KR20050019879A - 광섬유 색분산 보상 방법 및 장치 - Google Patents

광섬유 색분산 보상 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20050019879A
KR20050019879A KR10-2005-7000737A KR20057000737A KR20050019879A KR 20050019879 A KR20050019879 A KR 20050019879A KR 20057000737 A KR20057000737 A KR 20057000737A KR 20050019879 A KR20050019879 A KR 20050019879A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
light
mirror
phaser
chromatic dispersion
Prior art date
Application number
KR10-2005-7000737A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100725025B1 (ko
Inventor
첸용친
주페이
Original Assignee
크로마틱 마이크로 옵틱스 인코오포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 크로마틱 마이크로 옵틱스 인코오포레이티드 filed Critical 크로마틱 마이크로 옵틱스 인코오포레이티드
Priority to KR1020057000737A priority Critical patent/KR100725025B1/ko
Publication of KR20050019879A publication Critical patent/KR20050019879A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100725025B1 publication Critical patent/KR100725025B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2706—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters
    • G02B6/2713—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters cascade of polarisation selective or adjusting operations
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2766—Manipulating the plane of polarisation from one input polarisation to another output polarisation, e.g. polarisation rotators, linear to circular polarisation converters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29305—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide
    • G02B6/2931—Diffractive element operating in reflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29305—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide
    • G02B6/29311—Diffractive element operating in transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • G02B6/29358—Multiple beam interferometer external to a light guide, e.g. Fabry-Pérot, etalon, VIPA plate, OTDL plate, continuous interferometer, parallel plate resonator
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29371—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating principle based on material dispersion
    • G02B6/29373—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating principle based on material dispersion utilising a bulk dispersive element, e.g. prism
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/29392—Controlling dispersion
    • G02B6/29394—Compensating wavelength dispersion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/29395—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device configurable, e.g. tunable or reconfigurable

Abstract

광통신 시스템의 성능을 더욱 양호하게 하는 광 색분산 보상기(60)가 개시되었다. 색분산 보상기(60)는 광섬유(30)의 단부로부터 공간적으로 확산하는 광 빔을 수광하는 평행시준 수단(61)을 포함한다. 평행시준 수단(61)은 공간적으로 확산하는 빔을 그로부터 방사된 주로 평행시준된 빔으로 변환한다. 옵티컬 페이저(62)는 평행시준 수단(61)으로부터 주로 평행시준된 빔을 입구 윈도우(63)를 통해 수광하고, 그 빔을 옵티컬 페이저(62)로부터 방사된 대역을 이룬 패턴으로 일정 각도로 분산시킨다. 광-복귀 수단(66)은 일정 각도로 분산된 광을 수광하여 옵티컬 페이저의 입구 윈도우(63) 근방에서 옵티컬 페이저를 빠져나가도록 하기 위해 옵티컬 페이저(62)를 통해 역으로 반사한다.

Description

광섬유 색분산 보상 방법 및 장치{COMPENSATING FOR CHROMATIC DISPERSION IN OPTICAL FIBERS}
본 발명은 일반적으로 광섬유 통신 기술분야에 관한 것으로, 더욱 상세히는 광이 통신 시스템의 광섬유를 통해 전파됨에 따라 축적하는 색분산을 보상하기 위한 것에 관한 것이다.
광섬유 통신 시스템에서 저비용의 대역폭에 대한 증대되는 요구는 광섬유가 운반하는 다수의 파장-분할 다중화된(WDM;wavelength-division multiplexed) 채널, 및 비트속도/이송거리를 증가시키기 위한 동기를 부여한다. 고 비트속도이고 장거리인 광통신 시스템에서 주요 제한 인자는 광이 광섬유를 통해 전파함에 따라 발생하는 색분산이다. 색분산은 특정 파장의 광파가 상이한 파장의 광파의 전파 속도와 상이한 속도로 광섬유를 통해 주행하도록 야기한다. 색분산의 결과로서, 복수개의 파장 컴포넌트를 포함하는 광 펄스는 매우 긴 광섬유를 통해 주행한 후엔 상당히 왜곡되어진다. 광 펄스의 왜곡은 광 신호에 의해 운반된 정보를 열화 및 손실시킨다.
광섬유의 색분산은 다은과 같은 두(2) 파라미터에 의해 특징지워진다.
1. 파장에 대한 그룹 속도의 변화율인 그룹 속도 분산(GVD;group velocity dispersion) 및
2. 파장에 대한 분산 변화율인 분산 기울기.
직접적으로 모듈레이팅된 레이저 또는 파브리-페롯 레이저를 구비한 시스템들 또는 WDM 시스템과 같은, 광 대역의 광 파장을 운반하는 전형적인 광섬유 통신 시스템에 대해, 광섬유를 통해 전파하는 파장의 전체 범위에 걸쳐 분산 기룽기 및 GVD 모두에 대해 보상될 것이 필요로 된다.
수 년에 걸쳐, 각각이 상이한 색분산 특성을 나타내는 여러 상이한 유형의 광섬유가 광통신 시스템을 조립하는 데에 사용되어왔다. 이들 여러 상이한 유형의 광섬유에 의해 나타내어지는 분산 특성은 광섬유의 길이, 광섬유의 유형 및 광섬유가 제조된 방법, 광섬유의 케이블링 및 기타 환경적 조건에 좌우된다. 그러므로, 이들 여러 상이한 유형의 광섬유에 의해 나타내어진 색분산을 보상하기 위해선 재고에 대한 제어 및 광통신 네트워크 관리가 간명하게 되도록 하기 위해 가변 GVD 및 분산 기울기를 제공하는 단일 유형의 색분산 보상 디바이스를 갖는 것이 요망된다.
광섬유 통신 시스템에서의 색분산을 완화하기 위한 여러 해결책이 제안되어 왔다. 도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같은, 색분산을 보상하는 데에 사용된 한 기술은 비교적 짧은 길이의 특수한 분산 보상 광섬유(DCF;dispersion compensation optical fiber)를 존래의 전송 광섬유(30)와 직렬로 삽입하는 것이다. DCF(31)는 특수한 단면 인덱스 프로파일을 갖고 광섬유(30)의 그것과 대립되는 색분산을 나타낸다. 이러한 방식으로 연결되어, 광섬유(30)를 통해 전파하는 광은 색분산을 겪고, 그후 광섬유(30)를 통하는 전파에 기인하여 색분산을 상쇄시키는 DCF(31)를 통해 전파한다. 그러나, 광섬유(30)의 그것과 대립되는 색분산을 획득하기 위해, DCF(31)는 광섬유(30)의 그것 보다 훨씬 작은 모드 필드 직경을 갖고, 따라서 DCF(31)는 비선형 효과에 더욱 영향받기 쉽다. 또한, 분산-시프트된 광섬유(DSF; dispersion-shifted optical fibers)와 논-제로 분산-시프트된 광섬유(NZDF; non-zero dispersion-shifted optical fibers)인 두 특정 유형의 광섬유에 의해 나타내어진 분산 기울기 및 GVD의 완전한 상쇄를 위해 그 최저 공간 모드에서 종작하는 DCF(31)를 사용하는 것은 곤란하다.
도 1b에 도시된 대안 인라인 색분산 보상 기술은, 제1 광섬유(30)와 하이-모드 DCF(34) 사이에, 제1 광섬유(30)의 길이를 통하여 전파된 광을 수광하는 제1 모드 변환기(33)를 삽입한다. 하이-모드 DCF(34)를 통한 후, 광은 제2 모드 변환기(35)를 통과하고 광섬유(30)의 제2 길이 내부로 통과한다. 도 1a의 DCF(31)와 유사하게, 하이-모드 DCF(34)는 DCF(31)에 의해 지지된 공간 모드 보다 고차(high order)의 단일 공간 모드를 지지하면서, 광섬유(30)의 색분산에 대립하는 색분산을 나타낸다. 고차 공간 모드를 위한 하이-모드 DCF(34)의 모드 필드 직경은 두 광섬유(30)의 공간모드에 필적할 수 있다. 따라서, 모드 변환기(33)는 제1 광섬유(30)로부터 방사된 광을 하이-모드 DCF(34)에 의해 지지된 고차 공간 모드내로 변환시키고, 한편 모드 변환기(35)는 제2 광섬유(30)로의 연결을 위해 하이-모드 DCF(34)로부터 방사된 고차 공간 모드로부터 저차 공간 모드로 광을 복귀시키는 변환을 역전시킨다. 도 1b에 예시된 장치에 의해 나타내어진 한 문제점은 한 공간 모드로부터 다른 공간 모드로 광을 완전히 변환시키는 것이 곤란하다는 것이다. 다른 문제점은 광을 단일한 고차 공간 모드내에서 주행하도록 유지시키는 것이 곤란하다는 것이다. 이러한 이유로, 도 1b에 예시된 장치에 의해 색분산을 위해 보상되는 신호의 무결성은, 복수의 상이한 공간 모드에서 전파하는 광에 대한 그룹 속도를 상이하게 함에 의해 야기되는, 모드 분산에 영향을 받기쉽다.
DCF를 필드내의 상이한 여러 유형의 광섬유(30)에 매칭시키는 모드에서의 곤란성으로 인해, DCFs에 의해 나타내어진 색분산을 특정한 광섬유(30)에 의해 필요로 되는 색분산에 맞추는 것은 비실제적이다. 또한, DCFs는 높은 삽입 손실을 나타낸다. 이러한 광신호강도의 손실은 광 증폭기에 의해 보상되어야 한다. 따라서, DCFs를 이용한 색분산을 위한 보상은 광통신 시스템의 전체 비용을 상당히 증가시킨다.
도 2에 개략적으로 도시된 상이한 기술은 색분산 보상을 제공하기 위해 처프된 파이버 브래그 격자(42)를 사용한다. 광섬유(30)로부터 방사된 광 펄스의 상이한 파장 컴포넌트는 처프된 격자(42)의 상이한 섹션으로부터 서큘레이터(41)를 향해 역으로 반사되도록 서큘레이터(41)를 통해 처프된 격자(42)에 입력한다. 주의깊게 디자인된 처프된 격자(42)는 따라서 광섬유(30)에서 누적된 색분산을 보상할 수 있다. 처프된 격자(42)에 의해 제공된 색분산의 양은 격자 파이버의 응력 및/또는 온도를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 브래그 격자는 WDM 스펙트럼의 좁은 대역에서만 반사한다. 복수의 처프된 격자(42)는 스펙트럼 폭을 확대하도록 종속접속(cascade)될 수 있다. 그러나, 복수의 처프된 격자(42)를 종속 접속시키는 것은 고가의 색분산 보상 디바이스로 되는 결과로 된다.
그러나 도 3a에 도시된 다른 기술은 색분산 보상을 위해 벌크 회절 격자(50)를 채용한다. 상세히는, 투과 광섬유(30)를 빠져나가는 광은 먼저 시준된(collimated) 빔(51)을 형성한다. 벌크 회절 격자(50)는 그후 시준된 빔(51)으로부터 각도 분산(파장에 대한 회절각도의 변화율)을 발생시키는 데에 사용된다. 통상적으로 렌즈(53)의 초점평면에 위치된 미러(54)가 뒤따라 있는 렌즈(53)로 구성되는 광-복귀 디바이스(52)는 회절 광을 회절격자에 반사시킨다. 회절된 광의 회절격자(50)로의 반사는 각도 분산을 색분산으로 변환시킨다. 시준된 빔(51)의 경로를 따라 삽입된 서큘레이터는 입사하는 시준된 빔(51)으로부터 회절격자를 떠나는 색분산 보상된 광을 분리시키기 위해 사용될 수 있다. 도 3a에 도시된 장치에서, 색분산의 양은 회절격자(50)와 렌즈(30)간의 거리, 및/또는 빔-폴딩 미러((54)의 곡률을 변동시킴에 의해 조정될 수 있다. 그러나, 벌크 회절 격자(50)는 단지 작은 각도 분산만을 산출한다. 결과적으로, 광통신 시스템에서 발생하는 큰 색분산을 보상하기 위해 도 3a에 도시된 장치를 이용하는 것은 비현실적으로 큰 장치를 필요로 하게된다.
아날로그형 색분산 보상 기술은 마타카 시라사키 및 시몬 카오("미국특허 제 6,390 633호)에 의해 출원되고, 2002년 5월 21일 특허허여된 발명의 명칭이 "Optical Apparatus Which Uses a Virtually Imaged Phased Array to Produce Chromatic Dispersion"인 미국특허 제 6,390 633호에 설명된 바와 같은 가상 이미징된 페이즈드 어레이(VIPA; virtually imaged phased array)를 갖춘 회절 격자(50)를 대체한다. '633호 특허의 도 7을 재현하는, 도 3b에 도시된 바와 같이, VIPA는 실린더형 렌즈(57)와 같은 라인-포커싱 엘리먼트, 및 특수하게 코팅된 병렬 플레이트(58)를 포함한다. 시준된 빔(51)은 작은 입사각으로 라인-포커싱 실린더형 렌즈(57)를 통해 VIPA에 들어가고, 큰 분산 각으로 VIPA로부터 나온다. 도 3a에 예시된 광-복귀 디바이스(52)와 조합하여, VIPA는 광섬유 전송 시스템에서 발생하는 분산에 대해 보상하는 충분한 색분산을 발생시킬 수 있다. VIPA는 시준된 빔(51)의 에너지를 복수의 회절 차수로 분포시킨다. 각각의 회절 차수는 상이한 분산 특성을 나타내기 때문에, 단 하나의 차수만이 색분산을 보상하는 데에 사용될 수 있다. 결과적으로, VIPA는 높은 광학 손실을 나타내고, VIPA를 이용한 분산 기울기 보상을 구현하는 것은 모두 성가시고 비용이 많이든다. VIPA는 또한, VIPA가 인라인 색분산 보상에 적절치 못하다는 것을 나타내는, 파장에 대한 잔여 분산의 고속 변동인, 고 분산 리플을 유도한다.
색분산을 보상하기 위해 사용될 수 있는 다른 기술은 전-대역 통과 필터이다. 전-대역 통과 필터는 유입하는 광 신호에 대해 일정한 진폭 응답 및 주기적 위상 응답을 나타내는 디바이스이다. 당업자에게 색분산은 위상 지연의 2차 도함수인 것으로 공지되어 있으므로, 올-패스 필터는 색분산을 보상하는 데에 사용될 수 있다. 색분산을 보상하기 위한 올-패스 필터의 전형적인 구현체는 지레스-토르오니즈 간섭계 및 루프 미러이다. IEEE 포토닉 테크놀로지 논문, Vol. 10, No. 7의 p.944(1998)에 출판된 C. Madsen G. 및 Lenz에 의한 "Optical All-Pass Filters for Phase Response Design with Applications for Dispersion Compensation"인 논문은 올-패스 필터가 색분산 보상을 위해 사용되는 법을 개시한다. 색분산 보상을 위해 올-패스 필터를 사용하는 데 있어서의 문제점은 실제적 응용을 위해 충분한 분산 보상을 산출하지 못하는 것과 올-패스 필터에 의한 고 분산 리플의 유도를 포함한다. 결과적으로, 올-패스 필터는 인라인 색분산 보상에 적절치 못하다.
색분산에 대한 보상은 고성능 광섬유 통신 시스템에서 매우 중요하므로, 낮은 분산 리플, 비교적 저 삽입 손실을 갖고, 광섬유 통신 시스템에서 이미 채용된 여러 상이한 유형의 광섬유에 의해 나타내어진 여러 상이한 유형의 색분산을 보상할 수 있는, 간명하고 조정가능한 분산 보상기가 비트속도/송신거리, 및 광섬유에 의해 운반되는 WDM 채널의 수를 증가시키는 데에 유용하다.
도 1a는 광통신 시스템에서 색분산을 감소시키기 위해 특수한 분산 보상 광섬유를 사용하는 색분산 보상을 위한 종래기술을 설명하는 개략도.
도 1b는 광통신 시스템에서 색분산을 감소시키기 위해 하이-모드 분산 보상 광섬유와 모드 변환기를 사용하는 색분산 보상을 위한 종래기술을 설명하는 개략도.
도 2는 광통신 시스템에서 색분산을 감소시키기 위해 파이버 브래그 격자를 사용하는 색분산 보상을 위한 종래기술을 설명하는 개략도.
도 3a는 광통신 시스템에서 색분산을 감소시키기 위해 광-복귀 디바이스 및 벌크 회절 격자를 사용하는 색분산 보상을 위한 종래기술을 설명하는 개략도.
도 3b는 광통신 시스템에서 색분산을 감소시키기 위해 요구되는 큰 각도 분산을 산출하기 위해 VIPA를 사용하는 색분산 보상을 위한 종래기술을 설명하는 개략도.
도 4는 광-결합 수단, 옵티컬 페이저, 및 광-반사 수단을 포함하는 본 발명에 따른 색분산 보상 장치의 한 실시예를 설명하는 개략도.
도 5a는 본 발명의 한 실시예의 도 4에 예시된 프리즘 기반 광-결합 수단의 평면도를 나타내는 개략도.
도 5b는 본 발명의 한 실시예의 도 4에 예시된 벌크 회절 격자 기반 광-결합 수단의 평면도를 나타내는 개략도.
도 6a는 단일 파장을 갖는 광 빔을 위한 종래 기술의 VIPA에 의해 산출된 회절 패턴을 나타내는 개략도.
도 6b는 단일 파장을 갖는 광 빔을 위한 본 발명에 따른 옵티컬 페이저에 의해 산출된 회절 패턴을 나타내는 개략도.
도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e 및 7f는 본 발명에 따른 모든 옵티컬 페이저의 대표적 실시예를 위한 다양한 구성을 나타내는 개략도.
도 8a는 광-복귀 수단이 광-포커싱 수단으로서 오목 미러를 채용하는 본 발명의 실시예를 예시하는 개략도.
도 8b는 본 발명의 한 실시예를 위해 옵티컬 페이저에 대한 광-복귀 미러 및 광-포커싱 수단에 관한 위치를 예시하는 개략도.
도 9a는 본 발명의 한 실시예에 따라 색분산 보상된 광을 통신 시스템내부에 결합시키기 위한 한 방법을 예시하는 개략 평면도.
도 9b는 본 발명에 따라 색분산을 위해 보상된, 광을 통신 시스템내부에 결합시키기 위한 대안 방법을 예시하는 개략 평면도.
도 10은 복수의 WDM 채널을 포함하는 입사하는 광 빔에 대해 본 발명의 도 4, 8a 및 9a의 광-복귀 미러에서 발생하는 강도 분포를 예시하는 개략도.
도 11은 상용으로 구입가능한 다양한 유형으로 나타내어진 색분산을 각각 완전하게 보상하는 본 발명에 따른 도 4의 광-복귀 미러에 대한 여러 상이한 형태를 예시하는 개략도.
도 12는 광섬유의 길이를 따라 약 80km 떨어진 본 발명에 따른 분산 보상기에 의해 보상된 4000 km의 광섬유를 포함하는 10Gbps 광섬유 전송 시스템의 시뮬레이션에 의한 결과를 나타내는 아이-다이아그램.
본 발명은 조정가능한 색분산 양을 산출하고, 광섬유 시스템의 색분산을 보상할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 목적은 낮은 분산 리플을 나타내는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비교적 적은 삽입 손실을 나타내는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 실제적인 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 광섬유 전송 시스템에 이미 배치되었거나 앞으로 배치될 수 있는 여러 상이한 유형의 광섬유에 의해 나타내어진 여러 상이한 유형의 색분산을 보상할 수 있는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 비트속도/이송거리를 증가시키는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 광섬유가 운반할 수 있는 WDM 채널의 수를 증가시키는 비트속도/이송거리를 증가시키는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 GVD 및 분산 기울기를 동시에 보상하는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 광섬유를 통해 전파하는 파장의 전체 범ㅂ위에 걸쳐 GVD 및 분산 기울기를 동시에 보상하는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 비선혈 효과에 영향을 덜 받는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상이한 공간 모드간에 광을 변환시킬 필요가 없는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 모드 분산에 영향을 덜 받는 색분산 보상을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 비교적 적은 공간을 점유하는 색분산 보상을 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 광 통신 시스템에 대해 비용면에서 효율적인 색분산 보상을 제공하는 것이다.
요약하면, 본 발명은 광 통신 시스템의 성능이 양호하게 되도록 응용된 광학 색분산 보상기 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다. 바람직한 실시예에서 광학 색분산 보상기는 광 통신 시스템에 포함된 광섬유의 단부로부터 방사되는 바와 같은 복수의 주파수를 포함하는 공간적으로 확산하는 광 빔을 수광하기 위한 시준 수단을 포함한다. 시준 수단은 공간적으로 확산하는 광 빔을 시준 수단으로부터 방사된 주로 시준된 광 빔으로 변환시킨다.
색분산 보상기는 또한 시준 수단으로부터 방사된 주로 시준된 광 빔을 수광하기 위한 입구 윈도우를 제공하는 옵티컬 페이저를 포함한다. 옵티컬 페이저는 옵티컬 페이저로부터 방사된 대역을 이룬(banded) 패턴에 수광된 광 빔을 일정각도로 분산시킨다. 이 방식에서 옵티컬 페이저에 의해 수광된 광 빔은 특정 대역내의 특정 주파수를 갖는 광이 동일 대역내에서의 다른 주파수에서 광으로부터 각도 변위되도록 대역내에 분리되어 진다.
마지막으로, 색분산 보상기는 옵티컬 페이저로부터 방사된 대역을 이룬 패턴을 갖는 각도 분산된 광을 수광하는 광-복귀 수단을 포함한다. 광-복귀 수단은 옵티컬 페이저의 입구 윈도우 근방에서 옵티컬 페이저를 빠져나가도록 옵티컬 페이저를 통해 광을 반사시킨다.
이러한 특징 및 기타 특징, 목적 및 장점은 여러 도면에 예시된 바와 같은 바람직한 실시예에 대한 상세한 다음설명로부터 당업자에게 이해되거나 명백하게 될 것이다.
도 4는 개괄 부재번호 60으로 참조된 본 발명에 따른 광학 색분산 보상기의 실시예를 도시한다. 한 실시예에서, 분산 보상기(60)는 3개의 기본 엘리먼트들인, 시준 수단(61), 옵티컬 페이저(62) 및 광-복귀(light-returning) 수단(66)을 포함한다. 옵티컬 페이저(62)는, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 입구 윈도우(63) 및 두 개의 평행 표면(64,65)을 포함한다. 광-복귀 수단(66)은, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 광-포커싱 엘리먼트(67) 및 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점면에 가까이 위치된 만곡된 미러(68)를 포함한다.
도 5a에 예시된 바와 같이, 시준 수단(61)의 바람직한 실시예는 광섬유(30)의 단부로부터 방사된 공간적으로 확산하는 광 빔을 수광하는 시준기(collimator)(71)를 포함한다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 광섬유(30)의 단부로부터 방사된 광은 광섬유(30)를 통하는 광의 통과경로(passage)로 인해 두 개의 상호 직교하는 평면에 편광되어 질 수 있다. 시준기(71)는 광섬유(30)의 단부로부터 방사된 공간적으로 확산하는 광 빔을, 시준기(71)로부터 자유공간내오 방사된 경우, 두 개의 상호 직교하는 편광을 유지하는 시준된 빔(72)내로 변환시킨다. 시준된 빔(72)은 입사하는 시준된 빔(72)을 수직방향 편광(74,75)을 갖는 두 개의 공간적으로 구별가능한 컴포넌트로 분리하는 바이리프린전트 플레이트(73)에 충돌한다. 편광(74)을 갖는 광은 두 빔의 편광이 동일 평면에 있도록 광을 회전시키는 제1 반파 플레이트(76)를 통과한다. 두 광 빔은 이제 두 빔을 약간 각도를 이뤄 분산시키는 프리즘(77)에 충돌하는 동일 평면에 놓인 편광을 갖는다. 약간 각도를 이뤄 분산된 빔은 모두 90도(90E) 만큼 두 빔의 편광을 회전시키는 제 2 반파 플레이트(78)에 충돌한다.
도 5b에 예시된 바와 같은 시준 수단(61)의 대안 실시예는 유사한 각도 기울기 양을 획득하기 위해 프리즘(77)으로 벌크 회절 격자(77a)로 대체한다. 벌크 회절 격자(77a)를 포함하는 시준 수단(61)의 대안 실시예는 제 2 반파 플레이트(78)를 생략한다.
시준 수단(61)이 프리즘(77) 또는 벌크 회절 격자(77a)를 사용하는 것과 무관하게, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이 시준 수단(61)은 주로 시준된 광 빔을 방사시킨다. 제한된 범위의 파장 또는 비교적 짧은 광섬유(30)를 포함하는 시스템에서와 같은, 분산 기울기를 제어하는 광 송신 시스템에서 색분산 보상은 필수적이지 않으며, 프리즘(77) 또는 벌크 회절 격자(77a)는 분산 보상기(60)의 성능에 거의 영향을 미치지 않고 제거될 수 있다. 더욱이, 당업자는 도 5a 및 5b에 각각 도시된 광학 장치는 레이저, 또는 단일한, 평명 편광을 유지하는 임의의 기타 유형의 디바이스로부터 직접 입사하는 광과 같은, 광섬유(30)로부터 나오는 광이 양호하게 정의된 편광을 갖는다면 매우 단순화될 수 있음을 알것이다.
시준 수단(61)으로부터 방사된 광은 옵티컬 페이저(62)의 길이를 따라 병렬 평면(64,65)간에 앞뒤로 반사되는 입구 윈도우(63)를 통해 옵티컬 페이저(62)에 입사한다. 도 5a 및 5b에 각각 도시된 시준 수단(61)에 대한 실시예중의 하나의 광학 장치는 입사면에 수직인 입구 윈도우(63)에 충돌하는 빔에 대한 편광을 초래한다. 입구 윈도우(63)에 충돌하는 광의 편광으로 인해, 임계각 근방에 있는 입사각으로 옵티컬 페이저(62)내에서 내부적으로 표면(65)에 충돌하는 광 빔은 표면(65)이 임의의 광학 코팅이 부족한 경우에도 표면(65)으로부터 대부분 반사된다.
본 광통신 시스템에서의 사용을 위해, 옵티컬 페이저(62)는,
1. 옵티컬 페이저(62)를 통해 전파하는 광에 대해 투과성이 있는; 그리고
2. 주위의 매질 보다 더 큰 굴절율을 갖는;
임의의 재료로 제조될 수 있을 지라도, 솔리드 실리콘의 플레이트가 바람직하다.
옵티컬 페이저(62)의 두 평행 표면 중의 하나인, 표면(64)은 필름에 충동하는 광의 파장에서 98퍼센트(%) 보다 큰 반사도를 갖는 필름과 같은, 고반사도 필름으로 바람직하게 코팅된다. 결과적으로, 표면(64)은 본원에서 "반사면"으로 참조된다. 다른 표면(65)은, 필름에 충동하는 광의 파장에서 약 80퍼센트(%)의 반사도를 갖는 필름과 같은, 부분 반사도를 갖는 필름으로 코팅될 수 있을지라도, 바람직하게 연마된다. 표면(65)은 본원에서 "굴절면"으로 참조된다.
입구 윈도우(63)를 구성하는 솔리드 옵티컬 페이저(62)의 한 모서리는 경사면을 이룬 형상으로 된다. 경사면을 이룬 형상으로 된 입구 윈도우(63)는 빔이 반-반사 필름을 통하여 옵티컬 페이저(62)내로 들어가는 것을 용이하게 하기 위해 반-반사 필름으로 코팅된다. 빔이 정규 입사 근방에서 입구 윈도우(63)를 통해 옵티컬 페이저(62)에 들어간 후, 그것들은 옵티컬 페이저(62)의 굴절면(65)에서의 각각의 연속적인 충돌시 두 부분으로 분할된다. 상기한 바와 같이, 각각의 빔의 대부분은 표면(65)에 충돌시 옵티컬 페이저(62) 내부에서 반사한다. 표면(65)으로부터 반사하지 않는 각각의 빔의 부분은 굴절에 의해 표면(65)을 통해 옵티컬 페이저(62)를 빠져나간다. 옵티컬 페이저(62)의 구성은 바람직하게 각각의 빔이, 임계각 보다 작은 각도, 즉 θ 인, 입사각에서 표면(65)을 충돌하도록 방향지워진다. 결과적으로, 옵티컬 페이저(62)를 위한 구성은 표면(65)에서의 광 굴절이 굴절면(65)에 대해 수직으로부터 45도(45Ε) 보다 큰, 즉 ν, 각도로 격자 에머전스 근방에서 발생한다. 표면(65)에서 반사된 각각의 빔의 부분은 표면(65)상에서 빔의 각각의 충돌시 옵티컬 페이저(62)로부터 굴절하는 빔의 부분과 함께 옵티컬 페이저(62)의 두 평행 표면(64,65)사이에서 앞뒤로 반사를 계속한다. 빔이 굴절면(65)을 만날 때 마다 빔의 적은 일부분이 굴절에 의해 옵티컬 페이저(62)를 빠져나간다. 연속적인 반사사이의 광 경로 지연 즉, Δp이 파장 즉, 옵티컬 페이저(62)에 입사하는 광의 파장, λ, 의 정수 배와 동일하면 표면으로부터 빠져나오는 모든 빔들 사이에 건설적인 간섭이 발생한다.
여기서,
n은 옵티컬 페이저(62)를 형성하는 재료의 굴절율이고,
θ는 옵티컬 페이저(62)내에서 내부적으로 반사하는 광의 표면(65)상에서의 입사각이고,
ν는 표면(65)을 통해 옵티컬 페이저(62)를 빠져나오는 광의 굴절각이고,
h는 옵티컬 페이저(62)의 두께이고,
m은 간섭 차수이다.
아래의 수학식 3에 나타난 바와 같은, 옵티컬 페이저(62)의 각도 분산 성능은, 수학식 2로부터 유도될 수 있다.
옵티컬 페이저(62)는 ν가 거의 임계각에 근사하면 표면(65)을 통해 빠져나오는 광에 대해 큰 각도 분산을 발생시킨다. 큰 각도 분산은 또한 ν가 옵티컬 페이저(62)의 표면(65)에 대해 수직에 가깝게 접근한다면 실현될 수 있다. 표면(65)으로부터 방사된 광에 대한 후자의 방향은 VIPA의 평행 플레이트(58)로부터 방사된 광의 방향에 대응한다.
옵티컬 페이저(62) 및 VIPA 모두가 유사한 각도 분산 성능을 갖는다고 해도, 그들의 굴절 패턴은 매우 상이하다. 도 6a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, VIPA 의 평행 플레이트(58)의 내부의 빔 웨이스트는 광 에너지의 손실 및 각도 ν를 동시에 감소시키기 위해 매우 작아야만 한다. 결과적으로, 광의 주어진 파장(λ)에 대해 VIPA의 평행 플레이트(58) 내부의 좁은 빔 웨이스트는 굴절 빔의 큰 각도 편차를 발생한다. 다른 말로 하면, VIPA에 의해 회절된 광의 에너지는 복수의 차수로 분배된다. 상이한 차수의 상이한 회절 특성으로 인해, 상기한 바와 같이 VIPA에 대해 단 하나의 회절 차수만이 분산 보상을 위해 사용될 수 있다. 결과적으로, VIPA는 본질적으로 고손실 디바이스이다. 대안으로, 옵티컬 페이저(62) 내부의 빔 폭은 옵티컬 페이저(62)의 두께(h)와 마찬가지이다. 옵티컬 페이저(62) 내부의 빔 폭은 표면(65)에서 굴절된 광의 광 에너지가 도 6b에 예시된 바와 같이 특정 파장에서 임의의 광 빔에 대해 단일 차수로 주로 집중되어진다.
복수의 WDM 채널을 포함하는 광통신 시스템에서 색분산을 보상하기 위해, 다음 수학식 4에 따라 옵티컬 페이저(62) 내부의 빔 입사각(θ)을 디자인하는 것이 바람직하다.
여기서 c는 광속이고,
Δf는 인접한 WDM 채널간의 주파수 차이이다.
옵티컬 페이저(62)의 굴절율인 n은 파장에 종속함을 알아야 한다. 그러므로 입사각(θ)은 파장에 따라 변동한다. 특히, 각각의 WDM 채널(λi)의 광에 대해, 특정 입사각(θi)이 존재한다. 옵티컬 페이저(62) 내부의 광 빔의 각도 발산은 시준 수단(61)의 벌크 회절 격자(77a) 또는 프리즘(77)에 의해 발생된 각도 분산에 의해 가능하게 된다. 입사각(θ)이, 본 실시예에 바람직한 바와 같이, 전체 내부 반사각에 가까우면, 옵티컬 페이저(62)는 수학식 3에 나타낸 바와 같은 특정 파장에서 큰 각도 분산을 발생시킬 뿐만 아니라, 옵티컬 페이저(62)는 또한 시준 수단(61)의 각도 분산을 증대시킨다. 각도 분산의 증대는 분산 리플을 감소시키기 위한 수단을 제공한다.
시준 수단(61)으로부터 옵티컬 페이저(62)에 입력하는 광의 손실을 감소시키기 위해 그리고 옵티컬 페이저(62)의 표면(65)을 빠져나가는 빔의 회절 패턴에서의 특정 파장에 있는 임의의 광빔에 대한 단하나의 차수, 또는 아마도 여러 차수를 발생시키기 위해, 시준 수단(61)에 의해 발생된 각도 분산, 즉 시준 수단(61)에 의해 방사된 빔의 시준은 바람직하게 하기의 수학식 5에 따라 평행 표면(64,65)에 수직인 플레이트의 평면에서 빔 웨이스트(wo)를 갖는다.
여기서, h는 옵티컬 페이저(62)의 두께이고,
θ는 옵티컬 페이저(62)내에서 내부적으로 반사하는 광의 표면(65)상에서의 입사각이다.
상기 수학식 5에 따라 시준 수단(61)으로부터 방사된 광 빔의 시준은 입구 윈도우(63)에 충돌하는 주로 시준된 광 빔에서의 에너지의 50퍼센트(%)이상이 대역을 이룬 패턴에서 옵티컬 페이저로부터 방사된 각을 이뤄 분산된 광에서의 특정 파장에 있는 임의의 광 빔에 대한 3개 회절 차수 보다 작은 회절 차수로 회절하는 것을 보장한다.
옵티컬 페이저(62)를 위한 여러 대안 실시예가 도 7a 내지 7f에 도시되어 있다. 옵티컬 페이저(62)의 이러한 여러 대안 실시예에서, 입구 윈도우(63)는 도 4에 도시된 바와 같은 경사면을 이룬 형상으로 가공된 표면에 의해, 또는 도 7d 내지 7f에 도시된 바와 같은 평행 표면(64,65)중의 하나로부터 밖으로 투사되는 프리즘(82)에 의해 형성될 수 있다. 프리즘(82)의 입구 윈도우(63)로 들어가는 광은 평행 표면(64,65)중의 하나에 맨처음 충돌하기 이전에 프리즘(82) 내부에서 내부적으로 반사한다. 여러 대안 실시예에 대해 설명된 바와 같이, 반사면(64)은 고반사도를 갖는 필름으로 코팅되거나 부분적으로 트랜스페어런트하게 될 수 있다. 반사면(64)이 부분적으로 트랜스페어런트하게 되면, 옵티컬 페이저(62)는 더욱 큰 광학 손실을 나타낸다. 그러나, 상기와 같은 옵티컬 페이저(62)의 구성을 위해 반사면(64)으로부터 누설하는 광은 성능을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 평행 표면(64,65)의 반사도가 특수한 광학 코팅에 대해 편광 독립적인 것으로 제조되었으면 옵티컬 페이저(62)의 입구 윈도우(63)에 충돌하는 광에 대해 시준 수단(61)에 의해 발생된 편광 제어는 필요치 않다.
상기한 바와 같이, 광-복귀 수단(66)의 바람직한 실시예는 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점평면 근방에 위치된 만곡된 미러(68)와 광-포커싱 엘리먼트(67)를 포함한다. 광-포커싱 엘리먼트(67)는 도 4에 나타낸 바와 같은 렌즈일 수 있다. 대안으로 도 8a에 도시된 바와 같이, 오목 미러도 광-복귀 수단(66)의 폴딩된 구성에서 광-포커싱 엘리먼트(67)에 대해서도 사용될 수 있다. 광-포커싱 엘리먼트(67)는 바람직하게 표면(65)으로부터 떨어져 있는 광-포커싱 엘리먼트(67)의 대략 한 초점길이 즉, f에 근사하는, 도 8b에 예시된 바와 같은, 거리에서 옵티컬 페이저(62)의 표면(65)으로부터 방사된 회절 빔의 방향을 따라 위치된다.
광-복귀 수단(66)의 바람직한 실시예에서, 옵티컬 페이저(62)의 표면(65)으로부터 나오는 광 빔은 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점 평면 근방에 위치된 만곡된 미러(68)로의 투사를 위해 광-포커싱 엘리먼트(67)에 의해 수집된다. 만곡된 미러(68)에 의해 역으로 반사된, 빔은 입구 윈도우(63)를 통하여 옵티컬 페이저로부터 빠져나가는 옵티컬 페이저(62), 광-복귀 수단(66)을 통하는 그들의 경로를 반전시키고, 시준 수단(61)의 시준기(71)를 통해 진행한다. 바람직하게, 도 9a의 평면도에 나타낸 바와 같이, 시준기(71)를 통해 복귀하는 광은 분산 보상기(60)의 대칭 평면에 수직인 광-포커싱 엘리먼트(67)를 약간 기울임으로써 관통하여 입력되는 광으로부터 공간적으로 분리될 수 있다. 대안으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 시준기(71)를 통해 공선적으로 복귀하는 광은 서큘레이터(86)에 의해 시준기(71)에 입력되는 광과도 분리될 수 있다. 도 9b는 광섬유(30)와 시준 수단(61) 사이에 위치된 바와 같은 서큘레이터(86)를 도시하지만, 대안으로 서큘레이터(86)는 시준 수단(61)과 옵티컬 페이저(62) 사이에 삽입될 수 있다.
분산 보상기(60)에 의해 발생된 색분산, β, 는 하기의 수학식 6에 따른다.
여기서 R는 만곡 미러(68)의 곡률 반경이다.
R은 볼록 미러에 대해 포지티브로서 그리고 오목미러에 대해 네거티브로서 정의된다. 고정된 회절각(ν) 및 고정된 초점길이(f)에 대해, 수학식 6은 분산 보상기(60)에 의해 발생된 색분산이 만곡 미러(68)의 곡률에 정비례함을 나타낸다. 특히, 만곡 미러(68)의 곡률을 조정함에 의해, 특정 광송신 시스템을 주행하는 광의 특정 광송신 시스템의 색분산을 완전히 상쇄시키는 것이 항상 가능하다.
더욱이, 시준 수단(61)의 벌크 회절 격자(77a) 또는 프리즘(77)에 의해 유도된 작은 각도 분산은 옵티컬 페이저(62)의 표면(65)으로부터 나오는 상이한 파장의 광빔을 각도 분산시키는 대역을 이룬 패턴을 발생시킨다. 즉, 옵티컬 페이저(62)는 약간 상이한 각도에서 광의 상이한 파장을 갖는 WDM 채널을 회절시킨다. 더욱이, 대역을 이룬 패턴의 각각의 특정 대역내에서 특정 주파수를 갖는 광은 동일 대역내에서 상이한 주파수의 광에 대해 각도 변위된다. 또한, 옵티컬 페이저(62)에 의해 발생된 각도 분산된 광의 대역을 이룬 패턴은 특정 대역 이외의 대역의 중심 주파수에 대한 각도 변화율과는 상이한 특정 대역내에서의 중심 주파수에 대한 각도 변화율을 나타낸다. 결과적으로, 도 10에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광-포커싱 엘리먼트(67)는 각각의 WDM 채널의 광에 대한 상기 대역을 이룬 패턴을 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점 평면에 위치된 만곡 미러(68)상의 특정 지점에 투사한다.
대역을 이룬 패턴을 광-포커싱 엘리먼트(67)에 의해 만곡 미러(68)상의 특정 지점에 투사하는 것은 만곡 미러(68)가 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점평면에 걸쳐 변동하는 곡률을 가지면 유익하게 이용될 수 있다. 변동하는 곡률을 갖는 만곡 미러(68)의 채용은 유익하게 분산 보상기(60)가 광섬유(30)를 통해 전파하는 모든 WDM 채널에 대해 색분산을 동시에 보상할 수 있게 한다. 도 11은 상용으로 구입가능한 여러 상이한 유형의 광섬유(30)에 대해 분산 기울기 및 GVD를 완전하게 보상하는 분산 보상기(60)의 대표적 실시예의 만곡 미러(68)에 대한 바람직한 형태를 도시한다.
산업상이용가능성
분산 보상기(60)의 한 실시예에서, 옵티컬 페이저(62)는 약 1mm 두께인 실리콘의 플레이트로 제조된다. 도 7a-7f에 도시된 옵티컬 페이저(62)의 다양한 실시예에 따라, 입구 윈도우(63)는 플레이트의 외부 표면에 형성된다. 반사면(64)은 금 코팅되어 있고 굴절면(65)은 연마된다. 옵티컬 페이저(62) 내부의 빔 입사각(θ)은 약 16도(16Ε)이고, 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점길이는 약 100mm이다.
본 발명의 분산 보상기(60)는 종래의 분산 보상 디바이스에 비해 여러 장점 및 특징을 제공한다.
첫째, 분산 보상기(60)는 GVD 및 분산 기울기에 대해 독립적인 제어를 가능케 한다. 상세히는, 특정 길이의 임의의 광섬유(30)에 대해, 그것의 GVD는 폴딩 만곡 미러(68)의 적절한 곡률에 의해 보상될 수 있고, 그것의 분산 기울기는 동일한 폴딩 만곡 미러(68)의 적절한 곡률 변동에 의해 보상될 수 있다.
둘째, 옵티컬 페이저(62) 내부의 거의 시준됨 빔은 회절된 광의 에너지를 특정 파장의 임의의 광 빔을 위해 다수의 회절 차수내부로 집중시키고, 그결과 광 통과대역 및 최소 수율 손실이 되어지게 한다. 예를들어, 본 발명의 분산 보상기(60)는 바로 인접한 채널들이 100GHz 이격되어 있는 WDM 시스템에 대한 100GHz 보가 더 큰 0.5dB 대역폭을 나타낸다.
셋째, 수학식 6에 따라, 분산 보상기(60)에 의해 산출된 GVD 및 분산 기울기는 폴딩 만곡 미러(68)의 곡률에 대해 선형으로 변화한다. 그러므로, 광학 시스템에 대해 완전한 GVD 및 분산 기울기 보상을 제공하는 만곡 미러(68)의 형태는 광섬유(30)에 의해 고유하게 결정되고, 광섬유(30)의 길이에 대해 선형으로 변화한다. 따라서, 도 11에서 상이한 만곡 미러(68)에 대한 상이한 곡률의 그래픽 표현과 연계된 수직 축은 여러 상이한 광섬유(30)의 길이에 대해 정규화된다.
넷째, 분산 보상기(60)는 예를들어, 수학식 7에 따라 폴딩 만곡된 미러(68)의 곡률반경을 설정함에 의해, 최소 분산 기울기를 갖추어 디자인될 수 있다.
수학식 7에 따라 만곡된 미러(68)가 구비된 분산 보상기(60)는:
1. 냉각되지 않은 레이저로부터와 같은, 광의 파장이 적절치 않거나; 또는,
2. 직접적으로 모듈레이팅된 레이저로부터와 같은, 광의 스펙트럼이 넓은,
광통신 시스템에서의 색분산을 보상하는 데에 유용할 수 있다.
마지막으로, 분산 보상기(60)는 아주 작은 분산 리플을 광통신 시스템을 통해 전파하는 광 내부로 도입한다. 그러므로, 분산 보상기(60)는 장거리 송신(long-haul) 광섬유 시스템의 인라인 색분산 보상을 위해서 뿐만 아니라, 터미널 색분산 보상을 위해서도 사용될 수 있다. 장거리 송신 광섬유 시스템의 인라인 색분산 보상을 위해 다수의 분산 보상기(60)가 광섬유(30)와 인라인으로 광섬유(30)를 따라 일정하게 이격된 위치에 설치된다. 예로서, 도 12는 광섬유(30)를 따라 80km로 이격되어 있는 본 발명의 분산 보상기(60)에 의해 보상된 광섬유의 4000km를 포함하는 10Gbps 광섬유 송신 시스템의 시뮬레이션에 의한 결과인 아이-다이아그램을 도시한다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 도 12의 아이-다이아그램은 색분산에 기인한 약간의 열화를 나타낸다.
본 발명이 바람직한 실시예의 관점에서 설명되었을 지라도, 이러한 기술개시는 순전히 예시적인 것이고 제한하려는 의도로 여겨져서는 안된다는 것을 알아야 한다. 예로서, 상기한 분산 보상기(60)의 실시예는 입구 윈도우(63)를 충돌하는 시준 수단(61)으로부터 방사된 광의 각도 분산을 제공하기 위해 프리즘(77) 또는 벌크 회절 격자(77a)를 바람직하게 포함합니다. 그러나, 다음의 특허청구범위에 포함된 바와 같이 분산 보상기(60)는 반드시 그러한 각도 분산 엘리먼트를 포함하는 것으로 의도되지 않는다. 상기한 바와 같이, 분산 기울기 보상이 필수적이지 않은 분산 보상기(60)의 응용분야에서, 광섬유(30)와 옵티컬 페이저(62)간의 효율적인 광 결합을 갖춘 거의 시준된 광 빔을 발생하는 임의 기타 유형의 모드 커플러가 시준 수단(61)으로서 채용될 수 있다. 이러한 커플러는 단순히 표준 광학 시준기일 수 있다.
상기한 바와 같이, 옵티컬 페이저(62)의 입구 윈도우(63)는 바람직하게 반반사 필름으로 코팅된다. 그러나, 특허청구범위에 포함된 바와 같은 분산 보상기(60)는 그러한 코팅을 반드시 가질 것을 의도하진 않는다. 단지 필요조건은 옵티컬 페이저(62)의 입구 윈도우(63)는 단순히 입구 윈도우에 충돌하는 광의 파장에서 부분적으로 투과성이 있어야 한다는 것이다.
본 발명의 상기 실시예에서, 바이리프린전트 플레이트(73) 및 반파 플레이트(76,78)는 적절하게 편광된 빔이 각도 분산되어지도록 하기 위해 옵티컬 페이저(62)와 프리즘(77)에 충돌하기 전에 광섬유(30)로부터 수신된 빔을 선형으로 편광시킨다. 그러나, 특허청구범위에 포함된 분산 보상기(60)는 이들 특정한 편광 컴포넌트를 사용하는 것에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 그 대신, 분산 보상기(60)는 적절하게 편광된 빔이 옵티컬 페이저(62)의 입구 윈도우(63)에 충돌할 것을 필요로 한다.
더욱이, 상기한 바와 같이 옵티컬 페이저(62)의 평행 표면(64,65)은 대응 반사도가 빔 편광에 감응하지 않도록 코팅될 수 있다. 이러한 코팅이 평행 표면(64,65)에 도포되면 입구 윈도우(63)에 충돌하는 광 빔의 편광은 제어될 필요가 없으며, 예를들어 바이리프린전트 플레이트(73) 및 반파 플레이트(76,78)와 같은 편광 제어 컴포넌트는 시준 수단(61)으로부터 제거될 수 있다. 아날로그적으로, 광 효율을 증대시키기 위해 반반사 코팅은 렌즈를 통하는 광의 손실을 감소시키기 위해 광-포커싱 엘리먼트(67)에 바람직하게 도포된다.
상기한 바와 같이, 광-포커싱 엘리먼트(67)와 옵티컬 페이저(62)의 표면(65)간의 바람직한 간격은 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점길이(f)와 동일하다. 그러나, 특허청구범위에 포함된 분산 보상기(60)는 그러한 특정 기하학적 배치에 제한되지 않는다. 그 대신에, 옵티컬 페이저(61)의 표면(64)과 광-포커싱 엘리먼트(67)간의 거리는 임의의 값으로 설정될 수 있다. 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 그 거리는 사실상 조정가능하다.
일반적으로, 본 발명의 장치에 의해 산출된 색분산은 다음 수학식 8에 의해 그 기하학적 배치에 관련된다.
여기서, u는 광-포커싱 엘리먼트(67)의 광축을 따른 옵티컬 페이저(62)의 표면(65)으로부터 광-포커싱 엘리먼트(67)까지의 거리이고,
f는 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점길이이고,
R은 폴딩 만곡 미러(68)의 곡률반경이다.
본 발명에 따라 조정가능한 분산 보상기(60)는 u 또는 R, 또는 u 및 R 모두를 조정함에 의해 구현될 수 있다. u에 대한 조정을 위해, 분산 보상기(60)의 바람직한 실시예는 도 4에 화살표 69로 지시된 바와 같이, 병진 스테이지상에 광-복귀 수단(66)을 배치하는 것이다. 대안으로, 만곡 미러(68)는 조정가능한 곡률을 지니도록 제조될 수 있다.
만곡 미러(68)의 곡률을 조정가능하도록 하기 위한 여러 방법이 있다. 한 방법은 탄성 휨력을 만곡 미러(68)에 도 4에 화살표 70으로 지시된 방향으로 가하는 것이다. 그러한 휨력은 푸시 스쿠루에 의하는 바와 같이 기계적으로 발생될 수 있다. 대안으로 힘은 또한 마이크로 전자-기계적 시스템에 의하는 바와 같이 정전방식으로 또는 전자기적으로 발생될 수 있다. 만곡 미러(68)의 곡률은 또한 미러가 바이메탈 재료로 형성된다면 열적으로 조정될 수 있다. 최적 미러 형태는 미러가 가변 경도를 갖도록 형성함으로써, 또는 만곡 미러상의 여러 지점에 휨력을 가함으로써, 또는 상기 두 기술의 조합에 의해 달성될 수 있다. 그 광축에 가로방향에 있는 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점 평면 가까이에 위치된 불균등한 곡률을 갖는 만곡 미러(68)를 병진이동시키는 것, 즉, 광-포커싱 엘리먼트(67)의 초점 평면을 따라 병진시키는 것은 또한 만곡 미러(68)의 곡률을 조정한다. 만곡 미러(68)의 곡률은 또한 특정 형태를 갖는 만곡 미러(68)를 상이한 형태를 갖는 다른 만곡 미러로 대체함으로써 조정될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 정신 및 범위로 벗어나지 않고, 본 발명의 다양한 변경, 수정, 및/또는 대안 응용은 의심할 여지없이, 상기한 상세한 설명에 개시된 기술을 읽음으로써 당업자에게 암시되어 질 것이다. 따라서, 본발명의 특허청구범위는 본 발명의 진정한 정신 및 범위에 속하는 모든 변경, 수정 또는 대안 응용을 포함하는 것으로 이해될 것을 의도한다.

Claims (30)

  1. 광통신 시스템의 성능을 향상시키도록 응용된 광섬유 색분산 보상기에 있어서,
    광통신 시스템에 포함된 광섬유의 한 단부로 부터 방사될 수 있는 복수의 주파수를 포함하는 공간적으로 발산하는 광 빔을 수광하고, 수광된 공간적으로 발산하는 광 빔을 시준 수단으로부터 방사된 주로 시준된 광 빔으로 변환하기 위한 시준 수단;
    수광된 광 빔이 여러 대역으로 분리되어 특정 대역내의 특정 주파수를 갖는 광이 동일한 대역내의 다른 주파수의 광으로부터 각도 변위되도록, 시준 수단으로부터 주로 시준된 광 빔을 수광하고 수광된 광 빔을 옵티컬 페이저로부터 방사된 대역을 이룬 패턴에 각도 분산시키기 위한 입구 윈도우를 제공하는 옵티컬 페이저; 및
    옵티컬 페이저로부터 방사된 대역을 이룬 패턴을 갖는 각도 분산된 광을 수광하고, 옵티컬 페이저의 입구 윈도우 가까이에서 옵티컬 페이저를 빠져나가도록 옵티컬 페이저를 통하여 광을 역으로 반사시키기 위한 광-복귀 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  2. 제1 항에 있어서, 시준 수단으로부터 방사된 주로 시준된 광 빔은 입구 윈도우에 충돌하는 주로 시준된 광 빔의 에너지의 50퍼센트(%)이상이 대역을 이룬 패턴내의 옵티컬 페이저로부터 방사된 각도 분산된 광의 특정 파장에서 임의의 광 빔에 대해 3개 미만의 회절 차수로 회절하도록 보장하는 다이버전스를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  3. 제1 항에 있어서, 광은 수직에 가까운 입사각으로 입구 윈도우를 통하여 옵티컬 페이저에 들어가는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  4. 제1 항에 있어서, 옵티컬 페이저의 입구 윈도우는 입구 윈도우에 충돌하는 광에 대해 적어도 부분적으로 트랜스페어런트한 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  5. 제1 항에 있어서, 광-복귀 수단은 광-포커싱 수단 및 광-포커싱 수단의 초점평면 가까이에 배치된 미러를 포함하고, 광-포커싱 수단은 미러에 투사하기 위해 옵티컬 페이저로부터 방사된 대역을 이룬 패턴을 갖는 각도 분산된 광을 수집하고, 미러는 미러에 충돌하는 광을 광-포커싱 수단을 향하여 역으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  6. 제5 항에 있어서, 광-포커싱 수단은 옵티컬 페이저에 의해 발생된 각도 분산된 광의 대역을 이룬 패턴내의 각각의 대역을 미러상의 개별 위치에 투사하는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  7. 제5 항에 있어서, 광-포커싱 수단과 옵티컬 페이저간의 거리는 조정가능한 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  8. 제5 항에 있어서, 미러는 만곡된 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  9. 제8 항에 있어서, 미러의 곡률은 조정가능한 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  10. 제9 항에 있어서, 미러의 곡률은 미러를 벤딩시킴으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  11. 제10 항에 있어서, 미러를 벤딩시키기 위한 힘은 기계적 힘, 전기적 힘, 자기적 힘 및 열적 힘으로 이루어 진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  12. 제9 항에 있어서, 미러는 복수의 곡률을 가지며, 미러의 곡률은 미러를 병진이동시킴으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  13. 제9 항에 있어서, 미러는 교체가능하며, 미러의 곡률은 그 미러를 상이한 곡률을 갖는 다른 미러로 교체함으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  14. 제1 항에 있어서, 옵티컬 페이저는 두 개의 평행 표면사이에서 광이 입구 윈도우를 통해 옵티컬 페이저에 들어간 후 반사하는 두 개의 평행 표면을 갖는 재료의 플레이트로 제조되고, 상기 입구 윈도우는 플레이트의 외면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  15. 제14 항에 있어서, 입구 윈도우는 플레이트의 경사진 형상으로 된 에지에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  16. 제14 항에 있어서, 입구 윈도우는 옵티컬 페이저의 두 개의 평행 표면중의 하나로부터 돌출하는 프리즘에 의해 형성되고, 입구 윈도우를 통하여 옵티컬 페이저에 들어가는 광은 두 개의 평행 표면중의 하나에 충돌하기 이전에 프리즘내에서 내부 반사하게 되는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  17. 제14 항에 있어서, 옵티컬 페이저의 두 개의 평행 표면중의 하나는 두 개의 평행 표면에 충돌하는 광의 일부분이 옵티컬 페이저를 빠져날 수 있도록 부분적으로 트랜스페어런트한 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  18. 제17 항에 있어서, 부분적으로 트랜스페어런트한 표면을 통해 옵티컬 페이저로부터 방사된 광은 상기 표면에 대해 수직으로부터 45도(45Ε)를 넘는 각도로 디프랙션되는 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  19. 제1 항에 있어서, 옵티컬 페이저는 옵티컬 페이저를 둘러싸는 매체의 굴절률 보다 큰 굴절률을 갖는 재료로 만들어 진 것을 특징으로 하는 광섬유 색분산 보상기.
  20. 광통신 시스템의 성능을 향상시키도록 응용된 색분산 보상 방법에 있어서,
    광통신 시스템에 포함된 광섬유의 한 단부로 부터 방사될 수 있는 복수의 주파수를 포함하는 공간적으로 발산하는 광 빔을 주로 시준된 광 빔으로 시준키는 단계;
    주로 시준된 광 빔이 여러 대역으로 분리되어 특정 대역내의 특정 주파수를 갖는 광이 동일한 대역내의 다른 주파수의 광으로부터 각도 변위되도록, 옵티컬 페이저로부터 방사된 대역을 이룬 패턴내에 주로 시준된 광 빔을 옵티컬 페이저에 각도 분산시키는 단계; 및
    각도 분산된 광을 옵티컬 페이저의 입구 윈도우 가까이에서 옵티컬 페이저를 빠져나가도록 옵티컬 페이저를 통하여 역으로 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20 항에 있어서, 시준 수단으로부터 방사된 주로 시준된 광 빔은 입구 윈도우에 충돌하는 주로 시준된 광 빔의 에너지의 50퍼센트(%)이상이 대역을 이룬 패턴내에 옵티컬 페이저로부터 방사된 각도 분산된 광의 특정 파장에서의 임의의 광 빔에 대해 3 미만의 회절 차수로 회절될 수 있도록 하는 다이버전스를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제20 항에 있어서, 광-복귀 수단은 광-포커싱 수단, 및 광-포커싱 수단의 초점평면 가까이에 배치된 미러를 포함하고,
    미러에 투사하기 위해 옵티컬 페이저로부터 방사된 대역을 이룬 패턴을 갖는 각도 분산된 광을 광-포커싱 수단이 수집하는 단계; 및
    미러에 충돌하는 광을 광-포커싱 수단을 향하여 역으로 미러가 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22 항에 있어서, 광-포커싱 수단은 옵티컬 페이저에 의해 발생된 각도 분산된 광의 대역을 이룬 패턴내의 각각의 대역을 미러상의 개별 위치에 투사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제22 항에 있어서, 광-포커싱 수단을 옵티컬 페이저로부터 분리시키는 거리를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제22 항에 있어서, 미러의 곡률을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제25 항에 있어서, 미러의 곡률은 미러를 벤딩시킴으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제26 항에 있어서, 미러를 벤딩시키기 위한 힘은 기계적 힘, 전기적 힘, 자기적 힘 및 열적 힘으로 이루어 진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제25 항에 있어서, 미러는 복수의 곡률을 가지며, 미러의 곡률은 미러를 병진이동시킴으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제25 항에 있어서, 미러는 교체가능하며, 미러의 곡률은 그 미러를 상이한 곡률을 갖는 다른 미러로 교체함으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제20 항에 있어서, 부분적으로 트랜스페어런트한 표면을 통해 옵티컬 페이저로부터 방사된 광은 상기 표면에 대해 수직으로부터 45도(45Ε)를 넘는 각도로 디프랙션되는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020057000737A 2002-07-16 2003-07-15 광섬유 색분산 보상 방법 및 장치 KR100725025B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020057000737A KR100725025B1 (ko) 2002-07-16 2003-07-15 광섬유 색분산 보상 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US60/396,321 2002-07-16
KR1020057000737A KR100725025B1 (ko) 2002-07-16 2003-07-15 광섬유 색분산 보상 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050019879A true KR20050019879A (ko) 2005-03-03
KR100725025B1 KR100725025B1 (ko) 2007-06-07

Family

ID=41784058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057000737A KR100725025B1 (ko) 2002-07-16 2003-07-15 광섬유 색분산 보상 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100725025B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102415308B1 (ko) 2016-02-25 2022-07-01 한국전자통신연구원 분산 관리 기법을 이용한 아날로그 광 전송 시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6008920A (en) * 1998-03-11 1999-12-28 Optical Coating Laboratory, Inc. Multiple channel multiplexer/demultiplexer devices
US6332689B1 (en) * 1999-12-14 2001-12-25 Fujitsu Limited Optical apparatus which uses a virtually imaged phased array to produce chromatic dispersion
US6343866B1 (en) * 2000-05-23 2002-02-05 Fujitsu Limited Optical apparatus which uses a virtually imaged phased array to produce chromatic dispersion
US6608721B1 (en) 2000-06-02 2003-08-19 Essex Corporation Optical tapped delay line

Also Published As

Publication number Publication date
KR100725025B1 (ko) 2007-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE43965E1 (en) Compensating for chromatic dispersion in optical fibers
US6296361B1 (en) Optical apparatus which uses a virtually imaged phased array to produced chromatic dispersion
US7075723B2 (en) Optical apparatus which uses a virtually imaged phased array to produce chromatic dispersion
US6343866B1 (en) Optical apparatus which uses a virtually imaged phased array to produce chromatic dispersion
US6956700B1 (en) Wavelength dispersion compensating apparatus
JP3994737B2 (ja) 光装置
KR100725025B1 (ko) 광섬유 색분산 보상 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120524

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130507

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee