KR20050099204A - 광결합기형 필터 및 이를 이용한 광원의 파장 안정화 장치 - Google Patents

광결합기형 필터 및 이를 이용한 광원의 파장 안정화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 광원의 파장 안정화 장치는, 제1 및 제2 단들을 갖는 제1 도파로와, 제3 단을 갖는 제2 도파로와, 광 결합을 위해 상기 제1 및 제2 도파로들이 인접하게 위치함으로써 형성된 결합 영역과, 상기 결합 영역에 위치된 격자를 구비하는 광결합기형 필터와; 상기 제1 단으로 광을 출력하기 위한 광원과; 상기 제3 단으로부터 출력된 추출광을 제1 전기 신호로 검출하기 위한 제1 광검출기와; 상기 제1 전기 신호의 파워로부터 상기 광원에서 출력되는 광의 파장을 판단하고, 상기 광의 파장이 기설정된 안정화 파장으로부터 벗어난 경우에 제어 신호를 출력하기 위한 신호 처리기와; 상기 제어 신호에 따라 상기 광원의 출력 파장을 조절하기 위한 구동기를 포함하며, 상기 결합 영역 중 상기 격자와 상기 제1 단 사이에 위치한 서브 영역의 길이는 상기 격자에 의해 반사되어 상기 제1 단으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록 설정된다.

Description

광결합기형 필터 및 이를 이용한 광원의 파장 안정화 장치{OPTICAL COUPLER TYPE FILTER AND WAVELENGTH STABILIZING APPARATUS OF LIGHT SOURCE USING THE SAME}
본 발명은 광원에 관한 것으로서, 특히 상기 광원의 파장을 안정화시키기 위한 장치에 관한 것이다.
최근 인터넷 등의 발달로 인하여 초고속 광통신의 필요성이 증대되었고, 그 중 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing : WDM) 방법을 이용한 전송 방식이 널리 사용되고 있다. WDM 광통신 시스템의 성능 향상을 위해서는 일정 대역 내에 포함되는 채널(channel) 수의 증가가 필수적인데, 이 때 사용되는 광원의 파장이 안정화되어야만 파장 간의 간격을 충분히 줄일 수 있다. 보통 WDM 광통신 시스템의 광원으로 많이 사용되는 분산 궤환 레이저 다이오드(Distributed Feedback Laser Diode) 등의 동작 파장은 온도 등의 주변 환경 변화에 따라서 민감하게 변하고, 사용 기간 경과에 따른 열화로 바뀌게 되므로 정확히 원하는 파장으로 동작시키기가 어렵다.
레이저 다이오드의 파장을 안정시키기 위한 종래의 방법으로는 박막 형태의 광필터나 페브리-페로 에탈론 필터(Fabry-Perot etalon filter)를 사용하여 레이저 다이오드에서 나오는 광을 파장에 대해 선별적으로 투과 또는 반사시킨 후, 이를 이용하여 파장을 감지하고 안정화시키는 방법 등이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 종래의 방법들은 박막이나 결정 형태의 광필터를 사용하므로 전 광섬유(all optical fiber) 형태나 평면 광파 회로(planar lightwave circuit: PLC)로 집적된 형태로 구성하기가 어렵고 손실이나 오류가 많이 발생한다는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 근래에는 광섬유 내부에 형성 가능한 광섬유 브래그 격자(optical fiber Bragg grating: FBG)를 이용하는 방법이 사용되고 있다. 통상적으로, 광섬유 브래그 격자라고 함은 격자가 새겨진 코어(core)와 상기 코어를 둘러싸는 클래드(clad)를 갖는 광섬유뿐만 아니라, 격자가 새겨진 코어(또는, 코어층이나 도파로)와 상기 코어를 둘러싸는 클래드(또는 클래드층)를 갖는 평면 광파 회로를 포함한다.
도 1은 종래에 따른 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면이다. 상기 파장 안정화 장치(100)는 광원(light source: LS, 110)과, 광아이솔레이터(optical isolator: ISO, 120)와, 광결합기형 필터(optical coupler type filter, 130)와, 격자(140)와, 제1 및 제2 광검출기들(optical detector: OD, 160)과, 신호 처리기(signal processor, 170)와, 구동기(driver, 180)를 포함한다.
상기 광원(110)은 기설정된 파장의 광을 양면 출력하며, 그 전면으로 출력된 광(112)은 광통신에 사용되고, 그 후면으로 출력된 광(114)은 파장 안정화를 위해 사용된다. 상기 광원(110)은 반도체 광원으로서 레이저 다이오드 등을 포함할 수 있다.
상기 광아이솔레이터(120)는 상기 광원(110)의 후면과 상기 광결합기형 필터(130) 사이에 배치되며, 상기 광원(110)의 후면으로부터 출력된 광(114)을 통과시키고 그 역방향으로 입력된 광을 차단한다.
상기 광결합기형 필터(130)는 상기 광아이솔레이터(120)와 상기 격자(140) 사이에 배치되며, 제1 및 제2 단들(A1,A2)을 갖는 제1 도파로(132)와, 제3 및 제4 단들(A3,A4)을 갖는 제2 도파로(134)와, 광 결합을 위해 상기 제1 및 제2 도파로들(132,134)이 인접하게 위치함으로써 형성된 결합 영역(coupling region, 137)을 포함한다. 상기 제1 단(A1)은 상기 광아이솔레이터(120)와 연결되고, 상기 제2 단(A2)은 종단이 되며, 상기 제3 단(A3)은 상기 제2 광검출기(160)와 연결되고, 상기 제4 단(A4)은 상기 제1 광검출기(150)와 연결된다. 상기 광결합기형 필터(130)는 세 영역들로 구분되며, 그 하나는 상기 결합 영역(137)이고, 또 하나는 상기 결합 영역(137)과 상기 제1 단(A1) 또는 제3 단(A3) 사이의 제1 연결 영역(connecting region, 136)이며, 나머지는 상기 결합 영역(137)과 상기 제2 단(A2) 또는 제4 단(A4) 사이의 제2 연결 영역(138)이다. 상기 제1 단(A1)에 입력된 광(114)은 상기 결합 영역(137)을 지나면서 상기 제1 도파로(132)에서 상기 제2 도파로(134)로 전이되며(이러한 과정을 결합이라고 함), 상기 전이된 광(114)은 상기 제4 단(A4)으로 출력된다.
상기 격자(140)는 상기 광결합기형 필터(130)의 제4 단(A4)과 상기 제2 광검출기(160) 사이에 배치되며, 상기 제4 단(A4)으로부터 입력된 광(114) 중 상기 기설정된 파장을 갖는 일부(115)(이하, 투과광이라고 함)는 투과시키고 그 나머지(116,117)는 반사시킨다. 상기 격자(140)의 제조 방법을 예로 들자면, 광민감성 재질의 코어에 위상 마스크(phase mask)를 통한 자외선을 조사하여 격자를 형성할 수 있다. 상기 격자(140)로부터 반사된 광(116,117)은 상기 제4 단(A4)으로 입력된 후 상기 결합 영역(137)을 지나 그 일부(116)(이하, 추출광이라고 함)는 상기 제3 단(A3)으로 출력되고, 그 나머지(117)(이하, 회귀광이라고 함)는 상기 제1 단으로 출력된다. 상기 반사광(116,117)의 분기 비율은 주로 상기 결합 영역(137)의 길이와 상기 제1 및 제2 도파로들(132,134)의 결합 정도를 나타내는 결합 계수 κab의 곱에 의해 결정된다.
상기 제1 광검출기(150)는 상기 제3 단(A3)으로부터 입력된 추출광(116)을 전기 신호(이하, 제1 전기 신호라고 함)로 검출하고, 상기 제2 광검출기(160)는 상기 격자(140)로부터 입력된 투과광(115)을 전기 신호(이하, 제2 전기 신호라고 함)로 검출한다. 상기 제1 및 제2 광검출기들(150,160)은 포토다이오드(photodiode)를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리기(170)는 상기 제1 및 제2 광검출기들(150,160)로부터 입력된 제1 및 제2 전기 신호들의 파워들로부터 상기 광원(110)에서 출력되는 광(112,114)의 파장을 판단한다. 즉, 상기 추출광(116)의 파워와 상기 투과광(115)의 파워의 차가 기설정된 값 이하인 경우에 상기 광원(110)이 기설정된 파장의 광을 정상적으로 출력하고 있는 것으로(즉, 정상적으로 동작하는 것으로) 파악하고, 그렇지 못한 경우에 상기 광원(110)이 비정상적으로 동작하고 있는 것으로 파악한다. 이와 같이 상기 광원(110)이 비정상적으로 동작하고 있는 경우에 상기 신호 처리기(170)는 이를 치유하기 위한 제어 신호를 상기 구동기(180)로 출력한다.
상기 구동기(180)는 상기 제어 신호에 따라 상기 광원(110)의 출력 파장을 안정화시킨다. 예를 들어, 상기 구동기(180)는 파장 안정화를 위해 상기 광원(110)의 동작 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
상술한 바와 같은 파장 안정화 장치(100)는 필수적으로 상기 광아이솔레이터(120)를 구비해야 하며, 이는 상기 격자(140)에서 반사된 회귀광(117)이 상기 광원(110)에 입력됨에 따라 상기 광원(110)의 발진에 영향을 미치고, 이로 인해 상기 광원(110)의 출력 특성이 악화되는 것을 방지하기 위함이다.
그러나, 상기 광아이솔레이터(120)는 고가의 제품이므로 상기 파장 안정화 장치(100)의 제작비가 증가하게 되고, 또한 상기 파장 안정화 장치(100)의 부피가 커진다는 문제점이 있다. 더욱이, 상기 광아이솔레이터(120)는 평면 광파 회로 형태로 제작하기 어려우므로 상기 파장 안정화 장치(100)도 또한 평면 광파 회로 형태로 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광아이솔레이터를 필요치 않는 광원의 파장 안정화 장치와, 이를 위한 광결합기형 필터를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 평면 광파 회로 형태로 제작하기 용이한 광원의 파장 안정화 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광결합기형 필터는, 외부로부터 광을 입력받기 위한 제1 단과, 제2 단을 갖는 제1 도파로와; 제3 단을 갖는 제2 도파로와; 광 결합을 위해 상기 제1 및 제2 도파로들이 인접하게 위치함으로써 형성된 결합 영역과; 상기 결합 영역에 위치되고, 상기 제1 단으로부터 입력된 광 중 반사 파장과 일치하는 추출광을 상기 제3 단으로 출력하고 그 나머지 투과광을 상기 제3 단으로 출력하기 위한 격자를 포함하며, 상기 결합 영역 중 상기 격자와 상기 제1 단 사이에 위치한 서브 영역의 길이는 상기 격자에 의해 반사되어 상기 제1 단으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록 설정된다.
본 발명에 따른 광원의 파장 안정화 장치는, 제1 및 제2 단들을 갖는 제1 도파로와, 제3 단을 갖는 제2 도파로와, 광 결합을 위해 상기 제1 및 제2 도파로들이 인접하게 위치함으로써 형성된 결합 영역과, 상기 결합 영역에 위치된 격자를 구비하는 광결합기형 필터와; 상기 제1 단으로 광을 출력하기 위한 광원과; 상기 제3 단으로부터 출력된 추출광을 제1 전기 신호로 검출하기 위한 제1 광검출기와; 상기 제1 전기 신호의 파워로부터 상기 광원에서 출력되는 광의 파장을 판단하고, 상기 광의 파장이 기설정된 안정화 파장으로부터 벗어난 경우에 제어 신호를 출력하기 위한 신호 처리기와; 상기 제어 신호에 따라 상기 광원의 출력 파장을 조절하기 위한 구동기를 포함하며, 상기 결합 영역 중 상기 격자와 상기 제1 단 사이에 위치한 서브 영역의 길이는 상기 격자에 의해 반사되어 상기 제1 단으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록 설정된다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광결합기형 필터를 나타내는 도면이다. 상기 광결합기형 필터(200)는 제1 및 제2 단들(B1,B2)을 갖는 제1 도파로(210)와, 제3 및 제4 단들(B3,B4)을 갖는 제2 도파로(220)와, 광 결합을 위해 상기 제1 및 제2 도파로들(210,220)이 인접하게 위치함으로써 형성된 결합 영역(240)과, 상기 결합 영역(240)에 위치되며 반사 파장 λB를 갖는 격자(250)를 포함한다.
상기 광결합기형 필터(200)는 세 영역들로 구분되며, 그 하나는 상기 결합 영역(240)이고, 또 하나는 상기 결합 영역(240)과 상기 제1 단(B1) 또는 제3 단(B3) 사이의 제1 연결 영역(230)이며, 나머지는 상기 결합 영역(240)과 상기 제2 단(B2) 또는 제4 단(B4) 사이의 제2 연결 영역(260)이다. 상기 격자(250)는 상기 결합 영역(240)에 위치됨에 따라서, 상기 결합 영역(240)은 상기 격자(250)와, 상기 격자(250)의 양측에 위치하는 제1 및 제2 서브 영역들(sub-region, 242,244)(상기 결합 영역(240)에서 상기 격자(250)가 형성되지 않은 부분들)로 분류된다. 상기 제1 서브 영역(242)은 상기 제1 연결 영역(230)과 상기 격자(250) 사이에 위치하고, 상기 제2 서브 영역(244)은 상기 격자(250)와 상기 제2 연결 영역(260) 사이에 위치한다. 상기 격자(250)의 제조 방법을 예로 들자면, 적어도 상기 결합 영역(240)에 포함되는 상기 제1 및 제2 도파로들(210,220)의 부분들이 광민감성 재질로 이루어지도록 하며, 상기 제1 및 제2 도파로들(210,220)의 부분들에 위상 마스크를 통과한 자외선을 조사하여 격자를 형성할 수 있다. 상기 제1 단(A1)에 입력된 광(272)은 상기 결합 영역(240)에 위치하는 격자(250)에 입력되고, 상기 입력광(272) 중 반사 파장과 일치하는 일부(276,278)는 상기 격자(250)에 의해 반사되며, 상기 입력광(272)의 나머지(274)(이하, 투과광이라고 함)는 상기 격자(250)를 투과하여 상기 제2 단(274)으로 출력된다. 상기 격자(250)에 의해 반사된 광(276,278)은 상기 제1 및 제3 단들(B1,B3)로 출력된다. 상기 반사광(276,278)이 상기 제1 및 제3 단들(B1,B3)로 분기되는 비율은 상기 제1 서브 영역(230)의 길이 L1에 의해 주로 결정된다. 이하 이해의 편이를 위해, 상기 제1 단(B1)으로 출력되는 반사광을 회귀광(278)이라고 하며, 상기 제3 단(B3)으로 출력되는 반사광을 추출광(276)이라고 한다.
상기 반사광(276,278)의 파장은 상기 격자(250)의 주기(period)와 유효 굴절률(effective refractive index)에 의해 정해지고, 반사율(reflectance) 및 대역폭(bandwidth)은 상기 격자(250)의 세기를 나타내는 결합 계수 κ와 상기 격자(250)의 길이 L2에 따라서 정해진다. 상기 분기 비율은 상기 제1 서브 영역(242)의 길이 L1에 따라서 정해지고, 상기 입력광(272)의 파장이 상기 격자(250)의 반사 파장과 일치하고 상기 제1 및 제2 도파로(210,220)들의 결합 정도를 나타내는 결합 계수를 κab라고 할 때, 회귀광(278)의 파워 P1와 추출광(276)의 파워 P2는 각각 하기 <수학식 1> 및 <수학식 2>로 나타낼 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 광결합기형 필터의 출력 특성을 나타내는 도면이다. 도 3에는 회귀광(278)의 파워 P1를 나타내는 제1 곡선(410)과, 추출광(276)의 파워 P2를 나타내는 제2 곡선(420)이 도시되어 있다. 이 때, κab=1cm-1, κ=5cm -1, L2=1.175cm가 상수로 주어지고, 제1 서브 영역(242)의 길이 L1은 변수로 주어진다. 상기 <수학식 1>과 <수학식 2>에서 예상할 수 있듯이 P1과 P2는 L1 의 변화에 따라 주기적으로 변하고, 그 합(P1+P2)은 항상 일정하다는 것을 볼 수 있다. 또한, 예를 들어 L1=0.685인 지점 근처에서는 P1이 0이 되는 것을 볼 수 있다. 만약 이와 같은 조건으로 상기 광결합기형 필터(200)를 제작하면, 제1 단(B1)으로 돌아오는 회귀광(278)의 파워 P1를 없애줄 수 있고, 따라서 추가적으로 광아이솔레이터를 사용하지 않아도 회귀광(278)없이 추출광(276)을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 상기 제1 곡선(410)이 주기성을 가지므로, L1을 다양한 값으로 설정할 수 있다는 것은 자명하다. 또한, 이미 제작된 광결합기형 필터도 레이저 트리밍(laser trimming) 등의 방법을 이용하여 결합 영역의 길이나 격자의 길이를 조정함으로써 성능을 향상시킬 수도 있고, 회귀광의 파워 P1을 0으로 만들 수도 있어서 구현의 용이성은 높다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 도 2에 도시된 광결합기형 필터를 이용한 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면이다. 상기 파장 안정화 장치(300)는 광원(310)과, 광결합기형 필터(200)와, 제1 및 제2 광검출기들(320,330)과, 신호 처리기(340)와, 구동기(350)를 포함한다.
상기 광원(310)은 기설정된 파장의 광(312,314)을 양면 출력하며, 그 전면으로 출력된 광(312)은 광통신에 사용되고, 그 후면으로 출력된 광(314)은 파장 안정화를 위해 사용된다. 상기 광원(310)은 반도체 광원으로서 레이저 다이오드 등을 포함할 수 있다.
상기 광결합기형 필터(200)는 상기 광원(310)과 상기 제2 광검출기(330) 사이에 배치되며, 제1 및 제2 단들(B1,B2)을 갖는 제1 도파로(210)와, 제3 및 제4 단들(B3,B4)을 갖는 제2 도파로(220)와, 광 결합을 위해 상기 제1 및 제2 도파로들(210,220)이 인접하게 위치함으로써 형성된 결합 영역(240)을 포함한다. 상기 제1 단(B1)은 상기 광원(310)과 연결되고, 상기 제2 단(B2)은 상기 제2 광검출기(330)와 연결되며, 상기 제3 단(B3)은 상기 제1 광검출기(320)와 연결되고, 상기 제4 단(B4)은 종단이 된다. 상기 광결합기형 필터(200)는 세 영역들로 구분되며, 그 하나는 상기 결합 영역(240)이고, 또 하나는 상기 결합 영역(240)과 상기 제1 단(B1) 또는 제3 단(B3) 사이의 제1 연결 영역(230)이며, 나머지는 상기 결합 영역(240)과 상기 제2 단(B2) 또는 제4 단(B4) 사이의 제2 연결 영역(260)이다. 또한, 상기 결합 영역(240)은 반사 파장 λB를 갖는 격자(250)와, 상기 격자(250)의 양측에 위치하는 제1 및 제2 서브 영역들(242,244)로 분류된다. 상기 제1 서브 영역(242)은 상기 제1 연결 영역(230)과 상기 격자(250) 사이에 위치하고, 상기 제2 서브 영역(244)은 상기 격자(250)와 상기 제2 연결 영역(260) 사이에 위치한다.
상기 광원(310)의 후면으로부터 출력된 광(314)은 상기 제1 단(B1)으로 입력되고, 상기 격자(250)를 투과한 광(316)은 상기 제2 포트(B2)로 출력되고, 상기 격자(250)에 의해 반사된 기설정된 파장 λB의 추출광(318)은 상기 제3 포트(B3)로 출력된다. 상기 제1 서브 영역(242)의 길이는 상기 격자(250)에 의해 반사되어 상기 제1 단(B1)으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록, 바람직하게는 실질적으로 0이 되도록 설정된다.
상기 제1 광검출기(320)는 상기 제3 단(B3)으로부터 입력된 추출광(318)을 전기 신호(이하, 제1 전기 신호라고 함)로 검출하고, 상기 제2 광검출기(330)는 상기 제2 단(B2)으로부터 입력된 투과광(316)을 전기 신호(이하, 제1 전기 신호라고 함)로 검출한다. 상기 제1 및 제2 광검출기들(320,330)은 포토다이오드를 포함할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 광결합기형 필터의 출력 특성을 나타내는 도면이다. 도 5에는 투과광(316)의 파워를 나타내는 제3 곡선(510)과, 추출광(318)의 파워를 나타내는 제4 곡선(520)이 도시되어 있다. 이 때, 상기 광원(310)로부터의 입력광(314)의 파장이 변수로 주어진다. 도시된 바와 같이, 상기 입력광(314)의 파장이 반사 파장 λB와 일치하는 경우에 추출광(318)의 파워는 최대가 되고, 투과광(316)의 파워는 최소가 된다. 또한, 상기 추출광(318)의 세기와 대역폭은 상기 격자(250)의 길이 L2와 결합 계수 κ에 의해서 정해진다. 한편, 상기 입력광(314)의 파장이 λ0인 경우에는 추출광(318)의 파워와 투과광(316)의 파워가 같아지며, 이러한 균등화 파장들은 반사 파장 λB의 양측에 한 쌍으로 주어짐을 알 수 있다. 또한, 이러한 균등화 파장들은 상기 격자(250)의 특성을 결정하는 인자들(λB, L2, κ 등)을 변화시킴으로써 원하는 값으로 설정할 수 있다. 따라서, 상기 광원(310)의 안정화 파장을 상기 격자(250)의 어느 한 균등화 파장으로 설정함으로써, 상기 광원(310)의 출력 파장을 안정화시킬 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 신호 처리기(340)는 상기 제1 및 제2 광검출기들(320,330)로부터 입력된 제1 및 제2 전기 신호들의 파워들로부터 상기 광원(310)에서 출력되는 광의 파장을 판단한다. 만약, 안정화 파장인 λ0가 아닌 λ0 근처의 파장 중 λ0보다 장파장의 광이 상기 광원(310)에서 출력된다면, 상기 제2 전기 신호의 파워, 즉 투과광(316)의 파워가 상기 제1 전기 신호의 파워, 즉 추출광(318)의 파워보다 크게 되므로, 상기 신호 처리기(340)는 상기 광원(310)의 출력 파장을 단파장쪽으로 이동시키기 위한 제어 신호를 상기 구동기(350)로 출력한다. 만약, 안정화 파장인 λ0가 아닌 λ0 근처의 파장 중 λ0보다 단파장의 광이 상기 광원(310)에서 출력된다면, 상기 제2 전기 신호의 파워, 즉 투과광(316)의 파워가 상기 제1 전기 신호의 파워, 즉 추출광의 파워보다 작게 되므로, 상기 신호 처리기(340)는 상기 광원(310)의 출력 파장을 장파장쪽으로 이동시키기 위한 제어 신호를 상기 구동기(350)로 출력한다. 이러한 제어 과정은 상기 광원(310)의 출력 파장이 λ0가 되어 상기 제1 및 제2 전기 신호들의 파워들이 서로 일치하게 될 때까지 반복됨으로써 출력 파장을 원하는 파장으로 안정화시키게 된다. 이와 같은 제어 과정은 일 예로 제시된 것이며, 상기 신호 처리기(340)가 전후 값을 비교함으로써(이를 위해, 기억소자 등을 포함할 수 있다) 상기 제1 및 제2 전기 신호들의 파워들이 나타내는 변곡점들을 찾는 등 기타 다양한 방법으로 상기 제1 및 제2 전기 신호들을 처리하여 안정화 파장을 설정하는 등 다양한 안정화 방법을 사용할 수 있다.
상기 구동기(350)는 상기 제어 신호에 따라 상기 광원(310)의 출력 파장을 안정화시킨다. 예를 들어, 상기 구동기(350)는 파장 안정화를 위해 상기 광원(310)의 동작 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 또는, 상기 구동기(350)는 파장 안정화를 위해 상기 광원(310)에 제공되는 전류의 크기를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 도 2에 도시된 광결합기형 필터를 이용한 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면이다. 상기 파장 안정화 장치(600)는 광원(610)과, 광결합기형 필터(200)와, 광검출기(620)와, 신호 처리기(630)와, 구동기(640)를 포함한다. 상기 파장 안정화 장치(600)는 도 4에 도시된 구성에서 제2 광검출기가 제거된 구성과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고 간략히 기술하기로 한다.
상기 광원(610)은 기설정된 파장의 광(612,614)을 양면 출력하며, 그 전면으로 출력된 광(612)은 광통신에 사용되고, 그 후면으로 출력된 광(614)은 파장 안정화를 위해 사용된다. 상기 광원(610)의 후면으로부터 출력된 광(614)은 상기 광결합기형 필터(200)의 제1 단(B1)으로 입력되고, 상기 격자(250)를 투과한 광(616)은 제2 단(B2)로 출력되고, 상기 격자(250)에 의해 반사된 기설정된 파장 λB의 추출광(618)은 제3 단(B3)으로 출력된다. 제1 서브 영역(242)의 길이는 상기 격자(250)에 의해 반사되어 상기 제1 단(B1)으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록, 바람직하게는 실질적으로 0이 되도록 설정된다. 또한, 상기 광원(610)의 안정화 파장은 상기 격자(250)의 반사 파장과 일치하도록 설정된다. 상기 광검출기(620)는 상기 제3 단(B3)으로부터 입력된 추출광(618)을 전기 신호로 검출한다. 상기 신호 처리기(630)는 상기 광검출기(620)로부터 입력된 전기 신호의 파워로부터 상기 광원(610)에서 출력되는 광(612,614)의 파장을 판단한다. 상기 신호 처리기(630)에는 파장별로 출력되는 상기 전기 신호의 파워가 기록되어 있으며, 이는 상기 광원(610)이 원하는 파장으로 안정화되도록 제어 신호를 출력하는데 사용된다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따라 도 2에 도시된 광결합기형 필터를 이용한 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면이다. 상기 파장 안정화 장치(700)는 광원(720)과, 광결합기형 필터(200)와, 제1 및 제2 광검출기들(730,740)과, 신호 처리기(750)와, 구동기(760)를 포함한다. 상기 파장 안정화 장치(700)는 도 4에 도시된 구성에서 상기 광원(720)과, 광결합기형 필터(200)와, 제1 및 제2 광검출기들(730,740)를 평면 광파 회로(710)에 집적한 것을 제외하고는 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고 간략히 기술하기로 한다.
상기 광원(720)의 후면으로부터 출력된 광(724)은 제1 단(B1)으로 입력되고, 상기 격자(250)를 투과한 광(726)은 상기 제2 단(B2)으로 출력되고, 상기 격자(250)에 의해 반사된 기설정된 파장 λB의 추출광(728)은 제3 단(B3)으로 출력된다. 제1 서브 영역(242)의 길이는 상기 격자(250)에 의해 반사되어 상기 제1 단(B1)으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록, 바람직하게는 실질적으로 0이 되도록 설정된다.
상기 제1 광검출기(730)는 상기 제3 단(B3)으로부터 입력된 추출광(728)을 전기 신호(이하, 제1 전기 신호라고 함)로 검출하고, 상기 제2 광검출기(740)는 상기 제2 단(B2)으로부터 입력된 투과광(726)을 전기 신호(이하, 제1 전기 신호라고 함)로 검출한다. 상기 제1 및 제2 광검출기들(730,740)은 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리기(750)는 상기 제1 및 제2 광검출기들(730,740)로부터 입력된 제1 및 제2 전기 신호들의 파워들로부터 상기 광원(720)에서 출력되는 광의 파장을 판단한다. 만약, 안정화 파장인 λ0가 아닌 λ0 근처의 파장 중 λ0보다 장파장의 광이 상기 광원(720)에서 출력된다면, 상기 제2 전기 신호의 파워, 즉 투과광(726)의 파워가 상기 제1 전기 신호의 파워, 즉 추출광(728)의 파워보다 크게 되므로, 상기 신호 처리기(750)는 상기 광원(720)의 출력 파장을 단파장쪽으로 이동시키기 위한 제어 신호를 상기 구동기(760)로 출력한다. 만약, 안정화 파장인 λ0가 아닌 λ0 근처의 파장 중 λ0보다 단파장의 광이 상기 광원(720)에서 출력된다면, 상기 제2 전기 신호의 파워, 즉 투과광(726)의 파워가 상기 제1 전기 신호의 파워, 즉 추출광(728)의 파워보다 작게 되므로, 상기 신호 처리기(750)는 상기 광원(720)의 출력 파장을 장파장쪽으로 이동시키기 위한 제어 신호를 상기 구동기(760)로 출력한다. 이러한 제어 과정은 상기 광원(720)의 출력 파장이 λ0가 되어 상기 제1 및 제2 전기 신호들의 파워들이 서로 일치하게 될 때까지 반복됨으로써 출력 파장을 원하는 파장으로 안정화시키게 된다.
상기 구동기(760)는 상기 제어 신호에 따라 상기 광원(720)의 출력 파장을 안정화시킨다. 예를 들어, 상기 구동기(760)는 파장 안정화를 위해 상기 광원(720)의 동작 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 또는, 상기 구동기(760)는 파장 안정화를 위해 상기 광원(720)에 제공되는 전류의 크기를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따라 도 2에 도시된 광결합기형 필터를 이용한 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면이다. 상기 파장 안정화 장치(800)는 광원(820)과, 광결합기형 필터(200)와, 광검출기(830)와, 신호 처리기(840)와, 구동기(850)를 포함한다. 상기 파장 안정화 장치(800)는 도 4에 도시된 구성에서 제2 광검출기가 제거되어 있으며, 상기 광원(820)과, 광결합기형 필터(200)와, 광검출기(830)를 평면 광파 회로(810)에 집적한 것을 제외하고는 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고 간략히 기술하기로 한다.
상기 광원(820)은 기설정된 파장의 광(822)을 출력한다. 상기 광원(820)으로부터 출력된 광(822)은 상기 광결합기형 필터(200)의 제1 단(B1)으로 입력되며, 격자(250)를 투과한 광(824)은 상기 제2 단(B2)으로 출력되고, 상기 격자(250)에 의해 반사된 기설정된 파장 λB의 추출광(826)은 상기 제3 단(B3)으로 출력된다. 제1 서브 영역(242)의 길이는 상기 격자(250)에 의해 반사되어 상기 제1 단(B1)으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록, 바람직하게는 실질적으로 0이 되도록 설정된다. 또한, 상기 광원(820)의 안정화 파장은 상기 격자(250)의 반사 파장 λB과 일치하도록 설정된다.
상기 광검출기(830)는 상기 제3 단(B3)으로부터 입력된 추출광(826)을 전기 신호로 검출한다.
상기 신호 처리기(840)는 상기 광검출기(830)로부터 입력된 전기 신호의 파워로부터 상기 광원(820)에서 출력되는 광(822)의 파장을 판단한다. 상기 신호 처리기(840)에는 파장별로 출력되는 상기 전기 신호의 파워가 기록되어 있으며, 이는 상기 광원(820)이 원하는 파장으로 안정화되도록 제어 신호를 내보내는데 사용된다.
상기 구동기(850)는 상기 제어 신호에 따라 상기 광원(820)의 출력 파장을 안정화시킨다. 예를 들어, 상기 구동기(850)는 파장 안정화를 위해 상기 광원(820)의 동작 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 또는, 상기 구동기(850)는 파장 안정화를 위해 상기 광원(820)에 제공되는 전류의 크기를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광원의 파장 안정화 장치는, 광아이솔레이터를 사용하지 않고도 전 광섬유 형태나 평면 도파로 회로로 집적된 형태로 광원의 파장을 희망 파장으로 고정시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 광원의 파장 안정화 장치는, 평면 도파로 회로 형태로는 구성이 불가능한 광아이솔레이터의 필요성을 제거함에 따라 집적된 형태로 구성될 수 있으며, 이로 인해 저가화, 소형화에 크게 기여할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래에 따른 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광결합기형 필터를 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 광결합기형 필터의 출력 특성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 도 2에 도시된 광결합기형 필터를 이용한 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면,
도 5는 도 4에 도시된 광결합기형 필터의 출력 특성을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 도 2에 도시된 광결합기형 필터를 이용한 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따라 도 2에 도시된 광결합기형 필터를 이용한 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따라 도 2에 도시된 광결합기형 필터를 이용한 광원의 파장 안정화 장치를 나타내는 도면.

Claims (7)

  1. 광결합기형 필터에 있어서,
    외부로부터 광을 입력받기 위한 제1 단과, 제2 단을 갖는 제1 도파로와;
    제3 단을 갖는 제2 도파로와;
    광 결합을 위해 상기 제1 및 제2 도파로들이 인접하게 위치함으로써 형성된 결합 영역과;
    상기 결합 영역에 위치되고, 상기 제1 단으로부터 입력된 광 중 반사 파장과 일치하는 추출광을 상기 제3 단으로 출력하고 그 나머지 투과광을 상기 제3 단으로 출력하기 위한 격자를 포함하며,
    상기 결합 영역 중 상기 격자와 상기 제1 단 사이에 위치한 서브 영역의 길이는 상기 격자에 의해 반사되어 상기 제1 단으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록 설정됨을 특징으로 하는 광결합기형 필터.
  2. 광원의 파장 안정화 장치에 있어서,
    제1 및 제2 단들을 갖는 제1 도파로와, 제3 단을 갖는 제2 도파로와, 광 결합을 위해 상기 제1 및 제2 도파로들이 인접하게 위치함으로써 형성된 결합 영역과, 상기 결합 영역에 위치된 격자를 구비하는 광결합기형 필터와;
    상기 제1 단으로 광을 출력하기 위한 광원과;
    상기 제3 단으로부터 출력된 추출광을 제1 전기 신호로 검출하기 위한 제1 광검출기와;
    상기 제1 전기 신호의 파워로부터 상기 광원에서 출력되는 광의 파장을 판단하고, 상기 광의 파장이 기설정된 안정화 파장으로부터 벗어난 경우에 제어 신호를 출력하기 위한 신호 처리기와;
    상기 제어 신호에 따라 상기 광원의 출력 파장을 조절하기 위한 구동기를 포함하며,
    상기 결합 영역 중 상기 격자와 상기 제1 단 사이에 위치한 서브 영역의 길이는 상기 격자에 의해 반사되어 상기 제1 단으로 출력되는 회귀광의 파워가 최소화되도록 설정됨을 특징으로 하는 광원의 파장 안정화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호 처리기에는 파장별로 출력되는 상기 전기 신호의 파워가 기록되어 있으며, 상기 신호 처리기는 상기 전기 신호의 파워로부터 상기 광원의 출력 파장을 판단함을 특징으로 하는 광원의 파장 안정화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광원, 광결합기형 필터 및 광검출기는 평면 광파 회로에 집적되어 있음을 특징으로 하는 광원의 파장 안정화 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 단으로부터 출력된 투과광을 제2 전기 신호로 검출하기 위한 제2 광검출기를 더 포함하며,
    상기 신호 처리기는 상기 제1 및 제2 전기 신호들의 파워들로부터 상기 광원에서 출력되는 광의 파장을 판단함을 특징으로 하는 광원의 파장 안정화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원의 안정화 파장은 상기 격자로부터 출력되는 상기 추출광 및 투과광의 파워들이 동일한 균등화 파장으로 설정됨을 특징으로 하는 광원의 파장 안정화 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광원과, 광결합기형 필터와, 제1 및 제2 광검출기들은 평면 광파 회로에 집적되어 있음을 특징으로 하는 광원의 파장 안정화 장치.
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