KR100438426B1

KR100438426B1 - 무편광 다파장 광원

Info

Publication number: KR100438426B1
Application number: KR10-2002-0063795A
Authority: KR
Inventors: 신홍석; 황성택; 오윤제
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-07-03
Also published as: EP1411657A2; US6917464B2; US20040075889A1; KR20040035070A; DE60326201D1; CN1324393C; EP1411657A3; CN1490661A; EP1411657B1; JP2004140369A

Abstract

본 발명에 따라 서로 다른 파장을 갖는 다수의 채널로 구성된 광신호를 출력하는 무편광 다파장 광원은, 희토류 원소의 유도 방출을 이용하여 후방으로부터 입력된 광신호를 증폭하며, 후방으로 증폭된 자발 방출광을 출력하는 광섬유 증폭부와; 상기 광섬유 증폭부의 후방에 위치하며, 입력된 광신호를 되반사시키는 반사기와; 상기 광섬유 증폭부와 상기 반사기 사이에 배치되고, 다수의 파장으로 구성된 통과 대역을 가지며, 상기 증폭된 자발 방출광을 필터링함으로써 그 투과 스펙트럼에 따른 다수 채널의 광신호를 생성시키는 코움 필터를 포함하여 구성된다.

Description

무편광 다파장 광원{UNPOLARIZED MULTI LAMBDA SOURCE}

본 발명은 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광전송 시스템 또는 광부품의 시험에 사용되는 광원에 관한 것으로서, 특히 광섬유 기반의 광원에 관한 것이다.

최근 기하급수적으로 증가되는 데이터량에 의해 전송 대역폭의 확장이 가능한 WDM 광전송 시스템이 개발되면서, 광전송 망 구성과 광소자 및 시스템 측정에 사용되는 다파장 광원의 필요성이 대두되었다. 특히, 가입자망의 구성에 있어 비용의 절감을 위해 다파장 광원의 개발은 중요한 과제로 부각되고 있다. 이러한 다파장 광원이 갖추어야 할 요건들을 나열하자면 하기하는 바와 같다.

첫 째, 사용되어질 파장 대역에서 요구되어지는 수만큼의 파장 개수를 가질 것.

둘 째, 고출력과 파장에 따른 광 세기의 균일성을 가질 것.

셋 째, 광신호 대 잡음비(Optical Signal to Noise Ratio, OSNR)가 좋을 것.

넷 째, WDM 광전송 시스템과 부품의 시험에 사용할 경우 편광(polarization) 특성이 없을 것.

종래의 다파장 광원은 어븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)에서 발생되는 증폭된 자발 방출광(Amplified Spontaneous Emission, ASE)의 넓은 스펙트럼(spectrum)을 광학 필터로 좁게 분할하는 방식으로, 광학 필터 파장에 해당하지 않는 많은 부분의 ASE를 소모하여 비효율적이다.

도 1은 종래에 따른 광도파로열 격자를 이용한 다파장 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 다파장 광원은 ASE 공급원(ASE source, 110)과, 광아이솔레이터(optical isolator, 120)와, 광도파로열 격자(Arrayed Waveguides Grating, AWG, 130)와, 어븀 첨가 광섬유 증폭기(140)와, 광감쇠기(optical attenuator, 150)를 포함하여 구성된다.

상기 ASE 공급원(110)은 넓은 스펙트럼을 갖는 ASE를 출력하고, 상기 광아이솔레이터(120)는 후방으로부터 입력된 상기 ASE를 통과시키며 전방으로부터 입력된 광은 차단한다. 상기 광도파로열 격자(130)는 다수의 파장으로 구성된 통과 대역을 가지며, 상기 ASE를 필터링(filtering)함으로써 다수 채널(cahnnel)로 구성된 광신호를 출력한다. 이 때, 상기 채널이란 상기 광신호를 구성하며, 소정 파장을 갖는 광을 말한다. 상기 어븀 첨가 광섬유 증폭기(140)는 상기 광신호를 증폭하여 출력하고, 상기 광감쇠기(150)는 상기 광신호를 감쇠시킴으로써 그 세기를 조절한다.

그러나, 상기한 바와 같은 다파장 광원에 있어서, 상기 광도파로열 격자(130)는 그 통과 대역을 구성하는 각 파장의 선폭이 넓으며 파장에 따라 출력하는 채널의 세기가 달라진다는 문제점이 있다.

도 2는 종래에 따른 광섬유 브래그 격자를 이용한 다파장 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 다파장 광원은 ASE 공급원(210)과, 광써큘레이터(optical circulator, 220)와, 일렬로 배치된 다수의 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating, FBG, 230)를 포함하여 구성된다.

상기 ASE 공급원(210)은 넓은 스펙트럼을 갖는 ASE를 출력하고, 상기 광써큘레이터(220)는 제1 단을 통해 입력된 상기 ASE를 제2 단으로 출력하며, 이후 제2 단으로 입력되는 광을 제3 단으로 출력한다. 상기 각 광섬유 브래그 격자(230)는 기설정된 파장(중심 파장이라고 칭함)을 갖는 광만을 되반사시키며, 나머지 파장의 광은 통과시킨다. 상기 다수의 광섬유 브래그 격자(230)의 중심 파장들은 반사 대역을 구성하며, 상기 다수의 광섬유 브래그 격자(230)에서 반사된 광들, 즉 채널들은 광신호를 구성하며, 상기 광신호는 상기 광써큘레이터(220)의 제2 단으로 입력된다.

그러나, 상기한 바와 같은 다파장 광원은 원하는 반사 대역을 구성하기 위하여 해당 개수의 광섬유 브래그 격자들(230)을 직렬로 연결해야 하기 때문에 비용이 많이 들고 삽입 손실이 증가하며, 상기 반사 대역에 포함되지 않는 파장의 ASE가 소모됨으로 인하여 여전히 효율이 좋지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래에 비하여 성능과 효율이 개선된 무편광 다파장 광원을 제공함에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따라 서로 다른 파장을 갖는 다수의 채널로 구성된 광신호를 출력하는 다파장 광원은, 희토류 원소의 유도 방출을 이용하여 후방으로부터 입력된 광신호를 증폭하며, 후방으로 증폭된 자발 방출광을 출력하는 광섬유 증폭부와; 상기 광섬유 증폭부의 후방에 위치하며, 입력된 광신호를 되반사시키는 반사기와; 상기 광섬유 증폭부와 상기 반사기 사이에 배치되고, 다수의 파장으로 구성된 통과 대역을 가지며, 상기 증폭된 자발 방출광을 필터링함으로써 그 투과 스펙트럼에 따른 다수 채널의 광신호를 생성시키는 코움 필터를 포함하여 구성된다.

도 1은 종래에 따른 광도파로열 격자를 이용한 다파장 광원의 구성을 나타내는 도면,

도 2는 종래에 따른 광섬유 브래그 격자를 이용한 다파장 광원의 구성을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 무편광 다파장 광원의 구성을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 무편광 다파장 광원의 구성을 나타내는 도면.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 무편광 다파장 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 무편광 다파장 광원은 광섬유 증폭부(300)와, 반사기(reflector, 310)와, 코움 필터(comb filter, 320)와, 등화 필터(equalization filter, 410)로 구성된다. 이하, 이해의 편이를 위하여 ASE의 처리 순서에 따라 구성 요소를 기술하기로 한다.

상기 광섬유 증폭부(300)는 후방으로부터 입력된 광신호를 증폭하여 출력하는 기능과, 후방으로 ASE를 출력하는 기능을 수행한다.

상기 코움 필터(320)는 상기 광섬유 증폭부(300)와 상기 반사기(310) 사이에 배치되고, 다수의 파장으로 구성된 통과 대역을 갖는다. 상기 통과 대역은 기본 단위가 되는 자유 분광 영역(Free Spectral Range, FSR)이 연속적으로 반복되는 형태를 나타내며, 상기 코움 필터(320)로서는 삽입 손실이 최소화된 투과 스펙트럼(transmission spectrum)을 나타내는 에탈론 필터(etalon filter)를 사용할 수 있다. 상기 코움 필터(320)는 상기 광섬유 증폭부(300)로부터 입력된 ASE를 필터링함으로써 그 투과 스펙트럼에 따른 다수 채널의 광신호를 생성시킨다.

상기 반사기(310)는 상기 코움 필터(320)의 후방에 위치하며, 상기 코움 필터(320)로부터 입력된 광신호를 되반사시킨다. 상기 반사기(310)로서는 기설정된파장 대역의 광을 반사시키는 광섬유 격자를 사용할 수 있다.

상기 코움 필터(320)는 상기 반사기(310)로부터 입력된 광신호를 재차 필터링하게 되고, 이로 인하여 상기 코움 필터(320)로부터 출력된 광신호는 보다 좁은 선폭을 갖는 채널들로 구성될 수 있으며, 결과적으로 상기 광신호는 보다 개선된 광신호 대 잡음비를 나타내게 된다.

상기 광섬유 증폭부(300)는 제1 및 제2 증폭용 광섬유(amplifying fiber, 330,390)와, 제1 및 제2 펌핑 광원(pumping source, 350,380)과, 제1 및 제2 파장 선택 결합기(wavelength selective coupler, 340,370)와, 제1 및 제2 광아이솔레이터(360,400)로 구성된다.

상기 제1 증폭용 광섬유(330)는 상기 코움 필터(320)로부터 입력된 광신호를 증폭하여 출력하며, 상기 제1 및 제2 증폭용 광섬유(330,390)로서는 어븀 첨가 광섬유를 사용할 수 있다.

상기 제1 펌핑 광원(350)은 상기 제1 증폭용 광섬유(330)를 펌핑하기 위한 기설정된 파장의 펌핑광을 출력하며, 상기 제1 및 제2 펌핑 광원(350,380)으로서는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)를 사용할 수 있다.

상기 제1 파장 선택 결합기(340)는 상기 제1 펌핑 광원(350)으로부터 입력된 펌핑광을 상기 제1 증폭용 광섬유(330)로 결합하며, 상기 제1 증폭용 광섬유(330)로부터 입력된 광신호는 통과시킨다. 상기 제1 파장 선택 결합기(340)가 상기 제1 증폭용 광섬유(330)의 전방에 위치함에 따라서 상기 제1 증폭용 광섬유(330)는 후방 펌핑(또는, 역방향 펌핑이라고도 함)된다. 상기 제1 및 제2 파장 선택결합기(340,370)로서는 파장 다중 커플러(wavelength division multiplexing coupler)를 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 제1 펌핑 광원(350)에서 출력된 펌핑광은 1차로 ASE를 생성하는데 사용되고, 2차로 광신호를 증폭하는데 사용되기 때문에, 광출력을 낭비하지 않는 효율 좋은 다파장 광원을 구성할 수 있음을 알 수 있다.

상기 제1 광아이솔레이터(360)는 상기 제1 파장 선택 결합기(340)의 전방에 위치하며, 후방으로부터 입력된 광신호는 통과시키며, 전방으로부터 입력된 광은 차단한다.

상기 제2 증폭용 광섬유(390)는 상기 제1 광아이솔레이터(360)를 통하여 입력된 광신호를 증폭하여 출력한다.

상기 제2 펌핑 광원(380)은 상기 제2 증폭용 광섬유(390)를 펌핑하기 위한 기설정된 파장의 펌핑광을 출력한다.

상기 제2 파장 선택 결합기(370)는 상기 제1 광아이솔레이터(360)와 상기 제2 증폭용 광섬유(390) 사이에 배치되며, 상기 제2 펌핑 광원(380)으로부터 입력된 펌핑광과 상기 제1 광아이솔레이터(360)로부터 입력된 광신호를 상기 제2 증폭용 광섬유(390)에 결합시킨다. 상기 제2 파장 선택 결합기(370)가 상기 제2 증폭용 광섬유(390)의 후방에 위치함에 따라서 상기 제2 증폭용 광섬유(390)는 전방 펌핑(또는, 순방향 펌핑이라고도 함)된다.

상기 제2 광아이솔레이터(400)는 상기 제2 증폭용 광섬유(390)의 전방에 위치하며, 후방으로부터 입력된 광신호는 투과시키며, 전방으로부터 입력된 광은 차단한다.

상기 등화 필터(equalization filter, 410)는 상기 제2 광아이솔레이터(400)의 전방에 위치하며, 입력된 광신호의 이득을 평탄화한다. 상기 광신호는 제1 및 제2 증폭용 광섬유(330,390)의 이득 파형들에 근거하여 증폭되기 때문에 채널별 출력이 균일하지 않을 수 있으므로, 채널별 출력을 균일하게 만들기 위해서 상기 등화 필터(410)를 사용한다. 상기 등화 필터(410)로서는 각각 가우시안 함수(Gaussian-like function) 형태의 손실 파형을 갖는 장주기 광섬유 격자들(long period fiber grating)의 조합체를 사용할 수 있다.

상기 다파장 광원에 있어서, 상기 광신호는 편광성이 없는 ASE를 근원으로 하기 때문에, 이를 필터링하여 증폭한 광신호 또한 편광성이 없다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 무편광 다파장 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 무편광 다파장 광원은 광섬유 증폭부(500)와, 반사기(510)와, 코움 필터(520)와, 등화 필터(650)로 구성된다. 상기 다파장 광원은 도 3에 도시된 다파장 광원에 비하여 양방향 펌핑(즉, 전방 및 후방 펌핑) 구조를 갖는다는 점에서만 차이가 있으므로, 이하 상기 광섬유 증폭부(500)에 대한 설명만 간략히 기술하여 중복 기재를 피하고자 한다.

상기 광섬유 증폭부(500)는 제1 및 제2 증폭용 광섬유(550,610)와, 제1 내지 제4 펌핑 광원(540,570,600,630)과, 제1 내지 제4 파장 선택 결합기(530,560,590,620)와, 제1 및 제2 광아이솔레이터(580,640)로 구성된다.

상기 제1 증폭용 광섬유(550)는 상기 코움 필터(520)로부터 입력된 광신호를증폭하여 출력한다.

상기 제1 및 제2 펌핑 광원(540,570)은 상기 제1 증폭용 광섬유(550)를 펌핑하기 위한 기설정된 파장의 펌핑광을 출력한다.

상기 제1 파장 선택 결합기(530)는 상기 제1 펌핑 광원(540)으로부터 입력된 펌핑광과, 상기 코움 필터(520)로부터 입력된 광신호를 상기 제1 증폭용 광섬유(550)로 결합시킨다. 상기 제1 파장 선택 결합기(530)가 상기 제1 증폭용 광섬유(550)의 후방에 위치함에 따라서 상기 제1 증폭용 광섬유(550)는 전방 펌핑된다.

상기 제2 파장 선택 결합기(560)는 상기 제2 펌핑 광원(570)으로부터 입력된 펌핑광을 상기 제1 증폭용 광섬유(550)로 결합하며, 상기 제1 증폭용 광섬유(550)로부터 입력된 광신호는 통과시킨다. 상기 제2 파장 선택 결합기(560)가 상기 제1 증폭용 광섬유(550)의 전방에 위치함에 따라서 상기 제1 증폭용 광섬유(550)는 후방 펌핑된다.

상기 제1 광아이솔레이터(580)는 상기 제2 파장 선택 결합기(560)의 전방에 위치하며, 후방으로부터 입력된 광신호는 통과시키며, 전방으로부터 입력된 광은 차단한다.

상기 제2 증폭용 광섬유(610)는 상기 제1 광아이솔레이터(580)를 통하여 입력된 광신호를 증폭하여 출력한다.

상기 제3 및 제4 펌핑 광원(600,630)은 상기 제2 증폭용 광섬유(610)를 펌핑하기 위한 기설정된 파장의 펌핑광을 출력한다.

상기 제3 파장 선택 결합기(590)는 상기 제1 광아이솔레이터(580)와 상기 제2 증폭용 광섬유(610) 사이에 배치되며, 상기 제3 펌핑 광원(600)으로부터 입력된 펌핑광과 상기 제1 광아이솔레이터(580)로부터 입력된 광신호를 상기 제2 증폭용 광섬유(610)에 결합시킨다. 상기 제3 파장 선택 결합기(590)가 상기 제2 증폭용 광섬유(610)의 후방에 위치함에 따라서 상기 제2 증폭용 광섬유(610)는 전방 펌핑된다.

상기 제4 파장 선택 결합기(620)는 상기 제2 증폭용 광섬유(610)의 전방에 위치하며, 상기 제4 펌핑 광원(630)으로부터 입력된 펌핑광은 상기 제2 증폭용 광섬유(610)에 결합시키고, 상기 제2 증폭용 광섬유(610)로부터 입력된 광신호는 통과시킨다. 상기 제4 파장 선택 결합기(620)가 상기 제2 증폭용 광섬유(610)의 전방에 위치함에 따라서 상기 제2 증폭용 광섬유(610)는 후방 펌핑된다.

상기 제2 광아이솔레이터(640)는 상기 제4 파장 선택 결합기(620)의 전방에 위치하며, 후방으로부터 입력된 광신호는 투과시키며, 전방으로부터 입력된 광은 차단한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무편광 다파장 광원은 편광성이 없는 ASE를 근원으로 하며 이를 필터링하여 증폭한 광신호를 출력함으로써, 종래보다 동작이 안정적이며 높은 광출력을 가지게 된다는 이점이 있다. 또한, 이러한 무편광 다파장 광원의 사용으로 인하여 광소자 및 시스템 측정이 편리해지고, 가입자망의 구성시 광원으로 사용할 수 있어 효율적이고 경제적인 전송 시스템을 구성할 수 있을 뿐 아니라, 새로운 전송망 구조의 고안도 가능하게 한다.

Claims

서로 다른 파장을 갖는 다수의 채널로 구성된 광신호를 출력하는 다파장 광원에 있어서,

희토류 원소의 유도 방출을 이용하여 후방으로부터 입력된 광신호를 증폭하며, 후방으로 증폭된 자발 방출광을 출력하는 광섬유 증폭부와;

상기 광섬유 증폭부의 후방에 위치하며, 입력된 광신호를 되반사시키는 반사기와;

상기 광섬유 증폭부와 상기 반사기 사이에 배치되고, 다수의 파장으로 구성된 통과 대역을 가지며, 상기 증폭된 자발 방출광을 필터링함으로써 그 투과 스펙트럼에 따른 다수 채널의 광신호를 생성시키는 코움 필터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 무편광 다파장 광원.
제1항에 있어서,

상기 광섬유 증폭부의 전방에 위치하며, 입력된 광신호의 이득을 평탄화하는 등화 필터를 더 포함함을 특징으로 하는 무편광 다파장 광원.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광섬유 증폭부는,

상기 코움 필터로부터 입력된 광신호를 증폭하여 출력하는 제1 증폭용 광섬유와;

상기 제1 증폭용 광섬유를 펌핑하기 위한 펌핑광을 출력하는 제1 펌핑 광원과;

상기 제1 펌핑 광원으로부터 입력된 펌핑광을 상기 제1 증폭용 광섬유로 결합하기 위한 제1 파장 선택 결합기와;

상기 제1 증폭용 광섬유의 전방에 위치하며, 후방으로부터 입력된 광은 투과시키며, 전방으로부터 입력된 광은 차단하는 제1 광아이솔레이터와;

상기 광아이솔레이터를 통하여 입력된 광신호를 증폭하여 출력하는 제2 증폭용 광섬유와;

상기 제2 증폭용 광섬유를 펌핑하기 위한 펌핑광을 출력하는 제2 펌핑 광원과;

상기 제2 펌핑 광원으로부터 입력된 펌핑광을 상기 제2 증폭용 광섬유로 결합하기 위한 제2 파장 선택 결합기와;

상기 제2 증폭용 광섬유의 전방에 위치하며, 후방으로부터 입력된 광은 투과시키며, 전방으로부터 입력된 광은 차단하는 제2 광아이솔레이터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 무편광 다파장 광원.
제3항에 있어서,

상기 제1 파장 선택 결합기는 상기 제1 증폭용 광섬유와 상기 제1 광아이솔레이터 사이에 배치되고, 상기 제2 파장 선택 결합기는 상기 제1 광아이솔레이터와 상기 제2 증폭용 광섬유 사이에 배치됨을 특징으로 하는 무편광 다파장 광원.
제4항에 있어서, 상기 광섬유 증폭부는,

상기 제1 증폭용 광섬유를 펌핑하기 위한 광을 출력하는 제3 펌핑 광원과;

상기 코움 필터와 상기 제1 증폭용 광섬유 사이에 배치되며, 상기 제3 펌핑 광원으로부터 입력된 광을 상기 제1 증폭용 광섬유로 결합하기 위한 제3 파장 선택 결합기와;

상기 제2 증폭용 광섬유를 펌핑하기 위한 광을 출력하는 제4 펌핑 광원과;

상기 제1 광아이솔레이터와 상기 제2 증폭용 광섬유 사이에 배치되며, 상기 제4 펌핑 광원으로부터 입력된 광을 상기 제2 증폭용 광섬유로 결합하기 위한 제4 파장 선택 결합기를 더 포함함을 특징으로 하는 무편광 다파장 광원.