본 논문에서는 self-seeding FP-LD (Fabry Perot Laser Diode)를 이용하여 WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing - Passive Optical Network)에서 사용될 수 있는 새로운 파장 가변 광원의 가능성을 검증한다. 파장 가변 광원을 이용한 WDM-PON의 기존 구현은 AWG (Arrayed Waveguide Grating) 소자의 중심 파장과 광원의 중심 파장을 세밀히 정렬해 주어야 하는 단점이 발생한다. 그러나, 본 논문에서 제안하는 파장 가변 광원은 매우 간단한 구조로 구성되며, 가변 파장이 AWG의 중심 파장에 자동 정렬되는 장점을 갖는다. 구현된 파장 가변 광원은 약 14 nm 정도 이상의 파장 가변 대역을 보였고, 상대적 세기 잡음, RIN (Relative Intensity Noise)은 최대 약 -124dB/Hz로 나타났으며, 외부 변조기를 통해 변조한 결과 10Gb/s 신호에 대한 변조 가능성을 확인 할 수 있었다.
본 논문에서는 2012년 12월에 표준화가 확정된 NG-PON2(Next Generation-Passive Optical Network2)를 기반으로 하는 액세스 전달망 시스템에서 동작파장을 초기화하는 다양한 방법 및 전송 채널 관리기술에 대한 국내외 동향을 제시하고, 새로운 파장 초기화 및 채널관리 기법을 제안하고 실험결과를 제시한다. 제안되는 기법은 필터링된 파장가변 광원에서 각각 수신된 전기적 신호들간 크기차이를 계산하여 이를 통해, 파장대역을 할당한다. 확보된 파장영역에서 시스템 링크가 물리적으로 연결이 되면, 연결된 광루트를 통해 발생하는 광원의 역반사 효과를 이용하여 전송채널의 동작 파장의 정확도를 향상시킨다. 결정된 채널내에서 광원의 동작 파장의 정확도를 향상시키기 위해서 에코잉(echoing) 기법, 즉, 가입자 송신단에서 전송된 광원이 중앙 기지국 수신단에서 적절하게 수신이 되는 지를 체크하게 된다. 이러한 기법을 이용하여, 광 회선 단말 장치가 광 종단 장치의 광원의 파장을 인지하지 못한 상태에서 동작파장을 찾는 시간이 최대 2초 이내에서 이루어짐을 확인하였다. 또한, 파장 가변형 레이저의 파장특성에 무관하게 동작함을 3개의 파장(1577.86nm, 1578.69nm, 1579.52nm)을 무작위로 선택하여 구동한 결과, 파장 대역 및 동작파장을 소수점 둘째자리까지 확보하는 것을 검증하였다.
광 대역투과 필터$^{(1)(2)}$ 는 WDM 광통신 시스템에서의 채널 선별에 사용되거나 좁은 선폭의 광원을 제작하는 데 사용된다. 또한 광원의 파장을 분석하는 광스펙트럼 분석기나 광섬유 센서 시스템에서 신호처리용 파장 필터 등으로도 널리 쓰이고 있는 중요한 광소자 중에 하나이다. 본 연구에서는 코어 모드감쇠기와 음향광학 가변 필터$^{(3)}$ 를 사용하여 새로운 전광섬유 형태의 광 대역투과 필터를 구현하였다. 본 광 대역투과 필터는 필터의 중심 파장 및 필터의 투과율을 전기적으로 쉽고 빠르게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. (중략)
The integration of high-capacity terrestrial networks with non-terrestrial communication using satellites has become essential to support seamless low-latency services based on artificial intelligence and big data. Tunable light sources have been instrumental in resolving the complexity of channel management in wavelength division multiplexing (WDM) systems, contributing to increased network flexibility and serving as optical sources for long-distance coherent systems. Recently, these light sources have been applied to beam-steering devices in laser communication and sensing applications across ground, aerial, and satellite transport. We examine the utilization and requirements of tunable lasers in WDM networks and describe the relevant development status. In addition, performance requirements and development directions for tunable lasers used in optical interference systems and beam-steering devices are reviewed.
매우 짧고 결맞는 극자외선 광원의 개발에 대한 기대로 강력한 레이저 장과 상호작용하는 원자에서 일어나는 비선형 다광자 현상에 대한 연구가 최근에 활발하게 전개되고 있다. 이 상호작용 과정에서 발생하는 빛은 매우 넓은 파장 영역에 걸쳐있으며, 입사 레이저의 홀수 배에 해당하는 매우 높은 차수의 조화파들을 포함하고 있다고 알려져 있다$^{(1,2)}$ . 최근의 이론 및 실험에 의하면, 강력하고 짧은 레이저 펄스를 사용하면 고차조화파의 파장에 청색변이를 일으킬 수 있다$^{(3.4.5)}$ . 실제 관측된 청색변이는 이웃하는 홀수 조화파의 간격보다 더 크다$^{(5)}$ . 따라서, 원리적으로는 매우 넓은 가변 폭을 갖고 연속적으로 파장을 조정할 수 있는 파장가변 극자외선 광원의 개발이 가능하다. (중략)
PZT형 파장가변 필터를 이용하여 파장스윕(wavelength-swept) 광원을 구성할 때 발진파장의 변화율을 일정하게 하려면 필터의 이력(hysteresis)특성을 알아야 한다. 이력특성을 무시하고 필터를 구동할 경우 파장스윕 광원을 사용하는 optical frequency domain reflectometry(OFDR) 시스템의 분해능이 떨어진다. 광스펙트럼 분석기(OSA)를 이용하여 필터의 이력특성을 측정할 수도 있지만 측정시간이 너무 길고 실제 구동조건에서의 이력특성은 측정할 수 없다는 문제가 있어 실제 구동조건에서 필터의 이력특성을 고속으로 측정할 수 있는 OFDR의 원리에 기초한 이력 측정법을 제시하였다. 파장스윕 광원과 간섭계, 신호처리 장치, 그리고 PC 프로그램으로 구성된 고속 이력측정장치를 구현하고, 이를 사용하여 필터 구동조건에서의 이력특성을 측정하였다. 마지막으로 측정된 이력특성을 파장스윕광원의 구동에 적용하여 선형적 파장변화를 얻음으로써 새로운 이력측정법의 유효성을 검증하였다.
주파수영역 광 간섭 단층촬영 시스템을 위한 파장가변 광원과 주파수 보정(calibration)을 위한 신호처리계를 구현하였다. 제작된 레이저의 평균출력을 부스터(booster) 반도체 광 증폭기를 이용하여 14 mW까지 증폭시키고, 레이저 스펙트럼의 편이(shift)를 보상하였다. 패브리-페롯 에탈론(Fabry-Perot etalon)과 디지털 신호처리(digital signal processing)로 신호처리계를 제작함으로서 파장가변광원의 속도가변에 따른 비트주파수(beat frequency)의 넓어짐을 보정하였다. 제작된 광 간섭 단층촬영 시스템은 종방향 주사속도 154.4 kHz, 측정깊이 0.95 mm, 종방향 분해능 $12{\pm}0.37{\mu}m$의 특성을 가진다.
광대역 증폭기의 개발과 아울러 고출력 광섬유 레이저의 개발이 다양하게 이루어지고 있는데. 파장 선택이 자유롭다는 장점 때문에 다양한 구조의 광섬유 레이저가 지속적으로 개발되고 있다. 라만 레이저의 출력 파장을 가변하기 위해서는 출력단과 반사단의 파장 가변 가능한 반사체로 이루어져야 한다. 그러한 구조로 레이저를 설계한다면, 제작 비용이 상대적으로 높아진다.이를 개선하기 위해, 본 논문에서는 비대칭 공진기를 이용하여 파장에 제한 없이 가변 가능한 라만 광섬유 레이저를 구현하고자 한다.
S/S+band에서 ITU-T의 50 ㎓격자에 맞는 채널을 가지는 광대역 파장가변 thulium첨가 광섬유레이저(TTDFL)를 개발하였다. 1.4$\mu\textrm{m}$및 $1.5\mu\textrm{m}$두 대역의 광원으로 펌핑되는 thulium첨가 광섬유(TDF)의 반전에 관한 분석을 통해, 대부분의 S/S+band에서 파장을 가변할 수 있는 레이저를 구현하였다. 이 파장가변 레이저는 65.1nm의 넓은 3-㏈ 대역폭 내에서 6.7㏈m이상의 평탄한 출력 스펙트럼을 보여주었고, 생성된 DWDM채널 수는 178개에 달하였다. 또한 보조 펌프의 출력을 더 높일경우 66.2 nm까지도 대역폭을 넓힐 수 있었고, 공진기 내부 필터의 온도를 조절함으로써 레이저의 주파수를 더욱 안정화 할 수 있음도 보였다. 본 연구에서 개발된 이 레이저는 S/S+band에서 기준 파장을 제공하는 유용한 광원으로 활용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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