[논문]코히어런트 광통신 부품 기술

권용환; 김덕준; 김종회; 최중선; 윤천주; 최광성; 남은수

doi:10.22648/etri.2010.j.250505

문제 정의

본문에서는 각각 송신기와 수신기를 구성하는 개별부품들에 대해 상세하게 기술한다
차세대 대용량 광통신 기술의 핵심이 될 코히어런트 광통신용 핵심 부품기술에 대해서 소개하였다. 고품위 멀티미디어 서비스의 본격적인 도입 및 중국, 인도 등의 인터넷 시대 개믹으로 경제성 있는 100Gb/s 급 이상의 기술에 대한 요구가 어느 때보다 절실한 시점이다.

가설 설정

2) I/Q Skew is the skew between channel pairs X/1 and X/Q, and Y/I and Y/Q.

제안 방법

0IF 표준화 회의에서 2010년 완료한 코히어 런트 송신기와 수신기의 전기적, 그리고 광학적 요구스펙을~와같이 정리해 보았다.
Discovery Semiconductor, u2t 및 Yokogawa 등에서 이미 상용제품을 출시하고 있으나, 0IF 에서 요구하고 있는 skew 특성 등을 만족시키기 위해서는 편광분리기 및 광하이브리드와의 집적이 필요한 상황이다 따라서 최근본분야의 대부분의 연구는 광하이브리드와 밸런스 광검출기를 집적한 코히어런트 수신기에 집중되어 있으며, NTT 및 HHI 등은 최근 아래와 같은 연구결과를 발표하였다 "의 경우 실리카 플랫폼과 밸런스 광검출기를 두 개의 렌즈 어레이를통해서 체결하였다((그림 14) 참조)[15]. HHI는 폴리머 기반의 플랫폼과 광검출기 어레이를 결합하였는데, 이때 폴리머 플랫폼상에 형성된 45도미러를 사용하는 구도를 제안하였다((그림 15) 참조) [16]. 전술한 바와 같이 향후 집적 구도를 사용한 경제성 있는 코히어런트 수신기 개발이 활발히 진행될 것으로 전망된다.
코히어런트 수신기 적용을 위해서는 2x4의 90도 하이브리드가 요구되며’ O1F 구현협약에서는 ±5도 이내의 출력단 위상차를 요구한다. Optoplex에서는 편광분리기와 마찬가지로 bulk optics 기반의 마이켈슨 간섭계를 사용하여 광하이브리드를 제작하였으며. u2t사 및 Picometrix사의 밸런스 광검출기와 결합하여 코히어런트 수신기 특성을 발표하는 등 상용화에 있어서는 가장 앞서있功 평면 도파로 분야에서도 NTT, Fujitsu 및 Scintur 등에서 향후 저가 대량 생신을 목표로 집중적인 연구가 진행중이다((그림 11) 참조).

이론/모형

전송망 분야에서는 광네트워크 산업체 단체 표준인 OIF에서 대용량 전송을 가능케 하는 코히어런트통신 방법 중에서 OSNR(광신호잡음비) 특성과 스펙트럼 효율 측면에서 우수한 이중편광 직교위상 천이 변조 방법 (DP-QPSK)을 100G 전송망을 구현하는 방법으로 결정하였다[1]. 이를 통해서 한 개의 심볼이 4bit의 신호를 전달할 수가 있어서 25G의 보드 속도(baud rate)로 100G의 데이터를 전송하는 것이 가능하게 되었다.

성능/효과

결정하였다[1]. 이를 통해서 한 개의 심볼이 4bit의 신호를 전달할 수가 있어서 25G의 보드 속도(baud rate)로 100G의 데이터를 전송하는 것이 가능하게 되었다. 또한 부품 및 장비 업체들은 신기술에 대한 모험 투자 비용을 낮출 수 있고 통신 업체들은 경제적으로 대역폭을 늘릴 수 있게 될 전망이다.

후속연구

있다[13]. InP 기반 편광변환기의 좋은 특성이 확보될 경우 InP 기판 위에 코히어런트 송신기를 단일집적공정으로 제작할 수 있는 장점을 지니고 있어 향후 지속적인 연구가 이루어질 것으로 전망된다.
[10], HHI는 반도체 변조기가 고유하게 가지는 빛과 RF의 전파속도 및 특성 임피던스 불일치를 해결하기 위해 커패시턴스 성분을 진행파형 전극에 더하였으며, 칩 상에서 3dB 동작대역폭이 50GHz 이상을 확보하였다[11L 이상에서와 같이 직교위상변조기는 초기 시장은 LiNbO3 제품이 주도를 하고 있으며, 집적화에 장점을 가진 반도체 기반의 직교위상변조기에 대한 초기 결과들이 발표되고 있는 상황이다 향후 연구는 100G 속도 이상의 응용을 위해서 보다 복잡한 수준의 세기, 편광 및 위상 변조를 지원할 수 있는 소자 개발이 이루어질 전망이다.
InP 기반의 광하이브리드도Fujitsu 및 Santur 등에서 그 초기 결과들이 발표되고 있다. 실리카 도파로에 비해서 공정오차가 작아서 재현성 확보에 어려움이 있지만 밸런스 광검출기와의 단일 집적이 가능한 장점으로 향후 지속적인 연구가 진행될 전망이다.
어느 때보다 절실한 시점이다. 이러한관점에서 코히어런트 광통신 기술은 100Gb/s급 이상의 미래 광통신망에 대한 유일한 대안으로서 향후 지속적인 관심과 집중적인 연구가 기대된다.
HHI는 폴리머 기반의 플랫폼과 광검출기 어레이를 결합하였는데, 이때 폴리머 플랫폼상에 형성된 45도미러를 사용하는 구도를 제안하였다((그림 15) 참조) [16]. 전술한 바와 같이 향후 집적 구도를 사용한 경제성 있는 코히어런트 수신기 개발이 활발히 진행될 것으로 전망된다.
향후 매년 ldB씩 시스템 용량을 늘려가는 공격적인 시나리오로도 2020년이 되면 요구 대역폭과 실제 지원 가능한 시스템 용량에 10배 이상 차이가 예상되어[3]丄4丄 경제성을 확보하면서 대역폭을 지속적으로 400Gb/s 및 ITb/s급으로 늘릴 수 있는 기술에 대한 요구가 어느 때보다 절실한 시점이다. 이러한관점에서 코히어런트 광통신 기술은 100Gb/s급 이상의 미래 광통신망에 대한 유일한 대안으로서 향후 지속적인 관심과 집중적인 연구가 기대된다.
현재까지 발표된 구도로는 (1) Si 기판 위에 실리카를 형성시켰을 때 응력에 의해서 여기되는 복굴절의 정도를 도파로의 넓이를 이용해서 조절하는 방식과, (2) 코어 부분을 식각을 통해 직사각형의 코어를 형성해서 복굴절을 여기시키는 방식이 있다[14L 두 가지 방식 중에는 첫 번째 방식이 사용파장대비 소광비 측면에서 우수한 결과를 보였다. 향후 보다 우수한 편광분리 기 특성뿐만 아니라 광히이브리드와의 집적 특성을 확보하는 방향으로 연구 진행이 전망된다.
편광분리기는 브루스터 각 원리를 사용하여 bulk optics로 구성된다. 향후 저가화 및 변조기/검출기와의 집적화를 위해서 NTT, Fujitsu 및 HHI 등에서는 실리카 또는 폴리머 기반의 편광분리기 연구를 수행 중이다 이러한 도파로 기반의 편광분리기의 원리는 마흐젠더 간섭계의 한쪽 도파로에 복굴절을 여기시켜 TE/TM의 성분이 겪는 위상차가 兀가 되도록 하는 것이다 이럴 경우 2x2 결합기 및 복굴절 도파로 부분을 지날 때의 위상 변화 성분들이 중첩되어 출력 단에서 각각 한쪽 편광 성분만이 보강간섭 되고, 다른 편광 성분은 상쇄간섭 되어 편광 성분이 분리되는 효과를 이용한다((그림 9) 참조). 현재까지 발표된 구도로는 (1) Si 기판 위에 실리카를 형성시켰을 때 응력에 의해서 여기되는 복굴절의 정도를 도파로의 넓이를 이용해서 조절하는 방식과, (2) 코어 부분을 식각을 통해 직사각형의 코어를 형성해서 복굴절을 여기시키는 방식이 있다[14L 두 가지 방식 중에는 첫 번째 방식이 사용파장대비 소광비 측면에서 우수한 결과를 보였다.

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