KR100342190B1 - 이득 평탄화 광섬유증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것으로, 제1펌프광에 의해 소정 이득을 갖도록 입력 신호광을 증폭하는 제1증폭부; 제2펌프광에 의해 상기 이득과 실질적으로 동일한 이득을 갖도록 제1증폭부에서 증폭된 신호광을 재증폭하는 제2증폭부; 및 제1증폭부에서 증폭되어 출력된 신호광은 통과시키고 제1펌프광은 제2증폭부에 도달하지못하게하며, 제2펌프광이 제1증폭부에 도달하지못하게하여 각 증폭부가 자신의 펌프광에 의해서만 증폭을 하게하는 펌프광 분리부를 포함함을 특징으로한다.
본 발명에 의하면, 입력되는 신호광의 세기에 무관하게 광섬유증폭기의 이득을 평탄화할 수 있으므로, 장거리 전송망에 유용하다.

Description

이득 평탄화 광섬유증폭기{Gain flattened optical fiber amplifier}
본 발명은 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것으로, 특히 반사체를 구비하는 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것이다.
일반적으로, 이득평탄화된 광섬유증폭기는 특정 범위의 입력 신호광의 세기 및 펌프광의 세기에 대해서 이득이 평탄화되어 있으나, 그 조건이 바뀌면 이득평탄도를 유지하지 못한다. 특히 광섬유증폭기를 여러 단 연결하여 사용하는 경우, 증폭기 사이의 손실특성이 달라지게되면 광섬유증폭기에 입력되는 신호광의 조건이 달라지게되어 전송시 에러율이 증가되는 원인이 된다.
많은 경우, 입력되는 신호광의 세기를 탐지하여 신호광의 세기에 따라 펌프광의 세기를 변화시켜 이득변화를 보상하기위해 두 개의 펌프단을 사용한다. 도 1은 두 개의 펌프광원을 구비한 광섬유증폭기의 구조를 도시한 것이다.
도 1에 따른 광섬유증폭기는 제1아이솔레이터(100), 제1펌프광원(102), 제1파장분할다중화기(Wavelength Division Multiplexer, WDM, 104), 어븀첨가광섬유(Erbium Doped Optical Fiber, 106, 이하 EDF라 약함), 제2펌프광원(108), 제2WDM(110) 및 제2아이솔레이터(112)로 구성된다.
입력되는 신호광은 EDF(106)의 전단에 위치한 제1펌프광원(102)에서 생성되는 펌프광과 제1WDM(104)에서 결합되어 EDF(106)로 입사된다. EDF(106)의 후단에 위치한 제2펌프광원(108)에서 생성되는 펌프광은 제2WDM(110)를 통해 EDF(106)로 입사된다. 입사된 순방향, 역방향 펌프광은 EDF(106)내의 기저상태에 있는 어븀 이온을 여기시킨다. 여기된 어븀의 유도방출(stimulated emmission)에 의해 광신호가 증폭된다. 제1 및 제2아이솔레이터(100, 112)는 EDF(106)에서 발생한 자연방출(Amplified Spontaneous Emission, ASE)이 입출력커넥터와 같은 광소자로부터 반사되어 EDF(106)에 다시 입사하므로써 광신호의 증폭효율을 떨어뜨리는 것을 방지한다.
이러한 광섬유증폭기의 특징은 앞단 펌프광의 세기를 변화시키면 EDF 앞단의 `밀도반전값(ratio of population inverson)을 조절할 수 있고, 뒷단 펌프광의 세기를 변화시키면 EDF 뒷단의 밀도반전값을 조절할 수 있다.
그러나, 각각의 펌프광의 세기는 EDF 전체에 영향을 주므로 EDF의 각 부분의 밀도반전값을 자유롭게 조절할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 입력되는 신호광의 변화에 따라 증폭기의 이득변화를 보상하도록하기위해 2개의 EDF 및 EDF들 중간에 앞단과 뒷단 펌프광을 분리하는 펌프광 분리부를 구비하는 이득평탄화 광섬유증폭기를 제공하는데 있다.
도 1은 두 개의 펌프광원을 구비한 광섬유증폭기의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 이득평탄화 광섬유증폭기의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 광섬유증폭기에서 EDF내의 어븀의 밀도반전에 따른 이득 스펙트럼을 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 제1펌프광에 의해 소정 이득을 갖도록 입력 신호광을 증폭하는 제1증폭부; 제2펌프광에 의해 상기 이득과 실질적으로 동일한 이득을 갖도록 상기 제1증폭부에서 증폭된 신호광을 재증폭하는 제2증폭부; 및 상기 제1증폭부에서 증폭되어 출력된 신호광은 통과시키고 상기 제1펌프광은 상기 제2증폭부에 도달하지못하게하며, 상기 제2펌프광이 상기 제1증폭부에 도달하지못하게하여 상기 각 증폭부가 자신의 펌프광에 의해서만 증폭을 하게하는 펌프광 분리부를 포함함을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로한다. 도 2는 본 발명에 따른 이득평탄화 광섬유증폭기의 구조를 도시한 것이다. 도 2에 따른 광섬유증폭기는 제1아이솔레이터(200), 제1증폭부(210), 펌프광분리부(220), 제2증폭부(230) 및 제2아이솔레이터(240)를 포함한다.
제1증폭부(210)는 제1펌프광을 생성하는 제1펌프광원(211), 제1펌프광원(211)에서 생성된 제1펌프광과 제1아이솔레이터(200)를 통과한 신호광을 결합하는 제1WDM(212), 제1펌프광에 의해 신호광을 증폭하는 제1EDF(213)를 구비한다.
제2증폭부(230)는 제2펌프광을 생성하는 제2펌프광원(231), 제2펌프광원(231)에 의해 제1증폭부(210)에서 증폭된 신호광을 재증폭하는 제2EDF(233) 및 제1펌프광을 제2EDF(233)에 공급하고, 제2EDF(233)에서 재증폭된 신호광을 제2아이솔레이터(240)에 출력하는 제2WDM(232)를 구비한다.
펌프광 분리부(220)는 제1펌프광이 제2증폭부(230)에 도달되지못하게하고, 제2펌프광이 제1증폭부(210)에 도달되지못하게하는 소자로서, 예컨대 펌프광을 전반사시키는 펌프광 반사필터(pump light reflection filter)가 적절하다.
상술한 구성에 따른 동작의 설명에 앞서, EDF내에서 어븀의 밀도반전에 따른 광섬유증폭기의 이득 스펙트럼에 대해 설명하기로한다. 도 3은 광섬유증폭기에서 EDF내의 어븀의 밀도반전에 따른 이득 스펙트럼을 도시한 것이다. 최하위의 곡선으로부터 밀도반전값이 0에서 1까지 0.1간격으로 11개의 이득 스펙트럼이 도시되어있다. 밀도반전값이 0인 상태는 모든 어븀이 바닥상태(ground state)에 있음을 의미하며, 이 경우 EDF는 증폭을 하지않으므로 도시된 스펙트럼은 흡수 스펙트럼이 된다. 반면, 밀도반전값이 0.7이면, 어븀의 70%는 들뜬 상태(excited state)에 있고, 30%가 바닥상태에 있음을 의미한다. 밀도반전값이 0.6과 0.8의 경우, 파장영역이 1540~1560nm인 범위에서 이득 스펙트럼은 서로 대칭이다. 즉, 밀도반전값이 0.6일 때는 이득 스펙트럼이 양의 기울기를 갖고, 밀도반전값이 0.8일 때는 이득 스펙트럼이 음의 기울기를 갖는다. 이 두 밀도반전값에 대한 이득 스펙트럼은 상호 보완관계에 있으므로 이러한 특성을 이용한다면 광섬유증폭기의 이득을 평탄화할 수 있다.
즉, 제1증폭부(210) 및 제2증폭부(230)에서 증폭에 사용되고 남은 제1 및 제2펌프광을 타 증폭부로 도달되지못하게한다면, 각 증폭부에서 독립적으로 펌프광의 세기를 조절할 수 있다. 따라서, 제1EDF(213) 및 제2EDF(233)의 밀도반전값을 독립적으로 조절하여 그에 따른 이득 스펙트럼을 조절할 수 있으므로 광섬유증폭기의 이득을 평탄화할 수 있다.
이를 위하여 본 발명에서는 펌프광 분리부(220)로서 펌핑광 반사필터를 사용한다. 펌프광 반사필터의 위치는 제1EDF(213)의 입력단으로부터 제1 및 제2EDF(233)의 전체길이의 10~90% 이내가 적절하다.
도 2에 도시된 본 발명의 구성에 따른 동작은 다음과 같다. 먼저, 제1펌프광원(211)에서 생성된 제1펌프광은 제1WDM(212)를 통해서 제1EDF(213)에 입사하여, 제2EDF(213)에 첨가된 어븀(Er3+)을 여기시킨다. 여기된 어븀의 유도방출(Stimulated Emission)에 의해 제1아이솔레이터(200) 및 제1WDM(212)를 통해 입사되는 신호광이 증폭된다. 이 때, 신호광을 증폭하고 남은 제1펌프광은 펌프광 분리부(220)에 의해 반사되어 다시 제2EDF(213)를 펌핑하게된다. 제1증폭부(210)에서 증폭된 신호광은 펌프광 분리부(220)를 통과하여 제2증폭부(230)에 입사된다.
제2증폭부(230)에서 제2펌프광원(231)에서 생성된 제2펌프광은 제2WDM(232)를 통과하여 제2EDF(233)내의 어븀을 여기한다. 제1증폭부(210)에서 증폭된 신호광은 여기된 어븀의 유도방출에 의해 재증폭된다. 증폭하고 남은 제2펌프광은 펌프광분리부(220)에 의해 반사되어 제2EDF(233)를 다시 펌핑한다.
제1 및 제2펌프광원(211, 231)은 각 EDF(213, 233)가 해당 증폭부(210, 230)의 특성에 맞는 밀도반전값을 얻도록 그 출력세기가 조절된다.
제1 및 제2아이솔레이터(200, 240)는 각 EDF(213, 233)에서 발생한 자연방출(Amplified Spontaneous Emission)이 입출력커넥터와 같은 광소자로부터 반사되어 각 EDF(213, 233)에 다시 입사하므로써 광신호의 증폭효율을 떨어뜨리는 것을 방지한다.
본 발명에 의하면, 입력되는 신호광의 세기에 무관하게 광섬유증폭기의 이득을 평탄화할 수 있으므로, 장거리 전송망에 유용하다. 또한 잔류 펌프광을 재활용하므로 증폭기의 효율을 높일 수 있다.

Claims (5)

  1. 제1펌프광원을 구비하고, 상기 제1펌프광원에서 생성된 제1펌프광에 의해 소정 이득을 갖도록 입력 신호광을 증폭하는 제1증폭부;
    제2펌프광원을 구비하고, 상기 제2펌프광원에서 생성된 제2펌프광에 의해 상기 이득과 실질적으로 동일한 이득을 갖도록 상기 제1증폭부에서 증폭된 신호광을 재증폭하는 제2증폭부; 및
    상기 제1증폭부에서 증폭되어 출력된 신호광은 통과시키고 상기 제1펌프광은 상기 제2증폭부에 도달하지 못하게 하며, 상기 제2펌프광이 상기 제1증폭부에 도달하지 못하게 하여 상기 각 증폭부가 자신의 펌프광에 의해서만 증폭을 하게 하는 펌프광 분리부를 포함하고, 상기 펌프광 분리부는
    상기 제1펌프광 또는 제2펌프광을 전반사하는 펌프광 반사 필터임을 특징으로하는 이득 평탄화 광섬유증폭기
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1증폭부는
    상기 제1펌프광을 생성하는 펌프광원;
    상기 제1펌프광과 상기 입력 신호광을 결합하는 파장분할다중화기; 및
    상기 파장분할다중화 결합기에 연결되어 상기 제1펌프광에 의해 상기 입력 신호광을 증폭하는 어븀첨가광섬유를 구비함을 특징으로하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2증폭부는
    상기 펌프광 분리부에 연결되고, 상기 증폭된 신호광을 상기 제2펌프광에 의해 다시 증폭하는 제2어븀첨가광섬유;
    상기 제2어븀첨가광섬유에서 증폭된 신호광을 출력하고 상기 제2펌프광을 상기 제2어븀첨가광섬유로 입력하는 제2파장분할다중화기; 및
    상기 제2펌프광을 생성하여 상기 제2파장분할다중화기에 출력하는 펌프광원을 구비함을 특징으로하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 펌프광 분리부는
    상기 제1어븀첨가광섬유의 입력단으로부터 상기 제1 및 제2어븀첨가광섬유의 전체길이의 10 내지 90% 이내에 위치함을 특징으로하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
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