KR102198845B1

KR102198845B1 - Long-reach optical transmitter

Info

Publication number: KR102198845B1
Application number: KR1020190146488A
Authority: KR
Inventors: 나기운
Original assignee: 주식회사 모랑스
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-01-05

Abstract

According to the present invention, a long-distance optical transmitter includes: a directly modulated laser (DML) having an adiabatic chirping phenomenon; a variable optical filter provided at a rear end of the DML, and configured to move a transmission band and a reflection band; a first optical splitter (SP1) interposed between the DML and the variable optical filter to transmit a part of light reflected from the variable optical filter to a first optical detector (PD1); a second optical splitter (SP2) provided at a rear end of the variable optical filter to transmit a part of light passing through the variable optical filter to a second optical detector (PD2); and a controller for controlling positions of the transmission band and the reflection band of the variable optical filter by using light intensity measured by using the first optical detector (PD1) and the second optical detector (PD2). Accordingly, optical filter edge alignment is implemented simply and efficiently.

Description

Long-reach optical transmitter

본 발명은 고속으로 장거리 광전송이 가능한 광전송기에 관한 것이다.The present invention relates to an optical transmitter capable of long-distance optical transmission at high speed.

정보통신의 발달은 정보를 전달하는 광통신 기술에 크게 의존하고 있다. 광 통신은 전기신호를 광신호로 바꾸어서 광선로를 통해 데이터를 주고 받는 기술이다. 정보통신 시대의 시작 이래, 전송해야 할 데이터의 양은 나날이 급증하기 때문에, 더 많은 데이터를, 더 멀리 보내는 기술 개발은 계속 진행 중이다.The development of information and communication relies heavily on optical communication technology to transmit information. Optical communication is a technology that exchanges data through an optical path by converting electrical signals into optical signals. Since the beginning of the information and communication era, the amount of data to be transmitted has increased rapidly day by day, so the development of technology to send more data and further away is ongoing.

불과 몇 년전 까지만 해도 1Gbps급 이더넷이 대세였지만, 지금은 10Gbps급 전송속도가 일반화되었다. 또한 최근에는 무선통신이 4G에서 5G로 발전함에 따라 무선통신 영역에서 25Gbps 또는 40Gbps 급의 광인터페이스가 요구되고 있다.Until only a few years ago, 1Gbps-class Ethernet was the mainstream, but now 10Gbps-class transmission speeds have become common. In addition, as wireless communication is developed from 4G to 5G in recent years, an optical interface of 25 Gbps or 40 Gbps is required in the wireless communication area.

이렇게 시장에서 요구하는 광전송 속도가 높아짐에 따라 과거에는 문제가 없었던 기술들을 더 이상 그대로 적용할 수 없는 지경에 이르렀으며 새로운 방식의 기술 개발이 필요하게 되었다.As the optical transmission speed demanded by the market has increased, technologies that had no problems in the past can no longer be applied as they are, and a new method of technology development is required.

단위 시간당 더 많은 데이터를 더 멀리 보내기 위해서는 전기신호를 광신호로 바꾸어 주는 레이저 송신기의 성능이 매우 중요하다. 레이저의 성능을 나타내는 척도 중 하나는 선폭(linewidth)이다. 선폭이란, 레이저 출력 광이 얼마나 단색에 가까운가를 나타내며, 선폭은 레이저 송신기의 전송속도에 큰 영향을 준다.In order to send more data per unit time, the performance of a laser transmitter that converts electrical signals into optical signals is very important. One of the measures of laser performance is linewidth. The line width indicates how close the laser output light is to a single color, and the line width has a great influence on the transmission speed of the laser transmitter.

도 1은 선폭의 차이가 있는 두 레이저 송신기에서 출력된 광신호가 광선로를 따라 전송되었을 때 광신호 모양이 어떻게 변하는지를 도시한 것이다.1 shows how the shape of an optical signal changes when an optical signal output from two laser transmitters having a difference in line width is transmitted along an optical path.

도시된 바와 같이, 선폭이 넓은 레이저 송신모듈 A는 선폭이 좁은 레이저 송신모듈 B와 비교할 때, 광선로 전송 후에 광신호의 모양이 크게 퍼지는 현상을 보여준다. 이렇게 광신호가 광선로를 따라 진행할 때 광신호의 원래 모양이 유지되지 못하고 퍼지는 현상을 분산(dispersion)이라고 하는데, 이 현상은 레이저 송신기의 선폭이 클수록 커진다.As shown, the laser transmission module A having a wide line width shows a phenomenon in which the shape of the optical signal is greatly spread after transmission through an optical path as compared to the laser transmission module B having a narrow line width. When the optical signal travels along the optical path, the phenomenon that the original shape of the optical signal is not maintained and spreads is called dispersion. This phenomenon increases as the line width of the laser transmitter increases.

도 2는 분산효과에 의하여 광통신에서 오류가 발생하는 과정을 보여준다.2 shows a process in which an error occurs in optical communication due to a dispersion effect.

분산효과에 의하여 광신호의 폭이 커지게 되면, 인접한 광신호와 겹치게 되기 때문에 도시된 바와 같이 데이터 '0'이 '1'로 잘못 판단될 수도 있다.When the width of the optical signal increases due to the dispersion effect, the data '0' may be erroneously determined as '1' as shown, because it overlaps with the adjacent optical signal.

이렇게 분산효과는 광통신에 나쁜 영향을 주는데, 이것을 완화하기 위해 제시된 방법 중 하나가, Yasuhiro Matsui 등이 제안한 처핑 관리 직접 변조 레이저 (CML; Chirp-Managed Directly Modulated Laser) 기술이다.In this way, the dispersion effect has a bad effect on optical communication. One of the suggested methods to mitigate this is the Chirp-Managed Directly Modulated Laser (CML) technology proposed by Yasuhiro Matsui et al.

레이저 다이오드에 전기신호가 가해지면 전기신호의 세기에 따라 레이저 다이오드 매질의 굴절율이 바뀌는데, 이것 때문에 레이저에서 나오는 빛의 파장도 달라진다. 이렇게 파장이 달라지는 현상을 처핑(Chirping)이라고 하며, 처핑은 레이저 송신기의 선폭이 넓어지는 결과로 귀결된다.When an electric signal is applied to the laser diode, the refractive index of the laser diode medium changes according to the intensity of the electric signal, and because of this, the wavelength of light emitted from the laser also changes. This change in wavelength is called chirping, and chirping results in a wider line width of the laser transmitter.

CML에서는 다중 공진 필터(Multi-Cavity Periodic Filter)를 사용하여 데이터 '0'인 광신호 파장 성분과 데이터 '1'인 광신호 파장 성분 중에서 데이터 '0'인 광신호 파장 성분을 제거하거나 대폭 줄여서 광신호의 선폭을 줄이는 방식이다. 광신호의 선폭이 줄어들게 되면, 앞서 기술한 바와 같이 분산효과가 적어져서 더 많은 데이터를 더 멀리 전송할 수 있다.In CML, a multi-cavity periodic filter is used to remove or drastically reduce the optical signal wavelength component of data '0' among the optical signal wavelength component of data '0' and the optical signal wavelength component of data '1'. This is a method of reducing the line width of the signal. If the line width of the optical signal decreases, the dispersion effect decreases as described above, so that more data can be transmitted further.

CML에서 제시한 방법을 사용하면 실제로 분산효과를 많이 줄일 수 있다. 하지만, 광신호의 전체 파장 스펙트럼이 다중 공진 필터의 에지(edge)에 정밀하게 정렬되어야 하며, 정밀하게 정렬되지 않으면 전체 성능 품질이 많이 떨어지는 문제가 있다.Using the method suggested by CML can actually reduce the dispersion effect a lot. However, the entire wavelength spectrum of the optical signal must be precisely aligned to the edge of the multiple resonant filter, and if not precisely aligned, there is a problem that the overall performance quality is greatly degraded.

광전송기는 실험실이나 실내가 아닌 야외 환경에서 운용될 수도 있는 데, 환경 온도가 끊임없이 변하는 외부 환경에선, 레이저 다이오드 자체 특성 뿐만 아니라, 광필터의 특성도 동시에 변하기 때문에 이들 간에 정확한 스펙트럼 정렬이 지속적으로 필요하다.The optical transmitter may be operated in an outdoor environment rather than in a laboratory or indoors.In an external environment where the environmental temperature constantly changes, not only the characteristics of the laser diode itself but also the characteristics of the optical filter change at the same time, so accurate spectral alignment between them is constantly required. .

그리고, CML 방식의 광전송기를 오랜 시간 사용했을 때 레이저 다이오드 또는 광필터의 노후화로 인해 특성이 지속적으로 변화하며 이러한 특성 변화에도 대응해야 한다. 또한, 광신호의 변조 속도가 올라갈수록 광필터 에지에서 필터 경사도는 매우 급격해야 하기 때문에 고속 광신호 응용에선 정렬이 매우 정확해야 한다.In addition, when the CML type optical transmitter is used for a long time, the characteristics of the laser diode or the optical filter continuously change due to the aging of the optical filter, and such characteristics must be responded to. In addition, as the modulation speed of the optical signal increases, the slope of the filter at the edge of the optical filter should be very rapid, and thus the alignment should be very accurate in high-speed optical signal applications.

그런데, Yasuhiro Matsui 등이 제안한 CML 기술과 그 이후 제안된 CML 기술에서의 제어 방식(이하, '종래 CML의 제어 방식'이라 한다)에 따라 광신호를 광필터에 정렬하려면 여러 가지 문제점이 발생한다.However, according to the CML technology proposed by Yasuhiro Matsui et al. and the control method in the CML technology proposed thereafter (hereinafter, referred to as “conventional CML control method”), various problems arise in order to align the optical signal to the optical filter.

(1) 일부 종래 CML의 제어 방식에서는 설계단계 또는 생산단계에서의 정렬만이 가능하며 따라서 상기한 환경변화 및 노후화 등에 대응할 수 없는 문제점이 있다. 한편, 다른 종래의 제어방식에서는 시스템상 제어는 가능하지만 아래와 같은 문제점이 여전히 있다.(1) In some conventional CML control methods, only alignment in the design stage or production stage is possible, and thus, there is a problem in that it cannot cope with the above-described environmental change and aging. Meanwhile, in other conventional control methods, system control is possible, but there are still the following problems.

(2) 일부 종래 CML의 제어 방식은 잘못된 에지에 정렬될 수 있는 문제점을 가진다. 예를 들면, 도 3(a)와 같이 정렬되어야 광전송기가 정상 상태에서 작동할 것이지만, 도 3(b) 및 도 (c)와 같이 비정상적으로 정렬될 수 있으며 이에 따라 광전송기가 제대로 동작하지 못하거나 비효율적으로 동작하게 된다. 일부 종래 CML의 제어 방식은 반사되는 광신호 성분의 세기를 측정하고 반사율이 최대가 되는 지점을 맞추는 제어 방식을 취하고 있는 데, 상기한 오정렬의 가능성이 있는 문제가 있다.(2) Some conventional CML control methods have a problem in that they may be aligned on an incorrect edge. For example, the optical transmitter must be aligned as shown in FIG. 3(a) to operate in a normal state, but it may be abnormally aligned as shown in FIGS. 3(b) and (c), and accordingly, the optical transmitter may not operate properly or be inefficient. Will work. Some conventional control methods of CML take a control method of measuring the intensity of a reflected optical signal component and matching the point at which the reflectance becomes maximum, and there is a problem with the possibility of the misalignment described above.

(3) 또한, 광신호의 전송속도가 10Gbps에서 25Gbps, 40Gbps로 올라감에 따라서 레이저 다이오드의 정적 처핑(adiabatic chirping)에 더하여 데이터에 의한 스펙트럼이 중첩되기 때문에 단순히 광필터의 에지에 정렬하는 것만으로 최적의 성능을 얻을 수가 없는 문제가 있다.(3) In addition, as the transmission speed of the optical signal increases from 10 Gbps to 25 Gbps, 40 Gbps, the spectrum by the data is superimposed in addition to the static chirping of the laser diode, so it is optimal to simply align it to the edge of the optical filter. There is a problem that you cannot get the performance of.

도 4는 데이터 전송 속도에 따른 스펙트럼 차이를 보여주는 도면이다. 10Gbps 변조에서 40Gbps 변조로 바뀌는 등 데이터 전송 속도가 올라갈수록 데이터 '0'과 '1'의 데이터 스펙트럼이 서로 양쪽으로 침투하게 된다. 이런 상황에서는 종래 CML의 제어 방식으로 스펙트럼을 광필터 에지에 정렬하는 것이 매우 어렵다.4 is a diagram showing a spectrum difference according to a data transmission rate. As the data transmission speed increases, such as changing from 10Gbps modulation to 40Gbps modulation, the data spectrum of data '0' and '1' penetrates into each other. In this situation, it is very difficult to align the spectrum to the edge of the optical filter using the conventional CML control method.

(4) 또한, 광전송기는 주로 작은 폼펙터를 요구하므로 정밀 제어를 위하여 사이즈가 큰 부품을 새롭게 추가하거나, 연산을 위하여 높은 프로세싱 파워를 가진 프로세서를 추가하여서는 안되는 한계도 있다.(4) In addition, since optical transmitters mainly require a small form factor, there is a limitation in not adding a new large-sized component for precise control or adding a processor with high processing power for calculation.

이와 같이, 10Gbps를 비롯하여 그보다 더 높은 속도의 광통신 시스템에서 환경 변화 및 노후화에 대응할 수 있으며 높은 정밀도로 스펙트럼을 광필터 에지에 정렬하되, 매우 간단하고 효율적으로 구현할 수 있는 기술이 필요하다.As described above, there is a need for a technology that can cope with environmental changes and aging in an optical communication system having a higher speed including 10 Gbps, and aligns the spectrum with the optical filter edge with high precision, but can implement it very simply and efficiently.

이상 종래 기술의 문제점 및 과제에 대하여 설명하였으나, 이러한 문제점 및 과제에 대한 인식은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것은 아니다.Although the problems and problems of the prior art have been described above, recognition of these problems and problems is not obvious to those of ordinary skill in the art.

본 발명은 환경 변화 및 노후화에 대응할 수 있으며 높은 정밀도로 스펙트럼을 광필터 에지에 정렬할 수 있는 장거리 광전송기를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a long-distance optical transmitter capable of coping with environmental changes and aging and capable of aligning a spectrum with an optical filter edge with high precision.

또한, 본 발명은 오정렬의 위험 없이 높은 정밀도로 스펙트럼을 광필터 에지에 정렬할 수 있는 장거리 광전송기를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a long-distance optical transmitter capable of aligning a spectrum to an optical filter edge with high precision without the risk of misalignment.

또한, 본 발명은 보다 간단하고 효율적으로 광필터 에지 정렬을 구현할 수 있는 장거리 광전송기를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a long-distance optical transmitter capable of implementing optical filter edge alignment more simply and efficiently.

본 발명의 일 양상에 따른 장거리 광전송기는, 정적 처핑(Adiabatic Chirping) 현상을 가지는 DML(Directly Modulated Laser); 상기 DML의 후단에 구성되며 투과대역 및 반사대역을 이동시킬 수 있는 가변 광필터; 상기 DML 및 상기 가변 광필터의 사이에 개재되어 상기 가변 광필터에서 반사되는 광의 일부를 제 1 광검파기(PD1)로 전달하는 제 1 광분배기(SP1); 상기 가변 광필터의 후단에 구성되어 상기 가변 광필터를 투과하는 광의 일부를 제 2 광검파기(PD2)로 전달하는 제 2 광분배기(SP2); 상기 제 1 광검파기(PD1) 및 상기 제 2 광검파기(PD2)를 이용하여 측정한 광세기를 이용하여 상기 가변 광필터의 투과대역 및 반사대역의 위치를 제어하는 제어기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A long-distance optical transmitter according to an aspect of the present invention includes a Directly Modulated Laser (DML) having a static chirping phenomenon; A variable optical filter configured at a rear end of the DML and capable of moving a transmission band and a reflection band; A first optical splitter (SP1) interposed between the DML and the variable optical filter to transmit a part of the light reflected from the variable optical filter to a first optical detector (PD1); A second optical splitter (SP2) configured at a rear end of the variable optical filter and transmitting a part of the light passing through the variable optical filter to a second optical detector (PD2); A controller for controlling the positions of the transmission and reflection bands of the variable optical filter using the light intensity measured using the first photodetector PD1 and the second photodetector PD2. It is characterized.

상기한 장거리 광전송기에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제 2 광검파기(PD2)에 의해 측정한 광의 세기를 상기 제 1 광검파기(PD1)에 의해 측정한 광의 세기로 나눈 결과를 출력하는 제산기;를 포함하여 구성될 수 있다.In the above-described long-distance optical transmitter, the controller includes: a divider for outputting a result of dividing the intensity of light measured by the second photodetector PD2 by the intensity of light measured by the first photodetector PD1; It can be configured to include.

상기한 장거리 광전송기에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제산기의 출력이 설정된 기준값을 유지하는 방향으로 상기 가변 광필터의 투과대역 및 반사대역를 제어할 수 있다.In the above-described long-distance optical transmitter, the controller may control the transmission band and the reflection band of the variable optical filter in a direction in which the output of the divider maintains a set reference value.

상기한 장거리 광전송기에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제산기의 출력과 설정되는 기준값을 비교한 오차신호를 발생시키는 제 1 차동증폭기;를 더 포함하여 구성되며, 상기 제 1 차동증폭기의 오차신호로써 상기 가변 광필터를 제어할 수 있다.하는,In the above-described long-distance optical transmitter, the controller further comprises a first differential amplifier for generating an error signal obtained by comparing the output of the divider with a set reference value, and the error signal of the first differential amplifier The variable optical filter can be controlled.

상기한 장거리 광전송기에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제 2 광검파기(PD2)에 의해 측정한 광의 세기와 상기 제 1 광검파기(PD1)에 의해 측정한 광의 세기를 더하는 가산기; 상기 가산기의 출력과 설정되는 기준값을 비교한 오차신호를 발생시키는 제 2 차동증폭기;를 더 포함하여 구성되며, 상기 제 2 차동증폭기의 오차신호로써 상기 DML의 출력 광세기를 제어하는 피드백 루프를 형성할 수 있다.In the above-described long-distance optical transmitter, the controller includes: an adder for adding the intensity of light measured by the second photodetector PD2 and the intensity of light measured by the first photodetector PD1; A second differential amplifier for generating an error signal obtained by comparing the output of the adder with a set reference value, and forming a feedback loop for controlling the output light intensity of the DML as an error signal of the second differential amplifier. can do.

본 발명에 따른 장거리 광전송기는, 환경 변화 및 노후화에 대응할 수 있고 높은 정밀도로 스펙트럼을 광필터 에지에 정렬할 수 있으며, 오정렬의 위험 없고 보다 간단하고 효율적으로 광필터 에지 정렬을 구현할 수 있는 효과가 있다.The long-distance optical transmitter according to the present invention can cope with environmental changes and aging, can align the spectrum with the optical filter edge with high precision, and can implement optical filter edge alignment more simply and efficiently without risk of misalignment. .

본 발명에 따른 장거리 광전송기는 CML 효과를 직접적으로 측정하여 가변 광필터를 제어하는 피드백 루프를 가지므로 생산과정이 편하고 동작과정에서 발생하는 여러가지 열화현상을 최대한 막을 수 있다. 또한, 온도편차가 심한 야외 통신장비에 사용될 경우, 레이저 파장이 변하더라도 CML 피드백 루프로 인하여, 가변 광필터가 자동으로 레이저 파장을 추적하기 때문에 성능저하가 발생하지 않는다. 즉, 종래 방식은 파장 분할 다중시스템에 사용되지 않더라도 레이저 파장을 일정하게 유지해야 했는데, 본 발명의 방식에서는 그럴 필요가 전혀 없어서 펠티어 쿨러가 필요없다.Since the long-distance optical transmitter according to the present invention has a feedback loop for controlling the variable optical filter by directly measuring the CML effect, the production process is convenient and various deterioration phenomena occurring in the operation process can be prevented as much as possible. In addition, when used in outdoor communication equipment with severe temperature deviation, performance degradation does not occur because the tunable optical filter automatically tracks the laser wavelength due to the CML feedback loop even if the laser wavelength changes. That is, the conventional method has to keep the laser wavelength constant even if it is not used in the wavelength division multiplexing system, but in the method of the present invention, there is no need at all, so a Peltier cooler is not required.

그러면서도, 본 발명에 따른 장거리 광전송기는, 광필터의 에지가 급격한 경사를 가지는 경우에도 레이저 파장을 정밀하게 자동 정렬하는 것이 용이하며, 이를 위하여 소요되는 하드웨어의 추가와 비용이 최소화되므로 저비용으로 구현가능하고 광전송기의 크기 증가가 미미하다.Yet, the long-distance optical transmitter according to the present invention is easy to precisely align the laser wavelength even when the edge of the optical filter has a sharp inclination, and it is possible to implement at low cost because the addition and cost of hardware required for this is minimized. The increase in the size of the optical transmitter is insignificant.

10Gbps 이상의 속도에서, 레이저 다이오드의 정적 처핑과 데이터 대역폭이 서로 상당부분 겹쳐짐으로 인해 광필터에 광신호 스펙트럼을 정렬하기 어려운 문제가 있고, 특히 오정렬의 위험도 있는 데, 본 발명에 따른 장거리 광전송기는, 급격한 경사도를 갖는 광필터에서도 이와 같은 문제(위험)을 극복하여 정확히 정렬하는 것이 가능한 장점이 있다.At a speed of 10 Gbps or higher, there is a problem in that it is difficult to align the optical signal spectrum in the optical filter due to the large amount of overlapping of the static chirping and data bandwidth of the laser diode, and there is also a risk of misalignment in particular. Even in an optical filter having a steep inclination, there is an advantage in that it is possible to accurately align by overcoming such a problem (danger).

또한, 본 발명에 따른 장거리 광전송기는, 실제 동작과정에서 발생하는 여러가지 문제에 의해서 품질이 저하될 가능성을 방지하고 항상 최적의 품질을 낼 수 있게 한다.In addition, the long-distance optical transmitter according to the present invention prevents the possibility of quality deterioration due to various problems occurring in an actual operation process, and always enables optimal quality.

도 1은 선폭의 차이가 있는 두 레이저 송신기에서 출력된 광신호가 광선로를 따라 전송되었을 때 광신호 모양이 어떻게 변하는지를 도시한 것이다.
도 2는 분산효과에 의하여 광통신에서 오류가 발생하는 과정을 보여준다.
도 3은 광신호 정렬에서의 오동작 가능성을 보여주는 도면이다.
도 4는 데이터 전송 속도에 따른 스펙트럼 차이를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 광 전송기의 구조를 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능 중심으로 도시된 제어기의 기능 블럭도이다.
도 7은 히터열에 따른 폴리머 격자 도파로의 필터 특성을 도시한 도면이다.
도 8은 저속/고속 광전송기에서 광필터 특성 및 파장 정렬을 비교한 그래프이다.1 shows how the shape of an optical signal changes when an optical signal output from two laser transmitters having a difference in line width is transmitted along an optical path.
2 shows a process in which an error occurs in optical communication due to a dispersion effect.
3 is a diagram showing a possibility of malfunction in optical signal alignment.
4 is a diagram showing a spectrum difference according to a data transmission rate.
5 is a block diagram showing the structure of a long-distance optical transmitter according to an embodiment of the present invention.
6 is a functional block diagram of a controller shown centering on functions according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing filter characteristics of a polymer grid waveguide according to a heater row.
8 is a graph comparing optical filter characteristics and wavelength alignment in a low-speed/high-speed optical transmitter.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 명칭 및 도면 부호를 사용한다.Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar names and reference numerals are used for similar parts throughout the specification.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 광 전송기의 구조를 도시한 블럭도이다.5 is a block diagram showing the structure of a long-distance optical transmitter according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 광 전송기는 드라이버, DML(Directly Modulated Laser), 가변 광필터, 제 1 광검파기(PD1), 제 1 광분배기(SP1), 제 2 광검파기(PD2), 제 2 광분배기(SP2) 및 제어기를 포함하여 구성된다.The long-distance optical transmitter according to an embodiment of the present invention includes a driver, a directly modulated laser (DML), a variable optical filter, a first optical detector PD1, a first optical splitter SP1, a second optical detector PD2, and a second optical transmitter. It consists of an optical splitter (SP2) and a controller.

드라이버는 DML에 바이어스 전류와 데이터 신호전류를 공급하며, DML(Directly Modulated Laser)(경우에 따라 '드라이버'까지 포함한 것을 'DML'이라고도 한다)은 정적 처핑(Adiabatic Chirping) 현상을 가지는 레이저 다이오드로서 드라이버에 의해 구동되는 바, 바이어스 전류와 데이터 신호전류를 공급받는다.The driver supplies bias current and data signal current to the DML, and DML (Directly Modulated Laser) (something that includes'driver' is also called'DML') is a laser diode with adiabatic chirping phenomenon. It is driven by a bias current and a data signal current.

가변 광필터는 DML의 후단에 구성되며 투과대역 및 반사대역을 이동시킬 수 있는, 즉 투과대역 및 반사대역의 중심파장을 이동시킬 수 있는 광필터로서, 파장가변 광필터라고도 한다.The tunable optical filter is configured at the rear end of the DML and is an optical filter capable of moving the transmission band and the reflection band, that is, the center wavelength of the transmission band and the reflection band, and is also called a tunable optical filter.

바람직하기로 본 발명에서 이용되는 가변 광필터는 단일의 반사대역을 가지거나 단일의 투과대역을 가진 광필터가 선호되며, 이러한 광필터에서 후술하는 제어 방식이 더욱 효과적으로 동작된다.Preferably, the variable optical filter used in the present invention is preferably an optical filter having a single reflection band or a single transmission band, and a control method described later in this optical filter is more effectively operated.

가변 광필터는 박막필터의 각도를 기계적으로 변화시켜서 구현하거나, 혹은 박막필터의 온도를 가변시켜 박막필터의 유효 공진 거리를 변화시켜서 구현할 수 있다. 또한, 선호되기로 브래그 격자 및 히터를 포함하여 구성되는 폴리머 파장가변 광필터일 수 있으며, 이러한 광필터는 폴리머 격자 도파로의 온도변화를 통해 파장 특성을 가변할 수 있다.The variable optical filter may be implemented by mechanically changing the angle of the thin film filter, or may be implemented by changing the effective resonance distance of the thin film filter by changing the temperature of the thin film filter. In addition, preferably, it may be a polymer wavelength tunable optical filter including a Bragg grating and a heater, and such an optical filter may change its wavelength characteristics through temperature change of the polymer grating waveguide.

도 7은 히터열에 따른 폴리머 격자 도파로의 필터 특성을 도시한 도면이다.7 is a diagram showing filter characteristics of a polymer grid waveguide according to a heater row.

도시된 바와 같이 폴리머는 외부에서 가해지는 열에 따라서 굴절율 변화가 매우 심하기 때문에 간단히 열을 가하는 것만으로 원하는 대역 및 중심파장의 이동을 달성할 수 있다. 파장 가변 특성의 편리성이 현재로선 폴리머 파장가변 광필터가 가장 좋기 때문에 예로 들었지만, 본 발명에서는 파장가변이 가능한 다양한 필터를 사용할 수 있다.As shown, since the refractive index of the polymer changes very severely according to heat applied from the outside, it is possible to achieve the shift of the desired band and center wavelength by simply applying heat. The convenience of the wavelength tunable characteristic is exemplified because the polymer tunable optical filter is currently the best, but various filters capable of tunable wavelength can be used in the present invention.

제 1 광분배기(SP1)는 DML 및 가변 광필터의 사이에 개재되어 가변 광필터에서 반사되는 광의 일부를 제 1 광검파기(PD1)로 전달하며, 제 1 광검파기(PD1)는 제 1 광분배기(SP1)에 의해서 전달되는 광을 센싱하여 제어기로 제공하는 포토 다이오드이다.The first optical splitter SP1 is interposed between the DML and the variable optical filter to deliver part of the light reflected from the variable optical filter to the first photodetector PD1, and the first photodetector PD1 is a first optical splitter. It is a photodiode that senses the light transmitted by (SP1) and provides it to the controller.

제 2 광분배기(SP2)는 가변 광필터의 후단에 구성되어 가변 광필터를 투과하여 광선로로 입사될 광의 일부를 제 2 광검파기(PD2)로 전달하며, 제 2 광검파기(PD2)는 제 2 광분배기(SP2)에 의해서 전달되는 광을 센싱하여 제어기로 제공하는 포토 다이오드이다.The second optical splitter SP2 is configured at the rear end of the variable optical filter and transmits a part of light to be incident into the optical path through the variable optical filter to the second optical detector PD2, and the second optical detector PD2 is It is a photodiode that senses the light transmitted by the optical splitter SP2 and provides it to the controller.

제어기는 광전송기의 전체 동작을 제어하는 역할을 담당하면서 본 발명을 구현하기 위한 기능도 추가적으로 구비한다. 제어기는 제 1 광검파기(PD1) 및 상기 제 2 광검파기(PD2)로부터 센싱한 광을 전기 신호로서 입력받으며, 제어기는 제 1 광검파기(PD1) 및 상기 제 2 광검파기(PD2)를 이용하여 측정한 광세기를 이용하여 가변 광필터의 투과대역 및 반사대역의 위치를 제어하며, 드라이버를 통해 DML의 출력 광세기를 제어한다.The controller is responsible for controlling the overall operation of the optical transmitter and additionally has a function for implementing the present invention. The controller receives the light sensed from the first photodetector PD1 and the second photodetector PD2 as an electrical signal, and the controller uses the first photodetector PD1 and the second photodetector PD2. The measured light intensity is used to control the positions of the transmission and reflection bands of the variable optical filter, and the output light intensity of the DML is controlled through the driver.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능 중심으로 도시된 제어기의 기능 블럭도이다.6 is a functional block diagram of a controller shown centering on functions according to an embodiment of the present invention.

제어기는 제산기(11), 가산기(12), 제 1 차동증폭기(DA1) 및 제 2 차동증폭기(DA2) 등을 포함하며 이러한 구성요소들은 아날로그 회로, 또는 ADC와 디지털 프로세싱이 가능한 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 요소로써 구현될 수도 있다.The controller includes a divider 11, an adder 12, a first differential amplifier (DA1) and a second differential amplifier (DA2), and these components include analog circuits, or microprocessors and microprocessors capable of digital processing with ADCs. It can also be implemented as an element such as a controller.

제산기(11)는 제 2 광검파기(PD2)에 의해 측정한 광의 세기를 제 1 광검파기(PD1)에 의해 측정한 광의 세기로 나눈 결과를 출력하여 이를 제 1 차동증폭기(DA1)의 한쪽 입력으로 제공한다.The divider 11 outputs the result of dividing the intensity of light measured by the second photodetector PD2 by the intensity of light measured by the first photodetector PD1, and outputs the result of the result of dividing the intensity of light measured by the first photodetector PD1, and this Provided by

제 1 차동증폭기(DA1)는 제산기(11)의 출력과 설정되는 기준값(Filter_ref)을 비교한 오차신호(I_cont_filter)를 발생시키며, 이러한 오차신호를 가변 광필터로 인가한다. 제어부는 제 1 차동증폭기(DA1)의 오차신호(I_cont_filter:e)로써 가변 광필터를 제어하되, 예를 들면 폴리머 파장가변 광필터에서 히터의 온도를 제어하여 투과대역 및 반사대역의 위치를 이동시킨다. 제어기에서는, 제산기(11)의 출력이 설정된 기준값(I_cont_filter)과 동일하게 되는 방향으로 가변 광필터의 투과대역 및 반사대역를 제어하며, 이에 따라 제산기(11)의 출력이 설정된 기준값(I_cont_filter)을 유지하도록 피드백 루프를 제어하게 된다.The first differential amplifier DA1 generates an error signal I_cont_filter obtained by comparing the output of the divider 11 with a set reference value Filter_ref, and applies the error signal to the variable optical filter. The control unit controls the variable optical filter with the error signal (I_cont_filter:e) of the first differential amplifier DA1, but moves the position of the transmission band and the reflection band by controlling the temperature of the heater in the polymer variable wavelength optical filter. . In the controller, the transmission band and the reflection band of the variable optical filter are controlled in a direction in which the output of the divider 11 is the same as the set reference value I_cont_filter, and accordingly, the output of the divider 11 is set to the reference value I_cont_filter. The feedback loop is controlled to maintain.

그리고 가산기(12)는 제 2 광검파기(PD2)에 의해 측정한 광세기와 제 1 광검파기(PD1)에 의해 측정한 광세기를 더하여 제 2 차동증폭기(DA2)의 한 쪽 입력으로 제공하며, 제 2 차동증폭기(DA2)는 가산기의 출력과 설정되는 기준값(Bias_ref)을 비교한 오차신호(I_cont_bias)를 발생시키며, 제 2 차동증폭기(DA2)의 오차신호(I_cont_bias:a)로써 DML의 출력 광세기를 제어하는 피드백 루프를 형성한다.In addition, the adder 12 adds the light intensity measured by the second photodetector PD2 and the light intensity measured by the first photodetector PD1 to provide one input of the second differential amplifier DA2, The second differential amplifier (DA2) generates an error signal (I_cont_bias) obtained by comparing the output of the adder and a set reference value (Bias_ref), and the output light of DML as the error signal (I_cont_bias:a) of the second differential amplifier (DA2). It forms a feedback loop that controls the intensity.

DML의 드라이버에 바이어스 전류(I_cont_bias)를 가하면 그것에 해당하는 전류를 드라이버가 DML에 인가하며, DML은 특정 파장에서 발진하여 그 파장의 광을 출력한다. CML 효과를 얻기 위해선 DML의 바이어스 전류를 문턱전류보다 높게 설정해 준다.When a bias current (I_cont_bias) is applied to the driver of the DML, the driver applies the corresponding current to the DML, and the DML oscillates at a specific wavelength and outputs light of that wavelength. To obtain the CML effect, the bias current of DML is set higher than the threshold current.

이러한 상황에서 드라이브를 통하여 데이터 신호에 따라서 변조신호를 DML에 가한다. 즉, '0'과 '1'의 조합으로 이루어진 디지털 전기신호를 DML에 가한다. 이때 가해지는 전류의 양에 따라 DML의 굴절율이 바뀌어서 DML(레이저 다이오드)에서 출력되는 광의 파장도 바뀐다.In this situation, a modulated signal is applied to the DML according to the data signal through the drive. That is, a digital electrical signal consisting of a combination of '0' and '1' is applied to the DML. At this time, the refractive index of the DML changes according to the amount of current applied, so the wavelength of the light output from the DML (laser diode) also changes.

이와 같이 정적처핑을 갖는 광출력은 가변 광필터로 입사되며, 입사된 광은 레이저 파장과 가변 광필터 대역의 정렬에 따라서 그 일부가 반대로 반사되고 반사된 광의 일부는 제 1 광분배기(SP1)에 의하여 제 1 광검파기(PD1)로 전달된다. 또한 광의 일부는 가변 광필터를 투과하는데 투과된 광의 일부는 광선로에 입사되기 전에 제 2 광분배기(SP2)에 의하여 제 2 광검파기(PD2)에 입사된다.As described above, the light output having static chirping is incident on the variable optical filter, and the incident light is partially reflected in the opposite direction according to the alignment of the laser wavelength and the variable optical filter band, and a part of the reflected light is transmitted to the first optical splitter SP1. By this, it is transmitted to the first photodetector PD1. In addition, some of the light passes through the variable optical filter, and some of the transmitted light is incident on the second photodetector PD2 by the second optical splitter SP2 before being incident on the optical path.

도 6과 같이 반사된 광의 세기와 투과된 광의 세기는 가산기(12)에 의해 합해지며, 제 2 차등증폭기(DA2)에서 이와 같이 합산된 값은 외부 셋팅값인 Bias_ref와 비교되어 오차신호(I_cont_bais)를 만들고 이것을 DML의 드라이버에 가하여 광세기를 항상 일정하게 하는 피드백루프를 형성한다.As shown in FIG. 6, the reflected light intensity and the transmitted light intensity are summed by the adder 12, and the summed value in the second differential amplifier DA2 is compared with the external setting Bias_ref, and an error signal (I_cont_bais). And apply it to the driver of DML to form a feedback loop that keeps the light intensity always constant.

한편, 제 1 광검파기(PD1)와 제 2 광검파기(PD2)에 의하여 측정된 반사 광세기 및 투과 광세기는 제산기(11)에 입력되어 외부 셋팅값인 Filter_ref와 비교되어 역시 오차신호(I_cont_filter)를 만들고 이 신호에 따라 가변 광필터의 특성을 가변하여 피드백 루프를 형성한다.On the other hand, the reflected light intensity and transmitted light intensity measured by the first photodetector PD1 and the second photodetector PD2 are input to the divider 11 and are compared with an external setting value of Filter_ref, and an error signal (I_cont_filter) ) And change the characteristics of the variable optical filter according to this signal to form a feedback loop.

본 발명에서는 광필터의 에지가 어떤 모양인지, 어느 파장에 위치하는지 알 필요가 없이, 피드백 루프가 자동으로 최적의 동작포인트를 찾아간다. 본 발명의 장점은 도 8에서 극명하게 볼 수 있다.In the present invention, the feedback loop automatically finds the optimum operation point without needing to know what shape the edge of the optical filter is or at which wavelength it is located. The advantages of the present invention can be clearly seen in FIG. 8.

도 8은 저속/고속 광전송기에서 광필터 특성 및 파장 정렬을 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing optical filter characteristics and wavelength alignment in a low-speed/high-speed optical transmitter.

10Gbps보다 높은 속도의 광송신기에서는 광필터의 반사 대역 및 투과 대역 사이의 경사도가 급해야 한다. 수신기에서 '0'과 '1'을 구별하는데 필요한 에너지는 속도와 무관하게 거의 동일하다. 즉, 신호검파시 오류를 야기하는 열잡음은 저속이든 고속이든 동일하다. 이는 고속신호로 갈수록 광필터의 기울기가 매우 날카로와야 함을 의미한다.In an optical transmitter with a speed higher than 10 Gbps, the gradient between the reflection band and the transmission band of the optical filter must be steep. The energy required to distinguish between '0' and '1' in the receiver is almost the same regardless of speed. That is, the thermal noise that causes an error in signal detection is the same whether it is at low speed or high speed. This means that as the high-speed signal goes, the slope of the optical filter must be very sharp.

기존 방식에서는 저속 광신호의 경우 광필터 에지 영역이 고속에 비하여 넓어서 그 부분에 레이저 다이오드의 파장을 정렬하기가 비교적 수월했다. 하지만 고속의 경우엔 도 8(b)에서 볼 수 있듯이 고속 광신호 필터는 경사가 급해야 하기 때문에 광필터의 에지 부분이 매우 협소하며, 따라서 이 부분에 DML의 파장을 정렬하기 어렵다. 하지만 본 발명에서는 상기한 구조로 인해서 매우 정확하게 에지 정렬이 가능하며, 이와 동시에 정렬을 위한 메커니즘과 구조가 매우 간단하고도 효율적이다.In the conventional method, in the case of a low-speed optical signal, the edge region of the optical filter is wider than that of the high-speed, so it is relatively easy to align the wavelength of the laser diode in that part. However, in the case of high speed, as shown in FIG. 8(b), since the high-speed optical signal filter must have a steep slope, the edge portion of the optical filter is very narrow, so it is difficult to align the wavelength of the DML in this portion. However, in the present invention, due to the above-described structure, edge alignment is possible very accurately, and at the same time, the mechanism and structure for alignment are very simple and efficient.

DML : Directly Modulated Laser SP1 : 제 1 광분배기
SP2 : 제 2 광분배기 PD1 : 제 1 광검파기
PD2 : 제 2 광검파기 DA1 : 제 1 차동증폭기
DA2 : 제 2 차동증폭기 11 : 제산기
12 : 가산기DML: Directly Modulated Laser SP1: 1st Optical Splitter
SP2: 2nd optical splitter PD1: 1st optical detector
PD2: second photodetector DA1: first differential amplifier
DA2: 2nd differential amplifier 11: Divider
12: adder

Claims

delete

Directly Modulated Laser (DML) having a diabatic chirping phenomenon;
A variable optical filter configured at a rear end of the DML and capable of moving a transmission band and a reflection band;
A first optical splitter (SP1) interposed between the DML and the variable optical filter to transmit a part of the light reflected from the variable optical filter to a first optical detector (PD1);
A second optical splitter (SP2) configured at a rear end of the variable optical filter and transmitting a part of the light passing through the variable optical filter to a second optical detector (PD2);
And a controller for controlling the positions of the transmission and reflection bands of the variable optical filter by using the light intensity measured using the first photodetector PD1 and the second photodetector PD2, and
The controller,
And a divider for outputting a result obtained by dividing the intensity of light measured by the second photodetector PD2 by the intensity of light measured by the first photodetector PD1.
Long-distance optical transmitter, characterized in that.

The method according to claim 2,
The controller,
Controlling the positions of the transmission band and the reflection band of the variable optical filter in a direction in which the output of the divider maintains a set reference value,
Long-distance optical transmitter, characterized in that.

The method according to claim 2,
The controller,
And a first differential amplifier for generating an error signal obtained by comparing the output of the divider with a set reference value,
Controlling the variable optical filter as an error signal of the first differential amplifier,
Long-distance optical transmitter, characterized in that.

The method of claim 4,
The controller,
An adder for adding the intensity of light measured by the second photodetector PD2 and the intensity of light measured by the first photodetector PD1;
And a second differential amplifier for generating an error signal obtained by comparing the output of the adder and a set reference value,
Forming a feedback loop for controlling the output light intensity of the DML as an error signal of the second differential amplifier,
Long-distance optical transmitter, characterized in that.