KR20130019406A - 광 집적 전송기 - Google Patents

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KR20130019406A
KR20130019406A KR1020127027931A KR20127027931A KR20130019406A KR 20130019406 A KR20130019406 A KR 20130019406A KR 1020127027931 A KR1020127027931 A KR 1020127027931A KR 20127027931 A KR20127027931 A KR 20127027931A KR 20130019406 A KR20130019406 A KR 20130019406A
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Abstract

광 집적 회로 전송기 및 광학 신호를 전송하기 위한 방법은 주파수 콤 광학 신호를 발생시키고 복수의 개별 광학 신호로 콤 광학 신호를 디멀티플렉싱하는 멀티플렉서/디멀티플렉서로 상기 콤 광학 신호를 입력하는 모드 잠금 레이저 다이오드를 포함한다. 복수의 반사 변조기 각각은 상기 디멀티플렉싱된 개별 광학 신호 중 각각 하나를 수신하고 상기 수신된 개별 광학 신호를 변조하며 멀티플렉서/디멀티플렉서로 변조된 광학 신호를 다시 반사시킨다. 멀티플렉서/디멀티플렉서는 또한 멀티플렉싱된 출력 광학 신호로 수신된 변조 광학 신호를 멀티플렉싱한다.

Description

광 집적 전송기{PHOTONIC INTEGRATED TRANSMITTER}
본 발명은 광학 디바이스에 관한 것이고, 특히 본 발명은 광 집적 전송기에 관한 것이다.
파장 분할 멀티플렉싱(Wavelength Division Multiplexing;WDM)은 광학 네트워크에서 고 전송 용량을 제공하기 위해 점점 더 사용되는 기술이다. WDM 기술에서, 복수의 광학 반송 신호는 광 섬유 상에서 전송되기 위해 멀티플렉싱되고 여기서 상이한 파장은 상이한 신호를 반송하기 위해 사용된다. 이러한 반송 신호 중 각각 하나는 통상적으로 WDM 채널로 지칭된다.
제조 비용뿐만 아니라 전력 소비를 감소시키기 위해 WDM 전송에서 사용되는 광학 장비의 크기를 감소시키는 것이 바람직하다. 따라서 광 집적 회로(Photonic Integrated Circuits;PIC)는 이러한 목적을 달성하기 위해 사용된다.
광 집적 회로의 이러한 사용의 일례는 WDM 전송기에 있다. 하지만, 이러한 전송기는 통상적으로 N개의 WDM 채널을 제공하는 다수, N개의 레이저 소스를 사용한다.
도 1은 예를 들어 일반 레퍼런스(CWL)로 도면에서 표시된, 복수의 레이저 소스, 예를 들어 연속파 레이저 다이오드의 어레이를 사용하는 PIC 전송기 구조에 대해 알려진 솔루션의 개략도이다. PIC 전송기는 전송될 신호를 변조하는 일반 레퍼런스(M)로 도면에서 표시된 변조기의 어레이, 전송될 신호를 증폭하는 일반 레퍼런스(SOA)로 도면에서 표시된 반도체 광학 증폭기의 어레이 및 모든 채널로부터 전력을 등화시키는 일반 레퍼런스(VOA)로 도면에서 표시된 가변 광학 감쇠기의 어레이를 더 포함한다. 채널은 또한 전송을 위한 멀티플렉서(MUX)에서 멀티플렉싱된다.
통상적으로 각각의 레이저는 하나의 독립 전류에 의해 바이어싱되고, 레이저의 파장은 예를 들어 하나의 개별 옴 히터(Ohmic heater)를 통해 통상적으로 정확하게 제어될 필요가 있기 때문에, PIC의 사용에도 불구하고, 이러한 구성은 여전히 전력 소비적이다.
복수의 레이저 소스를 사용하는 것의 문제점을 극복하기 위해 일부 알려진 솔루션은 모드 잠금 레이저 기반 주파수 콤 소스(a mode-locked laser based frequency comb source)(FCS)를 사용하는 것이다. 도 2는 이 종류의 예시적인 전송기의 개략도이다.
도 2의 전송기는 멀티플렉싱되어 디멀티플렉서(DEMUX)로 피딩(fed into)되는 복수의 파장을 발생시키는, FCS와, 통상적으로 상기 멀티플렉싱된 파장을 개별 채널로 멀티플렉싱하는 것을 담당하는 어레이 도파로 격자(an Arrayed Waveguide Grating;AWG)를 포함한다. 개별 채널의 각각은 또한 전송될 신호를 변조시키는 일반 레퍼런스(M)로 도면에서 표시되는 변조기의 어레이, 전송될 신호를 증폭시키는 일반 레퍼런스(SOA)로 도면에서 표시되는 반도체 광학 증폭기의 어레이 및 모든 채널로부터 전력을 등화시키는 일반 레퍼런스(VOA)로 도면에서 표시되는 가변 광학 감쇠기의 어레이로부터의 각각의 변조기로 입력된다. 채널은 또한 전송을 위한 멀티플렉서(MUX)에서 멀티플렉싱된다.
N개(통상적으로 8개 또는 10개)의 레이저가 하나의 레이저 소스(FCS)로 대체되기 때문에, 도 2의 전송기는 전력 소비에서 절약을 야기하는 FCS를 사용하는 이점이 있다. 또한, 각각의 소스에 대해 사용될 독립적인 온도 제어기의 상당한 수가 오직 하나의 온도 제어기로 대체되기 때문에, ITU-T 그리드(ITU-T 표준으로 정의됨)에 대한 파장의 정렬은 콤 소스에 대해 더 용이하다.
하지만, 도 2에서 도시된 구조는 개별적인 변조기로 파장을 분배하는 디멀티플렉서(DEMUX) 및 전송기의 출력에서 모든 코딩된 채널을 재결합시키는 멀티플렉서(MUX)의 사용을 필요로 한다는 단점을 갖는다. 멀티플렉서 및 디멀티플렉서 기능은 통상적으로 상당한 사이즈의 디바이스인 어레이 도파로 격자(an arrayed waveguide grating;AWG)에 의해 제공될 수 있다. 따라서, 설명된 장점에도 불구하고, 위에서 알려진 솔루션은 통상적으로 풋프린트를 크게 감소시킬 수 없거나 심지어 이는 이전에 알려진 기술을 사용하여 달성되는 것보다 더 큰 풋프린트를 야기할 수 있다.
따라서 일부 실시예는 주파수 콤 광학 신호를 발생시키도록 구성되는 레이저 소스, 레이저 소스로부터 주파수 콤 광학 신호를 수신하도록 구성되고 상기 콤 광학 신호를 복수의 개별 광학 신호로 디멀티플렉싱하는 멀티플렉서/디멀티플렉서, 복수의 반사 변조기를 포함하는 광 집적 회로 전송기를 특징으로 하되 상기 복수의 반사 변조기의 적어도 일부는 상기 디멀티플렉싱된 개별 광학 신호의 각각 하나를 수신하고, 상기 수신된 개별 광학 신호를 변조하며 변조된 광학 신호를 멀티플렉서/디멀티플렉서로 다시 반사시키도록 각각 구성되고, 상기 멀티플렉서/디멀티플렉서는 수신된 변조 광학 신호를 멀티플렉싱된 출력 광학 신호로 멀티플렉싱하도록 더 구성된다.
바람직하게 레이저 소스는 모드 잠금 레이저 다이오드(a mode-locked laser diode)이다.
바람직하게 전송기는 복수의 가변 광학 감쇠기를 더 포함한다.
바람직하게 전송기는 복수의 반도체 광학 증폭기를 더 포함한다.
일부 실시예는,
Figure pct00001
레이저 소스에 의해 주파수 콤 광학 신호를 발생시키는 단계와,
Figure pct00002
멀티플렉서/디멀티플렉서에 의해, 레이저 소스로부터 주파수 콤 광학 신호를 수신하고 상기 콤 광학 신호를 복수의 개별 광학 신호로 디멀티플렉싱하는 단계와,
Figure pct00003
각각의 반사 변조기에 의해 상기 디멀티플렉싱된 개별 광학 신호의 각각 하나를 수신하고, 상기 수신된 개별 광학 신호를 변조하며 변조된 광학 신호를 멀티플렉서/디멀티플렉서로 다시 반사시키는 단계와,
Figure pct00004
수신된 변조 광학 신호를 멀티플렉싱된 출력 광학 신호로 멀티플렉서/디멀티플렉서에 의해 멀티플렉싱하는 단계를 포함하는 광학 신호를 전송하기 위한 방법을 특징으로 한다.
본 발명의 이들 특징 및 추가 특징 및 장점은, 제한이 아닌 예시의 목적을 위해, 첨부 도면과 함께 다음의 설명뿐만 아니라 청구항에서 더 자세하게 설명된다.
도 1은, 이미 설명된, 복수의 레이저 소스를 사용하는 PIC 전송기에 대해 알려진 솔루션의 개략도이다.
도 2는, 이미 설명된, 모드 잠금 레이저 기반 주파수 콤 소스를 사용하는 예시적인 전송기를 도시하는 알려진 솔루션의 개략도이다.
도 3은 일부 실시예에 다른 전송기의 예시적인 개략도이다.
도 3에서, 일부 실시예에 따라 전송기의 예시적인 개략도가 도시된다.
도 3의 전송기(T)는 레퍼런스(FCS)로 도면에서 표시되는 광학 신호의 주파수 콤을 발생시키도록 구성되는 레이저 소스를 포함한다. 특히, 주파수 콤은 레퍼런스(CO)로 표시되는 바와 같이 멀티플렉싱되는 복수의 파장을 포함한다.
이 비제한적인 예시에서, 레이저 소스는 광학 신호의 상기 주파수 콤을 발생시키는 기능을 갖는 모드 잠금 레이저 다이오드인 것으로 가정된다.
멀티플렉싱된 콤 광학 신호(CO)는 복수의 개별 채널로 상기 멀티플렉싱된 파장을 디멀티플렉싱하도록 구성되는 멀티플렉서/디멀티플렉서(MUX)로, 바람직하게는 어레이 도파로 격자(AWG)로 입력된다. 개별 채널(Ci)은 또한 일반 레퍼런스(M)로 도면에서 표시되는 변조기의 어레이에 포함되는 각각의 반사 변조기(Mi)로 입력된다. 반사 변조기(Mi)는 수신된 개별 광학 채널(Ci)을 변조하고 변조된 채널(Cim)을 전송을 위한 멀티플렉서/디멀티플렉서(MUX)를 향해 다시 반사시킨다.
바람직하게 변조기(Mi)로부터 다시 반사된 변조된 채널(Cim)은 일반 레퍼런스(SOA)로 도면에서 표시되는 반도체 광학 증폭기의 어레이 중 각각의 반도체 광학 증폭기(SOAi)로 입력된다. 반도체 광학 증폭기(SOAi)는 변조된 채널(Cim)을 증폭시키도록 구성된다. 바람직하게 반도체 광학 증폭기로부터의 증폭된 변조 채널(Cim) 출력은 일반 레퍼런스(VOA)로 도면에서 표시되는 가변 광학 감쇠기의 어레이 중 각각의 가변 광학 감쇠기(VOAi)로 입력된다. 가변 광학 감쇠기(VOAi)는 전송될 모든 채널에 대해 각각의 변조된 채널(Cim)에서 전력을 등화시키도록 구성된다. 변조된 채널(Cim)은 또한 전송 라인(TX) 상에서의 전송을 위한 하나의 WDM 변조된(코딩된) 신호를 발생시키기 위해 멀티플렉서/디멀티플렉서(MUX)에서 멀티플렉싱된다.
여기에서 설명된 바와 같은 반사 모드 작동에서, AWG는 DeMux와 Mux의 양ㅍ기능을 갖는다. 그러므로 VOA와 SOA 역시 이중 기능을 갖는다. 이는 FCS로부터 유입하는 CW 신호에 대해, VOA 및 SOA가 전력 사전등화(pre-equalization) 및 사전증폭(pre-amplification)의 기능을 각각 갖는다는 것을 의미하고, 반사 변조기로부터 다시 반사되는 코딩된 신호에 대해서는, SOA는 전력 증폭기 기능을 갖고 VOA는 최종 전력 등화 기능을 갖는다. (반사 때문에)신호가 VOA 및 SOA 디바이스를 통해 두 번 통과됨에 따라, 요구되는 SOA 이득 및 등화를 위한 감쇠는 전송 모드에서 통상적으로 필요한 값보다 통상적으로 작아서 심지어는 저전력 소비를 야기한다. 이는 계속해서 여기에서 설명된 솔루션에서 사용된 반사 모드의 추가적인 이점이다.
반사 변조기(M)는 전계흡수 변조기(electro-absorption modulators;EAMs)일 수 있다. EAM은 RZ 또는 NRZ와 같은 통상적인 OOK(on-off keying) 변조 포맷을 제공하기 위해 사용된다. 대안으로, 더 발전된 위상 시프트 키잉(x-PSK) 포맷을 제공하기 위해 InP-집적 마하 젠더 변조기(InP-integrated Mach-Zehnder modulator)가 사용될 수 있다. 광이 두 번, 즉 앞으로 그리고 뒤로 이동하기 때문에, 반사 모드 작동은 쇼터 디바이스(shorter device)의 장점을 제공하는 EAM 및 MZ 변조기 모두에 대해 가능하다.
반사 변조기는 또한 반사 모드 반도체 광학 증폭기(R-SOA)일 수 있다.
바람직하게 전송기는 FCS로의 기생 광학 피드백(parasitic optical feedback)을 억제시키기 위해 집적 광학 아이솔레이터(an integrated optical isolator)를 더 포함한다.
변조된 채널(Cim)의 변조 속도는 예를 들어 약 10Gbps일 수 있다.
이 방식으로 전송기는 (종래의 전송기와 비교하여) 레이저 소스의 어레이 대신 오직 하나의 주파수 콤 소스의 사용에 주로 기인하여서 감소된 풋프린트 및 감소된 전력 소비를 가지도록 제조될 수 있고, 이는 개별적인 레이저 소스의 수에서의 감소뿐만 아니라 방산될 열의 감소된 양 모두를 통한, 절전으로 이어진다. 입력 콤 신호를 디멀티플렉싱하고 또한 전송을 위한 코딩된(변조된) 채널을 멀티플렉싱하는 기능 모두를 수행하도록 구성된 단일 멀티플렉서/디멀티플렉서의 사용에 기인하여 전체 크기에서 풋프린트 절약이 또한 달성된다. 사실상 반사 변조기(Mi)(또는 일반적으로 M)에 의해 제공되는 반사도는 단일 멀티플렉서/디멀티플렉서 컴포넌트를 사용하는 가능성을 제공한다.
또한, 단일 주파수 콤 발생기에 대해 오직 하나의 온도 제어기가 필요함에 따라, 각각의 레이저 소스의 온도를 독립적으로 제어하기 위한 필요성(일부 종래의 전송기의 경우임)이 제거된다.
청구된 수단에 대응하는 구조의 리스트는 완전한 것이 아니고 균등한 구조가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 상술된 구조를 대체할 수 있음을 당업자가 이해한다는 것에 유의해야한다. 이전에 설명된 바와 같이 예를 들어 반사 모드 전계흡수 변조기(R-EAM)는 반사 모드 반도체 광학 증폭기(R-SOA) 또는 반사 마하 젠더 간섭계로 대체될 수 있다.
또한, 도 3과 관련하여 설명된 바와 같은 반사 변조기 및 SOA는, 시딩(seeded)되거나 주입된 파장이어서 FCS로부터 유입하는 광학 신호(CO)의 콤에 의하여 제어되어 추가적인 절전을 야기하는, 반사 모드에서 직접 변조된 주입 잠금 레이저의 바레뜨(a barrette)로 대체될 수 있다. 이는 변조가 주입 잠금 레이저에서 직접 발생하기 때문에, 추가 캐비티 변조기에 대한 필요성이 존재하지 않고 전력을 증폭시키는 SOA에 대한 필요성이 존재하지 않는다는 사실에 기인한다.
대응하는 청구항에서 설명되고 인용된 바와 같은 발명의 방법 단계의 순서는 제시되고 설명된 순서에 제한되지 않으며 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 달라질 수 있음에 또한 유의해야할 것이다.
여기에서 임의의 블록 다이어그램은 본 발명의 원리를 구현하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타낸다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims (10)

  1. 주파수 콤 광학 신호(a frequency comb optical signal)를 발생시키도록 구성된 레이저 소스와,
    상기 레이저 소스로부터 주파수 콤 광 신호를 수신하고 상기 콤 광학 신호를 복수의 개별 광학 신호로 디멀티플렉싱하도록 구성된 멀티플렉서/디멀티플렉서와,
    복수의 반사 변조기를 포함하되,
    상기 복수의 반사 변조기 중 적어도 일부는 각각 상기 디멀티플렉싱된 개별 광학 신호 중 각각 하나를 수신하고, 상기 수신된 개별 광학 신호를 변조하며 상기 변조된 광학 신호를 상기 멀티플렉서/디멀티플렉서로 다시 반사시키도록 구성되고, 상기 멀티플렉서/디멀티플렉서는 상기 수신된 변조 광학 신호를 멀티플렉싱된 출력 광학 신호로 멀티플렉싱하도록 더 구성되는
    광 집적 회로 전송기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 소스는 모드 잠금 레이저 다이오드(a mode-locked laser diode)인
    광 집적 회로 전송기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 가변 광학 감쇠기(a plurality variable optical attenuators)를 포함하는
    광 집적 회로 전송기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
    복수의 반도체 광학 증폭기(a plurality semiconductor optical amplifier)를 더 포함하는
    광 집적 회로 전송기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    상기 멀티플렉서/디멀티플렉서는 어레이 도파로 격자(an arrayed waveguide grating)인
    광 집적 회로 전송기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항에 있어서,
    상기 반사 변조기는 반사모드 전계흡수 변조기(a reflective-mode electro-absorption modulator) 또는 반사모드 반도체 광학 증폭기 또는 마하 젠더 간섭계(a Mach-Zehnder interferometer)인
    광 집적 회로 전송기.
  7. 광학 신호를 전송하기 위한 방법에 있어서,
    레이저 소스에 의해 주파수 콤 광학 신호를 발생시키는 단계와,
    멀티플렉서/디멀티플렉서에 의해, 상기 주파수 콤 광학 신호를 상기 레이저 소스로부터 수신하고 상기 콤 광학 신호를 복수의 개별 광학 신호로 디멀티플렉싱하는 단계와,
    각각의 반사 변조기에 의해 상기 디멀티플렉싱된 개별 광학 신호 중 각각 하나를 수신하고, 상기 수신된 개별 광학 신호를 변조하고 상기 멀티플렉서/디멀티플렉서로 상기 변조된 광학 신호를 다시 반사시키는 단계와,
    상기 수신된 변조 광학 신호를 멀티플렉싱된 출력 광학 신호로 상기 멀티플렉서/디멀티플렉서에 의해 멀티플렉싱하는 단계를 포함하는
    방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    모드 잠금 레이저 다이오드에 의해 주파수 콤 광학 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    반도체 광학 증폭기에 의해 상기 변조된 광학 신호를 증폭시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항에 있어서,
    가변 광학 감쇠기에 의한 상기 변조된 광학 신호 상에서의 등화 프로세스(an equalizing process)를 포함하는
    방법.
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