KR100394562B1 - A Polarization Mode Dispersion Compensation System - Google Patents
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Abstract
광학 전송 섬유를 통과하여 왜곡된 광펄스 신호로부터 편광모드분산(Polarization Mode Dispersion)값을 실시간 추출해내는 기능을 수행하는 PMD 모니터링 장치와, 광학 전송 섬유의 PMD에 의하여 왜곡된 광펄스를 액정광섬유의 외곽에 인가하는 전기장을 변환하여 복원하여 주는 기능을 수행하는 PMD 보상장치와, PMD 모니터링 장치로부터 제공된 신호를 이용하여 상기 PMD 보상장치에 피드백 제어신호를 발생시켜 PMD를 보상하기 위한 메인컨트롤러를 포함하여 이루어지는 PMD 보상시스템.PMD monitoring device that performs the function of extracting the polarization mode dispersion value from the distorted optical pulse signal through the optical transmission fiber in real time, and the optical pulse distorted by the PMD of the optical transmission fiber And a main controller for compensating for the PMD by generating a feedback control signal to the PMD compensator by using a signal provided from the PMD monitoring device. PMD compensation system.
Description
본 발명은 광선로의 편광모드분산(Polarization Mode Dispersion: 이하 PMD라고 한다)의 보상시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액정이 삽입된 광섬유에 인가되는 전압을 조절함으로써 보상 PMD를 발생시킬 수 있는 PMD 보상장치를 구비한 보상시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compensation system for polarization mode dispersion (PMD) of a light path, and more particularly, to compensate for a PMD that can generate a compensation PMD by adjusting a voltage applied to an optical fiber into which a liquid crystal is inserted. A compensation system provided with a device.
광펄스가 광섬유를 통해 전송될 때 각각의 광펄스는 폭이 증가되는 등 변형이 이루어지게 되어 펄스가 서로 겹치게 된다. 이런 현상은 수신기 단에서 검출된 신호의 에러를 증가시킴으로써 광섬유 전송로의 정보 전송용량을 제한하게 되는 요소로 작용하며, 이를 분산(Dispersion)이라고 한다. 일반적으로 분산은 전파모드의 변형과 색의 변형 두 형태로 발생하게 된다. 모드분산(mode dispersion)은 광섬유를 진행하는 전파모드에 따른 전송경로가 다르기 때문에 도착시간 차가 발생하여 신호 광펄스가 벌어지는 현상을 말한다. 색분산은 광섬유 재료인 유리의 굴절률이 진행하는 빛의 파장에 따라 차이가 생김으로써 발생하는 분산으로 이로 인해도착시간 차가 발생하여 신호 광펄스가 벌어지는 현상을 말한다.When an optical pulse is transmitted through an optical fiber, each optical pulse is deformed such that its width is increased so that the pulses overlap each other. This phenomenon increases the error of the signal detected at the receiver, thereby limiting the information transmission capacity of the optical fiber transmission path, which is called dispersion. In general, dispersion occurs in two forms of propagation mode and color. Mode dispersion refers to a phenomenon in which signal light pulses occur due to a difference in arrival time due to different transmission paths depending on a propagation mode through an optical fiber. Color dispersion refers to a phenomenon in which the refractive index of glass, a fiber optic material, is caused by a difference depending on the wavelength of light, and thus, a signal light pulse is caused by a difference in arrival time.
편광모드분산(PMD)은 광섬유 내에서 광섬유에 작용하는 외력에 의한 무작위 편광 연결이나 비대칭적인 내부 스트레스(stress)나 스트레인(strain)에 의해 섬유의 중심부로 들어오는 작은 양의 잉여 복굴절의 결과로 일어난다. 즉, 광섬유의 복굴절에 의한 것으로서 유한한 선폭을 지닌 광펄스가 복굴절을 가진 광섬유에 입사할 경우, 광펄스 내의 각각의 스펙트럼 성분이 서로 다른 복굴절을 경험함으로써 광섬유를 통과한 후의 광펄스의 폭이 넓어지게 되는 현상을 말한다. 그 결과로서, PMD는 광섬유 네트워크 내의 신호 전달을 심각하게 손상시킬 수 있다. 이러한 PMD는 광선로의 색 분산 및 광 손실이 문제 시 되었던 10bit/s 이하의 광전송 시스템을 통신에 적용하던 시기에는 커다란 문제가 되지 않던 물리량이었으나, 분산천이광섬유(Dispersion Shifted Fiber)와 색 분산보상(Chromatic dispersion compensation) 기술의 개발이 이루어짐에 따라, 이제는 10 Gbit/s 이상의 고속 광전송 시스템에 있어서 가장 중요한 통신 장애요인 중의 하나가 되었다. 특히 국간 전송망에 이미 포설되어 있는 기존의 광케이블은 PMD 계수값이 0.5∼2ps/㎞½에 해당하는 상대적으로 커다란 값을 가지기 때문에 10 Gbit/s 광전송 시스템의 경우 PMD로 인하여 통신 가능 거리가 100㎞에서 최대 25㎞까지 줄어들게 된다. 최근 인터넷을 통한 가입자들의 멀티미디어 서비스 수요의 폭발적인 부응에 힘입은 고속 국간망에 대한 절실한 필요성을 고려한다면, 고속 기간망에 있어서 PMD의 보상문제는 여러 통신 사업자들의 시급한 과제라 할 수 있다.Polarization mode dispersion (PMD) occurs as a result of randomly polarized connections by external forces acting on the optical fiber in the optical fiber or small amounts of excess birefringence entering the core of the fiber by asymmetric internal stresses or strains. That is, when the optical pulses having a finite line width enter the optical fiber having the birefringence due to the birefringence of the optical fiber, the width of the optical pulse after passing through the optical fiber is wide because each spectral component in the optical pulse experiences different birefringence. It is a phenomenon of loss. As a result, PMDs can severely impair signal transmission within the fiber optic network. Such PMD was a physical quantity that was not a big problem when the optical transmission system of 10bit / s or less, which was a problem of color dispersion and optical loss of optical path, was applied to communication, but it was dispersion shifted fiber and chromatic dispersion compensation. With the development of dispersion compensation technology, it is now one of the most important communication obstacles in high speed optical transmission systems of 10 Gbit / s or more. In particular, the existing optical cable already installed in the inter-station transmission network has a relatively large value of 0.5-2 ps / km ½ of PMD. Therefore, in the case of 10 Gbit / s optical transmission system, the communication distance is 100 km due to PMD. Up to 25 km. Considering the urgent need for a high-speed inter-network network, which is fueled by the recent explosive demand for multimedia services by subscribers over the Internet, the compensation problem of PMD in the high-speed backbone network is an urgent task of various carriers.
한편, 최근의 생산 기술발달에 힘입어 새로이 생산되고 있는 광섬유의 경우 PMD 값이 약 0.1ps/㎞½로서 매우 작은 편에 속하지만, 멀티미디어 서비스에 따른 광가입자망 건설의 증가 추세를 고려하면, 이에 따른 국간망의 고속화는 가속화 할 것이며, 근래에 제작된 광섬유를 포설한다 할지라도 40Gbit/s 이상의 고속 전송망에서는 또 다시 PMD가 전송제약의 주요인이 될 것이므로 PMD 보상문제는 어떤 경우에 있어서도 피할 수 없는 해결 과제라 할 수 있다.On the other hand, the PMD value is about 0.1ps / km ½ which is newly produced due to the recent development of production technology. However, considering the increasing trend of the construction of the optical subscriber network according to the multimedia service, The speed of the inter-station network will be accelerated, and even if the fabricated fiber is installed in recent years, the PMD compensation problem will be inevitable in any case since PMD will be the main cause of transmission restriction again in the high-speed transmission network over 40Gbit / s. It can be called a task.
도 1은 광섬유의 복굴절을 묘사한 것으로서 이러한 복굴절은 광섬유의 제조기술의 한계나 혹은 광케이블이 포설된 주위의 온도 혹은 스트레스 등의 환경변화로 인하여 광신호가 진행하는 광섬유의 코어가 이상적인 원형이 아니라 원에 가까운 타원형이 되므로 타원 코어의 장축 및 단축 방향의 굴절률이 서로 달라짐을 나타내고 있다. 단일모드 광섬유의 모드는 실제로는 두 개의 서로 직교하는 편광모드가 축퇴(degenerate)되어 있는데, 광섬유의 코어가 이상적으로 원형인 경우는 두 개의 축퇴된 편광모드의 전파속도가 같으나, 코어가 타원인 경우 장축 및 단축 방향의 굴절률이 다르므로 두 편광모드의 전파속도는 달라지게 된다.1 illustrates the birefringence of an optical fiber. The birefringence is not an ideal circular circle in which a core of an optical signal progresses due to limitations in the manufacturing technology of the optical fiber or environmental changes such as temperature or stress around the optical cable. Since the elliptical core is close to each other, the refractive indexes in the major and minor axes of the ellipse core are different from each other. In the mode of a single mode optical fiber, two mutually orthogonal polarization modes are degenerate. When the core of an optical fiber is ideally circular, the propagation speed of the two degenerate polarization modes is the same, but the core is an ellipse. Since the refractive indices of the long and short axes are different, the propagation speeds of the two polarization modes are different.
그러므로 디지털 광통신 시스템에서는 도 2와 같이 광펄스 신호가 복굴절을 가지는 광섬유 내부를 진행하게 됨에 따라 서로 축퇴되어 있던 광펄스 내의 두 개의 편광모드는 서로 분리되게 되어 출력단에서는 펄스의 폭이 넓어지게 되며 수신단에서 신호에러를 일으키는 것이다. 이때, 출력단에서 서로 분리된 두 광펄스의 지연차를 1차 PMD라 한다. 실제의 광섬유는 제조공정에 이하여 코어의 복굴절축이일정 거리를 두고 무작위적으로 교차하는 형태를 가지고 있으므로 이러한 PMD는 통계적이며 복잡한 양상을 가진다. 그러나, 최근의 연구결과에 의하여 좁은 선폭의 광신호가 이러한 무작위의 복굴절을 가지는 광섬유에 입사할 경우 그 출력 광펄스는 출력편광의 기본상태(Principal States of Polarization: 이하 출력PSP)라고 불리는 두 개의 서로 직교하는 광펄스로 나뉘어짐이 밝혀지게 되었으며, 이것을 도 3에 나타내었다. 이때 두 출력 펄스간의 시간 지연차를 DGD(Differential Group Delay)라 하며, 1차 PMD에 해당한다.Therefore, in the optical optical communication system, as the optical pulse signal travels inside the optical fiber having the birefringence, as shown in FIG. 2, the two polarization modes in the optical pulses that have been degenerate from each other are separated from each other, and the width of the pulse is widened at the output terminal. It causes signal error. In this case, the delay difference between the two optical pulses separated from each other at the output terminal is referred to as a primary PMD. Since the actual optical fiber has a shape in which the birefringence axis of the core randomly intersects a certain distance from the manufacturing process, this PMD has a statistical and complicated aspect. However, recent research has shown that when an optical signal with a narrow linewidth enters an optical fiber having such random birefringence, the output optical pulses are orthogonal to each other, called the Principal States of Polarization (output PSP). It was found that the light pulse is divided into, which is shown in FIG. At this time, the time delay difference between the two output pulses is called DGD (Differential Group Delay), and corresponds to the first PMD.
도 4는 PMD 보상장치(Compensator)의 기본 원리를 도시화한 것이다. 기본적으로 짧은 길이에 큰 복굴절 값을 강제적으로 인가한 편광유지광섬유(Polarization Maintaining Fiber)를 임의의 복굴절 값을 가지는 광선로의 출력단에 연결하고, 그 사이에 편광조절기(Polarization Controller: PC)를 위치시킨다. 이때, 광선로를 통과한 후 출력 PSP 상태로 나뉘어진 두 개의 광펄스를 편광조절기를 통하여 보상기 내의 편광유지 광섬유의 고유모드로 전환시킨 다음, 시간 지연이 큰 광펄스를 편광유지 광섬유의 굴절률이 적은 저속축(Slow axes)에, 시간지연이 작은 광펄스를 굴절률이 큰 고속축(fast axes)에 입사시킴으로써 짧은 길이의 편광유지 광섬유를 통과한 후의 광신호의 시간 지연차를 줄여주는 것을 그 원리로 하고 있다. 이때, 광선로의 1차 PMD는 두 광펄스 신호의 군지연 차이이므로, PMD 보상기에 사용되는 편광유지 광섬유의 길이는 두 광펄스 간의 시간 지연차 즉 1차 PMD 양에 의하여 결정되게 된다.4 illustrates the basic principle of a PMD compensator. Basically, a polarization maintaining fiber (Polarization Maintaining Fiber) forcibly applying a large birefringence value to a short length is connected to an output end of an optical path having an arbitrary birefringence value, and a polarization controller (PC) is positioned therebetween. At this time, the two optical pulses divided into the output PSP state after passing through the optical path are converted to the eigen mode of the polarization maintaining optical fiber in the compensator through the polarization controller, and then the optical pulse having a large time delay is low speed with low refractive index of the polarization maintaining optical fiber. The principle is to reduce the time delay difference of the optical signal after passing through the short-length polarization maintaining optical fiber by injecting the light pulse with a small time delay into the fast axes with a large refractive index. have. At this time, since the primary PMD of the optical path is the group delay difference between the two optical pulse signals, the length of the polarization maintaining optical fiber used for the PMD compensator is determined by the time delay difference between the two optical pulses, that is, the primary PMD amount.
그러나 실제 광선로의 1차 PMD 값은 광선로가 위치한 주위의 온도변화, 차량 통행으로 인한 진동 등으로 인하여 광섬유의 복굴절이 시간에 따라 변화함에 따라 더불어 변화하게 되며, 출력 PSP 역시 이와 더불어 변화하게 되므로 PMD를 보상하기 위하여는 보상기 내의 편광유지 광섬유의 길이를 계속 변화시켜 주어야 하는 등 보상기의 실질적인 구현에는 많은 어려움이 따른다. 도 5는 이러한 상황을 나타낸 것이다. 즉, 시간의 변화에 따라 출력 PSP가 변화함에 따라 다이나믹(dynamic) 보상장치가 요구되는 실정이다.However, the actual PMD value of the optical fiber is changed with the birefringence of the optical fiber with time due to the temperature change around the optical path and the vibration caused by the traffic, and the output PSP also changes with it. In order to compensate, it is necessary to continuously change the length of the polarization maintaining optical fiber in the compensator. 5 illustrates this situation. That is, as the output PSP changes with time, a dynamic compensation device is required.
현재까지 개발된 PMD 보상장치는 크게 전광형(All Optical), 전전자형(All electrical), 혼합형(Hybrid)의 3가지 유형으로 나눌 수 있다. 이중 전광형 PMD 보상기는 PMD에 의하여 왜곡된 신호의 복원을 전기적인 처리 없이 모두 광신호로 처리하는 것이며, 몇 가지의 예를 다음에 나타내었다.PMD compensators developed to date can be largely divided into three types: all optical, all electrical, and hybrid. The dual all-optical PMD compensator is to process the restoration of the signal distorted by the PMD as an optical signal without any electrical processing. Some examples are as follows.
도 6은 전광형 PMD 보상기로서 편광조절기(PC)와 한 쌍의 편광 빔스플리터(PBS) 그리고 Bulk Optic을 이용한 군지연기로 구성되는 경우에 대한 도시이다. 광선로를 통과하여 PMD에 의하여 두 개의 출력 PSP로 나뉘어진 광펄스 신호는 편광조절기에 의하여 PBS의 복굴절 축에 맞게 입력된 후 한 개의 광펄스를 조절 가능한 군지연기를 통과시킴으로써 왜곡된 두 광펄스 신호를 복원한다. 변화하는 광선로의 PMD 값을 추출하여 PMD 보상기에 피드백하기 위하여 페브리 페로(Febry-Perot)형 스캐닝 필터로 광선로에 의하여 왜곡된 광신호의 편광상태를 측정하여 이로부터 1차 PMD값과 출력 PSP를 추출해낸다. 이 방법은 변화하는 광선로의 PMD값을 보상하기 위하여 Bulk Optic으로 이루어진 군지연기를 사용함으로써광손실이 크고, 크기가 크며, 제작이 어려우며 불안정하여 실질적으로 사용하기 어렵다는 단점이 있다.FIG. 6 illustrates a case in which an all-optical PMD compensator includes a polarization controller (PC), a pair of polarization beam splitters (PBS), and a group delay using bulk optics. The optical pulse signal divided into two output PSPs by the PMD through the optical path is input to the birefringence axis of the PBS by the polarization controller, and then the two optical pulse signals are distorted by passing one optical pulse through an adjustable group delay. Restore In order to extract the PMD value of the changing optical path and feed it back to the PMD compensator, the polarization state of the optical signal distorted by the optical path is measured with a Febry-Perot type scanning filter. Extract it. This method uses a group delay made of bulk optics to compensate for the PMD value of the changing optical path, which is disadvantageous in that the optical loss is large, large, difficult to fabricate, and difficult to use.
도 7은 서로 다른 군지연을 가지는 여러 가닥의 편광유지 광섬유 토막과 단일모드 광섬유 그리고 광스위치를 이용하여 PMD 보상기를 구현한 것으로 광선로 출력단의 왜곡신호를 광 스위치에 의하여 연결된 서로 다른 PMD 값을 가지는 편광유지 광섬유 토막과 PMD 값이 무시할 정도로 작은 단일모드 광섬유 사이를 스위칭하여 통과시켜 줌으로써 변화하는 광선로의 PMD 값에 대응하여 보상이 가능하도록 한 구조이다. 이것은 보상속도가 빠르다는 장점이 있기는 하나 광스위치를 사용하므로 손실이 크고, 편광유지 광섬유들의 복굴절 축 정렬이 사실상 불가능하며, 컨트롤 피드백을 위한 광선로의 PMD 추출부가 없어 실질적으로 사용이 불가능하다.FIG. 7 illustrates a PMD compensator using several strands of polarization-maintaining fiber fragments having a different group delay, a single mode fiber, and an optical switch, and having a different PMD value connected to a distortion signal of an optical path output by an optical switch. By switching between the polarization-maintaining fiber membrane and the single mode optical fiber whose PMD value is negligibly small, compensation is made in response to the PMD value of the changing optical path. This has the advantage that the compensation speed is high, but the optical switch is used, so the loss is large, the birefringence axis alignment of the polarization maintaining optical fibers is virtually impossible, and the PMD extraction portion for the control feedback is practically impossible.
이외에 도 8과 같이 가변 PMD 보상장치에 한 가닥의 편광유지 광섬유의 여러 특정부위를 기계적으로 비틀어주는 방법이 제시되어 있으나, 컨트롤 방법이 어렵고 완전한 1차 PMD 보상이 어렵다는 단점이 있다.In addition, a method of mechanically twisting a specific portion of a single polarization maintaining optical fiber in a variable PMD compensator as shown in FIG. 8 has been proposed, but has a disadvantage in that a control method is difficult and complete primary PMD compensation is difficult.
전전자 방식의 PMD 보상장치는 PMD 보상을 수신기 후단에서 RF 신호의 전기적인 스펙트럼의 변화 등을 이용하여 전기신호로 처리하여 PMD에 의하여 왜곡된 신호를 보상하는 방법으로 그 구성이 매우 복잡하고, 보상 가능한 PMD의 양이 적으며, 고속의 전자소자를 이용하므로 값이 비싸다는 큰 단점을 안고 있다.The electric PMD compensator is a method of compensating the signal distorted by the PMD by processing the PMD compensation as an electrical signal using a change in the electrical spectrum of the RF signal at the rear end of the receiver. The amount of possible PMD is small, and the high cost of the electronic device is expensive.
혼합형의 방법은 상기의 두 방식을 혼합한 것으로 고가의 고속 전자소자를 사용하며, 비트 레이트(bit rate)가 증가할수록 구현이 어려우며, 전송방식에 크게 의존한다는 단점이 있다.The hybrid method is a combination of the above two methods, which uses expensive high-speed electronic devices, and it is difficult to implement as the bit rate increases, and has a disadvantage in that it depends heavily on the transmission method.
본 발명은 광섬유의 편광모드분산에 의한 영향을 없애기 위한 편광모드분산 (PMD) 보상시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a polarization mode dispersion (PMD) compensation system for eliminating the influence of polarization mode dispersion of an optical fiber.
본 발명의 다른 목적은 광손실이 낮은 PMD 보상장치가 적용된 편광모드분산 (PMD) 보상시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a polarization mode dispersion (PMD) compensation system to which a PMD compensation device with low light loss is applied.
본 발명의 또 다른 목적은 제작이 용이한 PMD 보상장치가 적용된 편광모드분산 (PMD) 보상시스템을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a polarization mode dispersion (PMD) compensation system to which a PMD compensation device is easily manufactured.
본 발명에 따른 PMD 보상시스템의 특징은 광학 전송 섬유를 통해 수신된 광학신호의 특정한 성분의 편광을 방향 전환하는 편광조절기(polarization controller)와, 상온에서 통신용 단일모드 광섬유의 코어와 비슷한 굴절율을 가지는 액정이 삽입된 할로우 코어(hollow core) 광섬유로 구성된 액정광섬유와, 상기 메인컨트롤러로부터 제공되는 제어신호에 따라 상기 액정 광섬유의 외곽에 전기장을 가변시켜 제공하여 상기 액정 광섬유의 코어를 구성하고 있는 액정분자의 분자분극 세기를 조절함으로써 보상 PMD를 발생시키는 전압 인가장치를 포함하여 이루어지는 PMD 보상장치를 구비하는 점이다.The PMD compensation system according to the present invention is characterized by a polarization controller for redirecting the polarization of a specific component of an optical signal received through an optical transmission fiber, and a liquid crystal having a refractive index similar to that of a core of a single mode optical fiber for communication at room temperature. The liquid crystal optical fiber composed of the inserted hollow core optical fiber, and the liquid crystal molecules constituting the core of the liquid crystal optical fiber by varying the electric field provided to the outside of the liquid crystal optical fiber in accordance with the control signal provided from the main controller It is provided with a PMD compensation device including a voltage applying device for generating a compensation PMD by adjusting the molecular polarization intensity.
본 발명에 따른 PMD 보상시스템의 다른 특징은 액정광섬유의 외곽에 인가되는 전기장의 크기를 제어하는 전압인가장치가 다수개 설치된 점이다.Another feature of the PMD compensation system according to the present invention is that a plurality of voltage applying devices for controlling the magnitude of the electric field applied to the outer side of the liquid crystal optical fiber are installed.
본 발명에 따른 PMD 보상시스템의 또 다른 특징은 광선로의 출력단에 위치하여 싱글모드 광선로로부터 편광조절기(polarization controller)에 전달되는 1차입력값을 안내하고, 왜곡된 신호를 추출하는 태핑광커플러(optical tap)와, 상기 태핑광커플러(optical tap)에 의해 추출된 신호를 증폭하는 광증폭기(optical amplifier)와, 상기 광증폭기의 출력신호를 두 개의 광신호로 분리하는 50:50 광커플러와, 상기 50:50 광커플러의 한 출력단에 연결되어 광펄스 신호를 전기신호로 변환하는 고속광수신기와, 상기 고속광수신기의 후단에 연결되어 통신 데이터 비에 해당되는 무선주파수(radio frequency)신호의 첫째 고조파 성분의 세기를 측정하여 상기 메인컨트롤러에 전달하는 무선주파수 대역투과필터와, 상기 50:50 광커플러의 다른 출력단에 연결된 자동편광조절기와, 상기 자동편광조절기의 후단에 연결된 선형편광기(linear polarizer)와, 상기 선형편광기를 거친 후의 출력신호를 감지하여 상기 메인컨트롤러에 전달하는 DC 광감지기를 포함하여 이루어진 PMD 모니터링 장치를 구비하는 점이다.Another characteristic of the PMD compensation system according to the present invention is a tapping optical coupler (optical) that is located at the output end of the optical path and guides the primary input value transmitted from the single mode optical path to the polarization controller and extracts the distorted signal. a tap, an optical amplifier for amplifying the signal extracted by the tapping optical coupler, a 50:50 optical coupler for separating the output signal of the optical amplifier into two optical signals, and A high speed optical receiver connected to one output terminal of a 50:50 optical coupler to convert an optical pulse signal into an electrical signal, and a first harmonic of a radio frequency signal connected to a rear end of the high speed optical receiver corresponding to a communication data ratio A radio frequency bandpass filter for measuring the intensity of the component and transmitting it to the main controller, an automatic polarization controller connected to another output terminal of the 50:50 optocoupler, and the ruler Is that having been made in the linear polarizer attached to the rear end of the polarization controller (linear polarizer), by detecting the output signal after passed through the linear polarizers including a DC optical detector to pass to the main controller monitoring device PMD.
도 1은 광섬유의 복굴절을 묘사한 예시도,1 is an exemplary diagram depicting birefringence of an optical fiber,
도 2는 편광모드분산이 발생하는 원리를 나타낸 예시도,2 is an exemplary view showing a principle in which polarization mode dispersion occurs;
도 3은 서로 직교하는 광펄스로 나타나는 출력 PSP의 예시도,3 is an exemplary diagram of an output PSP represented by optical pulses orthogonal to each other;
도 4는 PMD 보상장치(Compensator)의 기본 원리를 도시화한 예시도,4 is an exemplary diagram illustrating a basic principle of a PMD compensator;
도 5는 시간의 변화에 따른 광섬유의 복굴절의 변화 예시도,5 is an exemplary diagram of a change in birefringence of an optical fiber with a change in time;
도 6은 편광조절기(PC)와 한 쌍의 편광 빔스플리터(PBS) 및 Bulk Optic을 이용한 군지연기로 구성되는 전광형 PMD 보상기의 일례를 나타낸 예시도,6 is an exemplary view showing an example of an all-optical PMD compensator composed of a group polarizer using a polarization controller (PC), a pair of polarizing beam splitters (PBS), and a bulk optic,
도 7은 서로 다른 군지연을 가지는 여러 가닥의 편광유지 광섬유 토막과 단일모드 광섬유(SMF) 그리고 광스위치를 이용하여 구현한 PMD 보상기의 예시도,7 is an exemplary diagram of a PMD compensator implemented by using multiple strands of polarization-maintaining fiber fragments having a different group delay, a single mode optical fiber (SMF), and an optical switch;
도 8은 한 가닥의 편광유지 광섬유의 여러 특정부위를 기계적으로 비틀어주어 PMD보상을 수행하는 방법의 예시도,8 is an exemplary view illustrating a method of performing PMD compensation by mechanically twisting several specific portions of a single polarization maintaining optical fiber;
도 9는 본 발명의 일 실시에 따른 PMD 보상시스템의 구성을 나타낸 블록도,9 is a block diagram showing the configuration of a PMD compensation system according to an embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 다른 실시에 따른 PMD 보상시스템의 구성을 나타낸 블록도,10 is a block diagram showing the configuration of a PMD compensation system according to another embodiment of the present invention;
도 11a 내지 도 11b는 도 10의 변형에 따른 실시예를 나타낸 예시도,11A to 11B are exemplary views illustrating an embodiment according to a modification of FIG. 10;
도 12는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 PMD 보상시스템의 구성을 나타낸 블록도,12 is a block diagram showing the configuration of a PMD compensation system according to another embodiment of the present invention;
도 13은 본 발명에 따른 PMD 모니터링 장치의 출력신호 예시도,13 is a view illustrating an output signal of the PMD monitoring apparatus according to the present invention;
도 14는 시간의 변화에 따른 광신호 출력의 편광상태를 나타낸 포앙카레 구면도,14 is a spherical angular view showing a polarization state of an optical signal output with time;
도 15는 본 발명에 따른 PMD 보상장치의 구성예시도,15 is an exemplary configuration diagram of a PMD compensator according to the present invention;
도 16은 액정광섬유에 전기장()을 가하는 경우의 예시도이다.16 shows an electric field in the liquid crystal optical fiber ( Is an example of the case where
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 PMD 보상 시스템의 구성과 그에 따른 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the PMD compensation system and its operation will be described with reference to the accompanying drawings.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시에 따른 PMD 보상시스템을 도시한 것으로서, 광선로를 통과하여 왜곡된 광펄스 신호로부터 1차 PMD 값과 출력 PSP를 계산하기 위하여 신호를 추출해내는 기능을 수행하는 PMD 모니터링 장치(PMD Monitoring unit)(10)와, 광선로의 PMD에 의하여 왜곡된 광펄스를 복원하여 주는 기능을 수행하는 PMD보상 장치(20) 및 PMD 모니터링 장치(10)로부터 얻어진 신호로부터 1차PMD값과 출력 PSP를 계산하고 이를 이용하여 PMD 보상 장치(20)에 피드백 제어 신호를 발생시키고 이를 전달하는 기능을 수행하는 메인 컨트롤러(main board)(30)와, 상기 PMD 보상장치(20)를 거쳐 수신기(50)에 전달되는 광펄스 신호의 출력 PSP를 상기 PMD 보상장치(20)의 편광 고유모드로 전환하기 위한 DOP 측정장치(40)를 포함하여 이루어진다.FIG. 9 illustrates a PMD compensation system according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein a PMD monitoring apparatus performs a function of extracting a signal to calculate a primary PMD value and an output PSP from a distorted optical pulse signal through an optical path. (PMD monitoring unit) 10 and the primary PMD value and output from the signals obtained from the PMD compensation device 20 and the PMD monitoring device 10 that performs the function of restoring the optical pulses distorted by the PMD of the optical path Calculate the PSP and generate a feedback control signal to the PMD compensation device 20 using the same, and perform a function of transmitting the feedback signal to the receiver 50 through the main board 30 and the PMD compensation device 20. And a DOP measuring device 40 for converting the output PSP of the optical pulse signal transmitted to the polarization eigenmode of the PMD compensator 20.
도 9는 본 발명의 가장 바람직한 구성을 나타낸 것으로서, PMD 모니터링 장치가 종래의 구성을 이루고 도 9의 PMD 보상장치(20)를 적용한 경우나, 종래의 PMD 보상장치를 구비한 상태에서 도 9의 PMD 모니터링 장치(10)만을 적용한 경우 등의 변화가 가능하다.9 shows the most preferred configuration of the present invention, in which the PMD monitoring apparatus has a conventional configuration and the PMD compensator 20 of FIG. 9 is applied, or the PMD of FIG. 9 is provided with a conventional PMD compensation apparatus. The change in the case where only the monitoring apparatus 10 is applied is possible.
상기 PMD 모니터링 장치(10)는 광선로의 출력단에 위치하여 싱글모드 광선로로부터 편광조절기(polarization controller)에 전달되는 1차 입력값을 안내하고, 왜곡된 신호를 추출하는 태핑광커플러(optical tap)(11)와, 상기 태핑광커플러(11)에 의해 추출된 신호를 증폭하는 광증폭기(optical amplifier)(12)와, 상기 광증폭기(12)의 출력신호를 두 개의 광신호로 분리하는 50:50 광커플러(13)와, 상기 50:50 광커플러(13)의 한 출력단에 연결되어 광펄스 신호를 전기신호로 변환하는 고속광수신기(14)와, 상기 고속광수신기(14)의 후단에 연결되어 통신 데이터 비에 해당되는 무선주파수(radio frequency)신호의 첫째 고조파 성분의 세기를 측정하여 상기 메인컨트롤러(30)에 전달하는 무선주파수 대역투과필터(Radio Frequency Band Pass Filter: RFBPF)(15)와, 상기 50:50광커플러(13)의 다른 출력단에 연결된 자동편광조절기(16)와, 상기 자동편광조절기(16)의 후단에 연결된 선형편광기(linear polarizer)(17)와, 상기 선형편광기(17)를 거친 후의 출력신호를 감지하여 상기 메인컨트롤러에 전달하는 DC 광감지기(18)로 이루어진다.The PMD monitoring device 10 is located at the output end of the optical path and guides the primary input value transmitted from the single mode optical path to the polarization controller, and extracts the distorted signal. ), An optical amplifier 12 for amplifying the signal extracted by the tapping optical coupler 11, and a 50:50 light for separating the output signal of the optical amplifier 12 into two optical signals. A coupler 13, a high speed optical receiver 14 connected to one output terminal of the 50:50 optocoupler 13 to convert an optical pulse signal into an electrical signal, and a rear end of the high speed optical receiver 14 A radio frequency band pass filter (RFBPF) 15 which measures the intensity of the first harmonic component of the radio frequency signal corresponding to the communication data ratio and transmits the intensity to the main controller 30; Connected to the other output of the 50:50 optocoupler 13 The automatic polarizer 16, the linear polarizer 17 connected to the rear end of the automatic polarizer 16, and the output signal after passing through the linear polarizer 17 are sensed and transmitted to the main controller. Consisting of a DC light sensor 18.
상기 PMD보상 장치(20)는 1개의 편광조절기(Polarization Controller)(21)와, 한 가닥의 액정 광섬유(22)와, 상기 메인컨트롤러(30)로부터 제공되는 제어신호에 따라 상기 액정광섬유(22)에 전압을 인가하는 전압인가장치(23)로 구성된다.The PMD compensator 20 includes one polarization controller 21, one strand of liquid crystal optical fiber 22, and the liquid crystal optical fiber 22 according to a control signal provided from the main controller 30. It consists of a voltage application device 23 for applying a voltage to the.
상기 DOP측정장치(40)는 광선로를 통과한 광펄스 신호의 출력 PSP를 액정광섬유(22)의 편광 고유모드로 전환하기 위한 태핑커플러(41)와, 상기 태핑커플러(41)를 거쳐 제공되는 광신호의 편광을 변환하기 위한 자동편광조절기(42)와, 상기 자동편광조절기(42)의 후단에 연결된 선형편광기(linear polarizer)(43)와, 상기 선형편광기(43)를 거친 후의 출력신호를 감지하여 상기 메인컨트롤러(30)에 전달하는 DC 광감지기(44)로 이루어진다.The DOP measuring device 40 is a tapping coupler 41 for converting the output PSP of the optical pulse signal passing through the optical path into the polarization eigenmode of the liquid crystal optical fiber 22, and the light provided through the tapping coupler 41 Automatic polarizer 42 for converting the polarization of the signal, a linear polarizer (43) connected to the rear end of the automatic polarizer (42), and detects the output signal after passing through the linear polarizer (43) It consists of a DC light sensor 44 to deliver to the main controller (30).
도 10은 본 발명의 다른 실시에 따른 PMD 보상시스템을 도시한 것으로서, 도 9의 예와 달리 상기 전압인가장치(Voltage Supply)(23)가 액정광섬유(22) 외곽에 다수개 설치된 것을 알 수 있다. 이때, 메인컨트롤러(30)에서 각 전압인가장치(23)에 서로 다른 제어값을 제공함으로써 액정광섬유(22)의 외곽에 제공하는 전기장의 세기는 ()와 같이 각각 다르게 인가된다.FIG. 10 illustrates a PMD compensation system according to another embodiment of the present invention, and unlike the example of FIG. 9, it can be seen that a plurality of voltage supply devices 23 are installed outside the liquid crystal optical fiber 22. . In this case, the intensity of the electric field provided to the outer side of the liquid crystal optical fiber 22 by providing different control values to each voltage applying device 23 in the main controller 30 ( Are applied differently.
도 11a는 도 10의 변형에 따른 실시 예를 액정광섬유(22)와 전압인가장치(23)를 중심으로 나타낸 사시도로서 도 10의 경우와 달리 동일한 전기장()을 액정광섬유 내의 액정분자에 대하여 서로 다른 각을 이루고 제공하는 것을 나타낸다. 이때 메인컨트롤러(30)에서 전압인가장치(23)에 인가하는 제어신호는 동일한 값을 나타내게 된다. 도 11b는 도 11a를 측면에서 바라본 경우의 예시도이다.FIG. 11A is a perspective view of a liquid crystal optical fiber 22 and a voltage applying device 23 in accordance with an embodiment of the modification of FIG. 10, unlike in the case of FIG. 10. ) Is provided at different angles to the liquid crystal molecules in the liquid crystal optical fiber. At this time, the control signal applied from the main controller 30 to the voltage application device 23 will exhibit the same value. 11B is an exemplary view when FIG. 11A is viewed from the side.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 PMD 보상시스템의 구성을 나타낸 것으로서, 도 9 내지 도 11의 각 경우에 적용할 수 있다. 즉, 위 설명예와 달리 편광조절기(21)가 액정광섬유(22)의 일부에 형성되며 A점을 기준으로 편광조절부(21)를 구분할 수 있다. 메인컨트롤러(30)로부터 제공받는 제어신호에 의해 해당 액정광섬유 영역의 그 외곽에 인가되는 전압에 의해 편광을 조절하는 구성도 가능하다.FIG. 12 illustrates a configuration of a PMD compensation system according to another embodiment of the present invention, and may be applied to each case of FIGS. 9 to 11. That is, unlike the above description example, the polarization controller 21 is formed on a part of the liquid crystal optical fiber 22 and can distinguish the polarization control unit 21 based on the A point. It is also possible to control the polarization by the voltage applied to the outer side of the liquid crystal optical fiber region by the control signal provided from the main controller 30.
이제 각 실시예의 공통적인 사항을 중심으로 본 발명에 따른 PMD 보상시스템의 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 상기 PMD 모니터링 장치(10)의 동작을 설명하기로 한다. 10Gbit/s로 고속 펄스 변조되어 장거리의 광섬유를 통과한 후, PMD에 의하여 펄스폭이 넓어진 광펄스 신호는 태핑광커플러(11)의 태핑 포트를 통과한 후 광증폭기(amplifier)(12)에 의해 일정량 증폭된다. 이후 50:50 광커플러(13)를통과하여 두 개의 광 신호로 나뉘어 진다. 50:50 광커플러(13) 출력단의 한 쪽은 10㎓ 이상의 감지 속도를 가지는 고속광수신기(14)에 의하여 전기신호로 변환되는데, 이 때 고속광수신기(14) 후단의 전기 신호와 그 무선주파수(Radio Frequency: 이하 "RF"라 함)스펙트럼은 PMD가 "0"인 경우를 나타낸 도 13a로부터 도 13b에 나타낸 바와 같이 변화됨을 알 수 있다.The operation of the PMD compensation system according to the present invention will now be described based on common points of the embodiments. First, the operation of the PMD monitoring apparatus 10 will be described. After high speed pulse modulation at 10 Gbit / s and passing through a long-distance optical fiber, the optical pulse signal whose pulse width is widened by the PMD is passed through the tapping port of the tapping optical coupler 11 and then by the optical amplifier 12. It is amplified by a certain amount. Thereafter, it is divided into two optical signals through the 50:50 optical coupler (13). One end of the 50:50 optical coupler 13 output is converted into an electrical signal by a high speed optical receiver 14 having a sensing speed of 10 Hz or more, wherein the electrical signal of the rear end of the high speed optical receiver 14 and its radio frequency It can be seen that the spectrum (Radio Frequency: hereinafter referred to as "RF") changes as shown in FIG. 13A to FIG. 13B showing the case where the PMD is "0".
1차 PMD에 의하여 같은 크기를 가지는 두 개의 펄스로 벌어진 광펄스 신호가 고속 광수신기(14)에 의하여 전기 신호로 바뀐 다음, 이것을 푸리에 변환하여 RF 스펙트럼을 구한 후, RF 스펙트럼의 첫번째 고조파 성분(10㎓)의 크기 변화를 PMD 값의 변화에 대하여 나타낸 것이다. 이와 같이 두 펄스의 크기 비가 결정되면 RFBPF(15) 출력단의 전기신호의 세기를 측정함으로서 PMD 값을 모니터링 할 수 있다.The optical pulse signal of two pulses having the same magnitude by the first PMD is converted into an electrical signal by the high speed optical receiver 14, and then Fourier transformed to obtain an RF spectrum, and then the first harmonic component of the RF spectrum (10). Variation in magnitude is shown for changes in PMD values. As such, when the magnitude ratio of the two pulses is determined, the PMD value may be monitored by measuring the intensity of the electrical signal at the output terminal of the RFBPF 15.
도시된 바와 같이 광수신기(14) 후단의 RF 스펙트럼(spectrum)은 10㎓의 고조파 성분들로 구성되며, 광선로의 PMD 값이 증가함에 따라 두 펄스간의 간격이 벌어지면서 RF 스펙트럼의 첫번째 고조파 성분의 크기는 줄어들고 두번째 고조파 성분의 크기가 커짐을 알 수 있다. 이 때 고속 광수신기(14) 후단의 전기 신호를 10㎓ 의 중심주파수를 가지는 무선주파수 대역투과필터(Radio Frequency Band Pass Filter: RFBPF)(15)를 통과시키면 증가하는(혹은 감소하는) PMD 값의 변화를 10㎓ 무선주파수 성분의 크기 변화로 나타낼 수 있게 된다.As shown, the RF spectrum of the rear end of the optical receiver 14 is composed of 10 Hz harmonic components, and the magnitude of the first harmonic component of the RF spectrum is increased as the PMD value of the optical line increases. It can be seen that the decrease and the size of the second harmonic component increase. At this time, when the electrical signal passing through the high speed optical receiver 14 passes through a Radio Frequency Band Pass Filter (RFBPF) 15 having a center frequency of 10 kHz, the PMD value increases (or decreases). The change can be expressed as a change in magnitude of the 10 kHz radio frequency component.
이미 위에서 언급한 바와 같이 1차 PMD 값을 실시간으로 정확히 얻기 위하여서는 추가적으로 PMD에 의하여 벌어진 두 펄스의 크기 차이를 알아야 한다. 이미 잘 알려진 바와 같이 광선로의 1차 PMD는 광선로 출력단에서의 광펄스 신호의 편광상태를 나타내는 점을 도 14과 같이 파장 변화에 대하여 포앙카레 구면 상에 나타내면, PMD를 겪은 후의 출력 광펄스 신호는 파장이 변화함에 따라 포앙카레 구면 상에서 출력 PSP를 중심으로 하여 광펄스 신호의 스펙트럼 폭 만큼 회전하는 원의 궤적을 그리는데, 이 때 원의 회전율이 1차 PMD의 크기이다. 이 때 두 출력 광펄스의 크기 비는 파장변화에 따른 포앙카레 구면의 회전 시작점의 위치를 결정하므로 두 펄스의 크기가 같을 때 그 점이 출력 PSP를 중심으로 적도상에 위치하고 두 펄스 중 어느 한 쪽의 크기가 줄어듦에 따라 회전 시작점은 출력 PSP를 중심으로 극 쪽으로 이동하므로, 광선로를 지난 후의 출력 광펄스의 DOP를 측정함으로서 두 펄스간의 크기 비를 알 수 있다.As mentioned above, in order to accurately obtain the first-order PMD value in real time, it is necessary to additionally know the magnitude difference between the two pulses caused by the PMD. As is well known, the primary PMD of the optical path represents the polarization state of the optical pulse signal at the optical path output stage on the poangare sphere as shown in FIG. 14, and the output optical pulse signal after the PMD is As the wavelength changes, the circle's trajectory is plotted on the spherical surface of the Poangcurry centered on the output PSP by the spectral width of the optical pulse signal, where the rotation rate of the circle is the size of the primary PMD. At this time, the magnitude ratio of the two output light pulses determines the position of the starting point of rotation of the Poangcurry sphere according to the wavelength change. Therefore, when the two pulses are the same, the point is located on the equator around the output PSP. As the size decreases, the starting point of rotation moves toward the pole about the output PSP, so the size ratio between the two pulses can be known by measuring the DOP of the output optical pulse after passing the optical path.
이것을 실제로 장치로 구현하면 50:50 광커플러(13)의 나머지 출력단을 통과한 광펄스 신호는 자동 편광조절기(16)와 선형 편광기(17)를 거쳐 DC 광감지기(18)에 입사되며, 이 때 편광조절기를 스캔하여 선형편광기(17)를 거친 후의 DC 광감지기(18)의 출력을 읽음으로서 DOP를 잴 수 있다. 이상을 종합하여 실시간 PMD 모니터링 장치의 구현을 이룰 수 있다. 만약 광통신 신호의 비트레이트(Bit-rate)가 높아지면 고속광수신기(14) 후단의 RF 대역 투과 필터의 중심주파수는 여기에 맞게 조절하면 되므로 이 방식은 10G bit/s 이상의 고속 통신 신호에의 응용이 가능하다는 장점이 있다. 태핑광커플러(11)는 광통신 시스템의수신기로 입력되는 광펄스 신호의 파워를 크게 변화시키지 않는 한도 내에서 사용되는 것이 바람직하며, 90:10 혹은 70:30 등이 바람직하고, 추출을 위하여 태핑된 신호의 크기가 작으므로 50:50 광커플러(13) 전단에 ASE 잡음 제거 필터가 달린 광증폭기(12)의 사용이 바람직하다.If this is actually implemented as a device, the optical pulse signal passing through the remaining output terminal of the 50:50 optocoupler 13 is incident on the DC light sensor 18 via the auto polarizer 16 and the linear polarizer 17, where The DOP can be measured by scanning the polarization controller and reading the output of the DC light sensor 18 after passing through the linear polarizer 17. In summary, the real-time PMD monitoring apparatus can be implemented. If the bit rate of the optical communication signal is high, the center frequency of the RF bandpass filter at the rear end of the high speed optical receiver 14 may be adjusted accordingly, so this method is applied to a high speed communication signal of 10G bit / s or more. This has the advantage of being possible. The tapping optical coupler 11 is preferably used as long as it does not significantly change the power of the optical pulse signal input to the receiver of the optical communication system, preferably 90:10 or 70:30, and is tapped for extraction. Since the signal is small in size, the use of an optical amplifier 12 with an ASE noise canceling filter in front of the 50:50 optocoupler 13 is preferred.
본 발명에 따른 PMD 보상 시스템의 다른 특징은 상기 PMD보상 장치(20)의 구성이 1개의 편광조절기(Polarization Controller)(21)와 한 가닥의 액정 광섬유(22)와 상기 액정광섬유(22)에 전압을 인가하는 전압인가장치(23)로 구성된 점이다.Another characteristic of the PMD compensation system according to the present invention is that the configuration of the PMD compensation device 20 is one polarization controller 21, one strand of liquid crystal optical fiber 22 and the voltage of the liquid crystal optical fiber 22 The point is composed of a voltage applying device 23 for applying a.
PMD 보상 장치(20) 내의 액정 광섬유(22)는 도 15에서 나타낸 바와 같이, 기본적으로 코어에 해당되는 부분이 비어 있는 할로우(hollow) 광섬유이며, 이곳에 상온에서 통신용 단일 모드 광섬유의 코어와 비슷한 굴절율을 가지는 액정이 삽입된 구조를 가지고 있다. 액정 광섬유 허용 구부림 반경으로 또아리진 후에 직류 혹은 교류 전기장()을 가하기 위한 캐패시터(capacitor)(C) 사이에 위치하고 있다.As shown in FIG. 15, the liquid crystal optical fiber 22 in the PMD compensator 20 is basically a hollow fiber having an empty portion corresponding to the core, and has a refractive index similar to that of the core of the communication single mode optical fiber at room temperature. It has a structure in which a liquid crystal having an is inserted. DC or AC electric fields after being Is located between the capacitor (C) for applying ().
상온에서 액정광섬유에 전기장을 가하지 않은 경우 액정광섬유의 코어를 구성하고 있는 액정 분자의 방향은 무작위적이거나 혹은 축 방향으로 정렬하여 있다. 만약 액정광섬유가 들어있는 캐패시터(capacitor)에 도 16에서와 같이 전기장()을 가하면 액정광섬유 내의 액정 분자는 전기장의 방향으로 늘어서게 된다. 이 때 캐패시터(C)에 가하는 전기장()의 세기에 따라 액정 분자의 늘어서는각도가 달라지거나 늘어서는 분자의 개수가 달라지게 되어 이에 해당되는 분자 분극(molecular polarization)이 형성되며, 전기장의 세기를 바꿈에 따라 분자분극의 세기를 조절할 수 있으므로, 액정광섬유에 걸어주는 전기장의 세기를 조절함에 따라 가변 가능한 복굴절을 얻을 수 있다. 액정 광섬유의 길이는 보상하고자 하는 PMD의 변화치 중 최대값에 해당하는 복굴절량을 계산한 다음, 이를 바탕으로 최대 편광 군지연(PMD)을 계산함으로써 얻을 수 있다.When no electric field is applied to the liquid crystal optical fiber at room temperature, the direction of the liquid crystal molecules constituting the core of the liquid crystal optical fiber is random or aligned in the axial direction. If the capacitor containing the liquid crystal optical fiber (capacitor) as shown in FIG. ), The liquid crystal molecules in the liquid crystal optical fiber are lined up in the direction of the electric field. At this time, the electric field applied to the capacitor (C) According to the intensity of the liquid crystal molecules, the lined angle of the liquid crystal molecules changes or the number of molecules varies, thereby forming a corresponding molecular polarization, and the intensity of the molecular polarization can be adjusted by changing the intensity of the electric field. Therefore, a variable birefringence can be obtained by adjusting the intensity of the electric field applied to the liquid crystal optical fiber. The length of the liquid crystal optical fiber can be obtained by calculating the birefringence amount corresponding to the maximum value of the change value of the PMD to be compensated and then calculating the maximum polarization group delay (PMD).
광선로를 통과하여 PMD에 의하여 왜곡된 광펄스는 1차 PMD만을 고려할 경우 서로 직교하는 두 출력 PSP상태의 편광을 가지며, 군지연 시간이 1차 PMD의 양만큼 떨어진 두 개의 광펄스로 나뉘어져 있다. 이 출력 펄스는 PMD 보상장치(20) 내의 편광조절기(21)를 거쳐 액정 광섬유의 고유 편광모드에 맞도록 변환된 다음 액정광섬유(22)의 입력단으로 입사된다. 액정 광섬유에는 전기장()이 인가되어 있으므로 전기장의 세기에 해당하는 복굴절량을 가지고 있다. 이 때 광선로에서 출력되어 시간 축 상에서 나뉘어진 두 펄스 중 군지연이 적은 광펄스 신호를 액정광섬유 토막의 복굴절 축 중, 저속축(Slow Axes)으로, 그리고 군지연이 큰 광펄스 신호를 고속축(Fast Axes)으로 입사될 수 있도록 편광조절기를 이용하여 조절한다.The optical pulses distorted by the PMD through the optical path have polarizations of two output PSP states that are orthogonal to each other when considering only the primary PMD, and the group delay time is divided into two optical pulses separated by the amount of the primary PMD. The output pulse is converted to match the intrinsic polarization mode of the liquid crystal optical fiber through the polarization controller 21 in the PMD compensator 20 and then incident to the input terminal of the liquid crystal optical fiber 22. The liquid crystal fiber has an electric field ( ) Is applied, it has a birefringence corresponding to the electric field strength. At this time, the optical pulse signal having the smallest group delay among the two pulses output from the optical path and divided on the time axis is the low axis among the birefringence axes of the liquid crystal fiber fiber, and the optical pulse signal having the large group delay is used as the high speed axis ( Adjust using a polarization controller to be incident to Fast Axes).
광선로를 통과한 출력 PSP상태의 두 펄스의 간격은 이와 같이 PMD 보상 장치 내의 액정광섬유를 통과하면서 줄어들어 액정광섬유의 출력단에서 서로 일치하게 된다. 광선로 주위의 온도 및 진동 등의 환경변화에 의하여 선로의 PMD 값이 변화할 때에는 액정광섬유에 걸어주는 전기장의 세기를 조절함으로써 보상하는PMD량을 결정할 수 있다. 그러므로 가능한 최대 PMD 보상량은 액정광섬유 내의 액정분자가 전기장의 방향에 맞추어 일직선으로 늘어서거나 혹은 모든 액정분자가 전기장의 방향에 맞추어 늘어선 경우이므로 이를 근거로 액정 광섬유의 길이를 결정하여야 한다.The interval between the two pulses of the output PSP state passing through the optical path is reduced while passing through the liquid crystal optical fiber in the PMD compensator so that they coincide with each other at the output terminal of the liquid crystal optical fiber. When the PMD value of the line changes due to environmental changes such as temperature and vibration around the light beam, it is possible to determine the amount of PMD to be compensated by adjusting the intensity of the electric field applied to the liquid crystal optical fiber. Therefore, the maximum possible amount of PMD compensation should be determined based on the length of the liquid crystal optical fiber because the liquid crystal molecules in the liquid crystal fiber are lined up in line with the direction of the electric field or all the liquid crystal molecules are aligned in the direction of the electric field.
PMD 값이 시간에 따라 변화하는 경우, 상기에 언급한 PMD 모니터링 장치로부터 얻어진 PMD 값에 의거하여 PMD 보상장치 내의 액정 광섬유에 인가할 전기장의 세기가 결정된다. PMD 보상장치(20) 후단의 DOP 측정장치(40)는 광선로를 통과한 광펄스 신호의 출력 PSP를 액정광섬유의 편광 고유모드로 전환한다. 만약 광선로의 출력 PSP와 보상장치 내의 액정광섬유의 고유 편광모드가 일치하지 않으면 PMD 보상장치를 통과한 후의 총 PMD 양은 선로의 PMD 량보다 크게 되므로 액정광섬유의 출력단에서의 DOP는 크게 감소하게 된다. 그러므로 액정광섬유의 출력단에서의 DOP를 최대화하기 위해 PMD 보상 장치(20)의 편광조절기(21)를 조정하면 광선로를 통과한 광펄스 신호의 출력 PSP와 액정광섬유의 편광 고유모드를 일치시킬 수 있다.When the PMD value changes over time, the intensity of the electric field to be applied to the liquid crystal optical fiber in the PMD compensator is determined based on the PMD value obtained from the above-mentioned PMD monitoring device. The DOP measuring device 40 after the PMD compensator 20 converts the output PSP of the optical pulse signal passing through the optical path into the polarization eigenmode of the liquid crystal optical fiber. If the intrinsic polarization mode of the optical fiber output PSP and the liquid crystal optical fiber in the compensator does not match, the total amount of PMD after passing through the PMD compensator is larger than the amount of PMD in the line, so that the DOP at the output terminal of the optical fiber is greatly reduced. Therefore, by adjusting the polarization controller 21 of the PMD compensator 20 to maximize the DOP at the output terminal of the liquid crystal optical fiber, the output PSP of the optical pulse signal passing through the optical path and the polarization intrinsic mode of the liquid crystal optical fiber can be matched.
마지막으로 메인 컨트롤러(30)의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다. 메인 컨트롤러는 일종의 컴퓨터로서 PMD 모니터링 장치(10)의 신호로부터 PMD 값을 계산하여 이로부터 PMD 보상장치(20) 내의 액정광섬유(22)에 인가할 전압을 결정하고, 이를 제어하는 신호를 PMD 보상장치(20) 내의 전압인가장치(23)로 보낸다. 또한 액정광섬유 후단의 DOP 측정장치(40)로부터 DOP값을 입력받아 이를 최대화하도록 액정광섬유(22) 앞단에 위치한 편광조절기(21)를 조정한다.Finally, the operation of the main controller 30 will be described. The main controller is a kind of computer that calculates a PMD value from the signal of the PMD monitoring device 10, determines a voltage to be applied to the liquid crystal optical fiber 22 in the PMD compensator 20, and controls the signal to control the PMD. It is sent to the voltage application device 23 in (20). In addition, the polarization controller 21 located at the front end of the liquid crystal optical fiber 22 is adjusted to receive the DOP value from the DOP measuring device 40 at the rear end of the liquid crystal optical fiber.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 PMD 보상시스템은 PMD 값을 모니터링하고 메인 컨트롤러를 통해 제어값을 산출하여 액정광섬유에 인가되는 전기장의 세기를 조절함으로써 광손실이 낮고 제작이 용이하며 안정된 보상을 수행할 수 있는 효과를 가진다.As described above, the PMD compensation system according to the present invention monitors the PMD value, calculates a control value through the main controller, and adjusts the intensity of the electric field applied to the liquid crystal optical fiber to provide low compensation, easy manufacturing, and stable compensation. Has the effect of performing.
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