KR19980073495A - 이득 평탄화 광섬유증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파장분할다중화 방식으로 전송되는 파장이 다른 여러 광신호를 증폭함에 있어서 증폭이득을 평탄화 할 수 있도록 된 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것으로, 파장이 각기 다른 복수 개의 광신호가 파장분할다중방식에 의해 전송되는 광선로와, 소정 파장을 갖는 펌핑광을 생성출력하는 펌핑광원, 상기 펌핑광을 상기 광선로 전송신호의 최단 파장 및 최장 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 제1 및 제2 비율로 분할출력하는 광분배수단, 이 광분배수단에서 출력되는 제1 비율 분할펌핑광 및 제2 비율 분할펌핑광을 상기 광선로에 결합시키기 위한 제1,제2 광결합수단, 상기 광선로 전송신호의 최단 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 그 길이가 설정되어 상기 제1 광결합수단에 의해 공급되는 펌핑광을 근거로 광신호를 증폭하는 제1 광증폭수단, 상기 광선로 전송신호의 최장 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 그 길이가 설정되어 상기 제2 광결합수단에 의해 공급되는 펌핑광을 근거로 광신호를 증폭하는 제2 광증폭수단, 상기 제1,제2 광증폭수단 사이에 설치되어 상호간에 유입되는 분할펌핑광을 차단하는 필터수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 파장분할다중화 방식으로 전송되는 광신호에 대하여 높은 이득을 나타내는 신호의 레벨을 제한하지 않고도 각 신호에 대한 증폭이득을 평탄화 할 수 있게 된다.

Description

이득 평탄화 광섬유증폭기

본 발명은 광신호를 증폭하는 광섬유증폭기에 관한 것으로, 특히 파장분할다중화 방식으로 전송되는 파장이 다른 여러 광신호를 증폭함에 있어서 높은 이득을 나타내는 신호의 레벨을 제한하지 않고도 각 신호에 대한 증폭이득을 평탄화 할 수 있도록 된 이득 평탄화 광섬유증폭기에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 광통신기술은 고속으로 대용량의 정보전송이 가능하고 전자기 유도에 의한 신호장애나 누화가 없기 때문에 해저 케이블을 통한 국가간의 정보통신에 주로 이용되고 있다.

광통신기술의 발달은 신호의 증폭을 위해 광신호를 전기적인 신호로 일시 변환하는 등의 물리적인 변화를 가하지 않고 선로내에서 광신호 형태 자체로 이득을 높일 수 있도록 된 광섬유증폭기가 개발되면서 더욱 가속화 되었으며, 최근에 이르러서는 하나의 전송선로를 통해 파장이 각기 다른 광신호를 동시에 전송함으로써 신호의 전송효율을 높일 수 있도록 된 파장분할다중(WDM;Wave-length Division Multiplexing)기술이 개발된 바 있다.

한편, 상기한 파장분할다중(WDM) 방식의 통신기술을 실현하기 위해서는 전체 사용 파장영역에서 고른 증폭이득을 얻을 수 있도록 된 광섬유증폭기가 필수적이라 할 수 있는 바, 도1은 종래 사용되던 일반적인 이득 평탄화 기능의 광섬유증폭기를 나타낸 구성도이다.

도1에서 입력 광신호(S)가 제1 광선로(1)에 결합되고, 이 제1 광선로(1)는 제1 탭커플러(4)의 입력으로서 결합된다. 제1 탭커플러(4)에서는 제1 광선로(1)를 통해 입력되는 광신호의 파워를 소정비, 예컨대 99:1의 비율로 분할하여 99에 해당하는 신호는 아이솔레이터(5)를 거쳐 제1 파장분할 커플러(6)로 입력시키고, 1에 해당하는 광신호는 입력 광신호(S)의 파워를 모니터링 하기 위한 제1 포토다이오드(7)에 공급하게 된다.

한편, 제1 포토다이오드(7)는 상기 제1 탭커플러(4)에 의해 분할되어 입력되는 광신호를 광전변환하여 모니터신호로서 콘트롤회로(8)에 인가하게 되는 바, 콘트롤회로(8)는 상기 제1 포토다이오드(7)로부터 인가되는 신호의 파워레벨을 근거로 펌핑용 레이저 다이오드(3)의 동작전류를 조절함으로써 이후에 설명할 광섬유증폭기를 최적의 상태로 구동제어하게 된다.

펌핑용 레이저 다이오드(3)에서 출력되는 펌핑광(P)은 상기 아이솔레이터(5)를 거쳐 인가되는 광신호(S)와 파장분할 커플러(6)에서 결합되어 광증폭광섬유(EDF; Erbium Doped Fiber)(2)로 입력된다. 그리고, 광증폭광섬유(2)에서 상기 펌핑광(P)은 광증폭광섬유(2)에 도우핑(doping)되어 있는 희토류(rare-earth)이온을 여기시켜 소정 파장의 유도광자를 발생시키게 되고, 이때 발생된 유도광자가 광신호(S)에 유입됨으로써 해당 광신호(S)가 증폭되게 된다.

이때 증폭되는 파장별 증폭특성은 일반적으로 1530 nm 대 영역에서 최고치의 이득을 나타내며, 1550 nm 대 영역에서 두 번째의 최고치 이득을 나타내는 특성을 나타내게 되는 바, 각 파장대역의 신호에 대하여 일정한 이득을 얻기 위하여 상기 광섬유증폭기(2)의 출력단에 이득 평탄화 필터(Gain flatness Filter)(9)를 구성함으로써 파장별 이득특성에 있어 최소이득을 기준으로 이득을 제한하게 된다.

이득 평탄화 필터(9)를 통과한 증폭된 광신호는 출력단에 위치한 제2 탭커플러(10)를 거쳐 출력되게 되는 바, 이때 제2 포토다이오드(11)는 상기 제2 탭커플러(10)에 의해 분할된 1%의 모니터신호를 광전변환하여 콘트롤회로(8)에 인가함으로써 증폭이득 조정을 위한 근거를 제공하게 된다.

즉, 상기한 구성으로 된 종래의 이득 평탄화 기능 광섬유증폭기에 있어서는 최소의 이득을 기준으로 그 보다 높은 이득을 갖는 파장에 대해 기준 파장 이득값을 갖도록 해당 파장의 신호에 대해 손실을 갖는 필터를 사용하게 되는 바, 이를 통해 전체 사용 파장영역에 대해서 일정한 이득을 갖도록 함으로써 이득 평탄화를 실현하도록 되어 있다.

그러나, 상기한 방식의 이득 평탄화 증폭기는 파장별 이득 특성에 대해 최소 이득을 기준으로 보다 높은 파장의 이득을 감소시키도록 된 것인 바, 큰 출력을 필요로 하는 고출력 광섬유증폭기의 구현이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 상기 이득 평탄화 필터(9)는 하나의 파장별 이득 특성에 대해 고정되기 때문에 펌핑용 레이저 다이오드(3)의 세기가 변할 때 전체 광섬유증폭기의 파장별 이득 특성이 변하는 경우 사용할 수 없다는 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 파장분할다중화 방식으로 전송되는 파장이 다른 여러 광신호를 증폭함에 있어서 높은 이득을 나타내는 신호의 레벨을 제한하지 않고도 각 신호에 대한 증폭이득을 평탄화 할 수 있도록 된 이득 평탄화 광섬유증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 광섬유증폭기를 나타낸 구성도.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기를 나타낸 구성도.

도3 내지 도5는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 이득 평탄화 광섬유증폭기.

**** 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 ****

1 : 광선로 2, 21, 22 : 광증폭광섬유(EDF)

3, 13 : 펌핑용 레이저 다이오드 4, 10 : 탭커플러

5 : 아이솔레이터 6, 16 : 파장분할 커플러

7, 11 : 포토다이오드 8 : 콘트롤회로

9 : 이득평탄화 필터(Gain flatness Filter)

14 : 분배 커플러 15 : 필터

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기는 파장이 각기 다른 복수 개의 광신호가 파장분할다중방식에 의해 전송되는 광선로와, 소정 파장을 갖는 펌핑광을 생성출력하는 펌핑광원, 상기 펌핑광을 상기 광선로 전송신호의 최단 파장 및 최장 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 제1 및 제2 비율로 분할출력하는 광분배수단, 이 광분배수단에서 출력되는 제1 비율 분할펌핑광 및 제2 비율 분할펌핑광을 상기 광선로에 결합시키기 위한 제1,제2 광결합수단, 상기 광선로 전송신호의 최단 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 그 길이가 설정되어 상기 제1 광결합수단에 의해 공급되는 펌핑광을 근거로 광신호를 증폭하는 제1 광증폭수단, 상기 광선로 전송신호의 최장 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 그 길이가 설정되어 상기 제2 광결합수단에 의해 공급되는 펌핑광을 근거로 광신호를 증폭하는 제2 광증폭수단, 상기 제1,제2 광증폭수단 사이에 설치되어 상호간에 유입되는 분할펌핑광을 차단하는 필터수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 파장분할다중화 방식으로 전송되는 광신호에 대하여 높은 이득을 나타내는 신호의 레벨을 제한하지 않고도 각 신호에 대한 증폭이득을 평탄화 할 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 이득 평탄화 광섬유증폭기를 나타낸 구성도인 바, 도1에 도시된 구성과 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도2에서 참조번호 13은 콘트롤회로(8)의 제어에 따라 광증폭을 위한 펌핑광(P)을 생성출력하는 펌핑용 레이저 다이오드이고, 14는 이 펌핑용 레이저 다이오드(13)로부터 인가되는 펌핑광(P)을 각각 1540 nm대 및 1550 nm대에서 최고의 이득을 갖도록 소정비(N:M)로 분할하여 출력하는 분배 커플러인 바, 이 분배 커플러(14)의 펌핑광 분할비(N:M)는 이후에 설명할 제1,제2 광증폭광섬유(EDF)의 특성 및 그 길이와 상기 펌핑용 레이저 다이오드(13)의 출력 파워에 따라 결정되게 된다.

한편, 참조번호 21은 1540 nm대에서 최고 이득을 갖도록 최적화된 광증폭광섬유로서, 상기 분배 커플러(14)에 의해 N분할된 펌핑광을 근거로 광증폭을 실행하는 제1 광증폭단이고, 22는 1550 nm대에서 최고이득을 갖도록 최적화된 광증폭광섬유로서, 상기 분배 커플러(14)에 의해 M분할된 펌핑광을 근거로 광증폭을 실행하는 제2 광증폭단이며, 참조번호 15는 파장별 이득특성중 첫 번째 최고 이득치를 나타내는 1530 nm 대의 이득을 제거하고 각각 다른 광증폭 특성을 갖는 두 증폭단(21,22)이 서로 다른 쪽의 여기광에 의해 영향을 받지않도록 하기 위한 필터이다.

이하, 상기한 구성으로 된 장치의 동작을 설명한다.

콘트롤회로(8)는 상기 제1,제2 포토다이오드(7,11)에 의해 검출되는 파워레벨을 근거로 펌핑용 레이저 다이오드(13)를 구동제어함으로써 광증폭을 위한 펌핑광(P)을 생성출력하게 되는 바, 펌핑용 레이저 다이오드(13)에서 출력된 펌핑광(P)은 분배 커플러(14)에 의해 소정 분배비로 분할되어 각각 제1 광증폭단(21)의 입력단에 설치된 제1 파장분할 커플러(6)와 제2 광증폭단(22)의 입력단에 설치된 제2 파장분할 커플러(16)에 인가되게 된다.

그 결과, 상기 제1 광증폭단(21)에서는 N분할된 펌핑광에 의해 광증폭이 실행되게 됨으로써 1540 nm 대의 신호가 최대 이득으로서 증폭되게 되며, 상기 제2 광증폭단(22)에서는 M분할된 펌핑광에 의해 광증폭이 실행되게 됨으로써 1550 nm 대의 신호가 상기 1540 nm 대의 신호와 동일한 파워로서 증폭되게 된다.

이때, 1530 nm대의 파장을 갖는 신호에 대한 이득은 상기 필터(15)에 의해 제거되게 됨으로써 유효신호의 파장대역인 1540∼1550 nm 신호에 대하여 고른 이득특성을 얻게 된다.

즉, 상기한 구성에서는 기존의 양방향 구조를 갖는 광섬유증폭기가 단지 전체적인 출력세기를 높이기 위해 하나의 광증폭광섬유의 입력단과 출력단에 두 개의 여기용 레이저 다이오드를 사용하여 전체 광섬유증폭기의 증폭도만을 증가시키도록 구현되었던 것에 반하여 광증폭광섬유의 길이가 증가할 때 최고 이득을 갖는 파장이 장파장(1560nm)대로 옮겨가고, 길이가 감소할 때 최고 이득 파장이 단파장(1540nm)대로 옮겨가는 특성과 여기용 레이저 다이오드의 출력 세기가 증가하여 전체 증폭 이득이 증가할 때 최고 이득을 갖는 파장이 단파장대로 옮겨가고, 출력 세시가 감소하여 전체 증폭 이득이 감소할 때 최고 이득을 갖는 파장이 장파장대로 옮겨가는 광섬유증폭기의 특성을 최적화하여 하나의 여기용 반도체 레이저를 통해 일정비율로 여기광을 나누고 높은 출력세기가 필요한 쪽은 많은 양의 여기광을 보내고 낮은 출력세기를 필요로 하는 쪽은 작은 양의 여기광을 보내도록 일정비율의 광분배 커플러를 사용함으로써 하나의 여기용 레이저 다이오드의 여기광을 효과적으로 모두 사용할 수 있도록 구현된 것이다.

따라서, 각각 일정비율로 분배된 여기광과 최적화된 광섬유 길이로 이루어진 두 개의 증폭단을 이용하여 전체 광섬유증폭기의 파장별 이득 특성이 두 단의 파장별 이득 값들의 보상력을 통해 일정한 파장별 이득을 얻을 수 있도록 구현되게 된다.

즉, 상기 실시예에 의하면 파장분할다중화 방식으로 전송되는 파장이 각기 다른 여러 광신호를 증폭함에 있어서 높은 이득을 나타내는 신호의 레벨을 제한하지 않고도 각 신호에 대한 증폭이득을 평탄화 할 수 있게 됨은 물론 기존의 2개 이상의 펌핑용 레이저 다이오드를 사용하지 않고 단일의 레이저 다이오드를 사용함으로써 높은 출력 세기를 얻을 수 있을 뿐만아니라 제작비용도 상당부분 절감할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형실시할 수 있는 바, 예컨대 도3∼도5에 도시된 바와 같이 광증폭단에 대한 펌핑광의 입력방향을 조정하여 순방향 및 역방향으로 변형실시함으로써 출력광의 세기 및 잡음지수 특성을 조정할 수 있도록 구성할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 파장분할다중화 방식으로 전송되는 파장이 다른 여러 광신호를 증폭함에 있어서 높은 이득을 나타내는 신호의 레벨을 제한하지 않고도 각 신호에 대한 증폭이득을 평탄화 할 수 있게 됨은 물론 기존의 2개 이상의 펌핑용 레이저 다이오드를 사용하지 않고 단일의 레이저 다이오드를 사용함으로써 높은 출력 세기를 얻을 수 있을 뿐만아니라 제작비용도 상당부분 절감할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 파장이 각기 다른 복수 개의 광신호가 파장분할다중방식에 의해 전송되는 광선로와,

   소정 파장을 갖는 펌핑광을 생성출력하는 펌핑광원,

   상기 펌핑광을 상기 광선로 전송신호의 최단 파장 및 최장 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 제1 및 제2 비율로 분할출력하는 광분배수단,

   이 광분배수단에서 출력되는 제1 비율 분할펌핑광 및 제2 비율 분할펌핑광을 상기 광선로에 결합시키기 위한 제1,제2 광결합수단,

   상기 광선로 전송신호의 최단 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 그 길이가 설정되어 상기 제1 광결합수단에 의해 공급되는 펌핑광을 근거로 광신호를 증폭하는 제1 광증폭수단,

   상기 광선로 전송신호의 최장 파장 대에서 최대 증폭이득이 얻어지도록 그 길이가 설정되어 상기 제2 광결합수단에 의해 공급되는 펌핑광을 근거로 광신호를 증폭하는 제2 광증폭수단,

   상기 제1,제2 광증폭수단 사이에 설치되어 상호간에 유입되는 분할펌핑광을 차단하는 필터수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 광결합수단중 적어도 어느 하나는 상기 광분배수단으로부터 인가되는 소정 분할비의 펌핑광을 상기 광선로의 신호 전송방향과 동일 방향으로 결합되도록 구성된 것임을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 광결합수단중 적어도 어느 하나는 상기 광분배수단으로부터 인가되는 소정 분할비의 펌핑광을 상기 광선로의 신호 전송방향에 대하여 역방향으로 결합되도록 구성된 것임을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광선로를 통해 전송되는 광신호로부터 일정 비율의 모니터링신호를 분리해내는 탭커플러와, 이 탭커플러에 의해 분리된 모니터링신호를 광전변환하는 광전변환수단, 및 이 광전변환수단에 의해 전기적인 신호로 변환되어 출력되는 모니터링신호의 레벨을 근거로 상기 펌핑광원의 동작전류를 제어하는 제어수단을 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 탭커플러는 상기 제1 광증폭수단의 전단과 제2 광증폭수단의 후단에 각각 설치되고, 이 전·후단의 탭커플러와 각기 결합되는 광전변환수단이 구비된 것을 특징으로 하는 이득 평탄화 광섬유증폭기.