KR100713417B1 - 광 송신 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 광 송신 모듈은 이진 신호를 이 분할하는 탭과, 상기 탭에서 분할된 이진 신호를 주파수 변조시키기 위한 레이저 광원과, 상기 탭에서 분할된 나머지 이진 신호와 상기 레이저 광원에서 주파수 변조된 신호를 위상 반전된 광신호로 변조시키는 세기 변조기를 포함한다.

이진 신호, 광 송신, 주파수

Description

광 송신 모듈{OPTICAL TRANSCEIVER MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광 송신 모듈을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광 송신 모듈을 나타내는 도면,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 광 송신 모듈들의 동작 원리를 설명하기 위한 그래프.

본 발명은 광 송신 모듈에 관한 발명으로서, 특히, 전계 흡수형 변조기를 포함하는 광 송신 모듈에 관한 발명이다.

광 송신 모듈은 전계 흡수형 변조기와 레이저를 포함하는 방식과, 마하젠더 변조기를 포함하는 외부 변조 방식과, 직접 변조가 가능한 직접 변조 방식의 구성이 있다.

일반적으로 직접 변조 방식의 광 송신 모듈은 크기가 작지만 광원의 처핑(chirping)으로 인한 분산 허용치가 매우 작다. 반면에, 전계 흡수형 변조기와 레 이저를 사용하는 광 송신 모듈은 처핑이 적은 외부 변조기를 사용하므로 분산 허용치가 직접 변조에 비해서 상대적으로 높다. 또한, 마하젠더 변조기를 포함하는 광송신 모듈은 처핑이 적고 분산 허용치가 비교적 높다는 이점이 있다.

그러나, 마하젠더 변조기를 포함하는 광 송신 모듈은 하나의 소자로 집적이 용이하지 않은 문제점이 있는 반면에, 전계 흡수형 변조기 등으로 구성된 광 송신모듈은 집적이 가능하고 그로 인해 소형화가 가능한 이점을 갖는다.

10 Gb/s NRZ-OOK(Non return zero- On off key)의 광신호를 표준 단일 모드 광섬유로 전송하는 경우에, 상술한 각 방식의 광 송신 모듈의 허용 가능한 분산 제한 전송 거리는, 직접 변조 방식의 경우가 수 ㎞이고, 전계 흡수형 변조기를 포함하는 경우가 최대 ~ 80㎞이고, 마하젠더 변조기를 포함하는 경우가 ~120㎞이다.

분산 제한 전송 거리를 상회하는 누적 분산 상태의 광신호를 전송시키기 위해서는 별도의 분산 보상기를 사용하거나, 듀오바이너리(Duobinary)와 같이 분산 허용 값이 큰 변조 방식의 광 송신 모듈을 사용해야 한다.

그러나, 분산 보상기는 고가의 소자로서 단일 채널 또는 적은 수의 파장을 갖는 시스템에 비용적 문제로 인해서 적용이 곤란하다. 또한, 듀오 바이너리 방식의 변조는 마하젠더 변조기를 이용해서 구현 가능하다.

본 발명은 고가의 분산 보상기를 별도로 더 구비하지 않고도, 광신호의 전송 거리를 증가시킬 수 있는 광 송신 모듈을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 제1 측면에 따른 이진 신호를 광신호로 변조해서 출력하기 위한 광 송신 모듈은,

이진 신호를 이 분할하는 탭과;

상기 탭에서 분할된 이진 신호를 주파수 변조시키기 위한 레이저 광원과;

상기 탭에서 분할된 나머지 이진 신호와 상기 레이저 광원에서 주파수 변조된 신호를 위상 반전된 광신호로 변조시키는 세기 변조기를 포함한다.

본 발명의 제2 측면에 따른 광 송신 모듈은,

제1 이진 신호를 주파수 변조시키기 위한 레이저 광원과;

제2 이진 신호와 상기 레이저 광원에서 주파수 변조된 신호를 위상 반전된 광신호로 변조시키는 세기 변조기를 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 제1 실시 예에 따른 광 송신 모듈을 나타내는 도면이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 광 송신 모듈들의 동작 원리를 설명하기 위한 그래프이다. 도 1과 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 실시 예에 따른 광 송신 모듈(100)은 이진 신호를 이 분할하는 탭(tab, 150)과, 상기 탭(150)에서 분할된 이진 신호를 주파수 변조시키기 위한 레이저 광원(110)과, 상기 탭(110)에서 분할된 나머지 이진 신호와 상기 레이저 광원(110)에서 주파수 변조된 신호를 위상 반전된 데이터를 포함하는 광신호로 변조시키기 위한 세기 변조기(120)와, 상기 광신호를 전송하는 광섬유(140)와, 상기 광신호를 상기 광섬유(140)에 결합시키기 위한 렌즈 계(130)를 포함한다.

상기 광 송신 모듈(100)은 외부로부터 인가된 변조를 위한 이진 신호를 상기 탭(150)에서 이 분할하며, 이 분할된 이진 신호 각각은 상기 레이저 광원(110) 및 상기 전계 흡수형 변조기(120)에 인가된다. 도 3a는 상기 탭(150)으로 입력된 이진 신호의 파형을 나타내며, 도 3a는 "11010011" 비트에 대한 예시이다.

상기 레이저 광원(110)은 도 3a 도시된 바와 같은 이진 신호를 도 3b에 도시된 바와 같은 형태로 주파수 변조된 광을 상기 세기 변조기(120)로 출력한다. 본 발명에서 기본적으로 요구되는 상기 레이저 광원(110)의 출력은 주파수 변조된 광이지만 상기 레이저 광원(110)을 전류로 변조할 경우 주파수 변조와 함께 세기 변조도 발생 될 수 있다. 상기 레이저 광원(110)에서 생성된 광은 전류의 함수에 따라서 도 3b에 도시된 바와 같이 세기 및 주파수 변조된 상태로, 상기 세기 변조기(120)에 입력된다. 도 3b에서 f1은 이진 신호의 데이터가 1일 경우의 주파수를 의미하고, f0는 이진 신호의 데이터가 0일 경우의 주파수를 의미한다.

상기 레이저 광원(110)은 상술한 f1과 f0를 하기의 <수학식 1>과 같은 관계를 갖도록 주파수 변조시킨 도 3b의 파형을 갖는 광을 상기 세기 변조기(120)로 출력한다.

상기 <수학식 1>에서 B는 변조 속도(Bit rate)을 의미한다. 상기 <수학식 1>과 같은 관계를 갖도록 변조된 광이 상기 세기 변조기(120)에 인가되면, 상기 세기 변조기(120)는 상기 레이저 광원(110)에서 생성된 광을 0 비트 마다 위상 반전된 광신호(alternate space inversion)로 변조시킨다.

상기 레이저 광원(110)가 이진 신호를 상기 <수학식 1>과 같은 관계를 갖는 광으로 변조되기 위해서는 하기의 <수학식 2>에 따른 전류가 인가되어야 한다.

상기 <수학식 2>의 △I는 상기 레이저 광원(110)에 인가되는 전류의 세기를 의미하고, α는 인가된 전류에 대한 상기 레이저 광원(110)의 주파수 변조 효율을 의미한다. 또한, B는 변조 속도(Bit rate)를 의미한다.

상기 세기 변조기(120)는 상기 레이저 광원(110)에서 변조된 광을 상기 탭(150)에서 분기된 나머지 이 분할된 이진 신호에 의해 광신호로 변조시키며, 상기 세기 변조기(120)에서 변조된 광신호는 f0일 경우에 세기가 0 된다. 즉, 상기 세기 변조기(120)에서 출력된 광신호는 상기 레이저 광원(110)에서 세기 변조된 f0의 성분을 포함하고 있지 않다.

상기 세기 변조기(120)는 전계 흡수형 변조기를 사용할 수 있으며, 상기 세기 변조기(120)은 주파수 변조된 입력 광신호를 세기 변조기(120)의 입력 전기 신호에 맞춰 세기 변조를 인가하는 역할을 수행하므로 상기 세기 변조기(120)를 다른 형태의 세기 변조기로 대체해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 3c는 상기 세기 변조기(120)에서 변조된 광신호의 위상 상태를 도시한 도면이다. 도 3c는 도 3b에 도시된 fo를 기준으로 앞에 위치된 f1과 f0의 뒤에 위치된 f1 간의 위상 차가 π임을 알 수 있다. 또한, 두 개 연달아 위치된 f0의 뒤에 입력된 f1은 f0의 앞에 위치된 f1과 비교해서 2π의 위상 차(실질적으로 동일)를 갖게 됨을 알 수 있다.

즉, 상기 레이저 광원(110)이 상기 <수학식 1>의 조건을 만족하도록 주파수 변조된 광을 생성함으로써, 상기 세기 변조기(120)에서 변조된 광신호는 매 0 비트(bit) 마다 π로 위상 반전된다. 상술한 특성은 색 분산에 의해서 신호가 분산될 때 상쇄 간섭을 발생시키므로 예를 들어 '101'과 같이 분산에 의한 영향을 크게 받게 되는 데이터 패턴의 경우 가운데 '0' 비트가 심볼 간 간섭(inter-symnbol interference)에 의해 열화되는 것을 감소시키며, 이는 듀오바이너리 신호의 높은 분산 허용치와 동일한 동작 특성으로 분산 허용 값을 개선할 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 레이저 광원과 세기 변조기에 동일한 데이터 구조를 갖는 이진 신호를 입력하고, 레이저 광원에서 주파수 변조된 광을 상기 세기 변조기에서 '0' 마다 위상 반전된 광신호로 변조시킴으로써 열화를 방지하고, 분산 허용 값을 개선할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광 송신 모듈를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 광 송신 모듈(200)은 제1 이진 신호를 주파수 변조시키기 위한 레이저 광원(210)과, 제2 이진 신호와 상기 레이저 광원(210)에서 주파수 변조된 신호를 위상 반전된 광신호로 변조시키는 세기 변조기(220)와, 광섬유(240) 및 렌즈 계(230)를 포함한다. 상기 세기 변조기(220)는 전계 흡수형 변조기를 사용할 수 있으며, 전계 흡수형 변조기 이외에 다른 형태의 세기 변조기를 사용할 수 있다.

상기 제1 이진 신호와 상기 제2 이진 신호는 동일한 데이터 패턴을 갖게되며, 상기 제1 이진 신호는 하기의 <수학식 3>을 만족하도록 주파수 변조된다.

상기 <수학식 3>에서 △I는 상기 레이저 광원(210)에 인가되는 전류의 크기를 나타내고, α는 인가된 전류에 대한 상기 레이저 광원(210)의 주파수 변조 효율을 의미한다. 또한, B는 상기 레이저 광원(210)의 변조 속도(Bit rate)를 의미한다.

본 발명에 따른 광 송신 모듈은 분산 허용 가능한 값이 종래 광 송신 모듈보다 넓어서 향상된 분산 특성을 갖는 광신호를 생성할 수 있으며, 결과적으로 송신 거리의 증가가 가능하다. 따라서, 본 광 송신 모듈은 분산 보상기를 사용하지 않고도 장거리 전송이 가능하고 저렴한 광 통신 시스템의 구축에 이용될 수 있다.

Claims (8)

1. 이진 신호를 광신호로 변조해서 출력하기 위한 광 송신 모듈에 있어서,

   이진 신호를 이 분할하는 탭과;

   상기 탭에서 분할된 이진 신호를 주파수 변조시키기 위한 레이저 광원과;

   상기 탭에서 분할된 나머지 이진 신호와 상기 레이저 광원에서 주파수 변조된 신호를 위상 반전된 광신호로 변조시키는 세기 변조기를 포함함을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 레이저 광원은 인가된 이진 신호를 하기의 <수학식 4>를 만족하도록 변조시킴을 특징으로 하는 광 송신 모듈.

   

   (△I는 레이저 광원에 인가되는 전류의 크기, α는 인가된 전류에 대한 레이저 광원의 주파수 변조 효율, B는 변조 속도(Bit rate))
3. 제1 항에 있어서,

   상기 세기 변조기는 전계 흡수형 변조기를 포함함을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
4. 제1 항에 있어서, 상기 광 송신 모듈은,

   상기 광신호를 전송하기 위한 광섬유와;

   상기 광섬유와 상기 세기 변조기의 사이에 위치되며 상기 광신호를 상기 광섬유로 결합시키기 위한 렌즈 계를 더 포함함을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
5. 광 송신 모듈에 있어서,

   제1 이진 신호를 주파수 변조시키기 위한 레이저 광원과;

   제2 이진 신호와 상기 레이저 광원에서 주파수 변조된 신호를 위상 반전된 광신호로 변조시키는 세기 변조기를 포함함을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 제1 이진 신호는 하기의 <수학식 5>를 만족하도록 변조시킴을 특징으로 하는 광 송신 모듈.

   

   (△I는 레이저 광원에 인가되는 전류의 크기, α는 인가된 전류에 대한 레이저 광원의 주파수 변조 효율, B는 변조 속도(Bit rate))
7. 제5 항에 있어서, 상기 광 송신 모듈은,

   상기 광신호를 전송하기 위한 광섬유를 더 포함함을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
8. 제5 항에 있어서,

   상기 세기 변조기는 전계 흡수형 변조기를 포함함을 특징으로 하는 광 송신 모듈.

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