KR20090027660A - 광 신호를 수신하기 위한 장치, 방법 및 편광 다이버시티 수신기 - Google Patents

광 신호를 수신하기 위한 장치, 방법 및 편광 다이버시티 수신기 Download PDF

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KR20090027660A
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Abstract

본 발명은 수신된 광학 신호를 수신하는 장치, 편광 다이버시티 수신기 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명의 장치는 (1) 수신된 광학 신호의 동위상 성분 및 직교 성분을 분리하여 상기 동위상 성분을 그의 제 1 광학 출력단으로 송신하고 상기 직교 성분을 그의 제 2 광학 출력단으로 송신하도록 구성되는 광학 장치와, (2) 상기 제 1 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 1 편광 스플리터와, (3) 상기 제 2 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 2 편광 스플리터를 포함한다.

Description

광 신호를 수신하기 위한 장치, 방법 및 편광 다이버시티 수신기{SYSTEM AND METHOD FOR RECEIVING COHERENT, POLARIZATION-MULTIPLEXED OPTICAL SIGNALS}
본 발명은 일반적으로 광학 코히어런트 통신 시스템(optical coherent communication systems)에 관한 것으로 특히 코히어런트 편광 멀티플렉싱된 광학 신호를 수신하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
광학 코히어런트 통신 시스템은 대용량의 정보를 고속으로 전달하는 능력 때문에 널리 연구되었다. 광학 코히어런트 통신 시스템에서, 소위 "광학 하이브리드"는 수신된 광학 신호와 로컬 발진기 광학 신호를 중첩시키는 데 사용되어, 수신된 광학 신호를 복조시키며 동위상 성분 I 및 I와 직교 성분 Q 및 Q를 발생시킨다. 이러한 성분들, I, I, Q, Q는 광검출기를 사용하여 전기 신호로 변환된다. 이러한 구성은 때때로 "위상 다이버시티 수신기"로 지칭된다. 전자 논리 회로는 이 전기 신호들을 서로에 대해 하나의 이상의 임계치를 비교하여 출력 데이터를 발생시키는 데 사용된다.
로컬 발진기 광학 신호 및 수신된 광학 신호는 서로 적절히 박자를 맞추기 위해 동일한 편광 방위를 가져야만 한다. 불행히도, 수신된 광학 신호가 수신기에 도달할 때까지, 그 신호는 파이버를 통해 송신되는 결과에 따라 임의의 편광 변환을 경험하게 된다. 따라서, 수신기는 로컬 발진기 광학 신호 경로 내에서 편광 제어기를 사용하여 편광 상태를 트랙킹하거나 소위 "편광 다이버시티 수신기"로 지칭되는 구성을 사용해야만 한다. 편광 다이버시티 수신기는 만약 데이터를 송신하기 위해 두 개의 바람직한 선형 및 직교의 편광 상태들을 사용하는 편광 멀티플렉싱된 신호를 사용하기를 원하는 경우에 더 선호된다. 종래의 편광 다이버시티 수신기는 편광 스플리터를 사용하여 신호 경로 및 두 개의 광학 하이브리드를 분리시키며, 각각의 광학 하이브리드에는 적절히 할당된 로컬 발진기 광학 신호가 제공된다.(가령, Kazovsky에 의한 J. Lightwave Technol., vol. LT-7, no. 2, pp. 279-292, Feb.1989의 "Phase-and Polarization-Diversity Coherent Optical Techniques"을 참조하기 바란다.)
불행히도, 광학 하이브리드는 비교적 고가의 장치이다. 두 개의 광학 하이브리드를 사용하는 편광 다이버시티 수신기는 그 이점을 취할 수 있는 여러 애플리케이션들이 단지 비용 때문에 그것을 단순히 정당화할 수 없을 정도로 매우 고가일 수 있다.
따라서, 당해 기술분야에서 필요한 것은 편광 다이버시티 수신기를 위한 보다 나은 아키텍처이다. 특히, 당해 기술분야에서 필요한 것은 제조 비용이 감소된 편광 다이버시티 수신기를 제공하는 것이다.
전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면은 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 본 발명의 장치는 (1) 수신된 광학 신호의 동위상 성분 및 직교 성분을 분리하여 상기 동위상 성분을 그의 제 1 광학 출력단으로 송신하고 상기 직교 성분을 그의 제 2 광학 출력단으로 송신하도록 구성되는 광학 장치와, (2) 상기 제 1 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 1 편광 스플리터와, (3) 상기 제 2 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 2 편광 스플리터를 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 편광 다이버시티 수신기를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 수신기는 (1) 수신된 광학 신호의 동위상 성분 및 직교 성분을 분리하여 상기 동위상 성분을 그의 제 1 광학 출력단에 송신하고 상기 직교 성분을 그의 제 2 광학 출력단에 송신하도록 구성된 편광 다이버스 광학 하이브리드(polarization diverse optical hybrid)와, (2) 상기 제 1 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 1 편광 스플리터와, (3) 상기 제 2 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 2 편광 스플리터를 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 수신된 광학 신호를 수신하는 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 본 발명의 방법은 (1) 광학 장치의 상기 수신된 광학 신호의 동위상 성분 및 직교 성분을 분리하는 단계와, (2) 상기 동위상 성분을 상기 광학 장치의 제 1 광학 출력단에 송신하는 단계와, (3) 제 1 편광 스플리터로 입력되는 광을 상기 제 1 광학 출력단에서 수신하는 단계와, (4) 상기 직교 성분을 상기 광학 장치의 제 2 광학 출력단에 송신하는 단계와, (5) 제 2 편광 스플리터 내로 입력되는 광을 상기 제 2 광학 출력단에서 수신하는 단계를 포함한다.
전술한 것은 당업자가 아래의 상세한 설명을 보다 더 잘 이해할 수 있는 선호되는 대안의 특징이다. 특허청구범위의 대상물을 형성하는 추가의 특징들은 이후에 기술될 것이다. 당업자는 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조를 설계하거나 변형하기 위한 기초로서 개시된 개념 및 특정의 실시예를 용이하게 사용할 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 당업자는 또한 그 균등한 구조가 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는다는 것을 구현해야만 한다.
본 발명의 보다 상세한 이해를 위해, 첨부된 도면과 관련하여 취해진 아래의 상세한 설명에 대해 참조가 행해진다.
도 1은 편광 멀티플렉싱된 광학 신호를 편광 멀티플렉싱된 광학 신호의 동위상 및 직교 성분을 나타내는 전기 신호로 복조하고 변환하도록 구성되는 편광 다이버시티 수신기의 블럭도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 원리에 따라 구성되는 도 1의 편광 다이버시티 수신기의 광학 부분을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 광학 부분에 사용될 수 있는 광학 하이브리드의 일 실시예의 블럭도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 원리에 따라 수행되는 수신된 광학 신호의 수신 방법의 실 시예를 도시한 흐름도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 코히어런트하며 편광 멀티플렉싱된 수신된 광학 신호 S 110을 동위상 및 직교 성분을 나타내는 전기 신호로 복조하여 변환하도록 구성되고 전반적으로 100으로 표시된 편광 다이버시티 수신기의 블럭도가 도시된다. 종래의 편광 다이버시티 수신기와는 달리, 수신기(100)는 단지 하나의 광학 하이브리드만을 필요로 한다.
수신기(100)는 코히어런트 광학 발진기 광학 신호 LO 120를 사용하여 S 110을 수신하고 복조한다. S 110 및 LO 120은 광학 부분(130) 내로 수신되며, 이 광학 부분은 편광 무감지 광학 하이브리드(polarization-insensitive optical hybrid)를 포함할 수도 있다. 광학 부분(130)은 S 110 및 LO 120을 도 3에 도시될 방식으로 분리 및 결합하여 광 검출기인 검출기(140, 150)에 제각기 제공되는 적어도 두 개의 출력 광학 신호를 산출한다. 또한, 검출기(140, 150)는 전기 신호를 단일 처리 장치(160)에 제공하며, 이 단일 처리 유닛(160)은 전기 신호로부터 디지털 데이터를 추출할 책임을 지고 있다. 디지털 데이터는 데이터 출력으로 지칭되는 출력단에 제공된다. 데이터 출력은 또한 클럭 복구 및 로컬 발진기 유닛(170)에 제공되며, 이 클럭 복구 및 로컬 발진기 유닛은 데이터 출력에 기반하여 클럭 신호를 추출하고 LO 120을 생성할 책임을 지고 있다. 당업자가 도 1의 전반적인 수신기(100) 아키텍처에 정통해 있으나, 그 수신기(100)의 광학 부분(130)의 구성은 기본적으로 도 2에서 보여질 종래의 편광 다이버시티 수신기와는 상이하다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성되는 도 1의 편광 다이버시티 수신기(100)의 광학 부분을 보다 상세하게 도시하고 있다. 광학 부분(130)은 도 2의 실시예에서 편광 무감지 광학 하이브리드가 되는 광학 장치(210)를 포함한다. 본 발명의 문맥에서, "편광 무감지"는 상기 광학 하이브리드가 의도한 기술적 기능과 관련하여 사실상 편광과 무관한 특성, 가령, 삽입 손실, 전력 분리비, 및 위상 시프팅을 나타낸다는 것을 의미한다. 가령, 90°(Π/2) 위상 시프터는 모든 편광 상태에 대해 90°±5°의 위상 시프트를 제공한다.
광학 장치(210)는 두 개의 광학 입력 및 네 개의 광학 출력을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 광학 입력단은 LO 120을 수신하며, 제 2 광학 입력단은 S 110을 수신한다. 제 1 광학 출력단은 I를 제공하며, 제 2 광학 출력단은 Q를 제공하며, 제 3 광학 출력단은 I를 제공하며, 제 4 광학 출력단은 Q를 제공한다. 편광 빔 스플리터(PBS)는 네 개의 광학 출력단의 각각에 결합된다. 특히, 제 1 PBS(220)는 제 1 광학 출력단(I)에 결합되며, 제 2 PBS(230)는 제 3 광학 출력단(Q)에 결합되며, 제 3 PBS(240)는 제 2 광학 출력단(I)에 결합되며, 제 4 PBS(250)는 제 4 광학 출력단(Q)에 결합된다. 각각의 PBS(220, 230, 240, 250)는 "H" 및 "V"로 레이블된 두 개의 출력단을 갖는다. 따라서, 8개의 신호가 생성된다. PBS(220)는 IH 및 IV를 생성하며, PBS(230)는 I H 및 I V를 생성하며, PBS(240)는 QH 및 QV를 생성하며, PBS(250)는 Q H 및 Q V를 생성한다. IH, IV, I H, I V, QH, QV, Q H 및 Q V는 네 개의 차동 쌍으로서 구성되는 광검출기(260)에 제공된다. 네 개의 차동 쌍의 광검출기(260)는 제각기의 전치증폭기(270)에 결합된다. 전치증폭기(270)는 밸런싱되거나 싱글 엔드(single-ended)된다.
각각의 PBS(220, 230, 240, 250)는 광학 장치(210)에 정렬될 수 있으며, 그에 따라, 제 1 또는 제 2 광학 입력단에서 선형 평광된 입력 신호에 대해, 각각의 PBS(220, 230, 240, 250)의 두 개의 출력 포트 H 및 V에서의 광학 전력의 비율은 사실상 네 개의 모든 PBS(220, 230, 240, 250)에 대해 동일하다. 최상으로 작동하는 도 1의 수신기(100)에 대해, LO의 편광 상태는 광학 장치(210)에 대해 정렬되며, 그에 따라 전술한 전력 비율은 1에 근접하지만, 본 발명은 PBS(220, 230, 240, 250) 또는 LO의 부분 상에서 특정의 정렬을 필요로 하지 않는다.
다시 도 1을 참조하면, (광학 장치(210) 및 네 개의 PBS(220, 230, 240, 250)를 포함하는) 광학 부분(130)과 (광검출기(260)를 포함하는) 검출기(140)는 이산 장치의 형태를 가질 수 있거나, 대신에 단일 기판 상에 또는 공통의 모듈 내에 집적될 수 있다. 후자의 경우, 단일 기판 또는 공통의 모듈은 또한 전치 증폭기(270) 또는 소정의 애플리케이션에 대해 효과적인 것으로 간주될 수 있는 다른 전기 회로를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 2의 광학 부분에 사용될 수 있는 광학 하이브리드의 실시예의 블럭도가 도시된다. 광학 하이브리드(210)는 90° 광학 하이브리드(210)인 것으로 도시된다. 광학 하이브리드(210)는 LO 120 및 S 110을 제각기 수신하 는 제 1 및 제 2 광학 입력단을 갖는다.
제 1 스플리터(310)는 S 110을 수신하여 S 110을 분리하도록 구성된다. 제 1 스플리터(310)는 3dB 스플리터일 수 있다. 제 2 스플리터(320)는 LO 120을 수신하여 LO 120을 분리하도록 구성된다. 제 2 스플리터(320)는 3dB 스플리터일 수 있다. Π/2 위상 시프터(330)는 제 2 스플리터(320)에 결합된다. Π/2 위상 시프터(330)는 상기 제 2 스플리터(320)로부터 Π/2 위상 시프터(330)로 송신되는 광을 약 90°만큼 위상 지연시키도록 구성된다.
제 1 커플러(340)는 상기 제 1 스플리터(310) 및 제 2 스플리터(320)에 결합된다. 상기 제 1 커플러(340)는 상기 제 1 스플리터(310) 및 상기 제 2 스플리터(320)로부터 송신되는 광을 결합 및 간섭시키도록 구성된다. 제 1 커플러(340)는 두 개의 출력단을 갖는다. 제 1 출력단은 S+LO가 되는 I를 산출한다. 제 2 출력단은 -(S-LO)인 I를 산출한다.
제 2 커플러(350)는 상기 제 1 스플리터(310) 및 Π/2 위상 시프터(330)에 결합된다. 상기 제 2 커플러(350)는 상기 제 1 스플리터(310) 및 Π/2 위상 시프터(330)로부터 송신되는 광을 결합 및 간섭시키도록 구성된다. 제 2 커플러(350)는 두 개의 출력단을 갖는다. 제 1 출력단은 S+jLO인 Q를 산출하며, 여기서 j는 복소수를 나타낸다. (LO 및 jLO는 Π/2 위상 시프터에 의해 생성되는 Π/2 위상 차이를 갖는다.) 제 2 출력단은 -(S-jLO)인 Q를 산출한다. 전술한 바와 같이, I, I, Q 및 Q는 네 개의 PBS에 제공되며, 이 PBS는 제각기 IH, IV, I H, I V, QH, QV, Q H 및 Q V를 제공한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 수행되는 수신된 광학 신호를 수신하는 방법의 일 실시예의 흐름도가 도시된다. 본 발명의 여러 단계들이 비록 순차적으로 수행되는 것처럼 기술되지만 일부가 동시에 수행된다는 것을 이해해야 한다. 순차적으로 발생하는 것들도 매우 빠른 속도로 광이 제공된다면 동시에 수행되는 것으로 나타날 수 있다.
본 방법은 시작 단계 410에서 개시된다. 단계 415에서, 수신된 광학 신호의 동위상 및 직교 성분은 광학 장치 내로 수신되어 그 장치 내에서 분리된다. 일 실시예에서, 광학 장치는 편광 무감지 광학 하이브리드이다.
단계 420에서, 동위상 성분은 광학 장치의 제 1 광학 출력단에 송신된다. 단계 425에서, 제 1 광학 출력단에서의 광은 제 1 편광 스플리터로 수신된다. 단계 430에서, 직교 성분은 광학 장치의 제 2 광학 출력단에 송신된다. 단계 435에서, 상기 제 2 광학 출력단에서의 광은 제 2 편광 스플리터 내로 수신된다.
단계 440에서, 상기 동위상 성분은 상기 광학 장치의 상기 제 2 광학 출력단 및 제 4 광학 출력단으로 송신된다. 단계 445에서, 상기 제 4 광학 출력단에서의 광은 제 4 편광 스플리터 내로 수신된다. 단계 450에서, 직교 성분은 상기 광학 장치의 상기 제 1 광학 출력단 및 제 3 광학 출력단으로 송신된다. 단계 455에서, 상기 제 3 광학 출력단에서의 광은 제 3 편광 스플리터 내로 수신된다. 일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 3 광학 출력단은 차동 출력단의 쌍으로서 기능하도록 구성된다. 마찬가지로, 제 2 및 제 4 광학 출력단은 차동 출력단의 쌍으로서 기능하도록 구성된다.
단계 460에서, 다수의 편광 성분들은 다수의 H 광학 출력단 상에서 생성된다. 단계 465에서, 다수의 직교 편광 성분들은 다수의 V 광학 출력단 상에서 생성된다. 본 발명의 방법은 최종 단계 470에서 종료된다.
본 발명이 비록 상세히 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범주 내에서 다양한 변경, 대체 및 수정이 가해질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 수신된 광학 신호의 동위상 성분 및 직교 성분을 분리하여, 상기 동위상 성분을 제 1 광학 출력단에 송신하고 상기 직교 성분을 제 2 광학 출력단에 송신하도록 구성된 광학 장치와,
    상기 제 1 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 1 편광 스플리터와,
    상기 제 2 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 2 편광 스플리터를 포함하는
    장치.
  2. 수신된 광학 신호의 동위상 성분 및 직교 성분을 분리하여 상기 동위상 성분을 그의 제 1 광학 출력단에 송신하고 상기 직교 성분을 그의 제 2 광학 출력단에 송신하도록 구성된 편광 다이버스 광학 하이브리드와,
    상기 제 1 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 1 편광 스플리터와,
    상기 제 2 광학 출력단에서 광을 수신하도록 결합된 제 2 편광 스플리터를 포함하는
    편광 다이버시티 수신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 다이버스 광학 하이브리드의 제 1 광학 입력단에 결합된 로컬 광학 발진기를 더 포함하되, 상기 편광 다이버스 광학 하이브리드는 상기 수신된 광학 신호를 수신하기 위한 제 2 광학 입력단을 갖는
    편광 다이버시티 수신기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 스플리터 및 제 2 편광 스플리터의 각각은 H 광학 출력단 상에서 하나의 편광 성분을 생성하며, V 광학 출력단 상에서 직교 편광 성분을 생성하며, 상기 로컬 광학 발진기는 상기 편광 다이버스 광학 하이브리드에 결합되어 상기 로컬 광학 발진기로부터의 광이 상기 H 광학 출력단 및 V 광학 출력단으로 송신되는
    편광 다이버시티 수신기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 로컬 광학 발진기는 상기 제 1 편광 스플리터 및 제 2 편광 스플리터에 타이밍된 편광인
    편광 다이버시티 수신기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 다이버스 광학 하이브리드는 상기 동위상 성분을 상기 제 2 광학 출력단 및 제 4 광학 출력단에 송신하고 상기 직교 성분을 상기 제 1 광학 출력단 및 제 3 광학 출력단에 송신하도록 구성되며, 상기 제 1 광학 출력단 및 제 3 광학 출력단은 차동 출력단의 쌍으로서 기능하도록 구성되며, 상기 제 2 광학 출력단 및 제 4 출력단은 차동 출력단의 쌍으로서 기능하도록 구성되는
    편광 다이버시티 수신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 광학 출력단으로부터 광을 수신하도록 결합된 제 3 편광 스플리터와,
    상기 제 4 광학 출력단으로부터 광을 수신하도록 결합된 제 4 편광 스플리터를 더 포함하는
    편광 다이버시티 수신기.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 다이버스 광학 하이브리드는 90° 위상 시프터를 포함하는
    편광 다이버시티 수신기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 다이버스 광학 하이브리드와 상기 제 1 편광 스플리터 및 제 2 편광 스플리터는 집적되는
    편광 다이버시티 수신기.
  10. 수신된 광학 신호 수신 방법으로서,
    광학 장치의 상기 수신된 광학 신호의 동위상 성분 및 직교 성분을 분리하는 단계와,
    상기 동위상 성분을 상기 광학 장치의 제 1 광학 출력단에 송신하는 단계와,
    상기 제 1 광학 출력단에서의 광을 상기 제 1 편광 스플리터 내로 수신하는 단계와,
    상기 직교 성분을 상기 광학 장치의 제 2 광학 출력단으로 송신하는 단계와,
    상기 제 2 광학 출력단에서의 광을 제 2 편광 스플리터 내로 수신하는 단계 를 포함하는
    광학 신호 수신 방법.
KR1020087031232A 2006-06-23 2007-06-14 광학 신호 수신 장치, 방법 및 편광 다이버시티 수신기 KR101019850B1 (ko)

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