본 논문에서는 고효율 증폭 기능을 가지는 이중경로증폭 구조의 고정이득 L-band EDFA를 구현하였다. 선형공진기로부터 생성된 발진광에 의해 신호채널들이 분기결합 되더라도 잔류채널의 요동을 줄일 수 있다. 잔류채널의 과도응답 특성에 대해 발진출력광 변화율이라는 정량적인 척도를 제시하였고 이를 이용해 발진파장 및 발진방향에 따른 과도응답 특성을 측정하였다. 결과적으로 단파장 및 펌프광의 반대 방향으로 전파하는 후방 발진광이 가장 양호한 것으로 판명되었다.
채널 레벨 컨트롤러는 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식의 OXC(Optical Cross Connect), OADM(Optical Add/Drop Multiplexer), 광 증폭기(EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier) 등의 시스템에서 채널별 광 신호의 세기를 조절하여 시스템의 신뢰성을 높이는 중요한 제어기다. 본 논문에서는 12채널 VOA(Variable Optical Attenuator) 4개를 사용하여 40채널의 광 신호 레벨을 제어할 수 있는 컨트롤러를 구현하였다. 각 채널의 광 신호 레벨을 제어하는데 하나의 마이크로프로세서가 5개의 채널을 제어하고 총 8개의 마이크로프로세서로 40채널을 분산 제어하도록 구성하였다. 또한 외부와 통신을 하고 사용자로부터의 명령을 각각의 마이크로프로세서에 전달하기 위한 마이크로프로세서를 추가하였다. 출력 되는 광 신호의 세기를 측정하여 VOA를 제어하고 VOA 출력에서 바로 PD(Photo Detector)로 입력하였다. 일반적으로는 AWG(Arrayed Waveguide Grating) 출력에서 광 신호를 다시 분파하여 PD에 입력하는 방법으로 매우 복잡하다. 본 연구는 이를 개선하여 매우 간단한 방법으로 다 채널의 광 신호를 제어 할 수 있었다.
32 채널 이상의 파장다중화 광신호 전송에서 이득포화 광신호 사용법이 적용되었고, 이 이득 포화 광신호의 세 가지 다른 적용 방법들이 비교되었다. 이 세 가지 방법은 고출력 DFB LD 들만을 사용하는 경우, 광증폭기로 증폭된 입력광원들을 사용하는 경우, 그리고 하나의 이득포화 광원과 소수의 파장다중화 광원들을 사용하는 경우들이다. 하나의 포화 광원을 이용한 경우는 다시 이 광원의 파장 의존성을 확인하기 위해 1532.3 nm, 1545.7 nm, 그리고 1558.2 nm의 세 가지 경우가 비교되었다. 그 결과 입력광원이 증폭기로 증폭되더라도 ASE에 의한 잡음은 영향이 미미하였음을 확인하였고, 포화 광원의 파장위치는 장파장인 경우 이득이 1 dB 이상 감소하였으며 그 원인이 분석되었다.
40 채널의 파장 다중화된 광신호를 3000 km 까지 전송하면서 후치분산 보상 방법의 차이에 따른 성능 변화를 조사하였다. 개별 광신호는 10 Gbps 대역폭의 RZ 신호포맷을 사용하였고 40 채널들의 파장은 1533.5 nm에서 1564.7 nm 사이에 100 GHz 의 주파수 간격을 가졌다. 후치분산 보상을 위해 40개의 개별채널 별로 후치분산을 최적화하는 경우, 전 40 채널들을 하나의 분산값으로 후치분산 보상하는 경우, 그리고 제안된 방법으로 8개씩 묶은 채널 그룹별로 최적화하는 경우의 세가지 경우가 비교되었다. 최저 성능 채널과 그 성능 값은 세가지 방식에서 차이가 없었다. 최고 성능값은 전 채널을 하나의 후치분산 값으로 사용하는 경우가 다른 두 가지 방식에 비해 성능에 떨어졌지만 그룹별 방식이나 개별 채널별 방식은 차이가 없었다. 따라서 채널 그룹별로 후치분산을 통해 신호 성능의 희생 없이 전송시스템을 단순화시킬 수 있음을 확인하였다.
256개의 ONU를 수용하며 50 km 전송거리를 갖는 차세대 시분할 수동광망(TDM-PON) 링크에 링크 확장기로 반도체 광증폭기가 적용되었다. 이 광증폭기의 이득은 25dB 였고 입력신호 변화에 따른 이득 자동조정장치는 사용되지 않았다. 상향 링크의 전체 광세기 범위는 58 dB 였고, 광증폭기로의 입력신호가 -30 dBm인 조건에서 링크의 $10^{-9}$ BER을 위한 수신감도는 -25 dBm였다. 그 입력세기가 -10 dBm인 경우 버스트 신호에 의한 증폭기의 이득 과도응답에 의한 초과펄스왜곡은 45% 였고 이로 인한 신호성능의 악화는 $10^{-12}$ BER 에서 1.55 dB의 페널티를 발생시켰다. 그러나 -15 dBm 이하의 입력조건에서는 페널티는 무시할 수준으로 급격히 낮아져서, 링크의 다이나믹 범위가 최소한 -15 dBm 까지는 보장되었다. 이 같이 측정된 입력신호의 다이나믹 범위는 50 km이상 장거리 그리고 수백개 이상의 다수가입자를 지원하는 차세대 수동광망에서 링크 확장기로 광증폭기가 사용되더라도 광증폭기 이득 자동조정장치를 사용하는 것이 필수적이지 않음을 의미한다.
채널당 10 Gb/s 의 파장 다중화된 NRZ 광신호를 2000 km 까지 전송하면서 링크구간분산 보상 방법의 차이에 따른 성능 변화가 조사되었다. 1533.5 nm에서 1564.7 nm 사이에 100 GHz 의 주파수 간격을 가지는 40 채널의 파장 다중화 신호가 전송되었다. 링크구간 분산보상은 95%, 97.5%, 100%, 102.5% 그리고 105%가 비교되었으며 후치분산 보상이 없는 경우에는 97.5% 링크구간 분산 보상이 가장 좋은 성능을 가졌다. 총 링크거리의 누적분산 값과 링크구간당 평균분산 값의 비교를 통해 신호 성능에 미치는 분산 조건 변화의 영향을 분석하였다. 후치분산보상 최적화가 링크구간 분산보상과 함께 적용되었을 때는 102.5% 조건이 가장 좋은 결과를 보였으며 이 조건이 분산 효과와 채널간 상호 작용의 효과가 동시에 최소화되는 균형점임을 확인하였다.
40 채널의 10 Gb/s 파장 다중화된 RZ 포맷 광신호를 3000 km 까지 전송하면서 전송 링크 구간의 거리 변화에 따른 광신호의 최적 신호 세기에 대해 연구하였다. 링크 구간의 거리를 40 km 로부터 140 km 까지 20 km 씩 변화시켰고, 각각의 링크 구간 조건에서 SSMF와 DCF에 입사되는 광신호의 세기를 변화시키면서 신호 성능인 Q 값을 측정하여 비교하였다. 링크 구간이 증가함에 따라서 SSMF에 입사되는 광세기의 최적값은 1 dB/km 의 비율로 선형적으로 증가하였고, DCF에 입사되는 광세기의 최적값은 100 km 링크 구간 거리까지는 0.5 dB/km 비율로 증가하였으나 그 이상의 구간 거리에서는 변화가 없었다. 이 같은 경향은 총전송 거리가 2000 km나 30000 km에서 동일하게 유지되었으며, 전송선에 사용된 광증폭기의 잡음지수를 5 dB에서 7 dB로 변경되어도 변화 없이 유지되었다.
본 논문에서는 새롭게 제안한 ASE 차동 감시 방법을 이용하여 EDFA의 이득 과도 현상 및 정상상태의 이득 오차를 제어하는 방법에 대해 기술한다. 현재까지 EDFA의 과도현상을 해결하기 위해 제안된 방법들은 대부분 제어에 있어서 특정한 기준점을 필요로 하기 때문에 다양한 규격을 갖는 증폭기들에 적용하고자 할 때에는 증폴기 각각의 특성을 측정하여 제어 파라미터를 변경하거나 제어 회로를 수정해야 하는 불편이 있어Te. 본 논문에서는 이를 해결하기 위한 방법으로서 이득 대력양단의 ASE 파워를 서로 비교하여 얻은 이득 평탄도의 변화를 이득의 변화로 간주하는 이득 오차 검출기를 제안하였다. 제안한 방법은 이득과 이득 평탄도의 1:1 대응관계를 이용하는 것으로서, 밀도 반전의 변화를 직접적으로 반영할 뿐만 아니라, 그 동작에 있어서 제어 회로의 기준점을 필요로 하지 않기 때문에 하나의 회로를 서로 다른 이득 특성을 갖는 증폭기에 회로의 변경 없이 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이를 검증하기 위해 실제 제작된 EDFA 및 여러 개의 EDFA로 연결된 링크를 대상으로 완전한 이득 고정 시스템을 구현하였는데 제작된 증폭기의 정상상태 이득 및 이득 고정 시스템의 설계 파라미터에 무관하게 정확한 이득 고정 성능을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 파장분할다중(WDM)망에 적용된 어븀첨가 광섬유증폭기(EBFA)의 이득이 채널의 가감(add/drop)게 따라 변화하는 것을 EDFA의 3-레벨 모델을 기반으로 하는 비례-적분-미분 제어기(PID controller)가 적용된 새로운 외란관측기법을 통해 제어함으로써 이득회복시간을 $3\mu$sec 이하까지 단축시킬 수 있음을 보였다. $3\mu$sec이하의 이득회복 및 안정화 시간은 지금까지 발표된 것들 가운데 가장 빠른 것으로 종전에 2-레벨 EDFA 모델을 기반으로 하는 PI 제어기가 사용된 외란관측기법을 통해 얻었던 $250\mu$sec의 약 $1\%$, 그리고 현재 상용화되어 있는 WDM 망용 EDFA의 가장 빠른 이득회복시간인 $200\mu$sec의 $2\%$도 채 안되는 시간이다. 이러한 결과는 외란관측기의 파라미터와 PI 제어기의 제어 파라미터의 변화에 따른 시스템의 특성 변화를 분석하여 제어기를 최적함으로써 얻어 낼 수 있었으며, 이를 상용화에 적용할 경우, 향후 유동적(dynamic) WDM 망에서 매우 중요한 역할을 할 것으로 전망된다.
분자선 에피택시(molecular beam epitaxy, MBE)로 성장된 InGaAs 양자점 레이저 다이오드(quantum dot laser diode, QD-LD)와 InGaAs 양자우물 레이저 다이오드(quantum well laser diode, QW-LD)의 특성을 비교하였다. 펄스 입력전류 하에서 문턱전류밀도(threshold current density, $J_{th}$), 특성온도(characteristic temperature, $T_0$), 온도에 따른 발진파장의 변화도($d{\lambda}/dT$)를 측정한 결과, 양자우물 레이저 다이오드는 $J_{th}\;=\;322\;A/cm^2,\;T_0\;=\;55.2\;K,\;d{\lambda}/dT\;=\;0.41\;nm/^{\circ}C$로 측정되었으며, 양자점 레이저 다이오드는 $J_{th}\;=\;116\;A/cm^2,\;T_0\;=\;81.8\;K,\;d{\lambda}/dT\;=\;0.33\;nm/^{\circ}C$로 측정되었다. 양자점 레이저 다이오드는 양자우물 레이저 다이오드와 비교하였을 때, 문턱전류밀도 및 발진 광 파워가 상대적으로 우수한 결과를 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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