KR20120040202A - 광 횡?모드?멀티플렉싱된 신호들을 위한 수신기 - Google Patents

광 횡?모드?멀티플렉싱된 신호들을 위한 수신기 Download PDF

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KR20120040202A
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Abstract

본 발명의 대표적인 광 수신기는 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 광 횡 모드 멀티플렉싱된(TMM) 신호를 수신한다. 광 수신기는 TMM 신호를 프로세싱하여 그것의 모드 조성을 결정하도록 구성된 디지털 신호 프로세서에 동작가능하게 결합된 복수의 광 검출기를 갖는다. 결정된 모드 조성에 기초하여, 광 수신기는 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들 각각을 복조하여 원격 송신기에서 TMM 신호상에서 인코딩된 데이터를 복구한다.

Description

광 횡?모드?멀티플렉싱된 신호들을 위한 수신기{RECEIVER FOR OPTICAL TRANSVERSE-MODE-MULTIPLEXED SIGNALS}
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원의 청구물은 본 출원과 동일자로 출원되고, 그 명칭이 "Transverse-Mode Multiplexing for Optical Communication Systems"인 R.-J. Essiambre, R. Ryf 및 P. Winzer에 의한 미국 특허 출원 제 12/492,399호(대리인 사건번호 Essiambre 22-36)의 청구물에 관한 것이다.
본 발명은 광 통신 장비에 관한 것으로, 특히 광 통신 시스템에서 횡 모드 멀티플렉싱(TMM)을 가능하게 하는 장비에 관한 것이지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 섹션은 본 발명(들)의 양호한 이해의 촉진을 도울 수도 있는 양태들을 소개한다. 따라서, 본 섹션의 논의는 이러한 관점에서 읽어야 하고, 무엇이 종래 기술이고 또는 무엇이 종래 기술이 아닌지에 관한 승인으로서 이해되어서는 안된다.
다중-입력 다중-출력(MIMO) 능력들을 갖는 무선 통신 시스템들은 무선 채널에서 다중-경로 확산을 활용함으로써(완화를 시도하는 대신에) 전체 송신 용량을 증가시킨다. 특히, 무선 MIMO는 송신기 및 수신기에서 다중 안테나들의 이용을 통해 효율 및 신뢰도를 향상시킨다. 평균 처리량에서의 결과적인 증가가, 추가의 스펙트럼 대역폭 또는 더 높은 신호 전력을 희생하지 않고, 신호 프로세싱 및 하드웨어 구현에서의 더 큰 복잡성을 희생하여 실현된다.
광 통신 시스템에서, 예를 들면, 멀티모드 섬유에서의 모드 분산이 무선 송신 매체에서의 다중 경로 지연과 유사하기 때문에, 송신 용량을 증가시키는 MIMO 접근방식이 실현가능하다. 그 결과, 광 MIMO는 멀티모드 섬유들의 본질적으로 높은 송신 용량을 이용하도록 레버리지될 수 있다. 그러나, 광 MIMO를 구현하는 하드웨어는 아직 충분하게 개발되지 않았다.
광 횡-모드-멀티플렉싱된(TMM) 신호들을 위한 광 수신기의 다양한 실시예들이 여기에 개시된다. 본 발명의 대표적인 광 수신기는 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 TMM 신호를 수신한다. 광 수신기는 모드 조성을 결정하기 위해 TMM 신호를 프로세싱하도록 구성된 디지털 신호 프로세서에 동작가능하게 결합된 복수의 광 검출기를 갖는다. 결정된 모드 조성에 기초하여, 광 수신기는 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들 각각을 복조하여 원격 송신기에서 TMM 신호상에서 인코딩된 데이터를 복구한다.
일 실시예에 따르면, (A) N개의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광 TMM 신호를 샘플링하여 시그널링 간격 당 K개의 샘플들을 발생시키도록 구성된 탭 모듈로서, 여기서, N 및 K는 1 보다 큰 양의 정수이고, K≥N인, 상기 탭 모듈; (B) 광 로컬 오실레이터(LO) 신호를 생성하도록 구성된 로컬 오실레이터(LO) 소스; 및 (C) 탭 모듈 및 LO 소스에 각각 광학적으로 결합된 K개의 코히어런트 검출기들을 갖는 광 수신기가 제공된다. K개의 코히어런트 검출기들 각각은, (ⅰ) 각각의 광 샘플 및 LO 신호를 믹싱하여 하나 이상의 광 간섭 신호들을 생성하고; (ⅱ) 상기 하나 이상의 광 간섭 신호들을, 광 샘플의 동위상 성분 및 직교 위상 성분을 나타내는 하나 이상의 전기 신호들로 변환하도록 구성된다. 광 수신기는, K개의 코히어런트 검출기에 동작가능하게 결합되고, 코히어런트 검출기들에 의해 발생된 전기 신호들을 프로세싱하여 TMM 신호의 N개의 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 반송된 데이터를 복구하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 더 갖는다. 광 수신기는 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 TMM 신호를 수신한다. 멀티모드 섬유의 원격 종단에서, TMM 신호의 각 독립적으로 변조된 성분은 멀티모드 섬유의 각각의 단일 횡 모드에 대응한다.
다른 실시예에 따르면, N개의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 TMM 신호를 샘플링하여 시그널링 간격 당 K개의 광 샘플들을 발생시키도록 구성된 탭 모듈을 갖는 광 수신기가 제공되고, 여기서, N 및 K는 1 보다 큰 양의 정수이고, K≥N이다. 탭 모듈은 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 TMM 신호를 수신한다. 광 수신기는, (ⅰ) 광 로컬 오실레이터(LO) 신호를 생성하도록 구성된 로컬 오실레이터(LO) 소스 및 (ⅱ) 탭 모듈 및 LO 소스에 각각 광학적으로 결합된 K개의 코히어런트 검출기들을 더 갖는다. K개의 코히어런트 검출기들 각각은: (a) LO 신호를 위상 필터링하여 멀티모드 섬유의 각각의 선택된 횡 모드의 위상/필드 강도(PFS) 패턴에 대응하는 PFS 패턴을 갖는 각각의 위상 필터링된 빔을 발생시키고; (b) 각각의 광 샘플 및 위상 필터링된 빔을 믹싱하여 하나 이상의 광 간섭 신호들을 생성하고; (iii) 상기 하나 이상의 광 간섭 신호들을, 광 샘플의 동위상 성분 및 직교 위상 성분을 나타내는 하나 이상의 전기 신호들로 변환하도록 구성된다. 광 수신기는, K개의 코히어런트 검출기들에 동작가능하게 결합되고, 코히어런트 검출기들에 의해 발생된 전기 신호들을 프로세싱하여 TMM 신호의 N개의 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 반송된 데이터를 복구하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 더 갖는다.
또 다른 실시예에 따르면, (ⅰ) 복수의 독립적으로 변조된 성분을 갖고 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 수신되는 광 TMM 신호에 대응하는 광 빔을 복수의 서브-빔으로 스플릿하고; (ⅱ) 로컬 오실레이터(LO) 소스에 대응하는 광 빔을 제 2 복수의 서브-빔으로 스플릿하고; (ⅲ) 제 1 및 제 2 복수의 서브-빔을 믹싱하여 2개 이상의 믹싱된 광 빔들을 생성하도록 구성된 복수의 빔 스플리터들를 갖는 광 수신기가 제공된다. 광 수신기는: (a) 2개 이상의 믹싱된 광 빔들 중 제 1 광 빔에 대응하는 제 1 간섭 패턴을 검출하도록 구성된 제 1 어레이된 검출기; (b) 2개의 믹싱된 광 빔들 중 제 2 광 빔에 대응하는 제 2 간섭 패턴을 검출하도록 구성된 제 2 어레이된 검출기; 및 (c) 제 1 및 제 2 어레이된 검출기들에 동작가능하게 결합되고, 제 1 및 제 2 간섭 패턴을 프로세싱하여 TMM 신호의 모드 조성을 결정하고, 상기 모드 조성에 기초하여, TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들에 의해 반송된 데이터를 복구하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 더 갖는다.
또 다른 실시예에 따르면, N개의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광 횡-모드-멀티플렉싱된(TMM) 신호를 샘플링하여 시그널링 간격 당 K개의 광 샘플들을 발생시키도록 구성된 탭 모듈을 갖는 광 수신기가 제공되고, 여기서, N 및 K는 1 보다 큰 양의 정수이고, K≥N이다. 광 수신기는 (ⅰ) 광 로컬 오실레이터(LO) 신호를 생성하도록 구성된 로컬 오실레이터(LO) 소스 및 (ⅱ) 탭 모듈 및 LO 소스에 각각 광학적으로 결합된 K개의 코히어런트 검출기들을 더 갖는다. K개의 코히어런트 검출기들 각각은 (a) 각각의 광 샘플 및 LO 신호를 믹싱하여 하나 이상의 광 간섭 신호들을 생성하고, (b) 상기 하나 이상의 광 간섭 신호들을, 광 샘플의 동위상 성분 및 직교 위상 성분을 나타내는 하나 이상의 전기 신호들로 변환하도록 구성된다. 광 수신기는, K개의 코히어런트 검출기들에 동작가능하게 결합되고, 코히어런트 검출기들에 의해 발생된 전기 신호들을 프로세싱하여 TMM 신호의 N개의 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 반송된 데이터를 복구하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 더 갖는다. 광 수신기는 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 TMM 신호를 수신한다. 탭 모듈은: (A) 멀티모드 섬유로부터의 광 전력을 단일 모드 섬유로 각각 탭 오프하여(tapping off) TMM 신호의 대응하는 광 샘플을 발생시키는 K개의 멀티모드 섬유(MMF) 결합기들; 및 (B) 2개의 인접한 MMF 결합기들 사이에 각각 배치된 K-1개의 모드 스크램블러들을 갖는다.
특허 또는 출원 파일은 컬러로 제작된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면(들)을 갖는 이러한 특허 또는 특허 출원 공개의 카피들은, 요청하고 필요한 수수료 납부시에 기관에 의해 제공될 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들의 다른 양태들, 특징들 및 이점들은, 예로서, 아래의 상세한 설명 및 첨부한 도면들로부터 더욱 완전하게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들이 실시될 수 있는 광 통신 시스템의 블록도.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 도 1의 시스템에서 이용될 수 있는 광 섬유들의 단면도들.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 이용될 수 있는 광 송신기를 예시한 도면들.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3의 송신에서 이용될 수 있는 광 모드 결합(OMC) 모듈을 예시한 도면들.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 e라도 3의 송신기에서 이용될 수 있는 OMC 모듈의 블록도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 3의 송신기에서 이용될 수 있는 OMC 모듈의 블록도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 이용될 수 있는 광 송신기의 블록도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 이용될 수 있는 광 송신기의 블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 이용될 수 있는 광 수신기의 블록도.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 9에 도시된 광 수신기에서 이용될 수 있는 탭 모듈 및 코히어런트 검출기를 도시한 도면들.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 9에 도시된 광 수신기에서 이용될 수 있는 탭 모듈을 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 이용될 수 있는 광 수신기의 블록도.
광 통신 시스템
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들이 실시될 수 있는 광 통신 시스템(100)의 블록도를 도시한다. 시스템(100)은 광 통신 링크들(120)의 네트워크를 통해 상호접속된 복수의 통신 노드(110)를 갖는다. 시스템(100)은 광 분기/결합 멀티플렉서(ADM)(130), 광 증폭기(140), 및 광 회선 분배기(150)를 더 갖고, 이들 모두는 노드들(110) 사이에 다양하게 배치된다.
각 노드(110)는 횡-모드 멀티플렉싱(TMM)의 이용을 통해 달성된 광 다중-입력 다중-출력(MIMO) 능력들을 갖는다. 노드(110)는 일반적으로, 시스템(100)의 다양한 노드들 사이의 양방향 통신을 가능하게 하기 위해 광 송신기 및 광 수신기(어느 것도 도 1에 명백하게 도시되지 않음)를 포함한다. TMM 멀티플렉싱에 부가하여, 개별 노드(110)는 또한 파장 분할 멀티플렉싱(WDM) 및/또는 편광 멀티플렉싱(PM), 또는 양자를 이용할 수도 있다. 개별 노드들(110)에서 이용될 수 있는 광 송신기 및 수신기의 대표적인 실시예들이 본 명세서의 대응하는 서브섹션들에서 더욱 상세히 후술된다.
각 광 통신 링크(120)는: (ⅰ) 단일 모드 섬유; (ⅱ) 멀티모드 섬유; (ⅲ) 멀티 코어 섬유; 및 (ⅳ) 단일 모드 섬유들의 번들(bundle) 중 하나 이상을 이용하여 구현된다. 일 실시예에서, 링크(120)에서 이용된 멀티모드 섬유는 2백 개의 횡 모드와 약 백 개의 횡모드 사이를 지원한다. 대안의 실시예에서, 멀티모드 섬유는 백개 보다 많은 횡 모드들을 지원한다. 일 실시예에서, 링크(120)에서 이용된 멀티 코어 섬유의 각 코어는 단일 횡 모드를 지원한다. 대안의 실시예에서, 멀티 코어 섬유의 일부 코어들 또는 모든 코어들은 전체적으로 볼 때 멀티 코어 섬유의 수퍼-모드들 뿐만 아니라 다중의 횡 모드들을 지원한다.
여기에서 이용되는 바와 같이, 용어 "횡 모드"는 전파 거리에 실질적으로 독립적인 전파 방향에 대해 수직인(즉, 횡단하는) 평면에서, 전계 또는 자계 분포(이하, 광학장 분포로 칭함)를 갖는 유도 전자기파를 칭한다. 특히, 섬유에서의 광 전력의 손실 또는 이득이 제외되면, 섬유를 따라 2개의 상이한 위치들에서 측정된 모드의 광학장 분포들은, 이들 2개의 위치들 사이에서 모드에 의해 생긴 전체 위상 변화를 반영하는 팩터 만큼만 상이할 것이다. 각 횡 모드는 섬유의 고유모드이고, 상이한 횡 모드들이 서로 직교한다. 일반적으로, 광 섬유는, 그 광학장 분포들 및 전파 상수들이 도파관 구조, 재료 특성, 및 광 주파수(파장)에 의해 명확하게 결정되는 고정된 수의 횡 모드들을 지원할 수 있다. 횡 모드들의 개념이 멀티 코어 섬유를 포함하는 다양한 유형의 섬유에 적용가능하다는 것에 유의한다. 예를 들면, 멀티 코어 섬유에서의 개별 코어의 횡 모드는 또한, 전체적으로 볼 때 그 멀티 코어 섬유의 횡 모드이다.
일 실시예에서, 광 분기/결합 멀티플렉서(130)는 재구성가능한 분기/결합 멀티플렉서이다. 링크(120)가 통상적으로 비교적 높은 정도의 인터-모드 믹싱을 특징으로 하기 때문에, 노드(110)는 일반적으로, TMM 신호를 적절하게 프로세싱하고 그 신호에 의해 반송된 데이터를 복구하기 위해 동일한 광 주파수(파장)를 갖는 모든 횡 모드들을 수신할 필요가 있다. 그 결과, 멀티플렉서(130)는, (ⅰ) 동일한 광 주파수를 갖는 모든 횡 모드들을 인커밍 링크(120)로부터 분기하고/분기하거나 (ⅱ) 동일한 광 주파수를 갖는 모든 파퓰레이팅된(populated) 횡 모드들을 아웃고잉 링크(120)에 결합한다. 다시 말해, 멀티플렉서(130)는 종래의 WDM 분기/결합 기능을 구현하지만, 전체적으로 각 특정한 파장의 TMM 멀티플렉스에 대해 작용한다.
의도된 기능들을 지원하기 위해, 멀티플렉서(130)는 모든 횡 모드들에 대해 실질적으로 동일한 송신 특징들을 갖는 협대역 인터리버형 광 필터들을 이용한다. 또한, 멀티플렉서(130)는 상대적으로 낮은 레벨은 WDM 크로스토크(즉, WDM 멀티플렉서의 상이한 광 주파수들 사이의 크로스토크)를 갖는다. 후자의 특징은 예를 들면, (ⅰ) 모든 결합 모듈 이전에 단일 모드 도메인에서 필수 필터링을 실행하고(예를 들면, 도 8 참조), (ⅱ) 싱크-유형 파형 정형화를 이용하고/이용하거나, (ⅲ) 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 이용함으로써 달성될 수 있다.
시스템(100)이 링크들(120)에서 멀티-코어 섬유들을 이용하면, 멀티플렉서(130)는 (멀티-코어 섬유의 모든 코어들 또는 그것의 임의의 서브세트일 수 있는) 코어들의 선택된 세트를 단일 엔티티로서 취급하도록 설계될 수 있어서, 동시에 전체 세트에 파장 채널을 결합하고/결합하거나 전체 세트로부터 파장 채널을 분기한다. 링크(120)가 상이한 코어들 사이에서 상대적으로 낮은 레벨의 크로스토크를 가지면, 멀티플렉서(130)는 인터-코어 크로스토크를 잡음/장애로서 취급하면서 각각의 개별 코어들에 통신 신호들을 결합하고/하거나 각각의 개별 코어들로부터 통신 신호들을 분기하도록 설계될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 광 증폭기(140)는 집중 증폭기 또는 분산 증폭기일 수 있다. 일반적으로, 시스템(100)은 2개의 통신 노드들(110) 사이의 전체 링크 전반적으로 모드 믹싱 매트릭스의 단일 특성을 보존하도록 설계될 수 있다. 그 결과, 광 증폭기(140)는 링크(120)의 모든 횡 모드들에 대해 실질적으로 동일한 이득을 나타내도록 설계된다.
일 실시예에서, 광 증폭기(140)는 (ⅰ) 복수의 활성 섹션 및 (ⅱ) 활성 섹션들 사이에 개재된 복수의 모드 스크램블러를 갖는 (예를 들면, 약 100m 보다 긴) 상대적으로 긴 섬유 증폭기이다. 각 활성 섹션은 (예를 들면, 약 1 dB과 약 5 dB 사이의) 중간 이득을 제공한다. 모드 스크램블러(모드 믹서로서 또한 알려짐)는 상이한 횡 모드들 사이에 상대적으로 큰 모드 결합을 유도하는 광 디바이스이다. 이상적으로, 모드 스크램블러는 출력에서 통계적으로 균일한 모드 믹스를 생성하고, 이 모드 믹스는 입력에서 모드 스크램블러에 의해 수신된 모드 분산에 실질적으로 독립적이다. 당업자는, 증폭기(140)에 적용된 모든 횡 모드들이 실질적으로 동일한 양의 증폭을 받는다는 것을 각 활성 섹션에서의 중간 이득 및 상대적으로 빈번한 모드 스크램블링의 조합이 보장한다는 것을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 광 회선 분배기(150)는 상이한 노드들(110) 사이에서 광 신호들의 원하는 라우팅을 가능하게 하도록 재구성가능하다. 이미 상기에서 언급한 바와 같이, TMM 멀티플렉스의 개별의 독립적으로 변조된 성분을 적절하게 디코딩하기 위해, 노드(110)는 일반적으로 전체 TMM 멀티플렉스를 수신할 필요가 있다. 따라서, 광 회선 분배기(150)는 WDM 라우팅 기능을 실행하면서 전체로서 각 파장에 대응하는 TMM 멀티플렉스에 대해 작용하도록 설계된다. 당업자는, 광 회선 분배기(150)가 일반적으로 멀티플렉서(130)로서 다수의 동일한 컴포넌트들로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예시적으로, 4개의 노드들(110), 하나의 광 분기/결합 멀티플렉서(130), 하나의 광 증폭기(140), 및 하나의 광 회선 분배기(150)를 갖는 것으로 시스템(100)이 도 1에 도시되어 있다. 당업자는, 다른 실시예들에서, 시스템(100)이 상이한 수의 노드들(110), 광 분기/결합 멀티플렉서들(130), 광 증폭기(140), 및/또는 광 회선 분배기들(150)을 가질 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 당업자는 또한, 이들 엘리먼트들이 도 1에 도시된 바와는 상이한 방식으로 배열되고 상호접속될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
광 섬유
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 시스템(100)에서 이용될 수 있는 광 섬유들의 단면도들을 도시한다(스케일링하지 않음). 특히, 도 2a 내지 도 2h에 도시된 다양한 광 섬유들은 노드들(110), 광 통신 링크들(120), 광 분기/결합 멀티플렉서들(130), 광 증폭기들(140), 및/또는 광 회선 분배기들(150)에서 이용될 수 있다.
도 2a는 단일 모드 섬유(210)의 단면도를 도시한다. 섬유(210)는 클래딩(212) 및 코어(216)를 갖는다. 코어(216)는 시스템(100)에 이용된 파장들의 범위로부터 각 파장에 대한 단일 횡 모드를 섬유(210)가 지원하게 하는 상대적으로 작은 직경을 갖는다.
도 2b는 멀티모드 섬유(220)의 단면도를 도시한다. 섬유(220)는 클래딩(222) 및 코어(226)를 갖는다. 섬유(220)는, 코어(226)가 코어(216) 보다 큰 직경을 갖는다는 점에서 섬유(210)와 상이하다. 다양한 실시예들에서, 코어(226)의 직경은, 섬유(220)가 2백개와 약 백개 사이의 범위로부터 선택된 원하는 수의 횡 모드들을 지원할 수 있도록 선택된다.
도 2c는 멀티모드 섬유(230)의 단면도를 도시한다. 섬유(230)는 클래딩(232) 및 코어(236)를 갖는다. 코어(236)는 코어(226) 보다 더욱 큰 직경을 갖고, 이것은 섬유(230)가 약 백 개 보다 많은 횡 모드들을 지원할 수 있게 한다.
도 2d는 멀티-코어 섬유(240)의 단면도를 도시한다. 섬유(240)는 제 1(외부) 클래딩(242) 및 제 2(내부) 클래딩(244)을 갖는다. 섬유(240)는 내부 클래딩(244)내에 둘러싸인 복수의 코어(246)를 더 갖는다. 각 코어(246)의 직경은, 코어로 하여금 단일 횡 모드 또는 다중 횡 모드를 지원하게 하도록 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 섬유(240)는 광 증폭기(140)에서의 이용을 위해 설계된다. 특히, 내부 클래딩(244) 및/또는 코어들(246)은 광 활성 매체를 제공하기 위해 (예를 들면, 에르븀 이온들로) 도핑된다. 증폭기(140)의 광 펌프들(도 1에는 명시적으로 도시되지 않음)은 광 펌프파들을 내부 클래딩(244)으로 주입하고, 이것은 외부 클래딩(242)과 상반되는 굴절률로 인해, 이들 광 펌프파들을 섬유(240)의 종축을 따라 가이드할 수 있다. 가이드된 광 펌프파들은 내부 클래딩(244)으로부터 개별 코어들(246)로 결합하고, 이에 의해, 코어들에 의해 가이드된 광 신호들의 증폭을 위한 에너지의 소스를 제공한다. 내부 클래딩(244)은 이러한 클래딩으로 하여금 광 펌프파들에 대한 멀티모드 코어로서 기능하게 하는 직경을 갖고, 이것은 펌프 에너지가 코어들(246) 중에 실질적으로 균일하게 분산된다는 것을 보장한다.
도 2e는 멀티-코어 섬유(250)의 단면도를 도시한다. 섬유(250)는 클래딩(252) 및 복수의 코어(256)를 갖는다. 코어들 사이에 상대적으로 큰 분리가 존재하도록 코어들(256)이 클래딩(252)내에 분포된다. 상대적으로 큰 분포로 인해, 섬유(250)에서의 인터-코어 크로스토크의 양이 작고, 이것은 개별 코어들(256)이 광 통신 신호들에 대한 개별 및 독립 도관으로서 기능할 수 있게 한다. 다양한 실시예들에서, 각 개별 코어(256)는 단일 횡 모드 또는 다중 횡 모드들을 지원하도록 설계될 수 있다.
도 2f는 멀티-코어 섬유(260)의 단면도를 도시한다. 섬유(260)는 클래딩(262) 및 복수의 코어(266)를 갖는다. 코어들(266)은 코어들 사이의 분리가 (ⅰ) 코어들 사이의 선형 결합의 적당한 양을 생성하기 위해 충분히 작고, (ⅱ) 코어들 사이의 비선형 결합의 상대적으로 작은 양을 생성하기 위해 또한 충분하게 크도록 클래딩(262)내에 분포된다. 코어들(266) 각각이 각각의 단일 횡 모드를 지원하면, 섬유(260)의 이들 특성들은 전체적으로 섬유에 대해 상대적으로 작은 수의 양호하게 정의되고 공간적으로 분리된 횡 모드들을 생성하기 위해 이용될 수 있다.
도 2g는 멀티-코어 섬유(270)의 단면도를 도시한다. 섬유(270)는 클래딩(272), 제 1 복수의 코어(276), 및 제 2 복수의 코어(278)를 갖는다. 코어들(276)은 코어들(278) 보다 작은 직경을 갖는다. 섬유(270)에서의 다양한 코어들 사이의 분리는 섬유(260)(도 2f)에서 이용된 분리와 유사하다.
섬유(270)에서 2개의 상이한 코어 유형들을 갖는 일 이유는, 상이한 전파 상수를 특징으로 하는 2개 유형의 횡 모드를 생성하기 위한 것이다. 전파 상수의 부정합은 그룹-속도 차이를 발생시키고, 이것은 일반적으로, 섬유 비선형성의 해로운 영향을 감소시키는데 유용하다. 예를 들면, 상호 위상 변조의 해로운 영향은, 상이한 WDM 채널들이 상대적으로 큰 그룹-속도 차이를 가질 때 상이한 WDM 채널들로부터의 신호들에 대해 현저하게 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 코어들(276 및 278)은 동일한 유형의 코어들 사이에서 최대 공간 분리를 달성하기 위해 클래딩(272) 전반적으로 분포된다.
도 2h는 멀티-코어 섬유(280)의 단면도를 도시한다. 섬유(280)는 클래딩(282), 제 1 복수의 코어(286), 및 제 2 복수의 코어(288)를 갖는다. 코어들(286 및 288)이 동일한 직경을 갖지만, 이들은 상이한 굴절률을 갖는 재료들로 이루어진다. 굴절률 차는 코어들(286 및 288)로 하여금 상이한 전파 상수들을 갖게 하고, 이것은 섬유(280)가 섬유(270)(도 2g)에서 유효한 메커니즘과 질적으로 유사한 메커니즘을 통해 섬유 비선형성의 해로운 효과들을 감소시킬 수 있게 한다.
당업자는, 도 2a 내지 도 2h에 도시된 섬유들에 부가하여, 다른 유형의 섬유들이 또한 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 2개 이상의 상이한 재료들로 이루어진 2개 이상의 상이한 크기의 코어들을 갖는 멀티-코어 섬유가 도 2g 및 도 2h 양자에 도시된 특징들을 구현하기 위해 제조될 수 있다.
여기에서 이용되는 바와 같이, "멀티-경로 섬유"는 멀티모드 섬유들(예를 들면, 섬유들(220 및 230)(도 2b 및 도 2c)) 및 멀티-코어 섬유들(예를 들면, 섬유들(240 내지 280)(도 2d 내지 도 2h)) 양자를 포함한다.
광 송신기
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 이용될 수 있는 광 송신기(300)를 예시한다. 특히, 도 3a는 송신기(300)의 블록도를 도시한다. 도 3b는 송신기(300)에서 이용된 광 모드-결합(OMC) 모듈(340)의 동작을 그래픽적으로 예시한다.
도 3a는 출력 섬유(350)를 통해 통신 링크(120)에 결합된 것으로 송신기(300)를 설명적으로 도시한다. 섬유(350)는 일반적으로 통신 링크(120)의 바로 인접한 섹션에서 이용된 섬유와 동일한 유형이다. 상기 이미 설명한 바와 같이, 통신 링크(120)는 도 2에 도시된 바와 같은 임의의 적합한 유형의 섬유를 이용하여 구현될 수 있다. 후속하는 설명은 예시적이고, 출력 섬유(350)가 섬유(220)(도 2b)와 유사한 실시예에 대응한다. 이러한 설명에 기초하여, 당업자는 광 통신 신호들을 다른 유형의 섬유에 결합하기 위해 적합한 송신기(300)의 다른 실시예들을 어떻게 설계할지 이해할 것이다.
송신기(300)는 지정 파장의 출력 광 빔을 생성하기 위해 구성된 레이저(310)를 갖는다. 빔 스플리터(320)는 레이저(310)에 의해 생성된 빔을 N개의 방식으로 스플릿하고, 결과적인 N개의 빔들을 N개의 단일 모드 섬유들(322)에 결합하고, 여기서, N은 1 보다 큰 정수이다. 각 섬유(322)는 그것의 각각의 빔을 대응하는 광 변조기(330)로 안내하고, 여기서, 그 빔은 제어 신호(328)를 통해 변조기에 공급된 데이터로 변조된다. 상이한 변조기들(330) 또는 적합한 변조기 장치들이 제어 신호(328)로부터 유도된 상이한 독립적 또는 상관된 데이터 스트림들을 이용하여 각각의 광 빔들을 변조할 수 있다는 것에 유의한다. 대표적인 구성에서, 각 변조기(330)는 송신기(300)로부터 원격 수신기로의 송신을 위해 의도된 대응하는 독립적 데이터 스트림에 기초하여 그것의 광 빔을 변조한다. 변조기(330)에 의해 생성된 변조 광 신호들은 궁극적으로는, OMC 모듈(340)에 의해 섬유(350)에 적용되는 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들로서 작용한다.
대안의 실시예에서, 레이저(310)는 변조기들(330)에 직접 결합될 수 있거나, 섬유들을 통해서가 아니라 자유 공간을 통해 변조기들에 결합될 수 있다.
OMC 모듈(340)의 일 기능은 N개의 단일 모드 섬유들(332)을 통해 수신된 N개의 변조된 광 신호들을 섬유(350)에 적절하게 결합하는 것이다. 특히, OMC 모듈(340)에 의해 수신된 각 변조된 광 신호는 섬유(350)의 단일 선택된 횡 모드에 실질적으로 결합되고, 상이한 변조된 광 신호들이 상이한 횡 모드들에 결합된다. 여기에서 이용되는 바와 같이, 어구 "신호를 단일 횡 모드에 실질적으로 결합하기 위해"는 2개의 가능하지만, 상호 배타적이지 않은 의미들을 가질 수 있다. 제 1 의미에 따르면, 이러한 어구는, 신호의 총 에너지의 적어도 약 50%(및 아마도 약 80% 또는 90% 이상)가 하나의 선택된 횡 모드에 결합한다는 것을 의미한다. 제 2 의미에 따르면, 이러한 어구는, 멀티모드 섬유에 결합되는 신호의 총 에너지의 부분에 대해, 그 부분의 적어도 약 50%(및 아마도 약 80% 또는 90% 이상)가 하나의 선택된 횡 모드로 진행하고, 그 부분의 나머지가 다른 횡 모드들로 진행한다는 것을 의미한다. 개별 광 신호가(예를 들면, OMC 모듈(340)에 의해) 섬유의 근접 종단에서 멀티모드 섬유(예를 들면, 섬유(350))의 단일 횡 모드에 실질적으로 결합되어서, 멀티모드 섬유로 론치되는 TMM 신호의 광 성분으로 변환될 때, TMM 신호의 광 성분은 "멀티모드 섬유의 근접 종단에서 멀티모드 섬유의 단일 횡 모드에 대응한다"라고 할 수 있다.
송신기(300)의 일 실시예에서, 수 N은 섬유(350)에 의해 지원된 횡 모드들의 총 수와 동일하도록 선택된다. 다시 말해, 송신기(300)의 이러한 실시예는 각각의 독립적으로 변조된 광 신호로 멀티모드 섬유(350) 각각 및 모두를 파퓰레이팅할 수 있는 OMC 모듈(340)을 이용한다.
도 3b는 OMC 모듈(340)에 의해 실행된 광 빔 정형화를 그래픽적으로 도시한다. 특히, 도 3b의 상이한 패널들은 섬유(350)의 종단(348)에서 OMC 모듈(340)에 의해 생성될 수 있는 다양한 위상/필드 강도(PFS) 패턴들을 도시하고, 상이한 패널들은 OMC 모듈의 상이한 광 채널들에 대응한다. 각 PFS 패널이 (ⅰ) 컬러 채도의 정도가 광학장 강도를 나타내고, (ⅱ) 컬러 자체가 광학장의 위상을 나타내는 컬러 방식을 이용하여 도 3b에 표현된다. 예를 들면, 옅은 적색 컬러는 어두운 적색 컬러 보다 낮은 광학장 강도에 대응한다. 청색으로부터 적색까지의 컬러에서의 무지개와 같은 변화가 -π로부터 +π까지의 위상에서의 연속 변화를 나타낸다.
OMC 모듈(340)의 각 광 채널에 대해, 섬유(350)의 종단(348)에서 그 채널에 의해 생성된 PFS 패턴은 그 채널에 할당된 횡 모드의 PFS 패턴에 실질적으로 정합한다. 당업자는, 상기 표시된 모드 결합 손실이 이들 PFS 패턴들 사이의 부정합에 의해 야기될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 모드 결합 손실에 대응하는 광 에너지는 섬유(350)의 다른 횡 모드들로 의존적으로 결합될 수도 있고/결합될 수 있거나 섬유에 의해 함께 거부될 수도 있다.
여기에서 이용되는 바와 같이, "실질적으로 정합한다"는, 광 채널에 의해 생성된 PFS 패턴과 대응하는 횡 모드의 PFS 패턴 사이의 차이가 상대적으로 작고, 2개의 가능하지만 상호 배제하지 않는 기준들 중 적어도 하나를 충족시킨다는 것을 의미한다. 제 1 기준에 따르면, 이 차이는, 광 채널에 의해 생성된 PFS 패턴의 총 에너지의 적어도 약 50%(및 아마도 약 80% 또는 90% 이상)가 대응하는 횡 모드에 결합하도록 작다. 제 2 기준에 따르면, 이 차이는, 멀티모드 섬유에 결합되는 광 채널에 의해 생성된 PFS 패턴의 총 에너지의 부분에 대해, 이 부분의 적어도 약 50%(및 약 80% 또는 90% 이상)가 대응하는 횡 모드로 진행하고, 그 부분의 나머지는 다른 횡 모드들로 진행한다.
도 3b의 상이한 PFS 패턴들에 대응하는 상이한 횡 모드들은 아래의 표기를 이용하여 라벨링된다. 문자 "LP"는 "선형으로 편광됨"을 나타낸다. 라벨에서 "LP"에 따르는 수들은 2개의 양자화된 파라미터들의 값들을 지정된 순서로 제공한다. 횡 모드에 대해, 제 1 양자화된 파라미터는 섬유 축에 관한 하나의 방위각 회전 당 2π 크기의 위상 증분의 갯수를 제공하고, 제 2 양자화된 파라미터는 섬유 반경상의 π 크기의 위상 증분의 갯수를 제공한다. 예를 들면, LP01으로서 지정된 횡 모드는 (ⅰ) 방위각 위상 증분을 갖지 않고, (ⅱ) 하나의 방사 위상 증분을 갖는다. 유사하게는, LP32로서 지정된 횡 모드는 (ⅰ) 3개의 방위각 위상 증분을 갖고, (ⅱ) 2개의 방사 위상 증분을 갖는다.
OMC 모듈(340)이 8개의 광 채널을 가지면, 아래의 대표적인 모드 할당이 이용될 수 있다: (Ch.l)-LP0l; (Ch.2)-LPl1; (Ch.3)-LP21; (Ch.4)-LP02; (Ch.5)-LP31; (Ch.6)-LP12; (Ch.7)-LP41; 및 (Ch.8)-LP22. 당업자는 OMC 모듈(340)의 어느 각 광 채널이 섬유(350)의 할당된 횡 모드의 PFS 패턴에 실질적으로 정합하는 PFS 패턴을 생성하도록 구성되는지에 따라, 다른 모드 할당이 본 발명의 사상 및 원리로부터 벗어나지 않고 유사하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
당업자는, 도 3b가 하나의 가능한 횡-모드 기초 세트에 대응하고, 복수의 상호 직교 횡 모드들을 각각 포함하는 다른 기초 세트들이 OMC 모듈(340)을 구현하기 위해 유사하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 OMC 모듈(340)(도 3)로서 이용될 수 있는 OMC 모듈(400)을 예시한다. 특히, 도 4a는 OMC 모듈(400)의 블록도를 도시한다. 도 4b는 OMC 모듈(400)에서 이용될 수 있는 위상 마스크들(420)을 도시한다.
OMC 모듈(400)은 2개의 광 채널들을 갖고, 이와 같이, 2개의 입력 섬유들(332)(도 3a를 또한 참조)에 결합된 것으로서 도시된다. 당업자는, OMC 모듈(400)이 3개 이상의 광 채널들을 갖도록 간단한 방식으로 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 특히, 새로운 광 채널이 OMC 모듈(400)에서 채널 2를 형성하기 위해 이용된 바와 유사한 광 엘리먼트들의 세트를 추가함으로써 생성될 수 있다.
OMC 모듈(400)은, 각각이 섬유들(332) 중 각각의 하나에 의해 OMC 모듈에 적용된 각각의 발산 광 빔을 시준하는 2개의 렌즈들(410)을 갖는다. 결과적으로 시준된 빔들 각각은 위상 마스크들(420) 중 각각의 하나를 통과하여 대응하는 위상 필터링된 빔(422)을 생성한다. 그 후, 복수의 미러(430)가 2개의 위상 필터링된 빔들(422)을 공간적으로 중첩하고, 결과적인 "중첩된" 빔(432)을 섬유(350)를 향해 안내한다. 미러(4304)가 부분적으로 투명한 미러이고, 미러들(4301 내지 4303)은 통상의 불투명 미러들이다는 것에 유의한다. 2개의 렌즈들(442 및 446) 및 조리개(444)가 빔(432)을 압축(즉, 크기를 축소)하고 공간적으로 필터링하여 섬유(350)의 종단(348)상에 닿는 출력 빔(452)을 발생시키고 도 3b에 도시된 PFS 패턴들의 의도한 중첩을 생성하도록 이용된다.
OMC 모듈(400)의 2개의 광 채널들에 할당된 횡 모드들에 의존하여, 위상 마스크들(4201 및 4202)은 예를 들면, 도 4b에 도시된 위상 마스크들의 분류로부터 적절하게 선택된다. 예를 들면, OMC 모듈(400)의 특정한 광 채널에 섬유(350)의 LP11 모드가 할당되면, 도 4b에서 LP11로 라벨링된 위상 마스크가 그 광 채널에서 위상 마스크(420)로서 이용된다. 유사하게는, OMC 모듈(400)의 특정한 광 채널에 섬유(350)의 LP21 모드가 할당되면, 도 4b에서 LP21으로 라벨링된 위상 마스크가 그 광 채널에서 위상 마스크(420)로서 이용된다. 위상 마스크(420)에 의해 부과된 위상 필터링 및 조리개(444)에 의해 부과된 공간 필터링의 결합된 효과는, 광 채널이 섬유(350)의 종단(348)에서, 도 3b에 도시된 PFS 패턴들 중 의도한 하나를 생성함으로써, 광 채널로부터의 광 신호를 섬유의 대응하는 횡 모드에 효율적으로 결합한다는 것이다.
도 4b에 도시된 위상 마스크들이 2진 위상 마스크들(즉, 2개의 가능한 위상 시프트들, 예를 들면, 0 또는 π 중 하나만을 로컬하게 부과할 수 있는 위상 마스크들)이다는 것에 유의한다. 특히, LP01, LP02, 및 LP03 모드들에 대응하는 위상 마스크들은 2진 위상 마스크들이다. 도 4b에 도시된 나머지 위상 마스크들은, 위상 마스크의 상이한 부분들이 연속 위상 시프트 범위로부터 선택된 위상 시프트들을 부과할 수 있기 때문에 "아날로그" 위상 마스크들이다. 아날로그 위상 마스크들은 컬러 방식으로 도 4b에 도시되어 있고, 여기서, (ⅰ) 상이한 컬러들은 연속 2π 간격에서의 상이한 위상 시프트들을 나타내고, (ⅱ) 동일한 컬러의 상이한 대역들은 2π의 정수배 만큼 서로 상이한 위상 시프트들을 나타낸다.
일 실시예에서, OMC 모듈(400)은 2개의 개별 위상 마스크들(4201 및 4202) 대신에 단일의 상대적으로 큰 연속 위상 마스크를 이용할 수도 있다. 이하에서 "다중-섹션 위상 마스크"라 칭하는 이러한 상대적으로 큰 연속 위상 마스크는, 그것의 상이한 섹션들(부분들)에서, 도 4b로부터의 2개 이상의 위상 마스크들을 포함할 수도 있다. 다중-섹션 위상 마스크의 섹션들은, 하나의 섹션이 위상 마스크(4201)로서 작용하고 다른 섹션이 위상 마스크(4202)로서 작용하도록 배열된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 OMC 모듈(340)(도 3)로서 이용될 수 있는 OMC 모듈(500)의 블록도를 도시한다. OMC 모듈(500)은 일반적으로, OMC 모듈(400)(도 4)과 유사하고, 렌즈들(410, 442, 및 446), 미러들(430), 및 조리개(444)와 같은 다수의 동일한 엘리먼트들을 이용한다. 이들 엘리먼트들의 설명은 여기서 반복되지 않는다. 대신에, 후속하는 OMC 모듈(500)의 설명은 OMC 모듈들(400 및 500) 사이의 차이점들에 대해 집중한다.
OMC 모듈들(400 및 500) 사이의 하나의 차이점은, 후자가 위상 마스크들(420) 대신에 공간 광 변조기(SLM)(520)를 이용한다는 것이다. 일 실시예에서, SLM(520)은 실리콘 액정 표시장치(liquid-crystal-on-silicon; LCOS) SLM이다. SLM(520)으로서 이용될 수 있는 대표적인 LCOS SLM은, 예를 들면, 그 교시가 여기에 참조로 전체적으로 통합되는, M. G. Robinson, J. Chen, G. D. Sharp, Wiley, Chichester(잉글랜드)에 의한 "Polarization Engineering for LCD Projection"의 2005년, Chapter 11, pages 257-275에 설명되어 있다. SLM(520)으로서 이용하기 위해 구성될 수 있는 LCOS SLM들이, 예를 들면, 모두가 여기에 참조로 전체적으로 통합되는 미국 특허 제 7,268,852호, 제 6,940,577호, 및 제 6,797,983호에 또한 개시되어 있다. SLM(520)으로서 이용될 수 있는 적합한 LCOS SLM은, JVC사에 의해 제조되고, JVC 프로젝터 모델 DLA-HD2K의 일부로서 상업적으로 입수가능하다.
SLM(520)은 OMC 모듈(500)의 채널 1 및 채널 2 각각에 대한 필수 위상 필터링을 실행하도록 구성된 2개의 영역들(5241 및 5242)을 갖는다. 특히, 영역(5241)은 위상 마스크(4201)(도 4a 참조)와 유사한 위상 필터링을 발생시키는 공간 변조 패턴을 디스플레이하도록 구성된다. 유사하게는, 영역(5242)은 위상 마스크(4202)(도 4a 참조)와 유사한 위상 필터링을 발생시키는 공간 변조 패턴을 디스플레이하도록 구성된다.
SLM(520)이 재구성가능한 디바이스이기 때문에, 그것의 다양한 영역들, 예를 들면, 영역들(5241 및 5242)에 디스플레이된 패턴들을 동적으로 변경하거나 조정하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 특징은, 예를 들면, OMC 모듈(500)의 상이한 광 채널들에 대한 횡 모드 할당에서의 상대적으로 용이한 변경을 가능하게 하고/가능하게 하거나 멀티모드 섬유(350)의 관련 특징들에서의 대응하는 변경들을 초래할 수도 있는 변경 동작 조건들하에서 OMC 모듈의 상이한 광 채널들에 대해 최적의 광 결합을 유지하는데 유용할 수 있다.
OMC 모듈(500)은 렌즈들(410)에 의해 발생되는 시준된 빔들을 SLM(520)으로 적절하게 안내하고 SLM에 의해 발생되는 필터링된 빔들을 미러들(430)로 적절하게 안내하기 위한 2개의 편광 빔 스플리터들(528)을 갖는다. 일 실시예에서, 1/4파장판(도 5에는 명시적으로 도시되지 않음)이, 그 판을 통해 송신된 빔의 편광을 적절하게 회전시켜 편광 빔 스플리터가 위상 필터링된 빔을 미러들(430)로 안내하면서 시준된 빔을 SLM으로 안내하는 것을 가능하게 하기 위해 편광 빔 스플리터(528)와 SLM(500) 사이에 삽입될 수 있다. 대안의 실시예에서, SLM(500)은 편광 빔 스플리터들(528)이 동일한 빔 라우팅을 행하는 것을 가능하게 하기 위해 반사광의 편광을 회전시키도록 설계될 수 있다.
일 실시예에서, OMC 모듈(500)은 또한 편광 멀티플렉싱되는 TMM 신호를 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 특히, SLM(520) 자체가 실질적으로 편광 둔감형인 경우에, 동일한 SLM이 편광 멀티플렉싱을 위해 이용된 편광들 양자를 프로세싱하기 위해 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 OMC 모듈(340)(도 3)로서 이용될 수 있는 OMC 모듈(600)의 블록도를 도시한다. OMC 모듈(600)은 일반적으로, OMC 모듈들(400 및 500)(도 4 및 도 5)과 기능적으로 유사하다. 그러나, OMC 모듈(600)은, 일반적으로 3차원 위상 마스크로서 보일 수 있는 체적 홀로그램(620)을 이용한다는 점에서 OMC 모듈들(400 및 500)과 상이하다. 체적 홀로그램(620)과 대조적으로, 위상 마스크(420) 및 SLM(520)가 일반적으로, 박막 또는 2차원 위상 마스크들로서 보일 수 있다는 것에 유의한다.
OMC 모듈(600)에서, 체적 홀로그램(620)은 적어도 2개의 상이한 기능들을 실행한다. 이들 기능들 중 제 1 기능은, OMC 모듈(400)에서의 위상 마스크들(420) 및 OMC 모듈(500)에서의 SLM(520)과 유사한 위상 필터링 기능이다. 이들 기능들 중 제 2 기능은, 미러들(430)과 유사한 빔 결합 기능이다. 체적 홀로그램(620)은, 대응하는 광 빔들이 체적 홀로그램의 상이한 서브-체적들을 횡단하기 때문에 섬유들(332)로부터 수신된 상이한 광 신호들에 필수의 상이한 위상 필터링을 적용할 수 있다. 또한 이러한 이유로, 체적 홀로그램(620)은 상이한 광 신호들에 대한 전파 방향을 상이한 양 만큼 변경할 수 있다. 체적 홀로그램들은 당업계에 공지되어 있고, 예를 들면, 모두가 여기에 참조로 전체적으로 통합되는 미국 특허 제 7,416,818호, 제 7,323,275호, 및 제 6,909,528호에 더욱 상세히 설명되어 있다.
OMC 모듈(600)은 3개의 광 채널들을 갖는 것으로 예시적으로 도시되어 있다. 당업자는, OMC 모듈(600)이 상이한 수의 광 채널들을 갖도록 간단한 방식으로 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 이용될 수 있는 광 송신기(700)의 블록도를 도시한다. 송신기(300)(도 3)와 유사하게, 송신기(700)는 독립적으로 변조된 광 신호들을 출력 섬유(즉, 섬유(750))의 각각의 횡 모드들에 선택적으로 결합하는 능력을 갖는다. 그러나, 추가로, 송신기(700)는 송신기의 변조 및 편광 멀티플렉싱(MPM) 모듈(712)에서, 편광 빔 스플리터(714) 및 편광 결합기들(734)의 이용에 의해 인에이블된 편광 멀티플렉싱(PM) 능력들을 갖는다. 송신기(700)는 편광 마다 3개의 광 채널들을 갖는 것으로서 예시적으로 도시되어 있다. 당업자는, 송신기(700)가 편광 마다 상이한 수의 채널들(예를 들면, 2개 또는 4개 이상)을 갖도록 간단한 방식으로 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
송신기(700)는 지정된 파장의 출력 광 빔을 생성하도록 구성된 레이저(710)를 갖는다. 레이저(710)는 MPM 모듈(712)에 공급되고, 여기서, 편광 빔 스플리터(714)는 레이저에 의해 생성된 빔을 상호 직교 편광을 갖는 빔들(7161 및 7162)로 스플릿한다. MPM 모듈(712)은 각각이 편광 빔 스플리터(714)로부터 수신된 각각의 편광빔을 3개의 방식으로 스플릿하고, 결과적인 3개의 빔들을 3개의 단일 모드 섬유들(722)에 결합하는 2개의 전력 스플리터들(720)을 더 갖는다. 각 섬유(722)는 그것의 각각의 빔을 대응하는 광 변조기(730)로 안내하고, 여기서, 그 빔은 제어 신호(728)를 통해 변조기에 공급된 데이터로 변조된다. 변조기들(730)에 의해 발생되는 변조된 광 신호들은 단일 모드 섬유들(732)에 결합되고, 대응하는 편광 결합기(734)로 안내된다. 각 편광 결합기(734)는 2개의 수신된 직교 편광된 신호들을 대응하는 PM 신호로 결합하고, 그 후, 그 PM 신호를 각각의 단일 모드 섬유(736)를 통해 OMC 모듈(740)로 안내한다.
대안의 실시예에서, 송신기(700)는 도 7에 도시된 섬유 결합 대신에 또는 그것의 적어도 일부에 부가하여 직접 광 결합 또는 스루-자유-공간(through-free-space) 광 결합을 이용할 수 있다.
송신기(700)의 OMC 모듈(740)은 일반적으로 송신기(300)(도 3)의 OMC 모듈(340)과 유사하고, 3개의 수신된 PM 신호들을 섬유(750)에 적절하게 결합하도록 작용한다. 특히, OMC 모듈(740)에 의해 수신된 각 PM 신호는 섬유(750)의 선택된 횡 모드에 결합되고, 상이한 PM 신호들이 상이한 횡 모드들에 결합된다. (2개의 직교 편광된 성분들을 갖는) 개별 PM 신호에 대해, 그것의 편광 성분들 각각은 OMC 모듈(740)에서 실질적으로 동일한 위상 필터링을 받는다. 다양한 실시예들에서, OMC 모듈(740)은 OMC 모듈들(400, 500, 및 600)(도 4 내지 도 6 참조)과 유사하게 구현될 수 있다. 그러나, OMC 모듈(740)을 설계하는데 있어서, 상기 OMC 모듈이 실질적으로 편광 둔감형이 되는 것을 가능하게 하기 위해 그것의 편광 처리 특징에 특별한 주의가 제공된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 이용될 수 있는 광 송신기(800)의 블록도를 도시한다. 송신기들(300 및 700)(도 3 및 도 7 참조) 각각과 유사하게, 송신기(800)는 광 통신 신호들을 출력 섬유(즉, 섬유(850))의 다양한 횡 모드들에 선택적으로 결합하는 능력을 갖는다. 송신기(700)와 유사하게, 송신기(800)는 각각이 MPM 모듈(712)(도 7)과 유사한 3개의 MPM 모듈들(812)의 이용에 의해 인에이블된 편광 멀티플렉싱 능력들을 갖는다. 그러나, 추가적으로, 송신기(800)는 WDM 능력들을 갖는다. 따라서, 송신기는 3개의 상이한 유형의 멀티플렉싱: 횡 모드 멀티플렉싱(TMM), 편광 멀티플렉싱(PM), 및 파장 분할 멀티플렉싱(WDM)을 이용한다.
송신기(800)는, 그 송신기가 18개까지의 독립적으로 변조된 광 통신 신호들(여기된 횡 모드 당 6개까지)을 갖는 TMM 신호를 생성하는 것을 가능하게 하는 3개의 TMM 채널들, 3개의 WDM 채널들, 및 2개의 PM 채널들을 갖는다. 당업자는, 송신기(800)가 상이한 수의 독립적으로 변조된 성분들을 생성할 수 있도록 상대적으로 간단한 방식으로 변경될 수 있고, 이들을 임의의 원하는 방식으로 섬유(850)의 선택된 횡 모드들에 결합한다.
송신기(800)의 각 WDM 채널은 지정된 파장을 생성하여, 그것을 각각의 MPM 모듈(812)에 적용하는 각각의 레이저(810)를 갖는다. MPM 모듈(812)의 3개의 출력들은 상이한 WDM 채널들에 대응하는 광 신호들 사이의 크로스토크를 감소시키도록 의도된 상대적으로 타이트한 대역통과 필터링을 실행하는 광 필터(OF)(818)에 적용된다. 필터링된 신호는 멀티플렉서들(826)에서 WDM 멀티플렉싱되고, 결과적인 신호들은 단일 모드 또는 집적 섬유들(836)을 통해 OMC 모듈(840)로 안내된다.
송신기(800)의 OMC 모듈(840)은 일반적으로, 송신기(300)(도 3)의 OMC 모듈(340)과 유사하고, 3개의 수신된 WDM 신호들을 섬유(850)에 적절하게 결합하도록 작용한다. 특히, OMC 모듈(840)에 의해 수신된 각 WDM 신호는 섬유(850)의 선택된 횡 모드에 결합되고, 상이한 WDM 신호들은 상이한 횡 모드들에 결합된다. 멀티모드 섬유의 횡 모드에 대응하는 PFS 패턴이 파장에 의존하지만, WDM 시스템들에서 이용된 통상의 스펙트럼 대역들은 상대적으로 좁고, 이것은 시제로, 모든 WDM 채널들에 대해 동일한 위상 마스크의 이용을 가능하게 한다. 예를 들면, 약 1550nm에 집중되고 약 100nm의 총 폭을 갖는 스펙트럼 대역은 전체 스펙트럼 대역에 걸쳐 반송 주파수에서 약 6% 편차만을 갖는다. 이러한 상대적으로 작은 편차로 인해, 스펙트럼 대역의 중간 근처에 위치된 파장에 대해 지정된 위상 마스크가 대역에서의 모든 파장들에 대해 충분히 양호하게 작용할 것이다. 그 결과, 다양한 실시예들에서, OMC 모듈(840)은 OMC 모듈들(400, 500, 및 600)(도 4 내지 도 6 참조)과 유사하게 구현될 수 있다.
광 수신기
다중 경로 섬유의 횡 모드들이 섬유의 길이를 따라 전파기 때문에, 다중 경로 섬유의 횡 모드들이 인터-모드 믹싱을 받는다는 것이 당업계에 알려져 있다. 일반적으로, 인터-모드 믹싱의 효과는 멀티모드 섬유에서 더 강하다. 그러나, 상대적으로 밀접 배치된 코어들을 갖는 멀티-코어 섬유는 상대적으로 강한 인터-모드 믹싱(예를 들면, 인터-코어 크로스토크)을 또한 나타낼 수도 있다. 그 결과, 통신 신호가 다중 경로 섬유의 전단에서 특정한 신호 횡 모드에 결합되더라도, 다른 횡 모드들이 섬유의 원격단에서 그 통신 신호로부터의 기여를 가질 것이다. 따라서, TMM 신호의 상이한 독립적으로 변조된 성분들에 의해 반송된 데이터를 완전하게 복구하기 위해 수신기에서 상당한 양의 신호 프로세싱이 실행될 필요가 있다. 일반적으로, TMM 신호의 N개의 독립적으로 변조된 성분들을 디코딩하기 위해, 수신기는 그 신호의 적어도 N개의 독립 샘플들을 획득할 필요가 있다. 이들 샘플들에 적용된 신호 프로세싱은 일반적으로, 다중 경로 섬유에서 인터-모드 믹싱의 효과를 반전시키는 것을 목적으로 하는 매트릭스-대각선화 알고리즘들에 기초한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 이용될 수 있는 광 수신기(900)의 블록도를 도시한다. 수신기(900)는 예를 들면, 링크(120)로부터 입력 TMM 신호(902)를 수신하도록 구성될 수 있다. TMM 신호(902)는 TMM 신호의 K개의 샘플들(912)을 발생시키는 탭 모듈(910)에 적용되고, 여기서, K는 1 보다 큰 양의 정수이다. 각 샘플(912)은 로컬 오실레이터(LO) 소스(920)에 의해 공급된 로컬 오실레이터(LO) 신호(922)를 이용하여 대응하는 코히어런트 검출기(930)에 의해 코히어런트하게 검출된다. 샘플(912)로부터 코히어런트 검출기(930)에 의해 생성된 검출 결과들, 예를 들면, 샘플의 동위상 성분(I) 및 직교 위상 성분(Q)이 디지털 신호 프로세서(DSP)(940)에 적용된다. 각 시그널링 간격(예를 들면, 비트 주기)에 대해, DSP(940)는 코히어런트 검출기들(9301 내지 930K)에 의해 생성된 검출 결과들의 풀 세트를 적절하게 프로세싱하여 출력 데이터 스트림(942)을 생성한다. 탭 모듈(910)이 TMM 신호(902)의 충분한 샘플들을 발생시키면, DSP(940)는 TMM 신호(902)로서 수신기(900)에 의해 수신되는 TMM 신호 상에서 원격 송신기에 의해 원래 인코딩되었던 모든 데이터를 복구하여 스트림(942)을 통해 출력할 수 있다.
당업자는, DSP(940)의 하나의 기능이 링크(120)에 대응하는 모드-믹싱 매트릭스를 도치하는 것이라는 것을 이해할 것이다. 일반적으로, 링크 상태는 시간을 통해 변화하여, 모드-믹싱 매트릭스로 하여금 일반적으로 밀리초 기간에 걸쳐 또는 더 느리게 또한 변화하게 한다. 일 실시예에서, DSP(940)는 링크 상태 변동을 적응적으로 따르도록 구성된다. 예를 들면, DSP(940)는 당업계에 알려진 바와 같이, 링크 상태들을 학습하고 이들을 적응시키기 위해 블라인드 적응형 알고리즘을 이용할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 가끔, DSP(940)에 결합된 제어기(950)가, 원격 송신기가 현재의 모드-믹싱 매트릭스를 획득하기 위해 DSP에 대한 트레이닝 시퀀스를 수신기(900)로 전송하는 것을 요청할 수도 있다. 원격 송신기에 의해 링크(120)에 적용된 대표적인 트레이닝 시퀀스는, 단지 하나의 횡 모드만이 임의의 소정의 시간에 여기되도록 상이한 횡 모드들이 알려진 순서로 순차적으로 여기되는 TMM 신호를 가질 수도 있다. DSP(940)에서 구현된 신호 프로세싱은 또한, 셀프 모드 및 크로스 모드 섬유 비선형성에 의해 야기된 위상 시프트들과 같은 특정한 비선형 장애들을 보상할 수도 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따라 수신기(900)(도 9)에서 이용될 수 있는 대표적인 모듈들을 도시한다. 특히, 도 10a는 탭 모듈(910)로서 이용될 수 있는 탭 모듈(1010)의 블록도를 도시한다. 도 10b는 코히어런트 디코더(930)로서 이용될 수 있는 코히어런트 디코더(1030)의 블록도를 도시한다.
도 10a를 참조하면, 탭 모듈(1010)은 멀티모드 섬유(1002)를 통해 TMM 신호(902)를 수신한다. 시준 렌즈(1004)가 섬유(1002)에 의해 발생된 발산 광빔을 시준하고, 결과적인 시준된 빔을 K-1개의 부분적으로 투명한 미러들(10061 내지 1006K-1) 및 단자 불투명 미러(1006K)로 안내한다. 일 실시예에서, 상이한 미러들(1006)은 미러들로부터 반사된 빔들(10121 내지 1012K)로 하여금 거의 동일한 강도를 갖게 하는 반사율을 갖는다.
도 10b를 참조하면, 검출기(1030)가 단일 모드 섬유(1016)를 통해 LO 소스(920)로부터 LO 신호(922)를 수신한다. 시준 렌즈(1018)가 섬유(1016)에 의해 발생된 발산 광빔을 시준하고, 결과적인 시준된 빔을 위상 마스크(1020)로 안내한다. 위상 마스크(1020)는 일반적으로 위상 마스크(420)(도 4a 및 도 4b 참조)와 유사하다. 특히, 위상 마스크(1020)는 멀티모드 섬유(1002)(도 10a)의 선택된 횡 모드에 대응하는 PFS 패턴의 확대(증대) 버전인 PFS 패턴을 갖는 위상 필터링된 빔(1022)을 발생시킨다. 상기 이미 나타낸 바와 같이, 도 4b는 각각이 위상 마스크(1020)로서 이용하기 위해 적합한 위상 마스크들의 분류를 도시한다. 수신기(900)에서의 각 검출기(930)가 디코더(1030)를 이용하여 구현될 때, 수신기에서의 디코더(1030)의 상이한 인스턴스들은 일반적으로 상이한 위상 마스크들(1020)(예를 들면, 도 4b에 도시된 분류로부터 선택된 상이한 위상 마스크들)을 갖는다. 다양한 실시예들에서, 이들 상이한 위상 마스크들(1020)은 멀티-섹션 위상 마스크의 상이한 섹션들로서 구현될 수 있거나 SLM(520)(도 5)와 유사한 SLM의 상이한 부분들을 이용한다.
(TMM 샘플(912)(도 9 및 도 10a 참조)을 반송하는) 위상 필터링된 빔(1022) 및 빔(1012)이 2×4 광 하이브리드(1026)에 적용되고, 여기서, 이들은 서로 부딪쳐서 4개의 간섭 신호들(10321 내지 10324)을 생성한다. 간섭 신호들(10321 내지 10324) 각각은 그것을 대응하는 전기 신호로 변환하는 대응하는 광 검출기(예를 들면, 포토다이오드)(1034)에 적용된다. 광 검출기들(1034)에 의해 생성된 전기 신호들은 디지털화되고 DSP(940)에서의 추가 프로세싱을 위해 안내된다. 검출기(1030)에서 하이브리드(1026)로서 이용될 수 있는 2×4 광 하이브리드들은 당업계에 알려져 있고, 대표적인 예들이, 예를 들면, 모두가 여기에 참조로 전체적으로 통합되고 2008년 12월 18일 출원된 (ⅰ) 미국 특허 출원 공개 제 2007/0297806호 및 (ⅱ) 미국 특허 출원 제 12/338,492호에 개시되어 있다.
간섭 신호들(10321 내지 10324) 각각의 전계들(E1 내지 E4)은 식 (1)에 의해 제공되고,
Figure pct00001
여기서, ES 및 ELO는 광 신호들(1012 및 1022) 각각의 전계들이다. 식 (1)이 빔(1032)의 횡 단면의 모든 포인트에 대해 유지한다. 이것은, 빔들(1012 및 1022)이 시간에서 서로 얼마나 부딪히는지 뿐만 아니라 이들이 공간에서 서로 얼마나 부딪히는지 검출기(1030)가 측정한다는 것을 의미한다. 또한, 섬유(1016)의 상이한 횡 모드들의 상호 직교성으로 인해, 상이한 위상 마스크들(1020)을 갖는 검출기(1030)의 상이한 인스턴스들이 TMM 신호(902)의 상이한 횡 모드들에 대응하는 전계들을 유효하게 측정한다. 당업자는, K≥N이면, 코히어런트 검출기들(930(또는 1030))이 DSP(940)가 통신 링크(120)에 대응하는 모드-믹싱 매트릭스를 적절하게 도치하고 원격 송신기(예를 들면, 송신기(300))로부터 수신기(900)로 송신된 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들에 의해 반송된 데이터를 복구할 수 있게 하기 위해 충분한 샘플링 데이터를 생성한다는 것을 이해할 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 탭 모듈(910)로서 이용될 수 있는 탭 모듈(1110)의 블록도를 도시한다. 탭 모듈(1110)은 그것이 TMM 신호(902)를 수신하는 멀티모드 섬유(1102)를 갖는다. 섬유(1102)의 길이에 따라, 탭 모듈(1110)은 K개의 멀티모드 섬유(MMF) 결합기들(11061 내지 1106K) 및 K-1개의 모드 스크램블러들(11082 내지 1108K)을 갖는다. 각 MMF 결합기(1106)는 TMM 신호(902)의 부분을 분기하고 그 부분을 대응하는 단일 모드 섬유(1110)에 결합하는 섬유 탭이다. 섬유들(11101 내지 1110K)에 의해 반송된 신호들(11121 내지 1112K)은 수신기(900)에서 샘플들(9121 내지 912K) 각각으로서 작용한다.
각 신호(1112)는 대응하는 MMF 결합기(1106)의 위치에서 멀티모드 섬유(1102)에 존재하는 횡 모드들의 선형 조합을 나타낸다. 모드 스크램블러들(11082 내지 1108K)이 MMF 결합기들(11061 내지 1106K) 사이의 횡 모드들을 믹싱 업(mix up)하기 때문에, 신호들(11121 내지 1112K) 각각은 멀티모드 섬유(1102)에서의 횡 모드들의 상이한 선형 조합을 나타낸다. 당업자는, K≥N이면, 코히어런트 검출기들(930)이 DSP(940)가 통신 링크(120)에 대응하는 모드-믹싱 매트릭스를 적절하게 도치하고 원격 송신기(예를 들면, 송신기(300))로부터 수신기(900)로 송신된 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들에 의해 반송된 데이터를 복구할 수 있게 하기 위해 충분한 샘플링 데이터를 생성한다는 것을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 탭 모듈(1110)을 갖는 수신기(900)는 코히어런트 검출기(930)로서, PM 신호들의 검출을 위해 설계된 코히어런트 검출기들을 이용할 수 있다. PM 신호들의 검출용의 코히어런트 검출기들은 당업계에 알려져 있고, 예를 들면, 상기 인용한 미국 특허 출원 공개 제 2007/029806호 및 미국 특허 출원 제 12/338,492호에 개시되어 있다. 당업자는, 탭 모듈(1110) 및 PM 신호들의 검출용의 복수의 코히어런트 검출기를 이용하는 수신기(900)가 TMM 및 PM 멀티플렉싱 양자를 이용하여 발생되는 광 신호들을 적절하게 검출할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 당업자는 또한, 모든 3개의 상기 언급한 유형의 멀티플렉싱(즉, TMM, PM 및 WDM)을 이용하여 발생되는 광 신호들을 적절하게 검출할 수 있는 WDM 수신기가 WDM 수신기의 각 WDM 채널에 대해 TMM 및 PM 능력들 양자를 갖는 하나의 수신기(900)를 배치함으로써 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 이용될 수 있는 광 수신기(1200)의 블록도를 도시한다. 수신기(1200)는 멀티모드 섬유(1202)를 통해 (예를 들면, 링크(120)로부터) TMM 신호(1201)를 수신한다. 시준 렌즈(12041)가 섬유(1202)에 의해 발생된 발산 광빔을 시준하고, 결과적인 시준된 빔(1205)을 빔 스플리터들(12061 내지 12064)로 안내한다. 일 실시예에서, 각 빔 스플리터(1206)는 반투명 미러이다.
수신기(1200)는 또한, 시준 렌즈(12042)를 통해 그것의 출력을 통과시켜 시준된 LO 빔(1221)을 형성하는 LO 소스(1220)를 갖는다. 빔(1205)과 유사하게, LO 빔(1221)은 또한 빔 스플리터들(12061 내지 12064)로 안내된다. 빔 스플리터들(12061 및 12062) 사이에 위치된 90도 위상 시프터(1208)가 그것을 통해 송신된 빔에 90도 위상 시프트를 도입한다.
빔 스플리터들(12061 내지 12064)은 빔들(1205 및 1221)을 복수의 서브-빔들로 적절하게 스플릿하고, 그 후, 이들 서브-빔들 중 일부를 재결합하여 4개의 어레이된 검출기들(예를 들면, CCD들)(12301 내지 12304)의 픽셀로 된 수광면들상에 닿는 4개의 믹싱된 광 빔들을 생성한다. 각 어레이된 검출기(1230)는 TMM 신호(1201)의 시그널링 간격(예를 들면, 심볼 주기) 당 적어도 하나의 간섭 패턴에 대응하는 데이터를 캡처하고 출력하는 것을 가능하게 하는 충분히 높은 속도로 동작한다. 각 간섭 패턴은 LO 소스(1220)에 의해 생성된 레퍼런스 필드와 TMM 신호(1201)의 광학장을 서로 부딪치게 함으로써 어레이된 검출기(1230)의 픽셀로 된 수광면에서 생성된다. 어레이된 검출기(1230)는 어레이된 검출기의 다양한 픽셀들에서 패턴의 광 강도를 측정함으로써 간섭 패턴을 캡처하여, 믹싱된 빔의 2차원 단면 강도 프로파일을 생성한다.
어레이된 검출기들(12301 내지 12304)에 의해 검출된 4개의 간섭 패턴들에 대응하는 데이터가 프로세싱을 위해 DSP(1240)에 공급된다. 어레이된 검출기들(12301 내지 12304)이 충분하게 높은 분해능(예를 들면, 충분하게 큰 수의 상대적으로 작은 픽셀들)을 가지면, DSP(1240)는 4개의 간섭 패턴들로부터, TMM 신호(1201)의 모드 조성을 결정하기 위해 충분한 데이터를 수신한다. 여기서, 용어 "모드 조성"은 멀티모드 섬유(1202)의 횡 모드들에 관한 TMM 신호(1201)의 표현을 칭한다. 통상적으로, 이러한 표현은 적절하게 가중된 횡 모드들의 선형 조성이다. 그 후, 모드 조성의 지식은 DSP가 통신 링크(120)에 대응하는 모드 믹싱 매트릭스를 적절하게 도치하고, 원격 송신기(예를 들면, 송신기(300))로부터 수신기(1200)로 송신된 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들에 의해 반송된 데이터를 복구할 수 있게 한다. DSP(1240)는 데이터 스트림(1242)을 통해 복구된 데이터를 출력한다.
당업자는, 어레이된 검출기들(12301 및 12304)이 옵션이고, 검출기(1030)에서 구현된 바와 유사한 밸런싱된 검출 방식을 구형하기 위해 수신기(1200)에서 이용된다는 것을 이해할 것이다. 특히, 어레이된 검출기들(12301 내지 12304)에 의해 검출된 4개의 간섭 패턴들은 DSP(1240)에 의해 프로세싱되어 TMM 신호(1201)의 2개의 단면 맵들을 생성한다. 제 1 단면 맵은 TMM 신호(1201)의 동위상 맵이고, 제 2 단면 맵은 TMM 신호의 직교 위상 맵이다. DSP(1240)가 TMM 신호의 모드 조성을 더 빠르고, 더욱 정확하고/정확하거나 더욱 효율적으로 결정하기 위해 이들 맵들을 이용할 수 있기 때문에, TMM 신호(1201)의 동위상 및 직교 위상 맵들을 갖는 것이 바람직할 수도 있다.
다양한 실시예들에서, 수신기(1200)는 4개 보다 작은 개별 어레이된 검출기들의 이용을 가능하게 하기 위한 추가의 광 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 수신기(1200)는 2개의 상대적으로 큰 어레이된 검출기들을 가질 수도 있고, 여기서, (ⅰ) 제 1 검출기는 제 1 검출기의 일 부분이 어레이된 검출기(12301)로서 작용하고, 제 1 검출기의 다른 부분이 어레이된 검출기(12302)로서 작용하도록 파티셔닝되고, (ⅱ) 제 2 검출기는 제 2 검출기의 일 부분이 어레이된 검출기(12303)로서 작용하고, 제 2 검출기의 다른 부분이 어레이된 검출기(12304)로서 작용하도록 유사하게 파티셔닝된다. 대안의 실시예에서, 수신기(1200)는 각각이 검출기들(12301 내지 12304) 중 대응하는 하나로서 작용하는 4개의 부분들로 파티셔닝되는 하나의 매우 큰 어레이된 검출기를 가질 수도 있다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명이 제한의 의미로 해석되는 것으로 의도되지는 않는다. 본 발명의 속하는 분야의 당업자에게 명백한 본 발명의 설명된 실시예들 뿐만 아니라 다른 실시예들의 다양한 변경물들은 아래의 청구범위에 표현된 바와 같이 본 발명의 원리 및 범위내에 있는 것으로 여겨진다.
명시적으로 다르게 언급하지 않으면, 각 수치값 및 범위는, 단어 "약" 또는 "대략"이 그 값 또는 범위에 선행하는 것과 같이 근사되는 것으로서 해석되어야 한다.
본 발명의 본질을 설명하기 위해 설명되고 예시되는 부품들의 상세, 재료, 및 배열에서의 다양한 변화가 아래의 청구범위에서 설명된 바와 같이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 이루어질 수도 있다는 것이 또한 이해될 것이다.
만약 있다면, 아래의 방법 청구항들에서의 엘리먼트들이 대응하는 라벨링을 갖는 특정한 시퀀스로 기재되지만, 청구항 기재들이 이들 엘리먼트들 중 일부 또는 모두를 구현하는 특정한 시퀀스를 다르게 내포하지 않으면, 이들 엘리먼트들은 그 특정한 시퀀스로 구현되는 것으로 한정되도록 반드시 의도되지는 않는다.
"하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 여기에서의 참조는, 실시예와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있다는 것을 의미한다. 명세서의 다양한 장소들에서의 어구 "하나의 실시예에서"의 외관은, 동일한 실시예를 반드시 모드 칭하지 않고 다른 실시예들을 반드시 상호 제외한 개별 또는 대안의 실시예들을 칭하지 않는다. 동일한 것이 용어 "구현"에도 적용된다.
또한, 이러한 설명의 목적을 위해, 용어들 "결합한다", "결합하는", "결합된", "접속한다", "접속하는" 또는 "접속된"은 에너지가 2개 이상의 엘리먼트들 사이에서 전달되는 것이 허용되는 당업계에 공지되어 있거나 추후에 개발될 임의의 방식을 칭하고, 하나 이상의 추가의 엘리먼트들의 삽입이 요구되지 않지만 고려된다. 반대로, 용어들 "직접적으로 결합된", "직접적으로 접속된" 등은 이러한 추가의 엘리먼트의 부재를 의미한다.
본 발명은 다른 특정한 장치들 및/또는 방법들에서 구현될 수도 있다. 설명된 실시예들은 제한적이 아니라 예시적으로서만 모든 관점에서 고려되어야 한다. 특히, 본 발명의 범위는 여기에서의 설명 및 도면들에 의해서 보다는 첨부한 청구범위에 의해 표시된다. 청구범위의 등가물의 의미와 범위내에 있는 모든 변경들이 그들의 범위내에 포함되어야 한다.
설명 및 도면들은 단지 본 발명의 원리들을 예시한다. 따라서, 여기서 명시적으로 설명되거나 나타내지는 않지만, 본 발명의 원리를 구현하고 그것의 사상 및 범위내에 포함되는 다양한 장치들을 당업자가 발명할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 여기에 기재된 모든 예들은 원칙적으로는, 기술을 촉진하기 위해 본 발명의 원리들 및 발명자(들)에 의해 기여된 개념들을 독자가 이해하는 것을 돕기 위한 교육적 목적인 것으로만 명백하게 의도되고, 이러한 구체적으로 기재된 예들 및 조건들에 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리들, 양태들 및 실시예들 뿐만 아니라 그것의 특정한 예들을 기재하는 여기에서의 모든 문장들은 이들의 등가물을 포함하는 것으로 의도된다.
여기에서의 임의의 블록도들이 본 발명의 원리들을 구현하는 예시적인 회로의 개념적인 도면을 표현하는 것을 당업자는 이해해야 한다. 유사하게는, 임의의 플로우 차트들, 흐름도들, 상태 천이도들, 의사 코드 등이, 컴퓨터 판독가능한 매체에서 실질적으로 표현될 수도 있어서, 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되든지 또는 안되든지, 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수도 있는 다양한 프로세스들을 표현한다는 것이 이해될 것이다.
110: 노드 140: 증폭기
150: 광 회선 분배기 730: 변조기
740: OMC 모듈 910: 탭
920: 로컬 오실레이터 930: 코히어런트 검출기
950: 제어기

Claims (10)

  1. N개의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광 횡-모드 멀티플렉싱된(TMM) 신호를 샘플링하여 시그널링 간격 당 K개의 광 샘플들을 발생시키도록 구성된 탭 모듈로서, N 및 K는 1 보다 큰 양의 정수들이고, K≥N인, 상기 탭 모듈;
    광 로컬 오실레이터(LO) 신호를 생성하도록 구성된 로컬 오실레이터(LO) 소스;
    상기 탭 모듈 및 상기 LO 소스에 각각 광학적으로 결합되고,
    각각의 광 샘플 및 상기 LO 신호를 믹싱하여 하나 이상의 광 간섭 신호들을 생성하고,
    상기 하나 이상의 광 레퍼런스 신호들을, 상기 광 샘플의 동위상 성분 및 직교 위상 성분을 나타내는 하나 이상의 전기 신호들로 변환하도록 구성된 K개의 코히어런트 검출기들; 및
    상기 K개의 코히어런트 검출기들에 동작가능하게 결합되고, 상기 코히어런트 검출기들에 의해 발생된 상기 전기 신호들을 프로세싱하여 상기 TMM 신호의 상기 N개의 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 반송된 데이터를 복구하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하고,
    상기 광 수신기는 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 상기 TMM 신호를 수신하고,
    상기 멀티모드 섬유의 원격 종단에서, 상기 TMM 신호의 각 독립적으로 변조된 성분들은 상기 멀티모드 섬유의 각각의 단일 횡 모드에 대응하는, 광 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 TMM 신호는 상기 광 수신기에 의해 수신되기 이전에 상기 멀티모드 섬유에서 인터-모드 믹싱되고,
    상기 DSP는 상기 인터-모드 믹싱의 효과들을 반전시켜 상기 데이터를 복구하도록 구성되는, 광 수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 DSP에 동작가능하게 결합되고, 원격 송신기에 요청을 전송하여 상기 광 수신기에 광 트레이닝 신호를 전송하도록 구성된 제어기를 추가로 포함하고, 상기 DSP는 상기 광 트레이닝 신호에 기초하여 상기 멀티모드 섬유에 대응하는 모드-믹싱 매트릭스를 유도하도록 구성되는, 광 수신기.
  4. N개의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광 횡 모드 멀티플렉싱된(TMM) 신호를 샘플링하여 시그널링 간격 당 K개의 광 샘플들을 발생시키도록 구성된 탭 모듈로서, N 및 K는 1 보다 큰 양의 정수들이고, K≥N이고, 상기 탭 모듈은 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 상기 TMM 신호를 수신하는, 상기 탭 모듈;
    광 로컬 오실레이터(LO) 신호를 생성하도록 구성된 로컬 오실레이터(LO) 소스;
    상기 탭 모듈 및 상기 LO 소스에 각각 광학적으로 결합되고,
    상기 LO 신호를 위상 필터링하여, 상기 멀티모드 섬유의 각각의 선택된 횡 모드의 위상/필드 강도 패턴(PFS)에 대응하는 위상/필드 강도(PFS) 패턴을 갖는 각각의 위상 필터링된 빔을 발생시키고,
    각각의 광 샘플과 상기 위상 필터링된 빔을 믹싱하여 하나 이상의 광 간섭 신호들을 생성하고,
    상기 하나 이상의 광 간섭 신호들을, 상기 광 샘플의 동위상 성분 및 직교 위상 성분을 나타내는 하나 이상의 전기 신호로 변환하도록 구성된 K개의 코히어런트 검출기들; 및
    상기 K개의 코히어런트 검출기들에 동작가능하게 결합되고, 상기 코히어런트 검출기에 의해 발생된 상기 전기 신호들을 프로세싱하여 상기 TMM 신호의 상기 N개의 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 반송된 데이터를 복구하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하는, 광 수신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 K개의 코히어런트 검출기들 중 적어도 하나는:
    상기 LO 신호를 위상 필터링하여 상기 각각의 위상 필터링된 빔을 발생시키도록 구성된 위상 마스크;
    상기 위상 필터링된 빔과 상기 각각의 광 샘플에 대응하는 광 빔을 믹싱하여 하나 이상의 광 간섭 신호들을 생성하도록 구성된 광 하이브리드; 및
    상기 하나 이상의 광 간섭 신호들을 상기 하나 이상의 전기 신호들로 변환하는 복수의 광 검출기를 포함하는, 광 수신기.
  6. (ⅰ) 복수의 독립적으로 변조된 성분들을 갖고 복수의 횡 모드들을 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 수신되는, 광 횡 모드 멀티플렉싱된(TMM) 신호에 대응하는 광 빔을 제 1 복수의 서브-빔으로 스플릿하고,
    (ⅱ) 로컬 오실레이터(LO) 신호에 대응하는 광 빔을 제 2 복수의 서브-빔으로 스플릿하고,
    (ⅲ) 상기 제 1 및 제 2 복수의 서브-빔들을 믹싱하여 2개 이상의 믹싱된 광 빔들을 생성하도록 구성된 복수의 빔 스플리터들;
    상기 2개 이상의 믹싱된 광 빔들 중 제 1 믹싱된 광 빔에 대응하는 제 1 간섭 패턴을 검출하도록 구성된 제 1 어레이된 검출기;
    상기 2개 이상의 믹싱된 광 빔들 중 제 2 믹싱된 광 빔에 대응하는 제 2 간섭 패턴을 검출하도록 구성된 제 2 어레이된 검출기; 및
    상기 제 1 및 제 2 어레이된 검출기들에 동작가능하게 결합되고, 상기 제 1 및 제 2 간섭 패턴들을 프로세싱하여 상기 TMM 신호의 모드 조성을 결정하고, 상기 모드 조성에 기초하여, 상기 TMM 신호의 상기 독립적으로 변조된 성분들에 의해 반송된 데이터를 복구하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하는, 광 수신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 어레이된 검출기들 각각은, 상기 제 1 및 제 2 간섭 패턴들 중 대응하는 하나를, 상기 TMM 신호의 시그널링 간격 당 적어도 1회 캡처하도록 구성되고,
    상기 광 수신기는, 상기 제 2 복수의 서브-빔으로부터의 제 1 서브-빔으로 하여금 상기 제 2 복수의 서브-빔으로부터의 제 2 서브-빔에 관하여 지정된 위상 시프트를 갖게 하는 위상 시프터를 추가로 포함하고,
    상기 복수의 빔 스플리터들은:
    (ⅰ) 상기 제 1 복수의 서브-빔으로부터의 제 1 서브-빔과 상기 제 2 복수의 서브-빔으로부터의 제 2 서브-빔을 믹싱하여 상기 제 1 믹싱된 광 빔을 생성하고,
    (ⅱ) 상기 제 1 복수의 서브-빔으로부터의 제 2 서브-빔과 상기 제 2 복수의 서브-빔으로부터의 제 2 서브-빔을 믹싱하여 상기 제 2 믹싱된 광 빔을 생성하고,
    상기 지정된 위상 시프트는 대략 90도인, 광 수신기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 3 믹싱된 광 빔에 대응하는 제 3 간섭 패턴을 검출하도록 구성된 제 3 어레이된 검출기; 및
    제 4 믹싱된 광 빔에 대응하는 제 4 간섭 패턴을 검출하도록 구성된 제 4 어레이된 검출기를 추가로 포함하고,
    상기 위상 시프터는, 상기 제 2 복수의 서브-빔으로부터의 제 3 서브-빔으로 하여금 상기 제 2 복수의 서브-빔으로부터의 상기 제 2 서브-빔 및 제 4 서브-빔 각각에 관하여 지정된 위상 시프트를 갖게 하고,
    상기 복수의 빔 스플리터들은:
    (ⅲ) 상기 제 1 복수의 서브-빔으로부터의 제 3 서브-빔과 상기 제 2 복수의 서브-빔으로부터의 상기 제 3 서브-빔을 믹싱하여 상기 제 3 믹싱된 광 빔을 생성하고,
    (ⅳ) 상기 제 1 복수의 서브-빔으로부터의 제 4 서브-빔과 상기 제 2 복수의 서브-빔으로부터의 상기 제 4 서브-빔을 믹싱하여 상기 제 4 믹싱된 광 빔을 생성하고,
    상기 DSP는 상기 제 3 및 제 4 어레이된 검출기들에 동작가능하게 결합되고, 상기 제 3 및 제 4 간섭 패턴들을 프로세싱하여 상기 TMM 신호의 상기 모드 조성을 결정하도록 구성되는, 광 수신기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 어레이된 검출기 및 상기 DSP는 밸런싱된 검출 방식을 구현하고,
    상기 제 1 및 제 3 간섭 패턴들이 프로세싱되어 상기 TMM 신호의 동위상 맵을 생성하고,
    상기 제 3 및 제 4 간섭 패턴들이 프로세싱되어 상기 TMM 신호의 직교 위상 맵을 생성하고,
    상기 동위상 및 직교 위상 맵들이 프로세싱되어 상기 TMM 신호의 모드 조성을 결정하는, 광 수신기.
  10. N개의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광 횡 모드 멀티플렉싱된(TMM) 신호를 샘플링하여, 시그널링 간격 당 K개의 광 샘플들을 발생시키도록 구성된 탭 모듈로서, N 및 K는 1 보다 큰 양의 정수들이고, K≥N인, 상기 탭 모듈;
    광 로컬 오실레이터(LO) 신호를 생성하도록 구성된 로컬 오실레이터(LO) 소스;
    상기 탭 모듈 및 상기 LO 소스에 각각 광학적으로 결합되고,
    각각의 광 샘플과 LO 신호를 믹싱하여 하나 이상의 광 간섭 신호들을 생성하고,
    상기 하나 이상의 광 간섭 신호들을, 상기 광 샘플의 동위상 성분 및 직교 위상 성분을 나타내는 하나 이상의 전기 신호들로 변환하도록 구성된 K개의 코히어런트 검출기; 및
    상기 K개의 코히어런트 검출기들에 동작가능하게 결합되고, 상기 코히어런트 검출기들에 의해 발생된 상기 전기 신호들을 프로세싱하여 상기 TMM 신호의 상기 N개의 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 반송된 데이터를 복구하도록 구성된 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하고,
    상기 광 수신기는 복수의 횡 모드를 지원하는 멀티모드 섬유를 통해 상기 TMM 신호를 수신하고,
    상기 탭 모듈은:
    상기 멀티모드 섬유로부터의 광 전력을 단일 모드 섬유로 각각 탭 오프하여(tapping off) 상기 TMM 신호의 대응하는 광 샘플을 발생시키는 K개의 멀티모드 섬유(MMF) 결합기들; 및
    2개의 인접한 MMF 결합기들 사이에 각각 배치된 K-1개의 모드 스크램블러들을 포함하는, 광 수신기.
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