KR20120040207A - 광 통신 시스템들을 위한 횡-모드 다중화 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중-경로 파이버을 통해 광학적으로 결합된 광학 전송기 및 광학 수신기를 구비하는 광 통신 시스템을 개시한다. 광학 전송기는 각각의 독립적으로 변조된 성분을 다중-경로 파이버의 각각의 횡 모드에 결합함으로써 복수의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광학 횡-모드-다중화(TMM) 신호를 다중-경로 파이버에 론칭한다. TMM 신호는 광학 수신기에 의해 수신되기 전에 다중-경로 파이버에서 모드간 믹싱된다. 광학 수신기는 수신된 TMM 신호를 처리하여 모드간 믹싱의 효과를 리버스하여 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 전달되는 데이터를 복구한다.

Description

광 통신 시스템들을 위한 횡-모드 다중화{TRANSVERSE-MODE MULTIPLEXING FOR OPTICAL COMMUNICATION SYSTEMS}
관련출원들에 대한 상호참조
본원의 요지는 전체를 참조로서 여기에 포함시키는 "Receiver for Optical Transverse-Mode-Multiplexed Signals" 명칭으로 본원과 동일자에 출원된 R.J.Essiambre, R.Ryf, 및 P.Winzer에 의한, attorney docket reference 805512-US-NP의 미국특허출원번호 제 12/492,391 호의 요지에 관계할 것이다.
본 발명은 광학 통신 장비에 관한 것으로, 특히 광 통신 시스템들에서 횡-모드 다중화(TMM)를 할 수 있게 하는 장비에 관한 것이지만 이에 제한되는 것은 아니다.
이 단락은 발명(들)의 더 나은 이해를 용이하게 할 수 있게 하는 특징들을 도입한다. 따라서, 이 단락에 기재된 바들은 이러한 면에서 읽혀져야 하고 종래기술에 있는 것 또는 종래기술이 아닌 것에 관해 인정하는 것으로서 이해되어서는 안 된다.
다입력 다출력(MIMO) 능력들을 갖춘 무선 통신 시스템들은 무선 채널에서 다중-경로 지연 확산을 활용함으로써(완화되게 하려는 대신) 전체 전송 용량을 증가시킨다. 구체적으로, 무선 MIMO는 전송기 및 수신기에서 복수의 안테나들을 사용함으로써 효율 및 신뢰성을 개선한다. 결과적으로 평균 스루풋의 증가는 신호 처리 및 하드웨어 구현에 더 큰 복잡성을 대가로 실현되나, 추가의 스펙트럼 대역폭 또는 더 큰 신호 파워를 대가로 하지 않는다.
광 통신 시스템들에서, 전송 용량을 증가시키는 MIMO 방식은 예를 들면 다중모드 파이버에서 모드 분산이 무선 전송 매질에서 다중-경로 지연과 유사하기 때문에 실현가능하다. 결국, 광학 MIMO는 다중모드 파이버들의 고유의 고 전송 용량을 활용하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 광학 MIMO를 구현하기 위한 하드웨어는 아직 충분히 개발되지 않았다.
본 발명의 목적은 다중-경로 파이버를 통해 광학적으로 결합되는 광학 전송기 및 광학 수신기를 구비한 광 통신 시스템 및 광학 횡-모드 다중화(TMM) 신호를 발생시키는 방법을 제공하는 것이다.
다중-경로 파이버를 통해 광학적으로 결합되는 광학 전송기 및 광학 수신기를 구비한 광 통신 시스템의 여러 실시예들이 개시된다. 광학 전송기는 각각의 독립적으로 변조된 성분을 다중-경로 파이버의 각각의 단일 횡 모드에 선택적으로 결합함으로써 복수의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광학 횡-모드-다중화(TMM) 신호를 다중-경로 파이버에 론칭한다(launch). TMM 신호는 광학 수신기에 의해 수신되기 전에 다중-경로 파이버에서 모드간 믹싱된다. 광학 수신기는 수신된 TMM 신호를 처리하여 모드간 믹싱의 효과들을 리버스(reverse)하고 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 전달된 데이터를 복구한다.
일 실시예에 따라, (A) 복수의 횡 모드들을 지원하는 다중-경로 파이버; 및 (B) 다중-경로 파이버의 제 1 단부에 결합되고, N 개의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광학 횡-모드-다중화(TMM) 신호를 론칭하도록 구성되어, 제 1 단부에서 N 개의 독립적으로 변조된 성분들 각각이 다중-경로 파이버의 각각의 단일 횡 모드에 대응하도록 된 광학 전송기를 구비하는 광 통신 시스템이 제공되고, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 광 통신 시스템은 다중-경로 파이버의 제 2 단부에 결합되고, N 개의 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 전달된 데이터를 복구하기 위해 다중-경로 파이버를 통해 수신된 TMM 신호를 처리하도록 구성된 광학 수신기를 더 구비한다.
또 다른 실시예에 따라, (A) 제 1 복수의 파이버들; 및 (B) 제 1 복수의 파이버들과 다중모드 파이버 간에 배치된 광학 모드-결합(OMC) 모듈을 구비하는 광학 전송기가 제공된다. 다중모드 파이버는 복수의 횡 모드들을 지원한다. OMC 모듈은 수신된 광학 신호들에 기초하는 광학 횡-모드 다중화(TMM) 신호를 다중모드 파이버에 론칭하기 위해 제 1 복수의 파이버들로부터 수신된 광학 신호들을 처리한다. 제 1 복수의 파이버 각각에 대해서, OMC 모듈은 TMM 신호의 결과적인 광학 성분이 다중모드 파이버의 근접 종단에서 다중모드 파이버의 각각의 단일 횡 모드에 대응하도록 파이버로부터 수신된 각각의 광학 신호를 필터링한다.
또 다른 실시예에 따라, 광학 횡-모드 다중화(TMM) 신호를 발생시키는 방법이 제공된다. 방법은 (A) 한 광학 빔을 N 개의 서브-빔들로 분할하는 단계로서, N은 1보다 큰 정수인, 상기 분할 단계; (B) N 개의 서브-빔들 각각을 데이터로 변조하여 N 개의 독립적으로 변조된 광학 신호들을 생성하는 단계; 및 (C) 다중-경로 파이버의 근접 종단에서, 다중-경로 파이버에 N 개의 독립적으로 변조된 광학 신호들을 결합하여 TMM 신호의 N 독립적으로 변조된 성분들을 생성하는 단계를 포함한다. 다중-경로 파이버는 복수의 횡 모드들을 지원한다. N 개의 독립적으로 변조된 광학 신호들 각각은 TMM 신호의 결과적인 독립적으로 변조된 성분이 다중-경로 파이버의 근접 종단에서 다중-경로 파이버의 각각의 단일 횡 모드에 대응하여 다중-경로 파이버에 결합된다.
본 발명은 다중-경로 파이버를 통해 광학적으로 결합되는 광학 전송기 및 광학 수신기를 구비한 광 통신 시스템 및 광학 횡-모드 다중화(TMM) 신호를 발생시키는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 여러 실시예들이 실시될 수 있는 광 통신 시스템의 블록도.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 여러 실시예에 따른 도 1의 시스템에서 사용될 수 있는 파이버들의 단면도들.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 사용될 수 있는 광학 전송기를 도시한 도면들.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3의 전송기에서 사용될 수 있는 광학 모드-결합(OMC) 모듈을 도시한 도면들.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 3의 전송기에서 사용될 수 있는 OMC 모듈의 블록도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 3의 전송기에서 사용될 수 있는 OMC 모듈의 블록도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 사용될 수 있는 광학 전송기의 블록도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 사용될 수 있는 광학 전송기의 블록도.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 사용될 수 있는 광학 수신기의 블록도.
도 10a 및 도 10b은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 9에 도시된 광학 수신기에서 사용될 수 있는 탭 모듈 및 코히런트 검출기를 도시한 도면들.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 9에 도시된 광학 수신기에서 사용될 수 있는 탭 모듈을 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도 1에 도시된 시스템의 노드에서 사용될 수 있는 광학 수신기의 블록도.
특허 또는 출원 파일은 다색으로 작성된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 다색 도면과 함께 이 특허 또는 특허출원 공보의 사본들은 요청 및 필요 요금을 지불시 특허청에 의해 제공될 것이다.
본 발명의 여러 실시예들의 다른 양태들, 특징들, 및 잇점들은 다음 상세한 설명 및 동반된 도면들로부터, 예에 의해서, 더 완전히 명백해질 것이다.
광 통신 시스템
도 1은 본 발명의 여러 실시예들이 실시될 수 있는 광 통신 시스템(100)의 블록도를 도시한다. 시스템(100)은 광 통신 링크들(120)의 네트워크를 통해 상호접속된 복수의 통신 노드들(110)을 갖는다. 시스템(100)은 광학 추가/제거 멀티플렉서 (ADM)(130), 광학 증폭기(140), 및 광학 교차-접속(150)을 더욱 구비하며 이들 모두는 노드들(110) 간에 다양하게 개재된다.
각 노드(110)는 횡-모드 다중화(TMM)를 사용함으로써 달성되는 광학 다입력 다출력(MIMO) 능력들을 갖고 있다. 노드(110)는 일반적으로 시스템(100)의 여러 노드들 간에 양방향 통신을 할 수 있게 광학 전송기 및 광학 수신기(도 1에 어느 것도 분명하게 도시되지 않았다)를 포함한다. TMM 다중화 외에도, 개개의 노드(110)는 파장-분할 다중화(WDM) 및/또는 편광 다중화(PM), 또는 둘 다를 사용할 수도 있을 것이다. 개개의 노드들(110)에서 사용될 수 있는 광학 전송기 및 수신기의 대표적 실시예들을 이 명세서의 대응하는 세부항목들에서 이하 상세히 기술한다.
각각의 광 통신 링크(120)는 (i) 단일-모드 파이버; (ii) 다중모드 파이버; (iii) 다중-코어 파이버; 및 (iv) 한 묶음의 단일-모드 파이버들 중 하나 이상을 사용하여 구현된다. 일 실시예에서, 링크(120)에서 사용되는 다중모드 파이버는 2 내지 약 100 횡 모드들을 지원한다. 대안적 실시예에서, 다중모드 파이버는 100 이상의 횡 모드들을 지원한다. 일 실시예에서, 링크(120)에서 사용되는 다중-코어 파이버의 각각의 코어는 단일 횡 모드를 지원한다. 대안적 실시예에서, 다중-코어 파이버의 일부 또는 모든 코어들은 전체로서 취해진 다중-코어 파이버의 슈퍼-모드들 뿐만 아니라, 다중 횡 모드들을 지원한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "횡 모드"라는 용어는 실질적으로 전파(propagation) 거리와는 무관한 전파 방향에 수직한(즉 횡) 평면에서, 전계 또는 자계 분포(이하 광학-필드 분포라 함)를 갖는 안내된 전자기파를 지칭한다. 구체적으로, 파이버에서 광학 파워의 손실 또는 이득이 제외된다면, 파이버를 따라 2개의 서로 다른 위치들에서 측정된 모드의 광학-필드 분포들은 이들 두 위치들 간에 모드에 의해 축적되는 전체 위상 변화를 반영하는 인자에 의해서만 다를 것이다. 각각의 횡 모드는 파이버의 아이겐모드(eigenmode)이며, 서로 다른 횡 모드들은 상호 직교한다. 일반적으로, 파이버는 고정된 수의 횡 모드들을 지원할 수 있고 이의 광학-필드 분포들 및 전파 상수들은 도파로 구조, 매질 특성들, 및 광학 주파수(파장)에 의해 명확히 결정된다. 횡 모드들의 개념은 다중-코어 파이버를 포함한, 다양한 유형들의 파이버에 적용할 수 있는 것에 유의한다. 예를 들면, 다중-코어 파이버에서 개개의 코어의 횡 모드는 또한 전체로서 취해진 이 다중-코어 파이버의 횡 모드이다.
일 실시예에서, 광학 추가/제거 멀티플렉서(130)는 재구성가능한 추가/제거 멀티플렉서이다. 링크(120)가 전형적으로 비교적 높은 정도의 모드간 믹싱을 특징으로 하기 때문에, 노드(110)는 일반적으로 TMM 신호를 적합하게 처리하고 이 신호에 실린 데이터를 복구하기 위해 동일 광학 주파수(파장)를 갖는 모든 횡 모드들을 수신할 필요가 있다. 결국, 멀티플렉서(130)는 (i) 동일 광학 주파수를 갖는 모든 횡 모드들을 인입 링크(120)로부터 제거하고 및/또는 (ii) 동일 광학 주파수를 갖는 모든 수집된 횡 모드들을 인출 링크(120)에 더하도록 설계된다. 즉, 멀티플렉서(130)는 통상의 WDM 추가/제거 기능을 구현하나, 전체적으로, 각각의 특별한 파장의 TMM 다중화에 작용한다.
의도된 기능들을 지원하기 위해서, 멀티플렉서(130)는 모든 횡 모드들에 대해 실질적으로 동일한 전송 특징들을 갖는 협대역, 인터리버형 광학 필터들을 채용한다. 또한, 멀티플렉서(130)는 비교적 저 레벨의 WDM 크로스토크(즉, WDM 멀티플렉스의 서로 다른 광학 주파수들 간에 크로스토크)를 갖는다. 후자의 특징은 예를 들면, (i) 모드-결합 모듈(예를 들면, 도 8 참조)에 앞서 단일-모드 영역에서 필요 광학 필터링을 수행하고, (ii) 정현 파형 정형(sinc-type waveform shaping)을 사용하고; 및/또는 (iii) 직교 주파수-분할 다중화(OFDM)를 사용함으로써 달성될 수 있다.
시스템(100)이 링크들(120)에서 다중-코어 파이버들을 채용한다면, 멀티플렉서(130)는 선택된 한 세트의 코어들(다중-코어 파이버의 모든 코어들 또는 이들의 임의의 일부일 수 있다)을 단일 엔티티로서 취급하고, 그럼으로써 동시에 전체 세트에 파장 채널을 추가하고 및/또는 전체 세트로부터 파장 채널을 제거하도록 설계될 수 있다. 링크(120)가 서로 다른 코어들 간에 비교적 저 레벨의 크로스토크를 갖는다면, 멀티플렉서(130)는 코어간 크로스토크를 잡음/손상으로서 취급하는 반면 통신 신호들을 각각의 개개의 코어들에 추가하고 및/또는 이들로부터 통신 신호들을 제거하도록 설계될 수 있다.
여러 실시예들에서, 광학 증폭기(140)는 럼프 증폭기(lumped amplifier) 또는 분산 증폭기일 수 있다. 일반적으로, 시스템(100)은 2개의 통신하는 노드들(110) 간에 전체 링크를 통해 모드-믹싱 매트릭스의 단일 특성을 유지하도록 설계될 수 있다. 결국, 광학 증폭기(140)는 링크(120)의 모든 횡 모드들에 대해 실질적으로 동일한 이득을 나타내도록 설계된다.
일 실시예에서, 광학 증폭기(140)는 (i) 복수의 능동 부분들 및 (ii) 능동 부분들 사이에 개재된 복수의 모드 스크램블러들을 갖는 비교적 긴(예를 들면, 약 100 m보다 긴) 파이버 증폭기이다. 각각의 능동 부분은 적당한 이득(예를 들면, 약 1 dB 내지 약 5 dB)을 제공한다. 모드 스크램블러(a.k.a. 모드 믹서)은 서로 다른 횡 모드들 간에 비교적 큰 모드 결합을 야기하는 광학 디바이스이다. 이상적으로, 모드 스크램블러는 출력에 통계적으로 균일한 모드 믹스를 발생시키며, 이 모드 믹스는 입력에서 모드 스크램블러에 의해 수신되는 모드 분포와는 실질적으로 무관하다. 당업자는 각각의 능동 부분에서 적절한 이득과 비교적 빈번한 모드 스크램블링과의 조합은 증폭기(140)에 적용되는 모든 횡 모드들이 실질적으로 동일한 양만큼 증폭되게 함을 알 것이다.
일 실시예에서, 광학 교차-접속(150)은 서로 다른 노드들(110) 간에 광학 신호들의 요망되는 라우팅을 할 수 있게 재구성가능하다. 이미 위에서 언급된 바와 같이, TMM 다중화의 개개의, 독립적으로 변조된 성분을 적합하게 디코딩하기 위해서, 노드(110)는 일반적으로 전체 TMM 다중화를 수신할 필요가 있다. 따라서, 교차-접속(150)은 이의 WDM-라우팅 기능을 수행하는 동안 전체로서 각각의 파장에 대응하는 TMM 다중화에 작용하도록 설계된다. 당업자는 교차-접속(150)이 일반적으로 멀티플렉서(130)와 많은 동일한 성분들로 구현될 수 있음을 알 것이다.
예시적으로, 4개의 노드들(110), 하나의 광학 추가/제거 멀티플렉서(130), 하나의 광학 증폭기(140), 및 하나의 광학 교차-접속(150)을 갖는 것으로서 도 1에 시스템(100)이 도시되었다. 당업자는 그외 다른 실시예들에서, 시스템(100)은 다른 수의 노드들(110), 광학 추가/제거 멀티플렉서들(130), 광학 증폭기들(140), 및/또는 광학 교차-접속들(150)을 구비할 수도 있을 것임을 이해할 것이다. 당업자는 이들 요소들이 일반적으로 도 1에 도시된 것과는 다른 방식으로 배열되고 상호연결될 수 있음을 또한 이해할 것이다.
파이버
도 2a 내지 도 2h는 발명의 여러 실시예들에 따른 시스템(100)에서 사용될 수 있는 파이버들의 단면도들(축척에 맞지 않음)이다. 구체적으로, 도 2a 내지 도 2h 에 도시된 다양한 파이버들은 노드들(110), 광 통신 링크들(120), 광학 추가/제거 멀티플렉서들(130), 광학 증폭기들(140), 및/또는 광학 교차-접속들(150)에서 사용될 수 있다.
도 2a는 단일-모드 파이버(210)의 단면도이다. 파이버(210)는 클래딩(212) 및 코어(216)를 갖는다. 코어(216)는 비교적 작은 직경을 가지며, 이것은 파이버(210)로 하여금 시스템(100)에 채용된 일범위의 파장들로부터 각각의 파장에 대한 단일 횡 모드를 지원하게 한다.
도 2b는 다중모드 파이버(220)의 단면도이다. 파이버(220)는 클래딩(222) 및 코어(226)를 갖는다. 파이버(220)는 코어(226)가 코어(216)보다 큰 직경을 갖는 점에서 파이버(210)와는 다르다. 여러 실시예들에서, 코어(226)의 직경은 2 내지 약 100 사이의 범위에서 선택된 요망되는 수의 횡 모드들을 파이버(220)가 지원할 수 있도록 선택된다.
도 2c는 다중모드 파이버(230)의 단면도이다. 파이버(230)는 클래딩(232) 및 코어(236)를 갖는다. 코어(236)는 코어(226)보다 훨씬 더 큰 직경을 가지며, 이것은 파이버(230)가 약 100 이상의 횡 모드들을 지원할 수 있게 한다.
도 2d는 다중-코어 파이버(240)의 단면도를 도시한다. 파이버(240)는 제 1 (외측) 클래딩(242) 및 제 2 (내측) 클래딩(244)을 갖는다. 파이버(240)는 내측 클래딩(244) 내에 둘러싸여진 복수의 코어들(246)을 더 갖는다. 각 코어(246)의 직경은 단일 횡 모드 또는 복수 횡 모드들을 코어가 지원하게 하도록 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 파이버(240)는 광학 증폭기(140)에서 사용하도록 설계된다. 구체적으로, 내측 클래딩(244) 및/또는 코어들(246)은 광학적으로 능동 매질을 제공하도록 도핑된다(예를 들면, 에르븀 이온들로). 증폭기(140)의 광학 펌프들(도 1에 분명하게 도시되지 않음)은 광학 펌프 파들을 내측 클래딩(244)에 주입하는데, 이것은 외측 클래딩(242)과는 다른 굴절률에 기인하여 파이버(240)의 길이방향 축을 따라 이들 광학 펌프 파들을 가이드(guide)할 수 있다. 가이드된 광학 펌프 파들은 내측 클래딩(244)로부터 개개의 코어들(246)에 결합하며, 그럼으로써, 코어들에 의해 안내된 광학 신호들의 증폭을 위한 에너지원을 제공한다. 내측 클래딩(244)은 이 클래딩이 광학 펌프 파들에 대한 다중모드 코어로서 기능하게 하는 직경을 가지며, 이것은 펌프 에너지가 코어들(246) 간에 실질적으로 균일하게 분배될 수 있게 한다.
도 2e는 다중-코어 파이버(250)의 단면도를 도시한다. 파이버(250)는 클래딩(252) 및 복수의 코어들(256)을 갖는다. 코어들(256)은 코어들 간에 비교적 큰 격리가 있도록 클래딩(252) 내에 분포된다. 비교적 큰 격리에 기인하여, 파이버(250)에서 코어간 크로스토크 량은 비교적 작으며, 이것은 개개의 코어들(256)이 광학 통신 신호들에 대한 별도의 독립적인 전달로로서 기능할 수 있게 한다. 여러 실시예들에서, 각각의 개개의 코어(256)는 단일 횡 모드 또는 복수 횡 모드들을 지원하도록 설계될 수 있다.
도 2f는 다중-코어 파이버(260)의 단면도이다. 파이버(260)는 클래딩(262) 및 복수의 코어들(266)을 갖는다. 코어들(266)은 코어들 간에 격리가 (i) 코어들 간에 적절한 선형 결합량을 나타나게 할만큼 충분히 작고 (ii) 그러면서도 코어들 간에 비교적 작은 비선형량이 나타내게 할만큼 충분히 크도록 클래딩(262) 내에 분포된다. 코어들(266)의 각각이 각각의 단일 횡 모드를 지원한다면, 파이버(260)의 이들 특성들은 전체적으로 파이버에 대한 비교적 적은 수의 명료하고 공간적으로 분리된 횡 모드들을 생성하게 하기 위해 사용될 수 있다.
도 2g는 다중-코어 파이버(270)의 단면도이다. 파이버(270)는 클래딩(272), 제 1 복수의 코어들(276), 및 제 2 복수의 코어들(278)을 갖는다. 코어들(276)은 코어들(278)보다 작은 직경을 갖는다. 파이버(270) 내에 여러 코어들 간에 격리는 파이버(260)(도 2f)에서 사용되는 격리와 비슷하다.
파이버(270)에서 2개의 서로 다른 코어 유형들을 취하는 한 이유는 전파 상수들이 서로 다른 것이 특징인 2가지 유형들의 횡 모드들을 생성하기 위한 것이다. 전파 상수들에서 미스매치로 그룹-속도에 차이가 생기고, 이것은 일반적으로 파이버 비선형성이 미치는 악영향들을 감소시키는데 이익이 된다. 예를 들면, 크로스-위상 변조가 미치는 악영향은 이들 채널들이 비교적 큰 그룹-속도 매스매치를 가질 때 서로 다른 WDM 채널들로부터 신호들에 대해 현저히 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 코어들(276, 278)은 같은 유형의 코어들 간에 최대 공간적 격리를 달성하기 위해 클래딩(272) 전체에 걸쳐 분포된다.
도 2h는 다중-코어 파이버(280)의 단면도이다. 파이버(280)는 클래딩(282), 제 1 복수의 코어들(286), 및 제 2 복수의 코어들(288)을 갖는다. 코어들(286, 288)이 같은 직경을 가질지라도, 이들은 굴절률들이 서로 다른 물질들로 만들어진다. 굴절률 차이는 코어들(286, 288)이 서로 다른 전파 상수들을 갖게 하며, 이것은 파이버(270)(도 2g)에서 유효 메커니즘과 정량적으로 유사한 메커니즘을 통해 파이버 비선형성이 미치는 악영향을 파이버(280)가 감소시킬 수 있게 한다.
당업자는 도 2a 내지 도 2h에 도시된 파이버들 외에도, 다른 유형들의 파이버도 가능함을 이해할 것이다. 예를 들면, 2 이상의 서로 다른 물질들로 만들어진 2 이상의 서로 다른 크기들의 코어들을 갖는 다중-코어 파이버는 도 2g 및 도 2h에 도시된 특징들을 구현하도록 제공될 수 있다.
시스템(100)의 일 실시예에서, 링크(120)는 예를 들면, 도 2에 도시된 파이버들 중 하나를 사용하여 구현되며, 따라서, 모든 관계된 횡 모드들은 근사적으로 동일한 전파 속도 및 매우 유사한 색분산(CD) 특징들을 갖는다. 구체적으로, 서로 다른 횡 모드들의 분산 특성들은 b-ν도를 사용하여 분석될 수 있으며, b는 정규화된 전파 상수이고 ν는 정규화된 광학 주파수이다. 대표적인 b-ν도 및 파라미터들 b 및 ν의 설명은 예를 들면, 전체를 참조로서 여기에 포함시키는 D. Gloge의 "Weakly Guiding Fibers" published in Applied Optics, 1971, vol. 10, No. 10, pp. 2252-2258 명칭의 기사에서 찾아볼 수 있다. 요약하여, 주어진 동작 주파수 ν0에 대해서, 모드 분산 곡선의 기울기는 모드의 그룹 속도에 대응하며, 분산 곡선의 곡률은 모드의 색분산에 대응한다.
적합하게 링크(120)에 대응하는 모드-믹싱 행렬을 반전시키기 위해서, 노드(110)에 채용된 수신기는 예를 들면 (i) 링크(120)에 색분산의 영향들에 의해 야기되는 최대 확산과, (ii) 서로 다른 모드들에 의한 링크에 축적된 최대 차분 모드 지연(DMD)과의 합과 동일한 일시적 깊이를 다루기에 충분한, 비교적 큰 용량을 갖는 필터들/버퍼들을 필요로 할 수도 있을 것이다. 이상적으로, 단일-모드 파이버에서 얼마간의 CD 량을 원하는 것과 동일한 비선형성 이유들로 횡 모드들 각각마다 얼마간의 CD 량을 원할 것이다. 이때, 모든 관계된 횡 모드들이 근사적으로 동일한 전파 속도 및 유사한 CD 특성들을 갖도록 링크(120)를 구성하는 것은 과도한 디지털 처리 깊이를 피할 수 있게 한다. 반례로서, 10-Gbaud 시스템(예를 들면, 모드당 1OOG)을 가정한다. 20 ps/(km nm)의 모드 내 CD 및 약 2,000 km의 길이를 갖는 링크에 있어서, 수신기는 근사적으로 60개의 적응형 T-이격 필터 탭들을 필요로 할 수도 있을 것이다. 차분 지연이 약 10 %이면, 현저하게 작은 처리 깊이가 바람직한 반면, DMD는 근사적으로 1 ms만큼 클 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "다중-경로 파이버"라는 용어는 다중모드 파이버들(예를 들면, 파이버들(220, 230), 도 2b 및 도 2c) 및 다중-코어 파이버들(예를 들면, 파이버들(240 ~ 280), 도 2d 내지 도 2h) 둘 다를 포함한다.
광학 전송기
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 사용될 수 있는 광학 전송기(300)를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 3a는 전송기(300)의 블록도를 도시한다. 도 3b는 전송기(300)에서 사용되는 광학 모드-결합 (OMC) 모듈(340)의 동작을 그래프로 도시한 것이다.
도 3a는 출력 파이버(350)를 통해 통신 링크(120)에 결합되는 것으로서 전송기(300)를 도시한다. 파이버(350)는 일반적으로 통신 링크(120)의 바로 이웃한 부분에서 사용되는 파이버와 동일한 유형이다. 이미 위에서 설명된 바와 같이, 통신 링크(120)는 도 2에 도시된 것들과 같은, 임의의 적합한 유형들의 파이버를 사용하여 구현될 수 있다. 다음 설명은 예시하는 것이며 출력 파이버(350)가 파이버(220)(도 2b 참조)와 유사한 실시예에 대응한다. 이 설명에 기초하여, 당업자는 광학 통신 신호들을 다른 유형들의 파이버에 결합하는데 적합한 전송기(300)의 다른 실시예들을 설계하는 방법을 이해할 것이다.
전송기(300)는 지정된 파장의 출력 광빔을 발생시키도록 구성된 레이저(310)를 갖는다. 빔 스플리터(320)는 레이저(310)에 의해 발생된 빔을 N 웨이들로 분할하고 결과적인 N 개의 빔들을 N 개의 단일-모드 파이버들(322)에 결합하며, N은 1 이상의 정수이다. 각 파이버(322)는 이의 각 빔을 대응하는 광학 변조기(330)에 지향시키며, 이 빔은 제어 신호(328)를 통해 변조기에 공급되는 데이터로 변조된다. 서로 다른 변조기들(330) 또는 적합한 변조기 배열들은 제어 신호(328)로부터 도출되는 서로 다른 독립적인 또는 상관된 데이터 스트림들을 사용하여 이들의 각각의 광학 빔들을 변조할 수 있는 것에 유의한다. 대표적인 구성에서, 각각의 변조기(330)는 전송기(300)에서 원격 수신기로 전송하고자 할 대응하는 독립적인 데이터 스트림에 기초하여 이의 광학 빔을 변조한다. 변조기들(330)에 의해 생성되는 변조된 광학 신호들은 종국에 OMC 모듈(340)에 의해 파이버(350)에 인가되는 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들로서 작용한다.
대안적 실시예에서, 레이저(310)는 변조기들(330)에 직접 결합되거나 파이버들을 통하지 않고 자유 공간을 통해 변조기들에 결합될 수 있다.
OMC 모듈(340)의 한 기능은 N 개의 단일-모드 파이버들(332)을 통해 수신된 N 개의 변조된 광학 신호들을 파이버(350)에 적합하게 결합하는 것이다. 구체적으로, OMC 모듈(340)에 의해 수신된 각각의 변조된 광학 신호는 실질적으로 파이버(350)의 단일 선택된 횡 모드에 결합되고 서로 다른 변조된 광학 신호들은 서로 다른 횡 모드들에 결합된다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "신호를 실질적으로 단일 횡 모드에 결합"한다는 말은 상호 배타적인 것은 아니지만 2가지 가능한 의미들을 가질 수 있다. 첫 번째 의미에 따라, 이 말은 신호의 총 에너지의 적어도 약 50 %(및 아마도 약 80% 또는 90% 이상)가 한 선택된 횡 모드에 결합함을 의미한다. 두 번째 의미에 따라, 이 말은 다중모드 파이버에 결합되는 신호의 총 에너지의 부분에 대해서, 이 부분의 적어도 약 50%(및 아마도 약 80% 또는 90% 이상)이 한 선택된 횡 모드로 가고 이 부분의 나머지는 다른 횡 모드들로 간다는 것을 의미한다. 개개의 광학 신호가 이 파이버의 근접 종단에서 실질적으로 단일 횡 모드의 다중모드 파이버(예를 들면, 파이버(350))에 결합되고(예를 들면, OMC 모듈(340)에 의해서) 그럼으로써 다중모드 파이버에 론칭되는 TMM 신호의 광학 성분으로 변환될 때, TMM 신호의 광학 성분은 "다중모드 파이버의 근접 종단에서 다중모드 파이버의 단일 횡 모드에 대응한다"라고 한다.
전송기(300)의 일 실시예에서, 수 N은 파이버(350)에 의해 지원되는 횡 모드들의 총 수와 동일하게 되도록 선택된다. 즉, 전송기(300)의 이 실시예는 각각의 독립적으로 변조된 광학 신호로 다중모드 파이버(350)의 횡 모드들의 각각 및 모두를 수집할 수 있는 OMC 모듈(340)을 채용한다.
도 3b은 OMC 모듈(340)에 의해 수행되는 광학 빔 정형을 그래프로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 3b의 서로 다른 패널들은 서로 다른 패널들이 OMC 모듈의 서로 다른 광학 채널들에 대응하는 상태에서, 파이버(350)의 종단(348)에서 OMC 모듈(340)에 의해 생성될 수 있는 여러 위상/필드-강도(PFS) 패턴들을 나타낸다. 각각의 PFS 패턴은 (i) 색포화 정도가 광학-필드 강도를 나타내며, (ii) 색 자체가 광학 필드의 위상을 나타내는 것인 색 스킴(color scheme)을 사용하여 도 3b에 나타내었다. 예를 들면, 밝은 적색은 짙은 적색보다 낮은 광학 필드 강도에 대응한다. 색이 청색에서 적색으로 무지개같은 변화는 위상이 -π에서 +π로 연속적 변화를 나타낸다.
OMC 모듈(340)의 각각의 광학 채널에 대해서, 파이버(350)의 종단(348)에서 이 채널에 의해 생성되는 PFS 패턴은 실질적으로 이 채널에 할당되는 횡 모드의 PFS 패턴에 일치한다. 당업자는 위에 언급된 모드-결합 손실이 이들 PFS 패턴들 사이에 오일치에 의해 야기될 수도 있을 것임을 이해할 것이다. 모드-결합 손실에 대응하는 광 에너지는 파이버(350)의 다른 횡 모드들에 기생적으로 결합되며 및/또는 파이버에 의해 함께 거절될 수도 있을 것이다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 일치"라는 용어는 광학 채널에 의해 발생된 PFS 패턴과 대응하는 횡 모드의 PFS 패턴 간에 차이가 비교적 작고, 서로 배타적이진 않지만 2가지 가능한 기준들 중 적어도 하나를 만족함을 의미한다. 제 1 기준에 따라, 차이는 너무 작아 광학 채널에 의해 발생되는 PFS 패턴의 총 에너지의 적어도 약 50%(및 아마다 약 80% 또는 90% 이상)는 대응하는 횡 모드에 결합한다. 제 2 기준에 따라, 차이는 너무 작아, 다중모드 파이버에 결합되는 광학 채널에 의해 발생되는 PFS 패턴의 총 에너지의 부분에 대해서, 이 부분의 적어도 약 50%(및 아마도 약 80% 또는 90% 이상)는 대응하는 횡 모드로 가고, 이 부분의 나머지는 다른 횡 모드들로 가게 된다.
도 3b의 서로 다른 PFS 패턴들에 대응하는 서로 다른 횡 모드들은 다음 표기를 사용하여 표기된다. "LP" 글자들은 "선형편광된 것"을 나타낸다. 표기에서 "LP" 다음에 오는 숫자들은 지정된 순서로 2개의 편광된 파라미터들의 값을 나타낸다. 각각의 횡 모드에 대해서, 제 1 양자화된 파라미터는 파이버 축에 관하여 한 어지무스 회전(azimuthal rotation) 당 2π-크기의 위상 증분들의 수를 나타내며, 제 2 양자화된 파라미터는 파이버 반경에 대해 π-크기의 위상 증분들의 수를 나타낸다. 예를 들면, LP01로서 표시된 횡 모드는 (i) 어지무스 위상 증분들이 없고, (ii) 하나의 반경 위상 증분을 갖는다. 마찬가지로, LP32로서 지정된 횡 모드는 (i) 3개의 어지무스 위상 증분들 및 (ii) 2개의 반경 위상 증분들을 갖는다.
OMC 모듈(340)이 8개의 광학 채널들을 갖는다면, 다음 대표적인 모드 할당이 사용될 수 있다: (Ch.1)-LPOl; (Ch.2)-LPl11; (Ch.3)-LP21; (Ch.4)-LP02; (Ch.5)-LP31; (Ch.6)-LP12; (Ch.7)-LP41; 및 (Ch.8)-LP22. 당업자는 파이버(350)의 할당된 횡 모드의 PFS 패턴에 실질적으로 일치하는 PFS 패턴을 생성하기 위해서 OMC 모듈(340)의 각각의 어느 광학 채널이 구성되는가에 따라, 다른 모드 할당들이 발명의 범위 및 원리 내에서 유사하게 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
당업자는 도 3b가 하나의 가능한 횡-모드 기본 세트에 대응하며, 다른 기본 세트들은, -각각은 복수의 상호 직교하는 횡 모드들을 포함한다- 유사하게 OMC 모듈(340)을 구현하기 위해 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 OMC 모듈(340)(도 3)로서 사용될 수 있는 OMC 모듈(400)을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 4a는 OMC 모듈(400)의 블록도를 도시한다. 도 4b는 OMC 모듈(400)에서 사용될 수 있는 위상 마스크들(420)을 도시한 것이다.
OMC 모듈(400)은 2개의 광학 채널들을 가지며, 이러하기 때문에, 2개의 입력 파이버들(332)(도 3a 참조)에 결합된 것으로서 도시되었다. 당업자는 OMC 모듈(400)이 3개 이상의 광학 채널들을 갖게 수월하게 수정될 수 있음을 이해할 것이다. 구체적으로, 새로운 광학 채널은 OMC 모듈(400)에서 채널 2를 형성하기 위해 사용되는 것과 유사하게 한 세트의 광학 요소들을 추가함으로써 생성될 수 있다.
OMC 모듈(400)은 2개의 렌즈들(410)을 가지며, 그 각각은 파이버들(332)의 각 파이버에 의해 OMC 모듈에 인가되는 각각의 발산 광빔을 시준한다. 결과적인 시준된 빔들 각각은 위상 마스크들(420)의 각각의 위상 마스크를 통과하여 대응하는 위상-필터링된 빔(422)을 생성한다. 그러면, 복수의 미러들(430)은 2개의 위상-필터링된 빔들(422)을 공간적으로 겹치며, 결과적인 "겹친" 빔(432)을 파이버(350)에 보낸다. 미러(43O4)는 부분적으로 투명한 미러이고 미러들(4301 ~ 4303)은 규칙적인 비-투명한 미러들임에 유의한다. 2개의 렌즈들(442, 446) 및 개구(444)는 빔(432)을 압축하고(즉, 크기를 감소시킨다) 공간적으로 필터링하여, 파이버(350)의 종단(348)에 가해져 도 3b에 도시된 PFS 패턴들의 의도된 중첩을 생성하는 출력 빔(452)을 생성하기 위해 사용된다.
OMC 모듈(400)의 2개의 광학 채널들에 할당되는 횡 모드들에 따라, 위상 마스크들(42O1, 42O2)은 예를 들면, 도 4b에 도시된 위상 마스크들 집단에서 적합하게 선택된다. 예를 들면, OMC 모듈(400)의 한 특정한 광학 채널에 파이버(350)의 LP11 모드가 할당된다면, 도 4b에서 LP11로 표기된 위상 마스크는 이 광학 채널에서 위상 마스크(420)로서 사용된다. 유사하게, OMC 모듈(400)의 한 특정 광학 채널에 파이버(350)의 LP21 모드가 할당된다면, 도 4b 에서 LP21로 표기된 위상 마스크는 이 광학 채널에서 위상 마스크(420)로서 사용된다, 등등. 위상 마스크(420)에 의해 부과되는 위상 필터링 및 개구(444)에 의해 부과되는 공간 필터링의 결합된 효과는 광학 채널이 파이버(350)의 종단(348)에서 도 3b에 도시된 PFS 패턴들 중 의도된 패턴을 생성하고, 그럼으로써 광학 채널로부터 광학 신호를 파이버의 대응하는 횡 모드에 효율적으로 결합한다는 것이다.
도 4b에 도시된 일부 위상 마스크들은 바이너리 위상 마스크들(즉, 2개의 가능한 위상 시프트들, 예를 들면, 0 또는 π 중 하나만을 국부적으로 부과할 수 있는 위상 마스크들)임에 유의한다. 특히, LPO1, LP02, 및 LP03 모드들에 대응하는 위상 마스크들은 바이너리 위상 마스크들이다. 도 4b에 도시된 나머지 위상 마스크들은 위상 마스크의 서로 다른 부분들이 연속 위상-시프트 범위로부터 선택된 위상 시프트들을 부과할 수 있기 때문에 "아날로그" 위상 마스크들이다. 색 스킴을 사용하는 아날로그 위상 마스크들이 도 4b에 도시되었는데, (i) 서로 다른 컬러들은 연속한 2π 간격으로 서로 다른 위상 시프트들을 나타내며, (ii) 동일한 컬러의 서로 다른 대역들은 2π의 정수배만큼 서로 다른 위상 시프트들은 나타낼 수도 있을 것이다.
일 실시예에서, OMC 모듈(400)은 2개의 개별적 위상 마스크들(42O1, 42O2) 대신에 단일, 비교적 큰, 연속적인 위상 마스크를 채용할 수도 있을 것이다. 이하 "복수-단면 위상 마스크"라고 하는, 이 비교적 큰, 연속한 위상 마스크는 이의 서로 다른 단면들(부분들)에서, 도 4b로부터 2 이상의 위상 마스크들을 내포할 수도 있을 것이다. 복수-단면 위상 마스크의 이들 단면들은 한 단면이 위상 마스크(42O1)로서 작용하고 또 다른 단면이 위상 마스크(42O2)로서 작용하도록 배열된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, OMC 모듈(340)(도 3)로서 사용될 수 있는 OMC 모듈(500)의 블록도를 도시한다. OMC 모듈(500)는 일반적으로 OMC 모듈(400)(도 4)과 유사하며, 렌즈들(410, 442, 446), 미러들(430), 및 개구(444)와 같은 많은 동일한 요소들을 사용한다. 이들 요소들에 대한 설명은 여기에선 반복하지 않는다. 대신에, 다음의 OMC 모듈(500)의 설명은 OMC 모듈들(400, 500) 간에 차이들에 중점을 둔다.
OMC 모듈들(400, 500) 간에 하나의 차이는 후자가 위상 마스크들(420) 대신에 공간 광 변조기(SLM)(520)를 채용한다는 것이다. 일 실시예에서, SLM(520)은 LCOS(liquid-crystal-on-silicon) SLM이다. SLM(520)로서 사용될 수 있는 대표적인 LCOS SLM은 예를 들면, 교시된 바를 참조로서 전체를 여기에 포함시키는 "Polarization Engineering for LCD Projection," by M.G. Robinson, J. Chen, G.D. Sharp, Wiley, Chichester (England), 2005, Chapter 11, pages 257-275에 기술되어 있다. SLM(520)로서 사용하기 위해 개조될 수 있는 LCOS SLM들이 예를 들면, 전체를 참조로서 여기에 포함시키는 미국특허 7,268,852, 6,940,577, 및 6,797,983에 개시되어 있다. SLM(520)로서 사용될 수 있는 적합한 LCOS SLM는 JVC 사에 의해 제조되고 JVC Projector Model DLA-HD2K의 부품으로서 시판되고 있다.
SLM(520)는 각각 OMC 모듈(500)의 채널 1 및 채널 2에 대해 필수 위상 필터링을 수행하도록 구성되는 2개의 영역들(5241, 5242)을 갖는다. 구체적으로, 영역(5241)은 위상 마스크(42O1)(도 4a 참조)와 유사한 위상 필터링을 하게 하는 공간-변조 패턴을 나타내도록 구성된다. 유사하게, 영역(5242)은 위상 마스크(42O2)(도 4a 참조)와 유사한 위상 필터링을 하게 하는 공간-변조 패턴을 나타내도록 구성된다.
SLM(520)은 재구성가능 디바이스이기 때문에, 이의 여러 영역들, 예를 들면, 영역들(5241, 5242)에서 나타나는 패턴들을 동적으로 변경 또는 조절하기 위해 사용될 수 있다. 이 특징은, 예를 들면, OMC 모듈(500)의 서로 다른 광학 채널들에 대해 횡-모드 할당을 비교적 용이하게 변경할 수 있게 하고 및/또는 다중모드 파이버(350)의 관계된 특징들에서 대응하는 변경들을 야기할 수도 있을 변하는 동작 상태들 하에서 OMC 모듈의 서로 다른 광학 채널들에 대한 최적의 광학 결합을 유지하는데 유용할 수 있다.
OMC 모듈(500)은 렌즈들(410)에 의해 생성된 시준된 빔들을 SLM(520)을 향하여 적합하게 지향시키고 SLM에 의해 생성된 위상-필터링된 빔들을 미러들(430)을 향하여 적합하게 지향하기 위해 2개의 편광 빔 스플리터들(528)을 사용한다. 일 실시예에서, 1/4 파 플레이트(도 5에 명백히 도시되지 않음)는 편광 빔 스플리터가 위상-필터링된 빔을 미러들(430)에 보내면서 시준된 빔을 SLM에 보낼 수 있게 하기 위해 이 플레이트를 통해 전송되는 빔의 편광을 적합하게 회전하기 위해서 편광 빔 스플리터(528)와 SLM(500) 사이에 삽입될 수 있다. 대안적 실시예에서, SLM(500)은 편광 빔 스플리터들(528)이 동일한 빔을 보낼 수 있게 하기 위해서 반사된 광의 편광을 회전하도록 설계될 수 있다.
일 실시예에서, OMC 모듈(500)은 또한 편광 다중화된 TMM 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 특히, SLM(520) 자신이 실질적으로 편광에 무관하다면, 동일한 SLM은 편광 다중화를 위해 사용되는 두 편광들을 처리하기 위해 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 OMC 모듈(340)(도 3)로서 사용될 수 있는 OMC 모듈(600)의 블록도이다. OMC 모듈(600)은 일반적으로 기능적으로 OMC 모듈들(400, 500)(도 4 및 도 5)과 유사하다. 그러나, OMC 모듈(600)은 일반적으로 3차원 위상 마스크로서 볼 수 있는 볼륨 홀로그램(620)을 채용하는 점에서 OMC 모듈들(400, 500)과는 다르다. 볼륨 홀로그램(620)과는 반대로, 위상 마스크(420) 및 SLM(520)은 일반적으로 박막 또는 2차원 위상 마스크들로서 볼 수 있는 것에 유의한다.
OMC 모듈(600)에서, 볼륨 홀로그램(620)은 적어도 2개의 서로 다른 기능들을 수행한다. 이들 기능들 중 제 1 기능은 OMC 모듈(400)에서 위상 마스크들(420)의 기능과 OMC 모듈(500)에서 SLM(520)의 기능과 유사한 위상-필터링 기능이다. 이들 기능들 중 제 2 기능은 미러들(430)의 기능과 유사한 빔-결합 기능이다. 볼륨 홀로그램(620)은 대응하는 광학 빔들이 볼륨 홀로그램의 서로 다른 서브-볼륨들을 횡단하기 때문에 파이버들(332)로부터 수신된 서로 다른 광학 신호들에 필수적인 서로 다른 위상 필터링을 적용할 수 있다. 또한, 이러한 이유로, 볼륨 홀로그램(620)은 다른 양만큼 다른 광학 신호들에 대한 전파 방향을 변경할 수 있다. 볼륨 홀로그램들은 공지된 것이며, 예를 들면, 전체를 참조로서 여기에 포함시키는 예를 들면, 미국특허 7,416,818, 7,323,275, 6,909,528에서 더 상세히 기술되어 있다.
OMC 모듈(600)은 3개의 광학 채널들을 갖는 것으로서 예시적으로 도시되었다. 당업자는 다른 수의 광학 채널들을 취하기 위해 수월하게 OMC 모듈(600)이 수정될 수 있음을 이해할 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 사용될 수 있는 광학 전송기(700)의 블록도를 도시한다. 전송기(300)(도 3)와 유사하게, 전송기(700)는 독립적으로 변조된 광학 신호들을 출력 파이버(즉, 파이버(750))의 각각의 횡 모드들에 선택적으로 결합하는 능력을 갖는다. 그러나, 추가적으로, 전송기(700)는 전송기의 변조 및 편광-다중화(MPM) 모듈(712)에서, 편광 빔 스플리터(714) 및 편광 조합기들(734)을 사용할 수 있게 하는 편광-다중화(PM) 능력들을 갖는다. 전송기(700)는 편광당 3개의 광학 채널들을 갖는 것으로서 예시적으로 도시되었다. 당업자는 전송기(700)가 편광(예를 들면, 2개 또는 3 이상)당 다른 수의 채널들을 갖게 수월하게 수정될 수 있음을 알 것이다.
전송기(700)는 지정된 파장의 출력 광빔을 발생하도록 구성된 레이저(710)를 갖는다. 레이저(710)는 MPM 모듈(712)에 공급되고, 여기에서 편광 빔 스플리터(714)는 레이저에 의해 발생된 빔을 서로 직교하는 편광들을 갖는 빔들(7161, 7162)로 분할한다. MPM 모듈(712)은 2개의 파워 스플리터들(720)을 더 구비하고, 그 각각은 편광 빔 스플리터(714)로부터 수신된 각각의 편광된 빔을 3개로 분할하고 결과적인 3개의 빔들을 3개의 단일-모드 파이버들(722)로 결합한다. 각각의 파이버(722)은 이의 각각의 빔을 대응하는 광학 변조기(730)에 보내며, 이 빔은 제어 신호(728)을 통해 변조기에 공급되는 데이터로 변조된다. 변조기들(730)에 의해 생성되는 변조된 광학 신호들은 단일-모드 파이버들(732)에 결합되며 대응하는 편광 조합기(734)에 보내진다. 각각의 편광 조합기(734)는 2개의 수신된 직교하게 편광된 신호들을 대응하는 PM 신호에 결합하고 이어서 이 PM 신호를 각각의 단일-모드 파이버(736)를 통해, OMC 모듈(740)에 보낸다.
대안적 실시예에서, 전송기(700)는 도 7에 도시된 파이버 결합의 적어도 일부 대신에 또는 이에 더하여 직접적인 광학 결합 또는 자유 공간을 통한 광학적 결합을 사용할 수 있다.
전송기(700)의 OMC 모듈(740)은 일반적으로 전송기(300)(도 3)의 OMC 모듈(340)과 유사하며, 3개의 수신된 PM 신호들을 파이버(750)에 적합하게 결합하도록 작용한다. 구체적으로, OMC 모듈(740)에 의해 수신된 각각의 PM 신호는 파이버(750)의 선택된 횡 모드에 결합되고, 서로 다른 PM 신호들은 서로 다른 횡 모드들에 결합된다. 개개의 PM 신호(2개의 직교하여 편광된 성분들을 갖는)에 대해서, 이의 편광 성분들 각각은 OMC 모듈(740)에서 실질적으로 동일한 위상 필터링된다. 여러 실시예들에서, OMC 모듈(740)은 OMC 모듈들(400, 500, 600)(도 4 내지 도 6)와 유사하게 구현될 수 있다. 그러나, OMC 모듈(740)을 설계할 때, 상기 OMC 모듈 이 실질적으로 편광에 무관할 수 있게 이의 편광-취급 특징들에 특별히 주의해야 한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 사용될 수 있는 광학 전송기(800)의 블록도를 도시한다. 전송기들(300, 700)(도 3 및 도 7 참조) 각각과 유사하게, 전송기(800)는 출력 파이버(즉, 파이버(850))의 여러 횡 모드들로 광학 통신 신호들을 선택적으로 결합하는 능력을 갖고 있다. 전송기(700)와 유사하게, 전송기(800)는 각각이 MPM 모듈(712)(도 7 참조)과 유사한 3개의 MPM 모듈들(812)의 사용에 의해 가능한 편광-다중화 능력들을 갖는다. 그러나, 추가로, 전송기(800)는 WDM 능력들을 갖는다. 따라서, 전송기(800)는 3개의 서로 다른 유형들의 다중화로서, 횡-모드 다중화(TMM), 편광 다중화(PM), 및 파장-분할 다중화(WDM)를 사용한다.
전송기(800)는 3개의 TMM 채널들, 3개의 WDM 채널들, 및 2개의 PM 채널들을 갖고 있고, 18개까지의 독립적으로 변조된 광학 통신 신호들(여기된 횡 모드당 최대 6개)을 갖는 TMM 신호를 전송기가 발생할 수 있게 한다. 당업자는 전송기(800)가 다른 수의 독립적으로 변조된 성분들을 발생시키고 이들을 임의의 요망되는 방식으로 파이버(850)의 선택된 횡 모드들을 결합할 수 있게 비교적 수월하게 수정될 수 있음을 이해할 것이다.
전송기(800)의 각각의 WDM 채널은 지정된 파장을 발생시키고 이를 각각의 MPM 모듈(812)에 인가하는 각각의 레이저(810)를 갖는다. MPM 모듈(812)의 3개의 출력들은 서로 다른 WDM 채널들에 대응하는 광학 신호들 간에 크로스토크를 감소시키기 위한 비교적 엄밀한 대역통과 필터링을 수행하는 광학 필터(OF)(818)에 인가된다. 필터링된 신호들은 멀티플렉서들(826)에서 WDM 다중화 되고, 결과적인 WDM 신호들은 단일-모드 또는 통합된 파이버들(836)을 통해, OMC 모듈(840)에 보내진다.
전송기(800)의 OMC 모듈(840)은 일반적으로 전송기(300)(도 3)의 OMC 모듈(340)와 유사하며 3개의 수신된 WDM 신호들을 파이버(850)에 적합하게 결합하도록 기능한다. 구체적으로, OMC 모듈(840)에 의해 수신된 각각의 WDM 신호는 파이버(850)의 선택된 횡 모드로 결합되고, 서로 다른 WDM 신호들은 서로 다른 횡 모드들에 결합된다. 다중모드 파이버의 횡 모드에 대응하는 PFS 패턴이 파장에 의존할지라도, WDM 시스템들에서 사용되는 전형적인 스펙트럼 대역들은 비교적 좁으며, 이것은 실제로 모든 WDM 채널들에 대해 동일한 위상 마스크를 사용할 수 있게 한다. 예를 들면, 약 1550 nm을 중심으로 하며 약 100 nm의 전체 폭을 갖는 스펙트럼 대역은 전체 스펙트럼 대역에 걸쳐 캐리어 주파수에서 단지 약 6% 편차를 갖는다. 이 비교적 작은 편차에 기인하여, 스펙트럼 대역의 중간 근처에 위치된 파장에 대해 설계된 위상 마스크는 대역 내 모든 파장에 대해서도 충분히 작 작동할 것이다. 결국, 여러 실시예들에서, OMC 모듈(840)은 OMC 모듈들(400, 500, 600)(도 4 내지 도 6 참조)과 유사하게 구현될 수 있다.
광학 수신기
다중-경로 파이버의 횡 모드들은 파이버의 길이를 따라 전파할 때 모드간 믹싱된다는 것이 이 기술에서 알려져 있다. 일반적으로, 모드간 믹싱 효과는 다중모드 파이버에서 더 강하다. 그러나, 비교적 밀접하게 이격된 코어들을 갖는 다중-코어 파이버는 또한 비교적 강한 모드간 믹싱(예를 들면, 코어간 크로스토크)을 나타낼 수도 있을 것이다. 결국, 통신 신호가 다중-경로 파이버의 전방 단부에서 특정 단일 횡 모드에 결합될지라도, 다른 횡 모드들은 파이버의 먼 단부에서 이 통신 신호로부터 기여들을 가질 것이다. 따라서, 상당량의 신호 처리는 TMM 신호의 서로 다른 독립적으로 변조된 성분들에 의해 전달되는 데이터를 완전히 복구하기 위해 수신기에서 수행될 필요가 있다. 일반적으로, TMM 신호의 N 개의 독립적으로 변조된 성분들을 디코딩하기 위해서, 수신기는 신호의 적어도 N 개의 독립적인 샘플들을 얻을 필요가 있다. 이들 샘플들에 인가되는 신호 처리는 일반적으로 다중-경로 파이버에서 모드간 믹싱의 효과들을 반대가 되게 하는 것을 목적으로 하는 행렬-대각화 알고리즘들에 기초한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 사용될 수 있는 광학 수신기(900)의 블록도이다. 수신기(900)는 예를 들면, 링크(120)로부터 입력 TMM 신호(902)를 수신하게 구성될 수 있다. TMM 신호(902)는 이 TMM 신호의 K 샘플들(912)을 생성하는 탭 모듈(910)에 적용하며, K는 1보다 큰 양의 정수이다. 각각의 샘플(912)은 LO 소스(920)에 의해 공급된 국부 발진기(LO) 신호(922)를 사용하여 대응하는 코히런트 검출기(930)에 의해 코히런트 검출된다. 샘플(912)로부터 코히런트 검출기(930)에 의해 발생된 검출 결과들, 예를 들면, 샘플의 동상 성분 I 및 직교상 성분 Q은 디지털 신호 프로세서(DSP)(940)에 인가된다. 각각의 처리 간격(예를 들면, 비트 기간) 동안, DSP(940)는 출력 데이터 스트림(942)을 발생시키기 위해 코히런트 검출기들(9301 ~ 930K)에 의해 발생된 완전한 한 세트의 검출결과들을 적합하게 처리한다. 탭 모듈(910)이 TMM 신호(902)의 충분한 샘플들을 생성한다면, DSP(940)는 TMM 신호(902)로서 수신기(900)에 의해 수신되는, 원격 전송기에 의해 TMM 신호로 원래 인코딩된 되었던 모든 데이터를 복구하여 스트림(942)을 통해 출력할 수 있다.
당업자는 DSP(940)의 한 기능은 링크(120)에 대응하는 모드-믹싱 행렬을 반전시키는 것임을 이해할 것이다. 일반적으로, 링크 상태들은 시간에 따라 변하며, 그럼으로써 모드-믹싱 행렬도 일반적으로 밀리초 시간 스케일 또는 더 느리게 변하게 한다. 일 실시예에서, DSP(940)는 링크-상태 변화들에 적응적으로 따라가게 구성된다. 예를 들면, DP(940)는, 공지된 바와 같이, 링크 상태들을 파악하여 이들에 맞게 적응시키기 위해 블라인드 적응 알고리즘들을 채용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 수시로, DSP(940)에 결합된 제어기(950)는 원격 전송기가 DSP가 현재 모드-믹싱 행렬을 얻게 하는 훈련 시퀀스를 수신기(900)에 보낼 것을 요청할 수도 있을 것이다. 원격 전송기에 의해 링크(120)에 적용되는 대표적인 훈련 시퀀스는 단지 한 횡 모드만이 임의의 주어진 시간에 여기되도록 서로 다른 횡 모드들이 기지의 순서로 순차적으로 여기되는 TMM 신호를 가질 수도 있을 것이다. DSP(940)에서 이행되는 신호 처리는 자기-모드 및 크로스-모드 파이버 비선형성에 의해 야기되는 위상 변위들과 같은, 어떤 비선형 장애들을 보상할 수도 있을 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따라 수신기(900)(도 9)에서 사용될 수 있는 대표적인 모듈들을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 10a는 탭 모듈(910)로서 사용될 수 있는 탭 모듈(1010)의 블록도를 도시한다. 도 10b는 코히런트 검출기(930)로서 사용될 수 있는 코히런트 검출기(1030)의 블록도를 도시한다.
도 10a를 참조하면, 탭 모듈(1010)은 다중모드 파이버(1002)를 통해 TMM 신호(902)를 수신한다. 시준 렌즈(1004)는 파이버(1002)에 의해 생성된 발산하는 광빔을 시준하고 결과적인 시준된 빔을 K-1개의 부분적으로 투명한 미러들(10061 ~ 1006K-1) 및 단말 비-투명 미러(1006K)에 보낸다. 일 구현예에서, 서로 다른 미러들(1006)은 미러들로부터 반사된 빔들(10121 ~ 1012K)에 근사적으로 동일한 세기를 갖게 하는 반사율을 갖는다.
도 10b을 참조하면, 검출기(1030)는 단일-모드 파이버(1016)를 통해 LO 소스(920)로부터 LO 신호(922)를 수신한다. 시준 렌즈(1018)는 파이버(1016)에 의해 생성된 발산 광빔을 시준하고 결과적인 시준된 빔을 위상 마스크(1020)에 보낸다. 위상 마스크(1020)는 일반적으로 위상 마스크(420)(도 4a 및 도 4b 참조)와 유사하다. 구체적으로, 위상 마스크(1020)는 다중모드 파이버(1002)(도 10a)의 선택된 횡 모드에 대응하는 PFS 패턴의 확대된 패턴인 PFS 패턴을 갖는 위상-필터링된 빔(1022)을 생성한다. 이미 위에 언급한 바와 같이, 도 4b는 위상 마스크들의 집단을 도시한 것으로, 그 각각은 위상 마스크(1020)로서 사용하기에 적합하다. 수신기(900) 내 각각의 검출기(930)가 검출기(1030)를 사용하여 구현될 때, 수신기 내 검출기(1030)의 서로 다른 경우들은 일반적으로 서로 다른 위상 마스크들(1020)(예를 들면, 도 4b에 도시된 집단에서 선택된 서로 다른 위상 마스크들)을 갖는다. 여러 실시예들에서, 이들 서로 다른 위상 마스크들(1020)은 복수-단면 위상 마스크의 서로 다른 단면들로서 구현되거나, SLM(520)(도 5)과 유사한 SLM의 서로 다른 부분들을 사용하여 구현될 수 있다.
위상-필터링된 빔(1022) 및 빔(1012)(TMM 샘플(912)을 전달하는 것으로, 도 9 및 도 10a 참조)은 2 x 4 광학 하이브리드(1026)에 인가되며, 이들은 서로 간에 충돌하여 4개의 간섭 신호들(10321 ~(1032)4)을 생성한다. 간섭 신호들(10321 ~(1032)4) 각각은 이를 대응하는 전기적 신호로 변환하는 대응하는 광-검출기(예를 들면, 포토다이오드)(1034)에 인가된다. 광-검출기들(1034)에 의해 발생된 전기적 신호들은 디지털화되어 DSP(940)에서 다른 처리를 위해 보내진다. 검출기(1030)에서 하이브리드(1026)로서 사용될 수 있는 2 x 4 광학 하이브리드들은 이 기술에 공지되어 있고, 대표적 예들은 예를 들면, (i) 미국특허공개번호 2007/0297806 및 (ii) 2008년 12월 18일에 출원된 미국특허출원번호 12/338,492에 개시되어 있고, 이들 둘 다를 참조로서 여기에 포함시킨다.
간섭 신호들(10321 ~ 10324)의 전계들(E1 ~ E4)은 각각 식(1)에 의해 주어진다.
Figure pct00001
ES 및 ELO는 각각 광학 신호들(1012, 1022)의 전계들이다. 식(1)은 빔(1032)의 횡단면의 모든 점에 대해서 성립함에 유의한다. 이것은 검출기(1030)가 빔들(1012, 1022)이 시간적으로 얼마나 서로 간에 충돌하는가를 측정할 뿐만 아니라, 이들이 공간적으로 서로 간에 얼마나 충돌하는지를 측정함을 의미한다. 또한, 파이버(1016)의 서로 다른 횡 모드들의 상호 직교성에 기인하여, 서로 다른 위상 마스크들(1020)을 갖는 검출기(1030)의 서로 다른 경우들은 TMM 신호(902)의 서로 다른 횡 모드들에 대응하는 전계들을 효과적으로 측정한다. 당업자는 K ≥ N이라면, 코히런트 검출기들(930)(또는 1030)이 DSP(940)가 통신 링크(120)에 대응하는 모드-믹싱 행렬을 적합하게 반전시켜 이를 통해 원격 전송기(예를 들면, 전송기(300))에서 수신기(900)로 송신된 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들에 실린 데이터를 복구할 수 있게 하는데 충분한 샘플링 데이터를 생성함을 이해할 것이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 탭 모듈(910)로서 사용될 수 있는 탭 모듈(1110)의 블록도이다. 탭 모듈(1110)은 TMM 신호(902)를 수신하는 다중모드 파이버(1102)를 갖는다. 파이버(1102)의 길이를 따라, 탭 모듈(1110)은 K 다중모드-파이버(MMF) 커플러들(11061 ~ 1106K) 및 K-1 모드 스크램블러들(11O82 ~ 11O8K)을 갖는다. 각각의 MMF 커플러(1106)은 TMM 신호(902)의 부분을 분리해내고 이 부분을 대응하는 단일-모드 파이버(1110)에 결합하는 파이버 탭이다. 파이버들(111O1 ~ 1110K)에 의해 전달되는 신호들(11121 ~ 1112K)는 수신기(900)에서 각각 샘플들(9121 ~ 912K)로서 작용한다.
각각의 신호(1112)는 대응하는 MMF 커플러(1106)의 위치에서 다중모드 파이버(1102) 내 있는 횡 모드들의 선형 조합을 나타낸다. 모드 스크램블러들(11O82 ~ 11O8K)는 MMF 커플러들(11061 ~ 1106K) 간에 횡 모드들을 믹스하기 때문에, 신호들(11121 ~ 1112K) 각각은 다중모드 파이버(1102)에서 횡 모드들의 다른 선형 조합을 나타낸다. 당업자는 K ≥ N이라면, 코히런트 검출기들(930)이 DSP(940)가 통신 링크(120)에 대응하는 모드-믹싱 행렬을 적합하게 반전시켜 이를 통해 원격 전송기(예를 들면, 전송기(300))에서 수신기(900)로 송신된 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들에 실린 데이터를 복구할 수 있게 하는데 충분한 샘플링 데이터를 생성함을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 탭 모듈(1110)을 갖는 수신기(900)는 PM 신호들의 검출을 위해 설계된 코히런트 검출기들을 코히런트 검출기들(930)로서 사용할 수 있다. PM 신호들의 검출을 위한 코히런트 검출기들은 이 기술에서 공지되어 있으며, 예를 들면, 위에서 인용된 미국특허공개번호 2007/0297806 및 미국특허출원번호 12/338,492에 개시되어 있다. 당업자는 탭 모듈(1110) 및 PM 신호들의 검출을 위한 복수의 코히런트 검출기들을 채용하는 수신기(900)는 TMM 및 PM 다중화 둘 다를 사용하여 생성되는 광학 신호들을 적합하게 검출할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 당업자는 위에 언급된 유형들의 3개의 모든 다중화(즉, TMM, PM, WDM)에 의해 생성되는 광학 신호들을 적합하게 검출할 수 있는 WDM 수신기는 WDM 수신기의 각각의 WDM 채널에 대해 TMM 및 PM 능력들 둘 다를 갖는 한 수신기(900)를 배치함으로써 구성될 수 있음을 더욱 이해할 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 노드(110)(도 1)에서 사용될 수 있는 광학 수신기(1200)의 블록도이다. 수신기(1200)는 다중모드 파이버(1202)를 통해 TMM 신호(1201)(예를 들면, 링크(120)로부터)를 수신한다. 시준 렌즈(12041)는 파이버(1202)에 의해 생성된 발산 광빔을 시준하고 결과적인 시준된 빔(1205)을 빔 스플리터들(12061 ~ 12064)에 보낸다. 일 실시예에서, 각각의 빔 스플리터(1206)은 반투명한 미러이다.
또한, 수신기(1200)는 이의 출력을 시준 렌즈(12042)를 통과시켜 시준된 LO 빔(1221)을 형성하는 LO 소스(1220)를 갖는다. 빔(1205)과 유사하게, LO 빔(1221)은 빔 스플리터들(12O61 ~ 12O64)에 보내진다. 빔 스플리터들(12061, 12062) 간에 위치된 90-도 위상 변위기(1208)는 이를 통해 전송되는 빔에 90-도 위상 변위가 생기게 한다.
빔 스플리터들(12O61 ~ 12O64)은 분할된 빔들(1205, 1221)을 복수의 서브-빔들로 적합히 분할하며 이어서 이들 서브-빔들의 일부를 재결합하여 4개의 믹싱된 광학 빔들을 발생하여 이들 빔들은 4개의 어레이 검출기들(예를 들면, CCD들)(12301 ~ 123O4)의 픽셀화된 수신표면들에 입사하며, 믹싱된 광학 빔들은 대응하는 간섭 패턴들을 생성한다. 각각의 어레이 검출기(1230)는 이를 캡처하여 TMM 신호(1201)의 시그널링 간격(예를 들면, 기호 주기) 당 적어도 한 간섭 패턴에 대응하는 데이터를 출력할 수 있게 충분히 높은 속도로 동작한다. 각각의 간섭 패턴은 LO 소스(1220)에 의해 발생된 기준 필드 및 TMM 신호(1201)의 광학 필드를 서로 간에 충돌함으로써 어레이 검출기(1230)의 픽셀화된 수신표면에서 생성된다. 어레이 검출기(1230)는 어레이 검출기의 여러 픽셀들에서 패턴의 광 세기를 측정하고, 그럼으로써 믹싱된 빔의 2차원 단면 세기 프로파일을 생성함으로써 간섭 패턴을 캡처한다.
어레이 검출기들(12301 ~ 12304)에 의해 검출된 4개의 간섭 패턴들에 대응하는 데이터는 처리를 위해 DSP(1240)에 공급된다. 어레이 검출기들(12301 ~ 12304)이 충분히 고 해상도(예를 들면, 충분히 많은 수의 비교적 작은 픽셀들)를 갖는다면, DSP(1240)는 4개의 간섭 패턴들로부터 TMM 신호(1201)의 모드 구성을 판정하기에 충분한 데이터를 수신한다. 여기에서, "모드 구성"이라는 용어는 다중모드 파이버(1202)의 횡 모드들 면에서 TMM 신호(1201)의 표현을 의미한다. 전형적으로, 이러한 표현은 적합하게 가중된 횡 모드들의 선형 결합이다. 모드 구성의 지식은 DSP가 통신 링크(120)에 대응하는 모드-믹싱 행렬을 적합하게 반전시켜 이를 통해 원격 전송기(예를 들면, 전송기(300))에서 수신기(1200)로 전송된 TMM 신호의 독립적으로 변조된 성분들에 실린 데이터를 복구할 수 있게 한다. DSP(1240)는 복구된 데이터를 데이터 스트림(1242)을 통해 출력한다.
당업자는 어레이 검출기들(123O2, 123O4)은 선택적인 것이며 검출기(1030)에 구현된 것과 유사한 균형잡힌 검출 수법을 구현하기 위해 수신기(1200)에서 사용됨을 이해할 것이다. 구체적으로, 어레이 검출기들(12301 ~ 12304)에 의해 검출된 4개의 간섭 패턴들은 TMM 신호(1201)의 2개의 단면 맵들을 발생하게 DSP(1240)에 의해 처리된다. 제 1 단면 맵은 TMM 신호(1201)의 동상 맵이며, 제 2 단면 맵은 TMM 신호의 직교-위상 맵이다. TMM 신호(1201)의 동상 및 직교 위상 맵들을 갖는 것은 DSP(1240)가 TMM 신호의 모드 구성의 결정을 더 빠르고 더 정확하게, 및/또는 더 효율적으로 하기 위해 이들 맵들을 사용할 수 있기 때문에 잇점이 있을 수도 있을 것이다.
여러 실시예들에서, 수신기(1200)는 4개의 개별적 어레이 검출기들보다 적게 사용할 수 있도록 추가의 광학 성분들을 포함할 수도 있을 것이다. 예를 들면, 일 실시예에서, 수신기(1200)는 2개의 비교적 큰 어레이 검출기들을 구비할 수도 있는데, (i) 제 1 검출기는 제 1 검출기의 한 부분이 어레이 검출기(123O1)로서 기능하고 제 1 검출기의 또 다른 부분이 어레이 검출기(123O2)로서 기능하게 분할되며, (ii) 제 2 검출기는 제 2 검출기의 한 부분이 어레이 검출기(123O3)로서 기능하고 제 2 검출기의 또 다른 부분이 어레이 검출기(123O4)로서 기능하게 분할된다. 대안적 실시예에서, 수신기(1200)는 각각이 검출기들(12301 ~ 123O4)의 대응하는 검출기로서 작용하는 4개의 부분들로 분할되는 한 매우 큰 어레이 검출기를 구비할 수도 있을 것이다.
이 발명이 예시적 실시예에 관련하여 기술되었지만, 이 설명은 한정의 의미로 해석되게 한 것이 아니다. 발명에 관련한 당업자들에게 명백한, 기술된 실시예들의 다양한 수정예들, 및 발명의 그외 다른 실시예들은 다음 청구항들에 나타낸 바와 같이 발명의 원리 및 범위 내에 이는 것으로 간주된다.
다른 것을 분명하게 언급하지 않는다. 각각의 수치값 및 범위는 값 또는 범위 값에 "약" 또는 "대략"이 있는 것으로 하여 근사적인 것으로 해석되어야 한다.
이 발명의 본질을 설명하기 위해 기술되고 예시된 상세, 물질들, 부품들의 배열들에 다양한 변경들은 다음 청구항들에 나타낸 발명의 범위 내에서 당업자들에 의해 행해질 수 있음을 알 것이다.
다음 방법 청구항들에 요소들 -있다면- 이 대응하는 표기를 갖고 특별한 순서로 인용되고 있더라도, 이와는 달리 청구항 인용들이 이들 요소들의 일부 또는 전부를 구현하기 위한 특별한 순서를 내포하고 있지 않는 한, 이들 요소들은 이 특정한 순서로 구현되는 것으로 반드시 제안되는 것은 아니다.
"일 실시예" 또는 "실시예"라 하는 것은 실시예에 관련하여 기술된 특정한 특징, 특질 또는 특성이 발명의 적어도 한 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서 여러 곳에서 "일 실시예에서"라는 것은 모두가 반드시 동일 실시예를 언급하는 것도 아니며 반드시 다른 실시예를 배제하는 별도의 또는 대안적 실시예들을 언급하는 것도 아니다. "구현"이라는 용어에도 마찬가지로 적용된다.
또한 이 설명의 목적상, "결합하다, "연결하다" 라는 용어들은 2 이상이 요소들 간에 에너지가 전달될 수 있게 하며 필요하지 않을지라도 하나 이상의 추가의 요소들의 개재가 고려되는 임의의 공지된 또는 나중에 개발될 방식을 의미하는 것이다. 반대로, "직접 결합", "직접 연결" 등의 용어들은 이러한 추가의 요소들의 부재를 담고 있다.
본 발명들은 다른 특정한 장치 및/또는 방법들에서 구현될 수 있다. 기술된 실시예들은 모든 면들에서 단지 예시적인 것이며 제약하는 것으로 간주되지 않는다. 특히, 발명의 범위는 설명 및 도면들에 의해서가 아니라 첨부된 청구항들에 의해 표시된다. 청구항들의 등가의 의미 및 범위 내에 드는 모든 변화들은 청구항들의 범위 내에 포함된다.
설명 및 도면들은 단지 발명의 원리를 예시한다. 따라서, 당업자들은 여기에 분명하게 기술되거나 도시되지 않았을지라도 발명의 원리를 구현하며 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는 다양한 배열들을 구상할 수 있을 것임을 알 것이다. 또한, 여기에 인용된 모든 예들은 원칙적으로 특히 발명의 원리 및 기술을 발전시키는 발명자들에 의해 기여되는 개념들을 이해함에 있어 당업자를 도울 교시적 목적만을 위한 것이며 이러한 특정하게 인용된 예들 및 조건들로 한정되지 않는 것으로서 해석되어야 한다. 또한, 발명의 원리, 특징 및 실시예와 이들의 구체적인 예들을 인용하는 모든 기술된 바들은 이들의 등가물들을 포함한다.
당업자들은 임의의 블록도들이 발명의 원리를 구현하는 예시적 회로의 개념도들을 나타냄을 알 것이다. 유사하게, 임의의 플로차트, 흐름도, 상태천이도, 의사 코드 등은 실질적으로 컴퓨터 판독가능 매체에 표현되고 컴퓨터 또는 프로세서가 분명하게 제시되어 있든 아니든 이러한 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행되는 여러 프로세스들을 나타냄을 알 것이다.
100 : 광 통신 시스템 110 : 통신 노드들
120 : 광 통신 링크들 130 : 광학 추가/제거 멀티플렉서
140 : 광학 증폭기 150 : 광학 교차-접속

Claims (10)

  1. 광 통신 시스템에 있어서,
    복수의 횡 모드들을 지원하는 다중-경로 파이버;
    상기 다중-경로 파이버의 제 1 단부에 결합되고, N 개의 독립적으로 변조된 성분들을 갖는 광학 횡-모드-다중화(TMM) 신호를 론칭하도록 구성된 광학 전송기로서, 상기 제 1 단부에서 상기 N 개의 독립적으로 변조된 성분들 각각이 상기 다중-경로 파이버의 각각의 단일 횡 모드에 대응하고, N은 1보다 큰 정수인, 상기 광학 전송기; 및
    상기 다중-경로 파이버의 제 2 단부에 결합되고, 상기 N 개의 독립적으로 변조된 성분들 각각에 의해 전달되는 데이터를 복구하기 위해 상기 다중-경로 파이버를 통해 수신된 상기 TMM 신호를 처리하도록 구성된, 광학 수신기를 포함하는, 광 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중-경로 파이버는 다중모드 파이버이며;
    상기 광학 전송기는:
    제 1 복수의 파이버들; 및
    상기 제 1 복수의 파이버들과 상기 다중모드 파이버 간에 배치된 광학 모드-결합(OMC) 모듈을 포함하며,
    상기 OMC 모듈은 상기 제 1 복수의 파이버들로부터 수신된 광학 신호들을 처리하여, 상기 수신된 광학 신호들에 기초하여 상기 TMM 신호를 상기 다중모드 파이버에 론칭하고,
    상기 제 1 복수의 파이버들 각각에 대해서, 상기 OMC 모듈은 상기 TMM 신호의 각각의 독립적으로 변조된 성분을 생성하기 위해 상기 파이버로부터 수신된 상기 각각의 광학 신호를 필터링하는, 광 통신 시스템.
  3. 광학 전송기에 있어서,
    제 1 복수의 파이버들; 및
    상기 제 1 복수의 파이버들과 다중모드 파이버 간에 배치된 광학 모드-결합(OMC) 모듈을 포함하고,
    상기 다중모드 파이버는 복수의 횡 모드들을 지원하고,
    상기 OMC 모듈은 상기 제 1 복수의 파이버들로부터 수신된 광학 신호들을 처리하여 상기 수신된 광학 신호들에 기초하여 광학 횡-모드 다중화(TMM) 신호를 상기 다중모드 파이버에 론칭하고;
    상기 제 1 복수의 파이버들 각각에 대해서, 상기 OMC 모듈은 상기 TMM 신호의 결과적인 광학 성분이 상기 다중모드 파이버의 근접 종단에서 상기 다중모드 파이버의 각각의 단일 횡 모드에 대응하도록 상기 파이버로부터 수신된 상기 각각의 광학 신호를 필터링하는, 광학 전송기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 OMC은 상기 제 1 복수의 파이버들 중 한 파이버로부터의 광학 신호를 상기 다중모드 파이버의 단일 횡 모드에 결합하며,
    상기 다중모드 파이버는 총 N개의 횡 모드들을 지원하며, N은 1보다 큰 정수이고;
    상기 제 1 복수의 파이버들은 N 개의 파이버들을 포함하며;
    상기 다중모드 파이버의 상기 근접 종단에서, 상기 OMC 모듈은 상기 N 개의 파이버들로부터 수신된 상기 N 개의 광학 신호들을 사용하여 상기 N 개의 횡 모드들을 구성(populate)하는, 광학 전송기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 근접 종단에서, 상기 OMC 모듈은:
    상기 제 1 복수의 파이버들 중 제 1 파이버로부터의 광학 신호를 실질적으로 상기 다중모드 파이버의 제 1 선택된 횡 모드에 결합하며,
    상기 제 1 복수의 파이버들 중 제 2 파이버로부터의 광학 신호를 실질적으로 상기 다중모드 파이버의 제 2 선택된 횡 모드에 결합하고;
    상기 제 1 모드는 상기 제 2 모드와는 상이한, 광학 전송기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 OMC 모듈은:
    복수의 위상 마스크들로서, 상기 위상 마스크들 각각은 (i) 상기 제 1 복수의 파이버의 각각의 파이버와 상기 다중모드 파이버 간에 배치되고 (ii) 상기 각각의 파이버에 의해 생성된 광학 빔을 위상-필터링하도록 구성되는, 상기 복수의 위상 마스크들; 및
    (i) 상기 위상 마스크들에 의해 생성된 위상-필터링된 빔들을 공간적으로 겹치게 하고 (ii) 상기 겹쳐진 위상-필터링된 빔들을 상기 다중모드 파이버의 상기 근접 종단에 인가하여 상기 TMM 신호를 론칭하게 하는, 하나 이상의 광학 요소들을 포함하고,
    상기 위상-필터링된 빔들 각각은 상기 근접 종단에서 각각의 위상/필드-강도(PFS) 패턴을 생성하며;
    상기 각각의 PFS 패턴은 상기 각각의 단일 횡 모드의 PFS 패턴과 실질적으로 매칭하는, 광학 전송기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 OMC 모듈은:
    상기 제 1 복수의 파이버들의 상기 파이버들과 상기 다중모드 파이버 간에 배치된 공간 광 변조기(SLM)로서, 상기 SLM은 상기 제 1 복수의 파이버들에 대응하는 복수의 부분들을 포함하고, 상기 부분들 각각은 상기 대응하는 파이버에 의해 생성된 광학 빔을 위상-필터링하도록 구성되는, 상기 공간 광 변조기(SLM); 및
    (i) 상기 부분들에 의해 생성된 위상-필터링된 빔들을 공간적으로 겹치게 하고 (ii) 상기 겹쳐진 위상-필터링된 빔들을 상기 다중모드 파이버의 상기 근접 종단에 인가하여 상기 TMM 신호를 론칭하게 하는, 하나 이상의 광학 요소들을 포함하는, 광학 전송기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 OMC 모듈은:
    상기 제 1 복수의 파이버들의 상기 파이버들과 상기 다중모드 파이버 간에 배치되고, (i) 상기 제 1 복수의 파이버들에 의해 생성된 복수의 광학 빔들을 위상-필터링하고 (ii) 상기 위상-필터링된 빔들을 공간적으로 겹치도록 구성된, 볼륨 홀로그램(volume hologram); 및
    상기 겹쳐진 위상-필터링된 빔들을 상기 다중모드 파이버의 상기 근접 종단에 인가하여 상기 TMM 신호를 론칭하는 하나 이상의 광학 요소들을 포함하는, 광학 전송기.
  9. 제 3 항에 있어서,
    각각이 상기 제 1 복수의 파이버들의 대응하는 파이버에 결합되어 상기 각각의 광학 신호를 생성하는, 복수의 광학 변조기들;
    복수의 편광 조합기들로서, 각각이 (i) 상기 복수의 변조기들에서 한 쌍의 변조기들과 (ii) 상기 제 1 복수의 파이버들 중 대응하는 파이버 간에 배치되어, 상기 한 쌍의 변조기들에 의해 생성된 광학 신호들에 대해 편광 다중화를 수행하고 결과적인 편광-다중화 신호를 상기 제 1 복수의 광유섬들 중 상기 대응하는 파이버에 인가하며, 상기 TMM 신호는 또한 편광-다중화 신호인, 상기 복수의 편광 조합기들; 및
    복수의 파장 멀티플렉서들로서, 각각이 (i) 상기 복수의 변조기들로부터 대응하는 변조기들의 서브세트와 (ii) 상기 복수의 파이버들 중 한 대응하는 파이버 간에 배치되어, 상기 변조기들의 서브세트에 의해 생성된 광학 신호들에 대해 파장-분할 다중화를 수행하고 결과적인 파장-분할-다중화 신호를 상기 제 1 복수의 파이버들 중 상기 대응하는 파이버에 인가하며, 상기 TMM 신호는 파장-분할-다중화 신호인, 상기 복수의 파장 멀티플렉서들을 추가로 포함하는, 광학 전송기.
  10. 광학 횡-모드 다중화(TMM) 신호를 발생시키는 방법에 있어서,
    광학 빔을 N 개의 서브-빔들로 분할하는 단계로서, N은 1보다 큰 정수인, 상기 분할 단계;
    상기 N 개의 서브-빔들 각각을 데이터로 변조하여 N 개의 독립적으로 변조된 광학 신호들을 생성하는 단계; 및
    다중-경로 파이버의 근접 종단에서, 상기 다중-경로 파이버에 상기 N 독립적으로 변조된 광학 신호들을 결합하여 상기 TMM 신호의 N 독립적으로 변조된 성분들을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 다중-경로 파이버는 복수의 횡 모드들을 지원하며;
    상기 N 개의 독립적으로 변조된 광학 신호들 각각은 상기 다중-경로 파이버에 결합되어 상기 TMM 신호의 결과적인 독립적으로 변조된 성분이 상기 다중-경로 파이버의 상기 근접 종단에서 상기 다중-경로 파이버의 각각의 단일 횡 모드에 대응하는, 광학 횡-모드 다중화 신호를 발생시키는 방법.
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