KR20160050923A - Method and Apparatus for Measuring and Stabilizing Polarization using Dynamic Polarization Controller - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a method and an apparatus to measure and stabilize polarization using a dynamic polarization controller. According to an aspect of the present embodiment, the apparatus may measure a polarization state of an input optical signal without using external reference polarization or a special polarimeter at a rear end of a dynamic polarization controller and may control the dynamic polarization controller to a desired polarization state. The apparatus comprises: a polarization controller including at least three wavelength plates formed along a section having an optical fiber, wherein the at least three wavelength plates include a first wavelength plate arranged in a direction along an optical shaft of a predetermined section of the optical fiber, a second wavelength plate arranged in a direction of a predetermined first angle for the optical shaft, and a third wavelength plate arranged in a direction of the second angle for the optical shaft; an analyzer located at an output end of the polarizer controller and to polarize an output light of the polarizer controller to a specific polarization state; an optical detector located at an output end of the polarizer and to generate an output signal by detecting an output light of the analyzer; and a calculation means to control the polarization controller to convert at least three input optical signals into differential state of polarization (SOP) and to calculate a stoke parameter based on an output signal of the optical detector corresponding to the at least three optical signals.

Description

동적 편광 제어기를 이용한 편광 측정 및 안정화 방법과 이를 이용한 장치{Method and Apparatus for Measuring and Stabilizing Polarization using Dynamic Polarization Controller}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and apparatus for measuring and stabilizing polarized light using a dynamic polarization controller,

본 실시예는 동적 편광 제어기를 이용한 편광 측정 및 안정화 방법과 이를 이용한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 동적 편광 제어기를 이용하여 편광의 상태를 측정하고 적당한 제어값을 입력해 편광의 상태를 원하는 위치로 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present embodiment relates to a polarization measurement and stabilization method using a dynamic polarization controller and an apparatus using the same. More particularly, the present invention relates to a method and an apparatus for measuring the state of polarization using a dynamic polarization controller and inputting an appropriate control value to control the state of polarization to a desired position.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.

광섬유(Optical fiber)를 이용한 시스템에서 편광의 불안정성은 중요한 불안정성 요소이다. 편광은 광섬유의 편광 모드 분산(Polarization mode dispersion: PMD), 수동 광소자의 편광 의존 손실(Polarization-dependent loss: PDL) 등에 영향을 미친다. 광섬유를 전파하는 빛의 편광 상태(State of Polarization: SOP)는 열적 스트레스로 인한 불규칙한 복굴절, 기계적인 스트레스 등으로 인해 파이버를 전파함에 따라 변화한다. 이러한 불안정 요소들은 시간에 따라 변화하므로, 이들로 인한 영향을 완화하기 위해서는 이들의 무작위적인 변위에 따라 동적으로 편광을 제어할 필요가 있다. 그 대표적인 예가 동적 편광 제어기(Dynamic Polarization Controller)이다. 동적 편광 제어기는 임의의 주어진 편광 상태를 원하는 편광 상태로 변환할 수 있다. Polarization instability in optical fiber systems is an important instability factor. Polarization affects the polarization mode dispersion (PMD) of the optical fiber and the polarization dependent loss (PDL) of the passive optical system. The state of polarization (SOP) of the light propagating through the optical fiber changes as the fiber propagates due to irregular birefringence due to thermal stress, mechanical stress, and the like. Since these instabilities vary with time, it is necessary to dynamically control the polarization according to their random displacements in order to mitigate the effects of these instabilities. A representative example thereof is a dynamic polarization controller. The dynamic polarization controller can convert any given polarization state to a desired polarization state.

빛의 편광 상태를 기술하기 위해서 편광을 벡터로 기술하는 것이 일반적이다. 스토크스 파라미터(Stokes parameter) 또는 스토크스 벡터(Stokes vector)는 4개의 성분으로 편광상태를 기술한다. 편광 상태에 대해 편광 작용을 기술하기 위한 행렬은 4×4 형태를 가져야 한다. 이를 뮬러 행렬(Mueller matrix)이라 한다.In order to describe the polarization state of light, it is common to describe polarized light as a vector. The Stokes parameter or Stokes vector describes the polarization state with four components. The matrix for describing the polarization action with respect to the polarization state should have a 4x4 form. This is called a Mueller matrix.

이러한 4 개의 스톡 파라미터 S0, S1, S2 및 S3는 일반적으로 다음과 같이 정의된다. S0는 전체 파워, S1은 직선편광의 수평 성분과 직선편광의 수직 성분의 차이, S2는 45 °의 직선편광 성분과 -45 °의 직선편광 성분의 차이, S3는 시계 방향의 원형편광 성분(즉, 좌원편광 성분)과 반시계 방향의 원형편광 성분(즉, 우원편광)의 차이이다. 도 1에서는 포엥카레 구(Poincare Sphere)에 스토크스 파리미터를 예시하고 있다.These four stock parameters S0, S1, S2 and S3 are generally defined as follows. S0 is the total power, S1 is the difference between the horizontal component of the linearly polarized light and the vertical component of the linearly polarized light, S2 is the difference between the linearly polarized light component of 45 degrees and -45 degrees, S3 is the circularly polarized component of the clockwise direction , A left circularly polarized component) and a counterclockwise circularly polarized component (i.e., right circularly polarized light). Figure 1 illustrates a Stokes parameter in the Poincare Sphere.

본 실시예는 광신호의 편광 상태를 측정하기 위한 상대적으로 단순한 편광 측정 장치 및 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다. 본 실시예의 다른 목적은 외부 기준 편광의 사용없이, 동적 편광 제어기를 이용하여 편광의 상태를 측정하고 적당한 제어값을 입력해 편광의 상태를 원하는 위치로 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. The main purpose of the present embodiment is to provide a relatively simple polarization measurement apparatus and method for measuring the polarization state of an optical signal. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for measuring the state of polarization using a dynamic polarization controller without using external reference polarization, and inputting an appropriate control value to control the state of polarization to a desired position.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 광섬유가 있는 구간을 따라 형성된 적어도 3개의 파장판을 포함하되, 상기 적어도 3개의 파장판은 광섬유의 상기 구간의 광축에 따른 방향으로 배치된 제1 파장판과 상기 광축에 대해 소정의 제1 각도의 방향으로 배치된 제2 파장판과 상기 광축에 대해 소정의 제2 각도의 방향으로 배치된 제3 파장판을 포함하는, 편광제어기(Polarization Controller); 상기 편광제어기의 출력단에 위치하여, 상기 편광제어기의 출력 광을 특정 편광 상태로 편광시키는 편광자(Analyzer); 상기 편광자의 출력단에 위치하여, 상기 편광자의 출력 광을 검출하여 출력신호를 생성하는 광검출기; 및 적어도 3개의 입력 광신호가 서로 다른 편광 상태(State of Polarization: SOP)로 변환되도록 상기 편광 제어기를 제어하고, 상기 적어도 3개의 광신호에 대응하는 상기 광검출기의 출력신호를 기초로 스토크스 파라미터(Stokes Parameter)를 산출하는 연산수단을 포함하는 편광 측정 및 조절 장치를 제공한다.According to an aspect of the present embodiment, there is provided an optical fiber including at least three wave plates formed along an optical fiber section, the at least three wave plates including a first wave plate disposed in a direction along an optical axis of the optical fiber, A second wavelength plate disposed in a direction of a predetermined first angle with respect to the optical axis, and a third wave plate disposed in a direction of a second predetermined angle with respect to the optical axis; A polarizer positioned at an output terminal of the polarization controller to polarize the output light of the polarization controller into a specific polarization state; A photodetector positioned at an output end of the polarizer and detecting an output light of the polarizer to generate an output signal; And controlling the polarization controller such that at least three input optical signals are converted into different states of polarization (SOP), and based on the output signal of the photodetector corresponding to the at least three optical signals, a Stokes parameter Stokes < / RTI > Parameter).

상기 연산수단은 제1 입력 광신호 및 제2 입력 광신호에 대응하는 상기 광검출기의 출력신호의 크기를 기초로 S0 및 S1을 산출하고, 제2 입력 광신호에 대응하는 상기 광검출기의 출력신호의 크기를 기초로 S2 및 S3를 산출할 수 있다. 또한, 상기 연산수단은 산출된 스토크스 파라미터를 기초로 상기 편광제어기의 출력 광이 원하는 편광 상태를 갖도록 상기 편광제어기를 제어할 수 있다.The calculation means calculates S0 and S1 on the basis of the magnitude of the output signal of the photodetector corresponding to the first input optical signal and the second input optical signal and outputs the output signal of the photodetector corresponding to the second input optical signal It is possible to calculate S2 and S3 based on the size of the image. The calculating means may control the polarization controller so that the output light of the polarization controller has a desired polarization state based on the calculated Stokes parameter.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 동적 편광 제어기를 이용하여 입력 광신호의 편광 상태를 검출하고 조절하는 방법에 있어서, 적어도 3개의 입력 광신호에, 입력 광신호가 서로 다른 편광 상태(State of Polarization: SOP)로 편광되도록 상기 편광 제어기를 제어하는 과정; 상기 입력 광신호에 대응되는 상기 동적 편광 제어기의 출력 광신호를 특정한 편광 상태로 편광시키는 과정; 특정한 편광 상태로 편광된 출력 광신호의 강도를 검출하는 과정; 상기 적어도 3개의 입력 광신호에 대응하는 적어도 3개의 출력 광신호의 강도에 기초하여 스톡스 파라미터를 산출하는 과정; 및 산출된 스톡스 파라미터를 기초로, 상기 편광제어기의 출력 광이 원하는 편광 상태를 갖도록 상기 편광제어기를 제어하는 과정을 포함하는 동적 편광 제어기를 이용한 편광 상태 검출 및 조절 제어방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of detecting and adjusting a polarization state of an input optical signal by using a dynamic polarization controller, the method comprising the steps of: inputting at least three input optical signals in a state of polarization (SOP) Controlling the polarization controller to be polarized by the polarization controller; Polarizing an output optical signal of the dynamic polarization controller corresponding to the input optical signal to a specific polarization state; Detecting the intensity of the output optical signal polarized in a specific polarization state; Calculating a Stokes parameter based on intensity of at least three output optical signals corresponding to the at least three input optical signals; And controlling the polarization controller such that the output light of the polarization controller has a desired polarization state, based on the calculated Stokes parameters. The present invention also provides a method of detecting and controlling a polarization state using a dynamic polarization controller.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 광신호의 편광 상태를 측정하기 위한 상대적으로 단순한 편광 장치 계(Polarimeter) 및 방법을 제공한다. 특히, 외부 기준 편광이나 동적 편광 제어기 후단에 별도의 편광계(polarimeter)의 사용 없이도, 입력 광신호의 편광 상태를 측정할 수 있으며, 이를 기초로 동적 편광 제어기를 제어하여 원하는 편광의 상태를 얻을 수 있다.As described above, the present embodiment provides a relatively simple polarimeter and method for measuring the polarization state of an optical signal. Particularly, it is possible to measure the polarization state of the input optical signal without using a separate polarimeter at the end of the external reference polarization or dynamic polarization controller, and the desired polarization state can be obtained by controlling the dynamic polarization controller based thereon .

도 1은 포엥카레 구(Poincare Sphere)에 표시된 스토크스 파라미터를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 편광상태 측정 및 제어장치에 사용되는 편광 제어기의 일 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 장치의 구성도이다.
도 4는 동적 편광 제어기의 블록선도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Figure 1 is a diagram illustrating a Stokes parameter displayed on a Poincare Sphere.
2 is a view schematically showing one configuration of a polarization controller used in a real-time polarization state measurement and control apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a polarization measurement and stabilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a dynamic polarization controller.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a polarization measurement and stabilization method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. Throughout the specification, when an element is referred to as being "comprising" or "comprising", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise . In addition, '... Quot ;, " module ", and " module " refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 편광상태 측정 및 제어장치에 사용되는 편광 제어기의 일 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a view schematically showing one configuration of a polarization controller used in a real-time polarization state measurement and control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2에 예시된 동적 편광 제어기는 서로 45도씩 기울어진 만큼 세 개의 복굴절 변환기 즉, 파장판(Wave plate)을 포함하고 있다. 이론적으로 세 개의 파장만 있으면 임의의 편광 상태(State of Polarization: SOP)를 원하는 편광 상태로 변환시킬 수 있다. 그러나, 대부분의 파장판은 그 동작범위에 한계가 있으며, 이로 인해 포엥카라 구 상의 특정의 점으로 편광 상태를 이동시킬 때 세 개의 파장판 가운데 하나가 동작 범위 한계에 다다를 가능성이 있다. 이에 따라, 하나의 파장판을 더 추가하여, 네 개의 파장판을 이용하는 것이 일반적이다. 동적 편광 제어기의 파장판들은 액정(Liquid crystal), 전기광학 액정(Electro-optical crystal), 전기광학 세라믹(Electro-optical ceramic)으로 구성될 수 있다. The dynamic polarization controller illustrated in FIG. 2 includes three birefringent converters, i.e., wave plates, which are inclined at 45 degrees to each other. Theoretically, if there are only three wavelengths, an arbitrary state of polarization (SOP) can be converted into a desired polarization state. However, most of the wave plates have a limited range of motion, which may cause one of the three wave plates to reach the operating range limit when moving the polarization state to a specific point on the Poincare sphere. Accordingly, it is common to add one wave plate to use four wave plates. The wave plates of the dynamic polarization controller can be composed of a liquid crystal, an electro-optical crystal, and an electro-optical ceramic.

각 파장판의 리타데이션(retardation)은 인가된 전압에 따라 변화하지만, 광축의 기울기(Orientation angle)는 고정되어 있다. 각 파장판의 리타데이션(retardation)은 각 광섬유 압착기(Fiber squeezer)의 압력에 따라 변화한다. 이들 압착기는 압전 구동기(Piezoelectric actuator)에 의해 동작한다. 따라서, 압전 구동기에 공급되는 제어전압에 따라 각 파장판들의 리타데이션(retardation)이 조절된다.The retardation of each wave plate varies with the applied voltage, but the angle of the optical axis is fixed. The retardation of each wavelength plate changes with the pressure of each fiber squeezer. These compressors are operated by a piezoelectric actuator. Therefore, the retardation of each wave plate is controlled according to the control voltage supplied to the piezoelectric actuator.

도 2에 예시된 동적 편광 제어기와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 장치에 채용될 수 있는 동적 편광 제어기는 광 섬유에서 편광 상태를 동적으로 제어하기 위한 다양한 구성을 가질 수 있다. Unlike the dynamic polarization controller illustrated in FIG. 2, the dynamic polarization controller, which may be employed in a polarization measurement and stabilization device according to one embodiment of the present invention, may have various configurations for dynamically controlling polarization states in optical fibers .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 장치는 동적 편광제어기(Dynamic Polarization Controller; 320)를 포함한다. 광원이 공급하는 광신호의 편광상태는 외부의 외란(광섬유에 가해지는 온도, 압력 등)에 의해, Δβ(311) 및 Δφ(312) 만큼 변동된 후, 동적 편광제어기(320)에 입력된다.3 is a configuration diagram of a polarization measurement and stabilization apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, a polarization measurement and stabilization apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a dynamic polarization controller 320. The polarization state of the optical signal supplied from the light source is input to the dynamic polarization controller 320 after being varied by ?? 311 and?? 312 by external disturbance (temperature, pressure, etc. applied to the optical fiber).

동적 편광제어기(320)의 출력단에는 동적 편광제어기의 출력 광을 특정한 편광상태로 편광시키는 편광자(Analyzer; 330)와, 편광자(330)의 출력단에 위치하여 상기 편광자의 출력 광을 검출하는 광검출기(340)가 위치한다. 도 3에서는 편광자(Analyzer; 330)가 투과축이 수직인 직선 편광자로 예시되어 있지만, 실시예에 따라서는 투과축이 수평인 직선 편광자나 투과축이 45°인 직선 편광자, 좌원 편광자, 우원 편광자 등 임의의 편광자가 사용되는 것도 가능하다.An output terminal of the dynamic polarization controller 320 includes a polarizer 330 for polarizing the output light of the dynamic polarization controller into a specific polarization state and a photodetector for detecting the output light of the polarizer 330 located at the output terminal of the polarizer 330 340 are located. In FIG. 3, a polarizer (Analyzer) 330 is illustrated as a linear polarizer whose transmission axis is vertical. However, according to an embodiment, a linear polarizer whose transmission axis is horizontal or a linear polarizer whose transmission axis is 45 °, a left circular polarizer, It is also possible that an arbitrary polarizer is used.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 장치는 광검출기의 출력신호를 기초로 동적 편광 제어기(320)를 제어하는 연산수단(350)을 더 포함한다. 연산수단(350)은 적어도 3개의 입력 광신호가 서로 다른 편광 상태로 편광되도록 편광 제어기(320)를 1차적으로 제어하고, 상기 적어도 3개의 광신호에 대응하는 광검출기(340)의 출력신호를 기초로 스토크스 파라미터(Stokes Parameter)를 산출할 수 있다. 또한, 연산수단(350)은 산출된 스토크스 파라미터를 기초로 편광제어기(320)의 출력 광이 원하는 편광 상태를 갖도록 편광제어기(320)를 제어할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 장치에 따르면, 편광 제어기(320) 후단에 광 스위치(미도시)를 두어, 원하는 편광 상태를 갖는 광신호를 획득할 수 있다. 여기서, 상기 '입력 광신호'는 하나 이상의 광펄스가 포함된 광신호를 의미한다. 즉, '3개의 입력 광신호'는 3개의 광펄스일 수도 있으며, 3개의 광펄스열을 의미할 수도 있다. 예컨대, 광펄스열이 수 GHz 단위로 입력되는 경우를 가정하면, 3개의 입력 광신호를 서로 다른 편광 상태로 변환하는 것은 입력되는 광펄스열을 '일정 시간 동안 특정 편광상태로 제어하는 과정'을 3회 수행하는 방식일 수 있다.Further, the apparatus for measuring and stabilizing polarization according to an embodiment of the present invention further includes calculation means 350 for controlling the dynamic polarization controller 320 based on the output signal of the photodetector. The calculation means 350 primarily controls the polarization controller 320 so that at least three input optical signals are polarized in different polarization states and the output signal of the photodetector 340 corresponding to the at least three optical signals The Stokes parameter can be calculated. In addition, the computing means 350 can control the polarization controller 320 so that the output light of the polarization controller 320 has a desired polarization state based on the calculated Stokes parameters. As a result, according to the polarization measurement and stabilization apparatus according to an embodiment of the present invention, an optical switch (not shown) may be disposed at the rear end of the polarization controller 320 to obtain an optical signal having a desired polarization state. Herein, the 'input optical signal' means an optical signal including at least one optical pulse. That is, 'three input optical signals' may be three optical pulses or three optical pulse strings. For example, assuming that the optical pulse train is input in units of several GHz, the conversion of the three input optical signals into different polarization states means that the process of controlling the input optical pulse train to a specific polarization state for a predetermined time is performed three times And the like.

통상적으로, 동적 편광 제어기(320)의 후단에 편광계(Polarimeter)를 두어, 편광 제어기(320)의 출력 광신호의 편광 상태를 실시간으로 측정하고, 측정값을 기초로 편광 제어기(320)를 실시간으로 제어하는 방식이 일반적이다. 이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 장치는 편광 제어기(320) 후단에 편광계(Polarimeter) 대신 편광자(Analyzer; 330)가 위치한다. 연산수단(350)은 동적 편광 제어기에 의해 편광상태가 변환된 적어도 3개의 광신호에 대응하는 광검출기(340)의 출력신호를 기초로 스토크스 파라미터(Stokes Parameter)를 산출한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 동적 편광 제어기(320)가 종래의 편광계(Polarimeter) 역할을 수행하는 것이라 볼 수 있다. 연산수단(350)은 산출된 스토크스 파라미터를 기초로 편광제어기(320)의 출력 광이 원하는 편광 상태를 갖도록 편광제어기(320)를 제어하며, 따라서 종래기술과는 달리 실시간 제어방식과는 상이하다고 볼 수 있다.In general, a polarimeter is provided at the rear end of the dynamic polarization controller 320 to measure the polarization state of the output optical signal of the polarization controller 320 in real time, and the polarization controller 320 is controlled in real time Control method is generally used. In contrast, in the apparatus for measuring and stabilizing polarized light according to an embodiment of the present invention, a polarizer (330) is disposed instead of a polarizer at a posterior stage of the polarization controller (320). The calculation means 350 calculates a Stokes parameter based on the output signal of the photodetector 340 corresponding to at least three optical signals whose polarization states have been converted by the dynamic polarization controller. That is, according to an embodiment of the present invention, the dynamic polarization controller 320 may be regarded as a conventional polarimeter. The computing means 350 controls the polarization controller 320 so that the output light of the polarization controller 320 has a desired polarization state based on the calculated Stokes parameters and thus is different from the real time control method can see.

이하에서는 연산수단(350)이 편광상태를 표현하는 스토크스 파라미터를 산출하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명에 따르면, 입력 광신호에 대해 동적 편광 제어기(320)를 적어도 3회 조정한 후 광검출기(340)의 출력으로부터 입력 광신호의 편광 상태를 계산할 수 있다. 이하에서는 β=0인 경우, β=π/2인 경우 및 β=π/4인 경우를 가정하여, 편광상태를 표현하는 스토크스 파라미터를 산출하는 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for calculating the Stokes parameter representing the polarization state by the computing means 350 will be described in detail. According to the present invention, the polarization state of the input optical signal can be calculated from the output of the optical detector 340 after adjusting the dynamic polarization controller 320 at least three times for the input optical signal. Hereinafter, a method of calculating a Stokes parameter expressing a polarization state will be described assuming that? = 0,? =? / 2, and? =? / 4.

도 4는 동적 편광 제어기의 블록선도를 도시한 도면이다. 4 is a block diagram of a dynamic polarization controller.

존스 벡터와 존스 행렬을 이용하여 광의 편광 상태와 광학 소자의 편광 변환 특성을 기술하는 방법은 편광된 광을 사용하는 광학 시스템을 분석하는 데 매우 유용하다. 동적 편광 제어기(320)에 입력되는 광신호의 에너지는 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.The method of describing the polarization state of light and the polarization conversion characteristics of optical elements using Jones vector and Jones matrix is very useful for analyzing optical systems using polarized light. The energy of the optical signal input to the dynamic polarization controller 320 can be expressed by Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
및
Figure pat00003
는 각각 Z축으로 진행하는 입력 광이 가지는 x축 방향의 전기장 성분과 y축 방향의 전기장 성분의 크기를 의미한다. 또한,
Figure pat00004
및
Figure pat00005
는 x축과 y축 방향으로의 전기장이 공통적으로 갖고 있는 시간·공간적으로 변하는 위상 항을 제거한 값이다.here,
Figure pat00002
And
Figure pat00003
Represents the magnitude of the electric field component in the x-axis direction and the electric field component in the y-axis direction of the input light traveling in the Z-axis direction, respectively. Also,
Figure pat00004
And
Figure pat00005
Is a value obtained by removing time and spatially varying phase terms common to electric fields in the x-axis and y-axis directions.

도 2에 예시된 3개의 파장판을 가지는 동적 편광 제어기인 경우를 가정하면, 동적 편광 제어기에 포함된 3개의 파장판이 가지는 편광은 각각 다음과 같은 존스 행렬로 표현할 수 있다.Assuming a dynamic polarization controller having three wave plates shown in FIG. 2, the polarization of the three wave plates included in the dynamic polarization controller can be expressed by the following Jones matrix.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서, α1, α2 및 α3은 동적 편광 제어기의 각 파장판의 위상과 전압 사이의 기울기를 의미하며, V1, V2 및 V3는 3개의 파장판을 제어하기 위한 제어 전압을 의미한다.Here, α 1 , α 2 and α 3 denote the slope between the phase and the voltage of each wave plate of the dynamic polarization controller, and V 1 , V 2 and V 3 denote control voltages for controlling the three wave plates do.

수학식 1 내지 수학식 4를 기초로, 동적 편광 제어기와 편광자(Analyzer)를 포함한 전체 전달함수(M)는 다음과 같이 표현된다. Based on Equations (1) to (4), the overall transfer function (M) including the dynamic polarization controller and the polarizer (Analyzer) is expressed as follows.

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, N은 투과축이 수직인 직선 편광자의 존스행렬을 의미한다.

Figure pat00013
라고 하면, 전체 전달함수(M)은 수학식 6과 같이 간략화 된다.Here, N means a Jones matrix of a linearly polarizer whose transmission axis is vertical.
Figure pat00013
, The total transfer function M is simplified as shown in Equation (6).

Figure pat00014
Figure pat00014

따라서, 입력 광신호에 대응되는 편광자(Analyzer)의 출력은 다음과 같다.Therefore, the output of the analyzer corresponding to the input optical signal is as follows.

Figure pat00015
Figure pat00015

위 수학식 7을 이용하여, 스토크스 파라미터 S0~S3은 다음과 같이 산출할 수 있다.Using the above Equation (7), the Stokes parameters S0 to S3 can be calculated as follows.

(1) (One) SOSO 및  And S1S1

먼저, β=0인 경우에

Figure pat00016
및
Figure pat00017
은 다음과 같다.First, when? = 0
Figure pat00016
And
Figure pat00017
Is as follows.

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

여기서,

Figure pat00020
는
Figure pat00021
의 전치행렬(transposed matrix)이다.here,
Figure pat00020
The
Figure pat00021
(Transposed matrix).

다음으로, β=π/2인 경우에

Figure pat00022
및
Figure pat00023
은 다음과 같다.Next, when? =? / 2
Figure pat00022
And
Figure pat00023
Is as follows.

Figure pat00024
Figure pat00024

Figure pat00025
Figure pat00025

따라서, S0 및 S1은 다음 수학식을 통해 산출된다. Therefore, S 0 and S 1 are calculated through the following equations.

Figure pat00026
Figure pat00026

(2) (2) SS 22 산출 Calculation

β=π/2, Δ=π/2, δ=2π인 경우에,

Figure pat00027
및
Figure pat00028
은 다음과 같다.When? =? / 2,? =? / 2, and? = 2?
Figure pat00027
And
Figure pat00028
Is as follows.

Figure pat00029
Figure pat00029

Figure pat00030
Figure pat00030

따라서, S2는 다음 수학식 15에 의해 산출 가능하다.Therefore, S 2 can be calculated by the following equation (15).

Figure pat00031
Figure pat00031

(3) (3) SS 33 산출 Calculation

β=π/4, Δ=π/2, δ=5π/2인 경우에,

Figure pat00032
및
Figure pat00033
은 다음과 같다.When? =? / 4,? =? / 2, and? = 5? / 2,
Figure pat00032
And
Figure pat00033
Is as follows.

Figure pat00034
Figure pat00034

Figure pat00035
Figure pat00035

따라서, S3는 다음 수학식 18에 의해 산출 가능하다.Therefore, S 3 can be calculated by the following equation (18).

Figure pat00036
Figure pat00036

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. FIG. 5 is a flowchart illustrating a polarization measurement and stabilization method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 편광 측정 및 안정화 방법은 적어도 3개의 입력 광신호가 서로 다른 편광 상태로 편광되도록 동적 편광 제어기를 제어하고, 이들 3개의 광신호에 대응하는 광검출기의 일련의 출력신호들로부터 입력 광신호의 편광 상태를 계산한다. 또한, 산출된 스토크스 파라미터를 기초로 편광제어기의 출력 광이 원하는 편광 상태를 갖도록 편광제어기를 제어한다. A polarization measurement and stabilization method according to an embodiment of the present invention controls a dynamic polarization controller such that at least three input optical signals are polarized in different polarization states, and a series of output signals of a photodetector corresponding to these three optical signals The polarization state of the input optical signal is calculated. Further, based on the calculated Stokes parameter, the polarization controller is controlled so that the output light of the polarization controller has a desired polarization state.

도 5를 참고하면, 먼저, 동적 편광 제어기의 입력되는 입력 광신호의 임의의 편광 상태를 조절하기 위해, 동적 편광 제어기에 제1제어신호를 입력한다(S510). 동적 편광 제어기에 의해 편광 상태가 변환된 광신호는 편광자(Analyzer)를 거쳐 광검출기에 입사된다. 상기 광검출기로부터 제1제어신호에 따라 편광 상태가 변환된 광신호에 대응하는 출력신호(제1출력)를 획득한다(S520).Referring to FIG. 5, a first control signal is input to the dynamic polarization controller to adjust an arbitrary polarization state of an input optical signal input to the dynamic polarization controller (S510). The optical signal whose polarization state is changed by the dynamic polarization controller is incident on the photodetector via a polarizer. An output signal (first output) corresponding to the optical signal whose polarization state is changed in accordance with the first control signal is obtained from the photodetector (S520).

다음으로, 동적 편광 제어기의 입력되는 입력 광신호의 임의의 편광 상태를 조절하기 위해, 동적 편광 제어기에 제2제어신호를 입력한다(S530). 그 결과, 광검출기로부터 제2제어신호에 따라 편광 상태가 변환된 광신호에 대응하는 출력신호(제2출력)를 획득한다.Next, a second control signal is input to the dynamic polarization controller to adjust any polarization state of the input optical signal input to the dynamic polarization controller (S530). As a result, an output signal (second output) corresponding to the optical signal whose polarization state has been converted in accordance with the second control signal is obtained from the photodetector.

다음으로, 제1출력 및 제1출력을 기초로 스토크스 파라미터 SO 및 S1을 산출한다(S540).Next, the Stokes parameters SO and S1 are calculated based on the first output and the first output (S540).

다음으로, 동적 편광 제어기의 입력되는 입력 광신호의 임의의 편광 상태를 조절하기 위해, 동적 편광 제어기에 제3제어신호를 입력한다(S550). 그 결과, 광검출기로부터 제3제어신호에 따라 편광 상태가 변환된 광신호에 대응하는 출력신호(제3출력)을 획득한다. Next, in order to adjust an arbitrary polarization state of the input optical signal to be input to the dynamic polarization controller, a third control signal is input to the dynamic polarization controller (S550). As a result, an output signal (third output) corresponding to the optical signal whose polarization state is changed in accordance with the third control signal is obtained from the photodetector.

다음으로, 이전에 산출한 SO 및 제3출력을 기초로 스토크스 파라미터 S2 및 제3를 산출한다(S560). 이로써, 동적 편광 제어기의 출력 광신호의 편광 상태를 기술하는 스토크스 파라미터 S0~S3이 모두 산출된다.Next, the Stokes parameters S2 and the third are calculated based on the previously calculated SO and the third output (S560). Thus, all of the Stokes parameters S0 to S3 describing the polarization state of the output optical signal of the dynamic polarization controller are calculated.

마지막으로, 산출된 스토크스 파라미터 S0~S3를 기초로, 동적 편광 제어기의 출력 광신호가 원하는 편광 상태를 갖도록 하는 제4제어신호를 동적 편광 제어기에 입력한다(S570).Finally, based on the calculated Stokes parameters S0 to S3, a fourth control signal for causing the output optical signal of the dynamic polarization controller to have a desired polarization state is input to the dynamic polarization controller (S570).

이상에서 예시한 편광 측정 및 안정화 장치와 그 방법들은 광섬유(Optical fiber)를 이용한 시스템에 적용될 수 있으며, 특히 광통신, 양자 암호키 분배 시스템의 송수신 장치에서 편광으로 인한 불안정성을 완화하기 위해 사용될 수 있다.The polarization measurement and stabilization apparatus and methods described above can be applied to a system using an optical fiber and can be used to mitigate polarization instability in a transceiver of an optical communication and quantum cryptographic key distribution system.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and changes may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the embodiments. Therefore, the present embodiments are to be construed as illustrative rather than restrictive, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

310: 광원 320: 동적 편광 제어기
330: 편광자(Analyzer) 340: 광검출기
350: 연산수단310: light source 320: dynamic polarization controller
330: Analyzer 340: Photodetector
350:

Claims (5)

광섬유가 있는 구간을 따라 형성된 적어도 3개의 파장판을 포함하되, 상기 적어도 3개의 파장판은 광섬유의 상기 구간의 광축에 따른 방향으로 배치된 제1 파장판과 상기 광축에 대해 소정의 제1 각도의 방향으로 배치된 제2 파장판과 상기 광축에 대해 소정의 제2 각도의 방향으로 배치된 제3 파장판을 포함하는, 편광제어기(Polarization Controller);
상기 편광제어기의 출력단에 위치하여, 상기 편광제어기의 출력 광을 특정 편광 상태로 편광시키는 편광자(Analyzer);
상기 편광자의 출력단에 위치하여, 상기 편광자의 출력 광을 검출하여 출력신호를 생성하는 광검출기; 및
적어도 3개의 입력 광신호가 서로 다른 편광 상태(State of Polarization: SOP)로 변환되도록 상기 편광 제어기를 제어하고, 상기 적어도 3개의 광신호에 대응하는 상기 광검출기의 출력신호를 기초로 스토크스 파라미터(Stokes Parameter)를 산출하는 연산수단
을 포함하는 편광 측정 및 조절 장치.Wherein the at least three wave plates include a first wave plate disposed in a direction along an optical axis of the section of the optical fiber and a second wave plate disposed at a predetermined first angle with respect to the optical axis, And a third wave plate arranged in a direction of a predetermined second angle with respect to the optical axis, the polarization controller comprising:
A polarizer positioned at an output terminal of the polarization controller to polarize the output light of the polarization controller into a specific polarization state;
A photodetector positioned at an output end of the polarizer and detecting an output light of the polarizer to generate an output signal; And
Controlling the polarization controller such that at least three input optical signals are converted into different states of polarization (SOP), and based on an output signal of the photodetector corresponding to the at least three optical signals, a Stokes parameter The calculation means
And a polarization controller. 제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 파장판은,
액정(liquid crystal), 전기광학 액정(Electro-optical crystal) 및 전기광학 세라믹(Electro-optical ceramic) 중 어느 하나로 구성된 광학소자인 것을 특징으로 하는 편광 측정 및 조절 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first to third wave plates are made of a single-
Wherein the optical element is an optical element composed of any one of a liquid crystal, an electro-optical crystal, and an electro-optical ceramic. 제1항에 있어서,
상기 연산수단은,
산출된 스토크스 파라미터를 기초로 상기 편광제어기의 출력 광이 원하는 편광 상태를 갖도록 상기 편광제어기를 제어하는 것을 특징으로 하는 편광 측정 및 조절 장치.The method according to claim 1,
Wherein said calculating means comprises:
And controls the polarization controller such that the output light of the polarization controller has a desired polarization state based on the calculated Stokes parameter. 제1항에 있어서,
상기 연산수단은,
제1 입력 광신호 및 제2 입력 광신호에 대응하는 상기 광검출기의 출력신호의 크기를 기초로 S0 및 S1을 산출하고, 제2 입력 광신호에 대응하는 상기 광검출기의 출력신호의 크기를 기초로 S2 및 S3를 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 측정 및 조절 장치.The method according to claim 1,
Wherein said calculating means comprises:
S0 and S1 are calculated based on the magnitudes of the output signals of the photodetectors corresponding to the first input optical signal and the second input optical signal, and based on the magnitude of the output signal of the photodetector corresponding to the second input optical signal, Gt; S2 < / RTI > and < RTI ID = 0.0 > S3. ≪ / RTI > 동적 편광 제어기를 이용하여 입력 광신호의 편광 상태를 검출하고 조절하는 방법에 있어서,
적어도 3개의 입력 광신호에, 입력 광신호가 서로 다른 편광 상태(State of Polarization: SOP)로 편광되도록 상기 편광 제어기를 제어하는 과정;
상기 입력 광신호에 대응되는 상기 동적 편광 제어기의 출력 광신호를 특정한 편광 상태로 편광시키는 과정;
특정한 편광 상태로 편광된 출력 광신호의 강도를 검출하는 과정;
상기 적어도 3개의 입력 광신호에 대응하는 적어도 3개의 출력 광신호의 강도에 기초하여 스톡스 파라미터를 산출하는 과정; 및
산출된 스톡스 파라미터를 기초로, 상기 편광제어기의 출력 광이 원하는 편광 상태를 갖도록 상기 편광제어기를 제어하는 과정
을 포함하는 동적 편광 제어기를 이용한 편광 상태 검출 및 조절 제어방법.A method for detecting and adjusting a polarization state of an input optical signal using a dynamic polarization controller,
Controlling the polarization controller so that input optical signals are polarized in different states of state (SOP) with respect to at least three input optical signals;
Polarizing an output optical signal of the dynamic polarization controller corresponding to the input optical signal to a specific polarization state;
Detecting the intensity of the output optical signal polarized in a specific polarization state;
Calculating a Stokes parameter based on intensity of at least three output optical signals corresponding to the at least three input optical signals; And
Controlling the polarization controller so that the output light of the polarization controller has a desired polarization state based on the calculated Stokes parameters
And a polarization controller for controlling the polarization state.
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