KR100301839B1 - 파장분할다중화광통신시스템의광출력등화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광통신 시스템에서 광신호의 출력을 일정하게 유지하도록 튜닝이 가능한 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광신호의 세기를 소정레벨로 감소시키는 가변 광감쇠기와,상기 가변 광감쇠기의 출력에 비례하는 일부 신호를 검출하는 광결합기와,상기 광결합기의 출력을 입력받아 상기 가변 광감쇠기의 출력을 제어하는 전기 제어 신호를 발생하는 광출력 모니터를 구비하고 기존의 실리카에 비하여 열광학 효과가 약 10배 정도 탁월하면서도 가격이 저렴한 폴리머를 광감쇠기의 광도파로 박막으로 사용하기 때문에 고속의 동작 속도를 요하지 않는 파장 분할 다중화 광통신용 광감쇠기에 적용하여 안정된 동작을 유지시키면서도 재료비가 저렴하며, 게다가 제작공정이 단순하여 대량 생산에 적합하다.

Description

파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화 장치{apparatus for equalizing light output of WDM light communication system}

본 발명은 광통신 시스템에서 광신호의 크기를 원하는 만큼 감소시키는 광통신용 감쇄기에 관한 것으로, 특히 광신호의 크기를 원하는 양만큼 줄일수 있도록 튜닝할 수 있는 구조를 가진 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화장치에 관한 것이다.

현재 광통신 기술은 단순히 전송매체를 전기신호 대신 광으로 전송 하는 수준을 벗어나 보다 장거리 전송을 위해 광신호를 증폭하거나 도중에 광신호를 전기신호로 변환하지 않고 광신호 형태로 신호처리를 한 후 최종 수신단에서 전기신호로 변환시키는 형태로 되었다.

또한, 최근에는 전송용량을 크게 증가시키기 위해 파장 길이 분할 다중화(wavelength division multiplexing)기술이 급속히 발전되어 보급되고 있는 추세이다.

이러한 시스템에서는 각 파장별로 서로 다른 광원을 사용하고 이를 다중화하여 하나의 광섬유를 통해 전송한 후 수신단에서 각각의 파장으로 역다중화하여 분리한 후 파장별로 광신호를 수신한다.

그리고, 장거리 전송을 위해 중간에 광신호를 증폭하는 광증폭기를 사용하기도 한다.

또한 통신망의 구성에서는 전송도중에 광신호의 일부를 필요한 지점에 나누어 주고 다시 그곳의 광신호를 추가하는 애드-드롭(add-drop)기능을 가진것도 있다.

도 1은 종래의 파장 분할 다중화(WDM) 애드-드롭 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 광증폭기(10)를 통해 전송된, 광신호를 디먹스(11)를 통하여 역다중화하여 각 파장(λ₁,λ₂....λ_n)으로 나누고 각 파장별로 광스위치(12)를 통해 애드-드롭(add-drop)한 후 다시 먹스(14)를 통해 다중화되고 광증폭기(15)를 통해 증폭된 후 하나의 광섬유를 통해 전송되도록 한것이다.

이때, 다중화되기 전의 광신호를 파장별로 살펴보면 도 2(a)와 같이, 출력이 불균일한 상태를 나타낸다.

이러한 이유는 여러 가지가 있겠으나, 대표적인 것으로는 광증폭기(10)를 통해 증폭될 때 증폭 이득이 파장에따라 차이가 있을 수 있고, 디먹스(11)의 파장별 분리특성이 일정하지 않을수 있으며, 광스위치(12)의 스위칭 특성이 일정하지 않는 등의 복합적인 요인을 들 수 있으며, 이로인해 먹스(14)의 입력단에서 파장별 광출력의 분균일화는 더욱 심화되어 신호의 특성이 저하되기 때문에 장거리 통신이 불가능하게 된다.

따라서 다중화 하기전에 광신호의 세기를 균일하게 하여 주어야 하며 이런 기능을 위해 도 1에 도시된 바와같이 각 파장에 대해 광감쇠기(13)의 출력이 균일하게 되도록 한다.

현재 보편적으로 사용되는 광감쇠기는 수동으로 조작하는 광섬유를 이용하는 형태로 되어 있으나 이와 같은 광감쇠기는 초기에 시스템을 구성할 때 한 번 맞추고 나면 계속적인 사용에 따른 변화에 대응 할 수 없다.

따라서 신호를 모니터하면서 지속적으로 사용이 가능한 가변형 광감쇠기가 필요하게 된다.

이러한 가변형 광감쇠기로는 미국 특허 4,644,145호에 개시된 발명을 예로 들수 있다.

상기 미국특허 4,644,145호에서는 광수신기로 수신되는 신호의 변화를 보상하기 위한 방법으로 광도파로 소자를 가변형 광감쇠기로 사용하였으나, 이 특허에 개시된 발명은 단순히 수신단에서의 신호의 크기를 일정하게 하여 수신기의 특성을 향상시키기 위한 것으로서, 파장 분할 다중화(WDM)광통신에 사용되는 기술이 아닐뿐더러, 연속적으로 수신되는 신호의 시간적 불균일성을 보상하기 위해 빠른 광신호 각각을 고속으로 감쇄시키기 위해 광통신 시스템 기술이 성숙되기 전에 필요로 하였던 기술이다.

그리고 상기 특허의 가변형 광감쇠기는 빠른 광신호를 변조하기 위해 L_iN_bO₃를 기판 재료로 하고, 전기 광학 효과를 이용하기 위해 반도체 재료인 GaAs를 사용하고 있으나 L_iN_bO₃을 기판으로 이용한 소자는 고속 변조는 가능하나 재로의 가격이 높고 광섬유와의 결합효율이 낮아 수 ㎓정도의 고속 변조에 이용하는 것이 아니라 수㎑ 주파수정도에서의 애드-드롭 다중화 방식에 이동하기 위해 전송의 중간 단계에 삽입하여 사용하기에는 부적합하고, 반도체 재료인 GaAs를 이용하는경우에도 결합 효율이 더욱 낮고 재료의 가격도 높아서 실용성이 없다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 광통신 시스템에서 광신호의 출력을 일정하게 유지하도록 튜닝이 가능한 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 안정된 동작을 할 수 있을 뿐만아니라 재료비가 저렴하고 제작공정이 단순하여 대량생산에 적합한 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 하나의 다른 목적은 조절이 용이하고 삽입손실이 낮은 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 애드-드롭형 파장 길이 분할 다중화 광통신 시스템의 블록도

도 2(a) 및 (b)는 광통신 시스템의 파장별 출력상태 및 광감쇠기를 이용 출력 레벨을 제어한 경우의 각 파장별 출력 상태를 나타낸 그래프

도 3은 본 발명에 의한 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화 장치를 개략적으로 도시한 블록도

도 4(a) ~ 도 4(c)는 본 발명에 의한 광감쇠기의 여러 가지 실시양태를 개략적으로 나타낸 단면도이다

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,15 : 광증폭기 11 : 디먹스

12 : 광스위치 13 : 광감쇠기

14 : 먹스 31 : 가변 광감쇠기

22 : 광결합기 23 : 광출력 모니터

20,30,32,33,35,36 : 광도파로 31,34,37 : 열광학전극

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화장치는 광신호의 크기를 소정레벨로 감소시키는 가변 광감쇠기와, 상기 가변 광감쇠기의 출력에 비례하는 일부일부를 검출하는 광결합기와 상기 광결합기의 출력을 입력받아 상기 가변 광감쇠기의 출력을 제어하는 전기제어 신호를 발생하는 광출력 모니터를 구비함을 특징으로 한다.

이하 첨부도면에 근거하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 광출력 등화장치를 나타낸 블록도이며, 도 4(a) ~ (c)는 도 3의 광출력 등화장치의 가변광 감쇠기의 여러 실시 양태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 광출력 등화 장치는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이,광도파로(20)와, 광신호의 세기를 소정레벨로 감소시키는 가변 광감쇠기(21)와, 상기 광감쇠기(21)의 출력의 일부를 분리하여 출력하는 광결합기(22)와, 상 광결합기(22)의 출력을 입력 받아 전기 제어 신호를 발생하는 광출력 모니터(23)를 가지고 있으며, 상기 광출력 모니터(23)의 출력인 전기제어 신호는 광감쇠기(21)의 출력레벨을 제어하는 신호로 사용 되도록 접속되어 있다.

그리고 상기 광감쇠기(21)는 그의 구체적인 실시 양태는 도 4(a) ~ (c)에 도시되어 있는 바와 같다.

즉, 도 4(a)는 광감쇠기(21)의 하나의 실시 양태인 차단형 변조기 형태를 나타낸 것으로, 폴리머(polymer)박막층을 가지는 단일 모드 광도파로(30) 위에 열광학 전극(31)을 얹은 구조로 되어 있다.

상기 열광학 전극(31)이 전류가 흐르지 않으면 도파 모드가 손실없이 잘전파되고 상기 전극(31)에 전류가 흐르면 전극(31)에서 발생하는 열이 아래의 광도파로(30)에 전달되어 온도가 올라가게 되면, 상기 폴리머 박막층에 따른 열광학 효과에 의해 전극 아래 부분에 위치한 광도파로(30)의 굴절율이 감소하게 되어서 광도파로(30)가 점차 차단 모드로 전환되어 전파 손실이 증가되므로 광감쇠기(21)의 출력이 감소하게 된다.

따라서 광도파로(30)를 통하여 전송되는 신호 세기가 원하는 양보다 큰 경우에는 광결합기(22)에 의하여 검출되는 광신호의 세기가 크게 되고 이 큰 광신호에 상응하여 광출력 모니터(23)에서 전류 제어 신호가 발생하게 되며 이 전류 제어 신호가 상기 광감쇠기의 열광학 전극(31)에 인가되면, 상술한 바와 같이 광감쇠기의광도파로(30)에 전송되는 광신호의 출력이 감소하게된다.

따라서 열광학 전극(31)에 흐르는 전류의 크기에 따라 광감쇠기(21)의 출력이 제어되어 광출력이 언제나 일정의 레벨을 유지하게 된다.

도 4(b)는 광감쇠기(21)의 또하나의 다른 실시양태로서 Mach-Zehnder 간섭계형 변조기 형태로 구성한 것의 단면을 개략적으로 나타낸 것으로, 병렬 접속되고 표면에 박막층이 형성된 1광도파로(32)와 제 2광도파로(33)가 구비 되어 있고, 제 2광도파로(33)는 상술한 열광학 전극(34)이 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 광감쇠기(21)는 열광학 전극(34)에 전류가 흐르지 않는 경우에는 광도파로(32,33)를 지나는 광파의 위상이 동일하므로 이들이 합쳐질 때 보상간섭이 일어나 입력된 광출력이 그대로 출력된다.

그러나 제 2광도파로(33)의 열광학 전극(34)에 상기 광출력 모니터(23의 전기제어신호가 인가되어 전류가 흐르는 경우 전류의 양에 비례하여 열이 발생하고 이에따라 전극 아래의 폴리머 박막층을 가지는 광도파로(33)의 굴절률이 감소하여 광경로 차이가 발생한다.

따라서 제 1 및 제 2광도파로(35,37)를 진행한 후 하나로 합쳐질 때 위상이 달라 상쇄간섭이 일어나 출력이 감소되므로 광출력 모니터(23)의 전기 제어 신호에 의해 상술한 바와 같이 광감쇠기(21)의 광출력이 일정레벨로 유지하게 된다.

도 4(c)는 본 발명의 광감쇠기에 대한 또하나의 다른 실시양태인 방향성 결합기형 광감쇠기(21)를 나타낸 것으로, 하나의 폴리머 박막층(35)을 가지는 채널 광도파로(35)와 상기 채널 광도파로(35)에 평행되게 설치된 다른 하나의광도파로(37)와, 채널 광도파로(35) 및 광도파로(37)의 양쪽 도파로 모두를 덮도록 열광학 전극(36)으로 구성되어 있다.

상기 광감쇠기(21)는 상기 전극(36)에 전류를 가하지 않은 상태에서 출력이 최대로 되도록 전극과 각 광도파로 사이의 굴절률, 방향성 결합계수등이 설정되어 있다.

상기 실시예의 광감쇠기(21)는 열광학전극(36)에 전류를 인가하지 않은 상태에서는 채널 광도파로(35)에 입력된 도파모드로 전송된다.

그러나 상술한 광출력 모니터(23)로 부터의 전기 제어 신호가 열광학 전극(36)에 인가되어 상기 전극(36)에 전류가 흐르게 되면 광도파로(35,37)와 그 사이의 굴절률이 감소하게 되고, 이로 인해 방향성 결합계수와 도파모드의 전파상수가 변하여 방향성 결합특성이 변하게 된다. 즉, 광감쇠기(21)의 출력광의 세기가 크면 광결합기(22)에서 검출되는 전류량이 크게 되고 이 전류량은 열광학전극(36)에 인가되며, 이 전류량에 비례하게 광감쇠기(21)의 출력광의 세기가 감소되므로 결국 광도파로(20)를 진행하는 광신호의 세기에 관계없이 광감쇠기(21)로 부터 출력되는 광신호의 레벨이 일정하게 된다.

본 발명의 가변 광감쇠기(21)는 광결합기(22)와 동일기판에 구성하여 구현하는 것이 폴리머의 열광학 효과로 인해 굴절률이 감소되어 바람직하다.

이 경우 가변 광감쇠기(21)와 광결합기(22)와의 광결합을 위한 광섬유가 필요하지 않으므로 제작시 광커넥터(도시않됨)를 없앨 수 있고 조립비용도 경감할 수 있다.

또한 본 발명의 광출력 모니터 부분에 사용되는 광검출기를 광감쇠기 기판에 집적화하거나 본딩시키면 이부분의 광섬유도 없앨수 있어 바람직하여, 이 경우 패키징된 광감쇠기는 광커넥터가 달린 입출력 광섬유와, 광출력 모니터의 전기 신호 단자와 가변 광감쇠기 소자의 입력 제어 전기 신호 단자(도시 생략)을 가진다.

이상과 같이 본 발명의 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화 장치는 광출력을 항상 모니터하여 일정 출력 레벨로 출력하도록 가변하여 광출력 크기를 제어할 수 있어 신호의 성능을 최적 상태로 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라 기존의 실리카에 비하여 열광학 효과가 약 10배 정도 탁월하면서도 가격이 저렴한 폴리머를 광감쇠기의 광도파로 박막으로 사용하기 때문에 고속의 동작 속도를 요하지 않는 파장 분할 다중화 광통신용 광감쇠기에 적용하여 안정된 동작을 유지시키면서도 재료비가 저렴하며, 게다가 제작공정이 단순하여 대량 생산에 적합하다는 등의 뛰어난 효과가 있다.

Claims (5)

1. 광신호를 전송하는 적어도 하나 이상의 광도파로와 상기 광도파로의 굴절율을 감소시켜 상기 광도파로의 광출력을 감쇠시키는 열광학전극으로 이루어진 가변 광감쇠기와,

   상기 가변 광감쇠기의 출력에 비례하는 일부 신호를 검출하는 광결합기와,

   상기 광결합기의 출력을 입력받아 전기 제어신호는 발생하고, 상기 전기제어신호를 상기 가변광감쇠기의 열광학 전극에 인가하도록 결합된 광출력 모니터를 구비함을 특징으로 하는 하는 파장 분할다중화 광통신 시스템의 광출력 등화 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가변 광감쇠기는, 상기 광도파로가 하나의 광도파로로 이루어지고 상기 열광학 전극은 상기 광도파로의 표면에 덮여 있도록 형성됨을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 가변 광감쇠기는, 상기 광도파로가 병렬로 연결되는 2개의 광도파로로 이루어지고, 그중 하나의 광도파로 표면에 상기 열광학 전극이 덮여 있도록 형성됨을 특징으로하는 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 가변 광감쇠기는, 상기 광도파로가 채널 광도파로와이 채널 광도파로에 평행하게 배열된 광도파로로 이루어지고, 이들 광도파로 모두에 걸처 열광학 전극이 덮여있도록 구성됨을 특징으로하는 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화 장치.
5. 제1항 내지 제 4항의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 광도파로는 폴리머 박막층이 구비되게 형성됨을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 광통신 시스템의 광출력 등화 장치.