KR101453948B1 - 간섭형 잡음억제장치를 포함하는 파장무관 광송신기 - Google Patents

Abstract

간섭형 잡음억제장치를 포함하는 파장무관 광송신기가 개시된다. 본 발명의 광송신기는, ASE 광원을 편광다중화하여 출력하는 간섭형 잡음억제부 및 수신되는 빛을 변조하여 반사하는 반사형 모듈레이터를 포함하여, 저주파 및 고주파 대역에서 잡음을 억제할 수 있다.

Description

간섭형 잡음억제장치를 포함하는 파장무관 광송신기{COLORLESS OTICAL TRANSMITTER COMPRISING INTERFEROMETRIC NOISE SUPPRESSOR}

본 발명은 광통신 시스템에서 간섭형 잡음억제장치를 포함하는 파장무관 광송신기에 관한 것이다.

최근 동영상 중심의 서비스에 대한 가입자의 광대역 수요를 다루기 위해, 파장분할 다중방식(Wavelength Division Multiplexing; WDM) 광통신 시스템이 차세대 네트워크로 고려되고 있다. 이는 매우 높은 비트-레이트를 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 WDM 시스템에서 파장에 무관하게 동작할 수 있는 파장무관 광송신기를 대략적으로 도시한 도면이다.

이때 사용되는 광대역 광소스(Broadband Light Source; BLS)(110)는 어븀이 도핑된광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier; EDFA), 고출력 광방출 다이오드(Superluminescent diode) 등의 자연증폭방출(Amplified Spontaneous Emission; ASE) 기반의 광원이다.

반사형 모듈레이터(reflective modulator; RM)(120)로 사용되는 페브리-페로 레이저 다이오드(Fabry-Perot Laser Diode; F-P LD)나 반사형 반도체광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier; RSOA)는, 파장분할 다중화/역다중화부(130)에 의해 스펙트럼 분할된 광원(110)의 신호를 변조하여 송신하는 소자로써, 증폭, 모듈레이터 및 잡음 억제의 기능을 수행한다.

반사형 모듈레이터에 ASE 광원이 주입되면, 주입된 빛의 세기가 증가할수록 이득이 감소하는 이득포화(gain saturation) 현상이 발생한다. 도 2a는 반사형 모듈레이터의 이득포화 현상을 설명하기 위한 예시도이며, 도 2b는 반사형 모듈레이터의 잡음억제를 설명하기 위한 예시도이다.

도 2a와 같이, 반사형 모듈레이터의 입력파워 대 출력파워 특성에 의해, 기울기가 완만해지는 구간에서 이득이 감소하는 것을 알 수 있는데, 이러한 이득포화 현상을 이용하면 주입된 빛의 잡음을 억제할 수 있다.

도 2b는 주파수 영역에서의 상대세기잡음(relative intensity noise; RIN)을 나타낸 것으로서, 입력광의 광파워가 -10dBm이고 입력광의 대역폭이 80GHz인 경우의 RIN을 도시한 것이다. 도 2b와 같이, -110dB/Hz의 RIN을 가지는 파워가 -10dBM인 광이 주입될 때, 잡음이 약 10dB 감소하는 것을 확인할 수 있다.

그러나, 이러한 이득포화 형상을 이용한 잡음억제 방안은, 약 2GHz 이하의 주파수에 해당하는 잡음에 대해서는 효과적으로 감소할 수 있지만, 2GHz 이상의 잡음을 효과적으로 감소하지 못하는 문제점이 있다. 이는 반사형 모듈레이터(120)의 캐리어 수명에 의해 물리적으로 제한된다.

따라서, 2.5Gb/s 이상의 고속신호를 전송하는 경우, 감소되지 않은 잡음이 시스템의 전송성능을 열화시키는 주요 원인이 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 저주파 대역 및 고주파 대역에서 잡음억제가 가능한 간섭형 잡음억제기를 추가한 파장무관 광송신기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 광송신기는, 자연증폭방출(ASE) 기반의 광원; 상기 광원을 편광다중화하여 출력하는 간섭형 잡음억제부; 상기 간섭형 잡음억제부로부터 출력되는 빛을 스펙트럼별로 파장분할하는 다중화/역다중화부; 및 파장분할된 빛을 변조하여 반사하는 반사형 모듈레이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 광송신기는, 상기 광원과 상기 간섭형 잡음억제부 사이에 배치되어, 상기 광원으로부터 출력되는 빛을 직선편광이 되도록 하는 편광부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 간섭형 잡음억제부는, 입력되는 광을 분할하여, 제1경로 및 제2경로로 제공하는 제1광커플러; 상기 제2경로에 배치되어, 상기 광커플러로부터 전달되는 광을 소정 시간 지연하는 지연부; 각각 상기 제1경로 및 상기 제2경로에 배치되어, 상기 제1경로의 광과 상기 제2경로의 광이 각각 수직으로 편광되도록 제어하는 제1 및 제2편광제어부; 및 상기 제1경로 및 상기 제2경로의 광을 결합하는 결합부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 지연부가 지연하는 시간차에 의해, 잡음이 억제되는 중심주파수가 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 반사형 모듈레이터는, 단일의 반사형 모듈레이터일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 반사형 모듈레이터는, 복수의 반사형 모듈레이터가 캐스캐이드 방식으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 반사형 모듈레이터로 입력되는 광의 이득을 제어하는 피드포워드 회로를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 피드포워드 회로는, 상기 반사형 모듈레이터로 입력되는 광을 분할하여, 제3경로 및 제4경로로 제공하는 제2광커플러; 상기 제4경로의 빛을 전기적으로 변환하는 광검출기; 및 상기 광검출부에서 출력되는 빛의 위상을 반전하는 위상반전 증폭기를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 저주파 대역에서는 반사형 모듈레이터에 의해 잡음이 억제되고, 고주파 대역에서는 간섭형 잡음억제부에 의해 잡음이 억제되므로, 광대역에 걸쳐 잡음이 억제되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 WDM 시스템에서 파장에 무관하게 동작할 수 있는 파장무관 광송신기를 대략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 반사형 모듈레이터의 이득포화 현상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2b는 반사형 모듈레이터의 잡음억제를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파장무관 광송신기의 구성도이다.
도 4는 도 3의 MP 지점에서 RIN을 측정한 결과를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광송신기의 구성도이다.
도 6은 도 5의 광송신기에서 주파수에 따른 RIN을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 7은 도 5의 광송신기에서 입력 광세기에 따른 RIN을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광송신기의 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파장무관 광송신기의 구성도로써, 예를 들어 주입기반 WDM 광통신 시스템의 중앙기지국(Central Office; CO)을 나타낸 것이다. 그러나, 본 발명의 광송신기가 WDM 광통신 시스템에만 한정되는 것이 아님은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명하다 할 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광송신기는, 광원(10), 편광부(20), 간섭형 잡음억제부(30), 서큘레이터(circulator)(40), 파장분할 다중화/역다중화부(50) 및 반사형 모듈레이터(60)를 포함한다.

다만, 본 발명의 광송신기가 포함하는 것으로 도시하고 설명하는 구성요소는, 본 발명의 설명을 위하여 필수적으로 언급되어야 하는 구성요소만을 도시한 것이며, 그 외 다양한 구성요소가 포함되는 것임은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 사항이라 할 것이다.

광원(10)은 ASE 방식의 광원일 수 있으며, 약 2GHz의 이하의 저주파 대역과 약 2GHz 이상의 고주파 대역에서 모두 잡음이 발생하는 것이며, 예를 들어 BLS 또는 EDFA 또는 SLED 기반의 BLS일 수 있다.

편광부(20)는, 광원(10)으로부터 수신되는 빛이 직선편광이 되도록 한다. 다만, 광원(10)을 선형편광된 빛을 방출하는 SLED를 사용하는 경우에는, 편광부(20)를 사용하지 않아도 된다.

간섭형 잡음억제부(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로부터 수신된 빛의 고주파 대역의 잡음을 억제하기 위한 것으로서, 광커플러(optical coupler)(31), 가변 광감쇄부(Variable Optical Attenuator; VOA)(32), 제1편광제어부(Polarization Controller; PC)(33), 광지연부(Optical Delay Line; ODL)(34), 제2편광제어부(35) 및 편광 빔 컴바이너(Polarization Beam Combiner; PBC)(36)를 포함한다.

광커플러(31)는 편광부(20)로부터 출력되는 편광된 빛을, 50:50의 동일한 강도의 빔으로 분할하여, 제1편광제어부(33)를 포함하는 제1경로 및 제2편광제어부2(35)를 포함하는 제2경로로 출력한다.

제2경로의 ODL(34)은 제1경로와 제2경로의 출력되는 빔 간에 소정 시간 지연차를 갖도록 하고, 제1경로의 VOA(32)는 ODL(34)에서 발생하는 감쇄를 보상해주어 제1경로와 제2경로의 출력이 같은 광세기를 갖도록 한다.

제1편광제어부(33) 및 제2편광제어부(35)는 각각 제1경로 및 제2경로의 빔의 편광을 제어하여, 제1경로와 제2경로의 빔이 각각 수직으로 편광되도록 한다.

PBC(36)는 제1경로와 제2경로의 빔을 각각 결합하는데, 제1경로와 제2경로로부터 출력되는 빔은 서로 수직으로 편광되어 있으므로, PBC(36)의 출력은 편광 다중화된(polarization-multiplexed) 빛이다.

서큘레이터(40)는, 간섭형 잡음억제부(30)로부터 출력되는 빛을 파장분할 다중화/역다중화부(50)으로, 파장분할 다중화/역다중화부(50)에서 출력되는 빛을 피더 파이버(Feeder Fiber; FF)로 출력할 수 있다.

파장분할 다중화/역다중화부(50)는 서큘레이터(40)를 통해 수신한 간섭형 잡음억제부(30)로부터 출력된 빛을 스펙트럼별로 역다중화하여 반사형 모듈레이터(60)에 주입한다. 파장분할 다중화/역다중화부(50)는, 예를 들어 배열 도파로 격자(Arrayed-Waveguide Grating); AWG)일 수 있다.

도 3에서는, 하나의 반사형 모듈레이터(60)만을 대표적으로 도시하였으나, 역다중화되는 채널의 개수만큼 반사형 모듈레이터(60)가 구비되는 것임은 자명하다. 반사형 모듈레이터(60)는 RSOA 또는 F-P LD일 수 있다.

간섭형 잡음억제부(30)로부터 입력되는 빛은 파장분할 다중화/역다중화부(50)에 의해 파장분할 되고, 각각 반사형 모듈레이터(60)로 입력되어 반사되고, 데이터가 변조되어, 다시 파장분할 다중화/역다중화부(60)에 의해 다중화되어 FF로 전송된다.

본 발명의 광통신 시스템에서는, 간섭형 잡음억제부(30)가 광원(10)이 출력하는 ASE 기반의 빛을 편광 다중화하여, 편광 다중화된 두개의 광빔이 출력된다. 편광 다중화된 광빔이 포토디텍터(photodetector)와 같은 광검출기에 수신되면 생성된 광전류가 상관 잡음 간섭(correlated noise interference)을 하고, 이때 상쇄간섭이 일어나는 중심주파수에서 잡음이 억제될 수 있다. ODL(34)에서 지연되는 시간차(Δtd)에 의해 상쇄간섭이 일어나는 중심주파수를 결정할 수 있다.

즉, 본 발명은, 저주파 대역의 잡음은 반사형 모듈레이터(60)가 이득포화현상을 이용하여 억제하고, 고주파 대역의 잡음은 간섭형 잡음억제부(30)의 상관잡음간섭에 의해 억제할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 광범위한 주파수 대역에서 ASE 광원(10)에 의해 발생되는 비트 잡음을 억제할 수 있다.

도 4는 도 3의 MP 지점에서 RIN을 측정한 결과를 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에서, 도트라인(dotted line)은 본 발명의 잡음억제기술이 적용되지 않은 경우의 RIN 스펙트럼을 나타낸 것이고, 솔리드라인(solid line)은 간섭형 잡음억제부(30)를 구비하였을 때의 RIN 스펙트럼을 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 간섭형 잡음억제부(30)를 적용한 경우, 약 5GHz 대역에서 20dB 이상의 감쇄율을 보이며 잡음이 억제되지만, 2.5GHz 이하 및 7.5GHz 이상 대역의 잡음은 오히려 증가하는 것을 알 수 있다.

즉, 간섭형 잡음억제부(30)는 특정 구간의 잡음을 감쇄 및 증가시키며 잡음의 분포를 조절하는 역할을 수행하고, 전체 주파수 영역을 고려하였을 때에는 잡음억제의 효과가 미미한 것을 알 수 있다.

RSOA와 같은 반사형 모듈레이터(31)는 저주파 대역의 잡음을 잘 감소시킬 수 있고, 7.5GHz 이상의 잡음은 수신단에서 전기적 고주파 차단필터를 이용하여 줄일 수 있으므로, 반사형 모듈레이터(31)와 간섭형 잡음억제부(3)를 함께 이용하면 각각 독립적으로 이용하는 것보다 전체적으로 잡음을 더욱 억제할 수 있다.

대쉬라인(dashed line)이 본 발명의 광통신 시스템에서의 RIN 스페트럼을 나타내는 것이며, 2GHz 이하 주파수 대역뿐 아니라, 2GHz 이상의 높은 주파수 대역에서도 잡음이 억제되고 있음을 알 수 있다.

간섭형 잡음억제부(30)의 ODL(34)에서 지연되는 시간차(Δtd)에 의해 상쇄간섭이 일어나는 중심주파수가 결정되는 것임은, 이미 설명한 바와 같다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광송신기의 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광송신기는, 반사형 모듈레이터(70)로써 도 3과 같은 단일 반사형 모듈레이터(60) 대신, 캐스캐이드 방식으로 복수의 반사형 모듈레이터(71, 72)이 연결되어 구성된 것이 도 3의 실시예와 상이하다.

그 외 구성요소에 대해서는 이미 도 3의 실시예를 통해 설명한 바와 같으므로, 그 설명은 생략하기로 한다. 이하, 추가된 구성만을 설명하기로 한다.

본 발명의 일실시예의 광송신기는 복수의 반사형 모듈레이터(71, 72)가 캐스캐이드 방식으로 연결된다. 본 발명의 일실시예에서는, 2개의 반사형 모듈레이터(71, 72)가 연결되어 있는 예를 설명하겠으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그보다 많은 수의 반사형 모듈레이터가 연결될 수도 있음은 자명하다.

파장분할 다중화/역다중화부로 부터 출력되는 빛은, 제2서큘레이터(74) 및 제3서큘레이터(73)를 통과하여 반사형 모듈레이터(71)에서 반사되어, 제3서큘레이터(73)를 통해 반사형 모듈레이터(72)를 통과하여 제2서큘레이터(74)를 통해 전송된다.

높은 이득을 가지는 반사형 모듈레이터를 이용하면 이득포화 현상이 더욱더 커져서 저주파 대역의 ASE 잡음을 더욱 억제할 수 있으므로, 광송신기에 높은 이득을 갖는 반사형 모듈레이터를 이용할 수 있으나, 이는 제조비용이 증가하게 된다. 따라서, 도 5와 같이 반사형 모듈레이터를 캐스캐이드 방식으로 연결하여 등가적으로 높은 이득의 반사형 모듈레이터(70)를 구현할 수 있을 것이다.

도 6은 도 5의 광송신기에서 주파수에 따른 RIN을 설명하기 위한 일예시도로서, 도트라인은 캐스캐이드 방식으로 연결된 반사형 모듈레이터를 사용한 경우를 나타내며, 청색 솔리드라인은 캐스캐이드 방식으로 연결된 반사형 모듈레이터와 함께 간섭형 잡음억제부(INS)를 사용한 경우를 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 간섭형 잡음억제부와 캐스캐이드 방식으로 연결된 반사형 모듈레이터를 사용한 경우 잡음억제 효과가 더 커지는 것을 알 수 있다.

10Gb/s NRZ 전송을 고려하여 광수신기의 대역폭을 6 GHz로 하고, 저주파에서 6GHz 까지 평균 RIN을 구해보면, 간섭형 잡음억제부(30)를 사용하기 전에는 -117.6 dB/Hz이지만 간섭형 잡음억제부(30)를 사용하면 -119.4dB/Hz로, 1.8 dB 의 잡음억제를 더 얻을 수 있다. 이는 10Gb/s 전송을 위해 요구되는 RIN 레벨(약 -120dB/Hz)을 만족시킨다.

도 7은 도 5의 광송신기에서 입력 광세기에 따른 RIN을 설명하기 위한 일예시도로서, 캐스캐이드 방식으로 연결된 반사형 모듈레이터(70)를 사용한 경우를 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 간섭형 잡음억제부(30)를 사용하여, -15dBm 입력광 파워에서 약 2dB의 추가적인 잡음 억제율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

광원(10)을 EDFA가 아닌 선형 편광된 빛을 방출하는 SLED를 이용한다면, 간섭형 잡음억제부를 이용하여 약 5dB의 추가적인 잡음억제율을 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광송신기의 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광송신기는, 반사형 모듈레이터(60)에 피드포워드 회로(80)가 연결되어 구성된 것이 도 3의 실시예와 상이하다.

피드포워드 회로(80)는, 광검출기(82), 전기적 위상반전 증폭기(87) 및 전기적 지연부(84)를 포함한다.

그 외 구성요소에 대해서는 이미 도 3의 실시예를 통해 설명한 바와 같으므로, 그 설명은 생략하기로 한다. 이하, 추가된 구성만을 설명하기로 한다.

파장분할 다중화/역다중화부(50)로부터 출력되는 빛은, 광커플러(81)에서 제1및 제2경로로 나뉘게 된다. 제1경로를 통과하는 빛은 반사형 모듈레이터(60)로 전파하고, 제2경로를 진행하는 빛은 광검출기(82)로 전달된다. 광검출기(82)로부터 생성된 광전류의 잡음은 전기적 위상반전 증폭기(87)와 전기적 지연부(84)를 통하여 위상이 반전되게 된다. 따라서 이 광전류로 반사형 모듈레이터(60)의 이득을 제어하면 반사형 모듈레이터(60)의 이득포화 현상을 이용한 잡음억제와 같이 저주파 대역의 잡음을 줄일 수 있다.

따라서 반사형 모듈레이터(60)의 이득포화 현상 및 피드포워드 잡음억제 방법을 동시에 수행할 수 있기 때문에 저주파 대역의 잡음을 효과적으로 줄이면서 고주파 대역의 잡음을 간섭형 잡음억제기를 통해 저감할 수 있기 때문에 넓은 주파수 대역에서 잡음을 효과적으로 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 광원 20: 편광부
30: 간섭형 잡음억제부 40, 73, 74: 서큘레이터
50: 파장분할 다중화/역다중화부 60, 71, 72: 반사형 모듈레이터
80: 피드포워드 회로

Claims (8)

1. 자연증폭방출(ASE) 기반의 광원;
   상기 광원을 편광다중화하여 출력하는 간섭형 잡음억제부;
   상기 간섭형 잡음억제부로부터 출력되는 빛을 스펙트럼별로 파장분할하는 다중화/역다중화부; 및
   파장분할된 빛을 변조하여 반사하는 반사형 모듈레이터를 포함하고,
   상기 간섭형 잡음억제부는,
   입력되는 광을 분할하여, 제1경로 및 제2경로로 제공하는 제1광커플러;
   상기 제2경로에 배치되어, 상기 광커플러로부터 전달되는 광을 소정 시간 지연하는 지연부;
   각각 상기 제1경로 및 상기 제2경로에 배치되어, 상기 제1경로의 광과 상기 제2경로의 광이 각각 수직으로 편광되도록 제어하는 제1 및 제2편광제어부; 및
   상기 제1경로 및 상기 제2경로의 광을 결합하는 결합부를 포함하는 광송신기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 광원과 상기 간섭형 잡음억제부 사이에 배치되어, 상기 광원으로부터 출력되는 빛을 직선편광이 되도록 하는 편광부를 더 포함하는 광송신기.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 간섭형 잡음억제부의 상기 지연부가 지연하는 시간차에 의해, 잡음이 억제되는 중심주파수가 결정되는 광송신기.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 반사형 모듈레이터는,
   단일의 반사형 모듈레이터인 광송신기.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 반사형 모듈레이터는,
   복수의 반사형 모듈레이터가 캐스캐이드 방식으로 연결된 광송신기.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 반사형 모듈레이터로 입력되는 광의 이득을 제어하는 피드포워드 회로를 더 포함하는 광송신기.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 피드포워드 회로는,
   상기 반사형 모듈레이터로 입력되는 광을 분할하여, 제3경로 및 제4경로로 제공하는 제2광커플러;
   상기 제4경로의 빛을 전기적으로 변환하는 광검출기; 및
   상기 광검출기에서 출력되는 빛의 위상을 반전하는 위상반전 증폭기를 포함하는 광송신기.

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