KR100557071B1 - 광신호의 전송에 따라 발생하는 분산 및 손실을 보상할 수있는 광섬유 증폭기 및 방법 - Google Patents

광신호의 전송에 따라 발생하는 분산 및 손실을 보상할 수있는 광섬유 증폭기 및 방법 Download PDF

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Abstract

광섬유에 전송되는 광신호에 발생하는 신호의 분산 및 증폭의 손실을 보상할 수 있는 광섬유 증폭기가 개시된다. 광섬유 증폭기는, 어븀 이온이 첨가된 분산 보상 기능을 갖는 광섬유, 광섬유를 포워드(forward) 펌핑하는 어븀(Erbium)펌핑부, 및 어븀펌핑부에 의해 포워드 펌핑된 광섬유를 백워드(backward) 펌핑하는 라만펌핑부를 갖는다. 이에 따라, 광신호가 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 광섬유를 통과하게 되면, 광신호에 대한 분산 및 손실이 보상된다.
광, 광섬유, 어븀, 분산, 보상, 광증폭, 증폭기

Description

광신호의 전송에 따라 발생하는 분산 및 손실을 보상할 수 있는 광섬유 증폭기 및 방법{OPTICAL FIBER AMPLIFIER AND METHOD CAPABLE OF COMPENSATING DISPERSION AND LOSS OCCURRED IN THE OPTICAL SIGNAL TRANSMITTED INTO THE OPTICAL FIBER}
도 1은 본 발명에 따른 광신호의 분산 및 손실을 보상할 수 있는 광섬유 증폭기의 제1실시예를 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 증폭기를 이용한 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 방법의 제1실시예를 도시한 순서도,
도 3은 도 2의 어븀 펌핑 단계를 보다 상세히 도시한 순서도,
도 4는 도 2의 라만 펌핑 단계를 보다 상세히 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 광신호의 분산 및 손실을 보상할 수 있는 광섬유 증폭기의 제2실시예를 도시한 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 광섬유 증폭기를 이용한 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 방법의 제2실시예를 도시한 순서도,
도 7은 ED-DCF에 첨가된 어븀 이온의 흡수 및 방출 단면적(absorption & emission cross-section) 변화를 나타낸 그래프, 그리고
도 8은 1450nm 파장으로 라만 펌핑된 ED-DCF에서 방출되는 광신호의 라만 이득을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
120, 220 : 어븀 펌핑부 122, 222 : 제1파장선택커플러
124, 166, 224, 264 : 펌프 레이저다이오드 140, 240 : ED-DCF
160, 260 : 라만 펌핑부 162, 262 : 제2파장선택커플러
164 : 멀티플렉서
본 발명은 광섬유 증폭기 및 이를 이용한 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광신호가 전송되면서 발생하는 광신호의 분산 및 손실을 보상할 수 있는 광섬유 증폭기 및 이를 이용한 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 인터넷에 의한 기하급수적인 데이터 트래픽의 증가에 의해 대용량 파장분할다중방식(Wavelength Division Multiplexing : 이하 WDM이라 함) 광 통신망이 요구되고 있다. 대용량 WDM 광전송 시스템의 전송 용량을 높이는 방법은 전송 채널 수를 확대하는 방법 및 채널당 전송 속도를 높이는 방법이 있다. 여기서, 채널당 전송 속도를 높이는 방법은 채널당 광신호의 전송 속도가 기가 비트(giga-bit) 이상이 되면, 광신호가 분산(dispersion)에 대해 민감하게 반응하므로 광신호의 분산을 보상해 주어야 한다. 광신호의 분산을 보상하는 방법으로는 광신호의 전송 중에 축적된 포지티브 분산(positive dispersion)을, 네거티브 분산(negative dispersion)을 갖는 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensating Fiber : 이하 DCF라 함)를 사용하여 광신호에 발생하는 분산과 분산 기울기를 보상하는 방법이 널리 이용되고 있다.
이 때, 광신호의 분산을 보상하기 위해 DCF를 사용하는 경우, 광신호의 전력 손실이 크게 발생하게 되어 광신호를 전송하기 위해 추가적인 광증폭기가 필요하게 된다. 광전송기에 추가적으로 구비하여 이용되는 광증폭기로는 어븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium-Doped Fiber Amplifier : 이하 EDFA라 함)를 사용하거나, DCF에 라만 증폭기(Raman Amplifier)를 사용하여 광신호를 증폭하는 방법이 널리 이용되고 있다. 이와 같이, DCF를 사용함에 따른 광신호의 전력 손실을 보상하기 위해서 광증폭기가 사용된다. 여기서, EDFA는 어븀(Erbium)이라는 원소를 광섬유에 도핑하고 어븀이 도핑된 광섬유에 펌핑(pumping) 광을 가함으로써, 입력되는 광신호를 전기신호로 바꾸지 않고 직접 증폭시킨다. 라만 증폭기는 광섬유를 비선형 매체로 사용하여 광섬유에 단색광을 입사하여 발생하는 산란광을 통해 광신호를 증폭시킨다.
그런데, EDFA를 사용해서 DCF를 사용함에 따라 발생하는 광신호의 전력 손실을 보상할 경우, 광신호를 전송하기 위한 전송 거리가 길어질 수 록 많은 수의 EDFA가 필요하 되어, 광신호의 신호 대 잡음비(Optical Signal Noise Ratio : 이하 OSNR라 함)가 나빠지게 된다. 그리고, DCF와 다수의 EDFA를 하나로 모듈화하게 되면 모듈의 부피가 커지게 되는 문제점이 있다.
또한, 라만 증폭기를 이용하여 DCF를 사용함에 따라 발생하는 광신호의 전력 손실을 보상할 경우, EDFA를 이용하는 것에 비해 OSNR은 좋아질 수 있으나 라만 증폭 효율이 낮아서 적절한 이득을 얻기 위해서는 펌핑 광을 광섬유에 입사하는 펌프 레이저다이오드(Pump Laser Diode)가 높은 파워를 갖는 펌핑 광을 입사할 수 있어야 하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 광신호가 전송되는 중에 발생하는 광신호의 분산 및 손실을 보상할 수 있는 광섬유 증폭기 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 전송되는 광신호에 대한 보다 우수한 잡음비(OSNR)를 유지할 수 있는 광섬유 증폭기 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전송되는 광신호에 대한 보다 높은 이득 효율을 얻고 각 증폭기를 하나로 모듈화함에 따른 증폭기의 부피를 줄일 수 있는 광섬유 증폭기 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적은 본 발명에 따라, 광섬유를 통해 전송되는 광신호를 증폭 하고 분산되는 상기 광신호의 분산을 보상하기 위한 광섬유 증폭기에 있어서, 어븀 이온이 첨가된 분산 보상 기능을 갖는 광섬유의 전단에 배치되어 어븀 이온의 밀도 반전(inversion)을 이루기 위해 어븀 이온을 펌핑하는 어븀 펌핑부; 및 광섬유의 후단에 배치되어 어븀 펌핑부에 의해 어븀이온이 밀도 반전된 광섬유에서 유도 라만 산란(stimulated Raman scattering : 이하 SRS라함)을 유도하는 라만 펌핑부;를 포함하는 광섬유 증폭기에 의해 달성된다. 이때, 광신호가 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 광섬유를 통과하게 되면, 광신호에 대한 손실 및 분산이 보상된다.
바람직하게는, 어븀 펌핑부는, 설정된 펌프 파장에 따라 소정의 파장을 갖는 광을 발생하여 방출하는 펌프 레이저다이오드; 및 펌프 레이저다이오드로부터 방출된 광과 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하여 출력하는 파장선택커플러;를 갖는다. 이에 의해, 광섬유는 파장선택커플러에서 출력된 커플링된 광신호에 의해 어븀 이온들이 밀도 반전된 후, 유도 방출(stimulated emission)되어 이득을 얻는다. 이때, 펌프 레이저다이오드에 설정되는 펌프 파장은 930nm 내지 1030nm, 및 1430nm 내지 1530nm 범위 내의 어느 하나의 파장값이다.
바람직하게는, 라만 펌핑부는, 소정 범위 내에 서로 다른 값으로 설정된 펌프 파장에 따라 서로 다른 파장을 갖는 광을 발생하여 방출하는 복수의 펌프 레이저다이오드; 복수의 펌프 레이저다이오드로부터 방출된 서로 다른 파장의 광을 소정 범위 내의 파장을 갖는 광신호로 먹싱하는 멀티플렉서; 및 멀티플렉서에 의해 먹싱된 광신호와 외부로부터 입사되는 광신호를 커플링하는 파장선택커플러;를 갖 는다. 이에 의해, 어븀 펌핑된 광섬유는 파장선택커플러에서 출력된 커플링된 광신호에 의해 유도 라만 산란에 의해 이득을 얻는다. 이때, 복수의 펌프 레이저다이오드에 설정되는 서로 다른 값을 갖는 펌프 파장은 1400nm 내지 1510nm 범위 내의 파장값이다.
상기와 같은 목적은 본 발명에 따라, 광섬유를 통해 전송되는 광신호를 증폭하고 분산되는 상기 광신호의 분산을 보상하기 위한 광섬유 증폭기를 이용한 광신호의 손실 및 분산 보상 방법에 있어서, 어븀 이온이 첨가된 분산 보상 기능을 갖는 광섬유의 전단에 배치되는 어븀 펌핑부를 이용하여 광섬유에서 어븀 이온의 밀도 반전을 수행하는 단계; 광섬유의 후단에 배치되는 라만펌핑부를 이용하여 어븀 펌핑된 광섬유에서 유도 라만 산란을 유도하는 단계; 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 광섬유에 광신호가 통과될 때, 광신호에 대한 손실 및 분산을 보상하는 단계; 및 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 광섬유를 통과한 광신호의 이득을 평탄화하기 위해 광신호에 대해 소정의 레벨을 기준으로 필터링하는 단계;를 포함하는 광섬유 증폭기를 이용한 광신호의 손실 및 분산 보상 방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 광섬유에 분포하는 어븀 이온의 밀도를 반전하는 단계는, 설정된 펌프 파장에 따라 소정의 파장을 갖는 광을 발생하여 방출하는 단계; 방출된 광과 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하여 출력하는 단계; 및 커플링된 광신호에 의해 광섬유의 어븀 이온들이 밀도 반전된 후, 유도 방출되어 이득을 얻는 단계를 포함한다. 이때, 펌프 파장은 930nm 내지 1030nm, 및 1430nm 내지 1530nm 범 위 내의 어느 하나의 파장값이다.
바람직하게는, 유도 라만 산란을 유도하는 단계는, 설정된 펌프 파장에 따라 대응하는 광을 발생하여 방출하는 단계; 및 방출된 광과 광섬유로부터 방출되는 광신호를 커플링하여 출력하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 어븀 펌핑된 광섬유는 커플링된 광신호에 의해 유도 라만 산란에 의해 이득을 얻는다. 이때, 라만 펌핑을 위해 발생되는 펌프 파장은 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 파장값이다.
본 발명에 따르면, 어븀이 첨가된 분산 보상 광섬유(ED-DCF)를 이용한 광증폭기는 어븀 펌핑에 따른 이득과 라만 펌핑에 따른 이득을 얻을 수 있음으로, 광신호의 증폭 효율을 높일 수 있고 분산 증폭기의 특성상 보다 좋은 광신호대 잡음 비를 얻을 수 있다. 또한, 어븀이 첨가된 분산 보상 광섬유(ED-DCF)를 이용한 광증폭기는 광신호에 대한 증폭뿐만 아니라 분산을 보상함으로써, 제품의 크기를 작게 모듈화할 수 있다. 그리고, 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 서로 다른 파장을 발생하는 펌프 레이저다이오드에서 발생하는 광의 파워를 조절함으로써, 단파장 대역인 C-band 영역(1530nm 내지 1560nm)뿐만 아니라 장파장 대역인 L-band 영역(1570nm 내지 1600nm)과, C-band 영역 및 L-band 영역 모두를 증폭할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 광신호의 분산 및 손실을 보상할 수 있는 광섬유 증 폭기의 제1실시예를 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 광섬유 증폭기는, 어븀 펌핑(Erbium Pumping)부(120), 어븀 첨가 분산 보상 광섬유(Erbium-Doped Dispersion Compensating Fiber : ED-DCF)(140), 및 라만 펌핑(Raman Pumping)부(160)를 갖는다.
어븀 펌핑부(120)는 어븀 첨가 분산 보상 광섬유(Erbium-Doped Dispersion Compensating Fiber)(140)를 펌핑한다. 어븀 첨가 분산 보상 광섬유(Erbium-Doped Dispersion Compensating Fiber : 이하 ED-DCF라 함)(140)는 어븀이 첨가된 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensating Fiber : DCF)이다. ED-DCF(140)는 어븀 펌핑부(120)의 펌핑 동작에 의해 펌핑된다. 라만펌핑부(160)는 어븀 펌핑부(120)의 펌핑 동작에 의해 펌핑된 ED-DCF(140)를 재 펌핑한다.
어븀 펌핑부(120)는 펌프 레이저다이오드(Pump LD)(124) 및 제1파장선택커플러(Wavelength Selection Coupler)(122)를 갖는다. 펌프 레이저다이오드(124)는 입력되는 신호에 따라 소정의 파장을 갖는 광(빛)을 발생하고 발생된 광에 대응하는 광신호를 제1파장선택커플러(122)에 입사한다. 이때, 펌프 레이저다이오드(124)에서 광을 발생하기 위해 설정된 파장은 980nm 또는 1480nm가 있다.
외부로부터 전송된 광신호가 어븀 펌핑부(120)에 수신되면, 어븀 펌핑부(120)의 제1파장선택커플러(122)는 외부로부터 입력되는 광신호와 펌프 레이저다이오드(124)로부터 제공된 광신호를 결합한다. 제1파장선택커플러(122)에 의해 외부로부터 입력되는 광신호와 펌프 레이저다이오드(124)로부터 제공된 광신호 가 결합된 광신호는 ED-DCF(140)로 전송되어 ED-DCF(140)의 어븀 이온들이 밀도 반전된 후, 유도 방출(stimulated emission)되어 이득을 얻도록 한다.
라만펌핑부(160)는 복수의 펌프 레이저다이오드(166), 멀티플렉서(164), 및 제2파장선택커플러(162)를 갖는다. 복수의 펌프 레이저다이오드(166)는 입력되는 신호에 따라 설정된 서로 다른 파장을 갖는 광신호를 발생하여 멀티플렉서(164)에 입사한다. 이때, 복수의 펌프 레이저다이오드(166)에서 서로 다른 파장을 갖는 광신호를 발생하기 위해 설정되는 파장은 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 어느 하나의 파장값을 갖는다. 멀티플렉서(164)는 복수의 펌프 레이저다이오드(166)로부터 입사된 복수의 광신호를 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 파장을 갖는 광신호로 먹싱(muxing)하여 제2파장선택커플러(162)에 전송한다. 제2파장선택커플러(162)는 멀티플렉서(164)에 의해 먹싱된 광신호를 기초로 ED-DCF(140)를 펌핑한다. 이때, 제2파장선택커플러(162)에서 커플링되기 위해 입력되는 광신호의 파장은 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 파장값과 1550nm의 파장값(14xxnm/1550nm라 함)을 갖는다.
이에 따라, 제1파장선택커플러(122)에 의해 결합되어 출력된 광신호는 어븀 펌핑부(120)와 라만펌핑부(160)에서 각각 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 ED-DCF(140)를 통과하면서 손실 및 분산이 보상된다. 이렇게 손실 및 분산이 보상된 광신호는 라만펌핑부(160)에 입력된다. 라만펌핑부(160)의 제2파장선택커플러(162)는 ED-DCF(140)에서 손실 및 분산이 보상된 광신호와 멀티플렉서(164)로부터 전송된 광신호를 합성한다. 제2파장선택커플러(162)에 의해 합성된 광신호는 해당 디바이스로 전송된다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 증폭기를 이용한 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 방법의 제1실시예를 도시한 순서도이다. 본 실시예는 도 1에 도시된 광섬유 증폭기를 이용한 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 방법이다. 따라서, 본 실시예는 도 1의 광섬유 증폭기에 의해 실시되므로 해당 블럭에 대한 자세한 동작 설명은 생략한다.
먼저, 어븀 펌핑부(120)는 ED-DCF(140)에 대해 어븀 이온의 밀도 반전을 수행한다(S100). 라만펌핑부(160)는 어븀 펌핑된 ED-DCF(140)에 대해 유도 라만 산란을 유도하는 과정을 수행한다(S120). 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 ED-DCF(140)에 광신호가 통과되면, 통과되는 광신호에 대해 손실 및 분산을 보상한다(S140).
도 3은 도 2의 어븀 펌핑부(120)에 의한 어븀 이온의 밀도 반전 단계(S100)를 보다 상세히 도시한 순서도이다. 먼저, 펌프 레이저다이오드(124)는 입력되는 신호를 설정된 파장을 갖는 광을 발생하고, 발생된 광을 제1파장선택커플러(122)에 입사한다(S102). 제1파장선택커플러(122)는 외부로부터 전송된 광신호가 수신되는 지의 여부를 판단한다(S104). 외부로부터 광신호가 수신되는 것으로 판단되면, 제1파장선택커플러(122)는 외부로부터 입력되는 광신호와 펌프 레이저다이오드(124)로부터 입사된 광을 커플링 즉, 합성한다(S106). 이에 따라, 제1파장선택커플러(122)에서 합성된 광신호는 ED-DCF(140)에 전송되고, ED-DCF(140)는 제1파장선택커플러(122)로부터 전송된 광신호에 의해 어븀 이온들이 밀도 반전된 후, 유도 방출되어 이득을 얻게 된다(S108).
도 4는 도 2의 유도 라만 산란을 유도하는 단계(S120)를 보다 상세히 도시한 순서도이다. 먼저, 복수의 펌프 레이저다이오드(166)는 입력되는 신호에 따라 설정된 서로 다른 파장을 갖는 광을 발생하여 멀티플렉서(164)에 입사한다(S122). 이때, 복수의 펌프 레이저다이오드(166)에서 서로 다른 파장을 갖는 광신호를 발생하기 위해 설정되는 파장은 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 어느 하나의 파장값을 갖는다. 멀티플렉서(164)는 복수의 펌프 레이저다이오드(166)로부터 입사된 복수의 광신호를 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 파장을 갖는 광신호로 먹싱(muxing)하여 제2파장선택커플러(162)에 전송한다(S124).
제2파장선택커플러(162)는 멀티플렉서(164)에 의해 먹싱된 광신호를 기초로 ED-DCF(140)에서 유도 라만 산란에 의해 이득을 얻는다(S126). 이때, 제2파장선택커플러(162)에서 커플링되기 위해 입력되는 광신호의 파장은 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 파장값과 1550nm의 파장값(14xxnm/1550nm라 함)을 갖는다.
따라서, 제1파장선택커플러(122)에 의해 결합되어 출력된 광신호는 어븀 펌핑부(120)와 라만 펌핑부(160)에서 각각 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 ED-DCF(140)를 통과하면서 손실 및 분산이 보상된다.
도 5는 본 발명에 따른 광신호의 분산 및 손실을 보상할 수 있는 광섬유 증폭기의 제2실시예를 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 광섬유 증폭기는, 어븀 펌핑(Erbium Pumping)부(220), 어븀 첨가 분산 보상 광섬유(Erbium-Doped Dispersion Compensating Fiber : ED-DCF)(240), 라만 펌핑(Raman Pumping)부(260), 및 이득평탄화필터(Gain Flattening Filter)(280)를 갖는다.
어븀 펌핑부(220)는 ED-DCF(240)에 대해 어븀 이온의 밀도 반전을 수행한다. ED-DCF(240)는 어븀이 첨가된 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensating Fiber : DCF)이다. ED-DCF(240)는 어븀 펌핑부(220)의 펌핑 동작에 의해 펌핑된다. 라만펌핑부(260)는 어븀 펌핑부(220)의 펌핑 동작에 의해 어븀 펌핑된 ED-DCF(240)에 대해 라만 펌핑을 수행한다. 이득평탄화필터(280)는 어븀 펌핑부(220) 및 라만펌핑부(260)의 펌핑 동작에 의해 펌핑된 ED-DCF(240)를 통과한 광신호를 소정의 레벨을 기준으로 평탄한 레벨로 필터링하여 광신호의 이득을 평탄화시킨다.
어븀 펌핑부(220)는 펌프 레이저다이오드(Pump LD)(224) 및 제1파장선택커플러(Wavelength Selection Coupler)(222)를 갖는다. 펌프 레이저다이오드(224)는 입력되는 신호에 따라 소정의 파장을 갖는 광을 발생하고 발생된 광을 제1파장선택커플러(222)에 입사한다. 이때, 펌프 레이저다이오드(224)에서 광을 발생하기 위해 설정된 파장은 980nm 또는 1480nm가 있다.
제1파장선택커플러(222)는 외부로부터 전송된 광신호가 어븀 펌핑부(220)에 수신되면, 외부로부터 입력되는 광신호와 펌프 레이저다이오드(224)로부터 제공된 광을 커플링한다. 제1파장선택커플러(222)에 의해 외부로부터 입력되는 광신호와 펌프 레이저다이오드(224)로부터 제공된 광신호가 결합된 광신호는, ED-DCF(240)로 전송되어 ED-DCF(240)를 어븀 이온들이 밀도 반전된 후, 유도 방출(stimulated emission)되어 이득을 얻게된다.
라만펌핑부(260)는 펌프 레이저다이오드(264) 및 제2파장선택커플러(262)를 갖는다. 펌프 레이저다이오드(264)는 입력되는 신호에 따라 설정된 파장을 갖는 광을 발생하여 발생된 광을 제1파장선택커플러(262)에 입사한다. 제2파장선택커플러(262)는 펌프 레이저다이오드(264)로부터 입사된 광신호를 기초로 ED-DCF(140)에서 유도 라만 산란에 의한 이득을 얻는다.
이에 따라, 제1파장선택커플러(222)에 의해 결합되어 출력된 광신호는 어븀 펌핑부(220)와 라만 펌핑부(160)에서 각각 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 ED-DCF(240)를 통과하면서 손실 및 분산이 보상된다. 이렇게 손실 및 분산이 보상된 광신호는 라만펌핑부(260)에 입력된다. 라만펌핑부(260)의 제2파장선택커플러(262)는 ED-DCF(240)에서 손실 및 분산이 보상된 광신호와 펌프 레이저다이오드(264)로부터 입사된 광신호를 합성한다.
제2파장선택커플러(262)에 의해 합성된 광신호는 이득평탄화필터(280)로 전송된다. 이에 따라, 이득평탄화필터(280)는 제2파장선택커플러(262)로부터 전송된 광신호에 대해 이득이 소정의 레벨을 유지하도록 이득 평탄화 필터링을 수행한다.
따라서, 손실 및 분산이 보상된 광신호에 대해 이득을 평탄화함으로써, 광섬유 증폭기에 입력되는 광신호가 증폭되어 출력됨에 따른 광신호의 보다 높은 이득 효율을 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 광섬유 증폭기를 이용한 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 방법의 제2실시예를 도시한 순서도이다. 본 실시예는 도 5에 도시된 광섬유 증폭기를 이용한 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 방법이다. 따라서, 본 실시예는 도 5의 광섬유 증폭기에 의해 실시되므로 해당 블럭에 대한 자세한 동작 설명은 생략한다.
먼저, 어븀 펌핑부(220)는 ED-DCF(240)에 대해 어븀 이온의 밀도 반전을 수행한다(S220). 라만 펌핑부(260)는 어븀 펌핑된 ED-DCF(240)에 대해 유도 라만 산란을 유도하는 과정을 수행한다(S240). 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 ED-DCF(240)에 광신호가 통과되면, 통과되는 광신호에 대해 손실 및 분산을 보상한다(S260). 이득평탄화필터(280)는 어븀 이온의 밀도 반전 및 유도 라만 산란이 유도된 ED-DCF(240)를 통과한 광신호가 입력되면, 입력된 광신호에 대해 이득을 소정 레벨로 평탄화하기 위한 이득 평탄화 필터링을 수행한다(S280).
도 7은 ED-DCF(140, 240)에 첨가된 어븀 이온의 흡수 및 방출 단면적(absorption & emission cross-section) 변화를 나타낸 그래프이다. 어븀 펌핑부(120, 220)에 의해 980nm 또는 1480nm의 파장을 갖는 광을 발생하는 펌프 레이저다이오드(124, 224)에서 입사되는 광에 의해 어븀 이온이 밀도 반전된 ED-DCF(140, 240)를 통과하는 광신호는, ED-DCF(140, 240)에 분포하는 어븀 이온의 특성에 따라 1550nm 영역에서 입사된 광신호가 흡수되는 단면적(σa)보다 방출되는 단면적(σe)이 큰 것을 알 수 있다. 따라서, 1550nm 영역에서 보다 증폭된 광신호를 얻을 수 있다.
도 8은 1450nm 파장으로 라만 펌핑된 ED-DCF(140, 240)에서 방출되는 광신호의 라만 이득(Raman Gain)을 나타낸 그래프이다.
라만 펌핑부(160, 260)에 의해 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 파장을 갖는 광을 발생하는 펌프 레이저다이오드(166, 264)에서 입사되는 광에 의해 라만 펌핑 된 ED-DCF(140, 240)를 통과하는 광신호는, 라만 분산 현상(Raman scattering)에 따라 1400nm 내지 1500nm 범위 내이 임의의 파장을 갖는 펌핑 파장에서 100nm 정도 떨어진 1550nm 영역에서 보다 높을 이득을 얻을 수 있다. 또한, ED-DCF(140, 240)를 통과하는 광신호는 1400nm 내지 1500nm 범위의 파장에서도 어븀 이온에 의한 흡수 현상이 발생하므로, 어븀으로 인한 이득도 추가로 얻을 수 있다.
보다 바람직하게는, 광신호의 분산 및 손실을 보상하기 위한 광섬유 증폭기는, 도 1과 같이 ED-DCF(140)를 어븀 펌핑부(120)의 펌프 레이저다이오드(124)를 이용하여 980nm의 파장을 갖는 광으로 포워드 펌핑(forward pumping)하고, 라만펌핑부(160)의 펌프 레이저다이오드(166)를 이용하여 1400nm 내지 1500nm 내의 서로 다른 파장을 갖는 광으로 백워드 펌핑(backward pumping)하는 구조를 갖는다. 이에 따라, 가장 효율적인 어븀이 첨가된 분산 보상을 위한 광섬유의 증폭기를 얻을 수 있다. 왜냐하면, 980nm의 파장을 갖는 광을 발생하는 펌프 레이저다이오드(124)에 의해 980nm의 파장 특성상 좋은 잡음지수(Noise Figure)를 가질 수 있으며, 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 파장을 갖는 광을 발생하는 펌프 레이저다이오드(166)에 의해 라만 분산 현상에 따른 라만 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, ED-DCF(140)에 분포하는 어븀 이온에 의한 이득을 얻을 수 있으므로, 광신호의 보다 높은 증폭 효율을 얻을 수 있다.
ED-DCF(140, 240)가 펌핑되면, 펌프 레이저다이오드(124, 166)에서 입사되는 980nm, 1480nm, 및 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 파장을 갖는 광은 어븀 이온에 의해 일부가 흡수되어 어븀 이온에 의한 이득이 생긴다. 또한, 어븀 이온에 흡수 되지 않은 1480nm, 및 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 광에 의해 라만 이득을 얻을 수 있다. 따라서, ED-DCF(140, 240)에 첨가(doping)되는 어븀 이온의 농도는 낮아야 한다. 이때, ED-DCF(140, 240)에 첨가되는 어븀의 농도가 낮더라도 라만 이득을 얻을 수 있으므로, 전체적으로 광신호의 증폭 효율이 좋아진다.
도 1에서 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 서로 다른 파장을 갖는 광을 발생하는 펌프 레이저다이오드(166)를 이용하게 되면, 광신호의 이득을 평탄화 하기 위한 필터링을 수행하지 않고도 각 펌프 파장의 광에 대한 파워(power)를 조절할 수 있다. 이때, 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 서로 다른 파장을 발생하는 펌프 레이저다이오드(166)에서 발생하는 광의 파워를 조절하면, 단파장 대역인 C-band 영역(1530nm 내지 1560nm)뿐만 아니라 장파장 대역인 L-band 영역(1570nm 내지 1600nm)과, C-band 영역 및 L-band 영역 모두를 증폭시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 어븀이 첨가된 분산을 보상하기 위한 광섬유의 증폭기는 광신호에 대해 수 킬로미터(km) 내지 수십 킬로미터의 전송거리를 갖는다. 본 실시예의 광섬유 증폭기는 수 킬로미터(km) 내지 수십 킬로미터의 구간 내에서 분배 증폭의 특성을 가지므로, 집중 상수형 증폭기(Lumped Amplifier)를 이용하여 광신호를 증폭하는 것에 비해 보다 우수한 광신호 대 잡음비(OSNR)를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예의 광섬유 증폭기는 광신호의 증폭뿐만 아니라, 전송 중에 축적된 광신호의 분산 현상을 보상하여 주므로, 광신호의 분산을 보상하기 위해 추가적으로 광섬유 증폭기가 필요 없고 작은 사이즈를 갖는 제품으로 모듈화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 어븀이 첨가된 분산 보상 광섬유(ED-DCF)를 이용한 광섬유 증폭기는 어븀 펌핑에 따른 이득과 라만 펌핑에 따른 이득을 얻을 수 있음으로, 광신호의 증폭 효율을 높일 수 있고 분산 증폭기의 특성상 보다 좋은 광신호대 잡음 비를 얻을 수 있다.
또한, 어븀이 첨가된 분산 보상 광섬유(ED-DCF)를 이용한 광섬유 증폭기는 광신호에 대한 증폭뿐만 아니라 분산을 보상함으로써, 제품의 크기를 작게 모듈화할 수 있다.
그리고, 1400nm 내지 1500nm 범위 내의 서로 다른 파장을 발생하는 펌프 레이저다이오드에서 발생하는 광의 파워를 조절함으로써, 단파장 대역인 C-band 영역(1530nm 내지 1560nm)뿐만 아니라 장파장 대역인 L-band 영역(1570nm 내지 1600nm)과, C-band 영역 및 L-band 영역 모두를 증폭할 수 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 광섬유 증폭기에 있어서,
    어븀 이온이 첨가된 분산 보상 기능을 갖는 광섬유;
    상기 광섬유를 포워드(forward) 펌핑하는 어븀 펌핑부;
    소정 범위 내에 서로 다른 값으로 설정된 펌프 파장에 따라 서로 다른 파장을 갖는 광을 발생하여 방출하는 복수의 펌프 레이저다이오드;
    상기 복수의 펌프 레이저다이오드로부터 방출된 복수의 광을 다중화하는 멀티플렉서; 및
    상기 멀티플렉서에 의해 다중화된 광신호와 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하여 상기 광섬유를 백워드 펌핑하기 위한 광신호를 출력하는 파장선택커플러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 어븀 펌핑부는,
    기 설정된 펌프 파장의 광을 방출하는 펌프 레이저다이오드; 및
    상기 펌프 레이저다이오드로부터 방출된 광과 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하여 상기 광섬유를 포워드 펌핑하기 위한 광신호를 출력하는 파장선택커플러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 펌프 레이저다이오드는 930nm 내지 1030nm, 및 1430nm 내지 1530nm 범위 내의 펌프 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 레이저다이오드들 각각은 1400nm 내지 1510nm 범위 내의 서로 다른 펌프 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  6. 광섬유 증폭기에 있어서,
    어븀 이온이 첨가된 분산 보상 기능을 갖는 광섬유;
    상기 광섬유를 포워드(forward) 펌핑하는 어븀 펌핑부;
    상기 어븀 펌핑부에 의해 포워드 펌핑된 상기 광섬유를 백워드(backward) 펌핑하는 라만 펌핑부; 및
    상기 어븀 펌핑부 및 상기 라만 펌핑부에 의해 펌핑된 광섬유를 통과한 광신호의 레벨을 소정의 레벨로 필터링하는 이득평탄화필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 어븀 펌핑부는,
    기 설정된 펌프 파장의 광을 방출하는 펌프 레이저다이오드; 및
    상기 펌프 레이저다이오드로부터 방출된 광과 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하여 상기 광섬유를 포워드 펌핑하기 위한 광신호를 출력하는 파장선택커플러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 펌프 레이저다이오드는 930nm 내지 1030nm, 및 1430nm 내지 1530nm 범위 내의 펌프 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 라만 펌핑부는,
    소정 범위 내에 서로 다른 값으로 설정된 펌프 파장에 따라 서로 다른 파장을 갖는 광을 발생하여 방출하는 복수의 펌프 레이저다이오드;
    상기 복수의 펌프 레이저다이오드로부터 방출된 복수의 광을 다중화하는 멀티플렉서; 및
    상기 멀티플렉서에 의해 다중화된 광신호와 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하여 상기 광섬유를 백워드 펌핑하기 위한 광신호를 출력하는 파장선택커플러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 레이저다이오드들 각각은 1400nm 내지 1510nm 범위 내의 서로 다른 펌프 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  11. 광섬유 증폭 방법에 있어서,
    어븀 이온이 첨가된 분산 보상 기능을 갖는 광섬유를 어븀 펌핑하는 단계; 및
    상기 어븀 펌핑된 광섬유를 라만 펌핑하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 어븀 펌핑단계는,
    기 설정된 펌프 파장의 광을 방출하는 단계;
    상기 방출되는 광과 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하는 단계; 및
    상기 커플링된 광신호에 의해 상기 광섬유를 포워드 증폭 펌핑하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 방출 단계에서는 930nm 내지 1030nm, 및 1430nm 내지 1530nm 범위 내의 어느 하나의 펌프 파장이 방출되는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 라만 펌핑단계는,
    소정 범위 내에서 서로 다른 값으로 설정된 복수의 펌프 파장의 광을 방출하 는 단계;
    상기 방출되는 복수의 광을 다중화하는 단계; 및
    다중화된 광과 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 방출단계에서는 1400nm 내지 1510nm 범위 내에서 복수의 펌프 파장의 광이 방출되는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
  16. 광섬유 증폭 방법에 있어서,
    어븀 이온이 첨가된 분산 보상 기능을 갖는 광섬유를 어븀 펌핑하는 단계;
    상기 어븀 펌핑된 광섬유를 라만 펌핑하는 단계; 및
    상기 어븀 펌핑 및 상기 라만 펌핑된 광섬유를 통과한 광신호의 레벨을 소정의 레벨로 필터링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 광섬유 증폭 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 어븀 펌핑 단계는,
    기 설정된 펌프 파장의 광을 방출하는 단계;
    상기 방출되는 광과 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하는 단계; 및
    상기 커플링된 광신호에 의해 상기 광섬유를 포워드 증폭 펌핑하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 방출 단계에서는 930nm 내지 1030nm, 및 1430nm 내지 1530nm 범위 내의 어느 하나의 펌프 파장이 방출되는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 라만 펌핑 단계는,
    소정 범위 내에서 서로 다른 값으로 설정된 복수의 펌프 파장의 광을 방출하는 단계;
    상기 방출되는 복수의 광을 다중화하는 단계; 및
    다중화된 광과 외부로부터 입력되는 광신호를 커플링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 방출단계에서는 1400nm 내지 1510nm 범위 내에서 복수의 펌프 파장의 광이 방출되는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭 방법.
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