KR20100077752A - 포토닉 마이크로파 노치 필터 - Google Patents

포토닉 마이크로파 노치 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 처핑된 브래그 그레이팅의 간격을 조절하여 다파장 광의 파장에 따른 서로 다른 선형 지연을 얻을 수 있으며, 상기 포토닉 마이크로파 노치 필터의 노치 주파수를 용이하게 조절할 수 있는 포토닉 마이크로파 노치 필터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터는 다파장 광을 방출하는 광원; 상기 다파장 광을 입력 신호에 따라 변조하는 변조부; 상기 변조된 다파장 광의 파장에 따라 서로 다른 지연을 부가하는 지연 조절부; 및 상기 서로 다른 지연이 부가된 다파장 광으로부터 상기 입력 신호를 복조하는 복조부를 포함하되, 상기 지연 조절부는, 링 플레이트; 상기 링 플레이트에 고정된 고정 피봇; 상기 링 플레이트를 따라 이동하는 무빙 피봇; 및 상기 고정 피봇과 무빙 피봇에 고정되며, 상기 변조된 다파장 광을 그 파장에 따라 서로 다른 지연을 가지도록 반사하는 브래그 그레이팅을 포함하는 광섬유를 포함하되, 상기 무빙 피봇이 이동함에 따라 변화하는 상기 광섬유와 상기 고정 피봇 또는 상기 광섬유와 상기 무빙 피봇이 이루는 각도에 따라 노치 주파수가 변화하는 것을 특징으로 한다.

Description

포토닉 마이크로파 노치 필터{PHOTONIC MICROWAVE NOTCH FILTER}
본 발명은 포토닉 마이크로파 노치 필터에 관한 것으로써, 특히 처핑된 브래그 그레이팅의 간격을 조절하여 다파장 광의 파장에 따른 서로 다른 선형 지연을 얻을 수 있으며, 상기 포토닉 마이크로파 노치 필터의 노치 주파수를 용이하게 조절할 수 있는 포토닉 마이크로파 노치 필터에 관한 것이다.
포토닉스 기술을 기초로 구현된 고성능 마이크로파 신호 처리기는 최근 높은 관심을 받고 있다. 그 중에서도 마이크로파 노치 필터는 무선 통신 및 레이더 시스템의 지역에 폭넓게 적용할 수 있는 장점으로 인해 연구가 활발히 수행되고 있다.
종래 기술에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터는 광 트랜지스버셜 필터(optical transversal filter)를 기반으로 한다.
종래 기술에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터는 입력 신호에 따라 변조된 두 파장이 결합하여, 서로 다른 지연 경로를 갖도록 필터링되어 광 검출기에 의해 마이크로파 신호로 복조된다.
하지만, 이러한 포토닉 마이크로파 노치 필터는 유도 잡음이 발생하거나, 응답 주파수를 가변시키는데 어려움이 따른다는 단점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 처핑된 브래그 그레이팅의 간격을 조절하여 다파장 광의 파장에 따른 서로 다른 선형 지연을 얻을 수 있으며, 상기 포토닉 마이크로파 노치 필터의 노치 주파수를 용이하게 조절할 수 있는 포토닉 마이크로파 노치 필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터는 다파장 광을 방출하는 광원; 상기 다파장 광을 입력 신호에 따라 변조하는 변조부; 상기 변조된 다파장 광의 파장에 따라 서로 다른 지연을 부가하는 지연 조절부; 및 상기 서로 다른 지연이 부가된 다파장 광으로부터 상기 입력 신호를 복조하는 복조부를 포함하되, 상기 지연 조절부는, 링 플레이트; 상기 링 플레이트에 고정된 고정 피봇; 상기 링 플레이트를 따라 이동하는 무빙 피봇; 및 상기 고정 피봇과 무빙 피봇에 고정되며, 상기 변조된 다파장 광을 그 파장에 따라 서로 다른 지연을 가지도록 반사하는 브래그 그레이팅을 포함하는 광섬유를 포함하되, 상기 무빙 피봇이 이동함에 따라 변화하는 상기 광섬유와 상기 고정 피봇 또는 상기 광섬유와 상기 무빙 피봇이 이루는 각도에 따라 노치 주파수가 변화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 광원은, 제1 파장의 광을 방출하는 제1 광원; 제2 파장의 광을 방출하는 제2 광원; 상기 제1 광원이 방출한 상기 제1 파장의 광의 편광을 조절하는 제1 편광 조절부; 상기 제2 광원이 방출한 상기 제2 파장의 광의 편광을 조절하는 제2 편광 조절부; 및 편광이 조절된 상기 제1 파장의 광 및 상기 제2 파장의 광을 결합하는 커플러를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 커플러는 50:50 커플러를 포함할 수 있으며, 상기 광섬유는 보론-게르마늄이 도핑된 실리카 광섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 브래그 그레이팅에 포함된 격자 사이의 간격은 단조 증가하거나 단조 감소할 수 있으며, 상기 지연은 상기 파장에 따라 선형적으로 변화하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 파장에 대한 상기 지연의 그래프의 기울기는 상기 각도에 따라 변화할 수 있으며, 상기 노치 주파수는 상기 각도에 비례하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 변조부는 LiNbO3 모듈레이터를 포함할 수 있으며, 제1 포트로 입력된 상기 변조된 다파장 광을 제2 포트를 통해 상기 지연 조절부로 전송하며, 상기 제2 포트로 입력된 상기 필터링된 다파장 광을 제3 포트를 통해 상기 복조부로 전송하는 서큘레이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 포토닉 마이크로파 노치 필터의 전체 시스템을 변화시키지 않고, 단순히 지연 조절부의 무빙 피봇을 이동시켜, 광섬유의 브래그 그레이팅의 격자 간격을 조절함으로써 다파장 광의 파장에 따른 서로 다른 지연을 중심 파장을 일정하게 유지하면서도 선형적으로 조절할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 브래그 그레이팅의 격자 간격의 조절만으로도 노치 주파수를 조절할 수 있으므로 필터 특성을 용이하게 조절할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터는 지연 조절부(100), 광원(200), 변조부(300) 및 복조부(400)을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터는 서큘레이터(500)를 더 포함할 수 있다.
광원(200)은 다파장 광을 방출한다.
광원(200)은 제1 광원(210a), 제2 광원(210b), 제1 편광 조절부(230a), 제2 편광 조절부(230b) 및 커플러(250)를 포함할 수 있다.
제1 광원(210a)은 제1 파장의 광을 방출하며, 제2 광원(210b)은 제2 파장의 광을 방출한다.
제1 편광 조절부(230a)는 제1 광원(210a)이 방출한 상기 제1 파장의 광의 편광을 조절하며, 제2 편광 조절부(230b)는 제2 광원(210b)이 방출한 상기 제2 파장의 광의 편광을 조절한다.
커플러(250)는 편광이 조절된 상기 제1 파장의 광 및 상기 제2 파장의 광을 결합한다. 바람직하게는, 커플러(250)는 50:50 커플러일 수 있다.
변조부(300)는 상기 다파장 광을 입력 신호에 따라 변조한다. 예를 들어, 변조부(300)는 입력 신호 x(t)를 변조하여 서큘레이터(500)로 전송한다.
바람직하게는, 변조부(300)는 LiNbO3 모듈레이터일 수 있다.
서큘레이터(500)는 변조부(300)에 의해 변조된 상기 변조된 다파장 광을 지연 조절부(100)로 전송하며, 지연 조절부(100)로부터 필터링된 다파장 광을 복조부(400)로 전송한다.
구체적으로는, 서큘레이터(500)는 제1 포트로 입력된 상기 변조된 다파장 광을 제2 포트를 통해 지연 조절부(100)로 전송한다. 상기 제2 포트를 통해 지연 조절부(100)로 전송된 상기 변조된 다파장 광은 파장에 따라 지연 조절부(100)에 의해 서로 다른 지연이 부가되어 상기 제2 포트로 입력된다. 또한, 서큘레이터(500)는 상기 제2 포트로 입력된 상기 서로 다른 지연이 부가된 다파장 광을 제3 포트를 통해 복조부(400)로 전송한다.
지연 조절부(100)는 변조부(300)에 의해 변조된 다파장 광의 파장에 따라 서로 다른 지연을 부가한다.
지연 조절부(100)는 링 플레이트(110), 고정 피봇(130), 무빙 피봇(150) 및 광섬유(170)를 포함한다.
링 플레이트(110)는 금속 재질로 형성할 수 있으며, 상부에는 고정 피봇(130) 및 무빙 피봇(150)이 설치된다.
고정 피봇(130)은 링 플레이트(110)의 일정 위치에 고정되도록 설치되며, 상부에는 광섬유(170)의 일단이 고정된다.
무빙 피봇(150)은 링 플레이트(110)의 원주를 따라 이동할 수 있도록 링 플 레이트(110)의 상부에 설치되며, 무빙 피봇(150)의 상부에는 광섬유(170)의 타단이 고정된다.
바람직하게는, 고정 피봇(130) 및 무빙 피봇(150)은 금속 재질로 형성할 수 있다.
광섬유(170)는 고정 피봇(130)과 무빙 피봇(150)에 고정되며, 브래그 그레이팅(180)을 포함한다. 광섬유(170)는 보론-게르마늄이 도핑된 실리카 광섬유인 것이 바람직하다.
브래그 그레이팅(180)은 광섬유(170)의 코어에 엑시머 레이저(excimer laser)를 이용하여 형성할 수 있다.
브래그 그레이팅(180)은 처핑된 브래그 그레이팅(chirped Fiber Bragg Grating)을 포함할 수 있다. 즉, 브래그 그레이팅(180)의 격자 사이의 간격은 단조 증가, 단조 감소 또는 이들의 조합에 의해 결정된다.
무빙 피봇(150)이 링 플레이트(110)의 원주를 따라 이동하면, 광섬유(170)의 형상은 S자형으로 변형된다. 그에 따라 브래그 그레이팅(180)의 격자 간격도 변화한다.
즉, 무빙 피봇(150)을 이동시켜 무빙 피봇(150)과 광섬유(170)의 간격이 θ만큼의 각도를 가지게 되면, 광섬유(170)는 구부러져서 S자형으로 변형되며, 이는 포토닉 마이크로파 노치 필터의 광학적 특성을 결정하는데 중요한 요소가 된다.
이하에서는, 무빙 피봇(150)과 광섬유(170)의 각도, 즉 θ에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터의 광학적 특성을 상세하게 설명한다.
도 2는 무빙 피봇(150)과 광섬유(170)의 각도(θ)에 따른 파장과 지연간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 광섬유(170)로 다파장 광이 입사되면, θ에 따라 파장에 대한 지연이 선형적으로 변화하고, 그래프의 기울기는 θ에 따라 변화함을 알 수 있다.
즉, 무빙 피봇(150)이 θ만큼 이동하면, 브래그 그레이팅(180)의 격자 간격이 변화하므로 광섬유(170)로 입사된 다파장 광은 그 파장에 따라 서로 다른 위치에서 반사되어 각각 다른 지연을 가지게 된다. 지연은 파장에 따라 선형적으로 변화하며, 파장에 대한 지연의 그래프의 기울기는 광섬유(170)의 변형의 정도, 즉 θ에 따라 변화한다.
예를 들어, θ가 4°인 경우, 1558.0nm의 파장인 광은 그 상대 지연이 약 -400ps이며, 1559.5nm의 파장인 광은 그 상대 지연이 약 200ps인 것을 볼 수 있다. 또한, θ가 6°인 경우, 1558.0nm의 파장인 광은 그 상대 지연이 약 -200ps이며, 1559.5nm의 파장인 광은 그 상대 지연이 약 100ps인 것을 볼 수 있다.
따라서, 지연의 변화량은 선형적으로 변화하며, 지연의 정도는 θ에 의해 결정되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 포토닉 마이크로파 노치 필터의 광학적 특성은 θ가 변화함에 따라 브래그 그레이팅(180)의 격자 간격이 달라지므로 그 파장에 대한 지연이 서로 다른 시간에 발생하는 것이다.
따라서, 지연 조절부(100)에서 무빙 피봇(150)과 광섬유(170) 사이의 간격을 변화시키면, 파장에 따른 지연의 기울기를 변화시킬 수 있다. 즉, 지연의 기울기에 따라서 각 파장에 따른 지연이 결정되므로 포토닉 마이크로파 노치 필터를 사용하는 경우 파장에 대한 지연을 선형적으로 조절할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 포토닉 마이크로파 노치 필터는 θ가 변하여도 그 중심 파장(center wavelength)은 변하지 않는다.
도 3은 무빙 피봇(150)과 광섬유(170)의 각도(θ)에 따른 파장과 반사도간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 지연 조절부(100)에 입사된 광이 반사되는 파장의 범위는 θ에 의해 결정되는 것을 알 수 있다.
예를 들어, θ가 4°인 경우, 1558.0nm의 파장인 광은 반사되지만, 1561.0nm의 파장인 광은 반사되지 않는다. 또한, θ가 6°인 경우, 1561.0nm의 파장인 광은 반사되지만, 1562.5nm의 파장인 광은 반사되지 않는다.
도 2와 도 3의 관계를 살펴보면, 특정 θ에 대하여 선형적인 지연이 나타나는 구간의 파장과 반사되는 구간의 파장이 일치하는 것을 알 수 있다. 즉, 지연 조절부(100)에 입사된 광이 반사되는 구간의 파장에 대하여 선형적인 지연이 발생함을 알 수 있다.
복조부(400)는 상기 서로 다른 지연이 부가된 다파장 광으로부터 상기 입력 신호 x(t)를 복조한다. 구체적으로는, 복조부(400)는 서큘레이터(500)의 제3 포트를 통해 상기 서로 다른 지연이 부가된 다파장 광을 입력받아 상기 입력 신호 x(t)를 복조하여 출력한다.
도 5는 무빙 피봇(150)과 광섬유(170)의 각도(θ)에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터의 RF 응답을 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 포토닉 마이크로파 노치 필터의 노치 주파수는 θ에 의해 결정되는 것을 알 수 있다.
예를 들어, θ가 3°인 경우, 포토닉 마이크로파 노치 필터의 노치 주파수는 약 1.2GHz이며, θ가 4°인 경우, 지연 조절부(100)의 노치 주파수는 약 1.8GHz이다.
θ에 대한 노치 주파수의 관계는 도 6에 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 포토닉 마이크로파 노치 필터의 노치 주파수는 θ에 따라 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있다.
이는 포토닉 마이크로파 노치 필터의 광학적 특성에 상응하는 것으로써, θ를 조절하면, 파장에 따른 지연의 기울기를 조절할 수 있으며, 결과적으로는 필터링하고자 하는 노치 주파수를 선형적으로 조절할 수 있음을 의미한다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 여타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그 와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 무빙 피봇과 광섬유의 각도에 따른 파장과 지연간의 관계를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 무빙 피봇과 광섬유의 각도에 따른 파장과 반사도간의 관계를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 무빙 피봇과 광섬유의 각도에 따른 포토닉 마이크로파 노치 필터의 RF 응답을 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 무빙 피봇과 광섬유의 각도에 대한 노치 주파수의 관계를 도시한 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 지연 조절부 110 : 링 플레이트
130 : 고정 피봇 150 : 무빙 피봇
170 : 광섬유 180 : 브래그 그레이팅
200 : 광원 210a : 제1 광원
210b : 제2 광원 230a : 제1 편광 조절부
230b : 제2 편광 조절부 250 : 커플러
300 : 변조부 400 : 복조부
500 : 서큘레이터

Claims (10)

  1. 다파장 광을 방출하는 광원;
    상기 다파장 광을 입력 신호에 따라 변조하는 변조부;
    상기 변조된 다파장 광의 파장에 따라 서로 다른 지연을 부가하는 지연 조절부; 및
    상기 서로 다른 지연이 부가된 다파장 광으로부터 상기 입력 신호를 복조하는 복조부
    를 포함하되,
    상기 지연 조절부는,
    링 플레이트;
    상기 링 플레이트에 고정된 고정 피봇;
    상기 링 플레이트를 따라 이동하는 무빙 피봇; 및
    상기 고정 피봇과 무빙 피봇에 고정되며, 상기 변조된 다파장 광을 그 파장에 따라 서로 다른 지연을 가지도록 반사하는 브래그 그레이팅을 포함하는 광섬유를 포함하되,
    상기 무빙 피봇이 이동함에 따라 변화하는 상기 광섬유와 상기 고정 피봇 또는 상기 광섬유와 상기 무빙 피봇이 이루는 각도에 따라 노치 주파수가 변화하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은,
    제1 파장의 광을 방출하는 제1 광원;
    제2 파장의 광을 방출하는 제2 광원;
    상기 제1 광원이 방출한 상기 제1 파장의 광의 편광을 조절하는 제1 편광 조절부;
    상기 제2 광원이 방출한 상기 제2 파장의 광의 편광을 조절하는 제2 편광 조절부; 및
    편광이 조절된 상기 제1 파장의 광 및 상기 제2 파장의 광을 결합하는 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커플러는 50:50 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유는 보론-게르마늄이 도핑된 실리카 광섬유를 포함하는 것을 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 브래그 그레이팅에 포함된 격자 사이의 간격은 단조 증가하거나 단조 감소하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지연은 상기 파장에 따라 선형적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파장에 대한 상기 지연의 그래프의 기울기는 상기 각도에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노치 주파수는 상기 각도에 비례하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 변조부는 LiNbO3 모듈레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
  10. 제1항에 있어서,
    제1 포트로 입력된 상기 변조된 다파장 광을 제2 포트를 통해 상기 지연 조절부로 전송하며, 상기 제2 포트로 입력된 상기 필터링된 다파장 광을 제3 포트를 통해 상기 복조부로 전송하는 서큘레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토닉 마이크로파 노치 필터.
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