KR102557191B1 - Optical transmitter based on optical time division multiplexing - Google Patents
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Abstract
광 시분할 다중화 기반 광송신기가 개시된다. 광송신기는 일정한 펄스 주기를 갖는 광신호의 위상을 조절하는 가변 광신호 시간지연선로; 상기 위상이 조절된 광신호를 복수 채널의 광신호로 분배하여 출력하는 입력 커플러; 상기 분배된 복수 채널의 광신호들 각각을 전기신호를 이용하여 멀티레벨의 광신호로 광변조하는 광변조기; 상기 멀티레벨의 광신호로 광변조된 복수 채널의 광신호들 각각에 대해 미리 설정된 시간 지연을 수행하는 고정 광신호 시간지연선로; 상기 시간 지연이 수행된 복수 채널의 광신호들을 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 신호로 광다중화하는 출력 커플러; 및 상기 광다중화된 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 이용하여 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 위상을 일치시키는 집적회로를 포함할 수 있다.An optical time division multiplexing based optical transmitter is disclosed. The optical transmitter includes a variable optical signal time delay line for adjusting the phase of an optical signal having a constant pulse period; an input coupler for distributing and outputting the phase-adjusted optical signal into a plurality of optical signals; an optical modulator for optically modulating each of the optical signals of the plurality of channels into a multi-level optical signal using an electric signal; a fixed optical signal time delay line for performing a preset time delay on each of the optical signals of a plurality of channels optically modulated into the multi-level optical signals; an output coupler for optical multiplexing the time-delayed optical signals of the plurality of channels into optical time division multiplexing (OTDM) signals; and an integrated circuit for matching phases between an optical signal and an electrical signal input to the optical modulator by using a bit error rate (BER) for a portion of the optical multiplexed OTDM signal.
Description
본 발명은 광 시분할 다중화 기반 광송신기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 대역폭이 제한된 광송신기의 전송속도를 증가시킬 수 있는 멀티레벨 신호 변조 포맷 및 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 기술을 이용하면서 멀티레벨-OTDM 기반 광송신기의 복잡한 구조 및 운용의 문제점을 해결할 수 있는 구조 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical time-division multiplexing-based optical transmitter, and more particularly, to a structure and method capable of solving problems in the complex structure and operation of a multi-level-OTDM-based optical transmitter while using a multi-level signal modulation format and OTDM (Optical Time Division Multiplexing) technology capable of increasing the transmission speed of an optical transmitter having a limited bandwidth.
데이터센터 인터커넥트(Datacenter Interconnect, DCI)에 요구되는 대역폭이 폭발적으로 증가함에 따라 광인터커넥션 모듈에서 제공해야할 데이터 전송속도가 과거의 100Gb/s에서 400Gb/s로 증가하였다. IEEE 400GBASE 표준에서는 400Gb/s DCI를 달성하기 위해 4채널 멀티레벨 변복조 신호(Pulse Amplitude Modulation, PAM) 기반의 8채널×26Gbaud 또는 4채널×53Gbaud 전송방식을 제시하고 있다.As the bandwidth required for data center interconnect (DCI) explosively increases, the data transmission rate to be provided by the optical interconnection module has increased from 100Gb/s in the past to 400Gb/s. The IEEE 400GBASE standard suggests a 8-channel × 26 Gbaud or 4-channel × 53 Gbaud transmission method based on a 4-channel multi-level modulation and demodulation signal (Pulse Amplitude Modulation, PAM) to achieve 400 Gb/s DCI.
그러나, 지속적으로 증가하는 대역폭을 수용하기 위해서 차세대 DCI에서는 800Gb/s 또는 1.6Tb/s의 전송속도를 제공해주어야 한다. 광트랜시버에서 주로 활용되는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기술은 파장관리, 유지 및 제작비용의 문제로 인해 채널 수를 늘려 전송용량을 증가시키는데 한계가 있다. 통상적으로는 최대 8채널 정도로 제한되고 있으며, 이때 1.6Tb/s DCI를 위해서는 파장당 200Gb/s 전송속도가 보장되어야 한다.However, in order to accommodate the continuously increasing bandwidth, the next-generation DCI must provide a transmission rate of 800 Gb/s or 1.6 Tb/s. Wavelength division multiplexing (WDM) technology, which is mainly used in optical transceivers, has limitations in increasing transmission capacity by increasing the number of channels due to problems of wavelength management, maintenance, and manufacturing costs. Normally, it is limited to a maximum of 8 channels, and at this time, a transmission rate of 200 Gb/s per wavelength must be guaranteed for 1.6 Tb/s DCI.
또한, PSM(Parallel Single-mode fiber Multiplexing) 기술의 경우도 채널 수가 늘어나면 경제적 비용 부담이 증가하기 때문에 8채널 정도를 최대로 고려하고 있으며 WDM 기술과 마찬가지로 채널당 200Gb/s 전송속도가 요구되고 있다.In addition, in the case of Parallel Single-mode fiber multiplexing (PSM) technology, as the number of channels increases, the economic cost burden increases, so about 8 channels are considered as the maximum, and a transmission rate of 200 Gb/s per channel is required like the WDM technology.
이를 위한 200Gb/s PAM-4 변조방식 광소자는 100Gbaud에서 동작이 가능해야 한다. PAM 레벨을 4레벨에서 8레벨로 증가시킴에 따라 보 레이트(Baud-Rate)는 감소하지만, 요구되는 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 높아지게 되는 문제점이 있다. 또한 메트로 이상의 장거리 전송에 활용되고 있는 높은 스펙트럼 효율의 코히어런트 광전송 방식은 보 레이트를 감소시키면서 SNR 문제를 개선할 수 있으나, 높은 전력, 폼 팩터(Form factor) 및 비용의 문제로 DCI에서 도입하는데 어려움이 있다.For this purpose, the 200Gb/s PAM-4 modulation type optical device must be able to operate at 100Gbaud. As the PAM level increases from
한편, 200Gb/s PAM-4 신호로 동작이 가능한 광수신 소자로 저마늄(Germanium) 물질 기반의 광검출기가 있다. 이와 같은 저마늄 물질 기반의 광검출기는 3dB 대역폭이 이론적으로 80GHz 이상 가능하며 최근 실험적으로도 인덕티브 피킹(Inductive Peaking) 기술을 활용하여 달성한 80GHz 대역폭이 보고되었다. 또한 저마늄 물질 기반 광검출기는 실리콘 포토닉스 플랫폼에서 구현 가능하기 때문에 상용화 가능성도 높다.On the other hand, as an optical receiving device capable of operating with a 200 Gb/s PAM-4 signal, there is a photodetector based on a Germanium material. Such a photodetector based on a germanium material can theoretically have a 3 dB bandwidth of 80 GHz or more, and a recently experimentally reported bandwidth of 80 GHz achieved using inductive peaking technology. In addition, since a photodetector based on a germanium material can be implemented on a silicon photonics platform, commercialization is highly likely.
그러나 광송신 소자인 광변조기는 100Gbaud 동작을 위하여 70GHz 이상의 대역폭을 제공하는 적절한 솔루션을 찾는데 어려움이 있다. III-V 기반의 광변조기를 이용하면 고대역폭을 달성할 수 있으나 비용의 문제가 발생하고 CMOS 공정과 호환이 되지 않아 상용화가 어려운 문제가 있다. 또한, CMOS 공정과 호환 가능한 실리콘 포토닉스 기반 광변조기 역시 III-V 매질에 비해 낮은 광전 변환 효율로 인하여 70GHz 이상의 대역폭을 달성할 수 없는 문제점이 있다.However, it is difficult to find an appropriate solution for an optical modulator, which is an optical transmission device, to provide a bandwidth of 70 GHz or more for 100 Gbaud operation. A high bandwidth can be achieved by using an III-V based optical modulator, but it is expensive and incompatible with a CMOS process, making commercialization difficult. In addition, a silicon photonics-based light modulator compatible with a CMOS process also has a problem in that a bandwidth of 70 GHz or more cannot be achieved due to low photoelectric conversion efficiency compared to a III-V medium.
본 발명은 대역폭이 제한된 광송신기의 전송속도를 증가시킬 수 있는 멀티레벨 신호 변조 포맷 및 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 기술을 이용하면서 멀티레벨-OTDM 기반 광송신기의 복잡한 구조 및 운용의 문제점을 해결할 수 있는 광송신기의 구조 및 방법을 제공한다.The present invention provides a structure and method of an optical transmitter capable of solving the problems of complex structure and operation of a multilevel-OTDM based optical transmitter while using a multilevel signal modulation format and optical time division multiplexing (OTDM) technology capable of increasing the transmission speed of an optical transmitter having limited bandwidth.
보다 구체적으로 본 발명은 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Ratio, BER)을 이용하여 멀티레벨-OTDM 기반 광송신기에서 발생하는 광신호와 전기신호 사이의 시간 동기 문제를 해결하는 광송신기의 구조 및 방법을 제공한다.More specifically, the present invention provides a structure and method of an optical transmitter that solves the problem of time synchronization between an optical signal and an electrical signal generated in a multilevel-OTDM based optical transmitter using a Bit Error Ratio (BER) for a portion of an OTDM signal.
또한, 본 발명은 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Ratio, BER)을 이용하여 멀티레벨-OTDM 기반 광송신기에서 발생하는 OTDM 신호의 채널 간 불균일한 광파워 문제를 해결하는 광송신기의 구조 및 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a structure and method of an optical transmitter that solves the non-uniform optical power problem between channels of an OTDM signal generated in a multilevel-OTDM based optical transmitter by using a bit error ratio (BER) for a part of the OTDM signal.
본 발명의 일실시예에 따른 광송신기는 일정한 펄스 주기를 갖는 광신호의 위상을 조절하는 가변 광신호 시간지연선로; 상기 위상이 조절된 광신호를 복수 채널의 광신호로 분배하여 출력하는 입력 커플러; 상기 분배된 복수 채널의 광신호들 각각을 전기신호를 이용하여 멀티레벨의 광신호로 광변조하는 광변조기; 상기 멀티레벨의 광신호로 광변조된 복수 채널의 광신호들 각각에 대해 미리 설정된 시간 지연을 수행하는 고정 광신호 시간지연선로; 상기 시간 지연이 수행된 복수 채널의 광신호들을 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 신호로 광다중화하는 출력 커플러; 및 상기 광다중화된 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 이용하여 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 위상을 일치시키는 집적회로를 포함할 수 있다.An optical transmitter according to an embodiment of the present invention includes a variable optical signal time delay line for adjusting the phase of an optical signal having a constant pulse period; an input coupler for distributing and outputting the phase-adjusted optical signal into a plurality of optical signals; an optical modulator for optically modulating each of the optical signals of the plurality of channels into a multi-level optical signal using an electric signal; a fixed optical signal time delay line for performing a preset time delay on each of the optical signals of a plurality of channels optically modulated into the multi-level optical signal; an output coupler for optical multiplexing the time-delayed optical signals of the plurality of channels into optical time division multiplexing (OTDM) signals; and an integrated circuit for matching phases between an optical signal and an electrical signal input to the optical modulator by using a bit error rate (BER) for a portion of the optical multiplexed OTDM signal.
상기 집적회로는 상기 비트 오류율이 최소가 되도록 상기 가변 광신호 시간지연선로를 제어하여 상기 광신호의 시간 지연을 조절함으로써 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 위상을 일치시킬 수 있다.The integrated circuit may match phases between the optical signal and the electrical signal input to the optical modulator by controlling the time delay of the optical signal by controlling the variable optical signal time delay line to minimize the bit error rate.
상기 고정 광신호 시간지연선로는 상기 광변조기의 변조 속도 및 상기 OTDM 신호의 채널 수에 따라 상기 광변조된 광신호의 시간 지연 값이 결정될 수 있다.In the fixed optical signal time delay line, a time delay value of the optically modulated optical signal may be determined according to a modulation speed of the optical modulator and the number of channels of the OTDM signal.
상기 광변조기로 입력되는 전기신호에 대한 시간 지연을 수행하는 전기신호 시간지연선로를 더 포함할 수 있다.An electrical signal time delay line for performing a time delay on the electrical signal input to the light modulator may be further included.
상기 전기신호 시간지연선로가 제공하는 전기신호에 대한 시간 지연 값은 상기 고정 광신호 시간지연선로가 제공하는 광변조된 광신호에 제공하는 시간 지연 값과 동일할 수 있다.A time delay value for the electrical signal provided by the electrical signal time delay line may be the same as a time delay value provided to the light modulated optical signal provided by the fixed optical signal time delay line.
본 발명의 일실시예에 따른 광송신기는 일정한 펄스 주기를 갖는 광신호를 복수 채널의 광신호로 분배하여 출력하는 입력 커플러; 상기 분배된 복수 채널의 광신호들 각각에 대한 광파워 세기를 제어하는 광파워 제어기; 상기 광파워 제어기를 통해 출력되는 복수 채널의 광신호들 각각을 전기신호를 이용하여 멀티레벨의 광신호로 광변조하는 광변조기; 상기 멀티레벨의 광신호로 광변조된 복수 채널의 광신호들 각각에 대해 미리 설정된 시간 지연을 수행하는 고정 광신호 시간지연선로; 상기 시간 지연이 수행된 복수 채널의 광신호들을 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 신호로 광다중화하는 출력 커플러; 및 상기 광다중화된 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 이용하여 상기 OTDM 신호의 채널 간 광파워 세기를 균일화하는 집적회로를 포함할 수 있다.An optical transmitter according to an embodiment of the present invention includes an input coupler for distributing and outputting optical signals having a constant pulse period into optical signals of a plurality of channels; an optical power controller controlling an optical power intensity for each of the optical signals of the plurality of channels; an optical modulator for optically modulating each of the optical signals of a plurality of channels output through the optical power controller into multi-level optical signals using electric signals; a fixed optical signal time delay line for performing a preset time delay on each of the optical signals of a plurality of channels optically modulated into the multi-level optical signals; an output coupler for optical multiplexing the time-delayed optical signals of the plurality of channels into optical time division multiplexing (OTDM) signals; and an integrated circuit for equalizing optical power strength between channels of the OTDM signal by using a bit error rate (BER) for a portion of the optical multiplexed OTDM signal.
상기 광파워 제어기는 광파워 감쇄기 또는 광파워 증폭기일 수 있다.The optical power controller may be an optical power attenuator or an optical power amplifier.
상기 집적회로는 상기 비트 오류율이 최소가 되도록 상기 광파워 제어기를 제어하여 상기 광신호의 광파워 세기를 조절함으로써 상기 OTDM 신호의 채널 간 광파워 세기를 균일화 할 수 있다.The integrated circuit may equalize optical power between channels of the OTDM signal by controlling the optical power controller to minimize the bit error rate and adjust the optical power intensity of the optical signal.
상기 고정 광신호 시간지연선로는 상기 광변조기의 변조 속도 및 상기 OTDM 신호의 채널 수에 따라 상기 광변조된 광신호의 시간 지연 값이 결정될 수 있다.In the fixed optical signal time delay line, a time delay value of the optically modulated optical signal may be determined according to a modulation speed of the optical modulator and the number of channels of the OTDM signal.
상기 광변조기로 입력되는 전기신호에 대한 시간 지연을 수행하는 전기신호 시간지연선로를 더 포함할 수 있다.An electrical signal time delay line for performing a time delay on the electrical signal input to the light modulator may be further included.
상기 전기신호 시간지연선로가 제공하는 전기신호에 대한 시간 지연 값은 상기 고정 광신호 시간지연선로가 제공하는 광변조된 광신호에 제공하는 시간 지연 값과 동일할 수 있다.A time delay value for the electrical signal provided by the electrical signal time delay line may be the same as a time delay value provided to the light modulated optical signal provided by the fixed optical signal time delay line.
본 발명의 일실시예에 따른 광송신기는 일정한 펄스 주기를 갖는 광신호의 위상을 조절하는 가변 광신호 시간지연선로; (i)상기 위상이 조절된 광신호를 복수 채널의 광신호로 분배하여 출력하는 입력 커플러, (ii)상기 분배된 복수 채널의 광신호들 각각에 대한 광파워 세기를 제어하는 광파워 제어기, (iii)상기 광파워 세기가 제어된 복수 채널의 광신호들 각각을 전기신호를 이용하여 멀티레벨의 광신호로 광변조하는 광변조기, (iv)상기 멀티레벨의 광신호로 광변조된 복수 채널의 광신호들 각각에 대해 미리 설정된 시간 지연을 수행하는 고정 광신호 시간지연선로 및 (v)상기 시간 지연이 수행된 복수 채널의 광신호들을 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 신호로 광다중화하는 출력 커플러가 집적된 PIC(Photonic Integrated Circuit) 칩; 및 상기 광다중화된 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 이용하여 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 시간 동기 문제 및 상기 OTDM 신호의 채널 간 불균일한 광파워 문제를 해결하기 위한 집적회로를 포함할 수 있다.An optical transmitter according to an embodiment of the present invention includes a variable optical signal time delay line for adjusting the phase of an optical signal having a constant pulse period; (i) an input coupler for distributing the phase-adjusted optical signal into optical signals of a plurality of channels and outputting the optical signal, (ii) an optical power controller for controlling the optical power intensity of each of the optical signals of the plurality of channels, (iii) an optical modulator for optically modulating each of the optical signals of the plurality of channels whose optical power intensity is controlled into a multi-level optical signal by using an electric signal, (iv) a fixture for performing a preset time delay on each of the optical signals of the plurality of channels optically modulated with the multi-level optical signal An optical signal time delay line and (v) a PIC (Photonic Integrated Circuit) chip integrated with an output coupler for optical multiplexing optical signals of a plurality of channels on which the time delay is performed into an OTDM (Optical Time Division Multiplexing) signal; and an integrated circuit for solving a time synchronization problem between an optical signal and an electrical signal input to the optical modulator and a non-uniform optical power problem between channels of the OTDM signal by using a bit error rate (BER) for a part of the optical multiplexed OTDM signal.
상기 PIC 칩에 집적된 고정 광신호 시간지연선로는 길이가 조정된 나선형의 실리콘 광도파로로 형성될 수 있다.The fixed optical signal time delay line integrated in the PIC chip may be formed of a spiral silicon optical waveguide whose length is adjusted.
상기 PIC 칩은 상기 광변조기로 입력되는 전기신호에 대한 시간 지연을 수행하는 전기신호 시간지연선로가 더 포함되고, 상기 전기신호 시간지연선로는 길이가 조정된 금속전극으로 형성될 수 있다.The PIC chip further includes an electrical signal time delay line for performing a time delay on the electrical signal input to the optical modulator, and the electrical signal time delay line may be formed of a metal electrode whose length is adjusted.
상기 가변 광신호 시간지연선로는 직렬로 연결된 복수의 마이크로 링 공진기(Micro Ring Resonator, MRR)로 형성될 수 있다.The variable optical signal time delay line may be formed of a plurality of micro ring resonators (MRRs) connected in series.
상기 마이크로 링 공진기는 상기 PIC 칩에 집적될 수 있다.The micro ring resonator may be integrated into the PIC chip.
상기 집적회로는 상기 비트 오류율이 최소가 되도록 상기 가변 광신호 시간지연선로를 제어하여 상기 광신호의 시간 지연을 조절함으로써 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 위상을 일치시킬 수 있다.The integrated circuit may match phases between the optical signal and the electrical signal input to the optical modulator by controlling the time delay of the optical signal by controlling the variable optical signal time delay line to minimize the bit error rate.
상기 집적회로는 상기 비트 오류율이 최소가 되도록 상기 광파워 제어기를 제어하여 상기 광신호의 광파워 세기를 조절함으로써 상기 OTDM 신호의 채널 간 광파워 세기를 균일화 할 수 있다.The integrated circuit may equalize optical power between channels of the OTDM signal by controlling the optical power controller to minimize the bit error rate and adjust the optical power intensity of the optical signal.
본 발명은 대역폭이 제한된 광송신기의 전송속도를 증가시킬 수 있는 멀티레벨 신호 변조 포맷 및 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 기술을 이용하면서 멀티레벨-OTDM 기반 광송신기의 복잡한 구조 및 운용의 문제점을 해결할 수 있는 광송신기의 구조 및 방법을 제공할 수 있다.The present invention uses a multilevel signal modulation format and optical time division multiplexing (OTDM) technology capable of increasing the transmission speed of an optical transmitter with limited bandwidth, and solves the problems of complex structure and operation of a multilevel-OTDM based optical transmitter. It can provide a structure and method of an optical transmitter.
보다 구체적으로 본 발명은 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Ratio, BER)을 이용하여 멀티레벨-OTDM 기반 광송신기에서 발생하는 광신호와 전기신호 사이의 시간 동기 문제를 해결하는 광송신기의 구조 및 방법을 제공할 수 있다.More specifically, the present invention uses a bit error ratio (BER) for a part of an OTDM signal to solve the problem of time synchronization between an optical signal and an electrical signal generated in a multilevel-OTDM based optical transmitter. It can provide a structure and method.
또한, 본 발명은 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Ratio, BER)을 이용하여 멀티레벨-OTDM 기반 광송신기에서 발생하는 OTDM 신호의 채널 간 불균일한 광파워 문제를 해결하는 광송신기의 구조 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention uses the Bit Error Ratio (BER) for a part of the OTDM signal to solve the problem of non-uniform optical power between channels of an OTDM signal generated in a multilevel-OTDM based optical transmitter. It can provide a structure and method.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 OTDM 신호의 시간 할당의 예를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 PAM-4 OTDM 신호의 임계값 레벨 설정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기신호 시간지연선로를 통해 광변조 성능을 극대화하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 출력 커플러의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 가변 광신호 시간지연선로의 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a first embodiment of the present invention.
2a and 2b are diagrams showing examples of time allocation of OTDM signals according to the first embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams illustrating threshold level settings of a PAM-4 OTDM signal according to a first embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of maximizing light modulation performance through an electrical signal time delay line according to a first embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a second embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the structure of an output coupler according to a second embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a third embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a fourth embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a fifth embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing the structure of a variable optical signal time delay line according to a fifth embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a sixth embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 광송신기(100)는 4개의 OTDM 채널 수를 가질 수 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐 이에 한정되지 않고 다양한 OTDM 채널 수를 가질 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
구체적으로 광송신기(100)는 메인 보드(Main Board)에 펄스 광원(Pulsed Light Source, PLS)(110), 가변 광신호 시간지연선로(Tunable Optical Delay Line, TODL)(120), OTDM 기반 광송신기 코어(OTDM-TX Core)(130) 및 집적회로(140) 등이 배치될 수 있다. 이때, 집적회로(140)는 응용 프로그램 특정 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 칩일 수 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐 이에 한정되지 않고, 다양한 형태의 칩으로 구성될 수 있다.Specifically, in the
먼저, 펄스 광원(110)은 일정한 펄스 주기(Tp)를 갖는 광펄스 트레인 형태의 광신호를 출력할 수 있으며, 출력된 광신호는 가변 광신호 시간지연선로(120)를 통해 OTDM 기반 광송신기 코어(130)로 입력될 수 있다. First, the
이때, OTDM 기반 광송신기 코어(130)를 통해 출력되는 OTDM 신호의 전송 용량은 다음과 같이 결정될 수 있다. 먼저, N채널 OTDM 신호의 각 채널 보 레이트(Baud-rate)를 B라고 가정하자. 이때, OTDM 신호의 각 채널이 Tp=1/B의 관계식을 가지고 멀티레벨 PAM-N 신호로 변조될 경우 각 채널당 데이터 전송 속도(Data-rate)는 B×log2N이 될 수 있다. 따라서, N 채널 OTDM 신호의 전송 용량은 N×B×log2N으로 결정될 수 있다.At this time, the transmission capacity of the OTDM signal output through the OTDM-based
한편, OTDM 기반 광송신기 코어(130)의 구체적인 동작은 다음과 같을 수 있다. 가변 광신호 시간지연선로(120)를 거쳐 입력된 광신호는 입력 커플러(131)에 의해 분배될 수 있다. 일례로, N채널의 OTDM 신호를 제공하는 OTDM 기반 광송신기 코어(130)은 1×N 광커플러가 배치되어 가변 광신호 시간지연선로(120)를 거쳐 입력된 광신호를 N채널의 광신호로 분배할 수 있다.Meanwhile, a specific operation of the OTDM-based
이와 같이 분배된 N채널의 광신호는 각각 광파워 제어기(132)를 거쳐 광변조기(133)로 입력될 수 있다. 광변조기(133)를 통해 광변조된 N채널의 광신호는 고정 광신호 시간지연선로(Fixed Optical Delay Line, FODL)(134)를 통해 각각 할당된 시간만큼 시간 지연(0×Ts, 1×Ts, 2×Ts, … ,(N-2)×Ts, (N-1)×Ts)이 수행될 수 있다. 이때, 시간 지연 값 Ts는 OTDM 신호의 채널 수(N)을 고려하여 Ts=Tp/N으로 결정될 수 있다.The N-channel optical signals thus distributed may be input to the
이후 시간 지연이 수행된 N채널의 광신호는 Nㅧ1 광커플러 형태의 출력 커플러(135)를 통해 OTDM 신호로 광다중화되어 광커플러(136)를 통해 광인터페이스로 출력될 수 있다. 이때, 효과적인 OTDM 신호의 생성을 위해서는 입력되는 펄스 광원(110)의 펄스폭(Tpw)이 Tpw~Ts(근사값) 정도의 값을 가져야 한다. 펄스폭이 너무 크면 비트 간 ISI(Inter Symbol interference)가 발생할 수 있고, 펄스폭이 너무 작으면 한 비트의 타이밍 마진(Timing margin)이 줄어들어 비트 오류율(BER)의 성능이 열화될 수 있다.Thereafter, the N-channel optical signal subjected to the time delay may be optically multiplexed into an OTDM signal through the
예를 들어 도 2a와 같이 각각 25Gbaud PAM-4 신호가 변조되어 200Gb/s 전송속도를 제공하는 4채널(N=4인 경우) OTDM 기반 광송신기(100)의 경우, 펄스 광원(110)을 통해 출력되는 광신호의 펄스 주기(Tp)는 40ps가 되고, 고정 광신호 시간지연선로(134)에 의한 시간 지연 값(Ts)는 10ps가 된다.For example, as shown in FIG. 2A, in the case of a 4-channel (when N = 4) OTDM-based
따라서, 고정 광신호 시간지연선로(134)에 입력되는 N채널의 광신호 각각은 FODL1을 기준으로 FODL2는 10ps, FODL3는 20ps, FODL4는 30ps 만큼 시간 지연이 설정될 수 있다. 이와 같은 시간 지연 값(Ts)은 광변조기(133)의 변조속도 및 OTDM 신호의 채널 수에 따라 결정되어 고정될 수 있다. 그러므로, 고정 광신호 시간지연선로(134)를 구성하는 FODL1, FODL2, FODL3, FODL4는 전력이 필요 없고 고정된 시간 지연을 갖는 수동소자들을 통해 구현될 수 있다.Accordingly, each of the N-channel optical signals input to the fixed optical signal
이와 같은 4채널 OTDM 기반 광송신기(100)의 효과적인 OTDM 신호 생성을 위해서는 입력되는 펄스 광원(110)의 펄스폭(Tpw)이 Ts=10ps 이하의 근사값을 가져야 하며, OTDM 기반 광송신기 코어(130)는 고정 광신호 시간지연선로(134)를 제외한 나머지 부분에 대해서는 OTDM 신호의 채널 간 시간지연이 없는 것으로 가정한다.For effective OTDM signal generation of the 4-channel OTDM-based
한편, 고정 광신호 시간지연선로(134)를 이용해서 N채널의 광신호 간 시간 지연을 할당하더라도 광변조기(133)에 입력되는 광신호와 고속 RF 전기신호의 위상을 맞춰주어야 하는데 이를 복잡하지 않고, 비용 효율적으로 구현하는 것이 매우 중요하다.On the other hand, even if the time delay between N-channel optical signals is allocated using the fixed optical signal
일례로, 도 2a는 광변조기(133)에 입력되는 펄스 형태의 광신호와 고속 RF 전기신호의 위상이 어긋난 경우(Td 0)를 나타낸 것이다. 이때, 모든 고속 RF 전기신호의 전송선로는 잘 설계되어 채널 간 스큐(Skew)가 없다고 가정한다. 도 2a와 같이 광신호와 고속 RF 전기신호의 위상이 Td 시간만큼 어긋난 경우, OTDM 채널1 내지 OTDM 채널3은 광변조가 제대로 수행되지만 OTDM 채널4는 위상이 맞지 않아, 반대 위상으로 변조되어 비트 에러를 일으키게 된다.As an example, FIG. 2A shows a case where the phase of a pulsed optical signal input to the
반면 도 2b는 광변조기(133)에 입력되는 펄스 형태의 광신호와 고속 RF 전기신호의 위상이 일치하는 경우(Td=0)를 나타낸 것이다. 이와 같이 광변조기(133)에 입력되는 펄스 형태의 광신호와 고속 RF 전기신호의 위상이 일치시키기 위해 본 발명의 광송신기(100)는 OTDM 기반 광송신기 코어(130)의 입력단에 전기신호로 시간 지연이 조절되는 가변 광신호 시간지연선로(120)가 배치될 수 있다.On the other hand, FIG. 2B shows a case in which the phases of the pulsed optical signal input to the
이러한 동작을 위해서 OTDM 기반 광송신기 코어(130)에는 광커플러(136) 및 광검출기(Photodetector)(137)가 추가적으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 출력 커플러(135)를 통해 출력된 OTDM 신호는 광커플러(136)(예를 들어, 1×2 광커플러)에 의해 일부가 태핑되어 광검출기(137)로 입력된 후 전기신호로 변환 출력되어 집적회로(140)(예를 들어, ASIC 칩)에 전달될 수 있다.For this operation, an
그러면, 집적회로(140)는 광검출기(137)로부터 수신된 전기신호에 대한 비트 오류율(BER)을 카운트 하면서 가변 광학 시간지연선로(120)의 시간 지연을 스윕(Sweep) 할 수 있다. 이때, 스윕되는 가변 광학 시간지연선로(120)의 시간 지연에 따라 Td 값이 변화하게 되고, 집적회로(140)는 비트 오류율이 최소가 되도록 가변 광학 시간지연선로(120)를 제어하여 펄스 광원(110)에서 출력된 광펄스 트레인 형태의 광신호의 시간 지연을 조절함으로써 광변조기(133)에 입력되는 펄스 형태의 광신호와 고속 RF 전기신호 사이의 위상을 일치시킬 수 있다.Then, the
이와 같이 본 발명에서 제안하는 광송신기(100)는 간단히 하나의 가변 광학 시간지연선로(120), 광커플러(136) 및 광검출기(137)를 추가하고 ASIC 칩의 비트 오류율 카운트 기능을 활용함으로써 OTDM을 위한 시간 동기 문제를 해결할 수 있다.As such, the
다만, 본 발명에서 제안하는 OTDM 기반 광송신기(100)는 ASIC 칩의 비트 오류율 카운트 기능만으로 가변 광학 시간지연선로(120)의 시간 지연을 최적으로 설정하는 방법으로 제한하는 것은 아니며, 비트 오류율 외의 성능 지표인 광파워 및 광신호의 아이 다이어그램 파형(Eye diagram waveform) 등으로 시간 지연을 최적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, OTDM 기반 광송신기(100)는 기대하는 아이 다어그램(아이 마스크) 파형과 해당 아이 다이어그램에서의 광파워를 미리 ASIC 칩에 설정해두고 측정된 아이 다이어그램 파형과 미리 ASIC 칩에 설정된 아이 다이어그램 파형을 비교하여 정상적으로 광신호가 변조되었는지 여부를 확인할 수 있다. 이때, OTDM 기반 광송신기(100)는 측정된 아이다이어 그램 파형이 ASIC 칩 내에 존재하지 않으면 스윕을 통해서 가변 광학 시간지연선로(120)의 시간 지연을 최적으로 설정할 수 있다. However, the OTDM-based
한편, OTDM 기반 광송신기 코어(130)를 구성하는 입력 커플러(131), 광변조기(133), 고정 광신호 시간지연선로(134) 및 출력 커플러(135)는 OTDM 채널에 따라 삽입손실이 다를 수 있다. 멀티레벨 변조 포맷을 이용하는 광통신 시스템 및 모듈에서 OTDM 채널간 삽입손실의 차이는 비트 오류율을 증가시키는 문제를 발생시킬 수 있다.Meanwhile, the
도 3a는 PAM-4의 멀티레벨 변조 포맷이 적용된 OTDM 채널2가 다른 채널에 비해 큰 삽입손실을 가지는 예를 나타낸 것이다. PAM-4 신호의 <00>레벨(0레벨)과 <01>레벨(1레벨) 사이의 임계값(Threshold) 레벨을 Threshold_01로 나타내고, <01>레벨(1레벨)과 <10>레벨(2레벨) 사이의 임계값 레벨을 Threshold_12로 나타내며, <10>레벨(2레벨)과 <11>레벨(3레벨) 사이의 임계값 레벨을 Threshold_23으로 나타냈다.3A shows an example in which
이때, OTDM 채널1, OTDM 채널3 및 OTDM 채널4는 비트 에러가 발생하지 않지만 OTDM 채널2의 경우는 설정된 임계값 레벨이 신호 레벨과 어긋나 있기 때문에 상당한 비트 에러가 발생한다. 따라서 모든 OTDM 채널의 파워를 균일하게 맞추어 비트 오류율을 개선시켜야 한다.At this time, bit errors do not occur in
이러한 동작을 위해서 OTDM 기반 광송신기 코어(130)에는 복수의 OTDM 채널의 광신호들 각각에 대한 광파워 세기를 제어하기 위한 광파워 제어기(132)가 추가적으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 출력 커플러(135)를 통해 출력된 OTDM 신호는 광커플러(136)에 일부가 태핑되어 광검출기(137)로 입력된 후 전기신호로 변환 출력되어 집적회로(140)에 전달될 수 있다.For this operation, an
그러면, 집적회로(140)는 광검출기(137)로부터 수신된 전기신호에 대한 비트 오류율을 카운트 하면서 광파워 제어기(132)의 감쇄율 또는 증폭률을 스윕할 수 있다. 보다 구체적으로 집적회로(140)는 감쇄율 또는 증폭률의 스윕 알고리즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 채널에 대해 10% 정도의 광파워를 증폭하여 비트 오류율의 성능이 좋아진 경우, 집적회로(140)는 지속적으로 광파워를 증폭시키다가 다시 비트 오류율의 성능이 나빠지면 광파워를 감쇄시켜 최적화된 증폭/감쇄률을 설정할 수 있다. Then, the
이때, 집적회로(140)는 비트 오류율이 최소가 되도록 광파워 제어기(132)를 제어하여 최적의 감쇄율 또는 증폭률을 찾음으로써 도 3b와 같이 모든 OTDM 채널의 광파워 세기를 균일화 할 수 있다. 따라서, 광파워 제어기(132)는 광파워 감쇄기 또는 광파워 증폭기로 구성될 수 있다. At this time, the
한편, 본 발명에서 제안하는 OTDM 기반 광송신기(100)는 변조 성능을 더욱 개선시키기 위하여 도 4와 같이 전기신호 시간지연선로(138)가 추가적으로 배치될 수 있다. 통상적으로 펄스 형태의 광신호가 광변조기(133)로 입력되는 고속 RF 전기신호의 비트 중심에 위치될 때 광변조 성능이 가장 극대화될 수 있다.Meanwhile, in the OTDM-based
따라서 OTDM 기반 광송신기(100)는 OTDM 기반 광송신기 코어(130)에 전기신호 시간지연선로(138)를 추가하여 전기신호인 RF Signal1, RF Signal2, RF Signal3 및 RF Signal4 사이에도 시간 지연을 갖도록 할 수 있다. 이때, 전기신호 시간지연선로(138)를 구성하는 EDL1~EDL4는 고정 또는 가변되는 시간 지연을 가지도록 설계될 수 있다. Therefore, the OTDM-based
만약 전기신호 시간지연선로(138)가 PIC 칩 상에 구현되는 경우, EDL1~EDL4는 고정된 시간 지연 값을 가지도록 설계될 수 있다. 이때, EDL1~EDL4의 시간 지연 값은 각각 FODL1~FODL4의 시간 지연 값과 일하도록 설계될 수 있다. 여기서, 펄스 형태의 광신호가 전파하는 시간은 광도파로의 군속도(Group velocity)에 의해 영향을 받고, 고속 RF 전기신호는 메탈 전송선로의 위상 속도(Phase velocity)에 의해 영향을 받기 때문에 EDL1~EDL4의 시간 지연 값을 FODL1~FODL4의 시간 지연 값과 일치하도록 설정할 때는 굴절률을 잘 고려해 주어야 한다.If the electrical signal
이와는 달리 전기신호 시간지연선로(138)가 PIC 칩 상에 구현되지 않는 경우, EDL1~EDL4는 가변되는 시간 지연 값을 가지도록 설계될 수 있다. In contrast, when the electrical signal
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a second embodiment of the present invention.
제1실시예에 따른 광송신기(100)는 OTDM 기반 광송신기 코어(130)에서 N채널의 광신호가 N×1 광커플러 형태의 출력 커플러(135)를 통해 OTDM 신호로 광결합될 수 있다. 이 때, OTDM 신호로 광결합되는 N채널의 광신호는 N×1 광커플러를 통과하면서 광파워가 약 1/N로 감소하게 된다.In the
예를 들어, 제1실시예와 같이 N=4인 4채널 OTDM의 경우, 4×1 광커플러인 출력 커플러(135)를 통과하면 N채널의 광신호 각각의 광파워는 6dB 감소한다. 또한 시간 동기 및 광파워 세기 균일화를 위해 1×2 형태의 광커플러(136)를 통해 OTDM 신호의 일부를 태핑하여 광검출기(137)로 입력시켜주어야 하기 때문에 OTDM 기반 광송신기 코어(130)의 광출력 포트의 출력 광파워는 다시 감소하게 된다.For example, in the case of 4-channel OTDM with N = 4 as in the first embodiment, the optical power of each N-channel optical signal is reduced by 6dB when passing through the
만약 4x1 커플러의 출력이 1mW 이고, 50:50 광커플러인 1x2 광커플러로 태핑한다면 1x2 광커플러의 출력은 각각 0.5mW가 출력될 수 있다. If the output of the 4x1 coupler is 1mW, and tapping with the 1x2 optocoupler, which is a 50:50 optocoupler, the output of the 1x2 optocoupler can each output 0.5mW.
이러한 문제를 방지하기 위하여 본 발명의 제2실시예에 따른 광송신기(200)는 도 5와 같이 출력 커플러(235)로 Mㅧ1 광커플러 대신 Mㅧ2 광커플러를 이용함으로써 별도의 OTDM 신호에 대한 태핑 없이 광검출기(236)로 광파워를 입력할 수 있다. 즉, 4×2 광커플러의 두 출력 각각은 4x1 커플러의 출력과 같이 1mW 이고, 별도의 태핑 없이 광검출기(236)로 입력되므로 광파워 감소 문제를 해결할 수 있다.In order to prevent this problem, the
이때, 4채널 OTDM의 경우, 광송신기(200)는 도 6과 같이 4×2 광커플러를 두 개의 1×2 광커플러와 한 개의 2×2 광커플러를 2단 연결하여 구성할 수 있다. 또는 광송신기(200)는 일체형의 4×2 광커플러를 이용할 수 있다.At this time, in the case of 4-channel OTDM, the
이외 광송신기(200)를 구성하는 펄스 광원(210), 가변 광신호 시간지연선로(220), OTDM 기반 광송신기 코어(230) 및 집적회로(140)는 광송신기(100)를 구성하는 펄스 광원(110), 가변 광신호 시간지연선로(120), OTDM 기반 광송신기 코어(130) 및 집적회로(140)과 동일한 기능을 수행할 수 있다.In addition, the
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.7 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3실시예에 따른 광송신기(300)는 광집적회로(Photonic Integrated Circuit, PIC) 기술을 활용하여 여러 벌키(Bulky)한 광학 소자들을 하나의 칩에 집적화할 수 있다. PIC 기술을 활용하여 OTDM 기반 광송신기(300)를 집적화하는 경우, 상용화에 걸림돌이 되었던 많은 문제점(크기, 시간 동기, OTDM 채널간 광파워 균일화)들이 개선될 수 있다. 또한 최근 각광받고 있는 실리콘 포토닉스(SiPh, Silicon Photonics) 기반의 PIC 기술을 활용한다면 기존의 CMOS 공정을 활용할 수 있기 때문에 상용화에 더욱 유리할 수 있다.The
도 7에서 제공되는 광집적화된 OTDM 기반 광송신기 코어(330)는 PIC 또는 SiPh-based PIC 칩 상에 입력 커플러(331), 광파워 제어기(332), 광변조기(333), 고정 광신호 시간지연선로(334), 출력 커플러(335), 광검출기(336) 및 전기신호 시간지연선로(337)가 집적화 될 수 있다. In the optical integrated OTDM-based
예를 들어, 실리콘 포토닉스 기반 PIC 칩으로 OTDM 기반 광송신기 코어(330)를 구현할 경우, 입력 커플러(331) 및 출력 커플러(335)는 방향성 커플러(Directional Coupler) 또는 다중모드 간섭 커플러(Multimode Interference Coupler)로 구현될 수 있다.For example, when the OTDM-based
그리고, 광파워 제어기(332)가 광파워 감쇄기인 경우, P-N 도핑된 광도파로, PN접합 광도파로, 또는 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer) 등으로 구현될 수 있다. 이때, 마하젠더 간섭계는 전기신호 또는 열에 따라 광학특성이 변하는 위상천이기를 포함할 수 있다. 이와는 달리 광파워 제어기(332)가 광파워 증폭기인 경우, III-V 이득 매질 기반 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier, SOA) 등으로 구현될 수 있다.Further, when the
또한, 광변조기(333)는 전기흡수형 변조기(Electro-Absorption Modulator, EAM), 마하젠더형 변조기(Mach-Zehnder Modulator, MZM) 및 마이크로 링형 변조기(Micro Ring Modulator, MRM) 등으로 구현될 수 있다.In addition, the
고정 광신호 시간지연선로(334)는 실리콘 광도파로의 길이를 조정하여 나선형의 실리콘 광도파로 등으로 구현될 수 있으며, 전기신호 시간지연선로(337)는 금속전극의 길이를 조정하여 구현할 수 있다. 마지막으로 광검출기(336)는 저마늄(Germanium) 기반의 광검출기로 구현될 수 있다.The fixed optical signal
이와 같이 광송신기(300)는 OTDM 기반 광송신기 코어(330)를 구성하는 광소자들을 하나의 칩으로 집적화가 가능하기 때문에 복잡도, 소모전력 및 비용 측면에서 대폭적으로 개선될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에서 해결하고자 하는 기존 OTDM 기술이 갖는 문제점(시간 동기, OTDM 채널간 광파워 균일화)을 해결하기 위해 추가되는 광소자들을 함께 집적화 함으로써 상용화가 가능한 OTDM 기반 광송신기(300)를 구현할 수 있다. 이와 같이 집적화된 OTDM 기반 광송신기 코어(330)의 광출력은 도 7과 같이 광인터페이스(Optical Interface)를 통해 외부로 커플링될 수 있다.As described above, the
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.8 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a fourth embodiment of the present invention.
본 발명의 제4실시예에 따른 광송신기(400)는 펄스 광원(410)이 PIC 또는 SiPh-based PIC 칩 상에 광소자들이 집적된 OTDM 기반 광송신기 코어(430)의 내부에 함께 집적화 되는 경우를 제공한다. 이때, 실리콘 포토닉스 기반 PIC 칩 상에 집적화되는 펄스 광원(410)은 III-V 이득 매질이 실리콘 칩 위에 본딩된 III-V-on-Si Mode Locked Laser 등이 될 수 있다. 이와 같은 펄스 광원(410)의 종류는 하나의 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니고, 실리콘 포토닉스 기반 PIC 칩에 설치될 수 있는 다양한 종류의 펄스 광원이 집적될 수 있다.The
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.9 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a fifth embodiment of the present invention.
본 발명의 제5실시예에 따른 광송신기(5000는 가변 광신호 시간지연선로(520)가 펄스 광원(510)과 함께 PIC 칩 내부에 집적화될 수 있다. 이때, 실리콘 포토닉스 기반 PIC 칩 상에 집적화되는 가변 광신호 시간지연선로(520)는 직렬(Cascaded)로 연결된 복수의 실리콘 마이크로 링 공진기(Micro Ring Resonator, MRR)의 구조 등으로 구현될 수 있다. In the optical transmitter 5000 according to the fifth embodiment of the present invention, the variable optical signal
이때, 가변 광신호 시간지연선로(520)는 각각의 마이크로 링 공진기를 온(On) 또는 오프(Off) 하면서 시간 지연을 조절할 수 있다. 일례로, 도 10과 같이 가변 광신호 시간지연선로(520)가 6개의 마이크로 링 공진기를 통해 구현되는 경우, 하나의 마이크로 링 공진기 당 Tr 만큼 시간 지연이 가능하다고 할 때, 6×Tr까지 시간 지연을 가변할 수 있다.At this time, the variable optical signal
보다 구체적으로 가변 광신호 시간지연선로(520)로 입력되는 광신호의 입력 파장(λin)과 마이크로 링 공진기의 공진 파장(λres)이 일치할 경우, 상기 광신호는 마이크로 링 공진기와 광커플링되어 공진 후, 광출력 포트로 출력될 수 있다. 이때, 가변 광신호 시간지연선로(520)는 마이크로 링 공진기를 전기신호로 조절하여 공진 파장을 입력 파장과 일치시키거나 불일치시킬 수 있다.More specifically, when the input wavelength (λin) of the optical signal input to the variable optical signal
도 10에 제공된 가변 광신호 시간지연선로(520)는 3개의 마이크로 링 공진기가 λres=λin인 경우로 3×Tr 만큼 시간 지연을 갖는 경우를 나타낸다. 이와 같이 본 발명의 OTDM 기반 광송신기(500)는 가변 광신호 시간지연선로(520)를 실리콘 포토닉스 PIC 칩 상에 함께 실장할 수 있다. 이때, 가변 광신호 시간지연선로(520)는 직렬로 연결된 복수의 마이크로 링 공진기 구조 뿐만 아니라 실리콘 포토닉스 기반 PIC 칩에 설치될 수 있는 다양한 종류의 TODL을 포함할 수 있다.The variable optical signal
도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 광송신기의 구조를 나타낸 도면이다.11 is a diagram showing the structure of an optical transmitter according to a sixth embodiment of the present invention.
도 11을 참고하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 광송신기(600)는 메인 보드(Main Board)에 펄스 광원(Pulsed Light Source, PLS)(610), OTDM 기반 광송신기 코어(OTDM-TX Core)(620) 및 집적회로(630) 등이 배치될 수 있다. 이때, 집적회로(630)는 응용 프로그램 특정 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 칩일 수 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐 이에 한정되지 않고, 다양한 형태의 칩으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 11, in the optical transmitter 600 according to the sixth embodiment of the present invention, a pulsed light source (PLS) 610, an OTDM-based optical transmitter core (OTDM-TX Core) 620, and an integrated circuit 630 may be disposed on a main board. In this case, the integrated circuit 630 may be an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) chip, but this is only one example and is not limited thereto, and may be configured with various types of chips.
여기서, 제6실시예에 따른 광송신기(600)는 이전의 실시예들과는 달리 가변 광신호 시간지연선로(Tunable Optical Delay Line, TODL)가 포함되지 않을 수 있다. Here, unlike the previous embodiments, the optical transmitter 600 according to the sixth embodiment may not include a Tunable Optical Delay Line (TODL).
보다 구체적으로 펄스 광원(610)은 집적회로(630), 즉 ASIC 칩에서 보내는 신호에 의해 광펄스 신호를 생성할 수 있다. 이때, 펄스 광원(610)은 외부에서 들어오는 넓은 시간선폭의 전기신호를 매우 좁은 광펄스로 만들 수 있는 Q-스위칭 레이저(Q-switching laser)가 될 수 있다. More specifically, the pulse light source 610 may generate a light pulse signal by a signal transmitted from the integrated circuit 630, that is, an ASIC chip. In this case, the pulse light source 610 may be a Q-switching laser capable of converting an electric signal of a wide time line width coming from the outside into a very narrow optical pulse.
이때, 광송신기(600)의 집적회로(630)는 광검출기(627)로부터 수신된 전기신호에 대한 비트 오류율(BER)을 카운트 하면서 펄스 광원(610)으로 전송하는 전기신호의 시간지연이 조절할 수 있다. 즉, 광송신기(600)는 집적회로(630)에서 출력되는 전기신호의 시간지연 조절을 통해 다른 실시예들에서 제공된 가변 광신호 시간지연선로의 역할을 대체할 수 있다. At this time, the integrated circuit 630 of the optical transmitter 600 can adjust the time delay of the electrical signal transmitted to the pulsed light source 610 while counting the bit error rate (BER) of the electrical signal received from the photodetector 627. That is, the optical transmitter 600 can replace the role of the variable optical signal time delay line provided in other embodiments by adjusting the time delay of the electrical signal output from the integrated circuit 630.
한편, 펄스 광원(610)은 OTDM 기반 광송신기 코어(OTDM-TX Core)(620)가 PIC 칩일 경우 PIC 칩 내에 포함될 수 있으나, 전력소모나 발열의 문제로 PIC 칩 외부에 배치될 수도 있다.Meanwhile, the pulse light source 610 may be included in the PIC chip when the OTDM-TX Core 620 is a PIC chip, but may be disposed outside the PIC chip due to power consumption or heat generation.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.While this specification contains many specific implementation details, they should not be construed as limiting as to the scope of any invention or claimables, but rather as a description of features that may be unique to a particular embodiment of a particular invention. Certain features that are described in this specification in the context of separate embodiments may also be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features that are described in the context of a single embodiment can also be implemented in multiple embodiments individually or in any suitable subcombination. Further, while features may operate in particular combinations and be initially depicted as such claimed, one or more features from a claimed combination may in some cases be excluded from that combination, and the claimed combination may be modified as a subcombination or variation of a subcombination.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.Similarly, while actions are depicted in the drawings in a particular order, it should not be construed as requiring that those actions be performed in the specific order shown or in the sequential order, or that all depicted actions must be performed to obtain desired results. In certain cases, multitasking and parallel processing can be advantageous. Further, the separation of various device components in the embodiments described above should not be understood as requiring such separation in all embodiments, and it should be understood that the program components and devices described may generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is obvious to those skilled in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented.
100 : 광송신기
110 : 펄스 광원
120 : 가변 광신호 시간지연선로
130 : OTDM 기반 광송신기 코어
131 : 입력 커플러
132 : 광파워 제어기
133 : 광변조기
134 : 고정 광신호 시간지연선로
135 : 출력 커플러
136 : 광커플러
137 : 광검출기
138 : 전기신호 시간지연선로
140 : 집적회로100: optical transmitter
110: pulse light source
120: variable optical signal time delay line
130: OTDM-based optical transmitter core
131: input coupler
132: optical power controller
133: light modulator
134: fixed optical signal time delay line
135: output coupler
136: optocoupler
137: photodetector
138: electrical signal time delay line
140: integrated circuit
Claims (18)
일정한 펄스 주기를 갖는 광신호의 위상을 조절하는 가변 광신호 시간지연선로;
상기 위상이 조절된 광신호를 복수 채널의 광신호로 분배하여 출력하는 입력 커플러;
상기 분배된 복수 채널의 광신호들 각각을 전기신호를 이용하여 멀티레벨의 광신호로 광변조하는 광변조기;
상기 멀티레벨의 광신호로 광변조된 복수 채널의 광신호들 각각에 대해 미리 설정된 시간 지연을 수행하는 고정 광신호 시간지연선로;
상기 시간 지연이 수행된 복수 채널의 광신호들을 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 신호로 광다중화하는 출력 커플러; 및
상기 광다중화된 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 이용하여 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 위상을 일치시키는 집적회로
를 포함하는 광송신기.In the optical transmitter,
a variable optical signal time delay line for adjusting the phase of an optical signal having a constant pulse cycle;
an input coupler for distributing and outputting the phase-adjusted optical signal into a plurality of optical signals;
an optical modulator for optically modulating each of the optical signals of the plurality of channels into a multi-level optical signal using an electric signal;
a fixed optical signal time delay line for performing a preset time delay on each of the optical signals of a plurality of channels optically modulated into the multi-level optical signal;
an output coupler for optical multiplexing the time-delayed optical signals of the plurality of channels into optical time division multiplexing (OTDM) signals; and
An integrated circuit for matching a phase between an optical signal and an electrical signal input to the optical modulator by using a bit error rate (BER) for a portion of the optical multiplexed OTDM signal.
An optical transmitter comprising a.
상기 집적회로는,
상기 비트 오류율이 최소가 되도록 상기 가변 광신호 시간지연선로를 제어하여 상기 광신호의 시간 지연을 조절함으로써 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 위상을 일치시키는 광송신기.According to claim 1,
In the integrated circuit,
An optical transmitter that matches phases between an optical signal and an electrical signal input to the optical modulator by controlling the time delay of the optical signal by controlling the variable optical signal time delay line so that the bit error rate is minimized.
상기 고정 광신호 시간지연선로는,
상기 광변조기의 변조 속도 및 상기 OTDM 신호의 채널 수에 따라 상기 광변조된 광신호의 시간 지연 값이 결정되는 광송신기.According to claim 1,
The fixed optical signal time delay line,
wherein a time delay value of the optically modulated optical signal is determined according to a modulation rate of the optical modulator and the number of channels of the OTDM signal.
상기 광변조기로 입력되는 전기신호에 대한 시간 지연을 수행하는 전기신호 시간지연선로
를 더 포함하는 광송신기.According to claim 1,
An electrical signal time delay line for performing a time delay on the electrical signal input to the optical modulator.
An optical transmitter further comprising a.
상기 전기신호 시간지연선로가 제공하는 전기신호에 대한 시간 지연 값은,
상기 고정 광신호 시간지연선로가 제공하는 광변조된 광신호에 제공하는 시간 지연 값과 동일한 광송신기.According to claim 4,
The time delay value for the electrical signal provided by the electrical signal time delay line,
An optical transmitter having the same time delay value provided to the optical modulated optical signal provided by the fixed optical signal time delay line.
일정한 펄스 주기를 갖는 광신호를 복수 채널의 광신호로 분배하여 출력하는 입력 커플러;
상기 분배된 복수 채널의 광신호들 각각에 대한 광파워 세기를 제어하는 광파워 제어기;
상기 광파워 제어기를 통해 출력되는 복수 채널의 광신호들 각각을 전기신호를 이용하여 멀티레벨의 광신호로 광변조하는 광변조기;
상기 멀티레벨의 광신호로 광변조된 복수 채널의 광신호들 각각에 대해 미리 설정된 시간 지연을 수행하는 고정 광신호 시간지연선로;
상기 시간 지연이 수행된 복수 채널의 광신호들을 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 신호로 광다중화하는 출력 커플러; 및
상기 광다중화된 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 이용하여 상기 OTDM 신호의 채널 간 광파워 세기를 균일화하는 집적회로
를 포함하는 광송신기.In the optical transmitter,
an input coupler for distributing and outputting an optical signal having a constant pulse period into optical signals of a plurality of channels;
an optical power controller controlling an optical power intensity for each of the optical signals of the plurality of channels;
an optical modulator for optically modulating each of the optical signals of a plurality of channels output through the optical power controller into multi-level optical signals using electric signals;
a fixed optical signal time delay line for performing a preset time delay on each of the optical signals of a plurality of channels optically modulated into the multi-level optical signal;
an output coupler for optical multiplexing the time-delayed optical signals of the plurality of channels into optical time division multiplexing (OTDM) signals; and
An integrated circuit for equalizing optical power strength between channels of the OTDM signal using a bit error rate (BER) for a portion of the optical multiplexed OTDM signal.
An optical transmitter comprising a.
상기 광파워 제어기는,
광파워 감쇄기 또는 광파워 증폭기인 광송신기.According to claim 6,
The optical power controller,
An optical transmitter that is an optical power attenuator or an optical power amplifier.
상기 집적회로는,
상기 비트 오류율이 최소가 되도록 상기 광파워 제어기를 제어하여 상기 광신호의 광파워 세기를 조절함으로써 상기 OTDM 신호의 채널 간 광파워 세기를 균일화하는 광송신기.According to claim 6,
In the integrated circuit,
An optical transmitter for equalizing the optical power intensity between channels of the OTDM signal by adjusting the optical power intensity of the optical signal by controlling the optical power controller to minimize the bit error rate.
상기 고정 광신호 시간지연선로는,
상기 광변조기의 변조 속도 및 상기 OTDM 신호의 채널 수에 따라 상기 광변조된 광신호의 시간 지연 값이 결정되는 광송신기.According to claim 6,
The fixed optical signal time delay line,
wherein a time delay value of the optically modulated optical signal is determined according to a modulation rate of the optical modulator and the number of channels of the OTDM signal.
상기 광변조기로 입력되는 전기신호에 대한 시간 지연을 수행하는 전기신호 시간지연선로
를 더 포함하는 광송신기.According to claim 6,
An electrical signal time delay line for performing a time delay on the electrical signal input to the optical modulator.
An optical transmitter further comprising a.
상기 전기신호 시간지연선로가 제공하는 전기신호에 대한 시간 지연 값은,
상기 고정 광신호 시간지연선로가 제공하는 광변조된 광신호에 제공하는 시간 지연 값과 동일한 광송신기.According to claim 10,
The time delay value for the electrical signal provided by the electrical signal time delay line,
An optical transmitter having the same time delay value provided to the optical modulated optical signal provided by the fixed optical signal time delay line.
일정한 펄스 주기를 갖는 광신호의 위상을 조절하는 가변 광신호 시간지연선로;
(i)상기 위상이 조절된 광신호를 복수 채널의 광신호로 분배하여 출력하는 입력 커플러, (ii)상기 분배된 복수 채널의 광신호들 각각에 대한 광파워 세기를 제어하는 광파워 제어기, (iii)상기 광파워 세기가 제어된 복수 채널의 광신호들 각각을 전기신호를 이용하여 멀티레벨의 광신호로 광변조하는 광변조기, (iv)상기 멀티레벨의 광신호로 광변조된 복수 채널의 광신호들 각각에 대해 미리 설정된 시간 지연을 수행하는 고정 광신호 시간지연선로 및 (v)상기 시간 지연이 수행된 복수 채널의 광신호들을 OTDM(Optical Time Division Multiplexing) 신호로 광다중화하는 출력 커플러가 집적된 PIC(Photonic Integrated Circuit) 칩; 및
상기 광다중화된 OTDM 신호의 일부에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 이용하여 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 시간 동기 문제 및 상기 OTDM 신호의 채널 간 불균일한 광파워 문제를 해결하기 위한 집적회로
를 포함하는 광송신기.In the optical transmitter,
a variable optical signal time delay line for adjusting the phase of an optical signal having a constant pulse cycle;
(i) an input coupler for distributing the phase-adjusted optical signal into optical signals of a plurality of channels and outputting the optical signal, (ii) an optical power controller for controlling the optical power intensity of each of the optical signals of the plurality of channels, (iii) an optical modulator for optically modulating each of the optical signals of the plurality of channels whose optical power intensity is controlled into a multi-level optical signal by using an electric signal, (iv) a fixture for performing a preset time delay on each of the optical signals of the plurality of channels optically modulated with the multi-level optical signal An optical signal time delay line and (v) a photonic integrated circuit (PIC) chip integrated with an output coupler for optical multiplexing optical signals of a plurality of channels on which the time delay is performed into an optical time division multiplexing (OTDM) signal; and
An integrated circuit for solving a time synchronization problem between an optical signal and an electrical signal input to the optical modulator and a non-uniform optical power problem between channels of the OTDM signal by using a bit error rate (BER) for a part of the optical multiplexed OTDM signal.
An optical transmitter comprising a.
상기 PIC 칩에 집적된 고정 광신호 시간지연선로는,
길이가 조정된 나선형의 실리콘 광도파로로 형성되는 광송신기.According to claim 12,
The fixed optical signal time delay line integrated in the PIC chip,
An optical transmitter formed of a spiral silicon optical waveguide whose length is adjusted.
상기 PIC 칩은,
상기 광변조기로 입력되는 전기신호에 대한 시간 지연을 수행하는 전기신호 시간지연선로
가 더 포함되고,
상기 전기신호 시간지연선로는,
길이가 조정된 금속전극으로 형성되는 광송신기.According to claim 12,
The PIC chip,
An electrical signal time delay line for performing a time delay on the electrical signal input to the optical modulator.
is further included,
The electrical signal time delay line,
An optical transmitter formed of metal electrodes whose length is adjusted.
상기 가변 광신호 시간지연선로는,
직렬로 연결된 복수의 마이크로 링 공진기(Micro Ring Resonator, MRR)로 형성되는 광송신기.According to claim 12,
The variable optical signal time delay line,
An optical transmitter formed of a plurality of micro ring resonators (MRR) connected in series.
상기 마이크로 링 공진기는,
상기 PIC 칩에 집적된 광송신기.According to claim 15,
The micro ring resonator,
An optical transmitter integrated in the PIC chip.
상기 집적회로는,
상기 비트 오류율이 최소가 되도록 상기 가변 광신호 시간지연선로를 제어하여 상기 광신호의 시간 지연을 조절함으로써 상기 광변조기에 입력되는 광신호 및 전기신호 사이의 위상을 일치시키는 광송신기.According to claim 12,
In the integrated circuit,
An optical transmitter that matches phases between an optical signal and an electrical signal input to the optical modulator by controlling the time delay of the optical signal by controlling the variable optical signal time delay line so that the bit error rate is minimized.
상기 집적회로는,
상기 비트 오류율이 최소가 되도록 상기 광파워 제어기를 제어하여 상기 광신호의 광파워 세기를 조절함으로써 상기 OTDM 신호의 채널 간 광파워 세기를 균일화하는 광송신기.According to claim 12,
In the integrated circuit,
An optical transmitter for equalizing the optical power intensity between channels of the OTDM signal by adjusting the optical power intensity of the optical signal by controlling the optical power controller to minimize the bit error rate.
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