KR100417467B1 - Method of manufacturing tunable gain-flattening filter using microbending long-period fiber grating - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용한 광섬유 증폭기의 파장 가변 이득 평탄화용 필터의 제조 방법에 관한 것으로, 직경이 일정한 탄소봉을 평판 위에 주기적으로 배열하여 붙이는 단계와, 상기 탄소봉이 주기적으로 배열된 평판 위에 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 어븀 첨가 광섬유를 올리고 위에서 누르는 압력으로 광섬유 코어에 마이크로 밴딩(microbending)을 형성하는 단계와, 상기 평판 위에 올려진 광섬유와 주기적으로 배열된 탄소봉 사이의 각(angle)을 이용하여 격자 주기를 변화시켜서 흡수대역의 중심파장을 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 이득이 상대적으로 큰 파장과 일치하도록 조절(tuning)하는 단계와, 상기 단계 후 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 증폭된 이득이 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자에 의한 흡수대역의 손실(loss)에 의해서 상쇄되어 파장에 따라 불규칙한 이득 스펙트럼이 일정하게 유지되도록 하는 파장 가변(tunable) 이득 평탄화용 필터(GFF)를 완성하는 단계를 포함하여, 주기적인 마이크로 밴딩을 누르는 압력과 그 사이에 놓여진 광섬유의 기울기, 즉 격자 주기를 변화시켜 광흡수 대역의 중심 파장과 깊이를 자유롭게 조절하여 파장에 따라 불규칙한 광섬유 증폭기의 이득 스펙트럼을 능동적으로 평탄화 시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a variable-wavelength gain flattening filter of an optical fiber amplifier using a micro banding long period optical fiber grating, comprising: periodically arranging and attaching a carbon rod having a constant diameter on a plate, and on the plate on which the carbon rod is periodically arranged. Raising the erbium-doped fiber amplifier of the erbium-doped fiber amplifier to form a microbending in the optical fiber core under pressure to press on the above, grating using the angle between the optical fiber on the plate and the periodically arranged carbon rods Tuning the center wavelength of the absorption band by varying the period so that the gain of the erbium-doped fiber amplifier matches the relatively large wavelength, and after this step, the amplified gain of the erbium-doped fiber amplifier is applied to the micro banding Due to the loss of absorption band Comprising a tunable gain flattening filter (GFF) that cancels out so that an irregular gain spectrum is maintained constant with wavelength, including the pressure to press periodic micro banding and the slope of the optical fiber placed therebetween, That is, by varying the lattice period, the center wavelength and depth of the light absorption band can be freely adjusted to actively planarize the gain spectrum of the irregular optical fiber amplifier according to the wavelength.
Description
본 발명은 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용한 광섬유 증폭기의 파장 가변 이득 평탄화용 필터의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이득이 상대적으로 큰 파장대역에서 반사파 없이 광흡수 대역을 형성시켜서 파장 영역에 따라 불규칙한 이득을 일정하게 유지하게 하는 파장 가변 이득 평탄화용 필터를 구현할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.광섬유의 넓은 파장 영역을 이용하여 파장이 다른 여러 채널의 신호를 한 가닥의 광섬유를 통해 동시에 전송하는 파장분할 다중화(WDM) 전송방식은 이제 전송 용량의 증가 및 전광통신망(all-optical network)을 구현하는 필수적인 기술이 되었다. 고속 장거리 광통신의 혁신은 어븀(erbium)이 첨가된 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier)가 개발되면서 시작되었다.희토류계 이온인 어븀을 첨가한 광섬유 증폭기는 광증폭기의 기본적인 요구사항인 높은 이득, 저잡음, 고효율 및 고출력이라는 특성을 만족시킨다. 증폭 파장대는 광섬유의 손실이 최소인 1.55㎛이며 증폭 대역폭이 넓어서 파장분할 다중화(WDM)에 적당하다. 그러나, 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기를 파장 분할 다중화에 응용할 때 적용성을 높이기 위해서는 해결해야 할 문제점들이 있다.예컨대, 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기의 이득이 파장에 따라 균일하지 않아 여러 단의 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기를 이어 사용할 때 파장 채널별 출력에 상당한 차이가 나게 되므로 이를 등화(equalization) 시켜줄 필요가 있다. 따라서 광증폭기의 이득 평탄화를 위한 소자가 요구되는데 광섬유 격자를 이용한 이득 평탄화용 필터(GFF)가 그 대표적 예이다. 장주기 광섬유 격자는 입사되는 광신호 중 특정 파장대역은 클래딩 모드로 결합(coupling)되고 나머지 신호성분들은 손실 없이 그대로 투과시키게 되는데, 이러한 큭성을 이용하여 EDFA의 이득을 평탄화 시킬 수 있다.장주기 광섬유 격자는 흡수 대역폭이 15㎚ 이상으로 매우 넓으며, 삽입 손실(insertion loss)이 작고, 제거된 특정 파장 성분은 진행 방향의 클래딩(cladding) 모드로 빠져나가기 때문에 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기의 잡음지수(noise figure)에 영향을 미치지 않기 때문에 광증폭기의 이득 평탄화용 필터 구현에 많이 응용되고 있다.그러나, 기존의 자외선 레이저를 이용하여 제작한 장주기 광섬유 격자를 이용한 이득 평탄화용 필터는 제작에 필요한 장비가 비싸고 복잡하며 이득의 정도(level)에 따라서 필터가 능등적이지 못한 문제점이 있었다.The present invention relates to a method for manufacturing a wavelength variable gain flattening filter of an optical fiber amplifier using a micro banding long period optical fiber grating, and more particularly, to form a light absorption band without reflecting waves in a wavelength band having a relatively high gain. The present invention relates to a manufacturing method that can implement a tunable gain flattening filter that maintains a constant gain constant. A wavelength for transmitting signals of multiple channels having different wavelengths simultaneously through one strand of optical fiber using a wide wavelength region of the optical fiber. Split Multiplex (WDM) transmission is now an essential technology for increasing transmission capacity and implementing an all-optical network. Innovations in high-speed, long-distance optical communications began with the development of Erbium-doped fiber amplifiers, which include the rare earth-based erbium-doped fiber amplifiers, the high gain, low noise, It satisfies the characteristics of high efficiency and high power. The amplified wavelength band is 1.55㎛ with the minimum loss of the optical fiber and wide amplification bandwidth, which is suitable for wavelength division multiplexing. However, there are problems to be solved in order to improve the applicability when the erbium-doped fiber amplifier is applied to wavelength division multiplexing. When using the fiber amplifiers, there is a significant difference in the output of each wavelength channel, so it is necessary to equalize them. Therefore, an element for gain flattening of an optical amplifier is required, and a gain flattening filter (GFF) using an optical fiber grating is a representative example. In the long period optical fiber grating, certain wavelength bands of the incident optical signals are coupled in the cladding mode, and the remaining signal components are transmitted without loss. With this property, the gain of the EDFA can be flattened. Noise figure of erbium-doped fiber amplifiers because the absorption bandwidth is very wide, more than 15 nm, insertion loss is small, and the removed specific wavelength component exits the cladding mode in the direction of travel. However, the gain flattening filter using a long period optical fiber grating fabricated using a conventional ultraviolet laser is expensive and complicated. Depending on the level of gain, the filter is not as efficient.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 본 발명의 목적은, 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용하여 흡수 대역의 중심 파장과 깊이를 능동적으로 조절(tuning)하여 파장에 따라 불규칙한 이득을 증폭된 이득의 정도(level)와 여기 광원의 세기(pump power)에 상관없이 평탄화할 수 있는 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용한 광섬유 증폭기의 파장 가변 이득 평탄화용 필터의 제조 방법을 제공함에 있다.이러한 본 발명의 목적은, 직경이 일정한 탄소봉을 평판 위에 주기적으로 배열하여 붙이는 단계와, 상기 탄소봉이 주기적으로 배열된 평판 위에 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 어븀 첨가 광섬유를 올리고 위에서 누르는 압력으로 광섬유 코어에 마이크로 밴딩(microbending)을 형성하는 단계와, 상기 평판 위에 올려진 광섬유와 주기적으로 배열된 탄소봉 사이의 각(angle)을 이용하여 격자 주기를 변화시켜서 흡수대역의 중심파장을 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 이득이 상대적으로 큰 파장과 일치하도록 조절(tuning)하는 단계와, 상기 단계 후 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 증폭된 이득이 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자에 의한 흡수대역의 손실(loss)에 의해서 상쇄되어 파장에 따라 불규칙한 이득 스펙트럼이 일정하게 유지되도록 하는 파장 가변(tunable) 이득 평탄화용 필터(GFF)를 완성하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용한 광섬유 증폭기의 파장 가변 이득 평탄화용 필터의 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.An object of the present invention created to solve the above problems is the degree of gain amplified irregular gain according to the wavelength by actively tuning the center wavelength and depth of the absorption band using a micro banding long period optical fiber grating. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a wavelength variable gain flattening filter of an optical fiber amplifier using a micro banding long period optical fiber grating which can be flattened regardless of the level and the power of an excitation light source. Periodically arranging and attaching a carbon rod having a constant diameter on the plate, and forming a microbending portion in the optical fiber core by pressing and pressing the erbium-doped optical fiber of the erbium-doped fiber amplifier on the plate where the carbon rod is periodically arranged. And periodically arranged with the optical fiber mounted on the plate. Tuning the center wavelength of the absorption band so that the gain of the erbium-doped fiber amplifier matches a relatively large wavelength by varying the lattice period using the angle between the rods, and after the step, the erbium-doped fiber amplifier The amplified gain of is canceled by the loss of absorption band by the micro banding long period optical fiber grating to complete the tunable gain flattening filter (GFF) so that the irregular gain spectrum is kept constant according to the wavelength. It can be achieved by a method for manufacturing a filter for wavelength variable gain planarization of an optical fiber amplifier using a micro banding long period optical fiber grating characterized in that it comprises a step.
도 1은 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자(MLPFG)를 이용하여 파장에 따라 불규칙한 증폭된 자발 방출(Amplified Spontaneous Emission)의 이득 스펙트럼을 평탄화 하는 이득 평탄화용 필터의 실험 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an experimental apparatus of a gain flattening filter for flattening a gain spectrum of irregular amplified spontaneous emission with a wavelength using a micro banding long period optical fiber grating (MLPFG).
도 2는 주기적으로 배열된 탄소봉 위에 광섬유를 올리고 누르는 압력에 의해서 광섬유에 마이크로 밴딩을 형성하여 만든 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a micro banding long period optical fiber grating made by forming a micro banding on the optical fiber by the pressure to press and press the optical fiber on the periodically arranged carbon rods.
도 3은 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자에 의해서 위상 정합 조건(phase matching condition)을 만족하는 파장의 코어 모드와 클래딩 모드가 결합 (coupling)하여 생기는 흡수 대역을 보여주는 투과 스펙트럼 특성을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing transmission spectral characteristics showing an absorption band generated by coupling a core mode and a cladding mode of a wavelength satisfying a phase matching condition by a micro banding long period optical fiber grating.
도 4는 증폭된 자발 방출의 파장에 따라 불규칙한 이득 스펙트럼을 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용하여 평탄화 하기 전과 후의 투과 스펙트럼 특성을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing transmission spectral characteristics before and after planarizing an irregular gain spectrum according to the wavelength of amplified spontaneous emission using a micro banding long period optical fiber grating.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 광원2 : 어븀 첨가 광섬유(Erbium-doped filter)1: light source 2: erbium-doped optical fiber
4 : 상부 평판(upper plate) 5 : 광 스펙트럼 분석기4: upper plate 5: light spectrum analyzer
6 : 탄소봉(graphite rods) 7 : 하부 평판(lower plate)6: Graphite rods 7: Lower plate
8 : 이득 평탄화 하기전의 증폭된 자발 방출 이득 스펙트럼(spectrum)8: Amplified Spontaneous Emission Gain Spectrum Before Gain Flattening
9 : 이득 평탄화 한 후의 증폭된 자발 방출 이득 스펙트럼(spectrum)P : 압력9: amplified spontaneous emission gain spectrum after gain flattening P: pressure
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.도 1은 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용하여 파장에 따라 불규칙한 증폭된 자발 방출의 이득 스펙트럼을 평탄화 하는 이득 평탄화용 필터의 실험 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 주기적으로 배열된 탄소봉 위에 광섬유를 올리고 누르는 압력에 의해서 광섬유에 마이크로 밴딩을 형성하여 만든 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자의 단면도이다.도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 제조 방법은 광증폭기의 이득(gain)이 파장에 따라 다르므로 이득이 상대적으로 큰 파장대에서 광흡수 대역을 형성시켜 주어 이득을 일정하게 유지되게 하는 것이다.본 발명에 의한 제조 방법은 하부 평판(7)의 상부면에 탄소봉(6)을 주기적으로 배열하여 붙인 다음, 어븀 첨가 광섬유(2)를 배열된 탄소봉(6)의 상부에 안착시킨다.그런 다음, 어븀 첨가 광섬유(2)의 상부에 상부 평판(4)을 안착시킨 후 상부 평판(4)의 상부면에 압력(P)을 가하여 광섬유 코어에 마이크로 밴딩을 형성한다.이후, 마이크로 밴딩이 형성된 어븀 첨가 광섬유(2)를 움직여 탄소봉(6)과의 각(angle)을 변화시켜 수학식 1에 의해 흡수대역의 중심 파장을 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 이득이 상대적으로 큰 파장과 일치하도록 조절한다.장주기 광섬유 격자의 동작원리는 위상 정합 조건(phase matching condition)을 만족하는 특정 파장에서 코어 모드와 클래딩 모드가 결합(coupling)하게 되며, 클래딩으로 빠져나간 광은 둘러싸인 피복의 굴절율이 높기 때문에 쉽게 소멸하게 된다. 이와 같이 장주기 광섬유 격자의 주기를 적절하게 설계하면 원하는 파장에서 코어 모드와 클래딩 모드가 결합하여 생기는 흡수 대역을 만들 수 있다. 코어 내로 진행하는 기본 모드와 진행 방향의 클래딩 모드들 간의 위상 정합 조건은 다음과 같다.
여기서,A는 장주기 광섬유 격자의 격자 주기이고,β 01은 기본 모드의 전파 상수(propagation constant),β cl ( n )은 n-th 클래딩 모드의 전파 상수이다.이상의 단계에 의해 본 발명의 제조 방법에 의한 파장 가변 이득 평탄화용 필터는 도 3과 같이, 흡수 대역이 15㎚이상으로 매우 넓으며, 제거된 특정 파장 성분은 진행 방향의 클래딩 모드로 빠져나가 소멸하므로 잡음이 적은 장점이 있어 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자는 이득 평탄화용 필터의 응용에 매우 효과적임을 알 수 있다.이후, 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 증폭된 이득이 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자에 의한 흡수 대역의 손실에 의해서 상쇄되어 파장에 따라 불규칙한 이귿 스펙트럼이 일정하게 유지되도록 하는 파장 가변 이득 평탄화용 필터를 완성시킨다.도 4는 증폭된 자발 방출의 파장에 따라 불규칙한 이득 스펙트럼을 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용하여 평탄화 하기 전과 후의 투과 스펙트럼 특성을 나타내는 그래피이다.이와 같이 본 발명은 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자를 이용하여 흡수 대역의 중심 파장과 깊이를 능동적으로 조절(tuning)하여 파장에 따라 불규칙한 이득을 증폭된 이득의 정도(level)와 여기 광원의 세기(pumping power)에 상관없이 평탄화 할 수 있는 파장 가변(tunable) 이득 평탄화용 필터를 구현할 수 있다.Here, A is the lattice period of the long period optical fiber grating, β 01 is the propagation constant of the fundamental mode, β cl ( n ) is the propagation constant of the n-th cladding mode. As shown in FIG. 3, the wavelength-variable gain flattening filter has a very wide absorption band of 15 nm or more, and the removed specific wavelength component exits and disappears in the cladding mode in the advancing direction. It can be seen that the optical fiber grating is very effective for the application of the gain flattening filter. Since the amplified gain of the erbium-doped fiber amplifier is canceled by the loss of the absorption band by the micro banding long-period fiber grating, an irregular excitation spectrum according to the wavelength is obtained. A wavelength tunable gain planarizing filter is maintained to be kept constant. This is a graph showing the transmission spectral characteristics before and after planarizing the irregular gain spectrum using a micro banding long period fiber grating. Thus, the present invention actively adjusts the center wavelength and depth of the absorption band using a micro banding long period fiber grating. By tuning, a tunable gain flattening filter can be implemented to flatten an irregular gain according to the wavelength irrespective of the level of the amplified gain and the intensity of the excitation light source.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 마이크로 밴딩 장주기 광섬유 격자(MLPFG)를 이용하여 제작이 쉽고 간단하면서도 효과적으로 광증폭기의 파장에 따라서 불규칙한 이득 스펙트럼을 평탄하게 하는 이득 평탄화용 필터(GFF)를 구현하는데 그 목적이 있다. 뿐만 아니라 격자의 주기와 누르는 압력을 조절하여 흡수 대역의 중심 파장과 깊이를 자유롭게 변화시킬 수 있어 증폭기의 이득이 상대적으로 큰 파장대역에서 광흡수 대역을 일치시켜 주면 증폭기를 통과한 광신호의 세기가 파장 영역에 따라 일정하게 유지되는 파장 가변(tunable) 이득 평탄화용 필터를 구현할 수 있다. 나아가서 본 발명에서 제안된 구조의 필터는 초고속 광통신을 위한 파장 분할 다중화 시스템에 반드시 필요한 동적인(dynamic) 이득 평탄화된 어븀 첨가 광섬유 증폭기 구현에 유용하게 이용될 것이다.As described above, the present invention uses a micro banding long period optical fiber grating (MLPFG) to implement a gain flattening filter (GFF) for smoothly and simply and effectively flattening an irregular gain spectrum according to the wavelength of an optical amplifier. Its purpose is. In addition, by adjusting the period and pressing pressure of the grating, the center wavelength and depth of the absorption band can be freely changed. When the absorption band is matched in the wavelength band where the gain of the amplifier is relatively large, the intensity of the optical signal passing through the amplifier is increased. A filter for tunable gain planarization that is maintained constant according to the wavelength region may be implemented. Furthermore, the proposed filter of the present invention will be useful for implementing a dynamic gain flattened erbium-doped fiber amplifier which is essential for a wavelength division multiplexing system for ultra-high speed optical communication.
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