KR100424772B1 - 광증폭기시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광증폭기 시스템에 관한 것으로, 광증폭기 시스템은 복수의 파장을 갖는 광신호를 증폭하도록 배열된 복수의 광섬유 증폭기와 교번하도록 연결되어 서로 다른 파장의 광신호를 반사시키는 복수의 격자를 구비하며, 각 채널의 신호파워가 동등화되도록 각 광섬유 증폭기의 이득압축이 조정되는 파워동등화 증폭부; 및 입력된 복수의 파장을 갖는 광신호를 파워동등화 증폭부에 출력하고, 파워동등화 증폭부로부터 반사되는 광신호를 전송로에 출력하는 써큘레이터를 포함한다.
본 발명에 의하면, 장거리 전송과 같이 큰 손실을 갖는 시스템에서 서로 다른 파장의 광신호는 각각 다른 위치에서 반사되고 이득매체에 의해 증폭되어 파워동등화가 가능하다.

Description

광증폭기 시스템{Optical amplifier system}
본 발명은 광증폭기 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파장이 서로 다른 광신호의 파워를 동등하게하는 광증폭기 시스템에 관한 것이다.
광증폭기(Optical Amplifiers:OAs)는 미래의 통신 시스템에서 널리 사용될 것이 예측되고 있다. 특히 어븀 도핑 광섬유 증폭기(Erbium Doped FiberAmplifiers, 이하 EDFA라 함)는 현재 사용되고 있다. EDFA는 대량의 데이터가 한가닥의 광섬유를 통해 재생(regeneration)되는 일 없이 장거리에 걸쳐 전송될 때 장거리 전송에 따르는 광신호의 감쇠를 막기 위하여 주기적으로 광신호를 증폭해 주는데 사용된다.
그러나 이러한 장거리 전송에 따른 광신호의 주기적인 증폭시 몇 가지 문제점, 예를 들어 분산(dispersion)과 같은 문제점이 발생한다. 파장 분할 멀티플렉싱(wavelength division multiplexing,, 이하 WDM라 함)은 이러한 문제점 중 일부를 극복할 수 있는 방법으로 이용된다. WDM 방식은 통상 대량의 데이터를 서로 다른 파장을 가진 여러 개의 캐리어(carrier)에 실어 전송하기 때문에 전송 속도 및 용량이 증가하는 잇점이 있다.
하나의 광캐리어가 하나의 채널을 나타낸다고 가정하면, 신호의 강도를 나타내는 광파워는 채널이 다르면 다르게 전개될 수 있다. 이러한 파워 차이는 특히 광증폭 시스템에서 만약 신호가 감쇠되거나 반복적으로 재증폭될 때, 또는 신호가 광네트웍에서 다른 경로로 진행될 때 심하게 커질 수 있다.
이와 같은 파워 차이는 다음과 이유로 인해 일어날 수 있다.
(1) 채널이 다르면 이득이 달라질 수 있다. 만일 EDFA와 같은 균일하게 확장(homogeneously broadening, 즉, 모든 이온들이 이득매체내에서 이상적인 원자 위치를 채우는 것으로 스타크 효과(Stark effect)에 의해 각 이온이 이상적인 에너지 준위로 분기되는 것을 말한다)된 광증폭기의 이득레벨이 변할 때 파장이 다르면 그에 따라 이득레벨도 크기에 있어서 다르게 변한다는데 더 큰 문제가 있다. 더구나, 이득수준은 시간에 따라 변하기 때문에 광증폭기가 어떤 이득수준에서 동작되는가를 알기는 어려우며 경우에 따라서는 불가능할 수도 있다. 동작조건과 무관하게 이득이 평탄화되거나 균일화된 EDFA를 포함해서, 지금까지 파장에 상관없이 이득이 평탄화되고, 채널이 달라져도 이득이 같게되는 균일화된 EDFA는 존재하고 있다. 그러나 이득이 완벽하게 평탄화되거나 같게 되지는 않는다. 다수의 광증폭기가 연결되고 설치되어 있는 시스템에서는 채널간 이득차이가 비록 작더라도 시스템에 손실을 줄 수 있으며 중대한 파워 차이를 초래할 수 있다.
(2) 증폭기 간의 손실등으로 인한 신호감쇠는 채널에 따라 달라질 수 있다. 이 역시 중대한 파워차이를 초래한다. 또한 증폭과 관련해서 감쇠도 시간에 따라 변할 수 있으며, 이러한 감쇠의 변화는 예측할 수 없는 방법으로 채널 또는 파장에 따라 서로 다르게 나타난다.
이상에서 볼 때 다양한 동작조건하에서 몇 개의 서로 다른 파장에서의 이득과 감쇠가 동시에 매칭되기는 매우 어렵다. (이와는 반대로 단일파장 시스템에 있어서, 상술한 이득과 감쇠의 매칭은 손실이 광증폭기로부터 이용가능한 이득을 초과하지 않는 한 특정 파장에서 자동적으로 발생한다.) 이는 몇 가지 이유, 예를 들면 접속감소(splice degradation), 전송경로상에 파워분배기나 또는 다른 광소자의 결합, 분산보상 광섬유의 결합, 그리고 증가된 마이크로-벤딩(micro-bending)손실 등의 이유로 증폭기 간의 감쇠가 파장에 따라 서로 다르게 나타나므로 특히 이득과 감쇠가 동시에 매칭되기가 어렵다. 파장에 따라 신호파워의 손실이 달라지므로 신호파워를 예측하는 것이 불확실하다는 관점에서 볼 때, 증폭기 간의 손실이 변할때 EDFA와 같은 균일하게 확장된 증폭기를 가지고 이득의 평탄화를 확실하게 한다는 것은 사실상 불가능하다.
이득과 손실이 항상 모든 채널에 대하여 균형을 이룬다고 하더라도, 즉 모든 채널에 대해 이득과 손실의 합이 0 dB가 되더라도 이로 인해 모든 채널에서 파워가 동일하게 되지는 않는다. 그 이유는 다음과 같다.
(1) 시스템에 인가되는 신호 파워는 파장이 다르면 달라질 수 있다.
(2) 복잡한 네트웍에서 라우팅(routing)할 때, 채널이 다르면 각 채널은 각기 다른 경로를 지나갈 것이다. 그래서 각 채널에 대해 어떤 형태로든 파워제어가 이루어지지 않는다면, 채널이 재결합될 때 채널들의 파워는 대부분 다르게 될 것이다.
(3) 동조가능한 광학 탭(tap)을 사용한다면, 탭은 예측할 수 없는 방법으로 선택적으로 채널들의 파워를 감쇠시킨다.
많은 응용 예에 있어서, 광증폭기가 서로 다른 채널 간의 이득을 같게하는 것 보다는 파워를 같게(자동파워등화:APE) 하는 것이 더 낫다. 또한, 파워 차이는 적어도 어떤 범위내에서 유지되어야 한다. 왜냐하면 그 범위를 벗어나는 낮은 입력 파워를 갖는 한 채널의 이득이 그 범위내의 채널들의 이득보다도 더 높아야하기 때문이다.
현재 상업적으로 이용가능한 EDFA는 WDM채널간 파워차이를 동등화할 수 없다. 이 이유는 EDFA 이득이 실내온도(상온)에서 균일하게 확장되기 때문이다. 그 결과, 하나의 파장에서의 이득은 모든 다른 파장에서의 이득과 관련되어 거의 같게된다. 그러므로 파워가 큰 채널의 이득이 파워가 작은 채널의 이득보다 작을 것이라고 말할 수 없다. 즉, 이득은 채널의 파장에 의존적이다. 이와 반대로 불균일하게 확장(inhomogeneously broadening, 각 레이징(lasing) 이온에 대해 스타크 분기가 변하는 것을 말한다)된 증폭기에 있어서, 어떤 한 파장에서의 이득은 모든 다른 파장에서의 이득과 부분적으로 비의존적이다. 장거리 WDM에서, 다른 파장에서의 이득이 어느 정도까지 영향받지 않는다고 가정할 때, 어떤 한 파장에서 신호파워가 커진다면 그 파장에서의 신호이득은 감소될 것이다. 이를 이득 압축(gain compression) 또는 이득 포화(gain saturation)라 한다. 한편 다른 파장에서의 이득을 압축하는 강한 신호가 있다면, 첫 번째 파장에서의 이득은 높게 유지될 수 있다.
일반적으로 WDM간 파워차이를 동등화하기 위해서 다음과 같은 방법들이 사용되고 있다.
1. 이득매체, 즉 EDF를 매우 낮은 온도로 냉각하는 방법이다. EDF를 액화질소 온도로 냉각하므로써 어븀 이득을 본질적으로 불균일하게 확장시킬 수 있다. 이것은 어븀의 균일한 선폭(linewidth)을 감소시킨다. 이 방법은 WDM 채널간 파워동등화를 잘 얻을 수 있지만, 냉각을 하기 위해 필요한 부가적인 장치가 복잡하다는 것이 결점이다.
2. 어븀이득을 본질적으로 균일하게 확장된 채로 남길 수 있으며 EDFA의 다른 부분들에서 다른 신호파장을 증폭하므로써 EDFA 전체적으로 불균일하게 이득을 확장시킬 수 있으며, EDF를 실내온도에서 작동시킬 수 있다. 이러한 예로이중코아(twin-core) EDFA를 사용하는 방법이 있다. 이 방법은 이득 매체의 각 점 또는 모든 점이 지배적으로 균일하게 확장되어있다 할지라도, 다른 파장이 지나가는 경로를 공간적으로 분리시킴으로써, 이득매체가 전체적으로는 효과적으로 불균일하게 확장되도록 하는 것이다. 그러나, 이 방법 역시 몇가지 결점이 있다. 이중 코아 EDFA는 단일코아 EDFA보다 더 많은 잡음을 발생시키고, 바람직하지 않은 편광(polarization) 의존성을 일으키며, 파워의 상당량이 손실된다. 게다가 이중코아 광섬유를 제조하는 데도 어려움이 따른다.
3. 파장선택결합기(wavelength selective coupler)를 통해 채널을 분할하여 각 EDF를 통해 증폭하는 방법이다. 따라서 채널들의 이득이 서로 분리될 수 있으며, 이는 불균일한 확장에 해당한다. 그러나 이 방법 역시 증폭기가 훨씬 더 복잡하게되고 펌프 파워가 효율적으로 사용되지않는 결점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 장거리 전송과 같이 큰 손실을 갖는 시스템에서 WDM 채널간 파워 차이를 동등화하여 저손실의 장거리 전송이 가능하도록 서로 다른 파장의 광신호가 각각 다른 위치에서 반사되고 이득매체에 의해 증폭되어 포화상태에서 작동되는 광증폭기 시스템을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파장분할다중화된 광신호의 파워동등화를 위한 광증폭기 시스템의 제1실시예이다.
도 2는 4개 채널의 광신호가 도 1의 파워동등화 증폭부를 통과하는데 따른 채널 파워의 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 경우에 따른 이득 및 잡음 지수를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 연속 스펙트럼의 광신호를 파워동등화하는 광증폭기 시스템의 구성도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광증폭기 시스템은 복수의 파장을 갖는 광신호를 증폭하도록 배열된 복수의 광섬유 증폭기와 교번하도록 연결되어 서로 다른 파장의 광신호를 반사시키는 복수의 격자를 구비하며, 각 채널의 신호파워가 동등화되도록 상기 각 광섬유 증폭기의 이득압축이 조정되는 파워동등화 증폭부; 및 입력된 복수의 파장을 갖는 광신호를 상기 파워동등화 증폭부에 출력하고, 상기 파워동등화 증폭부로부터 반사되는 광신호를 전송로에 출력하는 써큘레이터를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광증폭기 시스템은 복수의 파장을 갖는 광신호를 증폭하도록 배열된 복수의 광섬유 증폭기와 교번하도록 연결되어 서로 다른 파장의 광신호를 반사시키는 복수의 격자를 구비하며, 각 채널의 신호파워가 동등화되도록 상기 각 광섬유 증폭기의 이득압축이 조정되는 제1파워동등화 증폭부; 상기 제1파워동등화 증폭부와 동일한 구조이며 상기 격자의 배열 순서가 달라서 상기 제1파워동등화 증폭부에서 파워동등화된 광신호를 상기 제1파워동등화 증폭부와는 다른 순서로 반사시키고 증폭하는 제2파워동등화 증폭부; 및 입력되는 광신호를 상기 제1파워동등화 증폭부에 출력하고, 상기 제1파워동등화 증폭부로부터 반사되는 광신호를 상기 제2파워동등화 증폭부에 출력하며, 상기 제2파워동등화 증폭부로부터 반사되는 광신호를 전송로에 출력하는 써큘레이터를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광증폭기 시스템은 제1써큘레이터에 연결되고, 복수의 파장을 갖는 광신호를 증폭하도록 배열된 복수의 광섬유 증폭기와 교번하도록 연결되어 서로 다른 파장의 광신호를 반사시키는 복수의 격자를 구비하며, 각 채널의 신호파워가 동등화되도록 상기 각 광섬유 증폭기의 이득압축이 조정되는 제1파워동등화 증폭부; 상기 제1파워동등화 증폭부와 동일한구조이며 격자의 배열 순서가 달라서 상기 제1파워동등화 증폭부에서 파워동등화된 광신호를 상기 제1파워동등화 증폭부와는 다른 순서로 반사시키고 증폭하는 제2파워동등화 증폭부; 및 상기 제1써큘레이터를 통해 입사되는 상기 제1파워동등화 증폭부의 출력 광신호를 상기 제2파워동등화 증폭부에 출력하고 상기 제2파워동등화 증폭부로부터 반사되는 광신호를 전송로에 출력하는 제2써큘레이터를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 광증폭기 시스템은 입사되는 연속 스펙트럼의 광신호를 증폭하는 광섬유 증폭기; 상기 증폭된 연속 스펙트럼의 광신호를 각 파장에 따라 서로 다른 위치에서 반사시키고 감쇠시켜서 상기 광섬유 증폭기에 출력하는 처핑격자; 및 입력 광신호를 상기 광섬유 증폭기에 출력하고 상기 광섬유 증폭기로부터 입사되는 광신호를 전송로에 출력하는 써큘레이터를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 광섬유-격자 케스케이드를 구비한 광증폭기 시스템의 구성도로서, 도 1에 따른 광증폭기 시스템은 전치 증폭기(100), 전치 필터(110), 써큘레이터(120), 파워동등화 증폭부(130), 채널 모니터(140), 후치 필터(150) 및 후치 증폭기(160)를 포함한다.
전치 증폭기(100) 및 전치 필터(110)는 입력되는 다채널 광신호를 증폭하고 대역통과 필터링하고, 써큘레이터(120)는 증폭 및 필터링된 광신호를 파워동등화 증폭부(130)에 출력하며, 파워동등화 증폭부(130)를 통해 파워동등화되어 재입력된 광신호를 후치 필터(150) 및 후치 증폭기(160)에 출력한다. 후치 필터(150) 및 후치 증폭기(160)는 파워동등화된 다채널 광신호를 대역 통과 필터링하고 증폭한다. 파워동등화 증폭부(130)에 연결된 채널 모니터(140)는 각 채널의 추가/누락(add/drop) 상태를 보여준다.
파워동등화 증폭부(130)는 복수의 광섬유(171, 172, 173, 174, 175), 복수의 대역통과 필터(181, 182, 183, 184), 반사 대역폭이 1nm이고 격자간 반사 파장 간격이 5nm인 복수의 브래그 격자(bragg grating, 191, 192, 193, 194) 및 광섬유 증폭을 위한 펌핑 다이오드(131, 132)를 구비한다.
상술한 구성에 의거한 파워동등화 증폭부(130)의 증폭이득은 다음과 같다. Lk를 k번째 광섬유의 길이, fk(λ)[dB]를 k번째 필터의 감쇠, gk *(λ)[dB/m]를 k번째 EDF의 완전반전에서의 이득 그리고 αk(λ)[dB/m]를 k번째 소신호 흡수 스펙트럼이라 하면(원칙적으로 ga *와 αa는 gb *와 αb와 다르지만 단순성을 위해 같다고 가정한다. 특히 두 개의 다른 종류의 EDF를 결합시킬 때, 즉 하이브리드 EDF로 만들 때 EDF를 동일하다고 가정하면 유리하다), 각 파장 λi에 대한 파워동등화 증폭부(130)의 이득 Gi는 다음 식과 같다.
Figure pat00001
여기서, fk(λi)≡fk i이고, gp-p,k≡gk *+αk로 이득 스윙을 말하며, n2,k는 k번째 EDF내의 어븀이온의 비율이다.
단순성을 위해 각 EDF가 동일하다고 하면 gp-p,k≡gk *+αk는 동일하며, 수학식 1은 다음 식과 같이 된다.
Figure pat00002
이러한 이득을 갖는 증폭기는 외부의 동요에 대해 n2,k가 Δn2,k만큼 동요되어 다음 식과 같이 그 이득이 변한다.
Figure pat00003
여기서, 두번째 식은 EDF가 동일한 경우이다. 이제 두 파장 λi와 λj사이의 변화차이 Δ2Gij는 다음과 같이 된다.
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
이다.
만일 EDF가 모두 동일하고 i<j라면 수학식 4는 다음 식과 같이 된다.
Figure pat00006
상술한 수학식 5는 서로 다른 종류의 EDF를 시용한다면 더 나은 파워 동등화를 수행할 수 있음을 가늠케한다. 또한 EDF에 직접적으로 격자를 만들 수 있으므로 도 1의 각 필터 181 내지 184를 사용하지 않는다면 단순하게 EDF로부터 만들 수 있다. 해석을 보다 단순화하기 위해
Figure pat00007
이라고 하면, 수학식 5는 다음 식과 같이 된다.
Figure pat00008
여기서 두번째 동등식은 EDF가 동일한 경우이다.
각 파장간의 이득변화가 상술한 식과 같을 때, 여러 채널의 광신호가 파워동등화 증폭부(130)에 입력되는 경우, 하나의 채널이 다른 채널과 비교해서 파워가 약하다면 다른 채널보다 더 증폭되어야 한다. Δ2Gij를 고려한다면 i가 저파워 채널이고 j가 고파워 채널일 경우 저파워 채널의 경우가 이득압축이 작으므로 Δ2Gij<0이다.
상술한 수학식 4의 두번째 등식에서 Δ2Gij는 두 부분으로 나뉘는데, 첫부분은 하나의 채널이 통과하는 EDF에서 이득압축의 변화에 해당한다. 두번째 부분은 두 채널이 통과하는 EDF에서 이득 압축의 변화차이에 해당한다. 만약 Δ2Gij가 0이라면 두번째 항은 사라지며, 수학식 4는 수학식 6이 된다. 파워동등화 증폭부(130)의 특성은 일반적인 EDF에서 격자 케스게이드를 통과하는 파장에 대해 이득이 더 빠르게 혹은 더 느리게 압축되는 EDF의 선택에 의해 어느 정도 영향을 받는다. 상술한 두번째 항은 파워동등화 증폭부에 기여를 하지않으므로 0이라하면, 첫번째 항은 격자 케스케이드를 통과하는 파장에서 신호가 직면하는 이득에 해당한다. 여기에 대해 다음의 4가지 경우를 고려해야 한다.
1. 파워동등화 증폭부를 가장 멀리 통과하는 채널의 광신호의 파워가 가장 강한 경우: 이 경우, 가장 멀리 통과한 광신호는 이전 EDF의 이득을 동일한 양으로 압축하며 다른 파장이 통과하지 않는 EDF(예를 들어, 참조번호 175)에서 다시 압축되므로, 다른 파장에 대해 이득을 압축하는 것보다 그 자신에 대해 이득을 더 압축한다. 만일 i<j이고 j번째 채널의 파워가 크다면 그 때의 n2,k는 모두에 대해 감소하여 Δn2,k<0이다. 이 값은 i<k≤j인 k에 대해 감소하게 되어, gp-p>0 이고 L>0이므로 상술한 수학식 6은 Δ2Gij<0이 된다.
2. 파워동등화 증폭부의 전반부에서 반사되는 채널의 광신호의 파워가 가장약한 경우: 이 경우는 상술한 1의 경우와 정반대이다.
3. 파워동등화 증폭부의 전반부에서 반사되는 채널의 광신호의 파워가 가장 강한 경우: 이 경우, 각 광신호는 전반부에 있는 EDF(예를 들어, 참조번호 172)에서 압축되고, 반사되지않는 다른 신호는 더 멀리 위치한 EDF를 통과한다. 이 때 전반부의 EDF를 통과한 신호의 파워가 작아지므로 뒤따르는 EDF에서의 이득압축은 감소하며 채널은 전반부의 EDF에서 감소된 이득으로부터 부분적으로 회복된다. 따라서 강한 신호는 다른 채널뿐 만 아니라 자신에 대해서도 전반부 EDF의 이득을 감소시킨다. 그러나 다른 채널은 후반부의 EDF에서 (부분적으로) 회복된다.
4. 파워동등화 증폭부를 가장 멀리 통과하는 채널의 광신호의 파워가 가장 약한 경우: 이 경우는 상술한 3의 경우와 정반대이다.
상술한 경우들을 참조하여 파워 동등화가 가장 나쁜 경우를 살펴보면서 상술한 수학식 4의 두번째 항을 0으로하지 않는 경우를 고려하여 모든 가능한 경우의 파워 동등화를 시도하도록 각 격자(191 내지 194)를 통한 파장반사가 결정될 수 있다.
각 격자중에서 191 내지 193의 격자의 반사도는 충분히 높아서, 이들 격자들에 의해 반사된 신호가 나머지 부분을 통과하는 양은 무시가능하다.
182 내지 184의 필터는 감쇠기나 사마륨(Sm3+)이 도핑된 EDF로 대체될 수 있으며, 그 역할은 다음과 같다. 첫째, 특정 채널의 파워가 특정한 EDF-격자(이하 세그먼트라 약함)에서 우세(dominant)하도록 스펙트럼을 형성하므로써 특정 세그먼트내의 이득 압축이 특정 채널의 파워에 따라 좌우되도록 한다. 두번째, 파워 동등화증폭부 전체의 이득보다 각 EDF에서의 이득의 합이 더 커지게 되므로 파워 동등화를 개선한다.
상술한 복수의 광섬유(171 내지 175)는 동일한 종류의 EDF를 사용할 수 있으며, 성능 개선을 위해 서로 다른 종류의 광섬유도 사용가능하다. 즉, 특정 파장이 우세한 특정 세그먼트에서, 그 파장에서의 EDF의 이득 스윙이 크고, 그 세그먼트에 존재하는 다른 채널의 파장에서는 이득 스윙이 작게 되도록하는 광섬유를 선택한다면 성능이 개선될 수 있다. 예를 들어, 복수의 채널중 가장 짧은 파장의 채널이 우세한 세그먼트에서는 포스포실리케이트(phosphosilicate) EDF 또는 알루미노-포스포실리케이트(alumino-phosphosilicate) EDF가 사용될 수 있고, 그 다음 파장의 채널이 우세한 세그먼트에서는 저마노실리케이트(germanosilicate) EDF, 긴 파장의 채널이 우세한 세그먼트에서는 알루미노실리케이트(aluminosilicate) EDF가 사용될 수 있다.
도 2는 광신호가 도 1의 파워동등화 증폭부를 통과하면 각각의 격자에 의해 반사 및 통과할 때 각 EDF까지의 거리에 대한 채널 파워의 변화를 도시한 것이다. 도 2a는 정상 동작 조건하의 실험결과이고, 도 2b는 1550.1 nm파장의 입력 파워가 3dB정도 높은 경우의 실험 결과를 보인 것이다. 각 도면 상단의 숫자는 특정 세그먼트에서 여기된 어븀(Er3+) 이온의 비율을 나타낸 것이다. 1, 2, 3, 4는 각각 1545.3, 1550.1, 1554.0 및 1559.8nm의 파장을 갖는 채널에 대한 입력파워를 나타낸다.
도 3은 도 1의 광증폭기 시스템에 입력된 4개의 채널에 대한 이득 및 잡음지수를 나타낸 것으로, 한 채널의 입력 파워가 -17dBm에서부터 변화되고 나머지 세 채널의 입력파워는 -17dBm으로 유지될 때의 이득 및 잡음 지수를 나타낸다. 도 2의 경우와 마찬가지로 1, 2, 3, 4는 각각 1545.3, 1550.1, 1554.0 및 1559.8nm의 파장을 갖는 채널을 나타내며, 각 도면의 상단부는 이득이고 하단부는 잡음 지수이다. 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 각각 채널 1, 2, 3 및 4의 신호파워가 변화되고 나머지 세 채널의 신호파워는 고정된 경우의 이득 및 잡음지수를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제2실시예로서, 도 4에 따른 광증폭기 시스템은 전치 증폭기(400), 써큘레이터(402), 제1파워동등화 증폭부(404), 제2파워동등화 증폭부(406) 및 후치 증폭기(408)를 포함한다.
전치 증폭기(400)는 입력되는 광신호를 증폭하고, 써큘레이터(402)는 증폭된 광신호를 제1파워동등화 증폭부(404)에 출력한다. 파워동등화되어 증폭된 광신호는 다시 써큘레이터(402)를 통해 제2파워동등화 증폭부(406)로 입력되며, 다시 파워동등화 증폭된 광신호는 다시 써큘레이터(402)를 통해 후치 증폭기(408)로 입력된다. 후치 증폭기(408)는 입력된 광신호를 다시 증폭한다.
제1 및 제2파워동등화 증폭부(404, 406)는 도 1의 파워동등화 증폭부(130)와 동일한 구조를 갖는다. 여기서, 제2파워동등화 증폭부(406)의 격자 배열은 제1파워동등화 증폭부(404)의 격자 배열과 다르다. 예를 들어, 제1파워동등화 증폭부(404)의 격자 1, 2, 3, 4가 차례대로 각각 서로 다른 파장을 갖는 광신호를 반사한다고 하면, 제2파워동등화 증폭부(406)의 격자배열은 2-3-4-1, 3-4-1-2, 4-1-2-3, 2-4-1-3, 4-2-3-1, 1-3-2-4 또는 3-1-4-2의 순서로 배열되어 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예로서, 도 5에 따른 광증폭기 시스템은 제1써큘레이터(500), 제1파워동등화 증폭부(502), 통신용 광섬유(504), 제2써큘레이터(506) 및 제2파워동등화 증폭부(508)를 포함한다.
제1써큘레이터(500)는 입력 광신호를 제1파워동등화 증폭부(502)에 출력하고, 제1파워동등화 증폭부(502)에서 파워동등화 증폭된 광신호를 통신용 광섬유(504)를 통해 다음 단으로 출력한다. 제2써큘레이터(506)는 통신용 광섬유(504)를 통해 입력된 광신호를 제2파워동등화 증폭부(508)에 출력하고, 제2파워동등화 증폭부(508)에 의해 파워동등화 증폭된 광신호를 다음 단으로 전송한다.
제1 및 제2파워동등화 증폭부(502, 508)는 도 1의 파워동등화증폭부(130)와 동일한 구조를 가지며, 도 4의 경우와 마찬가지로 그 격자 배열이 서로 다르다.
도 6은 본 발명에 따른 연속 스펙트럼의 광신호를 파워동등화하는 광증폭기 시스템의 구성도로서, 도 6에 따른 광증폭기 시스템은 전치 증폭기(600), 전치 필터(610), 써큘레이터(620), 파워동등화 증폭부(630), 채널 모니터(640), 후치 필터(650) 및 후치 증폭기(660)를 포함한다.
전치 증폭기(600) 및 전치 필터(610)는 입력되는 연속 스펙트럼의 광신호를 증폭 및 대역통과 필터링하고, 써큘레이터(620)는 증폭 및 필터링된 광신호를 파워동등화 증폭부(630)에 출력하며, 파워동등화 증폭부(630)를 통해 파워동등화되어 재입력된 광신호를 후치 필터(650) 및 후치 증폭기(660)에 출력한다. 후치 필터(650) 및 후치 증폭기(660)는 파워동등화된 연속 스펙트럼의 광신호를 대역 통과 필터링하고 증폭한다. 파워동등화 증폭부(630)에 연결된 채널 모니터(640)는 각 채널의 추가/누락상태를 보여준다.
파워동등화 증폭부(630)는 EDF(631), 대역통과필터(632), 처핑 격자(chirped grating, 633), 제1펌핑 다이오드(634) 및 제2펌핑 다이오드(635)를 구비한다.
처핑 격자(633)는, 이제까지 특정한 파장의 광신호를 반사하기위해 서로 분리된 반사격자를 사용했던 것과는 달리, 격자의 각각 다른 위치에서 연속되는 파장 대역의 광신호를 반사하며, 그 반사 파장대역은 20nm이고 그 길이는 1m정도이다. 처핑 격자에 의한 반사시 감쇠를 위해 처핑 격자는 상부에 장주기 격자나 날 격자를 구비한다. 또는 EDF(631)도 손실이 있는 것이 바람직하다.
그러나 일반적으로 처핑 격자는 광신호를 분산시키므로 이를 보상하기 위해, 예를 들어 동일하지만 서로 반대로 처핑된 두 개의 반사단계를 가진 증폭부를 만들 수 있다.
본 명세서에 개시된 모든 특징들, 방법 또는 프로세스의 각 단계는 상호배타적인 것을 제외하고는 서로 조합될 수 있다. 본 명세서에 개시된 각 특징은 같거나 동등 도는 유사한 목적을 달성하기 위한 양자택일(alternative)적인 특징으로도 대치될 수 있다. 따라서 개시된 각 특징은 하나의 예에 불과하며, 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 이 명세서에서 개시된 특징들의 신규한 것 또는 신규한 것의 조합에 까지 확장되며, 마찬가지로 방법이나 프로세스의 단계에 대한 신규한 것 또는 신규한 것의 조합에까지 확장된다.
본 발명에 의하면, 장거리 전송과 같이 큰 손실을 갖는 시스템에서 서로 다른 파장의 광신호는 각각 다른 위치에서 반사되고 이득매체에 의해 증폭되어 파워동등화가 가능하다. 또한 광신호 전송을 위한 광증폭기 시스템이 직렬로 연결되어 케스케이드 형태를 가지므로써 장거리 전송시 파워동등화를 가능하게한다.

Claims (26)

  1. 펌핑광원;
    상기 펌핑광원에서 생성되는 펌핑광을 사용하여 복수 파장의 광신호를 증폭하는 복수의 광섬유; 및
    상기 광섬유들과 교번하도록 연결되어 상기 광섬유들에 의해 증폭된 서로 다른 파장의 광신호들중 소정 파장의 광신호를 반사하는 복수의 격자를 포함하고,
    서로 다른 채널의 광신호가 각기 다른 파워를 가질 때, 각 개별 채널의 광신호 파워는 서로 다른 위치에서 서로 다른 이득으로 광신호들을 증폭하고 반사함으로써 동등화되는 것을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는 대역통과필터를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는 감쇠기를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는, 사마륨이 도핑된 어븀도핑광섬유를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    포스포실리케이트 또는 알루미노-포스포실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    저마노실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    알루미노실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  8. 펌핑광원;
    상기 펌핑광원에서 생성되는 펌핑광을 사용하여 복수 파장의 광신호를 증폭하는 복수의 광섬유; 및
    상기 광섬유들과 교번하도록 연결되어 상기 광섬유들에 의해 증폭된 서로 다른 파장의 광신호들중 소정 파장의 광신호를 반사하는 복수의 격자를 포함하고,
    서로 다른 채널의 광신호가 각기 다른 파워를 가질 때, 각 개별 채널의 광신호 파워는 서로 다른 위치에서 서로 다른 이득으로 광신호들을 증폭하고 반사함으로써 동등화되는 것을 특징으로하는 제1파워동등화 증폭부;
    상기 제1파워동등화 증폭부와 동일한 구조를 가지나, 구비된 복수 격자들이 상기 제1파워동등화 증폭부의 격자들과 배열 순서가 달라서 상기 제1파워동등화 증폭부에 의해 파워동등화된 광신호를 상기 제1파워동등화 증폭부와는 다른 순서로 반사시키고 증폭하는 제2파워동등화 증폭부; 및
    입력되는 광신호를 상기 제1파워동등화 증폭부에 출력하고, 상기 제1파워동등화 증폭부로부터 반사되는 광신호를 상기 제2파워동등화 증폭부에 출력하며, 상기 제2파워동등화 증폭부로부터 반사되는 광신호를 전송로에 출력하는 써큘레이터를 포함함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 또는 제2파워동등화 증폭부는
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는 대역통과필터를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 또는 제2파워동등화 증폭부는
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는 감쇠기를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 또는 제2파워동등화 증폭부는
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는, 사마륨이 도핑된 어븀도핑광섬유를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    포스포실리케이트 또는 알루미노-포스포실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    저마노실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    알루미노실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  15. 펌핑광원;
    상기 펌핑광원에서 생성되는 펌핑광을 사용하여 복수 파장의 광신호를 증폭하는 복수의 광섬유; 및
    상기 광섬유들과 교번하도록 연결되어 상기 광섬유들에 의해 증폭된 서로 다른 파장의 광신호들중 소정 파장의 광신호를 반사하는 복수의 격자를 포함하고,
    서로 다른 채널의 광신호가 각기 다른 파워를 가질 때, 각 개별 채널의 광신호 파워는 서로 다른 위치에서 서로 다른 이득으로 광신호들을 증폭하고 반사함으로써 동등화되는 것을 특징으로하는 제1파워동등화 증폭부;
    상기 제1파워동등화 증폭부에 연결되어 상기 제1파워동등화 증폭부에 의해 반사되는 광신호를 다시 출력하는 제1써큘레이터;
    상기 제1파워동등화 증폭부와 동일한 구조를 가지나, 구비된 복수 격자들이상기 제1파워동등화 증폭부의 격자들과 배열 순서가 달라서 상기 제1파워동등화 증폭부에서 파워동등화된 광신호를 상기 제1파워동등화 증폭부와는 다른 순서로 반사시키고 증폭하는 제2파워동등화 증폭부; 및
    상기 제1써큘레이터로부터 입사되는 광신호를 상기 제2파워동등화 증폭부에 출력하고 상기 제2파워동등화 증폭부로부터 반사되는 광신호를 다시 출력하는 제2써큘레이터를 포함함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 또는 제2파워동등화 증폭부는
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는 대역통과필터를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 또는 제2파워동등화 증폭부는
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는 감쇠기를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제1 또는 제2파워동등화 증폭부는
    상기 격자를 통과하는 광신호에 손실을 주도록 상기 격자에 연결되는, 사마륨이 도핑된 어븀도핑광섬유를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  19. 제15항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    포스포실리케이트 또는 알루미노-포스포실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    저마노실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 광섬유들중 하나는
    알루미노실리케이트가 더 도핑된 어븀도핑광섬유임을 특징으로하는 광증폭기시스템.
  22. 펌핑광원;
    상기 펌핑광원에서 생성되는 펌핑광을 사용하여 연속 스펙트럼 광신호를 증폭하는 광섬유; 및
    상기 증폭된 연속 스펙트럼의 광신호를 각 파장에 따라 서로 다른 위치에서 반사시키고 감쇠시켜서 상기 광섬유 증폭기에 출력하는 처핑격자를 포함하고,
    상기 연속 스펙트럼 광신호의 파워가 각 파장에 따라 다를 때, 상기 광신호 파워는 서로 다른 위치에서 서로 다른 이득으로 광신호들을 증폭하고 반사함으로써 동등화되는 것을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 광섬유는
    손실이 있는 광섬유임을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 처핑격자는
    광신호의 반사시 감쇠되도록 상부에 장주기 격자를 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  25. 제23항에 있어서, 상기 처핑격자는
    광신호의 반사시 감쇠되도록 상부에 날 격자를 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
  26. 제23항에 있어서, 상기 처핑격자는
    상기 처핑격자에 의한 광신호의 분산을 보상하기 위해 상기 처핑격자와 반대로 처핑된 격자를 더 구비함을 특징으로하는 광증폭기 시스템.
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