KR20060098547A - 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법 - Google Patents

반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법 Download PDF

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Abstract

경제적인 광대역 유무선 통합망의 구현을 위해 연구/개발되고 있는 Radio Over Fiber(RoF) 기술은 초광대역, 저손실 특성의 광섬유를 통해 초고주파 또는 밀리미터파의 반송파가 실려 있는 광-무선 신호를 전송하는 것을 기본으로 한다. 이 기술은 유선통신 기술인 광섬유 기반 광통신 기술과 무선통신 기술의 장점들을 가장 효율적으로 결합하여 경제적인 유무선 통합 가입자망을 구축하는 중요한 대안으로서 전 세계적으로 활발히 연구/개발되고 있다
이러한 RoF 시스템에서 광-무선 신호의 생성이 중요한 요소 기술들 중 하나이다. 외부 광변조기를 활용하는 기존의 광-무선 신호 생성 방법은 광 신호의 편광 (polarization)에 따른 변조 특성의 변화가 크고, 변환 손실이 매우 크며, 상향 변조될 수 있는 주파수 대역폭이 변조기의 전기적 대역폭에 의해 제한을 받는다는 단점들을 지니고 있다.
본 발명은 기존의 광-무선 신호 생성 방법의 단점들을 극복하기 위하여 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계(SOA-MZI)를 이용한 전광 주파수 상향 변환방식을 제안한다. 이 방식은 광 신호의 편광에 따른 변조 특성의 변화가 적고, 변환 이득을 가지며, 상향 변조될 수 있는 주파수 대역폭이 매우 넓어서 차세대 초광대역 유무선 통합시스템용 광-무선 신호의 생성에 활용될 수 있다.
RoF, 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계 (SOA-MZI), 전광 주파수 상향 변환, 상호위상변조

Description

반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법{All-optical frequency upconversion method by using a semiconductor optical amplifier Mach-Zehnder interferometer}
도 1은 Radio over Fiber(RoF) 기술을 응용한 차세대 유무선통합망의 개념도이다.
도 2는 RoF 기술을 응용한 광-무선 통신 시스템의 개념도이다.
도 3은 외부 광변조기를 이용한 종래의 광-무선 신호 생성 기술의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 전광 주파수 상향 변환에 활용되는 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계(SOA-MZI)의 구조이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계(SOA-MZI)를 이용한 전광 주파수 상향 변환의 동작 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예들 중의 하나인 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계(SOA-MZI)를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방식 1의 구현을 위한 실험 구성도이다.
도 6b는 본 발명의 실시예들 중의 하나인 전광 주파수 상향 변환 방식 1에서 RF신호의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6c는 본 발명의 실시예들 중의 하나인 전광 주파수 상향 변환 방식 1에서 광 LO 및 광 RF 신호들의 위상잡음 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 실시예들 중의 다른 하나인 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계(SOA-MZI)를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방식 4＇의 구현을 위한 실험 구성도이다.
도 7b는 본 발명의 실시예들 중의 다른 하나인 전광 주파수 상향 변환 방식 4＇의 RF신호의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7c는 본 발명의 실시예들 중의 다른 하나인 전광 주파수 상향 변환 방식 4＇의 광 LO 및 광 RF 신호들의 위상잡음 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향변환 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유무선통신용 RoF 시스템의 광-무선 신호의 생성에 있어서 종래의 외부 광변조기를 이용한 변조 방식이 갖고 있는 편광 의존성, 높은 변환 손실, 제한된 동작 대역폭의 단점들을 해결하기 위하여 외부 광변조기 대신 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계(SOA-MZI: Semiconductor optical amplifier Mach-Zehnder interferometer)를 이용한 광-무선신호 발생 방식에 관한 것이다.
21세기 차세대 통신서비스는 언제, 어디서나, 누구에게든지 통신 서비스가 가능한 방향으로 발전해 가고 있다. 이러한 통신 서비스의 구현을 위해서는 광통신 기반 초고속정보통신망(유선 통신망)과 설치가 용이하고 이동 중 통신이 가능한 무선 통신망을 결합한 유무선 통합 통신망의 구현이 요청되며, 세계적으로 경제적이고 효용성이 높은 유무선 통합 통신망의 구현 방식에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
경제적인 광대역 유무선 통합망의 구현을 위해 연구/개발되고 있는 Radio Over Fiber (RoF) 기술은 초광대역, 저손실 특성의 광섬유를 통해 초고주파 또는 밀리미터파의 반송파가 실려 있는 광-무선 신호를 전송하는 것을 기본으로 한다. 이 기술은 유선통신 기술인 광섬유 기반 광통신 기술과 무선통신 기술의 장점들을 가장 효율적으로 결합하여 경제적인 유무선 통합 가입자망을 구축하는 중요한 대안으로서 전 세계적으로 활발히 연구/개발되고 있다. 이러한 RoF 시스템에서 광-무선 신호의 생성이 중요한 요소 기술들 중 하나이다. 외부광변조기를 활용하는 기존의 광-무선 신호 생성 방법은 광 신호의 편광(polarization)에 따른 변조 특성의 변화가 크고, 변환 손실이 매우 크며, 상향 변조될 수 있는 주파수 대역폭이 변조기의 전기적 대역폭에 의해 제한을 받는다는 단점을 지니고 있다.
도 1은 RoF (Radio over Fiber)기술을 응용하여 유선 통신망인 초고속정보통신망과 무선 통신망을 결합한 유무선 통합 통신망의 구현 예를 보여주고 있다. RoF (Radio over Fiber)기술은 초광대역의 유무선 통합 통신망의 경제적인 구축을 위한 대안으로 활발히 연구되고 있다. RoF 기술은 기본적으로 유선통신망인 초고속 정보통신망에 사용되는 광섬유(Optical Fiber)를 통해 무선통신용 반송파가 실린 광-무선 신호를 무선통신용 안테나 기지로 전송하는 기술이며, 안테나 기지에서는 이 광-무선 신호를 받아서 무선 신호로 변환한 후 안테나를 통하여 내보낼 수 있게 하는 기술이다. 일반적으로 매우 높은 주파수의 무선통신용 반송파를 동축 케이블 (Coaxial cable) 등을 활용하여 유선으로 전송하는 것은 매우 큰 케이블의 전송손실 때문에 기술적으로 불가능하다. 그러나 RoF 기술은 광섬유의 매우 넓은 신호 대역폭 (수 THz)과 매우 작은 전송 손실(<0.25 dB/km) 특징을 활용하여 밀리미터파 주파수 이상의 높은 주파수의 무선통신용 반송파의 전송을 가능하게 한다.
도 2는 RoF 시스템의 개념도를 나타낸다. RoF 시스템에서는 유무선 전송국에서 무선 통신을 위해 변조된 신호(RF 신호)를 광 신호에 실은 광-무선 신호(광 RF 신호)로 변환하고, 그 광-무선 신호를 0.25 dB/km 정도의 낮은 손실 특성을 갖는 표준 단일 모드 광섬유(standard single mode fiber, SSMF)를 통하여 해당 안테나 기지로 전송을 한다. 이 경우 마이크로파 신호원 등 고가의 장비들을 중앙 유무선 전송국에 집중할 수 있고, 상대적으로 수가 많은 안테나 기지를 간단한 구조로 구현할 수 있어서 경제적으로 효과적인 유무선 통합 네트워크를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 RoF 시스템을 구성하는 요소 기술들 중에서 무선 신호를 광 신호에 싣는 광-무선 신호 (Optical Radio Signal)의 생성 기술은 매우 중요한 핵심 요소 기술이다.
도 3은 기존의 광-무선 신호 생성 기술 들 중 가장 대표적인 기술인 외부 광변조기(External optical modulator)를 이용한 방법을 나타내고 있다. 이 기술은 개념도에 나타난 바와 같이 LiNbO3, 또는 반도체 EAM (Electro-absorption modulator: 전기-흡수형 변조기), EOM (Electro-optic modulator: 전기-광학형 변조기) 등을 포함하는 외부 광변조기를 이용하여 반도체 레이저의 광 출력신호를 무선 신호로 외부 변조(External modulation)함으로써 광-무선 신호를 생성하는 기술이다. 이 방식에서는 유무선 전송국에서 전송하려는 정보를 실은 중간주파 (IF: Intermediate frequency) 신호를 초고주파 신호원의 국부발진(LO: Local oscillator) 신호와 전기적인 믹서를 이용해 주파수 상향 변환하여 RF(Radio frequency) 신호를 만들고, 외부 광변조기를 활용하여 반도체 레이저의 출력 광 신호를 이 RF 신호로 변조하여 광-무선 신호를 발생시킨다. 그러나 이 방법은 다음과 같은 기술적 단점들을 가지고 있다.
첫째, 외부 광변조기의 동작은 입력 신호원인 레이저의 광 출력의 편광(Polarization) 특성에 따라 변화한다. 이 문제의 해결을 위해서는 광 신호의 편광 특성을 동적으로 조절해 주는 장치가 필요하며, 이는 결국 시스템을 복잡하게 하여 가격 상승의 요인이 된다.
둘째, 외부 광변조기는 수동형의 소자이기 때문에 무선신호를 광-무선신호의 변환할 때 발생하는 신호의 손실 (변환 손실)이 매우 크다. 높은 변환 손실은 RoF 시스템의 링크 이득의 감소와 함께 신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 감소시키는 효과를 가져와 시스템의 전체적 성능의 저하를 가져온다.
셋째, 외부 광변조기는 전기적 신호를 이용하여 광 신호를 직접적으로 변조하기 때문에 그 동작 대역폭이 광변조기의 전기적 대역폭 (-3dB bandwidth)에 의해 제한받는다. 따라서 차세대 초광대역 유무선통합시스템에서 요구되는 밀리미터파 주파수 이상의 광-무선 신호의 생성이 매우 어렵다.
한편 본 발명과 관련된 종래기술로는 선 등(C. K. Sun 외 3인; "A photonic-link millimeter-wave mixer using cascaded optical modulators and harmonic carrier generation", IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 8, no. 9, pp. 1166-1168, September 1996.)이 제안한 외부 광변조기를 이용한 주파수 상향 변환방식이 있으며, 외부 광변조기를 직렬로 연결하여 광-무선 신호를 생성을 하고, 외부 광변조기 바이어스 조건에 따라 하모닉스 신호 생성의 특성을 보여주고 있으나, 본 발명은 광 신호의 편광특성에 대한 의존성이 없고, 큰 변환 이득을 가지며, 변환 가능 주파수 대역이 거의 무한하다는 점에서 서로 다른 기술임을 알 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 유무선통신용 RoF 시스템의 광-무선 신호의 생성에 있어서 기존의 외부 광변조기를 이용한 변조 방식이 갖고 있는 편광 의존성, 높은 변환 손실, 제한된 동작 대역폭의 단점들을 해결하기 위하여 외부 광변조기 대신 반도체 광증폭기 마하젠터 간섭계 (SOA-MZI: Semiconductor optical amplifier Mach-Zehnder interferometer) 를 이용한 광-무선신호 발생하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전광 주파수 상향 변환 방법에 활용되는 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계는 도 4에 나타난 바와 같이 광 신호의 입출력이 가능한 포트 1 (Port 1) 및 포트 2 (Port 2), 광 신호의 입력이 가능한 포트 3 (Port 3), 상기 입력신호를 증폭하는 제 1 광증폭기 (SOA 1) 및 제 2 광증폭기(SOA 2)를 포함하고, 상기 포트 1과 상기 제 1 및 제 2 광증폭기의 일단은 제 1 광커플러를 경유하여 연결되며, 상기 제 1 광증폭기의 타단은 제 2 광커플러를 경유하여 제 4 광커플러의 일단과 연결되고, 상기 제 2 광증폭기의 타단은 제 3 광커플러를 경유하여 제 4 광커플러 및 상기 포트 3의 일단과 연결되며, 상기 제 4 광커플러의 타단은 상기 포트 2의 일단과 연결되는 것을 특징으로 한다. 상기 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계에서 4개의 광커플러 (제 1, 2, 3, 4 광커플러)는 모두 3dB 커플러이고, 포트 1 및 2는 양방향성(Bidirectional) 단자로서 입력 또는 출력 단자로 활용될 수 있으며, 주로 변조되어야할 신호의 입력 및 변조된 신호의 출력 단자로 활용된다. 포트 3은 입력 단자로 활용되며, 주로 포트 1 또는 2에서 입력되는 신호를 변조하기 위한 신호가 입력된다.
본 발명의 반도체 광증폭기 마하젠터 간섭계를 활용한 전광 주파수 상향 변환 방식들은 도 5a 내지 도 5d에 나타나 있는 바와 같이 입력 및 출력 신호의 연결 방식 또는 입력 신호의 크기에 따라 다른 방식으로 분류되며, 각 방식마다 주파수 상향 변환 특성이 다르다. 이하 각각의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예로서 각 방식의 동작 원리를 자세히 살펴보도록 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5a는 전광 주파수 상향 변환 방식 1에 관한 개념도이다. 도 5a를 활용하여 반도체 광증폭기 마하젠터 간섭계 (SOA-MZI)를 활용한 전광 주파수 상향 변환 방식의 일반적인 동작원리를 설명하면 다음과 같다. 반도체 광증폭기 마하젠터 간섭계의 포트 1에 입력되는 파장 λ1을 갖는 입력 광신호(λ1)는 광커플러1에 의해 2등분되어 SOA1과 SOA2로 입력된다. SOA1에 입력된 광신호(λ1)는 SOA1에 의해 증폭되어 출력되며, 출력측에 연결된 광커플러2에 의해 2등분된다. 2등분된 광신호(λ1)중 하나는 SOA2의 출력에서 광커플러3에 의해 2등분된 다른 광신호(λ1)와 함께 광커플러4로 결합되어 포트 2로 출력된다. SOA2는 포트 1에서 입력되는 파장 λ1을 갖는 광신호(λ1)와 더불어 반대 방향에 있는 포트 3에서 왼쪽 방향으로 입력되는 파장 λ2를 갖는 광신호(λ2)를 또 다른 입력 광신호로 갖는다. 포트 3에서 입력되는 광신호(λ2)는 SOA2의 도파관내의 전자 농도를 변화시키며, 변화된 전자 농도는 SOA2의 도파관의 유전률을 변화시키고, SOA2를 통해 증폭되며 진행하는 포트 1에서 입력된 광신호(λ1)의 위상속도를 변화시킨다. 결과적으로 포트 2로 출력되는 광신호는 포트 1에서 입력된 광신호(λ1)의 1/2이 SOA1에 의해 증폭된 광신호와 나머지 1/2이 SOA2에 의해 증폭됨과 동시에 포트3에서 입력되는 광신호(λ2)에 의해 위상변조된 광신호의 합으로 이루어져 있다. 포트 2로 출력되는 이 두 광신호는 크기가 같고 위상이 서로 다르기 때문에 두신호의 위상차에 따른 간섭(보강 또는 상쇄)현상에 의해 광량변조(Intensity modulation)된 광-무선 신호가 발생된다. MZI를 활용하여 이러한 방식으로 광신호를 광량변조 (Intensity modulation)하는 것을 상호 위상 변조(XPM: Cross phase modulation)라 한다.
전광 주파수 상향 변환 방식 1을 도 5a를 이용하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 포트 1에는 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 입력된다. 포트 3에는 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력된다. 여기에서 일반적으로 LO 신호의 주파수 fLO는 전송하려는 정보를 실은 IF 신호의 주파수 fIF에 비하여 매우 높다. 출력인 포트 2에는 주파수 상향 변환된 광-무선 신호 (광 RF 신호)가 출력되며, 광 RF 신호의 파장 (λRF)은 포트 1에서 입력된 광 LO 신호의 파장 (λLO)과 같으며, 주파수 fRF는 fLO + fIF와 같다. 이 방식에서는 SOA 1 및 2가 증폭할 수 있는 광 LO 신호의 최대 주파수 (fLO)가 수 THz에 가깝기 때문에 수 THz의 높은 주파수를 갖는 광 RF 신호의 생성이 가능하다 (fRF = fLO + fIF ≒ fLO ≒ 수 THz).
도 5b는 전광 주파수 상향 변환 방식 2에 관한 개략도로써, 상기 방식 1의 변형이며, 포트 1에 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력된다. 포트 3에는 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 입력된다. 이 방식에서는 포트 1을 통해 SOA2에 입력되는 광 IF 신호를 포트 3을 통해 입력되는 광 LO 신호로 위상 변조를 한다. 출력인 포트 2에는 주파수 상향 변환된 광-무선 신호 (광 RF 신호)가 출력되며, 광 RF 신호의 파장 (λRF)은 포트 1에서 입력된 광 IF 신호의 파장 (λIF)과 같으며, 주파수 fRF는 fLO + fIF와 같다. 이 방식은 방식 1에 비하여 변환 가능 최대 주파수 (fRF = fLO + fIF)가 작은 편이며 그 이유는 다음과 같다. SOA-MZI내의 SOA2가 위상 변조할 수 있는 광 LO 신호의 최대 주파수 (fLO)는 SOA내 전자 또는 전공의 수명 (Carrier life time)에 의해 제한을 받는다. SOA의 위상 변조 최대 주파수는 SOA의 성능에 따라 다르며, 현재 약 40 GHz 정도의 SOA가 상용 제품으로 판매되고 있으며, 연구단계로는 약 80 GHz 정도의 SOA가 보고되고 있다. 결과적으로 이 방식을 통해 생성될 수 있는 광 RF 신호의 최대 주파수는, SOA의 제조 기술의 발달로 계속 향상될 수 있으나, 현재의 기술로서 fRF = fLO + fIF ≒ fLO ≒ 40 ~ 80 GHz 정도이다. 방식 2의 제한된 fRF을 극복할 수 있는 변형된 방식이 있는데, 포트 3에 입력 되는 광 LO 신호의 광전력 (Optical power)을 상기 방식 2에서 보다 크게 하여 SOA의 비선형 위상변조 특성을 활용할 경우 2차 하모닉 주파수 상향 변조 (즉, fLO의 2배의 주파수인 2xfLO로 위상 변조함)가 가능하다. 2차 하모닉 주파수 상향 변조 방식(방식 2＇)을 통해 생성될 수 있는 광 RF 신호의 최대 주파수는 fRF = 2fLO + fIF ≒ 2fLO ≒ 80 ~ 160 GHz가 된다.
도 5c는 전광 주파수 상향 변환 방식 3에 관한 개략도로써, 포트 2에 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 입력된다. 포트 3에는 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력된다. 이 방식에서는 포트 2를 통해 SOA2에 입력되는 광 LO 신호를 포트 3을 통해 입력되는 광 IF 신호로 위상 변조를 한다. 출력인 포트 1에는 주파수 상향 변환된 광-무선 신호 (광 RF 신호)가 출력되며, 광 RF 신호의 파장 (λRF)은 포트 2에서 입력된 광 LO 신호의 파장 (λLO)과 같으며, 주파수 fRF는 fLO + fIF와 같다. 이 방식에서는 SOA 1 및 2가 증폭할 수 있는 광 LO 신호의 최대 주파수 (fLO)가 수 THz에 가깝기 때문에 수 THz의 높은 주파수를 갖는 광 RF 신호의 생성이 가능하다 (fRF = fLO + fIF ≒ fLO ≒ 수 THz).
도 5d는 전광 주파수 상향 변환 방식 4에 관한 개략도로써, 상기 방식 3의 변형이며, 포트 2에 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력된다. 포트 3에는 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 입력된다. 이 방식에서는 포트 2를 통해 SOA2에 입력되는 광 IF 신호를 포트 3을 통해 입력되는 광 LO 신호로 위상 변조를 한다. 출력인 포트 1에는 주파수 상향 변환된 광-무선 신호 (광 RF 신호)가 출력되며, 광 RF 신호의 파장 (λRF)은 포트 2에서 입력된 광 IF 신호의 파장 (λIF)과 같으며, 주파수 fRF는 fLO + fIF와 같다. 이 방식은 방식 3에 비하여 변환 가능 최대 주파수 (fRF = fLO + fIF)가 작은 편이며 그 이유는 다음과 같다. SOA-MZI내의 SOA2가 위상 변조할 수 있는 광 LO 신호의 최대 주파수 (fLO)는 SOA내 전자 또는 전공의 수명 (Carrier life time)에 의해 제한을 받는다. SOA의 위상 변조 최대 주파수는 SOA의 성능에 따라 다르며, 현재 약 40 GHz 정도의 SOA가 상용 제품으로 판매되고 있으며, 연구단계에서는 약 80 GHz 정도의 SOA가 보고되고 있다. 결과적으로 이 방식을 통해 생성될 수 있는 광 RF 신호의 최대 주파수는, SOA의 제조 기술의 발달로 계속 향상될 수 있으나, 현재의 기술로서 fRF = fLO + fIF ≒ fLO ≒ 40 ~ 80 GHz 정도이다. 방식 4의 제한된 fRF을 극복할 수 있는 변형된 방식이 있는데, 포트 3에 입력되는 광 LO 신호의 광전력 (Optical power)을 상기 방식 2에서 보다 크게 하여 SOA의 비선형 위상변조 특성을 활용할 경우 2차 하모닉 주파수 상향 변조 (즉, fLO 의 2배의 주파수인 2xfLO로 위상 변조함)가 가능하다. 2차 하모닉 주파수 상향 변조 방식(방식 4＇)을 통해 생성될 수 있는 광 RF 신호의 최대 주파수는 fRF = 2fLO + fIF ≒ 2fLO ≒ 80 ~ 160 GHz가 된다.
상기의 반도체 광증폭기 마하젠터 간섭계를 활용한 전광 주파수 상향 변환 방식들의 공통적인 특징으로는 주파수 상향 변환 특성이 입력 광신호들 (광 IF 및 LO 신호)의 편광 변화에 영향을 받지 않는다는 것이다. 이는 본 발명에서 활용하는 반도체 광증폭기 마하젠터 간섭계의 SOA가 기본적으로 입력 신호의 편광특성의 영향을 받지 않기 때문이다. 또 다른 특징은 본 발명에서 활용하는 반도체 광증폭기 마하젠터 간섭계의 반도체 광증폭기가 주파수 상향 변환시 광입력 신호들을 증폭하기 때문에 기존 기술 (LiNbO3, 반도체 EAM 및 EOM 등의 외부 광 변조기 이용)의 주파수 상향 변환 방식이 변환 손실을 갖는데 반하여 변환 이득을 갖는다는 점이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전광 주파수 상향 변환 방식 1의 특성을 분석하기 위한 실험 구성도이다.
상기 실시예에서, 전광 주파수 상향 변환 방식 1의 특성을 분석하기 위한 실험장치는 광 LO 신호의 생성을 위해서 반도체 레이저(Distributed Feedback Laser Diode, DFB-LD)(100), 편광 조절기 (Polarization Controller, PC)(101), 광 변조를 위한 전-광 변조기 (Electro-optic Modulator, EOM)(102), 빛의 세기를 줄여주는 가변 광 감쇄기 (Variable Optical Attenuator, VOA)(103)가 사용되었다. 이 실 험에서는 30GHz의 LO신호를 생성하기 위하여 15 GHz (fLO/2)의 주파수를 갖는 단일주파수 신호발생기 (104)가 사용되었으며, EOM을 이용한 DSB-SC (Double Side Band-Suppressed Carrier) 변조 방법이 이용되었다. 광 IF 신호를 생성하기 위해서 파장 가변 레이저원 (Tunnable Laser Source, TLS)(105), 광 변조를 위한 흡수형 전-광 변조기 (Electro-Absorption Modulator, EAM),(106) 그리고 빛의 세기를 줄여주는 가변 광 감쇄기 (Variable Optical Attenuator, VOA)(107)가 사용되었다. IF 신호로는 2.5 GHz의 단일 주파수 신호 발생기(108)가 사용되었다.
이렇게 생성된 광 LO 및 광 IF 신호는 VOA(103 및 108)를 이용하여 SOA-MZI가 선형 영역에서 동작하도록 적당한 세기로 조절된 다음, 각 각 SOA-MZI(109)의 포트 1과 포트 3으로 입력된다. 그리고 SOA-MZI를 통해서 주파수 상향 변환되어 포트 1로 출력된 광 RF 신호는 광 검출기(110)를 통하여 전기 신호로 변환된 후 스펙트럼 분석기(111)를 이용하여 분석되었다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 RF신호의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6b를 참조하면, 2.5 GHz의 IF 신호가 30 GHz의 LO 주파수에 의하여 32.5 GHz (Upper Side Band, USB)와 27.5 GHz (Lower Side Band, LSB)로 주파수 상향 변조된 결과를 보여준다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 상향 변조된 광 RF 신호의 위상 잡음 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6c를 참조하면, 상향 변조된 후의 광 RF 신호의 위상 잡음 특성(RF w/ UC)은 광 LO 신호의 위상잡음 특성(LO w/o UC)의 것과 거의 동일함을 보여준다. 이는 본 발명의 SOA-MZI를 이용한 전광 주파수 상향 변조 방식이 위상 잡음 특성의 열화 없이 광 RF 신호를 생성할 수 있다는 것을 입증해준다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전광 주파수 상향 변환기 방식 4＇의 특성을 분석하기 위한 실험 구성도이다.
여기에서 광 IF 신호는 방식 1의 경우와 동일하게 생성이 되었다 (도 6a 참조).
상기 실시예에서, 전광 주파수 상향 변환기 방식 4＇의 특성을 분석하기 위한 실험장치는 광 LO 신호의 생성을 위해는 반도체 레이저(Distributed Feedback Laser Diode, DFB-LD)(204), 광 변조를 위한 전광흡수 변조기 (Electro-Absorption Modulator, EAM)(205), 빛의 세기를 줄여주는 가변 광 감쇄기(Variable Optical Attenuator, VOA)(206)가 사용되었다. 이 실험에서는 광 LO 신호의 발생을 위해 fLO가 10 GHz인 단일 주파수 신호원(207)이 사용되었으나, SOA-MZI에 의해 2차 하모닉 주파수 상향 변조되기 때문에 상향 변조된 광 RF 신호의 주파수 fRF는 2fLO + fIF = 2x10 GHz + 2.5 GHz = 22.5 GHz가 된다. 2차 하모닉 주파수 상향 변조를 하기 위하여 포트 3에 입력되는 광 LO 신호의 세기 (Optical power)가 SOA의 비선형 위상변조 특성을 발생시킬 수 있을 정도로 충분히 크게 조절되어야 한다. SOA-MZI를 통해서 2차 하모닉 주파수 상향 변환되어 포트 1로 출력된 광 RF 신호는 광 검출기 (209)를 통하여 전기 신호로 변환된 후 스펙트럼 분석기(211)를 이용하여 분석되었다.
도 7 b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 변환된 후 광검출기에 의해 광전변환된 광 RF 신호의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7b를 참조하면, 2.5 GHz의 IF 신호가 2fLO = 20 GHz인 LO 신호에 의하여 22.5 GHz (Upper Side Band, USB)와 17.5 GHz (Lower Side Band, LSB)로 주파수 상향 변조된 결과를 보여준다.
도 7 c는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 상향 변조된 광 RF 신호의 위상 잡음 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7c를 참조하면, 주파수 상향 변조된 광 RF 신호의 위상 잡음은 10 GHz인 LO 신호원 (207)의 위상잡음에 비해 6dB 정도 크나 이는 2차 하모닉 상향 변조 방식을 사용함으로써 발생하는 것이고 SOA-MZI에 의한 추가적인 위상 잡음의 열화는 없는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복잡한 편광 조절 기구가 필요하지 않아 간단하며, 외부 환경의 변화에 의해 광신호의 편광 특성이 변화 하더라도 안정적으로 동작될 수 있다.
그리고, 본 발명의 반도체 광 증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변조기는 변환 이득 특성을 보이기 때문에 상대적으로 RoF 시스템의 링크 버짓 (Link budget)이 증가되어 시스템의 전체적 성능이 향상된다.
또한, 본 발명의 반도체 광 증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변조기는 기존 기술 (LiNbO3, 반도체 EAM 및 EOM 등의 외부 광 변조기 이용)의 주파수 상향 변조기에 비해 높은 상향 주파수 대역폭을 갖는다.
따라서 보다 많은 양의 정보를 전송할 수 있는 초광대역 RoF 기반 광-무선 통신 시스템에 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법에 있어서, 포트 1에 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 입력되고, 포트 3에는 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력되며, 포트 2에서는 주파수 상향 변환된 광 RF 신호 (fRF = fLO + fIF, λRF = λLO)가 출력되는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법.
  2. 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법에 있어서, 포트 1에 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력되고, 포트 3에는 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 입력되며, 포트 2에서 주파수 상향 변환된 광 RF 신호 (fRF = fLO + fIF, λRF = λIF)가 출력되는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법.
  3. 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법에 있어서, 포트 1에 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력되고, 포트 3에는 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 SOA-MZI의 비선형 위상 변조 특성을 유발시킬 정도로 충분한 크기로 조절되어 입력되며, 포트 2에서는 2차 하모닉 주파수 상향 변환된 광 RF 신호 (fRF = 2xfLO + fIF, λRF = λIF)가 출력되는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법.
  4. 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법에 있어서, 포트 2에 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 입력되고, 포트 3에는 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력되며, 포트 1에서는 주파수 상향 변환된 광 RF 신호 (fRF = fLO + fIF, λRF = λLO)가 출력되는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법.
  5. 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법에 있어서, 포트 2에 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력되고, 포트 3에는 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호 를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 입력되며, 포트 1에서는 주파수 상향 변환된 광 RF 신호 (fRF = fLO + fIF, λRF = λIF)가 출력되는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법.
  6. 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법에 있어서, 포트 2에 λIF의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fIF로 광량 변조한 광 IF 신호가 입력되고, 포트 3에는 λLO의 파장을 갖는 레이저의 출력 광신호를 주파수 fLO로 광량 변조한 광 LO 신호가 SOA-MZI의 비선형 위상 변조 특성을 유발시킬 정도로 충분한 크기로 조절되어 입력되며, 포트 1에서는 2차 하모닉 주파수 상향 변환된 광 RF 신호 (fRF = 2xfLO + fIF, λRF = λIF)가 출력되는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 전광 주파수 상향 변환 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100842804B1 (ko) * 2007-01-23 2008-07-01 광주과학기술원 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 광-무선시스템용 전광 주파수 혼합기
CN103123387A (zh) * 2011-11-17 2013-05-29 西门子公司 磁共振断层造影系统、其接收装置及用于获取信号的方法
CN114389707A (zh) * 2020-10-16 2022-04-22 西安电子科技大学 一种频率可灵活选择的多波段线性调频信号生成方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5963567A (en) 1997-02-13 1999-10-05 Lucent Technologies, Inc. Multi-wavelength laser source
JPH11220443A (ja) 1998-01-30 1999-08-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光送受信方式
KR100408187B1 (ko) * 2001-04-24 2003-12-03 한국과학기술원 주파수 변조된 광신호 전송장치 및 주파수 변조된광신호의 전력 및 광주파수 감시장치
WO2004112285A1 (en) * 2003-06-13 2004-12-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. System, device, and method for radio frequency optical transmission

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100842804B1 (ko) * 2007-01-23 2008-07-01 광주과학기술원 반도체 광증폭기 마하젠더 간섭계를 이용한 광-무선시스템용 전광 주파수 혼합기
CN103123387A (zh) * 2011-11-17 2013-05-29 西门子公司 磁共振断层造影系统、其接收装置及用于获取信号的方法
US9291689B2 (en) 2011-11-17 2016-03-22 Siemens Aktiengesellschaft MRT system, receive apparatus for an MRT system and method for obtaining an MR signal in an MRT system
CN103123387B (zh) * 2011-11-17 2017-08-04 西门子公司 磁共振断层造影系统、其接收装置及用于获取信号的方法
CN114389707A (zh) * 2020-10-16 2022-04-22 西安电子科技大学 一种频率可灵活选择的多波段线性调频信号生成方法
CN114389707B (zh) * 2020-10-16 2024-01-26 西安电子科技大学 一种频率可灵活选择的多波段线性调频信号生成方法

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