반도체 광증폭기로 형성된 방향성 결합기에서의 파장변환 특성 모델링 = Modeling of Wavelength Conversion Characteristics in Directionally Coupled Semiconductor Optical Amplifier

국문 초록 (Abstract)

파장변환 소자는 최근에 급격히 발전하는 광네트웍을 구축하기 위한 필수적인 소자로서 여러 가지 형태에 대한 연구개발이 진행되고 있다. 그중에서도, 최근에는 광증폭기로 형성된 방향성 결합기 구조에서의 상호 이득 포화(XPM: Cross Phase Modulation)에 의한 파장변환에 대한 개념이 제안되고 가능성이 실험적으로 입증된 바 있다. 이런 구조의 파장변환 소자는 입력 광신호의 파워가 작을때는 위상 정합이 되어 반도체 광증폭기의 광모드가 완전히 결합되어 cross state로 변환된 파장의 광파워가 많이 출력되고, 신호 입력 파워가 증가함에 따라 결합이 감소하게 되어 cross state에서의 출력 파워는 감소하게 된다. 이와 같은 소자는 입력 신호광과 변환된 신호광이 역방향으로 진행하는 경우 광필터가 필요없이 파장변환이 가능하고, 변환 후의 소광비가 향상되기 때문에 향후 다양한 형태로 응용될 가능성이 있으며, 적정 설계 및 성능 예측을 위해서는 시영역에서 모델링할 수 있는 방법론을 구축하는 것이 필요하다.
본 논문에서는 연산자 분리 방법을 적용하여 상술한 파장변환기를 해석하기에 적당하도록 시영역 동적 모델을 구현하고, 파장변환 특성을 여러 가지 면에서 분석하여 보았다. 입력 광신호의 파워가 -10 dBm에서 -7 dBm 정도 변화할 때, 파장변환된 신호의 소광비가 약 5dB 정도 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 입력 광신호에 의한 파장변환된 광신호의 주파수 천이도를 분석하였다. bar state에서는 4GHz 정도, cross state에서는 3GHz로 bar state에서 더 큰 주파수 천이도를 보이고 있음을 확인하였다. 모델링 결과는 다른 연구자의 실험 결과를 잘 설명할 수 있음을 보였으며, 실험에서 제시되지 않았던 신호광과 변환된 광파가 역방향으로 진행하는 경우의 파장변환 특성 등에 대해서도 이 파장변환기가 잘 동작함을 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Wavelength conversion devices are essential to build an expanding all-optical network, and various types of wavelength conversion techniques are being researched. Among them, wavelength conversion based on the cross phase modulation in a directionally coupled semiconductor optical amplifier has been introduced and the concept has been experimentally proved. When the input optical signal power is small, the optical modes become coulped and the cross-state output power of the conversion wavelength gets large. As the input signal power increases, the directional coupling gets small due to the phase mismatch, and the cross-state output decreases significantly. When the input signal and the converted signal propagates in the reverse direction, optical filter is not required in this kind of device. In addition, the extinction ratio of the converted signal is experimentally shown to be improved. These desirable characteristics give the wavelength converter a good chance of various applications. For the optimum design and performance prediction of this device, it is necessary to establish a methodology for the time-domain dynamic modeling.
In this thesis, a split-step method is applied to properly model the mentioned wavelength converter in the time-domain and various characteritics have been analyzed. When the input signal power changes from -10 dBm to -7 dBm, the extinction ratio of the converted signal inproves by 5 dB. The frequency chirping of the converted signal is analyzed resulting in 4GHz in the bar state and 3 GHz in the cross state. It is shown that the present modeling approach can explain the results of the reported experimental results. Furthermore the wavelength conversion is shown to be well performed when the input signal wave and the converted wave travels in the opposite direction.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 제 2장 반도체 광증폭기로 형성된 방향성 결합기에서의 파장변환 원리 5
• 2.1 방향성 결합기에서의 광결합현상 5
• 2.2 XPM방식에 의한 파장변환 원리 8
• 2.3 반도체 광증폭기로 형성된 방향성결합기에서의 파장변환 원리 9
• 제 3장 반도체 광증폭기로 형성된 방향성 결합기를 이용한 파장변환 모델링 방법 11
• 3.1 연산자 분리 시영역 모델의 구성 11
• 3.2 이득 주파수 응답 14
• 3.3 시단계 알고리듬 15
• 3.4 연산자 분리 시영역 모델 18
• 제 4장 전산모의 실험을 통한 파장변환 특성 해석 22
• 4.1 입력 광신호의 파워 가변에 따른 파장변환된 신호의 영향 25
• 4.2 입력 광파에 의한 파장변환된 광파의 특성 31
• 4.3 입력 광파에 의한 주파수 천이특성 32
• 제 4장 결론 35
• 참고문헌 36