KR100687756B1 - 음향광학 필터 및 상기 음향광학 필터를 이용한 광ｃｄｍａ 시스템 - Google Patents

음향광학 필터 및 상기 음향광학 필터를 이용한 광ｃｄｍａ 시스템 Download PDF

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Abstract

음향광학 필터 및 이를 이용한 광 CDMA 시스템이 개시된다. 광 CDMA 인코더용 음향광학 필터는 소정의 주파수 대역을 갖는 1차 모드의 광신호 중 전기신호의 주파수에 해당하는 특정 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환하는 음향광학 모드 변환부 및 1차 모드의 광신호 중 2차 모드로 변환한 광신호를 제거하는 모드 제거부로 구성되고, 광 CDMA 디코더용 음향광학 필터는 소정의 주파수 대역을 갖는 1차 모드의 광신호 중 전기신호의 주파수에 해당하는 특정 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환하는 음향광학 모드 변환부 및 1차 모드의 광신호와 2차 모드로 변환한 광신호를 분리하여 각각 다른 포트로 출력하는 모드 분리부로 구성된다. 광 CDMA 시스템은 인코더 및 디코더를 음향광학 필터로 구성한다. 이로써, 음향광학 필터에 인가되는 전기신호의 주파수를 변화시켜 각각의 채널 조절이 매우 용이한 인코더/디코더의 제작이 가능하다.

Description

음향광학 필터 및 상기 음향광학 필터를 이용한 광 ＣＤＭＡ 시스템{Acousto-optic filter and optical CDMA system using the same}
도 1은 본 발명에 따른 광 CDMA 인코더용 음향광학 필터의 일 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 음향광학 필터에 여러 가지 주파수를 갖는 전기신호를 동시에 인가시키는 경우를 도시한 도면,
도 3a는 넓은 선폭을 갖는 빛의 스펙트럼을 도시한 도면,
도 3b는 도 3a에 도시된 빛을 음향광학 필터에 인가한 결과 스펙트럼을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 광 CDMA 디코더용 음향광학 필터의 일 실시예를 도시한 도면, 그리고
도 5는 본 발명에 따른 음향광학 필터를 사용한 광 CDMA 시스템의 일 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 광 CDMA 인코더/디코더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 CDMA 디코더/인코더용 음향광학 필터 및 상기 음향광학 필터를 이용한 광 CDMA 시스템에 관한 것이다.
종래의 파장영역 광 CDMA 부호화기/복호화기(encoder/decoder)는 주로 광섬유 회절격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 또는 일반 회절격자로 구성된다.
일반 회절격자를 이용한 광 CDMA 부호화기/복호화기는 회절격자를 이용하여 광을 파장별로 분리하고 분리된 특정 파장별 광 신호를 투과 또는 반사시킨 후 다시 회절격자를 이용하여 분리된 광 신호를 합하는 단계를 거쳐 임의의 부호로 부호화/복호화(encoding/decoding)하기 때문에 부피가 크고 매우 복잡한 형태를 지닌다.
한편 FBG를 이용한 광 CDMA 부호화기/복호화기는 FBG를 포함한 광 필터들의 반사파장을 임의의 부호에 의하여 배열하여 부호화/복호화하기 때문에 여러 개의 FBG로 구성된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전기신호의 여러 가지 주파수를 인가하여 투과파장의 스펙트럼을 특정 코드로 배열함으로서 광학신호를 인코딩/디코딩할 수 있는 음향광학 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전기신호의 주파수 변화에 따라 채널 조절이 용이한 음향광학 필터를 이용한 광 CDMA 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광 CDMA 인코더용 음향광학 필터의 일 실시예는, 소정의 광 주파수 대역을 갖는 1차 모드의 광신호 중 전기신호의 주파수에 해당하는 특정 광 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환하는 음향광학 모드 변환부; 및 상기 1차 모드의 광신호 중 상기 2차 모드로 변환한 광신호를 제거하는 모드 제거부;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광 CDMA 디코더용 음향광학 필터의 일 실시예는, 소정의 광 주파수 대역을 갖는 1차 모드의 광신호 중 전기신호의 주파수에 해당하는 특정 광 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환하는 음향광학 모드 변환부; 및 상기 1차 모드의 광신호와 상기 2차 모드로 변환한 광신호를 분리하여 각각 다른 포트로 출력하는 모드 분리부;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 음향광학 필터를 이용한 광 CDMA 시스템의 일 실시예는, 음향광학 모드 변환 및 모드 제거를 수행하는 음향광학 필터를 이용하여 소정의 광 주파수 대역을 갖는 광신호 중 전기신호의 소정 주파수에 해당하는 특정 광 주파수에 해당하는 광신호를 제외한 광신호만을 출력하는 적어도 하나 이상의 광 CDMA 인코더; 다수의 광 CDMA 인코더의 광신호 출력을 결합하는 광 결합기; 및 음향광학 모드 변환 및 모드 분리를 수행하는 음향광학 필터를 이용하여 상기 광 결합기로부터 수신한 광신호 중 전기신호의 소정 주파수에 해당하는 특정 광 주파수를 분리하여 출력하는 광 CDMA 디코더;를 포함한다.
이로써, 음향광학 필터에 인가되는 전기신호의 주파수를 변화시켜 각각의 채널 조절이 매우 용이한 인코더/디코더의 제작이 가능하다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광 CDMA 인코더/디코더용 음향광학 필터 및 광 CDMA 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광 CDMA 인코더용 음향광학 필터의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 광 CDMA 인코더용 음향광학 필터(100)는 음향광학 모드 변환부(AOMC:Acousto-Optic Mode Converter)(110) 및 모드 제거부(MS:Mode striper)(120)로 구성된다.
음향광학 모드 변환부(110)에 입력되는 빛이 ω1의 광 주파수를 갖는 기본 모드(fundamental mode 또는 first mode)이고, 음향광학 모드 변환부(110)에 입력되는 전기신호의 주파수가 f1이면, 음향광학 모드 변환부(110)는 ω1 + f1의 광 주파수를 갖는 2차 모드(2nd mode)를 출력한다.
f1의 크기는 ω1의 크기에 비하여 매우 작기 때문에 전기적인 주파수 성분은 광 주파수 크기 변화에 거의 영향이 없다. 그리고 음향광학 모드 변환부(110)와 모드 제거부(120)는 이중모드 광섬유로 연결된다.
모드 제거부(120)는 기본모드를 통과시키고 2차 모드를 제거하므로, 음향광학 모드 변환부(110)에서 출력된 빛이 입력되면 모드 제거부(120)는 입력된 ω1의 광 주파수를 갖는 빛은 투과하지 않는다.
다시 말하면, 음향광학 모드 변환부(110)는 모든 광 주파수(또는 파장)에 대하여 주파수 변환 및 모드 변환을 일으키는 것이 아니라, 음향광학 모드 변환부 (110)에 인가되는 전기신호의 주파수에 해당하는 특정한 광 주파수를 갖는 빛만 기본모드에서 2차 모드로 변환하고 나머지 빛에 대해서는 모드 변환을 하지 않는다. 이에 반하여, 모드 제거부(120)는 빛의 광 주파수에 따른 영향이 거의 없다.
따라서, 도 1에 도시된 음향광학 모드 변환부(110)와 모드 제거부(120)를 이용하여 notch 필터를 형성할 수 있다. 또한 음향광학 모드 변환부(110)에 인가되는 전기신호의 주파수를 조절하면 광 CDMA 인코더용 가변형 음향광학 필터(AOTF:Acousto-Optic Tunable Filter)(100)가 된다.
도 2는 도 1에 도시된 음향광학 필터에 여러 가지 주파수를 갖는 전기신호를 동시에 인가시킨 경우를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 음향광학 모드 변환부(110)에 여러 가지 주파수를 갖는 전기신호를 동시에 인가하면 각각의 전기신호의 주파수에 해당하는 광 주파수를 갖는 광신에만 광 주파수 변환 및 모드 변환이 일어난다.
즉, 음향광학 필터에 ω1,ω2,···,ωn의 광 주파수를 갖는 빛을 입력하고, f1,f2,f4,f5,···,fn의 주파수를 갖는 전기신호를 인가하면, ω1,ω2,···,ωn의 광 주파수를 갖는 빛은 각각 ω1+f1,ω2+f1,···,ωn+f1의 광 주파수를 갖는 빛으로 변하고, 모드는 2차 모드로 변한다.
도 3a처럼 넓은 선폭(broadband wavelength)을 갖는 빛을 도 1에 도시된 음향광학 필터의 음향광학 모드 변환부(110)에 입력하고 음향광학 모드 변환부(110)에 f1,f2,···,fn의 전기신호를 인가하면 도 3b와 같은 투과 특성을 얻을 수 있 다.
도 4는 본 발명에 따른 광 CDMA 디코더용 음향광학 필터의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 광 CDMA 디코더용 음향광학 필터(400)는 음향광학 모드 변환부(410) 및 모드 분리부(MD:Mode Divider)(420)로 구성된다.
음향광학 모드 변환부(410)에 입력되는 빛이 ω1의 광 주파수를 갖는 기본모드이고, 음향광학 모드 변환부(410)에 입력되는 전기신호의 주파수가 f1이면, 음향광학 모드 변환부(410)는 입력된 빛을 ω1+f1의 광 주파수로 변환하고 모드를 2차 모드로 변환한다.
도 1과 마찬가지로, f1의 크기는 ω1의 크기에 비하여 매우 작기 때문에 전기적인 주파수 성분은 무시할 수 있다.
모드 분리부(420)는 기본모드와 2차 모드를 분리하여 각각 다른 포트로 출력한다. 즉, 모드 분리부(420)는 음향광학 모드 변환부(410)에서 출력된 빛을 입력받으면, ω1의 광 주파수를 갖는 빛을 임의의 한쪽 포트(430)로 출력하고, 다른 광 주파수를 갖는 빛을 다른 쪽 포트(440)로 출력한다.
모드 분리부(420)는 도 1에 도시된 모드 제거부(120)와 유사하게 광 주파수에 따른 영향을 거의 받지 않는다. 따라서 음향광학 모드 변환부(410)와 모드 분리부(420)를 도 4와 같이 구성하여 디코더로 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 음향광학 필터를 사용한 광 CDMA 시스템의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 광 CDMA 시스템은 도 1에 도시된 음향광학 필터(100,520)로 구성된 다수의 광 CDMA 인코더(500-1,500-2,500-n)와 도 4에 도시된 음향광학 필터(400,560)로 구성된 다수의 광 CDMA 디코더(550-1,550-2,550-n)로 구성된다.
넓은 선폭을 갖는 광원(BLS:Broadband Light Source)(510)에서 출력된 빛은 음향광학 모드 변환부(110) 및 모드 제거부(120)로 구성된 인코더용 음향광학 필터(100,520)에 입력된다.
특정한 채널에 해당하는 주파수의 전기신호(예를 들어, f1,f2,f3,f6)들을 합하여 인코더용 음향광학 필터(520)에 인가하면, f1,f2,f3,f6에 해당하는 광 주파수 ω1,ω2,ω3,ω6을 제외한 나머지 광 주파수를 갖는 광신호만 투과하게 되어 파장영역에서 인코딩된다. 각각의 인코더(500-1,500-2,500-n)에는 각각 다른 주파수가 할당되고, 각각의 인코더들(500-1,500-2,500-n)에서 인코딩되어 출력되는 빛은 광 결합기(530)에서 합해진 후 모든 디코더들(550-1,550-2,550-n)에 나누어져 입사된다.
디코더가 인코더에 할당되는 주파수와 상보관계를 가지는 부호(complementary code)를 갖는 경우, 광 검출부(BPD:Broadbad Photodetector)(570)는 디코더용 음향광학 필터(560,도 4 참조)의 두 개의 출력포트 중 어느 한쪽 포트에서만 빛을 검출한다.
디코더가 인코더에 할당되는 주파수와 상보관게를 갖는 부호를 갖지 않는 경 우, 광 검출부(570)의 두 쪽 포트에 빛이 나누어져 입사되므로, 다른 채널에서 전송된 신호는 상쇄되어 Balanced Detector 구조를 갖는 광 검출부(570)에서 신호가 검출되지 않는다. 이를 이용하여 간단한 구조의 광 CDMA 시스템을 구성할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 파장영역 광 CDMA에서 음향광학 필터를 이용하여 간단한 형태의 인코더/디코더를 구성할 수 있다. 또한, 가변형 인코더/디코더를 구성하여 광 송수신기 채널을 조절함으로써 광통신 시스템의 통신 트래픽의 효율성을 높일 수 있고 시스템의 단가, 서비스 비용을 절감할 수 있다.
종래에 광 소자를 제어하는 광 CDMA 인코더/디코더 방식과 달리, 음향광학 필터에 인가되는 전기신호의 주파수를 조절하여 채널을 조정할 수 있으므로, 비용, 운용면에서 매우 좋은 특성을 지닌다. 따라서 향후 전개될 보안이 필요한 광 통신망뿐만 아니라 광통신 전반에서 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 광 주파수 대역을 갖는 1차 모드의 광신호 중 전기신호의 주파수에 해당하는 광 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환하는 음향광학 모드 변환부; 및
    상기 1차 모드의 광신호 중 상기 2차 모드로 변환한 광신호를 제거하는 모드 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 CDMA 인코더용 음향광학 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 음향광학 모드 변환부는 f1의 주파수를 갖는 전기신호를 인가받고, 상기 f1에 해당하는 광 주파수 ω1의 광신호를 ω1+f1의 광 주파수를 갖는 2차 모드의 광신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 광 CDMA 인코더용 음향광학 필터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 음향광학 모드 변환부는 다수의 주파수를 갖는 전기신호를 동시에 인가받고, 상기 인가받은 전기신호의 다수의 주파수에 해당하는 광 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환하는 것을 특징으로 하는 광 CDMA 인코더용 음향광학 필터.
  4. 광 주파수 대역을 갖는 1차 모드의 광신호 중 전기신호의 주파수에 해당하는 광 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환하는 음향광학 모드 변환부; 및
    상기 1차 모드의 광신호와 상기 2차 모드로 변환한 광신호를 분리하여 각각 다른 포트로 출력하는 모드 분리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 CDMA 디코더용 음향광학 필터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 음향광학 모드 변환부는 f1의 주파수를 갖는 전기신호를 인가받고, 상기 f1에 해당하는 광 주파수 ω1의 광신호를 ω1+f1의 광 주파수를 갖는 2차 모드의 광신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 광 CDMA 디코더용 음향광학 필터.
  6. 음향광학 모드 변환 및 모드 제거를 수행하는 음향광학 필터를 이용하여 주파수 대역을 갖는 광신호 중 전기신호의 주파수에 해당하는 광 주파수의 광신호를 제외한 광신호만을 출력하는 적어도 하나 이상의 광 CDMA 인코더;
    다수의 광 CDMA 인코더의 광신호 출력을 결합하는 광 결합기; 및
    음향광학 모드 변환 및 모드 분리를 수행하는 음향광학 필터를 이용하여 상기 광 결합기로부터 수신한 광신호 중 전기신호의 주파수에 해당하는 광 주파수를 분리하여 출력하는 광 CDMA 디코더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광학 필터를 이용한 광 CDMA 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 광 CDMA 인코더는,
    넓은 선폭을 갖는 1차 모드의 광신호를 생성하는 광원; 및
    상기 1차 모드의 광신호 중 인가받은 전기신호의 주파수에 해당하는 광 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환한 후, 상기 2차 모드의 광신호를 제외한 광신호만을 출력하는 인코더용 음향광학 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광학 필터를 이용한 광 CDMA 시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 광 CDMA 디코더는,
    수신한 1차 모드의 광신호 중 인가받은 전기신호의 주파수에 해당하는 광 주파수의 광신호를 2차 모드로 변환한 후, 상기 1차 모드의 광신호와 상기 2차 모드의 광신호를 분리하여 출력하는 디코더용 음향광학 필터; 및
    상기 분리하여 출력된 광신호를 검출하는 광 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향광학 필터를 이용한 광 CDMA 시스템.
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