KR101230590B1

KR101230590B1 - 파장 가변 광송수신기

Info

Publication number: KR101230590B1
Application number: KR1020110016252A
Authority: KR
Inventors: 김병휘
Original assignee: (주)엠이엘 텔레콤
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2013-02-06
Also published as: KR20120096966A

Abstract

파장 가변 광송수신기 구조가 개시된다.
본 발명의 파장 가변 광송수신기는 파장 가변 광원과 반사형 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 파장 가변 광 송신 부분과, 상기 파장 가변 광원 출력 광 일부를 사용하여 수신되는 광 신호의 데이터를 추출하는 파장 가변 광 수신 부분으로 구성되어, 외부로 광 입출력 역할을 담당하는 광분배기(1); 지속파(CW)로 동작하는 파장 가변 광원(2); 반사형 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 광송신기(4); 상기 광분배기(1)에서 출력되는 광 신호가 입력되고, 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 CW출력광이 입력되고, 상기 광송신기(4)에서 출력되는 파장 가변 신호가 입력되어 상향 광신호를 광분배기(1)에 출력하는 광연결장치(3); 상기 광분배기(1)로부터 입력되어 상기 광연결장치(3)에서 출력되는 신호가 입력되어 하향 광 신호(111)를 출력하고, 또한 상기 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 지속파가 입력되어 상기 광연결장치(3)에서 출력되는 신호가 입력되어 출력 광 파장 정보가 되는 파장 제어 신호(202)를 출력하는 하향신호추출장치(5); 상기 하향신호추출장치(5)에서 출력되는 파장 제어 신호(202)가 입력되어 실시간으로 파장 가변 광원(2)의 파장을 감시 및 제어하고, 외부에서 입력되는 파장 제어 정보(206)를 통하여 그 파장에 맞게 파장 가변 광원(2)의 파장을 초기화 시키고, 실시간 출력 광 파워를 감시하여 일정한 광 파워가 생성되도록 제어하며, 상기 광송신기(4)의 직류 전류, 모듈레이션 전류, 레이저다이오드 온도를 제어하는 제어부(6)를 포함하여 구성된다.

Description

파장 가변 광송수신기 {Wavelength tunable optical transceiver}

본 발명은 파장분할다중(WDM, wavelength division multiplexing) 광통신 망에 적용 가능한 광송수신기로서, 보다 구체적으로는 지속파(CW, continuous wave)로 동작하는 파장 가변 광원이 존재하고, 상기 파장 가변 광원의 광 출력 일부는 반사형 반도체 레이저 다이오드로 주입된 후 상향 데이터 신호와 함께 증폭되어서 상향으로 광 출력되는 한편, 상기 파장 가변 광원의 광 출력 중에서 다른 일부는 하향 수신 광 신호와 합쳐서 balanced detector로 입력된 후 적절한 고주파 필터 및 증폭기를 통과하여 하향 광 신호를 복원하며, 또한, 상기 파장 가변 광원의 출력 광 파장과 입력되는 광원의 광 파장과의 차이 정보를 실시간으로 추출하여 피드백 함으로써 상기 파장 가변 광원의 광 파장을 안정화하여 광파워분배기를 사용하는 광가입자망에 파장분할다중방식을 적용할 수 있게 되는 파장 가변 광송수신기에 관한 것이다.

유무선 사용자의 통신 트래픽이 증가하고, 다양한 멀티미디어 서비스를 요구하는 수요의 증가는 기존에 포설되어 운용되는 망 구조의 유연성을 요구하고 있다. 특히, 최근에 스마트 폰, 태플릿 PC와 같은 무선 트래픽이 급증하면서 통신 장애가 간헐적으로 발생하여 통신 사업자의 백홀망 및 광가입자망의 진화가 필요한 시점이다.

광가입자망 진화 경로는 여러 가지가 있는데, 대표적인 방식은 파장 분할 다중(WDM)을 사용한 광 가입자 망(PON) [WDM-PON, wavelength division multiplexing-passive optical network]구조이다. 이것은 가입자당 전용 파장을 할당하여 기존의 시분할다중방식이 제공할 수 없었던 기가빗(Giga bit) 속도를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 광섬유당 16 ~ 32 파장을 수용함으로써 광섬유 인프라 활용도를 개선하여 망 운용 비용을 줄일 수 있다.

그러나, 기존의 WDM-PON 구조에서는, 원격 노드(remote node)에 파장 분할/결합 필터를 사용하여 가입자에게 임의의 특정 파장이 할당된다. 이는 가입자의 개입 혹은 선택의 여지가 없이 망 구조에 의하여 파장이 미리 결정됨으로써, 망 구성 및 운용의 유연성을 제공하지 못한다.

상기 WDM망에서 운용/유지의 유연성을 위한 일례로서 메트로 백본 망에서는 광전송장비(ROADM, reconfigurable optical add drop multiplexer)를 주요 노드에 설치하여 원하는 파장 대역 혹은 파장 채널들을 추가 혹은 드롭(add/drop) 함으로써 사용자의 트래픽을 분산하거나, 필요에 따라서 집중하는 등의 기능을 수행하기도 한다.

그러나, 상기 ROADM 장치는 백본 망의 신뢰성을 감안하여 이중화 및 원격 감시 기능 등이 복합된 고가의 장치로서 메트로 백본 망과 같은 대규모 트랙픽이 전달되는 광 전송 코아망에 주로 적용되는 기술이다.

광가입자망과 같은 근거리 WDM 광통신 망에서 파장의 효율적인 운용을 위해서는, 원격 노드에 고정된 파장 분할/결합 필터 대신에 브로드캐스팅 기능을 수행하는 광 파워 분배기를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 망 구조에서 파장이 결정되지 않고, 모든 파장이 가입자 단말에 도착하여 사용자의 선택에 따라 특정한 파장을 선택할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 방식의 주요 장점으로는, 파장마다 통신 사업자가 다르고 서비스가 다르더라도 가입자의 요구에 의하여 원하는 통신 사업자 의 서비스를 수신하는 것이 가능하며, 또한 사용자가 요구하는 트래픽 정도에 따라서 시분할방식을 혼용하여 지원할 수 있다.

따라서 본 발명은 광 파워 분배기를 사용하는 WDM 광통신망을 구성하기 위하여 가입자 단말 장치에서 원하는 파장 신호를 선택적으로 송수신할 수 있는 파장 가변 광송수신기를 제안한다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 파장 가변 광원과 반사형 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 파장 가변 광 송신 부분과, 상기 파장 가변 광원 출력 광 일부를 사용하여 수신되는 광 신호의 데이터를 추출하는 파장 가변 광 수신 부분으로 구성되어, 외부로 광 입출력 역할을 담당하는 광분배기(1); 지속파(CW)로 동작하는 파장 가변 광원(2); 반사형 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 광송신기(4); 상기 광분배기(1)에서 출력되는 광 신호가 입력되고, 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 CW출력광이 입력되며, 상기 광송신기(4)에서 출력되는 파장 가변 신호가 입력되어 상향 광신호를 광분배기(1)에 출력하는 광연결장치(3); 상기 광분배기(1)로부터 입력되어 상기 광연결장치(3)에서 출력되는 신호가 입력되어 하향 광 신호(111)를 출력하고, 또한 상기 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 지속파가 입력되어 상기 광연결장치(3)에서 출력되는 신호가 입력되어 출력 광 파장 정보가 되는 파장 제어 신호(202)를 출력하는 하향신호추출장치(5); 상기 하향신호추출장치(5)에서 출력되는 파장 제어 신호(202)가 입력되어 실시간으로 파장 가변 광원(2)의 파장을 감시 및 제어하고, 외부에서 입력되는 파장 제어 정보(206)를 통하여 그 파장에 맞게 파장 가변 광원(2)의 파장을 초기화 시키고, 실시간 출력 광 파워를 감시하여 일정한 광 파워가 생성되도록 제어하며, 상기 광송신기(4)의 직류 전류, 모듈레이션 전류, 레이저 다이오드의 온도를 제어하는 제어부(6)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명의 파장 가변 광송수신기는 하향 입력 광 신호가 광분배기(1)를 통하여 광연결장치(3)에 입력되고, 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 광의 일부는 광연결장치(3)를 통하여 반사형 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 광송신기(4)에 입력된 후 상향 데이터 신호와 함께 증폭되어 광연결장치(3) 및 광분배기(1)를 거쳐서 상향으로 송출된다.

또한 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 광의 다른 일부는 광연결장치(3)에 입력되어, 상기 하향 광 신호와 광연결장치(3)를 통하여 신호가 합해진 후 하향신호추출장치(5)로 출력된다.

하향신호추출장치(5)는 상기 입력된 광 신호로부터 하향 데이터 신호를 복원하여 출력하고, 또한 파장 가변 광원(2)의 출력 광 파장과 하향 수신 광 파장과의 차이 신호를 생성하여 제어부(6)에 전달한다.

제어부(6)는 상기 수신된 파장 차이 신호를 이용하여 실시간으로 파장 가변 광원의 파장을 제어한다.

따라서 본 발명의 파장 가변 광송수신기에 의하면 광 파워 분배기를 사용하는 WDM 광통신망을 구성함에 있어서 가입자 단말 장치에서 원하는 파장 신호를 선택적으로 송수신할 수 있게 된다.

본 발명에 따라 파장 가변 광송수신기를 WDM 광통신망에 적용함으로써, 원격 노드에 고정된 파장이 가입자 단말에 할당되는 방식이 아니고, 다양한 파장이 가입자 단말 장치에 입력되며, 가입자의 선택에 의하여 원하는 파장을 선택적으로 송수신할 수 있게 됨으로써 WDM 광통신망의 유지/운용의 편리성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 파장 가변 광송수신기 구조
도 2는 도 1의 광 분배기의 세부 구조를 나타낸 블록도
도 3은 도 1의 하향신호추출장치의 세부 구조를 나타낸 블록도

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1을 참조하여 본 발명에서 제시하는 파장 가변 광송수신기의 구조를 설명한다. 도면에서 실선은 광 연결을 의미하고, 점선은 RF 연결을 의미한다.

파장 가변 광송수신기는 광분배기(1), 파장가변광원(2), 광연결장치(3), 광송신기(4), 하향신호 추출장치(5) 및 제어부(6)로 구성된다.

광분배기(1)는 광섬유커플러 혹은 광서큘레이터를 사용하여 입력되는 광신호를 외부로 출력한다.

파장 가변 광원(2)은 폴리머 도파로 브라그 격자를 이용한 파장 가변 외부공진레이저 (PLC-ECL), 인듐인(InP) 기판 위에 모노리식(monolithic) 집적된 브래그 반사계(DBR, distributed Bragg reflector) 방식, 음성광학파장가변필터를 이용한 방식, 미세 전자 기계 시스템(MEMS, micro-electromechanical system) 구조물을 이용한 외부공진레이저 방식, 액정을 사용한 파장가변레이저 등의 다양한 종류로부터 선택되어 지속파로 작동한다.

광연결장치(3)는 상기 광분배기(1)에서 출력되는 하향 광신호(111)와 상기 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 출력광(112)이 입력되고, 광송신기(4)에서 출력되는 파장 가변 신호가 입력되어 상향 광신호를 광분배기(1)에 출력한다.

상기 반사형 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 광송신기(4)는 레이저 다이오드 드라이버와 반사형 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 TOSA(transmitter optical sub-assembly)로 구성된다. 반사형 반도체 레이저 다이오드는, RSOA (reflective semiconductor optical amplifier), RLD(reflective laser diode) 등과 같이 발진되지 않고 광대역 ASE (amplified spontaneous emission) 스펙트럼을 방출하는 반도체 레이저 다이오드를 사용한다.

상기 광송신기(4)를 통한 파장 가변 상향 광 전송 동작은 다음과 같다. 파장 가변 광원(2)에서 출력된 출력광(112)은 광연결장치(3)를 통하여 광송신기(4)에 주입된 후, 상향 데이터 신호(203)과 함께 광 증폭되고, 다시 광연결장치(3)를 통하여 광분배기(1)을 거쳐서 외부로 상향 전송된다.

하향신호 추출장치(5)는 상기 입력된 광 신호로부터 하향 데이터 신호를 복원하여 출력하고, 또한 파장 가변 광원의 출력 광 파장과 하향 수신 광 파장과의 차이 신호를 생성하여 제어부(6)에 전달한다.

도 2를 참조하여, 도 1의 광연결장치(3)를 설명한다.

파장 가변 광원(2)의 출력광(112)은 광섬유커플러(31)를 거쳐서 광 파워가 분배된 후 각각 또 다른 광섬유커플러(30, 32)로 입력된다. 하향 광신호(111)는 광섬유 커플러(30)를 통해서 상기 광 파워 분배된 파장 가변 광원(2)의 출력광(112)과 합쳐진 후 각각 제1신호(114)와 제2신호(115)로 출력된다. 한편, 광섬유 커플러(32)로 입력된 후 출력되는 파장 가변 광 신호(116)는 [도 1]의 광송신기(4)에 주입된 후 상향 데이터 신호(203)과 함께 광 증폭되고, 다시 광섬유커플러(32)를 거쳐서 상향 광 신호(113)로 출력된다.

상기 광연결장치(3)는 1x2 광섬유커플러, 2x2 광섬유커플러, 혹은 평판형 도파로 분배기를 상호 결합 혹은 집적된 형태로 구성된다.

도 3을 참조하여, 도 1의 하향신호추출장치(5)를 설명한다.

광연결장치(3)에서 출력된 제1신호(114)와 제2신호(115)는 광검출기(51)에 입력된다. 상기 광검출기(51)는 CMRR(common-mode rejection ratio)가 2dB 보다 큰 값을 갖는 balanced photo-detector 모듈을 사용한다. 또한, 저잡음증폭기(low-noise amplifier)가 내장되어서 미세한 전기신호를 1차적으로 증폭한 후에 전기 신호로 출력한다. 통상 전기 신호는 싱글 엔드형(single-ended)이 아닌 디퍼렌셜(differential)신호로서 제1신호(117)와 제2신호(118)로 출력된다.

상기 제1신호(117)는 하향신호추출부(52)로 입력되어 하향 데이터 신호(111)를 복원하고, 제2신호(118)은 광파장신호추출부(53)로 입력되어, 파장 가변 광원(2)의 출력광(112)과 하향 광신호(111)의 광 파장 차이를 감지하여 파장 제어 신호(202)를 출력하고 이 신호는 [도 1]의 제어부(6)로 입력된다.

상기 하향신호추출부(52)는 원하는 신호 대역만을 통과시키는 RF밴드패스필터(520), RF분배기(521), RF 증폭기(522,522a), RF 믹서(523), 저주파통과필터(524), 및 리미팅증폭기(525)로 구성된다.

상기 광파장신호추출부(53)는 RF분배기(530)의 출력측으로부터 병렬로 설치되는 RF밴드패스필터(531,531a), RF검출기(532,532a), RF증폭기(533,533a), 그리고 비교기(534) 및 적분기(535)로 구성된다.

제어부(6)는 외부에서 입력되는 파장 제어 정보(206)를 통하여 그 파장에 맞게 파장 가변 광원(2)의 파장을 초기화 시킨다. 그 후, 상기 하향신호추출장치(5)로부터 파장 제어 신호(202)를 수신하여 실시간으로 파장 가변 광원(2)의 파장을 감시 및 제어한다.

파장 제어 방법은, 파장 가변 광원(2)의 온도 가변 혹은 레이저 다이오드 인가 직류 전류 가변하는 방법이 존재한다. 또한, 제어부(6)는 파장 가변 광원(2)의 파장 제어뿐만 아니라, 실시간 출력 광 파워를 감시하여 일정한 광 파워가 생성되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(6)는 광송신기(4)의 직류 전류, 모듈레이션 전류, 레이저다이오드 온도 등을 제어할 수 있는 경로(205)가 존재한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

1 : 광분배기
2 : 파장 가변 광원
3 : 광 연결장치
4 : 광송신기
5 : 하향신호추출장치
6 : 제어부

Claims

외부로 광 입출력 역할을 담당하는 광분배기(1);
지속파(CW)로 동작하는 파장 가변 광원(2);
반사형 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 광송신기(4);
상기 광분배기(1)에서 출력되는 광 신호와 상기 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 CW출력광이 입력되고, 상기 광송신기(4)에서 출력되는 파장 가변 신호가 입력되어 상향 광신호를 광분배기(1)에 출력하는 광연결장치(3);
상기 광분배기(1)로부터 입력되어 상기 광연결장치(3)에서 출력되는 신호가 입력되어 하향 광 신호(111)를 출력하고, 또한 상기 파장 가변 광원(2)에서 출력되는 지속파가 입력되어 상기 광연결장치(3)에서 출력되는 신호가 입력되어 출력 광 파장 정보가 되는 파장 제어 신호(202)를 출력하는 하향신호추출장치(5);
상기 하향신호추출장치(5)에서 출력되는 파장 제어 신호(22)가 입력되어 실시간으로 파장 가변 광원(2)의 파장을 감시 및 제어하고, 외부에서 입력되는 파장 제어 정보(206)를 통하여 그 파장에 맞게 파장 가변 광원(2)의 파장을 초기화 시키고, 실시간 출력 광 파워를 감시하여 일정한 광 파워가 생성되도록 제어하며, 상기 광송신기(4)의 직류 전류, 모듈레이션 전류, 레이저다이오드의 온도를 제어하는 제어부(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광송수신기.
제 1 항에 있어서, 광분배기(1)가 광섬유커플러, 광써큘레이터를 사용하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광송수신기.
제 1 항에 있어서, 파장 가변 광원은(2) 폴리머 도파로 브라그 격자를 이용한 파장 가변 외부공진레이저 (PLC-ECL), InP 기판 위에 모노리식(monolithic) 집적된 DBR(sampled-grating distributed Bragg reflector) 방식, 음성광학파장가변필터를 이용한 방식, MEMS(micro-electromechanical system) 구조물을 이용한 외부공진레이저 방식, 액정을 사용한 파장 가변 레이저를 사용하는 파장 가변 광송수신기에서 선택되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광송수신기.
제 1 항에 있어서, 광 연결 장치(3)는 광섬유커플러, 평판형 도파로 분배기를 사용하는 파장 가변 광송수신기.
제 1 항에 있어서, 반사형 반도체 레이저 다이오드는 반사형 반도체 광증폭기(RSOA), 반사형 레이저 다이오드(RLD)를 사용하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광송수신기.
제 1 항에 있어서, 하향신호추출장치(5)가 하향신호추출부와 광파장신호추출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광송수신기.
제 6 항에 있어서, 하향신호추출부가 RF밴드패스필터, RF분배기, RF증폭기, RF믹서, 저주파통과필터, 리미팅증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광송수신기.
제 6 항에 있어서, 광파장신호추출부가 RF분배기, RF밴드패스필터, RF검출기, RF증폭기, 비교기, 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광송수신기.