KR20000072972A - 다채널 감시를 위한 광 도파로 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명품은 기존의 배열 도파로 격자 (Arrayed Waveguide Grating; 이하 줄여 AWG) 광소자를 개선하여 광 파장분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing: WDM) 시스템에서 사용되는 여러 채널의 파장 및 광출력을 동시에 감시할 수 있고 송신단 및 각 노드에서 광 신호대잡음비 (Optical Signal to Noise Ratio: 이하 OSNR) 를 동시에 측정할 수도 있는 새로운 형태의 분기된 출력도파로 구조를 갖는 AWG (AWG with branched output: 이하 AWGB) 이다. 출력 도파로를 분기시켜 채널감시에 활용할 경우 기존의 AWG를 사용하는 방법에 비하여 소자 크기를 크게 줄일 수 있으며 측정감도를 높일 수 있다.

Description

다채널 감시를 위한 광 도파로 소자{AAAAA}

(1) 산업상 응용분야: 광통신 전분야 (채널 모니터 부분)

(2) 종래기술 : 광 파장분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing: 이하 WDM) 시스템에서 시간의 경과나 온도 변화 등에 의한 광원의 파장 변화는 전체 시스템의 성능을 저하시키는 심각한 요인이 된다. 따라서 각 채널의 파장을 동시에 감시하여 안정화시키는 기술이 매우 중요하게 된다. 이를 위해서는 각 노드에서의 광 세기와 파장의 변화, 광 신호대잡음비 (Optical Signal to Noise Ratio: OSNR) 등의 측정이 가능해야 한다. 이 채널 안정화 기술로 패브리-페로 인터페로메터(Fabry-Perot Interferometer), 마흐-젠더 인터페로메터 (Mach-Zehnder Interferometer), 그리고 홀로그래픽 필터(Holographic Filter) 의 방법들이 제안되었다. 그러나 이런 방법들은 복잡한 optical 또는 electrical circuit 을 필요로 하고 동시에 모든 채널을 감시하기엔 어려운 점이 있다. 더 간단한 방법으로 배열 도파로 격자 (Arrayed Waveguide Grating: 이하 줄여 AWG) 광소자의 인접한 output port 간 파장 교차점(cross-over point) 을 이용한 파장 감시 기술이 일본 NTT 에서 제안되었는데, 기준광원의 할당으로 AWG 의 온도오차를 보정 함으로써 정확한 채널 감시를 수행할 수 있다. 이 기술은 동시에 여러 채널에 대한 감시가 가능하지만 WDM channel 수의 적어도 2 배 이상의 output port 를 가져야 하기 때문에 (예를 들어 8 개의 채널감시를 위해 채널 당 2 개씩 16 개의 output port 가 필요함) AWG 의 크기가 커지게 되고, 또한 낮은 교차점 출력 power는 미약한 신호의 검출에 매우 불리하게 작용한다.

본 발명품 AWGB 는, 여러 가지 요인에 의한 WDM 채널의 파장변동을 감시하는 목적으로 제안된 것으로, 기존의 AWG 출력 도파로를 두 개로 분기시켜 제작 함으로써, 요구되는 소자의 크기를 기존의 AWG 에 비해 줄일 수 있으며, 높은 교차점 power를 얻을 수 있어서 미약한 신호검출에 매우 유리한 새로운 형태의 AWG 이다. 또한 AWGB 에 ASE port 를 추가하여 사용하면 AWGB 의 크기는 증가하나 채널별 OSNR 감시기능도 보유할 수 있게 된다.

제 1 도 : 다채널 동시 감시 회로의 전체 구성도

제 2 도 : (a) 기존 AWG (배열 도파로 격자 소자) 의 출력 도파로

(b) 제안한 AWGB 의 출력 도파로 No.1, No.2, No.3

(c) 증폭된 자기 방출광 (Amplified Spontaneous Emission: 이하 ASE) port를 추가한 AWGB 의 출력 도파로

제 3 도 : (a) 분기된 출력 port 들을 가진 1 X 8 AWGB 의 전체 투과 특성

(b) 분기된 출력 port 들과 ASE port 들을 가진 1 X 16 AWGB 의 투과특성

제 4 도 : (a) AWGB 4번째 출력 port 의 투과 특성

(b) 4번째 분기된 출력 port 사이의 출력비

* 용어 설명

AWG : 배열 도파로 격자 광소자 (Arrayed Waveguide Grating)

AWGB : 분기된 출력 도파로를 갖는 AWG (AWG with Branched output waveguide)

WDM : 파장 분할 다중화 (Wavelength Division Multiplex)

OSNR : 광 신호 대 잡음비 (Optical Signal to Noise Ratio)

ASE : 증폭된 자기 방출광 (Amplified Sponteneous Emission)

NTT : 일본 전신 전화국 (Nippon Telegraph and Telephone Corporation)

제 1 도면은 안정화된 기준 광원을 이용한 다채널 동시 감시 회로의 전체 구성도이다. AWG 혹은 AWGB 에서 인접한 두 출력 단자의 광파장 변화에 대한 투과 특성곡선간의 교차점에 신호광파장이 놓이면 그 출력비가 1 이 되는 것을 이용하여 실제 신호광파장의 위치를 계산하게된다. 즉 출력비가 1 보다 증가하거나 감소하는 양의 크기로부터 실제 신호광파장의 위치를 계산하게된다. 좀더 구체적으로는 이 두 출력 단자로 투과된 출력은 수신기에 의해 전기 신호로 변환 된 후, 대수 증폭기를 통해 두 신호의 세기간의 비로 출력되게 된다. 또한 광신호파장 외에 기준파장을 입력하여 얻은 결과로부터 AWG 혹은 AWGB 의 온도변화에 의한 파장 오차를 알 수 있고 이를 온도제어회로를 통해 교정하여 정확한 파장 감시를 수행할 수 있다.

제 2 도면에서 (a) 는 기존의 AWG 를 이용한 방법으로, 출력 도파로의 간격을 일정하게 배치하여 두 도파로 간의 출력 비를 이용하게 된다. 앞에서 언급했듯이 AWG 의 크기가 커지게 됨으로 인해 온도 보정 효과가 저하되고, 교차점에서의 미약한 출력 power 로 인해 측정 오차가 커진다. (b) 에서 No.1, 2, 3 은 새로이 제안된 AWGB 의 가능한 출력도파로 구조로서 출력 도파로들을 분기시켜 분기된 인접한 두 출력도파로 사이에서 교차점 특성을 얻을 수 있도록 하였다. (c) 는 ASE port를 추가한 AWGB 의 출력 도파로 부분으로서, 광증폭기를 통과하면서 얻게되는 ASE 잡음광의 광세기를 측정하여, OSNR 을 계산할 수 있게 된다. 그러나 첨가된 ASE port 로 인해 같은 수의 채널을 감시한다는 조건하에서 소자의 크기가 약간 증가하게된다..

제 3 도면에서는 No.1 경우에 대하여 SiO₂도파로의 경우를 가정하여 1°의 분기각을 유지하도록 설계한 결과를 나타내었다. (a) 는 분기된 출력 port 들을 가진 100 GHz 간격 8 채널 AWGB 의 전체 투과 특성을 나타내었고, (b) 는 분기된 출력 port 들과 ASE port 들을 가진 8 채널 AWGB 의 전체 투과 특성을 나타내었다. 점선으로 나타낸 것이 ASE port 의 투과 특성이고, 실선으로 나타낸 것이 분기된 출력 port 의 투과 특성이다. 온도제어를 위해 한 채널을 기준 광원에 할당하게 되면 7 채널의 WDM 신호를 감시할 수 있고, 8개의 서로 다른 파장에서의 ASE 광세기를 측정, OSNR 을 계산할 수 있게 된다.

제 4 도면 (a) 는 제 3 도면에서 해석한 AWGB 의 4번째 분기된 출력 port의 투과 특성을 확대하여 나타내었다. 중앙 부분에서 첨두치를 갖는 인접한 두 파형은 신호 채널에 할당되어 분기된 두 출력도파로의 투과곡선을 나타낸다. 기존 방법보다 교차점에서의 power 가 높아져 적은 양의 신호가 들어와도 검출 (detection)이 수월함을 알 수 있다. (b)는 4번째 채널에 대한 분기된 출력도파로 사이의 출력비를 나타낸 도면이다. 출력비의 선형적인 구간이 약 0.26 nm 정도가 되어 32.5 GHz 의 channel 변화를 감시할 수 있다. (참고: 파장 0.8 nm 의 변화에 채널 약 100 GHz 의 변화가 있음)

본 발명은 AWG 의 출력 도파로를 분기된 구조로 구성함으로써, 충분한 channel 모니터 기능을 가지면서 소자의 크기는 줄게되어 온도 보정 효과를 증가시켰고, 파장 교차점에서의 손실을 줄여 미약한 신호로 인한 측정 오차를 줄였다. 또한 소자의 크기가 약간 증가하게 되지만, ASE port 를 추가하면 채널 감시와 동시에 각 채널의 OSNR 을 측정할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 배열 도파로 격자 광소자 (AWG) 에 있어서 출력 도파로 각각을 두개 이상으로 분기시켜 구성하는 AWGB 소자 및 방법.
2. 제 1 항에서 분기된 출력 도파로의 파장 교차점을 이용, 대수 증폭기 (Log. Amplifier) 를 통해 얻은 출력비가 1 보다 증가하거나 감소하는 양의 크기로부터 실제 신호광파장의 위치를 계산, 감시하는 방법
3. 제 1 항에서 분기된 출력 도파로에 온도제어를 위해 한 채널을 기준 광원으로 할당하여 온도변화에 의한 파장 오차를 계산, 이를 온도 제어회로를 통해 교정하는 방법.
4. 배열 도파로 격자 광소자 (AWG) 에 있어서 출력 도파로 사이에 ASE port를 추가하여 광 신호 대 잡음비 (OSNR) 을 측정하는 방법.