KR20040052054A - 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 전광섬유형 파장분할 다중화기의 도파로를 추출하고자 하는 다수개의 파장이 분할되는 특정 지점까지 인장시켜 고정시키는 단계와; 특정 지점에서 추출된 다수개의 특정 파장을 광파워에 따라 제1 및 제2 통신파장으로 분리하는 단계; 및 분리된 제1 및 제2 통신파장을 전광섬유형 파장분할 다중화기의 각 출력포트로 통과시키고, 제1 통신파장 중 임의의 파장을 기존장비와의 광통신에 이용하고, 제2 통신파장 중 임의의 파장을 신규장비와의 광통신에 이용하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명에 의하면 출력하고자 하는 특정 파장이 분할되는 지점까지 전광섬유형 파장분할 다중화기의 도파로를 인장시켜 고정함으로써, 전광섬유형 파장분할 다중화기의 특정 분할지점에서 추출된 파장을 광파워에 따라 분리하여 각각의 포트로 출력하고, 별도의 소자를 추가함이 없이 각각의 포트로 출력되는 파장을 통해 기존장비는 물론 신규장비간의 광통신을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법{Optical communication method using wavelength division multiplexing of fused biconical tapered type}

본 발명은 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 전송장비와 연결되어 사용되는 광 선로에 새로운 장비를 추가할 때 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용하여 기존의 광전송 장비의 특성에는 영향을 주지 않으면서 새로운 광 파장을 사용하여 통신할 수 있는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 이동 통신 서비스의 진전에 따라 일반 수요자는 비 수요지역으로서 이동 통신 서비스가 미치지 못했던 산간 벽지, 낙도뿐만 아니라 도심지역 중 전파환경이 열악해 전파 사각 지대로 남아 있는 지하 공간 및 아파트 단지 등에 이르기까지 더욱 고품질의 서비스를 원하고 있다. 광통신 시스템에 있어서, 첨단정보 통신망의 실현으로 CATV 또는 FITL(Fiber In To Loop) 등의 가입자망에서 한 곳에서 오는 신호를 여러 곳으로 분배하거나 반대로 여러 곳에서 입력되는 신호를 한 곳으로 결합시키는 다중화 장치가 필수적으로 요구된다. 이러한 다중화 장치는 기존 통신 케이블의 경우처럼 그리 간단한 것은 아니며 특수한 장치 즉, 광 커플러에 의해 실현될 수 있다. 아주 간단한 경우 1 ×2(즉, 한 채널의 신호를 2개로 분할)에서 복잡한 경우 32 ×32(즉, 32채널을 수신하여 다시 32채널로 분배)까지 가능한광 커플러가 상용화되고 있다. 광통신의 초기에는 광 커플러를 사용하지 않고 광섬유 및 광케이블 채널을 증설하는 복잡한 통신망 구성이 광 커플러의 사용으로 간단한 통신망을 구성하게 되었다. 커플러의 종류에는 정보 통신망 구성에 따라 여러 가지 형태가 있는데, 스타 커플러(star coupler), 방향성 커플러(directional coupler) 및 트리 커플러(tree coupler) 등이 있다.

또한, 특수한 커플러의 하나로 사용되며 빛(신호)의 파장을 분할하는 장치인 파장분할 다중화 장치(WDM: Wavelength Division Multiplexing)를 사용한다. WDM은 예를 들면, 1550nm 파장으로부터 1310nm 파장을 분리하고 2개의 서로 다른 신호를 각각 다른 파장대로 입력시켜 1개의 채널 즉, 광섬유 케이블을 통해 전송하고, 다시 통합된 신호를 받아 2개의 신호로 분리하는 역할을 수행한다. WDM의 기능에 대한 메커니즘은 파장에 따라 굴절 및 반사가 변화되는 원리를 이용한 그레이팅(grating) 방법과 특정 파장은 필터를 통과시키지만 다른 파장은 반사하는 원리를 이용하는 다이크로익 코팅(dichroic coating) 방법 등이 있다.

도 1은 하나의 광선로 공유 결합기를 이용한 종래의 광통신 방법을 구현하기 위한 구성도이고, 도 2는 두 개의 광선로 공유 결합기를 이용한 종래의 광통신 방법을 구현하기 위한 구성도이다. 종래의 광통신 방법을 구현하기 위해서는 기본적으로 제1 및 제2 기존장비(10, 20), 광선로 공유 결합기(30) 및 신규장비(40)가 필요하며, 광선로 공유 결합기(30)는 제1 및 제2 WDM(31, 33), 필터(32) 및 미소렌즈(34)로 구성되어 있다. 또한, 두 개의 광선로 공유 결합기(30, 50)를 이용하여 종래의 광통신 방법을 구현하기 위해서는 제1 및 제2 기존장비(10, 20), 제1및 제2 광선로 공유 결합기(30, 50), 제1 및 제2 신규장비(40, 60)가 필요하며, 제1 광선로 공유 결합기(30)의 제2 WDM(33)과 제2 광선로 공유 결합기(50)의 제3 WDM을 연결하여 두 개의 광선로 공유 결합기(30, 50)를 결합시킨다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 기존장비(10, 20)간은 일반적으로 1310 및 1550nm의 파장을 사용하여 통신을 수행하고, 신규장비(40, 60)가 추가될 때에는 각각의 미소렌즈(34, 54)를 이용하여 일정 파장대역(예컨대, 1500nm의 파장대역)에서 특정 파장(예컨대, 1510, 1530nm)을 분할하여 사용하였다. 그러나, 이와 같이 구성된 미소렌즈형 파장분할 다중화기를 사용한 경우에는 격리비가 우수하지만 대역폭이 ±8nm 정도밖에 되지 않아 기존 광선로망에 사용되었던 1550nm 레이저 다이오드(LD)의 파장 대역폭이 ±10nm 이상이 되는 경우에는 급격한 삽입손실이 발생되어 통신 데이터의 송, 수신에 치명적인 영향을 끼치게 되는 문제점이 있다. 또한, 다수개의 광선로 공유 결합기를 연결하여 광통신을 수행하는 경우 여러 개의 파장분할 다중화기 및 관련 광소자(예컨대, 필터, 미소렌즈 등)가 사용되어 설치비용이 증가하고, 삽입손실의 증가 및 반사손실의 증가를 초래하는 문제점이 있으며, 각 소자들의 내부 구조가 먹스(MUX) 및 디먹스(DEMUX) 구조의 형태로 이루어져 있기 때문에 내부 제품에 따라 신호가 누설될 경우 보강 또는 간섭 효과로 데이터가 심각하게 손상되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 출력하고자 하는 특정 파장이 분할되는 지점까지 전광섬유형 파장분할 다중화기의 도파로를 인장시켜 고정하고, 전광섬유형 파장분할 다중화기의 특정 분할지점에서 추출된 파장을 광파워에 따라 분리하여 각각의 포트로 출력함으로써, 별도의 소자를 추가함이 없이 각각의 포트로 출력되는 파장을 통해 기존장비는 물론 신규장비간의 광통신을 수행하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전광섬유형의 특정 분할지점에서 추출된 파장 중에서 격리비가 우수한 특정 파장만을 필터링하여 광통신을 수행하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 하나의 광선로 공유 결합기를 이용한 종래의 광통신 방법을 구현하기 위한 구성도이고,

도 2는 두 개의 광선로 공유 결합기를 이용한 종래의 광통신 방법을 구현하기 위한 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 일 실시예의 광통신 방법을 구현하기 위한 구성도이고,

도 3a는 도파로의 인장길이에 따른 광파워 변화를 나타내는 예시도이고,

도 3b는 도파로의 인장길이를 증가시켰을 때의 파장 곡선을 나타내는 예시도이고,

도 3c는 특정 지점에서의 파장분할 형태를 나타내는 예시도이고,

도 4는 본 발명에 따른 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 다른 실시예의 광통신 방법을 구현하기 위한 구성도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

310, 410: 제1 기존장비320, 420: 전광섬유형 WDM

330, 450: 제2 기존장비340, 460: 신규장비

430: 제1 BPF440: 제2 BPF

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광파워 전이를 통해 입력 파장을 특정 파장으로 분할하여 광통신을 수행하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 있어서, 전광섬유형 파장분할 다중화기의 도파로를 추출하고자 하는 다수개의 파장이 분할되는 특정 지점까지 인장시켜 고정시키는 단계와; 특정 지점에서 추출된 다수개의 특정 파장을 광파워에 따라 제1 및 제2 통신파장으로 분리하는 단계; 및 분리된 제1 및 제2 통신파장을 전광섬유형 파장분할 다중화기의 각 출력포트로 통과시키고, 제1 통신파장 중 임의의 파장을 기존장비와의 광통신에 이용하고, 제2 통신파장 중 임의의 파장을 신규장비와의 광통신에 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 광파워 전이를 통해 입력 파장을 특정 파장으로 분할하여 광통신을 수행하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 있어서,전광섬유형 파장분할 다중화기의 도파로를 추출하고자 하는 다수개의 파장이 분할되는 특정 지점까지 인장시켜 고정시키는 단계와; 특정 지점에서 추출된 다수개의 특정 파장을 광파워에 따라 제1 및 제2 통신파장으로 분리하여 전광섬유형 파장분할 다중화기의 각 출력포트로 통과시키는 단계와; 제1 통신파장 중 격리비가 높은 제3 통신파장만을 필터링하고, 제3 통신파장을 기존장비와의 광통신에 이용하는 단계; 및 제2 통신파장 중 격리비가 높은 제4 통신파장만을 필터링하고, 제4 통신파장을 신규장비와의 광통신에 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 일 실시예의 광통신 방법을 구현하기 위한 구성도로서, 본 발명에 따른 광통신 방법은 하나의 전광섬유형 파장분할 다중화기(320)를 통해 다수개의 파장을 분할하여 광통신에 이용한다. 즉, 전광섬유형 WDM(320) 내에 구현된 도파로의 길이를 출력하고자 하는 파장의 피크조건에 해당하는 지점까지 조절하여 특정 대역(예컨대, 1310, 1430, 1550nm 및 1370, 1490, 1610nm)의 파장을 추출하고, 추출된 파장을 해당 포트로 통과시켜 통신에 이용한다. 예를 들어, 1310, 1430, 1550nm 중 두 개의 파장(예컨대, 1310 및 1550nm)을 하나의 포트로 통과시켜 기존장비(330)와의 광통신에 이용하고, 1370, 1490, 1610nm 중 두 개의 파장(예컨대, 1490 및 1610nm)을 다른 포트로 통과시켜 추가하고자 하는 신규장비(340)와의 광통신에 이용한다.

전광섬유형 WDM(320)은 일정한 길이로 도파로를 인장하여 원하는 대역의 파장을 다수개 추출하고, 추출된 파장을 해당 포트로 통과시켜 여러 채널의 정보를 서로 다른 파장으로 전송하는 역할을 수행한다. 본 발명에 사용되는 전광섬유형 WDM(320)은 일정한 거리에서 다수개의 파장으로 분할되는 섭동의 원리를 이용한 것으로, 시뮬레이션을 통해 출력하고자 하는 파장의 피크조건에 해당하는 지점까지 도파로의 인장길이를 고정시켜 구현된 것이다.

기존장비(310, 330)에는 IS-95C, SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 장비, OCSU(Optical Channel Service Unit) 등이 포함되고, 신규장비(340)에는 IMT-2000, ATM(Asynchronous Transfer Mode), PON(Passive Optic Network) 등이 포함된다.

여기에서, 출력하고자 하는 파장의 피크조건에 해당하는 지점에서 도파로의 길이를 고정시키는 원리는 도파로의 진행방향 및 길이에 따라 파장의 파워전이가 급격하게 발생하여 주기적인 간격으로 다수개의 파장을 생성하는 섭동의 원리를 이용한다. 섭동의 원리는 광 고유의 특성으로, 임의의 입력파장이 인가될 때 광섬유의 굴절률은 같지만 파장의 차이에 따라 파워 전이가 틀려지게 되어 도파로 길이에 따라 각 파장대의 파워 전이 상태가 틀려지게 되는 것을 말한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 원하는 파장을 분할하기 위해 도파로의 길이를 고정시키는 원리에 대해 설명한다.

도 3a는 도파로의 인장길이에 따른 광파워 변화를 나타내는 예시도이고, 도 3b는 도파로의 인장길이를 증가시켰을 때의 파장 곡선을 나타내는 예시도이고, 도 3c는 특정 지점에서의 파장분할 형태를 나타내는 예시도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 전광섬유형 WDM은 도파로의 인장길이에 따라 광파워가 급격하게 변한다. 즉, 임의의 광섬유에서의 광 파워는 인접한 다른 광섬유로 전이되며, 인장길이에 따라 광 파워의 변화가 급격하게 변하는 것이다. 특정 광섬유에서의 인장길이에 따른 광 파워의 파장 방정식[P₁(Z) 및 P₂(Z)]은 아래의 식과 같다.

여기에서, C_Z는 특정 광섬유간의 결합계수이고, F는 치환상수이고, F 및 C_Z는 아래의 수식으로 정의된다.

여기에서, Δ는 굴절율 상수이고, β는 전파상수이고, C는 특정 광섬유의 결합계수이며, r은 특정 광섬유의 반지름이고, K₀및 K₁은 0차 및 1차 베슬(bessel) 함수이고, d_Z는 특정 광섬유간의 거리이고, V는 규격화 전파상수이고, U는 규격화 전파상수의 Z방향 성분이고, W는 규격화 전파상수의 수직방향 성분이고, { n}_{co} 는 코어 굴절률이고, { n}_{cl} 는 클래드 굴절율이다.

도파로의 인장길이를 증가시키면 섭동의 원리에 의해 입력 파장( {lambda}_{ 1}, { lambda }_{2 } )은 도 3b와 같은 파장 곡선이 형성되며, 출력하고자 하는 파장의 피크조건에 해당하는 지점(도 3b의 화살표 지점)에서 도파로의 인장길이를 고정시켜 원하는 파장을 추출한다. 특정 지점(예컨대, 도 3b의 화살표 지점)에서 분할되는 파장형태는 도 3c에 도시되어 있으며, 분할된 파장 중 1310, 1430 및 1550nm 파장은 하나의 출력포트(예컨대, 포트 1)로 출력시켜 기존장비에 연결시키고, 1370, 1490 및 1610nm 파장은 다른 출력포트(예컨대, 포트 2)로 출력시켜 신규장비에 연결시킨다. 여기에서, 1370 및 1430nm 파장은 실리카 광섬유 특성상 1380nm 파장대역에서의 OH^-성분 때문에 선로 광손실이 급격하게 증가하므로 사용하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 1310 및 1550nm 파장은 기존장비와의 통신에 사용하고, 1490 및 1610nm 파장은 신규장비와의 통신에 사용한다.

도 4는 본 발명에 따른 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 다른 실시예의 광통신 방법을 구현하기 위한 구성도로서, 격리비를 극대화시키기 위해 특정 대역의 파장을 필터링하는 대역통과필터(BPF)(430, 440)를 전광섬유형 WDM(420)의 출력포트에 각각 연결하여 전광섬유형 WDM(420)에서 추출된 파장 중 특정 대역의 파장을 지정된 경로로 통과시키도록 구현되어 있다. 여기에서, 제1 및 제2 BPF(430, 440)는 섬유형 또는 미소렌즈형 BPF 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 도 4의 전광섬유형 WDM(420)의 구성 및 동작은 도 3의 전광섬유형 WDM(320)의 구성 및 동작과 동일하다. 따라서, 전광섬유형 WDM(420)에서는 특정 대역(예컨대, 1310, 1430, 1550nm 및 1370, 1490, 1610nm)의 파장이 해당 포트로 출력된다. 예를 들어,제1 포트로는 1310, 1430, 1550nm 파장이 출력되고, 제2 포트로는 1370, 1490, 1610nm 파장이 출력된다.

각각의 포트로 출력되는 파장은 해당 포트에 연결된 BPF(430, 440)에 의해 특정 파장만이 필터링되어 통과된다. 예를 들어, 제1 BPF(430)는 1310 및 1550nm의 파장만이 통과하고, 제2 BPF(440)는 1490 및 1610nm의 파장만이 통과한다. 여기에서, 1370 및 1430nm 파장을 통과시키지 않는 이유는 전술한 바와 같이, 실리카 광섬유 특성상 1380nm 파장대역에서의 OH^-성분 때문에 선로 광손실이 급격하게 증가하기 때문이다. 제1 BPF(430)는 제2 기존장비(450)에 연결되어 있으므로 제1 BPF(430)를 통과한 파장(예컨대, 1310 및 1550nm의 파장)으로 기존장비와의 광통신을 수행하고, 제2 BPF(440)를 통과한 파장(예컨대, 1490 및 1610nm의 파장)으로 신규장비와의 광통신을 수행한다. 따라서, 격리비가 우수한 파장을 이용하여 광통신을 수행할 수 있다.

도 3 및 4와 같이 구성된 광통신 방법에서의 기존장비 통과대역은 1310 및 1550nm, 신규장비 통과대역은 1490 및 1610nm, 각 파장의 구간 삽입손실은 2dB 이하, 채널별 격리비는 최소 -15dB 이상, 파장별 격리비는 최소 -15dB 이상, 대역폭은 1310, 1550 ±12nm에서 0.5dB로 설정하는 것이 바람직하다.

이상의 설명은 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 첨부한 특허청구범위 내에서 다양하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 의하면, 출력하고자 하는 특정 파장이 분할되는 지점까지 전광섬유형 파장분할 다중화기의 도파로를 인장시켜 고정함으로써, 전광섬유형 파장분할 다중화기의 특정 분할지점에서 추출된 파장을 광파워에 따라 분리하여 각각의 포트로 출력하고, 별도의 소자를 추가함이 없이 각각의 포트로 출력되는 파장을 통해 기존장비는 물론 신규장비간의 광통신을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전광섬유형의 특정 분할지점에서 추출된 파장 중에서 격리비가 우수한 특정 파장만을 필터링하여 광통신을 수행함으로써, 삽입손실이 적고 대역폭이 넓은 파장으로 광통신을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 광파워 전이를 통해 입력 파장을 특정 파장으로 분할하여 광통신을 수행하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 있어서,

   상기 전광섬유형 파장분할 다중화기의 도파로를 추출하고자 하는 다수개의 파장이 분할되는 특정 지점까지 인장시켜 고정시키는 단계;

   상기 특정 지점에서 추출된 다수개의 특정 파장을 광파워에 따라 제1 및 제2 통신파장으로 분리하는 단계; 및

   분리된 상기 제1 및 제2 통신파장을 상기 전광섬유형 파장분할 다중화기의 각 출력포트로 통과시키고, 상기 제1 통신파장 중 임의의 파장을 기존장비와의 광통신에 이용하고, 상기 제2 통신파장 중 임의의 파장을 신규장비와의 광통신에 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 통신파장은 1310, 1430 및 1550nm의 파장이고, 상기 제2 통신파장은 1370, 1490 및 1610nm의 파장인 것을 특징으로 하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법.
3. 광파워 전이를 통해 입력 파장을 특정 파장으로 분할하여 광통신을 수행하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법에 있어서,

   상기 전광섬유형 파장분할 다중화기의 도파로를 추출하고자 하는 다수개의 파장이 분할되는 특정 지점까지 인장시켜 고정시키는 단계;

   상기 특정 지점에서 추출된 다수개의 특정 파장을 광파워에 따라 제1 및 제2 통신파장으로 분리하여 상기 전광섬유형 파장분할 다중화기의 각 출력포트로 통과시키는 단계;

   상기 제1 통신파장 중 격리비가 높은 제3 통신파장만을 필터링하고, 상기 제3 통신파장을 기존장비와의 광통신에 이용하는 단계; 및

   상기 제2 통신파장 중 격리비가 높은 제4 통신파장만을 필터링하고, 상기 제4 통신파장을 신규장비와의 광통신에 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 통신파장은 1310, 1430 및 1550nm의 파장이고, 상기 제2 통신파장은 1370, 1490 및 1610nm의 파장이고, 제3 통신파장은 1310 및 1550nm의 파장이고, 제4 통신파장은 1490 및 1610nm의 파장인 것을 특징으로 하는 전광섬유형 파장분할 다중화기를 이용한 광통신 방법.