KR100546753B1

KR100546753B1 - 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 및 그의 온도 보상 방법

Info

Publication number: KR100546753B1
Application number: KR1020030027068A
Authority: KR
Inventors: 이원경; 정희상; 이현재; 주무정
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2006-01-26
Also published as: KR20040092759A

Abstract

장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 및 그의 온도 보상 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기는 입력 광신호를 증폭하기 위한 제1 및 제2증폭부, 제1 및 제2증폭부 사이에 온도 보상을 위한 온도 보상부 및 온도 보상부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 온도 변화에 의해 출력 광신호의 이득 평탄도에 변화가 발생되면 이를 보상하도록 제어부가 온도 보상부를 제어하여 제1증폭부에서 출력되는 광신호의 세기를 조정하고, 제2증폭부는 온도 보상부에 조정된 광신호를 증폭함으로써 제2증폭부에서 출력되는 출력 광신호는 온도에 민감하지 않도록 평탄화된 이득 스펙트럼을 얻을 수 있다.

Description

장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 및 그의 온도 보상 방법{L-band erbium doped Fiber amplifier and temperature compensation method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기의 일실시예를 나타내는 블록도이다.

도 2는 온도 변화에 따라 종래의 증폭기에서 출력되는 광신호의 이득 스펙트럼 변화를 나타내는 도면이다.

도 3은 파장에 따른 이득 스펙트럼을 온도별로 나타낸 것이다.

도 4는 EDF의 온도 특성을 나타내는 도면이다.

도 5(a)~(c)는 도 1에 도시된 장치에서 제2증폭부(200)로 입력되는 광신호의 세기 변화에 따른 출력 광신호(O_OUT)의 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 온도 보상의 일예를 나타내는 도면이다.

도 8(a) 및 (b)는 도 1에 도시된 장치에서 VOA(310)로 온도 보상을 했을 때와 하지 않았을 때 파장에 따른 이득 스펙트럼을 비교한 도면이다.

도 9(a) 및 (b)는 도 1에 도시된 장치에서 VOA(310)로 온도 보상을 했을 때와 하지 않았을 때 온도에 따른 이득 평탄도를 비교한 도면이다.

본 발명은 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 특히, 1570-1610 nm의 장파장 대역(Long wavelength band, 이하 L-band라 한다)에서 에르븀 첨가 광섬유(Erbium Doped Fiber, 이하 EDF라 한다)를 이용하여 광 신호를 증폭하는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, 이하 EDFA라 한다) 및 그의 온도 보상 방법에 관한 것이다.

WDM(Wavelength-Division Multiplexing) 광 전송 시스템에서, EDFA의 이득 평탄도는 매우 중요한 요소이다. 그러나, EDFA의 이득은 신호의 파장에 따라 변하는 파장 의존성과 주변 온도에 따라 변하는 온도 의존성이 있다. 다시 말해, EDFA의 이득 평탄도는 입력 광 세기 변화와 주변 온도의 변화에 영향을 받는다.

먼저, 입력 광 세기의 변화는 펌프 레이저 다이오드(Pump Laser Diode, 이하 펌프 LD라 한다)의 출력을 조절하고 장주기 격자를 이용한 필터를 사용함으로써 보상할 수 있다. 이러한 필터는 일정한 온도에서 파장에 따른 이득 편차를 줄일 수 있다.

한편, 온도 변화에 따라 EDFA를 구성하는 에르븀 첨가 광섬유(Erbium Doped Fiber, 이하 EDF라 한다)의 흡수 스펙트럼(absorption spectrum)과 방출 스펙트럼(emission spectrum)이 달라지기 때문에 일반적으로 EDFA의 이득 평탄도가 온도에 영향을 받게 된다. 특히, L-band EDFA는 C-band(Conventional wavelength band) EDFA보다 같은 이득을 얻기 위해 필요한 EDF의 길이가 더 길기 때문에 그만큼 온도에 더 민감하다. 따라서 C-band와 L-band를 함께 쓰는 WDM 광 전송시스템에 서 L-band EDFA의 온도 보상 문제는 중요하다.

오늘날 50~100 GHz의 채널 간격으로 100개의 채널을 수용하는 광대역 WDM 광전송 시스템에서는 EDFA의 내부에서 발생하는 열과 시스템 주변의 온도에 의해 실제로는 넓은 온도 범위에서 증폭기가 작동하게 된다. 따라서 온도 변화에 따른 EDFA의 이득 편차를 보상하는 기술은 매우 중요하다. EDFA의 온도 의존성을 보상하기 위한 종래의 기술에는 시스템의 온도를 조절하는 방법이 있었다. 그러나 시스템의 온도를 상온 온도에 해당하는 30℃로 일정하게 유지하기 위해서는 TEC를 사용하거나 방열기(heating element)나 냉각기(cooling element)가 필요하기 때문에 시스템이 고가가 되어 효율적이지 못하다. 또 다른 방법으로, 방열기가 냉각기보다는 더 저가이고 더 신뢰성이 있다는 이점을 이용하여, 모든 소자가 60℃에서 작동하도록 가열하는 방법이 있다. 그러나, 펌프 레이저 다이오드(Laser Diode, 이하 LD라 한다)나 다른 수동 소자들이 장기간동안 고온에서 작동하도록 설계, 제작되지 않았기 때문에 적합한 온도 보상 방법으로 볼 수 없다. 그리고 장시간 가동하는 시스템에서는 시간이 지날수록 시스템의 온도가 시스템을 구성하는 소자들의 방열로 인하여 계속 상승하게 되므로 EDFA의 삽입 손실은 더 커질 것이 예상된다. 또 다른 방법으로, 펌프 LD의 출력을 조절하여 온도를 보상하는 방법(미국 특허 6,335,821 참조)이 있다. 그러나, 현재 LD는 입력 광 세기에 따라 변하는 이득을 LD의 출력을 조절함으로써 일정하게 이득을 유지하도록 하는 자동이득조절 기능을 담당하고 있다. 여기에 온도 변화에 따라서 LD의 출력을 조절할 경우 LD 제어 보드가 더 복잡해져 제어 속도가 늦어지게 된다. 따라서, 보다 효율적인 L-band EDFA의 온도 보 상방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 L-band EDFA에 가변 광감쇠기(Variable Optical Attenuator, 이하 VOA라 한다)를 삽입함으로써 온도 변화에 따른 이득 평탄도의 변동을 보상할 수 있는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 및 그의 온도 보상 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 온도 보상 방법을 컴퓨터에서 실행 가능한 프로그램 코드로 기록한 기록 매체를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 따른 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기는 입력 광신호를 제1 및 제2이득제어신호에 상응하는 세기로 증폭하여 증폭된 광신호를 출력하고, 입력 광신호 및 증폭된 광신호의 일부를 제1 및 제2전기신호로 변환하여 출력하며, 내부 온도를 제1온도 데이터로서 검출하는 제1증폭부, 제어전압에 상응하여 증폭된 광신호의 광세기를 조정함으로써, 온도변화에 따른 각 파장별 이득 스펙트럼의 불균형을 보상하는 가변 광 감쇄기를 포함하는 온도 보상부, 온도 보상부에서 온도 보상된 광신호를 제3 및 제4이득제어신호에 상응하는 세기로 증폭하여 출력 광신호로서 출력하고, 보상된 광신호 및 출력 광신호의 일부를 제3 및 제4전기신호로 변환하여 출력하며, 내부 온도를 제2온도 데이터로서 각각 검출하는 제2증폭부 및 제1 내지 제4전기신호 각각 응답하여 제1 및 제2증폭부의 증폭도를 제어하는 제1 내지 제4이득 제어신호를 생성하고, 제1 및 제2온도 데이터를 이용하여 증폭기 내부온도를 구하고, 증폭기 내부온도와 기준온도의 차에 상응하는 전압을 제어전압으로서 출력하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 과제를 이루기 위해, 입력 광신호를 1차 및 2차 증폭하는 제1 및 제2증폭부를 포함하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기에서 수행되는 본 발명에 따른 온도 보상 방법은 제1증폭부의 내부 온도를 제1온도 데이터로서 생성하는 (a)단계, 제2증폭부의 내부 온도를 제2온도 데이터로서 생성하는 (b)단계, 제1온도 데이터 및 제2온도 데이터를 이용하여 증폭기의 내부온도를 구하고, 증폭기 내부온도와 기준온도의 차에 상응하는 전압을 제어전압으로서 생성하는 (c)단계 및 제1증폭부에서 출력되는 광신호를 제어전압에 상응하여 세기 조절하고, 세기 조절된 광신호를 제2증폭부로 제공하여 온도 변화에 따른 이득 스펙트럼의 변화를 보상하는 (d)단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 및 그의 온도 보상 방법을 다음과 같이 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기의 일실시예를 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기는 제1 및 제2증폭부(100,200), 온도 보상부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성된다.

도 1을 참조하여, 제1증폭부(100)는 광신호(O_IN)를 제1 및 제2이득제어신호(G_CNT1, G_CNT2)에 따라 증폭하여 증폭된 광신호를 온도 보상부(300)로 출력하고, 내부온도를 측정하여 측정된 내부온도를 제어부(400)로 출력한다. 제1증폭부(100)는 또한 입력 광신호(O_IN) 및/또는 증폭된 광신호의 일부를 분리하고, 분리된 광신호를 전기신호로 변환하여 제어부(400)로 출력한다. 본 발명의 일실시예에서, 제1증폭부(100)로 입력되는 광신호(O_IN)는 1570nm~1610nm까지 40개의 채널을 가지는 L-band CW(Continuos Wave) 광원으로 한다. 바람직하게, 제1증폭부(100)는 제1 및 제2탭(110,150), 제1 및 제2아이솔레이터(120,125), EDF(130), 제1 및 제2펌프(160,165)와, 제1 및 제2포토 다이오드(170,175)를 포함하여 구성된다.

제1탭(110)은 입력되는 광신호(O_IN)를 소정의 비율로 분리하는 커플러이며, 분리된 일부는 제1아이솔레이터(110)로 전송하고, 나머지 일부는 제1포토 다이오드(170)로 전송한다. 설명의 편의를 위해서, 제1탭(110)은 입력 광신호(O_IN)를 95:5로 분리하여, 광신호(O_IN)의 95%는 제1아이솔레이터(120)로 보내 EDF(130)를 통과하도록 하고, 나머지 5%는 제1포토 다이오드(170)로 보내는 것으로 한다.

제1포토 다이오드(170)는 제1탭(110)에서 전송되는 광신호를 전기 신호로 변환하고, 변환된 전기신호를 제어부(400)로 전송한다.

제1아이솔레이터(120)는 제1탭(110)으로부터 전송된 광신호가 반사에 의해 반대방향으로 진행하는 것을 차단한다.

제1아이솔레이터(120)를 통과한 광신호는 EDF(130)를 통과하면서 증폭된다. 여기서, EDF(130)는 광신호를 증폭하는 매체로써 에르븀이 첨가된 광섬유이다. 제1 및 제2펌프 레이저 다이오드(160,165)는 광신호를 증폭하기 위한 펌핑용 레이저광 을 발생시켜, 제1아이솔레이터(120)를 통과한 광신호를 EDF(130) 내에서 순방향 및 역방향으로 각각 여기시킨다. 또한, 제1 및 제2펌프 레이저 다이오드(160,165)는 EDF(130)의 입사방향 및 출사방향 각각에서 제1증폭부(100)의 내부 온도를 제1 및 제2온도 데이터(T_DATA1,T_DATA2)로서 검출하고, 이를 제어부(400)로 출력한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 레이저 다이오드에는 온도 측정이 가능한 서미스터(thermistor)의 기능이 내장되어 있다.

EDF(130)는 제1 및 제2펌프 레이저 다이오드(160,165)에 의해 여기된 광신호의 천이에 의해 광신호가 증폭된다. 본 실시예에서는 제1증폭부(100)를 구성하는 EDF(130)의 길이는 35m이며 제2증폭부(200)를 구성하는 EDF(230)의 길이는 40m인 것으로 한다. 또한, 제1 및 제2증폭부(100,200)를 구성하는 제1 내지 제4펌프 레이저 다이오드(160,165,260,265)들은 1480nm의 레이저 다이오드인 것으로 한다.

EDF(130)를 통과하면서 증폭된 광신호는 제1아이솔레이터(120)와 동일한 기능을 수행하는 제2아이솔레이터(125)를 거쳐 필터(140)로 입력된다.

필터(140)는 장주기 격자를 이용한 필터로서, EDF(130)를 통과하면서 증폭된 광신호의 파장별 불균형한 이득 스펙트럼을 균일하게 만든다.

제2탭(150)은 증폭된 광신호의 세기를 감시하기 위한 커플러로서, 필터(140)를 통화한 광신호를 소정비율 예컨대, 95:5로 분리하여, 분리된 95%의 광신호는 온도 보상부(300)로 전송하고, 분리된 5%의 광신호는 제2포토 다이오드(175)로 전송한다.

제2포토 다이오드(175)는 제2탭(150)으로부터 전송된 광신호를 전기신호로 변환하고, 변환된 전기신호를 제어부(400)로 전송한다.

계속해서, 온도 보상부(300)는 각 파장별 시간차에 의한 분산을 보상하면서, 제어전압(V_CNT)에 상응하여 온도변화에 따른 이득 불균형을 보상한다. 바람직하게, 온도 보상부(300)는 가변 광 감쇄기(VOA, 310) 및 분산보상 광섬유(Dispersion Compensating Fiber:DCF, 320)를 포함하여 구성된다.

가변 광 감쇄기(310)는 제어전압(V_CNT)에 상응하여 제1증폭부(100)에서 출력되는 광신호의 세기를 조절함으로써, 온도변화에 따른 광신호의 이득을 보상하고, 이득 보상된 광신호를 제2증폭부(200)로 출력한다. 일반적으로, 광신호의 세기가 바뀌면 이득 스펙트럼이 변한다. 구체적으로, 현재 균일한 이득 스펙트럼을 갖는 광신호의 세기를 크게 하면 이득 스펙트럼은 양의 기울기로 기울어진다. 반대로, 현재 균일한 이득 스펙트럼을 갖는 광신호의 세기를 작게 하면 이득 스펙트럼은 음의 기울기로 기울어진다. 또한, 전술된 바와 같이 온도 변화에 따라 이득 스펙트럼이 변한다. 구체적으로, 균일한 이득 스펙트럼을 갖는 기준온도(=30℃)보다 온도가 올라가면 이득 스펙트럼은 음의 기울기로 기울게 되며, 온도가 내려가면 이득 스펙트럼은 양의 기울기로 기울어지게 된다. 여기서, 기준온도는 상온이며 30℃인 것으로 한다. 이와 같은 광신호의 특성에 따라, 온도 변화에 따른 이득 스펙트럼의 변화를 보상하는 제어전압(V_CNT)이 제어부(400)에서 설정되며, VOA(310)는 제어전압(V_CNT)에 상응하여 광신호의 세기를 조절함으로써 이득 스펙트럼을 균일하게 유지시킬 수 있다. 가변 광 감쇄기(310)의 온도 보상 동작은 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.

분산보상 광섬유(320)는 광신호 전송시 각 채널별 전송속도에 따른 시간차를 보상하는 광섬유이다. 한편, 분산보상 광섬유(320)는 증폭기의 용도에 따라 사용되니 않을 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 증폭기가 광전력 증폭기(Booster Amplifier)로 이용되는 경우 광신호의 세기만 증폭하면 되므로 분산보상은 필요하지 않다. 따라서, 분산보상 광섬유를 사용하지 않아도 된다. 그러나, 도 1에 도시된 증폭기가 광선로 증폭기(Inline Amplifier)나 광전치 증폭기(Preamplifier)로 이용되는 경우 광신호의 세기뿐만 아니라 분산에 의한 신호 왜곡도 보상해야 한다. 따라서, 분산보상 광섬유(320)를 사용하여 각 채널별 전송속도에 따른 시간차를 보상해야 한다.

계속해서, 제2증폭부(200)는 온도 보상부(300)에서 이득 보상된 광신호를 이득제어신호(G_CNT)에 따라 증폭하여 증폭된 광신호를 출력 광신호(O_OUT)로서 출력하고, 내부 온도를 측정하여 측정된 내부 온도를 제어부(400)로 출력한다. 제2증폭부(200)는 또한 이득 보상된 광신호 및/또는 증폭된 광신호의 일부를 분리하고, 분리된 광신호를 전기신호로 변환하여 제어부(400)로 출력한다. 바람직하게, 제2증폭부(200)는 제3 및 제4탭(210,250), 제3 및 제4아이솔레이터(220,225), EDF(230), 제3 및 제4펌프(260,265)와, 제3 및 제4포토 다이오드(270,275)를 포함하여 구성되며, 이들은 제1증폭부(100)를 구성하는 구성요소들에 각각 대응되며, 동일한 동작을 수행한다. 즉, 온도 보상부(300)에 의해 이득 보상된 광신호는 제3탭(220)에 의해 95:5로 분리된다. 분리된 5%의 광신호는 제3포토다이오드(270)에 의해 전기신호로 변환되고, 변환된 전기신호는 제어부(400)로 출력된다. 제3탭(220)에서 분리된 95%의 광신호는 제3아이솔레이터(220)를 통과하여 EDF(230)로 입사되고 제3 및 제4 펌프 레이저 다이오드(260,265)에 의해 여기되어 증폭된다. 증폭된 광 신호는 평탄한 이득 스펙트럼을 위해 필터(240)를 통과하게 되며, 필터(240)를 통과한 광신호는 제4탭(250)에 의해 95:5로 분리된다. 분리된 5%의 광신호는 제4포토다이오드(275)에 의해 전기신호로 변환되고, 변환된 전기신호는 제어부(400)로 출력된다. 제4탭(250)에서 분리된 95%의 광신호는 출력 광신호(O_OUT)로서 출력된다. 또한, 제3 및 제4펌프 레이저 다이오드(260,265)는 EDF(230)의 입사방향 및 출사방향 각각에서 제2증폭부(200)의 내부 온도를 제3 및 제4온도 데이터(T_DATA3,T_DATA4)로서 검출하고, 이를 제어부(400)로 출력한다.

제어부(400)는 제1 및 제2증폭부(100,200)에서 각각 제공되는 전기신호의 크기에 따라, 제1 및 제2증폭부(100,200)의 증폭도를 제어하는 이득 제어신호들(G_CNT1~G_CNT4)을 출력한다. 구체적으로, 제어부(400)는 제1포토 다이오드(170)와 제2포토 다이오드(175)에서 출력되는 전기신호에 의해 계산된 이득에 상응하여 제1펌프 레이저 다이오드(160)와 제2펌프 레이저 다이오드(165)의 광세기를 제어하는 제1이득 제어신호(G_CNT1) 및 제2이득 제어신호(G_CNT2)를 각각 출력한다. 또한, 제어부(400)는 제3포토 다이오드(270) 및 제4포토 다이오드(275)에서 출력되는 전기신호에 의해 계산된 이득에 상응하여 제3펌프 레이저 다이오드(260) 및 제4펌프 레이저 다이오드(265)의 광세기를 제어하는 제3이득 제어신호(G_CNT3) 및 제4이득 제어신호(G_CNT4)를 각각 출력한다.

또한, 제어부(400)는 제1 및 제2증폭부(100,200)에서 제공되는 온도 데이터들(T_DATA1~T_DATA4)의 평균값을 증폭기 내부 온도로서 구하고, 증폭기 내부온도와 기준온도와의 차에 상응하는 전압을 제어전압(V_CNT)으로서 온도 보상부(300)로 출력한다. 여기서, 기준온도는 상온이며 30℃인 것으로 한다. 구체적으로, 제어부(400)는 증폭기 내부 온도가 기준온도보다 높아 이득 스펙트럼이 음의 기울기를 가지게 되면, 이를 다시 양의 기울기로 기울어지도록 제어하는 제어전압(V_CNT) 즉, 제1증폭부(100)에서 증폭된 광신호의 세기가 커지도록 제어하는 제어전압(V_CNT)을 온도 보상부(300)로 출력한다. 반면, 증폭기 내부 온도가 기준온도보다 낮아 이득 스펙트럼이 양의 기울기를 가지게 되면, 제어부(400)는 이를 다시 음의 기울기로 기울어지도록 제어하는 제어전압(V_CNT) 즉, 제1증폭부(100)에서 증폭된 광신호의 세기가 작아지도록 제어하는 제어전압(V_CNT)을 온도 보상부(300)로 출력한다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 L-band EDFA는 광신호의 광세기가 바뀌면 이득 스펙트럼이 변하는 점을 이용하여, 온도 변화에 의해 이득 스펙트럼이 기울어지면 온도 보상부(300)가 제어전압(V_CNT)에 상응하여 제2증폭부(200)로 입력되는 광신호의 광세기를 조절한다. 따라서, 온도 변화에 관계없이 균일한 이득 스펙트럼을 유지할 수 있다.

도 2는 온도 변화에 따라 종래의 증폭기에서 출력되는 광신호의 이득 스펙트럼 변화를 나타내는 도면이며, 측정 온도를 저온인 0℃에서 고온인 50℃까지 10℃ 증가시켜가며 증폭기의 출력을 측정한 결과를 나타낸다. 도 2(a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 온도에 따라 출력 광신호의 스펙트럼이 변한다. 상온인 30℃을 기준으로 저온인 0℃일 때 출력 스펙트럼은 L-band의 단파장 부근의 이득이 상대적으로 작아지고 장파장 부근의 이득이 상대적으로 커지면서 균일하던 스펙트럼이 양의 기울기를 가짐을 보인다. 또한 고온인 50℃에서는 반대로 L-band의 단파장 부근의 스펙트럼이 올라가고 장파장 부근의 스펙트럼이 내려가면서 음의 기울기를 가짐을 보인다.

도 3은 파장에 따른 이득 스펙트럼을 온도별로 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 온도 변화에 따라 이득 스펙트럼이 달라지는 원인은 전술된 바와 같이, 증폭기를 구성하는 EDF에서 찾을 수 있다. 증폭기의 이득을 결정하는 요소는 펌프 LD의 파장과 출력 광세기, 증폭 매체인 EDF의 길이 등이다. 여기서 온도에 큰 영향을 받는 것은 EDF로써 온도에 따라 EDF의 흡수 스펙트럼과 방출 스펙트럼이 변하기 때문이다.

도 4는 EDF의 온도 특성을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 온도가 높아지면 1530 nm 근처에서 이득 스펙트럼의 최고점이 작아지고 1560 nm 근처에서는 약간 커진다. 따라서 EDF의 흡수와 방출 스펙트럼에 있어서 이러한 온도에 따른 변화가 전체적인 L-band EDFA의 이득 특성을 변화시킨다.

본 발명에서는 온도에 따른 L-band EDFA의 이득 변화를 보상하기 위해, 온도 보상부(300)를 통해 제2증폭부(200)로 입력되는 광신호의 세기를 변화시켜 이득 평탄도를 균일하게 유지시킨다.

도 5(a)~(c)는 도 1에 도시된 장치에서 제2증폭부(200)로 입력되는 광신호의 세기 변화에 따른 출력 광신호(O_OUT)의 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 5(a)는 제2증폭부(200)로 입력되는 광신호가 -4dBm인 경우이고, 도 5(b)는 -5dBm, 도 5(c) 는 -6dBm인 경우를 각각 나타낸다. 제2증폭부(200)의 입력이 -5dBm인 도 5(b)를 기준으로 입력이 -4dBm로 커지면 도 5(a)에 도시된 바와 같이, L-band의 단파장 부근의 이득이 작아지고 장파장 부근의 이득이 커져서 양의 기울기를 가진다. 그와 반대로 제2증폭부(200)의 입력이 -6dBm으로 작아지면 도 5(c)에 도시된 바와 같이, L-band의 단파장 부근의 이득이 커지고 장파장 부근의 이득이 작아져서 음의 기울기를 가진다. 이러한 특성을 온도 보상에 이용할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 온도 보상의 일예를 나타내는 도면이다. 도 6(a)와 같이, 온도가 0℃로 내려가면 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 증폭기의 이득 스펙트럼은 양의 기울기를 가지며 기울어진다. 이 때, 온도 보상부(300)의 VOA(310)를 조정하여 제2증폭부(200)로 입력되는 광신호의 세기를 줄인다. 입력 광신호의 세기를 줄이면 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 이득 스펙트럼은 음의 기울기를 가지며 기울어진다. 이처럼, 온도에 의해 양의 기울기로 기울어진 이득 스펙트럼은 광신호의 세기 조절을 통해 다시 음의 기울기로 기울면서 도 6(c)에 도시된 바와 같이 평탄한 이득 스펙트럼을 유지할 수 있게 된다. 반대로, 온도가 50℃로 올라가면, 도 7(a)처럼 이득 스펙트럼의 기울기가 음이 된다. 그러면, 이득 조정부(300)의 VOA(310)를 조정하여 제2증폭부(200)로 입력되는 광신호의 세기를 줄인다. 입력 광신호의 세기를 크게하면 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 이득 스펙트럼은 양의 기울기를 가지며 기울어진다. 이처럼, 온도에 의해 음의 기울기로 기울어진 이득 스펙트럼은 광신호의 세기 조절을 통해 다시 양의 기울기로 기울면서 도 7(c)에 도시된 바와 같이 평탄한 이득 스펙트럼을 유지할 수 있게 된다. 결국, 온 도 변화에 따라 VOA(310)를 조정하여 제2증폭부(200)로 입력되는 광신호의 세기를 조정함으로써, 출력 광신호(O_OUT)는 온도 변화에 영향을 받지 않고 평탄한 이득 스펙트럼을 유지할 수 있다.

도 8(a) 및 (b)는 도 1에 도시된 장치에서 VOA(310)로 온도 보상을 했을 때와 하지 않았을 때 파장에 따른 이득 스펙트럼을 비교한 도면이다. 도 8(a)는 0℃에서 온도 보상을 했을 때와 하지 않았을 때 파장에 따른 이득 스펙트럼을 비교한 도면으로, 온도 보상을 하지 않은 경우 이득 평탄도는 3 dB정도이다. 여기서, 이득 평탄도는 상온(27℃)과의 최대 이득차인 것으로 한다. 반면, 온도 보상을 한 경우의 이득 평탄도는 1 dB정도로 줄어듦을 보인다. 도 8(b)는 50℃에서 온도 보상을 했을 때와 하지 않았을 때 파장에 따른 이득 스펙트럼을 비교한 도면으로, 온도 보상을 하지 않은 경우 이득 평탄도는 1.6 dB이나, 온도 보상을 하면 이득 평탄도가 0.4 dB로 줄어듦을 보인다.

도 9(a) 및 (b)는 도 1에 도시된 장치에서 VOA(310)로 온도 보상을 했을 때와 하지 않았을 때 온도에 따른 이득 평탄도를 비교한 도면으로, 도 9(a)는 온도 보상을 한 경우이며, 도 9(b)는 온도 보상을 하지 않은 경우이다. 도 9(a) 및 (b)를 비교하면, 온도 보상을 하지 않은 경우 이득 평탄도는 온도에 따라 3dB까지 나타나나, 온도 보상을 한 경우에는 1dB 이내로 이득이 평탄화된다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 및 그의 온도 보상 방법은 온도 변화에 의해 출력 광신호의 이득 평탄도에 변화가 발생되면 이를 보상하도록 온도 보상부(300)에서 광신호의 세기를 조정함으로써 출력 광신호가 온도에 민감하지 않도록 평탄화된 이득 스펙트럼을 얻을 수 있다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 및 그의 온도 보상 방법에 따르면, 온도 변화에 의해 출력 광신호의 이득 평탄도에 변화가 발생되면 이를 보상하도록 온도 보상부(300)에서 광신호의 세기를 조정함으로써 출력 광신호가 온 도에 민감하지 않도록 평탄화된 이득 스펙트럼을 얻을 수 있다.

Claims

입력 광신호를 제1 및 제2이득제어신호에 상응하는 세기로 증폭하여 증폭된 광신호를 출력하고, 상기 입력 광신호 및 상기 증폭된 광신호의 일부를 제1 및 제2전기신호로 변환하여 출력하며, 내부 온도를 제1온도 데이터로서 검출하는 제1증폭부;

제어전압에 상응하여 상기 증폭된 광신호의 광세기를 조정함으로써, 온도변화 따른 각 파장별 이득 스펙트럼의 불균형을 보상하는 가변 광 감쇄기를 포함하는 온도 보상부;

상기 온도 보상부에서 온도 보상된 광신호를 제3 및 제4이득제어신호에 상응하는 세기로 증폭하여 출력 광신호로서 출력하고, 상기 보상된 광신호 및 상기 출력 광신호의 일부를 제3 및 제4전기신호로 변환하여 출력하며, 내부 온도를 제2온도 데이터로서 각각 검출하는 제2증폭부; 및

상기 제1 내지 상기 제4전기신호 각각 응답하여 상기 제1 및 상기 제2증폭부의 증폭도를 제어하는 상기 제1 내지 상기 제4이득 제어신호를 생성하고, 상기 제1 및 제2온도 데이터를 이용하여 증폭기 내부온도를 구하고, 상기 증폭기 내부온도와 기준온도의 차에 상응하는 전압을 상기 제어전압으로서 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제1증폭부는

상기 입력 광신호의 세기 감시를 위해 상기 입력 광신호의 일부를 분리하는 제1탭;

상기 제1탭에서 상기 입력 광신호의 세기 감시를 위해 분리된 광신호를 상기 제1전기 신호로 변환하여 상기 제어부로 출력하는 제1포토 다이오드;

상기 제1탭을 통과한 상기 입력 광신호가 반사에 의해 반대방향으로 진행하는 것을 차단하는 제1아이솔레이터;

상기 제1 및 상기 제2이득 제어신호 각각 상응하여, 상기 제1아이솔레이터를 통과한 광신호를 증폭시키기 위한 제1 및 제2펌핑 레이저광을 각각 발생하고, 상기 제1증폭부의 내부 온도를 측정하여 상기 제1온도 데이터로서 출력하는 제1 및 제2펌프 레이저 다이오드;

입사광 방향의 상기 제1펌핑 레이저광 및 출사광 방향의 상기 제2펌핑 레이저광에 상응하여, 상기 제1아이솔레이터를 통과한 광신호를 증폭하는 제1에르븀 첨가 광섬유;

상기 제1에르븀 첨가 광섬유를 통과한 광신호가 반사에 의해 반대방향으로 진행하는 것을 차단하는 제2아이솔레이터;

상기 제2아이솔레이터를 통과한 광신호의 파장별 불균형한 이득 스펙트럼을 균일하게 필터링하는 장주기 격자의 제1필터;

상기 제1필터를 통과한 광신호의 세기 감시를 위해 상기 제1필터를 통과한 광신호의 일부를 분리하는 제2탭; 및

상기 제2탭에서 광신호의 세기 감시를 위해 분리된 광신호를 상기 제2전기 신호로 변환하여 상기 제어부로 출력하는 제2포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제2증폭부는

상기 보상된 광신호의 세기 감시를 위해 상기 보상된 광신호의 일부를 분리하는 제3탭;

상기 제3탭에서 상기 보상된 광신호의 세기 감시를 위해 분리된 광신호를 상기 제3전기 신호로 변환하여 상기 제어부로 출력하는 제3포토 다이오드;

상기 제3탭을 통과한 상기 입력 광신호가 반사에 의해 반대방향으로 진행하는 것을 차단하는 제3아이솔레이터;

상기 제3 및 상기 제4이득 제어신호 각각 상응하여, 상기 제3아이솔레이터를 통과한 광신호를 증폭시키기 위한 제3 및 제4펌핑 레이저광을 각각 발생하고, 상기 제2증폭부의 내부온도를 측정하여 상기 제2온도 데이터로서 출력하는 제3 및 제4펌프 레이저 다이오드;

입사광 방향의 상기 제3펌핑 레이저광 및 출사광 방향의 상기 제4펌핑 레이저광에 상응하여, 상기 제4아이솔레이터를 통과한 광신호를 증폭하는 제2에르븀 첨가 광섬유;

상기 제2에르븀 첨가 광섬유를 통과한 광신호가 반사에 의해 반대방향으로 진행하는 것을 차단하는 제4아이솔레이터;

상기 제4아이솔레이터를 통과한 광신호의 파장별 불균형한 이득 스펙트럼을 균일하게 필터링하는 장주기 격자의 제2필터;

상기 제2필터를 통과한 광신호의 세기 감시를 위해 상기 제2필터를 통과한 광신호의 일부를 분리하는 제4탭; 및

상기 제4탭에서 광신호의 세기 감시를 위해 분리된 광신호를 상기 제4전기 신호로 변환하여 상기 제어부로 출력하는 제4포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 온도 보상부는

광신호 전송시 각 채널별 전송속도에 따른 시간차를 보상하는 분산보상 광섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 제1온도 데이터와 상기 제2온도 데이터의 평균값을 상기 증폭기 내부온도로서 구하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제어부는

상기 제1온도 데이터 또는 상기 제2온도 데이터를 상기 증폭기 내부온도로서 구하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 기준온도는 상온인 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기.
입력 광신호를 1차 및 2차 증폭하는 제1 및 제2증폭부를 포함하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기에서 수행되는 온도 보상 방법에 있어서,

(a)상기 제1증폭부의 내부 온도를 제1온도 데이터로서 생성하는 단계;

(b)상기 제2증폭부의 내부 온도를 제2온도 데이터로서 생성하는 단계;

(c)상기 제1온도 데이터 및 상기 제2온도 데이터를 이용하여 상기 증폭기의 내부온도를 구하고, 상기 증폭기 내부온도와 기준온도의 차에 상응하는 전압을 제어전압으로서 생성하는 단계; 및

(d)상기 제1증폭부에서 출력되는 광신호를 상기 제어전압에 상응하여 세기 조절하고, 세기 조절된 광신호를 상기 제2증폭부로 제공하여 온도 변화에 따른 이득 스펙트럼의 변화를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기에서 온도 보상 방법.
제8항에 있어서, 상기 (c)단계는

상기 제1온도 데이터와 상기 제2온도 데이터의 평균값을 상기 증폭기 내부온도로서 구하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기에서 온도 보상 방법.
제8항에 있어서, 상기 (c)는

상기 제1온도 데이터 또는 상기 제2온도 데이터를 상기 증폭기 내부온도로서 구하는 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기에서 온도 보상 방법.
제8항에 있어서, 상기 기준온도는 상온인 것을 특징으로 하는 장파장 에르븀 첨가 광섬유 증폭기에서 온도 보상 방법.
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