KR100284489B1 - 에르븀 첨가 광증폭기의 이득평탄화 방법 및 이를 이용한 이득평탄화한 에르븀 첨가 광증폭기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단주기 광섬유 격자를 이용한 에르븀 첨가 광증폭기(EDFA)의 이득평탄화 방법 및 이를 이용한 이득평탄화 한 EDFA에 관한 것이다.
광통신시스템은 전송하고자 하는 정보를 변조된 광신호로 변환하여 광섬유를 통하여 전송한 후 이를 다시 역변환하는 전송시스템으로 광선로에서 광손실을 보상하기 위하여 에르븀 첨가 광증폭기를 삽입하는데, EDFA의 이득을 평탄하게 하는 방법으로 광학 필터로서 원하는 파장에서 원하는 투과 스펙트럼을 임의로 조절할 수 있는 단주기 광섬유 격자를 이용하여 이득평탄화를 수행함으로써, EDFA의 이득 스펙트럼을 원하는 파장 대역폭에서 평탄화할 수 있고, 광전송시스템의 전송 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 단주기 광섬유 격자를 이용한 에르븀 첨가 광증폭기(erbium doped fiber optical amplifier, 이하 EDFA라 칭함)의 이득평탄화 방법 및 이를 이용하여 이득 평탄화한 EDFA에 관한 것이다.
EDFA은 근본적으로 파장에 따라 이득이 달라지는 특성이 내재한다.
이러한 EDFA을 포함하는 광전송시스템에서는 신호광의 파장이 달라질 때 광세기 및 신호대 잡음비가 달라지기 때문에 전송품질이 달라진다.
특히 여러개의 신호광 파장을 동시에 보내는 파장 분할 다중방식의 다채널 광전송시스템에는 상기 특성으로 인하여 전체 시스템의 성능이 저하되는 단점이 있다.
이러한 단점을 제거하기 위하여 EDFA에서 신호광 파장 변화에 대한 이득, 즉 이득스펙트럼을 균일하게 하기 위하여 아래와 같은 기술들이 이용되고 있다.
이하에서는 파장 변화에 따른 이득을 균일하게 함을 '이득평탄화'라 한다.
먼저, 최적 밀도반전을 이용한 이득평탄화로 EDFA은 이득 매질인 에르븀 밀도반전에 따라 도 1과 같이 이득스펙트럼이 달라진다.
상기 도 1에서 밀도반전이 최적의 값보다 낮을 때는 도 1a의 파형과 같이 장파장 영역의 이득이 단파장 영역의 이득보다 크며, 반대로 밀도반전이 최적의 값보다 낮을 때는 도 1b의 파형과 같이 단파장 영역의 이득이 크다.
EDFA의 이득 매질에서의 밀도반전을 최적화하면, 도 1c의 파형과 같은 형태의 이득스펙트럼을 얻을 수 있다.
그러나 이 방법을 이용하였을 때 확보 가능한 평탄대역폭은 제한되어 있다.
상기 도면에서 보듯이 약 1540㎚-1560㎚ 사이의 파장에서 이득이 평탄하며, 그 이외의 파장 영역에서는 이득평탄도가 급격히 악화된다.
따라서 이 방법은 적용 가능한 파장 범위가 제한되어 있다.
다음으로 비 규소계 모재(host) 에르븀 첨가 광섬유를 이용한 이득평탄화는, 이득매질인 에르븀 이온이 첨가된 광섬유의 모재 종류에 따라 이득스펙트럼이 달라진다.
예를 들어 불화물(fluoride)을 모재로 사용한 에르븀 첨가 광증폭기의 경우 규소(silica)가 주 매질인 광섬유 증폭기의 경우보다 이득스펙트럼이 균일하다.
그러나 불화물을 모재로 사용한 광섬유는 취급하기가 쉽지 않고, 또한 여기광원의 선택이 자유롭지 않기 때문에 일반적으로 많이 쓰이지 않고 있다.
그리고 광학필터를 이용한 이득평탄화가 있는데, 광학필터를 이용한 이득평탄화라 함은 EDFA의 이득스펙트럼과 반대되는 손실 스펙트럼 특성을 지니는 광학필터를 구성하여 이를 EDFA에 삽입함으로써 파장에 대하여 균일한 이득을 얻는 것이다.
이를 위하여 현재 일반적으로 파브리-페로형 필터, 마하-젠더형 필터, 그리고 유전체 박막 코팅을 이용한 필터 등을 이용하고 있다.
상기한 필터의 경우 임의로 투과 스펙트럼 형태를 조절할 수 없기 때문에 EDFA의 이득스펙트럼과 정확히 반대되는 손실 스펙트럼을 가지도록 하는 것이 불가능하다.
일 예로서 도 2에 파브리-페로형 필터를 이용하여 EDFA의 이득스펙트럼을 평탄화시킨 결과를 도시하였다.
두 가지 형태의 파브리-페로 필터를 연결하였을 때 1540 ㎚ - 2560 ㎚ 영역의 파장 범위에서 평탄한 이득을 확보하였으나, 1530 ㎚ 영역에서는 여전히 파장에 따라 이득이 달라진다.
따라서 이러한 필터를 이용할 경우 이용 가능한 파장 대역이 제한되는 문제점이 있다.
상기한 종래의 방법에서 지니는 공통의 문제는 원하는 파장대역에서 원하는 투과 스펙트럼을 정확하게 조절하는 것이 쉽지 않고, 따라서 종래의 방법을 이용할 경우 사용가능한 파장 대역이 제한되어 있다는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 여러개의 신호광을 동시에 전송하는 파장 분할 다중방식의 광전송시스템에서 파장에 대한 EDFA의 이득이 달라질 때 전체 광전송시스템 품질의 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다.
상기에 따라 본 발명에서 제안하는 방법은 크게는 세 번째의 광학필터를 이용한 이득평탄화의 한 종류이며, 광학 필터로서 단주기 광섬유 격자를 이용하는 것이다.
단주기 광섬유 격자는 광섬유 내에 주기적인 굴절률 변화가 유도된 것을 말하며, 이 광섬유 격자로 입사되는 빛에 대하여 어떤 특정한 파장의 신호광을 반사 및 투과시킨다.
이때 반사 및 반사율(투과율)은 격자의 주기 및 강도, 격자의 수에 의하여 결정되는데, 이를 임의로 조절함으로써 원하는 형태의 투과 및 반사 스펙트럼을 얻을 수 있고, 따라서 원하는 파장대역에서 EDFA의 이득을 평탄하게 할 수 있다.
도 1a 및 도 1c는 종래의 에르븀 첨가 광증폭기에서 밀도반전을 이용한 이득평탄화 파형도,
도 2a 및 도 2b는 종래의 광학필터를 이용하여 이득을 평탄화시킨 파형도,
도 3은 본 발명이 적용되는 단주기 광섬유 격자를 이용한 이득평탄화 필터의 개념도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 단주기 광섬유 격자를 이용하여 구성한 이득 평탄화 필터를 사용한 이득 평탄화된 에르븀 첨가 광증폭기의 증폭 파형도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광섬유 내에 주기적인 굴절률 변화를 유도하고, 입사되는 빛에 대하여 특정한 파장의 신호광을 반사(투과)시키며, 격자의 주기 및 강도, 격자의 수에 의해 결정되는 반사 파장 및 반사율(투과율)을 조절하여 원하는 형태의 투과(반사) 스펙트럼으로 원하는 파장대역에서 이득을 평탄하게 할 수 있는 단주기 광섬유 격자를 구비하여 서로 다른 주기의 격자를 계속 연결하여 파장 대역을 조절하고, 각 파장에서의 반사율을 조절하여 필터의 투과 스펙트럼을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명이 적용되는 단주기 광섬유 격자를 이용한 이득평탄화 필터의 개념도로서, 광섬유 격자란 광섬유 코어에 일정한 주기로 굴절률이 변하도록 만든 소자로서 굴절률 변화를 유도하는 방법으로는 여러 가지가 있으며, 대표적으로는 약 250㎚의 파장에 해당하는 빛을 광섬유에 쪼이면 광섬유의 굴절률이 변하는데, 굴절률 변화에 일정한 주기가 유도되도록 250㎚ 파장 광원의 광세기를 변조하여 줌으로써 광섬유 격자를 새길 수 있다.
이러한 격자가 새겨진 광섬유를 진행하는 빛은 격자 주기의 2배에 해당하는 파장에서 빛이 반사되는데, 이때 반사율은 격자의 굴절률 차와 총 격자의 수에 따라 달라진다.
따라서 도 3에 도시된 바와 같이 격자의 주기를 변화시키면 여러 파장에서의 반사 특성을 얻을 수 있고, 이때 반사 파장에서의 격자의 반사율을 조절하면 원하는 파장대역에서 원하는 반사(투과) 스펙트럼을 얻을 수 있다.
따라서 상기 도 3에 나타낸 바와 같이 이득스펙트럼이 불균일한 EDFA에 투과 스펙트럼이 최적화된 광섬유 격자 필터를 부가함으로서 균일한 이득스펙트럼을 확보할 수 있다.
단주기 광섬유 격자를 이용한 이득평탄화의 일 예를 도 4에 나타내었다.
상기 도 4a는 EDFA의 이득스펙트럼과 광섬유 격자를 이용하여 제작한 이득평탄화 필터의 손실스펙트럼을 나타낸다.
EDFA의 이득이 큰 부분에서는 큰 필터의 손실로 인해 상쇄가 된다.
이 둘을 결합하였을 때의 최종적인 이득스펙트럼이 도 4b에 나타나 있다.
평탄화 전에 약 7dB 정도의 이득차가 이득 평탄화 필터를 이용하였을 때 약 2dB로 나타낸다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 투과 스펙트럼을 임의로 조절할 수 있는 단주기 광섬유 격자를 이용하면 에르븀 첨가 광증폭기의 이득스펙트럼을 원하는 파장 대역폭에서 평탄화할 수 있고, 따라서 궁극적으로 이를 포함하는 광전송시스템의 전송 성능을 개선할 수 있는 효과를 가진다.
Claims (3)
- 에르븀 첨가 광증폭기에서 입력 신호광 파장변화에 대한 이득을 균일하게 하는 방법에 있어서,서로 다른 여러 주기의 광섬유 격자를 계속 연결하여 파장 대역을 조절하는 제 1 단계와;각 파장에서의 반사율을 조절하여 필터의 투과 스펙트럼을 조절하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에르븀 첨가 광증폭기의 이득평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반사율은격자의 주기와 강도 및 격자의 수에 따라 조절하는 것을 특징으로 하는 에르븀 첨가 광증폭기의 이득평탄화 방법.
- 여러개의 신호광을 동시에 전송하는 파장 분할 다중방식의 광전송시스템에 있어서,광섬유 내에 주기적인 굴절률 변화를 유도시키며,입사되는 빛에 대하여 특정한 파장의 신호광을 반사(투과)시키고,격자의 주기 및 강도, 격자의 수에 의해 결정되는 반사 파장 및 반사율(투과율)을 조절하여 원하는 형태의 투과(반사) 스펙트럼으로 원하는 파장대역에서 이득을 평탄하게 할 수 있는 단주기 광섬유 격자를 사용하여 이득 평탄화된 에르븀 첨가 광증폭기.
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