KR20030012080A

KR20030012080A - 편광 분할 다중화 광통신 시스템, 광통신 방법 및광송수신 장치

Info

Publication number: KR20030012080A
Application number: KR1020010045930A
Authority: KR
Inventors: 지정훈
Original assignee: 지정훈
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-02-12

Abstract

본 발명의 광통신 시스템 및 방법은 복수의 레이저광원에서 변조된 복수 채널의 광신호가 각각 서로 다른 편광 상태를 가지도록 변환되어 하나의 광섬유를 통해 동시에 전송되도록 하는 광송신장치와, 복수 채널의 광신호를 수신하여 각각의 편광 상태의 광신호로 분리시키는 광수신장치를 포함하여, 하나의 광섬유를 통해 전달되는 신호의 양이 증대되어 광통신 속도를 크게 증가시킬 수 있다.

Description

편광 분할 다중화 광통신 시스템, 광통신 방법 및 광송수신 장치 {Polarization Division Multiplexing Optical Communication System and Method, and Optical Transmitter and Receiver thereof}

광섬유를 이용한 광통신 시스템은 음성이나 영상의 데이터 정보를 전기신호로 바꾸고 이를 광신호로 변조하여 광섬유(광케이블)를 통해 전달하며, 수신측에서는 광신호가 광섬유를 통해 전달되면 광검출기로 검출하여 디지털 신호로 바꾸고이를 복조하여 다시 음성이나 영상 데이터로 변환하는 과정을 거친다.

이러한 광통신 시스템에서는 통신속도를 증가시키기 위하여 여러 방법들이 제안되어 왔다. 대표적인 속도 증가 방법으로는 광학적으로 짧은 펄스를 만들어 이를 다중화하는 광학적 시분할 다중화방법(Optical Time Division Multiplexing: OTDM)이나 여러가지 다른 파장을 묶어 하나의 광섬유를 통해 전송하는 파장분할 다중화 방법(Wavelength Division Multiplexing: WDM) 또는 고밀도 파장분할 다중화 방법(Dense Wavelength Division Multiplexing: DWDM) 등이 있다. 광통신 속도를 증가시키려는 이러한 노력으로 현재 2.5Gbit/s의 속도까지 상용화되어 있고, 10Gbit/s의 송수신 장치를 상용화하기 위해 개발 중에 있다. 그러나 이 이상의 속도에 대해서는 그 개발이 어려운 것으로 알려져 있다. 또한, 파장분할 다중화 방법 또는 고밀도 파장분할 다중화 방법은 각 채널의 파장 간격을 일정하게 유지하기 위하여, 각 레이저 다이오드의 파장을 계속 감시하고 변하지 않도록 제어하는 장치가 필요하고 파장 안정성이 매우 우수한 레이저 다이오드를 사용해야 하기 때문에 고가의 시스템이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 10Gbit/s 이상의 초고속 통신 속도를 가지면서도 비교적 저렴하게 구현할 수 있는 광통신 시스템, 광통신 방법 및 이에 사용되는 광송수신 장치를 제공하는 것으로서, 송신하려는 데이터를 빛의 편광 현상을 이용하여 복수개의 편광 상태의 광신호 채널로 나누어 송수신하도록 하는 광통신 시스템, 광통신 방법 및 광송수신 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 편광 분할 다중화 광통신 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이고,

도 2는 본 발명에 따른 광송신 장치를 예시한 도면이고,

도 3은 광섬유에 들어가는 복수의 광신호의 편광 성분을 예시한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 광수신 장치를 도시한 도면이고,

도 5는 검광자와 광검출기를 예시한 도면이고,

도 6은 검광자와 광검출기의 다른 예를 도시한 도면이며,

도 7은 검광자 또는 광검출기의 또 다른 예를 도시한 도면이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광통신 시스템은

송신할 신호를 변조시키는 신호변환부;

상기 신호 변환부에 연결되어, 복수의 레이저광이 변조되어 생성된 복수 채널의 광신호를 각각 서로 다른 편광 상태를 가지도록 변환시켜 출력하는 광송신부;

상기 광송신부에 연결되어, 서로 다른 편광 상태를 가지는 복수 채널의 광신호를 전달하는 광섬유; 및

상기 광섬유에 연결되어, 수신된 광신호를 각 편광 상태의 광신호로 분리시켜 분리된 각각의 광신호를 감지하는 광수신부로 이루어진다.

광송신부는 복수의 레이저 광원을 포함하여, 복수 채널의 광신호를 출력하는 광원부; 광원부의 복수의 레이저 광원에 대응하여, 복수의 레이저 광원에서 나오는 광신호를 각각 서로 다른 편광 상태를 가지는 복수 채널의 광신호로 출력하는 편광출력부; 및 편광출력부에서는 출력된 복수 채널의 광신호를 광섬유로 입력하는 광커플링부로 이루어지고, 광수신부는 광섬유에서 광신호를 출력하는 광디커플링부; 복수 채널의 광신호를 각각의 편광 상태의 광신호로 분리하는 복수의 검광영역으로 분할된 검광부; 및 검광부의 각각의 검광영역에 대응하여 분할된 광검출기로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 광통신 방법은

송신할 신호를 서로 다른 편광 상태를 가지는 복수 채널의 광신호로 변조하여 출력하는 단계;

복수 채널의 광신호를 전달하는 단계; 및

복수 채널의 광신호를 각각의 편광 상태로 분리시키는 단계; 및

각각의 편광 상태로 분리된 광신호를 검출하는 단계로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 광통신 시스템을 도시한 블럭도로서, 광통신 시스템은 음성이나 영상의 데이터 정보를 전기신호로 바꾸고 이를 다시 디지털 신호로 변조하는 신호변환장치(10)와, 신호 변환장치(10)에 연결되어, 복수의 레이저광이 변조되어 생성된 복수 채널의 광신호를 각각 서로 다른 편광 상태를 가지도록 변환시켜 이를 출력하는 광송신장치(20)과, 복수 과 광신호를 전달하는 광섬유(30)와, 광섬유로부터 수신된 광신호를 각 편광 상태의 광신호로 분리시켜 분리된 각각의 광신호를 감지하는 광수신장치(40)로 이루어진다. 여기서는 설명의 편의를 위하여 광신호의 채널의 수, 즉 편광 상태의 수를 4로 하여 설명하겠으나, 이 숫자로 제한되는 것은 아니며 4 이상 또는 4 이하의 수로 구현하는 것도 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 광송신장치(20)는 4개의 레이저 광원(211, 212, 213, 214)을 포함하여, 4개 채널의 광신호를 출력하는 광원부(210)를 구비한다. 광원부(210)의 각각의 레이저 광원(211, 212, 213, 214) 앞에는 서로 다른 편광각을 가진 4개의 편광자(221, 222, 223, 224)로 구성된 편광출력부(220)가 배치된다. 이때 각각의 편광자(221, 222, 223, 224)는 서로 다른 편광각(φ)을 가지며, 편광각의 범위는 0°≤ φ< 180°이도록 한다. 즉, 편광각(φ)이 180°내에서 채널의 수만큼 나뉘어 질 수 있도록 구성한다. 예를 들어 본 실시예에서는 채널의 수를 4개로 하였으므로, 편광자(221)는 0°, 편광자(222)는 45° , 편광자(223)는 90°, 편광자(224)는 135°의 편광각을 가진 것으로 할 수 있다.

편광 출력부(220)와 광섬유(30) 사이에는 광커플링부(230)가 배치되어 편광출력부(220)에서 나온 4개의 광신호를 하나의 광섬유(30)에 입사시킨다. 광커플링부(230)는 각각의 편광자(221, 222, 223, 224) 앞에 배치된 빔분할 프리즘(231, 232, 233, 234)와 커플러(235)로 구성된 것으로 예시되어 있으나, 다른 구성도 가능하다.

도 2의 광송신장치(20)로부터 광섬유(30)에 입사된 광신호는 도 3에 도시된 바와 같이, z축을 광섬유의 길이방향이라고 할 때 4개의 편광 상태를 가진 4개의 광신호로 전달되게 된다.

도 4에는 광섬유(30)로 전달되는 광신호가 수신되는 광수신장치(40)가 도시되어 있다. 광수신장치(40)는 광섬유로부터 광신호를 출력하기 위한 광디커플링부(430), 광신호를 각각의 편광 상태의 광신호로 분리하는 검광부(420) 및 각각의 편광 상태의 광신호를 검출하기 위한 광검출기(410)로 이루어진다. 이때 검광부(420) 및 광검출기(410)는 다양하게 구현될 수 있으며, 검광부 및 광검출기의 실시예가 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다.

도 5에 도시된 실시예를 살펴보면, 검광부 및 광검출기는 각각의 편광 상태의 광신호를 검출하기 위하여 4분할된 검광부(420) 및 검광부의 영역에 대응하여 분할된 광검출기(410)의 구성을 가지고 있다. 즉, 편광 상태의 개수에 따라 검광부(420) 및 광검출기(410)가 균등하게 분할되어 있는 구성이다.

도 5의 검광부(420)는 4개의 검광 영역(421, 422, 423, 424)로 분할되어 있고, 4개의 검광 영역은 각각 4개의 편광 상태의 광신호를 분리할 수 있도록 하는 편광각을 가지는 검광자로 구성된다. 즉, 검광 영역(421)은 0°의 편광각을 가진 검광자이고, 검광 영역(422)은 45°의 편광각을 가진 검광자이고, 검광 영역(423)은 90°의 편광각을 가진 검광자이며, 검광 영역(424)은 135°의 편광각을 가진 검광자이다. 따라서, 각각의 검광 영역(421, 422, 423, 424)에서는 대응하는 편광각을 가진 편광자(221, 222, 223, 224)를 통과한 광신호만을 분리할 수 있게 된다.

이렇게 편광 상태에 따라 분리된 광신호는 대응하는 4개의 영역(411, 412, 413, 414)으로 분할된 광검출기(410)로 입사되어, 광신호에 대응하는 전기적 신호로 바뀌게 된다. 이때, 검광부(420) 및 광검출기(410)는 거의 접촉하여 광검출기의 각 영역에 입사하는 빛은 대응하는 검광부 영역에서 나오는 광신호로 제한된다.

도 6에는 검광부(420)와 광검출기(410)를 m×n의 2차원 어레이 형태의 미소영역으로 분할하여 각 영역이 균등하게 분할된 실시예를 도시하고 있다.

도 7에는 검광부(420)와 광검출기(410)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 7의 검광부(420)는 로천 프리즘(Rochon prism)과 같은 편광 분리 프리즘(441, 442, 443, 444)과 반사경(441', 442', 443', 444')으로 구성되며, 광검출기(410)도 4개의 검출기(411, 412, 413, 414)로 구성된다. 비록 도면에는 4개의 편광 분리 프리즘(441, 442, 443, 444), 반사경(441', 442', 443', 444') 및 검출기(411, 412, 413, 414)이 모두 같은 평면 상에 있는 것으로 도시되어 있으나, 편광 분리 프리즘(441, 442, 443, 444)은 각각의 편광 상태만을 분리할 수 있도록 광축을 중심으로 0°, 45°, 90°, 135°로 회전한 상태이고, 각각의 반사경(441', 442', 443', 444') 및 검출기(411, 412, 413, 414)는 회전된 편광분리 프리즘에서 분리되는 광신호를 검출하기 위하여 0°, 45°, 90°, 135°로 회전한 평면 상에 있게 된다.

본 명세서에서는 도 5 내지 도 7을 중심으로 검광부와 광검출기를 설명하였으나, 도 5 내지 도 7에 도시된 것 이외에도 편광 상태에 따른 각각의 광신호를 분리할 수 있는 방법으로 편광 거울을 이용한 방법 등이 있을 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 동작원리를 살펴보면, 신호 변환 장치(10)에서 음성이나 영상의 데이터 정보를 전기신호로 바꾸고 이를 다시 디지털 신호로 변조하여 광원부(210)의 각각의 레이저 광원(211, 212, 213, 214)에서 출력되는 레이저광을 변조시킨다. 각각의 레이저 광원(211, 212, 213, 214)에서 출력된 각 채널의 광신호는 각각의 편광각을 가진 편광자(221, 222, 223, 224)를 통과하여 서로 다른 편광 상태를 가지는 광신호로 되고, 다시 광커플링부(230)에 의해 하나의 광섬유(30)로 입사하게 된다. 광섬유(30)에서 전달되는 복수 채널의 광신호는 광수신장치(40)에 의하여 수신되는데, 광디커플링부(420)에 의해 광섬유(30)로부터 출력되고 검광부(420)에 의해 각각의 편광 상태에 따라 분리되어 각각의 광검출기(410)의 검출 영역(411, 412, 413, 414)으로 입사하게 된다. 각각의 검출 영역에 입사된 광신호는 대응하는 전기적 신호로 바뀌게 되고, 도시되지 않은 복조 회로에 의하여 원래의 음성 또는 영상 신호로 변환된다.

이렇게 복수 채널의 광신호를 편광 상태를 달리하여 송수신함으로써, 하나의광섬유를 통해 동시에 전달될 수 있는 채널의 수를 증가시키고, 송수신되는 정보의 양을 증가시킨다. 예를 들어 4개의 편광 상태를 가진 광신호를 이용하여 10Gbit/s의 속도로 송수신하는 경우, 본 발명에 따른 광통신 시스템은 최종 40Gbit/s의 속도를 가지게 되는 것이다.

이상에서 본원 발명의 기술적 특징을 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위 내에서도 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음은 명백하다. 또한, 여기서는 면편광 상태의 광신호를 사용하는 것을 설명하였으나, 면편광 상태의 빔으로 한정되는 것은 아니다.

이렇게 복수 채널의 광신호를 편광 상태를 달리하여 송수신함으로써, 하나의 광섬유를 통해 동시에 전달될 수 있는 정보의 양을 증가시켜 광통신 속도를 크게 증가시킬 수 있다. 또한, 파장분할 다중화 방법에 비하여 저가의 초고속 광통신 시스템을 구현할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 기존의 OTDM이나 WDM, DWDM 등의 방법과도 병용하여 같이 사용할 수 있으므로 해서 더욱 광통신 속도를 증가시킬 수 있다.

Claims

송신할 신호를 변조시키는 신호변환부;

상기 신호 변환부에 연결되어, 복수의 레이저광이 변조되어 생성된 복수 채널의 광신호를 각각 서로 다른 편광 상태를 가지도록 변환시켜 출력하는 광송신부;

상기 광송신부에 연결되어, 서로 다른 편광 상태를 가지는 복수 채널의 광신호를 전달하는 광섬유; 및

상기 광섬유에 연결되어, 수신된 광신호를 각 편광 상태의 광신호로 분리시켜 분리된 각각의 광신호를 감지하는 광수신부

를 포함하는 편광 분할 다중화 광통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광송신부가

복수의 레이저 광원; 및

각각의 레이저 광원에서 나오는 레이저광을 서로 다른 편광 상태로 만들어주는 복수의 편광자

를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 분할 다중화 광통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광수신부가

상기 복수 채널의 광신호를 각각의 편광 상태에 따라 분리시키는 편광 분리 수단; 및

상기 편광 분리 수단에 의해 분리된 각각의 광신호를 검출하기 위한 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 분할 다중화 광통신 시스템.
제3항에 있어서, 상기 편광 분리 수단은 각각의 편광 상태를 분리하기 위해 복수개의 영역으로 분할된 검광자이고, 상기 광검출기는 상기 검광자의 수만큼 분할된 것을 특징으로 하는 편광 분할 다중화 광통신 시스템.
제4항에 있어서, 상기 검광자 및 광검출기가 2차원 어레이의 형태로 분할된 것을 특징으로 하는 편광 분할 다중화 광통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광수신부가 상기 복수의 편광상태에 해당하는 복수의 검광자 및 상기 검광자의 수와 동일한 수의 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 분할 다중화 광통신 시스템.
제1항에 있어서,

상기 복수의 편광상태의 광신호는 각각 편광각(φ)이

0°≤ φ< 180°

인 것을 특징으로 하는 편광 분할 다중화 광통신 시스템.
송신할 신호를 서로 다른 편광 상태를 가지는 복수 채널의 광신호로 변조하여 출력하는 단계;

상기 복수 채널의 광신호를 전달하는 단계; 및

상기 복수 채널의 광신호를 각각의 편광 상태로 분리시키는 단계; 및

각각의 편광 상태로 분리된 광신호를 검출하는 단계

를 포함하는 편광 분할 다중화 광통신 방법.
제8항에 있어서,

상기 복수의 편광상태의 광신호는 각각 편광각(φ)이

0°≤ φ< 180°

인 것을 특징으로 하는 편광 분할 다중화 광통신 방법.
복수의 레이저 광원을 포함하여, 복수 채널의 광신호를 출력하는 광원부;

상기 광원부의 복수의 레이저 광원에 대응하여, 상기 복수 채널의 광신호를 각각 서로 다른 편광 상태를 가지는 광신호로 출력하는 편광출력부; 및

상기 편광출력부에서는 출력된 복수 채널의 광신호를 광섬유로 입력하는 광커플링부

를 포함하는 편광 분할 다중화 광송신 장치.
편광 분할 다중화된 복수 채널의 광신호를 광섬유를 통하여 수신하는 광수신 장치에 있어서,

광섬유에서 상기 복수 채널의 광신호를 출력하는 광디커플링부;

상기 복수 채널의 광신호를 각각의 편광 상태의 광신호로 분리하는 복수의 검광 영역으로 분할된 검광부; 및

상기 검광부의 각각의 검광 영역에 대응하여 분할되어, 각각의 광신호를 검출하는 광검출기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 분할 다중화 광수신 장치.