KR100377199B1 - 파장가변 광신호 삽입/추출 장치 - Google Patents

파장가변 광신호 삽입/추출 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 파장분할다중 광신호처리 시스템 또는 파장분할다중 광통신 시스템 등에서, 복수개의 광신호 중 하나의 파장채널을 고속으로, 동적으로 그리고 광대역으로 가변할 수 있는 광신호 삽입/추출 장치를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 있어서, 광신호를 입력받아 한방향으로 인접한 입출력 단자로 광신호를 순환시키기 위한 광순환 수단; 상기 광순환 수단의 출력단으로부터 광신호를 입력받아 특정 파장채널의 광신호를 선택하고 나머지는 투과하기 위한 광파장선택 수단; 및 상기 광순환 수단과 상기 광파장선택 수단으로부터 출력되는 두 개의 광신호 전력의 선형 더하기 연산을 수행하여 출력하기 위한 광결합 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 파장분할다중 광신호 처리 시스템 및 광통신 시스템 등에 이용됨.

Description

파장가변 광신호 삽입/추출 장치{The Apparatus for Widely Tunable Optical Add-Drop Filtering}
본 발명은 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파장분할다중 광신호처리 시스템 또는 파장분할다중 광통신 시스템 등에서, 복수개의 광신호 중 하나의 파장채널을 고속으로, 동적으로 그리고 광대역으로 가변할 수 있는 광신호 삽입/추출 장치에 관한 것이다.
일반적으로, N개의 파장채널(wavelength channel)을 갖는 파장분할다중 전송시스템은 n개의 서로 다른 파장의 빛을 사용한다. 예를 들어, 1번 채널은 파장이 L1인 광신호로 전송되고, 2번 채널은 파장이 L2인 광신호로 전송되고, ..., N번 채널은 파장이 Ln인 광신호로 전송된다.
삽입/추출 기능은 이러한 파장분할다중 방식의 광전송 장치에서 파장이 Li인 임의의 I번째 채널을 추출하여 분리해 내고, 다른 신호를 비어있는 채널에 삽입하여 전송하는 기능이다.
파장다중화된 N개의 파장채널이 삽입/추출 장치에 입력되면, 이 신호중 파장 Li인 채널 I는 삽입/추출 장치의 추출단으로 출력되고 나머지 채널은 출력단을 통해 출력된다. 이때, 추출단에서 추출된 채널 I를 제외하고 출력단으로 출력된 나머지 채널의 구성은 1,2,..,I-1,I+1,..,N-1,N과 같이 된다.
추출한 채널 I의 빈자리에 다른 정보를 갖는 채널 I'을 대체하여 삽입하는것도 가능하다. 채널 I'을 Li에 맞추어 삽입하면 채널의 구성은 1,2,..,I-1,I',I+1,..,N-1,N과 같이 되고, 이 다중화된 신호는 삽입/추출 장치의 출력단으로 출력된다.
삽입/추출되는 채널의 가변 기능은 파장이 Li인 채널 I를 삽입/추출하고 있다가, 외부의 변화 요인에 의해서 파장이 Lj인 채널 J를 삽입/추출하도록 하는 기능이다.
기존의 광신호 삽입/추출 장치는 고정된 하나 또는 일부의 파장채널만을 선별하여 더하거나 빼는 기능을 하거나, 좁은 파장대역 내에서만 파장가변이 가능한 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 파장분할다중 광신호처리 시스템 또는 파장분할다중 광통신 시스템 등에서, 복수개의 광신호 중 하나의 파장채널을 고속으로, 동적으로 그리고 광대역으로 가변할 수 있는 광신호 삽입/추출 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치의 일실시예 구성도.
도 2a 내지 도 2c 는 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치의 구성요소의 일예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치의 동작원리의 일예시도.
도 4a 내지 도 4b 는 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치의 파장가변 동작의 일예시도.
* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명
110,120,130 : 광필터 141 내지 144 : 광순환기
151,152 : 광합파기 161,162 : 광증폭기
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 있어서, 광신호를 입력받아 한방향으로 인접한 입출력 단자로 광신호를 순환시키기 위한 광순환 수단; 상기 광순환 수단의 출력단으로부터 광신호를 입력받아 특정 파장채널의 광신호를 선택하고 나머지는 투과하기 위한 광파장선택 수단; 및 상기 광순환 수단과 상기 광파장선택 수단으로부터 출력되는 두 개의 광신호 전력의 선형 더하기 연산을 수행하여 출력하기 위한 광결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 있어서, 광신호를 입력받아 제 1 광파장선택 수단에 전달하고, 상기 제 1 광파장선택 수단으로부터 반사되는 신호를 다시 입력받아 출력하는 제 1 광순환 수단; 상기 제 1 광순환 수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 제 2 광파장선택 수단에 전달하고, 상기 제 2 광파장선택 수단으로부터 반사되는 신호를 다시 입력받아 출력하는 제 2 광순환 수단; 상기 제 2 광파장선택 수단으로부터 투과된 파장채널의 신호를 입력받아 출력하는 제 3 광순환 수단; 상기 제 1 광파장선택 수단으로부터 투과된 파장채널의 신호와 상기 제 3 광순환 수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 선형 더하기 연산을 수행하여 특정 파장의 신호가 추출된 광신호를 출력하는 제 1 광결합 수단; 및 상기 제 2 광순환 수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 특정 파장의 추출 광신호를 출력하는 제 2 광결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치는, 4개의 광순환기(141 내지 144), 2개의 광합파기(151,152), 3개의 광필터(110, 120, 130)와 광필터의 선택파장을 가변시킬 수 있는 파장조절기(111,121,131), 그리고 2개의 광증폭기(161,162)의 조합으로 이루어진다.
도 1 에서 단자 1로 입사되어진 파장채널들 중 하나의 파장채널은 단자 3으로 추출/삽입 되어지고, 추출/삽입 되어지지 않은 나머지 파장채널들은 단자 2로 통과한다. 그리고, 단자 4로 입사된 파장채널들 중 하나의 파장채널은 단자 2로 삽입/추출 되어진다. 광순환기의 개수는 사용되는 광순환기의 단자수가 4개인 경우 2개로 줄어들 수 있다.
상기 사용된 광필터(110,120,130)는 주기적인 반사채널을 갖는 브래그 격자형의 광필터이며, 외부에 연결된 파장조절기(111,121,131)에 의하여 선택되는 파장을 가변할 수 있는 파장가변 필터이다.
본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 사용되는 광증폭기(161,162)는, 필터 내부에서 발생하는 도파 손실, 결합 손실 등을 보상하여 주기 위해 부가된 부분으로, 손실이 적을 경우 충분히 제거되어질 수 있다.
광증폭기의 재료로는 반도체, 광섬유 등이 사용되어질 수 있다.
상기 광신호 삽입/추출 장치의 세부 동작을 이하에서 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 2c 는 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치의 구성요소의 일예시도이다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 광필터는 S 만큼의 주기로 일정한 파장채널들을 반사해 내고, 그 밖의 파장채널들은 모두 투과시킨다.
이러한 특성은 브래그 격자(Bragg grating)를 주기적으로 샘플링하는 방법(IEEE J. Quantum Electron., Vol. 29, pp. 1824 ~ 1834, 1993)과, 브래그 격자의 주기를 일정한 주기를 두어 변조시키는 방법(IEEE J. Quantum Electron., Vol. 32, pp. 433 ~ 441, 1996)을 통하여 얻을 수 있다. 광필터를 위한 브래그 격자의 재료로는 반도체, 실리카, 폴리머, 광섬유 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 사용되는 광순환기는 도 2b 와 같이 동작한다.
각 입출력단을 단자 1, 2, 3으로 할 때, 단자 1로 입사된 빛은 단자 2로 통과되나, 단자 2로 입사되는 빛은 단자 1로는 통과하지 못하고 단자 3으로 통과되어진다. 또한, 단자 3으로 입사된 빛은 단자 2로 통과하지 못한다.
광순환기는 3단자 이상으로도 구성되어질 수 있으며, 3단자 이상의 광순환기 역시 기본적으로 3단자 광순환기의 조합으로 구성되어질 수 있다.
본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 사용되는 광합파기는 도 2c 와 같이 동작한다.
각 입출력 단자를 1, 2, 3으로 할 때, 단자 1과 단자 2로 입사된 광신호 전력은 선형 더하기 연산이 되어 단자 3으로 통과한다.
도 3 은 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치의 동작원리의 일예시도이다.
즉, 도 3 은 본 발명에 따른 광신호 삽입/추출 장치에 단자 1로 광신호가 입사됐을 경우의 기능 수행 동작을 나타낸 예시도로, 단자 4로 광신호가 입사될 경우 역시 대칭적일 뿐 동일하게 동작하며, 단자 1과 단자 4로 함께 동시에 광신호가 입사되어 작동할 수도 있다.
두 광필터(310,320)의 반사채널의 주기는 각각 S1과 S2가 되도록, 그리고 두 광필터(310,320)는 삽입/추출하고자 하는 하나의 파장채널만을 동시에 반사하도록 조정한다.
다른 나머지 광필터(330)의 주기는 처음 광필터(310)의 주기와 동일한 S1이다.
삽입/추출 기능 동작의 절차는,
가) 단자 1로 입사된 복수개의 광신호는 광순환기(341)를 거쳐 광필터(310)에 입사된다(P1).
나) 광필터(310)에 입사된 복수개의 광신호 중 광필터(310)의 반사 주기에 위치하는 파장채널들은 반사되어(R1), 광순환기(341,342)를 거쳐 광필터(320)에 입사된다(P2). 이와 함께, 광필터(310)를 통과한 파장채널들은 광합파기(352)에 입사된다(P3).
다) 광필터(320)에 입사된 파장채널들 중 광필터(320)의 반사 주기에 위치하는 파장채널들은 반사되어(R2) 광순환기(342)를 거쳐 광합파기(351)에입사된다(P4). 이와 함께, 광필터(320)를 통과하는 파장채널들은 광순환기(343)를 거쳐 광합파기(352)에 입사된다(P5).
라) 광합파기(352)에 입사된 두 파장채널들은 선형 더하기 연산을 통하여 단자 2로 통과된다(P6). 이 때, 손실보상을 위하여 광증폭기를 사용할 수 있다.
마) 광합파기(351)에 입사된 추출 파장채널은 광합파기(351)를 통해 단자 3으로 통과된다(P7).
단자 4로 입사된 광신호도 위에 설명한 단자 1로 입사된 광신호의 삽입/추출 기능 동작 절차와 동일하게 동작하며, 만일 두 단자에 광신호가 동시에 입사되었다면, 상기 (마)단계에서 단자 3을 통과하는 신호는 단자 4로 입사되어 특정 파장채널만이 추출되어진 광신호에, 단자 1로 입사되어 추출되어진 특정 파장채널의 신호가 광합파기(351)의 선형 더하기 연산을 통해 삽입되어진 형태의 광신호가 된다.
단, 단자 4로만 광신호가 입사되면 두개의 광필터(320,330)가 사용되며, 광신호의 입력은 단자 4가 되고, 출력은 단자 2와 단자 3이 된다. 그래서, 단자 2로는 삽입/추출하고자 하는 파장채널만이 전달되어지고 나머지 파장채널은 단자 3으로 출력된다.
도 4 는 본 발명에 따른 파장가변 광신호 삽입/추출 장치의 파장가변 동작의 일예시도이다.
도 4a 의 경우는 Li파장채널이 삽입/추출되어지도록 광필터의 반사채널의주기와 위치를 Li파장이 반사되도록 조정한 것이다.
삽입/추출되는 파장채널을 변화시키기 위해서는, 각 광필터의 반사스펙트럼을 삽입/추출되기를 원하는 파장채널이 반사되도록 장파장 또는 단파장 쪽으로 개별 이동시킨다.
도 4b는 광필터(도 3의 320)의 전체 반사스펙트럼을 장파장 쪽으로 이동시켜 Lj파장채널이 삽입/추출되도록 한 경우이다. 광필터의 반사채널의 주기와 위치를 적절히 조정함으로써 미세 파장가변 또는 광대역 파장가변을 할 수 있다.
예를 들어, 한 광필터(도 3의 310)의 반사채널의 간격 S1은 6.6 nm, 또 다른 광필터(도 3의 320)의 반사채널의 간격 S2는 7.2 nm로 할 경우, 60 nm 이상의 파장가변대역폭을 얻을 수 있다.
상기 브래그 격자형 파장가변 광필터의 전체 반사스펙트럼을 파장축에서 이동시키는 방법에는, 열 인가, 전류 주입 등을 통한 굴절율의 변화 방법과 기계적으로 광도파로의 길이를 변화시키는 방법 등이 있다.한편, 파장채널의 광신호를 선택하기 위해서는, 주기적으로 복수의 파장을 반사시키는 광필터를 이용하고, 반사 스펙트럼은 광도파로에서의 주기적인 격자의 형성에 의하여 형성되며, 주기적인 격자의 형성에 의하여 형성되며, 주기적인 격자의 거리에 의하여 결정되는 좁은 파장대역의 빛만 반사시키고 나머지는 투과시킨다.또한, 광파장을 선택하기 위해 삽입/추출되는 광파장의 가변 특성은 두 개의 광 필터(주기적인 격자가 있는 광도파로)의 상호 동작에 의하여 결정되며, 삽입/추출되는 광파장은 복수개의 광파장을 반사하는 두 개의 서로 다른 광도파로가 동시에 반사하는 광파장이며, 삽입/추출되는 광파장의 가변범위의 광대역성(여기서, 광대역성이라 함은, 명확한 수치는 정하여 있지 않으나 광통신 시스템에서 한 밴드(~32 nm) 범위 이상을 지칭한다고 말할 수 있음)은 주기적인 격자가 있는 두 개의 광도파로(두 광도파로 상에서의 격자주기는 서로 다름)의 상호 동작에 의하여 기대될 수 있으며, 삽입/추출되는 광파장의 가변범위는 60 nm 이상 광대역이다(주기적인 격자가 있는 도파로의 반사스펙트럼도 파장가변을 일으키는 인가수단에 의하여 수 nm 정도 밖에 변하지 않지만, 두 개의 파장가변수단(=주기적인 격자가 있는 도파로))의 상호 동작에 의하여 60 nm 이상 파장가변할 수 있다).
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 삽입/추출되는 파장을 인가되는 전류 또는 열의 제어만으로 광대역이며 동적으로 가변할 수 있어 구성하기가 매우 용이할 뿐 아니라, 광필터의 재료로 화합물 반도체가 사용될 경우 고속동작이 가능하여 삽입/추출되는 파장채널을 고속으로 광대역 가변할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 있어서,
    광신호를 입력받아 한방향으로 인접한 입출력 단자로 광신호를 순환시키기 위한 광순환 수단;
    상기 광순환 수단의 출력단으로부터 광신호를 입력받아 특정 파장채널의 광신호를 선택하고 나머지는 투과하기 위한 광파장선택 수단; 및
    상기 광순환 수단과 상기 광파장선택 수단으로부터 출력되는 두 개의 광신호 전력의 선형 더하기 연산을 수행하여 출력하기 위한 광결합 수단
    을 포함하는 파장가변 광신호 삽입/추출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 광결합 수단으로부터 출력되는 광신호를 증폭하여 손실을 보상하여 주기 위한 광증폭 수단
    을 더 포함하는 파장가변 광신호 삽입/추출 장치.
  3. 파장가변 광신호 삽입/추출 장치에 있어서,
    광신호를 입력받아 제 1 광파장선택 수단에 전달하고, 상기 제 1 광파장선택 수단으로부터 반사되는 신호를 다시 입력받아 출력하는 제 1 광순환 수단;
    상기 제 1 광순환 수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 제 2 광파장선택 수단에 전달하고, 상기 제 2 광파장선택 수단으로부터 반사되는 신호를 다시 입력받아 출력하는 제 2 광순환 수단;
    상기 제 2 광파장선택 수단으로부터 투과된 파장채널의 신호를 입력받아 출력하는 제 3 광순환 수단;
    상기 제 1 광파장선택 수단으로부터 투과된 파장채널의 신호와 상기 제 3 광순환 수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 선형 더하기 연산을 수행하여 특정 파장의 신호가 추출된 광신호를 출력하는 제 1 광결합 수단; 및
    상기 제 2 광순환 수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 특정 파장의 추출 광신호를 출력하는 제 2 광결합 수단
    을 포함하는 파장가변 광신호 삽입/추출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광결합 수단들로부터 출력되는 광신호를 각각 증폭하여 손실을 보상하여 주기 위한 제 1 광증폭 수단, 제 2 광증폭 수단
    을 더 포함하는 광신호 삽입/추출 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광파장선택 수단은,
    선택 파장채널을 가변시킬 수 있는 파장조절 수단에 의해 선택하고자 하는 특정 파장채널을 변경할 수 있는 파장가변 필터이되,
    주기적으로 복수의 파장을 반사시키는 광필터를 이용하며, 반사 스펙트럼은 광도파로에서의 주기적인 격자의 형성에 의하여 형성되며, 주기적인 격자의 거리에 의하여 결정되는 좁은 파장대역의 빛만 반사시키고, 나머지는 투과시키는 것을 특징으로 하는 파장가변 광신호 삽입/추출 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광파장선택 수단은,
    화합물 반도체로 구성된 광필터인 것을 특징으로 하는 파장가변 광신호 삽입/추출 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광파장선택 수단은,
    일정한 파장 간격으로 하나씩의 파장채널을 선택하여 반사시키고, 그 외의 파장채널은 모두 투과시키는 브래그 격자형의 광필터인 것을 특징으로 하는 파장가변 광신호 삽입/추출 장치.
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