KR0185012B1 - 비선형 광 루프 거울을 이용한 2x2 패킷용 광 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위칭 속도에 제한 받는 종래의 전기광학 스위치 대신 패킷 형태의 광신호를 전기신호의 도움없이 광 제어신호로만 스위칭 할 수 있도록 함으로써 교환용량을 증가시킬 수 있는 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치를 개시한다.

Description

비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치

제1도는 비선형 광 루프 거울(NOLM : nonlinear optical loop mirror)을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치의 구조도.

제2a 내지 2c도는 각각의 입력단자로 입력되는 광신호의 타이밍도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 비선형 광 루프 거울(NOLM)

100-1, 100-2 : 제1, 제2파장 다중선택소자(WDM : wavelength division multiplexer)

200 : 반도체 광증폭기(SOA : semiconductor optical amplifier)

300 : 광 결합기(Optical Coupler)

400-1, 400-2 : 제1, 제2광 순환기(circulator)

500 : 루프 파이버(loop fiber)

600 : 편광 제어기(polarization controller)

본 발명은 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치에 관한 것으로, 특히 패킷 형태의 광신호를 전기신호의 도움없이 광 제어신호로만 스위칭 할 수 있도록 한 광 스위치에 관한 것이다.

광 비동기 전송모드(ATM : Asynchronous Transfer Mode)를 구현하기 위하여는 광 패킷을 교환할 수 있는 광스위치가 필수적이다. 또한, 광 비동기 전송모드(ATM)가 아닌 동기 전송모드(STM) 영역에서도, 광 패킷교환을 해야하는 경우도 있는데, 이러한 경우에는 근거리 정보 통신망(LAN), 도시권 정보 통신망(MAN)에서 링 네트웍(ring network)을 사용 할 경우가 있다.

광신호를 교환하기 위한 종래의 스위치는 리튬나이오베이트 기판 위에 전극을 장착한 전기 광학 스위치가 주류를 이루고 있다. 즉, 입력되는 광 신호들의 패스(path)를 전기신호의 도움으로 결정한다. 물론 이 광스위치는 입력되는 광스위치가 패킷 형태 또는 연속적인 신호이든 간에 모드 스위칭 할 수 있지만 전기신호 고유의 대역폭 제한으로 스위칭 속도에는 근본적으로 한계가 있다.

또한, 비선형 루프 거울 구조를 이용한 1×1 광스위치 구조는 단지 하나의 입력을 다른쪽으로 출력할 것인지의 여부만을 결정 함으로써 두개의 입력과 두개의 출력을 다룰 수 없는 기능 제한이 있다.

따라서 본 발명은 패킷 형태의 광신호를 전기신호의 도움없이 광 제어신호로만 스위칭 할 수 있도록 함으로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치를 제공 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치는 패킷 형태의 광신호를 입력으로 하는 제1 광 순환기와, 패킷 형태의 광신호를 입력으로 하는 제2 광 순환기와, 상기 제1 및 제2 광 순환기 간에 접속되며, 파장이 서로다른 광 제어신호의 입력 유무에 따라 스위칭 작용 여부를 결정하는 비선형 광 루프 거울과, 상기 비선형 광 루프 거울의 동작에 따라 상기 제1 및 제2 광 순환기로 입력되는 광 패킷신호의 출력 방향이 결정 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 비선형 광 루프 거울(NOLM : nonlinear optical loop mirror)을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치의 구조도이다.

먼저, 각 주요부분의 기능을 설명하자면, 도면부호 400-1과 400-2는 제1 및 제2 광 순환기로서, 포트(port) 1로 입력되는 광 신호를 포트 2로 출력 시키며, 포트 2로 입력되는 광신호는 포트 3으로 출력 시키는 기능을 수행한다. 300은 광 결합기로서 포트 3으로 입력된 광신호를 일정비율(구조에 따라 결정됨)로 분할하여 포트 1과 2로 내보내거나 포트 4로 입력된 광신호를 일정 비율로 포트 1과 2로 분할하여 내보내게 된다. 100-1과 100-2는 제1 및 제2 파장 다중선택소자로서, 2개의 파장을 가진 빛이 입력될 경우 이를 합하여 하나의 출력 포트로 전달시키거나 두 파장의 빛이 섞여 있을 경우 이를 각각의 파장으로 분리하여 내보내게 된다. 200은 반도체 광증폭기로서 빛을 증폭하기도 하며 강한 빛과 약한 빛이 두개의 빛이 동시에 입력될 경우 강한빛이 약한빛의 위상을 변하게 하는 상호 위상 변조(cross-phase modulation) 기능을 수행한다. 600은 편광 제어기로서 입력되는 편광의 상태를 변화시켜 원하는 편광상태로 만든다.

그러면 제2a 내지 2c도를 참조하여 비선형 광 루프 거울(NOLM : nonlinear optical loop mirror)을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치의 동작을 설명하기로 한다.

제1도에서 입력 1로 돌아오는 광신호(제2a도)는 제1 광 순환기(400-1)의 포트 1로 입력되어 제1 광 순환기(400-1)의 기능에 의해 포트 2로 전송되고, 상기 포트 2로 전송된 광신호는 광결합기(300)의 포트 3으로 입력된 후, 광신호가 50 : 50의 비율로 분할되어 광 결합기(300)의 포트 1과 포트 2로 출력된다. 상기 분할된 각각의 광신호는 제1 파장 다중선택소자(100-1)에서 광 제어신호가 가해지지 않는한 반도체 광증폭(200), 루프 파이버(500) 및 편광 제어기(600)를 거쳐 다시 상기 광 결합기(300)의 포트 3으로 반사되어 나오게 된다(따라서, 광 루프는 거울특성을 보인다). 상기 광 결합기(300)의 포트 3으로 반사된 광신호는 상기 제1 광 순환기(400-1)의 포트 2로 입력되고, 상기 제1 광 순환기(400-1)의 전달기능에 의해 포트 3으로 출력되어 최종적으로 출력 1로 출력되게 된다. 따라서 입력 1로 들어간 광신호는 출력 1로 출력되고, 입력 2로 들어간 광신호는 출력 2로 출력된다. 즉, 2×2 스위치 구조상에서 바(bar) 상태가 된다(상기 동작을 투과형 동작이라 한다). 이때, 입력 1로 입력되는 광신호(제2a도)와 입력 2로 입력되는 광신호(제2b도) 및 다른 파장의 광 제어신호(제2c도)를 제2a 내지 2c도의 타이밍과 같이하여 제1 파장 다중선택소자(100-1)의 포트 1로 입력시키면, 입력 1로 들어오는 광신호는 광 결합기(300)의 포트 3으로 입력되어 광결합기(300)의 포트 1과 포트 2로 나뉘게 되는데, 이때 시계방향으로 진행하는 광신호는 제1 파장 다중선택소자(100-1)로 들어오는 광 제어신호와 제2a 내지 2c도와 같이 겹치게 됨으로써 반도체 광증폭기(200)의 상호 위상 변조 기능에 의해 광 제어신호가 시계방향으로 진행하는 입력 광신호의 위상을 변화시킨다. 반면, 반시계 방향으로 진행하는 광신호는 반도체 광증폭기(200)에 도달했을 때, 광 제어신호가 없으므로 위상변화를 경험하지 않게 된다. 따라서, 시계방향과 반시계방향으로 진행한 빛은 서로다른 위상변화를 경험함으로 광 결합기(300)에서 만날때 간섭현상이 발생하여 제1 광 순환기(400-1)쪽으로 스위칭되어 출력되게 된다.

이것은 샤낙(Sagnac) 간섭계 구조를 이용한 것으로 분할된 두 빛의 위상을 변화시키기 위해 반도체 광증폭기(200)의 기능을 사용한 것이다. 반도체 광증폭기(200)를 제거하고 비선형 특성을 가진 비선형 광섬유를 사용할 수도 있지만, 비선형 광섬유를 사용하여 위상변화를 시키려면 수백미터의 광섬유가 소요되어 장치의 크기가 커지며, 위상변화를 겪는 수백미터의 광섬유는 스위칭 시간에 지연(delay)을 발생함으로 스위칭 시간에 제한을 가져오는 단점이 생긴다. 따라서 본 발명에서는 광섬유 대신 반도체 광 증폭기를 삽입함으로 비선형성의 기능을 수행한다.

한편, 입력 2로 들어온 광신호는 입력 1에서 출력 2로 스위칭되는 위의 설명과 같은 과정에 의해 출력 1로 나감으로 스위칭 작용이 생긴다. 따라서 제1파장 다중선택소자(100-1)에 광 제어신호를 입력 1과 입력 2로 들어오는 광 패킷신호의 타이밍에 맞추어 추가하거나 제거함으로써 광 스위치를 바(bar) 상태나 크로스(cross) 상태로 만들 수 있다. 즉, 입력 1로 입력되는 광 패킷신호를 광 제어신호를 사용하여 출력 2로 보내거나 출력 1로 보내는 스위칭 동작을 할 수 있다.

제1도의 제2 파장 다중선택소자(100-2)의 기능은 제1 파장 다중선택소자(100-1)로 입력된 광 제어신호를 소기의 목적(반도체 광증폭기에서 상호 위상 변조를 시키는 기능)을 마친후 다시 제거하기 위한 것이다. 편광 제어기(600)는 광 패킷 스위치를 광 제어신호가 없을 경우, 기본적으로 반사형 동작(광제어 신호가 없을 경우 입력 1은 출력 1로, 입력 2는 출력 2로 광신호 전달)으로 할 것인지 투과형 동작(광제어 신호가 없을 경우 입력 1은 출력 2로 입력 2는 출력 1로 광신호 전달)으로 만들것인지를 결정한다. 즉, 편광 제어기(600)를 루프거울 구조에 삽입함으로 전달형 동작과 투과형 동작 어느 것이든지 원하는 상태로 만들 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 제1도의 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치의 구조도를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용함으로써 N×N 패킷용 광 스위치를 구성할 수 있게 된다.(여기서, N=1,2,3,…)

즉, 상기 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치의 출력 1 및 출력 2를 다음단의 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치의 입력 1 및 입력 2로 각각 직렬로 접속 함으로써 N×N 패킷용 광 스위치를 구성할 수 있게 된다.

또한, 상기 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치의 입력 1, 입력 2 및 출력 1, 출력 2와 다음단의 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치의 입력 1, 입력 2 및 출력 1, 출력 2와 각각 병렬로 접속 함으로써 N×N 패킷용 광 스위치를 구성할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 입력 1로 입력된 광 패킷은 파장 다중선택소자의 포트 1로 입력되는 광 제어신호가 없을 경우, 비선형 광 루프 거울에서 반사되어 광순환기의 포트 3으로 나와 출력 1로 출력되게 된다. 입력 2로 입력되는 광 패킷 역시 같은 과정에 의해 출력 2로 광 패킷을 출력시키게 된다. 만약, 파장 다중선택소자의 표트 1로 파장이 다른 광 제어신호가 입력되면 비선형 광 루프 거울에서 스위칭 작용이 발생하여 입력 1로 들어온 광 패킷은 출력 2로, 입력 2로 들어온 광 패킷은 출력 1로 각각 출력되게 된다. 이렇게 함으로써 2×2 패킷용 광 스위치를 구성할 수 있다.

또한, 스위칭 속도에 제한 받는 종래의 전기광학 스위치 대신 패킷 형태의 광신호를 전기신호의 도움없이 광 제어신호로만 스위칭 할 수 있도록 함으로써 교환용량을 증가시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 패킷 형태의 광신호를 입력으로 하는 제1 광 순환기와, 패킷 형태의 광신호를 입력으로 하는 제2 광 순환기와, 상기 제1 및 제2 광순환기 간에 접속되며 파장이 서로 다른 광 제어신호의 입력 유무에 따라 스위칭 작용 여부를 결정하는 비선형 광 루프 거울과, 상기 비선형 광 루프 거울의 동작에 따라 상기 제1 및 제2 광 순환기로 입력되는 광 패킷신호의 출력 방향이 결정 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 비선형 광 루프 거울을 이용한 2x2 패킷용 광 스위치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비선형 광 루프 거울은 상기 제1 및 제2 광 순환기의 출력을 각각 입력으로하여 광신호를 일정 비율로 각각 분할하여 출력하도록 하는 광 결합기와, 상기 광 결합기의 출력신호와 광 제어신호를 각각 입력으로하여 하나의 출력 포트로 전달 시키거나 두 파장의 신호가 섞여있을 경우 이를 각각의 파장으로 분리하여 출력 하도록 하는 제1 또는 제2 파장 다중선택소자와, 상기 제1 파장 다중선택소자의 출력을 입력으로하여 증폭 하거나 강한 신호와 약한 신호의 두 신호가 동시에 입력될 경우 강한 신호가 약한 신호의 위상을 변하게 하는 상호 위상 변조 가능을 수행하는 반도체 광증폭기와, 상기 제2 파장 다중선택소자의 출력을 입력으로하여 입력되는 편광신호의 상태를 변화시켜 원하는 편광신호의 상태로 만들기 위한 편광제어기와, 상기 반도체 광증폭기와 편광 제어기간에 접속되어 광신호의 흐름을 전달하는 루프 파이버로 구성된 것을 특징으로 하는 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치.
3. 제1항에 있어서, 상기 패킷 형태의 광신호를 입력으로 하는 제1 광 순환기는 상기 비선형 광 루프 거울의 동작에 따라 반사형 동작을 하거나 투과형 동작을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치.
4. 제1항에 있어서, 상기 패킷 형태의 광신호를 입력으로 하는 제2 광 순환기는 상기 비선형 광 루프 거울의 동작에 따라 반사형 동작을 하거나 투과형 동작을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 비선형 광 루프 거울을 이용한 2×2 패킷용 광 스위치.