본 논문은 광 통신용 송수신기의 핵심 부품인 DFB 레이저의 SMSR 수율 향상에 관한 연구이다. 광 송수신기는 주로 1310, 1490 및 1550 nm 파장의 DFB 레이저를 사용하고 있는데, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성에 따라 전송효율이 결정되므로, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 하지만, 대량 생산시변조된 상태의 광 송수신기 제품이 SMSR 사양에 만족하기가 어려울 경우, 불량률이 높아지는데, 불량률을 감소시키기 위해 광 송수신기의 광 파워 출력과 소광비를 조정하여 SMSR을 개선할 수 있는 연구를 하였고, 이를 실제 적용하여 SMSR 불량률을 감소시켰다.
본 논문은 광 통신용 송수신기의 핵심 부품인 DFB 레이저의 SMSR 수율 향상에 관한 연구이다. 광 송수신기는 주로 1310, 1490 및 1550 nm 파장의 DFB 레이저를 사용하고 있는데, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성에 따라 전송효율이 결정되므로, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 하지만, 대량 생산시변조된 상태의 광 송수신기 제품이 SMSR 사양에 만족하기가 어려울 경우, 불량률이 높아지는데, 불량률을 감소시키기 위해 광 송수신기의 광 파워 출력과 소광비를 조정하여 SMSR을 개선할 수 있는 연구를 하였고, 이를 실제 적용하여 SMSR 불량률을 감소시켰다.
This paper is the research on SMSR yield improvement of the optical transceiver using modulated DFB laser. In general, the wavelength of DFB laser optical transceiver are 1310, 1490 and 1550 nm. Usually SMSR in modulated DFB is difficult to improve as low as 30 dB because of high slop efficiency tra...
This paper is the research on SMSR yield improvement of the optical transceiver using modulated DFB laser. In general, the wavelength of DFB laser optical transceiver are 1310, 1490 and 1550 nm. Usually SMSR in modulated DFB is difficult to improve as low as 30 dB because of high slop efficiency trade off. In modulation condition, we studied SMSR improvement according to adjust bias current, extinction ratio and optical line terminal receiver sensitivity. As our test results, we can found a method how to improve SMSR for optical transceiver for long distance.
This paper is the research on SMSR yield improvement of the optical transceiver using modulated DFB laser. In general, the wavelength of DFB laser optical transceiver are 1310, 1490 and 1550 nm. Usually SMSR in modulated DFB is difficult to improve as low as 30 dB because of high slop efficiency trade off. In modulation condition, we studied SMSR improvement according to adjust bias current, extinction ratio and optical line terminal receiver sensitivity. As our test results, we can found a method how to improve SMSR for optical transceiver for long distance.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 SMSR 특성 개선을 위해서 DFB 레이저의 바이어스 전류와 소광비의 변화에 따른 시험을 수행하였고, 또한 이에 따른 수신기의 수신감도의 변화를 조사하여 신호변조가 된 상태에서 DFB 레이저의 SMSR 개선 방법을 제안하고자 한다.
25 Gbps에서 비트 에러 시험기를 이용하여 PIN-PD 수신기로 측정하여 얻은 BER(Bit Error Rate)결과를 그래프로 그린 시험 결과이다. 본 시험 결과를 얻기 위해서는 광 수신기에 입력되는 광 파워를 광 감쇄기로 조정하면서 비트 에러를 확인해야 하는데, 이 그래프를 통해 선형성 있는 수신감도 특성 확보가 되었는지 확인 할 수 있다. 그림 10의 BER 그림을 보면 광 입력 범위에 따라 매우 선형적으로 기울기가 형성되는 것을 볼 수 있다.
가설 설정
위의 시험 결과를 요약하면, 2.5 Gbps의 전송속도와 SMF 20 km 전송거리에서 광 송신기의 소광비를 고정한다고 가정한다면 광 파워 출력을 1 dB 올리면 SMSR 수치도 약 1 dB가량이 좋아지는 것이다.
제안 방법
또한, DFB 레이저의 광 파워 출력을 높이면서 SMSR 값을 향상시키게 되었을 경우의 수신감도 특성도 확인이 필요했으며, 이에 따른 실험 결과는 표 2에서 확인할 수 있다. SMF 20 km를 사용하여 2.5 Gbps 1490 nm 광 송신기의 소광비 설정 값은 일반 E-PON 광 송수신망에서 사용할 수 있도록 10 dB이상으로 하고 수신감도 특성 실험을 하였다. 광 수신기의 수신감도는 광 파워 출력 및 SMSR에는 크게 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었으며, 앞의 소광비 변화에 따른 시험에서 보았듯이, 소광비가 크면 클수록 수신감도 특성이 좋아진다는 결론을 내릴 수 있다.
5 Gbps의 PRBS 27-1 변조 신호를 광 송신기에 가했다. 그 다음 소광비를 9 dB, 10 dB, 11 dB 및 12 dB씩 1 dB간격의 변화를 주면서 SMSR값을 확인했다. 그림 4와 같이 2.
그리고, 1.25 Gbps보다 더 빠른 2.5 Gbps에서도 동일한 결과가 나오는지를 확인하기 위해서동일한 20 km SMF를 사용하여, 1490 nm 광 송신기의 광 파워 출력을 +0 dBm에 고정하고 송신 속도 2.5 Gbps의 PRBS 27-1 변조 신호를 광 송신기에 가했다. 그 다음 소광비를 9 dB, 10 dB, 11 dB 및 12 dB씩 1 dB간격의 변화를 주면서 SMSR값을 확인했다.
DFB 레이저는 변조되지 않은 무변조 연속 신호 CW(Continuos Wave) 상태에서는 SMSR이 사양에 만족하더라도 신호 변조가 되면 광 스펙트럼의 형상이 두꺼워지면서, SMSR 특성이 나빠지는 경우가 종종 발생한다[5]. 그림 2는 1310nm DFB 레이저의 변조유무에 따른 SMSR 변화를 확인해 본 것으로, SMF(Sigle mode fiber) 3 m 길이에서 2.5 Gbps PRBS 27-1의 변조로 실험을 하였다. X축은 샘플 시리얼 번호를 의미 하며, Y축은 SMSR 수치를 의미한다.
따라서, 이를 확인하기 위해서 1310 nm 2.5 Gbps DFB 레이저의 소광비 값을 고정하고, 20 km SMF를 사용하여 실험하였다. 레이저의 바이어스 전류 값을 변화시켜 광 파워 출력, Pout 을 -1.
5 Gbps DFB 레이저의 소광비 값을 고정하고, 20 km SMF를 사용하여 실험하였다. 레이저의 바이어스 전류 값을 변화시켜 광 파워 출력, Pout 을 -1.5, -0.5 및 +0.5 dBm으로 1 dB씩 올리면서 Optical Spectrum Analyzer로 SMSR 값을 확인하였다. 그림 6에서 보듯이 소광비를 9 dB로 고정하고 광 파워 출력 변화를 주게 되면, 광 파워 출력이 높아질수록 SMSR 값이 개선되어 커지는 것을 확인 할 수 있었다.
그림 10의 BER 그림을 보면 광 입력 범위에 따라 매우 선형적으로 기울기가 형성되는 것을 볼 수 있다. 이는 표 2에 기재된 바와 같이 순서에 따라서 순차적으로 실험을 하였으며, 원형 파란색 표식은 순서 1, 사각형 주황색 표식은 순서 2, 삼각형 갈색 표식은 순서 3, 마름모형 초록색 표식은 순서 4의 BER 결과이며, 수신되는 광 입력을 -35 dBm부터 -27 dBm까지 0.5 dB 간격으로 조정하면서 BER 카운트를 1E-3부터 1E-12까지 모니터링하여 얻어낸 수치를 그래프로 그린 것이다.
첫 번째 실험 조건은 이더넷 IEEE 802.3ah 규격에 준하여 1490 nm 광 송신기의 광 파워 출력을 +3.0 dBm에 고정하고 1.25 Gbps의 PRBS 27-1 변조 신호 입력에 가했으며, 20 km SMF를 사용 하였다. 표 1과 같이 소광비를 최대 15 dB에서 약 2 dB씩 낮추면서 SMSR값을 확인했으며, 그림 3과 같이 소광비가 낮아질수록 SMSR이 좋아지는 것을 알 수 있었다.
대상 데이터
X축은 샘플 시리얼 번호를 의미 하며, Y축은 SMSR 수치를 의미한다. Y축의 단위는 dB이며, 샘플 수는 신뢰도를 높이기 위해 20 개를 실험했다. 본 실험에 따르면 변조가 있을 때의 SMSR이 무변조 상태보다 나빠지는 것을 알 수 있다.
성능/효과
3ah 규격을 만족하기 위해서 광 송수신기에서는 SMSR의 최소 사양을 30 dB까지 원하고 있는데[2], 표 2의 실험 결과에서 보듯이 순서 1번부터 4번까지의 SMSR 측정값은 광 파워 출력이 높아짐에 따라 순차적으로 좋아지는 것을 알 수 있다. 결국 순서 4번의 시험 결과에서는 SMSR 30 dB이상을 만족할 수 있는데, 이는 DFB 레이저의 바이어스 전류를 높게 증가시켜서 광 파워 출력이 높아질수록 SMSR 값도 좋아지는 것을 증명하는 것이다. 따라서 그림 9는 표 2의 실험으로부터 20km 전송 후에 Optical Spectrum Analyzer에 의해 측정된 결과이며, 표 2의 최종 순서 4 번에서 SMSR 30.
5 Gbps 1490 nm 광 송신기의 소광비 설정 값은 일반 E-PON 광 송수신망에서 사용할 수 있도록 10 dB이상으로 하고 수신감도 특성 실험을 하였다. 광 수신기의 수신감도는 광 파워 출력 및 SMSR에는 크게 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었으며, 앞의 소광비 변화에 따른 시험에서 보았듯이, 소광비가 크면 클수록 수신감도 특성이 좋아진다는 결론을 내릴 수 있다.
Y축의 단위는 dB 이다. 그리고 마찬가지 그림 7 및 그림 8의 실험결과에서도 보듯이 소광비 10 dB 및 11 dB로 고정하더라도 광 파워 출력이 높아질수록 SMSR 값이 향상되어 좋아지는 것을 확인했다.
5 dBm으로 1 dB씩 올리면서 Optical Spectrum Analyzer로 SMSR 값을 확인하였다. 그림 6에서 보듯이 소광비를 9 dB로 고정하고 광 파워 출력 변화를 주게 되면, 광 파워 출력이 높아질수록 SMSR 값이 개선되어 커지는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 광 파워 출력을 1 dB 높이게 되면 SMSR도 약 1 dB가량이 좋아진다는 의미이다.
따라서, 소광비의 변화에 따른 SMSR의 개선방향을 확인할 수 있었으며, 소광비가 낮아지면 광 송신기 DFB 레이저의 SMSR은 향상되는 것은 분명하다. 하지만, 20 km 이내의 SMF에서는 파장에 상관없이 광 송신기의 낮은 소광비 값은 광수신기의 수신감도 특성을 나빠지게 만들기 때문에, 높은 소광비를 유지하면서도 SMSR과 수신감도 모두를 만족시킬 수 있는 개선 형태가 되어야 높은 수율을 보장할 수 있다.
이는 지금까지의 본 논문 실험을 통해 얻은 결과를 반영하여 제품 사양에 벗어나지 않는 수준에서 소광비를 높게 설정하고 광 파워 출력을 순차적으로 높이면서 변조된 SMSR 특성을 좋게 만들 수 있다는 것을 증명한 것이다. 또한 수신기의 수신감도 특성도 BER 선형성을 유지하면서 문제없이 좋은 특성을 만족시킬 수 있다는 것을 보여준다.
또한, 일반적으로 파장에 따른 색분산 특성이 나빠지지 않는 조건에서는 소광비가 높을수록 수신기의 수신감도 특성이 좋기 때문에, 표 1에서 보듯이 소광비 변화에 따른 수신기의 수신감도를 확인 해 보니, 소광비가 낮아질수록 수신감도 특성이 나빠지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 SMSR을 높이기 위해서 소광비를 무조건 낮추기는 어렵다는 것을 증명하는 것이며, 이를 잘 고려하여 SMSR 특성 개선을 해야 한다.
보통 파장에 관계없이 E-PON 1.25 Gbps BER 1E-12에서 PIN-PD를 사용하는 조건에서는 -26 dBm 이하의 수신감도 특성이면 IEEE 802.3ah 규격에 만족한다고 보는데, 표 2에서 보듯이 본 실험 결과에서는 순서 1부터 순서 4까지 모든 조건에서 약 -31.44 dBm에서 -31.20 dBm 수준의 훨씬 좋은 수신감도 결과를 얻을 수 있었다. 이는 지금까지의 본 논문 실험을 통해 얻은 결과를 반영하여 제품 사양에 벗어나지 않는 수준에서 소광비를 높게 설정하고 광 파워 출력을 순차적으로 높이면서 변조된 SMSR 특성을 좋게 만들 수 있다는 것을 증명한 것이다.
87 dB로 개선한 실험결과를 그래프로 보여주는 것이다. 본 실험결과는 SMF 광케이블 및 계측장비의 커넥션 손실이 발생하여 주 모드 신호의 세기 -10.64 dBm를 측정되었으며 측면에 올라오는 사이드 모드의 세기 -41.51 dBm로 측정 되었다. 이들 두 개의 값의 상호 차이를 계산하여 SMSR 30.
Y축의 단위는 dB이며, 샘플 수는 신뢰도를 높이기 위해 20 개를 실험했다. 본 실험에 따르면 변조가 있을 때의 SMSR이 무변조 상태보다 나빠지는 것을 알 수 있다. 이는 제조과정에서 수율 문제로 이어질 수 있으므로 이를 개선하는 것은 생산수율에 있어서 매우 중요하다.
20 dBm 수준의 훨씬 좋은 수신감도 결과를 얻을 수 있었다. 이는 지금까지의 본 논문 실험을 통해 얻은 결과를 반영하여 제품 사양에 벗어나지 않는 수준에서 소광비를 높게 설정하고 광 파워 출력을 순차적으로 높이면서 변조된 SMSR 특성을 좋게 만들 수 있다는 것을 증명한 것이다. 또한 수신기의 수신감도 특성도 BER 선형성을 유지하면서 문제없이 좋은 특성을 만족시킬 수 있다는 것을 보여준다.
이를 해결하기 위해서 광 송신기의 소광비를 고정 시킨 후 제품 규격에 벗어나지 않는 범위내에서 광 파워 출력을 증가 시키게 되면, 광 수신기의 수신감도도 좋게 유지하면서 변조된 DFB 레이저의 SMSR 값을 보다 좋게 개선시킬 수 있다. 이러한 실험 결과를 생산 현장에서 활용 한다면, 10 및 20 km 전송에 사용하는 1310, 1490, 1550 nm DFB 레이저를 적용한 1.25 및 2.5 Gbps 광 송수신기 생산 수율 향상에 많은 도움을 줄 수 있다.
25 Gbps의 PRBS 27-1 변조 신호 입력에 가했으며, 20 km SMF를 사용 하였다. 표 1과 같이 소광비를 최대 15 dB에서 약 2 dB씩 낮추면서 SMSR값을 확인했으며, 그림 3과 같이 소광비가 낮아질수록 SMSR이 좋아지는 것을 알 수 있었다. X축은 동일 샘플을 이용하여 총 4 회의 실험 순서 번호를 의미 하며, Y축은 SMSR 수치를 의미한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
광 송수신기에서 주로 사용하는 DFB 레이저의 파장은?
본 논문은 광 통신용 송수신기의 핵심 부품인 DFB 레이저의 SMSR 수율 향상에 관한 연구이다. 광 송수신기는 주로 1310, 1490 및 1550 nm 파장의 DFB 레이저를 사용하고 있는데, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성에 따라 전송효율이 결정되므로, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 하지만, 대량 생산시변조된 상태의 광 송수신기 제품이 SMSR 사양에 만족하기가 어려울 경우, 불량률이 높아지는데, 불량률을 감소시키기 위해 광 송수신기의 광 파워 출력과 소광비를 조정하여 SMSR을 개선할 수 있는 연구를 하였고, 이를 실제 적용하여 SMSR 불량률을 감소시켰다.
변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성에 따라 무엇이 결정되는가?
본 논문은 광 통신용 송수신기의 핵심 부품인 DFB 레이저의 SMSR 수율 향상에 관한 연구이다. 광 송수신기는 주로 1310, 1490 및 1550 nm 파장의 DFB 레이저를 사용하고 있는데, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성에 따라 전송효율이 결정되므로, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 하지만, 대량 생산시변조된 상태의 광 송수신기 제품이 SMSR 사양에 만족하기가 어려울 경우, 불량률이 높아지는데, 불량률을 감소시키기 위해 광 송수신기의 광 파워 출력과 소광비를 조정하여 SMSR을 개선할 수 있는 연구를 하였고, 이를 실제 적용하여 SMSR 불량률을 감소시켰다.
대량 생산시 변조된 상태의 광 송수신기 제품이 DFB 레이저의 SMSR 사양에 만족하기 어려운 경우, 어떤 문제가 생기며 이를 해결하기 위해 본 논문에서 진행한 연구는 무엇인가?
광 송수신기는 주로 1310, 1490 및 1550 nm 파장의 DFB 레이저를 사용하고 있는데, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성에 따라 전송효율이 결정되므로, 변조된 DFB 레이저의 SMSR 특성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 하지만, 대량 생산시변조된 상태의 광 송수신기 제품이 SMSR 사양에 만족하기가 어려울 경우, 불량률이 높아지는데, 불량률을 감소시키기 위해 광 송수신기의 광 파워 출력과 소광비를 조정하여 SMSR을 개선할 수 있는 연구를 하였고, 이를 실제 적용하여 SMSR 불량률을 감소시켰다.
참고문헌 (5)
레이저기술 통권96호, "통신용 장파장 LD(Laser Diode) 기술동향: 반도체 발광소자의 기술개발 및 향후 기술 전망" 한국산업정보센타, 2002.1. pp.27-32
Yariv, A. "Optical Electronics in Modern Communications" 5th Ed., Oxford Un. Press, New York, 1997.
NSL(NanoStructures Laboratory), "Development of High Speed DFB and DBR Semiconductor Lasers" Figure 63, Measured spectrum of a DFB laser. Side mode suppression ratio is 40 dB, Annual report 2000.
Asier Villafranca, "Precise characterization of the frequency chirp in directly modulated DFB lasers" IEEE TOYBA Lab. I3A, University of Zaragoza, PT Walqa, Ed. 1 22197 Cuarte.
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