KR100286426B1 - Bandwidth-variable bandpass filter and filtering method using the same - Google Patents
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Abstract
필터 재료로서 처핑된 광섬유 격자를 사용함으로써 통과 대역폭을 조절할 수 있도록 구성된 대역 통과 필터 및 이를 이용한 광신호의 필터링 방법이 개시되어 있다.A band pass filter configured to adjust a pass bandwidth by using a chirped fiber grating as a filter material and a method of filtering an optical signal using the same are disclosed.
본 발명의 대역폭 가변형 대역 통과 필터는 입력 신호를 서큘레이팅하기 위한 제1 서큘레이터; 처핑된 광섬유 격자를 포함하고, 상기 제1 서큘레이터에 접속되어 선정된 파장의 신호를 반사시키기 위한 제1 반사 수단; 상기 제1 서큘레이터에 접속되어 상기 제1 반사 수단으로부터 반사된 신호를 서큘레이팅하기 위한 제2 서큘레이터; 및 처핑된 광섬유 격자를 포함하고, 상기 제2 서큘레이터에 접속되어 선정된 파장의 신호를 반사시키기 위한 제2 반사 수단을 포함한다. 본 발명의 대역폭 가변형 필터링 방법은 입력 신호를 1차적으로 서큘레이팅하는 단계; 상기 1차 서큘레이팅된 신호 중 선정된 파장의 신호를 반사시키는 제1 반사 단계; 상기 반사된 신호를 2차적으로 서큘레이팅하는 단계; 및 상기 2차 서큘레이팅된 신호 중 선정된 파장의 신호를 반사시키는 제2 반사 단계를 포함한다.A bandwidth variable band pass filter of the present invention includes a first circulator for circulating an input signal; First reflecting means comprising a chirped optical fiber grating and connected to said first circulator for reflecting a signal of a predetermined wavelength; A second circulator connected to the first circulator for circulating a signal reflected from the first reflecting means; And a second reflecting means including a chirped optical fiber grating and connected to said second circulator for reflecting a signal of a predetermined wavelength. A variable bandwidth filtering method of the present invention includes the steps of: primarily circulating an input signal; A first reflection step of reflecting a signal having a predetermined wavelength among the primary circulated signals; Secondary circulating the reflected signal; And a second reflection step of reflecting a signal having a predetermined wavelength among the secondary circulated signals.
본 발명에 따르면, 입력된 광 신호를 파장에 따라 차례로 분리할 수 있으며, 통과 대역폭을 임의로 조절하여 원하는 파장의 신호를 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the input optical signal can be sequentially separated according to the wavelength, and the passband can be arbitrarily adjusted to obtain a signal having a desired wavelength.
Description
본 발명은 대역폭 가변형 대역 통과 필터 및 이를 이용한 필터링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 필터 재료로서 처핑된 광섬유 격자를 사용함으로써 통과 대역폭을 조절할 수 있도록 구성된 대역 통과 필터 및 이를 이용한 광신호의 필터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a variable bandwidth band pass filter and a filtering method using the same. More particularly, the present invention relates to a band pass filter configured to adjust a pass bandwidth by using a chirped optical fiber grating as a filter material, and an optical signal filtering method using the same. It is about.
파장 분할 다중화 방식(Wavelength Division Multiplexing; WDM) 광통신에 있어서, 광 필터는 입력단 또는 출력단에서 특정 대역의 파장 성분만을 제거하거나 통과시키는 기능을 한다. 이러한 광 필터는 통신의 품질을 향상시키기 위하여 원하는 파장 대역만을 정확하게 분리해 낼 수 있는 성능을 갖추는 것이 요망된다.Wavelength Division Multiplexing (WDM) In optical communication, an optical filter functions to remove or pass only wavelength components of a specific band at an input terminal or an output terminal. Such optical filters are required to have a capability of accurately separating only a desired wavelength band in order to improve communication quality.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 페브리-페로(Fabry-Perot) 대역 통과 필터는 가우스 분포형의 통과 대역 스펙트럼을 나타내므로 원하는 않는 인접 대역의 파장 성분도 누화되어 필터의 통과 대역을 확장시키는 단점을 갖고 있다. 또한, 페브리-페로 대역 통과 필터의 가장 큰 단점은 통과 대역폭 자체를 조절할 수 없다는 것이다. 이것은 하나의 필터로는 하나의 고정된 통과 대역폭만을 얻을 수 밖에 없는 하나의 제한 요소가 된다.However, as shown in Fig. 1, the conventional Fabry-Perot bandpass filter exhibits a Gaussian distribution band spectrum, so that unwanted wavelength band components are also crosstalked to extend the passband of the filter. Has the drawback. In addition, the biggest disadvantage of the Fabry-Perot bandpass filter is that the passband itself cannot be adjusted. This is a limiting factor in that only one fixed passband can be obtained with one filter.
따라서, 대역 통과 필터의 성능을 향상시켜 통신의 품질을 향상시키기 위하여는 정확한 파장 대역을 선택할 수 있도록 사각형 모양의 통과 대역 스펙트럼을 가지며 통과 대역폭을 조절할 수 있는 대역폭 가변형 통과 대역 필터가 요망된다.Therefore, in order to improve the performance of the band pass filter to improve the quality of communication, a band pass variable filter having a rectangular pass band spectrum and a pass band which can adjust the pass bandwidth is required to select an accurate wavelength band.
상기한 종래 기술의 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은, 여러 개의 광 신호를 차례로 분리할 수 있도록 통과 파장 대역을 임의로 선택할 수 있으며, 또한 통과 대역폭을 임의로 조절할 수 있는 대역폭 가변형 대역 통과 필터를 제공하는 데 있다.In view of the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a variable bandwidth band pass filter capable of arbitrarily selecting a pass wavelength band so as to sequentially separate a plurality of optical signals, and also to arbitrarily adjust the pass bandwidth. There is.
본 발명의 다른 목적은 상기 대역폭 가변형 대역 통과 필터를 이용하여 광신호를 필터링하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for filtering an optical signal using the variable bandwidth band pass filter.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 대역폭 가변형 대역 통과 필터는 입력 신호를 서큘레이팅하기 위한 제1 서큘레이터; 처핑된 광섬유 격자(chirped fiber gration)를 포함하고, 상기 제1 서큘레이터에 접속되어 선정된 파장의 신호를 반사시키기 위한 제1 반사 수단; 상기 제1 서큘레이터에 접속되어 상기 제1 반사 수단으로부터 반사된 신호를 서큘레이팅하기 위한 제2 서큘레이터; 및 처핑된 광섬유 격자를 포함하고, 상기 제2 서큘레이터에 접속되어 선정된 파장의 신호를 반사시키기 위한 제2 반사 수단을 포함한다.In order to achieve the above object, the bandwidth-variable band pass filter of the present invention comprises a first circulator for circulating the input signal; First reflecting means comprising a chirped fiber gration and connected to said first circulator for reflecting a signal of a predetermined wavelength; A second circulator connected to the first circulator for circulating a signal reflected from the first reflecting means; And a second reflecting means including a chirped optical fiber grating and connected to said second circulator for reflecting a signal of a predetermined wavelength.
상기 제2 반사 수단에 부착되어 상기 제2 반사 수단의 반사 파장을 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.Preferably it further comprises means for attaching to said second reflecting means for changing the reflection wavelength of said second reflecting means.
상기 제1 반사 수단은 장파장이 먼저 반사되는 구조로 상기 제1 서큘레이터에 접속되고, 상기 제2 반사 수단은 단파장이 먼저 반사되는 구조로 상기 제2 서큘레이터에 접속되는 것이 바람직하다.Preferably, the first reflecting means is connected to the first circulator in a structure where the long wavelength is first reflected, and the second reflecting means is connected to the second circulator in a structure where the short wavelength is first reflected.
상기 제2 반사 수단의 반사 스펙트럼 대역폭은 상기 제1 반사 수단의 반사 스펙트럼 대역폭 이상인 것이 바람직하다.Preferably, the reflection spectral bandwidth of the second reflecting means is greater than or equal to the reflection spectral bandwidth of the first reflecting means.
상기 제2 반사 수단의 반사 파장을 변화시키기 위한 수단은 광섬유 신장구(fiber stretcher)를 포함하는 것이 바람직하다.The means for changing the reflection wavelength of the second reflecting means preferably comprises an optical fiber stretcher.
상기 제2 반사 수단의 반사 파장을 변화시키기 위한 수단은 압전 소자를 포함하는 것이 바람직하다.The means for changing the reflection wavelength of the second reflecting means preferably comprises a piezoelectric element.
상기 광섬유 신장구는 압전 소자를 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the optical fiber extension includes a piezoelectric element.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대역폭 가변형 필터링 방법은 입력 신호를 1차적으로 서큘레이팅하는 단계; 상기 1차 서큘레이팅된 신호 중 선정된 파장의 신호를 반사시키는 제1 반사 단계; 상기 반사된 신호를 2차적으로 서큘레이팅하는 단계; 및 상기 2차 서큘레이팅된 신호 중 선정된 파장의 신호를 반사시키는 제2 반사 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a variable bandwidth filtering method including circulating an input signal primarily; A first reflection step of reflecting a signal having a predetermined wavelength among the primary circulated signals; Secondary circulating the reflected signal; And a second reflection step of reflecting a signal having a predetermined wavelength among the secondary circulated signals.
상기 제2 반사 단계는 반사 파장을 가변시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The second reflection step preferably includes varying the reflection wavelength.
상기 제2 반사 단계의 반사 스펙트럼 대역폭은 상기 제1 반사 단계의 반사 스펙트럼 대역폭 이상인 것이 바람직하다.Preferably, the reflection spectral bandwidth of the second reflection step is greater than or equal to the reflection spectral bandwidth of the first reflection step.
도 1은 종래의 페브리-페로 필터와 본 발명에 따른 필터의 통과 대역 스펙트럼의 특성을 비교하기 위한 그래프.1 is a graph for comparing the characteristics of a passband spectrum of a conventional Fabry-Perot filter and a filter according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 대역폭 가변형 대역 통과 필터의 구성도.2 is a block diagram of a variable bandwidth bandwidth pass filter according to the present invention.
도 3은 도 2의 A로 표시된 부분을 확대한 도면.3 is an enlarged view of a portion denoted by A of FIG. 2;
도 4는 본 발명에 따른 도 2의 대역 통과 필터에 사용되는 처핑된 광섬유 브래그 격자(CFBG1, CFBG2)의 반사 스펙트럼과 통과 대역의 초기 스펙트럼을 나타내는 그래프.4 is a graph showing the reflection spectrum and the initial spectrum of the pass band of the chirped optical fiber Bragg gratings (CFBG1, CFBG2) used in the band pass filter of FIG.
도 5는 본 발명에 따른 대역 통과 필터의 광섬유 격자 부위에 설치된 압전 소자에 인가되는 전압에 따른 필터의 대역폭 변화를 나타내는 그래프.5 is a graph showing a change in bandwidth of a filter according to a voltage applied to a piezoelectric element installed in an optical fiber grating portion of a band pass filter according to the present invention.
도 6은 압전 소자에 인가되는 전압에 의한 채널의 선택을 나타내는 그래프로서, 도 6a는 압전 소자에 전압이 인가되지 않았을 때 출력 포트 3에서 관찰되는 스펙트럼을 나타내고, 도 6b는 압전 소자에 77.5 V의 전압이 인가되었을 때 출력 포트 2에서 관찰되는 스펙트럼을 나타내며, 도 6c는 압전 소자에 77.5 V의 전압이 인가되었을 때 출력 포트 3에서 관찰되는 스펙트럼을 나타냄.FIG. 6 is a graph showing selection of a channel by a voltage applied to a piezoelectric element, and FIG. 6A shows a spectrum observed at output port 3 when no voltage is applied to the piezoelectric element, and FIG. FIG. 6C shows the spectrum observed at output port 3 when a voltage of 77.5 V was applied to the piezoelectric element.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1, 2, 3 : 출력 포트1, 2, 3: output port
10 : 제1 서큘레이터10: first circulator
12 : 제2 서큘레이터12: second circulator
14 : 제1 격자14: first lattice
16 : 제2 격자16: second lattice
18 : 광섬유 신장구18: optical fiber extension
20 : 압전 소자20: piezoelectric element
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대역폭 가변형 대역 통과 필터를 설명한다.Hereinafter, a bandwidth variable band pass filter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 페브리-페로 필터와 본 발명에 따른 필터의 통과 대역 스펙트럼의 특성을 비교한 그래프이다. 종래의 페브리-페로 필터는, 도 1의 그래프에서 실선으로 도시된 바와 같이, 3 dB 기준으로 보았을 때와 20 dB 기준으로 보았을 때의 통과 대역이 서로 다른 반면에, 본 발명에 따른 필터의 통과 대역 스펙트럼은 3 dB와 20 dB에서 통과 대역 폭의 차이가 없는 근사적인 사각형 모양을 갖고 있다.1 is a graph comparing characteristics of a passband spectrum of a conventional Fabry-Perot filter and a filter according to the present invention. In the conventional Fabry-Perot filter, as shown by the solid line in the graph of FIG. 1, the pass band of the 3 dB reference and the 20 dB reference is different, whereas the pass of the filter according to the present invention is different. The band spectrum has an approximate square shape with no difference in passband width at 3 dB and 20 dB.
이러한 사각형 모양의 통과 대역 스펙트럼을 갖는 본 발명에 따른 대역 통과 필터는, 도 2에 도시된 바와 같이, 직렬 접속된 제1 및 제2의 광 서큘레이터(10, 12), 제1 및 제2 광 서큘레이터(10, 12)에 각각 접속되어 사각형 모양의 반사 스펙트럼을 나타내는 제1 및 제2의 처핑된 광섬유 브래그 격자(Chirped Fiber Bragg Grating; CFBG1, CFBG2)(14, 16), 및 제2 격자(CFBG2)에 접속된 광섬유 신장구(fiber stretcher; 18)로 구성된다.The band pass filter according to the present invention having such a square pass band spectrum has a first and second optical circulators 10 and 12 connected in series, and a first and second light as shown in FIG. 2. First and second chirped Fiber Bragg Gratings (CFBG1, CFBG2) (14, 16), and second gratings, respectively, connected to the circulators 10 and 12 to exhibit a rectangular reflection spectrum. And an optical fiber stretcher 18 connected to CFBG2).
제1 격자(CFBG1)는 장파장을 먼저 반사시키는 구조로 제1 광 서큘레이터(10)에 접속되며, 제2 격자(CFBG2)는 단파장을 먼저 반사시키는 구조로 제2 광 서큘레이터(14)에 접속되어 분산의 효과를 서로 상쇄시키도록 구성되어 있다. 또한, 제2 격자(CFBG2)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전 소자(Piexoelectric Transducer; PZT)(20)가 부착된 광섬유 신장구(18)에 의해 격자 주기가 조절될 수 있도록 구성되어, 반사 스펙트럼의 대역폭이 광섬유 신장구가 부착되지 않은 제1 격자(CFBG1)와 같거나 그보다 크도록 되어 있다.The first grating CFBG1 is connected to the first optical circulator 10 in a structure that reflects the long wavelength first, and the second grating CFBG2 is connected to the second optical circulator 14 in a structure that reflects the short wavelength first. And the effect of dispersion cancels each other. In addition, as shown in FIG. 4, the second grating CFBG2 is configured such that the grating period may be adjusted by the optical fiber extension 18 having the piezoelectric element (PZT) 20 attached thereto. The bandwidth of the reflection spectrum is equal to or greater than the first grating CFBG1 to which the optical fiber extension is not attached.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 필터의 가변 대역폭 필터링 동작을 설명하면 다음과 같다.The variable bandwidth filtering operation of the filter according to the present invention configured as described above is as follows.
먼저, 도 2를 참조하면, 광변조된 신호가 EDFA를 통해 제1 광 서큘레이터(10)에 입력된다. 입력된 광 신호는 제1 광 서큘레이터(10)에 접속된 제1 격자(CFBG1)에 의해 부분적으로 반사되어 1차적인 파장 필터링이 이루어진다. 이때, 제1 격자(CFBG1)에 의해 반사되는 광신호는 도면으로부터 알 수 있듯이 λ0∼λf의 파장을 가지며, 반사되지 않은 광신호는 제1 출력 포트(1)를 통해 출력된다.First, referring to FIG. 2, a light modulated signal is input to the first optical circulator 10 through EDFA. The input optical signal is partially reflected by the first grating CFBG1 connected to the first optical circulator 10 to perform primary wavelength filtering. At this time, the optical signal reflected by the first grating CFBG1 has a wavelength of λ 0 to λ f , as can be seen from the figure, and the non-reflected optical signal is output through the first output port 1.
1차 필터링된 광신호는 제2 광 서큘레이터(12)에 접속된 제2 격자(CFBG2)에 의해 다시 부분적으로 반사되어 2차적인 파장 필터링이 이루어진다. 이때, 제2 격자(CFBG2)에 의해 반사되는 광신호는 λi∼λf의 파장을 갖게 되며, 제1 격자(CFBG1)의 반사 스펙트럼 중 제2 격자(CFBG2)의 반사 스펙트럼과 겹치는 부분은 제3 출력 포트(3)로 출력되고, 겹치지 않는 부분은 제2 출력 포트(2)로 출력된다.The primary filtered optical signal is partially reflected again by the second grating CFBG2 connected to the second optical circulator 12 to perform secondary wavelength filtering. In this case, the optical signal reflected by the second grating CFBG2 has a wavelength of λ i to λ f , and a portion of the reflection spectrum of the first grating CFBG1 overlapping the reflection spectrum of the second grating CFBG2 is formed of a first signal. It outputs to the 3 output port 3, and the part which does not overlap is output to the 2nd output port 2. As shown in FIG.
본 발명의 주요한 특징에 따르면, 전술한 필터링 동작에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 광섬유 신장구(18)에 부착된 압전 소자(20)에 전압을 인가함으로써 제2 격자(CFBG2)의 격자 주기를 증가시킬 수 있다. 제2 격자(CFBG2)의 격자 주기가 증가하면, 제1 격자(CFBG1)와 겹치는 반사 스펙트럼 대역을 변화시킬 수 있기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이 통과 대역폭 자체를 조절할 수 있게 된다. 이때, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 압전 소자(20)에 인가되는 전압에 따른 대역폭의 변화량은 0.25 nm/V이었으며, 대역폭을 0.1 nm에서 2.9 nm까지 연속적으로 변화시킬 수 있었다. 필터의 통과 대역폭은 사용되는 처핑된 격자의 분산값과 반사 스펙트럼의 대역폭을 변화시킴으로써 필터 특성을 가변시킬 수도 있다.According to the main feature of the present invention, in the above-described filtering operation, as shown in FIG. 3, the grating of the second grating CFBG2 by applying a voltage to the piezoelectric element 20 attached to the optical fiber extension 18. You can increase the period. When the lattice period of the second grating CFBG2 is increased, the reflection spectral band overlapping with the first grating CFBG1 may be changed, so that the passband itself may be adjusted as shown in FIG. 5. At this time, according to an embodiment of the present invention, the amount of change in bandwidth according to the voltage applied to the piezoelectric element 20 was 0.25 nm / V, and the bandwidth could be continuously changed from 0.1 nm to 2.9 nm. The passband of the filter may vary the filter characteristics by varying the bandwidth of the reflected spectrum and the variance of the chirped grating used.
본 발명의 한 실시예에 따른 대역폭 가변형 대역 통과 필터는 통과 대역의 스펙트럼 자체가 근사적인 사각형 모양을 가지므로 서로 0.8 nm 주기로 떨어져 있는 광신호를 분리할 수 있었다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 통과 대역 내에 0.8 nm의 주기로 광신호를 입력시키는 경우, 제3 출력 포트(3)에서는 4개의 광신호가 관찰된다. 제2 격자(CFBG2)에 부착되어 있는 압전 소자(20)에 전압을 인가하면 대역폭의 변화와 함께 출력 포트에서 관찰되는 광신호가 분리된다. 즉, 압전 소자에 인가되는 전압의 증가에 따라 제2 출력 포트(2)에서는 첫번째 광신호부터 관찰되기 시작하고 제3 출력 포트(3)에서는 첫번째 광신호부터 사라지기 시작한다. 도시된 바와 같이, 압전 소자(20)에 77.5 V의 직류 전압이 인가되었을 때, 제2 출력 포트(2)와 제3 출력 포트(3)에서의 각 스펙트럼은 도 6b와 도 6c에 도시된 바와 같게 된다. 따라서, 압전 소자(20)에 인가되는 전압에 따라 필터의 대역폭이 선형적으로 변하게 되므로 모든 입력 광신호에 대해 필요에 따라 출력되는 포트를 바꿔줄 수 있다.In the variable bandwidth band pass filter according to the exemplary embodiment of the present invention, since the spectrum of the pass band itself has an approximate square shape, the optical signals separated from each other by 0.8 nm periods can be separated. Further, according to one embodiment of the present invention, as shown in Fig. 6A, when an optical signal is input at a period of 0.8 nm in the pass band, four optical signals are observed at the third output port 3. When voltage is applied to the piezoelectric element 20 attached to the second grating CFBG2, the optical signal observed at the output port is separated along with the change of the bandwidth. That is, as the voltage applied to the piezoelectric element increases, the second output port 2 starts to be observed from the first optical signal and the third output port 3 starts to disappear from the first optical signal. As shown, when a direct current voltage of 77.5 V is applied to the piezoelectric element 20, the respective spectra at the second output port 2 and the third output port 3 are as shown in Figs. 6B and 6C. Becomes the same. Therefore, since the bandwidth of the filter is linearly changed according to the voltage applied to the piezoelectric element 20, it is possible to change the output port as necessary for all input optical signals.
본 발명에 따르면, 입력된 광 신호를 파장에 따라 차례로 분리할 수 있으며, 통과 대역폭을 임의로 조절하여 원하는 파장의 신호를 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the input optical signal can be sequentially separated according to the wavelength, and the passband can be arbitrarily adjusted to obtain a signal having a desired wavelength.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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FPAY | Annual fee payment |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |