파장분할다중방식 광통신망에서 색분산 분포와 편광의 변화가 초고속 광신호에 미치는 영향

Abstract

본 논문에서는 시스템의 전송 용량을 증가시키는 위하여 초고속 광신호를 이용하거나 채널 수를 증가 시키는 방법을 이용할 경우, 시스템의 확장성을 제한하는 온도변화 및 색분산 분포 특성에 의한 잔여색분산과 편광의 변화의 영향을 분석하고 실험을 통하여 검증하였다. 이를 위하여, 실제 광링크에서 발생하는 온도변화를 정확하게 나타낼 수 있는 새로운 온도변화 모델을 제시하였으며 실제 전송용 광섬유로 주로 사용되는 단일모드광섬유와 비 영분산천이 광섬유의 색분산의 온도 변화율을 직접 측정하였다. 또한, 상용화 된 단일모드 광섬유와 비 영분산천이 광섬유의 색분산 분포를 측정하였으며, 광링크를 위하여 사용된 광섬유들의 영분산 파장(zero dispersion wavelength)와 영분산 기울기(dispersion slope at zero dispersion wavelength)의 평균값과 표준편차 만으로 잔여색분산 분포를 쉽게 계산할 수 있는 방법을 제안하였다. 광링크 주위의 온도변화와 광섬유 색분산 분포 특성에 의하여 발생하는 잔여색분산 분포를 동시에 고려하기 위하여 제안한 온도변화 모델을 색분산 분포 특성에 의하여 발생하는 잔여색분산을 계산하는 식에 적용시킴으로써 실제 광링크에서 발생하는 잔여색분산 분포를 더욱 정확하게 분석할 수 있는 방안을 제시하였다. 이러한 방법을 이용하면, 광링크에서 광섬유의 색분산 분포나 온도 변화에 의한 색분산 변화의 영향을 정확하게 예측할 수 있으며 파장분할 다중방식 초고속 광통신망에서 가변 분산보상기를 사용해야 할 시점과 보상 범위를 쉽게 결정 할 수 있을 것으로 판단된다. 한편, 시스템의 전송 용량을 증가시키기 위하여 광신호의 편광을 이용하는 경우, 광링크에 존재하는 편광의존손실이 편광 다중화 방식 광전송 시스템과 편광 변조 방식 광전송 시스템에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 이를 위하여, 편광의존손실로 인하여 발생하는 광신호의 수직한 두 편광상태의 변화와 이로 인한 누화의 발생을 간단한 수식으로 모델링 하였다. 또한 편광 다중화 시스템과 편광 변조방식 시스템에서 이러한 영향으로 발생하는 페널티를 계산하였으며 실험으로 검증하였다. 또한, 광링크에 존재하는 편광의존손실을 정확하게 모사하기 위한 새로운 가변 편광의존손실 에뮬레이터를 제안하였다. 제안한 에뮬레이터는 광신호의 TE 모드 편광과 TM 모드 편광을 모두 전달할 수 있는 $LiNbO_3$ 변조기를 이용하였으며 변조기의 바이어스 전압을 바꾸어 줌으로써 편광의존손실을 매우 큰 값까지 발생시킬 수 있었다. 본 논문에서는 제안한 편광의존손실 에뮬레이터를 이용하여 광링크에 존재하는 편광의존손실의 영향을 쉽고 빠르게 분석 할 수 있었다.