KR100795576B1 - 음 분산 평탄광섬유를 이용한 광대역 분산 보상 광 증폭기 - Google Patents

음 분산 평탄광섬유를 이용한 광대역 분산 보상 광 증폭기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 광전송 파장 대역을 전송하는 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber : SMF) 또는 비영분산 광섬유(Non-Zero DSF : NZDSF)의 축적된 분산 및 분산기울기를 보상하는 것과 동시에 약해진 신호를 증폭시켜주는 광대역 분산 보상 광 증폭기에 관한 것으로, 광대역 분산 보상 광 증폭기는 복수의 광전송 파장 대역을 전송하는 광섬유 일단에 접속되어 개별 광전송 파장 대역으로 광신호를 분리하는 입력단 WDM 커플러와, 상기 입력단 WDM 커플러에 접속되어 분리된 개별 광전송 신호를 1차 증폭하는 제 1 증폭단과, 상기 제 1 증폭단에 접속되어 분리된 개별 광전송 파장 대역의 분산 값을 보상하는 복수의 음 분산 평탄 광섬유(NDFF)와, 상기 음 분산 평탄 광섬유 일단에 접속되어 개별 광전송 신호를 2차 증폭하는 제 2 증폭단과, 상기 제 2 증폭단에 접속되어 개별 광전송 파장 대역으로 분리된 광신호를 통합하는 출력단 WDM 커플러와, 상기 출력단 WDM 커플러에 접속되어 통합된 광신호의 분산기울기를 보상하는 분산 기울기 보상 광섬유(DSCF)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

음 분산 평탄광섬유를 이용한 광대역 분산 보상 광 증폭기{WIDEBAND DISPERSION COMPENSATION AMPLIFIER USING NEGATIVE DISPERSION FLATTENED FIBER}
도 1은 종래기술에 따른 광대역 분산 보상 광증폭기의 일예를 도시한 블록도,
도 2a는 본 발명에 따른 광대역 분산 보상 광 증폭기의 일실시 예를 도시한 블록도,
도 2b는 본 발명에 따른 광대역 분산 보상 광 증폭기의 다른 실시 예를 도시한 블록도,
도 3은 단일 모드 광섬유의 분산 특성과 본 발명에서 사용되는 음 분산 평탄 광섬유의 분산 특성을 나타낸 표,
도 4a는 도 2a에 도시된 복수의 음 분산 평탄 광섬유 중에서 C-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유와 분산 기울기 보상 광섬유를 이용한 분산 보상 개념을 나타낸 그래프,
도 4b는 도 2b에 도시된 복수의 음 분산 평탄 광섬유를 이용한 C-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유와 분산 기울기 보상 광섬유를 이용한 분산 보상 개념을 나타낸 그래프.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 입력단 WDM 커플러
2a : C-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유
2b : L-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유
2c : S-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유
3 : 출력단 WDM 커플러
4 : 분산 기울기 보상 광섬유
5a : 제 1 광증폭단(C-밴드)
5b : 제 1 광증폭단(L-밴드)
5c : 제 1 광증폭단(S-밴드)
6a : 제 2 광증폭단(C-밴드)
6b : 제 2 광증폭단(L-밴드)
6c : 제 2 광증폭단(S-밴드)
본 발명은 광섬유형 광 증폭기 내에 분산을 보상해 주는 분산 보상 소자를 설치하여 광섬유의 분산 및 손실을 동시에 보상하는 분산 보상 광 증폭기(Fiber Amplifier)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 큰 음의 분산 값을 갖는 음분산 평탄 광섬유를 이용하여 광 전송용 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber : SMF) 또는 비 영분산 광섬유(Non-Zero DSF : NZDSF)의 분산 및 손실을 광대역에 걸쳐 동시에 보상하는 광대역 분산 보상 광 증폭기에 관한 것이다.
종래 전송용 광섬유로는 1.31um 파장 대역에 최적화가 된 단일 모드 광섬유나 1.55um 파장 대역에서 작은 분산 값을 갖고 있는 비영분산 광섬유 등이 사용된다.
이와 같은 종래의 단일 모드 광섬유나 비영 분산광 섬유를 사용하는 경우, 전송 속도가 높아짐에 따라 분산의 축적에 따른 전송 가능 거리가 제한된다. 일반적으로 전송 속도와 분산에 따른 전송 가능 거리 L은 수학식 1과 같다.
Figure 112001030127064-pat00001
여기서, B는 전송 속도[Gb/s]를 D는 분산 값을 각기 의미한다.
상기 수학식 1에 의하면 단일 모드 광섬유(분산이 1.55um파장에서 약 17ps/nm/km)로 2.5Gb/s로 전송할 경우 979km이나, 10Gb/s로 전송 속도가 높아지면 약 60km 정도로 제한되게 된다. 마찬가지로 비영분산 광섬유(분산 값이 약 2 내지 7ps/nm/km)를 사용하여 10Gb/s로 전송할 경우 약 148km로 제한된다. 그리고 고속 대용량 전송 방식인 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplexing : WDM) 전송 방식이 사용되면서 분산 값뿐만 아니라 그 분산 기울기도 고려되어야 한다.
따라서 전송 거리를 제한시키는 요인인 분산은 원하는 파장에서의 분산 값뿐만 아니라 그 분산 기울기도 같이 보상이 되어야 한다. 이를 해결하기 위하여 나 온 것이 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensation Fiber : DCF)이다. 그러나 분산 및 분산 기울기를 동시에 보상하는 분산 보상 광섬유는 그 제조가 쉽지 않다.
전송 거리를 제한시키는 요인인 분산 및 분산 기울기는 10Gbps 이상의 전송 속도에 단일 모드 광섬유를 사용하는 경우 반드시 보상되어야 한다. 이를 위하여 분산 및 분산 기울기를 동시에 보상하는 분산 보상 광섬유가 필요하지만 그 제조가 쉽지 않다.
그리고 분산 보상 광섬유로 구성된 분산 보상 모듈을 이용하여 분산을 보상하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 좋은 방법은 분산 및 기울기를 동시에 보상하는 분산 보상 광섬유가 있을 수 있으나 이는 제조가 쉽지 않기 때문에 두 개의 분산 보상 광섬유를 이용하여 정확한 분산 보상을 하는 것이다.
Figure 112001030127064-pat00002
Figure 112001030127064-pat00003
그러나 이 방법은 사용되는 광섬유에 대한 각각의 길이, 분산, 기울기 등 총 6 개의 변수를 다루어야 하기 때문에 제작된 각각의 분산 보상 광섬유의 분산 및 그 기울기를 정확하게 측정하고 조합해야 한다. 따라서, 정확하게 보상하기가 쉽지 않다.
또한, 전송용량을 증대시키기 위하여 고밀도 파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing : WDM) 전송기술을 이용하여 사용하는 파장대역을 기존의 C-밴드(1530-1565nm)뿐만 아니라 L-밴드(1565-1625nm)를 함께 사용하는 기술이 채용되고 있으며, 더 나아가 S-밴드(대략 1400-1530nm)까지 함께 사용하고자 하는 노력들이 진행되고 있다.
한편, 종래기술에 따르면 도 1에 도시된 바와 같이, C-밴드 및 L-밴드를 함께 사용하기 위하여 C-밴드 광증폭단(11a, 11b : Erbium Doped Fiber Amplifier ; EDFA) 및 L-밴드 광증폭단(12a,12b)을 광전송로 상에서 병렬로 구성하여 사용하고 있다. 여기에 더해서 분산을 함께 보상해주기 위하여 이 광 증폭기 내에 분산 보상 광섬유(13a,13b : DCF)를 삽입하였다. 미설명 부호 14a, 14b는 입력단 및 출력단 WDM 커플러(14,15)이다.
그러나, 이러한 구조의 분상 보상 광증폭기는 일반 광전송용 광섬유인 단일 모드 광섬유와 비영분산 광섬유의 축적된 분산 및 분산 기울기를 정밀하게 동시 보상해주기가 어렵고, 사용되는 분산 보상 광섬유(DCF)의 높은 NA(Numerical Aperture)로 인하여 광손실이 크고, 이는 다시 분산보상 광증폭기의 성능에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 큰 음의 분산 값을 갖는 분산 평탄 광섬유(NDFF)를 이용하여 사용된 광섬유에 대한 각각의 길이와 분산기울기가 음(-)인 분산기울기 보상 광섬유(DSCF)의 분산 기울기 값만 고려하면 되기 때문에 상당히 간단하면서도 용이하게 분산 및 광손실을 보상할 수 있는 광대역 분산 보상 광 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 큰 음의 분산값을 갖고 있는 음분산 평탄 광섬유를 광대역에 걸쳐 분산 및 분산 기울기를 보상할 수 있을 뿐만 아니라 음분산 평탄 광섬유가 기존 분산 보상 광섬유보다 낮은 NA, 저손실 값을 가짐으로써 분산 보상 광 증폭기의 성능을 향상시킬 수 있는 광대역 분산 보상 광 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 광전송 파장 대역을 전송하는 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber : SMF) 또는 비영분산 광섬유(Non-Zero DSF : NZDSF)의 축적된 분산 및 광손실을 보상하는 광대역 분산 보상 광 증폭기에 있어서, 상기 광대역 분산 보상 광 증폭기는 복수의 광전송 파장 대역을 전송하는 광섬유 일단에 접속되어 개별 광전송 파장 대역으로 광신호를 분리하는 입력단 WDM 커플러와, 상기 입력단 WDM 커플러에 접속되어 분리된 개별 광전송 신호를 1차 증폭하는 제 1 증폭단과, 상기 제 1 증폭단에 접속되어 분리된 개별 광전송 파장 대역의 분산 값을 보상하는 복수의 음 분산 평탄 광섬유(NDFF)와, 상기 음 분산 평탄 광섬유 일단에 접속되어 개별 광전송 신호를 2차 증폭하는 제 2 증폭단과, 상기 제 2 증폭단에 접속되어 개별 광전송 파장 대역으로 분리된 광신호를 통합하는 출력단 WDM 커플러와, 상기 출력단 WDM 커플러에 접속되어 통합된 광신호의 분산기울기를 보상하는 분산 기울기 보상 광섬유(DSCF)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 광섬유에 대한 각각의 길이와 분산 기울기가 음(-)인 분산 기울기 보상 광섬유(Dispersion Slope Compensation Fiber : DSCF)의 분산 기울기 값만 고려하면 되기 때문에 상당히 간단하게 분산 보상 광 증폭기를 제작할 수 있다.
또한, 사용된 음 분산 평탄 광섬유가 기존의 전송파장 대역인 C-밴드(1530-1565nm)뿐만 아니라 새로운 전송 파장대역인 L-밴드(1565-1625nm) 및 S-밴드(대략 1400-1530nm)에서도 상당히 평탄한 특성을 갖고 있기 때문에 고밀도 WDM 방식의 광대역 분산 보상 광 증폭기로 이용할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광대역 분산 보상 광 증폭기의 일실시 예를 나타낸 블록도로서, 도 1a는 복수의 광전송 파장 대역을 전송하는 광섬유 일단에 접속되어 개별 광전송 파장 대역으로 광신호를 분리하는 입력단 WDM 커플러(1), 입력단 WDM 커플러(1)에 접속되어 분리된 개별 광전송 신호를 1차 증폭하는 제 1 증폭단(5a,5b,5c), 제 1 증폭단(5a,5b,5c)에 접속되어 분리된 개별 광전송 파장 대역의 분산 값을 보상하는 복수의 음 분산 평탄 광섬유(2a,2b,2c), 복수의 음 분산 평탄 광섬유(2a,2b,2c) 일단에 접속되어 개별 광전송 신호를 2차 증폭하는 제 2 증폭단(6a,6b,6c), 제 2 증폭단(6a,6b,6c)에 접속되어 분산이 보상된 개별 광전송 파장 대역으로 분리된 광신호를 통합하는 출력단 WDM 커플러(3) 및 출력단 WDM 커플러(3)에 접속되어 통합된 광신호의 분산기울기를 보상하는 분산 기울기 보상 광섬유(4)로 구성된 것이다.
입력단 및 출력단 WDM 커플러(1,3)는 본 발명에서 사용하고자 하는 광전송 파장 대역인 C-밴드(1530-1565nm), L-밴드(1565-1625nm) 및 S-밴드(대략 1400-1530nm)의 광신호를 분리하거나 통합한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 광증폭기는 2단 구성으로 구성되며, 제 1 증폭단(5a,5b,5c) 및 제 2 증폭단(6a,6b,6c)은 광증폭 광섬유(EDF Erbium Doped Fiber) 및 여기용 광원 등으로 구성된다.
제 1 광증폭단(5a,5b,5c)에서는 이득고정 기능을 부가하여 입력되는 광전력 변화에 고정된 이득 값을 갖도록 설계된다. 이처럼, 2단으로 구성된 주요한 이유는 10G 이상의 전송속도에서는 광섬유의 분산을 보상하여야 하기 때문에 광증폭기 내에서 분산보상을 위한 기능 모듈의 손실을 감안하여 충분한 이득을 얻기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 복수의 음 분산 평탄 광섬유(2a,2b,2c)는 C-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유(2a)와 L-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유(2b) 및 S-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유(2c)로 이루어져 있으며, 개별 밴드의 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유(2a,2b,2c)의 길이는 각각 다르게 설정된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서 분산 기울기 보상 광섬유(4)는 복수의 광전송 파장 대역을 전송하더라도 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber : SMF) 또는 비영분산 광섬유(Non-Zero DSF : NZDSF)의 분산 기울기는 거의 동일하므로 복수의 광 전송 파장 대역에 동일하게 적용된다.
도 2b는 본 발명에 따른 광대역 분산 보상 광 증폭기의 다른 실시 예를 나타 낸 개략도로, 분산 기울기 보상 광섬유가 입력단 WDM 커플러 앞쪽에 접속된 것으로, 분산 기울기를 먼저 보상하고 나중에 음분산 평탄 광섬유를 통하여 분산값을 보상해 줄 수도 있다.
본 발명에 따른 작용을 설명하면, 먼저 장거리의 광섬유를 도파해 오면서 분산과 광손실에 의하여 왜곡된 광신호가 입력단을 통하여 입사되며, 입력단 WDM 커플러(1)를 통하여 C-밴드(1530-1565nm), L-밴드(1565-1625nm) 및 S-밴드(대략 1400-1530nm)의 광신호로 분리되어 광섬유를 도파하게 된다. 이때, C-밴드의 광신호는 제 1 증폭단(5a)을 통과하면서 약해진 신호가 1차 증폭되며, 마찬가지로 L-밴드 및 S-밴드의 광신호도 각각 제 1 증폭단(5b,5c)를 통과하면서 약해진 신호가 1차 증폭된다. 1차 증폭된 C-밴드의 광신호는 C-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유(2a)에 의해 축적된 분산 값이 보상되며, 이어서 제 2 증폭단(6a)을 통해 2차 증폭된다.
한편, 1차 증폭된 L-밴드 및 S-밴드의 광신호도 L-밴드 및 S-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유(2b,2c)에 의해 축적된 분산 값이 보상되며, 이어서 제 2 증폭단(6b,6c)을 통해 2차 증폭된다.
이렇게 분리되어 증폭되어지고 분산이 보상된 광신호는 출력단 WDM 커플러(4)를 통하여 다시 통합되고, 이렇게 통합된 광신호는 분산 기울기 보상 광섬유(4)를 통과하면서 분산 기울기에 대한 보상이 이루어진다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에서 분산 기울기 보상 광섬유(4)는 복수의 광전송 파장 대역을 전송하더라도 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber : SMF) 또는 비영분산 광섬유(Non- Zero DSF : NZDSF)의 분산 기울기는 거의 동일하므로 복수의 광 전송 파장 대역에 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 분산 보상 개념을 설명하기 위해 대표로 선택된 C-밴드 광신호를 사용하는 단일 모드 광섬유의 분산 특성과 본 발명에서 사용되는 음 분산 평탄 광섬유의 분산 특성을 나타낸 표이며, 도 4a는 도 2a에 도시된 복수의 음 분산 평탄 광섬유 중에서 C-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유와 분산 기울기 보상 광섬유를 이용한 분산 보상 개념을 나타낸 그래프이며, 도 4b는 도 2b에 도시된 복수의 음 분산 평탄 광섬유를 이용한 C-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유와 분산 기울기 보상 광섬유를 이용한 분산 보상 개념을 나타낸 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 분산 기울기 보상 광섬유의 분산 특성이 D = -20ps/nm/km이고 기울기 S = -0.35ps/nm^2/km이고, 음 분산 평탄 광섬유 #1를 사용하여 단일 모드 광섬유 40km의 C-밴드 광신호를 보상한다고 가정하자. 단일 모드 광섬유 40km의 C-밴드 광신호에 의해 축적된 총 분산은 약 680ps/nm/km가 된다. 이를 보상하기 위해 먼저, C-밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유 #1를 14.7km를 이용하여 축적된 분산 값을 보상한 다음, 분산 기울기 보상 광섬유 7.1km를 이용하여 분산을 평탄하게 한다. 이 경우 분산 기울기 보상 광섬유의 분산 값이 (-)이기 때문에 분산이 평탄할 때의 분산 값이 보상하기 전보다 작게 되는 것은 당연하다.
도 4a를 통해 비록 C-밴드 광신호에 대한 보상만을 설명하였으나, L-밴드 및 S-밴드 광신호에 있어서도 동일한 원리로 분산 보상할 수 있다.
한편, 도 4b를 참조하면, 분산 기울기 보상 광섬유의 분산 특성이 D = +20ps/nm/km이고 기울기 S = -0.35ps/nm^2/km이고, 음 분산 평탄 광섬유 #1를 사용하여 단일 모드 광섬유 40km의 C-밴드 광신호를 보상한다고 가정하자. 마찬가지로 단일 모드 광섬유 40km의 C-밴드 광신에 의해 축적된 총 분산은 약 680ps/nm/km가 된다. 이를 본 발명에서 제안한 것처럼 분산 기울기 보상 광섬유 7.1km를 이용하여 먼저 분산을 평탄하게 만든 뒤 음 분산 평탄 광섬유 #1 14.7km를 이용하여 축적된 분산을 보상한다. 이 경우 사용한 분산 기울기 보상 광섬유의 분산 값이 (+)이기 때문에 분산이 평탄할 때의 분산 값이 보상하기 전보다 더 크게 되는 것은 당연하다.
이처럼, 분산 기울기 보상 광섬유(4)가 입력단 WDM 커플러(1) 앞쪽에 접속되더라도 동일한 결과를 가져올 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 가장 간단하면서도 용이하게 광대역에 걸쳐 단일 모드 광섬유, 비영분산 광섬유 등의 분산값 및 분산기울기를 동시에 보상해 줄 수 있을 뿐만 아니라 약해진 광신호의 증폭도 함께 얻을 수 있어 고밀도 WDM 방식의 광대역 분산 보상 광 증폭기로 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 복수의 광전송 파장 대역을 전송하는 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber : SMF) 또는 비영분산 광섬유(Non-Zero DSF : NZDSF)의 축적된 분산 및 광손실을 보상하는 광대역 분산 보상 광 증폭기에 있어서,
    상기 광대역 분산 보상 광 증폭기는 복수의 광전송 파장 대역을 전송하는 광섬유 일단에 접속되어 개별 광전송 파장 대역으로 광신호를 분리하는 입력단 WDM 커플러와,
    상기 입력단 WDM 커플러에 접속되어 분리된 개별 광전송 신호를 1차 증폭하는 제 1 증폭단과,
    상기 제 1 증폭단에 접속되어 분리된 개별 광전송 파장 대역의 분산 값을 보상하는 복수의 음 분산 평탄 광섬유(NDFF)와,
    상기 음 분산 평탄 광섬유 일단에 접속되어 개별 광전송 신호를 2차 증폭하는 제 2 증폭단과,
    상기 제 2 증폭단에 접속되어 개별 광전송 파장 대역으로 분리된 광신호를 통합하는 출력단 WDM 커플러와,
    상기 출력단 WDM 커플러에 접속되어 통합된 광신호의 분산기울기를 보상하는 분산 기울기 보상 광섬유(DSCF)를 포함하는 음 분산 평탄광섬유를 이용한 광대역 분산 보상 광 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 음 분산 평탄 광섬유는 C-밴드, L-밴드 또는 S 밴드 분산 보상용 음 분산 평탄 광섬유 중에서 최소한 2개 이상의 음 분산 평탄 광섬유의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음 분산 평탄광섬유를 이용한 광대역 분산 보상 광 증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산 기울기 보상 광섬유(DSCF)가 입력단 WDM 커플러에 접속되는 것을 특징으로 하는 음 분산 평탄 광섬유를 이용한 광대역 분산 보상 광 증폭기.
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