Conventional CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexer) device using a filter and FBT(Fused Biconical Tapered) fiber type has not good performances. So we will study and fabricate CWDM device which has good performances such as low IL(lower than 0.5dB) and high isolation(higher than 20dB).
The FBT method is the most common technology making for fiber-type coupler. But it has few limitations when we fabricate CWDM. Incidentally, the optical fiber becomes longer and thinner during the pulling process and is easily broken off nearby 30mm pulling. So It is hard to make it satisfy the desirable wavelength interval because the channel spacing is inversely proportional to the pulling length. Besides, the EL(Excess Loss) arises during the pulling process. Therefore, the obtained maximum isolation is less than 10 dB.
In this thesis, we will study and fabricate the CWDM using MZI (Mach-Zehnder Interleaver) to solve these limitations. The MZI does not have the pulling process which brings about the EL. So MZI which is connected two WFC can be achieved the good performance such as low IL and high isolation. Especially, the variation of channel spacing in the output is explicitly simulated as a function of optical path difference.
Finally, the IL and isolation of the proposed MZI-model CWDM using WFC are improved 0.368 dB and 20.569 dB, respectively. Its bandwidth is $\pm$3 nm at 0.5 dB point and the tuning length($\delta$ L) is 40.5$\mum$. But, these performances are stable within 0$^\circC$~60$^\circC$ temperature. This temperature limits is the most demerit of MZI model. Therefore, it is necessary to find a packaging method to reduce thermal-effect for future study. For typical application, temperature operation range of the MZI-model CWDM using WFC must be improved into -40~80$^\circC$. Furthermore, as a future work, it is necessary to make the output flattened wavelength of optical multiplexer. This technique can be applied by inserting one extra MZI between the optical fiber with different coupling ratio, but it depends on how to reduce dramatically the insertion loss.
일반적으로 채널간격이 20nm인 CWDM은 필터(filter)나 광섬유를 사용하여 제작한다. 필터로 제작하는 경우 isolation (typical 25dB) 특성은 좋으나, IL (typical 2.5dB) 특성이 나쁘고, 필터를 사용하기 때문에 상대적으로 가격이 비싸다. 전광섬유형의 경우는 이와 반대로 IL (typical 0.7dB) 특성은 좋으나, isolation (typical 10dB) 특성이 좋지 못하다. 따라서 이러한 단점을 고려하여 high isolation을 가지는 저가의 전광섬유형 CWDM을 개발하였다.
전광섬유형 커플러를 만드는 여러 방법 중 현재 가장 많이 사용되는 공법은 FBT이며 이 공법엔 반드시 토치(torch)나 히터(heater)를 이용하여 광섬유를 융착·인장하는 단계가 필요하다. WDM 제조에 있어 채널간격이 작아질수록 FBT 공법의 특성상 인장길이(pulling length)의 한계가 있어, 작은 채널간격을 얻을 만큼 충분한 인장길이가 진행되지 못하고 단선이 발생할 수 있으며, 인장길이가 길어질수록 완벽한 커플링(coupling)이 일어나지 않아 이러한 자체손실로 인하여 얻을 수 있는 최대 isolation 값의 한계가 10dB 이하이다. 또한 채널간격이 작을수록 발생되는 이론치와 실제치의 오차를 줄이는 단계인 채널간격의 튜닝(tuning)을 위해 로테이터(rotator)라는 특수 지그(jig)가 필요하다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 MZI 구조로써 CWDM을 제작하였다.
이 구조의 장점은 작은 채널간격을 얻기 위하여 광섬유를 길게 인장하지 않으므로 위에 언급한 바와 같은 광손실을 유발시키지 않고, 두 개의 WFC를 이용하여 원하는 광특성을 확보할 수 있다는 것이다.
본문의 [Figure 4.4]과 같이 원하는 채널간격과 IL 및 isolation의 광특성을 얻기 위하여 두 개의 커플러 사이의 경로차($\delta$ L)를 조절하여야 한다. 연결된 두 커플러의 출력 분기비가 50%를 유지하여야 최대의 간섭 효과를 유발하여 원하는 WDM 특성을 확보할 수가 있다.
0.4nm, 0.8nm 등을 사용하는 MZI 구조의 DWDM인 경우는 커플러의 대역폭(bandwidth)이 $\pm$10nm인 standard(3dB) 커플러를 이용하여도 무방하나 CWDM의 경우엔 입력광원의 파장이 20nm 간격이므로 대역폭이 작은 3dB 커플러로는 출력광원의 분기비가 50%와 달라지므로 간섭효과가 상쇄하여 원하는 WDM 특성을 확보할 수가 없다. 그러므로 이러한 문제점을 극복하기 위해선 대역폭이 $\pm$40nm인 WFC를 사용하여 MZI 구조의 CWDM을 설계해야만 원하는 광특성을 확보할 수 있다.
채널간격 조절을 위한 $\delta$ L의 튜닝값이 CWDM이 DWDM의 경우보다 작으므로 미세한 작업이 요구되며, WFC를 이용한 동일한 MZI 구조로써 CWDM에서 DWDM의 영역까지 모두 제작·사용 가능하다.
제작된 CWDM의 광특성은 조절된 튜닝값($\delta$ L)은 40.5$\mum$ 였고, 입력파장에서의 IL 0.368 dB, 중심파장에서의 Isolation 20.569 dB, 0.5dB 손실 이내의 파장범위가 $\pm$3nm의 수준으로 기존의 FBT 공법을 이용한 광섬유형 CWDM의 경우보다 향상된 광특성을 확보할 수 있었다. 이러한 광특성은 0$^\circC$~60$^\circC$범위에서 신뢰할 수 있으나, -40~80$^\circC$에서의 신뢰성 확보를 통한 상용화를 위해선 저온과 고온에서 발생하는 열적영향 현상의 개선을 위한 패키징 연구가 필요하다.
