KR19990015722A

KR19990015722A - 파장분할다중(wdm)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치 및 구 현방법

Info

Publication number: KR19990015722A
Application number: KR1019970037998A
Authority: KR
Inventors: 박영일; 이승탁
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-03-05
Also published as: KR100236832B1

Abstract

본 발명은 광섬유 격자에서 반사 및 투과되는 빛의 세기를 이용하여, 파장분할다중(WDM)용 레이저 다이오드의 파장을 원하는 값에 고정시켜 시간이 지남에 따라 움직이지 않도록 하므로써 WDM 전송방식의 절대 요구 조건인 파장의 안정화를 이루는 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치 및 구현방법에 관한 것으로, 이 방식을 사용하게 되면 WDM 전송에 사용되는 LD의 파장을 쉽고 값싸게 제어할 수 있는 장점이 있고, 또한, 채널별로 파장을 제어하게 되므로 송신 모듈을 1장의 보드에 단순하게 구성할 수 있어서 채널간의 파장간격이 등간격이 아닌 경우에도 문제가 없으며, 한 두개의 채널만이 더해지는 광 분기/결합 장치에 이용될 때도 쉽게 적용할 수 있는 이점이 있다.

Description

파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치 및 구현방법

본 발명은 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치 및 구현 방법에 관한 것으로, 광섬유 격자에서 반사 및 투과되는 빛의 세기를 이용하여, 파장분할다중(Wavelenth Division Multiplexing : 이하 WDM라 칭한다)용 레이저 다이오드(이하 LD라 칭한다)의 파장을 원하는 값에 고정시켜 시간이 지남에 따라 움직이지 않도록 하므로써 WDM 전송방식의 절대 요구 조건인 파장의 안정화를 이루는 기술에 관한 것이다.

현재 전송량을 증가하는 효과적인 방법으로 여러개의 파장의 빛을 한 개의 광케이블에 전송하는 WDM 전송방식이 세계 각 나라에서 활발히 연구중이고 실용화 단계에 이르고 있는 실정이다.

지금까지의 광통신에 주로 사용되어온 분산궤한 레이저 다이오드(Distributed Fedback Laser Diode : 이하 DFB-LD라 칭한다)는 온도와 같은 주변환경의 변화에 따라 중심파장이 약간씩 움직이는 특성을 가지고 있다.

또한 이들 중 10%는 오래 사용하면 열화가 되어 파장의 변화가 ±0.4nm에 이른다고 하며, 처음 사용 단계에서는 이들 10%를 구분할 수 없다고 한다.

이런 정도의 파장의 변화는 단일 채널 전송의 경우에 있어서는 전혀 문제가 되어오지 않았다.

그러나 일정한 파장간격을 두고 각 채널을 배치하는 WDM 전송방식에 있어서는 이러한 파장의 변화는 전송에 심각한 오류를 일으킨다.

즉, 수신단에서 각 채널을 파장별로 분리해내는 과정에서 자기 패널 신호의 크기를 약화할 뿐 아니라 인접 채널에 섞여 들어가므로써 채널간의 누화현상에 의한 오류를 발생시킨다.

이러한 현상은 WDM 채널의 간격이 좁아질 수록 더욱 큰 문제를 발생시킨다. 안정된 WDM 전송을 위해서는 대략 채널간격의 1/10 정도의 범위내에서 파장이 고정되어야 한다고 한다.

즉, 채널 간격이 1nm이라면 파장의 변화범위는 0.1nm 이내이어야 한다. 이를 위해서는 각 채널의 파장을 일정값에 고정시키는 기술이 요구된다.

상기에 기술한 바와 같은 요구 사항을 감안하여, 지금까지 제안된 방법을 설명하면, 그중 하나는 원하는 파장을 투과시키는 파브리-페로트(Fabry-Perot) 타입의 필터를 제작하여 이의 투과특성을 이용하는 방법으로 이 경우에는 한 개의 필터로 여러 채널의 기준 파장을 제시하는 장점은 있으나, 필터의 값을 정확히 원하는 주파수에 갖다 놓기가 쉽지 않고, 채널 수가 늘어나면 여러 채널의 제어가 복잡해지는 어려움이 있다.

또한 이 경우 부피가 크고 비싸며, 삽입손실도 크게 된다.

따라서 이 방법은 채널간의 간격이 일정하지 않은 경우 적용이 곤란하며, 채널 수가 한 두 개밖에 되지 않는 분기/결합 장치에 적용하기에는 가격이 비싼 단점이 있다.

또 다른 방법으로는 DFB-LD와 인접하여 원하는 파장의 광섬유 격자를 붙임으로써 외부 캐비티(external cavity)를 형성하게 하는 방법이 시도되고 있는데, 이 방법은 LD에 굉장히 근접하여 광섬유 격자를 접속해야 하기 때문에 어려움이 있고, 만일 그 거리가 멀어진다면 주변 환경에 민감한 캐비티가 만들어진다는 단점이 있다.

또한 LD가 열화되기 전에는 유용할 수 있으나 일단 열화되어 원하는 파장에서 LD의 중심 파장이 벗어난다면 보정이 어렵게 되는 문제점이 있다.

본 발명에서는 상기에 기술한 바와 같은 종래 각 문제점을 해결하기 위해, WDM용 LD의 파장을 원하는 값에 고정시켜 시간이 지남에 따라 움직이지 않도록 하므로써 WDM 전송방식의 절대 요구 조건인 파장의 안정화를 이루는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 광섬유 격자에서 반사 및 투과되는 빛의 세기를 이용하여, 현재 LD의 파장이 원하는 기준 파장에 비해 장파장인지 혹은 단파장인지를 구별해내 광원을 직접 제어하여 기준파장에 이를 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 구현된 파장 안정화부를 가지는 송신장치의 블럭도.

도 2는 파장에 따른 광섬유 격자의 반사 및 투과곡선을 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 자동광출력제어부2 : WDM용 LD

3 : 광아이솔레이트4 : 광분배기

5 : 광섬유 격자6, 8 : 광검출기

7, 9 : 증폭기10 : 비교기

11 : 디스플레이부11a, 11b : 발광 다이오드

12 : 파장 제어부13 : 열선

14 : 감시용 광검출기

상기와 같이 동작되도록 하기 위해, 송신 레이저 다이오드(LD)에 공급되는 바이어스 전류를 조절하는 자동광출력제어부와; 이의 출력을 일정하게 유지할 수 있도록 제어하는 감시용 광검출기; 및 송신 레이저 다이오드를 포함하는 파장분할다중(WDM)방식에서의 송신 장치에 있어서;

상기 LD를 통해 출력된 광에 대해 순방향에 해당하는 광은 통과시키고, 역방향에 해당하는 광은 차단시켜 상기 LD의 불안정 상태를 방지하는 광아이솔레이터와;

상기 광아이솔레이터를 통해 출력된 광을 분리하여 일부는 전송에 사용되도록 하고, 나머지 일부는 광섬유 격자로 출력하는 광분배기와;

상기 광분배기를 통한 광의 파장에 따라 일부를 통과시키는 광섬유 격자와;

상기 광섬유 격자를 통해 입력된 광신호와, 상기 광분배기를 거쳐 반사된 광신호를 각각 입력받아 일련의 처리를 거친 후, 오류신호를 출력하여 LD의 출력 파장을 안정화시키는 파장 안정화부와;

상기 파장 안정화부의 제어에 따라 LD의 온도를 제어하는 열선; 및

상기 파장 안정화부의 출력을 가시적으로 나타내어 현재 파장의 위치를 나타내는 디스플레이부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같이 동작되도록 하는 본 발명의 송신 장치 구현 방법은, 송신장치에서 출력되는 광 파워의 출력 파장을 사용자가 원하는 값에 고정시키기 위해;

광 소자에서 출력되는 광의 일부를 분리시키고;

상기 분리된 광 파워 중 광섬유 격자를 통과한 광 신호와, 광섬유 격자에서 반사된 광신호를 비교하여, 기준파장에 대한 현재 LD의 파장위치를 상대적으로 판단한 다음;

상기 판단된 신호를 광 파워의 출력파장을 제어하는 신호로 이용하여 광 소자에서 일정한 값이 출력되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 특징들, 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 향후 염가에 대량생산이 가능한 광섬유 격자를 이용한 파장 안정화 방법을 제시하는 것으로, 광섬유 격자는 수동소자로서 고장의 염려가 없고, 크기가 매우 작으며, 값싸게 구할 수 있는 장점이 있다.

또한 최근에 'athermal package'가 제공되어서 온도 변화에 따라 파장이 거의 움직이지 않는 광섬유 격자를 얻을 수 있게 되었다.

이를 이용한 파장 안정화 장치를 도면을 참조하여 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, WDM용 LD(2)에 공급되는 바이어스 전류를 조절하는 자동광출력제어부(1)와;

상기 자동광출력제어부(1)에서 출력되는 광을 송신하는 WDM용 LD(2)와;

상기 WDM용 LD(2)를 통해 출력된 광에 대해 순방향에 해당하는 광은 통과시키고, 역방향에 해당하는 광은 차단시켜 상기 LD(2)의 불안정 상태를 방지하는 광아이솔레이터(3)와;

상기 광아이솔레이터(3)를 통해 출력된 광을 분리하여 일부는 전송에 사용되도록 하고, 나머지 일부는 광섬유 격자(5)로 출력하는 광분배기(4)와;

상기 광분배기(4)를 통한 광의 파장에 따라 일부를 통과시키는 광섬유 격자(5)와;

상기 광섬유 격자(5)에서 출력되는 광을 전기신호로 변환시키는 제1광검출기(PD)(6)와;

상기 제1광검출기(PD)(6)를 통해 변환된 전기신호를 증폭시키는 제1증폭기(7)와;

상기 광분배기(4)를 통해 출력된 광 중 일부 반사된 광을 입력받아 전기신호로 변환시키는 제2광검출기(8)와;

상기 광검출기(8)에서 출력된 신호를 증폭시키는 제2증폭기(9)와;

상기 각각의 증폭기(7, 9)에서 출력된 신호를 입력받아 차 신호를 출력하는 비교기(10)와;

상기 비교기(10)에서 출력된 신호에 따라 현재 파장의 위치를 디스플레이 하는 디스플레이부(11)와;

상기 비교기(10)에서 출력된 오류신호에 따라 열선(Thermo-Electric Cooler : TEC)에 공급하는 전류를 제어하는 파장 제어부(12)와;

상기 파장 제어부(12)의 제어신호에 따라 WDM LD(2)의 온도를 제어하는 열선(13); 및

상기 WDM용 LD(2)의 온도변화로 인한 출력세기의 변화를 감지하여 자동광출력제어부(1)의 동작을 제어하는 감시용 광검출기(14)를 포함하여 구성된다.

상기 디스플레이부(11)는 비교기(10)에서 출력된 값이 일정량 이상인 경우, 장파장이면 발광되는 제1발광 다이오드(11a)와;

단파장이면 발광되는 제2발광 다이오드(11b)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 광 송신단의 동작을 설명하면, 자동광출력제어부(1)에서 출력된 광은 WDM용 LD(2)와 광아이솔레이터(3)를 거쳐 일부는 전송에 사용되고, 나머지 일부는 광섬유 격자(5)로 입력된다.

여기서 상기 광섬유 격자(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 λ₀+Δλ이고 λ₀에서 반사율이 약 50% 정도인 것을 사용하는데, 이때 λ₀는 이용하려는 기준 파장이며, Δλ는 제어하려는 파장의 허용오차 및 제어회로의 이득 등에 의하여 결정한다.

이어 광섬유 격자(5)에 입력된 광은 그 파장에 따라 일부는 통과되어 제1광검출기(6)에 입력되어 전기신호로 바뀌고, 다시 제1증폭기(7)에 의해 증폭된 다음 비교기(10)의 비반전 단자로 입력된다.

나머지 빛은 반사되어 제 2 광검출기(8)와 제 2 증폭기(9)를 거쳐 비교기(10)의 반전단자로 입력된다.

이때 상기 각 광검출기(6, 8)에 입력된 빛의 양과 파장의 관계는 도 2 및 다음 표 1을 통해 알 수 있는 바, 도 2에서 파장이 정확히 λ₀이면 투과율과 반사율이 모두 50% 정도가 된다.

그러나 반사되는 빛은 제 2 광검출기(8)에 입력되기 전에 광분배기(4) 등에서의 손실로 인해 투과된 빛보다 적은 양이 된다.

따라서 이를 보상해 주기 위해 각 증폭기(7, 9)를 사용하여 입력파장이 λ₀일때 비교기(10)의 두 입력단이 동일하도록 해주어, 비교기(10)에서의 출력신호 즉, 오류신호가 '0'이 되도록 한다. 이에 따라 상기 오류신호를 입력받은 파장 제어부(12)는 정상상태가 된다.

[표 1]

파장 제어부의 동작 방향

한편, 파장이 λ₀에서 장파장 쪽에 위치해 있으면 도 2에서 볼 수 있듯이 반사된 빛의 양이 투과된 빛의 양보다 많게 된다. 따라서 비교기(10)의 (-)입력단이 크게되며, 비교기(10)의 출력단은 '-'의 오류신호를 발생하게 된다.

이 값은 파장 제어부(12)를 통해 열선(13)에 공급되는 전류를 감소하는 방향으로 동작하게 된다. 그러면 WDM용 LD(2)의 온도는 하강하고 이때 LD(2)의 파장은 다음 표 2와 같이 단파장쪽으로 진행된다.

[표 2]

LD의 온도조건과 파장 및 광세기의 관계

LD(2)에서 출력되는 파장이 λ₀에서 단파장 쪽에 위치해 있으면 장파장의 경우와 반대의 원리로 비교기(10)의 출력단은 '+'의 오류신호를 발생하며 이는 LD(2)의 파장을 장파장쪽으로 진행하도록 동작한다.

그리고, 상기 비교기(10)에서 출력된 신호는 디스플레이부(11)로 입력되어 현재의 파장의 위치를 사용자에서 알리게 되는데, 현재 WDM용 LD(2)에서 출력되는 파장이 기준값에서 벗어나는 경우, 벗어나는 방향과 정도에 따라 비교기(10)의 출력값은 변하게 된다.

이에 따라 이 값이 일정량 이상인 경우 장파장이면 제1발광 다이오드(11a)가 발광되고, 단파장이면 제 2 발광 다이오드(11b)가 발광된다.

이처럼 본 발명에서 투과 및 반사된 빛의 양을 함께 측정하는 이유는 둘 중 한가지만을 측정하여 기준파장에서의 값과 비교할 경우 광섬유 격자(5)에 도달하는 빛의 양 자체가 변화했을 경우에는 값이 달라지기 때문이다.

반면, 두 가지 빛의 양을 함께 이용하는 경우 두 값을 상대적으로 비교하여 오류신호를 발생하기 때문에 광섬유 격자(5)에 도달하는 빛의 세기에 상관없이 파장의 위치를 알 수 있게 된다.

본 발명을 이용하여 파장을 제어할때, 초기 파장의 위치는 λ λ₀+ 2Δλ가 되어야 한다.

즉, 단파장 쪽에서는 비교기(10) 출력이 '+'로 나타나다가 장파장 쪽에서 '-'로 바뀌는데 파장이 만일 λ₀+ 2Δλ 보다 더 장파장 쪽에 있다면 이 경우도 비교기(10)출력이 '+'이기 때문에 단파장 쪽과 구분할 수 없기 때문이다.

그러나 광섬유 격자(5)에서의 2Δλ를 충분히 큰 값으로 만들고, WDM용 LD(2)의 초기온도를 파장이 λ₀부근에 오도록 설정한다면 이러한 점을 충분히 해결할 수 있다.

한편, WDM용 LD(2)의 온도가 변화하면 그 출력의 세기에도 변화를 일으키기 때문에 감시용 PD(14)와 자동광출력제어부(1)를 이용하여 일정한 출력을 유지할 수 있도록 LD(2)에 가해지는 바이러스 전류를 조절한다. 이 회로는 LD(2)의 온도변화로 인한 출력세기의 변화를 감지하여 보상해주므로써 항상 일정한 광 출력을 유지할 수 있도록 해 주는 부분이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 방식을 사용하게 되면 WDM전송에 사용되는 LD의 파장을 쉽고 값싸게 제어할 수 있는 장점이 있다.

또한, 채널별로 파장을 제어하게 되므로 송신 모듈을 1장의 보드에 단순하게 구성할 수 있어서 채널간의 파장간격이 등간격이 아닌 경우에도 문제가 없고, 한 두개의 채널만이 더해지는 광 분기/결합 장치에 이용될 때도 쉽게 적용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 전송 도중에서도 각 채널의 파장에 대해 감시, 제어하는 목적으로 활용할 수 있는 효과를 수반한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

송신 레이저 다이오드(LD)에 공급되는 바이어스 전류를 조절하는 자동광출력제어부와; 이의 출력을 일정하게 유지할 수 있도록 제어하는 감시용 광검출기; 및 송신 레이저 다이오드를 포함하는 파장분할다중(WDM)방식에서의 송신 장치에 있어서,

상기 LD를 통해 출력된 광에 대해 순방향에 해당하는 광은 통과시키고, 역방향에 해당하는 광은 차단시켜 상기 LD의 불안정 상태를 방지하는 광아이솔레이터와;

상기 광아이솔레이터를 통해 출력된 광을 분리하여 일부는 전송에 사용되도록 하고, 나머지 일부는 광섬유 격자로 출력하는 광분배기와;

상기 광분배기를 통한 광의 파장에 따라 일부를 통과시키는 광섬유 격자와;

상기 광섬유 격자를 통해 입력된 광신호와, 상기 광분배기를 거쳐 반사된 광신호를 각각 입력받아 일련의 처리를 거친 후, 오류신호를 출력하여 LD의 출력 파장을 안정화시키는 파장 안정화부와;

상기 파장 안정화부의 제어에 따라 LD의 온도를 제어하는 열선; 및

상기 파장 안정화부의 출력을 가시적으로 나타내어 현재 파장의 위치를 나타내는 디스플레이부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치.
청구항 1에 있어서,

상기 파장 안정화부는 상기 광섬유 격자에서 출력되는 광을 전기신호로 변환시키는 제 1 광검출기와;

상기 제 1 광검출기를 통해 변환된 전기신호를 증폭시키는 제 1 증폭기와;

상기 광분배기를 통해 출력된 광 중 일부 반사된 광을 입력받아 전기신호로 변환시키는 제 2 광검출기와;

상기 제 2 광검출기에서 출력된 신호를 증폭시키는 제 2 증폭기와;

상기 각각의 증폭기에서 출력된 신호를 입력받아 차 신호를 출력하는 비교기와;

상기 비교기에서 출력된 오류신호에 따라 열선에 공급하는 전류를 제어하는 파장 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치.
청구항 1에 있어서,

상기 디스플레이부는 파장 안정화부 내의 비교기에서 출력된 값이 일정량 이상인 경우, 장파장이면 발광되는 제 1 발광 다이오드와;

단파장이면 발광되는 제 2 발광 다이오드를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치.
파장분할다중(WDM)방식에서의 송신 장치 구현 방법에 있어서,

송신장치에서 출력되는 광 파워의 출력 파장을 사용자가 원하는 값에 고정시키기 위해;

광 소자에서 출력되는 광의 일부를 분리시키고;

상기 분리된 광 파워 중 광섬유 격자를 통과한 광 신호와, 광섬유 격자에서 반사된 광신호를 비교하여, 기준파장에 대한 현재 LD의 파장위치를 상대적으로 판단한 다음;

상기 판단된 신호를 광 파워의 출력파장을 제어하는 신호로 이용하여 광 소자에서 일정한 값이 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치 구현 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 출력신호를 이용하여 광 소자에서 일정한 값이 출력되도록 하는 방법은 상기 출력신호가 '-'값으로 출력되면, 열선에 공급되는 전류를 감소시켜 LD의 온도가 하강되도록 하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중(WDM)방식에서 파장 안정화부를 가지는 송신장치 구현 방법.