전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_25.12호

NTT가 새로운 파장 ‘X대’ 개척, 광섬유의 전송 용량 10배 확대
광증폭기 및 송수신기의 신규 개발 없이도 실현 가능

NTT가 광섬유의 새로운 파장 대역을 개척하고 있다. NTT는 이것을 ‘X대(파장이 1,675~1,702nm)’라고 명명하고, 홍보를 시작했다. 통상적으로 광섬유에서는 C대(파장이 1,530~1,565nm)와 L대(파장이 1,565~1,625nm)가 사용되고 있으며, X대는 이보다 더 긴 파장 대역을 가지고 있다.

NTT가 대역 확장을 지속적으로 추진하는 이유는 광섬유의 전송 용량을 늘리기 위해서이다. 모든 것이 광통신으로 완결되는 ‘APN(All Photonics Network)’ 구상에 있어서 기존의 광섬유와 설비를 활용해 대용량의 데이터를 더 멀리 전송하는 것을 목표로 하고 있다.

광 네트워크에 사용되는 광섬유 전송 시스템에서는 서로 다른 파장의 광신호를 다수 묶어서 빛 상태 그대로 광증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)로 중계하여 장거리 전송을 한다. 기존의 중계기는 C대와 L대의 약 4THz의 파장대역을 사용하고 있다.

하지만, 이러한 대역에서 송수신기의 개량만으로 대용량화하는 것은 이론적 한계에 가까워지고 있으며, 한 층 더 대용량화 하기 위해서는 새로운 파장대로 대역을 확대할 필요가 있다. 참고로 X대는 ITU‑T(국제전기통신연합 전기통신표준화부문)에서 정의되지 않은 파장대이다.

-- 1,000km 전송에서 전송 용량 10배 --
NTT는 약 1,000km의 광섬유 전송 경로에 있어서 새로운 파장대를 이용해 전송 용량을 기존 대비 10배, 대역폭을 6.7배 확대하는 기술을 개발했다.

이를 실현하기 위해 NTT는 자체 개발한 파장대를 변환할 수 있는 ‘파장대 일괄 변환기’를 사용했다. 높은 비선형 광학 효과를 얻을 수 있는 주기적 분극반전 니오브산리튬(Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN)을 사용. 단파장의 S대(파장이 1,460~1,530nm)와 C대/L대, U대/X대와 C대/L대 사이에서 각각 변환한다.

이 기술의 핵심은 S대나 U대, X대 등 통상적으로 사용되지 않는 대역에 있어서 광증폭기 및 송수신기와 같은 디바이스 개발이 필요 없다는 것에 있다. 신규 대역에서는 대응하는 광 디바이스가 거의 없기 때문에 새로운 디바이스의 개발 및 제조에 큰 비용이 든다. 이 때문에 NTT는 통상적으로 사용되는 C대와 L대의 디바이스를 활용할 수 있도록 해 비용을 낮췄다.

-- 수치 시뮬레이션으로 최적의 조건을 결정 --
긴 파장대에 의한 신호의 장거리 전송에는 두 가지 해결 과제가 있었다. 첫 번째는 광섬유의 흡수 특성으로 인해 많은 손실이 발생한다는 점. 두 번째는 짧은 파장의 빛이 가진 에너지가 긴 파장의 빛으로 이동해 버리는 채널 간 유도 라만 산란(ISRS)이다. 이러한 복수의 현상이 복잡하게 작용하기 때문에 적절한 전송 조건을 실험으로 확인하기 어려워 전송 설계가 까다로웠다.

그래서 NTT는 역으로 ISRS의 에너지 전이를 효율적으로 활용해 긴 파장의 X대에 에너지를 공급함으로써 손실을 줄였다. 사전에 짧은 파장의 신호는 강하게, 긴 파장의 신호는 약하게 송신하도록 최적화했다. 이 설계에서는 수치 시뮬레이션을 활용해 방대한 파라미터를 제어해 최종적인 전송 용량이 커지도록 각 파장대의 입력 신호를 결정한다.

NTT에 따르면, 운영 측면에서는 각각의 대역을 어떻게 활용해 나갈 것인지가 앞으로의 과제라고 한다. X대는 단독 사용으로는 손실이 크다. 이번처럼 짧은 파장으로부터의 에너지 전이를 잘 활용해 손실을 줄이는 등, 다른 대역과 조합해 사용할 가능성이 있다고 한다.

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목차_Nikkei Electronics_2025.12

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