KR20060081520A - 광학 필터모듈 및 상기 광학 필터모듈을 이용한 광학필터링 방법 - Google Patents

광학 필터모듈 및 상기 광학 필터모듈을 이용한 광학필터링 방법 Download PDF

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Abstract

광학 필터모듈은 조정 가능한 동작신호를 발생하는 동작신호 발생기, 복수의 파장들로 다중화된 광 신호를 수신하고, FSR을 주기로 하는 광 신호를 출력하는 동조필터, 제1포트와 제1출력단와 및 상기 동조필터의 출력단에 접속된 제1입력단을 구비하며, 상기 제1입력단으로 입력되는 광 신호를 수신하고, 상기 FSR에 상응하는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 제1파장의 광 신호만을 상기 제1포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 상기 제1출력단으로 투과시키는 제1광학필터, 및 제2포트와 제2출력단와 및 상기 제1광학필터의 제1출력단에 접속된 제2입력단 을 구비하며, 상기 제2입력단으로 입력되는 광 신호를 수신하고, 상기 FSR에 상응하는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 제2파장의 광 신호만을 상기 제2포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 상기 제2출력단으로 출력하는 제2광학 필터를 구비하며, 상기 FSR을 결정하는 각 파장은 상기 동작신호에 응답하여 가변되고, 상기 제1포트와 상기 제2포트를 통하여 출력된 광 신호들의 주기와 상기 제2포트와 상기 제2출력단을 통하여 출력된 광신호의 주기는 각각 FSR(free spectral range)이다.
동조필터

Description

광학 필터모듈 및 상기 광학 필터모듈을 이용한 광학 필터링 방법{Optical filter and optical filtering method using the same}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 동조 필터의 입출력 파형을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터모듈의 블락도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 광학 필터모듈의 출력파형을 나타낸다.
본 발명은 광학 필터모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 FSR의 측정범위를 확장시키기 위한 광학 필터모듈 및 상기 광학 필터모듈을 이용한 광학 필터링 방법에 관한 것이다.
도 1은 동조 필터의 입출력 파형을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 동조 필터(10)는 광섬유를 이용한 광통신 분야 및 광센서 분야에서 널리 사용되고 있다. 광 신호는 상기 동조 필터에 의하여 소정의 파장 대역으로 분리되므로, 상기 동조 필터를 구비하는 광학 측정기는 소정의 파장 대역으로 분리된 광학 신호를 측정할 수 있다.
동조 필터(10)는 복수의 파장들(λ1,2,3,4)로 다중화된 광입력 신호를 수신하고, FSR(free spectral range; 이하 FSR이라 한다)을 주기로 갖는 광출력 신호를 발생한다. 상기 FSR은 당업계에서 잘 알려진 바와 같이 인접하는 전송 피크들 사이의 거리(예컨대, λ1과 λ2)를 나타낸다. 각 파장(λ1,λ2,λ 3,λ4)에서의 투과율이 가장 크다. 따라서 상기 동조 필터를 이용한 광학 측정기는 FSR이상의 넓은 범위의 파장을 측정할 수 없는 문제가 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 FSR이상의 넓은 범위의 파장을 측정할 수 광학 필터 모듈과 상기 광학 필터 모듈을 이용한 필터링 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 광학 필터모듈은 조정 가능한 동작신호를 발생하는 동작신호 발생기, 복수의 파장들로 다중화된 광 신호를 수신하고, 상기 동작신호에 응답하여 FSR을 일정하게 유지한 채 최대 투과율을 갖는 파장들 각각을 동일하게 좌측 또는 우측으로 이동된 광 신호를 출력하는 동조필터, 및 종속 접속된 n단의 광학 필터들을 구비하며, 상기 종속 접속된 n단의 광학 필터들 각각은 입력단과 출력단과 포트를 구비하고, 상기 n단의 광학 필터들 중에서 첫째 단 광학 필터의 입력단은 상기 동조필터의 출력단에 접속되고, 나머지 광학 필터들 각각의 입력단은 대응되는 앞단의 광학 필터의 출력단에 접속되고, 상기 종속 접속된 n단의 광학 필터들 각각은 입력단으로 입력되는 대응되는 광 신호를 수신하고, 대응되는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 파장의 광 신호만을 대응되는 포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 대응되는 출력단을 통하여 대응되는 다음단 광학 필터의 입력단으로 전송하고, 인접하는 두 개의 포드들로 반사되는 광 신호들의 FSR(free spectral range)은 일정하다. 상기 동작신호는 전압 또는 전류이다.
상기 광학 필터모듈은 조정 가능한 동작신호를 발생하는 동작신호 발생기, 복수의 파장들로 다중화된 광 신호를 수신하고, FSR을 주기로 하는 광 신호를 출력하는 동조필터, 제1포트와 제1출력단와 및 상기 동조필터의 출력단에 접속된 제1입력단을 구비하며, 상기 제1입력단으로 입력되는 광 신호를 수신하고, 상기 FSR에 상응하는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 제1파장의 광 신호만을 상기 제1포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 상기 제1출력단으로 투과시키는 제1광학필터, 및 제2포트와 제2출력단와 및 상기 제1광학필터의 제1출력단에 접속된 제2입력단 을 구비하며, 상기 제2입력단으로 입력되는 광 신호를 수신하고, 상기 FSR에 상응하는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 제2파장의 광 신호만을 상기 제2포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 상기 제2출력단으로 출력하는 제2광학 필터를 구비하며, 상기 FSR을 결정하는 각 파장은 상기 동작신호에 응답하여 가변되고, 상기 제1포트와 상기 제2포트를 통하여 출력된 광 신호들의 주기와 상기 제2포트와 상기 제2출력단을 통하여 출력된 광신호의 주기는 각각 FSR(free spectral range)이다.
광학 필터링 방법은 (a) 조정 가능한 동작신호를 발생하는 단계, (b) 복수의 파장들로 다중화된 광 입력신호를 수신하고, FSR을 주기로 하는 광 출력 신호를 발생하는 단계, (c) 상기 (b)단계에서 발생된 광 출력신호를 수신하고 상기 FSR에 상응하는 대역폭 내에서 최대 투과율을 갖는 제1파장의 광 신호만을 제1포트로 반사시키고 나머지 파장의 광 신호는 투과시키는 단계, (d) 상기 (c)단계에서 투과된 광 신호를 수신하고 상기 FSR에 상응하는 대역폭 내에서 최대 투과율을 갖는 제2파장의 광 신호만을 제2포트로 반사시키고 나머지 파장의 광 신호는 투과시키는 단계, 및 (e) 상기 제1포트와 상기 제2포트를 통하여 출력된 광 신호들의 주기, 상기 제2포트와 상기 (c) 단계에서 투과된 광신호의 주기 및 상기 제1포트와 (c) 단계에서 투과된 광신호의 주기 중에서 적어도 하나를 측정하는 단계를 구비하며, 상기 FSR을 결정하는 각 파장은 상기 동작신호에 응답하여 동일하게 가변된다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터모듈의 블락도를 나타낸다. 도 3은 도 2에 도시된 광학 필터의 출력파형을 나타낸다. 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 광학 필터 모듈과 상기 광학 필터 모듈을 이용한 필터링 방법을 설명 하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 광학 필터모듈(100)은 동작신호 발생기(110), 동조필터(120), 및 필터 단(130)을 구비하며, 상기 필터 단(130)은 종속 접속된 n단의 광학 필터들(1301 내지 130n; 여기서 n은 자연수)을 구비한다.
동작신호 발생기(110)는 조정 가능한 동작신호(ops)를 발생한다. 상기 동작신호(ops)는 전압 또는 전류인 것이 바람직하다.
동조필터(120)는 복수의 파장들(λ1,2,3,...,n)로 다중화된 광입력 신호를 수신하고, FSR을 주기로 갖고 최대 투과율(이를 '전송 피크'라고도 한다)을 갖는 파장들(λ1λ2λ3λ···λn+1)로 이루어진 광출력 신호를 발생한다.
동작신호(ops)를 가변시키는 경우, 가장 큰 투과율(또는 전송 피크)을 갖는 각 파장(λ1'λ2'λ3'λ4')은 도 3에 도시된 바와 같이 오른쪽과 왼쪽 중에서 어느 한 쪽으로 쉬프트된다. 그러나 가장 큰 투과율을 갖는 각 파장(λ1'λ2'λ3'λ 4')이 오른쪽과 왼쪽중에서 어느 한 쪽으로 쉬프트되는 경우라도 FSR은 일정하게 유지된다.
상기 필터 단(130)은 동조 필터(120)로부터 출력되며 FSR을 주기로 갖고 최대 투과율을 갖는 파장들(λ1λ2λ3λ...λn+1)로 이루어진 광출력 신호로부터 대응되는 광학필터(1301 내지 130n)의 상응하는 대역폭을 이용하여 최대 투과율을 갖는 각 파장을 분리하고 분리된 파장(λ1'λ2'λ3'λ4')을 대응되는 포트(1401 내지 140n)로 반사시킨다.
n단의 광학 필터들(1301 내지 130n)각각의 대역폭(bandwidth)은 동조 필터(120)의 대역폭과 동일한 것이 바람직하다.
제1광학필터(1301)는 대응되는 광도파로를 통하여 동조필터(120)로부터 출력된 광신호를 수신하고, 대응되는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 제1파장(λ1')의 광 신호만을 대응되는 광도파로를 통하여 제1포트(1401)로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호를 대응되는 광도파로를 통하여 제2광학필터(1302)의 입력단으로 출력한다. 최대 투과율을 갖는 상기 제1파장(λ1')은 동작신호(ops)에 응답하여 파장(λ1)과 파장(λ2)사이에서 오른쪽과 왼쪽 중에서 어느 하나의 방향으로 이동한다.
제2광학필터(1302)는 대응되는 광도파로를 통하여 제1광학필터(1301)로부터 출력된 광 신호를 수신하고, 대응되는 대역폭에 따라 제2파장(λ2')을 갖는 광 신호만을 대응되는 광도파로를 통하여 제2포트(1402)로 반사시키고, 나머지 파장을 갖는 광 신호를 대응되는 광도파로를 통하여 제3광학필터(1303)의 입력단으로 출력한다. 최대 투과율을 갖는 상기 제2파장(λ2')은 동작신호(ops)에 응답하여 파장(λ2)과 파장(λ3)사이에서 오른쪽과 왼쪽 중에서 어느 하나의 방향으로 이동한다.
제n광학필터(130n)는 대응되는 광도파로를 통하여 제(n-1)광학필터로부터 출력된 광 신호를 수신하고, 대응되는 대역폭에 따라 제n파장(λn')을 갖는 광 신호만을 대응되는 광도파로를 통하여 제n포트(140n)로 반사시키고, 나머지 파장을 갖는 광 신호를 제(n+1)포트(140n+1)로 출력한다. 최대 투과율을 갖는 상기 제n파장(λn')은 동작신호(ops)에 응답하여 파장(λn)과 파장(λn+1)사이에서 오른쪽과 왼쪽 중에서 어느 하나의 방향으로 이동한다. 따라서 각 광학필터(1301 내지 130n)는 대역통과 및 대역저지 필터의 기능을 수행한다.
제1포트(1401)를 통하여 출력된 최대 투과율을 갖는 광 신호의 파장(λ1')과 제2포트(1402)를 통하여 출력된 최대 투과율을 갖는 광 신호의 파장(λ2')사이의 간격은 FSR이다. 또한, 제2포트(1402)를 통하여 출력된 광 신호의 파장(λ2')과 제3포트(1403)를 통하여 출력된 광 신호의 파장(λ3')사이의 간격도 FSR이다. 즉, 인접하는 두 개의 포트들(1401과 1402, 1402와 1403, 140n과 140n+1)을 통하여 출력된 파장들의 간격은 FSR이다.
또한, 제1포트(1401)를 통하여 출력된 광 신호의 파장(λ1')과 제3포트(1403)를 통하여 출력된 광 신호의 파장(λ3')사이의 간격은 2FSR이다. 그리고 제1포트(1401)를 통하여 출력된 광 신호의 파장(λ1')과 제n포트(140n)를 통하여 출력된 광 신호의 파장(λn')사이의 간격은 nFSR이다. 여기서 n은 자연수이다.
대응되는 광학 필터(1301 내지 130n)를 투과한 광 신호는 FSR만큼씩의 대역으로 나뉘어 대응되는 각 포트(1401 내지 140n)로 반사된다. 따라서 측정자는 소정 의 광 스펙트럼 분석기를 이용하여 각 포트(1401 내지 140n+1)를 통하여 반사되는 최대 투과율을 갖는 각 파장을 측정할 수 있다.
이 경우 측정자는 소정의 광 스펙트럼 분석기를 이용하여 각 포트(1401 내지 140n+1)로부터 반사되는 각 파장을 소정의 시간차를 두고 순차적으로 분석할 수 있고, 또한 모든 포트(1401 내지 140n+1)로부터 반사되는 각 파장을 동시에 분석할 수도 있다.
예컨대, 동작신호(ops)가 제1레벨의 전압을 가질 때, 광학 필터(1302)가 반사한 파장(λ2)은 1500nm로 분석(또는 측정)되고 광학필터(1303)가 반사한 파장(λ3)이 1550nm로 분석되는 경우, FSR은 50nm이다.
또한, 동작신호(ops)가 제2레벨의 전압을 가질 때, 광학 필터(1302)가 반사한 파장(λ2')은 1520nm로 분석되고 광학필터(1303)가 반사한 파장(λ3')이 1570nm로 분석되는 경우, FSR은 50nm이다. 상기의 두 경우 모두 FSR은 50nm이다.
본 발명에 따른 광학 필터모듈 및 이를 이용한 광학 필터링 방법은 파장분석, 광학 스펙트럼 분석, 및 동조 광원(Tunable laser source) 등 파장 및 광량 분석 장비에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학 필터링 방법은 컴퓨터 시스템에서 실행할 수 있는 프로그램으로 작성가능하다. 또한, 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체로부터 독출된 해당 프로그램은 디지털 컴퓨터 시스템에서 실행될 수 있다. 상기 기록 매체에는 마그네틱 저장 매체(예를 들면, 롬, 플로피디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 씨디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 매체를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광학 필터모듈 및 이를 이용한 광학 필터링 방법은 FSR 이상의 넓은 범위의 파장 값을 용이하게 측정할 수 있으므로, 파장분석과 광 스펙트럼 분석, 및 동조 광원(Tunable laser source) 등 파장 및 광량 분석 장비에 사용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 조정 가능한 동작신호를 발생하는 동작신호 발생기;
    복수의 파장들로 다중화된 광 신호를 수신하고, 상기 동작신호에 응답하여 FSR을 일정하게 유지한 채 최대 투과율을 갖는 파장들 각각을 동일하게 좌측 또는 우측으로 이동된 광 신호를 출력하는 동조필터; 및
    종속 접속된 n단의 광학 필터들을 구비하며,
    상기 종속 접속된 n단의 광학 필터들 각각은 입력단과 출력단과 포트를 구비하고, 상기 n단의 광학 필터들 중에서 첫째 단 광학 필터의 입력단은 상기 동조필터의 출력단에 접속되고, 나머지 광학 필터들 각각의 입력단은 대응되는 앞단의 광학 필터의 출력단에 접속되고,
    상기 종속 접속된 n단의 광학 필터들 각각은 입력단으로 입력되는 대응되는 광 신호를 수신하고, 대응되는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 파장의 광 신호만을 대응되는 포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 대응되는 출력단을 통하여 대응되는 다음단 광학 필터의 입력단으로 전송하고,
    인접하는 두 개의 포드들로 반사되는 광 신호들의 FSR(free spectral range)은 일정한 것을 특징으로 하는 광학 필터모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동작신호는 전압 또는 전류인 것을 특징으로 하는 광학 필터모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 동조 필터는 페브리-페롯 동조 필터(Fabry-Perot tunable filter)인 것을 특징으로 하는 광학 필터모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 대응되는 대역폭은 상기 FSR과 동일한 대역폭인 것을 특징으로 하는 광학 필터모듈.
  5. 조정 가능한 동작신호를 발생하는 동작신호 발생기;
    복수의 파장들로 다중화된 광 신호를 수신하고, FSR을 주기로 하는 광 신호를 출력하는 동조필터;
    제1포트, 제1출력단, 및 상기 동조필터의 출력단에 접속된 제1입력단을 구비하며, 상기 제1입력단으로 입력되는 광 신호를 수신하고, 상기 FSR에 상응하는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 제1파장의 광 신호만을 상기 제1포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 상기 제1출력단으로 투과시키는 제1광학필터; 및
    제2포트, 제2출력단, 및 상기 제1광학필터의 제1출력단에 접속된 제2입력단 을 구비하며, 상기 제2입력단으로 입력되는 광 신호를 수신하고, 상기 FSR에 상응하는 대역폭에 따라 최대 투과율을 갖는 제2파장의 광 신호만을 상기 제2포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 상기 제2출력단으로 출력하는 제2광학 필터를 구비하며,
    상기 FSR을 결정하는 각 파장은 상기 동작신호에 응답하여 가변되고, 상기 제1포트와 상기 제2포트를 통하여 출력된 광 신호들의 주기와 상기 제2포트와 상기 제2출력단을 통하여 출력된 광신호의 주기는 각각 FSR(free spectral range)은 것을 특징으로 하는 광학 필터모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1포트를 통하여 출력된 광신호와 상기 제2출력단을 통하여 출력된 광신호의 주기는 2FSR인 것을 특징으로 하는 광학 필터모듈.
  7. (a) 조정 가능한 동작신호를 발생하는 단계;
    (b) 복수의 파장들로 다중화된 광 입력신호를 수신하고, FSR을 주기로 하는 광 출력 신호를 발생하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계에서 발생된 광 출력신호를 수신하고 상기 FSR에 상응하는 대역폭 내에서 최대 투과율을 갖는 제1파장의 광 신호만을 제1포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 투과시키는 단계;
    (d) 상기 (c)단계에서 투과된 광 신호를 수신하고 상기 FSR에 상응하는 대역폭 내에서 최대 투과율을 갖는 제2파장의 광 신호만을 제2포트로 반사시키고, 나머지 파장의 광 신호는 투과시키는 단계; 및
    (e) 상기 제1포트와 상기 제2포트를 통하여 출력된 광 신호들의 주기, 상기 제2포트와 상기 (c) 단계에서 투과된 광신호의 주기, 및 상기 제1포트와 (c) 단계에서 투과된 광신호의 주기 중에서 적어도 하나를 측정하는 단계를 구비하며,
    상기 FSR을 결정하는 각 파장은 상기 동작신호에 응답하여 동일하게 가변되 는 것을 특징으로 하는 광학 필터링 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1포트를 통하여 출력된 광신호와 상기 제2출력단을 통하여 출력된 광신호의 주기는 2FSR인 것을 특징으로 하는 광학 필터링 방법.
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