KR100492480B1 - Realization of All-Optical NOR Logic Gate with Wavelength Conversion - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장가변 전광 NOR 논리소자의 구현방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 EMILD 소자의 구조중 EAM 영역에 순바이어스를 인가하여 SOA의 특성인 이득포화를 유도함으로써 전광 NOR 논리소자를 구현하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for implementing a wavelength tunable all-optical NOR logic device, and more particularly, a method of implementing an all-optical NOR logic device by applying a forward bias to an EAM region of an EMILD device to induce gain saturation, a characteristic of SOA. It is about.
본 발명의 논리소자 구현방법은, EAM 영역의 전면에 AR 코팅을 하는 제1단계; DFB-LD 영역의 후면에 HR 코팅을 하는 제2단계; 상기 EAM 영역과 DFB-LD 영역이 서로 연결된 EMILD 소자의 EAM 영역에 두 입력신호 A와 B를 합쳐서 주입하여 이득포화를 일으키는 제3단계; 및 상기 DFB-LD 영역에서 나오는 CW 신호가 EAM 영역에 주입되어 EAM 영역에서 이득포화에 의해 변조되는 제4단계;를 포함하여 NOR의 논리를 가지고 출력되는 것을 특징으로 한다.The logic device implementation method of the present invention, the first step of the AR coating on the front surface of the EAM region; A second step of HR coating the rear surface of the DFB-LD region; A third step of combining and injecting two input signals A and B into an EAM region of an EMILD device in which the EAM region and the DFB-LD region are connected to each other to cause gain saturation; And a fourth step in which the CW signal from the DFB-LD region is injected into the EAM region and modulated by gain saturation in the EAM region.
본원발명에 의하면, 파장가변 전광 NOR 논리소자를 구현하면서도 집적소자를 이용하였으므로, 종래의 구성보다 간단하여 시스템의 구성이 용이하고, 결합손실을 줄일 수 있어 증폭기와 같은 시스템 구성요소가 필요없다.According to the present invention, since an integrated element is used while implementing a wavelength-variable all-optical NOR logic element, it is simpler than a conventional configuration, and thus, a system configuration is easy and coupling loss can be reduced, thereby eliminating a system component such as an amplifier.
Description
본 발명은 파장가변 전광 NOR 논리소자의 구현방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 EMILD 소자의 구조중 EAM 영역에 순바이어스를 인가하여 SOA의 특성인 이득포화를 유도함으로써 전광 NOR 논리소자를 구현하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for implementing a wavelength tunable all-optical NOR logic device, and more particularly, a method of implementing an all-optical NOR logic device by applying a forward bias to an EAM region of an EMILD device to induce gain saturation, a characteristic of SOA. It is about.
전 세계 텔레콤시스템 업체들은 급격히 증가하는 네트워크 용량을 수용할 수 있는 네트워크 솔루션을 사용자에게 제공해야 한다는 요구에 직면하고 있다.Telecom systems companies worldwide are faced with the need to provide users with network solutions that can accommodate rapidly growing network capacity.
이런 변화의 주요한 촉매는 인터넷의 폭발적인 성장이다.The main catalyst for this change is the explosive growth of the Internet.
인터넷 트래픽(traffic)이 폭발적으로 증가하는데는 인터넷 사용자의 증가뿐만 아니라 전송되는 데이터가 그래픽, 오디오, 비디오 등의 복합 데이터로 사용자당 사용하는 트래픽의 용량이 증가하기 때문이다.The explosive increase in Internet traffic is due not only to the increase in Internet users but also to the amount of traffic used per user in the form of complex data such as graphics, audio, and video.
이러한 변화를 해결해 줄 수 있는 것은 광파이버(Optical Fiber)를 이용한 통신이다.The solution to this change is the communication using optical fiber.
서로 다른 디지털 신호를 합치고 광 파이버를 통해 전송하는 데는 일반적으로 TDM(Time Divisioh Multiplex)과 WDM(Wavelength Division Multiplex)의 두가지 방식을 사용하는데, WDM 방식이 TDM 방식보다 더 많은 채널의 통신을 가능하게 하므로 현재는 WDM 통신을 지향하고 있다.In general, two different types of digital signals are combined and transmitted through an optical fiber. Time Divisioh Multiplex (TDM) and Wavelength Division Multiplex (WDM) are used. Since WDM enables communication of more channels than TDM, Currently, WDM communication is oriented.
이러한 WDM 방식은 일정수준까지 정보 비트(bit)를 시분할 다중화하고, 각각의 시분할 다중화된 TDM 신호를 서로 다른 파장에 변조한 다음 광파이버를 통해 전송한다.The WDM method time-division multiplexes information bits to a certain level, modulates each time-division multiplexed TDM signal at different wavelengths, and transmits the same through an optical fiber.
따라서 전송용량은 파장의 조절 여하에 좌우되므로 파장 조절 기술의 개발이 핵심기술이 된다.Therefore, the transmission capacity depends on the adjustment of the wavelength, so the development of the wavelength control technology becomes a key technology.
그리고 WDM 시스템을 구성할 때, 실시간 광정보 신호처리를 위해서는 기본적인 전광 논리소자(NOR, AND, OR, XOR, NAND, NXOR) 구현이 가능해야 한다.When constructing a WDM system, basic all-optical logic devices (NOR, AND, OR, XOR, NAND, and NXOR) must be implemented for real-time optical information signal processing.
현재, WDM 시스템에서 광신호의 전송에는 디지털 정보를 가진 광신호를 그대로 사용하지만, 전송된 광정보신호는 광신호를 전기신호로 변환하여 정보를 얻어내고 있다.Currently, the optical signal with digital information is used as it is in the WDM system, but the transmitted optical information signal converts the optical signal into an electrical signal to obtain information.
이는 광을 이용한 통신의 장점인 전송속도를 저하시키는 주된 요인이 되고 있다.This is a major factor in reducing the transmission speed, which is an advantage of communication using light.
이러한 문제의 발생은 전송된 광정보 신호를 전광(All-optic)으로 신호처리를 할 수 있는 논리소자의 구현이 미흡하기 때문이다.This problem occurs because the implementation of a logic device capable of signal processing the transmitted optical information signal all-optic (all-optic) is insufficient.
WDM 시스템은 서로 다른 파장을 이용하여 전송을 하기 때문에 파장가변 소자의 사용범위가 넓다.WDM systems use a wide range of wavelength variable devices because they transmit using different wavelengths.
그리고, 현재의 전송속도를 보다 더 높이기 위해서는 전광 신호처리가 필요하다.In order to further increase the current transmission speed, all-optical signal processing is required.
상기 신호처리는 논리소자로 하게 되므로 전광 논리소자의 구현이 필수적이다.Since the signal processing is a logic element, the implementation of an all-optical logic element is essential.
한편, 본 발명에 사용될 EMILD(Electro-absorption Modulation Intergrated Laser Diode) 소자는 EAM(Electro-Absoption Modulator)영역과 DFB-LD(Distributed Feedback Laser Diode)영역으로 구성된다.Meanwhile, the electro-absorption modulation modulation laser diode (EMILD) device to be used in the present invention is composed of an electro-absoption modulator (EAM) region and a distributed feedback laser diode (DFB-LD) region.
상기 EAM 영역에 순바이어스의 전류를 주입하면 반도체광증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)와 같은 역할을 하게 된다.Injecting a forward bias current into the EAM region serves as a semiconductor optical amplifier (SOA).
상기 SOA는 이득포화를 이용하여 전광 NOR 논리소자를 구현할 수 있다.The SOA may implement an all-optical NOR logic device using gain saturation.
이러한 원리는 XGM(Cross Gain Modulation)이라 하며, 이를 이용한 논리소자 구현은 단일 파장에 대해서 단순히 전광 논리소자 구현만 하여 있는 실정이다.(A. Sharaiha, H. W. Li, F. Marchese and J. Le Bihan, Electron. Lett. 33, 323 (1997))This principle is called Cross Gain Modulation (XGM), and the implementation of a logic device using the same simply implements an all-optical logic device for a single wavelength (A. Sharaiha, HW Li, F. Marchese and J. Le Bihan, Electron. Lett. 33, 323 (1997))
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 입력 광신호의 파장과 출력 광신호의 파장이 서로 다르면서 NOR 논리소자를 구현하는 파장가변 NOR 논리소자를 구현하고 출력 파장의 광원이 한 소자에 집적되어 있어 광신호의 손실을 줄일 수 있으며, 구성이 간단한 파장가변 전광 NOR 논리소자의 구현방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to implement and output a wavelength tunable NOR logic device that implements a NOR logic device while the wavelength of the input optical signal and the wavelength of the output optical signal are different from each other. The light source of the wavelength is integrated in one device to reduce the loss of the optical signal, and to provide a method of implementing a wavelength variable all-optical NOR logic device with a simple configuration.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 EAM 영역의 전면에 AR 코팅을 하는 제1단계; DFB-LD 영역의 후면에 HR 코팅을 하는 제2단계; 상기 EAM 영역과 DFB-LD 영역이 서로 연결된 EMILD 소자의 EAM 영역에 두 입력신호 A와 B를 합쳐서 주입하여 이득포화를 일으키는 제3단계; 및 상기 DFB-LD 영역에서 나오는 CW 신호가 EAM 영역에 주입되어 EAM 영역에서 이득포화에 의해 변조되는 제4단계;를 포함하여 NOR의 논리를 가지고 출력되는 것을 특징으로 하는 파장가변 전광 NOR 논리소자의 구현방법을 제공하는 것으로 한다.The present invention to achieve the above object is a first step of the AR coating on the front surface of the EAM region; A second step of HR coating the rear surface of the DFB-LD region; A third step of combining and injecting two input signals A and B into an EAM region of an EMILD device in which the EAM region and the DFB-LD region are connected to each other to cause gain saturation; And a fourth step in which the CW signal from the DFB-LD region is injected into the EAM region and modulated by gain saturation in the EAM region. The CW signal is outputted with a logic of NOR. It is supposed to provide an implementation method.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 사용된 EMILD 소자의 구성도이다.1 is a block diagram of an EMILD device used in the present invention.
EMILD 소자(10)는 EAM 영역(11)에서 RF 신호를 받아 DFB-LD 영역(12)에서 발생되는 CW 광신호를 변조하여 필요한 신호를 만드는 소자로 현재 상용화된 소자이다.The EMILD device 10 is a device that is commercially available as a device that receives an RF signal in the EAM region 11 and modulates a CW optical signal generated in the DFB-LD region 12 to generate a necessary signal.
그리고 그 구조가 향후 집적소자에 응용될 수 있는 EAM 영역(11)과 DFB-LD 영역(12)으로 구성되어 있어 광정보처리 집적회로에 응용될 수 있는 소자이다.In addition, the structure is composed of an EAM region 11 and a DFB-LD region 12 that can be applied to integrated devices in the future, so that the structure can be applied to an optical information processing integrated circuit.
본 발명에서 EAM 영역(11)은 200 ㎛이고, DFB-LD 영역(12)은 400 ㎛이다.In the present invention, the EAM region 11 is 200 mu m, and the DFB-LD region 12 is 400 mu m.
EAM 영역(11)과 DFB-LD 영역(12) 사이에는 전기절연(Electrical Isolation) 영역(15)으로 20 ㎛가 있다.Between the EAM region 11 and the DFB-LD region 12, there is 20 μm as an electrical insulation region 15.
전면에 무반사(Anti Reflection) 코팅을 하여 AR 코팅부(13)를 형성하고, 후면에는 고반사(High Reflection) 코팅을 하여 HR 코팅부(14) 형성함으로써 전면으로만 빛이 입사 또는 출사된다.The AR coating portion 13 is formed by applying an anti reflection coating on the front surface, and the light is incident or emitted only on the front surface by forming the HR coating portion 14 by applying a high reflection coating on the rear surface.
EAM 영역(11)은 일반 SOA의 구성과 같이 외부에 입력되는 면에는 AR 코팅부(13)가 형성되어 있고, 다른 한면은 DFB-LD 영역(12)에 연결되어 있어 EAM 영역(11)의 양면은 모두 무반사 코팅된 것과 같다.The EAM region 11 has an AR coating portion 13 formed on a surface inputted to the outside as in the configuration of a general SOA, and the other side is connected to the DFB-LD region 12 so that both sides of the EAM region 11 are formed. Are all antireflective coated.
즉, SOA와 DFB-LD 영역(12)이 연속적으로 연결된 소자와 같은 개념이다.That is, the concept is the same as a device in which the SOA and the DFB-LD region 12 are connected in series.
따라서 EAM 영역(11)에 순바이어스 전류를 주입하면 SOA와 같은 특성이 나타난다.Therefore, when a forward bias current is injected into the EAM region 11, characteristics such as SOA appear.
미설명 부호 16은 도파로(Waveguide)이고, 17은 격자(Grating)이다.Reference numeral 16 is a waveguide, and 17 is a grating.
도 2는 상기 SOA의 이득포화를 이용한 NOR 논리소자의 구현을 위한 구성도와 원리도로서, 도 2a는 SOA의 이득포화를 이용한 전광 NOR 논리소자의 구현을 위한 구성도이고, 도 2b는 SOA의 이득포화 현상과 입력 광 신호의 세기기와 비교하여 전광 NOR 논리소자의 구현을 위한 원리도이다.2 is a block diagram and a principle diagram for implementing a NOR logic device using the gain saturation of the SOA, Figure 2a is a block diagram for the implementation of an all-optical NOR logic device using a gain saturation of the SOA, Figure 2b is a gain of the SOA This is a principle diagram for implementing an all-optical NOR logic device in comparison with the saturation phenomenon and the intensity of the input optical signal.
입력신호 A와 B를 합쳐서 SOA(50)의 이득포화를 형성하면 SOA(50)의 후면에서 들어오는 연속파(CW, Continuous Wave)의 신호는 입력신호의 특성과 SOA의 이득포화 특성에 의해 전광 NOR 논리소자가 구현된다.When the input signals A and B are combined to form the gain saturation of the SOA 50, the continuous wave (CW) signal coming from the rear of the SOA 50 is converted to the all-optical NOR logic by the characteristics of the input signal and the gain saturation characteristic of the SOA. The device is implemented.
종래 논리소자의 구현은 같은 파장을 이용하여 구현하며 CW 신호를 인가해 줄 광원이 하나 더 필요하여 시스템의 구성이 복잡해지고, 소자와 광원과의 결합수가 많아져 결합손실이 증가하게 된다.Conventional logic devices are implemented using the same wavelength and require one more light source to apply the CW signal, which complicates the configuration of the system and increases the coupling loss between the device and the light source.
그리고 WDM 시스템에 사용하기 위해서는 입력신호의 파장과 출력신호의 파장을 변환해야하는 경우가 있으므로 파장가변 논리소자는 필수적이다.In order to use the WDM system, the wavelength of the input signal and the output signal may need to be converted.
도 3은 EAM 영역에 순바이어스 전류를 주입하여 측정한 ASE 특성과 이득포화 특성을 측정한 결과이다.3 is a result of measuring the ASE characteristics and the gain saturation characteristics measured by injecting a forward bias current into the EAM region.
두 가지 특성의 결과를 보아, EAM 영역(11)에 순바이어스 전류를 주입하면 SOA(50)와 같은 특성을 나타냄을 알 수 있으며, 이 특성을 이용하면 EMILD 소자(10)에서 전광 NOR 논리소자를 구현할 수 있는 것이다.Based on the results of the two characteristics, it can be seen that when the forward bias current is injected into the EAM region 11, the same characteristics as the SOA 50 are obtained. It can be implemented.
그리고 DFB-LD 영역(12)과 입력신호간의 파장을 다르게 주입하면 파장가변 전광 NOR 논리소자의 구현이 가능하다.If the wavelength is injected differently between the DFB-LD region 12 and the input signal, the wavelength variable all-optical NOR logic device can be implemented.
도 4는 실험 구성도이다.4 is an experimental block diagram.
1547.97 ㎚ 파장의 두 입력신호 A와 B를 합쳐서 써큘레이터(20, Circulator)와 편광제어기(30, Polarization Controller)를 통해 EMILD 소자(10)의 EAM 영역(11)에 입사한다.The two input signals A and B having a wavelength of 1547.97 nm are combined to enter the EAM region 11 of the EMILD element 10 through the circulator 20 and the polarization controller 30.
입사된 신호는 EAM 영역(11)에 이득포화를 일으키고, DFB-LD 영역(12)에서 나오는 1544.34㎚의 파장을 가진 CW 신호는 EAM 영역(11)에서 입력신호의 이득포화에 의해 변조되어 표 1과 같은 NOR의 논리를 가지고 출력된다.The incident signal causes gain saturation in the EAM region 11, and the CW signal having a wavelength of 1544.34 nm from the DFB-LD region 12 is modulated by the gain saturation of the input signal in the EAM region 11, and is shown in Table 1 below. It is output with the logic of NOR as
출력된 광신호는 써큘레이터(20)를 통해 오실로스코프(40)로 측정된다.The output optical signal is measured by the oscilloscope 40 through the circulator 20.
상기한 구성도에서, 입력신호의 파장을 1547.97 ㎚를 사용하고 출력파장인 CW 신호의 파장을 1544.34㎚를 사용하여 파장가변이면서 NOR 논리소자가 구현된다.In the above configuration, the NOR logic element is implemented while the wavelength is variable by using the wavelength of the input signal as 1547.97 nm and the wavelength of the CW signal as the output wavelength as 1544.34 nm.
그리고 CW의 신호가 집적되어 있어 손실을 줄일 수 있으며 시스템 구성도 간단해진다.The integrated signal from the CW reduces losses and simplifies system configuration.
향후 DFB-LD 영역(12)에 파장가변(Tunalble) LD를 집적하면 다채널 논리소자의 구현이 가능해진다.In the future, by integrating a wavelength variable (Tunalble) LD in the DFB-LD region 12, it is possible to implement a multi-channel logic device.
도 5는 입력 광신호와 이 신호를 만들기 위해 사용된 RF 신호이다.5 is an input optical signal and an RF signal used to make this signal.
입력 광신호의 파장은 1547.97 ㎚이고 EAM 영역(11)에 주입된 순바이어스 전류는 80 ㎃이다.The wavelength of the input optical signal is 1547.97 nm and the forward bias current injected into the EAM region 11 is 80 mA.
도 6은 출력과 광신호이다.6 is an output and an optical signal.
파장은 1544.34 ㎚이고, 입력 광신호에 의해 파장가변 전광 NOR 논리소자가 구현됨을 알 수 있다.The wavelength is 1544.34 nm, and it can be seen that the wavelength variable all-optical NOR logic device is realized by the input optical signal.
이상에서와 같이 본 발명에서는 EMILD 소자의 구조를 이용하여 WDM 시스템에 사용될 수 있는 파장가변 전광 NOR 논리소자를 구현하였다.As described above, the present invention implements a wavelength variable all-optical NOR logic device that can be used in a WDM system using the structure of an EMILD device.
NOR 논리소자는 논리신호처리를 위한 기본 논리소자이면서 필수 논리소자이다.The NOR logic element is a basic logic element for logic signal processing and an essential logic element.
본 발명에 의하면, 기존에 상용화된 EMILD 소자를 이용, 향후 사용될 수 있는 개선된 특성인 전광 NOR 논리소자를 구현하여 개발에 사용되는 비용을 줄일 수 있다.According to the present invention, an all-optical NOR logic device, which is an improved characteristic that can be used in the future, can be reduced by using an existing commercially available EMILD device.
그리고 EMILD 소자의 구조에서 EAM 영역을 SOA로서의 기능을 이용한 첫 시도이므로 SOA를 이용한 종래의 기술들을 구성할 수 있다.In the structure of the EMILD device, since the EAM area is the first attempt using the SOA function, conventional technologies using the SOA can be configured.
파장가변 전광 NOR 논리소자를 구현하면서도 집적소자를 이용하였으므로, 종래의 구성보다 간단하여 시스템의 구성이 용이하고, 결합손실을 줄일 수 있어 증폭기와 같은 시스템 구성요소가 필요없다.Since integrated wavelength is used while implementing the wavelength-variable all-optical NOR logic element, the system is simpler than the conventional configuration, and the coupling loss can be reduced, thereby eliminating a system component such as an amplifier.
향후 DFB-LD 영역에서 파장가변 레이저 다이오드를 집적하면 다파장 가변 전광 NOR 논리소자의 구현이 가능하다.In the future, by integrating a wavelength tunable laser diode in the DFB-LD region, it is possible to implement a multi-wavelength variable all-optical NOR logic device.
또한 EMILD 소자는 집적이 가능한 영역으로 구성되어 있어 WDM 시스템의 광집적 회로에 응용할 수 있다.In addition, the EMILD device is composed of areas that can be integrated to be applied to the optical integrated circuit of the WDM system.
도 1은 본 발명에 사용된 EMILD 소자의 구성도이다.1 is a block diagram of an EMILD device used in the present invention.
도 2a와 도 2b는 SOA의 이득포화를 이용한 NOR 논리소자 구현을 위한 구성도와 원리도이다.2A and 2B are schematic and principle diagrams for implementing a NOR logic device using gain saturation of SOA.
도 3은 EMILD 소자의 EAM 영역에 순바이어스 전류를 주입하여 측정한 ASE 특성과 이득포화 특성을 측정한 그래프이다.3 is a graph measuring ASE characteristics and gain saturation characteristics measured by injecting a forward bias current into an EAM region of an EMILD device.
도 4는 본 발명에 따른 파장가변 NOR 논리소자의 논리결과를 측정하기 위한 실험 구성도이다.4 is an experimental configuration diagram for measuring the logic result of the wavelength variable NOR logic device according to the present invention.
도 5는 입력 광신호 및 이 신호를 만들기 위해 사용된 RF 신호를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing an input optical signal and an RF signal used to produce this signal.
도 6은 도 4와 도 5에 의해 측정된 출력 그래프이다.6 is an output graph measured by FIGS. 4 and 5.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : EMILD 소자 11 : EAM 영역10: EMILD device 11: EAM area
12 : DFB-LD 영역 13 : AR 코딩부12: DFB-LD region 13: AR coding section
14 : HR 코팅부 15 : 전기절연 영역14: HR coating 15: electrical insulation area
16 : 도파로 17 : 격자16: waveguide 17: grating
20 : 써귤레이터 30 : 편광제어기20: regulator 30: polarization controller
40 : 오실로스코프 50 : SOA40: oscilloscope 50: SOA
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