KR100608946B1

KR100608946B1 - 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망과, 이에 사용되는 지역 기지국 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR100608946B1
Application number: KR1020040083983A
Authority: KR
Inventors: 한수욱; 박창수
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US7680416B2; US20060083515A1; JP2006121639A; KR20060034938A; JP4364134B2

Abstract

본 발명은 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 관한 것으로, 특히 도파로형 격자 라우터를 갖는 지역 기지국과, 다중 모드로 발진하며 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터에 설정된 파장과 동일한 단일 파장으로 자체잠김되어 발진하는 페브리-페롯 레이저 다이오드를 갖는 광 가입자를 포함한다. 그러므로 본 발명은 광 가입자단에 자체 광원에 잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용하여 단일 파장의 갖는 상향 채널의 광원을 생성할 수 있으며 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터에 연결된 브라그 격자 소자를 이용하여 페브리-페롯 레이저 다이오드에서 원격지에 위치한 지역 기지국의 온도 변화를 검출할 수 있다.

페브리-페롯 레이저 다이오드, 도파로형 격자 라우터, 브라그 격자

Description

자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망과, 이에 사용되는 지역 기지국 및 그 제어 방법{WDM-PON BY USING SELF-INJECTION LOCKED FABRY-PEROT LASER DIODE, REMOTE NODE, AND CONTROL METHOD THEREFOR}

도 1은 종래 기술에 의한 파장분할다중 방식의 광통신망(WDM) 구조를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자제잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON)에서 온도 변화를 모니터링하기 위한 시스템 구성도,

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자제잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조에서 브라그 격자의 스펙트럼, 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드 광의 스펙 트럼, 광 가입자와 지역 기지국 사이의 거리에 따른 인접 모드 억제율을 나타낸 그래프들,

도 7은 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조에서 도파로형 격자라우터의 각 통과 파장의 온도에 따른 파장 변화도, 브라그 격자의 온도 특성도, 페브리-페롯 레이저 다이오드에서 자체잠김된 브라그 격자의 온도 변화와 일치된 파장 변화도를 나타낸 그래프,

도 8은 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조에서 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드의 변조 속도에 따른 측정된 비트 에러율을 나타낸 그래프.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 중앙 기지국(OLT) 102, 120, 122 : 단일모드 광섬유(SMF)

110 : 지역 기지국(RN) 130 : 광 가입자(ONU)

135 : 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)

본 발명은 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 관한 것으로서, 특히 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 관한 것이다.

일반적으로 파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing: 이하 WDM이라 함)은 광 네트워크 구축 방법을 엄청나게 변화시키고 있는 또 다른 혁신적인 통신의 개발이라 할 수 있다. WDM 방식은 빛의 상이한 주파수를 사용하여 하나의 광 전송부인 광섬유에 다양한 파장을 전송하는데, 각 파장은 이전의 경우 전체 광 케이블에서 이용 가능했던 대역폭을 모두 전송할 수 있다. 또한 WDM 방식은 광 전송시 여러 개의 광 신호 파장을 동시에 사용함으로써 대용량 고속 전송에 유리한 면을 지니고 있다.

더욱이 WDM 방식의 수동형 광통신망(Passive Optical Network : 이하 PON이라 함)은 파장분할다중화 기법을 도입해 광 가입자(ONU : Optical Network Unit)가 WDM 신호를 특정 파장으로 분리, 각 가입자에게 복수개의 파장을 할당하고, 상향/하향 트래픽 역시 파장 단위로 수용하는 구조를 갖기 때문에 각 광가입자가 서로 다른 파장을 사용하므로 양방향 대칭형 서비스를 보장할 수 있으며 서로 다른 파장의 신호를 해당 가입자만 수신하기 때문에 보안성이 우수하다.

도 1은 종래 기술에 의한 파장분할다중 방식의 광통신망(WDM) 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 WDM-PON 시스템은 다수개 채널(예컨대 16채널)의 신호(즉, 파장)를 각각 발진하는 광 송신기들(LD₁, LD₂… LD₁₆)로 이루어진 광 송신단(10)과, 광 송신단(10)의 각 채널 신호를 멀티플렉싱하는 멀티플렉서(MUX : Multi-plexer)(14)와, 광 신호를 전달하는 광 섬유(15)와, 채널별 신호로 분리하기 위한 디멀티플렉서(DEMUX : DEMulti-plexer)(21)와, 각 채널 신호를 검출하는 광 수신기들(PD₁, PD₂… PD₁₆)로 이루어진 광 수신단(26)을 포함한다.

여기서, 멀티플렉서(14) 및 디멀티플렉서(21) 사이에서 다수개 채널 신호(λ₁, λ₂… λ₁₆)를 광 섬유(15)를 통해 전송함에 있어서 손실을 보상하는 광증폭기(OA : Optical Amplifier)(16, 20)와 긴 거리 전송을 하는 동안 누적된 색분산을 보상하는 색분산 보상기(DCF : Dispersion Compensation Fiber)(18) 등을 포함한다. 또 광 송신단(10)과 멀티플렉서(14) 사이에는 서로 다른 파장 출력을 하나의 광 섬유(15)로 싣기 전에 파워를 균등히 맞추기 위한 가변 감쇄기/편광제어기(VOA : Variable Optical Attenuator)/(PC : Polarization Controller)(12)를 더 포함한다. 또한 디멀티플렉서(21)와 광 수신단(26) 사이에는 전송된 파워를 조절하기 위한 가변 감쇄기/편광제어기(VOA/PC)(22)와 전송 속도에 맞는 밴드 통과 필터(BPF : Band Pass Filter)(24)를 더 포함한다.

이와 같은 종래 WDM-PON 시스템은 중앙 기지국(OLT : Optical Line Terminal)내 광 송신단(10)에서 다채널 광 가입자용 하향 채널 신호(λ₁, λ₂… λ₁₆)가 원격지에 위치한 광 가입자(ONU)의 통과 파장에 맞게 발진된 후에 각 가변 감쇄기/편광제어기(VOA/PC)(12)를 통과하여 각 채널 신호가 멀티플렉서(MUX)(14)에 전달된다. 멀티플렉서(MUX)(14)는 각 채널 신호를 하나의 신호로 멀티플렉싱한 후에 광 섬유(15)에 전달하는데, 이때 광증폭기(OA)(16, 20)와 색분산 보상기(DCF)(18)를 통해서 광손실 및 색분산을 보상할 수도 있다. 그리고 하향 위치에 있는 지역 기지국(미도시됨)내 디멀티플렉서(DEMUX)(21)는 광 섬유(15)를 통해 전달된 멀티플렉싱된 신호를 각 채널별로 디멀티플렉싱하고, 분리된 각 채널 신호(λ₁, λ₂… λ₁₆)를 각 개별 광 가입자(ONU)쪽으로 전달한다. 각 광 가입자단(ONU)에서는 가변 감쇄기/편광제어기(VOA/PC)(22)와 밴드 통과 필터(BPF)(24)를 거쳐 각 채널 신호가 전달되고 광 수신단(26)의 광 수신기들(PD₁, PD₂… PD₁₆)을 통해서 각 채널 신호를 검출한다.

그리고 종래 WDM-PON 시스템은 상술한 하향 서비스와 반대로 광 가입자(ONU)에서 발생된 상향 서비스용 채널 신호가 중앙 기지국(OLT)으로 전달된다. 이는 당업자라면 쉽게 알 수 있는 내용이므로 상세한 설명은 생략한다.

종래 WDM-PON 시스템에 있어서, 중앙 기지국(OLT) 및 광 가입자(ONU) 사이에서 전송되는 채널 신호는 기설정된 하향 또는 상향 파장 대역을 갖는 광 파장을 이용하는데, 다채널 전송을 위해서는 인접 채널과의 크로스토크(crosstalk)가 적어야 하며 출력 파워가 크며 선폭이 작아서 색분산에 대한 영향이 적어야 한다. 이러한 이유 때문에 광대역 광원을 갖는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode), 초발광 다이오드(SLED : Super Luminescent Diode) 그리고 광 증폭기의 넓은 스펙트럼 영역의 고출력 광원 소자들을 사용하여 중앙 기지국(OLT)에서 광 가입자(ONU)까지의 거리에 의한 손실을 극복하면서 고 출력 광원을 제공하는데, 이러한 광원에 광 가입자의 채널 신호를 싣기 위한 부가 장치가 별도로 필요하다.

최근에 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할용 저가광원의 연구가 있었으나, 모드호핑(mode hopping)과 모드 분할(mode partition) 그리고 온도변 화에 따른 파장 변위가 크다는 문제점들이 있다. 이러한 요구 조건을 충족하고자 비간섭광에 의한 파장 잠김된 페브리-페롯의 연구가 있었으나, 이 기술을 이용하기 위해서는 외부의 큰 출력을 갖는 고가의 광대역의 광원이 중앙 기지국(OLT)내에 부가적으로 필요하며 또한 다수의 서큘레이터(circulator)가 필요하다는 단점이 있다.

위에 언급된 요구를 만족하는 고속, 큰 출력의 파장분할 광원으로서 분포궤환 레이저 다이오드(DFB-LD : Distributed Feedback Laser Diode)가 있는데, 분포궤환 레이저 다이오드(DFB-LD)는 선폭이 좁아 고속, 긴거리 전송이 가능한 광원이며 온도 안정화 기능이 첨가되어야 한다. 하지만 분포궤환 레이저 다이오드(DFB-LD)를 이용하여 수동형 광통신망(PON)에 적용할 경우, 각 가입자당 사용하는 레이져 다이오드의 파장이 달라야 하며 이는 서로 다른 종류의 레이져 다이오들이 제작되어야 하므로 레이져 다이오드의 가격이 비싸고, 각 채널을 분리하기 위한 파장 분배기, 즉 도파로형 격자 라우터의 외부 온도의 변화를 중앙 기지국(OLT) 및 각 광 가입자단들(ONU)에서 원격 온도변화를 감지할 수 있는 부가 장치가 필요하다. 그러므로 WDM-PON 시스템에서, 수동형 다채널 파장 분배기내에 온도 변화에 무관한 도파로형 격자 라우터(WGR : Waveguide Grating Router)를 필요로 하기 때문에 이에 대한 연구, 제작이 많이 진행되고 있으나 공정 제작상의 어려움으로 가격 단가가 높고 아직 해결해야 할 문제점이 많이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 광 가 입자단에 자체 광원에 잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 구비하고, 다채널 파장 분배기인 도파로형 격자 라우터(WGR)를 수동형 광통신망(PON)의 지역 기지국에 설치하여 효율적이면서 경제적으로 다채널 광원을 생성 및 안정적으로 전송할 수 있는 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 있어서, 도파로형 격자 라우터를 갖는 지역 기지국과, 다중 모드로 발진하며 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터에 설정된 파장과 동일한 단일 파장으로 자체잠김되어 발진하는 페브리-페롯 레이저 다이오드를 갖는 광 가입자를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 있어서, 도파로형 격자 라우터를 갖는 지역 기지국과, 다중 모드로 발진하며 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터에 설정된 파장과 동일한 단일 파장으로 자체잠김되어 발진하며 발진되는 단일 파장이 서로 다른 페브리-페롯 레이저 다이오드를 갖는 다수개의 광 가입자를 포함한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조를 나타낸 도면이 다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 WDM-PON 시스템은 크게 중앙 기지국(OLT)(100)과, 지역 기지국(RN : Remote Node)(110)과, 광 가입자(ONU)(130)를 포함하며 각 기지국(중앙 기지국에서 지역 기지국, 지역 기지국에서 광 가입자) 사이를 단일모드 광섬유(SMF : Single Mode Fiber)(102, 120, 122)가 서로 연결하고 있다.

중앙 기지국(OLT)(100)은 지역 기지국(RN)(110)내 파장 분배기인 도파로형 격자 라우터(WGR : Waveguide Grating Router)(112, 114)에 하향 채널의 파장을 제공하는 역할을 한다.

지역 기지국(RN)(110)은 중앙 기지국(OLT)(100) 및 광 가입자(ONU)(130)측에 각각 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)로 이루어진 원격 파장 분배기를 포함한다.
이때 본 발명의 일 실시예에 대한 실험 단계에서는 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)는 예를 들어 1×32를 사용할 수 있다. 또한 현장 온도 변화를 유도하기 위해 열전 냉각기(TEC : Thermo-Electric Cooler)가 내장된 오븐에 도파로형 격자 라우터(WGR)를 장착한다. 이 오븐은 파장 분배기 역할을 하는 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)의 온도가 주기적으로 변화하도록 설정하여 본 발명의 실험을 수행할 수 있다.

그리고 본 발명의 지역 기지국(RN)(110)은 광 가입자(ONU)(130)쪽 도파로형 격자 라우터(WGR)(114)에 연결 또는 일체화된 브라그 격자(BG : Bragg Grating)(116)를 더 포함한다. 이때 브라그 격자(116)는 광 가입자(ONU)(130)의 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)에서 자체 발진된 다채널 광원중에서 특정 파장만 역반사시켜 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)의 공진기(cavity) 안으로 보낸다. 그리고 브라그 격자(116)는 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)는 동일한 물질, 예를 들어 실리카(silica)로 만들기 때문에 온도에 따른 파장 변화가 동일하다. 즉, 광 가입자(ONU)(130) 측 도파로형 격자 라우터(WGR)(114)와 동일 위치에 일렬로 장착되게 브라그 격자(116)가 형성될 경우 브라그 격자(116)의 중심 파장과 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)의 통과 파장의 중심이 온도에 따라 같이 변화하게 된다.

광 가입자(ONU)(130)는 상향 채널 신호를 생성하기 위해 아이솔레이터(Isolator)가 필요 없으며 지역 기지국(RN)(110)의 반사 파장에 의해 자체잠김 상태가 되는 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)와, 임의의 채널 신호를 광 수신기(PD)(134)로 분기하기 위한 파장 선택형 결합기(WSC : Wavelength Selective Coupler)(131)와, 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)의 입력 광 효율을 높이기 위한 편광제어기(PC)(133)와, 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)에서 자체 광원에 잠김된 광파워를 분기하기 위한 광파워분배기(136), 분기된 자체 광원에 잠김된 채널 파장(λ₁)에 유사 랜덤신호(PBRS : Pseudo-Random Binary Sequence)(139)를 실어 변조하는 변조기(EM : External Modulator)(137)를 포함한다.

본 발명에서 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)는 문턱 전류 이상의 에너지가 유입될 경우 다중 모드 발진을 하게 되는데, 이때 발진된 파장이 지역 기지국(RN)(110)내의 도파로형 격자 라우터(114)에 설치된 단일 파장의 브라그 격자 소자(116)에 의해 단일 파장만 반사되어 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)의 공진기내로 들어온다. 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)는 공진기안으로 들어온 단일 파장 중심으로 다이오드의 에너지가 전이되어 해당 파장 대역으로 자체잠김 상태가 된다. 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)는 단일모드의 레이저 다이오드와 유사한 스펙트럼을 갖으며 이때 스펙트럼에는 지역 기지국(RN)(110)의 도파로형 격자 라우터(112, 114)의 온도 정보를 포함하고 있다. 이에 따라 지역 기지국(RN)(110)내 도파로형 격자 라우터(112, 114)의 온도가 변화될 경우 브라그 격자(116)의 중심 파장도 함께 변화되어 결국 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)에서 자체잠김된 파장도 브라그 격자(116)와 일치되게 변화한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 WDM-PON 시스템은 광 가입자(ONU)(130)의 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)에서 다채널 신호의 파장(예를 들어, λ₁∼λ₁₅)으로 발진하고, 그 발진된 다채널 신호 파장(λ₁∼λ₁₅)이 단일모드 광 섬유(SMF)(120)를 통해서 지역 기지국(RN)(110)에 전달된다. 지역 기지국(RN)(110)의 브라그 격자(116)는 광 가입자(ONU)(130)의 다채널 신호 파장(λ₁∼λ₁₅) 중에서 기설정된 중심 파장(λ₁) 대역의 채널 신호를 역반사해서 단일모드 광 섬유(SMF)(120)에 보낸다. 광 가입자(ONU)(130)에 전달된 채널 신호(λ₁)는 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)의 공진기 안으로 들어오게 되고, 이에 따라 다중 광원의 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)는 지역 기지국(110)내 브라그 격자(116)의 중심 파장과 일치된 채널 신호의 파장(λ₁)에 자체잠김된다. 이와 같이 자체 잠기된 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(135)는 단일모드 레이저 다이오드와 유사한 출력 스펙트럼을 생성하게 되고, 자체잠김된 채널의 파장(λ₁)으로 발진하고 변조기(EM)(137)는 상기 다이오드(FP-LD)(135)에서 자체잠김 상태로 발진된 상향 채널의 파장(λ₁)에 실제 가상 조합 신호인 유사 랜덤신호(PBRS)(139)를 실어 변조한 후에 이를 상향 채널의 파장(λ₁∼λ₁₅) 경로의 광섬유(SMF)(122)를 통해 지역 기지국(RN)(110)으로 전달한다. 지역 기지국(RN)(110)에 전달된 상향 채널의 파장(λ₁)은 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)를 통과하고 중앙 기지국(OLT)(100)측 광 섬유(SMF)(102)를 통해 중앙 기지국(OLT)(100)에 전달된다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 WDM-PON 시스템에서 하향 채널 전송시 중앙 기지국(OLT)(100)에서 하향 채널의 파장(λ₁₇∼λ₃₁)을 발진하고 해당 파장(λ ₁₇∼λ₃₁)을 광 섬유(SMF)(102)를 거쳐 지역 기지국(RN)(110)에 전달된다. 지역 기지국(RN)(110)의 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)를 통과한 각각의 하향 채널의 파장(λ₁₇∼λ₃₁)중 광가입자(ONU)(130)로 할당된 채널 파장(λ₁₇)은 광섬유(SMF)(120)를 거쳐 광 가입자(130)에 전달되어 광수신기(PD)(134)를 통해서 검출된다.

도 3은 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON)에서 온도 변화를 모니터링하기 위한 시스템 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 WDM-PON은 지역 기지국(RN)(110)내 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)의 통과 파장과 하향 채널 신호의 파장이 서로 일치하도록 제어하기 위해 지역 기지국(RN)(110)의 온도 변화를 모니터링하는 방법을 이용한다.

본 발명의 WDM-PON 시스템은 지역 기지국(RN)(110)내 가입자(ONU)(130)쪽 도파로형 격자 라우터(WGR)(114)에 연결 또는 일체화된 고정 브라그 격자(FBG : Fixed Bragg Grating)(118)를 포함한다.

고정 브라그 격자(118)는 중앙 기지국(OLT)(100)에서 발진된 특정 파장(λ₁₆)을 역반사시키는데, 이때 지역 기지국(RN)(110)내 도파로형 격자 라우터(112, 114)의 온도가 변화될 경우 고정 브라그 격자(118)의 중심 파장이 변화되기 때문에 역반사되는 파장(λ₁₆)도 변화하게 된다. 이때 고정 브라그 격자(118)역시 상술한 일 실시예의 브라그 격자와 마찬가지로 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)와 동일한 물질, 예를 들어 실리카(silica)로 만들어졌기 때문에 온도에 따른 파장 변화가 동일하다. 즉, 도파로형 격자 라우터(WGR)(114)와 동일 위치에 일렬로 장착되게 고정 브라그 격자(118)가 형성될 경우 고정 브라그 격자(118)의 중심 파장과 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)의 통과 파장의 중심이 온도에 따라 같이 함께 변화하게 된다.

이에 따라 본 발명의 WDM-PON 시스템에서 중앙 기지국(OLT)(100)은 지역 기지국(RN)(100)내 고정 브라그 격자(118)로부터 역반사되는 파장(λ₁₆)을 검출하여 해당 파장(λ₁₆)의 중심이 온도에 따라 변화되는 것을 모니터링하여 하향 채널 신호의 파장을 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)의 통과 파장과 일치하도록 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 WDM-PON 시스템은 크게 중앙 기지국(OLT)(200)과, 지역 기지국(RN)(210)과, 다수개의 광 가입자(ONU)(230)(240)를 포함하며 각 기지국(중앙 기지국에서 지역 기지국, 지역 기지국에서 광 가입자) 사이를 단일모드 광섬유(SMF)(202, 220, 222, 224, 226)가 서로 연결하고 있다. 본 발명의 다른 실시 예는 상술한 일시 예와 유사하며 지역 기지국(RN)(210)에 다수개의 광 가입자(ONU)(230, 240)가 연결된 망 구조를 예로 든 것이다.

지역 기지국(RN)(210)은 중앙 기지국(OLT)(200) 및 광 가입자(ONU)(230)(240)측에 각각의 파장을 전달받기 위한 도파로형 격자 라우터(WGR)(212, 214)로 이루어진 원격 파장 분배기를 포함한다. 이때, 각 광 가입자(ONU)(230)(240)쪽 도파로형 격자 라우터(WGR)(114)에 연결 또는 일체화된 다수개의 브라그 격자(216, 218)를 포함한다.

다수개의 광 가입자(ONU)(230)(240)는 각각 파장 선택형 결합기 (WSC)(231,241), 광파워 분배기(236, 246), 편광 제어기(PC)(233)(243), 광 수신기(PD)(234)(244), 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(235)(245), 변조기(EM)(237)(247) 등을 포함한다. 미설명된 도면 부호 239 및 249는 유사랜덤신호(PBRS)를 나타낸다.

이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 WDM-PON 시스템은 첫 번째 광 가입자(ONU)(230)의 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(235)에서 다채널 신호의 파장(예를 들어, λ₁∼λ₁₅)으로 발진하고, 그 발진된 다채널 신호 파장(λ₁∼λ₁₅)이 광 섬유(SMF)(220)를 통해서 지역 기지국(RN)(210)에 전달된다. 그리고 지역 기지국(RN)(210)의 브라그 격자(216)는 첫 번째 광 가입자(ONU)(230)의 다채널 신호 파장(λ₁∼λ₁₅) 중에서 기설정된 중심 파장(λ₁) 대역의 채널 신호를 역반사해서 광 섬유(SMF)(220)에 보내고, 상기 광 가입자(ONU)(230)에 전달된 채널 신호(λ₁)는 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(235)의 공진기안으로 들어와서 자체잠김된다. 이와 같이 자체 잠기된 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(235)는 자체잠김된 채널의 파장(λ₁)으로 발진하고 광파워 분배기(236)는 상기 채널의 파장(λ₁)을 변조기(EM)(237)로 보낸다. 변조기(EM)(237)는 상기 다이오드(FP-LD)(235)에서 자체잠김 상태로 발진된 상향 채널의 파장(λ₁)에 실제 가상 조합 신호인 유사 랜덤신호(PBRS)(239)를 실어 변조한 후에 이를 상향 채널의 파장(λ₁) 경로의 광섬유(SMF)(222)를 통해 지역 기지국(RN)(210)으로 전달한다. 지역 기지국(RN)(210)에 전달된 상향 채널의 파장(λ₁)은 도파로형 격자 라우터(WGR)(212, 214)를 통과하고 중앙 기지국(OLT)(200)측 광 섬유(SMF)(202)를 통해 중앙 기지국(OLT)(200)에 전달된다.

또한 두 번째 광 가입자(ONU)(240)의 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(245)에서 다채널 신호의 파장(예를 들어, λ₁∼λ₁₅)으로 발진하고, 그 발진된 다채널 신호 파장(λ₁∼λ₁₅)이 광 섬유(SMF)(224)를 통해서 지역 기지국(RN)(210)에 전달된다. 지역 기지국(RN)(210)의 브라그 격자(218)는 두 번째 광 가입자(ONU)(240)의 다채널 신호 파장(λ₁∼λ₁₅) 중에서 기설정된 중심 파장(λ₂) 대역의 채널 신호를 역반사해서 광 섬유(SMF)(220)에 보내고, 상기 광 가입자(ONU)(240)에 전달된 채널 신호(λ₂)는 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(245)의 공진기안으로 들어와서 자체잠김된다. 이와 같이 자체 잠기된 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD)(245)는 자체잠김된 채널의 파장(λ₂)으로 발진하고 광파워 분배기(246)는 상기 채널의 파장(λ₂)을 변조기(EM)(247)로 보낸다. 변조기(EM)(247)는 상기 다이오드(FP-LD)(245)에서 자체잠김 상태로 발진된 상향 채널의 파장(λ₂)에 실제 가상 조합 신호인 유사 랜덤신호(PBRS)(249)를 실어 변조한 후에 이를 상향 채널의 파장(λ₂) 경로의 광섬유(SMF)(226)를 통해 지역 기지국(RN)(210)으로 전달한다. 지역 기지국(RN)(210)에 전달된 상향 채널의 파장(λ₂)은 도파로형 격자 라우터(WGR)(212, 214)를 통과하고 중앙 기지국(OLT)(200)측 광 섬유(SMF)(202)를 통해 중앙 기지국(OLT)(200)에 전달된다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 WDM-PON 시스템 역시, 하향 채널 전송시 중앙 기지국(OLT)(200)에서 하향 채널의 파장(λ₁₇∼λ₃₁)을 발진하고 해당 파장(λ₁₇∼λ₃₁)을 광 섬유(SMF)(202)를 거쳐 지역 기지국(RN)(210)에 전달한다. 지역 기지국(RN)(210)의 도파로형 격자 라우터(WGR)(212, 214)를 통과한 하향 채널의 파장(λ₁₇∼λ₃₁)은 파장 분할(λ₁₇)(λ₁₈)되어 서로 다른 광 섬유(SMF)(220)(224)를 거쳐 각 광 가입자(230)(240)에 전달되어 각 광수신기(PD)(234)(244)를 통해서 검출된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 다수개의 광 가입자(ONU)(230)(240) 구조를 갖는 상술한 도 4의 실시 예에 도 3에 도시된 바와 같이, 지역 기지국(RN)(210)내 도파로형 격자 라우터(WGR)(212, 214)의 통과 파장과 하향 채널 신호의 파장이 서로 일치하도록 제어하기 위해 지역 기지국(RN)(210)의 온도 변화를 모니터링하는 방법을 이용하였다.

그러므로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 WDM-PON 시스템은 지역 기지국(RN)(210)내 도파로형 격자 라우터(WGR)(214)에 연결 또는 일체화된 고정 브라그 격자(219)를 추가함으로써 중앙 기지국(OLT)(200)에서 발진된 특정 파장(λ₁₆)이 지역 기지국(RN)(210)의 고정 브라그 격자(219)에서 역반사되는 것을 중앙 기지국(OLT)(200)에서 검출한다. 즉, 중앙 기지국(OLT)(200)은 지역 기지국(RN)(210)의 고정 브라그 격자(219)에서 반사된 파장(λ₁₆)의 중심이 온도에 따라 변화되는지를 모니터링하여 하향 채널 신호의 파장을 도파로형 격자 라우터(WGR)(112, 114)의 통과 파장과 일치하도록 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조에서 브라그 격자의 스펙트럼, 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드 광의 스펙트럼, 광 가입자와 지역 기지국 사이의 거리에 따른 인접 모드 억제율을 나타낸 그래프들이다.

본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조에서 광 가입자와 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터 사이의 거리를 2.48km, 6.35km, 10.67km 등으로 거리 다양성을 주며 도파로형 격자 라우터의 온도 변화를 20 ℃에서 50 ℃까지 0.5 ℃씩 변화하면서 각 거리에서의 인접 모드 억제율(SMSR : Side Mode Suppression Ratio)을 측정하면 도 6의 (c) 그래프와 같다. 이때 도 6의 (a)는 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터와 연결된 브라그 격자의 스펙트럼이며, 도 6의 (b)는 자체 출력광에 파장 잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

도 6의 (a) 및 (b)와 같이 본 발명의 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망 (WDM-PON)에서 광 가입자와 지역 기지국내 거리가 달라지더라도 지역 기지국내 브라그 격자의 단일 파장에 의해 광 가입자내 페브리-페롯 레이저 다이오드의 자체잠김된 파장이 일치함을 알 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조에서 도파로형 격자 라우터의 각 통과 파장의 온도에 따른 파장 변화도, 브라그 격자의 온도 특성도, 페브리-페롯 레이저 다이오드에서 자체잠김된 브라그 격자의 온도 변화와 일치된 파장 변화도를 나타낸 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터(○ WGR_1, □ WGR_2, ● WGR_17, ■ WGR_18)의 온도 변화에 따른 파장 변화와 동일하게 파장 변화 기울기를 갖는 고정 브라그 격자(△ FBG_1_on_17, ▲ FBG_2_on_18)의 온도 변화 역시 동이하게 변화함을 알 수 있다. 그리고 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드(FP-LD1)의 온도에 따른 파장 변화는 고정 브라그 격자 △ FBG_1_on_17의 온도 변화에 따른 파장 변화가 동일함을 알 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON) 구조에서 자체잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드의 변조 속도에 따른 측정된 비트 에러율을 나타낸 그래프이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터와 연결된 브라그 격자에 의해 파장 잠김된 광 가입자의 페브리-페롯 레이저 다이오드에 상향 채널 신호를 고속으로 실었을 경우 본 발명에 따라 자체 출력광 주입 잠김에 의한 페브리-페롯 레이저 다이오드(△, ▲)는 선폭이 좁은 잠김된 파장만을 출력하므로 일반 페브리-페롯 레이저 다이오드(○, ●)보다 개선된 비트 에러율 성능을 보였다. 이때 상향 채널 신호의 속도는 10Gbit/s 와 1.25Gbit/s이다.

그러므로 본 발명에 따른 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망(WDM-PON)은 광 가입자에 저가격의 페브리-페롯 레이저 다이오드를 설치하고 지역 기지국 내에 존재하는 파장 분배기인 도파로형 격자 라우터에 연결된 브라그 격자에서 반사된 단일 파장으로 페브리-페롯 레이저 다이오드를 자체잠김 상태로 발진하도록 함으로써 지역 기지국내 격자 소자와 동일한 파장 특성을 갖는 상향 채널 신호의 단일 파장을 생성할 수 있다.

그리고 본 발명은 지역 기지국내의 실리카 기반의 도파로형 격자 라우터와 브라그 격자 소자의 온도에 따른 파장 천이 특성이 같음을 이용하여 온도제어기능이 없는 지역 기지국내의 실리카 소자의 온도 변화에 의한 파장 변화와 광 가입자측의 페브리-페롯 레이저 다이오드 광원 파장이 같게된다. 이에 따라 지역 기지국이 온도 제어를 갖지 않고 설치 위치에 따른 제약이 없이 저가격의 페브리-페롯 레이저 다이오드 광원을 사용하여 원격지의 지역 기지국 온도를 브라그 격자 소자의 파장 변위로 추적할 수 있다.

또한 본 발명은 중앙 기지국에서 특정 파장을 지역 기지국에 전달하고 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터와 연결된 브라그 격자 소자로부터 반사된 파장의 온도 변화를 주기적으로 모니터링하여 하향 채널 신호의 파장을 도파로형 격자 라우터의 통과 파장과 일치하도록 제어할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 광 가입자단에 자체 광원에 잠김된 페브리-페롯 레이저 다이오드를 이용하여 단일 파장을 갖는 상향 채널의 광원을 생성할 수 있으며 지역 기지국내 도파로형 격자 라우터에 연결된 브라그 격자 소자를 이용하여 페브리-페롯 레이저 다이오드에서 원격지에 위치한 지역 기지국의 온도 변화를 검출할 수 있다.

또한 본 발명은 중앙 기지국에서도 주기적으로 특정 파장을 지역 기지국의 도파로형 격자 라우터에 연결된 브라그 격자를 통해 반사된 파장을 모니터링함으로써 지역 기지국의 온도 변화에 따라 하향 채널의 파장을 제어할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 있어서,

파장 분배기와 특정 파장의 광신호를 반사하는 반사체를 포함하되, 상기 반사체에서 반사되는 상기 특정 파장은 상기 파장 분배기의 온도 변화에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 지역 기지국; 및

다중 모드로 발진하여 상기 지역 기지국에 광신호를 전송하고 상기 반사체에 의해 반사된 상기 특정 파장의 광신호가 주입됨으로써 상기 특정 파장으로 주발진하는 광원을 구비하는 광 가입자

를 포함하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망.
제 1 항에 있어서,

상기 광원은 페브리-페롯 레이저 다이오드이고, 상기 반사체에 의해 반사된 상기 특정 파장의 광신호에 의해 자체 잠김되어 발진하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망.
제 1항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 반사체는 상기 파장 분배기에 연결 또는 일체화된 단일 파장의 브라그 격자인 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망.
제 3항에 있어서,

상기 브라그 격자의 온도 변화에 따른 파장 변화는, 상기 파장 분배기의 온도 변화에 따른 파장 변화와 동일한 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망.
제 3 항에 있어서,

상기 브라그 격자는 상기 파장 분배기와 동일한 실리카 물질로 제작된 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 지역 기지국의 상기 반사체에서 반사된 파장 변화를 모니터링하여 상기 지역 기지국의 상기 파장 분배기의 온도 변화를 검출하는 중앙 기지국을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망.
파장 분배기를 포함하여 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 사용되는 지역 기지국에 있어서,

상기 지역 기지국으로 수신되는 광신호 중에서 특정 파장의 광신호를 광송신측으로 반사시켜 상기 광송신측의 광원이 상기 특정 파장으로 주발진하도록 하는 반사체를 구비하되, 상기 반사체에서 반사되는 상기 특정 파장은 상기 파장 분배기의 온도 변화에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 사용되는 지역 기지국.
제 7 항에 있어서,

상기 광송신측의 상기 광원은 페브리-페롯 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 사용되는 지역 기지국.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 반사체는 상기 지역 기지국에 구비된 상기 파장 분배기에 연결 또는 일체화된 단일 파장의 브라그 격자인 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 사용되는 지역 기지국.
제 9 항에 있어서,

상기 브라그 격자의 온도 변화에 따른 파장 변화는, 상기 파장 분배기의 온도 변화에 따른 파장 변화와 동일한 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망에 사용되는 지역 기지국.
파장분할다중 방식의 수동형 광통신망의 지역 기지국으로 광신호를 전송하는 광송신 측의 광원의 주발진 파장을 제어하는 방법에 있어서,

상기 광송신측으로부터 복수의 파장을 갖는 광신호를 상기 지역 기지국으로 송신하는 단계;

상기 지역 기지국에 구비된 파장 분배기의 온도 변화에 따라 변화된 특정 파장의 광신호를 반사하는 상기 지역 기지국의 반사체에서, 상기 복수의 파장을 갖는 광신호 중 상기 특정 파장의 광신호를 상기 광송신측으로 반사시키는 단계; 및

상기 반사체에서 반사된 상기 특정 파장의 광신호를 상기 광송신 측의 상기 광원에 주입하여 상기 광원의 주발진 파장을 반사된 상기 특정 파장의 광신호의 파장과 일치시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망의 주발진 파장 제어 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 광원은 페브리-페롯 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망의 주발진 파장 제어 방법.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 반사체는 상기 지역 기지국의 상기 파장 분배기에 연결 또는 일체화된 단일 파장의 브라그 격자인 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망의 주발진 파장 제어 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 브라그 격자의 온도 변화에 따른 파장 변화는, 상기 파장 분배기의 온도 변화에 따른 파장 변화와 동일한 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망의 주발진 파장 제어 방법.
파장분할다중 방식의 수동형 광통신망의 지역 기지국의 온도 변화를 검출하는 방법에 있어서,

광송신측으로부터 복수의 파장을 갖는 광신호를 상기 지역 기지국으로 송신하는 단계;

상기 지역 기지국에 구비된 파장 분배기의 온도 변화에 따라 변화된 특정 파장의 광신호를 반사하는 상기 지역 기지국의 반사체에서, 상기 복수의 파장을 갖는 광신호 중 상기 특정 파장의 광신호를 상기 광송신측으로 반사시키는 단계; 및

상기 반사체에서 반사된 상기 특정 파장의 광신호를 모니터링하여 상기 지역 기지국의 온도 변화를 검출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망의 지역 기지국의 온도 변화를 검출하는 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 반사체는 상기 지역 기지국의 상기 파장 분배기에 연결 또는 일체화된 단일 파장의 브라그 격자이고, 상기 광원은 페브리-페롯 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 파장분할다중 방식의 수동형 광통신망의 지역 기지국의 온도 변화를 검출하는 방법.