KR20000024871A

KR20000024871A - 광섬유 증폭기의 이득 조절 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20000024871A
Application number: KR1019980041647A
Authority: KR
Inventors: 김명욱; 고성윤; 조재철
Original assignee: 박호군; 한국과학기술연구원
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2000-05-06
Also published as: US6137932A; KR100283866B1

Abstract

광섬유 증폭기의 이득을 조절하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 광 고립기, 여기 광원, 파장 분할 광섬유 결합기 및 특수 광섬유를 포함하여 구성되는 광섬유 증폭기의 이득을 조절하는 장치 및 방법에 있어서, 특수 광섬유와 각각의 광 고립기간에 광섬유 격자를 적어도 하나씩 설치하여 임의의 한 파장에서 발진이 일어나도록 공진기를 구성하고, 각각의 광섬유 격자의 반사 중심 파장들간의 차이를 조절하여 광섬유 증폭기의 이득을 원하는 값으로 조절하는 광섬유 증폭기의 이득 조절 장치 및 방법이 개시된다.

Description

광섬유 증폭기의 이득 조절 장치 및 방법

본 발명은 광섬유 증폭기에 관한 것으로서, 특히 광섬유 증폭기의 이득을 조절하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

광섬유 증폭기는 광 신호를 전기적으로 변환할 필요없이 직접 증폭하는 것으로, 어븀(erbium)이라는 특수한 물질을 광섬유에 도핑하고 레이저로 펌핑하면 약한 광 신호를 증폭할 수 있게 된다. 이러한 어븀 도핑 광섬유 증폭기는 1.55 ㎛ 광통신에서 넓은 파장 범위에 걸쳐 높은 이득으로 광 신호를 증폭할 수 있으므로, 광통신에서 광 전치 증폭기, 광 전력 증폭기, 광 중계기 등으로 그 이용 분야가 급속히 확장되고 있으며, 특히 파장이 서로 다른 광 신호들을 상호 누화(crosstalk)가 거의 없이 동시에 증폭할 수 있어, 파장 분할 다중화(WDM: Wavelength Division Multiplex) 방식의 통신에 매우 중요한 장치이다.

그러나, 파장 분할 다중화 방식의 광통신 시스템에서, 임의의 파장에 해당하는 채널의 신호광은 다른 채널에 상관없이 그 세기가 임의로 변조되어 광섬유 통신선로에 입력되거나 출력되기도 하므로, 결과적으로 광섬유 증폭기에 입력되는 총 신호광의 세기가 운용 중에 시간에 따라 상당히 넓은 범위에 걸쳐 변화하게 된다. 이 경우, 광섬유 증폭기에서는, 이득 포화 특성으로 인하여 입력되는 총 신호광의 세기에 따라 이득의 크기가 변화하게 되어, 출력광에 흔들림이 나타나게 된다. 따라서, 특정 채널에 대한 이득이 다른 채널의 신호광의 세기에 따라 영향을 받게 되며, 이와 같은 이득의 불안정성은 통신 시스템의 운용에 장애가 된다.

종래, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 광섬유 증폭기를 신호광의 파장 이외의 다른 파장에서 발진이 일어나게 하고 그 발진 파장에 대하여는 레이저로서 동작하게 함으로써, 입력 신호광들의 변화에 따라 발진하는 광 세기의 변화가 일어나는 현상을 이용하여, 입력 신호광의 세기가 변하여도 광섬유 증폭기의 이득이 일정한 값을 갖도록 하여 안정되도록 제어하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 광섬유 증폭기의 출력광의 일부를 입력단으로 귀환시키는 링공진기형 레이저가 되도록 구성함으로써 링 내부의 손실을 변화시켜 증폭 이득을 제어하는 방법 [M. Zirngibl, "Gain control in erbium-doped fibre amplifiers by an all-optical feedback loop", Electron. Lett., 1991, 27, (7), 560∼561쪽, 및 H. Okamura, "Automatic optical-loss compensation with Er-doped fibre amplifier", Electron. Lett., 1991, 27, (23), 2155∼2156쪽], 광섬유 격자와 광 결합기를 이용하여 링 공진기를 구성하고 광 결합기의 결합비를 조절함으로써 이득을 제어하는 방법 [박희갑, "광섬유 격자를 이용한 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 광학적 이득 제어", 한국 광학회지, 제8권, 제1호, 1997년 2월, 58∼62쪽], 광섬유 증폭기의 입출력 양단에 광섬유 격자를 삽입하여 파브리-페로(Fabry-Perot)형 공진기가 이루어지게 하여 두 개의 광섬유 격자의 반사 파장에서 발진이 이루어지게 하는 방법 [E. Delevaque 외, "Gain control in erbium-doped fibre amplifiers by lasing at 1480 ㎚ with photoinduced Bragg gratings written on fibre ends", Electron. Lett., 1993, 29, (12), 1112∼1114쪽] 등이 제안되고 있다.

그러나, 링형 발진 구조에서는, 링형 공진기를 구성하기 위한 광 결합기와 공진기 내의 손실을 조절하기 위한 가변 광 감쇄기, 발진 파장을 선택하기 위한 대역 통과 필터 등이 요구되므로, 구성 요소의 증가로 인한 복잡함과 원치않는 광 손실 등이 따르는 문제점이 있다.

한편, 두 개의 광섬유 격자를 이용한 Delevaque의 방법은 광섬유 증폭기의 구조를 단순화시킬 수는 있으나, 공진기의 손실을 조절하는 방법은 제시하고 있지 않으므로, 이득을 용이하게 조절할 수 없었다.

따라서, 본 발명의 목적은 구조가 단순하고 추가적인 손실을 발생시키지 않으면서 용이하게 이득을 조절할 수 있는 광섬유 증폭기의 이득 조절 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 광 고립기, 여기 광원, 파장 분할 광섬유 결합기 및 특수 광섬유를 포함하여 구성되는 광섬유 증폭기로서, 상기 광 고립기는 상기 광섬유 증폭기의 입력단측 및 출력단측에 적어도 하나씩 설치되어 입력 신호광이 한 방향으로만 진행하도록 해주고, 상기 파장 분할 광섬유 결합기는 상기 여기 광원으로부터의 여기광과 상기 입력 신호광을 결합하거나 분리시키며, 상기 특수 광섬유는 상기 광 고립기들간에 설치되어 상기 여기광의 에너지를 상기 입력 신호광에 이전시켜주는 광섬유 증폭기의 이득을 조절하는 장치 및 방법에 있어서, 상기 특수 광섬유와 상기 각각의 광 고립기간에 광섬유 격자를 적어도 하나씩 설치하여 임의의 한 파장에서 발진이 일어나도록 공진기를 구성하고, 상기 각각의 광섬유 격자의 반사 중심 파장들간의 차이를 조절하여 상기 광섬유 증폭기의 이득을 원하는 값으로 조절하는 광섬유 증폭기의 이득 조절 장치 및 방법이 제공된다.

반사 중심 파장들간의 차이를 조절하는 수단은 광섬유 격자들 중 적어도 하나의 광섬유 격자를 인장 조절하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 조절 장치를 구비한 광섬유 증폭기의 개략적인 구성도.

도 2는 도 1의 두 광섬유 격자의 반사 스펙트럼을 도시한 도면.

도 3은 도 1의 두 광섬유 격자의 반사 중심 파장간의 차이에 따른 이득의 변화를 도시한 도면.

도 4는 도 1의 두 광섬유 격자의 반사 중심 파장간의 차이에 대하여, 입력 신호의 세기 변화에 따른 이득의 변화 특성을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 입력단

2 : 광 고립기

3 : 인장 조절 가능 광섬유 격자

4 : 특수 광섬유

5 : 파장 분할 광섬유 결합기

6 : 광섬유 격자

7 : 여기 광원

8 : 출력단

R₁, R₂: 광섬유 격자의 반사 스펙트럼

R_tot: 총 반사율

Δλ : 두 광섬유 격자의 중심 파장간의 차이

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 조절 장치를 구비한 광섬유 증폭기의 개략적인 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 증폭기의 이득 조절 장치는 입력단(1), 광 고립기(2), 인장 조절 가능 광섬유 격자(3), 특수 광섬유(4), 파장 분할 광섬유 결합기(5), 광섬유 격자(6), 여기 광원(7) 및 출력단(8)을 포함한다.

입력단(1)은 입력 신호광을 수신하며, 출력단(8)은 입력 신호광이 증폭된 출력 신호광을 출력한다. 여기 광원(7)은 빛 에너지를 제공하는 역할을 하며, 일반적으로 레이저 다이오드가 사용된다. 파장 분할 광섬유 결합기(5)는 여기 광원(7)으로부터의 여기광과 신호광을 결합하거나 분리시키고, 광 고립기(2)는 반사광을 차단하는 역할을 하며, 어븀이 도핑된 특수 광섬유(4)는 여기광 에너지를 신호광에 이전시켜 준다.

한편, 특수 광섬유(4)와 입출력 양단의 광 고립기(2)간에는 광섬유 격자(3, 6) [예를 들어, 브라그(Bragg) 격자]가 융착 접속되며, 이들 광섬유 격자(3, 6)는 광섬유 증폭기를 발진시키는 공진기 역할을 한다. 본 실시예에서는, 입력단측의 광섬유 격자(3)는 도시 생략한 미세 이동 장치에 의해 인장이 가능하게 하여 반사 중심 파장의 변동이 가능하도록 하였다. 두 개의 광섬유 격자는, 예를 들어 1547.1 ㎚의 동일한 반사 중심 파장을 가지며, 최대 반사율은 각각 0.5와 0.47일 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 양단의 광섬유 격자에 의해 발진이 일어나며, 광섬유 증폭기가 균일한 선폭 확장 특성을 갖고 있으므로, 광섬유 증폭기의 이득은 발진된 파장에서 공진기가 갖고 있는 총 광손실에 의해 결정된다. 즉, 발진 상태에 있는 광섬유 증폭기의 이득은 수학식 1과 같다.

여기서, λ는 빛의 파장이고, G₀(λ)는 주어진 λ에서 광섬유 증폭기가 갖고 있는 이득이며, C(λ)는 광섬유 증폭기가 파장에 따라 다른 이득을 갖는 특성을 나타내 주기 위한 파라메터이다. R_tot는 발진 파장에서의 총 반사율로서, 두 광섬유 격자의 중심 파장 간격에 의해 결정된다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 도 2를 참고하면 된다.

도 2는 도 1의 두 광섬유 격자의 반사 스펙트럼을 도시한 도면이다. 광섬유 격자의 반사 대역폭은 광섬유 증폭기의 대역폭에 비하여 매우 좁으므로, 반사율이 최대값인 파장에서 발진이 일어나게 된다. 이때, 공진기의 총 광손실이 광섬유 격자의 반사 스펙트럼에만 의존한다고 가정하면, 총 반사율(R_tot)은 수학식 2에 의해 결정된다.

R_tot= MAX{R₁(λ)R₂(λ)}

즉, 두 광섬유 격자의 반사 스펙트럼을 곱한 값 중에서 최대값이 R_tot가 되고, 그 때의 λ가 발진 파장이 되는 것이다. 두 광섬유 격자의 반사 스펙트럼의 모양으로 볼 때, 총 반사율은 두 광섬유 격자의 중심 파장이 일치할 때 최대값을 가지며, 중심 파장 간격이 커질수록 작은 값을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 수학식 2를 수학식 1과 연계시켜 보면, 광섬유 증폭기의 이득은 두 광섬유 격자의 중심 파장 간격에 의해 결정된다. 총 반사율이 레이저 발진의 문턱값보다 작을 정도로 두 광섬유 격자의 중심 파장이 서로 어긋나 있을 때, 이득이 최대가 되며, 두 광섬유 격자의 중심 파장이 일치할 때 이득이 최소가 된다.

도 3은 도 1의 두 광섬유 격자(3, 6)의 반사 중심 파장간의 차이에 따른 이득의 변화를 도시하며, 도 4는 도 1의 두 광섬유 격자의 반사 중심 파장간의 차이에 대하여, 입력 신호의 세기 변화에 따른 이득의 변화 특성을 도시한다. 도 3 및 도 4로부터, 두 광섬유 격자(3, 6)의 반사 중심 파장간의 차이를 조절함으로써, 광섬유 증폭기의 이득을 조절할 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 입력단측의 광섬유 격자(3)를 인장 조절하여 광섬유 격자(3)의 반사 중심 파장을 광섬유 격자(6)의 반사 중심 파장에 대해 변동이 가능하도록 함으로써, 두 광섬유 격자(3, 6)의 반사 중심 파장간의 차이를 조절하여 공진기내의 광손실을 조절함으로써, 광섬유 증폭기의 이득을 원하는 값으로 조절한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 광섬유 증폭기의 이득 조절 장치 및 방법에 따르면, 구성 요소의 증가로 인한 추가적인 광 손실을 발생시키지 않으면서 이득을 임의로 조절할 수 있는 간단한 구성의 광섬유 증폭기를 제공할 수 있다.

Claims

광 고립기, 여기 광원, 파장 분할 광섬유 결합기 및 특수 광섬유를 포함하여 구성되는 광섬유 증폭기로서,

상기 광 고립기는 상기 광섬유 증폭기의 입력단측 및 출력단측에 적어도 하나씩 설치되어 입력 신호광이 한 방향으로만 진행하도록 해주고,

상기 파장 분할 광섬유 결합기는 상기 여기 광원으로부터의 여기광과 상기 입력 신호광을 결합하거나 분리시키며,

상기 특수 광섬유는 상기 광 고립기들간에 설치되어 상기 여기광의 에너지를 상기 입력 신호광에 이전시켜주는

광섬유 증폭기의 이득을 조절하는 장치에 있어서,

상기 특수 광섬유와 상기 각각의 광 고립기간에 적어도 하나씩 설치되어 임의의 한 파장에서 발진이 일어나도록 공진기를 구성해주는 광섬유 격자, 및

상기 각각의 광섬유 격자의 반사 중심 파장들간의 차이를 조절하여 상기 광섬유 증폭기의 이득을 원하는 값으로 조절하는 수단

을 포함하는 광섬유 증폭기의 이득 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 반사 중심 파장들간의 차이를 조절하는 수단은 상기 광섬유 격자들 중 적어도 하나의 광섬유 격자를 인장 조절하는 수단을 포함하는 광섬유 증폭기의 이득 조절 장치.
광 고립기, 여기 광원, 파장 분할 광섬유 결합기 및 특수 광섬유를 포함하여 구성되는 광섬유 증폭기로서,

상기 광 고립기는 상기 광섬유 증폭기의 입력단측 및 출력단측에 적어도 하나씩 설치되어 입력 신호광이 한 방향으로만 진행하도록 해주고,

상기 파장 분할 광섬유 결합기는 상기 여기 광원으로부터의 여기광과 상기 입력 신호광을 결합하거나 분리시키며,

상기 특수 광섬유는 상기 광 고립기들간에 설치되어 상기 여기광의 에너지를 상기 입력 신호광에 이전시켜주는

광섬유 증폭기의 이득을 조절하는 방법에 있어서,

상기 특수 광섬유와 상기 각각의 광 고립기간에 광섬유 격자를 적어도 하나씩 설치하여 임의의 한 파장에서 발진이 일어나도록 공진기를 구성하는 단계, 및

상기 각각의 광섬유 격자의 반사 중심 파장들간의 차이를 조절하여 상기 광섬유 증폭기의 이득을 원하는 값으로 조절하는 단계

를 포함하는 광섬유 증폭기의 이득 조절 방법.
제3항에 있어서, 상기 반사 중심 파장들간의 차이를 조절하는 단계는 상기 광섬유 격자들 중 적어도 하나의 광섬유 격자를 인장 조절하는 단계를 포함하는 광섬유 증폭기의 이득 조절 방법.