KR20210085383A - Appratus of Measuring Wavelength of Optical Signal Using Edge Filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광신호의 광파장을 측정하기 위한 장치에 관련된 것으로서, 특히, 저비용으로 구현가능하고 컴팩트한 사이즈로 구성하여 휴대성도 가질 수 있는 광파장 측정에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring an optical wavelength of an optical signal, and more particularly, to an optical wavelength measurement that can be implemented at a low cost and configured in a compact size to have portability.
광파장을 측정하기 위한 계측기로 광스펙트럼분석기(OSA: Optical Spectrum Analyzer)가 잘 알려져 있다. 예를 들면 특허문헌 1과 같은 광 스펙트럼 분석기가 공지되어 있으며, 회절격자와 같은 광 튜닝 부재가 배치되고 구동 모터가 광 튜닝부재에 연결되어 광 시스템을 조정한다. 이와 같은 종래의 광스펙트럼분석기는 매우 정밀한 광정렬이 필요하고 장치를 구성하는 소자들이 고가이어서 제작비용이 매우 비싸다. An optical spectrum analyzer (OSA) is well known as a measuring instrument for measuring an optical wavelength. For example, an optical spectrum analyzer such as
광스펙트럼분석기는 광파장을 매우 정밀하게 계측할 수 있는 장치이지만 무게가 무겁고 가격이 매우 고가이므로 주로 고정형으로 사용된다. Although the optical spectrum analyzer is a device that can measure the wavelength of light very precisely, it is mainly used as a fixed type because it is heavy and very expensive.
그런데, 광파장을 측정하고자 하는 응용 분야에 따라 높은 파장측정 정밀도가 요구되지 않을 경우, 고가이고 이동이 어려운 광스펙트럼분석기를 사용하는 것은 비효율적이다.However, if high wavelength measurement precision is not required depending on the field of application to measure the optical wavelength, it is inefficient to use an expensive and difficult optical spectrum analyzer.
본 발명의 목적은 보다 저비용으로 구현가능하고 견고한 동작이 가능한 광파장 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical wavelength measuring apparatus capable of being implemented at a lower cost and capable of robust operation.
또한, 본 발명의 목적은 컴팩트한 사이즈로 구현가능한 광파장 측정 장치를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide an optical wavelength measuring device that can be implemented in a compact size.
본 발명의 일 양상에 따른 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치는, 측정대상 광신호를 입력받아 2개의 출력 광신호로 분기하는 광커플러(10); 정해진 파장 범위에서 파장에 따른 투과도의 변화 특성에 제 1 슬로프(S1)를 가지며, 상기 광커플러(10)에서 출력되는 출력 광신호의 하나를 입력받는 제 1 에지 필터(21); 상기 정해진 파장 범위와 동일한 파장 범위에서 파장에 따른 투과도의 변화 특성에 제 2 슬로프(S2)를 가지며, 상기 광커플러(10)에서 출력되는 출력 광신호의 다른 하나를 입력받는 제 2 에지 필터(22); 상기 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호와 상기 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워 비를 이용하여 상기 측정대상 광신호의 파장을 획득하는 비교기(30);를 포함하며, 상기 제 1 슬로프와 상기 제 2 슬로프는 서로 반대 방향의 기울기를 가지는 것을 특징으로 한다.An optical wavelength measuring apparatus using an edge filter according to an aspect of the present invention comprises: an
상기한 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치에 있어서, 상기 광커플러(10)는 3dB 커플러일 수 있다.In the optical wavelength measuring apparatus using the edge filter, the
상기한 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치에 있어서, 상기 광파워 비는, 상기 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호의 광파워(로그 스케일)와 상기 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워(로그 스케일)를 뺄샘 연산함으로써 획득될 수 있다.In the optical wavelength measuring apparatus using the edge filter, the optical power ratio is the optical power (log scale) of the optical signal output from the
상기한 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치에 있어서, 상기 비교기(30)는, 복수의 광파워 비와 복수의 파장 사이의 일대일 대응관계를 미리 정의하여 저장하고 있는 테이블을 구비하며, 상기 테이블을 이용하여, 상기 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호와 상기 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워 비로부터 대응하는 상기 측정대상 광신호의 파장을 획득할 수 있다.In the optical wavelength measuring apparatus using the edge filter, the
상기한 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치에 있어서, 상기 테이블은 생산과정중 미리 파장을 알고 있는 단일 파장의 광소스를 순차 입력시키는 방식으로 시험광을 제공하면서 상기 비교기(30)에서 광파워 비를 측정하여 생성한 것일 수 있다.In the optical wavelength measuring apparatus using the above-described edge filter, the table measures the optical power ratio in the
상기한 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치에 있어서, 상기 비교기(30)는, 상기 제 1 에지 필터(21) 및 상기 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호를 각각 센싱하는 2개의 포토 다이오드(31,32)와; 상기 포토 다이오드(31,32)를 구동하고 상기 포토 다이오드(31,32)가 출력하는 전기신호로부터 아날로그-디지털 변환된 값을 각각 출력하는 2개의 구동 및 신호처리 회로(33,34)와; 상기 아날로그-디지털 변환된 값과 상기 테이블을 이용하여 상기 측정대상 광신호의 파장을 도출하는 프로세싱 유닛(35)을 포함하여 구성될 수 있다.In the optical wavelength measuring apparatus using the edge filter, the
본 발명의 일 양상에 따른 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치는, 정해진 파장 범위에서 파장에 따른 투과도의 변화 특성에 제 1 슬로프(S1)를 가지며 파장에 따른 반사도의 변화 특성에 제 2 슬로프(S2)를 가지며, 측정대상 광신호를 입력받아 투과 광신호와 반사 광신호를 각각 출력하는 에지 필터(20); 상기 에지 필터(20)에서 출력되는 투과 광신호와 반사 광신호의 광파워 비를 이용하여 상기 측정대상 광신호의 파장을 획득하는 비교기(30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.An optical wavelength measuring apparatus using an edge filter according to an aspect of the present invention has a first slope (S1) in a characteristic of a change in transmittance according to a wavelength in a predetermined wavelength range and a second slope (S2) in a characteristic of a change in reflectivity according to a wavelength. an
상기한 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치에 있어서, 상기 광파워 비는, 상기 에지 필터(22)에서 출력되는 투과 광신호의 광파워(로그 스케일)와 상기 에지 필터(20)에서 출력되는 반사 광신호의 광파워(로그 스케일)를 뺄샘 연산함으로써 획득될 수 있다.In the optical wavelength measuring apparatus using the edge filter, the optical power ratio is the optical power (log scale) of the transmitted optical signal output from the
상기한 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치에 있어서, 상기 비교기(30)는, 복수의 광파워 비와 복수의 파장 사이의 일대일 대응관계를 미리 정의하여 저장하고 있는 테이블을 구비하며, 상기 테이블을 이용하여 상기 투과 광신호와 상기 반사 광신호의 광파워 비로부터 대응하는 상기 측정대상 광신호의 파장을 획득할 수 있다.In the optical wavelength measuring apparatus using the edge filter, the
상기한 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치에 있어서, 상기 비교기(30)는, 상기 투과 광신호와 상기 반사 광신호를 각각 센싱하는 2개의 포토 다이오드(31,32)와; 상기 포토 다이오드(31,32)를 구동하고 상기 포토 다이오드(31,32)가 출력하는 전기신호로부터 아날로그-디지털 변환된 값을 각각 출력하는 2개의 구동 및 신호처리 회로(33,34)와; 상기 아날로그-디지털 변환된 값과 상기 테이블을 이용하여 상기 측정대상 광신호의 파장을 도출하는 프로세싱 유닛(35)을 포함하여 구성될 수 있다.In the optical wavelength measuring apparatus using the edge filter, the comparator (30) comprises: two photodiodes (31, 32) for sensing the transmitted optical signal and the reflected optical signal, respectively; two driving and signal processing circuits (33, 34) for driving the photodiodes (31,32) and outputting analog-digital converted values from the electrical signals output by the photodiodes (31,32), respectively; and a
본 발명에 따른 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치는 커플러, 에지필터 및 포토다이오드 등으로 구성되어 장치 구성이 매우 간단하고 미세한 광정렬 등이 필요 없어 쉽게 구현가능한 장점이 있다.The optical wavelength measuring apparatus using the edge filter according to the present invention is composed of a coupler, an edge filter, and a photodiode, so that the device configuration is very simple, and there is no need for fine optical alignment, so it can be easily implemented.
본 발명에 따른 에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치는 광스펙트럼분석기와 같이 매우 높은 정밀도로 광파장을 측정할 수는 없지만, 저가격의 휴대형으로 구현할 수 있어 WDM 채널의 파장 분석 등 높은 정밀도가 요구되지 않는 응용분야에서 매우 효과적으로 적용 가능한 장점이 있다.The optical wavelength measuring device using the edge filter according to the present invention cannot measure the optical wavelength with very high precision like an optical spectrum analyzer, but it can be implemented as a low-cost portable type, so that high precision is not required, such as wavelength analysis of WDM channels. It has the advantage that it can be applied very effectively in
도 1은 전형적인 에지 필터의 파장에 따른 투과 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 에지 필터의 파장에 따른 투과 특성을 보여주는 그래프로서 광신호의 감쇄 정도와 파장과의 대응관계를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파장 측정장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파장 측정장치에서 비교기의 세부구성을 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파장 측정장치에 이용되는 에지 필터의 특성을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파장 측정 장치를 도시한 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파장 측정 장치에서 에지 필터를 보다 상세하게 도시한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파장 측정장치에 이용되는 에지 필터의 투과 특성 및 반사 특성을 도시한 그래프이다.1 is a graph showing transmission characteristics according to wavelength of a typical edge filter.
FIG. 2 is a graph showing transmission characteristics according to wavelengths of the edge filter, and illustrates the correspondence between the degree of attenuation of an optical signal and the wavelength.
3 is a block diagram showing the configuration of an optical wavelength measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing a detailed configuration of a comparator in the optical wavelength measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the characteristics of an edge filter used in the optical wavelength measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating an optical wavelength measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram illustrating an edge filter in more detail in the optical wavelength measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating transmission characteristics and reflection characteristics of an edge filter used in an optical wavelength measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 명칭 및 도면 부호를 사용한다.With reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar names and reference numerals are used for similar parts throughout the specification.
먼저, 본 발명에 따른 광파장 측정장치를 설명하기에 앞서, 이해의 편의를 위하여 본 발명에 이르는 과정에 있는 중간 단계의 발명(이하 '비교예의 발명'으로 지칭한다)에 대하여 먼저 설명하며, 비교예의 발명에서는 광학 에지 필터를 이용한다.First, before explaining the optical wavelength measuring device according to the present invention, for the convenience of understanding, the invention of the intermediate stage in the process leading to the present invention (hereinafter referred to as 'invention of comparative example') will be first described, and the The invention uses an optical edge filter.
도 1은 전형적인 에지 필터의 파장에 따른 투과 특성을 보여주는 그래프이다.1 is a graph showing transmission characteristics according to wavelength of a typical edge filter.
광학 필터는 파장이나 파장 범위를 선별적으로 투과하거나 차단하는 데 사용되며, bandpass, notch, edge 등 투과 특성에 따라 다양한 광학 필터가 있다. Bandpass Filter는 스펙트럼의 일부는 투과시키고 기타 모든 파장은 차단시키며, Notch Filter는 스펙트럼의 일부는 차단시키고 기타 모든 파장은 투과시키는 특성을 가지는 데, Edge Filter는 컷온 파장보다 크거나 컷오프 파장보다 작은 파장을 투과시키는 필터이다. 비교예의 발명에서는 파장에 따라 투과도가 선형적으로 변화되는 광학 에지 필터(이하 '에지 필터'라고도 한다)와 포토다이오드를 활용하여 광신호의 광파장과 파워를 측정할 수 있는 장치를 제안하고 있다.Optical filters are used to selectively transmit or block wavelengths or wavelength ranges, and there are various optical filters according to transmission characteristics such as bandpass, notch, and edge. Bandpass filter transmits part of spectrum and blocks all other wavelengths, notch filter blocks part of spectrum and transmits all other wavelengths. Edge filter filters wavelengths larger than the cut-on wavelength or smaller than the cut-off wavelength. It is a permeable filter. In the invention of the comparative example, a device capable of measuring the optical wavelength and power of an optical signal is proposed by using an optical edge filter (hereinafter also referred to as an 'edge filter') and a photodiode whose transmittance is linearly changed according to wavelength.
도 2는 에지 필터의 파장에 따른 투과 특성을 보여주는 그래프로서 광신호의 감쇄 정도와 파장과의 대응관계를 도시한 것이다.FIG. 2 is a graph showing transmission characteristics according to wavelengths of the edge filter, and illustrates the correspondence between the degree of attenuation of an optical signal and the wavelength.
도 2와 같이 파장에 따른 광신호의 투과도가 로그 스케일 기준으로 거의 선형적으로 변화하도록 에지 필터를 설계할 수 있다. 에지 필터를 통과한 이후 출력 광파워는 광파장에 따라 크기가 달라지는 특성을 보여주게 되므로, 입력 광신호의 광파워가 일정하다면, 출력 광신호의 광파워를 측정함으로써 광신호의 파장을 알아낼 수 있다. 예를 들면 도 2와 같은 특성을 보이는 에지 필터에서 입력 광신호의 광파워가 0dBm 인 광신호를 입력하였을 때 출력 광신호의 광파워 값이 입력 광파워의 10%에 해당하는 -10dBm 으로 측정 된다면 입력 광신호의 파장은 λ3가 된다.As shown in FIG. 2 , the edge filter may be designed so that the transmittance of the optical signal according to the wavelength changes almost linearly on a log scale basis. After passing through the edge filter, the output optical power shows a characteristic that the magnitude varies according to the optical wavelength. Therefore, if the optical power of the input optical signal is constant, the wavelength of the optical signal can be found by measuring the optical power of the output optical signal. For example, when an optical signal whose optical power of the input optical signal is 0 dBm is input in the edge filter having the characteristics shown in FIG. 2, the optical power value of the output optical signal is measured as -10 dBm, which is 10% of the input optical power. The wavelength of the input optical signal becomes ?3.
하지만 위의 같은 방법으로 광신호의 파장을 측정하기 위해서는, 입력 광신호의 광파워가 항상 일정하게 유지된다는 전제가 필요하다. 입력 광신호의 광파워가 일정하지 않고 변화된다면, 광신호의 파장이 동일하더라도 에지 필터를 통과한 이후 출력 광파워의 측정값도 변하게 되므로 광파장 측정에 오류가 발생하게 된다.However, in order to measure the wavelength of the optical signal in the same way as above, it is necessary to assume that the optical power of the input optical signal is always kept constant. If the optical power of the input optical signal is not constant and varies, even if the wavelength of the optical signal is the same, the measured value of the output optical power also changes after passing through the edge filter, thereby causing an error in the optical wavelength measurement.
예를 들어 위의 도 2에서 λ3 파장의 입력 광신호의 광파워가 0dBm 인 것으로 가정하고 측정하였는데, 실제 입력 광파워가 -10dBm 이었다면 출력 광파워는 -20dBm으로 측정될 것이며 광파장이 λ2인 것으로 잘못 측정되는 측정 오류가 발생하게 된다. 결국, 에지 필터를 사용하여 광신호의 파장을 측정하기 위해서는 측정 대상 광신호의 광파워를 일정하게 유지할 수 있도록 시스템을 구성하거나, 광파장을 측정하기 전에 먼저 입력 광신호의 광파워를 측정하는 과정을 거쳐야 하는 문제가 있다. 이하에서는 위 문제들을 해결하는 본 발명의 실시예들에 관하여 설명한다.For example, in FIG. 2 above, measurements were made on the assumption that the optical power of the input optical signal of the λ3 wavelength was 0 dBm. If the actual input optical power was -10 dBm, the output optical power would be measured as -20 dBm. A measurement error will occur. After all, in order to measure the wavelength of an optical signal using an edge filter, the system must be configured to keep the optical power of the optical signal to be measured constant, or the process of measuring the optical power of the input optical signal before measuring the optical wavelength is required. There is a problem to go through. Hereinafter, embodiments of the present invention that solve the above problems will be described.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파장 측정장치의 구성을 도시한 블럭도이며, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파장 측정장치에서 비교기의 세부구성을 도시한 블럭도이다. 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파장 측정장치에 이용되는 에지 필터의 특성을 도시한 그래프이다. 3 is a block diagram showing the configuration of an optical wavelength measuring device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of a comparator in the optical wavelength measuring device according to the first embodiment of the present invention. . 5 is a graph showing the characteristics of an edge filter used in the optical wavelength measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파장 측정장치는 50:50 광커플러(10), 2개의 에지 필터(21,22) 및 비교기(30)를 포함하여 구성된다.The optical wavelength measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a 50:50
50:50 광커플러(10)는 측정대상 광신호를 입력받아 동일하거나 유사한 광파워 비율을 가지는 2개의 출력 광신호로 분기하는 광소자로서, 3dB 광커플러가 선호된다. The 50:50
2개의 에지 필터는 컷온 파장보다 크거나 컷오프 파장보다 작은 파장을 투과시키는 필터이다. 제 1 에지 필터(21) 및 제 2 에지 필터(22)의 하나는 컷온 파장보다 큰 파장을 투과시키는 필터이고 다른 하나는 컷온 파장보다 작은 파장을 투과시키는 필터이다.The two edge filters are those that transmit wavelengths greater than the cut-on wavelength or less than the cut-off wavelength. One of the
제 1 에지 필터(21)는 광커플러(10)에서 출력되는 출력 광신호의 하나를 입력받으며, 정해진 파장 범위에서 파장에 따른 투과도의 변화 특성에 제 1 슬로프(S1)를 가진다(도 5 참조). 제 2 에지 필터(22)는 광커플러(10)에서 출력되는 출력 광신호의 다른 하나를 입력받으며, 상기 정해진 파장 범위와 동일한 파장 범위에서 파장에 따른 투과도의 변화 특성에 제 2 슬로프(S2)를 가진다. 제 1 슬로프(S1)와 제 2 슬로프(S2)의 하나는 양의 기울기를 가지고 다른 하나는 음의 기울기를 가지는 것으로서, 서로 듀얼의 관계에 있고 제 1 슬로프(S1)와 제 2 슬로프(S2)는 서로 반대 방향의 기울기를 가진다.The
제 1 에지 필터(21) 및 제 2 에지 필터(22)의 제 1 슬로프(S1)와 제 2 슬로프(S2)가 있는 범위의 내측에 측정대상이 되는 파장 범위를 가진다. 측정대상이 되는 파장 범위는 예를 들어 20nm, 35nm 등의 파장 범위를 가진다. 도 5 등에서는 슬로프가 있는 구간과 평탄한 구간 사이에 변화율(기울기)의 불연속 점이 있는 것처럼 도시되었으나 실제 연속적인 변화율을 가진 부드러운 곡선 구간일 수 있다. 또한 제 1 슬로프 및 제 2 슬로프는 일정한 기울기를 가진 완전한 직선이 아니어도 된다. 예를 들면 제 1 슬로프는 양의 기울기를 가지지만 기울기가 일정 범위내에서 점진적으로 변화하는 슬로프일 수도 있으며, 제 2 슬로프는 음의 기울기를 가지지만 기울기가 일정 범위내에서 점진적으로 변화하는 슬로프일 수 있다.The
2개의 에지 필터(21,22)는 파장에 따른 투과도 특성이 서로 반대이며, 두 에지 필터 사이의 투과도 차이를 활용하여 입력 광신호에서의 광파워값은 서로 상쇄됨으로써, 입력 광신호의 광파워값(Pin)이 변하더라도 파장을 측정할 수 있도록 한다.The two
비교기(30)는 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호와 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호를 입력받고 이러한 두 광신호의 광파워 비를 이용하여 측정대상 광신호의 파장을 획득한다. 비교기(30)는 2개의 포토 다이오드(31,32)와, 2개의 구동 및 신호처리 회로(33,34)와 프로세싱 유닛(35)을 포함하여 구성될 수 있다(도 4 참조). The
2개의 포토 다이오드(31,32)는 제 1 에지 필터(21) 및 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호를 각각 센싱하여 전기 신호를 출력한다. 2개의 구동 및 신호처리 회로(33,34)는 2개의 포토 다이오드(31,32)를 각각 구동하고 포토 다이오드(31,32)가 출력하는 전기신호로부터 아날로그-디지털 변환된 값을 각각 출력하여 프로세싱 유닛(35)으로 제공하며 이러한 기능의 일부 또는 전부는 프로세싱 유닛(35)의 내부에 구성될 수도 있다. 프로세싱 유닛(35)은 광파장 측정 장치의 각 구성요소를 전반적으로 제어하며, MPU, CPU, 마이크로 컨트롤러, 애플리케이션 프로세서 등으로 구현되거나 FPGA 또는 ASIC 등으로 구현될 수 있다. 특히 프로세싱 유닛(35)은 2개의 구동 및 신호처리 회로(33,34)에서 아날로그-디지털 변환된 값과 하기할 테이블 등을 이용하여 측정대상 광신호의 파장을 도출한다.The two
비교기(30)는 복수의 광파워 비와 복수의 파장 사이의 일대일 대응관계를 미리 정의하여 저장하고 있는 테이블을 내부에 저장하고 있으며, 균등한 대안으로서 실행 프로그냄내에 수학식 형태로 구비하거나 실행 프로그램내에 알고리즘 형태로 구비할 수도 있다.The
예를 들면, 테이블은 -30db에 대하여 λ1의 파장을 대응시키고 -20dB에 대하여 λ2의 파장을 대응시키는 등 아래 표1과 같이 테이블을 구성할 수 있다.For example, the table may configure the table as shown in Table 1 below, such as matching the wavelength of λ1 to -30db and the wavelength of λ2 to -20dB.
wavelength
이러한 테이블에서 광파워 비와 파장의 갯수는 충분히 더 많을 수 있으며, 측정되는 광파워 비가 테이블의 특정 광파워 비 사이에 위치하는 경우 보간법등을 이용하여 파장을 계산해 낼 수 있다.In this table, the optical power ratio and the number of wavelengths may be sufficiently larger, and when the measured optical power ratio is located between specific optical power ratios in the table, the wavelength may be calculated using an interpolation method or the like.
한편, 이러한 테이블은 광파장 측정 장치의 생산과정중에 생성되거나 교정되어 저장될 수 있다. 미리 알고 있는 단일 파장의 광소스를 순차 입력시키는 방식으로 시험광을 제공하면서 비교기에서 광파워 비를 측정하며, 광파워 비와 파장 사이의 대응관계를 실제 에지 필터의 특성에 맞추어서 설정할 수 있다. 이와 같은 방식으로 하면, 사용되는 두 에지 필터의 특성을 완벽히 정렬하는 등 에지 필터의 생산과정중 허용 공차의 관리에 있어서 자유도가 높아지는 효과가 있다. Meanwhile, such a table may be generated or corrected during the production process of the optical wavelength measuring device and stored. By sequentially inputting a known light source of a single wavelength, the comparator measures the optical power ratio while providing the test light, and the correspondence between the optical power ratio and the wavelength can be set according to the actual edge filter characteristics. In this way, there is an effect of increasing the degree of freedom in managing the tolerance during the production process of the edge filter, such as perfectly aligning the characteristics of the two edge filters used.
비교기는 이러한 테이블을 이용하여, 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호와 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워 비로부터 대응하는 측정대상 광신호의 파장을 획득한다. The comparator obtains the wavelength of the corresponding optical signal to be measured from the optical power ratio of the optical signal output from the
로그 스케일에서 광파워 비(Po_ratio)(dB)는 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호의 광파워(Po_1)(dBm)와 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워(Po_2)(dBm)를 뺄샘 연산함으로써 획득될 수 있다. 비로그 스케일에서 광파워 비는 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호의 광파워와 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워를 나눗셈 연산함으로 획득될 수 있을 것이다.In a logarithmic scale, the optical power ratio ( Po_ratio ) (dB) is the difference between the optical power (Po_1 ) (dBm) of the optical signal output from the
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광파장 측정장치에서 입력 광신호는 50:50 커플러를 통해 분기된 후 각각 서로 반대의 투과특성을 가진 에지필터 1,2를 거쳐 출력되며, 출력되는 광파워 값의 비 Po_ratio (dB) = Po_1 - Po_2를 측정·계산할 수 있다. Po_ratio 는 입력 광신호의 파장에 따라 일정한 값을 가지므로 Po_ratio 값을 측정함으로써 입력 광신호의 파장을 구할 수 있게 된다.In the optical wavelength measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, the input optical signal is output through the edge filters 1 and 2 having opposite transmission characteristics after being branched through a 50:50 coupler, and Ratio P o_ratio (dB) = P o_1 - P o_2 can be measured and calculated. Since P o_ratio has a constant value according to the wavelength of the input optical signal, the wavelength of the input optical signal can be obtained by measuring the P o_ratio value.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파장 측정 장치를 도시한 블럭도이며, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파장 측정 장치에서 에지 필터(20)를 보다 상세하게 도시한 모식도이다. 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파장 측정장치에 이용되는 에지 필터의 투과 특성 및 반사 특성을 도시한 그래프이다.6 is a block diagram illustrating an optical wavelength measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic diagram showing the
본 발명의 제 2 실시예에 따른 광파장 측정 장치에서는 단일의 에지 필터(20)를 사용하여 2개의 에지 필터를 사용한 것과 같은 효과를 추구한다.In the optical wavelength measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention, a
단일의 광학 에지 필터(20)는 측정대상 광신호를 입력받아 투과 광신호와 반사 광신호를 각각 출력하는 데, 정해진 파장 범위에서 파장에 따른 투과도의 변화 특성에 제 1 슬로프(S1)를 가지고, 파장에 따른 반사도의 변화 특성에 제 2 슬로프(S2)를 가진다. 에지 필터에서는 투과되는 광신호와 반사되는 광신호로 나누어져 출력되는 데, 투과되는 광신호이외의 광신호는 모두 또는 대부분 손실 없이 반사될 수 있다. 에지 필터(20)는 도 8과 같은 투과 및 반사특성을 나타내며, 단일의 에지 필터만을 포함하는 도 6의 구조로써도 광파장을 측정할 수 있다. The single
비교기(30)의 구조 및 기능은 제 1 실시예에 따른 광파장 측정 장치와 동일 또는 유사하므로, 이하에서는 구체적 도시를 생략하여 포토다이오드(31,32)만을 도시하고 간략하게 살펴본다.Since the structure and function of the
비교기(30)는, 투과 광신호와 반사 광신호를 각각 센싱하는 2개의 포토 다이오드(31,32)(이하, 도 4를 원용함)와; 포토 다이오드(31,32)를 구동하고 상기 포토 다이오드(31,32)가 출력하는 전기신호로부터 아날로그-디지털 변환된 값을 각각 출력하는 2개의 구동 및 신호처리 회로(33,34)와; 아날로그-디지털 변환된 값과 상기한 테이블을 이용하여 측정대상 광신호의 파장을 도출하는 프로세싱 유닛(35)을 포함하여 구성될 수 있다.The
비교기(30)는 에지 필터(20)에서 출력되는 투과 광신호와 반사 광신호의 광파워 비를 이용하여 측정대상 광신호의 파장을 획득하는 데, 광파워 비는 에지 필터(22)에서 출력되는 투과 광신호의 광파워(로그 스케일)와 상기 에지 필터(20)에서 출력되는 반사 광신호의 광파워(로그 스케일)를 뺄샘 연산함으로써 획득될 수 있다. 비교기(30)는 복수의 광파워 비와 복수의 파장 사이의 일대일 대응관계를 미리 정의하여 저장하고 있는 테이블을 구비하며, 이러한 테이블을 이용하여 투과 광신호와 반사 광신호의 광파워 비로부터 대응하는 측정대상 광신호의 파장을 획득한다.The
종래의 광스펙트럼분석기, 회절격자(Diffractive grating)와 선형이미지센서를 이용한 스펙특럼측정장치 등은 매우 정밀한 광정렬이 필요하며, 장치를 구성하는 소자들이 고가이어서 제작비용이 매우 비싼 단점이 있다.Conventional optical spectrum analyzers, spectral measuring devices using diffraction gratings and linear image sensors, etc. require very precise optical alignment, and have a disadvantage in that the manufacturing cost is very high because the elements constituting the device are expensive.
이에 반해, 본 발명에 따른 광파장 측정 장치에서는 50:50 커플러, 에지필터, 포토다이오드 등 장치 구성이 매우 간단하며 미세한 광정렬 등이 필요 없어 쉽게 구현가능한 장점이 있다. 본 발명에 따른 광파장 측정 장치는 광스펙트럼분석기와 같이 매우 높은 정밀도로 광파장을 측정할 수는 없지만, 저가격의 휴대형으로 구현할 수 있어 WDM 채널의 파장 분석 등 높은 정밀도가 요구되지 않는 응용분야에서 매우 효과적으로 적용 가능하다.On the other hand, in the optical wavelength measuring device according to the present invention, the configuration of the device such as a 50:50 coupler, an edge filter, and a photodiode is very simple, and there is no need for fine optical alignment, so it can be easily implemented. Although the optical wavelength measuring device according to the present invention cannot measure the optical wavelength with very high precision like an optical spectrum analyzer, it can be implemented as a low-cost portable device, so it is very effectively applied in applications that do not require high precision, such as wavelength analysis of WDM channels. It is possible.
10 : 광커플러
20, 21, 22 : 광학 에지 필터
30 : 비교기
31, 32 : 포토 다이오드
33, 34 : 구동 및 신호처리 회로
35 : 프로세싱 유닛10:
30:
33, 34: driving and signal processing circuit
35 processing unit
Claims (10)
정해진 파장 범위에서 파장에 따른 투과도의 변화 특성에 제 1 슬로프(S1)를 가지며, 상기 광커플러(10)에서 출력되는 출력 광신호의 하나를 입력받는 제 1 에지 필터(21);
상기 정해진 파장 범위와 동일한 파장 범위에서 파장에 따른 투과도의 변화 특성에 제 2 슬로프(S2)를 가지며, 상기 광커플러(10)에서 출력되는 출력 광신호의 다른 하나를 입력받는 제 2 에지 필터(22);
상기 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호와 상기 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워 비를 이용하여 상기 측정대상 광신호의 파장을 획득하는 비교기(30);를 포함하며,
상기 제 1 슬로프와 상기 제 2 슬로프는 서로 반대 방향의 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.an optical coupler 10 for receiving an optical signal to be measured and branching it into two output optical signals;
a first edge filter 21 having a first slope S1 in a characteristic of a change in transmittance according to wavelength in a predetermined wavelength range and receiving one of the output optical signals output from the optocoupler 10;
The second edge filter 22 has a second slope S2 in the characteristic of a change in transmittance according to wavelength in the same wavelength range as the predetermined wavelength range, and receives the other one of the output optical signal output from the optocoupler 10 . );
A comparator 30 for obtaining the wavelength of the optical signal to be measured using the optical power ratio between the optical signal output from the first edge filter 21 and the optical signal output from the second edge filter 22; includes,
The first slope and the second slope, characterized in that having a slope in opposite directions to each other,
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 광커플러(10)는 3dB 커플러인,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.The method according to claim 1,
The optocoupler 10 is a 3dB coupler,
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 광파워 비는,
상기 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호의 광파워(로그 스케일)와 상기 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워(로그 스케일)를 뺄샘 연산함으로써 획득되는,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.The method according to claim 1,
The optical power ratio,
Obtained by subtracting the optical power (log scale) of the optical signal output from the first edge filter 21 and the optical power (log scale) of the optical signal output from the second edge filter 22,
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 비교기(30)는,
복수의 광파워 비와 복수의 파장 사이의 일대일 대응관계를 미리 정의하여 저장하고 있는 테이블을 구비하며,
상기 테이블을 이용하여, 상기 제 1 에지 필터(21)에서 출력되는 광신호와 상기 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호의 광파워 비로부터 대응하는 상기 측정대상 광신호의 파장을 획득하는,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.The method according to claim 1,
The comparator 30 is
and a table in which a one-to-one correspondence relationship between a plurality of optical power ratios and a plurality of wavelengths is predefined and stored,
Obtaining the wavelength of the corresponding optical signal to be measured from the optical power ratio of the optical signal output from the first edge filter 21 and the optical signal output from the second edge filter 22 using the table ,
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 테이블은 생산과정중 미리 파장을 알고 있는 단일 파장의 광소스를 순차 입력시키는 방식으로 시험광을 제공하면서 상기 비교기(30)에서 광파워 비를 측정하여 생성한 것인,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.5. The method according to claim 4,
The table is generated by measuring the optical power ratio in the comparator 30 while providing test light in a manner of sequentially inputting a single wavelength light source whose wavelength is known in advance during production
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 비교기(30)는,
상기 제 1 에지 필터(21) 및 상기 제 2 에지 필터(22)에서 출력되는 광신호를 각각 센싱하는 2개의 포토 다이오드(31,32)와; 상기 포토 다이오드(31,32)를 구동하고 상기 포토 다이오드(31,32)가 출력하는 전기신호로부터 아날로그-디지털 변환된 값을 각각 출력하는 2개의 구동 및 신호처리 회로(33,34)와; 상기 아날로그-디지털 변환된 값과 상기 테이블을 이용하여 상기 측정대상 광신호의 파장을 도출하는 프로세싱 유닛(35)을 포함하여 구성되는,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.5. The method according to claim 4,
The comparator 30 is
two photodiodes (31 and 32) for sensing optical signals output from the first edge filter (21) and the second edge filter (22), respectively; two driving and signal processing circuits (33, 34) for driving the photodiodes (31,32) and outputting analog-digital converted values from the electrical signals output by the photodiodes (31,32), respectively; and a processing unit (35) for deriving the wavelength of the optical signal to be measured using the analog-to-digital converted value and the table;
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 에지 필터(20)에서 출력되는 투과 광신호와 반사 광신호의 광파워 비를 이용하여 상기 측정대상 광신호의 파장을 획득하는 비교기(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.In a predetermined wavelength range, it has a first slope (S1) in the characteristics of change in transmittance according to wavelength and a second slope (S2) in characteristics of change in reflectivity according to wavelength, and receives an optical signal to be measured and transmits a transmitted light signal and reflected light. an edge filter 20 for outputting a signal, respectively;
and a comparator (30) for obtaining the wavelength of the optical signal to be measured by using the optical power ratio of the transmitted optical signal and the reflected optical signal output from the edge filter (20);
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 광파워 비는,
상기 에지 필터(22)에서 출력되는 투과 광신호의 광파워(로그 스케일)와 상기 에지 필터(20)에서 출력되는 반사 광신호의 광파워(로그 스케일)를 뺄샘 연산함으로써 획득되는,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.8. The method of claim 7,
The optical power ratio,
Obtained by subtracting the optical power (log scale) of the transmitted optical signal output from the edge filter 22 and the optical power (log scale) of the reflected optical signal output from the edge filter 20,
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 비교기(30)는,
복수의 광파워 비와 복수의 파장 사이의 일대일 대응관계를 미리 정의하여 저장하고 있는 테이블을 구비하며,
상기 테이블을 이용하여 상기 투과 광신호와 상기 반사 광신호의 광파워 비로부터 대응하는 상기 측정대상 광신호의 파장을 획득하는,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.8. The method of claim 7,
The comparator 30 is
and a table in which a one-to-one correspondence relationship between a plurality of optical power ratios and a plurality of wavelengths is predefined and stored,
obtaining the corresponding wavelength of the optical signal to be measured from the optical power ratio of the transmitted optical signal and the reflected optical signal using the table;
Optical wavelength measuring device using edge filter.
상기 비교기(30)는,
상기 투과 광신호와 상기 반사 광신호를 각각 센싱하는 2개의 포토 다이오드(31,32)와; 상기 포토 다이오드(31,32)를 구동하고 상기 포토 다이오드(31,32)가 출력하는 전기신호로부터 아날로그-디지털 변환된 값을 각각 출력하는 2개의 구동 및 신호처리 회로(33,34)와; 상기 아날로그-디지털 변환된 값과 상기 테이블을 이용하여 상기 측정대상 광신호의 파장을 도출하는 프로세싱 유닛(35)을 포함하여 구성되는,
에지 필터를 이용한 광파장 측정 장치.
10. The method of claim 9,
The comparator 30,
two photodiodes (31 and 32) for sensing the transmitted light signal and the reflected light signal, respectively; two driving and signal processing circuits (33,34) for driving the photodiodes (31,32) and outputting analog-digital converted values from the electrical signals output by the photodiodes (31,32), respectively; and a processing unit (35) for deriving the wavelength of the optical signal to be measured using the analog-to-digital converted value and the table;
Optical wavelength measuring device using edge filter.
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KR100803237B1 (en) | 2000-02-21 | 2008-02-14 | 텍트로닉스 인코포레이티드 | An optical system, an optical spectrum analyzer, and its method for providing concurrent detection of a calibration signal and a test signal in an optical spectrum analyzer |
US20150144773A1 (en) * | 2012-06-05 | 2015-05-28 | Technische Universität München | Method for compensation of fiber optic measurement systems and fiber optic measurement system |
KR20150146468A (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-31 | 광주과학기술원 | Optical Characteristics Measuring Apparatus Using Interrogation Optical Fiber, Optical Fiber Sensor System Comprising the Same and Method for Measuring Optical Characteristics |
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- 2019-12-30 KR KR1020190178360A patent/KR102380528B1/en active IP Right Grant
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KR20150146468A (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-31 | 광주과학기술원 | Optical Characteristics Measuring Apparatus Using Interrogation Optical Fiber, Optical Fiber Sensor System Comprising the Same and Method for Measuring Optical Characteristics |
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