KR100350489B1 - Fabrication apparatus for gain flattening filter using a optical attenuator - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 광섬유로 구성된 이득 평탄화 필터의 제작 장치는, 자외선 광을 출사하는 광원과; 길이 방향을 따라 서로 다른 광감쇠율을 가지는 다수의 섹션들로 구성되며, 상기 각 섹션으로 입사하는 광을 기설정된 광감쇠율로 감쇠시켜서 출사하는 광감쇠기와; 상기 광감쇠기를 통과한 광을 선택적으로 투과시켜서 상기 광섬유에 조사하는 진폭 마스크를 포함하여 구성된다.An apparatus for producing a gain flattening filter composed of an optical fiber according to the present invention, the light source for emitting ultraviolet light; An optical attenuator comprising a plurality of sections having different light attenuation rates along the longitudinal direction, the light attenuating members attenuating the light incident to the sections at a predetermined light attenuation rate; And an amplitude mask that selectively transmits the light passing through the optical attenuator and irradiates the optical fiber.
Description
본 발명은 광섬유 격자(optical fiber grating)에 관한 것으로서, 특히 이득 평탄화 필터(gain flattening filter)의 제작 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical fiber gratings, and more particularly to an apparatus for manufacturing a gain flattening filter.
광섬유 격자를 형성하는 방법으로 대표적인 것이 광민감성 광섬유에 자외선을 조사하여 상기 광섬유의 굴절률을 변화시키는 것이다. 상기 광민감성 광섬유는 자외선이 입사되었을 때, 광섬유의 굴절률이 영구적으로, 또는 몇십 년 동안 변화된 상태를 유지한다. 초기에는 이러한 현상이 게르마늄(germanium)이 도핑(doping)된 광섬유들에 국한된 것으로 생각했지만, 현재는 게르마늄을 포함하지 않는 다양한 재질의 광섬유들에서도 이러한 현상이 발견되고 있다.A typical method of forming an optical fiber grating is to change the refractive index of the optical fiber by irradiating ultraviolet rays to the photosensitive optical fiber. The photosensitive optical fiber maintains the refractive index of the optical fiber permanently or for several decades when ultraviolet light is incident. Initially, this phenomenon was thought to be limited to germanium-doped optical fibers, but it is now found in optical fibers of various materials that do not contain germanium.
도 1은 종래의 이득 평탄화 필터를 구비한 어븀 첨가 광섬유 증폭기를 나타내는 도면이다. 도시된 어븀 첨가 광섬유 증폭기(120)는 어븀 첨가 광섬유(124) 내로 진행하는 광신호를 상기 어븀 이온의 밀도 반전(population inversion)을 이용하여 증폭시킨다. 도 1에서는 광신호의 전송 매체인 광섬유(110)와, 역행하는 광을 차단하기 위한 제1 및 제2 아이솔레이터(isolator, 121 및 127)와, 상기 광신호를 증폭시키는 어븀 첨가 광섬유(124)와, 상기 어븀 첨가 광섬유(124) 내의 어븀 이온을 여기시키기 위한 펌핑광을 출력하는 제1 및 제2 펌핑 광원(122 및 126)과, 상기 펌핌광을 상기 광섬유(110)로 결합하는 제1 및 제2 광결합기(123 및 125)로 구성된 어븀 첨가 광섬유 증폭기(120)가 도시되어 있다. 상기 어븀 첨가 광섬유 증폭기(120)의 후단에는 상기 어븀 첨가 광섬유 증폭기(120)의 파장에 따른 이득 곡선(gain curve)을 평탄화하기 위한 이득 평탄화 필터(gain flattening filter, 130)를 설치하는 것이 통상적이다. 도 1에서는, 9 채널(channel)의 광신호가 상기 어븀 첨가 광섬유 증폭기(120)로 입력되어 증폭된 후, 상기 어븀 첨가 광섬유 증폭기(120)에서 출력된 광신호의 채널별 파워가 일정치 않게 되는 것을 도시되어 있다. 이는, 상기 어븀 첨가 광섬유 증폭기(120)의 파장별 이득값이 하나의 값을 가지지 못한다는데 기인한다. 현재, 광통신은 파장 분할 다중 시스템(wavelength division multiplexing system)을 채택하여 다수의 채널들을 하나의 광섬유를 통하여 송신 또는 수신하고 있으며, 상기 채널들의 파장 간격은 사용 가능한 파장 대역의 제한으로 인하여 점점 좁아지고 있는 추세이다. 따라서, 상술한 바와 같이 각 채널별 광세기가 일정치 않다면, 잡음 또는 채널들 간의 간섭 등으로 인하여 상기 채널로 전송되는 정보의 손실 위험이 커지게 된다. 통상적으로, 상기 증폭된 광신호의 채널별 광세기를 평탄화하기 위해서, 별도의 이득 평탄화 필터(130)를 사용한다. 상기 이득 평탄화 필터(130)를 구성하는 각 장주기 광섬유 격자(131, 132 또는 133)는 중심 파장에서 피크치(peak value)를 나타내는 가우시안 함수(Gaussian-like function) 형태의 손실 곡선을 가진다. 전송되는 광신호의 사용 파장 대역이 좁은 경우에는 하나의 장주기 광섬유 격자(131, 132 또는 133)만으로도 이득 평탄화를 할 수 있으나, 사용 파장 대역이 넓은 경우에는 다수의 장주기 광섬유 격자들(131, 132 및 133)을 조합하여 사용한다.1 is a diagram showing an erbium-doped optical fiber amplifier having a conventional gain flattening filter. The illustrated erbium-doped fiber amplifier 120 amplifies an optical signal traveling into the erbium-doped optical fiber 124 using a density inversion of the erbium ions. 1 shows an optical fiber 110 as a transmission medium of an optical signal, first and second isolators 121 and 127 for blocking backing light, an erbium-doped optical fiber 124 for amplifying the optical signal, and First and second pumping light sources 122 and 126 for outputting pumping light for exciting the erbium ions in the erbium-doped optical fiber 124, and first and second coupling the pumping light to the optical fiber 110. An erbium-doped fiber amplifier 120 composed of two optical couplers 123 and 125 is shown. It is common to provide a gain flattening filter 130 to planarize a gain curve according to the wavelength of the erbium-doped fiber amplifier 120 at the rear end of the erbium-doped fiber amplifier 120. In FIG. 1, after nine channels of optical signals are input to the erbium-doped fiber amplifier 120 and amplified, power of each channel of the optical signal output from the erbium-doped fiber amplifier 120 is not constant. Is shown. This is because the gain value for each wavelength of the erbium-containing fiber amplifier 120 does not have a single value. Currently, optical communication adopts a wavelength division multiplexing system to transmit or receive a plurality of channels through a single fiber, and the wavelength spacing of the channels is getting narrower due to the limitation of the available wavelength band. It is a trend. Therefore, as described above, if the light intensity of each channel is not constant, the risk of loss of information transmitted to the channel increases due to noise or interference between the channels. Typically, in order to flatten the light intensity for each channel of the amplified optical signal, a separate gain flattening filter 130 is used. Each long period optical fiber grating 131, 132, or 133 constituting the gain flattening filter 130 has a loss curve in the form of a Gaussian-like function representing a peak value at the center wavelength. In the case where the wavelength band of the transmitted optical signal is narrow, gain flattening can be achieved by using only one long-period fiber grating 131, 132, or 133. 133) is used in combination.
상술한 바와 같이, 종래의 이득 평탄화 필터는 여러 개의 광섬유 격자들를 퓨전 스플라이서(fusion splicer) 등을 사용하여 연결하며, 연결된 부분의 파손을 막기 위해 열수축 튜브 등과 같은 별도의 보호 수단을 필요로 하는 문제점이 있다.As described above, the conventional gain flattening filter connects a plurality of optical fiber gratings using a fusion splicer or the like, and requires a separate protective means such as a heat shrink tube to prevent breakage of the connected portion. There is a problem.
이와는 다르게, 다수의 광섬유 격자들을 하나의 공정으로 제작할 수도 있으나, 진폭 마스크와 같은 소자를 제작하려는 광섬유 격자의 수만큼 구비해야하므로 전체적인 제작 장치의 부피가 커진다는 문제점이 있다.Alternatively, although a plurality of optical fiber gratings may be manufactured in one process, there is a problem in that the volume of the overall manufacturing apparatus is increased because the number of optical fiber gratings to be fabricated such as an amplitude mask should be provided.
본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 파장별 투과도 곡선을 구현할 수 있는 이득 평탄화 필터를 제작하는 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a gain flattening filter capable of implementing various wavelength-specific transmittance curves.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전체 부피 및 제작 공정을 최소화한 이득 평탄화 필터의 제작 장치를 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a gain flattening filter that minimizes the overall volume and manufacturing process.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유로 구성된 이득 평탄화 필터의 제작 장치는,In order to achieve the above objects, the manufacturing apparatus of the gain flattening filter composed of the optical fiber according to the present invention,
자외선 광을 출사하는 광원과;A light source for emitting ultraviolet light;
길이 방향을 따라 서로 다른 광감쇠율을 가지는 다수의 섹션들로 구성되며, 상기 각 섹션으로 입사하는 광을 기설정된 광감쇠율로 감쇠시켜서 출사하는 광감쇠기와;An optical attenuator comprising a plurality of sections having different light attenuation rates along the longitudinal direction, the light attenuating members attenuating the light incident to the sections at a predetermined light attenuation rate;
상기 광감쇠기를 통과한 광을 선택적으로 투과시켜서 상기 광섬유에 조사하는 진폭 마스크를 포함하여 구성한다.And an amplitude mask that selectively transmits the light passing through the optical attenuator and irradiates the optical fiber.
도 1은 종래의 이득 평탄화 필터를 구비한 어븀 첨가 광섬유 증폭기를 나타내는 도면,1 is a view showing an erbium-doped fiber amplifier with a conventional gain flattening filter,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광감쇠기를 나타내는 도면,2 is a view showing an optical attenuator according to a preferred embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광감쇠기를 이용한 이득 평탄화 필터의 제작 장치를 나타내는 도면,3 is a view showing an apparatus for manufacturing a gain flattening filter using an optical attenuator according to a preferred embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이득 평탄화 필터의 파장별 투과도 곡선을 나타내는 도면.4 is a view showing a transmission curve for each wavelength of the gain flattening filter according to a preferred embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광감쇠기를 나타내는 도면이다.본 발명에 따른 광감쇠기(200)는 길이 방향을 따라서, n 개의 섹션들(S1, S2, …, Sn-1및 Sn)로 분할되어 있다. 도시된 광감쇠기(200)를 구성하는 n 개의 섹션들(S1, S2, …, Sn-1및 Sn)의 길이는 모두 동일하다. 반면에, 상기 n 개의 섹션들(S1, S2, …, Sn-1및 Sn)의 투과도들은 서로 상이하다. 투과도는 입사광 중에서 투과광의 세기를 상기 입사광의 세기로 나눈 값을 말한다. 광감쇠율은 광감쇠기의 특성을 나타내는 대표적인 수치로서, 입사광의 세기에서 투과광의 세기를 뺀 값을 입사광의 세기로 나누고 이를 백분율로 표시한 것이다. 도 2에서 각 섹션 번호(1, 2,… ,n-1, n)는 상기 광감쇠기(200)의 길이 방향을 따라서 차례대로 붙인 것이다. 또한, 상기 광감쇠기(200)의 섹션별 투과도 분포는 임의의 기준 섹션(S1, S2, …, Sn-1또는 Sn)을 중심으로 비대칭을 이룬다.2 is a view showing an optical attenuator according to a preferred embodiment of the present invention. The optical attenuator 200 according to the present invention has n sections S 1 , S 2 ,..., S n-1 along the longitudinal direction. And S n ). The lengths of the n sections S 1 , S 2 ,..., S n-1 and S n constituting the illustrated attenuator 200 are all the same. On the other hand, the transmittances of the n sections S 1 , S 2 ,..., S n-1 and S n are different from each other. Transmittance refers to a value obtained by dividing the intensity of transmitted light by the intensity of incident light among incident light. The light attenuation rate is a representative value representing the characteristics of the light attenuator. The light attenuation ratio is obtained by dividing the intensity of incident light by the intensity of incident light by subtracting the intensity of incident light and expressing it as a percentage. In FIG. 2, the section numbers 1, 2,..., N-1, n are sequentially attached along the longitudinal direction of the optical attenuator 200. In addition, the transmission distribution per section of the optical attenuator 200 is asymmetric about any reference section (S 1 , S 2 , ..., S n-1 or S n ).
종래기술로서 기술한 바와 같이, 전송되는 광신호의 사용 파장 대역이 좁은 경우에는 하나의 장주기 광섬유 격자만으로도 이득 평탄화를 할 수도 있으나, 사용 파장 대역이 넓은 경우에는 다수의 장주기 광섬유 격자들을 조합하여 사용한다. 즉, 종래의 장주기 광섬유 격자는 가우시안 함수 형태의 투과도 곡선을 가지기 때문에, 이득 평탄화 필터가 다양한 투과도 곡선을 구현하기 위해서는 다수의 장주기 광섬유 격자들을 구비해야했던 것이다.As described in the prior art, in the case where the wavelength band of the optical signal to be transmitted is narrow, gain flattening can be achieved by using only one long-period fiber grating. . That is, since the conventional long period optical fiber grating has a transmission curve in the form of Gaussian function, the gain flattening filter had to have a plurality of long period optical fiber gratings in order to implement various transmission curves.
그러나, 본 발명에 따른 이득 평탄화 필터는 하나의 장주기 광섬유 격자로 구성된다. 또한, 상기 장주기 광섬유 격자의 파장별 투과도 곡선은 임의적으로 다양하게 구현할 수가 있다. 이러한 결과는, 상기 장주기 광섬유 격자가 연속된 다수의 섹션들로 구성되며, 상기 다수의 섹션들이 가지는 굴절률 진폭들이 서로 동일하지 않다는데 기인한다. 그리고, 상기 장주기 광섬유 격자의 굴절률 진폭 분포는 도 2에서 도시된 광감쇠기(200)의 투과도 분포와 유사한 형태를 가지게 된다.However, the gain flattening filter according to the present invention is composed of one long period optical fiber grating. In addition, the transmission curve for each wavelength of the long period optical fiber grating can be implemented in various ways. This result is due to the fact that the long period optical fiber grating is composed of a plurality of consecutive sections, and the refractive index amplitudes of the plurality of sections are not equal to each other. In addition, the refractive index amplitude distribution of the long period optical fiber grating has a form similar to the transmittance distribution of the optical attenuator 200 illustrated in FIG. 2.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광감쇠기를 이용한 이득 평탄화 필터의 제작 장치를 나타내는 도면이다. 광원(미도시)에서 출사된 자외선 광은 다섯 개의 섹션들(S1, S2, S3, S4및S5)로 구성된 광감쇠기(300)로 입사한다. 상기 섹션들(S1, S2, S3, S4및S5)이 가지는 투과도들은 서로 상이하며, 상기 섹션들(S1, S2, S3, S4및S5)의 길이들 또한 균일하지 않다. 따라서, 상기 각 섹션(S1, S2, S3, S4또는S5)을 투과하는 광의 세기도 균일하지 않으며, 상기 광감쇠기(300)를 투과한 광은 다수의 슬릿들을 구비하는 진폭 마스크(310)로 입사하게 된다.3 is a view showing an apparatus for manufacturing a gain flattening filter using an optical attenuator according to a preferred embodiment of the present invention. The ultraviolet light emitted from the light source (not shown) is incident to the light attenuator 300 composed of five sections S 1 , S 2 , S 3 , S 4, and S 5 . The length of the sections (S 1, S 2, S 3, S 4 and S 5) is having permeability are also different from each other, said sections (S 1, S 2, S 3, S 4 and S 5) also Not uniform Therefore, the intensity of light passing through each of the sections S 1 , S 2 , S 3 , S 4 or S 5 is also not uniform, and the light passing through the optical attenuator 300 is an amplitude mask having a plurality of slits. Incidentally, at 310.
광섬유 격자를 형성하는데 사용되는 마스크로는 진폭 마스크와 위상 마스크가 사용된다. 상기 위상 마스크는 입사하는 광을 회절시킨 후, 상기 회절된 광의 간섭을 이용하여 광섬유 격자를 형성한다. 반면에, 상기 진폭 마스크는 입사된 광을 선택적으로 투과시켜서 광섬유 격자를 형성한다. 즉, 도 3에 도시된 진폭 마스크(310)는 입사된 광에서 슬릿으로 입사하는 광은 투과시키고, 상기 슬릿 이외의 부분으로 입사하는 광은 차단한다. 상기 진폭 마스크(310)에 의해 선택적으로 투과된 광은 광섬유(320)에 입사되며, 상기 광섬유(320)에서 광이 입사한 부분은 굴절률 변화를 일으키게 된다. 따라서, 상기 광섬유(320)는 길이 방향에 따라 굴절률이주기적으로 변하는 장주기 광섬유 격자가 된다.As masks used to form an optical fiber grating, an amplitude mask and a phase mask are used. The phase mask diffracts incident light and then forms an optical fiber grating using interference of the diffracted light. On the other hand, the amplitude mask selectively transmits incident light to form an optical fiber grating. That is, the amplitude mask 310 shown in FIG. 3 transmits light incident to the slit from the incident light, and blocks light incident to portions other than the slit. The light selectively transmitted by the amplitude mask 310 is incident on the optical fiber 320, and the part of the light incident on the optical fiber 320 causes a change in refractive index. Therefore, the optical fiber 320 is a long-period optical fiber grating whose refractive index changes periodically in the longitudinal direction.
도 3에서는 상기 장주기 광섬유 격자(320)의 굴절률 진폭 분포가 도시되어 있다. 이 때, 굴절률 진폭은 상기 장주기 광섬유 격자(320)에서 굴절률이 변화하는 폭을 나타내는 것으로서, 통상적인 광섬유 격자에서는 전체 길이에 대하여 균일하거나 가우시안 함수 형태를 나타낸다. 또한, 굴절률 진폭은 어느 정도 입사된 자외선의 세기나 조사 시간에 비례한다. 따라서, 도 3에 도시된 장주기 광섬유 격자(320)는 다섯 가지의 서로 다른 굴절률 진폭들을 가지게 된다.3 shows the refractive index amplitude distribution of the long period optical fiber grating 320. In this case, the refractive index amplitude represents a width at which the refractive index changes in the long period optical fiber grating 320. In the conventional optical fiber grating, the refractive index has a uniform or Gaussian function shape over the entire length. In addition, the refractive index amplitude is proportional to the intensity of the incident ultraviolet rays or the irradiation time. Thus, the long period optical fiber grating 320 shown in FIG. 3 has five different refractive index amplitudes.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이득 평탄화 필터의 투과도 곡선을 나타낸 도면이다. 통상적인 장주기 광섬유 격자의 투과도 곡선은 가우시안 함수 형태이며, 근방에서 최대로 낮은 투과도를 나타내는 극소값은 하나밖에 없다.4 is a diagram illustrating a transmittance curve of a gain flattening filter according to a preferred embodiment of the present invention. The transmittance curve of a typical long period optical fiber grating is a Gaussian function, and there is only one minimum value showing the lowest transmittance in the vicinity.
반면에, 본 발명에 따라 하나의 장주기 격자로 구성된 이득 평탄화 필터의 투과도 곡선은 두 개의 극소값을 가짐을 알 수 있으며, 이러한 투과도 곡선의 형태는 임의적으로 변경할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 이득 평탄화 필터의 제작 장치에 사용되는 광감쇠기의 섹션수 및 섹션별 투과도 분포를 조절함에 따라서 제작되는 이득 평탄화 필터의 투과도 곡선의 형태가 결정되는 것이다.On the other hand, according to the present invention, it can be seen that the transmittance curve of the gain flattening filter composed of one long period grating has two minimum values, and the shape of the transmittance curve can be arbitrarily changed. That is, the shape of the transmittance curve of the gain flattening filter to be manufactured is determined by adjusting the number of sections and the transmittance distribution for each section of the optical attenuator used in the device for manufacturing the gain flattening filter according to the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이득 평탄화 필터의 제작 장치는 비균일한 투과도 분포를 가지는 광감쇠기를 이용함으로써 다양한 파장별 투과도 곡선을 구현할 수 있는 이득 평탄화 필터를 제작할 수 있다는 이점이 있다.As described above, the apparatus for manufacturing a gain flattening filter according to the present invention has an advantage of manufacturing a gain flattening filter capable of implementing various wavelength-specific transmittance curves by using an optical attenuator having a non-uniform transmittance distribution.
더욱이, 본 발명에 따른 이득 평탄화 필터치는 단일 장주기 광섬유 격자로 구성됨에 따라서, 그 제작 장치의 전체 부피 및 제작 공정이 최소화된다는 이점이 있다.Moreover, as the gain flattening filter value according to the present invention is composed of a single long period optical fiber grating, there is an advantage that the overall volume of the fabrication apparatus and the fabrication process are minimized.
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