KR100766478B1 - Real-time SOP finding apparatus - Google Patents

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Abstract

실시간으로 편광상태(SOP)를 검출할 수 있는 장치에 대해 개시한다. 본 발명의 장치는, 수신광신호와 SOP를 이미 알고 있는 기준광신호를 중첩시킨 후 이를 수평 선형편광과 수직 선형편광으로 분리하고, 중첩에 의해 발생한 비트신호를 시간 영역에서 측정함으로써 편광 측정이 실시간으로 이루어지도록 한 것이다. 또한, 본 발명의 장치는, 벡터의 내적 및 외적 특성을 활용하여 매우 간단하게 SOP 측정의 오차를 보정할 수 있게 해준다. 따라서, 본 발명에 따르면, SOP의 측정에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.Disclosed is a device capable of detecting a polarization state (SOP) in real time. The apparatus of the present invention superimposes a received light signal and a reference light signal which already knows the SOP, and then separates the received light signal into horizontal linear polarization and vertical linear polarization, and measures the bit signal generated by the superposition in the time domain. It is to be done. In addition, the device of the present invention makes it possible to very simply correct the error of the SOP measurement by utilizing the internal and external properties of the vector. Therefore, according to the present invention, the time required for measuring the SOP can be significantly shortened.

실시간, 편광상태, 수직편광, 수평편광, 비트신호, 오차보정, 복굴절 Real time, polarization state, vertical polarization, horizontal polarization, bit signal, error correction, birefringence

Description

실시간 편광상태 검출장치 {Real-time SOP finding apparatus}Real-time SOP finding apparatus

도 1은 리타던스(retardance)를 통한 광신호의 편광상태(SOP : State Of Polarization)의 변환을 설명하기 위한 도면;1 is a view for explaining the conversion of the state of polarization (SOP) of the optical signal through the retardance (retardance);

도 2는 본 발명의 실시간 편광상태 검출장치의 원리를 설명하기 위한 도면;2 is a view for explaining the principle of the real-time polarization state detection apparatus of the present invention;

도 3a 및 도 3b는 회전하는 선형편광기를 통해 여러 가지 선형편광이 리타더에 입력될 때 선형편광기의 회전각도에 따른 출력 SOP의 궤적을 뿌앵캬레 구의 적도선상에 나타낸 도면;3A and 3B show the trajectory of the output SOP according to the rotation angle of the linear polarizer on the equator line of the Poincaré sphere when various linear polarizations are input to the retarder through the rotating linear polarizer;

도 4는 본 발명의 실시간 편광상태 검출장치에서의 오차보정을 검증하기 위해 도 2의 검출장치를 등가 모델링한 것을 나타낸 도면;4 is an equivalent model of the detection device of FIG. 2 for verifying error correction in the real-time polarization state detection device of the present invention; FIG.

도 5는 본 발명의 장치에서의 SOP 측정에 대한 오차보정의 검증을 나타낸 그래프;5 is a graph showing verification of error correction for SOP measurement in the apparatus of the present invention;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 편광상태 검출장치의 구성도;6 is a block diagram of a real-time polarization state detection apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 편광상태 검출장치를 이용한 편광상태 검출시에 주파수 영역에서 측정한 비트 주파수를 나타낸 그래프;7 is a graph showing the bit frequency measured in the frequency domain at the time of polarization state detection using a real-time polarization state detection apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 편광상태 검출장치를 이용한 편광상태 검출시에 시간 영역에서 측정한 비트신호를 나타낸 그래프; 및8 is a graph showing a bit signal measured in the time domain at the time of polarization state detection using a real-time polarization state detection apparatus according to an embodiment of the present invention; And

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 편광상태 검출장치를 이용하여 편광상태를 검출한 결과를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing a result of detecting a polarization state using a real-time polarization state detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

참고문헌 1: Hiroki Ooi, Yuichi Akiyama, and George Ishikawa,“Automatic Polarization-mode Dispersion compensation in 40-Gbit/s Transmission,”Optical Fiber Communication Conference 1999. Technical Digest of OFC’99, Vol. 2, pp. 86-88, 1999.Reference 1: Hiroki Ooi, Yuichi Akiyama, and George Ishikawa, “Automatic Polarization-mode Dispersion compensation in 40-Gbit / s Transmission,” Optical Fiber Communication Conference 1999. Technical Digest of OFC'99, Vol. 2, pp. 86-88, 1999.

참고문헌 2: S. Shin, I. Yeo, H. Song, J. Park, Y. Park, B. Jo,“Real-time Endless Polarization Tracking and Control system for PMD Compensation,”Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, 2001. OFC 2001, Vol. 2, pp. TuP7-1-TuP7-3, 2001.Reference 2: S. Shin, I. Yeo, H. Song, J. Park, Y. Park, B. Jo, “Real-time Endless Polarization Tracking and Control system for PMD Compensation,” Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, 2001. OFC 2001, Vol. 2, pp. TuP7-1-TuP7-3, 2001.

참고문헌 3: S. Betti, G. DeMarchis, and E. Iannone,“Coherent Optical Communications Systems,”John Wiley & Sons, Inc., 1995.Reference 3: S. Betti, G. DeMarchis, and E. Iannone, “Coherent Optical Communications Systems,” John Wiley & Sons, Inc., 1995.

참고문헌 4: Hongsuk Song, Hyunsoo Jung, and Seoyong Shin,“Simple and Fast SOP Tracking Algorithm Employing Three-Point Measurement Technique,”International Symposium on Contemporary Photonics Technology 2002. Technical Digest of CPT2002, F2, pp. 125-126, 2002.Reference 4: Hongsuk Song, Hyunsoo Jung, and Seoyong Shin, “Simple and Fast SOP Tracking Algorithm Employing Three-Point Measurement Technique,” International Symposium on Contemporary Photonics Technology 2002. Technical Digest of CPT2002, F2, pp. 125-126, 2002.

참고문헌 5: 송홍석, 정현수, 신서용,“편광모드분산 보상을 위한 세 점 측정방식의 편광상태 추적 알고리즘”, 한국통신학회논문지, 제 27권(2B), pp. 177-183, 2002.Ref. 5: Hong-Seok Song, Hyun-Soo Jung, Shin-Yong Shin, “Three-Point Polarization State Tracking Algorithm for Polarization Mode Dispersion Compensation,” Journal of the Korean Institute of Communication Sciences, Vol. 27 (2B), pp. 177-183, 2002.

본 발명은 편광상태 검출장치에 관한 것으로, 특히 귀환루프의 적용 없이 실시간으로 편광상태를 검출할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for detecting a polarization state, and more particularly, to an apparatus capable of detecting a polarization state in real time without applying a feedback loop.

광신호의 편광상태(SOP : State Of Polarization) 측정은 광부품의 특성 평가나 광통신 시스템의 성능 향상에 있어서 중요한 요인 중의 하나이다. 한 예로서, 수신광신호의 SOP를 적절히 변화시켜 편광유지광섬유(PMF : Polarization Maintaining Fiber)를 통과하도록 함으로써 편광모드분산(PMD : Polarization Mode Dispersion)을 보상하는 방법에 있어서는, 먼저 수신광신호의 SOP를 알아낼 필요가 있다. 이 경우에, 수신광신호의 SOP 측정장치는 두 가지 사항을 만족하여야 한다. 첫째, 보다 빠르게 SOP를 찾아낼 수 있어야 한다. 이는, 온도변화나 진동과 같은 광섬유 전송선로 주변환경의 변화로 인해 수신광신호의 SOP가 수시로 변할 수 있는데, SOP 변화에 대한 적응성이 떨어지면 PMD 보상장치의 성능이 악화되기 때문이다. 둘째, 정확한 측정이 가능해야 한다. SOP 측정의 오차(error)는 주로 측정장치에 의한 SOP의 변환에 의한 것이다. 측정장치 내부에서의 SOP 변환은 장치를 구성하는 편광의존성 광학소자에 의해 발생한다. 부정확한 SOP 측정으로 인해 PMF에 입사하는 SOP가 적합한 상태가 아니면 PMD 보상이 이루어지지 않는 경우가 있을 수 있다.The measurement of the state of polarization (SOP) of the optical signal is one of the important factors in the evaluation of the characteristics of the optical component and the performance of the optical communication system. As an example, in the method of compensating Polarization Mode Dispersion (PMD) by appropriately changing the SOP of the received optical signal and passing it through the Polarization Maintaining Fiber (PMF), the SOP of the received optical signal is first used. I need to find out. In this case, the SOP measuring device of the received light signal must satisfy two points. First, we need to be able to find SOPs faster. This is because the SOP of the received optical signal may change from time to time due to changes in the surrounding environment of the optical fiber transmission line such as temperature change or vibration, because the performance of the PMD compensator deteriorates when the adaptability to the change in the SOP is poor. Second, accurate measurements must be possible. The error of the SOP measurement is mainly due to the conversion of the SOP by the measuring device. SOP conversion inside the measuring device is generated by the polarization dependent optical elements constituting the device. Due to inaccurate SOP measurement, there may be cases where PMD compensation is not made unless the SOP entering the PMF is in a proper state.

한편, PMF를 이용한 PMD 보상 방법 중, PMF 앞 단에서 1/4 파장판(QWP; Quarter Wave Plate)와 1/2 파장판(HWP; Half Wave Plate)를 모든 각도로 돌려가면서 PMF를 통해 출력되는 바를 모니터링 맵(monitoring map)으로 작성하고, 이를 참조하여 다시 QWP와 HWP의 각도를 조정하여 SOP를 변환하는 방법이 있다 (참고문헌 1). 이러한 방법은 장치 내부 요인으로 인한 SOP 변환까지도 모니터링 맵에 반영되어 오차를 보정하는 별도의 과정이 필요 없으나, 모니터링 맵을 작성하는데 소요되는 시간으로 인해 수신광신호의 SOP 변화에 대한 적응성이 떨어지는 문제점을 가진다.Meanwhile, in the PMD compensation method using PMF, the quarter wave plate (QWP) and the half wave plate (HWP) are rotated at all angles at the front end of the PMF and output through the PMF. There is a way to convert the SOP by creating the bar as a monitoring map and then referencing it to adjust the angle of QWP and HWP again (Ref. 1). This method does not require any additional process of correcting the error because the SOP conversion due to internal factors of the device is reflected in the monitoring map, but the adaptability to the SOP change of the received light signal is poor due to the time required to prepare the monitoring map. Have

이에 대해, PMD 보상장치 전단에서 SOP를 추적하여 제어하는 방법은 보다 빠른 SOP 측정으로 수신광신호의 SOP 변화에 대한 적응성을 향상시켰다 (참고문헌 2). 여기에서는, 국부발진신호(기준광신호)를 수신광신호에 중첩시키는 코히어런트 검파 방식을 적용하였다 (참고문헌 3). 기준광신호와 수신광신호 간의 주파수 차이에 의해 비트신호(beat-signal)가 발생하고, 비트신호는 두 광파의 SOP에 따라 파워(power)가 달라진다. 두 광신호의 SOP가 일치할 때 비트신호의 파워는 최대가 된다. 이를 이용하여, 비트신호를 주파수 영역에서 측정하면서 그 파워가 최대가 될 때까지 기준광신호의 SOP를 변화시킴으로써 수신광신호의 SOP를 찾는다. 이때, 비트신호의 측정과 기준광신호의 SOP 변환 사이에 존재하는 귀환(feedback)의 횟수가 적을수록 SOP 추적이 빨라지며, 이를 위해 단 3번의 비트신호의 측정만으로 수신광신호의 SOP를 알아낼 수 있는 알고리즘이 소개된 바 있다 (참고문헌 4, 5). 그런 데, 이 방법에서는 SOP 측정 장치에 귀환 루프가 있어서, 여러 번의 귀환을 수행할 때마다 빛(기준광)의 SOP를 바꿔주는 장치를 거쳐야 하며 이로 인해 시간 지연이 발생한다. 이러한 시간 지연은 최소한 수십 msec에서 경우에 따라서는 수 sec에 이르렀다. 결국, 이 방법에서는 근본적으로 귀환 구조를 사용하므로 신속하게 실시간으로 SOP 측정하기 어렵다는 문제점을 갖는다.On the other hand, the method of tracking and controlling the SOP in front of the PMD compensator improves the adaptability to the SOP change of the received optical signal by the faster SOP measurement (Ref. 2). Here, a coherent detection method in which a local oscillation signal (reference light signal) is superimposed on the received light signal is applied (Ref. 3). A beat signal is generated by a frequency difference between the reference light signal and the received light signal, and the power of the bit signal varies depending on the SOPs of the two light waves. When the SOPs of the two optical signals coincide, the power of the bit signal is maximized. Using this, the SOP of the received optical signal is found by changing the SOP of the reference optical signal until the power is maximized while measuring the bit signal in the frequency domain. At this time, the smaller the number of feedbacks between the measurement of the bit signal and the SOP conversion of the reference optical signal, the faster the SOP tracking. For this purpose, the SOP of the received optical signal can be determined by measuring only three bit signals. Algorithms have been introduced (Refs. 4 and 5). However, in this method, the SOP measuring device has a feedback loop, which requires a device to change the SOP of light (reference light) every time a plurality of feedbacks are performed, which causes a time delay. This time delay ranged from at least tens of msec to several sec in some cases. As a result, this method has a problem in that it is difficult to measure SOPs in real time because it uses a feedback structure.

한편, SOP 측정장치를 구성하는 광소자가 광섬유로 피그테일(pig-tailed)되어 있다면, 광섬유의 편광의존성으로 인해 측정오차가 발생한다. 즉, 단일모드 광섬유(SMF: Single-Mode Fiber)로 입력되는 SOP와 출력되는 SOP 사이에 큰 차이가 발생할 수 있다. SMF가 1m 이하의 짧은 길이라 할지라도 SOP 변화는 피할 수 없다. 이는 광섬유가 가지는 복굴절(Birefringence)에 의해 광신호가 리타던스(retardance)를 겪기 때문이다.On the other hand, if the optical element constituting the SOP measuring apparatus is pigtailed (pig-tailed) with the optical fiber, measurement error occurs due to the polarization dependence of the optical fiber. That is, a large difference may occur between an SOP inputted to a single-mode fiber (SMF) and an outputted SOP. Even if the SMF is shorter than 1m, the SOP change is inevitable. This is because the optical signal undergoes retardance due to the birefringence of the optical fiber.

편광의존성이 있는 광소자는, 도 1과 같이, 복굴절 축 FA(Fast Axis)와 SA(Slow Axis)가 서로 수직인 하나의 리타더(retarder)로 간주할 수 있다. 복굴절 각도

Figure 112006001358445-pat00001
의 리타더로 입사하는 SOP의 죤스 벡터
Figure 112006001358445-pat00002
가 FA와 SA로 벡터 분리되어 복굴절 축을 따라 진행할 때, FA와 SA의 위상지연(retardation)의 상대적인 차이인 리타던스
Figure 112006001358445-pat00003
를 겪는다. 따라서, 입력 죤스 벡터는
Figure 112006001358445-pat00004
와
Figure 112006001358445-pat00005
에 의해 다음과 같이 출력 죤스 벡터
Figure 112006001358445-pat00006
로 변환된다.An optical device having polarization dependency may be regarded as a retarder in which the birefringence axis FA (Slow Axis) and the SA (Slow Axis) are perpendicular to each other as shown in FIG. 1. Birefringence angle
Figure 112006001358445-pat00001
Jones vector of SOP joining retarder
Figure 112006001358445-pat00002
Is a vector of FA and SA separated along the birefringence axis, the retardance of the relative difference in the retardation of FA and SA.
Figure 112006001358445-pat00003
Suffers. Thus, the input Jones vector is
Figure 112006001358445-pat00004
Wow
Figure 112006001358445-pat00005
Output Jones vector by
Figure 112006001358445-pat00006
Is converted to.

Figure 112006001358445-pat00007
Figure 112006001358445-pat00007

FA와 SA의 굴절률차가 10-7인 전형적인 SMF일 경우, SOP가 스톡스 벡터 [1,1,0]인 파장 1550nm의 광파가 1m 길이의 광섬유를 통과하고

Figure 112006001358445-pat00008
가 45도라고 가정하면 출력 스톡스 벡터는 [0.9190, 0, 0.3944]로 변환된다. 이러한 SOP 측정장치 내부의 편광의존성 광소자로 인한 SOP의 변화는 곧바로 심각한 측정오차를 초래한다. 이러한 측정오차를 보정하기 위한 종래의 오차보정의 원리는 다음과 같다.In a typical SMF with a refractive index difference of 10 -7 between FA and SA, an optical wave with a wavelength of 1550 nm, whose SOP is a Stokes vector [1,1,0], passes through a 1-meter optical fiber
Figure 112006001358445-pat00008
Is 45 degrees, the output Stokes vector is converted to [0.9190, 0, 0.3944]. The change in SOP due to the polarization dependent optical element inside the SOP measuring device immediately leads to a serious measurement error. Conventional error correction principle for correcting such measurement error is as follows.

일반적으로,

Figure 112006001358445-pat00009
와
Figure 112006001358445-pat00010
는 광소자 주변상황에 따라 다르다. 광섬유의 경우, 외부로부터의 압착(stress), 주변 온도, 구부러짐(곡률반경을 가지고 휘어있는 경우) 등에 따라 복굴절 특성이 모두 다르다. 특히, 리타던스는 파장에 의존하기 때문에 입력광의 파장에 따라서도
Figure 112006001358445-pat00011
의 값이 다르다. 주변상황에 따라 광소자의 복굴절 특성이 모두 다르기 때문에, SOP 측정 전에 반드시 오차보정을 해야 하며 측정 과정 중에서도 수시로 오차보정을 해줄 필요가 있다. 그러나, 편광의존성 광소자의 SOP 입, 출력 특성을 통해 오차보정을 하려할 때마다
Figure 112006001358445-pat00012
와
Figure 112006001358445-pat00013
를 알아내는 것은 매우 힘든 일이다. 즉, 광학장치의 복굴절 각도
Figure 112006001358445-pat00014
와 리타던스
Figure 112006001358445-pat00015
를 측정하여 오차보정을 행하는 종래의 방법에 비해 더욱 간편한 오차보정의 방법이 요구된다.Generally,
Figure 112006001358445-pat00009
Wow
Figure 112006001358445-pat00010
Depends on the surrounding conditions of the optical device. In the case of an optical fiber, birefringence characteristics are all different according to stress, ambient temperature, bending (when bending with a radius of curvature) from the outside. In particular, since the retardance depends on the wavelength, depending on the wavelength of the input light,
Figure 112006001358445-pat00011
Is different. Since the birefringence characteristics of the optical device are all different according to the surrounding situation, the error must be corrected before the SOP measurement, and the error must be corrected at any time during the measurement process. However, whenever an error correction is made through the SOP input and output characteristics of the polarization-dependent optical device,
Figure 112006001358445-pat00012
Wow
Figure 112006001358445-pat00013
It is very hard to figure out. That is, the birefringence angle of the optical device
Figure 112006001358445-pat00014
And retardance
Figure 112006001358445-pat00015
Compared with the conventional method of measuring the error and performing the error correction, a simpler error correction method is required.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 귀환 루프가 배제되어 기준광의 SOP를 바꾸어줄 필요가 없이 피드 포워드(Feed-Forward) 측정에 의해 SOP를 측정함으로써 측정시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 실시간 편광상태 검출장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to realize a real-time polarization which can drastically shorten the measurement time by measuring the SOP by feed-forward measurement without the need for changing the SOP of the reference light by eliminating the feedback loop. It is to provide a state detection device.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 광학장치의 복굴절 각도와 리타던스를 측정하여 SOP 측정의 오차를 보정하는 종래 방식에 비해 더욱 간편한 오차보정을 할 수 있는 실시간 편광상태 검출장치를 제공하는 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a real-time polarization state detection device that can make error correction more easily than the conventional method of measuring the birefringence angle and retardance of the optical device to correct the error of the SOP measurement. .

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시간 편광상태 검출장치는: 수신광신호와 SOP를 이미 알고 있는 기준광신호를 서로 중첩시킨 후 이를 수평 선형편광과 수직 선형편광으로 분리하고, 중첩에 의해 발생한 비트신호를 시간 영역에서 측정함으로써 편광 측정이 실시간으로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.The real-time polarization state detection apparatus of the present invention for solving the above technical problem: overlapping the received light signal and the reference light signal known to the SOP with each other and then separated into horizontal linear polarization and vertical linear polarization, The polarization measurement is performed in real time by measuring the bit signal in the time domain.

이 때, 선형편광기를 사용하여 기준광신호가 45도 선형 편광이 되는 것이 바람직하며, 수신광신호와 기준광신호가 중첩된 후 이것이 수평 선형편광과 수직 선형편광으로 분리되더라도 하나의 광검출기에 의해 그 강도가 검출되도록 하는 것도 바람직하다.In this case, it is preferable that the reference light signal is 45 degrees linearly polarized using a linear polarizer, and after the reception light signal and the reference light signal are superimposed, even if it is separated into a horizontal linear polarization and a vertical linear polarization, the intensity of a single photodetector is used. It is also desirable to allow.

또한, SOP 오차보정을 위한 소자가 본 발명의 장치에 더 구비되는 것이 더욱 바람직하다.Further, it is more preferable that an element for SOP error correction is further included in the apparatus of the present invention.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 도면에서 동일 참조번호는 동일 구성요소를 나타내며 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. In the drawings, the same reference numerals denote the same components and duplicate description thereof will be omitted.

[실시간 SOP 측정의 원리][Principle of Real-Time SOP Measurement]

도 2는 본 발명의 실시간 편광상태 검출장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 단색광이고 연속파(continuous wave)인 광파의 SOP는 진폭

Figure 112006001358445-pat00016
및 위상
Figure 112006001358445-pat00017
을 갖는 수평 선형편광(linear horizontal polarization) 성분과 진폭
Figure 112006001358445-pat00018
및 위상
Figure 112006001358445-pat00019
를 갖는 수직 선형편광(linear vertical polarization) 성분이 동일한 각주파수
Figure 112006001358445-pat00020
로 진행하는 것으로 간주할 수 있으므로 이를 수신광신호(142)로 표현하기로 한다. 한편, 기준광원(130)에서 나오는 기준광신호(132)는 진폭
Figure 112006001358445-pat00021
및 위상
Figure 112006001358445-pat00022
을 갖는 수평 선형편광 성분과 진폭
Figure 112006001358445-pat00023
및 위상
Figure 112006001358445-pat00024
를 갖는 수직 선형편광 성분이 동일한 각주파수
Figure 112006001358445-pat00025
로 진행하며 이미 알려진 SOP를 가지도록 한다. 2 is a view for explaining the principle of the real-time polarization state detection apparatus of the present invention. SOP of monochromatic light and continuous wave is amplitude
Figure 112006001358445-pat00016
And phase
Figure 112006001358445-pat00017
Linear horizontal polarization component and amplitude
Figure 112006001358445-pat00018
And phase
Figure 112006001358445-pat00019
Angular frequency with the same linear vertical polarization component
Figure 112006001358445-pat00020
It can be regarded as proceeding as will be represented by the received light signal 142. On the other hand, the reference light signal 132 from the reference light source 130 has an amplitude
Figure 112006001358445-pat00021
And phase
Figure 112006001358445-pat00022
Horizontally polarized light component and amplitude
Figure 112006001358445-pat00023
And phase
Figure 112006001358445-pat00024
Angular frequency with the same vertical linear polarization component
Figure 112006001358445-pat00025
Go ahead and have a known SOP.

도 2에서와 같이, 광분리기(140; Beam Splitter)로 수신광신호(142)가 기준광신호(132)와 같은 경로를 가지도록 하고 편광분리기(150; Polarization Beam Splitter; PBS)로 수평 선형편광성분과 수직 선형편광성분으로 나누면, 수신광신호 (142)의 수평 선형편광성분은 기준광신호(132)의 수평 선형편광성분과 중첩이 일어나고 수신광신호(142)의 수직 선형편광성분은 기준광신호(132)의 수직 선형편광성분과 중첩이 일어난다. 이러한, 수평 선형편광성분끼리의 중첩된 강도(intensity)

Figure 112006001358445-pat00026
와 수직 선형편광성분끼리의 중첩된 강도
Figure 112006001358445-pat00027
는 다음 수학식 1과 같다.As shown in FIG. 2, the light splitter 140 has a beam splitter 140 having the same path as the reference light signal 132 and a horizontal linear polarized light splitter with a polarization beam splitter 150. And the linear linear polarization component of the received light signal 142 overlaps the horizontal linear polarized light component of the reference light signal 132 and the vertical linear polarized light component of the received light signal 142 is the reference light signal 132. Overlap with the vertical linear polarization component The overlapped intensity of horizontal linearly polarized light components
Figure 112006001358445-pat00026
Superpositions of the linear and vertical linearly polarized components
Figure 112006001358445-pat00027
Is equal to the following Equation 1.

Figure 112006001358445-pat00028
Figure 112006001358445-pat00028

Figure 112006001358445-pat00029
와
Figure 112006001358445-pat00030
를 각각 RF(Radio Frequency) 광검출기(170, 172; PhotoDetector)로 검출하면, 두 광파의 주파수
Figure 112006001358445-pat00031
와
Figure 112006001358445-pat00032
의 차이
Figure 112006001358445-pat00033
로 인해 발생하는 비트신호(beat signal)인 cos항만이 검출된다.
Figure 112006001358445-pat00034
로부터의 수평성분 비트신호와
Figure 112006001358445-pat00035
로부터의 수직성분 비트신호를 따로 검출하여 오실로스코프(120)를 이용하여 시간 영역에서 동시에 관찰한다.
Figure 112006001358445-pat00029
Wow
Figure 112006001358445-pat00030
Are detected by RF (photodiode) (RF) photodetectors 170 and 172, respectively, the frequencies of the two light waves.
Figure 112006001358445-pat00031
Wow
Figure 112006001358445-pat00032
Difference
Figure 112006001358445-pat00033
Only the cos term, which is a beat signal, generated by
Figure 112006001358445-pat00034
The horizontal component bit signal from
Figure 112006001358445-pat00035
The vertical component bit signals from are separately detected and simultaneously observed in the time domain using the oscilloscope 120.

여기서, 두 비트신호는 동일한 주파수

Figure 112006001358445-pat00036
를 가지지만, 두 비트신호의 진폭 비율과 위상차는 수신광신호(142)와 기준광신호(132)의 SOP에 따라 다르다. 기준광신호(132)의 SOP를 알고 있다면, 기준광신호(132)의 수평 선형편광성분과 수직 선형편광성분 간의 진폭 비율
Figure 112006001358445-pat00037
과 위상차
Figure 112006001358445-pat00038
을 알 수 있다. 광검출기(170, 172)로 광/전 변환한 뒤, 오실로스코프(120)로 측정하여 얻어지는 수평성분 비트신호의 측정 진폭
Figure 112006001358445-pat00039
와 수직성분 비트신호의 측정 진폭
Figure 112006001358445-pat00040
사이에는 다음 수학식 2와 같은 비례관계가 성립한다.Here, two bit signals have the same frequency
Figure 112006001358445-pat00036
However, the amplitude ratio and phase difference of the two bit signals are different depending on the SOPs of the received light signal 142 and the reference light signal 132. If the SOP of the reference light signal 132 is known, the amplitude ratio between the horizontal linear polarization component and the vertical linear polarization component of the reference light signal 132
Figure 112006001358445-pat00037
Phase difference
Figure 112006001358445-pat00038
It can be seen. Measurement amplitude of the horizontal component bit signal obtained by optical / pre-conversion with the photodetectors 170 and 172 and then measuring with the oscilloscope 120
Figure 112006001358445-pat00039
Amplitudes of the vertical and vertical component bit signals
Figure 112006001358445-pat00040
Proportional relations such as the following Equation 2 hold.

Figure 112006001358445-pat00041
Figure 112006001358445-pat00041

또한, 두 비트신호 간의 위상차

Figure 112006001358445-pat00042
는 수신광신호(142)의 상대적인 위상차와 다음 수학식 3과 같은 관계를 가진다.Also, the phase difference between two bit signals
Figure 112006001358445-pat00042
Has a relationship with the relative phase difference of the received light signal 142 and the following equation (3).

Figure 112006001358445-pat00043
Figure 112006001358445-pat00043

따라서, 얻고자 하는 수신광신호(142)의 죤스 벡터(Jones vector)를 다음 수학식 4와 같이 작성할 수 있으며,Therefore, the Jones vector of the received light signal 142 to be obtained can be written as Equation 4 below.

Figure 112006001358445-pat00044
Figure 112006001358445-pat00044

이를 스톡스 값(Stokes parameters)으로 변환하면 다음 수학식 5와 같다.If this is converted into Stokes parameters, Equation 5 is obtained.

Figure 112006001358445-pat00045
Figure 112006001358445-pat00045

본 발명의 장치에서, 선형편광기(Linear Polarizer; 미도시)를 사용하여 기준광신호(132)가 45도 선형 편광 되도록 하는 것이 유리하다. 이는, 기준광신호(132)가 수직 선형편광 되거나 수평 선형편광 되어 있으면 수직과 수평 성분 중 하나의 비트신호를 검출할 수 없어, 수신광신호의 SOP를 찾을 수 없는 상황을 피하기 위한 것이다. 또한, 기준광신호(132)의 파워가 수직과 수평 방향으로 동등하게 분배되도록 하기 위한 것이기도 하다. 이 경우에는,

Figure 112006001358445-pat00046
이고,
Figure 112006001358445-pat00047
이 된다.In the device of the present invention, it is advantageous to use a linear polarizer (not shown) to cause the reference light signal 132 to be 45 degrees linearly polarized. This is to avoid a situation in which the bit signal of one of the vertical and horizontal components cannot be detected and the SOP of the received light signal cannot be found when the reference light signal 132 is vertically linearly polarized or horizontally linearly polarized. In addition, the power of the reference light signal 132 is also equally distributed in the vertical and horizontal directions. In this case,
Figure 112006001358445-pat00046
ego,
Figure 112006001358445-pat00047
Becomes

[본 발명의 장치에서의 SOP 측정에 대한 오차보정]Error Correction for SOP Measurement in Apparatus of the Invention

어떠한 복굴절 매질의 SOP 입, 출력을 뿌앵캬레 구(Poincare sphere)로 표현하면, SOP 입, 출력 사이에 일정한 변환관계가 있음을 알 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 회전하는 선형편광기를 통해 여러 가지 선형편광이 리타더에 입력될 때 선형편광기의 회전각도에 따른 출력 SOP의 궤적을 뿌앵캬레 구의 적도선상에 나타낸 도면이다. 이 때, 리타더는

Figure 112006001358445-pat00048
와
Figure 112006001358445-pat00049
가 일정하다고 가정한다(SMF의 경우, 외부로부터의 압착이나 온도, 곡률반경의 변화가 없는 경우임). 만약, 매질이 복굴절을 가지지 않았다면 선형편광기의 회전각도에 따른 출력 SOP의 궤적이 도 3b에 도시한 바와 같이 뿌앵캬레 구의 적도선상에 나타난다. 그러나, 선형 SOP가 복굴절 매질을 통과한 출력 SOP의 궤적은 뿌앵캬레 구의 적도면이 회전이동한 형태의 원으로 형성된다. 이는, 임의의 복굴절 매질을 통과한 임의의 입력 SOP는 뿌앵캬레 구상에서 회전이동한 형태로 출력된다는 것을 보여주는 것이다.When the SOP input and output of a birefringent medium are expressed as a Poincare sphere, it can be seen that there is a constant conversion relationship between the SOP input and output. 3A and 3B are diagrams showing the trajectory of the output SOP according to the rotation angle of the linear polarizer on the equator line of the Poincaré sphere when various linear polarizations are input to the retarder through the rotating linear polarizer. At this time, the retarder
Figure 112006001358445-pat00048
Wow
Figure 112006001358445-pat00049
Is assumed to be constant (in the case of SMF, there is no change in compression, temperature, or radius of curvature from the outside). If the medium does not have birefringence, the trajectory of the output SOP according to the rotation angle of the linear polarizer appears on the equator line of the Poincare sphere as shown in FIG. 3B. However, the trajectory of the output SOP in which the linear SOP has passed through the birefringent medium is formed as a circle in which the equatorial plane of the Poincaré sphere rotates. This shows that any input SOP that has passed through any birefringent medium is output in the form of rotational movement in the Poincare sphere.

이러한 복굴절 매질에 대한 SOP 입, 출력의 회전이동 관계를 이용하면 쉽게 출력 SOP에 대한 입력 SOP를 알아낼 수 있다. 뿌앵캬레 구를 알맞게 회전이동하여 출력 SOP를 읽어 들이면 입력 SOP가 되므로, 먼저, 뿌앵캬레 구의 좌표축, 즉, 도 3b에서의 스톡스 벡터 S 1, S 2, S 3가 어디로 회전이동하였는지 알아내야 한다. 복굴절 매질에 수평 선형편광을 입력하였을 때의 측정된 출력 SOP는 뿌앵캬레 구에서의 스톡스 벡터 S 1이 회전이동한 벡터 S'1이 되고, 마찬가지로, 45도 선형편광 입력에 대한 출력 SOP가 좌표축 S 2가 회전이동한 S'2가 된다. 좌표축 S'1, S'2, S'3는 상호간에 직교의 관계를 가지므로, 좌표축 S 3가 회전이동한 S'3은 벡터 S'1에서 벡터 S'2으로의 외적(cross product)으로 쉽게 구하여진다. 임의의 입력 SOP에 대한 출력 스톡스 벡터에 미리 구해놓은 S'1, S'2, S'3를 각각 내적(dot product)한 값이 그 출력 SOP에 대한 입력 SOP의 스톡스 값이 된다. 이것은 왜곡되어 출력된 SOP의 원래의 값을 복원하여 오차를 보정한 것이다.By using the SOP input and output rotational relations for the birefringent medium, it is easy to find the input SOP for the output SOP. When the output SOP is read by rotating the Poincare sphere appropriately, it becomes an input SOP. First, it is necessary to find out where the coordinate axes of the Poincare sphere, that is, the Stokes vectors S 1 , S 2 , and S 3 in FIG. 3B. Stokes vector S 1 in the measured output SOP at the time when the input of the horizontal linear polarization on the birefringence medium is ppuaeng kyare gu is the vector S '1 a rotational movement, and similarly, 45, the output SOP for a linearly polarized input coordinate axis S 2 becomes S ' 2, which is rotated. Coordinate axis S '1, S' 2, S '3 is because of the relationship between the perpendicular to each other, the coordinate axis S 3 a rotational movement by S' 3 is a vector S 2 external (cross product) of the "first vector S in the 'a Easily obtained. The dot product of S ' 1 , S ' 2 , and S ' 3 preliminarily obtained in the output Stokes vector for an arbitrary input SOP becomes the stokes of the input SOP for the output SOP. This is to correct the error by restoring the original value of the distorted SOP.

따라서, 오차보정이 요구될 때마다 입력측에 선형편광기를 삽입하여 수평 선 형편광과 45도선형편광에 대한 출력 SOP를 측정하는 것으로 보정의 과정은 완료된다. 이것은

Figure 112006001358445-pat00050
와
Figure 112006001358445-pat00051
를 알지 못하더라도 쉽고 간편하게 오차를 보정할 수 있는 방법이다.Therefore, whenever error correction is required, the process of correction is completed by inserting a linear polarizer on the input side and measuring the output SOP for horizontal linear polarization and 45 degree linear polarization. this is
Figure 112006001358445-pat00050
Wow
Figure 112006001358445-pat00051
Even if you do not know this method, you can easily and easily correct errors.

[본 발명의 장치에서의 SOP 측정에 대한 오차보정의 검증][Verification of Error Correction for SOP Measurement in Apparatus of the Invention]

이러한, 상기 보정을 통하여 입력 SOP를 찾는 과정을 검증하기 위해 도 2의 실시간 SOP 측정장치를 도 4와 같이 모델링 하였다. 장치가 입력 SOP를 왜곡시킨다면, 그 요인이 어떠한 것이든 간에, 장치에 의한 SOP 변화의 원인, 즉, 측정오차의 원인을 하나의 리타더로 등가(equivalence)하여 놓을 수 있다. 그러나, 도 4에서는 수신광신호

Figure 112006001358445-pat00052
와 기준광신호
Figure 112006001358445-pat00053
이 서로 다른 리타더를 통과하는 것으로 모델링 해놓았다. 이는, 수신광신호와 기준광신호의 파장이 달라 동일한 리타더를 통과할지라도
Figure 112006001358445-pat00054
와
Figure 112006001358445-pat00055
이 겪는 리타던스
Figure 112006001358445-pat00056
가 다르기 때문이다. 때문에, 리타던스
Figure 112006001358445-pat00057
,
Figure 112006001358445-pat00058
는 임의의 값으로 서로 다르게 설정하고 복굴절 축의 각도
Figure 112006001358445-pat00059
는 임의의 값으로 같게 설정해 주었다.In order to verify the process of finding the input SOP through the correction, the real-time SOP measuring apparatus of FIG. 2 was modeled as shown in FIG. 4. If the device distorts the input SOP, it is possible to equilibrate the cause of the SOP change by the device, i.e. the cause of the measurement error, into one retarder, whatever the factor. However, in FIG. 4, the received light signal
Figure 112006001358445-pat00052
And reference light signal
Figure 112006001358445-pat00053
We modeled this as passing through different retarders. This is because the wavelengths of the received light signal and the reference light signal are different so that they may pass through the same retarder.
Figure 112006001358445-pat00054
Wow
Figure 112006001358445-pat00055
This retardance
Figure 112006001358445-pat00056
Is different. Because, retardance
Figure 112006001358445-pat00057
,
Figure 112006001358445-pat00058
Set differently to arbitrary values and the angle of the birefringence axis
Figure 112006001358445-pat00059
Is set to the same value as an arbitrary value.

선형편광기 P1의 편광축을 45도로 놓아 기준광신호의 SOP를 45도선형편광이 되도록 하였다. 일반적으로, 수신광신호의 파워는 기준광신호의 파워에 비하여 미약한 신호이다. 그래서, 수신광신호의 크기를 기준광신호 보다 3dB 작게 설정하여 검증을 수행하였다.The polarization axis of the linear polarizer P1 was set at 45 degrees so that the SOP of the reference light signal was 45 degrees linearly polarized light. In general, the power of the received light signal is a weak signal compared to the power of the reference light signal. Thus, verification was performed by setting the size of the received light signal to 3 dB smaller than the reference light signal.

검증의 순서로서, 먼저, 오차보정을 위해 수신광신호의 입력단에 선형편광기 P2만을 삽입하였다. 위에서 설명한 바와 같이, P2를 조정하여 수평 선형편광으로 입력하였을 때의 출력의 SOP S'1과, 45도 선형편광으로 입력된 SOP에 대한 출력 SOP S'2를 얻고, S'1의 S'2로의 외적으로 S'3를 구하였다. 다음으로, 측정된 값과 입력되는 SOP를 비교해보는 검증을 위해, P2의 편광축을 일정하게 고정시켜 놓고 QWP가 삽입되어 회전한다고 가정하였다. P2의 편광축과 QWP의 FA 사이의 각도로부터 QWP를 빠져 나오는 빛의 SOP를 계산할 수 있다. QWP를 빠져 나오는 빛의 SOP가 측정장치(혹은, 등가 시스템)로 입력되는 SOP가 된다. 출력 SOP, 즉, 장치의 오차로 인하여 왜곡되어 측정된 SOP의 스톡스 값은 이미 구해진 S'1, S'2, S'3에 각각 내적하여 입력 SOP의 스톡스 값을 추출하도록 하였다. 출력 스톡스 벡터를 S'1에 내적하여 입력 SOP의 스톡스 값 S1을 얻고, 마찬가지로, S2와 S3는 출력 스톡스 벡터를 각각 S'2와 S'3에 내적하여 얻어진다.As the verification procedure, first, only the linear polarizer P2 was inserted into the input terminal of the received light signal for error correction. As described above, adjusting the P2 to obtain the level of the output at the time when the input linear polarization SOP S '1 and the 45-degree output of the SOP input to the linear polarization SOP S' 2, S '1 of S' 2 S ' 3 was obtained externally to. Next, to verify the comparison between the measured value and the input SOP, it is assumed that the polarization axis of P2 is fixed and QWP is inserted and rotated. The SOP of light exiting the QWP can be calculated from the angle between the polarization axis of P2 and the FA of QWP. The SOP of light exiting the QWP becomes the SOP that is input to the measuring device (or equivalent system). Stokes of the output SOP, that is, the measured SOP distorted due to the error of the device, are internally extracted to S ' 1 , S ' 2 , and S ' 3 that are already obtained to extract stokes of the input SOP. The output stokes vector is dot producted to S ' 1 to obtain the stokes value S 1 of the input SOP. Similarly, S 2 and S 3 are obtained by dot products of the output Stokes vector to S ' 2 and S ' 3 , respectively.

이상과 같은 순서로 실행한 검증의 결과를, 도 5에서, QWP의 회전 각도에 따른 스톡스 값 S1, S2, S3의 변화로 보이고 있다. 실선은 등가 시스템으로 입력되는 SOP이고, 점선은 등가 시스템을 통과하여 출력된 SOP를 나타낸다.

Figure 112006001358445-pat00060
표시는 보정 과정을 거쳐 입력 SOP를 추정한 값으로, 입력 SOP와 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.The results of the verification executed in the order described above, in FIG. 5, showing the change in the Stokes values S 1, S 2, S 3 according to the rotation angle of the QWP. The solid line is the SOP input to the equivalent system, and the dotted line represents the SOP output through the equivalent system.
Figure 112006001358445-pat00060
The display is an estimated value of the input SOP through a calibration process, and it can be seen that the display coincides well with the input SOP.

[본 발명의 실시예에 따른 실시간 편광상태 검출장치와 이에 의한 측정][Real-time polarization state detection apparatus according to an embodiment of the present invention and the measurement by this]

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 편광상태 검출장치의 구성도이다. 도 6에 도시된 편광상태 검출장치는 도 2에 도시된 것에 비하여, 다음과 같은 점이 다름을 알 수 있다.6 is a block diagram of a real-time polarization state detection apparatus according to an embodiment of the present invention. The polarization state detecting apparatus shown in FIG. 6 is different from the one shown in FIG. 2.

1. 기준광원의 다음 단에 선형편광기(134)를 더 설치하여 기준광신호의 SOP를 미리 알 수 있도록 할 뿐 아니라 수신광신호(142)의 SOP 측정에 적합하게 미리 기준광신호의 SOP를 결정할 수 있도록 하였다.1. The linear polarizer 134 is further installed at the next stage of the reference light source so that the SOP of the reference light signal can be known in advance, and the SOP of the reference light signal can be determined in advance so as to be suitable for the SOP measurement of the received light signal 142. It was.

2. 오차보정을 위해 수신광신호(142)의 입력단에 선형편광기(144)와 1/4 파장판(146)을 더 설치하였다.2. The linear polarizer 144 and the quarter wave plate 146 were further installed at the input terminal of the received light signal 142 for error correction.

3. 하나의 광검출기(170)를 이용하여도 SOP 검출이 가능하도록, 제1 편광분리기(150)와 제2 편광분리기(152)를 사용하고, 하나씩 번갈아가며 온/오프 기능을 수행하는 광게이트(210, 212)을 제1 편광분리기(150)와 제2 편광분리기(152) 사이에 설치하였으며, 분리된 특정 편광성분의 광경로를 바꾸어주기 위해 제1 미러(220)와 제2 미러(222)를 사용하였다.3. A photogate using the first polarizer 150 and the second polarizer 152 and performing the on / off function alternately one by one so that SOP detection can be performed even using one photodetector 170. (210, 212) is installed between the first polarizer 150 and the second polarizer 152, and the first mirror 220 and the second mirror 222 to change the optical path of the specific polarized component separated ) Was used.

4. 광검출기(170)에 의한 광강도 검출이 용이하도록 광검출기(170)의 앞단에 콜리메이터(230)를 더 설치하였다.4. The collimator 230 was further installed at the front end of the photodetector 170 so as to easily detect the light intensity by the photodetector 170.

5. 오실로스코프에서의 측정으로 얻어지는 신호들을 연산처리하여 오차보정된 수신광신호의 SOP를 알아내는 연산장치로서 컴퓨터(240)을 더 설치하였다.5. A computer 240 was further installed as an arithmetic unit that calculates the SOP of the error-compensated received optical signal by arithmetic processing the signals obtained by the measurement in the oscilloscope.

이와 같이 구성된 도 6의 실시간 편광상태 검출장치를 이용하여 수신광신호(142)의 SOP를 검출한 과정을 아래에 설명한다.The process of detecting the SOP of the received light signal 142 using the real-time polarization state detection apparatus of FIG. 6 configured as described above will be described below.

우선, 기준광신호용 선형편광기(134)를 사용하여 기준광신호의 SOP를 45도 선형편광이 되도록 하였다. 측정이 이루어지기 전 오차보정을 위해서는 수신광신호용 선형편광기(144)만을 사용하고, 그 이후에 SOP 측정을 위해서는 수신광신호용 선형편광기(144)를 고정하고 1/4 파장판(150)을 회전시켰다.First, the SOP of the reference light signal was set to 45 degree linearly polarized light using the linear polarizer 134 for the reference light signal. Only the linear polarizer 144 for receiving light signals is used for error correction before the measurement is made, and after that, the linear polarizer 144 for receiving light signal is fixed and the quarter wave plate 150 is rotated. .

수신광신호(142)의 파장은 1550nm이고, 기준광신호의 광원의 파장을, 도 7에서와 같이, 비트 주파수가

Figure 112007010698498-pat00061
가 되도록 조정하였다. 광검출기(170)는 25GHz의 대역폭을 갖는 RF PD(포토디텍터)를 사용하였다. 제1 편광분리기(150)은 중첩되어 비팅(beating)된 수신광신호와 기준광신호의 수평 및 수직 편광성분을 분리하는 역할을 하며, 1x1 스위치인 제1 및 제2 광게이트(210, 212)는 하나씩 번갈아 가며 온/오프 기능을 수행하여 수평 편광성분의 비트신호와 수직 편광성분의 비트신호를 각각 따로 검출하게 해준다. 제1 미러(220)와 제2 미러(222)는 제1 편광분리기(150)에 의해 분리된 편광성분들 중의 어느 하나를 제2 편광분리기(152)를 통해 하나의 광경로로 가도록 반사시키는 역할을 한다. 광검출기(170)에 의해 검출된 비트신호들은 오실로스코프(120)를 사용하여, 도 8과 같이, 시간 영역에서 측정하였다. 이러한 측정결과는 컴퓨터(240)에 의해 SOP를 연산해 내는데 사용된다. 도 8을 참조하면, 두 개의 커브들이 있음을 알 수 있는데, 그 중의 하나는 수평편광성분들간의 비팅된 결과이며 다른 하나는 수직편광성분들간의 비팅된 결과이다. 본원발명에서 이용되는 것은 이 결과들의 절대적인 값이 아니라 이 두 비팅신호 간의 진폭 차이와 위상 차이이다.The wavelength of the received light signal 142 is 1550 nm, and the bit frequency of the light source of the reference light signal is as shown in FIG.
Figure 112007010698498-pat00061
Was adjusted to The photodetector 170 used an RF PD (photodetector) having a bandwidth of 25 GHz. The first polarization separator 150 separates the horizontal and vertical polarization components of the overlapped beating beat signal and the reference light signal, and the first and second light gates 210 and 212, which are 1x1 switches, By alternately performing the on / off function, the bit signal of the horizontal polarization component and the bit signal of the vertical polarization component are detected separately. The first mirror 220 and the second mirror 222 reflects one of the polarization components separated by the first polarizer 150 to the one optical path through the second polarizer 152. Do it. The bit signals detected by the photodetector 170 were measured in the time domain, as shown in FIG. 8, using the oscilloscope 120. This measurement result is used by the computer 240 to calculate the SOP. Referring to FIG. 8, it can be seen that there are two curves, one of which is a result of beating between horizontally polarized components and the other of which is a result of beating between vertically polarized components. What is used in the present invention is not the absolute value of these results, but the amplitude difference and phase difference between these two beating signals.

도 6의 장치를 통해 측정 및 오차보정을 거친 SOP와 1/4 파장판(146)의 회전각도로부터 계산된 SOP(입력 SOP)를 나타낸 것이 도 9이다. 입력 SOP는 실선으로 나타내었다. 측정은 1/4 파장판(146)을 0도서 360도까지 10도 간격으로 회전시키면서 행하였다. 1/4 파장판(146)의 360도 회전이 완료되면, 오차의 가장 큰 원인이 되는 광검출기(170) 전단의 광섬유를 다시 위치하고 고정시켜, 오차보정의 과정부터 다시 측정하였다. 이것을 10회 반복하고, 그 평균치를 도 9에 '+'로 표시하였 다. 도 9를 참조하면, 상당히 정확한 측정이 이루어지고 있음을 알 수 있다.FIG. 9 shows the SOP (input SOP) calculated from the rotation angle of the SOP and the quarter wave plate 146 measured and corrected by the apparatus of FIG. 6. The input SOP is shown by the solid line. The measurement was performed while rotating the quarter wave plate 146 at intervals of 10 degrees to 0 degrees 360 degrees. When the 360-degree rotation of the quarter wave plate 146 is completed, the optical fiber in front of the photodetector 170, which is the largest cause of the error, is again placed and fixed, and the measurement is performed again from the process of error correction. This was repeated 10 times, and the average value was shown as '+' in FIG. 9. 9, it can be seen that a fairly accurate measurement is made.

상기한 본 발명에 따르면, 전자 장치들이

Figure 112006001358445-pat00062
에서 충분히 동작하는 대역폭과 속도를 가지고 있다면, SOP를 실시간으로 측정할 수 있다. 즉, 본 발명의 편광상태 검출장치의 동작속도는 순전히 전자 장치의 동작속도에 의존하며, 수
Figure 112006001358445-pat00063
안에서의 측정이 가능하다. 또한, 여타의 기계적 요소나 귀환 구조 없이 직접적으로 광신호를 검출하며, 수신되는 신호를 분기하는 것에 있어서 기존의 공간 분배방식과 같이 전체 파워를 나누는 것이 아닌, 수직성분과 수평성분으로 나누어 검출하기 때문에 검출감도를 더욱 향상시킬 수 있다.According to the present invention described above, electronic devices
Figure 112006001358445-pat00062
If you have enough bandwidth and speed to work with, you can measure SOP in real time. That is, the operating speed of the polarization state detection device of the present invention depends purely on the operating speed of the electronic device,
Figure 112006001358445-pat00063
In-measurement is possible. In addition, the optical signal is directly detected without any mechanical or feedback structure, and since the detection is performed by dividing the received signal into vertical and horizontal components instead of dividing the total power as in the conventional space distribution method. Detection sensitivity can be further improved.

또한, 단순하고 빠른 SOP 측정시의 오차보정이 적용되므로 측정의 정확성을 향상시킨다.In addition, error correction during simple and fast SOP measurement is applied to improve the accuracy of the measurement.

Claims (3)

진폭
Figure 112006001358445-pat00064
및 위상
Figure 112006001358445-pat00065
을 갖는 수평 선형편광 성분과 진폭
Figure 112006001358445-pat00066
및 위상
Figure 112006001358445-pat00067
를 갖는 수직 선형편광 성분이 동일한 각주파수
Figure 112006001358445-pat00068
로 진행하며 이미 알려진 SOP를 가지는 기준광신호를 발생시키는 기준광원과;amplitude
Figure 112006001358445-pat00064
And phase
Figure 112006001358445-pat00065
Horizontally polarized light component and amplitude
Figure 112006001358445-pat00066
And phase
Figure 112006001358445-pat00067
Angular frequency with the same vertical linear polarization component
Figure 112006001358445-pat00068
A reference light source which proceeds to generate a reference light signal having a known SOP; 진폭
Figure 112006001358445-pat00069
및 위상
Figure 112006001358445-pat00070
을 갖는 수평 선형편광 성분과 진폭
Figure 112006001358445-pat00071
및 위상
Figure 112006001358445-pat00072
를 갖는 수직 선형편광 성분이 동일한 각주파수
Figure 112006001358445-pat00073
로 진행하는 것으로 표현되는 수신광신호와, 상기 기준광신호가 서로 같은 경로를 가지게 하여 상기 수신광신호와 기준광신호의 수평 선형편광 성분과 수직 선평편광 성분끼리 각각 중첩시키는 광분리기와;amplitude
Figure 112006001358445-pat00069
And phase
Figure 112006001358445-pat00070
Horizontally polarized light component and amplitude
Figure 112006001358445-pat00071
And phase
Figure 112006001358445-pat00072
Angular frequency with the same vertical linear polarization component
Figure 112006001358445-pat00073
An optical splitter for overlapping the horizontal linearly polarized light component and the vertical linearly polarized light component of the received light signal and the reference light signal by allowing the received light signal and the reference light signal to have the same path to each other; 상기 광분리기로부터 나온 광을 중첩된 수평 선형편광 성분과 중첩된 수직 선형편광 성분으로 각각 분리시키는 편광 분리기와;A polarization separator that separates the light from the optical splitter into superimposed horizontal linear polarization components and superimposed vertical linear polarization components; 수학식 1로 표현되는 상기 중첩된 수평 선형편광 성분의 강도
Figure 112006001358445-pat00074
와 상기 중첩된 수직 선형편광 성분의 강도
Figure 112006001358445-pat00075
를 검출하는 광검출기와;Intensity of the superimposed horizontal linearly polarized light component represented by Equation 1
Figure 112006001358445-pat00074
And the intensity of the superimposed vertical linear polarization component
Figure 112006001358445-pat00075
A photodetector for detecting the; [수학식 1][Equation 1]
Figure 112006001358445-pat00076
Figure 112006001358445-pat00076
 상기
Figure 112006001358445-pat00077
로부터의 수평성분 비트신호와 상기
Figure 112006001358445-pat00078
로부터의 수직성분 비트신호를 따로 검출하여 시간 영역에서 동시에 관찰하기 위한 오실로스코프와;remind
Figure 112006001358445-pat00077
Horizontal component bit signals from
Figure 112006001358445-pat00078
An oscilloscope for separately detecting vertical component bit signals from and observing them simultaneously in the time domain; 상기 오실로스코프에서의 측정으로 얻어지는 상기 수평성분 비트신호의 측정 진폭
Figure 112006001358445-pat00079
와 수직성분 비트신호의 측정 진폭
Figure 112006001358445-pat00080
사이에 수학식 2의 비례관계가 성립하는 사실과, 상기 수평성분 비트신호와 수직성분 비트신호 사이의 위상차
Figure 112006001358445-pat00081
이 상기 수신광신호의 상대적인 위상차와 수학식 3의 관계를 만족시키는 사실과, 상기 기준광신호의 SOP를 이미 알고 있을 때 상기 기준광신호의 수평 선형편광성분과 수직 선형편광성분 간의 진폭비율
Figure 112006001358445-pat00082
과 위상차
Figure 112006001358445-pat00083
를 알 수 있다는 사실을 이용하여 수학식 4와 같이 수신광신호의 죤스 벡터
Figure 112006001358445-pat00084
를 계산하고, 이를 변환시켜 수학식 5와 같이 스톡스 값을 구해내는 연산장치,Measurement amplitude of the horizontal component bit signal obtained by the measurement on the oscilloscope
Figure 112006001358445-pat00079
Amplitudes of the vertical and vertical component bit signals
Figure 112006001358445-pat00080
And the phase difference between the horizontal component bit signal and the vertical component bit signal.
Figure 112006001358445-pat00081
An amplitude ratio between the horizontal linear polarization component and the vertical linear polarization component of the reference light signal when the relative phase difference of the received light signal is satisfied and the relationship between Equation 3 and SOP of the reference light signal are already known.
Figure 112006001358445-pat00082
Phase difference
Figure 112006001358445-pat00083
By using the fact that we can know the Jones vector of the received optical signal as
Figure 112006001358445-pat00084
A computing device that calculates and converts it to obtain Stokes values as shown in Equation 5, [수학식 2][Equation 2]
Figure 112006001358445-pat00085
Figure 112006001358445-pat00085
 [수학식 3][Equation 3]
Figure 112006001358445-pat00086
Figure 112006001358445-pat00086
 [수학식 4][Equation 4]
Figure 112006001358445-pat00087
Figure 112006001358445-pat00087
 [수학식 5][Equation 5]
Figure 112006001358445-pat00088
Figure 112006001358445-pat00088
 를 구비하는 실시간 편광상태 검출장치.Real time polarization state detection apparatus having a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기준광원이, 광원과 상기 광원의 다음에 편광축을 45도로 놓은 선형편 광기로 이루어지며;The reference light source consists of a light source and a linear polarizer having a polarization axis of 45 degrees after the light source; 상기 편광분리기와 상기 광검출기의 사이에, 상기 중첩된 수평 선형편광성분과 중첩된 수직 선형 편광성분이 하나씩 번갈아가며 통과하도록 해주는 광게이트들과, 상기 광게이트를 통과한 상기 중첩된 수평 선형편광성분과 중첩된 수직 선형 편광성분이 동일한 광경로를 거치도록 해주는 제2 편광분리기;Between the polarization separator and the photodetector, the light gates allowing the superimposed horizontal linear polarization component and the superimposed vertical linear polarization component to pass one by one, and the superimposed horizontal linear polarization component passing through the light gate. A second polarization separator to allow the vertical linear polarization components superimposed with each other to pass through the same optical path; 를 구비함으로써 하나의 광검출기를 사용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 실시간 편광상태 검출장치.Real-time polarization state detection apparatus characterized in that by using one photodetector to be provided. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, SOP 오차보정이 필요할 경우를 위해, 상기 수신광신호와 광분리기 사이에 선택적으로 삽입가능한 선형편광기를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 실시간 편광상태 검출장치.And a linear polarizer selectively inserted between the received light signal and the optical splitter for the case where the SOP error correction is necessary.
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