KR100237871B1

KR100237871B1 - 파장분할다중 방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치

Info

Publication number: KR100237871B1
Application number: KR1019970020264A
Authority: KR
Inventors: 박영일
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR19980084453A

Abstract

본 발명은 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치에 관한 것으로, 여러개의 파장의 빛을 한 개의 광케이블에 전송하는 WDM 방식에서 각 채널의 레이저 다이오드의 효과적인 파장 제어를 위해 광섬유 격자를 사용하여 송신 장치를 구현하므로써, 통신에 사용하는 단일모드 DFB-LD의 파장을 WDM 송신에 요구되는 파장에 고정할 수 있어 안정적인 송신장치 구현이 가능하며, 이 경우 사용되는 광섬유 격자는 ITU의 표준이 결정되면 싼 값에 양산 가능하기 때문에 저가에 제작 가능한 잇점이 있다.

Description

파장분할다중 방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치

본 발명은 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치에 관한 것으로, 여러개의 파장의 빛을 한 개의 광케이블에 전송하는 파장분할다중(Wavelenth Division Multiplexing : 이하 WDM라 칭한다) 방식에서 각 채널의 레이저 다이오드(Laser Diode : LD)의 효과적인 파장 제어를 위해 광섬유 격자를 사용한 기술에 관한 것이다.

지금까지 광통신에 주로 사용되어 온 분산궤한 레이저 다이오드(Distributed Fedback Laser Diode : 이하 DFB-LD라 칭한다)는 온도와 같은 주변환경의 변화에 따라 중심파장이 약간씩 움직이는 특성을 가지고 있다.

또한 이들 중 10%는 오래 사용하면 열화가 되어 파장의 변화가 ±0.4nm에 이르며, 처음 사용 단계에서는 이들 10%를 구분하기가 매우 어려운 실정이다.

이런 정도의 파장의 변화는 단일 채널 전송의 경우에 있어서는 전혀 문제가 되어오지 않았다.

그러나 일정한 파장간격을 두고 각 채널을 배치하는 WDM 전송방식에 있어서는 이러한 파장의 변화는 전송에 심각한 오류를 일으킨다.

즉, 수신단에서 각 채널을 디-먹스하는 과정에서 자기 채널의 세기를 약화할 뿐만 아니라 인접 채널에 섞여 들어가므로써 채널간의 혼선(cross talk)에 의한 오류를 발생시킨다.

이러한 현상은 WDM 채널의 간격이 좁아질수록 더욱 큰 문제를 발생시킨다.

안정된 WDM 전송을 위해서는 대략 채널간격의 1/10 정도의 범위내에서 파장이 고정되어야 한다. 즉, 채널간격이 1nm이라면 파장의 변화범위는 0.1nm 이내이어야 한다.

이를 위해서는 각 채널의 파장을 일정값에 고정시키는 기술이 요구된다. 이에 따라 기존에 제안된 방법 중 하나는 원하는 파장을 투과시키는 에탈론 필터(Etalon Filter)를 제작하여 이를 기준파장으로 사용하는 방법으로 이 경우에는 한 개의 에탈론 필터로 여러 채널의 기준파장을 제시하는 장점은 있으나 정확히 조절하는 절차가 쉽지않고, 부피가 크고 비싸며, 벌크 광학 물질(bulk optical material)을 사용하기 때문에 삽입손실도 큰 단점이 있다.

또한 이 방법은 채널간의 간격이 일정하지 않은 경우 또 다른 에탈론 필터를 만들어야 하기 때문에 장점을 상실한다.

또 다른 방법으로는 DFB-LD의 캐비티와 인접하여 원하는 파장의 광섬유 격자(Fiber Grating)를 붙이므로써 외부 캐비티를 형성하게 하는 방법이 시도되었는데, 이 방법은 레이저 다이오드 칩에 굉장히 근접하여 광섬유 격자를 겹쳐지게(splicing)해야하기 때문에 어려움이 있고, 만일 그 거리가 멀어진다면 주변 환경에 민감한 캐비티가 만들어진다는 단점이 있다.

또한 레이저 다이오드가 열화되기 전에는 유용할 수 있으나 일단 열화되어 원하는 파장에서 레이저 다이오드의 중심파장이 벗어난다면 보정하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 레이저 다이오드의 파장을 원하는 값에 고정시켜 WDM 전송방식의 절대 요구조건인 파장의 안정화를 이루는 데 목적이 있다.

제1도는 본 발명에 의해 구현된 레이저 다이오드의 파장안정화 회로를 가지는 송신 장치의 개략적인 블럭도.

제2도는 제1도의 파장안정화 회로를 나타내는 상세 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저부 11 : DFB-LD

12,5 : 열선 13,6 : 수광 소자

2 : 광아이솔레이터 3 : 스플리터

4 : 광섬유 격자 7 : 파장 안정화부

71 : 샘플 & 홀드 72 : 비교기

73 : 익스클루시브 오아 소자 74 : D-플립플롭

75 : 업/다운 카운터 76 : D/A 컨버터

77 : 저역통과필터 8 : 자동 광출력 조절기

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 광 파워를 출력하는 레이저부와; 상기 레이저부의 출력을 일정하게 유지할 수 있도록 제어하는 자동 광출력 조절기를 포함하는 파장분할다중(WDM)방식에서의 송신 장치를, 상기 레이저부에서 출력되는 광 파워를 순방향은 통과시키고, 역방향은 차단시키는 광아이솔레이터와; 상기 광아이솔레이터를 통과한 광 파워를 분배하는 스플리터와; 상기 스플리터를 통해 분배된 일부 광을 반사시키는 광섬유 격자와; 상기 광섬유 격자 내에 포함된 열선과; 상기 광섬유 격자를 통해 반사된 광을 수광하는 수광 소자와; 상기 수광 소자를 통해 입력된 광의 세기를 검출하여 이를 오류신호로써 출력하여 상기 레이저부의 출력 파장을 제어하는 파장 안정화부와; 상기 파장 안정화부에서 출력된 제어신호에 따라 출력 값이 변화되는 레이저부의 출력을 일정하게 유지할 수 있도록 제어하는 자동 광출력 조절기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 특징들, 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

WDM 전송방식은 여러개의 파장을 한 가닥의 광케이블에 전송하므로써 전송량을 효과적으로 증가시키는 방법이다.

WDM을 실용화하기 위해 해결해야 하는 문제점 중 한가지가 전송용 레이저 다이오드의 파장을 주변환경의 변화나 열화에도 불구하고 일정하게 유지해야 한다는 점이다.

한편, 현재 WDM에 사용하고자 하는 파장은 국제전기통신연합(International Telecommuication Union : ITU)에 의해 거의 결정 단계에 이르고 있으며, 따라서 향후 이에 맞추어 정확한 파장의 필터 그레이팅이 염가에 대량 생산될 것으로 보인다.

이를 이용한다면 손쉽게 기준 파장을 얻을 수 있고, 또한 이로부터 얻어진 정보를 이용하여 DFT-LD의 온도를 제어하므로써 파장을 고정할 수 있다.

본 발명에서 제안하는 방식은 한 개의 보드에 한 채널을 장착해야 하는 전송장치의 현실에도 잘 적용할 수 있고, 분기결합장치(Add-Drop)의 경우등 여러 가지 상황에서 쉽게 파장을 고정할 수 있다.

하기에서는 이의 원리를 좀 더 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 파장 안정화부를 가지는 송신 장치의 개략적인 블럭도로, 광 파워를 출력하는 레이저부(1)와; 상기 레이저부(1)에서 출력되는 광 파워를 순방향에 대해서는 통과시키고, 역방향에 대해서는 차단시키는 광아이솔레이터(2)와; 상기 광아이솔레이터(2)를 통과한 광 파워를 분배하는 스플리터(splitter)(3)와; 상기 스플리터(3)를 통해 분배된 일부 광을 반사시키는 광섬유 격자(4)와; 상기 광섬유 격자(4)내에 포함된 열선(5)과; 상기 광섬유 격자(4)를 통해 반사된 광을 수광하는 수광 소자(6)와; 상기 수광 소자(6)를 통해 입력된 광의 세기를 검출하여 이를 오류신호로써 출력하여 상기 레이저부(1)의 출력 파장을 제어하는 파장 안정화부(7)와; 상기 파장 안정화부(7)에서 출력된 제어신호에 따라 출력 값이 변화되는 레이저부의 출력을 일정하게 유지할 수 있도록 제어하는 자동 광출력 조절기(APC)(8)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 레이저부(1)는 광 파워를 출력하는 DFB-LD(11)와; 상기 파장 안정화부(7)에서 출력된 제어신호에 따라 전류가 변화되어 DFB-LD(11)의 온도를 제어하는 열선(12); 및 상기 열선(12)을 통해 온도가 변화된 DFB-LD(11)에서 출력된 광 파워를 수광하여 상기 자동 광출력 조절기(8)로 출력하는 수광소자(13)를 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 구성된 파장안정화 회로의 동작을 설명하면, 먼저 사용자가 원하는 파장 λ₁에 해당하는 DFB-LD(11)와 광섬유 격자(4)를 준비한다.

이때 DFB-LD(11)의 온도에 따른 파장변화의 범위는 약 1nm 정도이므로 원하는 채널의 중심파장이 이 기준안에는 들어와야 한다.

DFB-LD(11)에서 나온 광 파워는 광아이솔레이터(2)를 통과 후, 10 : 1 스플리터(3)에 의해 분배되어, 그 중 9/10는 통과되어 전송에 사용되고, 나머지 1/10에 해당하는 파워는 광섬유 격자(4)에 의해 반사된다.

여기서 상기 광섬유 격자(4)는 상온에서 원하는 채널의 파장을 99% 이상 반사하며 반값 전폭(Full Width Half Maximum : FWHM)이 원하는 파장의 허용차(tolerance)에 비해 작은 것을 사용한다.

한편, 광섬유 격자(4)는 온도에 따라 중심파장이 변할 수 있기 때문에 열선(Thermo-Electric Cooler : TEC)(5)을 사용하여 기준파장에 맞추어 온도를 고정시킨다. 만일 DFB-LD(11)의 중심파장이 광섬유 격자(4)의 중심파장과 정확히 일치하여 원하는 파장을 내고 있다면 가장 큰 광 파워가 수광 소자(6)에 의해 검출된다.

그러나 DFB-LD(11)의 중심파장이 원하는 값에서 벗어났다면 광섬유 격자(4)에 의해 반사되어 되돌아오는 광파워는 약해지게 된다. 이처럼 되돌아온 신호를 오류신호로 사용하여 파장 안정화부(7)는 DFB-LD(11) 패키지의 내부에 위치한 열선(12)에 가하는 전류의 크기를 변화시켜서 DFB-LD(11)의 온도를 제어하므로써 DFB-LD(11)의 출력 파장을 조절한다.

한편, DFB-LD(11)의 온도가 변화하면 그 출력의 세기에도 변화를 일으키기 때문에 자동 광출력 조절기(APC)(8) 회로를 이용하여 일정한 출력을 유지할 수 있도록 DFB-LD(11)에 가해지는 바이어스 전류를 조절한다.

이 회로는 DFB-LD(11)의 온도 변화로 인한 출력세기의 변화로 인해 파장 안정화부(7)가 오동작하지 않도록 하기 위해 DFB-LD(11)의 온도변화보다 빠른 응답속도를 갖도록 하며, 실제로 온도변화는 느리게 일어나므로 자동 광출력 조절기(8)는 충분히 빠르게 동작한다.

이와 같은 동작에서 DFB-LD(11)의 온도변화, 파장, 출력 등의 관계를 나타내 보면 표 1에 도시된 바와 같다.

제2도는 제1도의 파장 안정화부를 나타내는 상세 회로도로, 수광 소자(6)에서 출력되는 광 파워를 입력받아 디지탈 값으로 변화시켜 출력하는 샘플 & 홀드(71)와; 상기 수광 소자(6)에서 출력된 광 파워와, 상기 샘플 & 홀드(71)에서 출력된 값을 각각 입력받아 비교하는 비교기(72)와; 상기 비교기(72)에서 출력된 신호와 그 전단에서 출력된 제어신호(s1)을 입력받아 연산하는 익스클루시브 오아 소자(73)와; 상기 익스클루시브 오아 소자(73)에서 출력된 값을 일정기간 래치하는 D-플립플롭(74)과; 상기 D-플립플롭(74)에서 출력된 값을 카운팅하는 업/다운 카운터(75)와; 상기 업/다운 카운터(75)에서 출력된 값을 아날로그 신호로 변환시키는 D/A 컨버터(76); 및 상기 D/A 컨버터(76)에서 출력된 신호를 저역 통과 시켜 레이저부(1)로 출력하는 저역 통과 필터(77)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 파장 안정화부(7)의 동작 과정을 설명하면, 수광 소자(6)에서 직접 검출된 광 파워 신호와 샘플 & 홀드(71)를 거친 신호는 디지탈 미분회로 역할을 하는 비교기(72)를 거쳐 익스클루시브 오아 소자(73)에 입력되고, 이는 곧 연산되어 D-플립플롭(74)에 입력된다.

D-플립플롭(74)에서는 레이저부(1)내의 열선(12)에 가했던 전류의 증감 방향을 출력/Q에 기억하고 있다가 앞에서 결정된 미분값과 함께 익스클루시브-오아 소자(73)로 궤한시켜 다음 단계의 전류의 증감 방향(Q)을 결정한다.

이들의 관계를 표를 통해 나타내면 표 2와 같다.

한편, D-플립플롭(74)의 출력 방향에 따라 업/다운 카운터(75)에서는 열선(12)에 가할 전류값을 카운팅 하여 디지탈 값으로 저장하며, 이 값은 최종적으로 D/A 컨버터(76)에 의해 아날로그 값으로 변화되어 레이저부(1)내의 열선(12)의 전류값을 제어한다.

이처럼 광 케이블을 통해 신호를 전송하는 송신단에 파장분할다중 방식에서 야기되고 있는 DFB-LD(11)의 출력 파장을 안정화 시키는 회로를 포함시켜 송신 모듈을 안정되게 구현한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 통신에 사용하는 단일모드 DFB-LD의 파장을 WDM 송신에 요구되는 파장에 고정할 수 있어, 안정적인 송신장치 구현이 가능하며, 이 경우 사용되는 광섬유 격자는 ITU의 표준이 결정되면 싼 값에 양산 가능하기 때문에 저가에 제작 가능한 잇점이 있다.

따라서 시스템 구현에 드는 비용을 절감시켜 경제적인 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

광 파워를 출력하는 레이저부와; 상기 레이저부의 출력을 일정하게 유지할 수 있도록 제어하는 자동 광출력 조절기를 포함하는 파장분할다중(WDM)방식에서의 송신 장치에 있어서, 상기 레이저부에서 출력되는 광 파워를 순방향은 통과시키고, 역방향은 차단시키는 광아이솔레이터와; 상기 광아이솔레이터를 통과한 광 파워를 분배하는 스플리터와; 상기 스플리터를 통해 분배된 일부 광을 반사시키는 광섬유 격자와; 상기 광섬유 격자 내에 포함된 열선과; 상기 광섬유 격자를 통해 반사된 광을 수광하는 수광 소자와; 상기 수광 소자를 통해 입력된 광의 세기를 검출하여 이를 오류신호로써 출력하여 상기 레이저부의 출력 파장을 제어하는 파장 안정화부와; 상기 파장 안정화부에서 출력된 제어신호에 따라 출력 값이 변화되는 레이저부의 출력을 일정하게 유지할 수 있도록 제어하는 자동 광출력 조절기를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치.
청구항 1에 있어서, 상기 파장 안정화부는 상기 수광 소자에서 출력되는 광 파워를 입력받아 디지탈 값으로 변화시켜 출력하는 샘플 & 홀드와; 상기 수광 소자에서 출력된 광 파워와, 상기 샘플 & 홀드에서 출력된 값을 각각 입력받아 비교하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력된 신호와 그 전단에서 출력된 제어신호를 입력받아 연산하는 연산 소자와; 상기 연산 소자에서 출력된 값을 일정기간 래치하는 플립플롭과; 상기 플립플롭에서 출력된 값을 카운팅하는 업/다운 카운터와; 상기 업/다운 카운터에서 출력된 값을 아날로그 신호로 변환시키는 D/A 컨버터; 및 상기 D/A 컨버터에서 출력된 신호를 저역 통과 시켜 레이저부로 출력하는 저역 통과 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치.