KR100487190B1 - 라만 광증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라만 광증폭기에 있어서, 그 내부를 진행하는 광신호를 라만 증폭시킨 1차 증폭광을 출력하는 광섬유 증폭기와, 상기 광섬유 증폭기를 라만 펌핑시키기 위한 기설정된 파장의 라만 펌핑광을 출력하고, 상기 1차 증폭광을 증폭한 2차 증폭광을 출력하는 반도체 광증폭기와, 제1 포트에 입력된 상기 1차 증폭광을 제2 포트로 출력하고, 상기 제2 포트에 입력된 상기 2차 증폭광과 상기 라만 펌핑광을 제3 포트로 출력하며, 상기 제3 포트에 재 입력된 상기 라만 펌핑광을 제1 포트로 출력하는 서큘레이터와, 상기 서큘레이터의 제3 포트와 연결되며, 입력된 상기 라만 펌핑광은 반사시키며, 입력된 상기 2차 증폭광은 통과시키는 광섬유 격자를 포함한다.

Description

라만 광증폭기{RAMAN OPTICAL AMPLIFIER}

본 발명은 광통신용 광증폭기에 관한 것으로서, 특히 광신호를 라만 증폭시키기 위한 라만 펌핑 광원 및 광섬유 증폭기를 포함하는 라만 광증폭기에 관한 것이다.

광통신 망들은 광신호를 장거리 전송시키기 위해서, 광신호의 세기를 증폭시킬 수 있는 다양한 형태의 광증폭기를 사용한다. 그러나, 상술한 광증폭기는 광신호의 세기뿐만 아니라, 광신호 내부에 포함된 잡음 또한 증폭시킴으로써, 광신호의 잡음 지수 등을 악화시키는 등의 문제가 있다. 광증폭기는 상술한 바와 같이 광신호의 장거리 전송이 가능하도록 그 세기를 증폭시키는 반면에 광신호가 갖고 있는 잡음 특성 또한 증폭시킬 수 있는 소지를 갖고 있다. 광증폭기의 성능을 좌우할 수 있는 중요한 동작 특성으로는 이득과, 잡음 지수와, 포화 출력 파워 등이 있다.

상술한 광증폭기로는 어븀 첨가 광섬유 증폭기와, 라만 증폭 특성을 이용한 라만 광증폭기 등이 있다. 상술한 어븀 첨가 광섬유는 높은 이득과 낮은 잡음 지수, 큰 포화 출력 파워 등으로 인해 기간 망이나 메트로(Metro) 망 등에 주로 사용된다. 그러나, 상술한 어븀 첨가 광섬유 증폭기는 상술한 바와 같은 많은 장점이 있는 반면에, 가격이 비싸고, 그 크기가 다른 광증폭기에 비해 상대적으로 크다는 등의 문제가 있다. 반면에 반도체 광증폭기는 저렴한 가격과 증폭 대역이 비교적 넓은 점등이 그 장점인 반면에 높음 잡음 특성으로 인해 그 사용이 제한되어왔다. 그러나, 종래에는 라만 광증폭기를 더 포함함으로써, 상술한 문제점을 극복한 라만 광증폭기 등이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 광섬유 증폭기와 라만 펌핑 광원을 포함하는 라만 광증폭기를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 상기 라만 광증폭기는 광섬유 증폭기(110)와, 상기 광섬유 증폭기(110)를 라만 펌핑시키기 위한 라만 펌핑 광원(130)과, 상기 광섬유 증폭기(110)에서 라만 증폭된 광신호를 2차 증폭시키는 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier, 140)와, 제1 아이솔레이터(150)와, 제2 아이솔레이터(160)와, 파장 선택 결합기(Wavelength select coupler,120) 등을 포함한다.

상기 광섬유 증폭기(110)는 기설정된 파장의 라만 펌핑광에 의해 라만 펌핑된 후, 그 내부에 입력된 광신호를 라만 증폭시키게 된다. 상기 광섬유 증폭기(110)로는 단일 모드 광섬유 등을 사용할 수 있다.

상기 제1 아이솔레이터(150)는 증폭시키기 위한 광신호를 상기 광섬유 증폭기(110)로 출력하고, 상기 광섬유 증폭기(110)로부터 상기 제1 아이솔레이터(150) 방향으로 출력된 일부 증폭된 광신호를 차단함으로써 광신호의 손실을 최소화시킨다.

상기 라만 펌핑 광원(130)은 상기 광섬유 증폭기(110)를 라만 펌핑시키기 위한 기결정된 파장의 라만 펌핑광을 출력하는 소자로서, 반도체 레이저 등이 사용 가능하다.

상기 파장 선택 결합기(120)로는 와이 분기(Y-Branch) 구조의 광도파로열 격자 등이 사용 가능하며, 상기 라만 펌핑 광원(130)과, 상기 광섬유 증폭기(110)와, 상기 반도체 광증폭기(140) 각각과 연결되어져 있다. 즉, 상기 파장 선택 결합기(120)는 상기 라만 펌핑 광원(130)에서 출력된 라만 펌핑광을 상기 광섬유 증폭기(110)로 출력하고, 상기 광섬유 증폭기(110)에서 라만 증폭된 광신호를 상기 반도체 광증폭기(140)로 출력한다.

상기 반도체 광증폭기(140)는 상기 광섬유 증폭기(110)에서 라만 증폭된 광신호를 한 번 더 증폭하는 2차 증폭 후 상기 제2 아이솔레이터(160)로 출력한다. 즉, 상기 반도체 광증폭기(140)는 상기 광섬유 증폭기(110)에서 이미 증폭된 광신호를 재차 증폭시킴으로써, 증폭 이득이 향상된다. 또한, 상기 광섬유 증폭기(110)에서 광신호를 라만 증폭시킴으로서 상기 반도체 광증폭기(130)에서 광신호 증폭시 발생하는 잡음 지수를 최소화시킨다.

상기 제2 아이솔레이터(160)는 상기 반도체 광증폭기(140)에서 증폭된 광신호를 그 외부로 출력하고, 외부로부터 상기 제2 아이솔레이터(160)로 입력된 광신호들이 상기 반도체 광증폭기(140)로 입력되는 것을 차단한다.

그러나, 상술한 구조의 라만 광섬유 증폭기는 광섬유 증폭기를 라만 펌핑 시키기 위한 별도의 펌핑 광원을 더 구비해야 하며, 이로 인해 반도체 광증폭기와 펌핑 광원 각각을 구동하기 위한 전력 소모가 증대되는 문제점이 있다. 또한, 반도체 광증폭기와 펌핑 광원을 더 포함하게 됨으로 인한 생산비 증가 및 그 부피가 커지는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 향상된 증폭 효율은 유지하는 반면, 그 크기와 전력 소모를 최소화시킬 수 있는 라만 광증폭기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 라만 광증폭기는,

그 내부를 진행하는 광신호를 라만 증폭시킨 1차 증폭광을 출력하는 광섬유 증폭기와;

상기 광섬유 증폭기를 라만 펌핑시키기 위한 기설정된 파장의 라만 펌핑광을 출력하고, 상기 1차 증폭광을 증폭한 2차 증폭광을 출력하는 반도체 광증폭기와;

제1 포트에 입력된 상기 1차 증폭광을 제2 포트로 출력하고, 상기 제2 포트에 입력된 상기 2차 증폭광과 상기 라만 펌핑광을 제3 포트로 출력하며, 상기 제3 포트에 재 입력된 상기 라만 펌핑광을 제1 포트로 출력하는 서큘레이터와;

상기 서큘레이터의 제3 포트와 연결되며, 입력된 상기 라만 펌핑광은 반사시키며, 입력된 상기 2차 증폭광은 통과시키는 광섬유 격자를 포함한다.

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

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라만 광증폭기의 구성을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 상기 라만 광증폭기는 그 내부를 진행하는 광신호를 1차 증폭시키는 광섬유 증폭기(230)와, 기설정된 파장의 라만 펌핑광을 출력하고, 상기 광섬유 증폭기에서 증폭된 광신호를 다시 증폭하는 반도체 광증폭기(240)와, 상기 반도체 광증폭기(240)와 상기 광섬유 증폭기(230)의 사이에 위치됨으로써 광신호 및 라만 펌핑광의 입출력을 제어하는 서큘레이터(210)와, 상기 서큘레이터와 연결되어져 있는 광섬유 격자(220)를 포함한다.

상기 광섬유 증폭기(230)는 상기 반도체 광증폭기(240)에서 출력된 라만 펌핑광에 의해 라만 펌핑되어지며, 그로 인해 그 내부로 입력된 광신호를 1차 증폭시킨다. 상기 광섬유 증폭기(230)에서 증폭된 1차 증폭광은 라만 증폭된 광신호로서, 상기 서큘레이터(210)로 출력된다. 상기 광섬유 증폭기(230)로는 단일 모드 광섬유 등이 사용 가능하다.

상기 반도체 광증폭기(240)는 기결정된 세기의 라만 펌핑광을 출력하기 위해 그 양끝단에 형성된 기결정된 주기의 브래그 격자들(Bragge Gratting, 241)과, 상기 반도체 광증폭기(240)의 일단에 적층된 고반사 층(242)을 포함함으로써, 상기 광섬유 증폭기(230)를 라만 펌핑시키기 위한 기설정된 파장의 라만 펌핑광과, 상기 1차 증폭광을 증폭한 2차 증폭광을 상기 서큘레이터(210)로 출력한다. 즉, 상기 반도체 광증폭기(240)의 브래그 격자들(241)은 그 내부에서 발생된 기결정된 파장의 광을 기결정된 세기에 도달할 때까지 공진 시키게 된다. 상기 브래그 격자의 사이에서 공진 되던 광이 라만 펌핑광으로서 상기 서큘레이터로 출력된다. 또한, 상기 반도체 광증폭기(240)는 상기 서큘레이터(210)를 통해 그 내부로 입력된 1차 증폭광을 2차 증폭시킨 후, 상기 서큘레이터(210)로 출력한다.

이 때, 상기 반도체 광증폭기(240)의 양 끝단에 성형된 브래그 격자들(241)은 상기 라만 펌핑광을 반사시킬 수 있는 주기를 갖도록 형성됨으로써 상기 반도체 광증폭기(240)에서 증폭된 2차 증폭광은 그 외부로 출력될 수 있다. 또한, 상기 브래그 격자들(241)은 상기 라만 펌핑광을 기설정된 세기에 도달할 때까지 공진 시키는 공진기의 역할을 함으로써, 상기 광섬유 증폭기(230)를 라만 펌핑시킬 수 있는 충분한 세기의 라만 펌핑광을 출력하게 된다. 더욱이, 상기 반도체 광증폭기(240)는 그 일단에 적층된 고반사 층(242)을 포함함으로써, 상기 라만 펌핑광과 상기 2차 증폭광을 상기 서큘레이터로만 출력된다.

상기 서큘레이터(210)는 상기 광섬유 증폭기(230)와 연결된 제1 포트와, 상기 반도체 광증폭기와 연결된 제2 포트와, 상기 광섬유 격자와 연결된 제3 포트를 포함함으로써, 상기 제1 포트에 입력된 상기 1차 증폭광을 제2 포트로 출력하고, 상기 제2 포트에 입력된 상기 2차 증폭광과 상기 라만 펌핑광을 제3 포트로 출력하며, 상기 제3 포트에 재 입력된 상기 라만 펌핑광을 제1 포트로 출력한다. 즉, 상기 서큘레이터(210)는 상기 제1 포트로 입력된 상기 1차 증폭광을 상기 제2 포트로 출력하고, 상기 제2 포트로 입력된 상기 2차 증폭광과 상기 라만 펌핑광을 상기 제3 포트로 출력한다. 또한, 상기 서큘레이터(210)는 격자(220)에서 반사된 상기 라만 펌핑광을 상기 제3 포트로 입력받은 후, 상기 제1 포트로 출력시킨다.

상기 광섬유 격자(220)는 상기 서큘레이터(210)의 제3 포트에 연결된 광섬유(221)와, 상기 라만 펌핑광을 반사시키기 위해 상기 광섬유(221) 상에 형성된 기결정된 주기의 브래그 격자(222)를 포함한다. 상기 브래그 격자(222)는 상기 반도체 광증폭기(240)의 브래그 격자들(241)과 같은 주기를 갖도록 상기 광섬유(221) 상에 형성함으로써, 상기 서큘레이터(210)의 상기 제3 포트에서 출력된 상기 2차 증폭광을 상기 제3 포트로 반사시킨다. 즉, 상기 광섬유 격자(210)와 상기 반도체 광증폭기(240)는 상기 라만 펌핑광을 반사시킬 수 있는 주기의 브래그 격자들(241,222)을 포함한다. 다만, 상기 반도체 광증폭기(240)는 상기 브래그 격자들(241)을 기결정된 간격만큼 상호 이격된 채로 마주보도록 성형함으로써, 상기 반도체 광증폭기(240)의 내부에서 발생된 광을 기결정된 세기를 갖는 라만 펌핑광으로 출력하게 된다.

상기 아이솔레이터(250)는 외부로부터 유입된 광신호를 상기 광섬유 증폭기(230)로 출력하고, 상기 광섬유 증폭기(230)에서 라만 증폭된 상기 1차 증폭광이 그 외부로 출력되는 것을 방지한다.

도 3은 도 2에 도시된 반도체 광증폭기가 1460㎚의 라만 펌핑광을 출력하고, 광섬유 증폭기의 길이가 70㎞일 경우에, 상기 광섬유 증폭기에서 상기 라만 펌핑광의 세기에 따라서 증폭할 수 있는 광신호의 라만 이득 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 라만 이득 스펙트럼을 나타내는 그래프의 x축은 상기 광섬유 증폭기에서 출력되는 광신호의 파장 범위를 나타낸다. 또한, 라만 이득 스펙트럼의 y축은 라만 증폭 이득(㏈)을 나타낸다. 즉, 상술한 라만 이득 스펙트럼은 1460㎚의 파장을 갖는 라만 펌핑광의 세기 변화에 따라서, 상기 광섬유 증폭기가 증폭시킬 수 있는 1560㎚ 파장을 갖는 광신호의 세기 변화를 나타낸다.

상기 라만 펌핑광의 세기가 100㎽일 경우에 라만 증폭된 1560㎚의 광신호는 2.5㏈이상의 세기를 갖으며, 상기 라만 펌핑광의 세기가 150㎽일 경우에 라만 증폭된 1560㎚의 광신호는 4㏈의 세기를 갖으며, 상기 라만 펌핑광의 세기가 200㎽인 경우일 경우에 라만 증폭된 1560㎚의 광신호는 5.5㏈의 세기를 갖으며, 라만 펌핑광의 세기가 250㎽일 경우에 라만 증폭된 1560㎚의 광신호는 7㏈ 정도의 세기를 갖게됨을 나타낸다. 도 3의 라만 이득 스펙트럼의 측정에 사용된 광섬유 증폭기로는 70㎞ 길이의 단일 모드 광섬유를 사용하였다. 상기 광섬유 증폭기는 상기 라만 펌핑광의 세기에 따라서 라만 증폭된 광신호의 세기 또한 변화한다.

본 발명에 따른 라만 광증폭기는 광섬유 증폭기에서 라만 증폭된 1차 증폭광을 출력하고, 상기 1차 증폭광을 상기 반도체 광증폭기에서 2차에 걸쳐 증폭함으로써, 광신호의 증폭 효율을 최대화시키는 이점이 있다. 더욱이, 라만 펌핑 광원을 별도로 구비할 필요가 없으며, 이로 인해 구동 전력 및 그 부피를 최소화시킬 수 있다는 등의 이점이 있다.

본 발명에 따른 라만 광증폭기는 반도체 광증폭기가 라만 펌핑 광원 및 광증폭기의 역할을 동시에 수행함으로써, 생산비가 절감되고 그 부피 또한 축소되는 등의 이점이 있다. 또한, 광섬유 증폭기 및 반도체 광증폭기 각각에서 2차에 걸쳐 광신호를 증폭시킴으로서, 광신호의 증폭 효율이 향상되는 이점이 있다. 더욱이, 반도체 광증폭기가 라만 펌핑 광원의 역할도 수행함으로써, 라만 광증폭기를 구동하기 위한 구동 전류의 소모 또한 감소되는 이점이 있다.

도 1은 종래의 라만 펌핑 광원과 반도체 광증폭기를 포함하는 라만 광증폭기의 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라만 광증폭기의 구성을 나타내는 도면,

도 3은 1460㎚의 라만 펌핑광의 세기에 따른 70㎞의 길이를 갖는 광섬유 증폭기에서 증폭되는 광신호의 세기 변화인 라만 이득 스펙트럼을 나타내는 그래프.

Claims (5)

1. 라만 광증폭기에 있어서,

   그 내부를 진행하는 광신호를 라만 증폭시킨 1차 증폭광을 출력하는 광섬유 증폭기와;

   상기 광섬유 증폭기를 라만 펌핑시키기 위한 기설정된 파장의 라만 펌핑광을 출력하고, 상기 1차 증폭광을 증폭한 2차 증폭광을 출력하는 반도체 광증폭기와;

   제1 포트에 입력된 상기 1차 증폭광을 제2 포트로 출력하고, 상기 제2 포트에 입력된 상기 2차 증폭광과 상기 라만 펌핑광을 제3 포트로 출력하며, 상기 제3 포트에 재 입력된 상기 라만 펌핑광을 제1 포트로 출력하는 서큘레이터와;

   상기 서큘레이터의 제3 포트와 연결되며, 입력된 상기 라만 펌핑광은 반사시키며, 입력된 상기 2차 증폭광은 통과시키는 광섬유 격자를 포함함을 특징으로 하는 라만 광증폭기.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 광섬유 증폭기의 일단에 연결됨으로써, 증폭시키고자 하는 광신호를 상기 광섬유 증폭기로 출력하는 아이솔레이터를 더 포함함을 특징으로 하는 라만 광증폭기.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 반도체 광증폭기는 기결정된 세기의 라만 펌핑광을 출력하기 위해 그 양끝단에 형성된 기결정된 주기의 브래그 격자와, 상기 라만 펌핑광 및 상기 2차 증폭광을 상기 서큘레이터의 제2 포트로 출력하기 위해 그 일단에 적층된 고반사 층을 포함함을 특징으로 하는 라만 광증폭기.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 광섬유 격자는 상기 서큘레이터의 제3 포트에 연결된 광섬유와, 상기 라만 펌핑광을 반사시키기 위해 상기 광섬유 상에 형성된 기결정된 주기의 브래그 격자를 포함함을 특징으로 하는 라만 광증폭기.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 라만 펌핑광의 파장은 라만 증폭되는 광신호의 파장으로부터 약 100㎚ 적은 파장 영역에서 사용 목적에 따라 적절하게 선택함을 특징으로 하는 라만 광증폭기.