KR0164113B1 - 광 도파로 내의 모드 변환과 모드 선택을 이용한 광교환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 도파로내의 모드 변환과 모드 선택을 이용한 광교환 장치에 관한 것으로써, 일정한 단일 모드 광신호를 출력하는 N개의 광 송신기(401,402)와, 상기 광송신기(402,402)로부터 출력되는 광신호 모드를 변환 신호에 따라 변환하는 N개의 모드 변환기(403,404)와, 상기 모드 변환기(403,404)로부터의 광신호를 결합하여 1개의 단자로 출력하는 Nx1 결합기(405)와, 상기 Nx1 결합기(405)로부터의 광신호 N개로 분배하는 1xNx 분배기(406)와, 여러 모드 중에서 선택 모드만을 통과시키는 N개의 모드 선택기(407,408), 및 상기 모드 선택기(407,408)로부터의 신호를 수신하는 광수신기(409,410)를 구비하여 광의 모드간 비간섭성을 이용하기 때문에 모드 변환 능력과 모드 선택 능력에 의해 얼마든지 채널 수를 늘릴 수 있고, 또한 광 파장 분할 방식과 비슷하나 광 파장 다중 방식과 달리 광 송신기의 파장에 대한 제약이 작은 효과가 있다.

Description

광 도파로내의 모드 변환과 모드 선택을 이용한 광교환 장치

제1도 (a), (b)는 본 발명에 따른 모드 변환기의 입출력단 구성도.

제2도 (a)는 본 발명에 따른 Nx1 결합기의 입출력단 구성도.

제2도 (b)는 본 발명에 따른 1xN 분배기의 입출력단 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 모드 선택기의 입출력단 구성도.

제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 unfolded NxN 광교환 장치의 구성도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 unfolded NxN 광교환 장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101, 102 403, 404, 503, 504, 507, 508 : 모드 변환기

201, 405, 505 : Nx1 결합기 202, 406, 506 : 1xN 분배기

301, 407, 408, 509, 510 : 모두 선택기

401, 402, 501, 502 : 광 송신기 409, 410, 511, 512 : 광 수신기

본 발명은 기존의 광교환 방식과 다른 새로운 방식으로서 광 도파로내의 모드 변환과 모드 선택을 이용한 광교환 장치에 관한 것이다.

최근들어 종래의 전자 교환기가 갖는 교환용량의 한계를 극복하고자 광을 이용한 광교환 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 결과 광의 직진성을 이용한 광 공간 분할 다중 방식, 광의 고속성을 이용한 광 시간 분할 다중 방식, 광의 파장간 비간섭성을 이용한 광 파장 분할방식, 광 신호 처리를 이용한 광 코드 분할 다중 방식 등이 고안되었다.

본 발명은 광 도파로내의 모드 변환과 모드 선택을 이용한 광교환 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 일정한 단일 모드 광신호를 출력하는 N개의 광 송신기와, 상기 광송신기로부터 출력되는 광신호의 모드를 변환 신호에 따라 변환하는 N개의 모드 변환기와, 상기 모드 변환기로부터의 광신호를 결합하여 1개의 단자로 출력하는 Nx1 결합기와, 상기 Nx1 결합기로부터의 광신호 N개로 분배하는 1xNx 분배기와, 여러 모드 중에서 선택 모드만을 통과시키는 N개의 모드 선택기, 및 상기 모드 선택기로부터의 신호를 수신하는 광수신기를 구비한다.

또한 본 발명은, 일정한 단일 모드 광신호를 출력하는 N개의 광 송신기와, 상기 광송신기로부터의 광신호를 고정된 모드로 변환하는 N개의 제1 모드 변환기와, 모드 변환기로부터 입력된 N개의 광신호를 결합하여 1개의 단자로 출력하는 Nx1 결합기와, 상기 Nx1 결합기로부터의 1개의 광신호를 N개로 분배하는 1xNx 분배기와, 상기 1xNx 분배기로부터의 광신호를 모드 변환신호에 따라 변환하는 N개의 2 모드 변환기와, 상기 제2 모드 변환기에서 모드 변환되어 출력되는 광신호의 여러모드중에서 선택모드만을 통과시키는 N개의 모드 선택기와, 상기 모드 선택기로부터의 광신호를 수신하는 N개의 광수신기를 구비한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세힌 설명한다.

본 발명을 설명하기 위해 먼저 본 발명을 구성하는 모드 변환기, Nx1 결합기, 1xNx 분배기, 모드 선택기 등의 특징을 정의하고, 본 발명에 따른 언폴디드(unfolded) NxN 광교환 장치의 실시예 2가지를 설명하겠다.

이 때 광 도파로내의 모드 변환과 모드 선택에 대한 이해를 돕기 위해 광성유내의 모드 변환과 모드 선택을 예로 들어 설명하겠다.

광 도파로란 광이 분산되지 않고 일정 경로를 진행하도록 광소자의 구조를 인위적으로 설계한 것이다. 광 도파로내에서 광이 진행할 수 있는 모드의 종류와 갯수는 광 도파로의 구조에 의해 정해진다. 실린더 구조의 광 도파로를 가진 광섬유는 V-number란 것에 의해 광 도파로의 구조가 정해진다. (V-number란 광섬유 핵(core)의 크기, 핵과 클래딩(cladding)과 굴절율 차, 진행하는 광의 파장 등과 관련된 식에 의해 결정된다.) 그래서 이 V-number에 의해 진행할 수 있는 모드의 종류와 수, 그리고 진행 상수가 정해진다. V-number가 커질수록 진행 가능한 모드는 LP01, LP11, LP21... 순으로 늘어난다. 예를 들어 V-number가 2.405미만일 때는 LP01 모드만이 진행 가능하고, V-number가 2.405이상 3.832미만일 때는 LP01, LP11 모드까지 진행 가능하다. 광섬유를 말할 때 흔히 진행할 수 있는 모드의 수로 구분하는데 제일 낮은 모드 LP01 만이 진행이 가능한 단일 모드(single mode) 광섬유, LP01 과 LP11이 진행 가능한 이중 모드(two mode) 광섬유, 많은 모드가 진행 가능한 다모드(multimode) 광성유 등이다.

광이 진행할 때 광 도파로에 아무런 구조적 변화가 없으면 광은 자기모드를 유지하면서 진행한다. 그러나 광 도파로에 특정된 구조적 변화가 있으면 광은 현재모드와 다른 모드로 이동한다. 이러한 현상을 '모드간 커플링'이하 하고, 이동하는 정도를 '커플링 비율'이라고 한다. 예를 들어 이중 모드 광섬유에 제일 낮은 LP01이 모드의 광신호만이 진행할 경우 광섬유에 일정 간격의 굽힘(bending)를 가함으로써, LP11 모드와 커플링을 일으킬 수 있는데 이 때 커플링 비율이 100%일 경우 LP01모드에서 LP11 모드로의 모드 변환이 일어난다. 그리고 역으로 LP11 모드의 광신호만이 진행할 경우에도 LP01 모드로의 변화를 일으킬 수 있다. 따라서 광 도파로에 대한 물리적인 영향을 조정함으로써 광신호의 모드 변환을 제어할 수 있으며, 변환되는 비율도 조정이 가능하다. 이러한 모드 변환은 이중 모드가 아닌 다모드 광섬유인 경우에도 가능하다.

제1도 (a), (b)는 본 발명에 따른 모드 변환기(101, 102)를 도시한 것으로, 제어단에 모드 변환 신호를 넣어서 광신호의 모드 변환을 제어할 수 있는데, 모드 변환 신호가 없을 경우에는 광신호가 모드 변환없이 그대로 통과한다. 그리고 여러 모드의 광신호가 섞인 경우에는 모드 변환 신호에 맞는 모드만이 모드 변환을 하고, 맞지 않는 모드는 그대로 통과하는 특징을 가진다.

제1도 (a)는 I모드 광신호{Mi}가 모드 변환 신호 Mi-Mj에 의해 J모드 광신호 {Mj}로 변환되는 것을 나타낸다. (여기서 '{ }'는 광신호를 의미하고, { } 안의 문자는 광신호의 모드를 나타낸다. 문자가 여러 개인 경우는 여러 모드의 광신호가 결합된 것을 의미한다.) 이 때 i=j인 경우는 모드 변환 신호가 없는 것과 같다.

제1도 (b)는 n개 모드가 결합된 광신호 {M1,M2,...,Mi,Mn}중에서 모드 변환 신호 Mi-Mj와 맞는 Mi만이 Mj로 모드 변환하는 모드 변환기를 나타낸 것이다.

커플링은 모드간 뿐만 아니라 광 도파로간에도 일어난다. 예를들어 두 개의 광 도파로를 아주 가까이 불일 경우 한쪽 광 도파로를 진행하는 광신호가 다른 광 도파로에 커플링되어 광신호의 일부가 다른 광 도파로로 이동한다. 그리고 광 도파로의 간격 등을 조절하여 커플링 비율을 조절할 수 있다. 이러한 것을 '방향성 커플링'이라 한다. 방향성 커플링을 이용하여 두 개의 광 도파로로 각각 들어온 두 개의 광신호를 한 개의 광 도파로로 결합할 수 있고, 각 광신호의 모드가 변하지 않게도 할 수 있다. 이것을 2x1 결합기라 한다.

이러한 결합기의 입력단 수를 늘이기 위해 광 도파로의 설계를 잘하거나 2x1 결합기를 트리 구조로 만들 경우 Nx1 결합기도 가능하다. 그리고 같은 원리를 이용하여 한 개의 광 도파로로 들어온 광신호를 여러광 도파로로 분배하는 1xN 분배기도 가능하다.

제2도 (a)는 본 발명에 따른 Nx1 결합기(201)를 도시한 것으로, N개의 입력단에 각각 임의 모드 광신호 {M1},(m2},...,{Mn}이 들어가면 1개의 출력단으로 결합된 광신호 {M1,M2,...,Mn}이 나오는 특징을 가진다.

제2도 (b)는 본 발명에 사용되는 1xN 분배기(202)를 도시한 것으로, 1개의 입력단에 한 개 이상의 모드의 광신호 {M1,M2,...,Mi}가들어가면 N개의 출력단으로 같은모드의 광신호 {M1,M2,...,Mi}가 각각 분배되어 나오는 특징을 가진다.

광 도로파의 특정한 구조적 변화를 주면 모드간 커플링 외의 모드 선택도 가능하다. 예를 들어 LP01과 LP11모드가 진행하는 이중 모드 광섬유인 경우 아주 심한 굽힘을 가함으로써 LP01 모드만 통과시킬 수 있다. 그리고 종류가 다른 광섬유를 접속하여 LP11모드만을 통과시킬 수도 있다. 이러한 모드 선택은 다모드 광섬유인 경우에도 가능하다.

제3도는 본 발명에 따른 모드 선택기(301)로서, 여러 모드가 섞여 있는 광신호 {M1,M2,...,Mi,...,Mn}에서 지정된 선택 모드 Mi만을 통화시킨다.

제4도는 본 발명에 따른 모드 변환과 모드 선택을 이용한 언폴디드(unfolded) NxN 광교환 장치의 일실시예 블록 구성도를 나타낸다.

도면에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 광교환 장치는, 일정 단일 모드 광신호를 출력하는 N개의 광 송신기(401,402)와, 입력된 광신호의 모드를 모드 변환 신호에 따라 변환하는 N개의 모드 변환기(403,404)와, 입력된 N개의 광신호를 결합하여 1개의 단자로 출력하는 한 개의 Nx1 결합기(405)와, 상기 Nx1 결합기(405)로부터 출력된 1개의 광신호를 N개로 분배하는 한 개의 1xN 분배기(406)와, 여러 모드 중에서 선택 모드만을 통과시키는 N개의 모드 선택기(407, 408)와 N개의 광 수신기(409,410)를 구비한다.

N개의 광 송신기(401,402)에서 출력된 광신호는 각자 단일 모드 M1,M2,...,Mn 를 갖는다. 각각의 광신호는 광 송신기(401,402)와 연결된 모드 변환기(403, 404)로 입력되는데 모드 변환 신호에 따라 M1-M1', M2-M2'등으로 모드 변환된다. 이렇게 N개의 변환된 광신호 {M1'}, {M2'},...,{Mn'}는 Nx1 결합기(405)와 1xN 분배기(406)를 거친 후, N개로 분배되어 N개의 모드 선택기(407, 408)로 보내진다. 각각의 모드 선택기(407, 408)는 N개의 모드 중 선택 모드만 통과시킨다. 이 때 모드 변환기(403, 404)에서 변환되는 모드를 연결하고자 하는 광 수신기(409, 410)앞의 모드 선택기(407, 408)의 선택 모드와 같게 조정하면 임의의 광 송신기(401, 402)와 임의의 광 수신기(409, 410)와의 연결이 가능하다.

예를 들어 광 송신기1을 광 수신기4와 연결하고, 광 송신기2를 광 수신기1과 연결하기 위해서는 모드M1'를 모드 M4''와 같게 하고, 모드 M2'를 모드 M1''과 같게 한다. 그러면 광 송신기1과 광 수신기4가 연결되고, 광 송신기2와 광수신기1이 연결된다.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모드 변환과 모드 선택을 이용한 언폴디드(unfolded) NxN 광교환 장치의 구성도이다.

도면에 도시한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 광교환 장치는, 일정 단일 모드 광신호를 출력하는 N개의 광 송신기(501,502)와, 모드 변환이 고정되어 있는 N개의 제1 모드 변환기(503,404), 입력된 N개의 광신호를 결합하여 1개의 단자로 출력하는 한 개의 Nx1 결합기(505)와 입력된 1개의 광신호를 N개로 분배하는 한 개의 1xN 분배기(506), 입력된 광신호의 모드를 모드 변환 신호에 따라 변환하는 N개의 제2 모드 변환기(507, 508), 여러 모드 중에서 선택 모드만을 통과시키는 N개의 모드 선택기(509, 510)와 N개의 광 수신기(511, 512)를 구비한다.

N개의 광 송신기(501,502)에서 출력된 광신호는 각자 단일 모드 M1,M2,...,Mn 을 갖는다. 광신호는 각각의 광 송신기(501,502)와 연결된 제1 모드 변환기(503, 504)로 입력되는데 모드 변환이 고정되어 M1-M1', M2-M2'등으로 모드 변환된다. 이렇게 변환된 광신호 {M1'}, {M2'},...,{Mn'}는 Nx1 결합기(505)와 1xN 분배기(506)를 거친 후, N개로 분배되어 N개의 모드 선택기(507, 508)로 보내진다. 상기 제2 모드 변환기(507, 508)에 입력된 광신호는 모드 변환 신호에 따라 모드 변화되는데 변환되어진 광신호의 모드는 뒤에 연결된 모드 선택기(509, 510)의 선택모드와 같게 한다. 각각의 모드 선택기(509, 510)는 N개의 모드 중 선택 모드만 통과시킨다. 그래서 상기 제2 모드 변환기(507, 508)에 입력된 {M1',M2',...,Mn'}중 변환된 광신호만이 모드 선택기(509, 510)를 통과하여 광 수신기(511, 512)로 입력된다.

그러므로 제2 모드 변환기(507, 508)의 모드 변환 신호를 조정하여 임의의 광 송신기(501, 502)와 임의의 광 수신기(511, 512)와의 연결이 가능하다. 예를 들어 광 송신기1을 광 수신기4와 연결하고, 광 송신기2를 광 수신기1과 연결하기 위해서는 모드M1'를 모드 M4''와 같게 하고, 모드 M2'를 모드 M1''과 같게 한다. 그러면 광 송신기1과 광 수신기4가 연결되고, 광 송신기2와 광수신기1이 연결된다.

따라서, 상기와 같이 구성되어 동작하는 본 발명은, 광의 모드간 비간섭성을 이용하기 때문에 모드 변환 능력과 모드 선택 능력에 의해 얼마든지 채널 수를 늘릴 수 있다. 또한 광 파장 분할 방식과 비슷하거나 광 파장 다중 방식과 달리 광 송신기의 파장에 대한 제약이 작은 효과를 가진다.

Claims (2)

1. 일정한 단일 모드 광신호를 출력하는 다수개의 광 송신 수단(401, 402)과, 상기 광 송신 수단(401, 402)으로부터 출력되는 광신호의 모드를 모드 변환 신호에 따라 변환하는 다수개의 모드 변환 수단(403, 404)과, 상기 모드 변환 수단(403, 404)으로부터의 광신호를 결합하여 1개의 단자로 출력하는 Nx1 결합 수단(405)과, 상기 Nx1 결합 수단(405)으로 부터의 광신호를 N개로 분배하는 1xN 분배 수단(406)과, 상기 1xN 분배 수단(406)에서 출력되는 여러 모드의 광신호 중에서 선택 모드만이 광신호를 통과시키는 다수개의 모드 선택(407, 408), 및 상기 모드 선택(407, 408)으로부터의 신호를 수신하는 다수개의 광 수신 수단(409, 410)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광교환 장치.
2. 일정한 단일 모드 광신호를 출력하는 다수개의 광 송신 수단(501, 502)과, 상기 광 송신 수단(510, 502)으로부터 광신호를 고정된 모드로 변환하는 다수개의 제1 모드 변환 수단(503, 504)과, 상기 모드 변환 수단(503, 504)으로부터 입력된 다수개의 광신호를 결합하여 1개의 단자로 출력하는 Nx1 결합 수단(505)과, 상기 Nx1 결합 수단(505)으로 부터의 1개의 광신호를 다수개로 분배하는 1xN 분배 수단(506)과, 상기 1xN 분배 수단(506)으로 부터의 광신호를 모드 변환 신호에 따라 변환하는 다수개의 제2 모드 변환 수단(507, 508)과, 상기 제2 모드 변환 수단(507, 508)에서 모드 변환되어 출력되는 광신호의 여러 모드 중에서 선택 모드만이 광신호를 통과시키는 다수개의 모드 선택(509, 510), 및 상기 모드 선택(509, 510)으로부터의 광신호를 수신하는 다수개의 광 수신 수단(511, 512)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광교환 장치.