KR101523396B1

KR101523396B1 - 광섬유 통신용 저 처프 송신기를 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101523396B1
Application number: KR1020097025197A
Authority: KR
Inventors: 마니 라마챈드란; 헤르맨 가이셀; 챈드라 자스티
Original assignee: 이노트란스 커뮤니케이션즈, 인크.
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2015-05-27
Also published as: EP2149210B1; WO2008136992A3; EP2149210A2; US7936997B2; JP5112508B2; US20080273874A1; KR20100041705A; WO2008136992A2; JP2010526482A

Abstract

1550nm 파장 대역에서 동작하는 광섬유 통신 시스템용 직접 변조 광 송신기는 매우 낮은 처프를 나타낸다. 직접 변조된 레이저에 본질적으로 제공되는 처프는, 입력 무선 주파수 신호의 스플리트-오프 부분(split-off portion)에 180˚ 위상 지연을 인가함으로써, 직접 변조 레이저 광 빔을 광 변조하는 위상 변조기에 의해 제거된다. 이는, 1550nm 대역에서 동작가능하고, 레이저 처프가 효과적으로 제거 또는 실질적으로 감소되어, 다운스트림 광섬유와의 레이저 처프 상호작용들에 기인한 왜곡들을 회피할 수 있는 저비용 송신기를 제공한다.

통신 시스템, 광 송신기, 처프, 광섬유

Description

광섬유 통신용 저 처프 송신기를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOW CHIRP TRANSMITTER FOR OPTICAL FIBER COMMUNICATIONS}

본 발명은 광 통신 시스템에 관한 것으로, 예를 들어, 레이저 또는 레이저 다이오드를 이용하여 광(빛) 신호들을 광섬유들을 통해 송신하는 시스템들에 관한 것으로, 특히 송신기에서 직접 변조되는 레이저를 이용하는 이러한 시스템에 관한 것이다.

발광 다이오드(light emitting laser diode: LED), 반도체 레이저, 또는 다른 타입의 레이저의 아날로그 출력 신호 강도를, 전기 신호를 이용하여 직접 변조하는 것이 본 기술 분야에 공지되어 있다. 전형적으로, 이는, 가령 케이블 텔레비전과 같이, 보이스 및 비디오 등의 광 아날로그 신호들을 광섬유에서 송신하기 위해 사용된다. 비록 그러한 아날로그 송신 기술들이 디지털 송신, 가령, 디지털 펄스 코드 변조나, 아날로그 또는 펄스 주파수 변조보다 실질적으로 더 작은 대역폭 요건의 이점이 있지만, 그러한 진폭 변조의 사용은 광 송신기에 잡음 및 비선형성을 발생시키는 경향이 있다.

이에 따라 송신되는 아날로그 신호들의 예시적인 타입들은, 진폭 변조(amplitude modulation: AM) 포맷, 특히 AM-VSB(AM-Vestigial Side Band) 포맷의 정보를 전달하는 아날로그 비디오 신호들이다. 다수의 비디오 신호들을 송신하기 위해서, 그러한 AM-VSP 신호들은 특정 주파수로 업-컨버트된다(up-converted). 그러한 신호들의 집합은 합성 신호(composite signal)로 지칭되며, 전형적인 (무선 주파수-RF) 주파수 범위 54MHz 내지 1GHz를 점유한다. 요구되는 선형성을 가지고 광섬유 케이블을 통해 그러한 신호들을 전달하는 것은, 전형적으로 특별한 송신기들을 필요로 한다.

송신기들은 직접 변조(direct modulation) 또는 외부 변조(external modulation) 타입으로 분류된다. 직접 변조 송신기들은, 입력 합성 무선 주파수 아날로그 (전기) 신호가 합성 신호의 순간 진폭(instantaneous amplitude)에 비례하여 그 바이어스 전류를 변화시킴으로써, 레이저 또는 레이저 다이오드의 광 출력 전력을 변화시키는 유형이다. 외부 변조 송신기들은, 레이저로부터의 광(빛) 신호에 변조 기능을 수행하는 변조기로서 공지된 다른 장치를 이용한다. 그러한 송신기들에서, 레이저 바이어스 전류는 통상적으로 일정하게 유지된다. 대신, 송신될 정보인 아날로그 RF 전기 신호는, 전자-광 변조기(electro-optic modulator)로서도 공지되어 있는 변조기의 전기 입력 단자에 인가된다. 그러한 전자-광 변조기는, 전자-광 효과를 나타내는 단일 제어 소자(single controlled element)를 이용하여, 광의 빔, 전형적으로는 레이저 광의 빔을 전기적으로 변조하는 광 장치(optical device)이다. 이 변조는, 변조되는 광 빔의 위상, 주파수, 진폭 또는 방위(direction)에 행해질 수 있다. 전형적으로, 광 변조기에서는 비선형 광 재료, 예를 들어, 리튬 니오베이트(lithium niobate)와 같은 크리스탈(crystal)이 사용된 다. 가장 일반적인 타입의 전자-광 변조기는 크리스탈 - 그 굴절률은 로컬 전기장(local electric field)의 강도의 함수임 - 을 포함한다. 따라서, 만약 리튬 니오베이트 크리스탈이 전기장에 노출되는 경우, 광은 전기장을 보다 느리게 지나간다(travel). 그러나, 크리스탈을 떠나는 광의 위상은 그 광이 그것을 통과하는데 소요되는 시간의 길이에 정비례한다. 따라서, 변조기에서 나가는 레이저 광 빔의 위상은, 인가된 아날로그 RF (전기) 신호에 의해 크리스탈 내의 전기장의 강도를 변화시킴으로써 제어된다.

2가지 변조 유형에는 장점들도 있고 단점들도 있다. 외부 변조 송신기는, 레이저 불안정성에 의해 야기되는 레이저 빔의 중심 파장의 바람직하지 못한 급작스러운 변화인 처프(chirp)가 낮다는 장점이 있다. 이 처프는 전형적으로 직접 변조 레이저에 고유한, 인가 바이어스 전류의 변동(variations)에 의해 야기된다. 따라서, 외부 변조 레이저들은, 바이어스 전류에는 전형적으로 변화가 거의 없기 때문에, 통상 낮은 처프를 갖는다. 또한, 외부 변조 레이저들은, 송신기가 구동하고 있는 광섬유의 길이가 변하더라도, 신호 대 잡음 열화가 비교적 거의 없다. 레이저 자체는 동작 시, 특별히 선형일 필요는 없으며, 외부 변조기들은 광 송신 네트워크들의 표준인 1550nm 광 파장에서 잘 동작한다. 외부 변조 송신기들은 직접 변조 송신기들보다 더 복잡하고, 더 고가이며, 더 낮은 변조 깊이(modulation depth)를 갖는다(덜 선형적이다). 또한, SBS(stimulated brillouin scattering)의 억제가 어렵다. SBS는 광 신호들의 공지된 왜곡이다.

이와 대조적으로, 직접 변조 레이저들은 덜 복잡하고, 덜 고가이며, 동작 시 더 선형적이다. 불리하게도, 지금까지는 직접 변조 레이저들이 1550nm 광 파장에서 잘 동작하지 못하였다. 직접 변조 레이저들은 1310nm 파장에서 잘 동작하지만, 일반적으로 1310nm 광용 광 증폭기들은 상업적으로 입수불가능하므로, 1310nm의 사용도 어렵다.

처프에 관한 이슈는, 처프가 광섬유 내의 분광(dispersion)과 상호작용하여, 케이블 텔레비전과 같은 멀티-옥타브(multi-octave) (광대역) 시스템들의 대역에 포함되는(fall in), 바람직하지 못한 왜곡들(distortions), 주로 CSO(Composite Second Order) 왜곡들을 생성한다는 점이다. 이 다양한 장점들 및 단점들 때문에, 전형적으로 직접 변조 레이저들은, 지금까지 거의 배타적으로, 표준 섬유가 분광을 가지지 않는 1310nm 광 파장에서 이용되었다. 역으로, 1550nm 파장을 이용하는 시스템의 경우, 광섬유가 그 파장에 다량의 분광을 가지기 때문에, 현재 송신기들은 거의 모두가 외부 변조 타입이다.

본 발명자는, 상기 장점들을 가진 상태에서 직접 변조되고, 과도한 처프 없이 1550nm 광 파장에서 동작하는 광 송신기를 가지는 것이 유리한 것으로 판단하였다.

직접 변조 레이저 시스템은, 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 통합되는, 2006년 9월 21일에 공개된, 이안넬리(Iannelli)의 US 2006/0210282 A1에 도시되어 있다. 이는, 도 2에, 1530-1570nm 파장 범위에서 동작하는 외부 캐비티 레이저(external cavity laser)를 구비한 직접 변조 레이저 송신기(100)의 블록도를 도시하고 있다(본원의 도 1도 참고). 이안넬리는, 단자(101)에서의 RF 전기 신호가 직접 변조 레이저(102)에 인가되고(그 출력 빔(110)은 섬유에 의해 전달되어 위상 변조기(109)에 입사됨), 광 증폭기(112)를 통해 광섬유 링크(fiber optic link)(113)로 전달됨을 나타내고 있다. RF 전기 신호의 스플리트 오프 부분(split off part)은, 감쇄기(104), 틸트 회로(106) 및 위상 지연 회로(107)에 인가되어, 위상 변조기(109)를 구동한다. 또한, SBS 억제 톤 생성기(suppression tone generator)(108)가 제공된다. 위상 지연은, 단지 레이저라기 보다는 광섬유 스팬(optical fiber span)의 특성인 CSO를 최대화하기 위해, 단지 0˚ 내지 -10˚이다(단락 49 참고). 여기서 처프 보정은, 외부 캐비티(cavity) 타입 레이저에 한정될 뿐만 아니라, 일반적으로 더 많은 처프 보정을 필요로 하는 직접 변조 레이저(가령, DFB)에 부적합한 것으로 보인다.

<발명의 요약>

본 발명에 따르면, 송신기에서 매우 낮은 처프를 나타내는 1550nm 광 파장 대역(가령, 1530nm 내지 1550nm까지 확장하지만, 이에 한정되는 것은 아님)에서 동작하고, 광섬유 네트워크에서의 사용에 적합한 직접 변조 광 송신기(directly modulated optical transmitter)가 제공된다. 상술한 바와 같이, 직접 변조 레이저 시스템들은 본질적으로 레이저 광 파장의 원치 않는 변조(변화)인 처프를 생성하는 것으로 알려져 있지만, 본원의 광 송신기는, 직접 변조 레이저로부터 출력된 광 빔의 위상을 광 변조하는 위상 변조기에 의해, 직접 변조 레이저 자체에 의해 유도되는 처프가 제거됨으로써, 이를 극복한다. 또한, 처프는 레이저를 구동하기 위해 사용되는 RF 신호의 일부를 수신하고 대략 180˚ 위상 지연을 적용하는, 적분 기, 전기 지연 소자, 및 전기 증폭기의 조합의 이용에 의해 제거되며, 결과적인 전기 신호는 레이저 자체에 의해 유도되는 처프를 오프셋 또는 제거하도록 위상 변조기를 구동하는데 사용된다.

일 실시예에서, 송신기는 복수의 직접 변조 레이저들(각각이 가령, 1550nm 대역에서 상이한 파장의 광을 출력하고, 각각이 2개의 무선 주파수(RF) 신호들, 즉, 하나는 통상의 아날로그 합성 RF 신호이고 다른 하나는 가령 QAM(quadrature amplitude modulation) 신호인 무선 주파수 신호들에 의해 구동됨)을 포함하며, 그것의 정보 컨텐츠는 각 레이저마다 상이하고, 이에 따라 소위 케이블 텔레비전 분야에서 QAM 신호들의 유선방송(narrowcasting)을 지원한다.

도 1은 종래의 직접 변조 송신기를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 송신기의 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 다른 송신기를 나타내는 도면이다.

도 4 내지 도 10은 도 2의 송신기의 성능을 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 광 송신기의 블록도를 나타낸다. 다양한 컴포넌트들은 각각 표준 타입으로서 상업적으로 입수가능하며, 본 분야에 잘 공지되어 있다. 광섬유 스팬 및 광 수신기를 포함하는 본 시스템의 나머지는 또한 도 1에서와 같이 통상적인 것들이다. 따라서, 도 2에는 (도 1과 달리) 송신기만을 도시한다. 도시된 바와 같이, 예컨대 QAM 신호를 포함하는 케이블 텔레비전 신호 등의 합성 RF (전기) 신호(많은 채널들의 아날로그 케이블 텔레비전 송신들 또는 다른 유형의 신호들을 포함할 수 있음)가 인가되는 입력 단자(10)가 있다. 합성 RF 신호는 QAM과 같은 아날로그 비디오 신호 또는 디지털 비디오 신호일 수 있다. 따라서, 본 장치는 디지털 신호들에도 적합하다. 입력된 합성 RF 전기 신호는, 표준 장치인 무선 주파수 스플리터 탭 커플러(radio frequency splitter tap coupler)(12)에 인가된다. RF 스플리터/RF 커플러(12)는 신호의 벌크(bulk)를, 가령 동축 케이블 또는 유사 송신 라인(14)을 통해 통상의 직접 변조 레이저(18)에 전달할 수 있다. 따라서, 라인(14)에 인가되는 RF 신호는, 레이저(18)의 전원(미도시)을 통해 JDSU사로부터의 파트 넘버 CQF-935와 같은 레이저(18)의 바이어스 전류를 직접 변조한다. 가령, 상업적으로 모두 입수가능한 반도체 레이저, 레이저 다이오드 또는 집적 피드백 레이저와 같은 다른 유형의 레이저인 직접 변조 레이저(18)는, 전형적으로 1550nm 대역의 중심 파장을 갖는 코히어런트 광의 빔(24)을 짧은 길이의 광섬유로 출력한다. 광 빔(24)은 필요에 따라 시준 렌즈(collimating lens)(미도시)에 입사될 수 있다. 그런 다음, 빔(24)은 광섬유를 통해, 상술한 바와 같은 표준 유형 장치인 위상 변조기(26)로 전달된다. 예시적인 위상 변조기는 General Photonics Inc.로부터 입수가능한, 그들의 파트 넘버 LPM-001이다. 다양한 유사 장치들은 다른 제조업체로부터 입수가능하다. 결과적인 위상 변조 광 신호(코히어런트 광 빔)(30)는 그 후 위상 변조기로부터 방출되고, 도 2에서와 같이, 적절한 광 수신기(미도시)와 궁극적으로 통신하는 광섬유 스팬에 결합된다.

RF 스플리터/RF 커플러(12)로 되돌아가서, 전기 RF 신호의 더 작은 부분은, 일 실시예에서 주파수 대역 50 내지 1000MHz에 걸쳐 특정 전송 특성을 갖는 2 포트 네트워크인 적분기 컴포넌트(32)에 인가된다. 네트워크의 전송 특성은, 그 주파수 대역에서의 처프의 최적 제거를 제공하도록 실험적으로 유도될 수 있다. 그런 다음, 네트워크의 전기 출력 신호는 이득 증폭기(36)에 인가된다. 이 증폭기의 최적 이득은, 감쇄기들 및 변경된 지연들의 동축 케이블들을 이용하여 달성된다. 결과적인 증폭/감쇄 및 지연 신호(즉, 위상 변경된 신호)는, 신호 합성기의 한 타입인 통상의 다이플렉서(diplexer)(40)의 입력 단자에 인가된다. 다이플렉서(40)의 다른 입력 단자에는, 가령, Sirenza Inc.로부터의 협대역 증폭기(narrow band amplifier)에 결합되는 오실레이터인 SBS 톤 생성기(46)로부터 인가되는 SBS 톤 억제 신호가 인가된다. 부가되는 SBS 톤 억제를 갖는 이 위상 조정 신호는, 다이플렉서(40)에 의해 위상 변조기(26)의 전기 입력 단자(50)에 인가되어, 위상 변조기를 구동한다. 이하 제공되는 수학적 유도는, 지연들, 진폭들, 및 위상들이 매칭될 때, 레이저 출력 신호 내의 FM 신호(처프)가 변조기 내에서 제거된 것을 나타낸다.

이 송신기는, 전형적인 외부 변조 송신기보다 비용이 낮고, 외부 변조 송신기보다 변조 깊이가 더 높고, 높은 광 전력 신호가 25킬로미터 길이의 표준 광섬유의 스팬 내에 삽입되게 하는 매우 높은(가령, 23dBm 보다 큰) SBS 임계치를 가진다는 장점들을 갖는다.

본 발명에 따라, 처프 억제는, 인가된 AM RF 신호에 의해 야기되는 레이저(18)의 주파수 익스커전(excursion)에 의해 실질적으로 유도되는 처프에 대한 것임을 유의해야 한다. 유리하게도, 이 처프는 제거 또는 감소된다. 전형적으로, 증폭기(36)에 의해 제공되는 위상 지연의 양은, 레이저(18)에 의해 야기되는 처프의 크기의 완전한 제거를 야기하도록, 대략 180°이다. 이러한 제거 효과는, 광 신호(24)에 (광 형태로) 존재하는 처프와 크기는 동일하고 위상은 180° 상이한, 위상 변조기(26)의 전기 입력 단자(20)의 전기 신호에 의해 제공된다. 그러므로, 전형적으로, 증폭기(36)는 대략 180°위상 차를 제공한다. 2개 신호들의 크기들은 주파수 대역, 가령, 50 내지 1000MHz 전체에 걸쳐 CSO 왜곡의 최상적 제거를 발견하는 동안, 매칭된다.

본 방법 및 장치는, 고속 디지털 신호들 뿐만 아니라, 마이크로파 신호들을 전달하는 데에도 적합하다. 일 실시예에서, 위상 변조기는 레이저를 단일 패키지 내에 집적 장치로서 포함할 수 있다.

이하, 도 2의 송신기의 세부 동작에 대해 기술한다. 단자(10)에서의 입력 RF 신호는 몇몇 주파수의 합성이고 s(t)로서 표현된다.

여기서,

및

는 각각 다양한 RF (가령, CATV) 주파수들 및 위상들이다. 이 합성 신호는 레이저 처프를 또한 생성하는 직접 변조 레이저(18)에 사용된다. 레이저(18)를 직접 변조함으로써, 레이저로부터의 빔(24)의 광 강도가 변조된다. 그러나, 처프로 인해, 레이저 주파수 또한 변조된다. 이는, 단자(10)에서의 입력 정보 신호의 그것에 비례하는 캐리어(RF)의 바람직하지 못한 주파수 편차를 초래한다. 이 신호는 다음과 같이 표현된다.

여기서,

는 주파수 변조 인수(factor)이다. 이 변조된 광은 위상 변조기(26)를 통과한다. 이 광이 광섬유(레이저 출력 포트인 레이저(18) 피그테일(pigtail) 및 위상 변조기(26) 입력 광섬유)를 통과함에 따라, 약간의 지연이 누적된다. 위상 변조기(26)는 단자(50)에서 인가되는 신호로 캐리어의 위상을 변조한다. 단자(50)에서 위상 변조기에 인가되는 신호는, 전기 컴포넌트들(32, 36, 40)을 통과하는 전기 경로를 따르고, 이에 따라 약간의 지연이 발생한다. 따라서, 2개의 신호 경로들 사이의 차동 지연이 구축된다. 이 차동 지연은

로 표기된다. 다음으로, 등식 (2) 및 (3)이 다음과 같이 변경된다.

등식 (5)는 캐리어

가, 레이저에 의해 생성되는 최초의 처프를 제거하기 위해 제거되어야 하는 2개의 연관된 항들(terms)을 갖는다. 이 제거는, 항

과 항

의 크기가 동일하고 180도 위상 차를 가지는 경우에만 가능하다. 이를 달성하기 위해, 전기 신호는, 위상 변조기(26)에 인가되기 전에, 180도 위상 차를 발생시키는 증폭기(36) 및 적분기(32)를 통과한다. 이에 따라, 등식 (5)는,

이 된다.

먼저, 2개의 항

및

의 크기가 매칭되어, 그들이 밸런싱(balancing)되어야 한다. 제거에 중요한 제2 항은 2개의 신호 경로들 사이의 차동 지연이다. 만약,

이면, 등식 (6)의 2개 항이 연관되어, 캐리어는 제거시 주파수 종속성을 가지는 항에 부가된다. 차동 지연

은 2개의 전기 신호들에 의해 트래버싱(traversing)되는 전기 경로 길이들을 동일하게 함으로써 0으로 조정된다. 이에 따라 완전한 제거가 달성되는 경우, 섬유 스팬으로의 론칭(launching) 이전의 최종 신호 광은 다음 등식을 가질 것이다.

상술한 바와 유사한 멀티-톤 분석(multi-tone analysis)이 후속한다. 단자(10)에서의 입력 RF 신호는 몇몇 주파수들의 합성이고, s(t)로 표현된다.

여기서,

및

은 2개의 주파수들이다. 단순성을 위해, 그들의 임의의 위상

및

을 0들로 하였다. 이 신호는, 레이저 처프를 또한 생성하는 레이저(18)를 직접 변조하는데에 사용된다. 레이저(18)를 직접 변조함으로써, 레이저의 광 강도가 변조된다. 그러나, 처프로 인해, 레이저 주파수도 변조된다. 이는 정보 신호에 비례하는 캐리어의 주파수 편차를 초래한다. 이 신호는 다음과 같이 표현된다.

여기서,

는 주파수 변조 인수이다. 이 변조된 광은 위상 변조기(26)를 통과한다. 이 광이 섬유(레이저(18) 피그테일 및 위상 변조기(26) 입력 섬유)를 통과함에 따라, 약간의 지연이 누적된다. 위상 변조기(26)는 인가되는 신호로 캐리어의 위상을 변조한다. 위상 변조기(26)에 인가되는 신호는 전기 컴포넌트들(32, 36, 40)을 통과하는 전기 경로를 따르고, 이에 따라 약간의 지연이 발생한다. 따라서, 2개 신호 경로들 사이의 차동 지연이 구축된다. 이 차동 지연은

으로 표현된다. 그런 다음, 등식 (2) 및 (3)은 다음과 같이 변경된다.

등식 (5)는,

캐리어

이, 레이저에 의해 생성되는 최초의 처프를 제거하기 위해, 제거되어야 하는 2개의 연관된 항들을 가지고 있음을 나타낸다. 이 제거는 항

및 항

의 크기가 동일하고 180도 위상 차가 있을 경우에만 가능하다. 이를 달성하기 위해, 위상 변조기(26)에 인가되기 전의 신호는 적분기(32)와 180도의 위상 차를 야기하는 증폭기(36)를 통과한다. 그런 다음, 등식 (5)는,

가 된다.

차동 지연

은, 2개의 신호들에 의해 트래버싱되는 전기 경로 길이들을 동일하게 함으로써, 0으로 조정된다. 이는 등식 (6)을 다음과 같이 줄인다.

이제,

및

가 동일하도록 크기 인수들을 밸런싱(balancing)하는 것은 등식 (8)을 초래한다.

이 강도 변조된 신호는 이제 섬유 스팬 내로 론칭한다. 레이저 처프가 제거되기 때문에, 섬유 분광과의 레이저 처프 상호작용에 기인한 왜곡들이 회피될 수 있다.

도 3은 도 2의 송신기의 확장을 나타낸다. 도 3의 송신기는 이 예에서, 도 2의 송신기에서 그랬던 것처럼, 50MHz 내지 550MHz의 주파수 범위(예시적임)에서 단자(10) 상에서의 합성 아날로그 RF 신호 입력을 송신하는 것을 지원한다. 도 2에 도시된 것과 같은 도 3의 요소들은 참조 번호에 관하여 유사하게 표시된다. 또한, 도 3의 송신기는, 각각이 550MHz 내지 1GHz의 예시적인 대역폭 내에서 상이한 정보 컨텐츠를 가지는 다수의 QAM(quadrature amplitude modulation) RF 신호들의 입력이 제공된다. 이들은 각각 단자들(56a-56d)에 제공되며, 그 결과, 인가되는 4개의 상이한 QAM 신호들이 존재한다. 이들은 케이블 텔레비전 분야에서 유선방송 신호(narrowcast signal)로 지칭된다. 각각의 입력 유선방송(narrowcast) RF 신호는, 레이저들(54a-54d)의 입력 포트에 각각 순차적으로 결합되는 부가기(또는 합성기)(60a-60d)(각각이 전기 도메인에서 동작함)에 각각 인가된다. 도시된 바와 같이, 이 레이저들 각각은, 여기서

,

및

로 각각 지정되어 있는, 1550nm 대역의 상이한 파장에서 광을 출력한다. (합성 및 QAM 입력 RF 신호들의 이러한 특정 도식적 조합을 이용할 필요성이 없음)

레이저들(54a-54d)로부터 출력되는 광 신호들은, 각각, 당연히 광 도메인에서 동작하는 통상의 DWD(dense wavelength division) 멀티플렉서 (또는 다른 적절한 멀티플렉서)의 입력 포트에 인가되고, 이 DWD 멀티플렉서는 출력 포트(68)에서 조합 광 신호를 출력하며, 이어서 위상 변조기(50)의 광 입력 포트에 결합된다. 이러한 구성은 모든 4가지 레이저들의 레이저 처프를 동시에 성공적으로 억제하고, 이에 따라 4가지 레이저들에 의해 전달되는 브로드캐스트 신호들(broadcast signals)(가령, 50 내지 550MHz 주파수들)의 CSO 열화를 줄인다. 또한, 여기서 하나의 위상 변조기(50)만이 이들 다양한 입력 RF 신호들 모두에 의해 공유됨에 유의한다. 이는, 컴포넌트 갯수를 줄여, 비용을 줄이기 때문에, 유리하다. (위상 변조기들은 전형적으로 그러한 송신기에서 비교적 많이 비싼 컴포넌트들 중 하나임에 유의해야 함) 도 2 및 도 3 타입의 다수의 송신기들은 각각 30Km의 길이의 단일 섬유 스팬을 구동할 수 있다. 전형적으로, 그러한 구성의 각 송신기는 자신의 고유한 광 파장들의 세트를 갖는다.

도 3의 송신기는, 550MHz 내지 1GHz 주파수 범위의 고유 컨텐츠를 갖는 다수의 신호들이 단일 광섬유 상에서 전달될 수 있게 한다. 이 구성은, 예를 들어, 광섬유 케이블의 용량의 4배이다. 1550nm 파장 대역에서 동작함으로써, 다른 파장들에서 파장 분할 멀티플렉싱(대략적(coarse) 파장 분할 멀티플렉싱 및 조밀한(dense) 파장 분할 멀티플렉싱 양쪽 모두)을 제한하는 주지의 크로스토크 문제들이 최소화된다. 또한, 1550nm 대역에서의 광 신호들은 통상의 EDFA(erbium doped fiber amplifier)에 의해 증폭될 수 있어, 또한 시스템 비용을 줄인다. 이 기술은 1550nm 대역에 제한되지 않는다. 1310nm 대역에서 다수의 DWDM 신호들을 송신하기 위해 유사 기술이 사용될 수 있다. 그러나, 1310nm 대역에서 DWDM 신호들을 선택하기 위해서는 적절한 주의가 필요하다. 파장들은, 단일 모드 섬유에 대해 1312+/-6nm인 분광 널 포인트(dispersion null point), 그 아래 또는 그 위에 위치될 수 있다. DWDM 신호들이 분광 널 포인트에 위치될 때, FWM(four wave mixing) 비선형성이 중요할 수 있다. 또한, 라만(Raman) 크로스토크는 낮은 분광때문에 더 높은 RF 주파수들까지 확장되지만, 그 크기는 더 작은 파장 스페이싱(wavelength spacing)을 선택함에 의해 제한될 수 있다. 이는 광학에서 공지되어 있으므로, 유일한 다른 옵션은 DWDM 파장들을 분광 널 포인트 보다 위 또는 아래에 위치시키는 것이다. 따라서, 다수의 파장들이 1280 내지 1300nm 또는 1318 내지 1332nm 대역 내에 위치될 수 있다. 어느 경우든, (a) 매우 낮은 섬유 분광 (b) 1310nm에서의 섬유의 낮은 모드 필드 지름(lower mode field diameter), 및 (c) 1310nm에서의 높은 섬유 손실을 보상하기 위해 더 높은 파장 전력을 섬유에 론칭할 필요성으로 인해, 얼마간의 크로스토크가 존재할 것이다. 이는 1310nm 대역(1270 내지 1350nm)에서의 DWDM 기술의 사용을 허용하지만, 거리, 전력, 파장들의 수 등에 대한 몇몇 심각한 제한들이 있다.

도 4 내지 도 10은, 다양한 테스트 조건들 하에서 종래 기술의 시스템들과 비교되는 도 2의 송신기의 예시적인 성능을 나타낸다. 도 4에서, 수평 축은 입력 합성 (RF) 신호의 MHz의 주파수를 나타내고, 수직 축은 데시벨(dB)로 표현되는 CSO (composite second order) 왜곡량을 나타낸다. 일반적으로, 이 그래프들(도 6, 7, 9 및 10은 제외)에서는, 수직 축을 따라 올라갈 수록, 왜곡 성능(distortion performance)이 더 좋아진다. 도 4에서, 도면의 하부의 키는 다양한 플롯들을 나타낸다. "CSO-레이저 dBC"라고 표기되는 제1 플롯은, 도 2의 직접 변조 레이 저(18)인, 레이저 자체에서의 광 신호 출력 강도이다. 다음 플롯은, "미보상(uncompensated)"으로 표기되어 있는 50킬로미터 길이의 광 스팬의 단부에서의 신호 강도 레벨이다. 이는, 도 1의 종래 기술이다. 또한, 다음 플롯은, 도 2의 송신기에 대응하는, "보상(compensated)"으로 표기되는 50킬로미터 스팬에 대한 것으로, 이 보상은 적분기, 가변 지연, 이득 회로, 다이플렉서, 및 보상을 제공하는 SBS 톤 생성기에 기인한다. 도시된 바와 같이, 이는 동일한 길이의 미보상 광섬유 스팬보다 상당히 더 우수한 신호이다. 마지막 2개의 플롯은, 도 2에 따른, 미보상된 25킬로미터 및 보상된 25킬로미터 길이의 스팬 상의 신호 강도에 대해 도시되어 있다. 50킬로미터 및 25킬로미터 거리 양쪽 모두에 대해 도시된 바와 같이, 보상된 본 송신기는 미보상된 종래의 송신기보다 더 우수한 성능을 제공한다.

도 5는, 보상을 갖는 송신기의 현재 타입을 갖는/갖지 않는 CTB(composite triple beat) 왜곡의 최소한의 열화를 나타내는 수직 축을 갖는, 도 4에서와 동일한 키 레전드들(key legends)을 이용한 플롯을 도시한다. CTB는 본 기술 분야에 공지되어 있으며, 여기서는 dB로도 표현된다. 다시, 본 보상 송신기는, (종래의) 미보상 송신기보다, 50킬로미터 스팬 및 25킬로미터 스팬 양쪽 모두에서 더 우수한 성능을 제공한다.

도 6에서, 수직축은, 25km 광섬유 스팬에 인가되는 상이한 광(레이저 출력) 전력 레벨들에서 도 2의 본 송신기로 달성되는 잔여 CSO(composite second order) 왜곡을 나타낸다. 도시되는 다양한 "론치(launch)" 광 전력들은 7.5, 16, 13 및 18dBM 이다. 이 전력 레벨들 모두에서 도시된 바와 같이, 각 커브에 대해 대략 동 일한 형상을 갖는 상태에서, 잔여 CSO의 양은 대략 동일하다. 섬유 스팬 길이에 따른 CSO 열화는 고주파수 채널에서 심각하다. 여기에 개시된 방법은 섬유 분광의 효과를 완전하게 제거한다. 처프가 제거되기 때문에, CSO 개선점들이 모든 스팬 길이들에 대해 유효한데, 즉, 본 방법은 섬유 거리 의존적이지 않다. 제거 스킴의 유효성의 다른 측정은 미보상 상태로 남아 있는 CSO 열화의 양이다. 도 6 및 도 10은 50 내지 550MHz의 주파수들에 대한 본 스킴의 유효성을 나타낸다. 또한, 이 도면들은 다른 광 전력들에서의 제거를 나타낸다. 이는, 레이저 처프 및 섬유 분광의 선형 효과들이 제거된다는 것을 나타낸다. 광 론치 전력으로 인해 극적으로 변화하는 SPM(self-phase modulation)과 같은 비선형 효과에 기인한 CSO는, 신호 열화에서 보다 적은 역할을 한다.

도 7은 도 6의 플롯과 유사한 플롯이지만, 25킬로미터가 아닌 50킬로미터 스팬에서 테스트된다. 론치 전력은 도 6에서와 동일하다. 또한, 모든 4개의 플롯들이 매우 근접한 경우, 각 광 전력에서 대략 동일한 성능 레벨을 나타낸다.

도 8은, 레이저의 유형이 상이하다는 것을 제외하면, 도 4의 플롯과 유사하다. 도 8의 테스트에 사용되는 레이저는 도 4의 테스트의 플롯보다 낮은 처프를 갖는 레이저다. 비록 CSO 보상의 양이 도 4의 모든 주파수들에서 다소 더 높다 할지라도, 플롯들의 형상들이 도 4와 대략 동일하다는 점에 유의하자.

도 9는 도 6의 플롯과 유사한 플롯을 나타내지만, 낮은 처프 레이저가 사용된다. 또한, 플롯은 도 6과 대략 동일하다.

도 10은, 낮은 처프 레이저를 갖는, 상이한 광 전력들에서 본 송신기로 달성 되는 잔여 CSO를 나타낸다는 점에서, 도 7에 대응한다. 여기서, 플롯의 형상은, 도 7과 다소 상이하며 잔여 CSO의 양은 전반적으로 다소 작다.

본 명세서는, 설명을 위한 것이지 한정을 위한 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 대한 변경들은 당업자에게 명백할 것이며, 첨부된 청구범위의 범주 내에 모두 포함되도록 의도된 것이다.

Claims

광 송신기로서,

코히어런트 광(coherent light)의 소스와,

무선 주파수 신호를 수신하도록 적응되고, 상기 무선 주파수 신호로 상기 코히어런트 광의 소스를 구동하도록 결합되는 제1 입력 단자와,

상기 코히어런트 광의 위상을 변조하도록 결합되는 광 변조기와,

상기 무선 주파수 신호의 일부를 수신하여, 상기 광 변조기에 의해 인가되는 위상 지연을 제어하도록 결합되는 지연 회로

를 포함하고,

상기 지연 회로는, 상기 코히어런트 광의 소스를 구동하는 상기 무선 주파수 신호에 기인한 상기 코히어런트 광의 주파수 편차(frequency deviations)의 효과를 제거 또는 감소시키도록 적응되는 광 송신기.
제1항에 있어서,

상기 코히어런트 광의 소스는 레이저 또는 레이저 다이오드를 포함하는 광 송신기.
제1항에 있어서,

상기 코히어런트 광은 1550nm의 대역의 파장을 갖는 광 송신기.
제1항에 있어서,

상기 지연 회로는,

상기 무선 주파수 신호의 일부를 수신하도록 결합되는 적분 소자와,

상기 적분 소자의 출력 단자에 결합되고, 상기 광 변조기를 제어하도록 결합되는 출력 단자를 갖는 지연 소자

를 포함하는 광 송신기.
제4항에 있어서,

SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 억제 톤 생성기(suppression tone generator)와,

상기 SBS 억제 톤을 수신하도록 결합되고, 상기 지연 소자의 출력 단자에 결합되며, 상기 광 변조기를 제어하도록 결합되는 출력 단자를 갖는 합성 소자

를 더 포함하는 광 송신기.
제1항에 있어서,

상기 무선 주파수 신호는 아날로그 비디오 신호인 광 송신기.
제6항에 있어서,

상기 무선 주파수 신호는 주파수가 상이한 복수의 신호들의 합성인 광 송신기.
제1항에 있어서,

상기 무선 주파수 신호는 디지털 신호인 광 송신기.
제1항에 있어서,

상기 광 변조기는 크리스탈 타입 또는 반도체 타입인 광 송신기.
제1항에 있어서,

상기 코히어런트 광의 소스와 상기 광 변조기는 단일 패키지 내에 존재하는 광 송신기.
제4항에 있어서,

상기 적분 소자 및 상기 지연 소자는 상기 무선 주파수 신호의 일부의 위상을 180˚ 변화시키는 광 송신기.
제4항에 있어서,

상기 지연 소자는 가변 지연 증폭기인 광 송신기.
제11항에 있어서,

상기 제1 입력 단자로부터 상기 코히어런트 광의 소스까지의, 상기 무선 주파수 신호의 전기 경로 길이는, 상기 제1 입력 단자로부터 상기 광 변조기까지의, 상기 무선 주파수 신호의 일부의 전기 경로 길이와 동일한 광 송신기.
제1항에 있어서,

상기 지연 회로는 상기 무선 주파수 신호의 위상을 180˚±3˚ 지연시키는 광 송신기.
제1항에 있어서,

코히어런트 광의 제2 소스와,

제2 무선 주파수 신호를 수신하도록 적응되고, 상기 코히어런트 광의 제2 소스를 구동하도록 결합되는 제2 입력 단자 - 상기 제1 입력 단자는 또한 상기 코히어런트 광의 제2 소스를 구동하도록 결합됨 - 와,

상기 코히어런트 광의 소스들 양쪽 모두로부터의 코히어런트 광을 합성하고, 상기 합성된 코히어런트 광을 상기 광 변조기에 송신하도록 결합되는 광 멀티플렉서

를 더 포함하는 광 송신기.
제15항에 있어서,

제3 무선 주파수 신호 - 상기 제3 무선 주파수 신호의 정보 컨텐츠는 상기 제2 무선 주파수 신호의 정보 컨텐츠와 상이함 - 를 수신하도록 적응되고, 상기 코히어런트 광의 소스를 구동하도록 또한 결합되는 제3 입력 단자

를 더 포함하는 광 송신기.
제15항에 있어서,

상기 제2 무선 주파수 신호는 직교 진폭 변조 신호(quadrature amplitude modulation signal)인 광 송신기.
광 신호를 송신하는 방법으로서,

소스로부터의 코히어런트 광을 제공하는 단계와,

무선 주파수 신호를 수신하는 단계와,

상기 코히어런트 광의 소스를 구동하도록 상기 무선 주파수 신호를 결합하는 단계와,

상기 소스에서 상기 코히어런트 광의 주파수 편차의 효과를 제거 또는 감소시키도록 상기 수신된 무선 주파수 신호의 일부를 지연시키는 단계와,

상기 코히어런트 광의 위상을 광 변조하도록 상기 지연된 일부를 인가하는 단계

를 포함하는 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 코히어런트 광의 소스는 레이저 또는 레이저 다이오드를 포함하는 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 코히어런트 광은 1550nm의 대역의 파장을 갖는 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 지연시키는 단계는,

상기 무선 주파수 신호의 일부를 적분하는 단계와,

상기 적분된 신호를 지연시키는 단계

를 포함하는 광 신호를 송신하는 방법.
제21항에 있어서,

SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 억제 톤을 생성하는 단계와,

상기 SBS 억제 톤과 상기 지연된 신호를 합성하는 단계

를 더 포함하는 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 무선 주파수 신호는 아날로그 비디오 신호인 광 신호를 송신하는 방법.
제23항에 있어서,

상기 무선 주파수 신호는 주파수가 상이한 복수의 신호들의 합성인 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 무선 주파수 신호는 디지털 신호인 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 광 변조는, 크리스탈 타입 또는 반도체 타입 변조기에 의해 행해지는 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 코히어런트 광의 소스와 상기 광 변조는 단일 패키지 내에서 수행되는 광 신호를 송신하는 방법.
제21항에 있어서,

상기 적분하는 단계 및 상기 지연시키는 단계는, 상기 무선 주파수 신호의 일부의 위상을 180˚ 변화시키는 광 신호를 송신하는 방법.
제21항에 있어서,

상기 지연시키는 단계는, 가변 지연 증폭기에 의해 행해지는 광 신호를 송신하는 방법.
제28항에 있어서,

상기 무선 주파수 신호를 수신하도록 적응된 입력 단자로부터 상기 코히어런트 광의 소스까지의, 상기 무선 주파수 신호의 전기 경로 길이는, 상기 입력 단자로부터 광 변조 포인트까지의, 상기 무선 주파수 신호의 일부의 전기 경로 길이와 동일한 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 지연시키는 단계는 상기 무선 주파수 신호의 위상을 180˚±3˚ 지연시키는 광 신호를 송신하는 방법.
제18항에 있어서,

제2 무선 주파수 신호와 제2 소스로부터의 코히어런트 광을 제공하는 단계와,

상기 코히어런트 광의 제2 소스를 구동하도록 상기 무선 주파수 신호와 상기 제2 무선 주파수 신호를 결합시키는 단계와,

상기 지연된 일부를 이용하여 상기 코히어런트 광의 제2 소스로부터 상기 코히어런트 광의 위상을 광 변조하는 단계

를 더 포함하는 광 신호를 송신하는 방법.
제32항에 있어서,

상기 제2 무선 주파수 신호는 직교 진폭 변조 신호인 광 신호를 송신하는 방법.
광 송신기로서,

코히어런트 광의 복수의 소스들과,

제1 무선 주파수 신호를 수신하도록 적응되고, 상기 코히어런트 광의 소스들 각각을 구동하도록 결합되는 제1 입력 단자와,

상기 코히어런트 광의 소스들 각각과 연관되고, 부가적인 각 무선 주파수 신호 - 각각이 서로 상이한 정보 컨텐츠를 가짐 - 를 수신하도록 각각 적응되고, 상기 부가적인 각 무선 주파수 신호로 상기 연관된 코히어런트 광의 소스를 구동하도록 결합되는 부가 입력 단자와,

상기 코히어런트 광의 소스 각각에 결합되는 광 멀티플렉서와,

상기 광 멀티플렉서로부터 출력되는 광의 위상을 변조하도록 결합되는 광 변조기와,

상기 제1 무선 주파수 신호의 일부를 수신하여, 상기 광 변조기에 의해 인가되는 위상 지연을 제어하도록 결합되는 지연 회로

를 포함하는 광 송신기.