KR20220086300A - Measurement device for optical phase modulator using sagnac interferometer - Google Patents
Measurement device for optical phase modulator using sagnac interferometer Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220086300A KR20220086300A KR1020200176621A KR20200176621A KR20220086300A KR 20220086300 A KR20220086300 A KR 20220086300A KR 1020200176621 A KR1020200176621 A KR 1020200176621A KR 20200176621 A KR20200176621 A KR 20200176621A KR 20220086300 A KR20220086300 A KR 20220086300A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical
- sagnac interferometer
- phase modulator
- signal
- coupler
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 86
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J9/0246—Measuring optical wavelength
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0808—Convex mirrors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J2009/0261—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods polarised
- G01J2009/0265—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods polarised with phase modulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치는 사냑 간섭계, 상기 사냑 간섭계로 광 신호를 방출하는 레이저 소스, 및 상기 광 신호를 90도 편광으로 변환하는 편광기를 포함하고, 상기 사냑 간섭계는, 상기 광 신호를 분할하는 커플러, 광섬유 코일, 상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 하나의 경로 상에 연결되어 있는 위상변조기, 및 상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 다른 하나의 경로 상에 연결되어 있고 π/2 위상 바이어스를 갖는 비가역 위상 소자를 포함한다.An optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer includes a Sagnac interferometer, a laser source emitting an optical signal to the Sagnac interferometer, and a polarizer for converting the optical signal into 90 degree polarized light, the Sagnac interferometer, the optical signal A splitting coupler, an optical fiber coil, a phase modulator connected on one path between the coupler and the optical fiber coil, and a π/2 phase bias connected on the other path between the coupler and the optical fiber coil It includes an irreversible phase element with
Description
본 발명은 광 위상변조기 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical phase modulator measuring device, and more particularly, to an optical phase modulator measuring device using a Sagnac interferometer.
위상변조기(Phase modulator)는 인가되는 RF(Radio frequency) 신호를 이용하여 광신호의 위상을 변조시키는 수동 소자이다. 위상변조기는 광학계, 광통신, 광 마이크로파 기술의 구현을 위한 필수 소자로써, 다양한 광자 시스템에서 사용된다. 위상변조기는 광섬유 센서, 자이로스코프, 통합 광학 센서, 고성능 광학 집적 회로 등에 주로 사용된다. 최근에는 전자소자를 이용한 레이다 시스템의 기술적 한계를 극복하기 위한 광자기반 마이크로파 기술(Microwave photonics)에 적용되고 있다.A phase modulator is a passive element that modulates the phase of an optical signal using an applied radio frequency (RF) signal. The phase modulator is an essential element for the realization of optical systems, optical communication, and optical microwave technology, and is used in various photonic systems. Phase modulators are mainly used in optical fiber sensors, gyroscopes, integrated optical sensors, and high-performance optical integrated circuits. Recently, photonic based microwave technology (Microwave photonics) has been applied to overcome the technical limitations of radar systems using electronic devices.
위상변조기에는 RF 신호와 광 신호가 혼용되어 사용되기 때문에 위상변조기를 수십 GHz 이상의 높은 주파수 대역에서 사용하기 위해서는 위상변조기의 주파수 응답특성의 측정은 필수적이다. 위상변조기의 주파수 응답특성을 측정하기 위한 방법으로, 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer)의 한 쪽 경로에 위상변조기를 삽입하여 간섭신호를 관찰할 수 있다. 이 경우, 간섭신호의 변조 진폭과 주파수를 변경하면서 측정할 수 있지만, 간섭계의 위상차(위상 바이어스)가 π/2로 안정되어야 하는 조건이 필요하다. 광섬유를 이용하여 위상변조기 측정을 진행할 경우, 광 경로가 수 미터이므로 외부의 온도 및 섭동(perturbation)에 의해 위상 바이어스의 교란을 피하기 어려워 안정적이고 반복적인 측정이 제한된다.Since the RF signal and the optical signal are mixed and used in the phase modulator, it is essential to measure the frequency response characteristic of the phase modulator to use the phase modulator in a high frequency band of several tens of GHz or more. As a method for measuring the frequency response characteristics of the phase modulator, the interference signal can be observed by inserting the phase modulator into one path of the Mach-Zehnder interferometer. In this case, it is possible to measure while changing the modulation amplitude and frequency of the interference signal, but the condition that the phase difference (phase bias) of the interferometer should be stable at π/2 is required. When measuring the phase modulator using optical fiber, since the optical path is several meters, it is difficult to avoid disturbance of the phase bias due to external temperature and perturbation, thus limiting stable and repeatable measurement.
간섭계를 사용하지 않는 방법으로, 위상변조기 피시험 장치(Device Under Test, DUT)의 광출력을 분광기로 측파 측정 및 분석하여 광변조 진폭 및 주파수 응답성을 추출할 수 있다. 하지만, 이 경우에는 분해능이 매우 높은 분광기, 예를 들어 페브리-페로 필터(Fabry-Perot filter)를 이용하여야 하고, 이에 따른 위상변조기 측정을 위한 수많은 장비가 필요하고 측정을 위한 구성이 복잡해지는 문제가 있다. 다른 방법으로, 위상변조기를 칩 상태에서 편광 변조 특성을 이용하여 위상변조 특성을 측정하는 방법이 있으나, 광섬유가 부착된 모듈 형태의 위상변조기에는 적용이 제한된다.In a method that does not use an interferometer, it is possible to extract the optical modulation amplitude and frequency response by measuring and analyzing the side wave of the optical output of the device under test (DUT) with a spectrometer. However, in this case, it is necessary to use a spectrometer with very high resolution, for example, a Fabry-Perot filter. there is As another method, there is a method of measuring the phase modulation characteristic by using the polarization modulation characteristic in the chip state of the phase modulator, but the application is limited to the module type phase modulator to which an optical fiber is attached.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 사냑 간섭계에 비가역 위상 소자를 삽입하는 구조를 이용하여 위상변조기의 주파수 응답특성을 정확하게 측정할 수 있는 위상변조기 측정 장치를 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a phase modulator measuring device capable of accurately measuring the frequency response characteristics of a phase modulator using a structure in which an irreversible phase element is inserted into a Sagnac interferometer.
본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치는 사냑 간섭계, 상기 사냑 간섭계로 광 신호를 방출하는 레이저 소스, 및 상기 광 신호를 90도 편광으로 변환하는 편광기를 포함하고, 상기 사냑 간섭계는, 상기 광 신호를 분할하는 커플러, 광섬유 코일, 상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 하나의 경로 상에 연결되어 있는 위상변조기, 및 상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 다른 하나의 경로 상에 연결되어 있고 π/2 위상 바이어스를 갖는 비가역 위상 소자를 포함한다. An apparatus for measuring an optical phase modulator using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention includes a Sagnac interferometer, a laser source emitting an optical signal to the Sagnac interferometer, and a polarizer for converting the optical signal into 90 degree polarization, the The Sagnac interferometer includes a coupler for splitting the optical signal, an optical fiber coil, a phase modulator connected on one path between the coupler and the optical fiber coil, and another path between the coupler and the optical fiber coil. and includes an irreversible phase element with a π/2 phase bias.
상기 비가역 위상 소자는, 광섬유를 통해 상기 커플러에 연결되어 있고 편광 신호를 45도 회전시키는 제1 편광 로테이터, 상기 광섬유 코일에 연결되어 있고 상기 편광 신호를 45도 회전시키는 제2 편광 로테이터, 및 상기 제1 편광 로테이터와 상기 제2 편광 로테이터 사이에 위치하는 0/4 파장판을 포함할 수 있다.The irreversible phase element includes a first polarization rotator connected to the coupler through an optical fiber and rotating a polarized signal by 45 degrees, a second polarization rotator connected to the optical fiber coil and rotating the polarized signal by 45 degrees, and the second polarization rotator is connected to the optical fiber coil and rotates the polarized signal by 45 degrees; A 0/4 wave plate positioned between the first polarization rotator and the second polarization rotator may be included.
상기 제1 편광 로테이터 및 상기 제2 편광 로테이터 중 적어도 하나는 페러데이 로테이터일 수 있다.At least one of the first polarization rotator and the second polarization rotator may be a Faraday rotator.
상기 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치는 상기 사냑 간섭계에 의해 형성된 간섭신호를 전기적 신호로 변환하는 광검출기, 상기 광 신호와 상기 간섭신호를 비교하여 상기 위상변조기의 주파수 응답특성을 분석하는 네트워크 분석기, 및 상기 광 신호의 경로를 상기 커플러 또는 상기 광검출기로 인가하는 서큘레이터를 더 포함할 수 있다. The optical phase modulator measuring device using the Sagnac interferometer is a photodetector that converts the interference signal formed by the Sagnac interferometer into an electrical signal, and a network analyzer that compares the optical signal and the interference signal to analyze the frequency response characteristics of the phase modulator , and a circulator for applying the path of the optical signal to the coupler or the photodetector.
상기 레이저 소스는 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광 신호를 방출하는 ASE 소스일 수 있다.The laser source may be an ASE source emitting an Amplified Spontaneous Emission (ASE) optical signal.
본 발명의 다른 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치는 광 신호를 방출하는 레이저 소스, 상기 광 신호를 90도 편광으로 변환하는 편광기, π/2 위상 바이어스를 갖는 비가역 위상 소자를 포함하고, 상기 광 신호를 입력받아 간섭신호를 형성하는 사냑 간섭계, 상기 사냑 간섭계에 의해 형성된 상기 간섭신호를 전기적 신호로 변환하는 광검출기, 및 상기 광 신호와 상기 간섭신호를 비교하여 상기 위상변조기의 주파수 응답특성을 분석하는 네트워크 분석기를 포함한다. An optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer according to another embodiment of the present invention includes a laser source emitting an optical signal, a polarizer for converting the optical signal into 90 degree polarization, and an irreversible phase element having a π/2 phase bias and a Sagnac interferometer that receives the optical signal and forms an interference signal, a photodetector that converts the interference signal formed by the Sagnac interferometer into an electrical signal, and compares the optical signal with the interference signal to set the frequency of the phase modulator It includes a network analyzer that analyzes response characteristics.
상기 사냑 간섭계는, 상기 광 신호를 분할하는 커플러, 광섬유 코일, 및 상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 하나의 경로 상에 연결되어 있는 위상변조기, 및 상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 다른 하나의 경로 상에 연결되어 있는 상기 비가역 위상 소자를 포함할 수 있다.The Sagnac interferometer includes a coupler for splitting the optical signal, an optical fiber coil, and a phase modulator connected on one path between the coupler and the optical fiber coil, and on the other path between the coupler and the optical fiber coil. It may include the irreversible phase element connected to.
상기 비가역 위상 소자는, 광섬유를 통해 상기 커플러에 연결되어 있고 편광 신호를 45도 회전시키는 제1 편광 로테이터, 상기 광섬유 코일에 연결되어 있고 상기 편광 신호를 45도 회전시키는 제2 편광 로테이터, 및 상기 제1 편광 로테이터와 상기 제2 편광 로테이터 사이에 위치하는 0/4 파장판을 포함할 수 있다. The irreversible phase element includes a first polarization rotator connected to the coupler through an optical fiber and rotating a polarized signal by 45 degrees, a second polarization rotator connected to the optical fiber coil and rotating the polarized signal by 45 degrees, and the second polarization rotator is connected to the optical fiber coil and rotates the polarized signal by 45 degrees; A 0/4 wave plate positioned between the first polarization rotator and the second polarization rotator may be included.
상기 제1 편광 로테이터 및 상기 제2 편광 로테이터 중 적어도 하나는 페러데이 로테이터일 수 있다.At least one of the first polarization rotator and the second polarization rotator may be a Faraday rotator.
상기 레이저 소스는 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광 신호를 방출하는 ASE 소스일 수 있다.The laser source may be an ASE source emitting an Amplified Spontaneous Emission (ASE) optical signal.
본 발명의 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치는 다양한 광자 시스템 및 광자기반 마이크로파 기술에 널리 사용되는 위상변조기의 편광상태 및 주파수 응답특성을 정확하게 측정할 수 있다. The apparatus for measuring an optical phase modulator using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention can accurately measure the polarization state and frequency response characteristics of a phase modulator widely used in various photonic systems and photon-based microwave technology.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상변조기 측정 장치는 사냑 간섭계에 비가역 위상 소자를 삽입하는 구조로써 측정 장비의 사용을 최소화할 수 있다. In addition, the optical phase modulator measuring apparatus according to the embodiment of the present invention has a structure in which the irreversible phase element is inserted into the Sagnac interferometer, and thus the use of measuring equipment can be minimized.
본 발명의 실시예에 따른 광 위상변조기 측정 장치는 향후 위상변조기를 사용하는 광자 시스템, 광자 기반 RF 시스템 등에 널리 활용될 수 있다.The optical phase modulator measuring apparatus according to an embodiment of the present invention can be widely used in a photonic system using a phase modulator, a photon-based RF system, and the like in the future.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비가역 위상 바이어스 소자를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치를 실제로 구현한 장비를 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치를 이용하여 측정한 위상변조기의 주파수 응답특성과 종래의 계측장비를 이용하여 측정한 위상변조기의 주파수 응답특성을 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram illustrating an optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating an irreversible phase bias device according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram illustrating equipment that actually implements an optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the frequency response characteristics of the phase modulator measured using an optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention and the frequency response characteristics of the phase modulator measured using a conventional measuring device; to be.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, 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. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar elements throughout the specification.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
이하, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, an optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치를 나타내는 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비가역 위상 바이어스 소자를 나타내는 개념도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치를 실제로 구현한 장비를 나타내는 예시도이다. 1 is a block diagram illustrating an optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention. 2 is a conceptual diagram illustrating an irreversible phase bias device according to an embodiment of the present invention. 3 is an exemplary diagram illustrating equipment that actually implements an optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 3을 참조하면, 사냑 간섭계(Sagnac interferometer)를 이용한 광 위상변조기 측정 장치(10)는 레이저 소스(110), 편광기(120), 서큘레이터(circulator)(130), 50:50 커플러(140), 위상변조기(150), 비가역 위상 소자(160), 광섬유 코일(170), 광검출기(180) 및 네트워크 분석기(190)를 포함한다.1 to 3, an optical phase
레이저 소스(110)는 사냑 간섭계로 광 신호를 방출하는 광학 소스이다. 레이저 소스(110)는 1550nm 가변 레이저일 수 있다. 레이저 소스(110)는 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광 신호를 방출하는 ASE 소스일 수 있다.The
편광기(120)는 레이저 소스(110)에서 방출된 광 신호의 일축 방향의 편광을 서큘레이터(130)로 통과시킨다. 편광기(120)는 레이저 소스(110)에서 방출된 광 신호를 90도 편광으로 변환 및 고정시키는 편광 필터로서 역할을 할 수 있다. The
실시예에 따라, 레이저 소스(110)와 편광기(120)는 수 nm 파장을 갖는 좁은 선폭 레이저(narrow line width laser source)로 대체될 수 있으며, 이러한 경우 소자의 비용과 삽입 손실이 감소하는 이점이 있다.According to an embodiment, the
서큘레이터(130)는 광 신호의 경로를 선택하는 역할을 한다. 즉, 서큘레이터(130)는 입력되는 광 신호의 경로를 50:50 커플러(140) 또는 광검출기(180)로 인가하는 역할을 할 수 있다. 편광기(120)를 통해 편광 제어된 광 신호가 서큘레이터(130)를 통해 사냑 간섭계로 인가된다. The
사냑 간섭계는 50:50 커플러(140), 위상변조기(150), 비가역 위상 소자(160) 및 광섬유 코일(170)을 포함한다.The Sagnac interferometer includes a 50:50
50:50 커플러(140)는 서큘레이터(130)를 통해 입사되는 광 신호를 2개의 실질적으로 동일한 강도의 편광 신호로 분할한다. 분할된 2개의 편광 신호는 동일한 광경로를 서로 반대 방향으로 진행한다. 실시예에 따라, 서큘레이터(130)와 50:50 커플러(140)는 2×2 커플러로 대체될 수 있으며, 이러한 경우 소자의 비용과 삽입 손실이 감소하는 이점이 있다.The 50:50
위상변조기(150)는 50:50 커플러(140)와 광섬유 코일(170) 사이의 하나 경로 상에 연결되어 있고, 비가역 위상 소자(160)는 50:50 커플러(140)와 광섬유 코일(170) 사이의 다른 하나의 경로 상에 연결되어 있으며, 광섬유 코일(170)은 위상변조기(150)와 비가역 위상 소자(160) 사이에 연결되어 있다. 광섬유 코일(170)의 길이는 1m 내지 20m로 제작/변경될 수 있다. The
50:50 커플러(140)에 의해 분할된 제1 편광 신호는 비가역 위상 소자(160) 측으로 전달된다. 제1 편광 신호는 비가역 위상 소자(160), 광섬유 코일(170), 위상변조기(150) 순서로 전달되어 50:50 커플러(140)로 되돌아온다. The first polarized signal divided by the 50:50
50:50 커플러(140)에 의해 분할된 제2 편광 신호는 위상변조기(150) 측으로 전달된다. 제2 편광 신호는 위상변조기(150), 광섬유 코일(170), 비가역 위상 소자(160) 순서로 전달되어 50:50 커플러(140)로 되돌아온다. The second polarized signal divided by the 50:50
이때, 비가역 위상 소자(160)는 제1 편광 신호 및 제2 편광 신호의 편광축을 90도 회전시키고, 위상변조기(150)는 광 신호의 위상을 변조한다. 비가역 위상 소자(160)는 π/2 위상 바이어스를 가지며, 사냑 간섭계에 π/2 위상 바이어스를 설정한다.In this case, the
도 2에 예시한 바와 같이, 비가역 위상 소자(160)는 2개의 편광 로테이터(161, 162)와 그 사이에 위치하는 0/4 파장판(zero quarter waveplate)(163)을 포함한다. 2개의 편광 로테이터(161, 162) 중 적어도 하나는 페러데이 로테이터(Faraday rotator)일 수 있다. 페러데이 로테이터는 페러데이 효과(Faraday effect)와 자기 광학 효과(magneto-optic effect)를 기반으로 하는 편광 로테이터이다. 제1 편광 로테이터(161)는 광섬유를 통해 50:50 커플러(140)에 연결되고, 제2 편광 로테이터(162)는 광섬유 코일(170)의 광섬유에 연결될 수 있다. 제1 편광 로테이터(161)와 제2 편광 로테이터(162)는 편광 신호를 45도 회전시킨다. 0/4 파장판(163)은 편광 신호를 회전시키는 역할을 하지 않으나, 온도에 대한 의존도가 낮고 외부 환경에 안정도가 높아 정확한 위상 지연을 만드는 역할을 할 수 있다. As illustrated in FIG. 2 , the
위상변조기(150)를 경유하여 50:50 커플러(140)로 되돌아온 제1 편광 신호 및 제2 편광 신호는 50:50 커플러(140)에 의해 결합되어 간섭신호를 형성한다. 사냑 간섭계에 의해 형성된 간섭신호는 서큘레이터(130)를 통해 광검출기(180)로 입사된다. The first polarized signal and the second polarized signal returned to the 50:50
광검출기(180)는 간섭신호를 전기적 신호로 변환한다. 네트워크 분석기(190)는 광검출기(180)에 인가된 광 신호와 간섭신호를 비교하여 위상변조기(150)의 전자광학 특성(주파수 응답특성)을 분석한다. The
도 1에서 예시한 광 신호가 전달되는 광경로는 광 신호를 하나의 편광으로 유지시켜 주는 편광유지 광섬유(polarization maintain optical fiber)로 이루어질 수 있다. The optical path through which the optical signal illustrated in FIG. 1 is transmitted may be formed of a polarization maintain optical fiber that maintains the optical signal as one polarization.
이와 같이, 사냑 간섭계를 편광유지 간섭계로 구성하고 DUT((Device Under Test), 즉 위상변조기(150)가 사냑 간섭계에 삽입된다. 이때, 사냑 간섭계의 가역적 특성에 의해 위상 바이어스가 0이 되는데, π/2로 바이어스를 설정하기 위해 비가역 위상 소자(160)가 사냑 간섭계에 삽입된다. 이러한 구조를 통해 외부의 섭동에 의한 영향이 최소화될 수 있고, 매번 편광조절기로 바이어스를 조정할 필요 없이 장시간 안정적으로 π/2 위상 바이어스가 유지될 수 있으므로, 위상변조기(150)의 주파수 응답도를 왜곡없이 측정할 수 있다.In this way, the Sagnac interferometer is configured as a polarization-maintaining interferometer, and a Device Under Test (DUT), that is, a
만일, 사냑 간섭계에 비가역 위상 소자(160)를 삽입하는 대신에 레이저 소스(110)로부터 50:50 커플러(140)로 입사되는 광 신호의 편광을 조절하는 편광조절기를 사용하는 경우에는 실시간 위상 바이어스 조정 및 편광상태에 따른 주파수 응답도 왜곡 등이 발생할 수 있다. If, instead of inserting the
하지만, 본 발명의 실시예와 같이 사냑 간섭계를 편광유지 간섭계로 구성하고 비가역 위상 소자(160)를 사냑 간섭계에 삽입하면 실시간 위상 바이어스 조정 및 편광상태에 따른 주파수 응답도 왜곡 등을 사전에 방지할 수 있다. However, as in the embodiment of the present invention, if the Sagnac interferometer is configured as a polarization-maintaining interferometer and the
수학식 1은 사냑 간섭계에 비가역 위상 소자(160)를 적용하기 전의 사냑 간섭계의 간섭신호의 크기를 나타낸다.
여기서, 는 광학 바이어스 크기의 초기값을 의미하며, 는 광학 바이어스의 위상값을 의미한다. 광학 바이어스 가 충분히 작은 경우 수학식 1은 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.here, is the initial value of the optical bias size, is the phase value of the optical bias. optical bias When is sufficiently small,
수학식 2를 전개해서 풀면 cos(2ωt) 형태로 표현되기 때문에 인가되는 무선 주파수 신호에 대해서 위상변조기(150)의 위상값(ω)이 직접적으로 산출될 수 없다. When
이를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 같이 비가역 위상 소자(160)(π/2 위상 바이어스 소자)를 적용하면 비가역 위상 소자(160)에 의한 간섭신호의 크기 E0은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.To solve this, when the irreversible phase element 160 (π/2 phase bias element) is applied as in the embodiment of the present invention, the magnitude E 0 of the interference signal by the
수학식 4와 같이, 간섭신호의 크기와 인가되는 무선 주파수 신호 간의 선형성 확보가 가능하며, 위상변조기(150)의 위상값(ω)이 직접적으로 산출될 수 있다.As shown in
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 위상변조기 측정 장치는 사냑 간섭계에 비가역 위상 소자를 삽입하는 구조로써 측정 장비의 사용을 최소화할 수 있고, 위상변조기(150)의 편광상태 및 주파수 응답특성을 정확하게 측정할 수 있다. As described above, the optical phase modulator measuring device according to the embodiment of the present invention has a structure in which an irreversible phase element is inserted into the Sagnac interferometer, and thus the use of measuring equipment can be minimized, and the polarization state and frequency response of the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치를 이용하여 측정한 위상변조기의 주파수 응답특성과 종래의 계측장비를 이용하여 측정한 위상변조기의 주파수 응답특성을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the frequency response characteristics of the phase modulator measured using an optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention and the frequency response characteristics of the phase modulator measured using a conventional measuring device; to be.
도 4를 참조하면, 종래의 계측장비로써 Keysight N43743D 장비를 이용하였다. Referring to FIG. 4 , a Keysight N43743D device was used as a conventional measurement device.
본 발명의 실시예에 따른 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치를 이용하여 위상변조기의 전자광학 특성(주파수 응답특성)을 분석한 결과와 종래의 계측장비를 이용하여 위상변조기의 전자광학 특성을 분석한 결과가 유사한 것을 확인할 수 있다.Analysis of the electro-optical characteristics (frequency response characteristics) of the phase modulator using the optical phase modulator measuring device using the Sagnac interferometer according to an embodiment of the present invention and the electro-optical characteristics of the phase modulator using conventional measuring equipment It can be seen that the results are similar.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The drawings and the detailed description of the described invention referenced so far are merely exemplary of the present invention, which are only used for the purpose of explaining the present invention, and are used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. it is not Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
10: 광 위상변조기 측정 장치
110: 레이저 소스
120: 편광기
130: 서큘레이터
140: 50:50 커플러
150: 위상변조기
160: 비가역 위상 소자
170: 광섬유 코일
180: 광검출기
190: 네트워크 분석기10: optical phase modulator measuring device
110: laser source
120: polarizer
130: circulator
140: 50:50 coupler
150: phase modulator
160: irreversible phase element
170: optical fiber coil
180: photodetector
190: network analyzer
Claims (10)
상기 사냑 간섭계로 광 신호를 방출하는 레이저 소스; 및
상기 광 신호를 90도 편광으로 변환하는 편광기를 포함하고,
상기 사냑 간섭계는,
상기 광 신호를 분할하는 커플러;
광섬유 코일;
상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 하나의 경로 상에 연결되어 있는 위상변조기; 및
상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 다른 하나의 경로 상에 연결되어 있고 π/2 위상 바이어스를 갖는 비가역 위상 소자를 포함하는 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.sagnac interferometer;
a laser source emitting an optical signal to the Sagnac interferometer; and
and a polarizer that converts the optical signal into 90 degree polarized light,
The sagnac interferometer is
a coupler splitting the optical signal;
fiber optic coil;
a phase modulator connected on one path between the coupler and the optical fiber coil; and
An optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer comprising an irreversible phase element connected on the other path between the coupler and the optical fiber coil and having a π/2 phase bias.
상기 비가역 위상 소자는,
광섬유를 통해 상기 커플러에 연결되어 있고 편광 신호를 45도 회전시키는 제1 편광 로테이터;
상기 광섬유 코일에 연결되어 있고 상기 편광 신호를 45도 회전시키는 제2 편광 로테이터; 및
상기 제1 편광 로테이터와 상기 제2 편광 로테이터 사이에 위치하는 0/4 파장판을 포함하는 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.According to claim 1,
The irreversible phase element,
a first polarization rotator connected to the coupler through an optical fiber and rotating the polarized signal by 45 degrees;
a second polarization rotator connected to the optical fiber coil and rotating the polarized signal by 45 degrees; and
An optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer comprising a 0/4 wave plate positioned between the first polarization rotator and the second polarization rotator.
상기 제1 편광 로테이터 및 상기 제2 편광 로테이터 중 적어도 하나는 페러데이 로테이터인 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.3. The method of claim 2,
An optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer, wherein at least one of the first polarization rotator and the second polarization rotator is a Faraday rotator.
상기 사냑 간섭계에 의해 형성된 간섭신호를 전기적 신호로 변환하는 광검출기;
상기 광 신호와 상기 간섭신호를 비교하여 상기 위상변조기의 주파수 응답특성을 분석하는 네트워크 분석기; 및
상기 광 신호의 경로를 상기 커플러 또는 상기 광검출기로 인가하는 서큘레이터를 더 포함하는 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.According to claim 1,
a photodetector for converting the interference signal formed by the Sagnac interferometer into an electrical signal;
a network analyzer for analyzing a frequency response characteristic of the phase modulator by comparing the optical signal and the interference signal; and
The optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer further comprising a circulator for applying the path of the optical signal to the coupler or the photodetector.
상기 레이저 소스는 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광 신호를 방출하는 ASE 소스인 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.According to claim 1,
The laser source is an ASE (Amplified Spontaneous Emission) optical phase modulator measuring device using an ASE source that emits an optical signal Sagnac interferometer.
상기 광 신호를 90도 편광으로 변환하는 편광기;
π/2 위상 바이어스를 갖는 비가역 위상 소자를 포함하고, 상기 광 신호를 입력받아 간섭신호를 형성하는 사냑 간섭계;
상기 사냑 간섭계에 의해 형성된 상기 간섭신호를 전기적 신호로 변환하는 광검출기; 및
상기 광 신호와 상기 간섭신호를 비교하여 상기 위상변조기의 주파수 응답특성을 분석하는 네트워크 분석기를 포함하는 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.a laser source emitting an optical signal;
a polarizer for converting the optical signal into 90 degree polarization;
a Sagnac interferometer comprising an irreversible phase element having a π/2 phase bias and receiving the optical signal to form an interference signal;
a photodetector for converting the interference signal formed by the Sagnac interferometer into an electrical signal; and
and a network analyzer for analyzing a frequency response characteristic of the phase modulator by comparing the optical signal with the interference signal.
상기 사냑 간섭계는,
상기 광 신호를 분할하는 커플러;
광섬유 코일; 및
상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 하나의 경로 상에 연결되어 있는 위상변조기; 및
상기 커플러와 상기 광섬유 코일 사이의 다른 하나의 경로 상에 연결되어 있는 상기 비가역 위상 소자를 포함하는 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.7. The method of claim 6,
The sagnac interferometer is
a coupler splitting the optical signal;
fiber optic coil; and
a phase modulator connected on one path between the coupler and the optical fiber coil; and
An optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer including the irreversible phase element connected on the other path between the coupler and the optical fiber coil.
상기 비가역 위상 소자는,
광섬유를 통해 상기 커플러에 연결되어 있고 편광 신호를 45도 회전시키는 제1 편광 로테이터;
상기 광섬유 코일에 연결되어 있고 상기 편광 신호를 45도 회전시키는 제2 편광 로테이터; 및
상기 제1 편광 로테이터와 상기 제2 편광 로테이터 사이에 위치하는 0/4 파장판을 포함하는 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.8. The method of claim 7,
The irreversible phase element,
a first polarization rotator connected to the coupler through an optical fiber and rotating the polarized signal by 45 degrees;
a second polarization rotator connected to the optical fiber coil and rotating the polarized signal by 45 degrees; and
An optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer comprising a 0/4 wave plate positioned between the first polarization rotator and the second polarization rotator.
상기 제1 편광 로테이터 및 상기 제2 편광 로테이터 중 적어도 하나는 페러데이 로테이터인 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.9. The method of claim 8,
An optical phase modulator measuring apparatus using a Sagnac interferometer, wherein at least one of the first polarization rotator and the second polarization rotator is a Faraday rotator.
상기 레이저 소스는 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광 신호를 방출하는 ASE 소스인 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치.7. The method of claim 6,
The laser source is an ASE (Amplified Spontaneous Emission) optical phase modulator measuring device using an ASE source that emits an optical signal Sagnac interferometer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200176621A KR102602251B1 (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Measurement device for optical phase modulator using sagnac interferometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200176621A KR102602251B1 (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Measurement device for optical phase modulator using sagnac interferometer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220086300A true KR20220086300A (en) | 2022-06-23 |
KR102602251B1 KR102602251B1 (en) | 2023-11-13 |
Family
ID=82221727
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200176621A KR102602251B1 (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Measurement device for optical phase modulator using sagnac interferometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102602251B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130090544A (en) | 2012-02-06 | 2013-08-14 | 한국과학기술원 | Phase detector and phase detecting method between optical and electronic signals using fiber optic-based balanced intensity detection |
CN104348070A (en) * | 2014-09-09 | 2015-02-11 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Balance optical microwave regeneration system |
-
2020
- 2020-12-16 KR KR1020200176621A patent/KR102602251B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130090544A (en) | 2012-02-06 | 2013-08-14 | 한국과학기술원 | Phase detector and phase detecting method between optical and electronic signals using fiber optic-based balanced intensity detection |
CN104348070A (en) * | 2014-09-09 | 2015-02-11 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Balance optical microwave regeneration system |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
E.H외 2인, 'A New Technique for Generating Negative Coefficients in Photonic Signal Processors Based on Dual-Input and Dual-Output Intensity Modulator Sagnac Interferometers', IEEE PHOTONICS TECH. LETTERS, Vol.18, No.11, 2006.06.01. |
E.H외 2인, 'A New Technique for Generating Negative Coefficients in Photonic Signal Processors Based on Dual-Input and Dual-Output Intensity Modulator Sagnac Interferometers', IEEE PHOTONICS TECH.* * |
Erwin H. 외 2인, 'A New Optical Phase Modulator Dynamic Response Measurement Technique', Journal of LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.26, No.16, 2008.08.15. |
Erwin H. 외 2인, 'A New Optical Phase Modulator Dynamic Response Measurement Technique', Journal of LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.26, No.16, 2008.08.15.* * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102602251B1 (en) | 2023-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zou et al. | Microwave frequency measurement based on optical power monitoring using a complementary optical filter pair | |
Jungerman et al. | High-speed optical modulator for application in instrumentation | |
CN106656322A (en) | Device and method for realizing instantaneous frequency measurement using phase modulator | |
CN108844614B (en) | Chaotic Brillouin optical correlation domain analysis system and method based on phase spectrum measurement | |
Terra | Chromatic dispersion measurement in optical fibers using optoelectronic oscillations | |
Lin et al. | Differentiator-based photonic instantaneous frequency measurement for radar warning receiver | |
JP2005260925A (en) | Device for remotely stimulating and measuring electric signals through fiber optic cable | |
Iezekiel | Measurement of microwave behavior in optical links | |
Zhang et al. | Sensitivity-enhanced fiber strain sensing system based on microwave frequency scanning with the Vernier effect | |
Oton et al. | High-speed FBG interrogation with electro-optically tunable Sagnac loops | |
Liang et al. | Precision dynamic sensing with ultra-weak fiber Bragg grating arrays by wavelength to frequency transform | |
Zhang et al. | 3D integrated optical E-field sensor for lightning electromagnetic impulse measurement | |
Zhang et al. | Accurate calibration and measurement of optoelectronic devices | |
US6943871B1 (en) | Optical dispersion measurement apparatus and measurement method using same | |
Wang et al. | Photonic microwave frequency measurement with improved resolution based on bandwidth-reduced stimulated Brillouin scattering | |
Wang et al. | Photonic microwave frequency measurement based on frequency-configurable pilot tones | |
Masterson et al. | Photonic probes for the measurement of electromagnetic fields over broad bandwidths | |
KR102602251B1 (en) | Measurement device for optical phase modulator using sagnac interferometer | |
Chen et al. | Photonics-based instantaneous microwave frequency measurement system with improved resolution and robust performance | |
Chen et al. | Characterization of electro-optic bandwidth of ultra-high speed modulators | |
Yu et al. | Efficient characterization of phase modulator based on Lyot-Sagnac interferometer | |
US11294001B2 (en) | Optical mainframe system | |
Juneghani et al. | Photonic w-band e-field sensor and down-conversion system | |
Jung | Integrated-optic electric-field sensor utilizing a Ti: LiNbO 3 Y-fed balanced-bridge Mach-Zehnder interferometric modulator with a segmented dipole antenna | |
Rabbani et al. | Microwave photonic IFM receiver with adjustable measurement range based on a dual-output Sagnac loop |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |