KR950004883B1 - 편광변조 사냑(Sagnac) 간섭계를 이용한 광섬유 시분할 다중기 - Google Patents

편광변조 사냑(Sagnac) 간섭계를 이용한 광섬유 시분할 다중기 Download PDF

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이학규
김경헌
박서연
이일항
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재단법인 한국전자통신연구소
양승택
한국전기통신공사
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Description

편광변조 사냑(Sagnac) 간섭계를 이용한 광섬유 시분할 다중기
제1도는 종래의 특수한 광섬유 결합기로 구성된 강도변조 사냑 간섭계형 광섬유 스위치 구성도.
제2도는 종래의 광섬유 3dB 분리/결합기와 광섬유 편광 분리/결합기로 구성된 강도변조 가냑 간섭계형 광섬유 스위치 구성도.
제3도는 본 발명인 편광변조 사냑 간섭계를 이용한 광섬유 역다중기의 구성도.
제4도는 간섭계로 입사되는 광이 편광방향에 따라서 광섬유 편광 분리/결합기에 의해 분리/결합되는 모양을 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 광섬유 루우프 2-1,2-2,8-1 : 광섬유 결합기
3 : 선형 편형된 입력 광펄스신호 4 : 선형 편광된 제어 광펄스
5 : 스위치된 출력광 신호 펄스 6 : 스위치되지 않는 광신호 펄스 출력
7 : 제어 광펄스 신호 8 : 광섬유 편광 분리/결합기
9 : 45°광섬유 편광 회전기(Faraday rotator)
10 : 편광의존 광섬유의 주된 축이 서로 90°로 교차된 이음
11 : 신호광 레이저 12 : 조절광 레이저
13 : S파 14 : P파
15 : 45°: 방향의 편광을 갖는 광펄스 16 : 편광 조절기(반파장판)
17 : 간섭계
본 발명은 초고속 시분할 광통신의 핵심소자인 광신호 역다중 장치에 관한 것으로 특히 편광변조 사냑(Sangac) 간섭계를 이용한 장파장 통신용 광섬유 시간 분할 역다중기에 관한 것이다.
특히 이 소자 구도는 1.5㎛ 파장의 광통신에 적합하며, 그 구도내에는 제작기술이 잘 발달된 일반적인 광부품들만 사용하므로 특수한 광부품을 사용하는 기존의 구도들보다 on/off비가 높고 제작 가격이 저렴하다.
광섬유 역다중기 구도는 비교적 강한 세기의 조절광에 의해 광섬유내에 유도되는 비선형 굴절율을 이용한다.
유도된 비선형 굴절율을 신호광의 위상 변화를 일으키고, 사용하는 구도에 따라서 편광상태의 변화나 간섭계 출력변화의 형태로 나타난다.
상기와 같이 위상 변화된 부분을 추출하면 스위칭이 완수되며, 신호광의 펄스 열 중에서 조절광과 겹쳐지는 것만이 스위칭되어 시분할 역다중화 기능을 수행한다.
역다중기의 내부에서는 조절광과 신호광이 같이 진행하며 비선형 작용을 하여야 하지만, 입/출력단에서는 조절광과 신호광을 결합/분리하여야 한다.
따라서, 조절광과 신호광은 파장이나 편광이 달라야 한다. 또한, 광섬유 역다중기는 사용하는 광들의 편광상태가 매우 중요하기 때문에 편광유지 광섬유를 사용하여야 한다.
편광유지 광섬유는 축에 따른 굴절율 차이, 즉 복굴절이 심하기 때문에 입사된 광의 편광방향에 따라서 광섬유내를 진행하는 속도가 다르다.
따라서 조절광과 신호광의 파장이 길고 편광이 다른 구도는 조절광과 신호광의 분리를 유발하며, 이를 보상해 주어야 한다. 보상방법으로 편광유지 광섬유의 빠른축(fast axis)와 느린축(slow axis)를 교차접속(cross splicing)하는 방법을 주로 사용한다.
파장이 다른 경우도 광섬유의 색분산 때문에 두 광사이의 속도차가 발생하여 분리가 일어나고, 색분산으로 분리된 두 광은 다시 결합시킬 방법이 없기 때문에 두 광의 비선형 작용거리의 제한을 가져온다.
따라서 파장을 달리하는 구도는 편광을 달리한 경우보다 스위칭에 필요한 조절광의 출력이 높을 수밖에 없다.
제1도는 종래의 세기 변조(intensity modulation) 사냑(Sagnac) 간섭계를 이용한 광섬유 역다중기 구도이다.
1은 낮은 광신호 펄스에 대해서도 작동이 가능하도록 복굴절 보상된 편광유지 광섬유 루우프(loop)이다.
3,4는 각각 선형 편광된 입력 광신호 펄스와 제어 광펄스를 나타낸 것이다.
8은 광섬유 편광 분리/결합기를 나타낸 것으로 이를 통해 스위치 되지 않은 광신호 펄스(6)와 제어 광펄스(7), 스위치된 광신호 펄스(5)가 출력된다.
사용하는 조절광(12)과 신호광(11)의 파장은 같고, 편광방향만 서로 수직하게 한다.
간섭계를 구성하는 주요부품은 신호광의 편광에 대해서는 50 : 50으로 분리/결합하고 조절광의 편광에 대해서는 100 : 0으로 분리/결합하는 특수한 광섬유 결합기(2-1)이다. 이 결합기(2-1)에 의해서 신호광(11)은 사냑 간섭계(17)의 두팔로 진행하며, 조절광(12)은 한쪽 팔로만 진행하게 된다.
따라서 조절광(12)과 같은 팔로 진행하는 신호광(11)만이 비선형 굴절율로 인한 위상 변화가 발생된다.
사냑 간섭계의 두팔로 진행하는 신호광(11)들에 대한 비선형 굴절율과 거리의 곱이 반파장 정도 차이가 되도록 광섬유의 길이 및 조절광의 세기를 조절하면, 결과적으로 신호광은 위의 특수 결합기(2-1)에서 재결합시 상쇄 간성이 일어나 본래의 경로와는 다른 방향으로 분리된다.
다중화(multiplexing)된 신호광 열(train)중에서 조절광(12)과 겹쳐지는 것만이 위와 같은 과정을 거쳐 분리되므로 역다중화가 이루어지는 것이다.
그러나 이와 같은 특수 결합기(2-1)는 그 제작이 어려울 뿐만 아니라 조절광에 대해서는 100 : 0 신호광의 편광에 대해서는 50 : 50으로 두가지 조건을 동시에 맞추기가 어려워 on/off비에 악영향을 끼친다.
제2도는 제1도와 같은 문제점을 일부 보완한 기존의 세기변조 사냑 간섭계를 이용한 광섬유 역다중기 구도이다. 신호광(11)에 대해서 50 : 50인 3dB 결합기(2-2)와 광섬유로 간섭계를 형성하고 간섭계의 경로에 편광 분리/결합기(8)를 위치시켜 조절광(12)을 간섭계 내로 결합/분리시키는 구도이다.
이와 같은 3dB 분리/결합기(2-2)나 편광 분리 결합기(8)는 보편적인 광부품들로서 한가지의 기능만을 가지므로 우수한 성능으로의 제작이 비교적 용이하다.
그러나 간섭계내에 많은 부품들이 위치하므로 그 구조가 복잡하고 여러번에 걸친 결합손실이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위한 것으로, 장파장 광통신용 파장인 1.55microm에서 손실이 거의 없고 스위칭 시간이 가장빠른 광섬유를 비선형 매질로 하고, 소수의 일반적인 부품을 사용하고도 기존의 구도보다 우수한 성능의 편광변조 사냑 간섭계를 이용한 광섬유 시분할 역다중기를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로는 신호광과 조절광을 입사시켜 분리/결합기와 편광유지 광섬유 루우프(loop)를 포함하는 간섭계를 통해 시분할 역다중화 기능을 하는 사냑(Sagnac) 간섭계를 이용한 광섬유 역다중기에 있어서, 상기 신호광과 조절광을 간섭계로 45의 각도차로 입사시키고, 상기 분리/결합기 편광 분리기를 사용하고, 상기 광섬유 루우프내에 반파장판(편광조절기)을 위치시킨 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성 및 작용효과를 첨부된 도면에 따라 상세히 기술하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명 광섬유 편광 분리/결합기와 편광조절기로 구성된 편광변조 사냑 간섭계형 광섬유 스위치 구조를 나타낸 것이고, 제4도는 입사된 광이 편광방향에 따른 광섬유 편광 분리/결합기에 의해 분리/결합되는 모양을 나타내고 있다.
본 발명의 설명에서 종래와 같은 기능을 갖는 장치에 대해서는 종래의 부호와 같은 부호를 사용한다.
종래에는 간섭계가 제1도나 제2도에서와 같이 간섭계 출력단에서 간섭계 두팔의 위상차에 따라 보강간섭(constructive interfcrence)이나 소멸간섭(destructive interference)이 일어나 광의 세기(진폭)가 변조되고, 공간적인 분리가 일어나는 것이 주요 원리이다.
본 발명에서의 편광변조 간섭계라는 것은 간섭계(17)의 형태는 그대로 사용하고 두팔을 지나온 광의 위상차가 간섭광 세기변화(진폭)의 형태로 나타나는 것이 아니고 편광회전(간섭)형태로 나타내는 것을 의미한다.
간섭계(17)를 이루는 주요부품은 편광 분리/결합기(8-1)와 반파장판(편광 조절기)(16) 그리고 광섬유로 구성한다.
상기 광섬유는 자체의 편광 분산을 보상하기 위하여 편광유지 섬유 4가닥을 광축이 수직하게 하여 교대로 광섬유 루우프(1)를 만든다.
이때 광섬유 루우프(1)내에 반파장판(16)은 출력단에서 조절광(12) 신호광(11)의 분리를 용이하게 한다.
기본적인 동작원리는 입력광 신호(3)과 제어 광펄스(4)가 간섭계(17)에서 어떤 기능을 수행하여 스위치된 광신호(5)를 출력하는 것이다.
즉, 입력광 신호의 펄스(3)중 어떤 하나의 펄스를 제어 광펄스(4)에 의해 선택하는 것이다.
편광 분리/결합기(8-1)는 제4도에서 보여지는 바와 같이 a port로 45°의 편광을 가진 신호광이 간섭계(17)내로 입사하면 편광 분리/결합기(8-1)에 의해서 두 성분으로 나뉘어진다.
여기서 S-편광을 갖는 광펄스(B)는 S파로 P-편광을 갖는 광펄스(14)는 P파로 설명한다.
S파는 c port로 P파는 d port로 전파하는 특성을 가지고 있으므로, 이를 이용하면 입사하는 광의 편광에 따라서 그 광의 광섬유 루우프(1)를 진행하는 경로가 결정된다.
조절광(12)은 S파(또는 P파)상태로 이 편광 분리/결합기(8-1)의 b port로 입사되면 d(C) port로만 전파하게 된다. 따라서 입사된 신호광 중에서 d(C)port로 진행하는 P파에만 비선형 굴절율을 유도한다.
P파와 S파의 비선형 굴절율과 거리의 곱이 반파장 차이가 나도록 구성 하면, 광섬유 루우프(1)를 전부회전한 후 신호광(11)의 편광은 원래 입사시 편광에 비해 90°회전하게 되어 편광 분리기(8)에 의해서 분리된다. 이때 반파장판(편광 조절기(16))을 사용한 이유는 조절광(12)과 신호광(11)의 분리를 쉽게하기 위해서이다.
이상과 같이 본 발명은 기존에 알려진 광섬유 역다중기 구조들과는 다른 새로운 방법이며, 특수한 광부품을 사용하지도 않고 간단한 구조로서 광신호를 시분할 역다중화할 수 있는 구도이다.
상기와 같은 작용으로 본 발명은 대용량의 정보를 고속처리하기 위해서는 필수적이며 정보의 손실이 적고 실용성이 높은 이점이 있다.
또한 본 발명은 고속 시간 분할 광통신에서의 역다중기나 고속광논리 소자에 적용되어 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

  1. 신호광과 조절광을 입사시켜 분리/결합기와 편광유지 광섬유 루우프(loop)를 포함하는 간섭계를 통해 시분할 역다중화 기능을 하는 사냑(Sagnac) 간섭계를 이용한 광섬유 역다중기에 있어서, 상기 신호광(11)과 조절광(12)을 간섭계(17)로 45°의 각도차로 입사하고, 상기 분리/결합기로 사용한 편광 분리기(8-1)와, 상기 광섬유 루우프(1)내에 반파장판(16)을 위치시킨 것을 특징으로 하는 편광변조 사냑 간섭계를 이용한 광섬유 시분할 다중기.
KR1019920025027D 1992-12-22 1992-12-22 편광변조 사냑(Sagnac) 간섭계를 이용한 광섬유 시분할 다중기 KR950004883B1 (ko)

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