KR20000007470A - 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 후단에서 들어오는 잔류 펌프광과 입력 신호광을 다중화하여 잔류 펌프광에 의해 입력 신호광을 증폭하는 제1광섬유 증폭부; 및 펌프광원에서 생성되는 펌프광과 제1광섬유 증폭부에서 출력되는 신호광이 다중화되어 입력될 때, 펌프광에 의해 제1광섬유 증폭부에서 출력되는 신호광을 증폭하고, 증폭하고 남은 잔류 펌프광을 제1광섬유 증폭부에 출력하는 제2광섬유 증폭부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 2단 광섬유 증폭기에 있어서 후단 증폭기에서 먼저 증폭한 다음 남은 펌핑광을 이용하여 전단 증폭기에서 증폭함으로써 전단에서 요구되는 광이득이 작게되어 완전반전이 일어나게하는데 용이하며, 잡음지수를 향상시킬 수 있다.

Description

잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기
본 발명은 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 후단 광섬유 증폭기를 여기시키고 남은 펌프광을 재활용하여 전단 광섬유 증폭기를 여기시켜서 증폭하는 2단 광섬유 증폭기에 관한 것이다.
광전송시스템에서 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, 이하 EDFA라 약함)는 광신호 전송시 약해진 광신호를 전기신호로 변환하지않고도 광신호를 직접 증폭하게 되어 전송거리를 획기적으로 향상시키게 되었다.
도 1은 상술한 EDFA를 2단으로 구성하여 신호광을 증폭하는 구조를 도시한 것이다. 도 1에 따른 광섬유 증폭기는 입력 커넥터(100), 제1분리탭(110), 제1포토 다이오드(120), 제어부(130), 제1펌프광원(140), 제1광섬유증폭부(150), 제2펌프광원(160), 제2광섬유증폭부(170), 제2분리탭(180), 제2포토 다이오드(190) 및 출력커넥터(195)로 구성된다.
그 동작은 다음과 같다. 입력 커넥터(100)를 통해 신호광이 입력되면 제1분리탭(110)은 소정의 비율로 신호광을 분리한다. 제1포토 다이오드(120)는 분리된 신호광을 전기신호로 변환하여 제어부(130)로 출력한다. 제1펌프광원(140)에서 생성된 제1펌프광은 제1광섬유증폭부(150)에서 신호광과 다중화되고, 제1광섬유증폭부(150)는 제1펌프광에 의해 신호광을 증폭한다. 제2펌프광원(160)에서 생성된 제2펌프광은 제1광섬유증폭부(150)에서 증폭된 신호광과 다중화되고, 제2광섬유증폭부(170)는 증폭된 신호광을 다시 증폭한다. 제2분리탭(180)은 제2광섬유증폭부(170)에서 재증폭된 신호광을 소정 비율로 분리한다. 제2포토 다이오드(190)는 분리된 신호광을 전기신호로 변환하여 제어부(130)로 출력한다. 제어부(130)는 제1 및 제2포토 다이오드(120, 190)에서 출력되는 전기신호로부터 신호광의 세기를 점검하여 제1 및 제2펌프광원(140, 160)의 펌프광 세기를 조절함으로써 제1 및 제2광섬유증폭부(150, 170)의 증폭도를 조절한다.
그러나, 이러한 2단 광섬유 증폭기는 펌프광원을 2개 사용해야하므로 펌프광의 효율성이 낮다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 2단 광섬유 증폭기에 있어서 후단 증폭기를 통해 신호광을 먼저 증폭하고 그 잔류 펌프광을 이용하여 전단 증폭기를 통해 신호광을 증폭하는, 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 2단 광섬유 증폭기의 구성도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기의 구성도이다.
도 2b는 도 2a의 다른 실시예이다.
도 2c는 도 2a의 또 다른 실시예이다.
도 2d는 도 2a의 또 다른 실시예이다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 후단에서 들어오는 잔류 펌프광과 입력 신호광을 다중화하여 상기 잔류 펌프광에 의해 상기 입력 신호광을 증폭하는 제1광섬유 증폭부; 및 펌프광원에서 생성되는 펌프광과 상기 제1광섬유 증폭부에서 출력되는 신호광이 다중화되어 입력될 때, 상기 펌프광에 의해 상기 제1광섬유 증폭부에서 출력되는 신호광을 증폭하고, 상기 증폭하고 남은 잔류 펌프광을 상기 제1광섬유 증폭부에 출력하는 제2광섬유 증폭부를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 2a는 본 발명에 따른 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기의 구성도이다. 도 2a에 따른 광섬유 증폭기는 입력 커넥터(200), 제1포토 다이오드(210), 제1분리탭(220), 제어부(230), 제1광섬유 증폭부(240), 제2광섬유 증폭부(250), 아이솔레이터(260), 제2포토 다이오드(270), 제2분리탭(280) 및 출력 커넥터(290)를 포함한다.
제1광섬유 증폭부(240)는 제1파장분할다중화기(Wavelength Division Multiplexer, 이하 MUX라 약함, 241) 및 제1어븀첨가광섬유(Erbium Doped Fiber, 이하 EDF라 약함, 242)를 구비한다.
제2광섬유 증폭부(250)는 펌프광원(251), 제2MUX(252), 제2EDF(253), 파장분할기(Wavelength Division Demultiplexer, 이하 DEMUX라 약함, 254)를 구비한다.
그 동작은 신호광을 제2EDF(253)에서 먼저 증폭하고 남은 잔류 펌프광을 이용하여 제1EDF(242)에서 증폭하는 것으로, 다음과 같다. 펌프광원(251)은 광섬유 증폭기에서 원하는 특성을 얻기위해 적절한 세기의 펌프광(800nm, 980nm, 1480nm 파장대의 펌프광)을 생성하는데, 본 발명에서는 980nm 또는 1480nm 파장의 펌프광을 생성한다. 제2MUX(252)는 펌프광원(251)에서 생성된 펌프광과 제1EDF(242)를 통해 들어온 신호광을 다중화한다. 다중화되어 입력된 펌프광은 제2EDF(253)의 어븀이온을 여기시킨다. 여기서, 제1 및 제2EDF(242, 253)는 광섬유에 희토류 금속인 어븀(Erbium, Er)을 첨가한 것이다. EDF는 보통 800nm, 980nm, 1480nm와 같은 특정 파장대에서 60nm 정도의 대역폭을 가지며 발산하는 스펙트럼을 가지므로 입력되는 1550nm대의 신호광을 증폭할 수 있다. 증폭은 펌프광이 EDF내의 기저상태에 있는 어븀 이온을 여기시키면, 여기된 어븀의 유도방출(stimulated emission)에 의해 일어난다. 제2EDF(253)는 상술한 펌프광에 의해 신호광을 증폭한다. DEMUX(254)는 증폭된 신호광과 잔류 펌프광을 분리하고, 분리된 잔류 펌프광은 제1MUX(241)로 공급된다.
분리된 잔류 펌프광은 제1MUX(241)를 통해 제1EDF(242)로 공급되어 제1EDF(242)의 어븀이온을 여기시킨다. 입력 커넥터(200)를 통해 들어온 신호광은 제1분리탭(220)을 통해 소정 비율로 분리된다. 제1포토 다이오드(210)는 분리된 신호광을 전기신호로 변환하여 제어부(230)로 출력한다. 제1MUX(241)는 제1분리탭(220)을 통해 들어온 신호광을 잔류 펌프광과 다중화한다. 제1EDF(242)는 여기된 어븀이온의 유도방출에 의해 신호광을 증폭한다.
제2분리탭(280)은 제2EDF(253)에서 증폭된 신호광을 소정 비율로 분리하고, 제2포토 다이오드(270)는 분리된 신호광을 전기신호로 변환하여 제어부(230)로 출력한다. 제2분리탭(280)에서 분리된 나머지 신호광은 출력 커넥터(290)로 출력된다. 제어부(230)는 제1 및 제2포토 다이오드(210, 270)로부터 입력 신호광 및 전송 신호광의 세기를 점검하여 펌프광원(251)의 출력 펌프광 세기를 조절함으로써 제1 및 제2EDF(242, 253)에서의 증폭도를 조절한다. 아이솔레이터(260)는 제1 및 제2EDF(242, 253)에서 발생한 자연방출(Amplified Spontaneous Emission, 이하 ASE라 약함)이 출력 커넥터(290)에 의해 반사되어 EDF에 재입사되는 것을 방지한다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예이다. 도 2b에 따른 광섬유 증폭기의 구성과 동작은 도 2a에 도시된 광섬유 증폭기와 동일하고, 다만 제1분리탭(220)과 제1광섬유 증폭부(240)사이에 제2아이솔레이터(300)를 더 구비함이 다르다. 제2아이솔레이터(300)는 제1 및 제2EDF(242, 253)에서 발생된 ASE가 입력 커넥터(200)에 의해 반사되어 EDF에 재입사되는 것을 방지한다.
도 2c는 본 발명의 또 다른 실시예이다. 도 2c에 따른 광섬유 증폭기의 구성과 동작은 도 2a에 도시된 광섬유 증폭기와 동일하고, 다만 제1광섬유 증폭부(240)와 제2광섬유 증폭부(250)사이에 제2아이솔레이터(302)를 더 구비함이 다르다. 제2아이솔레이터(302)는 제2EDF(253)에서 발생된 ASE가 제2EDF(253)의 전단에 위치한 수동소자들에 의해 반사되어 재입사되거나 제1EDF(242)의 증폭에 영향을 주는 것을 방지한다.
도 2d는 본 발명의 또 다른 실시예이다. 도 2d에 따른 광섬유 증폭기의 구성과 동작은 도 2a에 도시된 광섬유 증폭기와 동일하고, 다만 제1분리탭(220)과 제1광섬유 증폭부(240)사이에 제2아이솔레이터(304), 제1광섬유 증폭부(240)와 제2광섬유 증폭부(250)사이에 제3아이솔레이터(306)를 더 구비함이 다르다. 제2아이솔레이터(304)는 제1 및 제2EDF(242, 253)에서 발생된 ASE가 입력 커넥터(200)에 의해 반사되어 EDF에 재입사되는 것을 방지하며, 제3아이솔레이터(306)는 제2EDF(253)에서 발생된 ASE가 제2EDF(253)의 전단에 위치한 수동소자들에 의해 반사되어 재입사되거나 제1EDF(242)의 증폭에 영향을 주는 것을 방지한다.
본 실시예들에서는 제1 및 제2EDF로의 순방향 펌핑구조를 가정하여 펌핑광원, 제1MUX, 제2MUX 및 DEMUX의 위치를 정하였으나, 각 EDF로의 펌핑방향에 따라 펌핑광원, 제1MUX, 제2MUX 및 DEMUX의 위치는 달라질 수 있다.
본 발명에 의하면, 2단 광섬유 증폭기에 있어서 후단 증폭기에서 먼저 증폭한 다음 남은 펌핑광을 이용하여 전단 증폭기에서 증폭함으로써 전단에서 요구되는 광이득이 작게되어 완전반전이 일어나게하는데 용이하며, 잡음지수를 향상시킬 수 있다. 또한, 후단은 높은 세기를 갖는 펌프광이 입사함으로써 원하는 출력특성을 얻는데 용이하다.

Claims (6)

  1. 후단에서 들어오는 잔류 펌프광과 입력 신호광을 다중화하여 상기 잔류 펌프광에 의해 상기 입력 신호광을 증폭하는 제1광섬유 증폭부; 및
    펌프광원에서 생성되는 펌프광과 상기 제1광섬유 증폭부에서 출력되는 신호광이 다중화되어 입력될 때, 상기 펌프광에 의해 상기 제1광섬유 증폭부에서 출력되는 신호광을 증폭하고, 상기 증폭하고 남은 잔류 펌프광을 상기 제1광섬유 증폭부에 출력하는 제2광섬유 증폭부를 포함함을 특징으로하는 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1광섬유 증폭부는
    상기 잔류 펌프광과 상기 입력 신호광을 다중화하는 파장분할다중화기; 및
    상기 다중화되어 입력되는 잔류 펌프광에 따라 상기 입력 신호광을 증폭하는 어븀첨가광섬유를 구비함을 특징으로하는 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2광섬유 증폭부는
    상기 펌프광을 생성하는 펌프광원;
    상기 펌프광원에서 생성된 펌프광과 상기 제1광섬유 증폭부에서 출력되는 신호광을 다중화하는 제2파장분할다중화기;
    상기 다중화되어 입력되는 펌프광에 따라 상기 다중화되어 입력되는 신호광을 증폭하는 제2어븀첨가광섬유; 및
    상기 제2어븀첨가광섬유의 출력 신호광과 펌프광을 분할하는 파장분할기를 구비함을 특징으로하는 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1광섬유 증폭부의 전단에 위치하여 상기 제1광섬유 증폭부에서 생성되는 자연방출이 반사되어 재입사됨을 방지하는 아이솔레이터를 더 구비함을 특징으로하는 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1광섬유 증폭부 및 상기 제2광섬유 증폭부 사이에 위치하여 상기 제2광섬유 증폭부에서 생성되는 자연방출이 반사되어 재입사됨을 방지하는 아이솔레이터를 더 구비함을 특징으로하는 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1광섬유 증폭부의 전단에 위치하여 상기 제1광섬유 증폭부에서 생성되는 자연방출이 반사되어 재입사됨을 방지하는 제2아이솔레이터를 더 구비함을 특징으로하는 잔류 펌프광을 이용한 2단 광섬유 증폭기.
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