KR100680682B1 - 비선형 사그낙 증폭기에 의한 이득 평탄화 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 장치 및 방법은, 허용 가능한 범위 내에서 신호 전력을 유지하면서 서로 다른 파장으로 다수의 광 신호가 증폭되어야 하는 통신 시스템에서의 이득 평탄화를 제공한다. 파장 및 입력 전력의 함수로서 통상의 광 증폭기의 이득의 차 때문에, 서로 다른 파장에서의 신호는 동일한 양만큼 증폭되지 않는다. 따라서, 다수 회 증폭될 때, 일부 신호는 더 이상 사용할 수 없을 정도로 심하게 감쇠되는 경향이 있다. 본 발명의 이득 평탄화 장치 및 방법은, 더 높은 이득 전력곱을 가지는 신호들이 커어 유도 위상 편이에 응답하여 더 큰 양만큼 감쇠되게 하여, 다수의 증폭 단계를 거친 후에 모든 신호 전력이 허용가능한 출력 전력의 작은 범위로 수렴하도록 한다. 본 발명의 장치는, 모든 신호의 전력을 작은 범위 내로 유지하면서, 매우 넓은 스펙트럼에 걸친 복수의 파장을 가지는 일련의 신호들을 다수 회 증폭한다. 신호 전력 범위의 확산은 신호 전력의 변화, 신호들의 수, 및 어느 정도는 증폭기의 펌프 전력의 변화에 대해 견고하다. 또한, 본 발명의 장치는 장치의 구성요소의 파라미터를 변경하여 제조하는 것에 대해 견고하게 설계된다. 본 발명 및 장치는 간섭 루프 내에 비대칭적으로 배치되는 에르븀 도핑된 섬유 증폭기를 가지는 다수의 비선형 사그낙 증폭기로서 구현되는 것이 바람직하다.
이득 평탄화, 비선형 사그낙 증폭기, 커어 유도 위상 편이, 에르븀 도핑된 섬유 증폭기, 간섭 루프

Description

비선형 사그낙 증폭기에 의한 이득 평탄화{GAIN FLATTENING WITH NONLINEAR SAGNAC AMPLIFIERS}
본 발명은 광섬유 통신 시스템, 특히, 광섬유 통신 시스템에 사용하기 위한 증폭기에 관한 것이다.
대역폭에 대한 증가되는 요구를 만족시키기 위해, 광섬유 통신 시스템은, 동일 섬유 상에서 상이한 파장으로 다수의 채널을 전송하는 파장 분할 다중화(WDM; wavelength-division multiplexing)로 향하고 있다. 대부분의 현재의 섬유 통신 시스템으로의 통합은 에르븀 도핑된 섬유 증폭기들(EDFA; erbium-doped fiber amplifier)의 통합이다. EDFA를 WDM 시스템 내로 통합할 때, 증폭기들의 이득 평탄성은 더욱 중요해진다. 예를 들어, 손실부(110(i)) 및 이득부(120(i))의 직렬 체인을 포함하는 섬유 통신 라인(100)이 도 1A에 도시된다. 도 1A에서, 손실부(110(i))는 섬유의 길이로 나타내어지고, 이득부(120(i))는 EDFA로 나타내어진다. 각 손실부(110(i)) 및 관련된 이득부(120(i))는 이하 "이득손실부"라고 한다.
WDM 시스템에서는, 다수의 독립 채널이 상이한 파장으로 입력된다. EDFA의 이득은 도 1B에 나타낸 통상의 필터링되지 않은 이득 변화를 가지는, 파장의 함수이다. 제1 이득손실부(110(1) 및 120(1))를 통해 전파한 후, 1532 ㎚ 근방의 채널들은 EDFA 이득 변화에 기인하여 나머지 다른 채널들보다 높은 전력을 가진다. 다수 이득손실부를 통한 전파는 채널 전력에서의 이러한 불균형을 증대시켜, 결국에는 최종 이득손실부(110(n), 120(n))의 일부 채널들의 전력이 허용할 수 없는 레벨로 떨어지게 한다.
상술한 과정을 설명하기 위해, 입력 전력 스펙트럼이 도 2A에 도시되고, 5개의 이득손실부(즉, 도 1A의 n = 5) 이후의 출력 전력 스펙트럼이 도 2B에 도시된다. 도 2A 및 도 2B의 2개의 스펙트럼의 차는 EDFA 이득 변화에 기인한 결과적인 채널 전력의 큰 불균형을 도시한다.
이러한 문제점에 대한 다수의 종래 해결 방법은, EDFA만의 이득보다 더 평탄한 이득필터부를 만들기 위해 EDFA에 필터를 추가시키는 것을 포함한다. 그러나, EDFA 파라미터(예, 신호 및 펌프 전력)에 독립적이고 시간 및 온도에 안정적인 필터를 정확한 모양으로 제조하는 것은 간단한 것이 아니다.
본 발명은 비선형 사그낙 증폭기(nonlinear Sagnac amplifiers)에 의한 이득 평탄화에 관한 것이다. 이득 평탄화를 위해 비선형 사그낙 증폭기를 사용하는 것은 신규의 해결 방법이다. 파장의 함수로서 변화하는 손실을 가지는 필터를 사용하는 대신에, 본 발명은 전력의 함수인 이득을 가지는 필터에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 필터는 특정 채널(i)의 전력에 기초하여 그 특정 채널을 감쇠시킨다. 본 발명에 따른 필터는 종래의 광대역 전력 종속 손실인 손실을 제공하지 않는다. 대신에, 본 발명에 다른 필터는 협대역 전력 종속 손실을 제공한다. 달리 말하면, 채널(i)의 파장(λi)에서 필터의 감쇠는 그 파장(즉, λi
Figure 112006079252768-pct00001
δλ) 근방의 전력의 함수이지만, λi
Figure 112006079252768-pct00002
δλ 윈도우 바깥쪽의 상이한 파장(λi
Figure 112006079252768-pct00003
n)에서의 전력의 함수는 아니다. 이러한 필터는, 도 1A에 나타낸 바와 같이, 표준 선형 증폭기를 비선형 사그낙 증폭기(NSA)로 대체함으로써 달성되며, 하기에 상세히 설명한다.
본 발명의 하나의 태양은, 복수의 개별 광 파장 및 복수의 개별 입력 전력을 가지는 복수의 입력 광 신호에 응답하는 복수의 출력 광 신호의 전력의 차를 감소시키기 위한 증폭 시스템이다. 이 증폭 시스템은 간섭 루프를 구비한다. 커플러는 복수의 입력 광 신호를 루프에 결합시켜, 입력 광 신호의 개별 제1 부분은 루프의 제1 방향으로 전파되게 하고, 입력 광 신호의 개별 제2 부분은 루프의 제2 방향으로 전파되게 한다. 커플러는, 제1 부분 및 제2 부분이 루프 내에서 전파된 후 제1 부분 및 제2 부분을 합성시켜, 복수의 출력 광 신호를 발생시킨다. 증폭기는 루프의 중심에 대해 비대칭적인 위치로 배치된다. 증폭기는, 증폭기로 하여금 복수의 광 파장에서 복수의 개별 이득을 가지도록 하는 이득 스펙트럼을 가진다. 루프의 중심에 대한 증폭기의 비대칭적인 위치는, 입력 광 신호의 제1 신호 부분과 제2 신호 부분이 간섭 루프를 통해 전송되는 동안, 입력 광 신호의 제1 신호 부분과 제2 신호 부분간의 전력의 차를 발생시킨다. 제1 신호 부분과 제2 신호 부분간의 전력의 차는 제1 신호 부분과 제2 신호 부분의 개별 위상 편이가 광 커어 효과에 기인하여 섬유 루프 내에서 발생하도록 한다. 이 커어 유도 위상 편이는 개별 입력 전력과 개별 이득의 차에 응하여 변화하며, 더 큰 이득 전력곱을 가지는 입력 광 신호의 더 큰 커어 유도 감쇠(Kerr-induced attenuation)를 가져온다. 바람직하게는, 증폭기는 에르븀 도핑된 섬유 증폭기를 구비한다. 일부 바람직한 실시예들은 증폭기에 근접한 루프 내의 파장 분할 다중화 커플러를 또한 포함한다. 펌프 소스는 파장 분할 다중화 커플러에 접속되어, 파장 분할 다중화 커플러를 통해 증폭기에 펌프 광을 제공한다.
본 발명의 다른 태양은, 복수의 개별 광 파장 및 복수의 개별 입력 전력을 가지는 복수의 입력 광 신호에 응답하는 복수의 출력 광 신호의 전력의 차를 감소시키기 위한 증폭 시스템이다. 이 증폭 시스템은, 광 증폭기에 의해 분리되는 광섬유의 제1 길이 및 제2 길이를 가지는 간섭 루프를 구비한다. 광섬유의 제1 길이는 광섬유의 제2 길이보다 약간 길다. 커플러는 광 신호를 간섭 루프에 결합시켜, 광 신호의 개별 제1 부분 및 제2 부분이 간섭 루프 내의 제1 방향 및 제2 방향으로 반대 방향으로 전파되게 한다. 커플러는 간섭 루프를 통해 전파한 후 광 신호의 개별 제1 부분 및 제2 부분을 합성시켜, 복수의 광 파장에서 복수의 개별 출력 신호를 발생시킨다. 복수의 출력 신호는 복수의 개별 출력 전력을 가진다. 증폭기는, 증폭기로 하여금 복수의 광 파장에서 복수의 개별 이득을 가지도록 하는 이득 특성을 가진다. 제1 방향 및 제2 방향으로 전파되는 광 신호의 제1 부분 및 제2 부분은, 셀프 위상 변조, 동일 방향으로 전파되는 크로스 위상 변조, 및 반대 방향으로 전파되는 크로스 변조에 의한 개별 커어 유도 위상 편이를 경험한다. 증폭기의 위치는, 제1 방향으로 전파되는 광으로 하여금 증폭기 및 광섬유의 제2 길이를 통해 전파되기 전에 광섬유의 제1 길이를 통과하도록 한다. 또한, 증폭기의 위치는, 제2 방향으로 전파되는 광으로 하여금 광섬유의 제1 길이를 통해 전파하기 전에 광섬유의 제2 길이 및 증폭기를 통해 전파되도록 한다. 또한, 증폭기의 위치는, 제1 방향으로 전파되는 광으로 하여금 제2 방향으로 전파되는 광보다 더 큰 반대 방향으로 전파되는 크로스 위상 변조를 경험하게 한다. 또한, 증폭기의 위치는, 제2 방향으로 전파되는 광으로 하여금 제1 방향으로 전파되는 광보다 더 큰 셀프 위상 변조 및 더 큰 동일 방향으로 전파되는 크로스 변조를 경험하게 한다. 복수의 광 파장에서의 복수의 광 신호의 커어 유도 위상 편이는 복수의 광 파장에서 개별 증폭기 이득에 응답하고, 복수의 광 신호의 개별 입력 전력에 또한 응답하여, 복수의 광 파장에서의 이득들간의 차 및 입력 전력들간의 차 모두에 의한 출력 전력들간의 차가 감소되게 한다.
본 발명의 또 다른 태양은, 적어도 제1 증폭부 및 제2 증폭부의 직렬 체인을 포함하는 광 증폭 시스템이다. 제1 증폭부는 복수의 입력 광 신호를 수신하기 위해 접속된다. 각 입력 광 신호는 개별 광 파장 및 개별 입력 광 전력을 가진다. 각 증폭부는 개별 증폭기를 내부에 포함한다. 증폭기는, 광 신호에 가해지는 이득이 파장에 따라 변화하도록 개별 이득 특성을 가진다. 제1 증폭부는 제1 복수의 광 출력 신호를 제공한다. 제2 증폭부는 제1 복수의 광 출력 신호를 수신하고 제2 복수의 광 출력 신호를 제공하기 위해 접속된다. 제2 복수의 광 출력 신호 각각은 개별 광 파장 및 개별 출력 광 전력을 가진다. 증폭부는 입력 광 전력들간의 차, 및 광 신호에 가해지는 이득들간의 차에 의한 제2 복수의 광 출력 신호의 개별 출력 광 전력들간의 차를 감소시키도록 동작한다. 각 증폭부는 간섭 루프를 구비한다. 증폭부의 증폭기는 루프 내에 비대칭적으로 배치된다. 커플러는 광을 간섭 루프에 결합시켜, 이 광이 각 광 파장에서 제1 반대 방향 전파 부분 및 제2 반대 방향 전파 부분으로서 전파되게 한다. 또한, 커플러는, 광의 제1 반대 방향 전파 부분 및 제2 반대 방향 전파 부분이 루프를 통해 전파된 후 각 파장에서 제1 반대 방향 전파 부분 및 제2 반대 방향 전파 부분을 합성시킨다. 각 파장에서의 제1 반대 방향 전파 부분 및 제2 반대 방향 전파 부분은 각 파장에서의 출력 신호를 제공하기 위해 간섭한다. 각 파장에서의 출력 신호는 각 파장에서의 입력 출력, 각 파장에서의 증폭기 이득 및 각 파장에서의 커어 유도 위상 편이에 응답하는 전력을 가진다. 커어 유도 위상 편이는 더 큰 이득 전력곱을 가지는 광 파장에 대해 더 커서, 이득 전력곱들간의 차에 의한 출력 전력의 차를 적어도 부분적으로 감소시킨다. 바람직하게는, 각 증폭기는 에르븀 도핑된 광 증폭기를 구비한다. 또한, 바람직하게는, 증폭기는 광 파장에 따라 변화하는 이득을 가진다. 복수의 파장에서의 광 신호는 변화하는 전력을 가진다. 증폭부는, 직렬 체인의 출력에서 각 파장에서의 출력 전력으로 하여금 출력 전력의 선택적인 범위 내에서 형식적으로 동일한 출력 전력으로 수렴하도록 동작한다.
본 발명의 또 다른 태양은, 복수의 입력 광 신호를 증폭하는 방법이다. 입력 광 신호는 광 파장 범위 내의 개별 광 파장을 가지고, 입력 광 전력 범위 내의 개별 광 전력을 가진다. 이 방법은, 출력 광 전력의 선택 범위 내의 개별 출력 전력을 가지는 대응하는 복수의 출력 광 신호를 발생시킨다. 이 방법은, 제1 비선형 사그낙 증폭기를 통해 입력 광 신호를 통과시켜 복수의 중간 광 신호를 발생시키는 단계를 구비한다. 복수의 중간 광 신호는 복수의 입력 광 전력, 증폭기 이득 및 커어 유도 위상 편이에 응답하여, 광 전력의 중간 범위 내의 복수의 중간 광 전력을 각각 가진다. 광 전력의 중간 범위는 입력 광 전력 범위보다 더 작은 범위이다. 이 방법은, 적어도 제2 비선형 사그낙 증폭기를 통해 중간 광 신호를 통과시켜, 복수의 출력 광 신호를 발생시키는 단계를 더 구비한다. 복수의 출력 광 신호는 복수의 중간 광 출력, 증폭기 이득 및 커어 유도 위상 편이에 응답하여 출력 광 전력의 선택 범위 내의 복수의 출력 광 전력을 가진다. 출력 광 전력의 선택 범위는 중간 광 전력 범위보다 작고 입력 광 전력 범위보다 작다.
본 발명의 또 다른 태양은, 파장의 범위 내의 파장을 가지는 광 입력 신호를 수신하는 입력부를 포함하는 광학 시스템이다. 출력부는 광 입력 신호에 응답하는 광 신호를 출력한다. 적어도 제1 증폭기는 입력부와 출력부 사이에 배치된다. 제1 증폭기는 제1 이득 스펙트럼을 가진다. 제1 이득 스펙트럼은 파장 범위에 걸쳐 파장에 따라 변화하여, 파장 범위 내의 제1 파장에서 제1 증폭기에 의해 발생된 제1 광 신호가 제1 광 전력을 가지게 하고, 파장 범위 내의 제2 파장에서 제1 증폭기에 의해 발생된 제2 광 신호가 제2 광 전력을 가지게 한다. 제1 광 전력 및 제2 광 전력은 전력의 차만큼 다르다. 광학 시스템은, 제1 증폭기와 출력부 사이에 배치된 적어도 제2 증폭기를 더 구비한다. 제2 증폭기는 비선형 사그낙 증폭기를 구비한다. 제2 증폭기는, 파장 범위에 걸쳐 제1 증폭기의 이득의 차를 적어도 부분적으로 보상하여 제1 광 신호와 제2 광 신호간의 전력의 차를 감소시키도록 동작한다.
본 발명의 또 다른 태양은, 파장 범위 내의 파장을 가지는 광 입력 신호를 수신하는 입력부, 및 상기 광 입력 신호에 응답하는 응답인 광 출력 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 광학 시스템이다. 제1 복수의 제1 형 증폭기는 입력부와 출력부 사이에 배치된다. 제1 형 증폭기는, 파장의 범위에 걸쳐 변화하여, 파장 범위 내의 제1 파장에서의 제1 광 신호가 제1 형 증폭기에 의해 제1 이득으로 증폭되게 하고, 파장 범위 내의 제2 파장에서의 제2 광 신호가 제1 형 증폭기에 의해 제2 이득으로 증폭되게 하는 제1 이득 스펙트럼을 가진다. 제2 이득은 제1 이득과 다르다. 제2 복수의 비선형 사그낙 증폭기는 광학 시스템의 선택된 위치에 개재된다. 비선형 사그낙 증폭기는, 제1 형 증폭기의 제1 이득과 제2 이득의 차를 적어도 부분적으로 보상하여, 제1 광 신호와 제2 광 신호간의 전력의 차를 감소시키도록 동작한다.
본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1A는 복수의 다중 손실이득부를 구비하며 손실부는 섬유부를 구비하고, 이득부는 에르븀 도핑된 섬유 증폭기(EDFA)를 구비한 선형 증폭기 체인을 나타내는 도면.
도 1B는 파장의 함수로서 예시적인 에르븀 도핑된 섬유 증폭기의 이득 변화를 나타내는 도면.
도 2A는 2 ㎚의 채널 간격을 가지는 입력 신호를 가지는 파장 분할 다중화(WDM) 시스템의 입력 전력 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 2B는 파장의 함수로서의 이득 변화가 도 1B에 도시된 5개의 이득손실부에 인가되는 도 2A의 입력 신호 스펙트럼으로부터 기인하는 출력 전력 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 비선형 사그낙 증폭기의 일 실시예를 나타내는 도면.
도 3A는 도 3의 광 증폭기의 바람직한 일 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 비선형 사그낙 증폭기들의 체인을 나타내는 도면.
도 5A는 본 발명에 따른 이득이 21.8 dB이고, Pi (n)는 이득손실부(n)의 출력에서의 채널(i)의 전력이고, Pi (n+1)은 이득손실부(n+1)의 출력에서의 채널(i)의 전력이고, 출력 전력은 고정 상태값으로 수렴하는 예시적인 비선형 사그낙 증폭기의 전달 함수를 나타내는 도면.
도 5B는 도 5A의 전달 함수에 대해 Pi (0)의 다양한 초기값에 대한 n의 함수로서 이득손실부의 출력 전력(Pi (n))의 수렴을 나타내는 도면.
도 5C는 본 발명에 따른 이득이 24 dB이고, 증가되는 이득을 가지는 전달 함수의 증가되는 비선형성이 도시되고, Pi (n)는 고정 상태값으로 수렴하지 않는, 예시적인 비선형 사그낙 증폭기의 전달 함수를 나타내는 도면.
도 5D는 도 5C의 전달 함수에 대해 Pi (0)의 다양한 초기값에 대한 n의 함수로서 이득손실부의 출력 전력(Pi (n))의 수렴의 부족을 나타내는 도면.
도 6은 이득이 증가할 때 채널의 전력이 진동하고 무질서하게 되는, 증폭기 이득의 함수로서 Pi (n)의 점근 형태의 그래프를 나타내는 도면.
도 7A는 위상 편이 변조 방식(PSK)의 일 예를 나타내는 도면.
도 7B는 진폭이 선형 장치 내에서 표준화되어 PSK 시스템에 인가되는 의사 랜덤 비트 패턴에 대한 채널 스펙트럼의 결과적인 확산을 나타내는 도면.
도 8은 비트 레이트가 로그 눈금 상에 초당 수 메가비트로 도시된 비트 레이트의 함수로서, 자극된 브릴로우인(Brillouin) 산란이 상당해지는 수 ㎽ 이상의 임계 전력(Pcr)을 나타내는 도면.
도 9는 이득의 함수로서 GiPi (n)X/2의 점근값의 플롯을 나타내는 도면.
도 10은 1.4 ㎽(곡선 a), 0.56 ㎽(곡선 b), 0.22 ㎽(곡선 c)의 전체 입력 전력에 대해 16개의 파장 분할 다중화 채널에 대한 이득 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 11A 및 11B는 비선형 사그낙 증폭기들의 체인(도 11A) 및 표준 증폭기들의 체인(도 11B)에 대해, 도 10의 16개의 WDM 채널에서의 전력의 변화를 나타내는 도면.
도 12A는 20개의 세그먼트 이후의 비선형 사그낙 증폭기들의 체인에 대해 채널 전력 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 12B는 20개의 세그먼트 이후의 표준 증폭기들의 체인에 대해 채널 전력 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 13은 8개의 채널이 제14 비선형 사그낙 증폭기 이후와 제15 비선형 사그낙 증폭기 이전에 강하하는 16 채널 WDM 시스템의 전력 변화를 나타내는 도면.
도 14A는 2개의 광 밴드를 증폭하기 위해 EDFA가 병렬로 2개의 증폭기를 포함하는 비선형 사그낙 증폭기의 루프 내에 사용하기 위한 EDFA의 일 실시예를 나타내는 도면.
도 14B는 2개의 광 밴드를 증폭하기 위해 EDFA가 직렬로 2개의 증폭기를 포함하는 비선형 사그낙 증폭기의 루프 내에 사용하기 위한 EDFA의 일 실시예를 나타내는 도면.
도 15는 서로 다른 2개의 광 밴드에 걸쳐 증폭을 제공하기 위해 2개의 비선형 사그낙 증폭기를 병렬로 가지는 구성을 나타내는 도면.
도 16은 체인 내의 비선형 사그낙 증폭기들 중 선택된 하나가 표준 증폭기로 대체되는, 도 4의 실시예에 대한 대체 실시예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 비선형 사그낙 증폭기(NSA; nonlinear Sagnac amplifier)의 일 실시예를 나타낸다. NSA(300)는 이하의 설명에 따라 변형되는 사그낙 간섭계(310)를 구비한다.
NSA(300)는 광 서큘레이터(314)의 제1 포트(A)에 접속되는 입력 광섬유(312) (또는 다른 적당한 도파로)를 구비한다. 광 서큘레이터(314)는 제2 포트(B) 및 제3 포트(C)를 가진다. 광 서큘레이터(314)는 공지의 방법으로 동작하여, 하나의 포트로의 입력으로서 제공되는 광을 거의 모든 광이 광 서큘레이터로부터 출력되는 후속 포트로 단일 방향(예컨대, 도 3의 시계 방향)으로 전파된다. 특히, 도 3에서, 광 서큘레이터(314)의 포트(A)로의 입력으로서 제공되는 광은 광 서큘레이터(314)의 포트(B)로부터 출력된다. 광 서큘레이터(314)의 포트(B)로의 입력으로서 제공되는 광은 광 서큘레이터(314)의 포트(C)로부터 출력된다. 광 서큘레이터(314)의 포트(C)로의 입력으로는 어떠한 광도 제공되지 않는다. 광은 광 서큘레이터(314) 내에서는 반시계 방향으로 전파되지 않는다. 예시적인 광 서큘레이터(314)는 캘리포니아, 산 호세의 이텍 다이나믹스(E-Tek Dynamics)사의 모델명 PIFC23A211000 서큘레이터와 같은 편광 독립 (polarization-independent) 광섬유 서큘레이터이다. (본 발명의 바람직한 실시에는 광 서큘레이터(314)를 포함하지만, 광 서큘레이터(314)는, 사그낙 간섭계(310)로의 입력 신호 및 사그낙 간섭계(310)로부터의 복귀 신호에 저가의 구성요소를 제공하기 위해, 표준 3 dB 커플러(도시안함)로 대체될 수 있으나, 이러한 커플러는, 일부 응용에서는 허용될 수도 있는 분할(splitting) 손실을 일으킬 수 있다는 것을 이해할 것이다.)
광 서큘레이터(314)의 포트(C)는 출력 포트 1을 제공하는 출력 섬유(320)에 접속된다. 광 서큘레이터(314)의 포트(B)는 종래의 2×2 광 커플러(330)의 입력/출력측 상의 제1 포트(332)에 섬유부(322)를 통해 접속된다. 광 커플러(330)는 광 커플러(330)의 입력/출력측 상에 제2 포트(334)를 가진다. 광 커플러(330)는 광 커플러(330)의 루프측 상에 제3 포트(336) 및 제4 포트(338)를 가진다. 2×2 광 커플러(330)의 제2 포트(334)는 출력 포트 2를 제공하는 출력 섬유(340)에 접속된다.
커플러(330)의 제3 포트(336)는 광섬유 루프(354)의 제1 단(352)에 접속된다. 아래에서 설명하는 바와 같이, 광섬유 루프(354)의 길이는 3차원 비선형 효과를 제공하기 위해 선택된다. 광섬유 루프(354)는 광 증폭기(AMP)(360)의 제1 포트(362)에 접속되는 제2 단(356)을 가진다. 광 증폭기(360)는 광섬유의 길이(366)를 통해 2×2 커플러(330)의 제4 포트(338)에 접속된 제2 포트(364)를 가진다. 광 증폭기(360)는 제1 포트(362)로 입력되는 광을 증폭하고 제2 포트(364) 상에 증폭된 광을 출력으로서 제공하는 양방향 증폭기이다. 마찬가지로, 광 증폭기(360)는 제2 포트(364)로 입력되는 광을 증폭하고 제1 포트(362) 상에 증폭된 광을 출력으로서 제공한다.
특히 바람직한 실시예에서는, 도 3의 광 증폭기(360)는 에르븀 도핑된 섬유 증폭기(EDFA)를 구비한다. EDFA로서 구현되는 광 증폭기(360)의 바람직한 일 실시예가 도 3A에 도시된다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 광 증폭기(360)는 제1 단(372) 및 제2 단(374)을 가지는 광섬유(370)의 길이를 구비한다. 광섬유(370)는 에르븀으로 도핑된다. 대체 실시예에서, 광섬유(370)는 다른 희토류 원소로 도핑될 수도 있다.
광섬유(370)의 제2 단(374)은 광 증폭기(360)의 제2 포트(364)에 접속된다. 광섬유(370)의 제1 단(372)은 파장 분할 다중화(WDM) 커플러(380)에 접속된다. WDM 커플러(380)는 제1 포트(381), 제2 포트(382), 제3 포트(383) 및 제4 포트(384)를 가진다. 광섬유(370)의 제1 단(372)은 제1 포트(381)에 접속된다. 제3 포트(383)는 제1 포트(381)에 대향하고, 제3 포트(383)는 광 증폭기(360)의 제1 포트(362)에 접속된다.
또한, WDM 커플러(380)의 제4 포트(384)는 제1 포트(381)에 대향하고, 펌프 소스(386)에 접속된다. 여기서 설명하는 실시예에서는, 펌프 소스(386)가 이롭게도 약 980 ㎚ 또는 1,480 ㎚의 파장으로 동작하는 광원을 구비한다. 특히 바람직한 실시예에서는, 펌프 소스(386)가 레이저 다이오드 등을 구비한다.
WDM 커플러(380)의 제2 포트(382)는 제1 포트(381)와 WDM 커플러(380)의 동일측 상에 있다. 제2 포트(382)는 이롭게도 터미네이터(388)에 의해 비반사적으로 종단될 수 있다.
WDM 커플러(380)는, 약 1,500 ㎚ 내지 약 1,650 ㎚ 또는 그 이상의 범위의 파장으로 커플러로 입력되는 광을, 제1 포트(381)로부터 제3 포트(383)로 전송하고 제3 포트(383)로부터 제1 포트(381)로 전송하도록 구성되어 있다. 이 범위의 파장의 광 중 제4 포트(384) 또는 제2 포트(382)에 접속되는 광은 거의 없다. 또한, WDM 커플러(380)는 펌프 파장(약 980 ㎚ 또는 약 1,480 ㎚)으로 제4 포트(384)로 입력되는 광을 제1 포트(381)에 접속하도록 구성된다. WDM 커플러(380)의 구성 때문에, 펌프 광은 제2 포트(382)에, 거의 접속되지 않는다. 비반사성 터미네이터(388) 때문에, 이러한 광은 제2 포트(382)로 다시 반사되지 않는다.
WDM 커플러(380)가 펌프 소스(386)로부터의 펌프 광을 에르븀 도핑된 섬유(370)로 제1 포트(381)를 통해 접속하도록 동작한다는 것을 알 수 있다. 이와는 대조적으로, 신호 파장에서의 어떠한 광도 제2 포트(382) 또는 제4 포트(384)에 접속되지 않는다. 따라서, 신호 파장에서의 거의 모든 광이 간섭 루프 내에 계속 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제3 포트(336) 및 제 4 포트(338)를 상호 접속하는 섬유부 및 2×2 광 커플러(330)는 사그낙 간섭계(310)를 형성하며, 사그낙 간섭계(310)의 동작은 아래에서 설명한다.
증폭되는 입력 신호는 입력 섬유(312)에 인가된다. 입력 신호는 복수의 파장(λi(i = 1, 2, ... n))을 가지는 광을 구비한다. 통신 시스템에서의 본 발명의 바람직한 제1 구현예에서는, 신호들은 위상 변조 또는 주파수 변조된다. 이러한 시스템의 예들은 위상 편이 변조 방식(PSK;phase-shift keying) 또는 주파수 편이 변조 방식(FSK;frequency-shift keying)을 포함한다. 통신 시스템에서의 본 발명의 바람직한 제2 구현예에서는, 신호들은 진폭 변조되지만, 이러한 구현예에서는, 펄스 왜곡 및 채널 누화 때문에 제한이 가해질 수도 있다.
입력 신호는 서큘레이터(314)의 포트(A)로 전파된다. 서큘레이터(314)는 입력 신호를 포트(B)로 순환시키고, 입력 신호는 섬유(322)를 통해 2×2 광 커플러(330)의 제1 입력/출력 포트(332)로 전파된다. 2×2 광 커플러(330)는, 입력 신호를 2개의 거의 동일한 부분으로 분할하도록 종래의 방법으로 동작하고, 여기서, 제1 부분은 제3 포트(336)에 접속되고, 제2 부분은 제4 포트(338)에 접속된다.
입력 신호의 제1 부분은 2×2 광 커플러(330)의 제3 포트(336)로부터, 시계 방향으로 루프(354)를 통해, 광 증폭기(360)의 제1 포트(362)로 전파된다. 광은 광 증폭기(360)에서 증폭되고, 증폭된 제1 부분은 광 증폭기(360)의 제2 단(364)으로부터 2×2 광 커플러(330)의 제4 포트(338)로 광섬유(366)의 길이를 통해 전파된다.
입력 신호의 제2 부분은 2×2 광 커플러(330)의 제4 포트(338)로부터 광 증폭기(360)의 제2 단(364)으로 전파된고, 광 증폭기(360)에서 증폭된다. 증폭된 제2 부분은 광 증폭기(360)의 제1 단(362)으로부터 반시계 방향으로 루프(354)를 통해 2×2 광 커플러(330)의 제3 포트(336)로 전파된다.
2×2 광 커플러(330)의 제4 포트(338)로 입력되는 광의 증폭된 제1 부분 및 2×2 광 커플러(330)의 제3 포트(336)로 입력되는 광의 증폭된 제2 부분은, 2×2 광 커플러(330)에서 간섭적으로 합성된다. 2개의 신호 부분간의 위상 관계에 따라, 합성 신호는 2×2 광 커플러(330)의 제1 포트(332) 또는 제2 포트(334)에서 출력되거나, 또는 양 포트 모두에서 출력된다. 제2 포트(334)로부터 출력되는 광은 출력 섬유(340)를 통해 출력 포트 2로 전파된다. 제1 포트(332)로부터 출력되는 광은 서큘레이터(314)의 포트(B)로 전파되고, 서큘레이터(314)의 포트(C)로 접속되고, 섬유(320)를 통해 출력 포트 1로 전파된다. 출력 포트 1의 전력 및 출력 포트 2의 전력은 시계 방향 전파 신호와 반시계 방향 전파 신호간의 위상 관계에 좌우된다.
상술한 바와 같이, 광 증폭기(360)는 2×2 광 커플러(330)의 제3 포트(336)에보다 2×2 광 커플러(330)의 제4 포트(338)에 광학적으로 더 가깝도록 간섭계(310) 내에 비대칭적으로 배치된다. 광 증폭기의 비대칭적 배치 때문에, 2×2 광 커플러(330)의 제4 포트(338)를 통해 간섭계(310)로 입력되는 광은, 루프(354)를 통한 전파(반시계 방향으로의 전파) 및 제3 포트(336)를 통한 출력 전에, 광 증폭기(360)에 의해 증폭된다. 이와는 대조적으로, 제3 포트(336)를 통해 간섭계(310)로 입력되는 광은, 광 증폭기(360)에 의한 증폭 및 제4 포트(338)를 통한 출력 전에, 루프(354)를 통해 전파(시계방향으로의 전파)된다. 따라서, 도 3에 도시된 구성에 대해, 루프(354) 내에서 반시계 방향으로 전파되는 광은 루프(354)에서 전파되기 전에 광 증폭기(360)의 이득을 경험하고, 루프(354) 내에서 시계 방향으로 전파되는 광은 루프(354) 내에서 전파된 후에 광 증폭기(360)의 이득을 경험한다. 아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 2개의 반대 방향 전파 광 신호들이 광 증폭기(360)의 이득을 경험할 때의 차는 이롭게도 이득 평탄화를 위해 사용될 수 있다.
아래에서 설명하는 바와 같이, 소망의 필터 성능은, 사그낙 루프(354)에 인가된 광 신호의 각 파장의 전력에 따른 이득을 변화시키기 위해 사그낙 루프(354) 내에서 발생된 커어 유도(Kerr-induced) 위상 편이를 사용하여 얻어진다.
파장(λi)의 채널(i)의 커어 유도 위상 편이(dθi)는 섬유의 3차 비선형성으로부터 얻어지고, 커어 유도 위상 편이의 효과는 아래의 수학식 1에 의해 주어지는 빔 상의 비선형 위상 편이에 악영향을 준다.
Figure 112005017057638-pct00004
식 1에서, Pself는 채널(i)의 전력이고, Pother는 섬유의 임의의 타 전력이고, dl은 상호작용 길이이고, Aeff는 유효 모드 영역이다.(전력이 채널(i) 내에 있다는 것을 정의하는 기준은 아래에서 설명한다.) 파라미터(n2)는 비선형 계수이고, 파라미터(κi)는 파장(λi)에서의 신호에 대한 제k 벡터이다(즉, κi=2π/λi). 커어 유도 크로스 위상 변조(타 채널에 기인한 위상 변조)는 셀프 위상(self-phase) 변조(자체에 기인한 위상 변조)보다 2배 큰 요소이다. 소정의 채널 내에서 동일 방향으로 전파되는 모든 광이 상기 채널 상에서 셀프 위상 변조를 만들고, 나머지 모든 광(반대 방향으로 전파되는 모든 채널과 함께 동일 방향으로 전파되는 다른 모든 채널을 포함함)이 크로스 위상 변조를 만든다고 가정한다.
커어 유도 위상 편이의 효과를 계산하기 위해서, N개의 채널이 도 3에 도시된 NSA의 포트(312)로 개시된다고 가정한다. L은 루프(354)의 길이이고, Gi는 λi에서의 증폭기의 이득이고, Pi는 포트(312)의 λi에서의 입력 신호 전력이다.
식 1을 이용하여, 시계 방향으로 전파되는 제i 채널에 의해 축적되는 커어 유도 위상 편이는 다음과 같다.
Figure 112005017057638-pct00005
식 2에서, 분모의 2라는 인자는 커플러(312)에 의해 각 입력 신호 전력을 2개의 부분으로 분할한 결과이다. 괄호 내의 첫째 항은 셀프 위상 변조이다. 괄호 내의 둘째 항은 시계 방향으로 전파되는 다른 채널에 기인한 크로스 위상 변조이다. 괄호 내의 셋째 항은 반시계 방향으로 전파되는 모든 채널에 기인한 크로스 위상 변조이다. 셋째 항은, 반시계 방향으로 전파되는 각 채널이 사그낙 루프(354)를 통해 전파하기 전에 증폭기(360)의 이득(Gj)을 경험하기 때문에 Gj라는 인자를 가진다는 것을 유의한다. 파라미터(Leff)는 유효 루프 길이이고, Leff = (1/α)[1-e-αL]로 정의되며, 여기서, α는 섬유 감쇠(간단히 말해 파장에 독립적이라고 가정함)이다.
마찬가지로, 반시계 방향으로 전파되는 제i 채널에 의해 축적되는 커어 유도 위상 편이는 다음과 같다.
Figure 112005017057638-pct00006
식 3에서, 이득(Gi)은, 첫 번째 2개의 항이 루프(354)를 통해 전파하기 전에 이득(Gi)을 경험한 반시계 방향 전파 신호를 나타내기 때문에, 첫 번째 2개의 항에 인가된다. 따라서, 식 2 및 식 3으로부터, 채널(i)에 대한 커어 유도 위상차는 다 음과 같다.
Figure 112005017057638-pct00007
식 4에서, 비선형 계수(n2)의 숫자 값은 수 개의 파라미터에 따라 좌우되고, 특히 섬유 재료 및 도펀트의 농도 및 성질을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 거의 순수한 실리카 섬유 코어에 대해, n2의 값은 통상적으로 1.3~1.6 ㎛ 스펙트럼 영역에서는 약 2.4×10-16 ㎠/W이다. 게르마늄으로 많이 도핑된 실리카 기반 섬유에서, 이 값은 적은 값만큼 향상될 수 있다.
식 4는, 특히, 포함된 모든 신호들이 동일한 편광 상태를 가질 때, 적용할 수 있다. 그러나, 포함된 모든 신호들이 동일한 편광 상태를 가지지 않을 때, 식 4는 여전히 적용될 수 있지만, 사용되어야만 하는 n2의 값은 상호작용하는 신호의 상대적인 편광에 따라 좌우된다. 본 발명의 섬유 루프를 표준 저복굴절 섬유로 만들면, 채널(i)의 신호의 편광 상태는 섬유 길이에 따라 변화할 것이다. 이어한 변화에 대한 첫 번째 이유는 섬유의 복굴절의 축방향이 섬유의 길이에 따라 변화하기 때문이다. 두 번째 이유는, 소정의 채널(i)의 직교하는 저속 및 고속 편광 성분이 약간 다른 속도로 전파되어, 약간 다른 위상 편이를 경험하기 때문이다. 또한, 각 채널이 서로 다른 파장을 가지기 때문에, 그리고 편광의 약간 다른 입력 상태로 인해 각 채널의 편광 상태가 그 분포에 따라 변화할 것이기 때문이다. 따라서, 통상, 섬유를 따라 소정의 지점에서 소정의 채널(i)의 편광 상태, 동일 방향으로 전파되는 다른 모든 채널(j≠i)의 편광 상태, 및 반대 방향으로 전파되는 모든 채널(j)의 편광 상태가 모두 다를 것이다. 커어 효과에 기인한 굴절률 변화가 이러한 다양한 신호들의 편광 상태에 따라 좌우되기 때문에, 긴 섬유 루프(통상, 수 십 미터보다 길음)에서, n2의 값은 수정되어야 한다.
편광에 대한 커어 유도 굴절률 변화의 종속성은 더 복잡하다(예를 들어, C. B. Clausen 등, "Polarization sensitivity of the nonlinear amplifying loop mirror", Optics Letters, Vol. 21, No. 19, 1996년 10월, pp. 1535~1537 참조). 충분히 긴 광섬유(통상, 수 십 미터 이상)에서, N개의 신호들 각각의 편광 상태는 모든 가능한 상태를 경험하지만, 섬유 복굴절 축은 모든 가능한 공간상의 방향에 따라 변화한다. 이 경우, Clausen 등에 의한 참조 문헌에 기재된 바와 같이, 커어 유도 인덱스 변화는, 첫째, 각 신호의 상대적인 위상을 평균화하고, 둘째, 섬유 복굴절 축의 공간상의 방향을 평균화함으로써, 계산될 수 있다. 본 발명에 특정한 불균형적인 반대 방향 전파 신호 전력으로 루프 구성에 Clausen 등에 의한 참조 문헌에 기재된 방법을 적용하여, n2를 더 작은 유효 비선형 계수(n2eff)로 대체하면, 식 4를 여전히 적용할 수 있다.
n2의 2개의 상술한 종속성, 즉, 신호 편광에 대한 종속성 및 섬유 조성에 대한 종속성이 주어진다면, 본 명세서에서 제공되는 수치 시뮬레이션에서, 달리 특정하지 않으면, n2eff = 5.47×10-20㎠/W의 값을 사용한다. 이 값은 보고된 유효 비선형 계수의 범위 내가 적당하지만, 때때로 실제로 섬유에 따라 변화한다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 그러나, 이 시뮬레이션에 사용되는 n2eff의 소정치는 본 발명의 원리 또는 실제적인 이용가능성에 중요하지 않다는 것을 인식하는 것이 또한 중요하다. 본 발명은, 섬유의 길이를 그에 따라 조절하면, 더 큰 유효 비선형성 또는 상당히 작은 크기의 차수를 나타내는 섬유를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 더 큰 유효 3차 비선형성 또는 상당히 작은 크기의 차수를 나타내는 벌크 재료 및/또는 광 도파로를 사용할 수 있다.
식 4에서, 커어 유도 위상차는 정확하게 협대역 형태가 요구되는 채널(i)의 전력만의 함수이다. 사그낙 간섭계의 출력은 간섭 신호들간의 위상차의 함수이다. 또한, 사그낙 증폭기(300)의 출력은 2개의 반대 방향으로 전파되는 광 신호들간의 임의의 위상 바이어스 및 이 커어 유도 위상차의 함수이다. 아래에 설명하는 바와 같이, 커어 유도 위상차는 사그낙 간섭계(310)의 동작을 통해 파장 종속 감쇠로 변환된다.
특정 포트 상의 채널(i)의 입력 전력과 채널(i)의 출력 전력에 관한 NSA(300)의 전달 함수는 다음과 같다.
Figure 112005017057638-pct00008
식 5에서, φbias는 커어 효과와는 다른 사그낙 간섭계(310)의 바이어스 위상 편이이며, 광이 초기에 포트(312)로 입력될 때, 출력 포트 1에 대해서는 당연히 0이고, 출력 포트 2에 대해서는 π이다. 위(식 4)에서 계산된 커어 유도 위상차를 사용하면, 전달 함수는 다음과 같다.
Figure 112005017057638-pct00009
식 6에서, Pi out는 Pi에 비선형적으로 관계됨을 알 수 있다. 특히, 위상 바이어스(φbias) 및/또는 길이(Leff)를 적절하게 선택하면, 이득 전력곱(GiPi)이 증가함에 따라, 커어 유도 위상차의 효과는 이득 전력곱을 더 작은 비율 만큼 승산하는 것이어서, 이득 전력곱의 증가는 출력 전력의 비례적인 증가라는 결과를 낳지 않는다. 또한, 식 6의 출력 전력(Pi out)은 채널(i)의 전력(Pi)에 따라 좌우되지만, 타 채널(j≠i)에 의해 전송되는 전력(Pj)에 따라 좌우되지는 않는다. 즉, 이 효과, 즉, 이득 전력곱의 증가는 출력 전력의 비례적인 증가의 결과를 가져오지 않는다는 사실은 다른 채널의 전력에 영향을 받지 않는다. 달리 말하여, 각 채널은 타 채널과는 독립적으로 그 자체로 작동한다. 즉, 식 6은 비선형 사그낙 증폭기(300)가 협대역 전력 종속 전달 함수(이득)을 얻는다는 것을 나타낸다.
도 4에서, 도 3에 따른 복수의 비선형 사그낙 증폭기들(NSA)(300)은 이득 평탄화를 달성하는 증폭기들의 체인(400)을 형성하기 위해 함께 접속된다. 도 4의 예시적인 NSA 체인(400)은, 증폭될 입력 신호를 제1 섬유부(410(1))에 결합시키고 제1 NSA(300(1))의 입력 섬유(312(1))에 결합시킴으로써 형성된다. 제1 NSA(300(1))의 출력 포트 1(섬유(320(1)))은 제2 섬유부(410(2))를 통해 제2 NSA(300(2))의 입력 섬유(312(2))에 접속된다. 제2 NSA(300(2))의 출력 섬유(320(2))는 제3 섬유부(410(3))를 통해 제3 NSA(300(3))의 입력 섬유(312(3))로 접속되고, 소망의 개수의 NSAs(300)가 함께 접속될 때까지 계속된다. 섬유부(410(i))가 장거리 통신 시스템에서의 증폭기들간의, 예를 들어 수 십 ㎞(예, 70 ㎞)의 섬유와 같은 섬유의 길이를 나타낸다는 것을 이해할 것이다. 또한, 섬유부는 분할 손실 등과 같은 손실, 또는 구성요소 손실과 섬유 손실의 조합을 나타낼 수 있다.
도 4에서, NSAs(300(i))가 서로 근접하여 위치한다면, 각 NSA(300) 내의 증폭기는 공통 펌프 소스에 의해 펌핑될 수 있거나, 또는 증폭기는 개별 펌프 소스로 펌핑될 수 있다.
아래의 설명에서, Leff는 도 4의 각 NSA(300(i))의 사그낙 루프(354)의 유효 길이이다. 아래의 설명을 위해, 한 NSA(300(n))의 출력으로부터 후속 NSA(300(n+1))의 입력으로의 전체 손실이 각 NSA(300)에 대해 거의 동일하고 X의 값을 가진다고 가정한다. 예를 들어, 아래의 설명을 위해, X는 0.01(-20 dB)의 값을 가진다. 도 4에 도시된 바와 같이, Pi (n)는 NSA 체인(400)의 손실이득부(n)의 출력에서의 채널(i)의 전력으로 정의된다. 다음과 같은 값들은 또한 아래의 설명에서 사용된다.
n2eff = 5.47×10-20 ㎡/W; Aeff = 12 ㎛2; α= -0.4 dB/㎞;
λ = 1.55 ㎛; φbias = 0; Leff = 10 ㎞;
아래의 설명을 위해, Leff 및 이득은 도 4의 각 NSA(i)에 대해 동일하다고 가정한다. 이 값들은 본 발명이 동작하기 위해 동일할 필요는 없다는 것을 이해해야 한다.
Pi (n)과 Pi (n+1)(NSA 체인(400)의 제(n+1) 단의 출력에서의 전력)간의 전달 함수는 다음과 같다.
Figure 112005017057638-pct00010
식 7에서, 단일 NSA의 전달 함수는 식 6에 기초하고, 손실(X)의 효과를 더 포함한다. NSA 체인 성능을 평가하기 위해, 아래의 설명과 같이, n의 증가에 따른 NSA 출력 전력(Pi (n))의 변화가 도 5A 내지 도 5D에 도시된다.
Pi (n)의 연속값들은 전달 함수(식 7)를 초기 전력(Pi (0))에 연속적으로 적용함으로써 구할 수 있으며, 다음과 같다.
Figure 112005017057638-pct00011
식 8에서, TF(n)는 함수(TF)의 n회 적용을 나타낸다. Pi (n)가 어떻게 변화하는 지에 대한 개념적인 이해는 이러한 반복적인 과정을 도식적으로 행함으로써 얻을 수 있다(예컨대, M.J. Feigenbaum, "Quantitative universality for a class of nonlinear transformations", Journal of Statistical Physics, Vol.19, No.1, pp.25~52, 1978). 이를 위해, 2개의 곡선이 도 5A에 도시된다. 제1 곡선(곡선)은 함수 Pi (n+1) = TF(Pi (n)), 즉, 식 7을 나타낸다. 제2 곡선(직선)은 함수 Pi (n+1) = Pi (n), 즉, 원점을 통과하는 단위 기울기의 직선을 나타낸다.
상술한 바는 26 dB의 이득(Gi)에 대해 도 5A에 도시된다. 초기 전력(Pi (0))을 선택한다(이 경우, 3 ㎽). 그 후, x = Pi (0)로부터 전달 함수 상의 y = Pi (1) = TF(Pi (0))(점 A)로 수직선을 그린다. Pi (2)를 구하기 위해, 전달 함수 상의 점 A로부터 Pi (n+1) = Pi (n) 선(점 B)으로 수평선을 그린다. 그 후, 점 B로부터 전달 함수(점 C)로 수직선을 그린다. 이 값이 Pi (3)이다. 이 과정을 반복하여 도 5A의 점들(D, E, F, G 및 H)로 도시된 바와 같이, 임의의 Pi (n)를 구할 수 있다. 도 5A에 도시된 전달 함수에 대해, Pi (n)는 약 5 ㎽의 점근값으로 수렴한다(점 H에서 선 y = x와 전달 함수의 교점). Pi (n)의 점근값은 큰 범위의 Pi (0)에 대한 초기값과는 무관하다. 이것이 도 5B에 도시되어 있으며, 이것은 5개의 서로 다른 Pi (0)의 초기값에 대해 Pi (n)의 값을 n의 함수로서 나타낸다. 모든 Pi (n)의 값들이 약 5 ㎽의 동일한 점근값으로 수렴한다는 것을 유의한다.
단일 고정 상태값으로의 Pi (n)의 수렴만이 가능한 형태는 아니다. 이득이 증가함에 따라, 전달 함수의 비선형성은 증가하고, 전달 함수의 기울기의 크기는 전달 함수가 Pi (n+1) = Pi (n) 선을 교차하는 점에서 1보다 클 수 있다. 전달 함수의 기울기가 2개의 함수가 교차하는 곳에서 1보다 클 때, 즉, 전달 함수의 기울기가 +1보다 크거나 -1보다 작을 때, 점근 형태는 더 이상 단일 값이 아니고 진동한다. 이것이 도 5C에 나타나 있으며, 여기서, 전달 함수는 이득(Gi)이 26 dB로부터 28 dB로 증가했다는 것을 제외하고는 도 5A에서와 동일한 파라미터 세트로 도시된다. 수렴하는 대신에, 도 5C의 전력(Pi (n))은 상한값(약 5 ㎽)과 하한값(약 3.5 mW) 사이에서 진동한다. 이 진동은 도 5D에서 더욱 명확하게 볼 수 있는데, 이것은 n의 증가에 따른 Pi (n)의 변화를 도식적으로 나타낸다. 도 5C 및 도 5D의 예에 대해, Pi (n)이 주기적인 형태를 나타내며, 도 5D에서는 2의 주기를 가진다는 것을 유의한다.
전달 함수(TF)의 비선형성이 이득(Gi)의 증가에 따라 더 증가함에 따라, 도 5D에 도시된 주기는 4, 8, 16 등으로 2배씩 증가한다. 이득이 더 증가함에 따라, 점근 형태는 무질서하게 된다. 상술한 바가 도 6에 나타나 있으며, 이득의 함수로서 Pi (n)의 점근값(또는, 그 값들의 집합)을 도시한다. 세그먼트 섬유(410) 및 루프 섬유(354)에서 이득이 손실보다 낮을 때, 전력(Pi (n))은 예상한 바와 같이 0으로 수렴한다. 이득이 손실보다 크게 되면, Pi (n)는 0이 아닌 값으로 수렴한다. 이득이 약 27.6 dB의 값에 도달할 때, Pi (n)의 점근 형태는 주기적으로 된다. 우선, Pi (n)는 2개의 값들 사이에서 진동한다. 2개의 값들간의 차는 이득이 증가함에 따라 더욱 커진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 약 28.46 dB의 이득에서, Pi (n)는 4개의 값들 사이에서 진동하기 시작한다. 약 28.63 dB의 이득에서, Pi (n)는 8개의 값들 사이에서 진동하기 시작한다. 매우 작은 범위의 이득에 대해서는, Pi (n)는 16개의 값들 사이에서 진동하고, 그 다음, 32개의 값들(도시안함) 사이에서 진동하고, 그 다음, 64개의 값들(도시안함) 사이에서 진동한다. 약간 높은 이득에 대해, 도 6의 백색 대역 및 스티플링(stippling)에 의해 개략적으로 나타난 바와 같이, Pi (n)의 점근 형태는 무질서하게 되어, 점근 형태는 어떠한 주기성도 정해지지 않는다. 이 불규칙적인 백색 대역은, 점근 형태가 주기적인 형태를 재개하는 좁은 범위의 이득에 의해 야기된다. 본 발명은 무질서한 형태가 시작되는 이득보다 작은 범위의 이득으로 동작하므로, 도 6에 도시된 무질서한 형태를 더 이상 설명할 필요는 없다. 또한, 본 발명은 주기적인 형태가 시작되는 이득보다 작은 이득에서 동작하는 것이 바람직하다.
NSA 체인이 커어 유도 위상차로부터 생기는 자기 조정(self-regulating) 전송에 기인하여 채널의 전력을 고정 상태값으로 하게 하는 경향이 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, EDFA에서 파장들(λ1 및 λ2)을 가지며, 대응하는 25 및 27 dB의 이득을 가지는 2개의 채널들을 도 1A에 도시된 바와 같이 EDFA의 선형 체인의 입력으로 각각 인가할 때, λ2의 채널은 결국 λ1의 채널보다 우위를 점하여, P1 (n)(λ1의 채널의 전력)은 0으로 수렴한다. NSA 체인(400)에 대해, 도 6A는 P1 (n)은 약 5.0 ㎽로 수렴하고, P2 (n)는 약 5.2 ㎽로 수렴함을 나타낸다. 이 값들은, 양 채널이 적당한 전력으로 수신기에서 도달한다는 것을 보장하기에 충분히 서로 근접한다. NSA 체인(400)의 자기 조정은 단일 채널이 우위를 점하는 것을 방지함으로써, 더 많은 수의 채널이 검출되기에 적당한 전력으로 수신기에 도달되도록 한다. 이득이 주기적이고 무질서한 형태가 발생하는 영역에 도달함에 따라, 고정 상태로의 전력의 수렴이 점점 느려진다는 것을 이 시뮬레이션을 통해 알 수 있다. 도 5B 및 도 5D에 도시된 바와 같이, 더 낮은 이득에서의 수렴은 단지 몇몇 회 반복 후에 발생한다.
상술한 설명은 NSA 체인(400)이 어떻게 동작하는 지에 대해 특징을 나타낸다. 이하의 설명은 최적의 구성을 찾기 위한 NSA 체인(400)의 시뮬레이션을 설명한다. 다양한 구성을 평가하기 위해, NSA 체인(400)의 비교적 복잡한 동작은 메릿(merit) 파라미터의 단일 형상으로 우선 감소된다. 특히, 이하의 설명을 위해, 메릿의 형상은 허용가능한 이득 변화성(ΔG)으로 정의된다. 이 허용가능한 이득 변화성 파라미터는, 이득이 Pi (n)을 허용가능한 점근 형태로 여전히 수렴하게 하면서 변화할 수 있는 범위를 설명한다.
허용가능한 형태를 정의하기 위해서, 다음과 같은 제한이 Pi (n)에 부과된다.
Figure 112005017057638-pct00012
식 9의 제한은, 반시계 방향으로 사그낙 루프 섬유(356)의 광 증폭기(360)로부터 출력되는 전력량에 상한을 부가한다. 식 10의 2라는 인자는, 광을 시계 방향 및 반시계 방향의 빔으로 분할하는 50 % 커플러(330)로부터 비롯된 것이다. 전력 상한은, 브릴로우인 분산 또는 4 파형 믹싱(FWM; four-wave mixing)과 같은, 루프 섬유 내의 바람직하지 않은 다양한 비선형 과정으로부터 비롯된다. 또한, EDFA 전력 출력의 제한에 의해 상한을 설정할 수도 있다.
Pmax를 선택하기 위해, 브릴로우인 분산이 제한적인 비선형 과정이라고 가정한다. 브릴로우인 분산이 중요하게 되는 임계 전력(Pcr)은, G.P. Agrawal의 Nonlinear Fiber Optics(Academic Press, San Diego, 1995)에 다음과 같이 주어진다.
Figure 112005017057638-pct00013
식 10의 근사식에서, 파라미터(gB)는 브릴로우인 이득 계수이고, 각 채널의 선폭의 함수이다.
이하의 분석을 위해, 각 채널이 위상 편이 변조 방식을 사용한다고 가정하며, 도 7A에 도시된 바와 같이, 0 또는 π 위상 편이를 가함으로써, 0 및 1은 연속파(cw; continuous wave) 레이저 상에서 인코딩된다. 도 7A에서, 각 비트는 T 지속 기간을 가진다. 이 위상 변조는 채널의 선폭을 확산시킨다(예컨대, Y. Aoki 등의 "Input power limits of single-mode optical fibers due to stimulated Brillouin scattering in optical communication systems", Journal of Lightwave Technology, Vol.6, NO.5, pp.710~719, 1988 참조). 의사 랜덤 비트 패턴에 대해, 비트 레이트 B = 1/T를 가지는 PSK 채널의 결과적인 주파수 스펙트럼이 도 7B에 도시된다. PSK 신호의 1/2 최대의 전체 폭(FWHM; full width at half maximum) 선폭은 B와 거의 동일하다.
도 7B에 도시된 증가된 선폭은 Pcr을 증가시키며, 다음과 같다.
Figure 112005017057638-pct00014
식 11의 근사식에서, ΔνB는 고유 브릴로우인 이득 선폭이며, 섬유 도핑에 따라 10 내지 100 ㎒ 사이이다. 실리카 섬유에 대한 브릴로우인 이득 파라미터(gB)의 값은 4.6×10-11 m/W이다. 이 파라미터와, Aeff = 9.0 ㎛2 및 Leff = 10 ㎞로, 브릴로우인 분산에 대한 임계 전력(Pcr)은 채널 비트 레이트의 함수로서 도 8에 도시되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, Pcr는 미변조 채널에 대해 1 ㎽ 훨씬 이하이다. 그러나, Pcr는 초당 2.5 기가비트 채널에 대해 10 ㎽보다 크다. Pcr의 값을 PSK의 경우에 대해 계산하였지만, 상술한 바와 같이, 본 발명은 다른 유형의 신호 변조에도 사용할 수 있음을 이해해야 한다. PSK의 예는 Pcr에 대한 특정치를 제공하는 데만 사용된다.
아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, NSA 체인들의 다양한 구성을 평가하기 위한 방법은 결과로서의 허용가능한 이득 변화(ΔG)를 비교한다. ΔG를 구하기 위해, GiPi (n)X/2의 점근값들이 도 9의 이득의 함수로서 도시된다. 이 도시로부터, 식 9를 만족시키는 이득의 범위가 결정된다. 도 9에서, 다른 파라미터가 일정한 반면, 비선형 계수(n2)는 변화된다. n2의 더 높은 값이 GiPi (n)X/2의 점근값을 더 낮게 하여, 더 큰 ΔG를 가능하게 한다는 것을 유의한다. 도 9의 수평선으로 도시된 바와 같이, Pmax를 10 ㎽로 설정하면, 값 n2 = 5.47×10-20 ㎡/W(상업적으로 사용가능한 섬유에서 최근 얻어진 값)는 1.65 dB의 ΔG를 만든다. 2의 인자에 의해 n2의 반으로의 감소는 ΔG를 0.4 dB로 감소시킨다. 이와 같이, 2의 인자만큼 n2의 증가는 ΔG를 3.6 dB로 증가시킨다(본 발명이 약 27.6 dB 이상의 진동 레짐(regime)에서 동작하지 않는 경우).
이득 대 GiPi (n)X/2의 점근값들의 플롯은 L 또는 Φbias와 같은 다른 파라미터의 함수로서 생성되어 NSA 체인을 더욱 분석하여 최적화할 수 있다.
도 10은 1.4 ㎽(곡선 a), 0.56 ㎽(곡선 b) 및 0.22 ㎽(곡선 c)의 전체 입력 전력에 대한 16 WDM 채널의 이득 스펙트럼을 나타낸다. 전체 입력 전력은 16개의 파장들에 동일하게 분배되고, EDFA가 사그낙 루프 내로 삽입되는 경우와 같이 양측으로부터 EDFA 내로 입력된다. NSA 체인의 파라미터는 상술한 파라미터와 동일하다.
NSAs의 체인의 동작을 시뮬레이션하기 위해, 체인의 각 NSA의 각 개별 증폭기를 통해 전송되는 N개의 입력 신호들의 각 신호에 의해 경험된 이득을 우선 계산한다. 광 증폭기의 이득이 통상 복잡한 방법으로 이득 포화를 통해 입력 신호 전력에 따라 좌우되기 때문에, 또한 입력 신호 전력 스펙트럼이 각 증폭기에 대해 다르기 때문에, 체인 내의 각 증폭기에서 N개의 입력 신호들 각각에 의해 경험된 이득을 매우 정확하게 계산하여야 한다. 기존의 EDFA 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 모든 이득을 계산할 수 있지만, 이러한 계산은 시간을 많이 소비한다. 이러한 방법으로 모든 이득을 계산하는 대신에, D.M. Baney 등의 "WDM EDFA gain characteristics with a reduced set if saturating channels"(IEEE Photonics Technology Letters, Vol.8, No.12, 1996, pp.1615~1617)에 기재된 근사식을 사용한다. Baney 등에 의한 참조 문헌에 따르면, 적절히 선택된 파장 및 전력의 단일 입력 신호(포화 톤이라 함)로 증폭기로의 N개의 입력 신호를 대체함으로써 증폭기의 이득 스펙트럼을 정확하게 계산할 수 있다. 구체적으로는, Baney 등에 의한 참조 문헌에 따르면, 개별 전력(Pi)의 N개의 입력 신호들로 동작되는 증폭기의 이득 스펙트럼은, 식 12에서 주어지는 전력(Ps) 및 파장(λs)의 포화 톤에 의해 포화되는 동일한 EDFA(즉, 동일한 조건 하에서 펌핑되는 EDFA)의 이득 스펙트럼과 거의 동일하다.
Figure 112005017057638-pct00015
식 12에서, Gi는 파장(λi)에서의 (포화) 이득이고, Gs는 파장(λs)에서의 (포화) 이득이고, Gi 및 Gs는 (dB로 표현되는 이득에 반대되는) 선형 이득이다. 여기서 가정한 바와 같이, EDFA의 비균질(inhomogeneous) 확장이 무시될 수 있을 때, 포화 톤 파장(λs)은 방법의 정확성에 영향을 주지 않으면서 넓은 범위의 파장에 걸쳐 선택될 수 있다. 이러한 방법으로, EDFA의 이득 스펙트럼은 (N개의 신호 전력들의 임의의 조합에 대해 계산해야 하는 대신에) 포화 톤 전력의 범위에 대해서만 계산되면 된다는 것이 명백하다.
실제로, 식 12는 포화 이득(Gi 및 Gs)이 초기에 알려지지 않기 때문에 직접 사용되지 않는다. 대신에, EDFA 시뮬레이션 프로그램으로, 전력
Figure 112006079252768-pct00016
의 λs에서 단일 포화 신호를 가정하여 증폭기 미포화 이득(Gi 및 Gs)을 먼저 계산한다. 제2 단계에서, 미포화 이득값을 식 12에 대입하여 Ps의 근사값을 계산한다. Ps의 근사값을 EDFA 시뮬레이션 프로그램에서 사용하여, (포화) 이득(Gi 및 Gs)의 제2 세트를 계산한다. 이득이 안정한 값으로 수렴할 때까지 이 과정을 반복한다. 실제로, 이득의 수렴은 제2 단계에서 얻어진다.
이하의 설명에서, 무시할 수 있는 비동질 확장을 가지는 EDFA의 공통 상황을 시뮬레이팅한다. 이 시뮬레이션은 1,551 ㎚의 임의의 포화 톤 파장(λs)의 선택(다시, 정확성의 손실없이)을 가능하게 한다. 파장(λi)의 각 신호가 2개의 방향으로 전파되는, 사그낙 루프의 EDFA를 시뮬레이팅하기 위해, 포화 신호는 적절한 개별 전력을 가지는 EDFA의 입력 포트 모두로 입력된다.
도 10에서 시뮬레이팅되는 EDFA는 110 ㎽, 1,480 ㎚의 광에 의해 양방향으로 펌핑되는(220 ㎽ 전체 펌프) 에르븀 도핑된 섬유의 7 m 부분이다. EDFA는 도 10에 도시된 바와 같은 이득 스펙트럼을 나타낸다. 16 WDM 신호들이 위치하는 1,544 ㎚ 내지 1,559 ㎚의 영역(1 ㎚ 채널 간격)에서, 통상의 이득 변화는 입력 신호 전력에 따라, 1~2 dB 정도다.
도 11A 및 도 11B는 NSA 체인(도 11A) 및 표준 증폭기 체인(도 11B)에 대한 증폭기 수의 함수로서 모든 16개의 채널들의 전력의 변화를 나타낸다. 표준 증폭기 체인에서, 부분들(X)간의 손실은 20 dB로부터 24 dB로 증가하여, 시뮬레이터에서는 0으로 설정되는, 비선형 섬유의 4 dB 손실의 원인이 된다. EDFA는 NSA 체인 내에서 사용되는 것과 동일하다. 도시된 바와 같이, NSA 체인은 모든 채널이 3.7 ㎽와 5.2 ㎽ 사이에 전력을 유지하도록 모든 전력을 점근값이 되게 한다. 수렴은 첫 번째 수개의 NSAs 이후에 발생한다. 표준 증폭기 체인에서는, 가장 높은 이득을 가지는 채널이 타 채널보다 빨리 우위를 점한다. 따라서, NSA의 안정화 효과는 도 11A 및 도11B를 비교함으로써 명확하게 확인할 수 있다.
세그먼트(20) 이후의 NSA 체인 및 표준 체인에 대한 채널 전력 스펙트럼이 도 12A 및 도 12B에 각각 도시되어 있다. NSA 체인에서는, 모든 채널 전력이 세그먼트(20) 이후에 거의 동일하다(도 12A 참조). 이와는 대조적으로, 표준 체인의 세그먼트(20) 이후에는, 약 1,557 ㎚ 전력과 약 1,554 ㎚ 전력간의 큰 차가 있다(도 12B 참조). NSA 체인(도 12A 참조)의 출력단에서는, 16개의 출력 신호들 모두가 유용하다(즉, 높은 신호대 잡음비(SNR)로 검출되기에 충분한 전력을 전송한다). 이와는 대조적으로, 표준 증폭기 체인(도 12B 참조)의 출력단에서는, 16개의 출력 신호들 중에서 약 6개의 신호만이 유용하다. 다른 모든 신호들은 너무 적은 전력을 전송하고, 충분히 높은 신호대 잡음비로 검출될 수 없어 유용하지 못하다. 이러한 비교는 본 발명이 다수의 이득손실부 이후에 큰 대역폭에 걸쳐 거의 동일한 출력 전력으로 출력 신호를 발생시킨다는 것을 나타낸다.
상술한 설명은, NSA 체인(400)에 의해 얻어지는 이득 평탄화를 나타내는 특정 시뮬레이션의 결과를 나타내고, 또한 최대로 허용가능한 이득 변화를 구하기 위해 파라미터(ΔG)를 사용함으로써, NSA 체인(400)의 성능을 평가하기 위한 방법을 제공한다.
당업자들은 본 발명이 진정한(즉, 외부 피드백이 없는) 자동 이득 제어(AGC; automatic gain control)를 달성한다는 것을 이해할 것이다. 입력 신호 전력, 펌프 전력 및 신호 수의 예측할 수 없는 변화에 대해 내부적으로 수정함으로써, 이득손실부의 체인의 출력에서의 다수의 신호들의 전력을 작은 범위의 전력값 내에서 자동적으로 유지한다는 점에서 이것은 자동 이득 제어를 달성한다. 이와는 대조적으로, 최근에 개발된 대다수의 광학 이득 평탄화 방식은 진정한 자동 이득 제어를 나타내지 못한다. 대신에, 다른 방식들은 추가적인 외부 피드백 방식(시스템에 복잡성 및 비용을 증가시킴)에 의존하여 이러한 양적 변화를 수정한다.
상술한 바와 같이, 제2 빔으로부터의 커어 유도 위상 변조(크로스 위상 변조)는 셀프 위상 변조에 의한 것보다 NSA 체인(400)으로 하여금 이득을 평탄화하게 하는 특성을 2배로 하였다. 셀프 위상 변조 및 크로스 위상 변조에 대한 조건은, B. Crosignani의 논문 "Kerr effect and chromatic dispersion in fiber-optic gyroscopes"(Journal of Lightwave Technology, Vol. LT-3, No.4. pp.914~918, 1985)의 광섬유 자이로스코프의 내용에서 다루어지고 있고, 여기서, 셀프 위상 변조 및 크로스 위상 변조는 섬유의 분산으로 연결되어 있다는 것이 나타나 있다. Crosignani 논문으로부터의 정보는 셀프 위상 변조 및 크로스 위상 변조에 대한 조건을 정의하기 위해 이하에서 사용된다.
우선, 특성화 대역폭(Δν')이 다음과 같이 정의된다.
Figure 112005017057638-pct00017
식 13에서, 위에서 정의된 바와 같이, Leff는 유효 섬유 길이이고, A는 섬유군 속도 분산(즉, 1/A = d2β/dω2, 여기서, β는 전파 상수이고 ω는 주파수임)이다. *ν1-ν2* << Δν' 라면, ν1에서의 한 주파수 성분의, ν2에서의 다른 주파수 성분에 대한 커어 유도 위상 편이는 셀프 위상 변조로 간주될 수 있다. 이와 같이, *ν1-ν2* >> Δν' 일 때, 크로스 위상 변조가 발생한다. 식 13은 특정 사그낙 루프에 대해 Δν' 의 값의 계산을 가능하게 한다.
상술한 결과는 비선형 사그낙 증폭기의 채널 분리 및 채널 대역폭(즉, 비트 레이트) 상에 제한을 부과한다. 각 채널 내의 모든 광은 동일한 채널 내의 함께 전파되는 다른 모든 광을 셀프 위상 변조하도록 요구된다. 따라서, 각 채널의 대역폭(B)은 다음과 같은 관계를 만족해야 한다.
Figure 112005017057638-pct00018
식 14에서, B는 랜덤 PSK에 대한 비트 레이트(1/T)이며, 여기서, T는 비트 지속 기간이다. 따라서, 각 채널의 최대 비트 레이트와 비선형 사그낙 증폭기의 파라미터들간의 관계식이다.
또한, 한 채널 내의 모든 광은 타 채널 내의 모든 광을 크로스 위상 변조하도록 요구된다. 이것은, 채널 간격(Δνchannel)이 다음과 같은 관계식을 만족하여야 함을 나타낸다.
Figure 112005017057638-pct00019
따라서, 채널 간격은 루프 파라미터의 함수인 최소값을 가진다.
상술한 바와 같이, 루프의 길이(Leff)가 이득 평탄화 성능을 최적화하도록 선택되기 때문에, 루프 섬유의 그룹 속도 분산(A)을 변형함으로써 Δν'를 최적값으로 설정하는 것이 바람직하다(식 13 참조). Δν'에 대한 통상적인 값은 Leff를 5 ㎞로, A-1를 3.28×10-28 sec2/m로 하여 계산될 수 있다(제로 분산 파장 근처의 분산 편이 섬유에 적당함). 이 2개의 값은 Δν'에 대해 124 ㎓의 값을 산출한다. 이 값은 파라미터(A)를 통해 용이하게 수정될 수 있다.
상술한 설명으로부터, 본 발명에 따른 비선형 사그낙 증폭기는, 서로 다른 파장에서의 입력 광 신호들의 전력의 상당한 차에도 불구하고, 평탄한 출력 신호 스펙트럼을 발생시킨다는 것을 알 수 있다. 또한, 공지의 이득 평탄화 방식과는 달리, 통상, 출력 신호 스펙트럼의 평탄성은 이득손실부의 수가 증가함에 따라 개선된다. 출력 신호 스펙트럼의 평탄성은 넓은 대역폭에 걸쳐 양호하다. 예를 들어, 약 1~2 dB 내로 평탄한 EDFA를 가지는 비선형 사그낙 증폭기들의 체인에서는, 다수의 이득손실부 이후의 평탄성은 매우 넓은 대역폭에 걸쳐 1.56dB 보다 더 낫다. 이와는 대조적으로, 통상, 수동 필터는 개별 EDFA의 이득을 수 십 dB 내로 평탄하게 하는데, 이는 이러한 다수의 EDFA를 통해 전송된 후 평탄한 이득을 확보하기에 충분하지 않다. 예를 들어, 0.3 dB로 평탄화된 EDFA를 포함하는 24개의 이득손실부를 통해 전송된 후, 출력 신호 스펙트럼 평탄성은 통상 1.5 dB이거나 또는 이보다 악화된다. NSA 체인은 단지 1~2 dB로 평탄화되는 증폭기로 이 동일한 레벨의 스펙트럼 평탄성을 달성한다. 상술한 설명에서, 비선형 사그낙 간섭계는 체인의 크기(즉, 체인 내의 증폭기들의 수)가 증가함에 따라 더욱 유익하다는 것을 알 수 있다. 이러한 점은, 예를 들어, 대양 횡단의 통신 버스와 같은 아주 많은 수의 증폭기들을 포함하는 체인들에 대해 특히 이롭다.
상술한 바와 같이, 비선형 사그낙 증폭기들의 체인은 다수의 이득손실부 이후의 평탄한 이득으로 수렴한다. 평탄한 이득(예, 점근 이득값 또는 점근 이득값의 일정 비율(예, 90 %))을 얻기 위해 필요한 증폭기들의 수는 체인 내의 비선형 사그낙 증폭기들의 파라미터를 조정함으로써 조정될 수 있는 시스템 특성이다. 이러한 수렴의 속도를 제어하는 능력은, 일부 시스템에서는 빠른 수렴(예, 4개의 증폭기들 이후의 평탄한 이득으로의 수렴)이 필요하고 다른 시스템에서는 느린 수렴(예, 20개의 증폭기들 이후의 평탄한 이득으로의 수렴)이 허용되기 때문에, 중요하다.
수동 증폭기로 평탄화되는 EDFA와는 달리, 본 발명의 시스템은, 하나 이상의 입력 신호들이 강하할 때조차도 출력 신호 스펙트럼이 여전히 매우 평탄하게 유지되기 때문에, 특히 이롭다. 한 입력 신호의 전력이 강하할 때, 나머지(비강하) 입력 신호들에 대응하는 모든 출력 신호들이 더 높은 전력을 전송한다. 그러나, 본 발명은 출력 신호 스펙트럼의 평탄성이 조금도 변화하지 않게 하거나 매우 적은 양보다 많이 변화하게 한다. 마찬가지로, 하나 이상의 입력 신호들의 전력이 변화하면(즉, 증가하거나 또는 감소하면), 이득 평탄성은 변화하지 않거나 매우 적게 변화한다. 이러한 점을 설명하기 위해, 도 13은 8개의 채널들이 제14 NSA 이후 및 제15 NSA 이전에서 강하하는 16 채널 WDM 시스템의 전력 변화를 나타낸다. 나머지 8개의 채널들은 서로 다른 이득을 나타냄으로써, 서로 다른 점근값으로 수렴한다. 그러나, 전력 편차는 매우 작고, 나머지 8개의 채널들 모두는 5 ㎽와 5.5 ㎽ 사이의 전력으로 NSA의 단에 도달한다.
또한, 출력 신호 스펙트럼 평탄성은 비선형 사그낙 증폭기들의 체인의 하나 이상의 EDFA를 펌핑하는 전력의 변화에 견고하다. 일부 또는 모든 펌프 전력의 변화는 광학 이득을 변화시켜, 체인의 출력에서 모든 출력 신호들에 의해 전송되는 전력을 변화시킨다. 그러나, 비선형 사그낙 증폭기들의 체인의 수렴 효과 때문에, 출력 신호 스펙트럼의 평탄성은 형식적으로 변화하지 않는다(펌프 전력의 크기가 알맞게 적당하게 변한다고 가정함). 출력 신호 스펙트럼의 평탄성의 견고성은 필터 평탄화된 EDFA에 의해 제공되지 않는다.
특히, 각 EDFA가 EDFA의 특정 이득 곡선에 일치하는 특정 필터로 평탄화되어야 하는 수동 필터에 의존하는 이득 평탄화 EDFA와 비교될 때, 비선형 사그낙 증폭기의 평탄화 특성들은 대부분의 다른 이득 평탄화 증폭기보다 구성요소의 파라미터의 제조 변화에 더욱 내성이 있다. 수동 필터를 사용할 때, 소정의 필터는 일정 조건 하에서 동작되는 특정 EDFA의 이득을 평탄화하지만, 필터는 서로 다른 펌프 전력으로 펌핑되거나 또는 서로 다른 수의 신호들로 동작되거나 또는 서로 다른 신호 전력들 또는 차들의 조합으로 동작되는 동일한 EDFA를 사용하면, 이 필터는 불량하게 작동한다. 또한, 이 필터는, 동일한 필터가 설계, 에르븀 농도, 코도펀트(co-dopant) 농도, 길이, 또는 이 차들의 조합에서 약간 다른 에르븀 도핑된 섬유로 만들어진 형식적으로 동일한 2개의 EDFA를 사용할 때, 불량하게 작동한다. 마찬가지로, (예컨대, 외부 온도의 변화를 통한) 필터 전송 스펙트럼의 변화는 체인 이득의 평탄성을 변화시킨다. 수동 필터에 의해 이득이 평탄화되는 종래의 증폭기들과는 대조적으로, 특정 루프 섬유 및 루프 길이를 가지는 본 발명에 따른 비선형 사그낙 증폭기는, 넒은 범위의 특성을 가지는 EDFA의 이득을 평탄화하고, 체인의 출력 신호의 평탄성은 비선형 사그낙 증폭기들의 파라미터의 변동에 견고하다.
본 명세서에서 제공된 도면은 10 ㎞의 루프 길이를 가지는 NSAs의 성능을 도시한다. 루프 길이의 선택은 시스템 성능에 영향을 준다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 모드 제한과 길이간에 트레이드 오프(tradeoff)가 있다. 특히, 모드 제한이 강할수록, 요구되는 길이는 짧아진다. 또한, 섬유 비선형성과 루프 길이간에 조화점이 있다. 특히, 섬유 비선형성이 강할수록, 요구되는 길이는 짧아진다. 마찬가지로, 신호 전력과 루프 길이 간에 트레이드 오프가 있다. 특히, 신호 전력이 강할수록, 요구되는 길이는 짧아진다. 10 ㎞ 보다 사실상 짧거나 또는 사실상 긴 루프 길이를 가지는 NSAs는 본 발명에서 상술한 특성과 같은 동일한 특성을 형식적으로 가지고 동작하도록 설계될 수 있다.
에르븀 도핑된 섬유 증폭기들과 관련하여 상술하였지만, 본 명세서에서 설명한 비선형 사그낙 증폭기의 일반적인 원리들은 액티브 도펀트와 같은 3가의 에르븀(Er3+)에 제한되지 않는다. 또한, 비선형 사그낙 증폭기는 섬유, 도파로 또는 벌크 광학 구성요소에 기초하여 임의의 광 증폭기의 이득을 평탄화하는 데에 사용될 수 있다. 광 증폭기는 임의의 액티브 이온 또는 액티브 레이저 매체를 사용할 수 있고, 스펙트럼 범위의 임의의 부분에 걸쳐 동작할 수도 있다. 특히, 비선형 사그낙 증폭기는, 예를 들어, 다른 광 증폭기들에 의해 적당하게 커버되지 않는 증폭 애플리케이션을 위해 사용될 수도 있는 라만 증폭기들과 함께 사용될 수도 있다. 본 발명과 관련하여 사용되는 라만 증폭기 또는 다른 증폭기는, 사그낙 루프 내에서 반대 방향으로 전파되는 신호들을 증폭할 수 있도록 양방향이어야 한다는 것을 유의한다. 라만 증폭기 실시예에 대해서는, 라만 증폭기는 공진 모드에서 동작될 수 있거나 또는 서로 다른 2개의 방향으로 펌핑될 수도 있다.
상술한 실시예들이 각 루프 내의 단일 증폭기와 관련하여 설명되었다는 것을 또한 유의한다. 당업자들은 단일 EDFA가 제한된 증폭 범위를 가질 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 제1 증폭기(AMP1)는 제1 대역 파장에 걸쳐 증폭하고, 제2 대역 파장에 걸쳐 흡수될 수도 있다. 제2 증폭기(AMP2)는 제1 대역에 걸쳐 흡수하고, 제2 대역에 걸쳐 증폭할 수도 있다. 양 대역에 걸쳐 증폭하기 위해, 2개의 증폭기들(AMP1 및 AMP2)은, 2개의 WDM 커플러를 사용하여 합성 증폭기로서 병렬로 루프 내에 배치될 수도 있다. 달리 말하여, 도 3의 비선형 사그낙 증폭기는, 도 14A에 도시된 2개의 증폭기들(AMP1 및 AMP2)의 병렬 배열로 이루어진 증폭기(360)로 이용되며, AMP1 및 AMP2는, 예를 들어, 도 3A의 증폭기와 같이 구성된 2개의 개별 증폭기이다.
마찬가지로, 제1 증폭기(AMP1)가 제1 대역을 증폭하고 제2 대역을 통과하고, 제2 증폭기(AMP2)가 제1 대역을 통과하고 제2 대역을 증폭하면, 2개의 증폭기들은 양 대역에 걸쳐 증폭하기 위해 루프 내에 직렬로 배치될 수도 있다. 이러한 합성 증폭기가 도 14B에 도시되어 있다. 개별 증폭기들(AMP1 및 AMP2)은 모두, 예를 들어, 도 3A의 증폭기와 같이 구성될 수 있다. 또한, 비선형 사그낙 증폭기는, 도 14B의 합성 증폭기로 만들어진 증폭기(360)를 포함하는 도 3의 비선형 사그낙 증폭기로 이루어진다.
직렬 및 병렬의 증폭기들의 조합이 파장의 다수 대역을 커버하는 데 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
아주 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 증폭이 요구되는 경우, 스펙트럼 범위의 서로 다른 부분에 대해 루프의 파라미터가 최적일 수 있도록 스퍽트럼 범위의 서로 다른 부분에 대해 별도의 루프를 제공하는 것이 필요할 수도 있다. 이러한 구성은 도 15에 개략적으로 도시되며, 여기서, NSA1 및 NSA2는 스펙트럼의 서로 다른(인접할 수도 있는) 부분(예를 들어, NSA1에 대해서는 1300 ㎚ 내지 1350 ㎚이고, NSA2에 대해서는 1500 ㎚ 내지 1650 ㎚ 임)에 걸쳐 이득을 제공하는 2개의 비선형 사그낙 증폭기를 나타낸다. 제1 WDM 커플러는 입력 신호들을 분리하고 이 분리된 신호들을 적절한 비선형 사그낙 증폭기로 향하게, 즉, (이 예에서는) 1300 ㎚ 내지 1350 ㎚ 사이의 파장을 가지는 신호들을 NSA1로 향하게 하고, 1500 ㎚ 내지 1650 ㎚ 사이의 파장을 가지는 신호들을 NSA2로 향하게 한다. 제2 WDM 커플러는 NSA1 및 NSA2로부터 출력되는 신호들을 통신 섬유(도 15의 손실 박스로 나타나 있음) 상으로 재합성시킨다.
도 4의 실시예에 대한 대안의 실시예가 도 16에 도시되어 있다. 도 16의 실시예에서, 이득손실 스트링(1600)은 손실부(1630)에 의해 분리되는 표준 광 증폭기들(AMP)(1620) 및 비선형 사그낙 증폭기들(NSA)(1610) 모두를 구비한다. 특히, 도 16에 도시된 실시예에서는, NSA(1610) 및 AMP(1620)는 교대로 배치된다(즉, 두 개의 증폭기 마다). 따라서, 도 16에 도시된 체인 내의 비선형 사그낙 증폭기들의 비율은 50 %(즉, 모든 표준 증폭기(1620)에 대해 하나의 비선형 사그낙 증폭기(1610))이다. 체인 내의 비선형 사그낙 증폭기들의 비율은, 표준 증폭기들(1620)이 개별적으로 평탄화되는 정도에 따라 더 작거나(예를 들어, 체인 내의 매 세 번째 증폭기가 비선형 사그낙 증폭기(1610)일 수 있음) 또는 더 클 수 있다(예를 들어, 체인 내의 세번째 증폭기마다 표준 증폭기(1620)일 수 있음). 예를 들어, 표준 증폭기들(1620)이 양호하게 평탄화되지 않으면, 단지 하나의 표준 증폭기(1620)를 모든 비선형 증폭기들(1610)을 위해 사용할 수도 있다. 표준 증폭기들(1620)이 양호하게 평탄화되면, 다른 모든 증폭기는 표준 증폭기(1620)일 수도 있다. 표준 증폭기들(1620)이 매우 평탄하다면, 단지 하나의 비선형 사그낙 증폭기(1610)만이 때때로 스트링(1600) 내에 배치될 필요가 있다(예를 들어, 매 세 번째 증폭기는 비선형 사그낙 증폭기(1610)이고, 나머지 증폭기들은 표준 증폭기들(1620)임). 이러한 하이브리드 체인(1600)은, (1) 아주 많은 수의 이득손실부 이후라도 높은 이득 평탄성을 유지하고, (2) 증폭기 손실 체인을 입력 조건(즉, 신호들의 수, 신호 전력, 또는 펌프 전력)의 (의도적이거나 또는 의도적이지 않은) 변화에 견고하게 하기 때문에 이롭다. 하이브리드 체인(1600)은, 고비용의 비선형 사그낙 증폭기들(섬유 루프 및 광 서큘레이터를 구비함)를 비교적 저가의 표준 증폭기들(1620)로 대체함으로써, 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있기 때문에 이롭다.
본 명세서에서는 파장에 따라 변화하는 이득을 가지는 증폭기들의 이득을 평탄화하는 것에 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 파장 종속이 없거나 또는 거의 적은 이득을 가지는 개별 증폭기들을 사용할 수도 있다. 개별 증폭기들의 이득 스펙트럼이 더욱 평탄하면, 본 발명은 더욱 양호하게 실행될 수 있다(즉, 더 적은 증폭기들 이후에 더 평탄한 이득을 제공함).
또한, 본 발명은, 형식적으로 (예를 들어, 80 ㎚ 대역폭에 걸쳐 0.3 ㏈ 이내로) 평탄한 이득 스펙트럼을 가지는 개별 증폭기들을 사용할 수 있으며, 이는 공지된 다수의 기술들로 달성할 수 있다. 이 경우, 본 발명은 많은 수(예, 수 십)의 증폭기들 이후에 이득 평탄성을 유지하거나 또는 심지어 향상시키는 기능을 수행한다. 이와는 대조적으로, 도 1A와 관련하여 상술된 바와 같이, 동일한 개별 증폭기들이 종래의 선형 증폭기 체인 내에서 서로 접속된다면, 이득손실부의 수가 증가함에 따라 증폭기 스트링은 이득 평탄성을 악화시킨다.
또한, 각 증폭기가 형식적으로 (예, 80 ㎚ 대역폭에 걸쳐 0.3 dB 이내로) 평탄한 개별 증폭기들로 본 발명을 이용할 때, 본 발명은 신호 전력의 변화, 신호들의 개수의 변화, 및 어느 정도까지는 펌프 전력의 변화에 견고한 형식적으로 평탄한 이득 스펙트럼을 제공한다.
본 발명의 특정의 실시예들과 관련하여 상술하였지만, 이러한 실시예들의 설명은 예시적인 것이고 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다. 첨부된 청구범위로 정해지는 본 발명의 진정한 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형례 및 응용례가 당업자에게 일어날 수 있다.

Claims (24)

  1. 복수의 개별 광 파장 및 복수의 개별 입력 전력을 가지는 복수의 입력 광 신호에 응답하는 복수의 출력 광 신호들 간의 출력 전력의 차를 감소시키기 위한 증폭 시스템으로서,
    간섭 루프(interferometric loop);
    상기 복수의 입력 광 신호를 상기 간섭 루프에 결합시켜, 상기 입력 광 신호의 개별 제1 부분이 상기 간섭 루프의 제1 방향으로 전파되게 하고, 상기 입력 광 신호의 개별 제2 부분이 상기 간섭 루프의 제2 방향으로 전파되게 하며, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분이 상기 간섭 루프 내에서 전파된 후 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 합성시켜 복수의 광 출력 신호를 발생시키는 커플러(coupler); 및
    상기 간섭 루프의 중심에 대해 비대칭적인 위치에 위치된 증폭기 -상기 증폭기는 자신으로 하여금 상기 복수의 광 파장에서 복수의 개별 이득을 가지게 하는 이득 특성을 가지며, 상기 간섭 루프의 중심에 대한 상기 증폭기의 상기 비대칭적인 위치는 상기 입력 광 신호의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 간의 전력의 차를 발생시키고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 간의 상기 전력의 차는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 개별 커어 유도(Kerr-induced) 위상 편이를 발생시키고, 상기 커어 유도 위상 편이는 상기 개별 입력 전력의 차와 상기 개별 이득의 차에 따라 변화하여 더 큰 이득 전력곱을 가지는 입력 광 신호의 더 큰 커어 유도 감쇠를 가져옴-
    를 포함하는 증폭 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기는 에르븀 도핑된(erbium-doped) 섬유 증폭기를 포함하는 증폭 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 증폭기에 근접 배치된 상기 루프 내의 파장 분할 다중화 커플러; 및
    상기 파장 분할 다중화 커플러에 결합되어, 상기 파장 분할 다중화 커플러를 통해 상기 증폭기에 펌프 광을 제공하는 펌프 소스를 더 포함하는 증폭 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기는, 파장의 제1 대역에 걸쳐 증폭을 제공하는 적어도 제1 증폭기, 및 파장의 제2 대역에 걸쳐 증폭을 제공하는 적어도 제2 증폭기를 포함하는 증폭 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 에르븀 도핑된 섬유 증폭기를 포함하는 증폭 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 병렬로 연결되는 증폭 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 직렬로 연결되는 증폭 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 루프, 상기 커플러 및 상기 증폭기는 제1 스펙트럼 범위에 걸쳐 이득을 제공하는 제1 비선형 사그낙 증폭기(nonlinear Sagnac amplifier)를 포함하며,
    상기 증폭 시스템은, 개별 간섭 루프, 개별 커플러 및 개별 증폭기를 구비하고 제2 스펙트럼 범위에 걸쳐 이득을 가지는 제2 비선형 사그낙 증폭기를 더 포함하는 증폭 시스템.
  9. 복수의 개별 광 파장 및 복수의 개별 입력 전력을 가지는 복수의 입력 광 신호에 응답하는 복수의 출력 광 신호들 간의 출력 전력의 차를 감소시키기 위한 증폭 시스템으로서,
    제1 길이 및 제2 길이의 광 섬유를 포함하는 간섭 루프 -상기 광 섬유의 상기 제1 길이는 상기 광 섬유의 상기 제2 길이보다 실질적으로 긴 길이를 가짐-;
    상기 광 신호를 상기 간섭 루프에 결합시켜, 상기 광 신호의 개별 제1 부분 및 제2 부분이 상기 간섭 루프의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 마주보는 방향으로 전파되게 하고(counterpropagate), 상기 간섭 루프를 통해 전파된 후 상기 광 신호의 개별 제1 부분 및 제2 부분을 합성시켜 상기 복수의 광 파장으로 복수의 개별 출력 전력을 가지는 복수의 출력 신호를 발생시키는 커플러; 및
    광 섬유의 제1 길이와 제2 길이 사이의 상기 간섭 루프 내의 위치를 갖는 증폭기 -상기 증폭기는 자신으로 하여금 상기 복수의 광 파장의 복수의 개별 이득을 가지게 하는 이득 특성을 가지며, 상기 제1 방향 및 제2 방향으로 전파되는 상기 광 신호의 제1 부분 및 제2 부분은 셀프 위상 변조(self-phase modulation), 동일 방향으로 전파될 때의 크로스 위상 변조(cross-phase modulation), 및 마주보는 방향으로 전파될 때의 크로스 위상 변조(cross-phase modulation)에 의한 개별 커어 유도 위상 편이를 경험함-
    를 포함하며,
    상기 증폭기의 상기 위치는,
    상기 제1 방향으로 전파되는 광으로 하여금 상기 증폭기 및 상기 광 섬유의 상기 제2 길이를 통해 전파되기 전에 상기 광 섬유의 상기 제1 길이를 통해 전파되게 하고,
    상기 제2 방향으로 전파되는 상기 광으로 하여금 상기 광 섬유의 상기 제1 길이를 통해 전파되기 전에 상기 광 섬유의 상기 제2 길이를 통해 전파되게 하고,
    상기 제1 방향으로 전파되는 상기 광으로 하여금 상기 제2 방향으로 전파되는 상기 광보다 마주보는 방향으로 전파될 때 더 큰 크로스 위상 변조를 경험하게 하고,
    상기 제2 방향으로 전파되는 상기 광으로 하여금 상기 제1 방향으로 전파되는 상기 광보다 더 큰 셀프 위상 변조 및 동일 방향으로 전파할 때 더 큰 크로스 위상 변조를 경험하게 하며,
    상기 복수의 광 파장의 상기 복수의 광 신호의 상기 커어 유도 위상 편이는 상기 복수의 광 파장의 상기 개별 증폭기 이득에 응답하고, 또한 상기 복수의 광 신호의 상기 개별 입력 전력에 응답하여, 상기 복수의 광 파장에서의 상기 이득 및 상기 입력 전력에서의 차에 의한 상기 출력 전력에서의 차가 감소하도록 하는 증폭 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 증폭기는, 파장의 제1 대역에 걸쳐 증폭을 제공하는 적어도 제1 증폭기, 및 파장의 제2 대역에 걸쳐 증폭을 제공하는 적어도 제2 증폭기를 포함하는 증폭 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 에르븀 도핑된 섬유 증폭기를 포함하는 증폭 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 병렬로 연결되는 증폭 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 직렬로 연결되는 증폭 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 간섭 루프, 상기 커플러 및 상기 증폭기는 제1 스펙트럼 범위에 걸쳐 이득을 제공하는 제1 비선형 사그낙 증폭기를 포함하며,
    상기 증폭 시스템은, 개별 간섭 루프, 개별 커플러 및 개별 증폭기를 구비하고 제2 스펙트럼 범위에 걸쳐 이득을 가지는 제2 비선형 사그낙 증폭기를 더 포함하는 증폭 시스템.
  15. 광 증폭 시스템으로서,
    적어도 제1 증폭부 및 제2 증폭부 -상기 제1 증폭부는 복수의 입력 광 신호를 수신하기 위해 연결되고, 각각의 입력 광 신호는 개별 광 파장 및 개별 입력 광 전력을 가지고, 각각의 증폭부는 개별 증폭기를 내부에 포함하고, 상기 증폭기들은 광 신호에 가해지는 이득이 파장에 따라 변화하도록 하는 개별 이득 특성을 가지고, 상기 제1 증폭부는 제1 복수의 광 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 증폭부는 상기 제1 복수의 광 출력 신호를 수신하고 제2 복수의 광 출력 신호를 제공하도록 연결되고, 상기 제2 복수의 광 출력 신호 각각은 상기 광 파장 각각 및 개별 출력 광 전력을 가지고, 상기 증폭부들은 상기 입력 광 전력들에서의 차 및 상기 광 신호에 가해지는 이득들에서의 차에 의한 상기 제2 복수의 광 출력 신호의 상기 개별 출력 광 전력들에서의 차를 감소시키기 위해 동작함-
    을 포함하고,
    상기 각각의 증폭부는,
    상기 증폭부의 상기 증폭기가 그 내에서 비대칭적으로 위치되는 간섭 루프; 및
    광을 상기 간섭 루프에 결합시켜, 상기 광이 상기 광 파장의 각각에서 제1 및 제2의 마주보며 전파되는 부분들로서 전파되게 하고, 상기 광의 제1 및 제2의 마주보며 전파되는 부분들이 상기 간섭 루프를 통해 전파된 후 상기 파장의 각각에서 상기 제1 및 제 2의 마주보며 전파되는 부분들을 합성시키는 커플러 -상기 파장 각각에서의 상기 제1 및 제2의 마주보며 전파되는 부분들은 상기 파장 각각에서 출력 신호를 제공하기 위해 간섭하고, 상기 파장 각각에서의 상기 출력 신호는 상기 파장에서의 입력 전력, 상기 파장에서의 증폭기 이득 및 상기 파장에서의 커어 유도 위상 편이에 응답하는 전력을 가지고, 상기 커어 유도 위상 편이는 더 큰 이득 전력곱을 가지는 광 파장에 대해 더 커서 이득 전력곱에서의 차에 의한 출력 전력의 차를 적어도 부분적으로 감소시킴-
    를 포함하는
    광 증폭 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 증폭기 각각은 에르븀 도핑된 섬유 증폭기를 포함하는 광 증폭 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 증폭기는 광 파장에 따라 변화하는 이득을 가지고, 상기 복수의 파장에서의 상기 입력 광 신호는 변화하는 전력을 가지고, 상기 증폭부들은 상기 파장 각각에서의 출력 전력으로 하여금 출력 전력의 선택가능한 범위 내에서 출력 전력으로 수렴하도록 하기 위해 동작하는 광 증폭 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 증폭기 각각은 파장의 제1 대역에 걸쳐 증폭을 제공하는 적어도 제1 증폭기, 및 파장의 제2 대역에 걸쳐 증폭을 제공하는 적어도 제2 증폭기를 포함하는 광 증폭 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 에르븀 도핑된 섬유 증폭기를 포함하는 광 증폭 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 병렬로 연결되는 광 증폭 시스템.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 직렬로 연결되는 광 증폭 시스템.
  22. 광 파장의 범위 내에서 개별 광 파장을 가지고 입력 광 전력의 범위 내에서 개별 광 전력을 가지는 복수의 입력 광 신호를 증폭하고, 출력 광 전력의 선택 범위 내에서 개별 출력 전력을 가지는 대응하는 복수의 출력 광 신호를 발생시키는 증폭 방법으로서,
    상기 입력 광 전력의 범위보다 더 작은 범위인 광 전력의 중간 범위 내에서 복수의 중간 광 전력을 각각 가지도록, 상기 복수의 입력 광 전력, 증폭기 이득 및 커어 유도 위상 편이에 응답하는 복수의 중간 광 신호를 발생시키기 위하여 제1 비선형 사그낙 증폭기를 통해 상기 입력 광 신호를 통과시키는 단계; 및
    상기 중간 광 전력의 범위보다 작은 범위인 출력 광 전력의 상기 선택 범위 내에 복수의 출력 광 전력을 가지도록, 상기 복수의 중간 광 전력, 증폭기 이득 및 커어 유도 위상 편이에 응답하는 상기 복수의 출력 광 신호를 발생시키기 위하여 적어도 제2 비선형 사그낙 증폭기를 통해 상기 중간 광 신호를 통과시키는 단계
    를 포함하는 증폭 방법.
  23. 광 시스템으로서,
    소정의 파장 범위 내의 파장을 가지는 광 입력 신호를 수신하는 입력부;
    상기 광 입력 신호에 응답하는 광 출력 신호를 출력하는 출력부;
    상기 입력부와 상기 출력부 사이에 배치된 적어도 제1 증폭기 -상기 제1 증폭기는 제1 이득 스펙트럼을 가지며, 상기 제1 이득 스펙트럼은 상기 소정의 파장 범위에 걸쳐 변화하여 상기 소정의 파장 범위 내의 제1 파장으로 상기 제1 증폭기에 의해 발생된 제1 광 신호가 제1 광 전력을 가지게 하고, 상기 소정의 파장 범위 내의 제2 파장으로 상기 제1 증폭기에 의해 발생된 제2 광 신호가 제2 광 전력을 가지게 하고, 상기 제1 광 전력 및 상기 제2 광 전력은 전력 차만큼 다름- ; 및
    상기 제1 증폭기와 상기 출력부 사이에 배치되고, 비선형 사그낙 증폭기를 구비하고, 상기 소정의 파장 범위에 걸쳐 상기 제1 증폭기의 이득의 차를 적어도 부분적으로 보상하여 상기 제1 광 신호와 상기 제2 광 신호 간의 상기 전력 차를 감소시키도록 동작하는 적어도 제2 증폭기
    를 포함하는 광학 시스템.
  24. 광 시스템으로서,
    소정의 파장 범위 내의 파장을 가지는 광 입력 신호를 수신하는 입력부;
    상기 광 입력 신호에 응답하는 광 출력 신호를 출력하는 출력부;
    상기 입력부와 상기 출력부 사이에 배치된 제1 유형의 복수의 증폭기 -상기 제 1 유형의 증폭기들은 제1 이득 스펙트럼을 가지며, 상기 제1 이득 스펙트럼은 상기 소정의 파장 범위에 걸쳐 변화하여 상기 소정의 파장 범위 내의 제1 파장에서의 제1 광 신호가 상기 제1 유형의 증폭기들에 의해 제1 이득으로 증폭되게 하고 상기 소정의 파장 범위 내의 제2 파장에서의 제2 광 신호가 상기 제1 유형의 증폭기들에 의해 제2 이득으로 증폭되게 하고, 상기 제2 이득은 상기 제1 이득과는 다름- ; 및
    상기 광 시스템 내에서 선택된 위치에 배치되며, 상기 제1 유형의 증폭기들의 상기 제1 이득과 상기 제2 이득의 차를 적어도 부분적으로 보상하여 상기 제1 광 신호와 상기 제2 광 신호 간의 전력의 차를 감소시키도록 동작하는 제2의 복수의 비선형 사그낙 증폭기
    를 포함하는 광 시스템.
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