WO2015083993A1 - 폴리머 파장 가변 레이저를 이용한 광선로 검사기 - Google Patents

폴리머 파장 가변 레이저를 이용한 광선로 검사기 Download PDF

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WO2015083993A1
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tunable laser
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optical signal
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나기운
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주식회사 쏠리드
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    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser

Definitions

  • the present invention relates to an optical line inspection technology, and more particularly, an optical pulse having a constant size while varying the wavelength of a light source using a polymer Bragg grating waveguide in an optical time detector (OTDR). It relates to a light beam inspector for generating and inspecting the condition of the light path.
  • OTD optical time detector
  • optical communication network is increasing as a backbone network for mobile communication network and at home, FTTH (Fiber To The Home) due to the increase of multimedia service such as VOD (Video On Demand) service.
  • VOD Video On Demand
  • the optical subscriber network such as this is rapidly increasing.
  • Service Providers need to continuously monitor the condition of optical fiber lines located in various areas and in various areas. It should be identified and repaired.
  • the optical measuring device for monitoring the optical path and measuring the fault location is a typical optical path tester (hereinafter referred to as OTDR: OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER).
  • OTDR OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER
  • the OTDR receives an optical pulse having a large size and a short pulse width in the optical path as shown in FIG. 1, and then receives optical pulses reflected from a cutting surface of the optical path or an optical connector.
  • the OTDR receives an optical pulse having a large size and a short pulse width in the optical path as shown in FIG. 1
  • optical pulses reflected from a cutting surface of the optical path or an optical connector By analyzing the received light pulses, it is possible to predict the state of the optical path. Since the operation principle of the OTDR corresponds to a known technique, a detailed description thereof will be omitted.
  • This dynamic operating range means the distance that the OTDR can measure.
  • the size of the optical pulse must be increased.
  • the resolution of the OTDR decreases as shown in FIG. 3. The shorter the resolution, the better the resolution.
  • the resolution is represented by parameters such as the event deadzone and the attenuation deadzone, all of which are interconnected, so if one characteristic is improved, one characteristic will suffer.
  • an optical amplifier for example, an EDFA: Erbum doped fiber amplifier
  • an OTDR method uses a large optical pulse because the intensity of light changes very rapidly over time.
  • EDFA Erbum doped fiber amplifier
  • the present invention has been made to improve the prior art as described above, and to provide an optical path inspector with improved dynamic range and resolution.
  • an optical path inspector for inspecting a state of an optical path includes: a variable wavelength laser (402) for outputting an optical signal having a variable wavelength; And a signal processing and control unit 410 for outputting a control signal for tuning the operating wavelength of the wavelength tunable laser 402.
  • the tunable laser 402 includes a laser diode 501 coated on one side of an anti reflection; And a polymer Bragg grating waveguide 504 whose wavelength reflected by the column electrode 502 is controlled, wherein the column electrode 502 controls the temperature of the polymer Bragg grating waveguide 504 by the control signal. It is done.
  • an optical circulator for injecting the light output of the wavelength tunable laser 402 into the optical path 102, and transmits the signal reflected in the optical path 102 to the optical filter 406 It further comprises 404.
  • the light output intensity of the tunable laser 402 is characterized in that it is kept constant.
  • control signal has two or more levels
  • the tunable laser 402 is characterized in that it outputs an optical signal of a different wavelength according to each level.
  • a post optical amplifier 403 for optically amplifying the light output of the tunable laser 402 is characterized in that it further comprises.
  • it is characterized in that it further comprises a pre-optical amplifier 405 that amplifies the optical output of the optical circulator 404 and transmits it to the optical filter 406.
  • an optical path inspector for inspecting a state of an optical path includes: a variable wavelength laser (402) for outputting an optical signal having a variable wavelength; And a signal processing and control unit 410 for outputting a control signal for tuning an operating wavelength of the tunable laser 402, wherein the tunable laser 402 has one side coated with anti-reflection.
  • the temperature of the polymer Bragg grating waveguide 504 is controlled.
  • an optical circulator 404 for injecting the light output of the wavelength tunable laser 402 into the optical path (102), and outputs a signal reflected from the optical path (102); And an optical filter 406 for filtering and outputting the output of the optical circulator 404.
  • a directional optical coupler for injecting the light output of the wavelength tunable laser 402 into the optical path (102), and outputs the signal reflected from the optical path (102); And an optical filter 406 for filtering and outputting the output of the directional optical coupler.
  • the tunable laser 402 generates an optical signal incident on the optical path to monitor the condition of the optical path, the wavelength of the optical signal changes over time and the light intensity is independent of the wavelength Controlled to a predetermined size;
  • An optical filter 506 for extracting only an optical signal having a specific optical wavelength from the optical signal received at the optical path;
  • an optical receiver 407 for photoelectrically converting the optical signal extracted from the optical filter 506.
  • the tunable laser comprises a polymer Bragg grating waveguide 504, wherein the wavelength of the optical signal of the tunable laser is controlled by the temperature of the polymer Bragg grating waveguide 504 do.
  • the measurement optical signal of the OTDR is not in the form of the intensity changing with time, so that the non-linearity existing between the optical signal and the optical path as the light intensity changes with time This eliminates the measurement error.
  • the optical path inspector since the optical signal of the OTDR is not a form in which the intensity changes with time, it is possible to use EDFAs whose characteristics vary frequently with changes in the light intensity, and consequently This increases the dynamic range.
  • 1 is a configuration diagram of the operation principle of a general OTDR.
  • FIG. 2 is an exemplary view of a measurement result of a general OTDR.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of an optical pulse width and resolution in a conventional OTDR.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an optical path inspector OTDR according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a structural diagram of a polymer tunable laser according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram of an output wavelength change of a polymer tunable laser according to temperature control of a column electrode in a polymer Bragg grating waveguide.
  • FIG. 8 shows characteristics of an output signal of a tunable laser, a signal reflected from an optical path, an output signal of an optical filter, and the like.
  • the Bragg grating waveguide is a passive optical element that reflects only the optical signal of the optical wavelength 1 determined according to the lattice spacing among the optical signals of various wavelengths incident and passes the remaining wavelengths.
  • the polymer Bragg grating waveguide is a passive optical device that is made of a Bragg grating waveguide using a polymer, and changes the light wavelength reflected by the Bragg grating using the thermo-optic effect of the polymer.
  • the polymer Bragg grating is mainly used as an optical filter in the optical receiver, etc., and corresponds to a known technique as a device widely used in the optical communication field.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an optical path inspector OTDR according to an embodiment of the present invention.
  • the optical path inspector includes a polymer tunable laser 402, an optical circulator 404, an optical filter 406, an optical receiver 407, and an analog-digital converter 409. ),
  • the signal processing and control unit 410, the wavelength signal generator 401, the light source control unit 408, the post-optical amplifier (403: Post-Optical Amplifier) and the pre-optical amplifier (405: Pre-Optical amplifier) Include.
  • the polymer tunable laser 402 outputs an optical signal having a variable wavelength.
  • the polymer tunable laser 402 outputs a CW (Continuous Wave) optical signal and converts the wavelength of the CW laser through external resonance with the anti-reflective coated laser diode 501 and the laser diode 501.
  • the polymer Bragg grating waveguide 502 is a waveguide made of a polymer material, and a Bragg grating is generated in the waveguide.
  • the Bragg grating waveguide is a passive optical device that reflects only an optical signal having an optical wavelength ⁇ 1 determined according to the lattice spacing among the optical signals of various wavelengths incident thereto and passes the remaining wavelengths.
  • the optical signal of the wavelength ⁇ 1 of the light output of the anti-reflection coated laser diode 501 is reflected by the polymer Bragg grating waveguide 504 and returned to the laser diode 501. Therefore, the laser diode 501 and the polymer Bragg grating waveguide 504 act as an external resonator, and as a result, the laser diode 501 outputs an optical signal having an optical wavelength lambda 1.
  • the polymer has a thermooptic effect and the refractive index changes with heat. Accordingly, the polymer Bragg grating waveguide 504 may tune the light wavelength reflected by the heat applied by the column electrode 502 to another light wavelength ⁇ 2, and thus the laser diode 501 and the polymer Bragg grating waveguide 504. The resonant wavelength is tuned. As a result, the laser diode 501 outputs an optical signal having an optical wavelength ⁇ 2.
  • FIG. 6 exemplarily illustrates the light output of the polymer tunable laser according to the temperature change of the polymer Bragg grating waveguide under the control of the column electrode 502.
  • the light output wavelengths of the polymer tunable laser 402 are ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 ( ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3), respectively.
  • the light output of the polymer tunable laser 402 is the same because the light source control unit is kept constant.
  • the light source controller 408 also maintains a constant temperature of the laser diode 501 in the polymer tunable laser 402.
  • the signal processing and control unit 410 outputs a control signal for tuning the operating wavelength of the polymer tunable laser 402.
  • the signal processing and control unit 401 transmits a control signal relating to the light output intensity and temperature control of the laser diode 501 in the polymer tunable laser 402 to the light source control unit 408, and the light source control unit 408 controls the control signal.
  • the control according to the control the light output intensity and temperature of the laser diode 501.
  • the configuration of the light source controller 408 may be the same as the configuration for automatic power output control (APC) and automatic temperature control (ATC) of a conventional laser.
  • the signal processing and control unit 410 transmits a control signal regarding the start of the pulse and the pulse width so that the wavelength signal generator 401 generates the polymer heater driving signal (a in FIG. 4).
  • the column electrode 502 of the polymer tunable laser 402 controls the temperature of the polymer Bragg grating waveguide 504 according to the control signal.
  • the polymer tunable laser 402 when the heater driving signal is at a LOW level (level 0), the reflected light wavelength of the polymer Bragg grating waveguide is ⁇ 1, and at the HIGH level (level 1), the polymer Bragg grating When the reflected light wavelength of the waveguide is ⁇ 2, in each case, the polymer tunable laser 402 generates an optical signal having optical wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 as shown in FIG. 8E.
  • the light output of the polymer tunable laser 402 is shown in comparison with the polymer heater driving signal as shown in FIG. In view, the light output is maintained at a constant light output along the time axis.
  • the wavelength of the polymer tunable laser 402 is changed to ⁇ 1 or ⁇ 2 according to the level of the heater driving signal.
  • the measurement optical signal output from the wavelength tunable laser 402 to inspect the state of the optical path 102 has a plurality of wavelengths including a specific wavelength alternately as time passes. It has the form of a pulse.
  • the optical signal having the wavelength ⁇ 1 and the wavelength ⁇ 2 alternates with time, and only the portion having the wavelength ⁇ 2 is separated from the optical signal. It has the form of a light pulse or a form similar to the light pulse.
  • the light output of the polymer tunable laser 402 is incident into the optical path 102 through the post optical amplifier 403 and the optical circulator 404.
  • the incident optical signal is reflected according to the state of the light path, and the reflected optical signal is incident on the optical circulator 404 and then output to the optical filter 406 via the pre-optical amplifier 405.
  • the optical signal reflected from the optical path 102 is shown in Fig. 8C.
  • the optical signal shape of FIG. 8 (c) is exemplary and has a different shape depending on the state of the optical path.
  • the optical filter 406 passes the optical signal of wavelength ⁇ 2 and does not pass the optical signal of the remaining wavelength ⁇ 1 by filtering.
  • the output optical signal of the optical filter 406 is shown in Fig. 8D.
  • the signal reflected from the optical path 102 alternates between optical signals having a plurality of wavelengths including a specific wavelength ⁇ 2.
  • the optical filter 406 passes an optical signal having a specific wavelength ⁇ 2 and passes a specific wavelength ( Optical signals of other wavelengths except ⁇ 2) are not passed.
  • the output optical signal d of the optical filter 406 is photoelectrically converted by the light receiving unit 407 and converted into a digital signal by the analog-digital converting unit 409 and then by the signal processing and control unit 410.
  • the signal is processed to analyze the state of the optical path. For example, by measuring the time when the incident optical signal is reflected back, it is possible to determine whether the cutting of the abnormal light path and the cutting position.
  • the post optical amplifier 403 and the pre optical amplifier 405 may determine whether to use the optical amplifier.
  • a fiber amplifier, a semiconductor optical amplifier, or the like is used as the pre-optical amplifier 403 and the post-optical amplifier 405.
  • optical circulator 404 may be replaced with a directional optical coupler
  • FIG. 7 shows a port correspondence between the optical circulator 404 and the directional optical coupler.

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Abstract

본 발명은 폴리머 그레이팅을 이용한 광신호의 파장을 가변하는 폴리머 파장 가변 레이저를 광원으로 하는 광선로 검사기에 대한 것이다. 본 발명의 광선로 검사기는 일정한 광신호를 출력하는 폴리머 파장 가변 레이저의 파장을 가변하고, 광선로에서 회귀하는 광신호를 특정 중심 파장을 가지는 광필터로 분리하여 광선로의 절단, 반사, 손실을 검사한다. 본 발명에 따르면 일정한 광세기의 광원을 이용하므로, 광선로에서 발생하는 비선형효과를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

폴리머 파장 가변 레이저를 이용한 광선로 검사기
본 발명은 광 선로 검사 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광선로 검사기(OTDR: OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER)에서 폴리머 브래그 격자(Bragg grating) 도파로를 이용하여 광원의 파장을 가변시키면서 일정한 크기의 광펄스를 생성하여 광선로의 상태를 검사하기 위한 광선로 검사기에 관한 것이다.
최근 LTE 이동통신망을 통한 멀티미디어 서비스의 비약적 증가에 따라 이동통신망을 위한 백본망으로서 광통신망이 증대되고 있으며, 가정에서는 VOD(Video On Demand) 서비스와 같은 멀티미디어 서비스 증가로 인하여 FTTH(Fiber To The Home)와 같은 광가입자망이 급격하게 증대되고 있다. 한편, 이러한 광선호를 기반으로 하는 멀티미디어 서비스의 증대에 따라 서비스 공급자(Service Provider)들은 무수히 많으면서도 다양한 지역에 위치는 광선로의 상태를 지속적으로 감시할 필요가 있으며, 장애발생시에 고장위치를 즉각적으로 파악하여 광선로를 복구하여야 한다.
광선로를 감시하고 고장위치를 계측하기 위한 광계측기로는 광펄스를 이용하는 광선로 검사기(이하, OTDR: OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER이라 한다)가 대표적인다. OTDR은 도 1과 같이 레이저(100)에서 크기가 크고 펄스 폭이 짧은 광펄스를 광선로에 입사시킨 후, 광선로의 절단면 또는 광커넥터 등에서 반사되는 광펄스를 수신하여 도 2와 같은 결과를 얻는다. 그리고 이렇게 수신된 광펄스를 분석함으로써 광선로의 상태를 예측할 수 있다. OTDR의 동작원리는 공지의 기술에 해당하므로 구체적인 설명은 생략한다.
(참고문헌 : 대한민국 특허공개공보 제2004-23305호, 대한민국 특허공개공보 제1997-28648호)
광펄스를 이용한 고전적인 OTDR은 많은 경우, 광선로의 품질을 관리하는데 있어서 유용한 도구였지만, 다음과 같은 단점을 가지고 있었다.
하나는, 동적작동범위(Dynamic Range)를 늘리기 어렵다는 것이다. 이러한 동적작동범위는 OTDR이 측정할 수 있는 거리를 의미하는데, 이 범위를 늘리기 위해서는 광펄스의 크기를 크게 해야 한다. 하지만, 광펄스의 크기를 임계치 이상으로 크게 하면, 광선로와 광펄스 사이의 상호작용에 따른 비선형효과(nonlinear effect)가 강하게 일어나서 광펄스의 모양이 일그러지게 되어 측정 오류를 일으킨다. 이런 오류를 피하기 위해서 현재는 광펄스의 크기를 크게 하지 못하고, 대신에 광펄스의 길이(폭)를 늘리고 있다. 이렇게 하면 동적작동범위는 늘어나게 된다. 하지만, 광펄스의 길이가 늘어남에 따라 도 3과 같이 OTDR의 분해능이 떨어지게 된다. 분해능은 광펄스의 길이가 짧을수록 당연히 좋아진다. 분해능은 이벤트 데드존(Event deadzone)과 감쇠 데드존(Attenuation Deadzone) 등의 파라미터로 나타내는데 이 모든 것이 상호연결되어 있어서 한 특성을 개선하면 한 특성에서는 손해를 보게 되어 있다.
또한 동적동작범위를 늘리기 위한 다른 방법으로서 광증폭기(예를 들면, EDFA : Erbum doped fiber amplifier)를 사용할 수도 있지만, 기존의 OTDR 방식은 시간에 따라 광세기 변화가 매우 빠르고 큰 광펄스를 사용하기 때문에, 광펄스 증폭에 EDFA를 사용하는 것은 부적절하다. 이와 같이 종래기술에 따르면 동적동작범위 및 분해능을 더욱 개선하는데 한계가 있기 때문에 이를 해결할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 동적 동작범위와 분해능을 개선한 광선로 검사기를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 측정 광신호가 광선로에서 일으키는 비선형 효과를 최소화하고 EDFA와 같은 광증폭기를 사용할 수 있는 광선로 검사기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 광선로의 상태를 검사하기 위한 광선로 검사기에 있어서, 가변 파장의 광신호를 출력하는 파장 가변 레이저(402); 상기 파장 가변 레이저(402)의 동작 파장을 튜닝하기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어부(410);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 파장 가변 레이저 (402)는 한쪽면이 무반사(Anti reflection) 코팅된 레이저 다이오드(501); 열전극(502)에 의해 반사되는 파장이 제어되는 폴리머 브래그 격자 도파로(504)를 포함하며, 열전극(502)은 상기 제어신호에 의해 상기 폴리머 브래그 격자 도파로(504)의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 광선로(102)로 입사시키며, 상기 광선로(102)에서 반사된 신호를 광필터(406)로 전송하는 광써큘레이터(404)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력 세기는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 제어신호는 2이상의 레벨을 가지며, 상기 파장 가변 레이저(402)는 각 레벨에 따라 서로 다른 파장의 광신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 광증폭하는 후치 광증폭기(403)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 광써큘레이터(404)의 광출력을 증폭하여 광필터(406)로 전송하는 전치광증폭기(405)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 광선로의 상태를 검사하기 위한 광선로 검사기에 있어서, 가변 파장의 광신호를 출력하는 파장 가변 레이저(402); 상기 파장 가변 레이저(402)의 동작 파장을 튜닝하기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어부(410);를 포함하며, 상기 파장 가변 레이저(402)는, 한쪽면이 무반사(Anti reflection) 코팅된 레이저 다이오드(501); 열전극(502)에 의해 반사되는 파장이 제어되며 상기 레이저 다이오드(501)의 외부 공진기로 동작하는 폴리머 브래그 격자 도파로(504);를 포함하며,상기 열전극(502)은 상기 제어신호에 의해 상기 폴리머 브래그 격자 도파로(504)의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 광선로(102)로 입사시키며, 상기 광선로(102)에서 반사된 신호를 출력하는 광써큘레이터(404); 상기 광써큘레이터(404)의 출력을 필터링하여 출력하는 광필터(406);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 광선로(102)로 입사시키며, 상기 광선로(102)에서 반사된 신호를 출력하는 방향성 광결합기; 상기 방향성 광결합기의 출력을 필터링하여 출력하는 광필터(406);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 파장 가변 레이저(402)는 광선로의 상태를 감시하기 위하여 광선로로 입사되는 광신호를 생성하며, 상기 광신호의 파장은 시간에 따라서 변화하며 광세기는 파장과 무관하게 소정의 크기로 제어되며; 광선로에서 수신되는 광신호에서 특정 광파장의 광신호만을 추출하는 광필터(506); 및 상기 광필터(506)에서 추출된 광신호를 광전변환하는 광수신부(407);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 파장 가변 레이저는 폴리머 브래그 격자 도파로(504)를 포함하며, 상기 파장 가변 레이저의 광신호 파장은 상기 폴리머 브래그 격자 도파로(504)의 온도에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 광선로 검사기에 따르면, OTDR의 측정 광신호가 시간에 따라 세기가 변하는 형태가 아니어서, 시간에 따라 광 세기가 변함에 따라 광신호와 광선로 사이에 존재하는 비선형성이 없어지므로 측정 오류를 줄여주는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 광선로 검사기에 따르면, OTDR의 측정 광신호가 시간에 따라 세기가 변하는 형태가 아니어서, 광세기의 변화에 특성이 자주 변하는 EDFA를 사용할 수 있게 해주며, 결과적으로 OTDR의 동적 동작범위를 늘려주는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 OTDR의 동작 원리에 대한 구성도이다.
도 2는 일반적인 OTDR의 측정결과의 예시도이다.
도 3은 종래의 OTDR에서 광펄스폭과 분해능에 관한 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 검사기(OTDR)의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 파장 가변 레이저의 구조도이다.
도 6은 폴리머 브래그 격자 도파로에서 열전극의 온도 제어에 따라 폴리머 파장 가변 레이저의 출력 파장 변화에 대한 예시도이다.
도 7은 광써큘레이터와 방향성결합기의 대응관계를 나타내는 것이다.
도 8은 파장 가변 레이저의 출력신호, 광선로에서 반사되는 신호, 광필터의 출력 신호 등의 특성을 도시한 것이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 수동 광소자의 동작 원리를 간략하게 설명한다. 브래그 격자 도파로는 입사되는 다양한 파장의 광신호 중에서 격자 간격에 따라 정해지는 광파장(1)의 광신호만를 반사시키고 나머지 파장은 통과시키는 수동광소자이다.
폴리머 브래그 격자 도파로는 브래그 격자 도파로를 폴리머를 이용하여 만든 것으로서, 폴리머의 열광학효과를 이용하여 브래그 격자에서 반사되는 광파장을 변화시키는 수동광소자이다. 폴리머 브래그 격자는 주로 광수신단 등에서 광필터로 사용되며, 광통신 분야에서 널리 사용되는 소자로서 공지의 기술에 해당한다.
(참고문헌 : 대한민국 특허등록번호 제10-0367095호)
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, 광선로 검사기(OTDR)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광선로 검사기는 폴리머 파장 가변 레이저(402), 광써큘레이터(404), 광필터(406), 광수신부(407), 아날로그-디지털 변환부(409), 신호처리 및 제어부(410), 파장신호발생부(401), 광원제어부(408), 후치광증폭부(403: Post-Optical Amplifier) 및 전치광증폭부(405:Pre-Optical amplifier)를 포함한다.
먼저, 폴리머 파장 가변 레이저(402)의 구성을 도 5를 통하여 상세히 설명한다.
폴리머 파장 가변 레이저(402)는 가변 파장의 광신호를 출력한다. 폴리머 파장 가변 레이저(402)는, CW(Continuous Wave) 광신호를 출력하며 한쪽면이 무반사(Anti reflection) 코팅된 레이저 다이오드(501), 레이저 다이오드(501)와의 외부 공진을 통하여 CW 레이저의 파장을 제어하기 위한 폴리머 브래그 격자(Bragg grating) 도파로(504), 폴리머 브래그 격자 도파로(504)에 열을 가함으로서 브래그 격자의 온도를 변화시키고 제어하기 위한 열전극(502)을 포함하여 구성된다.
폴리머 브래그 격자 도파로(502)는 폴리머 재료로써 도파로를 만들고, 상기 도파로에 브래그 격자(Bragg grating)를 생성한 것이다. 상기 브래그 격자 도파로는 앞서 언급한 바와 같이 입사되는 다양한 파장의 광신호 중에서 격자 간격에 따라 정해지는 광파장(λ1)의 광신호만를 반사시키고 나머지 파장은 통과시키는 수동광소자이다.
따라서, 한쪽면이 무반사(Anti reflection) 코팅된 레이저 다이오드(501)의 광출력 중에서 광파장 λ1의 광신호는 상기 폴리머 브래그 격자 도파로(504)에서 반사되어 상기 레이저 다이오드(501)로 회귀된다. 따라서, 레이저 다이오드(501)와 상기 폴리머 브래그 격자 도파로(504)는 외부 공진기로 작용하며, 결과적으로 레이저 다이오드(501)는 광파장 λ1의 광신호를 출력한다.
한편, 폴리머는 열광학 효과를 가지며 열에 따라 굴절률이 변화하는 특징을 가진다. 따라서, 폴리머 브래그 격자 도파로(504)는 열전극(502)에 의하여 가해지는 열에 따라 반사되는 광파장을 다른 광파장(λ2)으로 튜닝할 수 있으며, 이에 따라 레이저 다이오드(501)와 폴리머 브래그 격자 도파로(504) 간의 공진 파장이 튜닝된다. 결과적으로, 레이저 다이오드(501)는 광파장 λ2의 광신호를 출력한다.
도 6에는 열전극(502)의 제어에 따른 폴리머 브래그 격자 도파로의 온도 변화에 따른 폴리머 파장 가변 레이저의 광출력을 예시적으로 도시한다. 도 6에서 온도(T)가 5, 25, 55℃일 때는 폴리머 파장 가변 레이저(402)의 광출력 파장은 각각 λ1, λ2, λ3 (λ1 < λ2 < λ3)이다. 이때, 폴리머 파장 가변 레이저(402)의 광출력은 광원제어부가 일정하도록 유지하고 있기 때문에 동일하다. 광원제어부(408)는 폴리머 파장 가변 레이저(402)에서 레이저 다이오드(501)의 온도 또한 일정하게 유지한다.
도 4로 돌아가, 폴리머 파장 가변 레이저(402)를 이용한 광선로 검사기(OTDR)의 동작을 설명한다. 먼저, 신호처리 및 제어부(410)은 폴리머 파장 가변 레이저(402)의 동작 파장을 튜닝하기 위한 제어신호를 출력한다. 신호처리 및 제어부(401)는 폴리머 파장 가변 레이저(402)내의 레이저 다이오드(501)의 광출력세기 및 온도제어에 관한 제어신호를 광원제어부(408)로 전송하고, 광원제어부(408)는 제어신호에 따른 제어를 수행하여 레이저 다이오드(501)의 광출력세기 및 온도를 제어한다. 광원제어부(408)의 구성은 통상적인 레이저의 자동 광출력 제어(APC : Automatic Power Control) 및 자동 온도 제어(ATC : Automatical Temperature Control)를 위한 구성과 동일할 수 있다.
신호처리 및 제어부(410)은 파장신호발생부(401)가 폴리머 히터 구동신호(도 4의 a)를 생성하도록 펄스의 시작과 펄스폭에 관한 제어신호를 전송한다. 다음으로, 폴리머 파장 가변 레이저(402)의 열전극(502)은 제어신호에 따라 폴리머 브레그 격자 도파로(504)의 온도를 제어한다.
이때, 도 8(a)에 도시된 바와 같이 상기 히터 구동 신호가 LOW 레벨(레벨 0)일 때는 폴리머 브레그 격자 도파로의 반사 광파장은 λ1로 하고, HIGH 레벨(레벨 1)일 때는 폴리머 브레그 격자 도파로의 반사 광파장은 λ2로 하면, 각 경우에 폴리머 파장 가변 레이저(402)는 광파장이 각각 λ1, λ2 인 광신호를 도 8(e)와 같이 생성한다.
그리고, 폴리머 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 폴리머 히터구동신호와 비교하여 나타내면 도 8(b)에 도시된 바와 같다. 살펴보면, 광출력은 시간축에 따라 일정한 광출력으로 계속 유지된다. 그리고, 히터 구동 신호의 레벨에 따라 폴리머 파장 가변 레이저(402)의 파장은 λ1 또는 λ2로 변화된다.
광선로(102)의 상태를 검사하기 위하여 파장 가변 레이저(402)에서 출력되는 측정 광신호는, 특정 파장을 포함하는 복수의 파장이 시간의 경과에 따라 번갈아 나타나며, 특정 파장을 가진 부분만을 보면 광펄스의 형태를 가진다.
예를 들면, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 측정 광신호는 파장 λ1 및 파장 λ2을 가지는 광신호가 시간의 경과에 따라 번갈아 나타나며, 광신호에서 파장 λ2을 가진 부분만을 따로 떼어 내서 생각해 보면 광펄스의 형태 또는 광펄스와 유사한 형태를 가진다.
폴리머 파장 가변 레이저(402)의 광출력은 후치 광증폭기(403) 및 광써큘레이터(404)를 통해 광선로(102)로 입사된다. 입사된 광신호는 광선로의 상태에 따라 반사되고, 반사된 광신호는 광써큘레이터(404)로 입사된 후, 전치 광증폭부(405)를 개재하여 광필터(406)로 출력된다.
광선로(102)로부터 반사된 광신호는 도 8(c)에 도시되어 있다. 도 8(c)의 광신호 형태는 예시적인 것으로서 광선로의 상태에 따라 다른 형태를 가진다. 광필터(406)은 파장 λ2의 광신호는 통과시키고 나머지 파장 λ1의 광신호는 필터링하여 통과시키지 않는다. 광필터(406)의 출력 광신호는 도 8(d)에 도시되어 있다.
광선로(102)에서 반사되어 오는 신호는 특정 파장(λ2)을 포함하는 복수의 파장을 가진 광신호가 번갈아 나타나는 데, 광필터(406)는 특정 파장(λ2)의 광신호는 통과시키고 특정 파장(λ2)을 제외한 다른 파장의 광신호는 통과시키지 않게된다.
상기 광필터(406)의 출력 광신호(d)는 광수신부(407)에 의해 광전변환되고, 아날로그-디지털 변환부(409)에 의해 디지털 신호로 변환된 후 신호처리 및 제어부(410)에 의해 신호처리 되어 광선로의 상태를 분석한다. 예를 들면, 입사된 광신호가 반사되어 돌아오는 시간을 계측함에 따라 비정상적인 광선로의 절단 여부 및 절단 위치를 판단할 수 있다.
후치 광증폭부(403)와 전치 광증폭부(405)는 필요에 따라 사용여부를 결정할 수 있다. 전치 광증폭부(403) 및 후치 광증폭부(405)는 광섬유증폭기(Fiber amplifier), 반도체광증폭기(Semiconductor optical amplifier) 등이 사용된다.
또한, 광써큘레이터(404)는 방향성 광결합기(directional optical coupler)로 대체될 수 있으며, 도7은 광써큘레이터(404)와 방향성 광결합기(directional optical coupler)의 포트 대응관계를 나타낸다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (14)

  1. 광선로(102)의 상태를 검사하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
    가변 파장의 광신호를 출력하는 파장 가변 레이저(402);
    상기 파장 가변 레이저(402)의 동작 파장을 튜닝하기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어부(410);
    상기 광선로(102)로부터 반사된 광신호를 필터링하는 광필터(406);를 포함하며,
    상기 파장 가변 레이저(402)에서 출력되는 광신호의 광출력이 시간축에 따라 유지되면서, 상기 제어신호에 따라 상기 파장 가변 레이저(402)에서 출력되는 광신호의 파장은 제 1 파장(λ1) 및 제 2 파장(λ2)을 포함하는 파장들 사이에서 변화하며,
    상기 광필터(406)는 상기 제 2 파장(λ2)의 광신호는 통과시키고 상기 제 1 파장(λ1)의 광신호는 통과시키지 않는,
    것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장 가변 레이저(402)는,
    한쪽면이 무반사(Anti reflection) 코팅된 레이저 다이오드(501);
    열전극(502)에 의해 반사되는 파장이 제어되는 폴리머 브래그 격자 도파로(504)'를 포함하며,
    상기 열전극(502)은 상기 제어신호에 의해 상기 폴리머 브래그 격자 도파로(504)의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 상기 광선로(102)로 입사시키며, 상기 광선로(102)에서 반사된 신호를 상기 광필터(406)로 전송하는 광써큘레이터(404);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력 세기는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어신호는 2이상의 레벨을 가지며, 상기 파장 가변 레이저(402)는 각 레벨에 따라 서로 다른 파장의 광신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  6. 제1항에서 있어서,
    상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 광증폭하는 후치 광증폭기(403;);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 광써큘레이터(404)의 광출력을 증폭하여 상기 광필터(406)로 전송하는 전치광증폭기(405);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  8. 광선로(102)의 상태를 검사하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
    가변 파장의 광신호를 출력하는 파장 가변 레이저(402);
    상기 파장 가변 레이저(402)의 동작 파장을 튜닝하기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어부(410);
    상기 광선로(102)로부터 반사된 광신호를 필터링하는 광필터(406);를 포함하며,
    상기 파장 가변 레이저(402)에서 출력되는 광신호의 광출력이 시간축에 따라 유지되면서, 상기 제어신호에 따라 상기 파장 가변 레이저(402)에서 출력되는 광신호의 파장은 제 1 파장(λ1) 및 제 2 파장(λ2)을 포함하는 파장들 사이에서 변화하며,
    상기 광필터(406)는 상기 제 2 파장(λ2)의 광신호는 통과시키고 상기 제 1 파장(λ1)의 광신호는 통과시키지 않으며,
    상기 파장 가변 레이저(402)는,
    한쪽면이 무반사(Anti reflection) 코팅된 레이저 다이오드(501);
    열전극(502)에 의해 반사되는 파장이 제어되며 상기 레이저 다이오드(501)의 외부 공진기로 동작하는 폴리머 브래그 격자 도파로(504);를 포함하며,
    상기 열전극(502)은 상기 제어신호에 의해 상기 폴리머 브래그 격자 도파로(504)의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 상기 광선로(102)로 입사시키며, 상기 광선로(102)에서 반사된 신호를 출력하는 광써큘레이터(404);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 파장 가변 레이저(402)의 광출력을 상기 광선로(102)로 입사시키며, 상기 광선로(102)에서 반사된 신호를 출력하는 방향성 광결합기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기
  11. 광선로 검사기에 있어서,
    광선로(102)의 상태를 감시하기 위하여 상기 광선로(102)로 입사되는 광신호를 생성하며, 상기 광신호의 파장은 시간에 따라서 제 1 파장(λ1) 및 제 2 파장(λ2)을 포함하는 파장들 사이에서 변화하지만, 상기 광신호의 광세기는 파장과 무관하게 소정의 크기로 제어되는 파장 가변 레이저(402);
    상기 광선로(102)로부터 수신되는 광신호에서 특정 광파장의 광신호만을 추출하는 광필터(406); 및
    상기 광필터(406)에서 추출된 광신호를 광전변환하는 광수신부(407);를 포함하며,
    상기 광필터(406)는 상기 제 2 파장(λ2)의 광신호는 통과시키고 상기 제 1 파장(λ1)의 광신호는 통과시키지 않는,
    것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 파장 가변 레이저(402)는 폴리머 브래그 격자 도파로(504);를 포함하며,
    상기 파장 가변 레이저(402)에서 광신호의 파장은 상기 폴리머 브래그 격자 도파로(504)의 온도에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  13. 광선로(102)의 상태를 검사하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
    가변 파장의 광신호를 출력하는 파장 가변 레이저(402);
    상기 파장 가변 레이저(402)의 동작 파장을 튜닝하기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어부(410);를 포함하며,
    상기 광선로(102)의 상태를 검사하기 위하여 상기 파장 가변 레이저(402)에서 출력되는 측정 광신호는,
    i) 특정 파장(λ2)을 포함하는 복수의 파장이 시간의 경과에 따라 번갈아 나타나며,
    ii) 상기 특정 파장(λ2)을 가진 부분만을 보면 광펄스의 형태 또는 광펄스와 유사한 형태를 가지는,
    것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광선로(102)로부터 반사된 광신호를 필터링하는 광필터(406)를 더 포함하며,
    상기 광필터(406)는 상기 특정 파장(λ2)의 광신호는 통과시키고 상기 특정 파장(λ2)을 제외한 다른 파장의 광신호는 통과시키지 않는,
    것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
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