KR100303607B1 - 격자 제어를 이용한 능동형 역다중화광 크로스 커넥트 노드 구조 - Google Patents

Abstract

파장 다중화(WDM) 방식을 이용한 광 전달망의 광 크로스 커넥트 노드에서는 초고속 정보 전달을 하기 위한 효율적인 경로 설정 장치가 필요하다.

본 발명은 능동 제어 기능을 갖는 광 섬유 브래그 격자를 이용한 능동 역다중화기와 이러한 능동 역다중화기의 배열을 이용한 광 크로스 커넥트 구조를 제안한다.

능동 역다중화기는 광 섬유 브래그 격자열(6)을 구성하는 각 격자에 압전 소자(5)를 장착하고, 제어 신호에 따른 압전 소자의 인장으로 브래그 파장이 변동하는 원리를 이용하여, 입사한 파장 다중화된 광 신호의 파장 선택과 라우팅을 동시에 할 수 있는 기능을 갖는다. 이때 브래그 파장의 변동 위치와 개수에 따라 단일 파장 라우팅 방식, 다파장 라우팅 방식, 전체 파장 라우팅 방식으로 활용이 가능하다. 또한, 이러한 능동 역다중화기를 이용한 광 크로스 커넥트 노드는 파장 광 신호의 파장 선택과 라우팅을 동시에 한다. 노드에 입력되는 파장 다중화된 신호를 광섬류 브래그 격자와 압전 소자를 이용하여 라우팅할 수 있다.

또한 이러한 광 섬유 브래그 격자의 브래그 파장을 능동적으로 변화시킬 수 있도록 역다중화기를 구성하고, 이를 광전달망에 사용되는 파장수와 링크수를 고려하여 광 크로스 커넥트 노드를 구성하면, 파장 선택과 라우팅을 동시에 수행할 수 있으면서 저 가격 및 고 효율성을 갖는 광 전달망 노드의 구현이 가능하다.

Description

격자 제어를 이용한 능동형 역다중화 광 크로스 커넥트 노드 구조

본 발명은 파장 다중화 방식을 이용하는 광 크로스 커넥트 노드에 관한 것으로서, 특히 브래그 파장 제어 장치가 부착된 광 섬유 브래그 격자열을 이용하여 파장 선택과 라우팅을 동시에 할 수 있는 새로운 능동형 역다중화 광 크로스 커넥트 노드 구조에 관한 것이다.

종래의 광 크로스 커넥트 노드에서는 파장 선택과 파장 라우팅 과정이 별도로 분리되어 행해지고 있다. M. Koga 등의 "Design and performance of an optical path cross-connect system based on wavelength path concept" J. Lightwave Technol., vol. 14, pp.1106-1119에는 광 크로스 커넥트 노드에 입력된 파장 다중화된 신호를 파장 역다중화기를 이용하여 단일 파장 신호로 분리한 후, 광 스위치를 이용하여 파장 라우팅을 하는 기술이 개시되고 있다.

또한, 일본 NTT에서 제안하고 있는 광 크로스 커넥트 노드는 AWG(Arrayed Waveguide Grating) 파장 역다중화기를 이용하여 파장 다중화된 신호를 단일 파장 신호로 분리하고, 열광학 스위치를 이용한 DC(Delivery-and-Coupling) 스위치에서 파장 라우팅을 수행하고 있다.

이와 같이 상기한 광 크로스 커넥트 노드 구조는 파장 선택과 파장 라우팅 과정을 분리하여 수행하고 있으므로, 파장 역다중화와 파장 라우팅에 별도의 장치를 구비하고 있어 각각의 장치에 의한 성능 열화 요인을 고려해야 한다는 단점이 있었다. 또한 노드 구성에 필요한 장치의 수적인 증가로 인해 설치 비용이 증가한다고 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 광섬유 브래그 격자와 압전 소자를 이용하여 파장 라우팅 및 파장 선택을 동시에 함으로써 파장 역다중화기와 광 스위치 기능을 통합하는 능동형 역다중화 광 크로스 커넥트 노드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 격자 제어(grating control)를 이용한 능동 역다중화기(active demultiplexer)의 원리를 나타내는 구조도.

도 2는 능동형 역다중화기를 이용한 NXN 광 크로스 커넥트 노드(optical cross-connect node)의 구조도.

도 3은 단일 브래그(Bragg) 중심 파장을 인접 채널로 이동하여 단일 파장을 라우팅하는 방식을 설명하는 스펙트럼.

도 4는 다수의 브래그 중심 파장을 인접 채널로 이동하여 다수의 파장을 동시에 라우팅하는 방식을 설명하는 스펙트럼.

도 5는 브래그 중심 파장을 채널 사이의 공간으로 이동시켜 모든 파장을 동시에 라우팅하는 방식을 설명하는 스펙트럼.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : M개 파장 성분의 광 입력 신호

2 : 노드의 신호 입력부

3 : 1×M 광 분파기

4 : 분파된 M개의 파장 성분의 광신호

5 : 압전 소자(Piezoelectric transducer; PZT)

6 : 광 섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating; FBG)열

7 : 광 섬유 격자 제어기

8 : 능동 역다중화된 단일 광 신호

9 : 능동 역다중화된 다파장 광 신호

10 : M×1 광 결합기

11 : 노드의 신호 출력부

12 : M개 파장 성분의 광 출력 신호

13 : 입력 광 신호 증폭기

14 : 출력 광 신호 증폭기

15 : M×N 능동 라우터

16 : 단일 채널 전송망에서 입력된 광 신호(Add)

17 : M×M 광 결합/분파기

18 : 1×M 광 역다중화기

19 : 단일 채널 전송망으로 출력되는 광 신호(Drop)

20 : 단일 채널 전송망

21 : 역다중화시 선택된 파장

22 : 인접 채널 파장

23 : 선택된 파장에 해당하는 FBG의 반사 스펙트럼

24 : 채널 간격만큼 이동시킨 FBG의 반사 스펙트럼

25 : 채널 간격(△λ=λ_i+1, i=1,2,3,…,M-1)

26 : 채널 사이에 이동시킨 FBG의 반사 스펙트럼

27 : 채널 간격의 절반

28 : 역다중화시 선택된 파장에 채널 간격의 절반을 더한 파장

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구성은 광 섬유 브래그 격자들과 이들 격자들의 브래그 파장을 제어하기 위한 광 섬유 격자 제어기들로 구성된 능동 라우터(router)와, 신호 전력을 균등하게 나누어 출력하는 광 분파기(splitter) 및 광 결합기(combiner)와, 광신호원으로부터의 입력 광신호의 감쇄를 보상하기 위한 광 증폭기, 그리고 역다중화기의 기본 요소들로 이루어지며, 이들 구성 요소들이 접속되어 능동형 역다중화 광 크로스 커넥트 노드를 이룬다. 광크로스 커넥트 노드의 각각의 입력 포트에는 광 아이솔레이터를 연결하여 신호의 반사 성분을 억압함으로써 이 신호 반사 성분에 의한 성능 열화요인을 제거한다.

능동형 역다중화 광 크로스 커넥트 노드는 광 분파기/결합기와 압전소자를 장착한 광섬유 브래그 격자들로 이루어진다. 광분파기는 파장 다중화된 입력 신호를 균등한 신호 전력으로 나누어 출력한다. 광분파기의 출력 포트에는 파장 다중화된 신호에서 특정 파장 신호를 선택하여 라우팅하기 위해 압전 소자를 장착한 광섬유 브래그 격자들을 직렬로 연결하였다. 광섬유 브래그 격자를 제어하여 파장 선택 및 라우팅된 신호는 광결합기에서 파장 다중화되어 인접한 광크로스 커넥트 구조로 전송된다.

본 발명의 배경 원리를 설명하면 다음과 같다. 광 섬유 브래그 격자들은 노드에 입력되는 파장 다중화된 광 신호의 파장들과 대응하는 브래그 파장의 특성을 가진다. 입력되는 광 신호의 특정 파장 신호는 대응되는 광 섬유 브래그 격자에서 반사된다. 각각의 광 섬유 브래그 격자는 압전 소자(Piezoelectric transducer; PZT)에 접착되어 있는데, 광 섬유 제어기로부터 제어 신호를 받으면 압전 소자가 신장을 하여 광 섬유 브래그 격자의 주기를 변화시키고, 따라서 브래그 파장을 이동시켜 광 섬유 브래그 격자에 도달되는 광 신호를 반사하는 상태로부터 통과시키는 상태로 변화시킨다. 따라서 광 섬유 브래그 격자는 광 섬유 격자 제어기의 동작에 따라 입사되는 특정 파장의 광 신호를 반사 또는 통과하는 선택 기능을 갖는다. 이러한 능동적 제어가 가능한 광 섬유 브래그 격자들을 직렬 연결하여 격자열(6)을 구성하고, 이러한 격자열을 병렬적으로 배열하여 본 발명에서 제시하는 능동형 역다중화 크로스 커넥트를 구성하면, 입사되는 광 신호의 파장 선택과 파장 라우팅을 동시에 할 수 있는 노드가 된다.

이하, 도면을 참조하여 본원의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 격자 제어를 이용한 능동 역다중화기의 원리를 나타내는 구조도이다. 도 1에서 제어 신호를 가하지 않았을 때는 능동 역다중화기에 입력된 M개 파장 성분의 광 입력 신호(1)는 1×M 광 분파기(3)에서 광 신호가 분파되어 광 섬유 브래그 격자열(6)에 의해 M개 파장 성분의 광 신호가 모두 반사된다. 광 섬유 격자 제어기(7)에서 특정 광 섬유 브래그 격자에 접착되어 있는 압전 소자(5)에 제어 신호를 가하면 해당 광 섬유 브래그 격자에 인장이 가해진다. 인장이 가해진 광 섬유 브래그 격자는 브래그 중심 파장이 이동하게 되고, 입사된 파장 다중된 광 신호(1) 중에 제어 신호가 가해진 광 섬유 브래그 격자의 파장에 일치하는 특정 파장의 광 신호(8)만이 선택적으로 통과되어 라우팅된다.

도 2는 N개의 능동 역다중화기로 구성된 N×N 광 크로스 커넥트 노드를 나타내고 있다. 각각의 N개의 입력부(2)로 입력된 M개 파장이 다중화된 광 입력 신호(1)는 전송 상의 신호 전력 손실(power loss)을 보상하기 위해 광 증폭기(13)에서 신호가 증폭된다. 1×M 광 분파기(3)에서 광 신호가 분파되어 능동 역다중화 기능을 하는 M×N 능동 라우터(15)를 거쳐 원하는 노드의 신호 출력부(11)로 라우팅된다. 결합/분기(Add/Drop)망에 해당하는 단일 채널 전송망(20)과의 신호 교환은 단일 채널 전송망에서 입력된 광 신호(16)들이 M×N 광 결합/분파기에서 광 신호들이 결합/분파되어 M×N 능동 라우터(15)를 거쳐 원하는 노드의 신호 출력부(11)로 라우팅된다. 단일 채널 전송망(20)으로 분기(Drop)되는 신호(19)들은 1×M 광 역다중화기에서 다파장 신호가 단일 파장 신호들로 분리되어 분기된다.

1×M 능동 역다중화기의 파장 라우팅 방식은 세가지가 있다. 첫째, M개의 직렬 연결된 광 섬유 브래그 격자열(6)을 통해 특정의 단일 파장 신호를 라우팅하는 경우, 역다중화할 때에 선택된 파장(21)에 해당하는 광 섬유 브래그 격자(6)의 중심 파장을 압전 소자를 이용하여 인접한 광 섬유 브래그 격자의 채널 파장(22)으로 이동시킨다(도 3). 둘째, M개의 직렬 연결된 광 섬유 브래그 격자열(6)을 통해 특정의 다수의 파장 신호를 동시에 라우팅하는 경우, 역다중화할 때에 선택된 파장들(21)에 해당하는 브래그 파장 격자들의 중심 파장들을 인접 채널 파장들(22)로 이동시킨다(도 4). 셋째, M개의 직렬 연결된 광 섬유 브래그 격자열(6)을 통해 입사되는 모든 파장 신호를 동시에 라우팅하는 경우, 입사되는 파장에 해당하는 광 섬유 브래그 격자열(6)의 모든 격자의 중심 파장을 채널 간격의 절반(27)만큼 이동시켜 모든 다파장 신호를 동시에 라우팅한다(도 5).

본 발명에서 이용하는 광 섬유 브래그 격자는 광 섬유를 이용한 소자이므로, 기존의 파장 선택 소자인 도파로(waveguide)에서 발생하는 편파(polarization)나 결합(coupling) 손실 등의 성능 열화 요인이 없다. 또한 이러한 광 섬유 브래그 격자의 브래그 파장을 능동적으로 변화시킬 수 있도록 격자열을 구성하고, 격자열을 병렬적으로 배열하여 광 크로스 커넥트 노드를 구성하면, 파장 선택과 라우팅을 동시에 수행할 수 있으면서 저 가격 및 고 효율성을 갖는 광 전달망의 노드의 구현이 가능하다.

Claims (2)

1. 파장 다중화 방식을 이용한 광 전달망에 있어서,

   광 신호원과;

   상기 광 신호원으로부터의 입력 광 신호를 증폭하여 보상하는 제1 보상 수단과;

   상기 제1 보상 수단에 의해 보상된 신호 전력을 균등하게 분할하여 출력하는 광 분파 수단과;

   광 섬유 브래그 격자들과 광 섬유 격자 제어기들을 구비하며, 상기 광분파 수단에 의해 파장 다중화된 입력 신호를, 상기 광섬유 격자 제어기로부터 압전 소자에 가해진 제어 신호에 의해 선택적으로 역다중화하는 동시에 라우팅하는 능동 라우팅 수단과;

   상기 능동 라우팅 수단으로부터의 출력 광 신호를 증폭하여 보상하는 제2 보상 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 크로스 커넥트 노드 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 능동 라우팅 수단은, 상기 압전 소자를 장착한 광섬유 브래그 격자들을 직렬로 연결하여 격자열들을 형성하고,이 격자열들을 다시 병렬로 배열하여 상기 광분파기의 출력 포트에 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 광 크로스 커넥트 노드 구조.