KR100578165B1 - Gain flattening filter using the fused couplers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저렴한 비용으로 제작되어 전체적인 대역을 평탄하게 보상하여 증폭기의 이득 평탄도를 향상시킬 수 있는 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터를 제공하기 위하여 제안된 것으로서, 상기 본 발명의 이득 등화 필터는 2개 이상의 융합결합기를 소정 형태로 연결하여 구성하고, 상기 융합결합기의 중심파장과 주기를 조절하여 상기 증폭기의 이득 스펙트럼을 조절하도록 구성되는데, 이때, 2개 이상의 융합결합기는 링 형태로 연결되거나, 다단으로 직렬연결되며, 광신호가 상기 2개 이상의 융합결합기를 통과하면서 그 이득 스펙트럼이 변화하게 되는 것이다.The present invention has been proposed to provide a gain equalization filter using a fusion coupler that can be manufactured at low cost and compensates the entire band flatly to improve the gain flatness of the amplifier. It is configured to connect the fusion coupler in a predetermined form, and to adjust the gain spectrum of the amplifier by adjusting the center wavelength and period of the fusion coupler, wherein at least two fused couplers are connected in a ring form or in multiple stages It is connected in series and the gain spectrum is changed as the optical signal passes through the two or more fusion combiners.
광통신, 파장분할 다중 전송시스템. 어븀 첨가 광섬유 증폭기, 이득 등화 필터, 융합결합기Optical communication, wavelength division multiplex transmission system. Erbium-doped fiber amplifiers, gain equalization filters, fusion combiners
Description
도 1은 일반적으로 알려진 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 파장에 따른 이득 스펙트럼이다.1 is a gain spectrum according to a wavelength of a generally known erbium-doped fiber amplifier.
도 2는 본 발명에 의한 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터를 구비한 어븀첨가 광섬유 증폭기의 구성도이다.2 is a block diagram of an erbium-doped optical fiber amplifier having a gain equalization filter using a fusion coupler according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터의 기본 구조도이다.3 is a basic structural diagram of a gain equalization filter using a fusion coupler according to the present invention.
도 4는 도 3에 보인 본 발명의 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터의 모델링 구조도이다.FIG. 4 is a modeling diagram of a gain equalization filter using the fusion coupler of the present invention shown in FIG. 3.
도 5의 (a) 및 (b)는 도 4에 도시된 제1,2융합결합기의 상세 모델링 구조도이다.5 (a) and 5 (b) are detailed modeling structural diagrams of the first and second fusion couplers shown in FIG. 4.
도 6의 (a)는 중심파장이 1533nm이고 주기가 66nm인 융합결합기의 투과 특성을 나타낸 것이고, (b)는 중심파장이 1553nm이고 주기가 70nm인 융합결합기의 투과 특성을 나타낸 것이다.(A) of FIG. 6 shows the permeation characteristics of the fusion coupler having a center wavelength of 1533 nm and a period of 66 nm, and (b) shows the permeation characteristics of the fusion coupler having a center wavelength of 1553 nm and a period of 70 nm.
도 7은 상기 도 3에 보인 본 발명의 이득 등화 필터의 전체적인 투과 특성을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the overall transmission characteristics of the gain equalization filter of the present invention shown in FIG.
도 8은 본 발명에 의한 이득 등화 필터를 구비한 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 이득 스펙트럼이다.8 is a gain spectrum of an erbium-doped optical fiber amplifier having a gain equalization filter according to the present invention.
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 보인 이득 등화 필터의 구성도이다.9 is a block diagram of a gain equalization filter showing another embodiment of the present invention.
도 10의 (a),(b)는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 이득 등화 필터의 구성도이다.10A and 10B are diagrams showing a gain equalization filter showing still another embodiment of the present invention.
도 11은 융합결합기의 구조를 나타낸 것이다.11 shows the structure of a fusion bond group.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 어븀 첨가 광섬유 2 : 광커플러1: erbium-doped optical fiber 2: optocoupler
3a, 3b : 광아이솔레이터 4 : 이득 등화 필터3a, 3b: optical isolator 4: gain equalization filter
5 : 펌프 레이저 다이오드 6 : 제1융합결합기5: pump laser diode 6: first fusion coupler
7 : 제2융합결합기 11 : 클래드7: second fusion coupler 11: clad
12 : 코어 13 : 융합영역12
본 발명은 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 불균일한 이득 스펙트럼을 평탄하게 하는 이득 등화 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저렴한 비용으로 제작되어 전체적인 대역을 평탄하게 보상할 수 있는 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a gain equalization filter for flattening a non-uniform gain spectrum of an erbium-doped fiber amplifier, and more particularly, to a gain equalization filter using a fusion coupler that can be made at low cost and compensates the entire band evenly. will be.
일반적으로, 파장분할 다중화시스템에 있어서 전송할 신호를 증폭하는 광증폭기의 출력세기, 이득 대역폭 및 이득평탄도는 전송용량에 가장 큰 영향을 미치는 요소들이다. In general, in a wavelength division multiplexing system, the output strength, gain bandwidth, and gain flatness of an optical amplifier that amplify a signal to be transmitted are the factors that have the greatest influence on transmission capacity.
광증폭기 중에서, 광섬유형 증폭기는 광섬유를 증폭매체로 사용하여 광신호를 전기 신호로 변환하지 않고 증폭할 수 있기 때문에, 최근에 주로 이용되고 있으며, 그 종류로는 광섬유의 주성분인 유리의 유도 비탄성 산란을 이용하는 경우와 광섬유에 첨가된 희토류 원소의 유도 방출 작용을 이용한 것이 있다.Among optical amplifiers, optical fiber amplifiers are mainly used in recent years because they can amplify optical signals without converting them into electrical signals by using optical fibers as amplifying media, and inductive inelastic scattering of glass which is a main component of optical fibers In some cases, and using the induced emission action of the rare earth element added to the optical fiber.
이 가운데 희토류 원소의 일종인 어븀(Er: erbium) 이온을 첨가한 광섬유를 이용한 어븀 첨가 광섬유 증폭기(erbium-doped fiber amplifier, EDFA라고도 한다)는 증폭 가능 파장대가 1550nm대로서, 광섬유의 저손실 대역과 일치하고, 또한, 어븀 이온의 수명이 10ms로 길고, 고효율 증폭(40dB)과 낮은 일그러짐 특성을 얻을 수 있기 때문에, 최근 광통신의 주류를 형성하고 있는 파장 분할 다중 방식(WDM)에서 많이 사용되고 있다.Among these, an erbium-doped fiber amplifier (also called EDFA) using an optical fiber containing erbium (Er) ions, a rare earth element, has an amplifiable wavelength band of 1550 nm, which corresponds to the low loss band of the optical fiber. In addition, since the lifetime of the erbium ion is 10 ms and high efficiency amplification (40 dB) and low distortion characteristics can be obtained, it is widely used in wavelength division multiplexing (WDM), which has formed the mainstream of optical communication in recent years.
그런데, 상기의 어븀 첨가 광섬유 증폭기는 도 1에 도시된 바와 같이, 흡수와 방출 스펙트럼이 1530nm에서 최대이지만, 전체 전송대역에서 평탄하지 않은 특성을 갖고 있다. 이러한 특성으로 인하여 여러 개의 증폭기가 연결된 시스템에서는 전송대역폭이 제한되며, 이를 극복하기 위해서는 이득 스펙트럼을 평탄하게 하기 위한 이득 등화 필터를 증폭기 내부에 삽입하여야 하며, 이런 용도의 이득 등화 필터에 대한 많은 개발이 이루어졌다.However, as shown in FIG. 1, the erbium-doped optical fiber amplifier has an absorption and emission spectrum maximum at 1530 nm, but has an uneven characteristic in the entire transmission band. Due to this characteristic, the transmission bandwidth is limited in a system in which several amplifiers are connected. To overcome this, a gain equalization filter for flattening the gain spectrum must be inserted into the amplifier. Was done.
종래에 사용된 가변감쇄기를 이용한 이득 등화 필터는 각 채널별로 이득을 조절하는 필터로서, 채널 수만큼의 가변감쇄기가 필요하다. 그렇기 때문에, 40채널 이상 운용되는 파장분할 전송시스템에서는 부피가 커지고 제작비용이 높아진다(A.R. Chraplyvy, IEEE Photon, Technol. Lett. 4, 428(1993)).A gain equalization filter using a variable attenuator used in the related art is a filter for adjusting gain for each channel, and a variable attenuator equal to the number of channels is required. Therefore, in the wavelength division transmission system operating more than 40 channels, the volume becomes large and the manufacturing cost becomes high (A.R. Chraplyvy, IEEE Photon, Technol. Lett. 4, 428 (1993)).
이러한 가변감쇄기를 이용한 이득등화필터의 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 트윈코아 광섬유를 이용한 필터나 에칭 격자를 이용한 필터들이 개발되었으나, 이는 제작 과정이 매우 복잡하며 대량 생산이 어렵다는 단점이 있다(G. Grasso, Optical Fiber Communications Conference, vol. 4, 1991, M. Wilkinson, Electron. Lett. 28, 131 (1992)).As a method for solving the problem of the gain equalization filter using the variable attenuator, filters using a twin core optical fiber or filters using an etching grating have been developed, but this has a disadvantage in that the manufacturing process is very complicated and mass production is difficult (G. Grasso, Optical Fiber Communications Conference, vol. 4, 1991, M. Wilkinson, Electron. Lett. 28, 131 (1992).
그리고, 미국 특허 6,542,666호(2003년 4월 1일 특허등록, 명칭 : '광부품(Optical Component)')에서는 광섬유의 장주기 격자나 브래그 격자를 이용하여 광섬유 내에 격자를 새겨만든 이득 등화 필터를 제시하고 있다. 이는 앞서 설명한 기존의 기술들에 비하여 구조가 간단하고 제작이 용이할 수는 있으나, 온도에 매우 민감하다는 단점이 있다. 왜냐하면, 광섬유 내의 코어에 격자를 새겨 코어의 굴절률을 변화시켜 모드간의 간섭을 유도할 때, 굴절률은 격자뿐만 아니라 온도에 대해서도 민감하기 때문이다. 이러한 온도 특성 문제를 해결하기 위하여 붕소를 광섬유 코어에 첨가하여 격자를 새기는 방법이 연구되고 있으나, 실제 대량생산에 있어서 그 특성에 대한 개연성을 보장받기가 어렵고, 격자를 이용한 경우 스펙트럼의 파장에 대한 굴곡(ripple)이 심하여 장거리 전송에 있어서 큰 문제가 될 수 있다.In addition, U.S. Patent No. 6,542,666 (patent registered on April 1, 2003, titled 'Optical Component') proposes a gain equalization filter in which gratings are engraved in an optical fiber using a long period grating or a Bragg grating of an optical fiber. have. This structure is simpler and easier to manufacture than the conventional technologies described above, but has a disadvantage in that it is very sensitive to temperature. This is because the refractive index is sensitive not only to the grating but also to the temperature when the grating is engraved on the core in the optical fiber to change the refractive index of the core to induce interference between modes. In order to solve this temperature characteristic problem, a method of engraving a lattice by adding boron to the optical fiber core has been studied, but it is difficult to guarantee the probability of the characteristic in actual mass production. (ripple) is a serious problem for long distance transmission.
따라서, 다채널이 운용되는 파장분할다중 전송시스템 및 장거리 전송을 위한 제작비용이 저렴하고 구조가 간단하면서, 전체 전송대역을 평탄화시킬 수 있는 이 득 등화 필터가 계속 요구되고 있다.Accordingly, there is a continuing need for a wavelength division multiplexing system that operates multiple channels, and a gain equalization filter capable of flattening the entire transmission band while having a low fabrication cost and a simple structure for long distance transmission.
본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 저렴한 비용으로 제작되어 전체적인 대역을 평탄하게 보상하여 증폭기의 이득평탄도를 향상시킬 수 있는 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a gain equalization filter using a fusion combiner, which can be manufactured at low cost to improve the gain flatness of the amplifier by flatly compensating the entire band. It is.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성 수단으로서, 본 발명은 증폭기의 이득 스펙트럼을 보상하는 이득 등화 필터를 2개 이상의 융합결합기를 소정 형태로 연결하여 구성하고, 상기 융합결합기의 중심파장과 주기를 조절하여 상기 증폭기의 이득 스펙트럼을 조절하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.As a construction means for achieving the above object of the present invention, the present invention comprises a gain equalization filter for compensating the gain spectrum of the amplifier by connecting two or more fusion couplers in a predetermined form, the center wavelength and period of the fusion coupler It characterized in that it is configured to adjust the gain spectrum of the amplifier by adjusting the.
더하여, 본 발명의 이득 등화 필터는 2개 이상의 융합결합기를 링 형태로 결합할 수 있다.In addition, the gain equalization filter of the present invention may combine two or more fusion bond groups in a ring form.
또한, 본 발명의 이득 등화 필터는 2개 이상의 융합결합기를 직렬로 결합할 수도 있다.In addition, the gain equalization filter of the present invention may combine two or more fusion combiners in series.
또한, 본 발명은 상기와 같이 구성된 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터를 광신호의 출력단 전에 구비시킨 어븀 첨가 광섬유 증폭기를 제공한다.In addition, the present invention provides an erbium-doped fiber amplifier provided with a gain equalization filter using the fusion coupler configured as described above before the output terminal of the optical signal.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터에 대하여 설명한다.Hereinafter, a gain equalization filter using a fusion coupler according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 이득 등화 필터를 구비한 EDFA의 구조도이다.2 is a structural diagram of an EDFA having a gain equalization filter according to the present invention.
상기 도 2는 가장 기본적인 증폭기 구조를 나타낸 것으로서, 일반적으로 C-band EDFA의 1단이 이와 같은 구조이며, 상기에서 이득 등화 필터(4)는 이하에서 설명되는 구성 및 작용을 갖는 본 발명에 의한 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터이다.FIG. 2 shows the most basic amplifier structure. In general, the first stage of the C-band EDFA is such a structure, and the
그리고, 상기 도 2에 보인 EDFA의 구조는 하나의 실시예로서 변경이 가능하며, 그에 따라 이득 등화 필터(4)의 구성이 일부 변경될 수 있다. 상기 이득 등화 필터(4)의 다양한 실시예에 대해서는 다음에 더 상세하게 설명한다. In addition, the structure of the EDFA shown in FIG. 2 may be changed as an embodiment, and accordingly, a configuration of the
상기 도 2를 참조하면, 어븀 첨가 광섬유 증폭기는 광신호의 입력단에 광신호의 역방향 반사를 차단하기 위한 광아이솔레이터(3a)가 구비되고, 980nm 파장을 가지는 펌프 레이저 다이오드(5)가 광신호의 전송방향과 순방향으로 여기되고, WDM 광커플러(2)를 통해 상기 광아이솔레이터(3a)의 출측 광섬유 및 상기 펌프 레이저 다이오드(5)를 어븀 첨가 광섬유(1)로 결합시키고, 상기 어븀 첨가 광섬유(1)의 출측을 광아이솔레이터(3b)를 통해 이득 등화 필터(4)로 연결시키고, 상기 이득 등화 필터(4)의 출측이 광신호 출력단으로 연결된다.Referring to FIG. 2, the erbium-doped optical fiber amplifier is provided with an optical isolator 3a for blocking reverse reflection of the optical signal at an input terminal of the optical signal, and a
이러한 구조를 갖는 EDFA에 있어서, 증폭 매체인 상기 어븀 첨가 광섬유(1)의 길이를 16m로, 펌프 레이저 다이오드(5)의 출력 세기를 180mW로 하였을 경우, 이득은 20dB가 된다. 즉, 입력되는 광신호의 세기가 -2dBm일 경우, 출력되는 광신호의 세기는 18dBm이다. In the EDFA having such a structure, when the length of the erbium-doped
그런데, 상기 구조에서, 본 발명에 의한 이득 등화 필터(4)를 구비하지 않은 경우의 이득 스펙트럼은 도 1에 도시된 바와 같으며, 파장에 따른 이득 편차는 대략 3dB 정도가 되었다.By the way, in the above structure, the gain spectrum when the
본 발명의 상기 이득 등화 필터(4)는 상기와 같은 파장별 이득 편차를 감소시키는 것으로서, 도 3은 그 구조의 일례를 보인다.The
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이득 등화 필터(4)는 각각 K1과 K2의 결합 상수를 가지는 제1,2융합결합기(6,7)를 링 형태로 구성한다.As shown in FIG. 3, the
여기서, 결합 상수란 두 모드간의 간섭으로 인한 에너지의 맥놀이 현상을 나타내는 계수이며, 상기 링 형태의 구조는 두 방향으로 진행하는 모드가 같은 거리를 진행하여 시간차가 발생하지 않도록 함으로서, 루프 형태에서 발생할 수 있는 시간차에 의한 신호의 왜곡을 제거한다. Here, the coupling constant is a coefficient representing the pulsation phenomenon of energy due to the interference between the two modes, the ring-shaped structure can occur in the loop form by preventing the time difference does not occur by traveling the same distance in two directions Eliminate distortion of the signal due to time differences.
즉, 도 3에 있어서, 광아이솔레이터(3b)를 통해 입력된 증폭된 광신호는 상기 제2융합결합기(7)로 입사되며, 이를 거쳐 제1융합결합기(6)로 전달되고, 이렇게 두 개의 융합결합기(7,6)를 지난 신호는 다시 제2융합결합기(7)를 통과하여 출력된다.That is, in FIG. 3, the amplified optical signal input through the
상기와 같이, 제1,2융합결합기(7,6)를 거치면서 전체 투과 스펙트럼에 의해 광신호의 스펙트럼이 바뀌게 된다.As described above, the spectrum of the optical signal is changed by the entire transmission spectrum while passing through the first and
융합결합기는 일반적으로 도 11에 도시된 바와 같이, 클래드(11)와 코어(12)로 이루어지는 두개의 광섬유를 소정의 부분에서 클래드 층을 결합시킨 것으로서, 상기 코어(12)로 진행하던 모드가 융합 영역(13)에서 클래드(11) 모드와 간섭을 일으켜 위상차에 따라 서로 에너지를 주고 받으며 진행하게 된다.In general, as shown in FIG. 11, two optical fibers including the clad 11 and the core 12 are combined with a cladding layer at a predetermined portion, and the mode in which the
또한, 상기 융합 영역(13)은 두 가닥의 광섬유를 점차적으로 늘이면서 열을 가하여 붙이는 과정으로 만들어지기 때문에, 같은 방향에 있는 광섬유로는 반사가 발생하지 않는다. 이것은 융합결합기의 추가 손실이 매우 작음을 의미한다.In addition, since the
일반적으로, 융합결합기를 만드는 과정을 설명하면, 우선, 두 가닥의 광섬유의 코팅을 3cm 정도 벗겨내고, 상기 코팅을 벗겨 낸 두 광섬유를 꼬아서 고정을 시킨 다음, 꼬아진 부분에 열을 가하면서 양쪽에서 잡아당긴다. 이때, 두 가닥의 광섬유가 붙은 거리인 융합 영역(13)은 잡아당기는 강도에 따라 달라지며, 따라서, 투과 스펙트럼에 따라서 융합 거리를 조절한다.In general, the process of making a fusion coupler, first, stripping the coating of the two strands of the optical fiber about 3cm, twisting the two optical fibers stripped off the coating and fixed, and then applying heat to the twisted portion Pull in. At this time, the
상기 이득 등화 필터(4)를 지나는 광신호의 출력 스펙트럼을 알기 위해 필터의 투과 특성을 분석하는 전체 모델링 구조를 도 4에 보인다.4 shows the overall modeling structure for analyzing the transmission characteristics of the filter to know the output spectrum of the optical signal passing through the
상기 도 4에서, C로 표시된 지점으로 광신호가 입사되어, A, B, D 세 방향으로 나오게 된다. 먼저, 상기 포인트 C로 입사된 광신호는 결합 상수 K2를 갖는 제2융합결합기(7)를 통과하면서, K23과 K21 두 방향으로 나뉘어 진행하게 된다(여기서, 같은 방향의 광섬유로는 반사가 일어나지 않기 때문에 K24 방향으로는 진행하지 않는다). 상기 K23 방향으로 진행한 광신호는 K1의 결합 상수를 가지는 제1융합 결합기(6)의 K14로 들어간 다음 K11 방향으로 진행하여 포인트 A로 출력되거나, 제1융합결합기(6)의 K21과 제2융합결합기(7)의 K24를 통과하여 포인트 D로 출력된다. 또한, 상기 제2융합결합기(7)의 K21로 진행한 광신호는 반대로 K12 방향으로 제1융합결합기(6)에 입사되어, K13 방향을 통과하여 포인트 B로 나오거나, K14로 나와서 제2융합결합기(7)의 K24를 통과하여 포인트 D로 나올 수 있다.In FIG. 4, an optical signal is incident to a point indicated by C and exits in three directions A, B, and D. First, the optical signal incident at the point C passes through the
따라서, 포인트 D에서는 상기와 같이 두 갈래로 갈라져서 진행하던 신호들이 합해져서 나오게 되며, 더불어 상기 두 갈래로 갈라져서 진행하더라도 모두 같은 경로를 반대방향으로 지나가기 때문에, 경로 차에 의한 신호 왜곡은 발생하지 않는다. Therefore, at point D, the signals divided into two branches proceed as the above, and the signals are separated by the two paths. .
다음으로, 도 5의 (a)와 (b)는 각각 제1,2융합결합기(6,7)의 투과 스펙트럼을 분석하는 모델링 구조이다. Next, FIGS. 5A and 5B are modeling structures for analyzing transmission spectra of the first and
결합 상수 K1을 가지는 제1융합결합기(6)에 있어서, 각 입출력 포인트에서의 전자장은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 표시한다. 이때, 상기 전자장 사이의 관계는 다음의 수학식 1과 같이 나타난다. 여기서, 전자장(E)의 아래첨자는 전자장의 방향(위치)을 표시하며, 윗 첨자 중 a는 융합결합기의 각 지점에서 나가는 신호를, t는 융합결합기로 들어오는 신호를 표시한 것이다.In the
다음으로, 도 5의 (b)는 결합 상수 K2를 가지는 제2융합결합기(7)에 있어서 각 입출력포인트에서의 전자장을 표시한 것으로서, 상기 전자장들의 관계는 다음의 수학식 2와 같다.Next, FIG. 5B shows an electromagnetic field at each input / output point in the
그리고, 본 발명의 이득 등화 필터에 있어서, 상기 K1의 결합 상수를 가지는 제1융합결합기(6)의 K12와 K14 방향의 광섬유가 제2융합결합기(7)의 K21과 K23 방향의 광섬유와 연결되어 있으므로, 이들 간에는 다음의 수학식 3과 같은 관계가 성립한다.In the gain equalization filter of the present invention, the optical fibers in the K12 and K14 directions of the
따라서, 상기 수학식 1 내지 수학식 2에 상기 수학식 3의 조건을 대입하면, 다음의 수학식 4와 같은 투과식이 구해진다.Therefore, by substituting the condition of
여기서, TC-D는 포인트 C와 D간의 투과 정도를 나타낸다. 그리고, 여기서, 결합상수 K1, K2는 두 모드간의 위상차에 의한 모드 결합 정도를 나타내는 것이며, 단일 융합결합기의 파장에 대한 응답은 다음의 수학식 5와 같다.Here, T CD represents the degree of transmission between the points C and D. Here, the coupling constants K1 and K2 represent the degree of mode coupling due to the phase difference between the two modes, and the response to the wavelength of the single fusion coupler is expressed by
여기서, Δλ는 주기를 나타내며, λq는 중심파장을 나타낸다.Here, Δλ represents a period and λ q represents a center wavelength.
그리고, 상기 수학식 5에 보인 융합결합기의 파장에 대한 응답식을 제1,2융합결합기(6,7)의 투과 스펙트럼에 대입하면, 본 발명에 의한 이득 등화 필터에 구비된 제1,2융합결합기(6,7)의 투과 스펙트럼은 다음의 수학식 6과 같이 나타난다.In addition, when the response equation for the wavelength of the fusion coupler shown in
따라서, 상기 수학식 6을 이용하여, 본 발명의 어븀 첨가 광섬유 증폭기에서 의 이득 스펙트럼이 가장 평탄하게 되도록, 이득 등화 필터(4)의 변수를 조절할 수 있다. 이때 조절되는 설계 변수는 각 투과식의 중심 파장과 주기이다.Therefore, using
예를 들어, 상기 도 1에 보인 바와 같은 이득 스펙트럼 특성을 갖는 기존의 어븀 첨가 광섬유 증폭기가 평탄한 이득 스펙트럼을 갖도록 이득 등화 필터(4)를 시뮬레이션 한 결과, 결합상수 K1을 갖는 제1융합결합기(6)의 중심파장은 1533nm로, 주기는 66nm가 되었다. 또한, K2의 결합 상수를 갖는 제2융합결합기(7)의 중심파장은 1553nm, 주기는 70nm이었다.For example, as a result of simulating the
이와 같이 설계된 융합결합기의 투과 스펙트럼은 도 6의 (a)와 (b)에 나타낸 바와 같다. 그리고, 상기 제1,2융합결합기(6,7)를 결합하여 구성된 이득 등화 필터(4)에 대한 투과 스펙트럼은 도 7과 같이 나타난다.The transmission spectrum of the fusion bond device designed as described above is as shown in (a) and (b) of FIG. The transmission spectrum of the
그리고, 상기 도 7에 보인 이득 등화 필터(4)의 투과 스펙트럼과 도 1에 보인 기존의 어븀 첨가 광증폭기의 투과 스펙트럼을 결합하면, 최종적으로 출력되는 증폭신호는 도 8과 같은 투과 스펙트럼을 갖게된다.When the transmission spectrum of the
상기 도 8과 도 1의 그래프를 비교해보면, 도 8의 투과 스펙트럼이 도 1에 비하여 전 대역에 걸쳐 더 평탄해졌음을 알 수 있으며, 수치적으로는 이득 평탄도가 약 1.3dB 향상되었음을 알 수 있다.Comparing the graphs of FIG. 8 and FIG. 1, it can be seen that the transmission spectrum of FIG. 8 is flatter over the entire band than in FIG. 1, and numerically, the gain flatness is improved by about 1.3 dB. .
상술한 바와 같이, 융합결합기를 이용하여 구현된 이득 등화 필터에 있어서 융합결합기를 제작하는데 사용되는 두 가닥의 광섬유는 일반 단일 광섬유로서, 같은 광섬유를 이용하기 때문에 온도에 의한 굴절률 변화가 같다. 따라서 주변 온도 가 변하여 광섬유의 굴절률 변화가 발생하더라도 온도에 의한 두 모드간의 위상차는 거의 발생하지 않는다.As described above, in the gain equalization filter implemented using the fusion coupler, the two strands of optical fibers used to fabricate the fusion coupler are general single optical fibers, and since the same optical fiber is used, the refractive index changes with temperature. Therefore, even if the ambient temperature changes and the refractive index changes of the optical fiber, the phase difference between the two modes due to the temperature hardly occurs.
또한, 상기 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터는 도 7에 도시된 바와 같이, 투과 스펙트럼의 굴곡(ripple)이 작다. 상기 도 6에 나타난 바와 같이 융합결합기에서는 두 모드간의 간섭으로 인한 에너지 전이가 사인 곡선(sine curve)의 형태로 이루어지기 때문에, 전체 투과 스펙트럼은 원만한 곡선을 이룬다.In addition, the gain equalization filter using the fusion coupler has a small ripple of the transmission spectrum, as shown in FIG. 7. As shown in FIG. 6, since the energy transfer due to the interference between the two modes is in the form of a sine curve, the entire transmission spectrum has a smooth curve.
일반적으로, 장거리 전송 시 누적된 이득 스펙트럼의 전체적인 편차는 동적 이득 등화 필터(Dynamic Gain Equalizer)로 어느 정도 줄일 수 있지만, 투과 스펙트럼의 자체의 굴곡(ripple)은 보상하기가 어렵기 때문에, 이득 등화 필터에 있어서 투과 스펙트럼의 굴곡이 적다는 것은 매우 중요한 장점이 된다.In general, the overall deviation of the accumulated gain spectrum during long-distance transmission can be reduced to some extent with the Dynamic Gain Equalizer, but the gain equalization filter is difficult to compensate for the ripple of the transmission spectrum itself. The small bending of the transmission spectrum is a very important advantage.
이상 설명한 이득 등화 필터는 적용되는 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 구조에 따라서 다양한 변형이 가능하다.The gain equalization filter described above can be variously modified depending on the structure of the erbium-doped fiber amplifier to be applied.
도 9는 본 발명에 의한 이득 등화 필터의 다른 실시예를 보인 것으로서, 포인트 C와 포인트 D에 결합상수 K2를 갖는 제2융합결합기(7)의 제1광섬유의 양끝을 연결하고, 상기 제2융합결합기(7)의 제2광섬유의 양끝은 결합상수 K1을 갖는 제1융합결합기(6)의 제1광섬유의 양끝에 연결하여 구성한 것이다. 이때, 신호는 포인트 C로 입력되어, 포인트 A, B, D로 출력된다.Figure 9 shows another embodiment of the gain equalization filter according to the present invention, connecting both ends of the first optical fiber of the
상기에서, 포인트 C로 입력된 광신호는 도 9에 도시된 두 개의 화살표 방향과 같이 제2융합결합기(7) 및/또는 제1융합결합기(6)를 각각 통과하여 포인트 D로 출력되며, 제1,2융합결합기(6,7)에 의한 스펙트럼 조정은 앞서 도 4의 작용과 유사하다.In the above, the optical signal inputted to the point C is output to the point D through the
이어서, 도 10의 (a), (b)는 본 발명에 의한 이득 등화 필터의 또 다른 실시예를 보인 것으로서, 두개의 융합결합기를 다단으로 연결한 구조이다.10 (a) and 10 (b) show another embodiment of the gain equalization filter according to the present invention, and has a structure in which two fusion bond groups are connected in multiple stages.
먼저, 도 10의 (a)에 보인 이득 등화 필터는 결합상수 K1의 제1융합결합기(6)의 제1광섬유의 일측을 포인트 B에 연결하고, 상기 제1융합결합기(6)의 제2광섬유의 일측(상기 포인트 B에 연결된 제1광섬유의 일단과는 다른 방향에 위치)을 포인트 A에 연결하고, 타측은 결합상수 K2를 갖는 제2융합결합기(7)의 제1광섬유의 일측에 연결하고, 상기 제2융합결합기(7)의 제1광섬유의 타측은 포인트 C에 연결하며, 상기 포인트 C에 연결된 제1광섬유의 타측과 동일한 방향에 위치한 제2융합결합기(7)의 제2광섬유의 일측을 포인트 D에 연결하여 구성한다. 이때, 포인트 A로 광신호가 입사되고, 포인트 B, C, D로 광신호가 출력된다.First, the gain equalization filter shown in (a) of FIG. 10 connects one side of the first optical fiber of the
상기 포인트 A로 입사된 광신호는 제1융합결합기(6)의 제2광섬유를 통해 제2융합결합기(7)로 전달되고, 또한 제1융합결합기(7)의 제2광섬유로 반사되어 포인트 B로도 출력된다. 그리고, 상기 제2융합결합기(7)로 입력된 광신호는 입력방향의 반대방향에 위치한 제1광섬유 및 제2광섬유를 통해 각각 포인트 C, D로 나누어져 출력된다.The optical signal incident on the point A is transmitted to the
상기 포인트 B, C, D로부터 출력된 광신호는 상기 포인트 A로 입사된 광신호에 비하여 앞서 설명한 바와 같은 융합결합기의 작용으로 이득 스펙트럼이 평탄화 되어 있다.The optical signal output from the points B, C, and D is flattened by the action of the fusion coupler as described above, compared to the optical signal incident to the point A.
다음으로, 도 10의 (b)는 결합상수 K1을 갖는 제1융합결합기(6)의 제2광섬유의 일측을 포인트 A에 연결하고, 상기 제1융합결합기(6)의 포인트 A에 연결된 방향과 반대방향에 위치한 제1,2광섬유의 타측을 결합상수 K2의 제2융합결합기(7)의 제1,2광섬유의 일측에 각각 연결하고, 상기 제2융합결합기(7)의 제1,2광섬유의 타측은 각각 포인트 B 및 C에 연결한다.Next, FIG. 10 (b) shows a direction in which one side of the second optical fiber of the
상기에서, 포인트 A로 광신호가 입력되고, 포인트 B, C로부터 광신호가 출력된다.In the above, an optical signal is input to the point A, and an optical signal is output from the points B and C.
상기 포인트 A로 입력된 광신호는 제1융합결합기(6)의 융합영역을 통과하면서 제1,2광섬유를 통해 두 방향으로 나누어져 진행하여 제2융합결합기(7)로 입력되고, 제2융합결합기(7)를 통과하여 포인트 B와 C로 출력된다. The optical signal inputted to the point A passes through the fusion region of the
그리고, 상기 제1,2융합결합기(6,7)에서의 위상차에 의한 모드간의 간섭에 의해 상기 포인트 B와 C로 출력된 광신호는 포인트 A로 입력된 광신호에 비하여 이득 스펙트럼이 평탄화된다.Further, the optical signal outputted to the points B and C is flattened in the gain spectrum compared to the optical signal inputted to the point A due to the interference between the modes due to the phase difference in the first and
이상의 설명에서는 2개의 융합결합기를 이용한 예에 대해서 설명하였으나, 융합결합기의 수는 꼭 이에 한정되지 않고 적용되는 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 구조에 따라서 2개 이상 사용될 수 있다.In the above description, an example using two fusion couplers has been described, but the number of fusion couplers is not limited thereto, and two or more may be used depending on the structure of the erbium-doped optical fiber amplifier.
상술한 바와 같이, 본 발명의 이득 등화 필터는 두개의 융합결합기를 결합하여 위상차를 통한 모드간의 간섭을 통해 불균일한 이득 스펙트럼을 평탄하게 한 것으로서, 온도에 의한 영향이 적고, 두개의 광섬유로 만드는 융합결합기를 이용함으로서 구조가 단순하며 제작비용이 절감된다. As described above, the gain equalization filter of the present invention combines two fusion combiners to flatten the non-uniform gain spectrum through the mode-to-mode interference through the phase difference. By using the coupler, the structure is simple and the manufacturing cost is reduced.
더하여, 본 발명에 의한 이득 등화 필터는 온도에 의한 영향이 적고 스펙트럼의 굴곡이 적기 때문에 장거리 전송에 유리하다는 장점이 있다.In addition, the gain equalization filter according to the present invention is advantageous in that it is advantageous for long-distance transmission because it is less influenced by temperature and less bend of the spectrum.
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