KR20030025694A - 파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치 - Google Patents

Abstract

메인 광경로상으로 전송되는 파장 분할 다중화된 광신호를 측정하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 자연 방출광을 발생하여 기준 광경로 전송하는 자연광 방출기와, 미리 고유한 파장들이 설정되어 상기 기준 광경로 상에 이격 위치되며 상기 전송되는 자연 방출광중 상기 반사 혹은 흡수 파장과 일치하는 부분만을 반사 혹은 흡수하여 기준파장들이 생성된 자연 방출광을 각각 출사하는 적어도 하나 이상의 광섬유격자와, 스위칭 제어신호의 입력에 대응하여 메인 광경로상으로부터 분기되는 파장 분할 다중화된 광신호와 상기 기준파장이 포함된 자연 방출광들중 적어도 하나를 선택 출력하는 광스위치와, 소정 형태의 필터링 제어신호에 대응하여 필터 특성이 가변되며 상기 광스위치로부터 출력되는 광신호를 상기 가변된 필터 특성으로 필터링하여 출력하는 광 가변필터와, 상기 광 가변필터의 출력을 광전 변환하는 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드의 출력을 미리 설정된 알고리즘에 따라 기준파장을 분석하고, 상기 분석된 기준파장에 근거하여 파장 분할 다중화된 광신호의 파장, 세기 및 신호대 잡음비 등을 측정하는 제어 유니트를 포함하여 구성된다.

Description

파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치{APPARATUS FOR OPTICAL SIGNAL PERFORMANCE MONITORING IN WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}

본 발명은 파장 분할 다중화 시스템에서의 광 신호 성능을 검사하는 장치에 관한 것으로, 특히 광 증폭기(fiber amplifier)가 구비되지 않은 링크 구간에서 광 채널의 성능을 용이하게 모니터링 할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다.

파장 분할 다중화 방식(Wavelength Division Multiplexing)(이하 "WDM"이라칭함) 광통신 시스템은 광 링크상의 광 전송로를 통해 전송되고 있는 광신호의 파장, 광 세기, 광 신호 대 잡음비(OSNR)를 측정함으로서 광 신호 자체의 성능을 감시하며 특정 링크(Link)에서의 광 신호 열화를 찾아내서 시스템 운영자 및 관리자에게 알려 주거나 자체적으로 복구할 수 있는 정보를 제공하는 장치 등을 구비하고 있다.

통상적으로, 상기와 같이 WDM 광통신 시스템에서 파장 분할 다중화 된 광신호의 파장과 광신호의 세기와 광신호 대 잡음비를 측정하기 위해서는 회절 격자 및 광 다이오드 어레이를 가지고 있는 광 스펙트럼 분석기, 광섬유 브래그 격자(fiber bragg grating: FBG) 및 광 다이오드 어레이 등을 가지는 구성이 잘 알려져 있다. 그러나, 상기와 같은 구성은 회절격자 및 광 다이오드 어레이 등과 같은 광학 기구를 사용하므로써 광학적 공간 정열을 하기에 많은 어려움이 있다. 광학적인 공간 정열이 정확하게 되어 있지 못한 경우에는 광 신호의 파장과 광세기, 광신호 대 잡음비를 정확하게 측정하기가 매우 곤란한 것으로 이 기술 분야에서 매우 잘 알려져 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 파장 분할 다중 광 시스템의 광신호, 광세기 및 광신호 대 잡음비를 측정하기 위한 또 다른 측정 장치가 대한민국 등록특허공고 제10-202809호(특허 등록일자 2001년 3월 27일)에 개시되어 있다. 상기 등록 특허는, 광링크 상으로 전송된 파장 분할 다중화 된 광 신호를 측정하기 위하여 광증폭기를 이용한다. 예를 들면, 희토류 첨가 광섬유 증폭기(Erbium doped fiber amplifier)에서 파장 분할 다중화 되어진 광신호를 증폭 할 때 발생되는 자연 방출광(Amplified Spontaneous Emission:ASE)을 이용한다. 또한, 광증폭기에서 출력되는 광신호에서 자연 방출광의 특정 파장을 반사하는 2개의 광섬유격자(FBG)를 이용하여 파장 분할된 광신호를 측정하기 위한 기준파장(reference wavelength)을 생성하는 구성으로 되어 있다. 따라서, 이와 같은 등록특허는 광증폭기가 구비되어 있지 않은 파장 분할 다중화 시스템에서 사용할 수 없는 문제가 발생한다. 또한 상기 등록특허는 2개의 FBG로부터 반사되는 2개의 광신호를 자연 방출광의 기준파장으로 이용하므로써 측정의 해상도가 낮을 수밖에 없는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 광증폭기가 구비되어 있지 않은 파장 분할 다중화 광통신 시스템에서 매우 유용하게 사용될 수 있는 광신호 측정장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 광 가변필터를 이용하는 광신호의 특성을 측정시, 다수의 기준파장을 이용하여 높은 해상도를 가지고 광신호의 파장, 광세기, 광신호대 잡음비를 측정할 수 있는 구조를 갖는 광신호 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 자연 방출광 다이오드와 경사진 광섬유격자를 이용하여 광신호를 측정하기 위한 기준파장을 생성하고 이를 이용하여 파중 분할 다중화된 광링크상의 광신호를 측정할 수 있는 광신호 측정장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 자연 방출광 다이오드와 경사진 광섬유격자를 이용하여 광신호를 측정하기 위한 기준파장을 생성하고, 광스위치를 이용하여 상기 기준파장과 파중 분할 다중화된 광링크상의 광신호를 선택적으로 스위칭하여 보다 용이하게 파장 분할 다중화된 광신호를 측정할 수 있는 광신호 측정장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 메인 광경로상으로 전송되는 파장 분할 다중화된 광신호를 측정하기 위한 장치에 있어서, 자연 방출광을 발생하여 기준 광경로 전송하는 자연광 방출기와, 미리 설정된 반사파장 혹은 흡수파장이 설정되어 기준 광경로 상에 이격 위치되며 상기 기준 광경로 상으로 전송되는 자연 방출광중 상기 반사 혹은 흡수 파장과 일치하는 부분만을 반사 혹은 흡수하여 기준파장이 생성된 자연 방출광을 각각 출사하는 광섬유격자와, 상기 메인 광경로상에 위치되어 파장 분할 다중화된 광신호의 일부를 분기출력하는 1×2 광커플러(이하 "광커플러"라 칭함)와, 스위칭 제어신호의 입력에 대응하여 상기 광커플러로부터 분기된 파장 분할 다중화된 광신호와 상기 주모드 기준파장 및 사이드모드 기준파장이 포함된 자연 방출광들중 적어도 하나를 선택 출력하는 2×1 광스위치(이하 "광스위치"라 칭함)와, 소정 형태의 필터링 제어신호에 대응하여 필터 특성이 가변되며 상기 광스위치로부터 출력되는 광신호를 상기 가변된 필터 특성으로 필터링하여 출력하는 광 가변필터와, 소정 주기를 갖는 스위칭 제어신호 및 필터링 제어신호를 상기 광 스위치 및 광 가변필터로 제공함과 동시에 상기 광 가변필터의 출력을 광전 변환하는 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드의 출력을 미리 설정된 알고리즘에 따라 기준파장을 분석하고, 상기 분석된 기준파장에 근거하여 파장 분할 다중화된 광신호의 파장, 세기 및 신호대 잡음비 등을 측정하는 제어기를 포함하여 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

바람직하기론 상기 광섬유격자는 주모드 기준파장과 경사각에 따른 사이드모드 기준파장을 반사 혹은 흡수하여 주모드 및 사이드 모드의 기준파장들을 각각 가지는 자연 방출광을 생성하는 경사진 광섬유격자를 사용하는 것이 좋다. 이와 같이 경사진 광섬유격자를 사용하는 경우, 자연 방출광의 기준파장이 적어도 2배로 증가하므로써, 기준파장에 기초하여 파장 분할 다중화된 광신호를 측정시 분해능을 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 파장 분할 다중화된 광신호의 파장, 세기 및 신호대 잡음비를 측정하므로서, 광섬유 증폭기가 구비되지 않는 광링크 구간의 광신호 상태를 용이하게 모니터링할 수 있게된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치의 구성 및 각부의 동작 파형을 나타낸 도면.

도 2는 광성능 검사 장치에 널이 이용되는 광 가변필터의 히스테리히스 특성 및 본 발명의 실시예에 따른 기준파장에 대한 값을 히스테리히스 곡선에 대응하였을 때의 상태를 도시한 도면.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치의 구성 및 각부의 동작 파형을 나타낸 도면이다. 도 2는 광성능 검사 장치에 널이 이용되는 광 가변필터의 히스테리히스 특성 및 본 발명의 실시예에 따른 기준파장에 대한 값을 히스테리히스 곡선에 대응하였을 때의 상태를 도시한 도면이다. 도 2에서 도트로 표기된 부분들이 기준파장들에 대한 값들이다.

도 1을 참조하면, 광링크상의 광신호, 예를 들면, 파장 분할 다중화된 광신호 WDMOS가 광경로 10상으로 전송되면, 상기 광경로 10상으로 전송되는 광신호 WDMOS의 약 10%정도가 9:1 비율의 분기율을 가지는 광결합기 12를 통해 광경로 16상으로 분기된다. 나머지 90% 정도의 광신호 WDMOS는 파이버 스플(fiber spool)을 통해 또다른 광링크 상으로 전송된다.

한편, 도 1에 도시된 발광 다이오드 20은 도 1에 도시된 바와 같은 자연 방출광 ASE를 기준 광섬유 22로 출사한다. 이때, 상기 기준 광섬유 22상에는 두 개의 경사진 광섬유격자(Tilted Fiber Bragg Grating: TFBG) 24, 26들이 소정 거리로 이격되어 위치되어 있다. 이러한 경사진 광섬유격자 24, 26들 각각은 자연 방출광 ASE의 기준파장을 설정하기 위한 것으로, 약 3㏈ 정도의 주모드(Main mode) Mi(여기서 i는 1 혹은 2 등의 정수)와 사이드모드(side mode) Si들의 반사 혹은 흡수 파장이 형성되어 있다. 예들 들면, 경사진 광섬유격자 24는 광섬유 22상으로 전송되는 자연 방출광 ASE에서 도 1에 도시된 바와 같이 주모드 M1과 사이드모드 S1의 기준파장을 생성하고, 또다른 경사진 광섬유격자 26은 광섬유 22상으로 전송되는 자연 방출광 ASE에서 주모드 M2와 사이드모드 S2의 기준파장을 생성한다. 상기와 같은 주모드 Mi 및 사이드모드 Si의 기준파장은 도 2에 도시된 바와 같은 위치에 고정되어 출력되도록 경사진 광섬유격자 24 및 26들이 위치되어야 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 발광 다이오드 20을 이용하여 자연 방출광을 발생하고, 주모드 Mi와 사이드모드 Si의 파장을 각각 가지는 두 개의 경사진 광섬유격자 24, 26들을 이용하므로서 일반적인 광섬유격자를 사용할 때 보다 약 2배정도 더 많은 기준파장을 설정할 수 있어서 파장 분석에 보다 유리하게 할 수 있다. 왜냐하면, 광신호의 파장을 분석하는데 사용되는 기준파장의 펙터를 보다 다양하게 할 수 있기 때문이다. 상기와 같이 주모드 Mi와 사이드모드 Si의 기준파장이 생성된 자연 방출광 ASE는 광섬유 22를 통해 이에 접속된 2×1 광스위치 18의 또다른 일측 입력으로 제공된다.

광스위치 18은 도 1에 도시된 바와 같은 펄스 형태의 스위칭 제어신호 SCTL의 입력 논리에 따라 스위칭되어 광섬유 16으로 입력되는 파장 분할 다중화된 광신호 WDMOS 혹은 주모드 Mi 및 사이드모드 Si들의 기준파장이 부가된 자연 방출광 ASE를 선택적으로 스위칭 출력한다. 예를 들면, 상기 스위칭 제어신호 SCTL이 논리 "하이"로 입력되는 경우에는 광신호 WDMOS를 선택하고, 상기 스위칭 제어신호 SCTL이 논리 "로우"로 입력되는 경우에는 기준파장이 부가된 자연 방출광 ASE를 선택한다. 상기와 같은 동작에 의해 선택된 광신호 WDMOS 혹은 기준파장이 부가된 자연 방출광 ASE는 광섬유를 통해 광결합된 가변광필터 28로 제공된다.

상기 가변광필터 28은 제어단자로 입력되는 필터링 가변제어신호 FTCS의 전압레벨에 따라 투과파장이 가변되는 필터이다. 이때, 상기 광가변필터 28의 제어단자로 제공되는 필터링 제어신호 FTCS는 도 1에 도시된 바와 같이 톱니파의 형태를 가지며, 그 주기는 상기 스위칭 제어신호 STCL과 같다. 따라서, 상기 광가변필터 28은 상기 필터링 가변제어신호 FTCS의 전압레벨에 따른 광필터 계수에 따라 상기 광스위치 18로부터 출력되는 파장 분할 다중화된 광신호 WDMOS 혹은 주모드 Mi 및 사이드모드 Si들의 기준파장이 부가된 자연 방출광 ASE를 필터링 출력한다.

상기와 같은 가변광필터 28의 일예로서는 가변가능한 패브리패롯가변필터(Tunable Fabry-Perot Filter: TFPF)를 사용할 수 있다. 상기 패롯 가변필터 28은 제어단자로 인가되는 필터링 가변제어신호의 전압과 파장이 도 2에 도시한 바와 강이 피선형적으로 비례하는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 패롯 가변필터 28의 필터링 가변제어신호 FTCS의 전압과 입력파형이 히스테리시스의 형태로 비선형적으로 변화된다.

한편, 도 1에 도시된 광전변환소자, 예를 들면, 포토 다이오드 30은 상기 광스위치 18 및 광가변필터 28의 동작에 의해 선택되어 광 가변 필터링된 파장분할 다중화된 광신호(광채널) WDMOS 혹은 기준파장의 신호가 부가된 자연 방출광 신호 ASE을 전기적인 신호로 변환하여 ADC(alnalog to digtal converter) 32로 공급한다. 상기 ADC 30은 도 1에 도시된 바와 같은 선택적으로 출력되는 광채널의 신호 혹은 기준파장이 부가된 자연 방출광 신호의 스펙트럼을 디지털 변환하여 마이크로 프로세서 34로 공급한다.

상기 마이크로 프로세서 34는 내부 메모리에 마스킹(masking)된 프로그램에 따라 도 1에 도시된 스위칭 제어신호 SCTL 및 필터링 제어신호 FTCS에 대응하는 제어데이터를 DAC(Digital to Anaolg Converter) 36로 전송하여 도 1과 같은 아날로그의 신호로서 광스위치 18 및 광가변필터 28의 동작을 제어한다. 또한, 상기 마이크로 프로세서 34는 ADC 32로부터 출력되는 파장 분할 다중화된 광신호 WDMOS의 값 및 주모드 Mi 및 사이드 모드 Si의 기준파장이 부가된 자연 방출광 ASE의 값을 입력한다. 상기 마이크로 프로세서 34는 상기 입력된 자연 방출광 ASE의 값으로부터 주모드 M1, M2 및 사이드 모드 S1, S2의 기준파장 값을 찾아낸다. 상기 기준파장은자연 방출광 판별신호로서, 광신호 WDMOS의 파장, 세기 및 광신호 대 잡음비를 계산하는데 기준신호로서 사용된다.

상기와 같이 찾아낸 자연 방출광 ASE의 값으로부터 주모드 M1, M2 및 사이드 모드 S1, S2의 기준파장 값들은 측정을 통해 미리 알고 있는 경사진 광섬유격자 24, 26의 반사파장 혹은 흡수 파장과 일치하는 값들이다. 따라서, 이와 같은 기준파장의 값들을 입력하는 상기 마이크로프세서 34는 시간축에서의 주모드 Mi 및 사이드모드 Si의 기준파장 값을 이용하여 다음에 연속하여 입력되는 파장 분할 다중화된 광신호 WDMOS의 값의 파장, 광신호의 세기 및 신호대 잡음비를 용이하게 검출할 수 있다. 상기와 같이 기준파장의 값을 이용하여 광신호의 파장, 세기 및 신호대 잡음비를 검출하는 것은 기존의 프로그램을 그대로 이용하여도 무방하다.

상기와 같은 구성중 포토 다이오드 30, ADC 32, 마이크포프로세서 34 및 DAC 36은 하나의 프린트보오드상에 설치되는 제어유니트이며, 필요에 따라서는 하나의 칩으로 제작될 수 도 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 발광 다이오드를 이용하여 자연 방출광을 발생하고, 경사진 광섬유격자를 이용하여 상기 자연 방출광에 2배 이상의 기준파장을 발생시키므로써 광신호의 분해능을 향상시킬 수 있다. 또한, 광섬유 증폭기가 구비되어 있지 않은 광링크상의 광신호도 용이하게 모니터링할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 파장 분할 다중화된 광신호를 분석하기 위한 자연 방출광의 기준파장을 광증폭기 없이 생성하므로써 광증폭기가 없는 광링크구간의 광신호도 용이하게 모니터링 할 수 있다. 또한, 자연 방출광의 기준파장(혹은 자연 방출광 판별신호)와 광가변필터를 이용하여 광신호를 측정하는 시스템에서, 적어도 둘 이상의 기준파장을 생성하는 경사진 광섬유격자를 적어도 하나 이상 이용하여 보다 많은 기준파장을 광가변필터의 히스테리히스 특성 구간내에서 생성시킬 수 있어 광신호의 파장, 세기 및 신호대 잡음비를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

Claims (5)

1. 메인 광경로상으로 전송되는 파장 분할 다중화된 광신호를 측정하기 위한 장치에 있어서,

   자연 방출광을 발생하여 기준 광경로 전송하는 자연광 방출기와,

   미리 고유한 파장들이 설정되어 상기 기준 광경로 상에 이격 위치되며 상기 전송되는 자연 방출광중 상기 반사 혹은 흡수 파장과 일치하는 부분만을 반사 혹은 흡수하여 기준파장들이 생성된 자연 방출광을 각각 출사하는 적어도 하나 이상의 광섬유격자와,

   스위칭 제어신호의 입력에 대응하여 메인 광경로상으로부터 분기되는 파장 분할 다중화된 광신호와 상기 기준파장이 포함된 자연 방출광들중 적어도 하나를 선택 출력하는 광스위치와,

   소정 형태의 필터링 제어신호에 대응하여 필터 특성이 가변되며 상기 광스위치로부터 출력되는 광신호를 상기 가변된 필터 특성으로 필터링하여 출력하는 광 가변필터와,

   상기 광 가변필터의 출력을 광전 변환하는 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드의 출력을 미리 설정된 알고리즘에 따라 기준파장을 분석하고, 상기 분석된 기준파장에 근거하여 파장 분할 다중화된 광신호의 파장, 세기 및 신호대 잡음비 등을 측정하는 제어 유니트를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 메인 광경로상에 위치되어 파장 분할 다중화된 광신호의 일부를 상기 광스위치로 분기출력하는 광커플러를 더 포함함을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 자연광 방출기는 발광 다이오드임을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 광섬유격자는 주모드 파장과 사이드모드 파장을 가지는 경사진 광섬유격자임을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 광가변필터는 투과 파장 대역을 가변할 수 있는 패브리패롯 가변필터임을 특징으로 하는 파중 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치.