KR20040078924A - Mode-locked fabry-perot laser device having multiple resonators and optical source for wavelength division multiplexing system using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광통신용 광원에 관한 것으로서, 특히 페브리-페롯 레이저에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to light sources for optical communications, and more particularly to Fabry-Perot lasers.
파장분할다중 방식(wavelength division multiplexed: WDM) 수동형 광 가입자망(passive optical network: PON)은 각 가입자(subscriber)에게 부여된 고유의 파장을 이용하여 초고속 광대역 통신 서비스를 제공한다. 따라서, 통신의 비밀 보장이 확실하고, 각 가입자가 요구하는 별도의 통신 서비스 또는 통신 용량의 확대를 쉽게 수용할 수 있으며, 새 가입자에게 부여될 고유의 파장을 추가함으로써 쉽게 가입자의 수를 확대할 수 있다. 이와 같은 장점에도 불구하고, 중앙 기지국(central office: CO)과 각 가입자가 특정 발진 파장의 광원과, 상기 광원의 파장을 안정화하기 위한 부가적인 파장 안정화 회로 등을 필요로 하므로, 가입자에게 높은 경제적 부담을 요구하게 되고, 이로 인하여 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자망은 아직 실용화되지 못하고 있다. 따라서, 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자망을 구현하기 위해서는 경제적인 파장분할다중 방식의 광원의 개발이 필수적이다.A wavelength division multiplexed (WDM) passive optical network (PON) provides a very high speed broadband communication service using a unique wavelength assigned to each subscriber. Thus, the confidentiality of the communication is assured, and it is easy to accommodate the expansion of the separate communication service or communication capacity required by each subscriber, and the number of subscribers can be easily expanded by adding the unique wavelength to be given to the new subscriber. have. Despite these advantages, the central office (CO) and each subscriber need a light source of a specific oscillation wavelength and an additional wavelength stabilization circuit for stabilizing the wavelength of the light source. Due to this, the wavelength division multiplexing passive optical subscriber network has not been put to practical use yet. Therefore, in order to implement a passive optical network of wavelength division multiplexing, it is necessary to develop an economical wavelength division multiplexing light source.
파장분할다중 방식의 광원으로는, 분산 궤환 레이저 어레이(distributed feedback laser array: DFB laser array), 다파장 레이저(multi-frequency laser: MFL), 스펙트럼 분할 방식 광원(spectrum-sliced light source), 비간섭성 광에 파장 잠긴 페브리-페롯 레이저(mode-locked Fabry-Perot laser with incoherent light) 등이 제안되었다. 분산 궤환 레이저 어레이와 다파장 레이저는 제작 과정이 복잡하며 파장분할다중방식을 위해 광원의 정확한 파장 선택성과 파장 안정화가 필수적인 고가의 소자들이다. 최근에 활발히 연구되고 있는 스펙트럼 분할 방식 광원은 넓은 대역폭의 광을 광학 필터(optical filter) 또는 도파로형 회절 격자(waveguide grating router: WGR)를 이용하여 스펙트럼 분할함으로써 많은 수의 파장분할된 채널들을 제공할 수 있다. 따라서, 스펙트럼 분할 방식 광원은 특정 발진 파장을 갖는 광원이 필요하지 않으며, 파장 안정화를 위한 장치도 또한 필요하지 않다. 이러한 스펙트럼 분할 방식 광원으로서 발광 다이오우드(light emitting diode: LED), 초발광 다이오우드(superluminescent diode: SLD), 페브리-페롯 레이저(Fabry-Perot laser: FP laser), 광섬유 증폭기 광원(fiber amplifier light source), 극초단 광 펄스 광원 등이 제안되었다.The wavelength division multiplexed light source includes a distributed feedback laser array (DFB laser array), a multi-frequency laser (MFL), a spectrum-sliced light source, and a non-interfering light source. Mode-locked Fabry-Perot laser with incoherent light has been proposed. Distributed feedback laser arrays and multi-wavelength lasers are expensive components that require complex wavelengths and accurate wavelength selectivity and wavelength stabilization for wavelength division multiplexing. Spectral dividing light sources, which are being actively studied in recent years, can provide a large number of wavelength-divided channels by spectral dividing a wide bandwidth of light using an optical filter or a waveguide grating router (WGR). Can be. Therefore, the spectral splitting light source does not need a light source having a specific oscillation wavelength, and also does not need a device for wavelength stabilization. Such spectral split light sources include light emitting diodes (LEDs), superluminescent diodes (SLDs), Fabry-Perot lasers (FP lasers), and fiber amplifier light sources. , Ultra-short optical pulsed light source and the like have been proposed.
발광 다이오우드와 초발광 다이오우드는 광 대역폭이 매우 넓고 저렴하지만 변조 대역폭과 출력이 낮으므로 하향 신호에 비해 변조 속도가 낮은 상향 신호를 위한 광원으로 적합하다. 페브리-페롯 레이저는 저가의 고출력 소자이나 대역폭이 좁아 많은 수의 파장분할된 채널들을 제공할 수 없으며, 스펙트럼 분할된 광을 고속으로 변조하여 전송하는 경우 모드 분할 잡음(mode partition noise)에 의한 성능 저하가 심각하다는 단점이 있다. 극초단 펄스 광원은 광 대역폭이 매우 넓고 가간섭성(coherent)이 있으나, 발진되는 파장의 안정도가 낮고, 또한 펄스의 폭이 수 ps에 불과하여 구현이 어렵다. 광섬유 증폭기 광원은 증폭용 광섬유에서 생성되는자연 방출광(amplified spontaneous emission light: ASE light)을 스펙트럼 분할하여 많은 수의 파장분할된 고출력 채널들을 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 스펙트럼 분할 방식 광원은 다수의 채널에 서로 다른 데이터들을 전송하기 위하여, LiNbO3변조기와 같은 고가의 외부 변조기들을 별도로 사용하여야만 한다.Light emitting diodes and ultra-light emitting diodes have a very wide and inexpensive optical bandwidth, but have a low modulation bandwidth and output power, making them suitable as light sources for upstream signals with lower modulation rates than downlink signals. Fabry-Perot lasers are inexpensive, high-power devices or have a narrow bandwidth that cannot provide a large number of wavelength-divided channels. The disadvantage is that the degradation is severe. Ultra-short pulsed light source has a very wide optical bandwidth and coherent, but the oscillation wavelength is low stability, and the pulse width is only a few ps, difficult to implement. The optical fiber amplifier light source may spectrally split the amplified spontaneous emission light (ASE light) generated in the optical fiber for amplification to provide a large number of wavelength-divided high power channels. However, such spectral split light sources must separately use expensive external modulators, such as LiNbO 3 modulators, to transmit different data over multiple channels.
비간섭성 광에 파장 잠긴 페브리-페롯 레이저는 발광 다이오우드 또는 광섬유 증폭기 광원과 같은 비간섭성 광원에서 생성되는 넓은 대역폭의 광을 광학 필터 또는 도파로형 회절 격자를 이용하여 스펙트럼 분할한 후, 분할된 광을 편향기(isolator)가 장착되지 않은 페브리-페롯 레이저에 주입함으로써, 파장 잠긴 광을 출력한다. 즉, 상기 페브리-페롯 레이저는 그 내부로 주입된 상기 스펙트럼 분할된 광의 파장과 부합하는 발진 모드의 광을 출력한다. 비 간섭성 광에 파장 잠긴 페브리-페롯 레이저는 데이터 신호로 직접 변조함으로써 보다 경제적으로 데이터를 전송할 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 페브리-페롯 레이저가 고속 장거리 전송에 적합한 파장 잠긴 광을 출력하기 위해서는 넓은 대역폭의 고출력 비간섭성 광을 주입하여야 한다. 뿐만 아니라, 온도 제어를 하지 않을 경우에 외부 온도에 변화가 있으면 발진 모드가 변화게 되고, 이로 인하여 페브리-페롯 레이저의 발진 모드가 주입되는 스펙트럼 분할된 광의 파장에서 벗어나게 됨으로써 광출력이 불안정하게 된다.The Fabry-Perot lasers, which are immersed in incoherent light, are subjected to spectral splitting of a wide bandwidth of light generated by an incoherent light source, such as a light emitting diode or a fiber amplifier light source, using an optical filter or waveguide diffraction grating. By injecting light into a Fabry-Perot laser without an isolator, it outputs wavelength locked light. That is, the Fabry-Perot laser outputs light in an oscillation mode that matches the wavelength of the spectral divided light injected therein. Fabry-Perot lasers immersed in non-coherent light have the advantage of being able to transmit data more economically by directly modulating the data signal. However, in order for a Fabry-Perot laser to output wavelength locked light suitable for high speed long distance transmission, a wide bandwidth high power incoherent light must be injected. In addition, when temperature control is not performed, the oscillation mode is changed when there is a change in the external temperature, which causes the light output to become unstable because the oscillation mode of the Fabry-Perot laser deviates from the wavelength of the spectral divided light injected. .
도 1은 종래에 따른 페브리-페롯 레이저의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2 내지 5는 도 1에 도시된 페브리-페롯 레이저의 동작 특성을 설명하기 위한 도면들이다. 상기 페브리-페롯 레이저(110)는 그 일단에 제1 반사기(112)를 구비하고, 그 타단에 제2 반사기(114)를 구비하며, 상기 제1 및 제2 반사기(112,114)는 공진기를 형성한다. 상기 제1 반사기(112)는 상대적으로 높은 반사율을 가지며, 상기 제1 반사기(112)에 대향된 상기 제2 반사기(114)는 상대적으로 낮은 반사율을 갖는다.1 is a view showing the configuration of a conventional Fabry-Perot laser, Figures 2 to 5 are views for explaining the operating characteristics of the Fabry-Perot laser shown in FIG. The Fabry-Perot laser 110 has a first reflector 112 at one end thereof, a second reflector 114 at the other end thereof, and the first and second reflectors 112 and 114 form a resonator. do. The first reflector 112 has a relatively high reflectance, and the second reflector 114 opposite to the first reflector 112 has a relatively low reflectance.
도 2는 파장 잠기기 전의 시점에서 상기 페브리-페롯 레이저(110)의 발진 모드 스펙트럼을 나타내고 있다. 상기 페브리-페롯 레이저(110)는 상기 공진기의 길이와 재질의 이득 특성에 따른 파장 간격으로 위치하는 다수의 발진 모드들(116)을 갖는다. 도 3은 상기 페브리-페롯 레이저(110)의 상기 제2 반사기(114)를 통해 외부로부터 주입되는 광(120)의 세기 프로파일을 나타내고 있다. 도 4는 상기 주입광(120)에 의해 파장 잠긴 상기 페브리-페롯 레이저(110)의 출력 스펙트럼을 나타내고 있다. 상기 주입광(120)의 파장과 일치하지 않는 발진 모드들(116)은 억제되고, 상기 주입광(120)의 파장과 일치하는 발진 모드(116)의 광(130)은 증폭되어 출력된다. 이와 같은 현상을 "파장 잠김" 현상이라고 칭한다. 도 5는 외부 온도 변화에 따라 상기 페브리-페롯 레이저(110)의 발진 모드 스펙트럼이 이동하는 경우(점선→실선)를 나타낸다. 이와 같이, 발진 모드(116)와 주입광(120)의 파장이 어긋나게 되면, 상기 페브리-페롯 레이저(110)는 광원으로서 기능하지 못하게 된다.2 shows the oscillation mode spectrum of the Fabry-Perot laser 110 at a point before the wavelength immersion. The Fabry-Perot laser 110 has a plurality of oscillation modes 116 located at wavelength intervals depending on the length of the resonator and the gain characteristics of the material. 3 shows an intensity profile of light 120 injected from the outside through the second reflector 114 of the Fabry-Perot laser 110. 4 shows an output spectrum of the Fabry-Perot laser 110 wavelength-locked by the injection light 120. The oscillation modes 116 that do not match the wavelength of the injection light 120 are suppressed, and the light 130 of the oscillation mode 116 that matches the wavelength of the injection light 120 is amplified and output. This phenomenon is called "wavelength locking" phenomenon. 5 illustrates a case in which the oscillation mode spectrum of the Fabry-Perot laser 110 is shifted (dashed line to solid line) according to an external temperature change. As such, when the wavelengths of the oscillation mode 116 and the injection light 120 are shifted, the Fabry-Perot laser 110 may not function as a light source.
상술한 바와 같이, 종래에 따른 파장 잠긴 페브리-페롯 레이저(110)는 외부 온도 변화에 민감하므로, 온도 제어기(TEC CONTROLER)와 같은 부가적인 파장 안정화 회로가 필요하게 되고, 이는 가입자에게 높은 경제적 부담을 요구하는 결과로나타나게 된다는 문제점이 있다.As described above, since the conventional wavelength-locked Fabry-Perot laser 110 is sensitive to external temperature change, an additional wavelength stabilization circuit such as a temperature controller (TEC CONTROLER) is required, which is a high economic burden on the subscriber. There is a problem that appears as a result that requires.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 외부 온도가 변화하더라도 종래에 비하여 보다 안정적인 광출력을 보장할 수 있는 페브리-페롯 레이저 장치와, 이를 이용한 파장분할다중 방식의 광원을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention is a Fabry-Perot laser device that can ensure a more stable light output than the conventional, even if the external temperature changes, and wavelength division using the same It is to provide a multiple light source.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 다중 공진기를 갖는 페브리-페롯 레이저 장치는, 그 양단에 배치되며 제1 공진기를 이루는 제1 및 제2 반사기를 구비한 페브리-페롯 레이저와; 상기 페브리-페롯 레이저의 외부에 위치하며 상기 제1 반사기와 함께 제2 공진기를 이루는 제3 반사기를 포함한다.In order to solve the above problems, the Fabry-Perot laser apparatus having a multiple resonator according to the present invention comprises: a Fabry-Perot laser having first and second reflectors disposed at both ends and forming a first resonator; And a third reflector positioned outside the Fabry-Perot laser and forming a second resonator together with the first reflector.
또한, 본 발명에 따른 광전송 링크에 연결된 파장분할다중 방식의 광원은, 광도파로형 루프를 형성하며, 상기 광도파로형 루프로부터 입력된 광은 외부 포트로 출력하고, 상기 외부 포트를 통해 입력된 광은 상기 루프 상에 순환시키는 써큘레이터와; 상기 루프 상에 배치되며, 상기 순환광을 증폭하는 광섬유 증폭기와; 각각 다중 공진기 구조를 가지며, 자기 주입광에 의해 그 발진 모드들이 조밀화되고, 상기 외부 포트로부터 입력된 외부 주입광에 의해 파장 잠김되며, 파장 잠긴 광을 상기 외부 포트로 출력하는 다수의 페브리-페롯 레이저 장치와; 상기 루프 상에 배치되며, 상기 순환광의 일부를 분기하며, 상기 분기된 광을 상기 광전송 링크로 출력하는 제1 분배기를 포함한다.In addition, the wavelength division multiplex light source connected to the optical transmission link according to the present invention forms an optical waveguide loop, and the light input from the optical waveguide loop is output to an external port, and the light input through the external port. A circulator for cycling on the loop; An optical fiber amplifier disposed on the loop and amplifying the circulating light; Each having a multiple resonator structure, the oscillation modes are densified by magnetic injection light, wavelength-locked by external injection light input from the external port, and outputting wavelength-locked light to the external port; A laser device; A first divider disposed on the loop, for branching a portion of the circulating light and outputting the branched light to the optical transmission link.
도 1은 종래에 따른 페브리-페롯 레이저의 구성을 나타내는 도면,1 is a view showing the configuration of a conventional Fabry-Perot laser,
도 2 내지 5는 도 1에 도시된 페브리-페롯 레이저의 동작 특성을 설명하기 위한 도면들,2 to 5 are views for explaining the operating characteristics of the Fabry-Perot laser shown in FIG.
도 6은 본 발명에 따른 다중 공진기를 갖는 페브리-페롯 레이저 장치의 구성을 나타내는 도면,6 is a view showing the configuration of a Fabry-Perot laser device having multiple resonators according to the present invention;
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 페브리-페롯 레이저 장치를 설명하기 위한 도면들,7 to 9 are views for explaining the Fabry-Perot laser device shown in FIG.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 6에 도시된 페브리-페롯 레이저 장치를 이용한 파장분할다중 방식의 광원의 구성을 나타내는 도면,10 is a view showing the configuration of a wavelength division multiplex light source using the Fabry-Perot laser device shown in FIG. 6 according to a preferred embodiment of the present invention;
도 11 내지 도 14는 상기 파장분할다중 방식의 광원의 동작을 설명하기 위한 도면들.11 to 14 are views for explaining the operation of the wavelength division multiplex light source.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions and configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 다중 공진기를 갖는 페브리-페롯 레이저 장치의 구성을 나타내는 도면이며, 도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 페브리-페롯 레이저 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 상기 페브리-페롯 레이저 장치(200)는 페브리-페롯 레이저(210)와, 렌즈(220)와, 광섬유(230)를 포함한다.6 is a view showing the configuration of a Fabry-Perot laser device having a multiple resonator according to the present invention, Figures 7 to 9 are views for explaining the Fabry-Perot laser device shown in FIG. The Fabry-Perot laser device 200 includes a Fabry-Perot laser 210, a lens 220, and an optical fiber 230.
상기 페브리-페롯 레이저(210)는 그 일단에 제1 반사기(212)를 구비하고, 그 타단에 제2 반사기(214)를 구비하며, 상기 제1 및 제2 반사기(212,214)는 제1 공진기를 형성한다. 상기 제1 반사기(212)는 상대적으로 높은 제1 반사율을 가지며, 상기 제2 반사기(214)는 상대적으로 낮은 제2 반사율을 갖는다.The Fabry-Perot laser 210 has a first reflector 212 at one end thereof, a second reflector 214 at the other end thereof, and the first and second reflectors 212 and 214 have a first resonator. To form. The first reflector 212 has a relatively high first reflectance, and the second reflector 214 has a relatively low second reflectance.
상기 렌즈(220)는 상기 페브리-페롯 레이저(210)에서 출사된 광(250)을 상기 광섬유(230)의 일단에 수렴시키고, 상기 광섬유(230)로부터 출사된 광을 상기 페브리-페롯 레이저(210)의 제2 반사기(214)에 수렴시킨다.The lens 220 converges the light 250 emitted from the Fabry-Perot laser 210 to one end of the optical fiber 230, and transmits the light emitted from the optical fiber 230 to the Fabry-Perot laser. Converge to the second reflector 214 of 210.
상기 광섬유(230)는 반사형 물질(234)을 포함하며, 상기 반사형 물질(234)로 기설정된 파장의 광(250)이 입사될 경우에 기설정된 제3 반사율에 따라 그 일부를 반사시킨다. 상기 반사형 물질(234)의 제3 반사율은 상기 제1 반사율보다 낮고 상기 제2 반사율보다 높다. 상기 반사형 물질(234)은 상기 제1 반사기(212)와 함께 제2 공진기를 형성한다.The optical fiber 230 includes a reflective material 234, and reflects a portion of the optical fiber 230 according to a predetermined third reflectance when the light 250 having a predetermined wavelength is incident on the reflective material 234. The third reflectance of the reflective material 234 is lower than the first reflectance and higher than the second reflectance. The reflective material 234 together with the first reflector 212 forms a second resonator.
도 7은 상기 제1 공진기의 발진 모드 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 상기 제1 공진기의 길이와 재질의 이득 특성에 따른 파장 간격으로 위치하는 다수의 발진 모드들(216)이 도시되어 있다.7 is a diagram illustrating an oscillation mode spectrum of the first resonator. A plurality of oscillation modes 216 are shown positioned at wavelength intervals depending on the length of the first resonator and the gain characteristics of the material.
도 8은 상기 제1 및 제2 공진기의 조합에 따른 발진 모드 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 4a에 도시된 발진 모드 스펙트럼과 비교하면, 발진 모드들(218)이 더 조밀화되었음을 알 수 있다. 즉, 상기 제3 반사율이 상기 제2 반사율보다 높기 때문에, 상기 제2 공진기에서의 발진이 상기 제1 공진기에서의 발진보다 강하게 나타나게 된다. 이에 따른 효과로서, 상기 제1 및 제2 공진기의 조합에 따른 발진 모드들(218)이 제1 공진기의 발진 모드들(216)보다 더 조밀화되는 것이다. 상기 페브리-페롯 레이저 장치(200)의 외부로부터 비간섭성 광(240)이 주입되면, 상기 외부 주입광(240)의 파장과 일치하지 않는 발진 모드들(218)은 억제되고, 상기 외부 주입광(240)의 파장과 일치하는 발진 모드(218)의 광(250)은 증폭되어 출력된다. 상기 반사형 물질(234)은 상기 페브리-페롯 레이저(210)로부터 출사된 간섭성 광(250)을 되반사시킴으로써 상기 페브리-페롯 레이저(210)에 자기 주입시키고, 상기 외부 주입광(240)의 일부를 제3 반사율에 따라 투과시킴으로써 상기 페브리-페롯 레이저(110)에 외부 주입시킨다. 상기 자기 주입광(250)은 발진 모드들(218)을 조밀화시키고, 상기 외부 주입광(240)은 상기 조밀화된 발진 모드들(218) 중 상기 외부 주입광(240)의 파장에 부합하는 발진 모드(218)를 강화시킴으로써 파장 잠김을 유도한다.8 is a diagram illustrating an oscillation mode spectrum according to a combination of the first and second resonators. Compared to the oscillation mode spectrum shown in FIG. 4A, it can be seen that the oscillation modes 218 are more compact. That is, since the third reflectance is higher than the second reflectance, the oscillation in the second resonator is stronger than the oscillation in the first resonator. As a result, the oscillation modes 218 according to the combination of the first and second resonators are denser than the oscillation modes 216 of the first resonator. When the non-coherent light 240 is injected from the outside of the Fabry-Perot laser device 200, the oscillation modes 218 that do not coincide with the wavelength of the external injection light 240 are suppressed, and the external injection is performed. Light 250 in oscillation mode 218 that matches the wavelength of light 240 is amplified and output. The reflective material 234 magnetically injects the Fabry-Perot laser 210 by reflecting back the coherent light 250 emitted from the Fabry-Perot laser 210 and the external injection light 240 A part of the s) is externally injected into the Fabry-Perot laser 110 by transmitting it according to the third reflectance. The magnetic injection light 250 densifies the oscillation modes 218, and the external injection light 240 is an oscillation mode corresponding to the wavelength of the external injection light 240 among the dense oscillation modes 218. Enhancing 218 induces wavelength locking.
도 9는 외부 온도 변화에 따라 상기 페브리-페롯 레이저 장치(200)의 발진모드 스펙트럼이 이동하는 경우를 나타낸다. 외부 온도가 변화함에 따라 상기 페브리-페롯 레이저 장치(200)의 발진 모드 스펙트럼이 이동하지만, 상기 발진 모드들(218)의 조밀화로 인해 상기 외부 주입광(240)의 파장에 부합하는 발진 모드(218)가 존재하므로 파장 잠김을 유지할 수 있다.9 illustrates a case in which the oscillation mode spectrum of the Fabry-Perot laser device 200 moves according to an external temperature change. The oscillation mode spectrum of the Fabry-Perot laser device 200 shifts as the external temperature changes, but due to the densification of the oscillation modes 218, the oscillation mode corresponding to the wavelength of the external injection light 240 ( 218 may be present to keep the wavelength locked.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 6에 도시된 페브리-페롯 레이저 장치를 이용한 파장분할다중 방식의 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 광원은 광전송 링크(440)로 파장분할 다중화된 광을 출력하는 기능을 수행하며, 광써큘레이터(optical circulator, 310)와, 광섬유 증폭기(340)와, 파장분할 다중화기(430)와, 다수의 페브리-페롯 레이저 장치(200)와, 제1 분배기(splitter, 330)를 포함하여 구성된다.FIG. 10 is a view showing the configuration of a wavelength division multiplex light source using the Fabry-Perot laser device shown in FIG. 6 according to a preferred embodiment of the present invention. The light source functions to output wavelength division multiplexed light to the optical transmission link 440, and includes an optical circulator 310, an optical fiber amplifier 340, a wavelength division multiplexer 430, and The Fabry-Perot laser device 200 and a first splitter 330 are configured.
상기 광써큘레이터(330)는 제1 내지 제3 포트를 구비하며, 상기 제3 포트로 출력된 광은 상기 제1 분배기(330) 및 광섬유 증폭기(340)를 거쳐서 상기 제1 포트로 입력된다. 상기 제3 포트에서 제1 포트까지 상기 광이 순환하는 경로는 광도파로형 루프(320)를 형성하며, 상기 제1 포트로 입력된 광은 상기 제2 포트로 출력되고, 상기 제2 포트로 입력되는 광은 상기 제3 포트로 출력된다.The optical circulator 330 includes first to third ports, and the light output to the third port is input to the first port through the first splitter 330 and the optical fiber amplifier 340. A path through which the light circulates from the third port to the first port forms an optical waveguide loop 320, and light input to the first port is output to the second port, and input to the second port. The light is output to the third port.
상기 광섬유 증폭기(340)는 상기 루프(320) 상에 배치됨으로써 순환하는 광을 증폭하며, 제1 내지 제3 편향기(370,390,420)와, 제1 및 제2 증폭용 광섬유(380,410)와, 펌핑 광원(350)과, 제2 분배기(360)와, 대역 통과 필터(bandpass filter: BPF, 400)를 포함하여 구성된다.The optical fiber amplifier 340 amplifies the light circulating by being disposed on the loop 320, and includes first to third deflectors 370, 390 and 420, first and second amplifying optical fibers 380 and 410, and a pumping light source. 350, a second divider 360, and a bandpass filter (BPF) 400.
상기 제1 및 제2 증폭용 광섬유(380,410)는 각각 희토류 원소의 유도 방출을이용하여 상기 순환하는 광을 증폭하며, 상기 루프(320) 상에 직렬 연결되도록 배치되고, 상기 제1 및 제2 증폭용 광섬유(380,410)로는 어븀 첨가 광섬유(erbium doped fiber: EDF)를 사용할 수 있다.The first and second amplification optical fibers 380 and 410 respectively amplify the circulating light by using induced emission of rare earth elements, and are arranged to be connected in series on the loop 320, and the first and second amplification. Erbium doped fiber (EDF) may be used as the optical fibers 380 and 410.
상기 펌핑 광원(350)은 상기 제1 및 제2 증폭용 광섬유(380,410)를 펌핑하기 위한 기설정된 파장의 펌핑광을 출력하며, 상기 펌핑 광원(350)으로는 레이저 다이오우드를 사용할 수 있다.The pumping light source 350 outputs pumping light of a predetermined wavelength for pumping the first and second amplifying optical fibers 380 and 410, and a laser diode may be used as the pumping light source 350.
상기 제2 분배기(360)는 상기 펌핑광을 일부 분기하여 상기 제1 증폭용 광섬유(380)에 결합시키고, 나머지 펌핑광을 상기 제2 증폭용 광섬유(410)에 결합시킨다. 상기 제2 분배기(360)는 제1 및 제2 증폭용 광섬유(380,410)의 후단에 펌핑광을 결합시키기 때문에, 상기 제1 및 제2 증폭용 광섬유(380,410)는 후방 펌핑(또는, 역방향 펌핑)된다.The second distributor 360 branches the pumping light partially to couple the first amplifying optical fiber 380, and couples the remaining pumping light to the second amplifying optical fiber 410. Since the second distributor 360 couples the pumping light to the rear ends of the first and second amplifying optical fibers 380 and 410, the first and second amplifying optical fibers 380 and 410 are pumped backward (or reversely pumped). do.
상기 대역 통과 필터(400)는 상기 제1 및 제2 증폭용 광섬유(380,410)의 사이에 배치되고, 상기 순환하는 광과 동일한 대역폭을 가짐으로써 상기 대역폭을 벗어난 자연 방사 잡음(amplified spontaneous emission noise: ASE noise)을 제거한다. 자연 방사 잡음을 제거한 후 상기 광을 다시 증폭함으로써 보다 효율적으로 상기 광의 출력을 증가시킬 수 있다.The band pass filter 400 is disposed between the first and second amplifying optical fibers 380 and 410 and has the same bandwidth as the circulating light, thereby amplifying spontaneous emission noise (ASE) outside the bandwidth. remove noise. It is possible to increase the output of the light more efficiently by removing the natural radiation noise and then amplifying the light again.
상기 제1 내지 제3 편향기(370,390,420)는 각각 상기 순환광을 그대로 통과시키고 그 역방향으로 진행하는 광을 차단하는 기능을 수행하며, 상기 순환광의 진행 방향을 따라서 상기 제1 분배기(330)와 상기 제1 증폭용 광섬유(380)의 사이, 상기 제1 증폭용 광섬유(380)와 상기 대역 통과 필터(400)의 사이, 그리고 상기제2 증폭용 광섬유(410)와 상기 광써큘레이터(310)의 사이에 차례로 배치된다.The first to third deflectors 370, 390, and 420 respectively perform the function of passing the circular light as it is and blocking the light traveling in the opposite direction, and the first splitter 330 and the first light are distributed along the traveling direction of the circular light. Between the first amplifying optical fiber 380, between the first amplifying optical fiber 380 and the band pass filter 400, and between the second amplifying optical fiber 410 and the optical circulator 310. Are placed in turn.
상기 파장분할 다중화기(430)는 상기 광써큘레이터(310)의 제2 포트와 연결되며, 그 일단에 위치하는 하나의 다중화 포트와, 그 타단에 위치하는 N 개의 역다중화 포트들을 구비한다. 상기 파장분할 다중화기(430)는 상기 다중화 포트로 입력된 광을 역다중화하여 상기 역다중화 포트들로 출력하며, 상기 역다중화 포트들로 입력된 광들을 스펙트럼 분할한 후 다중화하여 상기 다중화 포트로 출력한다. 상기 파장분할 다중화기(430)로는 도파로형 회절 격자를 사용할 수 있다.The wavelength division multiplexer 430 is connected to the second port of the optical circulator 310, and has one multiplexing port positioned at one end thereof and N demultiplexing ports positioned at the other end thereof. The wavelength division multiplexer 430 demultiplexes the light input to the multiplexing port and outputs the demultiplexed ports to the demultiplexing ports. do. As the wavelength division multiplexer 430, a waveguide diffraction grating may be used.
상기 각 페브리-페롯 레이저(200)는 해당 역다중화 포트와 연결되며, 상기 역다중화 포트를 통해 입력된 역다중화된 광에 의해 파장 잠김됨에 따라서 기설정된 파장의 광을 출력한다.Each Fabry-Perot laser 200 is connected to a corresponding demultiplexing port and outputs light having a predetermined wavelength as the wavelength is locked by the demultiplexed light input through the demultiplexing port.
상기 제1 분배기(130)는 상기 루프(120) 상에 배치되며, 상기 광써큘레이터(110)의 제3 포트에서 출력된 다중화된 광의 일부를 분기하며, 상기 분기된 광을 상기 광전송 링크(260)로 출력한다.The first splitter 130 is disposed on the loop 120, and splits a part of the multiplexed light output from the third port of the optical circulator 110, and splits the split light into the optical transmission link 260. )
도 11 내지 도 14는 상기 파장분할다중 방식의 광원의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 상기 다수의 페브리-페롯 레이저(200)에서 출력되는 다양한 파장들의 광들은 상기 역다중화 포트들로 입력되며, 스펙트럼 분할된 후 다중화되어 출력된다. 상기 다수의 페브리-페롯 레이저(200)에서 출력되는 광들 간의 파장 간격이 상기 파장분할 다중화기(430)의 채널 간격보다 좁은 경우에 상기 파장분할 다중화기(430)에서 생성되는 스펙트럼 분할된 각각의 광은 도 11에 도시된 바와 같은 세기 프로파일(510)을 나타낸다. 점섬으로 표시된 세기 프로파일(520)은 상기파장분할 다중화기(430)의 각 채널에 대한 통과 대역을 나타낸다. 또한, 상기 파장분할 다중화기(430)의 다중화 포트를 통하여 출력되는 다중화된 광은 도 12에 도시된 바와 같은 출력 스펙트럼을 나타낸다. 상기 다중화된 광은 상기 광써큘레이터(310)와 상기 제1 분배기(330)를 통과한 후 상기 광섬유 증폭기(340)에 입력된다. 상기 광은 상기 제1 편향기(370)를 통과하여 상기 제1 증폭용 광섬유(380)에 입력되며, 상기 제1 증폭용 광섬유(380)에 의해 증폭된 광은 도 13에 도시된 바와 같은 출력 스펙트럼을 나타낸다. 상기 증폭된 광은 상기 제2 편향기(390)를 통과하여 상기 대역 통과 필터(400)에 입력되며, 상기 대역 통과 필터(400)를 통과한 광은 도 14에 도시된 바와 같은 광 스펙트럼을 나타낸다. 상기 대역 통과 필터(400)를 통과하여 상기 제2 증폭용 광섬유(410)에 입력된 광은 재증폭되며, 상기 재증폭된 고출력의 다중화된 광은 상기 광써큘레이터(310)를 통과한 후 상기 파장분할 다중화기(430)에 입력되어 역다중화된다. 역다중화된 고출력의 광 각각은 페브리-페롯 레이저(200)에 입력되어 파장 잠김 현상을 유도한다. 파장 잠긴 광은 다시 상기한 과정을 되풀이하며, 다중화된 파장 잠긴 광의 일부는 상기 제1 분배기(330)에 의해 전송 링크(440)로 유도되어 전송된다. 상기 페브리-페롯 레이저(200)는 전송할 고속의 데이터 신호에 따라 직접 변조되므로 고가의 외부 변조기가 필요 없다.11 to 14 are views for explaining the operation of the wavelength division multiplexing light source. Light of various wavelengths output from the plurality of Fabry-Perot lasers 200 is input to the demultiplexing ports, is spectral divided, and then multiplexed and output. When the wavelength spacing between the light outputs from the plurality of Fabry-Perot lasers 200 is narrower than the channel spacing of the wavelength division multiplexer 430, each of the spectral partitions generated by the wavelength division multiplexer 430 The light exhibits an intensity profile 510 as shown in FIG. The intensity profile 520 represented by the dot islands represents a pass band for each channel of the wavelength division multiplexer 430. Further, the multiplexed light output through the multiplexing port of the wavelength division multiplexer 430 exhibits an output spectrum as shown in FIG. The multiplexed light is input to the optical fiber amplifier 340 after passing through the optical circulator 310 and the first distributor 330. The light passes through the first deflector 370 and is input to the first amplifying optical fiber 380, and the light amplified by the first amplifying optical fiber 380 is output as shown in FIG. 13. It shows the spectrum. The amplified light passes through the second deflector 390 and is input to the band pass filter 400, and the light passing through the band pass filter 400 exhibits an optical spectrum as shown in FIG. 14. . The light input through the band pass filter 400 and input to the second amplifying optical fiber 410 is re-amplified, and the re-amplified high power multiplexed light passes through the optical circulator 310 and then It is input to the wavelength division multiplexer 430 and demultiplexed. Each of the demultiplexed high power light is input to the Fabry-Perot laser 200 to induce wavelength immersion. The wavelength locked light again repeats the above process, and a portion of the multiplexed wavelength locked light is guided to the transmission link 440 by the first splitter 330 and transmitted. The Fabry-Perot laser 200 is directly modulated according to a high speed data signal to be transmitted, thus eliminating the need for an expensive external modulator.
상기 대역 통과 필터(400)는 자연 방사 잡음(amplified spontaneous emission noise: ASE noise)을 제거하는 기능 이외에, 광의 색분산 효과를 억제하는 기능도 수행하게 된다.The band pass filter 400 performs a function of suppressing color dispersion effects of light in addition to a function of removing amplified spontaneous emission noise (ASE noise).
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 공진기를 갖는 페브리-페롯 레이저 장치는 제1 및 제2 공진기를 구비함에 따라 발진 모드들이 조밀화되고, 이로 인해 외부 온도가 변화하더라도 외부 주입광의 파장에 부합하는 발진 모드가 존재하게 되므로 파장 잠김을 유지할 수 있다는 이점이 있다.As described above, the Fabry-Perot laser device having a multiple resonator according to the present invention has the first and second resonators so that the oscillation modes are densified, thereby matching the wavelength of external injection light even if the external temperature changes. Since the oscillation mode is present, there is an advantage that the wavelength lock can be maintained.
또한, 상기 다중 공진기를 갖는 페브리-페롯 레이저 장치를 이용한 파장분할다중 방식의 광원은 외부 온도가 변화하더라도 종래에 비하여 보다 안정적인 광출력을 보장할 수 있다는 이점이 있다.In addition, the wavelength-division multiplexed light source using the Fabry-Perot laser device having the multiple resonator has an advantage that it is possible to ensure a more stable light output than the conventional even if the external temperature changes.
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KR101126858B1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-03-23 | 엘지에릭슨 주식회사 | Optical access network apparatus based on wavelength division multiplexing technology |
US8983307B2 (en) | 2012-01-26 | 2015-03-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical transmitter and optical communication system using resonance modulator that is thermally coupled |
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