KR100271516B1 - 광증폭 광섬유(edf)와 일반 광섬유를 결합시킨 광섬유형 광커플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광통신시스템에 사용되는 광섬유증폭기(EDFA) 제조시에 이용되는 광커플러 제작에 관한 기술로, 종래 광섬유증폭기(EDFA) 구성시 발생되던 광증폭광섬유(EDF)와 일반 광섬유 접속손실 발생 문제를 해결하기 위해, 광증폭광섬유와 일반 광섬유를 접합시킨 광커플러를 구현하는 기술인 바, 이 광커플러에 의해 접속에 의한 손실을 제거함과 더불어, 접속보강대를 사용하지 않으므로써 경제적인 잇점을 얻을 수 있을 뿐만아니라 제작이 용이한 잇점을 수반한다.

Description

광증폭광섬유(EDF)와 일반광섬유를 결합시킨 광섬유형 광커플러

본 발명은 광통신시스템에 사용되는 광섬유증폭기(EDFA) 제조시에 이용되는 광커플러 제작에 관한 기술로, 종래 광섬유증폭기(EDFA) 구성시 발생되던 광증폭광섬유(EDF)와 일반 광섬유 접속손실 발생 문제를 해결하기 위해, 광증폭광섬유와 일반 광섬유를 접합시킨 광커플러를 제작하여 삽입손실(Insertion loss)을 줄인 기술이다.

일반적으로 광섬유증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier : EDFA)는 1.55㎛ 파장대에서 광섬유가 지니고 있는 저 손실의 중요성과, 광섬유의 손실을 근본적으로 해결할 수 있는 이상적인 광증폭기라 할 수 있다.

전송거리를 수십 km에서 수백 km로 확장할 수 있고, 전송속도에 관계없이 신호를 증폭할 수 있으며, 또한 광대역에 걸쳐서 고르게 신호를 증폭할 수 있기 때문에 파장분할다중화(WDM) 전송도 가능하게 한다.

그리고 광섬유증폭기(EDFA)에 의한 고출력(20dBm 이상)은 광 CATV 다분기와 'PDS(Passive Double Star)'에 의한 광가입자망 구성을 매우 용이하게 할 수 있다.

통상 광섬유증폭기(EDFA)의 구성은 도 1에 도시된 바와 같은 바, 광증폭광섬유(1)의 입력단쪽에 광커플러(2)를 연결하고 광커플러의 여기용 단자(3) (980/ 1480nm)에 여기용 광원(4)을 연결한 구조이다.

그리고 상기 구조와 유사하게 광증폭광섬유(1)의 출력단에 광커플러(2)를 연결하고 광커플러의 여기용 단자(3)에 여기용 광원(4)을 연결한 구조가 있고, 광증폭광섬유의 양단에 광커플러를 연결한 구조가 있다.

광증폭기의 각종 구성요소로 대표적인 것은 광증초광섬유(DCEDF)와, WDM 광커플러(2)와, 광아이솔레이터(ISO)(5)와, 여기용 광원(4)과, 여기용 광원 구동기 (Pump LD Driver), 및 광필터 등이 있다.

이중에서 본 발명은 광섬유증폭기(EDFA)의 한 구성요소인 WDM광커플러(2)에 대해 기술하고자 한다.

먼저 종래 WDM광커플러(2)에 대해 설명하면, 이는 여기광과 신호광(7)을 합쳐서 광증폭광섬유(1)로 보내주는 기능을 한다.

그러므로 두 파장에 대해서 삽입손실(삽입손실로는 connection loss, splicing loss가 있다)이 작고, 반사손실이 커야하며, 상호간에 커플링이 적어야 한다. 또한 편광의존성이 낮고, 주파수대역이 넓어야 한다.

특히 상기에서 삽입손실은 여기광의 세기 및 신호광의 세기를 감소시켜서 증폭이득과 잡음지수 특성을 저하시키고, 반사손실은 증폭된 신호광의 오실레이션을 유발하여 광증폭기의 성능을 떨어뜨리는 점이 있다.

한편, 광증폭기는 앞에서 설명한 바와 같이 여러 가지 구성으로 이루어져 있어서 서로간의 연결이 광증폭기의 성능에 미치는 영향이 크다.

도 1에서와 같이 기존의 WDM광커플러을 사용하게 되면 광증폭광섬유(EDF)(1)와 일반 광섬유(6)의 접속이 필수적이게 되며, 이는 접속시 삽입손실과 반사손실의 문제를 유발시킨다.

왜냐하면 광증폭광섬유(1)는 그 특성상 개구수가 크고 코어가 작기 때문에 모드필드직경이 일반 단일모드광섬유(6)와는 다르고 두가지 광섬유의 접속에는 모드필드직경의 차이가 접속손실과 직접적으로 연관을 가지고 있으므로 광증폭광섬유와 일반 단일모드광섬유와의 접속은 상당한 손실을 유발할 수 있는 것이다.

이러한 접속손실은 여기광(4)과 신호광(7)의 세기를 떨어뜨려서 광증폭기의 성능을 크게 저하시킨다.

여기광의 경우 고출력을 사용하므로 100mW의 출력을 가진다고 가정할 때 0.5dB의 손실도 10mW이상의 손실을 유발하므로 만일 같은 여기광원으로 광증폭기를 구성한다면 광증폭기의 성능에 큰 영향을 미친다.

신호광의 경우에도 입력단에서 신호광의 손실은 광증폭이득을 저하시키고, 잡음지수를 높이게 된다.

한편, 출력단에서의 접속에 의한 반사량이 증가하면 이 반사된 광은 다시 광증폭광섬유를 통과하면서 증폭되어서 돌아오게 된다. 이러한 과정이 반복되면 신호광에 대한 증폭효율과 잡음특성이 현저하게 떨어지게 된다.

그러므로 이러한 접속문제는 실제적인 면에서 광증폭기 모듈의 구성에 있어서 가장 민감한 부분이 되는 것이다.

광증폭광섬유(1)의 모드필드직경은 신호광 파장대(1550nm)에서 보통 5㎛정도이고, 단일모드광섬유는 10㎛정도이므로 일반적인 접속방법으로는 1dB이하의 손실을 얻기가 쉽지 않다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 광증폭광섬유(1)와 일반 단일모드광섬유(6)의 접속에는 여러 가지 방법이 사용되어 왔다.

그 대표적인 방법으로는 도2(a)와 같이 모드필드 직경이 접속하고자 하는 두 광섬유의 중간정도 되는 광섬유를 중간에 연결하여 급격한 모드필드직경의 변화를 보상하여 주는 방법과, 도 2(b)와 같이 모드필드직경이 작은 광섬유에 열을 가하여 코어를 확장하는 방법이 사용되고 있다.

그러나 전자는 접속이 복잡하고 접속점이 늘어나기 때문에 저접속손실을 얻기 힘들며 중간정도의 모드필드직경을 갖는 광섬유를 구하는 것이 용이하지 않기 때문에 널리 사용되지 않고, 주로 후자의 방법이 사용되고 있다.

그러나 이러한 모든 노력은 근본적으로 가지고 있는 광증폭광섬유(1)와 일반광섬유(6)의 접속에 의한 손실의 문제를 해결 할 수는 없다.

본 발명은 상기에 기술한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해, WDM 광커플러 자체를 광증폭광섬유(EDF)와 일반광섬유를 직접 결합하여 제조하여, 접속에 의한 손실을 제거하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 일반적인 광섬유증폭기(EDFA)를 나타내는 구성도.

제2a,b도는 일반적인 광증폭광섬유(EDF)와 일반광섬유의 접속방법을 나타낸 도면.

제3도는 본 발명에 의한 광커플러를 나타낸 모형도.

제4도는 본 발명에 의한 광커플러의 광학적 특성을 나타내는 도면.

제5도는 제3도의 광커플러를 사용하여 구현한 광섬유증폭기를 나타내는 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광증폭광섬유 2, 10 : 광커플러

3 : 여기용 단자 4 : 여기용 광원

5 : 광아이솔레이터 6 : 일반광섬유

7 : 신호광원

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 광섬유증폭기 구현시 사용되는 광커플러에 있어서, 상기 광커플러의 일측 입력단은, 일반광섬유와 광증폭광섬유(EDF)를 꼬아 열을 가한 다음 융착하면서 인장하여 구현한 한 라인으로 구성하고; 타측 입력단은 광증폭광섬유를 사용해 구성하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 특징들, 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의해 구현된 광커플러의 모형도로, 일측 입력단으로 함께 입력되는 일반광섬유(6)와 광증폭광섬유(EDF)(1)를 상호 180도 회전하여 꼬이게 만든후 외부에서 열을 가한 다음 융착하면서 인장한다.

이때 일반광섬유(6)로 들어온 광원(7)과 광증폭광섬유(EDF)(1)로 들어온 광원(4)이 서로 합쳐져 들어오게 된다. 이러한 상황에서 양단의 입력단에서 들어온 광원의 출력단에서의 광학적 특성이 도 4에 도시된 바와 같이 980nm 영역과 1550nm 영역에서 커플링 비율이 0%, 100%가 되는 특성이 나타나면, 인당 작업을 종료한 후 보강제를 사용하여 종료시켜 WDM광커플러(10)를 만든다.

상기와 같이 제조된 광커플러(10)를 광섬유증폭기(EDFA) 제작에 사용하였을 때의 도면은 도 4와 같고, 본 발명에 의한 광커플러를 사용하였을때와, 본 발명을 사용하지 않았을 경우를 비교하면 다음과 같다.

본 발명의 광커플러(10)를 적용하지 않았을 경우 광섬유증폭기(EDFA)를 제작하려면 도 1에서 보듯이 커플러(2)의 양단에서 나온 일반광섬유(6)와 광증폭광섬유 (EDF)를 융착접속해야하며, 이로 인하여 접속점 손실이 증가된다.

그에 반하여 본 발명의 광커플러(10)를 적용하였을 경우 도 5와 같이 광커플러(10)의 한 입력단과 출력단이 모두 광증폭광섬유(EDF)(1)로 구성되어 있으므로 광증폭광섬유(EDF)와 일반 광섬유(6) 접속에서 발생하는 접속 손실을 근본적으로 제거하고, 접속점 강화를 위한 접속보강대를 없앨 수 있어서 광섬유증폭기(EDFA)의 크기를 최소화 하고 간편하게 제작 할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 광증폭광섬유와 일반 광섬유를 접합시킨 광커플러를 구현하여 접속에 의한 손실을 제거함과 더불어, 접속보강대를 사용하지 않으므로써 경제적인 잇점을 얻을 수 있을 뿐만아니라 제작이 용이한 잇점을 수반한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (1)

1. 광섬유증폭기 구현시 사용되는 광커플러에 있어서, 일반광섬유와 광증폭광섬유의 접속으로 인한 접속손실을 제거하기 위해; 상기 광커플러의 일측 입력단은, 일반광섬유와 광증폭광섬유(EDF)를 꼬아 열을 가한 다음 융착하면서 인장하여 구현한 한 라인으로 구성하고; 타측 입력단은 광증폭광섬유를 사용해 구성하는 것을 특징으로 하는 광섬유형 광커플러.