KR100395658B1 - Optical Fiber Polarization Controller and system for reducing degree of polarization using the same - Google Patents
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Abstract
광섬유 편광 조절장치 및 이를 이용한 편광도 감소 시스템에 관하여 개시한다. 본 발명의 광섬유 편광 조절장치는, 단일모드 광섬유와; 회전가능하며, 자신의 일단이 단일모드 광섬유의 일단과 광학적으로 연결되는 파장판과; 회전가능하며, 자신의 일단이 단일모드 광섬유의 다른 일단과 광학적으로 연결되는 편광유지 광섬유를 구비하며, 편광유지 광섬유를 진행하는 빛의 편광을 측정하여 편광 조절 장치를 구동하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 편광도 감소 시스템은, 상술한 광섬유 편광 조절장치로부터 출력되는 빛이 편광 변조기의 두 편광 구동축에 동일한 세기로 입력되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 광섬유 편광 조절장치에 의하면, 편광 조절부가 파장판과 편광유지 광섬유로 이루어지므로 임의의 입력 편광을 가지는 빛을 편광 유지 광섬유의 광축에 맞추어진 선형 편광된 빛으로 자동으로 바꾸어 줄 수 있고, 서로 수직한 선형 편광을 얻을 수 있다. 따라서, 시간에 따라 입력 편광이 변화하고 출력으로서 광축에 맞추어진 선형 편광이 필요한 예에 적용될 수 있다.Disclosed are an optical fiber polarization controller and a polarization reduction system using the same. An optical fiber polarization adjusting device of the present invention comprises a single mode optical fiber; A wave plate rotatable and one end of which is optically connected to one end of the single mode optical fiber; It is rotatable, and one end thereof has a polarization maintaining optical fiber that is optically connected to the other end of the single-mode optical fiber, characterized in that for driving the polarization control device by measuring the polarization of the light traveling through the polarization maintaining optical fiber. The polarization reduction system of the present invention is characterized in that the light output from the above-described optical fiber polarization controller is input at the same intensity to both polarization drive shafts of the polarization modulator. According to the optical fiber polarization adjusting device of the present invention, since the polarization control unit is composed of a wave plate and a polarization maintaining optical fiber, the light having an arbitrary input polarization can be automatically converted into linearly polarized light aligned with the optical axis of the polarization maintaining optical fiber. Linear polarization perpendicular to each other can be obtained. Thus, it can be applied to an example in which the input polarization changes with time and linear polarization adjusted to the optical axis is required as the output.
Description
본 발명은 광섬유 편광 조절장치 및 편광도 감소시스템에 관한 것으로서, 특히 파장판과 편광유지 광섬유로 편광조절부를 형성한 광섬유 편광 조절장치 및 그를 이용한 편광도 감소 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber polarization control device and a polarization reduction system, and more particularly, to an optical fiber polarization control device having a polarization control unit formed of a wave plate and a polarization maintaining optical fiber and a polarization reduction system using the same.
광통신의 광원으로 사용되는 레이저의 빛은 서로 직교하는 전장과 자장을 가지는 전자기파로서, 광파가 진행할 때 광파의 벡터 E가 그리는 궤적에 따라 광파의 편광상태를 정의한다. 이러한 광파의 궤적이 일정한 방향을 가지는 경우 직선 편광, 규칙적인 원운동을 하는 경우에는 원편광, 타원운동을 하는 경우에는 타원편광이라고 한다.Laser light used as a light source for optical communication is an electromagnetic wave having electric and magnetic fields perpendicular to each other, and defines the polarization state of the light wave according to the trajectory of the light wave vector E as the light wave progresses. When the trajectory of light waves has a certain direction, it is called linearly polarized light, circularly polarized light when regular circular motion is performed, and elliptical polarized light when elliptic motion is performed.
일반적인 광통신 시스템에서는 이러한 빛이 광섬유 선로를 진행함에 따라 편광상태가 변화하며, 이러한 현상은 광통신 상에서 편광 특성에 따른 손실 및 광신호의 열화(劣化) 등의 문제를 야기한다. 이러한 편광에 기인한 문제들은 빛의 편광을 시스템의 고유한 편광축에 대하여 선형 편광된 빛으로 맞추어 주는 광섬유 편광 조절장치를 사용하여 통신시스템 또는 빛이 입출력되는 각각의 광소자에서 입력 또는 출력 편광을 어떠한 일정한 상태로 유지시킴으로써 해결할 수 있다.In a general optical communication system, the polarization state changes as the light travels through an optical fiber line, and this phenomenon causes problems such as loss due to polarization characteristics and degradation of an optical signal in optical communication. Problems caused by this polarization include the use of an optical fiber polarization control that adjusts the polarization of the light to linearly polarized light with respect to the system's unique polarization axis. This can be solved by keeping it constant.
통상적으로 사용되는 광섬유 편광 조절장치는 입력 편광의 편광상태를 임의의 출력 편광으로 바꾸어 줄 수 있는 장치로서 서로 직교하는 위상지연 파장판을 사용하여 원하는 편광상태를 가지는 출력편광을 얻어낸다. 이러한 위상 지연기를 가지는 편광 조절장치는 여러 가지 형태를 가지는데 정해진 위상 지연량을 가지는 몇 개의 파장판을 각각 회전시키는 구조와 파장판의 위상 지연량을 고정시키지 않고 기계적인 응력 등에 의해 위상 지연량을 변화시킬 수 있는 구조 등으로 분류된다.A commonly used optical fiber polarization adjusting device is a device that can change the polarization state of the input polarization to an arbitrary output polarization, and obtains an output polarization having a desired polarization state by using phase delay wave plates orthogonal to each other. The polarization control device having such a phase retarder has various forms. The structure of rotating several wavelength plates each having a predetermined phase retardation amount and the phase retardation amount due to mechanical stress or the like without fixing the phase retardation amount of the wavelength plate. It is classified into the structure which can change.
종래의 광섬유 편광 조절장치를 사용하여 빛의 입력 편광을 시스템의 고유한 편광 축에 선형 편광된 빛으로 맞추는 경우 편광 조절장치를 수동으로 조절하고 편광 조절장치를 통과한 편광을 계속하여 측정하면서 선형 편광된 빛을 만들게 된다. 이 때에는 편광 조절장치를 조절하는 구동회로를 측정된 편광으로부터 피드백(Feedback) 회로를 이용하여 구동할 수 있도록 구현함으로써 자동으로 임의의 입력 편광을 선형 편광된 빛으로 변환시킬 수 있다.When using a conventional optical fiber polarization adjuster to match the input polarization of light to linearly polarized light on the system's unique polarization axis, manually adjust the polarization adjuster and continuously measure the polarization through the polarization adjuster while linearly polarizing. Will make the light. At this time, by implementing a driving circuit for adjusting the polarization control device from the measured polarization by using a feedback (Feedback) circuit it can automatically convert any input polarization to linearly polarized light.
이어서, 광섬유를 이용한 편광 조절장치로서 임의의 입력을 선형 편광된 빛으로 바꾸어 주는 종래의 기술에 대해 설명한다.Next, a description will be given of a conventional technique for converting an arbitrary input into linearly polarized light as a polarization control apparatus using an optical fiber.
도 1은 Pavlath에 의해 제안된 광섬유 편광자에 대한 것으로, 미국특허 4729622호에 기재되어 있다. 상술한 미국 특허에서는 광섬유 편광자(Polarizer)라는 명칭을 사용하였으나 피드백 신호에 의해 임의의 입력 편광을 선형 편광된 빛으로 바꾸어 주는 장치로서, 그 원리는 다음과 같다.1 is for an optical fiber polarizer proposed by Pavlath, which is described in US Pat. No. 4,729,622. In the above-mentioned US patent, the name of the optical fiber polarizer is used, but the device converts arbitrary input polarization into linearly polarized light by a feedback signal. The principle is as follows.
도 1을 참조하면, 단일모드 광섬유(11)에 입력된 임의의 편광을 가지는 빛은, 커플링 수단에 의하여 커플링되어 한쪽 편광 성분만을 선택한 다음 광검출기(14)에서 세기가 측정되고, 측정된 오차 신호를 입력받아 콘트롤러(controller)(15)가 복굴절 유도장치(16, 17)를 구동시키면 단일모드 광섬유(11)에 응력이 가해지게 되어 선형 편광된 빛으로 바꾸어지게 된다. 이 때, 빛의 커플링 수단은 빛이 진행하는 단일모드 광섬유(11)를 고정하는 쿼츠(12)와, 단일모드 광섬유(11)의 코어와 접해있는 크리스탈(13)로 이루어져 빛은 크리스탈(13)에의하여 커플링 된다.Referring to FIG. 1, light having an arbitrary polarization input to a single mode optical fiber 11 is coupled by a coupling means to select only one polarization component and then the intensity is measured in the photodetector 14. When the controller 15 receives the error signal to drive the birefringent induction devices 16 and 17, stress is applied to the single mode optical fiber 11, thereby converting the light into linearly polarized light. At this time, the coupling means of the light consists of a quartz 12 for fixing the single mode optical fiber 11 through which light travels, and a crystal 13 in contact with the core of the single mode optical fiber 11. Coupling by
이와 같이, 단일모드 광섬유(11)에 복굴절을 유도하는 기계적 장치(16, 17)를 구동하여 광섬유(11)의 편광을 변화시키고, 계속하여 광검출기(14)로부터 측정되는 오차 신호를 최소화시키게 된다. 이렇게 크리스탈(13)을 통해 한쪽 편광 성분을 가지는 빛을 커플링(coupling)시키고 이를 측정한 다음, 이 신호로부터 편광을 바꾸면 빛의 편광을 선형 편광으로 바꾸는 것이 가능하다.As such, by driving the mechanical devices 16 and 17 to induce birefringence in the single mode optical fiber 11, the polarization of the optical fiber 11 is changed, and the error signal measured from the photodetector 14 is minimized. . By coupling the light having one polarization component through the crystal 13 and measuring it, it is possible to change the polarization of the light to linear polarization by changing the polarization from the signal.
그런데, 상기 구조와 같이 편광 조절장치를 구성하는 경우 단일모드 광섬유를 사용하였기 때문에 빛이 측정되는 지점에서는 빛의 편광이 선형 편광이지만, 빛이 광섬유를 진행함에 따라 빛이 선형 편광을 유지하지 못하는 단점을 가진다. 또한 기계적인 복굴절 유도 장치를 사용하였으므로 기계적 피로에 의해 소자의 수명 단축되는 문제점을 가진다.However, when the polarization control device is configured as described above, since the single mode optical fiber is used, the polarization of the light is linear polarization at the point where the light is measured, but the light cannot maintain the linear polarization as the light travels through the optical fiber. Has In addition, since the use of a mechanical birefringence induction device has a problem of shortening the life of the device by mechanical fatigue.
도 2는 자사에서 보유한 대한민국 특허 제 0241660호에 등록된 광섬유 편광 조절장치의 광섬유 부분만을 나타낸 것이다.Figure 2 shows only the optical fiber portion of the optical fiber polarization control device registered in Korean Patent No. 0241660 owned by the company.
도 2를 참조하면, 자사의 광섬유 편광 조절장치는, 제1 및 제2 광섬유 절편(22, 23)과, 제1 광섬유 절편(22)의 출력단과 제2 광섬유 절편(23)의 입력단을 연결하는 제1 단일모드 광섬유(21)로 이루어진다. 그리고, 제1 광섬유 절편(22)의 입력단과 제2 광섬유 절편(23)의 출력단에는 단일모드 광섬유(24, 25)가 각각 연결되어 제1 광섬유 절편(22)에 빛이 입력되도록 하고, 제2 광섬유 절편(23)으로부터 출력된 빛을 입력받아 전송한다. 따라서, 단일모드 광섬유들(21, 24, 25)과 광섬유 절편들(22, 23)은 한 가닥의 광섬유 형태를 이룬다. 이 때, 광섬유 절편(22, 23)은복굴절 성질을 갖는 광섬유로 되어 있다. 그리고, 제1 단일모드 광섬유(21)의 양단에 각각 위치되는 광섬유 절편(22, 23)은 4분의 1 파장판 역할을 하고, 각 광섬유 절편(22, 23)을 회전시키거나 비틀어서 빛의 편광을 조절하게 된다. 이러한 편광 조절장치는 하나의 광섬유로 이루어 졌다는 점에서 소형화를 실현할 수 있는 장점을 가진다.Referring to FIG. 2, the optical fiber polarization controller of the present invention connects the first and second optical fiber segments 22 and 23, the output terminal of the first optical fiber segment 22, and the input terminal of the second optical fiber segment 23. The first single mode optical fiber 21 is formed. In addition, single-mode optical fibers 24 and 25 are connected to the input terminal of the first optical fiber segment 22 and the output terminal of the second optical fiber segment 23 so that light is input to the first optical fiber segment 22, and the second The light output from the optical fiber segment 23 is received and transmitted. Thus, the single mode optical fibers 21, 24, 25 and the optical fiber segments 22, 23 form a strand of optical fiber. At this time, the optical fiber segments 22 and 23 are an optical fiber which has a birefringence property. The optical fiber segments 22 and 23 respectively positioned at both ends of the first single mode optical fiber 21 serve as a quarter wave plate, and each optical fiber segment 22 and 23 is rotated or twisted to provide light. The polarization is controlled. This polarization control device has the advantage that can be miniaturized in that it consists of a single optical fiber.
이와 같이, 1/4 파장판을 2개 사용하고 출력되는 빛을 측정함으로써 임의의 입력 편광을 선형 편광으로 만드는 것이 가능하다. 하지만, 출력단의 광섬유가 단일모드 광섬유이므로 편광을 유지하기 위해서는 다시 편광유지 광섬유를 접합하여야 한다는 문제점을 지닌다. 또한 1/4 파장판을 2개 사용하는 구조의 편광 조절장치는 측정된 에러 신호를 최소화시키는 피드백 작업에서 최소화시키는 함수의 구조가 입력 편광에 따라 변화하여 편광을 조절하는 피드백 조절기의 구조가 복잡하게 되는 문제점이 발생한다.In this way, it is possible to make any input polarization into linear polarization by using two quarter wave plates and measuring the output light. However, since the optical fiber of the output terminal is a single mode optical fiber, in order to maintain polarization, there is a problem in that the polarization maintaining optical fiber is bonded again. In addition, the polarization control device using two quarter wave plates has a complicated structure of the feedback control device that controls the polarization by changing the structure of the function that minimizes the feedback in minimizing the measured error signal. Problem occurs.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 임의의 입력 편광을 가지는 빛을 선형 편광된 빛으로 바꾸어 주고 선형 편광된 빛의 편광을 유지하며 진행시킬 수 있으며, 편광 조절 장치를 구동하는 피드백 조절기가 용이하게 구성되도록 편광 조절부의 구조를 단순화시킨 광섬유 편광 조절장치를 제공하며 이 구조에 적합한 신호 처리 방법을 구현하는데 있다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to convert the light having any input polarization into linearly polarized light and to maintain the polarization of the linearly polarized light, and to facilitate the feedback controller for driving the polarization control device. The present invention provides an optical fiber polarization controller that simplifies the structure of the polarization control unit to be configured, and implements a signal processing method suitable for this structure.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기의 편광 조절 장치와 하나의 편광 변조기로 구성된 편광도 감소 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a polarization reduction system composed of the polarization control device and one polarization modulator.
도 1 및 도 2는 종래의 편광 조절장치를 나타낸 개략도;1 and 2 is a schematic view showing a conventional polarization control device;
도 3은 본 발명에 따른 광섬유 편광 조절장치를 설명하기 위한 개략도;3 is a schematic view for explaining an optical fiber polarization control apparatus according to the present invention;
도 4는 도 3의 광섬유 편광 조절장치를 자동화한 모터 구동 편광 조절장치를 나타낸 개략도;Figure 4 is a schematic diagram showing a motor-driven polarization control device automated the optical fiber polarization control device of Figure 3;
도 5는 도 4에 따른 모터 구동 편광 조절장치에 있어서 파장판의 회전각에 따라 편광유지 광섬유를 회전했을 경우 광 세기의 최소값을 측정한 그래프;5 is a graph measuring the minimum value of the light intensity when the polarization maintaining optical fiber is rotated according to the rotation angle of the wave plate in the motor drive polarization control device according to FIG.
도 6은 도 4에 따른 모터 구동 편광 조절장치를 편광 스크램블러에 적용한 예를 나타내는 개략도이다.FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example in which the motor driving polarization adjusting device according to FIG. 4 is applied to a polarization scrambler. FIG.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 광섬유 편광 조절장치는: 단일모드 광섬유와; 회전가능하며, 자신의 일단이 상기 단일모드 광섬유의 일단과 광학적으로 연결되는 파장판과; 회전가능하며, 자신의 일단이 상기 단일모드 광섬유의 다른 일단과 광학적으로 연결되는 편광유지 광섬유를 구비하는 것을 특징으로 한다.An optical fiber polarization adjusting device of the present invention for achieving the above technical problem: a single-mode optical fiber; A wave plate rotatable and one end of which is optically connected to one end of the single mode optical fiber; And rotatable, the polarization-maintaining optical fiber of which one end is optically connected to the other end of the single-mode optical fiber.
이 때, 상기 파장판은 1/4 파장판인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 파장판은 복굴절 성질을 갖는 광섬유 절편으로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the wave plate is characterized in that the quarter wave plate. In addition, the wave plate is preferably made of an optical fiber segment having a birefringence property.
또한, 상기 광섬유 절편과 상기 단일모드 광섬유 또는 상기 단일모드 광섬유와 상기 편광유지 광섬유는 스프라이싱으로 연결되는 것을 특징으로 하여도 좋다.The optical fiber segment and the single mode optical fiber or the single mode optical fiber and the polarization maintaining optical fiber may be connected by splicing.
나아가, 상기 파장판과 상기 편광유지 광섬유는 별개의 회전장치에 의하여 각각 회전되며, 상기 회전장치는 상기 편광유지 광섬유를 진행하는 광의 일부의 세기를 피드백 신호로 하여 작동하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 회전장치는 모터로 이루어져도 좋다.Furthermore, the wave plate and the polarization maintaining optical fiber are rotated by separate rotating devices, respectively, and the rotating device is operated by using the intensity of a part of the light traveling through the polarization maintaining optical fiber as a feedback signal. At this time, the rotating device may be made of a motor.
다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 편광도 감소 시스템은: 단일모드 광섬유와, 회전가능하며 자신의 일단이 상기 단일모드 광섬유의 일단과 광학적으로 연결되는 파장판과, 회전가능하며 자신의 일단이 상기 단일모드 광섬유의 다른 일단과 광학적으로 연결되는 편광유지 광섬유로 이루어진 광섬유 편광 조절장치와; 상기 편광유지 광섬유의 다른 일단을 통하여 출력된 빛이 자신의 두 구동축들에 대하여 동일한 세기로 각각 입력되도록 상기 편광유지 광섬유와 광학적으로 연결되는 편광 변조기를 구비하는 것을 특징으로 한다.A polarization reduction system of the present invention for achieving another technical problem comprises: a single mode optical fiber, a wave plate that is rotatable and one end thereof is optically connected to the one end of the single mode fiber, and one end is rotatable An optical fiber polarization adjusting device comprising a polarization maintaining optical fiber optically connected to the other end of the single mode optical fiber; And a polarization modulator optically connected to the polarization maintaining optical fiber such that light output through the other end of the polarization maintaining optical fiber is respectively input at the same intensity with respect to its two driving shafts.
이 때, 상기 편광 변조기의 상기 두 구동축들 각각이 상기 편광유지 광섬유의 두 광축들과 각각 일치하도록 상기 편광 변조기와 상기 편광유지 광섬유가 광학적으로 연결되고, 상기 편광유지 광섬유의 상기 광축들이 상기 편광유지 광섬유에 입력되는 빛에 대하여 45°를 이루도록 상기 편광 조절장치의 편광유지 광섬유를 회전시킴으로써 상기 편광유지 광섬유의 다른 일단을 통하여 출력된 빛이 상기 편광 변조기의 상기 두 구동축들에 대하여 동일한 세기로 각각 입력되는 것을 특징으로 하여도 좋다.In this case, the polarization modulator and the polarization sustaining optical fiber are optically connected so that each of the two drive shafts of the polarization modulator respectively coincides with the two optical axes of the polarization sustaining optical fiber, and the optical axes of the polarization maintaining optical fiber are the polarization maintenance The light output through the other end of the polarization maintaining optical fiber is input at the same intensity with respect to the two driving axes of the polarization modulator by rotating the polarization maintaining optical fiber of the polarization adjusting device to achieve 45 ° with respect to the light input to the optical fiber. It may be characterized by.
나아가, 상기 편광 변조기의 상기 두 구동축들 각각이 상기 편광유지 광섬유의 두 광축들 각각과 45°를 이루도록 상기 편광 변조기와 상기 편광유지 광섬유가 광학적으로 연결되어 상기 편광유지 광섬유의 다른 일단을 통하여 출력된 선형 편광의 빛이 편광 변조기의 두 편광 구동축에 대하여 동일한 세기로 각각 입력되는 것을 특징으로 하여도 좋다.Further, the polarization modulator and the polarization sustaining optical fiber are optically connected so that each of the two driving axes of the polarization modulator forms 45 ° with each of the two optical axes of the polarization sustaining optical fiber and is output through the other end of the polarization maintaining optical fiber. Light of linearly polarized light may be input at the same intensity with respect to two polarization drive axes of the polarization modulator.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.With reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유 편광 조절장치를 설명하기 위한 개략도이다.3 is a schematic view for explaining an optical fiber polarization control apparatus according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 편광 조절장치(100)는 외부로부터빛이 입력되며 1/4 파장판 역할을 할 수 있도록 복굴절의 차이에 대응한 길이조절이 이루어진 광섬유 절편(110)과, 광섬유 절편(110)의 광출력단과 광학적으로 연결된 단일모드 광섬유(120)와, 단일모드 광섬유(120)의 광출력단과 광학적으로 연결된 편광유지 광섬유(130)로 이루어진다. 이 때, 광섬유 절편(110)과 단일모드 광섬유(120)의 접합부, 단일모드 광섬유(120)와 편광유지 광섬유(130)의 접합부는 용융 스프라이싱 또는 기계적 스프라이싱으로 형성된다. 그러나, 반드시 상술한 접합방법에만 한정되는 것은 아니고 전송되는 빛이 비교적 적은 손실로 전송될 수 있는 방법으로 접합될 수 있으면 된다. 광섬유 절편(110)은 광섬유 절편(110)의 광입력단과 광학적으로 연결된 별도의 단일모드 광섬유(10)로부터 빛을 입력받는다.Referring to Figure 3, the optical fiber polarization control device 100 according to the present invention is the optical fiber segment 110 and the length adjustment corresponding to the difference in birefringence so that the light is input from the outside and can act as a quarter wave plate And a single mode optical fiber 120 optically connected to the optical output terminal of the optical fiber segment 110 and a polarization maintaining optical fiber 130 optically connected to the optical output terminal of the single mode optical fiber 120. At this time, the junction of the optical fiber segment 110 and the single mode optical fiber 120, the junction of the single mode optical fiber 120 and the polarization maintaining optical fiber 130 is formed by melt splicing or mechanical splicing. However, the present invention is not limited to the above-described bonding method, but may be bonded in such a manner that the transmitted light can be transmitted with relatively little loss. The optical fiber segment 110 receives light from a separate single mode optical fiber 10 optically connected to the optical input terminal of the optical fiber segment 110.
광섬유 절편(110)은, 1/4 파장판 역할을 할 수 있는 대략 1mm 길이의 편광유지 광섬유 절편으로 이루어져 입력된 빛은 각 편광 상태가 90°의 위상차를 가지며 출력되게 한다.The optical fiber segment 110 is composed of approximately 1 mm long polarization-maintaining optical fiber segments that can serve as a quarter wave plate, so that the input light is output with each polarization state having a phase difference of 90 °.
입력된 빛에 대해 광섬유 절편(110)의 광축을 회전시키면 입력 편광을 선형 편광으로 바꾸어 준다. 그리고, 편광유지 광섬유(130)를 1/4 파장판, 즉 광섬유 절편(110)에 대해 회전시켜 1/4 파장판에서 선형 편광으로 바꾸어 진 빛에 편광유지 광섬유(130)의 광축을 맞추게 되면, 편광유지 광섬유의 출력단(131)에서는 편광유지 광섬유(130)의 하나의 광축(101)에 맞추어진 제 1의 선형 편광(103)이 출력되게 된다.Rotating the optical axis of the optical fiber segment 110 with respect to the input light changes the input polarization to linear polarization. When the polarization-maintaining optical fiber 130 is rotated with respect to the quarter wave plate, that is, the optical fiber segment 110, and the optical axis of the polarization-maintaining fiber 130 is aligned with the light changed to linear polarization in the quarter wave plate, At the output terminal 131 of the polarization maintaining optical fiber, the first linear polarization 103 that is aligned with one optical axis 101 of the polarization maintaining optical fiber 130 is output.
그리고, 단일모드 광섬유(120)를 지난 선형 편광에 대해 θ의 각도를 가지도록 편광유지 광섬유(130)를 단일모드 광섬유(120)에 대해 회전시키면 편광유지 광섬유(130)의 하나의 광축으로는 (입력광의 세기 )의 크기를 가지는 빛이 입력되며 다른 하나의 광축으로는 (입력광의 세기 )의 크기를 가지는 빛이 입력된다. 따라서, 편광유지 광섬유(130)를 회전시켜서 편광유지 광섬유(130)의 광축을 진행하는 빛의 세기의 비율을 조절할 수 있다.When the polarization maintaining optical fiber 130 is rotated with respect to the single mode optical fiber 120 to have an angle of θ with respect to the linearly polarized light passing through the single mode optical fiber 120, one optical axis of the polarization maintaining optical fiber 130 is ( Input light intensity The light having the size of) is input, and the other optical axis is the intensity of the input light. Light having a size of) is input. Therefore, by rotating the polarization maintaining optical fiber 130, it is possible to adjust the ratio of the intensity of the light traveling the optical axis of the polarization maintaining optical fiber 130.
한편, 상술한 제1 의 선형 편광된 빛(101)이 출력되는 상태의 편광유지 광섬유(130)를 단일모드 광섬유(120)에 대하여 90°회전시키면 1/4 파장판(110)에서 선형 편광으로 바꾸어 진 빛에 편광유지 광섬유(130)의 다른 하나의 광축(102)을 맞출 수 있다. 이 경우 제 1의 선형 편광(101)과 수직한 제 2의 선형 편광(102)이 편광유지 광섬유(130)의 출력단(131)에서 출력되게 된다.Meanwhile, when the polarization maintaining optical fiber 130 in the state where the first linearly polarized light 101 is output is rotated by 90 ° with respect to the single mode optical fiber 120, the 1/4 wavelength plate 110 is linearly polarized. The other optical axis 102 of the polarization maintaining optical fiber 130 may be aligned with the changed light. In this case, the second linearly polarized light 102 perpendicular to the first linearly polarized light 101 is output from the output terminal 131 of the polarization maintaining optical fiber 130.
따라서, 본 발명의 광섬유 편광 조절장치(100)에 의하면 임의의 입력 편광에 대해서 서로 수직한 두 개의 선형 편광(101, 102)을 출력할 수 있다.Therefore, according to the optical fiber polarization control apparatus 100 of the present invention, it is possible to output two linear polarizations 101 and 102 perpendicular to each other with respect to any input polarization.
도 4는 도 3의 광섬유 편광 조절장치를 자동화한 모터 구동 편광 조절장치를 나타낸 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing a motor-driven polarization control device automated the optical fiber polarization control device of FIG.
도 4를 참조하면, 본 발명의 모터 구동 편광 조절장치는 도 3에 따른 광섬유 편광 조절장치(100)와, 광섬유 편광 조절장치(100)에 있어서 광섬유 절편(110)과 단일모드 광섬유(120)의 접합부에 설치되는 스텝모터 1(210) 및 단일모드 광섬유(120)와 편광유지 광섬유(130)의 접합부에 설치되는 스텝모터 2(220)와, 광섬유 편광 조절장치(100)의 편광유지 광섬유(130)를 통하여 전송되는 선형 편광의 일부를 커플링하는 커플링 수단(300)과, 커플링된 빛의 편광을 측정하는 광검출수단(400)과, 광검출수단(400)에서 측정된 편광의 세기로부터 스텝모터 1(210) 및 스텝모터 2(220)를 구동하는 피드백 알고리즘을 구현하는 콘트롤러(500)로 이루어진다. 이 때, 편광유지 광섬유(130)의 소정영역은 코어부분까지 연마되어 있다.Referring to FIG. 4, the motor-driven polarization controller of the present invention includes an optical fiber polarization controller 100 according to FIG. 3, an optical fiber segment 110 and a single mode optical fiber 120 in the optical fiber polarization controller 100. Step motor 1 (210) and the single-mode optical fiber 120 and polarization maintaining optical fiber 130, which is provided in the junction portion, step motor 2 (220) installed in the junction of the polarization maintaining optical fiber 130, and the polarization maintaining optical fiber 130 of the optical fiber polarization control device 100 Coupling means 300 for coupling a portion of the linearly polarized light transmitted through the optical signal, optical detection means 400 for measuring the polarization of the coupled light, and intensity of the polarization measured by the light detection means 400. And a controller 500 that implements a feedback algorithm for driving the step motor 1 210 and the step motor 2 220. At this time, the predetermined region of the polarization maintaining optical fiber 130 is polished up to the core portion.
커플링 수단(300)은 편광유지 광섬유(130)를 고정하는 쿼츠(310)와, 편광유지 광섬유(130)의 굴절률보다 크며 편광유지 광섬유(130)에 있어서 노출된 코어와 접해있는 크리스탈(320)로 이루어진다. 따라서, 편광유지 광섬유(130)를 통하여 전송되는 빛은 크리스탈(320)에 의하여 적당한 양이 커플링되게 된다. 본 실시예에서는 굴절률 1.52의 값을 가지는 BK-7 크리스탈을 사용하였다.Coupling means 300 is a quartz 310 for fixing the polarization maintaining optical fiber 130, and the crystal 320 is greater than the refractive index of the polarization maintaining optical fiber 130 and in contact with the exposed core in the polarization maintaining optical fiber 130 Is made of. Therefore, the light transmitted through the polarization maintaining optical fiber 130 is coupled to the appropriate amount by the crystal (320). In this example, a BK-7 crystal having a refractive index of 1.52 was used.
광검출수단(400)은 편광유지 광섬유(130)로부터 커플링 된 빛의 편광을 측정하기 위하여 선형 편광기(410)와 선형 편광기(410)를 지난 빛의 세기를 측정하는 광검출기(420)로 이루어진다.The photodetector 400 includes a linear polarizer 410 and a photodetector 420 for measuring the intensity of light passing through the linear polarizer 410 in order to measure the polarization of the light coupled from the polarization maintaining optical fiber 130. .
본 실시예에서 선형 편광기(410)의 축을 회전시킬 수 있도록 하여 편광유지 광섬유(130)의 광축과 편광자의 축을 가능한 한 정확하게 맞추어 준다. 따라서, 상기의 방식을 통하여 편광유지 광섬유를 진행하는 빛의 편광 상태, 즉 편광유지 광섬유의 광축에 맞추어진 정도를 측정하게 된다.In this embodiment, the axis of the linear polarizer 410 can be rotated so that the optical axis of the polarization maintaining optical fiber 130 is aligned with the axis of the polarizer as accurately as possible. Therefore, the polarization state of the light propagating through the polarization maintaining optical fiber, that is, the degree of alignment with the optical axis of the polarization maintaining optical fiber is measured through the above method.
광검출기(420)에서 측정되는 빛의 세기는 편광유지 광섬유(130)에서의 편광이 선형 편광기(410)와 정확히 일치하는 선형편광인 경우에 최대가 되며, 선형 편광기(410)와 편광유지 광섬유(420)를 진행하는 편광이 수직한 경우에 최소가 된다. 따라서, 본 발명 모터 구동 편광 조절장치는 광검출기(420)로부터 측정되는 빛으로부터 피드백 알고리즘을 구현하는 콘트롤러(500)를 통해 스텝모터 1(210)과 스텝모터 2(220)를 구동하여 빛의 편광을 조절한다. 측정되는 빛을 최대 또는 최소화시키기 위해서는 일반적인 피드백 알고리즘이 사용될 수 있으나, 상술한 도 3에 따른 광섬유 편광 조절장치(100)의 특성을 이용하면 최적화된 알고리즘을 사용할 수 있다.The intensity of light measured by the photodetector 420 is maximum when the polarization of the polarization maintaining optical fiber 130 is linearly polarized light that exactly matches the linear polarizer 410, and the linear polarizer 410 and the polarization maintaining optical fiber ( Minimization is made when the polarization traveling through 420 is vertical. Accordingly, the motor-driven polarization controller of the present invention drives the step motor 1 210 and the step motor 2 220 through the controller 500 implementing a feedback algorithm from the light measured by the photodetector 420 to polarize the light. Adjust In order to maximize or minimize the light to be measured, a general feedback algorithm may be used, but an optimized algorithm may be used by using the characteristics of the optical fiber polarization control apparatus 100 according to FIG. 3.
먼저 1/4 파장판(110)을 한 위치에 고정시키고, 편광유지 광섬유(130)를 180°회전시키면서 광검출기(420)로부터 얻어지는 광 세기의 최소값을 측정한다. 이 과정을 다른 위치의 1/4 파장판(110)에 대해서 반복하여 수행하면 모든 영역에서 광 세기의 최소값을 측정할 수 있다.First, the quarter wave plate 110 is fixed at one position, and the minimum value of the light intensity obtained from the photodetector 420 is measured while rotating the polarization maintaining optical fiber 130. By repeating this process for the quarter wave plate 110 at different positions, the minimum value of the light intensity can be measured in all regions.
도 5는 도 4에 따른 모터 구동 편광 조절장치에 있어서 파장판의 회전각에 따라 편광유지 광섬유를 회전했을 경우 광 세기의 최소값을 측정한 그래프이다.FIG. 5 is a graph in which the minimum value of light intensity is measured when the polarization maintaining optical fiber is rotated according to the rotation angle of the wave plate in the motor driving polarization adjusting device according to FIG. 4.
도 5를 참조하면, 1/4 파장판의 위치에 따라 편광유지 광섬유를 회전할 경우 얻어진 최소값들 중 가장 작은 값은 두 지점에서 발생하며 이 두 지점에서 선형 편광기(410)와 수직한 선형 편광이 출력된다. 또한 임의의 입력 편광에 대해서 동일한 경향의 결과를 나타내는 데 이것은 1/4 파장판과 편광유지 광섬유를 구비하는 편광 조절장치의 고유한 특성이다.Referring to FIG. 5, the smallest value among the minimum values obtained when the polarization maintaining optical fiber is rotated according to the position of the quarter wave plate occurs at two points, and linear polarization perpendicular to the linear polarizer 410 is generated at these two points. Is output. It also shows the same trend of results for any input polarization, which is a unique feature of polarization control devices with quarter wave plates and polarization maintaining optical fibers.
상기의 1차원 최적화 문제에서 최소값을 얻어내는 알고리즘으로 1/4 파장판의 회전 각도에 따른 피보나치 알고리즘을 사용한다. 1/4 파장판의 각도를 먼저 결정하고, 편광유지 광섬유를 180°회전시켜서 회전시 광세기의 최소값을 얻어내는 과정을 1/4 파장판의 회전각에 대해 반복하여 광 검출기에서 얻어지는 빛의 세기를 최소화 할 수 있다.As the algorithm for obtaining the minimum value in the one-dimensional optimization problem, the Fibonacci algorithm according to the rotation angle of the quarter wave plate is used. The angle of the quarter wave plate is determined first, and the process of obtaining the minimum value of the light intensity during rotation by rotating the polarization maintaining optical fiber by 180 ° is repeated for the rotation angle of the quarter wave plate, and the light intensity obtained from the light detector Can be minimized.
광검출기에서 얻어지는 빛의 세기가 최소가 될 경우 편광유지 광섬유를 진행하는 빛은 편광유지 광섬유의 한 축에 정확하게 일치하는 선형 편광이 된다.When the light intensity obtained from the photodetector is minimized, the light propagating through the polarization maintaining optical fiber becomes linearly polarized light that exactly matches one axis of the polarization maintaining optical fiber.
상기의 방법으로 광섬유 편광 조절 장치를 제작할 경우 얻어지는 성능은 다음과 같다.The performance obtained when the optical fiber polarization adjusting device is manufactured by the above method is as follows.
1550 nm파장을 가지는 임의의 입력 편광에 대해서 상술한 모터 구동 편광 조절장치는 25dB이상의 편광 소거율을 가지는 선형 편광을 만들 수 있으며, 수직한 선형 편광에 대해서도 동일하게 25dB이상의 편광 소거율을 가졌다. 또한 제시한 알고리즘을 사용하여 1/4 파장판의 각도를 결정할 경우, 12∼13번의 시도 후에 25dB이상의 편광 소거율을 가지는 선형 편광으로 수렴하는 결과를 얻을 수 있었다.The motor-driven polarization controller described above for any input polarization having a wavelength of 1550 nm can produce linear polarization having a polarization cancellation ratio of 25 dB or more, and has a polarization cancellation ratio of 25 dB or more, even for vertical linear polarization. In addition, when the angle of the quarter wave plate is determined using the proposed algorithm, it is possible to converge to linearly polarized light having a polarization cancellation ratio of 25 dB or more after 12 to 13 trials.
따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 모터 구동 편광 조절장치는 임의의 입력편광을 편광유지 광섬유의 축에 맞추어진 빛으로 자동으로 바꾸어 주는 역할을 수행하며, 서로 수직한 두 선형 편광을 출력할 수 있다.Therefore, as described above, the motor-driven polarization controller according to the present invention automatically converts any input polarization into light aligned with the axis of the polarization maintaining optical fiber, and can output two linear polarizations perpendicular to each other. have.
편광 스크램블러는 일정한 입력광의 편광상태를 변조시켜서 출력광의 편광상태가 모든 가능한 경우를 경험하게 함으로써, 출력광을 일정시간 동안 관찰할 때 상기 출력광이 마치 편광이 되어 있지 않는 것처럼 변환시켜주는 장치이다.A polarization scrambler is a device that modulates the polarization state of a given input light so that the polarization state of the output light can be experienced in all possible cases, thereby converting the output light as if it is not polarized when observing the output light for a predetermined time.
빛의 편광이 얼마나 잘 이루어져 있는지를 나타내는 지수를 편광도(Degree of Polarization, DOP)라고 한다. 완전히 편광되어 있는 빛의 편광도는 100%이고 전혀 편광되어 있지 않은 빛의 편광도는 0%이다.The index indicating how well polarized light is made is called the degree of polarization (DOP). The polarization degree of fully polarized light is 100% and the polarization degree of non-polarized light is 0%.
편광 스크램블러는 이러한 편광도를 낮추어 주는 역할을 한다. 이상적인 편광 스크램블러는 100%의 편광도를 갖는 입력광을 변환시켜서 출력광의 편광도가 0%가 되도록 하는 것이다. 편광상태에 따라 광출력이 변하는 소자나 광 시스템에서 이러한 편광 스크램블러를 이용하면 안정된 광출력을 얻을 수 있기 때문에, 광섬유소자의 측정시스템, 광섬유 센서 그리고 장거리 광통신에서 편광 스크램블러를 이용하여 잡음 대 신호비를 향상시킬 수 있다.The polarization scrambler lowers the degree of polarization. An ideal polarization scrambler converts input light with a polarization degree of 100% so that the polarization degree of the output light is 0%. The use of this polarization scrambler in devices or optical systems where the optical power varies depending on the polarization state provides a stable optical output. Therefore, the noise-to-signal ratio can be reduced by using a polarization scrambler in optical fiber measurement systems, optical sensors, and long-distance optical communications. Can be improved.
종래의 편광 스크램블러는 두 개의 편광 변조기를 사용하여 광섬유를 각각 구동함으로서 빛의 편광도를 0으로 만들어 줄 수 있다. 하지만, 본 발명의 편광 조절장치를 이용하여 편광 변조기에 입력되는 입력광의 세기를 편광 변조기의 두 구동축에 50 %씩 입력시킨다면 하나의 구동 장치로도 편광도를 0으로 만들어 줄 수 있다. 여기서 편광 변조기는 압전 소자 등으로 편광 유지 광섬유의 길이를 변조하여 편광 변조를 수행하는 구조와, 단일 모드 광섬유에 음향 광학효과를 사용하여 편광 편조를 수행하는 구조 등이 사용될 수 있다.Conventional polarization scramblers can drive the optical fiber by using two polarization modulators to zero the polarization of light. However, if the intensity of the input light input to the polarization modulator using the polarization modulator of the present invention by 50% to each of the two drive shafts of the polarization modulator, even one driving device can make the polarization degree to zero. The polarization modulator may be a structure in which polarization modulation is performed by modulating the length of the polarization maintaining optical fiber with a piezoelectric element, and a structure in which polarization braiding is performed using an acoustic optical effect on a single mode optical fiber.
도 6은 상술한 본 발명에 따른 편광 조절장치를 편광 스크램블러에 적용한 예를 나타내는 개략도이다. 여기서, 도 6의 (1)은 도 4에 따른 모터 구동 편광 조절장치와 편광 변조기가 결합된 형상을 나타낸 개략도이고, 도 6의 (2) 및 (3)은 도 6의 (1)에 따른 편광 변조기의 두 구동축에 입력광이 각각 50 %씩 입력되도록 구현한 시스템들을 설명하기 위한 개략도이다.6 is a schematic view showing an example in which the polarization control device according to the present invention described above is applied to a polarization scrambler. 6 is a schematic view showing a shape in which the motor-driven polarization controller and the polarization modulator of FIG. 4 are combined, and FIGS. 6 and 3 are polarizations according to FIG. It is a schematic diagram for explaining systems implementing input light to each of the two drive shafts of the modulator by 50%.
도 6의 (1)을 참조하면, 도 4에 따른 모터 구동 편광 조절장치의 편광유지 광섬유(130)의 출력단과 편광 변조기(600)의 입력단이 연결되어 있다. 이 때, 편광 변조기의 두 구동축에 입력광이 각각 50 %씩 입력되도록 구현한 편광 스크램블러시스템으로는 다음의 두 가지를 들 수 있다.Referring to (1) of Figure 6, the output terminal of the polarization maintaining optical fiber 130 and the input terminal of the polarization modulator 600 of the motor drive polarization control apparatus according to Figure 4 is connected. In this case, two types of polarization scrambler systems in which input light is input to each of the two driving shafts of the polarization modulator by 50% may be mentioned as follows.
도 6의 (2)를 참조하면 그 첫 번째 시스템은, 편광 변조기(600)와 편광유지 광섬유(130)의 접합부(630)에서 편광 스크램블의 구동축(610, 620)을 편광유지 광섬유(130)의 광축(101, 102)에 일치시키고 스텝모터 2(220)를 회전시켜 편광유지 광섬유(130)의 광축에 입력되는 광세기를 조절하는 것이다. 즉, 도 4의 광섬유 편광 조절장치에서 선형 편광 출력이 얻어 졌을 때, 이 상태에서 스텝모터 2(220)를 이용하여 입력광에 대하여 편광유지 광섬유(130)의 두 광축(101, 102)이 45°되도록 회전시키면, 편광유지 광섬유(130)의 두 광축(101, 102)에는 동일한 세기의 광이 각각 입력된다. 따라서 편광 변조기(600)의 두 구동축(610, 620)에도 동일한 세기를 가지는 광이 각각 입력되므로 편광 변조기 출력단에서의 편광도를 0으로 만들게 된다.Referring to (2) of FIG. 6, the first system includes driving axes 610 and 620 of the polarization scramble at the junction 630 of the polarization modulator 600 and the polarization maintaining optical fiber 130. By matching the optical axes (101, 102) and rotating the step motor 2 (220) to adjust the light intensity input to the optical axis of the polarization maintaining optical fiber 130. That is, when the linearly polarized light output is obtained in the optical fiber polarization adjusting device of FIG. 4, in this state, the two optical axes 101 and 102 of the polarization maintaining optical fiber 130 are 45 with respect to the input light using the step motor 2 220. When rotated by degrees, light having the same intensity is input to the two optical axes 101 and 102 of the polarization maintaining optical fiber 130, respectively. Therefore, since light having the same intensity is respectively input to the two driving shafts 610 and 620 of the polarization modulator 600, the polarization degree at the output of the polarization modulator is zero.
도 6의 (3)을 참조하면 그 두 번째 시스템은, 편광 변조기(600)의 입력단의 광섬유와 편광유지 광섬유(130)의 접합부(630)에서 편광 변조기(600)의 두 편광 구동축(610, 620)과 편광유지 광섬유의 광축(101 또는 102)이 45°의 각도를 이루게 하는 방법이다. 따라서, 편광 변조기(600) 각각의 편광 구동축(610, 620)에 대하여 편광유지 광섬유(130)에서 출력된 선형 편광이 각각 50%씩 입력되게 되므로 편광 변조기 출력단에서의 편광도를 0으로 만들게 된다.Referring to (3) of FIG. 6, the second system includes two polarization driving shafts 610 and 620 of the polarization modulator 600 at the junction 630 of the optical fiber at the input terminal of the polarization modulator 600 and the polarization maintaining optical fiber 130. ) And the optical axis 101 or 102 of the polarization maintaining optical fiber to form an angle of 45 degrees. Accordingly, since the linearly polarized light output from the polarization maintaining optical fiber 130 is input by 50% to the polarization driving shafts 610 and 620 of each of the polarization modulators 600, respectively, the polarization degree at the output of the polarization modulator is zero.
상술한 두 가지 시스템을 이용하면 자동 편광 조절 장치와 하나의 구동장치를 가지는 편광 변조기로서 편광도를 0으로 만드는 편광 스크램블러를 구현할 수 있다.Using the two systems described above, a polarization scrambler having a polarization degree of zero as a polarization modulator having an automatic polarization control device and one driving device can be implemented.
본 발명의 광섬유 편광 조절장치에 의하면, 본 발명의 광섬유 편광 조절장치에 의하면, 편광 조절부가 파장판과 편광유지 광섬유로 이루어지므로 임의의 입력 편광을 가지는 빛을 선형 편광된 빛으로 바꾸어 주고 선형 편광된 빛의 편광을 유지하여 광섬유를 진행하게 하며, 서로 수직한 선형 편광을 각각 출력할 수 있고, 피드백 조절기를 용이하게 구성할 수 있다.According to the optical fiber polarization control device of the present invention, according to the optical fiber polarization control device of the present invention, since the polarization control unit is composed of a wave plate and a polarization maintaining optical fiber, the light having any input polarization is converted into linearly polarized light and linearly polarized light. Maintaining the polarization of the light to advance the optical fiber, it is possible to output the linear polarization perpendicular to each other, it is possible to easily configure the feedback regulator.
따라서, 시간에 따라 입력 편광이 변화할 때 출력으로서 광축에 맞추어진 선형 편광 출력이 필요한 예에 적용될 수 있다. 이러한 예로는 편광유지 광섬유 패치 코드의 제조공정, 하나의 편광 변조기만을 가지는 편광 스크램블러의 구성에 사용될 수 있다.Therefore, it can be applied to an example in which a linearly polarized output that is aligned with the optical axis is required as the output when the input polarization changes with time. This example can be used in the manufacturing process of the polarization maintaining optical fiber patch cord, the configuration of the polarization scrambler having only one polarization modulator.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited only to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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2001
- 2001-10-30 KR KR10-2001-0067100A patent/KR100395658B1/en active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
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| KR20030035159A (en) | 2003-05-09 |
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