기술정보
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기술명 직접 변조 레이저를 이용한 초고속 전송 기술
기술명(영문) High-speed transmission technology using directly modulated laser diodes
활용분야 광모듈, 광트랜시버
기술번호 TI2019-01218
기술성숙도
#기술성숙도
개발전 3단계:연구실 규모의 기본성능 검증
개발후 4단계:연구실 규모의 무품/시스쳄 핵심 성능평가
외부기술요소 개발목표시기 2020-12-31
결과물 형태
검증방법
시장성
시장성
시장성 내용
□ 국내외 기술동향 및 경쟁력
○ 국내기술 동향
▷ KAIST 연구팀은 1.55 μm에서 동작하는 상용 직접 변조 레이저를 활용하여 52 Gb/s on-off keying(OOK) 신호를 표준 단일 모드 광섬유 15 km 전송한 결과를 발표한 바 있음. 이 연구팀은 또한 동일 소자를 활용하여 56 Gb/s PAM-4(4-level pulse amplitude modulation) 신호를 20 km 전송한 결과도 발표하였음. 이 연구팀은 1.3 μm에서 동작하는 상용 직접 변조 레이저를 활용하여 136 Gb/s DMT(discrete multi-tone) 신호를 30 km 전송에 최근 성공하였음. 이는 연구팀이 파악하는 바로는 단일 직접 변조 레이저를 활용하여 얻은 가장 높은 전송 용량임.
▷ ETRI 연구팀은 1.59 μm 대역에서 동작하는 10 Gb/s 직접 변조 레이저를 개발하고 FEC와 분산 보상 없이 단일 모드 광섬유 20 km 전송한 결과를 보고한 바 있음.
▷ OE Solutions 사는 1.31 μm에서 동작하는 25 Gb/s DML chip을 이용하여 표준 단일 모드 광섬유 10 km 전송이 가능한 uncooled TOSA를 개발하고 있으며, 25 Gb/s bottom illuminate pin PD를 적용한 ROSA 도 개발하고 있음.
▷ 레이칸 사는 10 Gb/s 직접 변조가 가능한 장파장(1.3 μm와 1.55 μm) VCSEL을 상용화하였음.
 
○ 해외기술 동향
▷ 미국의 Finisar 사는 1.3 μm 직접 변조 레이저를 활용하여 2 채널 112 Gb/s 단거리 전송 시스템을 최근 시연한 바 있음. 채널당 전송 용량은 56 Gb/s 임. 이 회사의 연구팀은 1310 nm 파장대역에서 동작하며 변조 대역폭이 55 GHz을 초과하는 특수한 short-cavity distributed reflector(SCDF) 레이저를 제작하고, 이를 이용하여 세계 최초로 112 Gb/s PAM-4 신호를 2.2 km 전송한 결과를 보고하였음. 이러한 결과를 얻기 위하여 연구팀은 복잡도가 높은 비선형 등화기를 사용하였음. 또한 최근 또한 DML를 사용하여 발생한 112 Gb/s PAM-DMT 신호를 12 km 단일 모드 광섬유에 전송한 결과를 보고하였음.
▷ 미국의 Alcatel-Lucent 사의 Bell Labs 연구팀은 단일 VCSEL을 이용하여 115 Gb/s DMT 신호를 단일 모드 광섬유 4 km 전송한 결과를 보고한 바 있음.
▷ 유럽의 ADVA, DTU, Vertilas 공동 연구팀은 최근 변조 대역폭이 25 GHz에 달하는 1525 nm인 장파장 VCSEL을 사용하여 56 Gb/s PAM-4 신호를 생성하고 이를 단일 모드 광섬유 15 km 전송한 결과를 발표하였음. 이 결과를 도출하기 위하여 연구팀은 송신단 전치 등화기와 수신단 선형 등화기를 활용하였음. 이 연구팀은 또한 동일 소자를 활용하여 84 Gb/s PAM-4 신호를 1 km 전송한 결과도 보고하였음.
▷ 덴마크의 DTU와 Huawei 연구팀은 10 GHz 대역폭을 가진 1550 nm 직접 변조 레이저를 이용하여 56 Gb/s duobinary PAM-4 신호를 수신단 디지털 신호 처리 과정 없이 표준 단일 모드 광섬유 10 km 전송한 결과를 보고하였음.
▷ 일본의 Fujitsu 연구팀은 50 Gb/s DMT 변조 신호를 광증폭기나 분산보상 없이 10 Gb/s 용으로 개발된 1.55 μm DML를 사용하여 20 km 전송한 실험 결과를 발표하였음. 이 연구팀은 또한 65 Gsample/s CMOS DAC core와 DML를 사용하여 100 Gb/s DMT 변조 신호를 10 km 전송한 결과도 발표하였음.
▷ 일본의 Fujitsu 연구팀은 400G 이더넷 광전송 시스템을 위하여 4채널 LAN-WDM 기술을 활용하여 469 Gb/s (채널당 약 117 Gb/s) DMT 신호를 30 km 전송한 결과를 보고한 바 있음.
▷ 중국의 Huazhong University와 Shanghai Jiao Tong University 공동 연구팀은 1550 nm에서 동작하는 직접 변조 레이저를 이용하여 2 채널 56 Gb/s PAM-4 신호를 광증폭기(EDFA), 광지연 간섭계(optical delay interferometer), 수신단 Volterra 비선형 등화기 등을 이용하여 100 km 전송한 결과를 보고하였음.
▷ 중국의 ZTE 연구팀은 2채널 101.64 Gb/s (채널당 약 50 Gb/s) DMT 신호를 20 km LEAF 광섬유를 통해 실시간 전송한 결과를 최근 보고하였음.
 
○ 표준화 동향
▷ 직접 변조 레이저 전송 기술이 활용 가능한 400G 이더넷 광트랜시버 기술 관련하여 IEEE에서 2013년 3월 IEEE802.3에 400G 이더넷 Study Group을 결성하고 2017년 12월에 표준 제정을 목표로 현재 표준화 활동이 진행 중에 있음. 400G 이더넷 신호 전송 방식으로 전송 거리 및 매체에 따라 25 Gb/s NRZ, 50 Gb/s NRZ, 50 Gb/s PAM-4 등에 대한 마무리 논의가 활발하며, 전송 기술이 발전함에 따라 채널 또는 광섬유당 100 Gb/s를 수용할 수 있는 기술에 대한 논의도 진행 중임.
 
 
○ 관련 보유특허(대외 공개 가능한 특허만 작성 요망)
 
No. 국가 출원번호(출원일) 상태 명칭
         
         
         

 
○ 기술적 경쟁력(우수성 및 차별성)
 
경쟁기술 본 기술의 우수성 및 차별성
EML 기반 광전송 시스템 경제성이 가장 우수한 직접 변조 레이저 기반 초고속 전송 기술
코히어런트 광전송 시스템 전송 용량은 코히어런트 시스템에 미치지 못하지만 경제성이 매우 탁월하여 단거리 시스템에 활용됨

 
□ 국내외 시장동향 및 전망
○ 국내시장 동향 및 전망
▷ 국내 시장은 세계시장에 비하여 규모는 적으나, 초고속 인터넷 망 보급 등으로 인하여 연평균 10% 이상 고속 성장하는 시장이며, 국내 중소 업체가 비교적 선전하고 있음.
 
○ 해외시장 동향 및 전망
▷ 이더넷 트랜시버 시장
 
년도 2016 2022 2025
세계 시장 규모(억원) 20,000~23,000 36,000~63000 48,000~104,000
한국 시장 규모(억원) 232~265 414~725 552~1,200

※ 출처 : 10G/40G/100G Data Center Optics Market Size and Forecast, Infonetics, 2014
※ 2014년 시장규모와 예상 compound annual growth rate(CAGR) 10~18% (Lightwave, 2014)를 이용하여 추정한 값임. 전 세계 네트워크 장비 시장에서의 국내 시장 비중 1.15% (Gartner, 2011)을 고려하여 추정함
 
시장성 -제품화 및 활용분야
시장성 -제품화 및 활용분야
활용분야(제품/서비스) 제품 및 활용분야 세부내용
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광모듈, 광트랜시버
1. 이더넷 광트랜시버: 100G, 400G 이더넷 광트랜시버
2. 광가입자망 송수신기: 광가입자망 광트랜시버 모듈
기술개요(영문)
기술개요(영문)
기술개요(영문) 내용
High-speed transmission technology using directly modulated laser diodes

Technologies for the implementation of the most cost-effective form of optical communication systems based on directly modulated laser and direct-detection receiver

Accurate modeling of DML/DD systems based on frequency response
Generation and detection technologies for high-speed DML-based transmission systems
High-bandwidth TOSA/ROSA with good linearity
Transmission technologies for optical access network operating at 40 Gb/s per wavelength

Most economic form of optical communication system
High-linearity, broad-bandwidth TOSA/ROSA for multi-level modulation formats
High-capacity optical access networks

 
Patents(Domestics) Application (    )
Registration(    )
Patents(International) Application (    )
Registration(    )

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기술개요 및 개념도
기술개요 및 개념도
기술개요 및 개념도 내용
□ 기술의 개념 및 내용
○ 기술의 개념(일반인 이해가 가능한, 하단의 상세내용보다 상위 개념으로 기술)
 
광전송 시스템을 가장 경제적으로 구현하는 방안은 직접 변조 레이저와 직접 검출 수신기를 사용하는 것임. 본 과제에서 개발하는 기술은 경제성이 탁월한 직접 변조 레이저-직접 검출 수신기 시스템의 전송 속도를 극대화하는 기술로서,
- 상기 시스템을 위한 100 Gb/s 급 초고속 변복조 및 신호 처리 기술,
- 선형성이 우수한 직접 변조 레이저와 직접 검출 수신기 기반 TOSA와 ROSA 기술,
- 40 Gb/s 직접 변조 레이저 기반 광가입자망을 위한 광링크 기술로 구성됨
 
그림입니다.

원본 그림의 이름: CLP0000652c18d4.bmp

원본 그림의 크기: 가로 936pixel, 세로 650pixel
<기술개념도>
 
○ 기술의 상세내용 및 사업화 제약사항
▷ 기술의 상세내용
 
- 경제성이 탁월한 직접 변조 레이저-직접 검출 광수신기 시스템에 특화된 초고속 광전송 기술
· 기존의 DML 기반 광전송 시스템이 통상 10 Gb/s 이하 단거리(예, 10 km 이하)에 주로 활용되었으나, 본 과제에서는 25 Gb/s 이상(최대 목표 100 Gb/s 급) 초고속 신호를 단거리에서 중거리(예, 40 km)까지 전송할 수 있는 원천 기술을 개발
· 직접 변조 레이저 모델링에 입각한 변조 방식 도출 및 디지털 신호 처리 방법, 간소화 기술 개발
· 직접 변조 레이저의 동적 특성(dynamics)에 대한 분석을 바탕으로 전송에 악영향을 미치는 것으로 알려진 레이저의 처핑을 이롭게 활용하여 DML의 전송 용량을 극대화 하는 기술 개발
· 전체 시스템의 성능을 극대화 하기 위한 소자에서 전송 시스템까지 종합적인 연구 개발
· DML/DD 기반 광전송 시스템 모델링
· DML/DD 기반 광전송 시스템을 위한 초고속 변복조 기술 및 신호 처리 기술
· 선형성이 우수한 광대역 DML 기반 TOSA/ROSA 기술
· 40 Gb/s 광가입자망을 위한 직접 변조 레이저(또는 VCSEL) 기반 광링크 기술
· DML을 이용한 100 Gb/s 급 초고속 신호 전송 기술
 
▷ 기술이전 범위
- 직접 변조 레이저 주파수 응답 특성 모델링 방법
- 직접 변조 레이저의 비선형 특성 보상을 위한 디지털 신호 처리 알고리즘
- 단일 직접 변조 레이저를 활용한 100 Gb/s 급 변조 방식 선정 및 신호 처리 알고리즘
- 초고속 광가입자망을 위한 직접 변조 레이저 기반 광전송 링크의 전력 마진 예측
 
▷ 사업화 제약사항
○ 현재 광트랜시버 관련 표준 또는 규약의 경우 외부 변조기 기반으로 작성되어 있어서 특정 항목의 경우 이 조건을 만족시키는 것이 매우 어려움
- 직접 변조 레이저 기반 광트랜시버 관련 표준 또는 규약의 경우 상대적으로 낮은(예, 10 Gbps) 전송 속도에 대해서만 규정되어 있는 반면 본 과제에서 추구하고자 하는 고속 전송 속도의 경우에는 외부 변조기 기반에 대하여 작성되어 있으므로 모든 항목을 만족시키기 매우 어려움
- 초고속 직접 변조 레이저 기반 광트랜시버에 대한 표준화 작업 등이 병행될 경우 사업화 파급효과가 클 것으로 예상됨
○ 파장 가변 레이저의 경우 통상 고속 직접 변조가 어려움. 따라서 현재로는 특정 파장에 대하여 동작하는 직접 변조 레이저에 한정해서 연구 개발, 사업화, 표준화 등을 추진하는 것이 합당하다고 판단됨.
 
첨부파일
본과제 정보
본과제 정보
과제명(한글) 직접 변조 레이저 기반 100G 광송수신 원천 기술 연구
과제명(영문) Research on 100G optical transmitter/receiver technology based on directly modulated laser
색인어 (한글) 광트랜시버  / 광전송  / 레이저 다이오드  / 이더넷  / 직접 변조
색인어 (영문) direct modulation  / Laser diode  / Optical transmission  / Optical transceiver  / Ethernet
과제번호 2016-0-00083-004 해당연도 2019
기술분류
권리성
총연구기간 2016-04-01 ~ 2021-12-31 총예산 미공개
기간(당해연도) 2019-01-01 ~ 2019-12-31 예산(당해연도) 미공개
참여기관 미공개
주관기관 한국과학기술원 과제책임자 김훈
연락처
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tel : 미공개
cp : 미공개
E-Mail 미공개
개발중인 기술(기술예고)
개발중인 기술(기술예고)
기술번호 기술명 목표시기
TI2019-0121800001 직접 변조 레이저를 이용한 초고속 전송 기술 2020-12-31
이전가능 기술
이전가능 기술
기술번호 기술명
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지재권 목록
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발명 명 출원 번호
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