KR100458678B1 - 이득제공 방식의 광파워 평탄화기 - Google Patents

이득제공 방식의 광파워 평탄화기 Download PDF

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Abstract

신호광을 증폭시키면서 광채널 출력 평탄화 또는 이득 평탄화를 구현할 수 있는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기에 관해 개시하고 있다. 광채널별로 다른 감쇠를 줌으로써 광파워 평탄화를 구현한 종래기술에 반해 본 발명의 광파워 평탄화기의 주요한 특징은 광채널별로 서로 다른 광이득을 가함으로써 광파워 평탄화를 구현한다는 것이다. 본 발명에 따르면, 신호 대 잡음비를 악화시키지 않고 광채널의 출력을 평탄하게 나아가서는 원하는 대로 제어할 수 있다.

Description

이득제공 방식의 광파워 평탄화기 {Gain-providing optical power equalizer}
본 발명은 광파워 평탄화기에 관한 것으로, 특히 신호광을 증폭시키면서 광채널 출력 평탄화 또는 이득 평탄화를 구현할 수 있는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기에 관한 것이다.
일반적으로 광통신 시스템에서 널리 사용되는 광증폭기들은 서로 다른 채널(파장)에 대해 이득이 달리 나타나는 특성을 갖는다. 이와 같이 어떤 한 채널이 다른 채널에 비해 작은 이득특성을 갖거나, 큰 이득특성을 갖는다면 문제가 발생할 수 있다. 그 이유는, 광증폭 시스템에서 신호가 감쇠되거나 반복적으로 재증폭될경우, 채널 간의 서로 다른 이득차이가 누적되어 더욱 심해지고, 결국 시스템에 손상을 가할 수 있기 때문이다. 따라서, 서로 다른 채널(파장)에 대해 동일한 이득을 갖게 하는 이득 평탄화(Gain flattening)가 필요하다.
기존에는 이러한 이득 평탄화를 위해, 광증폭기를 구성하고 있는 이득매질의 조성을 변조하거나, 이득 평탄용 필터를 사용하는 고정적인 방법을 사용한 바 있었다. 그러나, 광증폭기들의 주위 환경이 변화하였을 때 광증폭기들의 이득특성도 이에 따라 가변되는데 상기한 고정적인 방법은 그 변화에 대한 능동적인 대처를 하기 어렵다는 문제점을 갖는다.
따라서, 현재 광채널의 출력을 가변적으로 평탄화시키는 동적 광이득 평탄화기(Dynamic Gain Equalizer)가 제안되어 있다. 이러한 광이득 평탄화기는, 합파된 광원을 파장별로 분리시키는 분파기와, 분리된 광파워를 채널별로 감쇠시키는 감쇠기 어레이와, 감쇠기에 의해 평탄화된 신호채널들을 합하여 주는 광합파기로 구성된다. 이러한 구조에 있어서, 광합파기와 광분파기의 대칭성을 이용하여 그 대칭중심에 반사체를 놓거나, 혹은 광위상차의 변화를 유도하여 광감쇠를 유도하는 기술 등은 앞서 기술한 동적 광이득 평탄화기의 변형으로서, 그 원리에 있어서는 서로 동일하며 모두 광감쇠에 기반을 두고 있다. 이러한 광이득 평탄화기는 광감쇠에 기반을 두고 있기 때문에 손실형 광이득 평탄화기라고도 불릴 수 있는데, 이는 여러 가지 방식으로 구현이 가능하다. 즉, 벌크 격자, 어레이형 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating; AWG) 또는 유전 필터(dielectric filter) 등을 사용하는 광합파기 및 광분파기의 구성방식에 따라, 또한 위상간섭 또는 감쇠기 어레이 등을 사용하는 감쇠방식에 따라 다양한 방식의 구현이 가능하다. 그런데, 신호광의 감쇠는 일반적으로 통신 시스템에서 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)의 악화를 야기하므로, 시스템 설계의 입장에서는 신호광이 감쇠되지 않는 상태에서의 광채널 출력 평탄화 또는 이득 평탄화가 요구된다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 신호광을 증폭시키면서 광채널별 파워의 평탄화를 구현할 수 있는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 광섬유 증폭기와 같이 현재 상용화된 고가의 증폭기의 어레이를 사용하지 않고 광채널별 파워의 평탄화를 구현할 수 있는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기를 제공하는 것이다.
도 1은 상부 펌핑방식을 적용한 광도파로 증폭기의 개략도;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광파워 평탄화기의 개략적 구성도; 및
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광파워 평탄화기의 개략적 구성도이다.
상기의 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 이득제공 방식의 광파워 평탄화기는, 광채널별로 출력되는 신호광의 파워가 평탄하지 않는 경우에 이를 평탄화시키는 광파워 평탄화기로서; 광채널별로 평탄하지 않은 파워를 가진 신호광을 광채널별로 분리시키는 분파기; 상기 분파기에 의해 광채널별로 분리된 신호광들이 통과하도록 마련된 복수개의 광경로; 희토류 원소가 도핑된 실리카 계열 물질로 이루어진 광도파로와 상기 광도파로 각각의 수직 상부에서 광을 조사하는 상부 펌프광원을 포함하여, 상기 광경로 각각에 설치되어 채널별로 서로 다른 이득을 주어 상기 신호광의 채널별 파워를 평탄화하는 광도파로 증폭기 어레이; 및 상기 광증폭기 어레이에 의해 평탄화된 광채널별 신호광들을 합하여 주는 광합파기; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 분파기, 합파기 및 광도파로 증폭기 어레이 중의 적어도 어느 하나는 PLC 형태로 만들 수도 있다.
상기 제1측면에 따른 광파워 평탄화기는, 상기 광도파로 증폭기 어레이에 의해 평탄화된 파워를 채널별로 측정하는 파워측정기; 및 상기 파워측정기의 파워측정결과 평탄화가 소정 기준에 미달할 경우, 상기 광도파로 증폭기 어레이의 채널별 증폭강도를 조절하는 제어기; 를 더 구비할 수도 있다.
상기의 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따른 이득제공 방식의 광파워 평탄화기는, 광채널별로 평탄하지 않은 파워를 가진 신호광을 정해진 일 방향으로만 진행시키기 위한 광 회전기; 상기 광 회전기를 통과한 신호광의 파워는 광채널별로 분리시키는 동시에 이와 반대방향으로 자신에게 입사된 신호채널들은 합하여 주는 역할을 모두 수행하는 분파/합파기; 상기 분파/합파기에 의해 분리되거나 이에 의해 합쳐질 광파워들이 통과하도록 마련된 복수의 광경로들; 희토류 원소가 도핑된 실리카 계열 물질로 이루어진 광도파로와 상기 광도파로 각각의 수직 상부에서 광을 조사하는 상부 펌프광원을 포함하여, 상기 광경로 각각의 끝부분에 설치되어 채널별로 서로 다른 이득을 주어 상기 신호광의 채널별 파워를 평탄화하는 광도파로 증폭기 어레이; 및 상기 광증폭기 어레이의 각 유닛의 단부에 설치되어 증폭된 광을 반사시키는 반사기; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 분파기, 합파기 및 광도파로 증폭기 어레이 중의 적어도 어느 하나는 PLC 형태로 만들 수도 있다.
상기 2측면에 따른 광파워 평탄화기는, 상기 광도파로 증폭기 어레이에 의해 평탄화된 파워를 채널별로 측정하는 파워측정기; 및 상기 파워측정기의 파워측정결과 평탄화가 소정 기준에 미달할 경우, 상기 광도파로 증폭기 어레이의 채널별 증폭강도를 조절하는 제어기를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명에 중요하게 작용하는 상부 펌핑방식을 적용한 광도파로 증폭기를 도 1에 나타내어 그 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 실리카로 이루어진 하부 클래딩층(110)이 형성되어 있고, 그 위에 나노결정과 희토류 원소가 공동 도핑된 실리카 계열물질로 이루어진 코어층이 도파로(120)로서 형성되어 있다. 이 도파로(120) 위에는 다시 실리카로 이루어진 상부 클래딩층(130)이 형성되어 있다. 도파로(120)의 상부에는 광대역 광원(미도시)이 설치되어 위에서부터 펌핑광을 도파로(120)에 쪼여준다. 도파로(120) 내부로 들어간 광은 나노결정의 전공결합을 일으키고 이에 의해 희토류 원소들이 여기된다. 입력광이 여기된 희토류 원소들로부터 에너지를 받아 도파로(120)를 통과하면서 증폭되어 출력광으로 나오게 된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광파워 평탄화기의 개략적 구성도이다.
도 2를 참조하면, 평면 격자(planar grating)로 이루어진 디멀티플렉서(200)에 광채널별로 평탄하지 않은 파워를 가진 신호광이 입력단(I)을 통해 입력된다. 입력되는 신호광은 주로 광통신 시스템을 통해 전송되거나, 평탄하지 않은 이득곡선을 갖는 광증폭기에 의해 증폭된 다파장 광이다. 서로 다른 파장을 갖는 광신호는 평면격자인 광분파기 역할을 하는 디멀티플렉서(200)에서 회절에 의해 광채널별로 분리되며, 분리된 광파워는 복수의 광경로들에 해당하는 도파로(210)들로 들어가게 된다. 한편, 평면 격자로 이루어진, 광합파기 역할의 멀티플렉서(202)에서는 정반대의 작용이 일어난다. 도파로(210)의 일부분은 도 1의 설명에 개시된 것과 같은 구조를 가지고 있으며, 상부 펌핑이 가능하도록 각각의 도파로마다 그 상부에는 펌프 광원(212)이 위치하고 있다. 따라서, 이 부분은 상부 펌핑방식의 광 도파로 증폭기 구조로 이루어져 있다. 각각의 펌프 광원(212)은 제어기(250)에 의해 서로 다른 전력(230)을 공급받아서 광의 증폭정도를 도파로(210)마다 다르게 할 수 있다. 따라서, 분리된 광파워가 도파로(210)마다 다르다면, 약한 광파워를 갖는 광은 세게 증폭시키고, 강한 광파워를 갖는 광은 약하게 증폭시킴으로써 평탄화된 이득을 제공하는 광파워 평탄화기를 구현할 수 있다. 이와 같이 평탄화된 채널별 광파워는 멀티플렉서(202)에서 합파되어 출력단(O)을 통해 나가게 된다. 한편, 본 실시예에서는, 출력단(O)을 통해 나가는 신호광의 일부(220)를 커플러(222)에 의해 추출하여 파워측정기 역할을 하는 OSA(Optical Spectrum Analyzer; 240)로 보내어 각 채널별 광파워를 측정한 후 이 정보를 제어기(250)로 보낸다. 제어기(250)에서 출력 광신호의 평탄도가 원하는 수준에 이르지 못했다고 판단할 경우에는 이를 평탄화할 수 있게 채널별 펌프 광원(212)에 공급하는 전력(230)을 조절하게 된다. 따라서, 동적인 광파워 평탄화를 달성할 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 디멀티플렉서(200), 멀티플렉서(202) 및 도파로(210)들은 집적화에 유리하도록 모두 PLC(Planar Lightwave Circuit)의 형태로 만들어지는 것이 좋다.
본 실시예에서는 채널별 광파워를 측정함에 있어서 멀티플렉서(202)에 의해 합쳐진 후 출력단(O)을 통해 나가는 신호광의 일부를 커플러(222)에 의해 추출하는방식을 사용하였으나, 적당한 추출장치가 마련된다면 광 증폭이 완료되고 난 후에 도파로(210)에서 직접 증폭된 광을 추출하는 방식을 사용할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광파워 평탄화기의 개략적 구성도이다.
도 3에 도시된 구조는 도 2에서 디멀티플렉서(200)와 멀티플렉서(202)가 대칭구조를 가지고 있다는 점을 응용한 것이다. 따라서, 도 3에서는 디멀티플렉서와 멀티플렉서의 기능을 모두 가지는 하나의 소자로서 광 분파/합파기(300)가 사용된다. 본 실시예에서도, 광채널별로 평탄하지 않은 파워를 가진 신호광이 입력단(I)을 통해 입력된다. 입력되는 신호광은 주로 광통신 시스템을 통해 전송되거나, 평탄하지 않은 이득곡선을 갖는 광증폭기에 의해 증폭된 다파장 광이다. 입력된 신호광은 이를 정해진 일 방향으로만 진행시키기 위한 광 회전기(310)를 통해 광 분파/합파기(300)로 들어간다. 광 분파/합파기(300)는 광이 광 회전기(310)에서 자신의 방향으로 통과하면 광 분파기의 역할을 하고, 그 반대의 경우에는 광 합파기의 역할을 한다. 따라서, 광 회전기(310)를 통해 광 분파/합파기(300)로 들어간 광은 광채널별로 분리되며, 분리된 광파워는 복수의 광경로들에 해당하는 도파로(320)들로 들어가게 된다. 도파로(320)의 끝 부분은 도 1의 설명에 개시된 것과 같은 구조를 가지고 있으며, 상부 펌핑이 가능하도록 각각의 도파로마다 그 상부에는 펌프 광원(330)이 위치하고 있다. 따라서, 이 부분은 상부 펌핑방식의 광 도파로 증폭기 어레이 구조로 이루어져 있다. 각각의 펌프 광원(330)은 제어기(350)에 의해 서로 다른 전력(360)을 공급받아서 광의 증폭정도를 도파로(320)마다 다르게 할 수 있다. 따라서, 분리된 광파워가 도파로(320)마다 다르다면, 약한 광파워를 갖는 광은세게 증폭시키고, 강한 광파워를 갖는 광은 약하게 증폭시킴으로써 이득을 제공하는 광파워 평탄화기를 구현할 수 있다. 또한, 도파로(320)의 단부까지 펌프 광원(330)을 위치시키면서 이곳에 반사경(340)을 설치하여 1차로 증폭된 광파워들이 반사에 의해 되돌아가면서 다시 2차로 증폭되게 하였다. 이렇게 2번의 증폭을 거쳐 광 분파/합파기(300)로 되돌아간 광파워들은 광 분파/합파기(300)에 의해 합파된 후 출력단(O)으로 진행한다. 한편, 출력단(O)을 통해 나가는 신호광의 일부는 커플러(322)에 의해 추출하여 파워측정기 역할을 하는 OSA(380)로 보내어 각 채널별 광파워를 측정한 후 이 정보를 제어기(350)로 보낸다. 제어기(350)에서 출력 광신호의 평탄도가 원하는 수준에 이르지 못했다고 판단할 경우에는 이를 평탄화할 수 있게 채널별 펌프 광원(330)에 공급하는 전력(360)을 조절하게 된다. 따라서, 동적인 광파워 평탄화를 달성할 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 광 분파/합파기(300) 및 도파로(320)들은 모두 PLC(Planar Lightwave Circuit)의 형태로 만들어지는 것이 좋다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예가 설명되었으나 이는 한정적인 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기에 대해서만 설명하였으나, 광도파로의 길이에 따라 광 흡수에 따른 감쇠가 발생하므로 펌프 광을 동작시키지 않고, 광도파로의 길이를 채널별 광파워에 따라 다르게 구성한다면 본 발명의 광파워 평탄화기를 이득방식이 아닌 손실방식으로도 사용할 수 있음은 당연하다. 즉, 본 발명의 광파워 평탄화기를 종래기술과 동일한 방식으로도 사용할 수 있다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따르면 신호 대 잡음비를 악화시키지 않고 광채널의 출력을 평탄하게 나아가서는 원하는 대로 제어할 수 있다.

Claims (11)

  1. 광채널별로 출력되는 신호광의 파워가 평탄하지 않는 경우에 이를 평탄화시키는 광파워 평탄화기에 있어서,
    광채널별로 평탄하지 않은 파워를 가진 신호광을 광채널별로 분리시키는 분파기;
    상기 분파기에 의해 광채널별로 분리된 신호광들이 통과하도록 마련된 복수개의 광경로;
    희토류 원소가 도핑된 실리카 계열 물질로 이루어진 광도파로와 상기 광도파로 각각의 수직 상부에서 광을 조사하는 상부 펌프광원을 포함하여, 상기 광경로 각각에 설치되어 채널별로 서로 다른 이득을 주어 상기 신호광의 채널별 파워를 평탄화하는 광도파로 증폭기 어레이; 및
    상기 광증폭기 어레이에 의해 평탄화된 광채널별 신호광들을 합하여 주는 광합파기; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기.
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  6. 제1항에 있어서, 상기 분파기, 합파기 및 광도파로 증폭기 어레이 중의 적어도 어느 하나가 PLC 형태인 것을 특징으로 하는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광도파로 증폭기 어레이에 의해 평탄화된 파워를 채널별로 측정하는 파워측정기; 및 상기 파워측정기의 파워측정결과 평탄화가 소정 기준에 미달할 경우, 상기 광도파로 증폭기 어레이의 채널별 증폭강도를 조절하는 제어기; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기.
  8. 광채널별로 평탄하지 않은 파워를 가진 신호광을 정해진 일 방향으로만 진행시키기 위한 광 회전기;
    상기 광 회전기를 통과한 신호광의 파워를 광채널별로 분리시키는 동시에 이와 반대방향으로 자신에게 입사된 신호채널들은 합하여 주는 역할을 모두 수행하는 분파/합파기;
    상기 분파/합파기에 의해 분리되거나 이에 의해 합쳐질 광파워들이 통과하도록 마련된 복수개의 광경로;
    희토류 원소가 도핑된 실리카 계열 물질로 이루어진 광도파로와 상기 광도파로 각각의 수직 상부에서 광을 조사하는 상부 펌프광원을 포함하여, 상기 광경로 각각의 끝부분에 설치되어 채널별로 서로 다른 이득을 주어 상기 신호광의 채널별 파워를 평탄화하는 광도파로 증폭기 어레이; 및
    상기 광도파로 증폭기 어레이 각각의 단부에 설치되어 증폭된 광을 반사시키는 반사기; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 분파기, 합파기 및 광도파로 증폭기 어레이 중의 적어도 어느 하나가 PLC 형태인 것을 특징으로 하는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기.
  11. 제8항에 있어서, 상기 광도파로 증폭기 어레이에 의해 평탄화된 파워를 채널별로 측정하는 파워측정기; 및 상기 파워측정기의 파워측정결과 평탄화가 소정 기준에 미달할 경우 상기 광도파로 증폭기 어레이의 채널별 증폭강도를 조절하는 제어기; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이득제공 방식의 광파워 평탄화기.
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