KR20010060735A - 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장안정화 장치 - Google Patents

파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장안정화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파장분할 다중화(WDM : Wavelength-Division Multiplexing) 시스템에 관한 것으로, 마하-젠더(Mach-Zehnder)간섭계를 이용하여 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)의 광세기 및 파장을 안정화시켜 전송하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 레이저 다이오드의 광세기 및 파장을 감시 및 제어하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 광세기 및 파장 안정화 장치에 있어서, 상기 레이저 다이오드에서 출력되는 광신호를 분배하여 일정양은 추출하여 전송하고, 나머지 양의 광신호는 상기 레이저 다이오드의 광세기 및 파장 감시용 광신호로 제공하는 광분배기; 상기 광분배기에서 제공되는 상기 레이저 다이오드의 광세기 및 파장 감시용 광신호를 두 출력 포트를 통하여 제공하는 마하-젠더 간섭계; 상기 마하-젠더 간섭계의 한 쪽 포트에서 제공되는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 제 1 광검출기; 상기 마하-젠더 간섭계의 다른 쪽 포트에서 제공되는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 제 2 광검출기; 상기 제 1 및 제 2 광검출기에서 제공되는 전기적 신호로부터의 광신호의 광세기 및 파장을 산출하여 그 결과에 따라 상기 레이저 다이오드를 제어하는 광세기 및 파장 감시 제어기를 포함하도록 구성된다.
따라서, 본 발명은 간단한 구성으로 레이저 다이오드의 광세기 및 파장을 안정화시켜 전송할 수 있는 효과가 있다.

Description

파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치{APPARATUS FOR STABILIZING OPTICAL POWER AND WAVELENGTH OF LIGHT SOURCE IN A WAVELENGTH-DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}
본 발명은 파장분할 다중화(WDM : Wavelength-Division Multiplexing) 시스템에 관한 것으로, 마하-젠더(Mach-Zehnder)간섭계를 이용하여 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)의 광세기 및 파장을 안정화시켜 전송하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing : WDM)시스템은 여러개의 다른 파장을 묶어 하나의 광섬유를 통해 전송하기 때문에 전송 용량을 쉽게 증대할 수 있는 매우 경제적인 광전송 방식이며, 또한 다양한 형태의 종속 신호를 받아들일 수 있기 때문에 차세대 멀티미디어 서비스를 제공하는 광전달망으로서 매우 효과적이다.
상기한 파장분할 다중화 시스템을 실용화하기 위한 중요한 것중 하나는 전송용 레이저 다이오드의 광세기 및 파장을 주변 환경의 변화나 열화에 상관없이 일정하게 유지해야 하는 것이다.
통상적으로, 광통신에 주로 사용되는 분산궤한 레이저 다이오드(Distributed Fedback Laser Diode)는 온도등의 주변환경의 변화에 따라 중심파장이 약간씩 움직이는 특성이 있다.
또한, 레이저 다이오드들중 약 10%는 오래 사용하면 열화가 되어 파장의 변화가 0.4㎚에 이르며, 처음 사용 단계에서는 이들 10%를 구분하기가 매우 어려운 실정이나, 이러한 정보의 파장 변화는 단일 채널 전송의 경우에 있어서는 문제가 되어오지 않았다.
그러나, 일정한 파장간격을 두고 각 채널을 배치하는 상기한 파장분할 다중화 전송방식은 상기한 바와 같이, 전송 용량을 증가시키기 위해 채널 수를 증가시키기 때문에 채널간의 파장 간격이 좁아져 상기한 파장 변화는 전송에 심각한 오류를 일으킨다.
즉, 수신단에서 각 채널을 역다중화(de-multiplexing)하는 과정에서 자기 채널의 세기를 약화시킬 뿐만 아니라 인접 채널에 섞여 들어가게 되므로 채널간의 혼선(cross-talk)에 의한 오류가 발생된다.
따라서, 국제 표준 기구인 ITU-T에서는 열화될 가능성이 있는 레이저 다이오드를 20%내로 규정하고 있지만 안정된 파장분할 다중화 전송을 위해서는 대략 채널간격의 1/10 정도의 범위 내에서 파장이 고정되어야 한다. 즉, 채널간격이 1㎚라면 파장의 변화범위는 0.1㎚ 이내이어야 한다.
이러한 각 채널의 파장을 일정 값에 고정시키는 방법으로는, 원하는 파장을 갖는 광섬유 격자(fiber grating)를 레이저 다이오드의 공진기와 인접하여 붙이므로써 외부 공진기를 형성하게 하는 방법으로서, 이 방법은 레이저 다이오드 소자에 가장 가까히 근접하여 광섬유 격자를 저며지게(splicing) 해야하는 어려움이 있을뿐만아니라, 레이저 다이오드 소자와 광섬유 격자사이의 거리가 멀어지는 경우 주변 환경에 민감한 캐비티가 만들어진다는 단점이 있다. 또한 레이저 다이오드가 열화되기 전에는 유용할 수 있으나 일단 열화되면 원하는 파장에서 레이저 다이오드의 중심파장이 벗어나는 경우 보정하기가 어려운 문제점이 있었다.
각 채널의 파장을 일정값에 고정시키는 또 다른 방법은, 미국 특허 5825792호(WAVELENGTH MONITORING AND CONTROL ASSEMBLY FOR WDM OPTICAL TRANSMISSION SYSTEMS)에 기재된 바에서 알 수 있듯이, 파브리-페로 에탈론 필터(Fabry-Perot etalon filter)의 파장에 따른 투과 특성이 입사 각에 의존한다는 원리에 이용하여 파장을 고정시키는 방법으로서, 이 방법은 에탈론 필터를 정확한 각도로 맞추어야 한다는 어려움과 레이저 다이오드의 출력을 일정하게 하는 자동 조절기(APC :Automatic Power Controller)외의 별도의 제어 회로가 필요한 문제점이 있었다.
한편, 파장분할 다중화 시스템 사용하는 파장은 국제전기통신연합(ITU : International Telecommunication Union)에 의해 지정되어 있는 바, 파장분할 다중화 전송 관련 소자들은 이 규격에 맞추어져 있다.
이 소자들중 다중/역다중화를 위한 소자로서 마하-젠더 간섭계를 이용한 소자가 선보이고 있는데, 마하-젠더 간섭계는 두 개의 광결합기를 연결하여 쉽게 만들 수 있는 제품이면서 일정 파장 간격마다 같은 출력 특성을 보이므로, ITU grid의 채널 파장들에 대해 동일한 마하-젠더를 사용할 수 있다는 장점이 있다.
이를 이용한다면 손쉽게 레이저 다이오드(100)의 광세기 및 파장에 대한 정보를 얻을 수 있고, 또한 이로부터 얻어진 정보를 레이저 다이오드(100)의 전류 및 온도를 제어함으로써 원하는 레이저 다이오드(100)의 광세기 및 파장에 고정할 수 있다.
본 발명은 상기한 바에 의하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 마하-젠더 간섭계를 이용하여 레이저 다이오드의 광세기 및 파장 정보를 얻어 레이저 다이오드의 전류 및 온도를 제어하므로써, 원하는 광세기 및 파장에 고정하여 주변 환경의 변화나 열화에 관계없이 안정화시키기 위한 파장분할 다중화 시스템에 있어 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저 다이오드의 광세기 및 파장을 감시 및 제어하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 광세기 및 파장 안정화 장치에 있어서, 상기 레이저 다이오드에서 출력되는 광신호를 분배하여 일정양은 추출하여 전송하고, 나머지 양의 광신호는 상기 레이저 다이오드의 광세기 및 파장 감시용 광신호로 제공하는 광분배기; 상기 광분배기에서 제공되는 상기 레이저 다이오드의 광세기 및 파장 감시용 광신호를 두 출력 포트를 통하여 제공하는 마하-젠더 간섭계; 상기 마하-젠더 간섭계의 한 쪽 포트에서 제공되는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 제 1 광검출기; 상기 마하-젠더 간섭계의 다른 쪽 포트에서 제공되는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 제 2 광검출기; 상기 제 1 및 제 2 광검출기에서 제공되는 전기적 신호로부터의 광신호의 광세기 및 파장을 산출하여 그 결과에 따라 상기 레이저 다이오드를 제어하는 광세기 및 파장 감시 제어기를 포함하도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치의 구성 블록도이고,
도 2는 도 1에 도시된 광세기 및 파장 감시 제어기의 구성 블록도이고,
도 3은 도 1 에 도시된 마하-젠더 간섭계의 구성 블록도이고,
도 4는 도 3에 도시된 마하-젠더 간섭계의 두 출력 포트의 파장에 따른 투과 특성을 나타낸 그래프이고,
도 5는 도 4에 도시된 마하-젠더 간섭계의 두 출력 특성 파장에 따른 상대적인 차를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치의 구성 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 레이저 다이오드 120 : 광분배기
130 : 마하-젠더 간섭계 140 : 제 1 광검출기
150 : 제 2 광검출기
160 : 광세기 및 파장 감시 제어기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 즉, 레이저 다이오드의 광세기 및 파장 안정화 장치의 구성 블록도로서, 레이저 다이오드(110), 광분배기(120), 마하-젠더 간섭계(130), 제 1 및 제 2 광검출기(140, 150), 광세기 및 파장 감시 제어기(160)로 구성되며, 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
광분배기(120)는 레이저 다이오드(110)에 연결되어, 레이저 다이오드(110)에서 출력되는 광신호를 분배하여 일정양은 레이저 다이오드의 광세기 및 파장을 감시하기 위하여 마하-젠더 간섭계(130)로 제공하고 나머지 양은 광선로 구간을 통하여 가입자측으로 전송한다.
마하-젠더 간섭계(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 광결합기(131)와 제 2 광결합기(133) 및 경로 지연기(132)로 구성되며, 경로 지연기(132)는 두 포트의 출력 특성이 광신호 간섭이 발생할 경우 길이 또는 제 1 광결합기(131)와 제 2 광결합기(133)사이의 굴절율을 변화시켜 경로를 지연시킨다.
제 1 광검출기(140)는 마하-젠더 간섭계(130)의 한 쪽 포트에서 출력되는 광신호의 세기를 전기적 신호로 변환하여 광세기 및 파장 감시 제어기(160)로 제공하고, 제 2 광검출기(150)는 마하-젠더 간섭계(130)의 다른 쪽 포트에서 출력되는 광신호의 세기를 전기적 신호로 변환하여 광세기 및 파장 감시 제어기(160)로 제공한다.
광세기 및 파장 감시 제어기(160)는 제 1 광검출기(140)와 제 2광검출기(150)에서 제공되는 전기적 신호의 차가 0이 되도록 레이저 다이오드(110)의 온도를 제어하여 파장을 안정화시킨다.
도 2는 도 1에 도시된 광세기 및 파장 감시 제어기(160)의 구체적인 구성 블록도로서, 광세기 산출부(161), 광세기 제어부(162), 파장 산출부(163) 및 파장 제어부(164)로 구성된다.
예를 들어, 마하-젠더 간섭계(130)의 포트 1에 Ii(??)로 표현되는 임의 광세기 및 파장을 갖는 광신호가 입사되면, 도 4에 도시된 바와 같이 한 쪽 포트 3의 출력 신호(410)는 제 1 광검출기(140)로 출력하고 다른 쪽 포트 4의 출력신호(420)는 제 2 광검출기(150)로 출력되며, 각각 수학식 1과 수학식 2와 같이 파장에 관계되는 식이 된다.
여기서, Δl은 파장이 λ인 광신호가 경로 지연기(132)에 의해 지연된 거리이다. 따라서, Δl을 적절히 조절함으로써 도 4에 도시된 바와 같은 마하-젠더 간섭계(130)의 원하는 특성을 얻을 수 있다.
따라서, 광세기 산출부(161)는 제 1 광검출기(140) 출력과 제 2 광검출기(150) 출력의 합을 산출하여 광세기 제어부(162)로 제공하고, 광세기 제어부(162)는 광세기 산출부(161)의 산출값에 따라 레이저 다이오드(110)의 전류를 조절한다.
이 때, 광세기 산출부(161)의 광세기 산출은 제 1 광검출기(140) 출력과 제 2 광검출기(150) 출력의 합에 의하여 산출되며, 수학식 3으로 나타내어진다.
상기한 바와 같이 광세기가 산출되면 광세기 제어부(162)는 레이저 다이오드(110)에 가해주는 전류 및 온도 또는 전류의 양을 증가/감소 시켜 레이저 다이오드(110)의 광세기를 조절한다.
이 때, 광세기 제어부(162)는 레이저 다이오드(110)의 광세기를 원하는 값(I기준) 즉, 도 4의 A에 고정하려면, 제 1 광검출기(140)와 제 2 광검출기(150)에서 검출되는 값을 I기준과 비교하여 두 값의 차가 0 이 되도록 레이저 다이오드(110)의 온도를 조절하면 된다.
그리고, 파장 산출부(163)의 파장 산출은 제 1 광검출기(140)와 제 2 광검출기(150)에서 검출된 값의 상대적인 차에 의하여 산출되며, 수학식 4의 D(??)로서 나타내어진다.
D(λ) = (포트 3의 광세기 -_포트 4의 광세기)/(포트 3의 광세기 + 포트 4의 광세기)
= sin2(π·Δl/λ) - cos2(π·Δl/λ)
= - cos(2·π·Δl/λ)
도 5는 파장 산출부(163)에서 수학식 4에 의해 산출한 파장에 따른 제 1 광검출기(140)와 제 2 광검출기(150)의 상대적인 차를 보여주는 그래프이다.
이 때, 파장 산출부(163)는 파중분할 다중화 채널의 파장을 감시하는 용도일 경우에 수학식 4에 의해 파장을 역추적하는 연산기를 포함할 수도 있다.
그리고, 파장 제어부(164)는 파장 산출부(163)의 산출 결과에 따라 레이저 다이오드(110)에 가해주는 전류 및 온도 또는 온도만을 증가/감소 시켜 레이저 다이오드(110)의 파장을 제어한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치의 구성 블록도로서, 레이저 다이오드(610), 마하-젠더 간섭계(620), 제 1 광검출기(630), 제 2 광검출기(640), 광세기 및 파장 감시 제어기(650)로 구성된다.
도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광원의 광세기 및 파장 안정하 장치의 구성인 광분배기(120)를 이용하지 않고, 레이저 다이오드(110)의 후방에서 나오는 출력을 이용하므로써, 구성을 간단하게하여 저가의 비용으로 구현할 수 있도록 하였다.
여기서, 마하-젠더 간섭계(620), 제 1 광검출기(630), 제 2 광검출기(640),광세기 및 파장 감시 제어기(650)의 구체적인 동작은 도 1에 도시된 제 1 실시예에 따른 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치의 구체적인 동작과 동일하므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원의 광세기 및 파장 안정화 장치는 마하-젠더 간섭계의 두 출력 포트의 출력 신호의 합에 의해서 레이저 다이오드의 광세기를 산출하고 그 결과에 따라 레이저 다이오드의 출력을 조절하고, 마하-젠더 간섭계의 두 출력 포트의 출력 신호의 차값으로부터 레이저 다이오드의 파장을 산출하고 그 결과에 따라 레이저 다이오드의 파장을 제어하므로써, 레이저 다이오드의 광세기 및 파장을 안정화시켜 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기준값에 비해 광세기 및 파장이 어느 정도 벗어나 있는 지에 대한 정보도 알 수 있으며, 또한 마하-젠더 간섭계는 일정 파장 간격에 대해 주기성을 띄고 있으므로 파장이 서로 다른 채널에도 공용으로 사용할 수 있어서 저가에 제작 가능한 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 레이저 다이오드의 광세기 및 파장을 감시 및 제어하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 광세기 및 파장 안정화 장치에 있어서,
    상기 레이저 다이오드에서 출력되는 광신호를 분배하여 일정양은 추출하여 전송하고, 나머지 양의 광신호는 상기 레이저 다이오드의 광세기 및 파장 감시용 광신호로 제공하는 광분배기;
    상기 광분배기에서 제공되는 상기 레이저 다이오드의 광세기 및 파장 감시용 광신호를 두 출력 포트를 통하여 제공하는 마하-젠더 간섭계;
    상기 마하-젠더 간섭계의 한 쪽 포트에서 제공되는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 제 1 광검출기;
    상기 마하-젠더 간섭계의 다른 쪽 포트에서 제공되는 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 제 2 광검출기;
    상기 제 1 및 제 2 광검출기에서 제공되는 전기적 신호로부터의 광신호의 광세기 및 파장을 산출하여 그 결과에 따라 상기 레이저 다이오드를 제어하는 광세기 및 파장 감시 제어기를 포함하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 광세기 및 파장 안정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 다이오드에서 출력되는 광신호를 상기 광분배기를 거치지 않고 상기 마하-젠더 간섭계로 직접 출력하는 것을 특징으로 하는파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 광세기 및 파장 안정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광세기 및 파장 감시 제어기는, 상기 제 1 광검출기 출력과 상기 제 2 광검출기 출력의 합에 의하여 상기 광신호의 광세기를 산출하고 산출 결과에 따라 상기 레이저 다이오드의 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 광세기 및 파장 안정화 장치
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광세기 및 파장 감시 제어기는, 상기 제 1 광검출기 출력과 상기 제 2 광검출기 출력의 차값으로부터 상기 광신호의 파장을 산출하고 산출 결과에 따라 상기 레이저 다이오드의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 광세기 및 파장 안정화 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 광세기 및 파장 감시 제어기는 레이저 다이오드의 광세기를 일정값에 고정할 경우 상기 제 1 광검출기와 상기 제 2 광검출기에서 검출되는 값을 상기 일정값과 비교하여 두 값의 차가 0 이 되도록 상기 레이저 다이오드 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중화 시스템에 있어서 광원 광세기 및 파장 안정화 장치.
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