KR20010054654A - Apparatus and method for measuring chromatic dispersion based on interferometer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광섬유나 광소자의 색분산을 간섭계를 이용해 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring color dispersion of an optical fiber or an optical device using an interferometer.
광섬유나 광소자의 색분산은 파장에 따라 상대적인 전파속도가 다르기 때문에 발생한다. 즉, 반도체 레이저와 같은 광원에 실린 광신호는 중심파장 이외에 여러 다른 파장 성분으로 이루어져 있다. 이와 같이 서로 다른 파장들의 광섬유를 통해 전송될 때 각 파장들의 전파속도가 다르기 때문에 색분산이 발생하는데, 이로 인해 신호가 왜곡되고, 광전송 시스템의 전송 성능이 열화된다. 따라서, 광전송 시스템의 설계에 있어서, 광전송 선로에서의 색분산을 정확하게 측정하고, 측정된 색분산을 적절하게 보상하는 것이 매우 중요하다.Color dispersion of optical fibers or optical devices occurs because the relative propagation speed varies depending on the wavelength. That is, the optical signal loaded on a light source such as a semiconductor laser is composed of various wavelength components in addition to the central wavelength. As such, when the transmission speed is different through optical fibers of different wavelengths, color dispersion occurs because the propagation speeds of the respective wavelengths are different, which causes distortion of the signal and deteriorates the transmission performance of the optical transmission system. Therefore, in the design of the optical transmission system, it is very important to accurately measure the color dispersion in the optical transmission line and to properly compensate the measured color dispersion.
광전송 선로의 색분산 특성을 측정하기 위한 다양한 측정방법들 중 한 가지가 도 2에 도시되어 있다. 즉, 도 2는 종래기술에 따른 간섭계를 이용한 색분산 측정장치의 구성도이다.One of various measurement methods for measuring chromatic dispersion characteristics of an optical transmission line is shown in FIG. 2. That is, Figure 2 is a block diagram of a color dispersion measurement apparatus using an interferometer according to the prior art.
도 2를 참조하면, 이는 기존경로로 공기(air)를 이용한다. 이 색분산 측정장치는 선폭이 넓은 광신호를 발사하는 광원(210)과, 상기 광신호에 대해 기준 경로와 측정할 광섬유를 통과한 경로 사이의 간섭신호를 얻기 위한 간섭계(220), 상기 간섭신호를 전기적 신호로 변환하는 광 검출기(230), 및 간섭계(220)의 경로를 제어하고 수신된 간섭신호로부터 색분산을 계산하기 위한 신호처리부(240) 등으로 구성된다.Referring to FIG. 2, this uses air as an existing path. The color dispersion measuring apparatus includes a light source 210 for emitting an optical signal having a wide line width, an interferometer 220 for obtaining an interference signal between a reference path and a path through an optical fiber to be measured, and the interference signal for the optical signal. A photo detector 230 for converting the signal into an electrical signal, and a signal processor 240 for controlling the path of the interferometer 220 and calculating color dispersion from the received interference signal.
여기서, 간섭계(220)는 상기 광신호를 분기하는 광분배기(221)와, 상기 분기된 광신호 중 하나의 광신호의 편광을 조절하고 측정할 광섬유(224) 쪽으로 전달하는 편광조절기(222), 상기 분기된 광신호 중 다른 하나의 광신호의 공기에서의 광경로를 형성하기 위한 두 개의 렌즈(223), 상기 렌즈를 조절하여 공기에서의 광경로를 선형적으로 변화시키기 위한 모터(225), 그리고 측정할 광섬유(224)를 통과한 광신호와 두 개의 렌즈(223)를 통해 공기 경로를 통과한 광섬유를 결합하여 광 검출기(230)로 전달하는 광분배기(226)로 구성된다.Here, the interferometer 220 is an optical splitter 221 for dividing the optical signal, a polarization controller 222 for controlling the polarization of the optical signal of one of the branched optical signal and transmits to the optical fiber 224 to be measured, Two lenses 223 for forming the optical path in the air of the other one of the branched optical signals, a motor 225 for linearly changing the optical path in the air by adjusting the lens, The optical signal is passed through the optical fiber 224 to be measured and the optical fiber passed through the air path through the two lenses 223 is coupled to the optical splitter 226 for transmitting to the photo detector 230.
상기와 같이 구성된 종래의 간섭계를 이용한 색분산 측정장치의 측정원리는 다음과 같다. 선폭이 넓은 광원(210)의 출력인 광신호는 간섭계(220)의 광분배기(221)에서 두 개의 경로로 분리된다. 한쪽 경로는 편광조절기(222)와 측정할 광섬유(224)를 통과하고, 다른 쪽 경로는 기준 경로로서 두 개의 렌즈(223)와 두 렌즈 사이의 공기를 통과한다. 기준 경로는 두 개의 렌즈(223)와 RI(Refractive Index)를 미리 알고 있는 공기를 통과하기 때문에 하나의 렌즈를 모터에 의해 위치 조절하면 기준 경로의 길이를 선형적으로 변화시킬 수 있다.The measuring principle of the apparatus for measuring color dispersion using a conventional interferometer configured as described above is as follows. The optical signal, which is the output of the light source 210 having a wide line width, is separated into two paths in the optical splitter 221 of the interferometer 220. One path passes through the polarization controller 222 and the optical fiber 224 to be measured, and the other path passes through the air between the two lenses 223 and the two lenses as a reference path. Since the reference path passes through the air in which the two lenses 223 and the reflective index (RI) are known in advance, the length of the reference path may be linearly changed by positioning one lens by a motor.
신호처리부(240)는 시간축 상에서 주기적으로 샘플링된 간섭무늬를 얻는 장치이다. 신호처리부(240)는 모터(225)를 구동하여 공기로 이루어진 기준 경로의 길이를 선형적으로 변화시키면서 광검출기(230)를 통해 간섭 데이터를 수집한다. 간섭계(220)에서 기준 경로의 길이를 주기적으로 변화하면서 얻어진 간섭데이터는 간섭계를 통과하는 광신호의 퓨리에 변환된 동일한 형태이다. 따라서, 수집된 간섭데이터를 신호 처리부(240)에서 푸리에 변환과 미분 등의 과정을 거쳐 색분산을 얻을 수 있다.The signal processor 240 is an apparatus for obtaining an interference fringe periodically sampled on the time axis. The signal processor 240 drives the motor 225 to collect interference data through the photodetector 230 while linearly changing the length of the reference path made of air. Interferometer data obtained by periodically changing the length of the reference path in the interferometer 220 is the same form Fourier transform of the optical signal passing through the interferometer. Accordingly, the collected interference data may be obtained by the signal processing unit 240 through a process such as Fourier transform and derivative.
이와 같이 공기를 기준 경로로 이용하는 색분산 측정장치는 다음과 같은 특징이 있다. 즉, 수 m 이내의 매우 짧은 길이의 광섬유에서 색분산 측정이 가능하고, 다른 방식들에 비해 비교적 비용이 적게 드는 장점을 갖는다. 그러나, 간섭계구성시 렌즈로 이루어지는 기준 경로는 미세한 진동에도 매우 민감하므로 진동을 제거하기 위해서는 광테이블과 같은 특수한 조건이 요구된다. 또한, 간섭계에서 기준 경로인 공기에서 광신호의 손실이 매우 크므로 측정할 광섬유의 길이가 제한되므로 오차 한계가 커지게 되는 문제점이 있었다.Thus, the color dispersion measuring apparatus using air as a reference path has the following characteristics. That is, chromatic dispersion measurement can be performed in a very short length optical fiber within a few meters, and it is relatively inexpensive compared with other methods. However, since the reference path formed by the lens in the interferometer is very sensitive to minute vibrations, special conditions such as an optical table are required to remove the vibrations. In addition, since the loss of the optical signal in the air as a reference path in the interferometer is very large, there is a problem that the error limit is increased because the length of the optical fiber to be measured is limited.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광섬유의 종류와, 길이, 그리고 외부환경의 변화에 덜 민감하도록 간섭계를 구성하고, 이를 이용하여 광섬유의 색분산을 측정하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the interferometer is configured to be less sensitive to changes in the type, length, and external environment of the optical fiber, and to measure the color dispersion of the optical fiber using the same To provide an apparatus and method for.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 간섭계를 이용한 색분산 측정장치의 구성도,1 is a block diagram of an apparatus for measuring color dispersion using an interferometer according to an embodiment of the present invention;
도 2는 종래기술에 의한 간섭계를 이용한 색분산 측정장치의 구성도,2 is a block diagram of a chromatic dispersion measurement device using an interferometer according to the prior art,
도 3은 도 1에 도시된 간섭계에서 얻어지는 간섭무늬를 도시한 그래프도,3 is a graph showing an interference fringe obtained in the interferometer shown in FIG. 1;
도 4는 도 1에 도시된 색분산 측정장치에서 복원된 스펙트럼을 도시한 그래프도,4 is a graph showing the restored spectrum in the chromatic dispersion measurement device shown in FIG.
도 5는 도 1에 도시된 색분산 측정장치에서 측정된 색분산을 도시한 그래프도이다.FIG. 5 is a graph illustrating color dispersion measured by the apparatus for measuring color dispersion shown in FIG. 1.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 간섭계를 이용한 색분산 측정장치는, 선폭이 넓은 광신호를 발사하는 광원과, 기준 경로를 통과한 광신호와 색분산을 측정할 광섬유를 통과한 광신호 사이의 간섭신호를 얻기 위한 간섭계, 상기 간섭신호를 전기적 신호로 변환하는 광검출기, 및 상기 간섭신호로부터 색분산을 계산하는 신호처리부를 포함하는 간섭계를 이용한 색분산 측정장치에 있어서. 상기 간섭계의 기준 경로는 분산값을 알고 있고, 길이 조정이 가능한 광섬유를 이용하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the apparatus for measuring color dispersion using an interferometer according to the present invention includes a light source for emitting an optical signal having a wide line width, an optical signal passing through a reference path, and an optical signal passing through an optical fiber for measuring color dispersion. An apparatus for measuring color dispersion using an interferometer comprising an interferometer for obtaining an interference signal therebetween, a photodetector for converting the interference signal into an electrical signal, and a signal processor for calculating color dispersion from the interference signal. The reference path of the interferometer knows the dispersion value and is characterized by using an optical fiber whose length can be adjusted.
양호하게는, 상기 간섭계는, 상기 광원으로부터 발사된 광신호를 2개로 분기하는 광분배기와, 상기 분기된 광신호 중 하나의 광신호가 통과하는 측정할 광섬유, 상기 분기된 광신호 중 다른 하나의 광신호가 통과하여 기준 경로를 형성하는 기준 광섬유, 및 상기 기준 광섬유를 감으면서 형성되어 상기 기준 광섬유의 길이를 변화시키기 위한 PZT를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the interferometer includes an optical splitter for splitting the optical signal emitted from the light source into two, an optical fiber to be measured through which one optical signal of the branched optical signal passes, and another optical beam of the branched optical signal. And a PZT for forming a reference path through which an arc passes and forming a reference path, and a PZT formed by winding the reference fiber to change the length of the reference fiber.
보다 양호하게는, 상기 PZT에 구동하여 상기 기준 광섬유의 길이가 변화되도록 하는 삼각파 발생기를 더 포함한 것을 특징으로 한다.More preferably, it further comprises a triangular wave generator for driving the PZT to change the length of the reference optical fiber.
또한, 본 발명에 따른 간섭계를 이용한 색분산 측정방법은, 선폭이 넓은 광신호를 두 개의 경로로 분기하는 제 1 단계와, 상기 분기된 경로 중 한 쪽 경로는 색분산을 측정하고자 하는 광섬유를 통과시키고 다른 쪽 경로에는 길이가 선형적으로 변화하는 기준 광섬유를 통과시키며, 두 광섬유를 통과한 광신호를 서로 결합하여 간섭무늬를 얻는 제 2 단계, 및 상기 간섭신호로부터 상기 측정할 광섬유의 색분산을 계산하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a method of measuring color dispersion using an interferometer according to the present invention includes a first step of dividing an optical signal having a wide line width into two paths, and one of the branched paths passes through an optical fiber to measure color dispersion. Pass a reference fiber having a linearly varying length in the other path, and combining the optical signals passing through the two optical fibers with each other to obtain an interference fringe; and the color dispersion of the optical fiber to be measured from the interference signal. And a third step of calculating.
양호하게는, 상기 제 3 단계는, 상기 간섭신호를 주파수변환하여 광원의 스펙트럼을 복원하는 단계와, 복원된 광원의 스펙트럼의 위상성분으로부터 색분산을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the third step may include recovering the spectrum of the light source by frequency converting the interference signal, and calculating color dispersion from phase components of the recovered light source spectrum.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "간섭계를 이용한 색분산 측정장치 및 방법"에 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail "apparatus and method for measuring color dispersion using an interferometer" according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서는 분산값을 미리 알고 있는 광섬유를 기준 경로로 하는 간섭계를 이용한 색분산 측정장치를 고안한다.The present invention devises a device for measuring color dispersion using an interferometer having an optical fiber having a known dispersion value as a reference path.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 간섭계를 이용한 색분산 측정장치를 도시한 구성도이다. 이는 선폭이 넓은 광신호를 발사하는 광원(110)과, 기준 경로를 통과한 광신호와 색분산을 측정할 광섬유를 통과한 광신호 사이의 간섭신호를 얻기 위한 간섭계(120), 상기 간섭신호를 전기적 신호로 변환하는 광검출기(130), 간섭계의 PZT(Piezo-Electric Translator)를 제어하기 위한 삼각파 발생기(150), 및 이 삼각파 발생기(150)를 제어하고 상기 간섭신호로부터 색분산을 계산하는 신호처리부(140)를 포함한다.1 is a block diagram showing a color dispersion measurement apparatus using an interferometer according to an embodiment of the present invention. The interferometer 120 obtains an interference signal between the light source 110 for emitting an optical signal having a wide line width, the optical signal passing through the reference path and the optical signal passing through the optical fiber to measure color dispersion, and the interference signal. A signal for controlling the photodetector 130 for converting into an electrical signal, a triangular wave generator 150 for controlling a piezo-electric translator (PZT) of an interferometer, and a triangular wave generator 150 for calculating color dispersion from the interference signal. It includes a processor 140.
여기서, 간섭계(120)는 광원으로부터 발사된 광신호를 2개로 분기하는 광분배기(121)와, 분기된 광신호 중 하나의 광신호의 편광을 조절하는 편광조절기(122), 이 편광 조절된 광신호가 통과하는 측정할 광섬유(124), 분기된 광신호 중 다른 하나의 광신호가 통과하는 기준 광섬유(125), 이 기준 광섬유(125)의 길이를 변화시키기 위한 PZT(123)로 구성된다. 여기서, 기준 광섬유(125)는 PZT(123)에 감겨서 PZT의 길이변화에 따라 기준 광섬유의 길이도 변화한다.Here, the interferometer 120 is an optical splitter 121 for splitting the optical signal emitted from the light source into two, a polarization controller 122 for controlling the polarization of one optical signal of the branched optical signal, the polarized light control The optical fiber 124 to be passed through the call, the reference optical fiber 125 through which the other optical signal of the branched optical signal passes, and the PZT 123 for changing the length of the reference optical fiber 125. Here, the reference optical fiber 125 is wound around the PZT 123 and the length of the reference optical fiber also changes according to the length change of the PZT.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 간섭계를 이용한 색분산 측정장치의 측정원리를 설명하면 다음과 같다.Referring to the measurement principle of the color dispersion measurement apparatus using the interferometer according to the present invention configured as described above are as follows.
선폭이 넓은 광원(110)의 출력인 광신호는 간섭계(120)의 광분배기(121)를 거쳐 두 개의 경로로 분리된다. 간섭계(120)의 한쪽 경로는 편광조절기(122)와 측정할 광섬유(124)를 통과하고, 다른 쪽 경로는 분산값을 미리 알고 있는 기준 광섬유(125)와 PZT(123)를 통과한다. 이 PZT(123)는 삼각파 발생기(150)에 의해 구동되어 길이가 선형적으로 증가하므로 기준 광섬유(125)의 전체 길이도 선형적으로 증가한다.The optical signal, which is the output of the light source 110 having a wide line width, is separated into two paths through the optical splitter 121 of the interferometer 120. One path of the interferometer 120 passes through the polarization controller 122 and the optical fiber 124 to be measured, and the other path passes through the reference optical fiber 125 and the PZT 123 having a known dispersion value. The PZT 123 is driven by the triangular wave generator 150 so that the length increases linearly, so that the overall length of the reference optical fiber 125 also increases linearly.
따라서, 신호 처리부(140)는 시간축 상에서 주기적으로 샘플링된 간섭무늬를 얻기 위해 삼각파 발생기(150)를 통해 PZT(123)를 구동하여, 기준 광섬유(125)의 길이를 선형적으로 변화시키면서 광검출기(130)를 통해 간섭신호를 수집한다.Therefore, the signal processor 140 drives the PZT 123 through the triangular wave generator 150 to obtain the interference fringe periodically sampled on the time axis, thereby linearly varying the length of the reference optical fiber 125 and detecting the photodetector ( 130 to collect the interference signal.
도 3은 도 1에 도시된 간섭계에서 얻어지는 간섭무늬를 도시한 그래프도이다. 도 3의 (a)는 전체 간섭무늬이고, 도 3의 (b)는 일부 구간을 확대한 형태이다. 도 3에 도시된 바와 같이 기준 광섬유(125)의 길이가 선형적으로 변함에 따라 시간축 상에서 간섭된 광신호의 세기가 변하는 형태로 표현된다. 간섭계에서 기준 경로의 길이를 주기적으로 변화시킬 때 얻어지는 간섭신호는 측정할 광섬유를 통과하는 광신호의 퓨리에 변환된 형태와 동일하다. 따라서, 신호처리부(140)가 수집된 간섭신호를 푸리에 변환 및 미분 등의 과정을 수행하면, 상기 측정할 광섬유(124)의 색분산을 얻을 수 있다.FIG. 3 is a graph illustrating an interference fringe obtained in the interferometer shown in FIG. 1. Figure 3 (a) is the entire interference fringe, Figure 3 (b) is an enlarged form of some sections. As shown in FIG. 3, as the length of the reference optical fiber 125 changes linearly, the intensity of the interfering optical signal on the time axis changes. The interference signal obtained when the interferometer periodically changes the length of the reference path is the same as the Fourier transformed form of the optical signal passing through the optical fiber to be measured. Therefore, when the signal processor 140 performs Fourier transform and differential processing on the collected interference signal, color dispersion of the optical fiber 124 to be measured may be obtained.
도 4는 도 3의 간섭무늬를 푸리에 변환하여 얻은 스펙트럼을 도시한 그래프도이고, 도 5는 도 4의 스펙트럼의 위상성분을 미분 등의 신호처리하여 얻어진 광섬유의 색분산 값을 도시한 그래프도이다.FIG. 4 is a graph illustrating a spectrum obtained by Fourier transforming the interference fringe of FIG. 3, and FIG. 5 is a graph illustrating chromatic dispersion values of optical fibers obtained by signal processing of phase components of the spectrum of FIG. .
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above based on the preferred embodiments thereof, these embodiments are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 분산값을 알고있는 기준 경로의 길이를 변화시키면서, 측정할 광섬유를 통과한 광신호와 기준 경로를 통과한 광신호 사이의 간섭신호를 이용하여 색분산을 측정한다. 이는 공기를 기준 경로로 이용하는 방식에 비해 진동과 같은 외부 환경에 덜 민감하고, 보다 안정적으로 색분산을 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 보다 긴 길이의 광섬유에 대한 색분산의 측정이 가능하므로 정밀도의 향상을 얻을 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, color dispersion is measured by using an interference signal between the optical signal passing through the optical fiber to be measured and the optical signal passing through the reference path while varying the length of the reference path having a known dispersion value. This is less sensitive to external environments such as vibration and more stable color dispersion than the method using air as a reference path. In addition, the present invention can measure the color dispersion of the optical fiber of a longer length, there is an effect that can improve the accuracy.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1999
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR100947731B1 (en) * | 2008-01-30 | 2010-03-16 | 광주과학기술원 | Apparatus for and method of measuring chromatic dispersion of optical fiber and otical waveguide using spectral interferometer |
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