KR20000051572A

KR20000051572A - 이득평탄화 기능을 갖춘 광섬유증폭기

Info

Publication number: KR20000051572A
Application number: KR1019990002107A
Authority: KR
Inventors: 최봉수; 유기원
Original assignee: 강병호; 대우통신 주식회사
Priority date: 1999-01-23
Filing date: 1999-01-23
Publication date: 2000-08-16

Abstract

본 발명은 입력되는 광신호에 대한 출력광신호의 출력이득을 평탄화시킬 수 있도록 함과 더불어, 해당 시스템이 요구하는 광신호의 증폭이득레벨을 용이하게 조절할 수 있도록 된 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기에 관한 것으로서, 레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광과 입력광신호를 하나의 광선로로 전송하는 파장분할멀티플렉서와 상기 레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광을 근거로 입력되는 광신호를 증폭 출력하는 광증폭광섬유를 구비한 파장분할다중방식 광통신시스템에 있어서, 입력광신호와 궤환광을 믹싱하여 상기 파장분할멀티플렉서를 통해 광증폭광섬유로 출력하는 제 1커플러와, 상기 제 1커플러로부터 출력되는 광을 증폭출력하는 광증폭광섬유를 거쳐 인가되는 광을 소정비율로 분리하여 일부는 출력광으로 출력하고, 그 나머지는 궤환광으로 출력하는 제 2커플러 및, 상기 제 2커플러로부터 출력되는 궤환광의 특정 파장의 광을 필터링하여 출력하는 튜너블 필터를 구비하고, 상기 튜너블필터로부터 출력되는 궤환광은 상기 제 1커플러의 입력으로 인가되도록 함으로써, 무한 궤환루프를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

이득평탄화 기능을 갖춘 광섬유증폭기{Optical-fiber amplifier having a function of gain equalization}

본 발명은 파장분할 다중화방식의 광통신시스템에 관한 것으로서, 특히 입력되는 광신호에 대한 출력광신호의 출력이득을 평탄화시킬 수 있도록 함과 더불어, 해당 시스템이 요구하는 광신호의 증폭이득레벨을 용이하게 조절할 수 있도록 된 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 광통신 기술은 고속으로 대용량의 정보전송이 가능하고 전자기 유도에 의한 신호장애나 누화가 없기 때문에 해저 케이블을 통한 국가간의 정보통신에 주로 이용되고 있다.

한편, 광통신기술의 발달은 신호의 증폭을 위해 광신호를 전기적인 신호로 일시 변환하는 등의 물리적인 변화를 가하지 않고 광선로내에서 광신호 형태 자체로 그 신호이득을 높일 수 있도록 된 광증폭광섬유가 개발되면서 더욱 가속화되었으며, 최근에 이르러서는 하나의 전송선로를 통해 파장이 각기 다른 광신호를 동시에 전송함으로써 선로의 전송효율을 높일 수 있도록 된 파장분할다중(WDM : Wavelength Division Multiplexing)기술이 개발되어 사용화되고 있다.

또한, 최근에는 더 많은 광신호를 전송하기 위하여 광섬유의 손실이 적은 1550nm 파장대역에서 파장 간격이 작고 안정화된 다파장 광원을 얻는 고밀도 파장분할다중화(Dense Wavelength Division Multiplexing)기술에 대한 연구가 가속화되고 있다.

일반적으로, 상기한 광증폭광섬유는 도 1에 나타낸 바와 같이 그 광증폭광섬유를 통해 전송되는 광신호의 파장에 따라 그 증폭이득이 다르게 설정되게 된다. 따라서, 상기한 광증폭광섬유를 채용하고 있는 광통신시스템에 있어서는 이 광증폭광섬유에 의해 양호한 증폭이득을 얻을 수 있는 파장대역, 즉 최저 이득손실이 발생하는 파장대역인 1530nm∼1560nm파장대의 광신호를 사용하여 데이터송수신을 실행하고 있다. 특히, 상기한 파장 대역 중에서도 광증폭광섬유를 통해 균일한 증폭이득을 얻을 수 있는 1540nm∼1560nm파장의 광신호를 사용하고 있는데, 이는 전송되는 신호광의 파장이 상호 다르게 설정되는 경우에는 수신측에서 특정한 신호광을 수신하지 못하는 문제가 발생하게 되기 때문이다.

즉, 광통신시스템에 있어서는 초장거리 전송을 통해 약화된 신호광의 이득을 증폭하여 전송데이터를 검출하도록 하고 있는데, 만일 이때 가장 레벨이 작은 신호광을 기준으로 증폭이득을 설정하게 되면 레벨이 높은 신호광이 과도하게 증폭되게 됨으로써 수신장치 측의 포토 다이오드 등이 소손되는 문제가 발생하게 되고, 레벨이 높은 신호광을 기준으로 증폭이득을 설정하게 되면 레벨이 낮은 신호광이 노이즈로 간주되게 됨으로써 그 신호광을 검출할 수 없게 되는 문제가 발생하기 때문이다.

또한, 광선로를 통해 전송되는 신호광은 그 전송거리에 비례하여 이득이 감소하게 되므로 일정한 전송거리 마다 광증폭광섬유를 설치하여 그 신호광의 이득을 증폭시키는 것이 필요하게 된다. 또한, 상기 광증폭광섬유는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 대략 1540nm∼1560nm의 파장대에서 대체적으로 균일한 이득특성을 갖고는 있으나, 그 광증폭광섬유를 통해 출력되는 신호광의 레벨은 파장에 따라 약간씩 차이가 있게 된다. 따라서, 광통신시스템의 전송처와 수신처 사이에 다수의 광증폭광섬유가 설치되는 경우에는 각 신호광이 광증폭광섬유를 통하면서 점차 다른 이득을 갖게 됨으로써 수신처에서 수신되는 신호광은 그 파장에 따라 비교적 큰 크기의 이득차이를 갖게 된다. 특히, 이러한 문제는 국가간의 데이터전송과 같이 초장거리 전송시에 크게 발생하여 실질적으로 다파장의 신호광을 이용하여 데이터를 전송하는 것이 불가능하게 된다.

따라서, 최근에는 특정 파장대의 광에 대해 차단특성을 갖는 광섬유 브래그 격자필터(Fiber Bragg Grating)를 이용하여 신호광의 이득을 평탄화하는 방법과, 이득 스펙트럼이 서로 다른 다수의 광증폭광섬유를 접속하여 전체이득대역을 평탄화하도록 하는 방법이 제안된 바 있다.

그러나, 상기한 방법은 단지 특정한 광증폭광섬유를 통해서 출력되는 신호광간의 이득을 평탄화시키도록 되어 있을 뿐, 해당 광증폭광섬유를 통해 출력되는 전체 신호광의 이득을 원하는 레벨로 설정하는 것은 불가능하기 때문에 광네트워크를 구성하는데 있어서는 여전히 문제점을 갖고 있게 된다.

즉, 최근에 광통신 시스템이 네트워크화되면서 다수의 광전송 장치와 다수의 광수신장치를 스위칭장치를 통해 결합시키는 추세로 가고 있는 바, 이러한 광네트워크에 있어서는 각 광전송장치별로 그 출력되는 신호광의 레벨이 상호 다르게 설정된다. 따라서, 상기한 이득평탄화방법을 채용하여 각 전송장치별로 출력되는 신호광의 이득을 평탄화시킨다 하더라도 각 신호광이 스위칭되어 수신장치측으로 입력되는 경우에는 각 신호광에 따라 이득이 다르게 설정되게 됨으로써 실질적으로 수신장치에 있어서는 상술한 바와 같이 해당 수신장치가 소손되거나 또는 특정한 신호광을 검출하지 못하는 문제가 발생할 수 있게 된다.

또한, 일반적으로 광신호의 장거리 전송에 있어서는 통상 약 80Km에서 120Km정도마다 광섬유증폭기를 설치하는 것이 요구되고, ITU규격에 의하면 광선로 40Km에 대한 전송손실이 11dB로 규정되어 있으므로, 광섬유증폭기는 대략 약 22dB에서 약 33dB로 각각의 구성되는 시스템에 따라 용이하게 변경할 수 있어야 한다.

그러나, 종래의 광섬유증폭기는 그 이득레벨이 고정적으로 설정되어 구성되게 되는 바, 광시스템 설계상 광전송 경로가 변화됨으로 인하여 광전송거리가 변경되는 경우, 해당 전송거리에 대응되는 이득레벨을 갖는 광섬유증폭기를 다시 설치하여야 하는 문제가 발생하게 된다.

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 파장분할 다중화방식의 광통신시스템에서, 입력되는 광신호에 대한 출력광신호의 출력이득을 평탄화시킬 수 있도록 된 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기를 구현함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 해당 광전송시스템이 요구하는 광신호의 증폭이득레벨을 용이하게 조절할 수 있도록 된 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기를 구현함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 광증폭광섬유의 증폭특성을 나타낸 도면.

도2는 본 발명의 1실시예에 따른 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기의 구성을 나타낸 블록구성도.

도3은 도2에 도시된 제 2커플러(59)의 궤환 광신호 비율에 따른 광섬유증폭기의 증폭특성을 나타낸 도면.

도4는 도2에 도시된 튜너블필터(61)의 필터링 파장선택에 따른 광섬유증폭기의 증폭특성을 나타낸 도면.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

51 : 제 1커플러, 52, 58 : 아이솔레이터,

53 : 제 1레이저다이오드, 54 : 제 1파장분할멀티플렉서(WDM),

55 : 광증폭광섬유, 56 : 제 2레이저다이오드,

57 : 제 2파장분할멀티플렉서(WDM), 59 : 제 2커플러,

60 : 잡음제거필터, 61 : 튜너블필터.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기는, 레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광과 입력광신호를 하나의 광선로로 전송하는 파장분할멀티플렉서와 상기 레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광을 근거로 입력되는 광신호를 증폭출력하는 광증폭광섬유를 구비한 파장분할다중방식 광통신시스템에 있어서, 입력광신호와 궤환광을 믹싱하여 상기 파장분할멀티플렉서를 통해 광증폭광섬유로 출력하는 제 1커플러와, 상기 제 1커플러로부터 출력되는 광을 증폭출력하는 광증폭광섬유를 거쳐 인가되는 광을 소정비율로 분리하여 일부는 출력광으로 출력하고, 그 나머지는 궤환광으로 출력하는 제 2커플러 및, 상기 제 2커플러로부터 출력되는 궤환광의 특정 파장의 광을 필터링하여 출력하는 튜너블 필터를 구비하고, 상기 튜너블필터로부터 출력되는 궤환광은 상기 제 1커플러의 입력으로 인가되도록 함으로써, 무한 궤환루프를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 바에 의하면, 입력되는 광신호의 궤환비율을 변화시켜 출력광의 이득레벨을 조절함으로써, 입력광신호의 세기에 관계없이 항상 일정한 출력이득을 얻을 수 있게 된다.

또한, 궤환되는 비율과 궤환되는 파장을 변화시킴으로써, 원하는 출력이득레벨을 얻을 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광섬유증폭기를 설명한다.

도2는 본 발명의 1실시예에 따른 광섬유증폭기의 내부구성을 나타낸 블록구성도이다.

도면에서, 입력광신호(S)는 제 1광선로(511)를 통해 제 1커플러(51)로 인가되고, 제 1커플러(51)는 이후에 설명할 튜너블필터(61)로부터 인가되는 궤환광과 상기 제 1광선로(511)를 통해 인가되는 입력광신호(S)를 믹싱하여 제 1아이솔레이터(52)로 인가하게 된다.

상기 아이솔레이터(52)는 역방향으로 출력되는 광신호의 흐름을 차단하는 기능을 수행하게 되는데, 이 아이솔레이터(52)로부터 출력되는 광신호는 제 1파장분할 멀티플렉서(54)의 입력으로 인가된다.

그리고, 상기 제 1파장분할 멀티플렉서(54)는 상기 아이솔레이터(52)로부터 인가되는 광신호와 제 1레이저다이오드(53)로부터 인가되는 펌핑광을 광증폭광섬유(55)로 인가하게 되는 바, 제 1파장분할 멀티플렉서(54)는 입력 광신호의 노이즈특성을 차단하는 기능을 수행하게 된다.

한편, 상기 광증폭광섬유(55)는 그 일단은 제 1파장분할멀티플렉서(54)와 결합되고, 그 타단은 제 2파장분할 멀티플렉서(58)와 결합되게 되는 바, 상기 제 2파장분할멀티플렉서(58)는 상기 광증폭광섬유(55)로부터 인가되는 광신호와 제 2레이저다이오드(56)로부터 인가되는 펌핑광을 광증폭광섬유(55)로 재 인가함으로써, 광신호의 이득을 증폭시키는 기능을 수행하게 된다.

또한, 제 2파장분할 멀티플렉서(58)에서는 상기 광증폭광섬유(55)로부터 인가되는 증폭 광신호를 제 2아이솔레이터(57)를 통해 제 2커플러(59)의 입력으로 인가하게 된다.

상기 제 2커플러(59)는 입력되는 광신호를 소정 비율 예컨대, 99:1로 분리하여 99에 해당하는 광신호는 잡음제거필터(60)를 통해 출력광신호로서 출력하고, 1에 해당하는 광신호는 튜너블필터(61)의 입력으로 인가하게 된다.

한편, 상기 잡음제거필터(60)는 입력되는 광신호의 잡음을 제거하는 기능을 수행하여 순수 광신호만을 출력하는 필터로서, 예컨대 출력되는 광신호중 광증폭광섬유내에서 발생하는 광의 세기가 큰 1530nm부근의 광신호와 발진루프를 통해 궤환된 광이 출력단으로 출력되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 튜너블필터(61)는 특정 파장만을 통과시키고 그 외 다른 파장의 성분을 제거하는 여과기로서, 이는 임의로 원하는 투과 파장의 조절이 가능하다. 그리고, 상기 튜너블필터(61)로부터 출력되는 출력광은 발진광원으로 이용되는 광원으로써, 그 파장대역은 정보의 전송이 이루어지지 않는 파장대역, 즉 1530nm보다 적은 파장대역으로 설정하게 된다.

그리고, 상기 튜너블필터(61)에서는 설정된 파장대역의 광은 궤환광으로서 상기 제 1커플러(51)로 인가하게 된다.

이어, 상기한 구성으로 된 광섬유증폭기의 동작을 설명한다.

우선, 제 1레이저다이오드(53) 및 제 2레이저다이오드(56)로부터 생성되는 펌핑광은 각각 제 1파장분할멀티플렉서(54)와 제 2파장분할멀티플렉서(54)로 인가되게 되고, 이 펌핑광이 광증폭광섬유(55)로 인가되게 되는 바, 상기 광증폭광섬유(55)에서 증폭된 광은 도 1과 같은 특성을 나타내게 된다.

한편, 상기 광증폭광섬유(55)로부터 출력된 광은 제 2파장분할멀티플렉서(58)를 통해 제 2아이솔레이터(57)의 입력으로 인가되게 된다.

그리고, 상기 제 2아이솔레이터(57)는 입력된 광을 제 2커플러(59)로 인가하게 되는 바, 제 2커플러(59)에서는 입력되는 광을 소정비율, 예컨대 99:1로 분할하여 99에 해당하는 광은 잡음제거필터(60)를 통해 출력광으로서 출력하고, 1에 해당하는 광은 튜너블필터(61)로 궤환 입력되게 된다,

한편, 상기 제 2커플러(59)로부터 튜너블필터(61)로 궤환되는 광의 비율에 따라 본 장치의 고정 이득에 대한 입력신호 세기의 범위를 조정할 수 있게 되는 바, 도 3은 상기 제 2커플러(59)에서의 출력광과 궤환광의 분할비율에 따른 광증폭특성에 관한 실험결과를 나타낸 도면이다,

도3에 도시된 실험결과치는 제 1레이저다이오드(53)와 제 2레이저다이오드(56)의 전류를 200mA로 설정한 상태에서 입력광의 세기에 따른 이득특성을 나타낸 것이다.

도3에서, (A)는 제 2커플러(59)로부터 출력되는 광을 100%이라 할 때, 제 2커플러(59)에 의해 분할되는 궤환광이 0%인 경우의 광증폭기의 광증폭특성을 나타낸 것이고, (B)는 제 2커플러(59)에 의해 분할되는 궤환광을 13%로 설정한 경우이며, (C)는 궤환광을 31.5%로 설정한 경우이고, (D)는 궤환광을 50%로 설정한 경우이다. 또한, (E)는 궤환광을 68.5%로 설정한 경우이고, (F)는 궤환광을 87%로 설정한 경우이다.

즉, 도3에 나타낸 바와 같이 제 2커플러(59)에 의해 분할 출력되는 궤환광의 비율을 변경함으로써, 제 1커플러(51)로 입력되는 입력광신호의 평탄화 신호레벨범위와, 증폭되는 이득레벨이 변화됨을 알 수 있게 된다.

예컨대, 도 3에서 제 2커플러(59)로부터 출력되는 궤환광의 비율이 13%인 경우에는 평탄화되는 입력광신호의 신호레벨범위가 -30dBm ∼-15dBm이고, 증폭이득레벨이 약 27dB인데 반하여, 제 2커플러(59)로부터 출력되는 궤환광의 비율이 87%인 경우에는 평탄화되는 입력광신호의 신호레벨범위가 -25dBm ∼-5dBm이고, 그 증폭이득레벨이 약 14dB가 된다.

따라서, 도 3에 의하면, 제 2커플러(59)로부터 출력되는 궤환광의 비율이 높아질수록 평탄화되는 입력광신호의 신호레벨범위는 넓어지게 되고, 그 증폭이득레벨은 낮아지게 됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 장치는 상기 튜너블필터(61)에서 필터링되는 광의 파장에 따라 입력광신호의 평탄화 신호레벨범위와 그 증폭이득레벨이 변화되게 되는 바, 도4는 제 2커플러(59)로부터 출력되는 궤환광의 비율을 31.5로 고정시킨 상태에서, 튜너블필터(61)로부터 필터링되는 광의 파장을 다르게 설정하는 경우의 입력 광신호의 신호레벨에 따른 이득특성에 관한 실험결과를 나타낸 도면이다.

도4에서, (V)는 제 2커플러(59)로부터 출력되는 궤환광이 없을 경우의 광증폭광섬유(55)의 출력특성을 나타낸 것이고, (W)는 튜너블필터(61)로부터 필터링되는 파장이 1530.5nm인 경우이며, (X)는 튜너블필터(61)로부터 필터링되는 파장이 1528.5nm인 경우이고, (Y)는 튜너블필터(61)로부터 필터링되는 파장이 1526.5nm인 경우이며, (Z)는 튜너블필터(61)로부터 필터링되는 파장이 1525nm인 경우를 나타낸 것이다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2커플러(59)로부터 출력되는 궤환광의 비율을 동일하게 적용하는 경우, 튜너블필터(61)로부터 필터링되는 광의 파장을 변화시킴에 따라 제 1커플러(51)로 입력되는 입력광신호의 평탄화 신호레벨범위와, 그 증폭이득레벨이 변화됨을 알 수 있다.

예컨대, 튜너블필터(61)로부터 필터링되는 광의 파장이 1530.5nm인 경우(W)에는 입력광신호의 평탄화 신호레벨범위가 -35.15dBm ∼-15.2dBm이고, 증폭이득레벨이 약 28dB인데 반하여, 튜너블필터(61)로부터 필터링되는 광의 파장이 1525nm인 경우(Z)에는 입력광신호의 평탄화 신호레벨범위가 -35.15dBm ∼-10.1dBm이고, 증폭이득레벨이 약 24dB가 된다.

즉, 도 4에 의하면 튜너블필터(61)의 필터링 광의 파장을 1530nm에서 단파장으로 이동시킬수록 평탄화되는 입력광신호의 범위가 넓어지게 되며, 증폭 이득레벨은 감소하게 된다.

따라서, 복잡한 광네트워크를 구성하는 광통신시스템에서, 궤환광의 비율과 튜너블필터의 필터링 파장대역을 조절함으로써, 시스템에 요구하는 고정 이득레벨을 갖도록 임의로 변경 설정할 수 있도록 함과 더불어, 그 이득레벨을 평탄화시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형 실시할 수 있게 된다.

또한, 궤환되는 비율과 궤환광의 파장을 변화시킴으로써, 원하는 출력이득레벨을 얻을 수 있게 된다.

Claims

레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광과 입력광신호를 하나의 광선로로 전송하는 파장분할멀티플렉서와 상기 레이저다이오드로부터 인가되는 펌핑광을 근거로 입력되는 광신호를 증폭출력하는 광증폭광섬유를 구비한 파장분할다중방식 광통신시스템에 있어서,

입력광신호와 궤환광을 믹싱하여 상기 파장분할멀티플렉서를 통해 광증폭광섬유로 출력하는 제 1커플러와,

상기 제 1커플러로부터 출력되는 광을 증폭출력하는 광증폭광섬유를 거쳐 인가되는 광을 소정비율로 분리하여 일부는 출력광으로 출력하고, 그 나머지는 궤환광으로 출력하는 제 2커플러 및,

상기 제 2커플러로부터 출력되는 궤환광의 특정 파장의 광을 필터링하여 출력하는 튜너블 필터를 구비하고,

상기 튜너블필터로부터 출력되는 궤환광은 상기 제 1커플러의 입력으로 인가되도록 함으로써, 무한 궤환루프를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기.
제 1항에 있어서,

상기 광증폭광섬유의 양단에 제 1파장분할멀티플렉서와 제 2파장분할멀티플렉서를 각각 구비함과 더불어,

상기 제 1파장분할멀티플렉서의 입력단과 제 2파장분할멀티플렉서의 입력단에 각각의 펌핑광용 레이저다이오드를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유 증폭기.
제 1항에 있어서,

상기 제 2커플러로부터 출력되는 궤환광 비율을 변화시킴으로써, 광증폭 이득레벨과 입력광신호의 평탄화레벨범위를 조절하도록 된 것을 특징으로 하는 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유 증폭기.
제 1항에 있어서,

상기 튜너블필터로부터 출력되는 필터링 파장을 변화시킴으로써, 광증폭 이득레벨과 입력광신호의 평탄화레벨범위를 조절하도록 된 것을 특징으로 하는 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기.
제 1항 또는 제 4항에 있어서,

상기 튜너블필터로부터 필터링되는 광의 파장대역은 1530nm이하의 단파장대역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 이득평탄화기능을 갖춘 광섬유증폭기.