KR20000060202A - 광 아이솔레이터 및 이를 구비한 광섬유증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 아이솔레이터 및 이를 구비한 광섬유증폭기에 관한 것으로, 광 아이솔레이터는 입사되는 광을 편광방향에 따라 분리하는 제1복굴절 소자, 분리된 광을 각각 소정 각도로 회전시키는 편광 회전자 및 회전된 광을 결합하여 출력하는 제2복굴절 소자를 구비하여, 출력방향의 역방향으로 입사하는 광의 편광방향을 출력방향 광의 편광방향과 달리하여 역방향으로 입사하는 광을 통과시키지않는 광 아이솔레이터에 있어서, 편광 회전자의 후단 어느 곳에라도 위치하여 편광 회전자를 통과한 광중 소정 파장영역에 해당하는 광을 반사하는 반사필터를 구비함을 특징으로한다.
본 발명에 의하면, 광 아이솔레이터에 파장에 따라 반사율이 다른 반사필터를 삽입함으로써 반사되는 광이 역류하는 것을 방지하는 동시에 원하는 파장영역의 광에 손실을 줄 수 있다.

Description

광 아이솔레이터 및 이를 구비한 광섬유증폭기{Optical isolator and optical fiber amplifier comprising it}
본 발명은 광 아이솔레이터 및 이를 구비한 광섬유증폭기에 관한 것으로, 특히 파장에 따른 반사특성을 갖는 광 아이솔레이터 및 이를 구비하여 파장에 따른 이득을 평탄화하는 광섬유증폭기에 관한 것이다.
오늘날 광섬유증폭기의 이득을 평탄화하기위해 주로 사용되는 수동소자로는 반사코팅된 필터나 광섬유 격자 필터(fiber grating filter)가 있다. 그러나, 광섬유 격자 필터중 장주기 격자 필터는 온도에 따라 그 특성이 변하여 광섬유증폭기에 적용하는데 한계가 있다. 또한, 단주기 격자 필터 및 반사코팅된 필터는 반사형으로 반사된 광이 광섬유증폭기의 증폭효율을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 불필요한 반사광을 막기위해 광 아이솔레이터 후단에 삽입해야한다. 그러나, 상술한 반사형 소자를 광 아이솔레이터 후단에 연결하는 경우 접속손실이 증가할 뿐 만 아니라 구조가 복잡하여 광섬유증폭기의 성능을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 소정 파장영역의 광을 반사하는 반사필터를 구비한 광 아이솔레이터 및 이를 구비하여 파장에 따른 이득 스펙트럼을 평탄화하는 광섬유증폭기를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 광 아이솔레이터에 대한 구성도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 구성도이다.
도 2b는 도 2a의 다른 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터를 구비한 광섬유 증폭기에 대한 구성도이다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 입사되는 광을 편광방향에 따라 분리하는 제1복굴절 소자, 상기 분리된 광을 각각 소정 각도로 회전시키는 편광 회전자 및 상기 회전된 광을 결합하여 출력하는 제2복굴절 소자를 구비하여, 상기 출력방향의 역방향으로 입사하는 광의 편광방향을 상기 출력방향 광의 편광방향과 달리하여 상기 역방향으로 입사하는 광을 통과시키지않는 광 아이솔레이터에 있어서,
상기 편광 회전자의 후단 어느 곳에라도 위치하여 상기 편광 회전자를 통과한 광중 소정 파장영역에 해당하는 광을 반사하는 반사필터를 포함함을 특징으로한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명은 펌핑광을 생성하는 펌핑광원; 상기 펌핑광과 입사하는 신호광을 결합하는 파장선택결합기; 상기 파장선택결합기를 통과한 펌핑광에 의해 상기 신호광을 증폭하는 어븀도핑광섬유; 및 상기 증폭된 신호광중에서 상대적으로 이득이 큰 파장영역의 광을 일부 반사하는 반사필터를 구비한 광 아이솔레이터를 포함함을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로한다.
도 1은 일반적인 광 아이솔레이터에 대한 구성도이다. 도 1에 따른 광 아이솔레이터는 제1콜리메이터(collimator, 100), 제1복굴절 소자(110), 패러데이 회전자(Faraday rotator, 120), 제2복굴절 소자(130) 및 제2콜리메이터(140)로 구성된다.
그 동작은 다음과 같다. 제1콜리메이터(100)는 입사하는 광을 평행하게한다. 제1복굴절 소자(110)는 입사된 광을 편광방향에 따라 분리한다. 패러데이 회전자(120)는 분리된 광의 편광방향을 회전시킨다. 제2복굴절 소자(130)는 패러데이 회전자(120)를 통과한 광을 결합한다. 제2콜리메이터(140)는 제2복굴절 소자(130)를 통과한 광을 집광한다.
이 때, 역방향으로 입사하는 광의 경우, 제2복굴절 소자(130)에서 분리된 편광이 패러데이 회전자(120)의 비가역적(nonreciprocal)인 동작과 제1복굴절 소자(110)에 의해 더 분리됨으로써 제1콜리메이터(100)에서 집광되지않는다.
도 2a는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터에 대한 구성도이다. 도 2a에 따른 광 아이솔레이터는 제1콜리메이터(200), 제1복굴절 소자(210), 패러데이 회전자(220), 제2복굴절 소자(230), 제2콜리메이터(240) 그리고 반사필터(250)를 포함한다. 이 때, 반사필터(250)는 파장에 따라 반사특성이 다르게 나타나도록 반사코팅됨이 바람직하며, 그 위치는 패러데이 회전자(220)의 후단의 어느 곳이라도 관계없다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이 패러데이 회전자(220)와 제2복굴절 소자(230) 사이에 위치하거나, 도 2b에 도시된 바와 같이 제2복굴절 소자(230)와 제2콜리메이터(240) 사이에 반사필터(260)가 위치함이 적절하다.
그 동작은 다음과 같다. 제1콜리메이터(200)는 입사하는 광을 평행하게한다. 제1복굴절 소자(210)는 입사된 광을 편광방향에 따라 분리한다. 패러데이 회전자(220)는 분리된 광의 편광방향을 45°회전시킨다. 제2복굴절 소자(230)는 제1복굴절 소자(210)에 비해 45°의 광축방향으로 배열되어 패러데이 회전자(220)를 통과한 광을 결합한다. 제2콜리메이터(240)는 제2복굴절 소자(230)를 통과한 광을 집광한다. 반사필터(250, 260)는 패러데이 회전자(220)를 통과한 광중 소정 파장영역을 갖는 광을 반사한다. 이 때, 반사필터(250, 260)가 패러데이 회전자(220)의 앞단에 위치한다면, 반사필터(250, 260)에 의해 반사된 광이 역방향으로 역류되는 것을 차단하지 못하므로 광 아이솔레이터로서의 기능을 수행하지 못한다.
역방향으로 광이 입사하는 경우, 제2복굴절 소자(230)에 의해 분리된 편광은 패러데이 회전자(220)의 비가역적인 동작에 의해 그 편광방향이 -45°회전되어 제1복굴절 소자(210)의 편광방향과 90°바뀌게 된다. 따라서, 제1복굴절 소자(210)에서 편광에 따른 광이 다시 하나로 결합되지않고 더 분리되어 집광이 이루어지지않는다.
반사필터를 구비하는 광 아이솔레이터의 다른 실시예로서, 2개의 패러데이 회전자로 이루어진 이중(dual-stage) 광 아이솔레이터에서도 첫번째 페러데이 회전자 후단의 어느 위치에라도 반사필터를 삽입하여 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터를 구비한 광섬유 증폭기에 대한 구성도이다. 도 3에 따른 광섬유 증폭기는 제1광 아이솔레이터(300), 펌핑광원(310), 파장선택결합기(Wavelength Selective Coupler, 320), 어븀도핑광섬유(Erbium Doped Fiber, 330, 이하 EDF라 함) 그리고 제2광 아이솔레이터(340)를 포함한다. 여기서, 제1광 아이솔레이터(300)는 본 발명에 따른 반사필터를 구비하는 광 아이솔레이터일 필요는 없다. 또한, EDF(330)와 제2광 아이솔레이터(340) 사이에 후향(backward) 펌핑을 위한 제2펌핑광원과 제2파장선택결합기를 더 구비할 수 있다.
그 동작은 다음과 같다. 펌핑광원(310)에서 생성된 펌핑광은 파장선택결합기(320)를 통해 EDF(330)에 입사하여, EDF(330)에 있는 어븀이온(Er3+)을 여기시킨다. 파장선택결합기(320)를 통과한 신호광은 EDF(330)에서 여기된 어븀이온에 의해 증폭되어 출력된다. 일반적으로, 광섬유증폭기의 이득은 파장이 1532nm 대역에서 크고 1550nm대역에서는 작다. 따라서, 상기 1532nm대역의 광의 이득을 1550nm대역의 이득과 실질적으로 동일하도록 감소시킨다면, 상기와 같은 광섬유증폭기의 이득을 평탄화 할 수 있다.
본 발명에서는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 이득이 상대적으로 큰 파장대역의 광에 원하는 정도의 손실을 주도록 반사율이 조정되어 반사코팅된 반사필터(250, 260)를 구비하는 광 아이솔레이터를 EDF(330)의 후단(340)에 구비한다.
EDF(330)에서 증폭된 광이 제2광 아이솔레이터(340)에 입사하면. 손실을 주고자하는 파장영역의 광은 제2광 아이솔레이터(340) 내의 반사필터에 의해 일부가 반사되고, 나머지는 통과된다. 이 때, 반사율은 손실을 주고자하는 정도로 결정된다. 반사필터에 의해 반사된 광은 제2광 아이솔레이터 내의 패러데이 회전자에 의해 차단된다. 또한, 제2광 아이솔레이터(340)를 통과하여 출력커넥터(미도시)와 같은 광소자에 의해 반사되어 역류하는 광도 마찬가지로 차단된다.
이 때, 제1광 아이솔레이터(300)는 EDF(330)에서 증폭된 광이 역류되어 입력 커넥터(미도시)와 같은 광소자에 의해 반사되는 것을 차단한다.
본 발명에 의하면, 광 아이솔레이터에 파장에 따라 반사율이 다른 반사필터를 삽입함으로써 반사되는 광이 역류하는 것을 방지하는 동시에 원하는 파장영역의 광에 손실을 줄 수 있다.
또한, 반사필터가 삽입된 광 아이솔레이터를 광섬유증폭기의 출력단에 삽입함으로써 이득이 상대적으로 큰 파장영역의 광에 손실을 주게되어 광섬유증폭기의 이득을 평탄하게 할 수 있다. 따라서, 하나의 광소자로 광 아이솔레이션 기능과 이득을 평탄화하는 광 필터 기능을 동시에 수행하므로 광섬유증폭기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 광섬유증폭기를 구성하는 광소자의 수를 줄이게되어 광소자에 의한 삽입손실을 감소시킬 수 있고, 생산성을 증대시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 입사되는 광을 편광방향에 따라 분리하는 제1복굴절 소자, 상기 분리된 광을 각각 소정 각도로 회전시키는 편광 회전자 및 상기 회전된 광을 결합하여 출력하는 제2복굴절 소자를 구비하여, 상기 출력방향의 역방향으로 입사하는 광의 편광방향을 상기 출력방향 광의 편광방향과 달리하여 상기 역방향으로 입사하는 광을 통과시키지않는 광 아이솔레이터에 있어서,
    상기 편광 회전자의 후단 어느 곳에라도 위치하여 상기 편광 회전자를 통과한 광중 소정 파장영역에 해당하는 광을 반사하는 반사필터를 구비함을 특징으로하는 광 아이솔레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사필터는
    손실을 주고자하는만큼 반사할 파장영역의 광을 반사하도록 반사율이 결정되어 반사코팅됨을 특징으로하는 광 아이솔레이터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반사필터는
    상기 편광 회전자와 상기 제2복굴절 소자 사이에 위치함을 특징으로하는 광 아이솔레이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 편광 회전자와 상기 제2복굴절 소자 사이에 제2편광 회전자를 더 구비함을 특징으로하는 광 아이솔레이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반사 필터의 위치는
    상기 편광 회전자와 상기 제2편광 회전자 사이에 위치함을 특징으로하는 광 아이솔레이터.
  6. 제4항에 있어서, 상기 반사필터의 위치는
    상기 제2편광 회전자와 상기 제2복굴절 소자 사이에 위치함을 특징으로하는 광 아이솔레이터.
  7. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 반사필터의 위치는
    상기 제2복굴절 소자의 후단에 위치함을 특징으로하는 광 아이솔레이터.
  8. 펌핑광을 생성하는 펌핑광원;
    상기 펌핑광과 입사하는 신호광을 결합하는 파장선택결합기;
    상기 파장선택결합기를 통과한 펌핑광에 의해 상기 신호광을 증폭하는 어븀도핑광섬유; 및
    상기 증폭된 신호광중에서 상대적으로 이득이 큰 파장영역의 광을 일부 반사하는 반사필터를 구비한 광 아이솔레이터를 포함함을 특징으로하는 광섬유증폭기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사필터는
    입사되는 광을 편광방향에 따라 분리하는 제1복굴절 소자; 상기 분리된 광을 각각 소정 각도로 회전시키는 편광 회전자 및 상기 회전된 광을 결합하여 출력하는 제2복굴절 소자를 구비하여, 상기 출력방향의 역방향으로 입사하는 광의 편광방향을 상기 출력방향 광의 편광방향과 달리하여 상기 역방향으로 입사하는 광을 통과시키지않는 광 아이솔레이터에 있어서, 상기 편광 회전자의 후단 어느 곳에라도 위치하여 상기 편광 회전자를 통과한 광중 상기 반사할 파장영역의 광을 반사함을 특징으로하는 광섬유증폭기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반사필터는
    상기 반사할 파장영역의 이득이 상기 반사 파장영역밖의 파장영역의 이득과 실질적으로 동일하도록 반사율이 결정되어 반사코팅됨을 특징으로하는 광섬유증폭기.
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