KR100496986B1 - 광원의 출력파장 천이 보정 방법 - Google Patents

광원의 출력파장 천이 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광통신 시스템에서 운영되는 다채널 광원 구동 장치에 있어서 광원의 구동전류에 의한 출력광의 세기를 조절하는 경우 발생하는 파장 천이를 보정하는 방법에 관한 것으로, 광통신 시스템에서 사용되는 광원의 구동전류 변화에 의한 광원의 출력파장의 천이를 보정하는 방법에 있어서, 사전에 설정된 설정 출력광세기 및 설정 출력파장에 따른 상기 광원의 초기 구동전류 및 초기 구동온도를 설정하는 제1 단계; 상기 초기 구동온도에서, 상기 광원의 구동전류와 출력파장의 상관관계를 구하고, 상기 구동전류와 출력파장의 상관관계를 이용하여 하기 수학식1 의 계수 a, b, c, d를 구하는 제2 단계;
(x: 구동전류, y: 출력파장)
상기 초기 구동전류에서, 상기 광원의 구동온도와 출력파장의 상관관계를 구하고, 상기 구동온도와 출력파장의 상관관계를 이용하여 하기 수학식2 의 계수 e, f를 구하는 제3 단계;
(y: 출력파장, z: 구동온도)
상기 광원의 구동전류를 재설정하는 경우, 상기 수학식 1을 통해 재설정된 구동전류에 의해 천이된 출력파장을 계산하고, 상기 초기 구동전류에 따른 설정 출력파장과 상기 천이된 출력파장의 파장차를 계산하고, 상기 초기 구동온도 및 상기 수학식 2의 계수 e를 이용하여 상기 파장차에 따른 구동온도의 재설정값을 계산하여, 천이된 출력파장을 설정 출력파장으로 보정하도록 구동온도를 재설정하는 제4 단계를 포함하는 광원의 출력파장 천이 보정 방법을 제공하는 것을 요지로 한다.

Description

광원의 출력파장 천이 보정 방법{Wavelength Revision Method for Wavelength Shift}
본 발명은 광통신의 다채널 광신호 전송시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광통신 시스템에서 운영되는 다채널 광원 구동 장치에 있어서 광원의 구동전류에 의한 출력광의 세기를 조절하는 경우 발생하는 출력파장의 천이를 보정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광섬유를 이용한 광통신기술은 고속으로 대용량의 정보전송이 가능하고 전자기 유도에 의한 신호장해나 누화가 없기 때문에 해저 케이블을 통한 국가 간의 정보통신에 주로 이용되어왔다. 최근, 광통신은 다중화 기술이나 네트워크 기술이 진보되면서 교환기간의 음성 및 데이터 통신과, 케이블 TV나 VOD 등을 포함하는 고속 광대역 멀티미디어 통신을 위한 기간통신망으로서 그 사용범위가 크게 확대되었다.
통상적으로, 광통신은 여러 개의 레이저 다이오드로부터 생성 출력되는 각각 서로 다른 파장을 갖는 광을 변조함과 더불어 멀티플렉서를 이용하여 다파장의 광신호를 멀티플렉싱한 후 이를 소정의 광선로를 통해 목적지로 전송하게 된다. 그리고, 해당 목적지에서는 멀티플렉싱되어 전송되어 온 광신호를 디멀티플렉싱하여 원래의 파장을 갖는 다수의 광신호로 분리해내게 된다. 이 때, 광통신 시스템에서는 광원으로 사용되는 레이저 다이오드, 예컨대 DFB-LD(Distributed FeedBack Laser Diode)의 출력광의 세기, 출력광의 파장, 선폭(line width), 인접 모드 억압비(side mode suppression ratio) 등에 대해서 일정한 규격을 제시한다. 이러한 규격들 가운데 출력광의 세기 및 출력광의 파장은 DFB-LD를 구동시키기 위한 구동전류 및 DFB-LD가 구동되는 구동온도에 따라 그 특성이 변화하게 된다. 예를 들면, 출력광의 세기를 높이기 위해 상기 구동전류를 높이면 출력광의 파장이 장파장으로 천이 되고, 출력광의 세기를 낮추기 위해 상기 구동전류를 줄이면 출력광의 파장이 단파장으로 천이 된다. 이와 같이 파장이 일정하지 않으면, 해당 목적지에서 원래 데이터의 복원이 용이하게 수행되지 못함으로써 정상적인 정보전송이 이루어지지 못하게 된다.
이러한 파장의 천이 현상을 방지하고, 파장을 일정하게 고정시키기 위해 종래에는 파장 고정기(wavelength locker) 또는 파장 측정기를 지속적으로 이용하는 방법을 채택하였다. 이러한 파장 고정기 또는 파장 측정기를 지속적으로 사용한 파장의 고정 장치 및 방법은 미국 특허번호 6,369,926호, 미국 특허번호 6,144,025호, 미국 특허번호 6,043,915호 및 대한민국 특허출원번호 10-1998-0015193호 등에 게재되어 있다.
그러나 상기한 파장 고정기 또는 파장 측정기를 상시 이용하여 파장을 고정시키는 방법은 구현 알고리듬이 복잡할 뿐만 아니라, 상기 파장 고정기 또는 파장 측정기를 상시 이용하여야 하므로 광 전송시스템의 운용 비용을 증가시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 광통신용 광원의 출력파장의 천이 현상을 실험적인 방법을 통해 수식화시키고, 이 수식을 이용하여 변화되는 입력 전류에 대해 출력파장의 천이의 정도를 예상하고, 예상된 천이의 정도에 따라 온도를 조절하여 상기 출력파장의 천이를 보정할 수 있게 하는 광원의 출력파장 천이에 대한 보정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광원의 출력파장 천이 보정 방법은, 광통신 시스템에서 사용되는 광원의 구동전류 변화에 의한 광원의 출력파장의 천이를 보정하는 방법에 있어서,사전에 설정된 설정 출력광세기 및 설정 출력파장에 따른 상기 광원의 초기 구동전류 및 초기 구동온도를 설정하는 제1 단계;상기 초기 구동온도에서, 상기 광원의 구동전류와 출력파장의 상관관계를 구하고, 상기 구동전류와 출력파장의 상관관계를 이용하여 하기 수학식1 의 계수 a, b, c, d를 구하는 제2 단계;[수학식 1] (x: 구동전류, y: 출력파장)상기 초기 구동전류에서, 상기 광원의 구동온도와 출력파장의 상관관계를 구하고, 상기 구동온도와 출력파장의 상관관계를 이용하여 하기 수학식2 의 계수 e, f를 구하는 제3 단계;[수학식 2] (y: 출력파장, z: 구동온도)상기 광원의 구동전류를 재설정하는 경우, 상기 수학식 1을 통해 재설정된 구동전류에 의해 천이된 출력파장을 계산하고, 상기 초기 구동전류에 따른 설정 출력파장과 상기 천이된 출력파장의 파장차를 계산하고, 상기 초기 구동온도 및 상기 수학식 2의 계수 e를 이용하여 상기 파장차에 따른 구동온도의 재설정값을 계산하여, 천이된 출력파장을 설정 출력파장으로 보정하도록 구동온도를 재설정하는 제4 단계를 포함하는 광원의 출력파장 천이 보정 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
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더하여, 상기 광원은 DFB-LD(Distributed FeedBack-Laser Diode)임을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4 단계에서 구동온도의 재설정값은, 하기 수학식 3에 의해 계산됨을 특징으로 한다.
(T1: 초기 구동온도, T2: 구동온도의 재설정값, y1: 설정 출력파장, y2: 천이된 출력파장, (y2-y1): 파장차, e: 수학식 2의 계수 e)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광원의 출력파장 천이 보정 방법에 대한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광원 출력파장 천이 보정 방법의 실시예의 작동 흐름을 보인 플로우챠트로서, 도 1을 참조하면, 먼저 본 발명에 따른 광원 출력파장 천이 보정 방법의 제1 단계(S101)는 사전에 설정된 설정 출력광세기 및 설정 출력파장에 따라 광통신 시스템에서 사용되는 다채널 광원 구동장치의 광원의 초기 구동전류 및 초기 구동온도를 설정하는 단계이다. 광통신 시스템에서 다채널 광원 구동장치의 각 광원은 각기 다른 파장의 출력파장을 생성·유지하여야 하고, 이를 위해 각 광원이 생성하여야 하는 설정 출력파장에 적합한 초기 구동전류 및 초기 구동온도를 설정하여야 한다. 여기서 상기 광원은 그 출력광의 파장을 보정 가능한 레이저 다이오드, 예컨대 DFB-LD(Distributed FeedBack-Laser Diode)임이 바람직하다.상기 제1 단계(S101)에서, 광원으로 사용되는 레이저 다이오드에 입력되는 구동 전류와 구동 온도를 직접 또는 간접적으로 측정하기 위해 통상적으로 멀티미터(Multimeter)가 사용될 수 있으며, 상기 광원에서 출력되는 광의 파장을 측정하는데에는 통상적으로 광 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer) 또는 파장 측정기(Wavelength Meter)가 이용될 수 있다.
이어, 본 발명에 따른 광원 출력파장 천이 보정 방법의 제2 단계(S102, S103)에서는 상기 초기 구동온도에서 구동전류와 광원의 출력파장의 상관관계를 구하고, 상기 구동전류와 출력파장의 상관관계를 이용하여 하기 수학식1 의 계수 a, b, c, d를 계산한다.
[수학식 1]
(x: 구동전류, y: 출력파장).상기 제2 단계(S102, S103)에서는 상기 제1 단계(S101)와 같이, 멀티미터(Multimeter)를 이용하여 레이저 다이오드에 입력되는 구동 전류와 구동 온도를 직접 또는 간접적으로 측정할 수 있으며, 광 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer) 또는 파장 측정기(Wavelength Meter)를 이용하여 파장이 측정될 수 있다. 이와 같이 측정된 상기 구동전류 및 출력 파장의 상관관계를 이용하여 연산수단을 통해 상기 수학식 1의 계수 a, b, c, d가 계산될 수 있다.
도 2는 상기 수학식 1의 두 변수인 구동전류와 출력파장의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 2에 도시된 바와 같이 구동온도가 변화하더라도 구동전류에 따른 출력파장의 특성은 일관된 곡선의 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 상기 수학식 1은 이와 같은 실험적인 방법에 의해 도출된 것으로, 제2 단계에서는 상기 제1 단계에서 설정된 초기 구동온도를 유지하면서 구동전류의 값을 일정한 간격으로 변화시켜 상기 구동전류의 변화에 따른 출력파장의 특성을 구하여 구동전류-출력파장의 상관관계를 구하고, 그 상관관계를 이용하여 상기 수학식 1의 계수인 a, b, c, d를 구한다.
예를 들어, 초기 구동온도가 25℃일 경우, 구동전류와 출력파장의 상관관계는 도 3에 도시된 것과 같은 표로서 작성될 수 있고, 이 표의 구동전류값과 출력파장값의 쌍을 상기 수학식 1에 대입하면, 상기 수학식 1의 계수인 a, b, c, d를 계산할 수 있다.
이어, 본 발명에 따른 광원 출력파장 천이 보정 방법의 제3 단계(S104, S105)에서는 상기 초기 구동전류에서 구동온도와 광원의 출력파장의 상관관계를 구하고, 상기 구동온도와 출력파장의 상관관계를 이용하여 하기 수학식2 의 계수 e, f를 구한다.
[수학식 2]
(y: 출력파장, z: 구동온도).상기 제3 단계(S104, S105)에서는 상기 제1 단계(S101)와 같이, 멀티미터(Multimeter)를 이용하여 레이저 다이오드에 입력되는 구동 전류와 구동 온도를 직접 또는 간접적으로 측정할 수 있으며, 광 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer) 또는 파장 측정기(Wavelength Meter)를 이용하여 파장이 측정될 수 있다. 이와 같이 측정된 상기 구동온도와 출력 파장의 상관관계를 이용하여 연산수단을 통해 상기 수학식 2의 계수 e, f가 계산될 수 있다.
도 4는 상기 수학식 2의 두 변수인 구동온도와 출력파장의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 4에 도시된 바와 같이 구동전류가 변화하더라도 구동온도에 따른 출력파장의 특성은 동일한 기울기를 갖는 직선의 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 상기 수학식 2는 이와 같은 실험적인 방법에 의해 도출된 것으로, 제3 단계에서는 상기 제1 단계에서 설정된 초기 구동전류를 유지하면서 구동온도의 값을 일정한 간격으로 변화시켜 상기 구동온도의 변화에 따른 출력파장의 특성을 구하여 구동온도-출력파장의 상관관계를 구하고, 그 상관관계를 이용하여 상기 수학식 2의 계수인 e, f를 구한다.
예를 들어, 초기 구동전류가 50mA일 경우, 구동온도와 출력파장의 상관관계는 도 에 도시된 것과 같은 표로서 작성될 수 있고, 이 표의 구동온도값과 출력파장값의 쌍을 상기 수학식 2에 대입하면, 상기 수학식 2의 계수인 e, f를 계산할 수 있다.
이어, 본 발명에 따른 광원 출력파장 천이 보정 방법의 제4 단계(S106, S107, S108, S109, S110, S111)에서는, 광원이 정상적으로 작동하던 중, 출력광의 세기를 조정하기 위해 구동전류를 재설정하는 경우, 상기 수학식 1을 통해 재설정 구동전류에 의해 천이된 출력파장을 상기 연산수단에서 계산하고, 상기 초기 구동전류에 따른 설정 출력파장과 재설정 출력파장의 파장차를 상기 연산수단에서 계산하고, 상기 초기 구동온도 및 상기 수학식 2의 계수 e를 이용하여 상기 연산수단은 상기 파장차에 따른 구동온도의 재설정값을 계산하여 구동온도를 재설정 한다. 즉, 상기 제1 단계와 제2 단계, 제3 단계를 통해서 초기 구동온도, 초기 구동전류 및 구동온도, 구동전류의 변화에 따른 출력파장 변동값이 연산수단에서 계산된 상태에 있으므로, 사용자에 의해서 광원의 출력을 높이거나 줄이기 위해 구동전류를 조절하는 경우, 제4 단계에서 연산부는 간단한 수식의 계산을 통해서 출력파장의 천이를 보정할 수 있다. 출력파장의 천이를 보정하는 보다 구체적인 방법이 하기에 설명될 것이다.
구동전류의 재설정은 광원의 출력광의 세기를 증가 또는 감소시키기 위한 것으로, 먼저 출력광의 세기를 증가시키기 위해 구동전류를 증가시킨 경우를 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 초기 구동전류가 x1이고 초기 구동온도 T1라고 하고, 이 후 출력광의 세기를 증가시키기 위해 구동전류를 증가시켜 구동전류가 x2로 재설정 되었다고 가정하면, 상기 재설정된 구동전류 x2를 상기 제2 단계에서 완성된 수학식 1에 대입하여 천이된 출력파장인 y2를 계산한다. 초기 설정된 출력파장을 y1이라고 하고, 상기 천이된 출력파장 y2를 초기 설정된 출력파장 y1으로 보정하기 위한 구동온도의 재설정값을 T2라고 하면, 출력파장이 y1에서 y2로 증가한 만큼 구동온도는 T1에서 T2로 감소시켜야 한다. 이 때, 그 비율이 바로 상기 제3 단계에서 구한 수학식 2의 계수 e에 해당하는 값이다. 즉 수식으로 다시 쓰면, (y2-y1)=e(T1-T2)가 되어 이를 정리하면 하기 수학식 3이 유도된다. 즉, 하기 수학식 3에 의해 재설정되어야 하는 구동온도가 계산되고, 구동온도를 이렇게 계산된 구동온도의 재설정값으로 다시 설정함으로써 천이 되었던 출력파장 y2는 다시 초기 설정 출력파장 y1으로 돌아가게 되어 천이된 파장을 보정할 수 있게된다.
[수학식 3]
다음으로, 출력광의 세기를 감소시키기 위해 구동전류를 감소시킨 경우에 대해 설명하면, 초기 구동전류가 x1이고 초기 구동온도 T1라고 하고, 이 후 출력광의 세기를 증가시키기 위해 구동전류를 증가시켜 구동전류가 x2로 재설정 되었다고 가정하자. 상기 재설정된 구동전류 x2를 상기 제2 단계에서 완성된 수학식 1에 대입하여 천이된 출력파장인 y2를 계산한다. 초기 설정된 출력파장을 y1이라고 하고, 상기 천이된 출력파장 y2를 초기 설정된 출력파장 y1으로 보정하기 위한 구동온도의 재설정값을 T2라고 하면, 출력파장이 y1에서 y2로 감소한 만큼 구동온도는 T1에서 T2로 증가시켜야 한다. 이 때, 그 비율이 바로 상기 제3 단계에서 구한 수학식 2의 계수 e에 해당하는 값이다. 즉 수식으로 다시 쓰면, (y1-y2)=e(T2-T1)이 되어 이를 정리하면, 상기에서 설명한 출력파장이 증가하여 구동온도를 감소시켜야 하는 경우와 마찬가지로 상기 수학식 3이 유도된다. 즉, 상기 수학식 3에 의해 재설정되어야 하는 구동온도가 계산되고, 구동온도를 이렇게 계산된 구동온도의 재설정값으로 다시 설정함으로써 천이 되었던 출력파장 y2는 다시 초기 설정 출력파장 y1으로 돌아가게 되어 천이된 파장을 보정할 수 있게된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 광원의 출력파장 천이 보정 방법은 구동 전류를 재설정할 때마다 반복적으로 계속 실시될 수 있다.이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 광원의 출력파장 천이 보정 방법은, 초기 구동온도, 초기 구동전류 및 구동온도, 구동전류의 변화에 따른 출력파장 변동값이 연산수단에서 계산된 상태에서, 구동 전류를 재설정할 때마다 상기 연산수단이 구동 전류 변화를 감지하여 사전에 계산된 구동전류 변화에 따른 출력파장 변동값을 이용하여 구동 온도를 재설정함으로써 광원의 출력 파장을 일정하게 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광원의 출력파장 천이 보정 방법은, 실험적인 방법을 통해 간단한 수식을 완성시키고, 이후 구동전류의 재설정 시마다 상기 수식을 이용하여 변화되는 입력 전류에 대해 출력파장의 천이의 정도를 예상하고, 예상된 천이의 정도에 따라 구동온도를 조절하여 상기 출력파장의 천이를 보정할 수 있게 함으로써, 광통신 시스템에서 운영되는 다채널 광원 구동 장치에서 광원의 출력파장을 일정하게 고정시킬 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 파장 고정기 또는 파장 측정기를 상시 운영하지 않고서도 광원의 출력파장을 고정시킬 수 있는 방법을 제공함으로써, 광통신 시스템의 운용 비용을 절감시키는 우수한 효과가 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 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광원의 출력파장 천이 보정 방법을 보이는 플로우챠트이다.
도 2는 광원의 구동전류와 출력파장의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3은 일정한 광원의 구동온도에서 구동전류와 출력파장의 관계를 수치적으로 나타낸 표이다.
도 4는 광원의 구동온도와 출력파장의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5는 일정한 광원의 구동전류에서 구동온도와 출력파장의 관계를 수치적으로 나타낸 표이다.

Claims (4)

  1. 광통신 시스템에서 사용되는 광원의 구동전류 변화에 의한 광원의 출력파장의 천이를 보정하는 방법에 있어서,
    사전에 설정된 설정 출력광세기 및 설정 출력파장에 따른 상기 광원의 초기 구동전류 및 초기 구동온도를 설정하는 제1 단계;
    상기 초기 구동온도에서, 상기 광원의 구동전류와 출력파장의 상관관계를 구하고, 상기 구동전류와 출력파장의 상관관계를 이용하여 하기 수학식1 의 계수 a, b, c, d를 구하는 제2 단계;
    [수학식 1]
    (x: 구동전류, y: 출력파장)
    상기 초기 구동전류에서, 상기 광원의 구동온도와 출력파장의 상관관계를 구하고, 상기 구동온도와 출력파장의 상관관계를 이용하여 하기 수학식2 의 계수 e, f를 구하는 제3 단계;
    [수학식 2]
    (y: 출력파장, z: 구동온도)
    상기 광원의 구동전류를 재설정하는 경우, 상기 수학식 1을 통해 재설정된 구동전류에 의해 천이된 출력파장을 계산하고, 상기 초기 구동전류에 따른 설정 출력파장과 상기 천이된 출력파장의 파장차를 계산하고, 상기 초기 구동온도 및 상기 수학식 2의 계수 e를 이용하여 상기 파장차에 따른 구동온도의 재설정값을 계산하여, 천이된 출력파장을 설정 출력파장으로 보정하도록 구동온도를 재설정하는 제4 단계를 포함하는 광원의 출력파장 천이 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 DFB-LD(Distributed FeedBack-Laser Diode)임을 특징으로 하는 광원의 출력파장 천이 보정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제4 단계에서 구동온도의 재설정값은,
    하기 수학식 3에 의해 계산됨을 특징으로 하는 광원의 출력파장 천이 보정 방법.
    [수학식 3]
    (T1: 초기 구동온도, T2: 구동온도의 재설정값, y1: 설정 출력파장, y2: 천이된 출력파장, (y2-y1): 파장차, e: 수학식 2의 계수 e)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계는 광원의 출력파장을 조정하기 위해 구동전류를 재설정할 때마다 반복적으로 실시되는 것을 특징으로 하는 광원의 출력파장 천이 보정 방법.
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