KR100288442B1

KR100288442B1 - 이득평탄화광섬유증폭기

Info

Publication number: KR100288442B1
Application number: KR1019970061599A
Authority: KR
Inventors: 황성택; 김정미; 김성준
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2001-05-02
Also published as: KR19990041067A

Abstract

본 발명은 이득평탄화 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 펌핑광원에 의한 펌핑광신호와 입력 광신호를 결합하는 파장선택결합기 및 적어도 두개의 광섬유를 포함하는 광섬유증폭기에 있어서, 파장선택결합기에 연결되는 제1광섬유에서 증폭된 광신호가 소정의 비율로 분리되어 증폭특성이 측정되고, 각 광섬유에 의한 역방향 자연방출이 소정의 비율로 분리되어 역방향 자연방출의 이득특성이 측정되는 제1광섬유증폭 측정부; 및 제1광섬유증폭 측정부에 연결되고, 제1광섬유와 파장에 따른 이득특성이 다른 제2광섬유에 의한 역방향 자연방출이 소정의 비율로 분리되어 역방향 자연방출의 이득특성이 측정되는 제2광섬유증폭 측정부를 포함하고, 제1 및 제2광섬유증폭 측정부에서 측정되는 제1 및 제2광섬유의 증폭특성, 역방향 자연방출의 이득특성 및 제2광섬유증폭 측정부의 출력단에서 입력 광신호에 대해 전체 증폭특성을 측정하여 이득평탄화가 극대가 되는 광섬유 길이가 결정됨을 특징으로한다.

본 발명에 의하면, 두 개 이상의 광섬유를 이용하여 이득평탄화된 광섬유증폭기를 구성함에 있어서, 광결합기를 이용하여 각 광섬유에 의한 자연방출특성과 증폭특성을 측정하므로써 전체 광섬유증폭기의 이득평탄화를 극대화하는 각 광섬유증폭기의 길이를 결정할 수 있다.

Description

이득평탄화 광섬유 증폭기{Gain-flattened EDFA}

본 발명은 이득평탄화 광섬유증폭기에 관한 것으로, 적어도 두 개 이상의 광섬유를 포함하는 광섬유 증폭기에서 각 광섬유의 최적의 길이가 결정되는 이득평탄화 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 시간분할(Time Division Multiplexing, 이하 TDM이라 약함) 통신방법과 파장분할(Wavelength Division Multiplexing, 이하 WDM이라 약함) 통신방법으로 나눠지는데, TDM방식은 전자소자의 한계로 그 기술적 진전이 어려운 반면 WDM방식은 여러 개의 광신호를 동시에 전송할 수 있기때문에 TDM방식을 동시에 적용할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 이러한 WDM전송에 필요한 이득평탄화된 어븀도핑광섬유증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, 이하 EDFA라 약함)에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. EDFA의 이득을 평탄화하는 방법에는 여러가지가 있으나 두 개 이상의 어븀도핑광섬유(이하 EDF라 약함)를 이용한 EDFA의 경우, 각 EDF 특성을 먼저 측정한 후 두 EDF를 연결하여 최종적으로 이득평탄화를 위한 EDF의 길이를 결정하게 된다.

도 1(a) 내지 도 1(c)는 종래의 이득평탄화 광섬유증폭기 구성과정을 도시한 것이다. 도 1(a)에 따른 광섬유증폭기는 제1아이솔레이터(100), 파장선택결합기(Wavelength Selective Coupler, 102, 이하 WSC라 약함), 펌핑광원(104), EDF(106) 및 제2아이솔레이터(108)로 이루어진다. 그 동작은 먼저, WSC(102)는 펌핑광원(104)에서 펌핑되는 펌핑광신호와 입력단으로부터 들어오는 광신호를 결합한다. WSC(102)로부터 들어오는 펌핑광신호는 EDF(106)내의 기저상태에 있는 어븀 이온을 여기시킨다. 여기된 어븀의 유도방출(stimulated emmission)로 입력단으로부터 들어오는 광신호가 증폭된다. 제1아이솔레이터(100)는 EDF(106)에서 발생한 자연방출(Amplified Spontaneous Emmission, ASE)이 신호입력커넥터(Signal Input Connector)와 같은 광소자로부터 반사되어 EDF(106)에 다시 입사하므로써 광신호의 증폭효율을 떨어뜨리는 것을 방지한다. 마찬가지로 제2아이솔레이터(108)는 신호 출력 커넥터(Signal Output Connector)와 같은 광소자로부터 반사되어 EDF(106)에 재입사된 ASE와 증폭된 광신호로 인한 증폭기의 증폭효율을 저하시키는 것을 방지한다.

도 1(b)는 도 1(a)와 동일한 경우이고 다만 EDF(110)가 다를 뿐이다. 도 1(c)는 도 1(a)와 도 1(b)를 결합한 경우로, 두 광섬유를 이용하여 이득평탄화된 광섬유증폭기를 구성한 예이고, 각 참조번호는 도 1(a) 및 도 1(b)와 같다.

그러나, 도 1(c)에 도시된 바와 같은 EDFA의 구성은 실제 EDFA의 동작과 차이가 있다. 왜냐하면 각각의 EDF에 의한 ASE 효과 때문에 각 EDF의 특성을 측정하여 구성하였다하더라도 전체 EDF의 길이를 다시 최적화해야 한다. 즉, 제1EDF(106)에서 발생한 전향(forward) ASE가 제2EDF(110)에 영향을 주거나 제2EDF(110)에서 발생한 역방향(backward) ASE가 제1EDF(106)에 영향을 주어 결과적으로 이득 스펙트럼을 변화시키기 때문이다. 또한 상술한 방법으로 EDF의 길이를 최적화할 때 이미 연결된 EDF 각각의 이득 스펙트럼을 중간에 측정할 수 없기 때문에 각 EDF중 어느 쪽을 얼마의 길이로 조절해야하는지를 알 수 없다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 소정의 광신호를 분리할 수 있는 광결합기를 이용하여 각 EDF의 특성을 측정하므로써 각 EDF의 길이를 조절하는 이득평탄화 광섬유 증폭기를 제공하는데 있다.

도 1(a) 내지 도 1(c)는 종래의 이득평탄화 광섬유증폭기 구성과정을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 이득평탄화 광섬유 증폭기에 대한 일실시예이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 이득평탄화 광섬유 증폭기는 펌핑광원에 의한 펌핑광신호와 입력 광신호를 결합하는 파장선택결합기 및 적어도 두개의 광섬유를 포함하는 광섬유증폭기에 있어서, 상기 파장선택결합기에 연결되는 제1광섬유에서 증폭된 광신호가 소정의 비율로 분리되어 증폭특성이 측정되고, 상기 각 광섬유에 의한 역방향 자연방출이 소정의 비율로 분리되어 상기 역방향 자연방출의 이득특성이 측정되는 제1광섬유증폭 측정부; 및 상기 제1광섬유증폭 측정부에 연결되고, 상기 제1광섬유와 파장에 따른 이득특성이 다른 제2광섬유에 의한 역방향 자연방출이 소정의 비율로 분리되어 상기 역방향 자연방출의 이득특성이 측정되는 제2광섬유증폭 측정부를 포함하고, 상기 제1 및 제2광섬유증폭 측정부에서 측정되는 상기 제1 및 제2광섬유의 증폭특성, 역방향 자연방출의 이득특성 및 상기 제2광섬유증폭 측정부의 출력단에서 상기 입력 광신호에 대해 전체 증폭특성을 측정하여 이득평탄화가 극대가 되는 광섬유 길이가 결정됨을 특징으로한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 이득평탄화 광섬유 증폭기에 대한 일실시예로서, 도 2에 따른 광섬유 증폭기는 제1아이솔레이터(200), 펌핑광원(210), WSC(220), 제1광섬유증폭 측정부(230), 제2광섬유증폭 측정부(240) 및 제2아이솔레이터(250)을 포함한다.

제1 및 제2아이솔레이터(200, 250)는 상술한 바와 같이 입출력 커넥터와 같은 광소자로부터 증폭된 광신호가 반사되어 각 EDF의 증폭효율을 저하시키는 것을 방지한다. WSC(220)는 펌핑광원(210)으로부터 오는 980nm의 파장을 갖는 펌핑광신호와 입력단으로부터 들어오는 1550nm 파장대의 입력 광신호를 결합하여 단일 광전송로로 전송한다.

제1광섬유증폭 측정부(230)는 제1결합기(232), 제1EDF(233) 및 제2결합기(234)를 구비하여, 제1EDF(233) 및 제2광섬유증폭 측정부(240)의 EDF에 의한 역방향 ASE를 측정하고, 제1EDF(233)만을 고려한 EDFA의 특성을 측정할 수 있다.

제2광섬유증폭 측정부(240)는 제3결합기(242) 및 제1EDF(233)와 파장에 따른 이득특성이 다른 제2EDF(243)를 구비하며, 제2EDF(243)에 의한 ASE를 측정하고 제2EDF(243)만을 고려한 EDFA 의 특성을 측정할 수 있다.

한편, 상기 구성에 의거하여 본 발명의 동작을 설명하기로한다. 먼저, WSC(220)로부터 들어오는 펌핑광신호는 제1 및 제2EDF(233, 243)내의 기저상태에 있는 어븀 이온을 여기시킨다. 여기된 어븀의 유도방출에 의해 입력 광신호가 증폭되는데, 제1 및 제2EDF(233, 243)의 이득특성이 다르므로 각 EDF의 길이를 조정하여 이득을 평탄화시키는 것이 필요하다. 각 EDF의 길이는 각 EDF에 의한 ASE와 증폭특성을 측정하여 결정된다. ASE는 여기된 어븀에 의해 일어나게 되는데, 파장에 따른 ASE의 특성은 유도방출에 의한 증폭이득 특성과 동일한 형태를 가지므로, 각 광섬유의 길이에 따른 ASE의 특성을 측정하여 전체 EDFA의 이득평탄화가 극대가 되는 EDF의 길이가 결정된다.

제1결합기(232)는 제1 및 제2EDF(233, 243)에 의한 역방향 ASE를 소정의 비율로 분리하며, 제1결합기(232)의 231단자에서 역방향 ASE를 측정하므로써 전체 EDFA의 특성을 분석할 수 있다. 제3결합기(242)는 제2EDF(243)의 역방향 ASE를 분리하며, 241단자에서 제2EDF(243)의 역방향 ASE가 측정가능하다.

제2결합기(234)는 제1EDF(233)에서 증폭된 광신호를 소정의 비율로 분리하므로, 제1EDF(233)만을 이용한 EDFA의 증폭이득 스펙트럼은 입력단의 광신호에 대해 제2결합기(234)의 235단자에서 측정가능하다. 제2EDF(243)만을 이용한 EDFA의 특성은 제3결합기(242)의 241단자를 통한 입력 광신호에 대해 출력단에서 측정가능하다. 동시에 전체 EDFA의 특성은 입력단에 대해 출력단에서 측정가능하다. 여기서, 제1, 제2 및 제3결합기(232, 234, 242)는 980nm파장의 펌핑광신호가 각 EDF를 여기시키기에 충분히 작은 삽입손실, 바람직하게는 0.3dB이하인 삽입손실을 갖는다.

상술한 바와 같이 측정되는 각 EDF의 ASE 특성과 증폭특성을 측정하므로써 전체 EDFA의 이득평탄화를 극대화하는 각 광섬유의 길이가 결정된다. 각 EDF의 길이가 결정된 후 각 결합기를 제거하여 이득평탄화된 EDFA를 얻는다.

본 발명에 의하면, 두 개 이상의 EDF를 이용하여 이득평탄화된 EDFA를 구성함에 있어서, 광결합기를 이용하여 각 EDF에 의한 ASE특성과 증폭특성을 측정하므로써 전체 EDFA의 이득평탄화를 극대화하는 각 EDF의 길이를 결정할 수 있다. 또한 상술한 2단 EDFA 이외에 다단 EDFA에도 응용가능하다.

Claims

펌핑광을 생성하는 펌핑광원;

상기 펌핑광에 의한 유도방출에 의해 입력 광신호를 증폭하는 제1광섬유;

상기 제1광섬유에서 출력되는 펌핑광에 의한 유도방출에 의해 상기 제1광섬유에서 증폭된 광신호를 증폭하되, 상기 제1광섬유와는 다른 이득특성을 갖는 제2광섬유;

상기 제1광섬유 및 상기 제2광섬유에서 증폭시 발생되는 자연방출을 측정하고, 상기 제1광섬유에서 증폭된 광신호의 증폭특성을 측정하는 제1측정부; 및

상기 제2광섬유에서 증폭시 발생되는 자연방출을 측정하고, 상기 제2광섬유에서 증폭된 광신호의 증폭특성을 측정하는 제2측정부를 포함하고,

상기 제1측정부 및 제2측정부에서 측정된 자연방출 및 광신호에 대한 증폭특성에 따라 상기 제1 및 제2광섬유의 길이가 조절되어 증폭된 광신호의 이득특성이 실질적으로 평탄하게되는 이득평탄화 광섬유증폭기.
제1항에 있어서,

상기 펌핑광원과 상기 제1광섬유의 전단에 위치하고, 상기 제1광섬유에서 발생된 자연방출이 상기 제1광섬유로 재입사됨을 방지하는 제1아이솔레이터; 및

상기 제2측정부의 후단에 위치하고, 상기 제2광섬유에서 출력된 자연방출이 상기 제2광섬유로 재입사됨을 방지하는 제2아이솔레이터를 더 구비함을 특징으로하는 이득평탄화 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제1측정부는

상기 펌핑광원과 상기 제1광섬유 사이에 위치하며, 상기 제1광섬유 및 상기 제2광섬유에서 출력되는 자연방출을 소정 비율로 분리하는 제1결합기; 및

상기 제1광섬유에 연결되어 상기 제1광섬유에서 증폭되는 광신호를 소정 비율로 분리하는 제2결합기를 구비함을 특징으로하는 이득평탄화 광섬유 증폭기.
제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2결합기는

펌핑광에 대해 삽입손실이 0.3 dB이하임을 특징으로하는 이득평탄화 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제2측정부는

상기 제1측정부와 제2광섬유 사이에 연결되어, 상기 제2광섬유에서 발생된 자연방출을 소정의 비율로 분리하는 제3결합기를 구비함을 특징으로하는 이득평탄화 광섬유 증폭기.
제5항에 있어서, 상기 제3결합기는

상기 펌핑광에 대해 삽입손실이 0.3dB이하임을 특징으로하는 이득평탄화 광섬유 증폭기.