KR100252180B1 - 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 제1포트를 통해 입사되는 신호광을 제2포트로 출력하고, 제2포트를 통해 입사되는 신호광을 제3포트로 출력하는 광 써큘레이터; 제2포트를 통해 입사되는 신호광을 증폭하여 출력하고, 후단으로부터 입사되는 신호광을 증폭하여 제2포트로 출력하는 광섬유 증폭부; 및 광섬유 증폭부에서 증폭된 신호광을 소정의 파장대에서 이득을 감쇠하고 반사시켜서 광섬유 증폭부로 출력하는 이득 평탄화부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 파장분할다중 전송을 위한 신호광의 증폭시 소정 파장대의 신호광을 감쇠하므로써 증폭이득의 평탄화를 이룰 수 있다.
Description
본 발명은 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 특히 소정의 파장대에서 이득을 감쇠하여 이득을 평탄화하는 광섬유 증폭기에 관한 것이다.
최근 정보화산업이 급속도로 발달함에 따라 통신용량이 증가하여 한 개의 광선로에 보다 많은 양의 정보를 전달하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이들 연구분야는 크게 시간분할다중(Time Division Multiplexing,, 이하 TDM이라 약함) 통신방식과 파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing) 통신방식으로 나눠지는데, TDM방식은 전자소자의 한계로 그 기술적 진전이 어려운 반면 파장분할다중 방식은 여러 개의 광신호를 동시에 전송할 수 있기때문에 TDM방식을 동시에 적용할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 이러한 파장분할다중 전송에 필요한 이득평탄화된 어븀도핑광섬유증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, 이하 EDFA라 약함)에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
도 1a는 종래의 EDFA의 구성도로서, 도 1a에 따른 EDFA는 제1아이솔레이터(Isolator, 100), 펌핑광원(102), 파장분할다중화기(Wavelength Division Multiplexer, 104, 이하 WDM이라 약함), EDF(106), 제2아이솔레이터(108)로 이루어진다.
상술한 EDFA의 동작은 먼저, 펌핑광원(102)에 의해 중심파장이 980nm인 펌핑광이 주입되면, 주입된 펌핑광과 입력단에서 들어오는 1500nm대의 파장을 갖는 신호광이 WDM(104)를 통하여 어븀(Er3+)과 같은 희토류 원소가 도핑된 증폭매질인 EDF(106)를 지나고, 이 때, 펌핑광이 EDF내의 기저상태에 있는 어븀 이온을 여기시킨다. 여기된 어븀의 유도방출(stimulated emmission)로 인해 신호광이 증폭된다. 증폭된 신호는 제2아이솔레이터(108)를 통해 출력된다. 제1 및 제2아이솔레이터(100, 106)는 신호광이 입출력 커넥터(도시되지 않음)와 같은 소자에 의해 반사되어 EDF에 다시 입사되는 것을 방지한다.
그러나, 이러한 EDFA는 서로 다른 파장의 광신호들을 거의 누화(crosstalk)없이 한꺼번에 증폭할 수 있으므로 파장분할다중화 방식에 사용하는데 어려움이 있다. 즉, 파장분할다중 방식의 광통신 시스템에서 각 파장 채널들이 임의로 온/오프(on/off) 또는 추가/누락(add/drop)이 이루어지는 경우를 가정한다면 EDFA의 입력 신호광 파워(모든 채널의 신호광 파워의 합) 레벨이 상당한 범위에 걸쳐 운용중에 시간적으로 변화할 수 있다. 이러한 경우에는 EDFA의 이득이 채널등의 온/오프 또는 추가/누락상태에 따라 이득 포화(gain saturation)로 인하여 상당한 범위에 걸쳐 흔들림이 있게 된다. 따라서, 어느 특정채널에 대한 증폭 이득이 다른 채널들의 온/오프에 따라 영향을 받게되며, 이와 같은 이득의 불안정성은 전체 시스템의 운용에도 지장을 초래할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 도 1b에 도시된 바와 같이 두 개의 펌핑광원을 구비하여 신호광을 증폭시켰다.
도 1b에 따른 EDFA는 도 1a에 도시된 EDFA 외에 중심파장인 1480nm 인 펌핑광원(110), EDF(106)로부터 신호광의 역류를 방지하는 제3아이솔레이터(112), 1480nm의 펌핑광과 EDF(106)의 출력광을 결합하는 제2WDM(114), 제2WDM(114)의 출력 신호광의 역류를 방지하는 제4아이솔레이터(116) 및 펌핑효율을 반전시키기 위해 공급되는 포화신호와 제2WDM(114)의 출력광을 결합하는 결합기(116)를 구비한다. 그 동작은 도 1a에 도시된 EDFA의 동작과 같다. 다만, 낮은 잡음지수를 갖는 980nm 파장의 펌핑광과 최대 파워를 갖는 1480nm 파장의 펌핑광을 동시에 이용한다는 것이 다르다.
그러나, 이러한 방법은 사용부품 수가 많아서 각 부품에 의한 광반사의 영향으로 잡음지수가 커지고, 1530nm 파장대의 신호광이 다른 파장대보다 크게 증폭되므로써 WDM 통신용 파장 대역폭을 증가시키는데 한계가 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 소정 파장대의 신호광을 감쇠시키고 이를 반사시켜 다시 증폭하므로써 고파워의 이득평탄화를 위한 광섬유 증폭기를 제공하는데 있다.
도 1a는 종래의 어븀도핑 광섬유증폭기의 구조도이다.
도 1b는 종래의 이득 평탄화를 위한 광섬유증폭기의 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이득 평탄화를 위한 광섬유증폭기의 구조도이다.
도 3은 도 2의 광 써큘레이터에 대한 구조도이다.
도 4는 도 2의 반사기에 의한 파장에 따른 신호광의 반사율을 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 따른 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기는 제1포트를 통해 입사되는 신호광을 제2포트로 출력하고, 상기 제2포트를 통해 입사되는 신호광을 제3포트로 출력하는 광 써큘레이터; 상기 제2포트를 통해 입사되는 신호광을 증폭하여 출력하고, 후단으로부터 입사되는 신호광을 증폭하여 상기 제2포트로 출력하는 광섬유 증폭부; 및 상기 광섬유 증폭부에서 증폭된 신호광을 소정의 파장대에서 이득을 감쇠하고 반사시켜서 상기 광섬유 증폭부로 출력하는 이득 평탄화부를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 이득평탄화를 위한 광섬유 증폭기의 구조도로서, 광 써큘레이터(200), 광섬유 증폭부(210) 및 이득 평탄화부(220)를 포함한다.
광 써큘레이터(200)는 제1포트(201)에 입사된 신호광을 제2포트(202)로 출력하고, 제2포트에 입사된 신호광을 제3포트(203)로 출력한다. 도 3은 본 발명에 사용되는 광 써큘레이터의 바람직한 예를 도시한 것으로, 도 3에 따른 광 써큘레이터는 슬롯(slot)을 갖는 프리즘(300), 제1복굴절소자(302), 패러데이 회전자(304), 제2복굴절 소자(306), 제3복굴절 소자(308), 제4복굴절 소자(310) 및 제5복굴절 소자(312)를 구비한다. 참조번호 314는 프리즘(300)의 위치를 조정하는 조정부이고, 316은 하우징이다.
제1, 제4 및 제5복굴절 소자(302, 310, 312)의 두께는 7mm이고, 이에 따른 제2 및 제3복굴절 소자(306, 308)의 두께는 5mm가 바람직하다. 각 복굴절 소자의 재질은 루타일(Rutile, TiO2), 리튬나오베이트(LiNbO3), 리튬탄탈레이트(LiTaO3) 및 YVO4등이 적절하다.
상술한 구성에 따른 광 써큘레이터의 동작은 다음과 같다. 먼저, 광이 제1포트에서 제2포트로 진행하는 경우, 제1포트로부터 프리즘(300)의 슬롯을 통해 입사된 광은 제1복굴절 소자(302)에 의해 정상편광과 이상편광으로 분리된다. 분리된 각 편광 광은 패러데이 회전자(304)에 의해 각각 45°회전되며 제2복굴절 소자(306)에 입사된다. 제2복굴절 소자(306)는 제1복굴절 소자(302)에 비해 45°의 광축방향으로 배열되어 있으므로, 패러데이 회전자(304)를 통과하여 입사되는 정상편광은 제2복굴절 소자(306)에서 직진하며 이상편광은 끌어올려져서 두 광의 간격이 좁아진다. 제3복굴절 소자(308)는 제1복굴절 소자(302)에 비해 -45°의 광축방향으로 배열되어 있으므로, 제2복굴절 소자(306)를 통과한 정상편광은 제3복굴절 소자(308)에서 끌어내려지고 이상편광은 직진하여 결합되어 제2포트로 출력된다.
광이 제2포트에서 제3포트로 진행하는 경우를 고려하면, 제2포트로부터 입사하여 프리즘(300)에 도달하기까지의 원리는 상술한 바와 동일하다. 다만, 패러데이 회전자(304)를 통해 들어온 두 광은 제1복굴절 소자(302)에서 그 편광되어 회전된 방향에 따라 더 큰 폭으로 갈라진다. 각 편광 광은 제4 및 제5복굴절 소자(310, 312)를 통해 결합되어서 제3포트로 출력된다.
광섬유 증폭부(210)는 중심파장이 980nm인 펌핑광을 생성하는 펌핑광원(211), 펌핑광과 광 써큘레이터(200)를 통과한 신호광을 결합하는 WDM(212) 및 어븀(Er3+)과 같은 희토류 원소(Rare-earth element)가 도핑된 증폭매질인 EDF(213)을 구비한다.
이득 평탄화부(220)는 광섬유 증폭부(210)에서 증폭된 신호광과 펌핑광을 분리하는 제2WDM(221), 분리된 신호광으로부터 1530nm대 파장의 광을 감쇠하는 감쇠기(222), 감쇠된 신호광과 제2WDM(221)에서 분리된 펌핑광을 결합하는 제3WDM(223) 및 소정 파장대의 광을 반사하는 반사기(224)를 구비한다. 감쇠기(222)로는 광섬유 격자 필터가 바람직하다. 반사기(224)는 펌핑효율을 높이기 위해 EDF에서 펌핑에 사용되고 남은 펌핑광을 재활용할 수 있도록 펌핑광의 파장인 980nm에서 전반사가 됨이 바람직하다. 또한, 이득 평탄화를 위해 1530~1560nm 파장대의 신호광은 파장에 따라 반사율이 다르게 코팅됨이 적절하다. 즉, 이득이 큰 1530nm 파장에서는 반사율이 작고, 이득이 작은 1560nm에서는 반사율이 크게하여 전체적으로 평탄한 이득이 되도록 한다.
상술한 구성에 따른 본 발명의 동작은 다음과 같다. 먼저, 광 써큘레이터(200)의 제1포트(201)로 입사된 신호광은 제2포트(202)로 통과되어 광섬유 증폭부(210)로 입사된다. 입사된 신호광은 WDM(212)를 통해 펌핑광원(211)에서 생성된 펌핑광과 결합되어 EDF(213)으로 입사된다. 입사된 펌핑광은 EDF(213)내의 기저상태에 있는 어븀 이온을 여기시킨다. 여기된 어븀의 유도방출(stimulated emission)로 인해 신호광이 증폭된다.
펌핑광과 증폭된 신호광은 제2WDM(221)을 통해 분리된다. 분리된 신호광중에서 다른 파장대보다 증폭도가 큰 1530nm파장대의 신호광이 감쇠기(222)를 통해 감쇠된다.
감쇠된 신호광과 제2WDM(221)에서 분리된 펌핑광은 제3WDM(223)을 통해 결합되고, 반사기(224)를 통해 반사된다. 반사된 광은 다시 제3WDM(223)을 통해 신호광과 펌핑광으포 분리되고, 분리된 신호광은 감쇠기(222)를 통해서 재감쇠된다. 재감쇠된 신호광은 제3WDM(223)에 의해 분리된 펌핑광과 제2WDM(221)에 의해 결합된다. 결합된 광은 광섬유 증폭부(210)를 통해 재증폭되어 광 써큘레이터(200)의 제2포트(202)로 입사된다. 제2포트(202)로 입사된 광은 제3포트(203)로 출력되어 다음 단으로 전송된다.
본 발명에 사용된 EDF의 최대 흡수도는 1530nm에서 4.3dB/m이고, 감쇠기에 의해 감쇠가 일어나는 파장범위는 1530±5nm이며, 1530nm에서 최대 감쇠도(peak attenuation)는 1.6dB이다. 반사기의 반사율은 1533nm 파장에서 38%. 1540nm 파장에서 77%, 1546nm 파장에서 81%, 1551nm 파장에서 88%, 1558nm 파장에서 97% 및 1563nm 파장에서 98%이다. 도 4는 파장에 따른 반사율을 도시한 것이다.
각각 1547nm, 1554nm 및 1560nm의 파장을 갖는 3채널의 고정 신호광과 파장이 1534~1560nm사이에서 가변되는 1채널의 신호광을 입력으로하고 각 신호광의 세기를 -17dBm으로 고정한 경우, 채널당 이득 평탄도는 0.5dB 이하이고, 잡음지수(Noise Figure)가 5.5±0.5dB인 특성을 갖는다.
신호광의 세기를 -22dBm~-12dBm사이의 값으로 변화시키는 경우, 1534~1560nm사이의 파장대에서 채널당 이득 평탄도는 0.5dB 이하이고, 잡음지수(Noise Figure)가 5.8±0.5dB인 특성을 갖는다.
신호광의 세기를 채널당 -17dBm으로 일정하게 하고 펌핑광의 세기를 70mW~120mW 사이에서 변화시키는 경우, 1534~1560nm사이의 파장에서 채널당 이득 평탄도는 0.5dB 이하이고, 잡음지수(Noise Figure)가 5.7±0.5dB인 특성을 갖는다.
본 발명에 의하면, 파장분할다중 전송을 위한 신호광의 증폭시 소정 파장대의 신호광을 감쇠하므로써 증폭이득의 평탄화를 이룰 수 있다. 또한, 파장분할다중 통신망에 적용시 필요한 특성인 펌핑광의 세기 변화 및 신호광의 세기 변화에 대해서도 이득 평탄화를 이룰 수 있다.
Claims (9)
- 제1포트를 통해 입사되는 신호광을 제2포트로 출력하고, 상기 제2포트를 통해 입사되는 신호광을 제3포트로 출력하는 광 써큘레이터;상기 제2포트를 통해 입사되는 신호광을 증폭하여 출력하고, 후단으로부터 입사되는 신호광을 증폭하여 상기 제2포트로 출력하는 광섬유 증폭부; 및상기 광섬유 증폭부에서 증폭된 신호광을 소정의 파장대에서 이득을 감쇠하고 반사시켜서 상기 광섬유 증폭부로 출력하는 이득 평탄화부를 포함함을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 광 써큘레이터는소정 크기의 슬롯을 구비하여 상기 제1포트로부터 입사된 광을 상기 슬롯을 통해 상기 제2포트 방향으로 통과시키고, 제2포트로부터 입사되어 분극방향에 따라 분리되고 회전된 광을 제3포트 방향으로 반사시키는 프리즘;상기 프리즘과 상기 제2포트사이에 위치하며, 상기 슬롯을 통해 입사된 광을 분극방향을 갖는 두 광 빔으로 분리하고 상기 제2포트로부터 입사되고 분극방향에 따라 분리되어 회전된 두 광 빔의 분리간격을 넓히는 제1복굴절소자;상기 제1복굴절 소자와 상기 제2포트 사이에 위치하며, 상기 제1복굴절 소자에 의해 분리된 두 광을 각 분극방향에 따라 회전시키고 상기 제2포트로부터 입사되고 분극되어 분리된 두 광 빔을 각 분극방향에 따라 회전시겨서 상기 제1복굴절 소자로 출력하는 패러데이 회전자;상기 패러데이 회전자와 상기 제2포트 사이에 위치하며, 상기 제1복굴절 소자에 대해 상기 패러데이 회전자에 의해 회전된 각도만큼 광축방향으로 배열되어 상기 편광 회전자로부터 출력되는 두 광 빔의 분리간격을 좁히고, 상기 제2포트로부터 입사되고 분극되어 분리된 두 광 빔의 분리간격을 좁혀서 상기 패러데이 회전자로 출력하는 제2복굴절 소자;상기 제2포트에 위치하며, 상기 제2복굴절 소자와 반대방향의 광축방향으로 배열되어 상기 제2복굴절 소자로부터 출력되는 두 빔을 결합하여 제2포트로 출력하고, 상기 제2포트로부터 입사되는 광을 분극방향을 갖는 두 광 빔으로 분리하여 상기 제2복굴절 소자로 출력하는 제3복굴절 소자; 및상기 제3포트에 위치하며, 상기 프리즘에 의해 반사되는 두 빔을 결합하도록 광축이 배열되고, 결합된 광을 상기 제3포트로 출력하는 두 개의 복굴절 소자를 구비함을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 광섬유 증폭부는펌핑광을 생성하는 펌프광원;상기 펌핑광과 상기 제2포트로부터 출력되는 신호광을 결합하고, 후단으로부터 들어오는 광을 신호광과 펌핑광으로 분리하는 파장분할 다중화기; 및상기 파장분할 다중화기에서 결합된 펌핑광에 의해 상기 신호광을 증폭하여 출력하고, 상기 이득 평탄화부로부터 입사되는 펌핑광에 의해 상기 이득 평탄화부로부터 입사되는 신호광을 증폭하여 상기 파장분할 다중화기로 출력하는 광섬유를 구비함을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
- 제3항에 있어서, 상기 이득 평탄화부는상기 광섬유 증폭부의 출력광으로부터 상기 펌프광과 신호광을 분리하고, 반사되어 들어오는 펌핑광과 신호광을 결합하는 제2파장분할다중화기;상기 분리된 신호광을 소정의 파장대에서 감쇠하여 출력하고, 반사되어 들어오는 신호광을 소정 파장대에서 재감쇠하여 상기 제2파장분할다중화기에 출력하는 감쇠기;상기 감쇠기에서 감쇠된 신호광과 상기 제2파장분할다중화기에서 분리된 펌핑광을 결합하고, 반사되어 들어오는 펌핑광과 신호광을 분리하여 각각 상기 제2파장분할다중화기 및 상기 감쇠기에 출력하는 제3파장분할다중화기; 및상기 제3파장분할다중화기의 출력광을 반사하는 반사기를 구비함을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
- 제4항에 있어서, 상기 감쇠기는광섬유 격자 필터임을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
- 제5항에 있어서, 상기 감쇠기는1530nm 파장대에서 최대 감쇠치가 1.6dB임을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
- 제4항에 있어서, 상기 반사기는상기 펌핑광을 전반사함을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
- 제7항에 있어서, 상기 반사기는상기 신호광의 각 파장에 따라 반사율이 달라짐을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
- 제8항에 있어서, 상기 반사기는신호광에 대해 각 파장에 따라 반사율이 1533nm 파장에서 38%. 1540nm 파장에서 77%, 1546nm 파장에서 81%, 1551nm 파장에서 88%, 1558nm 파장에서 97% 및 1563nm 파장에서 98%임을 특징으로하는 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기.
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| KR1019970077785A KR100252180B1 (ko) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | 이득 평탄화를 위한 광섬유 증폭기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100252180B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100419411B1 (ko) * | 2002-03-19 | 2004-02-21 | 삼성전자주식회사 | 이득 평탄화 광섬유 증폭기 |
| KR100923401B1 (ko) * | 2002-05-08 | 2009-10-23 | 주식회사 케이티 | 이득 평탄화된 광증폭 기능 및 색분산 보상 기능을 갖는광섬유 격자를 이용한 광증폭기 |
-
1997
- 1997-12-30 KR KR1019970077785A patent/KR100252180B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR19990057713A (ko) | 1999-07-15 |
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