KR19990080245A

KR19990080245A - 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기

Info

Publication number: KR19990080245A
Application number: KR1019980013333A
Authority: KR
Inventors: 이승희; 김성하
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-11-05

Abstract

본 발명은 증폭매체인 EDF 후방에는 증폭매체로부터 출력되어 입력되는 신호의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 유도 브릴리언 산란(SBS) 광을 방출하여 EDF에 다시 입력시켜 증폭매체를 포화시켜 EDF의 신호 출력을 제한하는 비선형 광물질인 DCF(Dispersion Compensating Fiber)를 구비한 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기는 파장분할방식 네트워크에서 n개의 채널인 입력신호가 파장의 첨가/제거, 또는 다른 파장으로의 변화에 따라 n-k개의 채널인 입력신호로 증폭매체에 입사될 경우 채널의 개수가 변화하더라도 밀도반전 레벨의 변화없이 증폭 매체를 포화시켜, 입력 신호 채널 개수에 관계없이 일정한 증폭 이득을 갖게 하는 전채널 광 증폭 이득이 고정된 광증폭기의 구현이 가능하게 된다.

Description

분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기

본 발명은 증폭 매체로 EDF(erbium doped fiber)를 사용하는 이득 클램프 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 상세하게는 증폭매체인 EDF 후방에는 증폭매체로부터 출력되어 입력되는 신호의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 유도 브릴리언 산란(SBS) 광을 방출하여 EDF에 다시 입력시켜 증폭매체를 포화시켜 EDF의 신호 출력을 제한하는 비선형 광물질인 DCF(Dispersion Compensating Fiber)를 구비한 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기에 관한 것이다.

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

도 1은 종래의 어븀 도핑 광섬유 증폭기의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이, 종래의 어븀 도핑 광섬유 증폭기는 입력되는 광신호측으로 되돌아오는 산란을 막기 위한 광아이솔레이터(11)와, 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭매체인 어븀도핑광섬유(EDF)(12)와, 입력되는 광신호를 파장분할방식(Wavelength Divsion Multiplexing)으로 결합시키는 광 결합기(WDM coupler)(13)와, 광결합기(13)에 연결되며 증폭매체인 EDF(12)에 밀도반전을 일으키기 위한 펌프(15)와, 출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 광아이솔레이터(14)로 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 종래의 어븀 도핑 광섬유증폭기에 있어서, n개의 채널인 입력신호 P_in ^sig/channel 또는 n-k개의 채널인 입력신호 P_in1 ^sig/channel가 광아이솔레이터(11)를 거쳐 EDF(12)에 입력되면, EDF(12)는 각 n개의 채널인 입력신호 P_in1 ^sig/channel, n-k개의 채널인 입력신호 P_in1 ^sig/channel를 증폭시켜 광결합기(13)와 광아이솔레이터(14)를 거쳐 P_out1 ^sig/channel, P_out2 ^sig/channel을 각각 출력한다. 이 때, n개의 채널인 출력신호 P_out1 ^sig/channel은 n개의 채널인 입력신호 P_in1 ^sig/channel에 증폭이득 G를 곱한 GP_in1 ^sig/channel로, P_out2 ^sig/channel은 n-k개의 채널인 입력신호 P_in1 ^sig/channel에 증폭이득 G1을 곱한 G1P_in1 ^sig/channel로 각각 표현될 수 있다. 이와 같이, 증폭 이득은 각각 G, G1으로 서로 다른 값을 가진다. 이것은 입력신호의 채널개수의 변화에 따른 총 입력 신호 레벨의 변화에 따라 EDF(12)의 밀도반전(population inversion) 레벨이 변화됨을 의미한다.

이와 같이 종래의 어븀 도핑 광섬유 증폭기는 입력신호의 채널 개수의 변화에 따라 밀도 반전 레벨이 변화되어 각 채널당 신호의 출력이 변화하게 된다. 따라서 시스템의 설계에 어려움이 따른다. 또한, 파장분할방식(WDM) 네트워크에서는 네트워크가 점점 더 복잡해짐에 따라 파장의 첨가/제거, 또는 다른 파장으로의 변환에 따라 증폭기의 입력신호 채널 개수의 변화로 각 채널당 출력 레벨의 변화가 발생된다. 따라서, 입력신호 채널 개수의 변화에 따른 각 채널당 증폭기의 이득을 자동으로 일정하게 고정하는 시스템이 요구되고 있다. 이득을 자동으로 고정하는 방법에는 증폭매체에 요구되는 펌프 레벨을 전기적으로 조절하여 이득을 조절하는 방법과, 이득매체를 레이저의 증폭매체로 이용하는 레이저를 형성하여 증폭이득을 조절하는 방법이 있다. 이러한 기술들은,

[1] H.Okamura, "Automatic Optical-Loss compensation with Er-Doped Fibre Amplifier", Electron Lett., vol.27, no.23, pp.2155-2156,1991

[2] E.Delavaque et al., "Gain Control in Erbium-Doped Fibre Amplifiers by Lasing at 1480nm with Photoinduced Bragg Gratings written on Fibre Ends", Electron Lett., vol.29, no.12, pp.1112-1114,1993

[3] J.F.Massicott et al., "1480nm Pumped Erbium Doped Fibre Amplifier with All optical Automatic Gain Control", Electron Lett., vol.30, no.12, pp.962-964,1994 등에 기재되어 있다.

그런데, 이와 같은 방법들은 펌프 레벨에 따라 증폭매체의 이득 성질을 시스템에 맞게 설정해야 하므로, 특성(잡음특성)이 하향 조정되고, 또한 레이저를 형성할 경우 증폭매체의 이완 발진(relaxation oscillation)에 따른 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 다양한 입력 채널에 인가되는 입력 신호의 개수에 관계없이 설계된 전 채널에 걸쳐 일정한 이득 특성을 나타내는 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 어븀 도핑 광섬유 증폭기의 개략적 구성 및 그 입력 채널 수의 변화에 따른 증폭 특성을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기(Gain-Clamped fiber amplifier),

도 3은 도 2의 이득 클램프 광섬유 증폭기에서 n개의 입력신호채널에 대한 증폭 특성을 설명하기 위한 도면,

도 4는 도 2의 이득 클램프 광섬유 증폭기에서 n-k개의 입력신호채널에 대한 증폭 특성을 설명하기 위한 도면,

그리고 도 5는 도 2의 이득 클램프 광섬유 증폭기의 분산보상광섬유에서 입력 세기에 대한 유도 브릴리언 산란(SBS)의 세기 변화를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 광아이솔레이터 2. EDF

3. 광 결합기 4. DCF

5. 광아이솔레이터 6. 펌프

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기는, 입력되는 광신호로 되돌아오는 산란을 막기 위한 광아이솔레이터(optical Isolator); 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭매체인 EDF(erbium doped fiber); 입력되는 광신호를 파장분할방식으로 결합시키는 광 결합기(WDM coupler); 상기 광결합기에 연결되며 상기 증폭매체인 EDF에 밀도반전을 일으키기 위한 펌프; 출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 광아이솔레이터;를 구비하는 광증폭기에 있어서, 상기 증폭매체인 EDF 후방에는 상기 증폭매체로부터 출력되어 입력되는 신호의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 유도 블릴리언 분산(SBS) 광을 방출하여 상기 EDF에 다시 입력시켜 증폭매체를 포화시킴으로써 상기 EDF의 신호 출력을 제한시키는 비선형 광물질인 DCF(Dispersion Compensating Fiber);를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른면, 파장분할방식(Wavelength Divsion Multiplexing) 네트워크(network)에서 n개의 채널인 입력신호가 파장의 첨가/제거, 또는 다른 파장으로의 변화에 따라 n-k개의 채널인 입력신호로 증폭매체에 입사될 경우 채널의 개수가 변화더라도 밀도 반전 레벨의 변화없이 증폭 매체를 포화시켜, 입력신호 채널개수에 관계없이 일정한 증폭이득을 얻을 수 있는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기의 개략적 구성을 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기는, 입력되는 광신호로 되돌아오는 산란을 막기 위한 광아이솔레이터(1)와, 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭매체인 EDF(2)와, 입력되는 광신호를 파장분할방식으로 결합시키는 광 결합기(3)와, 광결합기(3)에 연결되며 증폭매체인 EDF(2)에 밀도반전을 일으키기 위한 펌프(6)와, 증폭매체인 EDF(2) 후방에는 증폭매체로부터 출력되어 입력되는 신호의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 유도 브릴리언 산란(SBS) 광을 방출하여 EDF(2)에 다시 입력시켜 증폭매체를 포화시킴으로써 EDF(2)의 신호 출력을 제한하는 비선형 광물질인 분산보상광섬유(DCF; Dispersion Compensating Fiber)(4)와, 출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 광아이솔레이터(5)를 구비한다. 특히, 비선형 광물질로 3차비선형성을 가지고, 입력세기에 대한 SBS의 임계값이 다른 광섬유 보다 적은 광섬유인 분산보상광섬유(DCF)가 사용된다.

이와 같은 구성의 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기는 다음과 같이 동작한다.

도 3은 본 발명에 따른 이득 클램프 광섬유 증폭기에서 n개의 입력신호채널에 대한 증폭 특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 n-k개의 입력신호채널에 대한 증폭 특성을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, n개의 채널인 입력신호 P_in1 ^sig/channel가 광아이솔레이터(1)을 거쳐 EDF(2)에 입력되면, EDF(2)은 n개의 채널인 입력신호 P_in1 ^sig/channel의 세기를 증폭시켜 출력한다. 이 때 EDF(2)로부터 출력된 n개의 채널의 신호 P_out1/channel은 P^th _GC의 세기보다 작을 경우, 상기 DCF(4)를 거쳐 최종적으로 n개의 채널인 출력신호 P_out1 ^sig/channel = GP_in1 ^sig/channel가 출력된다. 이 때 증폭이득은 G이다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, n-k개의 채널의 입력신호 P_in1 ^sig/channel가 광아이솔레이터(1)을 거쳐 EDF(2)에 입력되면, EDF(2)은 n-k개의 채널인 입력신호 P_in1 ^sig/channel의 세기를 증폭시켜 출력한다. 이 때, EDF(2)로부터 출력된 n-k개의 채널의 출력 신호 P_out2/channel의 세기가, 도 4에 도시된 바와 같이, P^th _GC의 세기보다 클 경우, 상기 DCF(4)는 유도 브릴리언 산란(SBS)의 특성에 의해 신호의 역방향으로 산란된 P^sig _SBS/channel을 출력한다. 그러면, 그 P^sig _SBS/channel은 다시 EDF(2)로 입력되어 EDF(2)를 포화시키게 된다.

따라서, 상기 DCF(4)를 거쳐 출력되는 최종 출력은 n-k개의 채널인 출력신호 P_out2 ^sig/channel=G1P_in1 ^sig/channel가 된다. 이 때, 증폭 이득은 G1이다. 이 G1은 도 3에 도시된 바와 같이 채널의 수가 n개인 경우의 출력신호 크기 즉 이득 G와 같음을 알 수 있다. 이는 입력신호의 채널수가 변하더라도 DCF의 작용으로 증폭이득이 일정하게 고정(clamp)되는 것을 의미한다.

여기서, 유도 브릴리언 산란(SBS)에 대해 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다. DCF(5)와 같은 3차 비선형 광물질에 강한 세기의 빛이 입사할 때, 광자(photon)와 물질의 음자(phonon)가 상호 작용에 의해 신호의 역방향으로 산란된 스토크(Stokes) 신호를 발생시키게 되는데, 이러한 산란을 유도 브릴리언 산란(SBS)이라고 부르며, 입력되는 광신호의 세기가 증가함에 따라 비례적으로 증대한다. 도 5는 DCF에 인가되는 광세기에 따라 투과된 광세기와 되돌아오는 광세기를 나타낸다. 인가되는 광세기가 증가됨에 따라, 레이라이(Rayleigh) 산란이 일어나다가, 어느 임계점 이상의 인가되는 광세기에 대해 SBS가 발생하여 되돌아오는 세기가 급격히 늘어나며, 이에 따라 투과된 광세기는 포화상태가 된다. 따라서, P^th _GC는 DCF(5)로부터 발생된 SBS가 EDF(3)에 되먹임되어 EDF(3)을 포화시킴으로써 증폭 이득을 고정하고자 하는 값으로 제어하게 하는 임계점을 나타내며, 광섬유 소자에서는 소자의 유효 길이(effective Length)에 비례하고, 유효 면적(effective area)에 반비례하는 특성을 가진다. 또한, 입력신호의 변조 대역폭에 따라 비례하게 된다.

따라서, 입력신호의 선폭 및 변조 대역폭이 SBS 광 선폭 이상일 경우는, SBS광 선폭 이하의 시험 빔(probe beam)을 첨가함으로써, 이 시험 빔(probe beam)을 이용하여 SBS광을 방출함으로써 전채널 광 증폭 이득이 고정된 광증폭기가 구현된다.

이상의 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기는 파장분할방식 네트워크에서 n개의 채널인 입력신호가 파장의 첨가/제거, 또는 다른 파장으로의 변화에 따라 n-k개의 채널인 입력신호로 증폭매체에 입사될 경우 채널의 개수가 변화하더라도 밀도반전 레벨의 변화없이 증폭 매체를 포화시켜, 입력 신호 채널 개수에 관계없이 일정한 증폭 이득을 갖게 하는 전채널 광 증폭 이득이 고정된 광증폭기의 구현이 가능하게 된다.

Claims

입력되는 광신호로 되돌아오는 산란을 막기 위한 광아이솔레이터;

신호를 증폭시켜 출력하는 증폭매체인 어븀 도핑 광섬유;

입력되는 광신호를 파장분할방식으로 결합시키는 광 결합기;

상기 광결합기에 연결되며 상기 증폭매체인 EDF에 밀도반전을 일으키기 위한 펌프;

출력단으로부터 되돌아오는 산란을 막기 위한 광아이솔레이터;를

구비하는 광증폭기에 있어서,

상기 증폭매체인 EDF 후방에는 상기 증폭매체로부터 출력되어 입력되는 신호의 세기가 설정된 기준값 이상일 때 유도브릴리언분산 광을 방출하여 상기 어븀 도핑 광섬유에 다시 입력시켜 증폭매체를 포화시킴으로써 상기 어븀 도핑 광섬유의 신호 출력을 제한시키는 3차비선형 광물질인 분산보상광섬유;를 구비한 것을 특징으로 하는 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서,

상기 파장분할방식 네트워크에서 n개의 채널인 입력신호가 파장의 첨가/제거, 또는 다른 파장으로의 변화에 따라 n-k개의 채널인 입력신호로 증폭매체에 입사될 경우 채널의 개수가 변화되더라도 밀도 반전 레벨의 변화없이 증폭 매체를 포화시켜, 입력 신호 채널 개수에 관계없이 일정한 증폭 이득을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서,

입력신호의 선폭 및 변조 대역폭이 유도브릴리언산란 광선폭 이상일 경우는, 유도브릴리언산란 선폭 이하인 시험 빔을 첨가함으로써, 이 시험 빔을 이용하여 유도브릴리언산란 광을 방출함으로써 전채널 광증폭이득이 고정된 분산보상광섬유를 이용한 이득 클램프 광섬유 증폭기.