KR100964084B1 - Birefringence generator including multi-hole hollow and PMD compensator using the optical fiber grating - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중공액정광섬유를 갖는 광섬유 격자 소자 및 이를 사용하는 편광모드분산(PMD) 보상장치를 개시한다.The present invention discloses an optical fiber grating element having a multiconjugated concentrate fiber and a polarization mode dispersion (PMD) compensator using the same.
본 발명의 다중공액정광섬유는 광섬유의 코어부에 광섬유의 중심을 기점으로 격자배열되는 다수의 할로우를 구비하고 각 할로우의 크기를 제한하여 주입되는 액정분자들이 축방향으로 일렬로 정렬될 수 있도록 광섬유의 구조를 개선하여, 다중공액정광섬유에 인가되는 전기장에 따라 다중공 내의 액정분자들의 정렬방향을 균일하게 가변적으로 제어함으로써 "0" 부터 임의의 값까지 원하는 복굴절을 생성할 수 있다. 그리고, 이러한 다중공액정광섬유를 사용하여 PMD 보상을 수행함으로서 광손실이 낮고 제작이 용이하며 안정된 PMD 보상장치를 구현할 수 있다.The multiconjugated concentrate fiber of the present invention has a plurality of hollows arranged in a lattice from the center of the optical fiber at the core portion of the optical fiber and restricts the size of each hollow so that the injected liquid crystal molecules can be aligned in the axial direction. By improving the structure, the desired birefringence can be generated from " 0 " to any value by controlling the alignment direction of the liquid crystal molecules in the multipores uniformly according to the electric field applied to the multiconjugated concentrate fiber. In addition, by performing PMD compensation using the multiconjugated concentrate fiber, it is possible to implement a PMD compensation device having low light loss, easy manufacturing, and stable operation.
Description
도 1은 광섬유의 복굴절 현상을 나타내는 도면.1 is a diagram illustrating a birefringence phenomenon of an optical fiber.
도 2는 편광모드분산이 발생하는 원리를 나타내는 도면.2 is a diagram illustrating a principle in which polarization mode dispersion occurs.
도 3은 도 2에서 광섬유를 진행한 광펄스의 출력 파형을 나타내는 파형도.3 is a waveform diagram showing an output waveform of an optical pulse that has traveled through an optical fiber in FIG. 2;
도 4는 편광모드분산 보상장치의 기본 원리를 나타내는 도면.4 is a view showing the basic principle of the polarization mode dispersion compensation device.
도 5는 시간의 변화에 따른 광섬유의 복굴절 변화를 나타내는 도면.5 is a view showing a birefringence change of the optical fiber with a change in time.
도 6은 종래 액정이 주입된 광섬유의 모습을 나타내는 단면도.6 is a cross-sectional view showing a state of a conventional optical fiber injected with liquid crystal.
도 7은 본 발명에 따른 편광모드분산 보상장치의 구성을 나타내는 구성도.7 is a block diagram showing the configuration of a polarization mode dispersion compensation device according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 다중공액정광섬유에 액정이 주입된 모습을 나타내는 단면도.8 is a cross-sectional view showing a state in which the liquid crystal is injected into the multiconjugated concentrate fiber according to the present invention.
도 9는 격자구조를 지니지 않은 다중공액정광섬유에 액정이 주입된 일 실시예를 나타내는 도면.9 is a view showing an embodiment in which a liquid crystal is injected into a multiconjugated concentrate fiber having no lattice structure.
도 10은 본 발명에 따른 다중공액정광섬유에 전기장이 인가되지 않은 경우 액정의 정렬 모습을 나타내는 도면.10 is a view showing the alignment of the liquid crystal when the electric field is not applied to the multiconjugated concentrate fiber according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 다중공액정광섬유에 전기장이 인가된 경우 액정의 정렬 모습을 나타내는 도면.11 is a view showing the alignment of the liquid crystal when an electric field is applied to the multiconjugated concentrate fiber according to the present invention.
본 발명은 광선로의 편광모드분산(Polarization Mode Dispersion: 이하 PMD라 함)을 보상하기 위한 PMD 보상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코어부에 액정이 일렬로 주입된 다수개의 할로우(hollow)를 가지는 다중공액정광섬유(multi-hole hollow fiber)에 인가되는 전압을 조절하여 가변적으로 PMD를 보상할 수 있는 복굴절 생성기(Birefringence generator) 및 이를 이용하는 PMD 보상장치에 관한 것이다.The present invention relates to a PMD compensation device for compensating Polarization Mode Dispersion (PMD) of a light path, and more particularly, has a plurality of hollows in which liquid crystals are injected in a line in a core part. A birefringence generator capable of variably compensating a PMD by adjusting a voltage applied to a multi-hole hollow fiber, and a PMD compensator using the same.
광펄스가 광섬유를 통해 전송될 때 각각의 광펄스는 전송매체인 광섬유의 물리적 특성으로 말미암아 시간축 상에서 광펄스의 형태가 변하는 신호왜곡이 발생된다. 이러한 신호 왜곡의 원인은 크게 광섬유의 감쇠특성, 분산특성, 비선형특성으로 나뉠 수 있는데, 최근의 초고속 대용량 장거리 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 및 TDM(Time Division Multiplexing) 광통신에서 부각되는 커다란 문제는 분산특성이라 할 수 있다. 전송 후 광펄스의 폭을 증가시키는 분산은 모드분산, 색분산, 편광모드분산의 세가지 형태로 발생하게 된다.When the optical pulse is transmitted through the optical fiber, each optical pulse generates a signal distortion in which the shape of the optical pulse changes on the time axis due to the physical characteristics of the optical fiber as a transmission medium. The causes of such signal distortion can be largely classified into attenuation characteristics, dispersion characteristics, and nonlinear characteristics of an optical fiber. A large problem that emerges in recent high-speed, large-capacity, long-distance long-range dense wavelength division multiplexing (DWDM) and time division multiplexing (TDM) optical communication is a dispersion characteristic. This can be called. Dispersion that increases the width of the optical pulse after transmission occurs in three forms: mode dispersion, color dispersion, and polarization mode dispersion.
이 중 편광모드분산(PMD)은 광섬유의 복굴절에 의한 것으로서 유한한 선폭을 지닌 광펄스가 복굴절(Birefringent)을 가진 광섬유에 입사할 경우, 광펄스 내의 각각의 스펙트럼 성분이 서로 다른 복굴절을 경험함으로써, 광섬유를 통과한 후의 광펄스의 폭이 넓어지게 되는 현상을 말한다. 이 경우 광섬유를 도파하는 광펄스 신호의 편광모드는 서로 다른 복굴절을 경험하게 되므로 군지연 차이가 발생하게 되고, 따라서 광펄스의 폭은 증가하게 된다.Among these, the polarization mode dispersion (PMD) is due to the birefringence of the optical fiber. When an optical pulse having a finite line width enters an optical fiber having a birefringence, each spectral component in the optical pulse experiences different birefringence. It refers to a phenomenon in which the width of an optical pulse becomes wider after passing through an optical fiber. In this case, since the polarization modes of the optical pulse signals guiding the optical fiber experience different birefringence, a group delay difference occurs, and thus the width of the optical pulses increases.
각 편광모드간의 복굴절 차이를 야기하는 원인은 광섬유의 비원성 등의 내재적인 원인과 광케이블 내의 광섬유 각 부분에 작용하는 외력 또는 비대칭적인 내부 스트레스(stress)나 스트레인(strain)이 있다.The causes of the birefringence difference between each polarization mode include intrinsic causes such as non-circularity of the optical fiber and external force or asymmetric internal stress or strain acting on each part of the optical fiber in the optical cable.
이러한 PMD는 광선로의 색 분산 및 광 손실이 문제시 되었던 10Gbit/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 10Gbit/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 10Gbit/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 장거리 광전송망에 있어서 PMD의 보상문제는 여러 통신 사업자들의 시급한 과제라 할 수 있다.This PMD was a physical quantity that was not a big problem when the optical transmission system of 10Gbit / s or less, which was a problem of color dispersion and optical loss of light path, was applied to communication, but dispersion shifted fiber and chromatic 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 in which the PMD coefficient value is 0.5 to 2ps / km ½ . Therefore, in the case of 10Gbit / s optical transmission system, the communication distance is 100km to the maximum due to PMD. It will be reduced to 25 km. Considering the urgent need for a high speed inter-network network, which is fueled by the recent explosive demand of subscribers' multimedia services over the Internet, the compensation problem of PMD in high-speed long-distance optical transmission networks is an urgent task of various communication providers.
한편, 최근의 생산 기술발달에 힘입어 새로이 생산되고 있는 스펀광섬유의 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 궁극적으로 해결하여야 할 과제라 할 수 있다.On the other hand, the spun optical fiber, which is newly produced due to the recent development of production technology, is very small, with a PMD value of about 0.1 ps / km ½ , but considering the increasing trend of optical subscriber network construction due to multimedia services, As a result, the speed of the inter-station network will be accelerated. PMD compensation problem will ultimately be solved because PMD will be the main cause of transmission restriction in high-speed transmission networks of 40Gbit / s or more even if the fabricated fiber is installed recently. can do.
도 1은 광섬유의 복굴절을 나타내는 도면으로, 이러한 복굴절은 광섬유의 제조기술의 한계나 혹은 광케이블이 포설된 주위의 온도 또는 스트레스 등의 환경변화로 인하여 광신호가 진행하는 광섬유의 코어가 이상적인 원형이 아니라 원에 가까운 타원형이 되어 타원 코어의 장축 및 단축 방향에서 굴절률이 서로 달라짐에 따라 나타나는 현상이다.1 is a diagram showing the birefringence of the optical fiber, the birefringence is not the original circular core of the optical fiber through which the optical signal proceeds due to the limitations of the manufacturing technology of the optical fiber or the environmental change such as the temperature or stress around the optical cable is installed. It is an elliptical shape close to, and it is a phenomenon that occurs as the refractive indices are different in the long axis and short axis direction of the ellipse core.
단일모드 광섬유(SMF)의 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 달라진다.The mode of single-mode fiber (SMF) is actually degenerate two mutually orthogonal polarization modes. When the core of the optical fiber is ideally circular, the propagation speed of the two degenerate polarization modes is the same, but the core In the case of an ellipse, since the refractive indices in the major and minor 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 편광모드가 서로 분리되게 되고 이로 인해 출력단에서는 펄스의 폭이 넓어지게 되어 수신단에서 신호에러를 일으키는 것이다. 이때, 출력단에서 서로 분리된 두 광펄스의 지연차를 1차 PMD라 한다.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, thereby widening the pulse width at the output terminal. It is a signal error at the receiver. 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.
실제의 광섬유는 제조공정 상에서 코어의 복굴절축이 일정 거리를 두고 무작위적으로 교차하는 형태를 가지고 있어 이러한 PMD는 통계적이며 복잡한 양상을 가 진다. 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, 이것이 1차 PMD에 해당한다.The actual optical fiber has a shape in which the birefringence axis of the core randomly intersects at a certain distance in the manufacturing process, and this PMD has a statistical and complicated shape. 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. In this case, the time delay difference between two output pulses is referred to as a differential group delay (DGD), which corresponds to a primary PMD.
도 4는 일반적인 PMD 보상장치(Compensator)의 기본 원리를 나타내고 있다.4 illustrates the basic principle of a general PMD compensator.
기본적으로 짧은 길이에 큰 복굴절 값을 강제적으로 인가한 편광유지 광섬유(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 보상장치 내의 편광유지 광섬유의 고유모드로 전환시킨 다음, 시간 지연이 큰 광펄스를 편광유지 광섬유의 굴절률이 적은 저속축(Slow axes)에, 그리고 시간지연이 작은 광펄스를 굴절률이 큰 고속축(fast axes)에 입사시킨다.Basically, a polarization maintaining fiber (Polarization Maintaining Fiber) forcibly applying a large birefringence value to a short length is connected to an output terminal 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 intrinsic mode of the polarization maintaining optical fiber in the compensator through the polarization controller, and then the optical pulses having a large time delay are less than the refractive index of the polarization maintaining optical fiber. Light pulses having a small time delay are incident on the slow axes and fast axes having a large refractive index.
이로써 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 값에 의하여 결정된다.As a result, the principle is to reduce the time delay difference of the optical signal after passing through the short-length polarization maintaining optical fiber. 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 value.
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 실시간으로 보상이 이루어지는 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. In other words, there is a need for a dynamic compensation device that compensates in real time as the output PSP changes with time.
최근에는 액정(Liquid Crystal)이 가지고 있는 복굴절을 이용하여 편광모드분산 장치를 구현하려는 시도가 이루어지고 있다.Recently, attempts have been made to implement polarization mode dispersion apparatuses using birefringence of liquid crystals.
도 6은 종래 다량의 액정들을 속이 빈 중공광섬유(hollow core fiber)에 주입한 모습을 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a view illustrating a state in which a large amount of liquid crystals are injected into a hollow hollow fiber. FIG.
이러한 방법은 인가되는 전기장에 따라 전기적 쌍극자 특성을 지닌 액정분자의 회전이 이루어지며, 이에 따라 가변 복굴절을 발생시킬 수 있다는 원리에 의거하고 있다. 따라서 다량의 액정분자를 속이 빈 중공광섬유(Hollow core fiber)에 주입하고 광섬유 주위에 가변 전기장을 인가하여 액정분자들을 정렬시킴으로써 가변 복굴절을 발생시킬 수 있게 되는 것이다. 이러한 방법은 구조가 간단하므로 PMD 보상장치의 구현에 소요되는 비용이 저렴하고 용이하게 가변 복굴절을 얻을 수 있으므로, 적응적인 피드백이 가능하고 신뢰성이 높다는 장점이 있다.This method is based on the principle that the rotation of the liquid crystal molecules having the electric dipole properties according to the applied electric field, thereby generating a variable birefringence. Accordingly, variable birefringence can be generated by injecting a large amount of liquid crystal molecules into hollow hollow fiber and arranging liquid crystal molecules by applying a variable electric field around the optical fiber. Since this method is simple in structure, the variable birefringence of the PMD compensator can be obtained at low cost and can be easily obtained. Therefore, it is possible to provide adaptive feedback and have high reliability.
그런데, 도 6과 같은 광섬유를 이용한 편광모드분산(Polarization Mode Dispersion: 이하 PMD라고 한다) 보상장치의 경우, 액정이 삽입된 중공광섬유의 중공에 해당되는 코어의 직경은 8㎛ 내외로 제한 받게 된다.However, in the case of a polarization mode dispersion (PMD) compensation device using an optical fiber as shown in FIG. 6, the diameter of the core corresponding to the hollow of the hollow optical fiber into which the liquid crystal is inserted is limited to about 8 μm.
이러한 경우 중공광섬유내에는 도 6에서와 같이 여러 층의 액정이 쌓이게 된다. 각각의 액정분자는 그 자체로 영구 쌍극자의 성질을 가지고 있기 때문에 액정분자끼리의 전기적 상호작용이 일어나게 되어 상온에서 액정분자의 정렬방향이 무작위적으로 이루어지게 된다. 이렇게 되면 액정을 주입한 액정 광섬유는 상온에서 특정한 값의 평균 복굴절 값을 지니게 되어, 전기장을 가함으로써 복굴절 값을 평균 복굴절치 이하로는 조절하기가 어렵게 되어 PMD 보상에 커다란 장애요인으로 작용하게 된다. 뿐만 아니라, 액정분자들간의 전기적 반더발스(Vander Walls) 힘에 의한 상호작용으로 분자들의 균일한 정렬에 어려움이 있어, 균일하게 정렬이 이루어지지 않은 분자들의 기여가 복굴절 노이즈로 작용하게 되어 실질적인 가변 복굴절을 얻기 어렵다는 단점이 있다.In this case, several layers of liquid crystals are stacked in the hollow optical fiber as shown in FIG. 6. Since each liquid crystal molecule itself has a property of a permanent dipole, electrical interactions between the liquid crystal molecules occur, so that the alignment direction of the liquid crystal molecules is random at room temperature. In this case, the liquid crystal optical fiber injected with the liquid crystal has a specific birefringence value of a specific value at room temperature, and it becomes difficult to control the birefringence value below the average birefringence value by applying an electric field, which acts as a significant obstacle to PMD compensation. In addition, there is a difficulty in uniform alignment of molecules due to the interaction of the liquid Vander Walls force between the liquid crystal molecules, so that the contribution of the non-uniformly aligned molecules acts as birefringence noise. It is difficult to obtain.
따라서, 상술된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 광섬유의 여러개의 중공(hollow)을 가지는 다중공광섬유(Multi hollow fiber)를 이용하여 중공에 주입된 액정의 정렬성을 개선하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to improve the alignment of the liquid crystal injected into the hollow by using a multi-hollow fiber (Multi hollow fiber) having a plurality of hollow (hollow) of the optical fiber.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복굴절 생성기는 코어에 다수의 할로우(hollow)들이 형성되고 상기 각 할로우에는 상기 코어의 굴절률을 갖는 액정이 일렬로 주입된 다중공액정광섬유; 및 상기 다중공액정광섬유에 전기장을 가변적으로 인가하여 상기 액정들의 정렬을 선택적으로 변화시키는 전압인가부를 포함하되, 상기 각 할로우는, 상기 액정 하나의 직경(2r)보다는 크고 상기 직경(2r)의 2배보다는 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.Birefringence generator of the present invention for achieving the above object is a plurality of hollow (hollow) is formed in the core (multi-conjugated concentrate fiber in which the liquid crystal having the refractive index of the core is injected in a row in each hollow; And a voltage applying unit for selectively applying an electric field to the multiconjugated concentrate fiber to selectively change the alignment of the liquid crystals, wherein each hollow is larger than one diameter 2r of the liquid crystal and 2 of the diameters 2r. It is characterized by having a smaller diameter than the pear.
본 발명의 PMD 보상장치는 편광모드분산에 의해 왜곡된 광펄스 신호의 지연값(PMD) 및 출력편광의 기본상태(PSP)를 모니터링하는 PMD 모니터링부; 제 1 제어신호에 따라 상기 왜곡된 광펄스의 편광 방향을 조절하여 출력하는 편광조절기; 코어에 다수의 할로우(hollow)들이 형성되고 상기 각 할로우에는 상기 코어의 굴절률을 갖는 액정이 일렬로 주입되며, 외부에서 인가되는 전기장의 크기에 따라 상기 편광조절기에서 출력되는 광펄스 신호를 가변적으로 복굴절시켜 출력하는 다중공액정광섬유; 제 2 제어신호에 따라 상기 다중공액정광섬유에 전기장을 인가하는 전압인가부; 상기 다중공액정광섬유에서 출력되는 광신호에 대한 출력편광의 기본상태(PSP)를 상기 다중공액정광섬유의 편광 고유모드로 전환하여 편광도(DOP)를 출력하는 DOP 측정부; 및 상기 PMD 모니터링부의 모니터링 결과와 상기 DOP 측정부의 편광도를 이용하여 상기 편광조절기의 편광 방향과 상기 전압인가부의 전기장의 크기를 결정하여 상기 제 1 제어신호 및 상기 제 2 제어신호를 출력하는 제어부를 구비한다.PMD compensator of the present invention includes a PMD monitoring unit for monitoring the delay value (PMD) of the optical pulse signal distorted by the polarization mode dispersion and the basic state (PSP) of the output polarization; A polarization controller for controlling and outputting a polarization direction of the distorted optical pulses according to a first control signal; A plurality of hollows are formed in the core, and each hollow is injected with a line of liquid crystals having the refractive index of the core, and the birefringence of the optical pulse signal output from the polarization controller is variable according to the magnitude of the electric field applied from the outside. Multiconjugated concentrate fibers to be output; A voltage applying unit applying an electric field to the multiconjugated concentrate fiber according to a second control signal; A DOP measuring unit outputting a polarization degree (DOP) by converting a basic state (PSP) of the output polarization of the optical signal output from the multiconjugated concentrate fiber into a polarization intrinsic mode of the multiconjugated concentrate fiber; And a control unit configured to output the first control signal and the second control signal by determining the polarization direction of the polarization controller and the magnitude of the electric field of the voltage applying unit using the monitoring result of the PMD monitoring unit and the polarization degree of the DOP measuring unit. do.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 7은 본 발명에 따른 PMD 보상장치의 구성을 나타내는 구성도이다.7 is a configuration diagram showing the configuration of a PMD compensation device according to the present invention.
본 발명의 PMD 보상 장치는 PMD 모니터링부(10), PMD 보상부(20), 제어부(30), DOP(편광도) 측정부(40) 및 수신기(50)를 구비한다.The PMD compensator of the present invention includes a
PMD 모니터링부(10)는 싱글모드 광선로를 통과하여 왜곡된 광펄스 신호로부터 1차 PMD 값과 출력 PSP를 계산하기 위한 신호를 추출해낸다.The
PMD 보상부(20)는 광선로의 PMD에 의하여 왜곡된 광펄스를 복원시켜준다.
The
이러한 PMD 보상부(20)는 편광조절기(21), 다중공액정광섬유(22) 및 전압인가부(23)를 구비한다.The
편광조절기(21)는 싱글모드 광선로를 통과한 왜곡된 광펄스 신호를 다중공액정광섬유(22)에 특정 방향으로 입력시킨다. 다중공액정광섬유(22)는 광섬유의 코어에 해당하는 부분에 다수의 할로우(hollow)가 축방향으로 구비되고, 각 할로우(hollow)에는 액정이 주입된다. 그리고, 전압인가부(23)는 다중공액정광섬유(22)의 외곽에 설치되어 제어부(30)로부터 제공되는 제어신호에 따라 다중공액정광섬유(22)에 전압을 인가한다. 이러한 전압인가부(23)는 다중공액정광섬유(22)의 외곽에 다수개 설치되어 다중공액정광섬유(22)에 부분별로 서로 다른 전압을 인가하도록 할 수 있다.The
본 발명의 특징은 PMD 보상부(20)에 다중공액정광섬유(22)를 사용하는 것으로, 이러한 다중공액정광섬유(22)는 상세하게 후술된다.A feature of the present invention is the use of the
제어부(30)는 PMD 모니터링부(10) 및 DOP 측정부(40)로부터 인가되는 신호를 이용하여 편광조절기(21) 및 전압인가부(23)를 제어하기 위한 제어신호를 PMD 보상부(20)로 피드백한다. 즉, 제어부(30)는 PMD 모니터링부(10)에서 추출된 신호를 이용하여 수신된 광펄스 신호의 1차 PMD 값을 계산하여 다중공액정광섬유(22)에 인가할 전압을 결정하여 전압인가부(20)로 전송한다. 그리고, PMD 모니터링부(10)로부터 인가되는 신호를 이용해 광선로의 출력 PSP와 DOP 측정부(40)로부터 수신되는 다중공액정광섬유(22) 출력단의 DOP 값을 이용하여, 출력 PSP와 다중공액정광섬유(22)의 편광 고유모드가 일치되도록 편광조절기(21)를 조절한다.
The
DOP 측정부(40)는 PMD 보상부(20)에 의해 보상되어 수신기(50)로 전달되는 광펄스 신호의 출력 PSP를 다중공액정광섬유(22)의 편광 고유모드로 전환하여 그 DOP 값을 제어부(30)로 전송한다.The
도 8은 본 발명에 따른 다중공액정광섬유의 단면을 나타내는 도면이다.8 is a view showing a cross section of a multiconjugated concentrate fiber according to the present invention.
본 발명의 다중공액정광섬유(22)는 광섬유의 코어에 해당하는 부분에 다수의 할로우(hollow)가 축방향으로 구비되어 있으며, 이곳에 상온에서 통신용 단일 모드 광섬유의 코어와 비슷한 굴절율을 가지는 액정이 삽입된 구조를 갖는다.In the
이때, 빛이 도파하는 다중공 광섬유 내 할로우의 크기와 개수는 사용되는 액정분자의 크기에 의해 결정된다. 즉, 할로우의 직경은 액정분자 하나의 크기보다는 크지만 두 배보다 작게 한다. 이와 같이 할로우의 크기를 제한함으로써, 각 할로우 내에서 주입된 액정분자들이 도 6과 같이 여러층으로 쌓이지 않고 한 층으로만 축방향으로 정렬된다.In this case, the size and number of hollows in the multi-hole optical fiber guided by the light is determined by the size of the liquid crystal molecules used. That is, the diameter of the hollow is larger than the size of one liquid crystal molecule but smaller than twice. By limiting the size of the hollows as described above, the liquid crystal molecules injected in each hollow are axially aligned only in one layer without stacking in multiple layers as shown in FIG. 6.
또한, 다중공액정광섬유(22) 내 다수의 할로우들은 각각 할로우에 주입된 액정분자들간의 반더발스 상호작용을 서로 상쇄시킬 수 있도록 광섬유의 중심을 기준으로 하여 도 8에서와 같이 방사형으로 배치되도록 한다.In addition, the plurality of hollows in the
만약, 다수의 할로우들이 도 9에서와 같이 무작위적으로 배열되면, 다중공액정광섬유(22) 내의 액정분자들간의 반더발스 상호작용이 서로 상쇄되지 않아 상온에서 특정값의 평균 복굴절값을 가지게 되며, 이것은 평균 복굴절값 이하로의 복굴절발생과 다중공액정광섬유(22)에 전기장을 인가하였을 경우 복굴절 잡음을 초래하게 된다.
If a plurality of hollows are randomly arranged as shown in FIG. 9, the Vanderwald interactions between the liquid crystal molecules in the
도 10은 도 8의 다중공액정광섬유(22)를 길이방향으로 절단한 모습을 나타내는 단면도로, 본 발명에 따른 다중공액정광섬유(22)에 전기장을 가하지 않았을 때 다중공액정광섬유 내 액정분자들의 정렬 상태를 나타낸다.FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a state in which the
이 경우 상온에서의 복굴절 값은 "0"이 된다. 또한, 다중공광섬유(22) 내 각 할로우에는 일렬의 액정분자가 주입되게 되므로 액정분자들간의 상호작용에 의한 액정분자의 무작위적 정렬이 발생되지 않는다. 따라서, 복굴절 잡음을 대폭 줄일 수 있다.In this case, the birefringence value at room temperature is "0". In addition, since a single row of liquid crystal molecules is injected into each hollow in the
상술된 구성을 갖는 본 발명의 PMD 보상 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the PMD compensation device of the present invention having the above-described configuration will be described below.
10Gbit/s로 고속 펄스 변조되어 장거리의 광선로를 통과한 후, PMD에 의하여 도 3에서와 같이 펄스 간격이 벌어진 두 광펄스 신호는 광커플러(11)에 의해 PMD 모니터링부(10) 및 편광조절기(21)로 인가된다. PMD에 의하여 왜곡된 광펄스는 1차 PMD만을 고려할 경우 서로 직교하는 두 출력 PSP 상태의 편광을 가지며 도 3에서와 같이 군지연 시간이 1차 PMD의 양만큼 떨어진 두 개의 광펄스로 나뉘어진다.After the high-speed pulse modulation at 10 Gbit / s to pass through the long-distance optical path, the two optical pulse signal is pulsed apart as shown in Figure 3 by the PMD by the
PMD 모니터링부(10)는 인가된 광펄스 신호로부터 1차 PMD 값과 출력 PSP를 계산하기 위한 신호를 추출한다. 이러한 기능은 종래 사용되던 PMD 모니터링 기능과 유사하다. 그 모니터링 동작을 간략히 설명하면, PMD 모니터링부(10)는 인가된 광펄스 신호를 일정량 증폭한 후 전기적 신호로 변환하고, 이 전기적 신호를 푸리에 변환하여 RF 스펙트럼을 구한다. 여기에서, RF 스펙트럼은 10 GHz고주파 성분들로 구성되며 광선로의 PMD 값이 증가함에 따라 두 펄스간의 간격이 벌어지면서 RF 스펙트럼의 첫번째 고주파 성분의 크기는 줄어들고 두번째 고주파 성분의 크기는 커진다. 이때, 전기적 신호를 10GHz의 중심주파수를 가지는 무선주파수 대역투과필터(RFBPF)를 통과시키면 증가 또는 감소하는 PMD 값의 변화를 10GHz 무선주파수 성분의 크기 변화로 나타낼 수 있다. PMD 모니터링부(10)는 이러한 크기 변화를 측정하고, 동시에 인가된 광펄스 신호에서 DOP를 측정함으로써 PMD 값을 모니터링 할 수 있다.The
광커플러(11)에 의해 편광조절기(21)에 인가된 광펄스 신호는 편광조절기(21)에서 다중공액정광섬유(22)의 고유 편광모드에 맞도록 변환되어 다중공액정광섬유(22)로 입사된다.The optical pulse signal applied to the
다중공액정 광섬유(22)는 전압인가부(23)에 의해 전기장()이 인가되어 있으므로 전기장의 세기에 해당하는 복굴절량을 가지게 된다.The multiconjugated crystal
도 11은 다중공액정광섬유(22)에 전기장()을 인가하여 액정분자들의 정렬을 제어하는 모습을 보여주는 도면이다.11 shows an electric field in the
전압인가부(23)의 실시예로 다중공액정광섬유(22)을 내재시켜 직류 또는 교류 전기장()을 가할 수 있는 캐패시터(capacitor)가 사용될 수 있으며, 다중공액정광섬유(22)는 그 캐패시터 내에 위치하게 된다. 이때, 다중공액정광섬유(22)는 광섬유 허용 구부림 반경으로 감겨져 캐패시터 내에 위치한다.In the embodiment of the
전압인가부(23)에 의해 다중공액정광섬유(22)에 도 11에서와 같이 전기장()이 가해지면 다중공액정광섬유(22) 내의 액정분자들은 전기장의 방향으로 늘어서게 된다. 이때, 캐패시터에 가하는 전기장()의 세기에 따라 액정분자들이 늘어서는 각도가 달라지거나 늘어서는 분자들의 개수가 달라지게 되어 이에 해당되는 분자 분극(molecular polarization)이 형성된다.The electric field (see FIG. 11) is applied to the
특히, 전기장의 세기를 바꿈에 따라 분자 분극의 세기를 조절할 수 있으므로, 다중공액정광섬유(22)에 인가하는 전기장의 세기를 조절함에 따라 가변 가능한 복굴절을 얻을 수 있다.In particular, since the intensity of molecular polarization can be adjusted by changing the intensity of the electric field, a variable birefringence can be obtained by adjusting the intensity of the electric field applied to the
다중공액정광섬유(22)의 길이는 보상하고자 하는 PMD의 변화치 중 최대값에 해당하는 복굴절량을 계산한 다음, 이를 바탕으로 최대 편광 군지연(PMD)을 계산함으로써 얻을 수 있다.The length of the
편광조절기(21)는 광선로에서 출력되어 시간 축 상에서 나뉘어진 두 펄스 중 군지연이 적은 광펄스 신호는 다중공액정광섬유(22)의 복굴절 축 중 저속축(Slow Axes)으로, 그리고 군지연이 큰 광펄스 신호는 고속축(Fast Axes)으로 입사시킨다.The
이러한 편광결합기(21) 및 전압인가부(23)의 동작은 제어부(30)에 의해 제어된다. 즉, 제어부(30)는 PMD 모니터링부(10)의 신호로부터 PMD 값을 계산하여 다중공액정광섬유(22)에 인가할 전압을 결정하고 이를 제어하는 신호를 전압인가부(23)로 전송한다. 그리고, DOP 측정부(40)로부터 DOP 값을 입력받아 이를 최대화하도록 편광조절기(21)를 조정한다.The operation of the
광선로를 통과한 출력 PSP상태의 두 펄스의 간격은 다중공액정광섬유(22)를 통과하면서 줄어들어 다중공액정광섬유(22)의 출력단에서는 서로 일치하게 된다.The interval between the two pulses of the output PSP state passing through the optical path is reduced while passing through the
광선로 주위의 온도 및 진동 등의 환경변화에 의하여 선로의 PMD 값이 변화 할 때에는 다중공액정광섬유(22)에 걸어주는 전기장의 세기를 조절함으로써 보상하는 PMD량을 결정할 수 있다.When the PMD value of the line changes due to environmental changes such as temperature and vibration around the light beam, the amount of PMD to be compensated by adjusting the intensity of the electric field applied to the
PMD 값이 시간에 따라 변화하는 경우, 제어부(30)는 PMD 모니터링부(10)로부터 얻어진 PMD 값에 의거하여 다중공액정광섬유(22)에 인가할 전기장의 세기를 결정한다. 다중공액정광섬유(22)를 통과한 광펄스는 광커플러(41)에 의해 DOP 측정부(40) 및 수신기(50)로 인가된다.When the PMD value changes over time, the
DOP 측정부(40)는 광선로를 통과한 광펄스 신호의 출력 PSP를 다중공액정광섬유(22)의 편광 고유모드로 전환한다. 만약, 광선로의 출력 PSP와 다중공액정광섬유(22)의 고유 편광모드가 일치하지 않으면 PMD 보상부(20)를 통과한 후의 총 PMD 양은 광선로의 PMD 량보다 크게 되므로 다중공액정광섬유(22)의 출력단에서의 DOP는 크게 감소하게 된다.The
따라서, 제어부(30)는 다중공액정광섬유(22)의 출력단에서의 DOP를 최대화하기 위해 편광조절기(21)를 조정하여 광선로를 통과한 광펄스 신호의 출력 PSP와 다중공액정광섬유(22)의 편광 고유모드를 일치시킨다.Therefore, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 다중공액정광섬유는 광섬유의 코어부에 다수의 할로우를 구비하고 각 할로우에 액정분자들이 일렬로 정렬될 수 있도록 주입함으로써, 다중공액정광섬유에 인가되는 전기장에 따라 다중공 내의 액정분자들의 정렬방향을 균일하게 가변적으로 제어할 수 있어 "0" 부터 임의의 값까지 원하는 복굴절을 생성해낼 수 있다.As described above, the multiconjugated concentrate fiber of the present invention has a plurality of hollows in the core portion of the optical fiber and is injected into each hollow so that the liquid crystal molecules can be aligned in a row, thereby multiplying according to the electric field applied to the multiconjugate concentrate fiber. The alignment direction of the liquid crystal molecules in the hole can be controlled uniformly and can generate the desired birefringence from "0" to any value.
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KR20010100754A (en) * | 2000-05-04 | 2001-11-14 | 병 호 이 | Electrically Controllable Liquid Crystal Optical Fiber Grating Device |
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- 2003-06-13 KR KR1020030038257A patent/KR100964084B1/en active IP Right Grant
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