KR100594072B1

KR100594072B1 - 차등 위상 변조 및 주파수 변조된 광신호 수신기

Info

Publication number: KR100594072B1
Application number: KR1020040079528A
Authority: KR
Inventors: 김훈; 황성택
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-06-30
Also published as: US20060072927A1; KR20060030671A

Abstract

본 발명에 따른 차등 위상 변조된 광신호 수신기는 상기 광신호를 제1 및 제2 분할된 광신호들로 세기 분할해서 상기 제2 분할된 광신호를 상기 제1 분할된 광신호에 대해서 1비트 위상 지연된 지연 광신호를 생성하며, 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호로부터 간섭된 광신호들을 생성하기 위한 지연 간섭계와, 상기 간섭 광신호들로부터 차등 전기 신호로 검출해내기 위한 균형 수신기와, 상기 차등 전기 신호의 교류 파워를 검출해내기 위한 파워 검출기와, 상기 파워 검출기에서 검출된 상기 교류 파워로부터 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호 간의 위상 지연차를 산출하고 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 위상 지연차가 일정하도록 제어하기 위한 위상 제어부를 포함한다.

차등 위상 변조, 차등 주파수 변조

Description

차등 위상 변조 및 주파수 변조된 광신호 수신기{RECEIVER FOR DIFFERENTIAL PHASE SHIFT-KEYED OPTICAL SIGNAL AND DIFFERENTIAL FREQUENCY SHIFT-KEYED OPTICAL SIGNAL}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 수신기를 나타내는 블록도,

도 2는 도 1에 도시된 위상 제어부의 구성을 나타내기 위한 블록도,

도 3은 도 1에 도시된 파워 검출기에서 검출된 교류 파워와 BER과의 관계를 나타낸 그래프.

본 발명은 광 수신기에 관한 것으로써 특히 차등 변조된 광신호를 수신하기 위한 지연 간섭계를 포함하는 광 수신기에 관한 발명이다.

일반적인 광신호의 차등 변조 방식에는 위상, 주파수, 편광 모드 등의 변조 방식이 있으며, 차등 변조된 광신호를 수신하기 위한 광 수신기는 지연 간섭계와, 상기 지연 간섭계로부터 데이터를 검출해내기 위한 균형 수신기와, 직류 검출기와, 제어부와, 상기 지연 간섭계를 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다.

상기 지연 간섭계는 차등 변조된 광신호를 세기 분할한 후, 분할된 광신호들 중 하나를 1 비트(Bit) 지연시켜서 지연된 광신호와 지연되지 않은 광신호들 간의 간섭에 의한 보강 또는 상쇄 광신호를 생성한다. 상기 지연 간섭계는 분할된 광신호들의 진행 경로인 둘 이상의 도파로들을 구비하며, 상기 도파로들은 분할된 광신호들 중 하나의 광신호를 다른 하나의 광신호에 대해서 1비트 지연 가능한 정도의 길이 차를 갖는다. 분할된 광신호들 사이의 1비트 지연 차이는 상기 제어 수단에 의해서 일정하게 유지된다.

상기 균형 수신기는 상기 지연 간섭계에서 형성된 보강 및 상쇄 광신호를 전기 신호로 변환해서, 데이터를 검출해낸다.

상기 직류 검출기는 상기 균형 수신기에서 생성된 전기 신호의 직류 성분으로부터 상기 지연 간섭계를 이루는 도파로들 간의 지연 시간차가 일정하게 유지되는지 여부를 감시한다. 즉, 지연 광신호와 제1 분할 광신호 사이의 지연 시간차가 1비트 차이를 유지하지 못하면, 상기 직류 검출기에서 변환된 전기 신호의 전류 성분이 감소하게 된다.

상기 제어부는 상기 직류 검출기에서 검출된 직류 전류량을 기 설정된 값과 비교해서 직류 전류량이 변화될 경우에 상기 지연 간섭계를 제어하기 위한 제어신호를 출력한다.

상기 제어 수단은 상기 지연 간섭계의 도파로들 중 하나의 도파로에 위치되 며, 상기 제어부의 제어 신호에 따라서 해당 도파로에 열을 가하거나, 압력을 가해서 상기 분할된 광신호들 간 지연 시간차가 항상 1비트를 유지하도록 제어한다.

그러나, 직류 전류량으로부터 지연 간섭계의 1비트 지연 시간을 감시하기 위해서는 변조된 광신호에 인위적인 직류 전류를 인가해야 한다. 즉, 일반적인 차등 위상 변조된 광신호가 0 또는 π의 위상 변조를 갖는 반면에, 직류 전류량으로부터 지연 간섭계의 1비트 지연 시간을 감시하는 방법에 있어서, 광신호의 위상 변조 량은 π-δ의 δ만큼 감소하게 된다. 상술한 바와 같이 차등 위상 변조된 광신호의 위상 변조량 감소는 시스템의 열화를 유발하게 되는 문제가 있다.

더욱이 위상 변조기로서 마하젠더 변조기는 0 또는 π의 위상 변조만 적용 가능하므로, 직류 전류로부터 지연 간섭계의 1비트 지연 시간을 감시하는 방법이 적용된 광수신기에는 적용이 불가능한 문제가 있다.

본 발명은 직류 성분이 존재하지 않는 차등 위상 변조 또는 차등 주파수 변조된 광신호를 검출할 수 있는 광수신기를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 차등 변조된 광신호 수신기는,

상기 광신호를 제1 및 제2 분할된 광신호들로 세기 분할해서 상기 제2 분할된 광신호를 상기 제1 분할된 광신호에 대해서 1비트 위상 지연된 지연 광신호를 생성하며, 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호로부터 간섭된 광신호들을 생성하기 위한 지연 간섭계와;

상기 간섭 광신호들로부터 차등 전기 신호로 검출해내기 위한 균형 수신기와;

상기 차등 전기 신호의 교류 파워를 검출해내기 위한 파워 검출기와;

상기 파워 검출기에서 검출된 상기 교류 파워로부터 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호 간의 위상 지연차를 산출하고 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 위상 지연차가 일정하도록 제어하기 위한 위상 제어부를 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광신호 수신기를 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광신호 수신기는 수신된 광신호로부터 간섭된 광신호들을 생성하는 지연 간섭계(110)와, 상기 간섭 광신호들로부터 차등 전기 신호로 검출해내기 위한 균형 수신기(120, Balanced receiver)와, 상기 차등 전기 신호의 교류 파워를 검출해내기 위한 파워 검출기(130, Power detector)와, 위상 제어부(140)를 포함한다. 수신된 상기 광신호는 차등 주파수 변조 또는 차등 위상 변조된 광신호들이 사용될 수 있다.

상기 지연 간섭계(110, Delay interferometer)는 차등 위상 변조된 광신호 또는 차등 주파수 변조된 광신호를 수신 받아서, 상기 광신호를 세기 정보로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 지연 간섭계(110)는 서로 다른 위상 길이를 갖는 둘 이상의 도파로들(111, 112)을 구비한 마하 젠더(Mach-Zender) 간섭계 등을 사용할 수 있으며, 상기 도파로들(111, 112) 간의 위상 길이는 상기 제2 분할된 광신호가 상기 제1 분할된 광신호에 대해서 1비트(Bit)의 위상 지연차를 갖는다.

상기 광신호는 상기 지연 간섭계(110)에서 제1 및 제2 분할된 광신호들로 세기 분할되며, 상기 제2 분할된 광신호는 해당 도파로에서 상기 제1 분할된 광신호에 대해서 1비트 위상 지연된다. 상기 제1 분할된 광신호에 대해서 1비트 지연된 광신호의 위상이 상기 제1 분할된 광신호와 동 위상일 경우는 보강 간섭된 광신호가 생성되고, 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호가 서로 상반되는 위상을 갖을 경우에는 상쇄 간섭된 광신호가 생성된다.

상기 균형 수신기(120, Balanced-receiver)는 상기 지연 간섭계(110)에서 생성된 상기 간섭된 광신호들을 각각의 차등 전기 신호들로 변환시키기 위한 복수의 포토 다이오드들(121, 122)과, 상기 차등 전기 신호들을 증폭시키기 위한 증폭기(123)를 포함하며, 상기 균형 수신기(120, Balanced-receiver)는 상기 보강 또는 상쇄 간섭된 광신호들로부터 차등 전기 신호들을 검출해낸다. 즉, 상기 균형 수신기(120)는 상기 상쇄 간섭된 광신호를 0비트로 인식하고, 상기 보강 간섭된 광신호는 1비트로 인식한다.

상기 파워 검출기(130)는 고주파 파워 검출기(RF-Power detector) 등을 사용할 수 있으며 상기 균형 수신기(130)에서 생성된 상기 차등 전기 신호의 일부를 세 기 분할해서, 분할된 상기 차등 전기 신호 중에서 교류 성분의 파워를 검출해낸다.

도 2는 도 1에 도시된 위상 제어부의 구성을 나타내기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 상기 위상 제어부(140)는 연산부(141)와, 제어 수단(142)을 포함하며 상기 파워 검출기(130)에서 검출된 상기 교류 파워로부터 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호 간의 위상 지연차를 산출하고 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 위상 지연차가 1비트 지연을 유지하도록 제어한다.

상기 연산부(141)는 상기 파워 검출기(130)에서 검출된 상기 교류 파워로부터 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호 간의 위상 지연차를 산출하며, 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호 사이의 1비트 위상 지연을 유지시키기 위한 제어 신호를 생성한다.

상기 차등 전기 신호의 교류 파워는 상기 지연 간섭계(110)에서 생성되는 간섭된 광신호들의 위상 관계에 따라 변화된다. 예를 들어서, 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 1비트 위상 지연차가 일정하게 유지될 경우는 상기 차등 전기 신호의 교류 성분은 최대 값을 갖는다. 반면에, 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 1비트 위상 지연차가 부정확할 경우는 상기 차등 전기 신호의 교류 파원는 기 설정된 최대 값에 도달하지 못하고 감소하게 된다.

도 3은 도 1에 도시된 파워 검출기(130)에서 검출된 교류 파워와 BER과의 관계를 나타낸 그래프로서, 10Gbps의 차등 변조된 신호가 상기 증폭기(123)로 수신된 경우에 상기 파워 검출기(130)에서 검출된 상기 차등 전기 신호의 교류 파워에 대한 비트 오류율(Bit error ratio ; BER)을 나타낸다. 즉, 도 3에 도시된 그래프는 차등 변조된 광신호의 파워가 -38.5㏈m일 경우에 상기 파워 검출기(130)에서 검출되는 교류 파워와 비트 에러율의 관계를 나타낸다.

상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 1비트 위상 지연차가 적절하게 유지될 경우의 비트 오류율은 5×10^-10의 비트 오류율을 나타냈고, 이 경우에 상기 파워 검출기(130)에서 검출된 교류 파워는 약 -7.2㏈m의 파워를 갖는다. 반대로, 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 1비트 위상 지연차가 적절하지 못할 경우에 비트 오류율이 크게 증가하며, 이 경우에 상기 파워 검출기(130)에서 검출되는 상기 차등 전기 신호의 교류 파워는 -8.5㏈m로 감쇠된다. 즉, 상기 연산부(141)는 상기 파워 검출기(130)에서 검출된 교류 파워가 최대가 되도록 하기 위한 제어 신호를 상기 제어 수단(142)으로 출력한다.

상기 제어 수단(142)은 상기 제어 신호에 따라서 상기 지연 간섭계(110)가 1비트 위상 지연을 유지할 수 있도록 제어하며, 상기 제어 수단(142)으로는 상기 지연 간섭계(110)에 열을 가해서 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 위상 지연차를 일정하게 유지시키기 위한 열선(Heater) 또는 상기 제어 신호에 따라서 상기 지연 간섭계(110)의 도파로들(111, 112) 중 하나의 길이를 물리적으로 변화시키기 위한 압전 소자(Piezo-electric transducer)를 사용할 수 있다.

상기 열선 또는 압전 소자는 상기 지연 간섭계(110)의 도파로들(111, 112) 중 하나에 부착되며, 상기 열선은 해당 도파로에 열을 가해서 굴절률을 변화시킴으로써 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 위상 지연차를 일정하게 제어한다. 반면에, 상기 압전 소자는 제어 신호에 따라서 해당 도파로의 길이를 물리적으로 제어한다.

본 발명에 따른 광신호 수신기는 차등 전기 신호의 교류 파워로부터 지연 섭계에 생성된 제1 분할된 광신호와 지연 광신호 사이의 1비트 위상 지연차를 감시함으로써, 차등 변조된 광신호에 인위적인 직류 성분을 인가할 필요가 없다. 차등 변조된 광신호를 수신하기 위한 광신호 수신기에 지연 간섭계로서 마하젠더 변조기를 사용할 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims

차등 변조된 광신호 수신기에 있어서,

상기 광신호를 제1 및 제2 분할된 광신호들로 세기 분할해서 상기 제2 분할된 광신호를 상기 제1 분할된 광신호에 대해서 1비트 위상 지연된 지연 광신호를 생성하며, 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호로부터 간섭된 광신호들을 생성하기 위한 지연 간섭계와;

상기 간섭 광신호들로부터 차등 전기 신호로 검출해내기 위한 균형 수신기와;

상기 차등 전기 신호의 교류 파워를 검출해내기 위한 파워 검출기와;

상기 파워 검출기에서 검출된 상기 교류 파워로부터 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호 간의 위상 지연차를 산출하고 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 위상 지연차가 일정하도록 제어하기 위한 위상 제어부를 포함함을 특징으로 하는 차등 위상 변조된 광신호 수신기.
제1 항에 있어서,

상기 지연 간섭계는 서로 다른 위상 길이를 갖는 둘 이상의 도파로들을 구비한 마하 젠더 간섭계를 포함함을 특징으로 하는 차등 위상 변조된 광신호 수신기.
제1 항에 있어서,

상기 지연 간섭계는 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호로부터 보강 간섭된 광신호를 생성함을 특징으로 하는 차등 위상 변조된 광신호 수신기.
제1 항에 있어서,

상기 지연 간섭계는 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호로부터 상쇄 간섭된 광신호를 생성함을 특징으로 하는 차등 위상 변조된 광신호 수신기.
제1 항에 있어서,

상기 파워 검출기는 고주파 파워 검출기를 포함함을 특징으로 하는 차등 위상 변조된 광신호 수신기.
제1 항에 있어서,

상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호는 π의 위상 지연차를 가짐을 특징으로 하는 차등 위상 변조된 광신호 수신기.
제1 항에 있어서, 상기 위상 제어부는

상기 교류 파워로부터 상기 지연 광신호와 상기 제1 분할된 광신호 간의 위상 지연차를 산출하며, 상기 위상 지연차의 1비트 위상 지연을 유지시키기 위한 제어 신호를 생성하기 위한 연산부와;

상기 제어신호에 따라서 상기 지연 간섭계가 1비트 위상 지연을 유지하도록 제어하기 위한 제어 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 광 수신 장치.
제7 항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 제어신호에 따라서 상기 지연 간섭계에 열을 가해서 상기 제1 분할된 광신호와 상기 지연 광신호 사이의 위상 지연차를 일정하게 유지시키기 위한 열선을 포함함을 특징으로 하는 광 수신 장치.
제7 항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 제어 신호에 따라서 상기 지연 간섭계를 물리적으로 변화시키기 위한 압전 소자를 포함함을 특징으로 하는 광 수신 장치.
제1 항에 있어서, 상기 균형 수신기는,

상기 지연 간섭계에서 생성된 상기 간섭된 광신호들을 각각의 차등 전기 신호들로 변환시키기 위한 복수의 포토 다이오드들과;

상기 차등 전기 신호들을 증폭시키기 위한 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 광 수신 장치.