KR20100100884A - 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스와 그 제조방법 - Google Patents

광도파로형 파장 분산 보상 디바이스와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스는, 클래드에 매립된 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써, 이 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화한 광도파로를 반사형의 파장 분산 보상 수단으로서 가지고, 상기 코어는, (a) 처음에, 상기 광도파로의 전송 손실을 무시하고 원하는 제1 반사 스펙트럼을 설정하여, 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 광도파로를 설계하고, (b) 다음에, 상기 (a)에서 설계된 상기 광도파로의 실효적 길이로부터 이 광도파로의 전송 손실량의 파장 의존 특성을 도출하며, (c) 다음에, 상기 파장 의존 특성의 역의존 특성을 상기 제1 반사 스펙트럼에 가하여 제2 반사 스펙트럼으로 보정하고, 이 제2 상기 반사 스펙트럼을 이용하여 상기 (a)에서 설계된 광도파로의 등가 굴절률 분포를 재설계함으로써 설계되어 있다.

Description

광도파로형 파장 분산 보상 디바이스와 그 제조방법{Optical waveguide type wavelength dispersion compensation device and method for manufacturing the same}
본 발명은, 광섬유의 파장 분산을 보상하는 소형의 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스와 그 제조방법에 관한 것이다. 이 디바이스는 광섬유 통신망 등에 사용할 수 있다.
본원은 2007년 12월 21일에 일본 출원된 특원 2007-331006호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
광통신에 있어서, 고밀도 파장 다중(DWDM: Dense Wavelength-Division Multiplexing) 전송의 광대역화·고속화가 급속하게 진행되고 있다. 고속 전송을 하기 위해서는, 이 전송 선로로서 전송 대역에서 파장 분산이 가능한 한 작고, 한편 비선형 효과를 억제하기 위해 파장 분산이 영(零)으로는 되지 않는 광섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 이미 광범위하게 부설되어 있는 광섬유에서는 분산이 큰 파장 영역에서 사용되는 경우가 많다.
예를 들면, 파장 1.3μm부근에서 영(零)분산을 갖는 표준 싱글 모드 섬유(S-SMF: Standard Single-Mode Fiber)는, 에르븀 첨가 광섬유 증폭기가 실용화됨으로써 파장 1.53~1.63μm대에서 사용되고 있다. 또한, 영분산을 파장 1.55μm부근에 시프트시킨 분산 시프트 섬유(DSF: Dispersion Shifted Fiber)는, C밴드뿐만 아니라 S밴드나 L밴드에서 사용될 수 있다. 기타, 파장 1.55μm에서 제로 분산이 되지 않는 각종 넌제로 분산 시프트 섬유(NZ-DSF: Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)가 있다. 이러한 광섬유를 DWDM에서 사용하는 경우, 넓은 파장 범위에 걸친 잔류 분산의 보상 기술이 중요하다.
분산 보상에는 여러 가지의 기술이 이용되고 있다. 그 중에서도 분산 보상 섬유(DCF: Dispersion Compensation Fiber)를 이용하는 분산 보상이 가장 실용화된 기술이다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조). DCF는, 원하는 분산 보상량을 얻을 수 있도록 광섬유의 굴절률 분포가 제어되어 있다. 그러나, DCF는 통상 보상의 대상이 되는 광섬유와 같은 정도의 길이가 필요하게 된다. 그 때문에, 이 DCF를 모듈화한 경우, 큰 설치공간이 필요해질 뿐만 아니라, 전달 손실도 무시할 수 없게 된다. 또한, DCF에는 정확한 굴절률 분포의 제어가 필요하여 제작이 어려운 면이 있을 뿐만 아니라, 광대역에서 요구되는 분산 보상량을 만족하기가 어려워지는 경우도 많다.
파이버 브래그 그레이팅(FBG: Fiber Bragg Grating)도, 분산 보상에 자주 이용되는 기술 중 하나이다(예를 들면, 특허문헌 3 참조). FBG는, 섬유에 UV광을 조사함으로써 섬유 코어의 굴절률을 변화시키고, 굴절률이 다른 것에 의한 그레이팅을 형성시킴으로써 분산 보상을 한다. 이에 의해, 분산 보상용의 소형 디바이스는 실현 가능하게 되지만, 굴절률 변화의 제어가 어렵다. 또, 섬유의 굴절률의 변화에 한도가 있기 때문에, 실현할 수 있는 분산 보상 특성에 한계가 있다. 또한, FBG를 이용한 디바이스의 소형화와 대량 생산에도 한계가 있다.
분산 보상을 하는 영역을 채널마다 나누어 각각의 채널 내에서 분산 보상을 하는 처프한 FBG를 1개소에 중합시키는 구조도 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조). 이를 이용함으로써 필요해지는 섬유의 길이가 짧아진다. 그러나, 이 종래기술에서는, 단지 복수의 FBG를 중합시키도록 설계되어 있기 때문에, 각 채널의 구조가 접근하여 각각의 채널 특성에 영향을 미친다. 그 때문에, 실현할 수 있는 분산 보상 특성에 한계가 있다.
또한, FBG를 중첩시키기 위해 요구되는 굴절률의 변화는 UV조사로 얻을 수 없기 때문에, 실현할 수 없는 구조도 생긴다.
광 평면 회로(PLC: Planar Lightwave Circuit)는, 평면에 구축되는 광 회로를 이용하여 분산 보상을 행할 수 있다. 래티스형 PLC는 그 일례이다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). 그러나, 래티스형 PLC는 결합 공진기를 캐스케이드 접속하여 분산을 제어하고, 디지털 IIR(Infinite Impulse Response) 필터의 원리에 기초하고 있다. 그 때문에, 실현하는 분산량이 제한되어 있다.
어레이 도파로 격자(AWG: Arrayed Waveguide Grating)로 분파(分波)하고, 채널마다 행로차를 부여하여 지연 시간을 조정한 후에, 콜리메이트 렌즈로 다시 합파(合波)하는 구조도 생각되어 있다(예를 들면, 특허문헌 5 참조). 그러나, 이 방법에서는 구조가 복잡하여 제작이 어려울 뿐만 아니라, 필요로 하는 공간이 크다.
VIPA(Virtually Imaged Phased Array)형 분산 보상기는, 박판의 양면에 반사막을 코팅한 파장 분산 소자(VIPA판)와 반사 미러로 구성된 분산 보상 디바이스이다(예를 들면, 특허문헌 6 참조). 이 디바이스는 3차원 구조로 분산을 조정하고 있다. 그 때문에, 구조적으로 복잡하고, 제조상 매우 높은 정밀도가 요구된다.
특허문헌 1: 일본 특허 제3857211호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제3819264호 공보 특허문헌 3: 일본특허공개 2004-325549호 공보 특허문헌 4: WO 03/010586호 팜플렛 특허문헌 5: 일본 특허 제3852409호 공보 특허문헌 6: 일본특허공개 2005-275101호 공보
비특허문헌 1: K. Takiguchi, et. al, "Dispersion slope equalizer for dispersion shifted fiber using a lattice-form programmable optical filter on a planar lightwave circuit," J. Lightwave Technol., pp.1647-1656, vol.16, no.9, 1998
전술한 종래기술에서의 문제점은 다음과 같다.
1: DCF를 이용하는 분산 보상은, 장척(長尺) 섬유의 사용으로 필요 공간이 커서 소형화가 어렵다. 또한, 실현할 수 있는 분산 보상 특성에 한계가 있다.
2: FBG를 이용하는 분산 보상은, 실현할 수 있는 분산 보상 특성에 한계가 있다.
3: FBG의 중합을 이용하는 분산 보상은, 실현할 수 있는 분산 보상 특성에 한계가 있다.
4: 래티스형 PLC를 이용하는 분산 보상은, 실현 가능한 분산 보상량이 작다.
5: AWG를 이용한 PLC는, 구조가 복잡하고 제조가 어려워 비용이 높아져 버린다. 또한, 요구 공간이 커서 디바이스의 소형화가 어렵다.
6: VIPA형 분산 보상기는, 구조가 복잡하고 제조가 어려워 비용이 높아져 버린다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어져, 소형화할 수 있고 우수한 분산 보상 특성을 가지며 제조가 용이하여 저비용화가 가능한 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
(1) 본 발명의 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스는, 클래드에 매립된 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써, 이 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화한 광도파로를 반사형의 파장 분산 보상 수단으로서 갖고, 상기 코어는, (a) 처음에 상기 광도파로의 전송 손실을 무시하고 원하는 제1 반사 스펙트럼을 설정하여, 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 광도파로를 설계하고, (b) 다음에, 상기 (a)에서 설계된 상기 광도파로의 실효적 길이로부터 이 광도파로의 전송 손실량의 파장 의존 특성을 도출하며, (c) 다음에, 상기 파장 의존 특성의 역의존 특성을 상기 제1 반사 스펙트럼에 가하여 제2 반사 스펙트럼으로 보정하고, 이 제2 상기 반사 스펙트럼을 이용하여 상기 (a)에서 설계된 광도파로의 등가 굴절률 분포를 재설계함으로써 설계되어 있다.
(2) 상기 (a) 내지 (c)를 복수회 반복하여 상기 코어의 상기 등가 굴절률 분포가 설계된 것이 바람직하다.
(3) 상기 광도파로는, 분산 보상하는 파장 영역이 복수의 채널로 구획되고, 상기 각 채널의 상기 파장 영역 내에서 상기 피보상 광섬유의 파장 분산이 보상되는 분산 보상 특성을 갖는 것이 바람직하다.
(4) 상기 코어의 폭이 상기 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
(5) 상기 코어의 폭이 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭 방향의 양측이 대칭이 되도록, 상기 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
(6) 상기 코어의 폭이 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭 방향의 양측이 비대칭이 되도록, 상기 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
(7) 상기 코어의 폭이 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭 방향의 양측 중 한쪽만이 상기 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
(8) 상기 코어가 상기 광도파로 내에 직선 형상으로 설치되어 있는 것이 바람직하다.
(9) 상기 코어가 상기 광도파로 내에 사행 형상으로 설치되어 있는 것이 바람직하다.
(10) 상기 코어의 폭이 상기 광도파로의 상기 광 전달 방향의 일단 측에서 타단 측으로 향하여 폭 변동이 점차 커지고, 타단 측 근방에 변동 극대부를 가진 분포 형상을 갖는 것이 바람직하다.
(11) 상기 코어의 폭이 상기 광도파로의 상기 광 전달 방향의 일단 측에서 타단 측으로 향하여 폭 변동이 작은 중앙부; 이 중앙부보다 폭 변동이 큰 상기 일단 측의 제1 변동부; 이 제1 변동부보다 폭 변동이 큰 상기 타단 측의 변동 극대부;를 가진 분포 형상을 갖는 것이 바람직하다.
(12) 상기 광도파로의 일단이 투과단이고, 상기 광도파로의 타단이 반사단이며, 상기 투과단이 무반사 종단에서 종단되고, 상기 반사단에서 서큘레이터 또는 방향성 결합기를 개재하여 광 출력이 추출되는 것이 바람직하다.
(13) 상기 광도파로는, 소정의 파장 대역에서 소정 길이의 피보상 광섬유의 파장 분산을 제거하는 분산 보상 특성을 갖는 것이 바람직하다.
(13) 상기 광도파로는, 중심 파장(λc)이 1490nm≤λc≤1613nm의 범위, 동작 대역(ΔBW)이 0.1nm≤ΔBW≤60nm의 범위에서 분산(D)이 -3000ps/nm≤D≤3000ps/nm의 범위, 분산에 대한 분산 슬로프의 비(RDS)가 -0.1nm-1≤RDS≤0.1nm-1의 범위의 특성을 갖는 것이 바람직하다.
(14) 상기 광도파로의 광 전달 방향에 걸친 코어의 등가 굴절률 분포가 Zakharov-Shabat 방정식에서 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고, 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하는 설계법으로 설계되는 것이 바람직하다.
(15) 상기 광도파로의 광 전달 방향에 걸친 코어의 등가 굴절률 분포가 Zakharov-Shabat 방정식을 이용하여 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고, 이 역산란 문제로 얻어진 값으로부터 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하는 설계법으로 설계되어 있는 것이 바람직하다.
(16) 상기 광도파로의 상기 광 전달 방향에 걸친 상기 코어의 등가 굴절률 분포가, 상기 광도파로의 전방 및 후방으로 전달하는 전력파의 진폭이라는 변수를 도입한 파동 방정식을 이용하여 상기 광도파로의 등가 굴절률의 대수의 미분으로부터 도출되는 포텐셜을 갖는 Zakharov-Shabat 방정식에 귀착시켜, 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고, 이 역산란 문제로 얻어진 값으로부터 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하며, 이 포텐셜에 기초하여 등가 굴절률을 구하고, 미리 구해진 소정의 상기 코어의 두께와 상기 등가 굴절률과 상기 코어의 치수의 관계로부터 상기 광도파로의 상기 광 전달 방향에 걸친 상기 코어의 치수를 산출하여 설계되어 있는 것이 바람직하다.
(17) 상기 광도파로의 상기 광 전달 방향에 걸친 상기 코어의 등가 굴절률 분포는, 분산 보상하는 대역의 중심 파장의 스케일에서는 거의 주기 구조이고, 중심 파장보다 큰 스케일에서는 상기 역산란 문제로 정해지는 비주기 구조의 2계층 구조를 갖는 것이 바람직하다.
(18) 본 발명의 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스의 제조방법은, 광도파로의 하부 클래드층을 설치하고, 다음에, 상기 하부 클래드층 상에 이 하부 클래드층보다도 굴절률이 큰 코어층을 설치하며, 다음에, 상기 코어층에 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화하도록 설계된 소정의 코어 형상을 남기는 한편, 그 이외의 부분을 제거하는 가공을 하여 상기 코어를 형성하고, 다음에, 상기 코어를 덮는 상부 클래드층을 설치함으로써 광도파로를 제조하여, 전술한 본 발명에 관한 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스를 제조한다.
상기 (1)에 기재된 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스는, 클래드에 매립된 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화하는 광도파로를 반사형 파장 분산 보상 수단으로서 가진다. 그 때문에, 분산 보상 섬유 등을 이용하는 종래기술에 비해 소형화할 수 있어 설치공간이 적다.
또한, 상기 (1)에 기재된 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스는, 종래의 FBG를 이용한 분산 보상에 비해 실현할 수 있는 분산 보상 특성이 넓어지는 등 우수한 분산 보상 특성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 (1)에 기재된 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스는, PLC나 VIPA 등의 종래의 분산 보상 디바이스에 비해 구조가 간단하여 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 상기 (1)에 기재된 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스는, (a) 처음에 상기 광도파로의 전송 손실을 무시하고 원하는 반사 스펙트럼을 설정하여, 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 광도파로를 설계하고, (b) 다음에, 상기 (a)에서 설계된 상기 광도파로의 실효적 길이로부터 이 광도파로의 전송 손실량의 파장 의존 특성을 도출하며, (c) 다음에, 상기 파장 의존 특성의 역의존 특성을 상기 반사 스펙트럼에 가하여 보정한 반사 스펙트럼을 규정하고, 상기 (a)에서 설계된 광도파로의 등가 굴절률 분포를 재설계함으로써 설계된 코어를 가진다. 그 때문에, 이 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스가 실현할 수 있는 군지연(群遲延) 특성은, 디바이스의 전송 손실을 고려하지 않는 경우에 비해 원하는 특성으로부터의 변동이 적어진다. 그 결과, 광섬유를 포함한 전송 시스템의 전송 특성을 개선할 수 있다.
상기 (18)에 기재된 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스의 제조방법에 따르면, 전술한 바와 같이 우수한 분산 보상 특성을 갖는 소형의 분산 보상 디바이스를 저비용으로 효율적으로 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 분산 보상 디바이스에서 이용한 NPWG의 구조를 도시하는 개략 사시도이다.
도 2는, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 무시한, 길이 100 km의 광섬유의 10채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 3은, 도 2의 포텐셜 분포를 가진 분산 보상 디바이스의 군지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 4는, 도 2의 포텐셜 분포를 가진 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 분산 보상 디바이스의 전송 특성의 평가에 이용한 전송 평가 시스템을 도시하는 구성도이다.
도 6은, 10 Gb/s의 NRZ 초기 펄스의 파형을 도시하는 그래프이다.
도 7은, 10 Gb/s의 NRZ 초기 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 8은, 10 Gb/s의 NRZ 초기 펄스의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 9는, 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 후의 펄스의 파형을 도시하는 그래프이다.
도 10은, 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 후의 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 11은, 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 후의 펄스의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 12는, 전송 손실이 없는 것으로 한 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 펄스의 파형을 도시하는 그래프이다.
도 13은, 전송 손실이 없는 것으로 한 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 14는, 전송 손실이 없는 것으로 한 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 펄스의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 15는, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스의 군지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 16은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 17은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 펄스의 파형을 도시하는 그래프이다.
도 18은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 19는, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 펄스의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 20은, 40 Gb/s의 NRZ 초기 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 21은, 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 22는, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 0 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 23은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 2 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 24는, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 5 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 25는, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 26a는, 코어의 폭의 분포 형상의 일례를 도시하는 개략 평면도이다.
도 26b는, 코어의 폭의 분포 형상의 변형예를 도시하는 개략 평면도이다.
도 27은, 코어를 사행(蛇行) 형상으로 만든 경우를 예시하는 개략 평면도이다.
도 28은, 본 발명의 분산 보상 디바이스의 일 실시형태를 도시하는 구성도이다.
도 29는, 비교예 1의 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 30은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 20 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 1의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 10 dB로 하였다.
도 31은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 20 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 1의 분산 보상 디바이스의 군지연 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 10 dB로 하였다.
도 32는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 20 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 1의 분산 보상 디바이스의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 33은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 20 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 1의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 34는, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 1의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하였다.
도 35는, 비교예 2의 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 36은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 2의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 10 dB로 하였다.
도 37은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 2의 분산 보상 디바이스의 군지연 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 10 dB로 하였다.
도 38은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 2의 분산 보상 디바이스의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 39는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 2의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 40은, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 2의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하였다.
도 41은, 비교예 3의 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 42는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 30 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 3의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 10 dB로 하였다.
도 43은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 30 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 3의 분산 보상 디바이스의 군지연 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 10 dB로 하였다.
도 44는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 30 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 3의 분산 보상 디바이스의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 45는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 30 dB가 되도록 설계한, 길이 100 km의 광섬유의 10 채널을 분산 보상하는 실시예 3의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 46은, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 3의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하였다.
도 47은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하고, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 비교예 4의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 48은, 도 47의 일부 확대도이다.
도 49는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 5 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 4의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 2 dB로 하였다.
도 50은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 5 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 4와 비교예 4의 군지연 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 2 dB로 하였다.
도 51은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 5 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50채널을 분산 보상하는 실시예 4의 분산 보상 디바이스의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 52는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 5 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 4의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 2 dB로 하였다.
도 53은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 무시한 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 비교예 4의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 2 dB로 하였다.
도 54는, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 5 dB로 하고, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 비교예 5의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 55는, 도 54의 일부 확대도이다.
도 56은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 12 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 5의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 5 dB로 하였다.
도 57은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 12 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 5와 비교예 5의 군지연 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 5 dB로 하였다.
도 58은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 12 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 5의 분산 보상 디바이스의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 59는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 12 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 5의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 5 dB로 하였다.
도 60은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 무시한 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 비교예 5의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 5 dB로 하였다.
도 61은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10dB로 하고, 길이 50km의 광섬유의 50채널을 분산 보상하는 비교예 6의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 62는, 도 61의 일부 확대도이다.
도 63은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 6의 분산 보상 디바이스의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 10 dB로 하였다.
도 64는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 6과 비교예 6의 군지연 특성을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실은 10 dB로 하였다.
도 65는, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 6의 분산 보상 디바이스의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 66은, 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계한, 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 실시예 6의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하였다.
도 67은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 무시한 길이 50 km의 광섬유의 50 채널을 분산 보상하는 비교예 6의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하는 그래프이다. 단, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 10 dB로 하였다.
본 발명의 분산 보상 디바이스는, 클래드에 매립된 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써, 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화하는 광도파로를 반사형의 파장 분산 보상 수단으로서 가진다.
이 광도파로의 코어는, (a) 처음에 광도파로의 전송 손실을 무시하고 원하는 제1 반사 스펙트럼을 설정하여, 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 광도파로를 설계하고, (b) 다음에, 이 (a)에서 설계된 광도파로의 실효적 길이로부터 이 광도파로의 전송 손실량의 파장 의존 특성을 도출하며, (c) 다음에, (b)에서 도출한 파장 의존 특성의 역의존 특성을 제1 반사 스펙트럼에 가하여 제2 반사 스펙트럼으로 보정하고, 이 제2 상기 반사 스펙트럼을 이용하여 (a)에서 설계된 광도파로의 등가 굴절률 분포를 재설계함으로써 설계되어 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스(이하, 분산 보상 디바이스라고 약기함)의 실시형태를 설명한다.
본 발명의 분산 보상 디바이스는, 예를 들면 도 28에 도시된 바와 같이, 광도파로(10)와 그 반사단(13)측에 접속된 서큘레이터(15)로 개략 구성되어 있다. 광도파로(10)의 투과단(14)은 무반사 종단(16)으로 되어 있다. 서큘레이터(15)에는, 그 입력측(input)에 도시하지 않은 피보상 광섬유가 접속되어 있다. 서큘레이터(15)의 출력측(output)에는, 하류측의 광섬유가 접속되어 있다. 이 하류측의 광섬유는 광 전송로 내에서 사용된다.
본 발명의 분산 보상 디바이스(20)는 반사형 디바이스이고, 피보상 광섬유로부터 서큘레이터(15)의 입력측으로 입력된 광신호는 광도파로(10)에 들어가 반사되며, 그 반사파가 서큘레이터(15)를 개재하여 출력된다.
도 1은, 본 발명의 분산 보상 디바이스의 주요 구성요소인 광도파로의 일 실시형태를 도시하는 개략 사시도이다. 본 실시형태의 광도파로는, 코어의 등가 굴절률을 광의 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화시키는 수단으로서, 코어의 폭(w)을 길이방향(z)에 걸쳐 변화시킨 비균일한 폭을 가진 평면 도파로(Non-uniform Planar WaveGuide; 이하, NPWG라고 기록함)를 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 비균일이란, 물리 치수가 도파로의 진행방향의 장소와 함께 변화하고 있는 것을 말한다. 도 1 중, 부호 10은 NPWG, 11은 코어, 12는 클래드이다.
본 실시형태의 NPWG(10)는, 클래드(12) 중에 코어(11)를 가진다. 코어(11)는, 도 1에 도시된 바와 같이 일정한 높이(h3)를 가진다. 또한, 코어(11)의 폭(w)이 길이방향(z)에 걸쳐 불균일하게 변화하여, 도파로의 전달 모드의 국소 등가 굴절률을 변화시킨다. 이 굴절률의 변화에 따라 NPWG(10)에 반사형의 파장 분산 보상 기능을 갖게 한다.
이 NPWG(10)로서는 석영 유리계 재료를 이용할 수 있다. 그 경우, 예를 들면 클래드를 순석영 유리로 제작하고, 코어는 게르마늄 첨가 석영 유리를 이용하면 된다. 또한, 수지계 재료의 사용도 가능하다.
또한, NPWG(10)로서 실리콘계 재료를 이용한 경우, 전극을 이 실리콘계 재료에 붙여 제어를 행하면, 가변 디바이스가 실현 가능하다. 또한, 이 디바이스에 열을 가한 경우, 재료의 열팽창에 의해 도파로가 길어진다. 그 때문에, 사용하는 파장이 길게 시프트한다. 이 특성을 이용하면, 열의 제어에 따른 가변 디바이스가 가능하게 된다.
NPWG(10)의 동작 원리는 FBG의 그레이팅과 언뜻 보기에 유사하다. 그러나, 등가 굴절률의 변화에 관해, FBG에서는 코어 매질의 굴절률을 변화시키는 것에 대해, 본 실시형태의 NPWG(10)에서는 코어(11)의 폭을 길이방향을 따라 변화시킴으로써 등가 굴절률을 변화시킨다. 이와 같이, 등가 굴절률의 변화에 관해 그 동작 원리는 양자에서 전혀 상이하다.
NPWG(10)에서는, 코어(11)의 폭을 길이방향을 따라 변화시킴으로써 얻어지는 등가 굴절률의 변동률이 FBG의 경우에 비해 큰 데다가, 미세하고 정확한 제어가 용이하다.
NPWG(10)의 구조는 평면적으로 되어 있기 때문에, 주지의 제조 프로세스에서 대량으로 제조할 수 있어 저비용화를 도모할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, NPWG(10)를 이용한 분산 보상 디바이스는, 보상 대상의 영역을 복수의 채널로 나누어 각각의 채널 내에서 분산 보상을 하는 방식을 이용하는 것을 들 수 있다. 이 방식을 이용함으로써, 필요한 도파로의 길이가 짧아지고 디바이스가 소형화할 수 있어, 도파로의 손실을 더 작게 할 수 있다.
이 NPWG(10)를 이용한 분산 보상 디바이스에서도, 분산 보상 디바이스에 손실이 있다. 이 손실에 의해, 원하는 특성을 얻을 수 없게 되어 특성의 열화가 일어난다. 이하에 분산 보상 디바이스의 손실이 이 디바이스의 분산 보상 특성에 영향을 주는 예를 든다.
예를 들면, ITU 그리드로 나누어진 채널마다 길이 100 km의 S-SMF의 잔류 분산을 보상하는 분산 보상 디바이스로서, 파장 영역 [1546.12 nm~1554.13 nm]에서 분산량 D=-1700 ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034 nm-1이 되는 파장 분산을 실현하도록 설계한 경우를 상정한다. 단, 본 예에서는, 파장 영역을 주파수(f)가 (193.4+0.1n≤f≤193.5+0.1nTHz)를 만족하는 10 채널로 나누어 각각의 채널 내에서 파장 분산을 하고 있다. 여기서, n은 -5≤n≤4를 만족하는 정수를 나타낸다. 이들 채널은 ITU 그리드 간격을 만족한다.
도 2는, 본 예의 분산 보상 디바이스의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심파장 1550.12 nm로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하여 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 무시한 경우, 도 3에 도시된 군지연 특성과 도 4에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
다음에, 본 예의 분산 보상 디바이스에 대해 도 5에 도시된 평가 시스템을 이용하여 분산 보상 디바이스의 효과를 계산한다. 도 5 중, 부호 1은 평가하는 분산 보상 디바이스, 2는 피보상 광섬유, 3은 입력신호 출력부, 4는 광원, 5는 변조기, 6은 광 검출부이다. 이 평가 시스템에서는, 입력신호를 변조기(5)를 통해 광신호에 얹고, 그 광신호를 피보상 광섬유(2)에서 전송하며, 그 후 분산 보상 디바이스(1)에 입력되고, 마지막으로 분산 보상 디바이스(1)로부터 출력된 광신호를 광 검출부(6)에서 검파하여 출력된다.
도 6은, 이 평가 시스템에서 얻어진 10 Gb/s의 NRZ 초기 펄스의 파형을 도시하고 있다. 도 7은, 마찬가지로 이 평가 시스템에서 얻어진 10 Gb/s의 NRZ 초기 펄스의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 8은, 마찬가지로 이 평가 시스템에서 얻어진 10 Gb/s의 NRZ 초기 펄스의 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 9는, 길이 100 km의 S-SMF(전송 손실은 0.02 dB/km, 파장 1550 nm에서의 분산은 17 ps/nm/km, 분산 슬로프의 비는 0.0034 nm- 1으로 함)을 통과한 후, 파장영역이 [1549.32 nm~1550.12 nm]이 되는 채널의 파형을 도시하고 있다. 도 10은, 마찬가지로 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 후, 상기 파장영역이 되는 채널의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 11은, 마찬가지로 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 후, 상기 파장영역이 되는 채널의 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 12는, 상기 분산 보상 디바이스(1)를 통과한 후의 파형을 도시하고 있다. 도 13은, 마찬가지로 상기 분산 보상 디바이스(1)를 통과한 후의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 14는, 마찬가지로 상기 분산 보상 디바이스(1)를 통과한 후의 스펙트럼을 도시하고 있다. 단, 여기서의 분산 보상 디바이스는 전송 손실이 없는 것으로 가정하였다. 도 6 내지 도 8과 도 9 내지 도 11과 도 12 내지 도 14에서 각각 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 무시하면 충분히 양호한 전송 특성을 얻을 수 있다.
그러나, NPWG는 제조시에 미세한 프로세스를 필요로 한다. 또한, NPWG에서는 재료 손실 등에 의해 전송로에서의 전송 손실은 피할 수 없다. 그 때문에, NPWG를 이용하여 구성한 분산 보상 디바이스는 큰 전송 손실을 동반하는 경우가 많다. NPWG의 전송 손실은 분산 보상 디바이스의 진폭 특성에 영향을 줄 뿐만 아니라, 원하는 군지연 특성에 영향을 준다.
도 15는, 분산 보상 디바이스의 편도 전체길이에 10 dB의 전송 손실이 있다고 가정한 경우의 군지연 특성을 도시하고, 또한 도 16은, 마찬가지로 10 dB의 전송 손실이 있다고 가정한 경우의 반사율 특성을 도시하고 있다.
도 17은, 전송 손실이 10 dB 있는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 파형을 도시하고 있다. 도 18은, 마찬가지로 전송 손실이 10 dB 있는 분산 보상 디바이스 통과 후의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 19는, 마찬가지로 전송 손실이 10 dB 있는 분산 보상 디바이스 통과 후의 스펙트럼을 도시하고 있다. 도 18의 아이 패턴에 도시된 바와 같이, 군지연의 불완전 보상은 시스템 특성에 영향을 주고 있다.
분산 보상 디바이스의 전송 손실의 영향은, 신호의 전송 레이트가 빨라지면 더욱 현저해진다. 도 20은, 40 Gb/s의 NRZ 초기 펄스의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 21은, 100 km의 S-SMF를 통과한 후, 파장영역이 [1549.32 nm~1550.12 nm]이 되는 채널 내 신호의 아이 패턴을 도시하고 있다.
도 22는, 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 없는(0 dB) 경우, 길이 100 km의 S-SMF의 10 채널을 분산 보상하는 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s 펄스의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 23은, 그 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 2 dB로 한 경우의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 24는, 그 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 5 dB로 한 경우의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 25는, 그 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 10 dB로 한 경우의 아이 패턴을 도시하고 있다. 이러한 도 21 내지 도 25에 도시된 바와 같이, 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 커짐에 따라 전송 특성이 악화된다.
본 발명은, 분산 보상 디바이스의 NPWG의 전송 손실에 의해 전술한 바와 같이 분산 보상 후의 전송 특성이 열화되는 것을 막기 위해, NPWG를 이용한 분산 보상 디바이스를 설계할 때에, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 보상하기로 하였다. 즉, NPWG의 전송 손실에 따른 분산 보상 디바이스의 반사 계수의 파장 의존성을 경감하도록 설계 단계에서 고려한다. 그와 같이 설계된 분산 보상 디바이스가 실현할 수 있는 군지연 특성은, 분산 보상 디바이스의 전송 손실을 고려하지 않은 경우에 비해 원하는 특성으로부터의 변동이 적어진다. 그 결과, 광섬유를 포함한 전송 시스템의 특성을 개선할 수 있다.
이 분산 보상 디바이스의 NPWG의 설계 순서는 다음과 같이 되어 있다.
(a) 처음에, NPWG의 전송 손실을 무시하고 원하는 제1 반사 스펙트럼을 설정하여, 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 NPWG를 설계한다. (b) 다음에, 상기 (a)에서 설계된 NPWG의 실효적 길이로부터 NPWG의 전송 손실량의 파장 의존 특성을 도출한다. (c) 다음에, NPWG의 전송 손실량의 파장 의존 특성의 역의존 특성을 상기 제1 반사 스펙트럼에 가하여 제2 반사 스펙트럼으로 보정하고, 이 제2 반사 스펙트럼을 이용하여 NPWG의 등가 굴절률 분포를 재설계한다.
이렇게 함으로써, 전송 손실이 가져오는 군지연 특성의 변동을 억제할 수 있다.
이 분산 보상 디바이스의 NPWG(10)의 설계는, 원하는 반사 스펙트럼으로부터 필요한 폭 분포를 얻는 역산란 문제의 수법을 이용한다.
우선, 도파로로 전달되는 전자계를 다음과 같이 정식화한다(참고문헌: J. E. Sipe, L. Poladian, and C. Martijn de Sterke, "Propagation through nonuniform grating structures," J. Opt. Soc. Am. A, vol.11, no.4, pp.1307-1320, 1994). 전자계의 시간 변동을 exp(-iωt)라고 가정하면, Maxwell 방정식에 의해 NPWG(10)로 전달되하는 전자계는 다음 식(1), (2)로 나타난다.
Figure pct00001
Figure pct00002
단, 상기 식(1), (2)에서, E, H는 각각 전계와 자계의 복소 진폭을 나타내고, n은 도파로의 굴절률을 나타낸다.
여기서, 다음 식(3), (4)
Figure pct00003
Figure pct00004
에서 정의되는, z의 전방으로 전달되는 전력파의 진폭(A+(z))과 z의 후방으로 전달되는 전력파의 진폭(A-(z))을 상기 식(1)과 식(2)에 각각 도입한다. 단, Z0=√μ0/ε0은 진공 중의 임피던스를 나타내고, n0은 참조 굴절률을 나타낸다. 이러한 변수로부터 다음 식(5), (6)이 각각 도출된다:
Figure pct00005
Figure pct00006
단, c는 진공 중의 광속을 나타낸다.
이들 식(5), (6)은, 다음 식(7)
Figure pct00007
에서 변수 변환을 하면, 다음 식(8), (9)에 나타내는 Zakharov-Shabat 방정식으로 각각 귀착된다:
Figure pct00008
Figure pct00009
단, ω0은 참조 각주파수를 나타낸다.
이들 Zakharov-Shabat 방정식은 역산란 문제로서 풀 수 있다. 즉, 다음 식(10)
Figure pct00010
에서 정의되는 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수(u(x))를 수치적으로 풀 수 있다(참고문헌: P. V. Frangos and D. L. Jaggard, "A numerical solution to the Zakharov-Shabat inverse scattering problem," IEEE Trans. Antennas and Propag., vol.39, no.1, pp.74-79, 1991).
이를 본 발명에 관한 분산 보상 디바이스의 설계에 적용한다. 우선, 도파로의 전송 손실을 무시한 경우의 원하는 제1 반사 스펙트럼을 규정하고, 상술한 방법으로 도파로의 포텐셜을 도출한다. 여기서, 반사 스펙트럼이란, 파장에 대한 군지연량과 반사율로부터 얻어지는 복소 반사 데이터를 말한다.
포텐셜(u(x))이 얻어지면, 국소 등가 굴절률(n(x))은 다음 식(11)과 같이 구해진다.
Figure pct00011
또, 실제 제작하고자 하는 도파로의 코어의 두께와, 코어의 굴절률 및 클래드의 굴절률로부터 구해지는 코어의 폭에 대한 등가 굴절률의 관계로부터 광의 전달 방향의 소정 위치에서의 코어 폭(w(x))을 구할 수 있다.
다음에, 이와 같이 설계된 NPWG(10)의 실효적 길이로부터 이 NPWG(10)의 전송 손실량의 파장 의존성을 도출한다.
전송 손실량의 파장 의존성은, 예를 들면 우선 도파로의 단위길이당 손실량을 측정 등으로 특정한다. 그 손실량의 정보를 식(5)와 (6)에 있는 굴절률(n(z))에 반영하여 다시 계산하면, 전송 손실량을 도출할 수 있다. 이 경우, 다른 파장의 광이 다른 위치에서 반사되기 때문에, 만약 도파로의 단위길이당 손실량에 파장 의존성이 작아도 도파로로부터 반사되는 광의 전송 손실량에는 큰 파장 의존성이 생긴다.
다음에, 상기에서 구한 파장 의존성의 역의존 특성을 상기에서 이용한 제1 반사 스펙트럼에 가하여 보정하고 제2 반사 스펙트럼으로 한다. 그리고, 이 제2 반사 스펙트럼을 이용하여 제1 반사 스펙트럼을 이용했을 때와 같이 코어 폭(w(x))을 구하면, 본 발명의 분산 보상 디바이스에서 이용되고 있는 NPWG(10)가 설계된다.
이상의 공정에 의해, 실제의 광도파로에 불가피하게 존재하는 전송 손실을 포함하는 반사 특성에 의해 원하는 반사형 분산 보상 디바이스를 설계할 수 있다.
이 방법을 이용하면, FBG를 중합시키는 방법(예를 들면, 특허문헌 4 참조)에서 일어나는 채널 간의 간섭이 설계 방법에 고려되어 있기 때문에 일어나지 않게 된다. 또한, 이 설계에 의해 얻어지는 NPWG(10)는 특허문헌 4에 개시된 것과 다른 구조가 된다.
본 발명의 분산 보상 디바이스(20)의 주요 구성요소인 NPWG(10)는, 예를 들면 다음과 같이 제조된다.
우선, NPWG(10)의 하부 클래드층을 설치한다. 다음에, 상기 하부 클래드층 상에 이 하부 클래드층보다도 굴절률이 큰 코어층을 설치한다. 다음에, 상기 코어층에 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화하도록 설계된(상기 (a) 내지 (c)에서 설계된) 소정의 코어 형상을 남기는 한편, 그 이외의 부분을 제거하는 가공을 하여 상기 코어(11)를 형성한다. 다음에, 상기 코어(11)를 덮는 상부 클래드층을 설치하여 NPWG(10)를 제조한다.
이와 같이 NPWG(10)의 코어(11)를 형성할 때, 상기 코어 폭(w(x))의 형상을 가진(코어(10)의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화하도록 설계된) 마스크를 이용하여 포토리소그래피법에 의해 코어(11)를 형성하는 것이 바람직하다. 이 포토리소그래피법에 이용하는 재료나 순서는, 반도체 제조 분야 등에서 주지인 포토리소그래피법에 이용하는 재료나 순서를 이용하여 실시할 수 있다. 또한, 클래드층이나 코어층의 성막 방법은 일반적인 광도파로의 제조에 있어서 이용되고 있는 주지의 성막기술을 이용하여 실시할 수 있다.
본 발명의 분산 보상 디바이스(20)는, 전술한 바와 같이 NPWG(10)를 제조한 후, 이 NPWG(10)의 투과단(14)을 무반사 종단(16)에서 종단한다. 또, NPWG(10)의 반사단(13)에 서큘레이터(15) 또는 방향성 결합기를 접속한다. 이상으로, 도 28에 도시된 분산 보상 디바이스(20)를 얻을 수 있다.
이 분산 보상 디바이스(20)의 NPWG(10)는, 전술한 바와 같이 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 반사율 특성을 갖고 있다. 그 때문에, 피보상 광섬유로부터 출력된 광신호가 NPWG(10)에서 반사될 때에, 그 광신호의 파장 분산이 보정되어 출력된다. 그리고, 분산 보상 디바이스(20)로부터 출력된 광신호는 서큘레이터(15)의 출력측에 접속된 하류측의 광섬유에 입력되고, 이 섬유 내를 전달한다.
상기 실시형태에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 클래드(12) 중에 높이(두께)가 일정하고 폭이 길이방향에 걸쳐 불균일하게 변화하는 코어(11)가 매설된 구조의 NPWG(10)를 예시하였다. 본 발명에 이용하는 광도파로는 본 예시에만 한정되지 않고, 여러가지 변경이 가능하다.
예를 들면, 코어(11)의 폭 분포는, 도 26a에 도시된 바와 같이, 코어(11) 중심에서 폭방향 양측이 대칭이 되도록 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 구조이어도 된다. 또한, 도 26b에 도시된 바와 같이, 코어(11) 중심에서 폭방향 양측이 비대칭이 되도록 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 구조이어도 된다.
또한, 코어(11)는, 도 1에 도시된 바와 같이 NPWG(10)의 길이방향(z)을 따라 직선 형상으로 설치하는 구조 이외에, 도 27에 도시된 바와 같이 사행 형상으로 코어(11)를 설치하는 구조로 해도 된다.
이와 같이 사행 형상으로 코어(11)를 설치한 구조로 함으로써, NPWG(10)를 보다 소형화 가능하게 된다.
(실시예)
<실시예 1>
파장영역 [1546.12 nm~1554.13 nm]에 있어서, 분산량 D=-1700 ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034 nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 때, 분산 보상하는 파장영역은, 주파수(f)가 193.4+0.1nTHz≤f≤193.5+0.1nTHz를 만족하는 10 채널에 나누어지도록 NPWG를 설계하였다. 여기서, n은 -5≤n≤4를 만족하는 정수를 나타낸다. 이 분산 보상 디바이스에서는, 각각의 채널 내에서 분산 보상을 하고 있다. 이 때, 후술하는 도 29에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성이 생긴다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 이 파장 의존성을 경감할 수 있도록 각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하였다. 이 때, 최대 손실 차가 20 dB가 되도록 설계하였다. 이들 각 채널은 ITU 그리드 간격을 만족한다. 본 실시예의 분산 보상 디바이스는 길이 100 km의 S-SMF의 잔류 분산을 보상할 수 있다.
<비교예 1>
전송 손실을 무시하고 설계한(각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하지 않은) 것 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 분산 보상 디바이스를 제작하였다.
도 29는, 비교예 1의 전송 손실을 무시하고 설계한 분산 보상 디바이스에 관해, 실제로는 분산 보상 디바이스의 편도 전체길이의 전송 손실이 10 dB 이다고 한 경우의 반사율 특성을 도시한다. 도 29에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 발생시킨다.
도 30은, 실시예 1의 반사율 특성(designed)을 도시하고 있다. 또한, 도 30에는, 실시예 1의 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 10 dB가 되는 경우의 반사율 특성(realized)을 동시에 도시한다. 도 31은 그 경우의 군지연 특성을 도시한다.
도 32는, 실시예 1의 설계에서 얻어진 NPWG의 포텐셜 분포를 도시한다. 도면 중에서는, 분산 보상 디바이스의 입구(도면 중 좌측)의 포텐셜의 변동이 평균적으로 작아져 입구에 가까운 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 긴 신호가 작게 반사되어 있다. 한편, 분산 보상 디바이스 안(도면 중 우측)의 포텐셜은 비교적 크게 변동하여 입구에서 먼 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 짧은 신호가 크게 반사되어 있다. 실제로는 분산 보상 디바이스의 NPWG에 전송 손실이 있으므로, 그 설계에 의해 전체 신호의 반사율의 파장 의존성이 평탄화된다. 도 32의 포텐셜 분포에 기초하여 설계된 NPWG의 코어의 폭은, NPWG의 광 전달 방향 일단측(입구측)에서 타단측으로 향하여 폭 변동이 점차 커지고, 타단측 근방에 변동 극대부를 가진 분포 형상을 갖는다.
도 33은, 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 파장영역이 [1549.32 nm~1550.12 nm]이 되는 채널 내의 신호를 실시예 1의 분산 보상 디바이스에서 분산 보상을 행한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 도 34는, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 1의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 1(도 34)에 비해, 전송 손실을 보정한 실시예 1(도 33)에서는 전송 특성이 대폭으로 개선되었다.
<실시예 2>
파장영역 [1546.12 nm~1554.13 nm]에 있어서, 분산량 D=-1700 ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034 nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 때, 분산 보상하는 파장영역은, 주파수(f)가 193.4+0.1nTHz≤f≤193.5+0.1nTHz를 만족하는 10 채널에 나누어지도록 NPWG를 설계하였다. 여기서, n은 -5≤n≤4를 만족하는 정수를 나타낸다. 이 분산 보상 디바이스에서는, 각각의 채널 내에서 분산 보상을 하고 있다. 이 때, 후술하는 도 35에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성이 생긴다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 이 파장 의존성을 경감할 수 있도록 각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하였다. 이 때, 최대 손실 차가 25 dB가 되도록 설계하였다. 이들 각 채널은 ITU 그리드 간격을 만족한다. 본 실시예의 분산 보상 디바이스는 길이 100 km의 S-SMF의 잔류 분산을 보상할 수 있다.
<비교예 2>
전송 손실을 무시하고 설계한(각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하지 않은) 것 이외에는, 실시예 2와 같이 하여 분산 보상 디바이스를 제작하였다.
도 35는, 비교예 2의 전송 손실을 무시하고 설계한 분산 보상 디바이스에 관해, 실제로는 분산 보상 디바이스의 편도 전체길이에 전송 손실이 10 dB 있다고 한 경우의 반사율 특성을 도시한다. 도 35에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 발생시킨다.
도 36은, 실시예 2의 반사율 특성(designed)을 도시하고 있다. 또한, 도 36에는, 실시예 2의 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 10 dB가 되는 경우의 반사율 특성(realized)을 동시에 도시한다. 도 37은 그 경우의 군지연 특성을 도시한다.
도 38은, 실시예 2의 설계에서 얻어진 포텐셜 분포를 도시한다. 도면 중에서는, 디바이스의 입구(도면 중 좌측)의 포텐셜의 변동이 평균적으로 작아져 입구에 가까운 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 긴 신호가 작게 반사되어 있다. 한편, 디바이스 안(도면 중 우측)의 포텐셜은 비교적 크게 변동하여 입구에서 먼 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 짧은 신호는 크게 반사되어 있다. 실제로는 디바이스의 도파로에 전송 손실이 있으므로, 그 설계에 의해 전체 신호의 반사율의 파장 의존성이 평탄화된다. 도 38의 포텐셜 분포에 기초하여 설계된 NPWG의 코어의 폭은, NPWG의 광 전달 방향 일단측(입구측)에서 타단측으로 향하여 폭 변동이 점차 커지고, 타단측 근방에 변동 극대부를 가진 분포 형상을 갖는다.
도 39는, 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 파장영역이 [1549.32 nm~1550.12 nm]이 되는 채널 내의 신호를 실시예 2의 분산 보상 디바이스에서 분산 보상을 행한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 도 40은, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 2의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 2(도 40)에 비해, 전송 손실을 보정한 실시예 2(도 39)에서는 전송 특성이 대폭으로 개선되었다.
<실시예 3>
파장영역 [1546.12 nm~1554.13 nm]에 있어서, 분산량 D=-1700 ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034 nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 때, 분산 보상하는 파장 영역은, 주파수(f)가 193.4+0.1nTHz≤f≤193.5+0.1nTHz를 만족하는 10채널로 나누어지도록 NPWG를 설계하였다. 여기서, n은 -5≤n≤4를 만족하는 정수를 나타낸다. 이 분산 보상 디바이스에서는, 각각의 채널 내에서 분산 보상을 하고 있다. 이 때, 후술하는 도 41에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성이 생긴다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 이 파장 의존성을 경감할 수 있도록 각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하였다. 이 때, 최대 손실 차가 30 dB가 되도록 설계하였다. 이들 각 채널은 ITU 그리드 간격을 만족한다. 본 실시예의 분산 보상 디바이스는 길이 100 km의 S-SMF의 잔류 분산을 보상할 수 있다.
<비교예 3>
전송 손실을 무시하고 설계한(각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하지 않은) 것 이외에는, 실시예 3과 같이 하여 분산 보상 디바이스를 제작하였다.
도 41은, 비교예 3의 전송 손실을 무시하고 설계한 분산 보상 디바이스에 관해, 실제로는 분산 보상 디바이스의 편도 전체길이에 전송 손실이 10 dB 있다고 한 경우의 반사율 특성을 도시하고 있다. 도 41에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 발생시킨다.
도 42는, 실시예 3의 반사율 특성(designed)을 도시하고 있다. 또한, 도 42에는, 실시예 3의 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 10 dB가 되는 경우의 반사율 특성(realized)을 동시에 도시한다. 도 43은 그 경우의 군지연 특성을 도시한다.
도 44는, 실시예 3의 설계에서 얻어진 포텐셜 분포를 도시한다. 도면 중에서는, 디바이스의 입구(도면 중 좌측)의 포텐셜의 변동이 평균적으로 작아져 입구에 가까운 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 긴 신호가 작게 반사되어 있다. 한편, 디바이스 안(도면 중 우측)의 포텐셜은 비교적 크게 변동하여 입구에서 먼 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 짧은 신호는 크게 반사되어 있다. 실제로는 디바이스의 도파로에 전송 손실이 있으므로, 그 설계에 의해 전체 신호의 반사율의 파장 의존성이 평탄화된다. 도 44의 포텐셜 분포에 기초하여 설계된 NPWG의 코어의 폭은, NPWG의 광 전달 방향 일단측(입구측)에서 타단측으로 향하여 폭 변동이 점차 커지고, 타단측 근방에 변동 극대부를 가진 분포 형상을 갖는다.
도 45는, 길이 100 km의 S-SMF를 통과한 파장영역이 [1549.32 nm~1550.12 nm]이 되는 채널 내의 신호를 실시예 3의 디바이스에서 분산 보상을 행한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 도 46은, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 3의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 40 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다.
전송 손실을 보정하지 않은 비교예 3(도 46)에 비해, 전송 손실을 보정한 실시예 3(도 45)에서는 전송 특성이 대폭으로 개선되었다.
<실시예 4>
파장영역 [1570.01 nm~1612.22 nm]에 있어서, 분산량 D=-950 ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.003 nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 때, 분산 보상하는 파장영역은, 주파수(f)가 188.45+0.1nTHz≤f≤188.55+0.1nTHz를 만족하는 50 채널로 나누어지도록 NPWG를 설계하였다. 여기서, n은 -25≤n≤24를 만족하는 정수를 나타낸다. 이 분산 보상 디바이스에서는, 각각의 채널 내에서 분산 보상을 하고 있다. 이 때, 후술하는 도 47, 48에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성이 생긴다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 이 파장 의존성을 경감할 수 있도록 각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하였다. 이 때, 최대 손실 차가 5 dB가 되도록 설계하였다. 이들 각 채널은 ITU 그리드 간격을 만족한다. 본 실시예의 분산 보상 디바이스는 길이 100 km의 S-SMF의 잔류 분산을 보상할 수 있다.
<비교예 4>
전송 손실을 무시하고 설계한(각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하지 않은) 것 이외에는, 실시예 4와 같이 하여 분산 보상 디바이스를 제작하였다.
여기서, 분산 보상 디바이스의 도파로에 편도 전체길이에서 2 dB의 전송 손실이 있다고 가정한다.
도 47은, 비교예 4의 전송 손실을 무시하고 설계한 분산 보상 디바이스에 관해, 실제로는 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 10 dB 있다고 한 경우의 반사율 특성을 도시한다. 또한, 도 48은 도 47의 일부 확대도이다. 도 47, 48에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성이 생긴다.
도 49는, 실시예 4의 반사율 특성(designed)을 도시하고 있다. 또한, 도 49에는, 디바이스의 전송 손실이 2 dB가 되는 경우의 반사율 특성(realized)을 동시에 도시한다.
도 50은 그 경우의 군지연 특성을 도시한다. 도면 중에는, 손실 보정을 행한 실시예 4의 특성(realized(with loss compensation))과 손실 보정을 하지 않은 비교예 4의 특성(realized(without loss compensation))이 비교되어 있다. 도 50으로부터, 보정을 행한 실시예 4에서는 원하는 특성(designed)에 보다 가까운 특성을 얻을 수 있었다.
도 51은, 실시예 4의 설계에서 얻어진 포텐셜 분포를 도시한다. 도면 중에서는, 분산 보상 디바이스의 입구(도면 중 좌측)의 포텐셜의 변동이 평균적으로 작아져 입구에 가까운 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 긴 신호가 작게 반사되어 있다. 한편, 분산 보상 디바이스 안(도면 중 우측)의 포텐셜은 비교적 크게 변동하여 입구에서 먼 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 짧은 신호는 크게 반사되어 있다. 실제로는 분산 보상 디바이스의 NPWG에 전송 손실이 있으므로, 그 설계에 의해 전체 신호의 반사율의 파장 의존성이 평탄화된다. 도 51의 포텐셜 분포에 기초하여 설계된 NPWG의 코어의 폭은, NPWG의 광 전달 방향 일단측(입구측)에서 타단측으로 향하여 폭 변동이 작은 중앙부, 이 중앙부보다 폭 변동이 큰 일단측의 제1 변동부, 이 제1 변동부보다 폭 변동이 큰 타단측의 변동 극대부를 가진 분포 형상을 갖는다.
도 52는, 길이 50 km의 S-SMF를 통과한 파장영역이 [1589.99 nm~1590.83 nm]이 되는 채널 내의 신호를 실시예 4의 분산 보상 디바이스에서 분산 보상을 행했을 때의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시하고 있다. 도 53은, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 4의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 4(도 53)에 비해, 전송 손실을 보정한 실시예 4(도 52)에서는 전송 특성이 대폭으로 개선되었다.
<실시예 5>
파장영역 [1570.01 nm~1612.22 nm]에 있어서, 분산량 D=-950 ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.003 nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 때, 분산 보상하는 파장 영역은, 주파수(f)가 188.45+0.1nTHz≤f≤188.55+0.1nTHz를 만족하는 50 채널로 나누어지도록 NPWG를 설계하였다. 여기서, n은 -25≤n≤24를 만족하는 정수를 나타낸다. 이 분산 보상 디바이스에서는, 각각의 채널 내에서 분산 보상을 하고 있다. 이 때, 후술하는 도 54, 55에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성이 생긴다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 이 파장 의존성을 경감할 수 있도록 각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하였다. 이 때, 최대 손실 차가 12 dB가 되도록 설계하였다. 이들 각 채널은 ITU 그리드 간격을 만족한다. 본 실시예의 분산 보상 디바이스는 길이 100 km의 S-SMF의 잔류 분산을 보상할 수 있다.
<비교예 5>
전송 손실을 무시하고 설계한(각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하지 않은) 것 이외에는, 실시예 5와 같이 하여 분산 보상 디바이스를 제작하였다.
여기서, 분산 보상 디바이스의 NPWG에 편도 전체길이에서 5 dB의 전송 손실이 있다고 가정한다. 도 54는, 비교예 5의 전송 손실을 무시하고 설계한 분산 보상 디바이스에 관해, 실제로는 전송 손실이 2 dB 있다고 한 경우의 반사율 특성을 도시하고 있다. 도 55는 도 54의 일부 확대도이다. 도 54, 55에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 발생시킨다.
도 56은, 실시예 5의 반사율 특성(designed)을 도시하고 있다. 또한, 도 56에는, 실시예 5의 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 5 dB가 되는 경우의 반사율 특성(realized)을 동시에 도시하고 있다.
도 57은, 그 경우의 군지연 특성을 도시하고 있다. 도면 중에는, 손실 보정을 행한 실시예 5의 특성(realized(with loss compensation))과 손실 보정을 하지 않은 비교예 5의 특성(realized(without loss compensation))이 비교되어 있다. 도 57로부터, 보정을 행한 실시예 5에서는 원하는 특성(designed)에 보다 가까운 특성을 얻을 수 있었다.
도 58은, 실시예 5의 설계에서 얻어진 포텐셜 분포를 도시한다. 도면 중에서는, 디바이스의 입구(도면 중 좌측)의 포텐셜의 변동이 평균적으로 작아져 입구에 가까운 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 긴 신호가 작게 반사되어 있다. 한편, 디바이스 안(도면 중 우측)의 포텐셜은 비교적 크게 변동하여 입구에서 먼 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 짧은 신호가 크게 반사되어 있다. 실제로는 디바이스의 도파로에 전송 손실이 있으므로, 그 설계에 의해 전체 신호의 반사율의 파장 의존성이 평탄화된다. 도 58의 포텐셜 분포에 기초하여 설계된 NPWG의 코어의 폭은, NPWG의 광 전달 방향 일단측(입구측)에서 타단측으로 향하여 폭 변동이 작은 중앙부, 이 중앙부보다 폭 변동이 큰 일단측의 제1 변동부, 이 제1 변동부보다 폭 변동이 큰 타단측의 변동 극대부를 가진 분포 형상을 갖는다.
도 59는, 길이 50 km의 S-SMF를 통과한 파장영역이 [1589.99 nm~1590.83 nm]이 되는 채널 내의 신호를 실시예 5의 분산 보상 디바이스에서 분산 보상을 행했을 때의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 또한, 도 60은, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 5의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 5(도 60)에 비해, 전송 손실을 보정한 실시예 5(도 59)에서는 전송 특성이 대폭으로 개선되었다.
<실시예 6>
파장영역 [1570.01 nm~1612.22 nm]에 있어서, 분산량 D=-950 ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.003 nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 때, 분산 보상하는 파장영역은, 주파수(f)가 188.45+0.1nTHz≤f≤188.55+0.1nTHz를 만족하는 50 채널에 나누어지도록 NPWG를 설계하였다. 여기서, n은 -25≤n≤24를 만족하는 정수를 나타낸다. 이 분산 보상 디바이스에서는, 각각의 채널 내에서 분산 보상을 하고 있다. 이 때, 후술하는 도 61, 62에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성이 생긴다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 이 파장 의존성을 경감할 수 있도록 각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하였다. 이 때, 최대 손실 차가 25dB가 되도록 설계하였다. 이들 각 채널은 ITU 그리드 간격을 만족한다. 본 실시예의 분산 보상 디바이스는 길이 100 km의 S-SMF의 잔류 분산을 보상할 수 있다.
<비교예 6>
전송 손실을 무시하고 설계한(각 채널 내에서 파장이 길어짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 NPWG의 설계 스펙트럼에 부가하지 않은) 것 이외에는, 실시예 6과 같이 하여 분산 보상 디바이스를 제작하였다.
여기서, 분산 보상 디바이스의 NPWG에 편도 전체길이에서 10dB의 전송 손실이 있다고 가정한다. 도 61은, 디바이스의 전송 손실을 무시하고 설계한 비교예 6의 분산 보상 디바이스에 실제로 전송 손실이 2dB 있다고 한 경우의 반사율 특성을 도시한다. 또한, 도 62는 도 61의 일부 확대도이다. 도 61, 62에 도시된 바와 같이, 각 채널 내에서 파장이 짧아짐에 따라 손실이 늘어나는 파장 의존성을 발생시킨다.
도 63은, 실시예 6의 반사율 특성(designed)을 도시하고 있다. 또한, 도 63에는, 실시예 6의 분산 보상 디바이스의 전송 손실이 10 dB가 되는 경우의 반사율 특성(realized)을 동시에 도시한다.
도 64는 그 경우의 군지연 특성을 도시한다. 도면 중에는, 손실 보정을 행한 실시예 6의 특성(realized(with loss compensation))과 손실 보정을 하지 않은 비교예 6의 특성(realized(without loss compensation))이 비교되어 있다. 보정을 행한 실시예 6에서는 원하는 특성(designed)에 보다 가까운 특성을 얻을 수 있었다.
도 65는, 실시예 6의 설계에서 얻어진 포텐셜 분포를 도시한다. 도면 중에서는, 분산 보상 디바이스의 입구(도면 중 좌측)의 포텐셜의 변동이 평균적으로 작아져 입구에 가까운 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 긴 신호가 작게 반사되어 있다. 한편, 분산 보상 디바이스 안(도면 중 우측)의 포텐셜은 비교적 크게 변동하여 입구에서 먼 곳에서 반사되는, 즉 채널 내에서 파장이 짧은 신호는 크게 반사된다. 실제로는 분산 보상 디바이스의 도파로에 전송 손실이 있으므로, 그 설계에 의해 전체 신호의 반사율의 파장 의존성이 평탄화된다. 도 65의 포텐셜 분포에 기초하여 설계된 NPWG의 코어의 폭은, NPWG의 광 전달 방향 일단측(입구측)에서 타단측으로 향하여 폭 변동이 점차 커지고, 타단측 근방에 변동 극대부를 가진 분포 형상을 갖는다.
도 66은, 길이 50 km의 S-SMF를 통과한 파장영역이 [1589.99 nm~1590.83 nm]이 되는 채널 내의 신호를 실시예 6의 디바이스에서 분산 보상을 행했을 때의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 도 67은, 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 6의 분산 보상 디바이스를 통과한 후의 10 Gb/s의 NRZ 펄스의 아이 패턴을 도시한다. 전송 손실을 보정하지 않은 비교예 6(도 67)에 비해, 전송 손실을 보정한 실시예 6(도 66)에서는 전송 특성이 대폭으로 개선되었다.
본 발명의 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스는, 클래드에 매립된 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써, 이 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화한 광도파로를 반사형의 파장 분산 보상 수단으로서 가지고, 상기 코어는, (a) 처음에, 상기 광도파로의 전송 손실을 무시하고 원하는 제1 반사 스펙트럼을 설정하여, 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 광도파로를 설계하고, (b) 다음에, 상기 (a)에서 설계된 상기 광도파로의 실효적 길이로부터 이 광도파로의 전송 손실량의 파장 의존 특성을 도출하며, (c) 다음에, 상기 파장 의존 특성의 역의존 특성을 상기 제1 반사 스펙트럼에 가하여 제2 반사 스펙트럼으로 보정하고, 이 제2 상기 반사 스펙트럼을 이용하여 상기 (a)에서 설계된 광도파로의 등가 굴절률 분포를 재설계함으로써 설계된다.
10 NPWG 11 코어
12 클래드 13 반사단
14 투과단 15 서큘레이터
16 무반사 종단 20 분산 보상 디바이스

Claims (18)

  1. 클래드에 매립된 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써, 상기 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화한 광도파로를 반사형의 파장 분산 보상 수단으로서 가지고,
    상기 코어는, (a) 처음에 상기 광도파로의 전송 손실을 무시하고 원하는 제1 반사 스펙트럼을 설정하여, 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 광도파로를 설계하고,
    (b) 다음에, 상기 (a)에서 설계된 상기 광도파로의 실효적 길이로부터 상기 광도파로의 전송 손실량의 파장 의존 특성을 도출하며,
    (c) 다음에, 상기 파장 의존 특성의 역의존 특성을 상기 제1 반사 스펙트럼에 가하여 제2 반사 스펙트럼으로 보정하고, 상기 제2 상기 반사 스펙트럼을 이용하여 상기 (a)에서 설계된 광도파로의 등가 굴절률 분포를 재설계함으로써 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 내지 (c)를 복수회 반복하여 상기 코어의 상기 등가 굴절률 분포가 설계된 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광도파로는, 분산 보상하는 파장 영역이 복수의 채널로 구획되고,
    상기 각 채널의 상기 파장 영역 내에서 상기 피보상 광섬유의 파장 분산이 보상되는 분산 보상 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 폭이 상기 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코어의 폭이 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측이 대칭이 되도록, 상기 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 코어의 폭이 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측이 비대칭이 되도록, 상기 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 코어의 폭이 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측 중 한쪽만이 상기 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코어가 상기 광도파로 내에 직선 형상으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코어가 상기 광도파로 내에 사행 형상으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 폭이 상기 광도파로의 상기 광 전달 방향의 일단측에서 타단측으로 향하여 폭 변동이 점차 커지고,
    상기 타단측의 근방에 변동 극대부를 가진 분포 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 폭이,
    상기 광도파로의 상기 광 전달 방향의 일단측에서 타단측으로 향하여 폭 변동이 작은 중앙부;
    상기 중앙부보다 폭 변동이 큰 상기 일단측의 제1 변동부;
    상기 제1 변동부보다 폭 변동이 큰 상기 타단측의 변동 극대부;를 가진 분포 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광도파로의 일단이 투과단이고, 상기 광도파로의 타단이 반사단이며,
    상기 투과단이 무반사 종단에서 종단되고,
    상기 반사단에서 서큘레이터 또는 방향성 결합기를 개재하여 광 출력이 추출되는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광도파로는, 소정의 파장 대역에서 소정 길이의 피보상 광섬유의 파장 분산을 제거하는 분산 보상 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광도파로는, 중심 파장(λc)이 1490 nm≤λc≤1613 nm의 범위, 동작대역(ΔBW)이 0.1 nm≤ΔBW≤60 nm의 범위에서,
    분산(D)이 -3000 ps/nm≤D≤3000 ps/nm의 범위, 분산에 대한 분산 슬로프의 비(RDS)가 -0.1 nm-1≤RDS≤0.1 nm-1의 범위의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광도파로의 광 전달 방향에 걸친 코어의 등가 굴절률 분포가,
    Zakharov-Shabat 방정식을 이용하여 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고,
    상기 역산란 문제로 얻어진 값으로부터 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하는 설계법으로 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광도파로의 상기 광 전달 방향에 걸친 상기 코어의 등가 굴절률 분포가,
    상기 광도파로의 전방 및 후방으로 전달되는 전력파의 진폭이라는 변수를 도입한 파동 방정식을 이용하여, 상기 광도파로의 등가 굴절률의 대수의 미분으로부터 도출되는 포텐셜을 갖는 Zakharov-Shabat 방정식에 귀착시켜, 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고,
    상기 역산란 문제로 얻어진 값으로부터 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하며,
    상기 포텐셜에 기초하여 등가 굴절률을 구하고,
    미리 구해진 소정의 상기 코어의 두께와 상기 등가 굴절률과 상기 코어의 치수의 관계로부터, 상기 광도파로의 상기 광 전달 방향에 걸친 상기 코어의 치수를 산출하여 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 광도파로의 상기 광 전달 방향에 걸친 상기 코어의 등가 굴절률 분포는,
    분산 보상하는 대역의 중심 파장의 스케일에서는 거의 주기 구조이고,
    중심 파장보다 큰 스케일에서는, 상기 역산란 문제로 정해지는 비주기 구조의 2계층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스.
  18. 광도파로의 하부 클래드층을 설치하고,
    다음에, 상기 하부 클래드층 상에 상기 하부 클래드층보다도 굴절률이 큰 코어층을 설치하며,
    다음에, 상기 코어층에 코어의 등가 굴절률이 광 전달 방향에 걸쳐 불균일하게 변화하도록 설계된 소정의 코어 형상을 남기는 반면, 그 이외의 부분을 제거하는 가공을 하여 상기 코어를 형성하고,
    다음에, 상기 코어를 덮는 상부 클래드층을 설치함으로써 광도파로를 제조하며,
    제1항에 기재된 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스의 제조방법.
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