KR101367407B1

KR101367407B1 - 단측파대 광송신장치

Info

Publication number: KR101367407B1
Application number: KR1020070077750A
Authority: KR
Inventors: 김훈; 황성택
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2014-02-24
Also published as: KR20090013521A

Abstract

본 발명은 단측파대 광송신장치에 관한 것으로, 부반송파 다중(Sub-carrier Multiplexed) 전기신호를 생성하는 부반송파 다중신호 발생장치와; 상기 부반송파 다중 전기신호를 분할하는 분배기와; 상기 분배기에 의해 분할된 부반송파 다중 전기신호 중 일부를 수신하여 광신호로 변조하는 레이저 다이오드와, 상기 분배기에 의해 분할된 부반송파 다중 전기신호 중 나머지를 수신하여 위상을 변조하는 전계흡수형 변조기가 일체로 된 전계흡수형 변조기가 집적된 레이저 다이오드소자(EML)를 포함함을 특징으로 한다.

단측파대, 부반송파 다중신호, 전계흡수형 변조기

Description

단측파대 광송신장치{SINGLE SIDE BAND OPTICAL TRANSMITTER}

본 발명은 광송신장치에 관한 것으로, 특히 단측파대(single side band; 이하 SSB라 함) 광송신장치에 관한 것이다.

무선통신신호 및 고주파 신호를 변조 또는 주파수 변환 없이 광섬유를 통해 전송하는 radio-over-fiber 기술은 무선 액세스 포인트(access point)를 소형으로 구현할 수 있을 뿐 아니라 복잡한 변복조 전기장치를 중앙 집중국에 위치시킬 수 있어 무선통신망의 운용면에서도 경비를 크게 절감할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 무선통신신호의 주파수가 매우 높거나 광섬유를 통한 전송거리가 매우 길 경우에는 광섬유의 분산에 의하여 신호의 페이딩(fading)이 발생할 수 있다. 신호의 페이딩은 신호의 세기가 전송거리, 통신신호의 주파수 등에 따라 주기적으로 변화하는 현상으로 무선통신망의 포설 및 운용을 까다롭게 한다.

종래, 페이딩 현상으로 인한 문제점을 해결하기 위해 여러 가지 방법들이 제시되었으며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광변조기를 사용하여 전기적인 신호를 광신호로 변조하는 경우, 반송파의 파장을 중심으로 양쪽에 RF 주파수만큼 떨어진 파장 위치(예를 들면, 광캐리어 주파수 신호±광부캐리어 주파수 신호)에 변조한 광신호가 나타난다.

이러한 신호를 양측파대(Double side band; 이하 'DSB'라 함) 부반송파 다중(Sub-carrier Multiplexed, 이하 'SCM'이라 함) 신호라고 하는데, 이렇게 변조된 DSB-SCM 신호를 수신측으로 전송할 경우, RF 페이딩 현상이 나타난다.

이러한 현상을 피하기 위해, 광변조시 특별한 조건을 부가하여 한쪽 광부캐리어 신호가 억제되는 SSB 신호를 발생시켜 전송하는데, 이는 서로 다른 주파수 차이에 의한 RF 페이딩 현상을 줄일 수 있다.

하지만, 상기 SSB-SCM 신호를 발생시키기 위해서는 2개의 입력신호 단자를 갖는 특별한 형태의 2전극 마하젠더(Mach-Zehnder) 광변조기를 사용해야 한다. 그리고, 2전극 마하젠더 광변조기의 각 전극에 입력시키는 RF 신호의 위상을 정밀하게 제어해야 하기 때문에 시스템을 구현하기가 현실적으로 매우 어려운 실정이다.

다른 방법으로는, DSB-SCM 신호를 발생시키고 정밀한 광필터를 이용하여 한쪽 부반송파의 신호를 억제하는 방법이 알려져 있다.

여기서 사용하는 광필터는 좁은 대역의 주파수를 걸러내야 하기 때문에, 광섬유를 이용한 가변 파장의 광 패브리 페롯(Fabry-Perot) 필터나 광섬유의 비선형 특성을 이용한 광섬유 미러를 이용한 주기적인 스펙트럼 필터, 또는 특별히 제작된 광섬유 브래그 격자 필터 등이 있다.

이와 같이 좁은 주파수 대역을 갖는 광필터를 이용하여 SSB-SCM 신호를 생성 및 분리하는 방식은 RF 페이딩 현상을 제어하여 효율적으로 기저대역의 초고속 데이터와 부반송파의 제어신호를 동시에 전송 및 처리할 수 있다.

그러나, 온도변화 등과 같은 주변환경에 따라 광전송기, 광필터의 파장 흔들림에 큰 영향을 받으며 실제 시스템 구현에 많은 제약이 따른다.

또 다른 방법으로는, 기저대역의 초고속 데이터 신호와 부반송파에 실린 제어신호를 각각의 광변조기를 이용하여 광변조 한 후, 광신호 결합기를 이용하여 2개의 신호를 광다중화시키는 방법이 있다.

이 방법은 각 신호를 따로 광변조시키기 때문에 두 신호간의 간섭에 의한 상호변조효과를 최소화할 수 있다.

그러나 이러한 방법은 고가의 광변조기를 추가로 사용해야 하며, 다른 DSB-SCM 방식에서와 마찬가지로 두 신호를 분리, 검출할 때 좁은 대역폭의 광필터를 사용해야 하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 예를 들면, 마하젠더 변조기, 협대역 광학필터 등과 같은 고가의 소자를 사용하지 않고 저가이면서 소형으로 제작 가능한 단측파대 광송신장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단측파대 광송신장치는, 외부로부터 입력되는 부반송파 다중(Sub-carrier Multiplexed) 전기신호를 광신호로 변환하며, 설정된 바이어스에 따라 상기 광신호의 세기를 변조하여 양측파대 부반송파 광신호를 생성하는 레이저 다이오드와; 상기 레이저 다이오드로부터 수신한 상기 양측파대 부반송파 광신호의 상측파(upper side band) 신호와 하측파(lower side band) 신호가 서로 180°의 위상 차를 갖도록 상기 양측파대 부반송파 광신호의 위상을 변조하는 편광의존성을 갖는 변조기를 포함함을 특징으로 한다.

상기 편광의존성을 갖는 변조기는 전계흡수형 변조기임을 특징으로 한다.

상기 편광의존성을 갖는 변조기 출력신호의 편광을 조절하는 편광기를 더 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 레이저 다이오드에 바이어스 전류 및 전압신호를 인가하기 위한 제 1 바이어스-티와, 상기 전계흡수형 변조기에 바이어스 전류 및 전압신호를 인가하기 위한 제2 바이어스-티를 더 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 단측파대 광송신장치는 부반송파 다중(Sub-carrier Multiplexed) 전기신호를 생성하는 부반송파 다중신호 발생장치와; 상기 부반송파 다중 전기신호를 분할하는 분배기와; 상기 분배기에 의해 분할된 부반송파 다중 전기신호 중 일부를 수신하여 광신호로 변조하는 레이저 다이오드와, 상기 분배기에 의해 분할된 부반송파 다중 전기신호 중 나머지를 수신하여 위상을 변조하는 전계흡수형 변조기가 일체로 된 전계흡수형 변조기가 집적된 레이저 다이오드소자(EML)를 포함함을 특징으로 한다.

상기 전계흡수형 변조기가 집적된 레이저 다이오드 소자의 출력단에 접속되어 상기 전계흡수형 변조기 출력신호의 편광을 조절하는 편광기를 더 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 레이저 다이오드와 전계흡수형 변조기가 단일집적된 전계흡수형 변조기가 집적된 레이저 다이오드 소자(Electro-absorption Modulator integrated Laser; EML 소자)를 이용하여 레이저 다이오드에 의해 세기 변조된 광신호를 발생시키고, 전계흡수형 변조기 및 편광기에 의해 위상변조신호를 발생시키며, 두 변조 과정을 모두 거치는 신호는 SSB 신호가 된다.

따라서, 본 발명의 SSB 광송신장치는 EML 소자에 편광기만 추가하면 되므로 SSB 광송신장치의 크기 및 가격을 크게 절감하는 효과가 있다.

이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단측파대 광송신장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 단측파대 광송신장치(100)는 SCM 신호 발생기(110)와, 분배기(120)와, 전계흡수형 변조기가 집적된 레이저 소자(130)(EML 소자)와, 편광기(140)를 포함한다. 또한, EML 소자(130)에 바이어스 전류(DC_A, DC_B)와 전압신호를 인가하기 위한 제1 및 제2 바이어스-티(bias-T)(133,134)를 포함한다.

상기 SCM 신호 발생기(110)는 예를 들면 주파수 f1의 SCM 신호를 생성한다.

상기 분배기(또는 탭)(120)는 SCM 신호 발생기(110)로부터 수신한 SCM 신호를 50:50으로 분할하여 레이저 다이오드(131)와 전계흡수형 변조기(132)로 각각 출력한다.

상기 EML 소자(130)는 편광 의존성이 큰 전계흡수형 변조기(EMA)(132)를 레이저 다이오드(LD)(131)와 결합시킨 것으로, SCM 신호를 수신하여 SSB 광신호를 생성하는 기능을 하며, 상세히 설명하면 다음과 같다.

레이저 다이오드(LD, 131)는 분배기(120)로부터 SCM 신호를 수신하며, 바이어스(DC_A)에 따라 SCM 신호를 광신호로 변조하여 도 2에 도시된 바와 같은 DSB SCM 광신호를 생성한다. 이때, 바이어스-티(133)를 통해 인가되는 바이어스(DC 바이어스 전류 및 구동전압)에 따라 DSB SCM 광신호의 세기가 결정되며, DSB SCM 광신호의 상측파대(upper side band) 신호와 하측파대(lower side band) 신호는 광 반송파(carrier)의 주파수로부터 f1만큼 이격 되어 있다.

전계흡수형 변조기(EAM, 132)는 분배기(120)에 의해 분할된 나머지 SCM 신호 와 레이저 다이오드(131)에 의해 생성된 DSB SCM 광신호를 수신하며, (바이어스-티(134)로부터)신호입력단자를 통해 인가되는 DC 바이어스 전류 및 전압신호에 따라 이들 신호의 위상을 변조한다. 이때, 레이저 다이오드(131)에 의해 생성된 DSB SCM 광신호는 전계흡수형 변조기(132)에 θ의 편광각도를 가지고 입사하며, 여기서 θ는 레이저 다이오드 출력신호의 편광축이 전계흡수형 변조기의 TE 편광축에 대한 각도를 의미한다.

레이저 다이오드(131)에 의해 세기 변조된 신호(도 2 참조)는 상측파대 신호(21)와 하측파대 신호(22)가 동일한 위상을 지니고 있는 반면, 전계흡수형 변조기(132)에 의해 위상 변조된 신호(도 3 참조)는 상측파대 신호(31)와 하측파대 신호(32)가 서로 반대의 위상(180°위상 차)을 지니게 된다. 따라서, 레이저 다이오드에 의해 세기 변조된 신호가 편광 의존성이 큰 전계흡수형 변조기를 통과하면 하측파대 신호는 상쇄되어 사라지게 되고 상측파대 신호는 보강간섭에 의하여 신호가 커지게 된다. 이러한 원리에 의해 도 4에 도시된 SSB 신호를 발생하게 된다.

도 5는 편광 의존성이 있는 전계흡수형 변조기의 일반적인 전달곡선으로, 전계흡수형 변조기의 바이어스 전압에 따라 광신호는 감쇄를 겪게 된다. 그러나 이러한 특성이 편광 의존성이 있기 때문에 TE 모드로 입사한 광신호(51)는 큰 감쇄를 겪게 되는 반면, TM 모드로 입사한 광신호(52)는 적은 감쇄를 겪는다.

도 6은 전계흡수형 변조기 및 편광기를 이용하여 위상변조신호를 얻는 과정 및 편광각도와의 관계를 나타낸 것이다. 도 5에서와 마찬가지로 TE 편광신호(61)는 크게 변조되는 반면 TM 편광신호(62)는 변조효율이 매우 낮으므로 변조가 거의 되 지 않는다. 이때, 전계흡수형 변조기에 입사되는 광신호의 편광축θ에 따라서 TE 및 TM 모드로 입사하는 광신호의 양이 결정된다. 전계흡수형 변조기의 출력은 편광기의 편광축에 대하여 φ의 편광각도를 가지고 입사한다. 이 각도 φ를 조절함으로써 도 7과 같이 위상변조신호를 얻을 수 있다. 즉, 두 각도 θ 및 φ의 조절을 통해 전계흡수형 변조기 및 편광기를 사용하여 위상변조된 광신호를 얻을 수 있으므로, 레이저 다이오드에 의해 세기 변조된 신호를 전계흡수형 변조기 및 편광기에 인가하면 SSB 신호를 얻을 수 있다. 도 7은 전계흡수형 변조기에서 위상변조신호가 발생하는 원리는 설명하기 위한 도면으로, 도 7에서 도면부호 71은 TE 편광을 가진 EAM의 출력신호를 나타내고, 72는 TM 편광을 가진 EAM의 출력신호를 나타내며, 73은 편광기의 출력신호를 나타낸 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 변조기는 전계흡수형 변조기가 집적된 레이저 다이오드 소자(Electro-absorption Modulator integrated Laser; EML)에 편광기(polarizer)만 추가하면 되므로 집적 EML 소자에 편광기를 패킹함으로써 소형 소자의 구현이 가능하다. 일예로, EML 소자에 광섬유를 피그테일링(pigtailing) 할 때 편광기를 EAM 칩의 출력과 광섬유 사이에 삽입하여 구현할 수 있다.

참고로, EML은 레이저 다이오드에서 출력된 신호파를 반도체의 전계에 따른 흡수차이를 이용하여 변조하는 전계흡수형 변조기(EMA)를 레이저 다이오드와 결합시킨 것으로 초고속 광통신망의 광원으로 주로 사용되고 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위를 초과하지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이 다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단측파대 광송신장치의 구성을 나타낸 블럭도,

도 2는 도 1의 a노드에서의 출력신호를 나타낸 도면,

도 3은 도 1의 전계흡수형 변조기의 출력특성을 나타낸 도면,

도 4는 도 1의 b노드에서의 출력신호를 나타낸 도면,

도 5는 편광 의존성이 있는 전계흡수형 변조기의 일반적인 전달곡선을 나타낸 도면,

도 6은 전계흡수형 변조기 및 편광기를 이용하여 위상변조신호를 얻는 과정 및 편광각도와의 관계를 나타낸 도면,

도 7은 전계흡수형 변조기에서 위상변조신호가 발생하는 원리는 설명하기 위한 도면.

Claims

부반송파 다중(Sub-Carrier Multiplexed) 전기 신호를 생성하는 부반송파 다중신호 발생장치와;

상기 부반송파 다중 전기신호를 제1 및 제2 부반송파 다중 전기신호들로 분할하고, 상기 제1 및 제2 부반송파 다중 전기신호들을 제1바이어스-티와 제2바이어스-티로 인가하는 분배기와;

제1바이어스 및 상기 제1 부반송파 다중 전기신호를 레이저 다이오드에 인가하는 상기 제1바이어스-티와;

제2바이어스 및 상기 제2 부반송파 다중 전기신호를 편광의존성을 갖는 변조기에 인가하는 상기 제2바이어스-티와;

상기 제1 부반송파 다중 전기신호 및 상기 제1바이어스에 따라 세기 변조된 양측파대 부반송파 광신호를 생성하는 상기 레이저 다이오드와;

상기 레이저 다이오드로부터 수신한 상기 양측파대 부반송파 광신호의 상측파(upper side band) 신호와 하측파(lower side band) 신호가 서로 180°의 위상 차를 갖도록 상기 양측파대 부반송파 광신호의 위상을 변조하는 상기 편광의존성을 갖는 변조기와;

미리 설정된 편광축을 가짐에 따라 위상 변조된 상기 양측파대 부반송파 광신호의 상측파 신호 및 하측파 신호 중 하나를 제거하여 단측파대 부반송파 광신호를 생성하는 편광기를 포함함을 특징으로 하는 단측파대 광송신장치.
제 1 항에 있어서, 상기 편광의존성을 갖는 변조기는

전계흡수형 변조기임을 특징으로 하는 단측파대 광송신장치.
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