KR100326417B1 - 광 증폭 장치 - Google Patents

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optical signal
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스가야야스시
기노시타스스무
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아끼구사 나오유끼
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Abstract

광증폭 장치는 광증폭기, 광감쇠기 및 제어기를 구비한다. 광증폭기는 가변 채널수를 갖는 광신호를 증폭한다. 광감쇠기는 증폭된 광신호를 통과시키며, 가변 광투과율을 갖는다. 광신호의 채널수를 변경하기 전에, 증폭된 광신호의 파워 레벨이 채널수를 변경하기 전의 광신호의 채널수에 따르는 일정한 레벨로 유지되도록 광감쇠기의 광투과율을 변경한다. 광신호의 채널수를 변경하는 동안, 제어기는 광감쇠기의 광투과율을 일정하게 유지시킨다. 광신호의 채널수를 변경한 다음에, 제어기는 상기 증폭된 광신호의 파워 레벨이 채널수를 변경한 후의 광신호의 채널수에 따르는 일정한 레벨로 유지되도록 광감쇠기의 광투과율을 변경한다.

Description

광 증폭 장치{OPTICAL AMPLIFYING APPARATUS}
본 발명은 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing)를 이용하여파장 다중화 광신호를 전송하는 광섬유 통신 시스템, 더욱 상세하게는 광감쇠기 또는 광증폭기를 제어하여, 채널의 수가 변경되면 파장 분할 광신호의 파워를 변경시키는 제어기에 관한 것이다.
파장 분할 다중화는 비교적 많은 용량의 데이터를 고속으로 전송하는 광섬유 통신 시스템에 사용된다.
도 1은, 단일 광섬유를 통해, 예컨대 4개의 채널을 전송하기 위해 파장 분할 다중화를 사용하는 종래의 광섬유 통신 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 송신측 유닛(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)은 4개의 파장 λ1 ∼ λ4를 각각 갖는 반송파를 전송한다. 각 반송파는 각 채널을 나타내는 정보로 변조된다. 각각의 상이한 반송파는 광 멀티플렉서(22)에 의해 함께 다중화되어, 파장 다중화 광신호가 된다. 파장 다중화 광신호는 광섬유(24)를 통해 광 디멀티플렉서(26)로 전송된다. 광 디멀티플렉서(26)는 파장 다중화 광신호를 파장 λ1 ∼ λ4를 각각 갖는 4개의 개별 광신호로 분기시킨다. 이 4개의 개별적으로 분기된 광신호는 수신측 유닛(28-1, 28-2, 28-3, 28-4)에 의해 각각 검출된다.
상기 광섬유 통신 시스템은 4개의 반송파를 함께 다중화하지만, 4개 이상의 반송파를 다중화하는 것도 일반적으로 가능하다. 즉, 많은 상이한 반송파를 다중화할 수 있다. 이러한 방식으로, 광섬유를 통해 비교적 용량이 큰 데이터가 전송될 수 있다.
통상적으로, 광증폭기(도시 안됨) 또는 광중계기(도시 안됨)는 광 멀티플렉서(22)와 광 디멀티플렉서(26) 사이에 삽입되어, 광섬유(24)를 통해 전송되는 파장 다중화 광신호를 증폭시킬 수 있다. 통상적으로, 이러한 광증폭기는 파장 다중화 광신호를 직접 증폭시키는 희토류(希土類)를 도핑한 광섬유 증폭기이다. 즉, 희토류를 도핑한 광섬유 증폭기는 파장 다중화 광신호를 전기 신호를 변환시키지 않고 파장 다중화 광신호를 증폭한다.
그러나, 희토류를 도핑한 광섬유 증폭기는 파장 다중화 광신호에서 채널의 수가 변경되면 여러 가지 문제를 일으킨다. 더 상세히 말해서, 채널수가 변경되는 동안(즉, 채널 수의 변경이 완료되기 전), 각 채널의 광 파워가 바람직하지 않게 변경되어, 파장 다중화 광신호의 비선형 열화 또는 S/N비 열화를 가져오게 된다.
본 발명의 목적은 채널의 수가 변경될 때 파장 다중화 광신호의 비선형 열화 또는 S/N비 열화를 감소시키는 광증폭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 이점은 이하 상세한 설명에서 일부 개시될 것이며, 기타의 이점은 그 상세한 설명으로부터 또는 본 발명을 실시함으로써 이해가 가능할 것이다.
본 발명의 상기 목적은 광증폭기와 제어기를 구비하는 장치를 제공함으로써 달성된다. 광증폭기는 가변 채널수를 갖는 광신호를 증폭한다. 제어기는 광신호의 채널수의 변동에 응답하여 상기 증폭된 광신호의 파워 레벨을 제어한다.
더욱 상세히 말해서, 본 발명의 목적은 a) 광신호에서 채널의 수를 변동시키기 전에 그리고 변동시킨 후에는, 가변 광 투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시킴으로써, 증폭된 광신호의 광 파워 레벨이 광신호의 채널의 수에 따라 일정하게 유지되고, b) 광신호의 채널의 수가 변경되는 동안에는 일정한 광 투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시키는 제어기를 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 광증폭기와, 제어기와, 디멀티플렉서와, 자동 레벨 제어 유닛을 구비하는 장치를 제공함으로써 달성된다. 광증폭기는 가변 채널수를 갖는 광신호를 증폭한다. 제어기는 광신호의 채널수의 변동에 따라 상기 증폭된 광신호를 제어한다. 디멀티플렉서는 상기 제어되고 증폭된 광신호를 디멀티플렉싱하여 개별 신호로 만든다. 자동 레벨 제어 유닛은 각 개별 신호의 파워 레벨을 제어함으로써, 각 신호의 파워 레벨이 일정하게 유지되도록 한다.
본 발명의 다른 목적은 자동 레벨 제어 유닛과 광섬유 증폭기를 구비하는 장치를 제공함으로써 달성된다. 자동 레벨 제어 유닛은 광신호의 파워를 일정하게 유지하고, 이에 대응하는 출력 신호를 발생시킨다. 광섬유 증폭기는 일정한 이득으로 자동 레벨 제어 유닛의 출력 신호를 증폭한다.
본 발명의 목적은 또한 광증폭기와 제어기를 제공함으로써 달성된다. 광증폭기는 가변 채널수를 갖는 광신호를 증폭한다. 광신호의 채널의 수를 변경시키기 전과 변경시킨 후, 제어기는 상기 증폭된 광신호의 파워 레벨을 광신호의 채널의 수에 따라 대략 일정하게 유지시킨다. 광신호의 채널의 수가 변경되는 동안, 제어기는 상기 증폭된 광신호가 일정한 이득을 갖도록 증폭한다.
또한, 본 발명의 목적은 광증폭기와, 광감쇠기와, 제어기를 구비하는 장치를 제공함으로써 달성된다. 광증폭기는 가변 채널수를 갖는 광신호를 증폭한다. 광감쇠기는 증폭된 광신호를 통과시키고, 가변 광 투과율을 갖는다. 광신호에서 채널의 수를 변경시키기 전에, 제어기는 광감쇠기의 광 투과율을 변경시킴으로써, 증폭된 광신호의 파워 레벨을 상기 광신호의 채널의 수를 변경시키기 전의 광신호의 채널의 수에 의존하는 대략 일정한 레벨로 유지시킨다. 광신호의 채널의 수가 변경되는 동안, 제어기는 광감쇠기의 광 투과율을 일정하게 유지시킨다. 광신호의 채널수의 변경 후에, 제어기는 광감쇠기의 광 투과율을 변경시켜, 상기 증폭된 광신호의 파워 레벨이 채널수 변경 후의 광신호의 채널수에 따른 대략 일정한 레벨로 유지되게 한다.
또한, 본 발명의 목적은 가변 채널수를 가지며 광증폭기에 의해 증폭된 광신호를 제어하는 방법을 제공함으로써 달성된다. 이 방법은, 광신호에서 채널수가 변경되기 전에 그리고 변경된 후에, 가변 광 투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시켜, 상기 증폭된 광신호의 파워 레벨이 광신호의 채널수에 따라 대략 일정한 레벨로 유지되게 하는 단계와; 광신호의 채널수가 변경되는 동안 일정한 광 투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 목적은 가변 채널수를 가지며 광증폭기에 의해 증폭된 광신호를 제어하는 방법을 제공함으로써 달성된다. 이 방법은, 광신호의 채널수가 변경되기 전에 그리고 변경한 후에, 광신호의 채널수에 따른 일정한 레벨로 상기 증폭된 광신호의 파워 레벨을 유지하는 단계와; 광신호의 채널수가 변경되는 동안, 상기 증폭된 광신호를 대략 일정한 이득으로 증폭시키는 단계를 포함한다.
도 1은 종래의 광섬유 통신 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 파장 분할 다중화를 사용하는 광섬유 통신 시스템에 사용되는 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 광증폭 장치의 본 발명의 일실시예에 따른 동작을 나타내며, 여기서 N은 광신호에서 변경되는 채널의 수를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 이득 제어회로를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 레벨 제어회로를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 도 6에 도시된 자동 레벨 제어 회로의 스위칭회로를 나타낸 도면.
도 8 및 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 레벨 제어회로를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 추가 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 추가 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 추가 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 추가 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라, 도 16에 도시된 광증폭 장치의 변형을 나타낸 도면.
도 18a는 본 발명의 실시예에 따라, 광증폭 장치에서 희토류를 도핑한 광섬유(rare-earth-doped optical fiber: EDF)의 이득 대 파장 특성을 나타낸 그래프.
도 18b는 본 발명의 실시예에 따라, 광증폭 장치에서의 광섬유의 투과율을 나타낸 도면.
도 18c는 본 발명의 실시예에 따라, 도 18a에 도시된 희토류를 도핑한 광섬유(EDF)와 도 18b에 도시된 광필터의 전체 이득을 나타낸 그래프.
도 19는 본 발명의 실시에에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 20은 본 발명의 추가 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 21은 본 발명의 추가 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면.
도 24는 본 발명의 실시예에 따라, 도 23에 도시된 광증폭 장치의 일부를 상세히 나타낸 도면.
도 25는 본 발명의 실시예에 따라, 광증폭 장치를 채택한 광섬유 통신 시스템을 나타낸 도면.
도 26은 본 발명의 실시예에 따라, 도 25에 도시된 광증폭 장치를 더 상세히 나타낸 도면.
도 27은 본 발명의 실시예에 따라, 복수의 광증폭 장치를 채택한 전송 라인을 나타낸 도면.
도 28은 본 발명의 실시예에 따라 광증폭 장치의 동작을 나타낸 도면.
도 29는 본 발명의 실시예에 따라, 광통신 시스템의 일부를 나타내 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
521: 광섬유
541, 542: 광분기 커플러
551, 552: 광아이솔레이터
581, 582: 광다이오드
561: 광파장 다중화 커플러
591: 여기용 레이저 다이오드
601: 자동 이득 제어 회로
본 발명의 전술한 내용과, 기타의 목적 및 특징은 본 발명에 관한 기술분야의 당업자가 첨부 도면을 참조하여 발명의 아래 설명을 고찰해 보면 더욱 명확해질 것이다. 여기서 동일 부호는 동일 소자를 나타낸다.
도 2는 파장 분할 다중화를 이용한 광섬유 통신 시스템의 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 이 광증폭 장치는 미국 특허 출원 번호 제08/655,027호에 설명된 것과 유사하며, 본 명세서에서는 참조에 의해 통합된 것으로 본다.
도 2에 있어서, 광증폭 장치는 제1 부분(1000)[종종, "희토류를 도핑한 광섬유(rare-earth-doped optical fiber: EDF) 증폭기부"라고도 불린다]과, 제2 부분(2000)(종종 "전기제어식 광 디바이스부"라고도 불린다)을 구비한다.
제1 부분(1000)은 희토류를 도핑한 광섬유(EDF)(34)와, 광분기 커플러(361및 362)와, 광 아이솔레이터(381및 382)와, 광다이오드(401및 402)와, 광파장 다중화 커플러(42)와, 여기(勵起;pump)용 레이저 다이오드(LD)(44)와, 자동 광이득 제어회로(AGC)(46)를 구비한다.
제2 부분(2000)은 광분기 커플러(363)와, 전기제어식 가변 광감쇠기(ATT)(48)와, 광다이오드(PD)(403)와, 자동 레벨 제어 회로(ALC)(50)를 구비한다. 광감쇠기(48)는 예컨대, 자기광학효과 소자를 이용하여 구성될 수 있다. 그러나, 많은 상이한 형태의 가변 광감쇠기가 사용될 수도 있다.
파장 다중화 광신호는 광분기 커플러(361)와, 광 아이솔레이터(38)와, 광파장 다중화 커플러(42)를 통해 희토류를 도핑한 광섬유(34)에 공급된다. 여기 광 빔은 여기용 레이저 다이오드(44)에 의해 광파장 다중화 커플러(42)를 통해 희토류를 도핑한 광섬유(34)에 공급된다. 파장 다중화 광신호는 희토류를 도핑한 광섬유(34)에 의해 증폭되어, 광 아이솔레이터(382)와 광분기 커플러(362)를 통해 광감쇠기(48)에 입력된다.
광분기 커플러(361)에 의해 분기된 파장 다중화 광신호의 일부는 광다이오드(401)에 의해 전기 신호로 변환되어, 자동 광이득 제어 회로(46)로 입력된다. 광분기 커플러(362)에 의해 분기된, 증폭된 파장 다중화 광신호의 일부는 광다이오드(402)에 의해 전기 신호로 변환되어, 자동 광이득 제어 회로(46)로 입력된다. 여기용 레이저 다이오드(44)는 상기 입력 파장 다중화 광신호의 레벨과 상기 증폭된 파장 다중화 광신호의 레벨 사이의 비율을 소정 레벨로 유지시키도록 제어된다.
더욱 상세히 말해서, 광이득 제어 회로(46)는 광다이오드(401)에 의해 전기신호로 변환된 입력 파장 다중화 광신호의 레벨과, 광다이오드(402)에 의해 전기신호로 변환된 증폭된 파장 다중화 광신호 레벨 사이의 비율을 일정한 레벨로 유지시키도록 여기용 레이저 다이오드(44)를 제어한다.
이 방식에 있어서, 제1 부분(1000)은 광 이득을 일정 레벨로 제어함으로써 파장 의존성(wavelength dependence)을 보존한다.
광분기 커플러(363)에 의해 분기된 출력 파장 다중화 광신호의 일부는 광다이오드(403)에 의해 전기신호로 변환되어, 자동 레벨 제어 회로(50)에 입력된다. 광감쇠기(48)는 파장 다중화 광신호를 소정 레벨로 유지시키도록 제어된다.
더욱 상세히 말해서, 자동 레벨 제어 회로(50)는 광다이오드(403)에 의해 파장 다중화 광신호로부터 유도된 전기신호를 이용하여 광감쇠기(48)를 제어함으로써, 파장 다중화 광신호의 출력 레벨을 일정 레벨로 유지한다.
그러나, 도 2에 도시된 것과 같이, 광증폭 장치가 파장 분할 다중화를 이용하는 광섬유 통신 시스템에 사용되면, 파장 다중화 광신호에 사용된 채널수의 변동은 심각한 문제점을 일으킬 수 있다.
예컨대, 수신측의 바람직한 S/N 비를 확보하기 위해, 각 파장(채널)에 대해 일반적으로 소정의 증폭기 출력 광파워가 요구된다. 전체 N개의 채널이 있다고 하면, 파장 다중화 광신호를 증폭시키는 희토류를 도핑한 광섬유 증폭기의 전체 광 출력 PC 는 N×P로 되도록 제어된다. 이 경우에, 채널수 N에 +α또는 -α의 변동이 발생하면, 전체 광파워가 (N±α)P가 되도록 전환 제어가 이루어진다. 각각의 파장(채널)에 대한 광파워는 전환 제어에 의해 변하기 때문에, 비선형 열화 또는 신호 대 잡음(S/N) 열화가 발생할 수 있다.
게다가, 도 2에 있어서, 제1 부분(1000)의 광출력은 제2 부분(2000)에 의해 일정 레벨로 유지되어야 한다. 그러므로, 제1 부분(1000)의 광출력이 소정 레벨을 초과하게 되면, 제2 부분(2000)이 광출력을 일정 레벨로 유지시키게 된다. 그 결과, 광감쇠기(48)의 사용은 제1 부분(1000)에 의해 여분의 증폭 측정을 필요로 할 것이며, 광 이득을 일정 레벨로 유지시키기 위한 여기용 레이저 다이오드(44)의 출력 파워는 입력 파장 다중화 광신호 레벨에서의 변동에 대해 지수함수 관계로 되도록 제어되어야 한다. 그러므로, 비교적 대용량을 갖는 여기용 레이저 다이오드(44)를 제공할 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 광증폭 장치는 제1 부분(1000)과 제2 부분(2000)을 포함한다. 제1 부분(1000)은 희토류를 도핑한 광섬유(EDF)(521)와, 광분기 커플러(541및 542)와, 광아이솔레이터(551및 552)와, 광파장 다중화 커플러(561)와, 광다이오드(PD)(581및 582)와, 여기용 레이저 다이오드(LD)(591)와, 자동 이득 제어 회로(AGC)(601)를 포함한다. 제1 부분(1000)은 파장 의존성을 유지하면서, 파장 다중화 광신호를 증폭한다.
예컨대, 파장 다중화 광신호는 통상적으로 1.5 ㎛ 대역이 된다. 에르븀(erbium)으로 도핑한 광섬유는 이 대역에서 광신호를 증폭시키는 것으로 공지되었으며, 희토류 도핑 광섬유(EDF)(521)로서 사용된다. 게다가, 에르븀으로 도핑한 광섬유를 통과하는 1.5 ㎛ 대역의 파장 다중화 광신호를 적절하게 증폭하기 위해, 0.98 ㎛ 또는 1.48 ㎛ 여기 대역의 여기광을 이용하는 것이 공지되었다. 그러므로, 여기용 레이저 다이오드(LD)(591)는 0.98 ㎛ 또는 1.48 ㎛ 여기 대역에서 여기광을 제공한다.
더욱이, 도 3은 여기용 레이저 다이오드(591)에 의해 방사된 여기 광빔이 파장 다중화 광신호와 동일 방향으로 희토류를 도핑한 광섬유(521)를 통과하는 포워드(forward) 여기 구조를 나타낸다. 그러나, 백워드(backward) 여기 구조도 사용될 수 있으며, 이 구조의 레이저 다이오드는 파장 다중화 광신호와 반대 방향으로 희토류를 도핑한 광섬유(521)를 통과하는 여기 광빔을 제공한다. 게다가, 양방향 여기 구조도 사용될 수 있는데, 여기서 2개의 레이저 다이오드는 희토류를 도핑한 광섬유(521)를 통해 양방향으로 희토류를 도핑한 광섬유(521)를 통과하는 여기광을 제공한다. 그러므로, 본 발명은 여기 방향의 어떤 특정 형태에 제한되지 않는다.
제2 부분(2000)은 전기제어식 가변 광감쇠기(ATT)(64)와, 자동 레벨 제어 회로(ALC)(66)와, 광분기 커플러(543)와, 광다이오드(PD)(583)를 포함한다. 이 제2 부분(2000)은 파장 다중화 광신호의 전체 광충력을 파장 이존성을 보존함이 없이 일정한 레벨로 되도록 제어한다. 더욱 상세히 말해서, 자동 레벨 제어 회로(66)는 광감쇠기(64)의 감쇠율 또는 광투과율을 변경함으로써, 제1 부분(1000)으로부터의 출력인 파장 다중화 광신호의 파워를 파장 다중화 광신호의 채널수에 대응하는 일정한 파워 레벨로 유지한다.
더욱이, 파장 다중화 광신호의 채널수가 변경되고 있을 때, 모니터 신호 처리회로(70)는 광감쇠기(64)의 감쇠율 또는 광투과율을 일정하게 유지시킨다. 그러므로, 모니터 신호 처리회로(70)는 광감쇠기(64)의 동작을 일시적으로 "동결"(freeze)시킨다. 채널수가 변경된 후, 모니터 신호 처리회로(70)는 광감쇠기(64)의 감쇠율 또는 광투과율을 변경시켜, 파장 다중화 광신호의 파워가 새로운 채널수에 따른 일정 레벨로 유지되게 한다.
더욱 상세히 말해서, 광증폭 장치에 입력된 파장 다중화 광신호는 광분기 커플러(681)에 의해 분기된다. 이 분기된 부분은 광다이오드(PD)(584)에 제공된다. 광다이오드(PD)(584)는 분기된 부분을 전기신호로 변환하여, 이 전기신호를 모니터 신호 처리회로(70)에 제공한다.
파장 다중화 광전송 시스템에서의 채널수 변동을 알리는 제어 신호는 진폭 변조 처리를 통해 바람직하게는 저속 신호로서 파장 다중화 광신호에 합쳐지게 된다. 그러나, 제어 신호를 합치는데 사용될 수 있는 다른 방법도 있다. 모니터 신호 처리 회로(70)는 제어 신호를 추출하여 식별한다. 모니터 신호 처리 회로(70)는 추출된 제어 신호에 따라 광감쇠기(64) 또는 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어한다. 진폭 변조가 사용되면, 광다이오드(584)에 의해 획득된 전기신호를 복조함으로써 제어 신호를 추출하는 것이 상대적으로 용이하다.
또한, 제어 신호는 전용 제어 채널(파장)상의 모니터 신호 처리 회로(70)에 전송될 수 있다. 만일 전용 제어 채널이 사용되면, 광분기 필터(도시 안됨)는 (광분기 커플러(681)에 의해 분기된)파장 다중화 광신호로부터 제어 신호를 추출하여야 한다. 예컨대, 전기신호로 변환하기 위해, 광분기 필터에 의해 추출된 광신호를 광다이오드(584)에 제공함으로써 제어 신호를 추출하는 것이 가능하다.
그러므로, 광분기 커플러(681)에 의해 분기된 파장 다중화 광신호의 일부는 광다이오드(584)에 의해 전기신호로 변환되어, 모니터 신호 처리 회로(70)에 제공된다. 모니터 신호 처리회로(70)는 채널수의 변동을 알리는 제어 신호가 추출되어 식별될 때 광감쇠기(64)의 동작을 "동결"시킨다.
감쇠된 파장 다중화 광신호의 파워 레벨이 채널수와 매칭되도록 하기 위해, 모니터 신호 처리 회로(70)는 설정전압(기준전압)을 선택한다. 파워 레벨은 설정전압에 대응하는 일정 레벨로 제어될 수 있다.
일반적으로, 모니터 신호 처리 회로(70)가 광감쇠기(64)를 제어하는 데는 2가지 방법이 있다. 한가지 방법은, 도 3에 제어 신호(69)로 도시한 바와 같이, 광감쇠기(64)가 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 직접 제어되는 것이다. 다른 방법은 도 3에 제어 라인(71)으로 도시한 바와 같이, 광감쇠기(64)가 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 간접적으로 제어되는 것이다.
채널수는 채널수의 변동을 알린 후에 실제로 증가 또는 감소될 수 있다. 이 경우에, 채널수의 변동이 완료되었다는 것을 나타내는 제어 신호가 파장 다중화 광신호에 중첩된다. 모니터 신호 처리 회로(70)는 이 제어 신호를 추출한다. 이와는 달리, 제어 신호는 전용 제어 채널(파장)을 통해 모니터 신호 처리 회로(70)에 전송될 수 있다. 제어 신호를 추출하고 식별할 때, 모니터 신호 처리 회로(70)는 광감쇠기(64)가 파장 다중화 광신호의 파워 레벨을 일정 레벨로 유지시키도록 하는 제어를 개시하게 한다.
또한, 채널수 변동의 완료를 나타내는 제어 신호를 갖는 모니터 신호 처리 회로(70)에 제공하는 대신, 상기 채널수 변동의 완료는 소정 시간이 경과된 후로 추정될 수 있다. 더욱 상세히 말해서, 채널수의 변동에 대한 예고가 주어진 때로부터 소정 시간이 경과한 후 채널수는 실제로 증가하거나 감소될 수 있다. 이 경우에, 채널수의 변동을 알리는 제어 신호가 모니터 신호 처리 신호(70)에 의해 추출되어 식별된 후, 타이머(도시 안됨)가 동작한다. 소정 시간이 경과되면, 광감쇠기(64)는 파장 다중화 광신호의 파워 레벨을 일정한 레벨로 유지하도록 다시 구동된다.
채널수 변동이 완료되었다는 것을 나타내기 위해 제어 신호가 사용되는지 또는 소정의 시간 주기가 사용되는지에 따라, 파워 레벨을 제어하기 위한 설정전압(기준전압)은 얼마나 많은 채널이 부가 또는 제거되었는지에 관련된 정보에 따라 한 레벨에서 다른 레벨로 전환된다. 이 정보는 채널수의 변동을 알리는 제어 신호에 포함되는 것이 바람직하다. 그러므로, 전체 광 출력 파워를 일정한 레벨로 유지하는 제어를 재개함으로써, 광 출력은 채널수와 매칭되는 일정 레벨로 유지된다.
그러므로, 채널수의 변동에 응하여, 광감쇠기(64)는 일정 레벨에서 감쇠를 동결시킴으로써 광 출력 파워에서의 급격한 변동을 방지한다. 이 때, 제2 부분(2000)은 더 이상 파장 다중화 광신호의 파워를 일정 레벨로 유지하도록 동작하지 않는다. 채널수가 변경된 후, 광 감쇠기(64)는 파장 다중화 광신호의 파워를 일정 레벨로 유지하도록 다시 제어된다. 광감쇠기(64)는 채널수에 대응하는 전체 출력 파워가 유지되도록 점진적으로 구동될 수 있다. 이 장치에 의해, 광 출력에서의 변동을 조정하고 비선형 열화 및 S/N 비 열화를 피하는 것이 가능하다.
도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 광증폭 장치의 동작을 나타내는 그래프이며, 광신호의 채널수 N은 예컨대, 4개의 채널에서 8개의 채널로 변경된 것을 나타낸다. 도 4a 및 4b에 있어서, 광감쇠기(64)는 가변 광 투과율 또는 감쇠율을 가지며, 이것은 자동 레벨 제어 회로(66)와 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 제어된다.
도 4a 및 4b에 있어서, 채널수 변동에 대한 예고가 시간 t1에서 수신되면, 채널수는 시간 t2에서 증가된다.
채널수 변동에 대한 예고가 수신되기 전(즉, 시간 t1 전), 자동 레벨 제어 회로(66)는 전기제어식 가변 광감쇠기(64)의 광투과율을 변동시켜, 광감쇠기(64)의 출력에서 대략 일정한 광신호 파워를 제공한다. 그러므로, 시간 t1 전에, 제2 부분(2000)은 자동 레벨 제어(ALC)를 실행한다.
채널수의 변동에 대한 예고가 수신될 때(즉, 시간 t1에서), 자동 레벨 제어 회로(66)는 전기제어식 가변 광감쇠기(64)의 광투과율을 일정하게 유지시킨다. 이 경우에 있어서, 광감쇠기(64)의 출력은 제1 부분(1000), 또는 신호를 더 증폭시키는 후단부(도시 안됨)에 의해 제공된 일정 이득을 갖는 것을 알 수 있다. 그러므로, 시간 t1 다음에는 자동 레벨 제어(ALC)가 아닌 자동 이득 제어(AGC)가 실행된다.
시간 t3에서는, 채널수의 변동에 이어서, 자동 레벨 제어 회로(66)가 광감쇠기(64)의 출력에서 대략 일정한 광신호 파워를 제공하도록 전기제어식 가변 광감쇠기(64)의 광투과율을 변경시킨다. 더욱 상세히 말해서, 시간 t3 후에, 제2 부분(2000)은 자동 레벨 제어(ALC)를 다시 실행한다.
도 4a 및 4b에서 알 수 있는 바와 같이, 광감쇠기(64)는 ALC를 제공하도록 제어된다. 그러나, 채널수가 변동되고 있을 때, ALC는 중지된다. 대신에, 채널수가 변경되고 있을 때, 광감쇠기(64)는 일정한 광투과율 또는 감쇠율을 제공하도록 제어된다. 광감쇠기(64)의 동작은 채널수가 도 4a 및 4b에 도시된 시간 t1 및 t3 사이에서 변경되고 있을 때 "동결"된다고 말할 수 있다.
전술한 바와 같이, 시간 t1 및 t3 사이에서, 광감쇠기(64)의 출력은 예컨대, 제1 부분(1000) 또는 신호를 더 증폭시키는 후단부(도시 안됨)에 의해 제공된 일정한 이득을 갖는다. 이와는 달리, 이하 기술된 본 발명의 부가적 실시예에 개시된 바와 같이, 제2 부분(2000)은 채널수가 변경되는 동안 (자동 레벨 제어를 제공하는 대신) 일정한 이득을 제공하도록 변경될 수 있다. 이 경우에, 제2 부분(2000)은 시간 t1 및 t3 사이에서 AGC에 대한 일정한 이득을 제공하기 위해 이득이 제어된 증폭기를 포함할 수 있다.
그러므로, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 광증폭 장치는 가변 채널수를 갖는 광신호를 증폭하는 (제1 부분(1000)과 같은) 광증폭기를 포함한다. 광신호의 채널수 변경 전 및 변경 후에, (제2 부분(2000)과 같은) 제어기는 가변 광투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시켜, 증폭된 광신호의 파워 레벨이 광신호의 채널수에 따른 대략 일정한 레벨로 유지되게 한다. 게다가, 광신호의 채널수가 변경되는 동안, 제어기는 일정한 광투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시킨다.
도 5는 광 이득이 일정한 레벨로 되도록 제어하는 자동 이득 제어 회로(601)를 나타낸 도면이다. 도 5에 있어서, 자동 이득 제어 회로(601)는 분할기(72)와, 연산 증폭기(74)와, 트랜지스터(76)와, 저항(R1-R6)을 포함한다. Vcc는 전원 전압이고, Vref는 기준전압이며, G는 어스, 즉 접지이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광다이오드(PD)(581)는 파장 다중화 광신호의 일부를 전기 신호로 변환하여 분할기(72)에 제공한다. 광다이오드(PD)(582)는 증폭된 파장 다중화 광신호의 일부를 전기 신호로 변환하여, 분할기(72)에 제공한다. 이러한 방식에 있어서, 분할기(72)는 희토류를 도핑한 광섬유(EDF)(521)의 입력과 출력 사이의 비율을 획득한다. 그 다음에, 여기용 레이저 다이어드(591)에 의해 방사된 여기 광빔은 일정한 비율을 제공하여 일정한 이득을 제공하도록 제어될 수 있다. 도 5에 도시된 자동 이득 제어 회로(601)의 구성은 자동 이득 제어 회로의 여러가지 가능한 구성 중 단지 하나의 예에 불과하다.
도 6은 광 출력을 일정한 레벨로 제어하는 자동 레벨 제어 회로(66)를 나타내는 도면이다. 도 6에 있어서, 자동 레벨 제어 회로(66)는 저항(R7-R9)과, 연산 증폭기(78)와, 트랜지스터(80)와, 스위칭 회로(SWC)(82)와, 기준전압 회로(84)를 포함한다. Vcc는 전원 전압, Vref는 기준전압, G는 어스, 즉 접지이고, CS1 및 CS2는 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 제공된 제어 신호이다. 제어 소자(86)는 광감쇠기(64)의 투과율을 제어하기 위한 광감쇠기(64)의 제어 소자이다.
예컨대, 광감쇠기(64)가 자기광학 효과에 의해 동작한다면, 제어 소자(86)는자계를 인가하기 위한 코일이 될 것이다. 게다가, 예컨대, 광감쇠기가 광전기 효과에 의해 동작한다면, 제어 소자(86)는 전극이 될 것이고, 이 전극에 인가된 전압은 제어된다. 반도체 광증폭기가 광감쇠기(64) 대신에 사용된다면, 반도체 광증폭기의 이득을 제어하기 위한 바이어스 전압은 제어될 수 있다.
광감쇠기(64)(도 3 참조)로부터 출력된 광신호의 일부는 광분기 커플러(543)에 의해 분기되고, 광다이오드(PD)(583)에 의해 전기 신호로 변환된다. 다음에 도 6에 있어서, 연산 증폭기(78)는 제어 신호 CS1에 따라 기준전압 회로(84)에 의해 제공된 기준전압(설정전압) Vref와 전기 신호를 비교한다. 비교의 결과로서 획득된 차분값은 트랜지스터(80)를 구동시키는데 사용된다. 제어 소자(86)에 제공된 전류를 제어함으로써 광감쇠기(64)에 의해 제공된 감쇠가 제어되어, 광 출력은 일정한 레벨로 유지된다.
도 7은 스위칭 회로(82)를 나타내는 도면이다. 도 7에 있어서, 스위칭 회로(82)는 제어 신호 CS2에 의해 제어되는 스위치 SW를 이용해 개별적으로 선택되는 캐패시터(C1 및 C2)를 포함한다. 그러므로, 스위칭 회로(82)는 자동 레벨 제어 회로(66)의 주파수 특성을 제어한다. 더욱이, 스위칭 회로(82)는 출력 파장 다중화 광신호의 레벨을 소정 주파수 특성으로 따르게 함으로써, 트랜지스터(80)를 제어하고 광감쇠기(64)를 제어한다. 모니터 신호 처리 회로(70)로부터의 제어 신호 CS2는 스위칭 회로(82)의 캐패시터(C1 및 C2) 사이를 전환시킴으로써 주파수 특성을 변경시킨다. 제어 신호 CS1은 채널수에 따른 기준전압의 상이한 레벨 사이에서 전환된다.
더욱 상세히 말해서, 스위칭 회로(82)는 연산 증폭기(78)(도 6 참조)와 저항(R7 및 R9)(도 6 참조)에 결합되며, 1차 저역통과 필터를 형성한다. 이 1차 저역통과 필터의 차단 주파수 fc 는 1/(2πR9·CSWC9)가 된다. 여기서, CSWC는 선택된 캐패시터 C1 또는 C2이다. 그러므로, 캐패시턴스 CSWC의 값을 증가시킴으로써, 도 6에 도시된 제어 회로는 저주파수 대역에서 동작한다. 즉, 제어 회로의 응답이 저하된다.
그러므로, 스위칭 회로(82)의 선택된 캐패시터 C1 또는 C2의 캐패시턴스에 따라, 고주파수 대역에서의 필터 차단 주파수는 변경될 수 있다.
예컨대, 광감쇠기(64)가 일정한 감쇠를 제공하도록(그에 따라 채널이 전환되고 있을 때 일정한 이득을 제공하도록)가 제어될 때, 정상적인 ALC 동작에서 약 10 내지 100kHz 인 차단 주파수가 0.01Hz로 전환되는 장치가 바람직하다. 스위칭 회로(82)의 제어는 점진적으로 일어나는 것이 이상적이지만, 점진적인 제어는 스위칭 회로(82)가 단지 2개의 캐패시터로 구성되지 않고 다수의 캐패시터로 구성되는 것을 필요로 한다.
도 6에 있어서, 차단 주파수는 채널수의 변경에 대한 예고가 수신되기 전에 하이레벨이다. 채널수의 변경에 대한 예고 신호가 수신되면, 스위칭 회로(82)는 차단 주파수를 낮추도록 제어된다. 따라서, 광감쇠기(64)에 의해 제공된 감쇠는 평균 레벨로 고정된다. 채널수의 변경이 완료된 후, 스위칭 회로(82)는 차단 주파수를 하이레벨로 다시 전환하도록 제어된다.
예컨대, 모니터 신호 처리 회로(70)가 채널수에 대한 변경을 알리는 제어 신호를 추출하여 식별하면, 제어 신호 CS2가 스위칭 회로(82)에 제공되어, 자동 레벨 제어 회로(66)의 주파수 특성은 저주파수 대역으로 전환된다. 그 결과, 광다이오드(PD)(583)에 의해 검출된 신호에서의 변경에 따르는 후속 성능이 저하된다. 즉, 광 출력의 일정 레벨 제어는 일시적으로 동결된다(예컨대, 광감쇠기(64)의 광투과율은 일정하게 유지된다). 게다가, 제어 신호 CS1은 광신호에 포함된 채널수에 대응하며, 모니터 신호 처리 회로(70)는 제어 신호 CS1을 기준전압 회로(84)에 공급한다. 그 다음에, 기준전압 회로(84)는 채널수에 대응하는 기준전압 Vref를 공급한다. 그러므로, 전체 광출력 파워는 채널수의 변경 후의 채널수와 매칭되는 레벨로 된다. 예컨대, 기준전압 Vref는 α채널 전체가 N개의 최초 채널 전체에 부가될 때 전체 광 출력이 (N+α)×P로 되도록 변경된다.
도 6 및 도 7에 있어서, 캐패시턴스 CSWC의 값은 광감쇠기(64)의 동작을 동결시킬 만큼 충분히 크게될 수 있다. 일반적으로, 이러한 의도는 예컨대, 차단 주파수 fc가 10 kHz로부터 0.01 Hz로 강하되어, 10000 내지 100000의 인자만큼 차단 주파수 fc가 강하된다면 달성될 수 있을 것이다. 이러한 큰 강하는 달성하기 어려울 것이다.
정상적으로, 광감쇠기(64)에 의해 제공된 감쇠는 ALC 기능을 제공하고 편광(polarization) 변동을 보상하기 위해 순간마다 변동한다. 그러므로, 광감쇠기(64)의 감쇠를 (채널수가 변동되는 때와 같은)일정 레벨로 급격하게 고정시키게 되면 여러 가지 문제점이 발생할 수 있다. 대신에, 이 감쇠는 평균 레벨로 유지되는 것이 바람직하다.
더욱 상세히 말해서, 도 8 및 도 9는 본 발명의 부가 실시예에 따라, 자동 레벨 제어 회로(66)를 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서, 고주파수(fc : ∼10 kHz)를 차단하는 필터(90)는 스위치(92)와 트랜지스터(80) 사이에 제공된 캐패시터 및 저항으로 구성되어, 자동 레벨 제어의 응답은 적절하게 된다. 예컨대, 시상수, 통상적으로는 약 서브밀리세컨드 단위를 갖는 시상수는 약 10-100 밀리세컨드의 시상수로 변경될 수 있다.
차단 주파수 fc가 고주파수 대역으로 전환되면, 필터 응답은 더욱 빨라져, 편광 변동과 같은 비교적 고속인 변동을 제거할 수 있으며, 광감쇠기(64)의 출력은 일정하게 유지된다.
더욱 상세히 말해서, 도 8에 있어서, 래치 회로(94)는 제어 소자(86)에서의 전류의 평균 레벨에 대응하는 전압을 저장하는 저역통과 필터(fc: ∼0.01 Hz)를 갖는다. ALC 동작 동안, 제어 루프의 전환이 일어나, 구동 전류를 일정 레벨로 제어하는 제어 루프가 개시된다. 즉, 제어 루프의 전환이 발생하면, 전류의 평균 레벨에 대응하는 전압은 기준전압을 제공하기 위해 래치 회로에서 래치된다. 용어 "평균 레벨"은 바이어스 전류는 광다이오드(PD)(583)에 입력된 빔의 레벨을 일정 레벨로 유지하기 위해 시간에 따른 변동성을 갖기 때문에 사용된다. 더욱 상세히 말해서, 정상적인 제어 루프의 시상수에 의해 제공된 시간보다 더 확장된 적분 시간을 이용한 적분에 의해 획득된 전압이 래치회로(94)에서 래치된다.
래치 회로(94)는 A/D 변환기를 통해 (트랜지스터(80)에서 제공된) 구동 전류의 값을 독출하여, 그 독출된 값을 기록하고, D/A 변환기를 통해 그 기록된 값을 출력하는 회로가 될 수 있다.
도 9는 도 6 및 도 8의 조합을 나타낸다. 도 9에 있어서, 캐패시턴스 CSWC는 차단 주파수 fc가 저주파수 대역으로 변이되도록 하는 스위칭 회로(82)에 의해 전환되어, 필터 응답을 느리게 한다. 이에 따라, 래치 회로(94)는 모니터된 값에 기초하여 감쇠를 평균값으로 제어한다.
더욱 상세히 말해서, 도 9에서 제어 루프의 전환은 도 6에 도시된 제어에 따른 정상적인 제어 루프의 시상수를 증가시킨 후 발생되도록 하고, 이로써, 제어 루프의 전환 결과인 ALC 특성에서 발생된 효과를 감소시키게 된다.
상기 기술된 바와같이, 모니터 신호 처리 회로(70)는 채널수의 변동에 대해 예고하는 제어 신호를 수신한 후, 채널수의 변동이 완료되었다는 것을 알리는 제어 신호를 수신할 수 있다. 그러나, 이와 달리, 모니터 신호 처리 회로(70)는 채널수 변동이 완료되었을 때에 제어 신호를 수신하지 않을 수도 있다. 이 경우에, 채널수 변동을 알리는 제어 신호가 추출되어 식별된 후 타이머(도시 안됨)가 구동될 것이다.
제어 신호 CS2는 채널수 변동이 완료되었다는 것을 알리는 제어 신호가 수신된 후에, 또는 소정의 시간이 경과된 후에 스위칭 회로(82)를 최초 주파수 특성으로 복귀시킨다. 그 후, 일정한 광 출력 제어가 기준전압 회로(84)에 의해 설정된 새로운 기준전압 Vref에 따라 재개된다.
전체 광 출력을 채널수에 대응하는 일정한 레벨로 유지시키는 제어는 점진적인 방식으로 재개될 수 있다. 예컨대, 광다이오드(PD)(583)의 출력 신호는 시상수 회로(96)를 통해 연산 증폭기(78)에 입력될 수 있으며, 기준전압 Vref는 채널수에 대응하는 레벨을 가정하기 위해 점진적으로 변경될 수 있다.
주파수 특성이 스위칭 회로(82)에 의해 이루어지는 제어의 결과로서 전환되어 광 출력의 일정 레벨 제어가 동결되도록 하는 것을 전술한 장치가 보장하지만, 채널수 변동을 알리는 제어 신호가 추출되어 식별될 때, 광다이오드(PD)(583)에 의해 출력된 신호를 유지하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에 있어서, 유지된 값은 연산 증폭기(78)로 입력되어, 광 출력의 일정 레벨 제어가 동결된다. 광 출력의 일정 레벨 제어를 동결시키는 다른 장치도 또한 가능하다. 전기제어식 광 소자가 광감쇠기(64)를 이용하여 구성된다는 것을 보장하는 반면, 반도체 광 증폭기가 광감쇠기(64) 대신에 사용될 수 있다. 반도체 광증폭기는 작은 파장 의존성을 가져야 한다. 반도체 광증폭기를 제어함으로써, 전체 광출력은 일정한 레벨로 제어될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 도 10에 있어서, 광증폭 장치는 제1 부분(1000), 제2 부분(2000) 및 제3 부분(3000)을 포함한다. 제3 부분(3000)은 희토류를 도핑한 광섬유(EDF)(522)와, 광분기 커플러(544)와, 광파장 다중화 커플러(562)와, 광아이솔레이터(553)와, 광다이오드(PD)(585)와, 여기용 레이저 다이오드(LD)(592)와, 자동 이득 제어 회로(AGC)(602)를 포함한다. 제3 부분(3000)은 제2 부분(2000)에 있는 광분기 커플러(543)와 광다이오드(PD)(583)를 공유한다.
제1 부분(1000)과 같이, 제3 부분(3000)은 광 이득을 일정한 레벨로 제어한다. 더욱 상세히 말해서, 제2 부분(2000)은 제3 부분(3000)에 의해 수신된 파장 다중화 광신호의 파워 레벨을 일정한 파워 레벨로 제어한다. 그 결과, 제3 부분(3000)의 광출력 파워 레벨은 일정한 파워 레벨로 유지된다. 광신호 레벨이 제2 부분(2000)의 광감쇠기(64)에 의해 감쇠되는 때에도, 제3 부분(3000)에 의해 제공된 증폭 작용으로 바람직한 전체 광출력이 획득될 수 있다.
그러므로, 제1 부분(1000)의 여기용 레이저 다이오드(591)와, 제3 부분(3000)의 여기용 레이저 다이오드(592) 각각은 상대적으로 작은 용량을 가지게 되어, 증폭 장치의 가격을 낮추고, 또한 장치의 안정화를 가져올 수 있다.
도 10은 제2 부분(2000) 및 제3 부분(3000)이 광분기 커플러(543)와 광다이오드(PD)(583)를 공유하는 것으로 도시되었지만, 제2 부분(2000) 및 제3 부분(3000) 각각에 개별적인 광분기 커플러 및 광다이오드를 제공할 수도 있다.
자동 이득 제어 회로(601및 602)는 동일한 구성이 될 수 있다. 더욱이, 제1 부분(1000) 및 제3 부분(3000)에 의해 제공된 광 이득은 동일할 수 있다. 또한, 이득은 제3 부분(3000)에서 사용된 전송용 광섬유의 특성에 따라 변경될 수 있다.
채널수가 변동될 때, 광감쇠기(64)에 의해 제공된 광감쇠는 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 직접 동결되거나, 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어하는 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 동결된다. 도 3에 도시된 실시예와 유사하게, 채널수 변동에 따른 광 출력에서의 변동이 제한되어 비선형 열화 및 S/N 비 열화가 감소되는 것을 보장한다.
도 11은 본 발명의 추가 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타내는 도면이다. 도 11에 있어서, 광증폭 장치는 도 10에 도시된 것과 동일하게, 제1 부분(1000)과, 제2 부분(2000)과, 제3 부분(3000)을 포함한다. 그러나, 도 11에 도시된 광증폭 장치는 제2 부분(2000)의 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어하고 보정하는 자동 레벨 제어(ALC) 보정 회로(98)를 더 포함한다.
더욱 상세히 말해서, 광감쇠기(64)에 의해 출력된 파장 다중화 광신호의 일부는 광분기 커플러(543)에 의해 분기되며, 광다이오드(PD)(583)에 의해 전기 신호로 변환된 후, 자동 레벨 제어 회로(66)에 입력된다. 자동 레벨 제어 회로(66)는 광감쇠기(64)를 제어하여, 파장 다중화 광신호의 전체 광출력 파워를 일정한 레벨로 유지되게 한다. 그러나, 제3 부분(3000)에 있는 출력 파장 다중화 광신호의 광출력 파워는 자동 레벨 제어 회로(66)에 입력되지 않는다. 그러므로, 제3 부분(3000)에 있는 전체 광출력이 소정 범위내에서 유지되는 것을 보장할 수 없다.
따라서, 제3 부분(3000)에 있는 출력 파장 다중화 광신호의 일부는 광다이오드(PD)(585)에 의해 전기신호로 변환되어 ALC 보정 회로(98)와 자동 이득 제어 회로(602)에 입력된다. ALC 보정 회로(98)는 전체 광출력 파워가 소정 범위내인지 아닌지를 판정한다. 만일 전체 광출력 파워가 소정 범위내가 아니면, ALC 보정 회로(98)는 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어하고, 자동 레벨 제어 회로(66)는 광감쇠기(64)를 제어하여, 전체 광출력 파워가 소정 범위내에서 유지되도록 한다. 광감쇠기(64) 대신에 반도체 광증폭기가 사용되면, 자동 레벨 제어 회로(66)는 반도체 광증폭기의 이득을 제어하여, 제3 부분(3000)에서의 전체 광출력이 소정 범위내에서 유지되도록 한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 도 12에 도시된 광증폭 장치는 도 10 및 도 11에 도시된 광증폭 장치의 조합이다.
도 12에 있어서, 채널수가 변동할 때, 모니터 신호 처리 회로(70)는 광출력을 일정한 레벨로 제어하기 위해 제2 부분(2000)에서 실행되는 제어를 일시적으로 동결시킴으로써, 광출력의 변동은 감소하게 된다. 게다가, ALC 보정 회로(98)는 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어하여, 제3 부분(3000)에서의 전체 광출력 파워를 소정 범위내에서 유지시킨다.
도 13은 본 발명의 부가적 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 도 13에 도시된 광증폭 장치는 본 발명의 상기 기술된 실시예와 동일 방식으로 동작하지만, 광분기 커플러(545)와, 광다이오드(PD)(586)와, 분산 보상 광섬유(dispersion compensation fiber: DCF)(100)와, 분산 보상 광섬유(DCF) 손실 보정 회로(102)를 포함한다. 광분기 커플러(545)와 광다이오드(PD)(586)는 제3 부분(3000)에 포함되는 것으로 할 수 있다.
분산 보상 광섬유(100)는 제2 부분(2000)과 제3 부분(3000) 사이에 접속된다. DCF 손실 보정 회로(102)는 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어한다. 파장 다중화 광 전송 시스템이 장거리 및 대용량 구성인 경우, 전송 광섬유 분산 레벨 및 파장 다중화 광신호에 대한 분산 보상이 필요해지고, 따라서 분산 보상 광섬유(100)가 제공되는 것이다.
그러나, 분산 보상 광섬유에 기인한 삽입 손실은 여러 가지 문제를 일으킬 수 있다. 더욱 상세히 말해서, 분산 보상 광섬유에 기인한 손실에서의 변동으로, 파장 다중화 광섬유 증폭기를 포함하는 중계기의 광출력에서의 변동을 가져온다.
그러므로, 분산 보상 광섬유(100)에 기인한 손실을 측정하여, 그 손실분을 보상하도록 자동 레벨 제어 회로(66)를 설정함으로써, 광감쇠기(64)는 일정한 광출력을 제공하도록 제어된다. 분산 보상 광섬유(100)에 기인한 손실은 분산 보상의 레벨에 따라 변경될 것이다. 따라서, 자동 레벨 제어 회로(66)에 의해 광출력 제어를 일정하게 행하여도, 제3 부분(3000)에 입력된 파장 다중화 광신호의 레벨은 변경될 것이다.
그러므로, 분산 보상 광섬유(100)에 의해 출력된 파장 다중화 광신호의 일부는 광분기 커플러(545)에 의해 분기되어, 광다이오드(PDE)(586)에 의해 전기 신호로 변환된다. 이 전기 신호는 DCF 손실 보정 회로(102)와 자동 이득 제어 회로(602)에 입력된다. DCF 손실 보정 회로(102)는 분산 보상 광섬유(100)에 의해 출력된 파장 다중화 광신호의 레벨이 소정 범위내인지 아닌지를 판정한다. 만일 광신호의 레벨이 소정 범위내가 아니라면, DCF 손실 보정 회로(102)는 자동 레벨 제어 회로(66)에 보정 신호를 공급한다. 예컨대, 광출력을 일정하게 제어하는 기준전압(설정전압)이 보정되어, 광출력 파워가 소정 범위내가 되도록 한다. 그러므로, 분산 보상 광섬유(100)가 전송 광섬유에서의 분산을 보상하는 구성을 초래하는 삽입 손실의 변동이 보정되고, 증폭된 파장 다중화 광신호의 소정 출력 레벨이 얻어진다.
도 14는 본 발명의 부가적 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 도 14에 있어서, 모니터 신호 처리 회로(70)가 채널수 변동을 알리는 제어 신호를 추출하여 식별할 때, 광감쇠기(64)의 동작은 동결되어(즉, 투과율 또는 감쇠는 일정하게 유지된다). 광신호 레벨에서의 급격한 변동은 제한된다. DCF 손실 보정 회로(102)는 분산 보상 광섬유(100)에 의해 제공된 분산 보상의 레벨에 따라 변동하는 손실을 보정하도록 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어한다. 그러므로, 제3 부분(3000)에 입력된 파장 다중화 광신호의 레벨은 소정 범위내에서 유지된다.
도 15는 본 발명의 추가적 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 도 15에 있어서, 분산 보상 광섬유(100)는 전송 광섬유에서의 분산을 보상하고, DCF 손실 보정 회로(102)는 분산 보상 광섬유(100)에 의해 제공된 보상의 레벨에 따른 손실의 변동을 보정하며, ALC 보정 회로(98)는 제3 부분(3000)에서의 출력 파장 다중화 광신호의 레벨을 소정 범위내로 유지시키도록 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어한다. 그러므로, 파장 다중화 광 전송 시스템에서의 파장 다중화 광신호는 안정되게 증폭, 중계 및 전송된다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 광증폭 장치를 나타내는 도면이다. 도 16에 있어서, 모니터 신호 처리 회로(70)는 광 출력의 일정 레벨 제어를 동결시키기 위해, 채널수 변동을 알리는 제어 신호를 추출하여 식별함에 따라 광감쇠기(64) 또는 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어한다. 이러한 방식으로, 광출력의 레벨에서의 급격한 변동은 제한된다.
게다가, DCF 손실 보정 회로(102)는 분산 보상 광섬유(100)에 의해 제공된 분산 레벨에 따르는 손실에서의 변동을 보정하도록 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어한다. ALC 보정 회로(98)는 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어함으로써, 제3 부분(3000)의 출력 파장 다중화 광신호를 소정 범위내에서 유지시킨다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라, 도 16에 도시된 광증폭 장치의 변형을 나타내는 도면이다. 도 17에 대해 더 상세히 말하면, 광다이오드(PD)(582)의 입력단에서 광아이솔레이터(552)의 출력단과 광분기 커플러(542)의 사이에 광필터(A1)가 제공된다. 또한, 광필터(A2)는 광다이오드(PD)(585)의 입력단에서 광아이솔레이터(554)의 출력단과 광분기 커플러(544)의 사이에 제공된다. 광필터(A1, A2)는 예를들면 미국 특허 출원 번호 제08/655,027호에 개시된 것과 같고, 본 명세서에서는 이득의 파장 의존성을 보정하는 것을 인용한다.
도 18a는 본 발명의 실시예에 따라 도 17에 도시된 희토류를 도핑한 광섬유(EDF)(522)의 이득 대 파장 특성을 나타낸 그래프이며, 도 18b는 본 발명의 실시예에 따라 도 17에 도시된 광필터(A2)의 투과율 대 파장을 나타낸 그래프이고, 도 18c는 본 발명의 실시예에 따라 도 17에 도시된 광필터(A2)와 희토류를 도핑한 광필터(EDF)(522)의 전체 이득을 나타낸 그래프이다.
예컨대, 희토류를 도핑한 광필터(EDF)(522)가 도 18a에 도시된 것과 같은 파장 의존성 이득 특성을 갖고 이 이득이 장파장 범위에서 더 높으면, 이득 보정 광필터(A2)를 광다이오드(PD)(585)의 입력단에 제공하여, 증폭기가 파장에 대한 일정한 이득을 갖는다는 것이 보장된다. 광필터(A2)를 제공함으로써 광다이오드(PD)(585)는 바람직하지 않은 감도 특성이 보정되도록 보정된 다중 파장 신호를 수신하게 되는데, 상기 신호 감도는 단파장 범위에서는 낮고 장파장 범위에서는 높다. 광필터(A1 및/또는 A2)는 희토류를 도핑한 광필터(EDF)(521및 522)의 사용에 따라 제공될 수도 제공되지 않을 수도 있다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타내는 도면이다. 도 19에서는, 제1 부분(1000)과 제2 부분(2000)의 위치가 바뀌어져 있다. 그러므로, 파장 다중화 광신호는 제2 부분(2000)에 의해서 일정한 파워 레벨을 갖도록 제어되며, 그 다음에 제1 부분(1000)에 의해서 일정한 이득을 갖도록 제어된다.
더욱 상세히 말해서, 입력 파장 다중화 광신호는 광감쇠기(64)에 전송된다. 광감쇠기(64)로부터 출력된 파장 다중화 광신호는 광아이솔레이터(551) 및 광파장 다중화 커플러(561)를 통하여 희토류 도핑 광섬유(521)에 전송된다. 증폭된 파장 다중화 광신호는 광아이솔레이터(552) 및 광분기 커플러(542)를 통해 출력된다.
광분기 커플러(541)에 의해 분기된 파장 다중화 광신호의 일부는 광다이오드(581)에 의해 전기 신호로 변환되고, 자동 레벨 제어 회로(66) 및 자동 이득 제어 회로(601)에 공급된다. 자동 레벨 제어 회로(66)는 파장 다중화 광신호가 소정 범위내로 유지되도록 제어된 레벨을 갖고서 제1 부분(1000)으로 전송되도록 광감쇠기(64)에 의해 제공되는 광감쇠를 제어한다.
광분기 커플러(542)에 의해 분기된 파장 다중화 광신호의 일부는 광다이오드(582)에 의해 전기신호로 변환되어, 자동 이득 제어 회로(601)로 전송된다. 자동 이득 제어 회로(601)는 여기용 레이저 다이오드(591)를 제어하여, 희토류를 도핑한 광섬유(521)에 입력되는 파장 다중화 광신호의 레벨과 상기 희토류를 도핑한 광섬유(521)로부터 출력된 파장 다중화 광신호의 레벨 간의 비가 일정한 레벨로 유지되게 한다.
그러므로, 제2 부분(2000)은 전송용 광섬유를 통해 입력된 신호가 크게 변경될 때에도, 파장 다중화 광신호의 파워 레벨을 일정하게 유지한다. 그 결과, 일정한 레벨을 갖는 파장 다중화 광신호는 제1 부분(1000)에 입력된다. 따라서, 자동 이득 제어 회로(601)는 작은 제어 대역과 상대적으로 간단한 구성을 가질 수 있다. 게다가, 희토류를 도핑한 광섬유(521)에 입력된 광신호의 파워 레벨은 소정 레벨을 초과하는 것이 금지되기 때문에, 여기용 레이저 다이오드(591)에 의해 공급된 여기용 레이저 빔의 레벨을 상승시킬 필요는 없다. 즉, 여기용 레이저 다이오드(591)는 작은 용량을 가질 수 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 도 20에 도시된 광증폭 장치는 도 19에 도시된 광증폭 장치와 유사하지만, 광분기 커플러(543)와, 광다이오드(PD)(583)와, 모니터 신호 처리 회로(70)를 포함한다.
도 20에 있어서, 전송용 광섬유를 통해 공급된 파장 다중화 광신호는 가변 광감쇠기(64)에 입력되며, 광분기 커플러(543)에 의해 분기된 일부 광신호는 광다이오드(583)에 의해 전기신호로 변환되어, 모니터 신호 처리 회로(70)에 입력된다.
채널수의 변동을 알리는 제어 신호는 진폭 변조에 의해 파장 다중화 광신호에 중첩되거나 전용 제어 채널상에 전송될 수 있다. 채널수의 변동을 알리는 제어 신호를 추출하고 식별할 때, 모니터 신호 처리 회로(70)는 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어하고, 광감쇠기(64)에 의해 제공된 광감쇠를 일정한 레벨로 유지함으로써(이것에 의해 광감쇠기(64)의 동작은 동결됨), 광출력 파워는 더이상 일정한 레벨로 유지되지 않는다.
채널수의 변경이 완료되면, 모니터 신호 처리 회로(70)는 광감쇠기(64)로 하여금 광출력 파워를 일정 레벨로 유지시키는 제어를 개시하게 한다. 이 장치로 인해, 광신호의 파워 레벨에서의 급격한 변동을 감소 내지는 제거할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다.도 21에 도시된 광증폭 장치는 도 19에 도시된 광증폭 장치와 유사하지만, ALC 보정 회로(98)를 포함한다.
ALC 보정 회로(98)는 출력 파장 다중화 광신호의 파워 레벨이 소정 범위내에 있는지 아닌지를 판정한다. 만일 파워 레벨이 소정 범위내에 있지 않다면, ALC 보정 회로(98)는 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어하여, 광감쇠기(64)에 의해 제공된 광감쇠로 인해, 출력 파장 다중화 광신호는 소정 범위내의 파워 레벨을 갖게 한다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 도 22에 도시된 광증폭 장치는 도 20 및 도 21에 도시된 광증폭 장치의 조합이다.
도 22에 있어서, ALC 보정 회로(98)가 자동 레벨 제어 회로(66)를 제어함으로써, 출력 파장 다중화 광신호의 파워 레벨은 소정 범위내에 있게 된다. 채널수의 변경을 알리는 제어 신호를 추출 및 식별할 때, 모니터 신호 처리 회로(70)는 자동 레벨 제어 기능을 동결시켜, 광출력 파워가 더 이상 일정한 레벨로 유지되지 않게 한다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 광증폭 장치를 나타낸 도면이다. 도 23에 있어서, 채널수가 변경될 때 일정한 감쇠를 제공하도록 광감쇠기(64)를 제어(동결)하는 대신, 채널수가 변경될 때 광증폭기가 AGC 모드로 변경된다. 이러한 변경은 광감쇠기(64)로부터의 출력과 광감쇠기(64)로의 입력 간의 비가 일정한 레벨에 유지되도록 제어함으로써 달성될 수 있다. 이러한 동작으로, 광감쇠기(64)의 이득 G(G≤0≤1) 또는 광감쇠기(64)의 광투과율을 일정한 레벨로 유지하게 된다.
그러므로, 도 23에 있어서, 스위치(104)는 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 제어되어, 자동 레벨 제어 회로(66)에 의해 제공된 자동 레벨 제어와 자동 이득 제어 회로(603)에 의해 제공된 자동 이득 제어 사이에서 전환될 수 있다. 더욱 상세히 말해서, 예컨대 도 4a에 도시된 것과 같이, 모니터 신호 처리 회로(70)는 스위치(104)가 채널수의 변동 전과 변동 후에 자동 레벨 제어 회로(66)를 선택하게 한다.
채널수가 변경되는 동안, 모니터 신호 처리 회로(70)는 스위치(104)가 자동 이득 제어 회로(603)를 선택하게 한다.
또한, 도 23은 다운스트림 광중계기와 같은 다운스트림 광소자에 정보를 전송하도록 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 제어되는 레이저 다이오드(LD)(105)를 나타낸다. 예컨대, 이하 상세히 설명하는 바와 같이, 레이저 다이오드(LD)(105)는 다운스트림 광소자로 정보를 전송하기 위해 모니터 신호 처리 회로(70)에 의해 사용될 수 있다.
도 24는 도 23에 도시된 광증폭 장치를 상세히 나타낸 도면이다. 도 24에 있어서, 동작은 다음과 같다.
① 정상 상태일 때(즉, 채널수가 변경되지 않았을 때), 스위치(104)는 자동 레벨 제어 회로(66)를 선택함으로써, 광감쇠기(64)로부터 출력된 광의 파워 레벨이 일정한 레벨로 모니터되고 유지되게 한다.
② 모니터 신호 처리 회로(70)가 채널수의 변경을 알리는 신호를 수신할 때, 자동 이득 제어 회로(603)의 이득 모니터링 신호(107)가 판독되어, 약 10 - 100 ms의 시상수에 대한 평균 이득(감쇠)이 결정된다.
③ ②에서 결정된 평균 이득에 대응하는 기준전압 VAGC가 모니터 신호 처리 회로(70)로부터 자동 이득 제어 회로(603)로 출력된다.
④ 그 다음에 스위치(104)는 자동 이득 제어 회로(603)를 선택한다.
⑤ 모니터 신호 처리 회로(70)는 파장 다중화 광신호에 포함되는 새로운 채널수를 나타내는 정보를 수신한다.
⑥ 모니터 신호 처리 회로(70)는 새로운 채널수에 대응하는 기준전압 VALC을 자동 레벨 제어 회로(66)에 제공한다.
⑦ 모니터 신호 처리 회로(70)는 채널수의 변동이 완료되었다는 것을 나타내는 신호를 수신한다. 또는, 채널수의 변경을 알리는 신호의 수신으로부터 소정 주기의 시간이 경과된다.
⑧ 스위치(104)는 자동 레벨 제어 회로(66)를 선택한다.
광감쇠기(64)에 의해 제공된 감쇠와 트랜지스터(80)에 의해 제공된 제어 소자(86)의 구동 전류 사이의 관계는 동작온도와 같은 파라미터에 의존할 수 있지만, 일반적으로 1:1의 관계를 갖는다. 그러므로, 상기 ②는 모니터된 구동 전류에 기초하여 평균 이득(감쇠)을 판정하기 위해 구동 전류가 (약 10 - 100ms의 시상수에 대해) 모니터되는 과정으로 대체될 수 있다. 이 구동 전류를 제어하여 평균 레벨을 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 광증폭 장치를 채택한 광섬유 통신 시스템을 나타낸 도면이다. 도 25에 있어서, 송신기(Tx)(108)는 SV 광빔을 수신기(Rx)(110)로 보낸다. 여기서, SV 광빔은 주 신호(main signal)로 파장 다중화된 광이다. 주 신호는 정보를 다운스트림으로 전송하는데 사용된다. 광증폭기(OAMP)(112)는 SV 광빔을 증폭한다. 주 신호 제어기(114)와 모니터 신호 처리기(116)가 실행된다.
도 26은 광증폭 장치를 더 상세히 나타낸 도면이다. 도 26에 도시된 광증폭 장치는 도 25에 도시된 광증폭기(112)와, 주 신호 제어기(114)와, 모니터 신호 처리기(116)를 포함한다. 도 26에 도시된 광증폭 장치는 도 3에 도시된 광증폭 장치와 유사하지만, SV 광빔을 다운스트림으로 전송하는 레이저 다이오드(LD)(105)를 포함한다.
더욱 상세히 말해서, 모니터 신호 처리 회로(70)는 광감쇠기(64)의 감쇠 또는 광투과율이 일정한 상태로 유지되거나 "동결"되는 때를 알리는 정보를 SV 광빔에 삽입한다. 이 정보를 전달하는 SV 광빔은 레이저 다이오드(LD)(105)에 의해 전송 라인으로 전송된다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 광증폭 장치를 채택한 전송 라인을 나타낸 도면이다. 도 27에 있어서, 파장 다중화 광통신 시스템은 송신기(Tx)(120)와, 파장 다중화 광섬유 증폭기/중계기(OAMP)(122)와, 수신기(Rx)(124)를 포함한다. 채널수에 대한 변동이 처리되면, 통신 시스템에 있는 업스트림(또는 다운스트림)에서의 모든 OAMP(122)는 광이득 제어가 일정하도록 설정된다.
각각의 송신기(Tx)(120)에 제공될 수 있는 파장 다중화 광 후치증폭기(도시 안됨)와 각각의 수신기(Rx)(124)에 제공될 수 있는 파장 다중화 광 전치증폭기(도시 안됨)도 또한 이득 제어가 일정하도록 설정된다. 모든 OAMP(122)가 일정한 이득 제어 상태를 갖는다면, 수신기(Rx)(124)에 있는 광수신 소자에 공급된 광신호의 파워는 변경될 수 있다.
도 25 내지 도 27에 도시된 것과 같은 광증폭 장치를 갖는 전송 라인에 있어서, 전송 라인상의 수신부(Rx)에 의해 관리된 경로에 있는 모든 광섬유 증폭기가 일정한 레벨로 유지된 광이득 및 고정된 감쇠를 갖는지를 판정하는 것이 가능하다. 일단, 모든 광섬유 증폭기가 일정한 레벨로 유지된 광이득을 갖는 것으로 판정되면, 이것을 나타내는 정보가 후방 경로를 통해 송신부(Tx)로 전송되고, 이에 따라 채널수에 대한 변동이 개시될 수 있다.
다음은 도 25 내지 도 27에 도시된 것과 같은 광증폭 장치를 갖는 전송 라인에서의 채널수 변동을 처리하는 과정의 예를 나타낸다.
① 채널수의 변동을 알리는 신호는 업스트림 SV 송신부(SVTx)로부터 제공된다.
② 각각의 OAMP의 모니터 신호 처리 회로(70)는 채널수 변동을 알리는 신호를 수신한다.
③ 각각의 OAMP는 관련된 광감쇠기의 동작에 대한 "동결" 동작을 개시한다.
④ 각각의 OAMP는 관련된 광감쇠기의 동결 동작을 완료하고, 일정한 광이득 제어가 모니터 신호에 의해 상기 정보를 전송함으로써 개시된다는 것을 나타내는 다운스트림 정보를 보낸다(또한, 각각의 OAMP를 식별하는 식별 번호가 모니터 신호에 삽입된다).
⑤ 업스트림 SV 수신부(SVRx)는 모든 업스트림 OAMP가 일정한 광이득 상태라는 것을 인지한다.
⑥ 다운스트림 SV 송신부(SVTx)는 모든 업스트림 OAMP가 일정한 광이득 상태라는 것을 통지한다.
⑦ 다운 스트림 SV 수신부(SVRx)는 모든 업스트림 OAMP가 일정한 광이득 상태라는 것을 인지한다.
⑧ 업스트림 송신부(Tx)는 채널수를 실제로 변경시킨다.
⑨ 업스트림 SV 송신부(SVTx)는 채널수의 변경이 완료되었음을 나타내는 정보를 발생한다.
⑩ 각각의 OAMP에 있는 모니터 신호 처리 회로(70)는 채널수의 변동이 완료되었음을 나타내는 정보를 수신한다.
⑪ 각각의 OAMP는 관련된 광감쇠기의 동작을 동결시키는 동결 동작을 취소하고, 일정한 광출력 제어를 계속한다.
⑫ 각각의 OAMP는 일정한 광출력 제어로의 이행이 완료되었음을 나타내는 다운스트림 정보를 모니터 신호의 형태로 전송한다(또한, 각각의 OAMP를 식별하는 식별 신호를 전송한다).
⑬ 업스트림 SV 수신부(SVRx)는 모든 OAMP가 채널수 변동을 처리했다는 것을 나타내는 정보를 수신한다.
⑭ 모든 OAMP가 채널수 변동을 처리했다는 것을 나타내는 정보를 송신부로전송한다.
도 28은 상기 기술된 동작 흐름을 나타낸 타이밍도이다.
그러므로, 채널수 변동의 처리시에, 파장 다중화 광섬유 증폭기는 자동 레벨 제어 기능의 수행을 일시적으로 정지시킨다. 대신에, 일정한 이득 제어 기능을 수행하거나, 또는 광증폭 장치가 전체적으로 일정한 이득 기능을 수행하게 한다.
그러나, 광통신 시스템에 있어서, 광수신 소자에 제공된 광신호의 파워를 일정한 레벨로 유지하는 것이 일반적으로 필요하다. 편광 변동에 기인한 입력 파워에서의 변동이 일반적인 상황하에서 발생하더라도, 광섬유 증폭기의 광이득을 일정한 레벨로 유지시키는 제어로 인해 광수신 소자에 제공된 광신호의 파워는 변경될 것이다.
이러한 문제는 광신호를 개별적인 채널로 디멀티플렉싱하고, 개별적으로 디멀티플렉싱된 채널의 파워 레벨을 제어함으로써 해결할 수 있다.
더욱 상세히 말해서, 도 29는 본 발명의 실시예에 따른 광통신 시스템의 일부를 나타낸 도면이다. 도 29에 있어서, 디멀티플렉서(DEMUX)(125)는 파장 다중화 광신호를 각 수신기(126)에 의해 수신될 개별적인 채널로 디멀티플렉싱한다. 각 채널에는 광 전치증폭기(127)와 자동 레벨 제어 유닛(128)이 제공되어 있고, 관련된 수신기(126)는 일정한 파워 레벨의 광신호를 수신한다.
본 발명의 상기 실시예에 따라, 광감쇠기 또는 광증폭기는 파장 다중화 광신호의 채널수가 변경되는 동안 일정한 이득을 제공하도록 제어될 수 있다. 이 경우에, 이득 G는 0≤G≤1의 범위를 가질 수 있다. 그러므로, 광감쇠기는 광감쇠기의 입력과 출력 사이의 비율을 일정하게 유지함으로써 일정한 이득을 제공하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예에 따라, 광증폭기에는 희토류를 도핑한 광섬유가 사용되었고, 여기서의 도펀트는 에르븀(Er)이었다. 그러나, 본 발명은 에르븀으로 도핑한 광섬유에 제한되지 않는다. 대신에, 네오디뮴(Nd)이 도핑된 광섬유 또는 프라세오디뮴(Pd)이 도핑된 광섬유와 같은 다른 희토류를 도핑한 광섬유가 파장에 따라 사용될 수 있다. 게다가, 예컨대, 여기에 기술된 여러 가지 광다이오드는 광트랜지스터로 대체될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예에 따라, 자동 이득 제어 회로와 자동 레벨 제어 회로에 대한 특정한 실시예가 개시되었지만, 본 발명은 이들 회로 또는 이 명세서에서 설명한 기타 회로의 어떤 특정 구성에 한정되지 않으며, 변형이 가능하다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따라, 광감쇠기는 가변 감쇠를 제공하기 위해 사용되었다. 많은 상이한 형태의 공지된 광감쇠기가 있으며, 본 발명의 실시예는 어떤 특정한 형태의 광감쇠기에 제한되지 않는다.
본 발명이 비록 일부 특정 실시예에 대해서만 설명되었지만 적절한 변경을 가하여 다른 태양으로도 실시 가능하다. 즉, 첨부된 청구범위의 개념과 범위는 본 명세서에 개시된 실시예에만 한정되지 않는다.
본 발명은 광증폭기와 제어기를 구비하는 장치를 제공한다. 광증폭기는 가변 채널수를 갖는 광신호를 증폭하며, 제어기는 광신호의 채널수의 변동에 응답하여 상기 증폭된 광신호의 파워를 제어한다. 더욱 상세히 말해서, 광신호의 채널의 수를 변동시키기 전에 그리고 변동시킨 후에는 가변 광 투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시켜, 증폭된 광신호의 광 파워 레벨이 광신호의 채널의 수에 따라 일정하게 유지되고, 광신호의 채널의 수가 변경되는 동안에는 일정한 광 투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시키는 제어기를 제공함으로써 채널의 수가 변경될 때 파장 다중화 광신호의 비선형 열화 또는 S/N 열화를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 가변 채널수를 가지며 광증폭기에 의해 증폭된 광신호를 제어하는 방법을 제공함으로써 달성된다. 이 방법은, 광신호에서 채널수를 변경되기 전에 그리고 변경된 후에, 가변 광 투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시켜, 상기 증폭된 광신호의 파워 레벨이 광신호의 채널수에 따라 대략 일정한 레벨로 유지되게 하는 단계와; 광신호의 채널수가 변경되는 동안, 일정한 광 투과율을 갖는 증폭된 광신호를 통과시키는 단계를 포함하여, 채널의 수가 변경될 때 파장 다중화 광신호의 비선형 열화 또는 S/N 열화를 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 제1 입력단에서 입력된 광신호를 증폭하여 제1 출력단에서 제1 광신호를 출력하는 제1 광 증폭부(1000)와;
    제2 입력단에서 입력된 상기 제1 광신호를 증폭하여 제2 출력단에서 출력하는 제2 광 증폭부(3000)와;
    상기 제1 광 증폭부의 상기 제1 출력단과 상기 제2 광 증폭부의 상기 제2 입력단 사이에 광학적으로 결합되고, 상기 제1 광 증폭부로부터의 상기 제1 광신호를 상기 제2 광 증폭부의 제2 입력단으로 입력하는 광 디바이스(64, 100)와;
    상기 광 디바이스에서 처리되어 상기 제1 광신호에 부여된 손실을 보상하는 보상 수단(2000, 102)을 구비한 것을 특징으로 하는 광 증폭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 디바이스는 상기 제1 광신호에 부여된 분산을 보상하는 분산 보상용 광섬유(100)인 것인 광 증폭 장치.
  3. 제1 입력단에서 입력된 광신호를 증폭하여 제1 출력단에서 제1 광신호를 출력하는 제1 광 증폭부(1000)와;
    제2 입력단에서 입력된 상기 제1 광신호를 증폭하여 제2 출력단에서 출력하는 제2 광 증폭부(3000)와;
    상기 제1 광 증폭부의 상기 제1 출력단과 상기 제2 광 증폭부의 상기 제2 입력단 사이에 광학적으로 결합되고, 상기 제1 광 증폭부로부터의 상기 제1 광신호의 분산을 보상하고, 상기 제2 광 증폭부의 상기 제2 입력단으로 입력하는 분산 보상 수단(100)과;
    상기 분산 보상 수단에 의해 상기 제1 광신호에 부여된 손실을 보상하는 보상 수단(2000, 102)을 구비한 것을 특징으로 하는 광 증폭 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보상 수단은 상기 제2 광 증폭부의 상기 제2 입력단에 입력되는 상기 제1 광신호가 소정 레벨이 되도록 감쇠량이 제어되는 광 가변 감쇠 수단(2000)인 것인 광 증폭 장치.
  5. 제1 입력단에서 입력된 광신호를 증폭하고, 제1 광 아이솔레이터(552)를 통해 제1의 출력단에서 제1 광신호를 출력하는 제1 광 증폭부(1000)와;
    제2 입력단에 제2 광 아이솔레이터(553)를 통해 입력된 상기 제1 광신호를 증폭하여 제2 출력단에서 제2 광신호를 출력하는 제2 광 증폭부(3000)와;
    상기 제1 광 증폭부의 상기 제1 출력단과 상기 제2 광 증폭부의 상기 제2 입력단 사이에 광학적으로 결합되고, 상기 제1 광 증폭부로부터의 상기 제1 광신호를 처리하여 상기 제2 광 증폭부의 상기 제2 입력단에 입력하는 광 디바이스(64, 100)를 구비한 것을 특징으로 하는 광 증폭 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광 디바이스는 상기 제1 광신호에 부여되는 손실을 보상하는 구성을 갖는 것인 광 증폭 장치.
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