KR0153907B1 - 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 공진기를 이용한 의사등간격 다채널 주파수 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광주파수(또는 파장) 분할다중 기술을 이용한 다채널 광전송 시스템에서, 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 공진기를 이용한 의사등간격 다채널 주파수 발생장치에 관한 것으로서, 광주파수들이 의사등간격으로 배열되어 있는 다수의 광원 소자들로 구성되는 다채널 광원(10); 상기 다채널 광원 수단(10)의 광출력을 분할하여 출력하는 제1광커플러 수단(20); 상기 제1광커플러(20)의 분할된 광출력을 입력받아 하나의 광출력으로 다중하는 제2광커플러(30); 상기 제2광커플러(30)의 출력을 입력받아 색분산이 큰 매질로 구성되어 등간격 주파수를 발생하는 기준 공진 수단(40); 상기 기준 공진 수단(40)의 출력을 입력받아 광주파수 변화에 따른 광출력의 변화를 검지하여 상기 다채널 광원 수단(10)의 온도 및 인가 전류를 조절하는 광주파수 안정화 수단(50); 상기 제1광커플러 수단(20)으로 부터 출력되는 의사등간격 주파수를 외부의 신호 입력에 의해 신호변조하는 외부 변조 수단(60); 및 상기 외부 변조 수단(60)의 출력을 입력받아 다중하여 전송하는 제3광커플러(70)를 구비하여 광섬유의 4광파혼합에 의한 크로스트크를 효율적으로 억제하면서, 광섬유의 영분산 파장 영역의 전송 대역을 충분히 활용하여 대용량 다채널 광전송 시스템을 실현할 수 있으며, 다수의 전송 채널의 주파수를 용이하게 설정, 제어 및 필터링하므로서, 같은 매질로 구성된 파브리-페로 공진기를 사용하는 서로 다른 시스템간에 호환성 있는 다채널 광주파수(또는 파장) 분할 다중 광전송 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 공진기를 이용한 의사등간격 다채널 주파수 발생 장치

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 전체 구성도.

제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 공진기의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 다채널 광원부 20 : 광커플러부

30 : 광커플러 40 : 기준 공진기

50 : 광주파수 안정화 회로 60 : 외부 변조기

70 : 광커플러

본 발명은 광주파수(또는 파장) 분할다중 기술을 이용한 다채널 광전송 시스템에서, 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 공진기를 이용한 의사등간격 다채널 주파수 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 다채널 광주파수(또는 파장) 분할 다중 전송 시스템은 약 4THz(약 30nm)의 대역폭을 갖는 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifie)의 1550nm 파장 영역을 일정한 주파수 간격으로 나누어 채널을 설정하고, 각각의 채널에 시분할 다중(TDM:Time Division Multiplexing)된 신호를 실어 다채널 전송하므로서 수백 Gb/s내지는 수 Tb/s 전송 시스템의 실현을 목표로 하고 있다. 여기서, 광섬유의 색분산은 초고속 장거리 광전송 시스템의 성능을 제한하는 주요한 요소로서 1550nm 파장 영역에서 영분산을 갖는 분산 이동 광섬유(DSF:Dispersion Shifted Fiber)를 사용함으로써 효과적으로 제어할 수는 있지만, 작은 색분산 값을 갖는 분산 이동 광섬유(DSF)의 사용은 다채널 광주파수 분할 다중 전송 시스템에서 전송 채널 주파수간의 위상차를 작게 하므로서 광섬유의 4광파 혼합(FFWM : Fiber Four Wave Mixing)의 효율을 증가시킨다. 따라서, 광섬유의 4광파 혼합(FFWM)은 새로운 주파수 성분을 발생시키고, 이들이 전송 채널에 중첩되어 크로스토크(crosstalk)를 유발하게 되는 문제점이 있다. 이러한 상기 크로스토크를 억제하기 위한 종래의 방법으로는 N채널 시스템에서 임의의 두개의 채널간의 주파수의 차이들이 항상 서로 다른 값을 갖도록 채널을 설정하므로서 전송 채널의 주파수를 비등간격으로 배열하여 광섬유의 4광파 혼합(FFWM)에 의해 발생되는 주파수 성분들이 전송 채널 또는 수신단의 필터 영역을 벗어나서 위치하게 하는 방법인, 비등간격 주파수 설정 방법이 있다. 그러나 상기 방법은 전송 대역폭이 대폭 늘어나며, 또한 전송 채널들이 인접 채널간에 명확한 함수적 관계를 가지지 못하고 넓은 대역에 걸쳐 존재하므로서 주파수의 설정 및 제어가 아주 어렵다는 문제점이 있었다. 즉, 전술한 바와 같이 광전송 시스템을 효과적으로 제어하기 위해서는 색분산이 작을수록 좋지만 그에 따라서 크로스토크가 유발되고, 상기 유발된 크로스토크를 억제하기 위해서는 비등간격 주파수 설정 방법이 있지만 전송 대역폭이 대폭 늘어나며, 전송 채널들이 인접 채널간에 명확한 함수적 관계를 가지지 못하고 넓은 대역에 걸쳐 존재하므로서 주파수의 설정 및 제어가 아주 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 광주파수 분할 다중 기술을 이용하는 다채널 광전송 시스템의 전송 채널 주파수를 설정하는데 있어서, 색분산이 큰 매질을 이용하여 의사등간격 주파수 투과 특성을 가지는 파브리-폐로 공진기를 구성하고, 이를 이용하여 다채널의 인접 채널간 주파수 간격들이 공진기내에 존재하는 물질 고유의 특성에 의해 정의되는 일정한 함수적 관계를 가지고 늘어나거나 줄어드는 의사등간격 다채널 주파수를 설정하므로, 전체 전송 대역폭은 일정하게 유지하면서 인접 채널간의 주파수 간격을 모두 다르게 설정하므로서 다채널 광전송 시스템에서 광섬유의 영분산 파장 영역의 전송 대역을 충분히 활용하면서, 광섬유의 4광파혼합에 의한 크로스토크를 효율적으로 억제할 수 있으면, 또한 같은 매질(색분산이 큰)로 구성된 파브리-페로 공진기를 사용하는 다채널 광전송 시스템들에 있어서, 주파수 간격들 사이에 물질 고유의 색분산 특성에 의해 정의되는 일정한 함수적 관계를 확보하므로서 다채널 주파수들을 용이하게 설정하고, 제어할 수 있으며, 채널 필터링 할 수 있는 호환성 있는 시스템을 구성할 수 있는 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 공진기를 이용한 의사등간격 다채널 주파수 발생 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광주파수들이 의사등간격으로 배열되어 있는 다수의 광원 소자들로 구성되는 다채널 광원 수단; 상기 다채널 광원 수단의 광출력을 분할하여 출력하는 제1광커플러 수단; 상기 제1광커플러 수단의 분할된 광출력을 입력받아 하나의 광출력으로 다중하는 제2광커플러; 상기 제2광커플러의 출력을 입력받아 색분산이 큰 매질로 구성되어 등간격 주파수를 발생하는 기준 공진 수단; 상기 기준 공진 수단의 출력을 입력받아 광주파수 변화에 따른 광출력의 변화를 검지하여 상기 다채널 광원 수단의 온도 및 인가 전류를 조절하는 광주파수 안정화 수단; 상기 제1광커플러 수단으로 부터 출력되는 의사등간격 주파수를 외부의 신호 입력에 의해 신호변조하는 외부 변조 수단; 상기 외부 변조 수단의 출력을 입력받아 다중하여 전송하는 제3광커플러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-폐로 공진기를 이용한 의사등간격 다채널 주파수 발생 장치 구성도로서, 도면에서 10은 다채널 광원부, 20은 1X2 광커플러부, 30은 NX1 광커플러, 40은 기준 공진기, 50은 광주파수 안정화 회로, 60은 외부 변조기, 70은 NX1 광커플러를 각각 나타낸 것이다.

광섬유내에서 색분산이 영(zero)이 되는 파장과 이를 기준으로 한 전송 채널의 분포에 따라 광섬유의 4광파 혼합에 의한 크로스토크가 크게 개선될 수 있다는 점은 이미 널리 알려져 있는 이론적, 실험적 사실이다. 종래의 방법들도 이를 근거로하여 색분산을 조절하거나 전송 채널의 주파수 간격을 조절하여 다채널 주파수를 설정하고 있으며, 이때 주파수 설정을 위해 등간격 주파수 투과 특성을 가지는 파브리-페로 공진기와 같은 기준공진기(40)를 이용한다. 파브리-페로 공진기는 정밀하게 정렬된 두개의 광학적 평명(공진기 거울)사이에서 다중 반사하는 빛살의 공진 조건을 이용하여 스펙트럼의 분석등에 사용되는 장치이다. 기존의 바프리-페로 공진기는 두개의 공진기 거울사이에 매질을 삽입하지 않거나(즉, 공기로 채어져 있음), 색분산이 매우 작은 매질을 삽입하여 사용하고 있으며, 따라서 정밀하게 정렬된 두 개의 공진기 거울사이의 간격을 조절하여 원하는 크기의 등간격으로 투과되는 주파수 특성을 얻는다. 빛상이 공진기에 수직으로 입사되고(θ=0), 공진기 거울에서 반사될 때의 위상 변화량을 π라고 하면 파브리-페로 공진기의 공진 조건은 다음과 같이 된다.

여기서 d는 공진기 거리, n(λ_N)는 두 개의 공진기 거울사이에 들어있는 매질의 굴절율이고, n(λ_N)는 공진기의 투과 파장이다. 따라서 파브리-폐로 공진기를 투과하는 주파수들이 다음과 같다.

이때 공기와 같은 색분산이 매우 작은 매질로 채워져 있다면 즉, n(νN)=n₀(=const.)라면, 투과도는 주파수사이의 간격(FSR: Free Spectral Range)은 다음과 같이 주어진다.

그러나 색분산이 큰 매질로 채워져 있다면 FSR은 상수로 주어지지 않고 주파수에 따라 다음과 같은 관계를 갖고 분포하게 된다.

어떤 매질의 굴절율이 사용 광주파수(또는 파장) 영역에서 주파수에 따라 단조롭게 큰값으로 증가 또는 감소한다면(즉 색분산이 크다면), 앞식에서 공진기의 투과 주파수간의 간격은 순차척으로 감소 또는 증가하게 된다.

즉, 본 발명은 상기 이론적, 실험적 결과를 근거로하여, 등간격 주파수 투과 특성을 가지는 기존의 파브리-페로 공진기 대신에 색분산이 큰 매질을 사용하여 의사등간격 주파수 투과 특성을 가지는 파브리-페로 공진기를 구성하고, 이를 이용하여 전송 채널간 주파수 간격을 순차적으로 늘기거나 줄여나가면서 다채널 주파수를 의사등간격으로 배열하는 다채널 주파수 설정 방식을 제시한 것이다.

다채널 광원부(10)는 광주파수들이 의사등간격으로 배열되어 있으며, 1X2 광커플러(20)를 통해서 각각의 광원들의 광출력을 분리한다. 상기 각각의 1X2 광커플러(20)를 통해 분리된 광출력의 일부는 Nx1 광커플러(30)를 통해 다중되어 기준 공진기(40)로 입력된다. 상기 기준 공진기(40)는 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 (DFP: Dispersive Fabry-Perot) 공진기로서 의사등간격 주파수 투과 특성을 가진다. 상기 기준 공진기(40)는 상기 다채널 광원부(10)의 광주파수가 흔들리게 되면 광출력이 변하게 된다. 광주파수 안정화 회로(50)는 상기 기준 공진기(40)를 통해 광주파수 변화에 따른 광출력의 변화를 검지하여 상기 다채널 광원부(10)의 온도 및 인가 전류를 조절하는 기능을 가지며, 광출력의 변화를 검지하기 위하여 흔들어줌(dithering)방법을 사용한다. 즉 상기 다채널 광원부(10)의 각각의 광원 소자들은 상기 기준 공진기(40), 상기 광주파수 안정화 회로(50)를 통하여 안정된 의사등간격 주파수를 발생시킨다. 따라서 상기 1X2 광커플러(20)를 통해 출력되는 다른 광출력들은 안정된 주파수특성을 가지며, 인접 채널의 주파수간의 명확한 함수적 관계를 가지는 의사등간격을 유지할 수 있게 된다. 의사등간격으로 발생된 각각의 주파수들은 외부 변조기(60)를 통해 신호변조되어 Nx1 광커플러(70)로 다중되어 전송된다.

제2도는 본 발명에 따른 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 공진기의 구성도로서, 색분산이 큰 매질(43)을 제외하면, 일반적인 파브리-페로 공진기의 기본 구성과 같다. 즉, (41)은 공진기 거울들로서 한쪽 거울로 입사된 빛살이 두개의 공진기 사이에서 다중 반사되어 공진 조건, 즉 연속된 빛살의 위상 정합 조건을 만족하는 빛살만을 투과시킨다. (42)는 공진기 거울을 고정 및 지지하면서 두개의 공진기 거울 사이의 길이를 변화시키기 위한 구조물로서 미세한 조절을 위하여 압전소자(PZT transducer)등을 이용한다. 즉, 압전소자에 가해지는 전압을 변화시켜 공진기 거울사이의 길이를 변화시키므로서 공진기의 주파수 투과 특성, 즉 투과되는 주파수들의 간격을 조절한다. 기존의 파브리-페로 공진기들은 공진기 거울사이에 어떠 매질도 삽입하지 않거나(즉, 공기로 채워져 있거나), 색분산이 매우 작은 매질을 사용하여 등간격 주파수 투과 특성을 활용하고 있다. 본 발명에서는 상기(41)과 (42)로 구성된 파브리-페로 공진기의 구성 구성에 (43)과 같이 색분산이 큰 매질을 사용하므로서, 매질의 분산 특성을 이용하여 주파수 간격이 명확한 함수적 관계를 가지는 의사등간격 주파수 투과 특성을 얻는다.

따라서 상기와 같이 구성되어 동작하는 본 발명은 광섬유의 4광파혼합에 의한 크로스트크를 효율적으로 억제하면서, 광섬유의 영분산 파장 영역의 전송 대역을 충분히 활용하여 대용량 다채널 광전송 시스템을 실현할 수 있으며, 다수의 전송 채널의 주파수를 용이하게 설정, 제어 및 필터링하므로서, 같은 매질로 구성된 파브리-페로 공진기를 사용하는 서로 다른 시스템간에 호환성 있는 다채널 광주파수(또는 파장) 분할 다중 광전송 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 광주파수들이 의사등간격으로 배열되어 있는 다수의 광원 소자들로 구성되는 다채널 광원 수단(10); 상기 다채널 광원 수단(10)의 광출력을 분할하여 출력하는 제1광커플러 수단(20); 상기 제1광커플러 수단(20)의 분할된 광출력을 입력받아 하나의 광출력으로 다중하는 제2광커플러(30); 상기 제2광커플러(30)의 출력을 입력받아 색분산이 큰 매질로 구성되어 등간격 주파수를 발생하는 기준 공진 수단(40); 상기 기준 공진 수단(40)의 출력을 입력받아 광주파수 변화에 따른 광출력의 변화를 검지하여 상기 다채널 광원 수단(10)의 온도 및 인가 전류를 조절하는 광주파수 안정화 수단(50); 상기 제1광커플러 수단(20)으로 부터 출력되는 의사등간격 주파수를 외부의 신호 입력에 의해 신호변조하는 외부 변조 수단(60); 및 상기 외부 변조 수단(60)의 출력을 입력받아 다중하여 전송하는 제3광커플러(70)를 구비하는 것을 특징으로 색분산이 큰 매질로 구성된 파브리-페로 공진기를 이용한 의사등간격 다채널 주파수 발생 장치.