KR20020059940A - 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법 및 이를 수행하기위한 시스템 - Google Patents

창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법 및 이를 수행하기위한 시스템 Download PDF

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KR20020059940A
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Abstract

광섬유 내에 다양한 종류의 정보를 동시에 전송하는 파장분할다중(WDM: wavelength division multiplexing)광통신 시스템에서 회절격자에 입사되는 광신호의 폭 및 렌즈의 초점거리를 제어함으로서 통과대역 및 중심파장을 제어할 수 있도록 하기 위한 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템이 개시된다. 본 발명은 파장 다중화시킨 광신호를 입력받아 이를 확장하고, 확장된 광신호를 평행광 형태로 변환시키는 단계; 변환된 평행광을 사용하는 용도에 따라 개방폭 및 개방된 창의 개수가 조정된 창/공간필터에 입사시켜 개방된 영역에서만 광신호를 통과시켜 사용자가 원하는 영역의 광신호를 통과시키는 단계; 창/공간필터를 통과한 광신호는 집속하여 회절격자 및 회절격자를 회전시키기 위한 회전판로 구성된 기록매질에 입사시키는 단계; 그리고, 기록매질에서 반사된 임의의 파장을 갖는 빔의 반사각도를 변환하여 신호 검출기에 입사시켜 임의의 파장 영역만을 검출하는 단계를 포함한다.

Description

창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템{Method for wavelength selecting using a window control and apparatus for performing the same}
본 발명은 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 광섬유 내에 다양한 종류의 정보를 동시에 전송하는 파장분할다중(WDM: wavelength division multiplexing)광통신 시스템에서 회절격자에 입사되는 광신호의 폭 및 렌즈의 초점거리를 제어함으로서 통과대역 및 중심파장을 제어할 수 있도록 하기 위한 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
광통신 기술이 100Gbps 이상의 고속 전송을 위한 연구가 진행되면서, 단일 광섬유 내에 다양한 종류의 정보를 동시에 전송하는 파장분할다중(WDM: wavelength division multiplexing)광통신 시스템 기술에 대한 요구가 더욱 증대하고 있다. 현재 WDM 기술은 통신, 의료계측, 영상전송, 광접속 및 산업망 등의 분야에서 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 파장분할 다중방식은 추가적인 통신망의 설치 비용 없이 용량을 증가시키거나, 시스템 용량을 확장시킬 수 있기 때문에, 현존하는 통신망을 이용한 미래형 서비스의 혁신적인 수단이다. 이러한 WDM 시스템은 단일 광섬유에 각기 다른 파장을 이용해 다수의 가입자를 동시에 수용할 수 있는 기술로서, 파장선택기술이 필수적으로 요구된다.
이러한 파장선택기술 중 본 발명에서는 광 굴절 결정내에 형성된 회절격자를 이용하여 중심파장을 제어하는 기술을 적용한다. 회절격자를 이용한 파장선택기술에 있어서 중심파장을 제어하는 기술로는 기록빔의 입사각을 제어하여 새로운 회절격자를 재 기록하는 방식과 결정의 온도를 제어하여 굴절률 변화를 유도하는 방식이 사용된다. 이중 원하는 중심파장의 변화에 대응하여 새로운 격자를 재기록 하는 방식의 경우 이미 기록된 회절격자를 소거하고 새로운 각도를 통해 새로운 격자를 재 기록해야 하므로 튜닝시간이 길어지고, 수신단에 레이저 시스템 및 튜닝미러를 필요로 한다. 따라서, 실제적인 광통신 시스템에 적용하기에 부적절하다.
그리고, 온도제어를 통해 튜닝하는 경우 미세한 온도제어장치와 결정의 온도를 일정하게 유지해 주는 항온조 장치가 필요한 문제점이 있다. 이와 더불어 두 개 혹은 그 이상의 회절격자를 직렬로 연결해 중첩되는 부분만을 선택함으로서 파장 대역의 통과대역을 선택하는 방식이 있다. 그러나, 이 방식의 경우 통과대역 조정을 통해 외부에서 전압인가를 위한 부가적인 장치가 필요하며, 다수 회절격자의 직렬적인 연결로 인해 잡음 및 손실 성분이 누적된다는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 임의의 단일 회절격자를 이용해 통과대역 제어 및 중심파장의 선택이 가능하도록 수신빔을 집속광의 형태로 회절 격자에 입사시키고, 창/공간필터를 통한 창 제어 기법을 통하여 집속 렌즈로 입사되는 빔의 폭을 제어함으로써 통과대역 제어가 가능하도록 함으로서 파장선택기술에서 요구하는 중심파장 튜닝 능력과 3dB 통과대역 제어 능력을 동시에 수용할 수 있으며, 선택되는 파장영역에서 균일한 회절특성을 갖기 때문에 안정적인 파장 필터링을 구현할 수 있고, 편광무의존성 소자 구성이 가능한 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 방법을 수행하기 위한 시스템을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1의 시스템에서 창/공간필터의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 1의 시스템에서 가변대역필터로 사용되는 창/공간필터의 구조를 보여주기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1의 시스템에서 가변파장선택필터로 사용되는 창/공간필터의 구조를 보여주기 위한 단면도이다.
도 5는 도 4의 창/공간필터가 적용된 파장 선택 시스템의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템의 주파수 응답 곡선이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 하우징 110 : 송신부
112 : 광섬유 120 : 빔확장기
130 : 변환렌즈 140 : 창/공간필터
150 : 집속렌즈 160 : 빔분할기
170 : 기록매질 172 : 회절격자
174 : 회전판 180 : 검출렌즈
190 : 신호 검출기
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은
파장 다중화시킨 광신호를 입력받아 이를 확장하고, 확장된 광신호를 평행광 형태로 변환시키는 단계;
변환된 평행광을 사용하는 용도에 따라 개방폭 및 개방된 창의 개수가 조정된 창/공간필터에 입사시켜 개방된 영역에서만 광신호를 통과시켜 사용자가 원하는 영역의 광신호를 통과시키는 단계;
창/공간필터를 통과한 광신호는 집속하여 회절격자 및 상기 회절격자를 회전시키기 위한 회전판로 구성된 기록매질에 입사시키는 단계; 그리고,
기록매질에서 반사된 임의의 파장을 갖는 빔의 반사각도를 변환하여 신호 검출기에 입사시켜 임의의 파장 영역만을 검출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예는,
각 장치를 고정하기 위한 하우징장치;
하우징 장치내에 고정되어 광섬유를 통하여 송신부로부터 파장 다중화시킨 광신호를 입력받아 이를 확장시키기 위한 빔확장기;
빔확장기를 통하여 확장된 광신호를 평행광 형태로 변환시키기 위한 변환렌즈;
변환렌즈를 통과한 평행광을 입력받아 용도에 따라 개방폭 및 개방된 창의 개수를 조정함으로서 통과 대역의 조정 및 특정한 파장의 선택을 가능하게 하기 위한 창/공간필터;
창/공간필터를 통과한 광신호를 집속렌즈를 통하여 입력받아 광신호를 분리시키기 위한 회절격자 및 회절격자를 회전시키기 위한 회전판로 구성되어 광신호가 입사되는 각도를 조절하여 선택된 중심파장을 변화시킬 수 있는 가변성을 제공하는 기록매질; 그리고,
기록매질에서 반사된 선택된 중심파장을 갖는 빔의 반사방향을 바꾸어주는 빔분할기를 통하여 입력된 광신호를 검출렌즈를 통하여 입력받아 이를 검출하기 위한 신호 검출기를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템의 구성을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 도 1의 시스템에서 창/공간필터의 동작을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 도 1의 시스템에서 가변대역필터로 사용되는창/공간필터의 구조를 보여주기 위한 단면도이다. 또한, 도 4는 도 1의 시스템에서 가변파장선택필터로 사용되는 창/공간필터의 구조를 보여주기 위한 단면도이고, 도 5는 도 4의 창/공간필터가 적용된 파장 선택 시스템의 구성을 설명하기 위한 개념도이며, 도 6은 본 발명에 따른 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템의 주파수 응답 곡선이다.
본 발명에 따른 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템은 도 1에서 보는 바와 같이, 하우징 장치내(100)내에 광섬유(112), 기록매질(170), 렌즈(130, 150, 180), 창/공간필터(140), 빔분할기(160)등과 같은 구성요소들이 외부 환경에 영향을 받지 않도록 고정되어 형성된다. 광섬유(112)는 송신부(110)에서 lambda_1 ∼ lambda_N의 파장을 모두 포함하도록 파장 다중화시킨 광신호를 종단에 접속된 빔확장기(120)에 입력시키도록 구성된다. 빔확장기(120)는 광섬유(112)를 통하여 입력된 빛이 퍼지도록 변환시킨다. 빔확장기(120)를 통하여 퍼진 광신호는 변환렌즈(130)를 통과하면서 평행광 형태로 변환된다. 변환렌즈(130)를 통과한 평행광은 사용하는 용도에 따라 개방폭 및 개방된 창의 개수가 조정된 창/공간필터(140)에 입사된다. 창/공간필터(140)는 도 2에서 보는 바와 같이 개방된 영역에서만 광신호를 통과시키고, 차단된 영역에서는 광신호를 통과시키지 않아 임의의 영역 즉, 사용자가 원하는 영역의 광신호를 통과시킨다. 이를 위하여 창/공간필터(140)는 사용자가 임의로 개방영역을 변화시킬 수 있도록 하기 위한 기계적인 구성을 지닌다. 창/공간필터(140)를 통과한 광신호는 집속렌즈(150)와 빔 분할기(160)을 통하여 기록매질(170)에 입사된다. 기록매질(170)은 입사된 광신호를 분리시키기 위한 회절격자(172) 및 이 회절격자(172)를 회전시키기 위한 회전판(174)로 구성되어 빔이 입사되는 각도를 미세하게 조절해 선택되는 중심파장을 미세하게 변화시킬 수 있는 가변성을 제공한다.
여기서, 빔 분할기(160)는 기록매질(170)에서 입사되는 방향과 동일한 경로를 가지고 반사되어 나오는 선택된 임의의 파장을 갖는 빔의 반사방향을 바꾸어주는 역할을 한다. 빔분할기(160)를 통하여 반사각도가 변환된 광신호는 검출렌즈(180)를 통하여 신호 검출기(190)에 입사되어 임의의 파장 영역만을 검출하는 것이다.
본 발명에 따른 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템에서 통과대역의 조정은 다음의 원리를 이용한다. 일반적인 회절격자(홀로그램)를 이용한 파장 선택 소자에서 통과대역은 기록매질(170)에 입사되는 광신호의 입사각과 밀접한 관련이 있다. 따라서, 현재까지의 기술에서는 통과대역을 변환시키기 위하여 기록매질(170)에 입사되는 광신호의 입사각을 변환시키는 새로운 회절격자를 이용한 것이다. 이런 경우 기록빔과 수신빔이 평행광의 형태로 입사된 경우에 대해 통과대역을 변환시키는 이론이 성립된다.
그러나, 본 발명에서는 수신빔을 집속렌즈(150)를 통하여 집속광의 형태로 회절격자(172)에 입사시키고 집속렌즈(150)의 전단에 개방된 영역에서만 광신호를 통과시키는 창/공간필터(140)를 삽입하여 집속렌즈(150)에 집속되기 전의 광신호의 폭을 제어함으로써 통과대역 제어가 가능토록 하였다. 즉, 집속된 형태로 수신빔이 입사되므로, 회절격자(172)에 입사되는 수신빔은 회절격자(172)와 집속렌즈(150)의초점거리 및 수신빔의 폭에 의해 결정되는 일정한 각도 범위를 가지게 된다.
따라서, 본 발명에서는 임의의 한 파장에 대한 브래그 조건을 만족하는 것이 아니라 입사되는 각도 범위에 대하여 브래그 조건을 만족하게 되므로, 통과대역의 조정은 집속시 이용되는 렌즈의 초점거리와 창/공간필터(140)에 의해 결정되는 수신빔의 폭에 의해 결정된다. 그러므로, 회절격자(172)와 집속렌즈(150)의 초점거리나 빔 폭을 제어하면 통과대역을 가변할 수 있는 파장선택시스템의 구성이 가능하다.
도 3내지 도 4는 본 발명의 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템에서 창/공간 필터의 역할과 사용 목적에 따른 형태를 보인 것이다. 도 3은 도 1에서 보는 바와 같이 가변 대역 필터로서 적용할 때 이용하는 창/공간 필터의 형태를 보여준다. 도 3에서는 중심파장은 고정된 상태에서 통과대역만을 제어하는 역할을 하므로 창/공간필터는 하나의 통과영역만을 소유하고 있으며, 통과시키는 빔 폭이 변화하는 구성을 갖는다.
도 4는 중심파장을 변화시키기 위한 파장선택시스템에 적용하기 위한 창/공간필터의 구성이다. 중심파장을 변화시키기 위한 파장선택시스템에 적용되는 창/공간필터는 단일한 적어도 하나 이상의 통과영역만을 소유하고 있다. 이와 같은 창/공간필터에서는 개방되는 각 창의 위치가 공간적으로 다르므로 개방된 각 창에서 회절격자에 입사되는 각도가 서로 다르다. 따라서, 각 창에 대해 브래그 조건을 만족하는 파장영역이 변하게 되어 각 창/공간필터가 열렸을 때 선택되는 중심파장이 변하게 된다.
도 5는 도 4에서 제시된 창/공간 필터를 이용하여 파장선택시스템을 구성한 개략도이다. 도 5의 파장선택시스템의 구조는 도 1의 구조와 동일하지만 창/공간필터(140)의 형태가 다르다. 즉, 창/공간필터(140)의 상부창이 개방된 경우와 하부창 개방된 경우에 있어서, 회절격자(172)로 입사되는 각도가 틀려지므로, 이 각도에 대한 브래그 조건을 만족하는 파장 영역도 틀려지게 된다. 예를 들어, 창/공간필터(140)의 상부창이 열린 경우 격자에서 반사되는 빔의 파장이 lambda_1이라고 하면, 창/공간필터(140)의 하부창이 열린 경우 격자에서 반사되는 빔의 파장은 lambda_2로 변화된다. 따라서, 신호 검출기에서는 각 파장에 따른 신호를 공간적으로 검출 가능하며, 창/공간필터의 제어를 통해 선택하는 중심파장을 제어할 수 있는 가변 파장 선택시스템이 구성된다.
이를 다시 설명하면, 하나의 파장을 선택하기 위한 시스템은 도 1에 나타낸 단일 창의 형태를 이용해 가능하며, 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 창을 소유한 구조의 경우 가변파장선택시스템 및 역다중화 소자로의 구성이 가능해 진다. 즉, 다수의 창을 구성한 후 임의의 한 창만을 개방시킬 수 있도록 하면, 가변파장선택시스템의 구성이 이루어지며, 다수의 창을 모두 개방한 상태에서는 역 다중화 소자로의 구성이 가능하다.
도 6은 집속렌즈와 회절격자간의 초점거리가 400mm 일 때, 창/공간필터의 개방폭이 각각 1mm, 5mm일 때 얻은 필터의 주파수 응답 곡선이다. 도 6에서 실선은 5mm의 빔 폭으로부터 얻은 것이며, 1mm에 대한 실험 결과는 점선으로 나타내었다. 도 6에서 보는 바와 같이 동일한 회절격자로부터 빔 폭의 조절을 통해 효과적인3dB 통과대역 제어가 이루어짐을 볼 수 있으며, 선택되는 영역에서 균일한 세기를 갖는다. 또한, 필터의 중심파장은 670.1nm로, 이는 결정을 회전시켜 판독빔이 입사되는 각도를 변화시킴으로써 제어가 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법 및 시스템은 창/공간필터를 통한 창 제어 기법을 통하여 집속 렌즈로 입사되는 빔의 폭을 제어함으로써 통과대역 제어가 가능하도록 함으로서 파장선택기술에서 요구하는 중심파장 튜닝 능력과 3dB 통과대역 제어 능력을 동시에 수용할 수 있으며, 선택되는 파장영역에서 균일한 회절특성을 갖기 때문에 안정적인 파장 필터링을 구현할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (4)

  1. ⅰ)파장 다중화시킨 광신호를 입력받아 이를 확장하고, 확장된 광신호를 평행광 형태로 변환시키는 단계;
    ⅱ)상기 단계에서 변환된 평행광을 사용하는 용도에 따라 개방폭 및 개방된 창의 개수가 조정된 창/공간필터에 입사시켜 개방된 영역에서만 광신호를 통과시켜 사용자가 원하는 영역의 광신호를 통과시키는 단계;
    ⅲ)상기 단계에서 창/공간필터를 통과한 광신호는 집속하여 회절격자 및 상기 회절격자를 회전시키기 위한 회전판로 구성된 기록매질에 입사시키는 단계; 그리고,
    ⅳ)상기 기록매질에서 반사된 임의의 파장을 갖는 빔의 반사각도를 변환하여 신호 검출기에 입사시켜 임의의 파장 영역만을 검출하는 단계를 포함하는 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법.
  2. 각 장치를 고정하기 위한 하우징장치(100);
    상기 하우징 장치내에 고정되어 광섬유(112)를 통하여 송신부(110)로부터 파장 다중화시킨 광신호를 입력받아 이를 확장시키기 위한 빔확장기(120);
    상기 빔확장기(120)를 통하여 확장된 광신호를 평행광 형태로 변환시키기 위한 변환렌즈(130);
    상기 변환렌즈(130)를 통과한 평행광을 입력받아 용도에 따라 개방폭 및 개방된 창의 개수를 조정함으로서 통과 대역의 조정 및 특정한 파장의 선택을 가능하게 하기 위한 창/공간필터(140);
    상기 창/공간필터(140)를 통과한 광신호를 집속렌즈(150)를 통하여 입력받아 상기 광신호를 분리시키기 위한 회절격자(172) 및 상기 회절격자(172)를 회전시키기 위한 회전판(174)로 구성되어 상기 광신호가 입사되는 각도를 조절하여 선택된 중심파장을 변화시킬 수 있는 가변성을 제공하는 기록매질(170); 그리고,
    상기 기록매질(170)에서 반사된 선택된 중심파장을 갖는 빔의 반사방향을 바꾸어주는 빔분할기(160)를 통하여 입력된 광신호를 검출렌즈(180)를 통하여 입력받아 이를 검출하기 위한 신호 검출기(190)를 포함하는 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 창/공간필터(140)는 사용자가 개방폭을 임의로 조정 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 창/공간필터(140)는 창의 개수가 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 시스템.
KR1020010001110A 2001-01-09 2001-01-09 창 제어 기법을 이용한 파장 선택 방법 및 이를 수행하기위한 시스템 KR20020059940A (ko)

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