KR101018606B1 - 크로스토크 감소를 위한 통신 장치 및 방법 - Google Patents

크로스토크 감소를 위한 통신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

광 송신기는 변조기, 분산 조절 모듈 및 광 증폭기를 포함한다. 광 송신기는 자유공간 광 통신 채널을 통해 광 펄스를 전송하도록 구성된다. 변조기는 데이터에 의해 진폭 및/또는 위상 변조된 광 반송파를 생성하도록 구성된다. 이 분산 조절 모듈은 변조기 및 증폭기 사이에 접속되어 수신된 광 펄스의 분산을 변경함으로써 복조기로부터 수신된 광 펄스의 시간적 폭을 실질적으로 변경하도록 구성된다.

Description

크로스토크 감소를 위한 통신 장치 및 방법{REDUCING CROSSTALK IN FREE-SPACE OPTICAL COMMUNICATIONS}
본 발명은 광 증폭 및 자유공간(free-space) 광 통신에 관한 것이다.
전송 케이블을 설치하는 비용이 높은 경우, 자유공간 광 통신 채널이 점 대 점 광 통신 채널을 위한 저렴한 대체물을 제공할 수 있다. 자유공간 광 통신 채널에서, 데이터 전송 광 빔은 전송 광 도파관에 의한 유도 없이 전송 영역을 통과한다. 따라서, 자유공간 광 통신 채널의 사용은 전송 광 섬유를 설치하는 것과 연관되는 비용을 피할 수 있다. 이러한 설치 비용의 절감은 새로운 점 대 점 광 통신 시스템을 구현하는 전체 비용을 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 전송 광 섬유가 존재하지 않으므로 광 통신 시스템의 전력 전송 효율을 감소시킨다. 특히, 데이터 전송 광 빔의 직경은 자유공간 광 통신 채널을 따라 발산(diverge)될 수 있다. 따라서, 자유공간 광 통신 시스템은, 동일한 길이의 광 통신 채널을 갖는 섬유 기반 광 통신 시스템보다 낮은 비율의 전송되는 광 전력을 전송할 수 있다.
전술한 전력 전송 비효율로 인해, 자유공간 광 통신 시스템은 종래 섬유 광 전송 시스템과는 상당히 다르게 동작할 수 있다. 자유공간 광 통신 시스템은 데이터 전송 광 빔의 발산을 보상하기 위해 높은 출력 광 전력을 발생시키는 송신기를 갖는 경우가 흔하다.
일부 실시예는 많은 자유공간 광 통신 시스템에서 발견되는 특수한 조건을 위해 구성되는 통신 장치를 제공한다. 이들 조건은 높은 출력 광 세기를 포함할 수 있다. 실시예의 일부는 광 송신기의 내부에서 낮은 양의 광 크로스토크만을 여전히 생성하면서 높은 출력 광 전력을 지원하는 특징을 포함한다.
제 1 양태에서, 광 송신기를 포함하는 장치가 제공된다. 이 광 송신기는 변조기, 분산 조절 모듈 및 광 증폭기를 포함한다. 광 송신기는 자유공간 광 통신 채널을 통해 광 펄스를 송신하도록 구성된다. 변조기는 데이터에 의해 진폭 및/또는 위상 변조된 광 반송파를 생성하도록 구성된다. 분산 조절 모듈은 변조기와 증폭기 사이에 접속되며 수신된 광 펄스의 누적 분산을 변경함으로써 변조기로부터 수신된 광 펄스의 시간적 폭을 실질적으로 변경하도록 구성된다.
제 2 양태에서, 변조된 광 반송파를 생성함으로써 광 펄스 스트림을 생성하는 단계와, 대응하는 시간적으로 넓혀진 광 펄스를 생성하기 위해 스트림의 광 펄스의 누적 분산을 실질적으로 변경하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 이 방법은 대응하는 증폭된 광 펄스를 생성하기 위해 시간적으로 넓혀진 광 펄스를 광학적으로 증폭하는 단계와, 자유공간 광 통신 채널을 통해 광 수신기에 증폭된 광 펄스를 전송하는 단계를 포함한다.
도면 및 실시예의 상세한 설명에 의해 다양한 실시예를 보다 완전하게 설명한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 도면 및 실시예의 상세한 설명에서 개시되는 실시예로 제한되는 것이 아니다.
도 1a는 자유공간 광 통신 채널을 포함하는 도시 점 대 점 광 통신 시스템을 개략적으로 도시하고 있다.
도 1b는 자유공간 통신 채널을 포함하는 위성 대 위성 광 통신 시스템을 개략적으로 도시하고 있다.
도 2a는, 가령, 도 1a 및 1b의 광 통신 시스템에서의 사용을 위한 자유공간 광 통신 시스템의 실시예에 대한 블록도이다.
도 2b는, 가령, 도 1a 및 1b의 광 통신 시스템에서의 사용을 위한 자유공간 광 통신 시스템의 다른 실시예에 대한 블록도이다.
도 2c는 도 1a 및 1b의 광 통신 시스템에서의 사용을 위한 자유공간 광 통신 시스템의 다른 실시예에 대한 블록도이다.
도 2d, 2e 및 2f는 도 1a 및 1b의 광 통신 시스템에서의 사용을 위한 자유공간 광 통신 시스템의 다른 실시예에 대한 블록도이다.
도 3a는, 가령, 도 2a, 2c, 2d 및 2f의 자유공간 광 통신 시스템을 사용하는 광 통신을 수행하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3b는, 가령, 도 2b, 2c, 2e 및 2f의 자유공간 광 통신 시스템을 사용하는 광 통신을 수행하는 다른 발법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 도 3a 및 3b의 방법의 데이터 전송 스트림의 예시적 광 펄스의 진화를 개략적으로 도시하고 있다.
도면 및 텍스트에서, 유사한 참조 번호는 유사한 기능을 갖는 요소를 도시한다.
도면에서, 일부 형상의 상대적 크기는 하나 이상의 구조를 더 분명하게 도시하기 위해 강조될 수 있다.
도 1a 및 1b는 데이터 전송 광 펄스를 전송하기 위해 자유공간 광 통신 채널(3A, 3B)을 사용하는 광 통신 시스템(2A, 2B)의 실시예를 도시하고 있다. 도 1a의 자유공간 광 통신 채널(3A)은 도시 지역에 위치되는 건물들(4) 사이의 점 대 점 광 통신을 제공한다. 각 통신하는 건물들(4)은 광 통신 채널(3A), 즉, 도시 지역의 대기 공간을 통한 1-방향 또는 2-방향 광 통신을 위해 구성되는 광 송신기, 수신기 또는 송수신기(5)를 포함한다. 도 1b의 자유공간 광 통신 채널(3B)은 지구 주위를 궤도 운동하는 위성들(6) 사이의 점 대 점 광 통신을 제공한다. 또한, 각 위성(6)은 우주 공간 광 통신 채널(3B)을 통해 1-방향 또는 2-방향 통신을 지원하는 송신기, 수신기 또는 송수신기(7)를 갖는다.
광 통신 시스템(2A, 2B)에서, 자유공간 광 통신 채널(3A, 3B)은 데이터 전송 광 펄스를 유도하지도 않고 이 광 펄스의 실질적인 색채 분산(chromatic dispersion)을 야기하지도 않는다. 이러한 도파관의 부재에서, 데이터 전송 광 펄스는 자유공간 광 통신 채널(3A, 3B)의 진행 방향에 대해 횡방향으로 또는 종방향으로 확산된다. 이러한 이유로, 광 통신 시스템(2A, 2B)의 광 송신기(5, 7)는 높은 전기장 세기를 사용하여 이러한 데이터 전송 광 펄스를 전송하는 경우가 흔하다.
일부 광 매체에서, 높은 전기장 세기는 그 매체의 3차 전계 감수율(third-order electrical susceptibility)으로 인해 상당한 비선형 광 효과를 발생시킨다. 비선형 광 효과는 이러한 매체를 통해 진행하는 데이터 전송 스트림의 상호 채널 및/또는 내부 채널 크로스토크를 생성할 수 있다. 자유공간 광 통신 채널의 광 매체는 희박하거나 매우 작은 3차 전계 감수율을 갖는 경우가 흔하며, 전형적으로 내부의 데이터 전송 광 빔의 큰 직경으로 인한 낮은 전기장 세기를 또한 전송한다. 그러한 이유로, 자유공간 광 통신 채널은 이러한 크로스토크를 거의 발생시키지 않는 것이 전형적이다. 이와 반대로, 3차 전계 감수율은 자유공간 광 통신을 위해 사용되는 광 송신기의 일부 구성요소의 높은 값을 가질 수 있다. 또한, 전기장 세기는 몇몇 이러한 구성요소의 높은 값을 가질 수 있다. 그러한 이유로, 자유공간 광 통신 시스템에서 사용되는 광 송신기의 상당한 크로스토크를 생성하는 위험이 존재하는 경우가 있다. 크로스토크를 생성하는 위험은 이러한 광 송신기의 광 증폭기에서 특히 높을 수 있는데, 왜냐하면 광 증폭기는 3차 전계 감수율이 현저한 크기를 갖는 매체를 사용할 수 있으며, 또한 동작 동안 높은 광 세기 레벨을 지원할 수 있기 때문이다.
광 통신 시스템(2A, 2B)의 다양한 실시예는 내부의 광 송신기의 광 증폭기의 광 크로스토크의 생성을 감소시키도록 구성되는 장치를 사용한다. 몇몇 이러한 장치는 도 2a-f의 자유공간 광 통신 시스템(10A, 10B, 10C, 10D, 10E 및 10F)에 도시되어 있다.
각 자유공간 광 통신 시스템(10A-10F)은 멀티-채널 광 송신기(12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F), 자유공간 광 통신 채널(14) 및 멀티-채널 광 수신기(16A, 16B, 16C)를 포함한다. (도시되지 않은) 다른 실시예에서, 멀티-채널 광 송신기(12A-12F) 및 멀티-채널 광 수신기(16A-16C)는 하나의 파장-채널 디바이스로 대체될 수 있다.
멀티-채널 광 송신기(12A-12C)는 N개의 광원(18), N개의 광 변조기(20), Nx1 광 멀티플렉서(22), 제 1 분산 조절 모듈(24), 광 증폭기(26) 및 빔 시준 옵틱(28)을 포함한다.
각 광원(18)은 데이터를 전송하는 데 사용될 파장-채널상에 연속적인 웨이브(CW) 광 반송파를 생성한다. 광원은, 가령, 전기 또는 광 펌핑 디바이스에 따른 종래 고전력의 협대역 레이저이다.
각 광 모듈러(20) 진폭 및/또는 위상은 광원(18) 중 대응하는 광원으로부터 수신되는 CW 광 반송파상으로 입력 디지털 데이터 스트림, 즉, Input Data1,..., 및 Input DataN 중 다른 하나를 변조한다. 각 광 변조기(20)는, 가령, 광 펄스의 데이터 전송 스트림을 사용하여 진폭 및/또는 위상 변조된 광 반송파를 Nx1 광 멀티플렉서(22)로 출력한다.
Nx1 광 멀티플렉서(22)는 광 변조기(20)로부터 진폭 및/또는 위상 변조된 광 반송파를 멀티플렉싱하고 그 결과 광 빔을 제 1 조절 모듈(24)로 전송한다. Nx1 광 멀티플렉서(22)는 당업자에게 잘 알려진 임의의 종래 구성을 가질 수 있다.
제 1 분산 조절 모듈(24)은, 광 송신기(12A-12C)가 데이터를 전송하도록 구성되는 파장-채널상의 광 펄스의 누적 분산의 크기를 실질적으로 증가 또는 감소시킨다. 분산 조절 모듈(24)은, 대략 [(초당 0.25x105기가비트)/(BR)2][(1550㎚)/λ]2 나노미터당 피코초(ps/㎚) 이상이거나 [(초당 0.5x105기가비트)/(BR)2][(1550㎚)/λ]2와 같거나 훨씬 큰 크기를 갖는 수신된 광 펄스 분산에서 발생될 수 있다. 또한, 생성된 분산의 크기는 대략 ps/㎚ 단위의 [초당 4x105기가비트)/(BR)2][(1550㎚)/λ]2 이하이거나 대략 [초당 2x105 기가비트)/(BR)2][(1550㎚)/λ]2 ps/㎚ 이하일 수 있다. 여기서, (BR)2은 초당 기가비트(Gb/s) 단위의 변조에 의해 생성되는 파장-채널 광 비트 레이트당의 제곱이며, λ는 나노미터 단위의 광 반송파의 파장이다. 1.55 마이크로미터의 원격통신 파장에서, 예시적 분산 조절 모듈(24)은 대략 초당 10 기가비트의 비트 레이트에서 대략 1000ps/㎚ 또는 그 이상의 분산을 생 성할 수 있고, 대략 초당 40 기타비트의 비트 레이트에서 대략 (1000/16) ps/㎚ 또는 그 이상의 분산을 생성할 수 있다.
제 1 분산 조절 모듈(24)에서, 누적 분산을 실질적으로 변경하는 것은, 실질적으로 시간적으로 넓어지며 실질적으로 감소된 피크 세기를 갖는 광 펄스를 생성한다. 수신된 광 펄스에 있어서, 실질적으로 시간적으로 넓히는 것은 광 펄스의 최대 세기의 절반에서 전체 폭이 대략 25 퍼센트 이상, 대략 300 퍼센트 이상, 가령, 대략 335 퍼센트만큼 증가되게 할 수 있다. 실질적으로 시간적으로 넓히는 것은 초기 광 펄스의 피크 세기가 대략 20 퍼센트 이상, 대략 67 퍼센트 이상, 심지어 대략 93 퍼센트만큼 감소되게 할 수 있다. 피크 세기의 이러한 감소는 광 증폭기(26)의 크로스토크 발생을 낮출 수 있다.
제 1 분산 조절 모듈(24)은 다양한 집합적(lumped) 디바이스에 의해 형성될 수 있다. 하나의 예시적 디바이스는 통상적인 또는 이례적인 분산을 갖는 단일 모드 광 섬유 롤이다. 광 섬유 롤은, 전술한 시간적으로 넓어진 양 및 피크 세기 감소를 산출하는 적합한 길이를 갖는다. 다른 예시적 디바이스는, 회절 격자 및 광이 회절 격자로부터 이중-통과 반사(double-pass reflection)를 겪게 하도록 구성되는 하나 이상의 미러를 포함한다. 이중-통과 반사는 광 펄스의 누적 분산의 원하는 변경을 생성한다. 하나의 이러한 디바이스는 2002년 2월 25일자로 출원된 Mark J. Schnitzer의 미국 특허 출원 제 10/082,870 호에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 그 전체를 참조한다. 다른 예시적 디바이스는 원하는 분산 변경을 생성하도록 구성되는 섬유 브래그 격자를 포함한다. 전술한 개시문헌의 관점에서, 당업자는 제 1 분산 조절 모듈(24)을 위한 다양한 디바이스를 구성할 수 있을 것이다.
광 증폭기(26)는 출력 데이터 전송 스트림상에 대응하는 증폭된 광 펄스를 생성하기 위해 데이터 전송 스트림의 광 펄스를 증폭한다. 광 증폭기(26)는, 예를 들어, 에르븀(erbium) 도핑 섬유 증폭기와 같은 희토류(rare-earth) 도핑 섬유 증폭기 또는 라만(Raman) 증폭기와 같은 임의의 종래 광 증폭기일 수 있다.
빔 시준 옵틱(28)은 자유공간 광 통신 채널(14)로 유도되는 시준된 데이터 전송 광 빔을 생성하기 위해 출력 스트림의 증폭된 광 펄스를 시준한다. 빔 시준 옵틱(28)은 데이터 전송 광 빔을 광 수신기(16A-16C)를 향해 유도한다. 빔 시준 옵틱(28)은 이러한 시준 및 빔 유도 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 반사 렌즈 및/또는 반사 광 디바이스의 임의의 종래 조합을 포함할 수 있다.
또한, 광 송신기(12A 및 12C)는 제 2 분산 조절 모듈(30)을 포함한다. 제 2 분산 조절 모듈(30)은 수신된 증폭된 광 펄스의 누적 분산의 크기를 실질적으로 증가 또는 감소시킨다. 누적 분산의 실질적인 변경은 수신된 광 펄스에서 대략 [0.25x105Gb/s)(BR)2][(1550㎚)/λ]2 나노미터당 피코초 이상 또는 [(0.5x105Gb/s)/(BR)2][(1550㎚)/λ]2 이상의 크기를 가질 수 있다. 또한, 누적 분산에 대한 변경의 크기는 ps/㎚ 단위의 대략 [4x105Gb/(BR)2][(1550㎚)/λ]2 이하이거나 또는 [(2x105Gb/s)(BR)2][(1550㎚)/λ]2 ps/㎚ 이하일 수 있다.
분산을 실질적으로 변경함으로써, 제 2 분산 조절 모듈(30)은 실질적으로 시간적으로 더 협소하며 실질적으로 더 큰 피크 세기를 갖는 광 펄스를 생성한다. 수신된 증폭된 광 펄스, AOP에 있어서, 시간적 협소는 대략 25 퍼센트 또는 그 이상만큼 증폭된 광 펄스의 최대 세기의 절반의 전체 폭을 감소시키거나, 대략 75 퍼센트 또는 그 이상만큼 증폭된 광 펄스, AOP의 최대 세기의 절반의 전체 폭을 감소시킬 수도 있다. 분산에 대한 실질적 변경은 수신된 증폭된 광 펄스의 피크 세기가 대략 20 퍼센트 또는 그 이상만큼 증가하게 하거나, 피크 세기가 대략 400 퍼센트 또는 그 이상만큼 증가하게 할 수도 있다. 제 2 분산 조절 모듈(30)은 자유공간 광 통신 채널(14)로의 시준 및 전송을 위해 빔 시준 옵틱(28)으로 협소한 광 펄스를 전송한다.
분산 조절 모듈(30)은 임의의 적합한 집합적 종래 디바이스일 수 있다. 하나의 예시적 디바이스는 통상적인 또는 이례적인 분산을 갖는 단일 모드 광 섬유 롤이다. 광 섬유 롤은, 시간적 협소 및/또는 피크 세기 증가의 전술한 양을 생성하기에 적합한 길이를 갖는다. 다른 예시적 디바이스는, 회절 격자 및 광이 회절 격자로부터 이중-통과 반사를 겪게 하도록 구성되는 하나 이상의 미러를 포함한다. 이중-통과 반사는 광 펄스의 누적 분산의 원하는 변경을 생성하는데, 가령, 2002년 2월 25일자로 출원된 Mark J. Schnitzer의 미국 특허 출원 제 10/082,870 호에 개시되어 있는 바와 같다. 다른 예시적 디바이스는 원하는 분산 변경을 생성하도록 구성되는 섬유 브래그 격자를 포함한다. 전술한 개시문헌의 관점에서, 당업자는 제 2 분산 조절 모듈(30)을 위한 예시적 디바이스를 구성할 수 있을 것이다.
멀티-채널 광 수신기(16A-16C)는 빔-포커싱 옵틱(32), 1xN 광 디멀티플렉서(34) 및 N개의 광 복조기(36)를 포함한다.
빔-포커싱 옵틱(32)은 자유공간 채널(14)로부터 수신되는 전송되는 광 빔의 그 부분을 1xN 광 복조기(34)의 입력상으로 포커싱한다. 빔-포커싱 옵틱(32)은 당업자에게 잘 알려진 종래 반사 옵틱 렌즈 및/또는 종래 광 미러의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
1xN 광 디멀티플렉서(34)는 파장-채널에 따라 광 펄스의 상이한 데이터 전송 스트림을 분리하고 각각의 이러한 스트림을 상이한 광 복조기(36)로 유도한다. 광 복조기(34)는 당업자에게 잘 알려진 임의의 적합한 종래 디멀티플렉싱 구조를 포함할 수 있다.
광 복조기(36)는 수신된 광 펄스 스트림으로부터 대응하는 디지털 데이터 스트림, 즉, Output Data1,..., 및 Output DataN을 복원한다. 광 복조기(36)는 당업자에게 잘 알려진 임의의 종래 형태를 취할 수 있다.
또한, 광 수신기(16B 및 16C)는 빔 포커싱 옵틱(32)으로부터 광 펄스의 데이터 전송 스트림을 수신하도록 위치되는 분산 조절 모듈(38)을 포함한다. 분산 조절 모듈(38)은, 수신된 광 펄스에서 실질적인 시간적 협소 및 피크 세기 향상을 일으키는 방식으로 수신된 광 펄스의 누적 분산의 크기를 실질적으로 증가 또는 감소시킨다. 분산 조절 모듈(38)은 분산 조절 모듈(30)에 대해 전술한 바와 동일한 범위의 양만큼 수신된 광 펄스의 누적 분산을 변경할 수 있다. 분산 조절 모듈(38)은 수신된 광 펄스의 임시절 협소 및 피크 세기 증가의 양을 생성할 수 있으며, 이 또한 분산 조절 모듈(30)에 대해 전술한 바와 동일한 범위이다. 분산 조절 모듈(38)은 시간적으로 협소하며 피크 세기 향상된 광 펄스를 1xN 광 디멀티플렉서(34)로 전송한다.
집합적 분산 조절 모듈(38)은 분산 조절 모듈(30)에 대해 전술한 바와 같이 구성될 수 있다. 분산 조절 모듈(30) 및/또는 분산 조절 모듈(38)은, 가령, 제 1 분산 조절 모듈(24)에 의해 수신된 광 펄스의 시간적 폭에 대해 증폭된 광 펄스, AOP의 시간적 폭을 대략적으로 복귀시키도록 선택되는 전체 분산 변경을 생성하도록 구성될 수 있다.
광 송신기(12A-12C)에서, 광 변조기(20)는 종래 단일 또는 멀티 스테이지 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 광 변조기(20)는 제로 복귀(return-to-zero; RZ) 광 펄스 스트림을 먼저 생성하고, 제로 복귀 광 펄스 각각을 위상 변조하여 N개의 입력 데이터 스트림을 전송할 수 있다.
광 송신기(12A-12F)의 일부 실시예에서, 직접 변조는 N개의 입력 데이터 스트림을 전송하는 위상 변조된 RZ 광 펄스를 생성하기 위해 후속적으로 위상 변조되는 N개의 광 펄스 스트림을 생성할 수 있다.
도 2d 내지 2f의 자유공간 광 통신 시스템(10D-10F)은 이미 설명한 바와 같이 자유공간 광 통신 채널(14) 및 멀티-채널 광 수신기(16A-16C)를 포함하며 또한 멀티-채널 광 송신기(12D-12F)를 포함한다. 멀티-채널 광 송신기(12D, 12E 및 12F)는 도 2a-2c의 각 멀티-채널 광 송신기(12A, 12B 및 12C)에서 설명되는 바와 같은 요소를 갖는다. 또한, 멀티-채널 광 송신기(12D-12F)에서, N개의 광원(18) 및 연관되는 펌핑 회로(19)는 광 송신기(12A-12C)의 N개의 광원(18) 및 광 변조기(20)를 대체한다. 멀티-채널 광 송신기(12D-12F)에서, 각 광원(18)은 N개의 파장-채널 중 하나에 CW 광 반송파를 생성할 수 있는 레이저이며, 각 펌핑 회로(19)는 연관되는 광원(18)을 직접적 진폭 변조하기 위해 구성된다. 직접적 진폭 변조는 펌핑 레벨을 위쪽 레이징 임계값과 아래쪽 레이징 임계값 사이에서 변하게 하는 것을 포함한다. 직접적 진폭 변조는 N개의 입력 데이터 스트림, 즉, Input Data1,...,Input DataN에 의해 변조되는 N개의 광 반송파를 생성한다. 따라서, 광원(18) 및 연관된 펌프 회로(19)의 조합은 광 송신기(12D, 12E 및 12F) 각각에서 변조기로서 기능한다.
도 3a 및 3b는 도 2a-2f의 자유공간 광 통신 시스템(10A-10F)의 자유공간 광 통신 채널을 통해 광학적으로 데이터를 통신하는 방법(40A-40B)을 도시하고 있다. 이 방법(40A-40B)은 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 예시적 광 펄스가 진화하게 한다.
이 방법(40A-40B)은 디지털 데이터 스트림(단계 42)을 전송하는 진폭 및/또는 위상 변조된 광 반송파를 생성하는 것을 포함한다. 변조된 광 반송파의 생성은, 가령, 레이저의 직접적 진폭 변조로부터 초래되거나, 가령, 레이저에 의해 생성된 CW 광 반송파의 광 변조로부터 초래될 수 있다. 진폭 및/또는 위상 변조된 CW 광 반송파의 생성은 광 반송파의 파장-채널의 입력 광 펄스(IOP) 스트림을 생성 한다. 진폭 및/또는 위상 변조의 생성은 도 2a-2c에서와 같이 광 변조기(20) 중 하나에 의해 수행될 수 있거나 도 2d-2f에서와 같이 광원(18) 및 연관된 펌핑 회로(19) 중 하나의 조합에 의해 수행될 수 있다.
이 방법(40A-40B)은 각 입력 광 펄스(IOP)의 분산을 실질적으로 변경하는 것을 포함하여, 대응하는 실질적으로 시간적으로 넓어진 광 펄스(TBOP)를 생성한다(단계 44). 실질적으로 시간적으로 넓어진 광 펄스, TBOP는 대응하는 입력 광 펄스, IOP보다 낮은 평균 광 세기 및 낮은 피크 광 세기를 가지며, 이는 도 4에 도시되어 있다. 실질적으로 시간적으로 넓히는 것은 입력 광 펄스, IOP의 최대 세기의 절반에서 초기 전체 폭이 대략 25 퍼센트 또는 그 이상, 대략 300 퍼센트 또는 그 이상, 가령, 335 퍼센트만큼 증가하게 할 수 있다. 실질적으로 시간적으로 넓히는 것은 입력 광 펄스, IOP의 피크 세기가 대략 20 퍼센트 또는 그 이상, 대략 67 퍼센트 또는 그 이상만큼 감소되게 할 수 있다.
단계(44)에서, 입력 광 펄스, IOP의 분산에 대한 실질적인 변경은 분산 조절 모듈(24)을 통해 입력 광 펄스, IOP를 전달함으로써 생성될 수 있다. 분산 조절 모듈(24)을 통한 전달은 입력 광 펄스, IOP의 분산을 실질적으로 증가 또는 감소시켜서, 가령, 그 크기가 대략 [(0.25x1O5Gb/s)/(BR)2][(1550㎚)/λ]2 ps/㎚ 이상이거나 대략 [0.5x105Gb/s(BR)2][(1550㎚)/λ]2 이상인 최종 누적 분산을 생성할 수 있다. 또한, 최종 누적 분산의 크기는 ps/㎚ 단위의 대략 [(4x105Gb/s)/(BR)2][(1550 ㎚)/λ]2 이하이거나 [(2x105Gb/s)(BR)2][(1550㎚)/λ]2 ps/㎚ 이하일 수 있다.
이 방법(40A-40B)은 각 시간적으로 넓어진 광 펄스, TBOP를 광학적으로 증폭하여, 더 큰 시간-누적 전체 전력을 갖는 대응하는 증폭된 광 펄스(AOP)를 생성한다(단계 46). 광학적으로 증폭하는 단계(46)는 광 증폭기를 펌핑하는 동안 광 증폭기(26)를 통해 각 시간적으로 넓어진 광 펄스, TBOP를 전달함으로써 수행될 수 있다. 이 증폭은 도 4에 도시된 바와 같이 그 시간적 폭을 현저하게 증가시키지 않고 시간적으로 넓어진 광 펄스, TBOP의 시간-누적 전력을 증가시킨다. 그럼에도 불구하고, 각 증폭된 광 펄스, AOP는 광 펄스의 이전의 시간적으로 넓히지 않고 가질 수 있는 것보다 낮은 피크 광 세기를 갖는다.
더 낮은 피크 세기로 인해, 증폭된 광 펄스, AOP는 이러한 사전 증폭 분산 기반으로 넓히지 않는 경우에 생성될 수 있는 것보다 적은 상호-채널 및/또는 내부 채널 크로스토크를 생성한다. 이러한 이유로, 광 펄스는, 가령, 광 증폭기의 매체에서 크로스토크를 생성하기에 매우 민감한 광 송신기의 임의의 부분에서 "시간적으로 넓어진 형태"로 유지된다. 광 펄스는 광 송신기(12A-12F)의 임의의 부분에서 넓게 유지될 수 있는데, 여기서 광 세기가 높고/높거나 광이 진행하는 매체의 3차 비선형 감수율이 높다.
이 방법(40A-40B)은 광 펄스를 광 수신기, 가령, 광 수신기(16A-16F) 중 하나로 전송하는 방식으로, 자유공간 광 통신 채널, 가령, 광 통신 채널(14)로 증폭된 광 펄스, AOP 스트림을 전송하는 단계를 포함한다. 자유공간 광 통신 채널은, 가령, 도 1a의 자유공간 광 통신 채널(3A)에서와 같이 2개의 건물 사이의 대기 영역이거나, 도 1b의 자유공간 광 통신 채널(3B)에서와 같은 우주 공간 영역을 포함할 수 있다. 자유공간 광 통신 채널은, 송신기, 가령, 송신을 수행하는 광 송신기(12A-12F) 중 하나와, 수신기, 가령, 송신된 데이터-전송 광 펄스를 수신하는 광 수신기(16A-16F) 중 하나 사이의 점 대 점 통신을 제공한다.
이 방법(40A-40B)은 각 증폭된 광 펄스, AOP의 누적 분산을 실질적으로 변경하는 것을 포함하여, 대응하는 증폭된 광 펄스, AOP보다 실질적으로 시간적으로 협소한 대응하는 출력 광 펄스(OOP)를 생성한다. 이 실질적으로 시간적인 넓힘은 대략 25 퍼센트 또는 그 이상만큼 증폭된 광 펄스, SOP의 최대 세기의 절반에서 전체 폭을 감소시키거나, 대략 75 퍼센트 또는 그 이상만큼 증폭된 광 펄스, AOP의 최대 세기의 절반에서 전체 폭을 감소시킬 수도 있다. 예를 들어, 출력 광 펄스, OOP는 대략 해당하는 입력 광 펄스, IOP의 시간적 폭을 가질 수 있는데, 이는 해당하는 증폭된 광 펄스, AOP보다 훨씬 협소하며, 이는 도 4에 도시되어 있다. 또한, 이 시간적 협소는 평균의 연관된 증가 및 광 펄스의 피크 세기를 생성하며, 이 또한 도 4에 도시되어 있다. 광 펄스의 시간적 폭 및/또는 세기에 대한 이 변경은 그로부터의 데이터의 후속 복조를 위해 유리할 수 있다.
단계(50)에서, 이 방법(40A)은, 가령, 도 2a, 2c, 2d 및 2f의 집합적 분산 조절 모듈(30)에서와 같이, 자유공간 광 통신 채널로의 광 펄스 전송 이전에 광 펄스의 분산에 대한 이 실질적 변경을 구성하는 단계를 포함한다.
단계(50)에서, 이 방법(40B)은 자유공간 광 통신 채널로부터 광 펄스를 수신 한 후에, 광 펄스의 누적 분산에 대한 이 실질적인 변경을 구성하는 단계를 포함하는데, 이는 도 2b, 2c, 2e 및 2f의 집합적 분산 조절 모듈(38)에서와 같다.
일부 실시예에서, 이 방법(40A-40B)은 도 2c 및 2f의 집합적 분산 조절 모듈(30, 38)에서와 같이, 자유공간 광 통신 채널로 광 펄스를 전송하기 전과 자유공간 광 통신 채널로부터 광 펄스를 수신한 후 모두에서, 광 펄스의 누적 분산의 실질적인 변경을 구성한다. 광 펄스의 분산에 대한 전술한 실질적인 변경은, 적어도 [(0.25x105Gb/s)/(BR)2][(1550㎚)/λ]2 ps/㎚ 만큼 또는 심지어 [(0.5x105(Gb/s)/(BR)2][(1550㎚)/λ]2 ps/㎚ 또는 그 이상만큼 증폭된 광 펄스의 누적 분산의 크기를 증가 또는 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
자유 공간 광 통신 채널은 전형적으로 대기 및/또는 우주 공간이므로, 자유공간 광 통신 채널은 증폭된 광 펄스를 실질적으로 시간적으로 넓힐 것으로 예상되지 않는다. 따라서, 단계(50)에서, 단계(44)에서의 누적 분산에 대한 변경과 크기가 대략 같고 부호는 반대인 누적 분산의 변경은 대응하는 입력 광 펄스(IOP)의 누적 분산 및 시간적 폭을 실질적으로 갖는 출력 광 펄스(OOP)를 생성할 수 있다.
또한, 이 방법(40A-40B)은, 가령, 도 2a-2f의 N개의 복조기(36) 중 하나에서 시간적으로 협소해진 광 펄스의 최종 스트림으로부터 데이터를 복조하는 단계를 포함한다(단계52). 이러한 복조는 광 펄스의 이전의 시간적 협소화에 의해 향상될 수 있는데, 왜냐하면 이 시간적 협소화는 전형적으로 광 펄스의 피크 세기를 증가시키기 때문이다. 또한, 이 복조는 광 펄스의 이전의 시간적 협소화에 의해 향상될 수 있는데, 왜냐하면 이 시간적 협소화는 전형적으로 광 펄스들 중 인접하는 것들 사이의 중첩양을 감소시키기 때문이다. 실제로, 단계(44)의 분산 변경에 의해 행성되는 시간적 넓힘은 이 광 펄스 스트림에 의해 전송되는 디지털 데이터 스트림의 정확한 복조를 방해할 수 있는 인접 광 펄스들 사이의 중첩을 야기할 수 있다.
본 개시 내용, 도면 및 청구범위로부터 본 발명의 다른 실시예는 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. 변조기와, 분산 조절 모듈과, 광 증폭기를 포함하는 광 송신기 - 상기 송신기는 자유공간 광 통신 채널을 통해 광 펄스를 전송하도록 구성됨 - 를 포함하되,
    상기 변조기는 데이터에 의해 진폭 변조된 광 반송파, 위상 변조된 광 반송파 또는 진폭 및 위상 모두가 변조된 광 반송파를 생성하도록 구성되며,
    상기 분산 조절 모듈은 상기 변조기와 상기 증폭기 사이에 접속되고, 수신된 광 펄스의 분산을 변경함으로써 상기 변조기로부터 수신된 광 펄스의 시간적 폭(temporal width)을 실질적으로 변경하도록 구성되는
    통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 증폭기를 통해 전달된 광 펄스의 실질적인 시간적 협소화를 야기하도록 접속되는 제 2 분산 조절 모듈을 더 포함하는
    통신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 분산 조절 모듈은 상기 광 송신기 내에 위치되는
    통신 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 자유공간 광 통신 채널로부터 상기 전송된 광 펄스를 수신하도록 위치되는 광 수신기를 더 포함하되,
    상기 제 2 분산 조절 모듈은 상기 광 수신기 내에 위치되는
    통신 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 자유공간 광 통신 채널로부터 상기 전송된 광 펄스를 수신하도록 위치되는 광 수신기와,
    상기 광 증폭기를 통해 전달된 광 펄스의 실질적인 시간적 협소화를 야기하도록 접속되는 제 3 분산 조절 모듈을 더 포함하되,
    상기 제 3 분산 조절 모듈은 상기 광 수신기 내에 위치되는
    통신 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 분산 조절 모듈은 그 내부에서 수신된 광 펄스의 시간적 폭을 적어도 20 퍼센트만큼 감소시키도록 구성되는
    통신 장치.
  7. 변조된 광 반송파를 생성함으로써 광 펄스 스트림을 생성하는 단계와,
    대응하는 시간적으로 넓혀진 광 펄스를 생성하기 위해 상기 스트림의 광 펄스의 분산을 실질적으로 변경하는 단계와,
    대응하는 증폭된 광 펄스를 생성하기 위해 상기 시간적으로 넓혀진 광 펄스를 광학적으로 증폭하는 단계와,
    자유공간 광 통신 채널을 통해 광 수신기로 상기 증폭된 광 펄스를 전송하는 단계를 포함하는
    통신 장치를 사용하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    대응하는 실질적으로 시간적으로 협소화된 광 펄스를 생성하기 위해 광학적으로 증폭된 광 펄스의 분산을 실질적으로 변경하는 단계를 더 포함하는
    통신 장치를 사용하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 분산을 실질적으로 변경하는 단계는, 적어도 25 퍼센트만큼 상기 스트림의 광 펄스의 시간적 폭을 증가시키는
    통신 장치를 사용하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학적으로 증폭된 광 펄스의 분산을 실질적으로 변경하는 단계는, 상기 광학적으로 증폭된 광 펄스의 시간적 펄스 폭을 적어도 20 퍼센트만큼 감소시키는 단계를 포함하는
    통신 장치를 사용하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신된 광 펄스의 분산을 변경하는 것은, 상기 수신된 광 펄스의 시간적 폭의 확장을 야기하는
    통신 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 펄스의 시간적 폭을 넓히는 것은, 상기 수신된 광 펄스의 피크 세기의 감소를 야기하는
    통신 장치.
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