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KR101605837B1 - 파장 가변 레이저를 이용한 광선로 검사기 - Google Patents

파장 가변 레이저를 이용한 광선로 검사기 Download PDF

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KR101605837B1
KR101605837B1 KR1020140188002A KR20140188002A KR101605837B1 KR 101605837 B1 KR101605837 B1 KR 101605837B1 KR 1020140188002 A KR1020140188002 A KR 1020140188002A KR 20140188002 A KR20140188002 A KR 20140188002A KR 101605837 B1 KR101605837 B1 KR 101605837B1
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optical signal
signal
wavelength
tunable laser
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Abstract

본 발명에 따른 광선로 검사기는, 적어도 광선로의 절단 위치를 측정하기 위한 광선로 검사기로서, 복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 제 1 광신호를 생성하는 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1); 상기 제 1 광신호와 동일하면서 조절되는 지연시간을 가진 제 2 광신호를 생성하는 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2); 상기 광선로로 출사된 제 1 광신호가 되돌아온 반사 광신호와, 상기 제 2 광신호의 사이에 간섭을 일으켜서 간섭 신호를 출력하는 간섭계(IFM);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광펄스와는 달리 사용되는 광신호의 광세기가 일정하거나 연속적이므로 광세기가 커져도 광신호와 광선로 사이의 비선형 효과가 발생하지 않거나 저감되며, 측정을 위한 광신호의 광세기가 커져도 되므로 광선로 검사기에 있어서 분해능을 희생시키지 않으면서도 동적 작동 범위를 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

파장 가변 레이저를 이용한 광선로 검사기{Optical Fiber Monitor Using Tunable Lasers}
본 발명은 OTDR(OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER)과 같은 광선로 검사기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파장 가변 레이저를 이용하는 광선로 검사기에 관한 것이다.
통신량의 증가에 따라 구리선 기반의 통신선로는 광섬유 기반의 광선로로 대치되고 있는 실정이다. 광선로는 전화국과 전화국을 연결하는 구간 등에서만 설치되다가, VOD(Video On Demand)와 같은 멀티미디어 서비스의 증가로 인하여 FTTH(Fiber To The Home)와 같이, 이제는 가정 또는 가정의 각 방에 이르기까지 광선로가 설치되고 있는 실정이다. 따라서, 서비스 공급자(Service Provider)로서는 무수히 많은 광선로의 관리와 고장 지점의 파악이 통신 네트워크 관리에서 있어서, 매우 중요한 일이 되었다.
광선로를 관리하기 위한 장치의 하나로서, 광선로 검사기가 사용되며 대표적인 것이 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)이다. OTDR는 도 1과 같이 레이저(1)에서 파워가 세고 폭이 짧은 광펄스(2)을 발생시켜서 검사하고자 하는 광선로(3)로 입사시킴으로서 검사를 시작한다. 광선로(3)의 어딘가에서 미세하게 절단되어 있는 곳(4)이 있다면, 광펄스(2)는 이곳에서 진행방향과 반대로 반사펄스를 만들게 되며, 이 반사펄스를 다시 수신하여 일반적으로 도 2와 같은 모양으로 결과를 표시하게 된다. OTDR의 동작원리는 공지의 기술에 해당하므로 구체적인 설명은 생략한다.
(참고문헌 : 특허공개공보 제2004-23305호, 특허공개공보 제1997-28648호)
그런데, 광펄스를 이용한 고전적인 OTDR은 많은 경우, 광선로의 품질을 관리하는데 있어서 유용한 도구였지만, 다음과 같은 단점을 가지고 있다.
먼저, 동적작동범위(Dynamic Range)를 늘리기 어렵다는 것이다. 동적작동범위는 OTDR이 측정할 수 있는 거리를 의미하는데, 이 범위를 늘리기 위해서는 광펄스의 크기를 크게 해야 한다. 하지만, 광펄스의 크기를 임계치 이상으로 크게하면, 광선로와 광펄스 사이의 상호작용에 따른 비선형효과(nonlinear effect)가 강하게 일어나서 광펄스의 모양이 일그러지게 되어 측정오류를 일으킨다.
이런 오류를 피하기 위해서 현재는 광펄스의 크기를 크게 하지 못하고, 대신에 광펄스의 길이(폭)를 늘리고 있다. 이렇게 하면 동적작동범위는 늘어나게 된다. 그러나, 광펄스의 길이(폭)가 늘어남에 따라 도 3과 같이 OTDR의 분해능이 떨어지게 되는 다른 문제점을 야기하게 된다. 분해능은 광펄스의 길이가 짧을수록 당연히 좋아진다. 분해능은 이벤트 데드존(Event deadzone)과 감쇠 데드존(Attenuation Deadzone) 등의 파라미터로 나타내는데 이 모든 것이 상호연결되어 있어서 한 특성을 개선하면 한 특성에서는 손해를 보게 되어 있다.
또한 동적작동범위를 늘리기 위한 다른 방법으로서 광증폭기(EDFA : Erbum Doped Fiber Amplifier)를 사용할 수도 있지만, 기존 OTDR 방식은 시간에 따라 광세기의 변화가 극심한 광펄스를 사용하기 때문에, 광펄스의 증폭에 EDFA를 사용하는 것은 부적절하다.
이와 같이 종래기술에 따르면 동적작동범위 및 분해능을 더욱 개선하는데 한계가 있기 때문에 이를 해결할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 동적 작동범위와 분해능을 개선할 수 있는 광선로 검사기를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 측정 광신호가 광선로에서 일으키는 비선형 효과를 최소화하고 EDFA와 같은 광증폭기를 사용할 수 있는 광선로 검사기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 광선로 검사기는, 적어도 광선로의 절단 위치를 측정하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 - 여기서 한 파장이 반복해서 나타나는 주기를 '파장 반복 주기'라 한다 - 제 1 광신호를 생성하는 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1); 상기 제 1 광신호와 동일하면서 조절되는 지연시간을 가진 제 2 광신호를 생성하는 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2); 상기 광선로로 출사된 제 1 광신호가 되돌아온 반사 광신호와, 상기 제 2 광신호의 사이에 간섭을 일으켜서 간섭 신호를 출력하는 간섭계(IFM);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 광선로 검사기는, 적어도 광선로의 절단 위치를 측정하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 - 여기서 한 파장이 반복해서 나타나는 주기를 '파장 반복 주기'라 한다 - 제 1 광신호를 생성하도록 제 1 파장제어 신호에 의해서 제어되는 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1); 상기 제 1 파장제어 신호와 동일하면서 조절되는 지연시간을 가진 제 2 파장제어 신호에 의해서 제어되어 제 2 광신호를 생성하는 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2); 상기 광선로로 출사된 제 1 광신호가 되돌아온 반사 광신호와, 상기 제 2 광신호의 사이에 간섭을 일으켜서 간섭 신호를 출력하는 간섭계(IFM);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 광선로 검사기에 있어서, 상기 제 1 파장제어 신호를 상기 지연시간만큼 지연하여 상기 제 2 파장제어 신호를 출력하는 지연 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 광선로 검사기에 있어서, 상기 지연시간을 가변하면서 상기 간섭 신호의 출력을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 광선로 검사기에 있어서, 상기 측정된 출력이 최대가 되는 지연시간을 이용하여 상기 절단 위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기한 광선로 검사기에 있어서, 2 이상의 서로 다른 상기 파장 반복 주기에 대하여, 상기 지연시간을 가변하면서 상기 간섭 신호의 출력을 측정하며, 상기 2 이상의 서로 다른 파장 반복 주기의 모두에 있어서, 상기 측정된 출력이 최대가 되는 지연시간을 이용하여 상기 절단 위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기한 광선로 검사기에 있어서, 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 광신호의 광세기는 일정하거나 연속적인 것을 특징으로 한다.
상기한 광선로 검사기에 있어서, 상기 간섭계(IFM)는, 상기 반사 광신호와 상기 제 2 광신호 사이의 편광을 맞추기 위한 편광제어기(PC)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 광선로 검사기에 있어서, 상기 간섭계(IFM)에서 출력되는 광신호를 전기 신호로 변환하는 광신호 수신기(PD);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 광선로 검사기는, 적어도 광선로의 절단 위치를 측정하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 - 여기서 한 파장이 반복해서 나타나는 주기를 '파장 반복 주기'라 한다 - 광신호를 생성하는 파장가변 레이저 소스(TOS1,TOS2)를 2개 포함하며, 상기 2개의 파장 가변 레이저 소스 중 하나의 파장 가변 레이저 소스로부터 생성되는 제 1 광신호는 상기 광선로로 출사되고,
상기 2개의 파장 가변 레이저 소스 중 다른 하나의 파장 가변 레이저 소스로부터 생성된 제 2 광신호는 가변되는 지연시간이 부여된 것이며, 상기 제 1 광신호가 상기 광선로로 출사된 후 돌아오는 라운드 트립 시간과 상기 제 2 광신호의 상기 지연시간이 동일하거나 정수배일 때의 간섭 효과를 이용하여 상기 절단 위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 광펄스와는 달리 사용되는 광신호의 광세기가 일정하거나 연속적이므로, 광세기가 커져도 광신호와 광선로 사이의 비선형 효과가 발생하지 않거나 저감되며, 측정을 위한 광신호의 광세기가 커져도 되므로, 광선로 검사기에 있어서 분해능을 희생시키지 않으면서도 동적 작동 범위를 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면 분해능 및 동적 작동범위가 모두 우수한 광선로 검사기를 제공할 수 있는 효과가 있으며, 장거리 광선로에 있어서 절단 위치 등을 정밀하게 측정할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 측정 광신호가 광선로에서 일으키는 비선형 효과를 최소화할 수 있으므로 EDFA와 같은 광증폭기를 사용할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 OTDR의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 OTDR의 측정 결과를 보여주는 신호 파형이다.
도 3은 광펄스폭과 분해능과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 검사기(100)의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5는 폴리머 파장 가변 레이저(10)의 구조를 도시한 도면이다.
도 6(a)는 파장제어 신호와 그에 따라 파장 가변 레이저 소스에서 출력되는 광신호 사이의 관계를 도시한 도면이며, 도 6(b)는 광신호 수신기의 출력이 최대일 때의 두 파장제어 신호의 관계를 도시한 것이고 도 6(c)는 광신호 수신기의 출력이 최저일 때 두 파장제어 신호의 관계를 도시한 것이다.
도 7은 지연 시간(Td)에 따른 광신호 수신기(PD)의 출력을 도시한 그래프로서, 도 7(a)는 측정하고자 하는 광선로(DUT)의 길이가 0(zero)이고 광선로 검사기(100)에서 모든 내부 광선로의 길이도 0이라고 가정할 때의 그래프이며, 도 7(b)는 광선로 경로에 있어서 길이 차이가 있을 때의 그래프이다.
도 8(a)는 광신호 수신기(PD)의 출력에서 최대점이 명확하게 구별되지 않는 점을 설명하기 위한 도면이며, 도 8(b)는 서로 다른 복수의 주기를 가진 파장 제어 신호를 이용하는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 주기가 서로 다른 복수의 파장 제어 신호와 그에 따른 파장가변 레이저 소스의 출력을 도시한 것이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 검사기(100)의 구성을 도시한 블럭도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 검사기(100)는 적어도 광선로의 절단 위치를 측정하기 위한 것으로서, 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1), 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2), 지연수단(DL), 제 1 방향성 커플러(DC1), 광신호 수신기(PD), 아날로그 디지털 변환기(ADC), 신호처리 및 제어기(CONT) 및 간섭계(IFM)를 포함하여 구성된다.
2개의 파장가변 레이저 소스(TOS1,TOS2)는 신호처리 및 제어기(CONT)로부터 파장제어 신호를 받아서, 그에 맞는 파장의 광을 출력하는 블록이다.
파장가변 레이저 소스(TOS1,TOS2)는 예를 들어 폴리머 파장 가변 레이저를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변 레이저 소스에 사용되는 폴리머 파장 가변 레이저(10)의 구조를 도시한 도면이다.
폴리머 파장 가변 레이저(10)는 가변 파장의 광신호를 출력하며, 폴리머 파장 가변 레이저(10)는, CW(Continuous Wave) 광신호를 출력하며 한쪽면이 무반사(Anti reflection) 코팅된 레이저 다이오드(11), 레이저 다이오드(11)와의 외부 공진을 통하여 CW 레이저의 파장을 제어하기 위한 폴리머 브래그 격자(Bragg grating) 도파로(14), 폴리머 브래그 격자 도파로(14)에 열을 가함으로서 브래그 격자의 온도를 변화시키고 제어하기 위한 열전극(12)을 포함하여 구성된다.
폴리머 브래그 격자 도파로(14)는 폴리머 재료로써 도파로를 만들고, 도파로에 브래그 격자(Bragg grating)를 생성한 것으로서, 브래그 격자 도파로는 입사되는 다양한 파장의 광신호 중에서 격자 간격에 따라 정해지는 광파장(λ1)의 광신호만를 반사시키고 나머지 파장은 통과시키는 수동광소자이다.
따라서, 한쪽면이 무반사(Anti reflection) 코팅된 레이저 다이오드(11)의 광출력 중에서 광파장 λ1의 광신호는 폴리머 브래그 격자 도파로(14)에서 반사되어 레이저 다이오드(11)로 회귀된다. 따라서, 레이저 다이오드(11)와 폴리머 브래그 격자 도파로(14)는 외부 공진기로 작용하며, 결과적으로 레이저 다이오드(11)는 광파장 λ1의 광신호를 출력한다.
한편, 폴리머는 열광학 효과를 가지며 열에 따라 굴절률이 변화하는 특징을 가진다. 따라서, 폴리머 브래그 격자 도파로(14)는 열전극(12)에 의하여 가해지는 열에 따라 반사되는 광파장을 다른 광파장(λ2)으로 튜닝할 수 있으며, 이에 따라 레이저 다이오드(11)와 폴리머 브래그 격자 도파로(14) 사이의 공진 파장이 튜닝된다. 결과적으로, 레이저 다이오드(11)는 광파장 λ2의 광신호를 출력한다.
예를 들면, 파장 가변 레이저 다이오드(10)를 포함하는 파장가변 레이저 소스(TOS1,TOS2)는 파장제어 신호(wc1,wc2)에 의해서 대응하는 파장의 광을 출력한다.
도 6(a)은 파장제어 신호와 그에 따라 파장 가변 레이저 소스에서 출력되는 광신호 사이의 관계를 도시한 도면이다.
특징적으로 본 발명에서의 파장 가변 레이저 소스(TOS1,TOS2)는 복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 광신호를 생성하며, 광신호의 광세기는 일정하거나 적어도 연속적이다. 파장 가변 레이저 소스의 출력 광신호는 파장이 반복적으로 나타나는 파장 반복 주기를 가지며, 따라서 파장 가변 레이저 소스를 제어하기 위한 전기적 신호인 파장제어 신호도 주기(Tp)를 가진다.
도 4로 돌아와, 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)는 제 1 파장제어 신호(wc1)에 의해서 제어되며, 제 1 파장제어 신호(wc1)는 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)가 복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 광신호를 생성하도록 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)를 제어한다.
또한 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)는 제 1 파장제어 신호(wc1)와 동일하면서 조절되는 지연시간을 가진 제 2 파장제어 신호(wc2)에 의해서 제어되어, 제 2 파장제어 신호(wc2)는 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)가 복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 광신호를 생성하도록 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)를 제어한다.
제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)는 복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 제 1 광신호를 생성하며, 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)는 제 1 광신호와 동일하면서 조절되는 지연시간을 가진 제 2 광신호를 생성한다.
지연 수단(DL)은 제 1 파장제어 신호(wc1)를 지연시간만큼 지연하여 제 2 파장제어 신호(wc2)를 출력하며, 신호처리 및 제어기(CONT)는 제어신호(d)에 의해서 지연 수단(DL)의 지연시간을 제어한다.
제 1 방향성 커플러(DC1)는 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)로 부터 출력되는 광신호를 측정대상이 되는 광선로(DUT)로 출사시키며, 광선로(DUT)의 광선로 절단면에서 되돌아오는 광의 일부를 간섭계(IFM)의 편광 제어기(PC)쪽으로 전달하는 역할을 한다.
간섭계(IFM)는 광선로(DUT)로 출사된 제 1 광신호가 되돌아온 반사 광신호와, 상기한 제 2 광신호를 입력받고 반사 광신호와 제 2 광신호 사이에 간섭을 일으켜서 간섭 신호를 출력한다.
간섭계는(IFM) 2개의 입력포트와 1개의 출력포트를 가지며, 2개의 입력포트 중 하나는 제 1 방향성 커플러(DC1)로부터 반사 광신호를 입력받고, 나머지 하나의 입력포트는 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)로부터 제 2 광신호를 입력받게 된다.
일반적으로 두개의 광신호는 편광이 서로 맞지않는다. 편광이 서로 맞지 않으면 간섭이 일어나지 않기 때문에 2개의 포트 중 하나에 편광 제어기(PC)를 두는 것이 간섭계의 일반적인 구조이다.
간섭계(IFM)는 제 2 방향성 커플러(DC2)와 편광 제어기(PC)를 포함하며, 편광 제어기(PC)는 반사 광신호와 제 2 광신호 사이의 편광을 맞추기 위한 것이며, 제 2 방향성 커플러(DC2)는 편광 제어기(PC)로부터의 광신호와 제 2 광신호를 광신호 수신기(PD)로 보낸다.
광신호 수신기(PD)는 간섭계(IFM)에서 출력되는 광신호를 입력받아서 전기신호로 변환해주는 역할을 하며, 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 아날로그 전기신호를 디지털 전기신호로 변환한다.
신호처리 및 제어기(CONT)는 광선로 검사기(100) 전체의 동작을 관리하며, 특히 파장가변 레이저 소스 및 지연 수단을 제어하기 위한 제어 신호를 제공하며, 아날로그 디지털 변환기(ADC)로부터 디지털 전기신호를 입력받아 신호처리를 수행하며 어느 지점에서 광선로가 절단되었는지 계산하는 등의 기능을 수행한다.
이하, 본 발명의 광선로 검사기의 동작에 대해 도면을 참조하면서 정리하여 설명한다.
신호처리 및 제어기(CONT)는 제 1 파장 제어 신호(wc1)를 제 1 파장가변 레이저 소스(TOC1)에 가한다. 제 1 파장가변 레이저 소스(TOC1)는 도 6(a)와 같이 제어 신호에 따라 출력 파장이 번갈아 가면서 변화되는 광신호를 출력하고, 이것은 측정하고자 하는 광선로(DUT)로 입사된다.
그리고 광선로(DUT)의 절단면에서는 광 반사가 일어나서 제 1 파장가변 레이저 소스(TOC1)가 보낸 광신호의 일부가 다시 원래의 위치로 반사되어 거꾸로 진행하게 된다. 진행되는 광신호 중의 일부는 제 1 방향성 커플러(DC1)에 의해서 간섭계(IFM)로 입력된다.
간섭계(IFM)는 2개의 입력포트와 1개의 출력포트를 가지는 바, 2개의 입력포트 중 하나는 제 1 방항성 커플러(DC1)로부터의 광신호를 받게되고, 나머지 하나는 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)로부터의 광신호를 받게 되며, 편광제어기(PC)에 의해서 두개의 광신호 사이에 편광을 제어하여 맞춘다.
간섭계(IFM)의 출력은 광신호 수신기(PD)로 입력되고, 광신호 수신기(PD)의 출력 전기신호는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 통하여 신호처리 및 제어기(CONT)로 입력되며, 이는 광선로 절단면의 위치를 알아내는 데 이용된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 검사기를 이용한 측정 원리를 가정으로부터 시작하여 단계적으로 설명한다.
우선, 가정하여 측정하고자 하는 광선로(DUT)의 길이가 0(zero)이라고 하고,광선로 검사기(100)의 모든 내부 광선로의 길이도 0이라고 가정한다.
이러한 가정 상태에서, 먼저, 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)에 가해주는 제 1 파장 제어 신호(wc1)와 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)에 가해지는 제 2 파장 제어신호(wc2) 사이의 지연 시간(Td)을 0으로 하는 경우를 살펴본다. 예를 들면, 두 파장 제어 신호의 모양은 도 6(b)와 같이 된다.
이 경우 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)와 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)의 신호 사이에는 지연시간이 없고 결국 간섭계(IFM)에 도달하는 두 광신호 사이에 간섭효과가 최대로 일어나며 광신호 수신기(PD)의 출력은 최대가 된다(이 값을 PD_max라고 하자).
그리고, 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)에 가해주는 제 1 파장 제어 신호(wc1)와 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)에 가해지는 제 2 파장 제어신호(wc2) 사이에 지연 시간(Td)을 주어서 도 6(c)와 같이 한 경우를 살펴본다.
이 경우에는 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1)와 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)의 신호 사이에는 주파수 차이가 가장 크기 때문에, 광신호 수신기(PD)의 출력은 최소가 된다(이 값을 PD_min라고 하자).
도 7은 지연 시간(Td)에 따른 광신호 수신기(PD)의 출력을 도시한 그래프로서, 도 7(a)는 측정하고자 하는 광선로(DUT)의 길이가 0(zero)이고 광선로 검사기(100)에서 모든 내부 광선로의 길이도 0이라고 가정할 때의 그래프이다.
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 지연 시간(Td)을 가변해가면서 광신호 수신기(PD)의 출력을 그래프로 그리면, 파장제어 신호의 주기인 Tp를 한 주기하는 반복 패턴이 나타나게 된다(그래프에서 가로축은 지연 시간(Td)이다)
이제, 측정 대상 광선로(DUT)의 길이가 있는 경우에는 어떻게 달라지는지를 살펴본다(실제 측정 대상 광선로(DUT)의 길이는 0이 아니고 L(m)가 된다). 이 때 빛이 길이가 L(m)인 광선로의 끝까지 갔다가 반사되어 돌아오는 라운드 트립 시간을 2Tr 이라고 하자.
먼저 지연 시간(Td)이 0인 상태에서 지연 시간(Td)을 점차로 계속 증가시키면서 광신호 수신기(PD)의 출력을 그리면 도 7(b)와 같이 될 것이다. 그리고, 그래프에서 출력이 최대가 되는 지점의 지연 시간(Td)은 상기한 2Tr이 될 것이다. 왜냐하면, 측정 대상 광선로(DUT)를 통한 라운드 트립 시간(2Tr)과 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2)로 주입되는 신호의 지연시간(Td)의 값이 같을 때 간섭계의 신호가 최대가 되기 때문이다.
이렇게 하여, 광선로 검사기(100)는 라운드 트립 시간(2Tr)의 값을 알아낼 수 있으며, 이렇게 알아낸 값으로부터 광선로의 절단면이 L만큼 떨어진 곳에 있다는 것을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광선로 검사기(100)는 지연시간(Td)을 가변하면서 간섭 신호의 출력을 측정하며, 여기서 간섭계(IFM)는 광선로로 출사된 제 1 광신호가 되돌아온 반사 광신호와, 지연시간이 부여된 제 2 광신호의 사이에 간섭을 일으켜서 간섭 신호를 출력하는 데 이용된다. 그리고 측정된 출력이 최대가 되는 지연시간을 이용하여 광선로의 절단 위치를 계산한다.
2개의 파장 가변 레이저 소스 중 하나의 파장 가변 레이저 소스(TOS1)로부터 생성되는 제 1 광신호는 광선로로 출사되고, 2개의 파장 가변 레이저 소스 중 다른 하나의 파장 가변 레이저 소스(TOS2)로부터 생성된 제 2 광신호는 가변되는 지연시간(Td)이 부여된 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 광신호가 광선로로 출사된 후 돌아오는 라운드 트립 시간(2Tr)과 제 2 광신호의 지연시간(Td)이 동일하거나 정수배일 때의 간섭 효과를 이용하여 절단 위치를 측정한다.
한편, 파장 제어 신호의 주기(Tp)를 크게 하면, 광선로 절단면의 위치를 알아낼 수는 있으나, 정확한 위치를 알아내기는 어렵다. 그 이유는 도 8(a)에 도시된 바와 같이 PD_max의 최대점이 명확하게 구별되지 않기 때문이다.
이러한 단점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제 2 실시예에서는 주기가 서로 다른 복수의 파장 제어 신호를 사용하여 측정한다.
도 9는 주기가 서로 다른 복수의 파장 제어 신호와 그에 따른 파장가변 레이저 소스의 출력을 도시한 것으로서, 도 9(a)는 파장 제어 신호의 주기(Tp)가 T1인 경우이며, 도 9(b)는 파장 제어 신호의 주기(Tp)가 T2인 경우이고 도 9(c)는 파장 제어 신호의 주기(Tp)가 T3인 경우이다(T1≠T2≠T3).
도 9에 도시된 것과 같이 파장 제어 신호의 주기(Tp)를 달리하면서 광선로 검사기(100)가 순차적으로 측정하여 광신호 수신기(PD)의 출력을 그래프로 중첩하여 나타내면 도 8(b)와 같이 된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 주기가 다른 파장제어 신호를 사용하여 얻은 간섭 결과를 중첩시킴으로서 광선로의 정확한 위치 정보를 얻어낸다.
파장 제어 신호의 주기(Tp)는 파장가변 레이저 소스에서 출력되는 광신호에서 어느 한 파장이 반복해서 나타나는 주기와 같게 된다(이하 '파장 반복 주기'라 한다).
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 2 이상의 서로 다른 파장 반복 주기에 대하여, 지연시간(Td)을 가변하면서 간섭 신호의 출력을 측정하며, 상기한 2 이상의 서로 다른 파장 반복 주기의 모두에 있어서, 측정된 출력이 최대가 되는 지연시간을 이용하여 절단 위치를 계산한다.
이하, 본 발명의 구성에 따른 효과에 대하여 살펴본다.
종래 광선로 검사기에 따르면, 광세기가 급격이 변화하는 광펄스를 이용하여 광선로의 절단 위치를 알아내는 방식을 사용함으로써, 광펄스의 크기를 어느 한도 이상 크게 할 수 없고 어느 한도 이상 크게 하면 광선로와 광펄스 사이에 비선형 효과가 생겨서 측정오류가 발생시키는 문제점이 있으며, 광펄스의 폭을 크게하면 분해능이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 반하여, 본 발명의 일 양상에 따르면, 사용되는 광신호는 광세기가 일정하거나 연속적이므로, 광세기가 커져도 광신호와 광선로 사이의 비선형 효과가 발생하지 않거나 저감된다.
따라서 본 발명의 일 양상에 따르면, 측정을 위한 광신호의 광세기가 커져도 되므로, 광선로 검사기에 있어서 분해능을 희생시키지 않으면서도 동적 작동 범위를 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면 분해능 및 동적 작동범위가 모두 우수한 광선로 검사기를 제공할 수 있는 효과가 있으며, 장거리 광선로에 있어서 절단 위치 등을 정밀하게 측정할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 측정 광신호가 광선로에서 일으키는 비선형 효과를 최소화할 수 있으므로 EDFA와 같은 광증폭기를 사용할 수 있게 되는 효과가 있다.
TOS1, TOS2 : 파장가변 레이저 소스 DC1, DC2 : 방향성 커플러
IFM : 간섭계 PC : 편광 제어기
PD : 광신호 수신기 ADC : 아날로그 디지털 변환기
CONT : 신호처리 및 제어기 100 : 광선로 검사기

Claims (10)

  1. 적어도 광선로의 절단 위치를 측정하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
    복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 - 여기서 한 파장이 반복해서 나타나는 주기를 '파장 반복 주기'라 한다 - 제 1 광신호를 생성하는 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1);
    상기 제 1 광신호와 동일하면서 조절되는 지연시간을 가진 제 2 광신호를 생성하는 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2);
    상기 광선로로 출사된 제 1 광신호가 되돌아온 반사 광신호와, 상기 제 2 광신호의 사이에 간섭을 일으켜서 간섭 신호를 출력하는 간섭계(IFM);를 포함하며,
    상기 지연시간을 가변하면서 상기 간섭 신호의 출력을 측정하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  2. 적어도 광선로의 절단 위치를 측정하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
    복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 - 여기서 한 파장이 반복해서 나타나는 주기를 '파장 반복 주기'라 한다 - 제 1 광신호를 생성하도록 제 1 파장제어 신호에 의해서 제어되는 제 1 파장가변 레이저 소스(TOS1);
    상기 제 1 파장제어 신호와 동일하면서 조절되는 지연시간을 가진 제 2 파장제어 신호에 의해서 제어되어 제 2 광신호를 생성하는 제 2 파장가변 레이저 소스(TOS2);
    상기 광선로로 출사된 제 1 광신호가 되돌아온 반사 광신호와, 상기 제 2 광신호의 사이에 간섭을 일으켜서 간섭 신호를 출력하는 간섭계(IFM);를 포함하며,
    상기 지연시간을 가변하면서 상기 간섭 신호의 출력을 측정하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 파장제어 신호를 상기 지연시간만큼 지연하여 상기 제 2 파장제어 신호를 출력하는 지연 수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 측정된 출력이 최대가 되는 지연시간을 이용하여 상기 절단 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    2 이상의 서로 다른 상기 파장 반복 주기에 대하여, 상기 지연시간을 가변하면서 상기 간섭 신호의 출력을 측정하며,
    상기 2 이상의 서로 다른 파장 반복 주기의 모두에 있어서, 상기 측정된 출력이 최대가 되는 지연시간을 이용하여 상기 절단 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 광신호의 광세기는 일정하거나 연속적인 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 간섭계(IFM)는,
    상기 반사 광신호와 상기 제 2 광신호 사이의 편광을 맞추기 위한 편광제어기(PC);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 간섭계(IFM)에서 출력되는 광신호를 전기 신호로 변환하는 광신호 수신기(PD);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
  10. 적어도 광선로의 절단 위치를 측정하기 위한 광선로 검사기에 있어서,
    복수의 파장이 번갈아 가면서 주기적으로 나타나는 - 여기서 한 파장이 반복해서 나타나는 주기를 '파장 반복 주기'라 한다 - 광신호를 생성하는 파장가변 레이저 소스(TOS1,TOS2)를 2개 포함하며,
    상기 2개의 파장 가변 레이저 소스 중 하나의 파장 가변 레이저 소스로부터 생성되는 제 1 광신호는 상기 광선로로 출사되고,
    상기 2개의 파장 가변 레이저 소스 중 다른 하나의 파장 가변 레이저 소스로부터 생성된 제 2 광신호는 가변되는 지연시간이 부여된 것이며,
    상기 제 1 광신호가 상기 광선로로 출사된 후 돌아오는 라운드 트립 시간과 상기 제 2 광신호의 상기 지연시간이 동일하거나 정수배일 때의 간섭 효과를 이용하여 상기 절단 위치를 측정하되, 상기 지연시간을 가변하면서 간섭 신호의 출력을 측정하는 것을 특징으로 하는 광선로 검사기.
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