KR101106933B1 - 광 신호 변조 방법 및 광 신호 변조 장치 - Google Patents

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Abstract

광 간섭계와 연계하여 전계 흡수를 사용하여 광 신호를 변조하는 방법 및 장치가 기술된다. 위상 시프트 키잉 변조는 변조될 신호를 복수의 광 모드로 분할하고 EAM으로 복수의 광 모드들 중의 적어도 하나를 변조한 후 복수의 광 모드를 간섭 측정 방식으로 조합함으로써 종래의 방법보다 더 낮은 진폭 변조기 구동 신호를 사용하여 달성될 수 있다. 본 발명을 사용하여 ASK의 소광 비율 성능은 소정의 구동 전압에 대해 크게 개선되거나, 원하는 소광 비율은 실질적으로 낮은 구동 전압으로 달성될 수 있다. 따라서, EAM의 전기 광학 대역폭은 소광 비율과 대역폭 간의 트레이드 오프 관계를 극복함으로써 개선될 수 있다. 또한, 본 발명은 매우 낮은 구동 전압으로 가령 QPSK 또는 QAM과 같은 다른 변조 포맷을 생성하는 데 사용될 수 있으며, 이를 통해 변조를 위한 고속 구동 전자장치의 코스트 및 전력 소비를 감소시킬 수 있다.

Description

광 신호 변조 방법 및 광 신호 변조 장치{INTERFEROMETRIC OPERATION OF ELECTROABSORPTION MODULATORS}
본 발명은 고속 광 통신 분야에 관한 것으로, 특히 전계흡수 변조 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 전계흡수 변조기(EAM(electroabsorption modulator))는 낮은 구동 전압, 소형의 폼 팩터(form factor), 능동 광학 요소와의 통합성의 이점을 제공한다. EAM 통합 레이저는 메트로 거리(metro-distance) 통신 네트워크에서 널리 사용된다. EAM은 고집적 양자 회로를 위한 핵심 형성 블럭이다. EAM의 낮은 구동 전압 요건은 특히 신흥 하이 비트 레이트 ( 〉100 Gb/s) 통신을 위해 유망하며, 리튬 니오브산 변조기(lithium niobate modulator; LNM)를 구동하기 위한 광대역 전기 증폭은 달성하기가 곤란하다.
전형적으로 간섭계 구조와 결합되는 위상 변조를 사용하여 동작되는 LNM과 대조적으로, EAM은 단일 진폭 변조 요소로서 사용되고 있다. 하이 비트 레이트의 하이 스펙트럼 효율 송신에서 직교 위상 시프트 키잉(QPSK) 및 직교 진폭 변 조(QAM)를 포함하여 위상 시프트 키잉(PSK) 변조의 중요성을 고려할, 진폭 변조보다는 보다 광범위한 변조 포맷을 위해 EAM을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 광 간섭계와 연계하여 전계 흡수를 사용하는 광 신호 변조에 관한 것이다. 일 실시예에서, 간섭 측정 방식으로(interferometrically) 동작하는 편광 감도 전계 흡수 변조기(EAM)을 사용하여 위상 시프트 키잉(PSK) 변조가 수행된다. PSK 변조는 EAM을 통해 전파되는 광 신호의 전기적 횡파(TE) 모드 및 자기적 횡파(TM) 모드를 간섭 측정 방식으로 조합함으로써 달성된다.
일 실시예에서, EAM의 간섭 측정 동작은 온 오프 키잉(on-off keying; OOK)과 같은 진폭 시프트 키잉(ASK) 변조를 달성하는 데 사용된다. ASK 변조에 대해, EAM의 간섭 측정 동작은 동일한 구동 전압에 대해 크게 개선된 소광 비율 성능을 제공하거나 또는 대안으로서 원하는 소광 비율에 대해 매우 낮은 구동 전압에서 EAM이 동작될 수 있게 한다. 본 발명은 EAM의 전계 광학 대역폭을 개선하는 데 사용되어 소광 비율과 대역폭 간의 트레이드 오프 관계를 극복한다.
다른 실시예에서, EAM은 마크 젠더 간섭계(MZI)와 같은 간섭계 구조 내로 통합된다. 일 실시예에서, EAM은 MZI의 각각의 암(arm) 내에 포함되며, EAM의 출력들은 간섭 측정 방식으로 조합된다. 그러한 EAM-MZI 구조들은 조합되어 본 발명에 따른 다양한 변조 포맷을 제공한다.
전술한 것에 더해, 본 발명은 가령, QPSK 및 QAM을 포함하는 다양한 변조 포맷을 위해 사용된다.
본 발명의 전술한 것 및 다른 특징들 및 측면들은 아래에서 보다 상세히 기술된다.
도 1은 본 발명에 따라 전계 흡수 변조기(EAM)를 포함하는 간섭계 변조 장치의 블럭도이다.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 본 발명에 따라 EAM의 간섭 동작을 도시한 그래프도이다.
도 3은 본 발명에 따른 EAM 마크 젠더 간섭계 구조의 실시예를 도시한 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 도 3의 EAM-MZI 구조를 사용하여 생성되는 OOK 신호 및 PSK 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 광 증폭기(SOA)를 포함하는 EAM-MZI 구조를 도시한 실시예이다.
도 6은 본 발명에 따라 복수의 EAM-MZI 구조를 포함한 변조기의 실시예이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 제각기 복조 전 및 후에 있어서 본 발명의 변조 장치의 실시예에 의해 생성되는 PSK 신호의 눈 다이어그램(eye diagram)을 도시한 도면이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 제각기 간섭 측정 동작을 갖지 않는 경우와 간섭 측정 동작을 갖는 경우에 EAM에 의해 생성되는 온 오프 키잉(OOK) 신호의 눈 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 9는 간섭 측정 동작을 갖는 경우와 간섭 측정 동작을 갖지 않는 경우 EAM에 의해 생성되는 OOK 신호에 대해 소광 비율 및 수신기 감도를 도시한 그래프도이다.
도 1은 본 발명에 따라 간섭 측정 방식으로 동작하는 EAM을 포함하는 시스템(100)의 실시예를 도시한 블럭도이다. 시스템(100)에서, EL로 표시된 전계를 갖는 레이저 광은 편광 제어기(110)를 거쳐 EAM(120)으로 발사된다. 발사된 레이저 광은 가령 연속적인 파형(CW) 레이저 또는 광 펄스 트레인을 포함하는 임의의 적당한 레이저 광일 수 있으며 변조되거나 변조되지 않을 수 있다. 편광 제어기(110)는 레이저의 발사각 θ를 제어한다. 발사각 θ는 EAM(120)의 전기적 횡파(TE) 축에 대한 레이저의 전계 EL의 각이다. 분석 편광기(130)는 EAM(120)의 TE축에 대한 Φ의 방위각을 갖는 EAM(120)의 출력에 배치된다.
도 2(a)는 전술한 장치의 동작 원리를 그래프로 도시한 도면이다. 전계 EL는 EAM(120)의 TE 축 및 TM 축을 따라 분해된 벡터로서 도시된다. 전계 EL의 TE 성분 및 TM 성분은 제각기 벡터 ETE(t) 및 ETM(t)로서 도 2(a)에 도시된다. TE 성 분 및 TM 성분 ETE(t) 및 ETM(t)는 분석 편광기(130) 상으로 투영되며, 분석 편광기는 각각의 투영을 간섭 측정 방식으로 조합한다.
EAM(120) 진폭은 데이터 스트림(DATA)에 따라 레이저를 변조시킨다. 레이저가 데이터에 따라 변조되고 그 전계 EL가 시간에 따라 변화됨에 따라, TE 성분 및 TM 성분 ETE(t) 및 ETM(t)와 분석 편광기(130) 상으로의 그 투영들은 도 2(a)에서 트레이스 210 및 220에 의해 t축을 따라 도시된 바와 같이 변화할 것이다.
도 2(a)로부터 쉽게 이해되는 바와 같이, 두 개의 투영된 전계 210, 220의 상대적 크기 및 변조 깊이는 제각기 발사각 θ 및 분석기 방위각 Φ를 제어함으로써 조정될 수 있다.
양자 우물에 기반한 EAM은 만약 인장 피로(tensile strain)에 의해 이방성이 경감되지 않는 한 우선적인 TE 편광 흡수를 나타낸다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이, TE 변조 깊이는 실질적으로 TM 변조 깊이보다 더 크다. 가령, OKI OM5753C-30B와 같은 상업적 EAM 장치는 2볼트의 구동 신호 진폭 및 -1볼트의 바이어스 전압에 대해 TM 변조 깊이보다 대략 9dB 더 큰 TE 변조 깊이를 갖는다.
도 2(b) 및 도 2(c)에 도시된 바와 같이, PSK 변조 또는 ASK 변조(가령, OOK 변조)는 TE 투영 및 TM 투영에 영향을 미치는 각 파라미터 θ 및 Φ를 적절히 조정함으로써 달성될 수 있다. 따라서, TE 모드 및 TM 모드의 "원시" 변조 깊이가 EAM의 특성들과 바이어스 전압 및 구동 전압에 의해 설정되지만, 본 발명은 간섭 측정 동작에 의해 각 파라미터 θ 및 Φ를 조정함으로써 PSK를 달성하거나 진폭 변 조 깊이, 즉 소광 비율을 개선할 수 있다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, PSK 변조는 TE 투영 전계 210 및 TM 투영 전계 필드 220의 평균값이 대략 동일해질 때 달성될 수 있다.
도 2(c)에 도시된 바와 같이, 개선된 소광 비율을 갖는 OOK 변조는 TE 투영 전계 210 및 TM 투영 전계 220의 로우 레벨이 동일해질 때 달성될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명의 동작 원리는 가령 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 암 내에 EAM을 갖는 마크 젠더 간섭계(MZI)를 포함하는 다른 장치를 사용하여 구현될 수 있다. 개선된 편광 감도에 부가적으로, 전술한 실시예는 아래에 기술되는 바와 같이 과도 손실을 감소시키는 데 이점을 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같이, MZI(300)는 제 1 암 내에 제 1 EAM(301)을 포함하고 제 2 암 내에 제 2 EAM(302)을 포함하며, 제 2 암 내에 배치된 위상 시프터(305)는 EAM(302)과 동일 선상에 위치한다.(이해하는 바와 같이, 위상 시프터는 제 2 암 대신에 제 1 암 내에 배치되거나, 두 개의 암 간의 적절한 위상 관계가 제공되는 한, 제 1 암 및 제 2 암 내에 모두 배치될 수 있다.) EAM(301) 및 EAM(302)은 제각기 구동 신호, 즉 구동 신호 1 및 구동 신호 2에 의해 구동된다. CW 레이저는 입력 커플러(또는 스플리터)(303)를 통해 EAM(301, 302)에 제공된다. EAM(301, 302)의 출력은 (위상 시프터(305)를 통해) 출력 커플러(304)에 의해 조합된다.
변조 포맷의 타입, EAM의 명세 및 입력 및 출력 커플러(303, 304)의 커플링 비율에 따라, 다양한 구동 신호 구성이 사용될 수 있다.
제 1 구성에서, EAM 구동 신호들 중의 하나의 신호(가령, 구동 신호 1)는 변조될 데이터 신호이다. 다른 EAM 구동 신호(가령, 구동 신호 2)는 DC 바이어스 전압으로서, 이 DC 바이어스 전압은 대응 EAM(302)을 통해 CW 송신이 도 4(a)에 도시된 바와 같이 다른 EAM(301) 내의 변조된 신호의 로우 레벨을 제거할 수 있도록 선택된다. 도 4(a)에서, 점선의 트레이스는 제 1 EAM(301)내의 NRZ-OOK 변조 신호를 나타내며, 파선의 트레이스는 제 2 EAM(302)에 의해 감쇄되는 CW 송신 신호를 나타내며, 실선은 전술한 신호들의 파괴적인 간섭으로부터 발생하는 출력 신호를 나타낸다. 그러한 구성은 종래의 방식으로 동작하는 개개의 EAM에 의해 생성되는 OOK를 통해 소광 비율에서의 개선점을 제공한다.
(구동 신호 2로서) 제공될 DC 바이어스 전압은 제 1 EAM(301)의 동적인 소광 비율과 커플러(303, 304)의 커플링 비율에 의존한다. 커플링 비율은 바람직하게는 EAM-MZI 구조의 송신 손실을 감소시키도록 선택된다. 최적의 커플링 비율에 영향을 미치는 팩터들은 제 1 EAM(301)의 원시 소광 비율, 의도한 변조 포맷 및 두 개의 EAM의 삽입 손실을 포함한다. 만약 목표가 OOK의 소광 비율을 증가시키는 것이라면, 입력 커플러(303)의 전력 분할 비율은 ε/(1+ε)이어야 하며, ε은 제 2 EAM(302)이 제 1 EAM(301)과 동일한 삽입 손실을 가지고 제 2 EAM(302)에 전압이 제공되지 않는다면 원시 소광 비율이 된다. 만약 제 2 EAM(302)이 전파 손실을 제어하기 위해 바이어스되어야 한다면 다른 커플링 비율이 사용될 수도 있다. 모든 장치 파라미터를 미리 알기는 어렵기 때문에, 가변 커플러가 바람직할 수 있다. 그러나, 커플링 비율은 고정될 수 있으며, 소광 비율은 제 2 EAM(302)에 대한 바 이어스 전압을 조정함으로써 최적화될 수 있다. 이에 따라 이러한 단일 데이터 구동 신호 구성은 DC 바이어스 전압(구동 신호 2)을 조정함으로써 PSK 신호를 생성하는 데 사용될 수도 있다.
제 2 구동 신호 구성에서, 구동 신호 1은 데이터 신호 D이며 구동 신호 2는 상보형 데이터 신호
Figure 112009016606518-pct00001
이다. 이러한 구성은 가령 감소된 광 손실을 갖는 이진 PSK 신호(BPSK)를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 구동 구성의 신호는 도 4(b)에 도시되며 이 도면의 점선 트레이스는 (데이터 신호 D에 의해 구동되는) 제 1 EAM의 OOK 신호 출력을 나타내며, 파선 트레이스는 (상보형 데이터 신호
Figure 112009016606518-pct00002
에 의해 구동되는) 제 2 EAM의 OOK 신호 출력을 나타내며 실선 트레이스는 두 개의 EAM 출력 신호의 파괴적 간섭으로부터 발생하는 PSK 신호를 나타낸다. 이러한 이중 구동 체계는 단일 데이터 구동 신호를 갖는 PSK 생성과 비교하여 적어도 6dB만큼 광 손실을 감소시킨다.
도 2(a) 및 도 2(b)와 도 4(a) 및 도 4(b)를 비교하면 파괴적 간섭으로부터 발생하는 광 손실을 감소시키는 데 있어서 EAM-MZI 구조의 이점이 도시된다. PSK를 생성하기 위해, 도 4(b)에 의해 표현되는 장치는 도 2(b)의 장치보다 더 우수한데, 그 이유는 파괴적인 간섭 동안 적어도 6dB 미만의 광 전력이 감산되기 때문이다. 마찬가지로, 도 4(a)는 파괴적 간섭 동안 광 전력이 덜 손실되기 때문에 소광 개선 OOK 신호를 생성하는데 있어서 도 2(c)에 비해 더 우수하다.
본 발명의 원리에 따라 신호를 생성하는 데 사용되는 파괴적 간섭으로 인해 광 손실이 발생한다. 그러나, 이러한 광 손실은 도 5에 도시된 예의 장치와 같은 증폭을 제공함으로써 보상될 수 있다. 도 5의 장치에서, 반도체 광 증폭기(SOA)(510)는 바람직하게도 전술한 광 손실을 보상하기 위해 EAM-MZI 장치(500) 내로 집적된다. SOA의 임의의 패턴 의존도의 영향을 최소화하기 위해, SOA를 변조기의 출력에 배치하여 PSK를 생성하거나 변조기의 입력에 배치하여 OOK를 생성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 EAM 기반의 변조기를 SOA와 용이하게 집적하는 능력은 가령 리튬 니오브산 변조기와 같은 다른 장치에 비해 효과적이다.
비록 전술한 설명이 넌 리턴 투 제로(non-return-to-zero;NRZ) 신호 포맷과 관련하여 행해졌지만, 동일한 광 변조기가 RZ 포맷과 함께 사용될 수도 있다. RZ 포맷 생성을 위해 구동 신호를 획득하는 예의 장치는 NRZ 데이터 신호와 라인 레이트의 클럭 신호 간의 불 연산(Boolean operation)을 수행하는 전자 AND 회로로 구성된다. AND 연산의 결과는 RZ 포맷 신호를 생성하기 위한 EAM-MZI 변조기를 구동하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 변조기와 같은 EAM 기반 변조기는 낮은 구동 전압뿐만 아니라 구동 전압의 함수로서의 고도의 비선형성인 광 송신 특성으로 인해 그러한 기술을 사용하는 데 있어 리튬 니오브산 변조기보다 더 적합하다. 고속 비트 레이트에서, 불 AND 연산은 특히 대 진폭 신호에 대해 신호 왜곡을 도입시키는 경향을 갖는다. 리튬 니오브산 변조기는 구동 전압에 대한 매우 선형적인 송신 응답으로 인해 그러한 왜곡에 보다 많은 영향을 받는다.
보다 복잡한 변조 포맷의 생성은 본 발명에 따른 복수의 EAM 간섭 구조물을 조합함으로써 달성될 수 있다. 그러한 예의 변조기는 도 6에 도시된 QPSK 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 도 6에 도시된 변조기는 MZI 구조물(600)로 배열되는 제 1 EAM-MZI 구조물(610) 및 제 2 EAM-MZI 구조물(620)을 포함한다. EAM-MZI 구조물(610) 및 EAM-MZI 구조물(620)은 각각 π 위상 시프터(611, 612)를 포함하며 각각은 대응하는 BPSK 변조 신호를 생성하기 위해 데이터 신호 및 그 상보형 신호(A,
Figure 112009016606518-pct00003
및 B,
Figure 112009016606518-pct00004
)에 의해 구동된다. BPSK 신호들은 두 개의 신호 간의 상대적 위상 π/2를 도입함으로써 조합되어 QPSK 신호를 생성한다. 그러한 위상 시프트는 위상 시프터(625)에 의해 제공된다.
도 6의 실시예에 의해 EAM 간섭계를 사용하는 QPSK 생성은 실질적으로 감소된 구동 전압 요건에 만족하여 구동 장치의 코스트 및 전력 소비를 감소시킨다.
도 6의 장치는 가령 8-QAM 신호를 포함하는 다른 신호 포맷을 생성하는 데 사용될 수 있다. 그러한 것을 수행하기 위해 EAM-MZI(610, 620) 중의 하나(하지만 모두는 안됨)는 가령 동일한 전압을 디스에이블될 EAM-MZI의 모든 구동 신호 입력에 제공함으로써 하나의 비트 기간 동안 효과적으로 디스에이블된다.
본 발명에 따른 EAM 기반 간섭계 장치의 기능은 아래에서 기술될 것이다.
도 1의 장치와 같은 실시예의 장치에서, 1553㎚의 파장을 갖는 CW 광이 사용되고 EAM(120) 내로의 발사각은 HP8169A 편광 제어기(110)를 사용하여 제어된다. EAM의 출력의 편광은 패들 편광 제어기(paddle polarization controller)를 사용하여 제어되며, EAM의 출력은 파이버 광 편광기에 의해 분석된다. EAM은 30GHz의 3-dB 대역폭을 가지며 구동 신호의 진폭은 2.6볼트이다.
도 7(a)는 그러한 시스템에 의해 생성되는 40 Gb/s PSK 신호의 전기 눈 다이어그램을 도시한다. 도 7(b)는 25 ps 지연 간섭계에 의한 복조 후에 PSK 신호의 눈 다이어그램을 도시한다.
복조 신호는 전자적으로 디멀티플렉스되며 비트 에러 레이트(BER)는 5.6 dB의 노이즈 특징을 갖는 에르븀 도핑 파이버 증폭기(EDFA) 및 1 ㎚의 대역폭을 갖는 광 필터 다음에서 10Gb/s로 측정되었다. 10-9의 BER에서의 수신기 감도는 -24.3 dBm이다. 이는 널(null)에서 바이어스된 리튬 니오브산 변조기를 사용하여 생성된 PSK와 함께 획득된 것보다 대략 3dB 더 나쁘다. 복조된 눈 다이어그램(도 7(b))에서 입증되는 바와 같이, TE와 TM 필드 간의 불완전한 간섭에 의해 야기되는 파형 왜곡 때문에 페널티가 대부분이며, 상기 TE 필드 및 TM 필드는 구동 신호에 대한 두 개의 모드의 상이한 응답으로 인해 비동일 시간 모형을 갖는다.
ASK 변조 신호의 생성과 관련하여, EAM에 의해 종래 방식으로 변조되는 ASK 신호의 소광 비율은 구동 신호의 진폭과 관련된다. 구동 전자 장치의 전력 소비와 복잡성을 감소시키기 위해 낮은 구동 전압을 갖는 연산이 바람직하다.
도 8(a)는 간섭 측정 모드가 아닌 종래의 방식으로 동작하는 EAM으로부터 직접 획득되는 OOK 신호들의 전기 눈 다이어그램을 도시한 도면이다. 이러한 경우, CW 레이저가 EAM의 TE 축과 정렬될 때 최대 소광 비율(ER)이 달성되며, 이러한 경우 1.1 구동 전압에 대해 5.7dB의 최대 소광 비율이 된다.
도 7(b)는 최적화된 각 θ 및 Φ를 갖는 간섭 측정 모드에서 EAM을 동작시킬 때 ER에서의 명확한 개선점을 나타낸다. (도 7(b)에 도시된 일 예의 데이터에 대해, 각도들은 29도 이었다.) 개선된 ER은 1.1볼트의 동일한 구동 전압에 대해 12.5dB가 되도록 측정된다.
도 9는 비간섭 측정 방식으로 그리고 간섭 측정 방식으로 동작하는 EAM에 의해 생성되는 OOK 신호에 대해 10-9의 BER을 위한 구동 전압의 함수로서 소광 비율(ER) 및 수신기 감도(RS)를 나타낸다. 개방된 원 및 사각형은 비간섭 측정의 EAM에 대해 제각기 ER 및 RS을 나타내며 실선의 원 및 사각형은 간섭 측정의 EAM에 대해 제각기의 ER 및 RS를 나타낸다. 비간섭 측정의 동작에 대해, 입력 레이저가 EAM의 TE축과 정렬될 때 최상의 ER 및 RS가 달성된다. 본 발명에 따른 간섭 측정 동작에 대해, 도 9는 0.8볼트의 구동 전압에 대해 8.7dB의 ER 개선과 7dB의 RS 개선을 나타낸다. 바람직하게도, 0.8볼트의 40 Gb/s 구동 신호가 전기 증폭기를 사용하지 않고도 본 발명에 따라 생성될 수 있다.
전술한 실시예는 본 발명의 응용분야를 나타낼 수 있는 이용가능한 몇몇 특정 실시예를 예시한 것을 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 범주 내에서 당업자라면 다양한 다른 장치를 제조할 수 있다.

Claims (10)

  1. 광 신호를 변조하는 방법으로서,
    변조될 광 신호를 적어도 하나의 전계 흡수 변조기(EAM)의 축에 대해 적어도 두 개의 상이한 광 모드로 분해하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 전계 흡수 변조기(EAM)를 사용하여 상기 광 모드들 중의 적어도 하나의 전계를 변조하는 단계와,
    변조된 광 신호를 생성하기 위해 상기 광 모드들을 간섭 측정 방식으로 (interferometrically) 조합하는 단계를 포함하는
    광 신호 변조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 흡수 변조기(EAM)의 축에 대하여 소정의 발사각(a launch angle)을 갖는 레이저 광의 전계(electric field)로 상기 레이저 광을 상기 적어도 하나의 전계 흡수 변조기(EAM) 내로 발사하여, 상기 레이저 광을 전기적 횡파(transverse electric)(TE) 성분 및 자기적 횡파(transverse magnetic)(TM) 성분으로 분해하는 단계와,
    상기 전계 흡수 변조기(EAM)의 상기 축에 대하여 소정의 방위각을 갖는 분석 편광기 상으로 상기 전기적 횡파(TE) 성분 및 자기적 횡파(TM) 성분을 투영하여 TE 성분 투영(projection) 및 TM 성분 투영을 생성하는 단계와,
    상기 변조된 광 신호를 생성하기 위해 상기 TE 성분 투영 및 상기 TM 성분 투영을 간섭 측정 방식으로 조합하는 단계를 더 포함하는
    광 신호 변조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조된 광 신호는 위상 시프트 키잉(PSK) 변조된 신호 및 진폭 시프트 키잉(ASK) 변조된 신호 중의 적어도 하나를 포함하는
    광 신호 변조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 변조된 광 신호를 제어하기 위해 상기 발사각 및 상기 방위각 중의 적어도 하나를 조정하는 단계를 더 포함하는
    광 신호 변조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전계 흡수 변조기(EAM)의 축은 상기 전계 흡수 변조기(EAM)의 TE 축인 광 신호 변조 방법.
  6. 광 신호를 변조하는 장치로서,
    변조될 광 신호를 적어도 하나의 전계 흡수 변조기 수단의 축에 대해 적어도 두 개의 상이한 광 모드로 분해하는 수단과,
    상기 광 모드들 중의 적어도 하나의 전계를 변조하는 상기 전계 흡수 변조기(EAM) 수단과,
    변조된 광 신호를 생성하기 위해 상기 광 모드들을 간섭 측정 방식으로 조합하는 수단을 포함하는
    광 신호 변조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전계 흡수 변조기(EAM) 수단의 축에 대하여 레이저 광의 전계의 발사각을 제어하여 상기 레이저 광을 전기적 횡파(TE) 성분 및 자기적 횡파(TM) 성분으로 분해하는 편광 제어기 수단과,
    상기 전계 흡수 변조기(EAM)의 상기 축에 대하여 소정의 방위각을 가지며 전기적 횡파(TE) 성분 투영 및 자기적 횡파(TM) 성분 투영을 생성하는 분석 편광 수단을 포함하며,
    상기 TE 성분 투영 및 상기 TM 성분 투영은 간섭 측정 방식으로 조합되어 상기 변조된 광 신호를 생성하는
    광 신호 변조 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 변조된 광 신호는 위상 시프트 키잉(PSK) 변조된 신호 및 진폭 시프트 키잉(ASK) 변조된 신호 중의 적어도 하나를 포함하는
    광 신호 변조 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 발사각 및 상기 방위각 중의 적어도 하나는 조정가능하며 상기 변조된 광 신호를 제어하는
    광 신호 변조 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 전계 흡수 변조기(EAM)의 축은 상기 전계 흡수 변조기(EAM) 수단의 TE 축인
    광 신호 변조 장치.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7860402B2 (en) * 2007-01-26 2010-12-28 Fujitsu Limited Modulating a signal according to 2n-PSK modulation
JP2010028741A (ja) * 2008-07-24 2010-02-04 Yokogawa Electric Corp 光送信装置
US9344196B1 (en) 2009-05-28 2016-05-17 Freedom Photonics, Llc. Integrated interferometric optical transmitter
US8401399B2 (en) 2009-05-28 2013-03-19 Freedom Photonics, Llc. Chip-based advanced modulation format transmitter
US8639118B2 (en) * 2010-10-05 2014-01-28 Infinera Corporation Wavelength division multiplexed optical communication system having variable channel spacings and different modulation formats
US8655190B2 (en) 2010-10-05 2014-02-18 Infinera Corporation Wavelength division multiplexed optical communication system architectures
FR2967319B1 (fr) * 2010-11-04 2012-10-26 Alcatel Lucent Procede de conversion d'un signal numerique en impulsions optiques
JP2012119482A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 波長可変レーザ装置およびその制御方法
US20120237156A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Nokia Siemens Networks Oy Optical modulator, communication system, and communication method
CN102722039B (zh) * 2011-03-31 2015-12-09 骁阳网络有限公司 光调制器
US8908187B2 (en) 2011-11-02 2014-12-09 Honeywell International Inc. System and method for reducing errors in a resonator fiber optic gyroscope
US8849129B2 (en) * 2012-07-20 2014-09-30 Finisar Corporation Method and apparatus for stabilization of optical transmitter
JP5945241B2 (ja) * 2013-04-17 2016-07-05 日本電信電話株式会社 光直交周波数多重分割信号生成器
JP6126521B2 (ja) * 2013-12-09 2017-05-10 日本電信電話株式会社 多値光強度変調器
CN105790879B (zh) * 2014-12-25 2018-02-02 北京邮电大学 一种抑制瑞利噪声的波分复用无源光网络系统及方法
WO2016145641A1 (zh) * 2015-03-19 2016-09-22 华为技术有限公司 转换光信号的调制码型的器件和方法
US10634973B2 (en) * 2016-08-02 2020-04-28 University Of Southern California Two-dimensional optical phased array
CN106301554B (zh) * 2016-08-31 2019-01-22 武汉光迅科技股份有限公司 一种并联mzi电光调制器工作点电压的调试方法及调试装置
US10673530B2 (en) * 2016-10-05 2020-06-02 LGS Innovations LLC Inc. Free space optical communication system and method
CN106712844B (zh) * 2016-12-15 2019-06-11 武汉电信器件有限公司 一种无集成pd的100g eml tosa光功率上报的提取方法
US10320152B2 (en) 2017-03-28 2019-06-11 Freedom Photonics Llc Tunable laser
US10727948B2 (en) 2018-04-05 2020-07-28 Nokia Solutions And Networks Oy Communication system employing surface-coupled optical devices
US10411807B1 (en) 2018-04-05 2019-09-10 Nokia Solutions And Networks Oy Optical transmitter having an array of surface-coupled electro-absorption modulators
EP3648268A1 (en) * 2018-11-02 2020-05-06 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical amplifier device
JP2020101599A (ja) * 2018-12-20 2020-07-02 日本電信電話株式会社 光スイッチ素子
EP3903146A1 (en) * 2019-04-30 2021-11-03 Huawei Technologies Co., Ltd. Interferometric enhancement of an electroabsorptive modulated laser
US11899333B2 (en) 2019-09-19 2024-02-13 Nokia Solutions And Networks Oy Apparatus and method of generating multilevel quadrature amplitude modulated signal using electro-absorption modulators
WO2021102076A1 (en) * 2019-11-21 2021-05-27 Lightmatter, Inc. Interferometric modulation
CN112910563B (zh) * 2021-01-26 2023-05-02 中国科学院半导体研究所 信号产生装置及方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03131825A (ja) * 1989-10-18 1991-06-05 Hitachi Ltd 光周波数シフタ
JPH0749473A (ja) * 1993-08-05 1995-02-21 Hitachi Ltd マッハツェンダ型変調器
US6525855B1 (en) * 1996-07-19 2003-02-25 British Telecommunications Public Limited Company Telecommunications system simultaneously receiving and modulating an optical signal
JP3569142B2 (ja) * 1998-12-08 2004-09-22 三菱電機株式会社 マイクロ波信号光伝送装置
US6335819B1 (en) * 1999-02-19 2002-01-01 University Of Maryland All-optical regeneration at high bit rates using an electroabsorption modulator
JP2000267053A (ja) * 1999-03-16 2000-09-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光サブキャリア変調器の駆動方法および駆動回路
JP4235724B2 (ja) * 2001-11-05 2009-03-11 独立行政法人情報通信研究機構 光波干渉方法
DE10157218A1 (de) 2001-11-22 2003-06-18 Siemens Ag Modulator und dazugehöriges Verfahren für eine optische Modulation
US7013070B2 (en) * 2002-06-04 2006-03-14 Intel Corporation Method and apparatus for switching an optical beam between first and second waveguides in a semiconductor substrate layer
US7321734B2 (en) * 2004-07-29 2008-01-22 Nortel Networks Limited Digital synthesis of readily compensated optical signals

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHIN M ET AL: "A novel BPSK method using multiple quantum well electroabsorption modulator integrated with MMI couplers" MICROWAVE PHOTONICS, 1999. MWP '99. INTERNATIONAL TOPICAL MEETING ON MELBOURNE,*
VAGOS P ET AL: "ALL-OPTICAL PHASE MODULATION BASED ON INTERSUB-BAND BIREFRINGENCE IN GAAS/ALGAAS QUANTUM WELL WAVEGUIDES" ELECTRONICS LETTERS, IEE STEVENAGE, GB, vol. 31, no. 3, 2 February 1995*

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Publication number Publication date
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