The wavelength division multiplexed passive optical network (WDM-PON) for a future proof access network has been recognized among carriers and vendors as an ultimate solution that provides the high scalability with the high-speed guaranteed bandwidth for a video-centric service of high-definition and ultra-high-definition TV quality. In various WDM-PON technologies, the WDM-PON based on the wavelength-locked Fabry-Perot laser diode (F-P LD) has large attentions due to the possibility of the low-cost colorless transmitter, which effectively replaces the wavelength specified optical sources in conventional WDM-PON. The wavelength-locked F-P LD mostly employs the external incoherent light source such as a light-emitting diode (LED) or an amplified spontaneous emission (ASE) of an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) in order to avoid the interference problem of coherent light. However, the wavelength-locked F-P LD suffers from the beat noise characteristics of the incoherent light source and the mode partition noise of F-P mode. Subsequently, the intensity noises in the wavelength-locked F-P LD impose the fundamental impairments on the achievable system performances such as the data-rate, channel capacity, and transmission distance.
In this thesis, we present an useful method to measure the facet reflectivity of F-P LD without prior knowledge of optical parameters before AR coating. The facet reflectivity can be estimated by measuring the optical power of reflected beam with a probe beam that has narrow spectral width compared with the mode spacing. According to the simulation, also we have found that the facet reflectivity gives a large influence on the phyical behaviors of F-P LD such as the gain-saturation power and the gain bandwidth.
Based on the saturation characteristics of the injection seeded F-L LD, we propose the 2.5 Gbps WDM-PON employing the intensity noise suppression of the wavelength-locked F-P LD. The impairments in wavelength-locked F-P LD due to intensity noise of the the input incoherent light can be overcome with an additional F-P LD. The intensity noise of the optical signals can be suppressed at the optical receiver or at the optical transmitter with an additional F-P LD. The intensity noise of the input spectrum sliced incoherent can be also suppressed with the same configuration. The noise suppression takes place only at the central office for smmoth upgrde without touching the outside plant. By employing the proposed noise suppression methods, we demonstrate error free transmission of 2.5 Gb/s signal over 10 km of single node fiber. The required injection power into the F-P LD can be suppressed considerably with the noise suppressor.
The noise suppression at the optical receiver mitigates optical signal degradation induced by dispersion and decorrelation. However, the extinction ratio degrades, since the noise suppressor is operated in the saturation region. On the other hand, we can keep high extinction ratio when the noise suppressor is used to suppress the RIN of the injection BLS, while it brings about the highest signal degradation induced by decorrelation and dispersion for the upstream signal.
In conclusion, the optical noise suppression techniques of wavelength-locked F-P LD provide high scalability for high capacity WDM-PON. The noise suppressor located only at the central office enables smooth upgrade of deployed WDM-PON without modification of the outside plant.
본 논문은 파장-잠김 F-P LD의 광세기-잡음 억제를 이용한 2.5 Gbps급 WDM-PON에 대하여 연구하였다. 기존 파장-잠김 F-P LD가 가지고 있는 물리적 제약을 극복하기 위하여 광세기-잡음을 억제하는 방법을 제안하였으며 이것을 2.5 Gbps급의 고속 전송 속도와 10 km의 장거리 전송을 통하여 BER 10-12 이하의 error free 특성과 함께 실효성을 실험적으로 입증하였다. 뿐만 아니라 제안된 파장-잠김 F-P LD 방식은 시장에 포설되는 있는 WDM-PON의 기본 골격을 유지하면서 데이터 속도 및 전송 거리의 확장이 가능하다는 것과 외부 주입광의 파워를 감소시킬 수 있는 장점을 제공하기 때문에 WDM-PON 의 포설 비용 절감 또는 제품의 저가화에 크게 기여할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 F-P LD를 추가하여 파장-잠김 F-P LD의 잡음 특성을 개선하는 두 가지 방안을 제시하였다. 첫째 방안은 광신호의 광세기 잡음을 억제하는 방식이고 두번째 방안은 외부 주입광의 광세기 잡음을 억제하는 방식이다. 광신호의 잡음을 억제 방식은 WDM-PON 시스템의 수신기 전단 또는 송신기 후단에 광세기 잡음을 억제용F-P LD를 배치함으로써 2.5 Gbps의 고속 동작을 위한 광세기 잡음 조건을 충족시키는 방식이고 외부 주입광의 광세기 잡음을 억제하는 방식은 광대역 광원 부분에 F-P LD를 위치시켜 외부 주입광의 광세기 잡음을 억제하는 방식이다. 제안된 두 가지 파장-잠김 F-P LD의 잡음 억제 방식을 이용하여 2.5 Gbps의 전송 속도에서 10 km 전송을 증명하였고 각각의 장단점을 비교하였다. 또한 외부 변조기를 이용한 광신호의 전송를 통하여 상향 신호와 하향 신호에 대한 광신호 손상 차이를 분석하였다. 그리고 직접 변조 방식으로도 2.5 Gbps 데이터 속도에서 10 km 전송이 가능함을 다양한 운용 조건에서 확인하였다. 직접 변조 방식을 이용한 파장-잠김 F-P LD는 2.5 Gbps 전송 속도에서 10 km 전송이후에 10-10 정도의 error floor 레벨을 갖는 BER 특성을 나타내었지만 광세기 잡음을 억제하면 error free에 도달함을 확인하였다. 하향 신호의 경우는 국사에서 광신호의 잡음을 억제한 이후에 10 km 단일-모드 광섬유를 진행에서 경험하는 dispersion과 decorrelation 효과로 인해 광 신호 손상 정도가 증가한다는 것을 확인하였다.
