KR20160091910A - 편광-독립적 코히어런트 광 수신기 - Google Patents

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Abstract

코히어런트 광학 수신기에서, 수신기가 인트라다인 조건 하에 작동하도록, 수신 신호에 대해, 주파수 차이를 갖는 수신 신호 및 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 신호가 3x3 광학 커플러(2)에서 비트(beat)하도록 구성된다. 로컬 발진기에 의해 생성되는 신호 및 수신 신호 중 하나의 경로 상에 편광 빔 스플리터(5)가 위치하여, 인가되는 신호를 직교 편광을 가진 2개의 성분으로 분리하며, 이러한 성분을 커플러(2)의 두 입력에 전송하고, 상기 커플러(2)는 수신 신호 및 로컬 발진기에 의해 생성되는 신호 중 다른 하나를 제 3 입력에서 수신한다. 광전 변환 후, 커플러(2)로부터 나온 신호는 아날로그 처리 디바이스(7)에 공급되어, 수신 신호를 나타내는 전기 신호가 생성되고, 상기 전기 신호는 복조 이전에 저역 통과 필터(12)에 공급된다. 로컬 발진기(3)로부터의 신호와 수신 신호 간의 주파수 차이와, 저역 통과 필터(12)의 통과 대역은, 주파수 차이에 따라 소정 주파수에서 발진하는, 그리고, 수신 신호의 순간 편광 상태에 따라 소정의 진폭 및 위상을 가진, 수신 신호를 나타내는 전기 신호의 일 성분이 실질적으로 억제된다. 광학 신호의 코히어런트 수신 방법이 또한 제공된다.

Description

편광-독립적 코히어런트 광 수신기 {POLARISATION-INDEPENDENT COHERENT OPTICAL RECEIVER}
본 발명은 광섬유 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히, 수신 신호의 편광 상태에 독립적인 코히어런트 광 수신기에 관한 것이다.
높은 파장 선택도 및 높은 감도를 특징으로 하는 코히어런트 기술은 울트라-덴스 파장 분할 멀티플렉싱 광 신호를 또한 검출하기 위한 가장 유망한 해법으로 간주되며, 그 이용이 차세대 액세스 및 분배 광학 네트워크용으로 제안된다. 이러한 응용예에서, 코히어런트 수신기는 사용자에게 가용하게 만들어져야만 하고, 따라서, 소비자 전자제품에 흔하듯이 비용이 제한된다는 것이 본질적인 사항이다. 그러나, 현재 기존의 코히어런트 수신기 - 전송망용으로 연구되고 있음 - 는 정교하고 따라서 값비싼 광학적 및 전자적 구성요소를 이용하며, 이러한 구성요소들은 따라서 폭넓은 확산 요건과 양립할 수 없다. 그러나, 저렴한 코히어런트 수신기를 이용할 다른 응용예는 셀룰러 네트워크, 메트로폴리탄 네트워크, 또는 데이터 센터의 광학 프론트 홀/백홀(optical front haul/backhaul) - 즉, 가령, 소위 LTE(long term evolution) 또는 CPRI(Common Public Radio Interface)에 따른, 셀룰러망의 기지국들의 광학적 연결 - 일 것이고, 많은 수의 단말기들이 예상된다.
분산 피드백(DFB) 레이저와 같은 공통 용도의 광학적 구성요소와 아날로그 신호 처리를 이용할 수 있는, 따라서 저렴한 비용으로 제조될 수 있는, 코히어런트 수신기는 이미 알려져 있다.
청구항 제1항의 전제부의 기반이 되는 한 예가 논문 "ASK Multiport Optical Homodyne Receivers", by L. G. Kazovsky et al, Journal of Lightwave Technology, Vol. LT-5, No. 6, pages 770-790, June 1989에 개시되어 있다. 이와 같이 알려진 수신기에서, 진폭-변조 신호인 수신 신호와, 로컬 발진기로부터의 신호 간의 비트(beat)가 멀티포트 광학 커플러 - 비트를 생성할 2개의 신호(즉, 수신 신호 및 로컬 발진기로부터의 신호)를 2개의 입력에서 수신하지만, 제 3 입력은 이용하지 않는, 3개의 입력 및 3개의 출력을 가진 커플러 - 를 이용하여 수행된다. 따라서, 3개의 신호 - 각각은 수신 신호와 로컬 발진기로부터의 신호 간의 광학적 비트에 비례하고, 3개의 출력 각각에 대해 서로 다른 위상 변이에 의해 위상 변이됨(이상적인 경우에, 0, +120°, -120°) - 가 커플러 출력 상에 존재한다. 이러한 3개의 신호가 각자의 광검출기(photodetector)에 의해 독립적으로 검출되며, 이는 3개의 아날로그 신호를 제공한다. 이와 같이 검출된 신호는 그 후 저역 통과 필터링되고, 스퀘어링(squaring)되며, 애더(adder)를 이용하여 단일 신호로 조합된다. 단일 신호는 그 후 추가적인 저역 통과 필터링을 거친다.
두번째 예는 또한 위상-변조 신호에 대한 수신기의 적용을 개시하는 US 특허 4,732,447호에 개시되어 있다.
출원인에 의해 수행되는 실험은 이러한 종류의 수신기가 울트라-덴스 파장 분할 멀티플렉싱 패시브 광학 네트워크에서 또한 작동할 수 있음을 보여주고 있다.
앞서 논의한 두 경우 모두, 코히어런트 수신기는 수신 신호 및 로컬 발진기로부터의 신호의 편광 상태가 모두 일치하는 경우에만 정확하게 작동할 수 있다. 그러나, 로컬 발진기로부터의 신호의 편광 상태가 고정되어 있고, 반면에 수신 신호의 편광 상태는 임의적으로 변화하는데, 이는 전송선에 사용되는 모노모드 광섬유가 거리 및 시간과 함께 복굴절 특성 변수를 가지기 때문이다. 따라서, 일반적으로, 필드의 일부분만이 변환을 진행하고, 신호의 페이딩(fading), 심지어 전체의 페이딩이 발생할 수 있다.
그러나, 앞서 논의된 종래 기술의 수신기들은 편광에 민감하고, 따라서, 코히어런트 시스템 내 수신 신호의 편광 상태로부터 독립성을 획득하기 위해 현재 이용되거나 제안된 기술들 중 하나를 그 중에서 채택할 필요가 있다. 이러한 모든 해법은 상당한 복잡도 증가 따라서 비용 증가를 수반하고, 따라서, 수신기를 대규모 확산 요건과 양립할 수 없게 한다.
특히, 편광 다이버시티(US 특허 7,555,227호 참조)는 2개의 직교 편광 상태를 위한 검출 체인의 복제를 요한다. 이 기술은 편광 분할 멀티플렉싱을 이용하는 전송 네트워크에 현재 이용되고 있고, 이 경우에 복잡도 증가 및 이에 따른 비용 증가가 편광 분할 멀티플렉싱에 의해 제공되는 용량 증가에 의해 보상된다. 그러나, 이러한 멀티플렉싱이 고려되지 않은 액세스 네트워크의 경우에, 수신기 구조 복제는 제조 비용 및 에너지 소모를 배가시킬 뿐이다.
다른 알려진 기술 중에서, 송신측에서의 편광 변조(US 특허 제5,127,066호 참조) 및 자동 편광 정렬(US 특허 7,307,722호 참조)은 추가적인 구성요소(가령, 편광 변조기)를 수반하며, 이들은 그 자체로 값비싸고 더군다나 성능 저하를 야기한다.
Siuzdak J. et all, "BER Evalution for Phase and Polarization Diversity Optical Homodyne Receivers Using Noncoherent ASK and DPSK Demodulation", Jounal of Lightwave Technology, Vol. 7, No. 4, April 1989, pages 584-599는 2개의 다른 대안의 전략 - 수신 신호 및 로컬 발진기로부터의 신호의 편광 상태를 일치시키기 위한 편광 제어를 장착한 위상 다이버시티 호모다인 수신기와, 수신 신호 및 로컬 발진기로부터의 신호의 경로 모두에 편광 빔 스필리터를 갖춘 편광 및 위상 다이버시티 호모다인 수신기 - 을 개시한다.
DE 38 21 438 A1 호는 청구항 1의 전제부에 따른 편광-독립적 헤테로다인 수신기를 개시한다. 수신 신호 및 로컬 발진기로부터의 신호가 2x2 커플러의 네트워크를 이용하여 조합되고, 3개의 포토다이오드에 의해 검출된다. 그러나, 이 기법은 위상 다이버시티를 제공하지 못하며, 이에 따라, 수신기는 매우 높은 채널 밀도를 가진 파장 분할 멀티플렉싱(WDM) 시스템에서의 이용에 매유 유리한 인트라다인 작동과 양립되지 못한다. 선행 기술의 헤테로다인 수신기는 상당한 단점을 가진다: 첫번째로, 헤테로다인 검출은 더 넓은 대역을 갖는 구성요소들의 이용을 요하고, 수신기 감도를 감소시키며, 더욱이, 신호를 동상 및 직교 위상(I/Q) 변조하는 변조 포맷의 경우에 사용될 수 없으며, 마지막으로, 로컬 발진기로부터의 신호 및 수신 신호 간의 주파수 차이의 매우 정밀한 제어를 요한다. 더욱이, 광전 변환으로부터 나타나는 전기 신호의 아날로그 처리가 더 복잡하다.
선행 기술의 단점을 해소시키는 편광-독립적 코히어런트 광학 수신기와, 변조 광학 신호의 편광-독립적 코히어런트 수신 방법을 제공하는 것이 발명의일 목적이다.
이러한 목적들은 청구항 1의 수신기 및 청구항 9의 방법을 통해 실현된다.
수신기 및 방법의 유리한 특징들이 각각, 청구항 2 내지 8과, 청구항 10 내지 12에 개시되어 있다.
도 1은 발명의 제 1 실시예의 블록도,
도 2는 발명의 제 2 실시예의 블록도,
도 3은 수신 신호와 로컬 발진기로부터의 신호 간의 주파수 차이의 서로 다른 값들에 대해 수행되는 시뮬레이션을 통해 얻은 복조 신호의 아이 다이어그램(eye diagram), 그리고,
도 4는 저역 통과 필터링 전/후의 대응하는 전기 스펙트럼 도면.
도면에서, 단선 화살표는 광학적 연결을, 복선 화살표는 전기적 연결을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 수신기(100)에서, 원격 송신기(도시되지 않음)로부터 광섬유 전송선(1)을 통해 유입되는 광학 정보 신호(수신 신호)가, 적어도 3개의 입력 및 3개의 출력을 가진 광섬유 커플러(도면에서, 3개의 입력 및 3개의 출력을 가진 커플러 또는 3x3 커플러)(2)의 제 1 입력에 인가되어, 에너지가 각각의 입력으로부터 모든 출력까지 연결되게 된다. 본 예에서, 신호는, 예를 들어, 온-오프 키잉(OOK)에 따른, 진폭-변조 신호다. 전송선(1)은 기존 모노모드 섬유(즉, 편광을 유지하지 못하는 섬유)여서, 수신 신호가 거리 및 시간에 따라 변하는 편광 상태를 가진다.
로컬 발진기, 가령, 분산형 피드백 레이저는, 수신 신호의 중앙 주파수로부터 Δν만큼의 차이나는 주파수를 가진, 예를 들어, 45도로 편광되는 신호(로컬 신호)를 발생시킨다. 값 v는 수신기가 인트라다인 조건에서 작동하도록 구성된다 - 즉, 로컬 발진기의 주파수가 수신 신호의 대역 내에 머무르게 되도록 구성된다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 이러한 차이 Δν는 편광 독립성 획득을 위해 본질적인 파라미터다. 발진기(3)는 방출 주파수를 안정화시키기 위한 전류 제어 및 온도 제어(점선 화살표)를 위한 장치(4)와 연관되어 있다.
로컬 신호가 편광 빔 스플리터(5)에 공급되어, 커플러(2)의, 제 2 입력 및 제 3 입력에 각각 인가되는, 고려되는 예에서 동일 진폭을 가진, 직교 편광 성분으로 나누어진다. 따라서, 종래 기술에 반해, 커플러의 3개의 입력 모두가 이용된다. 스플리터(5)와 커플러(2) 간의 연결은, 로컬 신호의 각자의 성분의 편광 상태를 변경시키지 않도록 구현된다.
커플러(3)는 120도만큼 상호 위상 변이되는 3개의 신호를 출력하며, 이 신호들은 각자의 광검출기(6a, 6b, 6c) - 가령, 처리 블록(7)에서의 아날로그 처리와 동일한 방식으로 처리되는 출력 전류 ik(k = a, b, c)를 가진 트랜스임피던스 증폭기와 통합된 PIN 광검출기 - 에 전송된다. 선택적인 사항으로서, 3개의 광검출기 중 하나 - 가령, 광검출기(6c) - 의 출력이, 발진기(3)의 전류 제어를 수행하는 장치(4)에 또한 공급될 수 있다.
블록(7)에서 수행되는 처리는 앞서 언급한 L. G. Kazovsky et al.의 논문에 기재된 처리에 실질적으로 대응한다. 각각의 광검출기(6a-6c)의 출력 전류는 DC 차단 구성요소(8a-8c) 내로, 그리고 이후, 저역 통과 필터(9a-9c) 내로 전달되며, 이러한 저역 통과 필터는 광검출기의 통과대역에 대응하는 대역폭 B1을 갖고, 이는 수신 신호의 비트 레이트에 좌우될 것이다. 필터링된 신호의 각자의 성분(10a, 10c)이 스퀘어링되고, 애더(11)에서 합산된다. 애더 다음에 대역폭 B2를 가진 저역 통과 필터(12)가 이어지고, 다시 데이터 및 동기화 회복을 위한 기존 회로(13)가 이어진다. 대역폭 B2 역시 수신 신호의 비트 레이트에 의존할 것이다. 이러한 대역폭은 노이즈 제한 요건(대역폭이 너무 넓지 않을 것을 요구함)과 심볼간 간섭 무발생 요건(대역폭이 너무 좁지 않을 것을 요구함) 간의 절충이다. 특히, 대역폭 B2는 비트 레이트의 65% 내지 100%의 범위 내에 놓일 수 있고, 예를 들어, 비트 레이트의 75%일 수 있다. B2의 선택은 아래 논의되는 바와 같이 Δν의 선택을 결정한다.
애더(11) 및 필터(12)가 단일 구성요소로 만들어질 수 있다.
도 2에 도시되는 수신기(200) - 도 1에 도시되는 것과 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 표시됨 - 에서, 5'으로 표시되는 편광 빔 스플리터는 전송선(1)으로부터 유입되는 정보 신호의 경로 상에 위치하고, 이러한 신호를 직교 편광 성분으로 분리시킨다. 이러한 성분들 중 하나, 가령, 수직 성분은 커플러(2)의 제 1 입력에 직접 공급되고, 다른 성분은 편광 로테이터(20) 통과 후 커플러(2)의 제 2 입력에 공급되며, 상기 로테이터는 90도만큼 편광을 회전시킨다. 이러한 방식으로, 수신 신호의 두 성분 모두 동일 편광으로 커플러에 도달한다. 수신 신호의 두 성분 모두의 경로는, 상기 성분들이 어떤 고려할만한 상대적 지연 없이 커플러에 도달하도록 구현된다. 커플러(2)의 제 3 입력은 로컬 발진기(3)에 연결되어, 본 변형 실시예에서, 로테이터(20)로부터 나오는 신호와 동일한 편광을 가진 신호가 생성된다. 수신기의 나머지 부분들은 도 1을 참조하여 설명된 부분들과 동일하다.
출원인에 의해 수행되는 시뮬레이션은 두 실시예의 성능이 매우 유사함을 보여주었다.
설명되는 회로의 수학적 분석에 따르면, 처리 블록(7)의 출력에서의 신호 S(t)는 수신 신호의 순간 편광 상태에 좌우되는 위상 및 진폭을 가진, 2Δν에 중심을 갖는 스퓨리어스 복제본과 (정확한 신호를 나타내는) 기지대역 성분을 포함한다. 예를 들어, 45°로 편광된 로컬 신호를 갖는 도 1에 도시되는 그림의 경우에, 신호 S(t)는 다음의 관계로 표현된다:
Figure pct00001
여기서,
- R은 포터검출기 반응도이고,
- ELO는 로컬 신호의 두 성분의 진폭이며,
- r(t)는 수신 신호의 진폭이고,
- φ는 수신 신호의 편광 타원의 주축의 배향이며,
- Ψ는 수신 신호의 편광 상태의 타원각이다(선형 편광의 경우에 Ψ=0).
중괄호 내의 두번째 항은 로컬 발진기에 의해 생성되는 신호와 수신 신호의 편광 상태에 따라 랜덤 진폭을 갖는 스퓨리어스 성분을 나타낸다. 이러한 성분은 φ = nπ/4 (n= 0, 1, 2...)인 특별한 경우에, 즉, 수평 또는 수직 편광을 갖는 신호의 경우에, 0이 되지만, 일반적으로 무시할만하지 않다. 앞서 언급한 Kazovsky et al.에서와 같은 선행 기술에서의 완전한 호모다인 수신(Δν = 0)의 경우에, 스퓨리어스 성분은 수신 신호와 완전한 스펙트럼 오버랩을 갖고, 따라서, 이러한 신호를 수용할 수 없는 수준으로 왜곡시키는 간섭이 생성된다. 이에 반해 수신기가 인트라다인 조건 하에 작동하도록 구성될 경우(즉, 무시할수 없는 값의 Δν를 갖는 경우), 스퓨리어스 성분은 2Δν의 주파수에서 발진한다. 신호 S(t)가 필터(12)에서 저역 통과 필터링됨을 고려할 때, 필터(12)의 소정의 대역 B2가 주어졌을 때, 스퓨리어스 성분이 상기 대역 외부에 놓이도록, 그래서 억제되도록, 또는 적어도, 수신 신호와의 스펙트럼 오버랩이 최소이도록, Δν의 값은 선택될 수 있다.
도 3 및 도 4는 1.25 Gbit/s의 전송을 가정 - 수신 신호는 느리게 변하는 편광 상태를 가짐 - 함으로써, 그리고, 2GHz의 대역폭 B1을 가진 4차 Bessel 필터로 광검출기(6a-6c)를, 그리고, 0.93GHz의 대역폭 B2를 가진 4차 Bessel 필터로 필터(12)를 모델링함으로써, 수행되는 도 1에 도시되는 수신기의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 3은 0.3 GHz, 0.9 GHz, 1.5 GHz, 및 2.1 GHz의 Δν 값에 대해 필터링된 신호의 아이 다이어그램을 도시하며, 도 4는 저역 통과 필터링 전(곡선 a)과 후(곡선 b)의 대응하는 전기 스펙트럼을 도시한다. 도 3은 Δν가 증가함에 따라, 거의 완전히 닫힌 눈 조건(Δν = 0.3 GHz)으로부터 선명하게 열린 눈 조건까지 진행됨을 보여준다. 도 4는 또한 필터링 전에 신호에 존재하는 스퓨리어스 성분이 양호하게 억제됨을 보여준다. 따라서 시뮬레이션 결과, 수신 신호의 편광 상태로부터 요망되는 독립성이 얻어짐을 알 수 있다.
발명은 실제로 요망 목표를 얻는다. 게다가, Kazovsky et al.의 선행 기술의 저비용 수신기와 관련하여, 수신 신호의 편광 상태로부터의 독립성은, 커플러(2)의 제 3 입력을 이용함으로써, 그리고, 저렴한 구성요소인 편광 빔 스플리터만을 추가함으로써, 실현된다. 아날로그 처리 장치를 포함한, 수신기의 그 외 나머지 부분은 변형이 없다. 따라서, 발명이 앞서 언급한 응용예에 필요한 저렴한 단말기의 제조에 적합함이 명백하다.
도 1 및 도 2에 도시되는 두 기법 모두의 광학적 구성요소들(커플러(2), 빔 스플리터(5, 5'), 편광 로테이터(20))이 개별 구성요소로 간단한 방식으로 제조될 수 있음을 이해하여야 한다. 그러나, 하이브리드 및 모놀리식 통합에 기반한 해법을 통해, 광집적 회로(PIC) 기술을 이용함으로써, 동일 구성요소들이 제조될 수 있다. 이러한 관점으로부터, 신호가 단일 편광 상태를 가질 경우 일반적으로 광집적 회로의 도파관이 더 잘 작동함에 또한 주목하여야 한다. 따라서, 수신 신호를 X 및 Y 편광으로 분리시키고 이러한 편광들 중 하나를 회전시켜서 3x3 커플러에 유입되는 모두 3개의 신호가 동일한 (선형) 편광을 갖도록 하는 도 2에 도시되는 기법은, 현재 가용한 PIC 기술을 이용함으로써 구현되기에 더 적합한 기법임에 의심의 여지가 없다.
첨부된 청구범위에서 규정되는 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 변화 및 변형이 가능함이 명백하다.
예를 들어, 도 1에 도시되는 실시예에서, 로컬 신호가 편광됨을 고려할 때, 편광 빔 스플리터(5)는 2개의 출력 가운데 로컬 신호를 동등하게 분리하도록 배열되는 기존 빔 스플리터에 의해, 그리고, 편광을 적절히 회전시키는, 각각의 출력 당 하나씩, 한 쌍의 편광 상태 컨트롤러(특히 편광 로테이터)에 의해, 대체될 수 있다.
더욱이, 도 2에 도시되는 실시예에서, 개별 구성요소들을 이용한 구현예의 경우에, 편광 로테이터(20)는 커플러(2)와의 연결점에서 90도만큼 편광 빔 스플리터(5')의 편광-유지 섬유를 단순히 회전시킴으로써 구현될 수 있다.
더 많은 노이즈를 수용할 경우, 필터(12)의 대역폭 B2는 비트 레이트의 100%를 심지어 넘어설 수 있다(예를 들어, 구조적 이유로, 신호가 제로 신호, 등으로의 리턴이기 때문에). 이러한 경우에, 스퓨리어스 사본이 필터(12)에 의해 실질적으로 필터링되기 위해, Δν는 B2가 비트 레이트의 75%인 예시의 경우와 관련하여 더 큰 값을 가져야만 한다. 간단한 근사에서, Δν > B2 다. B2가 비트 레이트의 100%를 넘어설 경우, 수신기가 헤테로다인 조건 하에 작동한다.
더욱이, 블록(71)이, 도 1에 도시되는 바와 같이, Kazovsky et al.의 논문에 개시되는 것에 실질적으로 대응하는 아날로그 처리를 수행할 경우에도, 이러한 블록의 서로 다른 구현예들이 가능하다. 예를 들어, 차동 광검출기(6k)(k = a, b, c) - 즉, 전류 +ik 및 전류 -ik를 제공하는 검출기 - 를 이용함으로써, 출력 전류들 간의 차이의 제곱 (ia-ib)2, (ic-ia)2, (ic-ib)2이 전류의 제곱 i2 k 대신에 합산될 수 있다. 대안으로서, 신호의 동상 및 직교 성분 I, Q(가령, I = ia, Q = 2(ib + ic) - ia)의 제곱이 합산될 수 있다. 커플러가 이상적인 경우, 즉, 출력 신호들 간에 0도 및 +/- 120도의 위상 변이를 생성할 경우, 3개의 해가, 승인자(multiplicative factor)와는 별도로, 동등하다.
마지막으로, 수신기는 적절한 Δν의 선택 및 적절한 처리 변형과 함께, 진폭 변조와는 다른 변조를 갖는 신호에 시용될 수 있다. 특히, 앞서 설명된 수신기는 물론, 전기적 처리 및 광학적 부분의 추가적 변형없이, 듀오-이진 신호의 수신에 또한 적합하다. 다른 한편, 수신기는 차동 위상 변이 키잉(DPSK) 신호와 함께 이용될 수도 있으며, 그러나 이러한 경우에 Δν는 비트 레이트의 50% 또는 100%이어야 하고, 허용공차가 매우 좁아야 한다. 전기적 처리는 약간 다르며, US 특허 제4,732,447호에 개시된 것으로부터 추론될 수 있다.
광통신 시스템에 사용되는 것에 추가하여, 발명에 따른 편광-독립 수신기는 고분해능 광학 스펙트럼 분석기 내에도 사용될 수 있다. 알려진 바와 같이, 이러한 디바이스들은 일반적으로 코히어런트 수신기(호모다인 수신기, 또는 더 빈번한 경우의 헤테로다인 수신기)를 이용하며, 이는 전송되는 디지털 시퀀스의 검출에 사용되지 않지만, 주어진 주파수 범위 내 평균 전력의 값을 얻는데 사용된다. 코히어런트 검출에 기초한 본 스펙트럼 분석기는 앞서 논의된 수신 신호의 편광 상태에 대한 감도 문제에 시달린다. 따라서, 내재적으로 편광-독립적인 수신기 이용은 이러한 경우에 처리 체인 복제 또는 추가 디바이스 제공의 필요성을 또한 폐기함으로써, 분석기를 크게 단순화시킨다. 이러한 응용예에서, 블록(13)은 신호 전력 컴퓨팅 및 스펙트럼 디스플레이 수단과, 관심 대역 선택을 위한 요망 분해능(대략, 광학적 분해능은 출력 필터의 전기적 대역폭의 두배)에 따라 선택될 전기 필터를 종래의 방식대로, 포함할 것이다.

Claims (12)

  1. 편광-독립적 코히어런트 광학 수신기에 있어서,
    3개의 입력 및 3개의 출력을 가진 광학 커플러(2) - 상기 광학 커플러는 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 광학 신호 및 변조 광학 신호를 수신하고, 상기 신호들 간의 비트를 생성함 - 와,
    상기 로컬 발진기에 의해 생성되는 신호 및 변조 광학 신호 중 하나의 경로 상에 위치하는 광학 신호 스플리터(5; 5') - 상기 광학 신호 스플리터는 인가되는 신호를 직교 편광을 가진 2개의 성분으로 나누어, 이 성분들을 커플러(2)의 2개의 입력에 전송하며, 상기 커플러는 상기 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 신호 및 변조 광학 신호 중 다른 하나를 제 3 입력에서 수신함 - 와,
    커플러 출력에 각각 연결되고, 상기 커플러(2)로부터 나오는 광학 신호를 전기 신호로 변환하기 위한, 3개의 광검출기(6a, 6b, 6c) - 와,
    상기 광검출기(6a, 6b, 6c)로부터 나오는 전기 신호를 수신 및 처리하고, 그리고, 변조 광학 신호를 나타내면서 기지대역 성분을 포함하는 결과적 전기 신호를 생성하는, 아날로그 처리 회로(7, 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c, 11)와,
    결과적 전기 신호를 필터링하기 위한 저역 통과 필터(12)를 포함하며,
    상기 광학 커플러(2)는 동일한 상호 위상 변이를 가진 광학 신호들을 3개의 출력에서 제공하는 종류의 광학 커플러이고,
    상기 아날로그 처리 회로(7-11)는 적어도,
    상기 전기 신호들 또는 그 조합을 스퀘어링(squaring)하는 3개의 스퀘어링 회로(10a, 10b, 10c)와,
    상기 스퀘어링 회로(10a, 10b, 10c)로부터 나오는 신호를 합산하고, 상기 결과적 전기 신호를 출력하는, 애더(11)를 포함하며,
    상기 결과적 전기 신호는, 상기 기지대역 성분에 추가하여, 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 신호 및 변조 광학 신호 간의 주파수 차이에 따라 소정 주파수를 중심으로 하는, 그리고, 로컬 발진기에 의해 생성되는 신호 및 상기 변조 광학 신호의 순간 편광 상태에 따라 소정의 진폭 및 위상을 갖는, 스퓨리어스 성분을 포함하고,
    상기 주파수 차이는 상기 수신기(100; 200)가 인트라다인(intradyne) 조건 하에 작동하도록 이루어지며,
    상기 저역 통과 필터(12)의 통과 대역과 상기 주파수 차이는, 상기 스퓨리어스 성분이 상기 통과 대역을 벗어나거나 상기 변조 광학 신호와의 스펙트럼 오버랩이 최소화되도록 이루어지는
    수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커플러(2)는 각각의 입력으로부터 모든 출력으로 에너지를 연결하는 커플러인
    수신기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저역 통과 필터(12)는 상기 변조 광학 신호의 비트 레이트의 약 65% 내지 약 100% 범위의 통과대역을, 바람직한 경우 상기 비트 레이트의 75% 수준의 통과대역을, 갖는
    수신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 로컬 발진기(3)는 동일 진폭을 가진 2개의 직교 편광 성분을 포함하는 신호를 생성하는 종류의 것이고,
    상기 광학 신호 스플리터(5)는 상기 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 신호의 경로 상에 위치하고, 편광 빔 스플리터, 또는, 각각의 출력에 대한 편광 상태의 컨트롤러를 가지면서 출력들 간에 신호를 동등하게 분리하는 종류의 비-편광 빔 스플리터를 포함하는
    수신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학 커플러(2), 상기 광학 신호 스플리터(5, 5'), 및 상기 편광 로테이터(20)의 편광 상태의 상기 컨트롤러는 광집적 회로 기술을 이용하여 구현되는
    수신기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 신호 스플리터(5')는 상기 변조 광학 신호의 경로 상에 위치하고,
    상기 광학 신호 스플리터(5')의 출력은, 상기 변조 광학 신호의 두 성분 모두 동일 편광으로 커플러(2)에 도달하도록 편광 로테이터(20)와 연계되며,
    상기 로컬 발진기(3)는 상기 로테이터(20)로부터 나오는 성분과 동일 편광을 가진 신호를 생성하도록 구성되는
    수신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 커플러(2), 상기 광학 신호 스플리터(5, 5'), 및 상기 편광 로테이터(20)는 광집적 회로 기술을 이용하여 구현되는
    수신기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 저역 통과 필터(12)는 필터링된 신호로부터 동기 신호 및 정보 데이터를 복원하기 위한 기능과, 주어진 주파수 범위에서 변조 신호의 평균 전력을 결정하기 위한 기능 중 적어도 하나를 수행하기 위한 복원/결정 수단(13)에 연결되는
    수신기.
  9. 변조 광학 신호의 편광-독립적 코히어런트 수신 방법에 있어서,
    변조 광학 신호와 로컬 발진기에 의해 생성되는 신호 중 하나를 직교 편광을 가진 2개의 성분으로 분리한 후 수신되는 변조 광학 신호와 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 광학 신호 간에 비트가 생성되고, 상기 비트는 3개의 광학 신호를 생성하며,
    상기 3개의 광학 신호는 각자의 전기 신호로 변환되고,
    상기 전기 신호는 기지대역 성분을 포함하는, 변조 광학 신호를 나타내는 결과적 전기 신호를 생성하도록 아날로그 처리를 거치게 되고,
    상기 결과적 전기 신호가 저역 통과 필터링되며,
    상기 비트는 동일한 상호 위상 변이를 가진 3개의 광학 신호를 생성하고,
    상기 아날로그 처리는 광전 변환으로부터 나타나는 신호들 또는 그 조합을 스퀘어링하는 단계와, 상기 스퀘어링으로부터 나타나는 신호들을 상기 결과적 전기 신호로 조합하는 단계를 포함하며, 상기 결과적 전기 신호는, 기지대역 성분에 추가하여, 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 신호 및 변조 광학 신호 간의 주파수 차이에 따라 소정 주파수를 중심으로 하는, 그리고, 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 신호 및 상기 변조 광학 신호의 순간 편광 상태에 따라 소정의 진폭 및 위상을 갖는, 스퓨리어스 성분을 포함하고,
    상기 주파수 차이는 수신이 인트라다인(intradyne) 조건 하에 놓이도록 이루어지며,
    저역 통과 필터링의 통과 대역과 상기 주파수 차이는, 상기 스퓨리어스 성분이 상기 통과 대역을 벗어나거나 상기 변조 광학 신호와의 스펙트럼 오버랩이 최소화되도록 이루어지는
    변조 광학 신호의 편광-독립적 코히어런트 수신 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 통과 대역은 상기 변조 광학 신호의 비트 레이트의 약 65% 내지 약 100% 범위를 갖고, 바람직한 경우 상기 비트 레이트의 75% 수준인
    변조 광학 신호의 편광-독립적 코히어런트 수신 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 신호는 동일 진폭을 가진 직교 편광을 가진 2개의 성분을 포함하는 신호이고,
    상기 로컬 발진기(3)에 의해 생성되는 상기 신호가 직교 편광을 가진 상기 성분들로 분리되는
    변조 광학 신호의 편광-독립적 코히어런트 수신 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 변조 광학 신호가 분리되고,
    상기 분리로부터 나타나는 성분들 중 하나의 편광이 회전하여, 비트를 생성하는 디바이스(2)가 동일 편광을 가진 신호를 수신하게 되며,
    상기 회전을 통해 얻는 것과 동일한 편광을 가진 신호가 상기 로컬 발진기(3)를 이용하여 생성되는
    변조 광학 신호의 편광-독립적 코히어런트 수신 방법.
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