[논문]두 개의 단주기 광섬유 격자에서 투과 및 반사 스펙트럼의 동일 선로 스위칭이 가능한 광섬유 필터에 대한 연구

김지훈; 이용욱

doi:10.5207/jieie.2016.30.2.011

두 개의 단주기 광섬유 격자에서 투과 및 반사 스펙트럼의 동일 선로 스위칭이 가능한 광섬유 필터에 대한 연구
Study on Optical Fiber Filter Allowing Inline Switching Between Transmission and Reflection Spectra in Two Short-Period Fiber Gratings 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.30 no.2, 2016년, pp.11 - 19

김지훈 (Pukyong National University, School of Electrical Engineering) , 이용욱 (Pukyong National University, School of Electrical Engineering)

Abstract ▼ AI-Helper

By incorporating a polarization-diversity loop configuration, we have demonstrated the inline switching of transmission and reflection spectra of one of two short-period fiber gratings (SPFGs) with different resonance wavelengths without reconfiguring the filter structure. The proposed filtering apparatus consists of a fiber-pigtailed polarization beam splitter, two SPFGs, and three quarter-wave plates (QWPs). The proposed filter can independently choose the transmission or reflection spectrum of each SPFG through the appropriate adjustment of the orientation angles of the QWPs within the filter without additional optical switches and couplers. The average insertion loss, band rejection ratio, and side-mode suppression ratio of the fabricated filter were measured as ~4.59, ~17.88, and ~19.67dB, respectively.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 추가적인 광 스위치 없이 PDLC를기반으로 서로 다른 공진 파장 λ_B를 가지는 두 개의 SPFG에 대해 투과 및 반사 스펙트럼을 동일 선로 상에서 유연하게 선택할 수 있는 필터 구조를 제안하고 분석하였다. 제안하는 필터는 PDLC를 이루기 위한 4단자 편광 빔 분배기(polarization beam splitter: 이하 PBS)와 2개의 SPFG, 그리고 편광상이 고리 내부를 순환하는 빛의 편광 상태 조절을 위한 3개의 QWP로 구성되었다.

가설 설정

또한, 제안된 필터에서 각 광학 요소들을 연결하는 단일 모드 광섬유(single-mode fiber: 이하SMF)는 필터를 순환하는 빛의 편광이나 손실에 어떠한 영향도 끼치지 않는다고 가정하였다. 그리고 두 SPFG들은 SPFG에서 빛이 반사될 때 편광 상태가 y축 대칭의 형태로 변하는 것을 제외하면, 그 외의 투과 동작 등에서는 SPFG를 만나는 빛의 편광 상태에 영향을 주지 않는다고 가정하였다.
필터 동작에 대한 논의에 앞서 편의상 PBS의 수평축과 수직축을 각각 x 및 y축으로 가정하고, PBS의 단자 1과 2에서 나오는 빛의 성분들은 각각 x축 및 y축 편광된 빛으로 간주한다. 또한, 제안된 필터에서 각 광학 요소들을 연결하는 단일 모드 광섬유(single-mode fiber: 이하SMF)는 필터를 순환하는 빛의 편광이나 손실에 어떠한 영향도 끼치지 않는다고 가정하였다. 그리고 두 SPFG들은 SPFG에서 빛이 반사될 때 편광 상태가 y축 대칭의 형태로 변하는 것을 제외하면, 그 외의 투과 동작 등에서는 SPFG를 만나는 빛의 편광 상태에 영향을 주지 않는다고 가정하였다.
서로 다른 공진파장 λ_B1과 λ_B2를 가지는 두 SPFG는 각각 SPFG 1과 SPFG 2로 표시하였다. 필터 동작에 대한 논의에 앞서 편의상 PBS의 수평축과 수직축을 각각 x 및 y축으로 가정하고, PBS의 단자 1과 2에서 나오는 빛의 성분들은 각각 x축 및 y축 편광된 빛으로 간주한다. 또한, 제안된 필터에서 각 광학 요소들을 연결하는 단일 모드 광섬유(single-mode fiber: 이하SMF)는 필터를 순환하는 빛의 편광이나 손실에 어떠한 영향도 끼치지 않는다고 가정하였다.

대상 데이터

를 가지는 두 개의 SPFG에 대해 투과 및 반사 스펙트럼을 동일 선로 상에서 유연하게 선택할 수 있는 필터 구조를 제안하고 분석하였다. 제안하는 필터는 PDLC를 이루기 위한 4단자 편광 빔 분배기(polarization beam splitter: 이하 PBS)와 2개의 SPFG, 그리고 편광상이 고리 내부를 순환하는 빛의 편광 상태 조절을 위한 3개의 QWP로 구성되었다. 제작된 필터는 QWP 3개의 방위각을 적절히 조절함으로써, 필터의 구조를 바꾸지 않고도 동일 선로 상에서 유연하고 독립적으로 각 SPFG의 투과 및 반사 스펙트럼을 선택할 수 있었다.

데이터처리

를 갖는 SPFG 2개, 그리고 3개의 QWP(OZ Optics)들을 사용하여 그림 1에 제시된 필터를 구성하였다. 광대역 광원(FiberlabsFL7004)과 OSA(Yokogawa AQ6370C)를 사용하여 제작된 필터의 투과 스펙트럼을 측정하였다. 실험에 사용된 SPFG들의 λ_B1, IL, SMSR, BRR은 SPFG 1의 경우 각각 ～1550.

성능/효과

1nm로 동일하게 가정하였다. 그림 3 (a)의 자주색 실선과 주황색 점선은 제안된 필터가 각각 λ_B1및 λ_B2에서 대역차단 모드로 동작하도록 계산된 스펙트럼으로 이상적인 SPFG들의 투과 스펙트럼과 일치하였다. 그림 3 (b)는 대역통과 모드로 동작하도록 계산된 스펙트럼으로 마찬가지로 이상적인 SPFG들의 반사 스펙트럼과 일치하였다.
그림 4와 5의 실험을 통해, 필터 내에 배치된 QWP들의 방위각을 적절히 조절함으로써 필터를 재구성하지 않고도 동일 선로 상에서 2개의 SPFG 중 특정SPFG의 투과 및 반사 스펙트럼을 독립적이고 유연하게 선택할 수 있음을 검증하였다. 이론적인 예측과는 달리 제작된 필터는 원래의 SPFG와 비교하여 약간 높은 IL과 저하된 BRR 및 SMSR 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 PDLC를 사용하여 동일 선로 상에서 서로 다른 공진 파장을 가지는 2개의 SPFG 중 특정SPFG의 투과 및 반사 스펙트럼을 유연하게 선택할 수 있는 필터를 구현하였다. 제작된 필터는 필터의 구조를 변경하지 않고, 추가적인 광학 스위치나 결합기 없이 필터 내에 배치된 3개의 QWP들만을 적절히 조절함으로써 독립적으로 각 SPFG의 투과 및 반사 스펙트럼을 선택할 수 있었다. 제안된 필터가 가진 기능은 광원, 광섬유 필터, 광통신 용 다중화기 등과 같은 파장 선택성 또는 파장 스위칭 가능한 장치에 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

제안된 필터가 가진 기능은 광원, 광섬유 필터, 광통신 용 다중화기 등과 같은 파장 선택성 또는 파장 스위칭 가능한 장치에 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 제안된 필터링 방식은 반사형 격자(reflection grating)를 이용한 광 신호 처리 장치에도 응용할 수 있을 것으로 예상된다.
제작된 필터는 필터의 구조를 변경하지 않고, 추가적인 광학 스위치나 결합기 없이 필터 내에 배치된 3개의 QWP들만을 적절히 조절함으로써 독립적으로 각 SPFG의 투과 및 반사 스펙트럼을 선택할 수 있었다. 제안된 필터가 가진 기능은 광원, 광섬유 필터, 광통신 용 다중화기 등과 같은 파장 선택성 또는 파장 스위칭 가능한 장치에 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 제안된 필터링 방식은 반사형 격자(reflection grating)를 이용한 광 신호 처리 장치에도 응용할 수 있을 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	추가 광학 요소들의 IL과 변경된 광 경로에 의해 선택된 두 출력 스펙트럼 간 IL 차가 발생하는 문제에 대한 해결책은?	이러한 문제를 해결하기 위하여 2010년에 편광상이 고리 구조(polarization-diversity loop configuration:이하 PDLC)를 기반으로 하여 동일 선로 상에서SPFG의 투과 및 반사 스펙트럼을 선택할 수 있는 구조[12]가 제안되었다. PDLC 방식은 입력 편광에 무관한 광 역다중화(optical demultiplexing) 시스템[13]이나 주파수 변환[14] 등에 사용되어 왔다. 제안된 필터[12]는 출력 광 단자의 재구성 없이 PDLC에 포함된 1/4 파장판(quarter-wave plate: 이하 QWP)의 방위각을 조절함으로써, 단일 SPFG의 투과 및 반사 스펙트럼을 동일 선로 상에서 IL 차이 없이 선택할 수 있었다. 최근에는 PDLC 내에서 전파되는 빛의 편광 상태조절 자유도를 증가시켜 IL, 부모드소거율(side-mode suppression ratio: 이하 SMSR), 대역소거율(band rejection ratio: 이하 BRR)을 향상시킨 PDLC 기반 동일 선로 변환 필터가 보고되었다[15].
	단주기 광섬유 격자의 장점은?	고유의 협대역(narrow band) 도파 특성을 보이는 단주기 광섬유 격자(short-period fiber grating: 이하SPFG)는 작고 가벼우며 제작하기 쉽고, 낮은 삽입손실(insertion loss: 이하 IL)과 편광 변화에 둔감한 장점을 가진다[1-3]. 이러한 SPFG는 광섬유 레이저(fiber laser)의 내부 공동 필터(inline cavity filter)[4],분기결합(add/drop) 필터[5]와 같은 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing: 이하 WDM) 시스템에서의 파장 선택성 소자, 광섬유 센서[6]의 센서 헤드(sensor head), 그리고 마이크로파 광 필터(microwave photonic filter)[7] 등과 같이 광범위한 영역에서 사용되고 있다.
	SPFG가 사용되는 분야는?	고유의 협대역(narrow band) 도파 특성을 보이는 단주기 광섬유 격자(short-period fiber grating: 이하SPFG)는 작고 가벼우며 제작하기 쉽고, 낮은 삽입손실(insertion loss: 이하 IL)과 편광 변화에 둔감한 장점을 가진다[1-3]. 이러한 SPFG는 광섬유 레이저(fiber laser)의 내부 공동 필터(inline cavity filter)[4],분기결합(add/drop) 필터[5]와 같은 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing: 이하 WDM) 시스템에서의 파장 선택성 소자, 광섬유 센서[6]의 센서 헤드(sensor head), 그리고 마이크로파 광 필터(microwave photonic filter)[7] 등과 같이 광범위한 영역에서 사용되고 있다. 일반적으로 대역차단(band-stop) 필터 특성을 보이는 SPFG의 투과 스펙트럼(spectrum)은 광원과 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer: 이하 OSA)를 SPFG에 직접 연결함으로써 얻을 수 있다.

참고문헌 (17)

K. O. Hill and G. Meltz, "Fiber Bragg grating technology fundamentals and overview," Journal of Lightwave Technology, vol. 15, pp. 1263-1276, 1997.

상세보기
A. Othonos, "Fiber Bragg grating," Review of Scientific Instruments, vol. 68, pp. 4309-4341, 1997.

상세보기
T. Erdogan, "Fiber grating spectra," Journal of Lightwave Technology, vol. 15, pp. 1277-1294, 1997.

상세보기
Q. Mao and J. W. Y. Lit, "Switchable multiwavelength erbium-doped fiber laser with cascaded fiber grating cavities," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 14, pp. 612-614, 2002.

상세보기
S. Kim, "Bidirectional optical cross connects for multiwavelength ring networks using single arrayed waveguide grating router," Journal of Lightwave Technology, vol. 20, pp. 188-194, 2002.

상세보기
Y. J. Rao, "In-fibre Bragg grating sensors," Measurement Science and Technology, vol. 8, pp. 355-375, 1997.

상세보기
X. Wang, E. H. W. Chan, and R. A. Minasian, "Optical-to-RF phase shift conversion-based microwave photonic phase shifter using a fiber Bragg grating," Optics Letters, vol. 39, pp. 142-145, 2014.

상세보기
B. Meagher, G. K. Chang, G. Ellinas, Y. M. Lin, W. Xin, T. F. Chen, X. Yang, A. Chowdhury, J. Young, S. J. Yoo, C. Lee, M. Z. Iqbal, T. Robe, H. Dai, Y. J. Chen, and W. I. Way, "Design and implementation of ultra-low latency optical label switching for packet-switched WDM networks," Journal of Lightwave Technology, vol. 18, pp. 1978-1987, 2000.

상세보기
L. Rau, S. Rangarajan, W. Wang, H.-F. Chou, H. Poulsen, J. Bowers, and D. Blumenthal, "High-speed optical time-division-multiplexed/WDM networks and their network elements based on regenerative all-optical ultrafast wavelength converters," Journal of Optical Networking, vol. 3, pp. 100-118, 2004.

상세보기
Y. Z. Xu, H. Y. Tam, W. C. Du, and M. S. Demokan, "Tunable dual-wavelength-switching fiber grating laser," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 10, pp. 334-336, 1998.

상세보기
Y. W. Lee and B. Lee, "Wavelength-switchable erbium-doped fiber ring laser using spectral polarization-dependent loss element," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 15, pp. 795-797, 2003.

상세보기
W. Jang, Y. W. Lee, J. Oh, and Y. W. Lee, "Inline conversion between transmission and reflection spectra of fiber Bragg grating using polarization-diversity loop structure," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 22, pp. 1473-1475, 2010.

상세보기
T. Morioka, K. Mori and M. Saruwatari, "Ultrafast polarization-independent optical demultiplexer using optical carrier frequency shift through crossphase modulation," Electronics Letters, vol. 28, pp. 1070-1072, 1992.

상세보기
T. Hasegawa, K. Inoue and K. Oda, "Polarization independent frequency conversion by fiber four-wave mixing with a polarization-diversity technique," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 5, pp. 947-949, 1993.

상세보기
W. Jang, J. S. Koo, Y. W. Lee, J. Oh, and Y. W. Lee, "Enhanced inline conversion of fiber Bragg grating spectra based on increased polarization controllability," Optics Communications, vol. 293, pp. 43-48, 2013.

상세보기
R. C. Jones, "A new calculus for the treatment of optical systems," Journal of the Optical Society of America, vol. 31, pp. 488-493, 1941.

상세보기
Y. Kim and Y. W. Lee, "Study on spectral deviations of high-order optical fiber comb filter based on polarization-diversity loop configuration," Optics Communications, vol. 301-302, pp. 159-163, 2013.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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