전계흡수 광 변조기, 전계흡수 송수신기 및 이를 이용한원격 안테나 장치 document_id A220623036327

일반적으로 광통신용 광원으로는 반도체 레이저가 사용된다. 즉, 반도체 레이저에 전류를 가하면 단색파장의 빛이 나오는데, 이 빛의 강도를 변조하여 광섬유를 통과시킴으로써 광신호를 전송한다. 반도체 레이저에서 방출되는 빛의 강도를 변조하는 방법으로서, 반도체 레이저의 빛은 일정한 강도로 출력시키고 외부에서 다른 광소자를 이용하여 빛의 강도를 변조시키는 방법이 있다. 이러한 역할을 하는 광소자를 광 변조기라고 하며, 그 종류로서 전계흡수 광 변조기(Electro-absorption Modulator; EAM)가 있다. 전계흡수 광 변조기는 반도체에 전기장을 가하면 밴드갭이 줄어드는 현상을 이용한 광소자이다. 즉, 반도체에 전기장을 가하지 않을 때는 빛을 통과시키다가 전기장을 가하면 빛을 흡수하여 통과시키지 않는 현상을 이용하여 광원으로부터 출력되는 일정한 세기의 빛을 변조시켜 광신호를 만든다. 한편, 차세대 이동통신이나 광대역통합망(Broadband Convergence Network) 등 많은 데이터를 무선으로 주고 받는 망에서는 셀의 크기가 줄어들리라 예측되고 있으며, 기존의 마이크로셀 대신 피코셀 구조가 사용되리라 기대된다. 이와 같은 피코셀 구조에서는 사용되는 원격 안테나 장치(Remote Antenna Unit; RAU)의 개수가 크게 증가하기 때문에, RAU의 구조를 간단하게 구성하여 비용을 줄이는 것이 중요하다. 이를 위해 중앙 기지국(Central Station; CS)에서 데이터를 송신주파수에 싣고 이것을 광파로 RAU까지 보내는 기술인 Radio-Over-Fiber가 많은 관심을 끌고 있다. 특히, 전계흡수 송수신기를 이용하면 RAU의 구조가 획기적으로 단순해져 그 비용을 많이 줄일 수 있다. 이러한 전계흡수 광 변조기는 광 검출기로도 사용될 수 있으며, 동시에 두 기능이 가능하도록 사용할 경우에 이를 전계흡수 송수신기(Transceiver)라고 하며, 전기장에 따라 빛의 흡수가 달라지는 현상을 이용하여 빛을 변조하거나 흡수한다. 일반적으로 전계흡수 송수신기는 광 변조기로서의 성능이 최적화되도록 설계되며, 광 변조기로서의 성능은 외부 바이어스가 1 V 내외일 때 그 전달함수의 기울기가 최대가 되어 최대의 효율을 나타내고, 종래의 전계흡수 소자는 삽입 손실이 10dB 이상이 되지 않도록 설계되고 있다. 이와 같이 삽입 손실을 줄이기 위해서는 사용하는 광의 파장과 전계흡수 소자 흡수청의 흡수 가장 자리 파장의 차이(Detuning)를 50nm 이상이 되도록 하여, 외부 바이어스가 없을 경우에는 광의 흡수가 별로 되지 않도록 하고 있다. 한국등록특허 제10-0333482호에서는 초고속 동작에 장애가 되는 정전용량과 접촉저항을 동시에 감소시키기 위해 광흡수층의 폭은 작게 유지하면서 전극 접촉면은 넓게 유지할 수 있는 ‘전계흡수형 반도체 광변조기 및 그 제조방법’을 개시하고 있고, 한국등록특허 제10-0703367호에서는 광신호를 라디오 주파수로 변환시켜서 무선 송수신에 이용하는 원격 기지국에서 전계흡수형 변조기의 낮은 광 감지 특성을 향상시킴과 동시에 무선 통신 서비스의 제공 반경을 증가시킬 수 있는 ‘무선 원격 기지국과 그를 이용한 피코-셀 시스템’을 개시하고 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 종래의 전계흡수 광 변조기는 외부 바이어스를 가해주어야만 성능이 향상되며, 외부 바이어스를 가해주지 않으면 그 성능이 크게 떨어진다는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 도파관의 길이를 늘리는 방법이 제안되었으나, 도파관의 길이를 늘리면 소자의 전기용량(Capacitance)이 커져 소자의 변조/검출 속력이 작아지는 문제점이 있다. 또한, 전원을 사용하지 않는 수동형 피코-셀 시스템에서 종래 기술에 따른 전계흡수 송수신기를 사용할 경우, 소자의 광 변조기로서의 성능과 광 검출기로서의 성능이 모두 저하된다는 문제점이 있다.