KR19990037204A

KR19990037204A - 증폭이득 고정형 광 증폭기

Info

Publication number: KR19990037204A
Application number: KR1019980043711A
Authority: KR
Inventors: 이승희; 김성하
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 1999-05-25
Also published as: GB2330941A; DE19850161B4; DE19850161A1; KR100284770B1; JPH11202375A; US6160657A; GB9823877D0; KR19990035458A; GB2330941B

Abstract

본 발명에 따른 증폭이득 고정형 광증폭기는, 입력된 광신호가 되돌아오는 산란을 막기 위한 제1 광아이솔레이터와, 입력된 광신호를 증폭시켜 출력하는 증폭 매체와, 입력된 광신호를 파장분할결합 방식으로 결합시키는 광결합기와, 그 광결합기에 연결되며, 상기 증폭 매체에 밀도 반전을 일으키기 위한 펌프와, 광신호가 출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 제2 광아이솔레이터를 구비하는 광증폭기에 있어서, 상기 제1 광아이솔레이터와 증폭 매체 사이에는 시험빔을 제공하기 위한 시험빔 제공장치와, 그 시험빔 제공장치로부터 제공된 시험빔과 입력되는 광신호를 일정한 비율로 결합시키기 위한 탭결합기가 설치되고, 상기 광결합기와 제2 광아이솔레이터 사이에는 증폭된 입력신호와 상기 시험빔을 분리 및 결합하기 위한 파장선택 광결합기가 설치되며, 그 파장선택 광결합기와 연결되며 상기 증폭 매체에 의해 증폭된 시험빔의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 SBS광을 방출하여 증폭 매체에 피드백시켜 증폭 매체를 포화시키기 위한 비선형 광물질이 마련되어 있는 점에 그 특징이 있다. 따라서, 입력신호의 채널수가 변하더라도 밀도 반전 레벨의 변화없이 시험빔에 의한 3차 비선형 광물질의 유도 브릴리언 산란에 의해 증폭 매체를 포화시킴으로써 입력 신호의 채널의 개수에 관계없이 일정한 증폭 이득을 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

증폭이득 고정형 광증폭기

본 발명은 증폭이득 고정형 광증폭기에 관한 것으로서, 더 상세히는 증폭매체에 입사되는 입력신호의 채널수가 변하더라도 시험빔에 의해 파장선택 결합기로 연결된 3차 비선형 광물질의 산란광을 방출하여 증폭매체에 피드백시켜 증폭매체를 포화시킴으로써 이득을 제한하는 증폭이득 고정형 광증폭기에 관한 것이다.

일반적으로, 광통신 시스템에는 신호의 손실을 보상하기 위한 광증폭기가 사용된다. 그런데, 다양한 전광 네트워크(network)에서는 신호의 손실이 브랜칭/탭핑(branching/tapping), 폴트(fault)에 의한 환경 변화에 따라 다양하게 변화된다.

도 1은 종래 광증폭기의 개략적인 시스템 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래 광증폭기는 증폭매체에 입력된 광신호가 되돌아오는 산란을 막기 위한 제1 광아이솔레이터(optical isolator)(11)와, 입력된 광신호를 증폭시켜 출력하는 증폭매체로서의 EDF(erbium doped fiber)(12)와, 입력된 광신호를 파장 분할 다중 결합(wavelength division multiplexing) 방식으로 결합시키는 광결합기(13)와, 그 광결합기(13)에 연결되며, 상기 EDF(12)에 밀도 반전을 일으키기 위한 펌프(14)와, 광신호가 출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 제2 광아이솔레이터(15)로 구성되어 있다.

이와 같은 구성을 가지는 종래 광증폭기에 있어서, n개의 채널을 갖는 입력신호Pⁱⁿ¹ _sig/channel 또는 n-k개의 채널을 갖는 입력신호 Pⁱⁿ² _sig/channel가 제1 광아이솔레이터(11)를 거쳐 EDF(12)에 입력되면, EDF(12)는 그 입력신호들을 각각 증폭시켜 광결합기(13)와 제2 광아이솔레이터(15)를 거쳐 n개의 채널을 갖는 출력신호 P^out1 _sig/channel 또는 n-k개의 채널을 갖는 출력신호 P^out2 _sig/channel을 각각 출력한다. 이때, n개의 채널을 갖는 출력신호 P^out1 _sig/ channel은 n개의 채널을 갖는 입력 신호 Pⁱⁿ¹ _sig/channel에 증폭 이득 G를 곱한 GPⁱⁿ¹ _sig/channel으로, 그리고 n-k개의 채널을 갖는 출력신호 P² _out/channel은 n-k개의 채널을 갖는 입력 신호 Pⁱⁿ² _sig/channel에 증폭 이득 G¹을 곱한 G¹Pⁱⁿ² _sig/channel으로 각각 표현될 수 있다. 이와 같이, 증폭 이득은 각각 G, G¹으로 서로 다른 값을 가진다. 이것은 입력신호의 채널 개수의 변화에 따른 총 입력 신호의 레벨의 변화에 따라 EDF(12)의 밀도 반전(population inversion) 레벨이 변화됨을 의미한다.

이와 같이 종래 광증폭기는 입력신호의 채널 개수의 변화에 따라 밀도 반전 레벨이 변화되어 각 채널당 신호의 출력이 변하게 되어 시스템의 설계에 어려움을 준다. 또한, 파장 분할 결합 방식의 네트워크에서 네트워크가 점점 더 복잡해짐에 따라 파장의 첨가/제거, 또는 다른 파장으로의 변환에 따라 증폭기의 입력신호의 채널 개수의 변화로 각 채널당 출력 레벨의 변화가 발생된다. 따라서, 입력신호의 채널 개수의 변화에 따른 각 채널당 증폭기의 이득을 자동으로 일정하게 고정하는 시스템이 요구되고 있다. 이득을 자동으로 고정하는 방법에는 증폭 매체에 요구되는 펌프 레벨을 전기적으로 조절하여 이득을 조절하는 방법과, 이득 매체를 레이저의 증폭 매체로 이용하는 레이저를 형성하여 증폭 이득을 조절하는 방법이 있다. 그런데, 이와 같은 방법들은 펌프 레벨에 따라 증폭 매체의 이득 성질을 시스템에 맞게 설정해야 하므로, 특성(잡음특성)이 하향 조정되고, 또한 레이저를 형성할 경우 증폭 매체의 이완 발진(relaxation oscillation)에 따른 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 증폭매체에 입사되는 입력신호의 채널수가 변하더라도 시험빔에 의해 파장선택 결합기로 연결된 3차 비선형 광물질의 산란광을 방출하여 증폭매체에 피드백시켜 증폭매체를 포화시킴으로써 이득을 고정시킬 수 있는 증폭이득 고정형 광증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 광증폭기의 개략적인 시스템 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 증폭이득 고정형 광증폭기의 개략적인 시스템 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 증폭이득 고정형 광증폭기에 있어서, n개의 입력신호 채널에 대한 증폭기의 증폭 특성을 설명하는 개요도.

도 4는 본 발명에 따른 증폭이득 고정형 광증폭기에 있어서, n-k개의 입력신호 채널에 대한 증폭기의 증폭 특성을 설명하는 개요도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,21...제1 광아이솔레이터 12,24...EDF

13,25...WDM방식 광결합기 14,26...펌프

15,29...제2 광아이솔레이터 22...시험빔 제공장치

23...탭 결합기 27...파장선택 결합기

28...3차 비선형 광물질

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 증폭이득 고정형 광증폭기는, 입력된 광신호가 되돌아오는 산란을 막기 위한 제1 광아이솔레이터와, 입력된 광신호를 증폭시켜 출력하는 증폭 매체와, 입력된 광신호를 파장분할결합 방식으로 결합시키는 광결합기와, 그 광결합기에 연결되며, 상기 증폭 매체에 밀도 반전을 일으키기 위한 펌프와, 광신호가 출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 제2 광아이솔레이터를 구비하는 광증폭기에 있어서, 상기 제1 광아이솔레이터와 증폭 매체 사이에는 SBS(stimulated Brillouin scattering)광 선폭이하의 선폭을 가진 시험빔을 제공하기 위한 시험빔 제공장치와, 그 시험빔 제공장치로부터 제공된 시험빔과 입력되는 광신호를 일정한 비율로 결합시키기 위한 탭결합기가 설치되고, 상기 광결합기와 제2 광아이솔레이터 사이에는 증폭된 입력신호와 상기 시험빔을 분리 및 결합하기 위한 파장선택 광결합기가 설치되며, 그 파장선택 광결합기와 연결되며 상기 증폭 매체에 의해 증폭된 시험빔의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 SBS광을 방출하여 증폭 매체에 피드백시켜 증폭 매체를 포화시킴으로써 증폭 매체의 출력을 제한하기 위한 비선형 광물질이 마련되어 있는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 비선형 광물질은 3차 비선형성을 가지는 3차 비선형 광물질이 사용되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 파장분할방식 네트워크에서 n개의 채널을 갖는 입력신호가 파장의 첨가/제거, 또는 다른 파장으로의 변화에 따라 n-k개의 채널을 갖는 입력신호로 증폭 매체에 입사될 경우, 입력 신호의 채널 개수가 변하더라도 밀도 반전 레벨의 변화없이 시험빔에 의한 3차 비선형 광물질의 유도 브릴리언 산란을 이용하여 증폭 매체를 포화시킴으로써 입력 신호의 채널의 개수에 관계없이 일정한 증폭 이득을 얻을 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광증폭기의 개략적인 시스템 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 증폭이득 고정형 광증폭기는 입력된 광신호가 되돌아오는 산란을 막기 위한 제1 광아이솔레이터(21)와, SBS광 선폭이하의 선폭을 가진 시험빔을 제공하기 위한 시험빔 제공장치(beam probe)(22)와, 그 시험빔 제공장치(22)로부터 제공된 시험빔과 입력되는 광신호를 일정한 비율로 결합시키기 위한 탭결합기(23)와, 입력된 광신호를 증폭시켜 출력하는 증폭 매체로서의 EDF(24)와, 입력된 광신호를 파장분할결합 방식으로 결합시키는 광결합기(25)와, 그 광결합기(25)에 연결되며, 상기 EDF(24)에 밀도 반전을 일으키기 위한 펌프(26)와, 증폭된 입력신호와 상기 시험빔을 분리 및 결합하기 위한 파장선택 광결합기(27)와, 그 파장선택 광결합기(27)와 연결되며 상기 EDF(24)에 의해 증폭된 시험빔의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 SBS광을 방출하여 EDF(24)에 피드백시켜 EDF(24)를 포화시킴으로써 EDF(24)의 출력을 제한하기 위한 3차 비선형 광물질(28)과, 광신호가 출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 제2 광아이솔레이터(29)를 구비한다.

그러면, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 광증폭기의 동작에 대해 도 3 및 도 4를 참조하면서 간략히 설명해 보기로 한다.

도 3을 참조하면, 변조된 n개의 채널을 갖는 입력 신호 Pⁱⁿ¹ _sig/channel가 제1광아이솔레이터(21)를 거쳐 시험빔 제공장치(22)로부터 제공된 시험빔과 탭결합기(23)에 의해 일정한 비율로 결합되어 EDF(24)에 입력되면, EDF(24)는 n개의 채널을 갖는 입력 신호 Pⁱⁿ¹ _sig/channel의 세기와 시험빔의 세기를 증폭시켜 출력한다. 이때, EDF(24)로부터 출력되어 파장선택 광결합기(27)에 의해 3차 비선형 광물질(28)에 입사되는 P^out1 _probe의 세기가 P^th _GC의 세기보다 작을 경우, 최종적으로 n개의 채널을 갖는 출력신호 P^out1 _sig/channel=GPⁱⁿ¹ _sig/channel가 출력된다. 이때, 증폭 이득은 G이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 변조된 n-k개의 채널을 갖는 입력신호 Pⁱⁿ² _sig/channel가 제1광아이솔레이터(21)를 거쳐 시험빔 제공장치(22)로부터 제공된 시험빔과 탭결합기(23)에 의해 일정한 비율로 결합되어 EDF(24)에 입력되면, EDF(24)는 n-k개의 채널을 갖는 입력 신호 Pⁱⁿ² _sig/channel의 세기와 시험빔의 세기를 증폭시켜 출력한다. 이때, EDF(24)로부터 출력되어 파장선택 광결합기(27)에 의해 3차 비선형 광물질(28)에 입사되는 P^out2 _probe의 세기가 P^th _GC의 세기보다 클 경우, 3차 비선형 광물질(28)은 SBS의 특성에 의해 산란된 P^probe _SBS신호를 신호의 역방향으로 출력한다. 그러면, 그 P^probe _SBS신호는 다시 EDF(24)로 피드백되어 EDF(24)를 포화시키게 되며, 그에 따라 입력신호의 이득을 감소시키게 된다. 그 결과, 제2 광아이솔레이터(29)를 거쳐 출력되는 최종 출력은 n-k개의 채널을 갖는 출력신호 P^out2 _sig/channel= G¹Pⁱⁿ² _sig/channel가 된다. 이때, 증폭 이득은 G¹이다. 이 G¹은 상기 도 3의 출력신호의 크기로부터 이득 G와 같음을 알 수 있는데, 이것은 변조된 입력신호의 채널수가 변하더라도 시험빔에 의한 3차 비선형 광물질(28)의 작용으로 증폭 이득이 일정하게 고정되는 것을 의미한다.

여기서, 상기 SBS에 대해 좀 더 부연해 보면, 상기 3차 비선형 광물질(28)에 강한 세기의 빛이 입사할 때, 광자(photon)와 물질의 음자(音子:phonon)가 상호 작용에 의해 신호의 역방향으로 산란된 스토크스(Stokes) 신호를 발생시키게 되는데, 이러한 산란을 SBS라고 부르며, 입력되는 광신호의 세기가 증가함에 따라 비례적으로 증대된다. 또한, P^th _GC는 상기 3차 비선형 광물질(28)로부터 발생된 SBS가 EDF(24)에 피드백되어 EDF(24)를 포화시킴으로써 증폭 이득을 고정하고자 하는 값으로 제어하게 하는 임계점을 나타내며, 신호의 변조 대역 폭에 따라 비례한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 광증폭기는 파장분할방식 네트워크에서 n개의 채널인 입력신호가 파장의 첨가/제거, 또는 다른 파장으로의 변화에 따라 n-k개의 채널인 입력신호로 증폭매체에 입력될 경우, 입력신호의 채널의 개수가변하더라도 밀도반전 레벨의 변화없이 시험빔에 의한 3차 비선형 광물질의 유도 브릴리언 산란을 이용하여 증폭매체에 피드백시켜 증폭 매체를 포화시킴으로써, 입력 신호의 채널의 개수에 관계없이 각 채널당 일정한 증폭이득을 갖게 하는 전광 증폭이득이 고정된 증폭기의 구현을 가능하게 한다.

Claims

입력된 광신호가 되돌아오는 산란을 막기 위한 제1 광아이솔레이터와, 입력된 광신호를 증폭시켜 출력하는 증폭 매체와, 입력된 광신호를 파장분할결합 방식으로 결합시키는 광결합기와, 그 광결합기에 연결되며, 상기 증폭 매체에 밀도 반전을 일으키기 위한 펌프와, 광신호가 출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 제2 광아이솔레이터를 구비하는 광증폭기에 있어서,

상기 제1 광아이솔레이터와 증폭 매체 사이에는 SBS광 선폭 이하의 선폭을 가진 시험빔을 제공하기 위한 시험빔 제공장치와, 그 시험빔 제공장치로부터 제공된 시험빔과 입력되는 광신호를 일정한 비율로 결합시키기 위한 탭결합기가 설치되고, 상기 광결합기와 제2 광아이솔레이터 사이에는 증폭된 입력신호와 상기 시험빔을 분리 및 결합하기 위한 파장선택 광결합기가 설치되며, 그 파장선택 광결합기와 연결되며 상기 증폭 매체에 의해 증폭된 시험빔의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 SBS광을 방출하여 증폭 매체에 피드백시켜 증폭 매체를 포화시킴으로써 증폭 매체의 출력을 제한하기 위한 비선형 광물질이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 증폭이득 고정형 광증폭기.
제 1항에 있어서,

상기 비선형 광물질은 3차 비선형성을 가지는 것을 특징으로 하는 증폭이득 고정형 광증폭기.