KR100358184B1 - 광섬유 증폭 장치의 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한하이브리드형 광섬유 증폭 장치 - Google Patents

광섬유 증폭 장치의 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한하이브리드형 광섬유 증폭 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 광섬유 증폭 장치의 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 광섬유 증폭 장치에 있어서, 넓은 범위의 입력 신호광 세기의 변화에 대하여 일정한 광증폭 특성을 유지하면서 증폭이 가능하도록 입력 펌프 광원을 제어하는 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 광섬유 증폭 장치의 입력 파워 변화에 따라 펌프 파워를 제어하기 위한 펌프 광원 제어 장치에 있어서, 입력 광신호의 일부를 분기시키기 위한 광분기 수단; 상기 광분기 수단에 의해 분기된 신호를 검출하여 전기 신호로 변환하기 위한 광검출 수단; 상기 광검출 수단에서 검출된 전기 신호를 증폭하기 위한 신호 증폭 수단; 상기 신호 증폭 수단에서 증폭된 전기 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 1 신호 변환 수단; 상기 신호 변환 수단에 의해 변환된 디지털 신호를, 상기 펌프 파워가 소정의 출력 파워를 갖도록 제어하기 위한 신호 제어 수단; 상기 신호 제어 수단에 의해 제어된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 제 2 신호 변환 수단; 및 상기 제 2 신호 변환 수단에서 변환된 아날로그 신호를오프셋(off-set) 전압과 결합시키기 위한 신호 결합 수단을 포함한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 광전송 시스템 등에 이용됨.

Description

광섬유 증폭 장치의 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치{Hybrid Fiber Amplifier Employing Pump Power Control Loop}
본 발명은 광섬유 증폭 장치의 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유 증폭 장치에 있어서, 넓은 범위의 입력 신호광 세기의 변화에 대하여 일정한 광증폭 특성을 유지하면서 증폭이 가능하도록 입력 펌프 광원을 제어하는 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치에 관한 것이다.
광섬유 증폭 장치는 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing, 이하 'WDM'이라 함) 방식 광전송의 핵심 구성요소로서, 어븀 첨가 광섬유 증폭 장치(Erbium Dopped Fiber Amplifier, 이하 'EDFA'라 함)를 중심으로 하여 많은 연구가 계속되고 있으며 이미 상용화되어 많은 제품들이 나오고 있다. 최근 통신량이 급격하게 많아지면서 보다 많은 채널 수가 요구되고, 따라서, 광대역의 광섬유 증폭 장치에 대한 요구도 빠르게 늘고 있다.
그에 따라, EDFA의 증폭 대역보다 더 넓은 파장 대역이 요구되면서 라만 증폭의 도입에 대한 연구가 활발해 지고 있는데, 이러한 광섬유 라만 증폭 장치에 대한 연구는 크게 광선로 자체를 이득매질로 이용하는 방법(distributed Raman amplifier)과, 라만 증폭용 광섬유를 따로 사용하여 별개의 증폭 장치로 구성하는 방법(discrete Raman amplifier)으로 나뉜다.
또한, 상기의 두가지 방법과 더불어, 라만 증폭과 EDFA를 조합시켜 증폭 장치를 구성하는 하이브리드형 광섬유 증폭 장치도 광섬유 라만 증폭 장치의 한가지 형태라 할 수 있다.
EDFA만으로 구성된 광증폭 장치에서는, 분산 보상을 위한 분산 보상 광섬유 모듈의 삽입 손실을 보상하기 위해 2단 증폭 모듈 구조를 사용하고 있으나, 하이브리드형 광섬유 증폭 장치는, 분산 보상 광섬유에 라만 이득을 유도하여 분산 보상 광섬유 모듈에서의 삽입 손실을 자체적으로 보상해주기 때문에, 라만 이득을 얻기위한 펌핑 광원 하나만으로 1단의 증폭 모듈을 대체하는 효과를 얻어, 보다 효율적인 광섬유 증폭 장치가 될 수 있다.
본 발명은 이러한 무손실 분산 보상 광섬유 모듈을 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치에 관한 것으로, 도 1 은 종래의 무손실 분산 보상 광섬유 모듈을 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 구성 예시도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 하이브리드형 광섬유 증폭 장치는 무손실 분산 보상 광섬유 모듈(LLDCM, 110)과 1단의 EDFA 모듈(120)로 구성된다.
또한, 상기 무손실 분산 보상 광섬유 모듈(110)은, 실제의 WDM 광전송 장치에 사용되는 전송로에 대한 분산 보상 광섬유(111)와 라만 펌핑 광원을 신호광과 결합시켜주는 제 1 WDM 결합기(112) 및 라만 이득의 펌프광 편광 의존도를 없애기 위해 라이엇 타입(Lyot type) 광섬유 소극기(depolarizer, 113)를 포함하여 이루어진다.
이때, 펌프광의 요동에 따른 이득의 요동을 없애기 위해 펌프광을 역방향으로 입사시킨다.
상기 무손실 분산보상 광섬유 모듈(110)과 결합되어 함께 사용된 EDFA(120)는, 이득 매질인 EDF(122)와 펌핑 광원을 신호광과 결합시켜 상기 EDF(122)에 동시에 입사시켜 주는 제 2 WDM 결합기(121)를 포함한다.
상기와 같은 구성으로, 전단의 무손실 분산보상 광섬유 모듈(110)에서 손실없이 분산을 보상해주고, 후단의 EDFA(120)에서 광신호를 증폭하여 분산 보상 기능을 가지는 광섬유 증폭장치를 구현할 수 있다.
하지만, 종래의 하이브리드형 광섬유 증폭 장치는, 입력 신호광의 세기에 따라 증폭 성능이 매우 민감하게 변함으로 인해, 상기 광증폭 장치의 특성이 일정하게 유지될 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광섬유 증폭 장치에 있어서, 넓은 범위의 입력 신호광 세기의 변화에 대하여 일정한 광증폭 특성을 유지하면서 증폭이 가능하도록 입력 펌프 광원을 제어하는 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래의 무손실 분산 보상 광섬유 모듈을 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 구성 예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 광섬유 증폭 장치의 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 일실시예 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 펌프 광원 제어 장치를 이용한 32 채널용 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 일실시예 구성도.
도 4a 및 4b 는 본 발명에 따른 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 파장별 이득 및 잡음 지수 측정 일예시 설명도.
도 5a 및 5b 는 본 발명에 따른 32 채널용 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 파장별 이득 및 잡음 지수 측정 일예시 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 펌프 파워 제어 루프 220 : 무손실 분산 보상 모듈(LLDCM)
230 : 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광섬유 증폭 장치의 입력 파워 변화에 따라 펌프 파워를 제어하기 위한 펌프 광원 제어 장치에 있어서, 입력 광신호의 일부를 분기시키기 위한 광분기 수단; 상기 광분기 수단에 의해 분기된 신호를검출하여 전기 신호로 변환하기 위한 광검출 수단; 상기 광검출 수단에서 검출된 전기 신호를 증폭하기 위한 신호 증폭 수단; 상기 신호 증폭 수단에서 증폭된 전기 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 1 신호 변환 수단; 상기 신호 변환 수단에 의해 변환된 디지털 신호를, 상기 펌프 파워가 소정의 출력 파워를 갖도록 제어하기 위한 신호 제어 수단; 상기 신호 제어 수단에 의해 제어된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 제 2 신호 변환 수단; 및 상기 제 2 신호 변환 수단에서 변환된 아날로그 신호를 오프셋(off-set) 전압과 결합시키기 위한 신호 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 하이브리드형 광섬유 증폭 장치에 있어서, 분산 보상 광섬유에 라만 이득을 유도하여 입력 광신호를 증폭하기 위한 제 1 광증폭 수단; 상기 제 1 광증폭 수단에 의해 증폭된 광신호를 다시 증폭하기 위한 제 2 광증폭 수단; 및 상기 제 1 광증폭 수단의 라만 펌프의 파워를 제어하기 위한 펌프 파워 제어 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 2 는 본 발명에 따른 광섬유 증폭 장치의 펌프 광원 제어 장치 및 그를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 일실시예 구성도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펌프 광원 제어 장치를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치는, 종래의 하이브리드형 광섬유 증폭 장치(240)와그 전단에 설치되어 무손실 분산 보상을 위한 라만 증폭 모듈의 펌프 파워를 제어하기 위한 펌프 파워 제어 루프(Pump Power Control Loop, 210)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 펌프 파워 제어 루프(210)는, 입력 신호의 일부를 분기시키기 위한 탭 커플러(211), 상기 탭 커플러(211)에서 분기된 신호를 측정하기 위한 광검출기(212), 상기 광검출기(212)에서 검출된 신호를 증폭하기 위한 증폭기(213), 상기 증폭기(213)에서 증폭된 아날로그 신호를 프로세서(215) 처리를 위해 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기(214), 상기 A/D 변환기(214)에서 변환된 디지털 값을 제어하기 위한 프로세서(215), 상기 프로세서(215)에 의해 제어된 디지털 값을 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A 변환기(216) 및 상기 D/A 변환기(216)에서 변환된 아날로그 신호를 오프셋(off-set) 전압과 더하기 위한 가산기(Adder, 217)를 포함한다.
상기 펌프 파워 제어 루프(210)의 동작을 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
입력 파워의 변화에 대해 출력 파워를 일정하게 유지하려면, 펌프 파워를 입력 파워 반비례하도록 제어해 주어야 한다. 따라서, 펌프 파워를 입력 파워에 반비례하게 자동으로 제어하기 위해서는, 먼저 입력 파워를 감지해야 하므로, 탭 커플러(211)를 사용하여 입력의 일부를 추출한 후, 이를 광검출기(212)에 의해 전기 신호로 바꾸고, 이 신호는 매우 약하므로 증폭기(213)로 증폭을 시킨다.
해당 입력 파워 변화에 대해 적절한 펌프 파워로 변화시키기 위해서는, 펌프광원인 레이저 다이오드에 가해지는 구동 전류값을 적절하게 조절해 주어야 하는데, 이 전류값의 제어를 위해 프로세서(215)를 사용하게 된다.
따라서, 상기 프로세서(215)에 의한 제어를 위해, A/D 변환기(214)를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키고, 상기 프로세서(215)에서는 변환된 디지털 신호를 이용하여 일정한 출력 파워를 얻도록 레이저 다이오드를 제어하고, 다시 D/A 변환기(216)로 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시킨 후, 가산기(217)에서 기존의 오프셋 전압과 더해지게 된다.
이때, 더해진 전압은 펌프 광원의 전류 구동부를 동작시켜 적절한 세기의 전류를 공급하게 되며, 따라서, 펌프 파워가 입력 파워에 반비례하게 되어, 입력 파워가 변하더라도 일정한 출력 파워를 얻게 된다.
이렇게 자동 제어된 펌프 파워에 의해, 하이브리드형 광섬유 증폭 장치(240)의 전단인 무손실 분산 보상 광섬유 모듈(220)에서 적절한 라만 이득이 유도되어 분산 보상과 함께 입력 파워 변화에 대해 일정한 출력 파워를 내주며, 후단의 EDFA(230)에서 광신호를 증폭하게 된다.
도 3 은 본 발명에 따른 펌프 광원 제어 장치를 이용한 32 채널용 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 일실시예 구성도이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펌프 광원 제어 장치를 이용한 32 채널용 하이브리드형 광섬유 증폭 장치는, 입력 광신호의 일부를 분기하여 펌프 파워 제어 루프(320)에 제공하기 위한 탭 커플러(310), 상기 탭 커플러(310)에서 분기된 신호를 이용하여 LLDCM(330)의 펌프 파워를 제어하기 위한 펌프 파워 제어루프(320), 일반적인 하이브리드형 광섬유 증폭 장치에 이용되는 LLDCM(330)과 EDFA(350) 및 상기 EDFA(350)에 입력되는 광신호의 이득 편차를 줄이기 위한 이득 평탄 필터(GFF : gain flattening filter, 340)를 포함한다.
일반적인 16 채널의 입력 신호를 증폭할 때와는 달리, 32 채널에 대한 증폭은 파장 대역이 두배가 되며, 1530 ~ 1557 nm의 파장 영역이 되므로, EDFA의 특성상 상기 파장 대역에서의 이득 편차를 1dB 이하가 되도록 하기 위하여, 무손실 분산 보상 광섬유 모듈(330)과 EDFA 모듈(350) 사이에 이득 평탄 필터(340)를 삽입하였다.
또한, 채널수가 두배가 되면, 동일한 채널당 이득(gain/channel)을 얻기 위해서는 총이득이 3 dB 가 높아야 하므로, 이득을 높이기 위해 뒷단의 EDFA(350)에 역방향 펌핑을 추가하였다.
도 4a 및 4b 는 본 발명에 따른 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 파장별 이득 및 잡음 지수 측정 일예시 설명도이다.
도 4a 및 4b 에 도시된 그래프는, 도 2 에 도시된 본 발명에 따른 광섬유 증폭 장치의 펌프 광원 제어 장치를 이용한 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 일실시예에 있어, 총 입력 파워를 각각 -7, -4.5, -2 dBm 으로 조정하고, EDFA에서는 980 nm 파장의 레이저 다이오드를 사용하여 순방향으로 펌핑하였으며, 라만 펌핑 광원으로는 일반적인 EDFA 펌핑 용 1480 nm 레이저 다이오드를 사용하고, 1550 nm 부근의 신호에 대해 이득을 얻기 위해 펌핑 레이저 다이오드의 온도를 조절하여 중심 파장이 1465 ~ 1470 nm 가 되도록 단파장 쪽으로 이동시킨 경우의 파장별 이득 및잡음 지수 측정 결과의 일례를 나타낸다.
도 4a 및 4b 에 도시된 바와 같이, 입력 파워가 변하더라도 출력 파워, 이득 스펙트럼 및 잡음 지수가 비교적 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
도 5a 및 5b 는 본 발명에 따른 32 채널용 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 파장별 이득 및 잡음 지수 측정 일예시 설명도이다.
도 5a 및 5b 에 도시된 그래프는, 도 3 에 도시된 본 발명에 따른 펌프 광원 제어 장치를 이용한 32 채널용 하이브리드형 광섬유 증폭 장치의 일실시예에 있어, 이득 스펙트럼 및 잡음 지수를 나타낸다.
라만 펌핑 광원은 도 4a 및 4b 와 동일한 조건을 사용하였으며, EDFA에서는 이득을 높혀주기 위해 980 nm를 순방향으로, 1480 nm를 역방향으로 하는 양방향 펌핑을 하였다.
이 경우 역시, 입력 파워의 변화에 대해서 출력 파워, 이득 스펙트럼 및 잡음 지수가 비교적 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
따라서, 입력 파워가 변하더라도 일정한 광증폭 특성이 유지되는, 즉, 입력 다이너믹 영역이 개선된 하이브리드형 광섬유 증폭 장치를 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 광증폭기의 입력 파워 변화에 따라 펌프 파워를 제어하여 광증폭 특성을 일정하게 해줌으로써, 입력 파워의 변화에 대하여 충분히 넓은 동작 대역폭을 확보할 수 있어, 최적의 이득 및 잡음 지수를 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 광섬유 증폭 장치의 입력 파워 변화에 따라 펌프 파워를 제어하기 위한 펌프 광원 제어 장치에 있어서,
    입력 광신호의 일부를 분기시키기 위한 광분기 수단;
    상기 광분기 수단에 의해 분기된 신호를 검출하여 전기 신호로 변환하기 위한 광검출 수단;
    상기 광검출 수단에서 검출된 전기 신호를 증폭하기 위한 신호 증폭 수단;
    상기 신호 증폭 수단에서 증폭된 전기 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 1 신호 변환 수단;
    상기 신호 변환 수단에 의해 변환된 디지털 신호를, 상기 펌프 파워가 소정의 출력 파워를 갖도록 제어하기 위한 신호 제어 수단;
    상기 신호 제어 수단에 의해 제어된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 제 2 신호 변환 수단; 및
    상기 제 2 신호 변환 수단에서 변환된 아날로그 신호를 오프셋(off-set) 전압과 결합시키기 위한 신호 결합 수단
    을 포함하는 펌프 광원 제어 장치.
  2. 하이브리드형 광섬유 증폭 장치에 있어서,
    분산 보상 광섬유에 라만 이득을 유도하여 입력 광신호를 증폭하기 위한 제 1 광증폭 수단;
    상기 제 1 광증폭 수단에 의해 증폭된 광신호를 다시 증폭하기 위한 제 2 광증폭 수단; 및
    상기 제 1 광증폭 수단의 라만 펌프의 파워를 제어하기 위한 펌프 파워 제어 수단
    을 포함하는 하이브리드형 광섬유 증폭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펌프 파워 제어 수단은,
    입력 광신호의 일부를 분기시키기 위한 광분기 수단;
    상기 광분기 수단에 의해 분기된 신호를 검출하여 전기 신호로 변환하기 위한 광검출 수단;
    상기 광검출 수단에서 검출된 전기 신호를 증폭하기 위한 신호 증폭 수단;
    상기 신호 증폭 수단에서 증폭된 전기 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 1 신호 변환 수단;
    상기 신호 변환 수단에 의해 변환된 디지털 신호를, 상기 라만 펌프 파워가 소정의 출력 파워를 갖도록 제어하기 위한 신호 제어 수단;
    상기 신호 제어 수단에 의해 제어된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 제 2 신호 변환 수단; 및
    상기 제 2 신호 변환 수단에서 변환된 아날로그 신호를 오프셋 전압과 결합시키기 위한 신호 결합 수단
    을 포함하는 하이브리드형 광섬유 증폭 장치.
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