KR19990048060A - Wavelength-tunable optical splitter / combiner using fiber grating elements - Google Patents

Abstract

광 분기/결합장치에 사용되는 광섬유 격자 소자에 인장을 가하는 수단을 부착하고, 가하여진 인장의 정도에 따라 광섬유 격자 소자의 공명파장이 변화하는 성질을 이용하므로써, 분기/결합 하려는 채널을 가변시킬 수 있는 광 분기/결합 장치를 제공한다.By attaching a means for applying a tension to an optical fiber grating element used in an optical branching / coupling device and utilizing the property that the resonance wavelength of the optical fiber grating element changes according to the degree of tension applied, the channel to be branched / coupled can be varied. To provide an optical splitting / coupling device.

또한 인장을 가하는 수단이 부착된 복수의 광섬유 격자를 연결하고 각 광섬유 격자의 공명파장을 조정하므로써, 원하는 채널을 임의로 선택할 수 있는 스위칭형 광 분기/결합 장치를 제공하므로써, 네트워크 관리 차원에서 매우 유용하게 사용될 수 있다.In addition, by connecting a plurality of optical fiber gratings with tensioning means and adjusting the resonance wavelength of each optical fiber grating, by providing a switched optical branching / combining device that can arbitrarily select a desired channel, it is very useful for network management. Can be used.

Description

광섬유 격자소자를 이용한 파장가변형 광분기/결합 장치Wavelength-tunable optical splitter / combiner using fiber grating elements

본 발명은 WDM(Wavelength Division Multiplexing)시스템 소자중에서 가장 핵심이 되는 광 분기/결합 장치에 관한 것으로, 특히 WDM시스템의 송신단과 수신단 사이의 임의의 지점에서 연속된 신호들의 채널을 추가하거나 삭제할 수 있는 기능소자인 광섬유격자를 이용한 광 분기/결합 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical branching / combining apparatus, which is the core of WDM (Wavelength Division Multiplexing) system elements, and in particular, the ability to add or delete a channel of consecutive signals at any point between a transmitting end and a receiving end of the WDM system. An optical splitting / combining device using an optical fiber grating as an element.

종래의 광섬유 격자를 이용한 광 분기/결합장치에서는 광섬유 격자의 공명파장에 해당하는 하나의 신호만을 분기/결합할 수 있었던 것에 비해, 본 발명은 원하는 신호(한채널 또는 다채널)를 임의로 선택하여 분기/결합할 수 있는 광 분기/결합 장치를 제공하므로써, 네트워크 관리자에게 유연성과 확정성을 제공할 수 있는 소자로 사용될 수 있으리라 기대된다.In the conventional optical splitting / combining apparatus using the optical fiber grating, only one signal corresponding to the resonance wavelength of the optical fiber grating can be branched / combined. However, the present invention randomly selects and divides a desired signal (one channel or multichannel). By providing an optical splitter / coupling device that can be coupled / combined, it is expected to be used as a device that can provide flexibility and determinism to network managers.

현재 초고속 정보 통신망의 중요성 증가에 따라, 전 세계적으로 광통신 시스템에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 파장 다중화를 이용한 WDM(Wavelength Division Multiplex)시스템은 광정보 집적도가 높아 고밀도 통신이 가능하므로 조만간 실용화될 예정이다. 이미 국내에서도 채널 당 2.5Gbps 광전송 시스템의 개발을 넘어 10Gbps급 광전송 시스템의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 광전송 WDM 시스템의 핵심기술은 파장가변성 광원과 주파수의 안정화, 광대역 광증폭기 개발, 광량크기의 설계, WDM시스템용 소자의 개발에 있으며, 이러한 WDM시스템 소자중에서 가장 핵심이 되는 것이 WDM시스템의 송신단과 수신단 사이의 임의 지점에서 연속된 신호들의 각 채널을 추가하거나 분기할 수 있는 기능소자인 광 분기/결합 장치이다. 이미 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 광섬유 격자(fiber Bragg grating)는 매우 작은 삽입 손실과 파장 선택도가 높아 광필터로서 매우 좋은 특성을 지니고 있다. 그러나 광섬유 격자 소자는 기본적으로 대역 반사 필터(band-rejection filter)이기 때문에 대역통과 필터(band-pass filter)인 광 분기/결합 장치로 사용하기 위해서는 여러 가지의 기술이 필요하다.As the importance of the high-speed information communication network increases, studies on optical communication systems are actively being conducted worldwide. In particular, WDM (Wavelength Division Multiplex) systems using wavelength multiplexing are expected to be put to practical use soon because high-density communication is possible due to high optical information integration. In Korea, the development of 10Gbps optical transmission system is actively progressing beyond the development of 2.5Gbps optical transmission system per channel. The core technologies of the optical transmission WDM system are the stabilization of the wavelength variable light source and the frequency, the development of the broadband optical amplifier, the design of the light quantity size, the development of the device for the WDM system. An optical branching / combining device which is a functional element capable of adding or branching each channel of consecutive signals at any point between the receiving end. Fiber Bragg gratings, which are already being actively studied around the world, have very good characteristics as optical filters due to their very small insertion loss and wavelength selectivity. However, since the optical fiber grating element is basically a band-rejection filter, various techniques are required for use as an optical branch / combination device that is a band-pass filter.

이러한 광섬유 격자 소자를 이용한 광 분기/결합 장치로는 마하-젠더(Mach-Zehnder)간섭계형, 써큘레이터(Circulator)형, 커플러(coupler)형, 편광분광기형 광 분기/결합장치 등이 있다. 그러나 광섬유 격자 소자를 이용한 전술한 모든 광 분기/결합 장치는 분기/결합 할 수 있는 신호가 광섬유 격자 소자의 브래그 파장에 의해 정해지므로 하나(한쌍)의 광섬유 격자 소자는 고정된 한 채널만을 분기/결합 할 수 있다는 단점을 가지고 있다. 본 발명에서는 가해진 인장(strain)에 따라 광섬유 격자 소자의 공명파장이 변화하는 성질을 이용한다. 광섬유 격자에 피에조 압전변환기(PZT, piezoelectric transducer)를 부착하여 전압을 가하면 PZT가 늘어나면서 부착된 광섬유 격자가 따라서 늘어나므로 광섬유 격자의 공명파장이 변화하게 된다. 광섬유 격자의 공명파장에 따라 채널을 선택하게 되므로 공명파장의 변화는 분기/결합 하려는 채널을 가변시킬 수 있게 된다. 따라서 채널 간격이 0.8nm(100GHz)인 고밀도 파장분할 다중화(dense wavelength division multiplexed, DWDM)시스템에서 매우 유용한 소자로 사용될 수 있다.Optical branching / coupling devices using such optical fiber grating devices include Mach-Zehnder interferometers, circulators, couplers, and polarizers. However, in all the above-described optical branching / combining devices using the optical fiber grating element, since the signal capable of branching / combining is determined by the Bragg wavelength of the optical fiber grating element, one (pair) of optical fiber grating elements branch / couple only one fixed channel. It has the disadvantage of doing it. In the present invention, the property that the resonance wavelength of the optical fiber grating element changes according to the applied strain is used. When a piezoelectric transducer (PZT) is attached to an optical fiber grating and a voltage is applied, the resonance wavelength of the optical fiber grating changes because the PZT increases and thus the attached fiber grating increases. Since the channel is selected according to the resonant wavelength of the optical fiber grating, the change of the resonant wavelength can change the channel to branch / combine. Therefore, it can be used as a very useful device in dense wavelength division multiplexed (DWDM) systems with a channel spacing of 0.8 nm (100 GHz).

따라서 본 발명의 목적은 광 분기/결합 장치의 광섬유 격자에 피에조 압전변환기(PZT, piezoelectric transducer)를 부착하여 전압을 가하면 PZT가 늘어나면서 부착된 광섬유 격자가 따라서 늘어나 광섬유 격자의 공명파장이 변화하므로써, 광섬유 격자의 공명파장에 따라 채널을 선택하여 분기/결합 하려는 채널을 가변시킬 수 있는 광 분기/결합 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to attach a piezoelectric transducer (PZT) to the optical fiber grating of the optical splitting / combining device to apply a voltage, so that the resonance wavelength of the optical fiber grating changes as the PZT increases and thus the attached optical fiber grating increases. It is to provide an optical branching / combining device that can change the channel to branch / combine by selecting a channel according to the resonance wavelength of the optical fiber grating.

본 발명의 또 다른 목적은 PZT가 붙어있는 복수의 광섬유 격자를 이어 연결하고 각 광섬유 격자의 공명파장을 조정하므로써, 원하는 채널을 임의로 선택할 수 있는 스위칭형 광 분기/결합 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a switching type optical splitting / combining device which can arbitrarily select a desired channel by connecting a plurality of optical fiber gratings to which PZT is attached and adjusting the resonance wavelength of each optical fiber grating.

도 1은 본 발명에 따른 구성의 마하-젠더(Mach-Zehnder)간섭계형 광 분기/결합장치를 도시한다.Fig. 1 shows a Mach-Zehnder interferometer type light splitting / coupling device of the arrangement according to the invention.

도 2는 본 발명에 따른 구성의 써큘레이터(circulator)형 광 분기/결합장치를 도시한다.Fig. 2 shows a circulator type optical splitter / coupling device of the arrangement according to the invention.

도 3은 본 발명에 따른 구성의 편광분광기형 광 분기/결합장치를 도시한다.Fig. 3 shows a polarization spectrometer type light splitting / combining device of the configuration according to the present invention.

도 4는 본 발명인 파장가변형 광 분기/결합장치를 위한 광섬유 격자 소자의 배열을 나타낸다.Figure 4 shows an arrangement of optical fiber grating elements for the present invention the wavelength variable optical splitter / coupling device.

도 5는 다중 채널 스위칭형 광 분기/결합장치의 동작원리를 나타낸다.5 shows the operation principle of a multi-channel switching optical splitter / combiner.

도 1을 참고하여 마하-젠더(Mach-Zehnder)간섭계를 이용한 광분기/결합장치에 관하여 설명하면 다음과 같다. 마하-젠더 간섭계의 두 팔에 동일한 광섬유 격자소자를 삽입하여 입력단자(input port)로 들어간 채널들이 간섭계의 두 팔로 나뉘어 들어가다가 채널 중에서 광섬유 격자 소자의 공명파장에 해당되는 채널만이 반사되어 입력단자 쪽으로는 상쇄 간섭을 일으키고, 분기 단자(drop port)쪽으로는 보강 간섭을 일으켜 분기단 쪽으로만 신호가 빠져 나오고, 나머지 신호들은 출력단자(output port)로 나오게 된다. 결합 단자(add port)로 광섬유 격자의 공명파장에 해당하는 신호를 입사시키면 이와 같은 원리로 입력신호들과 합쳐져서 출력단자로 나오게 된다.Referring to Figure 1 with reference to the optical branch / coupling device using a Mach-Zehnder interferometer as follows. By inserting the same fiber grating element into the two arms of the Mach-Gender interferometer, the channels entering the input port are divided into the two arms of the interferometer. It causes destructive interference on the side and constructive interference on the drop port, so that only the signal exits toward the branch, and the remaining signals are output to the output port. When a signal corresponding to the resonance wavelength of the optical fiber grating is incident to an add port, the input signal is combined with the input signal to come out as an output terminal.

이와 유사하게 광섬유 격자를 이용한 광 분기/결합 장치를 구성한 예로는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 써큘레이터형, 편광분광기형등이 있고 이것은 모두 광섬유 격자의 반사특성을 이용한 것이다.Similarly, examples of the optical splitting / combining apparatus using the optical fiber grating include a circulator type, a polarization spectrometer type, and the like, as shown in FIGS. 2 and 3, all of which utilize the reflection characteristics of the optical fiber grating.

도 4를 참고하여 본 발명에 사용되는 파장 가변형 광섬유 격자의 동작원리에 대하여 설명한다. 광섬유 격자에 PZT등 인장을 가할 수 있는 장치를 부착하여 광섬유 격자의 공명파장을 변화시키므로써, 원하는 신호를 분기/결합할 수 있다. 여기서 단순하게 광섬유 격자의 공명파장만을 변화시켜 파장 가변형 광섬유 격자를 만드는 것 이외에도 새로운 채널 스위칭형 광 분기/결합 장치를 구성할 수도 있다.The operation principle of the tunable optical fiber grating used in the present invention will be described with reference to FIG. By attaching a device capable of applying a tension such as PZT to the optical fiber grating, the resonance wavelength of the optical fiber grating can be changed to branch / combine a desired signal. In addition to simply changing the resonant wavelength of the optical fiber grating to form a wavelength-tunable optical fiber grating, a new channel switching optical branching / combining device can be constructed.

도 5는 채널 스위칭형 광 분기/결합장치의 동작을 도시하는 것으로서, PZT가 붙어있는 동일한 광섬유 격자 세 개를 나란하게 이어 연결하면 광섬유 격자의 공명파장이 일치하므로, (a)와 같이 마치 하나의 광섬유 격자가 존재하는 것처럼 생각할 수 있다. 만약 처음 광섬유 격자의 공명 파장에 해당하는 채널을 1이라고 가정하면 이러한 경우에는 광섬유 격자에 해당하는 채널 1만이 선택된다. 여기서 광섬유 2와 3 각각에 인장을 가하여 광섬유 격자 2의 공명 파장을 0.8nm만큼 이동시키고, 광섬유 격자 3의 공명 파장을 1.6nm만큼 이동시키면 (b)와 같이 광섬유 격자의 공명파장이 0,8nm간격을 유지하면서 세 개로 갈라지게 되고 따라서 각각에 해당하는 채널 1, 2, 3을 선택할 수 있다. (c)는 광섬유 격자 1 및 2는 각각 0.8nm만큼, 광섬유 격자 3은 1.6nm만큼 이동시켰을 때 채널 2, 3을 선택할 수 있음을 보인다. 이러한 방법으로 광섬유 격자들을 조정하면 채널 {1}, {2}, {3}, {1, 2}, {1, 3}, {2, 3}, {1, 2, 3}등 원하는 채널을 임의로 선택할 수 있다. 이러한 채널 선택은 기존의 광섬유 격자를 이용한 광 분기/결합 장치의 고정된 채널선택의 단점을 극복하고 임의의 채널 선택을 가능하게 함으로써 네트워크 관리 차원에서 매우 유용하게 사용될 수 있다.FIG. 5 illustrates the operation of the channel-switched optical splitter / coupler. When three identical fiber gratings with PZT are connected side by side, the resonance wavelengths of the optical fiber gratings coincide with each other. You can think of it as an optical fiber grating. If the first channel corresponding to the resonance wavelength of the optical fiber grating is assumed to be 1, in this case, only channel 1 corresponding to the optical fiber grating is selected. Here, the resonant wavelength of the optical fiber grating 2 is shifted by 0.8 nm by applying tension to each of the optical fibers 2 and 3, and the resonance wavelength of the optical fiber grating 3 is moved by 1.6 nm. As shown in (b), the resonance wavelength of the optical fiber grating is 0,8 nm apart. We keep splitting into three, so we can select the corresponding channels 1, 2, and 3 respectively. (c) shows that when the optical fiber gratings 1 and 2 are moved by 0.8 nm and the optical fiber grating 3 is moved by 1.6 nm, channels 2 and 3 can be selected. Adjusting the fiber gratings in this way allows you to select the desired channels such as channels {1}, {2}, {3}, {1, 2}, {1, 3}, {2, 3}, {1, 2, 3}. It can be chosen arbitrarily. This channel selection can be very useful in terms of network management by overcoming the shortcomings of the fixed channel selection of the optical splitting / combining device using an optical fiber grating and enabling arbitrary channel selection.

전술한 바와 같이, 사용되는 단일(또는 한 쌍)의 광섬유 격자 소자의 브래그 파장에 의하여 고정된 한 채널만을 분기/결합할 수 있는 종래의 광 분기/결합 장치와 달리, 본 발명에 의한 광 분기/결합장치는 광섬유 격자에 피에조 압전변환기(PZT, piezoelectric transducer)를 부착하여 전압을 가하면 PZT가 늘어나고, 가해진 인장(strain)에 따라 광섬유 격자 소자의 공명파장이 변화하는 성질을 이용하여, 분기/결합 하려는 채널을 가변시킬 수 있으므로, 고정된 채널선택의 단점을 극복하고 임의의 채널 선택을 가능하게 함으로써 네트워크 관리 차원에서 매우 유용하게 사용될 수 있다.As described above, unlike the conventional optical branching / combining apparatus which can branch / couple only one channel fixed by the Bragg wavelength of the single (or pair) optical fiber grating element used, the optical branching / The coupling device attaches a piezoelectric transducer (PZT) to an optical fiber grating, and when applied to a voltage, the PZT increases, and the resonance wavelength of the optical fiber grating element changes according to the applied strain, thereby branching / coupling. Since the channel can be varied, it can be very useful for network management by overcoming the shortcomings of fixed channel selection and enabling arbitrary channel selection.

Claims (4)

광섬유 격자소자를 이용하는 광 분기 결합장치에 있어서,An optical branch coupling device using an optical fiber grating element, 상기 광섬유 격자소자에 인장(strain)을 가할 수 있는 수단을 포함하므로써, 가하는 인장정도에 따라 상기 광섬유 격자소자의 공명파장을 변화시켜 분기/결합 하려는 채널을 선택하는 것을 특징으로 하는 광 분기 결합장치.And a means for applying a strain to the optical fiber grating device, thereby changing the resonance wavelength of the optical fiber grating device to select a channel to be branched / coupled according to the degree of tension applied. 제 1 항에 있어서, 상기 인장을 가하는 수단이 피에조압전변환기(PZT) 및 트랜스레이터(translator)중에서 선택되는 하나의 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 분기/결합장치.The optical branching / combining device according to claim 1, wherein the means for applying tension is constituted by one means selected from a piezoelectric piezoelectric transducer (PZT) and a translator. 광섬유 격자 소자를 이용하는 광 분기/결합 장치에 있어서, 상기 장치가,An optical splitting / coupling apparatus using an optical fiber grating element, the apparatus comprising: 광 진행경로에 배치되는 복수의 광섬유 격자 소자와,A plurality of optical fiber grating elements disposed in the optical path, 상기 광섬유 격자 소자 각각에 독립적으로 인장을 가하기 위한 수단을 포함하므로써,By including means for independently applying tension to each of the optical fiber grating elements, 가하여진 인장 정도에 따라 상기 광 섬유 격자 소자 각각의 공명파장을 변화시켜 원하는 하나 이상의 채널을 분기 또는 결합하는 것을 특징으로 하는 다중 채널 선택형 광 분기/결합장치.A multi-channel selective optical splitting / combining device according to claim 1, wherein the resonant wavelength of each of the optical fiber grating elements is varied according to the applied tension degree to branch or couple one or more desired channels. 제 3 항에 있어서, 상기 인장을 가하는 수단은 피에조 압전변환기(PZT) 및 트랜스레이터(translator)중에서 선택되는 하나의 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 채널 선택형 광 분기/결합장치.4. The multi-channel selective optical splitter / combination apparatus according to claim 3, wherein the means for applying tension is constituted by one means selected from piezoelectric piezoelectric transducers (PZTs) and translators.