KR19980037114A - 신호대 잡음비가 개선된 광전송장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

신호대 잡음비가 개선된 광전송장치.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

송신단에서는 좁은 스펙트럼 폭을 유지한 채, 수신단에서는 광섬유 증폭 광원의 신호대 잡음비(SNR)를 개선하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

변조되고 증폭된 광원을 발생하는 수단과 상기 발생수단에서 입력된 고출력 광섬유 증폭 광원의 발진 선폭을 확대하여 원래의 광신호는 상기 발생수단으로 반사되게 하고, 선폭 확대된 증폭 광원은 분리하여 출력하는 광원선폭확대수단, 및 상기 광원선폭확대수단으로부터 입력된 광신호로 부터 새로운 데이타와 클럭 신호를 추출하는 광수신수단을 구비함.

4. 발명의 중요한 용도

광통신 시스템에 이용됨.

Description

신호대 잡음비가 개선된 광전송장치

본 발명은 신호대 잡음비가 개선된 광전송장치에 관한 것으로, 특히 비선형 루프 거울과 분산천이 광섬유에서 4광파혼합(Four Wave Mixing : FWM) 현상을 이용하여 광수신단에 도착된 신호의 대역폭을 넓힘으로써 신호대 잡음비가 개선된 광전송장치에 관한 것이다.

에르븀이 첨가된 광섬유를 이득 매질로 하는 광섬유증폭기(EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier)가 상용화 되면서 광 주파수 분할 다중화(WDM : Wavelength Division Multiplexing) 방식에 기초한 광통신 시스템이 최근 활발히 연구 개발되고 있다. 광주파수 분할다중화(WDM) 방식은 여러 가지 광파장을 사용하여 전송하게 되므로 각 채널들의 주파수를 안정하게 배열하여 송신 광원을 구성해야 한다.

종래의 송신 광원은 반도체 레이저의 출력 파장을 측정하여 필요한 파장의 광원을 선택하는 방식을 채택하고 있다. 반도체 레이저는 발진 파장을 정확하게 제어하기 곤란한 단점이 있으며, 발진 파장이 경년효과(aging)에 의해 불규칙적으로 변동하는 문제점을 안고 있다. 따라서 안정하고 경제적으로 송신 광원을 구성할 수 있는 대안을 모색하고 있다.

최근에 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA)에서 자연증폭방출(ASE: Amplified Spontaneous Emission)된 넓은 광 스펙트럼을 광학 필터를 사용하여 좁게 저미어서(Spectrum Slicing) 여러 채널의 광원으로 사용하는 방안이 제안되었다.

이러한 방법의 장점으로는 광섬유증폭기 하나만으로도 여러개의 광주파수 분할다중화(WDM) 용 광원인 반도체 레이저를 대체할 수 있고, 또한 각 채널의 중심 주파수도 광학필터를 사용하여 규격에 맞게 쉽게 설정할 수 있다는 점 등이다.

그러나, 이러한 가간섭성이 없는 광원은 기존의 반도체 레이저와 달리 광수신기에서 광출력에 비례하여 과잉강도잡음(Excess Intensity Noise)이 크게 나타난다.

일반적으로 광수신기에서 신호대잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)는 스펙트럼 저미어진 광신호의 대역폭에 비례하고, 수신기 선형 채널의 전기적 신호 대역폭에 반비례하는 것으로 알려져 있다. 주어진 전송속도에서 신호대 잡음비(SNR)를 개선하기 위해서는 광신호의 대역폭을 증가시켜야 하나, 이는 광섬유의 색분산에 의한 전송 패널티를 증가시키게 되므로 장거리 전송 수행에 장애 요인이 되고 있다.

그러므로, 이러한 광원을 사용하는 새로운 방식의 광통신 시스템에 있어서, 송신단에서는 좁은 스펙트럼 폭을 유지한 채, 광섬유 증폭 광원의 신호대 잡음비(SNR)를 개선하는 것이 요구된다.

따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA)에서 자연증폭방출(ASE)된 넓은 광스펙트럼을 광학 필터로 좁게 저미어서 여러 채널의 광원으로 사용할 때, 비선형 루프 거울과 분산천이 광섬유에서 4광파혼합(FWM) 현상을 이용하여 광수신단에 도착된 신호의 대역폭을 넓힘으로써, 모두 광신호처리(All-Optical Signal Processing) 방식으로 광수신기에 도착된 광신호의 신호대 잡음비를 개선할 수 있는 광전송장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 광전송장치의 블럭 구성도,

도 2 는 스펙트럼 저미어진 광섬유 증폭광원의 출력 스펙트럼을 나타낸 그래프,

도 3 은 2.5 Gb/s로 변조된 광신호의 패턴도,

도 4 는 본 발명에 따른 광전송장치의 수신감도를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,14,16 : 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA)

12 : 광학필터

13 : 외부변조기

15,113 : 분산천이 광섬유

17 : 비선형 루프거울

18 : 광수신기

111 : 광결합기

114 : 편광조절기

116 : 애벌란시포토다이오드(APD)

117 : 증폭기

118 : 리타이밍회로

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광신호를 발생하는 수단; 상기 광신호 발생수단으로부터 입력된 광신호를 스펙트럼 저미어서 광섬유 증폭 광원을 발생하는 광학 필터링수단; 상기 광학필터링수단으로부터 입사된 광섬유 증폭 광원을 NRZ(Non Return to Zero)신호로 강도변조하는 광변조수단; 상기 광변조수단의 강도변조된 신호 레벨을 증폭하여 분산천이 광섬유를 통해 전송하는 제1 광증폭수단; 상기 분산천이 광섬유를 통해 상기 제1 광증폭수단으로부터 전송되어온 광신호를 증폭하는 제2 광증폭수단; 상기 제2 광증폭수단으로부터 입력된 고출력 광섬유 증폭 광원의 발진 선폭을 확대하여 원래의 광신호는 상기 제2 광증폭수단으로 반사되게 하고, 선폭 확대된 증폭 광원은 분리하여 출력하는 광원선폭확대수단; 및 상기 광원선폭확대수단으로부터 입력된 광신호로 부터 새로운 데이타와 클럭 신호를 추출하는 광수신수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 광전송장치의 블럭 구성도로서, 도면에서 11,14,16 은 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA), 12는 광학필터, 13은 외부변조기, 15,113은 분산천이 광섬유, 17은 비선형 루프거울, 18은 광수신기, 111은 광결합기, 114는 편광조절기, 116은 수광기인 애벌란시포토다이오드(APD), 117은 증폭기, 118은 리타이밍회로를 각각 나타낸다.

제1 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA1)(11)에는 입력신호가 인가되질 않고, 자연증폭방출(ASE)되는 넓은 광원을 발생한다. 제1 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA1)(11)에서 발생된 광신호는 광학 필터(12)로 입력되고, 광학 필터(12)는 이를 스펙트럼 저미어져 광섬유 증폭 광원(119)을 출력한다.

LiNbO3 외부변조기(13)는 광학 필터(12)로부터 입사된 광섬유 증폭 광원을 NRZ(NonReturn to Zero) 신호로 강도변조(Intensity Modulation)시켜 제2 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA2)(14)로 출력한다.

제2 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA2)(14)는 외부변조기(13)의 강도변조된 신호 레벨을 증폭하고, 분산천이 광섬유(15)는 제2 에르븀첨가된 광섬유증폭기(14)에 연결되어 변조되고 증폭된 광신호를 전송한다.

제3 에르븀첨가된 광섬유증폭기(EDFA3)(16)는 분산천이 광섬유(15)를 통해 전송되어온 광신호를 증폭하기 위한 것으로, 저잡음 및 고이득 특성을 갖는 입력단과 +16dBm 이상의 광출력 특성을 갖는 출력단을 갖춘 2단 광섬유증폭기이다.

비선형 루프 거울(17)은 광결합기(111), 분산천이 광섬유(113), 편광조절기(114)를 구비하여 제3 에르븀첨가된 광섬유증폭기(16)로부터 입력된 고출력 광섬유 증폭 광원의 발진 선폭을 확대하는 기능을 수행한다.

즉, 3dB 광결합기(111)는 제3 에르븀첨가된 광섬유증폭기(16)의 출력 신호를 비선형 루프 거울(NLM: Nonlinear Loop Mirror)(17) 양쪽 입력단으로 동일하게 공급하는 역할을 하며, 또 비선형 루프 거울을 통과한 후, 선폭이 확대된 신호를 광수신기(18)로 연결하는 기능을 수행한다.

비선형 루프 거울 내부에 있는 분산천이 광섬유(113)의 영분산파장(Dispersion Zero Wavelength)은 입력된 광섬유 증폭광원의 발진 중심파장과 일치한다. 입사된 고출력 광섬유 증폭광원은 분산천이 광섬유(113)에서 비선형 광학현상인 4광파혼합(FWM) 현상을 일으켜 발진 선폭이 확대된다. 비선형 루프 거울(17)에 입사된 원래의 신호광은 광결합기(111)를 통해 대부분 입력단(112) 쪽으로 반사되고, 광수신기(18)와 연결된 출력단(113)에는 4광파혼합 현상에 의해 얻어진 넓은 파장 대역의 신호 성분이 주로 나타난다.

편광조절기(114)는 비선형 루프 거울을 진행하는 두 신호광의 위상을 조절하여 출력되는 신호의 선폭이 최대가 되도록 하는 역할을 수행한다. 따라서 광수신기(18)에 입사되는 신호광은 넓은 선폭을 가지고 있으므로 신호대잡음비가 원래의 신호광에 비하여 현저히 증가하게 된다.

광수신기(18)는 수광기인 애벌란시 포토 다이오드(APD: Avalanche Photo Diode)(116), 전치증폭기 및 주증폭기(117), 그리고 리타이밍 회로(118)로 구성되었으며, 입력된 광신호로 부터 새로운 데이타와 클럭 신호를 추출하는 기능을 수행한다.

도 2 는 비선형 루프 거울을 통과하기 전후의 광섬유 증폭 광원의 출력 스펙트럼을 나타낸다.

광학 필터(12)로 스펙트럼 저미어진 광섬유 증폭 광원(21)의 선폭이 0.92nm였으나, 비선형 루프 거울을 통과한 후(22), 1.62nm로 확대 되었다. 이것은 광섬유 증폭 광원의 신호대잡음비가 약 1.76배 개선되었음을 의미한다.

도 3 은 2.5Gbit/s의 NRZ 신호로 변조된 광신호를 대역폭 1.7GHz 인 광수신기로 측정한 아이(eye) 패턴이다.

광학 필터(12)로 스펙트럼 저미어진 광섬유 증폭 광원의 아이 패턴(31)에 비하여 비선형 루프 미러를 통과한 후의 아이 패턴(32)에서 과잉 강도 잡음이 감소되므로 신호대잡음비가 개선된 것을 볼 수 있다.

도 4 는 본 발명에 따른 광전송 장치의 비트 에러율(BER: Bit Error Ratio) 특성 곡선을 나타낸 것이다.

비선형 루프 미러를 통과하지 않은 0.92nm 선폭의 광섬유 증폭 광원(41)은 BER 3x에서 에러의 수평(error floor) 현상을 나타내었다. 그러나 선폭을 1.62nm로 확대하면 분산천이 광섬유를 사용하지 않은 경우(42)와 통과 후(43)에도 수신감도는 거의 일치하며, 수신 광전력 -28dBm 에서 무에러 전송 특성을 확인하였다. 또 반도체 레이저 광원을 사용한 경우(44)와 비교하여 약 2.5dB의 수신감도 차이를 나타내었으며 비트에러율 특성곡선이 완만한 기울기를 나타내었는데, 이는 광전력에 비례하여 비트(beat) 잡음이 증가하기 때문이다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 에르븀첨가된 광섬유증폭기에서 발생되는 고출력의 넓은 광 스펙트럼을 광학 필터로 좁게 저미어서 사용할 때, 비선형 루프 거울과 광섬유에서의 4광파 혼합 현상을 이용하여 송신 광원의 선폭을 확대함으로써 광섬유 증폭광원의 신호대 잡읍비를 개선할 수 있으며, 또한 모두 광신호처리 방식으로 스펙트럼 저미어진 채널의 선폭을 확대한 특징이 있으므로 송신 광원의 변조속도에 무관하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명을 광주파수 분할다중 시스템용 광원에 적용하는 경우, 자연증폭방출된 광 스펙트럼을 Fabry-Perot 필터를 사용하여 좁게 저미어서 여러 채널의 광원으로 사용할 때, 개별 채널의 선폭을 줄여서 전송할 수 있으므로 광섬유증폭기 하나만으로도 보다 많은 채널을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 광신호를 발생하는 수단;

   상기 광신호 발생수단으로부터 입력된 광신호를 스펙트럼 저미어서 광섬유 증폭 광원을 발생하는 광학 필터링수단;

   상기 광학필터링수단으로부터 입사된 광섬유 증폭 광원을 NRZ(Non Return to Zero)신호로 강도변조하는 광변조수단;

   상기 광변조수단의 강도변조된 신호 레벨을 증폭하여 분산천이 광섬유를 통해 전송하는 제1 광증폭수단;

   상기 분산천이 광섬유를 통해 상기 제1 광증폭수단으로부터 전송되어온 광신호를 증폭하는 제2 광증폭수단;

   상기 제2 광증폭수단으로부터 입력된 고출력 광섬유 증폭 광원의 발진 선폭을 확대하여 원래의 광신호는 상기 제2 광증폭수단으로 반사되게 하고, 선폭 확대된 증폭 광원은 분리하여 출력하는 광원선폭확대수단; 및

   상기 광원선폭확대수단으로부터 입력된 광신호로 부터 새로운 데이타와 클럭 신호를 추출하는 광수신수단을 구비한 광전송장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원선폭확대수단은,

   상기 제2 광증폭수단의 출력 신호를 두신호로 분리하여 루프로 입사시키고, 상기 루프를 통과하여 수신된 신호 중, 선폭이 확대된 신호를 상기 광수신수단으로 출력하고, 원래의 신호광은 입력단으로 반사시키는 광결합수단;

   상기 광결합수단으로부터 입사된 광신호에 대해 비선형 광학현상인 4광파혼합 현상을 일으키도록 하는 수단; 및

   상기 4광파혼합 현상을 일으킨 광신호와 상기 광결합수단으로부터 입사된 신호광의 위상을 조절하여 출력되는 신호의 선폭이 최대가 되도록 하는 편광조절수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광전송 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 광결합수단은 3dB 광결합기인 것을 특징으로 하는 광전송 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 4광파혼합 현상을 일으키는 수단은 광섬유 루프에 결합된 분산천이 광섬유를 포함한 것을 특징으로 하는 광전송 장치.