KR100406162B1 - 영복귀 패턴 데이터에 대한 교차위상변조를 이용한파장변환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 시스템에 관한 것으로, 입력된 신호를 반사나 감쇄없이 순환적으로 출력하는 써큘레이터(1); 입력된 CW신호를 광섬유 루프의 양방향으로 분배하거나 광섬유 루프로부터 되돌아온 신호들을 커플링시키는 제1 광섬유 커플러(2); 광섬유 루프의 시계방향으로 분배된 CW신호와 입력 데이터 신호를 커플링시키는 제2 광섬유 커플러(3); 상기 제1 광섬유 커플러(2)로부터 좌측 또는 우측으로 Δx 만큼의 광학적 거리차를 두고 광섬유 루프내에 배치되어, 데이터 신호와 동시에 입력된 양방향 CW신호의 위상을 변화시키는 SOA(4); 양방향 CW신호의 편광 및 위상을 조절하여 이중 출력 신호를 제거하기 위한 편광제어기(5); 데이터 신호 또는 ASE 잡음을 제거하며 CW신호만을 통과시키는, 파장가변이 가능한 제1, 2 필터(6, 7) ; 및 다른 신호가 데이터 신호 입력쪽으로 향하는 것을 막기 위한 아이솔레이터(8)로 이루어져 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 단일 SOA내에서 XPM에 의한 파장변환을 수행함으로써 제작비용을 획기적으로 절감할 수 있으며, 입력 데이터 신호에 대하여 반전/비반전 패턴을 지닌 파장변환된 신호를 동시에 그리고 각각 출력할 수 있다.

Description

영복귀 패턴 데이터에 대한 교차위상변조를 이용한 파장변환 시스템{Wavelength Conversion System using XPM to RZ pattern data}

본 발명은 영복귀(Return-to-Zero: 이하, 'RZ'라 함) 패턴 데이터에 대한 교차위상변조(Cross-Phase Modulation; 이하, 'XPM'라 함)를 이용한 파장변환 시스템에 관한 것으로서, 더 자세하게는 단일 반도체 광 증폭기(semiconductor optical amplifier: 이하, 'SOA'라 함)내에서 RZ 패턴 데이터에 대하여 XPM을 이용한 파장변환을 수행함으로써 입력 데이터 신호에 대하여 반전/비반전 패턴을 지니는 파장변환된 신호를 동시에 그리고 각각 출력할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 임의 파장으로 입력된 광신호 펄스를 원하는 다른 파장의 광신호 펄스로 변환하여 광통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 전광(全光) 파장변환기술은 WDM 방식을 근간으로 하는 초고속 정보통신망과 광 교환기를 구성하는 데 있어서 필수 요소기술이다. 특히, 여러 파장변환 방법중 XPM은 구조가 비교적 단순하고 고속데이터에 대한 파장변환 성능이 우수하여 앞으로 광통신의 여러 분야에서 사용될 것으로 인식된다.

도 1은 종래의 XPM을 이용한 파장변환 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1(a)는 이득 및 입출력특성이 동일한 두개의 SOA와 3개의 광섬유 커플러를 사용한 파장변환 시스템이다. 광섬유 커플러에 의해 일정한 파워 레벨을 지닌 지속파(Continuous Wave: 이하 'CW'라 함)신호는 상부와 하부에 있는 두 개의 SOA 로 분배되며, 상부 SOA에는 CW신호뿐만 아니라 반대방향으로부터 데이터가 실린 광 신호가 입력된다. 이로 인하여, 상부 SOA내에서는 굴절률의 변화가 일어나 이를 지나는 CW신호에 위상 변화를 야기시킨다. 출력단 커플러에서는 두 경로로 나뉘어 진행해 온 CW신호들이 서로 간섭하게 되어 입력 데이터 신호에 대해 반전 패턴을 가지는 파장변환 신호를 출력시킨다.

도 1(b)는 이득 및 입출력특성이 동일한 두개의 SOA와 3개의 광섬유 커플러 및 하나의 필터를 사용한 파장변환 시스템으로, 도 1(a)의 시스템과 동일한 원리로 동작한다. 하지만, 입력되는 데이터의 방향이 CW신호와 같은 방향으로 진행되므로, 파장변환 신호만을 출력시키기 위해서는 출력단 앞에 필터를 추가시켜야만 하며, 출력 패턴 역시 입력 데이터 신호에 대한 반전 패턴이라는 단점이 있다.

도 1(c)는 이득 및 입출력특성이 동일한 두개의 SOA, 1개의 광섬유 커플러, 하나의 필터, 하나의 써큘레이터를 사용한 파장변환 시스템으로, 이 시스템의 SOA는 각각 한쪽 단면이 반사코팅되어 있다. 써큘레이터를 통과하여 입력된 CW신호는 두 SOA에서 각각 반사되게 되며, 이 때 도면 1(a), 1(b)에서와 같이 데이터에 의해 한쪽 SOA에는 굴절률 변화가 생기게 된다. 커플러에서는 두 CW신호간에 간섭이 일어나며 써큘레이터를 거친 후에 출력단으로 보내진다. 이 방식 역시 입력 데이터 신호에 대한 반전패턴이 얻어지고 파장변환 신호만을 출력시키기 위해서는 출력단 앞에 필터를 추가시켜야만 한다는 단점이 있다.

이로 인하여, 도 1(a), 도 1(b), 도 1(c)와 같은 종래의 XPM을 이용한 파장변환 시스템에 있어서, 출력단에서 입력된 데이터와 동일한 패턴을 가지는 파장변환 신호를 얻기 위해서는 출력패턴을 다시 반전시키기 위한 부가적인 시스템을 필요로 하며 매우 고가의 광 부품인 SOA가 2개 요구되므로 시스템 구조가 복잡해지고 제작비용이 증가하며, 간섭구조의 특성상 제작에 매우 큰 주의가 요구된다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 단일 SOA내에서 XPM에 의한 파장변환을 수행함으로써 간단한 시스템 구조로 제작비용을 획기적으로 절감할 수 있으며, 입력 데이터 신호에 대한 반전/비반전 패턴을 지니는 파장변환 신호를 동시에 그리고 각각 출력할 수 있는, RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 시스템을 제공하는 것이다.

도 1(a)는 종래의 마하젠더 간섭계를 이용한 파장변환기의 구성도이고, 도 1(b)는 또 다른 종래의 마하젠더 간섭계를 이용한 파장변환기의 구성도이며, 도 1(c)는 마이켈슨 간섭계를 이용한 파장변환기의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 시스템의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 방법의 전체적인 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 써큘레이터 2 : 제1 광섬유 커플러

3 : 제2 광섬유 커플러 4: SOA

5 : 편광제어기(Polarization Controler)

6 : 제1필터 7: 제2필터

8 : 아이솔레이터 9 : 광섬유 루프미러

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, SOA를 포함한 광섬유 루프미러에서 RZ 패턴 데이터에 대하여 XPM을 이용한 파장변환을 수행하여 관련 광통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 시스템에 있어서, 입력된 신호를 반사나 감쇄없이 순환적으로 출력하는 써큘레이터(1); 상기 써큘레이터(1)로부터 출력되는 CW신호를 시계방향의 CW신호와 반시계방향의 CW신호로 분배하거나, 광섬유 루프를 통과하여 되돌아온 시계방향의 CW신호와 반시계방향의 CW신호를 커플링시켜 입력 데이터 신호에 대한 반전/비반전 패턴의 파장변환 신호를 각각 출력하는 제1 광섬유 커플러(2); 상기 제1 광섬유 커플러(2)에 의해서 광섬유 루프의 시계방향으로 분배된 CW신호와 입력 데이터 신호를 커플링시켜 SOA(4)로 출력시키는 제2 광섬유 커플러(3); 상기 제1 광섬유 커플러(2)로부터 좌측 또는 우측으로 Δx 만큼의 광학적 거리차를 두고 광섬유 루프내에 배치되어, 데이터 신호와 동시에 입력된 양방향 CW신호의 위상을 변화시키는 SOA(4); 광섬유 루프내에 배치되어, 입력된 신호의 방향에 따라 신호의 위상을 서로 다르게 변화시켜 간섭효율을 향상시키며 이중 출력 신호를 제거하는 편광제어기(5); 데이터 신호 또는 ASE 잡음을 제거하며 CW신호만을 통과시키는, 파장가변이 가능한 제1, 2 필터(6, 7); 및 다른 신호가 데이터 신호 입력쪽으로 향하는 것을 막기 위한 아이솔레이터(8)로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 시스템의 전체적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 방법의 전체적인 흐름도이다.

도 2에 표시되어 있듯이, 본 발명에 따른 RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 시스템은, 써큘레이터(1), 제1 광섬유 커플러(2), 제2 광섬유 커플러(3), SOA(4), 편광제어기(5), 제1필터(6), 제2필터(7), 아이솔레이터(8) 및 광섬유 루프미러(9)로 이루어져 있다. 여기에서, 써큘레이터(1)는 입력된 데이터 신호와 동일한 패턴의 신호만을 얻고자 하는 경우 아이솔레이터로 대체할 수 있다.

우선, 원래 파장의 데이터 신호와 변환을 원하는 파장의 CW신호를 광섬유를 통하여 입력시킨다(S10). CW신호가 광섬유를 통하여 써큘레이터(1)로 입력되면, 써큘레이터(1)는 입력된 CW신호를 반사나 감쇄없이 순환적으로 출력하여 제1 광섬유 커플러(2)로 출력하고(S20), 제1 광섬유 커플러(2)로 입력된 CW신호는 시계방향의 CW신호와 반시계방향의 CW신호로 분배된다(S30).

도 2에서와 같이, SOA(4)는 제1 광섬유 커플러(2)로부터 좌측 또는 우측으로 Δx 만큼의 광학적 거리차를 두고 광섬유 루프내에 배치되어 있으며, Δx 는 RZ 패턴을 가지는 입력 데이터 신호의 반주기(T/2)에 해당하는 광학적 길이이다(단, RZ 패턴의 듀티 비율은 50% 이하가 되도록 한다).

이러한 SOA(4)의 배치에 의하여, 상기 제1 광섬유 커플러(2)에 의해서 동시에 분배된 시계방향의 CW신호와 반시계방향의 CW신호는 SOA(4)내에서의 입력 데이터 신호의 존재유무에 따라 서로 다른 위상변화를 겪게 되는데, 이하의 설명에서는 SOA(4)를 도 2와 같이 광섬유 루프미러 중간으로부터 좌측에 위치시킨 경우에 대하여 설명한다(광섬유 루프미러 중간으로부터 우측에 위치시킨 경우에는 이하 설명과 방향만이 서로 반대일뿐 기본 원리는 동일하다).

먼저, 분배된 시계방향의 CW신호는 편광제어기(5)로 입력되어 편광 및 위상이 변화된 후(S41), 제2 광섬유 커플러(3)에 의해서 광섬유 및 아이솔레이터(8)를 통하여 입력된 데이터 신호와 커플링 된다(S42). 이 시계방향 CW신호와 데이터 신호가 SOA(4)로 입력되면 SOA내에 굴절률 변화가 야기되어 시계방향 CW신호의 위상이 변화된다(S43). 그 다음, 제1 필터(6)에서는 SOA(4)로부터 시계방향으로 출력되는 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 잡음과 데이터 신호가 제거되고 단지 CW신호만이 통과된다(S44). 여기에서, 제1 필터(6)는 도 2에서와 같이 광섬유 루프미러 내에 설치되어도 좋고, 제1 광섬유 커플러(2)의 입력/출력측인 ①의 위치에 설치되어도 좋다.

시계방향의 CW신호가 상기의 과정을 거치는 동안, 광섬유 루프에 동시에 입력된 반시계방향의 CW신호는 Δx 만큼의 광학적 거리차로 인하여 데이터 신호가 SOA(4)를 통과한 후에 SOA(4)로 입력되므로, 광섬유 루프에 동시에 입력된 반시계방향의 CW신호에 대하여는 입력 데이터 신호에 의한 위상변화가 일어나지 않는다(S45).

SOA(4)로부터의 ASE 잡음 및 반시계방향의 CW신호는 제2 광섬유 커플러(3)를 통하여 데이터 입력 신호쪽으로 흘러 들어갈 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 데이터 신호 입력측에 아이솔레이터(8)를 설치하여, 상기 SOA(4)로부터 반시계방향으로 출력되는 ASE 잡음 및 반시계방향의 CW신호가 제2 광섬유 커플러(3)를 통하여 데이터 입력 신호쪽으로 향하는 것을 막을 수 있다.

그 다음, 제2 필터(7)에서는 SOA(4)로부터 반시계방향으로 출력되는 ASE 잡음이 제거되고 단지 CW신호만이 통과된다(S46). 여기에서, 제2 필터(7)는 도 2에서와 같이 광섬유 루프미러 내에 설치되어도 좋고, 제1 광섬유 커플러(2)의 입력/출력측인 ②의 위치에 설치되어도 좋다.

그 다음, 반시계방향의 CW신호는 편광제어기(5)로 입력되는데, 편광제어기(5)는 입력된 신호의 방향에 따라 신호의 위상을 서로 다르게 변화시킬 수 있으므로, 반시계방향의 CW신호는 시계방향의 CW신호와는 다른 위상변화를 겪게 된다(S47).

한편, 입력 데이터 신호와 시계방향의 CW신호가 SOA(4)를 통과하는 동안에, 이보다 앞서서 광섬유 루프에 입력되었던(선입력) 반시계방향의 CW신호도 동시에 SOA(4)를 통과하게 된다. 이로 인하여 선입력 반시계방향의 CW신호에도 위상변화가 일어나 제1 광섬유 커플러(2)에서 선입력 시계방향의 CW신호와 선입력 반시계방향의 CW신호가 간섭을 일으켜 원치 않는 이중 데이터 신호가 출력될 수 있다. 그러나, 이러한 이중 데이터 출력은 편광제어기(5)의 조정에 의하여 선입력 반시계방향 CW신호에 야기되는 위상변화를 조정함으로써 제거할 수 있다.

그 다음, 제1 광섬유 커플러(2)에 의해서 상기 시계방향의 CW신호와 반시계방향의 CW신호가 간섭되어, 입력 데이터 신호에 대한 반전 패턴을 나타내는 파장변환 신호는 제1 광섬유 커플러의 ①번 단자로, 입력 데이터 신호와 동일한(비반전) 패턴을 가지는 파장변환 신호는 제1 광섬유 커플러의 ②번 단자로 출력된다(S50).

써큘레이터(1)는 입력 데이터 신호에 대한 반전 패턴의 파장변환 신호를 반사나 감쇄없이 순환시키고(S61), 입력 데이터 신호에 대한 반전 패턴의 파장변환 신호가 써큘레이터(1)의 출력단으로 출력된다(S62).

한편, 제1 광섬유 커플러(2)의 ②번 단자에서는 입력 데이터 신호에 대한 비반전 패턴(동일패턴)의 파장변환 신호가 얻어진다(S63).

다음의 표 1과 표 2는 광섬유 루프로 입력된 시계방향 CW신호와 반시계방향 CW신호 각각에 대한 위상변화를 나타낸 것으로, 각 진행방향에 대하여 SOA(4)내에 데이터 신호가 동시에 존재하는지의 여부에 따라 위상변화를 구분하여 표시하였다. 표에서와는 각각 시계방향과 반시계방향의 CW신호가 광섬유에서 겪게되는 총 위상변화량이다.

단, Ⅰ은 SOA(4)내에 데이터 신호가 존재할 때, Ⅱ는 SOA(4)내에 데이터 신호가 존재하지 않을 때이며,이다.

단, Ⅲ은 SOA(4)내에 데이터 신호가 존재하지 않을 때, Ⅳ는 SOA(4)내에 데이터 신호가 존재할 때이며,이다.

또한, 상기에서 설명한 바와 같이, 원치 않는 이중 데이터 출력을 제거하기위해서는 다음의 식 1과 같은 조건이 만족되도록 편광제어기(5)를 조절한다.

이 식 1은 조건 II의 총위상변화 - 조건 IV의 총위상변화 =, 즉,식을 이용하여 얻을 수 있다.

식 1의 조건이 만족될 때, 단일 SOA(4)만을 사용하여 입력 데이터 신호에 대하여 각각 반전/비반전 패턴을 가지는 파장변환 신호들을 동시에 얻을 수 있다.

또한, 상기 편광제어기(5)의 적절한 조정에 의하여 RZ 패턴의 입력 데이터뿐만 아니라 NRZ(Non Return-to-Zero)의 입력 데이터 패턴에 대해서도 파장변환이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 종래의 파장변환 시스템과 달리 단일 SOA내에서 XPM에 의한 파장변환을 수행함으로써 간단한 시스템 구조로 인하여 제작비용을 획기적으로 절감할 수 있으며, 광섬유 루프미러를 사용하므로 제작이 매우 용이하여광교환 시스템 및 WDM 망의 전광 파장변환기에 쉽게 적용시킬 수 있다. 또한, 입력 데이터 신호에 대한 반전/비반전 패턴을 가지는 파장변환 신호를 동시에 그리고 각각 출력할 수 있으며, 편광제어기에 의해서도 간섭효율이 향상되어 SOA의 굴절률 변화 의존도를 낮출 수 있으므로 입력 데이터 신호에 대한 요구 광파워를 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

1. SOA를 포함한 광섬유 루프미러에서 RZ 패턴 데이터에 대하여 XPM을 이용한 파장변환을 수행하여 관련 광통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 시스템에 있어서,

   입력된 신호를 반사나 감쇄없이 순환적으로 출력하는 써큘레이터(1);

   상기 써큘레이터(1)로부터 출력되는 CW신호를 시계방향의 CW신호와 반시계방향의 CW신호로 분배하거나, 광섬유 루프를 통과하여 되돌아온 시계방향의 CW신호와 반시계방향의 CW신호를 커플링시켜 입력 데이터 신호에 대한 반전/비반전 패턴의 파장변환 신호를 각각 출력하는 제1 광섬유 커플러(2);

   상기 제1 광섬유 커플러(2)에 의해서 광섬유 루프의 시계방향으로 분배된 CW신호와 입력 데이터 신호를 커플링시켜 SOA(4)로 출력시키는 제2 광섬유 커플러(3);

   상기 제1 광섬유 커플러(2)로부터 좌측 또는 우측으로 Δx 만큼의 광학적 거리차를 두고 광섬유 루프내에 배치되어, 데이터 신호와 동시에 입력된 양방향 CW신호의 위상을 변화시키는 SOA(4);

   광섬유 루프내에 배치되어, 입력된 신호의 방향에 따라 신호의 위상을 서로 다르게 변화시켜 간섭효율을 향상시키며 이중 출력 신호를 제거하는 편광제어기(5);

   데이터 신호 또는 ASE 잡음을 제거하며 CW신호만을 통과시키는, 파장가변이 가능한 제1, 2 필터(6, 7); 및

   다른 신호가 데이터 신호 입력쪽으로 향하는 것을 막기 위한 아이솔레이터(8)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 써큘레이터(1)는, 입력된 데이터 신호와 동일한 패턴의 CW신호만을 얻고자 하는 경우 아이솔레이터로 대치 가능한 것을 특징으로 하는 RZ 패턴 데이터에 대한 XPM을 이용한 파장변환 시스템.
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