광 중계기로 광섬유 증폭기를 사용한 장거리 솔리톤 전송 시스템의 성능을 이론적으로 평가하였다. 잡음을 감소시키기 위하여 이득을 크게 하고 후치 증폭기 손실을 첨가한 광섬유 증폭기를 사용하였다. 펌프 파장이 1480nm, 증폭기 이득이 7dB, 증폭기의 압축이 1dB인 경우를 고려하였으며, 펌프 파우어를 3.71에서 11.53mW로 증가시키고 후치 증폭기 손실을 0에서 10dB로 증가시켰을 때 잡음 인자는 2.37에서 1.42로 감소되었다. 이때 power penalty는 8,000km 전송시 4.09에서 1.20dB로 감소하였으며 최대 14,890km 장거리 전송이 가능함을 알 수 있었다.
3준위 레이저 rate equation 및 overlap integral로부터 파장 1.48 ${\mu}m$에서 여기된 E$r^{3+}$ 첨가 광섬유 광증폭기를 위한 광섬유 매개 변수의 최적 조건을 계산하였다. 이 계산으로부터 Er3+ 첨가 광섬유 광섬유 광증폭기의 소신호 이득(small signal gain) 특성을 개구수 (N.A.), V값, 광섬유 길이, 차단 파장(cutoff wavelength) 등의 함수로 알아 보았으며 또한, 최대 소신호 이득을 갖기 위한 광섬유 매개 변수를 결정하였다.
본 논문에서는 CMOS $0.35-{\mu}m$ 공정을 이용하여 Plastic Optical Fiber (POF) 응용분야에 적용할 수 있는 세 종류의 shunt-feedback 구조의 1-Gb/s 광 수신기를 설계하고 비교분석하였다. 기본적인 common-source transimpedance amplifier (CS-TIA), common-gate TIA (CG-TIA), 그리고 regulated-cascode TIA (RGC-TIA)를 최적화 설계하여 이득, 대역폭, 잡음특성 등을 비교분석 하였다. 시뮬레이션 테스트 결과 RGC-TIA가 CS-TIA, CG-TIA 보다 이득, 대역폭 측면에서 가장 좋은 성능을 보였으며, 잡음특성 측면에서는 CS-TIA가 가장 좋은 성능을 보였다. 각 광 수신기의 칩 사이즈는 bonding Pad를 포함하여 $0.35mm^2$이다.
본 논문에서는 1.3$\mu\textrm{m}$ 대역에서 증폭특성을 갖는 PDFA의 과도응답 특성을 이론적으로 해석하였다. 수치모델은 밀도반전의 형성과정, 여기파워, 신호파워와 증폭기를 따라 변화하는 신호파워를 포함하고 광섬유 증폭기의 길이에 따른 각 에너지준위의 밀도, 여기파워, 이득의 해서과 시간의 변화에 따른 각 에너지준위의 밀도변화와 이득을 해석하였다. 이러한 수치해석의 결과는 광섬유증폭기의 이득 포화와 복구시간을 예측할 수 있게 해주고, 이득의 포화와 복각시간이 광 펄스의 증폭에 미치는 영향을 예측한 수 있게 한다. 시뮬레이션의 결과, 여기광의 파장 1.017$\mu\textrm{m}$, 파워 0.5W이고 광섬유증폭기의 Pr 이온의 도핑농도가 1000ppm일 경우 광섬유증폭기의 길이 약 5m 에서 이득의 포화가 이루어 졌으며 30dB의 이득을 얻었다. 또한 상준위의 이온밀도는 약 250$\mu\textrm{s}$의 시간이 지난후에 포화됨을 알 수 있었다.
타일형 결맞음 빔결합 연구를 위하여 시드 공유형 다채널 광섬유 레이저 및 출력단, 다중 빔 정렬 기술을 개발하였다. 광섬유 레이저는 7개의 채널을 갖고, 각각의 채널당 출력 10 W 이상으로 시드, 전치 증폭기, 광 분배기, 주 증폭기로 구성된 master oscillator power amplifier 구조이다. 레이저 빔 시준 및 정렬을 위하여 틸팅 기능이 가능한 출력단을 개발하였다. 출력단은 채움값을 높이기 위하여 원통형 구조로 제작하였으며, 광섬유 엔드캡의 결합이 가능하게 하였고, 출력단 내부에 PZT를 장착하여 틸팅 기능을 구현하였다. 다중 채널 레이저의 각 채널 빔을 표적의 한 점으로 정렬하기 위하여 stochastic parallel gradient decent (SPGD) 알고리즘을 적용하였다. SPGD 알고리즘을 이용한 PZT 제어를 통해 다중 빔 정렬을 성공적으로 구현하였다. 다중 빔 정렬 기술을 이용한 결맞음 빔결합 기술 개발이 기대된다.
Park, Kang-Yeob;Oh, Won-Seok;Ham, Kyung-Sun;Choi, Woo-Young
Journal of the Optical Society of Korea
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제16권1호
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pp.1-5
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2012
This paper describes a 150-Mb/s monolithic optical receiver for plastic optical fiber link using a standard CMOS technology. The receiver integrates a photodiode using an N-well/P-substrate junction, a pre amplifier, a post amplifier, and an output driver. The size, PN-junction type, and the number of metal fingers of the photodiode are optimized to meet the link requirements. The N-well/P-substrate photodiode has a 200-${\mu}m$ by 200-${\mu}m$ optical window, 0.1-A/W responsivity, 7.6-pF junction capacitance and 113-MHz bandwidth. The monolithic receiver can successfully convert 150-Mb/s optical signal into digital data through up to 30-m plastic optical fiber link with -10.4 dBm of optical sensitivity. The receiver occupies 0.56-$mm^2$ area including electrostatic discharge protection diodes and bonding pads. To reduce unnecessary power consumption when the light is not over threshold or not modulating, a simple light detector and a signal detector are introduced. In active mode, the receiver core consumes 5.8-mA DC currents at 150-Mb/s data rate from a single 3.3 V supply, while consumes only $120{\mu}W$ in the sleep mode.
분산 보상을 위하여 DCF(dispersion compensating fiber)를 사용한 10Gbps 전송 시스템을 시뮬레이션 하였다. 비선형 광섬유에서 NRZ 펄스 전파를 분석하기 위해서, 유한 요소법과 유한 차분법을 조합한 단계 분할 유한 요소법을 사용하였다. 광 증폭기와 시스템 잡음이 포함된 시스템의 수신기에서 eye diagram과 BER 곡선을 구하였다. 시뮬레이션 결과로써, 50km 전송후에 분산 패널티가 약 0.8dB이었으며, 이득이 12dB인 EDFA를 사용하였을 때 $10^{-9}$ BER에서 -27.4dBm의 수신감도를 나타내었고 EDFA를 사용하지 않았을 경우에는 15.6dBm.의 감도를 나타낸다는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 고농도로 도핑된 Bismuth 기반 어븀첨가 광섬유 증폭기의 이득 및 노이즈 특성을 정확히 예측하기 위하여 필요한 이론적 모델링 기법에 대한 연구를 수행 하였다. 고농도의 Erbium 이온이 첨가되었을 때 발생하는 Clustering 현상에 기인한 Inhomogeneous Broadening현상, Cooperative Upconversion 현상, Pump Excited State Absorption과 Signal Excited State Absorption 현상 등 모든 현상을 고려하여 6 레벨 증폭기 System Model을 제시하고 이를 전산모사하여 실험치와 비교함으로써 제시된 모델의 유효성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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