KR20030070225A

KR20030070225A - 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법및 장치

Info

Publication number: KR20030070225A
Application number: KR1020020009281A
Authority: KR
Inventors: 한기호; 이상수
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2003-08-29
Also published as: US6678431B2; KR100407824B1; US20030156776A1

Abstract

본 발명은 고속 광전송시스템에 있어서 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 상기 편광모드분산 보상 방법은, 전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제1단계와, 상기 편광조절기에 의해 변환된 광신호의 편광성분을 편광회전기에 의해 회전시키는 제2단계와, 상기 편광회전기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 서로 수직인 두 개의 편광성분을 편광광분할기에 의해 분리하는 제3단계와, 상기 모니터링 경로로 전송되는 상기 제2편광성분의전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 제4단계와, 상기 출력경로로 전송되는 상기 제1편광성분과 상기 모니터링경로로 전송되는 상기 제2편광성분의 광전력을 비교하여 상기 편광회전기를 제어하는 제5단계를 포함한다. 이상과 같은 본 발명의 구성에 의하면, 종래기술에 비해 구성이 간단하여 손실이 작으며 PMD 보상범위에 제한이 없고, 편광스위칭 효과로 보상된 출력신호의 크기가 항상 보상기 입력광의 반 이상이 되어 보상기의 신뢰성을 보장할 수 있다.

Description

전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법 및 장치{Methods for compensating the polarization mode dispersion occurring in an optical transmission fiber and an apparatus therefor}

본 발명은 고속 광전송시스템에 있어서 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산(PMD: Polarization Mode Dispersion)을 보상하는 방법 및 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 장치에 관한 것이다.

최근 인터넷수요의 증가로 통신정보량이 급증하고 있으며 이러한 증가추세는 향후 더욱더 가속화 될 전망이다. 대용량의 정보를 수용하기 위해서는 넓은 대역폭의 광전송시스템이 요구되며 이를 구현하기 위해 현재 시분할다중방식(TDM: Time Division Multiplexing)과 파장분할다중방식(WDM: Wavelength Division Multiplexing)을 동시에 병행한 연구들이 광범위하게 진행되고 있다. 시분할다중방식에서 비트율(Bit rate)이 증가할수록 특히 중요하게 대두되는 문제가 바로 편광모드분산이다.

편광모드분산은 비대칭적인 광섬유 구조, 응력변형과 같은 내부적 요인과 전송로 주위의 온도변화, 진동변화, 압력변화 등의 환경변화와 같은 외부적 요인으로 인해 전송로상의 광섬유에 임의의 복굴절이 유도되어 이를 통해 진행하는 광신호가 결과적으로 겪게 되는 파형왜곡(Waveform distortion)을 의미한다. 이러한 파형왜곡은 전송시 주편광상태(PSP: Principal State of Polarization)라고 부르는 서로 수직한 두 편광성분의 시간지연차(Differential time delay) 때문에 발생한다. 이 때 두 PSP 성분 각각은 파형의 변화 없이 전송된다. 이 점을 이용하여 상기 두 편광이 전송과정에서 겪은 시간지연차와 크기는 같고 방향이 반대인 시간지연을 이 두 성분에 인위적으로 인가하면 결과적으로 서로 상쇄되어 편광모드분산으로 인한 왜곡이 보상된다. 이러한 원리가 적용된 몇 가지 연구 결과들을 살펴보면 다음과 같다.

B.W.Hakki는 1997년 1월 IEEE 포토닉스 테크놀러지 레터스 Vol 9, No 1, pp 121-123에서 "위상 분산 검출에 의한 편광 모드 분산 보상"을 제안하였으며, Hakki가 제시한 편광 모드 분산 보상기(1000)의 구성이 도 10에 도시되어 있다. 상기 보상기(1000)에서는 전송로를 통과한 두 편광을 편광분할기(1030)에서 광학적으로분리하여 믹서기(1040)로부터 시간지연차를 알아낸 후 지연선(1070)에 의해 크기는 같고 방향은 반대인 시간지연을 전기적으로 인가하고 다시 결합기(1090)에서 합함으로써 왜곡된 신호를 보상한다. 그러나, 상기 보상기(1000)에서는 전송된 광신호의 속도 즉, 비트율(Bit rate)이 높아질수록 더욱 세밀한 시간지연차를 계산해야 하므로 믹서기(1040)에 고가의 고속전자소자가 요구되며, 또한 지연선(1070)에 의해 시간지연차를 보상하는데, 지연선의 물리적인 길이가 제한되어 보상범위가 제한될 수밖에 없고 또한 지연선의 동작상 기계적인 움직임이 필요하므로 시스템의 신뢰성에도 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다는 것이다.

발명의 명칭이 "1차 편광 모드 분산의 자동 보상 방법 및 장치"인 미국특허 제5,930,414호(공개일:1999년 7월 27일)에서 Fishman 등은 마하젠더(Mach-Zehnder)간섭계형의 보상기를 사용하여 출력 전기스펙트럼을 모니터링함으로써 광학지연선과 편광변환기를 제어하여 PMD로 인한 시간지연차를 보상하는 기술을 개시하고 있다. 상기 미국특허 제 5,930,414호에 개시된 보상기(1140)가 도 11에 도시되어 있다. 상기 보상기(1140)에서는 마하젠더간섭계(1142)를 거쳐 탭(1143)을 통해 나온 신호광은 광검출기(1146)와 증폭기(1145)를 지나 시간지연차에 의존하는 전기적인 파워를 얻게 된다. 이러한 전기적인 파워를 피드백 신호로 이용하여 자동편광변환기(1141)와 광지연선(1142)에 인가하여 그 방향과 크기를 조절한 후 다시 출력을 모니터링함으로써 보상된 신호를 얻는다. 또한, 상기 보상기(1140)는 모호하지 않은 피드백 신호를 얻기 위해 증폭기(1145)의 출력 신호를 왜곡분석기(1144)에 포함된 필터와 다이오드를 통과시킴으로써 주어진 주파수 범위에서 신호를 적분한다.그러나, 상기 보상기(1140) 역시 주어진 광학지연선에 의한 보상 방법을 사용하므로 PMD 보상범위가 제한되고, 기계적으로 움직이는 지연선의 사용으로 말미암아 시스템의 신뢰성에도 좋지 않은 영향을 미칠 수 있으며, 모호하지 않은 신호를 얻기 위해 적분기를 사용하므로 별도의 적분과정을 거쳐야 하고, 피드백 신호를 시간 지연선(1142)뿐만 아니라 자동 편광 변환기(741)에도 동시에 인가하여 지연을 조절하는 것이므로 지연선의 각 값에 대해 자동 편광 변환기를 구동해야 하므로 상대적으로 보상시간이 많이 소요될 수밖에 없다.

또한, 상기 두 기술은 상대적으로 구성이 복잡해진다.

발명의 명칭이 "주편광상태의 자동 추적을 통한 편광 모드 분산 보상"인 미국특허 제6,130,766호(공개일:2000년 10월 10일)에서 Cao 등은 편광광분할기를 이용하여 두 PSP 성분중 한쪽 성분만을 이용하는 기술을 개시하고 있다. 상기 미국특허 제 6,130,766호에 개시된 보상기(1220)가 도 12에 도시되어 있다. 도 12에서 송신단(1210)의 광원(1212)을 디더링 입력신호와 드라이버(1211)를 이용하여 주파수 변조하고, 보상기(1220)의 편광광분할기(825:Polarization Beam Splitter)의 한쪽 출력에서 검출된 두 PSP성분 간 간섭신호의 2차조화성분을 최소화하는 방향으로 PSP를 추적하여 PC(1224)를 조절함으로써 두 PSP와 두 PBS축이 일치되도록 만들고, PBS(1225)의 출력에 있는 두 PSP성분 중 하나의 성분만을 택함으로써 왜곡되지 않은 보상신호를 추출한다. 그러나, 상기 보상방법은 송신단에 주파수변조를 위한 드라이버 등의 별도의 장치와 조작이 필요하고, DSP 제어유닛(1222)을 이용한 디지털신호처리방식을 사용하므로 상대적으로 신호처리구성이 복잡하고, 또한 PSP 추적과정에서 두 PSP 성분 중 상대적으로 작은 신호를 출력으로 선택할 수 있어서 시스템의 신뢰성이 보장할 수 없다는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하여 PMD 보상범위에 제한이 없고, 보상된 출력신호의 크기가 입력광의 반 이상이 되게 함으로써 시스템의 신뢰성을 보장할 수 있는 편광 모드 분산 보상 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고가의 고속전자소자가 필요 없이 간단한 광학적 구성과 신호처리방식에 의해 고속으로 보상할 수 있는 편광 모드 분산 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 편광모드분산 보상기의 개략적인 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 주제어기의 세부적인 구성을 도시하는 도면,

도 3은 제1실시예에 따른 편광광분할기의 축과 편광광분할기 입력광의 주편광상태사이의 관계를 나타내는 도면,

도 4는 제1실시예에 따라 편광광분할기와 주편광상태가 이루는 각의 변화에 따른 특정주파수에서의 정규화된 전기전력을 나타내는 그래프,

도 5는 도 1에 도시된 보상기의 보상 과정을 나타내는 흐름도,

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 편광모드분산 보상 장치의 개략적인 구성도,

도 7은 도 6에 도시된 주제어기의 세부적인 구성을 도시하는 도면,

도 8은 제2실시예에 따른 편광광분할기와 주편광상태가 이루는 각의 변화에 따른 특정주파수에서의 정규화된 전기전력을 나타내는 그래프,

도 9는 도 6에 도시된 보상 장치의 보상 과정을 나타내는 흐름도,

도 10은 종래기술 1에 따른 편광모드분산 보상기의 구성을 나타내는 블럭도,

도 11은 종래기술 2에 따른 편광모드분산 보상기의 구성을 나타내는 블럭도,

도 12는 종래기술 3에 따른 편광모드분산 보상기의 구성을 나타내는 블럭도.

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 편광모드분산 보상기101 : 편광조절기

103 : 편광회전기 105 : 편광광분할기

107, 114 : 탭110 : 광검출기

109 : 제1광전력측정기116 : 제2광전력측정기

111 : 대역투과필터112 : 주제어기

620 : 편광 스크램블러602 : 편광조절기

604 : 편광광분할기606 : 광검출기

607 : 대역투과필터608 : 주제어기

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징은, 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 장치에 있어서, 전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 변환하는 편광조절기와, 상기 편광조절기로부터 출력된 광신호의 편광성분을 회전시키는 편광회전기와, 상기 편광회전기로부터 출력된 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 분리하여 제1편광성분은 출력경로로 전송하고, 제2편광성분은 모니터링경로로 전송하는 편광광분할기와, 상기 모니터링 경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 보상제어기와, 상기 출력경로로 전송되는 상기 제1편광성분과 상기 모니터링경로로 전송되는 상기 제2편광성분의 광전력을 비교하여 상기 편광회전기를 제어하는 회전제어기를 포함하는 것이다.

바람직하게는, 상기 모니터링경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼은 광검출기에 의해 검출된다.

또한, 바람직하게는, 상기 보상제어기는, 상기 광검출기로부터 현재 검출된 전기력 스펙트럼을 이전에 검출된 전기력 스펙트럼과 비교하는 비교부와, 상기 비교기의 비교결과 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 상기 이전에 검출된 전기력 스펙트럼중 더 큰 값을 선택하도록 상기 편광조절기에 피드백 신호를 인가하는 피드백 신호 인가부를 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분은 각각 제1광전력측정기와 제2광전력측정기에 의해 측정된다.

또한, 바람직하게는, 상기 회전제어기는, 상기 제1광전력측정기로부터 측정된 제1광전력과 상기 제2광전력측정기로부터 측정된 제2광전력을 비교하여 광전력비교부와, 상기 광전력비교부의 비교결과 상기 제1광전력보다 상기 제2광전력이 더 큰 경우에 상기 편광회전기로 90도 회전 명령을 인가하는 회전명령 인가부를 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 편광회전기는 패러데이 회전소자를 포함한다.

본 발명의 다른 특징은, 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 장치에 있어서, 전송광섬유내의 모든 편광상태를 같은 확률로 여기시켜 광전송로로 전송하도록 송신단에 설치된 편광스크램블러와, 상기 전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 변환하는 편광조절기와, 상기 편광조절기로부터 출력된 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 분리하여 제1편광성분은 출력경로로 전송하고, 제2편광성분은 모니터링경로로 전송하는 편광광분할기와, 상기 모니터링 경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 보상제어기를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은, 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법에 있어서, 전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제1단계와, 상기 편광조절기에 의해 변환된 광신호의 편광성분을 편광회전기에 의해 회전시키는 제2단계와, 상기 편광회전기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 서로 수직인 두 개의 편광성분을 편광광분할기에 의해 분리하는 제3단계와,상기 모니터링 경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 제4단계와, 상기 출력경로로 전송되는 상기 제1편광성분과 상기 모니터링경로로 전송되는 상기 제2편광성분의 광전력을 비교하여 상기 편광회전기를 제어하는 제5단계를 포함하는 것이다.

바람직하게는, 상기 제4단계는 상기 모니터링경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 검출하는 단계와, 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 이전에 검출된 전기력 스펙트럼을 비교하는 단계와, 상기 비교결과 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 상기 이전에 검출된 전기력 스펙트럼중 더 큰 값을 선택하도록 상기 편광조절기에 피드백 신호를 인가하는 단계를 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 제5단계는, 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분의 광전력을 각각 측정하는 단계와, 상기 측정된 제1편광성분의 제1광전력과 상기 측정된 제2편광성분의 제2광전력을 비교하는 단계와, 상기 비교결과 상기 제1광전력보다 상기 제2광전력이 더 큰 경우에 상기 편광회전기로 90도 회전 명령을 인가하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또다른 특징은, 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법에 있어서, 송신단에서 전송광섬유 입력광의 편광을 모든 방향에 대해 같은 확률로 여기시켜 광전송로로 전송하는 제1단계와, 상기 전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제2단계와, 상기 편광조절기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고, 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 편광광분할기에 의해 상기 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 분리하는 제3단계와, 상기 모니터링 경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분을 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬시키도록 상기 편광조절기를 제어하는 제4단계를 포함하는 것이다.

바람직하게는, 상기 제4단계는, 상기 모니터링경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 검출하는 단계와, 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼을 이전에 검출된 전기력 스펙트럼과 비교하는 단계와, 상기 비교결과 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 상기 이전에 검출된 전기력 스펙트럼중 더 큰 값을 선택하도록 상기 편광조절기에 피드백 신호를 인가하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또다른 특징은, 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법에 있어서, 전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제1단계와, 상기 편광조절기에 의해 변환된 광신호의 편광성분을 편광회전기에 의해 회전시키는 제2단계와, 상기 편광회전기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 상기 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 편광광분할기에 의해 분리하는 제3단계와, 상기 모니터링 경로로 진행되는 광의 전기력스펙트럼을 검출하는 제4단계와, 상기 검출된 전기력스펙트럼이 최대값에 수렴할 때까지 전송된 광신호의 두 개의 편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 제5단계와, 상기 전기력스펙트럼이 최대값에 수렴하면 상기 편광광분할기에 의해 분리된 두 개의 편광성분중 광전력이 더 큰 편광성분을 출력하도록 상기 편광회전기를 제어하는 제6단계를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은, 전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법에 있어서, 송신단에서 전송광섬유 입력광의 편광을 모든 방향에 대해 같은 확률로 여기시켜 광전송로로 전송하는 제1단계와, 상기 광전송로로부터 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제2단계와, 상기 편광조절기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 상기 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 편광광분할기에 의해 분리하는 제3단계와, 상기 모니터링 경로로 진행되는 광의 전기력스펙트럼을 검출하는 제4단계와, 상기 검출된 전기력스펙트럼이 최대값에 수렴할 때까지 전송된 광신호의 두 개의 편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 제5단계를 포함하는 것이다.

이하에서는, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예를 도 1 내지 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 PMD 보상기의 개략적인 구성을 도시한다. 송신기(10)로부터 발생한 광신호는 광섬유전송로(20)를 통과하면서 편광모드분산(PMD)을 겪게 되고 PMD 보상기(100)에 입력된다.

상기 보상기(100)의 편광조절기(101:Polarization Controller(PC))와 파라데이 회전소자(Faraday Rotator)와 같은 편광회전기(103: Polarization Rotator)를 차례로 거친 신호는 편광광분할기(105:PBS)에 의해 수직한 두 개의 편광 성분으로 분리된다.

상기 분리된 두 개의 편광 성분중 모니터링 경로(106)로 향하는 신호광은 광학탭(107:Optical tap)에 의해 다시 두 성분으로 나뉘어지고, 그 중 하나의 성분이 광검출기(110:Photodetector)를 통해 전기신호로 전환된 후 대역투과필터(111:Bandpass filter)로 전달되어 특정주파수 성분으로 여과된 다음 주제어기(112:Main controller)로 공급된다. 상기 광학탭(107)에서 분리된 다른 성분(108)은 제2광전력측정기(109)로 입력되고 그 측정값은 역시 주제어기(112)로 전달된다.

편광광분할기(105)에서 분리되어 신호출력 경로(113)로 진행하는 다른 편광 성분은 광학탭(114)을 통해 두 개의 경로로 갈라진다. 경로(117)로 향하는 하나의 성분은 출력신호로서 보상기(100)를 빠져나가며, 경로(115)로 향하는 다른 성분은 제1광전력측정기(116)로 입력되어 그 측정값이 주제어기(112)로 보내진다.

도 1에 도시된 주제어기(112)의 세부적인 구성이 도 2에 도시되어 있다. 상기 주제어기(112)는 크게 편광조절기를 제어하는 편광조절기 제어부(210)와 편광회전기를 제어하는 편광회전기 제어부(220)를 포함하며, 전기적파워스펙트럼 비교부(212)는 대역투과필터(111)로부터 전기적파워스펙트럼을 입력받아 비교하고, 그 비교결과에 따라 피드백 신호 인가부(211)에 지시를 보내며, 피드백 신호 인가부(211)는 수신한 지시에 따라 편광조절기(101)에 피드백 신호를 인가한다. 편광회전기 제어부(220)의 광전력측정신호비교부(222)는 제1광전력측정기(116)와 제2광전력측정기(109)로부터 공급받은 제1광전력측정신호 및 제2광전력측정신호를 비교하여 그 비교결과에 따라 회전명령인가부(221)에 지시를 하고,회전명령인가부(221)는 수신한 지시에 따라 편광회전기(103)에 회전명령을 인가한다. 이와 같은 구성에 의해 주제어기는 상기 편광조절기(101)와 편광회전기(103)를 제어하며, 구체적인 제어신호 발생 원리는 이하에서 설명한다.

상기 도 1에 도시된 보상기(100)의 전체적인 동작 원리는 전송된 신호광의 두 PSP 성분을 피드백 과정을 통하여 PBS(105)의 두 축과 일치시켜 분리한 뒤 분리된 두 PSP 성분중 파워가 큰 PSP 성분을 최종적인 출력 신호광으로 선택하는 것이다. 이하에서는 이러한 동작원리를 도 3 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하며, 먼저 신호광의 두 PSP를 PBS(105)를 통하여 분리하는 동작을 설명한다.

전송로(20)를 거쳐 편광조절기(101)와 편광회전기(103)를 통과한 신호광은 편광광분할기(105)에 입력되어 두개의 PSP 성분으로 분리된다(단계510). 상기 두 PSP 성분중 예를 들어, 한 성분인 PSP+(420)가 도 3에 도시된 바와 같이 PBS의 Y축(300)과 임의의 각도로 입사한다고 가정하면, 모니터링 경로(106)인 Y축 경로를 따라 광검출기(110)에서 검출되는 전기적 파워스펙트럼은 다음과 같이 계산된다.

여기서,,라고 둔다.와는 전송된 광전력중 두 PSP 성분사이의 상대적인 비를 나타낸다.는 전기적 주파수이고,는 두 PSP 성분 사이의 시간지연차 즉, PMD에 해당한다. V(t)는 광검출기에서 검출되는 전기신호로서로 표현될 수 있다. 여기서,는 광검출기의 반응도 및 증폭에 관계된 상수이고,는 모니터링경로로 전송된 광전력의 크기를,는 정규화된(normalized) 전송광의 왜곡되지 않은 파형(waveform)을 각각 나타낸다.

PBS의 Y축 경로(106)에서 측정되는 광전력의 크기는 도 3을 참조하면가 되고, 따라서는로 표현할 수 있다. 여기서은 도 3에 도시된 PSP+ 성분의 광전력이고,는 PSP- 성분의 광전력을 나타낸다. 이들을 이용하면 수학식 1은 다음과 같이 주어진다.

여기서는 정규화된 값으로이다. 만약 주어진 특정 주파수에서를 관찰할 경우,,,,와는 어떤 일정한 값으로 주어지므로는만의 함수가 되며, 따라서 편광조절기(101)를 통해를 조정하여의 변화를 모니터링할 수 있다.

여기서, 종래의 기술과의 차이점에 주목할 필요가 있다. 전기스펙트럼의 변화를 추적하는 미국특허 제5,930,414호에 개시된 바와 같은 종래기술에서는 본 발명과 달리 구조상 수학식 1의값과값이 고정된 값으로 주어진다. 따라서,의 변화는의 변화에 비례하므로의 변화를 추적한다는 것은 사실상의 변화를 추적하는 것과 같음을 의미하며는와가 일정하므로 결국의 함수로서 이 값은 지연선(1142)과 자동편광변환기(1141)에 의해 조정된다는 것이 본 발명과의 차이점이다. 즉, 상기 종래기술에서는 두개의 수단을 모두 제어하여야 보상이 이루어지므로 보상시간이 많이 소요되지만 본 발명에서는 편광조절기만을 제어하여 보상이 이루어지므로 상대적으로 보상시간이 적게 소요된다.

전송된 신호광의 PSP를 추적하는 구체적인 방법은 다음과 같다. 모니터링 경로(106)로 진행하는 광은 탭(107)을 지나 광검출기(110)에서 전기적 파워스펙트럼이 검출되고(단계520), 대역투과필터(111)를 거쳐서 대역이 여과된 후 주제어기(112)에 입력된다. 주제어기(112)의 전기적파워스펙트럼 비교부(212)는값이 최대값으로 수렴할 때까지(단계530) 현재 입력된값과 이전에 입력된값을 비교하고(단계540), 큰 값을 선택하도록 피드백신호 인가부(211)에 지시를 한다(단계550). 즉,값이 최대값으로 수렴할 때까지 이러한 피드백 신호 인가가 반복되는데, 전기적파워스펙트럼 비교부(212)의 비교결과 다시 측정한가 이전값보다 작을 때 피드백신호 인가부(211)는 이전에 가한 신호와 반대방향으로 피드백 신호를 편광조절기에 인가하고, 클 경우에는 같은 방향으로 피드백 신호를 인가한다. 수신된 피드백 신호에 따라 편광조절기는 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 조절한다.

이런 식으로 피드백 과정을 반복하면 결국는 최대값에 수렴하게 되는데 (물론 이러한 수렴여부도 전기적파워스펙트럼 비교부(212)에 의해 판단될 수 있을것이다), 이때도, n=0,1,2..., 중 어느 하나의 값으로 동시에 수렴하게 된다. 즉, 이것은 PSP 의 두 축과 PBS의 두 축이 서로 나란히 정렬되었다는 것을 의미한다.

만약가 0으로 수렴할 경우 모니터 경로인 PBS의 Y축 성분은 광전력이, X 축 경로를 진행하는 출력신호의 크기는가 되는데, 여기서 문제가 되는 것은 도 3에 예시한 것처럼가에 비해 크기가 작은 경우이다.가 너무 작은 경우에는 신호소멸 문제가지도 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 주제어기는 일단가 최대값에 수렴하면 그 다음 절차로 도 1에 도시된 제1광전력측정기(116)와 제2광전력측정기(109)로부터 PBS의 두 경로를 각각 진행하는 PSP 성분 각각의 크기를 읽어 들인다. 그러면 광전력측정신호비교부(222)는 상기 수시된 두 신호를 비교하고(단계560), 만일 출력신호(제1광전력측정기로부터 출력된 제1광전력측정신호)의 크기가 모니터링 신호(제2광전력측정기로부터 출력된 제2광전력측정신호)보다 작다면 회전명령 인가부(221)에 제어신호를 보내고 회전명령인가부(221)는 편광회전기(103)로 PBS 입력편광을만큼 회전시키도록 하는 회전명령을 인가한다(단계570). 따라서 최종적으로 얻는 보상된 출력신호광은 두 PSP 성분중 항상 크기가 큰 성분으로 선택되므로 그 크기는 항상 PBS 입력광의 반 이상이 된다.

도 4는 수학식 2의를 정규화하여의 함수로 나타낸 그래프이다. 여기서 모니터링 특정주파수는로 주었고,,의 값은,로 주었다. 모니터링 주파수가일 때, 도 4의,의 일반적인 해는 각각, 이고,일 때는,로 계산된다. 만약 입력신호광이 PSP와 PBS의 축이 이루는 각가을 만족하는 범위내의 각을 우연히 이루며 입사하였을 경우 상기 피드백 과정을 거치게 되면의 최대값은에서 수렴하며 이때 신호출력단에서는 모니터링 경로의 PSP 성분의 크기보다 상대적으로 큰 PSP 출력신호를 얻게 된다. 그러나, 입력광이 만약또는인 범위내의 어떤 각를 이루고 PBS에 입사한다면의 최대값은,에서 수렴하게 되고 신호출력단에서는 상대적으로 작은 PSP 신호가 나오게 된다. 따라서 이와 같은 경우에는 위에서 설명한대로 편광회전기를 작동하여 입력편광을만큼 회전시킴으로써 큰 신호를 선택하도록 해야 한다. 다만(n=0,1.2,...)이고 동시에를 만족할 때는의 변화에 대해 항상 일정한 값을 가지게 되어 PSP 신호를 추적할 수가 없게 되므로, 모니터링 주파수를 결정할 때는 이점에 유의해야 한다.

이하에서는, 본 발명의 제2실시예를 도 6 내지 9를 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 송신기(610)와 전송광섬유(630) 사이에 고속의 편광 스크램블러(620:Polarization scrambler)를 사용하는 편광모드분산 보상 장치를 도시한다. 제2실시예의 보상기(600)의 구성은 편광회전기와 광전력측정기와 탭을 제외하면 제1실시예의 보상기(100)의 구성과 유사하다. 도 6에 도시된 주제어기(608)의 세부적인 구성은 도 7에 도시한 바와 같으며, 전기적 파워스펙트럼 비교부(712)와 피드백신호 인가부(711)를 포함한다.

먼저, 송신단에서 모든 편광상태를 같은 확률로 여기시켜 광신호를 전송한다(단계910). 즉, 송신단의 광스크램블러(620)는 모든 편광상태를 같은 확률로 여기시키므로 광신호가 전송광섬유(630)에 입사할 경우 서로 수직한 두 PSP에는 항상 같은 크기의 광전력이 존재하게 된다.

전송된 광신호는 편광조절기(602)를 거쳐 편광광분할기(604)로 입력되고 편광광분할기는 입사된 광신호를 두개의 PSP 성분으로 분리하여 하나의 PSP 성분은 출력으로 나가는 경로(609)로 진행하고, 다른 PSP 성분은 모니터링 경로(605)로 진행한다(단계920). 다음, 모니터링 경로로 진행된 광은 광검출기(606)에서 전기적 파워스펙트럼이 검출되고(단계930), 대역투과필터(607)를 통과해 대역이 여과되어 주제어기(608)로 입력된다. 주제어기에서는 입력된 전기적 파워스펙트럼의 값이 최대값에 수렴되었는지를 판단하는데(단계940), 수렴되기 전까지는 전기적파워스펙트럼 비교부(712)는 현재 검출된값과 이전에 검출된값을 비교하고(단계950), 비교결과에 따라서 피드백 신호 인가부(711)는 편광조절기(602)로 피드백 신호를 인가하여 편광조절기를 제어한다(단계960).

이와 같은 반복적인 피드백 제어에 의해값이 최대값으로 수렴되면, 보상기(600)의 출력단(609)으로 나오는 보상된 출력신호의 크기는 항상 PBS입력단(603) 신호 크기의 반이 되어 도 1에 도시된 바와 같은 편광회전기(103)나 PBS 두 출력의 신호크기를 비교하기 위한 제1광전력측정기(116) 및 제2광전력측정기(109)나 이와 연결된 광학탭(107,114)이 필요없게 된다. 또한, 주제어기(608)에 있어서도 도 7에 도시된 바와 같이 전기적파워스펙트럼 비교부(712)와 피드백 신호 인가부(711)만을 구비하여 전기적 스펙트럼을 최대값으로 수렴하게 하면 되며 편광회전기를 제어하기 위한 광전력측정신호 비교부나 회전명령 인가부는 필요없게 되어 주제어기의 구성도 매우 간단해진다. 따라서, 결과적으로 보상기의 구성이 훨씬 간단해진다.

이라는 사실로부터 수학식 2는 다음과 같이 변형될 수 있다.

여기서,이다. 이때 유의할 점은 모니터링 주파수가(n=0,1,2...) 이외의 값을 갖도록 해야 한다는 것이다. 그렇지 않을 경우의 변화에 대해가 항상 일정한 값을 가져 추적이 불가능한 상황이 발생하기 때문이다.

도 8은가일때 수학식 3의를 정규화하여에 대해 도시한 그래프이다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이는,(n=0,1,2...)에서 최대값을 가지며 그 크기는 모두 동일함을 알 수 있다. 또한,가 최소일 때의값도(n=0,1,2...)로서 도 4에서와 달리 그 간격이 일정함을 알 수 있다. 상기 두가지 특성은 모두 고속 편광 스크램블러(620)의 작용으로 인해 동일한 크기의 광전력이 두 PSP 성분에 여기된 결과이다. 따라서, 두 PSP 성분의 출력의 크기를 비교할 필요없이 단지의 값이 최대가 되도록 주제어기의 제어신호를 편광조절기에 인가하여 추적하는 반복적인 피드백과정만 거치면 최종적으로 항상 입력광 크기의 반의 광전력을 지닌 보상신호를 얻을 수 있게 된다.

이상과 같은 본 발명의 구성에 의하면, 종래기술에 비해 구성이 간단하여 손실이 작으며 고가의 고속전자소자가 필요치 않고 PMD 보상범위에 제한이 없으며, 편광스위칭 효과로 보상된 출력신호의 크기가 항상 보상기 입력광의 반 이상이 되어 보상기의 신뢰성을 보장할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 구성에 의하면, 송신단에서 전송광섬유 입력광의 편광을 모든 방향에 대해 같은 확률로 여기시켜 전송하게 함으로써 보상기는 훨씬 더 간단한 광학적 구성과 신호처리방식에 의해 고속으로 PMD를 보상할 수 있다.

Claims

전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 장치에 있어서,

전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 변환하는 편광조절기와,

상기 편광조절기로부터 출력된 광신호의 편광성분을 회전시키는 편광회전기와,

상기 편광회전기로부터 출력된 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 분리하여 제1편광성분은 출력경로로 전송하고, 제2편광성분은 모니터링경로로 전송하는 편광광분할기와,

상기 모니터링 경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 보상제어기와,

상기 출력경로로 전송되는 상기 제1편광성분과 상기 모니터링경로로 전송되는 상기 제2편광성분의 광전력을 비교하여 상기 편광회전기를 제어하는 회전제어기를 포함하는 편광모드분산 보상 장치.
제1항에 있어서,

상기 모니터링경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼은 광검출기에 의해 검출되는 편광모드분산 보상 장치.
제2항에 있어서,

상기 보상제어기는,

상기 광검출기로부터 현재 검출된 전기력 스펙트럼을 이전에 검출된 전기력 스펙트럼과 비교하는 비교부와,

상기 비교기의 비교결과 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 상기 이전에 검출된 전기력 스펙트럼중 더 큰 값을 선택하도록 상기 편광조절기에 피드백 신호를 인가하는 피드백 신호 인가부를 포함하는 편광모드분산 보상 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분은 각각 제1광전력측정기와 제2광전력측정기에 의해 측정되는, 편광모드분산 보상 장치.
제4항에 있어서,

상기 회전제어기는,

상기 제1광전력측정기로부터 측정된 제1광전력과 상기 제2광전력측정기로부터 측정된 제2광전력을 비교하는 광전력비교부와,

상기 광전력비교부의 비교결과 상기 제1광전력보다 상기 제2광전력이 더 큰 경우에 상기 편광회전기로 90도 회전 명령을 인가하는 회전명령 인가부를 포함하는 편광모드분산 보상 장치.
제1항에 있어서,

상기 편광회전기는 패러데이 회전소자를 포함하는 편광모드분산 보상 장치.
전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 장치에 있어서,

전송광섬유 입력광의 편광을 모든 방향에 대해 같은 확률로 여기시켜 광전송로로 전송하도록 송신단에 설치된 편광스크램블러와,

상기 전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 변환하는 편광조절기와,

상기 편광조절기로부터 출력된 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 분리하여 제1편광성분은 출력경로로 전송하고, 제2편광성분은 모니터링경로로 전송하는 편광광분할기와,

상기 모니터링 경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 보상제어기를 포함하는 편광모드분산 보상 장치.
제7항에 있어서,

상기 모니터링경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼은 광검출기에 의해 검출되는 편광모드분산 보상 장치.
제8항에 있어서,

상기 보상제어기는,

상기 광검출기로부터 현재 검출된 전기력 스펙트럼을 이전에 검출된 전기력 스펙트럼과 비교하는 비교부와,

상기 비교기의 비교결과 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 상기 이전에 검출된 전기력 스펙트럼중 더 큰 값을 선택하도록 상기 편광조절기에 피드백 신호를 인가하는 피드백 신호 인가부를 포함하는 편광모드분산 보상 장치.
전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법에 있어서,

전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제1단계와,

상기 편광조절기에 의해 변환된 광신호의 편광성분을 편광회전기에 의해 회전시키는 제2단계와,

상기 편광회전기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 서로 수직인 두 개의 편광성분을 편광광분할기에 의해 분리하는 제3단계와,

상기 모니터링 경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 제4단계와,

상기 출력경로로 전송되는 상기 제1편광성분과 상기 모니터링경로로 전송되는 상기 제2편광성분의 광전력을 비교하여 상기 편광회전기를 제어하는 제5단계를 포함하는 편광모드분산 보상 방법.
제10항에 있어서,

상기 제4단계는,

상기 모니터링경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 검출하는 단계와,

상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 이전에 검출된 전기력 스펙트럼을 비교하는 단계와,

상기 비교결과 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 상기 이전에 검출된 전기력 스펙트럼중 더 큰 값을 선택하도록 상기 편광조절기에 피드백 신호를 인가하는 단계를 포함하는 편광모드분산 보상 방법.
제10항에 있어서,

상기 제5단계는,

상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분의 광전력을 각각 측정하는 단계와,

상기 측정된 제1편광성분의 제1광전력과 상기 측정된 제2편광성분의 제2광전력을 비교하는 단계와,

상기 비교결과 상기 제1광전력보다 상기 제2광전력이 더 큰 경우에 상기 편광회전기로 90도 회전 명령을 인가하는 단계를 포함하는 편광모드분산 보상 방법.
전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법에 있어서,

송신단에서 전송광섬유 입력광의 편광을 모든 방향에 대해 같은 확률로 여기시켜 광전송로로 전송하는 제1단계와,

상기 전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제2단계와,

상기 편광조절기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고, 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 편광광분할기에 의해 상기 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 분리하는 제3단계와,

상기 모니터링 경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 이용하여 상기 광신호의 상기 제1편광성분과 상기 제2편광성분을 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬시키도록 상기 편광조절기를 제어하는 제4단계를 포함하는 편광모드분산 보상 방법.
제13항에 있어서,

상기 제4단계는,

상기 모니터링경로로 전송되는 광의 전기력 스펙트럼을 검출하는 단계와,

상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼을 이전에 검출된 전기력 스펙트럼과 비교하는 단계와,

상기 비교결과 상기 현재 검출된 전기력 스펙트럼과 상기 이전에 검출된 전기력 스펙트럼중 더 큰 값을 선택하도록 상기 편광조절기에 피드백 신호를 인가하는 단계를 포함하는 편광모드분산 보상 방법.
전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법에 있어서,

전송광섬유를 통해 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제1단계와,

상기 편광조절기에 의해 변환된 광신호의 편광성분을 편광회전기에 의해 회전시키는 제2단계와,

상기 편광회전기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 상기 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 편광광분할기에 의해 분리하는 제3단계와,

상기 모니터링 경로로 진행되는 광의 전기력스펙트럼을 검출하는 제4단계와,

상기 검출된 전기력스펙트럼이 최대값에 수렴할 때까지 전송된 광신호의 두 개의 편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 제5단계와,

상기 전기력스펙트럼이 최대값에 수렴하면 상기 편광광분할기에 의해 분리된 두 개의 편광성분중 광전력이 더 큰 편광성분을 출력하도록 상기 편광회전기를 제어하는 제6단계를 포함하는 편광모드분산 보상 방법.
전송광섬유에서 발생하는 편광모드분산을 보상하는 방법에 있어서,

송신단에서 전송광섬유 입력광의 편광을 모든 방향에 대해 같은 확률로 여기시켜 광전송로로 전송하는 제1단계와,

상기 광전송로로부터 수신된 광신호의 편광성분의 상태와 방향을 편광조절기에 의해 변환하는 제2단계와,

상기 편광조절기로부터 출력된 광신호에서 제1편광성분은 출력경로로 전송되고 제2편광성분은 모니터링경로로 전송되도록 상기 광신호에서 서로 수직인 두 개의 편광성분을 편광광분할기에 의해 분리하는 제3단계와,

상기 모니터링 경로로 진행되는 광의 전기력스펙트럼을 검출하는 제4단계와,

상기 검출된 전기력스펙트럼이 최대값에 수렴할 때까지 전송된 광신호의 두 개의 편광성분이 상기 편광광분할기의 두 축에 정렬되도록 상기 편광조절기를 제어하는 제5단계를 포함하는 편광모드분산 보상 방법.