파장변환 소자는 최근에 급격히 발전하는 광네트웍을 구축하기 위하여 필수적인 소자로서 여러 가지 형태에 대한 연구개발이 진행되고 있다. 그중에서도, 최근에는 반도체 광증폭기로 형성된 방향성 결합기구조(semiconductor optical amplifier directional coupler)에서의 상호 이득 포화(XPM : cross-phase modulation)에 의한 파장변환에 대한 개념이 제안되고 가능성이 실험적으로 입증된 바 있다. 이런 구조의 파장변환 소자는 입력 광신호의 파워가 작을때는 위상 정합이 되어 반도체 광증폭기의 광모드가 완전히 결합되어 cross state로 변환된 파장의 광파워가 많이 출력되고, 신호 입력 파워가 증가함에 따라 결합이 감소하게 되어 Cross state에서의 출력 파워는 감소하게 된다. 이와 같은 소자는 입력 신호광과 변환된 신호광이 역방향으로 진행하는 경우 광필터가 필요없이 파장변환이 가능하고, 변환 후의 소광비가 향상되기 때문에 향후 다양한 형태로 응용될 가능성이 있으며, 적정 설계 및 성능 예측을 위해서는 시영역에서 모델링할 수 있는 방법론을 구축하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 연산자 분리 방법$^{(1)}$ 을 적용하여 상술한 파장변환기를 해석하기에 적당하도록 시영역 동적 모델을 구현하고, 파장변환 특성을 여러 가지 면에서 분석하여 보았다. (중략)
본 논문에서는 산재-부분-제한영역 파장 변환 방식의 파장분할다중화 광통신망의 불통 확률을 정확하게 계산할 수 있는 수학적 성능분석 모형을 제안하고, 이를 기반으로 파장 변환기를 효율적으로 배치하는 파장 변환기 배치 알고리듬을 제시한다. 제안하는 성능분석 모형은 파장 변환기의 제한된 파장 변환 영역으로 발생하는 영역 불통(Range Blocking)과 파장 변환기의 개수 제약으로 발생하는 용량 불통(Capacity Blocking)을 이론적으로 도출하는 최초의 성능분석 모형이다. 유럽 광통신망에서 수행한 시뮬레이션 결과를 통해 제안하는 성능분석 모형이 광통신망의 불통확률을 정확히 예측함을 보인다. 또한, 기존에 알려진 산재 파장 변환 방식, 부분 파장 변환 방식, 또는 제한영역 파장 변환 방식들과 비교할 때, 이들을 효율적으로 결합한 산재-부분-제한영역 파장 변환 방식이 최소의 파장 변환 비용으로 주어진 광통신망의 불통 성능을 달성할 수 있음을 보인다.
본 논문에서는 WDM 네트워크에서 보다 현실적인 파장 변환을 고려하면서 잔여링크를 최대화시킬 수 있는 파장 할당 알고리즘을 제시한다. 기존의 기법들은 각 노드들의 과장 변환 능력을 무시하고 전체 네트워크의 파장 변환 능력을 일률적으로 고정시킨 것을 가정하기 때문에 비효율적이라 할 수 있다. 제안된 기법은 각 노드의 파장 변환 능력을 각각 고려하면서 사용 가능한 잔여링크의 집합을 가능한 최대화 할 수 링(Ring)의 형태로 만든다. 이것은 잔여링크를 최대화하여 어떤 경로 요구가 있더라도 파장을 할당 할 수 있게 한다. 그렇기 때문에 네트워크에서의 블러킹 확률을 최대 19%까지 낮출 수 있었으며, 파장변환 횟수에서 대략 40%의 성능 향상을 보이고, 네트워크의 활용성을 높일 수 있음을 성능 비교를 통해서 볼 수 있다.
3차 비선형 광학 현상을 이용한 파장변환에 대한 연구는 1960년대 초 비선형 광학 연구가 시작된 이래 최근까지 연구자들로부터 큰 관심을 끌지 못하였다. 1963년 Terhune 등이 방해석을 이용한 3차 조화파 발생의 첫 연구결과를 보고하였으나, 일반적으로 직접적인 3차 파장변환 효율은 2차의 경우에 비해 현저히 낮기 때문에, 2차 파장변환 과정을 두 번 이용하여 3차에 해당하는 파장변환을 얻는 방법이 널리 활용되어 왔다. (중략)
스위치 비용을 감소시킬 연구의 일환으로 공유형 광 지연 선로 버퍼를 갖는 광 패킷 스위치에서 인터넷 트래픽과 같은 비동기 가변길이 패킷들의 경합 해결을 위해 요구 되어지는 최적화된 튜닝 가능한 파장 변환기의 개수와 내부 파장 개수가 도출 되어 진다. 광 패킷 스위치 디자인 비용에 관련된 튜닝 가능한 파장 변환기의 개수와 내부 파장 개수를 도출하기 위해 스위치 내부에 한정된 수의 파장 변환기와 내부 파장을 고려해 주는 새로운 형태의 스케줄링 알고리즘을 제안하였다. 세 가지 튜닝 가능한 파장 변환기 구조들에 대해서 최소의 패킷 로스를 보장해 주는 최적화된 파장 변환기의 개수와 내부의 파장 개수가 자원 낭비를 예방해 주기 위해 평가되어졌다. 하나의 주어진 로드 하에서 파장 변환기 개수와 내부의 파장 개수가 의미 신장하게 감소되어 질 수 있었으며 또한 파장 변환기의 수와 내부 파장의 수를 완전히 갖는 광 패킷 스위치의 성능과 같은 패킷 손실 확률을 보장해 주었다.
CsLiB$_{6}$O$_{10}$(CLBO) 단결정은 넓은 광투과 영역, 극자외선 영역에서의 광투과성, 비교적 큰 비선형 광학계수, 높은 레이저 광손상 문턱값 등의 우수한 특성으로 인해 극자외선 영역에서의 파장변환과 고출력 레이저의 파장변환에 매우 활발한 응용이 시도되고 있다. 본 연구에서는 CLBO 단결정을 이용하여 Nd:YAG 레이저의 1064 nm 파장을 4차 조화파인 266 nm 파장으로 변환시키고 광변환 특성을 조사하였다. (중략)
본 논문에서는 WDM 네트워크에서 보다 현실적인 파장 변환을 고려하면서 잔여링크를 최대화시킬 수 있는 파장 할당 알고리즘을 제시한다. 기존의 기법들은 각 노드들의 파장 변환 능력을 무시하고 전체 네트워크의 파장 변환 능력을 일률적으로 고정시킨 것을 가정하기 때문에 비효율적이라 할 수 있다. 제안된 기법은 각 노드의 파장 변환 능력을 각각 고려하면서 사용 가능한 잔여링크의 집합을 가능한 최대화 할 수 있는 링(Ring)의 형태로 만든다. 이것은 잔여링크를 최대화하여 어떤 경로 요구가 있더라도 파장을 할당할 수 있게 한다. 그렇기 때문에 네트워크에서의 블러킹 확률을 최대 $19\%$까지 낮출 수 있었으며, 파장 변환 횟수에서 대략 $40\%$의 성능 향상을 보이고, 네트워크의 활용성을 높일 수 있음을 성능 비교를 통해서 볼 수 있다.
OXC는 정적인 점대점 광전송망에서 동적인 그물형 전광통신망으로 진화하기 위하여 망에 도입되어야 할 새로운 광네트워크 장비이다. OXC는 링크 단위의 스위칭을 하는 FXC 파장 단위의 스위칭 기능이 있으나 파장 변환 기능이 없는 WSXC, 그리고 파장 변환 기능이 있는 WIXC로 구분할 수 있으며, 이들간의 hybrid 도 가능하다. OXC 하드웨어의 중심을 이루는 것은 광스위치이다. MEMS 기술, 열광학 효과를 이용한 광도파로 기술, 전반사를 이용하는 bubble 스위치 기술 등을 사용하여 개발이 진행되고 있다. 현재까지는 이 중 3D MEMS 기술이 대용량 스위치를 구성할 가능성이 있는 기술로 받아들여지고 있다. OXC를 구성하는데 있어서 또 다른 핵심적인 기술에는 파장변환 기술이 있다. 광전 파장변환기와 전광 파장변환기 방식이 현재 연구되고 있으며 초기에는 광전변환 방식이 OXC 시스템에 적용될 가능성이 높다. 전광 파장변환기의 시스템 적용을 위해서는 좀 더 많은 연구가 필요할 것으로 보인다. OXC를 사용하는 전광통신망에서 광스위치 기술 이상으로 많은 논란이 되는 것은 망의 운용 문제이다. 현재 가장 많이 언급되는 모델은 오버레이 모델과 피어 모델이다. 오버레이 모델은 클라이언트/서버 개념에 기반한 모델인 반면 피어 모델은 광 네트워크 장비와 기존 장비를 대등한 관계로 정의한 모델이다. 각각의 모델에 대해서는 표준화 단체에 따라 약간씩 다른 입장을 취하고 있지만 상호 간에 수용 또는 타협할 점이 많다고 볼 수 있다. OXC를 포함하는 전광 통신망을 운용할 때에는 동적 연결 설정 및 해제를 위한 새로운 신호 방식이 필요하다. 이를 위하여 ITU-T 및 OIF에서 UNI와 NNI등의 인터페이스와 여기에 사용되는 신호 방식을 논의하고 있다. 그 외에도 전광 통신망 운용에 필요한 라우팅 및 파장할당 방법과 OXC를 이용한 그물형 망에서의 보호 및 복구에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
Wavelength Division Multiplexed (WDM)과 Time Division Multiplexed (TDM) 광 네트워크에서 전광 파장변환은 미래 초고속통신의 핵심 기술이다. 파장변환장치는 정보 소통량 관리에 유연성을 부여함과 동시에 광 네트워크의 동적 재구성을 용이하게 한다. 최근에 주기적 분극을 가진 LiNbO$_3$ 도파로를 이용한 몇몇 파장변환실험들이 성공적으로 수행됨으로써, Difference Frequency Generation (DFG)와 같은 2차 비선형 분극을 이용한 파장변환 장치에 대한 관심이 증대되고 있다. (중략)
파장변환 소자는 최근에 급격히 발전하는 광네트웍을 구축하기 위한 필수적인 소자로서 여러 가지 형태에 대한 연구개발이 진행되고 있다. 그 중에서도, 최근에는 광증폭기로 형성된 방향성 결합기 구조에서의 상호위상변조(XPM: Cross Phase Modulation)에 의한 파장변환에 대한 개념이 제안되고 가능성이 실험적으로 입증된 바 있다. 본 논문에서는 연산자 분리 방법을 적용하여 상술한 파장변환기를 해석하기에 적당하도록 시영역 동적 모델을 구현하고, 파장변환 특성을 여러 가지 면에서 분석하여 보았다. 모델링 결과는 다른 연구자의 실험 결과를 잘 설명할 수 있음을 보였으며, 실험에서 제세되지 않았던 신호공과 변환된 광파가 역방향으로 진행하는 경우의 파장변환 특성 등에 대해서도 이 파장변환기가 잘 동작함을 보였다. 주파수 처핑의 경우 광펄스의 시작과 끝점 모두에게 정처핑과 부처핑이 동시에 발생함을 보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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