KR100407326B1 - 밴드 간섭을 최소화한 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기가 개시된다. 개시된 증폭기는 어븀첨가 광섬유 증폭기에 있어서, (a) 제1파장선택 결합기를 통해서 제1펌핑 광원을 제공받아 입력된 광신호들을 증폭하는 제1어븀첨가 광섬유; (b) 제2파장선택 결합기를 통해서 제2펌핑 광원을 제공받아 입력된 엘-밴드 광신호들을 증폭하는 제2어븀첨가 광섬유; (c) 상기 제1어븀첨가 광섬유의 후방에 배치되어 진행하는 광신호를 씨-밴드와 엘-밴드로 각각 분할하는 C/L 스플릿터; (d) 상기 C/L 스플릿터에서 분할된 엘-밴드 광신호들을 제2어븀첨가 광섬유에 전송하고, 전송된 엘-밴드 광신호들을 반사하여 상기 제2어븀첨가 광섬유에 역류시키는 반사기; (e) 상기 반사기에 의해 역류된 후 증폭된 엘-밴드 광신호들을 다른 방향으로 유도하며, 증폭과정 시 발생된 ASE가 상기 제1어븀첨가 광섬유에 역류하는 것을 방지하는 서큘레이터; 및 (f) 상기 C/L 스플릿터에서 분할된 씨-밴드 광신호들과 상기 서큘레이터에서 유도된 엘-밴드 광신호들을 합파하여 출력하는 C/L 결합기로 구성된다. 따라서, 본 발명은 밴드 간섭을 최소화하여 사용가능 파장범위를 확대하였다.
Description
본 발명은 광섬유 증폭기에 관한 것으로서, 특히 밴드 간섭을 최소화한 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기에 관한 것이다.
최근 기하급수적으로 증가되는 데이터량에 의해 파장분할 다중화(WDM) 통신시스템의 전송 대역폭의 확장이 요구되어 씨-밴드(C-band:conventional band)와 엘-밴드(L-band:long-band)를 동시에 이용하여 광대역 전송 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 언급된 씨-밴드는 1530~1560nm 파장 대역을 의미하고, 엘-밴드는 1570~1610nm 파장 대역을 의미한다. 그러나, 이들 파장 대역 범위는 구현하기 나름이며, 디자인이나 어븀첨가 광섬유에 따라서 달라질 수 있다.
광전송 시스템에서 광신호의 증폭 역할을 하는 광섬유 증폭기의 경우, 희토류(rare-earth) 원소 중, 어븀이 첨가된 어븀첨가 광섬유 증폭기(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifier)가 널리 이용되고 있는데, 그 대역폭은 씨-밴드와 엘-밴드 폭이 각각 30nm 정도로 한정되어 있다. 또한, 라만(RAMAN) 증폭기나 텔루라이트 기재(Tellurite-based) 어븀첨가 광섬유 증폭기의 경우, 씨-밴드와 엘-밴드를 동시에 증폭할 수 있는 넓은 증폭 대역폭을 가지고 있지만, 라만 증폭기인 경우, 높은 펌핑 파워의 필요성으로 인해 그 사용성이 제한되어 있고, 텔루라이트 기재 어븀첨가 광섬유 증폭기인 경우, 아직 검증되지 않는 기술이어서 실험실에서 연구되는 단계이다. 따라서, 기존의 실리카 기재(Silica-based) 어븀첨가 광섬유 증폭기를 이용하여 씨-밴드와 엘-밴드를 동시에 증폭할 수 있는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기가 개발되고 있으나, 대부분의 경우 독립적인 씨-밴드와 엘-밴드의 어븀첨가 광섬유 증폭기를 병렬 형태로 결합한 구조로 사용되고 있다. 이러한 종래의 어븀첨가 광섬유 증폭기가 도 1에 도시되었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 어븀첨가 광섬유 증폭기(10)는 두 개의 제1,2어븀첨가 광섬유(118,124)를 병렬형으로 연결하여 진행하는 씨-밴드 및 엘-밴드의 광신호들을 각각 증폭하는 구성이다. 상기 각각의 제1,2어븀첨가 광섬유(118,124)는 씨-밴드와 엘-밴드의 광신호들을 각각 증폭하며, C/L 스플릿터(112)(splitter)와 C/L 결합기(130)(combiner)를 이용하여 입력된 광신호를 각각 분할하거나, 분할된 광신호들을 합파하는 구성으로 이루어졌다. 아울러, 입력단 후방과 출력단 전방에 제1,2아이솔레이터(110,132)를 제공하여 역방향으로 광신호가 진행하는 것을 차단하는 구조였다. 상기 C/L 스플릿터(112)를 지나서 분할된 씨-밴드의 광신호는 파장선택 결합기(114)에 의해 연결된 980nm 펌핑 레이져 다이오드(116)에서 제공된 펌핑 광원이 제1어븀첨가 광섬유(118)에 제공되어 증폭되는 과정을 거친다. 제공된 펌핑 광원은 기저 상태에 있는 어븀 이온을 여기시키고, 여기된 어븀 이온의 유도 방출에 의해 제1어븀첨가 광섬유(118)를 통과하는 씨-밴드의 광신호는 증폭되는 과정을 거치게 되며, C/L 결합기(130)에 결합된다.
아울러, 상기 C/L 스플릿터(112)를 지나서 분할된 엘-밴드의 광신호는 파장선택 결합기(120,126)에 의해 각각 연결된 순방향 980nm 펌핑 레이져 다이오드(122)와 역방향 1480nm 펌핑 레이져 다이오드(128)에서 제공된 펌핑 광원이 제2어븀첨가 광섬유(124)에 제공되어 엘-밴드의 광신호를 증폭시키는 과정을 거친다. 제공된 펌핑 광원은 기저 상태에 있는 어븀 이온을 여기시키고, 여기된 어븀 이온의 유도 방출에 의해 제2어븀첨가 광섬유(124)를 통과하는 엘-밴드의 광신호는 증폭되는 과정을 거치게 되며, C/L 결합기(130)에 씨-밴드의 광신호와 결합되어 출력단으로 전파된다.
그러나, 종래의 어븀첨가 광섬유 증폭기는 씨-밴드용 및 엘-밴드용 어븀첨가광섬유 증폭기를 각각 제작한 후에 병렬로 연결하는 구성이기 때문에 광 소자가 많이 필요로하는 문제점이 발생한다. 제작 비용 측면에서 종래에는 비 효율적이다. 더욱이, 0.7dB 정도로 삽입 손실이 큰 C/L 스플릿터(112)가 이득 매질인 제1,2어븀첨가 광섬유(118,124) 선방에 위치함으로써, 광섬유 증폭기의 잡음 지수를 악화시키는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 씨-밴드와 엘-밴드간의 간섭을 최소화하여 사용가능한 파장 범위를 확장시킬 수 있는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 어븀첨가 광섬유 증폭기에 있어서,
(a) 제1파장선택 결합기를 통해서 제1펌핑 광원을 제공받아 입력된 광신호들을 증폭하는 제1어븀첨가 광섬유;
(b) 제2파장선택 결합기를 통해서 제2펌핑 광원을 제공받아 입력된 엘-밴드 광신호들을 증폭하는 제2어븀첨가 광섬유;
(c) 상기 제1어븀첨가 광섬유의 후방에 배치되어 진행하는 광신호를 씨-밴드와 엘-밴드로 각각 분할하는 C/L 스플릿터;
(d) 상기 C/L 스플릿터에서 분할된 엘-밴드 광신호들을 제2어븀첨가 광섬유에 전송하고, 전송된 엘-밴드 광신호들을 반사하여 상기 제2어븀첨가 광섬유에 역류시키는 반사기;
(e) 상기 반사기에 의해 역류된 후 증폭된 엘-밴드 광신호들을 다른 방향으로 유도하며, 증폭과정 시 발생된 ASE가 상기 제1어븀첨가 광섬유에 역류하는 것을 방지하는 서큘레이터; 및
(f) 상기 C/L 스플릿터에서 분할된 씨-밴드 광신호들과 상기 서큘레이터에서 유도된 엘-밴드 광신호들을 합파하여 출력하는 C/L 결합기로 구성된다.
도 1은 종래의 실시 예에 따른 광섬유 증폭기를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 밴드 간섭을 최소화한 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 어븀첨가 광섬유 증폭기에 채용된 C/L 스플릿터의 특성을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 어븀첨가 광섬유 증폭기의 이득 특성을 나타내는 그래프.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기(20)는 두 개의 제1,2증폭부로 구성된다. 상기 제1증폭부는 980nm 펌핑 레이져 다이오드(224)에 의해 펌핑되는 제1어븀첨가 광섬유(226)로 구성되고, 상기 제2증폭부는 1480nm 펌핑 레이져 다이오드(236)에 의해 펌핑되는 제2어븀첨가 광섬유(232)로 구성된다. 바람직하게 본 발명에 따른 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기(20)는 엘-밴드 신호광들이 C/L 스플릿터(230)를 두 번 지나도록 구성하고, C/L 결합기(240)에 합해질 시 씨-밴드와 엘-밴드간의 간섭 현상을 최소화하는데 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기(20)는 980nm 파장선택 결합기(222)를 통해서 980nm 펌프 레이져 다이오드(224)에서 펌핑 광원을제공받아 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호들을 증폭하는 제1어븀첨가 광섬유(226)와, 상기 제1어븀첨가 광섬유(226)의 후방에 위치하여 반사된 엘-밴드 광신호를 다른 방향으로 유도하고, 역방향 ASE가 상기 제1어븀첨가 광섬유(226)에 역류하여 증폭 효율을 저하시키는 것을 방지하는 서큘레이터(228)와, 상기 제1어븀첨가 광섬유(226)에 의해 증폭된 광신호들을 씨-밴드와 엘-밴드로 분할하는 C/L 스플릿터(230)와, 1480nm 파장선택 결합기(234)를 통해 연결된 1480nm 펌핑 레이져 다이오드(236)에 의해 펌핑되는 제2어븀첨가 광섬유(232)와, 상기 제2어븀첨가 광섬유(232)에 의해 증폭된 엘-밴드 광신호와 ASE를 역방향으로 제2어븀첨가 광섬유(232)로 재전송하는 반사기(238)와, 상기 C/L 스플릿터(230)에 의해 전송된 씨-밴드 광신호와 상기 써큘레이터(228)에 의해 전송된 엘-밴드 광신호를 합파하여 광대역을 제공하는 C/L 결합기(240)로 구성된다. 그리고, 상기 광섬유 증폭기는 진행하는 광신호의 역방향 진행을 차단하기 위하여 아이솔레이터(220)가 제공된다.
상기 서큘레이터(228)는 3개의 포트를 가지며, 하나의 포트는 증폭된 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호들의 입력단이고, 다른 하나의 포트는 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호들의 출력단이며, 나머지 하나의 포트는 상기 반사기(238)에 의해 역방향으로 재전송된 엘-밴드 광신호들을 C/L 결합기(240)로 합파하기 위해 사용되는 출력단이다. 또한, 상기 C/L 스플릿터(230)는 3개의 포트를 가지며, 하나의 포트는 씨-밴드와 엘-밴드의 광신호들이 입사하는 입력단이고, 다른 하나의 포트는 분할된 엘-밴드 광신호들이 제2어븀첨가 광섬유(232)쪽으로 진행하는 출력단이며, 나머지 하나의 포트는 분할된 씨-밴드 광신호들이 C/L 결합기(240)로 진행하기 위한 출력단이다. 또한, 상기 C/L 결합기(240)는 3개의 포트를 구비하며, 하나의 포트는 상기 C/L 스플릿터(230)에서 분할된 씨-밴드 광신호들의 입력단이고, 다른 하나의 포트는 상기 서큘레이터(228)에서 출사된 엘-밴드 광신호들의 입력단이며, 나머지 하나의 포트는 상기 씨-밴드와 엘-밴드의 광신호들이 합파되어 출력되는 출력단이다.
상기 언급된 씨-밴드는 1530~1560nm이고, 엘-밴드는 1570~1610nm 이다. 그러나, 이들 대역 범위는 구현하기 나름이며, 증폭기 디자인이나 어븀첨과 광섬유에 따라 달라질 수 있다.
상기한 구성에 따른 광대역 광섬유 증폭기(20)의 동작에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 광대역 광섬유 증폭기(20)는 제1어븀첨가 광섬유(226)를 통과하면서 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호들을 증폭하고, 제2어븀첨가 광섬유(232)를 통과하면서 엘-밴드 광신호만이 증폭되는 과정을 거친다. 상기 제1어븀첨가 광섬유(226)는 980nm 펌핑 레이져 다이오드(224)를 순방향으로 사용하였고, 상기 제2어븀첨가 광섬유(232)는 1480nm 펌핑 레이져 다이오드(236)를 역방향으로 사용하였다.
상기 제1어븀첨가 광섬유(226)는 980nm 파장선택 결합기(224)를 통해 980nm의 펌핑광을 제공받아 순방향으로 진행하는 광신호를 증폭한다. 이 때, 상기 제1어븀첨가 광섬유(226)는 펌핑 광원을 제공받아서 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호들을 증폭한다.
상기 제1어븀첨가 광섬유(226)를 통과하여 증폭된 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호들은 셔큘레이터(228)를 지나서 C/L 스플릿터(230)에서 씨-밴드와 엘-밴드로 분할되고, 상기 분할된 엘-밴드 광신호들은 제2어븀첨가 광섬유(232)에 순방향으로 인가되고, 씨-밴드 광신호들은 C/L 결합기(240)로 전파된다. 이어서, 상기 제2어븀첨가 광섬유(232)를 통과하면서 증폭된 엘-밴드 광신호들은 반사기(238)에 의해 반사되어 제2어븀첨가 광섬유(232)에 역방향으로 재전송된다. 이 때, 상기 증폭된 엘-밴드 신호광들은 반사기(238)에서 전반사가 된다.
1480nm 파장선택 결합기(236)를 통해서 1480nm 펌핑 레이져 다이오드(236)에서 제공된 펌핑 광에 의해 상기 엘-밴드 신호광들은 증폭된 후, 상기 서큘레이터(228)에 의해 C/L 결합기(240)로 진행하여 씨-밴드 광신호들과 합파되어 출력된다.
바람직하게 상기 제1어븀첨가 광섬유(226)의 펌핑 광원으로서 사용된 980nm 펌핑 레이져 다이오드(224)는 증폭기의 잡음 지수를 낮게 하기 위하여 사용되었고, 상기 제2어븀첨가 광섬유(232)의 증폭 광원으로 사용된 1480nm 펌핑 레이져 다이오드(236)는 증폭기의 출력을 높이기 위해서 사용되었다. 바람직하게, 상기 서큘레이터(228)는 어븀첨가 광섬유 증폭기에서 사용된 역방향 ASE가 제1어븀첨가 광섬유(226)로 역류하여 증폭기의 효율을 저하시키는 현상을 막아주는 역할을 담당한다.
결과적으로 본 발명에 따른 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기는 엘-밴드 신호광들이 C/L 스플릿터(230)를 두 번 지나도록 설계하고, C/L 결합기(240)에서 다시 합해지게 구성하여 씨-밴드와 엘-밴드의 신호간섭현상을 줄일 수 있게 되었다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기(20)에 사용된 C/L 스플릿터(230)의 삽입 손실이 15dB가 되는 영역에서, C/L 스플릿터(230)를 두 번 통과한 구조는 간섭을 일으키는 범위가 5nm에서 2nm로 줄어든다. C/L 스플릿터(230)의 삽입 손실이 30dB가 되는 영역에서, C/L 스플릿터를 두 번 통과한 구조는 간섭을 일으키는 범위가 16nm에서 5nm로 줄어듬을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 증폭기는 파장이 1568nm에서 간섭현상이 가장 많이 일어나며, C/L 스플릿터를 두 번 통과하게 하여 간섭이 일어나는 파장 범위를 줄일 수 있게 되어짐으로서, WDM 전송에서 사용 가능한 파장 범위를 확장할 수 있게 되었다. 한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 엘-밴드 신호광을 C/L 스플릿터에 두번 지나도록 하고, C/L 결합기에서 씨-밴드와 엘-밴드 신호광을 합파하게 구성하여 대역간의 간섭을 최소화함으로써, 파장분할 다중화 통신 시스템에서 사용 가능한 파장 범위를 넓일 수 있게 되었다.
Claims (8)
- 어븀첨가 광섬유 증폭기에 있어서,(a) 제1파장선택 결합기를 통해서 제1펌핑 광원을 제공받아 입력된 광신호들을 증폭하는 제1어븀첨가 광섬유;(b) 제2파장선택 결합기를 통해서 제2펌핑 광원을 제공받아 입력된 엘-밴드 광신호들을 증폭하는 제2어븀첨가 광섬유;(c) 상기 제1어븀첨가 광섬유의 후방에 배치되어 진행하는 광신호를 씨-밴드와 엘-밴드로 각각 분할하는 C/L 스플릿터;(d) 상기 C/L 스플릿터에서 분할된 엘-밴드 광신호들을 제2어븀첨가 광섬유에 전송하고, 전송된 엘-밴드 광신호들을 반사하여 상기 제2어븀첨가 광섬유에 역류시키는 반사기;(e) 상기 반사기에 의해 역류된 후 증폭된 엘-밴드 광신호들을 다른 방향으로 유도하며, 증폭과정 시 발생된 ASE가 상기 제1어븀첨가 광섬유에 역류하는 것을 방지하는 서큘레이터; 및(f) 상기 C/L 스플릿터에서 분할된 씨-밴드 광신호들과 상기 서큘레이터에서 유도된 엘-밴드 광신호들을 합파하여 출력하는 C/L 결합기로 구성되어짐을 특징으로 하는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1펌프 광원은 순방향 980nm 펌핑 레이져 다이오드로구성되어짐을 특징으로 하는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 제2펌핑 광원은 역방향 1480nm 펌핑 레이져 다이오드로 구성되어짐을 특징으로 하는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1파장선택 결합기는 980nm 파장선택 결합기로 구성되고, 상기 제2파장선택 결합기는 1480nm 파장선택 결합기로 구성되어짐을 특징으로 하는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 서큘레이터는 3개의 포트를 구비하며, 하나의 포트는 상기 제1어븀첨가 광섬유를 통과하면서 증폭된 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호들이 입력되는 입력단이고, 다른 하나의 포트는 증폭된 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호들이 출력되는 출력단이고, 나머지 하나의 포트는 증폭되어 역류하는 엘-밴드 광신호들을 C/L 결합기에 전송함을 특징으로 하는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 C/L 스플릿터는 3개의 포트를 구비하며, 하나의 포트는 씨-밴드 및 엘-밴드 광신호가 입력되는 입력단이고, 다른 하나의 포트는 분할된 엘-밴드 광신호들을 제2어븀첨가 광섬유에 인가하는 출력단이며, 다른 나머지 하나의 포트는 분할된 씨-밴드 광신호들을 상기 C/L 결합기에 전송하는 출력단임을 특징으로 하는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 씨-밴드는 1530~1560nm 대역 범위로 이루어짐을 특징으로 하는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기.
- 제1항에 있어서, 상기 엘-밴드는 1570~1610nm 대역 범위로 이루어짐을 특징으로 하는 광대역 어븀첨가 광섬유 증폭기.
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