KR100368793B1

KR100368793B1 - 전광 ｎｏｒ 논리소자 구현장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100368793B1
Application number: KR10-2000-0050420A
Authority: KR
Inventors: 변영태; 김상혁; 우덕하; 이석; 김동환; 김선호
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2003-01-24
Also published as: KR20020017221A; US6424438B1; DE20019930U1; JP3410076B2; JP2002072271A

Abstract

본 발명은 전광 NOR 논리소자 구현장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광컴퓨팅과 같은 광회로의 임의의 지점에서 전송되는 신호를 펌프신호와 조사신호로 이용하여 전광(all-optical) 논리동작을 하는 소자들 중에 특히 전광 NOR 논리소자를 구현하는 장치 및 그 구현방법에 관한 것이다.

서로 다른 두 파장의 펌프신호( A, B)를 발생하는 펌프신호 발생수단과, 발생된 펌프신호(A, B)를 변조하는 외부 변조수단과, 변조된 각각의 펌프신호가 분리된 상태에서 일측에서 신호를 지연시키는 지연수단 및 상기 지연수단을 통과한 펌프신호의 편광과 세기를 같게 하는 타측의 조절수단과, 두 펌프신호의 합(A+B

Description

전광 ＮＯＲ 논리소자 구현장치 및 그 방법 {Emboding Equipment and Its Method for an All-Optical NOR Logic Device }

미래 정보 통신망은 음성신호, 정지영상, 동영상 등의 멀티미디어 서비스의 제공을 목적으로 하기 때문에 근거리 통신망(LAN)과 지역망을 총괄하는 기간망의 처리용량이 수백 Gbit/s로부터 수 Tbit/s로 증가될 전망이다.

이런 대용량의 데이터를 고속으로 전송, 처리, 교환하기 위해 전광 신호처리 기술이 핵심기술로 대두되고 있다.

특히 복잡한 전기-광학 변환을 피하기 위한 전광 논리동작은 광신호 처리 시스템의 핵심기술로서 상기 전광 소자들은 고속(high-speed)과 병렬처리(parallel processing)에 사용된다.

이러한 전광 논리소자들은 차세대 광컴퓨터 및 전광 신호처리 기술의 핵심이므로 현재 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

특히 반도체 광증폭기(SOA, (Semiconductor Optical Amplifier))의 비선형효과는 궁극적으로 광컴퓨터에 사용될 수 있는 전광 스위치나 논리소자를 구현하기 위해 이용될 것이 예상된다.

현재까지 반도체 광증폭기(SOA)의 비선형 이득을 이용하는 전광 논리소자들은 단일 광경로 초고속 비선형 간섭계를 이용하는 방법(N.S.Patel, et al., Opt. Lett., 21, 1446(1996).)과 직접 변조된 단일 파장의 두 펌프신호를 이용하는 방법(T.Houbavlis, et al., IEEE Photon. Technol. Lett., 11, 334(1999).)으로 구현되어 왔으나, 복잡한 광회로의 전단에서 전송된 임의 파장의 광신호를 이용하여 논리 동작을 구현하기에는 한계가 있었다.

상술한 문제점을 해결하고 종래의 전광 논리소자 구현을 일반화하기 위하여, 본 발명은 외부변조 방식으로 두개의 펌프신호를 변조함으로서 광회로 상에서 전송된 임의의 광신호를 펌프신호로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 두 파장의 광신호를 펌프신호로 사용함으로서 광회로 상에서 전송된 임의의 파장을 갖는 광신호를 펌프신호로 이용할 수 있는 전광 NOR 논리소자 구현장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 다른 두 파장의 펌프신호를 발생하는 펌프신호 발생수단과, 발생된 펌프신호를 변조하는 외부 변조수단과, 변조된 각각의 펌프신호가 분리된 상태에서 일측에서 신호를 지연시키는 지연수단 및 상기 지연수단을 통과한 펌프신호의 편광과 세기를 같게 하는 타측의 조절수단과, 두 펌프신호의 합이 반도체 광증폭기의 이득을 포화시킬 수 있도록 증폭하는 증폭수단과, 상기 펌프신호 합의 신호와 조사신호가 통과할 때 이득포화와 파장변환 특성에 의해 전광 NOR 논리소자의 동작특성이 얻어지는 반도체 광증폭기와, 상기 펌프신호 발생수단과 외부 변조수단과 조절수단과 증폭수단의 후단에 연결되어 신호를 결합하거나 분리하는 결합/분리 수단을 포함하여 구성된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전광 NOR 논리소자의 구현장치 구성도이다.

도 2는 도 1에 측정장치를 첨가한 본 실험 장치도이다.

도 3은 도 2의 마흐-젠더 광변조기가 5.2 MHz로 변조될 때의 동작 특성도이다.

도 4는 도 2의 마흐-젠더 광변조기가 53 MHz로 변조될 때의 동작 특성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10a,10b,10c,10d : 광섬유 결합기 ATTN : 광감쇄기

DFB-LD : 분포 궤환형 레이저 다이오드

DL : 딜레이 라인 EDFA : 어븀 첨가 광섬유 증폭기

F : 광필터 ISO : 단향관

MZM : 마흐-젠더 광변조기 OSC : 오실로스코프[그림을 OSC로 표기]

PC : 편광조절기 PD : 광검출기

PG : 파형 발생기 SOA : 반도체 광증폭기

T-LD : 파장가변 레이저 다이오드

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 1 내지 도 4를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1에 측정장치를 첨가한 본 실험 장치도이다.

서로 다른 두 파장의 펌프신호(A, B)를 발생하는 펌프신호 발생수단과, 발생된 펌프신호(A, B)를 변조하는 외부 변조수단과, 변조된 각각의 펌프신호가 분리된 상태에서 일측에서 신호를 지연시키는 지연수단 및 상기 지연수단을 통과한 펌프신호의 편광과 세기를 같게 하는 타측의 조절수단과, 두 펌프신호의 합(A+B)이 반도체 광증폭기(SOA)의 이득을 포화시킬 수 있도록 증폭하는 증폭수단과, 상기 펌프신호 합의 신호와 조사신호가 통과할 때 이득포화와 파장변환 특성에 의해 전광 NOR 논리소자의 동작특성이 얻어지는 반도체 광증폭기(SOA)와, 상기 펌프신호 발생수단과 외부 변조수단과 조절수단과 증폭수단의 후단에 연결되어 신호를 결합하고 분리하는 결합/분리 수단을 포함한다.

본 발명은 두 개의 서로 다른 파장을 갖는 펌프신호(A, B)가 광변조기에 의해 외부 변조됨으로서 네 개의 논리신호((0,0),(0,1),(1,0),(1,1))가 동시에 얻어지고, 이 논리신호와 하나의 조사신호가 같이 반도체 광증폭기(SOA)를 통과할 때, 상기 반도체 광증폭기(SOA)의 이득포화와 파장변환 특성에 의해 전광 논리소자의 동작특성이 얻어지는 기술이다.

도 1 및 도 2는 외부변조 기법으로 변조된 서로 다른 두 파장의 펌프신호와 반도체 광증폭기를 이용하여 전광 NOR 논리소자를 구현하기 위한 실험 및 측정 장치도이다.

먼저 펌프신호(pump signal) 발생수단으로는 분포 궤환형 레이저 다이오드(DFB-LD, (Distributed FeedBack Laser Diode))와 파장가변 레이저 다이오드(T-LD,(Tunable Laser Diode))가 사용되어 상기 분포 궤환형 레이저 다이오드(DFB-LD)에 의해서는 파장이 1554 nm인 펌프신호(A)가, 파장가변 레이저 다이오드(T-LD)에 의해서는 파장이 1555 nm인 펌프신호(B)가 발생된다.

여기에서 서로 다른 펌프신호(A, B)의 파장 차이(Δλ)는 1 nm이나, 파장 차이가 이보다 크더라도 두 파장이 후술하는 반도체 광증폭기(SOA)와 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA, (Er-Doped Fiber Amplifier))의 이득 영역내에 있으면 무방하다.

즉, 반도체 광증폭기(SOA)와 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)의 이득 영역내에 있으면 도 3의 펌프 신호(pump signal)와 같은 파형이 얻어진다.

이때 두 레이저 다이오드(DFB-LD, T-LD)의 구동 전류는 50:50 광섬유 결합기(10a)의 후단에서 두 펌프신호(A, B)의 광세기가 +1.2 dBm이 되게 결정된다.

외부 변조수단으로는 스퀘어(square)파 발생기인 파형 발생기(PG)와 마흐-젠더광변조기(MZM,(Mach-Zehnder Modulator))가 사용되어 두 펌프신호(A, B)가 변조된다.

상기 마흐-젠더 광변조기(MZM)의 전단에는 단향관(ISO, (Isolator))이 연결되어 후단의 각 장치로부터 반사된 광신호가 두 레이저 다이오드(DFB-LD, T-LD)에 도달하지 못한다.

변조된 펌프신호는 두 번째 광섬유 결합기(10b)에서 50:50으로 나누어진 후, λ/4의 시간지연을 얻기 위해 각각 지연수단인 딜레이 라인(DL,(Delay Line))과, 조절수단인 편광조절기(PC,(Polarization Controller)) 및 광감쇄기(ATTN,(Attenuator))를 통과한 다음, 세 번째 광섬유 결합기(10c)에서 합쳐진 후 한쪽 광섬유의 출력광은 오실로스코프(OSC, (Oscilloscope))의 CH3에서 측정한다.

이때 편광조절기(PC)와 광감쇄기(ATTN)는 각각 두 광경로를 통과한 펌프신호의 편광과 세기를 같게 조절한다.

세 번째 광섬유 결합기(10c)에서 합쳐진 두 펌프신호의 합(A+B)은 반도체 광증폭기(SOA)의 이득을 포화시킬 만큼 강하지 않기 때문에 증폭수단인 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)에서 증폭된다.

한편 반도체 광증폭기(SOA)에 입사될 조사신호(probe signal)는 파장가변 레이저 다이오드(T-LD)에서 파장이 1535 nm인 신호로 발생되고 편광 조절기(PC)에 의해 조절되어 네 번째 광섬유 결합기(10d)에 의해 결합된 후 두 펌프신호의 합(A+B)과 함께 반도체 광증폭기(SOA)에 동시에 입사된다.

이때 상기 반도체 광증폭기(SOA)의 이득포화와 파장변환 특성에 의해 전광 NOR 논리소자의 동작특성이 얻어지는 것이다.

상기 반도체 광증폭기(SOA)의 출력신호 중 조사신호는 광필터(F)에 의해 통과되고 두 펌프신호의 합(A+B)은 통과되지 않아 광검출기(PD)에서는 조사신호만 검출된다.

검출된 신호는 오실로스코프(OSC)의 CH2에서 측정되고 그 특성은 도 3에서와 같다.

도 3은 외부 변조수단이 5.2 MHz로 변조될 때 전광 NOR 논리소자의 동작특성을 보여주고 있는 도면으로, 상부의 펌프신호는 딜레이 라인(DL) 후단의 세 번째 광섬유 결합기(10c)에 의해 서로 다른 파장의 두 펌프신호(A, B)가합(A+B)해진 파형으로 네 개의 논리신호((0,0),(0,1),(1,0),(1,1))로 구성됨을 알 수 있다.

하부의 조사신호는 파장가변 레이저 다이오드(T-LD)에 의해 파장이 1535 nm인 신호로 발생되고, 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)와 반도체 광증폭기(SOA)의 구동전류가 각각 150 mA와 170 mA일 때, 전광 NOR 논리소자의 동작특성이 얻어짐을 알 수 있다.

즉 논리신호가 (0,1),(1,0),(1,1)일 때 반도체 광증폭기(SOA)가 포화되어 조사신호가 나오지 않으나 논리신호가 (0,0)일 때 조사신호가 측정된다.

이에 의해 도 3의 펌프신호와 조사신호의 위치를 비교할 때 5.2 MHz의 변조 주파수에서 전광 논리소자가 잘 동작하고 있음을 알 수 있다.

도 4는 5.2 MHz보다 더 높은 변조 주파수에서 동작되는 전광 NOR 논리소자를 구현하기 위해서 주파수가 53 MHz일 때 동작특성을 보여주는 것으로서, 조사신호로부터 얻은 전광 NOR 논리소자의 특성이 저하됨을 알 수 있다.

파형 발생기(PG)에서 만들어진 후 도 2의 CH1에서 측정된 스퀘어 전압 파형이 도 4에서 보는 바와 같이 스퀘어 형태로부터 많이 왜곡되게 측정되고 이에 의해 53 MHz에서 좋은 변조신호를 얻을 수 없기 때문에, 네 개의 논리신호((0,0), (0,1), (1,0), (1,1))도 왜곡되어 결국은 조사신호로부터 얻은 전광 NOR 논리소자의 동작특성이 저하되는 것이다.

따라서 파형 발생기(PG)가 고주파수에서도 안정적인 스퀘어 전압파형을 만들 수 있다면 수백 MHz이상에서도 정확한 전광 NOR 논리소자의 동작특성을 얻을 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 두 개의 서로 다른 파장을 갖는 펌프신호(A, B)가 마흐-젠더 광변조기(MZM)에 의해 외부 변조됨으로서 네 개의 논리 신호((0,0),(0,1),(1,0),(1,1))가 얻어지고, 이 논리신호와 하나의 조사신호가 반도체 광증폭기(S0A)를 지나갈 때 반도체 광증폭기(SOA)의 이득포화와 파장변환 특성에 의해 전광 NOR 논리소자가 성공적으로 구현되어, 광컴퓨팅과 전광 신호처리 시스템의 복잡한 광회로상의 임의의 지점에서 전광 논리 동작을 쉽게 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 서로 다른 파장의 펌프 신호가 외부 변조에 의해 네 개의 논리신호로 만들어지고 이 논리신호와 조사신호가 반도체 광증폭기를 통과할 때 이득포화와 파장변환 특성에 의해 전광 NOR 논리소자가 구현된다.

따라서 본 발명은 광컴퓨팅과 전광 신호처리 시스템의 복잡한 광회로상의 임의의 지점에서 전광 NOR 논리 동작을 얻기 위해 쉽게 적용될 수 있다.

또한 본 발명의 기술은 전광 NOR 논리소자 뿐만 아니라 AND, OR, XOR 등의 전광 논리소자 등을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 마흐-젠더 광변조기를 고속으로 동작시키면 고속으로 동작되는 전광 논리소자를 만들 수 있다.

Claims

서로 다른 두 파장의 펌프신호(A, B)를 발생하는 펌프신호 발생수단과, 발생된 펌프신호(A, B)를 변조하는 외부 변조수단과, 변조된 각각의 펌프신호가 분리된 상태에서 일측에서 신호를 지연시키는 지연수단 및 상기 지연수단을 통과한 펌프신호의 편광과 세기를 같게 하는 타측의 조절수단과, 두 펌프신호의 합(A+B)이 반도체 광증폭기(SOA)의 이득을 포화시킬 수 있도록 증폭하는 증폭수단과, 상기 펌프신호 합의 신호와 조사신호가 통과할 때 이득포화와 파장변환 특성에 의해 전광 NOR 논리소자의 동작특성이 얻어지는 반도체 광증폭기(SOA)와, 상기 펌프신호 발생수단과 외부 변조수단과 조절수단과 증폭수단의 후단에 연결되어 펌프신호를 결합하고 분리하는 결합/분리 수단을 포함하는 전광 NOR 논리소자 구현장치.
청구항 1에 있어서, 상기 펌프신호 발생수단은 분포 궤환형 레이저 다이오드(DFB-LD)와 파장가변 레이저 다이오드(T-LD)이고, 상기 외부 변조수단은 파형 발생기(PG)와 마흐-젠더 변조기(MZM)인 것을 특징으로 하는 전광 NOR 논리소자 구현장치.
청구항 1에 있어서, 상기 조절수단은 편광 조절기(PC)와 광감쇄기(ATTN)인것을 특징으로 하는 전광 NOR 논리소자 구현장치.
청구항 1에 있어서, 상기 펌프신호(A, B)의 파장은 1554 nm와 1555 nm이고, 조사신호의 파장은 1535 nm인 것을 특징으로 하는 전광 NOR 논리소자 구현장치.
청구항 1에 있어서, 상기 펌프신호(A, B)의 파장 차이(Δλ)는 반도체 광증폭기(SOA)의 이득영역 내에 있음을 특징으로 하는 전광 NOR 논리소자 구현장치.
두 개의 서로 다른 파장을 갖는 펌프신호(A, B)와 하나의 조사신호가 같이 반도체 광증폭기(SOA)를 통과할 때, 상기 반도체 광증폭기(SOA)의 이득포화와 파장변환 특성에 의해 전광 NOR 논리 동작이 구현됨을 특징으로 하는 전광 NOR 논리소자 구현방법.
청구항 6에 있어서, 상기 펌프신호(A, B)는 마흐-젠더 변조기(MZM)에 의해 외부 변조되어 네 개의 논리신호가 동시에 얻어짐을 특징으로 하는 전광 NOR 논리소자 구현방법.