KR20000051885A - 광섬유의 분산값 측정시스템 - Google Patents

광섬유의 분산값 측정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 분산값 측정시스템에 관한 것으로, 광신호를 방출하는 광원; 소정의 RF 신호를 인가받아 광신호를 변조하는 광변조기; 광변조된 신호를 증폭하는 광증폭기; 소정 파장대에서 광증폭된 신호의 ASE를 제거하는 ASE제거필터; ASE 제거된 광신호를 전달하는 분산보상하는 분산매질; 분산매질의 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광전변환기; 및 광전변환기로부터의 전기적 신호를 분석하고, 소정의 RF 신호를 생성하여 광변조기의 고주파 단자에 제공하는 네트웍 분석기를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 광섬유 광증폭기 후단에 1530nm 파장대역 제거 필터(rejection filter)를 사용함으로써 공진피크 점들의 흔들림이 적게되어 측정값의 정확도 향상시킬 수 있다. 그리고 다양한 분산매질의 측정이 가능하며, 고가의 상용화되어 있는 계측시스템을 이용하지 않고 범용의 측정설비를 이용함으로써 경제적이다. 또한 동시에 처핑값의 측정이 가능하고, 측정이 빠르다.

Description

광섬유의 분산값 측정시스템{Dispersion value measurement system of optical fiber}
본 발명은 광섬유 측정 시스템에 관한 것으로서, 특히 광섬유의 분산값 측정시스템에 관한 것이다.
광섬유의 색분산은 광섬유에서의 군속도가 파장에 따라 다르기 때문에 생기는 현상으로 광펄스가 진행하면서 펄스폭이 넓어지는 정도를 나타낸다. 전송한 데이터의 펄스폭이 넓어지면 심볼간의 간섭(Inter symbol Interference )이 발생함으로써 데이터 검출의 에러 요인이 되고 있다. 또한 송신부의 신호 변조시 발생하는 처핑에 의한 발진선폭의 증대는 광섬유를 통과하면서 색분산의 영향을 증대시켜 전송거리를 제한하는 요인이 되고 있다. 색분산의 영향은 전송속도가 증가하고 전송길이가 길어지면 그 영향이 더욱 심각해져서 고속의 전송 시스템에서 성능을 결정하는 주 요인이 되고 있다. 색분산에 의해 파워손실(power penalty)이 발생하는 전송거리는 수학식 1로 표현될 수 있다. 수학식 1에서 c는 빛의 속도, λ는 중심파장, D는 광섬유의 색분산값, B는 전송비트율, γd는 색분산 지수,는 펄스 퍼짐(pulse broadening )과 입력펄스폭(input pulse width)의 비를 나타내며, 일반적으로 1dB power penalty 에 대해서 0.252의 값을 갖고 2dB power penalty 에 대해서는 0.321의 값을 갖는다.
고속의 광전송 시스템에서 색분산의 영향을 보상해주지 않으면 장거리 전송이 불가능한 것을 수학식 1으로부터 알 수 있다. 색분산을 보상하기 위한 대표적인 방법으로는 분산보상광섬유와 쳐핑된 광섬유 격자(chirped fiber grating) 모듈을 사용하는 방법이 있다. 이와 같이 단일모드 광섬유와 분산모듈들의 특정 파장에서의 분산값과 파장에 따른 분산값의 기울기를 측정할 필요가 있다.
분산값 측정을 위한 종래의 기술로는 광변조기에 소신호의 정현파신호를 인가한 상태에서 광변조기의 출력신호가 광증폭기와 단일모드광섬유를 지나도록 함으로써 주파수영역에서 공진피크가 발생하도록하는 소신호 해석법을 사용하여 왔다.
도 1은 종래의 분산값 측정 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.도시된 바와 같이, 종래의 처핑값 측정장치는 광원으로서 레이저 다이오드(1), 편광 조절기(3), 외부광 변조기(5), 광증폭기(6), 단일모드 광섬유(7), 광전변환기(8), DC 전원(9), DC 바이어스 선택 필터(10), DC차단 접지회로(11) 및 네트웍 분석기(12)로 구성되어 있다. 레이저 다이오드(1)에서 방출된 광출력 신호는 편광조절기(3)에 입사된다. 편광 조절기(3)에 의해 편광조절된 광신호는 특정 편광 성분만 선택되어 광변조기(5)의 광입력단자로 입력된다. 또한, 광변조기(5)의 RF 단자에는 네트웍 분석기(network analyzer, 12)의 주파수 발생기로부터 수MHz에서 20GHz정도의 소신호의 정현파 신호가 인가된다. 또한 광변조기(5)의 광출력 신호를 광증폭기(6)로 증폭하여 단일모드 광섬유(7)에 인가하고, 단일모드 광섬유(7)에서 분산시켜 광전 변환기(8)를 통해 다시 네트웍 분석기(12)로 인가되도록 구성되어 있다. 이러한 측정 장치에 사용되는 80~100km 길이의 광섬유(7)는 분산을 발생시키는 분산매질로 사용되며, 단일모드 광섬유의 분산값이 17ps/km/nm 이므로 80~100km의 경우 분산값은 1360~1700ps/nm 정도이다. 또한 단일모드 광섬유의 전송 손실이 0.2dB/km로 광섬유를 통과한 후의 신호가 매우 미약하게 되어 광증폭기(6)를 사용하여 증폭해야 하는 단점이 있다. 또한 광증폭기(6)의 1530nm 파장대역의 증폭된 자발방출(Amplified Sponstaneous Emission : 이하 ASE 라 함)스펙트럼으로 인해 전체적인 광세기가 흔들리게 된다. 따라서 공진피크 점들의 흔들림 발생으로 인해 분산값 측정의 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 소신호 해석법과 광섬유증폭기의 소정 파장대역의 스펙트럼 제거필터를 사용하여 종래의 측정방법보다 분산값 측정의 정확도를 개선한 광섬유 분산값 측정 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 분산값 측정 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 분산값 측정 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 인가전압을 2.5 볼트로 하였을때의 공진피크를 도시한 것이다.
도 4는 외부변조기에 인가되는 전압에 따른 공진피크값을 측정하여 그 결과를 수학식 2로부터 계산하여 얻어낸 처핑값을 나타내고 있다.
도 5는 단일모드 광섬유의 파장에따른 분산값을 나타낸 것이다.
도 6은 분상보상 광섬유 모듈의 파장에 따른 분산값 측정 결과를 나타내고 있다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 파장가변 레이저 다이오드, 210 : 파장측정기
220 : 편광조절기, 230 : 광변조기
240 : 광증폭기, 250 : ASE 제거필터
260 : 분산매질, 270 : 광전변환기
280 : 네트웍 분석기
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 광섬유 분산값 측정시스템은, 광신호를 방출하는 광원; 소정의 RF 신호를 인가받아 상기 광신호를 변조하는 광변조기; 상기 광변조된 신호를 증폭하는 광증폭기; 소정 파장대에서 상기 광증폭된 신호의 ASE를 제거하는 ASE제거필터; 상기 ASE 제거된 광신호를 전달하는 분산보상하는 분산매질; 상기 분산매질의 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광전변환기; 및 상기 광전변환기로부터의 전기적 신호를 분석하고, 상기 소정의 RF 신호를 생성하여 상기 광변조기의 고주파 단자에 제공하는 네트웍 분석기를 포함함을 특징으로 한다.
상기 광섬유의 분산값 측정시스템은, 상기 광신호로부터 소정 편광 성분만을 선택적으로 통과시켜 편광 조절하는 편광 조절기를 더 구비하고, 상기 광변조기는 소정의 RF 신호를 인가받아 상기 편광조절된 광신호를 변조함을 특징으로 한다.
상기 광원은 소정 파장의 광신호를 생성하며, 상기 파장을 변화시킬 수 있는 파장가변 레이저 다이오드; 및 상기 파장가변 레이저 다이오드에서 생성된 광신호의 파장을 측정하는 파장 측정기로 이루어짐이 바람직하다.
상기 분산매질은, 광섬유, 분산보상 광섬유 모듈 및 처핑된 광섬유 격자 모듈 중 어느 하나임이 바람직하다.
상기 네트웍 분석기는, 상기 광전변환기로부터의 전기적 신호를 분석하여 공진피크에 해당하는 주파수를 검출함을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광섬유 분산값 측정 시스템의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 분산값 측정 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다. 상기 광섬유 분산값 측정 시스템은 파장가변 레이저 다이오드(200), 파장측정기(210), 편광조절기(220), 광변조기(230), 광증폭기(240), ASE 제거필터(250), 분산매질(260), 광전변환기(270) 및 네트웍분석기(280)로 이루어진다.
상기 파장가변 레이저 다이오드(200)는 광신호를 방출하는 광원으로서, 생성하는 광신호의 파장을 변화시킬 수 있다. 그리고 파장측정기(210)는 상기 파장가변 레이저 다이오드(200)로부터 생성된 광신호의 파장을 측정한다.
상기 편광조절기(220)는 상기 광신호로부터 소정 편광성분만을 선택적으로 통과시켜 편광조절한다.
상기 광변조기(230)는 RF신호를 받아들이는 RF단자를 구비하며, 상기 네트웍분석기(280)에서 생성된 RF 신호를 상기 RF단자를 통해 받아들여 상기 편광조절된 광신호를 변조한다.
상기 광증폭기(240)는 미약한 세기의 상기 광변조된 신호를 증폭한다.
상기 ASE 제거필터(250)는 상기 광증폭된 신호의 소정 파장대의 ASE를 제거한다. 본 실시예에서는 1530nm 파장대역의 ASE 피크 파장영역을 제거한다.
상기 분산매질(260)은 상기 ASE 제거된 광신호를 분산보상하며, 광섬유, 분산보상 광섬유 모듈 및 처핑된 광섬유 격자 모듈(chirped fiber grating module)을 사용할 수 있다. 또한 상기 ASE 제거필터(250)를 통해 ASE가 제거되면, 상기 분산매질을 통과한 후의 광세기가 흔들리는 것을 개선할 수 있다.
상기 광전변환기(270)는 상기 분산매질(260)의 광신호를 상기 네트웍분석기(280)를 통해 분석하기 위해 전기적 신호로 변환한다.
상기 네트웍분석기(network analyzer, 280)는 상기 광전변환기(270)로부터 입력되는 전기적 신호를 분석하고, 수 MHz 에서 20 GHz 정도의 소신호의 정현파 RF 신호를 생성하여 상기 광변조기(230)의 RF 단자로 출력한다.
한편, 본 발명의 동작원리를 설명하기로 한다. 수 MHz에서 20GHz 정도의 소신호의 정현파신호를 광변조기에 인가할 때 임의의 변조주파수에서의 광세기는 수학식 2로 표현될 수 있다.
m 은 변조 깊이(modulation depth), a는 처핑값, D는 분산매질의 분산값, f 는 변조 주파수를 나타내고 있다.
If= 0 일때 수학식 2는 수학식 3으로 표현될 수 있다.
수학식 3에서 LD는 임의의 길이를 갖는 분산매질의 분산값에 해당되며, u는 공진피크의 수, λ는 사용파장을 나타내고 있다.
수학식 3으로 부터 u에 대한 f2의 그래프를 그려보면 기울기값이 수학식 4와 같이 표현되므로 분산매질의 분산값은 수학식 4로부터 얻을 수 있다.
한편, 구체적인 예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 레이저다이오드(200)의 파장은 1552.52nm, 마하젠더 외부광강도변조기(230), -1405ps/nm/km의 분산값을 갖는 분산보상 광섬유모듈(260), 광전변환기(270) 등으로 측정 시스템을 도 2와 같이 구성한 후, 외부 광강도변조기(230)의 인가전압에 따른 처핑값을 측정하였다. 도 3은 인가전압을 2.5 볼트로 하였을때의 공진피크를 도시한 것이다. 도 4는 외부변조기에 인가되는 전압에 따른 공진피크값을 측정하여 그 결과를 수학식 2로부터 계산하여 얻어낸 처핑값을 나타내고 있다.
파장가변레이저(200), 마하젠더 LiNbO3변조기(230), 분산매질(260)로 단일모드광섬유와 분산보상광섬유(Dispersion Compensating Fiber:DCF), 광전변환기(270) 등으로 측정 구성도를 도 2와 같이 구성한 후, 파장가변레이저(200)의 파장영역을 1540~1565nm로 하여 파장에 따른 분산값을 측정하였다. 도 3은 변조기의 RF 단자에 네트웍 분석기(network analyzer, 280)로부터 수 MHz에서 20GHz 정도의 정현파신호를, 변조기(230)의 DC 입력단에 3.3 볼트의 DC 바이어스(bias)를 인가하였을때의 주파수 응답 특성을 나타낸 것이다. 공진 피크는 수학식 2의 If= 0 이 되는 주파수에 해당된다. 도 4는 피크점의 수(u)에 대한 도 3의 공진 피크점들(f2)의 기울기를 나타내고 있다. 도 5는 단일모드 광섬유의 파장에따른 분산값을 나타낸 것으로, 도 4에서 얻은 기울기값과 수학식 4로부터 얻은 분산값을 얻었다. 또한 도 6은 분상보상 광섬유 모듈의 파장에 따른 분산값 측정 결과를 나타내고 있다.
본 발명에 의하면, 광섬유 광증폭기 후단에 1530nm 파장대역 제거 필터(rejection filter)를 사용함으로써 공진피크 점들의 흔들림이 적게되어 측정값의 정확도 향상시킬 수 있다.
그리고 다양한 분산매질의 측정이 가능하며, 고가의 상용화되어 있는 계측시스템을 이용하지 않고 범용의 측정설비를 이용함으로써 경제적이다.
또한 동시에 처핑값의 측정이 가능하고, 측정이 빠르다.

Claims (6)

  1. 광신호를 방출하는 광원;
    소정의 RF 신호를 인가받아 상기 광신호를 변조하는 광변조기;
    상기 광변조된 신호를 증폭하는 광증폭기;
    소정 파장대에서 상기 광증폭된 신호의 ASE를 제거하는 ASE제거필터;
    상기 ASE 제거된 광신호를 전달하는 분산보상하는 분산매질;
    상기 분산매질의 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광전변환기; 및
    상기 광전변환기로부터의 전기적 신호를 분석하고, 상기 소정의 RF 신호를 생성하여 상기 광변조기의 고주파 단자에 제공하는 네트웍 분석기를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 분산값 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광신호로부터 소정 편광 성분만을 선택적으로 통과시켜 편광 조절하는 편광 조절기를 더 구비하고,
    상기 광변조기는
    소정의 RF 신호를 인가받아 상기 편광조절된 광신호를 변조함을 특징으로 하는 광섬유 분산값 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광원은
    소정 파장의 광신호를 생성하며, 상기 파장을 변화시킬 수 있는 파장가변 레이저 다이오드; 및
    상기 파장가변 레이저 다이오드에서 생성된 광신호의 파장을 측정하는 파장 측정기로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 분산값 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분산매질은
    광섬유, 분산보상 광섬유 모듈 및 처핑된 광섬유 격자 모듈 중 어느 하나임을 특징으로 하는 광섬유 분산값 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, ASE 제거필터의 ASE 제거 파장은
    1530nm 파장 대역임을 특징으로 하는 광섬유 분산값 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 네트웍 분석기는
    상기 광전변환기로부터의 전기적 신호를 분석하여 공진피크에 해당하는 주파수를 검출함을 특징으로 하는 광섬유 분산값 측정 시스템.
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