KR20150071558A

KR20150071558A - 사이클릭 awg를 이용한 dwdm 시스템

Info

Publication number: KR20150071558A
Application number: KR1020130158720A
Authority: KR
Inventors: 김정수; 최진경
Original assignee: 주식회사 포벨
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-26
Also published as: WO2015093693A1

Abstract

본 발명은 파장의 분리가 주기적으로 이루어지는 사이클릭 AWG(Cyclic Arrayed Waveguide Grating)을 이용하여 구성되는 DWDM(dense wavelength division multiplexing) 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 DWDB 시스템은 사이클릭 AWG와, OLT 또는 ONU의 적어도 어느 한쪽에 DFB-LD 레이저 다이오드 칩을 활용하는 DWDM 시스템에 있어서, 파장 가변형 DFB-LD가 적용되는 OLT 또는 ONU 광모듈에는 적어도 2개 이상의 사이클릭 AWG 밴드가 할당되고, 파장 가변형 레이저가 아닌 고정 파장형 레이저가 적용되는 광모듈에는 적어도 한 개의 사이클릭 AWG 밴드가 할당되며, 상기 OLT용 밴드와 ONU용 밴드는 적어도 1개 이상의 사이클릭 AWG 밴드로 분리되도록 함으로써, FB-LD의 온도를 변화시켜 주파수를 가변함으로써 광모듈의 저가화가 가능하게 하고 하나의 광섬유를 통하여 양방향 통신이 가능하게 한다.

Description

사이클릭 AWG를 이용한 DWDM 시스템 {DWDM SYSTEM USING BY CYCLIC AWG}

본 발명은 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing, 조밀 파장 분할 다중화) 시스템에 관한 것으로, 특히 파장의 분리가 주기적으로 이루어지는 사이클릭 AWG(Cyclic Arrayed Waveguide Grating)을 이용하여 구성되는 DWDM(dense wavelength division multiplexing) 시스템에 관한 것이다.

DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 시스템은 하나의 광섬유를 통하여 매우 조밀한 파장 간격을 가지는 복수 개의 광통신 채널들을 이용하여 대용량의 정보를 전송 또는 수신하는 방법을 말한다. 이러한 DWDM 파장의 간격은 주파수 간격으로 200GHz, 100GHz, 50GHz 등을 설정하고 있다. 이러한 좁은 파장의 광채널들을 용이하게 분리할 수 있는 방법으로 AWG(Arrayed Waveguide Grating) 소자를 사용하고 있다. AWG(Arrayed Waveguide Grating)은 매우 조밀한 파장 간격의 광 신호를 서로 다른 경로의 도파관(waveguide)으로 분리하는 기능을 가지는 소자이다. 이러한 AWG는 100GHz 또는 50GHz 간격의 파장을 분리할 수 있는 기능을 가지고 있다.

도 1은 파장의 분리가 주기적인 특성을 가지는 사이클릭 AWG에서 주파수가 분리되는 과정을 나타낸 것이다. 도 1에서, 사이클릭 AWG의 일측 포트(101)로 일정한 주파수 간격을 가지는 λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6, λ7, λ8, λ9, λ10, λ11, λ12, λ13, λ14, λ15, λ16, ... 등의 광신호가 입력될 때, 타측 포트(121)로는 λ1, λ5, λ9, λ13의 광신호가 출력되고, 타측 포트(122)로는 λ2, λ6, λ10, λ14의 광신호가 출력되며, 타측 포트(123)로는 λ3, λ7, λ11, λ15의 광신호가 출력되고, 타측 포트(124)로는 λ4, λ8, λ12, λ16의 광신호가 출력되는 등 주기적인 주파수 간격의 광신호가 출력되는 특성을 갖는다.

이러한 사이클릭 AWG는 그 특성상 타측 포트(121, 122, 123, 124)로 입력되는 광 신호가 일측 포트(101)로 출력되기도 하여 파장에 따라 양방향 통신이 가능하게 사용할 수 있다. 이와 같이 사이클릭 특성을 가지는 사이클릭 AWG를 이용하여 신호의 양방향 통신을 수행할 수 있다.

도 2는 종래기술인 미국특허공개 US2011-0033187호에서 보여주는 AWG의 사이클릭 특성을 이용한 신호의 양방향 통신 방법을 나타낸 것이다. 도 2에서 광가입자망의 양방향 통신용 광모듈인 ONU(Optical Network Unit)의 발광소자는 C-band(1530nm∼1565nm)의 파장을 사용하고 있으며, OLT(Optical Line Terminal)의 발광소자는 S-Band(1460nm∼1530nm)의 파장을 사용하고 있다. 도 2의 기술에서는 ONU의 발광소자가 RSOA(Reflective semiconductor optical amplifier) 또는 한쪽 발광면이 무반사 코팅된 FP(Fabry-Perot)형 레이저 다이오드 칩을 사용하고 있다. ONU의 발광소자의 발광파장은 도면부호 210으로 표시된 C-band 광원 중에서 Cyclic AWG를 통과하는 주파수가 RSOA 칩에 주입되고, RSOA의 칩은 AWG를 거쳐 주입된 파장으로 잠금(locking)되어 AWG를 통과하는 파장의 빛을 방출하게 된다. 그러므로 ONU의 발광소자에서 방출되는 레이저 빛은 도면부호 210의 C-band 광원 중에서 AWG에서 선택되어 지는 주파수로 주파수가 결정되며, 이에 따라 ONU의 RSOA에서 방출되는 레이저 빛은 AWG를 거쳐 OLT로 전송되게 된다. 이러한 구조에서 ONU의 광 주파수는 미리 결정되어 있지 않고, 어떤 AWG 채널에 연결되느냐에 따라 결정되므로 ONU는 복수의 AWG 채널에 모두 사용할 수 있는 무색(colorless)의 특성을 가지게 된다. 이러한 무색(colorless)의 특징은 대규모 광가입자망을 구축할 때, 가입자별로 서로 다른 광모듈을 적용하는 것이 아니라 모두 동일한 광모듈을 사용할 수 있으므로, 광가입자망의 구축, 유지 보수가 용이해지는 특성이 있다. 또한, 도 2의 종래기술에서는 AWG의 사이클릭 특성을 이용하여 OLT에서 발산된 광신호가 AWG를 통과하여 특정한 주파수의 빛은 특정한 ONU 모듈로 입사하므로, 동일한 AWG 포트를 이용하여 하나의 ONU로 양방향 통신을 할 수 있는 장점이 있다.

그러나 이러한 종래 방법에서는 도면 부호 210 및 208로 표현된 씨드(seed) 광원이 필요하게 되는데, 이 씨드(seed) 광원은 가격이 비싸고, 시스템의 구조가 복잡한 단점이 있다.

미국공개특허 US2011-0033187호 (2011.02.10)

본 발명의 목적은 하나의 광섬유를 이용하여 양방향 통신을 함에 있어서 DWDM급의 조밀한 파장 다중화를 사이클릭 특성을 가지는 AWG를 이용하여 구성하되, 발광소자를 기존의 통상적인 DFB-LD(Distributed Feedback - Laser Diode)를 사용하여 하나의 광섬유를 통하여 100GHz, 50GHz 더 나아가 25GHz 주파수 간격의 DWDM을 구성할 수 있도록 하는 사이클릭 AWG를 이용한 DWDM 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 사이클릭 AWG의 최소한 4개 이상의 밴드(band)를 활용하여 시스템을 구성하되, ONU 또는 OLT의 적어도 어느 한 쪽은 DFB-LD로 발광소자를 구현하고, DFB-LD의 온도를 변화시켜 DFB-LD의 주파수를 가변시키는 방법을 채택한다.

본 발명은 기존의 통상적인 DFB-LD을 이용하여 100GHz, 50GHz, 25GHz급의 DWDM 양방향 통신 시스템을 구성함으로써 종래 기술에서 필요로 하는 씨드(seed) 광원이 필요없을 뿐만 아니라, OLT 또는 ONU의 적어도 어느 한쪽은 DFB-LD가 온도에 따른 주파수 가변성을 이용하여 파장 가변 레이저(tunable laser)의 특성을 가지게 함으로써, 동일한 특성을 가지는 광모듈을 이용하여 시스템의 설치, 유지, 보수가 가능하게 하여 시스템 설치 및 유지 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 사이클릭 AWG에서 주파수가 분리되는 과정을 나타낸 개념도,
도 2는 종래 RSOA(Reflective semiconductor optical amplifier) 또는 FP(Fabry-Perot)형 레이저 다이오드 칩을 이용한 DWDM 시스템 일례,
도 3은 본 발명에 따른 DFB-LD칩의 온도에 따른 파장 가변성을 이용하고, 사이클릭 AWG를 이용한 DWDM 시스템을 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

통상적으로 DFB-LD(Distributed Feedback - Laser Diode)는 온도에 따라 발진 주파수가 달라지는데, 약 12.5GHz/℃의 기울기를 가지고 온도의 변화에 따라 발진 주파수가 변화한다. 그러므로 이러한 DFB-LD의 온도를 100℃ 정도 바꾸어 줄 때, 1250GHz 정도의 발진 주파수가 변화하게 된다. 그러나 DWDM에서는 레이저 다이오드 칩의 온도가 외부 온도에 무관하게 일정한 온도를 유지하여야 일정한 주파수를 가지므로 열전소자 등을 이용하여 레이저 다이오드 칩의 온도를 일정하게 유지하여야 한다. 특히 광통신에 사용되는 InP 기판을 이용한 InGaAsP 물질의 레이저 다이오드 칩은 구동 온도에 따라 출력 광세기가 달라지게 되어 통상적으로 70℃ 이내의 온도에서 구동하고 있다. 광모듈의 외부온도가 높을 때 열전소자 등을 이용하여 레이저 다이오드 칩의 온도를 일정하게 유지하고자 할 때. 열전소자의 구동 능력의 한계에 의해 열전소자의 온도는 대략 30∼70의 구간에서 운용된다. 그러므로 DFB-LD는 열전소자의 운용 온도에 따라 대략 600GHz 정도의 주파수를 변화시킬 수 있다.

AWG를 이용하여 DWDM 시스템을 구현하고자 할 때, 특정한 AWG 포트를 사용하는 파장은 특정 파장으로 결정되게 된다. 그러나 통상적으로 DFB-LD의 경우 반도체 제조 공정사의 불균일에 의해, 한 웨이퍼로 제작되는 각 레이저 다이오드 칩 별로 파장이 불균일하다. 이러한 불균일도는 통상적으로 2~3nm 파장 간격을 보인다.

그러므로 DFB-LD 칩을 이용하여 모두 동일 온도에서 동일 발진 주파수를 가지게 하는 것은 매우 어렵다. 특정한 온도에서 각 레이저 다이오드 칩 별로 분포되는 발진 주파수의 차이와, 레이저 다이오드 칩의 발진 주파수 조절의 어려움은 모든 칩을 특정 온도에서 특정 파장을 가지게 하기 어렵게 만들며, 이에 따라 온도 변화에 따른 파장 가변의 특성을 활용하기도 어렵게 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예인 사이클릭 AWG의 최소 4개 이상의 복수개의 밴드(band)를 이용하여 하나의 광섬유를 이용하여 양방향 통신을 하는 DWDM 시스템의 동작 원리를 나타낸 것이다.

도 3에서는 채널간의 주파수 간격이 50GHz인 8 채널의 사이클릭 AWG를 이용한 DWDM 시스템의 동작을 나타내고 있는데, 물론 다른 주파수 간격 및 채널 간격도 사용할 수 있다. 예를 들어 25GHz, 16 채널의 사이클릭 AWG를 사용하는 방법도 가능하다. 도 3의 실시예에서는 사이클릭 AWG의 5개 밴드(band)(ONU band1, ONU band2, Guard band, OLT band1, OLT band2)를 사용하는 경우를 예시하였지만, OLT 또는 ONU의 어느 한 쪽을 파장 가변 레이저로 활용하지 않을 경우에는 4개의 밴드(band) 만으로도 DWDM 시스템을 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 ONU 발진 파장은 λ1∼λ16, Guard band는 λ17∼λ24, OLT 발진 파장은 λ25∼λ32로 설정하였다. 그러나 이러한 OLT 및 ONU의 파장이 바뀌어도 본 발명의 특성을 활용하는 데는 전혀 문제가 없음은 당연하다.

도 3에서, 예를 들어 33℃의 온도에서 특정 DFB-LD가 λ3의 파장을 가진다고 하자. DFB-LD 칩은 12.5GHz/℃의 온도에 따른 주파수 변화를 보이므로, 이러한 DFB-LD에서 4℃의 온도 상승은 레이저 다이오드 칩의 발진 주파수를 AWG의 인접 채널인 λ4로 변화시킨다. 그러므로 33℃에서 λ3의 발진 주파수를 가지는 레이저 다이오드 칩은, 37℃에서 λ4, 41℃에서 λ5, 45℃에서 λ6, 49℃에서 λ7, 53℃에서 λ8의 주파수를 가지게 되며, 57℃에서 λ1, 61℃에서 λ2의 주파수를 가지게 된다. 그러므로 이러한 DFB-LD 칩은 33℃에서 61℃의 온도 변화로 사이클릭 AWG의 모든 채널에 대응하는 주파수를 구현할 수 있다.

다른 예로써 33℃의 온도에서 특정 DFB-LD가 λ7의 파장을 가진다고 하자. 이러한 DFB-LD 칩의 경우 37℃에서 λ8, 41℃에서 λ1, 45℃에서 λ2, 49℃에서 λ3, 53℃에서 λ4의 주파수를 가지게 되며, 57℃에서 λ5, 61℃에서 λ6의 주파수를 가지게 된다. 그러므로 33℃에서 어떠한 주파수를 가지는 DFB-LD를 이용하여서도, 33℃에서 61℃의 온도 변화로 사이클릭 AWG의 모든 채널에 대응하는 주파수를 구현할 수 있게 된다. 이러한 방법은 DWDM을 매우 용이하게 구현할 수 있게 하여 준다.

이러한 설명은 도 3의 OLT에 대해서도 마찬가지로 적용된다.

본 발명의 중요한 기술적 특징은 사이클릭 AWG의 복수개의 밴드(band)를 이용하여 하나의 광섬유로 양방향 통신이 가능한 구조에 있다. 도 3에서 사이클릭 AWG의 파장 가변형 레이저가 적용되는 OLT 또는 ONU 광모듈에는 최소한 2개 이상의 사이클릭 AWG 밴드를 할당하고, 파장 가변형 레이저가 아닌 고정 파장형 레이저가 적용되는 광모듈에는 최소 한 개의 사이클릭 AWG 밴드를 할당하며, OLT용 밴드와 ONU용 밴드를 최소한 1개 이상의 사이클릭 AWG 밴드로 분리시킨다.

즉, ONU 및 OLT를 모두 DFB-LD를 사용하여 파장 가변의 특성을 부여할 경우 필요한 사이클릭 AWG의 밴드 수는 최소 5개가 된다. 50GHz 8 채널 사이클릭 AWG의 하나의 밴드 파장 폭은 대략 3.2nm 정도가 되므로 5개의 사이클릭 AWG의 밴드는 총 16nm의 파장 대역을 포함하게 된다.

현재 전세계적으로 구축되어 있는 CWDM(Coarse wavelength Division Multiplexing)은 20nm 파장 간격을 하나의 밴드로 설정하고 있어, 본 발명은 CWDM의 어느 한 밴드를 DWDM으로 용이하게 전환하는 기술로 적용이 가능하다.

이러한 본 발명의 특징은 100GHz 4 채널 또는 25GHz 16 채널로 확대 및 변형이 가능하다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims

사이클릭 AWG와, OLT 또는 ONU의 적어도 어느 한쪽에 DFB-LD 레이저 다이오드 칩을 활용하는 DWDM 시스템에 있어서,
파장 가변형 DFB-LD가 적용되는 OLT 또는 ONU 광모듈에는 적어도 2개 이상의 사이클릭 AWG 밴드가 할당되고, 파장 가변형 레이저가 아닌 고정 파장형 레이저가 적용되는 광모듈에는 적어도 한 개의 사이클릭 AWG 밴드가 할당되며, 상기 OLT용 밴드와 ONU용 밴드는 적어도 1개 이상의 사이클릭 AWG 밴드로 분리되는 것을 특징으로 하는 DWDM 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 사이클릭 AWG는 12.5GHz, 25GHz, 50GHz, 100GHz의 주파수 간격을 가지는 것을 특징으로 하는 DWDM 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 사이클릭 AWG는 각 밴드가 4 채널 또는 8 채널로 구성되는 것을 특징으로 하는 DWDM 시스템.