KR100860548B1

KR100860548B1 - 자체 잠김을 이용한 파장 추적 시스템, 이를 포함하는파장분할다중 방식의 수동형 광통신 시스템 및 파장 추적방법

Info

Publication number: KR100860548B1
Application number: KR1020070044889A
Authority: KR
Inventors: 박창수; 김태영; 한승헌
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-09-26

Abstract

본 발명은 자체 잠김을 이용한 파장 추적 시스템, 이를 포함하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망 및 파장 추적 방법을 개시한다. 본 발명은 기지국의 다중화기 출력측에 구비되며 자체 잠김되는 파장 추적 광원, 지역 기지국의 역다중화기에 연결 또는 일체로 형성된 반사체 및 파장 추적 광원에서 발진된 광 신호의 파장을 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 신규의 파장 추적 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면 기존의 WDM-PON 구조의 변경없이 지역 기지국의 온도와 파장 변화를 추적하고, 중앙 기지국과 지역 기지국 간의 파장 불일치를 최소화 할 수 있다. 또한, 본 발명의 파장 추적 장치는 다중화기의 포트를 사용하지 않기 때문에 광 가입자 회선의 감소가 없으며, 파장 추적을 위한 광신호가 다중화기를 경유하지 않기 때문에 다중화기에 따른 광 신호의 손실을 줄일 수 있다.

Description

자체 잠김을 이용한 파장 추적 시스템, 이를 포함하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신 시스템 및 파장 추적 방법{Wavelength tracking system using self-injection locking, WDM-PON system comprising it and wavelength tracking method}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 2a와 도 2b는 도 1에서 모니터링부와 온도 제어부를 나타내는 상세 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 추적 시스템을 포함하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 4는 도 3에서 광섬유 브라그 격자의 반사 곡선과 자체 잠김된 RSOA의 스펙트럼을 나타내는 참고도이다.

도 5는 온도에 따른 중심 파장의 이동, AWG의 파장 이동, RSOA 발진 파장의 이동 결과를 나타내는 참고도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 파장 추적 시스템을 포함하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할다중화 수동형 광통신망에서의 파장 추적 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 자체 잠김을 이용한 파장 추적 시스템, 이를 포함하는 파장분할다중 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템 및 파장 추적 방법에 관한 것이다.

파장분할다중화(WDM: Wavelength-Division Multiplexing)는 서로 다른 신호를 전달하기 위한 서로 다른 파장을 갖는 레이저를 이용하여 단일의 광 섬유에서 광 반송자 신호를 다중화하는 기술을 의미한다. 이는 통신 데이터의 용량 증대를 가능하게 하고, 하나의 광섬유 라인을 따라 쌍방향 통신을 수행하는 것을 가능하게 한다.

파장분할다중화 수동형 광통신망(WDM-PON: Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network)은 광 가입자들에게 고유의 파장을 부여하고, 초고속 광대역 통신 서비스를 제공한다. WDM-PON은 통신의 비밀 보장성이 우수하고, 가입자가 요구하는 통신 용량이 확대와 같은 추가적인 광통신 서비스가 용이하기 때문에, 미래의 광대역 액세스 네트워크로 가장 높은 관심을 얻고 있다.

종래의 파장분할다중 방식의 광통신망은 다수개의 채널(예를 들어, 16개의 채널)의 신호를 각각 발진하는 광 송신기들로 이루어진 광 송신단, 광 송신단의 각 채널 신호를 다중화하는 다중화기(MUX: Multi-plexer), 광 신호를 전달하는 광 섬유, 다중화된 신호를 채널별 신호로 분리하기 위한 역다중화기(DEMUX: Demulti- plexer), 각 채널 신호를 검출하는 복수의 광 수신기들로 이루어진 광 수신단을 포함한다. 이러한 WDM-PON망에서 중앙 기지국(OLT) 내의 광 송신단에서 생성되는 다채널 광 가입자용 하향 채널 신호는 원격지에 위치한 광 가입자(OLU)의 통과 파장에 맞게 발진되며, 발진된 신호가 다중화기를 통해 다중화된다.

일반적인 수동형 광통신망에서 중앙 기지국부터 지역 기지국 까지는 한 개의 다중 모드의 광 섬유로 연결하고, 지역 기지국과 광 가입자까지는 독립적인 광섬유로 연결한다. 이 때 중앙 기지국과 지역 기지국에는 여러 개의 파장을 합하거나 분리하는 다중화기와 역다중화기가 반드시 설치되어야 한다. 이러한 파장 분할 다중화/역다중화기로는 주로 도파로형 회절격자(AWG: Arrayed Waveguide Grating:)가 사용된다. 다중화기/역다중화기로 사용되는 도파로형 회절격자(AWG)는 온도에 따라 분할하는 파장이 변하는데, 도파로형 회절격자가 실리카(SiO₂) 재료로 만들어진 경우 온도에 의한 파장의 변화율은 약 0.01nm/℃이다.

그러나, 지역 기지국과 광 가입자 사이에는 온도 차이가 발생하기 때문에 지역 기지국(RN)의 온도 변화에 따른 도파로형 회절격자(AWG)의 파장 이동을 추적하는 것이 중요하다. 다수의 광 가입자를 구분하기 위한 광원의 파장과 지역 기지국에 위치한 도파로형 회절격자의 파장이 서로 어긋나게 되면 이로 인한 출력 손실과 이웃하는 채널에 대한 노이즈 문제를 불러일으키는 등 전송 성능을 저하시키는 문제가 있다. 특히, 페브리-페롯 레이저와 같은 자체 잠김형 광원은 파장 분할용 저가의 광원으로서 온도 변화에 따른 파장 변위가 크기 때문에, 중앙 기지국(OLU)에 서 원격으로 지역 기지국(RT)의 온도 변화를 감지할 수 있는 별도의 부가 장치가 필요하다.

대한민국 특허공개 2005-72280호는 하향 전송 광신호와 정수배의 FSR(Free Spectral Range) 만큼 떨어진 파장을 갖는 파장 추적용 광을 하향 전송 광신호화 함께 다중화하여 지역 기지국에 전송하고, 지역 기지국에서 파장 추적용 광은 반사시킨 후, 중앙 기지국에서 상기 반사된 광을 수신하는 파장 추적 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허의 경우 AWG의 출력측 회선 중의 하나를 반사체로 사용함에 따라 가입자를 위한 회선이 감소하는 단점이 있고, 특정 대역의 반사체가 지역 기지국의 AWG 출력측에 형성되어 있어 반사광이 AWG를 경유함에 따라 광 신호가 손실된다는 문제가 있다.

대한민국 특허공개 제2003-59363호는 중앙 기지국에 루프-백 광원을 이용하고, 하향 파장분할다중 광 신호의 파워 레벨과 상향 파장분할다중 광 신호의 파워 레벨이 일치되도록 제어하는 광 파장 트래킹 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허의 중앙 기지국 광원은 루프-백에 한정되기 때문에, 다양한 광원이 적용되기에 적합하지 않다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 고려하여, 기존의 WDM-PON 구성에 영향을 미치지 않고, 중앙 기지국의 광원에 제한이 없으며, 다중화기/ 역다중화기를 경유함에 따른 광 손실의 문제를 최소화할 수 있는 자체 잠김을 이용한 파장 추적 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 자체 잠김을 이용한 파장 추적 시스템을 포함하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신 시스템과 파장 추적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템은 중앙 기지국의 다중화기 출력측에 위치하며 주입되는 광이 갖는 파장으로 주발진하는 파장 추적 광원; 지역 기지국의 역다중화기에 연결 또는 일체로 형성되며 상기 파장 추적 광원으로부터의 광 신호 중 특정 파장의 광을 반사하는 반사체; 및 상기 파장 추적 광원에서 주발진되는 광 신호가 갖는 파장을 모니터링하는 모니터링부를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템은, 광 신호를 다중화하여 하향 전송하는 다중화기를 구비하는 중앙 기지국과 상기 다중화된 신호를 역다중화하는 역다중화기를 구비하는 지역 기지국을 구비하고, 상기 중앙 기지국의 다중화기 출력측에 위치하며 주입되는 광이 갖는 파장으로 주발진하는 파장 추적 광원; 상기 지역 기지국의 역다중화기에 연결 또는 일체로 형성되며 상기 파장 추적 광원으로부터의 광 신호 중 특정 파장의 광을 반사하는 반사체; 및 상기 파장 추적 광원에서 주발진되는 광 신호가 갖는 파장을 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 파장 추적 장치를 구비한다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파장분할다중 통신망에서의 파장 추적 방법은 a) 지역 기지국 역다중화기의 파장 추적을 위한 다중 모드의 광 신호를 생성하는 단계; b) 상기 역다중화기에 구비된 반사체를 통해 반사되는 반사광을 수신하는 단계; c) 상기 수신된 반사광이 갖는 파장으로 주발진하는 단계; 및 d) 상기 주발진된 광 신호가 갖는 파장을 모니터링하는 단계를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 도면과 실시예를 참조하여 자체 잠김을 이용한 파장 추적 시스템, 이를 포함하는 파장분할다중방식의 수동형 광통신 시스템 및 파장 추적 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 잠김을 이용한 파장 추적 장치(1)를 나타내는 블록도이다. 본 실시예의 자체 잠김을 이용한 파장 추적 장치(1)는 파장 추적 광원(10), 광 커플러(20), 모니터링 부(40) 및 온도 제어부(50)를 포함한다.

파장 추적 광원(10)은 중앙 기지국의 다중화기 출력측에 설치되며 주입되는 광이 갖는 파장으로 주발진한다. 파장 추적 광원(10)은 상기 다중화기의 출력측에 인접하지만 별도의 광 경로를 갖도록 구비되며, 다중화기 출력으로부터의 광 경로와 파장 추적 광원으로부터의 광 경로는 광 커플러(20)에 의하여 결합된다. 파장 추적 광원(10)의 예로는 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD), RSOA(reflective semiconductor optical amplifier), 수직 공동 표면 발광 레이저(VSCEL) 등이 있다. 상기 광원은 문턱 이상의 전류 또는 광을 입력으로 광대역의 광 신호를 생성한다. 파장 추적 광원(10)에 문턱 전류 또는 광을 입력하면 광 대역의 광신호가 생성된다.

광 커플러(20)는 파장 추적 광원(10), 중앙 기지국의 다중화기, 지역 기지국의 역다중화기, 모니터링부(40)와 관련된 광 신호를 결합/분배한다. 광 커플러(20)는 예를 들어 3dB 광 커플러가 있다. 광 커플러(20)는 중앙 기지국의 다중화기 출력측에 위치하며 다중화기와 파장 추적 광원으로부터 광 신호를 결합하여 지역 기지국의 반사체로 전달한다. 또한, 광 커플러(20)는 반사체에 의하여 반사된 반사광을 파장 추적 광원에 주입시키고, 주입된 반사광의 파장으로 주발진하는 광 신호를 모니터링부에 전달시키는 경로를 제공하는 소자이다.

반사체(30)는 지역 기지국의 역다중화기에 연결 또는 일체로 형성되며, 파장 추적 광원(10)으로부터 광 신호 중 특정 파장의 광을 반사한다. 여기에서 연결된다는 것은 예를 들어, 반사체(30)가 역다중화기의 입력측에 구비되거나, 역다중화기의 출력 포트에 구비됨을 의미한다. 반사체(30)는 예를 들어 브라그 격자(Bragg Grating: BG), 광섬유 브라그 격자(FBG)가 바람직하다. 브라그 격자는 파장 추적 광원(10)으로부터 입력되는 다중 모드의 광 신호 중 특정 파장 중 일부를 반사시키고, 나머지 파장의 신호는 통과시키는 일종의 필터 역할을 한다.

파장 추적 광원(10)에서 생성된 광 신호 중 특정 파장을 갖는 광 신호는 반사체에 반사되어 다시 파장 추적 광원으로 주입되며, 파장 추적 광원(10)은 입력된 파장 대역으로 주발진하는 자체 잠김(self-injection locking) 상태가 된다. 자체 잠김되는 파장 추적 광원(10)은 단일 파장의 레이저 다이오드와 유사한 스펙트럼을 갖는 광 신호를 생성하며, 광 커플러(20)를 통해 상기 생성된 광 신호는 모니터링부(40)에 전달된다. 이 경우 광 커플러 (20)는 일정한 파장 대역을 나누어 주는 WDM 필터로 대체될 수 있다.

모니터링부(40)는 파장 추적 광원(10)에서 주발진되는 광 신호가 갖는 파장을 모니터링한다. 여기에서 주발진되는 광 신호는 지역 기지국의 역다중화기 입력측에 위치하는 반사체에 의한 것이다. 모니터링부(40)의 상세 구조는 후술하는 도 2a, 2b를 통해 설명한다.

온도 제어부(50)는 모니터링된 파장에 따라 온도 제어 신호를 생성한다. 온도 제어부(50)는 주발진된 광 신호가 갖는 파장에 대한 모니터링된 결과를 기반으로 중앙 기지국의 광원 및/또는 다중화기의 온도 제어를 위한 신호를 발생시킨다. 상기 발생된 온도 제어 신호는 온도 조절 장치를 제어하고, 온도 조절장치는 광 송수신기와 다중화기의 온도를 조절한다. 온도 조절 장치의 예로는 열전냉각기(TEC) 등이 있다.

도 2a와 도 2b는 도 1에서 모니터링부(40)와 온도 제어부(50)를 나타내는 상세 블록도이다.

도 2a에서 모니터링부(40)는 대역 통과 필터(BPF, 41)와 광 다이오드(42)를 구비한다. 대역 통과 필터(41)로 입력되는 광 신호는 파장 추적 광원(10)에서 주 발진된 것으로 광커플러(20)를 통해 온도에 의존하는 중심 파장 값을 갖는다. 본 실시예에서 대역 통과 필터(41)는 필터링된 광의 파워가 입력되는 광의 파장에 의존하는 필터가 바람직하다. 특히, 필터의 윈도우가 일정한 기울기를 갖는 BSF(band slope filter)를 사용하는 것이 바람직하다. 광 신호가 갖는 파장의 위치에 따라 대역 통과 필터를 통과한 광 신호의 크기는 달라지게 된다. 즉, 대역 통과 필터를 통해 필터링된 광의 세기는 곧 반사광의 파장을 반영하며, 또한 광 신호의 파장은 지역 기지국 다중화기의 온도를 반영한다.

광 다이오드(photo diode, 42)는 대역 통과 필터(41)를 통해 필터링된 광 신호를 입력으로 하여 전류를 생성시킨다. 전류는 전압의 형태로 변환되기도 한다. 광 다이오드는(42)는 필터링된 광의 조사에 의한 광 기전력 효과를 이용한 것으로, 필터링된 광에 의하여 유발된 전류 혹은 전압의 양을 감지할 수 있는 센서 (51)에 전달한다.

도 2a에서 온도 제어부(50)는 센서(51)과 온도 제어 신호 발생부(52)를 포함한다. 센서(51)는 예를 들어 전압 센서 또는 전류 센서가 있으며, 광 다이오드(42)에서 발생된 전기적인 신호가 갖는 전류 또는 전압을 측정한다. 온도 제어 신호 발생부(52)는 센서(51)에서 측정된 전류값 또는 전압값을 입력받고, 미리 프로그램된 알고리즘에 따라 중앙 기지국의 광원 및/또는 다중화기의 온도를 제어하는 제어 신호를 발생시킨다. 특히, 온도 제어 신호 발생부(52)는 센서에서 측정된 전류값 또는 전압값과 지역 기지국 온도, 파장 간의 상관 관계에 대한 선행 학습 결과를 토대로 온도 제어 신호를 생성할 수 있다.

도 2b에서 모니터링부(40)는 제 2 광 커플러(44), 대역 통과 필터(BPF, 43)와 제 1 광 다이오드(45) 및 제 2 광 다이오드(46)를 구비한다.

제 2 광 커플러(44)는 광 커플러(20)으로부터 입력되는 광 신호를 제 1 광 다이오드(45)과 제 2 광 다이오드(46)로 분배하는 광 분배기로서, 본 실시예에서는 광 커플러(20)와의 구별을 위하여 제 2 광커플러(44)라고 칭한다. 또한, 광 분배기 로서 제 2 광 커플러 대신 WDM 필터를 사용하는 것도 가능하다.

상기 광 신호는 파장 추적 광원(10)에서 주발진된 광 신호이다. 대역 통과 필터(43)는 제 2 광 커플러(44)를 통해 분배된 제 1 광 신호에 파장에 따라 일정한 기울기를 갖는 대역 통과 필터를 적용한다. 제 1 광 다이오드(45)는 대역 통과 필터(43)를 통해 필터링된 제 1광 신호를 입력으로 하여 전기적인 신호를 발생시킨다. 또한, 제 2 광 다이오드(46)는 제 2 광 커플러(44)를 통해 입력되는 제 2 광 신호를 입력으로 하여 전기적인 신호를 발생시킨다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 광 다이오드(45)와 제 2 광 다이오드(46)는 직렬로 연결되기 때문에, 온도 제어부(50)에 연결된 노드에는 제 1 광 다이오드(45)와 제 2 광 다이오드(46)에 인가되는 전압의 차에 해당하는 전압이 인가된다. 도 2b의 온도 제어부(50)는 도 2a의 온도 제어부와 동일하므로 공통된 설명은 생략한다. 도 2b에 도시된 방법의 경우에는 도 2a에 도시된 방법에 비해 추가적으로 광 다이오드 1개와 광 커플러가 필요하다는 단점이 있지만, 파장 변화량을 감지할 수 있는 분해능이 도 2a의 경우보다 뛰어나다는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 추적 장치를 포함하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템을 나타내는 블록도이다. 본 실시예의 수동형 광통신 시스템은 중앙 기지국(100), 지역 기지국(200) 및 광 가입자(300)를 포함한다.

중앙 기지국(100)은 광 송수신기(110), WDM 필터(112), 다중화기로서 도파로형 회절격자(120), 파장 추적 광원으로서 RSOA(130), 광 커플러로서 3dB 커플러(140), 모니터링부(150), 온도 제어부(160) 및 TEC(thermo-electric cooler, 170)를 포함한다.

중앙 기지국(100)은 지역 기지국(200) 내의 역다중화기에 하향 채널 광 신호를 제공하며, 역다중화기로부터의 상향 채널 광 신호를 수신한다. 광 송수신기(110)는 광 통신을 위한 광원으로서 다중 모드의 광 신호를 발생시키며, 광 가입자로부터의 단일 모드 광 신호를 수신한다. 중앙 기지국(100)은 광 가입자의 수(N)에 따른 N개의 광송수신기를 구비하며, 각각의 광 송수신기(110)는 트랜스미터(Tx)와 리시버(Rx)를 구비한다. 본 실시예에서 트랜스미터로 사용할 수 있는 광원이 종류에는 특별한 제한은 없다. 본 실시예에서 트랜스미터(Tx)에 의해 발진된 광 신호는 하향 채널을 따라 다중화기(120)에 입력되고, 다중화기(120)를 통해 다중화된 신호는 광 섬유를 통해 지역 기지국에 전달된다. 한편, WDM 필터(112)는 광 신호를 파장에 따라 구분하는 필터로서, Tx에서 송신한 광 신호와 Rx가 수신하는 광 신호를 구별하여 광 신호를 분배한다.

도 3에서 AWG(Arrayed Waveguide Grating, 120)는 다중화기로서 Tx에서 생성된 광 신호를 다중화하고, 다중화된 신호를 하향 전송한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 NХ1 도파로형 회절격자(AWG)를 사용할 수 있다. 본래 도파로형 회절격자는 역다중화기로도 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 하향 데이터 전송을 기준으로 하여 다중화기라 칭한다. 또한, 도파로형 회절격자 이외에도 도파로형 격자 라우터(WGR; Waveguide Grating Router) 등을 다중화기로 사용할 수 있다. 도파로형 회절격자는 온도에 민감하며 온도에 따라 결합/분리하는 파장이 달라지며, 지역 기지국(200)과 중앙 기지국(100) 사이에 온도 차이가 있는 경우 파장의 불일치 로 인한 전송 성능 저하의 문제가 있다. 본 발명은 이러한 문제를 고려하여 자체 잠김되는 파장 추적 광원과 반사체를 구비하는 파장 추적 장치를 광통신 시스템을 도입하였다.

RSOA(130)는 중앙 기지국의 AWG(120)의 출력측에 위치하지만, 별도로 설치되며 광섬유 브라그 격자(220)에 의해 반사되어 주입되는 반사 광이 갖는 파장으로 주발진한다. AWG(120) 출력으로부터의 광 경로와 파장 추적 광원으로부터의 광 경로는 3dB 커플러(140)에 의하여 결합된다.

3dB 커플러(140)는 RSOA(130), 중앙 기지국의 AWG(120), 지역 기지국의 AWG(210), 모니터링부의 BPF(152)와 관련된 광 신호를 결합/분배한다. 3dB 커플러(140)는 중앙 기지국의 AWG(120)와 RSOA(130)로 부터의 광 신호를 결합하여 지역 기지국의 광섬유 브라그 격자(220)로 전송한다. 또한, 3dB 커플러(140)는 광섬유 브라그 격자(220)에 의하여 반사된 반사광을 RSOA(130)에 주입시키고, 주입된 반사광의 파장으로 주발진하는 광 신호를 모니터링부에 전달시키는 경로를 제공한다.

도 3에서 모니터링부는 대역 통과 필터(BPF, 152)와 광 다이오드(154)를 구비한다. 대역 통과 필터(152)로 입력되는 광 신호는 RSOA(130)에서 주발진된 것으로 3dB 커플러(140)를 통해 입력된다. 본 실시예에서 대역 통과 필터(152)는 상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 광의 파워는 상기 대역 통과 필터의 통과 대역에 속하는 광의 파장에 대하여 일정한 기울기를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일정한 기울기를 갖는 톱니 형상의 윈도우를 갖는 BSF를 사용하는 것이 바람직하다.

광 다이오드(154)는 대역 통과 필터(152)를 통해 필터링된 광 신호를 입력으로 하여 전기적인 신호를 생성한다.

온도 제어부(160)는 센서(162)와 온도 제어 신호 발생부(164)를 구비한다. 센서(162)는 예를 들어 전압 센서 또는 전류 센서가 있으며, 광 다이오드(154)에서 발생된 전기적인 신호가 갖는 전류 또는 전압을 측정한다. 온도 제어 신호 발생부(164)는 센서(162)에서 측정된 전류값 또는 전압값을 고려하여 중앙 기지국(100)의 송수신기(110)와 AWG(120)의 온도를 제어하는 제어 신호를 발생시킨다.

TEC(170)는 열전냉각기로서 온도 제어부(160)로부터 수신한 온도 제어 신호를 입력으로 하여 송수신기(110)와 AWG(120)의 온도를 조절한다.

지역 기지국(200)은 중앙 기지국(100)과 광 가입자(300)로부터 각각 수신되는 광 신호를 반대측으로 전송한다. 지역 기지국(200)은 다중화된 광 신호를 역다중화하는 역다중화기로서 AWG(210)와 반사체로서 광섬유 브라그 격자(220)를 구비한다. AWG(210)의 온도가 변하면 각 채널에 할당된 광 신호의 중심 파장이 이동하게 되는데, 이는 광 전송에 있어서의 에러와 광 손실을 높이는 원인이 된다. 따라서, 중앙 기지국(100)은 지역 기지국(200)의 온도 변화에 대한 모니터링을 통해 온도 변화에 따라 보정된 광 신호를 생성할 필요가 있다.

본 실시예에서 광섬유 브라그 격자(220)는 AWG(210)와 같은 온도 변화 특성을 갖도록 구비된다. 광섬유 브라그 격자(220)의 온도에 따른 중심 파장 이동은 AWG(210)의 파장 이동을 따르기 때문에 RSOA(130)의 발진 파장 이동을 측정함으로써 AWG(210)의 파장 이동을 추적할 수 있다. 본 실시예에서는 자체 잠김되는 RSOA 의 광 출력이 광 가입자와 중앙 기지국에 영향을 주지 않도록 스킵 대역을 가진 순환형 AWG를 사용하며, 광섬유 브라그 격자의 중심 파장을 스킵 대역에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.

AWG(210)의 온도 변화와 그로 인해 중심 파장이 이동된 반사광은 3dB 커플러(140)를 통해 RSOA(130)에 전달된다. 광섬유 브라그 격자(220)에 의하여 반사된 반사광은 AWG(210)에서의 온도 변화에 따라 중심 파장이 이동된 것이고, RSOA(130)에서 주발진하는 광 신호는 상기 AWG(210)의 온도 변화에 따른 정보를 포함하는 것이다. 또한, RSOA(130)에 의하여 주발진된 광신호는 반사광의 중심 파장 이외의 성분은 억제하고, 반사광의 중심 파장 성분은 증폭시킨 것이므로, 별도의 광 증폭 수단 없이도 BPF(152)는 RSOA(130)에서 생성되며 충분한 출력을 갖는 광 신호를 입력 받을 수 있다.

광 가입자(300)는 지역 기지국(200) 내의 AWG(210)를 통해 상향 채널의 광 신호를 제공하며, AWG(210)를 통해 중앙 기지국에서 전송한 하향 채널 광 신호를 수신한다. 광 가입자(300)는 광 가입자의 수(N)에 따른 광송수신기(310)를 포함하며, 광송수신기(310)는 각각 트랜스미터(Tx), 리시버(Rx) 및 WDM 필터(312)를 구비한다.

도 4는 도 3에서 광 섬유 브라그 격자의 반사 곡선과 자체 잠김된 RSOA의 스펙트럼을 나타내는 참고도이다. RSOA(130)의 피크 파장을 측정하기 위하여 광 스펙트럼 분석기를 사용하였다. RSOA(130)의 바이어스 전류는 70mA로 맞추고, 0.35nm의 3dB 대역폭과 30?에서 1550.82nm의 중심 파장을 가진 광섬유 브라그 격자를 사용하 였다. 지역 기지국의 온도는 오븐을 이용하여 20?에서 60?까지 조절하였다. 백-투-백(back-to-back) 연결에 따른 자체 잠김된 RSOA의 스펙트럼을 보면, 자체 잠김된 RSOA의 부모드 억제 비율(SMSR: Side-mode Suppression Ratio)과 3dB 대역 폭은 약 36dB와 0.15nm임을 확인할 수 있다. 또한, 도 4에서 삽입된 그림은 30? 피더 광섬유의 길이에 따른 자체 잠김된 RSOA의 스펙트럼을 나타낸다. SMSR의 변화는 있을 뿐, RSOA 발진 파장의 이동은 없었다. 즉, 본 발명에 따르면 RSOA 발진 파장은 피더 광섬유의 길이와 무관함을 알 수 있다.

도 5는 온도에 따른 중심 파장의 이동, AWG의 파장 이동, RSOA 발진 파장의 이동 결과를 나타내는 참고도이다. 각각의 변화 비율은 약 0.0141nm/℃, 0.0117nm/℃, 0.0136nm/℃로서 그 차이는 측정 장비의 분해능인 0.01nm 이하이기 때문에 측정 오차이기 때문에 무시할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 파장 추적 장치를 포함하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템을 나타내는 블록도이다.

본 실시예의 수동형 광통신 시스템은 중앙 기지국(100), 지역 기지국(200) 및 광 가입자(300)를 포함한다. 도 6과 도 3 에 도시된 광통신 시스템은 서로 동일한 구성 요소를 다수 포함하고 있으므로, 이하에서는 도 3과 구별되는 구성 요소에 대하여만 설명한다.

도 6에서 제2 3dB 광 커플러(155)는 RSOA(130)에서 발진되며, 3dB 광 커플러(140)를 통해 입력되는 증폭된 광 신호를 대역 통과 필터(156)와 제 2 광 다이오드(158)로 분배한다. 대역 통과 필터(156)는 필터링된 광을 제 1 광 다이오드(157) 에 조사하며, 제 1 광 다이오드(157)는 광의 세기에 비례하는 전류를 발생시킨다. 또한, 제2 3dB 커플러(155)는 직접 광을 제 2 광 다이오드 (158)에 조사한다. 제 1 광 다이오드(157)와 제 2 광 다이오드(158)는 직렬로 연결되기 때문에, 온도 제어부(160)에 연결된 노드에는 제 1 광 다이오드(157)와 제 2 광 다이오드(158)에 인가되는 전압의 차가 인가된다.

도 6에서 지역 기지국(200)에 구비되는 반사체인 광 반사 미러(230)는 AWG(210)의 출력 포트에 형성된다. RSOA(130)에서 생성된 광범위한 광 신호는 AWG(210)을 통해 광 반사 미러(230)에 도달하고, 광 반사 미러(230)에 의해 반사되는 반사광은 RSOA(130)에 주입된다.

또한, 본 발명의 광통신 시스템은 RSOA나 페브리 페롯 레이저 다이오드와 같은 자체 잠김형 광원을 Tx로 사용하고, 중앙 기지국(100)의 AWG(120) 입력측에 광섬유 브라그 격자(미도시 됨)를 더 포함할 수 있다. AWG(120)와 그 입력측에 형성된 광섬유 브라그 격자는 직접적으로 연결되거나 일체로 형성될 경우, AWG(120)와 광섬유 브라그 격자는 온도가 동일하게 유지될 수 있고, 광섬유 브라그 격자에서 반사된 반사광은 AWG(120)의 온도 변화를 반영하여 일정하게 쉬프트된 파장을 갖는다. 이 경우 TEC(170)는 광송수신기(110)의 온도 조절을 더 이상 할 필요가 없다는 점에서, 모니터링의 결과에 따라 광송수신기(110)와 AWG(120)의 모두 조절해야할 필요가 있었던 도 3, 6의 실시예와는 구별된다. 왜냐하면, AWG(120)에 대한 온도 조절 결과는 Tx(110)에 피드백되며, Tx는 AWG(120)의 온도값을 반영하여 보정된 파장으로 발진하기 때문이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할다중 통신망에서의 파장 추적 방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명의 파장 추적 방법은 도 3에 도시된 파장분할다중 방싱의 통신망에서 시계열적으로 처리되는 다음 단계들을 포함한다.

410단계에서 파장 추적 광원인 RSOA(130)는 지역 기지국 AWG(210)의 파장 추적을 위한 광대역 또는 다중 모드의 광 신호를 발생시킨다. 상기 발생된 광 신호는 광 섬유를 따라 AWG(210)의 입력측에 구비된 광섬유 브라그 격자(220)에 도달한다.

420단계에서 파장 추적 광원인 RSOA(130)는 AWG(210)에 구비된 광섬유 브라그 격자(220)를 통해 반사되는 특정 파장의 반사광을 수신한다. 광섬유 브라그 격자(220)는 특정 파장의 광의 일부를 반사시킨다.

430단계에서 RSOA(130)는 광섬유 브라그 격자(220)에 의해 반사된 반사광을 주입 받고, 반사광이 갖는 파장으로 주발진한다.

440단계에서 대역 통과 필터(152)는 430단계에서 RSOA(130)에 의해 생성된 광 신호를 필터링한다. 특히, 파장에 따라 일정한 기울기를 갖는 대역 통과 필터를 이용하면, 윈도우를 기준으로 하여 일정 부분 필터링된 즉 광의 세기가 일정 부분 감쇄된 광 신호를 얻을 수 있다. 또한, 필터링된 광 신호가 광 다이오드(154)에 조사되면, 광 다이오드(154)는 조사되는 광이 세기에 따른 전류를 발생시킨다.

450단계에서 온도 제어부(160)는 440단계에서의 필터링된 광 신호를 이용하여 광송수신기 (110)와 AWG(120)의 온도 제어를 위한 제어 신호를 생성한다.

도 7에 도시되지는 않았지만, 상기 RSOA(130)에 의해 주발진된 광 신호를 제 1 광신호와 제 2 광신호로 분배하고, 상기 제 1 광 신호에 대역 통과 필터(152)를 적용하고, 상기 대역 통과 필터가 적용된 광 신호를 광전변환하여 전기적 신호를 생성하고, 상기 제 2 광신호를 광전변환하여 전기적 신호를 생성시킨 후, 상기 각각 생성된 전기적 신호를 이용하여 상기 주발진된 광 신호가 갖는 파장을 모니터링하여 온도 제어를 위한 제어 신호를 생성하는 것도 가능하다.

460단계에서 TEC(170)는 온도 제어 신호를 입력 받아, 광송수신기(110)와 AWG(120)의 온도를 조절한다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 상기 개시된 실시예 들은 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 한다.

본 발명에 따르면 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에서의 파장 추적을 위하여 중앙 기지국의 다중화기 출력측에 구비되며 자체 잠김되는 별도의 파장 추적 광원, 지역 기지국의 역다중화기에 연결된 반사체 및 파장 추적 광원에서 발진된 광 신호의 파장을 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 신규의 파장 추적 구조를 채택함으로써, 기존의 수동형 광통신망 구조의 변경없이 지역 기지국의 온도와 파장 변화를 추적하고, 중앙 기지국과 지역 기지국 간의 파장 불일치를 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 파장 추적 장치는 다중화기의 포트를 사용하지 않으며, 파장 추적을 위한 광신호가 다중화기를 경유하지 않기 때문에 다중화기에 따른 광 신호의 손실을 줄일 수 있다. 본 발명의 파장 추적 장치에서 파장 추적 광원은 반사체에 의해 반사되는 광이 갖는 파장을 중심으로 주발진하고 증폭된 광 신호를 생성하는데, 이렇게 주발진된 광신호는 충분한 전력을 갖기 때문에 모니터링이 용이하며, 별도의 광 증폭 수단을 필요로 하지 않는다.

Claims

파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템에 있어서,

중앙 기지국의 다중화기 출력측에 위치하며 주입되는 광이 갖는 파장으로 주발진하는 파장 추적 광원;

지역 기지국의 역다중화기에 연결 또는 일체로 형성되며 상기 파장 추적 광원으로부터의 광 신호 중 특정 파장의 광을 반사하는 반사체; 및

상기 반사체로부터 반사된 광의 주입에 의해 상기 파장 추적 광원에서 주발진되는 광 신호의 파장을 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 파장 추적 광원, 상기 중앙 기지국의 다중화기, 상기 지역 기지국의 역다중화기 및 상기 모니터링부와 관련된 광 신호를 결합/분배하는 광 커플러 혹은 WDM 필터를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 모니터링부는 상기 파장 추적 광원에서 주발진되는 광 신호를 필터링하는 대역 통과 필터; 및

상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 광 신호를 입력으로 하여 전류를 발생시키는 광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 반사체는 광섬유 브라그 격자 또는 광 반사 미러이고, 상기 반사체는 상기 역다중화기와 연결 혹은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 파장 추적 광원은 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD) 또는 반사형 반도체 광 증폭기(RSOA) 또는 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL)인 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 대역 통과 필터는 상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 광의 파워는 상기 대역 통과 필터의 통과 대역에 속하는 광의 파장에 대하여 일정한 기울기를 갖는 것임을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 광섬유 브라그 격자는 상기 역다중화기의 입력측에 구비되거나, 상기 광 반사 미러는 상기 역다중화기의 출력측에 구비되는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 모니터링부는

상기 파장 추적 광원에서 주발진된 광 신호를 제 1 광신호와 제 2 광신호로 분배하는 광 분배기;

상기 광 분배기에서 분배된 제 1 광신호를 필터링하는 대역 통과 필터;

상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 광 신호를 입력으로 전류를 발생시키는 제 1 광 다이오드 및

상기 제 2 광 신호를 입력으로하여 전류를 발생시키고, 상기 제 1 광 다이오드와 직렬로 연결되는 제 2 광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 모니터링된 파장에 따라 온도 제어 신호를 발생시키는 온도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망의 파장 추적 시스템.
광 신호를 다중화하여 하향 전송하는 다중화기를 구비하는 중앙 기지국과 상기 다중화된 신호를 역다중화하는 역다중화기를 구비하는 지역 기지국을 구비하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템에 있어서,

상기 중앙 기지국의 다중화기 출력측에 위치하며 주입되는 광이 갖는 파장으로 주발진하는 파장 추적 광원;

지역 기지국의 역다중화기에 연결 또는 일체로 형성되며 상기 파장 추적 광원으로부터의 광 신호 중 특정 파장의 광을 반사하는 반사체; 및

상기 반사체로부터 반사된 광의 주입에 의해 상기 파장 추적 광원에서 주발진되는 광 신호의 파장을 모니터링하는 모니터링부를 포함하는 파장 추적 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템.
제 10 항에 있어서,

상기 파장 추적 광원, 상기 중앙 기지국의 다중화기, 상기 지역 기지국의 역다중화기 및 상기 모니터링부와 관련된 광 신호를 결합/분배하는 광 커플러 또는 WDM 필터를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 모니터링부는

상기 파장 추적 광원에서 주발진되는 광 신호를 필터링하는 대역 통과 필터; 및

상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 광 신호를 입력으로하여 전류를 발생시키는 광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템.
제 10 항에 있어서,

상기 중앙 기지국은 광원으로서 페브리 페롯 레이저 다이오드 또는 RSOA를 구비하고, 상기 다중화기 입력측에 위치하며 특정 파장의 광을 반사하는 반사체를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신 시스템.
파장분할다중 통신망에서의 파장 추적 방법에 있어서,

a) 지역 기지국 역다중화기의 파장 추적을 위한 다중 모드의 광 신호를 생성하는 단계;

b) 상기 역다중화기에 구비된 반사체에 의하여 반사되는 반사광을 수신하는 단계;

c) 상기 수신된 반사광이 갖는 파장으로 주발진하는 단계; 및

d) 상기 주발진된 광 신호가 갖는 파장을 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망에서의 파장 추적 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 d) 단계는

d1) 상기 주발진된 광 신호를 대역 통과 필터링하는 단계;

d2) 상기 필터링된 광 신호를 광전변환하여 전기적 신호를 생성 단계; 및

d3) 상기 생성된 전기적 신호의 전압 또는 전류를 측정하여 주발진된 광 신호의 파장을 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수 동형 광통신망에서의 파장 추적 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 d) 단계는

d1) 상기 주발진된 광 신호를 제 1 광신호와 제 2 광신호로 분배하는 단계;

d2) 상기 제 1 광 신호에 대역 통과 필터를 적용하는 단계;

d3) 상기 대역 통과 필터가 적용된 광 신호를 광전변환하여 전기적 신호를 생성하는 단계;

d4) 상기 제 2 광 신호를 광전변환하여 전기적 신호를 생성시키는 단계; 및

d5) 상기 d3)단계와 d4)단계를 통해 생성된 전기적 신호를 이용하여 상기 주발진된 광 신호가 갖는 파장을 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 수동형 광통신망에서의 파장 추적 방법.