KR100358112B1 - 이득 고정 광증폭 장치 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 이득 고정 광증폭 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 광증폭 장치의 입력단에 레이저 다이오드를 구비시키고, 상기 광증폭 장치의 출력을 광 궤환(Optical Feedback) 회로를 이용하여 다시 입력으로 되돌림으로써, 넓은 파장 대역을 가지는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있는, 이득 고정 광증폭 장치를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 넓은 파장 대역을 갖는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있도록 하기 위한 이득 고정 광증폭 장치에 있어서, 외부로부터 입력받은 광신호의 채널 수와 상관없이, 일정한 세기로 제어된 신호를 제공하기 위한 신호 제어 수단; 상기 신호 제어 수단에 의해 일정한 세기로 제어된 신호를 제공받아 증폭하기 위한 신호 증폭 수단; 및 상기 신호 증폭 수단에 의해 증폭된 신호의 일부를 분기하여, 상기 신호 제어 수단에 의해 일정한 세기로 제어된 신호와 같이 상기 신호 증폭 수단의 입력 신호로 제공하기 위한 신호 궤환 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 광전송 시스템 등에 이용됨.

Description

이득 고정 광증폭 장치{Gain clamped erbium-doped fiber amplifier}
본 발명은 이득 고정 광증폭 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광증폭장치의 입력단에 레이저 다이오드를 구비시키고, 상기 광증폭 장치의 출력을 광 궤환(Optical Feedback) 회로를 이용하여 다시 입력으로 되돌림으로써, 넓은 파장 대역을 가지는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있는, 이득 고정 광증폭 장치에 관한 것이다.
도 1 은 종래의 광 궤환 회로를 이용한 이득 고정 광증폭 장치의 구성 예시도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 광 궤환 회로를 이용한 이득 고정 광증폭 장치는, 'Gengxian Luo'에 의해 제안된, 미국 특허 '6,094,298(2000. 7. 25)'에 잘 소개되어 있다.
그 내용을 살펴보면 다음과 같다.
광증폭 장치의 출력 신호의 일부를 입력단으로 연결하며, 이득 조절을 위한 가변 감쇄기(180)와 발진 파장의 선택을 위한 가변 파장 필터(160)를 함께 연결한다.
발진 파장에서는 레이저 공진기의 손실 값과 이득이 일치하는 특성이 있으며, 이득 매질 EDF는 상온에서 균질성(homogeneity)이 있기 때문에, 발진 파장 부근의 파장 대역에서도 이득이 손실 값으로 고정되는 특성을 보이게 된다.
도 2 는 종래의 이득 고정 광증폭 장치의 입력 신호를 고정시키기 위한 제어 회로의 구성 예시도이다.
도 2 에 도시된 바와 같은, 종래의 광증폭 장치의 입력 신호를 고정시키기 위한 제어 회로는, 'A.K.Srivastava'에 의해 제안된 'Electronics Letters, vol.9, pp. 1667-1669'에 잘 소개되어 있다.
그 내용을 살펴보면 다음과 같다.
광증폭 장치의 입력단에 레이저 다이오드(250)와 제어 회로(240)를 장치하여, 입력 광신호의 채널 수의 변동과 관계없이 광증폭 장치에 일정한 입력이 유지되도록 하였다.
따라서, 상기의 방법은, 광증폭 장치의 입력 세기 자체가 일정하게 유지됨으로써 자연스럽게 광증폭 장치 출력도 일정하게 유지되는 특성을 보이게 된다.
여기서, 상기 'Gengxian Luo'에 의해 제안된 광 궤환 회로를 이용한 이득 고정 광증폭 장치와, 상기 'A.K.Srivastava'에 의해 제안된 광증폭 장치의 입력 신호를 고정시키기 위한 제어 회로는 모두, 이득 매질 EDF의 균질성을 이용한 것으로 볼 수 있다.
즉, 상기 두 장치의 경우, 제어 채널인 자동 이득 조절 파장이나 레이저 다이오드 파장은 실제로 증폭하고자 하는 파장에서 다소 떨어져 있으나, 이득 매질이 상온에서는 균질성이 강하므로 제어 파장과 다소 떨어져 있더라도 제어 파장의 영향을 받는다. 그러나, 증폭하고자 하는 파장 대역이 매우 넓어서 20 nm 이상 될 경우에는, 하나의 제어 채널을 이용하는 것보다 서로 멀리 떨어진 두 파장에서 제어를 하는 것이 효과적이다.
하지만, 상기 'Gengxian Luo'에 의해 제안된 광 궤환 회로를 이용한 이득 고정 광증폭 장치는, 입력의 변화에 대해 출력이 정상 상태에 도달하는 과정에서 relaxation oscillation 현상이 발생한다. 따라서, 입력의 변화가 있는 시점에서출력이 순간적으로 매우 커지거나 작아지기 때문에 전송시에 에러를 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 상기 'A.K.Srivastava'에 의해 제안된 광증폭 장치의 입력 신호를 고정시키기 위한 제어 회로는, 입력의 변화가 커지게 될 경우에 제어용 레이저 다이오드의 세기도 같이 커지게 되므로, 출력 또한 매우 커지게 된다.
이 경우, 제어 채널에 spectral hole이 발생하게 되고, 신호 파장 대역에서의 이득 스펙트럼이 큰 변화를 갖는다. 이러한 변화는, 사용하는 파장 대역이 넓을 경우에는 심각한 이득 편차를 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은, 광증폭 장치의 입력단에 레이저 다이오드를 구비시키고, 상기 광증폭 장치의 출력을 광궤환 회로를 이용하여 다시 입력으로 되돌림으로써, 넓은 파장 대역을 가지는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있는, 이득 고정 광증폭 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래의 광 궤환 회로를 이용한 이득 고정 광증폭 장치의 구성 예시도.
도 2 는 종래의 이득 고정 광증폭 장치의 입력 신호를 고정시키기 위한 제어 회로의 구성 예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 제어 회로와 광 궤환 회로를 이용한 이득 고정 광증폭 장치의 일실시예 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
310 : 제어부 320 : 증폭부
330 : 궤환부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 넓은 파장 대역을 갖는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있도록 하기 위한 이득 고정 광증폭 장치에 있어서, 외부로부터 입력받은 광신호의 채널 수와 상관없이, 일정한 세기로 제어된 신호를 제공하기 위한 신호 제어 수단; 상기 신호 제어 수단에 의해 일정한 세기로 제어된 신호를 제공받아 증폭하기 위한 신호 증폭 수단; 및 상기 신호 증폭 수단에 의해 증폭된 신호의 일부를 분기하여, 상기 신호 제어 수단에 의해 일정한 세기로 제어된 신호와 같이 상기 신호 증폭 수단의 입력 신호로 제공하기 위한 신호 궤환 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 넓은 파장 대역을 갖는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있도록 하기 위한 이득 고정 광증폭 장치에 있어서, 상기 이득 고정 광증폭 장치에 의해 증폭된 신호의 일부를 분기하여, 상기 이득 고정 광증폭 장치의 입력 신호로 제공하기 위한 신호 궤환 수단; 상기 신호 궤환 수단에 의해 입력받은 광신호의 채널 수와 상관없이, 일정한 세기로 제어된 신호를 제공하기 위한 신호 제어 수단; 및 상기 신호 제어 수단에 의해 일정한 세기로 제어된 신호를 제공받아 증폭하기 위한 신호 증폭 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 제어 회로와 광 궤환 회로를 이용한 이득 고정 광증폭 장치의 일실시예 구성도이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제어 회로와 광 궤환 회로를 이용한 이득 고정 광증폭 장치는, 외부로부터 입력받은 광신호의 채널 수와 상관없이, 일정한 세기로 제어된 신호를 제공하기 위한 제어부(310), 상기 제어부(310)에의해 일정한 세기로 제어된 신호를 제공받아 증폭하기 위한 증폭부(320) 및 상기 증폭부(320)에 의해 증폭된 신호의 일부를 분기하여, 상기 제어(부(310)에 의해 일정한 세기로 제어된 신호와 같이, 상기 증폭부(320)의 입력 신호로 제공하기 위한 궤환부(330)를 포함한다.
여기서, 상기 증폭부(320)는, 증폭을 위한 펌핑 광원을 생성하는 레이저 다이오드(322,326,329)와 신호를 한방향으로만 진행시키는 광고립기(321,324,328), 상기 레이저 다이오드(322,326,329)에서 생성된 펌프광을 이용하여 신호를 증폭시키는 EDF(323,327) 및 1단 증폭된 광신호를 여과하기 위한 이득 평탄 필터(324)를 구비하고 있는, 일반적인 2단 증폭 어븀 첨가 광섬유 증폭기이다.
또한, 상기 제어부(310)는, 외부로부터 광신호를 입력받아 분배하기 위한 광분배기(311), 상기 광분배기(31)에 의해 분배된 일측의 광신호를 입력받아, 그 세기에 비례하는 전기 신호를 생성하기 위한 광검출기(313), 상기 광검출기(313)에 의해 검출된 전기 신호에 선형 반비례하는 전자 제어 신호를 생성하기 위한 전자 제어 회로(315), 상기 전자 제어 회로(315)에서 생성된 전자 제어 신호에 따라 이득 제어용 레이저 펌프광을 생성하기 위한 레이저 다이오드(314) 및 상기 레이저 다이오드(314)에서 생성된 레이저 펌프광과 상기 광분배기(311)에서 분배된 타측의 광신호를 결합하여 출력하기 위한 파장 선택 결합기(312)를 포함한다.
그리고, 상기 궤환부(330)는, 상기 증폭부(320)에서 증폭된 광신호를 입력받아 분배하기 위한 광분배기(333), 상기 광분배기(333)로부터 입력받은 증폭 광신호를 가변적으로 감쇄시키기 위한 가변 광 감쇄기(332) 및 상기 가변 광 감쇄기(332)에 의해 감쇄된 광신호를 입력받아 상기 제어부(310)의 출력 광신호와 결합하여 상기 증폭부(320)의 입력 신호로 제공하기 위한 파장 선택 결합기(331)를 포함한다.
상기 각 구성 요소들의 상세 기능 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.
입력 신호는 광분배기(311)의 입력단으로 입력되면, 그 중의 일부는 광검출기(313)로 분기되고 다른 일부는 파장 선택 결합기(312)의 입력단으로 간다. 상기 광검출기(313)에서는 검출한 빛의 세기에 비례하는 전류가 전자 제어 회로(315)로 들어가게 되어, 이 세기에 선형 반비례하게 레이저 다이오드(314)에 전류를 인가한다.
즉, 입력되는 채널의 수가 많아서 검출된 전류가 클 경우에는 상기 레이저 다이오드(314)에 작은 전류를 인가하고, 입력되는 채널의 수가 적어서 검출되는 전류가 작을 경우에는 큰 전류를 인가한다.
이런 방식으로 동작하는 상기 레이저 다이오드(314)의 출력은, 파장 선택 결합기(312)의 입력단으로 들어가서 전송될 신호와 결합되어 출력단으로 나온다.
이때, 상기 레이저 다이오드(314)의 파장은 가장 짧은 신호 파장 근처의 파장을 갖도록 하며, 상기 파장 선택 결합기(312)도 신호 파장과 제어용 레이저 다이오드의 파장을 동시에 결합할 수 있는 특성을 가져야 한다.
상기 파장 선택 결합기(312)에서 결합된 신호는, 궤환부(330)의 파장 선택 결합기(331)의 입력단으로 연결되어 증폭부(320)로 입력된다.
상기 증폭부(320)의 제 1 광고립기(321), 제 1 레이저 다이오드(322)와 제 2 광고립기(325), 제 2 레이저 다이오드(326)는, 신호가 진행하는 방향과 같은 방향으로 펌핑 레이저 다이오드의 출력 펌프 신호를 입력하며, 제 3 광고립기(328), 제 3 레이저 다이오드(329)는 신호가 진행하는 반대 방향으로 펌핑 레이저 다이오드의 출력 펌프 신호를 입력한다.
상기 증폭부(320)에 입력된 신호는, 상기 제 1 광고립기(321)를 거치면서 상기 제 1 레이저 다이오드(322)의 출력과 결합되어 제 1 EDF(323)로 입력되어 1단 증폭된다. 이렇게 1단 증폭의 과정을 거치면, 신호 파장에 따라 증폭되는 정도가 다를 수 있으므로, 이득 평탄 필터(324)를 통과하여 크게 증폭된 신호와, 이보다 작게 증폭된 신호를 각기 다른 정도로 감쇄하도록 한다.
상기 이득 평탄 필터(324)의 출력은 제 2 레이저 다이오드(326)의 출력과 제 2 광고립기(325)에서 결합되어, 다시 한번 증폭을 하기 위해 제 2 EDF(327)로 입력된다.
상기 제 2 EDF(327)를 통한 2단 증폭의 과정에는, 증폭률을 증가되도록 역방향 펌핑을 위한 제 3 광고립기(328)와 제 3 레이저 다이오드(329)가 추가된다.
상기의 과정을 통해 2단 증폭된 신호는, 광분배기(333)을 거쳐, 일부는 최종 출력되고, 나머지 일부는 궤환부(330)의 입력 신호로 사용되어 가변 광 감쇄기(332)로 연결된다.
상기 가변 광 감쇄기(332)의 출력은, 다시 상기 파장 선택 결합기(331)로 연결됨으로써, 증폭된 신호의 일부가 다시 입력부로 들어가는 궤환 회로를 이루게 된다.
이때, 상기 궤환부(330)를 이루는 궤환 회로는 고리형 레이저와 같은 형태로써, 파장 선택 결합기의 선택 파장에 따라서 발진하는 파장이 결정된다. 광 궤환 회로에서 발진하는 파장은, 가장 긴 신호 파장 근처가 되도록 하여, 상기 제어부(310)에 입력되는 제어 채널의 파장과는 20nm 이상 멀리 떨어지도록 해야 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 넓은 파장 대역을 가지는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있어, 경제적이며 효율적인 이득 고정 광증폭 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 넓은 파장 대역을 갖는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있도록 하기 위한 이득 고정 광증폭 장치에 있어서,
    외부로부터 입력받은 광신호의 채널 수와 상관없이, 일정한 세기로 제어된 신호를 제공하기 위한 신호 제어 수단;
    상기 신호 제어 수단에 의해 일정한 세기로 제어된 신호를 제공받아 증폭하기 위한 신호 증폭 수단; 및
    상기 신호 증폭 수단에 의해 증폭된 신호의 일부를 분기하여, 상기 신호 제어 수단에 의해 일정한 세기로 제어된 신호와 같이 상기 신호 증폭 수단의 입력 신호로 제공하기 위한 신호 궤환 수단
    을 포함하는 이득 고정 광증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 제어 수단은,
    외부로부터 광신호를 입력받아 분배하기 위한 광분배 수단;
    상기 광분배 수단에 의해 분배된 일측의 광신호를 입력받아, 그 세기에 비례하는 전기 신호를 생성하기 위한 신호 검출 수단;
    상기 신호 검출 수단에 의해 검출된 전기 신호에 선형 반비례하는 전자 제어신호를 생성하기 위한 전자 제어 수단;
    상기 전자 제어 수단에서 생성된 전자 제어 신호에 따라 이득 제어용 레이저 펌프광을 생성하기 위한 신호 펌핑 수단; 및
    상기 신호 펌핑 수단에서 생성된 레이저 펌프광과 상기 신호 분배 수단에서 분배된 타측의 광신호를 결합하여 출력하기 위한 파장 선택 결합 수단
    을 포함하는 이득 고정 광증폭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 궤환 수단은,
    상기 신호 증폭 수단에서 증폭된 광신호를 입력받아 분배하기 위한 신호 분배 수단;
    상기 신호 분배 수단으로부터 입력받은 증폭 광신호를 가변적으로 감쇄시키기 위한 가변 광 감쇄 수단; 및
    상기 가변 광 감쇄 수단에 의해 감쇄된 광신호를 입력받아 상기 신호 제어 수단의 출력 광신호와 결합하여 상기 신호 증폭 수단의 입력 신호로 제공하기 위한 파장 선택 결합 수단
    을 포함하는 이득 고정 광증폭 장치.
  4. 넓은 파장 대역을 갖는 입력 신호에 대해서도 일정한 이득을 얻을 수 있도록 하기 위한 이득 고정 광증폭 장치에 있어서,
    상기 이득 고정 광증폭 장치에 의해 증폭된 신호의 일부를 분기하여, 상기 이득 고정 광증폭 장치의 입력 신호로 제공하기 위한 신호 궤환 수단;
    상기 신호 궤환 수단에 의해 입력받은 광신호의 채널 수와 상관없이, 일정한 세기로 제어된 신호를 제공하기 위한 신호 제어 수단; 및
    상기 신호 제어 수단에 의해 일정한 세기로 제어된 신호를 제공받아 증폭하기 위한 신호 증폭 수단
    을 포함하는 이득 고정 광증폭 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호 궤환 수단은,
    상기 신호 증폭 수단에서 증폭된 광신호를 입력받아 분배하기 위한 신호 분배 수단;
    상기 신호 분배 수단으로부터 입력받은 증폭 광신호를 가변적으로 감쇄시키기 위한 가변 광 감쇄 수단; 및
    상기 가변 광 감쇄 수단에 의해 감쇄된 광신호를 입력받아, 외부로부터의 입력 광신호와 결합하여, 상기 신호 제어 수단의 입력 신호로 제공하기 위한 파장 선택 결합 수단
    을 포함하는 이득 고정 광증폭 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호 제어 수단은,
    상기 신호 궤환 수단의 출력 광신호를 입력받아 분배하기 위한 광분배 수단;
    상기 광분배 수단에 의해 분배된 일측의 광신호를 입력받아, 그 세기에 비례하는 전기 신호를 생성하기 위한 신호 검출 수단;
    상기 신호 검출 수단에 의해 검출된 전기 신호에 선형 반비례하는 전자 제어 신호를 생성하기 위한 전자 제어 수단;
    상기 전자 제어 수단에서 생성된 전자 제어 신호에 따라 이득 제어용 레이저 펌프광을 생성하기 위한 신호 펌핑 수단; 및
    상기 신호 펌핑 수단에서 생성된 레이저 펌프광과 상기 신호 분배 수단에서 분배된 타측의 광신호를 결합하여 상기 신호 증폭 수단의 입력으로 제공하기 위한 파장 선택 결합 수단
    을 포함하는 이득 고정 광증폭 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 증폭 수단은,
    2단 증폭 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)인 것을 특징으로 하는 이득 고정 광증폭 장치.
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