KR101052425B1

KR101052425B1 - 광 스위치 및 광 스위칭 방법

Info

Publication number: KR101052425B1
Application number: KR1020040104282A
Authority: KR
Inventors: 센타니요셉카민에스알; 크라플라이비앤드류로만; 그나우크알렌에이치; 좁슨로버트미쳄; 맥킨스트리콜린제이; 라딕스토얀
Original assignee: 알카텔-루센트 유에스에이 인코포레이티드
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2011-07-27
Also published as: KR20050058974A; JP4813791B2; US8032024B2; US20050129412A1; EP1542494A2; EP1542494B1; DE602004005654T2; DE602004005654D1; JP2005173614A; EP1542494A3

Abstract

다중 펌프 FPS(multi-pump fiber parametric switch)를 이용하는 다중 대역 스위칭 방법이 설명된다. 스위칭 구조는 파라미터 대역 증폭, 파장 변환 및 선택적 신호 공역(selective signal conjuation)을 합성하고, 다중 펌프 파라미터 장치 중 적어도 하나의 펌프의 시간적 제어에 의해 인에이블링된다. 본 발명의 스위칭 속도는 제어되는 펌프(들)의 상승 시간에 의해 제한된다.

Description

광 스위치 및 광 스위칭 방법{METHOD AND APPARATUS FOR MULTI-BAND OPTICAL SWITCHING USING MULTI-PUMP PARAMETRIC DEVICES}

도 1은 본 발명에 따른 2개 펌프 FPS(fiber parametric switch)의 실시예의 하이 레벨 블록도,

도 2는 양 광 펌프로부터의 신호가 존재하는 도 1의 FPS의 출력예를 그래프로 도시하는 도면,

도 3은 입력 신호 대역 및 본 발명에 따른 FPS의 광 펌프의 다중 합성을 위해 다양하게 생성되는 아이들러(idler)를 그래프로 도시하는 도면,

도 4a는 입력 데이터 신호의 부재시 FPS 실시예의 출력을 그래프로 도시하는 도면,

도 4b는 입력 데이터 신호와, C-대역 펌프 및 L-대역 펌프에 대해 두 개의 서로 다른 펌프 출력을 갖는 OFF 상태 및 ON 상태의 L-대역 펌프가 인가된 도 4의 FPS의 출력을 그래프로 도시하는 도면,

도 5는 파장 변환과 스위칭을 수행하는 본 발명의 FPS의 일 실시예의 출력을 그래프로 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : FPS 110 : 광 펌프

120 : HNLF 130 : 대역 분할기

135 : 펌프 제어기

본 발명은 광 스위칭의 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 다중 펌프 파라미터 장치를 이용하는 다중 대역 광 스위칭에 관한 것이다.

오늘날까지, 대부분의 통신 네트워크는 전자 광 송신기 및 수신기를 갖추고 네트워크에서의 중요한 지점, 가령, 스위치에서 광 신호를 전기 신호로 변환하는 지점 대 지점 제공 매체로서 광 파이버를 사용한다. 그러나, 전체 처리율이 전자 장치에 의해 제한되기 때문에, 이러한 구조는 송신을 위해 사용되는 광 파이버의 가용 대역폭을 효과적으로 이용하지 못한다.

광 통신에 적용되는 WDM(wavelength-division multiplexing)은 서로 다른 파장 각각의 광 캐리어에 여러 데이터 신호를 인가한다. 광 신호는 그 송신 단부에서의 단일의 광 파이버 상에서 합성된다. 광 파이버의 수신 단부에서, 광 캐리어는 각각 단일의 데이터 신호를 운반하는 빔으로 광학적으로 디멀티플렉싱되고, 종래의 광 검출기가 각각의 이들 빔에 전용된다. 이러한 간단한 WDM 구조는 광 캐리어의 개수의 계수만큼 파이버 처리율을 증가시키지만, 네트워크의 노드는, 네트워크의 다양한 지점에서 광 신호를 전기 신호로 변환할 필요가 있기 때문에 복잡하고 고가가 된다. 그러므로, 저가의 상당히 효율적인 전체 광 스위치에 대한 필요성이 제기된다.

다양한 종래 기술의 개념은 네트워크의 노드가 광 신호를 전기 신호로 변환하지 않고 다양한 방향의 WDM 파장 채널 중 다른 하나를 스위칭하는 전체 광 WDM 네트워크를 위해 개발되었다. 예를 들어, 투명한 전체 광 네트워크의 초창기 구현은 파장 멀티플렉싱된 광 신호를 그 파장에 따라 다른 방향으로 선택적으로 스위칭할 수 있는 WDM(wavelength-division multiplexing) 스위치를 포함한다. 신호는 스위치에서 전기 신호로 변환되는 것이 아니고, 전반에 걸쳐서 광 신호로 유지된다. 이러한 투명한 전체 광 네트워크에서, 접속 노드는 WDM 스위치를 통해 상호 접속되고, 원래의 접속 노드를 출발한 신호의 목적지 접속 노드는 그 광 캐리어의 파장에 의해 정해진다. WDM 스위치는 수 초의 시간 내에 재구성될 수 있고, 수 분 내지 수 일 동안 설정된 구성으로 유지된다. 재구성에 의해, 접속 노드의 다른 쌍을 접속하는 것에 광 파장이 재할당될 수 있다. WDM 신호의 이러한 스위칭은 신호들이 파장에 의해 결정되는 방향과는 다른 방향으로 스위칭되더라도 공간 스위칭이라 불리어진다.

그러나, 이산 파장 채널의 개수는 제한된다는 것을 유념하라. 예를 들어, 충분한 크기의 네트워크는 현재 약 40nm의 증폭 대역폭을 갖는 에르븀 도핑된 파이버 증폭기에 의존하는 증폭을 필요로 한다. 보통의 간단한 구조에서 약 4nm의 실제의 광 채널을 이용하면, 이러한 대역폭은 약 10개의 광 채널만 포함할 수 있다. 따라서, 파장 재사용이 필요하지만, 이러한 네트워크에서는 파장 재사용이 제한된다. 이러한 제한된 재사용은 공용 네트워크에서 다수의 사용자를 접속시키기 위한 네트워크에서는 불충분하다. 보다 광범위한 파장 재사용이 필요하다. 물론, 보다 중요한 것은 보다 큰 규모의 네트워크에서, 하나 이상의 접속 노드가 또 다른 투명한 전체 광 네트워크에 제 2 네트워크에 부착되는 추가의 접속 노드를 이용하여 동시에 접속될 수 있다는 것이다. 이러한 구조는 전체 네트워크가 매우 큰 크기로 확대되게 하지만, 범위성은 두 개의 네트워크를 연결하는 접속 노드가 두 개의 전체 광 네트워크간에 전달되고 있는 데이터 신호의 광 캐리어에 대한 파장이 제 2 네트워크에 의해 지정되는 파장으로 변형되는 것을 필요로 한다. 즉, 큰 WDM 네트워크는 네트워크의 다수의 지점에서 신호의 파장 변형을 필요로 할 것이다.

WDM 시스템에서 신호의 파장 변형을 위해 여러 가지 스위치가 제안되었다. 예를 들어, 신호의 파장 변형을 위해 이전에 제안되었던 전체 광 스위치는 4파 광 혼합기(four-wave optical mixer)이다. 그러나, 4파 혼합은 차 주파수 생성에 비해 여러 가지 불리한 점이 있다. 단일의 펌프 신호에 있어서, 펌프 주파수 ω_p는 두 개의 광 캐리어 주파수 ω₁ 과 ω₂ 사이에 존재하며, 3차 비선형 변환을 위해 클 필요가 있는 펌프 신호의 후미(tails)은 상기 광 캐리어 주파수와 중첩한다. 또한, 보다 복잡한 4파 혼합은 광 캐리어 신호와 간섭할 수 있는 교차 항을 보다 많이 발생시킨다. 그 결과, 단일의 파장을 변환하기에 보다 적합하고, 벌크 변환, 즉, 다중 파장의 동시 변환에 적용하기는 어렵다.

이전에 제안되었던 또 다른 전체 광 스위치는 단일의 펌프 파라미터 파장 교 차 접속이다. 그러나, 이러한 파라미터 파장 교차 접속은 제공되는 각 비선형 광 소자에 대한 단일 파장의 변환에 국한된다.

본 발명은 예컨대, 다중 펌프 파라미터 스위칭 방법을 이용하여 다중 대역 광 스위칭을 위한 방법 및 장치를 포함한다. 스위칭 구조는 대역 증폭, 파장 변환 및 선택적 신호 공역을 합성하고, 적어도 하나의 광 펌프의 시간적 제어에 의해 인에이블된다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 두 개의 광 펌프 소스로부터의 광 펌프 신호를 수신하는 파이버 파라미터 장치를 이용하는 광학적 스위칭 방법은 적어도 두 개의 광 펌프 소스의 각각으로부터의 신호와 입력 데이터 신호를 합성하여 합성 신호를 생성하는 단계를 포함하되, 적어도 두 개의 광 펌프 소스로부터의 광 신호 중 적어도 하나는 제어 가능하게 변조된다. 본 방법은 다중 대역 스위칭된 광 신호가 생기도록, 상기 합성 신호에 2차 비선형 효과를 부여하는 단계를 더 포함한다. 다중 대역 스위칭된 광 신호는 입력 데이터 신호의 적어도 하나의 복제 신호 및 적어도 세 개의 별개의 아이들러 대역을 포함한다. 그러므로, 본 방법은 합성된 다중 대역 스위칭된 광 신호를 입력 데이터 신호의 복제 신호 및 세 개의 별개의 아이들러 대역을 포함하는 적어도 네 개의 대역으로 분할하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 광 스위치는 적어도 두 개의 광 펌프 소스와, 광 펌프 소스와 각 입력 데이터 신호로부터의 신호를 합성하여 합성 신호를 생성하는 광 결합기를 포함한다. 광 스위치는 합성 신호에 2차 비선형 효과를 부여하기 위한 비선형 광 소자 및 합성 신호를 분리하기 위한 적어도 하나의 분할기를 더 포함한다. 본 발명의 광 스위치에서, 광 펌프 소스의 적어도 하나는, 광 신호가 합성되면 입력 데이터 신호의 논리 시퀀스가 제어 가능하게 스위칭되도록 제어 가능하게 변조된다.

본 발명은 첨부 도면과 연결하여 다음 상세한 설명을 고려하면 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

이해를 돕기 위해, 도면에서 공통적인 동일 요소들을 나타내기 위해 동일한 참조 번호를 사용했다.

본 명세서에서 본 발명의 각종 실시예들을 2개 펌프 파라미터 스위치에 관하여 설명하고 있으나, 2개 펌프 파라미터 스위치는 본 발명의 일 실시예로서만 제공될 뿐, 본 발명의 범위를 국한하려는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명에 비추어 정보를 얻는 당업자라면, 본 발명이 실질적으로 임의 개수의 광 펌프(optical pumps), 보다 일반적으로는, 본 명세서에서 광 펌프에 관해서 설명하는 방식으로 광 신호를 변조하기 위해 사용될 수 있는 임의 개수의 광 소스를 갖는 파라미터 스위치로 확장될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 2개 펌프 FPS(fiber parametric switch)의 일 실시예 의 하이 레벨 블록도를 도시한다. 도 1의 FPS(100)는 두 개의 광 펌프(110₁, 110₂)(일괄적으로 광 펌프(110)), 2차 비선형 민감도 X²를 나타내는 비선형 광 소자(예시적으로, HNLF(highly non-linear fiber))(120)와, 5개 대역 분할기(130₁ 내지 130₅)(일괄적으로 대역 분할기(130))와, 펌프 제어기(135)를 포함한다. 광학적으로, FPS(100)는 광 펌프(110)의 출력을 원하는 레벨로 증폭시키기 위해 공동 증폭기(도시하지 않음) 또는 다중 부스터 증폭기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 또한, FPS(100)는 입력 데이터 신호와 펄싱된 펌프를 동기화(아래에서 상세히 설명함)하기 위해 사용되는 가변 전기 지연 라인을 더 포함할 수 있다. 또한, 도 1의 FPS(100)는 두 개의 광 펌프(110)에서 단일의 신호 펌프 제어기(135)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시예에서 본 발명에 따른 FPS는 각 광 펌프에 대해 별도의 펌프 제어기를 광 펌프 내에 포함할 수 있다. 또한, 펌프 제어기(들)는 도 1의 FPS(100) 내에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서 펌프 제어기(들)는 본 발명의 FPS의 외부에 별도의 구성요소를 포함할 수 있다.

도 1의 FPS(100)에서, 펌프 제어기(135)는 광 펌프(110)의 출력을 제어한다. 즉, 광 펌프는 본 발명에 따른 입력 광 신호의 스위칭(아래에서 상세히 설명함)을 수행하기 위해 일정한 레벨로 동작되거나 펄싱(변조)될 수 있다. 광 펌프(110)로부터의 펌프 신호는 대역 분할기(130₁)에 의해 합성된다. 합성된 펌프 신호는 제 2 대역 분할기(130₂)로 전달되는데, 제 2 대역 분할기(130₂)에서 합성된 펌프 신호는 입력 신호, 예컨대, 설명할 WDM 신호와 더 합성된다. 합성된 펌프 신호 및 데이터 신호는 HNLF(120)로 전달된다. HNLF(120)에서, 합성 신호는 입력 데이터 신호의 복제 신호 및 세 개의 구별되는 아이들러 대역을 생성하는 2차 비선형성 및 파라미터 증폭을 경험한다. 입력 데이터 신호 및 세 개의 아이들러 대역은 도 1에 도시하는 바와 같이 나머지 대역 분할기(130₃ 내지 130₅)에 의해 실질적으로 분할된다. 이러한 경우에, 출력 대역 분할기(130₃ 내지 130₅)에서의 하나 이상의 신호는 변환/스위칭된 출력 신호로서 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 FPS에서 이용하는 두 개의 펌프파가 구동하는 파라미터 장치의 원리는 C. J. McKinstrie, S. Radic 및 A. R. Chraplyvy에 의한 2002년 IEEE J. Sel. Top., Quantum Electron. 8, 538-547의 "Parametric amplifiers driven by two pump waves"에 기술되어 있고, 그 전체가 본 명세서에 참조로써 합체되어 있다. 간단히 언급하면, 본 발명의 FPS에서, 광 펌프의 주파수는 입력 신호 주파수가 저 펌프 주파수(후술에서, "L-대역 펌프")보다 높고, 고 펌프 주파수(후술에서, "C-대역 펌프")보다는 낮도록 구성된다. 또한, 광 펌프 주파수는 L-대역 펌프 주파수 및 C-대역 펌프 주파수가 비선형 광 소자(가령, HNLF)의 0 분산 파장 근처에서 실질적으로 대칭이 되도록 선택된다. 이러한 구성에서, 보조 아이들러 주파수의 범위는 입력 신호 및 주 아이들러 범위를 중첩하지 않고, 그러므로, WDM(wavelength-division-multiplexed) 전송에서 실질적으로 누화(crosstalk)가 없다. 발명자들은, 그 신호 주파수가 평균 펌프 주파수에 더 가깝기 때문에 이러한 구성에서 4차 분산의 효과가 보다 약하다고 판단했다. 종래의 1개 펌프 파이버 파라미터 장치에 비해, 본 발명의 FPS(100)의 2개 펌프 구성은 편광 불변성, 광대역 동작, 신호 스펙트럼 위치와 관계없이 손상되지 않은 아이들러 신호를 발생시키는 능력 및 상승된 브릴루앙 임계치(Brillouin threshold)를 제공한다.

본 발명에 따른 FPS, 예를 들어, 도 1의 FPS(100)는 스위칭 성능뿐만 아니라 입력 데이터 신호의 파장(주파수) 변환을 제공한다. 보다 구체적으로, 도 1의 FPS(100)에서, 입력 데이터 신호는 HNLF(120)에서 합성 광 신호에 주어지는 2차 비선형 효과와 FPS(100) 내에서 발생하는 2개 펌프 파라미터 증폭에 의해 제공되는 파라미터 이득을 통해 하나의 파장(혹은 주파수)으로부터 네 개의 별개의 파장(혹은 주파수)으로 변환된다. 즉, 도 1의 FPS(100) 내에서 2개의 광 펌프(110)를 사용함으로써 모두 동시에 스위칭될 수 있는 세 개의 별개의 아이들러 대역을 생성한다(즉, 신호는 대응하는 아이들러 대역으로 미러링 또는 변형된다). 외부 대역으로부터 내부 대역으로의(가령, 2+로부터 2-로의) 변환에 필요한 시간은 분산이 근소한 파장 의존 대기 시간에만 기여하는 외부로부터 외부로의(가령, 2+로부터 1-로의) 대역 변환 기간과 실질적으로 동일하다.

도 2는 도 1의 FPS(100)의 변환된 출력의 예를 그래프로 도시한다. 도 2에서, 입력 신호는 FPS(100)에 전달된다. 신호 대역(1-)은 동시에 증폭되고, 네 개의 스펙트럼 윈도우 내에서 복제되어 반복된다. 생성되는 아이들러는 스펙트럼으로 미러링(아이들러 대역 1+ 및 2+)되거나 변형된(아이들러 대역 2-) 복제 신호이다. 스펙트럼으로 미러링된 아이들러는 신호 공역이고, 전송 후에 상기 신호 공역으로부터 원래의 입력 신호를 재생함으로써 전송 패널티를 완화할 가능성을 제공한다. 2개 펌프 FPS(100)의 4 대역 성질은 변환된 대역의 특성을 선택하는 데 있어 상당한 융통성을 허용한다. 도 2에 도시한 신호(1-)를 외부 대역에 배치함으로써, 내부 대역 비공역(2-)이 발생된다. 두 개의 내부 대역(1+ 및 2-) 중 임의의 내부 대역에 위치하는 신호는 외부 대역 비공역을 발생시킨다.

본 발명의 FPS, 예컨대 도 1의 FPS(100)에서, 발명자는 광 펌프(110)로부터의 신호의 제거는 대응하는 아이들러 대역의 붕괴와 신호 이득의 손실을 동시에 야기한다고 판단했다. 이 원리를 알고서, 발명자들은 효율적인 다중 대역 스위칭을 수행하기 위해 하나의 광 펌프(110)의 시간적 제어 또는 양 광 펌프(110)의 동시 제어가 사용될 수 있다고 판단했다. 보다 구체적으로, 원하는 다중 대역 스위칭된 출력 신호를 생성하기 위해 도 1의 FPS(100)에서는, 단일의 광 펌프 또는 광 펌프의 조합을 반복적으로 턴 온 및 턴 오프(즉, 광 펌프의 변조)하기 위해 펌프 제어기(135)가 사용된다.

도 3은 본 발명에 따른 FPS의 광 펌프의 다중 합성을 위한 입력 신호 대역 과 다양하게 생성되는 아이들러 대역을 그래프로 도시한다. 도 3에서, 상대 신호 및 아이들러 대역 크기는, 무시해도 좋은 고차 HNLF 분산 및 복굴절을 가정하여 플롯팅된다. 광 펌프는 입력 신호와 함께 편광 또는 교차 편광된다. 도 3의 좌측에서, 입력 신호 대역은 정규 분산 체제로 동작하는 광 펌프(C 대역 펌프)의 동작 파장 근처에 배치된다. 우측에서, 입력 신호 대역은 변칙 체제로 동작하는 광 펌프(L 대역 펌프)의 동작 파장 근처에 배치된다. 도 3을 참조하면, C 대역 펌프를 일정하게 두는 것이, L 대역 펌프를 일정하게 두고 C 대역 펌프를 변조하여 본 발명의 스위칭을 수행하는 것보다 잡음이 적게 생기게 하기 때문에, 본 발명의 다양한 실시예에서는 본 발명에 따라 원하는 스위칭된 출력을 생성하도록 변조되는 본 발명의 광 펌프로서 L 대역 펌프를 구성하는 것이 바람직할 것이다.

예로서, 도 1을 참조하면, 제 1 광 펌프(110₁)가 C 대역 펌프이고, 제 2 광 펌프(110₂) L 대역 펌프이면, C 대역 펌프를 일정한 레벨로 유지하고, L 대역 펌프를 변조함으로써 입력 데이터 신호의 논리 시퀀스가 원하는 출력 논리 시퀀스로 스위칭된다. 예를 들어, 10Gb/s 시퀀스 1100110111010111001을 이용하여 변조된 입력 데이터 신호가 도 1의 FPS(100)에 입력되고, L 대역 펌프가 10 Gb/s 시퀀스 1000011110000000001을 이용하여 펄싱되면, 실질적으로 입력 데이터 신호와 펄싱된 펌프 신호의 불 대수 AND(Boolean AND)인 스위칭된 신호/아이들러 시퀀스가 생성되고, 시퀀스 1000010110000000001이 생기게 된다. 그러므로, 입력 데이터 신호의 변환된 네 개의 대역이 모두 스위칭되어서, 다중 대역 스위칭된 광 신호가 생기게 된다.

본 발명에 따른 FPS, 예를 들어, 도 1의 FPS(100)의 스위칭 방법의 속도는 실질적으로 광 펌프(110)를 온 및 오프로 스위칭하는 성능(즉, 광 펌프의 변조)에 따라 다르다. 이는 이산화규소에서 파라미터 처리의 서브 피코초 상수들이 현재 데이터 레이트(< 1Tb/s)에 비해 거의 동시에 일어나기 때문이다. 위에서 제공되는 설명에서, 제어기(135)가 광 펌프(110)를 턴 온 또는 턴 오프(즉, 광 펌프를 변조)하여 원하는 스위칭된 출력 신호를 생성하지만, 본 발명에 비추어 정보를 얻는 당업자라면, 온 상태가 사전 결정된 임계치 위인 신호에 대응하고, 오프 상태가 사전 결정된 임계치 아래(또는 오프 상태가 사전 결정된 임계치 위)인 신호에 대응할 수 있고, 그러므로, 본 발명이 광 펌프(들)가 완전히 턴 온 또는 완전히 턴 오프되는 예에 국한되어서는 안된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따라, 본 발명의 광대역 FPS와 저속(가령, ~10Gb/s) 광 변조기의 조합은 C 및 L 대역의 조합된 대역을 초과하는 대역폭 상에서 서브 나노초 스위칭/변환을 하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 FPS에서 직교 편광된 펌프를 사용하면 편광이 불변하는 대역 스위칭이 이루어진다. 이와 반대로, 예를 들어 사전 결정된 신호 편광 등을 구별하기 위해 편광 의존적 스위칭이 바람직하면, 일치 편광되는 펌프가 사용될 수 있다.

본 발명의 FPS의 실험 설정에서, 브릴루앙 임계치를 400mW 위로 높이기 위해두 개의 레이저(광 펌프)는 1567.0 및 1596.8nm에 배치되고, 5Gb/s 2³¹-1 의사 랜덤 비트 시퀀스를 이용하여 위상 변조되었다. 0 처프 MZ(Mach-Zehnder) 진폭 변조기는 프로그래밍된 10 Gb/s NRZ 시퀀스를 이용하여 L 대역 소스(1596.0nm)를 변조하기 위해 사용되었다. 소멸 비는 12dB였다. 광 펌프는 단일의 광 증폭기를 이용하여 증폭되었다. 두 개의 별개의 증폭기가 아닌 단일의 증폭기를 사용함으로써 본 발명의 FPS의 구성이 간략화되고, 좁은 아이들러 생성에 필요한 경로 길이 밸런싱이 간략화된다. 광 펌프로부터 증폭된 신호는 신호 및 아이들러 대역에서 광 잡음을 약화시키는 두 개의 동일한 0.6nm 폭 필터를 통해 전달된다. HNLF의 입력에서 측정된 출력은 L 및 C 대역 펌프 각각에 대해 180mW 및 320mW였다. 광 펌프 및 광 신호는 1km 길이 HNLF의 입력에서, 1580nm에서 0 분산 파장, 0.03ps/nm²의 분산 기울기 및 비선형 계수 γ=10km^-1W^-1로 합성되었다.

도 4a는 입력 신호의 부재시 위에서 설명한 실험 설정의 FPS의 출력을 그래프로 도시한다. 동시 펌프 동작(ON 상태에서 L 대역 펌프)에 의해서는, 위쪽 곡선이 도시하는 바와 같이, 전체 네 개의 파라미터 대역 전반에 걸쳐서 강한 ASE가 생성된다. 이와 반대로, 변칙적인 펌프의 부재시(즉, OFF 상태에서 L 대역 펌프) C 대역 펌프 출력은, 부스터 증폭기가 일정한 출력 체제로 동작되기 때문에, 아래쪽 곡선이 표시하는 것의 두 배 이상이 된다. 또한, OFF 상태는 도 4a에서 아래쪽 곡선에 의해 나타나는 바와 같이, 네 개의 파라미터 대역의 붕괴에 의해 특성화된다. 1605nm에서 피크를 나타내는 광대역 페디스털은 도 4a의 OFF 상태에서 관찰된다. 페디스털은 0.6nm 클린업 필터에 의해 억제되지 않은, 부스터 증폭기로부터 ASE를 나타낸다.

실험 설정에서, 작은 데이터 신호, Pin = -20dBm은 10Gb/s에서 변조되고, 내부 파라미터 대역(즉, λ=1576.1nm) 내에 배치된다. 도 4b는 입력 데이터 신호가 인가되고, L 대역 펌프가 OFF 상태(아래쪽 곡선)이고, 입력 데이터 신호가 인가되고, C 대역 펌프 및 L 대역 펌프가 각각 280mW 및 120mW의 출력(중간 곡선)을 가지고, 입력 데이터 신호가 인가되고, C 대역 펌프 및 L 대역 펌프가 각각 320mW 및 180mW의 출력(위쪽 곡선)을 갖는 실험 설정의 FPS의 출력을 그래프로 도시한다. 입력 데이터 신호는 FPS의 HNLF 내에서 29dB의 출력 이득까지 동시에 증폭되고 HNLF로의 신호 출력 입력에 대해 각각 24.6, 30.5 및 26dB의 효율을 갖는 파장 1557.7, 1587.2 및 1606.2로 변환된다(즉, 아이들러 대역 생성). 도 4b는 30-ps인 변조기의 상승 시간과 비슷한 튜닝 속도로 50nm 초과된 FPS에서의 유효 변환 범위를 나타낸다. ON 및 OFF 상태간의 소멸 비는 1557.7nm에서 19dB이고, 신호 파장에서 29dB이고, 1587.2 및 1606.2nm에서 50dB보다 우수한 것으로 측정되었다. C 대역 펌프 출력 상수(즉, 별도의 C 및 L 대역 부스터)를 유지함으로써, 1557.7nm 아이들러 소멸이 6.3dB만큼 증가되어서 최악의 소멸 비를 25.3dB로 상승시켰다.

도 5a 내지 5e는 본 발명의 스위칭을 그래프로 도시한다. 예로서, 그리고 이전의 실험 설정을 참조하면, 수신한 데이터 신호가 10 Gb/s 시퀀스, 1100110111010111001을 사용하여 변조되고, FPS의 L 대역 펌프가 10 Gb/s 시퀀스, 1000011110000000001을 사용하여 펄싱되면 출력 데이터 신호는 시퀀스 1000010110000000001을 가질 것이다. 도 5a는 위에서 설명한 입력 데이터 신호, 보다 구체적으로는 10Gb/s 시퀀스를 그래프로 도시한다. 도 5b는 스위칭된 1576.1nm 입력 데이터 신호를 그래프로 도시한다. 도 5b로부터, 결과적인 FPS의 변환된 출력 신호는 실질적으로, 위에서 설명한 바와 같이, 입력 데이터 신호의 논리 시퀀스와 펄싱된 광 펌프 신호(L 대역 펌프 신호)의 논리 시퀀스의 불 대수 AND인 스위칭된 시퀀스를 포함한다.

도 5c 내지 5e는 생성되어 스위칭된 1557.7nm 아이들러, 1587.2nm 아이들러 및 1606.2nm 아이들러 각각을 그래프로 도시한다. 또, 결과적으로 생성된 아이들러가 실질적으로, 입력 데이터 신호의 논리 시퀀스와 펄싱된 광 펌프 신호(L 대역 펌프 신호)의 논리 시퀀스의 불 대수 AND인 스위칭된 시퀀스를 포함하는 것이 도 5c 내지 5e로부터 명확히 알 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 스위칭 성능은 광 펌프(들)의 변조 속도 및 소멸 비에 의해 제한된다. 간략하게 하기 위해, 신호 증폭 및 아이들러 생성은 비 축퇴 위상 공역 프로세스(non-degenerate phase conjugated process)(즉, 입력 데이터 신호 및 광 펌프의 스펙트럼 분리가 큼)에 의해 점유된다. 최악의 경우 소멸 추정치로서, a) 부분적으로 축퇴하는 (하나의 펌프) 위상 결합은 OFF 펌프 상태에서 이득을 제공하고, b) ON 및 OFF 상태 둘 다에서 신호 및 아이들러가 최대 이득(이상적 위상 매칭 상태)을 갖는다고 가정할 수 있다. 그 후, 소멸 비는 다음 수학식 1을 따라 특성화될 수 있다:

이고, 여기서 P^ON,OFF는 ON 및 OFF 위치에서의 펌프 출력이고, L_eff는 유효 HNLF 상호 작용 길이이다. L 대역 펌프가 스위칭되고, 2P의 일정한 출력 전력을 갖는 단일의 부스터가 C 대역 및 L 대역 펌프를 위해 사용되면, 펌프 출력은

여기서 a는 L 대역 펌프의 소멸 비를 나타낸다. 내부 펌프 라만 상호작용(Raman interaction)은 무시된다. 그래서, 스위칭된 신호를 위한 최악의 경우 소멸은 이제 다음의 수학식 2를 따라 특성화된다:

이전에 설명한 실험 설정 파라미터(γ = 10km^-1W^-1 a = -12dB, L_eff~1km이고 P_1,2= 250mW)에서, 최악의 경우 소멸 비는 -14dB로 추정된다. 최대 이득은 본래 애크로매틱에서 가정되고, 소멸 비의 아래쪽 경계 추정치를 위해 사용되어야 한다. 최악의 소멸은 펌프 상승/하강 시간 동안에 예상되어야 한다는 것을 유념하라.

본 발명의 다양한 실시예가 두 개의 광 펌프를 포함하는 FPS(fiber parametric switch)를 참조하여 도시하고 설명되었으나, 본 발명에 비추어 정보를 얻는 당업자라면, 본 발명에 따른 FPS(fiber parametric switch)의 다른 실시예가 두 개 이상의 광 펌프를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 FPS(fiber parametric switch)는 세 개의 광 펌프를 포함하고, 이러한 경우에, 입력 데이터 신호가 본 발명의 비선형 매체에서 세 개의 광 펌프와 결합되면, 적어도 6개의 변환 대역을 생성할 것이다. 이러한 실시예에서, 단일의 펌프 또는 실질적으로 광 펌프의 임의의 조합이 본 발명의 광 스위칭을 수행하도록 변조될 수 있다.

위의 설명은 본 발명의 다양한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예가 본 발명의 기본 범주로부터 이탈하지 않고 고안될 수 있다. 이러한 경우에, 본 발명의 적절한 범주는 다음의 청구의 범위에 따라 결정된다.

편광 불변성, 광대역 동작, 신호 스펙트럼 위치와 관계없이 손상되지 않은 아이들러 신호를 발생시키는 성능을 제공하고 상승된 브릴루앙 임계치를 제공한다.

Claims

적어도 두 개의 광 펌프 신호를 합성(combine)하여 합성 펌프 신호(combined pump signal)를 생성하는 제 1 광 결합기와,

상기 합성 펌프 신호와 입력 데이터 신호를 합성하여 합성 신호를 생성하는 제 2 광 결합기와,

상기 합성 신호에 비선형 효과를 부여하여, 상기 적어도 두 개의 광 펌프 신호와 상기 입력 데이터 신호의 동시 다발적인 3개 신호간 상호 작용에 근거한 복수의 광 대역을 생성하는 비선형 광 소자와,

상기 비선형 광 소자로부터의 상기 합성 신호를 각각 생성되는 광 대역으로 분할하는 적어도 하나의 광 분할기

를 포함하되,

상기 적어도 두 개의 광 펌프 신호 중 적어도 하나의 신호는, 상기 입력 데이터 신호의 논리 시퀀스가 제어 가능하게 스위칭되도록 제어 가능하게 변조되는

광 스위치.
제 1 항에 있어서,

적어도 두 개의 광 펌프 소스를 더 포함하되,

각각의 상기 광 펌프 소스는 상기 적어도 두 개의 광 펌프 신호 중 하나를 제공하며,

상기 적어도 두 개의 광 펌프 소스 중 적어도 하나는, 상기 입력 데이터 신호의 논리 시퀀스가 제어 가능하게 스위칭되도록 각각의 광 신호를 제어 가능하게 변조하도록 구성되고, 상기 광 스위치의 출력 신호는 다중 대역 스위칭된 광 신호를 포함하는

광 스위치.
제 2 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 변조된 광 펌프 소스의 변조를 제어하는 제어기를 더 포함하는

광 스위치.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 데이터 신호는 상기 적어도 두 개의 광 펌프 소스의 각각의 주파수의 평균과 실질적으로 동일한

광 스위치.
제 1 항에 있어서,

결과적인 다중 대역 스위칭된 출력 신호는 실질적으로 상기 입력 데이터 신호의 논리 시퀀스와 상기 변조된 광 펌프 신호의 논리 시퀀스의 불 대수 AND(Boolean AND) 조합인

광 스위치.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 데이터 신호 및 상기 변조된 광 펌프 신호를 동기화하기 위한 가변 지연 라인을 더 포함하는

광 스위치.
제 1 항에 있어서,

상기 광 스위치의 출력은 상기 입력 데이터 신호의 복제 신호 및 적어도 세 개의 아이들러 신호(idler signals)를 포함하는

광 스위치.
적어도 두 개의 광 펌프 소스를 구비하는 파이버 파라미터 장치를 이용하는 광 스위칭 방법으로서,

상기 적어도 두 개의 광 펌프 소스 각각으로부터의 신호를 제 1 결합기에서 결합해서 합성 펌프 신호를 생성하고, 상기 합성 펌프 신호와 입력 데이터 신호를 합성해서 합성 신호를 생성하는 단계와,

상기 합성 신호에 비선형 효과를 부여하여, 상기 적어도 두 개의 광 펌프 신호와 상기 입력 데이터 신호의 동시 다발적인 3개 신호간 상호 작용에 근거한 복수의 광 대역을 생성하는 단계와,

상기 입력 데이터 신호의 논리 시퀀스가 제어 가능하게 스위칭되도록 상기 적어도 두 개의 광 펌프 소스 중 적어도 하나를 제어 가능하게 변조하는 단계를 포함하는

광 스위칭 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 생성된 광 대역을 하나 이상의 대역 분할기를 이용해서 분리하는 단계를 더 포함하는

광 스위칭 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 비선형 효과는, 상기 파이버 파라미터 장치의 출력이 하나 이상의 상기 생성된 광 대역에 대응하는 하나 이상의 스위칭된 광 신호를 포함하도록 상기 합성 신호의 파라미터 증폭을 발생시키는

광 스위칭 방법.