반송파 억압 펄스 발생용 변조기의 바이어스 전압 자동 보정 방법 및 장치 {Method and apparatus stabilizing an optimal bias voltage on carrier suppressed pulse generator}
도 1은 반송파 억압 제로 복귀(CSRZ) 변조기의 기본 구성도이다. 도 2는 반송파 억압 제로 복귀(CSRZ) 변조기의 동작 원리를 설명하는 신호 그래프이다. 도 3은 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 원리를 설명하기 위한 그래프이다. 도 4는 도 1에 보인 반송파 억압 펄스 발생용 변조기에 있어서, 바이어스 전압 변화에 따른 출력신호의 평균 파워 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5는 도 1에 보인 반송파 억압 펄스 발생용 변조기에 있어서, 바이어스 전압 변화에 따른 레이저 광원과 출력 신호와의 간섭 후 출력 파워 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6은 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 장치의 블록 구성도이다. 도 7은 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 방법의 수행 과정을 나타낸 순서도이다. * 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * 200 : 바이어스 전압 자동 보정 장치 201 : 스플리터 202 : 제1 광 파워 검출기 203 : 광커플러 204 : 제2 광 파워 검출기 205 : 제어기 206 : 광감쇄기
본 발명은 반송파 억압 제로 복귀(CSRZ: Carrier Suppressed Return-to-Zero) 변조기에 사용되는 반송파 억압 펄스 발생용 변조기에 대해 자동으로 최적의 바이어스 전압을 찾고 운용 중에 최적의 바이어스 전압을 유지할 수 있도록 자동 제어하는 변조 신호의 위상차를 이용한 반송파 억압 펄스 발생용 변조기의 바이어스 전압 자동 보정 방법 및 장치에 관한 것이다. 일반적으로, 파장 분할 다중 방식(WDM: Wavelength Division Multiplexing)의 장거리 광 전송 시스템에서, 송신 신호의 변조는 마흐젠더(Mach-Zehnder)형의 외부 변조기를 사용하여 비제로 복귀(NRZ: Non Return-to-Zero) 변조로 이루어져 왔다. 이때 사용되는 외부 변조기에는 온도의 변화 등에 따라 전달특성 곡선(transfer curve)이 좌우로 이동하는 현상(DC bias drift)이 발생하는데, 이 경우 광 송신 신호가 일그러져 소광비가 나빠지고 불안정한 파워가 출력되어 시스템의 성능 저하가 초래된다. 따라서 온도 변화에 관계없이 안정된 신호를 출력할 수 있도록 하기 위한 바이어스 전압의 자동 보정 기술이 필요하다. 현재, 비제로 복귀 변조를 기반으로 한 변조기에 대해서는 바이어스 전압의 보정방법이나 장치에 대해서는 여러 기술이 제안되어 있다. 그런데 최근 광 전송망의 전송 속도가 고속화되고 채널 간 간격이 점점 좁아지면서, 기존의 비제로 복귀 변조 방식 외에 제로 복귀(RZ: Return-to-Zero) 변조 방식을 기반으로 한 여러 변조 방식들이 연구되고 있다. 도 1에 보인 반송파 억압 제로 복귀 (Carrier Suppressed Return-to-Zero ; 이하 CSRZ라 한다) 변조 방식도 새롭게 연구되고 있는 광변조 방식의 하나이다. CSRZ 변조기는 도 1을 참조하면, 레이저 광원을 입력받아 반송파 억압 펄스를 발생시키는 마흐젠더형 제1외부변조기(Mach-Zehnder Interferometer1 ; MZI1)(101)와, 상기 제1외부변조기(101)로부터 출력된 반송파 억압 펄스에 대하여 비제로 복귀 데이터 변조를 수행하는 단일 포트의 제2외부변조기(Mach-Zehnder Interferometer2 ; MZI2)(102)로 구성된다. 상기 제1외부 변조기(101)는 바이어스 전압이 도 2의 그래프에서 포인트(S201)와 같이, 최저레벨에 위치하며 2Vπ의 전압크기로 (신호 클럭/2)에 따라 변조된다. 그 결과, 레이저 광원이 부호 S202가 가리키는 형태의 펄스 신호로 바뀌고, 인접 펄스의 위상은 180도씩 차이가 나게 된다. 이때, 상기 펄스신호의 스펙트럼을 보면 반송파가 억압되어 보이지 않는다. 상기 펄스 신호(S202)는 다시 제2외부변조기(102)로 인가된다. 상기 제2외부변조기(102)는 바이어스 전압이 도 2의 부호 S203이 나타내는 지점으로서, 경사면의 중간지점에 위치하여 데이터 신호에 따라 신호를 켜고 끄는(on-off) 기능을 수행한다. 즉, 비제로 복귀 변조를 수행한다. 그 결과, 부호 S204와 같이 데이터가 실린 펄스 신호가 발생한다. 상기 제2외부변조기(102)는 기존의 바이어스 제어 방식을 사용하여도 문제가 없으나, 상기 반송파 억압 펄스를 발생시키는 제1외부변조기(101)는 동작 특성상 기존의 비제로 복귀 변조 방식에서의 바이어스 전압 안정화 방법을 그대로 사용할 수 없다. 따라서 CSRZ 변조방식에 따르는 제1외부변조기(101)에 대하여 안정된 바이어스 제어를 구현할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 반송파 억압 제로 복귀 변조에 사용되는 변조기에 대해서, 자동으로 최적의 바이어스 전압 위치를 찾아 바이어스 전압을 안정화시킬 수 있는 변조 신호의 위상차를 이용한 반송파 억압 펄스 발생용 변조기의 바이어스 전압 자동 보정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 연속된 레이저 광원을 입력받아 반송파 억압 펄스를 발생시키는 변조기의 바이어스 전압 자동 보정 방법에 있어서, 상기 변조기의 출력 광신호의 평균 파워가 가장 큰 바이어스 전압을 해당 변조기의 최적 바이어스 전압으로 설정하는 최적 바이어스 전압 설정 단계; 상기 설정된 바이어스 전압을 변조기로 인가하는 변조기 운용 단계; 및 상기 변조기의 운용시, 바이어스 변동에 의한 출력 광신호의 위상변화를 검출하고, 검출된 위상변화에 따라 상기 변조기로 인가되는 바이어스전압을 증감시켜 상기 설정된 최적의 바이어스 전압이 유지되도록 하는 바이어스 전압 안정화 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 더하여, 본 발명에 의한 최적 바이어스 전압 자동 설정 방법은 최저값에서 최고값까지 바이어스전압을 가변시켜 상기 변조기로 인가하는 단계; 상기 바이어스전압별 변조기로부터 출력된 광신호의 평균 파워를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 평균 파워가 가장 큰 바이어스전압을 최적의 바이어스 전압으로 설정하는 단계에 의하여, 상기 최적 바이어스 설정하는 것을 특징으로 한다. 더하여, 본 발명에 의한 최적 바이어스 전압 자동 보정 방법은 상기 바이어스 전압의 변동에 의한 상기 변조기 출력 광신호의 위상 변화를 상기 변조기 출력 광신호와 레이저 광원의 간섭 신호 크기 변화로부터 검출하여, 바이어스 전압을 안정화시키는 것을 특징으로 한다. 더하여, 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 방법은, 상기 최적 바이어스 전압 설정 단계에서 설정된 최적 바이어스 전압의 인가시의 변조기 출력신호와 레이저 광원의 간섭신호에 대한 평균 파워를 기준값으로 설정하는 단계; 및 상기 변조기가 운용되는 동안, 상기 변조기의 출력 광 신호와 레이저광원의 간섭에 의한 평균파워가 상기 설정된 기준값을 유지하도록 바이어스 전압을 조정하는 단계에 의하여, 바이어스 전압을 안정화시키는 것을 특징으로 한다. 더하여, 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 방법은, 운용중인 변조기의 출력 광신호와 레이저 광원을 간섭시켜 그 간섭신호의 평균 파워를 검출하는 단계; 상기 간섭 신호 평균 파워 검출값과 상기 설정된 기준값을 비교하는 단계; 상 기 비교결과, 검출값이 기준값보다 작으면 변조기에 인가되는 바이어스전압을 단위 값만큼 감소시키는 단계; 상기 비교결과, 검출값이 기준값보다 크면 변조기에 인가되는 바이어스 전압을 단위 값만큼 증가시키는 단계; 및 상기 비교결과, 검출값과 기준값이 일치하면 변조기에 인가되는 바이어스 전압을 그대로 유지시키는 단계를 변조기가 동작하는 동안 반복적으로 수행하여 바이어스 전압을 보정하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 구성수단으로서, 본 발명은 연속된 레이저 광원을 입력받아 반송파 억압 펄스를 발생시키는 변조기에 있어서, 상기 변조기의 출력 광신호를 두 개로 분기시키는 분배수단; 상기 분배수단으로부터 출력된 변조기의 출력 광신호의 평균 파워를 검출하는 제1 광 파워 검출 수단; 상기 변조기로 인가되는 바이어스전압을 최저값에서 최고값까지 가변시키면서 상기 제1 광파워 검출수단의 검출값을 체크하여, 상기 검출값이 최고값일 때의 바이어스전압을 최적 바이어스 전압으로 상기 변조기로 인가하는 제어수단으로 이루어진 반송파 억압 펄스를 발생시키는 변조기의 바이어스 전압 자동 보정 장치를 제공한다. 더하여, 상기 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 장치는 상기 변조기로 입력되는 레이저광원과 상기 분배수단으로부터 출력된 출력 광신호를 간섭시키는 간섭 계측 수단; 및 상기 간섭 계측 수단으로부터 발생된 간섭신호의 평균 파워를 검출하는 제2 광 파워 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 수단이 상기 제1 광 파워 검출 수단에 의해 최고의 파워가 검출되는 시점의 제2 광 파워 검출 수단으로부터 출력된 간섭신호의 평균파워를 기준값으로 설정하고, 상기 제2광 파워 검출 수단으로부터 출력된 평균 파워가 상기 기준값이 되는 방향으로 바이어스전압을 보정하는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 한다. 더하여, 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 장치는 상기 제어 수단이, 상기 설정된 기준값과 제2 광파워 검출수단의 출력값을 비교하여, 기준값에 비하여, 검출값이 작으면 바이어스전압을 감소시키고, 검출값이 크면 바이어스 전압을 증가시키고, 검출값과 기준값이 일치하면 바이어스 전압을 그대로 유지시키는 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명에서 제시한 변조 신호의 위상차를 이용한 반송파 억압 펄스 발생용 변조기의 바이어스 전압 자동 보정 방법 및 장치의 구성 및 작용에 대하여, 첨부된 도면의 실시예를 참조하여 설명한다. 도 3은 CSRZ 변조기, 즉, 상기 도 1에 구비된 제1외부변조기(101)에 있어서, DC 바이어스 전압의 위치 변화와 출력 변화의 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 바이어 전압이 최적의 위치인 포인트P1에 존재할 경우, 상기 제1외부변조기(101)의 출력신호의 펄스 모양은 (a)의 그래프와 같이 나타나고, 위상 변화는 (b)와 같이 이상적으로 나타난다. 그런데, 바이어스 전압이 포인트 P2로, 즉, +Vπ/2 만큼 이동하면, 제1외부변조기(101)의 출력신호는 (c)의 그래프와 같은 펄스모양과 (d)와 같은 위상 변화를 갖는다. 상기 (c)에 도시된 바와 같이, 펄스 모양의 왜곡에 의하여, 제1외부변조기(101)의 출력신호에 대한 평균 파워가 상기 포인트 P1의 경우보다 많이 감소된다. 더불어, 위상 분포는 180도 값이 넓어지고 0도 값이 좁아지는 비대칭을 이룬다. 반대로, 바이어스 전압이 포인트 P3로, 즉, -Vπ/2 만큼 이동하면, 제1외부변조기(101)의 출력 펄스는 (e)의 그래프와 같은 모양과, (f)의 그래프와 같은 위상분포를 갖는다. 앞서와 마찬가지로, 제1외부변조기(101)의 출력펄스의 평균 파워는 포인트 P1의 바이어스 전압이 인가될 경우보다 감소되고, 반대로 위상분포는 0도 부분이 넓어지고 180도 부분이 좁아진다. 본 발명에 의한 바이어스 자동 보정 방법 및 장치는, 상기와 같은 바이어스전압의 변화에 따른 출력 펄스의 모양 및 위상 변화 특성을 이용하여, 최적 바이어스 전압을 검색하고, 바이어스 전압을 안정화 시킨 것으로서, 그 원리를 설명하면 다음과 같다. 도 4는 CSRZ 변조기에 있어서 바이어스전압의 변화에 대한 출력 펄스의 평균 파워를 나타낸 것으로서, 바이어스 전압이 최적값(P1)일 때, 출력파워가 가장 높 고, 바이어스전압의 편차 절대값에 비례하여 파워가 감소된다. 즉, CSRZ 변조기의 출력펄스 평균 파워 변화는 바이어스 최적값을 기준으로 좌우 대칭의 형태를 갖는다. 반대로 생각하면, CSRZ 변조기에서 출력신호의 평균파워가 최고값을 가질 때가 최적의 바이어스 전압이 인가될 때이다. 따라서, 본 발명에서는 바이어스 전압을 변화시켜가며 제1외부변조기(101)의 평균 출력 파워를 측정하여, 상기 평균 출력 파워가 최고가 될 때의 바이어스 전압을 검출한다. 그리고 CSRZ 변조기가 동작중인 상태에서, 바이어스 전압이 이동되었을 때, 바이어스 전압을 다시 최적 지점으로 안정화시키기 위해서는 전압이 최적치에서 증가되었는지 감소되었는지를 알 수 있어야 한다. 평균 파워의 변화는 도 4에 도시된 바와 같이, 최적 지점을 기준으로 대칭 구조이므로 바이어스전압의 이동 방향을 알 수 없다. 따라서 본 발명에서는 CSRZ 변조기의 출력신호의 위상 정보를 이용하여 이동방향(즉, 증가, 감소)을 감지한다. 상기 도 3에 있어서, 이동방향이 반대인 (d)의 위상 변화와 (f)의 위상변화를 비교해 보면, 바이어스 전압의 이동방향에 따라서, 출력신호 위상의 분포가 달라지는 것을 알 수 있다. 즉, 레이저 광원의 신호를 비교해 볼 때, 바이어스 전압이 최적인 경우, 위상차가 180도인 부분과 위상차가 0도인 부분의 분포가 대칭을 이룬다. 이에 반하여, (d)는 위상차가 180인 부분이 넓고, 반대로, (f)는 위상차가 0도인 부분이 많다. 따라서 바이어스전압이 이동한 경우, 제1외부변조기(101)의 출력 신호와 레이저 광원의 신호가 서로 간섭을 일으켜, 출력 파워가 위상차에 따라 달리 나타난다. 도 5는 CSRZ 변조기에서의 바이어스 전압별 상기 제1외부변조기(101)의 출력신호와 레이저 광원의 결합신호의 출력 파워를 나타낸 그래프이다. 상기 도 5의 그래프를 보면, 최적의 바이어스전압(=Vπ)에서의 결합신호의 출력 파워를 기준으로 볼 때, 바이어스전압이 증가하면 그 결합신호의 출력 파워는 작아지고, 바이어스 전압이 감소하면, 반대로 커진다. 따라서, 본 발명은 바이어스 전압이 최적일 때, 제1외부변조기(101)의 출력신호와 레이저광원의 결합신호에 대한 출력 파워를 미리 검출하여 기준치로 설정해 둔 상태에서, 바이어스 전압에 변화가 발생하면, 결합신호의 출력 파워와 상기 기준치를 비교하여, 바이어스 전압의 보정 방향을 판단한다. 도 6은 이상 설명한 CSRZ 변조기를 위한 바이어스 전압 보정원리를 이용한, 본 발명의 바이어스 전압 자동 보정 장치를 도시한 블록 구성도이다. 상기 도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 장치는, CSRZ 변조방식으로 레이저광원을 보정하는 제1외부변조기(101)의 출력신호를 분배하여 입력받는 스플리터(201)와, 상기 스플리터(201)로부터 출력된 제1외부변조기(101)의 출력 광신호에 대한 파워를 검출하는 제1 광 파워 검출기(202)와, 상기 스플리터(201)로부터 출력된 제1외부변조기(101)의 출력 광신호와 레이저광원의 광신호를 결합시키는 광커플러(203)와, 상기 광커플러(203)로부터 출력된 간섭신호의 파워를 측정하는 제2파워검출기(204)와, 초기 동작시 상기 제1외부변조기(101)로 인가되는 바이어스전압을 변화시켜 상기 제1 광 파워 검출기(202)의 값이 최고값일 때의 바이어스전압을 최적 바이어스 전압으로 지정하여 인가하고, 이때의 제2파워검출기(204)의 간섭 신호 출력파워를 기준으로 그 변동량을 체크하여 바이어스전압의 이동방향을 판단하여 바이어스전압을 보정하는 제어기(205)와, 상기 스플리터(201)로부터 출력되는 제1외부변조기(101)의 출력신호와 레벨이 동일하도록 상기 레이저 광원의 레벨을 감쇄시켜 광커플러(203)에 제공하는 광감쇄기(206)로 구성된다. 상기에서, 광파이버 및 스플리터(201)를 포함하는 광 부품은 제1외부변조기(101)의 출력신호와 레이저광원을 결합하는데 있어서 편광에 대한 영향을 감소시키기 위하여 편광 유지 광 파이버 및 편광 유지 광 스플리터(polarization maintained optical fiber and polarization maintained optical splitter)로 구현될 수 있다. 도 7은 본 발명에 따른 바이어스 보정 절차를 나타내는 플로우챠트로서, 상기 도 6에 보인 제어기(205)의 제어 절차와 관련된다. 상기 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 작용을 설명하면 다음과 같다. 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 바이어스 전압 자동 보정 장치는 해당 CSRZ 변조기, 즉, 제1외부변조기(101)의 출력신호와 레이저 광원이 인가되고, 바이어스 전압이 상기 제1외부변조기(101)로 인가되도록, 설치된다. 상기와 같이 구성된 상태에서, 스플리터(201)는 제1외부변조기(101)의 출력광 신호를 두개의 신호로 분배하여, 제1 광파워검출기(202)와 광커플러(203)로 분기시킨다. 상기 광커플러(203)는 외부로부터 입력된 레이저 광원(제1외부변조기(101)로 입력되는 연속적인 레이터 광원과 동일함)과 상기 스플리터(201)에 의하여 분배된 제1외부변조기(101)의 출력 광신호를 간섭 신호를 발생시킨다. 이러한 간섭 처리에 있어서, 상기 광커플러(203)의 두 입력은 광 감쇄기(206)에 의하여 같은 크기로 조정되고, 상기 편광 유지 광 파이버 및 편광 유지 광 스플리터(201)에 의하여 편광상태 또한 동일하도록 조정된다. 그리고, 상기 스플리터(201)에 의하여 분기된 제1외부변조기(101)의 출력 광신호의 파워와, 상기 광커플러(203)에 의해 발생된 간섭신호의 파워가 각각 제1,2 광 파워 검출기(202,204)에 의해 검출되어 제어기(205)로 입력된다. 그리고 상기 제어기(205)의 제어 동작에 의하여 바이어스 전압의 최적치 설정 및 바이어스 전압 안정화가 이루어지며, 이는 다음과 같다. 먼저, 본 발명의 바이어스 전압 자동 보정 처리는 정상 기동전에 바이어스 전압 제공대상인 외부변조기(101)에 대한 최적의 바이어스 전압 위치를 찾는 것으로 시작된다. 즉, 제어기(205)는 상기 제1외부변조기(101)로 인가되는 DC 바이어스전압을 최저값에서 최고값까지 차례로 변화시키면서(s701), 제1 광 파워 검출기(202)로부터 인가되는 제1외부변조기(101)의 출력 신호 파워를 체크하여, 상기 출력 신호 파워가 최고일 때, 제2파워검출기(204)로부터 검출된 출력신호와 레이저 광원의 간섭신호에 대한 파워값을 지정위치(레지스터1 ; A)에 저장한다(s702). 상기 레지스터 1의 저장값(A)이 이후 바이어스전압 안정화를 위한 기준값이 된다. 상기와 같이, 최적의 바이어스 점에 대한, 출력신호와 레이저 광원의 간섭 신호 크기값이 검출되면, 이후, 제어기(205)는 제2파워검출기(204)의 출력값이 상기 레지스터 1의 저장값(A)이 되도록 바이어스 전압을 실시간 보정한다. 즉, 제1외부변조기(101)가 정상 운용되는 동안, 상기 제어기(205)는 바이어 스 전압의 안정화를 위해서 레지스터1의 저장값(A)과 현재 검출된 제2파워검출기(204)의 출력값을 비교한다(s704). 상기 비교결과, 레지스터1의 저장값(A)이 현재의 제2파워검출기(204)의 출력값, 즉, 현재 광커플러(203)의 검출값보다 크면, 도 5의 그래프에 보인 바와 같이, 바이어스전압이 최적값보다 커진 것이므로, 바이어스 전압을 단위값만큼 감소시킨다(s706). 그리고, 상기 비교결과, 레지스터1의 저장값(A)이 현재의 제2파워검출기(204)의 출력값, 즉, 현재 광커플러(203)의 검출값보다 크지 않다면, 다시 레지스터1의 저장값(A)과 현재의 제2파워검출기(204)의 출력값이 동일한지를 비교한다(s705). 두 번째 비교결과, 레지스터1의 저장값(A)과 현재의 제2파워검출기(204)의 검출값이 동일하지 않으면, 레지스터1의 저장값(A)이 현재 제2파워검출기(204)의 검출값보다 작은 것이므로, 도 5의 그래프에 나타난 바와 같이, 현재의 바이어스가 최적 바이어스전압보다 작아진 것이다. 따라서, 이를 보정하기 위하여, 제어기(205)는 바이어스전압을 단위 전압만큼 증가시킨다(s707). 그리고, 상기 두 번째 비교결과, 레지스터1의 저장값(A)과 현재의 제2파워검 출기(204)의 검출값이 동일하면, 현재 최적 바이어스전압이 인가되고 있는 상태이므로, 제어기(205)는 제1외부변조기(101)에 인가되는 바이어스전압의 레벨을 그대로 유지시킨다(s708). 상기에 의하여, 제1외부변조기(101)로 인가되는 바이어스 전압의 최적치를 검출할 수 있으며, 운용 중에도 항상 상기 설정된 최적치의 바이어스전압으로 안정화될 수 있다.
상술한 바에 의하면, 본 발명은 반송파 억압 제로 복귀 변조 방식에 있어서 반송파 억압 펄스를 발생시키는 변조기에 최적 바이어스 전압을 자동으로 검색할 수 있으며, 더불어 검출된 최적 바이어스 전압이 항상 인가되도록 하여 바이어스전압의 안정화를 도모할 수 있는 우수한 효과가 있다. 더불어, 본 발명은 추가적인 광원이나 복잡한 설계 없이 변조 신호의 위상 차를 이용하여 반송파 억압 제로 복귀 변조 방식에서 반송파 억압 펄스를 발생시키는 변조기에 안정된 바이어스 전압을 인가할 수 있으며, 그 결과, 반송파 억압 제로 복귀 변조기를 안정화시킬 수 있는 우수한 효과가 있다. |
