KR100475510B1

KR100475510B1 - Gain and Noise figure improving Method for Erbium-doped fiber amplifier with double-pass using a polarization beam splitter and mirror

Info

Publication number: KR100475510B1
Application number: KR10-2002-0045926A
Authority: KR
Inventors: 송재원; 손익부
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2002-07-27
Filing date: 2002-07-27
Publication date: 2005-03-10
Also published as: KR20020070225A

Abstract

본 발명은 편광 분리기(PBS: Polarization Beam Splitter)와 거울(mirror)을 이용하여 초고속 광통신을 위한 파장분할 다중화(WDM: Wavelength Division Multiplexing)에 응용할 수 있는 이득(gain)과 잡음지수(NF: Noise Figure)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier) 구현에 관한 것이다. 본 발명은 편광 분리기(PBS)와 거울(mirror)을 이용하여 신호 광을 서로 다른 두 편광의 신호 광으로 분리하여 어븀 첨가 광섬유(EDF)를 왕복하면서 증폭한 후에 다시 합치는 과정에서 잡음의 원인이 되는 증폭 자발방출(ASE: Amplified Spontaneous Emission)의 50%를 제거함으로써 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)를 구현하고자 한다.According to the present invention, a gain and noise figure (NF) that can be applied to wavelength division multiplexing (WDM) for high-speed optical communication using a polarization beam splitter (PBS) and a mirror (mirror) The present invention relates to an Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) with improved double-pass. According to the present invention, the signal light is separated into two different polarized signal light using a polarization splitter (PBS) and a mirror to amplify while reciprocating the erbium-doped optical fiber (EDF), and then recombine. By eliminating 50% of the Amplified Spontaneous Emission (ASE), the optical fiber amplifier (EDFA) has a double-pass with improved gain and noise figure (NF).

Description

Gain and Noise figure improving Method for Erbium-doped fiber amplifier with double-pass using a polarization beam splitter and mirror}

오늘날 광통신 시스템은 광통신의 고속화를 위한 파장분할 다중화(WDM)의 필요성이 매우 증대되고 있다. 고속 장거리 광통신의 혁신은 광섬유 증폭기(EDFA)가 개발되면서 시작되었다. 광섬유 증폭기(EDFA)는 광섬유 자체가 증폭 매질이기 때문에 삽입손실이 매우 작고 편광상태에 무관한 증폭특성을 보이기 때문에 시스템 응용 면에서 반도체 증폭기에 비하여 매우 유리하다. 광섬유 증폭기(EDFA)는 어븀 이온을 실리카 유리에 도핑하여 광섬유를 제조하고, 광으로 여기(pump)하여 어븀 이온의 에너지 준위를 여기 상태로 천이 시키면 지나가는 신호 광이 유도방출(stimulated emission)에 의하여 증폭이 발생하게 된다. 광섬유 증폭기(EDFA)의 잡음특성은 입력 단 근처에서 발생하는 자발방출(spontaneous emission)이 출력 단으로 진행하면서 증폭되어 증폭 자발방출(ASE)이라고 하는 잡음을 발생하게 된다. 광섬유 증폭기(EDFA)의 잡음지수(NF)는 증폭기 입력 단에서의 신호 대 잡음비와 출력 단에서의 신호 대 잡음비와의 비를 나타낸다. 이득(gain)과 잡음지수(NF)는 광섬유 증폭기(EDFA)에서 중요한 특성 중의 하나이다. 여기 광의 세기(pump power intensity), 어븀 첨가 광섬유(EDF)의 길이, 그리고 광섬유 증폭기(EDFA)의 구조를 변화시켜서 광섬유 증폭기(EDFA)의 이득(gain)을 향상시키려는 연구와 필터(filter)나 아이솔레이터(isolator)를 이용하여 불필요한 증폭 자발방출(ASE)을 제거함으로써 잡음지수(NF)를 개선하려는 많은 연구가 진행되고 있다.In today's optical communication systems, the need for wavelength division multiplexing (WDM) is increasing. Innovation in high-speed, long-distance optical communications began with the development of fiber-optic amplifiers (EDFAs). Since the optical fiber itself is an amplification medium, the optical fiber amplifier (EDFA) has a very small insertion loss and shows an amplification characteristic irrespective of the polarization state. An optical fiber amplifier (EDFA) produces an optical fiber by doping erbium ions into silica glass, and excites it with light to shift the energy level of the erbium ions into an excited state, thereby amplifying the signal light passing through by stimulated emission. This will occur. Noise characteristics of the optical fiber amplifier (EDFA) are amplified by spontaneous emission occurring near the input stage to the output stage to generate a noise called amplified spontaneous emission (ASE). The noise figure (NF) of an optical fiber amplifier (EDFA) represents the ratio of the signal-to-noise ratio at the amplifier input stage and the signal-to-noise ratio at the output stage. Gain and noise figure (NF) are one of the important characteristics in EDFA. Research and filters or isolators to improve the gain of an optical fiber amplifier (EDFA) by changing the excitation light intensity, the length of the erbium-doped fiber (EDF), and the structure of the optical fiber amplifier (EDFA). Many studies have been conducted to improve the noise figure (NF) by eliminating unnecessary amplification spontaneous emission (ASE) using isolators.

본 발명은 편광 분리기(PBS)와 거울(mirror)을 이용하여 입력 신호 광을 서로 다른 두 편광의 신호 광으로 분리하여 증폭 매질을 왕복하면서 증폭한 후에 다시 합치는 과정에서 신호 광의 편광과 일치하지 않는 증폭 자발방출(ASE)의 50%를 제거하여 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)를 구현하는 것이다.The present invention does not coincide with the polarization of the signal light in the process of splitting the input signal light into two different polarized signal light using a polarization splitter (PBS) and a mirror and reciprocating the amplification medium after amplification By eliminating 50% of amplified spontaneous emission (ASE), a fiber amplifier (EDFA) with a double-pass with improved gain and noise figure (NF) is achieved.

본 발명은 편광 분리기(PBS)와 거울(mirror)을 이용하여 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)를 구현 하고자 한다. 편광 분리기(PBS)는 입력 신호 광을 서로 다른 두 편광의 신호 광으로 분리시키고, 분리된 두 편광의 신호 광은 거울(mirror)에 의하여 어븀 첨가 광섬유(EDF)를 왕복하면서 파장 분할 다중화기(WDM)를 통해서 입사되는 여기(pump) 광에 의해서 이중으로 증폭되기 때문에 이득(gain)을 향상시킬 수 있다. 이렇게 증폭된 두 편광의 신호 광은 다시 편광 분리기(PBS)를 통해서 출력 단으로 합쳐지게 된다. 이 때 증폭과정에서 발생한 증폭 자발방출(ASE)은 편광 분리기(PBS)에 의해서 신호 광과 편광이 일치하지 않는 50%의 증폭 자발방출(ASE)이 제거되어 증폭 자발방출(ASE) 성분들간의 비트(beat) 잡음(noise)을 줄이게 된다. 이와 같이, 본 발명은 편광 분리기(PBS)와 거울(mirror)에 의해서 신호 광은 서로 다른 두 편광의 신호 광으로 분리되어 증폭 매질을 왕복하면서 이중으로 증폭된 후에 다시 합쳐지지만 신호 광의 편광과 일치하지 않는 증폭 자발방출(ASE)의 50%는 제거되어 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)를 구현할 수 있다.The present invention is to implement an optical fiber amplifier (EDFA) having a double-pass (gain) and improved noise figure (NF) by using a polarizer (PBS) and a mirror (mirror). The polarization splitter (PBS) separates the input signal light into two different polarized signal lights, and the two split polarized signal lights are reciprocated through the erbium-doped optical fiber (EDF) by a mirror, and the wavelength division multiplexer (WDM) The gain can be improved because it is amplified by the doubled excitation light. The amplified signal light of the two polarized light is then merged back to the output terminal through the polarization separator (PBS). In this case, the amplification spontaneous emission (ASE) generated during the amplification process is removed by the polarization splitter (PBS) to remove 50% of the amplification spontaneous emission (ASE) inconsistent with the signal light. (beat) Reduces noise. As described above, in the present invention, the signal light is separated into two different polarized signal lights by a polarization splitter (PBS) and a mirror, and then amplified in duplicate while reciprocating the amplification medium. 50% of the non-amplified spontaneous emission (ASE) can be eliminated to create an optical fiber amplifier (EDFA) with a double-pass with improved gain and noise figure (NF).

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에서 제안한 4 포트용 편광 분리기(PBS)와 패러데이 거울(Faraday mirror)을 이용하여 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)의 구성도 이다. 입력 신호 광은 편광 분리기(PBS)(2)에 의하여 서로 다른 두 편광의 신호 광으로 분리된다. 이렇게 분리된 두 편광의 신호 광은 패러데이 거울(Faraday mirror)(7)에 의하여 어븀 첨가 광섬유(EDF)(6)를 왕복하면서 파장 분할 다중화기(WDM)(4)를 통해서 입사된 여기(pump) 광에 의해서 이중으로 증폭되고 각각의 편광은 90°회전하여 서로 반대 편광으로 바뀌게 된다. 이렇게 증폭되고 편광이 바뀐 두 편광의 신호 광은 다시 편광 분리기(PBS)(2)를 통해서 출력 단으로 합쳐지게 된다. 이 때 증폭 과정에서 발생한 증폭 자발방출(ASE) 중에서 신호 광과 편광이 일치하지 않는 50%가 제거된다. 그 결과로 기존의 광섬유 증폭기(EDFA)에 비해서 이중으로 증폭하고 증폭 자발방출(ASE) 성분들간의 비트(beat) 잡음(noise)이 감소하여 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)를 구현할 수 있다. 도 2는 본 발명에서 제안한 3 포트용 편광 분리기(PBS), 거울(mirror), 그리고 서큘레이터(circulator)를 이용하여 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)의 구성도 이다. 입력 단에서 신호 광이 편광분리기(PBS)(3)에 의하여 각각 서로 다른 두 편광의 신호 광으로 분리된다. 서로 다른 두 편광의 신호 광은 거울(mirror)(8)에 의해서 어븀 첨가 광섬유(EDF)(6)를 왕복하면서 이중으로 증폭된다. 이렇게 증폭된 두 편광의 신호 광은 다시 편광 분리기(PBS)(3)에 의해서 입력 단으로 합쳐서 나가게 되고, 서큘레이터(circulator)(9)에 의해서 증폭된 두 편광의 신호 광은 출력 단으로 보내지게 된다. 이 때 증폭 과정에서 발생한 증폭 자발방출(ASE)은 편광 분리기(PBS)(3)에 의해서 신호 광의 편광과 일치하지 않는 50%가 제거된다. 그 결과로 기존의 광섬유 증폭기(EDFA)에 비해서 이중으로 증폭하고 증폭 자발방출(ASE) 성분들간의 비트(beat) 잡음(noise)이 감소하여 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)를 구현할 수 있다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings as follows. 1 is a fiber amplifier (EDFA) having a double-pass with improved gain and noise figure (NF) using a 4-port polarization splitter (PBS) and Faraday mirror proposed in the present invention. ) Is the configuration diagram. The input signal light is separated into signal light of two different polarizations by a polarization splitter (PBS) 2. The two polarized signal lights are separated through a wavelength division multiplexer (WDM) 4 while reciprocating the erbium-doped optical fiber (EDF) 6 by a Faraday mirror 7. The light is amplified double and each polarized light is rotated by 90 ° to be reversed to each other. The amplified and polarized signal light of two polarizations is then merged back to the output stage through the polarization separator (PBS) (2). At this time, 50% of the amplified spontaneous emission (ASE) generated during the amplification process is inconsistent with the signal light and the polarization is removed. The result is a dual path that doubles the conventional fiber amplifier (EDFA) and improves gain and NF by reducing beat noise between amplified spontaneous emission (ASE) components. optical fiber amplifier (EDFA) with double-pass. FIG. 2 illustrates a double-pass with improved gain and noise figure (NF) using a 3-port polarization splitter (PBS), a mirror, and a circulator. It is a block diagram of the optical fiber amplifier (EDFA) which has. At the input end, the signal light is separated into two different polarized signal lights by means of a polarizer (PBS) 3. The signal light of two different polarizations is double amplified while reciprocating the erbium-doped optical fiber (EDF) 6 by a mirror 8. The signal light of the two polarized signals amplified in this way is again combined by the polarization separator (PBS) 3 to the input stage, and the signal light of the two polarized signals amplified by the circulator 9 is sent to the output stage. do. At this time, the amplification spontaneous emission (ASE) generated in the amplification process is removed by the polarization splitter (PBS) (3) 50% that does not match the polarization of the signal light. The result is a dual path that doubles the conventional fiber amplifier (EDFA) and improves gain and NF by reducing beat noise between amplified spontaneous emission (ASE) components. optical fiber amplifier (EDFA) with double-pass.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 편광 분리기(PBS)와 거울(mirror)을 이용하여 신호 광을 서로 다른 두 편광의 신호 광으로 분리하여 증폭 매질을 왕복하며 이중으로 증폭한 후에 다시 편광 분리기(PBS)에 의해서 신호광은 그대로 합쳐지고 신호 광의 편광과 일치하지 않는 증폭 자발방출(ASE)의 50%가 제거되어 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)를 구현할 수 있다. 나아가서 본 발명에서 제안된 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)는 초고속 광통신을 위해서 반드시 필요한 파장 분할 다중화(WDM) 구현에 유용하게 이용될 것이다.As described above, the present invention uses a polarization splitter (PBS) and a mirror to separate the signal light into two different polarized signal lights to reciprocate the amplification medium and double amplify, and then again polarize splitter (PBS). The optical fiber amplifier has a double-pass that combines the signal light as it is and removes 50% of the amplified spontaneous emission (ASE) which does not match the polarization of the signal light, thereby improving gain and noise figure (NF). (EDFA) can be implemented. Furthermore, the EDFA having a double-pass with improved gain and noise figure (NF) proposed in the present invention is useful for implementing wavelength division multiplexing (WDM), which is essential for high speed optical communication. Will be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 4 포트용 편광 분리기(PBS)와 패러데이 거울(Faraday mirror)을 이용하여 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)의 구성도이다.1 shows a double-pass having an improved gain and NF by using a 4-port polarization splitter (PBS) and a Faraday mirror according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram of an optical fiber amplifier (EDFA).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 3 포트용 편광 분리기(PBS), 거울(mirror), 그리고 서큘레이터(circulator)를 이용하여 이득(gain)과 잡음지수(NF)가 향상된 이중 경로(double-pass)를 갖는 광섬유 증폭기(EDFA)의 구성도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a dual path having improved gain and NF by using a 3-port polarization splitter (PBS), a mirror, and a circulator according to an embodiment of the present invention. Fig. 1 shows the configuration of an optical fiber amplifier (EDFA) with a pass.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1 : 신호(signal) 광원(source)1: signal light source

2 : 4 포트용 편광 분리기(4-port PBS)2: 4 port polarization splitter (4-port PBS)

3 : 3 포트용 편광 분리기(3-port PBS)3: polarization splitter for 3-port (3-port PBS)

4 : 여기(Pump) 광원(light source)4: Pump light source

5 : 파장 분할 다중화기(WDM)5: wavelength division multiplexer (WDM)

6 : 어븀 첨가 광섬유(EDF)6: Erbium-doped optical fiber (EDF)

7 : 패러데이 거울(Faraday mirror)7: Faraday mirror

8 : 거울(mirror)8 mirror

9 : 서큘레이터(circulator)9: circulator

10 : 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyser)10: optical spectrum analyzer

Claims

In the gain and noise figure improvement method of the fiber amplifier:

Separating the signal light into two different polarized signal lights through a 4-port polarization splitter (PBS);

Amplifying the separated two polarized signal lights in the erbium-doped optical fiber by excitation light incident through a wavelength division multiplexer (WDM);

Rotating the polarization state by 90 ° while reflecting the amplified two polarized signal lights on a Faraday mirror, respectively;

Two signal lights reflected by the Faraday mirror and polarized by 90 ° are double amplified in the erbium-doped optical fiber by excitation light incident through the wavelength division multiplexer;

After the double amplification step, the two amplified signal lights are merged to the output stage by the four-port polarizer (PBS), and 50% of the amplified spontaneous emission (ASE) that does not match the polarization of the signal light is removed. Gain and noise figure improvement method of the optical fiber amplifier having a dual path using a polarization separator and a mirror, characterized in that comprises a.

In the gain and noise figure improvement method of the fiber amplifier:

The signal light is separated into two different polarized signal light through the three-port polarization separator,

After each of the amplified two polarized signal lights is reflected by a mirror, the amplified optically by the excitation light incident through the wavelength division multiplexer in the erbium-doped optical fiber;

After the double amplification, the two amplified two signal lights are merged into the input terminal by the four-port polarizer (PBS), and 50% of the amplified spontaneous emission which does not match the polarization of the signal light is removed; And,

The dual-amplified and combined two-polarized signal light and 50% of the amplified spontaneous emission is output to the output stage by the circulator comprising a polarization splitter and a mirror having a dual path using a mirror How to improve gain and noise figure.