KR100596407B1 - WDM-PON system with turnable wavelengh by external cavity laser light source - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템에 관한 것으로, 파장가변 제 1 도파로 브라그격자가 형성되어 있고 데이터 송신용 광파장을 생성하는 제 1 외부공진레이저 어레이로 이루어진 광송신부와 광검출기 어레이로 이루어진 광수신부로 구성되되 상기 광송신부는 상기 외부공진레이저 어레이로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하는 제 1 파장다중화기를 가지고, 상기 광수신부는 입력되는 다중화된 광파장을 파장별로 분리하여 수신하기 위한 제 1 파장분배기를 가지는 OLT; 상기 OLT로부터 송신되는 상기 데이터 송신용 광파장을 수신하는 광수신부와 파장가변 제 2 도파로 브라그격자가 형성되어 있고, 상기 OLT로부터 입력되는 데이터 송신용 광파장에 따라 상기 도파로 브라그격자에 가해지는 온도를 조절함으로써 파장가변 광파장을 생성하는 제 2 외부공진레이저로 이루어진 광송신부로 이루어진 다수개의 ONT; 상기 OLT의 광송신부로부터 광섬유를 통해 전송되는 다중화된 광파장을 파장별로 나누어서 각각의 광파장을 상기 ONT 중에서 해당하는 ONT로 연결하는 제 2 파장분배기; 및 상기 다수개의 ONT의 광송신부로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하여 광섬유를 통해 상기 OLT 광수신부로 전송하는 제 2 파장다중화기로 구성된다.The present invention relates to a WDM-PON system based on a wavelength variable external resonant laser light source, the optical transmitter comprising a first variable wavelength waveguide Bragg grating and a first external resonant laser array for generating an optical wavelength for data transmission. And a light receiver comprising an optical detector array, wherein the optical transmitter has a first wavelength multiplexer for multiplexing a plurality of optical wavelengths output from the external resonance laser array, and the optical receiver separates the multiplexed optical wavelengths for each wavelength. An OLT having a first wavelength divider for receiving; The optical receiver for receiving the optical wavelength for data transmission transmitted from the OLT and the wavelength variable second waveguide Bragg grating are formed, and the temperature applied to the waveguide Bragg grid according to the optical wavelength for data transmission input from the OLT is determined. A plurality of ONTs comprising an optical transmitter comprising a second external resonant laser to generate a wavelength variable optical wavelength by adjusting; A second wavelength divider for dividing the multiplexed optical wavelengths transmitted through the optical fiber from the optical transmitter of the OLT for each wavelength and connecting each optical wavelength to a corresponding ONT among the ONTs; And a second wavelength multiplexer for multiplexing a plurality of optical wavelengths output from the optical transmitters of the plurality of ONTs and transmitting the multiple optical wavelengths to the OLT optical receiver through an optical fiber.
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 대한 WDM-PON 구조의 블럭도를 나타낸다.1 shows a block diagram of a WDM-PON structure for one embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에서의 광통신로 설정 과정의 일예를 도시한 것이다.2 illustrates an example of an optical communication path setting process of FIG. 1.
도 3은 도 1에서의 ONT의 상향 광파장이 OLT에 의해서 원격에서 할당되는 절차에 대한 일예를 도시한 것이다.FIG. 3 shows an example of a procedure in which the upward optical wavelength of ONT in FIG. 1 is remotely allocated by the OLT.
도 4는 PLC를 기반으로 하는 표면접합 집적화 형태의 ONT 광송신 모듈의 측면도이다.4 is a side view of the ONT optical transmission module in the form of surface junction integration based on a PLC.
도 5는 PLC를 기반으로 하는 정면접합 집적화 형태의 ONT 광송신 모듈의 측면도이다.5 is a side view of the ONT optical transmission module in the form of front junction integration based on a PLC.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 일실시예에서 멀티모드(multi mode)로 동작되는 ECL을 설명하기 위한 그래프이다.6A and 6B are graphs for explaining an ECL operated in a multi mode according to an embodiment of the present invention.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 일실시예에서 싱글모드(single mode)로 동작되는 ECL을 설명하기 위한 그래프이다.7A and 7B are graphs for explaining an ECL operated in a single mode in another embodiment of the present invention.
도 8a, 도 8b와 도 8c는 ECL 구조에서 모드호핑 현상을 설명하기 위한 그래프이다.8A, 8B and 8C are graphs for explaining the mode hopping phenomenon in the ECL structure.
도 9a와 도 9b는 싱글모드 동작 ECL의 경우에 모드호핑을 억제하는 메커니즘 을 설명하기 위한 그래프이다.9A and 9B are graphs for explaining a mechanism of suppressing mode hopping in the case of a single mode operation ECL.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 PLC를 기반으로 한 ONT의 광송신 모듈의 일예로서 single-mode 동작 ECL의 측면도를 나타낸다.FIG. 10 shows a side view of a single-mode operation ECL as an example of an optical transmission module of ONT based on a silica PLC according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 PLC를 기반으로 한 ONT의 광송신 모듈의 다른 일예로서 single-mode 동작 ECL의 측면도를 나타낸다.FIG. 11 shows a side view of a single-mode operation ECL as another example of an optical transmission module of ONT based on a silica PLC according to an embodiment of the present invention.
도 12a와 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 일예로서 각각 멀티-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.12A and 12B are top views and side-views of multi-mode operation ECL arrays as examples of an optical transmission module (TOSA) of an OLT using a surface bonding technique according to an embodiment of the present invention. Indicates.
도 13a와 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 다른 일예로서 각각 싱글-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.13A and 13B are top views and side-views of single-mode operation ECL arrays as another example of an optical transmission module (TOSA) of an OLT using a surface bonding technique according to an embodiment of the present invention. ).
도 14a와 도 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 정면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 일예로서 각각 멀티-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.14A and 14B are top views and side-views of multi-mode operation ECL arrays as examples of an optical transmission module (TOSA) of an OLT using a front junction technique according to an embodiment of the present invention. Indicates.
도 15a와 도 15b는 본 발명의 일실시예에 따른 정면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 다른 일예로서 각각 싱글-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.15A and 15B are top views and side-views of single-mode operation ECL arrays as another example of an optical transmission module (TOSA) of an OLT using a front junction technique according to an embodiment of the present invention. ).
도 16a와 도 16b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광수신모듈(ROSA)의 일예로서 각각 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.16A and 16B illustrate a top view and a side-view of an OLT optical receiving module (ROSA) using a surface bonding technique according to an embodiment of the present invention, respectively.
도 17a와 도 17b는 정면 결합형 ECL을 기반으로 열에 의해 파장 가변이 되는 ONT-ROSA의 일예에 대한 각각의 측면도와 평면도를 나타낸다.17A and 17B show side and plan views, respectively, of an example of ONT-ROSA that is wavelength-variable by heat based on a front coupled ECL.
<본 발명의 용어에 대한 간략한 설명>Brief Description of Terms of the Invention
ECL: External Cavity Laser, PLC: Planar Lightwave Circuit,ECL: External Cavity Laser, PLC: Planar Lightwave Circuit,
DCC: Data Control Center, WCC: Wavelength Control Center,DCC: Data Control Center, WCC: Wavelength Control Center,
VG: V-groove for passive fiber alignment,VG: V-groove for passive fiber alignment,
MDF: Main Distribution Frame, MDF: Main Distribution Frame,
WDM: Wavelength Division Multiplexing,WDM: Wavelength Division Multiplexing,
WDM MUX: WDM Multiplexer(MUX), WDM DMX: WDM De-Multiplexer(DMX),WDM MUX: WDM Multiplexer (MUX), WDM DMX: WDM De-Multiplexer (DMX),
CO: Central Office, ONT: Optical Network Terminal,CO: Central Office, ONT: Optical Network Terminal,
OLT: Optical Line Terminal,OLT: Optical Line Terminal,
Rx: Receiver(Photo Diode + Electronics),Rx: Receiver (Photo Diode + Electronics),
LD: Laser Diode, PD: Photo Diode,LD: Laser Diode, PD: Photo Diode,
mPD: monitor PD, WBG: Waveguide Bragg Grating,mPD: monitor PD, WBG: Waveguide Bragg Grating,
ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly,ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly,
TOSA: Transmission Optical Sub-Assembly,TOSA: Transmission Optical Sub-Assembly,
FTTH: Fiber To the Home, AON: Active Optical Network,FTTH: Fiber To the Home, AON: Active Optical Network,
E-PON: Ethernet PON, B-PON: Broadband PON,E-PON: Ethernet PON, B-PON: Broadband PON,
G-PON: Gigabit Ethernet PON, UTP: Unshielded Twisted Pair.G-PON: Gigabit Ethernet PON, UTP: Unshielded Twisted Pair.
본 발명은 WDM-PON 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파장분할 다중방식(WDM) 기반의 수동형 광가입자망 구성을 위해 원천적으로 요구되는 하이브리드 집적 파장가변 외부공진레이저 광원 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a WDM-PON system, and more particularly, to a hybrid integrated wavelength tunable external resonant laser light source technology that is fundamentally required for WDM-based passive optical subscriber network construction.
현재의 UTP를 통한 DSL 기술 및 HFC를 통한 CMTS 기술은 향후 활성화 될 음성, 데이터, 그리고 방송이 융합된 서비스를 가입자에게 제공하는데 있어서 충분한 대역폭 및 품질 보장을 제공하기가 어려울 것으로 예상된다. 이를 해결하기 위해서 가입자까지 광섬유로 연결하는 FTTH 기술이 전 세계적으로 활발히 연구되고 있다.Current DSL over UTP and CMTS over HFC technologies are expected to be difficult to provide sufficient bandwidth and quality assurance in providing subscribers with converged voice, data, and broadcast services. In order to solve this problem, FTTH technology for connecting subscribers with optical fibers has been actively studied worldwide.
Digital home service가 확대됨에 따라 가입자 당 평균 100 Mbps 이상의 대역폭이 요구될 것으로 전망되고, 따라서 이와 같은 수준의 대역폭을 제공하기 힘든 기존의 DSL 방식 및 Cable 모뎀 방식은 점차 FTTH 방식으로 대체될 것으로 예측되는 것이다.As the digital home service expands, the average bandwidth of 100 Mbps or more per subscriber is expected. Therefore, the existing DSL and cable modem methods, which cannot provide the same level of bandwidth, are expected to be gradually replaced by the FTTH method. .
FTTH 기술이 형성되는데 있어서 해결해야 할 주요 문제로는 첫째, 가입자 수의 증가를 광섬유 포설 규모를 크게 증가하지 않는 상태에서 수용할 수 있는 기술과 둘째, 가입자에게까지 광으로 연결하는데 드는 비용이 기존 방식에 의한 비용과 비교될 수 있는 수준으로 저가화 되어야 하는 것을 들 수 있다.The main problems to be solved in the formation of FTTH technology are firstly, a technology that can accommodate the increase in the number of subscribers without significantly increasing the size of the fiber installation, and secondly, the cost of connecting optically to the subscribers. The cost should be lowered to a level comparable to the cost.
FTTH 기술 개발에 있어서 가장 중요한 점은 가입자망에 적합한 광원을 개발하는데 있고, 가입자망의 특성상 경제성, 대량 생산성, 설치 및 관리의 용이성이 가장 우선적으로 고려되어야 한다. The most important point in the development of FTTH technology is to develop a light source suitable for a subscriber network. The characteristics of the subscriber network should be considered to be economical, mass productivity, and easy to install and manage.
광가입자망은 크게 PON 방식과 AON 방식으로 구분될 수 있다. Optical subscriber network can be largely divided into PON and AON.
PON 방식은 ATM-PON, B-PON, G-PON, E-PON 형태로 발전되고 있고, AON 방식은 이더넷 스위치를 광섬유에 의해서 적층 구조 형태로 연결하는 형태로 발전되고 있다. 상기 PON 방식과 AON 방식은 모두 전송 방향 당 단일 파장 위에서 광전송로가 구성된다. 그러나 가입자에게 품질이 보장된 100Mbps 이상의 고 대역폭을 제공하기에는 CO(Central Office)와 가입자 사이에 광선로의 사용 및 효율성 측면에 한계가 있을 것으로 예상된다. 이를 해결하기 위해서, WDM 기술을 가입자망에 도입하려는 시도가 최근에 진행되고 있다.The PON method is being developed in the form of ATM-PON, B-PON, G-PON, E-PON, and the AON method is being developed in the form of connecting an Ethernet switch in a stacked structure by an optical fiber. In the PON and AON systems, an optical transmission path is configured on a single wavelength per transmission direction. However, it is expected that there will be a limit in terms of the use and efficiency of the optical path between the central office and the subscriber station in order to provide the subscriber with a high bandwidth of more than 100 Mbps with guaranteed quality. In order to solve this problem, attempts have recently been made to introduce WDM technology into a subscriber network.
WDM-PON 방식은 광섬유 한 가닥에 복수의 광파장을 다중화 하여 광파장 수 만큼 광섬유 가닥 수를 늘리는 효과를 줌으로써, 여러 가입자를 하나의 광선로에 수용하여 선로 비용 절감 및 head-end에서의 집중 운용관리에 의한 비용 절감이 가능하므로, 상기에서 언급한 FTTH 기술이 형성되는데 있어서 해결해야 할 첫째 조건을 만족할 수 있으며, 또한 가입자별로 각각 서로 다른 파장의 광채널 할당에 의해 가입자 트래픽을 분리함으로써 보안 및 프로토콜 투명성 측면에서 장점을 갖는다.The WDM-PON method increases the number of fiber strands by the number of optical wavelengths by multiplexing a plurality of optical wavelengths on one fiber, thereby reducing the cost of the line by accommodating several subscribers in a single optical path and by intensive operation management at the head-end. Since the cost can be reduced, the first condition to be solved in the formation of the above-described FTTH technology can be satisfied, and the advantages of security and protocol transparency in that the subscriber traffic is separated by fiber channel allocation of different wavelengths for each subscriber are provided. Has
WDM 기반의 FTTH 망을 위해서, 현재까지 광신호 전송에 대한 다양한 방식들이 제안되었다. 가입자에게 광원이 있는 방식과 가입자에게 광원 대신 모듈레이터가 있고 CO에서 내려온 광원을 변조만 하여 다시 CO로 올려 보내는 소위 loop-back 방식이 있다. 가입자 ONT에 광원이 있는 경우는, 파장이 지정된 광원(예를 들어, DFB-LD)을 사용하는 방식과 FP-LD와 같은 광대역 광원에 외부에서 광을 주입시켜서 주입된 외부광의 파장에 locking된 광파장을 생성하는 injection-locking 방식 등 이 있다. For the WDM-based FTTH network, various schemes for optical signal transmission have been proposed to date. The subscriber has a light source and the subscriber has a modulator instead of a light source, and there is a so-called loop-back method that modulates the light source from CO and sends it back to CO. If there is a light source in the subscriber ONT, the wavelength using a light source with a specified wavelength (for example, DFB-LD) and an optical wavelength locked to the wavelength of external light injected by externally injecting light into a broadband light source such as FP-LD Injection-locking method to generate
가입자에 광파장이 지정된 광원이 장착되는 경우, 단위 네트워크 내에 포함된 가입자들에게 서로 다른 광파장을 송출하는 광원들이 배정되어야 한다. 이 경우, 송신단에는 서로 다른 파장의 광신호( 에서 )를 출력하는 N개의 광원들과 출력된 광파장들을 다중화하는 하나의 N x 1 WDM MUX(multiplexer)가 설치되고, 수신단에는 수신된 신호를 파장별로 분리하는 하나의 1 x N WDM DMX(demultiplexer)와 광신호로부터 전기적인 신호를 재생하는 N개의 PD(Photo diode, 광 검출기)가 설치된다. 그러나, 이와 같은 방식이 갖는 단점은 가입자에게 서로 다른 파장이 지정된 ONT를 생산, 관리 그리고 설치해야 하는 이른바 물품관리(inventory management)문제가 발생한다는 점이다. 즉, 가입자에 광파장이 지정된 광원이 장착되는 방식이 대량으로 시장에 적용될 경우 물품관리 문제는 시장 확장에 큰 걸림돌이 될 수 있다. If the subscriber is equipped with a light source for which light wavelength is designated, light sources for transmitting different light wavelengths to subscribers included in the unit network should be assigned. In this case, the transmitting end has an optical signal of different wavelength ( in 1 N x 1 WDM MUX (multiplexer) for multiplexing the output light wavelengths and N light sources for N PDs (photo diodes) are provided for reproducing electrical signals from the optical signals. However, the drawback of this approach is that subscribers encounter so-called inventory management problems that require the production, management and installation of ONTs with different wavelengths. In other words, if the subscriber is equipped with a light source that is assigned a light wavelength is applied to the market in large quantities, the problem of goods management can be a big obstacle to market expansion.
이러한 물품관리 문제를 해결하는 방법으로는 CO에서 지정된 파장의 광을 가입자에게 제공하는 것이다. 이런 종류에는 다양한 방식이 제시되었는데, 그 중 하나는 비간섭성 광대역 광원(예를 들어, EDFA)을 가입자 쪽으로 내려 보내고, 가입자 근처에서 WDM DMX에 의해서 파장을 나누어서 해당 가입자의 FP-LD에 주입하여 FP-LD의 한 모드를 injection-locking 한 후 상향으로 전송하는 데이터 직접 변조 방식이다.One way to solve these goods management problems is to provide subscribers with light at the wavelength specified by the CO. Various schemes have been proposed for this class, one of which sends an incoherent broadband light source (e.g. EDFA) down to the subscriber, splits the wavelength by the WDM DMX near the subscriber and injects it into the subscriber's FP-LD. It is a data direct modulation method that transmits upward after injection-locking one mode of FP-LD.
그러나, 이 방식이 가지는 단점은 첫째, 외부 주입광의 광 파워를 고려하면 광대역 광원으로서 고가의 EDFA를 사용하여야 하고, 둘째, injection-locking의 온도변화에 따른 불안정성 및 광간섭 잡음 때문에 1Gbps 이상의 데이터를 전송하기가 어렵다는 점이다.However, the disadvantages of this method are firstly, considering the optical power of the external injection light, an expensive EDFA should be used as the broadband light source. Second, data transmission of 1 Gbps or more due to instability and optical interference noise caused by the temperature variation of injection-locking. It is difficult to do.
상기 물품관리 문제를 해결하기 위한 또 다른 방식으로는, CO에 DFB-LD를 두고 이것의 출력 광원을 가입자의 FP-LD에 주입시켜서 FP-LD의 한 모드를 locking 시키는 방식이 있다. Another way to solve the goods management problem is to lock the mode of the FP-LD by placing the DFB-LD in CO and its output light source to the FP-LD of the subscriber.
그러나 이 방식이 가지는 단점은 CO에 있는 DFB-LD의 파장과 가입자의 FP-LD의 모드들의 파장이 온도 변화에 따라 어긋날 확률이 높아서 아주 쉽게 locking 상태가 깨진다는 점이다.However, the disadvantage of this method is that the locking state is very easily broken because the wavelength of the DFB-LD in the CO and the wavelengths of the FP-LD modes of the subscriber are high.
한편, CO가 WDM-PON을 기반으로 다수의 가입자를 수용함에 따라 발생하는 광송수신 모듈의 부피 문제를 해결하기 위해서 어레이(array) 형태의 다파장 광원모듈 개발이 다양한 광원 방식과 함께 활발히 진행되고 있다. 종래에는 대부분 DFB-LD 형태를 기반으로 하고 있으나, 아직도 제작공정의 복잡성, 파장 개수 증가에 따른 yield의 하락, 그리고 안정적 동작에 대한 신뢰성 등 많은 문제를 개선할 필요가 있다.Meanwhile, in order to solve the volume problem of the optical transmission / reception module generated by CO accommodating a plurality of subscribers based on the WDM-PON, the development of an array-type multi-wavelength light source module is actively progressing with various light source methods. . Conventionally, most of them are based on the DFB-LD type, but there are still many problems to improve such as the complexity of the manufacturing process, the decrease in yield due to the increase in the number of wavelengths, and the reliability of the stable operation.
이와 같이, WDM-PON이 해결해야 할 중요한 문제들로서는 첫째 광모듈의 저가화를 이루고, 둘째 OLT 광모듈의 고집적화를 이루며, 그리고 셋째 광파장에 무관한 ONT를 이루어야 하는 것이다.As such, the important problems to be solved by the WDM-PON are to achieve a low cost of the first optical module, a high integration of the OLT optical module, and a third ONT independent of the optical wavelength.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 현재 광모듈 가격의 큰 비중을 차 지하는 패키징(packaging) 공정을 PLC를 기반으로 한 수동정렬방식을 사용함으로써 용이한 대량생산을 통해 광모듈의 저가화를 가능하도록 제공한다.The technical problem to be achieved by the present invention is to enable a low cost of the optical module through easy mass production by using a manual sorting method based on the PLC in the packaging process that takes up a large portion of the current optical module price. to provide.
그리고, 수만에서 많게는 십만 가입자 이상을 CO가 수용하기 위해서는 OLT 광모듈의 집적도를 높여서 부피를 줄이는 것이다. 이를 위해서, 다파장 광송신 및 파장 다중화 기능을 동일 칩에서 구현하는 방식과, 파장 역다중화 및 다파장 광신호 수신 기능을 동일 칩에서 구현하는 방식을 제공한다.In addition, in order to accommodate CO of tens of thousands to more than 100,000 subscribers, the volume of OLT optical modules is increased to reduce the volume. To this end, the present invention provides a method of implementing multi-wavelength optical transmission and wavelength multiplexing functions on the same chip, and a method of implementing wavelength demultiplexing and multi-wavelength optical signal reception functions on the same chip.
또한, 광파장이 지정된 광원이 장착된 ONT의 단점인 양산성 및 관리성의 제약 문제를 해결하고, 동시에 ONT에 광원이 없는 loop-back 형태의 광가입자망이 갖는 optical power budget, ONT 제어회로의 복잡성, 그리고 ONT의 동작 신뢰도 측면의 단점들을 해결하고자 한다. 이를 위해서, ONT는 광원을 포함하고 있지만 특정 광파장이 지정되지 않는 방식을 제공한다. ONT에 실장되는 PLC-ECL에 사용하는 광파장 전대역을 가변할 수 있는 광대역 파장가변 능력을 부여함으로써, ONT가 광파장에 의해서 구분되는 소위 관리 문제를 해결하는 것이다. 즉, ONT 광원의 파장은 ONT가 가입자 구역에 설치될 때 설치자에 의해서 세팅될 수 있으며, 또는 OLT에서 ONT에게 보내는 광파장 제어 신호에 의해서 ONT 광송신모듈의 WBG 온도가 제어되어 광파장이 세팅될 수 있다. 따라서, ONT는 생산 당시 특정 광파장이 지정되어 있지 않고, 수동 또는 자동으로 설치 후에 설정되는 형태이므로 관리 문제를 해결하는 것이다.In addition, it solves the problem of mass production and manageability, which is a disadvantage of ONT equipped with a light source with a specified wavelength, and at the same time, the optical power budget of the loop-back optical subscriber network without the light source in ONT, And we want to solve the shortcomings of the operation reliability aspect of ONT. To this end, ONT provides a way to include a light source but not specify a particular light wavelength. It is to solve the so-called management problem in which ONT is distinguished by optical wavelength by giving a wide band wavelength variable capability that can vary the entire optical wavelength band used for PLC-ECL mounted in ONT. That is, the wavelength of the ONT light source can be set by the installer when the ONT is installed in the subscriber zone, or the WBG temperature of the ONT optical transmission module can be set by the optical wavelength control signal sent from the OLT to the ONT. . Therefore, since ONT is not assigned a specific light wavelength at the time of production, but is set after manual or automatic installation, it solves a management problem.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템은, 파장가변 제 1 도파로 브라그격자(WBG)가 형성되어 있고 데이터 송신용 광파장을 생성하는 제 1 외부공진레이저(ECL) 어레이로 이루어진 광송신부와 광검출기(PD) 어레이로 이루어진 광수신부로 구성되되 상기 광송신부는 상기 제 1 외부공진레이저 어레이로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하는 제 1 파장다중화기(WDM MUX)를 가지고, 상기 광수신부는 입력되는 다중화된 광파장을 파장별로 분리하여 수신하기 위한 제 1 파장분배기(WDM DMX)를 가지는 OLT(Optical Line Terminal); 상기 OLT로부터 송신되는 상기 데이터 송신용 광파장을 수신하는 광수신부와 파장가변 제 2 도파로 브라그격자(WBG)가 형성되어 있고 상기 OLT로부터 입력되는 상기 데이터 송신용 광파장에 따라 상기 제 2 도파로 브라그격자에 가해지는 온도를 제어함으로써 파장가변 광파장을 생성하는 제 2 외부공진레이저(ECL)로 구성된 광송신부로 이루어진 다수개의 ONT(Optical Network Terminal); 상기 다수개의 ONT 근처인 MDF(Main Distribution Frame)에 위치하고 상기 OLT의 제 1 파장다중화기로부터 광섬유를 통해 전송되는 다중화된 광파장을 파장별로 나누어서 각각의 광파장을 상기 ONT 중에서 해당하는 ONT로 연결하는 제 2 파장분배기(WDM DMX); 및 상기 다수개의 ONT 근처인 MDF(Main Distribution Frame)에 위치하고 상기 다수개의 ONT의 광송신부로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하여 광섬유를 통해 상기 OLT의 제 1 파장분배기로 전송하는 제 2 파장다중화기(WDM MUX)를 포함하는 것을 특징으로 가진다.In the WDM-PON system based on the wavelength variable external resonant laser light source according to the present invention for achieving the above technical problem, the wavelength variable first waveguide Bragg grating (WBG) is formed and generates a first wavelength for data transmission A first wavelength multiplexer comprising an optical transmitter comprising an external resonance laser (ECL) array and an optical receiver comprising an optical detector (PD) array, wherein the optical transmitter multiplexes a plurality of optical wavelengths output from the first external resonance laser array. An optical line terminal (OLT) having a first wavelength divider (WDM DMX) for receiving the multiplexed optical wavelengths separated by wavelength; A light receiving unit for receiving the data wavelength for transmitting data transmitted from the OLT and a wavelength variable second waveguide Bragg grating (WBG) are formed and the second waveguide Bra grating according to the light wavelength for data transmission input from the OLT. A plurality of optical network terminals (ONTs) comprising an optical transmitter configured of a second external resonant laser (ECL) to control the temperature applied to the optical wave; A second channel located in a main distribution frame (MDF) near the plurality of ONTs and dividing the multiplexed optical wavelengths transmitted through the optical fiber from the first wavelength multiplexer of the OLT by wavelength to connect each optical wavelength to a corresponding ONT among the ONTs; Wavelength divider (WDM DMX); And a second wavelength multiplexer located in a main distribution frame (MDF) near the plurality of ONTs and multiplexing a plurality of optical wavelengths output from the optical transmitters of the plurality of ONTs and transmitting the multiplexed optical wavelengths to a first wavelength divider of the OLT through an optical fiber. WDM MUX).
또한, 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서, 평판형 도파로 회로(PLC) 내부에 도파로 브라그격자(WBG)를 형성하여 가변할 수 있는 데이터 송신용 광파장을 생성하는 외부공진레이저(ECL) 어레이로 이루어진 광송신부; 상기 광송신부의 외부공진레이저(ECL) 어레이로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하는 파장다중화기(WDM MUX); ONT(Optical Network Terminal)로부터 입력되는 다중화된 광파장을 파장별로 분리하여 분배하는 파장분배기(WDM DMX); 및 상기 파장분배기(WDM DMX)로부터 분배되는 광파장을 검출하는 광검출기(PD) 어레이로 이루어진 광수신부;를 포함하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT(Optical Line Terminal)를 특징으로 가진다.In addition, in the wavelength division multiplexing passive optical subscriber network (WDM-PON) system based on the wavelength variable external resonant laser light source according to the present invention for achieving the above technical problem, a waveguide bra in a flat waveguide circuit (PLC) An optical transmitter comprising an external resonance laser (ECL) array for forming a grid (WBG) to generate an optical wavelength for data transmission that can be varied; A wavelength multiplexer (WDM MUX) for multiplexing a plurality of optical wavelengths output from an external resonance laser (ECL) array of the optical transmitter; A wavelength divider (WDM DMX) for separating and distributing the multiplexed optical wavelengths inputted from an optical network terminal (ONT) for each wavelength; And an optical line terminal (OLT) based on a tunable external resonant laser light source including a light receiving unit comprising a photodetector (PD) array for detecting an optical wavelength distributed from the wavelength divider (WDM DMX).
또한, 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 파장분할다중방식 수동형 광가입자망 시스템은 OLT(Optical Line Terminal)로부터 전송되는 광파장을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 광수신부(Rx); 상기 광수신부로부터 전기적 신호로 변환된 정보로부터 일반 데이터와 WBG 제어 데이터로 분리하는 DCC(data control center); 상기 DCC로부터 상기 WBG 제어 데이터를 입력받아 상기 WBG 제어 데이터에 따라 도파로 브로그격자(WBG)의 온도를 조절하여 상향 데이터 송신용 상향 광파장을 제어하는 WCC(wavelength control center); 및 상향 데이터를 상기 상향 광파장에 변조하여 상기 광종단장치(OLT)로 전송하는 외부공진레이저(ECL)를 포함하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT(Optical Network Terminal)를 특징으로 가진다.In addition, the WDM-PON wavelength division multiplex passive optical subscriber network system based on the wavelength variable external resonant laser light source according to the present invention for achieving the above technical problem is to receive an electrical signal transmitted from the optical line terminal (OLT) A light receiving unit (Rx) to convert to; A data control center (DCC) for separating general data and WBG control data from information converted into an electrical signal from the optical receiver; A WCC (wavelength control center) for receiving an input of the WBG control data from the DCC and controlling an uplink optical wavelength for uplink data transmission by adjusting a temperature of a waveguide brogg grid (WBG) according to the WBG control data; And an optical network terminal (ONT) based on a wavelength-variable external resonant laser light source including an external resonant laser (ECL) for modulating uplink data to the uplink optical wavelength and transmitting it to the optical termination device (OLT).
또한, 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 파장분할다중방식 수 동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에서 ONT(Optical Network Terminal)의 상향 광파장 제어 방법은, 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에서 ONT(Optical Network Terminal)의 상향 광파장 제어 방법에 있어서, (a) 네트워크에 연결되어 신규 설치된 상기 ONT에 미리 정하여진 하향 광파장에 해당하는 상기 ONT의 상향 광파장 정보를 결정하는 단계; (b) 상기 OLT는 상기 ONT에 정해진 하향 광파장에 상기 (a)단계에서 결정된 상기 상향 광파장 정보를 실어서 상기 ONT로 전송하는 단계; (c) 상기 ONT는 상기 (b)단계에서 상기 OLT로부터 하향 광파장에 실려서 전송된 상기 상향 광파장 정보를 통하여 상향 광파장을 생성하는 단계; 및 (d) 상기 ONT는 상기 (c)단계에서 생성된 상향 광파장에 상향 데이터를 실어 상기 OLT로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 가진다.In addition, in the wavelength division multiplex passive optical subscriber network (WDM-PON) system according to the present invention for achieving the above technical problem, the optical wavelength control method of the optical network terminal (ONT), the wavelength division multiplex passive optical subscriber network ( A method of controlling uplink optical wavelength of an optical network terminal (ONT) in a WDM-PON system, the method comprising: (a) determining uplink optical wavelength information of the ONT corresponding to a predetermined downlink wavelength of the ONT newly connected to a network; ; (b) the OLT loading the uplink optical wavelength information determined in the step (a) to the downlink optical wavelength determined in the ONT and transmitting the information to the ONT; (c) the ONT generating an upward optical wavelength through the upward optical wavelength information transmitted by being loaded on the downward optical wavelength from the OLT in the step (b); And (d) the ONT includes transmitting uplink data to the OLT by loading uplink data on the uplink optical wavelength generated in step (c).
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 대한 WDM-PON 구조의 블럭도를 나타낸다.1 shows a block diagram of a WDM-PON structure for one embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, WDM-PON의 망구조는 CO(Centrol Office, 이하 'CO'라 한다)에 해당하는 OLT(optical line terminal)(100)와 가입자에 해당하는 ONT(가입자 광 종단장치)(optical network terminal, 이하 'ONT'라 한다)(160) 사이에 능동소자가 없는 PON 형태를 갖는다.Referring to FIG. 1, the WDM-PON network structure includes an optical line terminal (OLT) 100 corresponding to a CO (Centrol Office, hereinafter referred to as 'CO') and an subscriber optical terminator (ONT) corresponding to a subscriber ( The optical network terminal (hereinafter referred to as 'ONT') 160 has a PON form without active elements.
Central Office(CO, 센트럴 오피스)에 위치하는 OLT(100)는 다수의 외부공진레이저(external cavity laser, 이하 ECL) array(112)가 평판형 도파로 회로(planar lightwave circuit, 이하 PLC)(110) 플랫폼에 하이브리드 형태로 집적되어 각기 다른 파장의 광을 송출하는 다채널 광송신 모듈과, 각기 다른 광파장의 입력 광을 수신하기 위해서 다수의 PD(광 검출기)(photo-diode, 이하 'PD'라 한다) array(122)가 PLC(120) 플랫폼에 하이브리드 형태로 집적되어 있는 다채널 광수신 모듈을 포함한다. The
ONT(160)는 광파장을 임의로 조절할 수 있는 파장가변 ECL로 구성된다.
도 1에서는 ONT(160)에 광원을 장착하면서도 ONT(160)의 광파장 구분을 없애는 하나의 방법을 제시한다. ONT(160)의 광송신 모듈은 FP-LD와 WBG로 구성된 ECL 형태를 취하고, WBG 반사대역의 중심파장은 열광학 효과에 의하여 원하는 광파장으로 세팅된다. ONT(160)의 상향 데이터를 전송하기 위한 광파장 셋팅은 설치자가 가입자 댁내에 설치할 때 수동으로 지정된 파장을 셋팅하는 방법과, ONT가 가입자 댁내에 설치된 후 OLT는 해당 가입자에게 할당된 광파장을 통해서 파장 정보를 송출함으로써 ONT(160) 스스로 할당된 파장을 셋팅하는 방법을 사용한다.1 illustrates a method of eliminating the light wavelength division of the
도 1에서는, WDM-PON을 구성하는데 있어서 PLC 기반의 ECL(PLC-ECL)을 광원모듈로 채택하고, ONT 용 PLC-ECL에서 발진되는 광의 중심파장은 광통신용 파장 전대역에서 가변 될 수 있도록 하고, 한편 OLT 용 PLC-ECL에서 발진되는 광의 중심파장은 제작시 설정된 중심파장을 중심으로 좌우로 미소 가변하여 ITU-T 가 정한 광통신용 파장에 맞추도록 하고, 데이터를 PLC-ECL에 직접 변조하여 광신호를 전송하고, OLT(100)의 다 채널 광송신 및 광수신 모듈들 각각은 단일 칩 위에서 집적화된 WDM multiplexer(MUX)와 demultiplexer(DMX)를 포함한다.In FIG. 1, PLC-based ECL (PLC-ECL) is adopted as a light source module in constructing the WDM-PON, and the center wavelength of the light emitted from the PLC-ECL for ONT can be varied in the entire wavelength band for optical communication. On the other hand, the center wavelength of the light oscillated by OLT PLC-ECL is slightly variable from side to side with respect to the center wavelength set at the time of manufacture so as to match the wavelength of optical communication determined by ITU-T, and modulates data directly to PLC-ECL And each of the multi-channel optical transmission and optical reception modules of the
여기에서, 파장가변 PLC-ECL(112)(170) 광송신 모듈의 특징은 다음과 같다. Here, the characteristics of the wavelength variable PLC-ECL 112 (170) optical transmission module is as follows.
페브리-페롯 레이저다이오드(FP-LD)가 PLC 위에 정면(butt mount) 또는 표면접착(surface mount) 되고, 광섬유가 부착되는 V-groove와 FP-LD 사이의 광도파로 상의 임의의 지점에 Waveguide Bragg-grating(WBG)가 성형된다. PLC-ECL의 출력 광파장은, FP-LD와 WBG 사이에 형성되는 external cavity(외부공진) 거리에 의해서 결정된 위상 조건을 만족하는 광파장들 중 WBG 반사 대역안에 포함된 한개 혹은 다수개의 longitudinal mode(들)로 결정된다. A Fabry-Perot laser diode (FP-LD) is butt mount or surface mount on the PLC and the Waveguide Bragg at any point on the optical waveguide between the V-groove and the FP-LD to which the fiber is attached. -grating (WBG) is molded. The output light wavelength of PLC-ECL is one or more longitudinal mode (s) included in the WBG reflection band among the light wavelengths satisfying the phase condition determined by the external cavity distance formed between FP-LD and WBG. Is determined.
따라서, WBG의 온도를 국부적으로 변화시키면 PLC 도파로의 유효 굴절율이 변하게 되어 PLC-ECL(112)(170)의 출력 광파장을 가변할 수 있다.Therefore, if the temperature of the WBG is locally changed, the effective refractive index of the PLC waveguide is changed, so that the output light wavelength of the PLC-ECL 112 (170) can be varied.
하향 광신호 분배는 ONT(160) 근처에 있는 WDM DMX(140)에서 수동적으로 이루어진다. 모든 광송신 모듈(110)과 광수신 모듈(120)은 패키징(packaging)의 최소화 및 양산화를 위해서 PLC를 기반으로 하고 있다. Downlink optical signal distribution is performed manually at the
OLT의 광송신 모듈(110)은 FP-LD와 WBG(Waveguide Bragg Grating)으로 구성되는 ECL(External Cavity Laser)들(112-1)(112-2)(112-n)이 어레이(array) 형태로 배열되어 있다. 각각의 ECL(112)에는 ITU-T가 권고하는 광파장들 부근의 파장을 갖도록 해당 WBG의 반사 중심파장이 지정되고, WBG의 온도를 미세 가변시켜서 ITU-T의 권고 광파장에 출력광파장이 일치하도록 한다. 각각의 ECL(112)의 출력단은 같은 칩에 성형된 WDM MUX(114)에 입력되고, WDM MUX(114)의 출력에서는 파장 다중화된 광신호가 출력된다. 이렇게 ECL 어레이(112)와 WDM MUX(114)가 동일 칩 위에서 PLC를 형성함으로써 최종 출력되는 광섬유 피그 테일링(pig-tailing)이 한 공정으로 단순화된다.The OLT
OLT에 실장되는 광송신 모듈은 단일 웨이퍼 위에 다수의 PLC-ECL array가 N x 1 WDM MUX(114)와 집적되어 다수의 광원이 하나의 출력단으로 결합된다. WDM MUX(114)의 출력단에는 광섬유 한 가닥을 접속할 수 있도록 V-groove(VG)(116)가 위치한다. 한편, OLT(100)에 실장되는 광수신 모듈(120)은 단일 칩 위에 광섬유 한 가닥을 인입할 수 있도록 V-groove(VG)(126)가 위치하고, 이와 연결된 1 x N WDM DMX(124)가 위치하고, N개의 WDM DMX(124) 출력 포트 각각에 수광 PD(122)가 array 형태로 배열된다.In the optical transmission module mounted in the OLT, a plurality of PLC-ECL arrays are integrated with an N × 1
상기 OLT(100)의 광송신모듈(110) 및 광수신모듈(120)의 가장 큰 특징은 수동형 정렬 방식을 사용하고, 광송신모듈(110) 및 광수신모듈(120)의 출력이 하나의 포트로 단일화되므로 광섬유 피그테일(pigtail)이 간단하다는 것이다. 광섬유 피그테일이 간단하다는 것은 패키징(packaging) 가격을 대폭 낮추고, 생산성(yield) 향상과 모듈의 신뢰도를 개선하는 효과를 가져다 줄 수 있다. 또한, 단일 칩 위에서 다채널 광송신모듈(100) 및 다채널 광수신모듈(120)이 각각 집적화 되므로 광모듈의 대량 설치에 따른 부피 문제를 해결할 수 있게 된다.The biggest feature of the
OLT의 광수신 모듈(120)은 칩의 입력단에 WDM DMX(124)가 위치하고 WDM DMX(124)의 출력단 각각에 PD(122)가 연결된다. OLT의 광송신 모듈(110)과 마찬가지로 WDM DMX(124)와 PD 어레이(122)가 단일 칩 위에 집적된다.In the
OLT(100)의 광송신 모듈(110)로부터 출력된 광파장 다중화된 광신호는 가입자 주거지 근처에 위치한 MDF(Main Distribution Frame)의 WDM DMX(WDM De-Multiplexer, 이하 'WDM DMX'라 한다)(140)에서 파장이 분리되고 각각의 광파장은 해당하는 ONT(160)에 전송된다.The optical wavelength multiplexed optical signal output from the
WDM DMX(140)로부터 전송된 광신호는 ONT(160)의 Rx(광수신 모듈)(이하 'Rx'라 한다)(162)에서 전기적 신호로 변환되어 DCC(data control center, 이하 'DCC'라 한다)(164)로 입력된다.The optical signal transmitted from the
DCC(164)에서는 OLT(100)의 광송신 모듈(110)로부터 입력되는 데이터로부터 일반 데이터와 WBG 제어 데이터를 분리하여, 일반 데이터는 하향데이터 처리부(180)로 보내고, WBG 제어정보는 WCC(wavelength control center, 이하 'WCC'라 한다)(166)로 보낸다. WCC(166)는 DCC(164)로부터 입력되는 WBG 제어 데이터를 통하여 파장값을 로딩하고 이에 상응하는 온도를 PLC-ECL(170)의 WBG에 가한다.In the
PLC-ECL(170)에서 WCC(166)로 피드백된 mPD의 출력은 ECL 공진 모드의 광출력을 monitoring 하는데 이용될 뿐만 아니라, OLT(100)로부터 할당받은 파장을 기준으로 WBG 반사 중심파장을 미세 조정함으로써 ECL 광전력의 최대점을 찾는데 활용될 수 있다. 이러한 파장조절 기능은 OLT(100) 수신 광전력이 최대가 되도록 ONT(160)의 ECL(170)의 광파장을 최적화 하는데도 이용될 수 있다.The output of the mPD fed back from the PLC-
이와 같은 경우 OLT(100)의 광송신 모듈(110)로부터 수신된 광수신 감도에 관한 정보가 DCC(164)에서 데이터로부터 분리되어 WCC(166)에 전달되면, WCC(166)는 이전 기록을 분석하여 PLC-ECL(170) WBG의 온도를 조절함으로써 출력 광파장을 조정하게 된다.In such a case, when information on the optical reception sensitivity received from the
도 2는 도 1에서의 광통신로 설정 과정의 일예를 도시한 것이다.2 illustrates an example of an optical communication path setting process of FIG. 1.
도 2를 살펴보면, ONT(200)의 하향 광파장은 ONT(200)(도 2에서는 ONT1(201), ONT2(202), ONT3(203), ONT4(204), ONT5(205), ONT6(206) 및 ONT7(207)등이 도시되어 있다)의 해당하는 입력단과 연결된 ONT(200) 근처에 있는 WDM DMX(140)의 출력 포트에 의해서 결정되고, 이렇게 ONT(200) 각각에 대하여 물리적으로 정해진 하향 광파장 정보는 OLT(100) 내에 네트워크 설정정보로서 저장된다.Referring to FIG. 2, the downward light wavelength of the
마찬가지로, 상향 광파장도 ONT(200)의 해당하는 출력단과 연결된 ONT(200) 근처에 있는 WDM MUX(150)의 입력포트에 의해서 결정되고, 이 정보 역시 네트워크 설정정보로서 OLT(100) 내에 저장된다. Similarly, the upward optical wavelength is also determined by the input port of the
도 2는 ONT(200) 근처에 위치한 WDM MUX(150) 및 WDM DMX(140)가 동일한 순서로 각각의 ONT(200)들과 연결된 경우로서, 각각의 ONT(200)를 위한 상향 광파장과 하향 광파장이 동일한 경우를 나타낸다. 도 2의 참조번호 210번은 WDM DMX(140)의 출력포트에 의해 연결된 고정된 파장들을 나타낸다. 도 2의 참조번호 220번은 PLC-ECL(170)에 의해 할당된 파장들을 나타낸다.2 illustrates a case where the
도 3은 도 1에서의 ONT(160)의 상향 광파장이 OLT(100)에 의해서 원격에서 할당되는 절차에 대한 일예를 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates an example of a procedure in which the upward light wavelength of the
도 3을 참조하면, ONT(160)가 설치가 완료된 후 OLT(100)는 해당하는 ONT(160)에 정해진 하향 광파장을 통해서 해당하는 ONT(160)의 상향 광파장 정보를 결정한다(S300). Referring to FIG. 3, after the installation of the
OLT(100)는 ONT(160)에 정해진 하향 광파장을 통해서 결정된 상향 광파장 정보를 해당하는 ONT(160)로 송신한다(S310). The
해당하는 ONT(160)는 OLT(100)로부터 하향 광파장을 통해서 상향 광파장 정 보를 획득하면 이 정보를 통하여 상향 광파장을 위한 파장을 셋업하게 된다(S320).When the
구체적인 셋업과정은 상향 광파장 정보를 WCC(166)에 전달하고, WCC(166)는 PLC-ECL(170)의 파장 조절 부분에 일정 전류를 공급하여 지정된 상향 광파장으로 튜닝(tuning) 되도록 한다. In detail, the setup process transmits uplink wavelength information to the
이와 같은 초기화(initialization) 과정이 종료되면, 이후에는 상향 데이터가 상향 광파장에 실려서 OLT(100)로 향하게 된다(S330). When the initialization (initialization) process is completed, afterwards the uplink data is loaded on the optical wavelength to the OLT 100 (S330).
도 4는 PLC를 기반으로 하는 표면접합 집적화 형태의 ONT 광송신 모듈의 측면도이다.4 is a side view of the ONT optical transmission module in the form of surface junction integration based on a PLC.
도 4를 참조하면, 반도체 칩(semiconductor chip)(420)은 광을 생성하는 능동 도파로 영역(active region)(424)과 생성된 광을 PLC에 있는 PLC 도파로(PLC waveguide)(440)로 커플링하기 위한 수동 도파로 영역(passive region)(422)으로 이루어진다. 이와 같은, 반도체 칩(420)은 표면접합(surface mount) 집적화 기술을 이용하여 PLC에 장착된다.Referring to FIG. 4, a semiconductor chip 420 couples an active region 424 that generates light and a generated light to a PLC waveguide 440 in the PLC. Passive waveguide region (passive region) 422. As such, the semiconductor chip 420 is mounted to a PLC using surface mount integration techniques.
반도체 칩(420)의 능동 도파로 영역(424)은 InP 계열의 반도체 물질이 사용되고, 수동 도파로 영역(422)의 물질은 폴리머, 질화물 등이 사용된다.InP-based semiconductor materials are used for the active waveguide region 424 of the semiconductor chip 420, and polymers, nitrides, and the like are used for the passive waveguide region 422.
반도체 칩 도파로(426)와 PLC 도파로(440)는 커플링 영역(coupling region)(445)에서 표면접합되어 있다.The semiconductor chip waveguide 426 and the PLC waveguide 440 are surface bonded in the coupling region 445.
PLC 도파로(440)에는 WBG(455)가 형성되어 있는데, WBG(455) 상부에는 WBG(455)의 온도를 제어하기 위하여 히터(heater)(450) 전극이 부착되어 파장가변 WBG(455)를 형성하게 된다. 광섬유(optical fiber)(470)와 결합되는 부근의 PLC 도 파로(440)는 광섬유(470)와의 광결합 효율을 높이기 위해서 PLC 도파로(440) 내의 빔(beam)이 확대되는 구조인 Spot-size converter(460) 구조를 가진다. 광섬유(470)는 PLC 상에 V-groove(475)를 이용하여 수동정렬하여 실장함으로써 정렬공정을 단순화 할 수 있다.A
PLC에는 열광학 효과에 의하여 반사대역이 가변되는 WBG(455)가 있고, 최종적으로 광섬유를 통하여 발진되는 광의 파장은 반도체 칩(420)의 후면과 WBG(455)에 의하여 생성되는 external cavity(외부 공진)에 의하여 결정된다. The PLC has a
PLC 도파로(440) 물질로서 silica를 사용하는 경우에는 열광학 효과에 의한 WBG 파장 가변 범위가 10nm 정도에 지나지 않으므로, 이를 WDM용으로 사용하기에는 채널 수가 너무 작아서 (예를 들어서, 200GHz 간격으로 할 경우 6 채널) 경제적 효용성이 떨어진다. 이에 비해서 polymer 물질을 사용한 WBG(455)는 파장 가변범위가 최대 30nm 이고 통신파장영역인 C-band 전영역에서 발진 파장을 tuning할 수 있다(예를 들어, 200GHz 간격으로 할 경우 18 채널). 또한, silica/polymer 하이브리드 형태의 PLC 도파로(440)를 이용한 WBG의 파장 가변범위는 약 10~15 nm 정도이다.When silica is used as the material of the PLC waveguide 440, the WBG wavelength variable range due to the thermo-optic effect is only about 10 nm, so the number of channels is too small to be used for WDM (for example, at 200 GHz intervals. Channel) Poor economic utility. In contrast, the
이와 관련된 기초적인 이론을 소개하면 다음과 같다. The basic theory is related as follows.
WBG에서 반사되는 브래그 파장 는 수학식 1과 같다.Bragg Wavelength Reflected from WBG Is the same as
여기서, 는 PLC 도파로(440)의 유효굴절율, 는 코어 내에 입사광이 만나는 WBG의 격자주기이다.here, Is the effective refractive index of the PLC waveguide 440, Is the lattice period of the WBG where incident light meets in the core.
반사되는 파장의 3dB 대역폭 는 다음 수학식 2로 결정되며, 이는 전체 격자길이에 반비례하므로 격자와 빛의 상호작용 길이가 길수록 대역폭은 작아지게 된다.3 dB bandwidth of reflected wavelength Is determined by
여기서, L은 빛과 격자와의 상호작용 길이, m은 격자 개수이다. Where L is the interaction length between light and the grating and m is the number of gratings.
입사파와 반사파의 위상조건이 완전히 만족될 때의 반사율 R은 두 파의 결합계수 k와 결합길이 L에 의해서 결정된다. 원하는 브래그 파장을 얻기 위해서는 주어진 유효굴절율 에 대하여, , L을 정한다. 반사되는 브래그 파장 주위에 발생하는 부엽파(side lobe)를 줄이기 위해서 격자 깊이를 Gaussian 형태의 apodization를 취할 수 있다.The reflectance R when the phase conditions of the incident wave and the reflected wave are completely satisfied is determined by the coupling coefficient k and the coupling length L of the two waves. To obtain the desired Bragg wavelength, the effective refractive index given about, , L is determined. To reduce the side lobe that occurs around the reflected Bragg wavelength, Gaussian-shaped apodization can be taken for the grating depth.
한편, WBG의 파장 가변 특성은 인가되는 열전력과 천이되는 파장과의 관계로 수학식 3과 같이 주어진다.On the other hand, the wavelength tunable characteristics of the WBG is given by
여기서, m은 브래그 회절 차수, 는 열광학계수이다. Where m is the Bragg diffraction order, Is the thermo-optic coefficient.
열광학계수가 2x10-3 [K-1], L=0.5um, m=1 인 경우에, nm로 주어지며, 30nm 파장 가변을 위해서는 약 15 oK 정도의 온도변화가 요구된다. PLC에 silica 물질을 사용하는 경우 열광학계수는 대략 1x10-5 [K-1]이고, 폴리머 물질의 경우는 1.5x10-4 [K-1]이다. 따라서, 같은 온도 변화를 인가한 경우일지라도 폴리머 물질을 사용한 WBG이 반사 대역의 중심파장 변이가 실리카의 경우에 비하여 약 15배 크다.When the thermo - optic coefficient is 2x10 -3 [K -1 ], L = 0.5um, m = 1, Given in nm, a change in temperature of about 15 o K is required for a 30 nm wavelength change. When silica material is used for PLC, the thermo-optic coefficient is approximately 1x10 -5 [K -1 ], and for polymer material it is 1.5x10 -4 [K -1 ]. Therefore, even when the same temperature change is applied, the center wavelength variation of the reflection band of the WBG using the polymer material is about 15 times larger than that of the silica.
한편, 기존에 제작되었던 tunable polymer WBG의 특성을 소개하면 (한선규, 'Development of plastic waveguide tunable wavelength filter module' 정보통신산업기술개발사업 최종보고서, 정보통신부, 2001. 4. 30)On the other hand, if you introduce the characteristics of the tunable polymer WBG that has been manufactured (Han Sun-gyu, Final Report of 'Development of plastic waveguide tunable wavelength filter module', ICT Industry Development Project, Ministry of Information and Communication, April 30, 2001)
= -0.3 nm/oc (온도 변화에 따른 중심 광파장 변화율) = -0.3 nm / o c (central light wavelength change rate with temperature)
= -2 x 10-4/oc (온도 변화에 따른 굴절율 변화율) = -2 x 10 -4 / o c (refractive index change rate with temperature change)
파장가변영역: 1535 - 1560 nm (25 nm tuning)Tunable Range: 1535-1560 nm (25 nm tuning)
25nm 파장 tuning을 위한 인가 전압: 50 mV과 같다. Applied voltage for 25nm wavelength tuning: equal to 50 mV.
이와 같은 예는 본 발명이 제시하는 기술적 특징이 실현가능성이 있음을 보여준다.This example shows that the technical features of the present invention are feasible.
도 5는 PLC를 기반으로 하는 정면접합 집적화 형태의 ONT 광송신 모듈의 측면도이다.5 is a side view of the ONT optical transmission module in the form of front junction integration based on a PLC.
도 5를 참조하면, 기본적인 구성은 도 4와 동일하나, 사용되는 반도체 칩(520)의 구성과 PLC 도파로(540)와의 정면접합 광결합 방식을 이용한다는 점에서 상이하다. 반도체 칩(520)의 수동 도파로 영역(522)은 광결합 효율을 향상시키기 위하여 능동 도파로 영역(524)에서 생성된 광빔의 크기를 증가시킨다. 일반적으로, 광빔의 크기 확대에 대한 지표로서 far-field angle을 측정하게 되는데, 수직/수평 각 방향의 far-field angle은 15도 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 도 5에서 미설명된 부분은 도 4를 참조하기로 한다.Referring to FIG. 5, the basic configuration is the same as that of FIG. 4, except that the configuration of the semiconductor chip 520 used and the front junction optical coupling method of the PLC waveguide 540 are used. The
도 6a와 도 6b는 본 발명의 일실시예에서 멀티모드(multi mode)로 동작되는 ECL을 설명하기 위한 그래프이다.6A and 6B are graphs for explaining an ECL operated in a multi mode according to an embodiment of the present invention.
도 6a와 도 6b를 참조하면, WBG의 반사대역의 FWHM의 크기는 다수개의 ECL cavity mode들을 포함할 정도로 크며, 동시에 지정된 WDM 채널(파장) 간격보다는 작다.6A and 6B, the size of the FWHM of the reflection band of the WBG is large enough to include a plurality of ECL cavity modes, and at the same time smaller than the designated WDM channel (wavelength) spacing.
도 6a와 도 6b의 예에서 보는 바와 같이, WDM 채널 간격은 200GHz이고, WBG의 반사대역의 FWHM은 0.8nm이다. 이와 같이 멀티모드로 동작되는 ECL의 경우, 싱글모드(single mode)로 동작되는 ECL에 비해서 WDM 채널파장 간격을 넓게 해야 한 다는 단점이 있는 반면에, 싱글모드 동작 ECL에서 나타나는 온도 및 주입전류 변화에 따른 모드호핑(mode hopping)의 영향을 무시할 정도로 줄일 수 있다는 장점이 있다.6A and 6B, the WDM channel spacing is 200 GHz, and the FWHM of the reflection band of the WBG is 0.8 nm. As described above, the ECL operated in the multi-mode has a disadvantage in that the WDM channel wavelength spacing needs to be wider than the ECL operated in the single mode. There is an advantage that can be reduced to the negligible effect of mode hopping.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 일실시예에서 싱글모드(single mode)로 동작되는 ECL을 설명하기 위한 그래프이다.7A and 7B are graphs for explaining an ECL operated in a single mode in another embodiment of the present invention.
도 7a와 도 7b를 참조하면, WBG mode의 대역폭을 줄여서 ECL cavity 모드 한 개만 공진이 되도록 하면 주모드와 인접모드간의 발진 파워 차이를 크게 할 수 있다는 것을 볼 수 있다. 즉, SMSR(side-mode suppression ratio)을 크게 하여 발진 모드를 단일모드로 만들 수 있는 것이다.7A and 7B, it can be seen that the oscillation power difference between the main mode and the adjacent mode can be increased by reducing the bandwidth of the WBG mode so that only one ECL cavity mode is resonant. That is, the oscillation mode can be made into a single mode by increasing the side-mode suppression ratio (SMSR).
도 8a, 도 8b와 도 8c에서는 WBG 반사대역의 중심파장은 온도에 무관하다고 가정하고 ECL cavity mode가 온도에 따라서 단파장으로 천이하는 경우에 발진되는 모드가 인접모드로 천이되는 현상을 보여준다.8A, 8B, and 8C show that the oscillation mode transitions to the adjacent mode when the ECL cavity mode transitions to the short wavelength according to the temperature, assuming that the center wavelength of the WBG reflection band is independent of temperature.
천이되는 과정에서는 도 8b에서와 같이 인접한 두 개의 ECL cavity mode간의 광출력 파워가 비슷하게 형성되는 경우에 모드 천이 현상은 L-I 특성을 손상시키고, 광원 직접변조시 데이터 전송에 오류를 유발하게 된다.In the transition process, when the optical output power between two adjacent ECL cavity modes is similarly formed, as shown in FIG. 8B, the mode transition phenomenon impairs the L-I characteristics and causes an error in data transmission during direct modulation of the light source.
도 8a, 도 8b와 도 8c는 ECL 구조에서 모드호핑 현상을 설명하기 위한 그래프이다.8A, 8B and 8C are graphs for explaining the mode hopping phenomenon in the ECL structure.
도 8a, 도 8b와 도 8c를 참조하면, WBG 반사대역폭을 줄여서 도 8a와 같이 특정 ECL cavity mode 한 개만 발진하게 할 수 있다. 이와 같은 경우 단일 모드로 출력되는 장점이 있으나, cavity 내 온도 및 전류 변화가 발생할 경우에 발진되는 cavity mode가 인접 모드로 천이하게 된다. ECL cavity mode의 온도에 따른 파장 천이는 설계에 따라 다르지만 대략 이고, WBG의 물질이 silica인 경우 WBG 반사대역 중심파장 변화는 대략 이다. 8A, 8B, and 8C, the WBG reflection bandwidth can be reduced to oscillate only one specific ECL cavity mode as shown in FIG. 8A. In this case, there is an advantage of outputting in a single mode, but when the temperature and current changes in the cavity occurs, the oscillating cavity mode transitions to the adjacent mode. The wavelength shift with temperature in the ECL cavity mode is design dependent but If the material of WBG is silica, WBG reflection band center wavelength change is about to be.
도 8a, 도 8b와 도 8c에서는 WBG 반사대역의 중심파장은 온도에 무관하다고 가정하고 ECL cavity mode가 온도에 따라서 단파장으로 천이하는 경우에 발진되는 모드가 인접모드로 천이되는 현상을 보여준다.8A, 8B, and 8C show that the oscillation mode transitions to the adjacent mode when the ECL cavity mode transitions to the short wavelength according to the temperature, assuming that the center wavelength of the WBG reflection band is independent of temperature.
천이되는 과정에서는 도 8b에서와 같이 인접한 두 개의 ECL cavity mode간의 광출력 파워가 비슷하게 형성되는 경우에 모드 천이 현상은 L-I 특성을 손상시키고, 광원 직접변조시 데이터 전송에 오류를 유발하게 된다.In the transition process, when the optical output power between two adjacent ECL cavity modes is similarly formed, as shown in FIG. 8B, the mode transition phenomenon impairs the L-I characteristics and causes an error in data transmission during direct modulation of the light source.
도 9a와 도 9b는 싱글모드 동작 ECL의 경우에 모드호핑을 억제하는 메커니즘을 설명하기 위한 그래프이다.9A and 9B are graphs for explaining a mechanism for suppressing mode hopping in the case of a single mode operation ECL.
도 9a와 도 9b를 참조하면, ECL에서 형성되는 external cavity 내에 phase를 제어할 수 있는 부분(phase control section)을 삽입한 경우의 그래프를 나타낸다. 일반적으로, 빛을 생성하는 반도체 active 영역에 bias 전류가 증가함에 따라서 ECL cavity mode는 도 9a에서 B의 방향과 같이 파장이 장파장 영역으로 움직이게 된다. 이와 같은 파장 천이는 phase control section에 흐르는 전류를 조절함으로써 보상할 수 있다. 이 개념을 수학식으로 설명하면 다음과 같다.9A and 9B, a graph illustrating a case where a phase control section is inserted into an external cavity formed in an ECL is illustrated. In general, as the bias current increases in the semiconductor active region generating light, the wavelength of the ECL cavity mode moves to the long wavelength region as shown in the direction B of FIG. 9A. This wavelength shift can be compensated by adjusting the current flowing in the phase control section. This concept is explained as follows.
여기서, 는 LD bias 전류이고, 는 phase control section의 DC 전류 성분이고, 는 LD bias 전류의 변화량이다. 또한, 는 에 의한 ECL cavity mode 장파장 천이를 보상할 수 있는 phase control section에 주입해 주어야 하는 전류량을 로 나누어 준 값으로서 phase control section의 파장천이보상 효율성을 나타낸다. here, Is the LD bias current, Is the DC current component of the phase control section, Is the amount of change in LD bias current. Also, Is The amount of current to be injected into the phase control section to compensate for the long wavelength transition by the ECL cavity mode. This value is divided by to represent the wavelength shift compensation efficiency of the phase control section.
값은 phase control section에서 사용되는 도파로 물질의 열광학(Thermooptic) 계수 또는 전계광학(Electrooptic) 계수 부호에 의하여 결정된다. 예를 들어, 폴리머의 경우는 열광학계수가 음수이므로 값은 양수가 되고, 한편 silica 물질의 경우는 열광학계수가 양수이므로 값은 음수가 된다. The value is determined by the thermooptic or electrooptic coefficient sign of the waveguide material used in the phase control section. For example, the polymer has a negative thermo-optic coefficient The value is positive, whereas for silica materials the thermo-optic coefficient is positive The value is negative.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 PLC를 기반으로 한 ONT의 광송신 모듈의 일예로서 single-mode 동작 ECL의 측면도를 나타낸다.FIG. 10 shows a side view of a single-mode operation ECL as an example of an optical transmission module of ONT based on a silica PLC according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 도 4의 표면접합 기법에 의해 열적으로 파장이 가변하는 PLC-ECL의 구조도와 대부분 동일하다. 도 4와 차이점을 중심으로 살펴보면 도 9에서 설명한 바와 같이 ECL 발진 모드의 안정성을 위해서 열광학 또는 전계광학 효과를 이용한 phase control section(위상 조절부)(1080)가 삽입된다는 것이다. 도 10에서 미설명된 부분은 도 4를 참조하기로 한다.Referring to FIG. 10, most of the structural diagrams of the PLC-ECL whose wavelength is thermally changed by the surface bonding technique of FIG. 4 are the same. 4, a phase control section 1080 using thermo-optic or electro-optic effects is inserted for the stability of the ECL oscillation mode. A portion not described in FIG. 10 will be referred to FIG. 4.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 PLC를 기반으로 한 ONT의 광송신 모듈의 또 다른 일예로서 single-mode 동작 ECL의 측면도를 나타낸다.FIG. 11 shows a side view of a single-mode operation ECL as another example of an optical transmission module of ONT based on a silica PLC according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 도 5의 정면접합 기법에 의해 열적으로 변하는 PLC-ECL의 구조도와 대부분 동일하다. 도 5와 차이점으로 중심으로 살펴보면 도 9에서 설명한 바와 같이 ECL 발진 모드의 안정성을 위해서 열광학 또는 전계광학 효과를 이용한 phase control section(위상 조절부)(1180)가 삽입된다는 것이다. 도 11에서 미설명된 부분은 도 5를 참조하기로 한다.Referring to FIG. 11, the structure of the PLC-ECL which is thermally changed by the front junction technique of FIG. 5 is mostly the same. As shown in FIG. 9, a phase control section 1180 using a thermo-optic or electro-optic effect is inserted for the stability of the ECL oscillation mode. Parts not described in FIG. 11 will be referred to FIG. 5.
도 12a와 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 일예로서 각각 멀티-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.12A and 12B are top views and side-views of multi-mode operation ECL arrays as examples of an optical transmission module (TOSA) of an OLT using a surface bonding technique according to an embodiment of the present invention. Indicates.
도 12a와 도 12b를 참조하면, PLC의 waveguide(도파로)(1240)는 폴리머, 실리카 및 질화물 등을 사용할 수 있다. FP-LD array(1220')는 ITU-T가 권고하는 주파수 간격으로 반사대역을 갖는 WBG 어레이와 1대 1로 대응하여 ECL 어레이를 형성한다. 각각의 ECL은 정해진 주파수 간격의 WDM 광신호가 송출될 수 있도록 해당 WBG의 반사대역 중심파장이 설정되고, 반사대역폭은 멀티모드로 발진될 수 있도록 ECL cavity mode 3개 내지 5개 정도가 WBG 반사대역안에 존재할 수 있도록 반사대 역폭을 설정한다.12A and 12B, the
ECL array 출력단의 다파장 광신호들은 PLC 한 칩에 monolithic하게 집적된 WDM MUX(1290)에 의해서 파장 다중화되어 최종 출력된다. 이와 같이 ECL array와 WDM MUX(1290)를 한 PLC 위에 집적화 함으로써 광송신 모듈의 광섬유 피그테일 공정을 한 개로 단순화할 수 있다. WDM MUX(1290)는 arrayed-waveguide grating (AWG), WDM filter 등이 집적될 수 있다.The multi-wavelength optical signals at the output of the ECL array are wavelength-multiplexed by the
광을 생성하는 반도체 칩(semiconductor chip)(1220)은 FP-LD array(1220') 형태로 형성된다. 개별 FP-LD 칩을 각각의 ECL마다 사용하는 방법은 flip-chip bonding 방법을 이용한 수동정렬시 공정 시간이 길어진다는 문제가 있고, 기 bonding된 chip들이 다른 chip bonding시 정렬이 흐트러진다는 문제가 있다. 도 12에서는 FP-LD array(1220')를 사용하여 상기 문제들을 해결한다. 모니터 PD(mPD)(1210) 역시 mPD array(1210') 형태로 형성되어서 각각의 ECL 모듈의 광출력 파워를 모니터링한다.A
도 13a와 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 다른 일예로서 각각 싱글-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.13A and 13B are top views and side-views of single-mode operation ECL arrays as another example of an optical transmission module (TOSA) of an OLT using a surface bonding technique according to an embodiment of the present invention. ).
도 13a와 도 13b를 참조하면, 각각의 ECL은 정해진 주파수 간격의 WDM 광신호가 송출될 수 있도록 해당 WBG의 반사대역 중심파장이 설정되고, 반사대역폭은 single-mode가 발진될 수 있도록 ECL cavity mode 1개가 WBG 반사대역안에 존재할 수 있도록 반사대역폭을 설정한다. Single 발진모드의 안정성 및 발진파장의 미세 tuning을 위한 phase-control section(1380)이 삽입되었다. Phase control section(1380)은 열광학 또는 전계광학 효과를 이용하기 위하여 heater 또는 전극이 도파로 상부에 형성되어 있다. 도 13에서 미설명된 부분에 대하여는 도 12를 참조하기로 한다.Referring to FIGS. 13A and 13B, each ECL has a reflection band center wavelength of a corresponding WBG so that a WDM optical signal with a predetermined frequency interval can be transmitted, and the reflection bandwidth is an
도 14a와 도 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 정면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 일예로서 각각 멀티-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.14A and 14B are top views and side-views of multi-mode operation ECL arrays as examples of an optical transmission module (TOSA) of an OLT using a front junction technique according to an embodiment of the present invention. Indicates.
PLC 도파로(1440)는 폴리머, 실리카 및 질화물 등을 사용할 수 있다. FP-LD array(1420')는 ITU-T가 권고하는 주파수 간격으로 반사대역을 갖는 WBG array와 1대 1로 대응하여 ECL 어레이를 형성한다. 각각의 ECL은 정해진 주파수 간격의 WDM 광신호가 송출될 수 있도록 해당 WBG의 반사대역 중심파장이 설정되고, 반사대역폭은 multi-mode가 발진될 수 있도록 ECL cavity mode 3개 내지 5개 정도가 WBG 반사대역안에 존재할 수 있도록 반사대역폭을 설정한다.The PLC waveguide 1440 may use polymer, silica, nitride, or the like. The FP-LD array 1420 'forms an ECL array in a one-to-one correspondence with a WBG array having a reflection band at a frequency interval recommended by the ITU-T. In each ECL, the center wavelength of the reflection band of the corresponding WBG is set so that the WDM optical signal with a predetermined frequency interval can be transmitted, and the reflection bandwidth is 3 to 5 ECL cavity modes in the WBG reflection band so that the multi-mode can be oscillated. Set the reflection bandwidth so that it exists inside.
ECL 어레이 출력단의 다파장 광신호들은 PLC 한 칩에 monolithic하게 집적된 WDM MUX(1490)에 의해서 파장 다중화되어 최종 출력된다. 이와 같이 ECL array와 WDM MUX(1490)를 한 PLC 위에 집적화 함으로써 광송신 모듈(110)의 광섬유 피그테일 공정을 한 개로 단순화할 수 있다. WDM MUX(1490)는 arrayed-waveguide grating (AWG), WDM filter 등이 집적될 수 있다.The multi-wavelength optical signals at the output of the ECL array are wavelength-multiplexed by the
도 15a와 도 15b는 본 발명의 일실시예에 따른 정면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 다른 일예로서 각각 싱글모드 동작 ECL 어레이의 평면도 (top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.15A and 15B are top views and side-views of single mode operation ECL arrays as another example of an optical transmission module (TOSA) of an OLT using a front bonding technique according to an embodiment of the present invention. Indicates.
도 15a와 도 15b를 참조하면, 각각의 ECL은 정해진 주파수 간격의 WDM 광신호가 송출될 수 있도록 해당 WBG의 반사대역 중심파장이 설정되고, 반사대역폭은 single mode가 발진되기 위하여 ECL cavity mode 1개가 WBG 반사대역 안에 존재하도록 반사대역폭을 설정한다. Single 발진모드의 안정성 및 발진파장의 미세 tuning을 위한 phase control section(1580)이 삽입되었다. Phase control section(1580)은 열광학 효과 또는 전계광학 효과를 이용하기 위하여 heater(1550)가 PLC 도파로(1540) 상부에 있다. 도 15에서 미설명된 부분에 대하여는 도 14를 참조하기로 한다.15A and 15B, each ECL has a reflection band center wavelength of a corresponding WBG so that a WDM optical signal with a predetermined frequency interval can be transmitted, and the reflection bandwidth is one WCL with one ECL cavity mode to generate a single mode. Set the reflection bandwidth so that it is within the reflection band. A phase control section (1580) has been inserted for the stability of the single oscillation mode and for fine tuning of the oscillation wavelength.
도 16a와 도 16b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광수신모듈(ROSA)의 일예로서 각각 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.16A and 16B illustrate a top view and a side-view of an OLT optical receiving module (ROSA) using a surface bonding technique according to an embodiment of the present invention, respectively.
도 16a와 도 16b를 참조하면, PLC 도파로(1640)는 폴리머, 실리카 및 질화물등을 사용할 수 있다. 광섬유(1670)로부터 입력되는 다파장 광신호들은 PLC 한 칩에 monolithic하게 집적된 WDM DMX(1690)에 의해서 파장별로 분리되어 PD(1620)에 입력된다. WDM DMX(1690)는 PLC 위에 집적화되어 광섬유 pigtail 공정을 한 개로 단순화한다. WDM DMX(1690)는 arrayed-waveguide grating(AWG), WDM filter 등이 집적될 수 있다.16A and 16B, the PLC waveguide 1640 may use polymer, silica, nitride, or the like. The multi-wavelength optical signals input from the
반도체 광검출기(PD)(1620)는 수동 도파로 영역(입사광을 directional coupling을 이용하여 능동 도파로 영역으로 보냄)(1622)과 능동 도파로 영역(입사 되는 광의 세기를 검출하는 영역)(1624)으로 구성되어있고, WDM DMX(1690)가 집적되어있는 PLC 칩위에 표면접합 된다. PLC 도파로(1640)와의 정렬 공정 용이성을 위하여 개별 반도체 chip 형태보다는 PD array(1620')형태로 형성한다.The semiconductor photodetector (PD) 1620 is comprised of a passive waveguide region (sending incident light to the active waveguide region using directional coupling) 1622 and an active waveguide region (region detecting the intensity of the incident light) 1624. It is surface bonded on a PLC chip in which the
도 17a와 도 17b는 정면 결합형 ECL을 기반으로 열에 의해 파장 가변이 되는 ONT-ROSA의 일예에 대한 각각의 측면도와 평면도를 나타낸다.17A and 17B show side and plan views, respectively, of an example of ONT-ROSA that is wavelength-variable by heat based on a front coupled ECL.
도 17a에서 사용되는 반도체 광검출기는 수동 도파로 영역이 없고, PLC 도파로(1740)와 정면접합 형태로 광결합 된다. 도 17에서 미설명된 부분에 대하여는 도 16을 참조하기로 한다.The semiconductor photodetector used in FIG. 17A has no passive waveguide region and is optically coupled to the PLC waveguide 1740 in a front junction. A portion not described in FIG. 17 will be described with reference to FIG. 16.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD_ROM, 자기테이프, 플로피디스크 및 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.The invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD_ROM, magnetic tape, floppy disks, and optical data storage, and may also include those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet). . The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, optimal embodiments have been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명은 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템에 관한 것으로 다음과 같은 효과가 있다.The present invention relates to a WDM-PON system based on a wavelength variable external resonant laser light source has the following effects.
첫째, CO(Central Office)에 설치될 집적화된 다파장 광송수신 모듈 구조를 제안함으로써 CO가 WDM-PON을 기반으로 대량의 가입자를 수용함에 따라 발생하는 광송수신 모듈의 부피 문제를 해결할 수 있게 된다.First, by proposing an integrated multi-wavelength optical transmission / reception module structure to be installed in a central office (CO), it is possible to solve the volume problem of the optical transmission / reception module generated when the CO accommodates a large number of subscribers based on the WDM-PON.
OLT의 광송신 모듈은 페브리-페롯 레이저(FP-LD) 어레이(LD chip bar)를 PLC(Planar Lightwave Circuit) 위에 접착시키는 형태를 취하고, PLC 내에 성형된 Waveguide Bragg Grating(WBG) array 들에 의한 cavity 공진조건으로부터 지정 광파장들이 각각 출력 되게 하고, WBG array 출력 광파장들을 multiplexing 하기위해서 PLC 내에 WDM MUX를 성형함으로써, 패키징의 단순화, 생산성(yield), 성능 및 면적효율 등 OLT가 요구하는 주요 요소들을 복합적으로 최적화 할 수 있다.OLT's optical transmission module takes the form of adhering a Fabry-Perot laser (FP-LD) array (LD chip bar) onto a PLC (Planar Lightwave Circuit) and by waveguide bragg grating (WBG) arrays molded into the PLC. By designating the specific wavelengths from the cavity resonance conditions and shaping the WDM MUX in the PLC for multiplexing the WBG array output wavelengths, the key elements required by the OLT, such as simplification of packaging, productivity, performance and area efficiency, are compounded. Can be optimized.
OLT의 광수신 모듈은 PLC 위에 Photo Detector(PD) array (PD chip bar)를 접착시키는 형태를 취하고, 입력 광파장을 demultiplexing 하는 WDM DMX를 동일 PLC 내에 성형하고, WDM DMX와 PD array를 PLC 내에 성형된 도파로로 연결함으로써, packaging의 단순화, 생산성(yield), 성능 및 면적효율 등 OLT가 요구하는 주요 요소들을 복합적으로 최적화 할 수 있다. OLT photoreceiving module takes the form of bonding Photo Detector (PD) array (PD chip bar) on PLC, forming WDM DMX to demultiplex input optical wavelength in the same PLC, and forming WDM DMX and PD array into PLC By connecting with waveguides, it is possible to compositely optimize key elements required by OLT, such as simplified packaging, yield, performance and area efficiency.
둘째, 가입자 종단장치(ONT)의 저가성, 양산성, 설치의 용이성 및 inventory 관리성을 해결할 수 있게 된다. 이에 대하여 살펴보면, ONT에서 OLT로 향하는 상향 광파장 설정은 ONT 설치후 OLT에서 해당 ONT로 향하는 하향 광신호에 상향파장 정보를 송출함으로써 해당하는 ONT가 자동으로 상향파장을 설정할 수 있고, 또는 ONT 설치시 설치자가 수동으로 해당 ONT의 상향파장을 설정할 수 있게 된다. 그러므로, ONT는 특정 광파장이 지정되어 있지 않고, OLT의 제어에 의해서 또는 설치자에 의해서 해당 ONT에 정해진 상향 광파장이 설정되는 형태를 가질 수 있으므로, 가입자 종단장치(ONT)의 저가성, 양산성, 설치의 용이성 및 inventory 관리성을 해결할 수 있게 되는 것이다.Second, it is possible to solve the low cost, mass production, ease of installation, and inventory management of the subscriber end device (ONT). In this regard, the uplink optical wavelength setting from ONT to OLT is set by transmitting the uplink wavelength information to the downlink optical signal from OLT to the corresponding ONT after the ONT is installed, or the corresponding ONT can automatically set the upward wavelength, or when installing ONT The user can manually set the upwave of the corresponding ONT. Therefore, the ONT is not designated a specific light wavelength, and may have a form in which the uplink light wavelength specified in the ONT is set by the control of the OLT or by the installer, so that the low cost, mass production, and installation of the subscriber end device (ONT) Ease of inventory and inventory management.
셋째, 본 발명이 제안하는 PLC-ECL 방식은 출력광이 coherent 하므로 광간섭 잡음(spontaneous-spontaneous beating noise)이 없으며, 선폭이 충분히 좁으므로 2.5 Gbps 데이터를 20km 거리까지 전송 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 방식은 기존의 injection-locking 방식이 갖는 온도변화에 따른 동작 불안정성 및 1Gbps 정도의 전송속도 제한의 단점을 개선할 수 있다. 또한 광섬유 피그테일(pigtail)을 포함한 소자 패키징이 완전 수동화가 가능한 구조로서 대량생산화가 가능하므로 기존의 능동 정렬 패키징 방식에 의하여 제작된 광소자에 비해서 저가화가 가능하다.Third, since the output light is coherent in the PLC-ECL method proposed by the present invention, there is no spontaneous-spontaneous beating noise, and since the line width is sufficiently narrow, 2.5 Gbps data can be transmitted up to a distance of 20 km. Therefore, the method proposed by the present invention can improve the disadvantages of operation instability and transmission rate limitation of about 1Gbps according to the temperature change of the conventional injection-locking method. In addition, the device packaging including the optical fiber pigtail (pigtail) is a fully passive structure that can be mass-produced, it is possible to lower the cost compared to the optical device manufactured by the conventional active alignment packaging method.
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