KR100238177B1

KR100238177B1 - 광증폭기

Info

Publication number: KR100238177B1
Application number: KR1019970003567A
Authority: KR
Inventors: 이용우; 요한닐슨; 김성준
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-02-10
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR970064034A; JPH09223839A; GB2310095B; FR2744867B1; GB9702423D0; FR2744867A1; CN1125518C; GB2310095A; US5872650A; CN1162856A; RU2178622C2; DE19704685A1; KR970062728A

Abstract

본 발명은 광증폭기 시스템에 관한 것으로서, 직렬로 연결되어 있고 복수의 파장을 갖는 신호를 증폭하도록 배열된 복수의 이득매체를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하고, 적어도 이득매체 중 일부는 포화영역에서 동작하고, 그 이득매체가 서로 다르면 그 이득매체가 상호작용하는 파장도 서로 달리하도록 스펙트럼상(spectrally)으로도 다르며, 파장들이 평형분포상태에 있다가 신호파워의 교란이 발생하는 경우에는 신호파워가 평형분포로 돌아가도록 작동한다.

본 발명에 의하면, 장거리 전송과 같이 큰 손실을 갖는 시스템에서 다른 종류의 이득매체를 사용하여 MAPC/MAGC가 가능하다. 또한 다중파장 광신호 전송을 위한 광증폭기가 직렬로 연결되어 케스케이드 형태를 가지며, 전체적으로 MAPC/MAGC를 가능하게 한다. 또한 종래의 증폭된 WDM 시스템과는 대조적으로 소정의 파장 범위 내에서 자동적으로 손실 경사(loss tilt)를 보상하는 자동 손실경사 보상(ALTC)이 가능하다.

Description

광증폭기

본 발명은 광증폭기에 관한 것으로서, 특히 다중파장 광증폭기에 관한 것이다.

광증폭기(Optical Amplifiers:OAs)는 미래의 통신 시스템에서 널리 사용될 것이 예측되고 있다. 특히 어븀 도핑 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifiers : 이하 EDFAs라 함)는 현재 사용되고 있다. 상기 EDFA는 대량의 데이터가 한가닥의 광섬유를 통해 재생(regeneration)되는 일 없이 장거리에 걸쳐 전송될 때 장거리 전송에 따르는 광신호의 감쇠를 막기 위하여 주기적으로 광신호를 증폭해 주는데 사용된다.

그러나 이러한 장거리 전송에 따른 광신호의 주기적인 증폭시 몇 가지 문제점, 예를 들어 분산(dispersion)과 같은 문제점이 발생한다. 파장 분할 멸티플렉싱(wavelength division multiplexing:이하 WDM라 함)는 이러한 문제점 중 일부를 극복할 수 있는 방법으로 이용된다. 상기 WDM 방식은 통상 대량의 데이터를 서로 다른 파장을 가진 여러 개의 캐리어(carrier)에 실어 전송하기 때문에 전송 속도 및 용량이 증가하는 잇점이 있다.

하나의 광캐리어가 하나의 채널을 나타낸다고 가정하면, 신호의 강도를 나타내는 광파워는 채널이 다르면 다르게 전개될 수 있다. 이러한 파워 차이는 특히 광증폭 시스템에서 만약 신호가 감쇠되거나 반복적으로 재증폭될 때, 또는 신호가 광네트웍에서 다른 경로로 진행될 때 심하게 커질 수 있다.

상기와 같은 파워 차이는 다음과 이유로 인해 일어날 수 있다.

(1) 채널이 다르면 이득이 달라질 수 있다. 만일 EDFA와 같은 균일하게 확장된(homogeneously broadened) 광증폭기의 이득레벨이 변한다면 파장이 다르면 그에 따라 이득레벨도 크기에 있어서 다르게 변한다는데 더 큰 문제가 있다. 더구나, 이득수준은 시간에 따라 변하기 때문에 광증폭기가 어떤 이득수준에서 동작되는가를 알기는 어려우며 경우에 따라서는 불가능할 수도 있다. 동작조건에 독립적으로 이득이 평탄화되거나 균일화된 EDFA를 포함해서, 지금까지 파장에 상관없이 이득이 평탄화되고, 채널이 달라져도 이득이 같게되는 균일화된 EDFA는 존재하고 있다. 그러나 이득이 완벽하게 평탄화되거나 같게 되지는 않는다. 다수의 광증폭기가 연결되고 설치되어 있는 시스템에서는 채널간 이득차이가 비록 작더라도 시스템에 손실을 줄 수 있으며 중대한 파워 차이를 초래할 수 있다.

(2) 증폭기 간의 손실등으로 인한 신호감쇠는 채널에 따라 달라질 수 있다. 이 역시 중대한 파워차이를 초래한다. 또한 증폭과 관련해서 감쇠도 시간에 따라 변할 수 있으며, 상기 감쇠의 시간에 따른 변화는 예측할 수 없는 방법으로 채널 또는 파장에 따라 서로 다르게 나타난다.

이상에서 볼 때 다양한 동작조건하에서 몇 개의 서로 다른 파장에서의 상기 이득과 감쇠가 동시에 매칭되기는 매우 어렵다. (이와는 반대로 단일파장 시스템에 대해서는 다양한 동작조건하에서의 상기 이득과 감쇠의 매칭은 손실이 광증폭기로부터 이용가능한 이득을 초과하지 않는 한 특정 파장에서 자동적으로 발생한다.) 이는 몇 가지 이유, 예를 들면 접속감소(splice degradation), 전송경로상에 파워분배기나 또는 다른 광소자의 결합, 분산보상 광섬유의 결합, 그리고 증가된 마이크로-벤딩(micro-bending)손실 등의 이유로 증폭기 간의 감쇠가 파장에 따라 서로 다르게 나타나므로 특히 그러하다. 신호파워의 손실이 파장에 따라 달라짐으로 인해 신호파워 예측에 대한 불확실성을 고려해 볼 때, 증폭기 간의 손실이 변할 때 EDFA와 같은 균일하게 확장된 증폭기를 가지고 이득의 평탄화를 확실하게 한다는 것은 사실상 불가능하다.

이득과 손실이 항상 모든 채널에 대하여 균형을 이룬다할지라도, 즉 모든 채널에 대해 이득과 손실의 합이 0 dB 된다고 할지라도 이것이 모든 채널에서 파워가 같다는 것을 보장하는 것은 아니다. 상기 파워가 같지않은 것은 다음과 같은 이유에서 비롯된다.

(1) 시스템에 인가되는 신호 파워는 파장이 다르면 달라질 수 있다.

(2) 복잡한 네트웍에서는 채널이 다르면 라우팅(routing)을 함에 있어서 각 채널은 각기 다른 경로를 지나갈 것이다. 그래서 각 채널에 대해 어떤 형태로든 파워제어가 이루어지지 않는 한, 채널이 다시 결합될 때 채널들의 파워는 대부분 다르게 될 것이다.

(3) 동조가능한 광학 탭(tap)을 사용하면, 그것은 예측할 수 없는 방법으로 선택적으로 채널들의 파워를 감쇠시킨다.

많은 응용 예에 있어서, 광증폭기에서 서로 다른 채널 간의 이득을 같게하는 것 보다는 파워를 같게(자동파워등화:APE) 하는 것이 더 낫다. 적어도 파워 차이는 어떤 범위내에서 유지되어야 한다. 이는 범위밖 낮은 입력 파워를 가진 한 채널의 이득이 범주내의 파워를 가진 채널들보다도 더 높아야함을 요구한다. 상기와 같은 효과를 다중채널 자동 파워조절(Mutichannel automatic power control:이하 MAPC라 함)이라 한다. 만약 MAPC가 주기적으로 증폭되는 전송 시스템에서 얻어진다면, 이득은 적정 채널 파워에 대한 각각의 채널과 모든 채널에 대한 손실을 없애는 것을 의미하며, 이것이 MAGC 이다. 따라서 비록 평형신호 파워가 변한다할지라도 시스템은 증폭기 간의 손실의 변화에 대해 안정하게 된다.

상기 MAPC는 불균일하게 확장된(inhomogeneously broadened) 증폭기에서 달성될 수 있다고 잘 알려져 있다. 그러나 상업적으로 이용가능한 EDFA는 상온에서 지배적으로 균일하게 확장된(homogeneously broadened) 증폭기이다. 그 결과, 하나의 파장에서의 이득은 모든 다른 파장에서의 이득과 관련해서 거의 같게 된다. 그래서 파워가 높은 채널의 이득이 파워가 낮은 채널의 이득보다 작을 것이라고 말할 수 없다. 즉 이득은 채널의 파장에 의존적이다.

이와는 반대로 불균일하게 확장된 증폭기에 있어서는, 어떤 한 파장에서의 이득은 다른 파장에서의 이득과 부분적으로 독립적이다. 장거리 WDM에서, 다른 파장에서의 신호파워 이득이 적어도 어느 정도까지 영향받지 않는다고 가정할 때, 만약 어떤 한 파장에서 신호파워가 커진다면 그 파장에서의 신호이득은 감소될 것이다. 이를 이득압축(gain compression) 또는 이득포화(gain saturation)이라고 말한다. 한편 상기 파장 대신 다른 파장에서의 이득을 압축하는 강한 신호가 있다면, 상기 이득은 첫 번째 파장에서의 높은 이득 그대로 유지하게 된다.

일반적으로 EDFA에서 MAPC 또는 다중채널 자동 이득조절 (multichannel automatic gain control:이하 MAGC라 함)을 얻기 위해 다음과 같은 방법들이 사용되고 있다.

1. 이득매체 즉 어븀 도핑 광섬유를 매우 낮은 온도로 냉각하는 방법이다. 이 방법은 MAPC 또는 MAGC를 잘 얻을 수 있지만, 냉각을 하기 위해 필요한 부가적인 장치가 복잡하다는 것이 결점이다.

2. 이중코아(twin-core) EDFA를 사용하는 방법이다. 이 방법은 이득 매체의 각각의 점 또는 모든 점이 지배적으로 균일하게 확장되어있다 할지라도, 다른 파장이 지나가는 경로를 공간적으로 분리시킴으로써, 전체로서 이득매체는 효과적으로 불균일하게 확장되어지게 하는 것이다. 이 방법 역시 몇가지 결점이 있다. 이중 코아 EDFA는 단일코아 EDFA보다 더 많은 잡음을 발생시키고, 바람직하지 않은 편광(polarization) 의존성을 일으키며, 파워의 상당량이 손실된다. 게다가 이중코아 광섬유를 제조하는 데도 어려움이 따른다.

3. 다중 파장이 파장선택커플러(wavelength selective coupler; WSC)에서 나누어져서 다른 어븀도핑광섬유(EDF)에 의해 증폭되는 방법이다. 따라서 채널들의 이득이 서로 분리될 수 있으며, 이는 불균일한 확장에 해당한다. 그러나 이 방법 역시 증폭기가 훨씬 더 복잡하게되고 펌프 파워가 효율적으로 사용되지않는 결점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 장거리 전송과 같이 큰 손실을 갖는 시스템에서 다른 종류의 이득매체를 사용하여 MAPC/MAGC가 가능한 다중파장 다단계(multistage) 광증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 제2목적은 다중파장 광신호 전송을 위한 광증폭기가 직렬로 연결되어 전체적으로 MAPC/MAGC를 가능하게 하는 광증폭기 케스케이드(cascade)를 제공함에 있다.

본 발명의 제3목적은 종래의 증폭된 WDM 시스템과는 대조적으로 소정의 파장 범위 내에서 자동적으로 손실 경사(loss tilt)를 보상하기 위한 자동 손실경사 보상(automatic loss tilt compensation:이하 ALTC라 함)용 다중파장 광증폭기 케스케이드를 제공함에 있다.

도 1은 많은 이득 매체를 가진 광증폭기 또는 시스템의 예를 도시한 것이다.

도 2는 어븀도핑 광섬유증폭기들(EDFAs)을 기초로 한 이중 파장 링 레이저의 예를 도시한 것이다.

도 3은 도 2의 레이저에서 EDFA A의 입력과 연결된 Y branch 로부터 EDFA B의 출력과 연결된 Y branch까지 전송된 이중 파장 링 레이저의 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 4는 고 알루미늄함유 알루미노-제매노실리케이트 어븀 도핑 광섬유(Erbium Doped Fiber;EDF)에 기초한 두 개의 EDFA를 합한 이중 파장 링 레이저(laser II 또는 LE)의 출력 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 5는 도 4에 도시된 출력을 갖는 소자의 모든 감쇠기에서 감쇠가 3dB 감소될 때, 이중 파장 링 레이저의 출력 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 6은 도 4에 도시된 출력을 갖는 소자의 모든 감쇠기에서 감쇠가 2dB 감소될 때, 이중 파장 링 레이저의 출력 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 7은 도 4 내지 도 6의 스펙트럼을 구성하는 복합 출력 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 8은 모든 감쇠기가 일정하게 변할 때, 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 EDFs를 사용한 두 개의 EDFA를 기초로 한, 이중 파장 링 레이저에서의 2개의 다른 파장 1551.8nm 와 1559.8nm에 대한 출력 파워를 나타낸 것이다.

도 9은 모든 감쇠기가 일정하게 변할 때, 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 EDFs를 사용한 EDFA와 알루미늄이 없는 저매노실리케이트 EDFs를 사용한 EDFA를 기초로 한, 이중 파장 링 레이저에서의 2개의 다른 파장 1551.8nm 와 1559.8nm에 대한 출력 파워를 나타낸 것이다.

도 10은 모든 감쇠기가 일정하게 변할 때, 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 EDFs를 사용한 EDFA와 알루미늄이 없는 저매노실리케이트 EDFs를 사용한 EDFA를 기초로 한, 이중 파장 링 레이저에서의 2개의 다른 파장 1541.9nm 와 1549.8nm에 대한 출력 파워를 나타낸 것이다.

도 11은 모든 감쇠기가 일정하게 변할 때, 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 EDFs를 사용한 두 개의 EDFA를 기초로 한, 이중 파장 링 레이저에서의 2개의 다른 파장 1541.9nm 와 1549.8nm에 대한 출력 파워를 나타낸 것이다.

도 12는 도 8 내지 도 11의 출력파워 도면을 하나로의 복합도면으로 도시한 것이다.

도 13은 도 10에 도시된 출력을 갖는 소자의 기준 감쇠기 세팅(모든 감쇠기에서 감쇠변화가 0 dB)에 대한 출력스펙트럼을 나타내고 있다.

도 14는 도 10으로부터 모든 감쇠기에서 감쇠의 변화가 -3.0 dB일 때, 출력 스펙트럼을 나타낸다.

도 15는 도 10으로부터 모든 감쇠기에서 감쇠의 변화가 +3.0 dB일 때, 출력 스펙트럼을 나타낸다.

도 16은 도 10으로부터 모든 감쇠기에서 감쇠의 변화가 1.0,2.0 dB일 때 및 도 13 내지 도 15를 종합한 이중 파장 링 레이저(LA)의 출력 스펙트럼을 나타낸다.

도 17은 도 2의 감쇠기 중 하나만이 기준 위치로부터 변하고 두 파장중 하나만 영향을 받을 때, 레이징되는 2개의 다른 파장(1551.8nm와 1559.8nm)에 대한 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 어븀 도핑 광섬유를 사용한 두 개의 어븀 도핑 광섬유 증폭기를 기초로한 이중 파장 링 레이저의 출력 파워를 나타낸다.

도 18은 도 2의 감쇠기 중 하나만이 기준 위치로부터 변하고 두 파장중 하나만 영향을 받을 때, 레이징되는 2개의 다른 파장(1551.8nm와 1559.8nm)에 대해, 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 EDF를 사용한 EDFA 및 알루미늄이 없는 저매노실리케이트 EDF를 사용한 EDFA에 기초한 이중 파장 링 레이저의 출력 파워를 나타낸다.

도 19은 도 2의 감쇠기 중 하나만이 기준 위치로부터 변하고 두 파장중 하나만 영향을 받을 때, 레이징되는 2개의 다른 파장(1541.9nm와 1549.8nm)에 대해, 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 EDF를 사용한 EDFA 및 알루미늄이 없는 저매노실리케이트 EDF를 사용한 EDFA에 기초한 이중 파장 링 레이저의 출력 파워를 나타낸다.

도 20은 도 2의 감쇠기 중 하나만이 기준 위치로부터 변하고 두 파장중 하나만 영향을 받을 때, 레이징되는 2개의 다른 파장(1541.9nm와 1549.8nm)에 대한 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 어븀 도핑 광섬유를 사용한 두 개의 어븀 도핑 광섬유 증폭기를 기초로한 이중 파장 링 레이저의 출력 파워를 나타낸다.

도 21은 도 2의 감쇠기 중 하나만이 기준 위치로부터 변하고 두 파장중 하나만 영향을 받을 때, 레이징되는 2개의 다른 파장(1529.4nm와 1536.2nm)에 대해, 고 알루미늄함유 알루미노- 저매노실리케이트 EDF를 사용한 EDFA 및 알루미늄이 없는 저매노실리케이트 EDF를 사용한 EDFA에 기초한 이중 파장 링 레이저의 출력 파워를 나타낸다.

도 22는 한 파장에서만 감쇠변화에 따른 출력결합된 광을 설명하는 도 17 내지 도 21를 종합한 도면이다.

도 23은 도 21에 도시된 출력을 갖는 소자의 기준 감쇠기 세팅(모든 감쇠기에서 감쇠변화가 0 dB)에 대한 출력스펙트럼을 나타내고 있다.

도 24는 도 21로부터 감쇠의 변화가 -5.0 dB일 때, 출력 스펙트럼을 나타낸다.

도 25는 도 21로부터 감쇠의 변화가 +3.1 dB일 때의 출력 스펙트럼을 나타낸다.

도 26은 도 23 내지 도 25를 종합한 이중 파장 링 레이저의 출력 스펙트럼을 나타낸다.

도 27은 k개의 다른 파장이 150개의 다른 체인 요소(CE)의 케스케이드를 통해 전파되고, 각 CE는 두 개의 서브 CE로 구성되며, 전체적으로 케스케이드가 300개의 EDFA의 길이를 갖는, 일예로 든 케스케이드의 개략도이다.

도 28은 시스템 C 및 시스템 B에 대한 최악의 채널 SNR 대 손실경사 변화를 도시하고 있으며, 시스템 C에 대해서 손실경사 바이어스가 있는 것은 점선 곡선, 손실경사 바이어스가 없는 것은 파선 곡선이고, 시스템 B에 대해서 손실경사 바이어스가 없는 것은 실선 곡선이다.

도 29는 최악의 채널 SNR 대 손실경사를 도시한 것이며, 시스템 C에 대한 결과는 손실경사 바이어스가 있을 때는 점선 곡선으로, 손실경사 바이어스가 없을 때는 파선 곡선으로 표시하고 있으며, 시스템 B에 대한 결과는 손실경사 바이어스가 없을 때는 실선 곡선으로, 시스템 A에 대한 결과는 손실경사 바이어스가 없을 때는 일점쇄선 곡선으로 표시하고 있다.

도 30은 전형적인 광증폭기와 광제한 증폭기에 대한 출력 대 입력 파워특성을 도시하고 있다.

도 31은 정상동작에서, 전형적이고 비 OLA 형태를 갖는 교번하는 광증폭기의 케스케이드에서 이중 파장 전송을 도시하고 있다.

도 32는 교란된 동작에서, 전형적이고 비 OLA 형태를 갖는 교번하는 광증폭기의 케스케이드에서 이중 파장 전송을 도시하고 있다.

도 33은 정상적인 동작인 경우에 있어서, 교번하는 OLAs의 케스케이드에서 이중 파장 전송을 도시한 것이다.

도 34는 교란된 동작인 경우에 있어서, 교번하는 OLAs의 케스케이드에서 이중 파장 전송을 도시한 것이다.

본 발명에 의한, 광증폭기 시스템은, 직렬로 연결되어 있고 복수의 파장을 갖는 신호를 증폭하도록 배열된 복수의 이득매체를 포함하여 이루어짐이 바람직하고, 적어도 상기 이득매체 중 일부는 포화영역에서 동작하고, 상기 이득매체가 서로 다르면 상기 이득매체가 상호작용하는 파장도 서로 달리하도록 스펙트럼상(spectrally)으로도 다르며, 파장들이 평형분포상태에 있다가 신호파워의 교란이 발생하는 경우에는 신호파워가 상기 평형분포로 돌아가도록 작동한다.

또한 상기 광증폭기 시스템은 상기 이득매체가 직렬로 연결된 단일 광증폭기임을 특징으로 한다.

상기 광증폭기 시스템은 상기 복수의 이득매체 중 적어도 하나를 갖는 광증폭기들이 직렬로 연결된 복수의 광증폭기임을 특징으로 한다.

상기 이득매체 중 하나는 어븀도핑광섬유임이 바람직하다.

상기 이득매체 중 하나는 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 어븀도핑 광섬유로 이루어진다.

알루미노실리케이트 광섬유의 작은 양의 게르마늄(germanium)은 스펙트럼에 크게 영향을 미치지 않기 때문에, 상기 어븀도핑 광섬유는 순수한 알루미노실리케이트 형태일 필요는 없다.

상기 이득매체 중 하나는 저마노실리케이트(germanosilicate) 어븀도핑 광섬유이다.

저매노실리케이트 광섬유의 작은 양의 알루미늄은 스펙트럼에 크게 영향을 미치지 않기 때문에, 상기 어븀도핑 광섬유는 순수한 저매노실리케이트 형태일 필요는 없다.

상기 이득매체 중 하나는 포스포실리케이트(phosphosilicate) 또는 알루미노-포스포실리케이트(alumino-phosphosilicate) 어븀도핑 광섬유이다.

선택적으로, 상기 이득매체 중 하나에 대해서, 제1파장에서의 이득스윙은 제2파장에서의 이득스윙보다 크고, 반면 상기 이득매체 중 다른 하나에 대해서는 제2파장에서의 이득스윙은 제1파장에서의 이득스윙보다 크다.

상기 이득매체 중 제1 및 제2이득매체는 교대로 직렬로 연결됨이 바람직하다.

상기 광증폭기 시스템은 파장 범위에서 다중파장 전송을 위해 배열되어 있고, 상기 이득매체 중 제1 및 제2이득매체는 파장범위의 각 반대 단(opposite respective ends)에서의 파장과 주로 상호작용한다.

상기 이득매체는 균일하게 확장된(homogeneously broadened) 것임이 바람직하다.

상기 광증폭기시스템은 이득압축이 유도된 신호파워를 증가시키는 광제한증폭기(Optical Limiting Amplifiers:OLAs)임을 특징으로 하여 이루어진다.

상기 광증폭기 시스템은 이득매체가 다르면 이득특성도 달라지는 필터를 더 구비하고, 이득매체 각각에 관계된 손실은 이득스윙이 작은 파장에서 큼을 특징으로 한다.

이득매체에 따라 달라지는 이득스윙의 스펙트럼 의존성은 소정의 파장이나 파장범위에서 실질적으로 서로 상쇄됨이 바람직하다.

이득스윙 gp-p이 1543 에서 1549 nm 범위의 파장에서 증가하고 상기 이득매체의 적어도 다른 하나의 이득스윙은 같은 범위에서 감소하도록, 상기 이득매체 중 하나는 알루미늄이 전혀 함유되지 않거나 거의 함유되어 있지 않는 저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유임을 특징으로 한다.

상기 광증폭기시스템은 파장이 1540nm 내지 1552nm의 범위에 있는 파장이 전달되도록 적응됨이 바람직하다.

상기 이득매체 중 나머지는 고 알루미늄함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유, 인이 도핑된 실리케이트 어븀도핑 광섬유 및 인(phospherous) 어븀 도핑 광섬유 중 하나가 선택됨이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다른 종류의 이득 매체를 사용하여 MAPC/MAGC을 달성한 광전송 링크 및 네트떵 및 다중파장 레이저를 설명한다.

도 1은 본발명의 일실시예에 대한 개략도를 도시한 것이다. 본 발명은 파장에 종속적인 적어도 두 개의 다른 형태의 적어도 두 개의 다른 이득 매체로 구성되어지며, 상기 이득매체의 펌프광은 광학수단 또는 다른 수단에 의해 따로따로 또는 집합적으로 펌핑되며, 상기 이득매체는 선형 또는 비선형 감쇠 매체, 예를 들어 전송 광섬유에 의해 서로 분리된다. 게다가 감쇠 요소가 상기 이득매체내에 선택적으로 삽입된다.

도 1은 전체적인 그림이다. 모든 구성요소들을 단일 광증폭기의 일부로 생각할 수 있다. 그리고 도 1은 MAPC/MAGC를 위한 광증폭기를 나타낸다. 증폭기는 물리적인 단일 유니트로 구현할 수 있다. 다시말해, 도 1의 각 구성요소는 MAPC/MAGC를 위한 광증폭기 블록으로 둘 수 있다. 또한, 적어도 이득매체간의 손실부분은 전송광섬유에 의해 발생될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 도 1은 각기 펌프 유니트를 구비한 세 개의 광증폭기를 나타낸다. 도 1은 실제로 MAGC/MAPC/ALTC 기능을 갖는 전송링크 또는 네트웍에 해당한다. 만일 도 1의 신호출력포트가 그 신호입력포트와 연결되면(상기 출력포트와 입력포트사이에 출력커플러와 다른 감쇠부가 존재할 수 있다.), 링 형태의 레이저가 되고, 도 1은 MAPC 기능을 구비한 다중파장 레이저를 나타내게 된다.

특별한 동작조건 또는 변화하는 동작조건에 대해, WDM용 MAPC 또는 ALTC를 비롯하여 레이저용 MAPC를 이룰 수 있도록 다른 이득매체 간의 자동적인 이득분배나 이득재분배가 일어난다. 본 발명의 간단한 요구조건은 다음과 같다.

1. WDM용 MAPC 또는 ALTC

상기 도 1의 광증폭기 또는 상기 도 1에 따른 다른 광증폭기들의 결합이 케스케이드(cascade)된다면, 이로 인해 발생되는 전송링크는 적어도 두 파장에서의 전송을 동시에 지원할 수 있다. 보다 구체적으로, 케스케이드의 전송은 증폭기사이의 파장에 비종속적이거나 종속적인 손실의 변화에 어느정도까지는 영향을 받지 않는다. 게다가 파워 등화(equalization) 능력도 가진다.

2. 레이저용 MAPC

상기 도 1의 광증폭기 또는 상기 도 1에 따른 다른 광증폭기들의 결합이 레이저를 위한 용도로 구성된다면, 그 레이저는 동시에 적어도 하나의 이상 파장을 방출(레이징)할 수 있다. 보다 구체적으로, 레이저는 파장에 비종속적이거나 종속적인 공진(cavity) 손실의 변화에 어느 정도까지는 영향받지 않는다.

상기 WDM용 MAPC 또는 ALTC 및 상기 레이저용 MAPC는 하나의 파장에서의 이득이 다른 파장에서의 이득과 관련되지 않는다는 기준이 요구된다. 또한 이득 매체는 균일하게 확장되어진 것을 특징으로한다.

한편 균일하게 확장된 이득 매체에서 이득이 어떻게 계산될 수 있는지를 살펴보고, 이것을 기초로하여 광전송 링크, 네트떵 및 다중파장 레이저가 상기 기준을 만족시키는 방법으로 이득이 재분배되도록 어떻게 구성되는지를 상술하면 다음과같다.

균일하게 확장된 증폭기에 대하여, 파장λ에서 데시벨(dB)로 표시되는 이득 G는 수학식 1과 같이 쓰여질 수 있다.

G(n2,λ) = [g*(λ)n2 - α(λ)(1-n2)] L-f(λ)

= gp-p(λ)n2L - α(λ)L - f(λ)

여기서 상기 L은 이득 매체의 거리, α(λ)는 단위 미터당 데시벨로 표시된 이득매체의 흡수스펙트럼, g*(λ)는 완전 반전(complete inversion)에서 단위 미터당 데시벨로 표시된 이득, gp-p(λ)≡[g*(λ)+α(λ)]는 단위 미터당 데시벨로 표시된 이득스윙(gain swing), n2는 여기정도 즉 중심부(centers)의 총(total) 수에 대한 여기된(준안정) 상태의 중심부의 비, 그리고 f(λ)는 광증폭기의 내부, 전단 그리고 후단에 위치할 수 있는 필터에 의해 발생되는 추가적인 손실이다. 네트웍에서 f(λ)는 또한 분배(splitting) 손실 및 기타 다른 유형의 손실들 뿐만아니라 광증폭기 전후단의 광섬유내 전송손실을 나타낼 수 있다. 만약 n2가 전송되는 빛의 종, 횡의 좌표축에서 적절하게 평균화되면, 상기 수학식 1은 종, 횡의 좌표축들에 대한 분명한 적분을 포함하는 더욱 복잡하게 된 식들과 등가이다. 주어진 광증폭기에 대해 L, α(λ) 및 g*(λ)는 시간에 따라 변하지않는 고유의 성질들이다. 따라서 주어진 균일하게 확장된 광증폭기에 대해, 어떤 파장 그리고 모든 파장에서의 이득은 n2 값에 의해 결정되어지고 다음으로 펌프 파워, 신호 파워 그리고 파장에 의존한다. 고정된 n2 값에서 이득(스펙트럼)은 고착 반전(locked inversion;LI)이득(스펙트럼)으로 알려져 있다. 단지 바닥 상태(ground state)와 여기된 준안정 상태(metastable state)만이 상기 (1)식에서 반전된 것으로 가정되어 졌다. 이것은 많은 실제적인 이득매체에 대해 합리적인 근접이다. 만약 상기 두 상태보다 다른 레벨에서 주요하게 반전된다면, 어떤 여분의 자유도가 도입되어져야한다. 상기 여분의 자유도는 이득의 균일한 특성에 주요하게 영향주지않음을 알 수 있고 상기 수학식 1에 의해 나타난 결과가 여전히 합당하다.

상술한 것에서는 손실이 변하고 α 및 g*는일정하다고 가정하는 한에 있어서, 당업자는 상술한 예가 온도변화 등에 의한 α 및 g*의 변화에 면제된 것임을 알 수 있다. G2,1 또는 G1,2가 0보다 작게 되지 않고 α 및 g* 가 약간씩 변할 수 있음을 수학식 6 및 수학식 7로부터 명백히 알 수 있다.

여기정도 n2는 파장과 무관하다고 가정하고, 증폭되는 어븀 이온이 단일 모드 광섬유 코아(core)영역으로 제한된다면, 상기 수학식 1은 실제적인 EDFAs에 대해 좋은 근사치가 된다. 모든 다른 불균일성과 마찬가지로 파장에 따라 값이 달라지는 n2에 의해 도입되어지는 불균일성은 MAPC를 개선시킨다.

그러므로 파장에 무관한 n2를 가지고, 상기 수학식 1로부터 하나의 파장에서 신호에 대한 주어진 이득 값에 대하여 단지 파장에 종속적인 하나의 이득값 만이 다른 파장에서 가능하다는 것을 알 수 있다. 상기 이득은 첫 번째 파장에서의 이득보다 높거나 낮을 것이며, 첫 번째 파장에서의 이득이 고정되는한 채널간 파워의 분배는 문제가 되지 않는다. 그 결과 MAPC, MAGC 그리고 ALTC는 불가능하다.

만약 모든 광증폭기가 같은 스펙트럼 g*(λ) 및 α(λ)를 가진 이득 매체로 만들어진다면, 그때 상기 수학식 1은 전체적으로 링크 또는 네트떵에 잘 적용될 수 있다. 따라서 증폭이 같은 형태의 균일하게 확장된 이득 매체에서 발생하는 네트떵에서는 MAPC, MAGC, 또는 ALTC가 가능하지 않을 것이다.

수학식 1에 따르면, 이득은 여기 정도n2와 함께 다음과 같이 변한다.

∂G(n2,λ)/∂n2 = [g*(λ)+α(λ)]L = gp-p(λ)L

그러므로 하나의 파장 λ1에서 (고착 반전)이득 ΔG1의 변화는 다른 파장 λ2의 (고착 반전)이득 ΔG2의 변화와 다음과 같이 관련된다.

ΔG1/ΔG2 = gp-p(λ1)/gp-p(λ2)

이제 여러 다른 종류의 균일하게 확장된 이득 매체가 사용되는 경우를 고려한다. 그때 전체 이득은 상기 수학식 1이나 n2 한 값만으로 기술할 수 없다. 대신에 여기정도 n2를 다른 이득매체들 또는 다른 형태의 이득 매체들 k의 각각에 속하는 것으로 생각할 수 있다. 이득은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 다른 형태의 이득매체와 관련된 양을 구분하기 위하여 첨자가 덧붙여진 것을 제외하고는, 상기 수학식 4의 기호들은 상기 수학식 1과 같은 의미를 가진다. 예를 들어 f(λ)는 데시벨(dB)로 표시되는 전송 경로상의 가능한 필터들에 대한 총 감쇠 또는 이면손실(background loss) 등을 나타낸다. 상기 수학식 4는 0<n2,1<1인 조건이 모든 이득 매체에서 충족되는한 임의의 비종속적인 k개의 다른 파장에서의 이득값에 대해 허용된다. 이득매체에서의 여기정도는 이득매체로 입사되는 신호와 펌프파워에 의해 결정된다. 광증폭기가 다수 설치된 케스케이드에서, 상기 파워는 차례로 광증폭기 자체와 광증폭기 간의 손실 둘다에 의존한다.

상기 본 발명의 바람직한 예의 핵심은 광파워의 어떠한 조정이나 구성성분의 전기적 조절에 의존함없이, MAPC와 ALTC가 가능하도록 자동적으로 이득이 (재)분배되는 균일하게 확장된 광증폭기 및 광증폭기를 포함한 시스템을 제공함에 있다.

다음으로 상기의 발명을 설명한다.

도 2는 EDFAs를 기반으로 한 링 레이저(ring laser)를 나타낸다. 두 개의 동조가능한 대역통과 필터가 레이징 파장을 조절하고, 감쇠기를 조정함으로써 레이징은 잠정적인 파장에서 없어지거나 한쪽 또는 양쪽에서 얻어진다. 도 3은 상기 도 2의 Y-branch(14)로부터 Y-branch(19)까지 즉 필터(16)와 감쇠기(18)가 결합된 부분의 전송결과를 도시하고 있다.

감쇠기가 조정되어, 두 파장에 대해 거의 같은 외부결합된 파워를 가지고 레이징이 동시에 두 파장에서 일어났다. 이 때, 감쇠기들의 감쇠가 조정되었고 외부결합된 파워의 변화가 측정되었다. 도4 내지 도 6은 모든 감쇠기가 같은 양 만큼 함께 변화되었을 때 출력 스펙트럼이 얼마나 변화되었는가를 보여준다. 상기 도 4 내지 도 6에서 사용된 두 EDFA는 같은 형태의 이득매체 즉 고(high) 아루미늄 함유 저매노실리케이트 (germanosilicate) 어븀도핑 광섬유를 기초로 하였다. 레이징 파장은 1551.8nm와 1559.8nm이었다. 도 4는 상기 레이징 파장에서의 파워가 거의 같음을 보여준다. 도 5는 모든 감쇠기의 감쇠를 상기 도 4의 위치로부터 3.0 dB 감소시킨 결과를 도시한 것으로서, 그 결과 긴 파장(1559.8nm)에서의 파워는 증가되었고 짧은 파장(1551.8nm)에서 파워는 크게 감소되었다. 반면에 도 6은 모든 감쇠기의 감쇠를 상기 도 4의 위치로부터 2.0dB 감소시킨 결과를 도시한 것으로서, 파워면에서 볼 때 상기 도 5와 반대의 결과를 보여주고 있다. 도 7은 상기 도 4 내지 도 6을 종합한 이중파장 링 레이저의 출력 스펙트럼을 도시한 것이다.

도 8은 감쇠변화에 대한 두 파장에서의 파워를 도시한 것이다. 감쇠는 모든 감쇠기에서 상기 제4도의 기준위치로부터 같은 양 만큼 변화되었다. 증가된 공진 손실이 레이징(EDFAs의 피크 이득)을 짧은 파장쪽으로 이동시킴을 알 수 있다. 이것은 유사한 이득매체를 기초로 한 케스케이드된 EDFAs에서 나타나는 일반적인 효과이다. 이는 다른 두 파장에서의 레이징이 EDFA들간 감쇠의 다른 값의 범위에 대해 유지될 수 없다는 것을 의미한다.

도 9는 다른 이득매체를 기초로한 EDFA들 즉 하나의 EDFA는 고 알루미늄함유 저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유를 기초로 하였고 다른 하나의 EDFA는 알루미늄 미함유 저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유를 사용하였을 경우에 대한 이중파장 링 레이저의 감쇠 변화에 따른 출력파워를 도시한 것이다. 상기 도 9에 도시된 곡선을 상기 도 8의 곡선과 비교해 볼 때 상기 도 9의 곡선이 상기 도 8과 유사하거나 오히려 더 나쁘게 나타남을 볼 수 있다.

도 10은 레이징 파장이 1541.9nm와 1549.8nm로 변화되었을 경우의 출력파워를 도시한 것이다. 여기서, 두 파장에서의 레이징은 감쇠가 변화되어도 두 파장에서의 파워가 동시에 거의 소멸될때까지 유지되고 있음을 알 수 있다.

도 12는 상기 도 8 내지 도 10에 상응하는 소자에 대해 감쇠변화에 따른 출력 결합광의 출력파워를 도시한 것이다.

도 13 내지 도 15는 출력 결합광의 스펙트럼의 예를 보여준다. 도13은 두 파장에서 거의 같은 파워를 주도록 감쇠기의 감쇠를 조정한 결과에 대한 출력파워 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 14는 감쇠가 3dB 정도 일제히 감소됨을 보여준다. 도 15는 상기 도 13의 위치로부터 3dB 증가됨을 보여준다. 상기 도 15의 경우에 있어서 레이징이 실제적으로 중단되는 동안, 상기 도 8 및 도 9에서 처럼 레이징이 더 낮은 감쇠에서 멈추었다는 표시가 없으며, 이것은 기존의 것과 비교할 때 새로운 결과이다.

도 11은 두 개의 고 알루미늄 함유 EDFs를 기초로 하여, 상기 도 10 및 도 13 내지 도 15에서 처럼 같은 파장으로 유지한 경우의 그 결과를 보여준다. 상기 도 10 처럼 두드러지지는 않지만 상기 도 8과 비교하여 보다 개선되었음을 알 수 있다.

도 16은 상기 도 10으로부터 모든 감쇠기에서 감쇠의 변화가 1.0, 2.0 dB일 때 및 상기 도 13 내지 도 15를 종합한 이중 파장 링 레이저의 출력스펙트럼을 도시한 것이다.

결론적으로, 도 10 및 도 13 내지 도 16과 같은 특성을 갖는 소자에 대해, 증폭기간의 감쇠가 양 파장에서 같은 양만큼 변한다면, 양 파장에서의 파워는 거의 같다. 본 발명에 의한 소자는 이같은 중요한 성질을 갖는 새로운 방법을 제시하고 있다.

만약 감쇠가 단지 하나의 파장에서만 변화된다면 무슨 일이 일어나는지 알아보기 위해, 단지 하나의 감쇠기만이 변한 것을 제외하고는 도 17의 곡선은 상기 도 8에서 처럼 같은 조건하에서 측정되었으며, 두 개의 레이저 파장 중 하나의 파장에서만 감쇠에 영향을 주었다. 주목할만한 파워가 단지 1dB 범위의 감쇠로 두 파장에서 유지되었다. 도 18은 상기 도 9의 결과를 얻었던것과 똑같은 조건으로 얻어진 결과로서 상기 도 17과 비교하여 개선된 것이 없음을 알 수 있다. 그러나 상기 도 10과 같은 조건에 대응되는 도 19는 주목할만한 개선을 보인다. 두 파장이 레이징하는 것에 대한 감쇠의 범위가 상기 도 17 및 상기 도 18의 경우보다 약2배 정도 더 크다. 상기 도 7의 경우와 같이 1541.9nm와 1549.8nm에서 파장을 가지고 함께 번갈아가는 형태의 EDFA는 현저하게 좋은 특성을 보여준다. 도 20은 상기 도 11과 같은 조건에 대응하며, 파장의 이동은 개선을 주었지만 상기 도 19만큼 두드러진 것은 아님을 알 수 있다.

마지막으로, 파장 1529.4nm와 1536.2nm에서 상기 도 9, 도 10, 도 18 그리고 도 19의 경우처럼 EDFAs의 같은 결합이 사용되어졌으며, 그것은 하나의 파장은 하나의 어븀도핑 광섬유에서 이득 스윙의 최대값에 비교적 가까워지고 반면에 다른 파장은 다른 어븀도핑 광섬유에서의 이득 스윙 피크에 비교적 가까워짐을 의미한다. 결국 도 21은 두드러진 개선을 도시하고 있다. 비록 하나의 채널(파장)에서의 감쇠가 8dB 변하였다할지라도 레이징 파워는 단지 9dB의 변화에 지나지 않았다. 이것은 균일하게 확장된(homogeneously broadened) 이득매체에 대한 본 발명의 새로운 결과이며, 파장에 종속적인 손실을 보상하는 장치의 잠재성을 분명하게 보여준다.

도 22의 복합 그래프는 증가된 감쇠의 측면에서 (수학식 5와 관련되어 아래에서 정의된) G2,1 의 직접적인 측정을 나타낸다.

Laser	λ₁[nm]	λ₂[nm]	G_2,1[dB]
Ⅰ(LF)	1541.9	1549.8	0.4
Ⅱ(LE)	1559.9	1551.8	0.9
Ⅲ(LA)	1541.9	1549.8	1.0
Ⅳ(LD)	1559.9	1551.8	0.6
Ⅴ(LG)	1529.4	1536.2	> 2.5

도 23 내지 도 25는 다른 감쇠기 설정이 적용될 때, 상기 도 21에 상응하는 소자의 출력 스펙트럼을 도시하고 있다.

결국 이중 파장 레이징이 공진손실에 무감각함(insensitivity)은 다른 형태의 어븀도핑 광섬유를 기초로한 두 개의 EDFA를 사용함으로써 크게 개선되었으며, 파장의 선택에 강하게 의존함을 알 수 있다.

한편 광증폭기들이 이중 파장 레이징의 경우에 있어서 두 개의 다른 이득매체를 가지고 어떻게 구성되어야 하는지를 설명한다. 각 광증폭기는 하나의 이득매체로만 이루어져야한다. 비록 증폭기간의 손실에 대한 스펙트럼이 특정한 모양을 가지도록 하고 있지만, 도 2는 그러한 시스템의 일예를 도시하고 있다. 상기 시스템은 두 개의 파장 모두 또는 하나에서 레이즈 될 수도 있고 아니면 상기 두 개의 파장 어느것에서도 레이즈되지 않을수 도 있다고 가정하고, 상기 시스템이 두 개의 파장에서 레이즈 되는 조건을 찾고자 한다. 필터링은 다른 파장에서의 파워를 억누르기 위해 필요로 하고, 상기 필터링되는 파장에서는 레이즈가 일어나지 않게 한다.

이득매체에서의 소신호이득(small signal gain)은 두 개의 파장모두에서 손실을 보상할 만큼 충분히 크다. 따라서 레이저는 임계값위상이다. 그리고 적어도 하나의 파장에서 레이즈될 것이다. 레이저는 λ1 에서만 레이징된다고 가정하자. 안정한 상태가 아닌 공진(cavity)을 찾고자 한다. 이것은 λ2에서의 이득이 손실보다 큰 경우이다. 따라서 λ1 에서만의 레이징이 λ2 에서의 이득이 레이징 임계값 이상이 되거나 또는 그 반대로 됨을 의미하는 공진을 찾고자 한다. 수학식 1을 사용하여 하나의 광증폭기의 출력에서 다음 광증폭기까지의 모든 초과손실을 나타내는 f(λ)를 가지고, 분리된 두 개의 광증폭기에서의 여기정도 n2를 구할 수 있다.

여기서 첨자 1은 파장 λ1에 관련한 값을 의미한다.

는 광증폭기 B(A)의 출력부터 광증폭기 A(B)의 출력까지의 전체 이득을 나타낸다. 따라서

은 광증폭기 A와 광증폭기 B 사이의 출력파워 차를 의미한다. 양(both) 이득매체의 펌프파워가 같은 경우에 대해 이것은 포화(saturation)영역에서 동작하고 있는 증폭기에 대해서는 작다고 생각될 수도 있다. 더구나 레이저가 λ1에서 레이징되고 있다고 가정하였기 때문에, 이득이 λ1에서의 손실과 같게 되기 위해서는

는 -

와 같아야 한다.

여기서, "이득을 초과한다"는 것은 공진(resonant) Er3+ 흡수 αL 에 포함되지 않는 모든 손실을 의미한다.

λ1 에서의 레이징이라는 가정하에, 두 개의 광증폭기가 케스케이드되어 있을 때 λ2에서의 공진(루프)이득

은 다음과 같은 식으로 주어진다.

만약 G2,1>0이라면 λ2에서 빛은 증폭되고 단지 λ1에서만의 레이징 가정은 잘못된다. 대신에 레이저는 λ2에서만 레이징된다고 가정하자.

λ1에서 루프 이득 G1,2은 다음과 같이 주어진다.

여기서, 또한 만일 G1,2 > 0 이면, λ1 에서의 레이징광은 증폭될 것이고, λ2 에서만 레이징된다는 가정은 또한 올바른 해법이 되지 못한다. 따라서 레이저는 양 파장에서 방사(emit)되어야 한다는 것은 분명하다. 분명히, 상기 수학식 6와 수학식 7은 레이즈(lase)되는 양 파장에 대해 0 보다 크다는 결과를 나타낸다.

이하에서 상기 G1,2와 G2,1 둘다 어떻게 크게 되는지를 기술한다. 상기 G1,2와 G2,1가 큰 값을 갖는 공진에 대해서 다른 파라미터들(예를 들어 손실)은 G1,2와 G2,1를 음수로 하지 않고도 실질적으로 변할 수 있으며, 이 경우에는 한 파장만이 레이즈된다. 다음은 G1,2와 G2,1 값을 증가시킬 수 있는 몇 가지 방법이다.

1. 단일 이득매체에 대해, 한 파장에서의 이득스윙이 다른 파장에서의 이득스윙보다 작다면 상기 한 파장에서의 흡수계수 A는 크야 한다. 더구나 이런 경우 길이(Length)는 커야 한다. 그렇지 않다면, 이 관점으로 보아 길이 L은 작아야 한다.

2. 광증폭기 앞과 내의 손실 f는

가 작은 광증폭기에서 크야 한다. 이것은 필터를 사용하면 달성할 수 있다. 이것은 각 증폭기에서 평탄한 이득을 갖는 것 대신, 필터를 사용하여 다른 증폭기에서는 스파이크(spikes)를 갖는 이득을 얻어야 함을 의미한다.

3. 레이저가 단지 하나의 파장에서만 레이즈된다면 즉 다른 파장에서의 광을 막으면, 레이징 파장에서의 이득은 레이징되는

와 막혀있는

의 비가 나머지 나머지 광증폭기에 비해 큰 광증폭기에서 증가되어야 한다. 따라서 다른 광증폭기의 이득은 작아야 한다. 다시 말해서 이득은 이득스윙이 레이징 파장에서 상대적으로 작은 광증폭기로 재분배되어야 한다. 수학적으로, 이것은 수학식 6에서 아래의 식이 가능한 한 크게 되어야함을 나타낸다.( 수학식 7에서 같은 표현이 또한 가능한 한 크게 되어야 한다.)

G1,1A(gp-p,2A/gp-p,1A-gp-p,2B/gp-p,1B) =

G1,1Agp-p,2A/gp-p,1A + G1,1Bgp-p,2B/gp-p,1B

그러나, 많은 광증폭기 설계에 있어서, 이 값(quantity)은 음의 값이 될 것이다. 그러한 경우에 있어서, 신호를 증폭기의 중간지점에서 감쇠시킴으로써, 증폭기 설계는 수정되어 소위 광제한증폭기(Optical Limiting Amplifier:OLA)로 만들게 할수 있다. OLAs는 따라서 이득 압축이 유도된 신호-파워를 높이는데 유용할 수 있다.

4. 하나의 신호만 있을 때 형태가 다른 광증폭기간의 이득을 같게하는 매우 간단한 방법은 서로 형태가 다른 몇 개의 광증폭기를 연결하는 것이다. 이미 언급한 바와 같이, G1,1A(gp-p,2A/gp-p,1A-gp-p,2B/gp-p,1B) 값(quantity)은 많은 광증폭기 케스케이드에 대해 음의 값이 될 것이다. 만일 그러한 광증폭기가 예를 들어 2개의 광증폭기(OA A - OA B - OA A - OA B ...) 대신 10개의 광증폭기가 주기적으로 케스케이드된다면, 이득 G1,1A에 있어서의 차는 각 증폭기에서 훨씬 작게 될 것이다. 왜냐하면, 이것은 출력 파워 차가 1/5로 되기 때문이다.

5. 이득매체의 스펙트럼은 부등식인 수학식 8을 만족해야 한다.

만일 상기 수학식 8을 만족한다면 G1,2와 G2,1을 동시에 최적화하는 것이 더 용이하게 된다. 중요한 점은 만일

이라면, 수학식 6 또는 수학식 7이 음의 값이 되지 않고, 파장에 무관한 증폭기 간의 손실은 같은 양이 아닌 크다란(large) 양으로 변화한다는 점이다. 그래서, 이득매체는 다른 파장에서의 이득스윙과 비교할 때, 한 이득매체에서는 이득스윙이 크고, 다른 이득매체에서는 이득스윙이 작도록 선택되어야 한다.

1) 이것을 달성하기 위한 한 가지 방법은 하나의 이득매체에서 이득스윙 피크 근처에 하나의 파장을 두고, 다른 매체에서 이득스윙 피크 근처에 다른 파장을 두는 것이다.

2) EDFA들을 가지고, 작은 이득피크의 긴 파장 편에서 작동하는 것이 바람직하며, 이때 이득스윙은 대부분의 EDF에서 증가하는 파장에 대해 단조롭게 감소할 것이다. 그러나 이것은 저매노실리케이트 EDF의 경우가 아니며, 상기 EDF는 1550 nm의 이득스윙피크를 가진다. 1542nm와 1550nm간에, 이득스윙은 파장에 따라 증가한다. 그래서 식(8)은 가령 1540nm와 1552nm내의 파장에서 만족되며, EDF들중의 하나는 저매노실리케이트이다. 다른 하나의 이득매체는 예를 들어 고 알루미늄 함유 아루미노-저매노실리케이트 EDF 또는 인(phosphorous) co-doped EDF가 될 수 있다.

3) 수정(crystalline) 호스트에 기반한 광증폭기들은 전형적으로 MAPC에 적합한 'spiky' 스펙트럼을 나타낸다. 만일 하나의 신호를 피크와 일치되게 만들고 다른 하나의 신호를 피크치 간에 존재하게 만든다면, 그리고 다른 이득매체에서는 상기와 반대되도록 만든다면 두 개의 파장에서의 이득은 서로로부터 분리(decouple)될 것이다. 첨예한 피크특성은 다른 많은 동시에 발생하는 피크들을 가진 많은 다른 호스트들의 사용을 가능하게 한다.

상술한 설명에서는 모든 형태의 광증폭기에서 펌프 파워가 같다고 가정하였다. 그러나 이것은 반드시 그렇지 않다. 다른 펌프 파워가 다른 형태의 EDFA에 사용될 수 있다. 그러한 경우, 포화출력파워가 펌프파워에 강하게(dBm 에 있어 거의 선형적으로) 의존하기 때문에 GA1,1, GB1,1, GA1,1 및 GB1,1 는 더이상 작아지지 않을 것이다. 만일 포화 파워의 차가 적당히 설명된다면, 위의 분석은 그러한 경우에 사용될 수 있다. 사실상, 수학식 6과 수학식 7을 최적화하는 설계에서, 증폭기의 펌프 파워 뿐만아니라 포화출력파워는 달라질 것이다. 간단하게, 어떠한 경우에서도 포화파워는 같다고 가정하기로 한다.

한편 고손실 즉 장거리 WDM 전송에 대해 살펴본다. 전송 경로에 있어서 손실이 높은 WDM 전송을 위하여 많은 광증폭기가 손실을 보상하기 위하여 케스케이드되는 것이 필요하다. 신호의 파워 수위를 유지하기 위하여 이득은 상기에 기술한 링레이저처럼 손실을 정확하게 보상하여야만 한다. 따라서 바람직한 다중파장 레이징을 이루기위한 방법을 또한 WDM 전송에 적용할 수 있다. 그때 상기 도 1의 광증폭기는 거의 주기적인 방식으로 반복되어진다. 만약 광증폭기가 다른 형태라면 그것들은 거의 번갈아가면서 전송 경로상에 삽입될 수 있다. 예를 들면 상기 도 2의 링레이저처럼 소위 사슬 성분(chain element)은 전송 링크에 쇠사슬모양으로 연결할 수 있다. 그때 감쇠기에 의해 제공된 감쇠의 일부 또는 전부는 전송 광섬유의 감쇠에 의해 대체될 것이다.

레이저와 관련된 상기 기술된 내용 이외에 몇가지 다른 관점이 또한 고려되어져야 한다. 무엇보다도 신호가 시스템 중간 내외에서 스위치되거나 다른 파워를 가진 신호가 전개되기 때문에 신호 파워 차이는 시스템에서 일어날 것이다. 동등하지 않은 파워는 낮은 파워를 가진 채널에서 낮은 신호대 잡음비(signal to noise ratios)를 이끌며 그것은 바람직하지 않다. 그래서 신호 파워는 동등해야한다. 만약 약한 채널에서 신호 파워가 약해서 증폭기의 포화에 영향주지 않는다면 파워 등화의 양은 상기 수학식 6와 수학식 7에 의해 직접적으로 주어지며, 파장에서의 신호 파워는 두 이득매체에서의 이득을 그 파장에서 하나(unity)로 만들기에 충분할 만큼 강하다.

더욱이 신호 전송에서 잡음은 낮아야만 한다. 게다가 광증폭기의 케스케이드에서 신호의 전파가 링레이저에서 루프후 루프를 통과하는 신호와 유사한 반면에 광증폭기와 중간 손실은 더 이상 완전하게 주기적이어서는 안된다. 그럼에도 불구하고 우리는 시스템이 완전하게 주기적이라고 가정할 것이다. 그래서 링레이저에 대한 발명 범위는 이 경우에 적용될 수 있다. 주기적 발명으로부터 벗어남은 신호 파워를 다소 방해할것이지만 상기 기술된 구조로부터의 MAPC 또는 ALTC는 그러한 방해를 잘 대처할 것이다. 그러나 어쨌든 잡음은 증가하는 것을 감수해야 한다.

완전하게 주기적인 구조(scheme) 조차, SNR은 하나의 파장 전송과 비교하여 증가할 것이다. SNR은 일반적으로 광증폭기로의 입력 파워에 의해 우세하게 결정되어진다. 무엇보다도 총 신호 파워가 제한되어진다고 가정하면서 WDM의 경우에서 파워는 두 채널에 분배되어야 한다. 이것은 3dB의 채널당 신호 파워와 거의 같은 양의 SNR을 감소시킨다. 게다가 만약 신호 파워가 채널가운데 동등하게 분배되지 않는다면 더욱 SNR을 떨어뜨린다. 이것은 만약 신호의 파워가 전송 경로를 따라 일정 양만큼 다르게 되거나, 만약 신호의 파워가 채널사이에 진동되거나 하는 둘 다의 경우이다.

마지막으로 광증폭기의 초과 잡음은 다소 증가될 것이다. WDM 전송은 광증폭기가 몇 가지 요구 조건을 직면하게 한다. 그래서 증폭기에 있어서 자유도는 다소 감소한다. 이것은 하나의 파장 전송에 대해서 보다 더 높은 초과 잡음을 이끈다. 그럼에도 불구하고 증폭기간의 더 짧은 공간 배열 즉 더 낮은 손실을 포함해서 몇 가지 잘 알려진 방법이 잡음 감소를 위해 사용된다.

다음은 어떻게 파워 변화가 최소로 유지될 수 있는지 설명한다.

이중파장 레이징은 만약 하나의 신호가 사라진다면 광증폭기간 재분배 이득에 의해 확실시되었다. 단지 하나의 신호를 가지고 두 광증폭기의 이득은 남겨진 강한 신호 파장에서 거의 같게 되었다.(G1,1A, G1,1B, G2,2A 및 G2,2B는 모두 작았다.) 재분배가 이득을 같게 만드므로 신호의 사라짐 없이 일반적으로 작동 조건에서 이득은 동등하지 않음이 틀림없다. 이것은 차례로 일반적인 작동 조건하에서 주어진 신호에 대하여 광증폭기로부터 출력 파워는 하나의 형태와 다른 형태의 광증폭기에 대해 다름이 틀림없다. 주어진 광증폭기간 최소 손실에 대해 이것은 하나의 광증폭기로의 입력 파워가 더 낮다는 것을 의미하며 SNR을 감소시킨다.

만약 이득이 두형태의 광증폭기에 대해 두파장에서 같아졌다면 더 나을 것이다. 그러나 그때 단지 하나의 신호가 우세할 때 광증폭간 동등한 이득의 상황하에서 하나의 신호가 사라질 때 이득의 재분배는 일어나지 않는다. 출력제한 증폭기(OLAs)는 일반적인 법칙을 깨뜨리는 방식을 나타낸다. 즉 하나의 신호가 (무시할 수 있을 정도로) 사라지고, 그래서 단지 하나의 신호만 강하게 남아있으면서, 더 큰 입력 파워는 상당한 제한이 일어나는 하나의 광증폭기(예를 들어 광증폭기 A)에서 더 작은 출력파워를 초래하며, 광증폭기 B에서는 상기 광증폭기 A와는 반대의 상황이 발생한다. 그래서, OLAs는 파워가 지배하는 채널(power-dominant channel)에서 전개되는(develope) 광증폭기 간의 서로 같지 않은 이득을 허용한다. 그러므로, 비록 이득이 정상동작 조건하에서 광증폭기간에 고르게 분포되어 있다고 할지라도, OLAs는 필요한 이득분배를 허용할 수 있다.

그러나 OLAs는 여전히 몇 가지 결점이 있다. 무엇보다도 단지 하나의 신호만을 가지는 이득의 진동 특성은 그렇지 않은 것보다 링크를 더 잡음이 생기게 만든다. 같은 이유로 한채널이 약하게 되었을 때, 양 채널은 그렇지 않은 것보다 더 잡음이 있게 된다. 더구나, OLAs는 광증폭기에 도입된 여분의 손실에 의존한다. OLA에서 파워의 상당 양은 그래서 손실된다. 파워가 낮아지면, 시스템은 잡음이 더욱 강해진다.

분명히, 증폭기간 이득의 재분배는 필연적으로 링크가 어떤 동작 조건하에서 보다 잡음이 많이 발생하는 것을 의미한다. 이런 관점에서, 만약 이득이 각 증폭기 내의 다른 이득 매체사이에 재분배된다면 더 나아질 것이다. 그래서 각각의 광증폭기가 적어도 두 가지 형태의 이득매체(소위 하이브리드 광증폭기)로 구성된 광증폭기를 사용하는 것이 여기서는 잇점이 될 수 있다. 적어도 두 가지 형태의 다른 광증폭기를 형성하기 위해, 이득매체는 선택적으로 다른 방식으로 결합될 수 있다. 광증폭기들은 선택적으로 교번하는 형태로 케스케이드 된다.

하이브리드 EDFA의 많은 예들이 문헌상으로는 존재한다. 그러나, 예를 들어 펌프파워를 변화시킴으로써 다른 이득매체의 이득을 변화시키는 어떤 형태의 전자제어를 제외하면, MAPC/MAGC가 이루어지는 소자는 없다. 더구나, 본 명세서에서 언급된 방식에 따라 설계되지 않았으며, 따라서 MAPC/MAGC가 달성될 가능성이 없다.

상기에서 이득 매체가 있는 만큼 많은 파장이 있는 경우에 대한 MAPC를 이야기하였다. 상기 수학식 4은 그것에 대한 좋은 이유를 제공한다. 상기 수학식 4에 따른 이득은 이득 매체가 있는 것 보다 더 많은 파장에서 비종속적으로 변할 수 없다. 모든 파장에 대한 적당한 형태의 이득 매체를 갖는 것과 안정된 WDM 전송 또는 레이징을 위하여 그것들을 링크에 결합시키는 것은 다수의 파장이 성장할 때 어려운 문제이다. 그러나 예를 들어 상기에 기술한 두 개의 이득 매체를 가지고 두 파장 이상의 다중파장 전송과 레이징은 상기의 기술로부터 도움이 된다. 비록 상기 수학식 4가 모든 파장에서 손실을 이득이 완전하게 보상하는 것을 허용하지 않는다 할지라도 이득과 손실간 불일치는 기존의 발명에 따르는 전송보다도 더 작을 수 있다. 예를 들면, 일정 비율(일정 손실 경사)로 파장과 함께 변화하는 손실은 이득이 일정 비율(일정 손실 경사)로 파장에 따라 변화하는 이득 매체에 의해 모든 파장에서 완전하게 보상될 수 있다. 여기 개시된 광증폭기들은 손실의 파장 의존성이 변하다해도 손실을 보상할 수 있다. 그 하나 또는 다른 이유로, 손실경사는 시스템 설계에서 가정으로부터 벗어난다. 균일하게 화장된 광증폭기들의 전통적인 케스케이드에 있어서, 이것은 상기 파장 범위에 걸쳐 요구되는 이득-손실 매치를 깨뜨릴 것이며, 그 범위는 WDM전송에 사용될 수 없다. 균일하게 확장된 이득매체에 기초한 종래의 광증폭기들과 대조적으로, 본 발명에서 개시되는 광증폭기들은 손실경사의 이탈을 보상하기 위해 자동적으로 전체 이득경사를 조정한다. 우리는 이러한 특징을 "자동손실경사보상"(Automatic Loss Tilt Compensation : ALTC)이라 부른다.

결론적으로 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 광증폭기 또는 그 케스케이드는 외부에 어떤 전자적인 회로가 없이도 다중파장에서 자동적으로 파워 및 이득 조절이 가능하며, 손실경사 보상이 자동적으로 이루어진다.

이를 더 설명하기 위해, 도 27의 예를 들기로 한다. 도 27은 긴 거리, 다중파장, 광학적으로 증폭된 전송 링크를 도시하고 있다. 여러 신호가 링크에 들어가고, 상기 링크는 전체 300개의 EDFAs로 구성되며, 상기 각 EDFA 바로 앞에는 전송 광섬유가 연결되어 있다. 광아이솔레이터는 각 EDFA에 포함되며, 주어진 EDFA 내의 어떠한 광도 이전 단의 EDFA에 도달하는 것을 차단시킨다. 또한 대역통과 및 이득 평탄화된 필터가 EDFA 앞에 위치한다. EDFA는 서로 같거나 아니면 두 번째 EDFA는 저매노실리케이트 EDF에 기초하고 있다. 반면, 알루미노실리케이트 EDF는 나머지 EDF에 사용되었다. 전송링크는 정확기 매 EDFA 또는 두 번째 EDFA마다 반복되었다. 링크는 체인 요소들(chain elements:CEs)로 나누어지며, 상기 CE는 하나의 EDFA의 출력에서 출력하여 뒤따라 오는 두 번째 EDFA의 출력에서 끝난다. 따라서, 케스케이드는 150개의 CE들로 구성되며, 각 CE는 두 개의 전송광섬유 스트레치, 두 개의 EDFA 및 많은 필터로 이루어진다. 마찬가지로, 각 CE는 두 개의 서브(sub) CE로 나누어지며, 각 서브 CE는 EDFA, 전송광섬유의 스트레치 및 선택적인 필터로 이루어진다. 아래의 표 ALTC 1에 따라, 세 가지의 가능한 구성을 살펴보기로 한다.

ALTC 1

시스템	케스케이드 형태	대역통과필터의 파장범위	이득 평탄화된 필터의 위치
A	알루미노실리케이트 EDFA들의 균일한 케스케이드	1553 - 1559 nm	모든 서브 CE
B	교번하는 알루미노- 및 저매노-실리케이트 EDFA들	1553 - 1559 nm	모든 서브 CE
C	교번하는 알루미노- 및 저매노- 실리케이트 EDFA들	1553 - 1559 nm	알루미노실리케이트 EDFA 갖는 서브 CE

여기서, 시스템 A는 전형적인 비교번(non-alternating) 종래 시스템이다. 시스템 B는 교번하는 형태의 EDFA를 갖는 시스템이지만, 케스케이드에 의해 전송된 파장범위에서 두 파장에 데해 동시에 수학식 6과 수학식 7이 0보다 더 크지 않게 한다. 특히, 수학식 8 이 만족되지 않는다. 마지막으로, 시스템 C는 본 발명에서 제안하는 형태의 교번하는 EDFA들의 케이케이드이다. 상기 시스템 C는 상기 전송된 파장 범위에서 모든 파장 쌍에 대해 수학식 8을 만족시킨다. 모든 시스템들은 링크 손실경사 없이 10 dB의 링크손실을 갖도록 설계되었다. 모든 경우에 있어서, 케스케이드에 가해지는 신호파워는 채널당 0.2 mW 이다. 채널분리는 50 GHz 이다. 사용된 대역통과 필터의 폭에 따라, 전체 입력 신호파워는 3 mW 또는 3.2 mW (시스템 A 및 B에 대해서는 15 채널, 시스템 C에 대해서는 16채널)

도 28은 15개 또는 16개의 채널 중 가장 잡음이 심한 수신된 광 SNR이 시스템 B 및 C에 대해 링크손실의 경사에 어떻게 의존하는가에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다.(시스템 A는 시스템 B와 유사) 링크 손실의 파장-독립 부분은 10 dB이다. 시스템 B에 대해, 도 28은 손실경사 변화에 의해 도입된 최악의 채널 SNR의 열화(degradation)가 단지 0.028 dB/nm의 손실경사범위에 걸쳐 10 dB보다 작음을 도시하고 있다. 시스템 C에 대해서는, 상기 범위는 0.053 dB/nm 즉 거의 두배만큼 많다. 더구나, 시스템 C의 결과는 ALTC에 적합한 형태로 구현함으로써 훨씬 개선되었다. 이것을 손실-경사 바이어스"(loss-tilt bias)라 부르기로 한다. 구체적으로, 도 28은 최악의 채널열화가 0.88dB/nm 만큼 큰 10 dB 미만으로 발생하는 손실경사의 범위가 손실경사 바이어스로부터 얻을 수 있음을 도시하고 있다.

도 29는 최악의 채널 SNR이 파장-독립 링크 손실 변화에 대한 의존성을 도시하고 있다. 시스템 C 및 시스템 A 및 B 간의 양의 차는 분명히 명백하다. 즉 최악의 채널이 천천히 증가된 링크 손실로 인해 감쇠되는 동안, 링크손실이 10 dB 설계값으로부터 움직임에 따라 시스템 A 및 B에 대한 SNR의 급격한 감소가 있다.

결론은 다음과 같다.

* 종래의 케스케이드(시스템 A)는 링크손실의 양(both) 파장-독립 변화 및 손실경사의 변화에 매우 민감하다.

* 교번하는 EDFA 들의 케스케이드는 ALTC(참조. 시스템 B)를 달성하기에 충분하지 않다. 여기서 언급한 바와 같이 부가적인 측정이 또한 요구된다.(손실 경사 바이어스가 없거나 특별히 있는 시스템 C)

OLAs는 흥미있는 가능성과 잇점을 제공하기 때문에, 몇 몇 예들은 도 27 내지 31을 참조하여 기술될 것이다. OLAs의 잇점은 이득매체간의 이득 재분배가 그렇지 않은 것보다 더 낫게 될 수 있다는 것이다.

도 30은 전형적인 OA와 광 제한 증폭기(OLA)에 대한 출력 대 입력 파워 특성을 도시하고 있다. OLA에 대해, 출력파워는 어떤 범위에서 증가하는 입력파워와 함께 감소할 수 있다. 전형적인 OA에 대해, 출력파워는 항상 증가하는 입력파워와 함께 증가한다.

도 31은 전형적이고 OLA형태가 아닌 교번하는 광증폭기들의 케스케이드에 있어서 이중(dual) 파장 전송을 도시하고 있다. 채널 1(고체 라인)에 대해, 이득은 광증폭기 A보다 광증폭기 B에서 훨씬 크다.(채널 2에서는 그 반대이다.) 그러나, 양 채널에 대해, 최소출력은 최소 전(total) 출력의 반 보다 작다. 도 33에 도시된 바와 같이, 이러한 불필요한 저(low) 최소 채널 파워는 이상적인 상황과 비교하여 신호대 잡음비를 열화시킨다.

도 32는 전형적이고 OLA형태가 아닌 교번하는 광증폭기들의 케스케이드에 있어서의 이중(dual) 파장 전송을 도시하고 있다. 몇 가지 이유에 대한 한 채널(#2)에서의 채널이 약하게 될 때 상기 그림은 교란된(perturbed) 동작을 도시하고 있다. 광증폭기 A와 광증폭기 B의 비슷한 출력파워 때문에, 채널 1의 이득은 두 개의 다른 형태의 광증폭기들에서 대략 같다. 그래서, 채널 1에서 전체 이득에 영향을 미치지 않고, 이득은 광증폭기 B에서 광증폭기 A로 재분배된다. ( 케스케이드의 두 개의 광증폭기 주기에 걸쳐 채널 1의 파워는 일정하다.) 가령 이러한 재분배는 2dB이라고 하자. 또한 채널 2의 파워는 대략적으로 도시되어 있다. 두 개의 광증폭기의 두 파장에서의 이득스윙의 적당한 특성으로 인해, 이득 재분배는 가령 광증폭기 B에서 채널 2의 이득이 2.5 dB 증가하게 되지만, 가령 광증폭기 A에서는 채널 2의 이득이 1.8 dB 감소할 뿐이다. 그래서, 도시된 바와 같이 채널 2에서의 파워는 증가한다.

도 33은 교번하는 OLAs의 케스케이드에서 이중 파장 전송을 도시하고 있다. 상기 도 33은 이득이 양 광증폭기들 및 양 채널에서 같은 정상 동작을 도시하고 있다. 그러므로 전체 파워는 항상 채널간에 고르게 분배되고, 이것은 신호대잡음비 관점에서 가장 좋은 상황이다.

도 34는 교번하는 OLAs의 케스케이드에서 이중 파장 전송을 도시하고 있다. 도 33은 몇가지 원인으로 하나의 채널(#2)에서 채널이 약하게 될 때, 교란된 동작을 도시하고 있다. OLA 특성은 광증폭기 B에서 광증폭기 A로 파워-도미넌트 채널 1에서의 이득이 재분배되게 하고, 이것은, 도 32에 관해서, 광-결핍 채널 2에서의 네트 평균이득을 초래한다. 신호대잡음비 관점에서, OLA들의 잇점은 정상 동작하에서 신호대잡음비가 최대가 된다는 것이다. 미세한 단점은 케스케이드가 이 도면에서와 같이 비전형적인 조건하에서 필요한 것보다 더 잡음이 많다는 점이다. 채널 1의 입력파워가 더 높을 때, 이것은 광증폭기 B의 더 낮은 출력파워의 결과이다. (여기서, 광증폭기 B는 채널 1을 제한하고, 광증폭기 A는 채널 2를 제한한다. 그러한 채널(실제로는 파장) 의존 제한은 쉽게 구현될 수 있다.)

일반적으로 이산 파장전송에 대해 여기서 제안하거나 채택한 설계 및 절차는 특별한 파장범위에서 주파수의 전 범위에 걸쳐 전송에 적용될 수 있음에 유의해야 한다. 또한 일반적으로 다중 파장 전송에 대해 여기서 채용하거나 제안한 설계 및 절차는 점차적으로 다중 파장 레이저에 적용될 수 있다.

본 명세서에 개시된 모든 특징들, 방법 또는 프로세스의 각 단계는 상호배타적인 것을 제외하고는 서로 조합될 수 있다. 본 명세서에 개시된 각 특징은 같거나 동등 도는 유사한 목적을 달성하기 위한 양자택일(alternative)적인 특징으로도 대치될 수 있다. 따라서 개시된 각 특징은 하나의 예에 불과하며, 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 이 명세서에서 개시된 특징들의 신규한 것 또는 신규한 것의 조합에 까지 확장되며, 마찬가지로 방법이나 프로세스의 단계에 대한 신규한 것 또는 신규한 것의 조합에까지 확장된다.

본 발명에 의하면, 장거리 전송과 같이 큰 손실을 갖는 시스템에서 다른 종류의 이득매체를 사용하여 MAPC/MAGC가 가능하다.

또한 다중파장 광신호 전송을 위한 광증폭기가 직렬로 연결되어 케스케이드 형태를 가지며, 전체적으로 MAPC/MAGC를 가능하게 한다.

또한 종래의 증폭된 WDM 시스템과는 대조적으로 소정의 파장 범위 내에서 자동적으로 손실 경사(loss tilt)를 보상하는 자동 손실경사 보상(ALTC)이 가능하다.

Claims

직렬로 연결되어 있고 복수의 파장을 갖는 신호를 증폭하도록 배열된 복수의 이득매체를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하고,

적어도 상기 이득매체 중 일부는 포화영역에서 동작하고,

상기 이득매체가 서로 다르면 상기 이득매체가 상호작용하는 파장도 서로 달리하도록 스펙트럼상(spectrally)으로도 다르며,

파장들이 평형분포상태에 있다가 신호파워의 교란이 발생하는 경우에는 신호파워가 상기 평형분포로 돌아가도록 작동하는, 광증폭기 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광증폭기 시스템은

상기 이득매체가 직렬로 연결된 단일 광증폭기임을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광증폭기 시스템은

상기 복수의 이득매체 중 적어도 하나를 갖는 광증폭기들이 직렬로 연결된 복수의 광증폭기임을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득매체 중 하나는

어븀도핑광섬유임을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제4항에 있어서, 상기 이득매체 중 하나는

알루미노실리케이트(aluminosilicate) 어븀도핑 광섬유임을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제5항에 있어서, 상기 이득매체 중 하나는

저마노실리케이트(germanosilicate) 어븀도핑 광섬유임을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제5항에 있어서, 상기 이득매체 중 하나는

포스포실리케이트(phosphosilicate) 또는 알루미노-포스포실리케이트(alumino-phosphosilicate) 어븀도핑 광섬유임을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이득매체 중 하나에 대해서, 제1파장에서의 이득스윙은 제2파장에서의 이득스윙보다 크고,

상기 이득매체 중 다른 하나에 대해서는 제2파장에서의 이득스윙은 제1파장에서의 이득스윙보다 큼을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

제1 및 제2이득매체가 교대로 직렬로 연결됨을 특징으로 하는 광증폭기시스템.
제9항에 있어서,

파장 범위에서 다중파장 전송을 위해 배열되어 있고, 상기 이득매체중 제1 및 제2이득매체는 파장범위의 각 반대편 끝(Opposite respective ends)에서의 파장과 주로 반응함을 특징으로 하는 광증폭기시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이득매체는

균일하게 확장된(homogeneously broadened) 것임을 특징으로 하는 광증폭기시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광증폭기시스템은

이득압축이 유도된 신호파워를 증가시키는 광제한증폭기임을 특징으로 하는 광증폭기시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

이득매체가 다르면 이득특성도 달라지는 필터를 더 구비하고,

이득매체 각각에 관계된 손실은

이득스윙이 작은 파장에서 큼을 특징으로 하는 광증폭기시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

이득매체에 따라 달라지는 이득스윙의 스펙트럼 의존성은 소정의 파장이나 파장범위에서 실질적으로 서로 상쇄됨을 특징으로 하는 광증폭기시스템.
제14항에 있어서, 상기 이득매체 중 하나는

이득스윙 g_p-p가 1543 nm에서 1549 nm 범위의 파장에서 증가하고 적어도 다른 하나의 이득스윙은 같은 범위에서 감소하도록, 알루미늄이 전혀 또는 거의 함유되지 않은 저매노실리케이트 어븀 도핑 광섬유임을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제14항에 있어서,

파장이 1540nm 내지 1552nm의 범위에 있는 파장이 전달되도록 적응됨을 특징으로 하는 광증폭기 시스템.
제16항에 있어서, 상기 이득매체의 다른 것은

고 알루미늄함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유, 인이 도핑된 실리케이트 어븀도핑 광섬유 및 인(phospherous) 어븀 도핑 광섬유 중 하나가 선택됨을 특짐으로 하는 광증폭기 시스템.