KR100276756B1 - Gain Flattened Fiber Optic Amplifier - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파장분할 다중화 전송시스템에 사용되는 광섬유증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 파장에서 높은 증폭이득을 나타내도록 설정된 복수의 광섬유증폭기를 직렬로 설치하여 서로 다른 파장을 갖는 입력 광신호의 전 파장대가 높은 수준으로 평탄화되도록 한 이득 평탄화 광섬유 증폭기에 관한 것이다. 본 발명은 광증폭광섬유의 길이가 길어질수록 최고 증폭이득을 나타내는 파장이 장파장대로 옮겨가고 길이가 짧아질수록 단파장대로 옮겨가는 광증폭섬유의 특성 및 펌핑광원의 출력 세기가 증가할수록 최고 증폭이득을 가지는 파장이 단파장대로 옮겨가고 출력 세기가 감소할수록 장파장대로 옮겨가는 광섬유증폭기의 특성을 적절히 이용하여 서로 다른 파장에서 높은 증폭이득을 갖도록 설정된 복수의 광섬유증폭기를 직렬로 설치함으로써 전 파장대의 증폭이득이 높은 수준의 이득으로 평탄화되도록 한 이득 평탄화 광섬유증폭기이다. 본 발명에 의하면, 서로 다른 파장을 갖는 입력 광신호가 상기 복수의 광섬유증폭기를 통과함으로써 각 파장대에서 얻게 되는 최고 증폭이득 값들이 상호 보상되어 전체적으로 높은 수준의 이득값으로 평탄화되게 된다.The present invention relates to an optical fiber amplifier for use in a wavelength division multiplexing transmission system. More particularly, the present invention relates to an optical fiber amplifier in which a plurality of optical fiber amplifiers are set in series to show high amplification gains at different wavelengths. It relates to a gain flattening optical fiber amplifier which allows the entire wavelength band to be flattened to a high level. According to the present invention, the longer the length of the optical amplified fiber is, the longer the wavelength representing the maximum amplification gain is shifted to the long wavelength band, and the shorter the length is, the shorter the wavelength is transferred to the short wavelength wavelength and the characteristic of the optical amplification fiber and the output intensity of the pumping light source has the highest amplification gain. As the wavelength is shifted to the shorter wavelength and the output intensity decreases, the amplification gain of the entire wavelength band is high by installing a plurality of optical fiber amplifiers set in series to have high amplification gains at different wavelengths by appropriately utilizing the characteristics of the optical fiber amplifier that is shifted to the longer wavelength. A gain planarization optical fiber amplifier that is planarized to a gain of. According to the present invention, when the input optical signals having different wavelengths pass through the plurality of optical fiber amplifiers, the highest amplification gain values obtained in each wavelength band are compensated to each other to be flattened to a high level of gain overall.

Description

이득 평탄화 광섬유증폭기Gain Flattened Fiber Optic Amplifier

본 발명은 파장분할 다중화 전송시스템에 사용되는 광섬유증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 파장에서 높은 증폭이득을 나타내도록 설정된 복수의 광섬유증폭기를 직렬로 설치하여 전체의 증폭이득이 최고 수준의 이득으로 평탄화 되도록 한 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber amplifier used in a wavelength division multiplexing transmission system, and more particularly, by installing a plurality of optical fiber amplifiers set in series to show a high amplification gain at different wavelengths, the overall amplification gain is the highest gain. The present invention relates to a gain flattening optical fiber amplifier that is flattened by

현재, 광섬유를 통해 정보를 전송하는 광통신기술이 개발되어 사용되고 있는데, 이러한 광통신기술은 고속으로 대용량의 정보전송이 가능하고 전자기 유도에 의한 신호장애나 누화가 없기 때문에 해저 케이블을 통한 국가간의 정보통신에 주로 이용되고 있으며, 최근에는 광통신에 대한 다중화기술이나 네트워크 기술이 진보되면서 교환기간의 음성 및 데이터통신과, CATV(Cable TV)나 VOD(Video On Demand) 등을 포함하는 고속 광대역 멀티미디어 통신을 위한 기간 통신망으로서 그 사용범위가 점차 확대되고 있다.At present, optical communication technology for transmitting information through optical fiber has been developed and used. This optical communication technology is capable of high-capacity information transmission at high speed, and there is no signal disturbance or crosstalk caused by electromagnetic induction. Recently, as the multiplexing technology and the network technology for optical communication have advanced, the period for high speed broadband multimedia communication including CATV (Cable TV) or VOD (Video On Demand), etc. Its use range is gradually expanding.

일반적으로 광통신에 사용되는 광섬유는 15Km를 전파하여야 처음의 광신호가 반으로 줄 정도로 저손실인 것이 특징이나 광케이블이 수백Km이상 장거리로 설치되는 장거리 전송선로의 경우에는 그 손실이 매우 크게 되므로 반드시 일정한 거리마다 광신호를 증폭시키는 광신호증폭기(Optical amplifier)가 설치되게 된다.In general, the optical fiber used for optical communication has to propagate 15Km, so the first optical signal is cut in half so that the loss is very high. However, in the case of long distance transmission line where the optical cable is installed over hundreds of kilometers, the loss is very large. An optical amplifier for amplifying an optical signal is installed.

초기의 광신호증폭기는 광신호를 애벌런치형 포토다이오드(Avalanch Type Photo Diode : APD)를 통해 전기신호로 변환하여 증폭하고, 그 증폭된 전기신호를 다시 레이저 다이오드(Laser Diode : LD)를 통해 광신호로 변환하는 구성으로 되어 있었다. 그러나, 최근에 이르러 광증폭광섬유가 개발되면서 광신호 증폭을 위한 신호변환과정을 생략할 수 있게 되었다.The early optical signal amplifier converts an optical signal into an electrical signal through an avalanch type photo diode (APD), and amplifies the optical signal through a laser diode (LD). It was configured to convert to a signal. However, in recent years, as optical amplification optical fibers have been developed, it is possible to omit a signal conversion process for optical signal amplification.

광증폭광섬유는 활성광섬유에 어븀(Er)이나 프라세오듐(Pr) 또는 네오듐(Nd) 등의 희토류 이온(rare-earth)을 도우핑하여 생성하게 되는데, 이러한 광증폭광섬유에 소정의 파장을 갖는 여기광(Pump light)을 공급하게 되면, 상기 희토류 이온의 여기에 의해 소정의 파장을 갖는 유도광자가 방출되게 됨으로써 해당 광섬유를 통해 전파되는 광신호가 증폭되게 된다.Optically amplified optical fiber is produced by doping rare-earth ions (rare-earth) such as erbium (Er), prasedium (Pr) or neodium (Nd) on the active optical fiber, and the optical amplified optical fiber When supplying the excitation light (Pump light) having, the induced photon having a predetermined wavelength is emitted by the excitation of the rare earth ions to amplify the optical signal propagated through the optical fiber.

도 1은 상기한 광증폭광섬유를 이용한 광섬유증폭기를 나타낸 구성도이다. 도면에서 보는 바와 같이, 참조번호 10은 전기적인 신호데이터에 대응해서 설정된 파장의 광신호를 발광하는 발광부 또는 엘디모듈(LD module)이다. 이 발광부(10)에서 발생된 광신호는 제1 광선로(14)를 통해 광섬유증폭기(18)로 전파되게 된다.1 is a block diagram showing an optical fiber amplifier using the optical amplified optical fiber. As shown in the figure, reference numeral 10 denotes a light emitting unit or an LED module for emitting an optical signal having a wavelength set corresponding to the electrical signal data. The optical signal generated by the light emitting unit 10 is propagated to the optical fiber amplifier 18 through the first optical path 14.

광섬유증폭기(18)는 어븀이 첨가된 광증폭광섬유(20 : EDF)와, 펌핑광을 발생시키는 펌핑광원(30 :Pump LD), 펌핑광원(30)에서 발생된 펌핑광를 광증폭광섬유(20)에 입사하기 위한 멀티플렉서(26 : WDM), 증폭된 광신호가 발광소자(10)로 들어가거나 노이즈가 증폭기로 들어오는 것을 방지하기 위해 상기 광섬유증폭기(18)의 양단에 각각 설치된 제1 및 제2 광 아이솔레이터(22,32)로 구성된다.The optical fiber amplifier 18 includes an optical amplified optical fiber 20 (EDF) to which erbium is added, a pumping light source 30 for generating pumping light (Pump LD), and pumping light generated from the pumping light source 30. A multiplexer (26) (WDM) for entering the first and second optical isolators respectively provided at both ends of the optical fiber amplifier 18 to prevent the amplified optical signal from entering the light emitting element 10 or the noise from the amplifier. It consists of (22,32).

또한, 상기 광섬유증폭기(18)는 입력 광신호 또는 증폭된 출력 광신호를 1:99의 비율로 나누어 분기시키도록 상기 광섬유증폭기(18)의 양단에 설치된 제1 및 제2 탭커플러(16,36)와, 이 탭커플러(16,36)에서 분기된 입력 광신호와 증폭 광신호를 전기적 신호로 변환하는 제1 및 제2 포토다이오드(28,38) 및 각 포토다이오드(28,38)에서 입력된 전기적 신호를 이용하여 상기 광섬유증폭기(18)가 안정된 증폭출력을 얻을 수 있도록 제어하는 콘트롤회로(50)를 더 포함하여 구성된다.The optical fiber amplifier 18 further includes first and second tap couplers 16 and 36 mounted at both ends of the optical fiber amplifier 18 so as to branch the input optical signal or the amplified output optical signal in a ratio of 1:99. And the first and second photodiodes 28 and 38 for converting the input optical signal and the amplified optical signal branched from the tap coupler 16 and 36 into electrical signals, and the inputs from the photodiodes 28 and 38. It further comprises a control circuit 50 for controlling the optical fiber amplifier 18 to obtain a stable amplification output by using the electrical signal.

한편, 상기 광섬유증폭기(18)에서 증폭된 출력 광신호는 제2 광선로(34)를 통해 바로 수광부(40)로 전송될 수 있으나 전송선로가 긴 경우에는 또 다른 광섬유증폭기로 전송될 수 있다.Meanwhile, the output optical signal amplified by the optical fiber amplifier 18 may be directly transmitted to the light receiving unit 40 through the second optical line 34, but may be transmitted to another optical fiber amplifier when the transmission line is long.

이러한 구성으로 된 광섬유증폭기(18)는 발광부(10)에서 전송된 광신호를 제1 탭커플러(16)에서 소정의 비율 예를 들어, 1:99의 비율로 분기시켜 입력 광신호중 99%는 어븀이 첨가된 광증폭광섬유(20)로 전송하고, 1%의 광신호는 제1 포토다이오드(28)로 전송한다. 제1 포토다이오드(28)로 전송된 광신호는 광전변환되어 콘트롤회로(50)에 입력 광신호의 상태를 모니터할 수 있는 전기적 신호를 보내게 된다.The optical fiber amplifier 18 having such a configuration branches the optical signal transmitted from the light emitting unit 10 in the first tap coupler 16 at a predetermined ratio, for example, 1:99, so that 99% of the input optical signals Erbium is added to the optical amplified optical fiber 20, and 1% of the optical signal is transmitted to the first photodiode 28. The optical signal transmitted to the first photodiode 28 is photoelectrically converted to send an electrical signal to the control circuit 50 to monitor the state of the input optical signal.

그리고, 상기 제1 포토다이오드(28)와 마찬가지로 제2 포토다이오드(38)도 제2 탭커플러(36)에서 입력된 출력 광신호를 광전변환하여 전기적 신호를 콘트를 회로(50)에 인가하게 된다. 따라서 상기 콘트롤회로(50)는 제1 및 제2 포토다이오드(28,38)를 통해 인가된 모니터 신호를 근거로 펌핑광원(30)으로 공급되는 동작전류의 양을 조절하게 된다.Like the first photodiode 28, the second photodiode 38 photoelectrically converts an output optical signal input from the second tap coupler 36 to apply an electrical signal to the circuit 50. . Therefore, the control circuit 50 adjusts the amount of operating current supplied to the pumping light source 30 based on the monitor signals applied through the first and second photodiodes 28 and 38.

상기 펌핑광원(30)은 동작전류에 대응하여 소정의 파장을 갖는 여기광을 발생시켜 멀티플렉서(26)를 통해 광증폭광섬유(20)에 공급하게 된다. 그러면, 여기광에 자극된 어듐 이온이 소정의 파장을 갖는 유도광자가 다량으로 방출되게 됨으로써 광증폭광섬유(18)로 통해 유도된 입력 광신호가 증폭되게 된다.The pumping light source 30 generates excitation light having a predetermined wavelength in response to an operating current, and supplies the excitation light to the optical amplified optical fiber 20 through the multiplexer 26. Then, a large amount of induced photons having a predetermined wavelength of the ions stimulated by the excitation light is emitted, thereby amplifying the input optical signal induced through the optical amplified optical fiber 18.

그러나, 이러한 광섬유증폭기(18)에 의한 신호 증폭이득은 파장에 따라 다르게 나타나는 특징이 있다. 예를 들어, 석영계 광섬유을 이용한 광섬유증폭기(18)에 레일레이 산란손실이 가장 적은 1530㎚∼ 1560㎚대의 광신호를 사용하여 증폭시킨 경우 도 2에 나타낸 바와 같이, 1530㎚대에서 최대의 이득을 나타내고 1550㎚대에서는 두 번째의 이득을 나타내는 등 파장에 따라 증폭이득이 다르다.However, the signal amplification gain by the optical fiber amplifier 18 is characterized by different wavelengths. For example, when the optical fiber amplifier 18 using a quartz-based optical fiber is amplified using an optical signal in a band of 1530 nm to 1560 nm having the smallest Rayleigh scattering loss, as shown in FIG. 2, the maximum gain is obtained in the 1530 nm band. In the 1550 nm band, amplification gain differs depending on the wavelength, indicating a second gain.

이와 같이, 증폭이득이 파장에 따라 다르면, 파장이 다른 여러 개의 광신호를 하나의 광섬유에 전송하는 파장분할 다중전송 시스템(Wavelength Division Multiplexing System)을 구축하는 데 많은 문제를 야기하게 된다. 즉, 파장분할 다중전송이 적용되는 해저 광케이블 등과 같은 장거리 전송시스템에서는 반드시 여러개의 광섬유증폭기가 설치되기 때문에, 입사된 광신호가 이들 광섬유증폭기를 거치는 동안 각 파장별로 각각 다른 증폭이득을 반복하여 경험하게 되므로, 출사되는 광신호의 출력레벨이 제각기 다르게 된다. 이와 같이, 광신호의 출력레벨이 평탄하지 않은 경우에는 고 레벨의 광신호와 저 레벨의 광신호가 공존하여 신호처리가 곤란하므로 신호왜곡이 발생하게 된다.As such, if the gain of the amplification varies depending on the wavelength, many problems arise in constructing a Wavelength Division Multiplexing System for transmitting several optical signals having different wavelengths to one optical fiber. That is, in a long-distance transmission system such as a submarine optical cable to which wavelength division multiplexing is applied, since several optical fiber amplifiers are necessarily installed, the incident optical signal repeatedly experiences different amplification gains for each wavelength while passing through the optical fiber amplifiers. In this case, the output levels of the emitted optical signals are different. As described above, when the output level of the optical signal is not flat, signal distortion occurs because signal processing is difficult because the high level optical signal and the low level optical signal coexist.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래 기술은 도 3에 나타낸 바와 같이, 광증폭광섬유(18)의 출력단에 감쇠필터(12)를 설치하여, 입력 광신호 중 최소 증폭이득을 작는 파장을 기준으로 하여 이 최소 이득보다 큰 이득을 갖는 파장에 대해서 그 출력을 감쇠함으로써 전체 파장의 이득을 평탄화 하는 기술이 개시되었다. 그러나, 이것은 최소 이득을 기준으로 하여 그보다 높은 이득을 감쇠시키는 것이기 때문에 이득은 평탄화는 달성되지만 광섬유증폭기의 출력이 떨어지는 문제가 있다.As shown in FIG. 3, the prior art for solving this problem is to install the attenuation filter 12 at the output end of the optical amplification fiber 18, the minimum amplification gain of the input optical signal based on the wavelength of the minimum A technique for flattening the gain of the entire wavelength has been disclosed by attenuating its output for wavelengths having gain greater than gain. However, since this attenuates a higher gain on the basis of the minimum gain, the gain is flattened but the output of the fiber amplifier is problematic.

또한, 이러한 이득 평탄화 필터는 특정한 이득특성에 대해 고정된 것이기 때문에 온도나 펌핑광원의 출력 등이 변함에 따라 광섬유증폭기의 파장별 이득특성이 변하는 경우에는 이득 평탄화가 불완전하게 되는 문제가 있다.In addition, since the gain flattening filter is fixed to a specific gain characteristic, there is a problem in that the gain flattening becomes incomplete when the gain characteristic for each wavelength of the optical fiber amplifier changes as the temperature, the output of the pumping light source, or the like changes.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 파장을 갖는 입력 광신호의 증폭이득을 평탄화하는 이득 평탄화 광섬유증폭기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a gain flattening optical fiber amplifier for flattening the amplification gain of an input optical signal having a different wavelength.

본 발명의 다른 목적은 파장이 서로 다른 광신호의 증폭이득을 평탄화할 뿐만아니라 양방향 펌핑구조 등을 이용하여 고출력의 증폭이 가능한 이득 평탄화 광섬유증폭기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a gain flattened optical fiber amplifier capable of amplifying amplification gain of optical signals having different wavelengths as well as using a bidirectional pumping structure.

본 발명의 또 다른 목적은 온도 등에 영향에 의하여 파장별 이득 특성이 변Another object of the present invention is to change the gain characteristics for each wavelength by the influence of temperature, etc.

하는 경우에도 각 광증폭광섬유에 공급되는 펌핑광의 세기를 가변하여 항상 일정하게 이득 평탄화가 이루어지는 이득 평탄화 광섬유증폭기를 제공하는 것이다.Even in this case, it is to provide a gain flattening optical fiber amplifier in which the gain flattening is always performed by varying the intensity of the pumped light supplied to each optical amplifying optical fiber.

도 1은 일반적인 광섬유증폭기를 나타낸 구성도,1 is a block diagram showing a typical optical fiber amplifier,

도 2는 일반적인 광섬유증폭기의 파장별 증폭이득 특성을 보여주는 그래프도,2 is a graph showing the amplification gain characteristics for each wavelength of a typical optical fiber amplifier,

도 3은 종래 기술에 따라 감쇠필터를 이용한 광섬유증폭기를 나타낸 구성도,3 is a block diagram showing an optical fiber amplifier using an attenuation filter according to the prior art,

도 4는 본 발명에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기를 나타낸 구성도,4 is a block diagram showing a gain flattening optical fiber amplifier according to the present invention;

도 5a 및 5b는 광증폭광섬유의 길이와 펌핑광원의 출력세기에 따른 광섬유증폭기의 파장별 증폭이득 특성을 보여주는 그래프도,5a and 5b are graphs showing the amplification gain characteristics of each optical fiber amplifier according to the length of the optical amplification fiber and the output strength of the pumping light source;

도 6은 본 발명에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기의 기본적인 원리를 설명하는 개념도,6 is a conceptual diagram illustrating the basic principle of a gain flattening optical fiber amplifier according to the present invention;

도 7, 8 및 9도는 본 발명에 따른 제2, 3 및 4 실시예를 나타낸 구성도이다. **** 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 ****7, 8 and 9 are diagrams showing the second, third and fourth embodiments according to the present invention. **** Brief description of the main parts of the drawing ****

16, 36 : 제1 및 제2 탭커플러 22, 32, 42 : 광 아이솔레이터16, 36: first and second tap couplers 22, 32, 42: optical isolator

26, 66 : 멀티플렉서 28, 38 : 포토다이오드26, 66: multiplexer 28, 38: photodiode

30, 60 : 펌핑광원(레이저다이오드) 48, 58 : 광섬유증폭기30, 60: pumping light source (laser diode) 48, 58: optical fiber amplifier

68 : 이득 평탄화 광섬유증폭기 70 : 대역통과형 필터68: gain flattening optical fiber amplifier 70: bandpass filter

80, 90 : 광증폭광섬유80, 90: optically amplified optical fiber

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기는 광신호가 전송되는 광선로와, 상기 광선로에 설치됨과 더불어 소정의 회토류 이온이 도우프된 광증폭광섬유, 소정의 파장을 갖는 펌핑광을 출력하는 펌핑광원 및 상기 펌핑광을 상기 광증폭광섬유에 입사시키는 멀티플렉서로 구성된 광섬유증폭기에 있어서, 서로 다른 파장에서 높은 증폭이득을 갖도록 상기 광증폭광섬유의 길이 또는 상기 펌핑광원의 출력 세기가 다르게 설정된 복수의 상기 광섬유증폭기를 직렬로 설치하여 구성함으로써 서로 다른 파장을 갖는 입력 광신호의 파장별 증폭이득이 최고 증폭이득 수준으로 평탄화 되도록 한 것을 특징으로 한다.The gain flattening optical fiber amplifier according to the present invention for achieving the above object outputs a light path to which an optical signal is transmitted, an optical amplified fiber fiber which is installed in the light path and doped with a predetermined rare earth ion, and a pumping light having a predetermined wavelength. In the optical fiber amplifier consisting of a pumping light source and a multiplexer for injecting the pumping light into the optical amplification fiber, a plurality of the length of the optical amplification fiber or the output intensity of the pumping light source is set to have different amplification gain at different wavelengths The optical fiber amplifiers are installed in series so that the amplification gain for each wavelength of the input optical signal having different wavelengths is flattened to the highest amplification gain level.

본 발명은 광증폭광섬유의 길이가 길어지면 최고 증폭이득을 가지는 파장이 장파장대로 옮겨가고 길이가 짧아지면 단파장대로 옮겨가는 특성 및 펌핑광원의 출력 세기가 증가하면 최고 증폭이득을 가지는 파장이 단파장대로 옮겨가고 출력 세기가 감소하면 장파장대로 옮겨가는 특성을 이용하여 서로 다른 파장에서 높은 증폭이득을 갖도록 설정된 복수의 광섬유증폭기를 직렬로 설치하여 전체의 증폭이득이 최고 수준의 이득으로 평탄화되도록 한 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것이다.According to the present invention, when the length of the optical amplified fiber is increased, the wavelength having the highest amplification gain is shifted to the long wavelength band, and if the length is short, the wavelength having the highest amplification gain is shifted to the short wavelength wavelength when the output intensity of the pumping light source is increased. Gain flattening fiber amplifier that installs a plurality of fiber amplifiers set to have high amplification gains at different wavelengths in series by using the characteristic of shifting to a longer wavelength when the output intensity decreases. It is about.

본 발명은 광신호가 전송되는 광선로와, 서로 다른 파장에서 높은 증폭이득을 갖고 각각 상기 광선로에 설치되는 복수의 광증폭광섬유, 소정의 파장을 갖는 펌핑광을 상기 광증폭광섬유에 각각 공급하는 복수의 펌핑광원, 상기 펌핑광을 상기 광증폭광섬유에 각각 결합시키는 복수의 멀티플렉서, 입력 신호 중에서 특정 범위의 파장만을 통과시키는 대역통과형 필터 및, 상기 대역통과형 필터의 출력단측에 설치되는 광 아이솔레이터를 포함하여 구성된다.The present invention provides a light path for transmitting an optical signal, a plurality of optical amplification fibers having a high amplification gain at different wavelengths, and a plurality of pumps for respectively supplying pumping light having a predetermined wavelength to the optical amplification fibers. A light source, a plurality of multiplexers respectively coupling the pumped light to the optical amplified fiber, a bandpass filter for passing only a specific range of wavelengths from an input signal, and an optical isolator provided at an output end of the bandpass filter. It is composed.

또한, 본 발명은 광신호가 전송되는 광선로와, 상기 광선로에 설치됨과 더블어 소정의 희토류 이온이 도우프되어 특정 파장에서 최고이득을 갖는 제1 광증폭광섬유, 상기 제1 광증폭광섬유와 다른 파장에서 최고 이득을 갖는 제2 광증폭광섬유, 소정의 파장을 갖는 펌핑광을 상기 제1 및 제2 광증폭광섬유에 대해 각각 출력하는 제1 및 제2 펌핑광원, 상기 펌핑광을 상기 제1 및 제2 광증폭광섬유에 각각 결합시키는 제1 및 제2 멀티플렉서, 상기 제1 및 제2 광증폭광섬유 사이에 설치되고 제1 광증폭광섬유에서 출력된 증폭된 출력광 중에서 일정 대역의 파장을 제외한 나머지 파장을 제거하는 대역통과형 필터, 상기 대역통과형 필터와 상기 제2 광증폭광섬유 사이에 설치되어 각각 다른 광증폭특성을 갖는 상기 제1 및 제2 광증폭광섬유가 다른 쪽의 펌핑광의 영향을 받지 않도록 하는 광 아이솔레이터를 포함하여 구성된다.In addition, the present invention is the first optical amplified optical fiber having a maximum gain at a specific wavelength by the optical path to the optical signal transmission, and is installed in the optical path and double the predetermined rare earth ions, the highest at a different wavelength than the first optical amplified optical fiber A second optical amplifying optical fiber having a gain, first and second pumping light sources for outputting pumping light having a predetermined wavelength to the first and second optical amplifying optical fibers, respectively, and the pumping light for the first and second optical First and second multiplexers coupled to the amplified optical fibers, respectively, between the first and second optical amplified optical fibers and removing the remaining wavelengths except for a certain band of the amplified output light output from the first optical amplified optical fibers A bandpass filter, the bandpass filter and the second optical amplified optical fiber installed between the first and second optical amplified optical fibers having different optical amplification characteristics, respectively; It is configured to include an optical isolator that is not affected.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 서로 다른 파장을 갖는 입력 신호광이 서로 다른 파장에서 높은 수준의 증폭이득을 나타내도록 설정된 복수의 광섬유증폭기를 통과함으로써 각 파장별 증폭이득이 최고 수준의 이득으로 평탄화되는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described configuration, input signal light having different wavelengths passes through a plurality of optical fiber amplifiers set to show a high level of amplification gain at different wavelengths so that the amplification gain for each wavelength is flattened to the highest level of gain. It is effective.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기의 구성을 나타낸 구성도이다.4 is a block diagram showing the configuration of a gain flattening optical fiber amplifier according to a first embodiment of the present invention.

도면에서 보는 바와 같이, 참조번호 72는 서로 다른 파장을 갖는 두 개이상의 입력 광신호가 결합되는 파장분할 멀티플렉서이다. 이때, 상기 입력 광신호는 1540㎚∼1560㎚ 범위의 파장을 갖는다. 이 멀티플레서(72)에 의해 결합된 입력 광신호는 제1 광선로(14)를 통해 이득 평탄화 광섬유증폭기(68)로 입사되게 된다.As shown in the figure, reference numeral 72 is a wavelength division multiplexer to which two or more input optical signals having different wavelengths are combined. In this case, the input optical signal has a wavelength in the range of 1540 nm to 1560 nm. The input optical signal coupled by the multiplexer 72 is incident to the gain flattening optical fiber amplifier 68 through the first optical path 14.

본 발명의 제1 실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기(68)는 전방향으로 여기광을 입사하는 제1 광섬유증폭기(48)와 역방향으로 여기광을 입사하는 제2 광섬유증폭기(58)가 직렬로 연결된 양방향 광섬유증폭기를 구성한다.In the gain flattening optical fiber amplifier 68 according to the first embodiment of the present invention, the first optical fiber amplifier 48 which enters the excitation light in the forward direction and the second optical fiber amplifier 58 which enters the excitation light in the reverse direction are connected in series. Configure the connected bidirectional fiber amplifier.

본 발명에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기(68)는 어븀이 도우프되고 서로 다른 파장에서 최고 증폭이득을 갖는 두 개의 광증폭광섬유(80,90)와, 미리 설정된 세기의 펌핑광을 발생시키는 펌핑 레이저다이오드(60,30), 펌핑용 레이저다이오드(60,30)에서 발생된 펌핑광를 광증폭광섬유(80,90)에 결합하기 위한 멀티플렉서(66,26), 입력 광신호의 입력파장 즉, 1540㎚∼1560㎚의 파장을 제외한 나머지 파장(노이즈 성분)을 제거하기 위한 대역통과형 필터(70), 상기 대역통과형 필터(70)의 출력단에 설치되어 각각 다른 광증폭특성을 갖는 광증폭광섬유(80,90)가 다른 쪽의 펌핑광의 영향을 받지 않도록 하는 광 아이솔레이터(42)를 포함하여 구성된다.The gain flattening optical fiber amplifier 68 according to the present invention comprises two optically amplified optical fibers 80 and 90 which are doped with erbium and have the highest amplification gain at different wavelengths, and a pumping laser diode that generates pumped light of a predetermined intensity. 60 and 30, multiplexers 66 and 26 for coupling the pumping light generated from the pumping laser diodes 60 and 30 to the optical amplification fibers 80 and 90, and the input wavelength of the input optical signal, that is, 1540 nm to A bandpass filter 70 for removing the remaining wavelengths (noise components) except for a wavelength of 1560 nm, and an optical amplification optical fiber 80 having different optical amplification characteristics, respectively, provided at an output end of the bandpass filter 70 90 is configured to include an optical isolator 42 so as not to be affected by the other pumping light.

일반적으로 어븀 등의 희토류 이온이 도우프된 광증폭광섬유는 도 2에서 이미 설명한 바와 같이, 1530㎚대에서 최대의 증폭이득값을 가지며 1550㎚대에서 두 번째 최고 이득값을 가지는 출력특성을 보이고 있으나, 파장분할 다중화에서는 비교적 증폭이득이 평탄한 1540㎚ ∼1560㎚ 범위의 파장을 사용하게 된다. 그러나 이 범위의 파장에서도 파장별로 증폭이득에 다르므로 각 파장의 증폭이득을 평탄화 하여야 한다.In general, the optically amplified optical fiber doped with rare earth ions such as erbium has an output characteristic having a maximum amplification gain in the 1530 nm band and a second highest gain in the 1550 nm band as described in FIG. 2. In the wavelength division multiplexing, a wavelength in the range of 1540 nm to 1560 nm having a relatively flat amplification gain is used. However, even in this wavelength range, the amplification gain for each wavelength is different, so the amplification gain of each wavelength should be flattened.

한편, 광증폭광섬유는 도 5a 및 5b에 나타낸 바와 같이, 동일한 광증폭광섬유에 동일한 출력의 신호광을 공급하더라도 광증폭광섬유의 길이가 길어짐에 따라 최고 이득을 가지는 파장이 장파장(1560㎚)으로 이동하는 특성이 있다. 즉, 도면에서 보는 바와 같이, 광증폭광섬유의 길이가 8m인 경우에는 1555㎚에서 최고 증폭이득을 나타냈으나 광증폭광섬유가 14m인 경우에는 1560㎚부근으로 최고 증폭이득이 이동하였다.On the other hand, as shown in Figs. 5A and 5B, even when the same optical amplified optical fibers are supplied with signal light having the same output, the optically amplified optical fiber moves with the longest wavelength (1560 nm) having the highest gain as the length of the optical amplified optical fiber is increased. There is a characteristic. That is, as shown in the figure, the maximum amplification gain was shown at 1555 nm when the length of the optical amplification fiber is 8 m, but the maximum amplification gain was moved around 1560 nm when the optical amplification fiber was 14 m.

또한, 동일한 길이의 광증폭광섬유를 사용하더라도 펌핑광의 출력 세기가 증가하면 최고 이득을 가지는 파장이 단파장(1540㎚)대로 이동하는 특성이 있다.In addition, even when the optical amplification fiber of the same length is used, when the output intensity of the pumping light increases, the wavelength having the highest gain is shifted to the short wavelength (1540 nm).

따라서 이러한 두가지 특성을 적절히 합성하여 단파장(1540㎚)대에서 최고의 증폭이득을 나타내는 적정한 길이의 광증폭광섬유와 적정한 세기의 펌핑광을 결정하고, 또한 장파장(1560㎚)대에서 최고의 증폭이득을 나타내는 적정한 길이의 광증폭광섬유와 적정한 세기의 펌핑광을 결정할 수 있다.Therefore, by combining these two characteristics properly, we can determine the optical fiber of the appropriate length and the pumping light of the appropriate intensity, which shows the best amplification gain in the short wavelength (1540nm) band, and also the optimal amplification gain in the long wavelength (1560nm) band. The optical amplification fiber of length and the pumping light of appropriate intensity can be determined.

이와 같은 방법으로 단파장대와 장파장대에서 최고의 이득을 나타내는 광증폭광섬유의 길이와 펌핑광의 세기를 결정한 후 상기 단파장대의 이득값과 장파장대의 이득값이 같아지도록 상기 광증폭광섬유의 길이와 펌핑광의 세기를 적절히 조절한다.In this way, the length of the optical amplified fiber showing the best gain in the short wavelength band and the long wavelength band and the intensity of the pumping light are determined, and then the length of the optical amplified fiber and the intensity of the pumping light are made to be equal to the gain value of the short wavelength band. Adjust appropriately.

이러한 방법으로 이득값이 최고의 수준에서 동일하도록 설정된 두 개의 광섬유증폭기를 직렬로 접속한 후, 동작파장 대역 즉, 1540㎚ ∼1560㎚ 대역의 입력광 신호를 통과시키면, 도 6에 개략적으로 도시한 바와 같이, 제1 광섬유증폭기에서는 단파장(1540㎚)대에서 높은 이득을 얻고 제2 광섬유증폭기에서는 장파장(1560㎚)대에서 높은 증폭이득을 얻게 됨으로써 이를 합친 전체 광섬유증폭기에서는 전대역(1540㎚ ∼1560㎚)에 걸처 높은 수준의 평탄한 증폭이득을 얻게 된다.In this way, after connecting two optical fiber amplifiers in which gain values are set to be the same at the highest level in series, and passing an input light signal having an operating wavelength band, that is, a band of 1540 nm to 1560 nm, as shown in FIG. Similarly, the first optical fiber amplifier gains high gain in the short wavelength (1540 nm) band and the second optical fiber amplifier gains high amplification gain in the long wavelength band (1560 nm), thus combining the entire band (1540 nm to 1560 nm). A high level of flattening gain is achieved.

한편, 본 발명의 이득 평탄화 광섬유증폭기는 동작파장 이외의 대역 즉, 1540㎚ ∼1560㎚ 이외의 파장을 제거하기 위한 대역통과형 필터(70)를 포함할 수 있으며, 또, 각각 다른 광증폭특성을 갖는 두 개의 광섬유증폭기들이 다른 쪽의 펌핑광에 의해 영향을 받지 않도록 하기 위해 그 사이에 개재된 광 아이솔레이터(42)를 더 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the gain flattened optical fiber amplifier of the present invention may include a bandpass filter 70 for removing a band other than the operating wavelength, that is, wavelengths other than 1540 nm to 1560 nm, and may have different optical amplification characteristics. The two optical fiber amplifiers may further include an optical isolator 42 interposed therebetween so as not to be affected by the other pumping light.

상기 대역통과형 필터(70)는 프리즘, 유전체다층막 및 회절 등을 이용한 것이 있으며, 특히 유전체다층막은 λ/2 또는 λ/4에 가까운 광학적인 두께를 갖는 고굴절률 유전체막과 저굴절률 유전체막을 상호 적층한 것으로, 유전체막의 층수, 막의 재료 등에 따라 대역통과형 필터가 된다.The bandpass filter 70 may be formed using a prism, a dielectric multilayer, diffraction, and the like. In particular, the dielectric multilayer includes a high refractive index dielectric film having an optical thickness close to λ / 2 or λ / 4 and a low refractive index dielectric film. For example, the bandpass filter is formed depending on the number of layers of the dielectric film, the material of the film, and the like.

상기 광 아이솔레이터(42)는 1조의 입사단자와 출사단자를 가지면서 특정의 방향으로만 손실없이 광을 투과시키는 소자로서 두 개의 편광기가 45° 비낀 상태로 배치되고 그 사이에 패러데이 회전자를 개재된 것이다.The optical isolator 42 is a device having a set of incidence and exit terminals to transmit light without loss in only a specific direction, and the two polarizers are disposed at a 45 ° angle therebetween with a Faraday rotor interposed therebetween. will be.

이러한 구성으로 된 본 발명에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기(68)는 멀티플렉서(72)를 통해 전송된 입력 광신호를 제1 탭커플러(16)에서 소정의 비율 예를 들어, 1:99의 비율로 분기시켜 입력 광신호중 99%는 어븀이 첨가된 광증폭광섬유(80,90)로 전송하고, 1%의 광신호는 제1 포토다이오드(28)로 전송하여 콘트롤회로(50)에 입력광신호의 상태를 모니터할 수 있는 전기적 신호를 보내게 된다.The gain flattening optical fiber amplifier 68 according to the present invention having such a configuration branches the input optical signal transmitted through the multiplexer 72 at a predetermined ratio, for example, 1:99, at the first tap coupler 16. 99% of the input optical signals are transmitted to the optical amplified optical fibers 80 and 90 to which erbium is added, and 1% of the optical signals are transmitted to the first photodiode 28 to control circuit 50. It sends an electrical signal to monitor.

그리고, 상기 제1 포토다이오드(28)와 마찬가지로 제2 포토다이오드(38)도 제2 탭커플러(36)에서 입력된 증폭된 출력광신호를 광전변환하여 전기적 신호를 콘트를 회로(50)에 인가하게 된다. 따라서 상기 콘틀로회로(50)는 제1 및 제2 포토다이오드(28,38)를 통해 인가되는 모니터 신호를 근거로 펌핑 레이저다이오드(60,30)로 공급되는 동작전류의 양을 조절하게 된다.Like the first photodiode 28, the second photodiode 38 photoelectrically converts the amplified output optical signal input from the second tap coupler 36 to apply an electrical signal to the circuit 50. Done. Therefore, the control circuit 50 adjusts the amount of operating current supplied to the pumping laser diodes 60 and 30 based on the monitor signals applied through the first and second photodiodes 28 and 38.

상기 펌핑 레이저다이오드(60,30)는 동작전류에 대응하여 소정의 파장 예를 들어, 930㎚∼980㎚의 파장을 갖는 여기광을 멀티플렉서(66,26)를 통해 광증폭광섬유(80,90)에 공급하게 되는데, 그 펌핑광의 세기는 콘트롤회로(50)에 의해 차등화될 수 있다.The pumping laser diodes 60 and 30 transmit the excitation light having a predetermined wavelength, for example, a wavelength of 930 nm to 980 nm, through the multiplexers 66 and 26 to correspond to an operating current. The intensity of the pumping light can be differentiated by the control circuit 50.

이렇게, 광증폭광섬유(80,90)에 펌핑광이 공급되면 어듐 이온의 여기에 의해 소정의 파장을 갖는 유도광자가 다량으로 방출되게 됨으로써 예를 들어, 길이가 짧은 제1 광증폭광섬유(80)에서는 단파장의 광신호가 주로 증폭되고, 길이가 상대적으로 긴 제2 광증폭섬유(90)에서는 장파장의 광신호가 증폭되게 된다.Thus, when the pumping light is supplied to the optical amplification fibers 80 and 90, a large amount of guided photons having a predetermined wavelength is emitted by excitation of ions, so that the first optical amplification optical fibers 80 are short. In the optical signal of a short wavelength is mainly amplified, the optical signal of a long wavelength is amplified in the second optical amplifier fiber 90 having a relatively long length.

한편, 상기 콘트롤회로(50)에서 펌핑 레이저다이오드(60,30)에 가해지는 동작전류의 양은 미리 작성된 실험 데이터에 의해 결정되지만, 만일 광섬유증폭기(18)의 이득 평탄화가 불완전한 경우에는 콘트롤회로(50)에 내장된 소정의 프로그램에 의해 수정된 동작전류를 각 펌핑 레이저다이오드(60,30)에 인가함으로써, 상기 두 개의 광섬유증폭기를 통과한 입력 광신호는 항상 평탄한 이득 스펙트럼을 갖게 된다.On the other hand, the amount of operating current applied to the pumping laser diodes 60, 30 in the control circuit 50 is determined by pre-written experimental data, but if the gain flattening of the optical fiber amplifier 18 is incomplete, the control circuit 50 By applying the operating current corrected by a predetermined program embedded in each of the pumping laser diodes 60 and 30, the input optical signal passing through the two optical fiber amplifiers always has a flat gain spectrum.

그리고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기의 구성를 나타낸 것으로 다른 구성 및 작용은 제1 실시예와 동일하나, 제1 광증폭광섬유(80) 및 제2 광증폭광섬유(90)가 모두 전방향으로 여기되도록 구성된 것이 특징이다.7 shows a configuration of a gain flattened optical fiber amplifier according to a second embodiment of the present invention. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, but the first optical amplified optical fiber 80 and the second optical amplified optical fiber ( 90) are all configured to be excited in all directions.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기의 구성를 나타낸 것으로 다른 구성 및 작용은 제1 실시예와 동일하나, 제1 광증폭광섬유(80)는 역방향으로 여기되고, 제2 광증폭광섬유(90)는 전방향으로 여기되도록 구성된 것이 특징이다..8 shows a configuration of a gain flattened optical fiber amplifier according to a third embodiment of the present invention. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, but the first optical amplified optical fiber 80 is excited in the reverse direction, and the second optical Amplified optical fiber 90 is characterized in that configured to be excited in all directions.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기의 구성를 나타낸 것으로 다른 구성 및 작용은 제1 실시예와 동일하나, 제1 광증폭광섬유(80) 및 제2 광증폭광섬유(90)가 모두 역방향으로 여기되도록 구성된 것이 특징이다.9 shows a configuration of a gain flattened optical fiber amplifier according to a fourth embodiment of the present invention. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, but the first optical amplified optical fiber 80 and the second optical amplified optical fiber 90 are shown in FIG. Are all configured to be excited in the reverse direction.

상술한 본 발명에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기는 서로 다른 파장에서 높은 증폭이득을 갖는 복수의 광섬유증폭기를 직렬로 설치하여 전체 파장별 증폭이득이 최고 수준의 이득으로 평탄화되도록 함으로써 파장분할 다중화된 여러 개의 광신호를 입력파장 범위에서 고르게 증폭시킬 수 있는 효과가 있다.The gain flattening optical fiber amplifier according to the present invention described above has multiple wavelength division multiplexed optical beams by installing a plurality of optical fiber amplifiers having a high amplification gain at different wavelengths in series so that the amplification gain of each wavelength is flattened to the highest level. The effect is to amplify the signal evenly over the input wavelength range.

또한, 본 발명은 두 개 이상의 광증폭광섬유와 두 개 이상의 펌핑광원을 사용하여 양방향 펌핑구조를 형성함으로써 광신호의 증폭이득을 평탄화할 뿐만 아니라 고출력의 증폭을 이룰 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of not only flattening the amplification gain of the optical signal but also achieving high power amplification by forming a bidirectional pumping structure using two or more optically amplified optical fibers and two or more pumping light sources.

본 발명은 광증폭광섬유의 길이와 펌핑광원의 출력 세기를 조절하여 전체의 증폭이득이 최고 수준의 이득으로 평탄화되도록 하기 때문에 파장별 증폭특성이 변하는 경우라도 각 펌핑광원의 출력 세기를 조절함으로써 항상 이득 평탄화를 이룰 수 있는 효과가 있다.The present invention always adjusts the output intensity of each pumping light source even when the amplification characteristic of each wavelength is changed because the amplification characteristics of the whole are amplified by adjusting the length of the optical amplified fiber and the output intensity of the pumping light source to the highest level of gain. There is an effect that can achieve flattening.

본 발명은 광케이블의 추가 부설없이 종래에 비해 2배 이상의 전송 용량을 제공할 수 있는 협대역 파장분할 다중화 시스템에서 사용할 수 있는 이득 평탄화 광섬유증폭기를 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a gain flattened optical fiber amplifier that can be used in a narrowband wavelength division multiplexing system that can provide more than twice the transmission capacity of the prior art without additional laying of optical cables.

Claims (4)

광신호가 전송되는 광선로와;An optical path through which an optical signal is transmitted; 상기 광선로에 설치됨과 더블어 소정의 희토류 이온이 도우프되어 특정 파장에서 최고이득을 갖는 제1 광증폭광섬유;A first optically amplified optical fiber installed in the optical path and doubled with a predetermined rare earth ion to have a maximum gain at a specific wavelength; 상기 제1 광증폭광섬유와 다른 파장에서 최고 이득을 갖는 제2 광증폭광섬유;A second optical amplified optical fiber having a maximum gain at a wavelength different from that of the first optical amplified optical fiber; 소정의 세기를 갖는 펌핑광을 상기 제1 및 제2 광증폭광섬유에 대해 각각 출력하는 제1 및 제2 펌핑광원;First and second pumping light sources for outputting pumping light having a predetermined intensity to the first and second optical amplifying optical fibers, respectively; 상기 펌핑광을 상기 제1 및 제2 광증폭광섬유에 각각 결합시키는 제1 및 제2 멀티플렉서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.And a first and a second multiplexer for coupling the pumped light to the first and second optical amplified optical fibers, respectively. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2 광증폭광섬유 사이에 설치되고 제1 광증폭광섬유에서 출력된 증폭된 출력광 중에서 일정 대역의 파장을 제외한 나머지 파장을 제거하는 대역통과형 필터을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.And a bandpass filter disposed between the first and second optical amplified optical fibers and removing the remaining wavelengths except for a predetermined band of wavelengths among the amplified output light output from the first optical amplified optical fibers. Flattened fiber amplifier. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 대역통과형 필터와 상기 제2 광증폭광섬유 사이에 설치되어 각각 다른 광증폭특성을 갖는 상기 제1 및 제2 광증폭광섬유가 다른 쪽의 펌핑광의 영향을 받지 않도록 하는 광 아이솔레이터를 포함하여 구성된 것을 특징을 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.And an optical isolator disposed between the bandpass filter and the second optical amplification fiber to prevent the first and second optical amplification fibers having different optical amplification characteristics from being affected by the other pumping light. Gain flattening optical fiber amplifier characterized. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 입력 광신호 또는 증폭된 출력 광신호를 소정 비율로 나누어 분기시키도록 상기 광섬유증폭기의 양단에 설치된 제1 및 제2 탭커플러와;First and second tap couplers provided at both ends of the optical fiber amplifier so as to branch the input optical signal or the amplified output optical signal by a predetermined ratio; 상기 탭커플러에서 분기된 입력 광신호와 증폭 광신호를 전기적 신호로 변환하는 제1 및 제2 포토다이오드 및;First and second photodiodes for converting the input optical signal and the amplified optical signal branched from the tap coupler into electrical signals; 상기 포토다이오드에서 입력된 전기적 신호를 이용하여 상기 광섬유증폭기가 안정된 증폭출력을 얻을 수 있도록 제어하는 콘트롤회로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.And a control circuit for controlling the optical fiber amplifier to obtain a stable amplification output by using the electrical signal input from the photodiode.
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