KR100192229B1 - 광섬유 전송 회선에서 광신호를 증폭하는 장치 - Google Patents

광섬유 전송 회선에서 광신호를 증폭하는 장치 Download PDF

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피에르 지오반니 지안네시
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Abstract

본 발명은 활성 섬유(10)로 이루어진 광 증폭기(5, 6)를 포함하는 원격용 광섬유 통신 회선에 관한 것으로서, 상기 활성 섬유(10)로 이루어진 광 증폭기(5, 6)에서, 상기 증폭기의 활성 섬유로 향하는 반사율이 회선 섬유에 내재하는 레일리 산란에 기인하는 반사율보다 적어도 10dB 만큼 낮춰진 임계값이하로 제한된다. 이러한 반사율 값은 상기 증폭기(6)의 상향 스트림 및 하향 스트림의 제한된 내부 반사율을 지니는 광 아이솔레이터(11a, 11b)를 배치함으로써 그리고 상기 증폭기의 활성섬유(10)로 향하는 광 경로를 제공하는 반사 제한 수단을 배치시킴으로써 얻어진다.

Description

광섬유 전송 회선에서 광신호를 증폭하는 장치
제1도는 회선 및 전력 증폭기와 함께 제공된 원격용 광섬유 통신 회선의 다이어그램.
제2도는 제1도에 도시된 회선중에서 활성 섬유로 이루어진 회선 광 증폭기에 대한 개략적인 다이어그램.
제3도는 제1도에 도시된 회선에 있어 활성 섬유로 이루어진 변형적인 회선 광 증폭기에 대한 개략적인 다이어그램.
제4도는 제1도에 도시된 회선중에서 활성 섬유로 이루어진 광 전력 증폭기에 대한 개략적인 다이어그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 송신 스테이션 2 : 수신 스테이션
6a, 6b, 6c : 증폭기
본 발명은 원격용 광섬유 통신 회선에 관한 것으로, 특히 광 증폭기로 향하는 반사값을 미리 결정된 값이하로 제한하는 활성 섬유로 이루어진 광 증폭기와 함께 제공되는 원격용 광섬유 통신 회선에 관한 것이다.
희토류 이온과 같은 특수물질로 도우핑된 코어를 지니는 광섬유는 유도 방출 특징을 지니며 상용(常用) 전화 통신을 위해 원격용 광섬유 통신 회선에서 활성 섬유로 이루어진 광 증폭기로서 사용하는데 적합하다는 것이 공지되어 있다.
그러한 종류의 증폭기는 본 출원인의 유럽 특허 제 0409012 A호에 언급되어 있다.
또한, 활성 섬유로 이루어진 광 증폭기라고 언급되는 광섬유 증폭기는, 광학 형태를 유지하는 동안 (즉, 예컨대 다른 형태로 증폭되어 차후에 광학 형태로 다시 변환하는 전자 신호와 같은 다른 신호 형태로 변환됨이 없이) 광학 형태와 같이 증폭되고, 상기 증폭 요소가 미리 결정된 길이 부분을 지니는 상기 기술된 형태의 광섬유로서, 광섬유 회선중 2개의 상당 길이부분 사이에 직렬로 접속되며 광 펌핑 신호를 공급하는 공급수단과 함께 제공된 광섬유를 포함하는 증폭기를 의미한다.
이러한 종류의 증폭기는, 회선 증폭기로서 사용되는 경우 활성 섬유의 상당 길이부분 및/또는 도우펀트의 내용물을 적절하게 선택함으로써 바람직한 값일 수 있는 높은 이득을 제공하며 전력 증폭기로서 사용될 경우 높은 증폭 효율을 제공하기 때문에 원격 통신 회선의 용도에 대한 특수한 잇점을 지닌다.
그러나, 그러한 증폭기가 지니고 있는 특수한 문제점은 활성 섬유 자체의 단부에서 생기는 신호 반사이다.
일본국 특허 제 52-155901 호 및 제 63-219186 호, 그리고 1988년 1월 7일자 Electroniss LETTERS의 24권 제1호 36-38면을 참조해보면, 레이저 또는 반도체 광 증폭기에 있어 상기 증폭기의 단부에서 생기는 반사로 인해 변동개시 및 불안정한 위험성이 존재한다.
상기 특허 내용으로 볼때, 이러한 반사를 제거하기 위하여, 광 아이솔레이터를 반도체 레이저에 연결하여 회선 섬유 및 이들 디바이스 사이의 커플링 표면에 의하여 반사되는 광이 상기 레이저자체에 도달하는 것을 방지하는 것이 제안되어 있다.
활성 섬유 증폭기에 있어서, 어떠한 계면이라도 회선 섬유 및 상기 증폭기사이에 존재하지 않는데, 그 이유는 상기 회선 섬유가 상기 활성 섬유 증폭기에 직접 융합되어 있기 때문이다. 그러므로, 이러한 반사 현상은 대체로 예기되지 않는다.
그러나, 활성 섬유 증폭기에서 활성 섬유용 반사 제한 수단이 없는 경우에 직접적인 전송 신호 및 회선 섬유 자체에서 반사된 신호, 특히 상기 활성 섬유로 향하는 신호 사이에서 생기는 비트(beat)의 결과로서 간섭 형태의 잡음이 생김으로 인해 높은 증폭 이득에 도달하는 것이 불가능하다. 간섭 잡음의 존재는 낮은 이득 및 소형 구조를 지니는 반도체 증폭기에서는 별로 중요하지 않은 반면에 매우 높은 이득에 도달하여 상당한 길이부분의 활성 섬유, 즉 신호 발생 레이저의 밀집 거리보다 멀리 있으며 수십미터의 범위에 있는 활성 섬유를 지닐 수 있는 활성 섬유인 증폭기에서는 특히 중요하다.
그러므로, 활성 코어 섬유 형태의 증폭기에서 생기는 문제점은 그와같은 잡음원에 대하여 활성 섬유를 보호하고 높은 증폭이득값을 유지하지만 전송 품질을 위태롭게하지 않도록 임계값이하로 상기 활성 섬유 자체로 향하는 각각의 반사 형태를 유지하는데서 유발된다.
상기 인용된 유럽 특허 0409012A호에는 광섬유 증폭기내의 광 아이솔레이터 도입이 고습되어 있는데, 상기 아이솔레이터는 임계값이하로 제한된 반사율을 지닌다.
본 발명은 활성 섬유로 이루어진 광 증폭기를 포함하는 원격용 광섬유 통신 회선을 제공하는데 있으며, 이 경우에 상기 증폭기는 유럽 특허 제 0409012A 호의 고습에 따라 기대된 증폭 이득에 대한 가장 적합한 광 분리 특성을 선택하기 위한 또 다른 임계 파라메타를 지시하는 반사 형태로부터 야기되는 모든 결점에 대하여 보호받는다.
본 발명은 광섬유 회선의 한 단부로 부터 발생된 광 전송 신호를 재생하지 않고서도 타 단부에 전송하는 원격용 광섬유 통신 회선을 포함하며, 상기 회선은 형광 도우펀트가 포함된 코어를 지니는 활성 광섬유의 상당 길이부분을 포함하는 적어도 하나의 광섬유 회선 증폭기를 포함하고, 모두나 또는 각각의 증폭기의 활성 섬유로나 그러한 활성 섬유로 부터의 각각의 광섬유의 광 경로가 전송파장에서 광섬유 회선의 레일리 산란(Rayleigh scattering)에 해당하는 반사율보다 적어도 10dB 만큼 낮춰진 값까지 상기 활성 섬유로 향하는 연관된 광 경로의 반사율을 제한하는 각각의 반사 제한 수단을 지니는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 값은 전송 파장에서 광 섬유회선의 레일의 산란에 해당하는 반사율보다 15dB 만큼 낮춰진다.
특수한 실시예에 따르면, 높은 증폭이득에 도달하기 위하여, 상기 값은 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높아지며, 바람직하게는 상기 기대된 증폭기 이득보다 적어도 15dB 만큼 높아진다.
반사 제한 수단은 활성 섬유로 이루어진 광 증폭기의 상향 스트림 및 하향 스트림에 위치한 편광제어용 광 아이솔레이터를 포함할 수 있다.
상기 광 아이솔레이터는 전송 신호의 편광에 영향을 받지않는 형태일 수 있다.
상기 언급한 광 아이솔레이터에 대한 변형예로서, 상기 반사 제한 수단은 반사 방지 피복물 및/또는 하나이상의 비스듬히 절단된 표면을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 원격 광섬유 통신 회선용 광 증폭기를 포함할 수 있으며, 상기 증폭기는 형광 도우펀트가 포함된 코어를 지니는 활성 광섬유를 포함하는 활성 섬유 형태이고, 상기 활성 코어는 원격 통신 회선의 활성 섬유 사이에 직렬로 접속할 수 있으며 각각의 커플링 수단을 통해, 광 펌핑 신호 발생원에 접속된 적어도 하나의 광섬유에 접속된다. 또한, 상기 증폭기는 상기 활성 섬유로 또는 상기 활성 섬유로 부터의 각각의 광섬유의 광 경로가 전송파장에서 상기 활성 섬유에 접속된 원격 통신 회선의 광섬유의 레일리 산란에 해당하는 반사율보다 적어도 10dB 만큼 낮춰진 값, 바람직하게는 그러한 반사율보다 적어도 15dB 만큼 낮춰진 값까지 또는 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높아진 값, 바람직하게는 상기 기대된 증폭기 이득보다 적어도 15dB 만큼 높아진 값까지 상기 활성 섬유로 향하는 반사율을 제한하기 위한 각각의 반사 제한 수단을 지니는 것을 특징으로 한다.
상기 증폭기에서, 반사 제한 수단은 상기 활성 광섬유의 상향 스트림 및 하향 스트림으로 위치한 편광 제어용 광 아이솔레이터를 포함할 수 있다. 이러한 광 아이솔레이터는 편광에 영향을 받지않는 형태일 수 있다.
각각의 광 아이솔레이터는 회선 섬유의 레일리 산란에 의해 제공된 반사율보다 10dB 만큼 낮춰진 값, 바람직하게는 그러한 반사율보다 15dB 만큼 낮춰진 값까지, 또는 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높아진 값, 바람직하게는 기대된 증폭기 이득보다 적어도 15dB 만큼 높아진 값까지 전송 신호의 파장에서 활성 섬유로 향하는 반사율을 지닌다.
한 실시예에서, 광 펌핑 신호 발생원에 접속된 광 섬유는 광 아이솔레이터가 없으며 상기 발생원에 접속된 광섬유의 단부에서는 반사 방지 피복층 및/또는 비스듬히 절단된 표면을 포함하는 반사 제한 수단과 함께 제공된다. 상기 반사 제한 수단은 레일리 산란으로부터 야기되는 반사율보다 10dB 만큼 낮춰진 값, 바람직하게는 그러한 반사율보다 15dB 만큼 낮춰진 값까지, 또는 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높아진 값, 바람직하게는 상기 기대된 증폭기 이득보다 적어도 15dB 만큼 높아진 값까지 상기 활성 섬유로 향하는 반사율을 제한하며, 그러한 감쇠는 커플링 수단을 통해 전송 신호 및 반사된 신호를 통과시키기 때문이다.
펌핑 신호 발생원에 접속된 광섬유의 단부는 섬유축에 수직한 면에 대하여 5° 및 10° 사이의 범위에 걸친 각도로 잘려질 수 있다.
이후에 기술되는 두가지 실시예에서는, 광펌핑 신호 발생원에 접속된 섬유가 다이크로익 커플러(dichroic coupler)를 통해 활성 섬유에 접속되며, 광 아이솔레이터는 상기 활성 섬유의 상향 스트림 및 하향 스트림에 있는데, 적어도 하나의 광 아이솔레이터는 상기 활성 섬유자체의 타단부에 있는 활성 섬유에 바로 인접해 있다. 이들 실시예 중 한 실시예에서는, 광 아이솔레이터가 상기 활성섬유 및 상기 다이크로익 커플러사이에 삽입되어 있다.
증폭기의 포화 전력보다 높은 광 전송 신호로 동작하며 혼신 보호용 광 아이솔레이터를 구비한 전송 신호 방출 레이저에 인접한 위치에 접속되어있는 전력 증폭기의 경우에는, 광 아이솔레이터는 전송 신호의 이동 방향인 활성 섬유의 하향 스트림 단부에만 있는 증폭기에 존재한다.
본 발명의 보다 나은 이해를 돕기위하여, 단지 예를들어 제공된 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 지금부터 기술된다.
제1도에 도시된 바와같이, 원격용 광 섬유통신 회선은 광 신호를 방출하는 스테이션(1), 스테이션(1) 으로부터, 예를들면, 수백 또는 수천 킬로미터 떨어져 있으며 2개의 스테이션 사이에 삽입되어 있는 광신호를 수신하는 스테이션(2), 적합한 전송 특성을 지니되, 신호가 한 스테이션에서 타 스테이션으로 도파되는 광섬유(3)를 포함하는 것이 일반적이다.
스테이션(1, 2) 사이의 바람직한 전체 거리를 답파하기 위하여는, 충분한 전력을 지닌 신호를 전송한 연후에 섬유를 따라 감쇠되는 신호를 보상하는 것이 우선적으로 필요하다. 그러므로, 방출 스테이션은 전송될 광 신호를 레이저 바로 다음에 이 레이저(4)에 의해 실현될 수 있는 신호, 즉 이 레이저(4)에 의해 용이하게 발생되는 신호보다 높은 전력을 지닌 회선 신호를 입력시키는데 적합한 전력 증폭기(5)를 포함한다. 또한, 예를들면 수백 킬로미터 떨어져있는 상당한 섬유 길이를 거친 다음에는, 제1의 회선 증폭기(6a)가 계속적인 전진 전송을 위해 감쇠된 신호를 충분히 높은 레벨까지 증폭시키도록 제공된다. 상기 회선 증폭기(6a) 다음에는 또다른 섬유길이 부분을 거쳐서 각각의 증폭기(6b, 6c)등이 제공되며, 이들은 상기 스테이션사이의 거리가 답파될때까지 제공된다.
편리하게는, 증폭기(5, 6)가 광 증폭기를 포함할 수 있다. 이와같은 증폭기는 상술된 용도에 매우 적합한데, 그 이유는 신호가 상기 증폭기에서 광형태로 유지되므로 회선을 거쳐 계속적인 전진 전송을 위해 광 신호를 판독하여 그 판독된 광 신호를 전자 형태로 변환시키는 동작뿐만 아니라 상기 광 신호를 증폭처리하여 재 변환시키는 동작이 필요하지 않기 때문이다.
실제로, 상기 동작은 회선 용량, 특히 사용된 전자 장치의 처리 속도에 의해 제한된 전송 속도에 관한 회선 용량을 한정한다.
이와는 반대로, 광형태의 증폭기에서는 신호가 항상 광 형태로 존재하므로 전송 속도제한과 같은 것에 영향을 받지 않는다.
부가적으로는, 활성 코어 광 섬유 형태의 광 증폭기를 사용하는 것이 매우 편리하다.
실제로, 이러한 증폭기 덕분에 매우 양호한 성능이 이득 및 효율 모두에 관해 얻어질 수 있다.
제2도에는 광섬유 증폭기의 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 증폭을 필요로하는 전송 신호가 파장(λs)으로 진행하는 회선 섬유(3)는 펌핑 신호 방출 레이저(9)에 의해 발생되는 파장(λp)의 펌핑 신호와 상기 전송 신호를 결합시키는 다이크로익 커플러(7)에 접속되며, 상기 커플러의 출력섬유(8)에 접속된 활성 섬유(10)는 전송 신호용 신호 증폭 요소를 구성하는데, 이때, 상기 전송신호는 수신지를 향해 계속적인 전진 전송을 위해 회선 섬유(3)내로 도입된다.
상기 증폭 요소 조립체를 형성하는 활성 섬유(10)에 있어서, 실리콘을 기초로한 광섬유가 사용되는데, 상기 광섬유는 파장(λp)의 광펌핑 신호가 존재하는 경우에 전송 파장(λs)의 신호와 일치하는 유도 방출을 발생시킬 수 있는 형광 물질로 도우핑된 코어를 지니므로 발신 신호는 착신 신호에 대하여 증폭된다.
어느 증폭기에서라도 이득(G)은 상기 증폭기의 단부에서 측정된 반사율(R1·R2)과 결합되는데, 그러한 관계식은
G(dB) -½ [R1(dB) + R2(dB)] (1)
로 표기되며, 반사율(R1·R2)은
R (dB) = 10 1n (Pr/Pt)
로 한정되는데, 여기서 Pt는 전송 전력이고, Pr은 반사 전력이다.
실질적으로, 상기 내용은 높은 증폭기 이득의 실현이 상기 증폭기 자체의 단부에서 나타나는 반사 특성에 의해 제한된다는 것을 의미하는데, 바꾸어 말하면, 높은 증폭이득을 달성하기 위하여 높은 반사율(R1·R2)을 지니는 것이 필요하다는 것을 의미한다.
실제로, 증폭기내에 존재하는 광신호 일부분이 증폭기의 단부로 다시 반사되는 경우, 상기 광신호 일부분은 증폭되어 상기 증폭기의 타단부에서 그 일부가 다시 반사되고 상기 증폭기내로 다시 도입되는데, 이와 같은 사이클은 여러번 반복된다. 상기 반사 및 증폭이 전반적으로 높은 값을 지니는 경우에는 상기 증폭기의 정확한 동작을 불가능하게 하는 변동상태를 이를 수 있다. 이는, 이와같은 현상을 방지하도록 최대 증폭이득이 제한되어야 한다는 것을 나타낸다.
이와같은 현상에 부가하여, 증폭기의 하향 스트림에 있는 요소 (예를들면, 회선 섬유자체)들을 반영시킴으로써 상기 증폭기내에서 전송신호 자체를 다시 반사시킴에 따라, 상기 반사된 전송신호는 다시 증폭되고 부가적으로 상기 증폭기의 상향 스트림에 위치한 요소들을 반영시킴으로써 반사된다. 이는 간섭 잡음으로서 언급되며 직접 신호 및 반사 신호사이에서 생기는 비트 현상(beating phenomenon)을 야기시킨다.
이러한 간섭 잡음은 신호를 발생한 레이저 코히어런스(coherence) 시간에 해당하는 길이보다 길며 활성 섬유로 이루어진 증폭 요소의 상당 길이부분을 지니는 활성 섬유 증폭기의 경우에 매우 중요하게 된다. 실제로, 이러한 상황하에서는, 상기 직접 신호 및 상기 반사 신호사이의 코히어런스가 상실되는 경우 반사된 신호는 상기 직접신호에 비해 잔류 편차가 있게되며, 상기 코히어런스가 충분한 강도를 지니는 경우 상기 반사된 신호는 전송품질에 손상이 가해진다.
증폭기에서 발생할 수 있는 반사는 공지된 굴절현상의 결과로서 상기 증폭기의 단부에 계면이 존재함에 기인하며, 아울러 증폭요소가 커플러(7) 및 회선 섬유에 직접 융합된 활성 섬유(10)로 이루어진 섬유 증폭기의 경우에서와 같이 이와같은 계면이 없는 경우에는 상기 증폭기의 상향 스트림 및 하향 스트림에 있는 회선 섬유의 내측에서 생기는 산란(레일리 산란(Rayleigh Scattering) 으로서 공지됨)이 광 전력의 반사를 생성한다.
전체 섬유에서 생기는 레일리 산란은 대략 - 30dB 인 반사율 값을 생성하다라는 사실에 유념해야 한다.
또다른 반사 형태는, 브리유앵 산란(Brillouin Scattering) 으로서 공지된 현상으로 인해, 강력한 광의 세기를 지닌 신호가 전송되는 경우 생성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 기술된 반사 현상으로 부터 야기되는, 회선 증폭기에서 달성될 수 있는 최대 이득의 제한은 증폭 섬유의 상향 스트림 및 하향 스트림에 광 아이솔레이터(11)를 배치시킴으로써 제거될 수 있으며, 특히, 광 아이솔레이터(11a)는 회선 섬유(3) 바로 다음에, 커플러(7)의 상향 스트림에 위치하고, 광 아이솔레이터(11b)는 회선 섬유(3)의 다음의 상당 길이부분전에, 섬유(10)의 하향 스트림에 위치한다.
광 아이솔레이터는 광 신호를 단일 방향으로 통과시킬 수 있는 디바이스이다. 본 발명의 목적을 위해 사용되는 광 아이솔레이터는 전송 신호의 편광에 영향을 받지않는 형태인 것이 필요하며, 적어도 20dB 보다 큰 분리 정도를 지니는 것이 필요하고, 한정되지 않은 길이부분의 섬유에서 생기는 레일리 산란에 기인하는 반사율 값보다 적어도 10dB 만큼 낮춰진 낮은 반사율, 바람직하게는 상기 값보다 적어도 15dB 만큼 낮춰진 낮은 반사율을 나타낼 필요가 있다.
실제로, 상기 특성을 지니는 아이솔레이터의 실재로 인해 도우핑된 섬유 증폭기를 이루는 활성 요소는, 상기 기술된 바 있는 여러 특성의 반사로 부터 야기되는 잡음이 대개는 섬유 증폭기를 사용하여 달성될 수 있는, 실질적으로는 한정되지 않은 길이부분의 섬유에서 생기는 레일리 산란에 기인하는 반사율의 절대값에 해당하는, 대략 30dB 의 값인 증폭이득이 존재할 경우에 생길 수 있는 것으로 부터는 영향을 받지 않는 상태하에서 동작할 수 있다는 것이 발견되었다.
보다 높은 이득을 얻기 위하여는, 상당히 낮은 반사율 값이 필요한데, 이러한 경우에 반사율은 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높아진 절대값, 바람직하게는 적어도 15dB 만큼 높아진 절대값을 지녀야 바람직하다.
예를들면, 상기한 내용은 40dB 의 이득을 얻기 위하여 활성 섬유 자체에 접속된 각각의 섬유에서 상기 활성 섬유로 향하는 반사율이 전송 파장용으로 적어도 -50dB 이하이며 바람직하게는, -55dB 이하일 필요성이 있다는 것을 의미한다.
상기 규정된 아이솔레이터의 반사율 특성은 전송 신호가 이 신호 자체의 전파 방향에 비스듬한 형태로 전송되는 다층 피복물, 즉 이웃하는 표면을 지님으로써와 같은 공지된 수단 및 유사한 수단에 의하여 얻어질 수 있다. 이들 수단은 본 기술에 일반적으로 공지되어 있으므로 더이상의 부연 설명을 하지 않는다.
또한, 반사에 기인하는 잡음을 방지하기 위하여는, 광 펌핑 전력을 커플링(7)에 전송하여 결국 상기 광 펌핑 전력을 활성 섬유(10)에 전송하는 섬유(12)는 상기 활성 섬유로 향하는 제한된 반사율을 지닌다. 실제로, 상기 커플러(7)에 다시 전파하는 전송파장의 광 펌핑 일부분은 섬유(12)에 전송되는데, 그 이유는 통상적으로 사용되는 다이크로익 커플러가 사용되고자하는 2가지 파장을 형성하는 커플러의 2개의 가지에서 절대값으로 분리될 필요가 없기 때문이다. 상기 다이크로익 커플러가 절대값으로 분리되지 않기 때문에, 전송 파장의 광 전력의 무시될 수 없는 퍼센트, 예를들면 수 퍼센트의 범위에 걸쳐 있는 전송 파장의 광 전력은 상기 펌핑 전력을 전송하는 커플러 상에서 결합된다.
전송 파장의 이러한 광 일부분이 펌핑 레이저(9)에 광 접속되는 섬유(12)의 단부에서 반사되는 경우, 상기 광의 일부분은 상기 결합기(7)를 통해 활성섬유에 다시 전송되며 상기 기술된 현상에 기여하여 간섭 잡음을 발생시킨다.
그러므로, 섬유(12)에 있어서, 한정되지 않은 섬유에서 생기는 레일리 산란에 기인하는 값보다 10dB 만큼 낮춰진 반사율 값, 바람직하게는 그 값보다 15dB 만큼 낮춰진 반사율 값이 커플러의 펌핑가지에서 전송 파장의 전송에 기인하는 감쇠값의 두배이하인 것이 필요하다.
바꾸어 말해서, 섬유(8)에 접속된 활성 섬유(10)의 단부에서는, 섬유(8)에 수렴하는 어느 섬유상에 발생된 반사율은 전반적으로, 한정되지 않은 섬유에서 생기는 레일리 산란에 기인하는 것보다 적어도 10dB 만큼 바람직하게는 그러한 것보다 적어도 15dB 만큼 낮춰져야 한다 (또는, 대응적으로는 그러한 식으로 낮춰진 절대값은 기대된 이득보다 높아진다). 마찬가지로, 상기 섬유(10)의 타단부의 반사율은 제한되어야 한다.
상기 규정된 섬유(12)의 반사율 특성은 상기 언급된 바 있는 다층 피복물 또는 빗면과 같이 본 기술에 공지된 수단에 의해 얻어질 수 있다. 특히, 5° 내지 10°의 범위에 걸쳐 있는것이 바람직한 각도로 레이저(9)에 연결된 섬유(12)의 단부 표면의 비스듬한 절단 부분은 -15dB 보다 낮춰진 반사율을 보장하며, 이 반사율은, 예를들면 각각의 전송을 위해 대략 -20dB의 반사율을 보장하는 결합기(7)를 통해 전송함으로 인한 감쇠에 부가하여, 섬유(10)의 단부에서 나타나며 레일리 산란에 의해 제공된 반사율(대략 -30dB)보다 대략 20dB 만큼 낮춰진 -55dB의 전체 반사율을 제공한다.
또한, 섬유(12)에서 생기는 반사 현상은, 제3도에 도시된 바와같이 활성섬유 바로전에, 커플러(7)의 하향 스트림에 위치한 광 아이솔레이터(11a)를 배치함으로써 제거될 수 있다. 반사 방지 수단의 용도가 섬유(12)의 단부에 사용되는 것을 허용하는 이러한 해결 방안은 상기 아이솔레이터 양단에서 발생한 펌핑 전력의 손실이 증폭기 동작에 손상을 주지않는 경우에 채택될 수 있다.
전력 증폭기로부터 발생된 전송신호의 전력이 단지 공급된 펌핑 전력에 의존하며 높은 광 전력(예를들면, 4dBm 보다 높은)을 방출하는 소위 포화(saturation) 레벨보다 높은 고(high) 레벨을 지니는 입력 신호로 공급되는 전송 레이저(4)의 하향 스트림에 바로 접속된 전력 증폭기(5)의 경우에는, 앞서 기술된 현상에 부가하여 브리유앵 산란이 생기는데, 여기서 상기 증폭기로부터 광 회선 섬유에 전송된 광 전력은 섬유원자의 변동을 여기시키며 이러한 변동은 다시 직접 전송신호 보다 약간 짧은 파장의 반사된 신호를 발생시킨다.
이러한 반사된 신호는 직접 전송 신호에 비트현상을 발생시킬 수 있으므로 앞서 기술된 현상에 부가하여 전송 품질을 손상시키는 잡음을 야기시킨다.
제1도에 개략적으로 도시된 바있는 원격 통신 회선에 있어서, 스테이션(1)은 신호 전송 결합체(14)의 일부분을 형성한다. 이러한 결합체는 레이저(4) 바로 다음에 레이저 구조에 손상을 줄 수 있는 반사로 부터 레이저를 보호하는 광 아이솔레이터(15)를 포함한다. 상기 결합체(14)의 스테이션(1)에 인접해 있는 광 증폭기(5)는 제4도에 도시된 바와같이 상기 광 증폭기(5)의 입력에 광 아이솔레이터(11a)를 필요로 하지 않는데 그 이유는 상기 활성 섬유 증폭기(5)로 향하는 반사를 제거하는 기능이 어떠한 경우에 아이솔레이터(15)로 존재하기 때문이다.
제4도에 도시된 전력 증폭기(5)의 요소들은 예로, 제2도 및 제3도의 회선 증폭기 요소와 유사하므로 상기 제4도에 도시된 전력 증폭기 요소들은 동일한 참조번호로 지정되었다.
예를들면, 제1도에 도시된 다이어그램에 따라 결합된 원격 통신 회선은 1535nm의 방출 파장을 지니는 종래 형태의 직접 변조용 DFB 레이저를 전송 레이저(4)로서 사용한다. 수신 스테이션(2)은 도시되지 않은 광역 증폭기전단계에서 공지된 핀(pin)/ HEMT 형태의 수신기를 포함한다.
회선(3)은 사용되는 전송 파장에 근접하는 제로(0) 분산을 지니는 낮은 감쇠 시프트 분산 섬유로 구성되어 있다. 전체의 회선 길이는 300km이며 그에 상응하는 감쇠는 60dB이다.
상기 회선은 2개(제1도에 예시된 바와같이, 3개라기 보다는)의 광 회선 증폭기(6) 및 전력 증폭기(5)를 포함한다. 이들의 증폭기는 활성 섬유 증폭기이며, 게르마늄 및 에르븀으로 도우핑된 실리콘을 기초로한 활성 섬유로서 주파수가 2배로 되고 다이오드로 펌핑되는 소형 Nd - YAG 레이저를 포함하는 레이저(9)로 펌핑되는 실리콘을 기초로한 활성 섬유(10)를 포함한다. 상기 회선 증폭기는 제2도에 도시된 구조를 지니며 상기 전력 증폭기는 제4도에 도시된 구조를 지닌다.
회선 증폭기 각각은 20dB의 전체 이득을 지닌다. 상기 전력 증폭기는 9dBm과 동일한 포화 전력 및 0dBm의 입력 전력을 지닌다.
광 아이솔레이터(11)는 전송 신호의 편광에 영향을 받지 않는 형태이며 35dB 이상의 분리 및 - 50dB 이하의 반사율을 지니는 편광 제어용 아이솔레이터이다. 이러한 종류의 아이솔레이터는 상업용으로 사용될 수 있으므로 그러한 구조는 더 이상 기술하지 않을 것이다.
펌핑 레이저에 접속된 섬유(12)의 단부(13)는 5°의 각도로 절단된다.
이와같은 구조에 의해 이루어지는 전송은 - 20dB의 수신 전력을 지니며 - 40dB에 해당하는 잡음을 지닌다.
비교해 볼 때, 전송은 상기 기술된 바 있는 동일한 테스트 구조를 사용하여 이루어지지만, 상업용으로 사용될 수 있는 광 아이솔레이터(11)인 경우에, 상기 광 아이솔레이터(11)는 - 30dB과 동일한 반사율(섬유에서 생기는 레일리 산란으로 인한 반사율에 해당하며 30dB에 이르는 이득이 존재할 경우 변동 개시를 방지하는데 적합한)을 지닌다. 이러한 경우에는, 비록 어떠한 변동도 존재하지 않지만, -30dB의 강도를 지니는 잡음이 측정되었다. 이러한 잡음은 정확한 전송·신호의 수신을 방해하기에 충분하며, 활성 섬유 증폭기에 내재하는 레일리 산란 및 브리유앵 산란으로 부터 야기되는 간섭 잡음의 결과에 기인한다고 본다.
광 커플러(7)는 융합 섬유 커플러로서 도면에 개략적으로 도시되어 있으며, 특히 상기 융합 섬유 커플러는 활성 섬유 증폭기에서 사용하기에 편리하다. 그러나, 마이크로 광에서 사용되는 형태를 예를들면 광 커플러의 다른 형태를 사용하는 것이 또한 가능하다. 그와같은 커플러에 있어서, 상기 커플러가 융합 섬유형태가 아닐 경우에는 특히, 레일리 산란에 기인하는 반사율보다 적어도 10dB 만큼 낮춰진 반사율, 또는 증폭기가 의도한 증폭 이득보다 높은 절대 값을 지니는 반사율이 필요하다.
여러 변형 및 수정은 일반적인 특징에 있는 본 발명의 사상에 대한 범위로 부터 이탈하지 않고서도 도입될 수 있다.

Claims (20)

  1. 재생시키지 않고서도, 광 섬유 회선의 한 단부로 부터 발생된 광 전송 신호를 타 단부로 전송시키며, 형광 도우펀트가 포함된 코어를 지니는 활성 광 섬유(10)의 상당한 길이 부분으로 이루어진 적어도 하나의 광섬유 회선 증폭기(6a, 6b, 6c)를 포함하는 원격용 광섬유 통신 회선에 있어서, 모두나 각각의 증폭기(6a, 6b, 6c)의 활성 섬유(10)로나 또는 상기 활성 섬유(10)로 부터의 각각의 광섬유의 광 경로가 전송 파장에서 광섬유 회선에 생기는 레일리 산란(Rayleigh Scattering)에 기인하는 반사율보다 적어도 10dB 만큼 낮춰진 값까지 상기 활성 섬유로 향하는 연관된 광 경로의 반사율을 제한하는 각각의 반사 제한 수단을 지니는 것을 특징으로하는 원격용 광섬유 통신 회선.
  2. 제1항에 있어서, 상기 값은 전송 파장에서 광섬유 회선에 생기는 레일리 산란에 기인하는 반사율보다 적어도 15dB 만큼 낮춰진 것을 특징으로하는 원격용 광섬유 통신 회선.
  3. 제1항에 있어서, 상기 값은 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높여지며, 바람직하게는 상기 기대된 증폭기 이득보다 적어도 15dB 만큼 높여진 것을 특징으로 하는 원격용 광섬유 통신 회선.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사 제한 요소는 모든 또는 각각의 증폭기(6)의 활성 섬유(10)의 상향 및 하향 스트림에 위치한 각각의 편광 제어용 광 아이솔레이터(11a, 11b)를 포함하는 것을 특징으로하는 원격용 광섬유 통신 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터(11a, 11b)는 전송 신호의 편광에 영향을 받지 않는 형태인 것을 특징으로 하는 원격용 광섬유 통신 회선.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반사 제한 수단은 반사 방지 피복물 및/또는 하나이상의 비스듬한 절단면(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격용 광섬유 통신 회선.
  7. 제3항에 있어서, 상기 반사 제한 수단은 반사 방지 피복물 및/또는 하나이상의 비스듬한 절단면(13)을 포함하는 것을 특징으로하는 원격용 광섬유 통신 회선.
  8. 원격 통신 회선의 광섬유 사이에 직렬로 접속될 수 있으며 각각의 커플링 수단(7)을 통해 광 펌핑 신호 발생원(9)에 접속된 적어도 하나의 광 섬유(12)에 접속된 활성 광섬유로서, 형광 도우펀트가 포함된 코어를 지니는 활성 광섬유를 포함하는 활성 섬유 형태인, 광섬유 원격 통신 회선용 광 증폭기에 있어서, 상기 활성 광섬유(10)로 또는 상기 활성 광섬유(10)로 부터의 각각의 광섬유의 광경로는 전송 파장에서 상기 활성 광섬유에 접속된 원격 통신 회선의 광섬유에 생기는 레일리 산란에 기인하는 반사율보다 적어도 10dB 만큼 낮춰진 값까지 상기 활성 광섬유로 향하는 연관된 광 경로의 반사율을 제한하는 각각의 반사제한 수단을 지니는 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 값은 상기 원격 통신 회선의 광섬유에 생기는 레일리 산란에 기인하는 반사율보다 적어도 15dB 만큼 낮춰진 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 값은 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높여지며, 바람직하게는 상기 기대된 증폭기 이득보다 적어도 15dB만큼 높여진 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  11. 제8항에 있어서, 상기 반사 제한 수단은 상기 활성 광섬유(10)의 상향 스트림 및 하향 스트림에 위치한 편광 제어용 광 아이솔레이터(11a, 11b)를 포함하는 광 증폭기.
  12. 제8항에 있어서, 상기 광 아이솔레이터(11a, 11b)는 전송 신호의 편광에 영향을 받지않는 형태인 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  13. 제11항에 있어서, 각각의 광 아이솔레이터(11a, 11b)는 회선 섬유에 생기는 레일리 산란에 의해 제공된 반사율보다 10dB 만큼 낮춰진 값, 바람직하게는 상기 반사율보다 15dB 만큼 낮춰진 값까지 전송신호의 파장에서 상기 활성 광섬유로 향하는 반사율을 제한하는 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  14. 제11항에 있어서, 각각의 광 아이솔레이터(11a, 11b)는 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높아진 값, 바람직하게는 상기 기대된 증폭기 이득보다 적어도 15dB 만큼 높아진 값까지 전송 신호의 파장에서 상기 활성 광섬유(10)로 향하는 반사율을 제한하는 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  15. 제8항에 있어서. 상기 광 펌핑 신호 발생원(9)에 접속된 섬유(12)는 광 아이솔레이터가 없으며 상기 섬유(12)의 단부에는 반사 방지 피복층 및/또는 비스듬하게 절단된 단면을 포함하는 반사 제한 수단이 제공되고 상기 반사제한 수단은 상기 커플링 수단을 통해 전송 신호 및 반사된 신호를 전송함에 기인하는 감쇠를 포함하여, 레일리 산란으로부터 야기되는 반사율보다 10dB 만큼 낮춰진 값, 바람직하게는 상기 반사율보다 15dB 만큼 낮춰진 값까지 상기 활성 광섬유로 향하는 반사율을 제한하는 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반사 제한 수단은 상기 커플링 수단을 통해 전송 신호 및 반사된 신호를 전송함에 기인하는 감쇠를 포함하여, 기대된 증폭기 이득보다 적어도 10dB 만큼 높여진 값, 바람직하게는 상기 기대된 증폭기 이득보다 적어도 15dB 만큼 높여진 값까지 상기 활성 광섬유로 향하는 반사율을 제한하는 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  17. 제15항에 있어서, 상기 펌핑 신호 발생원(9)에 접속된 광섬유(12)의 단부(13)는 상기 섬유축에 수직한 면에 대하여 5° 및 10° 사이의 범위에 걸쳐 있는 각도로 절단되는 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  18. 제15항에 있어서, 상기 광 펌핑 신호 발생원(9)에 접속된 섬유(12)는 다이크로익 커플러(7)를 통해 활성 광섬유(10)에 접속되며, 상기 광 아이솔레이터(11a, 11b)는 상기 활성 광섬유(10)의 상향 및 하향 스트림에 있고, 적어도 하나의 광 아이솔레이터(11b)는 활성 광섬유(10)에 바로 인접하는 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  19. 제15항에 있어서, 상기 광 펌핑 신호 발생원(9)에 접속된 섬유(12)는 다이크로익 커플러(7)를 통해 활성 광섬유(10)에 접속되며, 광 아이솔레이터(11a)는 상기 활성 광섬유(10)및 상기 다이크로익 커플러(7)사이에 삽입되어 있는 것을 특징으로하는 광 증폭기.
  20. 제8항에 있어서, 전력 전송 신호가 광 증폭기의 포화전력 보다 높으며 전송신호 방출용 레이저(4)에 인접한 위치에 접속되어 있는 광 증폭기(5)로서 동작하고, 혼신 방지용 광 아이솔레이터(15)는 상기 레이저 및 상기 전력 증폭기사이에 접속되며, 광 아이솔레이터(11b)는 전송신호의 이동 방향인 상기 증폭기 내의 활성 광섬유(10)의 하향 스트림에 존재하는 광 증폭기.
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