KR19990043111A - 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기에 관한 것으로서, 채널 수의 변화 및 광섬유 선로의 구간 손실의 변화에 관계없이 일정한 채널당 출력 광파워를 제공하기 위하여, 광 신호 전송을 위한 신호 채널 및 증폭 성능 감시를 위한 감시 채널을 구비하는 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기에 있어서, 상기 신호 채널의 입력 광파워의 빠른 속도로 일부를 탭하여 탭한 상기 신호 채널의 광파워의 변화에 따라 펌프 광파워를 조절하기 위한 이득 조절부와, 역다중된 상기 감시 채널의 광파워의 변화에 따라 출력 광파워의 광감쇠량을 조절하기 위한 출력 광파워 조절부를 포함하여 이루어진다.

Description

파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기

본 발명은 광통신 분야에 관한 것으로, 특히 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기에 관한 것이다.

일반적으로, 광전송망은 파장 분할 다중 방식을 이용하여 광신호의 전송 속도를 높이고, 광분배 장치 또는 광분기/결합 장치로 구성되는 광노드를 이용하여 광신호의 처리 용량을 늘리고, 광섬유 증폭기를 이용하여 광신호를 장거리 전송한다. 이때, 광섬유 증폭기는 광신호가 광섬유 선로나 광소자를 지나면서 겪은 손실을 보상하는 이득을 가져야 하며, 넓은 파장 대역에서 평탄한 이득 특성을 가져야 한다.

광섬유 증폭기는 광섬유 선로를 지나오면서 미약해진 광신호를 증폭하는 광소자로서 단일 채널 전송 시스템을 위한 종래의 광섬유 증폭기는 입력 광파워의 변화에 관계없이 일정한 출력 광파워를 얻기 위해 출력 광파워의 일부를 탭하고, 이 탭한 광출력이 원하는 레벨에 이르도록 펌프 광파워를 피드백(feedback)하여 조절한다. 또한, 광섬유 증폭기의 성능 감시를 위하여 신호 채널과 함께 입력되는 감시 채널을 광섬유 증폭기 앞에서 분기하여 전기 신호 처리한 후 광섬유 증폭기 뒤에서 신호 채널과 결합하여 광섬유 선로에 보낸다.

도 1은 단일 채널 전송 시스템을 위한 광섬유 증폭기의 구성을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 종래의 단일 채널 전송 시스템을 위한 광섬유 증폭기는 이득 매질인 에르븀 첨가 광섬유(1), 레이저 효과를 막기 위한 두 개의 광아이솔레이터(2), 펌프 광원을 에르븀 첨가 광섬유에 입사시키기 위한 파장 선택 결합기(3), 신호 채널의 출력 광파워의 일부를 탭하기 위한 광섬유 결합기(4), 감시 채널을 분기하기 위한 파장 선택 결합기(5), 감시 채널을 결합하기 위한 파장 선택 결합기(6), 신호 채널의 출력 변화에 따라 펌프 광파워를 조절하기 위한 펌프 조절 회로(7), 감시 채널을 받아 전기적으로 처리한 후 다시 새로운 감시 채널을 발생시키는 감시 채널 처리 회로(8)로 구성된다.

한편, 여러 개의 채널을 동시에 묶어서 전송하는 파장 분할 다중 방식에서 이용되는 광섬유 증폭기는 모든 채널이 평탄한 이득을 가져야 한다. 그렇지 않을 경우, 한 개의 광섬유 증폭기에 의해 발생하는 채널간의 이득 차이가 여러 개의 광섬유 증폭기를 지나면서 누적되어 비선형 현상 발생, 광신호대 잡음비 저하, 수신단의 동적 영역 이탈 등을 초래하므로 이득 평탄화된 광섬유 증폭기가 필수적이다.

이득 평탄화된 광섬유 증폭기로 구성된 파장 분할 다중 전송망에서 망을 재구성하거나 광노드에 연결된 광선로에 단락이 발생하면 광노드를 지난 후에 채널의 수가 변할 수 있고, 광노드간을 연결하는 광섬유 선로가 외부 영향을 받아 손실이 변할 수 있다. 이와 같이 채널 수가 변하거나 광선로의 구간 손실이 변하면 광섬유 증폭기의 동작 특성이 다음과 같이 변한다.

먼저, 채널의 수가 감소하거나 광선로의 구간 손실이 커지면 광섬유 증폭기에 입력되는 신호 광파워가 낮아진다. 이 경우, 에르븀(Er) 이온의 밀도 반전율의 증가로 채널의 평균 이득이 커지고, 단파장 채널의 이득 증가가 장파장 채널보다 커져 채널간의 이득 차이가 발생한다.

반대로, 채널의 수가 증가하거나 광선로의 구간 손실이 작아지면 광섬유 증폭기에 입력되는 신호 광파워의 크기가 커진다. 이 경우 에르븀 이온의 밀도 반전율의 감소로 채널의 평균 이득이 작아지고, 단파장 채널에서의 이득 감소가 장파장 채널보다 커져 채널간 이득 차이가 발생한다.

이와 같이 채널 수의 변화나 광섬유 구간 손실의 변화에 의해 한 개의 광섬유 증폭기를 지난 후의 채널당 출력 광파워는 변하고, 여러 개의 광섬유 증폭기를 지나면서 누적되어 전송 광섬유 선로 내에서 비선형 현상을 일으키거나 광신호대 잡음비를 저하시켜 수신단에서 파워 페널티를 유발시키는 문제점이 있었다.

도 2는 파장 분할 다중 전송망의 구성을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 파장 분할 다중 전송망은 광분배 장치나 광분기결합 장치로 구성된 여러 개의 광노드(9)로 구성되고, 각 광노드간은 광신호를 전송하기 위한 광섬유 선로(10)와 광섬유 선로의 손실을 보상하기 위한 광섬유 증폭기(11)로 연결되고, 이때 광노드간의 거리가 멀수록 이용되는 광섬유 증폭기의 수가 많아진다.

각 광노드는 여러 개의 다른 광노드에서 전송되어 오는 파장 분할 다중된 광신호를 받아 재구성한 후, 또 다른 여러 개의 광노드에 전송한다.

그러나, 앞서 설명한 바와 같이 파장 분할 다중 전송망에서는 광노드를 재구성하거나, 임의의 선로가 단락 되거나, 선로에 장애가 발생할 경우 광노드의 출력 광신호의 채널 수가 변할 수 있고, 광섬유 증폭기간에 연결된 구간 손실이 외부 영향으로 변할 수 있다.

본 발명은 파장 분할 다중 전송망에서 광분배 장치나 광분기/결합 장치로 구성되는 임의의 광노드를 지난 후에 발생할 수 있는 채널 수의 변화나 광섬유 증폭기 사이에 연결된 광섬유의 구간 손실 변화에 관계없이 생존 채널의 채널당 출력 광파워를 항상 일정하게 유지하는 광섬유 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 단일 채널 전송을 위한 광섬유 증폭기의 구성도.

도 2는 파장 분할 다중 전송망을 구성하는 임의의 두 광노드의 연결 구조도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기의 구성도.

도 4a는 채널 수가 8개일 때의 종래의 광섬유 증폭기의 출력 스펙트럼.

도 4b는 채널의 수가 1개로 변했을 때의 종래의 광섬유 증폭기의 출력 스펙트럼.

도 4c는 채널의 수가 1개로 변했을 때의 종래의 광섬유 증폭기의 생존 채널의 과도 응답 특성도.

도 5a는 채널 수가 8개일 때의 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 증폭기의 출력 스펙트럼.

도 5b는 채널의 수가 1개로 변했을 경우의 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 증폭기의 출력 스펙트럼.

도 5c는 채널의 수가 1개로 변했을 경우의 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 증폭기의 생존 채널의 과도 응답 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 에르븀(Er) 첨가 광섬유

2 : 광아이솔레이터

3 : 펌프 광원을 신호 광원과 결합하기 위한 파장 선택 결합기

4 : 출력 광파워의 탭을 위한 광섬유 결합기

5 : 감시 채널을 분기하기 위한 파장 선택 결합기

6 : 감시 채널을 결합하기 위한 파장 선택 결합기

7 : 출력 광파워의 변화에 따라 조절되는 펌프 조절 회로

8 : 감시 채널 처리 회로

9 : 광노드

10 : 광섬유 선로

11 : 광섬유 증폭기

12 : 입력 광파워의 탭을 위한 광섬유 결합기

13 : 광감쇠기

14 : 입력 광파워의 변화에 따라 조절되는 펌프 조절 회로

15 : 광감쇠기 조절 회로

본 발명에서 제공하고자 하는 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기는, 광 신호 전송을 위한 신호 채널 및 증폭 성능 감시를 위한 감시 채널을 구비하는 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기에 있어서, 상기 신호 채널의 입력 광파워의 일부를 탭하여 탭한 상기 신호 채널의 광파워의 변화에 따라 펌프 광파워를 조절하기 위한 이득 조절부와, 역다중된 상기 감시 채널의 광파워의 변화에 따라 출력 광파워의 광감쇠량을 조절하기 위한 출력 광파워 조절부를 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

첨부된 도면 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기의 구성을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기는 도 1에 도시된 통상적인 단일 채널 전송을 위한 광섬유 증폭기의 구성에서, 출력 광파워의 탭을 위한 파장 선택 결합기(4) 및 출력 광파워의 변화에 따라 조절되는 펌프 조절 회로(7)가 제거되고, 신호 채널의 출력 대신 입력의 일부를 탭하기 위한 광섬유 결합기(12), 구동되는 전압의 크기에 따라 감쇠량이 조절되는 전압 조절 광감쇠기(13), 신호 채널의 출력 대신 입력 변화에 따라 펌프 광파워를 빠른 속도로 조절하기 위한 펌프 조절 회로(14), 감시 채널의 변화에 따라 광감쇠기를 조절하는 광감쇠기 조절 회로(15)가 추가된 구성을 가진다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 증폭기가 파장 분할 다중 전송망에 이용될 때의 동작은 다음과 같다.

먼저, 전송되어온 감시 채널이 감시 채널용 파장 선택 결합기(5)에 의해 분기되어 감시 채널 조절 회로(8)에 입력되고, 신호 채널의 입력 광파워의 일부가 광섬유 결합기(12)에 의해 탭되어 펌프 조절 회로(14)에 입력된다.

상기와 같은 광섬유 증폭기로 구성된 전송망에서 광섬유 선로(10)의 구간 손실이 변하면 분기된 감시 채널의 광파워와 탭한 입력 신호의 광파워가 동시에 변하고, 채널의 수가 변하면 분기된 감시 채널의 광파워는 변하지 않고 탭한 입력 신호의 광파워만 변한다. 이와 같이 광섬유 선로의 구간 손실이 변하거나 채널의 수가 바뀌면 광섬유 증폭기의 입력 광파워가 변하게 된다.

광섬유 증폭기의 평탄 이득값(dB 단위)은 에르븀 첨가 광섬유의 길이에 비례하고, 평탄 이득 조건에서 펌프 광파워와 신호 광파워간에는 선형 관계가 존재한다.

따라서, 이득 평탄화된 광섬유 증폭기를 증폭기를 구성하고, 탭하여 검출한 입력 신호 광파워의 크기에 따라 펌프 광파워의 크기를 조절함으로써 입력 광파워의 크기에 관계없이 항상 일정한 평탄 이득 특성을 얻을 수 있다.

이와 같이 광섬유 선로의 손실 및 채널 수의 변화에 관계없이 항상 평탄이득이 유지되는 광섬유 증폭기의 경우, 광섬유 구간 손실이 작아져 광섬유 증폭기에 입력되는 신호 광파워의 크기가 증가하면 출력되는 신호 광파워도 증가하고, 이러한 광파워의 크기가 여러 개의 광섬유 증폭기를 지나면서 누적되면 전송 광섬유 내에서의 비선형 현상의 발생에 의한 파워 페널티가 유발된다.

반대로, 광섬유 구간 손실이 커지면 광섬유 증폭기의 입력 광파워가 작아지므로 출력 광파워의 크기가 작아지고, 여러 개의 광섬유 증폭기를 지나면서 누적되어 광신호대 잡음비의 감소에 의한 파워 페널티가 발생한다.

따라서, 감시 채널의 광파워에 대한 기준값을 설정하고 광파워의 변화량을 측정하여 광섬유 증폭기의 출력단에 제공되는 전압 조절 가능한 광감쇠기(13)를 조절함으로써 채널당 출력 광파워를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 즉, 광섬유 구간 손실이 감소하면 광섬유 증폭기에 입력되는 신호 채널의 광파워의 크기가 증가할 뿐만 아니라 기준값에 비교한 감시 채널의 광파워의 크기도 구간 손실이 감소한 만큼 증가하기 때문에, 광감쇠기의 감쇠량을 검출된 감시 광파워의 증가량에 비례하여 높임으로써 채널당 출력 광파워의 크기를 일정하게 유지할 수 있다.

반대로, 기준값에 비해 감시 채널의 광파워의 크기가 감소하면 광감쇠기의 감쇠량을 검출된 감시 광파워의 감소량에 비례하여 낮춤으로써 채널당 출력 광파워의 크기를 일정하게 유지할 수 있다.

이와 같이 조절되는 광섬유 증폭기로 구성된 전송망에서 광섬유 증폭기를 지난 후의 각 채널의 출력 광파워는 전송망의 광노드간을 연결하는 모든 광섬유 증폭기에서 광섬유 선로의 손실 변화에 관계없이 일정하게 유지되므로 파장 분할 다중 전송망에서의 비선형 현상의 발생, 광신호대 잡음비의 저하, 채널간 광파워 차이 증가 등에 의한 파워 페널티를 막아 생존 채널에 대해 연속적인 광전송 서비스의 제공이 가능하다.

입력 신호 광원으로 이용되는 채널의 수가 변하는 파장 분할 다중 전송망에 발생되는 채널 수의 변화에 의한 모든 채널의 영향을 살펴보면 다음과 같다.

첨부된 도면 도 4a는 채널 수가 8개일 때의 종래의 광섬유 증폭기의 출력 스펙트럼을 도시한 것이고, 도 4b는 채널의 수가 1개로 변했을 때의 종래의 광섬유 증폭기의 출력 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 4c는 채널의 수가 1개로 변했을 때의 종래의 광섬유 증폭기에서 발생되는 생존 채널의 과도 응답 특성을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 종래의 광섬유 증폭기로 전송망을 구성할 경우에는 채널 수의 변화에 따라 평탄 이득 특성이 사라지고, 채널당 출력 광파워도 빠른 속도로 변하여 생존 채널에 대해 연속적인 서비스 제공이 불가능해진다.

한편, 첨부된 도면 도 5a는 채널 수가 8개일 때의 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 증폭기의 출력 스펙트럼을 도시한 것이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따라 펌프 조절 회로(14)를 입력 광파워의 변화에 따라 마이크로초(μsec) 이하로 동작시켰을 때, 채널의 수가 1개로 변했을 경우의 광섬유 증폭기의 출력 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따라 펌프 조절 회로를 입력 광파워의 변화에 따라 마이크로초 이하로 동작시켰을 때, 채널의 수가 1개로 변했을 경우의 광섬유 증폭기의 생존 채널의 과도 응답 특성을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명에서 제안하는 광섬유 증폭기로 전송망을 구성할 경우에는 채널 수의 변화에 관계없이 평탄 이득이 유지되고, 채널당 출력 광파워도 일정함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 광섬유 증폭기를 파장 분할 다중 전송망에 사용하면 망의 재구성, 임의의 선로 단락 또는 선로 장애에 의한 채널 수의 변화나 광섬유 구간 손실의 변화에 관계없이 광섬유 증폭기의 출력 광파워가 일정한 값을 유지함으로 생존 채널에 대해 파워 페널티 없이 연속적인 서비스 제공이 가능하다.

Claims (3)

1. 광신호 전송을 위한 신호 채널 및 증폭 성능 감시를 위한 감시 채널을 구비하는 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기에 있어서,

   상기 신호 채널의 입력 광파워의 일부를 탭하여 탭한 상기 신호 채널의 광파워의 변화에 따라 펌프 광파워를 조절하기 위한 이득 조절부와,

   역다중된 상기 감시 채널의 광파워의 변화에 따라 출력 광파워의 광감쇠량을 조절하기 위한 출력 광파워 조절부를 포함하여 이루어진 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이득 조절부는

   상기 신호 채널의 입력 광파워의 일부를 탭하기 위한 광섬유 결합기;

   상기 탭한 입력 광파워에 응답하여 상기 펌프 광파워를 조절하기 위한 펌프 조절 회로; 및

   상기 펌프 광원을 상기 신호 채널에 결합하기 위한 파장 선택 결합기를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 출력 광파워 조절부는

   상기 감시 채널의 광파워에 응답하여 광감쇠기를 조절하는 광감쇠기 조절 회로와,

   상기 광감쇠기 조절 회로에 제어 받아 전압 조절이 가능한 상기 광감쇠기를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중 전송망을 위한 광섬유 증폭기.