KR100596407B1

KR100596407B1 - 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한ｗｄｍ-ｐｏｎ 시스템

Info

Publication number: KR100596407B1
Application number: KR1020040072042A
Authority: KR
Inventors: 김병휘; 이형호; 양재우
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-10-18
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-07-03
Also published as: KR20050037344A

Abstract

본 발명은 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템에 관한 것으로, 파장가변 제 1 도파로 브라그격자가 형성되어 있고 데이터 송신용 광파장을 생성하는 제 1 외부공진레이저 어레이로 이루어진 광송신부와 광검출기 어레이로 이루어진 광수신부로 구성되되 상기 광송신부는 상기 외부공진레이저 어레이로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하는 제 1 파장다중화기를 가지고, 상기 광수신부는 입력되는 다중화된 광파장을 파장별로 분리하여 수신하기 위한 제 1 파장분배기를 가지는 OLT; 상기 OLT로부터 송신되는 상기 데이터 송신용 광파장을 수신하는 광수신부와 파장가변 제 2 도파로 브라그격자가 형성되어 있고, 상기 OLT로부터 입력되는 데이터 송신용 광파장에 따라 상기 도파로 브라그격자에 가해지는 온도를 조절함으로써 파장가변 광파장을 생성하는 제 2 외부공진레이저로 이루어진 광송신부로 이루어진 다수개의 ONT; 상기 OLT의 광송신부로부터 광섬유를 통해 전송되는 다중화된 광파장을 파장별로 나누어서 각각의 광파장을 상기 ONT 중에서 해당하는 ONT로 연결하는 제 2 파장분배기; 및 상기 다수개의 ONT의 광송신부로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하여 광섬유를 통해 상기 OLT 광수신부로 전송하는 제 2 파장다중화기로 구성된다.

Description

파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ＷＤＭ-ＰＯＮ 시스템{WDM-PON system with turnable wavelengh by external cavity laser light source}

도 1은 본 발명의 일실시예에 대한 WDM-PON 구조의 블럭도를 나타낸다.

도 2는 도 1에서의 광통신로 설정 과정의 일예를 도시한 것이다.

도 3은 도 1에서의 ONT의 상향 광파장이 OLT에 의해서 원격에서 할당되는 절차에 대한 일예를 도시한 것이다.

도 4는 PLC를 기반으로 하는 표면접합 집적화 형태의 ONT 광송신 모듈의 측면도이다.

도 5는 PLC를 기반으로 하는 정면접합 집적화 형태의 ONT 광송신 모듈의 측면도이다.

도 6a와 도 6b는 본 발명의 일실시예에서 멀티모드(multi mode)로 동작되는 ECL을 설명하기 위한 그래프이다.

도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 일실시예에서 싱글모드(single mode)로 동작되는 ECL을 설명하기 위한 그래프이다.

도 8a, 도 8b와 도 8c는 ECL 구조에서 모드호핑 현상을 설명하기 위한 그래프이다.

도 9a와 도 9b는 싱글모드 동작 ECL의 경우에 모드호핑을 억제하는 메커니즘 을 설명하기 위한 그래프이다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 PLC를 기반으로 한 ONT의 광송신 모듈의 일예로서 single-mode 동작 ECL의 측면도를 나타낸다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 PLC를 기반으로 한 ONT의 광송신 모듈의 다른 일예로서 single-mode 동작 ECL의 측면도를 나타낸다.

도 12a와 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 일예로서 각각 멀티-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.

도 13a와 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 다른 일예로서 각각 싱글-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.

도 14a와 도 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 정면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 일예로서 각각 멀티-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.

도 15a와 도 15b는 본 발명의 일실시예에 따른 정면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 다른 일예로서 각각 싱글-모드 동작 ECL 어레이의 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.

도 16a와 도 16b는 본 발명의 일실시예에 따른 표면접합 기법을 이용한 OLT의 광수신모듈(ROSA)의 일예로서 각각 평면도(top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.

도 17a와 도 17b는 정면 결합형 ECL을 기반으로 열에 의해 파장 가변이 되는 ONT-ROSA의 일예에 대한 각각의 측면도와 평면도를 나타낸다.

<본 발명의 용어에 대한 간략한 설명>

ECL: External Cavity Laser, PLC: Planar Lightwave Circuit,

DCC: Data Control Center, WCC: Wavelength Control Center,

VG: V-groove for passive fiber alignment,

MDF: Main Distribution Frame,

WDM: Wavelength Division Multiplexing,

WDM MUX: WDM Multiplexer(MUX), WDM DMX: WDM De-Multiplexer(DMX),

CO: Central Office, ONT: Optical Network Terminal,

OLT: Optical Line Terminal,

Rx: Receiver(Photo Diode + Electronics),

LD: Laser Diode, PD: Photo Diode,

mPD: monitor PD, WBG: Waveguide Bragg Grating,

ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly,

TOSA: Transmission Optical Sub-Assembly,

FTTH: Fiber To the Home, AON: Active Optical Network,

E-PON: Ethernet PON, B-PON: Broadband PON,

G-PON: Gigabit Ethernet PON, UTP: Unshielded Twisted Pair.

본 발명은 WDM-PON 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파장분할 다중방식(WDM) 기반의 수동형 광가입자망 구성을 위해 원천적으로 요구되는 하이브리드 집적 파장가변 외부공진레이저 광원 기술에 관한 것이다.

현재의 UTP를 통한 DSL 기술 및 HFC를 통한 CMTS 기술은 향후 활성화 될 음성, 데이터, 그리고 방송이 융합된 서비스를 가입자에게 제공하는데 있어서 충분한 대역폭 및 품질 보장을 제공하기가 어려울 것으로 예상된다. 이를 해결하기 위해서 가입자까지 광섬유로 연결하는 FTTH 기술이 전 세계적으로 활발히 연구되고 있다.

Digital home service가 확대됨에 따라 가입자 당 평균 100 Mbps 이상의 대역폭이 요구될 것으로 전망되고, 따라서 이와 같은 수준의 대역폭을 제공하기 힘든 기존의 DSL 방식 및 Cable 모뎀 방식은 점차 FTTH 방식으로 대체될 것으로 예측되는 것이다.

FTTH 기술이 형성되는데 있어서 해결해야 할 주요 문제로는 첫째, 가입자 수의 증가를 광섬유 포설 규모를 크게 증가하지 않는 상태에서 수용할 수 있는 기술과 둘째, 가입자에게까지 광으로 연결하는데 드는 비용이 기존 방식에 의한 비용과 비교될 수 있는 수준으로 저가화 되어야 하는 것을 들 수 있다.

FTTH 기술 개발에 있어서 가장 중요한 점은 가입자망에 적합한 광원을 개발하는데 있고, 가입자망의 특성상 경제성, 대량 생산성, 설치 및 관리의 용이성이 가장 우선적으로 고려되어야 한다.

광가입자망은 크게 PON 방식과 AON 방식으로 구분될 수 있다.

PON 방식은 ATM-PON, B-PON, G-PON, E-PON 형태로 발전되고 있고, AON 방식은 이더넷 스위치를 광섬유에 의해서 적층 구조 형태로 연결하는 형태로 발전되고 있다. 상기 PON 방식과 AON 방식은 모두 전송 방향 당 단일 파장 위에서 광전송로가 구성된다. 그러나 가입자에게 품질이 보장된 100Mbps 이상의 고 대역폭을 제공하기에는 CO(Central Office)와 가입자 사이에 광선로의 사용 및 효율성 측면에 한계가 있을 것으로 예상된다. 이를 해결하기 위해서, WDM 기술을 가입자망에 도입하려는 시도가 최근에 진행되고 있다.

WDM-PON 방식은 광섬유 한 가닥에 복수의 광파장을 다중화 하여 광파장 수 만큼 광섬유 가닥 수를 늘리는 효과를 줌으로써, 여러 가입자를 하나의 광선로에 수용하여 선로 비용 절감 및 head-end에서의 집중 운용관리에 의한 비용 절감이 가능하므로, 상기에서 언급한 FTTH 기술이 형성되는데 있어서 해결해야 할 첫째 조건을 만족할 수 있으며, 또한 가입자별로 각각 서로 다른 파장의 광채널 할당에 의해 가입자 트래픽을 분리함으로써 보안 및 프로토콜 투명성 측면에서 장점을 갖는다.

WDM 기반의 FTTH 망을 위해서, 현재까지 광신호 전송에 대한 다양한 방식들이 제안되었다. 가입자에게 광원이 있는 방식과 가입자에게 광원 대신 모듈레이터가 있고 CO에서 내려온 광원을 변조만 하여 다시 CO로 올려 보내는 소위 loop-back 방식이 있다. 가입자 ONT에 광원이 있는 경우는, 파장이 지정된 광원(예를 들어, DFB-LD)을 사용하는 방식과 FP-LD와 같은 광대역 광원에 외부에서 광을 주입시켜서 주입된 외부광의 파장에 locking된 광파장을 생성하는 injection-locking 방식 등 이 있다.

가입자에 광파장이 지정된 광원이 장착되는 경우, 단위 네트워크 내에 포함된 가입자들에게 서로 다른 광파장을 송출하는 광원들이 배정되어야 한다. 이 경우, 송신단에는 서로 다른 파장의 광신호(

에서

)를 출력하는 N개의 광원들과 출력된 광파장들을 다중화하는 하나의 N x 1 WDM MUX(multiplexer)가 설치되고, 수신단에는 수신된 신호를 파장별로 분리하는 하나의 1 x N WDM DMX(demultiplexer)와 광신호로부터 전기적인 신호를 재생하는 N개의 PD(Photo diode, 광 검출기)가 설치된다. 그러나, 이와 같은 방식이 갖는 단점은 가입자에게 서로 다른 파장이 지정된 ONT를 생산, 관리 그리고 설치해야 하는 이른바 물품관리(inventory management)문제가 발생한다는 점이다. 즉, 가입자에 광파장이 지정된 광원이 장착되는 방식이 대량으로 시장에 적용될 경우 물품관리 문제는 시장 확장에 큰 걸림돌이 될 수 있다.

이러한 물품관리 문제를 해결하는 방법으로는 CO에서 지정된 파장의 광을 가입자에게 제공하는 것이다. 이런 종류에는 다양한 방식이 제시되었는데, 그 중 하나는 비간섭성 광대역 광원(예를 들어, EDFA)을 가입자 쪽으로 내려 보내고, 가입자 근처에서 WDM DMX에 의해서 파장을 나누어서 해당 가입자의 FP-LD에 주입하여 FP-LD의 한 모드를 injection-locking 한 후 상향으로 전송하는 데이터 직접 변조 방식이다.

그러나, 이 방식이 가지는 단점은 첫째, 외부 주입광의 광 파워를 고려하면 광대역 광원으로서 고가의 EDFA를 사용하여야 하고, 둘째, injection-locking의 온도변화에 따른 불안정성 및 광간섭 잡음 때문에 1Gbps 이상의 데이터를 전송하기가 어렵다는 점이다.

상기 물품관리 문제를 해결하기 위한 또 다른 방식으로는, CO에 DFB-LD를 두고 이것의 출력 광원을 가입자의 FP-LD에 주입시켜서 FP-LD의 한 모드를 locking 시키는 방식이 있다.

그러나 이 방식이 가지는 단점은 CO에 있는 DFB-LD의 파장과 가입자의 FP-LD의 모드들의 파장이 온도 변화에 따라 어긋날 확률이 높아서 아주 쉽게 locking 상태가 깨진다는 점이다.

한편, CO가 WDM-PON을 기반으로 다수의 가입자를 수용함에 따라 발생하는 광송수신 모듈의 부피 문제를 해결하기 위해서 어레이(array) 형태의 다파장 광원모듈 개발이 다양한 광원 방식과 함께 활발히 진행되고 있다. 종래에는 대부분 DFB-LD 형태를 기반으로 하고 있으나, 아직도 제작공정의 복잡성, 파장 개수 증가에 따른 yield의 하락, 그리고 안정적 동작에 대한 신뢰성 등 많은 문제를 개선할 필요가 있다.

이와 같이, WDM-PON이 해결해야 할 중요한 문제들로서는 첫째 광모듈의 저가화를 이루고, 둘째 OLT 광모듈의 고집적화를 이루며, 그리고 셋째 광파장에 무관한 ONT를 이루어야 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 현재 광모듈 가격의 큰 비중을 차 지하는 패키징(packaging) 공정을 PLC를 기반으로 한 수동정렬방식을 사용함으로써 용이한 대량생산을 통해 광모듈의 저가화를 가능하도록 제공한다.

그리고, 수만에서 많게는 십만 가입자 이상을 CO가 수용하기 위해서는 OLT 광모듈의 집적도를 높여서 부피를 줄이는 것이다. 이를 위해서, 다파장 광송신 및 파장 다중화 기능을 동일 칩에서 구현하는 방식과, 파장 역다중화 및 다파장 광신호 수신 기능을 동일 칩에서 구현하는 방식을 제공한다.

또한, 광파장이 지정된 광원이 장착된 ONT의 단점인 양산성 및 관리성의 제약 문제를 해결하고, 동시에 ONT에 광원이 없는 loop-back 형태의 광가입자망이 갖는 optical power budget, ONT 제어회로의 복잡성, 그리고 ONT의 동작 신뢰도 측면의 단점들을 해결하고자 한다. 이를 위해서, ONT는 광원을 포함하고 있지만 특정 광파장이 지정되지 않는 방식을 제공한다. ONT에 실장되는 PLC-ECL에 사용하는 광파장 전대역을 가변할 수 있는 광대역 파장가변 능력을 부여함으로써, ONT가 광파장에 의해서 구분되는 소위 관리 문제를 해결하는 것이다. 즉, ONT 광원의 파장은 ONT가 가입자 구역에 설치될 때 설치자에 의해서 세팅될 수 있으며, 또는 OLT에서 ONT에게 보내는 광파장 제어 신호에 의해서 ONT 광송신모듈의 WBG 온도가 제어되어 광파장이 세팅될 수 있다. 따라서, ONT는 생산 당시 특정 광파장이 지정되어 있지 않고, 수동 또는 자동으로 설치 후에 설정되는 형태이므로 관리 문제를 해결하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템은, 파장가변 제 1 도파로 브라그격자(WBG)가 형성되어 있고 데이터 송신용 광파장을 생성하는 제 1 외부공진레이저(ECL) 어레이로 이루어진 광송신부와 광검출기(PD) 어레이로 이루어진 광수신부로 구성되되 상기 광송신부는 상기 제 1 외부공진레이저 어레이로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하는 제 1 파장다중화기(WDM MUX)를 가지고, 상기 광수신부는 입력되는 다중화된 광파장을 파장별로 분리하여 수신하기 위한 제 1 파장분배기(WDM DMX)를 가지는 OLT(Optical Line Terminal); 상기 OLT로부터 송신되는 상기 데이터 송신용 광파장을 수신하는 광수신부와 파장가변 제 2 도파로 브라그격자(WBG)가 형성되어 있고 상기 OLT로부터 입력되는 상기 데이터 송신용 광파장에 따라 상기 제 2 도파로 브라그격자에 가해지는 온도를 제어함으로써 파장가변 광파장을 생성하는 제 2 외부공진레이저(ECL)로 구성된 광송신부로 이루어진 다수개의 ONT(Optical Network Terminal); 상기 다수개의 ONT 근처인 MDF(Main Distribution Frame)에 위치하고 상기 OLT의 제 1 파장다중화기로부터 광섬유를 통해 전송되는 다중화된 광파장을 파장별로 나누어서 각각의 광파장을 상기 ONT 중에서 해당하는 ONT로 연결하는 제 2 파장분배기(WDM DMX); 및 상기 다수개의 ONT 근처인 MDF(Main Distribution Frame)에 위치하고 상기 다수개의 ONT의 광송신부로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하여 광섬유를 통해 상기 OLT의 제 1 파장분배기로 전송하는 제 2 파장다중화기(WDM MUX)를 포함하는 것을 특징으로 가진다.

또한, 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서, 평판형 도파로 회로(PLC) 내부에 도파로 브라그격자(WBG)를 형성하여 가변할 수 있는 데이터 송신용 광파장을 생성하는 외부공진레이저(ECL) 어레이로 이루어진 광송신부; 상기 광송신부의 외부공진레이저(ECL) 어레이로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하는 파장다중화기(WDM MUX); ONT(Optical Network Terminal)로부터 입력되는 다중화된 광파장을 파장별로 분리하여 분배하는 파장분배기(WDM DMX); 및 상기 파장분배기(WDM DMX)로부터 분배되는 광파장을 검출하는 광검출기(PD) 어레이로 이루어진 광수신부;를 포함하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT(Optical Line Terminal)를 특징으로 가진다.

또한, 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 파장분할다중방식 수동형 광가입자망 시스템은 OLT(Optical Line Terminal)로부터 전송되는 광파장을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 광수신부(Rx); 상기 광수신부로부터 전기적 신호로 변환된 정보로부터 일반 데이터와 WBG 제어 데이터로 분리하는 DCC(data control center); 상기 DCC로부터 상기 WBG 제어 데이터를 입력받아 상기 WBG 제어 데이터에 따라 도파로 브로그격자(WBG)의 온도를 조절하여 상향 데이터 송신용 상향 광파장을 제어하는 WCC(wavelength control center); 및 상향 데이터를 상기 상향 광파장에 변조하여 상기 광종단장치(OLT)로 전송하는 외부공진레이저(ECL)를 포함하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT(Optical Network Terminal)를 특징으로 가진다.

또한, 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 파장분할다중방식 수 동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에서 ONT(Optical Network Terminal)의 상향 광파장 제어 방법은, 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에서 ONT(Optical Network Terminal)의 상향 광파장 제어 방법에 있어서, (a) 네트워크에 연결되어 신규 설치된 상기 ONT에 미리 정하여진 하향 광파장에 해당하는 상기 ONT의 상향 광파장 정보를 결정하는 단계; (b) 상기 OLT는 상기 ONT에 정해진 하향 광파장에 상기 (a)단계에서 결정된 상기 상향 광파장 정보를 실어서 상기 ONT로 전송하는 단계; (c) 상기 ONT는 상기 (b)단계에서 상기 OLT로부터 하향 광파장에 실려서 전송된 상기 상향 광파장 정보를 통하여 상향 광파장을 생성하는 단계; 및 (d) 상기 ONT는 상기 (c)단계에서 생성된 상향 광파장에 상향 데이터를 실어 상기 OLT로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 가진다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, WDM-PON의 망구조는 CO(Centrol Office, 이하 'CO'라 한다)에 해당하는 OLT(optical line terminal)(100)와 가입자에 해당하는 ONT(가입자 광 종단장치)(optical network terminal, 이하 'ONT'라 한다)(160) 사이에 능동소자가 없는 PON 형태를 갖는다.

Central Office(CO, 센트럴 오피스)에 위치하는 OLT(100)는 다수의 외부공진레이저(external cavity laser, 이하 ECL) array(112)가 평판형 도파로 회로(planar lightwave circuit, 이하 PLC)(110) 플랫폼에 하이브리드 형태로 집적되어 각기 다른 파장의 광을 송출하는 다채널 광송신 모듈과, 각기 다른 광파장의 입력 광을 수신하기 위해서 다수의 PD(광 검출기)(photo-diode, 이하 'PD'라 한다) array(122)가 PLC(120) 플랫폼에 하이브리드 형태로 집적되어 있는 다채널 광수신 모듈을 포함한다.

ONT(160)는 광파장을 임의로 조절할 수 있는 파장가변 ECL로 구성된다.

도 1에서는 ONT(160)에 광원을 장착하면서도 ONT(160)의 광파장 구분을 없애는 하나의 방법을 제시한다. ONT(160)의 광송신 모듈은 FP-LD와 WBG로 구성된 ECL 형태를 취하고, WBG 반사대역의 중심파장은 열광학 효과에 의하여 원하는 광파장으로 세팅된다. ONT(160)의 상향 데이터를 전송하기 위한 광파장 셋팅은 설치자가 가입자 댁내에 설치할 때 수동으로 지정된 파장을 셋팅하는 방법과, ONT가 가입자 댁내에 설치된 후 OLT는 해당 가입자에게 할당된 광파장을 통해서 파장 정보를 송출함으로써 ONT(160) 스스로 할당된 파장을 셋팅하는 방법을 사용한다.

도 1에서는, WDM-PON을 구성하는데 있어서 PLC 기반의 ECL(PLC-ECL)을 광원모듈로 채택하고, ONT 용 PLC-ECL에서 발진되는 광의 중심파장은 광통신용 파장 전대역에서 가변 될 수 있도록 하고, 한편 OLT 용 PLC-ECL에서 발진되는 광의 중심파장은 제작시 설정된 중심파장을 중심으로 좌우로 미소 가변하여 ITU-T 가 정한 광통신용 파장에 맞추도록 하고, 데이터를 PLC-ECL에 직접 변조하여 광신호를 전송하고, OLT(100)의 다 채널 광송신 및 광수신 모듈들 각각은 단일 칩 위에서 집적화된 WDM multiplexer(MUX)와 demultiplexer(DMX)를 포함한다.

여기에서, 파장가변 PLC-ECL(112)(170) 광송신 모듈의 특징은 다음과 같다.

페브리-페롯 레이저다이오드(FP-LD)가 PLC 위에 정면(butt mount) 또는 표면접착(surface mount) 되고, 광섬유가 부착되는 V-groove와 FP-LD 사이의 광도파로 상의 임의의 지점에 Waveguide Bragg-grating(WBG)가 성형된다. PLC-ECL의 출력 광파장은, FP-LD와 WBG 사이에 형성되는 external cavity(외부공진) 거리에 의해서 결정된 위상 조건을 만족하는 광파장들 중 WBG 반사 대역안에 포함된 한개 혹은 다수개의 longitudinal mode(들)로 결정된다.

따라서, WBG의 온도를 국부적으로 변화시키면 PLC 도파로의 유효 굴절율이 변하게 되어 PLC-ECL(112)(170)의 출력 광파장을 가변할 수 있다.

하향 광신호 분배는 ONT(160) 근처에 있는 WDM DMX(140)에서 수동적으로 이루어진다. 모든 광송신 모듈(110)과 광수신 모듈(120)은 패키징(packaging)의 최소화 및 양산화를 위해서 PLC를 기반으로 하고 있다.

OLT의 광송신 모듈(110)은 FP-LD와 WBG(Waveguide Bragg Grating)으로 구성되는 ECL(External Cavity Laser)들(112-1)(112-2)(112-n)이 어레이(array) 형태로 배열되어 있다. 각각의 ECL(112)에는 ITU-T가 권고하는 광파장들 부근의 파장을 갖도록 해당 WBG의 반사 중심파장이 지정되고, WBG의 온도를 미세 가변시켜서 ITU-T의 권고 광파장에 출력광파장이 일치하도록 한다. 각각의 ECL(112)의 출력단은 같은 칩에 성형된 WDM MUX(114)에 입력되고, WDM MUX(114)의 출력에서는 파장 다중화된 광신호가 출력된다. 이렇게 ECL 어레이(112)와 WDM MUX(114)가 동일 칩 위에서 PLC를 형성함으로써 최종 출력되는 광섬유 피그 테일링(pig-tailing)이 한 공정으로 단순화된다.

OLT에 실장되는 광송신 모듈은 단일 웨이퍼 위에 다수의 PLC-ECL array가 N x 1 WDM MUX(114)와 집적되어 다수의 광원이 하나의 출력단으로 결합된다. WDM MUX(114)의 출력단에는 광섬유 한 가닥을 접속할 수 있도록 V-groove(VG)(116)가 위치한다. 한편, OLT(100)에 실장되는 광수신 모듈(120)은 단일 칩 위에 광섬유 한 가닥을 인입할 수 있도록 V-groove(VG)(126)가 위치하고, 이와 연결된 1 x N WDM DMX(124)가 위치하고, N개의 WDM DMX(124) 출력 포트 각각에 수광 PD(122)가 array 형태로 배열된다.

상기 OLT(100)의 광송신모듈(110) 및 광수신모듈(120)의 가장 큰 특징은 수동형 정렬 방식을 사용하고, 광송신모듈(110) 및 광수신모듈(120)의 출력이 하나의 포트로 단일화되므로 광섬유 피그테일(pigtail)이 간단하다는 것이다. 광섬유 피그테일이 간단하다는 것은 패키징(packaging) 가격을 대폭 낮추고, 생산성(yield) 향상과 모듈의 신뢰도를 개선하는 효과를 가져다 줄 수 있다. 또한, 단일 칩 위에서 다채널 광송신모듈(100) 및 다채널 광수신모듈(120)이 각각 집적화 되므로 광모듈의 대량 설치에 따른 부피 문제를 해결할 수 있게 된다.

OLT의 광수신 모듈(120)은 칩의 입력단에 WDM DMX(124)가 위치하고 WDM DMX(124)의 출력단 각각에 PD(122)가 연결된다. OLT의 광송신 모듈(110)과 마찬가지로 WDM DMX(124)와 PD 어레이(122)가 단일 칩 위에 집적된다.

OLT(100)의 광송신 모듈(110)로부터 출력된 광파장 다중화된 광신호는 가입자 주거지 근처에 위치한 MDF(Main Distribution Frame)의 WDM DMX(WDM De-Multiplexer, 이하 'WDM DMX'라 한다)(140)에서 파장이 분리되고 각각의 광파장은 해당하는 ONT(160)에 전송된다.

WDM DMX(140)로부터 전송된 광신호는 ONT(160)의 Rx(광수신 모듈)(이하 'Rx'라 한다)(162)에서 전기적 신호로 변환되어 DCC(data control center, 이하 'DCC'라 한다)(164)로 입력된다.

DCC(164)에서는 OLT(100)의 광송신 모듈(110)로부터 입력되는 데이터로부터 일반 데이터와 WBG 제어 데이터를 분리하여, 일반 데이터는 하향데이터 처리부(180)로 보내고, WBG 제어정보는 WCC(wavelength control center, 이하 'WCC'라 한다)(166)로 보낸다. WCC(166)는 DCC(164)로부터 입력되는 WBG 제어 데이터를 통하여 파장값을 로딩하고 이에 상응하는 온도를 PLC-ECL(170)의 WBG에 가한다.

PLC-ECL(170)에서 WCC(166)로 피드백된 mPD의 출력은 ECL 공진 모드의 광출력을 monitoring 하는데 이용될 뿐만 아니라, OLT(100)로부터 할당받은 파장을 기준으로 WBG 반사 중심파장을 미세 조정함으로써 ECL 광전력의 최대점을 찾는데 활용될 수 있다. 이러한 파장조절 기능은 OLT(100) 수신 광전력이 최대가 되도록 ONT(160)의 ECL(170)의 광파장을 최적화 하는데도 이용될 수 있다.

이와 같은 경우 OLT(100)의 광송신 모듈(110)로부터 수신된 광수신 감도에 관한 정보가 DCC(164)에서 데이터로부터 분리되어 WCC(166)에 전달되면, WCC(166)는 이전 기록을 분석하여 PLC-ECL(170) WBG의 온도를 조절함으로써 출력 광파장을 조정하게 된다.

도 2를 살펴보면, ONT(200)의 하향 광파장은 ONT(200)(도 2에서는 ONT1(201), ONT2(202), ONT3(203), ONT4(204), ONT5(205), ONT6(206) 및 ONT7(207)등이 도시되어 있다)의 해당하는 입력단과 연결된 ONT(200) 근처에 있는 WDM DMX(140)의 출력 포트에 의해서 결정되고, 이렇게 ONT(200) 각각에 대하여 물리적으로 정해진 하향 광파장 정보는 OLT(100) 내에 네트워크 설정정보로서 저장된다.

마찬가지로, 상향 광파장도 ONT(200)의 해당하는 출력단과 연결된 ONT(200) 근처에 있는 WDM MUX(150)의 입력포트에 의해서 결정되고, 이 정보 역시 네트워크 설정정보로서 OLT(100) 내에 저장된다.

도 2는 ONT(200) 근처에 위치한 WDM MUX(150) 및 WDM DMX(140)가 동일한 순서로 각각의 ONT(200)들과 연결된 경우로서, 각각의 ONT(200)를 위한 상향 광파장과 하향 광파장이 동일한 경우를 나타낸다. 도 2의 참조번호 210번은 WDM DMX(140)의 출력포트에 의해 연결된 고정된 파장들을 나타낸다. 도 2의 참조번호 220번은 PLC-ECL(170)에 의해 할당된 파장들을 나타낸다.

도 3은 도 1에서의 ONT(160)의 상향 광파장이 OLT(100)에 의해서 원격에서 할당되는 절차에 대한 일예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, ONT(160)가 설치가 완료된 후 OLT(100)는 해당하는 ONT(160)에 정해진 하향 광파장을 통해서 해당하는 ONT(160)의 상향 광파장 정보를 결정한다(S300).

OLT(100)는 ONT(160)에 정해진 하향 광파장을 통해서 결정된 상향 광파장 정보를 해당하는 ONT(160)로 송신한다(S310).

해당하는 ONT(160)는 OLT(100)로부터 하향 광파장을 통해서 상향 광파장 정 보를 획득하면 이 정보를 통하여 상향 광파장을 위한 파장을 셋업하게 된다(S320).

구체적인 셋업과정은 상향 광파장 정보를 WCC(166)에 전달하고, WCC(166)는 PLC-ECL(170)의 파장 조절 부분에 일정 전류를 공급하여 지정된 상향 광파장으로 튜닝(tuning) 되도록 한다.

이와 같은 초기화(initialization) 과정이 종료되면, 이후에는 상향 데이터가 상향 광파장에 실려서 OLT(100)로 향하게 된다(S330).

도 4를 참조하면, 반도체 칩(semiconductor chip)(420)은 광을 생성하는 능동 도파로 영역(active region)(424)과 생성된 광을 PLC에 있는 PLC 도파로(PLC waveguide)(440)로 커플링하기 위한 수동 도파로 영역(passive region)(422)으로 이루어진다. 이와 같은, 반도체 칩(420)은 표면접합(surface mount) 집적화 기술을 이용하여 PLC에 장착된다.

반도체 칩(420)의 능동 도파로 영역(424)은 InP 계열의 반도체 물질이 사용되고, 수동 도파로 영역(422)의 물질은 폴리머, 질화물 등이 사용된다.

반도체 칩 도파로(426)와 PLC 도파로(440)는 커플링 영역(coupling region)(445)에서 표면접합되어 있다.

PLC 도파로(440)에는 WBG(455)가 형성되어 있는데, WBG(455) 상부에는 WBG(455)의 온도를 제어하기 위하여 히터(heater)(450) 전극이 부착되어 파장가변 WBG(455)를 형성하게 된다. 광섬유(optical fiber)(470)와 결합되는 부근의 PLC 도 파로(440)는 광섬유(470)와의 광결합 효율을 높이기 위해서 PLC 도파로(440) 내의 빔(beam)이 확대되는 구조인 Spot-size converter(460) 구조를 가진다. 광섬유(470)는 PLC 상에 V-groove(475)를 이용하여 수동정렬하여 실장함으로써 정렬공정을 단순화 할 수 있다.

PLC에는 열광학 효과에 의하여 반사대역이 가변되는 WBG(455)가 있고, 최종적으로 광섬유를 통하여 발진되는 광의 파장은 반도체 칩(420)의 후면과 WBG(455)에 의하여 생성되는 external cavity(외부 공진)에 의하여 결정된다.

PLC 도파로(440) 물질로서 silica를 사용하는 경우에는 열광학 효과에 의한 WBG 파장 가변 범위가 10nm 정도에 지나지 않으므로, 이를 WDM용으로 사용하기에는 채널 수가 너무 작아서 (예를 들어서, 200GHz 간격으로 할 경우 6 채널) 경제적 효용성이 떨어진다. 이에 비해서 polymer 물질을 사용한 WBG(455)는 파장 가변범위가 최대 30nm 이고 통신파장영역인 C-band 전영역에서 발진 파장을 tuning할 수 있다(예를 들어, 200GHz 간격으로 할 경우 18 채널). 또한, silica/polymer 하이브리드 형태의 PLC 도파로(440)를 이용한 WBG의 파장 가변범위는 약 10~15 nm 정도이다.

이와 관련된 기초적인 이론을 소개하면 다음과 같다.

WBG에서 반사되는 브래그 파장

는 수학식 1과 같다.

여기서,

는 PLC 도파로(440)의 유효굴절율,

는 코어 내에 입사광이 만나는 WBG의 격자주기이다.

반사되는 파장의 3dB 대역폭

는 다음 수학식 2로 결정되며, 이는 전체 격자길이에 반비례하므로 격자와 빛의 상호작용 길이가 길수록 대역폭은 작아지게 된다.

여기서, L은 빛과 격자와의 상호작용 길이, m은 격자 개수이다.

입사파와 반사파의 위상조건이 완전히 만족될 때의 반사율 R은 두 파의 결합계수 k와 결합길이 L에 의해서 결정된다. 원하는 브래그 파장을 얻기 위해서는 주어진 유효굴절율

에 대하여,

, L을 정한다. 반사되는 브래그 파장 주위에 발생하는 부엽파(side lobe)를 줄이기 위해서 격자 깊이를 Gaussian 형태의 apodization를 취할 수 있다.

한편, WBG의 파장 가변 특성은 인가되는 열전력과 천이되는 파장과의 관계로 수학식 3과 같이 주어진다.

여기서, m은 브래그 회절 차수,

는 열광학계수이다.

열광학계수가 2x10^-3 [K^-1], L=0.5um, m=1 인 경우에,

nm로 주어지며, 30nm 파장 가변을 위해서는 약 15 ^oK 정도의 온도변화가 요구된다. PLC에 silica 물질을 사용하는 경우 열광학계수는 대략 1x10^-5 [K^-1]이고, 폴리머 물질의 경우는 1.5x10^-4 [K^-1]이다. 따라서, 같은 온도 변화를 인가한 경우일지라도 폴리머 물질을 사용한 WBG이 반사 대역의 중심파장 변이가 실리카의 경우에 비하여 약 15배 크다.

한편, 기존에 제작되었던 tunable polymer WBG의 특성을 소개하면 (한선규, 'Development of plastic waveguide tunable wavelength filter module' 정보통신산업기술개발사업 최종보고서, 정보통신부, 2001. 4. 30)

= -0.3 nm/^oc (온도 변화에 따른 중심 광파장 변화율)

= -2 x 10^-4/^oc (온도 변화에 따른 굴절율 변화율)

파장가변영역: 1535 - 1560 nm (25 nm tuning)

25nm 파장 tuning을 위한 인가 전압: 50 mV과 같다.

이와 같은 예는 본 발명이 제시하는 기술적 특징이 실현가능성이 있음을 보여준다.

도 5를 참조하면, 기본적인 구성은 도 4와 동일하나, 사용되는 반도체 칩(520)의 구성과 PLC 도파로(540)와의 정면접합 광결합 방식을 이용한다는 점에서 상이하다. 반도체 칩(520)의 수동 도파로 영역(522)은 광결합 효율을 향상시키기 위하여 능동 도파로 영역(524)에서 생성된 광빔의 크기를 증가시킨다. 일반적으로, 광빔의 크기 확대에 대한 지표로서 far-field angle을 측정하게 되는데, 수직/수평 각 방향의 far-field angle은 15도 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 도 5에서 미설명된 부분은 도 4를 참조하기로 한다.

도 6a와 도 6b를 참조하면, WBG의 반사대역의 FWHM의 크기는 다수개의 ECL cavity mode들을 포함할 정도로 크며, 동시에 지정된 WDM 채널(파장) 간격보다는 작다.

도 6a와 도 6b의 예에서 보는 바와 같이, WDM 채널 간격은 200GHz이고, WBG의 반사대역의 FWHM은 0.8nm이다. 이와 같이 멀티모드로 동작되는 ECL의 경우, 싱글모드(single mode)로 동작되는 ECL에 비해서 WDM 채널파장 간격을 넓게 해야 한 다는 단점이 있는 반면에, 싱글모드 동작 ECL에서 나타나는 온도 및 주입전류 변화에 따른 모드호핑(mode hopping)의 영향을 무시할 정도로 줄일 수 있다는 장점이 있다.

도 7a와 도 7b를 참조하면, WBG mode의 대역폭을 줄여서 ECL cavity 모드 한 개만 공진이 되도록 하면 주모드와 인접모드간의 발진 파워 차이를 크게 할 수 있다는 것을 볼 수 있다. 즉, SMSR(side-mode suppression ratio)을 크게 하여 발진 모드를 단일모드로 만들 수 있는 것이다.

도 8a, 도 8b와 도 8c에서는 WBG 반사대역의 중심파장은 온도에 무관하다고 가정하고 ECL cavity mode가 온도에 따라서 단파장으로 천이하는 경우에 발진되는 모드가 인접모드로 천이되는 현상을 보여준다.

천이되는 과정에서는 도 8b에서와 같이 인접한 두 개의 ECL cavity mode간의 광출력 파워가 비슷하게 형성되는 경우에 모드 천이 현상은 L-I 특성을 손상시키고, 광원 직접변조시 데이터 전송에 오류를 유발하게 된다.

도 8a, 도 8b와 도 8c를 참조하면, WBG 반사대역폭을 줄여서 도 8a와 같이 특정 ECL cavity mode 한 개만 발진하게 할 수 있다. 이와 같은 경우 단일 모드로 출력되는 장점이 있으나, cavity 내 온도 및 전류 변화가 발생할 경우에 발진되는 cavity mode가 인접 모드로 천이하게 된다. ECL cavity mode의 온도에 따른 파장 천이는 설계에 따라 다르지만 대략

이고, WBG의 물질이 silica인 경우 WBG 반사대역 중심파장 변화는 대략

이다.

도 9a와 도 9b는 싱글모드 동작 ECL의 경우에 모드호핑을 억제하는 메커니즘을 설명하기 위한 그래프이다.

도 9a와 도 9b를 참조하면, ECL에서 형성되는 external cavity 내에 phase를 제어할 수 있는 부분(phase control section)을 삽입한 경우의 그래프를 나타낸다. 일반적으로, 빛을 생성하는 반도체 active 영역에 bias 전류가 증가함에 따라서 ECL cavity mode는 도 9a에서 B의 방향과 같이 파장이 장파장 영역으로 움직이게 된다. 이와 같은 파장 천이는 phase control section에 흐르는 전류를 조절함으로써 보상할 수 있다. 이 개념을 수학식으로 설명하면 다음과 같다.

여기서,

는 LD bias 전류이고,

는 phase control section의 DC 전류 성분이고,

는 LD bias 전류의 변화량이다. 또한,

는

에 의한 ECL cavity mode 장파장 천이를 보상할 수 있는 phase control section에 주입해 주어야 하는 전류량을

로 나누어 준 값으로서 phase control section의 파장천이보상 효율성을 나타낸다.

값은 phase control section에서 사용되는 도파로 물질의 열광학(Thermooptic) 계수 또는 전계광학(Electrooptic) 계수 부호에 의하여 결정된다. 예를 들어, 폴리머의 경우는 열광학계수가 음수이므로

값은 양수가 되고, 한편 silica 물질의 경우는 열광학계수가 양수이므로

값은 음수가 된다.

도 10을 참조하면, 도 4의 표면접합 기법에 의해 열적으로 파장이 가변하는 PLC-ECL의 구조도와 대부분 동일하다. 도 4와 차이점을 중심으로 살펴보면 도 9에서 설명한 바와 같이 ECL 발진 모드의 안정성을 위해서 열광학 또는 전계광학 효과를 이용한 phase control section(위상 조절부)(1080)가 삽입된다는 것이다. 도 10에서 미설명된 부분은 도 4를 참조하기로 한다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 실리카 PLC를 기반으로 한 ONT의 광송신 모듈의 또 다른 일예로서 single-mode 동작 ECL의 측면도를 나타낸다.

도 11을 참조하면, 도 5의 정면접합 기법에 의해 열적으로 변하는 PLC-ECL의 구조도와 대부분 동일하다. 도 5와 차이점으로 중심으로 살펴보면 도 9에서 설명한 바와 같이 ECL 발진 모드의 안정성을 위해서 열광학 또는 전계광학 효과를 이용한 phase control section(위상 조절부)(1180)가 삽입된다는 것이다. 도 11에서 미설명된 부분은 도 5를 참조하기로 한다.

도 12a와 도 12b를 참조하면, PLC의 waveguide(도파로)(1240)는 폴리머, 실리카 및 질화물 등을 사용할 수 있다. FP-LD array(1220')는 ITU-T가 권고하는 주파수 간격으로 반사대역을 갖는 WBG 어레이와 1대 1로 대응하여 ECL 어레이를 형성한다. 각각의 ECL은 정해진 주파수 간격의 WDM 광신호가 송출될 수 있도록 해당 WBG의 반사대역 중심파장이 설정되고, 반사대역폭은 멀티모드로 발진될 수 있도록 ECL cavity mode 3개 내지 5개 정도가 WBG 반사대역안에 존재할 수 있도록 반사대 역폭을 설정한다.

ECL array 출력단의 다파장 광신호들은 PLC 한 칩에 monolithic하게 집적된 WDM MUX(1290)에 의해서 파장 다중화되어 최종 출력된다. 이와 같이 ECL array와 WDM MUX(1290)를 한 PLC 위에 집적화 함으로써 광송신 모듈의 광섬유 피그테일 공정을 한 개로 단순화할 수 있다. WDM MUX(1290)는 arrayed-waveguide grating (AWG), WDM filter 등이 집적될 수 있다.

광을 생성하는 반도체 칩(semiconductor chip)(1220)은 FP-LD array(1220') 형태로 형성된다. 개별 FP-LD 칩을 각각의 ECL마다 사용하는 방법은 flip-chip bonding 방법을 이용한 수동정렬시 공정 시간이 길어진다는 문제가 있고, 기 bonding된 chip들이 다른 chip bonding시 정렬이 흐트러진다는 문제가 있다. 도 12에서는 FP-LD array(1220')를 사용하여 상기 문제들을 해결한다. 모니터 PD(mPD)(1210) 역시 mPD array(1210') 형태로 형성되어서 각각의 ECL 모듈의 광출력 파워를 모니터링한다.

도 13a와 도 13b를 참조하면, 각각의 ECL은 정해진 주파수 간격의 WDM 광신호가 송출될 수 있도록 해당 WBG의 반사대역 중심파장이 설정되고, 반사대역폭은 single-mode가 발진될 수 있도록 ECL cavity mode 1개가 WBG 반사대역안에 존재할 수 있도록 반사대역폭을 설정한다. Single 발진모드의 안정성 및 발진파장의 미세 tuning을 위한 phase-control section(1380)이 삽입되었다. Phase control section(1380)은 열광학 또는 전계광학 효과를 이용하기 위하여 heater 또는 전극이 도파로 상부에 형성되어 있다. 도 13에서 미설명된 부분에 대하여는 도 12를 참조하기로 한다.

PLC 도파로(1440)는 폴리머, 실리카 및 질화물 등을 사용할 수 있다. FP-LD array(1420')는 ITU-T가 권고하는 주파수 간격으로 반사대역을 갖는 WBG array와 1대 1로 대응하여 ECL 어레이를 형성한다. 각각의 ECL은 정해진 주파수 간격의 WDM 광신호가 송출될 수 있도록 해당 WBG의 반사대역 중심파장이 설정되고, 반사대역폭은 multi-mode가 발진될 수 있도록 ECL cavity mode 3개 내지 5개 정도가 WBG 반사대역안에 존재할 수 있도록 반사대역폭을 설정한다.

ECL 어레이 출력단의 다파장 광신호들은 PLC 한 칩에 monolithic하게 집적된 WDM MUX(1490)에 의해서 파장 다중화되어 최종 출력된다. 이와 같이 ECL array와 WDM MUX(1490)를 한 PLC 위에 집적화 함으로써 광송신 모듈(110)의 광섬유 피그테일 공정을 한 개로 단순화할 수 있다. WDM MUX(1490)는 arrayed-waveguide grating (AWG), WDM filter 등이 집적될 수 있다.

도 15a와 도 15b는 본 발명의 일실시예에 따른 정면접합 기법을 이용한 OLT의 광송신모듈(TOSA)의 다른 일예로서 각각 싱글모드 동작 ECL 어레이의 평면도 (top view)와 측면도(side-view)를 나타낸다.

도 15a와 도 15b를 참조하면, 각각의 ECL은 정해진 주파수 간격의 WDM 광신호가 송출될 수 있도록 해당 WBG의 반사대역 중심파장이 설정되고, 반사대역폭은 single mode가 발진되기 위하여 ECL cavity mode 1개가 WBG 반사대역 안에 존재하도록 반사대역폭을 설정한다. Single 발진모드의 안정성 및 발진파장의 미세 tuning을 위한 phase control section(1580)이 삽입되었다. Phase control section(1580)은 열광학 효과 또는 전계광학 효과를 이용하기 위하여 heater(1550)가 PLC 도파로(1540) 상부에 있다. 도 15에서 미설명된 부분에 대하여는 도 14를 참조하기로 한다.

도 16a와 도 16b를 참조하면, PLC 도파로(1640)는 폴리머, 실리카 및 질화물등을 사용할 수 있다. 광섬유(1670)로부터 입력되는 다파장 광신호들은 PLC 한 칩에 monolithic하게 집적된 WDM DMX(1690)에 의해서 파장별로 분리되어 PD(1620)에 입력된다. WDM DMX(1690)는 PLC 위에 집적화되어 광섬유 pigtail 공정을 한 개로 단순화한다. WDM DMX(1690)는 arrayed-waveguide grating(AWG), WDM filter 등이 집적될 수 있다.

반도체 광검출기(PD)(1620)는 수동 도파로 영역(입사광을 directional coupling을 이용하여 능동 도파로 영역으로 보냄)(1622)과 능동 도파로 영역(입사 되는 광의 세기를 검출하는 영역)(1624)으로 구성되어있고, WDM DMX(1690)가 집적되어있는 PLC 칩위에 표면접합 된다. PLC 도파로(1640)와의 정렬 공정 용이성을 위하여 개별 반도체 chip 형태보다는 PD array(1620')형태로 형성한다.

도 17a에서 사용되는 반도체 광검출기는 수동 도파로 영역이 없고, PLC 도파로(1740)와 정면접합 형태로 광결합 된다. 도 17에서 미설명된 부분에 대하여는 도 16을 참조하기로 한다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD_ROM, 자기테이프, 플로피디스크 및 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명은 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템에 관한 것으로 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, CO(Central Office)에 설치될 집적화된 다파장 광송수신 모듈 구조를 제안함으로써 CO가 WDM-PON을 기반으로 대량의 가입자를 수용함에 따라 발생하는 광송수신 모듈의 부피 문제를 해결할 수 있게 된다.

OLT의 광송신 모듈은 페브리-페롯 레이저(FP-LD) 어레이(LD chip bar)를 PLC(Planar Lightwave Circuit) 위에 접착시키는 형태를 취하고, PLC 내에 성형된 Waveguide Bragg Grating(WBG) array 들에 의한 cavity 공진조건으로부터 지정 광파장들이 각각 출력 되게 하고, WBG array 출력 광파장들을 multiplexing 하기위해서 PLC 내에 WDM MUX를 성형함으로써, 패키징의 단순화, 생산성(yield), 성능 및 면적효율 등 OLT가 요구하는 주요 요소들을 복합적으로 최적화 할 수 있다.

OLT의 광수신 모듈은 PLC 위에 Photo Detector(PD) array (PD chip bar)를 접착시키는 형태를 취하고, 입력 광파장을 demultiplexing 하는 WDM DMX를 동일 PLC 내에 성형하고, WDM DMX와 PD array를 PLC 내에 성형된 도파로로 연결함으로써, packaging의 단순화, 생산성(yield), 성능 및 면적효율 등 OLT가 요구하는 주요 요소들을 복합적으로 최적화 할 수 있다.

둘째, 가입자 종단장치(ONT)의 저가성, 양산성, 설치의 용이성 및 inventory 관리성을 해결할 수 있게 된다. 이에 대하여 살펴보면, ONT에서 OLT로 향하는 상향 광파장 설정은 ONT 설치후 OLT에서 해당 ONT로 향하는 하향 광신호에 상향파장 정보를 송출함으로써 해당하는 ONT가 자동으로 상향파장을 설정할 수 있고, 또는 ONT 설치시 설치자가 수동으로 해당 ONT의 상향파장을 설정할 수 있게 된다. 그러므로, ONT는 특정 광파장이 지정되어 있지 않고, OLT의 제어에 의해서 또는 설치자에 의해서 해당 ONT에 정해진 상향 광파장이 설정되는 형태를 가질 수 있으므로, 가입자 종단장치(ONT)의 저가성, 양산성, 설치의 용이성 및 inventory 관리성을 해결할 수 있게 되는 것이다.

셋째, 본 발명이 제안하는 PLC-ECL 방식은 출력광이 coherent 하므로 광간섭 잡음(spontaneous-spontaneous beating noise)이 없으며, 선폭이 충분히 좁으므로 2.5 Gbps 데이터를 20km 거리까지 전송 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 방식은 기존의 injection-locking 방식이 갖는 온도변화에 따른 동작 불안정성 및 1Gbps 정도의 전송속도 제한의 단점을 개선할 수 있다. 또한 광섬유 피그테일(pigtail)을 포함한 소자 패키징이 완전 수동화가 가능한 구조로서 대량생산화가 가능하므로 기존의 능동 정렬 패키징 방식에 의하여 제작된 광소자에 비해서 저가화가 가능하다.

Claims

파장가변 제 1 도파로 브라그격자(WBG)가 형성되어 있고 데이터 송신용 광파 장을 생성하는 제 1 외부공진레이저(ECL) 어레이로 이루어진 광송신부와 광검출기(PD) 어레이로 이루어진 광수신부로 구성되되 상기 광송신부는 상기 제 1 외부공진레이저 어레이로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하는 제 1 파장다중화기(WDM MUX)를 가지고, 상기 광수신부는 입력되는 다중화된 광파장을 파장별로 분리하여 수신하기 위한 제 1 파장분배기(WDM DMX)를 가지는 OLT(Optical Line Terminal);

상기 OLT로부터 송신되는 상기 데이터 송신용 광파장을 수신하는 광수신부와 파장가변 제 2 도파로 브라그격자(WBG)가 형성되어 있고 상기 OLT로부터 입력되는 상기 데이터 송신용 광파장에 따라 상기 제 2 도파로 브라그격자에 가해지는 온도를 제어함으로써 파장가변 광파장을 생성하는 제 2 외부공진레이저(ECL)로 구성된 광송신부로 이루어진 다수개의 ONT(Optical Network Terminal);

상기 다수개의 ONT 근처인 MDF(Main Distribution Frame)에 위치하고 상기 OLT의 제 1 파장다중화기로부터 광섬유를 통해 전송되는 다중화된 광파장을 파장별로 나누어서 각각의 광파장을 상기 ONT 중에서 해당하는 ONT로 연결하는 제 2 파장분배기(WDM DMX); 및

상기 다수개의 ONT 근처인 MDF(Main Distribution Frame)에 위치하고 상기 다수개의 ONT의 광송신부로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하여 광섬유를 통해 상기 OLT의 제 1 파장분배기로 전송하는 제 2 파장다중화기(WDM MUX)를 포함하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 파장분배기에서 상기 OLT로부터 다중화된 광파장을 파장별로 나누어서 각각의 광파장을 상기 ONT 중에서 해당하는 ONT로 연결하기 위한 하향 광파장 정보는 상기 OLT 내에 네트워크 설정정보로서 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 파장다중화기의 출력포트에서 상기 상기 ONT 근처에 위치하는 상기 WDM MUX의 입력포트에 의해서 결정된 ONT의 상향광파장 정보도 네트워크 설정정보로서 OLT 내에 네크워크 설정정보로서 저장되어 원격지인 OLT에서 ONT의 상향 광파장 설정을 자동으로 수행하는 방식의 WDM-PON 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 도파로 브라그격자는 반사 중심파장과 대역폭이 기 설정되어 소정 주파수 간격을 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 WDM-PON 시스템.
파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서,

평판형 도파로 회로(PLC) 내부에 도파로 브라그격자(WBG)를 형성하여 가변할 수 있는 데이터 송신용 광파장을 생성하는 외부공진레이저(ECL) 어레이로 이루어진 광송신부;

상기 광송신부의 외부공진레이저(ECL) 어레이로부터 출력되는 다수개의 광파장을 다중화하는 파장다중화기(WDM MUX);

ONT(Optical Network Terminal)로부터 입력되는 다중화된 광파장을 파장별로 분리하여 분배하는 파장분배기(WDM DMX); 및

상기 파장분배기(WDM DMX)로부터 분배되는 광파장을 검출하는 광검출기(PD) 어레이로 이루어진 광수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT(Optical Line Terminal).
제 5 항에 있어서, 상기 광송신부는

상기 외부공진레이저 어레이와 상기 파장다중화기가 동일한 칩 상에서 상기 평판형 도파로 회로를 형성함으로써 상기 ONT로 출력되는 광섬유 피그테일링이 한 개로 되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 5 항에 있어서, 상기 외부공진레이저 어레이는

페브리-페롯 레이저다이오드(FP-LD) 어레이로 이루어진 반도체 광송신 칩이 상기 평판형 도파로 회로 상에 접착되고,

상기 평판형 도파로 회로 내에 형성된 상기 도파로 브라그격자 어레이가 상기 페브리-페롯 레이저다이오드 어레이와 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 7 항에 있어서, 상기 광송신부는

광섬유가 접착되는 V-groove와 상기 페브리-페롯 레이저다이오드 사이의 PLC 도파로 상의 소정지점에 상기 도파로 브라그격자가 형성되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 7 항에 있어서,

상기 도파로 브라그격자에 가해지는 온도를 변화시켜 주면 상기 PLC 도파로의 유효 굴절율이 상응하게 변화하여 상기 외부공진레이저 어레이의 상기 데이터 송신용 광파장이 변화되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 7 항에 있어서,

상기 페브리-페롯 레이저다이오드의 주위에 형성되어 상기 페브리-페롯 레이저다이오드에서 생성되는 광파장의 광전력을 모니터링하는 모니터링 광검출기(mPD) 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 7 항에 있어서,

상기 반도체 광송신 칩 내에 형성되어 있는 도파로와 상기 평판형 도파로 회 로 내에 형성되어 있는 PLC 도파로는 표면접합 방식으로 커플링되도록 상기 반도체 광송신 칩이 상기 평판형 도파로 회로에 접착되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 7 항에 있어서,

상기 반도체 광송신 칩 내에 형성되어 있는 도파로와 상기 평판형 도파로 회로 내에 형성되어 있는 PLC 도파로는 정면접합 방식으로 커플링되도록 상기 반도체 광송신 칩이 상기 평판형 도파로 회로에 접착되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 7 항에 있어서,

상기 도파로 브로그격자의 반사파장대역에 상기 외부공진레이저 공진모드(cavity mode)가 다수개 포함되게 하여 온도와 입력되는 전류에 의한 모드호핑 현상을 감소시키는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 7 항에 있어서,

상기 도파로 브로그격자의 반사파장대역에 상기 외부공진레이저 공진모드(cavity mode)가 한 개 포함되는 경우에,

상기 페브리-페롯 레이저다이오드와 상기 도파로 브로그격자 사이에 상기 외 부공진레이저 공진의 위상 정합조건을 조절하는 위상 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 7 항에 있어서,

상기 평판형 도파로 회로 내에 형성된 상기 도파로 브라그격자의 열광학 효과에 의한 외부 공진조건의 변화를 통하여 해당하는 상기 데이터 송신용 광파장을 출력하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 5 항에 있어서, 상기 광수신부는

상기 광검출기 어레이와 상기 파장분배기가 동일한 칩 상에서 평판형 도파로 회로를 형성함으로써 상기 ONT로부터 입력되는 광섬유 피그테일링이 한 개로 되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 16 항에 있어서,

상기 광검출기 어레이를 이루는 반도체 광수신 칩 내에 형성되어 있는 도파로와 상기 평판형 도파로 회로 내에 형성되어 있는 PLC 도파로는 표면접합 방식으로 커플링되도록 상기 반도체 광수신 칩이 상기 평판형 도파로 회로에 접착되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
제 16 항에 있어서,

상기 광검출기 어레이를 이루는 반도체 광수신 칩 내에 형성되어 있는 도파로와 상기 평판형 도파로 회로 내에 형성되어 있는 PLC 도파로는 정면접합 방식으로 커플링되도록 상기 반도체 광수신 칩이 상기 평판형 도파로 회로에 접착되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 OLT.
파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에 있어서,

OLT(Optical Line Terminal)로부터 전송되는 광파장을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 광수신부(Rx);

상기 광수신부로부터 전기적 신호로 변환된 광파장을 입력받아 상기 OLT로부터 전송되는 광파장을 일반 데이터와 WBG 제어 데이터로 분리하는 DCC(data control center);

상기 DCC로부터 상기 WBG 제어 데이터를 입력받아 상기 WBG 제어 데이터에 따라 도파로 브로그격자(WBG)의 온도를 조절하여 상향 데이터 송신용 상향 광파장을 제어하는 WCC(wavelength control center); 및

상향 데이터를 상기 상향 광파장에 변조하여 상기 광종단장치(OLT)로 전송하는 외부공진레이저(ECL)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT(Optical Network Terminal).
제 19 항에 있어서,

상기 ONT 설비시에 상기 상향 광파장을 고정하여 설정할 수 있도록 하는 것 을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 19 항에 있어서,

상기 OLT는 상기 다수개의 ONT중에서 해당하는 ONT에 설정된 하향 광파장을 통해서 상기 해당하는 ONT에서 상기 OLT로 전송되어지는 상향 광파장을 제어할 수 있는 상향 광파장 정보를 상기 해당하는 ONT로 송신하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 21 항에 있어서,

상기 ONT는 상기 OLT로부터 전송되는 하향 광파장을 통해서 상향 광파장 정보를 전송받으면 상기 상향 광파장 정보를 상기 WCC에 전달하고,

상기 WCC는 상기 외부공진레이저의 파장 조절부에 소정의 전류를 공급하여 해당하는 상향 광파장으로 튜닝되도록 하며,

상기 상향 광파장으로 튜닝이 이루어지면 상기 상향 데이터가 상기 상향 광파장에 변조하여 상기 OLT로 전송되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 19 항에 있어서,

상기 OLT로부터 수신된 광파장의 수신감도 정보가 상기 DCC에서 분리되어 상기 WCC에게 전달되면,

상기 WCC는 기 저장되어 있던 상기 수신감도 정보를 통하여 상기 도파로 브라그 격자의 온도를 조절함으로써 상기 OLT로부터 전송받은 광파장을 기준으로 상기 도파로 브로그격자의 반사중심 파장을 조절하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 19 항에 있어서, 상기 외부공진레이저는

페브리-페롯 레이저다이오드(FP-LD)로 이루어진 반도체 칩이 상기 평판형 도파로 회로(PLC) 상에 접착되고,

상기 평판형 도파로 회로 내에 형성된 상기 도파로 브라그격자가 상기 페브리-페롯 레이저다이오드와 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 외부공진레이저에는 상기 외부공진레이저의 출력을 모니터링하는 모니터링 광검출기(mPD)를 더 포함하되,

상기 모니터링 광검출기는 광검출신호를 상기 WCC에 피드백시켜 상기 외부공진레이저의 광출력을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 ONT는 상기 평판형 도파로 회로 내에 형성된 상기 도파로 브라그격자의 열광학 효과에 의한 외부 공진조건의 변화를 통하여 해당하는 지정 광파장을 출력하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 페브리-페롯 레이저다이오드로 이루어진 반도체 칩은 표면접합 방식에 의해 상기 평판형 도파로 회로에 접착되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 페브리-페롯 레이저다이오드는 광을 생성하는 반도체 광증폭 영역(active region)과 상기 반도체 광증폭 영역에서 생성된 광을 상기 평판형 도파로 회로 내에 있는 PLC 도파로로 커플링하기 위한 수동 도파로 영역(passive region)으로 구성된 반도체 칩으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 28 항에 있어서,

상기 수동 도파로 영역은 광결합 효율을 높이기 위하여 상기 반도체 광증폭 영역에서 생성된 광 빔의 크기가 증가되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 광섬유를 통하여 출력되는 광파장은 상기 반도체 칩과 상기 평판형 도파로에서 생성되는 외부공진(external cavity)에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 도파로 브로그격자의 반사파장대역에 상기 외부공진레이저 공진모드(cavity mode)가 다수개 포함되게 하여 온도와 입력되는 전류에 의한 모드호핑을 감소시키는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 도파로 브로그격자의 반사파장대역에 상기 외부공진레이저 공진모드(cavity mode)가 한개 포함되는 경우에,

상기 페브리-페롯 레이저다이오드와 상기 도파로 브로그격자 사이에 상기 외부공진레이저 공진의 위상정합 조건을 조절하는 위상 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 32 항에 있어서,

상기 도파로 브로그격자에 가해지는 온도를 변화시키거나 상기 페브리-페롯 레이저다이오드에 인가되는 전류를 변화시켜 상기 외부공진레이저에서 출력되는 중심파장이 이동되는 모드호핑 현상을 억제하는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 반도체 칩 내에 형성되어 있는 도파로와 상기 평판형 도파로 회로 내에 형성되어 있는 PLC 도파로가 표면접합 되도록 상기 반도체 칩이 상기 평판형 도파로 회로에 접착되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
제 24 항에 있어서,

상기 반도체 칩 내에 형성되어 있는 도파로와 상기 평판형 도파로 회로 내에 형성되어 있는 PLC 도파로가 정면접합 되도록 상기 반도체 칩이 상기 평판형 도파로 회로에 접착되는 것을 특징으로 하는 파장가변 외부공진레이저 광원을 기반으로 한 ONT.
파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON) 시스템에서 ONT(Optical Network Terminal)의 상향 광파장 제어 방법에 있어서,

(a) OLT(Optical Line Terminal)는 네트워크에 연결되어 신규 설치된 상기 ONT에 전송을 원하는 ONT에 미리 정하여진 하향 광파장에 해당하는 상기 ONT의 상 향 광파장을 결정하는 단계;

(b) 상기 OLT는 상기 ONT에 정해진 하향 광파장에 상기 (a)단계에서 결정된 상기 상향 광파장 정보를 실어서 상기 ONT로 전송하는 단계;

(c) 상기 ONT는 상기 (b)단계에서 상기 OLT로부터 하향 광파장에 실려서 전송된 상기 상향 광파장 정보를 통하여 상향 광파장을 생성하는 단계; 및

(d) 상기 ONT는 상기 (c)단계에서 생성된 상향 광파장에 상향 데이터를 실어 상기 OLT로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 WDM-PON 시스템에서 ONT의 상향 광파장 제어 방법.