KR101008771B1

KR101008771B1 - 광 증폭 장치

Info

Publication number: KR101008771B1
Application number: KR1020087025973A
Authority: KR
Inventors: 아레프 쵸우두리; 크리스토퍼 리차드 도에르; 그레고리 레이본
Original assignee: 알카텔-루센트 유에스에이 인코포레이티드
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2011-01-14
Also published as: CN101427428B; WO2007127341A2; CN101427428A; JP2009534868A; JP5114473B2; US7433117B2; KR20080108137A; EP2011203A2; WO2007127341A3; US20070253055A1; EP2011203B1

Abstract

본 발명의 편광-다이버스 광 증폭기는 편광-민감성 광학적 활성 매체(14) 및 편광 스플리터(12)를 포함한다. 편광 스플리터는 입력광을 수신하고, 수신된 입력광의 제 1 편광 성분을 제 1 광 경로 구간으로 전달하며, 수신된 입력광의 제 2 편광 성분을 분리된 제 2 광 경로 구간으로 전달하도록 구성된다. 활성 매체는 제 1 및 제 2 광 포트를 구비한다. 제 1 광 포트는 제 1 광 경로 구간의 단부에 위치한다. 제 2 포트는 제 2 광 경로 구간의 단부에 위치한다. 활성 매체는 하나의 포트에서의 입력광의 수신에 응답하여 다른 포트로부터 증폭된 광을 출력한다. 바람직한 실시예에서, 활성 매체는 내부 광 축을 구비하고, 제 1 및 제 2 편광 성분은 축에 대해 배향되어 증폭이 개선되도록 한다. 두 개의 광 경로 구간은 편광-유지 광 도파관을 포함할 수 있다.

Description

광 증폭 장치{POLARIZATION-DIVERSE OPTICAL AMPLIFICATION}

본 발명은 일반적으로 광학 증폭기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광학 증폭기 내의 편광 다이버시티(polarization diversity)에 관한 것이다.

광섬유 통신 시스템에서, 광신호의 전파는 종종 알려지지 않은 편광을 가지고 네트워크 노드에 도달한다. 예를 들어, 도달한 광신호의 편광은 예측할 수 없는 시간에서 변화할 수 있다. 도달 광신호의 편광에 대한 선험적 지식의 부재로 인해, 이러한 광신호가 편광에 영향을 받지 않게 프로세싱될 것이 요구된다. 이러한 이유로, 광신호 프로세싱을 위한 광학 디바이스는 전형적으로 편광에 영향을 받지 않거나 또는 편광에 대해 독립적이도록 구성되며, 즉 입력 신호의 편광과는 무관하게 유사한 성능을 디바이스에 제공할 수 있다.

편광에 대해 독립적이어야 하는 이러한 디바이스의 예시로는 광파장(optical wavelength) 변환기 및 광학 증폭기(OA)가 존재한다.

만약 구성요소가 편광에 매우 민감하다면, 편광에 영향을 받지 않는 구성요소의 동작을 획득하는 하나의 기술은 편광 다이버시티를 사용하는 것이다. 이러한 디바이스(예컨대, 광파장 변환기)에서 편광 다이버시티를 획득하기 위해 도달하는 광신호를 두 개의 직교하는 편광 성분으로 분리한 후 두 개의 편광 성분을 개별적인 광파장 변환기 매체에서 프로세싱하는 것이 알려져 있다. 통상적인 광파장 변환기 매체는 편광에 민감하다. 광파장 변환기는 개별적인 통상의 광파장 변환기 매체 내에서 생성된 광을 재결합하여 출력 광신호를 생성한다. 광신호를 분리하고, 개별적으로 파장 변환한 다음 재결합함으로써, 이러한 광파장 변환기는 변환된 파장에서의 전력이 처음 도달한 광신호의 편광에 대해 독립적인 광신호를 생성할 수 있다.

도달하는 광신호의 직교 편광 성분을 파장 변환하기 위해 개별적인 통상의 광학적 매체를 사용하는 것은 제어를 필요로 한다. 특히, 온도와 같은 환경적 조건이 통상의 광학적 매체에서 파장 변환에 영향을 미칠 수 있다. 개별적인 광파장 변환 매체의 조건에서 온도의 변화는 전체 광파장 변환 프로세스의 편광 다이버시티를 파괴할 수 있다. 편광 다이버시티의 손실을 방지하기 위해, 일부 광파장 변환기는 그들의 환경적 조건을 일정한 레벨로 유지시키는 디바이스를 포함한다. 이러한 환경 제어 디바이스는 종종 비용이 높고 동작하기 복잡하다.

만약 증폭 매체가 편광에 민감하다면 유사한 한계가 다수의 반도체 OA와 같은 OA에 대해서도 적용될 것이다.

다수의 실시예가 처음 광 신호의 두 편광 성분이 동일한 광 경로 상에서 전파되도록 하는 편광-다이버스(PD)를 제공한다. PD-OA는 실질적으로 동일한 조건 하에서 두 개의 편광 성분으로부터 광을 증폭시키는 광학적 활성 매체(AM)를 사용한다. 두 개의 편광 성분이 동일한 광 경로 상에서 전파되고 실질적으로 동일한 조건 하에서 증폭되기 때문에, 이러한 증폭기는 환경적 조건의 변화에 대해 높은 안정성을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 장치는 편광-민감성(PS) 광 AM 및 편광 스플리터를 포함한다. 편광 스플리터는 입력광을 수신하고, 수신된 입력광의 제 1 편광 성분을 제 1 광 경로 구간으로 전달하며, 수신된 입력광의 제 2 편광 성분을 분리된 제 2 광 경로 구간으로 전달하도록 구성된다. PS-AM은 제 1 및 제 2 광 포트를 구비한다. 제 1 광 포트는 제 1 광 경로 구간의 단부에 위치한다. 제 2 포트는 제 2 광 경로 구간의 단부에 위치한다. PS-AM은 하나의 포트에서의 입력광의 수신에 응답하여 다른 포트로부터 증폭된 광을 출력하고, 그 역도 성립한다.

바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 광 경로 구간은 편광-유지 광 도파관을 포함한다. 다른 바람직한 실시예에서, PS-AM은 내부 광 축(IOA)을 구비하고, 제 1 및 제 2 편광 성분은 IOA에 대하여 상기 성분들의 증폭을 향상시키게 향해지도록 구성된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 방법은 광 경로 내에서 전파하는 광의 PD 광 증폭을 위한 단계들을 제공한다. 단계들은 입력광을 직교하는 제 1 및 제 2 편광 성분으로 분리하고, 입력광의 제 1 편광 성분을 광 경로의 제 1 단부로 전송하며, 입력광의 제 2 편광 성분을 광 경로의 제 2 단부로 전송하는 것을 포함한다. 광 경로는 증폭 광 구간을 포함하며, 즉 이것은 광 증폭에 바람직한 IOA를 구비하는 PS-AM을 포함한다. 바람직하게는, 두 개의 편광 성분은 IOA에 대해 소정의 각도를 가짐으로써 상기 성분들의 증폭을 향상시킨다. 단계들은 전송 활동에 응답하여 광 경로의 두 개의 단부에서의 광 출력을 재결합하는 것을 포함하다. 일 실시예에서, 광 경로는 제 1 경로 구간, 증폭 경로 구간 및 제 2 경로 구간의 직렬 배열로서 도시될 수 있다.

도 1은 편광 다이버스(PD: polarization diverse)인 OA의 개략적인 블록도,

도 2는 예로서 도 1, 3 및 4의 PD-OA와 같은 PD-OA를 동작하는 방법에 대한 순서도,

도 3은 도 1의 PD-OA의 다른 실시예의 개략적인 블록도,

도 4는 도 1의 PD-OA의 또 다른 실시예의 개략적인 블록도.

도면과 명세서에서, 동일한 참조번호는 기능적으로 유사한 부분을 지칭한다.

여기에서, 다양한 실시예가 첨부된 도면 및 설명을 참조로 보다 자세하게 기술되었다. 그러나 본 발명은 변화된 형태로 구현될 수 있으며 본 명세서에 기술된 실시예로 제한되지는 않는다.

도 1은 증폭 매체를 포함하는 제 3 구간에 의해 서로 광학적으로 커플링되는 제 1 및 제 2 경로 구간(path segments)(예로서, 도파관(18, 20))에 의해 형성된 광 경로 내에서 전파되는 광의 편광-다이버스(PD: polarization diverse) 증폭을 생성하도록 구성된 OA(10)를 도시한다. 보다 구체적으로, PD-OA(10)는 편광 스플리터(splitter)(12), 편광-민감성(PS)의 광학적 활성 매체(AM)(14)(선형 또는 비선형임), 편광 회전기(rotator)(16, 17) 및 증폭될 입력 신호의 소스에 광학적으로 커플링된 제 1 및 제 2 광 도파관(18, 20)을 포함한다. 적절한 펌핑 에너지가 PS-AM(14)에 인가되었을 때, 이것은 자신을 통과해 전파되는 입력 신호 광을 증폭시키는 밀도 반전(population inversion)을 겪는다. 그러나, 앞서 자세히 기술된 바와 같이, AM(14)의 편광 민감성은 특정 편광이 바람직하게는 다른 편광보다 많은 이득을 체험함을 의미한다.

예시로서, PS-AM(14)은 헤테로구조 반도체 증폭기의 좁은 밴드갭을 갖는 활성 영역일 수 있고, PC 증폭기의 광결정(PC: photonic crystal) 광섬유 활성 영역일 수 있으며, 또는 고전력 섬유 증폭기의 희토류 도핑된 활성 영역(REDFA) 또는 평면 도파관(PWG) 증폭기의 희토류 도핑된 활성 영역일 수 있다.

전형적으로 펌핑 에너지는 OA의 특정 유형에 의존하여 광학적 또는 전기적이다. 예로서, 반도체 OA의 경우에서, 전기적 펌프 에너지는 전형적으로 디바이스에 인가되는 적절한 전압 및 전류의 형태를 취하여 활성 영역 내로 주입되는 캐리어를 발생시킨다. 바이폴라 디바이스에서, 캐리어(즉, 홀 및 전자)는 PS-AM(14)을 통과하여 전파되는 신호 광의 증폭을 위한 밀도 반전 필요조건을 거친다. 따라서, 이러한 경우 펌프 소스(15)는 활성 영역을 포워드 바이어스하고 필요조건 캐리어 주입을 제공하는 전압 소스를 포함한다. 다른 한편으로, REDFA의 경우에, PC OA 또는 PWG OA 광학적 펌프 에너지는 전형적으로 PS-AM(14)에 의해 흡수되는 펌프 광의 형태를 취하여 필요조건 밀도 반전을 발생시킨다. 후자의 경우에서, 펌프 소스(15)는 예시적으로 PS-AM(14)를 수평으로 조명하는 레이저 다이오드의 어레이를 포함한다. 수평 조명 또는 펌핑에 의해, 펌프 광이 연장된 단부 면으로 커플링되어 이것이 증폭될 신호와 동일한 방향(공통-전파 펌프(co-propagating pump)로 지칭됨)으로, 또는 그 반대 방향(반대-전파 펌프(counter-propagating pump)로 지칭됨)으로, 또는 두 방향 모두로 매체를 따라 전파되도록 한다. 수평 펌프 계획의 두 가지 유형 모두 단부-펌핑(end-pumping)으로도 지칭될 수 있다. (도 3 및 4의 실시예에 대한 설명 참조.) 마지막으로, 반도체 OA는 전술된 바와 같이 수평으로 펌핑될 수도 있고, 또는 수직으로 펌핑될 수도 있으며, 즉 디바이스는 펌프 광이 디바이스의 층에 대해 본질적으로 직교하는(즉, 수직의) 방향에서 윈도우를 통해 활성 영역으로 진입하도록 하는 적절한 윈도우를 가지고 제공될 수 있다. 유사한 방식으로, REDFA 또는 PWG OA 또한 수직으로 펌핑될 수 있다. 그러나 수직 광 펌핑은 선호되지 않으며 이는 증폭될 신호와 펌프 광 사이의 제한된 상호작용 길이 때문이다.

도 1을 다시 참조하면, 편광 스플리터(12)는 광 포트(22)에서 임의의 편광의 입력 신호를 수신하고 수신된 신호 광을 직교하는 평면-편광 성분들(18.1, 20.1)로 분리시킨다. 편광 스플리터(12)는 수신된 광의 하나의 평면-편광 성분(18.1)을 광 포트(24)를 통해 광 도파관(18)으로 출력하고, 수신된 광의 다른 평면-편광 성분(20.1)을 광 포트(26)를 통해 광 도파관(20)으로 출력한다. 예시적인 편광 스플리터(12)는 Nicol, Rochon, Glan-Thompson 및 Wollastan 프리즘, 평면 도파관 편광 스플리터 및 당업자에게 알려진 그 외의 광학적 편광 스플리터를 포함한다.

PS-AM(14)는 전형적으로 광 포트(28)를 광 포트(30)로 접속시키는 광 도파관 내에 결합된다. 앞서 확인된 AM 유형와 동일하게, 예시적인 광 도파관은 희토류 도핑된 섬유, 또는 광 매체의 벌크, 평면 또는 내장된 구조 내에 위치한 높은 굴절률 영역을 포함한다(예를 들어, 반도체 또는 실리카). PS-AM(14)은 내부 광 도파관의 각 단부에서 광 이득(즉, 증폭)을 제공하도록 적용되는 광 포트(28, 30)를 구비한다. 이러한 이유로, PS-AM(14)은 입력광을 수신하는 다른 광 포트(30, 28)에 응답하여 각 광 포트(28, 30)로부터 증폭된 신호 광을 출력할 것이며 PS-AM(14)은 펌프 소스(15)로부터의 에너지에 의해 적절하게 펌핑된다.

PS-AM(14)는 내부 광 축(IOA: internal optical axis)을 구비한다. 만약 (선형) 입력 신호 광의 편광이 IOA에 대해 바람직한 각도 α를 갖는다면, 증폭은 가장 효율적이다. PS-AM(14)의 설계에 따라서, α는 0일 수 있고, 이러한 경우 입력 광의 편광은 바람직하게는 실질적으로 IOA에 평행이며; α가 90°일 수 있고, 이러한 경우 입력 광의 편광은 바람직하게는 실질적으로 IOA에 직교하며, 또는 α는 이러한 두 극값 사이의 값인 α₀을 가질 수도 있으며, 이러한 경우 입력광의 편광은 바람직하게는 IOA에 대해 각도 α₀를 갖게 된다. 그러므로, 여기서는 바람직하게 IOA에 대해 각도 α를 갖는 임의의 선형 편광을 지칭한다. 이러한 이유로, PS-AM(14)은 편광-독립적인 광 디바이스가 아니며, 오히려 편광에 대해 민감하거나 편광 종속적이다. IOA의 설명은 헤테로구조 반도체 OA의 층에 대해 실질적으로 직교하거나 또는 평행인 방향, PWG OA의 평면에 대해 실질적으로 직교하는 방향 및 PC 화이버 OA의 대칭축(또는 복굴절 축)에 실질적으로 평행한 방향을 포함한다. 그러나, 이와 달리 이러한 설계의 세부사항에 따라 전술된 특정 층 또는 평면에 대해 평행하지도 직교하지도 않는 IOA를 가질 수도 있다.

이어지는 도 1, 3 및 4의 설명에서의 단순성을 위해, 우리는 α=0이며 입력 신호 광 성분의 편광이 그들이 PS-AM(14)에 진입할 때 PS-AM(14)의 IOA에 실질적으로 평행하다고 가정한다.

PD-OA(10)는 PS-AM(14)의 편광 의존적 특성을 보상하는 특징을 포함한다.

먼저, 광 도파관(18, 20) 및 편광 회전기(16, 17)는 광 포트(28, 30) 모두에 대해 광을 전달하도록 구성되어, PS-AM(14)에 진입시에 입력광 성분(18.1, 20.1)의 편광이 바람직하게는 PS-AM(14)의 IOA에 실질적으로 평행한다. 광 도파관(18, 20)은 편광 스플리터(12)의 광 포트(24, 26)를 통해 수신된 평면 편광(P, P')을 유지하도록 특별히 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 도파관(18, 20)은 편광 유지 광섬유(PMF: polarization-maintaining optical fibers)일 수 있다. 바람직한 실시예에서, PMF는 또한 광 포트(28, 30)로 광을 전달하도록 하는 각도를 가지며, 즉 광 성분이 실질적으로 PS-AM(14)의 IOA에 평행하게 된다. 이러한 실시예에서, 편광 회전기(16, 17)는 존재하지 않는다. 다른 실시예에서, PMF는 PS-AM(14)의 단부를 향해 비-최적으로 편광된 광을 라운칭하도록 하는 수직의 광 축을 갖는다. 이러한 실시예에서, 편광 회전기(16, 17)는 라운칭된 광의 평면 편광(P, P')을 회전시켜 편광 광 포트(28, 30)에서 PS-AM(14)의 IOA에 실질적으로 평행하도록 한다.

예시적인 편광 회전기(16, 17)는 적절하게 배향된 1/2파 플레이트, 광학적 활성 매체, 경사를 갖고 배향된 미러 쌍, 또는 다른 잘 알려진 편광 회전기이다.

전형적으로, 제 1 및 제 2 편광 회전기(16, 17)는 대략 90°의 상대적 회전을 생성하여 광이 실질적으로 동일한 편광, 예로서 자신의 광 증폭에 대해 최적인 바람직한 편광을 갖고 PS-AM(14)의 양 단부로 전달되도록 한다. (광섬유 애플리케이션에서, 회전기(16, 17) 대신에, 적어도 하나의 섬유를 단순히 축으로 꼬아서 두 개의 섬유 사이에서 90의 편광 차가 존재하도록 하고, PS-AM(14)의 편광 진입 포트(28, 30)가 자신의 IOA에 대해 실질적으로 평행하도록 함으로써 편광 회전이 획득될 수도 있다.) 따라서, 편광 회전기는 PD-OA의 특정 설계에 의존하여 도 1에 도시된 바와 같이 쌍으로 사용될 수 있거나, 경로 구간 중 오직 하나에서만 단일로 사용될 수 있거나, 또는 함께 생략될 수도 있음이 자명하다.

PS-AM(14)의 입력광 및 IOA의 편광 사이의 정렬 오류는 10°또는 그 미만이고, 바람직하게는 5° 또는 그 미만이며, 보다 바람직하게는 1° 또는 그 미만이다.

PD-OA(10)에서, 광 포트(22)는 입력광을 수신하고 출력광을 전송한다. 두 개의 편광 성분은 동일한 광 경로에서 반대 방향으로 이동한다. 두 개의 편광 성분은 실질적으로 동일한 조건 하에서 광학적 증폭을 겪게 되며, 즉 실질적으로 동일한 펌프 에너지를 가지고 바람직하게는 PS-AM(14) 내에서 실질적으로 동일한 편광 배향을 갖는다. 이러한 이유로, PD-OA(10)는 환경적 조건에서의 변화에 대해 상대적으로 낮은 민감성을 갖는다.

도 2는 예로서 도 1, 3 또는 4의 PD-OA(10, 10', 10'') 각각에서, 편광-다이버스 방식으로 광 경로 내에서 전파되는 광의 광 증폭을 수행하는 방법(40)을 도시한다. 전술된 바와 같이, 광 경로는 예시적으로 경로 구간의 직렬식 배치를 포함하며, 즉 제 1 및 제 2 경로 구간(예로서, 도파관(18, 20))은 증폭 매체(예로서, PS-AM(14))를 포함하는 제 3 구간에 의해 서로 광학적으로 커플링된다. 일반적으로, 방법(40)의 단계(42)는 수신된 입력 광 신호를 제 1 평면-편광 성분 및 직교하는 제 2 평면-편광 성분으로 분리하는 단계를 포함한다. 제 1 성분은 제 2 성분의 선형 편광에 대해 직교하는 선형 편광을 갖는다. 방법(40)의 단계(44)는 수신된 광의 제 1 편광 성분을 광 경로의 제 1 단부로 전달하는 단계를 포함한다. 광 경로는 광학적 복사(또는 광)을 증폭하는 편광에 민감한 경로 구간을 포함한다. 광 증폭 경로 구간은 예로서 도 1, 3 및 4의 PS-AM(14)에서와 같이 입력 신호 광의 파장을 갖는 광을 증폭하도록 적응되는 PS-AM을 포함한다. 방법(40)의 단계(46)는 수신된 입력 신호 광의 제 2 편광 성분을 동일한 광 경로의 제 2 단부로 전송하는 단계와, 동시에 제 1 편광 성분을 제 1 단부로 전송하는 단계를 포함한다. 또한, 전송 단계는 바람직하게는 증폭 광 구간 내에서 실질적으로 평행하는 편광 상태를 갖기 위해 입력 광의 두 개의 편광 성분을 발생시킨다.

일부 실시예에서, 하나 또는 두 개의 성분의 편광은 (예로서, PS-AM(14) 내의) 증폭 경로 구간에서 그들의 편광을 정렬하도록 증폭 경로 구간으로의 삽입에 앞서 회전된다. 일부 실시예에서, 하나 또는 두 개의 성분이 적절하게 정렬된 편광 유지 광 도파관을 통해 전달되어, 두 개의 성분의 편광이 증폭 경로 구간 내에서 서로에 대해 실질적으로 평행하고 최적의 증폭을 위해 특히 바람직한 배향에 실질적으로 평행하도록 한다(예로서, 바람직하게는 PS-AM(14)의 IOA에 대해 실질적으로 평행함).

방법(40)의 단계(48)는 전송 단꼐에 응답하여 광 경로의 두 개의 단부로부터 출력된 (즉, 배출된) 광을 재결합하는 단계를 포함한다. 재결합된 광은 증폭된 신호 광을 구성한다. 재결합된 광에서, 증폭된 광의 세기 및 품질은 처음 입력 신호 광의 편광에 실질적으로 독립적이며 따라서 방법(40)은 편광-다이버스하다. 방법(40)은 편광-비민감성을 두 개의 특성으로 인해 변화하는 환경적 조건으로서 남겨둔다. 첫째로, 두 개의 편광 성분은 분리 단계와 재결합 단계 사이에서 동일한 광 경로를 실질적으로 가로지른다. 둘째로, 두 개의 편광 성분은 실질적으로 동일한 조건 하에서 증폭을 겪는다.

방법(40)이 도 3 및 4에 도시되고 아래에서 기술된 바와 같이 PS-AM(14)의 수평 펌핑을 사용하는 본 발명의 실시예에 적용되었을 때, 단계(42)는 입력 광 및 펌프 광 모두를 제 1 및 제 2 편광 성분으로 분리시키는 단계를 포함하고 단계(48)는 증폭된 광과 펌프 광 모두를 재결합하는 단계를 포함함을 인지하여라.

도 3 및 4는 WDM 광통신 네트워크에 대한 PD-OA(10', 10'')의 수평으로 펌핑된(longitudinally pumped) 실시예를 도시한다. 따라서, 이러한 실시예에서 도 1의 펌프 소스(15)는 자신의 출력이 아래에 기술된 적절한 광학적 소자들의 배치를 통해 PS-AM(14)에 수평으로 커플링되는 펌프 레이저 소스(34)의 형태를 취한다.

도 3은 편광-다이버스인 PD-OA(10')를 도시한다. PD-OA(10')는 도 1의 PD- OA(10)와 관련하여 이미 기술된 바와 같이, 편광 스플리터(12), PS-AM(14), PS-AM(14)에 광학적으로 커플링된 펌프 레이저 소스(34), 패러데이 광 회전기(16, 17) 및 바람직하게는 편광 유지 광섬유(PMF)(18, 20)를 포함한다. 여기에서, 광 회전기(16, 17)는 편광 스플리터(12)로부터 수신된 광의 편광을 5° 미만의 회전 오차까지, 바람직하게는 1° 미만의 회전 오차까지 45° 회전시킨다. 광 회전기(16, 17)는 편광 회전된 광을 PMF(18, 20)에 전송한다. PMF는 자신에 입사하는 광의 편광을 유지하도록 배향된다. PMF(18, 20)는 또한 광을 PS-AM(14)의 광 포트(28, 30)로 전달하도록 배향되어 전달된 광의 배향이 실질적으로 PS-AM(14)의 IOA를 따라 배향되도록 한다.

PD-OA(10')는 또한 펌프 레이저 소스(34), 펌프 광섬유(35), 입력 광섬유(37), 출력 광섬유(38) 및 이색성 석판(dichroic slab)(39)을 포함한다. 펌프 레이저 소스(34)는 광 증폭에 사용하는 펌프 광을 생성한다. 펌프 광섬유(35)는 선택된 편광을 갖고 이색성 석판(39)으로 펌프 광을 전달하는 PMF이다. 입력 광섬유(37)는 입력광을 이색성 석판(39)으로 전달한다. 이색성 석판(39)은 예로서 펌프 레이저 소스(34)의 파장에서 선택적으로 광을 전송할 수 있고 입력광의 파장에서 선택적으로 광을 반사할 수 있는 박막 디바이스이다. 즉, 이색성 석판(39)은 펌프 광과 입력광 모두를 편광 스플리터(12)의 광 포트(22)를 향하게 하도록 구성된다.

일 실시예에서, 펌프 광섬유(35)는 자신의 편광이 광 포트(22)에서 편광 스플리터(12)의 내부 광 축에 대해 45°±5° 또는 45°±1°의 각도를 형성하는 펌프 광을 방출하도록 배향된다. 이러한 이유로, 편광 스플리터(12)는 각각의 광 포 트(24, 26)로 실질적으로 동일한 세기의 펌프 광을 전송한다. 광섬유(18, 20)가 광 회전기(16, 17)으로부터 수신된 광의 편광을 유지하도록 배향되기 때문에, 이러한 광섬유(18, 20)는 실질적인 감쇠 없이 광 포트(28, 30)로 수신된 펌프 광 세기를 전달한다. 각각의 광섬유(18, 20)가 실질적으로 동일한 세기의 펌프 광을 수신하기 때문에, 광섬유(18, 20)는 PS-AM(14)의 각 광 포트(28, 30)로 실질적으로 동일한 세기의 펌프 광 세기를 전달한다.

광섬유(18, 20)는 광 포트(24, 26) 사이의 광학적 루프를 차단한다. 광학적 루프에서, 광섬유(18, 20)는 PS-AM(14)로부터 수신된 광을 광 회전기(16, 17)로 전달하고, 따라서 편광 스플리터(12)로 전달한다. 광학적 루프 주변에서, 약 90°의 전체 편광 회전이 발행하며, 이는 광 회전기(16, 17) 내의 패러데이 효과의 비-상호관계 때문이다. 이러한 편광 회전은 편광 스플리터(12)가 루프로부터 수신된 광을 광 포트(22)로 돌아가지 않고 출력 광섬유(38)로 재향시키도록 한다.

PD-OA(10')에서 입력광의 서로 다른 편광 성분은 PMF 내에서 동시 전파되지 않는다. 특히, PMF인 펌프 광섬유(35)는 오직 펌프 광만을 전달하고, 역시 PMF인 광섬유(18, 20)는 입력광의 단일 편광 성분만을 전달한다. 또한, 광 성분은 본질적으로 동일한 광 경로 길이를 이동하기 때문에, 입력광은 PD-OA(10') 내에서 뚜렷한 편광 모드 분산(PMD)을 겪지 않는다. (낮은 PMD는 PD-OA(10, 10'')의 특징이다) 낮거나 또는 0인 PMD는 높은 데이터 속도로 동작하는 WDM 광통신 네트워크에서 바람직하며, 이는 PMD가 광학적 데이터 전송 속도에 대한 현저한 제한이 될 수 있기 때문이다.

그러나, 본 발명의 PD-OA(10, 10', 10'')가 WDM 통신 시스템에서 사용되는 것으로 제한되는 것은 아니다. 예로서, 자유 공간 통신(예로서, 위성 간)에서의 고전력 OA와 같은 애플리케이션을 찾을 수 있다.

도 3의 PD-OA(10')의 일부 실시예는 추가적인 개선을 갖는다. 예로서, 이색성 석판이 편광 스플리터(12)의 광 출력과 출력 광섬유(38) 사이에 삽입되어 펌프 광이 남는 것을 방지할 수 있다. 또한, 두 개의 광 패러데이 회전기(16, 17)는 약 90°의 회전을 생성하는 단일 광 디바이스에 의해 대체될 수도 있다. (단일 90° 회전 디바이스는 포트(26, 30)의 사이 또는 포트(24, 28)의 사이에 위치할 수 있다) 또한, 편광 스플리터(12)는 도 3에 도시된 편광 스플리터 큐브가 아닌 워크오프(walk-off) 결정이 ㄹ수 있다. 이러한 편광 스플리터(12)에 있어서, 패러데이 광 회전기(16, 17)는 단일 패러데이 광 회전기에 의해 대체될 수 있으며, 이는 광출력(24, 26)이 단일 패러데이 광 회전기 상의 서로 다른 위치로 광을 전송할 수 있기 때문이다.

도 4는 편광-다이버스인 제 2 OA(10'')를 도시한다. PD-OA(10'')는 도 1 및 3의 PD-OA(10, 10')와 관련하여 이미 기술된 바와 같이, 편광 스플리터(12), PS-AM(14), 광 회전기(16, 17) 및 PMF(18, 20)를 포함한다. PD-OA(10'')는 또한 광 계산기(52), 펌프 레이저 소스(34), 광섬유 커플러(60)를 통해 광 도파관(58)로 커플링된 펌프 섬유(35)를 포함한다.

광 계산기(52)는 세 개의, 순서대로인 광 포트(62, 64, 66)를 구비한다. 제 1 광 포트(62)는 예로서 WDM 광통신 네트워크의 입력 광섬유(37)로부터 입력 신호 광을 수신한다. 제 2 광 포트(64)는 광 도파관(58)의 제 1 단부로 입력 신호 광을 전송한다. 제 3 광 포트(66)는 제 2 광 포트(64)에서 수신된 광을 WDM 광통신 네트워크의 출력 광섬유(38)로 전송한다.

펌프 레이저 소스(34)는 선형 편광된 펌프 광을 광 펌프 섬유(35)로 전송하고, 펌프 광을 광섬유 커플러(60)로 전송한다. 펌프 섬유(35) 및 광섬유 커플러(60)는 선형 편광된 펌프 광을 효과적으로 전달하도록 자신의 수평 광 축이 광 도파관(58)을 따라 정렬된 편광 유지 도파관이다.

광 도파관(58)은 광 계산기(52)의 제 2 광 포트(64) 및 광섬유 커플러(60)를 편광 스플리터(12)의 광 포트(22)로 접속시키는 편광 유지 광 도파관이다. 광 포트(22)는 입력광 및 펌프 광을 편광 스플리터(12)로 전송하는 광 입력과 편광 스플리터(12)로부터 펌프 광 및 증폭된 광의 혼합물을 수신하는 광 출력 모두로서의 역할을 한다. 편광 유지 광 도파관(58)은 펌프 광을 광 포트(22)로 전달하도록 정렬된 수평 광 축을 가짐에 따라 편광 스플리터(12)는 전달된 펌프 광 세기를 광 도파관(18)과 광 도파관(20) 사이에서 실질적으로 동일하게 분리한다.

바람직하게는 광 도파관(18, 20)은 실질적으로 동일한 펌프 광 세기를 PS-AM(14)의 각 측면에 전달하도록 배열되는 수평 광 축을 갖는 PMF이다. 하나 또는 두 개의 광 회전기(16, 17)는 광 도파관(18, 20)로부터 방출된 광의 편광이 바람직하게는 광 경로(28, 30)에서 PS-AM(14)의 IOA에 따라 실질적으로 정렬되도록 편광 회전을 생성할 수 있다. PS-AM(14)의 IOA는 두 개의 PMF(18, 20)가 실질적으로 광 축을 따라 편광된 광을 전달하도록 배향될 수 있다.

광 도파관(18, 20)은 또한 광을 PS-AM(14)로부터 편광 스플리터(12)로 전달한다. 광 스플리터(12)는 광 포트(24, 26)로 전달되는 광을 광 포트(22)로 전송한다. 광 포트(22)로부터, 광 도파관(58)은 광을 광 계산기(52)의 제 2 광 포트(64)로 전송한다. 제 2 광 포트(64)로부터, 광 계산기(52)는 출력 광섬유(38)를 접속시키는 광 포트(66)에 광을 전송한다.

PD-OA(10'')의 실시예의 일부는 광 계산기(52)의 제 3 광 포트(66)와 WDM 광통신 네트워크의 출력 광섬유(38) 사이에 삽입된 하나 이상의 대역통과 광 필터(72)도 포함한다. 대역통과 광 필터(72)는 펌프 광의 파장을 갖는 광을 제거한다. 그 다음, WDM 광통신 네트워크의 출력 광섬유(38)는 실질적으로 PS-AM(14)에서 생성되는, 증폭된 파장에서의 광만을 수신한다.

도 3 및 4를 참조하면, PD-OA(10', 10'')는 실질적으로 환경적 조건에 대해 민감하지 않고 두 가지 이유로 편광 다이버스하다. 첫째로, 두 개의 편광 성분은 광학적 PD-OA(10', 10'') 내의 동일한 광 경로를 따라 순환한다. 둘째로, 입력광은 광학적 PS-AM(14) 내에서 실질적으로 동일한 증폭 조건을 겪는다. 특히, 실질적으로 동일한 편광 및 세기의 펌프 광은 PS-AM(14)의 각 단부로 수평 라운칭된다. 또한, 입력광은 실질적으로 동일한 편광을 가지고 PS-AM(14)의 각 단부로 라운칭된다.

본 발명의 다른 실시예가 본 발명의 명세서, 도면 및 특허청구범위의 범주 내에서 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

입력광을 수신하여, 상기 수신된 입력광의 제 1 편광 성분을 제 1 광 경로 구간으로 보내고, 상기 수신된 입력광의 제 2 편광 성분을 개별적인 제 2 광 경로 구간으로 보내도록 구성되는 편광 스플리터(a polarization splitter)와,

내부 광 축(internal optical axis)을 가지는 편광-민감성의 광학적 활성 매체로서, 상기 광학적 활성 매체에 펌핑 에너지(pumping energy)가 인가되었을 때 상기 입력광을 증폭시키도록 구성되고, 상기 제 1 광 경로 구간의 단부에 위치한 제 1 포트 및 상기 제 2 광 경로 구간의 단부에 위치한 제 2 포트를 구비하며, 상기 포트들 중 하나의 포트에서 상기 입력광을 수신한 것에 응답하여 상기 포트들 중 다른 포트로부터 증폭된 광을 출력하도록 구성되는 상기 광학적 활성 매체와,

상기 활성 매체에 수평으로 연결되는 적어도 하나의 레이저를 포함하는 상기 펌핑 에너지의 광원을 포함하되,

상기 편광 스플리터는 상기 레이저로부터 펌프 광을 수신하여, 상기 수신된 펌프 광의 제 1 편광 성분을 상기 제 1 광 경로 구간으로 보내고, 상기 수신된 펌프 광의 제 2 편광 성분을 상기 제 2 광 경로 구간으로 보내도록 구성되며,

상기 제 1 광 경로 구간 및 상기 제 2 광 경로 구간은 상기 제 1 펌프 광 성분 및 상기 제 2 펌프 광 성분이 상기 활성 매체로 진입할 때 이들의 세기가 동일하도록 구성되고,

상기 제 1 광 경로 및 상기 제 2 광 경로는 상기 입력광의 상기 제 1 편광 성분 및 제 2 편광 성분이 상기 포트들로 진입할 때 서로 평행하도록 구성되는

광 증폭 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 광 경로 구간과 상기 제 2 광 경로 구간 각각은 편광-유지 광 도파관(polarization-maintaining optical waveguide)을 포함하는

광 증폭 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 광 경로 구간 및 상기 제 2 광 경로 구간은, 상기 제 1 편광 성분 및 상기 제 2 편광 성분이 상기 내부 축에 대하여 상기 성분들의 증폭을 향상시키게 향해지도록 구성되는

광 증폭 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 광 경로 구간 및 상기 제 2 광 경로 구간은 상기 제 1 편광 성분 및 상기 제 2 편광 성분이 상기 내부 축에 평행하도록 구성되는

광 증폭 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 펌핑 에너지의 광원을 상기 활성 매체에 연결하는 편광-유지 도파관을 더 포함하는

광 증폭 장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 광 경로 구간들 중 적어도 하나는 패러데이 회전기(a Faraday retator)를 포함하는

광 증폭 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 광 경로 구간들은 편광된 광을 상기 스플리터로 전달하도록 구성되어, 상기 전달된 편광된 광이 상기 입력광을 수신한 상기 편광 스플리터의 광 포트와는 다른 광 포트를 통해서 상기 스플리터를 빠져나오도록 하는

광 증폭 장치.
입력광을 수신하여, 상기 수신된 입력광의 제 1 편광 성분을 제 1 광 경로 구간으로 보내고, 상기 수신된 입력광의 제 2 편광 성분을 개별적인 제 2 광 경로 구간으로 보내도록 구성되는 편광 스플리터와,

내부 광 축을 가지는 편광-민감성의 광학적 활성 매체로서, 상기 광학적 활성 매체에 펌핑 에너지가 인가되었을 때 상기 입력광을 증폭시키도록 구성되고, 상기 제 1 광 경로 구간의 단부에 위치한 제 1 포트 및 상기 제 2 광 경로 구간의 단부에 위치한 제 2 포트를 구비하며, 상기 포트들 중 하나의 포트에서 상기 입력광을 수신한 것에 응답하여 상기 포트들 중 다른 포트로부터 증폭된 광을 출력하도록 구성되는 상기 광학적 활성 매체와,

상기 활성 매체에 수평으로 연결되는 적어도 하나의 레이저를 포함하는 상기 펌핑 에너지의 광원을 포함하되,

상기 편광 스플리터는 상기 레이저로부터 펌프 광을 수신하여, 상기 수신된 펌프 광의 제 1 편광 성분을 상기 제 1 광 경로 구간으로 보내고, 상기 수신된 펌프 광의 제 2 편광 성분을 상기 제 2 광 경로 구간으로 보내도록 구성되며,

상기 제 1 광 경로 구간 및 상기 제 2 광 경로 구간은 상기 제 1 펌프 광 성분 및 상기 제 2 펌프 광 성분이 상기 활성 매체로 진입할 때 이들의 세기가 동일하도록 구성되고,

상기 제 1 광 경로 구간과 상기 제 2 광 경로 구간 각각은 편광-유지 광 도파관을 포함하며,

상기 제 1 광 경로 구간 및 상기 제 2 광 경로 구간은, 상기 제 1 편광 성분 및 상기 제 2 편광 성분이 상기 내부 축에 대하여 상기 성분들의 증폭을 향상시키게 향해지도록 구성되는

광 증폭 장치.