KR20010093388A

KR20010093388A - 고밀도 파장분할다중화 광통신 시스템의 광파장 제어 장치

Info

Publication number: KR20010093388A
Application number: KR1020000015937A
Authority: KR
Inventors: 이재승; 서경희
Original assignee: 이재승; 서경희
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-29
Also published as: JP2003529280A; KR100324798B1; AU2001244746A1; US20030081306A1; WO2001073980A1; CN1190025C; CN1430826A

Abstract

본 발명은 두 서로 다른 파장의 빛들을 동시에 광 검출 시 발생하는 초고주파 비트전류를 제어신호로 사용하여 고밀도 파장분할다중화 광통신 시스템용 광채널 간의 광주파수 간격을 매우 적으면서도 일정하게 유지시켜주는 장치이다. 이 장치는, 시스템의 채널 간격을 크게 줄일 수 있게 해주며, 양 방향 광통신의 경우에 있어서 서로 반대방향으로 진행하는 광 채널에 대해 적용하면 레이라이(Rayleigh) 산란에 의한 채널간 누화 현상을 최소화할 수 있게 해준다.

Description

고밀도 파장분할다중화 광통신 시스템의 광파장 제어 장치{INSTRUMENT FOR THE CONTROLL OF THE OPTICAL SOURCE WAVELENGTHS IN DENSE-WAVELENGTH-DIVISION-MULTIPLEXED OPTICAL COMMUNICATION SYSTEMS}

각종 네트워크를 통한 대용량 파장분할다중화 (wavelength-division multiplexing: WDM) 광통신을 위하여서는 채널 수가 매우 많고 채널간격도 수 10 GHz 혹은 그 이하로 매우 좁아진 형태의 파장분할다중화 광통신이 필요하게 되는데 이를 특히 고밀도 파장분할다중화 (dense-WDM: DWDM) 혹은 광 주파수분할 다중화 (optical frequency-division multiplexing: OFDM) 라고 부르기도 한다. 그러나 이러한 경우 광원의 구성은 매우 안정되고도 정확한 파장제어를 요구하게 된다.

본 발명은 서로 다른 파장의 빛들을 동시에 광 검출 시 발생하는 채널간 주파수 차와 같은 크기의 비트 주파수 (beat frequency) 성분을 제어신호로 활용하여 광통신 시스템 광원간의 광주파수 간격을 일정하게 유지시켜주는 장치이다. 이 장치는, 전송속도가 비트 주파수에 비해 충분히 작을 경우, 광 채널간의 간격을 10 GHz 이하로까지 최소화 할 수 있게 해준다. 따라서 채널간격이 매우 좁은 파장분할 다중화된 시스템용 광원의 구성이 용이해지며, 양 방향 광통신의 경우 송수신 파장을 서로 미세하게 다르게 할 수 있어서 레이라이 산란 (Rayleigh scattering) 에 의해 발생되는 송수신 채널간 누화 현상을 줄일 수 있게 해준다.

본 발명은 채널간격이 매우 좁은 파장분할 다중화된 광통신 시스템의 광원 파장 안정화에 대한 것이다. 종래의 기술들은 광학필터를 사용하여 채널간의 주파수 간격을 안정화시켰는데 이는 채널간의 주파수차이가 100 GHz 정도로 큰 경우에 적당한 방법이다. 파장 고정기 (wavelength locker) 를 채널별로 사용하기도 하는데 이는 고가이며 마찬가지로 광학필터를 사용하고 있다. 따라서 본 발명과 같이 저가의 전기적인 필터를 이용한 채널간의 간격 안정화 장치는 아직 없다. 또한 채널간 주파수 차이를 수 십 CHz 혹은 그 이하로 안정되게 할 수 있는 기술은 아직 알려져 있지 않다. 또한 기존의 상용화된 양방향 광통신 시스템들은 채널간격을 조절하기가 어려워서 단방향통신 시스템에 비해 채널간격을 두 배로 잡아 통신을 하고 있으므로 대역폭이 두 배로 넓어지는 단점이 있다.

본 발명은 서로 다른 파장의 빛들을 동시에 광 검출 시 발생하는 초고주파 비트 전류를 제어신호로 변환하여 광통신 시스템 광원간의 광주파수 간격을 일정하게 유지할 수 있게 한다. 본 발명은 전기적인 필터를 이용한 광 채널간의 주파수 간격 안정화 장치로서 채널간격을 수 십 GHz 혹은 그 이하로 하여 고밀도 파장분할 다중화 시스템용 광원을 구성할 수 있게 해주는 장치이다. 또한 양방향 광통신의 경우 송수신 파장을 미세하게 다르게 할 수 있어서 서로 다른 방향의 동일 파장 신호간에 발생하는 레이라이(Rayleigh) 산란에 의한 간섭 현상을 줄일 수 있게 해준다.

도 1은 임의의 두 광채널군에서 통합된 광채널군을 얻는 방법을 설명하고 있다.

도 2는 제어신호 발생부의 가능한 구조를 나타낸다.

도 3은 임의의 두 광채널군에서 통합된 광채널군을 얻는 방법을 각 채널군의 스펙트럼을 이용하여 설명하고 있다.

도 4는 본 발명을 응용한 양방향 광통신 방법을 설명하고 있다.

부호의 설명:

1: 광채널군A, 2: 광채널군B, 3: 광결합기, 4: 고속 광 검출기, 5: 제어신호 발생부 7: 광채널군A의 스펙트럼, 8: 광채널군B의 스펙트럼, 9: 통합된 광채널군의 스펙트럼 10: 초고주파 증폭기, 11: 초고주파 대역투과 필터, 12: 초고주파 검출기 21: 노드A, 22: 단일 광섬유, 23: 노드B

도 1은, 광통신 네트워크의 노드에서 임의의 두 광채널군, 광채널군A(1)와 광채널군B(2), 으로부터 비트 주파수 (beat frequency) 성분을 발생시켜 통합된 광채널군을 얻는 방법을 설명하고 있다. 각각의 광채널군은 하나 이상의 파장분할 다중화된 채널들로 이루어져 있으며, 동일한 광채널군에서는 채널간의 주파수 간격도 일정하게 제어된다. 그러나 광채널군 간의 상대적인 주파수 간격은 별도의 고정장치가 없으면 여러 가지 외부요인에 의해 불안정하게 변화할 수 있다. 본 발명에서는 광채널군A(1)와 광채널군B(2)의 출력을 광결합기(3)를 거쳐 함께 고속 광검출기(4)로 인가하여 각 광채널의 주파수 차이에 해당하는 여러 개의 비트 주파수 성분들을 발생시킨다. 광채널군A(1)와 광채널군B(2) 중 적어도 하나의 편광상태가 시간에 대해 불규칙할 경우, 적어도 하나의 채널군 내부에는 편광조절기를 사용하거나 아니면 편광 스크램블러 (scrambler) 등을 내장하여 광 채널군 사이의 편광 의존도를 없앤 뒤 광결합기(3)로 인가한다. 상기 비트 주파수 성분들은 상기 광채널군 간의 상대적인 주파수 거리 값에 대한 제어신호를 발생하는 제어신호발생부(5)로 인가된다. 제어신호발생부(5)는 상기 비트 주파수 성분들로부터 원하는 중심주파수에 상기 비트 주파수가 위치하도록 광채널군A(1) 혹은 광채널군B(2) 의 채널 위치를 변화시키는 제어신호를 발생하며, 따라서 두 광채널군 사이의 채널간격을 정확하게 유지할 수 있어서 두 채널군을 합한 통합된 광채널군을 얻을 수 있다. 예를 들어, 제어신호발생부(5)는 초고주파 회로로서 도 2와 같이 두 광채널군(1)(2) 사이의 초고주파 비트 성분을 증폭하는 초고주파 증폭기(10), 상기 초고주파 증폭기의 출력 중 일정 범위의 주파수 성분만을 골라내는 초고주파 대역투과 필터(11), 상기 초고주파 대역투과 필터의 출력을 정류하여 제어신호를 발생하는 초고주파 검출기(12)등으로 구성할 수 있다. 정류회로를 거친 전류나 전압의 값이 최대가 되는 지점에서 전술한 광채널군A(1)와 광채널군B(2) 사이의 상대적인 주파수간격이 일정하게 유지되도록 할 수 있는데 이때 예를 들어 광채널군B(2)에 속한 광원들의 온도를 조절하는 방법을 사용 할 수 있다.

예를 들어 도 3에 나타낸 것처럼, 각 광채널군 내의 채널수가 같고 채널간격이 모두 f_d이며, 광채널군A(1)의 스펙트럼(7)의 경우 모든 채널주파수가 고정되어 있으며 가장 적은 채널주파수 값을 f₁이라고 하고, 광채널군B(2)의 스펙트럼(8)의 경우 가장 적은 채널주파수 값을 f₁+δ이라고 하며, 제어신호발생부(5) 내의 대역투과 필터의 중심주파수를 f_bp라 할 때, δ의 값은 도 1 의 제어회로를 사용하지 않을 경우 시간에 따라 불규칙적으로 변화하게 되지만 도 1의 제어회로를 사용할 경우 δ를 ±f_bp+ m f_d와 같아지도록 만들 수 있다. 여기서 m 은 그 크기가 광채널군 채널 수 보다 작은 어떤 정수 값이다. m=0 일 때, 통합된 광채널군의 스펙트럼(9)이 차지하는 광주파수 대역폭은 각각의 광채널군과 거의 비슷하면서도 두 배의 채널수를 갖게 되므로, 두 광채널군을 합한 통합된 광원군은 고밀도 파장분할 다중화 혹은 광 주파수분할 다중화 시스템용 광원으로 사용될 수 있다. 이러한 결과는 두 광채널군의 채널수가 다르거나 채널간격이 비등간격이거나 다소 다르더라도 비슷하게 성립한다.

통합된 광채널군은 다른 광채널군과 같은 방법으로 다시 통합이 될 수 있으며 고밀도 파장분할 다중화 및 광 주파수분할 다중화 시스템용 광원으로 사용되거나 아니면 각각의 광채널군(1)(2)을 양방향 파장분할 다중화 광통신 시스템에서 서로 반대방향으로 진행하는 광신호의 광원으로 사용할 수도 있다. 즉 도4 의 양방향 광통신 시스템의 경우 임의의 노드A(21)에서 노드B(23)로 광채널군A(1)를 보내고 노드B(23)에서 노드A(21)로 광채널군B(2)를 보낸다고 하자. 이때, 광채널군A(1)는 기존의 ITU-T (International Telecommunication Union TelecommunicationStandardization Sector) 표준화된 주파수 배열을 갖는 것을 사용한다고 가정할 때, 광채널군B(2)는 상기 도 1의 광파장 제어 장치를 사용하여 광채널군A(1)로부터 약간 채널 주파수가 이동되도록 할 수 있으며, 그 결과 광섬유내 레이라이 산란 (Rayleigh scattering) 에 의해 발생되는 서로 다른 방향의 채널간 누화를 크게 줄일 수 있으며 한 가닥의 단일 광섬유를 이용한 양방향 파장분할 다중화 광통신이 가능해지게 된다. 광채널군B(2)와 비교할 채널군으로는 앞서와 같이 전송되어온 채널군외에도 노드B에 있는 기준 광원을 직접 사용할 수도 있다. 상기 광채널군A의 채널배열이 ITU-T 표준과 다르더라도 이러한 원리는 마찬가지로 성립한다.

이 장치는, 전송속도가 대역투과 필터의 중심주파수에 비해 충분히 작을 경우, 광 채널간의 간격을 수 십 GHz 혹은 그 이하로 작게 할 수 있게 해준다. 따라서 고밀도 파장분할 다중화 및 광 주파수분할 다중화 광통신이 가능해지며, 특히 하나의 광섬유를 사용하는 양방향 파장분할 다중화 광통신의 경우 송수신 파장이 서로 달라야 하는데, 이 장치를 사용하면 전체 광파장대역을 거의 늘리지 않고도 송수신 채널간 누화 현상을 없앨 수 있게 해준다.

Claims

하나 이상의 단일파장 광원들로 이루어지고 각 채널간의 주파수 간격 즉 상대적인 위치가 결정되어 있는 임의의 광채널군A(1)와 광채널군B(2)의 두 출력을 상호간의 편광의존도를 없애서 광결합기(3)로 결합하고 고속 광검출기(4)로 광검출하여 얻은 두 광채널군(1)(2)사이의 초고주파 비트 성분을 제어신호발생부(5)를 통과시킨 후 상기 제어신호발생부(5)의 출력을 광채널군B(2)에 대한 제어신호로 사용하여 광채널군A(1)와 광채널군B(2) 채널들 사이의 상대적인 주파수 간격을 일정하도록 유지해주는 광파장 제어 장치.
청구항 1에서 광채널군A(1)와 광채널군B(2)의 두 출력 중 하나 이상을 편광조절기를 사용하여 편광의존도를 줄인 광파장 제어 장치.
청구항 1에서 광채널군A(1)와 광채널군B(2)의 두 출력 중 하나 이상의 편광을 시간에 대해 불규칙하도록 편광 스크램블링(scrambling)하여 채널군간의 편광의존도를 줄인 광파장 제어 장치.
청구항 1에서 제어신호발생부(5) 내장회로로서 두 광채널군(1)(2) 사이의 초고주파 비트 성분을 증폭하는 초고주파 증폭기(10), 상기 초고주파 증폭기(10)의 출력 중 일정 범위의 주파수 성분만을 골라내는 초고주파 대역투과 필터(11), 상기초고주파 대역투과 필터(11)의 출력을 정류하여 제어신호를 발생하는 초고주파 검출기(12)를 사용하는 것을 특징으로 하는 광파장 제어 장치.
청구항 1의 두 광채널군의 출력을 통합하여 통신용 광채널로 사용하는 파장분할 다중화 광통신 시스템.
하나 이상의 단일파장을 갖는 광원들로 이루어지고 각 채널간의 주파수 간격 즉 상대적인 위치가 결정되어 있는 두 광채널군을 한가닥 광섬유로 이루어진 광 전송로에서 서로 반대방향으로 전송되는 신호광원으로 사용하며, 상기 두 광채널군 가운데 하나를 송신용으로 사용하고 나머지 광채널군을 수신하는 통신 노드에 위치하여 상기 송신용 광채널군과 상기 노드로 수신된 나머지 다른 광채널군을 청구항 1의 광파장 제어 장치의 입력으로 하여, 상기 두 광채널군에 속하는 채널 주파수 값들이 서로 일정한 차이를 두고 안정하게 유지되도록 상기 송신용 광채널군의 파장을 제어하는 단일 광섬유를 사용하는 양방향 파장분할 다중화 광통신 시스템.