler)(9), 광전변환기(OPTICAL/ELECTRON converter)(10), DC 바이어스 선택 필터(Bias tee) (11), 고속 rf 증폭기(12), 디지타이징 오실로스코프(13), 퍼스널 컴퓨터(14) 및 펄스 패턴 발생기(15)로 구성되어 있다. DFB 레이저 다이오드(1)에서 방출된 광출력 신호는 단일모드 광섬유(2)를 거쳐 편광조절기(polarization controller)(3)에 입사된다. 편광 조절기(3)에 의해 편광조절된 광신호는 편광모드 광섬유(4)에 의해 특정 편광 성분만 선택되어 광변조기(5)의 광입력단자로 입력된다. 또한, LN 마흐-젠더 광 변조기(5)의 rf단자에는 펄스 패턴 발생기(15)로부터 10Gb/s의 PRBS(pseudo-random bit sequence)신호를 고속 rf 증폭기(12)를 거쳐 LiNbO3 외부변조기(5)에 인가하여 변조시킨후, 이 변조된 신호를 광섬유증폭기(6) 및 광감쇄기(7)를 거쳐 Mach-Zehnder 광섬유 간섭계(8)를 통과시킴으로서 펄스 패턴에 따른 과도 처프(transient chirp)의 크기를 측정한다.
도 2는 이 때 사용된 마흐 젠더(Mach-Zehnder) 광섬유 간섭계의 파장에 따른 전달 특성 곡선을 나타내고 있다. 변조기(5)를 통과한 후의 변조된 신호는 마흐-젠더 간섭계(8)의 전달 함수의 b점과 d점에 위치하도록 고정한 후 시간에 따른 출력 특성을 얻음으로써 과도 처프(transient chirp) 크기를 얻을 수 있다. 이 때 b점과 d점으로부터 얻어지는 데이터는 V+와 V_로 표시되며 다음 수학식 1로 나타낼 수 있다.
위 수학식 1에서 VIM은 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 광섬유 간섭계(8)에 입력되는 펄스 패턴의 정보를, VFM은 펄스의 과도응답(transient response) 때에 발생하는 주파수 천이에 의한 정보를 나타내고 있다. 또한 △f는 Mach-Zehnder 광섬유 간섭계의 전달함수로부터 유도된 주파수 처프(chirp)의 크기를 나타내는 관계식이다.
이상의 과도 처프(transient chirp)를 측정하기 위한 고가의 상용 시스템에서 채택하고 있는 측정 방법이고, 이 때 핵심 요소로는 고가의 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 광섬유 간섭계의 확보와 전달함수식 그리고 간섭계의 전달함수에서 b점과 d점에 변조기의 광출력 신호가 위치하도록 하여주는 평균 광세기 조절부가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 저가의 일반적인 가변 광 간섭 필터(optical Interference filter)와 광세기 측정기 (optical power meter) 및 1 x 2 광섬유 결합기(optical fiber coupler)로 측정 모듈을 구성하고, 광 간섭 필터의 전달 함수로부터 임의점에서의 파장에 따른 광세기의 기울기를 이용하여 광변조기에 인가되는 펄스의 천이 시간에 발생하는 과도 처프(transient chirp)의 크기를 직접적으로 측정할 수 있는 광간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 과도 처프(transient chirp) 측정 장치의 개략적 구성을 보여주는 블록도,
도 2는 도 1의 과도 처프 측정 장치의 과도 처프 측정 원리를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치의 개략적 구성을 보여주는 블록도,
도 4는 도 3의 과도 처프 측정 장치에 사용된 간섭 필터의 전달함수를 측정한 그래프,
그리고 도 5는 도 1의 과도 처프 측정 장치 및 도 3의 과도 처프 측정 장치에 의해 측정된 주파수 처프를 나타내는 파형도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
21... DFB 레이저 다이오드
22... 단일 모드 광섬유(Single Mode optical fiber)
23... 편광 조절기(polarization controller)
24... 편광모드광섬유(Polarized Mode optical fiber)
25... LiNbO3 마흐-젠더 외부 변조기(Mach-Zender external modulator)
26... 광섬유증폭기(EDFA) 27... 광 감쇄기(optical attenuator)
28... 광간섭 필터(optical interference filter)
29... 광섬유 결합기(Optical fiber Coupler)
30... 광전변환기(OPTICAL/ELECTRON converter)
31. DC 바이어스 선택 필터(Bias Tee) 32. 고속 rf 증폭기
33. 디지타이징 오실로스코프 34. 퍼스널 컴퓨터
35. 펄스 패턴 발생기 36. 광 세기 측정기(optical power meter)
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 간섭 필터를 이용한 처프 측정 장치는, 단일모드의 광신호를 방출하는 광원; 광원의 출력단의 편광성분과 광변조기 입력단의 편광성분을 일치시켜주기 위한 편광 조절기; 소정의 DC 바이어스 전압을 제공하기 위한 DC 전원; 상기 편광조절기로부터 선택되어 입사되는 편광 성분의 광신호를 변조하는 광 변조기; 상기 광변조기의 고주파 단자에 10Gb/s 이상의 펄스 패턴을 제공하는 펄스 패턴 발생기; 상기 펄스 패턴 발생기의 rf 출력신호를 증폭시키는 고속 rf증폭기; 상기 광 변조기의 출력 신호를 증폭하는 광 증폭기; 상기 광 증폭기의 출력 레벨을 감쇄시키는 광 감쇄기; 주파수 처프 측정의 핵심부품인 광간섭필터; 상기 광간섭필터의 출력신호를 광세기측정기와 광전변환기로 분리시키기위한 광섬유 결합기; 상기 광간섭필터를 통과한 후의 광세기를 측정하기 위한 광세기 측정기; 상기 광변조기에서 변조된 펄스 패턴을 시간에 따라 나타내는 디지타이징 오실로스코프; 및 상기 광간섭필터와 광섬유 결합기를 통과한 후의 출력 신호를 전기적 신호로 변환하는 광전변환기;를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 처프 측정기는, 상기 광 감쇄기로로부터의 출력 신호로부터 파장에 따른 광세기 특성을 구하는 광 간섭 필터; 상기 광세기 특성으로부터 상기 소정 대역폭을 갖는 임의의 점에서 파장에 따른 광세기를 측정하는 광세기 측정계; 및 상기 광 간섭 필터 및 상기 광세기 측정계의 광 신호를 결합시키는 광 결합기;를 구비하고, 상기 소정 대역폭은 상기 광 간섭 필터의 -3dB점이며,상기 처프 측정기는 VIM을 상기 디지타이징 오실로스코프로부터 얻은 광간섭 필터에 입력되는 시간에 따른 펄스 패턴의 정보를 나타내고, VFM을 디지타이징 오실로스코프로부터 얻은 펄스 천이에 발생하는 시간에 따른 주파수 천이 정보를 나타내며, S를 상기 광간섭 필터의 -3dB점에서의 파장에 따른 광세기의 기울기값을 나타낸다고 할 때, 주파수 처프 = (VFM/VIM) x 1/S 로 표시되는 관계식에 의해 처프값을 구하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 간섭 필터를 이용한 처프 측정 방법은, 광간섭필터의 전달함수인 파장에 따른 광의 세기를 구하는 단계; 상기 구해진 광간섭필터의 파장에 따른 광의 세기의 피크점으로부터 좌우의 -3dB 떨어지는 점에서의 파장에 따른 광세기의 기울기를 구하는 단계; 및 변조된 신호를 좌우의 -3dB 떨어지는 점으로 통과시킴으로서 상기 기울기 값을 이용하여 주파수 처프를 구하는 처프 측정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 측정 장치는 저가의 일반적인 가변 광간섭필터(Interference filter)와 광세기 측정기 및 1 x 2 광섬유 결합기(optical fiber coupler)로 측정 모듈을 구성함으로써, 광변조기에 인가되는 펄스의 천이시간에 발생하는 과도 처프(transient chirp)의 크기를 직접적으로 측정하는데 그 특징이 있다.
도 3은 본 발명에 따른 측정 장치를 개략적 구성을 보여주는 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 처프 측정 장치는, 광원으로서 DFB 레이저 다이오드(21), 단일 모드 광섬유(Single Mode optical fiber)(22), 편광 조절기(polarization controller)(23), 편광 모드 광섬유(Polarized Mode optical fiber)(24), LiNbO3 마흐-젠더 외부 변조기(Mach-Zender external modulator)(25), 광섬유증폭기(EDFA)(26), 광 감쇄기(optical attenuator)(27), 광간섭 필터(optical interference filter)(28), 광섬유 결합기(optical fiber coupler)(29), 광전변환기(OPTICAL/ELECTRON converter)(30), DC 바이어스 선택 필터(Bias tee)(31), 고속 rf 증폭기(32), 디지타이징 오실로스코프(33), 퍼스널 컴퓨터(34), 펄스 패턴 발생기(35) 및 광 세기 측정기(optical power meter) (36)를 구비한다. DFB 레이저 다이오드(21)에서 방출된 광출력 신호는 단일모드 광섬유(22)를 거쳐 편광조절기(23)에 입사된다. 편광 조절기(23)에 의해 편광조절된 광신호는 편광모드 광섬유(24)에 의해 특정 편광 성분만 선택되어 광변조기(25)의 광입력 단자로 입력된다. 또한, LN 마흐-젠더 광 변조기(25)의 rf단자에는 펄스 패턴 발생기(35)로부터10Gb/s의 PRBS(pseudo-random bit sequence)출력신호를 고속 rf 증폭기(32)로 증폭하여 LiNbO3외부변조기(25)에 인가하여 변조시킨후, 이 변조된 신호를 광섬유증폭기(EDFA)(26) 및 광감쇄기(27)를 거쳐 간섭 필터(28)를 통과시킴으로서 펄스 패턴에 따른 과도 처프(transient chirp)의 크기를 측정한다. 이 때 광감쇄기(27)를 통과한 후의 변조 신호를 광섬유 결합기(optical fiber coupler)로 분지하여 광세기 측정기를 이용하여 광간섭필터의 전달함수의 좌측-3dB점(b점)과 우축-3dB점(d점)을 통과하도록한 후 디지탈 오실로스코프(33)로부터 펄스 패턴에 따른 과도 처프(transient chirp)의 크기를 측정하도록 구성한다. 측정에 사용된 광간섭필터의 전달함수의 임의점(본 발명에서는 -3dB)에서 파장에 따른 광세기의 기울기값이 과도 처프(transient chirp) 측정을 위한 핵심 변수값이 된다. 즉 기존의 상용화 측정시스템에서와 같이 광간섭계의 전달 함수식을 사용하는 것이 아닌 광간섭 필터의 동작점에서의 기울기 값으로부터 처프값을 얻을 수 있는 단순한 측정 방식이다.
도 4는 측정에 사용된 광간섭 필터(28)의 파장에 따른 전달 특성 곡선을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 사용된 광간섭필터의 3dB대역폭은 73GHz이다. 이러한 과도 처프(transient chirp) 측정시 변조기의 처프 크기보다 큰 3dB 대역폭을 갖는 광간섭 필터가 필요하며 광간섭 필터의 전달함수의 좌측-3dB점(도 4의 b점)과 우축-3dB점(도 4의 d점)을 통과하여 얻은 데이터로부터 다음 수학식 2와 같은 결과를 얻는다.
주파수 처프(Frequency chirp) = (VFM/VIM) x 1/S
위 수학식 2에서 VIM은 디지타이징 오실로스코프보부터 얻은 광간섭 필터에 입력되는 시간에 따른 펄스 패턴의 정보를, VFM은 디지타이징 오실로스코프로부터 얻은 펄스 천이에 발생하는 시간에 따른주파수 천이 정보를 나타낸다. 또한, S는 광간섭 필터의 -3dB점에서의 파장에 따른 광세기의 기울기값을 나타낸다.
실시예로서, 다음과 같은 광간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치를 제작하여 과도 처프값을 측정하여 보았다.
레이저 다이오드의 파장은 1550.00nm, 마하젠더 외부광강도변조기, 펄스패턴 발생기, 광전변환기, 디지탈오실로스코프, 광섬유증폭기, 광감쇠기, 광섬유 결합기, 광간섭필터등으로 도 3에 도시된 바와 같은 과도 처프 측정 장치를 구성한 후 10Gb/s의 PRBS(pseudo-random bit sequence)신호를 LiNbO3외부변조기에 인가하여 과도 처프(transient chirp)값을 측정하였다. 측정 결과가 종래의 마흐 젠더(Mach-Zehnder) 광섬유 간섭계를 이용한 상용화 시스템으로 측정한 결과와 비교가 되도록 도 5에 함께 도시된다. 도 5에는 광변조기 출력단에서의 펄스의 형태도 함께 도시되는데, 종래의 마흐 젠더(Mach-Zehnder) 광섬유 간섭계를 이용한 상용화 시스템으로 측정한 처프(transient chirp) 결과와 실시예의 처프 측정 결과는 거의 동일함을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광간섭 필터를 이용한 광변조기 과도 처프 측정 장치는 저가의 일반적인 가변 광간섭필터(Interference filter)와 광세기 측정기 및 1 x 2 광섬유 결합기로 측정 모듈을 구성하여, 광변조기에 인가되는 펄스의 천이시간에 발생하는 과도 처프(transient chirp)의 크기를 직접적으로 측정함으로써, 다음과 같은 효과를 얻는다.
첫째, 상용화된 측정시스템에 비해 1/10정도의 저가로 측정 장치를 구현할 수 있다.
둘째, -3dB 대역폭이 다른 다양한 광간섭 필터를 사용함으로써 측정하고자하는 변조기에서의 처프값의 정확도를 향상시킬 수 있다.
셋째, 광간섭 필터의 전달 함수식을 알지 못하여도 측정 가능하다.
네째, 광간섭 필터의 임의의 점에서 측정이 가능하다.
다섯째, 측정 방법이 단순하여 구성하기 용이하다.
여섯째, 상용화 시스템에 비해 측정 시간이 빠르다.

Claims (5)

  1. 단일모드의 광신호를 방출하는 광원;
    광원의 출력단의 편광성분과 광변조기 입력단의 편광성분을 일치시켜주기 위한 편광 조절기;
    소정의 DC 바이어스 전압을 제공하기 위한 DC 전원;
    상기 편광조절기로부터 선택되어 입사되는 편광 성분의 광신호를 변조하는 광 변조기;
    상기 광변조기의 고주파 단자에 10Gb/s 이상의 펄스 패턴을 제공하는 펄스 패턴 발생기;
    상기 펄스 패턴 발생기의 rf 출력신호를 증폭시키는 고속 rf증폭기;
    상기 광 변조기의 출력 신호를 증폭하는 광 증폭기;
    상기 광 증폭기의 출력 레벨을 감쇄시키는 광 감쇄기;
    주파수 처프 측정의 핵심부품인 광간섭필터;
    상기 광간섭필터의 출력신호를 광세기측정기와 광전변환기로 분리시키기위한 광섬유 결합기;
    상기 광간섭필터를 통과한 후의 광세기를 측정하기 위한 광세기 측정기;
    상기 광변조기에서 변조된 펄스 패턴을 시간에 따라 나타내는 디지타이징 오실로스코프; 및
    상기 광간섭필터와 광섬유 결합기를 통과한 후의 출력 신호를 전기적 신호로 변환하는 광전변환기;를
    구비한 것을 특징으로 하는 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처프 측정기는,
    상기 광 감쇄기로로부터의 출력 신호로부터 파장에 따른 광세기 특성을 구하는 광 간섭 필터;
    상기 광세기 특성으로부터 상기 소정 대역폭을 갖는 임의의 점에서 파장에 따른 광세기를 측정하는 광세기 측정계; 및
    상기 광 간섭 필터 및 상기 광세기 측정계의 광 신호를 결합시키는 광 결합기;를
    구비한 것을 특징으로 하는 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소정 대역폭은 상기 광 간섭 필터의 -3dB점인 것을 특징으로 하는 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처프 측정기는 VIM을 상기 디지타이징 오실로스코프로부터 얻은 광간섭 필터에 입력되는 시간에 따른 펄스 패턴의 정보를 나타내고, VFM을 디지타이징 오실로스코프로부터 얻은 펄스 천이에 발생하는 시간에 따른 주파수 천이 정보를 나타내며, S를 상기 광간섭 필터의 -3dB점에서의 파장에 따른 광세기의 기울기값을 나타낸다고 할 때,
    주파수 처프 = (VFM/VIM) x 1/S
    로 표시되는 관계식에 의해 처프값을 구하는 것을 특징으로 하는 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 장치.
  5. 광간섭필터의 전달함수인 파장에 따른 광의 세기를 구하는 단계;
    상기 구해진 광간섭필터의 파장에 따른 광의 세기의 피크점으로부터 좌우의 -3dB 떨어지는 점에서의 파장에 따른 광세기의 기울기를 구하는 단계; 및
    변조된 신호를 좌우의 -3dB 떨어지는 점으로 통과시킴으로서 상기 기울기 값을 이용하여 주파수 처프를 구하는 처프 측정 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 필터를 이용한 광변조기의 과도 처프 측정 방법.
KR1019980016968A 1998-05-12 1998-05-12 간섭필터를 이용한 광변조기의 과도처프 측정장치 및 방법 KR100499115B1 (ko)

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