KR100344071B1 - 이득 평탄화 광섬유증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광경로에 따라 추가 또는 삭제되는 광신호에 의해 변화되는 입력광신호의 증폭이득특성이 평탄화되도록 조절하도록 함과 더불어, 출력 이득레벨을 임의로 조절할 수 있도록 된 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것으로서, 입력광신호와 펌핑용레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광을 결합하여 광증폭광섬유로 인가하고, 광증폭광섬유에서는 펌핑광에 의해 광증폭광섬유에 도우핑되어 있는 희토류이온을 여기시킴으로서 입력광신호를 소정레벨로 증폭하여 출력하는 광섬유증폭기에 있어서, 상기 광증폭광섬유로부터 인가되는 증폭광은 제 1출력단으로 출력하고, 제 2입력단으로부터 인가되는 광은 제 2출력단으로 출력하는 써큘레이터와, 상기 써큘레이터의 제 1출력단으로부터 인가되는 증폭광을 특정 파장대역의 광은 상기 써큘레이터의 제 2입력단으로 반사시키고, 그 나머지 파장대역의 광은 투과시키는 광섬유브래그격자 및, 상기 써큘레이터의 제 2출력단으로부터 인가되는 반사광과 상기 입력광신호를 결합하여 상기 파장분할다중화기로 인가하기 위한 탭커플러를 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

이득 평탄화 광섬유증폭기{Gain levelling Optical-fiber Amplifier}

본 발명은 파장분할 다중화방식의 광통신시스템에 관한 것으로서, 특히 광경로에 따라 추가 또는 삭제되는 광신호에 의해 변화되는 입력광신호의 증폭이득특성이 평탄화되도록 조절하도록 함과 더불어, 출력 이득레벨을 임의로 조절할 수 있도록 된 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 광통신기술은 고속으로 대용량의 정보전송이 가능하고 전자기 유도에 의한 신호장애나 누화가 없기 때문에 해저 케이블을 통한 국가간의 정보통신에 주로 이용되고 있다.

광통신기술의 발달은 신호의 증폭을 위해 광신호를 전기적인 신호로 일시 변환하는 등의 물리적인 변화를 가하지 않고 선로내에서 광신호 형태 자체로 이득을 높일 수 있도록 된 광섬유증폭기가 개발되면서 더욱 가속화되었으며, 최근에 이르러서는 하나의 전송선로를 통해 파장이 각기 다른 광신호를 동시에 전송함으로써 신호의 전송효율을 높일 수 있도록 된 파장분할다중(WDM : Wide-length Division Multiplexing)기술이 개발된 바 있다.

일반적으로, 상기한 광섬유증폭기는 입력 광신호의 사용 파장 영역이 광섬유의 최저 손실 영역인 1530nm ∼1560nm대를 사용하고 있으며, 전체 사용 파장 영역에서 각 파장별 신호증폭 이득은 도1에 도시된 바와 같이 1530nm 대에서 최대 이득을 나타내게 되는 등 파장별로 각기 다른 이득특성을 나타내게 된다.

또한, 한 광섬유를 통해 광섬유증폭기로 파장이 다른 여러개의 신호를 동시에 전송하는 파장분할다중(WDM)방식을 사용하는 전송시스템에서는, 광섬유증폭기로 입력되는 서로 다른 여러개의 광신호가 각각 다른 증폭이득을 경험하게 되어 신호들이 고르게 증폭되지 않기 때문에, 장거리 전송시스템 및 해저 광케이블에서 사용할 경우, 여러개의 광섬유 증폭기를 거친 이득특성이 낮은 파장의 광신호가 주위의 잡음보다 증폭정도가 낮게 되어 신호 왜곡이 생기게 되므로, 전체신호 파장영역에서 고른 증폭이득을 얻을 수 있도록 된 광섬유증폭기가 필수적이라 할 수 있다.

이에, 일반적으로 종래 광섬유증폭기의 경우에는 출력파장 중 특정파장의 신호세기를 근거로 전체이득레벨이 일정하도록 그 증폭이득레벨을 고정적으로 설정하여 구성한 이득평탄화 광섬유증폭기가 출원된 바 있다.

그러나, 상기한 이득 평탄화 광섬유증폭기로 구성된 광통신시스템은, 광섬유증폭기가 결합되어 있는 광섬유의 시스템 경로, 즉 얼마만큼의 광섬유증폭기를 거쳤느냐 또는 최초 입력되는 입력광원과의 거리에 따라 그 출력 광파장신호의 출력신호레벨이 달라지게 되는 바, 임의 광섬유의 광파장신호에 다른 광섬유의 광파장신호가 혼입되는 경우에는 각 광섬유의 광파장신호의 출력 신호레벨이 상이하여 하나의 광섬유를 통해 인가되는 입력신호레벨이 변화하게 되어 혼입된 광파장신호가 하나의 광섬유를 통해 전송되는 중에, 특정 광파장신호의 이득특성은 점점 커지고, 출력레벨이 작은 광파장신호의 이득특성은 점점 작아지게 됨에 따라, 신호검출시 이득특성이 작은 광파장신호의 증폭정도가 잡음의 증폭정보다 낮게되어 신호왜곡이 발생하게 되는 문제가 발생하게 된다.

또한, 종래의 광섬유증폭기는 그 이득레벨이 고정적으로 설정되어 구성되게 되는 바, 광시스템 설계상 광전송 경로가 변화됨으로 인하여 광전송거리가 변경되는 경우, 해당 전송거리에 대응되는 이득레벨을 갖는 광섬유증폭기를 다시 설치해야 하는 문제가 있게 된다.

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 전송되는 광신호가 추가 또는 삭제됨에 따라 변화하게 되는 입력광의 세기에 관계없이 항상 일정한 출력이득을 얻도록 함과 더불어, 그 출력이득레벨을 가변적으로 조절할 수 있도록 된 이득 평탄화 광섬유증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 광증폭광섬유의 증폭특성을 나타내기 위한 도면.

도2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기의 내부구성을 나타낸 블록구성도.

도3은 도2에 도시된 광섬유브래그격자(28)의 투과특성을 나타내기 위한 도면.

도4는 도2에 도시된 장치의 증폭특성은 나타내기 위한 실험결과표.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

21 : 광선로, 22 : 탭커플러,

23 : 제 1아이솔레이터, 24 : 파장분할다중화기,

25 : 펌핑용 레이저다이오드, 26 : 광증폭광섬유,

27 : 써큘레이터, 28 : 광섬유브래그격자,

29 : 제 2아이솔레이터, 30 : 가변감쇠기.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기는, 입력광신호와 펌핑용레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광을 결합하여 광증폭광섬유로 인가하고, 광증폭광섬유에서는 펌핑광에 의해 광증폭광섬유에 도우핑되어 있는 희토류이온을 여기시킴으로서 입력광신호를 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 광섬유증폭기에 있어서, 상기 광증폭광섬유로부터 인가되는 증폭광은 제1 출력단으로 출력하고, 제2 입력단으로부터 인가되는 광은 제2 출력단으로 출력하는 써큘레이터와, 상기 써큘레이터의 제1 출력단으로부터 인가되는 증폭광에서 특정 파장대역의 광은 써큘레이터의 제2 입력단으로 반사시키고, 그 나머지 파장대역의 광은 투과시키는 광섬유브래그격자, 상기 써큘레이터의 제2 출력단에 결합되어 상기 써큘레이터로부터 인가되는 반사광의 신호레벨을 감쇠시켜 출력하되 그 신호레벨을 가변적으로 설정하도록 구성된 감쇠수단 및, 상기 감쇠수단으로부터 인가되는 반사광과 상기 입력광신호를 결합하여 상기 파장분할다중화기로 인가하기 위한 탭커플러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기한 바에 의하면, 입력광신호를 증폭하여 출력함에 있어, 증폭된 입력광의 신호대역 이외의 파장광을 써큘레이터와 광섬유브래그격자를 이용하여 광증폭광섬유의 입력단으로 인가함으로써, 광통신시스템 경로상에서 유입 또는 유출되는 신호광에 의해 입력광의 신호레벨이 변화하더라도 항상 고정이고 평탄화된 증폭 이득특성을 갖는 광섬유증폭기를 실현할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 광섬유증폭기는 써큘레이터와 광섬유브래그격자를 통해 광증폭광섬유로 입력되는 신호대역 이외의 파장광의 신호레벨을 가변 감쇠기를 통해 조절함으로써, 입력신호광의 증폭이득레벨을 용이하게 조절할 수 있게 된다.

이어, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

도2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기의 내부구성을 나타낸 블록구성도이다.

도2에서, 입력광신호(S)가 제 1광선로(21)에 결합되고, 이 제 1광선로(21)는 제 1탭커플러(22)의 입력으로서 결합된다. 제 1탭커플러(22)에서는 제 1광선로(21)를 통해 입력되는 광신호를 제 1아이솔레이터(23)를 통해 파장분할다중화기(24)로 입력시키게 된다.

한편, 파장분할다중화기(24)에서는 펌핑용레이저다이오드(25)로부터 인가되는 펌핑광(P)과 제 1아이솔레이터(23)로부터 인가되는 광신호를 결합하여 하나의 전송로를 통해 광증폭광섬유(26)로 인가하게 된다. 그리고, 광증폭광섬유(28)에서 상기 펌핑광(P)은 광증폭광섬유(28)에 도우핑(doping)되어 있는 희토류(rare-earth)이온을 여기시켜 소정 파장의 유도광자를 발생시키게 되고, 이때 발생된 유도광자가 광신호에 유입됨으로써 해당 광신호가 증폭되게 되는 바, 펌핑광의 신호레벨에 따라 출력 증폭특성이 변화하게 된다.

이어, 상기 광증폭광섬유(26)로부터 증폭출력되는 광은 써큘레이터(27)의 입력으로 인가되고, 써큘레이터(27)에서는 광증폭광섬유(26)로부터 인가되는 증폭광을 광섬유브래그격자(28)로 인가하게 된다. 여기서, 상기 광섬유브래그격자(28)는 도3에 도시된 바와 같은 특성을 갖게 된다.

즉, 도3은 광섬유브래그격자(28)의 투과특성을 나타내기 위한 도면으로, 도3에 도시된 바와 같이 상기 광섬유브래그격자(28)는 λa ∼ λa'의 광파장 대역에서 그 투과율이 급속도로 저하되는 투과특성을 나타내게 된다. 이때, 광섬유브래그격자(28)의 불투과파장, 즉 반사파장은 그 제조시에 용이하게 설정할 수 있는 바, 본 발명에 있어서는 신호파장대역인 1530nm∼1560nm 이외의 파장대역, 예컨대 1528nm대역의 파장만을 반사시키고 나머지 파장대역은 모두 투과시키도록 된 광섬유브래그격자(28)를 구성하여 실시하는 것이 바람직하다.

한편, 도2에서 광섬유브래그격자(28)로부터 투과되어 출력되는 광은 제 2아이솔레이터(29)를 통해 출력광신호로 출력되게 되고, 반사되는 반사광은 써큘레이터(27)의 입력으로 인가되게 되는 바, 써큘레이터(27)에서는 광섬유브래그격자(28)로부터 인가되는 반사광을 가변감쇠기(30)를 통해 탭커플러(22)로 입력시키게 된다.

이때, 상기 가변감쇠기(30)는 운용자에 의해 설정된 감쇠레벨을 근거로 입력광의 신호레벨을 소정 레벨로 감쇠시켜 출력하도록 구성되게 된다.

이어, 도2에 도시된 이득 평탄화 광섬유증폭기의 동작을 설명한다.

우선, 입력광신호는 파장분할다중화기(24)에서 펌핑광과 결합되어 광증폭광섬유(26)로 인가되고, 광증폭광섬유(26)에서 입력광신호가 펌핑광에 의해 소정 레벨 증폭되어 써큘레이터(27) 및 광섬유브래그격자(28)를 통해 출력광신호로서 출력된다.

한편, 상기 광섬유브래그격자(28)에서는 신호파장대역 이외 파장의 광, 예컨대 1528nm파장 광을 반사시켜 써큘레이터(27)를 통해 가변감쇠기(30)로 인가하게 되는 바, 가변감쇠기(30)에서는 입력되는 1528nm파장 광의 파워를 소정레벨로 감쇠시킨 후 탭커플러(22)의 입력으로 인가하게 된다. 그리고, 이 탭커플러(22)에서는 가변감쇠기(30)로부터 인가되는 1528nm파장 광과 입력광신호(S)를 결합하어 파장분할다중화기(24)를 통해 광증폭광섬유로 인가하게 되는데, 광증폭광섬유(26)에서는 인가되는 광의 신호레벨에 따라 펌핑광에 의한 증폭이득을 변화시켜 출력하게 된다.

즉, 상기 광증폭광섬유(26)는 입력광신호(S)의 신호레벨이 작아질 경우에는 1528nm파장 광의 증폭이득이 증가하게 되고, 입력광신호(S)의 신호레벨이 증가할 경우에는 1528nm파장 광의 증폭이득이 감소하게 되므로, 1528nm파장광의 증폭이득을 조절함으로써 입력신호레벨의 감소로 인해 발생되는 입력광신호의 과잉증폭이나, 입력신호레벨이 커짐에 따라 발생되는 입력광신호의 증폭 저하를 조절하는 것이 가능하게 되는 특성을 갖게 되는 바, 펌핑용레이저다이오드(25)로부터 인가되는 펌핑광에 의한 증폭이득이 고정된 상태에서 반사광, 즉 1528nm파장 광의 증폭이득을 조절함으로써 입력광신호(S)의 증폭이득레벨이 자동으로 일정하게 출력되게 된다. 도 4는 반사광, 즉 1528nm파장 광의 신호레벨에 따른 입력광신호(S)의 증폭이득레벨을 나타낸 도면이다.

도4에서, (A)는 1528nm파장광의 신호를 입력단으로 인가하지 않은 경우의 입력신호광의 신호레벨에 따른 광증폭광섬유의 증폭이득특성을 나타낸 것이고, (B)와 ( C)는 1528nm파장광의 신호를 입력단으로 인가한 경우의 입력신호광의 신호레벨에 다른 광증폭광섬유의 증폭이득특성을 나타낸 것으로서, 도4에 도시된 바와 같이, 1528nm파장광을 입력단으로 인가하는 경우(B,C)가 1528nm파장광을 입력단으로 인가하지 않은 경우(A)에 비해 입력신호광의 신호레벨의 변화에 증폭이득 특성이 평탄한 특성을 갖게 된다.

또한, 도4에서 (B)와(C)는 도2에 도시된 구성의 가변감쇠기(30)를 조절하여 1528nm파장 광의 신호레벨을 각기 달리 설정한 경우를 나타내는 것으로, (B)특성을 갖는 경우의 1528nm파장광의 신호레벨은 (C)특성을 갖는 경우의 1528nm파장광의 신호레벨보다 크게 설정한 경우의 광증폭광섬유의 이득특성이다. 즉, 1528nm파장광의 신호레벨을 작게 설정할수록 입력광신호의 신호레벨변화에 대해 평탄한 특성을 갖게 된다.

즉, 상기 실시예에 의하면, 입력광신호를 증폭하여 출력함에 있어, 증폭된 입력광의 신호대역 이외의 파장광을 써큘레이터와 광섬유브래그격자를 이용하여 광증폭광섬유의 입력단으로 인가함으로써, 광통신시스템 경로상에서 유입 또는 유출되는 신호광에 의해 입력광의 신호레벨이 변화하더라도 항상 고정이고 평탄화된 증폭 이득특성을 갖는 광섬유증폭기를 실현할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 광섬유증폭기는 써큘레이터와 광섬유브래그격자를 통해 광증폭광섬유로 입력되는 신호대역 이외의 파장광의 신호레벨을 가변 감쇠기를통해 조절함으로써, 입력신호광의 증폭이득레벨을 용이하게 조절할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 광섬유증폭기는 광학소자를 이용하여 입력광신호에 대해 이득이 고정되고, 그 이득특성이 평탄화되는 특성을 갖게됨으로써, 그 설계가 용이하다는 장점이 있다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 입력광신호를 증폭하여 출력함에 있어, 증폭된 입력광의 신호대역 이외의 파장광을 써큘레이터와 광섬유브래그격자를 이용하여 광증폭광섬유의 입력단으로 인가함으로써, 광통신시스템 경로상에서 유입 또는 유출되는 신호광에 의해 입력광의 신호레벨이 변화하더라도 항상 고정이고 평탄화된 증폭 이득특성을 갖는 광섬유증폭기를 실현할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 광섬유증폭기는 써큘레이터와 광섬유브래그격자를 통해 광증폭광섬유로 입력되는 신호대역 이외의 파장광의 신호레벨을 가변 감쇠기를 통해 조절함으로써, 입력광신호의 증폭이득레벨을 용이하게 조절할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 입력광신호와 펌핑용레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광을 결합하여 광증폭광섬유로 인가하고, 광증폭광섬유에서는 펌핑광에 의해 광증폭광섬유에 도우핑되어 있는 희토류이온을 여기시킴으로서 입력광신호를 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 광섬유증폭기에 있어서, 상기 광증폭광섬유로부터 인가되는 증폭광은 제1 출력단으로 출력하고, 제2 입력단으로부터 인가되는 광은 제2 출력단으로 출력하는 써큘레이터와, 상기 써큘레이터의 제1 출력단으로부터 인가되는 증폭광에서 특정 파장대역의 광은 써큘레이터의 제2 입력단으로 반사시키고, 그 나머지 파장대역의 광은 투과시키는 광섬유브래그격자, 상기 써큘레이터의 제2 출력단에 결합되어 상기 써큘레이터로부터 인가되는 반사광의 신호레벨을 감쇠시켜 출력하되 그 신호레벨을 가변적으로 설정하도록 구성된 감쇠수단 및, 상기 감쇠수단으로부터 인가되는 반사광과 상기 입력광신호를 결합하여 상기 파장분할다중화기로 인가하기 위한 탭커플러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광섬유브래그격자로부터 반사되는 반사광의 파장대역은 입력광신호의 신호파장대역 이외의 파장대역으로 설정되는 것을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
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