대기 보상 기술을 적용한 광 빗 기반 1.3 km 자유 공간 광통신 시스템 개발

Abstract

최근, 지구 관측, 위성 간 광 통신 또는 LEO(Low-Earth-Orbit) 위성을 통한 지상 대 우주 인터넷과 같은 우주 임무 프로젝트의 과학적 및 산업적 성장과 함께 위성 간 시간/주파수 동기화, 라이다와 측지학, 특히 지상-위성간 광통신에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 응용 분야의 경우 빛은 단일 모드 광섬유로 결합되어야 하지만 대기 난류의 원더링 현상으로 인해 빛은 흔들리게 되며 이는 광섬유 결합을 어렵게 하는 요인이다. 따라서 이와 같은 원더링 현상의 대기 효과를 보상하여 장기간 빔을 안정화 시키는 빔 추적 기술을 통해 달성할 수 있다. 본 연구에서는 전자기 코일 방식의 고속 스티어링 미러와 저렴한 상용 사분면 검출기로 폐쇄 루프를 적용하여 1.3 km 대기의 원더링 현상을 효과적으로 보상하였다. 대기 난류로 인한 포인팅 에러의 표준편차는 추적 시스템 전후로 85 % 만큼 감소하였으며, 빔 떨림 현상의 주파수 성분은 주로 100 Hz 대역의 저주파 성분임을 검증하였다. 또한 이 기술을 바탕으로 고속변조가 가능한 MZM(Mach-Zehnder Modulator) 를 이용하여 실시간 비디오(1980x1080p @ 30fps) 신호 기반 1.5 Gbps 데이터 속도의 자유공간 광통신을 수행하였다. 뿐만 아니라 광 주파수 빗은 다양한 파장 채널에 사용되는 여러 레이저를 대체할 수 있으며 여러 파장 채널의 공동 수신 및 처리를 수행하여 수신기 체계를 단순화할 수 있다. 이를 통해 대기의 환경 요인을 극복하고 더 나아가 지상-인공위성 간의 자유 공간 광통신의 수준을 한층 더 높일 수 있을 것으로 기대한다.