KR100605928B1

KR100605928B1 - 편광 모드 분산 제어 방법과 그를 이용한 광통신 시스템

Info

Publication number: KR100605928B1
Application number: KR1020040007364A
Authority: KR
Inventors: 김성기; 황성택; 정지채; 장호덕; 오윤제
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2006-08-01
Also published as: KR20050079192A

Abstract

본 발명에 따른 상호 직교하는 빠른 축과 느린 축으로 이루어진 광신호가 광섬유를 통해서 전송될 경우에 발생된 편광 모드 분산을 보상하기 위한 편광 모드 분산 제어 방법은 상기 광신호의 빠른 축을 상기 광섬유에 입력되는 상기 광신호의 최초 입력 편광 상태에 일치시킴으로써 2차 이상 고차의 편광 모드 분산을 이용해서 색분산을 보상한다.

편광 모드 분산, 분산 보상, 광섬유

Description

편광 모드 분산 제어 방법과 그를 이용한 광통신 시스템{METHOD FOR CONTROLLING A POLARIZATION MODE DISPERSION AND OPTICAL COMMICUNATION SYSTEM USING THE SAME}

도 1은 종래의 편광 모드 분산 제어 장치를 포함하는 광통신 시스템의 구성을 나타내기 위한 도면,

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 편광 모드 분산 제어 장치를 포함하는 광통신 시스템의 구성을 나타내기 위한 도면,

도 3은 2차 편광 모드 분산에서 미분군 지연과 PSP 회전율 사이의 관계를 설명하기 위한 그래프,

도 4는 미분군 지연에 따른 분산 내성을 설명하기 위한 그래프,

도 5는 미분군 지연과 색분산 사이의 관계를 설명하기 위한 그래프.

본 발명은 광섬유를 진행하는 편광 모드 분산을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 주파수에 의존한 미분 군 지연(frequency dependent DGD)에 의해서 발생된 편광에 의존한 색분산(PCD)을 이용한 색분산 보상 방법에 관한 것이다.

광섬유를 이용한 통신 시스템은 고속의 대용량 통신이 가능하다는 이점 등으로 널리 사용되고 있으나, 광섬유를 이용한 대용량의 통신 시스템은 편광 모드 분산에 의해서 시스템의 성능이 저하되는 문제가 있다.

상술한 편광 모드 분산을 보상하기 위한 방법으로는 상기 광신호를 통해서 입출력되는 광신호의 입력 분극 상태(state of polarization: SOP)를 주요 편광 상태(Principal state od polarization: PSP)에 일치시켜서 전송하기 위한 PSP 방법 등이 제안되고 있다.

통상의, 광섬유에 의해 링크된 광통신 시스템은 상기 광섬유 상에서 발생된 색분산을 보상하기 위해서 음의 분산 계수를 갖는 분산 보상 광섬유를 주어진 전송거리만큼 사용하는 것이다. 예를 들어서, 분산 계수가 17㎰/㎚㎞이고 길이가 80㎞인 단일 모드 광섬유(Single mode fiber)를 진행한 광신호의 색분산을 보상하기 위한 방법으로는 분산 계수가 -86.59㎰/㎚㎞인 15.7225㎞ 길이의 분산 보상 광섬유를 통해서 진행시키는 방법이 있다.

즉, 광신호의 색분산을 보상하기 위한 방법은 광신호의 색분산 정도를 상쇄시킬 수 있는 길이를 갖는 분산 보상 광섬유를 사용하는 방법이 사용되고 있다. 종래의 색분산 보상 방법으로는 상술한 분산 보상 광섬유를 사용하는 방법 외에, 상호 다른 격자 주기를 갖는 복수의 브래그 격자(Chirped fiber Bragg grating)들이 형성된 광섬유 격자를 사용하는 방법이 있다.

상기 광섬유 격자는 상기 각 브래그 격자들의 위치에 따라서 선형적으로 변하기 때문에 상기 각 브래그 격자들 각각은 그 자체가 선형적으로 요동되는(linearly chirped) 특성을 갖는다. 이것은 상기 브래그 격자들이 상기 광섬유 격자의 길이를 따라서 상호 다른 지점에서 상호 다른 파장의 광신호들을 반사시킬 수 있는 요인이된다. 즉, 등간격이 아닌 상호 다른 주기를 갖는 복수의 브래그 격자들이 형성된 광섬유 격자는 상호 다른 주파수 성분의 광신호들을 상호 다른 지연 시간을 갖도록하기 위한 일종의 시간 지연기의 역할을 수행한다.

그러나, 상기 광섬유 격자는 광신호의 색분산을 보상하기 위한 광 통신 시스템의 구성을 위해서 서큘레이터 등과 같은 부가적인 광소자를 필요로 한다.

도 1은 종래 편광 모드 분산 제어 장치를 포함하는 광통신 시스템의 구성을 나타내기 위한 도면이다, 도 1을 참조하면, 종래의 광통신 시스템은 광신호를 생성해서 출력하기 위한 송신기(Transmitter; Tx, 110)와, 상기 광신호를 수신하기 위한 수신기(Receiver; Rx, 120)와, 상기 송신기(110)와 상기 수신기(120)를 연결하기 위한 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber, 102)와, 상기 단일 모드 광섬유(102)를 진행하는 광신호의 편광 모드 분산을 제어하기 위한 제어 수단들(130, 140)과, 상기 광신호를 증폭시키기 위한 제1 및 제2 증폭기들(101, 103)을 포함한다.

상술한 제어 수단들(130, 140)은 분산 보상 광섬유(140)와, 편광 모드 분산 보상기(130) 등을 포함하며, 상기 분산 보상 광섬유(140)는 상기 송신기(110)와 상기 편광 모드 분산 보상기(130)의 사이에 위치됨으로써 2차 편광 모드 분산된 상기 광신호를 보상한다.

상기 편광 모드 분산 보상기(130)는 편광 분산된 광신호를 보상하기 위한 편광 제어기(Polarization controller, 131)와 시간 지연관(Variable delay-line, 132)을 포함함으로써, 상기 수신기(120)로부터 입력받은 상기 광신호의 편광 모드 분산 정도에 따라서 1차 편광 모드 분산을 보상한다.

상기 분산 보상 광섬유(140)는 상기 제2 증폭기(103)와 상기 편광 모드 분산 보상기(130)의 사이에 위치됨으로써, 상기 제2 증폭기(103)로부터 입력받은 광신호의 색분산을 보상한다. 상기 분산 보상 광섬유(140) 외에도 격자 주기가 다른 복수의 브래그 격자들을 포함할 수도 있으나, 상호 다른 격자 주기를 갖는 복수의 브래그 격자를 제작하는 것은 용이하지 않고 그로 인한 생산비 증가와 같은 문제가 있다.

상기 제1 및 제2 증폭기들(101, 103)은 상기 분산 보상 광섬유(140) 등에서 손실될 광신호의 세기를 보상하기 위해서 상기 광신호를 증폭시킨다.

그러나, 종래의 광통신 시스템은 광신호의 색분산을 보상하기 위해서 고가의 분산 보상 광섬유를 포함해야 함으로써 시스템의 부피 및 설치비가 상승하는 문제가 있다. 또한, 상술한 분산 보상 광섬유는 광신호의 손실이 큰 소자로서 추가적인 광증폭기(EDFA)를 포함해야 하는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 본 발 명의 목적은 1차 편광 모드 분산을 보상하기 위한 PSP 방법을 사용하는 시스템에서 분산 보상 광섬유(Dispersion copmpensating fiber: DCF)를 사용하지 않고도 색분산을 보상할 수 있는 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 1차 편광 모드 분산 보상을 하되,

본 발명에 따른 상호 직교하는 빠른 축과 느린 축으로 이루어진 광신호가 광섬유를 통해서 전송될 경우에 발생된 편광 모드 분산을 보상하기 위한 편광 모드 분산 제어 방법은,

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상기 광신호의 빠른 축을 상기 광섬유에 입력되는 상기 광신호의 최초 입력 편광 상태에 일치시킴으로써 2차 이상 고차의 편광 모드 분산을 이용해서 색분산을 보상한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

광통신 시스템은 광섬유에 의해 상호 링크된 송신부와 수신부를 포함하며, 상기 송신부에서 생성된 광을 상기 광섬유를 통해서 상기 수신부로 송신하는 시스템이다. 상기 광신호는 상호 직교하는 두 개의 축들로 이루어지며, 상기 축들은 각각 빠른 축과 느린 축으로 구분 가능하다.

상기 광섬유 자체의 구조적 특성과 결함으로 인해서 상기 광신호의 편광 모드 분산을 유발한다. 상술한 편광 모드 분산은 상기 광섬유의 구조적인 요인뿐만 아니라, 상기 광섬유 주변의 온도 변화 등과 같은 환경적 요인에 의해서도 변화된다. 상기 편광 모드 분산은 상기 광섬유 또는 광통신 시스템 내부의 열화 현상을 유발하거나, 상기 광신호를 왜곡시키는 등의 요인이 된다.

본 발명은 상기 광신호의 편광 모드 분산 제어 방법에 관한 것으로서, 상기 편광 모드 분산 제어 방법은 상기 광신호의 분산 정도를 검출하기 위한 제1 과정과, 상기 광신호의 1차 편광 모드 분산을 보상하기 위한 제2 과정과, 상기 광신호의 2차 이상 고차의 편광 모드 분산을 이용해서 색분산을 보상하기 위한 제3 과정을 포함한다.

상기 제2 과정은 상기 광신호의 축들을 편광 모드 분산된 정도에 따라서 주요 편광 성분(Principal state of polarization)에 일치시킴으로써 상기 광신호의 1차 편광 분산을 보상하기 위한 과정이다.

상기 제3 과정은 상기 광신호의 빠른 축의 편광 모드를 상기 광섬유에 입력되는 상기 광신호의 최초 편광 상태에 일치시킴으로써 2차 이상 고차의 편광 모드 분산을 이용해서 색분산을 보상하기 위한 과정이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 모드 분산 제어 장치를 포함하는 광통신 시스템의 구성을 나타내기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 광통신 시스템은 광신호를 생성하기 위한 송신기(210)와, 상기 송신기(210)에서 생성된 상기 광신호를 증폭시키기 위한 광증폭기(201)와, 상기 광신호를 수신 받는 수신부(220)와, 상기 송신기(210)와 수신부(220)를 링크 시키기 위한 광섬유(202)와, 상기 광신호의 편광 모드 분산을 제어하기 위한 편광 모드 분산 제어기(230)를 포함한다. 상기 광섬유(202)는 단일 모드 광섬유 등을 포함한다.

상기 수신부(220)는 상기 광섬유(202)를 통해서 입력받은 상기 광신호를 분할하기 위한 탭 결합기(222)와, 상기 광신호를 검출해내기 위한 수신기(221)와, 상기 광신호가 편광 모드 분산된 상태를 검출하고 제어하기 위한 제어부(240)를 포함한다.

상기 제어부(240)는 광 밴드 패스 필터(241)와, 상기 광 밴드 패스 필터(241)로부터 입력받은 광신호를 전기 신호로 변환시키기 위한 광검출기(242)와, 상기 광검출기(242)로부터 입력받은 상기 전기 신호를 증폭시키기 위한 증폭기(243)와, 상기 증폭기(243)에서 증폭된 상기 전기 신호의 저주파 대역을 제한하기 위한 로우 밴드 패스 필터(Low band pass filter)를 포함함으로써 편광 모드 분산된 상기 광신호의 빠른 축을 주요 편광 상태와 일치시키기 위한 제어 신호를 상기 편광 모드 분산 제어기(230)로 출력한다.

즉, 상기 편광 모드 분산 제어기(230)는 상술한 제어 신호에 따라서 상기 송신기(210)에서 생성된 상기 광신호의 입력 편광 상태(State of polarization: SOP)를 상기 광섬유(202)의 PSP의 빠른 축과 이루는 각도가 0°가 되도록 제어함으로써 1차 편광 모드 분산을 보상한다. 또한, 상기 송신기(210)로부터 상기 광섬유(202)에 입력된 상기 광신호는 상기 광섬유(202)에서 2차 편광 모드 분산에 의한 색분산(Polarization dependent chromatic dispersion: PCD)과 탈분극화(depolarization) 현상이 발생하게 되며, 상술한 탈분극화 현상을 상기 편광 모드 분산 제어기(230)에서 상기 PCD에 반대 방향으로 유도함으로써 상기 2차 이상 고차의 편광 모드 분산을 보상하게 된다.

도 3은 2차 편광 모드 분산에서 미분군 지연(PCD 현상과 관련)과 PSP 회전율(PSP depolarization과 관련) 사이의 관계를 설명하기 위한 그래프로서, 축적된 색분산이 1360㎰/㎚㎞일 경우의 미분군 지연과 PSP 회전율에 따른 10-9 BER(Bit error rate)에서의 수신 감도를 나타낸다. 도 3의 x축은 미분군 지연(DGD)의 주파수를 나타내고, y축은 상술한 미분군 지연의 주파수에 따른 PSP의 회전 정도를 나타낸다. 도 3에서 알 수 있듯이, PSP 회전율이 작을 때 수신 감도가 향상되며, 이것은 주파수에 의존한 미분군 지연에 의해 발생된 PCD가 색분산을 보상하기 때문이다.

도 4는 미분군 지연에 따른 분산 내성을 설명하기 위한 그래프로서, 도 5는 PSP 회전율이 0.2 degree/㎓일 경우에 주파수에 의존한 미분 군 지연에 따른 분산 내성(Dispersion tolerance)을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 누적된 색분산 값에 따라서 최적의 분산 내성을 갖는 주파수에 의존한 미분 군 지연의 값이 변화되며, 이는 미분 군 지연의 값에 따라서 생성된 PCD의 양이 변화되기 때문이다.

도 5는 미분군 지연과 색분산 사이의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 미 분군 지연의 크기에 따라서 생성되는 2차 편광 모드 분산의 PCD 성분은 달라진다. 도 5는 광섬유의 색분산을 보상해 주기 위해서 필요한 미분군 지연의 값을 도시한 도면이다.

본 발명은 PSP 방법을 사용해서 1차 편광 모드 분산을 보상해 주되 입력 광신호의 편광 상태를 주요 빠른 편광 상태(PSP)의 축에 일치시킴으로써, 발생된 2차 편광 모드 분산 중에서 PCD 현상이 광섬유에서 발생하는 색분산을 보상한다. 즉, 별도의 분산 보상 광섬유 또는 추가적인 광증폭기를 포함하지 않아도 되는 이점이 있다. 결과적으로 광신호의 고차 편광 모드 분산이 용이하고 효율이 높은 광통신 시스템의 구성이 가능한 이점이 있다.

Claims

상호 직교하는 빠른 축과 느린 축으로 이루어진 광신호가 광섬유를 통해서 전송될 경우에 발생된 편광 모드 분산을 보상하기 위한 편광 모드 분산 제어 방법에 있어서,

상기 광신호의 빠른 축을 상기 광섬유에 입력되는 상기 광신호의 최초 입력 편광 상태에 일치시킴으로써 2차 이상 고차의 편광 모드 분산을 이용해서 색분산을 보상함을 특징으로 하는 편광 모드 분산 제어 방법.
광신호의 편광 모드 분산을 보상하기 위한 광통신 시스템에 있어서,

광신호를 생성하기 위한 송신기와;

상기 송신부에서 생성된 상기 광신호를 증폭시키기 위한 광증폭기와;

상기 광신호를 수신 받는 수신부와;

상기 송신기와 수신부를 링크시키기 위한 광섬유와;

상기 광신호의 편광 모드 분산을 제어하기 위한 편광 모드 분산 제어기를 포함하며,

상기 수신부는 상기 광신호가 편광 모드 분산된 상태를 검출하고 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 광신호의 빠른 축 편광 모드를 상기 광섬유에 입력되는 최초 편광 모드와 일치시키기 위한 제어 신호를 생성함을 특징으로 하는 광통신 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 제어부는,

광 밴드 패스 필터와;

상기 광 밴드 패스 필터로부터 입력받은 광신호를 전기 신호로 변환시키기 위한 광검출기와;

상기 광검출기로부터 입력받은 상기 전기 신호를 증폭시키기 위한 증폭기와;

상기 증폭기에서 증폭된 상기 전기 신호의 저주파 대역을 제한하기 위한 로우 밴드 패스 필터(Low band pass filter)를 포함함을 특징으로 하는 광통신 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 광섬유는 단일 모드 광섬유를 포함함을 특징으로 하는 광통신 시스템.