KR100419228B1 - Optical device composed of optical rotator with zero Polarization Mode Dispersion and its related devices - Google Patents
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Abstract
편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자 및 이의 응용소자에 대해 개시한다. 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자는, 격자에 의한 선형복굴절이 존재하는 광도파로 영역의 중간 지점에 편광된 빔의 편광면을 90°회전시켜주는 광회전자를 마련하여 편광모드 간의 시간지연을 제거 또는 감소시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 편광모드 분산이 없는 광도파로 소자 및 시스템을 구현함으로써 기존의 광섬유격자를 제작하면서 발생될 수 있는 선형복굴절을 보상해 주어 기존의 광섬유격자의 성능향상 및 실용화에 크게 기여할 것이다.An optical device having an optical rotor for polarization mode dispersion compensation and an application thereof are disclosed. The optical device having the polarization mode dispersion compensation optical rotor of the present invention, by providing an optical rotor for rotating the polarization plane of the polarized beam 90 ° in the middle point of the optical waveguide region where the linear birefringence by the grating exists between the polarization modes It is characterized by eliminating or reducing time delay. According to the present invention, by implementing the optical waveguide device and system without the polarization mode dispersion to compensate for the linear birefringence that can be generated while manufacturing the conventional optical fiber grating will greatly contribute to the performance improvement and practical use of the conventional optical fiber grating.
Description
본 발명은 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자에 관한 것으로, 특히 광통신 시스템 및 광소자, 광필터, 광센서 등에서 많이 쓰이고 있는 장주기격자(Long Period Grating)의 제작에서 발생될 수 있는 선형복굴절을 보상하여 격자내의 편광모드 분산을 없애주거나 줄여줄 수 있는 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자를 적용한 광압력 센서 및 광섬유 필터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device having an optical rotor for polarization mode dispersion compensation, and more particularly, to linear birefringence that may occur in the fabrication of long period gratings, which are widely used in optical communication systems, optical devices, optical filters, and optical sensors. The present invention relates to an optical device having a polarization mode dispersion compensation optical rotor capable of compensating for and eliminating or reducing polarization mode dispersion in a grating. In addition, the present invention relates to an optical pressure sensor and an optical fiber filter to which an optical element having a polarization mode dispersion compensation optical rotor is applied.
편광모드 분산은 광소자에서 제조상의 결함 또는 외부로부터의 변형으로 형성된 도파로 내의 느린 축(slow axis)과 빠른 축(fast axis)을 두 개의 서로 수직된 편광 모드가 진행하면서 서로 다른 도파 속도에 의해 신호파워의 분산이 발생하는 것으로서, 광소자의 성능을 열화시키는 원인으로 작용한다. 그래서, 본 출원인은 선형복굴절을 보상하여 편광모드 분산을 제거하거나 줄이기 위한 방법으로써 편광모드 분산이 없는 광회전자를 갖는 광소자를 제시하고자 한다.Polarization mode dispersion is caused by the different waveguide speeds as the two perpendicular polarization modes progress through the slow and fast axis in the waveguide formed by manufacturing defects or deformation from the outside in the optical device. Dispersion of power occurs, which causes the deterioration of the performance of the optical device. Therefore, the present inventors propose an optical device having an optical rotor without polarization mode dispersion as a method for compensating for linear birefringence to remove or reduce polarization mode dispersion.
따라서, 본 발명의 목적은 편광모드 분산을 보상하는 광소자, 특히 광섬유격자 소자를 구현하는데 있어서, 선형복굴절이 존재하는 광도파로의 중간 지점에 편광된 빔의 편광면을 90°회전시켜주는 광회전자를 삽입시켜줌으로써 상기 선형복굴절에 의해서 생기는 편광모드간의 시간지연을 없애거나 줄여줌으로써 편광모드 분산이 없는 광도파로 소자를 구현할 수 있는 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical device for compensating polarization mode dispersion, in particular an optical fiber grating device, wherein the optical rotor rotates the polarization plane of the polarized beam by 90 ° at an intermediate point of the optical waveguide where linear birefringence exists. The present invention provides an optical device having a polarization mode dispersion compensation optical rotor capable of realizing an optical waveguide device having no polarization mode dispersion by eliminating or reducing time delay between polarization modes caused by the linear birefringence.
또한, 상기한 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자가 적용된 광압력 센서 및 광섬유 필터를 제공하는데 있다.The present invention also provides an optical pressure sensor and an optical fiber filter to which an optical device having the optical rotor for polarization mode dispersion compensation is applied.
도 1은 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자를 개략적으로 나타낸 도면,1 is a view schematically showing an optical device having an optical rotor for polarization mode dispersion compensation;
도 2는 다수의 선형복굴절이 있을 경우에 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자를 다수 배치하는 개념을 개략적으로 나타낸 도면,2 is a view schematically illustrating a concept of arranging a plurality of optical elements having a polarization mode dispersion compensation optical rotor when there are a plurality of linear birefringence;
도 3은 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자에서 선형복굴절이 보상되는 원리를 설명하기 위한 도면,3 is a view for explaining the principle that the linear birefringence is compensated for in the optical device having the optical rotor for polarization mode dispersion compensation;
도 4a는 본 발명의 제1 실시예로서, Photo-induced 복굴절을 보상시켜주기 위해 광회전자 전ㆍ후단부에 UV빔 패턴을 광섬유에 노출시켜 격자를 형성시킨 광소자를 나타낸 도면,4A is a view showing an optical device in which a lattice is formed by exposing a UV beam pattern to an optical fiber at the front and rear ends of an optical rotor to compensate for photo-induced birefringence as a first embodiment of the present invention;
도 4b는 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예로서, Pressure-induced 복굴절을 보상시켜주기 위해 광회전자 전ㆍ후단부에 압력 또는 힘을 가해서 격자를 형성시킨 광소자를 나타낸 도면,4B is a view showing an optical device in which a lattice is formed by applying pressure or force to the front and rear ends of an optical rotor to compensate for pressure-induced birefringence as a first modification of the first embodiment of the present invention;
도 4c는 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예로서, 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자에 의해 선형복굴절이 보상되는 평면 광도파로의 상부절개도,4C is a top view of a planar optical waveguide in which linear birefringence is compensated by an optical device having a polarization mode dispersion compensation optical rotor as a second modification of the first embodiment of the present invention;
도 5a는 본 발명의 제2 실시예로서, 선형복굴절을 보상하기 위해 광회전자 전ㆍ후단부의 광섬유에 동시에 압력을 인가하여 격자를 형성시킨 광소자를 개략적으로 나타낸 도면,FIG. 5A is a schematic diagram illustrating an optical device in which a grating is formed by simultaneously applying pressure to optical fibers at the front and rear ends of an optical rotor in order to compensate linear birefringence.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예의 변형예로서, 선형복굴절을 보상하기 위해 광회전자 전ㆍ후단부의 광섬유에 UV빔 패턴을 노출시켜 격자를 형성시킨 광소자를 개략적으로 나타낸 도면,FIG. 5B is a schematic diagram of an optical device in which a lattice is formed by exposing a UV beam pattern to an optical fiber at the front and rear ends of an optical rotor to compensate for linear birefringence, as a modification of the second embodiment of the present invention; FIG.
도 6a 및 6b는 제1 실시예 및 제2 실시예의 광회전자 전ㆍ후단부의 광섬유에 형성된 격자를 형성시키는 방법중의 하나로서 압력이나 힘을 인가하기 위한 요철판 및 평면판의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.6A and 6B are schematic diagrams illustrating the concave-convex plate and the flat plate for applying pressure or force as one of methods for forming a grating formed in the optical fiber at the front and rear ends of the optical rotors of the first and second embodiments. Drawing.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
5 : 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자5: optical device having optical rotor for polarization mode dispersion compensation
10, 10a, 10b, 10c, 10' : 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부10, 10a, 10b, 10c, 10 ': front end of optical element with linear birefringence
20, 20a, 20b, 20c, 20' : 선형복굴절이 존재하는 광소자의 후단부20, 20a, 20b, 20c, 20 ': rear end of optical element with linear birefringence
30, 30a, 30b, 30c, 30' : 광회전자30, 30a, 30b, 30c, 30 ': optical rotor
40 : 입력신호40: input signal
42 : 출력신호42: output signal
44 : 코어44: core
50, 50a, 50b : 광섬유50, 50a, 50b: optical fiber
60 : 입력신호 중에서 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부의 fast axis로 편광되어 입력되는 빔60: Beam inputted by being polarized to the fast axis of the front end of the optical element in which the linear birefringence exists among the input signals
64 : 90°광회전자에서 출력되는 빔64: beam output from 90 ° optical rotor
66 : 선형복굴절이 존재하는 광소자의 후단부의 slow axis66: slow axis of the rear end of the optical element with linear birefringence
68 : 입력신호 중에서 fast axis로 편광된 빔이 90°광회전자에 의해서 slow axis로 편광되어 출력되는 빔68: A beam in which the beam polarized to the fast axis among the input signals is polarized and output to the slow axis by a 90 ° optical rotor
70 : 입력신호 중에서 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부의 slow axis로 편광되어 입력되는 빔70: a beam polarized to the slow axis of the front end portion of the optical element having a linear birefringence of the input signal
74 : 90°광회전자에서 출력되는 빔74: beam output from a 90 ° optical rotor
76 : 선형복굴절이 존재하는 광소자의 후단부의 fast axis76: fast axis of the rear end of the optical element having a linear birefringence
78 : 입력신호 중에서 slow axis로 편광된 빔이 90°광회전자에 의해서 fast axis로 편광되어 출력되는 빔78: A beam in which the beam polarized on the slow axis among the input signals is polarized on the fast axis by the 90 ° optical rotor and output.
80 : 평면 광도파로80: planar optical waveguide
90 : 접합부90: junction
100a : 요철판(Grooved Plate)100a: Grooved Plate
100b : 평면판(Flat Plate)100b: Flat Plate
110 : 진폭 마스크(Amplitude mask)110: amplitude mask
L : 선형복굴절이 존재하는 광섬유의 길이L: length of optical fiber with linear birefringence
L1 : 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부의 길이L1: Length of the front end of the optical element with the linear birefringence
L2 : 선형복굴절이 존재하는 광소자의 후단부의 길이L2: Length of the rear end of the optical element with the linear birefringence
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자는, 격자에 의한 선형복굴절이 존재하는 광도파로 영역의 중간 지점에 편광된 빔의 편광면을 90°회전시켜주는 광회전자를 마련하여 편광모드 간의 시간지연을 제거 또는 감소시키는 것을 특징으로 한다.Optical device having a polarization mode dispersion compensation optical rotor of the present invention for achieving the above object of the present invention, rotates the polarization plane of the polarized beam 90 ° in the middle point of the optical waveguide region where the linear birefringence by the grating exists It is characterized by eliminating or reducing the time delay between the polarization mode by providing an optical rotor.
또한, 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자는, 제1 격자에 의한 선형복굴절이 존재하는 광도파로 영역에 대해, 상기 선형복굴절이 존재하는 지점 전후에 선형복굴절을 가지는 제2 격자를 추가로 생성시키고, 편광된 빔에 의해 형성되는 편광면을 90°회전시켜주는 광회전자를 삽입시켜 선형복굴절에 의해서 생기는 편광모드 간의 전체 시간지연을 제거 또는 감소시키는 것을 특징으로 한다.The optical device having the optical rotor for polarization mode dispersion compensation according to the present invention includes a second grating having linear birefringence before and after the point where the linear birefringence exists in the optical waveguide region in which the linear birefringence exists by the first grating. It further generates and inserts an optical rotor that rotates the polarization plane formed by the polarized beam by 90 ° to eliminate or reduce the total time delay between polarization modes caused by linear birefringence.
이 때, 상기 광회전자는 광도파로의 선형복굴절의 개수를 고려하여 광도파로에 적어도 1개 이상 마련될 수 있으며, 상기 선형복굴절이 존재하는 제1 격자의 지점 전후에 추가하는 선형복굴절이 존재하는 제2 격자의 편광축(slow axis, fastaxis) 방향이 상기 선형복굴절의 편광축과 평행인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 선형복굴절이 존재하는 제1 격자의 지점 전후에 추가하는 제2 격자에 존재하는 선형복굴절의 크기는 상기 제1 격자에 존재하는 선형복굴절의 크기와 동일하다.In this case, at least one optical rotor may be provided in the optical waveguide in consideration of the number of linear birefringence of the optical waveguide, and the linear birefringence may be added before and after the point of the first grating where the linear birefringence exists. It is preferable that the direction of the slow axis (fast axis) of the two gratings is parallel to the polar axis of the linear birefringence. In addition, the size of the linear birefringence present in the second grating added before and after the point of the first grating where the birefringence exists is the same as the size of the linear birefringence present in the first grating.
한편, 상기 광회전자는 편광빔의 편광면이 90°회전하는 광섬유 광회전자, 또는 패러데이 광회전자를 사용하며, 상기 광도파로는 광섬유 및 평면 도파로 등에 모두 적용된다.On the other hand, the optical rotor uses an optical fiber optical rotor, or Faraday optical rotor in which the polarization plane of the polarizing beam is rotated 90 °, the optical waveguide is applied to both optical fiber and planar waveguide.
여기서, 상기 격자는 UV 레이저 빔을 선택적으로 광감도가 있는 광도파로에 일정시간 노출시켜서 제작하거나, 외부에서 압박함으로써 주로 제작할 수 있다. UV 레이저 빔을 광도파로, 특히 광섬유에 노출시켜서 제작하는 격자는 위상마스크나 간섭계를 이용하여 제작하거나, 또는 진폭마스크를 이용해서 제작한다. 레이저 빔을 광섬유에 노출시켜서 제작하는 격자에 생기는 복굴절은 레이저 빔의 편광상태에 따라서 선형복굴절의 크기가 달라지고, 압박을 해서 제작하는 격자에 생기는 선형복굴절의 크기는 압박의 크기에 대략 비례해서 증가하게 된다. 그런데, 선형복굴절의 크기에 따라서 균일한 선형복굴절이 있는 길이가 L인 격자를 지나갈 때 생기는 두축(fast, slow axis)모드 사이의 시간차()는 선형복굴절의 크기 B와 길이 L에 비례한다. 따라서 상기 제1 격자의 선형복굴절에 의해서 생기는 시간지연을 보상해주기 위해서 필요한 제2 격자의 길이 L2와 선형복굴절의 크기 B2는이거나,가 되도록 설계해 주어야 한다. 이 때문에 만일 격자의 길이 L1과 L2를 같게 하는 경우에는 제1 격자와 제2 격자의 복굴절 B1과 B2가 같아야 하고, B1과 B2가 같지 않을 경우에는 편광모드 분산을 보상해 주기 위해서는 길이 L1과 L2를 다르게 해야 한다.Here, the grating may be manufactured by exposing the UV laser beam selectively to an optical waveguide having a light sensitivity for a predetermined time or mainly by pressing it from the outside. The grating produced by exposing the UV laser beam to an optical waveguide, especially an optical fiber, is manufactured by using a phase mask or an interferometer, or by using an amplitude mask. The birefringence of the lattice produced by exposing the laser beam to the optical fiber varies in linear birefringence according to the polarization state of the laser beam, and the magnitude of the linear birefringence in the lattice produced by pressing increases in proportion to the size of the compression. Done. By the way, the magnitude of linear birefringence The time difference between fast and slow axis modes that occurs when passing a lattice of length L with uniform linear birefringence ) Is proportional to the size B and length L of the linear birefringence. Therefore, the length L 2 of the second grating and the size B 2 of the linear birefringence required to compensate for the time delay caused by the linear birefringence of the first grating are Or It should be designed to be Therefore, if the grating lengths L 1 and L 2 are the same, the birefringences B 1 and B 2 of the first grating and the second grating should be the same, and if the B 1 and B 2 are not equal, the polarization mode dispersion is compensated. The length L 1 and L 2 must be different to give it.
상기한 격자를 형성시키기 위해 주기적이거나 비주기적으로 형성된 요철판과, 광도파로를 지지하는 평면판을 마련한다. 이 때, 광회전자의 전후를 동시에 또는 각각 압박하기 위해서는, 상기 광회전자 전후에 형성된 도파로에 동시에 압력을 인가하는 주기적이거나 비주기적으로 형성된 요철판과, 상기 광회전자 전후에 형성된 광도파로를 동시에 지지하는 평면판을 마련한다.In order to form the lattice, a concave-convex plate formed periodically or aperiodically and a flat plate supporting the optical waveguide are provided. At this time, in order to press the front and back of the optical rotor at the same time or separately, a periodic or aperiodic irregular plate which simultaneously applies pressure to the waveguides formed before and after the optical rotor and the optical waveguides formed before and after the optical rotor at the same time Provide a flat plate.
한편, 상기한 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자가 적용된 광압력 센서는, 격자에 의한 선형복굴절이 존재하는 광도파로 영역의 중간 지점에 편광된 빔의 편광면을 90°회전시켜주는 광회전자를 마련하여 선형복굴절을 제거시킴과 동시에 변화되는 투과 스펙트럼과 외부 압력 또는 스트레인과의 관계에서 압력을 센싱한다.On the other hand, the optical pressure sensor to which the optical element having the polarization mode dispersion compensation optical rotor of the present invention is applied, rotates the polarization plane of the polarized beam 90 ° in the middle point of the optical waveguide region where the linear birefringence by the grating exists The state provides an optical rotor to eliminate linear birefringence and simultaneously senses the pressure in relation to the changing transmission spectrum and external pressure or strain.
그리고, 상기한 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자가 적용된 광섬유 필터는, 격자에 의한 선형복굴절이 존재하는 광도파로 영역에서 압박이 이루어지는 중간 지점에 편광된 빔의 편광면을 90°회전시켜주는 광회전자를 마련하여 선형복굴절을 제거시킴과 동시에 신호의 필터링을 수행한다.In addition, the optical fiber filter to which the optical element having the polarization mode dispersion compensation optical rotor of the present invention is applied has a polarization plane of 90 ° of a polarized beam at an intermediate point where pressure is applied in an optical waveguide region in which linear birefringence by a grating exists. The optical rotor that rotates eliminates linear birefringence and performs signal filtering.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자의 구성을 개략적으로나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 편광모드 분산이 없는 광소자 및 광시스템을 구현하기 위해 선형복굴절을 보상해주는 광소자, 즉 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자(5)를 개략적으로 나타내는 도면으로, 광도파로에서의 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부(10)와 광도파로에서의 선형복굴절이 존재하는 광소자의 후단부(20) 사이에 본 발명의 주요소인 90°광회전자(30)를 마련하고 있다. 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자(5)는 코어(44)가 형성된 광섬유(50) 등의 광도파로에 형성되는데, 도파되는 빔은 광도파로에서의 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부(10)에 입력되는 입력신호(40)와, 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자(5)를 통과하여 광도파로에서의 선형복굴절이 보상되어 광소자의 후단부(20)에서 출력되는 출력신호(42)로 구분된다.FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an optical device having an optical rotor for polarization mode dispersion compensation. Referring to FIG. 1, there is schematically shown an optical device without polarization mode dispersion and an optical device for compensating linear birefringence, that is, an optical device 5 having a polarization mode dispersion compensation optical rotor of the present invention. In the figure, the 90 ° optical rotor 30, which is a major element of the present invention, is provided between the front end portion 10 of the optical element in which the linear birefringence exists in the optical waveguide and the rear end portion 20 of the optical element in which the linear birefringence exists in the optical waveguide. To raise. An optical element 5 having a polarization mode dispersion compensation optical rotor is formed in an optical waveguide such as an optical fiber 50 having a core 44 formed thereon, and the beam to be guided is a front end portion of the optical element having a linear birefringence in the optical waveguide. Linear birefringence in the optical waveguide is compensated by passing through the input signal 40 and the optical device 5 having the polarization mode dispersion compensation optical rotor inputted to the optical waveguide 10, and output from the rear end portion 20 of the optical device. Divided into a signal 42.
도 2는 다수의 선형복굴절이 있을 경우에 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자를 다수 배치하는 개념을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자(5) 및 이를 이용한 광시스템을 구현하는데 있어서, 선형복굴절이 1개 이상 또는 다수 있을 경우에 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자(5)를 광섬유(50)의 임의의 영역에 다수개 형성시킬 수 있음을 나타내고 있다.FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a concept of arranging a plurality of optical elements having a polarization mode dispersion compensation optical rotor when there are a plurality of linear birefringences. As shown in FIG. 2, in the implementation of an optical device 5 having a polarization mode dispersion compensation optical rotor and an optical system using the same, a polarization mode dispersion compensation in the case where one or more linear birefringence is present It is shown that a plurality of optical elements 5 having optical rotors can be formed in any region of the optical fiber 50.
도 3은 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자에서 선형복굴절이 보상되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 광신호인 입력신호(40)는입력신호 중에서 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부의 fast axis로 편광되어 입력되는 빔(60)과 입력신호 중에서 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부의 slow axis로 편광되어 입력되는 빔(70)으로 각각 편광되어 90°광회전자(30)로 입력된다. 상기한 2개의 빔들(60, 70)은 90°광회전자(30)에 의해 fast axis로 도파하던 빔(60)은 slow axis와 평행한 축으로 편광(64)되고, slow axis로 도파하던 빔(70)은 fast axis와 평행한 축으로 편광(74)된다. 즉, 참조번호 64와 74는 90°광회전자에서 출력되는 빔이다. 서로 도파하게 되는 축이 바뀐 이 빔들(64, 74)은 다시 선형복굴절이 존재하는 광소자 후단부(20)의 fast axis(76)와 slow axis(66)로 입사되고 이 부분을 도파하고 출력(68, 78)된다. 즉, 참조번호 66은 선형복굴절이 존재하는 광소자의 후단부의 slow axis이고, 76은 선형복굴절이 존재하는 광소자의 후단부의 fast axis이며, 68은 입력신호 중에서 fast axis로 편광된 빔이 90°광회전자에 의해서 slow axis로 편광되어 출력되는 빔이고, 78은 입력신호 중에서 slow axis로 편광된 빔이 90°광회전자에 의해서 fast axis로 편광되어 출력되는 빔이다. 이 과정을 거치게 되면 광섬유격자를 제작하면서 광섬유 내부에 발생하는 선형복굴절에 의해 발생된 편광모드간의 시간지연을 없애거나 줄일 수 있다.3 is a view for explaining a principle that the linear birefringence is compensated for in the optical device having the optical rotor for polarization mode dispersion compensation. Referring to FIG. 3, the input signal 40, which is an optical signal, is polarized by the fast axis of the front end of the optical element having the linear birefringence among the input signals, and the front end of the optical element in which the linear birefringence is present among the input signals. Each of the beams 70 is polarized to the negative slow axis and input to the 90 ° optical rotor 30. The two beams 60 and 70 are guided in the fast axis by the 90 ° optical rotor 30, and the beam 60 is polarized 64 in the axis parallel to the slow axis, and the beam is guided in the slow axis. 70 is polarized 74 in an axis parallel to the fast axis. That is, reference numerals 64 and 74 denote beams output from the 90 ° optical rotor. The beams 64 and 74 whose axes are guided to each other are again incident on the fast axis 76 and the slow axis 66 of the optical element rear end 20 in which the linear birefringence exists and guide and output the portions. 68, 78). That is, reference numeral 66 denotes a slow axis of the rear end of the optical element in which the linear birefringence exists, 76 denotes a fast axis of the rear end of the optical element in which the linear birefringence exists, and 68 is a 90 ° optical rotor in which the beam polarized by the fast axis of the input signal is polarized. Is a beam polarized on the slow axis by the output beam, and 78 is a beam polarized on the fast axis by the 90 ° optical rotor. Through this process, it is possible to eliminate or reduce the time delay between the polarization modes generated by the linear birefringence generated inside the optical fiber while manufacturing the optical grid.
본 발명의 선형복굴절의 보상 원리에 대해서 상술하면, 편광모드 분산으로 인한 시간지연을 보상하기 위해서 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자를 사용하면, 입력빔은 선형복굴절이 있는 제1 격자의 fast axis와 slow axis로 각각 편광되고, 각각 두 축을 도파하던 빔들은 중간 위치에 있는 90°광회전자를 거치면서 서로 도파하게 되는 축을 바꾸게 되고, 이 빔들은 바뀌게 된 축방향을 유지하면서 선형복굴절이 있는 제2 격자의 두 축(fast, slow axis)으로 각각 편광되어 도파하게 된다. 이때에 본 발명인 광소자에 입력되는 빔이 fast axis로 편광되어 도파하는 경우에 입력된 빔이 본 발명의 광소자를 거쳐서 출력될 때까지의 시간을 ta라 하고, slow axis로 편광되어 도파하는 경우 입력된 빔이 본 발명의 광소자를 거쳐서 출력될 때까지의 시간을 tb라 하면 아래 수식 1과 수식 2로 나타낼 수 있다. 여기에서 L1과 L2는 각각 제1 격자와 제2 격자의 길이를 말하며, nf1과 ns1은 선형 복굴절이 있는 제1 격자의 fast axis와 slow axis의 굴절률을 말하고, nf2과 ns2은 선형 복굴절이 있는 제2 격자의 fast axis와 slow axis의 굴절률을 말하며, c는 빛의 속도이다.Referring to the compensation principle of the linear birefringence of the present invention, in order to compensate for the time delay caused by the dispersion of the polarization mode, when the optical device having the optical rotor for polarization mode dispersion compensation of the present invention is used, the input beam has a first linear birefringence. The beams are polarized to the fast axis and the slow axis of the grating, respectively, and the beams that are guiding the two axes change the axes that guide each other through the 90 ° optical rotor in the intermediate position, and the beams are linear birefringent while maintaining the changed axial direction. Are polarized and guided in two axes (fast, slow axes) of the second grating. In this case, when the beam inputted to the optical device of the present invention is polarized and guided by the fast axis, the time until the input beam is output through the optical device of the present invention is referred to as t a , and is polarized and guided by the slow axis. If the time until the input beam is output through the optical device of the present invention as t b can be represented by the following formula (1) and (2). Where L 1 and L 2 are the lengths of the first grating and the second grating, respectively, and n f1 and n s1 are the refractive indices of the fast and slow axes of the first grating with linear birefringence, and n f2 and n s2 Is the refractive index of the fast axis and the slow axis of the second grating with linear birefringence, and c is the speed of light.
[수식 1][Equation 1]
[수식 2][Formula 2]
위의 두식에서 본 발명인 광소자를 도파하는 두 편광모드간의 시간차를 구할수 있다. 시간차를라 하면 아래의 수식 3으로 나타낼 수 있다. 여기에서 B1과 B2는 각각 제1 격자와 제2 격자에 존재하는 선형복굴절의 크기를 말한다.In the above two equations, the time difference between two polarization modes that guide the optical device of the present invention can be obtained. Time difference Then, it can be represented by Equation 3 below. Here, B 1 and B 2 refer to the magnitude of the linear birefringence present in the first grating and the second grating, respectively.
[수식 3][Equation 3]
만약 B1이 제1 격자의 길이 L1에서 균일한 선형복굴절을 갖는다면 위의 수식 3에서와 같이 두 편광모드간의 시간차를 보상하기 위해서는를 만족해야 한다. 이때 상기 제1 격자의 선형복굴절에 의해서 생기는 시간지연을 보상해주기 위해서 필요한 제2 격자의 길이 L2와 선형복굴절의 크기 B2는이거나,가 되도록 설계해 주어야 하며, 이 때문에 만일 격자의 길이 L1과 L2를 같게 하는 경우에는 제1 격자와 제2 격자의 복굴절 B1과 B2가 같아야 하고, B1과 B2가 같지 않을 경우에는 편광모드 분산을 보상해 주기 위해서는 길이 L1과 L2를 다르게 해야 한다.If B 1 has a uniform linear birefringence at the length L 1 of the first grating, to compensate for the time difference between the two polarization modes as in Equation 3 above Must be satisfied. In this case, the length L 2 of the second grating and the size B 2 of the linear birefringence required to compensate for the time delay caused by the linear birefringence of the first grating are Or For this reason, if the grating lengths L 1 and L 2 are the same, the birefringence B 1 and B 2 of the first grating and the second grating should be the same, and if B 1 and B 2 are not the same, In order to compensate for the polarization mode dispersion, the lengths L 1 and L 2 must be different.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예로서, Photo-induced 복굴절을 보상시켜주기 위해 광회전자 전ㆍ후단부에 UV빔 패턴을 광섬유에 노출시켜 격자를 형성시킨 광소자를 나타낸 도면이다. 도 4a를 참조하면, 90°광회전자 전ㆍ후단에 있는 선형복굴절이 존재하는 부분을 UV빔을 간섭시켜서 생기는 UV빔 패턴을 광감도가 있는 광섬유(50)에 일정시간 노출시켜 광섬유격자를 제작함으로써 포토 인듀스드(Photo-induced) 복굴절을 보상시켜 편광모드 분산이 없는 광소자를 구성한 예이다. 본 실시예에서 제시하는 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자는 광회전자(30a)와, 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전단부와 후단부(10a, 20a)들로 구성되며, 선형복굴절이 존재하는 부분의 L1과 L2길이는 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 이 때, 상기 전단부와 후단부(10a, 20a)에는 Photo-induced 복굴절을 보상시켜주기 위한 광섬유격자가 형성되는데, UV빔의 노출양에 따라서 선형복굴절의 양이 달라지며, 보상을 하기 위해서는에 따르며 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.FIG. 4A is a diagram illustrating an optical device in which a lattice is formed by exposing a UV beam pattern to an optical fiber at the front and rear ends of an optical rotor to compensate for photo-induced birefringence. Referring to FIG. 4A, the optical beam grid is fabricated by exposing a portion of the linear birefringence at the front and rear ends of the 90 ° optical rotor to the optical fiber 50 having a light sensitivity for a predetermined time. It is an example of configuring an optical device without polarization mode dispersion by compensating for photo-induced birefringence. The optical device having the optical rotor for polarization mode dispersion compensation proposed in this embodiment is composed of the optical rotor 30a, the front end and the rear ends 10a and 20a of the optical device having the linear birefringence, and the linear birefringence is present. L1 and L2 length of the part to be may be the same or different. At this time, the front end and the rear end (10a, 20a) is formed an optical fiber grating to compensate for the photo-induced birefringence, the amount of linear birefringence is changed according to the exposure amount of the UV beam, to compensate And may be the same or different.
도 4b는 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예로서, Pressure-induced 복굴절을 보상시켜주기 위해 광회전자 전ㆍ후단부에 압력 또는 힘을 가해서 격자를 형성시킨 광소자를 나타낸 도면이다. 도 4b를 참조하면, 90°광회전자 전ㆍ후단에 있는 선형복굴절이 존재하는 광소자의 전ㆍ후단(10b, 20b)을 압력(스트레인)이나 힘을 인가하여 광섬유격자를 만들어 프레져 인듀스드(pressure-induced) 복굴절을 보상시켜 편광모드 분산이 없는 광소자를 구성한 예이다. 여기서, 선형복굴절이 존재하는 전ㆍ후단(10b, 20b)의 L1과 L2길이는 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 또한, 선형복굴절의 크기는 대체로 압력에 비례하며 압력 1과 압력 2에 의한 선형복굴절도 식에 따르며 서로 동일할 수도 있고 다를 수 있다. 상기 광섬유격자가 광섬유 면에 평행한 축을 y축이라 하고 이 방향과 수직인 축을 x축이라 했을 때, y축 방향으로 압력이나 힘이 인가된 경우, 상기 광섬유격자 내에 복굴절이 발생하게 되고 이로 인해 압력이나 힘이 인가된 y축 방향의 굴절률은 감소하고 x축 방향의 굴절률은 증가하게 된다. 따라서 입사된 빔의 y-편광성분은 빠른 축(fast axis)으로 진행하게 되고 x-편광성분은 느린 축(slow axis)으로 진행하게 되는데, 이것은 광섬유격자에 입사한 빔의 두 편광성분이 서로 다른 광섬유격자의 굴절률(,)을 겪게 됨을 의미한다. 결과적으로 두 편광축은 굴절률이 다르게 되므로 속도차가 존재하게 되고 두 편광성분 사이에 시간지연()을 발생시킨다. 그러므로, 선형복굴절이 존재하는 부분의 중간 지점에 90°광회전자(30b)를 위치시켜 상기한 선형복굴절의 보상원리를 이용하여 편광모드 분산이 없는 광소자를 제작할 수 있다.4B is a view showing an optical device in which a lattice is formed by applying pressure or force to the front and rear ends of the optical rotor as a first modification of the first embodiment of the present invention to compensate for pressure-induced birefringence. Referring to FIG. 4B, an optical fiber grating is formed by applying pressure (strain) or a force to the front and rear ends 10b and 20b of the optical element in which the linear birefringence exists before and after the 90 ° optical rotor. pressure-induced) Compensation for birefringence is an example of an optical device having no polarization mode dispersion. Here, the lengths L1 and L2 of the front and rear ends 10b and 20b where the linear birefringence is present may be the same or different. Also, the magnitude of the linear birefringence is generally proportional to the pressure and the linear birefringence of pressure 1 and pressure 2 And may be the same or different. When the axis parallel to the optical fiber plane is called the y-axis and the axis perpendicular to this direction is called the x-axis, when pressure or force is applied in the y-axis direction, birefringence occurs in the optical fiber grid, thereby causing pressure. However, the refractive index in the y-axis direction to which the force is applied decreases and the refractive index in the x-axis direction increases. Thus, the y-polarized light component of the incident beam travels on the fast axis and the x-polarized light component travels on the slow axis, which means that the two polarization components of the beam incident on the optical fiber grid are different. Refractive index of optical fiber grating ( , ). As a result, since the two polarization axes have different refractive indices, a velocity difference exists and a time delay between the two polarization components ( ). Therefore, it is possible to manufacture an optical device without polarization mode dispersion by using the compensation principle of linear birefringence by placing the 90 ° optical rotor 30b at the middle point where the linear birefringence exists.
도 4c는 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예로서, 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자에 의해 선형복굴절이 보상되는 평면 광도파로의 상부절개도이다. 도 4c를 참조하면, 평면 광도파로는 x축과 y축의 유효굴절률이 서로 다르기 때문에 축을 도파하게 되는 TE-편광모드와 TM-편광모드간의 속도차가 발생하게 되고, 편광모드 분산이 발생하게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서는 평면 광도파로의 중간 지점에 본 발명의 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자를 끼워넣어 선형복굴절을 보상함으로써 편광모드 분산을 줄여줄 수 있다. 본 발명의 편광모드 분산이 없는 광소자는 광 광회전자(30')와 선형복굴절이 존재하는 전ㆍ후단부(10', 20')에 형성된 격자들로 구성되며, 선형복굴절이 존재하는 부분의 L1과 L2길이는 서로 동일할 수도 있고 다를 수 있으며, 입력되는 입력신호(40)는 평면 도파로를 따라 도파하다가 편광모드 분산보상용 광회전자를 갖는 광소자를 통과하여 선형복굴절이 보상된 출력신호(42)를 출력시키게 된다.4C is a top cutaway view of a planar optical waveguide in which linear birefringence is compensated by an optical element having a polarization mode dispersion compensation optical rotor as a second modification of the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4C, since the effective refractive indices of the x- and y-axes are different from each other, the speed difference between the TE-polarized mode and the TM-polarized mode that guides the axes is generated, and polarization mode dispersion occurs. In order to solve this problem, the polarization mode dispersion can be reduced by inserting an optical element having the polarization mode dispersion compensation optical rotor of the present invention at an intermediate point of the planar optical waveguide. The optical device without the polarization mode dispersion of the present invention is composed of gratings formed at the optical optical rotor 30 'and the front and rear ends 10' and 20 'where the linear birefringence exists, and L1 of the portion where the linear birefringence exists. The length L2 and L2 may be the same as or different from each other, and the input input signal 40 is guided along a planar waveguide and passed through an optical element having a polarization mode dispersion compensation optical rotor to compensate for linear birefringence. Will print
도 5a는 본 발명의 제2 실시예로서, 선형복굴절을 보상하기 위해 광회전자 전ㆍ후단부의 광섬유에 동시에 압력을 인가하여 격자를 형성시킨 광소자를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5a를 참조하면, 광섬유(50b)에 입력되는 입력신호(40)는 광섬유를 따라 도파하다가 압력(P)으로 인해 발생한 선형복굴절이 존재하는 전단부(10c)를 통과하게 되고, 광섬유 광회전자(30c)에 의해서 두 축에 도파되는 편광이 바뀌게 되며, 이 편광들은 다시 선형복굴절이 존재하는 후단부(20c)를 통과하게 되면서 편광모드 분산으로 발생하게 되는 전송 시간지연을 없애거나 줄인 출력신호(42)를 광섬유(50a)를 통해 출력시킨다. 또한, 선형복굴절이 존재하는 부분(L)과 광섬유 광회전자 사이는 접합될 수 있는데, 이 접합부(90)는 기계적으로나, 용융법으로 접합할 수 있다. 물론, 전단부와 후단부 중간부분에 광섬유를 트위스트 시켜서 광섬유 회전자를 구현하는 경우 접합부가 필요 없으며, 이 방법은 광섬유 회전자를 선형복굴절이 있는 전단부와 후단부에 접합하는 것보다 더 많이 활용된다.FIG. 5A is a schematic diagram illustrating an optical device in which a grating is formed by simultaneously applying pressure to optical fibers at the front and rear ends of an optical rotor to compensate for linear birefringence. Referring to FIG. 5A, the input signal 40 input to the optical fiber 50b is guided along the optical fiber and passes through the front end portion 10c in which the linear birefringence generated due to the pressure P is present. The polarization guided by the two axes is changed by 30c, and the polarizations are passed through the rear end portion 20c where the linear birefringence is present again, thereby eliminating or reducing the transmission time delay caused by polarization mode dispersion. ) Is output through the optical fiber 50a. In addition, the portion L where the linear birefringence exists and the optical fiber optical rotor can be bonded, this bonding portion 90 can be bonded mechanically or by a melting method. Of course, no splicing is required when twisting the fiber in the middle of the front and rear ends to realize the fiber rotor, and this method is more utilized than joining the fiber rotor to the front and rear ends with linear birefringence. do.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예의 변형예로서, 선형복굴절을 보상하기 위해 광회전자 전ㆍ후단부의 광섬유에 UV빔 패턴을 노출시켜 격자를 형성시킨 광소자를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5b를 참조하면, 광섬유(50b)에 입력되는 입력신호(40)는 광섬유(50b)를 따라 도파하다가 UV빔 패턴으로 인해 발생한 선형복굴절이 존재하는 전단부(10c)를 통과하게 되고, 광섬유 광회전자(30c)에 의해서 두축에 도파되는 편광이 바뀌게 되며, 이 편광들은 다시 선형복굴절이 존재하는 후단부(20c)를 통과하게 되면서 편광모드 분산으로 발생하게 되는 전송 시간지연을 없애거나 줄인 출력신호(42)를 광섬유(50a)를 통해 출력시킨다. 또한, 선형복굴절이 존재하는 부분(L)과 광섬유 광회전자 사이는 접합될 수 있는데, 이 접합부(90)는 기계적으로나, 용융법으로 접합할 수 있다. 물론, 전단부와 후단부 중간부분에 광섬유를 트위스트 시켜서 광섬유 회전자를 구현하는 경우 접합부가 필요 없으며, 이 방법은 광섬유 회전자를 선형복굴절이 있는 전단부와 후단부에 접합하는 것보다 더 많이 활용된다.FIG. 5B is a schematic diagram of an optical device in which a lattice is formed by exposing a UV beam pattern to an optical fiber at the front and rear ends of an optical rotor to compensate for linear birefringence as a modification of the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5B, the input signal 40 input to the optical fiber 50b is guided along the optical fiber 50b and passes through the front end portion 10c where the linear birefringence generated due to the UV beam pattern exists. The polarization guided by the electrons 30c is changed to the two axes, and the polarizations are passed through the rear end portion 20c where the linear birefringence is present again, thereby eliminating or reducing the transmission time delay caused by the polarization mode dispersion. 42 is output through the optical fiber 50a. In addition, the portion L where the linear birefringence exists and the optical fiber optical rotor can be bonded, this bonding portion 90 can be bonded mechanically or by a melting method. Of course, no splicing is required when twisting the fiber in the middle of the front and rear ends to realize the fiber rotor, and this method is more utilized than joining the fiber rotor to the front and rear ends with linear birefringence. do.
도 6a 및 6b는 제1 실시예 및 제2 실시예의 광회전자 전ㆍ후단부의 광섬유에 형성된 격자를 형성시키는 방법중의 하나로서 압력이나 힘을 인가하기 위한 요철판 및 평면판의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 광섬유격자를 형성시키는 방법중의 하나로서, 광섬유의 상부에는 요철판(Grooved Plate, 100a)를 위치시키고 광섬유의 하부에는 평면판(Flat Plate,100b)를 위치시켜 광섬유를 위와 아래에서 동시에 압력(P)이나 힘(P)을 인가할 수도 있고 위에서만 힘을 인가하여 격자를 형성시킨다.6A and 6B are schematic diagrams illustrating the concave-convex plate and the flat plate for applying pressure or force as one of methods for forming a grating formed in the optical fiber at the front and rear ends of the optical rotors of the first and second embodiments. Drawing. As shown in FIGS. 6A and 6B, as one of methods of forming an optical fiber grid, a grooved plate 100a is positioned at an upper portion of the optical fiber and a flat plate 100b is disposed at the lower portion of the optical fiber. By applying pressure (P) or force (P) at the same time from the top and bottom of the optical fiber to form a grating by applying a force only from above.
도 6a는 인가되는 압력이나 힘이 광섬유격자 단면축의 한방향에서만 가해지는 예이다. 또한 이 도면에서는 격자의 주기는 주기적인 광섬유격자를 이용하고 있으나, 격자의 주기가 비주기적일 수도 있다. 인가되는 압력(P)이나 힘(P)의 범위는 압박부(100a, 100b)의 길이 L에 의해서 결정되고 선형복굴절의 양은 인가되는 압력이나 힘뿐만 아니라 인가 범위에도 관계되므로 압박부 길이를 조절함으로써 선형복굴절의 양을 조절할 수 있다. 이를 조절하기 위해서는 압력(Pressure)의 양을 조절하거나 광섬유격자가 만들어지는 길이(L)를 조절함으로써 가능하다. 또한, 도 6b는 도 6a를 변형한 것으로써 두 개의 광섬유를 동시에 압력이나 힘을 인가할 수 있는 방법을 나타낸 도면으로, 두 개의 광섬유에 동시에 압력이나 힘을 인가하기 때문에 두 개의 광섬유에 동일한 격자를 제작할 수 있는 특징이 있다. 이는 상기한 도 5a에 동일한 압력이 필요할 경우에 유용하게 적용할 수 있을 것이다.6A is an example in which the pressure or force applied is applied only in one direction of the cross section of the optical fiber lattice. In this figure, the periodicity of the grating uses a periodic optical fiber grating, but the periodicity of the grating may be aperiodic. The range of applied pressure (P) or force (P) is determined by the length L of the pressing portions (100a, 100b) and the amount of linear birefringence is related to the range of application as well as the applied pressure or force, thereby adjusting the pressing portion length. The amount of linear birefringence can be adjusted. This can be done by adjusting the amount of pressure or by the length L of the fiber grating. In addition, FIG. 6B is a diagram illustrating a method of applying pressure or force to two optical fibers at the same time by modifying FIG. 6A. The same grating is applied to two optical fibers because pressure or force is simultaneously applied to the two optical fibers. There are features that can be produced. This may be usefully applied when the same pressure is required in FIG. 5A.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 광섬유에 압력(스트레인)이나 힘을 인가하거나, UV빔을 간섭시켜 광감도 있는 광섬유 일정시간동안 노출시켜서 광섬유격자를 제작하고, 상기 광섬유격자에서 발생하는 선형복굴절을 보상하기 위해서, 선형복굴절이 존재하는 광도파로의 중간 지점에 편광된 빔의 편광면을 90°회전시켜주는 광회전자를 삽입시켜줌으로써 상기 선형복굴절에 의해서 생기는 편광모드간의시간지연을 없애거나 줄여줌으로써 편광모드 분산이 없는 광도파로 소자 및 시스템을 구현할 수 있다. 본 발명은 기존의 광섬유격자를 제작하면서 발생될 수 있는 선형복굴절을 보상해 줌으로써 기존의 광섬유격자의 성능향상 및 실용화에 크게 기여할 것이다.As described above, according to the present invention, the optical fiber grating is manufactured by applying pressure (strain) or force to the optical fiber or by interfering with the UV beam and exposing the optical fiber for a predetermined time, and compensating for the linear birefringence generated in the optical fiber grating. To this end, by inserting an optical rotor that rotates the polarization plane of the polarized beam by 90 ° to the middle point of the optical waveguide in which the linear birefringence exists, the polarization mode by eliminating or reducing the time delay between the polarization modes caused by the linear birefringence Dispersion-free optical waveguide devices and systems can be implemented. The present invention will greatly contribute to the performance improvement and practical use of the conventional optical fiber grating by compensating for the linear birefringence that can occur while manufacturing the conventional optical fiber grating.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it will be apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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