KR100683910B1 - 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기에 관한 것으로, 특히 라만 증폭을 하고 난 후에 남겨진 잉여 펌핑광을 낭비하는 단점을 보완하기 위해 잉여 펌핑광을 희토류 첨가 광섬유를 통해 재활용하여 전체적인 증폭기 에너지 효율을 높이는 구조에 관한 것이다.

본 발명의 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기는 라만 증폭 후에 남은 잉여 펌핑광의 입사에 의해 2차적인 신호증폭을 일으키도록 하는 희토류 첨가 광섬유; 상기 잉여 펌핑광을 라만 증폭기로 부터 분리해 내는 파장분할 다중화기; 및 상기 파장분할 다중화기(WDM) 사이에 위치하여 증폭기 내에서 레이징 효과를 억제하는 광 아이솔레이터(light isolator);를 포함한다.

따라서, 본 발명의 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기는 잉여 라만 펌프를 재활용함으로써 종래의 라만 증폭기가 갖고 있는 잉여 펌핑광 낭비 문제를 효율적으로 해결하여 전체 에너지 효율을 높일 수 있고, 전체 이득 대역폭을 넓힐 수 있다. 또한 분산 보상용 광섬유를 라만 증폭의 이득 매질로 하여 라만 증폭 및 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기를 구성할 경우에는 분산보상, 신호증폭 및 효율적인 펌핑광 사용을 동시에 기할 수 있다.

희토류 첨가 광섬유, 파장분할 다중화기(WDM), 광 아이솔레이터

Description

라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기{The Raman amplifying action and the hybrid amplifier based on rare-earth doped fiber}

도 1은 본 발명에 따른 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기의 구성을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 라만 증폭을 한 후에 남는 잉여 펌핑광을 시각적으로 보이기 위해 12.6km의 광섬유를 통과한 후에 측정한 잉여 펌핑광의 스펙트럼을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 희토류 첨가 광섬유를 사용하지 않았을 경우에 라만증폭을 사용하여 얻은 파장에 따른 전체적인 신호이득을 나타낸 것이다.

도 4는 라만 증폭기의 출력단에 희토류 첨가 광섬유를 연결하고 잉여 라만 펌핑광을 입사하여 신호의 2차적인 증폭을 일으켰을 때의 파장에 따른 전체 증폭기의 신호이득을 나타낸 것이다.

도 5는 라만 증폭을 사용하였을 경우와 라만 증폭기 출력단에 희토류 첨가 광섬유를 연결하고 잉여 라만 펌핑광을 입사하여 2차 신호증폭을 일으켰을 경우에 대한 파장별 노이즈 수치를 나타낸 것이다.

본 발명은 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기에 관한 것으로, 특히 라만 증폭을 하고 난 후에 남겨진 잉여 펌핑광을 낭비하는 단점을 보완하기 위해 잉여 펌핑광을 희토류 첨가 광섬유를 통해 재활용하여 전체적인 증폭기 에너지 효율을 높이는 구조에 관한 것이다.

종래의 분산 라만 증폭기(distributed Raman amplifier)가 아닌 독립된 광섬유 기반의 라만 증폭기에 있어 한 가지 큰 문제점은 라만 증폭을 하고 남는 잉여 펌핑광의 낭비가 심하여 전체적인 증폭기의 에너지 효율이 낮다는 것이다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 몇가지 방법이 제시되었다. 예를 들어, 라만 펌핑광을 광섬유 끝단에서 반사시켜 다시 이득 매질 광섬유에 입사시켜 줌으로써 효율을 높이는 방법과 라만 이득 매질 광섬유에 아주 높은 비선형성을 갖는 광섬유를 직렬로 연결하여 펌핑광의 사용률을 높여 라만 증폭기 효율을 높이는 방법이 있었다.

그러나 상기 두 가지의 방법은 어느 정도 전체 에너지 효율을 높이는 효과는 있으나, 만족할 만큼의 큰 효율은 높이지 못하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명은 낭비되는 잉여 라만 펌핑광을 재활용하고, 전체적인 광섬유 증폭기의 에너지 효율을 2배 이상 으로 높이며 증가대역폭을 증가시키고자 하는 것이다.

본 발명은 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기에 관한 것으로, 특히 라만 증폭을 하고 난 후에 남겨진 잉여 펌핑광을 낭비하는 단점을 보완하기 위해 잉여 펌핑광을 희토류 첨가 광섬유를 통해 재활용하여 전체적인 증폭기 에너지 효율을 높이는 구조에 관한 것이다.

본 발명의 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 증폭기는 라만 증폭 후에 남은 잉여 펌핑광의 입사에 의해 2차적인 신호증폭을 일으키도록 하는 희토류 첨가 광섬유; 상기 잉여 펌핑광을 라만 증폭기로 부터 분리해 내는 파장분할 다중화기; 및 상기 파장분할 다중화기 사이에 위치하여 증폭기 내에서 레이징 효과를 억제하는 광 아이솔레이터(light isolator);를 포함한다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기의 구성을 나타낸 것이다. 라만 펌프 광원으로는 레이저 다이오드 또는 광섬유 레이저를 포함한 레이저가 이용되는데, 본 실시예에서는 각각 1455nm와 1465nm의 중심파장을 가지는 두 개의 레이저 다이오드(400)를 이용하였다. 각각의 펌프광원은 14XX/C-band 파장분할 다중화기(200)를 이용하여 500mW 세기를 가지고 12.6km 분산 보상용 광섬유에 입사된다. 여기서, 라만 증폭용 광섬유는 일반적인 표준의 싱글모드 광섬유(SMF), 분산 천이 광섬유(DSF), 고 비선형 광섬유(highly nonlinear fiber), 분산 보상 광섬유(DCF), 포토닉 크리스탈 광섬유(photonic crystal fiber) 또는 화합물질 유리섬유(compound glass fiber)와 같은 라만 증폭을 일으킬 수 있는 광섬유이면 어떤 광섬유를 사용해도 무관하다. 이 광섬유를 통과하여 라만 증폭을 일으킨 후에 남은 잉여 펌핑광은 두 개의 14XX/C-band 파장분할 다중화기(200)에 의해 10m 길이의 희토류 첨가 광섬유(100)에 입사되어 2차적인 신호증폭이 이루어지도록 하는 데, 본 실험에서는 어븀 첨가 광섬유에 사용하였다. 상기 희토류 첨가 광섬유(100)는 라만 증폭기의 입력단 또는 출력단에 연결될 수 있으며, 양끝단에 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 희토류 첨가 광섬유(100)에 잉여 라만 펌핑광을 입력시키기 위하여 순방향 펌핑, 역방향 펌핑 또는 양방향 펌핑 등이 이용된다. 상기 희토류 첨가 광섬유(100)의 신호증폭 파장대역은 라만 증폭기의 신호증폭 파장대역과 다르게 구성되어 전체 증폭기의 신호증폭 파장대역을 증가시킬 수 있다. 이때, 상기 잉여 펌핑광을 라만 증폭기로 부터 분리해 내는 펌핑광 파장/신호 파장의 파장분할 다중화기를 두고, 상기 파장분할 다중화기(200) 사이에 위치하여 증폭기 내에서 레이징 효과를 억제하는 광 아이솔레이터(light isolator)(300)를 둔다.

도 2는 본 발명에 따른 라만 증폭을 한 후에 남는 잉여 펌핑광을 시각적으로 보이기 위해 12.6km의 광섬유를 통과한 후에 측정한 잉여 펌핑광의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 라만이득에 사용되고 남은 펌프광원을 두 개의 14XX/C-band 파장분할 다중화기(200)를 이용하여 10m 길이의 희토류 첨가 광섬유(100)(본 실험에서는 어븀 첨가 광섬유 사용)에 넣어 2차적인 신호증폭에 사용하였다. 이때, 희토류 첨가 광섬유 (100)는 라만 증폭기와 직렬로 연결되기만 하면 입력단이나 출력단 등의 위치에 무관하게 광증폭기의 효율을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 증폭기의 특성을 비교 분석하기 위하여 먼저 희토류 첨가 광섬유(100)를 연결하지 않고 라만 증폭기만을 구성하여 신호 이득을 측정하였다. 이때, 입력신호는 -20, -10, 0 dBm의 광세기로 변화시키면서 측정하였다. 그 결과는 도 3에 나타내었다. 그리고, 라만 증폭기 출력단에 도 1과 같이 희토류 첨가 광섬유(100)를 연결하고 잉여 라만 펌핑광을 파장분할 다중화기(200)를 사용하여 입사시켜 희토류 첨가 광섬유(100) 상에서 2차 신호증폭이 일어나도록 한 후에 이득을 측정하였다. 그 결과는 도 4에 나타내었다.

도 3은 본 발명에 따른 희토류 첨가 광섬유를 사용하지 않았을 경우에 라만증폭을 사용하여 얻은 파장에 따른 전체적인 신호이득을 나타낸 것이다. 최대 이득은 1555nm에서 6dB 였으며 이득 대역폭은 대략 40nm이었다.

도 4는 라만 증폭기의 출력단에 희토류 첨가 광섬유를 연결하고 잉여 라만 펌핑광을 입사하여 신호의 2차적인 증폭을 일으켰을 때의 파장에 따른 전체 증폭기의 신호이득을 나타낸 것이다. 최대 이득은 1555nm에서 22dB였으며, 이득 대역폭은 대략 60nm이었다.

도 3과 도 4를 비교할 때 잉여 펌핑광을 희토류 첨가 광섬유(100)를 통해 재활용하여 2차 신호증폭을 일으킴으로써 신호이득을 16dB이나 증가시킨 것을 알 수 있다. 그리고, 이득 대역폭 면에서도 20nm 정도의 큰 증가를 보임을 알 수 있다.

도 5는 라만 증폭을 사용하였을 경우와 라만 증폭기 출력단에 희토류 첨가 광섬유를 연결하고 잉여 라만 펌핑광을 입사하여 2차 신호증폭을 일으켰을 경우에 대한 파장별 노이즈 수치를 나타낸 것이다. 라만 증폭 및 희토류 첨가 광섬유(100) 기반의 복합 광증폭기의 유효이득 파장대역인 1520~1580nm 범위에서는 노이즈 수치의 차이가 2dB 이하로 신호이득 증가분에 비해 상당히 적은 수치를 나타내었다.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기는 잉여 라만 펌프를 재활용함으로써 종래의 라만 증폭기가 갖고 있는 잉여 펌핑광 낭비 문제를 효율적으로 해결하여 전체 에너지 효율을 높일 수 있고, 전체 이득 대역폭을 넓힐 수 있다. 또한 분산 보상용 광섬유를 라만 증폭의 이득 매질로 하여 라만 증폭 및 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기를 구성할 경우에는 분산보상, 신호증폭 및 효율적인 펌핑광 사용을 동시에 기할 수 있다.

Claims (7)

1. 라만 증폭 후에 남은 잉여 펌핑광의 입사에 의해 2차적인 신호증폭을 일으키도록 하는 희토류 첨가 광섬유;

   상기 잉여 펌핑광을 다른 파장분할 다중화기로 전송하여 라만 증폭기로 부터 분리해 내는 파장분할 다중화기; 및

   상기 파장분할 다중화기(WDM) 사이에 위치하여 증폭기 내에서 레이징 효과를 억제하는 광 아이솔레이터(light isolator);

   를 포함하는 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 희토류 첨가 광섬유는 라만 증폭기의 입력단 또는 출력단에 연결되거나, 양끝단에 직렬로 연결되어 잉여 라만 펌핑광을 입사받아 신호의 2차적인 증폭을 일으키는 것을 특징으로 하는 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 희토류 첨가 광섬유에 잉여 라만 펌핑광을 입력시키기 위하여 순방향 펌핑, 역방향 펌핑 또는 양방향 펌핑 중에서 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 라만 증폭과 희토류 첨가 광섬유 기반의 복합 광증폭기.
7. 삭제

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