광통신 2

광정보통신의 개요

 

광통신은 기존은 구리선 대신 광섬유를 통신매체로 사용하여 빛을 신호로 이용하는 통신방법을 말한다. 인터넷의 동영상이나 멀티미디어등과 같은 대용량의 서비스가 나타남에 따라 기하급수적으로 늘어나는 통신량에 대한 요구를 충족시키기 위해 광통신 기술도 급진적으로 발전하고 있다. 이러한 광통신 기술의 발달은 궁극적으로 모든 통신망이 광통신으로 이루어지는 전광통신망(All Optical Network)으로 진화될 것으로 예상된다.
광전송 시스템은 현재 시간분할다중(TDM)방식으로 10 Gb/s 제품의 상용화가 이루어졌으며, 40 Gb/s 수준의 시제품이 개발되었다. 이와 동시에 종래의 광섬유 전송이 하나의 광섬유에 단일파장의 광신호를 전송하고 있음에 비해, 하나의 광섬유에 여러 파장의 광신호를 전송함으로서 전송량을 획기적으로 증대시키는 기술로 파장분할다중(WDM)방식이 사용되고 있다.
현재 80채널 용량의 장비가 상용화 되어 있으며, 향후 256 채널급 이상으로 발전할 전망이다. WDM 시스템에서 넓은 파장영역이 사용함에 따라 광증폭기도 기존의 어븀첨가 광섬유 증폭기(EDFA)외에 라만 광섬유 증폭기(FAF) 및 툴리움 첨가 광섬유 증폭기(TDFA) 등을 사용하여 1250 ~ 1650 nm 파장대역 전체를 증폭할 수 있는 연구, 개발이 이루어지고 있다. 또한 기존 단일모드 광섬유로는 개별 채널당 전송속도에 한계가 발생하므로 대용량 통신을 가능하게 하는 신 기능성 광섬유의 개발이 이루어지고 있다. 가입자망 또는 근거리 광통신망을 위해서는 멀티모드 광섬유와 플라스틱 광섬유를 이용한 개발이 이루어지고 있다.
또한 초고속 통신에 필수적인 전광 파장변환기나 전광 스위치소자 등에 관한 연구가 여러 광소자를 이용하여 진행되고 있다. 이중 가장 우수한 광결정 물질 중에 하나로 알려진 LiNbO₃를 이용한 전광 소자 개발은 미국, 독일 및 일본 등에서 활발하게 이루어지고 있다. 특히 최근에는 실험실이 아니 실제 field 실험에서의 성공 사례들이 보고 되고 있다.

 

2. 선진국 기술 현황

2000년 이전의 대용량 광통신 기술은 전기적 신호를 다중화하여 광신호로 변환하여 통신하는 전기적 시간분할다중 (ETDM) 기술이 주류였으나, 2000년 이후 파장분할다중 (WDM) 기술의 완성도가 높여지면서 채널당 40 Gbit/s, 및 100 파장이상의 다중화가 가능하게 되어 수Tbit/s 의 전송이 가능한 시스템이 소개되어 졌다.
정보 교환량의 확대에 따라 WDM 기술만으로는 10 Tbit/s 이상의 전송 시스템을 요구하는 FTTH (Fiber To The Home) 과 같은 차세대 광통신 시스템을 만족시킬 수 없다. 10 Tbit/s 이상의 전송 시스템의 경우, 초단 광펄스를 이용한 채널당 100 Gbit/s 이상의 고속 광시간분할다중 (OTDM) 기술이 요구된다. OTDM 광전송 및 광신호처리에 관련된 기술은 극초단 광펄스 생성 기술이 발전함에 따라, 많은 응용 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.

- 미 국
스텐포드대학의 Fejer 그룹의 주도로 이미 전광신호처리 소자 개발의 핵심적인 기술인 PPLN(periodically poled LiNbO₃) 제작에 대한 기본 기술 확립, 현재 IT 분야로의 응용에 관한 많은 연구가 진행되고 있음. PPLN을 이용한 소형 광원 개발의 경우 아직 초기 단계에 해당함.

- 일 본
90년대 후반에는 도후쿠 대학이나 오사카 대학등의 학교를 중심으로 한 기본 물성연구 및 단순소자 제작이 활발하였으나, 현재는 FESTA 와 같은 대형 프로젝트는 물론, NTT, 미쓰비찌 등의 기업 시설을 이용한 IT 분야로의 응용연구가 활발하게 진행되고 있다.

- 유 럽
국가별 연구보다는 유럽연합의 대형 프로젝트 형태로 진행되고 있다. ATLAS (All-opitcal Terabit per second LAmbda-Shifted transmission) 프로젝트의 경우 유럽의 7개 국가 11개 연구기관이 참여하여, 국가별로 광소자 개발, 시스템 구축과 같은 분담형식으로 과제를 수행중이다.

3. 연구방향

본 연구에서는 초고속 광통신의 핵심기술인 WDM 시스템에 사용가능한 광증폭기 여기광원, 라만 광섬유 증폭기에 대한 연구 및 비선형광학 현상을 이용한 전광 파장변환과 전광 스위칭 소자, 광매개 증폭 (Optical Parametric Amplification :OPA)등에 대한 수행할 것이다.
WDM 시스템에 사용가능한 광증폭기 고출력 여기광원 개발은 희토류가 첨가된 특수 광섬유를 반도체 레이저로 여기하여 발진시키는 방법을 사용한다. 여기방법으로 종래의 말단여기방식을 택하지 않고, 새로운 방식인 클래드 여기 방법을 통하여 연구를 수행한다. 기존의 말단 여기방식은 파장가변성, 고효율, 고휘도, 고집적도, 단일모드 광원이라는 장점이 있으나 여기광원의 입력에 제한이 있으며 저출력이라는 단점이 있다. 이를 극복하는 수단으로 여기광을 광섬유의 코어로 입사하지 않고, 클래드로 여기한다. 이러한 클래드 여기방법은 고출력을 달성할 수 있고, 파장변환과 모드변환이 자유로운 장점이 있다.
클래드 여기 광섬유 레이저의 개발을 위해서 cylindrical symmetry를 제거한 비대칭형 광섬유 제조기술을 개발한다. 또한 광결정 구조를 갖는 특수 광섬유를 개발하여 광결정 구조에 따른 레이저 효율에 대한 연구를 수행한다.
개발된 고출력 광섬유 레이저를 여기광으로 사용하여 라만 광증폭기에 대한 연구를 수행한다. 여러 파장의 입사광을 동시에 입사하여 다중 라만 광증폭기를 구성하여 광증폭기의 대역 확장에 대한 연구를 수행한다. 또한 다중 라만 광증폭기에서 각 여기광의 세기에 따른 이득 평탄화에 대한 연구를 수행하여, WDM 전송에서 각각의 신호광이 일정하게 증폭되는 최적의 조건을 탐구한다.
기존의 어븀첨가 광섬유 증폭기(EDFA), 라만 광섬유 증폭기(FAF) 및 툴리움 첨가 광섬유 증폭기(TDFA) 등을 사용하여 증폭할 수 없었던 1250 nm 이하나 1650 nm 이상의 파장대역에서 광 증폭을 수행 할 수 있는 광매개 증폭기에 대한 연구를 수행한다. 주기적으로 분극 반전된 LiNbO₃를 이용하여 LiNbO₃ 의 최대 투과 파장인 5000 nm 파장대역까지 광매개 증폭의 특성을 연구하여 실용적인 소자 개발에 관한 기본 연구를 수행한다.
또한, 주기적으로 분극 반전된 LiNbO₃ 도파로 소자를 제작하여 차세대 초고속 통신망에 필수적인 소자인 전광 신호처리 소자에 관한 연구를 수행한다. 전광 도파로 소자 제작에 관한 기본 기술연구 및 제작공정 확립 후, 제작된 전광 도파로 소자를 이용한 응용 실험을 수행한다.

Ti:PPLN을 이용한 mid-span 파장변환 실험 장치도

 

4. 기대효과

라만 광 증폭기술은 WDM 광전송의 핵심적인 기술이다. 이러한 라만 광증폭기를 이용한 WDM 광 전송은 광통신의 전송대역폭을 획기적으로 확장하여 차세대 초고속 광통신을 가능하게 한다. 또한 최근들어, 각광 받고 있는 비선형 광학소자를 이용한 전광 신호 처리 기술에 대한 기본 기술 확립은 차세대 초고속 광통신 시장을 주도할 WDM 광 전송기술의 핵심기술을 확보함으로서, 현재 치열하게 전개되고 있는 초고속 광통신 기술개발에 주도적인 역할을 할 것으로 기대된다.

출처 : http://apri.gist.ac.kr/new_home/Research/commu_field.html

[출처] 광정보통신의 개요|작성자 북청물짱