KR101500056B1

KR101500056B1 - 광학 네트워크용 반사 반도체 광학 증폭기

Info

Publication number: KR101500056B1
Application number: KR1020127033993A
Authority: KR
Inventors: 로망 브르노; 프란시스 포앙
Original assignee: 알까뗄 루슨트
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2015-03-06
Also published as: WO2012000804A1; US20130101297A1; CN102986098B; MY172343A; KR20130041835A; EP2403079A1; JP5662568B2; CN102986098A; SG186215A1; EP2403079B1; JP2013530542A; TWI497136B; US8948605B2; TW201213910A

Abstract

본 명세서는 PON(passive optical networks)에 관한 것이다. 특히, 제한적인 것은 아니지만, GPON(Gigabit PON) 또는 WDM-PON에서의 신호들을 증폭하기 위한 RSOA(reflective semiconductor optical amplifier)의 이용에 관한 것이다. 광학 네트워크에서 상이한 파장들에서의 광을 증폭하도록 구성된 장치(21)가 기술된다. 장치(21)는 제1 파장(25)에서의 광을 증폭하도록 구성된 제1 활성 재료(22) 및 제2 파장(26)에서의 광을 증폭하도록 구성된 제2 활성 재료(23)를 포함한다. 더욱이, 장치(21)는 제1 및 제2 활성 재료들(22, 23)을 분리하고, 제1 파장(25)에서의 광을 반사하도록 구성되며, 제2 파장(26)에서의 광에 실질적으로 투명하도록 구성되는 제1 반사기(24)를 포함한다. 또한, 장치는 제1 반사기(24) 반대편에서, 제2 활성 재료(23)에 인접하며, 제2 파장(26)에서의 광을 반사하도록 구성되는 제2 반사기(27)를 포함한다.

Description

광학 네트워크용 반사 반도체 광학 증폭기{REFLECTIVE SEMICONDUCTOR OPTICAL AMPLIFIER FOR OPTICAL NETWORKS}

본 발명은 PON(passive optical networks)에 관한 것이다. 특히, 제한적인 것은 아니지만, 본 발명은 GPON(Gigabit PON) 또는 WDM-PON에서의 신호들을 증폭하기 위한 RSOA(reflective semiconductor optical amplifier)의 이용에 관한 것이다.

효율적인 "파이버 투 홈(fiber to the home)" 아키텍쳐에 대한 일부 초기의 작업은, 주요 통신 서비스 제공자 및 시스템 벤더에 의해 형성된, FSAN(Full Service Access Network) 워킹 그룹에 의해 1990년대에 수행되었다. ITU(International Telecommunications Union)는 추가의 작업을 수행하였으며, 그 이후로 2세대의 패시브 광학 네트워크들을 표준화하였다. PON은 전력이 공급되지 않은 패시브 광학 스플리터들을 이용하여 단일 광 파이버가, 전형적으로 32 내지 128의 다수의 프리미스(premises)를 서빙하도록 할 수 있는 포인트-투-멀티포인트(point-to-multipoint), "파이버 투 프리미스(fiber to the premises)" 네트워크 아키텍쳐이다. 전형적으로 PON은 서비스 제공자의 중앙 사무실에서의 OLT(Optical Line Termination) 및 최종 사용자들(end users) 근처의 다수의 ONU(Optical Network Unit) 또는 ONT(Optical Network Terminal)를 포함한다. 전형적으로, PON 구성은 PTP(point-to-point) 아키텍쳐와 비교하여, 요구되는 파이버 및 중앙 사무실 장비의 양을 감소시킨다.

전형적으로, PON에서의 다운스트림 신호들은 단일 공급기 파이버를 공유하는 각각의 프리미스로 브로드캐스팅된다. 전형적으로, 업스트림 신호들은 TDMA(Time Division Multiple Access)에 기초하는 MAC(Multiple Access Control) 프로토콜을 이용하여 결합된다. 전형적으로, OLT는 업스트림 통신을 위한 시간 슬롯 할당들을 제공하도록, 서빙된 ONT를 구성한다.

PON 아키텍쳐의 상이한 변경들이 특정되어 왔다. APON(ATM Passive Optical Network)은 주로 비지니스 애플리케이션을 위해 이용되었으며, ATM에 기초하였다. BPON(Broadband PON)은 APON에 기초한 표준이다. 그것은 WDM, 동적 및 보다 높은 업스트림 대역폭 할당, 및 생존가능성(survivability)을 통해 분리된 광학 채널 상에 제공된 추가적인 RF 비디오 서비스들에 대한 지원을 추가한다. 또한, 그것은 OLT와 ONU/ONT 사이에, OMCI라고 지칭되는 표준 관리 인터페이스를 생성하여, 혼합 벤더 네트워크들을 가능하게 한다. BPON 표준의 진화물인 GPON은 보다 높은 레이트, 강화된 보안성, 및 계층 2 프로토콜(GEM을 통한 이더넷, ATM, TDM)의 선택을 지원한다. 또한, IEEE는 이더넷 퍼스트 마일 프로젝트(Ethernet First Mile project)의 일부로서, 2004년에 이더넷 PON(EPON 또는 GEPON) 표준을 발행하였다. 전형적으로, EPON은 제2 업스트림 및 다운스트림 레이트당 대칭적 1기가비트를 갖는 표준 이더넷 프레임들을 이용한다.

ITU-T G.984 GPON 표준은 큰 가변 길이 패킷들의 이용을 통해 전체 대역폭 및 대역폭 효율성 둘다에서의 상승(boost)을 나타낸다. 이 표준은 비트 레이트에 대한 수 개의 선택을 허용하지만, 업계에서는 2,488 Mbit/s(megabits per second)의 다운스트림 대역폭 및 1,244 Mbit/s의 업스트림 대역폭에 집중하였다. 64-웨이(way) 광학 스플리터를 이용할 때 20km 거리에 걸친 그러한 대역폭을 허용하기 위해, 28dB의 요구되는 광학 버짓(optical budget)이 필요하다.

GPON은 단일 표준 단일-모드 파이버(ITU-T G.652) 상에서의 다운스트림 트래픽에 대해 하나의 파장을 이용하고, 업스트림 트래픽에 대해 다른 파장을 이용하는 WDM(Wavelength Division Multiplexing)을 이용한다. 그 사양은 다운스트림 트래픽이 1490(± 10) nm(nanometer) 파장에서 송신되고, 업스트림 트래픽이 1310 (± 50) nm 파장에서 송신될 것을 요구한다. 1550 nm 대역이 선택적인 오버레이 서비스들, 전형적으로는 (1550-1560 nm 범위의) RF 비디오에 대해 할당된다. 더욱이, GPON은, OLT가 모든 ONT들에 의해 수신되는 단일 스트림의 다운스트림 트래픽을 송신한다는 점에서, 공유된 네트워크이다. 전형적으로, 각각의 ONT는 그것에 어드레싱되는 패킷들의 콘텐츠를 판독하기만 한다. 전형적으로, 암호화를 이용하여 다운스트림 트래픽 상에서의 도청(eavesdropping)을 방지한다.

이하에서, 그리고 특허청구범위에서, 간략성을 위해, 약 1310 nm의 파장은 라운딩된 값 1.3 ㎛에 의해 나타내지고, 약 1490 nm의 파장은 라운딩된 값 1.5 ㎛에 의해 나타내진다.

본 명세서는 다운스트림 및 업스트림 방향에 대해 둘 이상의 상이한 광학 파장들을 이용하여 PON 또는 WDM-PON 시스템들의 범위를 확장하는 것에 관한 것이다. 보다 일반적인 관점에서, 본 명세서는 광학 액세스 네트워크들에서의 광학 버짓의 확장을 제공하는 것에 관한 것이다. 이러한 버짓 확장은 비용 효율적인 방식으로 달성되어야 한다. 더욱이, 버짓 확장은 근본적인 광학 신호들에 대해 투명해야 한다.

따라서, WDM 시스템들에서 상이한 파장들에서의 광 증폭을 위한 효율적인 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 특히, GPON, 10GPON 및/또는 WDM-PON과 같은 PON 시스템에서 광학 업스트림 및 다운스트림 신호들의 효율적인 증폭을 제공하는 것이 바람직하다.

일부 실시예들에 따르면, 광학 통신 네트워크, 예를 들면, GPON, WDM-PON 또는 WDM 네트워크에서 상이한 파장들에서의 광을 증폭하도록 구성되는 장치가 제공된다. 장치는 제1 파장에서의 광을 증폭하도록 구성된 제1 활성 재료(active material)를 포함할 수 있다. 더욱이, 장치는 제2 파장에서 광을 증폭하도록 구성된 제2 활성 재료를 포함할 수 있다. 장치 내에서의 광은 제1 활성 재료를 포함하는 제1 영역 및 제2 활성 재료를 포함하는 제2 영역을 포함하는 광학 도파관(optical waveguide) 내로 국한되거나 또는 그러한 광학 도파관에 의해 운반될 수 있다. 광학 도파관은 제1 단부 및 제2 단부를 포함할 수 있다. 전형적으로, 광은 입사 광(entering light)의 전파 방향에 대하여, 제1 영역의 업스트림인 제1 단부에서 도파관에 진입할 수 있다. 도파관의 제2 단부는 제1 단부의 반대편에 있다.

제2 활성 재료는 제2 파장에서의 광을 증폭시킬 수 있지만, 그것은 제2 파장보다 작은 파장을 갖는 광, 예를 들면, 제1 파장에서의 광을 흡수할 수 있다. 이러한 관점에서, 장치는 제1 및 제2 활성 재료들을 분리하고, 제1 파장에서 광을 반사하도록 구성되는 제1 반사기를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 제1 반사기는 제2 파장에서 광에 대해 실질적으로 투명하도록 구성되어, 제2 파장에서의 광이 제2 활성 재료에서 증폭되도록 할 수 있다.

그와 같이, 상이한 파장들에서의 광, 예를 들면, GPON의 광학 업스트림 및 다운스트림 신호가 제1 단부에서 장치의 도파관으로 진입할 수 있다. 제1 및 제2 파장에서의 광은 제1 활성 재료를 포함하는 도파관의 제1 영역을 통해 운반될 수 있다. 제1 영역의 반대편 단부에서, 제1 파장에서의 광이 제1 반사기를 이용하여 반사될 수 있고, 제2 파장들에서의 광이 반사기를 통과하여, 제2 활성 재료를 포함하는 도파관의 제2 영역으로 진입할 수 있다.

장치는 제2 활성 재료에 인접하고 제1 반사기 반대편에 제공되며, 제2 파장에서의 광을 반사하도록 구성되는 제2 반사기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제2 파장에서의 광은 제2 영역의 반대편 단부에서 반사되고, 제2 영역, 제1 반사기 및 제1 영역을 통해 도파관의 제1 단부로 다시 운반될 수 있다. 제2 반사기는 도파관의 제2 단부에서, 제1 단부 반대편에 제공될 수 있다.

장치는 반도전성 재료들일 수 있는 활성 재료들을 포함하는 반도체 광학 증폭기로서 구현될 수 있다. 제1 활성 재료 및/또는 제2 활성 재료는 갈륨(Gallium), 인듐(Indium), 비화물(Arsenide) 및/또는 인화물(Phosphide)을 포함할 수 있다. 제2 반사기는 장치의 도파관의 제2 단부에 의해 제공될 수 있다. 그와 같이, 도파관의 갑작스런 단부 및 굴절률의 갑작스런 변화는, 특정 파장들에서의 광, 예를 들면, 제2 파장에서의 광의 반사를 초래할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제2 반사기는 도파관의 제2 단부를 반사 재료, 예를 들면, 은(Silver) 또는 알루미늄(Aluminium)과 같은 금속의 하나 이상의 층들로 코팅함으로써 구현될 수 있다.

제1 반사기는 제1 및 제2 활성 재료 사이의 에어 갭(air gap)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 활성 재료와 에어 사이의 굴절률에서의 변화 뿐만 아니라, 에어와 제2 활성 재료 사이의 굴절률에서의 변화가 있어, 특정 파장에서의 광, 예를 들면, 제1 파장에서의 광에 대한 높은 반사율을 제공하고, 다른 파장에서의 광, 예를 들면, 제2 파장에서의 광에 대한 높은 투명성을 제공한다.

상이한 파장들에서의 광에 대한 제1 반사기의 반사 및 투명성 속성들은 에어 갭의 폭을 조절함으로써 조정될 수 있다. 소정의 실시예에서, 제1 활성 재료와 제2 활성 재료 사이의 에어 갭은 약 0.8 ㎛의 폭을 가질 수 있으며, 그것은 약 1.3 ㎛의 파장에 대한 높은 반사율 및 약 1.5 ㎛의 파장에 대한 높은 투명성을 제공한다.

제1 반사기는 제1 활성 재료와 제2 활성 재료 사이에 브래그 반사기(Bragg reflector)의 형태로 제공될 수 있다. 이것은 좁은 파장 간격에 걸친 높은 반사율 및 다른 상이한 파장 간격에 걸친 높은 투명성을 갖는 반사기를 허용하므로 바람직한 것이다.

제1 반사기는 광이 제1 활성 재료로부터 제2 활성 재료로 전파됨에 따라 발생되는 굴절률에서의 변화에 의해 제공될 수도 있다. 이 경우, 두 개의 활성 재료들은 서로 인접할 수 있다.

제1 파장에서의 광은 제1 반사기 쪽을 가리키고 제1 반사기에 실질적으로 수직인 전파 방향에서 제1 활성 재료로 진입할 수 있다. 따라서, 제1 반사기 쪽으로 이동하는 광의 전파 방향 및 제1 반사기로부터 떨어져서 이동하는 반사 광의 전파 방향은 실질적으로 평행하다. 전형적으로, 광은 장치의 도파관에 의해 운반되며, 파장은 제1 반사기에 수직인 방향으로 확장된다.

유사한 방식으로, 제2 파장에서의 광은 제2 반사기 쪽을 가리키고 제2 반사기에 수직인 전파 방향에서 제2 활성 재료로 진입하여, 제2 파장의 광이 도파관 내로 직접 다시 반사되도록 할 수 있다. 전형적으로, 제1 및 제2 반사기는 실질적으로 평행하여, 제1 및 제2 파장들에서의 광이 실질적으로 평행할 때, 제1 파장에서의 광의 전파 방향 및 제2 파장에서의 광의 전파 방향이, 제1 및 제2 반사기에 의해 반사되기 이전 및 이후에 각각 실질적으로 평행하도록 한다. 전형적으로, 이것은 상이한 파장들에서 광을 운반하기 위한 도파관을 제공함으로써 달성되며, 도파관은 장치 내에서 제1 및 제2 반사기에 수직인 방향으로 확장된다.

제1 및 제2 파장들에서의 광을 증폭하기 위해, 장치는 제1 및 제2 활성 재료를 전기적으로 펌핑(pumping)하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.

장치는 복수의 파장에서의 광, 즉, 둘 이상의 상이한 파장들에서의 광을 증폭하는데 이용될 수 있음을 주지해야 한다. 특히, 장치는 둘 이상의 상이한 광학 파장들을 이용하여 WDM 통신 시스템들의 광을 증폭하는데 이용될 수 있다. 그러한 경우, 장치에는 추가적인 활성 재료들 및 반사기들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 3개의 상이한 파장들이 이용되는 경우, 장치는 제3 파장에서의 광을 증폭하도록 구성된 제3 활성 재료 및 제3 파장에서의 광을 반사하도록 구성되고, 제2 반사기 반대편에서 제3 활성 재료에 인접한 제3 반사기를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 제2 반사기는 제2 및 제3 활성 재료들을 분리할 수 있으며, 제2 파장에서의 광을 반사하도록 구성되고, 제3 파장에서의 광에 실질적으로 투명하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 반사기는 제3 파장에서의 광에 실질적으로 투명하도록 구성될 수 있다.

일반적인 관점에서, 복수의 파장에서의 광을 증폭하기 위한 장치가 기술된다. 장치는 복수의 파장에서의 광을 운반하는 도파관을 포함한다. 광은 도파관의 제1 단부에서 장치의 도파관으로 진입한다. 도파관은 복수의 상이한 활성 재료들을 각각 포함하는 복수의 영역들을 포함한다. 상이한 영역들은 복수의 반사기들에 의해 분리될 수 있다. 각각의 활성 재료는 복수의 파장들 중 특정한 파장에서의 광을 증폭하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 활성 재료들을 포함하는 영역들은 인접한 영역들의 각각의 쌍에 대해, 도파관의 제1 단부에 보다 근접하는 영역의 활성 재료가, 도파관의 제1 단부로부터 더 떨어져 있는 영역의 활성 재료에 비하여, 보다 낮은 파장에서의 광을 증폭하도록 배열된다.

전형적으로, 2개의 인접한 영역들 사이의 반사기는 제1 단부에 보다 근접하는 영역 내에서 증폭된 재료의 파장에서의 광을 반사하도록 구성된다. 더욱이, 전형적으로 반사기는 반사된 광의 파장보다 큰 복수의 파장들의 파장들에서의 광에 투명하도록 구성된다.

일부 실시예들에 따르면, 전술한 실시예들 중 임의의 것에 따른 제1 송신기/수신기 수단, 제2 송신기/수신기 수단 및 증폭 수단을 포함하는 광학 네트워크가 제공된다. 제1 및 제2 송신기/수신기 수단은, 예를 들면, GPON 또는 WDM-PON 네트워크에서의 ONU 또는 OLT일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 및 제2 송신기/수신기 수단은 WDM 송신기 및/또는 수신기 또는 WDM 송신 네트워크일 수 있다. 증폭 수단은 본 명세서에서 기술된 바와 같은 반도체 광학 증폭기일 수 있다. 제1 송신기/수신기 수단은 증폭 수단을 통해 제2 송신기/수신기 수단에 접속됨으로써, 광학 통신 네트워크의 광학 버짓을 확장시킬 수 있다.

일부 실시예들에 따르면, 광학 네트워크에서 상이한 파장들에서의 광을 증폭하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 예를 들면, 도파관 내에서, 제1 및 제2 파장에서의 광을, 제1 활성 재료로 유도(guiding)하는 것에 기초할 수 있으며, 광은 제1 활성 재료의 제1 단부에서 제1 활성 재료로 진입한다. 그 다음, 제1 파장에서의 광은 제1 활성 재료를 이용하여 증폭되고, 제1 활성 재료의 제1 단부 반대편의 제1 활성 재료의 다른 단부에서 도파관 내로 다시 반사될 수 있다. 제2 파장에서의 광을 제1 활성 재료를 통해 제2 활성 재료 내로 유도함으로써, 광은 제2 활성 재료의 제1 단부에서 제2 활성 재료로 진입할 수 있다. 제2 활성 재료에서 제2 파장에서의 광은 증폭되고, 제2 활성 재료의 제1 단부 반대편의 제2 활성 재료의 다른 단부에서 제공되는 반사기에 의해 도파관 내로 다시 반사될 수 있다.

본 명세서에서 서술된 실시예들은 광학 통신 네트워크의 광학 버짓의 효율적인, 파장 및 비트 레이트 투명 확장을 제공한다. 특정 실시예에서, WDM-PON 시스템의 1.3 ㎛에서의 업스트림 및 1.5 ㎛에서의 다운스트림을 동시에 증폭하는 RSOA(reflective SOA)가 기술된다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 GPON을 참조하여 기술되지만, 특허청구범위에서의 주된 내용(subject matter)은 그것으로 제한되지 않으며, 상이한 파장들에서의 적어도 2개의 광학 신호들의 신호 증폭이 요구되는 임의의 상황에서 실시될 수 있음을 주지해야 한다.

더욱이, 전술한 실시예들은 다양한 방식으로 서로 결합되거나 또는 서로 도출될 수 있음을 주지하는 것이 중요하다. 특히, 모든 가능한 청구항 및 특징 결합들이, 본 명세서에 의해 개시되는 것으로 고려된다. 더욱이, 시스템과 관련하여 서술된 양상들 및 특징들은 대응하는 방법과 관련하여 동일하게 적용가능하다.

본 발명의 대상들 및 특징들은 이하에 기술된 예들로부터 명백해질 것이다. 본 발명은 첨부 도면에서 개략적으로 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 이하에 기술된다.
도 1은 반도체 광학 증폭기(SOA)를 이용한 광학 네트워크에서의 예시적인 신호 증폭을 개략적으로 도시한다.
도 2는 상이한 파장들의 광을 증폭하기 위한 예시적인 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 예시적인 장치에서의 예시적인 이득 및 흡수 값들을 개략적으로 도시한다.
도 4는 신호 증폭 수단, 예를 들면, 도 2의 장치를 갖는 예시적인 광학 네트워크를 개략적으로 도시한다.

광학 액세스 네트워크들에서의 범위를 확장시키고 스플리팅 비율(splitting ratio)을 증가시키기 위해, 업스트림 및 다운스트림 신호들의 광학 버짓을 증가시키는 확장 박스들에 대한 요구가 증가하고 있다. 전술한 바와 같이, 오늘날의 GPON 액세스 네트워크들에서 다운스트림 신호들은 약 1.49 ㎛에서 방사된다. 차세대의 10Gbit/s 액세스 네트워크들의 표준화가 계속 진행 중이며, 다운스트림 신호들은 약 [1.57 ㎛, 1.6 ㎛] 의 파장 간격에 위치하게 될 것이다. 업스트림 신호들은 약 [1.26 ㎛, 1.3 ㎛]의 파장 간격으로 방사되게 될 것이다.

본 명세서는 액세스 네트워크들의 범위를 확장시키기 위한, 1.3 ㎛ 및 1.5 ㎛ 광학 신호들의 동시 증폭에 관한 것이지만, 본 명세서에서의 개시 내용은 TDM 및/또는 WDM-PON에 기초한 10GPON과 같은 차세대의 액세스 네트워크들에 적용가능함을 주지해야 한다.

PON 네트워크에서의 버짓 확장을 수행하기 위해, OEO(Optical-Electronic-Optical) 재생성(regeneration)이 이용될 수 있다. OEO 재생성의 기본 원리는 광학 신호를 전자 포맷으로 변환하는 것이다. 그 후, 송신된 신호의 타이밍 및 형상이 전기적 영역에서 복원된다. 결국, 재생성된 전기 신호를 이용하여 광학 에미터(emitter)를 조절(modulate)함으로써 재생성된 광학 신호를 생성한다. OEO 재생성에 기초한 버짓 확장은 적어도 포토다이오드, 전자 재생성의 단(stage) 및 각각의 파장에 대한 광학 에미터를 필요로 한다. 더욱이, 전형적으로 OEO 재생성은 특정 비트 레이트에 대해 설계된다. 따라서, OEO 재생성은 파장당 적어도 3 컴포넌트를 필요로 한다는 점에서 비효율적이며, 송신된 광학 신호의 파장 및 비트 레이트에 대해 투명하지 않다.

대안적으로, 고정된 파장들의 세트를 갖는 PON에서의 버짓 확장은 반도체 광학 증폭기(SOA)에 의해 수행될 수 있다. 신호 증폭을 위해, 각각의 SOA는 전기적으로 펌핑된 이득 매체로서 기능하는 반도체를 이용한다. 전술한 바와 같이, GPON은 상이한 파장들을 이용하여 업스트림 및 다운스트림 신호를 송신한다. 따라서, GPON에서 송신된 업스트림 및 다운스트림 신호를 증폭하기 위해 2개의 SOA가 필요하다. 일반적인 관점에서, 전형적으로 광학 WDM 시스템의 각각의 파장에 대해 분리된 SOA가 필요하다. 도 1은 GPON에서의 업스트림 및 다운스트림 데이터 신호들의 증폭을 위해 2개의 SOA를 이용하는 예시적인 신호 증폭기의 개략도를 도시한다.

도 1에 따른 배열에서, ONU(11)는 제1 멀티플렉서/디멀티플렉서(13), 양방향 SOA(15) 및 제2 멀티플렉서/디멀티플렉서(14)를 통해 OLT(12)에 접속된다. ONU(11) 내지 OLT(12) 사이의 광학 신호들은 멀티플렉서/디멀티플렉서들(13, 14)에 의해 WDM 시스템의 상이한 파장들, 즉, 도시된 예에서 1.3 ㎛ 및 1.5 ㎛로 분리/병합된다. 특히, 1.3 ㎛에서의 업스트림 신호는 디멀티플렉서(13)를 이용하여 ONU(11)로부터 오는 파이버(16)로부터 디멀티플렉싱된다. 양방향 SOA(15)를 통과한 후에, 업스트림 신호는 멀티플렉서(14)를 이용하여 OLT(12)에 대한 파이버(17) 상으로 멀티플렉싱된다. 반대 방향에서, 디멀티플렉서(14)는 파이버(17)로부터 1.5 ㎛에서의 광학 다운스트림 신호를 추출하고, 그 후 양방향 SOA(15)를 통과하여 ONU(11)에 대한 파이버(16) 상으로 멀티플렉싱된다. 양방향 SOA(15)에서, 특정 파장에 대응하는 각각의 광학 신호는 특정한 대응 SOA에 의해 증폭되는데, 즉, 1.3 ㎛ 업스트림 신호는 제1 SOA에 의해 증폭되고, 1.5 ㎛ 다운스트림 신호는 제2 SOA에 의해 증폭된다.

즉, 도 1의 증폭기 배열은, 상이한 파장들을 통해 운반되는 신호들의 비트 레이트와 관계없이, GPON 시스템에서 2개의 파장을 증폭하는데 이용될 수 있다. 그러나, 양방향 SOA(15)를 이용하는 것은, 4개의 파이버들, 2개의 멀티플렉서/디멀티플렉서 유닛들(13, 14) 및 2개의 SOA의 완변한 정렬을 요구하기 때문에 비효율적이다. 전형적으로, 양방향 SOA(15) 내의 각각의 파장에 대해 2개의 분리된 SOA를 이용하는 것이 요구되는데, 그 이유는 2개의 파장들, 즉, 1.3 ㎛ 및 1.5 ㎛가 너무 떨어져 있어서 SOA의 동일한 활성 재료에 의해 증폭될 수 없기 때문이다. 전형적으로, 그러한 활성 재료는 단지 50 nm 내지 80 nm의 파장 윈도우 이내의 광학 신호들만을 증폭하도록 제한된다. 업스트림 및 다운스트림 신호의 파장들, 즉, 1.3 ㎛ 및 1.5 ㎛가 결합된 증폭기에서 증폭된다면, 종래의 반도체 광학 증폭기는 이용될 수 없다.

도 2는 상이한 파장들의 광을 증폭하기 위한, 즉, 특히 80 nm보다 큰 간격을 커버하는 파장들에서의 광을 증폭하기 위한 장치(21)를 개략적으로 도시한다. 즉, 장치(21)는 상이한 광학 파장들에서의 광학 신호들을 증폭하는데 이용될 수 있으며, 상이한 광학 파장들은 상이한 파장 간격들 또는 윈도우들 내에 놓인다. 장치(21)는 상이한 영역들(22, 23)을 포함하는 도파관(20)을 포함한다. 특히, 도파관(20)은 제1 영역(22) 내의 제1 활성 재료(22') 및 제2 영역(23) 내의 제2 활성 재료(23')를 포함할 수 있다. 제1 영역(22) 및 제2 영역(23)은 제1 반사기(24)에 의해 분리될 수 있다.

제1 반사기(24)는 제1 파장 간격 내에 놓이는 파장에서의 제1 신호(25)의 광을 반사할 수 있다. 제1 반사기(24)는 제1 파장 간격으로부터의 광을 반사하도록 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 신호(25)는 제1 파장 간격, 예를 들면, [1.26 ㎛, 1.34 ㎛] 내에 놓이는 1.3 ㎛의 파장을 갖는다. 제1 신호(25)는 GPON 시스템에서의 업스트림 신호일 수 있다.

제2 파장 간격 내에 놓이는 파장을 갖는 제2 신호(26)의 높은 퍼센티지, 예를 들면, 50%보다 높은 퍼센티지의 광이 제1 반사기(24)를 통과할 수 있다. 제2 파장 간격은 제1 파장 간격과는 상이하다. 특히, 제2 파장 간격은 제1 파장 간격의 파장들보다 큰 파장들을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제2 파장 간격의 모든 파장들이 제1 반사기(24)를 통과한다. 제2 파장은 1.5 ㎛일 수 있으며, 제2 파장 간격은 예를 들면, [1.46 ㎛ , 1.54 ㎛]일 수 있다. 그와 같이, 제2 신호(26)는 GPON 시스템의 다운스트림 신호일 수 있다.

제2 파장 간격 및/또는 제2 신호(26)의 파장의 광은, 제1 반사기(24) 반대편의, 제2 활성 재료(23)에 인접하는 제2 반사기(27)에 의해 반사될 수 있다.

제1 및 제2 신호들(25, 26)의 광은 제1 반사기(24) 쪽으로의 방향에서, 특히, 제1 반사기(24)의 평면에 수직인 방향에서, 장치(21)로 진입, 즉, 장치(21)의 도파관(20)으로 진입할 수 있다. 제1 반사기(24) 및 제2 반사기(27)는 평행한 반사 표면들을 가질 수 있다.

그와 같이, 장치(21)는 선택적 반사기(24)를 이용하여 제2 신호(26)로부터 제1 신호(25)를 분리하는데 이용될 수 있으며, 제1 신호(25) 및 제2 신호(26)는 상이한 파장 간격들 내의 상이한 광학 파장들을 갖는다. 선택적 반사기(24)로 인해, 제2 신호(26)만이, 제2 활성 재료(23')를 포함하는 제2 영역(23)으로 진입한다. 제2 활성 재료(23')는 제2 파장 간격에서의 광을 증폭, 즉, 제2 신호(26)를 증폭하도록 선택될 수 있다.

한편, 제1 신호(25) 및 제2 신호(26)는 제1 영역(22)에서 중첩된다. 제1 활성 재료(22')는, 제2 파장 간격에서의 광은 영향을 미치지 않고 남겨 두면서, 제1 파장 간격에서의 광을 증폭하도록 선택될 수 있다. 즉, 제1 활성 재료(22')는, 제2 신호(26)는 영향을 미치지 않고 남겨 두면서, 제1 신호(25)를 증폭하도록 선택될 수 있다.

이것은 제1 영역(22) 및 제2 영역(23)에 대해 적절한 광전기(opto-electrical) 재료들을 선택함으로써 달성될 수 있다. 그러한 광전기 재료들은 사전 결정된 파장 간격 내의 광을 증폭하도록 설계될 수 있다. 더욱이, 그러한 재료는 사전 결정된 파장 간격 미만의 파장들에서의 광은 흡수되고, 사전 결정된 파장 간격을 초과하는 파장에서의 광은 영향을 받지 않고 광전기 재료를 통과하도록 설계될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 활성 재료들(22', 23')은 인듐(In), 갈륨(Ga), 비화물(As) 및/또는 인화물(P)을 포함할 수 있다. 제1 활성 재료(22')는 제1 파장 간격 및 특히 제1 신호의 파장(예를 들면, 1.3 ㎛)에서의 광을 증폭하기 위해, x∼0.71 및 y∼0.62를 갖는 In x Ga (1-x) As y P (1-y)일 수 있다. 제2 활성 재료(23')는 제2 파장 간격 및 특히 제2 신호의 파장(예를 들면, 1.3 ㎛)에서의 광을 증폭하기 위해, x∼0.58 및 y∼0.9를 갖는 In x Ga (1-x) As y P (1-y)일 수 있다. 당업자라면, 전형적으로 정확한 구성은 (인입되는 광 분극에 대한 감도를 최적화하기 위해) 애피텍셜 층들에서의 스트레인(strain)에 의존할 것이므로, 이들 값들은 근사치들로서 해석됨을 명백히 알 것이다.

반사기들(24, 27)은 다양한 광학 반사 수단에 의해 구현될 수 있다. 특히, 제1 반사기(24), 즉, 2개의 활성 재료들(22', 23') 사이의 반사기는 특정 폭의 에어 갭 또는 브래그 반사기에 의해 제공될 수 있다. 에어 갭의 (신호 방향에서의) 폭 및/또는 브래그 반사기의 층들의 설계는, 제1 신호(25)가 반사되고, 제2 신호(26)는 통과하는 것이 허용되도록 선택된다. 제2 반사기(27), 즉, 장치(21)의 마지막 반사기는, 예를 들면, 도파관의 단부에 의해, 즉, 도파관의 갑작스런 에지에 의해 제공될 수 있다. 이러한 단부 또는 에지에는 적어도 하나의 반사 층이 더 제공될 있다. 적어도 하나의 반사 층은 Si/SiO₂ 또는 TiO₂/SiO₂, 또는 은(Silver)이나 알루미늄과 같은 금속들의 층들을 포함할 수 있다.

도 2의 장치(21)는 2개의 파장들의 증폭을 위해 도시되지만, 장치(21)의 기본적인 원리는 임의의 수의 파장들, 예를 들면, WDM 시스템의 파장들로 확장될 수 있음을 주지해야 한다. 일반적인 관점에서, 도파관(20)은 상이한 파장들 λ_i, i=1, ..., N(N은 1보다 큰 임의의 정수 값)에서의 복수의 신호들을 운반할 수 있으며, 각각의 파장 λ_i는 상이한 파장 간격 T_i, i=1, ..., N에 속한다. 일반성을 잃지 않고서, 상이한 파장 간격들 T_i는 증가하는 파장들에 따라 순서화되는 것으로, 즉, T_N은 가장 높은 파장들을 포함하고, T₁은 가장 낮은 파장들을 포함하는 것으로 가정한다.

상이한 파장들 λ_i를 증폭하기 위해, 장치(21)는 상이한 활성 재료들 M_i, i=1, ..., N를 포함하는 일련의 영역들을 포함할 수 있다. 상이한 영역들 및 재료들은 상이한 반사기들 R_i, i=1, ..., N에 의해 분리된다. 각각의 반사기 R_i는 파장 간격 T_i로부터의 파장들 λ_i를 반사하도록 구성된다. 더욱이, 각각의 반사기 R_i는 파장 간격 T_j, j>i 로부터의 파장들 λ_i를 통과시키도록 구성된다. 각각의 활성 재료 M_i는 파장 간격 T_i에 속하는 파장 λ_i에서의 광을 증폭하도록 구성된다. 더욱이, 각각의 활성 재료 M_i는 파장 간격 T_j, j>i 에 속하는 파장 λ_i에서의 광을, 영향을 미치지 않은 채료 남겨두도록 구성된다.

소정의 실시예에서, 상기 조건들은 인듐(In), 갈륨(Ga), 비화물(As) 및/또는 인화물(P)을 포함하는 반도체 재료들과 같은 광전기 재료들 M_i의 적절한 구성들을 선택함으로써 달성될 수 있다. 적절한 브래그 반사기들 및/또는 에어 갭 반사기들을 설계함으로써 상이한 반사기들 R_i가 구현될 수 있다.

도 3은 장치(21) 내의 2개의 상이한 파장들에서의 신호들에 의해 초래된 이득 및 흡수를 도시한다. 이득/흡수 테이블(31)은 제1 파장 간격 내의 파장을 갖는 제1 신호(25), 예를 들면, 1.3 ㎛ 신호는, 제1 활성 재료(22')를 통과할 때 증폭될 수 있으며, 제2 활성 재료(23')를 통과할 때 흡수될 수 있음을 도시한다. 더욱이, 이득/흡수 테이블(32)은 제2 파장 간격 내의 파장을 갖는 제2 신호(26), 예를 들면, 1.5 ㎛ 신호는, 흡수되지 않고 제1 활성 재료(22')를 통과하고, 반사기(24)에 의해 약간만 반사됨을 도시한다. 이득/흡수 테이블들(31, 32)로부터 볼 수 있듯이, 제2 신호(26)만이 제2 영역(23)으로 진입하여, 제2 활성 재료(23')가 제2 신호(26)를 증폭하도록 선택되게 할 수 있다.

도 3의 반사율 도면에서 볼 수 있듯이, 약 0.8 ㎛의 폭을 갖는 에어 갭이, 1.3 ㎛의 파장에서의 큰 반사율과 함께, 1.5 ㎛의 파장에서의 낮은 반사율을 초래한다.

따라서, 장치(21)의 반사기(24)는 제1 활성 재료(22')와 제2 활성 재료(23') 사이의 에어 갭을 포함할 수 있으며, 에어 갭은 (신호의 전파 방향에서의) 약 0.75 내지 약 0.85 ㎛의 폭을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 에어 갭은 약 0.8 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 반사율 도면(33)으로부터 볼 수 있듯이, 에어 갭의 폭을 조절하여, 특정 신호 파장들에 대한 파장 선택적 선택기(24)의 반사율/투명성을 조절할 수 있다.

도 4는 제1 송신기/수신기(41), 예를 들면, ONU와, 제2 송신기/수신기(42), 예를 들면, OLT와, 신호 증폭 수단(21), 예를 들면, 도 2에 도시된 장치(21), 즉, RSOA를 포함하는 광학 네트워크의 개략도를 도시한다.

ONU(41)는 제1 데이터 송신 수단(43)에 의해 RSOA(21)에 접속될 수 있다. 상기 제1 데이터 송신 수단은 하나 이상의 신호들, 예를 들면, 특정 파장들의 광을 송신하도록 동작할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 특정 파장들은 100THz 영역, 즉, 전자기 스펙트럼의 근적외선(near-infrared) 또는 가시(visible) 영역에 있을 수 있다. 따라서, 데이터 송신 수단은 광 파이버와 같은 광학 커넥터일 수 있다.

RSOA(21)는 제1 데이터 송신 수단(43)과 동일한 속성들을 가질 수 있는 제2 데이터 송신 수단(44)에 의해 OLT(42)에 접속될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 도 4에 따른 광학 네트워크는 PON, 예를 들면, WDM-PON 및/또는 GPON일 수 있다.

RSOA(21)는 도 2를 참조하여 기술된 신호 증폭 수단일 수 있다. 이러한 목적으로, 제1 및 제2 데이터 송신 수단(43, 44)은 RSOA(21)의 도파관(20)에 접속된다. 이러한 접속은 데이터 송신 수단(43, 44), 예를 들면, 파이버들과, RSOA(21)의 도파관(20)의 버트 커플링(butt coupling)에 의해 수행될 수 있다.

본 명세서에서, 광학 신호들에 대한 파장 선택적 증폭기가 기술되었다. 특히, GPON 시스템들에 대한 파장 선택적 반사 반도체 광학 증폭기가 기술되었다. 증폭기는 복수의 파장을 운반하는 광 파이버에 직접 접속될 수 있다. 그와 같이, 분리된 멀티플렉서/디멀티플렉서 유닛들(13, 14)에 대한 필요성이 제거된다. 더욱이, 상이한 광학 파장들에서의 증폭이 단일 반도체 광학 증폭기에서 수행되어, 상이한 파장들에 대한 분리된 SOA들에 대한 필요성 및 증가된 수의 광 파이버들을 정렬할 필요성이 제거될 수 있다. 전체적으로, 단일 반도체 광학 증폭기 내의 복수의 광학 파장을 증폭하기 위한 효율적이고, 비용 효율적인 해결책이 기술되었다. 광학 증폭기는 GPON, 10GPON, WDM-PON 액세스 네트워크들 또는 WDM 송신 네트워크들에 적용될 수 있다.

설명 및 도면들은 단지 제안된 방법들 및 시스템들의 원리를 예시하기 위한 것임을 주지해야 한다. 따라서, 본 기술 분야의 당업자라면, 본 명세서에서 명시적으로 기술되거나 또는 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리들을 구현하고, 본 명세서에서 청구된 사상 및 영역 내에 포함되는 다양한 배열들을 고안할 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 본 명세서에서 인용된 모든 예들은 주로 본 명세서를 읽는 사람들이, 본 기술 분야를 더 발전시키기 위해 발명자들에 의해 기여된 제안된 방법들, 시스템들 및 개념들의 원리를 이해하는데 도움을 주고자 하는 교육적인 목적만을 위한 것으로 명시적으로 의도되며, 그러한 구체적으로 인용된 예들 및 조건들로 제한되지 않는 것으로 이해된다. 더욱이, 본 발명의 원리들, 양상들 및 실시예들을 인용하는 본 명세서에서의 모든 서술 내용들 뿐만 아니라, 그것에 대한 특정한 예들은 그 등가물들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

광학 네트워크에서 상이한 파장들에서의 광을 증폭하도록 구성된 장치(21)로서, 상기 장치(21)는 도파관(20)을 포함하고, 상기 도파관(20)은
도파관(20)의 제1 단부에서 수신된 제1 파장(25)에서의 광을 증폭하도록 구성된 제1 활성 재료(22')와,
제2 파장(26)에서의 광을 증폭하도록 구성된 제2 활성 재료(23')와,
상기 제1 활성 재료(22')와 상기 제2 활성 재료(23') 사이에 위치되고, 상기 제1 단부 방향으로 상기 제1 파장(25)에서의 광을 반사하도록 구성되며, 상기 제2 파장(26)에서의 광에 실질적으로 투명하도록 구성되는 제1 반사기(24)와,
상기 제2 활성 재료(23')에 인접하며, 상기 제1 단부 방향으로 상기 제2 파장(26)에서의 광을 반사하도록 구성되는 제2 반사기(27)를 포함하되,
상기 제1 반사기(24)는 상기 제1 활성 재료(22')와 상기 제2 활성 재료(23') 사이의 에어 갭 및 브래그 반사기(Bragg reflector) 중 적어도 하나를 포함하는
장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 활성 재료(22') 및/또는 상기 제2 활성 재료(23')는 갈륨(Gallium), 인듐(Indium), 비화물(Arsenide) 및/또는 인화물(Phosphide)을 포함하는
장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 장치(21)는 상이한 파장들에서의 광을 운반하는 도파관(20)을 포함하고,
상기 제2 반사기(27)는 상기 장치(21)의 상기 도파관(20)의 단부에 제공되는
장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 활성 재료(22')와 상기 제2 활성 재료(23') 사이의 상기 에어 갭은 0.8 ㎛의 폭을 갖고,
상기 제1 파장은 1.3 ㎛이고,
상기 제2 파장은 1.5 ㎛인
장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 파장(25)에서의 광은, 상기 제1 반사기(24) 쪽을 가리키고 상기 제1 반사기(24)의 평면에 수직인 전파 방향에서 상기 제1 활성 재료(22')로 진입하는
장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 파장(26)에서의 광은, 상기 제2 반사기(27) 쪽을 가리키고 상기 제2 반사기(27)의 평면에 수직인 전파 방향에서 상기 제2 활성 재료(23')로 진입하는
장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 파장(25)에서의 광의 상기 전파 방향과 상기 제2 파장(26)에서의 광의 상기 전파 방향은 실질적으로 평행한
장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 장치(21)는 상기 제1 활성 재료(22') 및 상기 제2 활성 재료(23')를 전기적으로 펌핑하기 위한 수단을 더 포함하는
장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 장치(21)는,
제3 파장에서의 광을 증폭하도록 구성된 제3 활성 재료와,
상기 제3 활성 재료에 인접하고, 상기 제3 파장에서의 광을 반사하도록 구성되는 제3 반사기를 더 포함하고,
상기 제2 반사기(27)는 상기 제2 활성 재료(23')와 상기 제3 활성 재료 사이에 위치되고, 상기 제1 반사기(24) 및 상기 제2 반사기(27)는 상기 제3 파장에서의 광에 실질적으로 투명하도록 구성되는
장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 반사기(24)는 광이 상기 제1 활성 재료(22')로부터 상기 제2 활성 재료(23')로 전파됨에 따라 발생되는 굴절율에서의 변화에 따라 제공되는
장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 작은
장치.
광학 네트워크로서,
제1 송신기/수신기 수단(41)과,
제2 송신기/수신기 수단(42)과,
제1항 또는 제2항에 따른 증폭 장치(21)를 포함하고,
상기 제1 송신기/수신기 수단(41)은 상기 증폭 장치(21)를 통해 상기 제2 송신기/수신기 수단(42)에 접속되고,
상기 상기 증폭 장치(21)의 제1 반사기(24)는 제1 활성 재료(22')와 제2 활성 재료(23') 사이의 에어 갭 및 브래그 반사기 중 적어도 하나를 포함하는
광학 네트워크.
광학 네트워크에서 상이한 파장들에서의 광을 증폭하기 위한 방법으로서,
제1 파장(25)과 제2 파장(26)에서의 광을 제1 활성 재료(22') 내로 유도(guiding)하는 단계 ― 상기 광은 상기 제1 활성 재료(22')의 제1 단부에서 상기 제1 활성 재료(22')로 진입함 ― 와,
상기 제1 활성 재료(22')를 이용하여 상기 제1 파장(25)에서의 광을 증폭하는 단계와,
제1 활성 재료(22')의 제1 단부 방향으로 상기 제1 활성 재료(22')의 다른 단부에서 상기 제1 파장(25)에서의 광을 반사하는 단계와,
상기 제2 파장(26)에서의 광을 상기 제1 활성 재료(22')를 통해 상기 제2 활성 재료(23') 내로 유도하는 단계 ― 상기 광은 상기 제2 활성 재료(23')의 제1 단부에서 상기 제2 활성 재료(23')로 진입함 ―와,
상기 제1 활성 재료(23')를 이용하여 상기 제2 파장(26)에서의 광을 증폭하는 단계와,
제1 활성 재료(22')의 제1 단부 방향으로 상기 제2 활성 재료(23')의 다른 단부에서 상기 제2 파장(26)에서의 광을 반사하는 단계를 포함하되,
상기 제1 활성 재료(22')의 상기 다른 단부와 상기 제2 활성 재료(23')의 상기 제1 단부 사이의 에어 갭 및 브래그 반사기 중 적어도 하나를 포함하는
방법.