KR100416975B1 - 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치 - Google Patents

광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치 Download PDF

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Abstract

광섬유 증폭기의 이득값을 제어하기 위한 보상 신호를 출력하는 자동 이득 제어 장치는, 상기 광섬유 증폭기로 입력되는 광신호 중 일부를 제1 전기신호로 변환하여 출력하는 제1 광검출부와; 상기 광섬유 증폭기로부터 출력되는 광신호 중 일부를 제2 전기신호로 변환하여 출력하는 제2 광검출부와; 제1 제어신호에 따라 설정된 제1 이득값을 가지며, 상기 제1 전기신호를 상기 제1 이득값에 따라 증폭한 제1 증폭신호를 출력하는 제1 프로그래머블 증폭부와; 제2 제어신호에 따라 설정된 제2 이득값을 가지며, 상기 제2 전기신호를 상기 제2 이득값에 따라 증폭한 제2 증폭신호를 출력하는 제2 프로그래머블 증폭부와; 상기 제1 증폭신호의 파워와 상기 제2 전기신호의 파워와의 편차에 해당하는 상기 보상 신호를 출력하는 PID와; 상기 광섬유 증폭기의 이득값을 제3 이득값으로 변경하는 경우, 상기 제2 프로그래머블 증폭부가 상기 제3 이득값에 따른 제2 이득값을 갖도록 상기 제2 제어신호를 출력하며, 상기 제1 전기신호의 파워와 상기 제2 증폭신호의 파워가 일치할 때까지 상기 제1 프로그래머블 증폭부의 제1 이득값을 변화시키는 제어부를 포함한다.

Description

광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치{AUTO GAIN CONTROL DEVICE OF A FIBER AMPLIFIER}
본 발명은 광섬유 증폭기(fiber amplifier)에 관한 것으로서, 특히 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치에 관한 것이다.
광섬유 증폭기에서 채널(channel) 간의 이득 평탄화와 NF(noise figure) 문제가 발생함에 따라서, 입력 채널수의 변화나 입력광 세기의 변화에 따라 각 채널의 이득을 자동으로 일정하게 유지시켜주는 이득 제어 장치가 요구되어 왔다. 광학 소자를 이용한 이득 제어 방법은 효과적이지만, 어븀첨가 광섬유 증폭기의 구조가복잡해지며 어븀첨가 광섬유 증폭기의 위치에 따른 조건에 따라 동작 파라메터(operating parameter)의 튜닝(tuning)이 어렵다는 문제점이 있다. 이에 대하여, 펌핑 광원(pumping light source)에 공급되는 바이어스 전류(bias current)의 제어를 통해 펌핑광의 세기를 조절하는 방법이 구현하기가 용이하다.
그러나, 사용하는 펌핑 광원의 종류에 따라서 그 이득 특성이 다른 경우가 빈번히 발생하며, 사용자가 요구하는 이득 특성과 불일치하는 문제가 발생한다. 이러한 경우에, 사용자는 각각의 광섬유 증폭기를 수동적으로 튜닝해야만 하는 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 사용자가 원하는 이득값을 설정하기만 하면 자동으로 광섬유 증폭기의 이득값을 튜닝할 수 있는 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유 증폭기의 이득값을 제어하기 위한 보상 신호를 출력하는 자동 이득 제어 장치는,
상기 광섬유 증폭기로 입력되는 광신호 중 일부를 제1 전기신호로 변환하여 출력하는 제1 광검출부와;
상기 광섬유 증폭기로부터 출력되는 광신호 중 일부를 제2 전기신호로 변환하여 출력하는 제2 광검출부와;
제1 제어신호에 따라 설정된 제1 이득값을 가지며, 상기 제1 전기신호를 상기 제1 이득값에 따라 증폭한 제1 증폭신호를 출력하는 제1 프로그래머블 증폭부와;
제2 제어신호에 따라 설정된 제2 이득값을 가지며, 상기 제2 전기신호를 상기 제2 이득값에 따라 증폭한 제2 증폭신호를 출력하는 제2 프로그래머블 증폭부와;
상기 제1 증폭신호의 파워와 상기 제2 전기신호의 파워와의 편차에 해당하는 상기 보상 신호를 출력하는 PID와;
상기 광섬유 증폭기의 이득값을 제3 이득값으로 변경하는 경우, 상기 제2 프로그래머블 증폭부가 상기 제3 이득값에 따른 제2 이득값을 갖도록 상기 제2 제어신호를 출력하며, 상기 제1 전기신호의 파워와 상기 제2 증폭신호의 파워가 일치할 때까지 상기 제1 프로그래머블 증폭부의 제1 이득값을 변화시키는 제어부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치를 나타내는 구성도이다. 도 1에는 제1 및 제2 빔스플리터(beam splitter, 110 및 150)와, 광아이솔레이터(optical isolator, 120)와, 어븀첨가 광섬유(130)와,광결합기(140)와, 펌핑 광원(160)과, 펌핑광원 구동부(170), 자동 이득 제어 장치(200)가 도시되어 있다.
상기 제1 또는 제2 빔스플리터(110 또는 150)로 입력된 광신호는 제1 단자로 상기 광신호의 일부를 출력하며, 제2 단자로 그 나머지를 출력한다. 상기 제1 및 제2 빔스플리터(110 및 150)는 입력된 광신호의 세기를 분할하는 광소자이며, 그 분할된 광신호들의 세기 비율은 사용자가 임의로 설정할 수 있다. 상기 제1 및 제2 빔스플리터(110 및 150)로는 Y분기형 광도파로를 사용할 수 있다.
상기 광아이솔레이터(120)는 상기 입력 광신호의 역방향으로 광이 진행하는 것을 방지한다. 상기 역방향의 광은 펌핑광, 반사광 등의 광을 말한다.
상기 어븀첨가 광섬유(130)는 여기된 어븀 이온의 유도 방출 효과를 이용하여 상기 입력된 광신호를 증폭하여 출력한다. 이 때, 상기 어븀첨가 광섬유(130)의 증폭 이득은 입력되는 펌핑광의 세기에 의해 조절된다.
상기 펌핑 광원(160)은 특정 파장의 펌핑광을 출력하며, 상기 펌핑광의 세기는 인가된 바이어스 전류에 의해 조절된다. 상기 펌핑 광원(160)으로는 레이저 다이오드, 레이저 발광 다이오드 등을 사용할 수 있다.
상기 펌핑광원 구동부(170)는 상기 펌핑 광원(160)을 구동하기 위한 바이어스 전류를 출력하며, 상기 바이어스 전류는 입력된 보상 신호에 따라 제어된다.
상기 광결합기(140)는 상기 어븀첨가 광섬유(130)로부터 제1단을 통해 입력된 증폭된 광신호를 제3단으로 출력하고, 상기 펌핑 광원(160)으로부터 제2단을 통해 입력된 펌핑광을 상기 어븀첨가 광섬유(130) 쪽으로 출력한다. 상기광결합기(140)로는 광도파로열 격자와 같은 파장분할 다중화기가 사용될 수 있다.
상기 자동 이득 제어 장치(200)는 제1 및 제2 광검출부(210 및 220)와, 제1 및 제2 프로그래머블 증폭부(programmable amplifier, 230 및 240)와, 제1 및 제2 아날로그/디지털 변환부(250 및 260)와, PID(proportional integral derivative, 270)와, 사용자 인터페이스(300)와, 제어부(280)와, 메모리(290)로 구성된다.
상기 제1 광검출부(210)는 상기 제1 빔스플리터(110)의 제1단을 통해 입력된 광신호를 제1 전기신호로 변환하며, 상기 제1 전기신호는 상기 제1 프로그래머블 증폭부(230)와 제1 아날로그/디지털 변환부(250)로 입력된다. 상기 제1 광검출부(210)로는 포토다이오드(photodiode)를 사용할 수 있다.
상기 제2 광검출부(220)는 상기 제2 빔스플리터(150)의 제1단을 통해 입력된 광신호를 제2 전기신호로 변환하며, 상기 제2 전기신호를 상기 PID(270)와 제2 프로그래머블 증폭부(240)로 출력한다.
상기 제1 프로그래머블 증폭부(230)는 상기 제어부(280)로부터 입력된 제1 제어신호에 따라 제1 이득값(A1)이 설정되며, 상기 제1 광검출부(210)로부터 입력된 제1 전기신호를 설정된 제1 이득값(A1)에 따라 증폭한 제1 증폭신호를 출력한다.
상기 제2 프로그래머블 증폭부(240)는 상기 제어부(280)로부터 입력된 제2 제어신호 따라 제2 이득값(A2)이 설정되며, 상기 제2 광검출부(220)로부터 입력된 제2 전기신호를 설정된 제2 이득값(A2)에 따라 증폭한 제2 증폭신호를 출력한다.
상기 PID(270)는 상기 제1 증폭신호의 파워와 상기 제2 전기신호의 파워와의편차에 해당하는 보상 신호를 상기 펌핑광원 구동부(170)로 출력하며, 상기 펌핑광원 구동부(170)는 상기 보상 신호에 따른 바이어스 전류를 출력한다. 상기 PID(270)는 상기 제1 증폭신호의 파워를 설정치로 하고 상기 제2 전기신호의 파워를 측정치로 함으로써, 상기 제1 증폭신호의 파워와 상기 제2 전기신호의 파워와의 편차를 제거하기 위한 보상신호를 출력하는 피드백 제어계(feedback control system)의 일종이다.
상기 제1 아날로그/디지털 변환부(250)는 상기 제1 광검출부(210)로부터 입력된 제1 전기신호를 디지털 신호로 변환한 후 상기 제어부(280)로 출력한다.
상기 제2 아날로그/디지털 변환부(260)는 상기 제2 프로그래머블 증폭부(240)로부터 입력된 제2 증폭 신호를 디지털 신호로 변환한 후 상기 제어부(280)로 출력한다.
상기 사용자 인터페이스(300)는 사용자의 입력을 수신하기 위한 소자로서, 상기 사용자는 상기 사용자 인터페이스(300)를 통하여 자신이 원하는 상기 광섬유 증폭기의 제3 이득값(A3)을 나타내는 데이터를 상기 제어부(280)로 송신한다.
상기 제어부(280)는 상기 제1 아날로그/디지털 변환부(250)로부터 입력받은 제1 전기신호의 파워와, 상기 제2 아날로그/디지털 변환부(260)로부터 입력받은 제2 증폭신호의 파워를 산출한다. 이후, 사용자 인터페이스(300)를 통해 상기 광섬유 증폭기의 이득값을 제3 이득값(A3)으로 변경하라는 데이터를 수신한 경우에, 상기 제2 프로그래머블 증폭부(240)를 상기 제3 이득값(A3)에 따른 제2 이득값(A2)으로 설정하기 위한 상기 제2 제어신호를 출력하며, 상기 제1 증폭신호의 파워와 상기 제2 전기신호의 파워가 일치할 때까지 상기 제1 프로그래머블 증폭부(230)의 제1 이득값(A1)을 변화시킨다. 이후, 상기 제1 전기신호의 파워와 상기 제2 증폭신호의 파워가 일치하면, 상기 제어부(280)는 제1 제어신호의 출력을 중지하고, 상기한 과정들을 거쳐서 셋팅된 제1 내지 제3 이득값(A3)들을 상기 메모리에 저장한다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 상기 자동 이득 제어 방법은 입력 대기 과정(310)과, 사용자 입력 확인 과정과(320), 초기화 과정(330)과, 제1 및 제2 전기신호 생성과정(340)과, 제1 및 제2 증폭신호 생성과정(350)과, 보상신호 생성 과정(360)과, 입력측 파워와 출력측 파워의 비교 과정(370)과, 루프 변수 증가 과정(380)으로 구성된다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 기술하기로 한다.
상기 입력 대기 과정 및 사용자 입력 확인 과정(310 및 320)은 사용자 인터페이스(300)를 통해 데이터가 수신될 때까지 상기 광섬유 증폭기의 셋팅을 그대로 유지하며, 데이터가 수신된 경우에 하기하는 자동 이득 제어 과정들을 진행하기 위한 준비 과정들이다.
상기 초기화 과정(330)은 상기 사용자 인터페이스(300)를 통해 수신된 데이터가 나타내는 상기 광섬유 증폭기의 제3 이득값(A3)을 상기 메모리(290)에 저장하고, 상기 제2 프로그래머블 증폭부(240)가 상기 제3 이득값(A3)에 해당하는 제2 이득값(A2)을 가지도록 제2 제어신호를 출력하는 과정이다. 이후, 상기 제2 프로그래머블 증폭부(240)는 상기 제2 제어신호에 따라 자신의 이득값을 제2 이득값(A2)으로 조절하게 된다. 이외에, 제1 및 제2 전기신호 생성과정(340)과, 제1 및 제2 증폭신호 생성과정(350)과, 보상신호 생성 과정(360)과, 입력측 파워와 출력측 파워의 비교 과정(370)으로 구성되는 반복 루프의 증감치(dA)를 설정한다. 이하, 제1 전기신호 및 제1 증폭신호의 파워들은 0dBm, 제3 이득값(A3)은 20dBm, 제2 이득값(A2)은 -20dBm, 증감치(dA)는 1dBm으로 가정하고 예를 들기로 한다. 이 때, 상기 증감치(dA)는 임의로 설정되는 값이나, 상기 제2 이득값(A2)은 상기 제3 이득값(A3)에 따라 결정되는 값이며, 여기서는 -(제3 이득값(A3))을 나타내고 있다.
상기 제1 및 제2 전기신호 생성과정(340)은 제1 및 제2 빔스플리터(110 및 150)와 제1 및 제2 광검출부(210 및 220)를 이용하여 입력 광신호 및 출력 광신호를 제1 및 제2 전기신호로 변환하는 과정이다.
상기 제1 및 제2 증폭신호 생성과정(350)은 제1 및 제2 프로그래머블 증폭부(230 및 240)를 이용하여 상기 제1 및 제2 전기신호를 증폭한 제1 및 제2 증폭신호를 출력하는 과정이다. 이 때, 제1 전기신호의 파워는 0dBm이며, 제2 증폭신호의 파워는 -20dBm이다. 또한, PID(170)에 입력되는 제1 증폭신호의 파워는 0dBm, 제2 전기신호의 파워도 0dm이므로, 제1 증폭신호의 파워와 제2 전기신호의 파워와의 편차는 없다.
상기 보상신호 생성과정(360)은 상기 PID(170)가 상기 제1 증폭신호의 파워와 제2 전기신호의 파워와의 편차에 해당하는 보상신호를 생성하는 과정이다. 이 때, 상기한 바와 같이 제1 증폭신호의 파워와 제2 전기신호의 파워와의 편차는 없으므로, 보상신호는 출력되지 않는다.
상기 입력측 파워와 출력측 파워의 비교 과정(370)은 상기 제어부(280)로 입력되는 제1 전기신호의 파워와 제2 증폭신호의 파워를 비교하는 과정이다. 이 때, 상기 제1 전기신호의 파워는 0dBm이고 상기 제2 증폭신호의 파워는 -20dBm이므로, 그 파워차는 -20dBm이 된다. 따라서, 입력측 파워와 출력측 파워는 동일하지 않다. 만약, 동일하다면, 상기 제어부(280)는 셋팅된 제1 내지 제3 이득값(A3)을 상기 메모리(290)에 저장한 후, 상기 사용자 입력 확인 단계(320)로 진행한다.
상기 루프 변수 증가 과정(380)은 입력측 파워와 출력측 파워가 동일하지 않은 경우에 실행되는 과정으로서, 제1 이득값(A1)을 설정된 증감치(dA)만큼 증가 또는 감소시키는 과정이다. 이 때, 상기 증감치(dA)는 1dBm이므로 제1 이득값(A1)은 0dBm에서 1dBm으로 증가된다. 즉, 상기 제어부(280)는 상기 제1 이득값(A1)을 증가시키기 위한 제1 제어신호를 상기 제1 프로그래머블 증폭부(230)로 출력한다.
이후, 상기 PID(280)에 입력되는 제1 증폭신호의 파워는 1dBm인 반면에 제2 전기신호의 파워는 0dBm이므로, 상기 PID(280)는 1dBm의 편차를 없애기 위한 보상신호를 출력한다. 이 때, 제2 전기신호의 파워를 증가시킨다는 것은 펌핑광의 세기를 증가시킨다는 것을 의미하며, 이를 위해 상기 보상신호를 입력받은 펌핑광원 구동부(170)는 상기 펌핑광원(160)에 인가되는 바이어스 전류의 양을 증가시키게 된다.
이후, 상기 제1 및 제2 전기신호 생성과정(340)과, 제1 및 제2 증폭신호 생성과정(350)과, 보상신호 생성 과정(360)과, 입력측 파워와 출력측 파워의 비교 과정(370)과, 루프 변수 증가 과정(380)은 상기 제어부(280)에 입력되는 입력측 파워와 출력측 파워가 일치할 때까지 반복된다.
상술한 과정을 거친 후, 상기 제1 전기신호의 파워는 0dBm, 제2 전기신호의 파워는 20dBm, 제1 증폭신호의 파워는 20dBm, 제2 증폭신호의 파워는 0dBm이 된다. 결과적으로, 상기 광섬유 증폭기의 이득값은 20dBm이 되고, 이는 상기 사용자가 요구한 제3 이득값(A3), 즉 20dBm과 일치한다.
상기한 과정을 거쳐 셋팅된 상기 광섬유 증폭기로 입력되는 광신호의 파워가 -3dBm으로 감소된다고 가정하면, 제1 전기신호의 파워도 반으로 감소되며 제2 전기신호의 파워도 반으로 감소된다. 즉, 상기 광섬유 증폭기의 이득은 (17dBm-(-3dBm))=20dBm이므로, 상기 광섬유 증폭기의 이득은 그대로 유지됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치는 사용자가 원하는 증폭 이득을 설정하면 상기 광섬유 증폭기의 이득을 자동으로 튜닝할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 광섬유 증폭기의 이득값을 제어하기 위한 보상 신호를 출력하는 자동 이득 제어 장치에 있어서,
    상기 광섬유 증폭기로 입력되는 광신호 중 일부를 제1 전기신호로 변환하여 출력하는 제1 광검출부와;
    상기 광섬유 증폭기로부터 출력되는 광신호 중 일부를 제2 전기신호로 변환하여 출력하는 제2 광검출부와;
    제1 제어신호에 따라 설정된 제1 이득값을 가지며, 상기 제1 전기신호를 상기 제1 이득값에 따라 증폭한 제1 증폭신호를 출력하는 제1 프로그래머블 증폭부와;
    제2 제어신호에 따라 설정된 제2 이득값을 가지며, 상기 제2 전기신호를 상기 제2 이득값에 따라 증폭한 제2 증폭신호를 출력하는 제2 프로그래머블 증폭부와;
    상기 제1 증폭신호의 파워와 상기 제2 전기신호의 파워와의 편차에 해당하는 상기 보상 신호를 출력하는 PID와;
    상기 광섬유 증폭기의 이득값을 제3 이득값으로 변경하는 경우, 상기 제2 프로그래머블 증폭부가 상기 제3 이득값에 따른 제2 이득값을 갖도록 상기 제2 제어신호를 출력하며, 상기 제1 전기신호의 파워와 상기 제2 증폭신호의 파워가 일치할 때까지 상기 제1 프로그래머블 증폭부의 제1 이득값을 변화시키는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광검출부로부터 입력된 제1 전기신호를 디지털 신호로 변환한 후 상기 제어부로 출력하는 제1 아날로그/디지털 변환부와;
    상기 제2 프로그래머블 증폭부로부터 입력된 제2 증폭 신호를 디지털 신호로 변환한 후 상기 제어부로 출력하는 제2 아날로그/디지털 변환부를 더 포함함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    사용자로부터 상기 제3 이득값을 나타내는 데이터를 수신하기 위한 사용자 인터페이스를 더 포함함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 이득값을 저장하기 위한 메모리를 더 포함함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치.
KR10-2001-0041157A 2001-07-10 2001-07-10 광섬유 증폭기의 자동 이득 제어 장치 KR100416975B1 (ko)

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