This dissertation describes principles, fabrications and characterizations of novel narrow-band tunable wavelength filters. Two types of device are demonstrated, which utilize an acoustically modulated fiber Bragg grating (FBG) and a dispersion compensating fiber (DCF), respectively. A sub-nanometer bandwidth and low polarization sensitivity are successfully achieved in both proposed devices. In addition, their all-fiber configuration results in the low insertion loss compared to the conventional approaches.
One demonstrated filter uses acoustic wave to modulate a fiber Bragg grating. When the flexural acoustic wave propagates along the FBG formed in a fiber with an off-centered core, the period of FBG is sinusoidally modulated by acoustic wave, which produces sidebands tunable both in wavelength and magnitude. In order to fabricate an off-centered core FBG, we side-polished and etched the cladding of a fiber section containing the grating. The diameter of off-centered core fiber is optimized to obtain high acousto-optic coupling efficiency. The 3-dB bandwidth of 0.25 nm is obtained over a tuning range of 2 nm with an input power of less than 85.4 mW. The device may be useful as a tunable narrow-band filter or optical switch in optical fiber communication systems and sensors.
The second device, a narrow-band acousto-optic tunable filter (AOTF) with low polarization dependence, is achieved by employing a DCF with specific stress profile. The 3-dB bandwidth of the device is 0.8 nm with the interaction length of 10 cm, and polarization-dependent wavelength splitting is 0.04 urn at the wavelength around 1550 nm. The small bandwidth is attributed to the highly dispersive core mode in DCF. Polarization dependence in fiber AOTFs originates from the waveguide effect and the thermal stress effect. By measuring and analyzing the thermal stress profile in DCF, we show that the small polarization dependence of the DCF-AOTF is due to the small core and the depressed cladding that reduce the thermal stress effect. The proposed device can be used to build the WDM components such as narrow-band dynamic OADMs, tunable band-pass filters, and WDM channel monitors in optical communication systems.
본 논문에서는 새로운, 좁은 선폭을 가진 파장 가변필터의 원리와 제작과정 그리고 특징에 대해 기술하고 있다. 두가지 종류의 소자들이 제안되었는데, 각각 음파로 변조된 광섬유 브래그 격자와 분산보상 광섬유를 이용하고 있다. 제안하는 두가지 방법을 이용하여 1 nm이하의 좁은 선폭을 갖고 편광의존성이 낮은 소자를 성공적으로 제작할 수 있었다. 또한 이들은 전광섬유 소자이기 때문에 다른 일반적인 소자와 비교하여 삽입손실이 작다는 장점을 가지고 있다.
첫번째 제안하는 소자는 광섬유 브래그 격자를 변조시키기 위하여 음파를 이용한다. Flexural 음파가 코어가 중심에서 벗어난 광섬유 브래그 격자를 진행할때, 격자의 주기는 음파에 의해서 변조되고, 이는 파장과 크기조절이 가능한 사이드 밴드를 생성하게 된다. 코어가 광섬유 중심축에서 벗어난 광섬유를 제작하기 위하여 본 논문에서는 브래그 격자가 새겨진 광섬유의 옆면을 갈아낸 후, 에칭하였으며, 이렇게 제작된 광섬유는 높은 음향광학 효율을 얻을수 있도록 최적화 되었다. 제작된 소자의 선폭은 0.25 nm였고 파장 가변 영역은 2 nm 이었으며, 이를 동작시키는데 85.4 mW보다 작은 전기적 파워 가 소비되었다. 이 소자는 광통신 및 광센서 시스템에 좁은 선폭의 광학필터 혹은 광학 스위치로 유용할 것이다.
두번째 제안하는 소자는 좁은 선폭과 낮은 편광의존성을 가진 전광섬유 음향광학 파장가변 필터인데, 이는 특정한 스트레스 분포를 갖고 있는 분산보상 광섬유를 이용 함으로써 가능하였다. 제작된 소자는 1550 nm 근처 영역에서 0.8 nm의 선폭 ( 10 cm의 음향광학 결합길이)과 0.04 nm의 편광에 따른 중심파장 이동을 보였다. 낮은 선폭은 분산 보상 광섬유의 높은 분산을 가진 코어모드에 기인한다. 소자의 편광의존성은 도파로 효과와 스트레스 효과로부터 온다. 본 논문에서는 분산보상 광섬유의 스트레스 분포를 측정 분석하여, 소자의 낮은 편광의존성이 분산보상 광섬유의 작은 코어와 Depressed 클래딩으로 인한 낮은 열스트레스 효과로 부터 온다는 것을 밝혀내었다. 제안하는 소자는 좁은 선폭의 동적 파장 가감기, 파장가변 대역투과 필터, WDM 채널 모니터등 WDM 소자를 구현하는데 응용 가능할 것이다.
