KR20120109253A

KR20120109253A - 파장분할 다중 광통신용 파장 모니터 모듈

Info

Publication number: KR20120109253A
Application number: KR1020110027768A
Authority: KR
Inventors: 이태형; 이형재; 김태훈; 유병권
Original assignee: (주)포인테크
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-08
Also published as: WO2012133978A1

Abstract

여러 파장의 광 신호를 묶어 하나의 광섬유로 전송하고 수신단에서 다시 각각의 파장의 광 신호를 분리하여 수신하는 파장분할 다중화(wavelength division multiplexing: WDM) 통신 시스템에서는 각각의 정해진 전송 파장을 유지하는 것이 통신 시스템의 성능 유지에 필수적이다. 본 발명은 이러한 미리 정해진 전송 파장이 시스템의 운용 과정에서 변화하는 경우 이를 감지하여 알려주고, 이로부터 시스템의 성능을 최적화 할 수 있도록 하는데 필요한 파장 모니터 모듈의 구성 및 동작에 대한 것이다. 여러 파장의 광 신호를 묶어 주는 기능의 파장 다중화기와 여러 파장이 묶여 전송된 광 신호를 각각의 파장으로 분리하여 주는 기능의 파장 역다중화기는 광도파로열격자(arrayed waveguide grating: AWG) 소자를 주로 사용하는데, 파장 모니터링을 위하여 광도파로열격자 소자의 파장에 따른 투과 특성을 이용하여 파장 변화에 따른 광출력의 변화를 측정하도록 구성한다.

Description

파장분할 다중 광통신용 파장 모니터 모듈 {Optical wavelength monitoring module for wavelength division multiplexing}

파장분할 다중화 통신 시스템에서는 수 십 개의 다른 파장의 광에 신호를 실어 하나의 광섬유로 전송 후 수신단에서 각각의 파장으로 분리하여 신호를 받는다. 이러한 수 십 개의 다른 파장은 미리 정해진 특정한 파장의 광원을 사용한다. 사용되는 광원으로는 고정된 파장의 광을 내는 광원, 파장을 가변할 수 있은 광원으로 나눌 수 있다. 일반적으로 파장 다중화기와 파장 역다중화기로 광도파로열격자 소자가 널리 사용된다. 광도파로열격자 소자의 각각의 채널에는 특정 파장이 할당되며, 특정 파장과 다른 파장이 광이 인가되는 경우에 광손실의 증가하게 된다. 그러므로 원활한 통신 시스템의 동작을 위해서는 각각의 포트에 할당된 파장을 정확히 유지할 필요가 있다. 고정된 파장의 광을 내는 광원은 그 파장이 할당된 광도파로열격자 소자의 포트에 사용되어야 하며 파장 가변 광원의 경우에도 연결된 채널에 할당된 파장으로 파장을 설정해야 한다. 이렇게 구성된 통신 시스템에서도 주위 온도 변화 등 외부적 요인과 광원 제어의 실패 등으로 인하여 광 파장의 변동이 생길 수 있으므로 파장의 변동을 모니터하여 통신 시스템을 최적의 상태로 유지하기 위한 파장 모니터 기능이 필요하다.

광원의 정확한 파장을 측정하기 위해서는 광 파장 측정기(optical wavelength meter)가 사용된다. 광 파장 측정기는 내부에 기준이 되는 파장의 레이저를 가지고 있으며, 내부에 간섭계를 구성하여 측정하고자 하는 파장의 정확한 파장을 측정하도록 만들어져 있다.

파장분할 다중화 통신 시스템에서 사용 파장의 변화를 감지하여 통신 시스템을 최적의 상태로 유지하기 위한 파장 모니터 기능이 필요하다. 광원의 파장을 측정하는 광 파장 측정기는 부피가 크고, 동시에 여러 채널의 파장을 측정하는데 어려움이 있다. 또한 일반적으로 계측 장비 형태로 고가이며 통신 시스템에 사용하는 데 어려움이 있다. 본 발명은 파장분할 다중화 통신 시스템에 적용하여 파장 모니터 기능을 수행하도록 구성된 파장 모니터 모듈에 관한 것이다.

본 발명은 파장분할 다중 통신 시스템에 적용 가능한 간단한 구조의 파장 모니터 모듈을 구성한다. 파장분할 다중 통신에서는 수 십 개의 다른 파장을 동시에 사용하므로 이를 동시에 모니터할 수 있도록 구성한다. 일반적으로 파장분할 다중 통신 시스템에서 파장의 변화는 통신 채널의 전송 손실의 증가로 나타나는데, 이를 이용하여 파장의 변화를 감지할 수 있도록 구성함으로써 시스템에서 요구되는 정확도로 파장을 모니터할 수 있도록 한다.

본 발명은 광도파로격자 소자와 광검출기 어레이를 사용하여 수 십 개의 채널을 갖는 파장분할 다중화 시스템에 사용할 수 있는 다채널 파장 모니터를 저가로 용이하게 구현하였다. 또한 시스템과 연동하여 손쉽게 파장 변화를 파악하고 시스템을 안정적으로 유지할 수 있는 수단을 제공한다.

도 1 파장 모니터 모듈의 구성
도 2 가우시안 형 광도파로열격자 소자의 특정 채널의 파장에 따른 투과 특성
도 3 플랫탑 형 광도파로열격자 소자의 특정 채널의 파장에 따른 투과 특성
도 4 파장 모니터 모듈의 구동 흐름도

도 1에서와 같이 파장 다중화된 신호가 전송되는 광섬유(101, 104)에 탭 결합기(102)를 사용하여 전송 광신호의 일부를 광섬유(103)을 통하여 광도파로열격자 소자(105)로 인가하여 출력 채널(106)에서 각각의 할당 파장으로 분리하고, 각각의 출력 채널에 광검출기 어레이(107)를 부착하여 각각의 파장의 광출력을 검출하도록 하고, 광출력을 신호 처리하는 회로(108)를 구성한다. 본 발명의 구성에 사용되는 탭 결합기(102)의 분기 출력은 입력세기의 0.1%~30%의 값으로 한다. 본 발명의 구성에서 탭 결합기(102)는 필수요소는 아니며, 탭 결합기를 제외하여도 다중화된 광신호를 광도파로열격자 소자의 입력에 인가하면 파장 모니터의 기능을 수행한다. 실제로 탭 결합기는 파장분할 다중 시스템에 사용시 필요한 요소이다. 본 발명의 구성에 사용되는 광도파로열격자 소자(105)는 온도 무의존 광도파로열격자(athermal AWG) 소자를 사용하거나 온도 제어되어 주변 온도에 따라 특성이 변하지 않도록 한 광도파로열격자 소자를 사용한다. 광도파로열격자 소자는 파장에 따른 광출력 특성이 도 2에서처럼 가우시안 분포 형태를 갖는 가우시안 형과 도 3에서처럼 최대 광출력이 특정파장 범위에서 일정한 분포 형태를 갖는 플랫탑 형이 있다. 본 발명에서는 이러한 광도파로열격자 소자의 파장에 따른 광출력 특성을 이용하여 파장의 변화를 감지하는 방법을 사용한다. 도 2와 도 3에서 W₀는 통신 시스템에서 특정 채널에 할당된 정확한 파장을 의미하며 W₁, W₂, W₃는 할당된 파장에서 벗어난 파장을 나타낸다. 도 2와 도 3에서 P₀, P₁, P₂, P₃는 광도파로열격자 소자의 특성에 의해 각각의 파장 W₀, W₁, W₂, W₃에서의 광출력을 나타낸다. 파장이 할당된 파장 W₀에서 벗어나게 되면 광출력은 떨어지게 되며, 이러한 변화는 광도파로열격자 소자(105)의 출력 채널들에 연결된 광검출기 어레이(106)에서 감지된다. 즉 통신 시스템에서 사용하는 모든 할당된 파장에 대하여 이에 상응하는 광출력의 변화를 감지할 수 있다. 이러한 광출력의 변화를 측정하면 역으로 광파장을 변화를 알 수 있다. 물론 할당 파장 W₀을 중심으로 광출력 특성이 거의 좌우 대칭이므로 장파장으로의 변화인지 단파장으로의 변화인지는 명확히 알 수 없다. 실제로 통신 시스템에 적용 시에는 도 4에서와 같이 신호 처리 회로 내에 정확한 할당 파장 W₀에서의 채널별 초기 파워 값을 기억하고, 채널별 파장-파워 특성을 기억하여, 이를 기준으로 파장이 벗어날 때 측정되는 파워 변동량으로부터 파장 변화를 산출한다. 산출된 파장변화가 시스템에서 설정한 허용 파장 변화 보다 크면 "시스템 오류" 신호를 보내고 광원 파장 재설정을 하도록 구성한다. 파장 재설정의 경우에 광원의 파장을 증가시키거나 감소시켜 광검출기의 광출력이 증가하여 파장변화 허용치 내에 들면 시스템은 "시스템 정상" 신호를 보내고 정상 동작하게 된다. 광도파로열격자 소자는 도 2와 도 3을 비교하면 가우시안 형이 파장의 변화에 대하여 광출력의 변화가 프랫탑 형에 비하여 크므로 가우시안 형을 사용하는 경우가 파장 변화를 더욱 정교하게 모니터할 수 있다. 더욱 정밀한 파장 변화를 감지하고자 하는 경우에는 광출력 특성의 대역폭(band width)이 더 작은 광도파로열격자 소자를 사용하면 된다. 파장분할 다중화 시스템에서 사용하는 다중화기와 역다중화기에 사용되는 광도파로열격자 소자의 선폭의 10%~100% 범위의 대역폭을 갖는 광도파로열격자 소자를 파장분할 다중 통신용 파장 모니터 모듈에 사용할 수 있으며 대역폭이 좁은 것을 사용할수록 동일한 파장의 변화에 대하여 광출력의 변화가 크므로 정밀한 파장변화를 감지할 수 있다.

Claims

인가된 파장다중 광신호를 각각의 파장으로 분리하는 가우시안 형 광도파로열격자 소자,
광도파로열격자 소자의 다수의 출력 채널에 결합되는 광검출기 어레이,
광검출기 어레이의 다수의 출력을 신호 처리하여 파장 변화를 감지하기 위한 전기 회로
를 구비한 파장분할 다중 통신용 파장 모니터 모듈
인가된 파장다중 광신호를 각각의 파장으로 분리하는 플랫탑 형 광도파로열격자 소자,
광도파로열격자 소자의 다수의 출력 채널에 결합되는 광검출기 어레이,
광검출기 어레이의 다수의 출력을 신호 처리하여 파장 변화를 감지하기 위한 전기 회로
를 구비한 파장분할 다중 통신용 파장 모니터 모듈
전송 파장다중 광신호의 광파워의 일부를 분기하는 기능의 탭 결합기,
분기된 파장다중 광신호를 각각의 파장으로 분리하는 가우시안 형 광도파로열격자 소자,
광도파로열격자 소자의 다수의 출력 채널에 결합되는 광검출기 어레이,
광검출기 어레이의 다수의 출력을 신호 처리하여 파장 변화를 감지하기 위한 전기 회로
를 구비한 파장분할 다중 통신용 파장 모니터 모듈
전송 파장다중 광신호의 광파워의 일부를 분기하는 기능의 탭 결합기,
분기된 파장다중 광신호를 각각의 파장으로 분리하는 플랫탑 형 광도파로열격자 소자,
광도파로열격자 소자의 다수의 출력 채널에 결합되는 광검출기 어레이,
광검출기 어레이의 다수의 출력을 신호 처리하여 파장 변화를 감지하기 위한 전기 회로
를 구비한 파장분할 다중 통신용 파장 모니터 모듈
제3항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
탭 결합기의 분기 출력은 입력세기의 0.1%~30%의 범위가 되는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중 통신용 파장 모니터 모듈
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
사용되는 광도파로열격자 소자의 파장에 따른 광출력 특성의 대역폭은 파장 다중화기와 역다중화기에 사용되는 광도파로열격자 소자의 대역폭의 10%~100% 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 파장분할 다중 통신용 파장 모니터 모듈
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
광검출기는 광도파로열격자의 출력 채널 각각에 하나씩 부착된 구조의 파장분할 다중화 통신용 파장 모니터 모듈
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
신호 처리용 전기회로는 채널별 할당 파장에 대한 초기의 각각의 광출력 세기 및 사용된 광도파로열격자 소자의 채널별 파장에 따른 광출력 특성을 기억하는 기능을 가지며, 기억된 값과 측정값의 차이로부터 파장의 변동량을 산출 하는 기능을 갖는 파장분할 다중화 통신용 파장 모니터 모듈