KR19980701837A - 왜곡 정정용 유사 인코히어런트 처리를 이용한 광학 시스템 - Google Patents

왜곡 정정용 유사 인코히어런트 처리를 이용한 광학 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마크-젠더와 같은 간섭 변조기에 의해 제공된 광 변조에 의해 통신 시스템을 포함하고 있는 광섬유 시스템에서 비선형 왜곡을 정정하는 시스템이 공개된다. 본 발명은 오류 제거 정보를 포함하고 있는 정정 신호의 추가를 포함하고 있다. 추가적인 정정 신호 광빔은 위상 또는 주파수 변조기의 사용을 통해 주파수 시프트되거나 위상 스크램블된다. 이에따라, 관심있는 신호 대역폭 내에 인코히어런트하게 또는 의사 인코히어런트하게 정정 광신호를 추가하는 것이 보장된다. 또한, 본 시스템은 단일 광원만을 필요로 하고 그리고 파장에 관계없이 행해질 수 있고 능동 서보(servo) 소자로 쉽게 최적화된다. 또한, 본 발명에 의해 제공된 시스템은 고도의 정정 및 통상적인 단일 모드 광섬유를 사용하는 링크 길이와 무관하기 때문에 최신의 개선을 제공한다.

Description

왜곡 정정용 유사 인코히어런트 처리를 이용한 광학 시스템
통신 분야 및 다른 응용에서 높은 동적 범위의 광섬유링크 응용에의 전자광 변조기의 사용은 이들 디바이스의 비선형에 의해 제한되어 왔다. 아날로그 링크 기계인 마크-젠더(Mach-Zehnder) 변조기는 동작 간섭성 때문에 고유한 비선형성을 가지고 있다. 이들 디바이스의 선형성은 큰 노력을 요구하는 대부분의 응용에서 필수적이다. 높은 동적 범위 응용을 위한 전자광학 변조기의 선형화는 많은 형태를 가지고 있다.
기본적으로, 연구되고 있는 선형화에는 두 종류가 있다. 그 한 종류는 변조기측에 신호를 공급하기 전에 3차 왜곡을 대한 정정을 전기적으로 생성하는 전자 사전왜곡(predistortion)을 가지고 있는 디바이스를 포함하고 있다. 이 방법은 보다 높은 정도의 비선형성이 발생하는 매우 큰 신호 응용에서 적당한 양의 정정을 유지하기 위해 능력이 제한되어 있다. 또한, 대부분의 응용에 필요한 안정성이 부족하고 전자 사전 왜곡을 포함하고 있는 디바이스는 제작이 어렵다.
제한된 기초를 가지고 연구되고 있는 다른 방법은 수년동안 고성능, 고주파 RF 증폭기의 설계시에 사용된 일반적인 피드 포워드 기술에서 발견되었다. 이러한 방법에서 상기 비선형 소자는 변조기이고 그리고 공급된 RF 신호에 의해 적접 구동된다. 이때, 이 비선형 소자의 출력이 입력과 전기적으로 비교되고 오류 신호가 생성된다. 오류 신호는 단순히 상기 비선형 소자의 입력과 출력간의 차이이다. 다음에, 이 오류 신호가 증폭되고, 피드 포워드되며, 그리고 제1비선형 소자의 출력과 조합된다. 상기 오류 신호의 적절한 제거를 보장하기 위해 상기 소자의 오류 신호와 원래 출력의 진폭과 위상을 일치시켜야 함에 주의해야 한다.
파장에 독립적이고 그리고 단일 광원의 사용을 가능하게 하는 광섬유 통신망에서 고조파 왜곡을 정정하는 시스템을 가지고 있으면 바람직하다.
본 발명은 전반적으로 광섬유통신 시스템에서 비선형 왜곡을 정정하는 시스템에 관한 것으로, 특히 광변조기를 이용하여 광섬유 케이블에 정정 신호를 추가하는 광통신망에 관한 것이다.
도 1은 비선형 왜곡에 대한 정정을 제공하는 공지된 광학 시스템의 간단화된 개략도.
도 2는 본 발명에 따라 제공되는 비선형 왜곡에 대한 광학 정정을 제공하는 시스템의 간단화된 개략도.
도 3은 도 2의 시스템에 의해 보상되는 신호를 포함하고 있는 변조된 광 신호의 간단화된 개략도.
도 4는 복합의 3중 비트(beat) 측정을 보인 변조된 광신호의 간단화된 개략도.
도 5는 위상 지연을 이용한 본 발명의 제1변형 실시예의 간단화된 개략도.
도 6은 편광의 직교상태를 이용한 본 발명의 제2변형실시예의 간단화된 개략도.
도 7은 피드포워드 파라미터의 진동 서보 제어를 이용한 본 발명의 또 다른 변형 실시예의 간단화된 개략도.
도 8은 메인 변조기에 추가되는 파일럿 톤을 가진 진동 서보 제어를 이용한 본 발명의 또 다른 변형 실시예의 간단화된 개략도.
도 9는 상대적 신호 이득의 능동적 제어를 이용한 본 발명의 또 다른 변형 실시예의 간단화된 개략도.
도 10은 두 출력 빔을 발생하는 본 발명의 또 다른 변형 실시예의 개략적인 설명도면.
본 발명의 목적은 단일 레이저 발생원을 가지고 있는 광섬유 시스템에서 피드 포워드 정정 장치에 의해 비선형 왜곡을 정정하는 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 선택된 무선 주파수 대역에서 열악한 간섭신호 없이 안정된 피드 포워드 정정이 달성될 수 있도록 광위상 수정 디바이스에 의해 광신호의 코히어런스를 변경하는 상기 종류의 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 위상 수정 디바이스가 광신호의 미분 광위상의 시간 종속 사인파(또는 사인파의 조합) 변동을 이용하고 있는 상기 종류의 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 위상 수정 디바이스가 무선 주파수 대역의 외측에서 간섭 간격 또는 노이즈를 발생하는 상기 종류의 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 메인 광신호 및 정정 광신호의 조합 간의 간섭을 완화하기 위해 제한된 시간적 간섭 내에서 발생원의 광학적 지연을 특징으로 하는 상기 종류의 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 메인 광신호 및 정정 광신호의 편광의 직교 상태를 특징으로 하는 상기 종류의 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 피드 포워드 통신망의 최적화가 광성분과 전기성분의 파라미터 제어를 통해 달성되는 상기 종류의 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따라, 데이타 전송 주파수 대역에서 데이타 신호를 전송하는 광학 시스템에서 광학 비선형에 대한 보상을 제공하는 시스템은, 코히어런트 메인 광빔을 제공하는 광원; 광빔을 수신하고 제1및 제2분할 광빔을 제공하는 빔 분할기와; 주파수 스펙트럼이 상기 데이타 전송 주파수 신호를 포함하고 있는 무선 주파수(RF) 변조 신호를 발생하는 주파수 발생기를 포함하고 있다. RF 변조 신호의 참조(reference) 부분을 추출하는 RF 신호 탭(tap)외에, 변조 및 왜곡된 광 성분을 가지고 있는 변조된 메인 광빔을 출력하기 위해, RF 변조 신호를 수신하고 상기 제1분할 광빔을 변조하는 메인 변조기가 있다. 의사 인코히어런트 보상 장치는 메인 광빔 및 합성 광빔이 조합될 때, 데이타 전송 주파수 대역 내에서 메인 광빔 및 합성 광빔 사이에서 광학 간섭 산출물이 발생되지 않도록, 데이타 주파수 신호 대역에서 메인 광빔과 코히어런트한 합성 광빔을 발생하는 장치를 포함하고 있다. 또한, RF 신호와 메인 광빔의 왜곡 부분 간의 차이를 지시하는 오류 신호를 발생하는 장치가 있다. 보상 변조기는 변조된 보상 광빔을 출력하기 위해, 오류 신호를 수신하고 상기 제2분할 광빔을 변조한다. 광 조합기는 메인 광빔 및 보상 광빔을 수신하고 보상된 출력빔을 제공한다.
광섬유링크에서 고조파 왜곡의 정정은 도 1에 도시된 바와 유사한 공지 시스템의 사용을 통해 달성될 수 있다. 이 시스템(10)에서, 레이저(12)는 변조기(16)에의 제공을 위해 광신호(14)를 발생한다. 무선 주파수 신호 발생기(18)는 일부가 오류 신호의 발생을 위해 라인(22)에 탭 오프된 동안에 상기 변조기측에 라인(20)상의 RF 신호를 제공한다. 이 RF신호의 탭 오프된 부분은 라인(24)상의 피크 오프(pick off) 신호와 조합된다. 초기에 이 피크 오프 신호는 상기 변조기의 출력측에 있는 광학 탭(28)에 접속되어 있는 검출기(26)에 의해 생성된 후에, 증폭기(29)에 의해 증폭된다. 상기 신호 발생기에 의해 발생된 신호의 RF 스펙트럼 내용의 제공은 위상 플롯(30)에 도시되어 있고, 변된 광 신호의 위상은 위상 플롯(32)에 지시되어 있다. 이들 플롯에서, 위상은 위방향 화살표에 의해 지시되어 있다.
이 광신호 조합은 결과가 상기 변조기에서 어떠한 오류라도 정정하는데 필요한 정확한 신호가 되도록 수행된다. 이때, 라인(34)상의 오류 정정 신호는 오류 정보를 전달하는 광신호(38)를 생생하게 되는 레이저 다이오드(36)를 구동하는데 사용된다. 이때, 상대적 위상이 플롯(40)의 아랫방향 화살표에 의해 도시된 레이저 다이오드의 출력은 광학 탭(42)의 사용을 통해 원래의 변조기에 의해 제공된 광 변조신호와 조합된다. 상기 광섬유상에 제공된, 결과적으로 얻어진 신호는 상기 오류 신호와 더불어 전달된 원래의 변조기 출력이다. 상기 광섬유의 단부에 있는 검출기(도시되지 않음)에서, 이들 두 신호는 추가한 광전류로 변환되며, 이에따라 상기 변조기로부터의 원래 신호와 상기 오류 신호의 원하는 합을 얻어진다. 결과적으로 얻어진 합은 이상적으로는 원래의 RF 입력과 유사한 신호이어야 한다.
이 구현예는 여러 가지 단점을 가지고 있다. 먼저, 변조기용으로 사용된 CW 레이저 발생원과 레이저 다이오드는 상이한 파장을 가지고 있다는 사실이다. 이 파장 차이는 언제나 상기 두 신호가 현재 사용되는 표준 단일 모드 광섬유의 분산으로 인해 정확하게 동일한 속력으로 광섬유상에서 전송되지 않을 정도로 충분히 크다. 이 속도 차이에 의해, 상기 두 신호들이 광섬유를 통해 전파됨에 따라 상기 오류와 상기 신호간에 위상 절단이 생긴다. 대략 5-10km 전파 후에는, 상기 시스템은 일반적으로 요구되는 정도(20dB)까지 상기 변조기의 비선형 왜곡을 정정할 수는 없다. 이들이 정확하게 동일한 파장으로 생성될 수 있음을 알 수 있지만, 이는 실용적이지 않다.
이 문제에 대한 해결책은 둘로 분할된 동일한 레이저 발생원을 사용하는 것인데, 즉 메인 변조기에 하나를 사용하고 광학 오류 신호를 발생하는데 사용된 변조기에 다른 하나를 사용하는 것이다. 이 배열에서, 도 1의 시스템의 레이저 다이오드는 간단히 메인 변조기와 유사한 변조기로 대체된다. 이는 마지막 광 커플러에서, 메인 광신호와 오류 신호가 광학 영역에서 코히어런트하게 추가되어, 상기 시스템(10)에 존재하지 않는 크로스 텀이 생성된다는 사실에 해당되지 않으면 가능하다. 상기 크로스 텀은 상기 두 광신호의 상대적 위상에 매우 민감하다. 한가지 해결책은 상기 두 빔의 광학 위상을 정확하게 제어함으로써 달성되지만, 이 제어는 원하는 정도로 달성하기가 매우 어렵다.
도 2를 참조하면, 조합된 빔의 코히어런트 효과를 완화하는 단일 파장 피드 포워드 토폴로지(topology)를 가지고 있는 본 발명에 따라 제공된 시스템(45)이 도시되어 있다. 본질적으로, 본 발명은 시스템 레이저 빔의 일부로부터의 동일물을 합성함으로써 제2광빔 발생원을 가지고 있는 시스템을 제공한다. 합성된 광빔의 주요 요건은 상기 시스템 레이저 빔과의 조합시에, 결과적으로 얻어진 빔은 관심있는 대역의 주파수에서 어떠한 간섭도 생성하지 않는 것, 즉 상기 빔이 의사 인코히어런트라는 것이다. 전체적인 광학 시스템의 필요한 주파수 응답 내에서 열악한 의사 간섭 없이 의사 인코히어런트 조합된 빔을 생성하기 위해 메인 빔과 합성된 오류 빔의 광학 위상을 조절하는 본 발명의 여러 실시예에 대해 설명한다. 이들 실시예에서 사용된 기술로는 주파수 시프트 편광 회전과 시간 지연을 들 수 있다. 비선형 왜곡의 피드 포워드 정정은 단일 레이저 발생원으로 실현된다.
상기 시스템(45)은 메인 광학 회로 및 정정 광학 회로(46, 47)로 분리될 수 있다. 상기 메인 광학 회로는 광 캐리어로서 작용하는 광빔(50)을 제공하는 레이저(48)를 포함하고 있다. 메인 변조기인 제1변조기(52)가 있고, 오류 정정 또는 피드 포워드의 제2변조기(54)가 또한 제공되어 있다. 무선 주파수 발생기(56)는 라인(58)상의 RF신호를 상기 메인 변조기에 제공하며, 이 RF 신호의 일부가 출력이 신호 조합기(63)에서 제공되는 지연 및 균등화 회로(62)에의 제공을 위해 탭(60)에서 추출된다.
또한, 레이저 빔의 일부는 상기 정정 변조기의 입력측에 상기 추출된 광빔을 제공하는 광 분리기(64)에 의해 추출된다. 또한, 상기 변조된 메인 광빔의 일부는 탭핑(taped)되고, 광검출기(65)에 의해 검출되며, 증폭기(66)에 의해 증폭되어, 지연 및 균등화 회로(68)측에 먼저 제공된 다음에, 상기 조합기의 제2입력 포트측에 제공된다. 상기 메인 변조기의 출력과 입력 신호간의 차이 신호는 증폭기(69)에 의해 증폭되어, 라인(70)을 통해 상기 정정 변조기측에 공급된다. 다음에, 상기 메인 변조기와 상기 정정 변조기로부터의 두 광빔은 비선형 왜곡의 제거를 달성하기 위해 마지막 광커플러(72)에서 조합된다.
상기 광빔 간의 간섭으로부터 발생되는 문제는 상기 메인 위상 변조기에 의해 부과된 미분 광 위상을 적절히 수정함으로써 원하는 주파수 대역에서 완화될 수 있다. 도 2의 피드 포워드 실시예에서, 상기 오류 신호는 공지된 방법으로 발생되어, 오류의 광 신호를 발생하는 상기 정정 변조기측에 공급된다. 주지한 바와 같이, 마지막 광 커플러에 도달하는 광빔은 상기 RF 영역과 광학 영역에서 코히어런트하다. 본 발명의 경우에, 이들 전계의 광학 코히어런스는 상기 정정 변조기에의 제공 전에 상기 추출된 광빔을 수신하는 상기 위상 변조기(74)에 의해 변경된다. 상기 추출 빔의 위상은 위상 변조 신호 발생기(76)에 의해 제공된 2 GHz 톤과 같은 단일톤의 일정한 진폭 신호를 사용함으로써 대역의 외측으로 상기 빔을 이동시키기 위해 변한다. 광학 전계의 코히어런스의 변경은 원하는 대역폭 내의 어떠한 주파수에서라도 상기 마지막 광 커플러에서 상기 두 빔 간에 어떠한 광학적 간섭도 발생되지 않도록 행해진다.
본 발명을 인식하기 위한 가장 간단하지만 유일하지는 않은 방법으로는 위상 변조기 대신에 주파수 시프팅 소자, 또는 본 목적을 위한 이 위상 변조기와 동일한 장치를 이용하는 것을 들 수 있다. 주파수 시프팅 소자의 예로는 동일한 것을 달성하기 위한 어커스토픽(accustoptic) 디바이스 또는 복잡한 광 집적 회로를 들 수 있다. 상기 오류 변조기에 유입되는 상기 광 신호(캐리어)가 상기 메인 변조기에 유입되는 캐리어에 대해 주파수 오프셋을 가지고 있으면, 상기 출력 커플러에서 상기 광빔의 결과적으로 얻어진 간섭이 상기 오프셋과 동일한 주파수에서 발생되게 된다. 예컨대, 광섬유 케이블의 단부에 위치되어 있는 검출기의 결과적으로 얻어진 광전류는 두 신호, 즉 오류와 메인, 및 상기 주파수 오프셋을 둘러싸고 있는 간섭 기간을 포함하게 된다. 이 광전류는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Iout= S2 Main＋ S2 Error＋ F(SMain×SError)
이때, Iout은 상기 검출기의 광전류이고, SMain과 SError은 각각 상기 메인 변조기와 상기 오류 변조기로부터의 광 전계 진폭이며, 그리고 F는 상기 식에서 표현된 곱의 함수이다. 이 함수(F)에서는 간섭 횡단 기간이 복구된다. 하지만, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 함수(F)에 의해 표현된 신호들의 주파수 내용은 상기 주파수 오프셋의 주위에 그리고 관심있는 대역의 외측에 중심을 가지고 있다.
도 2에 도시되어 있는 실시예에서, 위상 변조기는 상기 대역폭 보다 2배 더 높은 주파수에서 상기 광 캐리어를 주파수 시프트시키는데 효과적으로 사용된다. 또한, 피크-피크 이탈이 2.405 라디안(버셀 함수의 J0, 즉 제1제로에 상당함)이 되도록 상기 위상 변조기가 구동되면, 상기 오류 변조기에 유입되는 광 캐리어 신호의 스펙트럼은 구동 주파수의 복수배의 주파수에서, 하지만 원래의 캐리어 주파수에서의 캐리어로부터 주파수 오프셋의 에너지를 갖게 된다. 이 특정한 경우에서, 상기 캐리어는 제거된다고 말한다. 따라서, 위에서 설명한 순수한 주파수 시프트 예에서와 같이, 상기 오류 빔과 상기 메인 빔 간의 어떠한 광 간섭도 상기 시스템 대역폭내에서 어떠한 불량 신호도 발생하지 않게 된다.
지금까지 상기 광 캐리어 빔의 간단한 위상 변조에 대해 설명하였지만, 원하는 동일한 결과를 달성할 수 있는 기타 다른 파형이 존재한다. 대역내 간섭 효과를 일으키는 수학식 1의 코히어런트 크로스 항을 최소화하는데 사용될 수 있는 가능한 파형은 F에 의해 주어지고 다음과 같이 코사인 함수에 비례하는 간섭 크로스 항의 성질을 인식함으로써 결정될 수 있다.
F(SχS) ∼ cos(ø(t))
이 수학식은 관심 대역폭인 상기 RF 대역폭내에서 이 항의 효과를 제거하기 위해, ø(t)는 상기 항의 평균 시간이 대략 제로로 될 수 있도록 선택되어야 함을 내포하고 있다.
이때, 상기 평균 시간 간격은 관심 대역인 상기 RF 대역에서 최고 주파수의 역수에 상당한다. 실제로, 이 시간 간격은 최고 주파수의 두배의 역수보다 크지 않아야 한다. 이 조건을 충족하는 많은 해결책이 있다. 일부 리스트는 다음과 같다:
· 2.405 라디안의 진폭 또는 J0 에서 제로에 대응하는 기타 다른 진폭을 가지고 있는 사인/코사인파.
· 2.405 라디안의 진폭 또는 J0 에서 제로에 대응하는 기타 다른 진폭을 가지고 있는 주파수 변조 신호.
· 고조파 신호의 조합.
· 상기 캐리어를 제거하는데 적절한 특성을 가지고 있는 제한된 대역폭 랜덤 노이즈.
상기 위상 변조기에 인가된 전압과 상기 유도된 위상 시프트 간의 일대일 대응 때문에, 수학식 3에 대한 어떠한 해답도 위상 변조기 전극에 직접적으로 해답의 형태로 전기 신호를 인가함으로써 실현될 수 있다.
이때, 광 변조를 제공하는 기타 다른 장치가 동일하게 대체될 수 있지만, 본 발명은 마크 젠더 간섭계와 같은 간섭 변조기를 사용하고 있는 광섬유 시스템에서 비선형 왜곡을 정정함을 당업자는 알 수 있다. 본 발명은 오류 제거 정보를 포함하고 있는 광 전송로상에 정정 신호를 추가하는 단계를 포함하고 있다. 또한, 하나의 광원이 사용될 수 있고 그리고 상기 시스템은 파장에 관계없이 제조될 수 있다. 이는 관심 대역폭인 신호 대역폭내에서 인코히어런트하게 또는 의사 인코히어런트하게 정정 광신호를 추가하는 것을 보장해 주는 위상 변조기 또는 주파수 변조기의 사용을 통해 달성된 추가적인 정정 신호의 주파수 시프팅 또는 위상 스크램블링 때문에 가능하다. 본 시스템은 광섬유 시스템의 링크 길이와는 실질적으로 무관한 정정을 제공해 준다.
도 3에는 도 2의 시스템의 성능 특성이 그래픽적으로 도시되어 있다. 그래프(78)에는 정정된 그리고 정정 없이 상기 시스템에 제공된 진폭 대 주파수 신호가 도시되어 있다. 40 및 40.1 Mhz 주파수의 2개 톤은 시뮬레이팅된 일반적인 입력으로서 상기 시스템에 대한 상기 RF 입력 신호로서 사용되었다. 수학식 1에서 설명된 코히어런트 크로스 항의 제거를 달성하기 위해 400 Mhz의 톤이 상기 위상 변조기에 인가되었다. 상기 입력 RF 신호는 정정되지 않은 트레이스(80)에서 39.9와 40.2Mhz의 자극에 의해 입증된 상당한 3차 왜곡을 생성할 수 있도록 조절되었다. 정정 통신망이 인에이블되면, 트레이스(82)에 의해 상기 시스템의 크게 개선된 선형성을 지시된 바와같이, 30dB 이상의 왜곡 자극이 감소되었다.
본 발명의 추가적인 사시도가 도 4에 도시되어 있다. 이 도면에는 국제 통신 규격 NTSC 사양에 일치하는 주파수의 시뮬레이팅 케이블 텔레비젼(CATV) 캐리어를 사용하여 상기 시스템의 성능을 지시하고 있는 그래프(84)가 도시되어 있다. 이 경우에, 채널당 대략 6.4%의 변조 지수(OMI)를 가지고 있는 60 채널 시스템이 사용되었으며, 이때 상기 캐리어는 289.25 Mhz에 중심 주파수를 가지고 있다. 상기 위상 변조기 신호는 상기 메인 광빔과 상기 오류 광빔 간의 코히어런트 크로스 항을 제거하기에 충분한 대략적으로 1 GHz의 주파수와 진폭을 가지고 있다. 트레이스(86)는 캐리어 신호로 상기 시스템 성능을 설명해 주고 있다. 상기 캐리어 신호가 턴오프될 때 존재하는 많은 신호에 의해 명백한 바와같이, 상당한 복합 트리플 비트(CTB) 신호 성분이 존재하고 있다(트레이스 88). 이는 상기 시스템에 상당한, 받아들일 수 없는 비선형 왜곡이 존재함을 지시하고 있다. 상기 정정 통신망이 턴온되면(트레이스 90), 상기 시스템의 선형성에서의 상당한 개선에 대응하는 상기 CTB 신호에 상당한 감소가 존재하고 있다.
본 발명은 수학식 1의 코히어런트 크로스 항에서 감소를 달성하기 위해 상기 코히어런트를 외부적으로 수정하는데 대안을 사용하는 복수의 실시예를 포함하고 있다. 일실시예에서는 어떤 레이저 발생원의 본래 한정된 코히어런트 길이 또는 시간적 코히어런스 길이를 이용하고 있다. 이러한 대안적인 실시예에서, 상기 레이저 빔의 일부분은 상기 레이저의 특정 코히어런스 시간(τc)보다 휠씬 큰 시간에 의해 지연될 수 있다. 이 지연된 광원이 상기 피드 포워드 변조기용 광원으로서 사용되면, 상기 광과 상기 메인 위상 변조기로부터의 광간의 코히어런스의 부족은 코히어런트 크로스 항의 감소 또는 제거를 보장해 주게 된다. 도 5에는 본 발명의 제1실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 시스템(92)은 도 2에 대해 도시된 바와 실질적으로 동일하지만, 오류 정정 변조기측에의 제공 전에 상기 추출된 광빔을 수신하는 지연 소자(94)를 더 포함하고 있다. 상기 지연 소자는 코히어런스 시간(τc) 보다 훨씬 긴 시간 동안에 상기 추출된 광을 지연시킨다. 이에따라, 상기 출력 광빔을 형성하기 위해 마지막 커플러에서 인코히어런트가 추가될 수 있다. 상기 지연 소자에 의해 위상 변조기 및 해당 신호 발생기는 필요없게 된다.
코히어런스 시간은 특정 길이(Lc)로서 표현된 바와같이 흔히 표현된다. 이 길이는 코히어런스 시간내에 광이 이동하게 되는 거리이다. 레이저 발생원에 대한 일반적인 코히어런스 길이는 다이오드 레이저에 대해 10 미터에서 수백 미터까지 변하며, 다이오드 펌프 고체 상태(DPSS) 레이저는 수 킬로미터의 코히어런스 길이를 가지고 있다. 상기 지연 소자는 바람직하게는 적당한 길이의 광섬유 코일이다. 실용적 관점으로부터, DPSS 레이저에 필요한 지연을 달성하는데 필요한 광섬유 지연 라인의 광섬유 길이를 포함하는 것은 일반적으로 비용 면에서 비효율적임에 주의하자. 하지만, 다이오드 레이저용 광 지연 라인은 적절한 광 섬유의 길이로 실현될 수 있으며, 따라서, 경제적이다.
본 발명을 구현하기 위한 보다 간단한 접근법으로는 상기 메인 변조기와 상기 피드 포워드 오류 변조기에 대한 편광의 직교 상태를 사용하는 것을 들 수 있다. 두 광신호의 직교성이 유지되면, 이 실시예에서 상기 조합 빔간의 간섭이 방지된다. 이제, 도 6을 참조하면, 제2시스템(96)이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 제2시스템(96)은 도 2에 도시되어 있는 시스템과 실질적으로 동일하고, 그리고 상기 변조 광빔을 수신하는 각각의 출력측에서 편광 유지 광섬유(98, 100)을 상기 변조기에 제공함으로써 실현된다. 또한, 상기 정정 변조기에 의해 변조된 상기 광빔을 수신하는 90도 편광 회전기(102)도 있다. 이후에, 회전된 정정빔(104)은 편광 유지 커플러(106)의 직교 상태에 동일한 것을 접속함으로써 메인 변조 광빔(100)과 조합된다. 이에따라, 두 신호가 진정으로 직교하고 있어 간섭을 일으키지 않는 안정된 피드 포워드 정정 신호가 제공된다.
도 7은 본 발명의 제3실시예의 간단화된 개략도이다. 이 도면에는 능동 제어를 가능하게 해 주는 소자를 포함하고 있는 도 2에 도시되어 있는 시스템과 실질적으로 동일한 시스템(108)이 도시되어 있다. 일반적으로, 상기 정정 신호의 진폭을 지배하고 있는 파라미터, 그러므로 시스템의 출력 빔의 왜곡 산출물의 제거 정도는 최적의 성능을 보장해 주기 위해 정확하게 제어될 필요가 있다. 정정 RF 신호의 위상이 왜곡 산출물의 제거를 최대화하기 위해 조절되면, 유일한 임계 파라미터는, 최종 커플러를 통해 메인 광학 회로와 정정 광학 회로 간의 상대적인 RF 이득이다. 이 이득은, 증폭기(110 또는 112) 중의 RF 신호 이득의 전기적 제어를 통해 쉽게 조절될 수 있거나, 커플러(114 또는 116)에 의해 제공되는 많은 광커플링을 변화시킴으로써 어느 한쪽의 변조기 또는 양쪽 변조기의 출력으로부터 발산하는 많은 광전력을 조절함으로써 이득이 조절될 수 있고, 또는 어느 한쪽의 정정(또는 메인) 광학 회로에서 많은 추가적 강도 변조기(118)를 부가함으로써 이득이 조절될 수 있다. 그 결과, 이러한 상대적 이득은 진동 서보 또는 다른 일반적 최적화 기술을 사용함으로써 왜곡 산출물 또는 테스트 신호의 제거를 모니터함으로서 최적화될 수 있다. 도 7에 도시된 실시예에서, 시스템(108)은 또한 신호가 공지된 형태의 진동 서보 제어 회로(124)에 의해 제공되는 검출기(122)로 출력빔의 일부를 지시하는 출력 빔 커플러(120)을 포함하고 있다. 출력 제어 신호는 증폭기(110과 112)에서 라인(126, 128)상에 지시된다. 또한, 제어 신호는 광분할기(113, 116) 또는 메인 변조기나 정정 변조기에서 지시될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4변형 실시예의 개략도이다. 또한 도면에서 시스템(130)은 도 7에 도시된 시스템(108)의 대부분의 형태를 가지면서 도 2의 도면에 대해 도시된 것과 실질적으로 동일하다. 그러나, 시스템(130)은 진동을 위해 데이타 주파수 대역에서 파일럿 신호를 제공하는 주파수 발생기(132)를 포함하고 있다. 이러한 신호는 탭된 RF 신호가 오류 정정 회로에 대해 분할된 후 메인 변조기에서 RF입력 신호에 추가된다. 결과적으로, 신호 조합기는 참조인 RF 입력신호를 수신하고, 동시에 증폭기(110)에 의해 조합기에 지시된 신호는 진동 신호에 의해 도입된 오류 기간에 더해진 변조기 오류를 포함하고 있다. 또한 이 실시예에는 광검출기(122)로부터 수신된 신호를 필터링하는 필터(134)가 포함된다.
동작에서, 초기의 RF 커플러 후 메인 변조기 시스템(130)으로 파일럿 톤 또는 테스트 톤이 연속적으로 공급된다. 이 파일럿 톤은 제거되어야 하는 왜곡 산출물로서 피드 포워드 시스템에 나타난다. 메인 변조기에서 생성되는 이러한 톤과 어떠한 왜곡 산출물 사이에는, 최초로부터 떨어진, 차이가 사실상 존재하지 않는다. 이러한 톤의 제거 정도는 어떠한 왜곡이라도 제거하는 것을 정확히 모조하게 되고, 이에 따라, 시스템 성능의 측정이 우수해진다. 증폭기(110)의 Rf 이득(G2)은 전압 제어된 이득 소자(136) 또는 AGC로부터의 출력 신호를 통해 제어된다. 일반적으로 느리게 변화하는 약간의 이득 오류 레벨 주변에서 AGC 신호가 연속적으로 진동된다. 이러한 진동 이득은 최종 출력을 모니터하는 검출기의 출력에서 명확해진다.
필터링은 서보 회로를 취급하는 신호의 대역폭을 감소시키기 위해 사용되지만, 파일럿 톤 주파수 주변의 주파수가 보존된다. 이러한 주파수는 시스템의 대역폭에서의 어떠한 위치에서도 대체될 수 있다. 필터링 통신망으로부터 생겨나는 검지된 파일럿 톤의 진폭은 진동 이득으로 동시에 변화하게 된다. 진동 신호에 대한 위상, 및 진폭은 서보 귀환 시스템에서 사용되는 기준 동위상의 검출 형태 기구(Scheme)의 사용을 통해 최적의 제거로부터 탈선 방향 및 크기를 결정하기 위해 사용될수 있다. 귀환 루프에서의 위상은 최소로 검출된 파일럿 톤을 구동하도록 선택되어, 이와 같은 최대의 제거를 지시한다. 단일 파일럿 톤이 도 8의 실시예에서 사용되었지만, 어떠한 톤 또는 노이즈 신호도 제거를 모니터 하는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, RF 스펙트럼 동작의 여러 영역이 동시에 모니터될 수있다.
많은 응용에서, 시스템의 이중 출력 빔 동작이 요구된다. 그러한 시스템의 예가, 두 메인 변조기 출력 빔이 왜곡에 대해 정정되고 사용을 위해 유용하도록 도 9에 개략적으로 도시되어 있다. 시스템(138)은 다음의 변형으로 단일 출력 시스템으로 사용되는 동일한 방식으로 피드 포워드 정정을 기본적으로 제공한다. 시스템(138)은 메인 빔(144와 146)을 발생하기 위해, 이중 출력의 메인 변조기(140, 142)를 포함하고 있고, 이중 출력의 정정 변조기(142)는 피드 포워드 빔(148, 150)을 발생한다.
이러한 시스템에서, RF 신호의 위상은 각각의 출력에서 최대의 게거를 위해 동시에 설정되어야 한다. 이것은 각각의 조합기(152, 154)에서 모든 메인 신호 및 정정 신호 간의 작은 상대적 위상 상쇄를 보장하도록 엄밀히 제어된 광섬유 길이로 시스템을 제조함으로써 바람직하게 달성된다. 간섭 제거를 제어하는 것은, 메인 변조기 출력 빔 또는 정정 변조기 출력 빔 중 하나의 상대적 이득을 변화화시킴으로써, 제어 회로(156) 사용이 이루어질 수 있다. 예컨대, 증폭기(158)의 이득(G2)과 커플러 160(kO)에 의해 제공되는 커플링은, 각각의 시스템 출력에서 동시에 최적의 소거를 달성하기 위해, 간단한 방식으로 조종될 수 있다. 메인 신호 또는 정정 신호의 상대적 이득을 변화시키는 전기적 또는 광 소자의 어떠한 조합도 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 또한, 패쇄루프 최적화는 도 10에 개략적으로 도시된 바와 같이 도면의 시스템과 이미 설명된 동일한 원리를 사용하는 시스템 162으로 달성될 수 있다. 시스템(162)에서, 두개의 서보 루프(164, 166)는 형성되고, 각각의 출력 빔(172, 174)의 성분을 최적화하는 분리된 서보 제어 회로(168, 170)로, 출력 빔 중 하나를 소거하는 것을 각각 모니터한다.
이와 유사하게, 본 발명은 바람직한 실시예에 대해 도시되고 설명되었지만, 본 발명에서 각종 다른 변형, 생략 및 추가가 본 발명의 취지와 범위를 이탈하지 않는 범위내에서 행해질 수 있음은 당업자에 의해 이해되어야 한다. 예컨대, 도 2의 실시예는 메인 광빔에 위상 변조기를 삽입함으로써 다른 광학적 위상을 생성할 수 있도록 변형될 수 있다.
본 발명은 단일 레이저 발생원을 가지고 있는 광섬유 시스템에서 피드 포워드 정정 장치에 의해 비선형 왜곡을 정정하는 장치를 제공한다.
본 발명은 선택된 무선 주파수 대역에서 열악한 간섭신호 없이 안정된 피드 포워드 정정이 달성될 수 있도록 광위상 수정 디바이스에 의해 광신호의 코히어런스를 변경하는 상기 종류의 장치를 제공한다.
본 발명은 위상 수정 디바이스가 광신호의 미분 광위상의 시간 종속 사인파(또는 사인파의 조합) 변동을 이용하고 있는 상기 종류의 장치를 제공한다.
본 발명은 위상 수정 디바이스가 무선 주파수 대역의 외측에서 간섭 간격 또는 노이즈를 발생하는 상기 종류의 장치를 제공한다.
본 발명은 메인 광신호 및 정정 광신호의 조합 간의 간섭을 완화하기 위해 제한된 시간적 간섭 내에서 발생원의 광학적 지연을 특징으로 하는 상기 종류의 장치를 제공한다.
본 발명은 메인 광신호 및 정정 광신호의 편광의 직교 상태를 특징으로 하는 상기 종류의 장치를 제공한다.
본 발명은 피드 포워드 통신망의 최적화가 광성분과 전기성분의 파라미터 제어를 통해 달성되는 상기 종류의 장치를 제공한다.

Claims (15)

  1. 데이타 전송 주파수 대역에서 데이타 신호를 전송하는 광학 시스템에서 광학 비선형에 대한 보상을 제공하는 시스템에 있어서;
    코히어런트 메인 광빔을 제공하는 광원;
    상기 광빔을 수신하여 제1및 제2분할 광빔을 제공하는 빔 분할기 수단;
    주파수 스펙트럼이 상기 데이타 전송 주파수 신호 대역을 포함하고 있는 무선 주파수(RF) 변조 신호를 발생하는 주파수 발생기;
    상기 RF 변조 신호의 참조부를 추출하는 RF 신호 탭 수단;
    변조 및 왜곡된 광 성분을 가지고 있는 변조된 메인 광빔을 출력하기 위해, 상기 RF 변조 신호를 수신하고 상기 제1분할 광빔을 변조하는 메인 변조기 수단;
    상기 메인 광빔 및 합성 광빔이 조합될 때, 상기 데이타 전송 주파수 대역 내에서 상기 메인 광빔 및 합성 광빔 사이에서 광학 간섭 산출물이 발생되지 않도록, 상기 데이타 주파수 신호 대역에서 상기 메인 광빔과 합성화된 광빔의 코히어런트를 발생하는 수단을 포함하고 있는 의사 인코히어런트 보상장치;
    상기 RF 신호와 상기 메인 광빔의 상기 왜곡 부분간의 차이를 지시하는 오류 신호를 발생하는 수단;
    상기 오류 신호를 수신하고 변조된 보상 광빔을 출력하기 위해 상기 제2분할 광빔을 변조하는 보상 변조기 수단; 및
    상기 메인 광빔 및 보상 광빔을 수신하여, 보상된 출력빔을 제공하는 광 조합기 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 의사 인코히어런트 보상 장치는 등가 전기 신호를 제공하기 위해 상기 변조된 메인 광빔의 제1부분을 수신하는 검출기 수단;
    상기 검출기 수단 신호 및 상기 기준 RF 신호를 수신하고, 이들 신호로부터 상기 수신된 신호들간의 차이에 대응하는 신호를 발생하는 신호조합기 수단;
    상기 데이타 주파수 신호 대역의 주파수 최대치에서 위상 수정 신호를 발생하는 위상 변조 주파수 발생기;
    위상 수정된 제2광빔을 제공하기 위해 상기 제2분할 광빔과 위상 수정 신호를 수신하는 위상변조기 수단; 및
    상기 합성 빔의 일부로서, 상기 변조된 메인 광빔 왜곡 성분에서, 왜곡된 광학 성분이 본질적으로 동일한 크기를 갖지만 반대 위상을 가지고 있는 변조된 정정 광빔을 출력하기 위해, 상기 다른 신호와 상기 위상 수정된 제2광빔을 수신하는 정정 변조기 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광빔은 Iout= S2 Main＋ S2 Error＋ F(SMain×SError)에 의해 표현되고, 여기서 Iout은 상기 검출기의 광전류, SMain과 SError은 상기 메인 변조기와 보상 변조기로부터의 광전계 진폭을 각각 나타내고, F는 원리에서 지시되는 발생 함수이며, 상기 보상 발생기 수단은과 같은 데이타 전송 주파수 대역에서 합성 광빔을 발생하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 진폭 2.405 라디안 또는 버셀 함수, J0에서 제로에 대응하는 진폭을 가지고 있는 사인/코사인파에 대응하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, ø(t)는 진폭 2.405 라디안 또는 버셀 함수, J0에서 제로에 대응하는 진폭을 가지고 있는 주파수 변조 신호에 대응하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서, ø(t)는 고조파 신호의 조합에 대응하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서, ø(t)는 캐리어 주파수를 소모하도록 선택되는 제한된 대역폭 랜덤 노이즈를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 의사 인코히어런트 보상 장치는 등가 전기 신호를 제공하기 위해 상기 변조된 광빔의 제1부분을 수신하는 검출기 수단;
    상기 검출기 수단 신호와 상기 기준 RF 신호를 수신하고 상기 수신된 신호간의 차이에 대응하는 신호를 발생하는 신호 조합기 수단;
    크기가 상기 메인 광빔에 대한 간섭시간보다 더 크게 선택된 시간적 지연을 제공하기 위해, 상기 제2분할 광빔을 수신하는 시간 지연수단;
    상기 합성 빔의 일부로서, 상기 변조된 메인 광빔 왜곡 성분에서, 왜곡된 광학 성분이 본질적으로 동일한 크기를 갖지만 반대 위상을 가지고 있는 변조된 정정 광빔을 출력하기 위해, 상기 다른 신호와 상기 위상 수정된 제2광빔을 수신하는 정정 변조기 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 코히어런트 메인 광빔은 초기의 편광상태를 가지고 있고, 상기 의사 간섭 보상 회로는 등가 전기 신호를 제공하기 위해 상기 변조된 메인 광빔의 제1부분을 수신하는 검출기 수단;
    상기 검출기 수단 신호와 상기 기준 RF 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호들 간의 차이에 대응하는 신호를 발생하는 신호 조합기 수단;
    상기 합성된 빔의 일부로서, 상기 변조된 메인 광빔 왜곡 성분에서, 왜곡된 광학 성분이 본질적으로 동일한 크기를 갖지만 반대 위상을 가지고 있는 변조된 정정 광빔을 출력하기 위해, 상기 다른 신호와 상기 위상 수정된 제2광빔을 수신하는 정정 변조기 수단;
    상기 변조된 합성 광빔을 수신하고, 90도 회전된 합성 광빔을 발생하는 편광 회전기 수단을 더 포함하고 있고,
    상기 광 조합기 수단은 상기 위상 회전, 변조, 및 합성 광빔과 상기 변조된 메인 광빔의 상기 편광 상태를 유지하는 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 의사 인코히어런트 보상 장치는 등가 전기 신호를 제공하기 위해 상기 변조된 메인 광빔의 제1부분을 수신하는 검출기 수단;
    상기 검출기 수단 신호와 상기 기준 RF 신호를 수신하고 상기 수신된 신호들간의 차이에 대응하는 신호를 발생하는 신호 조합기 수단;
    등가 전기 신호를 제공하기 위해 상기 변조된 메인 광빔의 제1부분을 수신하는 검출기 수단;
    상기 검출기 수단 신호 및 상기 기준 RF 신호를 수신하고 상기 수신된 신호 간의 차이에 대응하는 신호를 발생하는 신호조합기 수단;
    상기 합성된 빔의 일부로서, 상기 변조된 메인 광빔 왜곡 성분에서, 왜곡된 광학 성분이 본질적으로 동일한 크기를 갖지만 반대 위상을 가지고 있는 변조된 정정 광빔을 출력하기 위해, 상기 다른 신호와 상기 위상 수정된 제2광빔을 수신하는 정정 변조기 수단을 더 포함하고 있고,
    상기 시스템은 상기 RF 신호 탭에 후속되는 상기 RF 변조 신호와의 조합에서 상기 메인 변조기에서 보상을 위해 단일 파일럿 주파수를 제공하는 파일럿 톤 신호 발생기;
    상기 출력 광빔의 등가 전기 신호를 발생하는 출력 신호 검출기 수단; 및
    상기 출력 빔 검출신호 파일럿 톤 신호 부분의 최소에 대응하여 값에 관하여 상기 조합기 수단에 지시되는 이득 제어 신호의 크기를 변화시키기 위한 자동적인 이득 제어 수단을 포함하면서, 파일럿 톤 신호 부분을 가지고 있는 상기 출력 빔 검출신호를 수신하는 진동 서보 제어 회로를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 의사 인코히어런트 보상 장치는 등가 전기 신호를 제공하기 위해 상기 변조된 메인 광빔의 제1부분을 수신하는 검출기 수단;
    상기 검출기 수단 신호와 상기 기준 RF 신호를 수신하고 상기 수신된 신호들 간의 차이에 대응하는 신호를 발생하는 신호 조합기 수단;
    상기 합성된 빔의 일부로서, 상기 변조된 메인 광빔 왜곡 성분에서, 왜곡된 광학 성분이 본질적으로 동일한 크기를 갖지만 반대 위상을 가지고 있는 변조된 정정 광빔을 출력하기 위해, 상기 다른 신호와 상기 위상 수정된 제2광빔을 수신하는 정정 변조기 수단을 더 포함하고 있고,
    상기 메인 변조기 수단은 두 개의 메인 출력 빔을 출력하는 수단을 더 포함하고 있고, 상기 정정 변조기 수단은 두개의 변조된 정정 광빔을 발생하는 수단; 및
    상기 제2메인 및 변조된 정정 빔을 수신하고 제2보상된 출력 빔을 발생하는 제2조합기 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 RF 신호의 위상을 선택하는 수단;
    상기 보상된 출력빔에서 검출된 광전력의 지시 신호를 발생하는 수단; 및
    상기 보상된 출력 빔 전력 신호를 수신하고 상기 메인 및 상기 합성 광빔 간의 상기 상대적 RF 신호 이득을 조절하는 이득 조절 수단;
    상기 왜곡된 광학 성분의 제거를 최대화하기 위해 선택된 상기 RF신호 위상과 상기 RF신호 이득을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 이득 조절 수단은 상기 메인 광빔으로부터 제거되는 광전력의 크기를 조절하는 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 이득 조절 수단은 상기 정정 변조기 수단에 의해 변조 크기를 조절하는 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 파일럿 톤 신호 발생기는 상기 RF신호 탭에 후속되는 상기 RF 변조 신호와의 조합에서 상기 메인 변조기에서 표현하는 복수개의 파일럿 주파수 신호를 제공하는 수단을 더 포함하고 있고;
    상기 진동 서보 제어 회로 수단과 자동 이득 조절 수단은 상기 출력 검출 신호 파일럿 톤 신호 부분을 최소화하는 것에 대응하는 하나에 대응하는 값에 대해 상기 조합기 수단에서 출현되는 이득 제어 신호의 크기를 변화시키기 위한 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
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