KR100450745B1

KR100450745B1 - 광변조기 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR100450745B1
Application number: KR10-2001-0077423A
Authority: KR
Inventors: 명승일; 김봉규; 이정찬; 이현재
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2004-10-01
Also published as: US6693734B2; US20030107791A1; KR20030047048A

Abstract

본 발명은 입력 전기신호, 바이어스 전압신호를 입력받아 입력 광신호에 의하여 광변조된 광신호를 출력하는 광변조기를 제어하는 장치에 관한 것으로, 광변조기로 광변조에 사용될 입력 광신호를 인가하는 광원; 광원에서 출력되는 입력 광신호의 세기를 측정하는 입력광 측정부; 광변조기에서 출력되는 출력 광신호의 세기를 측정하는 출력광 측정부; 및 입력광측정부 및 출력광측정부에서 측정된 입력 광신호 및 출력 광신호의 세기에 따라 바이어스 전압신호를 조정하는 한편 입력 전기신호의 이득을 조정하는 제어부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 광 변조기의 바이어스 동작전압 및 전기신호의 이득을 자동적으로 최적으로 동작하도록 초기화하여 출력 광신호의 왜곡이 발생되지 않고 최대의 소광비를 얻을 수 있다. 또한, 광변조기의 동작 중에 바이어스 동작 전압을 적응적으로 조정할 수 있다.

Description

광변조기 제어장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling electro-optic modulator}

본 발명은 광통신 및 광 전송 시스템에서 광 송신장치의 광 변조기 동작을 안정화시키기 위한 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 광 변조기의 내부 전달함수의 변화에 따라 광 출력 신호 형태 및 출력 광 세기가 변화하게 되는데, 이러한 광변조기의 출력 변화를 안정화시키기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광변조기는 내부에 두개의 간섭형 광도파로를 가지고 있고 그 광도파로의 위상 지연을 통하여 주기적인 광 출력 특성을 나타낸다. 위상 지연을 주기 위해 광변조기 내부에 있는 광도파로 사이에 RF 전극을 두어 위상 지연을 유도한다. 또한 광변조기 내에는 RF 전극이외에도 별도의 바이어스 전극을 설치하여 동작 전압을 조절한다. 광변조기의 바이어스 동작전압이 적절하지 못하면 광변조기의 출력 광신호가 왜곡될 수 있다.

종래의 광변조기의 광 출력 안정화 장치로는 입력 광신호에 정보 신호와 다른 일정 주파수를 지니는 전기적인 흔들림(dithering)신호를 인가하는 방식이 사용되었다. 흔들림 신호의 기본파 또는 2차 고조파, N차 고조파 신호 중 하나만을 추출하여 흔들림 신호의 주파수 위상 변형 형태의 장애신호(error signal)를 감지하며, 이 장애신호를 이용하여 궤환(feedback) 제어를 통해 바이어스 동작 전압을 제어하여 광 변조기의 출력을 안정화시킨다.

그러나, 광 검출기로부터 하나의 고조파를 검출하기 위한 대역필터가 추가로 소요되며, 대역 필터링 후의 잡음으로 인하여 정확한 동작점을 유지하기가 어려웠다. 만일 잡음의 영향을 줄이기 위해 흔들림 신호의 진폭(amplitude)을 높여 광변조기로 인가하면, 흔들림 신호가 정보 전기신호의 잡음으로 작용되는 문제점이 있으며, 180도 위상변조 전압의 변화에 적응하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광변조기의 전달 함수가 변화함에 의하여 광 변조기의 출력 광신호의 특성이 불안정하게 나타나는 문제점을 해결하기 위하여, 광변조기로 인가되는 바이어스 동작전압 및 정보를 나타내는 전기신호의 이득을 자동적으로 초기화시켜 광변조기가 최적의 조건으로 동작할 수 있도록 하는 광변조기 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 광 변조기의 광 출력 안정화를 위한 광 송신기에 있어서, 광변조기로 인가되는 바이어스 동작전압을 적응적으로 제어하는 광변조기 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조장치의 구성블록도를 나타내는 도면이다.

도 2는 광 변조기의 두 광도파로들 간의 상대적인 위상천이와 광변조기의 광출력 특성과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 광 변조기의 직류 드리프트 현상을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4는 광 변조기의 180도 위상변조 전압(Vpi) 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기 제어장치의 구성블록도를 나타내는 도면이다.

도 6은 광변조기를 초기화시킬 때 수행되는 광변조기 제어방법을 설명하는 흐름도이다.

도 7은 광변조기를 동작시키면서 바이어스 동작전압을 적응적으로 조정하는 광변조기 제어방법을 설명하는 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 .... 광원 12 .... 광변조기

13 .... 입력광측정부 14 .... 출력광측정부

15 .... 제어부 16 .... 바이어스전압조정부

17 .... 전기신호이득조정부

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광변조기 제어장치는, 입력 전기신호, 바이어스 전압신호를 입력받아 입력 광신호에 의하여 광변조된 광신호를 출력하는 광변조기를 제어하는 장치에 있어서, 상기 광변조기로 광변조에 사용될 상기 입력 광신호를 인가하는 광원; 상기 광원에서 출력되는 입력 광신호의 세기를 측정하는 입력광 측정부; 상기 광변조기에서 출력되는 출력 광신호의 세기를 측정하는 출력광 측정부; 및 상기 입력광측정부 및 출력광측정부에서 측정된 상기 입력 광신호 및 출력 광신호의 세기에 따라 상기 바이어스 전압신호를 조정하는 한편 상기 입력 전기신호의 이득을 조정하는 제어부를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광변조기 제어방법은, 입력 전기신호에 대응하여 광변조된 광신호를 출력하는 광변조기를 초기화하는 방법에 있어서, 상기 광변조기로 일정 범위의 전압을 바이어스 동작전압으로 인가하는 단계; 상기 동작전압의 인가에 의하여 검출된 광출력 중에서 최대의 광세기를 나타내는 최대 동작전압 및 최소의 광세기를 나타내는 최소 동작전압을 구하는 단계; 상기 최소 및 최대 동작전압 사이의 중간 전압을 초기 바이어스 동작전압으로 설정하는 단계; 및 상기 초기 바이어스 동작전압을 인가하여 상기 입력 전기신호에 따라 광변조를 수행하는 단계를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광변조기 제어방법은, 입력 전기신호에 대응하여 광변조된 광신호를 출력하는 광변조기를 초기화하는 방법에 있어서, 상기 광변조기로 일정 범위의 전압을 바이어스 동작전압으로 인가하는 단계; 상기 동작전압의 인가에 의하여 검출된 광출력 중에서 최대의 광세기를 나타내는 최대 동작전압 및 최소의 광세기를 나타내는 최소 동작전압을 구하는 단계; 상기 최소 및 최대 동작전압의 차이에 근거하여 상기 광변조기로 입력되는 전기신호의 이득을 조정하는 단계; 및 초기 바이어스 동작전압을 인가하여 상기 이득 조정된 전기신호에 따라 광변조를 수행하는 단계를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 광변조기 제어방법은, 입력되는 전기신호에 대응하여 광변조된 광신호를 출력하는 광변조기를 제어하는 방법에 있어서, (a) 상기 광변조기에 초기 바이어스 동작전압을 인가하여 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기 간의 관계에 대한 기준을 설정하는 단계; (b) 상기 전기신호에 따라 광변조를 수행하면서, 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기를 측정하는 단계; (c) 상기 측정된 광신호의 세기들 간의 관계를 구하여 상기 기준과 비교하는 단계; (d) 상기 비교 결과에 따라 상기 바이어스 동작전압을 조정하는 단계; 및 (e) 상기 조정된 바이어스 동작전압을 상기 광변조기로 인가하여 광변조를 수행하는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계부터의 과정을 반복하여 상기 바이어스 동작전압을 제어하는 것이 바람직하다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조장치의 구성블록도를 나타내는 도면이다. 광변조장치는 광입력포트(121), 전기신호 입력포트(122), 바이어스전압신호 입력포트(123) 및 광출력포트(124)와 연결된 광변조기(electro-optic modulator; 12)를 포함한다. 광원(11)은 광입력포트(121)를 통하여 광변조기(12)로 광신호를 입력하고, 입력광 측정부(13)에 의하여 입력 광신호의 세기가 측정된다. 광변조기(12)의 광출력포트(124)로 출력되는 출력 광신호는 출력광 측정부(14)에 의하여 그 세기가 측정된다. 광변조기(12)로 입력되는 전기신호는 변조하고자 하는 정보데이터가 전기적 신호로 변환된 것이다. 입력광신호가 전기신호에 의하여 변조된 광신호가 출력되는 광출력포트(124)는 통상적으로 광섬유와 같은 광채널에 연결된다.

광원(11)은, 예를 들어 1550nm 파장대역에서 동작하는 레이저 다이오드로 구현될 수 있으며, 광캐리어로 사용되는 광신호를 생성한다. 광변조기(12)는 광입력포트(121)를 통하여 광캐리어를 수신하여 광캐리어를 전기신호입력포트(122)로 입력되는 전기신호에 따라 변조하여 변조된 광신호를 생성한다. 변조된 광신호는 광출력포트(124)를 통하여 출력된다. 출력광 측정부(14)는 변조된 광신호를 광커플러를 통하여 출력광의 세기를 측정한다. 광커플러는 변조된 광신호의 5% 이하의 작은 양을 추출하고, 나머지는 광도파로를 통하여 출력된다.

광변조기(12)는 Mach-Zender 변조기와 같은 간섭형 변조기(interferometric modulator)로 구현될 수 있다. 광원(11)으로부터 광입력포트(121)를 통하여 입력된 광캐리어는 두 신호로 분리되어 두 광도파로(12a, 12b)로 전송된다. 전기신호 입력포트(122)와 바이어스전압 입력포트(123)로부터 입력되는 전기신호와 바이어스전압신호가 인가되는 전극들은 두 광도파로(12a, 12b) 근처에 가까이 위치하고 있다. 이들 전기신호에 의하여 발생되는 전기장은 광도파로들(12a, 12b)의 굴절율을 국부적으로 변화시키게 되고, 두 광도파로들(12a, 12b)를 통하여 전파되는 광캐리어들 간에 상대적인 위상천이(relative phase shift)를 야기시킨다. 상대적인 위상천이는 인가된 전기신호의 전압 크기에 비례하게 된다. 광변조기(12)의 광출력포트(124)에서는 두 광도파로들(12a, 12b)에서 도입된 상대적인 위상천이에 따라 두 광신호가 서로 증강 또는 상쇄(constructively or destructively) 간섭을 일으키면서 결합된다. 따라서, 광출력포트(124)로 나오는 출력광은 전기신호 입력포트(122)로 인가된 전기신호의 전압의 크기에 따라 그 광세기가 변한다.

제어부(15)는 입력광과 출력광의 세기를 측정하여 그 결과에 따라 전기신호의 이득 및 바이어스 동작전압의 크기를 조정하며, 재구성 가능한(reconfigurable) 소자를 이용하여 구현될 수 있다. 전기신호이득조정부(17)는 정보를 나타내는 전기신호를 입력받아 제어부(15)에 의한 조정에 따라 이득을 조정한 다음 광변조기(12)로 인가한다. 바이어스전압조정부(16)는 광변조기(12)가 최적의 상태로 동작할 수 있는 바이어스 동작전압을 광변조기(12)로 인가한다. 전기신호의 이득 조정 및 바이어스 동작전압의 조정에 대해서는 후술하기로 하며, 먼저 광변조기(12)의 전달함수에 따른 광변조 특성에 대해 살펴본다.

도 2는 광 변조기(12)의 두 광도파로들(12a, 12b) 간의 상대적인 위상천이와 광변조기(12)의 광출력 특성과의 관계를 나타내는 그래프이다. 광변조기(12)는 간섭형이므로 광출력의 세기는 상대적인 위상천이에 관한 코사인제곱함수가 된다. 상대적인 위상천이는 전기신호의 전압에 비례하며, 따라서 "상대위상천이"로 표시된 횡축은 인가된 전기신호의 전압을 나타낸다고 할 수 있다. 그리고, 그래프의 종축은 광 변조기의 출력 광 세기를 나타내며, 곡선(21)은 광변조기의 전달함수를 나타낸다.

도 2에서, 광변조기에 인가되는 전기신호가 참조번호 23b, 23c, 23d로 표시된 바와 같고, 바이어스 인가전압이 전달함수의 음의 기울기 부분에서 각각 참조번호 22b, 22c, 22d로 표시된 바와 같은 경우, 그에 따른 광 출력은 각각 참조번호 25b, 25c, 25d로 표시된 곡선과 같은 특성을 갖는다. 따라서, 바이어스 인가전압의 최적 동작점은 22c로써 그 동작점에서의 광출력신호 25c는 전기적인 데이터 신호 23c의 파형과 유사한 신호 특성을 얻을 수 있다. 하지만, 최적 지점이 아닌 다른 지점 22b, 22d에 해당하는 바이어스 동작 전압이 인가되는 경우 그에 따른 출력 파형 25b, 25d는 전기신호의 파형과는 상이한 왜곡된 출력 특성이 나타난다. 따라서, 광변조기로 인가되는 바이어스 동작 전압을 최적 동작점 22c로 조절하여 안정된 광 변조기 출력 신호 25c가 출력되도록 하여야 한다.

한편, 최적 동작점으로 바이어스 동작 전압을 조정한 경우에도 광 변조기의 바이어스 동작 전압은 광도파로의 매질의 광굴절 효과와 공간전하의 누적에 의한 직류 드리프트(drift) 및 온도 변화 등에 의해 시간에 따라 변하게 된다. 따라서, 광변조기의 동작 중에 최적 동작점이 변하므로, 바이어스 동작전압의 최적점을 항상 감시하여 광변조기로 입력되는 바이어스 전압신호의 전압값을 조정할 필요가 있다.

도 3은 광도파로의 매질의 광굴절 효과 및 공간 전하의 누적에 의한 직류 드리프트 및 온도 변화 등에 의한 광 변조기의 직류 드리프트 현상을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3의 (a)는 직류 드리프트 현상이 나타나기 전인 정상적인 동작 시의 출력 특성이고, 도 3의 (b)는 직류 드리프트 현상으로 인한 광 변조기의 출력특성을 나타낸다. 도면에서 광변조기의 전달함수가 도 3(a)의 곡선 31에서 도 3(b)의 곡선 35로 천이되었음을 나타내며, 도 3(b)의 참조번호 36은 광변조기의 전달함수의 드리프트를 나타낸다.

도 3(b)에서, 초기 설정과정에서 동작점 37a에 해당하는 바이어스 동작전압이 인가된 경우 상기 전달함수의 드리프트(36)로 인하여 출력특성은 곡선 39a와 같이 왜곡되게 나타낸다. 이를 도 3(a)의 정상적인 출력곡선 34와 같은 특성을 얻기 위해서는, 드리프트를 고려하여 바이어스 동작전압을 천이시켜야 한다. 즉, 드리프트가 있기 전의 바이어스 동작전압 37a에서, 드리프트를 고려하여 동작전압을 37b로 이동시켜야 한다. 그러면, 출력곡선 39b와 같은 정상적인 출력 특성을 얻을 수 있다. 다시 말하면, 직류 드리프트 현상이 발생되면 그에 대응하여 바이어스 동작전압을 천이시켜 주어야만 원하는 광출력 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 4는 광도파로 매질의 광굴절 효과, 공간 전하의 누적 및 온도 변화에 의한 광 변조기(12)의 180도 위상변조 전압(Vpi) 특성을 설명하기 위한 도면이다. 180도 위상변조 전압의 특성 변화는 최대 소광비(Extinction Ratio)의 변화를 가져온다. 소광비는 광신호의 전송 성능에 중요한 역할을 한다. 도 4의 (a)는 초기 동작 상태의 전달함수(41)를 나타내고, 도 4의 (b)는 특성이 변한 다음의 전달함수(45)를 나타낸다.

광변조기는 입력 측에서 광을 둘로 분리시켜 두 광도파로를 통하여 각각 전송하고 출력측에서는 두 광도파로로 진행되어 온 광을 합하게 되는데, 출력 광신호는 두 광도파로 경로로 진행되는 광신호들의 상대적인 위상에 의하여 결정된다.두 광도파로의 출력광신호의 위상이 서로 동일하면 출력광신호의 세기가 두 광도파로에서 전송된 광의 합으로 되어 광신호 로직 "1"을 출력한다. 반면 두 광도파로의 출력광신호의 위상이 서로 180도 차이가 나면 두 광신호가 서로 상쇄되어 출력될 광신호가 없는 상태가 되어 로직 "0"을 출력한다. 여기서, 로직 "1"을 출력하기 위한 전기신호의 최대 전압값과 로직 "0"을 출력하기 위한 전기신호의 최소 전압값과의 차이를 180도 위상변조 전압(Vpi)이라고 한다. 그러므로, 광변조기로 입력되는 전기적인 정보신호의 피크-투-피크(peak-to-peak) 전압신호(Vp-p)를 Vpi에 상응하도록 인가함으로써 최대 소광비를 얻을 수 있다.

도 4(a)에서, 광변조기(12)의 180도 위상변조 전압은 Va이고 소광비는 B/A이다. 그러나, 도 4(b)를 참조하면, 공간전하의 누적 및 온도 변화에 의하여 180도 위상 변조 전압은 Vb로 증가하였다. 이 때 바이어스 동작 전압을 최적점으로 유지하기 위해 그 동작점을 도 4(b)의 47a에서 47b로 이동한 상태에서 전기신호의 진폭을 도 4(a)의 전기신호 43의 진폭과 같은 진폭을 갖는 도 4(b)의 48a로 도시된 전기신호로 그대로 인가하게 되면 출력 광신호의 소광비는 (B-db)/(A+da)로 감소하게 된다. 최대의 소광비를 얻기 위해서는 광변조기에 인가되는 정보 전기신호 48a의 진폭을 48b로 변화시켜주어야 하고, 그러면 출력곡선 49b와 같은 특성을 얻고, 높은 소광비를 얻을 수 있다. 따라서, 시간이 지남에 따라 나타나는 180도 위상변조 전압 특성의 변화를 고려하여 광변조기로 입력되는 전기신호의 진폭을 조정할 필요가 있다.

도 1에 도시된 제어부(15)는 입력광측정부(13) 및 출력광측정부(14)에서 측정된 입력 광신호 및 출력 광신호의 세기에 따라 바이어스 전압신호를 조정하는 한편 입력 전기신호의 이득을 조정한다. 이와 같은 조정 동작에 대하여, 도 6과 7을 참조하여 광변조기(12)의 초기화 과정과 동작 중의 조정과정으로 나누어 설명하기로 한다. 여기서, 도 6은 광변조기를 초기화시킬 때 수행되는 광변조기 제어방법을 설명하는 흐름도이며, 도 7은 광변조기를 동작시키면서 바이어스 동작전압을 적응적으로 조정하는 광변조기 제어방법을 설명하는 흐름도이다.

도 6을 참조하여, 광변조기(12)의 동작을 초기화시킬 때의 기능에 대해 설명한다. 광변조기 초기화 시, 제어부(15)는 바이어스 동작전압을 초기화하기 위하여, 광변조기(12)로 일정 범위의 전압(-V ~ +V)을 바이어스 전압신호로 인가(61)하여 광세기를 측정한다(62). 그 측정 결과, 최대 광세기를 나타낼 때의 바이어스 전압신호의 최대 동작전압 및 최소의 광세기를 나타낼 때의 바이어스 전압신호의 최소 동작전압을 검출한다(63). 도 2에서 22a의 바이어스 동작전압을 인가하면 최대 광세기를 얻게 되고, 22e의 바이어스 동작전압을 인가하면 최소 광세기를 얻게 된다. 인가되는 동작전압을 가변시켜 위와 같은 동작점들을 찾는다.

최대 동작전압 및 최소 동작전압을 검출한 다음 최소 및 최대 동작전압 사이의 중간 전압, 바람직하기는 그 평균전압을 초기 바이어스 전압신호로 설정한다(64). 그러면, 도 2의 전달함수에서의 동작 최적점인 22c에서 광변조기가 동작되도록 할 수 있다. 한편, 위에서 검출된 최소 및 최대 동작전압의 차이를 계산(65)하고 그 차이값에 근거하여 광변조기(12)로 입력되는 전기신호의 진폭을 조정하기 위해 적용될 증폭 이득을 설정한다(66). 상기 차이값은 광변조기(12)의 두광도파로(12a, 12b)로 진행하는 광의 위상차가 180도가 되는 바이어스 동작전압을 나타내며, 도 2에서 동작점 22e와 22a의 동작전압의 차이에 해당한다. 180도 위상변조 전압(Vpi)에 상응하는 전기신호의 전압(Vp-p)을 얻기 위해 전기신호를 증폭하는 증폭기의 이득을 조절한다.

초기화 과정에서, 위 두 기능이 동시에 수행되거나 또는 필요에 따라서는 선택적으로 하나만 수행될 수 있다. 이 초기화 기능을 통하여 초기의 바이어스 전압신호에 대한 초기 동작점을 자동적으로 찾을 수 있으며, 또한 최적의 소광비가 유지되도록 광변조기를 동작시킬 수 있게 된다.

전기신호이득조정부(17)는 초기화시 설정된 증폭이득에 따라 입력 전기신호의 크기를 조정하여 광변조기(12)로 인가하고, 바이어스전압조정부(16)는 초기화시 설정된 초기 바이어스 전압신호를 광변조기(12)로 인가한다(67). 광변조기(12)는 이들 신호를 입력받아 광원(11)으로부터의 광신호에 따라 변조를 수행한다(68).

다음으로, 광변조기(12)를 초기화한 다음 광변조 과정을 수행하면서 동작점 변화에 적응하여 바이어스 동작전압을 조정하는 기능에 대하여, 도 7을 참조하여 설명한다.

먼저, 광변조기(12)로는 초기화된 바이어스 동작전압을 인가하여 광변조기(12)로 입력된 광신호의 세기 및 광변조기(12)에서 출력된 광신호의 세기 간의 관계에 대한 기준이 설정된다(71). 바람직하게는, 그 기준은 입력광과 출력광의 세기비(intensity ratio)로 설정할 수 있다. 그렇게 함으로써, 입력광 세기의 변화에 따른 출력광 세기의 변화를 확인할 수 있다. 그런 다음 광변조기(12)는 입력 전기신호에 따라 광변조를 수행한다(72). 광변조 수행 과정 중에, 광변조기(12)로 입력된 광신호의 세기 및 광변조기(12)에서 출력된 광신호의 세기들 간의 관계(예: 광세기의 비)를 구하여(73), 상기 기준과 비교한다(74).

바이어스전압 조정부(16)는 제어부(15)의 비교 결과에 따라 광변조기(12)로 입력될 바이어스 전압신호의 동작전압이 최적으로 되도록 조정한다(75). 바이어스전압 조정부(16)는 상기 비교 결과에 따라 현재 인가되고 있는 바이어스 전압신호의 동작전압을 가감하여, 갱신된 동작전압을 광변조기(12)에 바이어스 전압신호로 인가한다(76). 광변조기(12)는 조정된 바이어스 전압신호에 따라 광변조를 수행한다(77).

이를 구체적으로 설명하면, 초기화시 설정된 기준 광세기비가 73 과정에서 구한 광 세기비보다 큰 경우에는 바이어스 동작전압을 감소시키기 위한 전압값(- delta V)을 발생하고, 작은 경우에는 바이어스 동작전압을 증가시키기 위한 전압 값(+ delta V)을 발생한다. 이렇게 발생된 전압 값과 초기화시의 바이어스 동작전압을 덧셈 연산하여 조정된 동작전압을 발생한다. 제어부(15)의 레지스터에는 조정된 바이어스 동작전압으로 갱신된다. 새로 조정된 바이어스 동작전압은 아날로그 변환을 통해 광 변조기(12)에 바이어스 전압신호로서 인가되어 광변조기의 광 출력 신호를 안정화시킬 수 있다. 이와 같은 바이어스 전압신호의 동작전압의 조정과정은 광변조기의 동작 중에 주기적으로 또는 필요시 수시로 수행시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변조기 제어장치의 구성블록도를 나타내는 도면이다. 입력 광원으로는 레이저장치(51)가 사용되며, 그 레이저 광의세기를 측정하는 내장형 포토다이오드(PD1, 53a)를 구비한다. 한편, 레이저 장치(51) 내에 광측정 소자를 구비하지 않은 경우에는 레이저 장치(51)에서 광변조기(52)로의 광경로상에 커플러(53b)를 삽입하고 광변조기(12)로 입력되는 광 중 일부를 포토다이오드(PD3, 53c)에 의하여 측정함으로써 입력광의 세기를 측정할 수 있다. 광변조기(52)의 기능은 도 1에서 설명된 바와 동일하다. 광변조기(52)에서 출력되는 광은 커플러(54a)에 의하여 그 일부가 포토다이오드(PD2, 54b)로 입력되어 출력광의 세기가 측정된다.

먼저, 광변조기(52)의 동작을 초기화시킬 때의 기능에 대해 설명한다. 광변조기(52) 초기화 시, 광변조기(52)로는 일정 범위의 전압이 바이어스 전압신호로 인가된다. 비교기(55)는 입력 광신호 및 출력 광신호를 입력받아 최대의 광세기를 나타내는 최대 동작전압 및 최소의 광세기를 나타내는 최소 동작전압을 검출하고, 그 중간전압 및 차이전압을 출력한다. 기준값설정부(57)는 비교기(55)에서 출력되는 중간전압에 따라 바이어스 전압신호의 동작전압을 설정하여 저장하며, 또한 비교기(55)에서 출력되는 차이전압에 기초하여 광변조기(52)로 입력되는 전기신호의 이득을 조정하는 파라미터를 설정하여 저장한다,

이득조정부(58)는 전기신호의 크기를 증폭하는 증폭기(59)의 이득을 조정하며, 상기 설정된 이득에 따라 증폭기(59)가 동작하도록 제어한다. 증폭기(59)에서 이득 증폭된 전기신호는 광변조기(52)로 인가된다. 그리고, 바이어스전압 조정부(56)는 초기화 시 설정된 동작전압으로 바이어스 전압신호를 광변조기(52)로 인가한다.

상기와 같은 초기화 과정에서 얻은 파라미터들로 광변조기(52)를 동작시킨 다음 비교기(55)는 입력광과 출력광의 세기를 계속적으로 감시한다. 만일 두 광의 세기비((PD1의 광 세기)/(PD2의 광 세기)가 초기 설정치와 달라지면 그에 따라 바이어스 전압신호의 동작전압을 조정하며, 그 구체적인 조정과정은 도 1에서 설명한 바와 마찬가지이다.

한편, 180도 위상변조 전압(Vpi)은 초기화 시에만 감시되어 그에 따라 전기신호의 이득을 조정하며, 광변조 동작 중에는 이를 감시하지 않는다. Vpi는 초기화때 광변조기의 바이어스 전압신호의 동작전압을 작은 값에서 큰 값으로 증가시키면서 찾아낸다. 광변조 동작 중에 Vpi를 알기 위해 바이어스 전압신호의 전압을 변화시키게 되면 전기적인 정보신호의 왜곡을 가져올 수 있다. Vpi는 광변조기를 장시간 동작시켰을 때 (대략 수개월 정도) 또는 극심한 온도 변화 (예로써, 0도에서 70도로의 급격한 온도 변화)가 있을 때 변화하게 되며, 미세한 온도 변화나 단시간 내에는 거의 변하지 않으므로, 초기화시의 Vpi에 따라 전기신호의 이득을 최적으로 설정해 두면 보통의 경우에 광변조 과정을 이상 없이 동작시킬 수 있다. 따라서, 장시간 사용한 후나 극심한 온도 변화가 있은 후에는 광변조 특성이 왜곡되어 있을 가능성이 있으므로 광변조기에 대한 초기화 과정을 처음부터 다시 수행한 다음 동작시키는 것이 바람직하다.

도면을 통하여 광변조기 제어과정을 설명하면서 아날로그/디지털 변환 또는 디지털/아날로그 변환에 대한 설명은 생략되었다. 예를 들어, 포토다이오드는 입력광과 출력광의 세기를 측정하여 아날로그 세기신호를 출력하고, 그 측정된 아날로그 세기 신호를 아날로그/디지털 변환기에 의하여 디지털신호로 변환한 다음 제어부로 입력시킬 수 있다. 또한, 제어부로부터 출력되는 바이어스 동작 전압 값과 이득 조절을 위한 오프셋 값을 디지털/아날로그 변환기에 의하여 각각 아날로그값으로 변환하여 광변조기와 증폭기에 각각 인가할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예에서는 그에 대한 구체적인 기재는 생략하였지만, 실제 제어장치를 구현함에 있어서, 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 사용하거나, 그 반대로 디지털신호를 아날로그신호로 변환하여 사용하는 것은 당업자가 필요에 따라 적절히 적용할 수 있는 설계사항에 불과하다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 광 변조기의 바이어스 동작전압 및 전기신호의 이득을 자동적으로 최적으로 동작하도록 초기화하여 출력 광신호의 왜곡이 발생되지 않고 최대의 소광비를 얻을 수 있다. 또한, 광변조기의 동작 중에 바이어스 동작전압을 적응적으로 조정할 수 있다. 본 발명은 광 전송 시스템에 이용되는 광 송신기, 광 트랜스폰더, 광 트랜스미터에 사용되는 광 변조기의 출력 특성을 안정화시키는데 적용할 수 있다.

Claims

입력 전기신호 및 바이어스 전압신호를 입력받아 입력 광신호에 의하여 광변조된 광신호를 출력하는 광변조기를 제어하는 장치에 있어서,

상기 광변조기로 광변조에 사용될 상기 입력 광신호를 인가하는 광원;

상기 광원에서 출력되는 입력 광신호의 세기를 측정하는 입력광 측정부;

상기 광변조기에서 출력되는 출력 광신호의 세기를 측정하는 출력광 측정부; 및

일정 범위의 전압을 상기 바이어스 전압신호로 인가한 후 측정한 상기 출력 광신호의 최대 및 최소 값을 기초로 상기 전기신호 및 상기 바이어스 전압신호의 초기값을 설정하고, 상기 초기화된 바이어스 전압신호을 인가한 후 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기 간의 관계에 대한 기준을 설정하며, 상기 전기신호에 따라 광변조를 수행하면서, 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기들 간의 관계를 구하여 상기 기준과 비교한 다음 상기 비교 결과에 따라 상기 바이어스 전압신호를 조정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 광변조기 초기화 시, 상기 광변조기로 일정 범위의 전압을 바이어스 전압신호로 인가하여 최대의 광세기를 나타내는 최대 동작전압 및 최소의 광세기를 나타내는 최소 동작전압을 검출한 다음 상기 최소 및 최대 동작전압 사이의 중간 전압을 초기 바이어스 전압신호로 설정하여 상기 광변조기로 인가하는 동작전압 초기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 광변조기 초기화 시, 상기 광변조기로 일정 범위의 전압을 바이어스 전압신호로 인가하여 최대의 광세기를 나타내는 최대 동작전압 및 최소의 광세기를 나타내는 최소 동작전압을 검출한 다음 상기 최소 및 최대 동작전압의 차이에 근거하여 상기 광변조기로 입력되는 전기신호의 이득을 조정하는 이득 초기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 초기 바이어스 전압신호를 상기 광변조기에 인가하였을 때 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기로부터 구한 기준 광세기비를 설정하는 기준설정부;

상기 전기신호에 따라 광변조를 수행하면서, 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기들 간의 관계를 구하여 상기 기준과 비교하는 비교부; 및

상기 비교기의 상기 비교 결과에 따라 현재 인가되고 있는 상기 바이어스 전압신호를 가감하여 상기 광변조기에 인가하는 바이어스 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 입력광측정부 및 출력광측정부에서 측정된 상기 입력 광신호 및 출력 광신호를 입력받아 최대의 광세기를 나타내는 최대 동작전압 및 최소의 광세기를 나타내는 최소 동작전압을 검출하고, 그 중간전압 및 차이전압을 출력하는 비교부;

상기 비교부에서 출력되는 중간전압에 따라 상기 바이어스 전압신호의 동작전압을 설정하는 기준값설정부;

상기 비교기에서 출력되는 차이전압에 기초하여 상기 광변조기로 입력되는 전기신호의 이득을 조정하는 이득설정부; 및

상기 비교기에서 출력되는 중간 전압을 초기 바이어스 전압신호로 설정하여 상기 광변조기로 인가하는 동작전압 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어장치.
광변조기로 일정 범위의 전압을 바이어스 동작전압으로 인가하는 단계;

상기 바이어스 동작전압의 인가에 의하여 상기 광변조기로부터 출력되는 광 세기 중에서 최대의 광세기를 나타내는 최대 동작전압 및 최소의 광세를 나타내는 최소 동작전압을 구하는 단계;

상기 최소 및 최대 동작전압을 기초로 초기 바이어스 동작전압 및 상기 광변조기로 입력되는 입력 전기신호의 초기 이득값을 설정하는 단계;

상기 광변조기에 초기 바이어스 동작전압을 인가하였을 때 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기로부터 출력된 광신호의 세기 간의 관계에 대한 기준을 설정하는 단계;

상기 광변조기의 동작 중에, 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기를 측정하는 상기 기준과 비교하는 단계; 및

상기 비교 결과에 따라 상기 바이어스 동작전압을 조정하여 상기 조정된 바이어스 동작전압을 상기 광변조기로 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어 방법.
삭제
제 7항에 있어서,

상기 초기값 설정단계는 상기 최소 및 최대 동작전압 사이의 중간값을 초기 바이어스 동작전압으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어방법.
삭제
삭제
제 7항에 있어서,

상기 초기값 설정단계는 상기 최소 및 최대 동작전압의 차이를 기초로 상기 초기 이득값을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어방법.
제 7항에 있어서,

상기 기준 설정 단계는 상기 입력 광신호의 세기 및 상기 출력 광신호의 세기의 비로 설정되는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어방법.
삭제
제7항, 제9항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
입력 전기신호 및 바이어스 전압신호를 입력받아 입력 광신호에 의하여 광변조된 광신호를 출력하는 광변조기;

상기 광변조기로 광변조에 사용될 상기 입력 광신호를 인가하는 광원;

상기 광원에서 출력되는 입력 광신호의 세기를 측정하는 입력광 측정부;

상기 광변조기에서 출력되는 출력 광신호의 세기를 측정하는 출력광 측정부; 및

일정 범위의 전압을 상기 바이어스 전압신호로 인가한 후 측정한 상기 출력 광신호의 최대 및 최소 값을 기초로 상기 전기신호 및 상기 바이어스 전압신호의 초기값을 설정하고, 상기 초기화된 바이어스 전압신호을 인가한 후 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기 간의 관계에 대한 기준을 설정하며, 상기 전기신호에 따라 광변조를 수행하면서, 상기 광변조기로 입력된 광신호의 세기 및 상기 광변조기에서 출력된 광신호의 세기들 간의 관계를 구하여 상기 기준과 비교한 다음 상기 비교 결과에 따라 상기 바이어스 전압신호를 조정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변조기 제어장치.