KR100274810B1 - 아이솔레이터를이용한광감쇠기및이를구비한광통신시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기 및 이를 구비한 광통신 시스템에 관한 것으로, 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기는 인가되는 자기장의 세기에 따라 편광회전각이 달라지는 패러데이 회전자를 구비하고, 편광회전각에 의해 광신호에 대한 아이솔레이션의 정도를 달리하여 감쇠된 광신호를 출력하는 아이솔레이터; 전류의 세기에 의해 그 크기가 조절되는 자기장을 생성하며, 생성된 자기장이 아이솔레이터에 인가되도록 아이솔레이터에 장착된 코일; 및 코일에 전류를 공급하며, 전류의 크기를 조절하는 전원공급기를 포함한다.

본 발명에 의하면, 광 아이솔레이터에 마그네틱 코아 및 코일을 장착하고 장착된 코일에 인가되는 전류를 조절하여 아이솔레이터에 형성되는 자장의 세기를 조절하고 이에 따라 광신호의 아이솔레이션을 조절하여 광신호를 감쇠시키므로써, 크기가 작아서 시스템에 장착이 용이하고 전류의 세기만을 조절하여 감쇠 정도를 변화시킬 수 있다.

Description

아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기 및 이를 구비한 광통신 시스템{Optical attenuator using isolator and optical communication system comprising it}

본 발명은 아이솔레이터(Isolator)를 이용한 광 감쇠기(Optical Attenuator)및 이를 구비한 광통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아이솔레이터에 자장변화를 주어서 광빔(optical beam)에 감쇠를 일으키는 광 감쇠기 및 이를 구비한 광통신 시스템에 관한 것이다.

광통신에서 광 감쇠기는 여러가지 광부품의 핵심소자로 이용되는 등 그 응용범위가 넓다. 특히 광전송에서 수신단에 들어오는 신호가 너무 강하여 검지기(detector)의 수신감도를 벗어나는 경우 감쇠기를 삽입하여 수신감도 영역에 알맞게 신호광의 세기를 조절할 수 있다.

도 1은 종래의 광 감쇠기에 대한 구성도로서, 도 1에 따른 광 감쇠기는 제1광섬유(100), 제1렌즈(102), 감쇠판(104), 제2렌즈(106) 및 제2광섬유(108)로 이루어진다.

먼저, 제1광섬유(100)에서 나와 분산되는 입력 신호광은 제1렌즈(102)를 통해 평행광으로 만들어져서 감쇠판(104)에 입사된다. 감쇠판(104)은 위치에 따라 감쇠정도가 다르게 코팅이 이루어진 것으로, 회전각도에 따라 감쇠 정도가 달라진다. 감쇠판(104)을 통과한 광신호는 제2렌즈(106)를 통해 집속되어 제2광섬유(108)로 출력된다.

그러나, 상술한 감쇠판(104)을 자동으로 조절하고자 할 경우 감쇠판(104)을 회전시키기 위한 별도의 모터가 필요하며, 이 경우 감쇠기의 크기가 커지고 가격도 상승하게 된다. 특히, 교환기와 같은 시스템에 장착하고자할 경우 감쇠기의 크기가 커서 랙(rack)에 직접 장착하기가 어려우므로 별도의 장착용 장치가 필요하게 된다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 아이솔레이터에 자장을 가하여 자장의 세기에 따른 아이솔레이션 정도를 조절하므로써 감쇠기의 감쇠정도를 전자적으로 조절할 수 있는 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기 및 이를 구비한 광통신 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 광 감쇠기에 대한 구성도이다.

도 2는 아이솔레이터에 대한 상세도이다.

도 3은 본 발명에 따른 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기의 블럭도이다.

도 4는 본 발명에 따른 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기를 구비한 광통신 시스템에 대한 블럭도이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명은 인가되는 자기장의 세기에 따라 편광회전각이 달라지는 패러데이 회전자를 구비하고, 상기 편광회전각에 의해 광신호에 대한 아이솔레이션의 정도를 달리하여 감쇠된 광신호를 출력하는 아이솔레이터; 전류의 세기에 의해 그 크기가 조절되는 자기장을 생성하며, 상기 생성된 자기장이 상기 아이솔레이터에 인가되도록 상기 아이솔레이터에 장착된 코일; 및 상기 코일에 전류를 공급하며, 상기 전류의 크기를 조절하는 전원공급기를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명은 광 송신기, 제1광 감쇠기, 제2광 감쇠기 및 광 수신기를 구비하고, 상기 제1광 감쇠기를 통해 상기 광 송신기의 출력 광신호 파워를 조절하고, 상기 제2광 감쇠기를 통해 상기 광 수신기에서 수신될 광신호 파워를 감쇠하여 상기 광 수신기의 손상을 방지하는 광통신 시스템에 있어서, 상기 두 광 감쇠기는 인가되는 자기장의 세기에 따라 편광회전각이 달라지는 패러데이 회전자를 구비하고, 상기 편광회전각에 의해 광신호에 대한 아이솔레이션의 정도를 달리하여 감쇠된 광신호를 출력하는 아이솔레이터; 전류의 세기에 의해 그 크기가 조절되는 자기장을 생성하며, 상기 생성된 자기장이 상기 아이솔레이터에 인가되도록 상기 아이솔레이터에 장착된 코일; 및 상기 코일에 전류를 공급하며, 상기 전류의 크기를 조절하는 전원공급기를 포함하는 상기 광 감쇠기를 구비한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 아이솔레이터에 대한 상세도이다. 아이솔레이터는 입력투사단자에서 출력단자로 가는 정방향의 광에 대해서는 저손실로 전송하며, 그 역방향에 대해서는 고손실을 유발시킴으로써 광의 역류를 막고 빛의 재결합을 막아서 시스템의 동작을 안정하게 유지시켜주는 광부품이다. 예를 들어, 레이저 다이오드에서 출사한 광원이 광전송방향으로 진행하면서 광섬유가 접속되는 커넥터에서 반사광이 생기거나 각종 소자와 접속시에 광이 역류하여 반사성 잡음을 일으키는데 이를 억제하는 부품으로 특히 반사광이 문제시되는 1Gbps이상의 광통신과 고감도 센서에서 필수적인 광부품이다.

도 2에 따른 아이솔레이터는 제1콜리메이터(Collimator, 200), 제1복굴절 소자(202), 패러데이 회전자(Faraday Rotator, 204), 제2복굴절 소자(206) 및 제2콜리메이터(208)를 포함한다. 제1 및 제2복굴절 소자의 재질로는 금홍석(rutile) 또는 방해석(calcite) 등이 적절하며, 제1복굴절 소자(202)는 편광자(polarizer)로 동작하고, 제2복굴절 소자(206)는 검광자(analyzer)로 동작한다. 그 원리는 한쪽방향의 특정편광만 통과시키고 상대적으로 수직인 편광은 통과하지 못하도록하는 것으로 편광자와 검광자의 주요 파라미터는 투과하는 편광과 수직인 편광광의 소광비(Extinction Ratio)이다.

패러데이 회전자(204)는 입사되는 광의 편광면을 45°회전시킨다. 이 때 후단으로부터 역방향으로 반사되어 들어오는 광은 다시 45°회전하게 되어 전체 90°회전하게 된다. 따라서 90°회전된 반사파는 편광자에 의해서 차단된다. 이 패러데이 회전자는 광이 자기광학재료를 통과하면서 광의 편광면이 회전하는 패러데이 효과를 이용한 것으로, 자장이 광파의 진행방향을 따라 자기광학재료에 인가되는 경우 패러데이 회전이 발생된다.

아이솔레이터의 성능은 순방향 삽입손실과 역방향의 아이솔레이션으로 결정되며, 보통 소자접속에서의 반사, 편광기 및 회전자의 결함때문에 1dB정도의 삽입손실과 30dB정도의 아이솔레이션을 갖는다.

도 2에 따른 아이솔레이터의 동작은 다음과 같다. 제1콜리메이터(200)는 제1광섬유 혹은 레이저 다이오드(도시되지 않음)에서 나온 빛을 집광하여 평행하게 한다. 들어온 평행광은 제1복굴절 소자(202)에서 편광상태가 서로 수직인 방향으로 나누어진 후 두 빔이 다른 경로를 지나 패러데이 회전자(204)에 입사된다. 복굴절 소자의 재질로는 금홍석(rutile) 또는 방해석(calcite)이 적절하다. 패러데이 회전자(204)에 들어온 빛은 편광이 서로 수직인 상태를 유지하면서 기존의 편광방향에서 45°회전한다. 편광방향이 바뀐 빛은 다시 제2복굴절 소자(206)를 지나면서 두 경로에서 하나로 합해진 후 제2콜리메이터(208)에서 집광되어 제2광섬유(도시되지 않음)로 들어간다. 여기서, 패러데이 회전자(204)는 편광이 45°바뀔 수 있도록 아이솔레이터에 일정한 자장을 유지한다. 그러나 아이솔레이터 주변에 자장을 발생시키면 패러데이 회전자를 구성하는 자석의 자장에 영향을 주게되며, 패러데이 회전자는 자장의 세기에 따라 다음과 같이 편광의 회전각이 달라진다.

theta=VBl~

여기서, θ는 회전각, V는 상수, B는 자장의 세기이며 l은 상호작용 길이이다.

외부자장에 의해 수학식 1과 같이 편광이 바뀌면, 제2복굴절 소자(206)에서 서로 수직으로 편광된 광 빔의 경로가 바뀌어 결과적으로 제2콜리에미터(208)를 통과하여 제2광섬유에 입사되는 광량이 달라진다. 즉, 외부에서 인가된 전기신호(전류)의 세기에 따라 자장의 세기가 변하고, 변화된 자장의 세기에 따라 아이솔레이터의 손실특성도 변하게 된다.

아이솔레이터에 상술한 바와 같이 자장을 가하므로써 출력되는 광량을 조절하여 입사광을 감쇠시키기 위해 본 발명의 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 아이솔레이터(300)에 마그네틱 코아(magnetic core, 304)와 코일(304)로서 자장을 형성할 수 있도록 전자석을 구비하며, 코일(306)에 전류를 흘려줄 전원 공급기(302)를 연결한다. 마그네틱 코아(304)는 코일에 의한 자속을 증가시키기 위한 것이다.

상술한 구성에 의거하여 본 발명의 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 입력 광신호가 광섬유 입력단(도시되지 않음)으로부터 들어오면 아이솔레이터(300)에 의해서 광신호가 차단된다. 전원 공급기(302)에서 발생한 전기신호는 코일(304)의 전자장을 변화시켜서 아이솔레이터(300)의 아이솔레이션(isolation) 정도를 조절한다. 이러한 아이솔레이션 정도는 입력 광신호 측면에서 출력 광신호의 감쇠로 간주할 수 있다. 즉, 전원 공급기(302)에서 발생한 전기신호가 마그네틱 코아 및 코일(306)에 가해지면서 아이솔레이터(300)에 입사되는 입력 광신호는 아이솔레이터의 아이솔레이션 정도에 따라 감쇠가 이루어진다.

상술한 바와 같이 동작하는 광 감쇠기에서 소광비(extiction ratio)의 범위는 0.5dB~50dB 까지 변화될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기를 구비한 광통신 시스템에 블럭도로서, 도 4에 따른 광통신 시스템은 광 송신기(400), 제1아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기(402), 제2아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기(404) 및 광 수신기(406)를 구비한다.

광 송신기(400)로 입사되는 광신호는 제1아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기(402)를 통해 시스템에서 요구하는 출력파워를 공급하도록 파워가 조절되어 전송되면, 전송채널을 통해 수신된 강한 파워의 광신호는 제2아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기(404)를 통해 감쇠되어 광 수신기(406)가 손상되지 않도록 한다.

파장분할다중화된 광신호를 전송하는 경우, 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기는 광 송수신기 및 광 추가/누락 다중화기(Optical Add/Drop Multiplexer)에서 각 채널의 추가/누락(ADD/DROP)시 파워를 제어한다.

본 발명에 의하면, 광 아이솔레이터에 마그네틱 코아 및 코일을 장착하고 장착된 코일에 인가되는 전류를 조절하여 아이솔레이터에 형성되는 자장의 세기를 조절하고 이에 따라 광신호의 아이솔레이션을 조절하여 광신호를 감쇠시키므로써, 크기가 작아서 시스템에 장착이 용이하고 전류의 세기만을 조절하여 감쇠 정도를 변화시키므로 먼지, 온도 및 습도 등 외부환경에 민감하지 않는 광 감쇠기를 구현할 수 있다. 또한 광 감쇠판을 회전시키시 위해 모터를 사용하여 기계적으로 조절하는 것과 달리 전기적으로 전류를 제어하므로 시스템과의 인터페이스가 용이하다.

Claims (3)

1. 입사하는 광을 집광하는 제1콜리메이터;

   집광된 광을 서로 다른 편광상태를 갖는 두 광으로 분리하는 제1복굴절 소자;

   인가되는 자기장의 세기에 따라 상기 제1복굴절 소자로부터 입사되는 두 광의 편광면을 회전시키고, 회전된 편광면에 따라 아이솔레이션 정도를 다르게하는 지는 패러데이 회전자;

   상기 패러데이 회전자에서 출력되는 두 광을 다시 하나의 광으로 합하는 제2복굴절 소자; 및

   상기 제2복굴절 소자로부터 출력되는 광을 집광하여 출력하는 제2콜리메이터를 구비하는 아이솔레이터;

   상기 패러데이 회전자에 자기장을 공급하도록 상기 아이솔레이터에 장착되는 코일; 및

   상기 코일에 전류를 공급하는 전원공급기를 포함함을 특징으로하는 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기.
2. 제1항에 있어서, 상기 코일은

   자속을 증가시키도록 상기 코일의 내부에 마그네틱 코아를 더 구비함을 특징으로하는 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기.
3. 광 송신기, 제1광 감쇠기, 제2광 감쇠기 및 광 수신기를 구비하고, 상기 제1광 감쇠기를 통해 상기 광 송신기의 출력 광신호 파워를 조절하고, 상기 제2광 감쇠기를 통해 상기 광 수신기에서 수신될 광신호 파워를 감쇠하여 상기 광 수신기의 손상을 방지하는 광통신 시스템에 있어서, 상기 두 광 감쇠기는

   입사하는 광을 집광하는 제1콜리메이터;

   집광된 광을 서로 다른 편광상태를 갖는 두 광으로 분리하는 제1복굴절 소자;

   인가되는 자기장의 세기에 따라 상기 제1복굴절 소자로부터 입사되는 두 광의 편광면을 회전시키고, 회전된 편광면에 따라 아이솔레이션 정도를 다르게하는 패러데이 회전자;

   상기 패러데이 회전자에서 출력되는 두 광을 다시 하나의 광으로 합하는 제2복굴절 소자; 및

   상기 제2복굴절 소자로부터 출력되는 광을 집광하여 출력하는 제2콜리메이터를 구비하는 아이솔레이터;

   상기 패러데이 회전자에 자기장을 공급하도록 상기 아이솔레이터에 장착되는 코일; 및

   상기 코일에 전류를 공급하는 전원공급기를 포함함을 특징으로하는 아이솔레이터를 이용한 광 감쇠기를 구비하는 광통신 시스템.

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