The control and compensation of polarization-dependent loss (PDL) have attracted much interest in high-capacity transmission networks, because the PDL degrades the system performance. In presence of polarization mode dispersion (PMD), PDL not only increases the system penalty, but also limits the compensation of PMD. Therefore, tunable PDL element for the simulation and compensation of the PDL in the fiber-optic network is useful.
In this thesis, we demonstrate a tunable polarization-dependent loss (PDL) element based on the polarization-dependent coupling of the fundamental core mode to the cladding mode by the flexural acoustic wave in polarization-maintaining (PM) fibers. It can generate large magnitude of PDL at the speed of tens of gs and it has low polarization crosstalk in the optical C-band. In addition, the resonant wavelength of PDL can be easily tunable by adjusting the frequency of electrical signal applied to the acoustic transducer, while the magnitude of PDL is variable by the voltage of the same electrical signal. The PM fibers used in this paper are the PANDA fiber and the elliptical stress fiber. To achieve a high mode coupling efficiency and suppress unwanted nearby mode couplings, the direction of acoustic perturbation is aligned with one of two birefringent axes. After alignment, we also investigate the characteristics of acousto-optic mode coupling in the two PM fibers.
In case of the PANDA fiber, the spectral range between nearby resonant wavelengths is lower than the optical C-band and it become narrower as the acoustic frequency increases. In addition, unlike in the elliptical stress fiber, double loss peaks are induced by two orthogonal acoustic waves guided along the fiber at the same time. These mode coupling characteristics may seriously degrade the performance of PDL devices. Therefore tunable PDL element using the elliptical stress fiber is more suitable than that of the PANDA fiber. In case of tunable PDL element using the elliptical stress fiber, the magnitude of PDL can be generated up to 17 dB. The 3 dB bandwidth of the PDL peak is about 3.4 nm. The direction of acoustic vibration is aligned with the fast axis of the birefringent axes. The magnitude of PDL is proportional to the square of the applied voltage. Since the polarization spectral range is over 36 nm, we can choose the polarization of core mode coupled to the cladding modes within the optical C-band if we select the appropriate acoustic frequency. The resolution of PDL is 0.01 dB at the below 1 dB PDL and it increases up to 0.1 dB at the 3 dB PDL.
Our PM-based tunable PDL element can be applied for the PDL emulator, the wavelength-selective fiber polarizer, and the polarization-dependent gain equalizer of the optical fiber amplifier.
본 논문에서는 편광유지 광섬유에서의 음향 광학 모드 결합을 이용하여 광통신 C 밴드 대역용 광섬유 가변 편광의존 손실(Polarization-dependent loss, 이하 PDL) 소자를 구현하였다. 제작된 가변 PDL 소자는 첫째 큰 값의 편광의존 손실을 발생시킬 수 있고, 둘째, 편광의존 손실을 빠르게 만들 수 있으며, 셋째 편광누화가 작은 장점이 있다.
이러한 가변 PDL 소자를 제작하기 위하여 본 논문에서는 첫째, 편광유지 광섬유에서의 음향광학 모드 결합을 이용하였으며, 둘째, 편광유지 광섬유를 회전시켜 두 개의 복굴절 축 중 하나의 축과 탄성파의 진동 방향을 일치시켰으며, 셋째 이러한 정렬 후 PANDA 와 타원형 응력(Elliptical stress) 편광유지 광섬유의 음향광학 모드 결합 특성을 측정하였으며, 다섯째 이러한 특성을 바탕으로 가변 편광의존 손실 소자를 구현 하였다.
PANDA 편광유지 광섬유의 경우 인접하는 동일한 편광을 갖는 모드 결합의 중심 파장간의 거리는 40 nm로서 광통신 C 밴드 대역보다 넓다. 그러나 그와 수직한 편광의 중심파장과의 거리는 광통신 C 밴드 대역 보다는 작고 탄성파의 주파수가 변하면서 그 중심 파장간의 거리가 더욱 좁아지는 문제가 발생한다. 또한 서로 수직한 두 개의 탄성파의 발생은 음향광학 필터로서의 성능을 제한 시키는 단점을 가지고 있다. 따라서 PANDA 편광유지 광섬유보다는 타원형 응력 편광유지 광섬유가 가변 PDL 소자에 더 적합하다.
타원형 응력 편광유지 광섬유 PDL 소자는 탄성파의 진동 방향을 빠른 축과 정렬하면, 광통신 C 밴드 대역 내의 특정한 파장에서 17 dB의 큰 PDL 값을 전기적인 신호의 주파수와 전압만을 조절함으로써 쉽고 빠르게 만들 수 있다. 그리고 PDL의 해상도(Resolution)은 PDL의 크기가 0.1 dB 이하일 때 0. 01 dB이고 3 dB 이하일 경우 0.1 dB이다. 이러한 특성을 이용하면 그 자체적으로 PDL 에뮬레이터나 편광 모드 분산(Polarization mode dispersion, 이하 PMD) 에뮬레이터와 직렬로 연결하여 PDL/PMD 에뮬레이터를 만들 수 있다. 또한 두 편광성분에 의한 중심 파장간의 차가 37 nm로서 광통신 C 밴드 대역보다 넓고 탄성파의 주파수가 변하더라도 그 차가 일정하게 유지되기 때문에, 전기적인 신호의 주파수를 가변 시킴으로써 편광유지 광섬유를 기반으로 하는 EDFA의 편광 선택적 이득 평탄기(Gain equalizer)로도 응용될 수 있다. 그러나 그 외에 이러한 가변 편광의존 손실 소자는 파장 선택형 광섬유 편광기로도 응용될 수 있다.
