KR19990014861A - 광섬유에서 신호를 전송시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

광섬유에서 신호를 전송시키기 위한 방법 및 장치

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KR19990014861A
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Abstract

광섬유에 신호를 전송하기 위한 방법과 장치에 있어서, 고 주파수에서 전송될 신호를 가지는 광반송파를 진폭변조시키기 위하여 진폭변조기(1)가 제공된다. 광섬유에서 군속도 분산의 영향을 감소시키기 위하여 변조된 광반송파의 측대역중 적어도 하나의 일부분을 억압시키기 위하여 억압수단(2)이 제공된다.

Description

광섬유에서 신호를 전송시키기 위한 방법 및 장치
지금 개발중인, 고 주파수 또는 고속, 10Gbit/s 또는 그 이상의 속도의 광섬유-광전송 시스템이 가지는 주 문제점중 하나는 전송된 신호를 왜곡시키는, 광섬유에서 군속도 분산(group velocity dispersion)이다. 설치된 광섬유 대부분은 1.3㎛에서 0분산을 가지지만, 그러나 1.55㎛에서 최소 손실을 가진다. 이 경우에서 군속도 분산은 약 -17ps/(nm.km)이다. 이 분산은 장거리 전송, 100km이상에 있어서 2.5Gbit/s에서 문제점이다. 이 경우, 직접 변조된 반도체 레이저 대신에 외부 변조기의 사용을 필요로 한다. 10Gbit/s에서, 분산은 전송거리에 대한 주 제한 요소이고 그리고 신호의 스펙트럼 확산이 비트율에 비례하기 때문에 분산은 보다 높은 비트율에서 더 나빠진다.
분산이 신호를 왜곡시키는 원인은, 분산이 변조주파수의 제곱에 따라 변하는 위상을 도입하기 때문이다. 양 측대역(side-band)은 동일한 부호로 이 위상을 가진다. 광다이오드와 같은, 제곱 검출기(square-law detector)에 의해 검출된 후에, 이는 다음 형태의 작은-신호 응답이 된다.
H(ν) = cos(F Lν2) (1)
여기서 ν는 변조주파수이고 그리고 L은 전송거리이다. 전송거리는 만일 L이 충분히 크게 된다면 당해 주파수의 대역에 전송의 제로를 도입한다. 이들 제로들은 신호의 왜곡에 책임이 있다.
전송되는 신호의 스펙트럼 폭과 함께 문제점이 증가하기 때문에, 이러한 상황을 개선하기 위한 한 방법은 이 스펙트럼 폭을 제한하는 것일 수 있다. 라디오와 TV영역에서, 스펙트럼 감소는 가용 주파수대역에 보다 많은 채널들을 채우는데 사용되고 그리고 이는 종종 단측대역(Single-Side-Band:SSB)변조로 이루어지고, 반송파 억압(carrier suppression)과 함께 또는 없이 이루어지거나, 또는 잔류측대역(Vestigial Side-Band:VSB)변조로 이루어진다. 캐리어 억압의 문제점은, 신호를 복구시키기 위해 매우 안정된, 협소-대역 국부 발진기를 필요로 한다는 것이다. 이는 동기변조 시스템(FM, PM)과 비슷하지만, 그러나 광다이오드와 같은 제곱검출기가 수신기에서 사용될 수 있기 때문에 오늘날 상업적인 광전송 시스템은 전용 진폭변조(AM)를 사용한다.
광섬유에서 분산에 의해 야기된 문제점들을 극복하기 위한 이전에 다른 방법들이 제안되었다. 가장 유망한 두가지는 4파(four-wave) 혼합에 의한 스펙트럼 반전과 반대 부호의 분산을 가지는 광섬유의 길이를 사용하는 것이다. 스펙트럼 반전의 문제점은, 상당히 복잡하고, 낮은 효율을 가지고, 광섬유 링크의 중간에서 이루어져야만 하고, 그리고 파장멀티플렉스된 시스템에서 사용하기가 어렵다는 것이다. 광섬유를 보상하는데 있어서의 주 문제점은 광증폭기로 보상되어야만 하는 부가적인 손실이 있어서, 신호-대-잡음비의 저하를 야기시킨다는 것이다.
본 발명은 한편으로는, 전송되게 될 신호를 가지는 광반송파(optical carrier)를 고 주파수에서 진폭변조시켜, 이렇게 변조된 광반송파를 광섬유에 전송시키는 것을 포함하는, 광섬유에 신호를 전송시키기 위한 방법에 관한 것이고, 그리고 다른 한편으로는, 전송되게 될 신호를 가지는 광반송파를 고 주파수에서 진폭변조시키기 위한 진폭 변조기를 포함하는, 광섬유에 신호를 전송시키기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 제1실시예를 보여주는 도면.
도 2a 와 2b는 도 1에 따른 실시예의 기능을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제2실시예를 보여주는 도면.
도 4a, 4b 및 4c는 도 3에 따른 실시예의 기능을 설명하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 제3실시예를 보여주는 도면.
도 6a, 6b 및 6c는 도 5에 따른 실시예의 기능를 설명하는 도면.
본 발명의 목적은 광섬유에서 군속도 분산으로 인한 전송거리의 제한을, 광학적인 영역에서 단순한 방법으로 또한 저가로 극복하는 것이다.
이는 광섬유에서 군속도 분산의 영향을 감소시키기 위하여 변조된 광반송파의 측대역중 하나의 적어도 일부분을 억압시키는, 본 발명에 따른 방법에 의해 이루어진다.
이 목적은 또한, 광섬유에서 군속도 분산의 영향을 감소시키기 위하여 변조된 광반송파의 측대역중 하나의 적어도 일부분을 억압시키기 위한 억압수단을 포함하는, 본 발명에 따른 장치에 의해 이루어진다.
이 측대역 억압은 광섬유로 전송전에 이루어질 수 있거나, 또는 광섬유로 전송후에 이루어질 수 있지만 그러나 광신호의 검출전에 이루어질 수 있다.
위상교정(및 궁극적으로는 등화)을 위한 전기회로는 또한 수신기에 부가될 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 장치는 단순하고 또한 저가로 이루어질 수 있어서, 지금까지 제안된 방법과 장치들에 경쟁력이 있다.
본 발명은 첨부도면을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다.
본 발명의 목적을 이루기 위하여, 즉 단순한 수신기의 저가 및 신뢰성장점을 존속시키기 위하여, 간단한 SSB 또는 VSB가 본 발명에 따라 사용된다.
SSB와 VSB변조계획의 분석은 신호의 스펙트럼 팽창의 감소보다는 휠씬 큰 이득을 보여준다.
그러나 순수한 SSB시스템에서, 단지 하나의 측대역만이 있고 그리고 응답은 다음과 같이 된다:
HSSB(ν) = (1/2)exp(j F Lν2) (2)
여기서 j는 -1의 제곱루트이고, 이는 순순한 주파수 종속위상이다. 이는 위상교정을 수행하는 전기회로에 의해 보상될 수 있다.
실제 SSB는 광학적 영역에서 수행되기 어렵다. 이외에도, AM변조가 광 시스템에서 통상적으로 이루어지는 방식인, 변조를 위한 큰 소광율(extinction ratio)을 가지는 의사 불규칙 비트패턴(pseudo-random bit pattern)의 전송의 시뮬레이션은 순순한 SSB변조가 최상의 해결책이 아닐 수 있다는 것을 보여준다.
그러나, 아래에서 기술되는, 본 발명에 따른 장치의 세 VSB변조 실시예는 달성가능한 전송거리의 상당한 개선을 제공한다.
기술되게 되는, VSB광변조기의 세 실시예들은 비대칭 마크-젠더 간섭필터(Mach-Zehnder interferometric filter)(도 1), 브래그 회절격자필터(Bragg grating filter)(도 3), 페브리-페로트 필터(Fabry-Perot filter)(도 5)를 기초로 한다.
VSB변조기의 다른 실시예들이 상기에서 나열된 세 필터중 하나 대신에 상이한 유형의 광학 필터를 사용함으로써 만들어질 수 있다. 이들 예는 다층 유전필터, 간섭필터, 이중 페브리-페로트 필터등이다. 유일한 필요사항은, 필터가 반송파의 대부분을 전송하는 동안 측대역중 하나의 대부분과 다른 측대역을 억제하는 것이다.
VSB변조기의 대안으로서, 아래에 기술되는 유형중 하나의 일반적인 진폭변조기를 사용하는 것이 가능하고 그리고 광섬유로 전송후에, 수신기에서 광학 신호의 필터링을 실행하는 것이 가능하다. 이 해결책의 문제점과 장점들이 아래에서 설명된다.
모든 경우에서, 수신신호의 위상교정을 위한 전기회로가 식 (2)에서 도시된 바와 같이 필요할 수 있다. 그러나, 페브리-페로트 필터와 같은 광학 필터중 몇몇은 광신호에 위상을 부가시켜, 전기적 위상교정을 불필요하게 만들 수 있다. 이외에도, 전기적 신호의 등화(equalization)는 몇몇 경우에 장점이 될 수 있다. 이는, 대부분의 필터가 식 (2)로 설명되는 SSB경우와 같이 위상을 부가시킬 뿐만 아니라, 진폭을 수정시키기 때문이다(예컨대, 아래의 비대칭 마크-젠더 필터에 대한 식 (8)을 보라).
VSB 변조기
여기서 설명되게 되는 VSB변조기의 세 실시예들은 진폭변조기와 광학필터의 사용을 기초로 한다. VSB(또는 SSB)변조기를 구하기 위한 다른 방법들이 공지되었지만, 그러나 매우 높은 비트율에서 실현하기가 매우 어렵거나 또는 불가능하거나, 또는 매우 복잡하고 또한 값이 비싸다.
아래에서, 변조기 자체는 순수한 AM변조기(첩(chirp)이 아님)라고 가정한다. 이는 반도체 전자-흡수 변조기와 대칭 마크-젠더 변조기(LiNbO3또는 반도체에서 실현된) 둘다에서 가능하다.
도 1에 도시된 장치는 수신단으로 향해 전송되게 되는 신호와 함께 광반송파를 고속에서 진폭변조시키기 위한 진폭변조기(1)를 포함한다.본 발명에 따른 장치의 제1실시예에 따라, 변조기(1) 다음에는, 분할기(5)와 결합기(6) 사이에 두 개의 아암, 긴 아암(3)과 짧은 아암(4)을 가지는 비대칭 마크-젠더 간섭계(2)가 온다.
아래에서 설명될 세 변수들은 이 장치의 정확한 작동을 위해 중요하다.
1. 간섭계(2)의 두 아암(3 및 4)은 결합기(6)에서 위상외 재결합이 큰 소광율이 되도록 거의 동일한 손실을 가져야만 한다. 흡수와 산란으로 인해, 긴 아암(3)은 보통 높은 손실을 가지게 된다. 장치를 만들기 위해 사용된 재료와 제조방법에 따라 여러 보상방법들이 가능하다. 일반적으로 적용될 수 있는 한 방법은, 결합기(6)에서 출력이 동일하게 되도록 간섭계(2)내 분할기(5)에서 비대칭 분할율을 사용하는 것이다. 다른 방법은 전체 손실을 동일하게 하기 위하여 아암(3 및 4)중 하나에 부가적인 손실 또는 이득을 가지는 것이다.
2. 두 아암(3 및 4)간의 광경로 차이는, 이의 전송함수가 아래와 같이 표시될 수 있기 때문에 필터 특성을 결정하게 된다:
(3)
여기서 손실은 무시되고 그리고 ω는 광의 각 주파수이고, c는 광속이고 pi는 아래와 같이 규정되는, 간섭계(2)의 한 아암의 광경로 길이이다.
(4)
s는 아암을 따른 거리이고 그리고 neff는 상기 아암에서 광에 대한 유효 전파지수이다. 만일 neff가 동일하고 그리고 어디에서나 상수라면, 식 (3)은 다음과 같이 통분된다:
(5)
Δd 는 아암간의 길이 차이이고 그리고 Φ는 예컨대 위상제어장치(7)로 인해, 아암중 하나에서 어떤 부가적인 위상차를 나타낸다.
식 (3) 또는 (5)로부터, 필터 전달함수는 ω에서 주기적이고 그리고 주기는 광경로 차이(또는 Δd)에 의존한다는 것을 알 수 있다.
3. 반송파 주파수(ω0)와 식 (3)의 전송의 극대와 극소의 상대 위치는 장치의 훌륭한 작동을 위해 매우 중요하다. 예컨대, 만일 ω0가 극소와 일치하면 아무런 신호도 전송되지 않고 그리고 만일 극대와 일치한다면, 측대역들은 대칭이고 그리고 필터되지 않은 경우에 대해서는 아무런 개선이 이루어지지 않는다. 최고의 위치는 다음의 경우이다:
(6)
여기서 m은 정수이다. 이는 도 2a의 전송스펙트럼에서 파선으로 지시되는 위치에 대응한다. 이 상대위치를 조절하기 위한 두가지 방법이 있는데, 즉 도 1에 제안된 바와 같은 아암중 하나에서 위상을 조정함으로써 반송파 주파수(ω0)를 동조시키거나 또는 필터를 동조시키는 것이다. 이는 Φ를 변경시킨다. 최고의 해결책은 필터를 만들기 위해 사용된 기술과 시스템 요구에 따라 다르다.
만일 시간지연(τ)을 다음과 규정하고:
(7)
그리고 만일 변조신호의 비트율이 B라면, 도 2b와 식 (5)로부터 τ의 선택이 신호가 필터되는 방식에 어떻게 영향을 끼치는 가를 알 수 있다. 도 2b에서, 점선은 전형적인 변조된 광스펙트럼과 필터 전송스펙트럼에 대한 이의 위치를 보여준다. 식 (6)으로 주어진 바와 같이 동조되고, 또한 도 2a에 도시된 비대칭 마크-젠더 필터로, 제곱 검출기로 검출후에 작은-신호 변조응답 함수는 식 (1) 대신에 다음과 같이 된다:
(8)
식 (8)로부터, (식 (2)에 의해 주어진 순수 SSB경우와 같이) 위상 왜곡이 전기신호의 적절한 필터링으로 교정될 수 있는 한편, 식 (1)에 나타나는 제로들이 τ의 정확한 선택으로 회피될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이외에도, 제로가 없기 때문에, 진폭의 등화를 수행할 수 있다.
도 3에 도시된, 본 발명에 따른 장치의 실시예는 도 1에 도시된 변조기(1)와 동일할 수 있는 진폭변조기(1)를 포함한다. 이 실시예에 따라, 변조기(1)뒤에 브래그 회절격자필터(8)가 온다.
도 3에 도시된 실시예의 작동의 원리가 도 4에 도시된 도표로 설명된다. 도 4a는 전형적인 브래그 회절격자필터의 광 전달함수, 즉 전송 스펙트럼을 보여준다. 여기서 ωC는 필터 중심주파수이다. 도 4b는 전형적인 변조된 광 스펙트럼을 보여주는데, 여기서 B는 비트율이고 ωO는 광 반송파 주파수이다. 도 4c는 필터링 후 신호의 광 스펙트럼을 보여준다. 브래그 회절격자필터(8)는 주파수의 특정 대역을 반사하게 되고 그리고 다른 주파수를 전송하여, VSB광 신호를 얻기 위하여 한 측대역의 대부분을 억제할 수 있게 한다.
세 변수들은 이 장치의 정확한 작동을 위해 중요하다. 즉:
1. 회절격자 결합계수(grating coupling coefficient)(κ)에 주로 의존하는, 브래그 회절격자의 반사대역의 스펙트럼 폭이 한 변수이다. 제1근사치로서, 반사대역의 반치전폭(Full-Width Half Maximum:FWHM)은 다음과 같이(파장으로) 주어진다:
(9)
여기서, λC는 회절격자 중심파장이고, Lg는 회절격자의 길이이고 그리고 neff는 광의 전파에 대한 유효 지수이다.
2. 곱 κLg에 의존하는, 반사대역에서 회절격자를 통한 전송이다. 중심 파장에서 회절격자를 통해 전송된 출력의 부분(손실을 무시함)은 다음으로 주어진다:
PT=1-tanh2(κLg) (10)
3. 중심 신호주파수(ωO)에 대한 브래그 회절격자의 중심 주파수(ωc)의 위치(λC에 대응함)이다. 이때
(11)
λc=2neffΛ (12)
여기서, Λ는 브래그 회절격자의 물리적이 주기이다. 그러한 한 포지션닝과 전송된 스펙트럼에 미치는 이의 영향의 한 예가 도 4에 도시되어 있다. 식 (12)로부터 알 수 있는 바와 같이, 만일 neff가 제어될 수 있다면, 중심 파장은 조정될 수 있다. 아래에서, 이를 이루기 위한 여러개의 방법(사용된 재료에 따른)을 알 수 있다. 택일적으로, 반송파 주파수(ωo)가 조정될 수 있다. 다시 한 번, 최고의 해결책은 사용된 특정 기술과 시스템의 요구사항에 따라 다르다.
브래그 회절격자 특성의 보다 정확한 계산은, IEEE J. Quantum Electronics, 27(10), October 1991, pp.2256∼2266에 발표된 J. -P, Weber와 S.Wang의 논문 A new method for the calculation of the emission spectrum of DFB and DBR lasers 또는 1984년 미국 뉴욕에 소재하는 윌리 출판사가 출간한 A. Yariv 와 P. Yeh의 저서 Optical waves in crystals에 기술된 방법을 사용할 수 있다.
도 5에 따른 실시예의 기본 구조는 앞의 두 실시예와 비슷하고 그리고 도 1과 3에 도시된 변조기(1)와 동일할 수 있는 진폭변조기(1)를 포함한다. 본 발명에 따른 장치의 이 실시예에 따라, 변조기(1) 다음에는 두 개의 반사소자 또는 거울(10 및 11)을 가지는 페브리-페로트 필터인 필터(9)가 온다. 도 5에 도시된 실시예의 작동원리가 도 6에 도시된 도표로 설명된다. 도 6a는 전형적인 페브리-페로트 필터의 광출력 전달함수, 즉 전송 스퍽트럼을 보여준다. 이 경우 ωc는 필터의 중심 주파수이다. 도 6b는 전형적인, 변조된 광스펙트럼을 보여주는 것으로서, 이 경우에 B는 비트율이고 그리고 ωo는 광반송파 주파수이다. 도 6c는 필터링 후 신호의 광스펙트럼을 보여주는 것이다. 페브리-페로트 필터(9)는 하나의 측대역과 반송파 출력중 약 반만을 전송시키도록 설계되고 위치된다.
이 장치의 정확한 작동을 위해 세 개의 중요한 변수들은 다음이다:
1. 전송대역의 전폭반치(FWHM)이다. 이는 전형적으로 비트율과 비슷하다.
2. 적어도 비트율의 수 배이어야만 하는 자유 스펙트럼범위이다.
3. 반송파 주파수(ωo)와 전송대역(ωc)의 중심파장의 상대 위치이다. 이는 반송파 주파수가 도 6에 도시된 바와 같이 필터의 반치 전송점에 위치되도록 조정되어야만 한다.
이들 변수들은 페브리-페로트 필터에 대한 잘 공지된 공식으로부터 결정될 수 있다(예컨대, 1986년 옥스포드에 소재하는 페르가몬 출판사에서 출판한 M. Born 과 E. Wolf의 저서, 제6판 Principles of Optics를 보라).
(13)
여기서, R은 FP필터의 플레이트의 세기 반사계수이고, d는 두 플레이트간의 간격이고, n은 플레이트간의 굴절률이고 그리고 c는 진공에서의 광속이다. 그러면, 세기 전송은:
(14)
여기서, F는 다음과 같이 주어진다:
(15)
명백히 알 수 있는 바와 같이, FWHM은 (주파수로) 다음과 같이 주어진다:
(16)
그리고 자유 스펙트럼범위 Δω는 다음과 같이 주어진다.
(17)
실제로, 필터와 반송파 주파수의 상대 위치는 간격(d)의 미세 동조시킴으로써 조정될 수 있다.
상이한 레벨들의 적분으로, 이들 VSB변조기를 실현하기 위하여 여러개의 상이한 기술들이 사용될 수 있다. 이해를 위해 각 장치에 대한 짧은 요약이 주어지게 된다. 장치들이 통합되면, 이들은 단일-모드 도파관으로 사용될 때만 정확히 작동하게 된다.
마크-젠더 기초 변조기
먼저 송신기의 세 기본요소, 즉 레이저, 변조기 및 비대칭 마크-젠더 간섭계(이후부터 MZI로 표시된다)를 제조하는데 이용될 수 있는 상이한 기술들을 고려한다.
레이저: 전형적으로 반도체 레이저(AlGaAs/GaAs 또는 InGaAsP/InP를 기초로 한)가 사용되지만, 다이오드-펌프 YAG레이저와 같은 다른 레이저가 사용될 수 있다. 이 레이저는 일정한 출력, 안정된 주파수 및 협소한 선폭으로 작동될 필요가 있다.
변조기: 전형적으로 오늘날 사용되는 변조기중 두 유형의 변조기만이 고속전송 시스템을 위해 필요한 대역폭을 가진다. 첫째 유형은, 굴절률의 변경을 통해 간섭계의 한 아암(또는 두 아암)에서 위상을 변경시키기 위하여 (LiNbO3와 같은 결정에서) 전자-광효과 또는 (반도체에서) 양자 제한 슈타르크 효과(Quantum Confined Stark Effect)를 사용하는 대칭 마크-젠더 변조기이다. 두 번째 유형은, 흡수층에 벌크 재료 또는 양자우물을 가지는, 반도체재료의 전자-흡수변조기이다. 이들 두 유형들은 첩이 없게 만들어지거나 다른 낮은 첩을 가지게 만들어질 수 있다.
비대칭 MZI: 이 소자는 다수의 가능한 방법이 있다: (거울과 빔 분할기를 사용하는)자유 공간, (섬유 분할기를 사용하는)광섬유, 실리콘 위의 SiO2, LiNbO3내에 확산된 도파관, 또는 AlGaAs/GaAs 또는 InGaAsP/InP와 같은 격자 정합된 반도체로 구현되는 집적된 광학유전체 도파관등이다.
위상제어의 구현을 위해, 상이한 해결책들이 가능하다. 이들 중에서 다음의 것들이 언급될 수 있다:
- 자유공간과 광섬유의 경우에 필요한 양만큼 아암 길이차를 변경시키기 위하여 피에조-전기소자가 사용될 수 있다.
- (전기적 저항 히터 또는 열전 냉각기로) 온도를 변경시킴으로써 MZI의 한 아암에서 굴절률을 변경시키기 위하여 열광효과(thermo-optic effect)를 사용하는 것. 이는 광섬유와 모든 집적된 광도파관에 사용될 수 있다.
- 격자-정합된 반도체의 경우에, 굴절률을 변경시키기 위하여 캐리어주입 또는 공핍, BRAQWETS, 또는 양자 제한된 슈타르크효과를 사용할 수 있다.
집적된 광도파관의 경우에, 분할기(5)와 결합기(6)는 여러개의 상이한 방식으로 만들어질 수 있다. 이들 중에서, 소망된 어떠한 분할비율도 제공할 수 있는, Y-접합, 결합된 도파관과 다중모드 간섭분할기를 사용한다.
지금부터, 상이한 집적화의 가능성이 시험될 수 있다:
1. 비집적화 또는 하이브리드 집적화: 각 소자들은 상이한 기술로 제조되어 반송기재상에 만들어진 광섬유 또는 자유공간 또는 도파관에 연결된다.
2. 전체 집적화: 레이저, 변조기 및 MZI 모두는 동일 칩상에 단일적으로 제조된다. 이는 AlGaAs/GaAs 또는 InGaAsP/InP와 같은 반도체와 또한 (레이저를 위해 에르븀(Er) 도핑을 사용하는) LiNbO3로 이루어질 수 있다.
3. 부분 집적화: 여기서, 두가지가 가능하다:
· 레이저와 변조기의 집적화: (전체 집적화와 마찬가지로) 반도체와 LiNbO3로 가능하다.
· 변조기와 MZI의 집적화: 또한 반도체와 LiNbO3로 가능하다
몇몇 경우에 있어서, 안정성을 교란시킬 수 있는, 레이저로 광의 역반사를 피하기 위하여 어떠한 위치에 광절연체를 삽입할 필요가 있다.
브레그 회절격자를 기초로 한 변조기
레이저와 변조기에 있어서, 상기 MZI경우와 같은 가능성이 있다. 브레그 회절격자 필터(8)는 여러 방식으로 제조될 수 있다:
· 광섬유에 기록된 UV회절격자: 광섬유에서 굴절률 변경을 이루기 위하여 UV간섭 패턴이 사용될 수 있어서, 따라서 브레그 회절격자가 만들어질 수 있다.
· 반도체재료 또는 SiO2/Si로 만들어질 수 있지만, 또한 중합체로 만들어질 수 있는, 기하학의 주기적인 교란 또는 유전체 도파관의 합성.
브레그 회절격자의 중심 주파수가 식 (12)로 주어지기 때문에, 도파관에서 굴절률을 변경시킴으로써 중심 주파수가 변경될 수 있다. 간섭계의 한 아암의 굴절률이 변경되었다면, 동일한 방법이 MZI경우에서 사용될 수 있다.
만일 단일의 브레그 회절격자가 소망된 스펙트럼범위를 커버할 수 없다면, 약간 변위된 중심주파수, 즉 가변주기를 가지는, 직렬의 여러 브레그 회절격자가 사용될 수 있다. 또한 브레그 회절격자의 반사대역의 사이드 로우브(side-lobes)를 감소시키는 것이 바람직하다. 이는 회절격자를 따라 결합계수(κ)의 변경 또는 회절격자를 첩핑시킴으로써 이루어질 수 있다(1994년 12월 5일자, J. -P. Weber, M. Olofsson, B. Stoltz의 보고서(배포가능한 CT3/D4), RACE 2028 MWTN(Multi-Wave length Transport Network) 프로젝터 Report on filter optimization과 비교해 보라).
브레그 회절격자를 기초로 한 변조기의, 가능한 집적화는, 회절격자로부터의 반사로 레이저의 안정성을 교란시키는 것을 회피하기 위하여 회절격자와 레이저 사이에 절연체가 삽입되어야 한다는 점만을 제외하고는 MZI의 경우와 비슷하다. 광절연체가 (적어도 현존하는 기술로는) 집적화될 수 없기 때문에, 이는 전체 집적화를 방해하지만, 그러나 절연체가 변조기 전에 또는 후에 부가될 수 있기 때문에 다른 대안들이 사용될 수 있다.
페브리-페로트 기초 변조기
상기와 같은 동일한 가능성들이 레이저와 변조기에 사용될 수 있다. 페브리-페로트 필터(9)는 여러 방식으로 구현될 수 있다(몇몇은 상업적으로 사용될 수 있다):
· 평행한 플레이트거울을 사용하는 벌크 광학장치. 이 장치는 예컨대 피에조-전기 액츄에이터로 기계적으로 동조될 수 있다.
· 섬유 페브리-페로트: 자유공간 대신에, 각 단부에 높은 반사를 가지는 광섬유에서 광이 전파된다. 이는 피에조-전기소자로 동조된다.
· 집적화된 도파관: 각 단부에 큰 반사를 가지는 (단일 모드) 도파관의 길이. 반사는 예컨대 브레그 회절격자 또는 틈이 난 또는 에칭된 면에 의해 제공된다. 동조는 상기 MZI경우에서와 같이 도파관에서 위상제어 섹션(도시되지 않음)을 둠으로써 이루어질 수 있다.
벌크 광학장치 또는 섬유 페브리-페로트는 집적화될 수 없지만, 그러나 도파관장치는 (브레그 회절격자경우와 같이)변조기와 집적화될 수 있다. 여기서, 브레그 회절격자경우와 같이 동일한 문제점이 존재한다: 반사에 의해 야기되는 교란을 회피하기 위하여 레이저와 필터 사이에 절연체의 삽입을 필요로 한다. 따라서, 브레그 회절격자 경우와 마찬가지로 동일한 제한이 여기서 적용된다.
구현예
다음에, 각 유형의 장치에 대한 한 구현예가 약술된다. 첫 번째 두 예는 동일 칩상에 변조기와 필터의 집적화가 이루어진, InGaAsP/InP의 구현이다. 페브리-페로트의 경우에, 집적화된 레이저/전자-흡수 변조기 및 섬유 페브리-페로트 필터가 사용되는 것으로 가정되었다. 광의 파장은 약 1.55㎛인 것으로 추정되었다. 이들 구현들은 어떠한 새로운 프로세싱 또는 제조기술을 필요로 하지 않아, 현존하는 기술로 제조될 수 있다.
집적화된 변조기-MZI
이 예에서, 도 1의 구조는, 분할기(5)와 결합기(6)를 위한 Y접합과 위상제어 섹션(7)에 캐리어를 주입하여 굴절률을 제어하기 위한 순방향 바이어스된 p-i-n헤테로구조를 사용하는, 전자-흡수 변조기인 변조기(1)로 구현되었다. 도파관은 0.2㎛의 두께와 1.3㎛의 폭을 가지는 InGaAsP의 코어(1.38㎛의 밴드갭 파장)를 가지고 그리고 클래딩은 InP이고, 전파를 위한 유효율은 1.55㎛의 파장에서 3.22이라고 가정하였다. 캐이어주입은 약 0.014의 최대치로 유효율을 감소시킬 수 있는데(IEEE Photon. Techn. Lett., vol. 6(1), January 1994, pp.77∼79에 발표된 J. -P. Weber, B. Stoltz, M. Dasler 및 B. Koek의 논문 Four-channel tunable optical notch filter using InGaAsP/InP reflection gratings와 비교하라), 이는 위상제어 섹션이 2π변경을 이룰수 있도록 하기 위하여 약 111㎛보다 더 길어야 한다는 것을 의미한다. 전자-광 변조기는 1.48㎛의 밴드갭을 가지는 InGaAsP코어와 역-바이어스된 p-i-n구조를 사용한다. 100과 200㎛ 사이의 길이는 훌륭한 소광율을 얻기에 충분하다. 몇몇 예에 대한 계산은, τ의 훌륭한 선택은, (ωo±πB)가 필터 함수의 최소(최대)치에 상응하게 되는 것이다(식 5). B=10Gbit/s를 선택하면, 이는 τ=1/2B=50ps가 되거나, 또는 식 (7)을 사용함으로써 아암길이 차이 Δd=4.66mm가 된다(보다 높은 비트율에 있어서, 유사하다는 것을 명심해야 한다). 분할기(5)는 100㎛와 비슷한 길이 또는 이 보다 작은 길이로 이루어질 수 있다. 따라서, 전체 장치는 4mm의 길이와 3mm의 폭보다 작은 치수로 칩상에 용이하게 제조될 수 있다.
집적화된 변조기-브레그 회절격자
이 예는 도 3의 구조와 그리고 선행예와 같은 InGaAsP/InP도파관을 사용한다. 유일한 차이점은 중심 파장을 변경시키기 위하여 p-i-n구조를 가지는, 캐리어가 주입될 수 있는 도판관의 부분에 회절격자의 부가이다. FWHM는 2nm가 되는 것이 바람직하고 중심파장 전송은 -10㏈가 되는 것이 바람직하다고 가정한다. 식 (9)와 (10)을 사용하여, κ=54.3cm-1와 Lg=335㎛가 되는 것이 필요하다는 것이 판명되었다. 따라서, 이 장치는 600㎛보다 짧은 길이와 100㎛보다 짧은 폭을 가지는 칩상에 제조될 수 있다. 보다 협소한 저지대역(stop-band)에서, 광섬유 회절격자가 더 좋아질 수 있다. 그러나, 상기에서 기술된 바와 같이, 광절연체가 레이저와 이 장치 사이에 필요하다.
페브리-페로트와 집적화된 레이저/변조기
집적화된 레이저와 전자-흡수 변조기는 곧 상업적으로 입수할 수 있게 된다. 10Gbit/s 시스템에서, 10㎓의 FWHM을 가지는 페브리-페로트가 필요하다. R=0.9(만들기가 매우 쉬움)와, 1.5의 굴절률을 가정하면, 약 2.11mm의 (거울 10과 11간의) 광섬유 길이와 298㎓의 자유 스펙트럼범위가 획득된다. 이것이 충분하다. 광섬유 대신에, SiO2/Si 도파관이 (온도조정으로) 사용될 수 있다. 브레그 회절격자와 마찬가지로, 레이저와 필터 사이에 절연체를 삽입시키는 것이 필요하다.
수신기에서 필터링
앞서 언급된 바와 같이, VSB(또는 SSB) 변조기의 대안은 일반적인 진폭변조기를 사용하고 그리고 광섬유로 전송후에 광학적 필터링으로 측대역 억제를 행하는 것이다. 도 1, 3 및 5에서, 이는 변조기(1)와 필터(2, 8 및 9) 사이에 광섬유를 삽입시키는 것에 상응한다. 이 경우에, 상기에서 기술된 것과 같은 장치가 사용될 수 있다.
비선형성을 무시하기에 충분히 낮은 광섬유에서의 광출력(및 충분힌 짧은 간격)을 가지는 한 채널시스템이 있다면, 이는 앞의 해결책과 동등하다. 이의 장점은, 접속기로부터의 반사로 인한 문제점을 회피하기 위하여 송신기와 광섬유 간에 광절연체가 사용되기 때문에, 필터에서 레이저로 역반사가 문제가 되지 않게 된다.
그러나, 또한 이 해결책에는 여러 문제점이 있다. 광섬유에 보내진 전체 광출력은 검출시에, 동일 출력에 있어서 VSB변조기보다 높게 된다. 비선형 효과가 광출력의 제곱에 비례적으로 증가되기 때문에, 이는 문제가 될 수 있다. 또한, 광섬유내 광신호의 스펙트럼폭은 크게 되는데, 이는 채널분리가 파장멀티플레스(Wavelength multiplexed:WDM)시스템에서 커져야만 된다는 것을 의미한다.
이들 문제점 때문에, 일반적으로 VSB(또는 SSB)변조기를 사용하는 것이 더 좋다.

Claims (12)

  1. 고 주파수에서 전송될 신호를 가지는 광반송파를 진폭변조시켜, 변조된 광반송파를 광섬유내에 전송시키는 것을 포함하는, 광섬유에 신호를 전송시키기 위한 방법에 있어서, 광섬유내에서 군속도 분산의 영향을 감소시키기 위하여 변조된 광반송파의 측대역중 적어도 하나의 일부분을 억압시키는 것이 특징인 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 억압은 광섬유의 수신단에서 이루어지는 것이 특징인 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 억압은 잔류측대역변조로 이루어지는 것이 특징인 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 억압은 단일-측대역변조로 이루어지는 것이 특징인 방법.
  5. 고 주파수에서 전송될 신호를 가지는 광반송파를 진폭변조시키기 위한 진폭변조기(1)를 포함하는, 광섬유에 신호를 전송시키기 위한 장치에 있어서, 광섬유내에서 군속도 분산의 영향을 감소시키기 위하여 변조된 광반송파의 측대역중 적어도 하나의 일부분을 억압시키기 위한 억압수단(2, 8, 9)이 특징인 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 억압수단(2, 8, 9)은 광섬유의 수신단에 위치되는 것이 특징인 장치.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 억압수단(2, 8, 9)은 잔류측대역 변조기를 포함하는 것이 특징인 장치.
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서, 상기 억압수단은 광필터를 포함하는 것이 특징인 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 광필터는 비대칭 마크-젠더 간섭계 광필터(2)를 포함하는 것이 특징인 장치.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 광필터는 브레그 회절격자 광필터(8)를 포함하는 것이 특징인 장치.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 광필터는 페브리-페로트 광필터(9)를 포함하는 것이 특징인 장치.
  12. 청구항 5에 있어서, 상기 억압수단은 단일-측대역 변조기를 포함하는 것이 특징인 장치.
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