WO2013172541A1 - 양방향 광 송수신 모듈 - Google Patents

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김홍만
황월연
허영운
권윤구
최진수
정강용
진재현
유영준
성진수
임종영
박상수
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Definitions

  • the present specification relates to a bidirectional optical transmission / reception module. More specifically, in a bidirectional optical transmission / reception module performing optical transmission and reception within a CWDM single channel, an uplink signal and a downlink signal have different wavelength values in a CWDM single channel, and optical transmission and reception are performed.
  • a bidirectional optical transceiving module configured to be performed.
  • wavelength-division multiplexing (WDM) technology has been recognized as a viable alternative among various optical communication system technologies proposed to date.
  • WDM technology is a wavelength division multiplex method that bundles light of different wavelengths through one strand of optical fiber and provides each subscriber with a point-to-point dedicated channel through its own independent wavelength assignment. Higher speeds can be achieved by using a unique light wavelength.
  • WDM-PON passive optical network
  • TDM time-division multiplexing
  • E-PON Ethernet-PON
  • G-PON Gigabit-PON
  • optical terminal devices must be independent of the optical wavelength used. If this is not satisfied, various types of optical terminal devices as many as the number of optical wavelengths are used, which is called an inventory problem. In this case, great difficulty arises in the production, management, and installation of the optical terminal device.
  • a bidirectional optical transmission / reception module for performing optical transmission and reception within a CWDM single channel includes a bidirectional optical transmission / reception module configured to prevent a link failure between optical networks due to reflection and backscattering on an optical line. The purpose is to provide.
  • the bidirectional optical transmission and reception module includes an optical transmitter for outputting a transmission signal; An optical receiver configured to receive the transmission signal and a reception signal having a different wavelength value within a single channel; A splitter disposed to be inclined with respect to an incidence direction of a transmission signal output from the optical transmission unit, to output the transmission signal to the outside, and to reflect the optical signal input from the outside; And a reflection light blocking optical filter unit for blocking external reflection light by passing only an optical signal within a predetermined wavelength range including a wavelength value assigned to the reception signal among the reflected optical signals as a reception signal.
  • the bidirectional optical transceiving module may further include a thermoelectric semiconductor device configured to perform temperature control of the optical transmitter in response to an external temperature.
  • the bidirectional optical transmission / reception module further includes a parallel optical lens for converting the signal form of the reflected optical signal into parallel light, and outputting the parallel light lens.
  • the optical filter block for blocking the reflected light may include the optical signal output from the optical signal output through the parallel optical lens.
  • the external reflected light may be blocked by passing only the optical signal within the preset wavelength range including the wavelength value allocated to the received signal as the received signal.
  • the parallel light lens may include an entrance surface for receiving the reflected optical signal and an emission surface facing the incident surface and outputting the parallel light, and the emission surface may be flat.
  • the bidirectional optical transmission / reception module may be attached to the reflection light blocking optical filter by a transparent UV epoxy on the exit surface of the parallel light lens.
  • the reflective light blocking optical filter may be configured to be coated on the exit surface of the parallel light lens to have a form in which the parallel light lens and the reflective light blocking optical filter are integrated.
  • an optical communication system includes a plurality of bidirectional optical transceiver modules configured to have a plurality of transmit signals and receive signals having different wavelength values within a single channel; And a multiplexer / demultiplexer connected to the plurality of bidirectional optical transceiving modules to multiplex or demultiplex the plurality of transmission signals and received signals of different wavelengths.
  • the bidirectional optical transceiver module includes: an optical transmitter for outputting a transmission signal; An optical receiver configured to receive the transmission signal and a reception signal having a different wavelength value within a single channel; It may include a reflection light blocking optical filter for blocking the external reflected light by passing only the optical signal within a predetermined wavelength range including the wavelength value assigned to the received signal to the received signal.
  • Embodiments of the present invention can provide an optical communication system having a low wavelength and reflection and Rayleigh backscattering effect by applying wavelength-controlled laser technology to perform wavelength separation and operating a receiver anti-reflection filter according to the separated wavelength value.
  • a bidirectional high-density optical transceiver capable of using two or more channels, a large amount of data is divided into several wavelengths and transmitted to a single optical path, thereby providing optical transmission efficiency. Since it is increased compared to using the same wavelength in a single channel, it is possible to minimize the cost of upgrading the optical transmission capacity.
  • the bidirectional optical transmission / reception module increases the speed of collecting the communication channel using parallel light, and can be mounted in a miniaturized case required by the SFP or SFP + standard.
  • the structure of the entire optical network becomes much simpler when the general CWDM 2 channel optical transceiver is applied, which is advantageous in cost, installation, and maintenance.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating optical communication using the same wavelength of a single channel of Coarse-Wave-Division Multiplexing (CWDM) for transmitting and receiving uplink and downlink signals.
  • CWDM Coarse-Wave-Division Multiplexing
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a bidirectional optical transceiving module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph illustrating filter characteristics of an optical light blocking unit for blocking reflection light designed to receive an uplink signal and a downlink signal in CWDM communication according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a form of light incident on the reflection light blocking optical filter unit in the bidirectional optical transmission / reception module illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a graph showing filter transmission characteristics of a reflection light blocking optical filter unit with respect to parallel light and divergent light;
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a bidirectional optical transceiving module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a bidirectional optical transceiving module according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating optical communication using a bidirectional optical transceiving module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an optical communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an optical communication system using a bidirectional optical transceiving module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating optical communication using the same wavelength of a single channel of Coarse-Wave-Division Multiplexing (CWDM) for transmitting and receiving uplink and downlink signals.
  • CWDM Coarse-Wave-Division Multiplexing
  • 18 channels can be configured at 20 nm intervals from the first channel having a center wavelength of 1270 nm to the last channel having a center wavelength of 1610 nm.
  • CWDM Coarse-Wave-Division Multiplexing
  • guard bands of 2.5 nm are allocated on both sides of the ⁇ 7.5 nm range.
  • 20 nm allocated forms one band, with a difference of 5 nm between each band and the band forming a channel having a total spacing of 20 nm.
  • the transmitting unit TX1 and the receiving unit RX1 of the central station optical transceiver module, and the transmitting unit TX2 and the receiving unit RX2 of the subscriber station optical transceiver module are any one of 18 CWDM channels. It is configured to perform up and down signal transmission and reception through.
  • Optical communication using a single wavelength ( ⁇ 1) for transmitting and receiving uplink and downlink signals has the advantage of simplifying the structure of the multiplexer / demultiplexer by using one WDM filter for each communication channel. There are technical challenges that must be addressed before taking advantage.
  • Rayleigh backscattering refers to an optical signal component generated and returned by impurities in an optical fiber when the optical signal passes through the optical fiber.
  • the reflective components may be generated due to a poor connection of a passive element or an optical fiber. In bidirectional transmission, these reflections and backscattering [lambda] '1 interfere with the signal sent in the opposite direction.
  • the present specification relates to a bidirectional optical transmission / reception module capable of preventing a link failure between optical networks due to reflection and / or backscattering ⁇ ′1 on an optical line.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a bidirectional optical transceiving module according to a first embodiment of the present invention.
  • the bi-directional optical transmission and reception module includes a light transmitter 110, a splitter 120, a light receiver 130, an optical filter for blocking reflection light 140, a thermo-electric cooler (TEC) ( 150).
  • TEC thermo-electric cooler
  • the optical transmitter 110 is configured to output a transmission signal.
  • the light receiver 130 may be configured to input a received signal, and may include a light focusing lens 131 and a light receiving element 133.
  • the optical transmitter 110 and the optical receiver 130 are configured to transmit and receive a transmission signal and a reception signal having different wavelength values within a single channel.
  • CWDM For CWDM, there are 18 channels at 20 nm intervals in the center wavelength range from 1270 nm to 1610 nm, with a band of ⁇ 7.5 nm for each channel. Therefore, the wavelengths of transmitted and received signals should be allocated within the range of ⁇ 7.5 nm for each channel.
  • the transmission signal and the reception signal are configured to have wavelength values of 1346 nm and 1352 nm spaced apart by about 2 nm or more, respectively.
  • the light transmitting unit 110 and the light receiving unit 130 may be configured to transmit and receive.
  • the optical transmitter 110 may output a transmission signal having a wavelength value of 1346 nm
  • the optical receiver 130 may be configured to receive a reception signal having a wavelength value of 1352 nm.
  • the splitter 120 is installed to be inclined at a predetermined angle up and down with respect to the direction of incidence of the transmission signal output from the optical transmitter 110 to allow the transmission signal to pass through and output to the outside, and reflects the optical signal input from the outside. Do this.
  • the angle at which the splitter 120 is inclined with respect to the incidence direction of the transmission signal output from the optical transmitter 110 may be 30 to 60 °, but is inclined at 45 ° for good transmission and reception efficiency. Is common.
  • the splitter 120 is configured such that transmission and reception signals having respective wavelength values in the CWDM single channel are transmitted and received in both directions through one optical fiber ferrule 160.
  • the bidirectional optical transceiving module includes an optical filter unit 140 for blocking reflected light.
  • the optical filter block 140 for blocking the reflected light is configured to block external reflected light by passing only the optical signal within a predetermined wavelength range including the wavelength value assigned to the received signal among the optical signals reflected by the splitter 120 as the received signal. do.
  • the transmission signal output from the optical transmission unit 110 also has a wavelength value included in the same channel as the reception signal input to the optical reception unit 130, so that the transmission signal is reflected in the wavelength band of the reception signal to affect the characteristics.
  • the reflective light blocking unit 140 blocks all of the internal reflection signal or the external reflection signal (line reflection, Rayleigh backscattering) signal, etc. input to the light receiving unit 130 and is present in a single channel.
  • the optical signal corresponding to the received signal is separated from the transmitted signal so as to be incident to the optical receiver 130.
  • the reflection light blocking optical filter 140 has a characteristic of a band pass filter (BPF) that passes only an optical signal within a preset wavelength range including a wavelength value of a received signal.
  • BPF band pass filter
  • the optical filter block 140 for blocking the reflected light may be provided in a bidirectional optical transceiver module as shown in FIG. 2.
  • the reflection light blocking optical filter 140 may be provided as an external type of the bidirectional optical transmission and reception module.
  • the reflection light blocking optical filter 140 may be configured such that a received signal reflected by the splitter 120 is incident vertically.
  • the bidirectional optical transmission / reception module is configured such that the uplink signal and the downlink signal have different wavelength values within a single channel and bidirectional optical transmission and reception can be performed. Accordingly, embodiments of the present invention have the advantages of the configuration of performing two-way optical transmission and reception by assigning the same wavelength value of a single channel to the uplink signal and the downlink signal, but a problem of link error between optical networks. Reduces to a minimum.
  • thermo-electric cooler (TEC) 150 is configured to perform temperature control of the light transmitter 110 in response to an external temperature.
  • the thermoelectric semiconductor device 150 is a type of temperature control device that prevents the output of the transmission signal of the optical transmitter 110 from being affected by the external temperature change.
  • a wavelength value of a transmission signal output from the optical transmitter 110 is 0.1 nm per temperature according to an external temperature. Change to / ° C.
  • thermoelectric semiconductor device 150 allows the transmission signal output from the optical transmitter 110 to be fixed to a wavelength within a specific range even when the external temperature changes. As a result, the fluctuation range of the wavelength value of the uplink signal and the downlink signal is very small.
  • stable wavelength fixation is performed in consideration of the wavelength change per temperature (about 0.1 nm / ° C.) of the distributed feedback laser diode (DFB-LD). It can be made through a temperature control device such as Electric Cooler (150) or a heater (heater).
  • a temperature control device such as Electric Cooler (150) or a heater (heater).
  • thermoelectric semiconductor device 150 When the temperature control device such as the thermoelectric semiconductor device 150 is provided in the bidirectional optical transmission / reception module, a control circuit (not shown) for controlling the temperature control device may be included.
  • thermoelectric semiconductor device 150 allows the transmission signal to satisfy the wavelength range of the single channel in the external temperature range of -40 ⁇ +85 °C.
  • FIG. 3 is a graph illustrating filter characteristics of an optical light blocking unit for blocking reflection light designed to receive an uplink signal and a downlink signal in CWDM communication according to an embodiment of the present invention.
  • the downlink signal of the central station side optical transmission / reception module is input as a reception signal from the subscriber side optical transmission / reception module
  • the upstream signal of the subscriber side optical transmission / reception module is input as the reception signal from the central station side optical transmission / reception module.
  • the uplink and downlink signals are assigned wavelengths to have different wavelength values within the CWDM single channel.
  • the center wavelength of the CWDM single channel is 1350 nm
  • a wavelength value of 1352 nm may be assigned to the uplink signal and a wavelength value of 1346 nm to the downlink signal at 25 ° C.
  • the thermostat device such as the thermoelectric semiconductor device 150
  • the desired LD wavelength may be adjusted by adjusting the temperature of the thermoelectric semiconductor device 150.
  • the downlink signal may be allocated to a wavelength value of 1348 nm and the uplink signal to a wavelength value of 1355 nm within a single channel.
  • FIG. 3 shows a subscriber side optical transceiver module receiving a downlink signal and a central station optical transceiver module receiving an uplink signal having a thermoelectric semiconductor element 150 and having a wavelength value of 1348 nm as a downlink signal and a 1355 nm as an uplink signal.
  • the filter characteristics of the reflection light blocking optical filter 140 included in each optical transmission / reception module are illustrated.
  • the reflective light blocking optical filter unit 140 in the subscriber side optical transceiver module receiving the downlink signal has a filter blocking characteristic (Iso1) of about 19 dB at a wavelength value of 1348 nm of the downlink signal. It can be configured to.
  • the reflection light blocking optical filter 140 in the central station-side optical transmission / reception module receiving the uplink signal may be configured to have a filter blocking characteristic (Iso2) of about 22 dB at a wavelength value of 1355 nm of the uplink signal.
  • the reflective light blocking optical filter unit 140 may be configured to have an isolation characteristic of at least about 9 dB.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a form of light incident on the reflection light blocking optical filter unit in the bidirectional optical transmission / reception module illustrated in FIG. 2.
  • Light incident on the splitter 120 through the optical fiber ferrule 160 diverges at 7 to 8 degrees at half-angle angles (usually in the case of commercially available single-mode optical fibers).
  • the incident light angle is called an incident angle, and the incident angle is defined as an inclination angle of the input light with respect to the normal direction.
  • FIG. 4 illustrates a change in the angle of incidence of light according to a position deviating from the center of the divergent light when the divergent light incident through the optical fiber ferrule 160 is incident on the reflective light blocking unit 140 through the splitter 120. Drawing. As shown in FIG. 4, when the divergent light is incident on the reflection light blocking optical filter unit 140, the incident angle increases toward the outside.
  • FIG. 5 is a graph showing filter transmission characteristics of a reflection light blocking optical filter unit with respect to parallel light and divergent light;
  • the reflected light filter unit 140 has a 30 dB optical isolation value indicating the degree of light blocking, a guard band of at least 14 nm in the case of divergent light at a wavelength of 1355 nm ), But only 3 nm guard band is required for parallel light.
  • the guard band means the minimum wavelength interval required to satisfy the optical isolation value, and the guard band should be narrowed in order to narrow the wavelength interval for the optical transmission / reception channel in the optical communication network to increase the integration of the information amount.
  • the present specification is a reflection light blocking optical filter 140 unit
  • a bidirectional optical transmission / reception module configured to have a form of incident light incident on a parallel light is provided.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a bidirectional optical transceiving module according to a second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 6 includes an optical transmitter (not shown), a splitter 210, and an optical filter unit 230 for blocking reflected light, similarly to the first embodiment illustrated in FIG. 2. Since the operations of the components are the same, the description of the components will be omitted herein.
  • a second embodiment of the present invention includes a parallel light lens 220.
  • the parallel light lens 220 is configured to convert the signal shape of the optical signal reflected by the splitter 210 into parallel light and output the parallel light.
  • the guard band required to satisfy the preset light isolation value is lower than that of the emitted light. By being very narrow, the integration of the communication channel can be greatly improved.
  • the length of the receiving end to the light receiving unit 250 is increased because of the size of the parallel light lens.
  • the increased length of the receiver makes it difficult to mount in an external case of the size specified by the SFP or SFP + multiple source agreement (MSA).
  • the bidirectional optical transmission / reception module is provided with a parallel light lens 220 at the front end of the optical filter unit 230 for blocking the reflection light, in order to increase the focusing speed of the communication channel, It is configured to have a shape having a receiver length that can be mounted in a case of a smaller size required by the SFP + standard.
  • the parallel light lens 220 has no metal barrel (unlike commercial parallel light lenses), and has a short focal length of 1 mm or more and 2 mm or less. It features.
  • the parallel light lens 220 has an incident surface for receiving an optical signal and an emission surface facing the incident surface and outputting parallel light, wherein the emission surface has a flat shape.
  • the reflection light blocking optical filter 230 may be attached to the exit surface of the parallel light lens 220 having the above shape through a transparent UV epoxy.
  • the parallel light lens 220 and the optical light blocking unit 230 for the reflection light blocking are directly attached to the exit surface of the parallel light lens 220 having a flat shape through the transparent UV epoxy.
  • the light converging lens 251 included in the light receiving unit 250 is not an external lens but is mounted in the form of an aspherical lens on a cap surrounding the light receiving element 253, thereby providing a length of the receiving end. Can be reduced.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a bidirectional optical transceiving module according to a third embodiment of the present invention.
  • the bidirectional optical transceiving module according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 7 also includes a parallel optical lens 220.
  • the third embodiment of the present invention illustrated in FIG. 7 has a flat light exit surface of the parallel light lens 220 and an optical filter unit for blocking reflection light on the light exit surface of the parallel light lens 220. 230 is coated, the parallel light lens 220 and the reflection light blocking optical filter unit 230 is configured in an integrated form.
  • the reflection light blocking optical filter 230 is configured in the form of a thin film filter, The thin film filter is deposited on the exit surface of the parallel light lens 220.
  • the length of the light receiving end is reduced by the thickness of the optical filter unit 230 for blocking the reflected light, so that the optimal structure may be shown to miniaturize the bidirectional optical transmission / reception module.
  • the parallel light lens 220 has a focal length of 1 mm or more and 2 mm or less in shorter focal length than the conventional parallel light lens.
  • the third embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is more compact than the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating optical communication using a bidirectional optical transceiving module according to an embodiment of the present invention.
  • the central station-side optical transceiver module and the subscriber-side optical transceiver module paired with each other, utilizing the bidirectional optical transceiver module of the present specification the uplink signal to the central station side and the downlink signal to the subscriber side is CWDM single channel Within the range, different wavelength values ( ⁇ 1, ⁇ 2) having a predetermined interval difference are obtained.
  • the uplink signal and the downlink signal do not have the same wavelength value lambda 1 of the CWDM single channel, but the uplink signal and the downlink signal have different wavelengths lambda 1 and lambda 2. This prevents degradation of communication due to line reflections or Rayleigh backscattering ( ⁇ ⁇ 1).
  • the uplink signal and the downlink signal have different wavelength values ( ⁇ 1, ⁇ 2) within the CWDM single channel, transmission efficiency through the optical path may be increased, and optical transmission capacity may be increased.
  • 9 is a diagram illustrating a configuration of an optical communication system according to an embodiment of the present invention.
  • 9 illustrates a wavelength value ( ⁇ 2n-1, ⁇ 2n, where n is a natural number of 1 or more) in which an uplink signal and a downlink signal are different in a single channel by using the bidirectional optical transceiver module 100 according to an embodiment of the present invention.
  • an optical communication system for performing communication is a diagram illustrating a configuration of an optical communication system according to an embodiment of the present invention.
  • a wavelength value ⁇ 2n-1, ⁇ 2n, where n is a natural number of 1 or more
  • the central station side n optical transmission / reception modules are paired with the subscriber side n optical transmission / reception modules to transmit / receive an uplink signal and a downlink signal, and multiplex / demultiplexer to the central station side and the subscriber side for communication via the optical path. 1,300-2).
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an optical communication system using a bidirectional optical transceiving module according to another embodiment of the present invention.
  • the optical communication system has a configuration in which the central station side and the subscriber side are paired with each other based on the optical path.
  • an optical communication system will be described based on the central station.
  • a bidirectional optical transceiver module having an uplink signal and a downstream signal having different wavelength values in a single channel is used, and the bidirectional optical transceiver modules provided at the central station are paired by two.
  • two uplink signals and two downlink signals between them have different wavelength values ( ⁇ 4n-3, ⁇ 4n-2, ⁇ 4n-1, ⁇ 4n, where n is a natural number of 1 or more) in a single channel.
  • the optical communication system illustrated in FIG. 9 illustrates a case where wavelengths are allocated to have different wavelength values for the uplink signal and the downlink signal, respectively, within a single channel
  • the system illustrates a case where a wavelength is allocated to have two different wavelength values ( ⁇ 4n-3, ⁇ 4n-2, ⁇ 4n-1, and ⁇ 4n) for each of the uplink signal and the downlink signal in a single channel.
  • the optical communication system of the present specification uses a bidirectional optical transmission / reception module according to an embodiment of the present invention to generate a plurality of uplink signals having different wavelength values and different wavelength values within a single channel.
  • the branch may be configured to perform optical communication through a plurality of downlink signals.
  • the multiplexer / demultiplexer 400-1a,..., 400-na may be further included separately from the multiplexer / demultiplexer 300-1 provided in advance.
  • the multiplexer / demultiplexer 400-1a, .., 400-na is connected to a plurality of bidirectional optical transceiver modules to perform a function of multiplexing or demultiplexing their uplink and downlink signals.

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Abstract

양방향 광 송수신 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 양방향 광송수신 모듈은 송신 신호와 수신 신호는 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 가지며, 송신 신호를 출력하는 광 송신부와 수신 신호를 입력받는 광 수신부; 광 송신부로부터 출력된 송신 신호의 입사방향에 대하여 경사지게 설치되어 송신 신호가 통과되도록 하여 외부로 출력시키고, 외부로부터 입력된 광신호를 반사하는 스플리터와; 스플리터에서 반사된 광신호 중에서 수신 신호에 할당된 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 수신 신호로 통과시키어 외부 반사광을 차단시키는 반사광 차단용 광 필터부를 포함한다. 본 발명은 광 선로 상에 반사 및 역산란에 따른 광 통신망 간 링크 오류(Link Fail)를 방지할 수 있는 양방향 광 송수신 모듈을 제공 가능하다.

Description

양방향 광 송수신 모듈
본 명세서는 양방향 광 송수신 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CWDM 단일 채널 내에서 광 송수신을 수행하는 양방향 광 송수신 모듈에 있어서 상향 신호와 하향 신호가 CWDM 단일 채널 내 서로 다른 파장 값을 가지며 광 송수신이 수행되도록 구성된 양방향 광 송수신 모듈에 관한 것이다.
최근에 증가하는 데이터 트래픽에 대한 수요를 충족하기 위해서는 현존하는 광 통신망의 용량 확장이 요구된다.
이러한 이유로 인해 현재까지 제안된 다양한 광 통신 시스템 기술 중 파장분할 다중방식(WDM:Wavelength-Division Multiplexing) 기술이 유력한 대안으로 인식되고 있다.
WDM 기술은 광섬유 한 가닥을 통해 서로 다른 파장의 빛을 묶어서 보내는 파장분할다중 방식으로, 각 가입자에게 고유의 독립적인 파장 할당을 통해 점대점(point-to-point)의 전용채널을 제공하며, 가입자 별 고유의 광 파장을 사용하기 때문에 높은 속도를 제공할 수 있다.
예를 들어, WDM-PON(PON: Passive Optical Network) 기술은 E-PON(Ethernet-PON) 및 G-PON(Gigabit-PON) 등과 같은 시간분할방식인 TDM(Time-Division Multiplexing)-PON에 비해 많은 파장을 사용하므로 양방향 대칭형 서비스를 보장하고, 독립적으로 대역폭을 할당하며, 서로 다른 파장의 신호를 해당 가입자만 수신하므로 보안성이 우수한 것 등의 장점을 가지고 있다.
이러한, WDM-PON에서 가장 중요한 요구사항 중 하나는 광 단말장치들이 사용되는 광 파장에 무관해야 된다는 것이다. 이를 만족시키지 못할 경우 사용하는 광 파장 개수만큼의 다양한 광 단말장치의 종류가 발생하는데 이를 인벤토리(inventory) 문제라고 한다. 이 경우 광 단말 장치의 생산, 관리, 그리고 설치에 큰 어려움이 발생한다.
CWDM 방식에서 양방향 광 모듈을 적용하기 위해서는 총 18개의 CWDM 채널 중 9개의 채널을 이용하여 각각 송신과 수신에 적용하여야 한다. 결과적으로 CWDM 방식의 광선로 이용효율이 절반으로 감소하게 된다. 그에 따라, 상향(가입자 -> 중앙국)과 하향(중앙국 -> 가입자) 신호 전송에 단일 채널을 사용하는 기술들이 제안되고 있다. 하지만, 단일 채널의 사용으로 광 선로 상에 반사 및 역산란에 따른 광 통신망 간 링크 오류가 발생하는 문제가 있다.
본 명세서는 CWDM 단일 채널 내에서 광 송수신을 수행하는 양방향 광 송수신 모듈에 있어서, 광 선로 상에서의 반사 및 역산란에 따른 광 통신망 간 링크 오류(Link Fail)를 방지할 수 있도록 구성된 양방향 광 송수신 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈은 송신 신호를 출력하는 광 송신부와; 상기 송신 신호와 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 갖는 수신 신호를 입력받는 광 수신부와; 상기 광 송신부로부터 출력된 송신 신호의 입사방향에 대하여 경사지게 설치되어 상기 송신 신호를 외부로 출력하고, 외부로부터 입력된 광신호를 반사하는 스플리터와; 상기 반사된 광신호 중에서 상기 수신 신호에 할당된 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 수신 신호로 통과시키어 외부 반사광을 차단하는 반사광 차단용 광 필터부를 포함한다.
상기 양방향 광 송수신 모듈은 외부 온도에 대응하여 상기 광 송신부의 온도 조절을 수행하는 열전 반도체 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 양방향 광 송수신 모듈은 상기 반사된 광신호의 신호 형태를 평행광으로 변환시켜 출력하는 평행광 렌즈를 더 포함하고, 상기 반사광 차단용 광 필터부는, 상기 평행광 렌즈를 통해 출력된 광신호 중에서 상기 수신 신호에 할당된 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 수신 신호로 통과시키어 외부 반사광을 차단할 수 있다.
여기서, 상기 평행광 렌즈는, 상기 반사된 광신호를 수신하는 입사면 및 상기 입사면에 대향하고 상기 평행광이 출력되는 출사면을 포함하며, 상기 출사면은, 평평(flat)할 수 있다.
상기 양방향 광 송수신 모듈은 상기 반사광 차단용 광 필터부가 상기 평행광 렌즈의 상기 출사면에 투명한 UV 에폭시에 의해 부착될 수 있다. 이때에, 상기 반사광 차단용 광 필터부는, 상기 평행광 렌즈의 상기 출사면에 코팅된 형태로 구성되어 상기 평행광 렌즈와 상기 반사광 차단용 광 필터부가 일체화된 형태를 가질 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따라 광 통신 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 복수 개의 송신 신호들과 수신 신호들이 단일 채널 내에서 서로 다른 파장의 값을 가지도록 구성된 복수 개의 양방향 광 송수신 모듈과; 상기 복수 개의 양방향 광 송수신 모듈과 연결되어 상기 서로 다른 파장의 복수 개의 송신 신호들 및 수신 신호들을 다중화 또는 역다중화하는 다중화/역다중화기;를 포함할 수 있다.
상기 양방향 광 송수신 모듈은, 송신 신호를 출력하는 광 송신부와; 상기 송신 신호와 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 갖는 수신 신호를 입력받는 광 수신부와; 상기 수신 신호에 할당된 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 수신 신호로 통과시키어 외부 반사광을 차단하는 반사광 차단용 광 필터부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 온도조절 Laser 기술을 적용하여 파장 분리를 하고, 분리된 파장값에 따라 수신단 반사차단 필터가 동작함으로써 반사 및 레일리 역산란의 영향이 적은 광 통신 시스템을 제공할 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 2개 이상 채널을 사용이 가능한 양방향 고밀도(High-Density) 광 송수신기를 사용하여 대용량의 데이터를 여러개의 파장으로 분할하여 하나의 광선로에 전송함으로써, 광선로 전송 효율이 단일 채널 내 동일 파장을 사용하는 경우에 비해 증가되기 때문에, 광전송 용량의 고도화비용을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈은, 평행광을 이용하여 통신 채널의 집속도를 높이며, SFP 또는 SFP+ 규격에서 요구하는 소형화된 케이스에 실장 가능하다.
더 나아가 본 발명의 실시예를 적용하게 되면, 전체 광 망의 구조(Structure)가 일반 CWDM 2 채널 광 송수신기 적용 시 보다 매우 간단하게 되어, 비용, 설치, 유지보수 등에 유리한 효과가 있다..
도 1은 상향 및 하향 신호 송수신에 저밀도파장분할 다중방식(CWDM: Coarse-Wave-Division Multiplexing) 단일 채널의 동일 파장을 사용하는 광 통신을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로 CWDM 통신에서 상향 신호와 하향 신호 각각을 수신하기 위해 설계된 반사광 차단용 광 필터부의 필터 특성을 도시한 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 양방향 광 송수신 모듈에서 반사광 차단용 광 필터부에 입사되는 광의 형태를 도시한 도면이다.
도 5는 평행광과 발산광에 대한 반사광 차단용 광 필터부의 필터 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈을 활용한 광 통신을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈을 활용한 광 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명에 따른 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 상향 및 하향 신호 송수신에 저밀도파장분할 다중방식(CWDM: Coarse-Wave-Division Multiplexing) 단일 채널의 동일 파장을 사용하는 광 통신을 도시한 개략도이다.
저밀도파장분할 다중방식(CWDM: Coarse-Wave-Division Multiplexing) 시스템에서는 중심 파장이 1270 nm인 첫 번째 채널부터 중심 파장이 1610 nm인 마지막 채널까지 20 nm 간격으로 18개의 채널이 구성될 수 있다.
여기서, ± 7.5 nm 범위의 양쪽에 2.5 nm씩의 보호 밴드가 할당된다. 이러한 방식으로 할당된 20 nm가 하나의 밴드를 형성하며, 각각의 밴드와 밴드 사이에 다시 5 nm의 차이를 두어 총 간격이 20 nm인 채널이 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 중앙국측 광 송수신 모듈의 송신부(TX1)와 수신부(RX1), 그리고 가입자측 광 송수신 모듈의 송신부(TX2)와 수신부(RX2)는 18개의 CWDM 채널 중 임의의 한 채널을 통해서 상향 및 하향 신호 송수신을 수행하도록 구성된다.
상향 및 하향 신호 송수신에 단일 파장(λ1)을 사용하는 광 통신은 각 통신 채널당 1개의 WDM 필터를 사용함으로써 다중화/역다중화기의 구조가 간단해져 전체적인 시스템 구성 비용을 낮출 수 있는 장점을 가지고 있지만, 그러한 장점을 활용하기 이전에 해결해야 하는 기술적인 과제가 있다.
그 해결해야 하는 과제는 소정의 방향에서 보낸 신호에 의한 반사 성분들과 역산란(backscattering)(λ´1)이 반대 방향에서 보낸 신호와 간섭을 일으켜, 시스템의 성능을 저하시키는 것이다. 이러한 역산란 중 대표적인 것으로 레일리(Rayleigh) 역산란이 있다. 레일리 역산란은 광신호가 광섬유를 지날 때 광섬유 내의 불순물에 의해 발생하여 되돌아오는 광신호 성분을 지칭한다.
또한, 반사 성분들은 수동 소자 혹은 광섬유의 연결 불량 등에 의해 발생될 수 있다. 양방향 전송의 경우, 이러한 반사 성분들과 역산란(λ´1)은 반대 방향에서 보내진 신호와 간섭을 일으키게 된다.
본 명세서는 광 선로 상에 반사 및/또는 역산란(λ´1)에 의한 광 통신망 간 링크 오류(Link Fail)를 방지할 수 있는 양방향 광 송수신 모듈에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 상기 양방향 광 송수신 모듈은 광 송신부(110), 스플리터(120), 광 수신부(130), 반사광 차단용 광 필터부(140), 열전 반도체 소자(TEC :Thermo-Electric Cooler)(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 광 송신부(110)는 송신 신호를 출력하도록 구성된다.
상기 광 수신부(130)는 수신 신호를 입력도록 구성되고, 광 집속 렌즈(131)와 수광 소자(133)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 광 송신부(110)와 상기 광 수신부(130)가 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 가지는 송신 신호와 수신 신호를 송수신하도록 구성된다.
CWDM의 경우, 중심 파장 1270 nm부터 1610 nm까지의 범위 내에서 20 nm 간격의 18 채널을 가지고, 각 채널당 대역이 ± 7.5 nm 이다. 그러므로 각 채널당 ±7.5 nm 대역 범위 내에서 송신 신호와 수신 신호의 파장이 할당되어 존재하여야 한다.
예를 들어, CWDM 중심 파장 1350 nm 채널의 경우, 송신 신호와 수신 신호가 각각 약 2 nm 이상 이격된 1346 nm와 1352 nm 의 파장 값을 가지도록 구성되고, 이러한 파장 값을 가지는 송신 신호와 수신 신호를 송수신할 수 있도록 상기 광 송신부(110)와 상기 광 수신부(130)가 구성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 광 송신부(110)는 1346 nm의 파장 값을 가지는 송신 신호를 출력하고, 상기 광 수신부(130)는 1352 nm의 파장 값을 가지는 수신 신호를 입력받도록 구성될 수 있다.
상기 스플리터(120)는 상기 광 송신부(110)로부터 출력된 송신 신호의 입사 방향에 대하여 상하로 일정각도 경사지게 설치되어 송신 신호가 통과되도록 하여 외부로 출력시키고, 외부로부터 입력된 광신호를 반사하는 기능을 수행한다. 상기 스플리터(120)가 상기 광 송신부(110)로부터 출력된 송신 신호의 입사방향에 대하여 경사진 각도는 30 내지 60°로 될 수 있으나, 송신 및 수신 효율이 양호하도록 하기 위하여 45°로 경사지게 구성되는 것이 일반적이다.
이와 같이 상기 스플리터(120)는 CWDM 단일 채널 내에 각각의 파장 값을 가지는 송신 신호와 수신 신호가 하나의 광섬유 페룰(160)을 통해 양방향으로 송수신되도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈은 반사광 차단용 광 필터부(140)를 구비한다.
상기 반사광 차단용 광 필터부(140)는 상기 스플리터(120)에서 반사된 광신호 중에서 수신 신호에 할당된 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 수신 신호로 통과시키어 외부 반사광을 차단하도록 구성된다.
상기 광 송신부(110)에서 출력된 송신 신호도 상기 광 수신부(130)에 입력되는 수신 신호와 동일한 채널에 포함되는 파장 값을 가지고 있어서, 송신 신호가 수신 신호의 파장 대역으로 반사되어 특성에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 상기 반사광 차단용 광 필터부(140)는 상기 광 수신부(130)로 입력되는 내부 반사 신호 또는 외부 반사(선로 반사, 레일리(Rayleigh) 역산란) 신호 등을 모두 차단하며, 단일 채널 내에 존재하는 송신 신호를 분리시켜 수신 신호에 해당하는 광신호만 상기 광 수신부(130)로 입사되도록 구성된다.
상기 반사광 차단용 광 필터부(140)는 수신 신호의 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 통과시키는 대역통과필터(BPF : Band Pass Filter)의 특성을 가진다.
상기 반사광 차단용 광 필터부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 양방향 광 송수신 모듈에 내장형으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 반사광 차단용 광 필터부(140)는 양방향 광 송수신 모듈의 외장형으로 구비될 수도 있다.
상기 반사광 차단용 광 필터부(140)는 스플리터(120)에서 반사되어 입력되는 수신 신호가 수직으로 입사되도록 구성될 수 있다.
상기 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈은, 상향 신호와 하향 신호가 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 가지며 양방향 광 송수신이 수행될 수 있도록 구성된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들은 기존에 상향 신호와 하향 신호에 단일 채널의 동일 파장 값이 할당되어 양방향 광 송수신을 수행하는 구성이 가지는 장점은 그대로 가지고 있되, 단점인 광 통신망 간 링크 오류의 문제는 최소한으로 줄여 준다.
상기 열전 반도체 소자(TEC: Thermo-Electric Cooler)(150)는 외부 온도에 대응하여 상기 광 송신부(110)의 온도 조절이 수행되도록 구성된다. 상기 열전 반도체 소자(150)는 상기 광 송신부(110)의 송신 신호 출력이 외부 온도 변화에 영향을 받지 않도록 해 주는 온도 조절 장치의 일종이다.
상기 광 송신부(110)가 분산형 피드백 레이저 다이오드(DFB-LD : Distributed Feedback - Laser Diode)를 구비하는 경우, 광 송신부(110)에서 출력되는 송신 신호의 파장 값은 외부 온도에 의해 온도당 0.1 nm/℃으로 변화된다.
상기 열전 반도체 소자(150)는 외부 온도 변화가 되더라도 상기 광 송신부(110)에서 출력되는 송신 신호가 특정 범위 내의 파장 값으로 고정되도록 한다. 이에 따라상향 신호와 하향 신호의 파장 값의 변동 폭이 매우 작게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈은, 분산형 피드백 레이저 다이오드(DFB-LD)의 온도당 파장 변화(약 0.1 nm/℃) 를 감안한 안정된 파장고정이 열전 반도체 소자(TEC: Thermo-Electric Cooler)(150)나 히터(heater)와 같은 온도 조절 장치를 통하여 이루어지도록 할 수 있다.
양방향 광 송수신 모듈 내에는 열전 반도체 소자(150)와 같은 온도 조절 장치가 구비되는 경우, 그 온도 조절 장치를 제어할 수 있는 제어 회로(미도시)가 포함될 수 있다.
상기 열전 반도체 소자(150)는 -40 ~ +85 ℃의 외부 온도 범위에서 송신 신호가 단일 채널의 파장 범위를 만족할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로 CWDM 통신에서 상향 신호와 하향 신호 각각을 수신하기 위해 설계된 반사광 차단용 광 필터부의 필터 특성을 도시한 그래프이다.
CWDM 통신에 있어서, 중앙국측 광 송수신 모듈의 하향 신호는 가입자측 광 송수신 모듈에서 수신 신호로 입력되고, 가입자측 광 송수신 모듈의 상향 신호는 중앙국측 광 송수신 모듈에서 수신 신호로 입력된다. 상향 신호와 하향 신호는 CWDM 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 가지도록 파장이 할당된다.
그에 따라, CWDM 단일 채널의 중심파장이 1350 nm인 경우, 25 ℃ 상온에서는 상향 신호에 1352 nm의 파장 값이, 하향 신호에 1346 nm의 파장 값이 할당될 수 있다. 그리고, 중앙국측과 가입자측 광 송수신 모듈 내에서 열전 반도체 소자(150)와 같은 온도 조절 장치를 구비하는 경우라면, 열전 반도체 소자(150)의 온도 조정을 통해 원하는 LD 파장을 조정할 수 있다. 일 예로 하향 신호를 1348 nm의 파장 값으로, 상향 신호를 1355 nm의 파장 값으로 단일 채널 내에서 할당되도록 할 수 있다.
도 3은 하향 신호를 수신하는 가입자측 광 송수신 모듈과 상향 신호를 수신하는 중앙국측 광 송수신 모듈이 열전 반도체 소자(150)를 구비하면서 하향 신호로 1348 nm의 파장 값을, 상향 신호로 1355 nm의 파장 값을 가지는 경우에, 각 광 송수신 모듈 내에 구비된 반사광 차단용 광 필터부(140)의 필터 특성을 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하향 신호를 수신하는 가입자측 광 송수신 모듈 내의 반사광 차단용 광 필터부(140)는, 하향 신호의 파장 값 1348 nm에서 19 dB 정도의 필터 차단 특성(Iso1)을 가지도록 구성될 수 있다. 또한, 상향 신호를 수신하는 중앙국측 광 송수신 모듈 내의 반사광 차단용 광 필터부(140)는, 상향 신호의 파장 값 1355 nm에서 22 dB 정도의 필터 차단 특성(Iso2)을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 반사광 차단용 광 필터부(140)가 어느 정도의 필터 차단 특성을 가지도록 설계되느냐에 따라 통신 품질은 달라질 것이다. 본 발명의 실시예에서, 반사광 차단용 광 필터부(140)는 최소 9 dB정도의 아이솔레이션 특성을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 반사광 차단용 광 필터부(140)의 필터 차단 특성을 개선시키기 위해서, 이하에서는 반사광 차단용 광 필터부(140)에 입사되는 광의 형태에 따른 특성을 살펴본다.
도 4는 도 2에 도시된 양방향 광 송수신 모듈에서 반사광 차단용 광 필터부에 입사되는 광의 형태를 도시한 도면이다.
광섬유 페룰(160)을 통해서 스플리터(120)에 입사되는 광은, (보통 시판되는 싱글모드 광섬유의 경우) 반치각으로 7~8도로 발산한다. 반치각 7~8도를 갖고 발산하는 광이 반사광 차단용 광 필터부(140)에 입사될 때에 그 입사되는 광의 각도는 입사각으로 불리우며, 입사각은 법선 방향에 대한 입력 광의 기울어진 각도로 정의된다.
도 4는 광섬유 페룰(160)을 통해 입사된 발산광이 스플리터(120)를 거쳐 반사광 차단용 광 필터부(140)에 입사될 때에, 발산광의 중심에서 벗어난 위치에 따른 광 입사각의 변화를 표시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 발산광이 반사광 차단용 광 필터부(140)에 입사될 경우, 외곽으로 갈수록 입사각이 커지게 된다.
이러한 발산광과 비교하여, 입사각이 0 도인 평행광이 반사광 차단용 광 필터부(140)에 입사되는 경우, 반사광 차단용 광 필터부(140)의 필터 투과 특성에 어떠한 영향이 있는지는 도 5를 참조하여 살펴보도록 하겠다.
도 5는 평행광과 발산광에 대한 반사광 차단용 광 필터부의 필터 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 반사광 차단용 광 필터부(140)가 광 차단 정도를 나타내는 광 아이솔레이션(isolation) 값으로 30 dB를 가지기 위해서는, 1355 nm 기준 파장에서 발산광의 경우 최소 14 nm의 가드 밴드(guard band)가 필요하나, 평행광의 경우 단지 3 nm의 가드 밴드만이 요구된다.
여기서, 가드 밴드는 광 아이솔레이션 값을 만족시키기 위해 필요한 최소 파장 간격을 의미하며, 광 통신망에서 광 송수신 채널을 위한 파장 간격을 좁혀 정보량의 집적도를 높이기 위해서는 상기 가드 밴드가 좁아져야 한다.
따라서, 발산광의 경우에 비해 평행광으로 반사광 차단용 광 필터부(140)에 광이 입력되는 경우에 상기 가드 밴드를 좁힐 수 있는 특성을 고려하여, 본 명세서는 반사광 차단용 광 필터(140)부에 입사되는 입사광의 형태가 평행광이 되도록 구성된 양방향 광 송수신 모듈을 제안한다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 살펴보도록 한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예 형태는, 도 2에 도시된 제 1 실시예와 동일하게 광 송신부(미도시), 스플리터(210), 반사광 차단용 광 필터부(230)를 포함하며, 각 구성들의 동작들도 동일하므로 여기서는 상기 구성들에 대한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제 2 실시예 형태는 평행광 렌즈(220)를 포함한다. 평행광 렌즈(220)는 스플리터(210)에서 반사된 광신호의 신호 형태를 평행광으로 변환시켜 출력하도록 구성된다.
상기 평행광 렌즈(220)를 통해 상기 반사광 차단용 광 필터부(230)에 입사되는 광은 평행광이 되므로, 앞서 살펴본 바와 같이 기 설정된 광 아이솔레이션 값을 만족시키기 위해 필요한 가드 밴드가 발산광에 비해 매우 큰 폭으로 좁아지게 되어, 통신 채널의 집적도가 크게 향상될 수 있다.
한편, 일반적인 평행광 렌즈를 이용하는 경우, 평행광 렌즈의 크기 때문에 광 수신부(250)까지의 수신단 길이가 늘어나게 된다. 그러한 경우, 그 늘어난 수신단의 길이 때문에 SFP나 SFP+ MSA(Multiple Source Agreement, 표준 규약)에서 지정한 크기의 외장 케이스에 실장하기가 어려워진다.
그러므로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈은, 통신 채널의 집속도를 높이기 위해서, 반사광 차단용 광 필터부(230) 앞 단에 평행광 렌즈(220)를 구비하면서도, SFP 또는 SFP+ 규격에서 요구하는 소형화된 크기의 케이스에 실장 가능한 수신단 길이를 가지는 형태를 가지도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명의 제 2 실시예에서는 상기 평행광 렌즈(220)가 (상용의 평행광 렌즈와 달리) 메탈 경통이 없고, 초점 거리도 1 mm 이상에서 2 mm 이하의 짧은 초점 거리를 가지는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 평행광 렌즈(220)는 광신호를 수신하는 입사면 및 입사면에 대향하고 평행광이 출력되는 출사면을 가지며, 여기서 출사면은 평평(Flat)한 형태이다.
본 발명의 제 2 실시예에서는 수신단의 길이를 줄이기 위해, 상기와 같은 형태를 가지는 평행광 렌즈(220)의 출사면에 반사광 차단용 광 필터부(230)가 투명한 UV 에폭시를 통해 부착될 수 있다.
평평한 형태를 가진 평행광 렌즈(220)의 출사면에 반사광 차단용 광 필터부(230)를 투명한 UV 에폭시를 통해 바로 부착시킴으로써, 평행광 렌즈(220)와 반사광 차단용 광 필터부(230)가 분리된 구성에 비하여 수신단 길이가 줄어든다.
부가적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 광 수신부(250)에 포함되는 광 집속 렌즈(251)가 외장형 렌즈가 아니라, 수광 소자(253)를 감싸는 캡에 비구면 렌즈 형태로 실장됨으로써 수신단의 길이가 감소될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈 역시 평행광 렌즈(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 광 수신단 길이를 줄이기 위해서, 도 7에 도시된 본 발명의 제 3 실시예는 평행광 렌즈(220)의 출사면이 평평하고 평행광 렌즈(220)의 출사면에 반사광 차단용 광 필터부(230)가 코팅되어, 평행광 렌즈(220)와 반사광 차단용 광 필터부(230)가 일체화된 형태로 구성된다.
평행광 렌즈(220)의 출사면에 반사광 차단용 광 필터부(230)를 코팅하는 방식의 실시예는, 반사광 차단용 광 필터부(230)를 박막 필터(Thin Film Filter) 형태로 구성하여, 평행광 렌즈(220)의 출사면에 상기 박막 필터를 증착하는 방식이다.
이러한 경우, 광 수신단의 길이는 반사광 차단용 광 필터부(230)의 두께만큼 줄어들게 됨으로써, 양방향 광 송수신 모듈이 소형화되는데 최적의 구조가 나타날 수 있다.
그리고, 평행광 렌즈(220)는 도 6를 참조하여 설명한 바와 같이, 기존의 평행광 렌즈에 비해 짧은 초점거리인 1 mm 이상에서 2 mm 이하의 초점 거리를 가진다.
도 7에 도시된 본 발명의 제 3 실시예는 도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 비해, 양방향 광 송수신 모듈을 더 소형화할 수 있는 형태이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈을 활용한 광 통신을 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이, 중앙국측 광 송수신 모듈과 가입자측 광 송수신 모듈은 서로 쌍을 이루고, 본 명세서의 양방향 광 송수신 모듈을 활용하게 되면서, 중앙국측으로의 상향 신호와 가입자측으로의 하향 신호는 CWDM 단일 채널 범위 내에서 일정 간격 차이가 나는 서로 다른 파장 값(λ1, λ2)을 가지게 된다.
다시 말해서, 도 1에 도시된 바와 같이 상향 신호와 하향 신호가 CWDM 단일 채널의 동일 파장 값(λ1)을 가지는 것이 아니라, 상향 신호와 하향 신호가 서로 다른 파장(λ1, λ2)을 갖는다. 그렇기 때문에 선로 반사나 레일리 역산란(λ´1)으로 인한 통신 상태 저하를 막을 수 있다. 또한, CWDM 단일 채널 내에서 상향 신호와 하향 신호가 서로 다른 파장 값(λ1, λ2)을 갖록 하여, 광선로를 통한 전송 효율이증가되고, 광전송 용량도 증가될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈(100)을 활용하여 단일 채널 내에서 상향 신호와 하향 신호가 서로 다른 파장 값(λ2n-1 , λ2n, 여기서, n은 1 이상의 자연수)을 가지며 통신을 수행하는 광 통신 시스템을 도시한 것이다.
살펴보면, 중앙국측 n개의 광 송수신 모듈들은 가입자측 n개의 광 송수신 모듈과 서로 쌍을 이루어 상향 신호 및 하향 신호를 송수신하고, 광선로를 통한 통신을 위해서 중앙국측과 가입자측에 다중화/역다중화기(300-1,300-2)이 구비된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈을 활용한 광 통신 시스템을 도시한 도면이다. 살펴보면, 상기 광 통신 시스템은 광선로를 기준으로 중앙국측과 가입자측은 서로 쌍을 이루는 구성을 가진다. 이하에서는, 중앙국측을 중심으로 광 통신 시스템을 살펴보도록 한다.
도 10에 도시된 광 통신 시스템에서, 상향 신호와 하향 신호가 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 가지는 양 방향 광 송수신 모듈이 이용되며, 중앙국측에서 구비된 양 방향 광 송수신 모듈들이 2개씩 짝을 이루어 그들 간에 2개의 상향 신호들과 2개의 하향 신호들이 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값(λ4n-3 , λ4n-2, λ4n-1, λ4n, 여기서, n은 1 이상의 자연수)을 가지고 있다. 다시 말해서, 앞서 도 9에 도시된 광 통신 시스템은 단일 채널 내에서 상향 신호와 하향 신호에 각각 1개씩 서로 다른 파장 값을 가지도록 파장을 할당한 경우를 도시한 것이라면, 도 10에 도시된 광 통신 시스템은 단일 채널 내에서 상향 신호와 하향 신호에 각각 2개씩 서로 다른 파장 값(λ4n-3 , λ4n-2, λ4n-1, λ4n)을 가지도록 파장이 할당된 경우를 도시한 것이다.
본 명세서의 광 통신 시스템은, 본 발명의 실시예에 따른 양 방향 광 송수신 모듈을 이용하여, 단일 채널 내에서 일정 간격 차이를 가지는 서로 다른 파장 값을 가지는 복수 개의 상향 신호들과 서로 다른 파장 값을 가지는 복수 개의 하향 신호들을 통해서 광 통신이 수행되도록 구성될 수 있다.
다중화/역다중화기(400-1a,..,400-na)는 기존에 구비된 다중화/역다중화기(300-1)와 별개로 더 포함될 수 있다. 또한 상기 다중화/역다중화기(400-1a,..,400-na)는 복수 개의 양방향 광 송수신 모듈들과 연결되어 그들의 상향 신호 및 하향 신호를 다중화 또는 역다중화하는 기능을 수행한다.
도 10에서 가입자측에 도시되어 있는 복수 개의 양방향 광 송수신 모듈들과 다중화/역다중화기(400-1b,..,400-nb)의 구성은 중앙국측과 서로 대응되는 구조이므로 그 설명을 생략하도록 한다.
이상과 같이 본 발명의 실시예들이 설명되었으나, 본 명세서는 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 송신 신호를 출력하는 광 송신부;
    상기 송신 신호와 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 갖는 수신 신호를 입력받는 광 수신부;
    상기 광 송신부로부터 출력된 송신 신호의 입사방향에 대하여 경사지게 설치되어 상기 송신 신호를 외부로 출력하고, 외부로부터 입력된 광 신호를 반사하는 스플리터; 및
    상기 반사된 광신호 중에서 상기 수신 신호에 할당된 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 수신 신호로 통과시키어 외부 반사광을 차단하는 반사광 차단용 광 필터부를 포함하는 양방향 광 송수신 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부 온도에 대응하여 상기 광 송신부의 온도 조절을 수행하는 열전 반도체 소자를 더 포함하는 양방향 광 송수신 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사된 광신호의 신호 형태를 평행광으로 변환시켜 출력하는 평행 광 렌즈를 더 포함하고,
    상기 반사광 차단용 광 필터부는,
    상기 평행광 렌즈를 통해 출력된 광신호 중에서 상기 수신 신호에 할당된 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 수신 신호로 통과시키어 외부 반사광을 차단하는 양방향 광 송수신 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 평행광 렌즈는,
    상기 반사된 광신호를 수신하는 입사면 및 상기 입사면에 대향하고 상기 평행광이 출력되는 출사면을 포함하며,
    상기 출사면은, 평평(flat)한 양방향 광 송수신 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사광 차단용 광 필터부는,
    상기 평행광 렌즈의 상기 출사면에 투명한 UV 에폭시에 의해 부착되는 양방향 광 송수신 모듈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사광 차단용 광 필터부는,
    상기 평행광 렌즈의 상기 출사면에 코팅된 형태로 구성되어 상기 평행광 렌즈와 상기 반사광 차단용 광 필터부가 일체화된 형태를 가지는 양방향 광 송수신 모듈.
  7. 복수 개의 송신 신호들과 수신 신호들이 단일 채널 내에서 서로 다른 파장의 값을 가지도록 구성된 복수 개의 양방향 광 송수신 모듈; 및
    상기 복수 개의 양방향 광 송수신 모듈과 연결되어 상기 서로 다른 파장의 복수 개의 송신 신호들 및 수신 신호들을 다중화 또는 역다중화하는 다중화/역다중화기;를 포함하는 광 통신 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 양방향 광 송수신 모듈은,
    송신 신호를 출력하는 광 송신부;
    상기 송신 신호와 단일 채널 내에서 서로 다른 파장 값을 갖는 수신 신호를 입력받는 광 수신부; 및
    상기 수신 신호에 할당된 파장 값을 포함한 기 설정된 파장 범위 내의 광신호만을 수신 신호로 통과시키어 외부 반사광을 차단하는 반사광 차단용 광 필터부를 포함하는 광 통신 시스템.
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