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KR101954376B1 - 광 회선 단말 송수신기를 구비한 광 네트워크 통신 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

광 회선 단말 송수신기를 구비한 광 네트워크 통신 시스템 및 그 동작 방법 Download PDF

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KR101954376B1
KR101954376B1 KR1020137018377A KR20137018377A KR101954376B1 KR 101954376 B1 KR101954376 B1 KR 101954376B1 KR 1020137018377 A KR1020137018377 A KR 1020137018377A KR 20137018377 A KR20137018377 A KR 20137018377A KR 101954376 B1 KR101954376 B1 KR 101954376B1
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KR
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데이비드 피엘러
안쏘니 제이. 티크노
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네오포토닉스 코포레이션
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Abstract

본 발명은 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(optical splitter/combiner)를 형성하기 위한 어레이로 2×2 단일-모드 광 커플러들을 연결하는 것, 및 채취 포트들(harvesting ports) 중 둘 이상으로부터의 채취-광을 수신기에서 수집하도록 상기 수신기에 상기 채취 포트들을 라우팅(rout)하는 것을 포함하는 평면 광파 회로를 제공하는 단계와, 상기 채취 포트들 중 하나 이상은 상기 2×2 단일-모드 광 커플러들로부터의 것이며; 제 1 파장에서 상기 평면 광파 회로를 통해 광 네트워크 유닛으로 송신하는 단계와; 그리고 상기 채취-광을 통해 제 2 파장에서 상기 광 네트워크 유닛으로부터의 응답을 해석(interprete)하는 단계를 포함하는 광 네트워크 통신 시스템의 동작 방법을 제공한다.

Description

광 회선 단말 송수신기를 구비한 광 네트워크 통신 시스템 및 그 동작 방법{OPTICAL NETWORK COMMUNICATION SYSTEM WITH OPTICAL LINE TERMINAL TRANSCEIVER AND METHOD OF OPERATION THEREOF}
본 발명은 일반적으로 광 네트워크 통신 시스템(optical network communication system)에 관한 것이며, 더 특별하게는 수동형 광 네트워크(passive optical metwork)를 제공하기 위한 시스템에 관한 것이다.
지점-다지점(point-to-multipoint) 광 네트워크의 예는 수동형 광 네트워크일 수 있다. 수동형 광 네트워크들은 일반적인 애플리케이션을 위하여 잘 알려진 단체들에 의해 표준들로 정의된다. 상기 네트워크는 광 회선 단말(optical line terminal : OLT)에서 통상적으로 전자통신 공급자 중앙 사무국(CO)에 위치한 단일 지점에서, 및 광 네트워크 유닛(optical network unit : ONU)에 의해 통상적으로 가입자의 거주지인 다수의 가입자 지점들에서 종료된다.
OLT 및 ONU들이 서로 다른 파장들에서 광 신호들을 송신 및 수신하는 단일 섬유 인터페이스(fiber interface)들을 갖는다. OLT는 파장 λdown에서 신호들을 송신하며, 그리고 파장 λup에서 ONU들로부터 신호들을 수신한다. ONU는 파장 λup에서 신호들 송신하며, 그리고 파장 λdown에서 OLT로부터 신호들을 수신한다. 다운스트림 신호(downstream signal)는 상기 네트워트에서 모든 ONU들로 전파(broadcast)된다; 반면, 각 가입자 ONU로부터의 업스트림 신호(upstream sinal)들이 시분할 다중 접속(TDMA) 프로토콜에 따라 유일한 타임 슬롯들에 할당된다.
OLT와 ONU들 사이의 높은 데이터 속도 및 장거리를 지원하기 위해, 수동형 광 네트워크들(PONs)이 단일-모드 광 섬유를 사용한다. 어떤 PON이든지 핵심 컴포넌트는 단일-모드 광 스플리터(single-mode optical splitter)이다. 1×N개의 광 스플리터의 기능은 다운스트림의 동일한 복사본들을 각 N개의 ONU-향(ONU-facing) 포트들로 분할하고 전달하는 것이다.
상기 동일한 스플리터는 OLT-향 단일의 단일-모드 광 포트로 N개의 업스트림 신호들을 조합한다. 에너지 보존 법칙은 각 출력 포트에서의 다운스트림 신호가, 입력 신호와 관련된 적어도 1/N의 팩터만큼 감쇠될 것을 요구한다. 상기 업스트림에서의 모든 신호들이 상기 스플리터에 의해 동일하게 취급한다고 가정하면 (즉, 상기 스플리터는 편광이 없거나 또는 파장 선호(wavelength preference)들을 갖는다), N개의 ONU-향 포트들 중 임의의 하나에 진입하는 신호는 열역학 제 2 법칙 (엔트로피는 닫힌계(closed system)에서 감소할 수 없다)의 결과로서, 상기 신호는 단일 ONU-향 포트에 도달하는 시간까지 적어도 1/N의 팩터에 의해 감쇠되어야 한다.
영 초과 손실(zero excess loss)을 갖는 하나의 이상적인 단일-모드 스플리터에 대해, 상기 스플리터로 적용된(launch) 총 다운스트림 광 파워는 N개의 ONU-향 포트들로부터 방출되는 총 파워와 같다. 동일한 이상적인 스플리터에 대해, 단일 OLT-향 업스트림 포트의 외부로 흐르는 총 광 파워는 단지 임의의 세트 상기 N개의 포트들로 적용된 총 광 파워의 1/N 배가 될 수 있다. 매우 큰 부분, 업스트림의 신호의 (N-1)/N이 소위 낭비된-광(waste-light)으로 불리는, 분산되어 이용할 수 없는 광 에너지로서, 상기 스플리터에서 단일-모드 도파관들(single-mode waveguides)의 외부로 방사된다.
따라서, 업스트림 신호 경로의 감쇠를 보상하는 광 회선 단말 송수신기를 구비한 광 네트워크 통신 시스템에 대한 필요가 여전히 남아 있다. 광 네트워크 통신 산업, 세계 전반에서의 성장의 관점에서, 이러한 문제들에 대한 답변들을 찾는 것은 더욱 중요하다. 성장하는 소비자 기대와 시장에서 의미있는 제품 차별화를 위한 기회의 감소와 함께, 늘어나는 상업적 경쟁 압력의 관점에서, 이러한 문제들에 대한 답변들을 찾는 것이 더더욱 중요하다. 또한, 비용을 절감하고, 효율성 및 성능을 개선하고, 경쟁 압력을 충족하기 위한 필요는 이러한 문제들에 대한 답변들을 찾기 위한 중요한 필요성에 한층 더 긴급을 요한다.
이러한 문제들에 대한 해결책이 오랫동안 모색되어 왔으나, 종래의 개발들은 어떠한 해결책도 가르쳐 주거나 제안해 주지 않으며, 따라서, 이러한 문제들에 대한 해결책이 당업자들을 오랫동안 회피해 왔다.
본 발명은 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(optical splitter/combiner)를 형성하기 위한 어레이로 2×2 단일-모드 광 커플러들을 연결하는 것, 및 채취 포트들(harvesting ports) 중 둘 이상으로부터의 채취-광을 수신기에서 수집하도록 상기 수신기에 상기 채취 포트들을 라우팅(rout)하는 것을 포함하는 평면 광파 회로를 제공하는 단계와, 상기 채취 포트들 중 하나 이상은 상기 2×2 단일-모드 광 커플러들로부터의 것이며; 제 1 파장에서 상기 평면 광파 회로를 통해 광 네트워크 유닛으로 송신하는 단계와; 그리고 상기 채취-광을 통해 제 2 파장에서 상기 광 네트워크 유닛으로부터의 응답을 해석(interprete)하는 단계를 포함하는 광 네트워크 통신 시스템의 동작 방법을 제공한다.
본 발명은 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너의 어레이 형태로 결합된 2×2 단일-모드 광 커플러들, 및 채취 포트들 중 둘 이상으로부터 채취-광을 수신기에서, 수집하기 위한 수신기로 라우팅된 상기 채취 포트들을 포함하는 평면 광파 회로, 여기서 상기 채취 포트들 중 하나 이상은 2×2 단일-모드 광 커플러들로부터의 것이며; 상기 평면 광파 회로를 통해 광 네트워크 유닛으로 제 1 파장을 송신하기 위한 광 회선 단말 송신기; 및 상기 광 네트워크 유닛으로부터 상기 채취-광을 통해 수신된 제 2 파장을 포함하는 광 네트워크 통신 시스템을 제공한다.
본 발명의 특정 실시 예들은 전술된 실시 예들에 추가 또는 대신하여, 다른 단계들 또는 엘리먼트들을 갖는다. 상기 단계들 또는 엘리먼트는 첨부된 도면들에 관련하여 취해질 경우, 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자들에게 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예로서, 광 회선 단말 송수신기를 구비한 광 네트워크 통신 시스템의 기능 블록도이다.
도 2(A-H)는 입력 파장들에 대한 특성 응답을 갖는 2×2 단일-모드 광 커플러들의 기능 블록도이다.
도 3은 도 1의 1×N 광 단일-모드의 스플리터/커플러의 기능 블록도이다.
도 4는 광 회선 단말 송수신기의 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예로서, 광 회선 단말 송수신기의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예로서, 평면 광파 회로를 이용하여 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드의 기능 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예로서, 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예로서 평면 광파 회로의 외부 버전을 이용하는 수동형 광 네트워크 회선 카드의 기능 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시 예로서, 평면 광파 회로의 외부 버전을 이용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드의 기능 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시 예로서, 평면 광파 회로를 이용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드의 기능 블록도이다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시 예로서, 평면 광파 회로를 이용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드의 기능 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예로서, 1×4 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 사용하는 광 회선 단말 송수신기의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 제 6 실시 예로서, 1×8 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 사용하는 광 회선 단말 송수신기의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 제 7 실시 예로서, 2×8 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 사용하는 광 회선 단말 송수신기의 개략도를 보여준다.
도 15는 본 발명의 제 8 실시 예로서, 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 송수신기의 기능 블록도이다.
도 16은 본 발명의 제 9 실시 예로서, 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 범위 확장 시스템(reach extension system)의 기능 블록도이다.
도 17은 본 발명의 제 10 실시 예로서, 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 범위 확장 시스템의 기능 블록도이다.
도 18은 본 발명의 제 11 실시 예로서, 하이브리드-섬유 동축 광 네트워크 리피터의 기능 블록도이다.
도 19는 본 발명의 제 12 실시 예로서, 1×(N/2) 단일-모드 스플리터/컴바이너를 사용하는 광 회선 단말 송수신기의 기능 블록도이다.
도 20은 평면 광파 회로를 이용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드의 기능 블록도이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시 예로서, 광 네트워크 통신 시스템의 동작 방법의 흐름도이다.
다음의 실시 예들은 당업자들이 본 발명을 만들고 사용할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 다른 실시 예들이 본 개시를 기초로 자명하게 되며, 시스템, 프로세스, 또는 기계적인 변경들이 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 만들어질 수 있음을 이해해야한다.
다음 설명에서, 다수의 특정 세부 사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 주어진다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 세부 사항들 없이 실시될 수 있음은 명백하다. 본 발명을 왜곡하는 것을 방지하기 위해, 일부 잘 알려진 회로들, 시스템 구성들, 및 프로세스 단계들은 자세히 공개되지 않는다.
시스템의 실시 예들을 보여주는 도면들은 반-도식화(semi-diagrammatic)하고 비례(scale)하지 않으며, 특히, 치수들 중 일부는 설명의 명확성을 위한 것이며 도면들에서 과장되게 표시된다. 마찬가지로, 비록 설명의 편의를 위해 도면들의 뷰(view)들이 일반적으로 유사한 방향들을 보여주지만, 도면들에서 이러한 묘사는 대부분의 경우 임의적(arbitrary)이다. 일반적으로, 본 발명은 그 어떤 방향으로도 전개될 수 있다.
동일한 번호들이 동일한 엘리먼트들(elements)에 관련이 있는 모든 도면들에서 사용된다. 실시 예들은 설명의 편의상, 제 1 실시 예, 제 2 실시 예, 등으로 번호가 매겨졌으며, 어떤 다른 의미를 갖거나, 또는 본 발명을 한정하고자 함이 아니다.
설명을 목적으로, 본 명세서에서 사용된 용어 "수평(horizontal)"은 자신의 방향(orientation)과는 상관이 없이 지구의 평면 또는 표면에 평행한 평면으로 정의된다. 용어 "수직(vertical)"은 방금 정의된 수평에 대한 직각(perpendicular) 방향을 나타낸다. 도면들에서 보여진 바와 같이, "위에(above)", "아래에(below)", "하단", "상단", "면(side)"("측벽(sidewall)"과 같은), "더 높은", "더 낮은", "더 위로", "위에(over)", 및 "아래에(under)"와 같은 용어는 수평면과 관련하여 정의된다. 용어 "상에(on)"는 엘리먼트들 간에 직접 접촉이 있음을 의미한다. 용어 낭비된-광(waste-light)은 종래 기술의 스플리터들에서 광학 접합으로부터 분산된 광으로 정의된다. 본 출원의 목적으로, 채취-광(harvesting-light)은 현재 발명에서는 분산되지 않고, 본 발명의 수신기에 의해서 사용을 위해 오히려 수집(collect)되거나 또는 리디렉션(redirect)된다. 용어 채취 포트는 2×2 단일-모드 광 커플러, 또는 채취-광을 수집하거나 리디렉팅에 사용되는 파장 분할 다중화기(wavelength division multiplexer)의 특별한 포트인 것으로 정의된다.
이제 도 1을 참조하여, 거기에 본 발명의 실시 예로서, 광 회선 단말 송수신기(101)를 구비한, 광 네트워크 통신 시스템(100)의 기능 블록도가 도시된다. 광 네트워크 통신 시스템(100)의 기능 블록도는 광 회선 단말-향(terminal-facing) 측에서 제 1 단일-모드 광 포트(104) 및 제 2 단일-모드 광 포트(106)와 같은 적어도 두 개의 단일-모드 광 포트들을 갖는 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)를 묘사한다. 제 2 단일-모드 광 포트(106)는 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)로의 입력이며, 광 회선 단말(미도시)의 광 송신기에 결합될 수 있다.
제 1 단일-모드 광 포트(104)에 추가하여, 업스트림 광을 채취(harvest)하기 위해, 광 회선 단말에서, 광 섬유들 또는 광 도파관들의 그룹이 광-검출기들(116)을 향하여 전달되는 것 같이, 적어도 하나의 추가 포트(108)가 다중-포트 단일-모드 그룹(110)을 통해 전달될 수 있다. 단일-모드 그룹(110)의 추가 포트들 중 하나는, 예를 들어, 파장 분할 다중(wavelength division multiplexing : WDM)에 의해 제 2 단일-모드 광 포트(106)로부터 유도될 수 있다. 낭비된-광이 이제 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)에서 채취될 수 있으므로, 제 1 단일-모드 광 포트(104) 및 다중-포트 단일-모드 그룹(110)에서의 업스트림 신호들은 종래 스플리터로부터 달리 분산될 수도 있는 채취-광을 수집으로부터 적어도 일부 유도된다.
제 1 단일-모드 광 포트(104) 및 다중-포트 단일-모드 그룹(110)으로부터의 업스트림 신호들이 광-검출기들(116)을 향해 전송된다. 상기 업스트림 신호들은 다중-포트 단일-모드 그룹(110)을 통과할 수 있거나 또는, 낮은 손실을 갖는 하나 이상의 다중-모드 광 도파관들(112)에 효율적으로 결합될 수 있다. 다중-모드 광 도파관들(112)은 상기 업스트림 신호들을 광 커플러들(114)를 통해 상기 업스트림 신호들에 대한 낮은 손실로 전송할 수 있다. 광 커플러들(114)은 다중-모드 광 도파관들(112) 및/또는 다중-포트 단일-모드 그룹(110)의 조합에 의해 상기 업스트림 신호들을 하나 이상의 광-검출기들(116)로 전달할 수 있다.
단일 다중-모드 광 도파관들(112)로부터의 상기 업스트림 신호들은 나노 미터로 측정된 신호 파장의 제곱보다 상당히 큰 유효 검출 영역(들)(미도시)을 갖는, "O/E"로 표시된 광-검출기들(116)에 결합된다. 광-검출기들(116)로의 업스트림 신호들의 결합은 근접, 굴절 광학(즉, 렌즈들), 반사 표면들, 또는 회절 광학에 의해 달성될 수 있다.
둘 이상의 광-검출기들(116)이 존재하는 경우, 전기적 버스(electrical bus)(118)가 아날로그 또는 디지털 회로(미도시)의 수단에 의해 조합된다. 전기적 버스(118)는 프로세서(미도시)에 의해 조종하기에 적합할 수 있다.
본 발명은 광 신호들과 같은 임의의 업스트림 신호들이 다음 요구을 만족하는 하나 이상의 개별 광학 경로에 의해 하나 이상의 광-검출기들(116)로 전달되는 ONU-향 포트(120)에 진입하는 방법으로 구현될 수 있다:
N ONU-향 광 포트들(122)은 광 네트워크 통신 시스템(100)을 통해 통신하는 단일-모드 광섬유(126)에 의해 결합된 광 네트워크 유닛들(ONU)(124)의 출구 경로를 형성할 수 있다. 다수의 가능한 개별 광 경로들을 따라 전기적 버스(118)로 이동하는 N개의 ONU-향 광 포트들(122) 중 임의의 특정한 하나로부터의 업스트림 신호에 대한 시간이 상기 신호의 전기적 대역폭의 역수보다 상당히 작은 허용 오차를 가지고 "서로 동일"하도록, 위에서 설명된 광학, 전자-광학 및 전자 엘리먼트들의 조합이 설계되어야만 한다.
또는, 수학적 용어로, 전체적인 설계는 다음을 만족해만 한다:
| T1 - T2 | << 1/Be (식1)
N ONU-향 광 포트들(122) 중 임의의 하나의 특정 포트에서 비롯된 모든 신호 경로들에 대해서.
여기서:
T1 = 다중-포트 단일-모드 그룹(110)을 통한 개별 경로를 통해 어떤 N개의 ONU-향 광 포트들(122)로부터 전기적 버스(118)로 이동하는 시간.
T2 = 다중-포트 단일-모드 그룹(110)을 통한 다른 개별 경로를 통해 동일한 N개의 ONU-향 광 포트들(122)로부터 전기적 버스(118)로 이동하는 시간.
Be = 전기 신호 대역폭.
본 발명은 상기 설계 규칙들이 유지되는 한, 그 구성 부품들의 물리적 분배에 아무런 제한들을 두지 않는다. 따라서, 특정 실시 예들은 구성 부품들을 물리적으로 분리하고/분리하거나 개별 모듈들에 구성 부품들을 위치시킬 수 있다. 아래 도시된 예들에서, 수동형 광 기능들은 별도의 모듈들로 분리될 수 있다.
1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)로부터 채취-광을 수집함으로써 전기적 버스(118)를 해석하는 광 회선 단말 수신기(128)의 단순화가 가능한 것이 발견된다. 상기 단순화는 비용 절감 및 비트 에러율의 감소가 반영된 데이터 신뢰성의 증가로 변환할 수 있다.
이제 도 2(A-H)를 참조하여, 거기에 입력 파장들에 대한 특성 응답을 갖는 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 기능 블록도가 도시된다. 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 기능 블록도는 각 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)이 A 포트(204), B 포트(206), C 포트(208), D 포트(210)를 포함하는 것을 묘사한다. 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)이 아래에 정의된 특정 파장 (λ)의 광을 송신하는 광 커플러들인 것을 이해해야 한다.
2×2 단일-모드 광 커플러들(202)은 도 1의 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)의 핵심 빌딩 블록으로 사용된다. 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)은 융합-섬유(fused-fiber), 평면 광파 회로(planar lightwave circuit), 또는 벌크 광학 기술들(bulk optical technologies)로 제조될 수 있다. 1×N 광 스플리터/컴바이너(102)의 성공적인 구현을 위해, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)은 수동형 광 네트워크 (PON) 광 회선 단말 송신기 파장, λdown에서 동일-면 Y-접합으로서 기능을 한다. 바람직한 실시 예에서, 대부분 또는 모든 경로들이 결국에 임의의 특정 분할 비율(split ratio)과 상관없이 OLT 수신기에 도착하기 때문에, PON OLT 수신기의 파장 λup에서, 상기 결합 비율의 사양은 더 많이 완화된다. 이는 본 출원에서 정의된 채취-광을 수집하지 않는 종래 기술로부터의 일탈이다.
2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 광대역 특징들에 기초하여 평면 광파 회로를 설계 및 제조하는 것이 커플러가 파장들의 좁은 범위에서 동일하게 파워를 분리하도록 설계되는 것보다 더 도전임을 당업자들은 알고 있다. 본 출원에서, 다운스트림 성능은 업스트림 성능보다 더 중요한다. 본 출원에서 2×2 단일-모드 광 커플러(202)의 기본 정의가 아래에 설명된다.
도 2(A)에 도시된 바와 같이, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 A 포트(204)로 진입하는 송신된 광의 파워 Pλ( Tx )는 C 포트(208) 및 D 포트(210)에서 모두 균등하게 분배 및 복제된다. 각 도착 포트들(destination ports)은 1/2 Pλ( Tx )에서 광을 전파할 것이다.
도 2(B)에 도시된 바와 같이, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 B 포트(206)로 진입하는 송신된 광의 파워 Pλ( Tx )는 C 포트(208) 및 D 포트(210)에서 모두 균등하게 분배 및 복제(replicate)된다. 각 도착 포트들은 1/2 Pλ( Tx )에서 광을 전파할 것이다.
도 2(C)에 도시된 바와 같이, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 C 포트(208)로 진입하는 송신된 광의 파워 Pλ( Tx )는 A 포트(204) 및 B 포트(206)에서 모두 균등하게 분배 및 복제된다. 각 도착 포트들은 1/2 Pλ( Tx )에서 광을 전파할 것이다.
도 2(D)에 도시된 바와 같이, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 D 포트(210)로 진입하는 송신된 광의 파워 Pλ( Tx )는 A 포트(204) 및 B 포트(206)에서 모두 균등하게 분배 및 복제된다. 각 도착 포트들은 1/2 Pλ( Tx )에서 광을 전파할 것이다.
도 2(E)에 도시된 바와 같이, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 A 포트(204)로 진입하는 수신된 광의 파워 Pλ( Rx )는 C 포트(204) 및 D 포트(210) 사이에서 임의적으로 분배된다. 각 도착 포트들은 PI과 P2에서 각 상보몫(complementary portion)으로 광을 전파할 것이다. 여기서:
P1 + P2 = Pλ( Rx ) (식2)
다음 조건에서,
P1 ≥ 0.05Pλ( Rx ) (식3)
및
P2 ≥ 0.05Pλ( Rx ) (식4)
도 2(F)에 도시된 바와 같이, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 B 포트(206)로 진입하는 수신된 광의 파워 Pλ( Rx )는 C 포트(204) 및 D 포트(210) 사이에서 임의적으로 분배된다. 위에서 정의된 대로, 각 도착 포트들을 PI과 P2에서 각 상보몫으로 광을 전파할 것이다.
도 2(G)에 도시된 바와 같이, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 C 포트(208)로 진입하는 수신된 광의 파워 Pλ( Rx )는 A 포트(204) 및 B 포트(206) 사이에서 임의적으로 분배된다. 위에서 정의된 대로, 각 도착 포트들을 PI과 P2에서 각 상보몫으로 광을 전파할 것이다.
도 2(H)에 도시된 바와 같이, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 D 포트(210)로 진입하는 수신된 광의 파워 Pλ( Rx )는 A 포트(204) 및 B 포트(206) 사이에서 임의적으로 분배된다. 위에서 정의된 대로, 각 도착 포트들을 PI과 P2에서 각 상보몫으로 광을 전파할 것이다.
이제 도 3을 참조하여, 거기에 도 1의 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)의 기능 블록도를 보여준다. 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)의 기능 블록도는 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 어레이(302)를 묘사한다. 초기 입력은 OLT 송신기(미도시)에 연결될 수 있는 OLT-향 포트(304)이다.
종래 기술에서, 이상적인 1×N 단일-모드 광 스플리터는 Y-접합들로 만들어질 수 있으며 다운스트림 방향에서 완벽하게 효율적이다. 그러나 업스트림 방향에서, 각 Y-접합에서, 각 다리부(leg)로부터의 파워의 절반만이 단일 업스트림 도파관(미도시)에 연결되며, 반면 초과 파워는 낭비된-광으로서 도파관 외부로 방출된다.
본 발명에서 각 Y-접합들은 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 광대역 버전(version)으로 대체된다. 다리부들로 향하는 두 스트림에 적용된(launch) 총 업스트림 파워는 도파관들 외부로 파워의 어느 일부도 발산함이 없이, 두 업스트림 다리부들에 보존될 수 있다. 도 3에 보여진 바와 같이, 두 OLT-향 다리부들 중 오직 하나만이 1×N 단일-모드 스플리터/컴바이너(102)를 형성하는 데 사용된다.
이상적인 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)는 (N-1)개의 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)로 형성될 수 있다. 본 예시에서, N = 8 일 때, 1×8 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(300)는 1개의 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)이 결합함으로써 형성될 수 있다. 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)에 대한 숫자 8의 선택은 오직 하나의 예이며, 제한 방식으로 사용하지 않음을 이해해야 한다. 또한, 본 발명은 임의의 수의 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 사용함으로써 실시될 수 있음을 이해한다.
ONU-향 광 포트들(122)의 임의의 서브세트에 적용된 총 파워는 P로서 설명되며, OLT-향 포트(304)로부터의 파워는 P/N이며, A, B, C...G로 표시된 채취 포트들(306)로부터의 광 파워의 합계는 총 P(N-1)/N일 것이다. 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)는 각각 중립(uncommitted)이고, 채취 포트들(306)이 될 수 있는 하나의 포트를 구비한 (N-1)개의 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)로부터 형성될 수 있음을 또한 인지해야 한다. N이 8로 선택된 위의 예에서, 그것은 1×8 단일-모드 스플리터/컴바이너(300)를 구현하기 위해 (N-1) 또는 7개의 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 취한다.
이제 도 4를 참조하여, 거기에 본 발명의 실시 예로서, 광 회선 단말 송수신기(400)의 기능 블록도가 도시된다. 광 회선 단말 송수신기(400)의 기능 블록도는 이전 예의 1×8 단일-모드 스플리터/컴바이너(300)를 형성하도록 결합된 도 1의 단일 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)를 묘사한다.
ONU-향 광 포트들(122)의 어레이는 도 1의 단일-모드 광섬유(126)에 의해 결합될 수 있는 도 1의 광 네트워크 유닛들(ONU)(124)에 결합될 수 있으며, 광 회선 단말 송수신기(400)로부터 매우 먼 거리에 떨어져서 배치된다. ONU-향 광 포트들(122)의 어레이가 설명의 단순화를 위해 연결되지 않은 것으로 보여지며, 동작 환경에서 도 1의 단일-모드 광섬유(126) 및 광 네트워크 유닛들(124)이 제공될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 광통신 시스템에 사용할 수 있는 형식으로 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)를 구성하는 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 채취 포트들(306)(A 내지 G)로부터의 광 파워를 사용한다.
3-포트 파장 분할 다중화기(three port wavelength division multiplexer)와 같은 파장 분할 다중화기(404)의 이상적인 모델이 1×8 단일-모드 스플리터/컴바이너(300)의 OLT-향 포트(304)에 부착된다. 광 회선 단말-향 포트(418)로부터 파장 분할 다중화기(404)를 통해 제 1 커플러로의 경로가 광 회선 단말 송신기(410)로부터 공급된 다운스트림 파장(λ(Rx))에서 완전히 전송하는 동안, 파장 분할 다중화기(404)의 채취 포트(306)는 A'로 식별되는 업스트림 파장(λ(Rx))을 전환한다.
업스트림 파워 Pλ( RX )의 전체 복구는 채취 포트들(306)로부터 광/전기 컨버터(412)를 통해 광 회선 단말 수신기(128)로 채취-광을 수집하기 위해서, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)로부터의 채취 포트들(306)(A~G)과 파장 분할 다중화기(404)로부터의 (A')를 결합함으로써 가능하게 된다. 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 채취 포트들(306)로부터 수집된 채취-광은 종래의 시스템들에서, 일반적으로 상기 스플리터 내에서 사용됨이 없이 낭비된-광으로서 분산된다.
광 회선 단말 수신기(128)에서 채취-광을 수집함으로써, 본 발명은 수신 프로세스를 간소화하고 모든 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)로 공급된 파워를 수집한다. 이 경우에, N개의 포트들의 임의의 서브세트에 적용된 총 파워가 P라면, 광 회선 단말-향 포트(418)로부터의 파워는 0이 되며 A, B, C,... G, 및 A'로 표시된 채취 포트들(306)로부터의 광 파워의 합은 총 P가 될 것이다.
본 발명은 초기에 적용되었던 Pλ( RX )의 전체 양을 제공함으로써 광 회선 단말 수신기 전자장치(414)의 설계 요구들을 단순화할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 광 회선 단말 수신기 전자장치(414)에서 단순화는 도 1의 ONU(124)로부터 데이터가 적용된 수신기 데이터(416)의 비트 오류율을 감소시킴으로써 성능을 증가시키면서, 광 회선 단말 수신기 전자장치(414)의 비용을 줄일 수 있다.
수동형 광 네트워크 (PON) 광 회선 단말에서 광 회선 단말 (OLT) 송신기(410)는 파장 λ( Tx )에서 다운스트림 광 신호를 생성한다. PON OLT 송신기(410)로부터의 광 신호는 OLT-향 단일-모드 광 포트와 같은 광 회선 단말-향 포트(418)를 통해 전달된다. 상기 PON OLT에, 파장 λ( RX )에서 상기 ONU들로부터의 광 신호들을 수신하도록 설계된 광 회선 단말 수신기(128)가 존재한다.
ONU-향 광 포트들(122) 중 임의의 하나로부터의 업스트림 광 신호가 광 통신 시스템에 사용할 수 있는 형식으로, 둘 이상의 개별 광학 경로들에 의해 광 회선 단말 수신기(128)로 동시에 전달되도록, 본 발명은 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(102)를 포함하는 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 도 3의 채취 포트들(306) 및 파장 분할 다중화기(404)의 채취 포트(306)로부터의 광을 광 회선 단말 수신기(128)로 결합하기 위해서 사용될 수 있다.
광 통신들에 사용할 수 있는 형식을 보장하기 위해, (2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 채취 포트들(306) 및 파장 분할 다중화기(404)의 채취 포트들(360)에서 비롯된 회득 포트들(306) 중 적어도 두 포트들에서 상기 광 신호들이 하나 이상의 단일-모드 또는 다중-모드 광 도파관들 또는 섬유들 (점선으로 표시) 및 하나 이상의 광/전기 컨버터(412)에 결합되는바, 여기서, 광-검출기의 활성 영역(미도시)은 단일-모드 광 도파관에서 단일-모드 광 신호의 모드 필드 직경(mode field diameter)보다 상당히 크다.
상기 광 통신 시스템에 사용할 수 있는 형식은 임의의 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이로부터 다수의 광 경로들을 통해 수신기 내의 공통 전기 접점으로 전파되는 통신 신호에 대한 시간이 △t의 허용 오차 내로 실질적으로 동일함을 요구하며, 여기서 △t << 1/Be 이며 Be는 광 캐리어(optical carrier)를 변조시키는 통신 신호의 전기적 대역폭이다.
이제 도 5를 참조하여, 거기에 본 발명의 실시 예로서, 광 회선 단말 송수신기(500)의 개략도가 도시된다. 광 회선 단말 송수신기(500)의 개략도는 본 발명의 예에서, 1×4 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 제공하도록 어레이된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 구비한 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 갖는 평면 광파 회로(502)를 묘사한다. 1×4 단일-모드 광 스플리터/컴바이너가 본 발명의 설명에서 도움을 위한 예이며, 어떤 방식으로든 본 발명의 범위를 한정하고자 함이 아님을 이해해야 한다.
바람직한 실시 예는, 일 예로서, 본 발명을 평면 광파 회로(502)의 구조에 통합시킨다. 평면 광파 회로(502)로 통합된 상기 4-포트 버전은 파장 λ( Tx )에서 광 회선 단말 송신기(410)로부터 파워를 균등하게 스플릿(split)하도록 설계된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 사용한다.
이 경우, 1480 nm < λ( Tx ) < 1500 nm 와 같은 제 1 파장(503)이 기가비트 수동형 광 네트워크(Gigabit Passive Optical Network : GPON) 및 기가비트 이더넷 수동형 광 네트워크 (Gigabit Ethernet Passive Optical Network : GE-PON) 시스템들에 요구된다. 파장 분할 다중화기(404)는 파장 분할 다중화기(404)를 통해 다운스트림 신호의 흐름에 최소한으로 영향을 미치면서, 1260 nm < λ( Rx ) < 1360 nm 와 같은 제 2 파장(512)에서 업스트림 신호의 일부를 애벌란시 포토 다이오드(avalanche photo diode)(504)로 우선적으로 전달한다.
평면 광파 회로(502) 구조는, ONU-향 광 포트들(122)의 어레이 내의 4개 포트들 중 임의의 하나로부터 애벌란시 포도 다이오드(504)의 활성 표면으로의 어떤 경로가 GE-PON 또는 GPON의 업스트림에서 사용될 때처럼, 1.25 Gb/s에서 "온-오프 키잉(on-off keying)" - "비제로 복귀(non-return to zero)" (OOK-NRZ) 신호들을 작동시키기에 적합하게 상기 광 통신 시스템에 사용할 수 있는 형식을 제공하기 위해서, 40 피코-초(ps)의 허용 오차 내로 동일하도록 설계된다. 최적의 설계를 결정하는데 있어서, 설계자는 평면 광파 회로(502)에서 도파관의 경로 길이뿐만 아니라 다중-모드 광 도파관(506)의 모드 분산(modal dispersion)을 고려해야만 한다.
평면 광파 회로(502)의 바람직한 실시 예에서, 단일-모드 광 도파관들과 같은 단일-모드 광 도파관들(508)은 0.22의 개구수(numerical aperture)(NA), 4.5-㎛ 제곱의 단면, 및 1310 nm에서 약 3.7 ㎛의 모드 필드 직경을 갖는다. 패터닝된(patterned) 폴리-실리콘 유리 또는 광학 섬유와 같은 단일-모드 광 도파관들(508)은 8 ㎛ 간격을 갖는 단일-모드 광 도파관들의 어레이(510)에서 평면 광파 회로(502)의 출구로 라우팅(rout)될 수 있다. 채취-광(λH)(514)은 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이를 통해 수신된 제 2 파장(512)로부터 유도될 수 있다.
다중-모드 광 도파관(506)은 50-㎛ 코어 직경 및 0.27의 NA를 갖는다. 설명된 단일-모드 광 도파관들(508)은 대략적인 단일성 효율(unity efficiency)을 가지고 다중-모드 광 도파관(506)에 동시에 결합될 수 있다. 다중-모드 광 도파관(506)의 반대쪽 끝단은 단일성에 근접하는 효율에서 65-㎛ 활성 영역을 갖는 애벌란시 포토 다이오드(504)에 피그테일(pigtail)될 수 있다.
다중-모드 광 도파관(506)의 길이를 포함하여 단일-모드 광 도파관들(508) 의 설계 및 다중-모드 광 도파관(506)의 선택은 개별 광 경로들을 따라 전파되는 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이 중 임의의 하나로부터의 신호가 개별 광 경로를 따라 전파되지만, ONU-향 광 포트들(122) 중 동일한 하나로부터 발생하는 신호의 어떤 다른 복사들과 함께 40 ps의 허용 오차 내로 애벌란시 포토 다이오드(504)에 도착해야 하는 것을 보장해야 한다. ONU-향 광 포트들(122) 중 특정 하나의 포트로부터 임의의 단일-모드 광 도파관들(508)을 통한 애벌란시 포토 다이오드(504)로의 전체 지연은 다중-모드 광 도파관(506) 내의 모드 분산을 또한 포함한다.
도 5의 개략도 및 본 명세서의 다른 다이어그램들은 오직 예이며, 단일-모드 광 도파관들(508)의 설계 기준들을 전달하고자 함이 아니라, 추가 한정들을 제공함이 없이, 오직 연관성들(linkages)을 보여주고자 함이다. 단일-모드 광 도파관들(508)의 실제 레이아웃은 본 발명의 기준들을 충족하기 위해서 애플리케이션에 의해 지시된 다중-경로 길이 제한들에 부합해야 한다.
평면 광파 회로(502)는 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이로부터의 업스트림 광 파워를 동시에 컴바인(combine)하고, GE-PON 및 GPON 표준들에 부합하는 비트 속도에서 업스트림 통신에 유용한 형태로 애벌란시 포토 다이오드(504)로 업스트림을 유도하면서, GE-PON 또는 GPON OLT의 구현에서, 광 회선 단말 송신기(410)부터의 다운스트림 광 신호를 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이로 분할하는 데 사용될 수 있는 통합된 디바이스이다.
이제 도 6을 참조하여, 거기에 본 발명의 실시 예로서, 평면 광파 회로(502)를 이용한 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(600)의 기능 블록도가 도시된다. 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(600)의 기능 블록도는 수동형 광 네트워크 지원을 위한 소형 폼-팩터 플러그가능 (small form-factor pluggable) 산업 표준 인터페이스와 같은 전기적 인터페이스(606)를 갖는 소형 폼-팩터 플러그가능 기계적 인터페이스(602)를 묘사한다. 전기적 인터페이스(606)는 기계 및 전기적 허용 오차들에 대한 산업 인정 규격(industry accepted specification)을 갖는다.
소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)이 자신의 전기적 인터페이스(604)를 통해 기계적 인터페이스(602) 및 전기적 인터페이스(606)에 결합될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 예를 들어, 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)은 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)과 광 네트워크(미도시)를 따라 분배된 도 1의 광 네트워크 유닛들(124) 사이의 데이터의 송신 및 수신을 관리하는 광 회선 단말 전기 회로(610)를 포함할 수 있다. 광 회선 단말 전기 회로(610)는 분산형 피드백(distributed feedback) (DFB) 레이저와 같은 광 회선 단말 송신기(410)를 조정하고, 애벌란시 포토 다이오드(504)로부터 전기 신호를 수신하는 전기적 인터페이스를 제공할 수 있다.
광 회선 단말 전기 회로(610)는 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이를 통해 교환되는 시간 분할 다중 접속 (Time Division Multiple Access : TDMA) 형식보다 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing : TDM) 데이터 형식으로 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)로 데이터를 전송하도록 데이터를 조절(condition)할 수 있다. 평면 광파 회로(502)로부터 애벌란시 포토 다이오드(504)로의 다중-모드 광 도파관(506) 연결의 존재는 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 채취 포트들(306)의 포함을 허용하며, 여기서 오직 하나의 광 회선 단말-향 포트(304)만이 종래 기술에 의해 지원된다.
소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)에 평면 광파 회로(502)를 제공함으로써, ONU-향 광 포트들(122)의 수는 종래 기술의 솔루션들에 의해 요구되는 공간 또는 하드웨어를 증가시키는 것이 없이 1에서 4까지 증가된다. 평면 광파 회로(502)가 예시적 방법으로써 4개의 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이를 구비하여 보여지며, 다른 수의 NU-향 광 포트들(122)이 가능함을 이해해야 한다.
본 발명이 한정하고자 함이 아닌, 10G-EPON 표준, 새로운 ITU-T 10G-PON 표준, RF 오버 글라스 (RF over glass : RFOG) 네트워크들, 다른 하이브리드-섬유 동축 네트워크들, 및 다른 지점-다지점 광 (또는 부분적으로 광) 네트워크들에 의해 정의된 것들을 포함하여, 지점-다지점 광 통신 네트워크들의 다른 형태로 확장될 수 있음이 당업자들에 의해 이해될 것이다.
위의 예시가 애벌란시 포토 다이오드(504)를 통해 다중-모드 광 도파관(506) 연결을 포함하는 반면, 다른 구현들은 다중-모드 광 도파관(506)을 포함하지 않는 것이 가능하다. 예를 들어, 평면 광파 회로(502)로부터의 각 단일-모드 광 도파관들(508)은 광 회선 단말 전기 회로(610)의 전기적 인터페이스로의 변환을 위해 개별 단일-모드 수신기들(미도시)에 결합될 수 있다.
본 발명의 평면 광파 회로(502)는 광 방송 통신 네트워크들에서 보편적인 광대역 다운스트림 스플리터와 같은 애플리케이션을 구비할 수 있다. 다른 파장들이 상기 의도된 애플리케이션을 변경하기 위해 본 발명으로 통합될 수 있다. 본 발명은 다운스트림 방향으로는 광대역 단일-모드 스플리터이고, 업스트림 방향으로는 파장-독립적인 광 파워 컴바이너인 구현을 가능하게 할 수 있다. 상기 결과로 인한 디바이스는 파장 선택에 관계없이, 다양하게 알려진 수동형 광 네트워크 (PON) 및 하이브리드-섬유 동축 네트워크 (HFC) 구현들에 적용 가능하며, 오직 업스트림 신호에서의 대역폭의 요구들 및 다중-경로 조합 광학 장치, 전자-광학 장치, 전자 장치에 대한 허용 오차에 의해서만 한정된다.
평면 광파 회로(502)는 광 부스터(optical booster) 또는 전치-증폭기들(pre-amplifiers)을 구비한 광 회선 단말 송신기(410) 또는 수신기들, 애벌란시 포토 다이오드(504), 광 강도 증폭기들(optical intensity amplifiers), 편광 또는 위상 변조기들(polarization or phase modulators), 반도체 광 증폭기들을 포함하는 광 증폭기들, 또는 가변 광 감쇠기들(variable optical attenuators)과 같은 능동형 광 엘리먼트들(active optical elements)(미도시)을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 다른 구현들은 광-수신기(photo-receiver)를 포함할 수 있는바, 상기 광-수신기의 활성 영역은 다중-모드 슬랩형 도파관(slab waveguide)의 선형 출력 또는 단일-모드 광 도파관들(508)의 단일-모드 광 도파관들의 어레이(510)에 더 잘 호환될 수 있는 모양을 갖는다.
평면 광파 회로(502)는 또한 박막 필터들, 마크-젠더-기반 간섭 필터들(Mach-Zehnder-based inteferometric filters), 어레이 도파관 격자들, 브래그 격자들(Bragg gratings), 또는 다중-모드 간섭 필터들과 같은 통합된 수동형 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 수동 필터들에 대한 하나의 중요한 사용은 애벌란시 포토 다이오드(504)에서 수신된 신호와의 간섭으로부터 광 회선 단말 송신기(410) 또는 다른 소스로부터의 모든 미광(stray light)을 유지하는 것이다.
이제 도 7을 참조하여, 거기에 본 발명의 실시 예로서, 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너 (700)의 개략도가 도시된다. 1×32 단일-모드 스플리터/컴바이너(700)의 개략도는 피라미드 방식으로 결합된 31개의 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 묘사한다.
1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(700)의 바람직한 실시 예는 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 포함하도록 표시되지만, 다양한 구조들이 한정하고자 함이 아닌, 어레이 도파관 격자들 (arrayed waveguide gratings : AWGs), 다중-모드 간섭계들 (multi-mode interferometers : MMIs) 및 단일-모드 스타 커플러들(star couplers)을 포함하여 도 5의 평면 광파 회로(502)로서 수용되고, 구축될 수 있다.
일반적으로, 드래곤 라우터들(Dragone routers), MMI들, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 어레이들, 및 융합-섬유 기반의 스타 커플러들을 포함하는(그러나 이에 한정되지 않음) 임의의 단일-모드 N×N 스타 커플러 구조는 1×N 스플리터, 및 채취-광을 위한 수집기로서 기능을 할 수 있다. 도파관 설계는 업스트림 대역폭에 의해 요구되는 경로 길이 허용 오차들에 대한 제한들을 수용할 수 있는 경우, 임의의 N×N 스타 커플러 구조는 구현의 기초 또는 일부를 형성할 수 있다.
평면 광파 회로(502)를 구현하는데 있어서, 각 단일-모드 광 도파관들(508)의 교차점들이 광 손실 패널티(penalty)를 증가시키고, 제조 용이성을 감소시키기 때문에 단일-모드 광 도파관들(508)의 교차점의 수를 제한하는 주의가 요구된다. 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(700)의 실시 예는 총 24개의 도파관 교차점들 가지며, 임의의 ONU-향 광 포트들(122)로부터 상기 업스트림 광-검출기로의 가장 나쁜 경우 경로는 대부분 두 개의 도파관 교차점을 포함한다. 이것은 종래 기술에 비해 상당한 개선을 나타내는바, 이 개선은 축소된 크기와 향상된 제조 마진을 제공할 수 있다.
다중-경로 광 파워 컴바이너를 구비한 1×32 단일-모드 광 스플리터의 통합에 있어서, 종래 기술에 대한 496개에 비해 총 36개 도파관 교차점들이 존재하며, 상기 스플리터에 대한 31개 광학 교차점 및 상기 컴바이너에 대한 31개 광학 교차점들을 요구하는 종래 기술에 비해, 최저 조건의 경로 교차점은 상기 스플리터에서 26개이며, 상기 컴바이너 교차점에서 최저 조건은 2개이다. 광학 교차점들의 수에서 상당한 감소는 평면 광파 회로(502)의 설계를 단순화하고 제조 마진을 증가시킨다.
또 다른 이점은 파장 의존도의 저감 또는 제거이다. PON 애플리케이션에서, 업스트림 및 다운스트림 파장 모두는 특정 범위에서 정의되며, 평면 광파 회로(502)는 추가 변경없이 전체 범위를 수용할 수 있다.
예시의 방식으로, GPON들은 광 회선 단말 송신기(410) (다운스트림)가 1480와 1500 nm 사이의 파장의 광을 방출하는 것을 요구한다. 모든 ONU 송신기들 (업스트림)은 1260와 1360 nm 사이의 파장에서 광을 방출해야 한다. 2×2 단일-모드 광 커플러들(202) 및 단일-모드 광 도파관들(508)이 동시에 두 범위 모두를 지원할 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다.
N이 증가함에 따라; OLT-향 포트(304)로부터의 업스트림 광을 채취하는 파장 분할 다중 커플러(404)를 포함하는 값이 감소함을 이해해야 한다. 또한, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)이 광대역에서 동작하는 것에 대한 요구가 완화된다. 업스트림에서 광학 파워 분할 비율에 대한 요구는 없으며, 오직 다운스트림 분할 요구(즉, 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 각 포트에 50 %)는 규격이 필요하다. 더 많은 주의와 공간이 좁은 밴드에서 동작하는 것보다 넓은 대역에서 동작하는 평면 광파 회로-기반 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 만드는 데 요구되는 것이 당업자들에게 알려져 있다.
또한, 평면 광파 회로-기반 WDM 필터들의 제조가 파장 규격들이 강화됨에 따라, 더 어려워지고, 더 큰 총 평면 광파 회로 길이로 변환되는 더 많은 서브-단계들을 더 요구한다. 종래 기술은 N개의 3-포트 WDM 커플러들을 요구한다. 이에 비하여, 본 발명은 3-포트 WDM 커플러들을 전혀 필요로하지 않거나 하나만을 필요로하는바, 이는 설계 및 제조용이성 모두를 간소화함과 아울러 디바이스 사이즈를 감소시킨다.
1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(700)로부터의 WDM 커플러들의 제거는 상기 디바이스를 더 많이 파장 비의존(wavelength agnostic)하게 한다. 당업자는 이제 파장 요구들의 다양한 범위에 따라 동작하는 단일 디비아스를 설계할 수 있다. 이러한 널리 적용되도록 만든(one-size-fits-all) 접근은 제조 복잡성을 낮추고, 새로운 제품에 대한 시장 진입 시간의 단축을 야기할 수 있다.
이제 도 8을 참조하여, 거기에 본 발명의 제 2 실시 예로서, 평면 광파 회로(502)의 외부 버전을 사용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(800)의 기능 블록도가 되시된다. 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(800)의 기능 블록도는 수동형 광 네트워크 지원을 위한 소형 폼-팩터 플러그가능 산업 표준 인터페이스와 같은 일차 인터페이스(primary interface)(604)를 갖는 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(802)을 묘사한다. 일차 인터페이스(604)는 기계 및 전기적 허용 오차들에 대한 산업 인정 규격을 갖는다.
수동형 광 네트워크 기계적 인터페이스(804)는 전기적 인터페이스(606)를 구비할 수 있다. 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(802)에 실질적으로 유사한 플러그가능 광 모듈(미도시)의 종래 기술 구조에서 오직 ONU-향 광 포트들(122) 중 하나만이 제공된다. 이러한 종래 기술의 제한은 추가적인 하드웨어, 공간, 및 수동형 광 네트워크 회선 카드(800)에 의해 지원된 ONU-향 광 포트들(122)의 수를 증가시키기 위해 소비되는 파워를 발생한다.
본 발명의 제 2 실시 예에서, 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(802)은 광 네트워크(미도시)를 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(802)과 따라 분배된 도 1의 광 네트워크 유닛들(124) 사이의 데이터의 송신 및 수신을 관리하는 광 회선 단말 전기 회로(610)를 포함할 수 있다. 광 회선 단말 전기 회로(610)는 분산형 피드백 (DFB) 레이저와 같은 광 회선 단말 송신기(410)를 조정하고, 애벌란시 포토 다이오드(504)로부터 전기 신호를 수신하는 전기적 인터페이스를 제공할 수 있다. 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(802)은 평면 광파 회로(502)가 완전 수동형 광 인터페이스 보드와 같은 원격 인터페이스 보드(806)로 이동되기 때문에 도 6의 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)보다 더 짧아질 수 있다.
소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(802)의 광학 및 전기적 콘텐츠가 다른 폼-팩터들에서 조립될 수 있으며, 예를 들어, 작은 크기의 도전적인 특성(challenging nature) 때문에 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(802)의 이용이 제공됨을 이해해야 한다. 또한 원격 인터페이스 보드(806)가 기존의 광 네트워크를 연장하거나 또는 확장하는 데 사용될 수 있는 완전 수동형 광 엘리먼트 임을 더 이해해야 한다.
원격 인터페이스 보드(806)에 평면 광파 회로(502)를 제공함으로써, ONU-향 광 포트들(122)의 수는 종래 기술 솔루션들에 의해 요구되는 공간 또는 하드웨어를 증가시키는 것이 없이 1에서 4까지 증가된다. 평면 광파 회로(502)가 예시적 방법으로써 4개의 ONU-향 광 포트들(122)을 구비하여 보여지며, 다른 수의 NU-향 광 포트들(122)이 가능함을 이해해야 한다. 원격 인터페이스 보드(806)가 다중-모드 광 도파관(506)과 도 1의 광 네트워크 유닛들(124)로부터의 단일-모드 섬유들을 결합하기 위해 상호 연결 하드웨어를 제공할 수 있음을 또한 이해해야 한다.
본 발명이 상기 설계 규칙들이 유지되는 한, 그 구성 부품들의 물리적 위치에 아무런 제한들을 두지 않는다 것을 또한 이해해야 한다. 따라서, 특정 실시 예들은 구성 부품들을 바람직하게 물리적으로 분리하고/분리하거나 구성 부품들을 개별 모듈들에 위치시킬 수 있다. 아래 설명된 예들에서, 상기 수동형 광 기능들은 원격 인터페이스 보드(806)로 분리된다.
이제 도 9를 참조하여, 거기에 본 발명의 제 3 실시 예로서 평면 광파 회로(502)의 외부 버전을 이용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(900)의 기능 블록도가 도시된다. 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(900)의 기능 블록도는 수동형 광 네트워크 지원을 위한 소형 폼-팩터 플러그가능 산업 표준 인터페이스와 같은 일차 인터페이스(604)를 갖는 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(902)을 묘사한다. 일차 인터페이스(604)는 기계 및 전기적 허용 오차들에 대한 산업 인정 규격을 갖는다.
수동형 광 네트워크 기계적 인터페이스(804)는 전기적 인터페이스(606)를 구비할 수 있다.
본 발명의 제 3 실시 예에서, 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(902)은 광 네트워크(미도시)를 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(902)과 따라 분배된 도 1의 광 네트워크 유닛들(124) 사이의 데이터의 송신 및 수신을 관리하는 광 회선 단말 전기 회로(610)를 포함할 수 있다. 광 회선 단말 전기 회로(610)는 분산형 피드백 (DFB) 레이저와 같은 광 회선 단말 송신기(410)를 조정하고, 애벌란시 포토 다이오드(504)로부터 전기 신호를 수신하는 전기적 인터페이스를 제공할 수 있다.
소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(902)은 평면 광파 회로(502)가 완전 수동형 광 인터페이스 보드와 같은 원격 인터페이스 보드(904)로 이동되기 때문에 도 6의 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)보다 더 짧아질 수 있다. 단일-모드 인터페이스 버스(906)는 원격 인터페이스 보드(904) 및 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(902) 사이에 결합된 단일-모드 섬유들의 번들(bundle)을 포함할 수 있다. 단일모드-다중모드 컴바이너(single-mode to multi-mode combiner)(908)는 다중-모드 광 도파관(506)의 단일 출력에 대한 다중 입력 단일-모드 변환기(converter)이다. 단일모드-다중모드 컴바이너(908)는 렌즈 구조, 근접 구조, 등을 포함할 수 있다.
원격 인터페이스 보드(904)에 평면 광파 회로(502)를 제공함으로써, ONU-향 광 포트들(122)의 수는 공간 또는 하드웨어를 증가시키는 것이 없이 1에서 4까지 증가된다. 평면 광파 회로(502)가 예시적 방법으로써 4개의 ONU-향 광 포트들(122)을 구비하여 보여지며, 다른 수의 NU-향 광 포트들(122)이 가능함을 이해해야 한다. 원격 인터페이스 보드(806)가 단일-모드 인터페이스 버스(906)와 도 1의 광 네트워크 유닛들(124)로부터의 단일-모드 섬유들을 결합하기 위해 상호 연결 하드웨어를 제공할 수 있음을 또한 이해해야 한다. 단일-모드 광섬유(910)는 광 회선 단말 송신기(410)와 원격 인터페이스 보드(904) 사이에 결합될 수 있다.
이제 도 10을 참조하여, 거기에 본 발명의 제 4 실시 예로서, 평면 광파 회로를 이용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(1000)의 기능 블록도가 도시된다. 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(1000)의 기능 블록도는 수동형 광 네트워크 지원을 위한 소형 폼-팩터 플러그가능 산업 표준 인터페이스와 같은 일차 인터페이스(604)를 갖는 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)를 묘사한다. 일차 인터페이스(604)는 기계 및 전기적 허용 오차들에 대한 산업 인정 규격을 갖는다.
소형 폼-팩터 플러그가능 기계적 인터페이스(602)는 전기적 인터페이스(606)를 구비할 수 있다. 전기적 인터페이스(606)는 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)의 교체를 허용하고자 의도된다.
본 발명의 제 4 실시 예에서, 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)은 광 네트워크(미도시)를 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)과 따라 분배된 도 1의 광 네트워크 유닛들(124) 사이의 데이터의 송신 및 수신을 관리하는 광 회선 단말 전기 회로(610)를 포함할 수 있다. 광 회선 단말 전기 회로(610)는 분산형 피드백 (DFB) 레이저와 같은 광 회선 단말 송신기(410)를 조정하고, 애벌란시 포토 다이오드(504)로부터 전기 신호를 수신하는 전기적 인터페이스를 제공할 수 있다.
원격 인터페이스 보드(806)에 평면 광파 회로(1002)를 제공함으로써, ONU-향 광 포트들(122)의 수는 종래 기술 솔루션들에 의해 요구되는 공간 또는 하드웨어를 증가시키는 것이 없이 1에서 4까지 증가된다. 평면 광파 회로(1002)가 예시적 방법으로써 4개의 ONU-향 광 포트들(122)을 구비하여 보여지며, 다른 수의 NU-향 광 포트들(122)이 가능함을 이해해야 한다.
평면 광파 회로(1002)는 광 시간-영역 반사포트(1612)정기(optical time domain reflectometer)(1006)의 부속물에 대한 유틸리티 포트(1004)를 제공할 수 있다. 광 시간-영역 반사포트(1612)정기(1006)는 어떤 추가적인 신호 저하 패널티들(digradation penalties)도 추가함이 없이 네트워크 모니터링 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 종래 기술 구성에서, 광 시간-영역 반사측정 프로브 파장(probe wavelength)의 애플리케이션은 전체 PON 링크 버짓(link budget)에 대한 무시할 수 없는 삽입 손실(insertion loss)을 추가하는, WDM 필터의 추가에 의해 달성된다. 평면 광파 회로(1002)와 유틸리티 포트(1004) 사이의 낮은-구부림 손실 광섬유(low-bend-loss(구부림 손실) optical fiber)의 사용은 최소 삽입 손실을 갖는 우회 광학 경로를 용이하게 한다. 이러한 예에서, 광 시간-영역 반사측정기(1006)는 진단 목적으로 삽입될 수 있는 외부 디바이스로서 표시된다.
유틸리티 포트(1004)는 또한 IEEE 및 ITU-T 표준들 모두에 정의된 1550-1560 nm 비디오 향상 대역(video enhancement band)과 같은 방송(편도) 서비스에 대한 오버레이 파장(overlay wavelength)의 주입을 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 유틸리티 포트(1004)를 통한 오버레이 파장의 주입은 유틸리티 포트(1004)의 연결로 인한 어떤 추가적인 신호 손실도 부과하지 않는다.
유틸리티 포트(1004)는 또한 기존의 수동형 광 네트워크 인프라에서 양방향 수동형 광 네트워크용 차세대 오버레이를 위한 입력 포트로서 사용될 수 있다. 많은 경우에 차단 필터(blocking filter)는 오래된 PON 업스트림 신호들 위로 새로운 PON 업스트림 신호들로부터 간섭을 제거하기 위해 광-검출기 또는 검출기들 앞에 삽입할 수 있다. 이러한 예시는 기존 G.984 GPON 상에 "차세대" G.987 10G-속도 PON의 오버레이 회선일 수 있다. 종래 기술에서, 그리고 G.987.2의 초안 버전에서 정의된, 이러한 오버레이가 상기 WDM 필터의 삽입 손실로 인해 PON 링크 버짓으로 1dB 추가 손실을 기여한다. 명백히, 본 발명의 구현에서 이러한 1dB 손실은 제거된다.
위의 예에서, 가장 일반적인 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)로부터의 포트들 중 하나가 재사용을 위한 모듈의 가장자리로 제공된다. 동일한 방식으로, 방송 비디오 네트워크 또는 차세대 PON이 동일한 포트를 이용함으로써 기존의 PON에 적용될 수 있다.
이제 도 11을 참조하여, 거기에 본 발명의 제 5 실시 예로서, 평면 광파 회로(1002)를 이용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(1100)의 기능 블록도가 도시된다. 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(1100)의 기능 블록도는 수동형 광 네트워크 지원을 위한 소형 폼-팩터 플러그가능 산업 표준 인터페이스와 같은 일차 인터페이스(604)를 갖는 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(1102)을 묘사한다. 일차 인터페이스(604)는 기계 및 전기적 허용 오차들에 대한 산업 인정 규격을 갖는다.
본 발명의 제 5 실시 예에서, 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(1102)은 광 네트워크(미도시)를 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(1102)과 따라 분배된 도 1의 광 네트워크 유닛들(124) 사이의 데이터의 송신 및 수신을 관리하는 광 회선 단말 전기 회로(610)를 포함할 수 있다. 광 회선 단말 전기 회로(610)는 분산형 피드백 레이저와 같은 광 회선 단말 송신기(410)를 조정하고, 애벌란시 포토 다이오드(504)로부터 전기 신호를 수신하는 전기적 인터페이스를 제공할 수 있다.
애벌란시 포토 다이오드(504)를 통한 다중-모드 광 도파관(506) 연결의 존재는 4개의 ONU-향 광 포트들(122)의 포함을 허용하며, 여기서 ONU-향 광 포트들(122) 중 오직 하나의 포트만이 종래 기술에 의해 지원된다.
소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)에 평면 광파 회로(1002)를 제공함으로써, ONU-향 광 포트들(122)의 수는 종래 기술 솔루션들에 의해 요구되는 공간 또는 하드웨어를 증가시키는 것이 없이 1에서 4까지 증가된다. 평면 광파 회로(1002)가 예시적 방법으로써 4개의 ONU-향 광 포트들(122)을 구비하여 보여지며, 다른 수의 NU-향 광 포트들(122)이 가능함을 이해해야 한다.
평면 광파 회로(1002)가 수동형 수신기 프로브 또는 양방향 송수신기 프로브와 같은 광 시간-영역 반사측정기 프로브(1106)의 부속물에 대한 유틸리티 포트(1104)를 제공할 수 있다. 광 시간-영역 반사측정기 프로브(1106)는 어떤 추가적인 신호 저하 패널티들도 추가함이 없이 네트워크 모니터링 신호를 송신 및 수신할 수 있다.
이제 도 12를 참조하여, 거기에 본 발명의 실시 예로서, 1×4 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 사용하는 광 회선 단말 송수신기(1200)의 개략도가 도시된다. 광 회선 단말 송수신기(1200)의 개략도는 본 발명의 예에서 1×4 단일-모드 광 스플리터/컴바이너 제공하기 위해 배치된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202) 갖는 평면 광파 회로(502)를 묘사한다.
바람직한 실시 예는, 예를 들어, 본 발명을 평면 광파 회로(502)의 구조에 통합시킨다. 평면 광파 회로(502)로 통합된 상기 4-포트 버전은 파장 λ( Tx )에서 광 회선 단말 송신기(410)로부터 파워를 균등하게 스플릿하도록 설계된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 사용한다. 이 경우, 1480 nm < λ( Tx ) < 1500 nm가 기가비트 수동형 광 네트워크 (GPON) 및 기가비트 이더넷 수동형 광 네트워크 (GE-PON) 시스템들에 요구된다. 파장 분할 다중화기(404)는 파장 분할 다중화기(404)를 통한 다운스트림 신호의 흐름에 영향을 주지 않고, 1260 nm < λ( Rx ) < 1360 nm에서 업스트림 신호의 일부를 광학 및 전기적인 디바이스들의 조합(미도시)을 포함할 수 있는 광 회선 단말 수신기(128)로 우선적으로 전달한다.
평면 광파 회로(502) 구조가 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이에 있는 4개의 포트들 중 임의의 하나로부터 광 회선 단말 수신기(128)로의 어떤 경로가 40 ps의 허용 오차 내로 동일하도록 설계되는바, 이는 GE-PON 또는 GPON의 업스트림 방향에서 사용될 때처럼, 1.25 Gb/s에서 "온-오프 키잉" - "비제로 복귀" (OOK-NRZ) 신호들을 작동시키기에 적합하게 위의 예로부터 유도된다. 최적의 설계를 결정하는데 있어서, 상기 구현은 평면 광파 회로(502) 내의 도파관들의 경로 길이뿐만 아니라 렌즈, 굴절 커플러, 반사 커플러, 또는 근접 디바이스와 같은 광 커플러(1202)의 모드 분산을 고려해야만 한다.
평면 광파 회로(502)의 바람직한 실시 예에서, 단일-모드 광 도파관들(508)은 0.22의 개구수 (NA), 4.5-㎛ 제곱의 단면, 및 1310 nm에서 약 3.7 ㎛의 모드 필드 직경을 갖는다. 단일-모드 광 도파관들(508)은 8-㎛ 간격의 단일-모드 광 도파관들의 어레이(510)로 평면 광파 회로(502)의 출구로 라우팅된다. 렌즈, 굴절 커플러, 반사 커플러, 근접 디바이스, 또는 그와 같은 광 커플러(1202). 당업자들은 설명된 단일-모드 광 도파관들(508) 중 4개 모두가 단일성에 근접하는 효율에서 65-㎛ 활성 영역을 갖는 광 회선 단말 수신기(128)에 동시에 결합됨을 알게 될 것이다.
단일-모드 광 도파관들(508)의 설계 및 광 커플러(1202)의 선택은 ONU-향 광 포트들(122) 중 임의의 하나의 포트로부터의 신호가 ONU-향 광 포트들(122)의 다른 포트와 함께 40 ps의 허용 오차 내로, 둘 이상의 개별 광 경로들을 통해 광 회선 단말 수신기(128)에 도착해야 하는 것을 보장해야 한다. 단일-모드 광 도파관들(508) 중 임의의 도파관을 통한 지연은 들어오는 신호의 파장에 기인하여 광 커플러(1202) 내의 어떤 모드 분산도 또한 고려해야 한다.
평면 광파 회로(502)는 ONU-향 광 포트(122)로부터의 광 파워를 동시에 컴바인하고, 수동형 광 네트워크 표준들에 부합하는 비트 속도에서 업스트림 통신에 유용한 형태로 광 회선 단말 수신기(128)로 업스트림을 이끌면서(guide), GE-PON 또는 GPON OLT의 구현에서, 광 회선 단말 송신기(410)로부터의 다운스트림 광 신호를 ONU-향 광 포트(122)로 분할하는 데 사용될 수 있는 통합된 디바이스이다.
이제 도 13을 참조하여, 거기에 본 발명의 제 6 실시 예로서, 1×8 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1300)를 사용하는 광 회선 단말 송수신기의 개략도가 도시된다. 광 회선 단말 송수신기(1300)의 개략도는 본 발명의 예로서, 분할 수신기 경로를 갖는 1×8 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 제공하기 위해 배치된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 갖는 평면 광파 회로(1302)를 묘사한다.
제 6 실시 예는, 예를 들어, 본 발명을 평면 광파 회로(1302)의 구조에 통합시킨다. 평면 광파 회로(1302)로 통합된 8-포트 버전은 파장 λ( Tx )에서 광 회선 단말 송신기(410)로부터 파워를 균등하게 스플릿하도록 설계된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 사용한다. 이 예에서, 1480 nm < λ( Tx ) < 1500 nm가 기가비트 수동형 광 네트워크 (GPON) 및 기가비트 이더넷 수동형 광 네트워크 (GE-PON) 시스템들에 대해 요구된다. 파장 분할 다중화기(404)는 파장 분할 다중화기(404)를 통한 다운스트림 신호의 흐름에 영향을 주지 않고, 1260 nm < λ( Rx ) < 1360 nm에서 업스트림 신호의 일부를 애벌란시 포토 다이오드(504)로 우선적으로 전달한다.
평면 광파 회로(1302) 구조가, 광 커플러를 통해 이동하는, ONU-향 광 포트들(122)의 어레이 내의 4개의 포트들 중 임의의 하나로부터 광 회선 단말 수신기(128)로의 어떤 경로가 40 ps의 허용 오차 내로 동일하도록 설계되는바, 이는 GE-PON 또는 GPON의 업스트림 방향에서 사용될 때처럼, 1.25 Gb/s에서 "온-오프 키잉" - "비제로 복귀" (OOK-NRZ) 신호들을 작동시키기에 적합한 데이타 스트림의 타이밍 요구들로부터 비롯된다.
최적의 설계를 결정하는데 있어서, 상기 구현은 평면 광파 회로(1302)에서 도파관의 경로 길이뿐만 아니라 제 1 다중-모드 광 도파관(1304) 및 제 2 다중-모드 광 도파관(1308)의 모드 분산을 고려해야만 한다. 이 다수의 수신기 환경에서 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이로부터의 어떤 비트들의 대한 지연 경로도 40 ps의 설계 허용 오차를 만족해야 한다.
본 발명의 제 6 실시 예에서, 평면 광파 회로(1302)는 0.22의 개구수 (NA), 4.5-㎛ 제곱의 단면, 및 1310 nm에서 약 3.7 ㎛의 모드 필드 직경을 갖는 단일-모드 광 도파관들(508)을 구비할 수 있다. 단일-모드 광 도파관들(508)은 8-㎛ 간격의 두 선형 어레이들 내에서 평면 광파 회로(1302)에서 나간다. 광 커플러(1202) 렌즈 반사 결합, 굴절 결합, 근접 결합, 또는 등을 포함할 수 있다. 당업자들은 설명된 단일-모드 광 도파관들(510)의 어레이로 단일-모드 광 도파관들(508) 중 4개 모두가 거의 단일성 효율을 갖는 광 회선 단말 수신기(128)에 동시에 결합될 수 있음을 알게 될 것이다.
단일-모드 광 도파관들(510)의 어레이에서 단일-모드 광 도파관들(508)의 설계 및 광 커플러(1202)의 선택은 ONU-향 광 포트들(122) 중 임의의 하나의 포트로부터의 신호가 ONU-향 광 포트들(122)의 다른 포트와 함께 40 ps의 허용 오차 내로, 광 회선 단말 수신기(128)에 도착해야 하는 것을 보장해야 한다. 단일-모드 광 도파관들의 어레이(510)에서 임의의 단일-모드 광 도파관들(508)을 통한 지연은 광 커플러(1202) 내의 어떤 모드 분산도 또한 고려해야 한다. 단일-모드 광 도파관들(510)의 어레이 및 광 회선 단말 수신기(128)의 어레이 사이의 광 커플러(1202)는 렌즈, 반사 결합, 굴절 결합, 근접 결합, 등을 포함할 수 있다.
광 회선 단말 수신기(128)가 광 커플러(1202)의 독립적인 인스턴스(instance)들에 결합되는 두 세그먼트들에서 보이는 반면, 보이지 않는 광 회선 단말 수신기(128)의 전자부의 집합(convergence)이 있을 수 있음을 이해해야 한다. 대안적 구조에서, 광 회선 단말 수신기(128)는 광 커플러(1202)의 각 인스턴스들에 결합하는 두 포트들을 구비할 수 있다.
평면 광파 회로(1302)는 ONU-향 광 포트(122)로부터의 광 파워를 동시에 컴바인하고, 수동형 광 네트워크 표준들에 부합하는 비트 속도에서 업스트림 통신에 유용한 형태로 광 회선 단말 수신기(128) 또는 제 2 애벌란시 포토 다이오드(1306)로 업스트림 신호를 유도하면서, GE-PON 또는 GPON OLT의 구현에서, 광 회선 단말 송신기(410)로부터의 다운스트림 광 신호를 ONU-향 광 포트들(122)로 분할하는 데 사용될 수 있는 통합된 디바이스이다.
전술한 구성은 기존의 통합된 전자장치의 사용이 상기 업스트림 신호에서 동작들을 수행하도록 허용할 수 있다. 이러한 구성은 새 제품 요구에 대한 빠른 제조 응답 시간을 가능하게 할 수 있다. 본 발명에 의해 제공되는 추가적인 융통성은 본 발명을 구현하는 제품에 대한 제조 용이성 및 설계 마진을 향상시킨다. 예를 들어, 단일 광-검출기(photo-detector)로 결합될 수 있는 ONU-향 광 포트들(122)의 수는 광-검출기의 크기와 반비례하는 함수이다. 일반적으로, 더 높은 속도 (또는 대역폭) 광-검출기들은 더 작은 유효 검출 영역들을 갖는다. 바람직한 다운스트림 포트들의 수가 효과적으로 단일 광-수신기로 결합될 수 있는 수를 초과하는 경우에, 제조 마진 및 배송 일정을 유지하기 위해서 다른 광-수신기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
이제 도 14를 참조하여, 거기에 본 발명의 제 7 실시 예로서, 2×8 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 사용하는 광 회선 단말 송수신기(1400)의 개략도가 도시된다. 광 회선 단말 송수신기(1400)의 개략도는 본 발명의 예로서 분할 송신 경로를 포함하는 2×8 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1400)를 제공하기 위해 배치된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 갖는 평면 광파 회로(1402)를 묘사한다.
제 7 실시 예는 본 발명을 평면 광파 회로(1402)의 구조에 통합시킨다. 평면 광파 회로(1402)로 통합된 상기 8-포트 버전은 파장 λ( Tx )에서 광 회선 단말 송신기(410)로부터 파워를 균등하게 스플릿하도록 설계된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 사용한다. 이 예에서, 1480 nm < λ( Tx ) < 1500 nm가 기가비트 수동형 광 네트워크 (GPON) 및 기가비트 이더넷 수동형 광 네트워크 (GE-PON) 시스템들에 요구된다. 파장 분할 다중화기(404)는 파장 분할 다중화기(404)를 통한 다운스트림 신호의 흐름에 영향을 주지 않고, 1260 nm < λ( Rx ) < 1360 nm에서 업스트림 신호의 일부를 애벌란시 포토 다이오드(504)로 우선적으로 전달한다.
평면 광파 회로(1402) 구조가, 광 커플러(1202)를 통해 이동하는, ONU-향 광 포트들(122)의 어레이에 있는 8개의 포트들 중 임의의 하나로부터 애벌란시 포토 다이오드(504)의 활성 표면으로의 어떤 경로든 40 ps의 허용 오차 내로 동일하도록 설계되는바, 이는 GE-PON 또는 GPON의 업스트림 방향에서 사용될 때처럼, 1.25 Gb/s에서 "온-오프 키잉" - "비제로 복귀" (OOK-NRZ) 신호들을 작동시키기에 적합하다.
최적의 설계를 결정하는데 있어서, 상기 구현은 평면 광파 회로(1402)에서 도파관의 경로 길이뿐만 아니라 광 커플러(1202)의 모드 분산을 고려해야만 한다.
본 발명의 제 7 실시 예에서, 평면 광파 회로(1402)는 0.22의 개구수 (NA), 4.5-㎛ 제곱의 단면, 및 1310 nm에서 약 3.7 ㎛의 모드 필드 직경을 갖는 단일-모드 광 도파관들(508)을 구비할 수 있다. 단일-모드 광 도파관들(508)은 8-㎛ 간격의 선형 어레이 내에서 평면 광파 회로(1302)에서 나간다. 당업자들은 설명된 단일-모드 광 도파관들(508) 중 8개 모두가 단일성에 근접하는 효율에서 렌즈 또는 근접 결합을 사용함으로써 65-㎛ 활성 영역을 갖는 애벌란시 포토 다이오드(504)에 동시에 결합될 수 있음을 알게 될 것이다.
단일-모드 광 도파관들(508)의 설계 및 광 커플러(1202)의 선택은 ONU-향 광 포트들(122) 중 임의의 하나의 포트로부터의 신호가 ONU-향 광 포트들(122)의 동일한 포트로부터의 어떤 다른 광 경로와 관련하여 40 ps의 허용 오차 내로, 애벌란시 포토 다이오드(504)에 도착해야 하는 것을 보장해야 한다. 총 지연은 광 커플러(1202) 내의 어떤 모드 분산도 또한 고려해야 한다.
평면 광파 회로(1402)는 ONU-향 광 포트(122)의 어레이로부터의 광 파워를 동시에 컴바인하고, 수동형 광 네트워크 표준들에 부합하는 비트 속도에서 업스트림 통신에 유용한 형태로 애벌란시 포토 다이오드(504)로 업스트림 신호를 유도하면서, GE-PON 또는 GPON OLT의 구현에서, 동일한 다운스트림 신호를 송신하면서, 광 회선 단말 송신기(410) 및 제 2 OLT 송신기(1404)로부터의 다운스트림 광 신호를 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이로 분할하는 데 사용될 수 있는 통합된 디바이스이다.
전술한 구성은 기존의 통합된 전자장치의 사용이 업스트림 신호에서 동작들을 수행하도록 허용할 수 있다. 이러한 구성은 1480-1500 nm 파장 범위 내의 광 증폭이 옵션이 아닌 경우, 다수의 저비용 OLT 송신기들의 사용을 가능하게 할 수 있다. 이러한 신호들의 광 증폭은 해결과제가 되는데, 이는 그들이 S-밴드 광 증폭기의 존재를 요구하기 때문이다. 반도체 광 증폭기들은 현재 광 회선 단말 송신기(410)에서 병렬로 위치한 대략 4개의 비 냉각 직접 변조 DFB 레이저들(uncooled directly modulated DFB lasers)과 동등한 최고 약 13 dBm의 포화 출력 파워(saturated output powers)를 구비하여 사용이 가능하다. 1530 nm 이상이 매우 높은 구부림-손실을 갖는 섬유를 기반으로 S-밴드 어븀 첨가 섬유 증폭기들(S-band erbium-doped fiber amplifiers)이 실례로서 보여지지만 상업적으로 사용할 수는 없다 이러한 구성은 새 제품 요구에 대한 빠른 제조 응답 시간을 가능하게 할 수 된다. 본 발명에 의해 제공되는 추가적인 융통성은 본 발명을 구현하는 제품들에 대한 제조 용이성 및 설계 마진을 향상시킨다.
요구들에 따라, 본 발명은 두 개의 광 스플리터 및 하나의 다중경로 파워 커플러들과 함께 통합된 디바이스로 구성될 수 있다. 이는 다른 숫자 조합들로 일반화될 수 있다.
이제 도 15를 참조하여, 거기에 본 발명의 제 8 실시 예로서 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 송수신기의 기능 블록도가 도시된다. 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 송수신기(1500)의 기능 블록도는 본 발명의 예로서 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1502)를 제공하기 위해 배치된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 갖는 평면 광파 회로(1502)를 묘사한다.
제 8 실시 예는 본 발명을 평면 광파 회로(1502)의 구조에 통합시킨다. 평면 광파 회로(1502)로 통합된 상기 4-포트 버전은 파장 λ( Tx )에서 광 회선 단말 송신기(1504)로부터 파워를 균등하게 스플릿하도록 설계된 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 사용한다. 이 경우, 10 Gb/s의 OLT 송신기에서 사용을 위해 ITU-T 및 IEEE 모두에 의해 정의된 바와 같이, 파장 창(wavelength window)은 1575-1580 nm이내이다.
단기적으로, 기가비트 속도 OPN들에 대한 다운스트림 송신기의 증폭은 도전(challenge)될 것이다. ITU-T 및 IEEE 모두에 의해 정의된 차세대 PON들은 1575-1580 nm 파장 창에서 동작하는 10 Gb/s의 OLT 송신기를 선택했다. L-밴드 EDFA들이 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 통상적인 L-밴드 EDFA는 평단 이득 응답(flat gain response)을 갖는 1565-1600 nm의 창을 통해 동작한다.
바람직하게는, 이러한 애플리케이션에 대해 L-밴드 EDFA(1506)는 오직 1575 및 1580 nm의 사이 단일 파장에서 동작하는 것이 필요하다. L-밴드 EDFA(1506)로부터 +20dB의 일정한 출력 파워는 현재 기술의 범위 내이다.
32-포트 10G-PON OLT가 용이하도록 구성된 본 발명은 송신기 신호를 +20 dB의 일정한 출력 파워로 증폭하는 L-밴드 EDFA(1506)을 요구하며, +3 dB초과하는 각 포트에서 효과적인 광 파워를 이끌어 낸다. 31개의 단일-모드 광 도파관들(508)로부터의 채취-광(514)은 본 발명에서 정의된 경로 길이 제한들에 따라 하나 이상의 광-수신기들에 유도된다. 위의 구현에서, 200 ㎛ 이하의 코어 직경을 갖는 다중-모드 광 도파관(506)은 채취-광(514)을 애벌란시 포토 다이오드(504)의 200 ㎛-직경 활성 영역 버전으로 유도한다.
표준 1×32 평면 광파 회로-기반 광 스플리터들의 표준 성능을 기반으로, 다운스트림에 대한 17dB 손실, 20dB를 제공하는 L-대역 EDFA(1506)가 + 3dB의 각 포트로부터 효과적인 적용 파워(launch power)를 제공해야 한다. 상기 다운스트림에서, 높은 잡음 지수 (NF = 10 dB) L-밴드 EDFA는 전체 다운스트림 신호로 -146 dB/Hz의 상대적 밀도 잡음 (relative intensity noise : RIN)을 기여할 것이다. 이러한 RIN는 전체 10 Gb/s의 다운스트림 링크 버짓에 무시할 만한 패널티를 기여한다.
우리는 업스트림 방향에서, 손실 2dB가 있음을 예상할 수 있는데, 이는 -28 dB의 감도를 갖는 광 회선 단말 수신기(128)의 단일 인스턴스가 각 32개 포트에서 -26 dB의 유효 감도로 변환될 것을 의미한다.
IEEE 규격은 1270-1290 nm 범위 내의 파장에서 1.25 Gb/s 업스트림을 정의한다. ITU-T 규격은 또한 1270-1290 nm 범위 내의 파장에서 2.5 Gb/s 업스트림을 정의한다.
상기 업스트림에서 31개의 모드들은 고효율을 갖는 단일 다중-모드 광 도파관에 결합될 수 있다. 전체 도파관 설계는 ONU-향 광 포트들(122) 중 임의의 하나로부터 광 회선 단말 수신기(128)로의 어떤 경로가 20 ps의 허용 오차 내로 동일하도록 만들어진다. 단일-모드 광 도파관의 NA가 0.22이고, 도파관 단면이 4.5㎛ 제곱인 경우, 모드 필드 직경은 1270 nm에서 3.9 ㎛이다.
31개의 단일-모드 광 도파관들(508)이 도 5의 애벌란시 포토 다이오드(504)를 포함할 수 있는 광 회선 단말 수신기(128)로 저손실을 갖고 결합될 수 있으며, 200 ㎛-활성 영역 직경을 갖는다. 또한, 31개의 단일-모드 광 도파관들(508)은 평면 광파 회로(1502) 내에서 200 ㎛×4.5 ㎛ 이하의 크기를 갖는 단일 다중-모드 슬랩 도파관(미도시)에 결합될 수 있다. 31개의 단일-모드 광 도파관들(508)의 어레이 또는 단일 다중-모드 슬랩 도파관은 전통적인 광학을 구비한 200 ㎛-활성 영역 직경을 갖는 애벌란시 포토 다이오드(504), 또는 상업적으로 사용할 수 있는 0.8 GHz의 대역폭을 구비한 200 ㎛-활성 영역 직경 APD들을 갖는 0.4 NA 다중-모드 광 도파관을 활성화하기 위해 광 회선 단말 수신기(128)에 결합될 수 있다.
IEEE 방식에 사용되는 1.25 Gb/s 업스트림, 및 ITU-T에 의해 정의되는 2.5 Gb/s 업스트림 모두에 대해, 0.8 GHz 대역폭은 2.5 Gb/s에서 버스트-모드 수신을 지원하기에 불충분하다. 단일의 잘 특징화된 수신기가 사용되기 때문에, 전자 균등화 회로(electronic equalization circuit)(미도시)가 제한된 대역폭을 보상하기 위해 광 회선 단말 수신기(128)에 포함될 수 있음을 기대할 수 있다 (아마도 완벽하지는 않지만 링크 버짓에서 15 dB 이하의 개선을 보여주기 위해 아마도 충분한).
다중-모드 광 도파관(506)의 길이를 포함하여, 단일-모드 광 도파관들(508)의 설계 및 광 커플러(1202)의 선택은 ONU-향 광 포트들(122) 중 임의의 하나의 포트로부터의 신호가 동일한 ONU-향 광 포트(122)의 포트로부터의 임의의 다른 광 경로와 관련하여 20 ps의 허용 오차 내로, 애벌란시 포토 다이오드(504)에 도착해야 하는 것을 보장해야 한다. 단일-모드 광 도파관들(508) 중 임의의 도파관을 통한 지연 시간은 다중-모드 광 도파관(506) 내의 어떤 모드 분산도 또한 고려해야 한다.
이제 도 16을 참조하여, 거기에 본 발명의 제 9 실시 예로서, 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 범위 확장 시스템(reach extension system)의 기능 블록도가 도시된다. 32-포트 10 Gb/s의 PON OLT 범위 확장 시스템(1600)의 기능 블록도는 본 발명의 또 다른 예를 들어, 도 2의 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)로 형성된 평면 광파 회로와 같은 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1502)를 갖는 32-포트 10 Gb/s의 PON OLT 범위 확장 보드(1602)를 묘사한다.
제 9 실시 예는 본 발명을 ONU-향 광 포트들(122)로의 포트 엑세스를 위해 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1502)를 사용하는 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 범위 확장 보드(1602)의 구조에 통합시킨다. ONU 송신기(1610)는 파장 λ( Rx )에서 동작하는바, 이 경우, 10G-PON ONU 송신기들에서 사용하기 위해 ITU-T 및 IEEE 모두에 의해 정의된 바와 같이 파장 창은 1270-1290 nm이내이다. L-밴드 EDFA(1506)은 오직 1575 및 1580 nm 사이의 단일 파장에서 동작하는 것을 필요로 한다.
다운스트림 신호는 EDFA, 반도체 광 증폭기, 또는 틀에서 벗어나 라만 증폭(outside-the-box Raman amplification)의 사용에 의해 광학적으로 재생성될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 다운스트림 신호는 광-전자-광 (optical-to-electronic-to-optical : OEO) 프로세스에 의해 재생될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 광 회선 단말로 향하는 광 수신기는, OLT-향 다운스트림 포트 또는 포트들에 결합된 하나 이상의 다운스트림 송신기들을 구동하는 전기 신호를 생성하는 다운스트림 광 신호를 검출한다.
L-밴드 EDFA(1506)의 20dB 일정한 출력 파워 버전은 현재 기술의 범위 내에있다. L-밴드 EDFA(1506)는 충분히 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1502)의 다운스트림 포트를 구동할 것이다.
200 ㎛ 이하의 코어 직경을 갖는 다중-모드 광 도파관(506)은 채취-광(514)을 애벌란시 포토 다이오드(504)의 200 ㎛ 직경 버전으로 이끈다. 고속 아날로그-디지털 컨버터(1606)는 애벌란시 포토 다이오드(504)에 결합된 트랜스-임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier)(1605)의 출력을 해석할 수 있다. 고속 아날로그-디지털 컨버터(1606)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(1608)로의 입력으로서 디지털 비트의 스트림을 제공할 수 있다.
클럭은 지역적으로 유도되거나 또는 다운스트림로부터 차단될 수 있다. 모든 버스트-모드 회로 기능성, 및 추가적인 등화(equalization) (예를 들어, 부족한 수신기 대역폭을 위해), 순방향 오류 정정 (forward error corrction : FEC)의 어느 정도는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(1608) 내에서 디지털 방식으로 달성될 수 있다. 추가로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(1608) 내의 디지털 프로세싱에서, ONU 송신기(1610)로 하여금 일정한 진폭에서 중앙 사무국 기반의 광 회선 단말(미도시)에 신호들을 반송할 수 있도록 하는바, 이는 광 회선 단말 버스트-모드 수신기(미도시)의 동적 범위 사양들을 완화시켜 준다.
상기 실시 예는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(1608)에 의해 수행된 신호 처리를 조정함으로써 신호 형식의 변화를 수용할 수 있다. 위의 설명된 실시 예는, 예를 들어, 어떤 하드웨어 수정도 없이 2.5 Gb/s의 이진수 및 5 Gb/s의 이중이진수(duobinary) 업스트림 신호를 수용할 수 있다.
단일-모드 섬유 커넥터는 모듈의 가장자리에 위치한 OLT-향 광 포트(1612)에 결합될 수 있으며, 32개의 단일-모드 광섬유 커넥터들은 ONU-향 측에 위치한다. ONU-향 측의 포트들의 수가 애플리케이션에 의해 요구됨에 따라 조정될 수 있다. 모듈 내에서 3-포트를 WDM 커플러(1604)는 다운스트림 신호를 광 증폭기 또는 광학 수신기 (OEO 다운스트림 재생의 경우)로 전달하는데 사용될 수 있다. 구현자(implementer)는 광 회선 단말로 모듈 상태 및 원격 측정 정보(telemetry)를 통신하기 위해 모듈 내에서 ONU를 포함하도록 선택할 수 있다.
PON의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 모듈이 OLT와 ONU 터미널 장비로부터 명백하게, 및 자율적으로 동작할 수 있는 경우, 상기 모듈은 상기 PON 네트워크 운영자에게 대부분의 유틸리티를 제공함을 알게 될 것이다. OEO 방식을 사용하는 재생 GPON 업스트림 신호들에서 초기 시도들이 OLT에 위치된 수신기가 OLT MAC(미디어 액세스 제어)으로부터의 직접 전기 연결로서 상기 수신기에 공급되는 리셋 신호에 대한 액세스를 갖는다는 사실에 기인하는 일부에서 감소된 동적 범위를 증명한다(demonstrate). 독립적, 자율적, 원격으로, OLT로부터의 확장 시스템의 동작은 상기 리셋 신호에 대한 액세스를 방지한다.
고성능 독립 수신기 동작을 달성하기 위한 하나의 솔루션은 대부분의 OLT 버스트-모드 수신기들에서 (아날로그) 회로 표준에 비해 더 나은 수신기 결정-임계 값 및 의사-결정 시스템을 활용하는 것이다. 신호 수신 및 식별력을 개선하고 더 강력하게 하는 한 가지 방법은 업스트림 수신기 신호 또는 신호들을 샘플링하며, 및 상기 신호들에 전-처리(pre-processing) 또는 등화의 레벨을 추가하고 및 (아날로그) 전자 회로에서 가능한 것보다 더 유연하고 강력한 결정 알고리즘들을 활용하는 디지털 신호 처리를 활용하는 것이다.
바람직하게는, 이러한 프로세싱은 또한 일부 실시 예들에서 사용된 다중-모드 광 도파관으로부터 전기적 검출 대역폭 또는 모드 분산의 비용으로, 이러한 큰 활성 영역 광-수신기 (더 많은 업스트림 광을 획득하기 위해) 활용으로부터의 패널티와 같은 상기 수신기에서의 어떤 비-이상성(non-ideality)을 보정할 수 있다
이제 도 17을 참조하여, 거기에 본 발명의 제 10 실시 예로서, 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 범위 확장 시스템(1700)의 기능 블록도가 도시된다. 32-포트 10-Gb/s의 PON OLT 범위 확장 시스템(1700)의 기능 블록도는 도 16의 32-포트 10 Gb/s의 PON OLT 범위 확장 시스템(1600)의 쌍과 같은 보드(1702)의 중복 버전들에 결합된 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1502)의 외부 버전을 묘사한다.
제 1 광 재생기(1702)는 3-포트 WDM 커플러(1604), L-밴드 EDFA(1506), 다중-모드 광 도파관(506), 애벌란시 포토 다이오드(504), 트랜스-임피던스 증폭기(1605), 고속 아날로그-디지털 컨버터(1606), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(1608), 및 광 송신기 유닛(1610)를 포함할 수 있다. 3-포트 WDM 커플러(1604)는 OLT-향 광 포트(1612)에 대한 소스를 제공할 수 있다.
제 2 광 재생기(1704)는 제 1 광 재생기(1702)과 동일한 기능 블록들을 가지도록 동일하게 구성된다. L-밴드 EDFA(1506)는 단일-모드 광섬유를 통해 단일-모드 스위치(1706)에 결합될 수 있다. 동일한 연결이 제 2 광 재생기(1704) 및 단일-모드 스위치(1706) 사이에 만들어진다. 단일-모드 스위치의 출력은 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1502)의 다운스트림 포트이다.
제 1 광 재생기(1702) 및 제 2 광 재생기(1704)는 32-포트 10 Gb/s의 PON OLT 범위 확장 시스템(1700)의 필드 서비스 가용성(field serviceability)을 확장할 수 있는 중복 백업 전자 시스템을 포함한다. 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1502)의 완전하게 수동적인 특성으로 인해 그 필드 수명(field longevity)은 제 1 광 재생기(1702) 및 제 2 광 재생기(1704) 의해 제공되는 중복 전자 세트들을 구비함으로써 향상될 수 있다.
다중-모드 연결은 1×32 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(1502)의 업스트림 포트 및 다중-모드 스위치(1708) 사이에 만들어진다. 다중-모드 스위치(1708)의 출력들은 제 1 광 재생기(1702) 및 제 2 광 재생기(1704)의 다중-모드 광 도파관(506)에 결합된다.
이러한 높은 N을 가지는, 일부 중복이 바람직할 수 있다. 일반적으로, 심지어 가장 신뢰할 수 있는 활성 전자장치 및 전기-광학장치 조차도 수동형 광학 엘리먼트들에 비해 상당히 낮은 신뢰도를 가진다. 위 설명은 (활성) 장비 중복 및 경로 (OLT 쪽으로) 중복이 어떻게 달성될 수 있는지를 보여준다.
이제 도 18을 참조하여, 거기에 본 발명의 제 11 실시 예로서, 하이브리드-섬유 동축 광 네트워크 리피터(1800)의 기능 블록도가 도시된다. 하이브리드 광섬유 동축 광 네트워크 리피터(1800)의 기능 블록도는 8개의 ONU-향 광 포트들(122)을 구비하고, 단일-모드 광 도파관들(508)에 의해 2×2 단일 모드 광 커플러(202)를 결합함으로써 1×8 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 구현하는 평면 광파 회로(1802)를 묘사한다.
평면 광파 회로(1802)는 평면 광파 회로(1802)의 다운스트림 포트가 캐리어 보드(1804)의 송신기 포트(1806)에 결합된 상태로 캐리어 보드(1804)에 장착될 수 있다. 하이브리드-섬유 동축 네트워크들 (hybrid-fiber coax networks : HFC) 리턴-경로 수신기(1808)는 다중-모드 광 도파관(506)을 통해 평면 광파 회로(1802)의 단일-모드 광 도파관들(508)에 결합된다. HFC 리턴-경로 수신기(1808)의 RF 증폭기는 캐리어 보드(1804)의 업스트림 RF 출력(1810)에 결합된다. 단일-모드 포워드-경로 광 입력 포트(1806)는 포워드-경로 송신기(미도시) 또는 광 증폭기(미도시)에 연결된 것이다.
도 18의 다이어그램은 더 나은 성능, 상당히 작은 크기, 및 파장 독립을 가진 단일 모듈로 상기 모듈들의 몇 가지의 기능을 조합하는 발명의 다른 구현의 예를 도시한다. 평면 광파 회로(1802)는 평면 광파 회로(1802)가 1610nm 무선 주파수 오버 글라스(Radio Frequency over Glass : RFoG) 리턴-경로 신호를 가지고 동작하는 것과 마찬가지로, 1310 nm RFOG 리턴-경로 신호에 대해서도 역시 잘 동작한다.
하이브리드-섬유 동축 광 네트워크 리피터(1800)는 HFC 및 RFOG 네트워크에서 사용하기 위한 통합된 포워드-경로 광 스플리터/파워-컴바인 리턴-경로 수신기 모듈이다. 그 다중-모드 광 도파관 입력(506)은 별도로 하더라도, HFC 리턴-경로 수신기(1808)는 종래 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 본 발명에 따르면, 어떤 ONU-향 광 포트들(122)로부터 광 다이오드(1811)로의 다중-경로들도 851 ps의 허용 오차 내로 일치해야 한다. 설명된 바와 같이 평면 광파 회로(1802) 구현은 융합-섬유 커플러들 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 구비하여 구현될 수 있다.
리턴-경로 RF 신호들은 DOCSIS 3.0 사양에 따라 f = 10-80 MHz의 범위 내의 부캐리어들에 변조될 수 있다. △t의 시간 지연을 가진 동일한 RF 부캐리어 다중화(SCM) 신호들을 컴바인하기 위해, 캐리어 대 잡음비 (CNR)가 다음 식에 따라 부과되는 것은 종래 기술에서 잘 알려져 있다:
CNR = CNRmax cos2(πfmax△t) (식5)
△t < 851 ps에서, 모든 주파수에 걸쳐 최대 0.1 dB 페널티에 대해. 글라스(n = 1.5)에서 이것은 17 cm의 길이와 동일하다. 이러한 길이 허용 오차도 쉽게 스플라이싱 섬유들(splicing fibers)에서 관리된다. 따라서, 평면 광파 회로 구현만큼 컴팩트하지는 않지만, 본 발명에 따라 충분히 가능한 구현은 17 cm 길이의 허용 오차를 유지하면서 스플라이싱 2×2 50/50 단일-모드 융합-섬유 커플러들에 기반으로 할 수 있다.
이제 도 19를 참조하여, 거기에 본 발명의 제 12 실시 예로서, 1×(N/2) 단일-모드 스플리터/컴바이너를 사용하는 광 회선 단말 송수신기(1900)의 기능 블록도가 도시된다. 광 회선 단말 송수신기(1900)의 기능 블록도는 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이를 구비한 (N/2) 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)을 묘사한다. 다운스트림 신호의 추가 광 분할은 단일-모드 1×(N/2) 스플리터(1902)에 의해 용이하게 된다. 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)에서 각 채취 포트들(306)은 독립적인 전기 신호로 변환되기 위해 광 회선 단말 수신기(128)로 라우팅된다. 각 채취 포트들(306)이 광/전기 컨버터(412)에 고유한 경로를 갖기 때문에, 그 경로의 길이는 또한 독립적이며 다른 경로들과 중요한 타이밍 관계를 갖지 않는다.
광 회선 단말 수신기(128)로의 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 제 1 라인의 경로는 ONU-향 광 포트들(122)의 어레이로부터의 총 신호 콘텐츠의 1/2을 포함하며, 1×(N/2) 단일-모드 스플리터(1901) 내에서 모든 남아있는 미실현 2×2 포트들의 진폭보다 크거나 같다. 오직 2×2 단일-모드 광 커플러들(202)의 사용하지 않는 출력들의 제 1 라인을 라우팅하는 것은 3dB 이내에서 최대 결과에 접근할 것이며, 신뢰할 수 있고 견고한 통신을 제공하기에 충분하다.
이제 도 20을 참조하여, 거기에 본 발명의 실시 예로서, 평면 광파 회로(502)를 이용하는 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(2000)의 기능 블록도가 도시된다. 수동형 광 네트워크 광 회선 단말 회선 카드(2000)의 기능 블록도는 수동형 광 네트워크 지원을 위한 소형 폼-팩터 플러그가능 산업 표준 인터페이스와 같은 전기적 인터페이스(606)를 구비한 소형 폼-팩터 플러그가능 기계적 인터페이스(602)를 묘사한다. 전기적 인터페이스(606)는 기계적 및 전기적 허용 오차들에 대한 산업 인정 규격을 갖는다.
소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)은 자신의 전기적 인터페이스(604)를 통해 전기적 인터페이스(606) 및 기계적 인터페이스(602)에 결합될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 예로서, 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)은 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)과 광 네트워크(미도시)를 따라 분배된 도 1의 광 네트워크 유닛들(124) 사이의 데이터의 송신 및 수신을 관리하는 광 회선 단말 전기 회로(610)를 포함할 수 있다. 광 회선 단말 송신기 전기 회로(610)은 광 회선 단말 양방향 광 서브-어셈블리(2002)을 구동하는 전기 인터페이스를 제공할 수 있다.
광 시간-영역 반사측정기 (OTDR) 프로브(1106)는 평면 광파 회로(502)에 결합될 수 있다. 평면 광파 회로(502)로부터 광 시간-영역 반사측정기(OTDR)로의 다중-모드 광 도파관(506) 연결의 존재는 네트워크 모니터링 목적을 위해 채취-광의 포함을 허용한다. 본 발명의 채취 기술을 사용함으로써, 광 시간-영역 반사측정기 (OTDR) 프로브(1106)로 리턴된 신호에서 -16.3 dB의 개선이 달성될 수 있다. 이는 도 1의 단일-모드 광섬유(126)에 걸쳐 취해진 판독의 민감도와 정확도를 상당히 향상시킨다. 바람직하게는, 양방향 광 서브-어셈블리(2002) 및 OTDR 프로브(1106) 사이의 광절연(optical isolation)이 또한 향상된다.
소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)에 내장된 광 시간-영역 반사측정기 (OTDR) 프로브(1106)를 갖는 것은 도 1의 광 네트워크 유닛들과 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(608)의 ONU-향 광 포트들(122) 사이에 결합된 단일-모드 광섬유(126)의 상태를 결정하기 위한 실시간 분석 성능을 제공할 수 있다. 광 시간-영역 반사측정기 (OTDR) 프로브(1106)는 스플라이스 및 결합식-커넥터 손실(mated-connector losse)들을 포함하는 단일-모드 광섬유(126)의 길이 및 전체 감쇠를 추정하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 프로브는 깨짐과 같은 결함들을 찾고, 그리고 광 반사 손실을 측정하는 데 사용될 수 있다.
본 발명이 한정하고자 함이 아닌, 10G-EPON 표준, 새로운 ITU-T 10G-PON 표준, RF 오버 글라스 (RFOG) 네트워크들, 다른 하이브리드-섬유 동축 네트워크들, 및 다른 지점-다지점 광 (또는 부분적으로 광) 네트워크들에 의해 정의된 것들을 포함하는 지점-다지점 광 통신 네트워크들의 많은 타입들에서 사용된, 도 1의 단일-모드 광섬유(126)의 일상적인 유지 보수 및 지원에 필수적일 수 있음은 당업자들에 의해 이해될 것이다.
이제 도 21을 참조하여, 거기에 본 발명의 다른 실시 예로서, 광 네트워크 통신 시스템의 동작 방법(2100)의 흐름도이다. 방법(2100)은 블록(2102)에서 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(optical splitter/combiner)를 형성하기 위한 어레이로 2×2 단일-모드 광 커플러들을 연결하는 것, 및 채취 포트들(harvesting ports) 중 둘 이상으로부터의 채취-광을 수신기에서 수집하도록 상기 수신기에 상기 채취 포트들을 라우팅(rout)하는 것을 포함하는 평면 광파 회로를 제공하는 단계와, 상기 채취 포트들 중 하나 이상은 2×2 단일-모드 광 커플러들로부터의 것이다; 블록(2104)에서 제 1 파장에서 상기 평면 광파 회로를 통해 광 네트워크 유닛들으로 송신하는 단계; 및 블록(2106)에서 상기 채취-광을 통해 제 2 파장에서 상기 광 네트워크 유닛들로부터의 응답을 해석(interprete)하는 단계를 포함하는 광 네트워크 통신 시스템의 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 결과적인 방법, 공정, 장치, 디바이스, 제품, 및/또는 시스템은 간단하고, 비용이 효율적이고, 복잡하지 않고, 매우 다양하고, 정확하고, 민감하고, 효과적이며, 그리고 준비되고, 효율적이고, 경제적인 제조, 애플리케이션, 및 이용을 위해 알려진 구성들을 채택함으로써 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 중요한 양상은 본 발명이 비용을 절감하고, 시스템들을 단순화시키고, 및 성능을 향상시키는 역사적인 동향을 중요하게 지원하고 서비스하는 것이다.
본 발명의 양상들 및 다른 중요한 양상들은 결과적으로 기술의 상태를 적어도 다음 단계로 향상시킨다.
비록 본 발명은 특정 최적의 방식과 함께 설명되었지만, 많은 대안들, 수정들, 및 변형들이 앞선 설명에 비추어 당업자들에게 명백하다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 포함된 청구항들의 범위 내에 있는 모든 이러한 대안들, 수정들, 및 변형들을 수용하는 것이 의도된다. 본 명세서에서 지금까지 명시된 모든 문제들 또는 첨부 도면들에 도시된 모든 문제들은 예시적인 및 비-제한적인 의미로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 광 네트워크 통신 시스템(optical network communicaion system)의 동작 방법으로서, 상기 방법은:
    평면 광파 회로(planar lightwave circuit)를 제공하는 단계 -
    상기 평면 광파 회로는, 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너(optical splitter/combiner)와 인터페이스되는 N개의 ONU-향 광 포트들(optical network unit-facing optical ports) 및 2×2 단일-모드 광 커플러들(optical couplers)을 통해 연결되는 채취 포트들(harvesting ports)을 구비한 상기 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 형성하기 위한 상기 2×2 단일-모드 광 커플러들의 어레이(array)를 포함하고,
    상기 채취 포트들은, 상기 채취 포트들 중 둘 이상으로부터의 채취-광을 광 회선 단말 수신기(optical line teminal receiver)에서 수집하도록 상기 광 회선 단말 수신기로 라우팅(rout)되며 - 와;
    제 1 파장에서 상기 평면 광파 회로를 통해 광 네트워크 유닛들로 송신하는 단계와; 그리고
    상기 채취-광을 통해 제 2 파장에서 상기 광 네트워크 유닛들로부터의 업스트림 신호(upstream signal)를 해석(interprete)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 네트워크 유닛들과 상기 평면 광파 회로 사이의 단일-모드 광섬유(single-mode optical fiber)를 통해 통신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 채취 포트들과 상기 채취-광을 수집하기 위한 상기 광 회선 단말 수신기 사이의 다중-모드 광 도파관를 통해 통신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 회선 단말 수신기와 상기 채취 포트들 사이에 광 커플러(optical coupler)를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 평면 광파 회로와 통신하기 위한 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈(small form-factor pluggable module)을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 광 네트워크 통신 시스템으로서, 상기 시스템은:
    평면 광파 회로 - 상기 평면 광파 회로는, 1×N 단일-모드 광 스플리터/컴바이너를 형성하기 위해 결합된 2×2 단일-모드 광 커플러들의 어레이 및 채취 포트들 중 둘 이상으로부터의 채취-광을 광 회선 단말 수신기에서 수집하기 위해 상기 광 회선 단말 수신기로 라우팅된 상기 채취 포트들을 포함하며 - 와;
    상기 평면 광파 회로를 통해 광 네트워크 유닛들로 제 1 파장을 송신하기 위한 광 회선 단말 송신기와; 그리고
    상기 채취 포트들로부터 광을 수집하는 광 회선 단말 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    단일 모드 광섬유를 더 포함하고,
    상기 단일 모드 광섬유는, 상기 평면 광파 회로를 광 네트워크 유닛들 각각에 연결하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 채취 포트들과 상기 채취-광을 수집하기 위한 상기 광 회선 단말 수신기 사이에 다중-모드 광 도파관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 회선 단말 수신기와 상기 채취 포트들 사이에 광 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 평면 광파 회로에 결합된 소형 폼-팩터 플러그가능 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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