KR20000032475A - 광섬유 격자를 이용한 광섬유 지연 선로 필터 - Google Patents

광섬유 격자를 이용한 광섬유 지연 선로 필터 Download PDF

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Abstract

광전 변환을 이용하지 않고 순수하게 광학적인 방법만을 사용하여, 저주파 및 고주파 영역에서 사용할 수 있는 광섬유 지연 선로 필터가 개시된다.
광섬유 지연 선로 필터를 사용한 광전송 시스템은, 광원(light source, 21), 신호 발생기(signal generator, 22), 상기 광원(21)으로부터 수신된 광을 상기 신호 발생기(22)로부터의 신호에 따라 변조시키기 위한 변조기(modulator, 23), 및 상기 변조기(23)에 의해 변조된 광 펄스를 지연시키도록, 커플러(24)와 결합된 광섬유 필터, 및 상기 지연된 광 펄스를 검출하기 위한 검출기(29)를 포함한다. 상기 광섬유 지연 선로 필터는 광섬유 격자(FBG: Fiber Bragg Grating) 및 Er 첨가(erbium-doped) 광섬유(27)를 포함하는데, 상기 광섬유 격자(30)의 반사율을 조절하기 위한 피에조일렉트릭 트랜스듀서(piezoelectric transducer, 26) 및 상기 Er 첨가 광섬유(27)로 출사하는 레이저 다이오드(28)를 더 포함할 수 있다.

Description

광섬유 격자를 이용한 광섬유 지연 선로 필터
본 발명은 광섬유 지연 선로 필터에 관한 것으로서, 특히 광섬유 격자를 이용한 광섬유 지연 선로 필터에 관한 것이다.
광섬유 지연 선로 필터는 디지털 광 필터로서 광 펄스의 특정 주파수 영역을 투과시키거나 걸러내는 역할을 하며, 광 펄스 프로세서(optical signal processor)는 RF 및 마이크로파 주파수 필터링, 컨볼루션(convolution), 코릴레이션(correlation), CDMA 및 TDMA 시스템용 코드 발생기, 및 광 메모리 등의 분야에 사용될 수 있다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는 종래의 광섬유 지연 선로 필터의 개략적인 도면이다. 일반적으로, 광섬유 지연 선로 필터는 주파수 응답 특성에 따라 재순환(recirculation) 구조와 트랜스버스(transverse) 구조로 나눌 수 있다. 도 1의 (a)는 재순환(recirculation) 구조를 나타내며, 도 1의 (b)는 트랜스버스(transverse) 구조를 나타낸다. 이러한 구조의 광섬유 지연 선로 필터는 광신호의 저주파 영역만이 통과할 수 있는 저주파 필터의 특성만을 갖는다.
이와 같이, 저주파 영역만이 통과 할 수 있는 필터 특성을 갖는 종래의 광섬유 지연 선로 필터의 단점을 해결하기 위해서는, 즉 광섬유 지연 선로 필터가 고주파 영역에서 피크(peak)를 갖기 위해서는 필터의 전달 함수에서 폴(pole)이 음의 값을 가져야만 한다. 이를 위하여, 종래 방법에서는 광전 변환에 의해 전기적으로 폴값을 음수로 만들어 고주파 필터 특성을 얻었다. 그러나, 이와 같은 광전 변환을 이용하지 않고, 순수하게 광학적인 방법만으로 고주파 특성을 얻을 수 있는 방안이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 광전 변환을 이용하지 않고 순수하게 광학적인 방법만을 사용하여, 저주파 및 고주파 영역에서 사용할 수 있는 광섬유 지연 선로 필터를 제공하는 데 있다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는 종래의 광섬유 지연 선로 필터 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터를 사용한 광전송 시스템의 구조를 도시한 도면.
도 3의 (a)는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 임펄스 응답을 도시한 그래프.
도 3의 (b)는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 저주파 필터 특성을 나타내는 주파수 응답을 도시한 그래프.
도 3의 (c)는 도 3의 (b)의 기본 주파수의 한 주기에 대한 계산 결과를 도시한 그래프.
도 4의 (a)는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 임펄스 응답을 도시한 그래프.
도 4의 (b)는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 저주파 및 고주파 필터 특성을 나타내는 주파수 응답을 도시한 그래프.
도 4의 (c)는 도 4의 (b)의 기본 주파수의 한 주기에 대한 계산 결과를 도시한 그래프.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
21 : 광원
22 : 신호 발생기
23 : 변조기
24 : 커플러
25 : 광섬유
26 : 피에조일렉트릭 트랜스듀서
27 : Er 첨가 광섬유
28 : 레이저 다이오드
29 : 검출기
30 : 광섬유 격자
이하에서는, 본 발명의 실시예를 도면과 관련하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터를 사용한 광전송 시스템을 도시한 도면이다. 광섬유 지연 선로 필터를 사용한 광전송 시스템은, 광원(light source, 21), 신호 발생기(signal generator, 22), 상기 광원(21)으로부터 수신된 광을 상기 신호 발생기(22)로부터의 신호에 따라 변조시키기 위한 변조기(modulator, 23), 및 상기 변조기(23)에 의해 변조된 광 펄스를 지연시키도록, 커플러(24)와 결합된 광섬유 필터, 및 상기 지연된 광 펄스를 검출하기 위한 검출기(29)를 포함한다.
광섬유 지연 선로 필터는 광섬유 격자(FBG: Fiber Bragg Grating) 및 Er 첨가(erbium-doped) 광섬유(27)를 포함하는데, 상기 광섬유 격자(30)의 반사율을 조절하기 위한 피에조일렉트릭 트랜스듀서(piezoelectric transducer, 26) 및 상기 Er 첨가 광섬유(27)로 출사하는 레이저 다이오드(28)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 광섬유 격자(30)는 다중 반사 구조(multi-reflection structure)를 얻는 데 사용되고 있으며, 반사율이 1 미만인 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg Grating)가 이용되는데, 유니폼(uniform) 광섬유 격자, 처핑된(chirped) 광섬유 격자, 및 경사진(tilted) 광섬유 격자 등이 사용될 수 있으며, 2개 이상이 동시에 사용될 수도 있다.
또한, 피에조일렉트릭 트랜스듀서(26)는 광섬유 격자와 일체로서 구성될 수 있으며, 증폭시의 이득이 보다 양호하게 되도록 Er 첨가 광섬유(27)와 함께, 예를 들어 980 ㎚ 레이저 다이오드(28) 등이 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 광섬유 격자(30) 및 Er 첨가 광섬유(27)를 포함하는 광섬유 루프와 커플러는 재순환 필터 구조를 이루는데, 상기 광섬유 루프의 길이(L)는 조절될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 광섬유 루프에 의해 광 펄스가 지연되는 과정은 다음과 같다. 변조기(23)에 의해 변조된 광 펄스는 광섬유 루프로 입력된다. 이 때, 입력된 광 펄스들은 광섬유 격자(30)에 의하여 부분 반사되는데, 광섬유 루프 내에서 광섬유 격자(30)를 투과하여 진행하는 광 펄스와 광섬유 격자(30)에 의해 반사되어 지연되는 광 펄스로 나누어 진다. 이 때, 반사율은 예를 들어 광섬유 격자(30)와 일체로 결합되어 있는 피에조일렉트릭 트랜스듀서(26)에 의해 조절되며, 광섬유 격자(30)에 의해 반사된 광 펄스의 중심 반사 파장이 광섬유 루프로 입력되는 광 펄스의 파장과 실질적으로 동일하도록 피에조일렉트릭 트랜스듀서(26)에 의해 조절될 수 있다. 또한, 광섬유 격자(30)에 의해 반사된 광 펄스의 지연은 광섬유 격자(30)의 위치에 따라서 변화되지 않으므로, 광섬유 격자(30)는 광섬유 루프 내의 임의의 위치에 있을 수 있다. 광섬유 격자(30)로는 1 미만인 반사율을 갖는 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg Grating)가 사용된다. 광섬유 격자(30)에 의해 반사된 광 펄스에서의 광손실을 보상하기 위하여, 반사된 광 펄스는 Er 첨가 광섬유(27)에 의해 증폭되는데, 이득을 보다 크게 하기 위하여 Er 첨가 광섬유(27)와 980 ㎚ 레이저 다이오드 등을 함께 사용할 수도 있다. 이와 같이, 증폭된 광 펄스가 검출기(29)에 의해 검출되는데, 커플링 계수(coupling efficiency), 피조일렉트릭 트랜스듀서(26)의 반사율, 및 이득 등의 변수들을 조절하면서 광을 지연하여 원하는 파형을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광섬유의 길이(L)를 조절함으로써, 광섬유 격자(30)를 투과하여 진행하는 광 펄스와 광섬유 격자(30)에 의해 반사되어 지연되는 광 펄스 사이의 시간차를 조절하여 원하는 중심 주파수 대역을 갖는 필터를 제조할 수 있다. 여기서, 기본 주파수와 광섬유의 길이는 하기 수학식과 같은 관계가 있다.
여기서, fT는 주파수 응답에서의 한 주기이며, 본 실시예에서는 광섬유의 길이가 37m 이고, 광섬유 내에서의 광속도가 대략 2×108m/s 이므로, 펄스 시간차는 대략 1.85×10-7s 정도 이고, 그에 따라서 fT는 대략 5.41 ㎒ 정도 이다.
도 3은 필터 변수인 방향성 커플러의 커플링 계수, 광섬유 격자의 반사율을 조절하여 본 발명의 광섬유 지연 선로 필터가 저주파 필터로 동작할 수 있음을 보여주는 도면이다.
구체적으로, 도 3의 (a)는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 임펄스 응답을 도시한 그래프이며, 도 3의 (b)는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 저주파 필터 특성을 나타내는 주파수 응답을 도시한 그래프이고, 도 3의 (c)는 도 3의 (b)의 기본 주파수의 한 주기에 대한 계산 결과를 도시한 그래프이다.
도 3의 (c)의 계산 결과는 도 3의 (b)의 기본 주파수 5.56 ㎒ 의 한 주기에 해당한다. 따라서, 광섬유의 길이를 조절함으로써 본 실시예에 따른 광섬유 지연 선로 필터를 여러 주파수 대역의 필터로 사용하는 것이 가능하다.
도 4의 (a)는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 임펄스 응답을 도시한 그래프이고, 도 4의 (b)는 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 저주파 및 고주파 필터 특성을 나타내는 주파수 응답을 도시한 그래프이고, 도 4의 (c)는 도 4의 (b)의 기본 주파수의 한 주기에 대한 계산 결과를 도시한 그래프로서 도 4의 (b)의 계산 결과와 일치한다. 도 4의 (b)에서는, 기본 주기 사이에 또 하나의 피크가 존재하는 것을 보여주고 있다. 이와 같이, 기본 주기 사이에 존재하는 또 하나의 피크가 디지털 필터에서의 고주파 피크이며, 이것이 본 발명에 따른 광섬유 지연 선로 필터의 새로운 주파수 특성임을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 순수하게 광학적인 방법만으로 종래의 광섬유 지연 선로 필터의 저주파 필터 특성뿐만 아니라 고주파 필터 특성을 갖는 광섬유 지연 선로 필터가 제조될 수 있다.

Claims (7)

  1. 재순환 구조의 광섬유 루프를 포함하는 광섬유 지연 선로 필터에 있어서, 상기 광섬유 루프는
    부분 반사 거울로 작용하는 광섬유 격자, 및
    증폭기로서 작용하여 이득을 제공하는 Er 첨가(erbium-doped) 광섬유
    를 포함하는 광섬유 지연 선로 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광섬유 루프는 상기 Er 첨가 광섬유로 출사하는 레이저 다이오드를 더 포함하는 광섬유 지연 선로 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광섬유 루프는 상기 광섬유 격자의 반사율을 조절하기 위한 피에조일렉트릭 트랜스듀서(piezoelectric transducer)를 더 포함하는 광섬유 지연 선로 필터.
  4. 제1항에 있어서, 2 이상의 광섬유 격자가 상기 광섬유 루프에 삽입된 광섬유 지연 선로 필터.
  5. 제1항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 광섬유 격자는 반사율이 1 미만인 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg Grating)인 광섬유 지연 선로 필터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광섬유 브래그 격자는 유니폼(uniform) 광섬유 격자, 처핑된(chirped) 광섬유 격자, 또는 경사진(tilted) 광섬유 격자인 광섬유 지연 선로 필터.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유 루프의 길이를 조절함으로써 중심 주파수 대역을 조절할 수 있는 광섬유 지연 선로 필터.
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