KR100533658B1 - Multi-channel light source for passive optical network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장분할 다중화 및 역 다중화 장치를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자 망에 관한 것으로서, 파장분할다중 방식의 광 가입자 망을 저가격 및 경제적으로 구성할 수 있는 다파장 광원을 제공한다. 본 발명의 다파장 광원은 이득 매질로 사용되는 반도체 광 증폭기, 파장 역다중화 기능 및 파장 다중화 기능을 수행하는 파장분할 다중기(WDM; Wavelength Division Multiplexer), 방향성 결합기 형태의 탭 커플러 등으로 구성되는 고리형 또는 루프백형으로 이루어진다.The present invention relates to a wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using a wavelength division multiplexing and demultiplexing apparatus, and provides a multi-wavelength light source capable of constructing a wavelength division multiplexing optical subscriber network at low cost and economical. The multi-wavelength light source of the present invention is a ring composed of a semiconductor optical amplifier used as a gain medium, a wavelength demultiplexing function and a wavelength division multiplexer (WDM) for performing a wavelength multiplexing function, a tap coupler in the form of a directional coupler, and the like. Type or loopback type.
Description
본 발명은 파장분할 다중화 및 역 다중화 장치를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자 망에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자 망을 경제적으로 구성할 수 있는 다파장 광원에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength division multiplexing passive optical subscriber network using a wavelength division multiplexing and demultiplexing device, and more particularly, to a multi-wavelength light source capable of economically constructing a wavelength division multiplexing passive optical subscriber network. will be.
파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing/Demultiplexing) 방식의 수동형 광 가입자 망은 고속 대용량의 정보화 시대를 대비한 차세대 가입자 망으로 주목받고 있다. 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자 망은 각 가입자마다 개별 파장을 부여함으로써 각 가입자에게 초고속, 대용량의 정보를 제공할 수 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 망 구성에 필요한 비용, 특히 파장 및 광 출력의 안정성이 확보되는 다파장 광원을 제작하는 데 드는 비용 문제로 경제성을 확보하지 못하여 아직 실용화하지 못하고 있다. 다파장 광원의 경우 각 가입자마다 개별적으로 파장이 지정되기 때문에 파장분할다중 방식 수동형 광 가입자 망의 실용화를 위해서는 저가격, 대량 공급 문제가 반드시 해결되어야 한다.Passive optical subscriber networks of wavelength division multiplexing / demultiplexing methods have attracted attention as next generation subscriber networks for the high-speed, high-capacity information age. Passive optical subscriber network of the wavelength division multiplexing method can provide each subscriber with a very high speed and a large amount of information by assigning individual wavelengths. However, despite these advantages, it has not been economically secured due to the cost of manufacturing a multi-wavelength light source, which is required to construct a network, especially wavelength and light output stability. In the case of a multi-wavelength light source, wavelengths are individually assigned to each subscriber, so that the low-cost, high-volume supply problem must be solved for the practical use of the wavelength division multiplex passive optical subscriber network.
가입자측의 광 접속기에서 가장 높은 비용을 차지하는 부분은 개별적인 광원의 구성과 이의 안정적인 동작을 위한 패키징 비용이다. 파장분할다중 방식 수동형 광 가입자 망에서는 송수신 광의 파장 안정성 및 광 출력 안정성이 가장 중요한 기술적 요소가 되는데, 개별적인 광원의 파장 안정성 및 출력 안정성을 확보하기 위해서는 광원의 안정적인 동작이 필요하다. 일반적인 다파장 광원의 경우 사용환경에 따라 동작 조건이 매우 가변적일 수 밖에 없다. 따라서 다파장 광원의 파장 안정성 뿐만 아니라 광 출력 안정성을 확보하기 위해서는 광원 내에 별도의 온도 조절 장치나 파장 감시 및 조정 장치가 필요하며 고도의 패키징 기술이 요구된다. 이와 같이 광원의 동작 안정성을 확보하기 위해 소요되는 비용은 다파장 광원의 가격 상승 요인으로 작용하여 궁극적으로는 수동형 광 가입자 망의 실용화를 어렵게 만든다. 그러므로 파장분할다중 방식 수동형 광 가입자 망의 실용화를 위해서는 안정적으로 동작할 수 있고 저가격으로 제작할 수 있는 다파장 광원의 구현이 기술적으로 해결되어야만 한다.The highest cost portion of the optical connector on the subscriber side is the configuration of the individual light sources and the packaging cost for their stable operation. In the wavelength division multiplex passive optical network, wavelength stability and light output stability of transmission / reception light become the most important technical elements. In order to secure wavelength stability and output stability of individual light sources, stable operation of the light source is required. In the case of a general multi-wavelength light source, the operating conditions are very variable depending on the use environment. Therefore, in order to secure not only the wavelength stability of the multi-wavelength light source but also the light output stability, a separate temperature control device or a wavelength monitoring and adjusting device is required in the light source, and a high packaging technology is required. As such, the cost required to secure operational stability of the light source acts as a factor in increasing the price of the multi-wavelength light source, which ultimately makes it difficult to realize the passive optical subscriber network. Therefore, for the practical use of the wavelength division multiplex passive optical subscriber network, the implementation of a multi-wavelength light source that can operate stably and can be manufactured at low cost must be technically solved.
그러면 종래 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자 망을 도 1 내지 도 3을 통해 설명하기로 한다.The passive optical subscriber network of the conventional wavelength division multiplexing scheme will now be described with reference to FIGS.
도 1을 참조하면, 기지국측 광 단말기는 광대역 광원(1), 파장 역 다중화기(2), 광 변조기(3) 및 파장 다중화기(4)로 구성되고, 가입자측 광 접속기(5)는 발광 다이오드(LED)와 광 필터로 구성된다. Referring to Fig. 1, a base station side optical terminal is composed of a broadband light source 1, a wavelength demultiplexer 2, an optical modulator 3 and a wavelength multiplexer 4, and the subscriber side optical connector 5 emits light. It consists of a diode (LED) and an optical filter.
광대역 광원(1)에서 발생한 광은 파장 역 다중화기(2)에서 각 채널별 파장으로 분리되고, 광 변조기(3)는 채널별 파장으로 분리된 광을 변조시켜 광 신호를 생성한다. 광 변조기(3)에서 생성된 광 신호는 파장 다중화기(4)를 거쳐 광섬유를 통해 가입자측으로 전송된다. 한편, 가입자측 광 접속기(5)의 광 필터는 발광 다이오드(LED)에서 발생한 광대역 광에서 채널 파장의 광을 분리해 내고, 이를 파장 다중화기(6)로 다중화하여 광섬유를 통해 기지국측으로 전송한다. Light generated by the broadband light source 1 is separated into wavelengths for each channel in the wavelength demultiplexer 2, and the optical modulator 3 modulates the light separated into wavelengths for each channel to generate an optical signal. The optical signal generated by the optical modulator 3 is transmitted to the subscriber side via the optical fiber via the wavelength multiplexer 4. On the other hand, the optical filter of the subscriber-side optical connector 5 separates the light of the channel wavelength from the broadband light generated from the light emitting diode (LED), and multiplexes it with the wavelength multiplexer 6 and transmits it to the base station side through the optical fiber.
상기 파장분할다중 방식 수동형 광 가입자 망은 상기 기지국측 광 단말기에 비용이 많이 드는 고급 광원을 사용하지 않고, 광대역 광원(1)과 파장 역 다중화기(4)를 사용하여 채널별 광원을 만들고, 광원의 직접 변조가 아닌 별도의 광 변조기(3)를 이용한 간접 변조 방식으로 광 신호를 생성한다. 이 경우 기지국측 광원(1)이 광대역 광원이므로 채널 파장 폭이 넓어져 고속 전송이나 장거리 전송이 불가능하다. 뿐만 아니라 간접 변조에 사용된 광 변조기(3)의 실제 가격이 DFB 레이저 다이오드나 DBR 레이저 다이오드와 같은 고급 광원의 가격에 비해 결코 저 비용이 아니기 때문에 비용 절감 효과가 없다. 또한, 가입자측 광 접속기(5)에도 직접 변조하는 방식의 발광 다이오드를 사용하여 비용을 절감할 수 있지만, 발광 다이오드의 광대역 발광 특성상 광원의 파장 폭이 광 필터의 파장 폭에 의해 제한되는 만큼의 광대역 광원이 형성되어 고속 전송 및 장거리 전송이 불가능해진다. 한편, 일반적인 광 필터는 온도에 따라 파장이 변하는 온도 의존성을 가지므로 광원의 파장이 온도의 변화에 따라서 변화되기 때문에 가입자측 광 단말기의 파장 안정성을 확보하기 위해서는 별도의 온도 안정화 장치가 필요하다. 또한 광대역 광원이나 발광 다이오드에서 나오는 광원의 출력을 레이저 다이오드와 같은 수준으로 유지하기 위해서는 반드시 고가의 광 증폭기가 필요하기 때문에 경제적으로 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자 망을 구성하기 어렵다.The wavelength division multiplexing passive optical subscriber network uses a broadband light source (1) and a wavelength demultiplexer (4) to make a light source for each channel without using an expensive advanced light source for the base station side optical terminal. The optical signal is generated by an indirect modulation method using a separate optical modulator (3) rather than direct modulation. In this case, since the base station side light source 1 is a broadband light source, the channel wavelength width becomes wider, and thus high speed transmission or long distance transmission is impossible. In addition, there is no cost savings since the actual price of the optical modulator 3 used for indirect modulation is never low compared to the price of advanced light sources such as DFB laser diodes or DBR laser diodes. In addition, the cost can be reduced by using a direct-modulation light emitting diode in the subscriber-side optical connector 5, but the broadband width of the light source is limited by the wavelength width of the optical filter due to the broadband light emission characteristics of the light emitting diode. The light source is formed, making high speed transmission and long distance transmission impossible. On the other hand, since a general optical filter has a temperature dependency in which a wavelength changes with temperature, a separate temperature stabilization device is required to secure wavelength stability of an optical terminal of a subscriber because the wavelength of the light source changes with temperature. In addition, in order to maintain the output of the light source emitted from the broadband light source or the light emitting diode at the same level as the laser diode, an expensive optical amplifier is required.
도 2를 참조하면, 가입자측의 기본 광원인 광대역 광원(11)에서 발생된 광대역 광은 광 서큘레이터(12)를 통하여 파장 역 다중화기(13)로 입사되며, 파장 역 다중화기(13)에서 채널별로 분리되어 FP 레이저 다이오드(14)로 입력된다. 이 경우 FP 레이저 다이오드(14)로 입력되는 광은 파장 역 다중화기(13)에 의해서 채널 파장에 대한 파장 분포를 가진다. 따라서 발진 모드가 입력 파장 스펙트럼 내에서 고정되는 파장 고정(wavelength locking) 현상에 의해 FP 레이저 다이오드(14)가 채널 파장 범위 내에서 발진하게 되므로 채널 파장의 광원으로 동작하게 된다. 정보 전송을 위한 광 신호는 FP 레이저 다이오드(14)에서 직접 변조 방식으로 발생된다.Referring to FIG. 2, the broadband light generated by the broadband light source 11, which is the basic light source on the subscriber side, is incident to the wavelength demultiplexer 13 through the optical circulator 12, and the wavelength demultiplexer 13. The channel is separated and input to the FP laser diode 14. In this case, the light input to the FP laser diode 14 has a wavelength distribution with respect to the channel wavelength by the wavelength demultiplexer 13. Therefore, the FP laser diode 14 oscillates within the channel wavelength range by the wavelength locking phenomenon in which the oscillation mode is fixed in the input wavelength spectrum, thereby operating as a light source of the channel wavelength. The optical signal for information transmission is generated in a direct modulation scheme in the FP laser diode 14.
상기 파장분할다중 방식 수동형 광 가입자 망은 가입자측 광 접속기에 비교적 저가의 FP 레이저 다이오드(14)를 사용함으로써 가격의 절감 효과를 얻고 있다. 그러나 FP 레이저 다이오드(14)의 발진 모드가 파장 역 다중화기(13)의 각 채널별 스펙트럼 폭(spectral band width) 내에 있을 경우 모두 발진되기 때문에 다수개의 발진 모드를 가지게 된다. 따라서 다수개의 발진 모드에 따른 모드 분산(mode dispersion) 현상으로 고속 및 장거리 전송에 제약이 따른다. 또한 FP 레이저 다이오드(14)의 동작 온도 변화에 따라 발진 모드의 파장이 입력 광원의 스펙트럼 내에서 변화하기 때문에 발진 모드의 파장 및 광 출력이 변하게 되며, 특정 조건에서 모드 뛰어 넘기(mode hopping) 현상이 발생되어 궁극적으로는 광원의 파장 안정성이나 광 출력 안정성을 확보할 수 없게 된다. 따라서 FP 레이저 다이오드(14)의 동작 안정성을 확보하기 위해서는 TEC 냉각 장치 등 별도의 온도 조절 장치가 반드시 필요하다. 또한 이러한 종래의 망 구조에서는 가입자측에 별도의 광대역 광원 및 광 서큘레이터가 설치되어야 하며, 이를 운영하기 위한 안정적인 공간 및 전원 등의 부대 장치도 확보되어야 한다. 그리고 기지국에서 송신된 광을 채널별로 분리하여 수신하기 위한 광 역 다중화 장치와는 별도로 광대역 광원을 각 가입자 광원으로 분리하기 위한 필터 역할을 하는 역 다중화 장치가 각 가입자에게 추가적으로 필요하며, 따라서 광의 송신과 수신에 역 다중화 장치를 공유할 수 없는 단점을 피할 수 없게 된다.The wavelength division multiplexing passive optical subscriber network achieves cost reduction by using a relatively inexpensive FP laser diode 14 for a subscriber side optical connector. However, since the oscillation mode of the FP laser diode 14 is all within the spectral band width of each channel of the wavelength demultiplexer 13, the oscillation mode has a plurality of oscillation modes. Therefore, mode dispersion due to a plurality of oscillation modes is limited to high speed and long distance transmission. In addition, since the wavelength of the oscillation mode changes within the spectrum of the input light source according to the change in the operating temperature of the FP laser diode 14, the wavelength and the light output of the oscillation mode change, and mode hopping occurs under a specific condition. And ultimately, the wavelength stability and the light output stability of the light source cannot be secured. Therefore, in order to secure the operational stability of the FP laser diode 14, a separate temperature control device such as a TEC cooling device is necessary. In addition, in the conventional network structure, a separate broadband light source and an optical circulator must be installed on the subscriber side, and a stable space and an auxiliary device such as a power source for operating the same must be secured. In addition to the optical demultiplexing device for separating and receiving the light transmitted from the base station for each channel, each subscriber additionally needs a demultiplexing device which serves as a filter for separating the broadband light source into each subscriber light source. The disadvantage of not sharing the demultiplexer for reception is inevitable.
도 3을 참조하며, 가입자측의 기본 광원인 광대역 광원(21)에서 발생된 광대역 광은 광 서큘레이터(22)를 통하여 파장 역 다중화기(23)로 입사되며, 파장 역 다중화기(23)에서 각 채널별로 분리되어 반사형 광 증폭기(24)로 입력된다. 이 경우 파장 역 다중화기(23)의 필터 작용에 의해서 결정되는 각 채널 파장의 광이 반사형 광 증폭기(24)에서 증폭된 후 재 반사되고, 다시 파장 다중화기(23)에서 다중화되어 광 서큘레이터(22)를 통하여 기지국측으로 전송된다. Referring to FIG. 3, the broadband light generated by the broadband light source 21, which is the basic light source on the subscriber side, is incident to the wavelength demultiplexer 23 through the optical circulator 22, and the wavelength demultiplexer 23. Each channel is separated and input to the reflective optical amplifier 24. In this case, the light of each channel wavelength determined by the filter action of the wavelength demultiplexer 23 is amplified by the reflective optical amplifier 24 and then reflected again, and is then multiplexed by the wavelength multiplexer 23 to be optical circulators. It is transmitted to the base station side via 22.
상기 파장분할다중 방식 수동형 광 가입자 망은 각 가입자측 광 접속기에 파장별 개별 광원을 구비시키지 않고 광대역 광원을 기본 광원으로, 그리로 각 채널별로는 광 증폭기를 사용하여 광 출력을 확보함으로써 각 가입자측에서의 광 출력 불안정성을 제거하고자 하였다. 그러나 궁극적으로 기지국측 광원과는 별도로 가입자측의 기본 광원으로서 광대역 광원을 사용하기 때문에 광 파장 안정성 및 광 출력 안정성을 확보하기 위해서는 광대역 광원의 동작 안정성을 확보해야 한다. 특히, 이와 같은 종래의 망 구조에서는 가입자측에 별도로 광대역 광원 및 광 서큘레이터가 설치되어야 하기 때문에 이를 운영하기 위한 안정적인 공간 및 전원 등의 부대 장치도 필요하다. 뿐만 아니라 사용되는 채널의 파장 폭(spectral band width)이 파장 다중화기에서 결정되기 때문에 광대역 광원이 됨으로써 장거리 고속 전송에서 전송 거리나 전송 속도에 제약을 받게 된다. The wavelength division multiplex passive optical subscriber network does not have a separate light source for each wavelength at each subscriber-side optical connector, but a wideband light source is used as a basic light source, and an optical amplifier is used for each channel, thereby ensuring light output at each subscriber side. An attempt was made to remove output instability. However, ultimately, since the broadband light source is used as the basic light source of the subscriber side separately from the base station light source, it is necessary to secure the operational stability of the broadband light source in order to secure optical wavelength stability and light output stability. In particular, in such a conventional network structure, since a broadband light source and an optical circulator must be separately installed on the subscriber side, a stable space and an auxiliary device such as a power source for operating the same are also required. In addition, since the spectral band width of the channel used is determined by the wavelength multiplexer, it becomes a broadband light source, thereby limiting the transmission distance or transmission speed in the long distance high speed transmission.
따라서 본 발명은 반도체 광 증폭기를 이득 매질로 사용하고 파장분할 다중기로 파장 역다중화 및 다중화 기능을 수행하도록 함으로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 수동형 광 가입자 망을 위한 다파장 광원을 제공하는 데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-wavelength light source for a passive optical subscriber network which can solve the above disadvantages by using a semiconductor optical amplifier as a gain medium and performing wavelength demultiplexing and multiplexing functions with a wavelength division multiplexer. There is this.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수동형 광 가입자 망을 위한 다파장 광원은 서로 다른 채널 파장의 광을 발생시키거나 입력되는 광을 증폭하는 다수의 반도체 광 증폭기, 상기 각 반도체 광 증폭기의 입출력부에 각각 연결된 제 1 및 제 2 파장분할 다중기, 상기 제 1 및 제 2 파장분할 다중기 사이에 연결되며, 분기비가 x:y인 양방향 출력을 갖는 탭 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.A multi-wavelength light source for a passive optical subscriber network according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a plurality of semiconductor optical amplifiers for generating light of different channel wavelengths or amplify the input light, each of the semiconductors And a tap coupler having a bidirectional output having a branch ratio of x: y, connected between the first and second wavelength division multiplexers respectively connected to the input and output portions of the optical amplifier, and the first and second wavelength division multiplexers. It is done.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 수동형 광 가입자 망을 위한 다파장 광원은 서로 다른 채널 파장의 광을 발생시키거나 입력되는 광을 증폭하는 다수의 반도체 광 증폭기, 상기 각 반도체 광 증폭기의 입출력부를 루프 형태로 연결시키며, 필요한 채널보다 적어도 하나 이상의 입출력을 더 갖는 파장분할 다중기, 상기 파장분할 다중기의 하나의 입출력 사이에 연결되며, 분기비가 x:y인 양방향 출력을 갖는 탭 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a multi-wavelength light source for a passive optical subscriber network according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a plurality of semiconductor optical amplifiers for generating light of different channel wavelengths or amplify the input light, Bidirectional outputs having a split ratio of x: y connected between an input / output unit of each semiconductor optical amplifier in a loop form, connected between a wavelength division multiplexer having at least one input / output more than necessary channels, and one input / output of the wavelength division multiplexer. It characterized in that it comprises a tab coupler having a.
본 발명은 반도체 광 증폭기를 이득 매질로 사용하고, 파장분할 다중기(WDM)를 사용하여 고리형 다파장 광원을 구성한다. 본 발명의 고리형 다파장 광원은 두개의 파장분할 다중기, 반도체 광 증폭기, 그리고 탭 커플러 등으로 구성할 수 있다. 첫번째 파장분할 다중기와 두번째 파장분할 다중기의 각 채널별 출력측 사이에 반도체 광 증폭기를 각각 연결한다. 상기 두개의 파장분할 다중기의 입력을 서로 연결하여 고리를 구성하되, 상기 파장분할 다중기의 양 입력단 사이에 탭 커플러를 연결하여 레이저 출력광을 뽑아 낸다.The present invention uses a semiconductor optical amplifier as a gain medium, and configures a cyclic multiwavelength light source using a wavelength division multiplexer (WDM). The cyclic multi-wavelength light source of the present invention may be composed of two wavelength division multiplexers, semiconductor optical amplifiers, and tap couplers. A semiconductor optical amplifier is connected between the output side of each channel of the first wavelength division multiplexer and the second wavelength division multiplexer. The inputs of the two wavelength division multiplexers are connected to each other to form a ring, and a tap coupler is connected between both input terminals of the wavelength division multiplexer to extract the laser output light.
상기 반도체 광 증폭기를 충분한 이득을 가지도록 구동시키면 자연적으로 발생되는 증폭된 자발 발광(ASE; Amplified Spontaneous Emission)에 의해 광이 고리를 회전하게 되며, 특정 채널 파장의 광만 파장분할 다중기를 통과하여 반도체 광 증폭기로 재 입사된다. 이러한 방식으로 각각의 반도체 광 증폭기에서 각 채널 파장의 광이 무한 증폭되어 레이저 발진이 일어나게 된다. 각 채널별 발진 파장은 수동 소자인 파장분할 다중기의 채널 파장으로 결정되며, 따라서 반도체 광 증폭기는 파장 결정에 관여하지 않게 된다.When the semiconductor optical amplifier is driven to have sufficient gain, light is rotated by a naturally occurring amplified spontaneous emission (ASE), and only the light of a specific channel wavelength passes through the wavelength division multiplexer. It is reincident to the amplifier. In this way, the light of each channel wavelength is infinitely amplified in each semiconductor optical amplifier, resulting in laser oscillation. The oscillation wavelength of each channel is determined by the channel wavelength of the wavelength division multiplexer, which is a passive element, so that the semiconductor optical amplifier does not participate in the wavelength determination.
상기 고리형 다파장 광원은 출력 파장이 파장분할 다중기에 의해서 결정되기 때문에 반도체 광 증폭기의 온도나 기타 사용 환경의 변화에 따라 출력 파장이 변화하지 않는다. 그리고 고리의 크기가 발진 파장에 비하여 매우 크기 때문에 발진 모드의 간격이 매우 좁아 발진 파장에서 연속적인 모드를 형성할 수 있으므로 모드 뛰기(mode hopping) 등의 현상에 의한 광 출력의 불안정도 발생하지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 고리형 다파장 광원을 사용하면 동작 안정성 확보를 위한 별도의 안정화 장치나 고도의 패키징 비용을 들이지 않고도 광 파장 안정성 및 광 출력 안정성을 확보활 수 있으며, 광대역 광원이나 기타 별도의 광원이 필요하지 않으므로 구성이 간단해진다. 따라서 저비용으로 제작이 가능해진다. 또한, 각 반도체 광 증폭기의 구동 전류를 조정함으로써 각 채널별 출력이 쉽게 조절되기 때문에 반도체 광 증폭기의 직접 변조를 통한 파장별 광 신호의 고속 변조가 가능하다. 그러므로 별도의 광 변조기를 사용하지 않고 본 발명의 고리형 다파장 광원만으로 각 채널 파장별 고속 광 신호의 생성이 가능해진다.Since the cyclic multi-wavelength light source has an output wavelength determined by a wavelength division multiplexer, the output wavelength does not change according to the temperature of the semiconductor optical amplifier or other use environment. In addition, since the size of the ring is much larger than the oscillation wavelength, the interval between the oscillation modes is very narrow, so that a continuous mode can be formed at the oscillation wavelength, so that there is no instability of light output due to a phenomenon such as mode hopping. Therefore, when the annular multi-wavelength light source according to the present invention is used, it is possible to secure optical wavelength stability and light output stability without incurring a separate stabilization device or a high packaging cost for securing operational stability, and a broadband light source or other separate light sources. Since this is not necessary, the configuration is simplified. Therefore, manufacturing can be carried out at low cost. In addition, since the output for each channel is easily adjusted by adjusting the driving current of each semiconductor optical amplifier, high-speed modulation of wavelength-specific optical signals is possible through direct modulation of the semiconductor optical amplifier. Therefore, it is possible to generate a high speed optical signal for each channel wavelength using only the cyclic multi-wavelength light source of the present invention without using a separate optical modulator.
본 발명의 고리형 다파장 광원은 각각의 개별 부품을 서로 연결하는 방법으로 구성할 수 있으나, 이 경우 각 개별 부품의 패키징 비용으로 인하여 저가격화를 이루기 어렵게 된다. 그러므로 각각의 기능을 갖는 부품을 단일 기판에 집적하는 광도파로 하이브리드 집적 기술(PLC hybrid integration technology) 혹은 반도체 단일 집적 기술(monolithic integration technology) 등을 이용하여 저가격의 다파장 광원을 구성하는 것이 바람직하다.The annular multi-wavelength light source of the present invention can be configured by a method of connecting each individual component to each other, but in this case it is difficult to achieve low cost due to the packaging cost of each individual component. Therefore, it is desirable to construct a low-cost multi-wavelength light source using an optical waveguide hybrid integration technology or a semiconductor monolithic integration technology in which components having respective functions are integrated on a single substrate.
또한, 본 발명은 입출력 단자가 필요 채널보다 많은 파장분할 다중기를 사용하여 입출력을 서로 연결하는 루프백(loop-back)형의 다파장 광원을 제공한다.In addition, the present invention provides a loop-back type multi-wavelength light source in which the input / output terminals connect the input / output to each other using more wavelength division multiplexers than necessary channels.
그러면 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고리형 다파장 광원을 설명하기 위한 구성도이다.4 is a block diagram illustrating a ring-shaped multi-wavelength light source according to an embodiment of the present invention.
다수의 반도체 광 증폭기(40-1 내지 40-n)는 온(On) 상태에서 서로 다른 채널 파장(λ1 ~ λn)의 광을 발생시키거나 입력되는 광을 증폭한다. 상기 각 반도체 광 증폭기(40-1 내지 40-n)의 입출력부에는 1×N 개의 입력을 갖는 제 1 및 제 2 파장분할 다중기(41 및 42)가 각각 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 파장분할 다중기(41 및 42) 사이에는 방향성 결합기 형태의 탭 커플러(43)가 설치된다. 상기 제 1 및 제 2 파장분할 다중기(41 및 42)와 상기 탭 커플러(43)는 도파로(45)를 통해 연결된다. 또한, 상기 탭 커플러(43)의 양방향 출력 중 어느 하나에는 광원의 동작 상태를 감시하기 위한 광 검출기(M-PD; Monitor Photo-Diode)(44)가 연결된다.The plurality of semiconductor optical amplifiers 40-1 to 40-n generate light of different channel wavelengths λ 1 to λ n in the on state or amplify the input light. First and second wavelength division multiplexers 41 and 42 having 1 × N inputs are connected to the input / output units of each of the semiconductor optical amplifiers 40-1 to 40-n, respectively. Between the wavelength division multiplexers 41 and 42 is provided a tab coupler 43 in the form of a directional coupler. The first and second wavelength division multiplexers 41 and 42 and the tap coupler 43 are connected through a waveguide 45. In addition, a photo detector (M-PD) 44 for monitoring an operating state of a light source is connected to any one of the bidirectional outputs of the tap coupler 43.
상기 제 1 및 제 2 파장분할 다중기(41 및 42)는 파장 다중화 광 신호를 각 채널별 파장으로 분리하는 파장 역다중화 기능을 수행하거나, 채널별로 서로 다른 파장의 광 신호가 입력되면, 이들을 모두 합쳐 하나의 파장 다중화된 광 신호로 만들어 주는 파장 다중화 기능을 수행한다.The first and second wavelength division multiplexers 41 and 42 perform a wavelength demultiplexing function for separating the wavelength multiplexed optical signal into wavelengths for each channel, or when optical signals having different wavelengths are input for each channel, It combines the wavelength multiplexing function into a single wavelength multiplexed optical signal.
예를 들어, 반도체 증폭기(40-1)가 온(On)되면 넓은 파장 영역의 약한 광 신호(ASE)가 발생된다. 상기 반도체 증폭기(40-1)에서 양방향으로 발생된 광 신호는 상기 제 1 및 제 2 파장분할 다중기(41 및 42)로 각각 입력된다.For example, when the semiconductor amplifier 40-1 is turned on, a weak optical signal ASE of a wide wavelength region is generated. Optical signals generated in both directions from the semiconductor amplifier 40-1 are input to the first and second wavelength division multiplexers 41 and 42, respectively.
상기 제 1 파장분할 다중기(41)를 통과한 광 신호는 λ1 의 파장을 가지며 상기 탭 커플러(43)를 통해 상기 제 2 파장분할 다중기(42)로 입력된다. 상기 제 2 파장분할 다중기(42)를 통과한 광 신호는 해당 채널의 반도체 광 증폭기(40-1)로 재입력(feed back)된 후 증폭된다. 이 때 상기 탭 커플러(44)는 레이저 발진을 일으킬 수 있도록 충분한 광을 통과시켜 주어야 한다.The optical signal passing through the first wavelength division multiplexer 41 has a wavelength of λ 1 and is input to the second wavelength division multiplexer 42 through the tap coupler 43. The optical signal passing through the second wavelength division multiplexer 42 is amplified after being fed back to the semiconductor optical amplifier 40-1 of the corresponding channel. At this time, the tap coupler 44 should pass enough light to cause laser oscillation.
한편, 상기 제 2 파장분할 다중기(42)를 통과한 상기 광 신호는 λ1 의 파장을 가지며 상기 탭 커플러(43)를 통해 상기 제 1 파장분할 다중기(41)로 입력된다. 상기 제 1 파장분할 다중기(41)를 통과한 광 신호는 해당 채널의 반도체 광 증폭기(40-1)로 입력된 후 증폭된다.On the other hand, the optical signal passing through the second wavelength division multiplexer 42 has a wavelength of λ 1 and is input to the first wavelength division multiplexer 41 through the tap coupler 43. The optical signal passing through the first wavelength division multiplexer 41 is input to the semiconductor optical amplifier 40-1 of the corresponding channel and then amplified.
이 상태에서 반도체 광증폭기(40-2)가 온(On)되면 마찬가지로 넓은 파장 영역의 약한 광 신호(ASE)가 발생되고, 상기 반도체 증폭기(40-2)에서 발생된 광 신호는 상기 제 1 및 제 2 파장분할 다중기(41 및 42)로 각각 입력된다. 이 때 상기 제 1 및 제 2 파장분할 다중기(41 및 42)는 반도체 광증폭기(40-2)로부터 입력되는 광 신호에서 채널 파장 λ2 만을 분리하여 출력한다. 상기 제 1 및 제 2 파장분할 다중기(41 및 42)에서 분리된 각 파장의 광 신호는 전술한 바와 같은 과정을 통해 양 방향으로 진행하면서 계속적으로 증폭되어 레이저 발진을 일으키며, 상기 제 2 파장분할 다중기(42)로부터 출력되는 광 신호는 탭 커플러(43)의 양방향 출력 중 하나의 출력단자(Laser Output)를 통해 출력되고, 상기 제 1 파장분할 다중기(41)로부터 출력되는 광 신호는 탭 커플러(43)의 양방향 출력 중 다른 하나의 출력단자를 통해 상기 광 검출기(44)로 입력된다. 이 때 탭 커플러(43)의 탭(Tap)이 분기비가 x:y 예를 들어, 10:1인 경우 양방향 출력단자를 통해 1/10 크기의 광 신호만이 출력되고, 나머지 광 신호는 탭 커플러(43)를 통과하여 계속적으로 진행한다.In this state, when the semiconductor optical amplifier 40-2 is turned on, a weak optical signal ASE of a wide wavelength region is similarly generated, and the optical signal generated by the semiconductor amplifier 40-2 is first and second. Input to the second wavelength division multiplexers 41 and 42 respectively. At this time, the first and second wavelength division multiplexers 41 and 42 separate and output only the channel wavelength λ 2 from the optical signal input from the semiconductor optical amplifier 40-2. The optical signals of each wavelength separated by the first and second wavelength division multiplexers 41 and 42 are continuously amplified in both directions through the above-described process to cause laser oscillation, and the second wavelength division The optical signal output from the multiplexer 42 is output through an output terminal (Laser Output) of one of the bidirectional outputs of the tap coupler 43, the optical signal output from the first wavelength division multiplexer 41 is a tap It is input to the photo detector 44 through the other output terminal of the bidirectional output of the coupler 43. At this time, when the tap of the tap coupler 43 has a branch ratio of x: y, for example, 10: 1, only an optical signal of 1/10 size is output through the bidirectional output terminal, and the remaining optical signals are tap couplers. Continue through (43).
본 발명에 따르면 각 반도체 광 증폭기(40-1 내지 40-n)의 구동 전류를 조정하여 이득을 변조시킴으로써 각 채널별 출력을 쉽게 조절할 수 있으며, 이에 따라 반도체 광 증폭기의 직접 변조를 통한 각 파장별 광 신호의 고속 변조가 가능해진다.According to the present invention, the output of each channel can be easily adjusted by modulating the gain by adjusting the driving current of each of the semiconductor optical amplifiers 40-1 to 40-n, and accordingly, by each wavelength through direct modulation of the semiconductor optical amplifier. High speed modulation of the optical signal becomes possible.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 루프백형 다파장 광원을 설명하기 위한 구성도이다. 설명의 편의상 배열 도파로 파장분할 다중기(AWG WDM)를 사용한 실시예를 예시하였지만, 그 외의 어떤 종류의 파장분할 다중기를 사용하여도 무관하다.5 is a block diagram illustrating a loopback type multi-wavelength light source according to another embodiment of the present invention. For convenience of description, an embodiment using an AWG WDM with an arrayed waveguide is illustrated, but any other wavelength division multiplexer may be used.
다수의 반도체 광 증폭기(50-1 내지 50-n)는 온(On) 상태에서 서로 다른 채널 파장(λ1 ~ λn)의 광을 발생시키거나 입력되는 광을 증폭한다. 상기 각 반도체 광 증폭기(50-1 내지 50-n)의 입출력부에는 필요 채널보다 하나 이상의 입출력(N+1)을 더 갖는 파장분할 다중기(56)가 루프 형태로 연결되며, 상기 파장분할 다중기(56)의 하나의 입출력 사이에는 방향성 결합기 형태의 탭 커플러(54)가 설치된다. 즉, 파장분할 다중기(56)의 가장 바깥쪽 입출력 단자(N+1번)를 제외한 모든 채널 단자(1번 내지 N번)는 반도체 광 증폭기(50-1 내지 50-n)을 통해 채널별로 서로 연결되며, 제일 바깥쪽 입출력 단자(N+1번)는 탭 커플러(54)를 통해 서로 연결된다. 이 때 상기 각 반도체 광 증폭기(50-1 내지 50-n)와 파장분할 다중기(56), 그리고 상기 탭 커플러(54)와 파장분할 다중기(56)는 도파로(57)를 통해 연결된다. 또한, 상기 탭 커플러(54)의 양방향 출력 중 어느 하나에는 광원의 동작 상태를 감시하기 위한 광 검출기(55)가 연결된다.The plurality of semiconductor optical amplifiers 50-1 to 50-n generate light of different channel wavelengths λ 1 to λ n in the on state, or amplify the input light. A wavelength division multiplexer 56 having one or more input / outputs (N + 1) more than a required channel is connected to an input / output unit of each of the semiconductor optical amplifiers 50-1 to 50-n in a loop shape, and the wavelength division is performed. Between one input and output of the heavy machinery 56, a tab coupler 54 in the form of a directional coupler is installed. That is, all the channel terminals (No. 1 to N) except for the outermost input / output terminals (N + 1) of the wavelength division multiplexer 56 for each channel through the semiconductor optical amplifiers 50-1 to 50-n. The outermost input / output terminals (N + 1) are connected to each other through the tab coupler 54. In this case, each of the semiconductor optical amplifiers 50-1 to 50-n, the wavelength division multiplexer 56, and the tap coupler 54 and the wavelength division multiplexer 56 are connected through the waveguide 57. In addition, any one of the bidirectional outputs of the tap coupler 54 is connected to the photo detector 55 for monitoring the operating state of the light source.
상기 파장분할 다중기(56)는 상기 반도체 광 증폭기(50-1 내지 50-n) 및 탭 커플러(54)의 입출력부에 각각 연결된 제 1 및 제 2 슬랩(slab) 도파로(51 및 52)와, 상기 제 1 및 제 2 슬랩 도파로(51 및 52)의 다른 입출력부를 루프 형태로 연결하는 배열 도파로(53)로 이루어진다.The wavelength division multiplexer 56 may include first and second slab waveguides 51 and 52 connected to input and output portions of the semiconductor optical amplifiers 50-1 to 50-n and the tap coupler 54, respectively. And an arrayed waveguide 53 for connecting the other input / output units of the first and second slab waveguides 51 and 52 in a loop form.
예를 들어, 반도체 증폭기(50-1)가 온(On)되면 넓은 파장 영역의 약한 광 신호(ASE)가 발생된다. 상기 반도체 증폭기(50-1)에서 발생되는 광 신호는 상기 파장분할 다중기(56)의 양방향으로 각각 진행한다.For example, when the semiconductor amplifier 50-1 is turned on, a weak optical signal ASE of a wide wavelength region is generated. The optical signal generated by the semiconductor amplifier 50-1 proceeds in both directions of the wavelength division multiplexer 56.
상기 반도체 증폭기(50-1)의 일 방향으로 진행하는 광 신호는 상기 파장분할 다중기(56)의 제 1 슬랩 도파로(51) 및 배열 도파로(53)를 통과하여 제 2 슬랩 도파로(52)로 입력되고, 제 2 슬랩 도파로(52)의 바깥쪽 입출력 단자(N+1번)를 통해 출력된 후 도파로(57)를 통해 탭 커플러(54)로 입력된다. 이 때 탭 커플러(54)의 탭(Tap)이 분기비가 x:y 예를 들어, 10:1인 경우 양방향 출력단자를 통해 1/10 크기의 광 신호만이 출력되고, 나머지 광 신호는 탭 커플러(54)를 통과하여 상기 파장분할 다중기(56)의 제 1 슬랩 도파로(51) 및 배열 도파로(53)를 통과하여 제 2 슬랩 도파로(52)로 입력되고, 제 2 슬랩 도파로(52)의 입출력 단자(1번)를 통해 출력된 후 반도체 광 증폭기(50-1)로 입력된다. The optical signal traveling in one direction of the semiconductor amplifier 50-1 passes through the first slab waveguide 51 and the arrayed waveguide 53 of the wavelength division multiplexer 56 to the second slab waveguide 52. The input signal is output through the outer input / output terminal N + 1 of the second slab waveguide 52 and then input to the tap coupler 54 through the waveguide 57. At this time, when the tap ratio of the tap coupler 54 has a branch ratio of x: y, for example, 10: 1, only an optical signal of 1/10 size is output through the bidirectional output terminal, and the remaining optical signals are tap couplers. And pass through 54 to the second slab waveguide 52 through the first slab waveguide 51 and the array waveguide 53 of the wavelength division multiplexer 56, and to the second slab waveguide 52. It is output through the input / output terminal 1 and input to the semiconductor optical amplifier 50-1.
상기 반도체 증폭기(50-1)의 다른 일 방향으로 진행하는 광 신호도 상기와 같은 방식으로 진행하게 된다. An optical signal traveling in another direction of the semiconductor amplifier 50-1 also proceeds in the same manner as described above.
각 파장의 광 신호는 전술한 바와 같은 과정을 통해 양 방향으로 진행하면서 계속적으로 증폭되어 레이저 발진을 일으키며, 상기 파장분할 다중기(56)의 바깥쪽 입출력 단자(N+1번)로부터 출력되는 광 신호는 탭 커플러(54)의 양방향 출력 중 하나의 출력단자(Laser Output)를 통해 출력되거나, 다른 하나의 출력단자를 통해 상기 광 검출기(55)로 입력된다.The optical signal of each wavelength is continuously amplified while proceeding in both directions through the above-described process, causing laser oscillation, and the light output from the outer input / output terminal (N + 1) of the wavelength division multiplexer 56. The signal is output through one output terminal (Laser Output) of the bidirectional output of the tap coupler 54, or input to the photo detector 55 through the other output terminal.
상기 루프백형 다파장 광원은 도 4의 고리형 다파장 광원에서 발생할 수 있는 파장분할다중 기간의 특성 불일치에 의한 광 손실 현상을 방지할 수 있다. 그러나 상기 루프형 다파장 광원에서는 각 반도체 광 증폭기(50-1 내지 50-n)의 발진 파장이 두개 이상 겹치는 경우가 발생할 수 있는데, 각각의 반도체 광 증폭기(50-1 내지 50-n)에서 출력되는 광이 N+1 번째 입출력 도파로를 통하지 않고 다른 반도체 도파로를 통과하는 루프를 형성할 경우 지정된 파장이 아닌 다른 파장에서 레이저 발진이 일어나게 된다. 그러므로 파장 중복을 방지하기 위해서는 1 내지 N 번째 도파로를 등간격으로 형성하고, N+1 번째 도파로를 N 번째 도파로로부터 충분히 분리되도록 형성해야 한다. 이 경우 파장 간격을 바람직하게는 반도체 광 증폭기의 레이저 발진 파장 가능 영역의 폭보다 넓게 설정한다. The loopback type multi-wavelength light source can prevent a light loss phenomenon due to a characteristic mismatch of wavelength division multiple periods that may occur in the cyclic multi-wavelength light source of FIG. 4. However, in the loop type multi-wavelength light source, a case where two or more oscillation wavelengths of each of the semiconductor optical amplifiers 50-1 to 50-n overlap each other may occur, and outputs from each of the semiconductor optical amplifiers 50-1 to 50-n. When the generated light forms a loop passing through another semiconductor waveguide instead of passing through the N + 1th input / output waveguide, laser oscillation occurs at a wavelength other than the designated wavelength. Therefore, in order to prevent overlapping wavelengths, the 1 to N th waveguides should be formed at equal intervals, and the N + 1 th waveguide should be formed to be sufficiently separated from the N th waveguide. In this case, the wavelength interval is preferably set wider than the width of the laser oscillation wavelength possible region of the semiconductor optical amplifier.
본 발명에 따르면 각 반도체 광 증폭기(50-1 내지 50-n)의 구동 전류를 조정하여 이득을 변조시킴으로써 각 채널별 출력을 쉽게 조절할 수 있으며, 이에 따라 반도체 광 증폭기의 직접 변조를 통한 각 파장별 광 신호의 고속 변조가 가능해진다.According to the present invention, the output of each channel can be easily adjusted by modulating the gain by adjusting the driving currents of the respective semiconductor optical amplifiers 50-1 to 50-n, and accordingly, by each wavelength through direct modulation of the semiconductor optical amplifier. High speed modulation of the optical signal becomes possible.
이상, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible.
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 다파장 광원을 구성하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.As described above, when the multi-wavelength light source is configured according to the present invention, the following effects can be expected.
첫째, 종래에는 광원의 동작 안정성을 확보하기 위해 고비용의 동작 안정화 장치나 고급 패키징 기술이 필요하였으나, 본 발명은 별도의 동작 안정화 장치를 부가하지 않고 광원의 파장 안정성 및 광 출력 안정성을 동시에 확보할 수 있기 때문에 보다 경제적으로 수동형 광 가입자 망을 구성할 수 있다.First, in order to secure the operation stability of the light source in the prior art, an expensive operation stabilization device or an advanced packaging technology is required, but the present invention can secure the wavelength stability and the light output stability of the light source simultaneously without adding a separate operation stabilization device. As a result, a passive optical subscriber network can be constructed more economically.
둘째, 본 발명에 따른 다파장 광원은 구성이 간단하므로 광도파로 하이브리드 집적 기술 혹은 반도체 단일 집적 기술 등을 이용하여 단일 기판에 집적할 수 있으므로 파장분할다중 방식의 수동형 광 가입자 망에 필요한 다파장 광원의 대량 생산이 가능해진다.Second, since the multi-wavelength light source according to the present invention has a simple configuration, the multi-wavelength light source can be integrated into a single substrate using an optical waveguide hybrid integrated technology or a semiconductor single integrated technology. Mass production is possible.
셋째, 본 발명은 반도체 광 증폭기의 구동 전류를 조절하여 이득을 변조시킴으로써 각 채널별 출력을 용이하게 조절할 수 있기 때문에 직접 변조를 통한 광 신호의 고속 변조가 가능하다. 따라서 별도의 광 변조기를 사용하지 않고 본 발명의 다파장 광원만을 사용하여 각 파장 채널별 고속 광 신호를 생성할 수 있다. Third, the present invention can easily adjust the output for each channel by modulating the gain by adjusting the drive current of the semiconductor optical amplifier, it is possible to high-speed modulation of the optical signal through direct modulation. Therefore, it is possible to generate a high speed optical signal for each wavelength channel using only the multi-wavelength light source of the present invention without using a separate optical modulator.
도 1 내지 도 3은 종래의 파장다중 방식의 수동형 광 가입자 망을 설명하기 위한 구성도.1 to 3 is a block diagram for explaining a conventional passive optical subscriber network of the wavelength multiplexing method.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 고리(ring)형 다파장 광원을 설명하기 위한 구성도.Figure 4 is a block diagram for explaining a ring-type multi-wavelength light source according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 루프백(loop-back)형 다파장 광원을 설명하기 위한 구성도.5 is a block diagram illustrating a loop-back type multi-wavelength light source according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1, 11, 21: 광대역 광원 2, 13, 23: 파장 역 다중화기1, 11, 21: broadband light source 2, 13, 23: wavelength demultiplexer
3: 광 변조기 4, 6: 파장 다중화기3: light modulator 4, 6: wavelength multiplexer
5: 가입자측 광 접속기 12, 22: 광 서큘레이터5: subscriber side optical connector 12, 22: optical circulator
14: 레이저 다이오드 24: 반사형 광 증폭기14: laser diode 24: reflective optical amplifier
40-1 내지 40-n, 50-1 내지 50-n: 반도체 광 증폭기40-1 to 40-n, 50-1 to 50-n: semiconductor optical amplifier
41, 42, 56: 파장분할 다중기 43, 54: 탭 커플러41, 42, 56: wavelength division multiplexer 43, 54: tap coupler
44, 55: 광 검출기 45, 57: 도파로44, 55: optical detector 45, 57: waveguide
51, 52: 슬랩 도파로 53: 배열 도파로51, 52: slab waveguide 53: arrayed waveguide
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