초록 ▼

1. 제목
광섬유 그레이팅 기술 개발
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
현재 미국, 영국 및 일본에서는 파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing) 통신에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 파장분할 다중화 통신의 기본원리는 여러 파장의 빛을 합쳐 하나의 광섬유를 통해 전송한 뒤, 다시 각각의 파장 성분으로 분리하여 신호처리를 하는 방식이다. 광섬유 그레이팅소자는 제작되는 주기에 따라 차단 파장들이 달라지며, 이러한 특성을 이용하면 파장분할 다중화 통신을 수행할 때 사용되

1. 제목
광섬유 그레이팅 기술 개발
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
현재 미국, 영국 및 일본에서는 파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing) 통신에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 파장분할 다중화 통신의 기본원리는 여러 파장의 빛을 합쳐 하나의 광섬유를 통해 전송한 뒤, 다시 각각의 파장 성분으로 분리하여 신호처리를 하는 방식이다. 광섬유 그레이팅소자는 제작되는 주기에 따라 차단 파장들이 달라지며, 이러한 특성을 이용하면 파장분할 다중화 통신을 수행할 때 사용되는 파장 분리 및 결합용 광소자로 매우 우수한 특성을 보이며, 실제 광통신에의 응용 가능성이 매우 높다. 본 연구과제에서는 이러한 광섬유 그레이팅을 효율적으로 개발하기 위하여 먼저 광섬유 그레이팅을 설계하고 그의 파장 특성을 해석하였으며, 광섬유 그레이팅을 제작하기 위한 간섭형 광학 소자인 위상마스크를 영국 측의 도움으로 제작 사용하였으며, 이를 이용하여 광섬유 그레이팅을 제작하였다. 또한 제작된 광섬유 그레이팅을 이용하여 파장분할 다중화 통신 분야에 응용할 수 있는 광소자를 개발하였다.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
1. 광섬유 그레이팅의 해석 및 설계
원하는 특성을 가지는 광섬유 그레이팅을 제작하기 위해서는 그 특성을 해석하여 설계할 수 있는 기술이 필요하다. 그레이팅을 해석하는 다수의 방법 중, 본 연구에서는 결합 모드 이론을 이용하여 단주기 광섬유 그레이팅을 이론적으로 해석, 설계하였다.
2. 위상마스크 제작
본 연구에서는 위상마스크와 248㎚ 파장의 KrF 엑시머 레이저를 이용하여 광섬유 그레이팅을 제작하였으며, 이 방법은 광섬유 그레이팅 제작 방법 중 가장 쉽고 특성이 우수한 방식이다. 본 연구에서는 공동연구기관인 영국의 Glasgow 대학에 의뢰하여 광섬유 그레이팅 제작에 사용할 수 있는 위상마스크를 e-beam lithography 방법으로 제작하였고, 이를 이용하여 본 연구실에서 광섬유 그레이팅을 제작하였다.
3. 광섬유 그레이팅 제작
광섬유 그레이팅은 낮은 삽입손실, 편광에 무관한 특성, 작은 크기, 높은 파장 선택성 및 가변성을 지니고 있으며, 특히 광섬유 코어 내에 그레이팅을 형성시키므로 통신용 광섬유와의 연결 특성이 뛰어나 파장분할 다중화통신 시스템에서 각광받는 소자이다. 본 연구에서는 광통신 시스템에서 사용할 수 있는 광섬유 그레이팅을 영국에서 제작한 위상마스크와 엑시머 레이저를 이용하여 제작하였으며, 효율적인 광섬유 그레이팅 제작을 위해 다양한 광학 시스템을 고안하여 사용하였다.
4. 파장분할 다중화 통신용 광섬유 그레이팅 응용 소자의 개발
본 연구를 통해 제작된 광섬유 그레이팅의 통신 시스템에의 응용을 위해 다양한 형태의 광섬유 그레이팅 응용 소자를 개발하였다. 먼저 경사진 chirped 광섬유 그레이팅을 이용하여 파장 대역 조절용 필터를 개발하였으며, 둘째, 영역이 분리된 chirped 광섬유 그레이팅을 이용하여 파장분할 다중화 통신의 임의의 채널을 선택적으로 분리할 수 있는 채널 선택형 광투과 필터를 개발하였다. 이러한 광소자들은 현재 실용화되고 있는 파장분할 다중통신의 핵심 소자로 사용될 수 있을 것이다.
Ⅳ. 연구개발결과
1. 광섬유 그레이팅의 해석 및 설계
광섬유 그레이팅의 특성을 해석하여 설계할 수 있는 다수의 기술이 제안되어 왔다. 그 중에서 본 연구에서는 결합 모드 이론을 이용하여 임의의 index profile을 가지는 광섬유 그레이팅 해석 및 설계를 수행하였다. 광섬유 그레이팅의 특성은 Maxwell 방정식으로부터 유도되는 결합모드 이론(Coupled mode theory)을 사용하여 분석할 수 있으며, 결합모드 이론은 균일(uniform) 광섬유 그레이팅, 경사진(tilted) 광섬유 그레이팅, chirped 광섬유 그레이팅. 그리고 위상천이(phase-shift) 광섬유 그레이팅 등의 분석에 적용할 수 있다. 결합모드이론 모델은 광섬유 그레이팅에서 존재하는 backward reflection coupled mode를 이용하여 해석한다. 본 연구에서는 결합 모드 이론을 이용하여 광섬유 그레이팅 구조 및 그에 따른 파장 특성을 알아보았다.
2. 위상마스크 제작
광섬유 그레이팅을 제작하는 대표적인 두 가지 방법이 있는데, 첫째는 UV 광원을 서로 간섭시켜 발생되는 간섭무늬를 직접 광섬유 코어에 새기는 방법이며, 둘째는 위상마스크를 이용하여 형성된 간섭무늬를 이용하여 광섬유 코어에 광섬유 그레이팅을 새기는 방법이 있다. 본 연구에서는 후자의 위상마스크를 이용하여 광섬유 그레이팅을 제작하였으며, 이 방식으로 제작된 광섬유 그레이팅의 특성이 우수하고, 제작방법이 간단하며, 동일 광섬유 그레이팅을 대량 제작할 수 있으며, 위상마스크의 설계에 따라서 다양한 특성을 지니는 광섬유 그레이팅의 제작이 가능하여 가장 대표적으로 사용되는 방법이다.
위상마스크는 일종의 회절 광학 소자(diffractive optical element)로서, 그레이팅 형성용 UV 빛을 통과시켜 공간에 따른 위상차를 유도하여 UV 빛의 간섭무늬를 광섬유 코어 내에 형성시키도록 한 마스크이다. 위상마스크는 마스크내의 골의 깊이를 조절함으로써 위상마스크에 수직으로 인가된 UV 빛의 0차 회절을 수 %이내로 하고, 1차 회절하는 빛의 세기를 30%이상 되도록 하여 이러한 빛을 이용하여 광섬유의 코어에서 간섭을 일으킨다.
위상마스크를 제작하는 방법에는 홀로그래픽 방법과 electron-beam lithography(e-beam lithography)를 이용하는 방법이 있다. 본 연구에서는 영국측에서 e-beam lithography법을 이용하여 위상마스크를 제작하였으며 그 제작과정은 다음과 같다. 먼저 UV용 실리카 유리위에 Cr박막을 도포하고 그 위에 UV용 photoresist 물질을 도포한다. 그 후 집속된 전자 빔을 조사하여 위상마스크 패턴을 형성하며, 한 공정이 끝난후 실리카 유리를 장착한 translator를 움직여 또다른 패턴을 형성한다. 이와 같은 방법으로 서로 연결된 패턴으로 제작함으로서 긴 길이의 위상마스크를 제작할 수 있다. e-beam lithography를 이용하는 방법은 홀로그래픽 방법과 비교할 때, 복잡한 패턴을 가지는 마스크 구조를 만들 수 있고, 이러한 패턴으로 위상 천이 광섬유 그레이팅나 모아레 그레이팅등을 만들어 낼 수 있는 장점이 있으며 대량 생산도 가능하다.
e-beam lithography가 끝난 후 UV용 photoresist를 선택적으로 제거하며, RIE 에칭과정을 통해 UV용 실리카 유리를 248㎚의 반파장 정도로 애칭한 후, 남아있는 Cr박막을 제거하면 위상마스크의 제작이 완료된다.
본 연구에서는 공동 연구 기관인 영국 Glasgow 대학측에서 e-beam lithography 장비를 이용하여 광섬유 그레이팅 제작용 위상마스크를 제작하였으며, 제작된 위상마스크는 직경 120㎜, 두께 2㎜인 UV용 실리카 유리 기판 위에 주기가 1060㎚이고, 총길이 50㎜ 와 100㎜인 두가지 패턴이 형성되어있다. 제작된 위상마스크의 특성을 아르곤 이온 레이저를 이용하여 측정한 결과 측정된 0차 회절은 3% 이하로서 우수하게 나타났다.
3. 광섬유 그레이팅 제작
본 연구에서는 펄스레이저인 248㎚ 엑시머 레이저와 제작된 위상마스크를 이용하여 광섬유 그레이팅을 제작하였다. 엑시머 레이저의 빔을 실린더형 렌즈를 이용하여 집속하여 위상마스크를 투과시켰고, 위상마스크에 의하여 회절된 빛살이 서로 간섭을 일으켜 그 뒤에 설치된 광민감성 광섬유의 코어에 광유도 그레이팅을 형성시켰다. 실험에 사용한 광섬유는 수소처리한 일반 통신용 광섬유와 광섬유 그레이팅용 광민감성 광섬유 두 가지를 사용하였으며 수소처리한 광섬유의 경우 100℃, 100 기압의 수소에서 48 시간 처리한 후 사용하였다. 광섬유 그레이팅소자를 제조하는 동안 Erbium Dopped Fiber Amplifier(EDFA) 광원과 optical spectrum analyzer를 이용하여 광투과 특성을 계속 관측하여 광섬유 그레이팅소 광섬유 그레이팅의 파장분할 다중화 통신 응용
본 연구에서는 파장분할 다중화 통신에서 원하는 파장대역을 조절 할 수 있는 필터로서 경사진 chirped 광섬유 그레이팅을 이용한 대역폭 조절 필터와 영역이 분할된 chirped 광섬유 그레이팅을 이용한 투과형 채널선택 필터를 제작하였다.
첫째, 경사진 chirped 광섬유 그레이팅을 이용한 대역폭 조절 필터는 그레이팅의 주기가 선형적으로 증가하는 chirped 광섬유 그레이팅을 경사지게 제작하여 사용하였다. 그레이팅이 경사질 경우 클래딩과 결합하여 사라지는 모드에 의해 일정 대역폭이 깎이는 현상을 이용하여 경사진 chirped 광섬유 그레이팅의 일정부분을 인장해 대역폭을 가변할 수 있도록 하였으며, 이 때 가변할 수 있는 대역폭은 2㎚정도였다. 본 실험에 사용한 경사진 chirped 광섬유 그레이팅은 수소처리한 step-index 단일모드 광섬유에 위상마스크를 이용하여 제작하였고, 총길이는 5㎝이며 경사각도는 약 1°이고 그레이팅의 광 반사도는 99.7%이다. 실험에 사용된 광섬유에서 고스트 모드 성분은 코어모드의 반사파장보다 대략 1.6㎚ 단파장에서 형성되었다. Chirped 광섬유 그레이팅이 경사질 경우 각 파장성분의 주 모드와 고스트 모드가 중첩이 되어 나타나고 광이 입사한 방향에 따라 장파장과 단파장의 시간 지연이 반대가 되기 때문에 광섬유 그레이팅 양 방향에 대하여 다른 대역폭을 가진 스펙트럼이 관측된다. 제작된 광섬유 그레이팅을 압전소자에 연결하여 인가된 전압에 따른 대역폭의 변화를 얻었다. 이 때 파장 변화량은 0.27㎚/10V였으며 1.6㎚에서 3.6㎚ 까지 연속적으로 변화시킬 수 있다. 본 실험에서 제안된 가변형 대역통과필터는 통과대역의 스펙트럼 자체가 근사적인 사각형 모양을 가지므로 서로 0.8㎚간격씩 떨어져 있는 채널의 광신호를 효율적으로 선택할 수 있다. 필터의 성능을 측정하기 위해 5채널의 광원을 이용하였다. 이 때 사용된 파장은 각각 1553.79㎚, 1554.60㎚, 1555.41㎚, 1556.21㎚, 1557.01㎚ 였으며, 측정된 인접채널간 누화성분은 25 ㏈이상 억제되었고, 대역폭 2.7㎚까지는 0.5 ㏈이하의 대역 평탄화를 보였다.
둘째, 영역이 분할된 chirped 광섬유 그레이팅을 이용한 투과형 채널선택 필터는 chirped 광섬유 그레이팅 제작시 그레이팅을 일부 영역에만 제작하여 하나의 반사대역내 여러 투과영역을 분할하고 각각의 채널을 독립적으로 스위칭 하도록 하였다. 제안된 필터구조에 사용된 광섬유 그레이팅은 일반 통신용 광섬유에 위상마스크를 사용하여 제작되었는데 3.2㎚의 반사대역 내에 통과대역을 만들기 위하여 마스크 앞단에 엑시머 레이저의 빔을 특정한 위치에서 막아주기 위한 슬릿을 사용하였다. 슬릿을 두는 위치에 따라 전체 반사대역 내에 한 개부터 네 개까지의 반사 피크 (peak)를 만들 수 있었고, 위치의 정밀한 조작으로 원하는 반사 파장도 또한 얻어낼 수 있었다. 결국 단주기 그레이팅이 여러개 배열 (array) 되어 있는 것과 같은 스펙트럼을 얻어 낼 수 있는데 특정 파장을 얻어내기 위해 정확한 파장의 마스크를 사용해야 하는 단주기에 비해 재생산성이 좋고 간격도 임의로 조절가능하므로 DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)에 사용하기 용이하다. 본 실험에 사용된 광섬유 그레이팅은 3개의 피크가 5㎝ 길이의 chirped 광섬유 그레이팅의 내부에 1㎝ 간격으로 형성되어있으며, 그 형성위치는 0.7-1.2㎝, 2.2-2.7㎝, 그리고 3.7-4.2㎝의 위치에서만 0.5㎝길이의 그레이팅을 생성시키도록 하였다. 또한, 4개의 피크를 갖는 chirped 광섬유 그레이팅은 0.3-0.6㎝, 1.7-2㎝, 3-3.4㎝ 그리고 4.4-4.7㎝의 위치에서만 0.3-0.4㎝길이의 그레이팅을 형성하였다. 이렇게 제작된 영역이 분리된 chirped 광섬유 그레이팅을 바탕으로 각 파장의 채널을 독립적으로 스위칭하기 위해서는 그레이팅이 생성된 세, 네 부분에 각각의 위치별로 압전소자를 고정시켜 제어 신호를 조절함으로써 부분 튜닝을 수행하였다. 이러한 방식으로 세, 네 피크의 반사 대역을 독자적으로 조절하게 되면 입력된 신호 중에서 원하는 파장의 신호를 투과 혹은 반사시켜 선택적으로 출력단에서 신호를 수신할 수 있다. 제안된 필터는 4개 채널의 광원들의 파장이 각각 1551.4㎚, 1552.2㎚, 1553㎚, 1553.8㎚로 0.8㎚간격일 때, 채널 선택 실험결과 채널간 누화는 -20㏈이하로 측정되었으며, 이 때 압전소자의 스위칭 시간은 1㎳ 이하였다.
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
1. 광섬유 그레이팅의 설계
본 연구에서 제안된 결합 모드 이론을 이용하여 균일(uniform) 광섬유 그레이팅, 경사진(tilted) 광섬유 그레이팅, chirped 광섬유 그레이팅. 그리고 위상천이(phase-shift) 광섬유 그레이팅뿐만 아니라 장주기 광섬유 그레이팅등을 설계할 수 있다. 본 연구를 통하여 설계된 광섬유 그레이팅과 제작된 광섬유 그레이팅의 광 투과 스펙트럼과 반사 스펙트럼을 비교 검토한 결과 매우 유사함을 알 수 있었고, 결론적으로 결합 모드 이론을 광섬유 그레이팅의 설계분야에 활용할 수 있음을 알 수 있었다.
2. 위상마스크의 제작
본 연구의 공동 연구 수행 기관인 영국측의 위상마스크 제조 기술은 실험결과 충분히 좋은 광섬유 그레이팅을 제작할 수 있는 수준임을 확인하였다. 그러므로 이러한 기술을 조속한 시일내에 습득함으로써 국내 위상마스크 제작 기반 기술을 확립할 수 있도록 하여야 하겠다.
3. 광섬유 그레이팅 제작 및 응용 기술
본 연구에서는 펄스레이저인 248㎚ 엑시머 레이저와 제작된 위상마스크를 이용하여 광섬유 그레이팅을 제작하였다. 제작된 광섬유 그레이팅은 낮은 삽입손실, 편광에 무관한 특성, 작은 크기, 높은 파장 선택성 및 가변성을 지니고 있으며, 특히 광섬유 코어 내에 그레이팅을 형성시키므로 통신용 광섬유와의 연결 특성이 뛰어나 파장분할 다중 광통신 시스템에서 경제적이고 우수한 성능을 가지는 파장 분기/결합 장치나 광 크로스커넥트, 파장 선택형 필터, chirped 광섬유 그레이팅을 이용한 분산 보상 소자 등으로 응용될 수 있으며, 또한 그레이팅 센서 부분에도 많이 응용될 예정이다.

Abstract ▼

Ⅰ. Title
The development of Fiber Bragg Grating technology
Ⅱ. Research Objectives
At present, the researches on the optical WDM(Wavelength Division Multiplexing) communication are performed actively in the United States, Great Britain and Japan. The basic conception of the WDM communicat

Ⅰ. Title
The development of Fiber Bragg Grating technology
Ⅱ. Research Objectives
At present, the researches on the optical WDM(Wavelength Division Multiplexing) communication are performed actively in the United States, Great Britain and Japan. The basic conception of the WDM communication is to transmit multi-wavelength signals in a single fiber, and demultiplex them by signal processing technology. A fiber Bragg grating(FBG) has many good characteristics as a WDM communication component, and it can be applied to real optical communication systems with very high possibility. The subjects of this research are as follows : 1) we designed and analyzed FBG's, 2) we made a phase mask by collaborating with Glasgow University, our mutual international co-laboration 3) we used manufactured phase mask to fabricate FBG's, and 4) we developed a optical component which can be applied to WDM communication system using FBG's.
Ⅲ. Contents and scope of research and development
1. Analysis and design of fiber Bragg grating
Techniques of fiber Bragg grating analysis and design are necessary to fabricate a specific fiber Bragg grating. In this work, we theoretically analyzed and designed a short period grating by using the coupled mode theory.
2. Fabrication of a phase mask
There are several methods in fabrication of fiber Bragg grating. Among these methods, the phase mask method is the simpler technique than other methods. Using this technique, we are able to imprint high quality fiber Bragg gratings. In this work, the phase mask was fabricated by utilizing an e-beam lithography method in Glasgow University, which has mutual international collaboration with us. By using this phase mask, we fabricated fiber Bragg grating using a 248㎚ coherent ultraviolet KrF excimer pulse laser.
3. Fabrication of fiber Bragg gratings
Fiber Bragg gratings provide us with superior characteristics to the conventional devices, such as low insert loss, independent polarization, compactness, high wavelength selectivity and tunability. Because they can be directly written into the fiber core, in-fiber gratings are outstanding devices in WDM optical fiber communication systems. In this work, we fabricated fiber Bragg gratings for WDM optical communication systems using the phase mask, which was fabricated by Glasgow University, and excimer pulse laser. Also, the new experimental set-up was established for efficient fiber Bragg grating fabrications.
4. Application of fiber Bragg grating for WDM
There are several developments in this work for WDM application of fiber Bragg gratings. Firstly, we developed bandwidth controllable filter by using a tilted chirped fiber grating as the passive device. Also, we developed that a transmission filter with the segmented chirped fiber Bragg grating that can select any wavelength channel of an input WDM signal by independent channel-switching. Therefore, these devices can be utilized as important devices for practical WDM optical communication systems.
Ⅳ. Research Results
1. Fiber Bragg grating analysis and design
Many techniques have been proposed for fiber Bragg grating analysis and design. Among these techniques, we analyzed and designed fiber Bragg gratings which have any other index profiles using the coupled mode theory. We solved Maxwell's equations and analyzed the equations by using the coupled mode theory. Analyzed equations can be applied to uniform, nonuniform, tilted, chirped, and phase-shifted fiber Bragg grating. There is high requirement to analyze structures of fiber Bragg gratings by using the coupled mode theory. Also, Lattice filter model is analyzed by using backward reflection coupled mode in fiber Bragg gratings. In this work, We researched structures and properties of the fiber Bragg gratings by using the coupled mode theory.
2. Fabrication of a phase mask
There are two methods in fabrication of fiber Bragg gratings. Firstly, there is interferometric fabrication technique, which is external writing approach for inscribing Bragg gratings in photosensitive fibers. An interferometer splits the incoming UV light into two beams, and subsequently recombines splitted two beams to form an interference pattern of side-exposed a photosensitive fiber, inducing a permanent refractive index modulation in the core. Secondly, a phase mask, Diffractive Optical Element (DOE), when illuminated by incident light uses the beam splitting properties of a phase grating to divide the incident light into the various diffraction orders. Phase mask used to generate the pattern of the interferometric structure. and used for inscribing Bragg grating in optical fibers. In this work, we fabricated fiber Bragg gratings by using the latter method. Fiber Bragg gratings that are fabricated by using phase mask method has superior properties compared to others. The phase mask method is simpler than other method, and massively produced. The phase mask itself is a grating that generates the pattern of the structure formed by reactive ion etching (RIE). The amplitude of the surface relief grating is chosen so that when the UV beam is normally incident on the phase mask, the zero order diffracted beam is suppressed to less than 3% of the transmitted power and the diffracted plus and minus first orders are maximized to each contain more than 35% of the transmitted power, while the rest is lost to reflection from the substrate surfaces and diffraction into higher orders.
There are a holographic method and an electron-beam lithography method in the fabrication of phase mask. Phase mask used in this study is fabricated by an electron-beam lithography method in Glasgow University. The fabrication process of the phase mask is the same as follows: At first, a Cr thin film is placed on the silica wafer for UV beam, and the photoresist material for UV beam is plasced on that. After this process, a phase mask pattern is delineated during the e-beam exposure. Another pattern on phase mask is formed by moving the translator, which has a silica wafer on it. As the mutually-connected pattern is fabricated by the same method, long phase mask can be made. As compared with a holographic method, the e-beam lithography has a profit that e-beam lithography can produce massively and make a complex mask pattern for phase-shifted fiber Bragg grating, moire grating and so on. After the e-beam lithography process, the photoresist material is removed selectively. During a RIE etching, the etching depth of silica wafer for UV beam is achieved at the proper depth for use at an UV wavelength of 248㎚. By removing the remained Cr thin film, a phase mask is made.
The phase mask of this research for the fabrication of fiber Bragg grating is made with the e-beam lithography machine of Glasgow university, co-research organ. the patterns of two produced phase mask are 50㎜ and 100㎜-length, 1060㎚-period on the silica wafer for UV beam with 120㎜-length and 2㎜-thickness. At the property of phase mask measured with a Ar-ion laser, 0th-order diffraction is below 3%.
3. Fabrication of fiber Bragg grating
In this research, fiber Bragg grating is made with the manufactured phase mask and a 248-㎚ excimer laser, which is a pulse laser. A pattern of phase mask is transmitted by focusing the beam of excimer laser with cylindrical lense, and is diffracted by it. The diffracted beam by a phase mask makes the interference pattern that organizes gratings in the core of a photosensitive fiber.
Hydrogen-loaded optical fibers and photosensitive fibers for the fiber Bragg gratings are used. The first one are soaked in hydrogen gas at temperature of 100℃ and pressure of 100 atm for 48 hours. During the organization of fiber Bragg grating, the transmissive property of that is observed with an optical sources and an optical spectrum analyzer
4. Application of fiber Bragg grating on Wavelengh Divison Multiplexers
The bandwidth controllable filter by using a tilted-chirped fiber Bragg grating as a passive device, and the transmission filter by using a segmented chirped fiber Bragg grating as an optical channel-switch device are proposed and experimentally demonstrated.
At first, a bandwidth controllable filter uses the tilted chirped fiber Bragg grating that is made to incline the standard chirped fiber grating. The tilted chirped fiber grating used at this experiment is produced with a hydrogen-loaded, step-index single mode fiber, and phase mask. Its characteristics of are 5㎝-length, 1°-tilted angle and the 99.7%-reflectivity. The characteristic of a tilted chirped fiber grating is that the short wavelength band of a chirped grating is disappeared in case that a source is inserted to the long wavelength part of a chirped grating by radiating cladding modes. In case of an experimental fiber, the wavelength of ghost mode is 1.6㎚ shorter than the Bragg wavelength of core mode. By using this characteristic, the bandwidth of the filter is controlled by stretching the short wavelength part of the tilted chirped grating. The tuning range of the filter is about 2㎚. The characteristic of stretcher driven by a piezo-electric device is 0.27㎚/10V.
Because this experiment is approximately square shape, a bandwidth controllable filter successfully selects the 0.8㎚-separated optical communication signal. For the performance measurement of this filter, 5-channel optical source is utilized. The wavelength of optical source are 1553.79㎚, 1554.60㎚, 1555.41㎚, 1556.21㎚, and 1557.01㎚. The crosstalk component between adjacent channels is suppressed under 25㏈ and the bandwidth flattening below 0.5㏈ is obtained under the band width of 2.7㎚. At second, optical channel-switching transmission filter uses a segmented chirped fiber Bragg grating made at a partial area. So, a channel-switching filter has a multi-transmission region at whole bandwidth of chirped fiber grating. Also, each channel of that is switched independently. The fiber grating used at proposed filter is made with a phase mask to a standard optical communication fiber. Slots for protecting an excimer laser beam is used to make the transmission regions in the 3.2㎚-bandwidth of the whole reflection. The number of reflection peaks from one to four are turned out in whole reflection region as the position of slots and the proper reflectivity of peaks are acquired to put the slots on a phase mask delicately. The spectrum of a segmented chirped fiber grating is the same as the collected spectrum of short-period fiber Bragg gratings. Since a segmented chirped fiber grating is produced easily and apt to control the interval of the transmission regions optionally as compared with general fiber gratings by using the exact phase mask, this is suitable to Dense Wavelength Division Multiplexing(DWDM). the experimental fiber grating has three peaks at intervals of 1-㎝ in the 5㎝-length chirped fiber grating. The length of peaks is about 0.3-0.4㎝ and the positions of peaks are 0.3-0.6㎝, 1.7-2㎝, 3-3.4㎝ and 4.4-4.7㎝. This is a transmission filter with the segmented chirped fiber Bragg grating which can select any wavelength channel of an input WDM signal by independent channel-switching. It can perform the channel selection by controlling the three or four piezoelectric transducers attached to segmented chirped fiber Bragg grating. It can tune any channel of input signals independently while channel switching does not affect other channels. The proposed filter is a fiber Bragg grating based WDM component. The insertion loss is very small and has little polarization dependence. The channel separation is very accurate and the channel crosstalk is < 20㏈ at the output port. Switching time of PZT is less than 1㎳.
Ⅴ. Application of research results
1. Design of fiber gratings
We could design several kinds of fiber gratings, i.e. a uniform grating, a nonuniform grating, a tilted grating, a chirped grating, a phase-shifted grating, and a grating which has an arbitrary index profile proposed lattice filter model. Transmission and reflection spectrum obtained from our lattice model were compared to measured spectrum of fabricated gratings and have shown great similarities. We could see that our lattice model could be applied to design the fiber gratings.
2. Fabrication of a phase mask
We could make a phase mask by collaborating with Glasgow university, and obtained desired results. It is required for further researches to develop fabrication technology of a phase mask.
3. Fabrication and application of fiber Bragg gratings
In this work, we fabricated fiber Bragg gratings with the phase mask and the ultraviolet 248 nm pulse laser. Fiber Bragg gratings provide us with superior characteristics to the conventional devices, such as low insert loss, independent polarization, compactness, high wavelength selectivity, and tunability. Because they can be directly written onto the fiber core, in-fiber gratings are outstanding devices in WDM optical fiber communication systems. Therefore, fiber Bragg gratings will be used at ADM(Add Drop Multiplexing), OXC(Optical Cross Connector), wavelength selective filter, dispersion compensation device by using chirped fiber gratings and fiber grating sensor.

목차 Contents

• 제1장 서론
  제 2 장 국내외 기술개발 현황
  제3장 연구개발 수행내용 및 결과
  제1절 결합모드이론을 이용한 광섬유 격자 해석 및 설계
  1. 파의 진행 방정식
  2.도파로 모드
  3. 결합 모드 이론
  4. 주기적인 굴절률 변조
  6. 모드 간 결합
  7. 단주기 광섬유 격자 해석
  제2절 위상마스크 제작
  제3절 광섬유 격자 제작
  제4절 광섬유 격자의 파장분할 다중화 통신시스템 응용
  1. 경사진 chirp 광섬유 격자를 이용한 대역폭 조절 필터
  2. 영역이 분리된 chirped 광섬유 격자를 이용한 광 투과 필터
  제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도
  1. 결합 모드 이론