단일 종모드 발진 광원 기반의 씨앗광 모듈

반사형 반도체 광증폭기를 중앙 기지국 혹은 가입자단 단말기의 광원으로 사용하는 파장 분할 다중화 수동형 광가입자망은 반사형 반도체 광증폭기가 파장 의존성을 갖지 않는 광원이므로 시스템 차원에서 광송수신 모듈의 재고 보유 문제를 해결할 수 있다는 장점으로 인해 최근 들어 많은 관심을 끌고 있다. 이 같은 반사형 반도체 광증폭기를 광원으로 사용하는 파장 분할 다중화 수동형 광가입자망에서는 상하향 전송을 위해 파장 선택을 위한 별도의 씨앗광이 반드시 필요하다. 씨앗광을 구현하기 위해서, 고출력을 갖는 어븀 도핑된 광섬유 증폭기 혹은 고출력 반도체 광증폭기등에서 발생되는 광대역의 비간섭성 광을 파장 분할 다중화 전송 규격에 맞도록 광학적으로 협대역폭을 갖는 CW(Continuous Wave) 광원으로 만들어 주기 위해 분광학적으로 분할하여(spectrum slicing) 사용하는 방법과, DFB-LD와 같은 단일 종모드 발진 광원을 어레이 형태로 묶어서 사용하는 방법등이 고안되어 적용되어왔다. 광대역의 비간섭광을 필터등을 사용해 분광학적으로 분할하여 씨앗광으로 사용하는 경우에는 경제적으로 구현이 가능하고 씨앗광 자체도 파장무의존성을 가지며, 수동형 광가입자망의 구축시 필수적인 단일 광섬유 양방향 전송에 따른 역반사 잡음에 의한 광파워 페널티등이 작다는 장점이 있으나, 분광학적 분할로 인한 상대 강도 잡음의 증가, 분광학적 분할을 위해 사용된 필터 대역폭에 따른 씨앗광 파워의 감소, 그리고 비교적 넓은 광학적 대역폭으로 인한 분산 페널티등으로 인해 장거리 전송에는 부적합하다는 점이 문제점으로 지적되어 왔다. 반면에 단일 종모드 발진 광원을 씨앗광으로 이용하는 경우는, 씨앗광을 구성하는 각각의 파장에 해당하는 개별 광원을 반드시 구비해야만 하는 재고 보유 문제 및 단일 광섬유 양방향 전송시 역반사에 의한 잡음으로 인해 광파워 페널티가 크다는 문제점등이 있으나, 좁은 선폭으로 인해 장거리 전송이 가능하고 상대 강도 잡음 특성이 우수하며, 개별 광원에서 출력되는 광파워를 적은 손실만을 겪으면서 상하향 신호 발생을 위한 광송신기로 입사시킬 수 있는 장점이 있다. 최근 들어 장거리 전송에 적합한 파장 분할 다중화 수동형 광가입자망에 대한 연구가 활발하게 진행되면서, 단일 종모드 발진 광원을 씨앗광으로 사용하는 경우에 대한 관심이 집중되고 있다. 단일 종모드 발진 광원을 사용할 경우 가장 이슈가 되고 있는 문제는 경제성인데, 앞서 기술한대로 개별 광원에서 출력되는 광파워를 분광학적 손실 없이 사용할 수 있는 장점이 있으므로, 동시에 다수의 파장 분할 다중화 수동형 광가입자망 시스템을 운용할 수 있기 때문에 경제성에 대한 논란을 일부 보상할 수 있다. 이와 관련된 상세한 기술내용은 대한민국 특허 제0819034호 “반사형 반도체 광증폭기 기반 수동형 광가입자망”에 잘 기술되어 있다. 한편 단일 광섬유 양방향 전송시 역반사 및 레일리이 역산란 등에 의한 광강도 잡음에 따른 광파워 페널티는 상하향 신호 발생 광원으로 사용되는 반사형 반도체 광증폭기 또는 씨앗광 자체의 바이어스 디더링(bias dithering)을 통한 스펙트럼 확산(spectrum broadening) 기법을 통해 일부 경감시킬 수 있다. 이와 관련된 상세 내용 역시 미합중국 특허 제4357713호 “Method and Apparatus for Reduction of Modal Noise in Fiber Optic System”에 잘 기술되어 있다. 하지만 상술한 바이어스 디더링 방법은 씨앗광을 구성하는 개별 광원 각각에 대하여 임의의 주파수에 해당하는 디더링 신호를 적절한 크기로 주입해 주어야 한다. 이 같은 구동 방법을 사용할 경우 구현이 복잡해지고 각각의 개별 광원에 주입되는 바이어스 및 디더링 신호등을 개별적으로 제어해 주는 제어부 등이 필수적이므로 경제성이 떨어지는 단점이 있다. 상술한 바이어스 디더링방법 이외에 단일 광섬유 양방향 전송시 역반사 및 레일리이 역산란 등에 의한 광강도 잡음에 따른 광파워 페널티 경감법으로 최근에 많이 연구되고 있는 것이 바로 상/하향 전송을 위한 CW 신호의 위상 변조를 통한 스펙트럼 확산(spectrum broadening) 기법을 사용하는 방법이다. 이와 관련된 상세한 내용은 하기의 논문들에 비교적 잘 기술되어 있다. 1. Chow et al, “Rayleigh Noise Reduction in 10-Gb/s DWDM-PONs by wavelength detuning and phase-modulation-induced spectral broadening”, IEEE Photon. Tech. Lett., 19(6), pp. 423~425, 2007. 2. Urban et al, “Mitigation of reflection induced crosstalk in a WDM access network”, OFC/NFOEC 2008 technical proceedings, OThT3, 2008. 3. Yoshida et al, “A new single fiber 10-Gb/s optical loopback method using phase modulation for WDM optical access networks”, Journal of Lightwave Technology, 24(2), pp. 796~796, 2006. 하지만 이 같이 위상 변조기를 사용하여 스펙트럼 확산(spectrum broadening) 효과를 유도하기 위해서는 위상 변조기로 입사되는 빛의 편광을 적절히 제어해야만 원하는 효과를 얻을 수 있다. 이는 대부분의 상용 위상 변조기들이 특정 방향으로 편광 제어된 빛에 대해서만 위상 변조가 가능하도록 설계되었기 때문이다. 따라서 개별 광원으로부터 출력된 각각의 빛을 편광 제어 과정을 거쳐 편광 특성이 유지되는 파장 분할 다중화/역다중화기를 사용하여 위상 변조기로 입사시킨후 후 스펙트럼 확산효과를 만들 경우, 상술한 바이어스 디더링 방법과 마찬가지로 개별 광원에 대한 편광 제어가 필요하므로 구현 비용이 상승하고, 그 구조가 매우 복잡하며 관리가 어렵다는 단점을 갖게 된다.