KR100357625B1 - 파장분할다중 광전송시스템 트랜스폰더의 파장 안정화 및출력 조정 장치 - Google Patents

파장분할다중 광전송시스템 트랜스폰더의 파장 안정화 및출력 조정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파장분할다중 광전송시스템 트랜스폰더의 파장 안정화 및 출력 조정 장치에 있어서, 파장 안정화회로가 구비되어 미리 설정된 파장의 레이저 광을 출력하는 레이저 다이오드 모듈과, 레이저 다이오드 모듈이 출력을 제공받아 광 데이터로 변환하는 외부 변조기와, 외부 변조기 내부에 설치되어 광출력을 안정화하는 전압제어 감쇠기와, 광출력 레벨을 검출하기 위한 탭 포토 다이오드와, 탭 포토 다이오드에서 검출된 광출력 레벨에 의거하여 상기 전압제어 감쇠기의 동작을 제어하는 출력안정화회로를 가진다.

Description

파장분할다중 광전송시스템 트랜스폰더의 파장 안정화 및 출력 조정 장치{WAVELENGTH STABILIZATION AND AUTOMATIC POWER CONTROL CIRCUIT OF TRANSPONDER IN WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING OPTICAL TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing: WDM) 시스템 트랜스폰더(transponder)에 관한 기술로, 특히 트랜스폰더의 파장안정화와 광출력 조정을 위한 장치에 관한 것이다.
파장다중화 전송기술은 광통신망에서 전송용량을 쉽게 증가시킬 수 있는 방법이며, 이것을 구체화한 것 중의 하나가 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 시스템이다. 이 시스템에서 핵심적인 기능을 수행하는 것 중의 하나가 트랜스폰더(transponder) 모듈이다.
트랜스폰더 모듈은 하위의 시스템이 가진 임의의 파장과 특성을 DWDM 시스템이 요구하는 광원으로 변환하기 위한 모듈이다. DWDM 시스템이 광원의 파장을 0.8nm 또는 0.4nm의 조밀한 간격으로 나누어서 전송하기 때문에 각각의 광원은 일정한 파장을 유지하여야 하며, 광전송링크상의 광섬유와 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)의 특성 때문에 광 출력도 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
100GHz(0.8nm) 채널 간격을 갖는 기존 시스템의 경우에 통상 광원으로 사용되는 LD(Laser Diode)가 온도에 따라 출력 파장이 크게 변하는 성질을 가지고 있기 때문에 파장안정화를 세밀하게 하지 않고 광원의 온도안정화만을 수행하여 파장안정화를 이룬다. 그리고, 50GHz 채널간격의 시스템의 경우는 파장안정화 회로가 필수적으로 구비된다. 즉, 기존의 100GHz 채널 간격의 시스템에서 EML(Electro-absorption Modulator Integrated Laser)을 사용하는 경우는 보통 파장안정화 회로가 별도로 구비되지 않고, CW(Continuous Wave) LD를 사용하는 경우는 LD내부에 에탈론(etalon)을 내장하여 파장안정화 회로를 구성하고 있다.
EML의 경우에는 구조가 간단하고 광출력이 안정된 반면 파장안정화에 대한 부분이 해결되어야 하며, CW LD와 에탈론을 이용한 구조는 구조가 복잡하고 광출력이 안정되지는 못하지만 광출력 파장은 안정되게 동작한다.
도 1은 파장안정화가 이루어지는 CW LD 모듈의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, LD 칩과 열전쌍(TEC: Thermo-Electric Cooler)과 서미스터(thermistor)가 내장되고 에탈론 PD가 같이 실장된다. 먼저, 온도안정화회로(10)는 TEC 및 서미스터를 이용하여 온도에 대한 파장안정도를 확보한다. 파장의 미세 변화에 대해서는 파장안정화회로(12)는 에탈론 PD로 검출하여 LD 바이어스 전류를 조정함으로서 파장안정화를 이룬다.
파장안정화 장치의 예로서, 버나드 빌레누브(Bernard Villeneuve) 등에 의하여 발명되어 특허허여된 미국특허번호 제5,825,792호(명칭: WAVELENGTH MONITORING AND CONTROL ASSEMBLY FOR WDM OPTICAL TRANSMISSION SYSTEM}는 에탈론 필터에 입사하는 광의 입사각 및 파장에 따른 상기 에탈론 필터의 투과 특성을 이용하여 LD의 발진 파장을 검출하고, 온도 제어기를 이용하여 LD의 발진 파장을 안정화하는 기술이 개시된다.
종래의 장거리 국간전송 DWDM 시스템의 트랜스폰더로 주로 사용되는 방식에서는 EML 모듈과 주변회로로 구성되는 모듈을 제작하거나 수신파트를 함께 실장하여 모듈을 구성하였다. 그런데 이러한 방식은 회로가 간단하고 광섬유 처리 등이 용이하여 널리 이용됨에 비해 파장안정화에 대한 신뢰성을 얻기가 어렵고 소자의 가격도 비싼 단점이 있었다. 또한 이러한 방식은 채널의 간격을 50GHz(0.4nm)로 한 경우에는 위에서 보통 사용하는 온도안정화 회로만으로는 파장안정화에 대한 신뢰성을 얻기가 어려웠다.
트랜스폰더의 또 한가지는 CW LD와 에탈론이 함께 들어 있는 LD 모듈과 외부변조기를 사용하여 구성하는 방식이다. 도 2는 파장안정화 및 광출력 안정화를 위한 종래 트랜스폰더의 개략적인 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, CW LD 및 에탈론이 구비되는 LD 모듈(20)과, LD의 출력을 원하는 데이터로 변환시키는 외부변조기(22), 변조기 구동부(26), ORX(24)가 구비되며, 광출력을 안정화하기 위한 수동감쇠기(attenuator)(28) 및 탭 PD(tap Photo-Diode)(29) 등이 구비된다.
이러한 구조를 할 경우에는 전송품질이 뛰어나고 파장안정화를 보다 완벽히 구성할 수가 있어 0.4nm 간격의 채널을 구성할 경우도 충분히 신뢰성이 있는 광원으로 구성할 수가 있다. 이러한 구조의 경우에는 원하는 광출력을 얻기 위해서 별도의 수동 감쇠기를 사용하여야 하고 광출력이 온도에 따라 많이 변하는 성질이 있어서 광링크 특성에 영향을 줄 수 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 WDM 광전송시스템 트랜스폰더의 파장 안정화 및 출력을 안정화하기 위한 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 파장분할다중 광전송시스템 트랜스폰더의 파장 안정화 및 출력 조정 장치에 있어서, 파장 안정화회로가 구비되어 미리 설정된 파장의 레이저 광을 출력하는 레이저 다이오드 모듈과, 레이저 다이오드 모듈이 출력을 제공받아 광 데이터로 변환하는 외부 변조기와, 외부 변조기 내부에 설치되어 광출력을 안정화하는 전압제어 감쇠기와, 광출력 레벨을 검출하기 위한 탭 포토 다이오드와, 탭 포토 다이오드에서 검출된 광출력 레벨에 의거하여상기 전압제어 감쇠기의 동작을 제어하는 출력안정화회로를 구비한다.
도 1은 파장안정화가 이루어지는 CW(Continuous Wave) LD(Laser Diode) 모듈의 개략적인 구성도
도 2는 파장안정화 및 광출력 안정화를 위한 종래 트랜스폰더의 개략적인 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장안정화 및 광출력 안정화가 이루어지는 트랜스폰더의 개략적인 구성도
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
종래의 CW LD와 에탈론 PD를 사용하는 트랜스폰더 모듈이 가지고 있는 문제점 중의 하나가 외부에 감쇠기를 사용하여야 원하는 광링크 특성을 얻을 수 있다는 점이다. 이는 광링크의 전송특성상 광출력이 최종단에서 채널별로 달라지기 때문이다. 이러한 감쇠기를 외부에 사용함으로서 발생하는 광섬유 처리 문제라든지 사이즈 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 전압제어 감쇠기(Voltage Controlled Attenuator: 이하 VOA라 칭함)를 사용한다.
외부 변조기 내부에 VOA가 내장된 소자를 사용하는 데 상기 VOA가 전압에 의해 감쇠가 조절되는 점에 착안하여 광출력을 일정하게 조절한다. 즉 외부 변조기의 출력단에 탭 PD(Tap Photo-Diode)를 연결하여 광출력을 검출한 후에 외부 변조기 내부의 VOD의 감쇠량을 조절하여 자동 광출력 조절이 가능하게 된다.
상기한 구조를 사용함으로서 CW LD와 에탈론 PD를 사용하여 파장안정화 회로를 구성했을 때 발생하는 광출력 변화를 매우 작은 범위로 줄일 수 있고, 특히50GHz와 같이 채널간격이 더 좁아졌을 때, 이때는 파장안정화가 필수적으로 요구되므로 광원으로 적합한 구조라 할 수 있다. 이러한 구조는 광링크에서 광출력을 일정하게 유지할 필요가 있는 곳에서 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장안정화 및 광출력 안정화가 이루어지는 트랜스폰더의 개략적인 구성도이다. 도 3을 참조하면, CW LD 및 에탈론이 구비되는 LD 모듈(30)과, LD의 출력을 원하는 데이터로 변환시키는 외부변조기(32), 변조기 구동부(36), ORX(34)가 구비되며, 광출력을 안정화하기 위하여 상기 외부변조기(32)에 내장되는 VOA(38)와, 광출력 레벨을 검출하기 위한 탭 PD(tap Photo-Diode)(39) 및 탭 PD(39)에서 검출된 광출력 레벨에 의거하여 상기 VOA(38)의 동작을 제어하는 출력안정화회로(37)가 구비된다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 장치는 LD 칩과 TEC(Thermo-Electric Cooler)와 서미스터(thermistor)가 내장되고 에탈론 PD가 같이 실장된 LD 모듈(30)을 이용하여, 먼저 온도에 대한 파장안정도를 확보하기 위해 TEC와 서미스터로서 온도안정화 회로를 구성하였다. 그리고 파장의 미세 변화에 대해서는 에탈론 PD로 검출하여 LD 바이어스 전류를 조정함으로서(전류변화에 따라 파장이 변함 1GHz/1mA) 파장안정화를 이룬다.
이러한 안정된 파장을 지닌 LD 출력을 외부변조기(32)에 인가하여 원하는 광 데이터로 변환시키는데, 이때 외부변조기(32) 내부에 VOA(38)가 실장된 소자를 사용한다. 외부변조기(32)의 출력이 전송하고자 하는 광파장과 광출력을 지닌 광원으로서 광링크에 적합하도록 할 수 있는 요소 중의 하나가 광출력의 안정화이다. 이와 같은 구조에서 광출력을 안정화기는 어려운 점이 있다. 이는 파장의 변화시에 LD의 바이어스 전류를 조절하여 파장을 유지하게 되는데, 이때의 광출력의 변화는 어쩔 수 없이 받아들여야 하기 때문이다. 이러한 광출력의 변화를 본 발명에서는 VOA(38)와 탭 PD(39) 및 출력안정화회로(37)를 사용하여 안정화시키고, 광출력의 변화를 탭 PD(39)를 통해서 모니터링하여 트랜스폰더의 열화정도를 알 수 있게 된다.
종래의 구조에서 사용하던 수동 감쇠기 대신에, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 VOA(38)를 사용하였는데, 이때 VOA(38)는 외부 변조기(32) 내부에 내장되어 있는 것을 사용한다. 이러한 VOA(38)의 수동 감쇠기와의 차이점은 전압에 의해 구동되는 감쇠기라는 점인데, 도 3에 도시된 바와 같이 탭 PD(39)의 출력을 모니터하여 외부 변조기 내부의 감쇠량을 조절할 수 있다. 이때 원하는 레벨의 어떠한 광출력을 설정해 놓으면 항상 설정된 출력을 유지할 수 있으며, 필요시 VOA(38)의 설정값을 변경할 수 있다. 광출력이 변하면 탭 PD(39)내의 PD 전류가 변화하게 되며, 이때 변화된 값은 VOA(38)의 바이어스 전압을 구동하게 되고 광출력이 설정된 값이 될 때까지 VOA(38)의 구동전압을 변경하게 된다.
상기와 같은 구성 및 동작에 의해 본 발명의 특징에 따른 DWDM 시스템 트랜스폰더의 파장 안정화 및 출력 조정 장치가 이루어질 수 있다.
한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구의 범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
파장안정화가 구현된 상태에서 광출력을 안정화하기란 여러 가지로 어려운 점이 많았고 효과도 적은 상태였다. 광출력이 안정화되어 있지 않으면 광링크를 구성하는 데 많은 어려움이 있었고 추후로 예상되는 복잡한 시스템에서는 광출력의 안정화가 필수적인 사안이 될 수 있다. 본 발명은 간단하면서도 효과가 크다 할 수 있다. 즉 시스템 링크에서 광증폭기를 사용함에 있어서, 보통 어떠한 특정 광입력 레벨을 원하게 되는데 이때 본 발명의 구조를 적용하면 시스템을 구성할 때에 별도의 조정 없이 할 수 있게 된다. 또한 추후 이러한 두가지 소자를 하나의 패키지(package)로 구성한다면 사이즈면이나 신뢰성면에서 더욱 좋은 효과를 나타낼 수 있다. VOA를 사용함으로서 외부에서 감쇠량을 조정할 수 있는 구조로 확장할 수 있으며 탭 PD를 이용함으로서 광출력 레벨을 항상 모니터링 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 파장분할다중 광전송시스템 트랜스폰더의 파장 안정화 및 출력 조정 장치에 있어서,
    온도에 대한 파장안정도를 확보하기 위하여 레이저 다이오드 칩과, 열전쌍 및 서미스터를 구비하며, 파장의 미세 변화에 대하여는 에탈론 포토 다이오드로 검출하여 상기 레이저 다이오드의 바이어스 전류를 조정하여 파장안정화를 이루며, 미리 설정된 파장의 레이저 광을 출력하는 레이저 다이오드 모듈과,
    상기 레이저 다이오드 모듈이 출력을 제공받아 광 데이터로 변환하는 외부 변조기와,
    상기 외부 변조기 내부에 설치되어 광출력을 안정화하는 전압제어 감쇠기와,
    광출력 레벨을 검출하기 위한 탭 포토 다이오드와,
    상기 탭 포토 다이오드에서 검출된 광출력 레벨에 의거하여 상기 전압제어 감쇠기의 동작을 제어하는 출력안정화회로를 구비함을 특징으로 하는 파장 안정화 및 출력 조정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 출력안정화회로는 광출력의 변화를 상기 탭 포토 다이오드를 통해서 모니터링 함을 특징으로 하는 파장 안정화 및 출력 조정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전압제어 감쇠기는 미리 설정된 레벨에 따라 광출력을 조정하며, 상기 설정값은 변경가능함을 특징으로 하는 파장 안정화 및 출력 조정 장치.
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