KR20000037800A

KR20000037800A - 편광에 무관한 광 역다중화기

Info

Publication number: KR20000037800A
Application number: KR1019980052564A
Authority: KR
Inventors: 전민용; 이학규; 임동성; 안준태; 김경헌
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2000-07-05
Also published as: US6256432B1

Abstract

본 발명은 높은 굴절률을 갖는 비선형 매질인 분산천이 광섬유를 통과하면서 4광파 혼합을 이용하여 입력 편광성분과 무관하게 일정한 4광파신호를 발생하도록 하는 편광에 무관한 광 역다중기를 제공함에 있다. 이와같은 본 발명은 종래의 4광파 혼합에 의한 광 역다중기 구현시 입력신호의 편광에 민감했던 부분을 높은 편광모드 분산을 갖는 광섬유를 사용하므로써 편광 무관한 광 역다중기를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

편광에 무관한 광 역다중화기(Polarization Independent All-Optical Demultiplexer)

본 발명은 편광 무관한 완전 광 역다중기에 관한 것으로, 특히 높은 굴절률을 갖는 비선형 매질인 분산천이 광섬유를 통과하면서 4광파 혼합을 이용하여 입력 편광성분과 무관하게 일정한 4광파신호를 발생하도록 하는 편광에 무관한 광 역다중기에 관한 것이다.

미래의 대용량 멀티미디어 통신 수요를 충족키 위해서는, 테라비트급 광통신 체계가 요구되고 있다. 대용량 광 시간 분할 다중화 전송을 위해서는, 여러가지 기술들이 필요한데, 이 여러가지 기술중에서 다중화되어 전송된 광신호로부터 시스템 클럭 주파수에 맞추어 채널별로 역다중 추출하는 기능을 지닌 역다중기는 통신 시스템에서 가장 큰 대역폭을 필요로 하는 능동소자이다.

이와같은 종래의 광 역다중화기에 대한 구성 및 동작 설명은 다음과 같은 선행 특허 및 선행 논문에 상세히 설명되어 있으므로, 여기서는 그 구성 및 동작 설명을 생략하기로 한다.

먼저, 선행 특허로는 다음과 같은 미국특허가 있다.

발명의 명칭이 "Apparatus for extracting an optical clock and apparatus for demultiplexting a time-division multiplexed signal"이고, 등록번호가 "5,457,559"인 특허가 있다.

또한, 발명의 명칭이 "All-optical polarization independent optical time division multiplexer and demultiplexer with birefringen compensation"이고, 등록번호가 "5,357,359"인 특허가 있다.

또한, 발명의 명칭이 "Fiber loop mirror for time division demultiplexing"이고, 등록번호가 "5,646,759"인 특허가 있다.

선행논문으로는 다음과 같은 논문이 있다.

제목이 "Fiber four-wave demultiplexing with inherent parametric amplification"이고, 게제지(권, 호, 페이지, 발표년월일)가 "Journal of Lightwave Technology (Vol. 15, No. 11, 2051-2058, 1997.11.1)"인 논문이 있다.

또한, 제목이 "Demonstration of the nonlinear fiber loop mirror as an ultrafast all-optical demultiplexer"이고, 게제지(권, 호, 페이지, 발표년월일)가 "IEE Electronics Letters(Vol. 26, No. 14, 962-964, 1999. 7.5)"인 논문이 있다.

또한, 제목이 "All-optical switch for TDM and WDM/TDM system demonstrated in a 640 Gbits/s demultiplexing experiment"이고, 게제지(권, 호, 페이지, 발표년월일)가 "IEE Electronics Letters(Vol. 34, No. 8, 803-805, 1998. 4. 16)"인 논문이 있다.

그러나, 종래의 광 역다중화기는 비선형성이 있는 광섬유에서 4광파 혼합을 이용하여 광 필터를 통과한 후 광 역다중된 신호를 얻어낼 때 역다중화 된 신호가 입력 편광 상태에 따라서 신호의 크기가 많이 차이가 발생함.

본 발명의 목적은 4광파 혼합을 일으키는 광섬유를 편광모드 분산값이 큰 광섬유를 사용하므로써 입력 광의 편광 상태와 무관한 4광파 혼합된 광을 얻어내어 광 신호를 역다중화하는 편광에 무관한 광 역다중화기를 제공함에 있다.

도 1는 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광에 무관한 광 역다중화기의 구성도.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광에 무관한 광 역다중화기의 구성도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호 설명)

11 : WDM 광 커플러 12 : 분산천이 광섬유

31 : 3 dB 광섬유 커플러 41a : 펌프광원

41b : 신호광원 51a, 51b : 광증폭기

52a, 52b : 밴드패스필터 53 : 광 회전기

54 : 편광조절기

이와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 제1 수단은 4광파 혼합을 이용한 광 역다중기에 있어서, 펌프광원과 신호광원으로 이루어진 입력 광원과, 상기 입력광원을 각각 증폭시키는 제1,제2 광 증폭기와, 상기 제1,제2 광 증폭기에서 각각 증폭된 광신호의 잡음을 제거하는 제1,제2밴드 패스 필터와, 상기 제1,제2 밴드 패스 필터의 출력신호를 결합하여 2개의 광신호를 출력하는 3dB 광섬유 결합기와, 상기 3dB 광섬유 결합기의 출력 광신호의 편광 상태가 스크램블링되어 입력 편광상태와 상관없이 일정한 4광파신호를 발생하는 분산천이 광섬유와, 상기 분산천이 광섬유에 발생된 4광파신호를 역 다중화하는 밴드패스 필터를 포함하여 구성된다.

이와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 제2 수단은 4광파 혼합을 이용한 광 역다중기에 있어서, 펌프광원과 신호광원으로 이루어진 입력 광원과, 상기 입력광원을 각각 증폭시키는 제1, 제2 광 증폭기와, 상기 제1,제2 광 증폭기에서 증폭된 광신호의 잡음을 각각 제거하는 제1,제2 밴드 패스 필터와, 상기 제1 밴드 패스 필터의 출력 광신호를 제1,제2 광신호로 나누는 WDM 광 결합기와, 상기 WDM 광 결합기의 제1 광신호의 편광 상태가 스크램블링되어 입력 편광상태와 상관없이 일정한 4광파신호를 발생하는 분산천이 광섬유와, 상기 분산천이 광섬유에서 발생된 4광파신호와 상기 WDM 광 결합기의 제2 광신호를 결합하여 제1, 제2 광신호를 출력하는 3dB 광섬유 결합기와, 상기 3dB 광섬유 결합기의 제1 광신호 및 상기 제2 밴드 패스 필터의 출력 광신호를 회전시켜 출력하는 광 회전기를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 제1 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광에 무관한 광 역다중화기의 구성을 도시한 것이다.

도 1 에 도시된 바와같이, 편광에 무관한 광 역다중화기는 펌프광원(41a)과 신호광원(41b)으로 이루어진 입력 광원과, 상기 입력광원을 각각 증폭시키는 제1,제2 광 증폭기(51a),(51b)와, 상기 제1,제2 광 증폭기(51a),(51b)에서 각각 증폭된 광신호의 잡음을 제거하는 제1,제2 밴드 패스 필터(52a),(52b)와, 상기 제1 밴드 패스 필터(52a)의 출력 광신호의 편광 상태를 조절하는 편광 조절기(54)와, 상기 편광 조절기의 출력 광신호와 상기 제2 밴드 패스 필터(52b)의 출력 광신호를 결합하도록 입력 광섬유 포트 및 출력 광섬유 포트를 지닌 3dB 광섬유 결합기(31)와, 상기 3dB 광섬유 결합기(31)의 출력 광신호의 편광 상태가 스크램블링되어 입력 편광상태와 상관없이 일정한 4광파신호를 발생하는 분산천이 광섬유(12)와, 상기 분산천이 광섬유(12)에 발생된 4광파신호를 역 다중화하는 제3 밴드패스 필터(52c)로 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광에 무관한 광 역 다중화기의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 광섬유에서의 편광 모드 분산은 광섬유의 편광주축사이의 전파속도 차이에 의하여 발생한다. 편광모드 분산을 갖고 있는 광섬유에서의 광의 편광 상태는 진행하는 광의 파장에 따라서 다르게 진행한다. 따라서, 서로 다른 파장에 대한 편광상태는 계속 바뀌게 되어 광섬유를 진행하는 동안에 스크램블이 된다. 충분히 긴 길이의 광섬유를 따라 빛이 진행할 때, 복굴절 축은 불균일하게 회전하고 편광성분은 서로 커플링되며, 따라서 광섬유에 입력된 빛은 입사한 편광 상태와 상관없이 진행하면서 편광이 스크램블링 된다. 편광 스크램블링 정도는 광섬유의 복굴절양과 편광성분의 크로스 커플링(cross coupling) 정도에 의존한다. 따라서, 큰 편광 모드 분산이 존재하는 광섬유에서는 4광파 혼합에서 펌프 광와 신호광의 편광 의존성이 편광 스크램블링을 시켜 주어서 감소하게 된다.

도 1를 참조하면, 먼저, 신호 광원(41b)으로 초단 광펄스 광원인 모드록킹 된 어븀첨가 광섬유 레이저를 이용하거나 모드록킹된 반도체 레이저를 이용할 수 있다. 이때의 발진 파장은 편광모드분산 값이 큰 비선형 매질로 사용하는 분산천이 광섬유의 영분산 파장과 수 나노미터 벌어진다.

한편, 펌프 광원(41a)으로도 마찬가지로 파장이 편광모드분산 값이 큰 비선형 매질로 사용하는 분산천이 광섬유의 영분산 파장과 거의 일치하는 광원을 사용한다. 실험에 의하면, 분산천이 광섬유(12)의 영분산 파장이 1544.5nm 라고 했을때 펌프광원(41a)으로는 파장이 1544.5 nm 인 2.5 Gbit/s DFB 레이저 다이오드를 이용하여 이득 스위칭 방식으로 얻어냈고, 이때 얻어진 펄스의 폭은 약 30 ps 정도였다. 한편, 신호광원(41b)으로는 1546.8nm 인 10 GHz 모드록킹된 광섬유 레이저를 이용하였고 이때의 펄스폭은 10 ps 이다.

상기 펌프광(41a)과 신호광(41b)의 출력을 높이기 위하여, 각각 제1,제2 광섬유 증폭기(51a),(51b)를 각각 통과시킨다. 상기 제,제2 광섬유 증폭기(51a),(51b)를 통과한 후 펌프광(41a)과 신호광(41b)의 출력 광신호는 거의 10 mW 정도가 되도록 한다. ASE 잡음을 제거하기 위하여 각각 밴드패스 필터(52)를 통과시킨다. 입력광의 편광상태의 변화를 주기 위하여 입력부 쪽에 편광조절기(54)를 삽입한다. 펌프광(41a)과 신호광(41b)을 3 dB 광섬유 결합기(31)에서 결합하여 편광 분산 모드값이 큰 10 km 분산천이 광섬유(12)를 통과시킨다. 이때, 신호광(41b)과 펌프광(41a)은 분산천이 광섬유(12)를 진행하면서 편광상태가 스크램블링되어 입력 편광 상태와 상관없이 일정한 4광파 신호를 얻을 수 있다. 다시말하면, 편광 모드 분산값이 큰 광섬유에서 4광파 혼합이 일어날 경우 출력단에 편광기를 통과시켜서 편광 성분의 최대와 최소사이의 신호 값을 비교해보면 차이가 없게 되지만 편광 모드 분산값이 적은 광섬유를 통과 시킬 경우 편광성분의 최대와 최소사이의 신호값을 비교해 보면 15 dB 이상의 큰 차이를 보이게 된다. 따라서, 편광모드 분산값이 큰 광섬유를 이용하면 광섬유가 진행하면서 편광 스크램블링이 일어나게되고 입력 편광 성분과 무관하게 일정한 4광파 신호를 얻을 수 있게 되므로 편광 무관한 역다중화된 신호를 얻을 수 있다.

여기서, 사용된 분산천이 광섬유(12)의 영분산 값은 1544.5 nm 이다. 출력단에서는 제3 밴드패스 필터(52c)를 이용하여 4광파 혼합에 의한 역다중화된 신호를 측정할 수 있다. 이 때 10 GHz의 신호광(41b)과 2.5 GHz의 펌프광(41a)을 시간축 상에서 동기화 시켜주고, 동기화 된 신호가 4광파 혼합에 의한 새로운 광이 생성되며, 이 신호를 제3 밴드패스 필터(52c)를 사용하여 역다중화하는 것이다.

여기서, 신호광(41b)의 10 GHz 성분중에서 2.5 GHz 성분만 4광파 혼합된 광으로 생성되며, 이 광이 10 GHz 에서 2.5 GHz로 역다중화된 신호이다. 예를 들면, 신호광(41b)의 파장은 1546.8 nm 이고, 펌프광(41a)의 파장은 1544.4 nm 일때, 상기 분산천이 광섬유(12)에서 생성된 4광파 신호는 각각 1542 nm와 1549.2 nm이다.

이하, 본 발명의 제2 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광에 무관한 광 역다중화기의 구성을 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와같이, 편광에 무관한 광 역다중화기는 펌프광원(41a)과 신호광원(41b)으로 이루어진 입력 광원과, 상기 입력광원을 각각 증폭시키는 제1, 제2 광 증폭기(51a),(51b)와, 상기 제1,제2 광 증폭기(51a),(51b)에서 증폭된 광신호의 잡음을 각각 제거하는 제1,제2 밴드 패스 필터(52a),(52b)와, 상기 제1 밴드 패스 필터(52a)의 출력 광신호를 제1,제2 광신호로 나누는 WDM 광 결합기(11)와, 상기 WDM 광 결합기(11)의 제1 광신호의 편광 상태가 스크램블링되어 입력 편광상태와 상관없이 일정한 4광파신호를 발생하는 분산천이 광섬유(12)와, 상기 분산천이 광섬유(12)에서 발생된 4광파신호의 편광을 조절하는 제1 편광 조절기(54a)와, 상기 WDM 광 결합기(11)의 출력 광신호의 편광을 조절하는 제2 편광 조절기(54b)와, 상기 제1,제2 편광 조절기의 광신호를 결합하여 제1, 제2 광신호를 출력하는 3dB 광섬유 결합기(31)와, 상기 3dB 광섬유 결합기(31)의 제1 광신호 및 상기 제2 밴드 패스 필터(52b)의 출력 광신호를 회전시켜 출력하는 광 회전기(53)로 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광에 무관한 광 역다중화기의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 펌프 광원(41a), 신호 광원(41b), 제1,제2 광 증폭기(51a),(51b) 및 제1,제2 밴드 패스 필터(52a),(52b)의 동작은 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 동작 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1 밴드 패스 필터(52a)의 출력 광신호는 WDM 결합기(11)를 거쳐서 제1,제2 광신호로 나누어 진다.

상기 WDM 결합기(11)의 제1 광신호는 편광 분산 모드값이 큰 10 km 분산천이 광섬유(12)를 통과하게 된다. 이때, 상기 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 바와같이, 신호광(41b)과 펌프광(41a)은 분산천이 광섬유(12)를 진행하면서 편광상태가 스크램블링되어 입력 편광 상태와 상관없이 일정한 4광파 신호를 얻을 수 있다.

상기 WDM 결합기(11)의 제2 광신호 및 상기 분산천이 광섬유(12)의 4광파신호의 편광상태의 변화를 주기위하여 제1, 제2 편광 조절기(52a),(52b)가 삽입된다.

상기 제,제2 편광 조절기(52a),(52b)의 출력 광신호는 3dB 광섬유 결합기(31)를 거쳐 결합된 후, 제1,제2 광신호로 나누어진다.

상기 3dB 광섬유 결합기(31)의 출력 광신호 및 상기 제2 밴드 패스 필터(52b)의 출력 광신호는 광 회전기(53)를 거쳐 회전되어 출력되게 된다.

이상과 같이 본 발명은 편광 모드 분산값이 큰 광섬유(12)를 진행하면서 입력광원인 신호광(41b)과 펌프광(41a)의 편광상태와 상관없이 일정한 크기의 4광파 신호를 얻어내므로써 편광무관한 완전 광 역다중기를 구현하는 것이다..

본 발명은 종래의 4광파 혼합에 의한 광 역다중기 구현시 입력신호의 편광에 민감했던 부분을 높은 편광모드 분산을 갖는 광섬유를 사용하므로써 편광 무관한 광 역다중기를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims

4광파 혼합을 이용한 광 역다중기에 있어서,

펌프광원과 신호광원으로 이루어진 입력 광원과;

상기 입력광원을 각각 증폭시키는 제1,제2 광 증폭기와;

상기 제1,제2 광 증폭기에서 각각 증폭된 광신호의 잡음을 제거하는 제1,제2밴드 패스 필터와;

상기 제1,제2 밴드 패스 필터의 출력신호를 결합하여 2개의 광신호를 출력하는 3dB 광섬유 결합기와;

상기 3dB 광섬유 결합기의 출력 광신호의 편광 상태가 스크램블링되어 입력 편광상태와 상관없이 일정한 4광파신호를 발생하는 분산천이 광섬유와;

상기 분산천이 광섬유에 발생된 4광파신호를 역 다중화하는 밴드패스 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 밴드 패스 필터의 출력 광신호의 편광 상태를 조절하는 편광 조절기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
제 1 항에 있어서,

상기 신호 광원은 초단 광펄스 광원인 모드록킹된 어븀첨가 광섬유 레이저 및 모드록킹된 반도체 레이져중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
제 1 항에 있어서,

상기 펌프광원은 상기 분산천이 광섬유의 영분산 파장과 일치하는 광원을 사용하는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
제 1 항에 있어서,

상기 분산천이 광섬유는 10GHz의 신호광과 2.5GHz의 펌프광을 시간축 상에서 동기화시켜 4광파신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
4광파 혼합을 이용한 광 역다중기에 있어서,

펌프광원과 신호광원으로 이루어진 입력 광원과;

상기 입력광원을 각각 증폭시키는 제1, 제2 광 증폭기와;

상기 제1,제2 광 증폭기에서 증폭된 광신호의 잡음을 각각 제거하는 제1,제2 밴드 패스 필터와;

상기 제1 밴드 패스 필터의 출력 광신호를 제1,제2 광신호로 나누는 WDM 광 결합기와;

상기 WDM 광 결합기의 제1 광신호의 편광 상태가 스크램블링되어 입력 편광상태와 상관없이 일정한 4광파신호를 발생하는 분산천이 광섬유와;

상기 분산천이 광섬유에서 발생된 4광파신호와 상기 WDM 광 결합기의 제2 광신호를 결합하여 제1, 제2 광신호를 출력하는 3dB 광섬유 결합기와;

상기 3dB 광섬유 결합기의 제1 광신호 및 상기 제2 밴드 패스 필터의 출력 광신호를 회전시켜 출력하는 광 회전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
제 6 항에 있어서,

상기 분산천이 광섬유에서 발생된 4광파신호의 편광을 조절하는 제1 편광 조절기와;

상기 WDM 광 결합기의 출력 광신호의 편광을 조절하는 제2 편광 조절기을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
제 6 항에 있어서,

상기 신호 광원은 초단 광펄스 광원인 모드록킹된 어븀첨가 광섬유 레이저 및 모드록킹된 반도체 레이져중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
제 6 항에 있어서,

상기 펌프광원은 상기 분산천이 광섬유의 영분산 파장과 일치하는 광원을 사용하는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.
제 6 항에 있어서,

상기 분산천이 광섬유는 10GHz의 신호광과 2.5GHz의 펌프광을 시간축 상에서 동기화시켜 4광파신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 편광에 무관한 광 역다중화기.