KR0157429B1 - 파장분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치 및 광신호 시스템 - Google Patents

파장분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치 및 광신호 시스템

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KR0157429B1
KR0157429B1 KR1019910003191A KR910003191A KR0157429B1 KR 0157429 B1 KR0157429 B1 KR 0157429B1 KR 1019910003191 A KR1019910003191 A KR 1019910003191A KR 910003191 A KR910003191 A KR 910003191A KR 0157429 B1 KR0157429 B1 KR 0157429B1
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마커스 디트리츠
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그레고리 씨. 라니에리
아메리칸 텔리폰 앤드 텔리그라프 캄파니
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Abstract

본 발명은 파장 분할 다중화(wacelength division multiplexed) 광통신 시스템, 특히, 하나 이상의 반송파 신호를 유전체 도파관 전송매체(dielectric waveguide transmission medium)의 제로분산(zero dispersion) 파장으로 전송하는 시스템에 관한 것으로, 파장 분할 다중화 및 주파수 분할 다중화 광통신 시스템에서, 인접한 채널들을 광섬유의 정상 분산 체계시 약 2nm내지 3nm이격시켜 전송하고, 각 채널을 광섬유의 평균 제로 분산 파장 λ0보다 0.4nm 작은 파장으로 전송하므로써 측파대 에너지의 원하지 않는 단조증가를 방지한다.

Description

파장 분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치 및 광신호 시스템
제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 광통신 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도.
제2도는 표준 단일 모드 광섬유의 파장 대 분산 특성을 나타낸 그래프.
제3도는 2채널 파장 분할 다중화 광통신 시스템에서 채널 반송파와 상호변조 측파대의 관계를 도시한 도면.
제4도는 누적분산을 광섬유상의 위치의 함수로 도시한 그래프.
제5도는 두 개의 1차 정현파의 4광자 혼합에 의해 생성되는 의사 측파대 신호를 도시한 도면.
제6도는 WDM 광통신 시스템에서 한 개 채널의 전형적인 입력 데이터 펄스 열을도시한 도면.
제7 내지 10도는 한 개의 반송파 파장이 광섬유의 제로 분산 파장인 경우, 채널과 측파대 상호변조 채널 양자에 대한 2채널 WDM광통신 시스템의 출력 펄스 1-4를 도시한 도면.
제11도는 제6도에 도시된 신호에 대한 입력 스펙트럼을 나타낸 도시한 도면.
제12도는 제7 내지 10도에서 설명된 신호에 대한 출력 스펙트럼을 도시한 도면.
제13 내지 18도는 하나의 반송파 파장이 본 발명의 원리에 따라 광섬유의 제로 분산 파장으로부터 분리되는 경우, 채널과 측파대 상호변조 채널 양자에 대한 2채널 WDM 광통신 시스템의 출력펄스 1-4를 도시한 도면.
제19도는 제6도에 도시된 신호에 대한 입력 스펙트럼을 나타낸 도면.
제20도는 제16내지 18도에 도시된 신호에 대한 출력 스펙트럼을 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101, 102, 103 : 채널 송신기 104, 105, 106 : 커플러
107 : WDM 멀티플렉서 108 : 광섬유
109 : WDM 디멀티플렉서 110, 111, 112 : 수신기
본 발명은 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexed) 광통신 시스템에 관한 것으로, 특히 하나 이상의 반송파 신호를 유전체 도파관 전송매체(dielectric waveguide transmission medium)의 제로 분산(zero dispersion) 파장으로 전송하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 광섬유는 장거리 광통신 시스템의 전송 매치로 사용된다. 이론적으로, 광섬유는 거의 무한대의 대역폭(bandwidth)을 갖기 때문에, 수천의 고속 데이터 채널을 동시에 전송할 수 있다. 그러나 실제로는 손실, 분산 및 비선형 휘도-의존(intensity-dependent)효과가 조합되어 상기 광섬유에 의해 지원되는 채널의 수와 상기 광섬유상의 채널의 스펙트럼 배치 양자를 결정된다. 최대의 데이터 처리 속도를 얻기 위하여, 대부분의 통신 시스템은, 반송파 신호가 광섬유의 벤츠마크(benchmark) 전송 특성, 즉, 제로분산 파장 λ0에근사시켜서 전송하는 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexed:WDM)또는 주파수 분할 다중화(frequency division multiplexed:FDM) 시스템으로 설계된다. 상기 제로 분산 파장은, 광섬유의 전파 상수의 파장에 대한 이차 도함수(second derivative)가 제로인 점으로서 정의된다. 표준 단일 모드(single-mode) 광섬유는 1.3μm에서 공칭적으로 제로 분산을 나타내고, 분산 천이형(dispersion-shifted) 섬유는 약 1.5μm에서 제로 분산점을 갖는다.
WDM또는 FDM 시스템에서 하나의 반송파가 제로 분산 파장으로 전송되어야 한다는 전술한 결론에는 변함이 없으나, 인접한 채널들의 다른 반송파들의 배치는 중요한 연구 대상으로 되어 왔다. 실제로, 몇몇 연구원들은 반송파 배치의 문제를 3-파장 또는 4-파장 혼합 문제로서 정형화시켜, 광섬유 중에서 강한 광파신호가 전파되는때에 생기는 비선형 효과를 밝혀 내고자 했다. 케이. 오. 힐 등의 J. Appl. Phys., 49(10), 1987의 제 5098 내지 5106 면과 엔, 시바타 등의 IEEE J. Quant. Elect., Vol. QE-23, No, 7,1987의 제 1205 내지 1210면을 참조바람. 이들 힐 및 시바타등은 서로 다른 주파수를 가진 3개의 입력 광신호로 9개의 대응하는 새로운 주파수를 가진 광신호를 발생하는 방법을 설명하고 있다. 상기 새로운 주파수를 갖는 광파 신호들은 주파수끼리의 혼합 및 주파수 사이의 크로스토크(crosstalk)에 의해서 얻어진다. 시바타등은, 단파장에서의 실험으로부터 얻어진 결과를 외삽하므로써, 광섬유의 제로 색분산 파장에서 협대역을 갖는 반송파 신호를 이용한 주파수 다중화 전송 시스템에서, 4-파장 혼합으로 인해 발생되는 불필요한 광신호를 완전히 억제하기 위해서는, 인접한 광신호들을 λ0= 1.3㎛에서 400GHz(2.25nm)이상의 주파수 간격으로, 또한 λ0=1.5㎛에서 300GHz(2.4nm)이상의 주파수 간격으로 전송해야 한다는 결론을 내렸다. 그러나 본 발명자는 시바타 등이 내린 결론은 문제점이 있고 시바타 등에 의해 설명된 주파수 다중 시스템에서는 불필요한 광신호를 완전히 억압할 수 없다고 생각한다.
측파대(sideband)에너지의 원하지 않는 단조 증가(monotonicgrowth)는, 파장 분할 다중 및 주파수 분할 다중 광통신 시스템에서, 인접한 채널들을 광섬유의 정상 분산 상태에서 약 2nm이상 이격시켜 전송하고 각 채널을 광섬유의 평균 제로 분산 파장 λ0보다 0.4nm아래로 전송하므로써 배제된다. 채널간 간격과 제로 분산 파장으로부터의 각 채널 간격은 각 채널의 공칭 반송파 파장에 대해 측정된다.
파장 분할 다중 또는 주파수 분할 다중 광통신 시스템의 각 송신기는 채널당 하나씩 할당된 복수의 변조된 광원을 포함하며, 상기 각광원은 바람직한 채널간 간격과 제로 분산 파장으로 부터의 각 채널의 간격에 따라 특정 파장에 동조된다. 광원들은 직접 또는 외부적으로 변조되는 동조가능한 고정 파장 레이저들을 포함한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 특정 실시 예로써 더욱 상세히 설명한다.
초 장거리 광신호 전송은 광섬유의 손실 및 분산으로 인한 통상적인 문제들에 의해 방해를 받는다. 또한, 상기와 같은 전송은 각 광신호의 세기에 대한 광섬유 재료 굴절율의 약한 의존성에 의해 영향을 받는다. 이와 같은 의존성은 비선형적이고, n=n0+ n2·|E|2으로 표현될 수 있으며, 여기서, n0는 굴절율의 선형부분이고, n2는 굴절율의 비선형 부분이며, E는 광신호의 전력밀도이다.
광신호의 세기에 대한 굴절율의 의존성은, 상기 광신호의 군속도의 변화를 일으킨다. 상기 굴절율 변화는, 또한, 광섬유 분산을 갖는 광신호로부터의 펄스의 상호작용에 의해 펄스 형상에 영향을 미치는 광신호의 자기 위상 변조(self phase modulation) 또는 자기 처핑(chirping)을 일으킨다. 자기 위상 변조와 분산은 솔리톤(soliton)의 형성중에 완전히 상쇄된다. 만일에 불완전하게 상쇄되면, 자기 위상 변조는 스펙트럼의 확장을 초래하여 부가적인 펄스 왜곡을 일으킨다.
본 발명에 의하면, 광섬유내 굴절율의 약한 비선형성으로 인한 신호 왜곡이, 대양횡단 거리에 버금가는 거리를 주행하는 광파 신호에 있어 최소화 된다. 이것은, 다중 채널 파중 분할 다중(WDM) 광통신 시스템에서 인접한 채널들을 광섬유의 정상 분산 상태에서 약 2nm 이상이격시켜 전송하고, 또한 각각의 채널을 광섬유의 제로 분산 파장 λ0보다 0.4nm이상 아래로 전송하므로써 달성된다. 채널간 간격을 크게 할 수도있는데, 시뮬레이션(simulation) 결과로부터 ASK 변조된 정보를 운반하는 적어도 두 개의 채널을 갖는 WDM 광신호 시스템의 경우 채널간 간격이 2nm와 3nm 사이인 것이 바람직 하다고 판단되었다. 통신 시스템의 수신단에 고정 또는 적응형 등화 소자를 이용함으로써 더 큰 채널간 간격도 허락한다. 당업계에 알려진 등화 소자는 전자 회로와 광섬유로 구현된다.
제로 분산 파장으로부터 제1 채널 사이의 간격에 대하여, 시뮬레이션 결과로부터, 하나의채널 파장이 제로 분산 파장에 가까울수록, 2-채널 WDM 광신호 시스템의 경우 다른 채널로의 왜곡 도입이 더 많아지게 됨을 알게 되었다. 주파수 스펙트럼을 볼 때, 상호변조는 상당한 양의 노이즈를 증가시켜 원하는 파장 대역에 노이즈를 발생시킴을 알 수 있다. 제1 채널이 제로 분산 파장으로부터 더욱 멀어지면, 2-채널 시스템의 양 채널은 더욱 심한 분산을 겪게 됨을 알 수 있다.
다음의 약정들은 본 명세서에 있어서 명료성을 목적으로 한 것이지 제약을 목적으로 한 것이 아님을 유의해야 한다. 파장 분할 다중화는 표준 WDM 및 주파수 분할 다중화(FDM)를 포괄하는 것으로 이해된다. 일반적으로, WDM은 FDM과 같은 것으로 이해된다. 광섬유는 표준 원형 코어, 단일 모드 광섬유, 분산 천이형 광섬유, 편광 유지 또는 편광 보존 광섬유 등과 같은 형태를 포함하는 것으로 이해된다. 기타 약정에 대해서는 후술하기로 하겠다.
대표적인 다중-채널 WDM 광통신 시스템이 제1도에 도시된다. 각 채널은 관련 채널 송신기에 데이터를 공급한다. 채널1로 부터의 데이터는 채널 송신기(101)에 공급되고: 채널2로 부터의 데이터는 채널 송신시(102)에 공급되며: 채널 N으로부터의 데이터는 채널 송신기(103)에 공급된다. 상기 채널 송신기(101) 내지(103)은 당 분야에 숙련된 자에게는 이미 공지된 것으로 각각의 채널 데이터에 의해 변조된 광신호들을 발생한다.
대표적인 구체적 실시예에 있어서, 채널 송신기는 광 분리기(isolator)를 통해 외부 변조기에 광학적으로 결합된 분포형 궤환 레이저(a distributed feedback laser) 와 같은 단일 파장 레이저 다이오드를 포함한다. 상기 레이저 다이오드는, 본 명세서에서 원하는 채널에 대한 반송파 파장으로서 알려진 단일 파장에서 연속파(continuous-wave)(CW)모드로 동작하도록 적절히 바이어스되고 제어된다. 상기 레이저 다이오드로부터의 CW 광신호는 외부 변조기에서 채널 데이터에 의해 변조되어 변조된 광신호로 발생한다. 특정 채널과 관련된 변조된 광신호들은 일반적으로, 변조되지 않은 레이저 다이오드신호보다 더 넓은 대역폭을 가지지만, 설명을 용이하게 하기 위해 상기 신호는 관련된 반송파 파장에 통상 존재하는 것으로 간주한다.
제1도에 도시된 송신장치는 또한, 개별적인 변조된 광신호들을 광섬유(108)상의 전송을 위해 단일 신호로 조합하는 WDM 멀티플렉서(107)를 또한 포함한다. 상기 멀티플렉서(107)는 N개의 다른 입력 신호들을 수신하여 이들을 단일 출력 신호로 변환하는 Nx1 멀티플렉서이다. 모든 입력 파장들은 멀티플렉서(107)로 부터의 출력신호에 존재한다. WDM 멀티플렉서(107)는 다른 파장의 광신호 쌍들을 하나의 출력 광신호로 조합하는 3dB 커플러(coupler)와 같은 커플러를 포함한다.
상기 WDM 멀티플렉서(107)로 부터의 다중 파장 신호 출력은 광섬유(108)에 입력된다. 제1도에는 상기 광섬유를 한 개의 광섬유로 간단히 도시했으나, 당업자라면, 장거리 통신을 위해 상기 광섬유(108)를, 개개의 증폭기, 증계기 또는 재생기에 의해 서로 분할된 복수의 긴스팬(long span)(10km 이상의)으로 구성할 수도 있음을 알 것이다. 여기서, 장거리라 함은, 예를 들면, 100km 이상의 거리를 말한다. 광섬유의 비선형성은 초 장거리에 걸친 경우에만 중요한 문제가 되는 것이 일반적이기 때문에, 당 분야에 통상의 지식을 가진자라면, 본 발명이 특히 바람직하게는 1000km 이상에 걸친 장거리 WDM 시스템에 이용가능한 것을 알 수 있다. 초 장거리에 걸친 전송은 광섬유의 길이를 따라 광섬유 증폭기를 이격 배치하여 고유 광섬유 손실(intrinsic fiber loss)을 보상함으로써 개선할 수 있다. 제1도에 몇 개의 증폭기가 광섬유(108)의 길이를 따라 도시되어 있다. 반도체 증폭기 및 불순문 주입 광섬유 증폭기와 같은 표준 광 증폭기들은 증폭용으로 사용되어 광섬유(108)의 길이에 따른 손실을 보상할 수도 있다.
WDM 광통신 시스템에 있어서, 광섬유(108)로부터 출력되는 다중 신호들은 WDM 디멀티플렉서(demultiplexer)(109)에 공급된다. 상기 WDM 디멀티플렉서(109)는, 제1도에 도시된 바와 같이, 파장에 따라 다른 채널들을 분리하여, 반송파 파장 λ1의 신호는 수신기(110)로, 반송파 파장 λ2의 신호는 수신기(111)로, 그리고, 반송파 파장 λN의 신호는 수신기(112)로 공급한다. 상기 수신기(110) 내지 (112)는 수신되는 광신호 정보를 검출하여 처리하고 각 특정의 원하는 채널에 대한 데이터 출력 신호를 발생한다.
제2도는 섬유(108)와 같은 표준 광섬유의 파장에 대한 분산 변화를 도시한 것이다. 곡선(20)상에 두 개의 다른 체계 즉, 이상 분산 체계(anomalous dispersion regime)(D0)과 정산 분산 체계(normal dispersion regime)(D0) 가 도시되어 있다. 상기 곡선(20)는 파장 λ0의 제로 분산점을 교차 통과하는 것으로 도시했는데, 이 파장을 소위 제로 분산 파장이라고 부른다. 물론, 분산 천이형 광섬유의 경우에는, 상기한 파장보다 긴 파장(1.5㎛)에서 교차가 발생한다. 전술한 바와 같이, 종래의 WDM 광통신 시스템은, WDM 신호의 한 채널을 반송파 파장 λ0로 섬유내로 도입시키므로써 제로 분산 파장의 잇점을 취하도록 설계되었다. 이와 반대로 본 발명의 원리에 따르면, 어떠한 채널 반송파도 제로분산 파장으로 전달되지 않으며, 오히려 인접한 채널들의 반송파 파장들은 약 2nm이상 분리되며 각 채널의 반송파 파장은 제로 분산 파장으로부터 적어도 0.4nm 떨어지게 분리된다.
2-채널 WDM 광통신 시스템에 대한 채널간 간격 및 제로 분산 파장으로부터의 간격이 제3도에 도시되어있다. 도시된 바와 같이, 채널1 및 채널2는 각각 반송파 파장 λ1및 λ2로 전송된다. 채널1은 신호선(31)으로 도시되고, 채널2는 신호선(32)로 도시된다. 상기 채널간 간격과 제로 분산 파장 λ0로 부터의 간격은 본 발명의 지시에 따른다. 4광자 혼합은 파장 λ3및 λ4에서 상호변조 또는 혼합 신호가 발생케 한다. 상호변조 측파대 신호들은 신호선(33)으로서 도시된 상호변조 채널3과 신호선(34)으로서 도시된 상호변조 채널4로서 언급된다. 화살표(35)는 파장이 증가하는 방향을 나타낸 것이다.
또한, 제3도에 도시된 관계는 식 f1= c/λi에 따라 주파수의 관점에서 고찰될 수 있으며, 여기서, i=1,2,3 및 4이다. 채널1 및 채널2는 반송파 주파수 f1및 f2로 제각기 송신된다. 상기 채널1은 신호선(31)으로 도시되고 채널2는 신호선(32)으로 도시된다. 상기 채널로 간격 및 제로 분산 주파수 f0으로 부터의 간격은 본 발명의 지시에 따른다. 4광자 혼합은 주파수 f3및 f4에서 상호변조 또는 혼합 신호가 발생케 한다. 상기 상호변조 측파대 신호들은 신호선(33)으로서 도시된 상호변조 채널3과 신호선(34)으로서 도시된 상호변조 채널4로서 언급된다. 화살표(36)는 주파수가 증가하는 방향을 나타낸 것이다.
4광자 혼합의 결과 상호변조 채널들은 잘 정의된 파장 또는 주파수에서 발생한다. 상기 2채널 WDM 시스템의 경우, 양 채널간의 관계는 다음식으로 나타낼 수 있다. 즉,
f3= 2f1- f2
f4= 2f2- f1
물론, 이들 관계는 λi= c/fi라는 표준 관계를 이용하여 파장 관계로 쉽게 변환될 수 있으며, 여기서 i=1, 2, 3 또는 4이고, fi는 채널i의 주파수이며, c는 진공중에서의 광속이다.
상기한 채널 간격 및 제로 분산 간격 조건의 의도는, 광섬유(108)가 양단간에 걸쳐 사실상 균일한 제로 분산 특성을 갖게 하려는 것, 즉, 평균 분산값이 광섬유를 따라 어떤 위치에서도 실제 분산과 대체로 동일케 하거나 근사하게 하려는 것이다. 또한, 광섬유(108)에 대한 누적 분산의 크기는 사실 임의 선형 방식으로 증가하려는 경향이 있다.
제4도에 실질적으로 균일성을 나타내는 대표적인 분산 특성이 광섬유 거리 z에 따른 곡선(40)으로서 도시되어 있다. 누적 분산의 단위는 psec/nm 이다. 이에 관련하여, 분산은 단위 광섬유 길이달 파장 변화에 따른 펄스 지연 변화를 의미하는 것으로 이해된다. 분산은 통산 psec/nm·km의 단위로 표현된다. 특별한 이견을 표명하지 않는한, 후술하는 광섬유(108)는 실질적으로 균일한 분산 특성을 갖는 것으로 한다. 대부분의 광섬유에 대하여 제로 분산점은 광섬유 길이를 따라 임의로 변화하여, 전체 광섬유는 평균 제로 분산 파장으로서 특정화된 제로 분산 파라메터를 갖는다.
본 발명의 원리에 따라 WDM 광통신 시스템을 설계하므로써 얻어지는 이익을 알기 위해서는. 종전의 규칙에 따라 설계한 시스템이 동작하는 방식을 이해하는 것이 중요하다. 즉, WDM 시스템의 한 채널의 반송파가 제로 분산 파장인 경우 상호변조 측파대에 대한 4광자 혼합의 효과를 이해하는 것이 중요하다. 각 채널의 파형 포락선 함수에 대해 일정한 진폭을 선정함으로써, λ3의 상측 상호변조 측파대의 전력이 거리에 따라 단조적으로 증가하는 반면에, λ4의 하측파대 의사 신호가 발진함을 나타내는 표현을 얻을 수 있으며, 제5도에 도시된다. 제5도에서, 곡선(51)은 상측파대 상호변조 신호의 단조적 증가를 보이며, 곡선(52) 내지 (56)는 하측파대 의사신호의 진동 특성을 나타낸다.
제6도는 각 채널의 데이터 펄스열을 도시한 것이다. 상기열은 실질적으로 동일한 간격 및 전력을 가진 1과 0의 교번 스트림(alternating stream)을 나타낸다. 상기 열에 의해 나타내어지는데이타 속도는 2.5Gbps이다. 상기 데이터 열은 각 채널 송신기로부터의 광신호를 변조함으로써, 한 열이 파장 λ1의 반송파 상에 ASK 변조되게 하고 그 열이 파장 λ2의 반송파 상에 변조되게 한다. 반송파 파장 λ1이 제로 분산 파장 λ0과 일치하고 반송파 파장 λ2가 λ1으로부터 3nm 정도 이격된 경우, 제7내지 10도에 도시된 출력 펄스들이 광섬유 단에 나타난다. 시뮬레이션에 있어, 광섬유(108)는 길다란 광섬유 섹션들을 함께 접속하여 구성되고 약 100km 간격마다 적당한 광증폭에 의해 보상된다. 상기 광섬유는 0.21dB/km의 고유 손실 및 80㎛의 유효 모드 구역을 갖는 총 길이가 약 750km(즉, 대양횡단 거리)인 섬유로 정형화 된다.
제7도에 도시된 펄스들은 반송파 파장 λ1의 채널1로 수신된 신호에 상응하며, 제8도에 도시된 펄스들은 반송파 파장 λ2의 채널2로 수신된 신호에 대응한다. 반송파 파장 λ3및 λ4의 상호변조 측파대의 펄스들은 제9도 및 제10도에 각각 도시되었다. 상기 도면으로부터 분명한 것은, 각 채널의 데이터 열이 심하게 변질되었다는 것이다. 또한 중요한 것은, 상측 상호변조 측파대의 각 펄스에 대한 순간 전력이 하측 상호변조 측파대의 각 펄스들에 대한 순간 전력에 비해 두 배 정도의 크기를 갖는다는 것에 주목해야 한다. 여기서, 상측 및 하측이란 용어는 측파대를 파장의 면에서 나타낸 것임에 유념해야 한다. 만일 측파대를 주파수의 면에서 나타내려면, 파장에 과한 상측파대를 주파수에 관한 하측파대로 해야 하고 파장에 관한 하측파대를 주파수에 관한 상측파대로 해야 할 것이다.
입력 및 출력 주수파 스펙트럼은 제11도 및 12도에 도시된다. 주파수와 파장은 역비례 관계를 가지므로(fI= c/λi), 곡선(21)는 제로 분산 파장(즉, fI= f 0)의 채널1의 입력 스펙트럼에 상당하며, 곡선(22)는 채널1로부터 약 2nm만큼 이격된 입력 스펙트럼에 상당한다. 이들 도면에서 주파수 측은 제로 분산 주파수로 부터의 거리로서 f-f0를 선택하고 fmax-f0를 1000GHz로 설정함으로써 무차원 단위(dimensionless units)로 정규화된다. 제7내지 10도의 출력 데이터 펄스 열들로부터 에견할 수 있듯이, 제12도에서 f3의 하측 상호변조 측파대가 섬유(108)의 횡단한 후 채널1의 것과 크기가 실질적으로 동일한 값으로 증가한 것을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 분명한 것은, 한 채널이 광섬유의 제로 분산 주파수(파장)에 위치하는 반송파 주파수(파장)을 갖는 경우, WDM 시스템 성능이 심하게 저하된다는 결론을 내릴수 있다.
제13내지 15도는 앞서 설명된 바와 같이 동일한 광섬유 위로 전술한 교번하는 0과 1의 열들을 전송한 결과를 나타낸다. 상기 도면에서, 채널간 간격은 약 3nm로 선정되었으며, 채널1은 정상 분산 체계에어 제로 분산 주파수보다 약 1.5nm 아래에 위치된다. 주파수의 면에서, 채널1 및 채널2는 각각 제로 분산 주파수보다 약 200GHz및 600GHz 위에 위치한다. 결과적으로, 상호변조 측파대 채널3과 채널4는 제각기 제로 분산 주파수보다 200GHz 아래와 1000GHz 위에 발생된다. 채널1 및 채널2의 출력 펄스들은 제13 및 14도에 각각 도시된다. 이들 펄스는 얼마간의 분산을 겪는데, 두 채널내 펄스들은 상호작용은 현저한 결과를 나타내는 것으로 생각되지는 않는다. 제15도에는 주파수 f3및 f4의 상호변조 측파대들의의사 펄스들이 도시된다. 곡선(153)의 펄스들은 반송파 주파수 f3의 하측 상호변조 측파대의 펄스들에 대응하며, 곡선(154)의 아주 낮은 레벨의 펄스들은 반송파 주파수 f4의 상측 상호변조 측파대의 펄스들에 대응한다.
두 채널을 서로 더욱 가깝게 이동시키고 제로 분산 파장에 더욱 가깝게 이동시키므로써, 그 결과르르 제13내지 15도에 도시된 펄스들과 비교하는 것이 가능하다. 채널간 간격을 2nm로 하고 채널1로부터 제로 분산 파장까지의 간격을 0.5nm로 한 경우, 전술한 시뮬레이트용 2-채널 WDM 광통신 시스템을 사용하면, 제16내지 18도에 도시된 출력 펄스들을 얻을 수 있다. 주파수의 면에서, 채널1과 채널2는 제각기 제로 분산 주파수보다 약 66.67GHz 및 333.3GHz 위에 위치한다. 따라서, 상호변조 측파대 채널3과 채널4는 각각 제로 분산 파장 보다 200GHz 아래, 600GHz 위에 발생한다. 채널1 및 채널2의 출력 펄스들이 각각 제16 및 17도에 도시된다. 상호변조 측파대들의 출력 펄스들은 제18도에 도시된다. (f3)의 하측 상호변조 측파대의 출력 퍼스는 곡선(183)으로 표시되어 있고, (f4) 상측 상호변조 측파대의 출력 펄스들(표시되어 있지 않았음)은 제18도의 바닥부분에 시간 축을 따라 매우 낮고, 거의 식별하기 어려운 리플로서 나타난다. 제16내지 18도에 도시된 신호들의 입력 및 출력 주파수 스펙트럼이 제19 및 20도에 도시된다. 분명한 것은, 제20도로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 원리에 따라 WDM 통신 시스템이 설계된 경우 상호변조 측파대들이 상당히 낮은 레벨에 있다는 것이다.
상기의 설명에서, 레이저 다이오드는 반송파 파장에 동조되고 외부적으로 변조되는 CW 모드의 광원으로서 나타내어졌다. 당업자라면, 파장 λ1의 반송파상에 데이터 신호를 위치시키는 기능이 다른 많은 실시태양에 의해서도 수행될 수 있음을 알 것이다. 예로서, 분포형궤환(DFB) 및 분포형 브래그 반사기(DBR) 레이저는 단일의 소정 파장의 광파 신호를 발생하는데 아주 적합하다. DFB 및 DBR 레이저는 모두 동조가능한 동작 및 직접 또는 외부변조를 행할 수 있다.
앞서 제공된 시뮬레이션 결과에서, ASK 변조는 각 채널 송신기에서 이용되는 변조방식으로서 설명되었으나, FSK 및 PSK와 같은 다른 변조방식도 본 발명의 원리에 따라 정의된 다중 채널 WDM 광통신 시스템에 사용하되는 것으로 이해되어야 한다.
일반적으로, 외부변조가 불균일한 FM 응답등의 효과를 방지하기 위하여 바람직한 변조기법으로 설명되었으나, 실제로, 상기 외부 변조기에 레이저 광원을 결합하는 것은, 결합효율을 극대화하는 표준 렌즈 또는 버트(butt) 결합 기술로 달성된다. 레이저와 변조기간에는 분리기가 설치되어 원하지 않는 반사 성분이 레이저로 되돌아 가는 양을 줄인다.
DFB 및 DBR레이저가 본 발명의 원리에 따라 특히 바람직한 파장에서 동작하도록 설정될 수도 있는데, 이 경우, 꼭 필요치는 않을 지라도 레이저에 표준 안정화 소자(standard stavillization element)를 부가하는 것이 바람직하다. 일반적으로 제어루프로 구성된 안정화 소자는 레이저로부터 출력되는 신호를 감시하고, 이에 응답하여 레이저의 전류나 온도를 조절함으로써 원하는 파장으로 부터의 어떤 파장 편이를 수정하는 것으로 당업계에 잘 알려져 있다.
상기한 설명에 있어서, 광섬유(108)는 그의 전체 길이예 걸쳐 실질적으로 균일한 분산 특성을 갖는 것으로 설명되었다. 광섬유의 분산 특성에 대한 임의 변동이 생길 수도 있으므로, 반송파 파장은 평균 제로 분산 파장으로부터 오프셋 될 수도 있을 것으로 생각된다.
전체 광섬유 길이에 걸쳐 균일한 분산 특성이 바람직스러우나 실제로는 그렇지 않을 수도 있다. 그러므로 광섬유(108)가, 각 섬유 섹션(section)이 특정한 섬유 섹션의 길이에 걸쳐 실질적으로 균일한 분산 특성을 갖지만, 복수의 섹션에 대한 분산 특성이 서로 다른, 복수의 광섬유 섹션으로 구성하는 것도 또한 생각된다. 이 경우, 채널1은 각 광섬유 섹션중 어떤 섹션에서도 그 분산이 다음 식으로 정의되는 비이트(beat) 파장보다는 길고, 실질적으로 연속하는 길이에 대하여, 제로 또는 0.4nm이내의 평균 제로 분산 파장과 같지 않은 상태로 광섬유(108)를 구성하고 있는 각 광섬유 섹션을 조합시킨 전체 길이에 대하여 평균 제로 분산 파장으로 설정된 반송파 파장을 가지며, 이 식에서 β1는 파장 λ1에서 광섬유(108)의 전파상수(propagation constant)이다.
Figure kpo00002
임의 변동에 의해 광섬유의 분산이 채널1에 대해 제로 또는 0.4nm이내의 반송파 파장으로 되도록 하는 경향을 갖는 광섬유 전체 길이에 걸쳐, 실질적으로 균일한 분산을 제공하기 위하여 이상에서 설명된 조건에 있어서, 상기 조건은 앞서 설명된 바와 같이 비트 길이보다 작은 실질적으로 연속하는 길이에 대해 존재해야 하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 파장 분할 다중화 광통신 시스템 및 주파수 분할 다중화 광통신 시스템은, 광섬유의 통상의 분산 체계에 있어서 약 2nm이상 분리되게 인접하여 각 채널을 전송하고, 광섬유의 평균 제로 분산 파장 λ0보다 0.4nm이상 낮게 각 채널을 전송하므로써 측파대 에너지의 원하지 않는 단조 증가를 방지할 수 있다.

Claims (12)

  1. 평균 제로 분산 파장을 가진 광섬유내에서 파장 분할 다중화 될 광신호를 발생하는 송신장치에 있어서, 상기 송신 장치는 적어도 제1 및 제2 채널 송신기를 포함하며, 상기 각 송신기는 실질적으로 반송파 파장의 광신호를 발생하는 광원과, 상기 광원에 광학적으로 결합된 변조 수단을 포함하며, 상기 제1 채널 송신기의 반송파 파장이 상기 제로 분산 파장의 적어도 0.4nm 작고, 상기 제1 및 제2 채널 송신기에 대한 상기 반송파 파장 사이의 간격이 2nm 보다 크거나 같은 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 송신기는 공급된 채널 데이터 신호에 응답하여 상기 광신호를 변조하는 변조 수단을 포함하는 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 변조 수단은 ASK, FSK 와 PSK중에서 선택된 어느 하나의 방법에 따라 변조를 행하는 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 송신장치는, 상기 제1 및 제2 채널 송신기에 접속되어 상기 각 송신기로 부터의 광신호를 단일의 파장 분할 다중화된 광신호로 결합하는 수단을 더 포함하는 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1채널 송신기와 제2채널 송신기의 상기 반송파 파장들 사이의 간격은 3nm 보다 작거나 같은 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치.
  6. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 제1 채널 송신기의 광원은 다음의 식,
    Figure kpo00003
    (β1및 β2는 각각 상기 제1 및 제2 채널 송신기의 상기 반송파 파장 λ1및 λ2에서 상기 광섬유의 전파상수이고, β3는 λ1·λ2/(2λ2-λ1)으로 주어지는 파장에서 광섬유의 전파상수)으로 규정되는 비이트 파장보다 작은 짧은 어떤 실질적으로 연속하는 거리에 걸쳐, 상기 평균 제로 분산 파장과 일치하거나 또는 0.4nm이하만큼 떨어진 상기 반송파 파장의 광파 신호를 발생하는 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 송신장치.
  7. 송신장치와, 상기 송신장치에 결합된 광섬유를 포함하여 상기 광섬유내에서 N채널 파장 분할 다중화된 포맷으로 광신호를 전송하고, 상기 N은 2이상의 양의 정수이고, 상기 광섬유는 소정 파장에서 평균 제로 분산을 가지는 광신호 시스템에 있어서, 상기 송신 장치는 적어도 제1 및 제2 채널 송신기를 포함하며, 상기 각 송신기는 실질적으로 반송파 파장으로 광신호를 발생하는 광원과, 상기 광원에 광학적으로 결합된 변조 수단을 포함하며, 상기 제1 채널 송신기의 상기 반송파 파장은 상기 제로 분산 파장으로부터 적어도 0.4nm 아래에 있으며, 상기 제1 및 제2 채널 송신기의 상기 반송파 파장 사이의 간격은 2nm 보다 크거나 같은 광신호 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각 송신기는 공급된 채널 데이터 신호에 응답하여, 상기 광신호를 변조하는 변조 수단을 포함하는 광신호 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 변조수단은 ASK, FSK 와 PSK중에서 선택된 방법에 따라 변조를 행하는 광신호 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 송신장치는 상기 제1 및 제2 채널 송신기에 접속되어 상기 각 채널 송신기로 부터의 광신호를 파장 분할 다중화된 광신호로 결합하는 수단을 더 포함하는 광신호 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 송신기의 반송파 파장 사이의 상기 간격은 3nm 보다 작거나 같은 광신호 시스템.
  12. 제7 또는 8항에 있어서, 상기 제1채널 송신기의 광원은 다음의 식,
    Figure kpo00004
    (여기서, β1및 β2는 각각 상기 제1 및 제2 채널 송신기의 반송파 파장 λ1및 λ2에서 상기 광섬유의 전파상수이고, β3는 λ1·λ2 /(2λ2- λ1)의 파장에서 상기 광섬유의 전파상수임)으로 규정되는 비이트 파장 보다 짧은 실질적으로 연속하는 거리에 걸쳐, 상기 평균 제로 분산 파장과 일치하거나 상기 평균 제로 분산 파장으로부터 0.4nm이내의 상기 반송파 파장의 광신호를 발생하는 광신호 시스템.
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