KR19990069330A - 채널당 출력파워가 일정한 광증폭기 및 이를위한 방법 - Google Patents

채널당 출력파워가 일정한 광증폭기 및 이를위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 채널당 출력파워가 일정한 광증폭기 및 이를 위한 방법에 관한 것으로, 광전송시스템에 있어서, 데이터채널 광신호와 상기 광전송시스템을 감시하기 위한 감시채널 광신호가 결합되어 입력될 때, 감시채널 광신호를 분리하여 전기신호로 변환하고, 변환된 신호로부터 데이터 채널 수에 대한 정보를 추출하며, 소정의 증폭정보를 변환된 신호에 더하여 출력하는 채널감시부; 소정의 구동원에 의해 데이터채널 광신호를 증폭하는 증폭부; 증폭된 데이터채널 광신호의 각 채널당 출력파워가 일정하도록하기 위해, 구동원의 입력을 조절하여 증폭된 데이터채널 광신호의 출력파워 측정값과 채널 수에 따라 사용자에 의해 선택된 목표 출력파워값의 차를 소정의 범위내에서 동일하게하며, 증폭부의 증폭정보를 채널감시부로 출력하는 증폭 제어부; 및 채널감시부의 출력신호를 광신호로 변환하여 증폭된 데이터채널 광신호와 결합하여 전송하는 파장결합부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 감시채널로부터 받은 입력 광신호의 채널 수에 대한 정보와 사용자에 의해 선택된 채널당 출력 파워로부터 데이터화된 목표값과 실제로 증폭되어 측정된 값이 같아지도록 그 증폭도를 조절하므로써 채널당 출력파워를 일정하게 할 수 있다.

Description

채널당 출력 파워가 일정한 광증폭기 및 이를 위한 방법
본 발명은 채널당 출력 파워가 일정한 광증폭기 및 이를 위한 방법에 관한 것으로, 특히 파장분할다중화 시스템의 광증폭기에서 채널당 출력 파워가 일정한 광증폭기 및 이를 위한 방법에 관한 것이다.
90년대 들어서 광 증폭기중의 하나인 광섬유증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, 이하 EDFA라 약함)가 개발됨에 따라 광전송분야의 획기적인 발전을 이루게 되었다. 또한, 단일 채널 뿐 만 아니라 4~16개 채널을 동시에 전송할 수 있는 파장분할다중화시스템(Wavelength-Division Multiplexed System, 이하 WDM이라 약함)이 개발됨에 따라 이를 위한 파장분할다중화 광섬유증폭기(WDM-EDFA)도 요구되어 개발되었다.
WDM 전송방식에 사용되는 이득평탄화 광증폭기는 채널 수의 변화나 입력신호 세기의 변화에 따라 증폭정도가 달라진다. 이와같은 신호증폭의 변화는 파장에 따른 이득평탄을 악화시키게 되고 시스템에 오류를 발생시키게 되어 장거리 전송에 저해 요소가 된다. 또한, EDFA를 채용한 파장분할다중 전송방식에서 채널 수에 따른 채널당 출력파워를 제어하는 것이 중요하다. 왜냐하면, 망의 재구성(reconfiguration) 또는 결함에 의해 채널 수가 변화되면 EDFA의 출력에서 파워 천이(power transition)가 일어나기 때문이다. 즉, WDM-EDFA는 단일 채널과 달리 복수 개의 채널을 동시에 균일하게 증폭해야 하므로 증폭이득이 각 파장별로 균일하게 유지되어야 하며, 채널변화(추가/누락, add/drop)에 따른 증폭이득의 변화가 거의 없도록 그 증폭도가 조절되어야한다.
이러한 문제점을 해결하기위해 증폭기의 출력신호의 세기를 일정하게 하는 방법으로, 도 1과 같은 EDFA가 있다. 도 1에 따른 EDFA는 증폭부(10), 제1결합기(12), 제2결합기(14), 파장감시부(16) 및 이득조절부(18)로 이루어지며, 제1결합기(12)를 통해 증폭부(10)의 출력신호중 일부를 입력받아 증폭된 신호가 감시되고, 감시 결과에 따라 증폭부(10)의 이득이 조정된다. 파장 감시부(16)는 에이오티에프(AOTF, Acoustic Optic Tunable Filter), 포토 다이오드(Photo Diode, 이하 PD라 약함) 및 파장 카운터로 구성되어 있으며, 증폭부에서 증폭되는 광신호의 채널 수를 카운트한다. 이득조절부(18)는 PD 및 이득 평탄화기를 통해 증폭부의 증폭도를 조절하여 출력신호의 세기를 조절한다.
그러나, 이러한 종래의 방법은 매우 복잡하고, 부피가 커질 뿐 만 아니라 부가적으로 사용되는 광소자가 많아 실제 시스템에는 사용하기가 어려우며, 채널 수가 변화할 때만 채널당 출력세기를 일정하게 유지할 수 있다. 또한, EDFA의 출력단에서 증폭된 광신호를 직접 분리하므로 EDFA의 출력에 직접적인 영향을 주게된다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 마이크로프로세서를 통해 입력되는 광신호의 채널 수를 점검하고, 점검된 채널 수에 따라 EDFA의 증폭도를 조절하는 채널당 출력파워가 일정한 광증폭기를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 입력되는 광신호의 채널 수에 따른 목표 출력값을 정하고, 실제 증폭된 결과값과의 차에 따라 광증폭기의 이득을 조절하는 광증폭기의 채널당 출력파워를 일정하게하는 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 광증폭기에 대한 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 채널당 출력파워가 일정한 광증폭기에 대한 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광증폭기의 채널당 출력파워를 일정하게하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 광증폭기에 2채널의 광신호가 입사될 때의 채널당 출력결과를 보인 것이다.
도 5는 본 발명의 광증폭기에 4채널의 광신호가 입사될 때의 채널당 출력결과를 보인 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명은 광전송시스템에 있어서, 데이터채널 광신호와 상기 광전송시스템을 감시하기 위한 감시채널 광신호가 결합되어 입력될 때, 상기 감시채널 광신호를 분리하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 신호로부터 상기 데이터 채널 수에 대한 정보를 추출하며, 소정의 증폭정보를 상기 변환된 신호에 더하여 출력하는 채널감시부; 소정의 구동원에 의해 상기 데이터채널 광신호를 증폭하는 증폭부; 상기 증폭된 데이터채널 광신호의 각 채널당 출력파워가 일정하도록하기 위해, 상기 구동원의 입력을 조절하여 상기 증폭된 데이터채널 광신호의 출력파워 측정값과 상기 채널 수에 따라 사용자에 의해 선택된 목표 출력파워값의 차를 소정의 범위내에서 동일하게하며, 상기 증폭부의 증폭정보를 상기 채널감시부로 출력하는 증폭 제어부; 및 상기 채널감시부의 출력신호를 광신호로 변환하여 상기 증폭된 데이터채널 광신호와 결합하여 전송하는 파장결합부를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명은 광증폭기의 채널당 파워가 일정하도록 조정된 상태에서, 채널 수를 변화시켜가면서 상기 광증폭기의 출력파워를 측정하고, 채널 수별로 상응하는 상기 측정된 출력파워값을 저장하는 제1단계; 상기 저장된 값중에서 입력 신호광의 채널 수에 해당하는 출력파워값을 목표값으로 설정하고, 상기 입력 신호광이 상기 광증폭기에서 증폭되었을 때, 상기 증폭된 신호광에 대한 출력파워를 측정하는 제2단계; 상기 목표값과 상기 제2단계의 측정값이 다르면, 상기 측정값이 상기 목표값과 소정의 범위에서 같아지도록 상기 광증폭기의 증폭도를 조절하는 제3단계; 및 상기 목표값이 상기 제2단계의 측정값과 소정의 범위내에서 동일하면, 채널 수를 포함한 광증폭기에 대한 정보 및 상기 증폭된 신호광을 결합하여 전송하는 제4단계를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 채널당 출력파워가 일정한 광증폭기에 대한 구조도로서, 도 2에 따른 광증폭기는 채널감시부(200), 제1광결합기(210), 제1PD(211), 제1아이솔레이터(Isolator, 220), 증폭부(230), 증폭 제어부(240), 제2아이솔레이터(250), 제2광결합기(260), 제2PD(261), 외부 제어부(270) 및 파장결합부(280)를 포함한다.
채널감시부(200)는 데이터채널 광신호와 데이터채널을 감시하기 위한 감시채널 광신호가 결합되어 입력될 때, 감시채널 광신호를 분리하고, 감시채널 광신호로부터 채널 수에 대한 정보를 추출하며, 제1파장선택결합기(Wavelength Selective Coupler, 이하 WSC라 약함, 201), 광전변환부(202) 및 시스템제어부(203)를 구비한다. 제1WSC(201)는 입력 광신호로부터 상술한 감시채널 광신호를 분리한다. 광전변환부(202)는 분리된 감시채널 광신호를 전기신호로 변환한다. 시스템제어부(203)는 전기신호로 변환된 감시채널로부터 채널 수에 대한 정보를 추출하며, 현재의 광증폭기에 입력되는 채널 수를 포함한 정보를 출력한다.
증폭부(230)는 소정의 구동원에 의해 데이터채널 광신호를 증폭하며, 제2WSC(231), 어븀첨가광섬유(233, 이하 EDF라 약함), 제3WSC(234) 및 EDF(233)의 증폭 구동원으로서 제1 및 제2펌핑광원(232, 235)를 구비한다. 제2WSC(231)는 제1펌핑광원(232)의 펌핑광과 데이터채널 광신호를 결합하며, 제3WSC(234)는 제2펌핑광원(235)의 펌핑광이 EDF(233)에 도달하도록 펌핑광을 EDF(233)에 결합한다.
파장결합부(280)는 증폭부(230)에서 증폭된 데이터채널 광신호와 시스템 제어부(203)에서 합해지는 시스템 감시채널과 현재 증폭부의 감시채널 전기신호를 광신호로 변환하고, 재결합하여 다음 단으로 전송하며, 제4WSC(281) 및 전광변환부(282)를 구비한다. 전광변환부(282)는 합해진 시스템 감시채널과 현재 증폭부의 감시채널 전기신호를 광신호로 변환한다. 제4WSC(281)는 증폭된 데이터채널 광신호와 전광변환부(282)에서 변환된 감시채널을 결합한다.
각 동작은 다음과 같다. 채널감시부(200)는 제1WSC(201)를 통해 감시채널 파장을 분리하여 광전변환부(202)를 통해 전기신호로 변환한다. 시스템 제어부(203)는 전기신호로 변환된 감시채널로부터 채널 수에 대한 정보를 추출하며, 현재의 증폭부의 입력 채널 수를 포함한 정보를 출력한다.
제1광결합기(210)는 제1WSC(201)를 통과한 입력 광신호의 데이터채널을 약 1%정도 분리하고, 제1PD(211)는 분리된 데이터채널의 광신호 입력파워를 증폭제어부(240)로 출력한다. 제2광결합기(260)는 증폭되어 제2아이솔레이터(250)를 통과한 데이터채널을 1%정도 분리하고, 제2PD(261)는 분리된 데이터채널의 광신호 출력파워를 증폭 제어부(240)로 출력한다.
증폭 제어부(240)는 제1PD(211)로부터 들어온 파워로부터 증폭부(230)에 입력되는 데이터채널 신호파워를 점검하여 데이터 채널의 유무를 판단하고, 제2PD(261)로부터 들어온 파워로부터 증폭부(230)에서 증폭된 신호의 파워를 점검한다. 점검 결과에 따라 증폭부의 증폭도를 조절한다. 또한 증폭 제어부(240)는 시스템 제어부(203)에 채널 수를 포함한 현재 증폭부(130)의 상태를 알린다.
외부 제어부(270)는 증폭 제어부(240)와 RS-232C 케이블을 통해 연결되어 있고, 외부에서 사용자가 증폭부의 상태를 점검할 수 있고, 증폭부의 변수를 조절하여 그 증폭특성을 조절할 수 있도록 한다.
증폭부(230)는 증폭 제어부(240)를 통해 제어되는 제1 및 제2펌핑광원(232, 235)의 펌핑정도에 따라 그 증폭도가 조절되어 입사되는 데이터채널을 증폭한다.
증폭은 다음과 같이 이루어진다. 제1펌핑광원(232) 및 제2펌핑광원(235)에 의해 중심파장이 980nm인 펌핑광이 주입되면, 펌핑광은 어븀(Er)과 같은 희토류 원소가 도핑된 증폭매질인 EDF(233)내의 기저상태에 있는 어븀 이온을 여기시킨다. 여기된 어븀의 유도방출(stimulated emmission)로 인해 데이터채널 광신호가 증폭된다.
제1 및 제2아이솔레이터(220, 250)는 EDF(233)에서 발생한 순방향과 역방향의 자연방출(Amplified Spontaneous Emmission) 및 연결된 광소자에 의해 반사되는 광들을 차단하므로써, 증폭되는 신호의 이득과 잡음지수를 향상시킨다.
파장결합부(280)는 증폭된 데이터채널 광신호와 시스템 제어부(203)에서 합해진 시스템 감시채널과 현재 증폭부의 감시채널 전기신호를 전광변환부(282)를 통해 광신호로 변환하고, 제4WSC(281)을 통해 재결합하여 다음 단으로 전송한다.
도 3은 본 발명에 따른 광증폭기의 채널당 출력파워를 일정하게하는 방법에 대한 흐름도이다. 도 3에 따른 흐름도를 참조하여 본 발명의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 증폭부(230)의 채널당 출력이 일정하도록 조정된 후, EDF(233)가 증폭할 수 있는 최대 채널 수부터 최소 채널 수까지 채널 수를 변화시켜서 각각의 입력 채널 수에 따라 제2PD(261)의 출력값이 측정되고, 각 채널 수와 그 채널 수에 따른 제2PD(261)의 출력값이 데이터화되어 증폭 제어부(240)에 저장된다(300단계). 또는 채널당 출력을 여러가지로 정하여 각각의 정해진 출력에서 채널 수를 변화시키며 제2PD(261)의 출력값이 데이터화되어 증폭 제어부(240)에 저장되고, RS-232C 케이블로 연결된 외부 제어부(270)를 통해 증폭 제어부(240)에 저장된 값으로부터 채널당 정해진 출력값이 선택된다.
입력된 광신호로부터 제1WSC(201)를 통해 분리된 감시채널 광신호는 광전변환부(202)를 통해 전기신호로 변환되어 시스템 제어부(203)에 저장되며 특히 이 정보중 채널 수에 관한 정보는 증폭 제어부(240)에 전달된다. 증폭 제어부(240)에서는 입력된 신호의 채널 수 및 상술한 300단계에서 사용자에 의해 선택된 채널당 출력값에 따라 제2PD(261)에서 출력되어야 하는 목표값이 정해진다(302단계). 증폭 제어부(240)에서는 증폭부(230)를 통해 증폭되고 제2PD(261)를 통해 데이터채널의 출력파워를 측정한다(304단계). 증폭 제어부(240)는 302단계의 목표값과 304단계의 측정값을 비교하여(306단계), 두 값이 소정의 범위내에서 동일하다면 현재 증폭부(230)에 대한 정보, 예를 들어 채널 수, 펌핑광원의 구동전류값 등을 시스템 제어부(203) 및 외부 제어부(270)로 전달한다. 시스템 제어부(203)는 전달된 현재 증폭부(230)에 대한 정보를 전광변환부(282)에 전달한다. 전광변환부(282)에서 광신호로 변환된 감시채널 광신호는 제4WSC(281)를 통해 증폭된 데이터채널 광신호와 결합되어 다음단으로 전송된다(310단계).
302단계의 목표값과 304단계의 측정값이 소정의 범위내에서 동일하지않다면, 증폭 제어부(240)는 상술한 목표값과 측정값의 차에 따라 제1 및 제2펌핑광원(232, 235)에 입력되는 전류값을 변화시키고 제2PD(261)의 출력값을 측정하여 상술한 목표값과 같아지도록 한다(308단계). 만일 다른 값의 채널당 출력이 선택되거나 채널 수가 변경되면, 새로운 기준의 제2PD(261) 출력값이 상술한 310단계에서 만들어진 데이터로부터 주어지고 상술한 방법으로 선택된 채널당 출력이 유지되게 된다. 즉, 상술한 바와 같이 채널당 출력이 선택되면 채널당 입력 신호의 세기나 채널 수가 변하여도 증폭 제어부(240)에 의해 그 증폭도가 조절되어 채널당 출력이 일정하게 유지된다. 특히, 채널의 추가/누락에 따라 채널 수가 변화되었을 때, 각 채널 파워의 과도 오버슈트(transient overshoot)가 억압되어 그 출력이 일정하게 유지된다.
도 4는 본 발명의 광증폭기에 각각 1542nm, 1560nm 파장을 갖는 2채널의 광신호가 입사될 때의 채널당 출력결과를 보인 것이다. 도 4(a)는 채널당 입력파워가 -15dBm이고, 도 4(b)는 채널당 입력파워가 -20dBm인 경우로 각각 입력의 세기에 관계없이 +5dBm의 일정한 출력을 보인다. 점선은 입력파형이고 실선은 출력파형이다.
도 5는 본 발명의 광증폭기에 각각 1542nm, 1548nm, 1554nm 및 1560nm 파장을 갖는 4채널의 광신호가 입사될 때의 채널당 출력결과를 보인 것이다. 도 5(a)는 채널당 입력파워가 -15dBm이고, 도 5(b)는 채널당 입력파워가 -20dBm인 경우로 각각 입력의 세기에 관계없이 +5dBm의 일정한 출력을 보인다. 입력파형이고 실선은 출력파형이다.
본 발명에 의하면, 감시채널로부터 받은 입력 광신호의 채널 수에 대한 정보와 사용자에 의해 선택된 채널당 출력 파워로부터 데이터화된 목표값과 실제로 증폭되어 측정된 값이 같아지도록 그 증폭도를 조절하므로써 채널당 출력파워를 일정하게 할 수 있다. 특히, 입력신호의 세기나 채널 수가 변하여도 채널당 출력을 일정하게 유지할 수 있으므로 채널의 추가/누락 시스템에 사용가능하다.
또한, 부가적으로 필요한 광소자가 많지 않으며, 그 구조도 단순하므로 실제 광통신 시스템에 적용하기가 용이하다.
또한, 여러가지 채널당 출력파워를 데이터화하여 사용자가 채널당 출력파워를 선택할 수 있으므로, 전송시스템의 구조에 따라 다르게 요구되는 채널당 출력 파워를 선택할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광전송시스템에 있어서, 데이터채널 광신호와 상기 광전송시스템을 감시하기 위한 감시채널 광신호가 결합되어 입력될 때,
    상기 감시채널 광신호를 분리하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 신호로부터 상기 데이터 채널 수에 대한 정보를 추출하며, 소정의 증폭정보를 상기 변환된 신호에 더하여 출력하는 채널감시부;
    소정의 구동원에 의해 상기 데이터채널 광신호를 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭된 데이터채널 광신호의 각 채널당 출력파워가 일정하도록하기 위해, 상기 구동원의 입력을 조절하여 상기 증폭된 데이터채널 광신호의 출력파워 측정값과 상기 채널 수에 따라 사용자에 의해 선택된 목표 출력파워값을 소정의 범위내에서 동일하게하며, 상기 증폭부의 증폭정보를 상기 채널감시부로 출력하는 증폭 제어부; 및
    상기 채널감시부의 출력신호를 광신호로 변환하여 상기 증폭된 데이터채널 광신호와 결합하여 전송하는 파장결합부를 포함함을 특징으로하는 채널당 출력 파워가 일정한 광증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 채널 감시부는
    상기 감시채널 광신호를 분리하는 파장선택결합기;
    상기 분리된 감시채널 광신호를 전기신호로 변환하는 광전변환부; 및
    상기 전기신호로부터 상기 채널 수에 대한 정보를 얻어서 상기 증폭 제어부에 전달하는 시스템 제어부를 구비함을 특징으로하는 채널당 출력파워가 일정한 광증폭기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 증폭부는
    상기 증폭 제어부에 의해 입력값이 조절되는 구동원;
    상기 구동원의 출력 광과 상기 데이터채널 광신호를 결합하는 파장선택결합기; 및
    상기 파장선택결합기를 통과한 상기 구동원의 출력 광신호에 의해 증폭도가 조절되어 상기 데이터채널 광신호가 증폭되는 어븀첨가 광섬유를 구비함을 특징으로하는 채널당 출력파워가 일정한 광증폭기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 증폭부와 상기 채널감시부 사이에 위치하며, 상기 증폭부의 역방향 자연방출이 상기 채널감시부에 의해 반사되어 상기 증폭부로 유입됨을 방지하는 제1아이솔레이터; 및
    상기 증폭부와 상기 파장결합부 사이에 위치하며, 상기 증폭부의 순방향 자연방출이 상기 파장결합부에 의해 반사되어 상기 증폭부로 유입됨을 방지하는 제2아이솔레이터를 더 구비함을 특징으로하는 채널당 파워가 일정한 광증폭기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 증폭제어부는
    사용자가 외부에서 상기 목표 출력파워값을 선택할 수 있도록 직렬 케이블로 연결된 외부 제어부를 더 구비함을 특징으로하는 채널당 파워가 일정한 광증폭기.
  6. 광증폭기의 채널당 파워가 일정하도록 조정된 상태에서, 채널 수를 변화시켜가면서 상기 광증폭기의 출력파워를 측정하고, 채널 수별로 상응하는 상기 측정된 출력파워값을 저장하는 제1단계;
    상기 저장된 값중에서 입력 신호광의 채널 수에 해당하는 출력파워값을 목표값으로 설정하고, 상기 입력 신호광이 상기 광증폭기에서 증폭되었을 때, 상기 증폭된 신호광에 대한 출력파워를 측정하는 제2단계;
    상기 목표값과 상기 제2단계의 측정값이 다르면, 상기 측정값이 상기 목표값과 소정의 범위에서 같아지도록 상기 광증폭기의 증폭도를 조절하는 제3단계; 및
    상기 목표값이 상기 제2단계의 측정값과 소정의 범위내에서 동일하면, 상기 채널 수를 포함한 광증폭기에 대한 정보 및 상기 증폭된 신호광을 결합하여 전송하는 제4단계를 포함함을 특징으로하는 광증폭기의 채널당 출력 파워를 일정하게하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1단계는
    상기 제1단계를 반복해서 수행하되, 상기 광증폭기의 채널당 일정하게 유지되는 파워를 달리하면서 수행함을 특징으로하는 광증폭기의 채널당 출력 파워를 일정하게하는 방법.
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