[논문]광섬유 브래그 격자의 투과 및 반사 스펙트럼간 동일 선로상 변환이 가능한 편광상이 배치구조 기반 광섬유 필터

장욱; 이용욱

doi:10.5207/jieie.2011.25.5.001

광섬유 브래그 격자의 투과 및 반사 스펙트럼간 동일 선로상 변환이 가능한 편광상이 배치구조 기반 광섬유 필터
Polarization-Diversity-Loop-Configuration-Based Fiber Filter Realizing Inline Conversion Between Transmission and Reflection Spectra of Fiber Bragg Grating 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.25 no.5, 2011년, pp.1 - 6

장욱 (부경대학교 전기공학과) , 이용욱 (부경대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

By incorporating a polarization-diversity loop configuration (PDLC), we have demonstrated inline conversion between transmission and reflection spectra of a fiber Bragg grating (FBG) without reconfiguration of the fiber filter structure. The proposed apparatus consists of a polarization beam splitter, an FBG, and two quarter-wave plates (QWP's). The inline conversion operation between transmission and reflection spectra of the FBG was performed by proper adjustment of QWP's within the proposed filter. The band rejection ratio and side-mode suppression ratio in transmission and reflection modes of the fabricated filter were measured as ~17.0[dB] and ~16.4[dB], respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 이러한 투과형 필터에서 FBG의 대역제한 특성을 이용하기 위해서는 필터 구조를 변화시켜야하는 번거로움이 수반된다. 다음 절에서는 필터 구조를 변화시키지 않고도 대역통과 및 대역제한 특성을 선택할 수 있는 새로운 구조의 필터를 제안하고자 한다.
그러나 위와 같은 구조에서 FBG의 투과 스펙트럼 특성을 얻기 위해서는 출력 단자를 변환해야 하고, 이러한 번거로움을 해결하기 위해서는 추가적인 광학 스위치(optical switch)가 요구된다[4,6]. 본 논문에서는 편광상이 배치구조(polarization-diversity loop configuration: 이하 PDLC)[7-8] 를 이용하여 필터 구조의 변화 없이 FBG의 투과 및 반사 스펙트럼을 동일 선로상에서 전환할 수 있는 광섬유 필터를 제안한다. 제안된 필터에서는 추가적인 광학 소자 또는 필터의 구조적 변화 없이 필터에 포함된 1/4 파장판(quarter-wave plate : 이하 QWP)을 적절히 조절하여 FBG의 투과 및 반사 스펙트럼간 전환이 가능하였다.

가설 설정

그림 3 (a)는 제안된 필터의 모식도를 보여주고 있으며, 필터는 PBS와 두 개의 QWP(QWP 1 및 QWP 2) 그리고, FBG로 구성된다. 논의의 편의상 PBS의 수평축과 수직축을 각각 x축과 y축으로 가정하고, PBS의 단자 1과 2를 통해서 입력되는 빛의 성분들을 각각 x 편광과 y 편광 빛으로 간주한다. 또한, 진행하는 빛이 FBG에서 투과되거나 반사되는 동안, 빛의 편광 상태는 반사에 의한 y축 대칭 편광 변화를 제외한 다른 영향은 받지 않는다고 가정한다.
논의의 편의상 PBS의 수평축과 수직축을 각각 x축과 y축으로 가정하고, PBS의 단자 1과 2를 통해서 입력되는 빛의 성분들을 각각 x 편광과 y 편광 빛으로 간주한다. 또한, 진행하는 빛이 FBG에서 투과되거나 반사되는 동안, 빛의 편광 상태는 반사에 의한 y축 대칭 편광 변화를 제외한 다른 영향은 받지 않는다고 가정한다. 그림 3 (b)는 제안된 필터가 FBG의 투과 특성을 나타내도록 동작될 경우 필터 내부에서 빛의 진행 경로를 보여준다.

제안 방법

이론적으로 예측한 필터의 응답 특성을 실험적으로 검증하기 위해서 그림 3 (a)에 보이는 PDLC 기반 FBG 필터를 PBS(OZ Optics), 한 개의 FBG, 그리고, 두 개의 QWP(OZ Optics)를 사용하여 제작하였다. 그림 4는 제작된 필터의 대역제한, 대역통과, 전대역통과 모드 동작시 측정된 각각의 출력 스펙트럼을 보여준다.
제안된 필터는 입/출력 단자를 재구성할 필요 없이 FBG의 투과 및 반사 스펙트럼을 동일 선로 상에서 전환할 수 있는 광섬유 필터로서 이론 및 실험적 분석을 통해 이를 증명하였다. 필터 내부의 QWP를 적절히 조절하여 필터 구조의 변화 없이 FBG의 투과 또는 반사 스펙트럼을 선택 가능하였고, 제작된 필터의 BRR과 SMSR은 각각 ∼17[dB]와 ∼16.

대상 데이터

FBG는 5일 동안 ∼100[bar] 및 100[℃]에서 수소 처리된 단일모드 광섬유(single-mode fiber: 이하 SMF)에 248[nm]의 KrF 엑시머(excimer) 레이저와 길이가 1[cm]인 위상 마스크(phase mask)를 이용하여 제작하였다.

성능/효과

마지막으로, (θ_q1, θ_q2)가 (54[°], 74[°])일 때, 필터는 전대역통과 모드로 동작하였으며, 이러한 동작 모드는 대역제한 및 대역통과 모드가 동일한 비율로 여기되었을 경우에 가능하다. 결과적으로 제안된 필터의 구조적 변화 없이 QWP를 적절히 조절함으로써 대역제한, 대역통과, 전대역통과 모드간 전환이 가능하였다. 그림 5 (a)와 5 (b)는 각각 필터의 대역제한과 대역통과 모드를 5분 간격으로 1시간동안 측정한 출력 스펙트럼이다.
본 논문에서는 편광상이 배치구조(polarization-diversity loop configuration: 이하 PDLC)[7-8] 를 이용하여 필터 구조의 변화 없이 FBG의 투과 및 반사 스펙트럼을 동일 선로상에서 전환할 수 있는 광섬유 필터를 제안한다. 제안된 필터에서는 추가적인 광학 소자 또는 필터의 구조적 변화 없이 필터에 포함된 1/4 파장판(quarter-wave plate : 이하 QWP)을 적절히 조절하여 FBG의 투과 및 반사 스펙트럼간 전환이 가능하였다.
제안된 필터의 IL은 ∼10[dB]로 측정되었는데, 이는 두 개의 QWP(∼1.84[dB]), PBS(∼2.73[dB]), FBG의 자체 손실(∼1.0[dB]), 그리고, SMF와 FBG 간의 융착 접속(fusion splicing) 손실 등에서 발생하였다.
제안된 필터는 입/출력 단자를 재구성할 필요 없이 FBG의 투과 및 반사 스펙트럼을 동일 선로 상에서 전환할 수 있는 광섬유 필터로서 이론 및 실험적 분석을 통해 이를 증명하였다. 필터 내부의 QWP를 적절히 조절하여 필터 구조의 변화 없이 FBG의 투과 또는 반사 스펙트럼을 선택 가능하였고, 제작된 필터의 BRR과 SMSR은 각각 ∼17[dB]와 ∼16.4[dB]이었다.
그림 5 (a)와 5 (b)는 각각 필터의 대역제한과 대역통과 모드를 5분 간격으로 1시간동안 측정한 출력 스펙트럼이다. 필터의 출력 변화는 0.4[dB] 이하였으며, 대역제한 모드의 BRR과 대역통과 모드의 SMSR은 변화 없이 일정하게 유지되었다. 제안된 필터의 IL은 ∼10[dB]로 측정되었는데, 이는 두 개의 QWP(∼1.

후속연구

제안된 구조에서는 QWP를 두 개만 사용하였기 때문에 편광조절에 있어서 자유도(degree of freedom)가 제한되어 외란에 의한 모든 편광 변화를 상쇄시키는 것에는 한계가 있다. 추후 편광 조절기(polarization controller)를 추가하여 편광 조절 자유도를 높일 경우 IL을 더 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FBG는 브래그(Bragg) 파장 주위에서 어떤 특성을 보이는가?	일반적으로 FBG는 브래그(Bragg) 파장 주위에서 투과 스펙트럼은 대역제한 특성을 그리고, 반사 스펙트럼은 대역통과 특성을 보인다. 그림 1 (a)와 1 (b)는 각각 실험에서 사용된 FBG의 투과 및 반사 스펙트럼들이다.
	광섬유 브래그 격자의 장점은?	광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating: 이하 FBG)는 낮은 삽입손실과 낮은 편광 민감도, 제작의 편의성 등 많은 장점들 때문에 광센서와 파장 분할다중화(wavelength division multiplexing : 이하 WDM) 시스템의 광 필터로서 폭넓게 이용되고 있다[1-2]. 특히 FBG는 광섬유 add/drop 필터, 광섬유 다중화기(multiplexer)와 역다중화기(demultiplexer)로서 WDM 시스템에서 많이 사용되고 있다.
	광섬유 브래그 격자는 어디에서 많이 사용되고 있는가?	광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating: 이하 FBG)는 낮은 삽입손실과 낮은 편광 민감도, 제작의 편의성 등 많은 장점들 때문에 광센서와 파장 분할다중화(wavelength division multiplexing : 이하 WDM) 시스템의 광 필터로서 폭넓게 이용되고 있다[1-2]. 특히 FBG는 광섬유 add/drop 필터, 광섬유 다중화기(multiplexer)와 역다중화기(demultiplexer)로서 WDM 시스템에서 많이 사용되고 있다. 광 필터로서 FBG의 투과 및 반사 스펙트럼은 각각 대역통과(bandpass)와 대역제한(bandstop) 역할로 활용되고 있으며, 높은 스펙트럼 선택성은 채널 필터링(channel filtering)에 큰 유용성을 제공한다[3-5].

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Y. W. Lee, K. J. Han, B. Lee, and J. Jung, “Polarizationindependent all-fiber multiwavelength-switchable filter based on a polarization based on a polarization-diversity loop configuration,” Opt. Express, Vol. 11, No. 25, pp. 3359-3364, 2003.

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