KR19990017701A

KR19990017701A - 다채널 3단 광섬유 증폭기

Info

Publication number: KR19990017701A
Application number: KR1019970040710A
Authority: KR
Inventors: 윤수영
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1999-03-15
Also published as: US6091541A; JPH11121840A; CN1213201A; KR100277352B1

Abstract

본 발명은 다채널 3단 광섬유증폭기에 관한 것으로, 다채널 3단 광섬유증폭기는 장거리 전송에 의해 감쇄된 다채널 다중화 신호광을 증폭하는 1차 증폭부; 1차 증폭부에서 증폭된 신호광의 이득을 다채널 신호광의 다중화된 각 채널에 따라 평탄하게하는 이득 평탄화부; 및 이득 평탄화부에서 출력된 신호광을 다시 증폭하는 2차 증폭부로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 2개의 증폭기사이에 위치한 이득평탄화부에 의해 각 채널파장에 대해 평탄한 이득을 얻을 수 있고, 파장 분할기를 통하여 자연방출 잡음이 제거되므로써 신호 대 잡음비 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

다채널 3단 광섬유증폭기

본 발명은 광섬유증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다채널 3단 광섬유증폭기에 관한 것이다.

광전송망의 가장 큰 장점은 보다 많은 데이터 정보들을 보다 멀리 보낼 수 있다는 것이다. 그러나, 단위길이당 손실이 0.2dB/Km인 광섬유를 사용하더라도 신호광을 수백 킬로미터 이상 전송할 경우 수십 킬로미터마다 손실이 10dB이상 발생하므로 이를 보상해주기 위한 증폭기를 중간중간마다 사용해야한다.

종래의 광/전기, 전기/광 변환기를 사용하는 전자증폭기는 신호의 잡음을 억제시키고 파형을 재현시키는 장점을 가지고 있지만, 신호 복원시의 지연시간뿐만 아니라 낮은 처리속도로 인해 오히려 광전송망의 속도를 제한하는 단점이 있다. 따라서 신호광을 직접 광으로 증폭시키는 기술이 요구되었다. 일반 광섬유에 어븀(Erbium, Er) 등의 희토류 금속을 첨가시킨 광섬유증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, 이하 EDFA라 약함)는 단순한 구조와 상대적으로 뛰어난 성능으로 인하여 상술한 직접 광증폭기로 많이 사용된다.

그러나, 하나의 광섬유를 가지고 보다 많은 정보를 전송하기 위해 신호를 서로 다른 파장에 실어 여러 채널의 신호를 한꺼번에 보내는 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing,, 이하 WDM이라 약함) 방식의 전송을 사용할 경우, EDFA의 각 채널에 해당되는 파장에 따라 특성, 특히 이득 및 잡음특성이 일정한 값을 가져야한다. 즉, 종래의 단채널 EDFA와 비교하여 WDM용 EDFA는 채널 수에 비례하여 입력신호의 파워가 커진다. 예를 들어, 단채널의 중계기로 사용되는 EDFA(In-line EDFA)는 보통 -20dBm정도의 입력신호가 들어오지만 8채널의 WDM용 EDFA는 한 채널당 -20dBm이 들어오므로 전체 입력파워는 -11dBm이 된다. 반면, EDFA의 전체적인 포화출력 파워(Saturation Output Power)는 일정하므로 각 채널당 출력파워는 감소하고 따라서 전체 또는 각 채널당 이득도 감소하게 된다.

EDFA는 입력신호를 증폭시킬뿐 만 아니라 동시에 다른 파장의 신호에 자발방출(Spontaneous Emission) 잡음을 첨가시킨다. 장거리 전송시 신호가 여러 EDFA를 거칠 때, 자발방출 잡음도 원신호와 함께 증폭되어 누적된다. 이렇게 누적된 잡음은 신호 대 잡음비 성능을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 신호와 함께 증폭기에 입력되므로 광증폭섬유 내의 반전분포(population inversion)를 감소시켜 원신호의 증폭도를 감소시킨다.

WDM용 EDFA의 입력으로는 몇개의 채널에 입력신호가 들어올지 예상할 수 없다. 추가/누락(ADD/DROP)되는 채널의 수에 따라 증폭기에 입력되는 채널의 수가 변할 수 있는데 입력채널의 수에 따라 입력신호의 전체 파워가 변하므로 EDFA의 전체 이득도 변할 수 있다.

종래의 EDFA의 파장별 이득과 잡음특성을 평탄화하는 방법으로는 광섬유에 알루미늄(Al), 이터븀(Yb), 사마듐(Sm) 등을 첨가하여 광증폭섬유의 조성을 변화시키거나, 실리카(silica)에 기초한 광섬유대신에 플로라이드(fluorite) 광섬유를 사용하여 광증폭섬유의 특성을 변화시키는 방법과 기존 EDFA에 마하젠더(Mach-Zehnder) 필터, 음향(Acoustic) 필터, 에프/피(Fabric/Perot) 필터, 광섬유격자(Fiber Grating) 등의 필터를 부착시키는 방법, 그리고 여러 특성이 다른 EDFA를 연결시키는 방법이 있다.

그러나 이러한 방법들은 부피가 커지고 비용이 늘어나며, 상술한 자발방출 잡음을 제거할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 WDM용 광증폭기가 여러 채널의 신호에 대해 평탄한 이득과 큰 출력파워를 갖고, 증폭단에서 첨가되는 자발방출 잡음이 장거리 전송시 여러 증폭단을 통과하더라도 누적되지않도록, 2단 증폭부 사이에 이득평탄화부를 두어 각 파장에 따른 평탄한 이득을 얻기위한 다채널 3단 광섬유증폭기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다채널 3단 광섬유증폭기의 구조도이다.

도 2는 도 1의 1차 증폭부에 이득조절부가 더 구비된 구조도이다.

도 3은 도 2의 2차 증폭부에 이득조절부가 더 구비된 구조도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 다채널 3단 광섬유증폭기는 장거리 전송에 의해 감쇄된 다채널 다중화 신호광을 증폭하는 1차 증폭부; 상기 1차 증폭부에서 증폭된 신호광의 이득을 상기 다채널 신호광의 다중화된 각 채널에 따라 평탄하게하는 이득 평탄화부; 및 상기 이득 평탄화부에서 출력된 신호광을 다시 증폭하는 2차 증폭부를 포함함이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 다채널 3단 광섬유증폭기의 구조도로서, 도 1에 따른 다채널 3단 광섬유증폭기는 1차 증폭부(100), 이득 평탄화부(110) 및 2차 증폭부(120)로 이루어진다.

1차 증폭부(100)는 펌프광을 생성하는 제1 펌프 레이저 다이오드(Pump Laser Diode, 102), 입력 신호광과 펌프광을 결합하는 제1 파장분할다중화(WDM) 결합기(104) 및 입력 신호광을 증폭하는 제1 어븀도핑광섬유(Erbium Doped Fiber, 106, 이하 EDF라 약함)로 이루어진다.

이득 평탄화부(110)는 입력 신호광을 파장에 따라 여러 채널로 분할하는 광파장분할기(Demultiplexer, DEMUX, 112), 서로 다른 길이를 갖는 EDF부(114a 내지 114n) 및 여러 채널을 한 채널로 다중화하는 다중화기(Multiplexer, MUX, 116)로 이루어진다.

2차 증폭부(120)는 이득 평탄화부(110)의 출력 신호광을 증폭하는 제2 EDF(122), 제2 WDM 결합기(124), 제2 펌프 LD(126) 및 출력단에서 들어오는 반사광을 막는 아이솔레이터(128)로 이루어진다.

한편, 상술한 구성에 의거하여 본 발명의 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 제1 펌프 LD(102)에서 생성된 980nm(nano meter) 파장의 펌프광은 제1 WDM 결합기(104)를 통해 제1 EDF(106)를 여기시킨다. 마찬가지로 장거리 전송으로 감쇄된 다채널의 다중화된 신호광은 제1 WDM 결합기(104)를 통과한 다음, 펌프광과 같은 방향으로 진행하여 여기된 제1 EDF(106)에 의해 높은 이득을 갖도록 증폭된다. 제1 EDF(106)를 통해서는 입력된 파장대의 신호가 증폭될뿐만 아니라 전단에서 발생된 자발방출 잡음도 함께 증폭시키고 여기에 제1 EDF(106)자신의 잡음도 첨가된다.

DEMUX(112)를 통해서는 제1 EDF(106)에서 증폭된 신호광중에서 선택된 신호파장만이 통과되므로 자발방출 잡음은 제거된다. DEMUX(112)에서 서로 다른 채널별 신호가 각각 다른 광섬유를 통해 출력되고, 이 신호들은 여기되지않은 EDF부(114a 내지 114n)를 통해 소정의 값만큼 손실된다. EDF는 일반적으로 여기시키는 펌프광이 인가되었을 경우 입력되는 1550nm대의 신호광을 증폭하지만, 반대로 펌프광이 인가되지않을 경우 첨가된 어븀(Er)의 농도에 따라 신호광에 수 dBm정도 손실을 준다. 따라서, 서로 길이가 다른 EDF(114a 내지 114n)에 입력되는 신호에 서로 다른 손실이 발생되므로써 신호광의 각 채널별 이득이 평탄화된다. 즉, 참조번호 114i의 광섬유를 통해서 각 채널별 신호광중에서 가장 이득이 낮은 신호광이 손실없이 통과되고, 나머지 다른 EDF를 통과하는 신호광은 이득 평탄화를 위해 상술한 가장 낮은 이득을 기준으로 손실을 겪게된다. 이렇게 각각의 광섬유를 통해 전달되는 신호광은 MUX(116)를 통해 다중화되어 하나의 광섬유를 통해 전송된다.

MUX(116)를 통과한 신호광은 다시 여기된 제2 EDF(122)를 통해 높은 이득과 출력파워를 얻도록 증폭된다. 이 때, 제2 펌프 LD(126)에서 생성된 980nm 파장의 펌프광은 제2 WDM 결합기(124)를 통과하여 제2 EDF(122)를 여기시킨다. 증폭된 신호광은 출력단으로부터 반사광이 들어오는 것을 막는 아이솔레이터(128)를 통과하여 다음단으로 전송된다.

도 2는 도 1의 1차 증폭부에 이득조절부가 더 구비된 구조도로서, 도 2에 의한 3단 광섬유증폭기는 도 1의 1차 증폭부(100)에 제1 결합기(202), 필터(204), 광신호를 전기신호로 변환하는 광 변환소자로서, 예를 들어 포토 다이오드(206) 및 이득조절부(208)를 더 구비하고, 그 밖의 다른 장치는 도 1의 각 장치와 같다. 그 동작은 다음과 같다. 제1 EDF(106)으로부터 증폭된 신호광은 제1 결합기(202)를 통해 99:1의 비율로 분리되고, 99%의 신호광은 DEMUX(112)로 입력된다. 나머지 1%의 신호광으로부터 신호광을 구성하는 파장이외의 파장을 중심주파수로 갖는 필터(204)를 통해 신호파장 이외의 신호광이 추출된 다음, 광 변환소자(206)를 통해 전기신호로 변환된다. 변환된 신호의 크기로부터 입력채널 수가 모니터링된다. 이것은 광섬유증폭기에서 자연방출(Amplified Spontaneous Emission)의 크기가 입력 채널수에 반비례하여 나타남을 이용한 것이다. 상술한 변환된 신호는 이득조절부(208)에 연결되어 모니터링되고, 모니터링된 입력채널 수에 따라 이득조절부(208)를 통해 제1 펌프 LD(102)와 제2 펌프 LD(126)의 펌핑 레벨이 조절되어 전체증폭이득이 조절된다.

도 3은 도 2의 2차 증폭부에 이득조절부가 더 구비된 구조도로서, 도 3에 의한 3단 광섬유증폭기는 도 2의 2차 증폭부(120)에 제2 결합기(302), 필터(404), 광신호를 전기신호로 변환하는 광 변환소자, 예를 들어 포토 다이오드(306) 및 이득조절부(208)를 더 구비하고, 그 밖의 다른 장치는 도 2의 각 장치와 같다. 그 동작은 다음과 같다. 제2 EDFA(122)로부터 증폭되어 제2 WDM 결합기(124)를 통과한 신호광은 제2 결합기(302)를 통해 99:1의 비율로 분리되고, 99%의 신호광은 아이솔레이터(128)로 입력된다. 나머지 1%의 신호광으로부터 신호광을 구성하는 파장이외의 파장을 중심주파수로 갖는 필터(304)를 통해 신호파장 이외의 신호광이 추출된 다음, 광 변환소자(306)를 통해 전기신호로 변환된다. 변환된 신호는 이득조절부(208)에 연결되어 모니터링되고, 모니터링 결과에 따라 이득조절부(208)를 통해 제1 펌프 LD(102)와 제2 펌프 LD(126)의 펌핑 레벨이 조절되어 전체증폭이득이 조절된다.

본 발명에 의하면, 2개의 증폭기사이에 위치한 이득평탄화부에 의해 각 채널파장에 대해 평탄한 이득을 얻을 수 있고, 파장 분할기를 통하여 자연방출 잡음이 제거되므로써 신호 대 잡음비 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 1차 및 2차 증폭부의 출력단에서 자연방출을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 광섬유증폭기의 이득을 조절하므로써 보다 안정한 증폭결과를 얻을 수 있다.

Claims

장거리 전송에 의해 감쇄된 다채널 다중화 신호광을 증폭하는 1차 증폭부; 상기 1차 증폭부에서 증폭된 신호광의 이득을 상기 다채널 신호광의 다중화된 각 채널에 따라 평탄하게하는 이득 평탄화부; 및 상기 이득 평탄화부에서 출력된 신호광을 다시 증폭하는 2차 증폭부를 포함함을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 1차 증폭부는 펌프광을 생성하는 펌프 레이저 다이오드; 상기 다채널 다중화 신호광과 상기 펌프 레이저 다이오드의 출력광을 결합하는 파장분할다중화 결합기; 및 상기 파장분할다중화 결합기의 출력광을 증폭하는 광섬유를 구비함을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제2항에 있어서, 상기 광섬유에서 증폭된 신호광을 소정의 비율로 분리하는 결합기; 상기 결합기에서 분리된 한 신호광으로부터 상기 다채널 신호광의 파장범위이외의 파장을 갖는 신호광을 추출하는 필터; 상기 필터의 출력을 전기신호로 변환하는 광 변환소자; 및 상기 광변환소자의 출력신호의 크기에 따라 상기 펌프 레이저 다이오드의 출력을 조절하는 이득조절부를 더 구비함을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 이득 평탄화부는 상기 1차 증폭부에서 증폭된 다채널 신호광을 각 파장에 따라 분할하는 광 파장분할기; 상기 광 파장분할기의 각 출력 신호광에 소정의 이득손실을 유발하는 광섬유부; 및 상기 광섬유부의 각 출력 신호광을 다중화하는 광 다중화기를 구비함을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제4항에 있어서, 상기 광섬유부는 상기 광 파장분할기의 출력신호광이 갖는 이득중에서 가장 작은 값을 기준으로 전체이득을 평탄화하기 위해 각 출력 채널별로 길이가 서로 다른 광섬유임을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 2차 증폭부는 펌프광을 생성하는 제2 펌프 레이저 다이오드; 상기 이득 평탄화부의 출력 신호광을 증폭하는 제2 광섬유; 및 상기 펌프 레이저 다이오드의 출력광을 상기 제2 광섬유에 전달하고, 상기 제2광섬유에서 증폭된 신호광을 출력하는 제2 파장분할다중화 결합기를 구비함을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제6항에 있어서, 출력단으로부터 반사광의 유입을 막기위해 상기 제2 파장분할다중화 결합기에 연결되는 아이솔레이터를 더 구비함을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제6항에 있어서, 상기 제2 파장분할다중화 결합기를 통해 출력되는 증폭된 신호광을 소정의 비율로 분리하는 결합기; 상기 결합기에서 분리된 한 신호광으로부터 상기 다채널 신호광의 파장범위이외의 파장을 갖는 신호광을 추출하는 필터; 상기 필터의 출력을 전기신호로 변환하는 광 변환소자; 및 상기 광변환소자의 출력신호의 크기에 따라 상기 제2 펌프 레이저 다이오드의 출력을 조절하는 이득조절부를 더 구비함을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제3항 또는 제8항에 있어서, 상기 광변화소자는 포토 다이오드임을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.
제9항 또는 제10항에 있어서, 출력단으로부터 반사광의 유입을 방지하기위해 상기 결합기와 상기 출력단 사이에 연결되는 아이솔레이터를 더 구비함을 특징으로하는 다채널 3단 광섬유증폭기.