KR20010026029A

KR20010026029A - 양방향 광증폭기

Info

Publication number: KR20010026029A
Application number: KR1019990037168A
Authority: KR
Inventors: 이승탁; 채창준; 박희상
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2001-04-06

Abstract

본 발명은 파장분할 다증화(Wave-length Division Multiplexing, 이하 WDM이라함) 광전송 시스템에서 광신호를 양방향 증폭하는 양방향 광증폭기에 관한 것이다. 종래의 기술에 있어서 광 전송기를 이용하여 양방향 광증폭기를 꾸밀 경우 고가의 광 전송기가 최소한 두 개 이상 필요하고, 성능 개선을 위해서는 광섬유 격자나 필터가 필요하므로 가격을 고려하면 경제적이지 못하다. 또한, 항상 EDFA가 양방향 증폭을 위해 두 개 이상이 소요되기 때문에, 단지 작은 증폭이 필요한 구간에서도 불필요하게 크게 증폭되므로 감쇠기(attenuator)가 필요하는 등 유연성이 없는 결점이 있었다. 이에, 본 발명에서는 파장분할 다중화 시스템에서 마하젠더형 결합기를 이용하여, 양방향에서 입력되는 광신호를 서로 다중화하여 증폭한 후, 다시 역다중화하여 서로 다른 방향으로 출력하도록 한다. 따라서, 양방향 광전송 시스템, 특히 WDM 시스템을 구현하는 데 있어서 핵심 요소인 양방향 광증폭기를 구성하는 데 있어서, 기존의 단방향 광증폭기를 이용하여 양방향으로 전송되어 온 신호를 동시에 증폭시킴으로써, 간단히 구현할 수 있고 광섬유를 효율적으로 이용할 수 있어 경제적인 효과가 크다.

Description

양방향 광증폭기 {BIDIRECTIONAL OPTICAL AMPLIFIER}

본 발명은 양방향 광증폭기(bidirectional optical amplifier)에 관한 것으로서, 특히 파장분할 다증화(Wave-length Division Multiplexing, 이하 WDM이라함) 광전송 시스템에서 광신호를 양방향 증폭하는 광증폭기에 관한 것이다.

WDM 광전송 시스템은 서로 다른 파장의 채널을 증가함으로써 단일 광섬유로 전송할 수 있는 용량을 증대할 수 있는 획기적인 방법이다.

광전송 시스템, 특히 WDM 광전송 시스템의 발달을 가져온 주요 원동력으로서 에르븀이 도핑된 광증폭기(Erbium-Doped Fiber Amplifier, 이하 EDFA라 칭함)를 들 수 있다. EDFA는 광전송 시스템에서 전송, 파장 분기/결합, 다중/역다중 등의 과정을 거치면서 약화된 광신호의 세기를 증폭시키는 중요한 역할을 하며, 전치 증폭기, 후치 증폭기, 및 선로 증폭기 등 광범위한 범위에 적용되고 있다.

EDFA는 레일리(Rayleigh) 역산란이나 반사 등에 의해 발생되는 위상잡음(phase noise)이 강도잡음(intensity noise)으로 바뀌어 증폭기의 이득 제한 및 성능 저하를 유발시키기 때문에, 에르븀이 도핑된 광섬유(Erbium-Doped Fiber, 이하 EDF라 칭함) 양단에 고립기(isolator)를 두는 구조를 택하게 된다. 이러한 EDFA의 구조 때문에 EDFA는 단일 방향 전송용으로 사용되고, 따라서 광전송 시스템도 단방향 시스템이 된다.

그러나, 양방향 WDM 광전송 시스템은 광신호 전송을 위해 사용되는 광섬유의 수를 절반으로 줄일 수 있다는 장점이 있다. 특히, 광섬유를 효율적으로 이용해야 하는 가입자 구간에서는 양방향 전송 시스템이 커다란 매력을 갖는다.

지금까지 제안된 양방향 광증폭기의 구조는 시스템의 성능 저하를 억제하기 위해 고립기를 갖춘 기존의 광증폭기, 반대 방향으로 전송된 신호를 서로 구별하여 나누는 부분으로 구성되는데, 특히 후자에 중점을 두었다. 예로, 주로 4-포트 광 전송기(4-port optical circulator)를 사용하거나[ U.S. Patent. No. 5887091, "Bidirectional Optical Amplifier Having Flat Gain" by Jabr et al.], 3-포트 광 전송기[ U.S. Patent. No. 5815308, "Bidirectional Optical Amplifier" by Kim et al., ]를 이용하여 양방향 전송 신호를 분리하였다.

이와 같이 광 전송기를 이용하여 양방향 광증폭기를 꾸밀 경우 고가의 광 전송기가 최소한 두 개 이상 필요하고, 성능 개선을 위해서는 광섬유 격자나 필터가 필요하므로 가격을 고려하면 경제적이지 못하다. 또한, 항상 EDFA가 양방향 증폭을 위해 두 개 이상이 소요되기 때문에, 단지 작은 증폭이 필요한 구간에서도 불필요하게 크게 증폭되므로 감쇠기(attenuator)가 필요하는 등 유연성이 없다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 파장분할 다중화 시스템에서 마하젠더(Mach-Zehnder)형 결합기(coupler)를 이용하여, 양방향에서 입력되는 광신호를 서로 다중화하여 증폭한 후, 다시 역다중화하여 서로 다른 방향으로 출력하는 양방향 광증폭기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양방향 광증폭기에 있어서: 광신호를 증폭하는 광증폭기; 양방향에서 입력되는 광신호를 서로 다중화하여 상기 광증폭기를 통해 증폭한 후, 다시 역다중화하여 서로 다른 방향으로 출력하는 마하젠더형 결합기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 파장분할 다증화 광전송 시스템에서 본 발명에 따른 양방향 광증폭기의 사용례를 나타낸 개략도,

도 2는 도 1에 도시된 양방향 광증폭기의 일 실시예를 나타낸 개략도,

도 3은 도 2에 도시된 마하젠더형 결합기의 일 실시예를 나타낸 개략도,

도 4는 도 3에 도시된 마하젠더형 결합기 포트의 출력 특성을 나타낸 개략도,

도 5는 도 1에 도시된 양방향 광증폭기의 다른 실시예를 나타낸 개략도,

도 6은 도 1에 도시된 양방향 광증폭기의 또다른 실시예를 나타낸 개략도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : WDM 홀수 채널 송신부 2 : WDM 짝수 채널 송신부

3, 4 : WDM 채널 수신부 5, 6 : 다중 및 역 다중화기

7, 8 : 광섬유 9 : 양방향 광증폭기

10, 31, 32, 35, 56 : 마하젠더형 결합기

11, 33, 34, 37, 38 : 광증폭기 21, 22 : 결합기

23 : 마하젠더형 간섭계

이하, 이와 같은 본 발명의 실시예를 다음과 같은 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 파장분할 다증화 광전송 시스템에서 본 발명에 따른 양방향 광증폭기(9)의 사용례를 나타낸 개략도로, WDM 홀수 채널 송신부(1), WDM 짝수 채널 송신부(2), WDM 채널 수신부(3, 4), 다중 및 역 다중화기(5, 6), 광섬유(7, 8), 및 양방향 광증폭기(9)로 구성된다.

동 도면에 있어서, 광섬유(7)의 좌단에서 광섬유(8)의 우단, 광섬유(8)의 우단에서 광섬유(7)의 좌단으로 전송되는 채널의 파장은 서로 다른 것을 사용한다.

홀수 WDM 채널 송신부(1) 및 짝수 WDM 채널 송신부(2)에서 각각 출력된 광신호는 다중 및 역 다중화기(5, 6)를 각각 통해 다중화되어 각기 다른 방향으로 전송된다. 이 각기 다른 방향으로 전송되는 광신호는 광섬유(7, 8)을 각각 지나면서 약화된 후에 양방향 광증폭기(9)에 의해 증폭된다. 증폭된 광신호는 다중화 및 역 다중화기(5, 6)를 각각 통해 역다중화되어 WDM 채널 수신부(3, 4)에 각각 제공된다.

도 2는 도 1에 도시된 양방향 광증폭기(9)의 일 실시예를 나타낸 개략도로, 마하젠더형 결합기(10) 및 광증폭기(11)로 구성된다.

동 도면에 있어서, 마하젠더형 결합기(10)는 광섬유(7, 8)를 통해 양방향에서 입력되는 광신호를 서로 다중화하여 광증폭기(11)를 통해 증폭한 후, 다시 역다중화하여 광섬유(7, 8)를 통해 서로 다른 방향으로 출력한다.

도 3은 도 2에 도시된 마하젠더형 결합기(10)의 일 실시예를 나타낸 개략도로, 두 개의 결합기(21, 22) 및 경로차가 다른 마하젠더형 간섭계(23)로 구성된다.

동 도면에 있어서, 마하젠더형 간섭계(23)는 두 암(arm)에 경로차(△l_eff)를 제공해서 위상차를 발생시켜 파장에 따른 출력 포트를 다르게 한다. 따라서, 양방향에서 입력되는 광신호를 다중 및 역다중하게 되고, 다중화된 광신호는 광증폭기(11)에서 증폭된다.

마하젠더형 간섭계(23)의 경로차(△l_eff)는 길이 차 또는, 굴절율을 달리함으로써 구현 가능하다.

결합기(21, 22)의 특성과 마하젠더형 간섭계(23)의 특성을 이용하여 마하젠더형 결합기(10)의 위상차(△φ=k·△l_eff, 여기서 k=2π/λ)를 적절히 조절하면, 'A' 지점에서 입력된 채널1(λ₁), 채널3(λ₃), 채널5(λ₅), 채널7(λ₇), ... 들은 마하젠더형 결합기(10)를 지나면 'C'지점으로 출력된다. 또한, 'B' 지점에서 입력된 채널2(λ₂), 채널4(λ₄), 채널6(λ₆), 채널8(λ₈), ... 들도 'C'지점으로만 출력된다. 여기서 사용되는 채널들은, 이를 테면 ITU-T 규격에 맞는 파장으로, 홀수 채널과 짝수 채널의 파장은 서로 사이사이에 위치하여, 마하젠더형 결합기(10)의 두 개의 입력포트에 입력된 신호들을 한 개의 출력 포트로만 출력하게 한다.

도 4는 도 3에 도시된 마하젠더형 결합기 포트의 출력 특성을 나타낸 개략도로, 도 3의 'A' 지점에서 임의 파장을 갖는 신호가 입력되었을 경우에 'C'와 'D' 지점에서의 출력특성을 나타낸다.

'C' 지점에서는 채널1, 3, 5, 7, ... 의 홀수 채널은 출력되나, 채널2, 4, 6, 8, ...의 짝수 채널은 거의 출력되지 않는 것과 반대로, 'D'지점에서는 채널2, 4, 6, 8, ...의 짝수 채널이 출력되고, 홀수 채널은 출력되지 않는다. 이는 마하젠더형 결합기(10)의 위상차(△φ)를 조절하여 위와 반대 즉, 'A' 지점에 광신호들이 입력되었을 때, 'C' 지점으로는 짝수 채널이, 'D' 지점에서는 홀수 채널이 출력되게 할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 홀수 채널은 마하젠더형 결합기(10)를 거치면서 평행하게 출력되고, 짝수 채널은 대각선 방향으로 출력된다. 이를 이용하면, 도 3과 같이 홀수 채널은 평행하게 출력되어 'C' 지점으로, 짝수 채널은 엇갈려서 'C' 지점으로 출력되어 모든 채널들이 'C' 지점으로 출력된다. 'C'로 출력된 모든 채널들은 도 2에서 보듯 단방향 광증폭기(11)로 함께 증폭된 뒤, 'D' 지점에 도달되고, 이는 다시 마하젠더형 결합기(10)를 거쳐 홀수 채널은 평행하게 'B' 지점으로 출력되고, 짝수 채널은 엇갈려서 'A' 지점으로 출력된다. 따라서, 'A' 지점에서 입력된 홀수 채널의 신호들은 'B' 지점으로 출력되고, 반대로 'B' 지점에서 입력된 짝수 채널의 신호들은 'A' 지점으로 출력되어 양방향 증폭이 가능하다. 또한, 마하젠더형 결합기(10)는 도 4를 보듯이, 필터 역할도 하여 본 양방향 광증폭기(9)는 기존의 성능 개선을 위해 제안된 양방향 광증폭기의 기능도 포함한다.

도 5는 도 1에 도시된 양방향 광증폭기(9)의 다른 실시예를 나타낸 개략도로, 마하젠더형 결합기(31, 32) 및 광증폭기(33, 34)로 구성된다.

동 도면에 있어서, 마하젠더형 결합기(31)의 하단으로 입력되는 홀수 채널의 신호들은 광증폭기(34)에서 증폭되어 마하젠더형 결합기(32)의 하단으로 출력된다. 또한, 마하젠더형 결합기(32)의 하단으로 입력되는 짝수 채널의 신호들은 광증폭기(33)에서 증폭되어 마하젠더형 결합기(31)의 하단으로 출력된다.

도 6은 도 1에 도시된 양방향 광증폭기(9)의 또다른 실시예를 나타낸 개략도로, 마하젠더형 결합기(35, 36) 및 광증폭기(37, 38)로 구성된다. 이때, 마하젠더형 결합기(35, 36)는 입력 포트가 한 개고 출력 포트가 두 개이다.

동 도면에 있어서, 마하젠더형 결합기(35)로 입력되는 홀수 채널의 신호들은 광증폭기(38)에서 증폭되어 마하젠더형 결합기(36)를 통해 출력된다. 또한, 마하젠더형 결합기(36)로 입력되는 짝수 채널의 신호들은 광증폭기(37)에서 증폭되어 마하젠더형 결합기(35)를 통해 출력된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 파장분할 다중화 시스템에서 마하젠더형 결합기를 이용하여, 양방향에서 입력되는 광신호를 서로 다중화하여 증폭한 후, 다시 역다중화하여 서로 다른 방향으로 출력하도록 한다. 따라서, 양방향 광전송 시스템, 특히 WDM 시스템을 구현하는 데 있어서 핵심 요소인 양방향 광증폭기를 구성하는 데 있어서, 기존의 단방향 광증폭기를 이용하여 양방향으로 전송되어 온 신호를 동시에 증폭시킴으로써, 간단히 구현할 수 있고 광섬유를 효율적으로 이용할 수 있어 경제적인 효과가 크다.

Claims

양방향 광증폭기에 있어서:

광신호를 증폭하는 광증폭기;

양방향에서 입력되는 광신호를 서로 다중화하여 상기 광증폭기를 통해 증폭한 후, 다시 역다중화하여 서로 다른 방향으로 출력하는 마하젠더형 결합기를 포함하는 양방향 광증폭기.
제 1 항에 있어서,

상기 마하젠더형 결합기는, 양방향으로 입력되는 광신호를 다음단과 결합시키는 제 1 결합기;

자신의 두 암에 위상차를 발생시켜 파장에 따른 출력 포트를 다르게 해서 상기 제 1 결합기를 통해 양방향에서 입력되는 광신호를 서로 다중 및 역다중되도록 하는 마하젠더형 간섭계;

상기 마하젠더형 간섭계의 다중화된 광신호를 상기 광증폭기의 입출력단과 결합시키는 제 2 결합기를 포함하는 양방향 광증폭기.
제 2 항에 있어서,

상기 마하젠더형 간섭계의 두 암에 경로차를 두어 위상차를 발생시키는 것을 특징으로 하는 양방향 광증폭기.
제 3 항에 있어서,

상기 경로차는 상기 두 암의 길이를 달리하여 만드는 것을 특징으로 하는 양방향 광증폭기.
제 3 항에 있어서,

상기 경로차는 상기 두 암의 굴절율을 달리하여 만드는 것을 특징으로 하는 양방향 광증폭기.