KR100325132B1 - 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양방향으로 입력되는 광신호를 단일방향으로 증폭하는 광증폭기에서, 상기 양방향으로 입력되는 서로다른 파장의 공신호들을 제1단자 및 제2단자를 통해 입력받아 다중화하여 제3단자로 출력하고, 제4단자를 통해 입력되는 광신호를 역다중화하여 상기 제1단자와 제2단자를 통해 출력하는 방향성 결합기와, 상기 방향성 결합기에서 다중화되어 제3단자를 통해 출력되는 광신호를 입력받아 빛의 세기를 증폭하여 방향결합기의 제4단자로 출력하는 단일방향 광증폭기를 포함하는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기를 제공한다.
상기와 같은 본 발명은 특수한 광소자가 아닌 일반적인 4단자 방향성 결합기와 이 결합기의 일단에 결합되는 단일방향 광증폭기를 결합하여 양방향 광증폭기의 기능을 수행시키도록 하므로써, 광소자의 부품수를 최소화하여 광증폭시스템의 제조비용을 상당히 저감시킨다.

Description

단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기{Bi-directional Optical Amplifier Using Uni-directional Optical Amplifier}
본 발명은 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기에 관한 것으로서, 더 상세하게 말하자면, 양방향 파장분할다중(WDM; Wavelength Division Multiplesing)방식 광전송망의 중계기용으로 필수적인 양방향 광증폭기를 구현하는 데에 있어서, 단일방향 광증폭기를 이용하여 양방향 광증폭기의 기능을 수행하도록 함으로써, 되반사 등의 효과를 효율적으로 제한하고, 증폭기의 구성에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기에 관한 것이다.
과학 기술이 발달하고 정보화 사회가 도래하면서, 통신 기술의 발달이 급격하게 이루어지고 있는데, 그 유형도 기존의 유선 통신에서 탈피하여, 무선 통신, 위성 통신 등 다양한 발전이 이루어진고 있다.
그리고, 통신의 형태도 단순한 문자 전송이나 음성 전송만이 아닌 영상 전송이 요구되고 있으며, 음성과 데이터와 영상을 동시에 전송하는 복합 전송이 요구되고 있는데, 그러한 복합 전송을 이루기 위해서는 그만큼 빠른 전송 속도와 방대한 전송량을 처리할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
그러한, 욕구를 충족시킬 수 있는 전송 기술이 광전송인데, 광전송은 종래의 동선을 이용하는 유선 전송이나, 전파를 이용하는 무선 전송과는 달리, 빛에 실린 신호를 광섬유라는 전송 매체를 통하는 전송하는 통신방식이다.
광전송 전송 시스템에서는 기존의 전기신호를 광신호로 바꾸고, 그 광신호를 광섬유를 통하여 전달한 후, 다시 광신호를 전기신호로 바꾸는 과정이 추가되며, 전기신호를 광신호로 바꿀 때에는 발광 소자인 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드를 사용하며, 광신호를 전기신호로 바꿀 때에는 수광 소자인 포토 다이오드 등을 사용한다.
상기 광전송방식은 기존의 전송 방식에 비하여 전송 손실이 적고, 많은 데이터를 전송할 수 있는 장점이 있기에 장거리 전송에 적합한 전송방식이다.
그런데, 상기와 같은 광전송 시스템에서도, 일정한 거리 이상으로 신호를 전송할 때에는 신호를 증폭할 필요가 있으며, 이러한 역할을 수행하는 것이 광증폭기이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 일반적인 파장분할다중방식 광전송 시스템의 설명하기로 한다.
도 1에 도시되어 있듯이, 일반적인 파장분할다중방식 양방향 광전송 시스템의 구성은,
제1광송신부(11)와 제1광수신부(12)와, 제1광다중화기(13)로 이루어진 제1광시스템(10)과;
제2광송신부(21)와 제1광수신부(22)와, 제1광다중화기(23)로 이루어진 제2광시스템(10)과;
상기 제1광시스템(10)으로부터 출력되는 신호를 입력받아 증폭하여 상기 제2광시스템(20)으로 출력하고, 상기 제2광시스템(20)으로부터 출력되는 신호를 입력받아 증폭하여 상기 제1광시스템(10)으로 출력하는 광증폭기(30)로 이루어진다.
상기와 같이 이루어진 파장분할다중방식 양방향 광전송 시스템의 동작은 다음과 같다.
파장분할다중방식 양방향 광전송 시스템은 단일 광섬유를 이용하여 광신호를 송신 또는 수신하는 전송 방식이다.
제2광시스템(10)의 1광송신부(11)는 제1광신호(λ1)와 제2광신호(λ2)를 생성하여출력하고, 제1광다중화기(13)는 상기 제1광송신부(11)로부터 출력되는 신호를 입력받아 다중화하여 제2광시스템(20)으로 전송하는데, 제2광전송시스템(20)이 상기 제1광시스템(10)으로부터 원거리에 위치하는 경우, 광증폭기(30)를 통하여 광신호의 세기를 증폭시킨다.
그리고, 상기 광증폭기(30)에 의하여 증폭된 광신호는 상기 제2광시스템(20)의 제2광다중화기(23)를 통하여 역다중화되어 각각의 신호(λ1,λ2)로 분리된 후, 제2광신호부(22)로 인가됨으로써, 순방향(A) 통신이 이루어진다.
마찬가지로, 상기 제2광시스템(20)의 2광송신부(21)는 제3광신호(λ3)와 제4광신호(λ4)를 생성하여 출력하고, 제2광다중화기(23)는 상기 제2광송신부(21)로부터 출력되는 신호를 입력받아 다중화하여 출력하며, 상기 광증폭기(30)에서 그 광신호를 입력받아 광신호의 세기를 증폭시킨다.
그리고, 상기 광증폭기(30)에 의하여 증폭된 광신호는 상기 제1광시스템(10)의 제1광다중화기(13)를 통하여 역다중화되어 각각의 신호(λ3,λ4)로 분리된 후, 제1광수신부(12)로 인가됨으로써 역방향(B) 통신이 이루어진다.
상기와 같은 방법으로 순방향 통신과 역방향 통신이 이루어져, 양방향 통신이 이루어지는데, 상기 광증폭기(30)는 양방향(A,B)의 신호를 모두 증폭시키는 양방향 증폭기이며, 파장분할다중방식 광전송 시스템에 있어서, 가장 중요한 구성요소가 바로 광증폭기이다.
상기와 같은 광증폭기를 구성하기 위한 종래의 대표적인 구현 방식이 도2에 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 종래 기술의 다이크로익(dichroic) 필터(filter)를 이용한 양방향 광증폭기를 설명하기로 한다.
도 3에 도시되어 있듯이, 종래 기술의 다이크로익 필터를 이용한 양방향 광증폭기의 구성은 다음과 같이 이루어진다.
제1광시스템(50)과 제2광시스템(60)의 전송신호를 증폭하는 양방향 증폭기에 있어서,
광신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 단일방향 광증폭기(80);
상기 제1광시스템(50)으로부터 출력되는 제1광신호가 제1단자(P1)로 입력되고, 상기 제2광시스템(60)으로부터 출력되는 제2광신호가 제2단자(P2)로 입력되며, 제3단자(P3)가 상기 단일방향 광증폭기(80)의 입력단자로 연결되고, 제4단자(P4)가 상기 단일방향 광증폭기(80)의 출력단자로 연결되는 다이크로익 필터를 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 이루어진 종래 기술의 다이크로익 필터를 이용한 양방향 광증폭기의 동작은 다음과 같다.
제1광시스템(50)으로부터 출력되는 제1광신호는 상기 다이크로익 필터(70)의 제1단자(P1)를 통해 입력되고, 제2광시스템(50)으로부터 출력되는 제2광신호는 상기 다이크로익 필터(70)의 제2단자(P2)를 통해 입력되며, 두 광신호는 상기 다이크로익 필터(70)의 제3단자(P3)를 통해 출력된다.
그리고, 단일방향 광증폭기(80)는 상기 다이크로익 필터(70)의 제3단자를 통해 출력되는 두 광신호의 빛의 세기를 증폭하여 상기 다이크로익 필터(70)의 제4단자로 출력한다.
다이크로익 필터(70)는 제4단자를 통해 입력되는 두 광신호를 분리하여, 제1광신호는 제2단자(P2)를 통하여 제2광시스템(60)으로 전송하고, 제2광신호는 제1단자(P1)를 통하여 제1광시스템(50)으로 전송한다.
상기와 같이 동작함으로써, 단일방향 증폭기를 이용하여 양방향에서 전송되는 두 광신호의 빛의 세기를 증폭하여 출력할 수 있다.
그런데, 상기와 같이 동작하는 종래 기술의 다이크로익 필터를 이용한 양방향 광증폭기는, 다이크로익 필터를 상기와 같은 기능을 구현하도록 제작하기가 어려운 단점이 있고, 또한 현재 상용화되고 있는 파장분할다중방식 광전송 시스템이 8채널 또는 16채널인 데 반하여, 상기 종래 기술은 수용할 수 있는 광채널의 수가 2개로 한정되므로, 실효성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같이 사용할 수 있는 채널이 한정되는 다이크로익 필터를 이용한 양방향 증폭기의 문제점을 해결한 종래 기술의 양방향 증폭기가 도2에 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 종래 기술의 양방향 광증폭기를 설명하기로 한다.
도2에 도시되어 있듯이, 종래 기술에 의한 양방향 광증폭기의 구성은 다음과 같이 이루어진다.
제1광시스템(50)과 제2광시스템(60)의 전송신호를 증폭하는 양방향 증폭기에 있어서,
상기 제1광시스템(50)으로부터 출력되어 제1광커넥터(41)를 통하여 수신되는 광신호를 증폭하여 상기 제2광시스템(60)쪽으로 출력하고, 상기 제2광시스템(60)쪽으로부터 입력되는 광신호를 증폭하여 상기 제1광커넥터(48)를 통하여 상기 제1광시스템(50)으로 전송하는 제1단 양방향 증폭부(42);
상기 제2광시스템(60)으로부터 출력되어 제2광커넥터(48)를 통하여 수신되는 광신호를 증폭하여 상기 제1광시스템(40)쪽으로 출력하고, 상기 제1광시스템(40)쪽으로부터 입력되는 광신호를 증폭하여 상기 제2광커넥터(48)를 통하여 상기 제2광시스템(60)으로 전송하는 제2단 양방향 증폭부(47);
입력되는 광신호 중에서 설정된 대역의 파장을 가진 광신호만 통과시키는 제1광필터(optical filter, 45) 및 제2광필터(46);
상기 제1단 양방향 증폭부(42)로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 제1광필터(45)로 출력하고, 상기 제2광필터(46)로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 제1단 양방향 증폭부(42)로 출력하는 제1서큘레이트(circulate, 43);
상기 제2단 양방향 증폭부(47)로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 제2광필터(46)로 출력하고, 상기 제1광필터(45)로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 제2단 양방향 증폭부(47)로 출력하는 제2서큘레이트(44)를 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 이루어진 종래 기술의 양방향 광증폭기의 동작은 다음과 같다.
제1단 양방향 증폭부(42)는 상기 제1광시스템(50)으로부터 출력되어 제1광커넥터(41)를 통하여 수신되는 광신호를 증폭하여 상기 제1서큘레이트(43)로 출력하고, 상기 제1서큘레이트(43)로부터 출력되넝 입력되는 광신호를 증폭하여 상기 제1광커넥터(41)를 통하여 상기 제1광시스템(50)으로 전송한다.
마찬가지로, 상기 제2단 양방향 증폭부(42)는 상기 제2광시스템(60)으로부터 출력되어 제2광커넥터(48)를 통하여 수신되는 광신호를 증폭하여 상기 제2서큘레이트(44)로 출력하고, 상기 제2서큘레이트(44)로부터 출력되어 입력되는 광신호를 증폭하여 상기 제2광커넥터(48)를 통하여 상기 제2광시스템(60)으로 전송한다.
그리고, 제1광필터(45)와 제2광필터(46)는 각각 입력되는 광신호 중에서 설정된 대역의 파장을 가진 광신호만 통과시킨다.
제1서큘레이트(43)는 상기 제1단 양방향 증폭부(42)로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 제1광필터(45)로 출력하고, 상기 제2광필터(46)로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 제1단 양방향 증폭부(42)로 출력한다.
마찬가지로, 제2서큘레이트(44)는 상기 제2단 양방향 증폭부(47)로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 제2광필터(46)로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 제2단 양방향 증폭부(47)로 출력한다.
즉, 상기 제1서큘레이트(43)는 제1단자(C)로 입력되는 신호를 제2단자(D)로 출력하고 ,제3단자(E)로 입력되는 신호를 제1단자(C)로 출력하는 기능을 수행하므로, 상기에서 보는 바와 같이 입력되는 신호의 경로를 설정하는 효과를 나타낸다.
예를 들어, 상기 광시스템(50)으로부터 출력되어 전송되는 일정한 파장을 갖는 광신호가 제1광커넥터(41)로 입력되는 경우, 그 신호는 제1단 양방향 증폭부(42)를 통하여 그 빛의 세기가 증폭되어 제1서큘레이트(43)로 출력된다.
제1서큘레이트는 상기 제1단 양방향 증폭기(42)로부터 출력되는 신호를 제1단자(C)를 통해 입력받아 제2단자(D)로 출력하여, 그 신호가 제1광필터(45)에 의하여 노이즈(noise) 등 다른 파장의 광신호는 여과되도록 한다.
그리고, 상기 제1광필터(45)를 통해 출력되는 신호는 제2서큘레이트(44)와 제3단자(E)를 통해 입력되어 제1단자(C)를 통해 출력됨으로써, 제2단 양방향 증폭부(47)로 입력된다.
상기 제2단 양방향 증폭부(47)는 상기 제2서큘레이트(44)로부터 출력되어 입력되는 광신호의 빛의 세기를 증폭하여 출력하여, 그 신호는 제2광커넥터(48)를 통해 제2광시스템(60)으로 전송된다(F).
그런데, 상기 제2단 양방향 증폭부(47)로부터 출력되어 제2광커넥터(48)를 통해 제2광시스템(60)으로 전송되는 신호 중 일부는 상기 제2광커넥터(48)에 의하여 반사되어 다시 제2단 양방향 증폭부(47)로 재입력되는데(H), rm 신호는 상기 제2광시스템으로부터 전송되어 입력되는 신호와 함께 상기 제2단 양방향 증폭부(47)를 통하여 증폭되어 제2서큘레이트(46)로 입력된다.
그리고, 그 신호는 상기 제2광필터(46)로 입력되며, 상기 제2광커넥터(48)에의하여 반사된 신호는 상기 제2광필터(46)에 의하여 여과되므로, 그에 따른 신호 노이즈의 문제는 발생하지 않는다.
마찬가지로, 상기 제1광필터(45)는 상기 제2광시스템(60)으로부터 전송되는 신호 중에서 상기 제1광커넥터(41) 의하여 반사되는 신호를 여과시킴으로써, 상기 반사된 신호에 의한 신호 품질의 저하를 방지할 수 있다.
그런데, 상기와 같이 동작하는 종래 기술의 양방향 광증폭기는 반사되는 신호에 의 한 성능 저하의 문제를 해결하기 위한 서큘레이트 및 광필터 등 고가의 광소자를 필요로 할뿐만 아니라, 전송망의 재구성 등에 의한 파장분할다중방식 채널의 결합/분기시에 증폭기에서 광이득의 변화를 극복하기 힘들다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양방향 파장분할다중방식 광전송망의 중계기용으로 필수적인 양방향 광증폭기를 구현하는 데에 있어서, 특수한 광소자가 아닌 일반적인 광소자와 단일방향 광증폭기를 이용하여 양방향 광증폭기의 기능을 수행하도록 함으로써, 되반사 등의 효과를 효율적으로 제한하고, 증폭기의 구성에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기를 제공하는 데에 있다.
도 1은 일반적인 파장분할 다중방식 양방향 광전송 시스템의 적용한 블럭도,
도 2는 종래 기술에 의한 양방향 광증폭기를 적용한 블럭도,
도 3은 종래 기술의 다이크로익 필터를 이용한 양방향 광증폭기를 적용한 블럭도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향광증폭기를 적용한 블럭도,
도 5a, b, c는 도 4에서 방향성 결합기의 특성을 나타낸 그래프,
도 6은 파장분할다중방식 전송에 사용되는 광채널 파장을 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기를 적용한 블럭도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 방향성 결합기 200 : 단일방향 광증폭기
300 : 제1광시스템 400 : 제2광시스템
500 : 마하젠더형 필터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양방향으로 입력되는 광신호를 단일방향으로 증폭하는 광증폭기에서, 상기 양방향으로 입력되는 서로다른 파장의 광신호들을 제1단자 및 제2단자를 통해 입력받아 다중화하여 제3단자로 출력하고, 제4단자를 통해 입력되는 광신호를 역다중화하여 상기 제1단자와 제2단자를 통해 출력하는 방향성 결합기와, 상기 방향성 결합기에서 다중화되어 제3단자를 통해 출력되는 광신호를 입력받아 빛의 세기를 증폭하여 방향결합기의 제4단자로 출력하는 단일방향 광증폭기를 포함하는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 본 발명의 바람직한 제1실시예를 설명한다.
도 4에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 의한 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기의 구성은 다음과 같이 이루어진다.
제1광시스템(300)에서 제2광시스템(400)으로 전송되는 광신호와 상기 제2광시스템(400)에서 상기 제1광시스템(300)으로 전송되는 광신호를 증폭하는 양방향 광증폭기에 있어서,
양방향에서 입력되는 서로 파장이 다른 광신호들을 제1단자(P101) 및 제2단자(P102)를 통해 입력받아 다중화하여 제3단자(P103)로 출력하고, 제4단자(P104)를 통해 입력되는 광신호를 역다중화하여 상기 제1단자(P101)와 제2단자(P102)를 통해 출력하는 방향성 결합기(100);
상기 방향성 결합기(100)에서 다중화되어 제3단자(P103)를 통해 출력되는 광신호를 입력받아 빛의 세기를 증폭하여 상기 방향성 결합기의 제4단자(P104)로 출력하는 단일방향 광증폭기(200)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 제1실시예의 동작은 다음과 같다.
방향성 결합기(100)는 상기 제1광시스템(300)으로부터 전송되는 파장이 서로 다른 다수의 광신호들을 제1단자(P101)를 통해 입력받고, 상기 제2광시스템(400)으로부터 전송되는 파장이 서로 다른 다수의 광신호들을 제2단자(P102)를 통해 입력받아 다중화하여 하나의 신호로 하여 제3단자()103)를 통해 출력한다.
그리고, 광증폭기(200)는 상기 방향성 결합기(100)의 제3단자(P103)로부터 출력되는 광신호를 입력받아 빛의 세기를 증폭하여 상기 방향성 결합기(100)의 제4단자(P104)로 출력한다.
그리고, 상기 방향성 결합기(100)의 제4단자(P104)로 입력된 광신호는 각각의 파장에 따라 역다중화되어, 제1단자(P101)와 제2단자(P102)로 전달되어, 각각 입력되었던 방향과 반대 방향으로 출력한다.
즉, 상기 제1광시스템(300)에서 전송되어 방향성 결합기(100)의 제1단자를 통하여 입력되었던 광신호는 증폭된 후에 다중화되어 상기 방향성 결합기(100)의 제2단자를 통해 출력되어, 제2광시스템(400)으로 전송되고, 상기 제2광시스템(400)에서 전송되어 방향성 결합기(100)의 제2단자를 통하여 입력되었던 광신호는 증폭된 후에 다중화되어 상기 방향성 결합기(100)의 제1단자를 통해 출력되어, 제1광시스템(400)으로 전송된다.
이하, 상기와 같은 동작의 중요한 동작의 중요한 동작인 상기 방향성 결합기(100)의 다중화 및 역다중화 기능에 대하여 설명한다.
일반적으로 방향성 결합기는 두 가닥의 광섬유를 결합시켜 만드는 광소자로서, 접합된 광섬유의 길이에 따라 서로 다른 특성을 나타내며, 종래 기술에서 사용된 다이크로익 필터에 비하여 저가이며, 수용하는 채널의 수도 제한 받지 않는 장점이 있다.
상기 방향성 결합기는 기본적으로 광공진형(optical resonator)의 파장분할다중방식 광필터이며, 그 특성 곡선은 도 5a, b, c와 같은 광대역의 평탄한 광신호를 각 단자로 입력시킴으로써 확인할 수 있다.
즉, 광대역의 평탄한 광신호가 각 단자로 입력되었을 때, 발생할 수 있는 광신호 출력은 도 5b와 도 5c이며, 그러므로 상기 방향성 결합기는 도 5b와 도 5c의 전달특성(transmission characteristics)을 갖는 광공진형 광필터(optical resonator filter)라고 할 수 있다.
상기에서, 각각의 공진파장(resonance wavelength)과 공진파장간의 간격(FSR; Free Spectral Range)은 방향성 결합기의 내부 설계에 의해 규정된다.
이하, 방향성 결합기의 동작 특성을 설명한다.
예를 들어, 더 5a와 같은 광신호가 방향성 결합기(100)의 제2단자(P102)를 통해 입력되면, 도 5b와 같은 신호가 제3단자(P103)로 출력되고, 도 5c와 같은 신호가 제4단자(P104)로 출력되며, 방향성 결합기의 특성상, 같은 방향에 있는 단자인 제1단자(P101)로는 출력되지 않으며, 아래의 표 1에 나타난 것과 같다.
[표 1]방향성 결합기의 역다중화 작용례
그리고, 상기 도 5a와 같은 광신호가 방향성 결합기(100)의 제1단자(P101)를 통해 입력되면, 도 5b와 같은 신호가 제4단자(P104)로 출력되고, 도 5c와 같은 시호가 제3단자(P103)로 출력된다.
마찬가지로, 상기 도 5a와 같은 광신호가 방향성 결합기(100)의 제3단자(P103)를 통해 입력되면, 도 5b와 같은 신호가 제2단자(P102)로 출력되고, 도 5c와 같은 신호가 제1단자(P101)로 출력된다.
또, 상기 도 5a와 같은 광신호가 방향성 결합기(100)의 제4단자(P104)를 통해 입력되면, 도 5b와 같은 신호가 제1단자(P101)로 출력되고, 도 5c와 같은 신호가 제2단자(P102)로 출력된다.
상기에서, 방향성 결합기의 특성상, 광신호가 입력되는 방향과 같은 방향에 있는 단자로서 출력되지 않는다.
한편, 상기 방향성 결합기는 가역성을 가지는데, 그에 따라 아래의 표 2에서 보는 바와 같은 특성을 나타낸다.
[표 2]방향성 결합기의 다중화 작용례
즉, 제1광신호가 상기 방향성 결합기의 제1단자(P101)로 입력되고 제2광신호가 제2단자(P102)로 입력되면, 상기 두 광신호가 다중화된 광신호가 제4단자(P104)로 출력된다.
그리고, 제1광신호가 상기 방향성 결합기의 제2단자(P102)로 입력되고 제2광신호가 제1단자(P101)로 입력되면, 상기 두 광신호가 다중화된 광신호가 제3단자(P103)로 출력된다.
마찬가지로, 제1광신호가 상기 방향성 결합기의 제3단자(P103)로 입력되고 제2광신호가 제4단자(P104)로 입력되면, 상기 두 광신호가 다중화된 광신호가 제2단자(P102)로 출력된다.
또, 제1광신호가 상기 방향성 결합기의 제4단자(P104)로 입력되는 경우, 상기 제1광신호가 제2단자로 출력되고 제2광신호는 제4단자로 출력되도록 하는 등의 광신호 경로를 배정할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 방향성 결합기의 공진 파장은 파장분할다중방식 시스템의 각 채널에 할당되어진 파장과 동기화되어 있는데, 상기 각 채널을 위한 파장의 할당은 국제전기통신기구(International Telecommunication Unit; ITU)에서 정의하고 있다.
이하, 상기의 같은 방향성 결합기의 동작 특성을 이용하여, 채널의 수가 8개인 양방향 파장분할다중방식 광전송시스템을 예로 들어, 도 4의 동작을 구체적으로 설명한다.
우선, 상기 제1광시스템(300)으로부터 제2광시스템(400)으로 전송되는 여러 개의 짝수 번호 파장의 광신호(λ2,λ4,λ6,λ8)의 그룹을 제1광신호라 하고, 상기 제1광신호와 반대 방향으로 전송되는 광신호(λ1,λ3,λ5,λ7)의 그룹을 제2광신호라 하며, 상기 제1광신호와 제2광신호가 다중화된 광신호(λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6,λ7,λ8) 그룹을 제3광신호라 한다.
상기에서 각각의 광신호들은 도 6에서 보는 바와 같이 각각의 광신호의 번호에 따라 파장이 균등 간격으로 커지도록 배열되어 있다.
상기 제1광신호는 상기 방향성 결합기(100)의 제1단자(P101)를 통해 입력되고, 제2광신호는 제2단자(P102)를 통해 입력된다.
그리고, 상기 방향성 결합기(100)의 동작 특성에 따라 상기 제1단자(P101)로 입력되는 광신호와 제2단자(P102)로 입력되는 광신호는 다중화되어 제3단자로 출력되는데, 그 광신호가 상기에서 정의한 제3광신호이며, 도면에 도시된 것처럼 8개의 파장의 신호를 포함하고 있다.
단일방향 광증폭기(200)는 상기 방향성 결합기(100)의 제3단자로 출력되는 제3광신호를 입력받아, 빛의 세기를 증폭하여 출력하며, 그 신호는 상기 방향성 결합기(100)의 제4단자(P104)로 입력된다.
상기 단일방향 광증폭기(200)로는 에르븀(erbium; 원소기호 Er, 원자번호 68)이 첨가된 광섬유 증폭기이거나, 또는 이테르븀(ytterbium; 원소기호 Yb, 원자번호 70)이 첨가된 광섬유 증폭기이거나, 또는 반도체 레이저 광증폭기(semiconductor laser amplifier; SOA) 등이 적용될 수 있다.
그밖에도, 상기 단일방향 광증폭기(200)로는 단일 방향의 광신호를 증폭하기 위하여 설계되고 구현된 광증폭기가 모두 사용될 수 있다.
또, 상기 단일방향 광증폭기(200)는 여러 종류의 광증폭기를 중첩하여 사용할 수도 있다.
상기 방향성 결합기(100)는 상기 단일방향 광증폭기(200)에 의하여 증폭된 제3광신호를 제4단자(P104)를 통해 입력받아, 동작 특성에 따라 광신호의 파장별로 분리하여 제1단자(P101)와 제2단자(P102)를 통해 출력한다.
즉, 상기 방향성 결합기(100)는 홀수번째 파장을 가진 광신호들(λ1,λ3,λ5,λ7)을 제1단자(P101)를 통해 출력하고, 짝수번째 파장을 가진 광신호들(λ2,λ4,λ6,λ8)을 제2단자(P102)를 통해 출력한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제2실시예를 설명한다.
도 7에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 의한 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기의 구성은 다음과 같이 이루어진다.
제1광시스템(300)에서 제2광시스템(400)으로 전송되는 광신호와 상기 제2광시스템(400)에서 상기 제1광시스템(300)으로 전송되는 광신호를 증폭하는 양방향 광증폭기에 있어서,
양방향에서 입력되는 서로 파장이 다른 광신호들을 제1단자 및 제2단자를 통해 입력받아 다중화하여 제3단자로 출력하고, 제4단자를 통해 입력되는 광신호를 역다중화하여 상기 제1단자와 제2단자를 통해 출력하는 마하젠더형 필터(Mach-zehnder Interferometer filter, 500);
상기 마하젠더형 필터(500)에서 역다중화되어 제3단자를 통해 출력되는 광신호를 입력받아 빛의 세기를 증폭하여 상기 방향성 결합기의 제4단자로 출력하는 단일방향 광증폭기(600)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 제2실시예의 동작은 다음과 같다.
마하젠더형 필터(500)는 상기 제1광시스템(300)으로부터 전송되는 파장이 서로 다른 다수의 광신호들을 제1단자(P501)를 통해 입력받고, 상기 제2광시스템(400)으로부터 전송되는 파장이 서로 다른 다수의 광신호들을 제2단자(P502)를 통해 입력받아 다중화하여 하나의 신호로 하여 제3단자(P503)를 통해 출력한다.
그리고, 광증폭기(600)는 상기 마하젠더형 필터(500)의 제3단자(P503)로부터 출력되는 광신호를 입력받아 빛의 세기를 증폭하여 상기 마하젠더형 필터(500)의 제4단자(P504)로 출력한다.
그리고, 상기 마하젠더형 필터(500)의 제4단자(P504)로 입력된 광신호는 각각의 파장에 따라 역다중화되어, 제1단자(P501)와 제2단자(P502)로 전달되어, 각각 입력되었던 방향과 반대 방향으로 출력한다.
즉, 상기 제1광시스템(300)에서 전송되어 마하젠더형 필터(500)의 제1단자(P501)를 통하여 입력되었던 광신호는 증폭된 후에 다중화되어 상기 마하젠더형 필터(500)의 제2단자(P502)를 통해 출력되어, 제2광시스템(400)으로 전송되고, 상기 제2광시스템(400)에서 전송되어 마하젠더형 필터(500)의 제2단자(P502)를 통하여 입력되었던 광신호는 증폭된 후에 다중화되어 상기 마하젠더형 필터(500)의 제1단자(P501)를 통해 출력되어, 제1광시스템(400)으로 전송된다.
이하, 상기 제2실시예의 다중화 및 역다중화에 대한 동작은 상기 제1실시예와 유사하므로 구체적인 동작 설명은 생략하며, 마하젠더형 필터를 이용함으로써 단일방향 광증폭기를 이용하여 양방향 광증폭기의 기능을 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변환 및 변경이 가능한 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
따라서, 상기와 같이 동작하는 본 발명은, 양방향 파장분할다중방식 광전송망의 중계기용으로 필수적인 양방향 광증폭기를 구현하는 데에 있어서, 특수한 광소자가 아닌 일반적인 광소자와 단일방향 광증폭기를 이용하여 양방향 광증폭기의 기능을 수행하도록 함으로써, 되반사 등의 효과를 효율적으로 제한함으로써 광전송의 품질을 증가시키는 효과가 있다.
그리고, 상기와 같은 본 발명은 증폭기의 회로 구성시 광소자 부품 수를 최소화할 수 있으며, 저가의 광소자를 이용함으로써, 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 양방향으로 입력되는 광신호를 단일방향으로 증폭하는 광증폭기에 있어서,
    상기 양방향으로 입력되는 서로다른 파장의 광신호들을 제1단자 및 제2단자를 통해 입력받아 다중화하여 제3단자로 출력하고, 제4단자를 통해 입력되는 광신호를 역다중화하여 상기 제1단자와 제2단자를 통해 출력하는 방향성 결합기와,
    상기 방향성 결합기에서 다중화되어 제3단자를 통해 출력되는 광신호를 입력받아 빛의 세기를 증폭하여 방향결합기의 제4단자로 출력하는 단일방향 광증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 방향성 결합기는 마하젠더형 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단일방향 광증폭기는,
    에르븀이 첨가된 광섬유 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단일방향 광증폭기는,
    이테르븀이 첨가된 광섬유 증폭기인 것을 특징으로 하는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단일방향 광증폭기는,
    반도체 레이저 광증폭기인 것을 특징으로 하는 단일방향 광증폭기를 이용한 양방향 광증폭기.
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