KR20010027846A - 광섬유 증폭기의 광신호 감시기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 광섬유 증폭기의 광신호 감시기는, 상기 광섬유 증폭기에 의해 증폭되는 광신호를 입력으로 하며, 내부 온도의 변화에 따라 각 출력도파로의 출력 파장대가 변화함으로 인하여 전체 출력도파로들의 출력 스펙트럼이 천이되어, 상기 출력 스펙트럼과 일치하는 상기 입력 광신호의 파장성분을 출력하는 폴리머 광도파로열 격자; 온도 가변신호에 따라 상기 폴리머 광도파로열 격자의 내부 온도를 변경하는 온도 제어기; 상기 폴리머 광도파로열 격자로부터 출력되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 광전 변환기; 상기 광전변환기로부터 입력되는 전기신호의 레벨을 신호 유무를 판별하기 위해 설정된 기준 레벨과 비교하는 비교기; 및 상기 입력 광신호에 대해 감시할 채널의 파장에 대응되게 상기 온도 가변신호를 발생시켜 상기 온도 제어기로 출력하며, 상기 비교기의 비교 결과로부터 상기 입력 광신호의 채널 정보를 파악하는 전자 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 광신호 감시기에 관한 것으로서, 특히 광섬유 증폭기의 광신호 감시기에 관한 것이다.
장거리 통신에 있어서, 광섬유를 통해 전송되는 광신호는 감쇠, 분산 등에 의한 손실을 겪게 된다. 장거리 통신 시스템(system)에 있어서, 최초 송신단과 최종 수신단 사이에 위치하는 중계기는 상기 광신호의 감쇠, 분산 등을 보상하는 역할을 하고 있다. 상기 중계기에 포함된 광섬유 증폭기는 상기 감쇠된 광신호를 증폭하는 역할을 하며, 통상적으로 어븀(erbium) 등을 첨가한 희토류 첨가 광섬유 증폭기가 사용된다. 또한, 광통신에 있어서, 하나의 광섬유에 가능한한 많은 수의 채널(channel)들을 전송하려는 목적으로 파장 분할 다중화 기술을 통상적으로 채택하고 있다.
그러나, 광섬유 자체적인 손실 특성때문에 상당히 작은 영역의 파장 대역만이 광통신에 사용되고 있고, 이러한 파장 대역에 극히 작은 파장 간격의 채널들을 전송함에 따라 정보 손실의 위험도 크다. 예를 들어, 광신호에 잡음 신호가 섞였을 경우에, 상기 잡음 신호는 광섬유 증폭기를 거치면서 더욱 세기가 커진다. 즉, 상기 광신호를 구성하는 채널과 상기 잡음 신호가 서로 간섭하여 상기 채널로 전송되는 정보의 손실을 야기할 수 있다. 상기한 문제점을 해결하기 위한 종래의 광섬유 증폭기는 광신호 감시 장치를 구비하고 있다. 상기 광신호 감시 장치는 입력 광신호의 채널수, 광신호 대 잡음비(optical signal-to-noise ratio), 각 채널별 광신호 세기 등을 감시하는 역할을 한다. 상기한 광신호 감시 장치의 예로서, 존 아. 피(John A. Fee) 등에 의해 발명되어 특허허여된 미국특허번호 제5,914,794호(METHOD OF AND APPARATUS FOR DETECTING AND REPORTING FAULTS IN AN ALL-OPTICAL COMMUNICATIONS SYSTEM)에서는 전송되는 광신호에 감시 채널(supervisory channel)을 두어 상기 광신호로 전송되는 채널들의 정보를 제공하는 광신호 감시기 및 그 방법을 개시하고 있다.
도 1은 상기 감시 채널을 이용한 광신호 감시 방법의 적용예를 보인 것으로, 종래의 감시 채널을 이용한 광신호 감시 방법을 적용한 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 1은 장거리 통신 시스템에서 사용되는 다수의 광섬유 증폭기들 중의 하나를 도시한 것이다. 수신측 광섬유(101)를 통해 전송된 입력 광신호 중에서 감시 채널은 제1 파장선택 결합기(102)에 의해 분리되고, 상기 감시 채널의 광신호는 광수신부(112)에 의해 전기신호로 변환되어 시스템 제어부(119)로 입력된다. 또한, 상기 시스템 제어부(119)는 상기 입력된 감시 채널의 전기신호와 동일한 채널 정보를 포함하고 있는 전기신호를 출력한다. 광전송부(118)는 상기 전기신호를 광신호로 변환하고, 상기 광신호는 제2 파장선택 결합기(110)에 의해 제2 탭(tab)(109)으로부터 전송된 출력 광신호에 결합되어 출력측 광섬유(111)로 전송된다. 상기 감시 채널은 다음 광섬유 증폭기에서의 광신호 감시를 위하여 사용된다. 상기 제1 파장선택 결합기(102)에 의해 감시 채널이 제거된 광신호는 제1 탭(103)에 의해 일정 비율로 세기가 분할되어 각각 제1 광전 변환부(113) 및 제1 아이솔레이터(isolator)(104)로 전송되게 된다. 상기 아이솔레이터(104)는 상기 입력 광신호의 역방향으로 광이 진행하는 것을 방지한다. 상기 역방향의 광은 펌핑광, 반사광 등의 광을 말한다. 상기 제1 광전 변환부(113)로부터 출력된 전기신호는 전자 제어부(115)로 입력된다. 상기 전자 제어부(115)로는 통상적으로 마이크로 프로세서를 사용한다. 상기 전자 제어부(115)는 상기 입력된 전기신호의 전력으로부터 입력 광신호의 세기를 파악한다. 상기 전자 제어부(115)는 시스템 제어부(119)로부터 입력되는 상기 광신호의 채널수 정보와 상기 제1 광전 변환부(113)로부터 입력되는 상기 전기신호의 전력으로부터 입력 광신호의 채널당 세기를 파악하여 광섬유 증폭 소자(106)의 증폭율을 조절한다. 즉, 상기 전자 제어부(115)는 상기 입력 광신호의 세기를 상기 채널수로 나누어 각 채널당 세기를 파악하고, 이미 설정된 기준 채널당 세기에 상기 채널수를 곱한 출력 광신호 세기로 상기 입력 광신호를 증폭한다. 상기 전자 제어부(115)는 상기 광섬유 증폭 소자(106)에 순방향 펌핑광(forward pumping light)을 제공하는 제1 레이저 다이오드(laser diode)(114) 및 역방향 펌핑광(backward pumping light)을 제공하는 제2 레이저 다이오드(116)를 제어하여 상기 광섬유 증폭 소자(106)의 증폭율을 조절한다. 상기 두 레이저 다이오드들(114 및 116)로부터 제공되는 순방향 및 역방향 펌핑광들은 각각 제2 파장선택 결합기(105) 및 제3 파장선택 결합기(107)에 의해 상기 광섬유 증폭 소자(106)로 제공된다. 상기 광섬유 증폭 소자(106)는 상기 양방향의 펌핑광들의 세기들에 의해 정해지는 증폭율로 상기 입력 광신호를 증폭하여 출력한다. 상기 출력 광신호는 제2 아이솔레이터(108)를 거쳐 제2 탭(109)으로 전송된다. 상기 제2 탭(109)으로 전송된 광신호는 일정 비율로 세기가 분할되어 제2 광전 변환부(117) 및 제4 파장선택 결합기(110)로 전송되게 된다. 상기 제2 광전 변환부(117)로 전송된 광신호는 전기신호로 변환되어 상기 전자 제어부(115)로 입력되게 된다. 상기 전자 제어부(115)는 상기 입력된 전기신호의 전력을 정해진 전기신호의 전력과 비교하여 오차가 있을 경우에, 상기 제1 레이저 다이오드(114) 및 제2 레이저 다이오드(116)의 출력을 조절하여 상기 오차를 보정한다. 상기 정해진 전기신호의 전력은 입력 광신호의 채널수에 기준 채널당 전력을 곱한 값을 말한다.
그러나, 예를 들어, 상기 입력측 광섬유(101)로부터 전송되는 입력 광신호가 16 채널에서 8 채널로 변경되었을 경우에, 상기 입력 광신호로부터 분리된 감시 채널의 광신호는 광전 변환되어 상기 시스템 제어부(119)로 입력되고, 상기 시스템 제어부(119)에서 출력된 감시 채널의 전기신호는 다시 전광 변환되어 출력 광신호에 결합되므로, 상기 감시 채널의 광신호와 감시 채널이 제거된 출력 광신호간의 시간차가 발생하게 되는 것이다. 또한, 이러한 시간차는 상기 출력 광신호가 일련의 광섬유 증폭기들을 거치면서 더욱 증가된다. 상기 증가되는 시간차에 따른 문제점은 입력 광신호가 16 채널에서 8 채널로 변경되었을 경우에, 상기 전자 제어부(119)는 이러한 변경 정보를 받지 못한 상태에서 상기 8 채널의 광신호를 16 채널의 광신호에 해당하는 증폭율로 증폭하게 된다. 즉, 상기 광신호의 각 채널은 기준 채널당 세기의 2 배에 해당하는 세기를 갖게 되는 것이다. 따라서, 상기 과증폭된 광신호는 상기 광섬유 증폭기(120)의 각 소자에 악영향을 미칠 수 있으며, 상기 과증폭된 광신호를 구성하는 각 채널들간의 간섭이 발생할 위험이 크다.
이와는 반대로, 상기 입력측 광섬유(101)로부터 전송되는 입력 광신호가 8 채널에서 16 채널로 변경되었을 경우에는, 상기 광섬유 증폭기(120)로부터 출력되는 상기 광신호의 각 채널은 기준 채널당 세기의 반에 해당하는 세기를 갖게 된다.
따라서, 상기 충분히 증폭되지 못한 광신호는 전송 중의 손실 등으로 인하여, 상기 광신호로 전송되는 정보의 손실을 야기할 수 있다. 결론적으로, 종래의 감시 채널을 이용한 광신호 감시 방법은 전송되는 광신호와 감시 채널 간의 전송 시간차로 인한 오차를 발생시키며, 상기 시간차는 일련의 광신호 감시 장치들을 거칠수록 더욱 커진다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 감시 채널을 이용하지 않으면서도, 입력 광신호의 다양한 감시 기능을 수행하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유 증폭기의 광신호 감시기는,
상기 광섬유 증폭기에 의해 증폭되는 광신호를 입력으로 하며, 내부 온도의 변화에 따라 각 출력도파로의 출력 파장대가 변화함으로 인하여 전체 출력도파로들의 출력 스펙트럼(spectrum)이 천이되어, 상기 출력 스펙트럼과 일치하는 상기 입력 광신호의 파장성분을 출력하는 폴리머 광도파로열 격자(polymer arrayed waveguides grating);
온도 가변신호에 따라 상기 폴리머 광도파로열 격자의 내부 온도를 변경하는 온도 제어기;
상기 폴리머 광도파로열 격자로부터 출력되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 광전 변환기;
상기 광전변환기로부터 입력되는 전기신호의 레벨을 신호 유무를 판별하기 위해 설정된 기준 레벨(level)과 비교하는 비교기; 및
상기 입력 광신호에 대해 감시할 채널의 파장에 대응되게 상기 온도 가변신호를 발생시켜 상기 온도 제어기로 출력하며, 상기 비교기의 비교 결과로부터 상기 입력 광신호의 채널 정보를 파악하는 전자 제어부를 포함한다.
도 1은 종래의 감시 채널을 이용한 광신호 감시 방법을 채택한 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광신호 감시기의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광신호 감시기를 구비한 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 광신호 감시기의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 광신호 감시기를 구비한 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 증폭기의 광신호 감시기의 구성을 나타내는 도면이다. 입력 광신호는 후술하는 바와 같이 도 3에 도시된 광섬유 증폭기(317)의 제3 탭(309)에 의하여 분리되어, 일부는 광섬유 증폭 소자로 입력되고, 나머지 일부는 폴리머 광도파로열 격자(polymer arrayed waveguides grating)(220)로 입력된다. 상기 탭(309)은 입력되는 광신호의 세기만을 분리하는 특성을 가진다. 즉, 상기 탭(309)으로 입력되어 분리된 두 광신호는 파장, 주파수 등의 광학적 특성이 동일하다.
통상적인 광도파로열 격자는 입력된 광신호를 파장에 따라 다수개의 출력 도파로들로 역다중화하여 출력하는 기능을 하며, 내부 온도의 변화에 따라 약간의 천이폭이 있기는 하나, 거의 고정된 출력 스펙트럼을 가진다. 상기 출력 스펙트럼은 상기 광도파로열 격자로부터 출력 가능한 파장들의 나열을 말한다. 예를 들어, 상기 광도파로열 격자가 4 개의 출력 도파로들을 가지고, 1550, 1552, 1554 및 1556 nm의 출력 스펙트럼을 가진다고 가정하자. 상기 광도파로열 격자로 1550, 1554, 1558 및 1562 nm 파장대의 4 채널 광신호를 입력시키면, 상기 광도파로열 격자는 1550 및 1554 nm 파장대의 두 채널들만을 출력한다. 즉, 상기 광도파로열 격자의 출력 스펙트럼과 일치하는 파장대의 채널들만 역다중화하여 출력하는 것이다. 상기한 예는 통상적인 광도파로열 격자의 출력 스펙트럼을 설명하기 위해 가정한 것이다. 즉, 실제 파장 분할 다중 시스템에서는 전송 광신호의 채널수 및 각 채널 파장을 미리 설정하므로, 상기한 예와 같이 미리 설정되지 않은 채널을 광신호가 포함하는 일은 발생하지 않는다. 본 발명에 따른 폴리머 광도파로열 격자(220)의 내부 온도 변화에 따른 출력 스펙트럼 천이율은 약 -0.1∼-0.3nm/℃ 정도이다. 따라서, 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)의 내부 온도를 조절하는 온도 제어기(210)의 온도 가변폭을 50℃로 설정할 경우에, 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)의 출력 스펙트럼 천이폭은 5∼15nm이 된다. 예를 들어, 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)가 2 개의 출력 도파로들을 가지며, 상온 출력 스펙트럼이 1553 및 1556 nm이고 출력 스펙트럼 천이율이 -0.1 nm/℃라고 가정하자. 또한, 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)로 1550, 1552, 1554 및 1556 nm 파장대의 4 채널 광신호가 입력된다고 가정하자. 상기 온도 제어기(210)로 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)의 내부 온도를 (상온 + 30) ℃까지 올리면, 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)는 내부온도가 올라감에 따라, 1556, 1552, 1554 및 1550 nm의 채널들을 양 출력도파로들에서 번갈아가며 차례대로 출력한다. 즉, 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)의 내부온도가 상승함에 따라 출력 스펙트럼이 3 nm의 파장간격을 유지하면서 낮은 파장쪽으로 연속적으로 천이되고, 상기 출력 스펙트럼과 상기 입력 광신호의 채널 파장이 일치할 때 상기 채널이 출력되는 것이다.
본 발명에서 통상적인 광도파로열 격자를 사용하지 않고, 폴리머 광도파로열 격자를 사용하는 이유는 크게 두가지이다.
첫 번째는, 통상적인 광도파로열 격자는 감시할 채널수 만큼의 출력 도파로들을 구비해야하는 반면에, 본 발명에 따른 폴리머 광도파로열 격자는 감시할 채널수보다 적은 수의 출력 도파로들을 구비하는 것이 가능하다는 것이다. 상기한 예에서는 감시할 채널수가 4 개인데 상기 폴리머 광도파로열 격자의 출력 도파로들의 수는 2 개이다. 이에따른 이점은 단지 상기 폴리머 광도파로열 격자의 출력 도파로들의 수를 줄였다는 것뿐만 아니라, 상기 각 출력 도파로에 연결되는 광전 변환기와 같은 소자들의 수도 함께 줄어든다는 것이다.
두 번째는, 다양한 감시 기능을 효율적으로 수행할 수가 있다는 것이다. 예를 들어, 2 nm 파장 간격의 8 채널 광신호에 대해 광신호대 잡음비를 측정한다고 하자. 상기 입력 광신호 중에 잡음 신호의 비는 얼마인지를 나타내는 광신호대 잡음비를 정확히 측정하기 위해서는 상기 광신호의 채널간 파장폭보다 적은 파장폭으로 상기 광신호를 감시할 필요가 있다. 즉, 상기 광신호의 채널수보다 감시 채널수가 더 많은 것이다. 예를 들어, 상기 광신호를 1 nm의 파장폭으로 감시한다고 했을 때, 통상적인 광도파로열 격자는 16 개의 출력 도파로들을 구비해야만 한다. 반면에, 본 발명에 따른 폴리머 광도파로열 격자는 예를 들어, 스펙트럼 천이폭을 1 nm로 하고 상온에서의 출력 스펙트럼을 상기 광신호의 8 채널들로 설정할 경우에 8 개의 출력 도파로들만 구비하면 된다. 즉, 감시 채널수는 상기 광신호 채널수의 2 배인 16 채널이 된다.
상기 폴리머 광도파로열 격자(220)에서 출력되는 각 채널은 광전 변환기(230)에 의하여 전기신호로 변환되어 비교기(240)로 입력된다. 상기 광전 변환기(230)는 예로 포토다이오드(photodiode)일 수 있다. 상기 비교기(240)는 상기 입력된 전기신호의 레벨을 미리 설정된 기준 레벨과 비교하여 그 비교값을 출력한다. 상기 기준 레벨은 임의의 값일 수 있으며, 입력된 전기신호가 상기 기준 레벨보다 높을 경우에는 '1'의 비교값, 낮을 경우에는 '0'의 비교값을 출력할 수 있다.
후술하는 바와 같이 도 3에 도시된 광섬유 증폭기(317)의 전자 제어부(313)는 상기 비교기(240)로부터 입력되는 비교값을 저장, 분석하여 상기 입력 광신호의 채널 정보를 파악한다. 상기 전자 제어부(313)는 예로, 마이크로 프로세서일 수 있다. 상기 전자 제어부(313)는 상기 온도 제어기(210)에게 온도 가변신호를 인가하며, 미리 설정된 감시할 채널의 파장, 상기 입력 광신호의 기준 채널당 세기, 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)의 출력 스펙트럼 및 출력 스펙트럼 천이율을 저장하고 있다. 상기 입력 광신호의 채널들이 상기 광신호 감시기의 감시할 채널들을 의미하는 것은 아니다. 즉, 상기 입력 광신호는 상기 광신호 감시기의 감시할 채널들 중에서 임의의 채널들을 포함할 수가 있다. 예를 들어, 상기 전자 제어부(313)가 상기 감시할 채널의 파장에 대응되는 온도 가변폭으로 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)의 내부 온도를 변경시키라는 온도 가변신호를 상기 온도 제어기(210)에 인가한다. 상기 온도 제어기(210)는 상기 폴리머 광도파로열 격자(220)의 내부온도가 (현재온도 + 상기 온도 가변폭)에 이를 때까지 가열한다. 이에 따라, 상기 비교기(240)로부터 출력되는 각 채널별 비교값을 대응하는 상기 전자 제어부(313)의 레지스터(register)에 저장한다. 예를 들어, 상기 전자 제어부(313)는 상기 비교기(240)의 기준 레벨을 기준 채널당 세기의 -3dB 값으로 정하고, 상기 온도 가변과정의 시작부터 종료까지 상기 레지스터들에 입력되는 '1'의 비교값의 수를 파악하여 상기 입력 광신호의 채널수를 파악한다. 또한, 상기 입력 광신호의 광신호대 잡음비는 예를 들어, 감시 채널수를 상기 입력 광신호 채널수의 2 배로 하고, 상기 비교기(240)의 기준 레벨을 기준 채널당 세기의 -3dB 값으로 정하여 측정한 채널의 수와 신호 유무를 판별할 수 있는 최소 세기로 정하여 측정한 채널의 수를 비교하여 알 수가 있다. 상기 기준 채널당 세기의 -3dB 값은 광신호만을 카운트(count)하기 위한 값이며, 상기 신호 유무를 판별할 수 있는 최소 세기는 광신호 및 잡음 신호를 카운트하기 위한 값이다.
도 3은 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광신호 감시기(316)를 구비한 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다. 입력 광신호는 제3 탭(309)에 의하여 일정한 비율로 세기가 분할되어 광신호 감시기(316)로 입력되고 있다. 전자 제어부(313)는 미리 설정된 감시할 채널의 파장, 상기 광신호의 기준 채널당 세기, 폴리머 광도파로열 격자의 출력스펙트럼 및 상기 출력 도파로의 출력 스펙트럼 천이율에 따라 광신호 감시기(316)로 온도 가변신호를 인가한다. 상기 광신호 감시기(316)는 상기 온도 가변신호에 응답하여 대응하는 비교값을 출력하며, 상기 전자 제어부(313)는 상기 비교값을 저장 및 분석하여 상기 입력 광신호의 채널 정보를 파악한다. 상기 채널 정보는 상기 입력 광신호의 채널수를 포함한다. 또한, 입력 광신호는 제1 탭(302)에 의해 일정 비율로 세기가 분할되어 각각 제1 광전 변환부(311) 및 제1 아이솔레이터(303)로 전송되게 된다. 상기 아이솔레이터(303)는 상기 입력 광신호의 역방향으로 광이 진행하는 것을 방지한다. 상기 역방향의 광은 펌핑광, 반사광 등의 광을 말한다. 상기 제1 광전 변환부(311)로부터 출력된 전기신호는 전자 제어부(313)로 입력된다. 상기 전자 제어부(313)는 상기 입력된 전기신호의 전력으로부터 상기 입력 광신호의 세기를 파악한다. 상기 전자 제어부(313)는 상기 광신호 감시기의 비교값과 상기 제1 광전 변환부(311)로부터 입력되는 상기 전기신호의 전력으로부터 입력 광신호의 채널수 및 세기를 파악하여 광섬유 증폭 소자(305)의 증폭율을 조절한다. 즉, 상기 전자 제어부(313)는 상기 입력 광신호의 세기를 상기 채널수로 나누어 각 채널당 세기를 파악하고, 이미 설정된 기준 채널당 세기에 상기 채널수를 곱한 출력 광신호 세기로 상기 입력 광신호를 증폭한다. 상기 전자 제어부(313)는 상기 광섬유 증폭 소자(305)에 순방향 펌핑광을 제공하는 제1 레이저 다이오드(312) 및 역방향 펌핑광을 제공하는 제2 레이저 다이오드(314)를 제어하여 상기 광섬유 증폭 소자(305)의 증폭율을 조절한다. 상기 두 레이저 다이오드들(312 및 314)로부터 제공되는 순방향 및 역방향 펌핑광들은 각각 제1 파장선택 결합기(304) 및 제2 파장선택 결합기(306)에 의해 상기 광섬유 증폭 소자(305)로 제공된다. 상기 광섬유 증폭 소자(305)는 상기 양방향의 펌핑광들의 세기들에 의해 정해지는 증폭율로 상기 입력 광신호를 증폭하여 출력한다. 상기 출력 광신호는 제2 아이솔레이터(307)를 거쳐 제2 탭(308)으로 전송된다. 상기 제2 탭(308)으로 전송된 광신호는 일정 비율로 세기가 분할되어 제2 광전 변환부(315) 및 제3 탭(309)으로 전송되게 된다. 상기 제2 광전 변환부(315)로 전송된 광신호는 전기신호로 변환되어 상기 전자 제어부(313)로 입력되게 된다. 상기 전자 제어부(313)는 상기 입력된 전기신호의 전력을 정해진 전기신호의 전력과 비교하여 오차가 있을 경우에, 상기 제1 레이저 다이오드(312) 및 제2 레이저 다이오드(314)의 출력을 조절하여 상기 오차를 보정한다. 상기 정해진 전기신호의 전력은 입력 광신호의 채널수에 기준 채널당 전력을 곱한 값을 말한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광신호 감시기를 구비한 광섬유 증폭기는 자체적으로 입력 광신호의 채널정보를 파악하므로, 종래의 외부 신호에 의해 입력광신호의 채널정보를 파악하는 광섬유 증폭기에 있어서, 상기 외부 신호의 입력 지연으로 인해 발생하는 입력 광신호의 과증폭 또는 증폭 부족으로 인한 피해를 최소화할 수가 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 증폭기의 광신호 감시기는 입력 광신호의 채널수 및 광신호대 잡음비와 같은 입력 광신호의 다양한 채널정보를 제공한다.
한편, 도 3에서는 광신호 감시기(316)가 출력측 광섬유(310) 쪽에 설치되어 있으나, 입력측 광섬유(301) 쪽에 설치하여도 무방하다. 즉, 상기 제 1탭(302)과 입력측 광섬유(301) 사이에 제3 탭(309)를 설치하고, 상기 제3 탭(309)에 의해 세기가 분할된 광신호를 광신호 감시기(316)가 입력받아 그 비교값을 전자 제어부로 출력하는 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 광신호 감시기의 구성을 나타내는 도면이다. 입력 광신호는 후술하는 바와 같이 도 5에 도시된 광섬유 증폭기(317)의 제2 탭(507)에 의하여 분리되어, 일부는 출력측 광섬유(508)로 입력되고, 나머지 일부는 폴리머 광도파로열 격자(420)로 입력된다. 상기 폴리머 광도파로열 격자(420)의 내부 온도 변화에 따른 출력 스펙트럼 천이율은 약 -0.1∼-0.3nm/℃ 정도이다. 온도 제어기(410)는 후술하는 바와 같이 도 5에 도시된 전자 제어부(510)의 온도 가변신호에 따라 상기 폴리머 광도파로열 격자(420)의 내부 온도를 (현재 온도 + 온도 가변폭)℃까지 변경한다. 이에 따라 상기 폴리머 광도파로열 격자(420)에서 출력되는 각 채널은 광전 변환기(430)에 의하여 전기신호로 변환되어 레벨 검출기(440)로 입력된다. 상기 레벨 검출기(440)는 상기 광전 변환기(430)로부터 입력되는 전기신호의 레벨을 출력한다. A/D 변환기(450)는 상기 레벨 검출기(440)에 의해 검출된 레벨을 디지탈 값으로 변환한다. 예를 들어, 상기 전기신호의 레벨이 출력 채널의 최대 세기에 해당할 때는 '0111', 상기 최대 세기의 절반에 해당할 때는 '0100'을 출력하는 것이다. 상기 전자 제어부(510)는 상기 온도 제어기(410)에게 온도 가변신호를 인가하며, 미리 설정된 감시 채널의 파장, 상기 광신호의 기준 채널당 세기, 상기 폴리머 광도파로열 격자(420)의 출력스펙트럼 및 상기 출력 도파로의 출력 스펙트럼 천이율을 저장하고 있다. 예를 들어, 상기 전자 제어부(510)가 상기 감시할 채널의 파장에 대응되는 온도 가변폭으로 상기 폴리머 광도파로열 격자(420)의 내부 온도를 변경시키라는 온도 가변신호를 상기 온도 제어기(410)에 인가한다. 상기 온도 제어기(410)는 상기 폴리머 광도파로열 격자(420)의 내부온도가 (현재온도 + 상기 온도 가변폭)에 이를 때까지 가열한다.
상기 폴리머 광도파로열 격자(420)에서 출력되는 각 채널은 광전 변환기(430)에 의하여 전기신호로 변환되어 레벨 검출기(440)로 입력된다. 상기 레벨 검출기(440)는 상기 입력된 전기신호의 레벨을 검출하고, 상기 A/D 변환기(450)는 상기 전기신호의 레벨을 디지탈 값으로 출력한다. 상기 A/D 변환기(450)로부터 출력되는 각 채널별 레벨값은 대응하는 상기 전자 제어부(510)의 레지스터(register)에 저장된다. 예를 들어, 상기 온도 가변과정이 종료된 후에, 기준 채널당 세기의 -3dB 값으로 정한 기준 레벨과 상기 레지스터들에 저장된 레벨값들을 비교하여 상기 입력 광신호의 채널수를 파악할 수 있다. 즉, 상기 저장된 레벨값들 중에서 상기 기준 레벨보다 큰 레벨값들의 수를 파악하는 것이다.
또한, 상기 레벨 검출기(440) 및 A/D 변환기(A/D converter)(450)를 사용함으로써, 비교기(240)만을 사용하는 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예와는 달리 상기 입력 광신호의 각 채널별 세기를 나타낼 수가 있다. 따라서, 상기 입력 광신호의 채널수를 파악하는 과정에 추가하여, 상기 입력 광신호의 각 채널당 세기를 파악한다. 또한, 상기 입력 광신호의 각 채널당 세기를 전체 채널들에 대하여 더함으로써, 상기 입력 광신호의 전체 세기를 구할 수가 있다. 상기 입력 광신호의 전체 세기를 광전 변환부를 이용하여 파악하는 경우에는 광신호뿐만 아니라 잡음신호의 세기도 상기 전체 세기에 포함된다는 단점이 있으나, 상기 레벨 검출기(440) 및 A/D 변환기(450)를 이용하여 상기 입력 광신호의 전체 세기를 구한 경우에는 잡음신호의 세기가 상기 전체 세기에 포함되지 않는다.
입력 광신호 중에 잡음 신호의 비는 얼마인지를 나타내는 광신호대 잡음비는, 예를 들어 전자 제어부(510)가 기준 채널당 세기의 -3dB 값으로 정한 기준 레벨보다 큰 상기 레벨값들의 수 및 신호 유무를 판별할 수 있는 최소 세기로 정한 기준 레벨보다 큰 상기 레벨값들의 수를 비교하여 알 수가 있다. 상기 기준 채널당 세기의 -3dB 값은 광신호만을 카운트하기 위한 값이며, 상기 신호 유무를 판별할 수 있는 최소 세기는 광신호 및 잡음 신호를 카운트하기 위한 값이다.
도 5는 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 광신호 감시기(512)를 구비한 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다. 입력 광신호는 제2 탭(507)에 의하여 일정한 비율로 세기가 분할되어 광신호 감시기(512)로 입력되고 있다. 전자 제어부(510)는 미리 설정된 감시할 채널의 파장, 상기 광신호의 기준 채널당 세기, 폴리머 광도파로열 격자의 출력 스펙트럼 및 상기 출력 도파로의 출력 스펙트럼 천이율에 따라 광신호 감시기(512)로 온도 가변신호를 인가한다. 상기 광신호 감시기(512)는 상기 온도 가변신호에 응답하여 대응하는 레벨값을 출력하며, 상기 전자 제어부(510)는 상기 레벨값을 저장 및 분석하여 상기 입력 광신호의 채널 정보를 파악한다. 상기 채널 정보는 상기 출력 광신호의 채널수 및 상기 출력 광신호의 전체 세기를 포함한다. 상기 광신호 감시기가 상기 출력 광신호의 전체 세기까지 감시하므로, 도 5에서는 광전 변환부(514)가 입력측에만 구비되어 있다. 전자 제어부(510)는 상기 출력 광신호의 세기를 정해진 출력 광신호의 세기와 비교하여 오차가 있을 경우에, 상기 제1 레이저 다이오드(509) 및 제2 레이저 다이오드(511)의 출력을 조절하여 상기 오차를 보정한다. 상기 정해진 출력 광신호의 세기는 입력 광신호의 채널수에 기준 채널당 세기를 곱한 값을 말한다. 또한, 입력 광신호는 제1 탭(513)에 의해 일정 비율로 세기가 분할되어 각각 광전 변환부(514) 및 제1 아이솔레이터(502)로 전송되게 된다. 상기 아이솔레이터(502)는 상기 입력 광신호의 역방향으로 광이 진행하는 것을 방지한다. 상기 역방향의 광은 펌핑광, 반사광 등의 광을 말한다. 상기 광전 변환부(514)로부터 출력된 전기신호는 전자 제어부(510)로 입력된다. 상기 전자 제어부(510)는 상기 입력된 전기신호의 전력으로부터 상기 입력 광신호의 세기를 파악한다. 상기 전자 제어부(510)는 상기 광신호 감시기의 레벨값과 상기 광전 변환부(514)로부터 입력되는 상기 전기신호의 전력으로부터 입력 광신호의 채널수 및 세기를 파악하여 광섬유 증폭 소자(504)의 증폭율을 조절한다. 즉, 상기 전자 제어부(510)는 상기 입력 광신호의 세기를 상기 채널수로 나누어 각 채널당 세기를 파악하고, 이미 설정된 기준 채널당 세기에 상기 채널수를 곱한 출력 광신호 세기로 상기 입력 광신호를 증폭한다. 상기 전자 제어부(510)는 상기 광섬유 증폭 소자(504)에 순방향 펌핑광을 제공하는 제1 레이저 다이오드(509) 및 역방향 펌핑광을 제공하는 제2 레이저 다이오드(511)를 제어하여 상기 광섬유 증폭 소자(504)의 증폭율을 조절한다. 상기 두 레이저 다이오드들(509 및 511)로부터 제공되는 순방향 및 역방향 펌핑광들은 각각 제1 파장선택 결합기(503) 및 제2 파장선택 결합기(505)에 의해 상기 광섬유 증폭 소자(504)로 제공된다. 상기 광섬유 증폭 소자(504)는 상기 양방향의 펌핑광들의 세기들에 의해 정해지는 증폭율로 상기 입력 광신호를 증폭하여 출력한다. 상기 출력 광신호는 제2 아이솔레이터(506)를 거쳐 제2 탭(507)으로 전송된다. 상기 제2 탭(308)으로 전송된 광신호는 일정 비율로 세기가 분할되어 광신호 감시기(512) 및 출력측 광섬유(508)로 전송되게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 광신호 감시기를 구비한 광섬유 증폭기는 자체적으로 입력 광신호의 채널정보를 파악하므로, 종래의 외부 신호에 의해 입력광신호의 채널정보를 파악하는 광섬유 증폭기에 있어서, 상기 외부 신호의 입력 지연으로 인해 발생하는 입력 광신호의 과증폭 또는 증폭 부족으로 인한 피해를 최소화할 수가 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 광섬유 증폭기의 광신호 감시기는 입력 광신호의 채널수, 광신호대 잡음비 및 각 채널 세기와 같은 입력 광신호의 다양한 채널정보를 제공한다.
한편, 도 5에서는 광신호 감시기(512) 및 제2 탭(507)이 출력측 광섬유(508) 쪽에 설치되어 있으나, 입력측 광섬유(501) 쪽에 설치하여도 무방하다. 즉, 상기 제 1탭(513) 및 광전 변환부(514)의 위치와 상기 광신호 감시기(512) 및 제2 탭(507)의 위치를 서로 바꾸는 것이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광신호 감시 장치는 내부 온도의 변화에 따라 출력 스펙트럼이 천이되는 폴리머 광도파로열 격자를 이용하여 입력 광신호의 다양한 채널정보를 용이하게 얻을 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 광신호 감시 장치를 구비한 광섬유 증폭기는 자체적으로 광신호를 감시하여, 입력 광신호의 채널정보를 즉각적으로 파악하고 광신호 감시의 시간적 지체로 인한 악영향을 최소화한다는 이점이 있다.
Claims (15)
- 광섬유 증폭기의 광신호 감시기에 있어서,상기 광섬유 증폭기에 의해 증폭되는 광신호를 입력으로 하며, 내부 온도의 변화에 따라 각 출력도파로의 출력 파장대가 변화함으로 인하여 전체 출력도파로들의 출력 스펙트럼이 천이되어, 상기 출력 스펙트럼과 일치하는 상기 입력 광신호의 파장성분을 출력하는 폴리머 광도파로열 격자;온도 가변신호에 따라 상기 폴리머 광도파로열 격자의 내부 온도를 변경하는 온도 제어기;상기 폴리머 광도파로열 격자로부터 출력되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 광전 변환기;상기 광전변환기로부터 입력되는 전기신호의 레벨을 신호 유무를 판별하기 위해 설정된 기준 레벨과 비교하는 비교기; 및상기 입력 광신호에 대해 감시할 채널의 파장에 대응되게 상기 온도 가변신호를 발생시켜 상기 온도 제어기로 출력하며, 상기 비교기의 비교 결과로부터 상기 입력 광신호의 채널 정보를 파악하는 전자 제어부를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제1항에 있어서,상기 폴리머 광도파로열 격자의 출력도파로들의 수는 상기 입력 광신호의 채널수보다 작음을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제1항에 있어서,상기 폴리머 광도파로열 격자의 스펙트럼 천이폭은 상기 입력 광신호의 전체 대역폭을 상기 출력도파로들의 수로 나눈 값임을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제1항에 있어서,상기 광전변환기는 상기 각 출력도파로에 대응하는 포토다이오드임을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제1항에 있어서,상기 채널정보는 상기 입력 광신호의 채널수 및 광신호대 잡음비임을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제5항에 있어서,상기 전자 제어부는 상기 비교기의 기준 레벨을 광신호만을 카운트하기 위한 값으로 정하고, 상기 기준 레벨보다 큰 값임을 나타내는 비교값들의 수를 카운트하여 상기 입력 광신호의 채널수를 파악함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제5항에 있어서,상기 전자 제어부는 상기 비교기의 기준 레벨을 광신호만을 카운트하기 위한 값으로 정하여 측정한 채널의 수와 광신호 및 잡음 신호를 카운트하기 위한 값으로 정하여 측정한 채널의 수를 비교하여 상기 입력 광신호의 광신호대 잡음비를 파악함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 광섬유 증폭기의 광신호 감시기에 있어서,상기 광섬유 증폭기에 의해 증폭되는 광신호를 입력으로 하며, 내부 온도의 변화에 따라 각 출력도파로의 출력 파장대가 변화함으로 인하여 전체 출력도파로들의 출력 스펙트럼이 천이되어, 상기 출력 스펙트럼과 일치하는 상기 입력 광신호의 파장성분을 출력하는 폴리머 광도파로열 격자;온도 가변신호에 따라 상기 폴리머 광도파로열 격자의 내부온도를 변경하는 온도 제어기;상기 폴리머 광도파로열 격자로부터 출력되는 광신호를 전기신호로 변환시키는 광전 변환기;상기 광전 변환기로부터 입력되는 전기신호의 레벨을 검출하는 레벨 검출기;상기 레벨 검출기에 의해 검출된 레벨을 디지탈 값으로 변환하는 A/D 변환기; 및상기 입력 광신호에 대해 감시할 채널의 파장에 대응되게 상기 온도 가변신호를 발생시켜 상기 온도 제어기로 출력하며, 상기 A/D 변환기로부터 입력되는 레벨값으로부터 상기 입력 광신호의 채널정보를 파악하는 전자 제어부를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제8항에 있어서,상기 폴리머 광도파로열 격자의 출력도파로들의 수는 상기 입력 광신호의 채널수보다 작음을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제8항에 있어서,상기 폴리머 광도파로열 격자의 스펙트럼 천이폭은 상기 입력 광신호의 전체 대역폭을 상기 출력도파로들의 수로 나눈 값임을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제8항에 있어서,상기 광전 변환기는 상기 각 출력도파로에 대응하는 포토다이오드임을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제8항에 있어서,상기 채널정보는 상기 입력 광신호의 채널수, 광신호 대 잡음비 및 각 채널 세기임을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제12항에 있어서,상기 전자제어부는 광신호만을 카운트하기 위한 값으로 정한 기준 레벨보다 큰 레벨값들의 수를 카운트하여 상기 입력 광신호의 채널수를 파악함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제12항에 있어서,상기 전자제어부는 기준 레벨을 광신호만을 카운트하기 위한 값으로 정하여 측정한 채널의 수와 광신호 및 잡음 신호를 카운트하기 위한 값으로 정하여 측정한 채널의 수를 비교하여 상기 입력 광신호의 광신호대 잡음비를 파악함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
- 제12항에 있어서,상기 전자 제어부는 광신호만을 카운트하기 위한 값으로 정한 기준 레벨보다 큰 레벨값들을 파악하여, 상기 각 레벨값에 대응하는 상기 입력 광신호의 각 채널 세기를 파악함을 특징으로 하는 광섬유 증폭기의 광신호 감시기.
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