KR20010029213A - Gain clamped fiber amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파장 분할 다중 광신호 증폭용 이득 고정형 광섬유 증폭기에 관한 것이다. 상세하게는 이득 고정형 광증폭기에서 레이저 공진기를 구성할 때 주기적이면서도 대칭적인 투과특성을 갖는 마하젠더 간섭계 광필터를 사용함으로써 이득 고정을 위해 레이저로 발진되는 파장과 증폭된 신호파장을 분리하여 증폭기 출력단에서 서로 섞이지 않으면서 잡음특성이 좋은 이득 고정형 광섬유 광증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a gain fixed type optical fiber amplifier for wavelength division multiple optical signal amplification. In detail, when the laser resonator is configured in the gain-fixed optical amplifier, the Mach-Zehnder interferometer optical filter having periodic and symmetrical transmission characteristics is used to separate the laser oscillated wavelength and the amplified signal wavelength for gain fixing, and then at the amplifier output stage. The present invention relates to a fixed gain optical fiber amplifier with good noise characteristics without being mixed with each other.
급증하는 통신 수요를 감당하기 위한 방법으로 파장 분할 다중 방식의 광통신 기술이 꾸준히 개발되어왔다. 그 핵심 기술 중의 하나가 광증폭기이다. 파장 분할 다중 신호용 광증폭기는 입력되는 신호 채널의 수에 따라 그 증폭 특성이 달라진다. 즉, 광펌핑이 일정할 경우 입력되는 채널의 수가 많아질수록 이득은 감소하며 반대로 채널 수가 감소하면 이득은 더 커지게 된다.To cope with the rapidly increasing demand for communication, wavelength division multiplexing optical communication technology has been steadily developed. One of its key technologies is the optical amplifier. The optical amplifier for wavelength division multiple signal varies its amplification characteristics according to the number of input signal channels. That is, if the optical pumping is constant, the gain decreases as the number of input channels increases. On the contrary, the gain increases when the number of channels decreases.
이와 같이 입력 채널 수의 변화에 따라 달라지는 증폭기의 이득을 일정하게 유지시키는 방법으로 펌프광의 출력을 조절하는 전자적인 방법과 레이저 발진을 이용하는 광학적인 방법이 있다.As such, there is an electronic method of controlling the output of the pump light and an optical method using laser oscillation as a method of maintaining a constant gain of the amplifier that varies with the number of input channels.
전자적인 방법을 다루고 있는 문헌으로는 미국 Lucent Technologies Inc.의 Johannes Christiaan van der Plaats가 Dynamic gain control system for optical amplifier and method thereof라는 제목으로 등록한 미국특허 5923462와 한국 ETRI의 S. Y. Park 등이 발표한 Dynamic gain and output power control in a gain-flattened erbium-doped fiber amplifier, IEEE Photonics Technology Letters, vol 10, no 6, pp. 787-789 (1998) 등이 있다.Literatures dealing with electronic methods include U.S. Patent No. 5923462 registered by Johannes Christiaan van der Plaats of Lucent Technologies Inc. under the title Dynamic gain control system for optical amplifier and method approx. and output power control in a gain-flattened erbium-doped fiber amplifier, IEEE Photonics Technology Letters, vol 10, no 6, pp. 787-789 (1998).
한편, 광학적인 방법을 다루고 있는 문헌으로는 캐나다 Northern Telecom Limited의 K. C. Bryon 등이 Gain clamped amplifier라는 제목으로 등록한 미국특허 5872649와 일본 NTT의 K. Inoue가 발표한 Gain-clamped fiber amplifer with a loop mirror configuration, IEEE Photonics Technology Letters, vol 11, no 5, pp. 533-535 (1999) 등이 있다.On the other hand, the literature dealing with the optical method includes Gain-clamped fiber amplifer with a loop mirror configuration published by KC Bryon of Northern Telecom Limited, Canada, under the title Gain clamped amplifier, and K. Inoue of NTT, Japan. , IEEE Photonics Technology Letters, vol 11, no 5, pp. 533-535 (1999).
특히, 광학적인 방법으로 이득을 일정하게하는 것을 이득 고정형 광섬유 광증폭기라고 한다. 이 증폭기는 이득매질을 포함하는 공진기를 형성하여 특정 파장에서 레이저를 발진시킴으로써 증폭기에 들어오는 신호채널의 수에 무관하게 이득을 고정시킨다. 이때 발진되는 파장은 증폭되는 신호 파장들과는 어느정도의 간격을 가져야 한다. 왜냐하면 발진 파장이 증폭될 신호 파장과 비슷할 경우 증폭된 신호가 레이저 공진기로 빠져나가게 되어 증폭이 잘 안되기 때문이다. 또한 레이저로 발진되는 파장이 증폭된 신호들과 섞여서 나오는 경우 시스템의 성능에 영향을 줄 수 있기 때문에 증폭된 신호와 분리하는 것이 더 좋다.In particular, the constant gain in an optical method is called a gain fixed fiber optic optical amplifier. The amplifier forms a resonator containing a gain medium to oscillate the laser at a specific wavelength, thereby fixing the gain regardless of the number of signal channels entering the amplifier. In this case, the oscillated wavelength should have a certain distance from the amplified signal wavelengths. This is because, if the oscillation wavelength is similar to the signal wavelength to be amplified, the amplified signal is passed out to the laser resonator, and thus the amplification is difficult. It is also better to separate the amplified signal from the amplified wave since the wavelength generated by the laser can be mixed with the amplified signal and affect the performance of the system.
이를 위해 K. Inoue는 광섬유 비선형 거울을 이용하여, 또한 K. C. Bryon 등은 브래그(Bragg) 격자쌍과 마하젠더 간섭계를 이용하여 증폭된 신호와 레이저 발진 신호를 서로 분리하였다To this end, K. Inoue uses a fiber optic nonlinear mirror, and K. C. Bryon et al. Separated the amplified and laser oscillation signals from each other using a Bragg grating pair and a Mach-Zehnder interferometer.
그러나, K. Inoue의 구도는 편광유지 광섬유를 이용하여 구성해야만 하므로 구성이 어렵고 광섬유 비선형 거울이 회전 등 외부 조건의 영향을 받으면 레이저 발진 파장 성분이 출력단 쪽으로 섞여나올 수 있는 문제점이 있다.However, since the composition of K. Inoue must be configured using a polarization maintaining optical fiber, it is difficult to configure and there is a problem that the laser oscillation wavelength component may be mixed to the output end when the optical fiber nonlinear mirror is affected by external conditions such as rotation.
그리고, K. C. Bryon의 구도는 증폭된 신호광과 함께 섞여 출력단으로 나오는 발진 파장을 출력단 뒤에 두 광통로에 중심파장이 발진파장과 동일한 브래그격자를 갖는 마하젠더 간섭계를 설치하여 발진 파장 성분을 분리하는 구도로서 간섭을 이용하므로 외부의 영향을 받으면 불안정한 문제점이 있다.The composition of KC Bryon is a composition that separates the oscillation wavelength component by installing a Mach-Zehnder interferometer having the same wavelength Bragg grating with the center wavelength in the two optical paths behind the output stage mixed with the amplified signal light. Since interference is used, there is an unstable problem under external influence.
본 발명의 목적은 광학적인 방법으로 이득을 고정시키는 이득 고정형 광섬유 광증폭기에서 레이저로 발진하는 파장이 증폭되는 광신호 파장 대역 밖에 있거나 광신호들과 어느 정도 파장 간격을 가져야 하는 문제점 및 레이저 발진 파장이 증폭된 광신호에 섞여 나오는 문제점을 동시에 해결하여 잡음특성을 향상시킬 수 있는 이득 고정형 광섬유 광증폭기를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is a problem that a laser oscillation wavelength and a problem of having a wavelength gap outside of an optical signal wavelength band to be amplified by a laser or having a certain wavelength spacing with optical signals in a gain fixed optical fiber optical amplifier that fixes gain by an optical method It is to provide a gain fixed optical fiber optical amplifier that can improve the noise characteristics by simultaneously solving the problems mixed in the amplified optical signal.
도 1은 본 발명의 핵심 광부품인 광섬유 마하젠더 간섭계 광필터 구성도1 is a block diagram of an optical fiber Mach-Zehnder interferometer optical filter which is a core optical component of the present invention
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 고정형 광섬유 광증폭기 구성도2 is a block diagram of a fixed gain optical fiber optical amplifier according to an embodiment of the present invention
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
Δl : 간섭계 두 광통로의 길이차Δl: length difference between two optical paths of the interferometer
3 dB DC : 50 % 광섬유 결합기3 dB DC: 50% fiber optic coupler
IN : 증폭기 입력 단자IN: Amplifier Input Terminal
OUT : 증폭기 출력 단자OUT: Amplifier Output Terminal
EDF : 어븀이 첨가된 광섬유 (erbium-doped fiber)EDF: Erbium-doped fiber
Pump : 광펌핑용 광원Pump: Light pump light source
WDM : 파장다중분할 결합기WDM: Wavelength Multiplexing Coupler
ISO : 광고립기 (isolator)ISO: isolator
BPF : 대역 투과 광필터 (band pass filter)BPF: band pass filter
MZIF : 마하젠더 간섭계 광필터 (Mach-Zehnder interferometer filter)MZIF: Mach-Zehnder interferometer filter
ATT : 광 감쇠기 (attenuator)ATT: optical attenuator
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.In order to achieve the above object, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 후술하는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 마하젠더 광필터의 주기적인 투과특성을 설명하기 위한 광섬유 마하젠더 간섭계 광필터의 구성도이다.1 is a block diagram of an optical fiber Mach-Zehnder interferometer optical filter for explaining the periodic transmission characteristics of the Mach-Zehnder optical filter used in an embodiment of the present invention described below.
투과파장 간격이 Δλ인 마하젠더 간섭계 광필터의 입력단 (1)에 파장간격이 Δλ/2 인 λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6,...... 의 다파장 채널 신호가 입사될 경우 두 출력단을 통해 홀수 채널과 짝수 채널로 분리되어 나온다. 한 쪽 출력단 (3)에서 λ1, λ3, λ5,......이 나오면 다른 쪽 출력단 (4)에서 λ2, λ4, λ6 ......나오게 되어 서로 분리된다.Λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 , λ 6 , ... with a wavelength interval of Δλ / 2 at the input terminal 1 of the Mach-Zehnder interferometer optical filter with a transmission wavelength interval of Δλ. When a wavelength channel signal is incident, it is separated into odd and even channels through two output terminals. When λ 1 , λ 3 , λ 5 , ...... comes out of one output stage (3), λ 2 , λ 4 , λ 6 ...... emerges from the other output stage 4 and are separated from each other. .
파장 성분에 따라 직선 광경로 즉, (1)↔(3) 및 (2)↔(4) 를 진행하거나 또는 교차광경로 즉, (1)↔(4) 및 (2)↔(3)을 진행한다. 그러므로 이와같은 마하젠더 간섭계 광필터 출력의 주기적이면서도 대칭적인 출력 특성을 이용하면 레이저 발진 파장이 신호파장대와 무관하면서도 증폭기 출력단을 통해 증폭된 신호들과 섞여 나오지 않는 이득 고정형 광섬유 광증폭기를 구성할 수 있다.Depending on the wavelength component, the straight light paths, i.e., (1) ↔ (3) and (2) ↔ (4), or the cross light paths, i.e., (1) ↔ (4) and (2) ↔ (3) do. Therefore, the periodic and symmetrical output characteristics of the output of the Mach-Zehnder interferometer optical filter make it possible to construct a gain-fixed optical fiber amplifier with a laser oscillation wavelength independent of the signal wavelength band but not mixed with signals amplified through the amplifier output stage. .
마하젠더 간섭계 광필터의 투과특성에 대해서는 J. T. Ahn 등의 논문 A stabilised fibre-optic Mach-Zehnder interferometer filter, Optics Communications, Vol.157, pp. 62-66 (1998) 또는 Continuously tunable multi-wavelength transmission filter, Optics Communications, Vol.165, pp. 33-37 (1999)에 자세히 기술되어 있다.For the transmission characteristics of the Mach-Zehnder interferometer optical filter, see J. T. Ahn et al. A stabilised fiber-optic Mach-Zehnder interferometer filter, Optics Communications, Vol. 157, pp. 62-66 (1998) or Continuously tunable multi-wavelength transmission filter, Optics Communications, Vol. 165, pp. 33-37 (1999).
도 2는 도 1의 마하젠더 광필터를 이용하여 구현한 본 발명의 일 실시예에 따른 이득 고정형 광섬유 광증폭기의 구성도이다.FIG. 2 is a block diagram of a gain fixed optical fiber optical amplifier according to an embodiment of the present invention implemented using the Mach-Zehnder optical filter of FIG. 1.
도시된 바와 같이 본 실시예의 이득 고정형 광섬유 광증폭기는 입력단자(IN)와 출력단자(OUT) 사이에 파장다중분할 결합기(WDM), 이득매질로 어븀이 첨가된 광섬유(EDF) 및 광펌핑 수단(Pump)을 구비하는 이득 고정형 광섬유 증폭기에 있어서,As shown, the fixed gain optical fiber optical amplifier of the present embodiment has a wavelength multiplexing coupler (WDM) between the input terminal (IN) and the output terminal (OUT), an optical fiber (EDF) added with erbium as a gain medium, and an optical pumping means ( A gain fixed type optical fiber amplifier having a pump),
상기 입력단자(IN)와 광펌핑 수단(Pump) 사이에 제1 다채널 파장분할 다중 결합기를 구비하고, 상기 어븀 첨가 광섬유(EDF)와 출력단자(OUT) 사이에 제2 다채널 파장분할 다중 결합기를 구비하며, 상기 제1 다채널 파장분할 다중 결합기의 다른 입력단과 제2 다채널 파장분할 다중 결합기의 다른 출력단 사이를 광고립기(ISO), 대역투과 광필터(BPF), 및 광감쇠기(ATT)를 통해 연결시켜 고리형 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.A first multi-channel wavelength division multiplexer is provided between the input terminal IN and the optical pumping means, and a second multi-channel wavelength division multiplexer is provided between the erbium-doped optical fiber EDF and the output terminal OUT. And an advertiser (ISO), a bandpass optical filter (BPF), and an optical attenuator (ATT) between the other input terminal of the first multichannel wavelength division multiplexer and the other output terminal of the second multichannel wavelength division multiplexer. It is characterized in that to configure the annular resonator by connecting through.
여기서, 상기 제1, 2 다채널파장분할 다중 결합기로 마하젠더 간섭계 광필터(MZIF1, 2)를 사용한다.Here, the Mach-Zehnder interferometer optical filters MZIF1 and 2 are used as the first and second multi-channel wavelength division multiplexers.
그리고, 광고립기(ISO)는 발진하는 파장 성분의 진행 방향을 결정하기 위한 것이고, 대역투과 광필터(BPF)는 발진하는 파장 성분을 결정하기 위한 것이며 광 감쇠기(ATT)는 공진기의 광손실 크기를 조절하기 위한 것이다.In addition, the adsorber (ISO) is for determining the propagation direction of the oscillating wavelength component, the bandpass optical filter (BPF) is for determining the oscillating wavelength component, and the optical attenuator (ATT) is used to determine the amount of optical loss of the resonator. To adjust.
두 마하젠더 간섭계 광필터(MZIF1, 2)는 증폭하고자 하는 신호들 (λS1, λS2, λS3,......)을 잘 투과시키도록 신호 파장들의 주기에 맞추어 위상차를 정확히 맞추어 구성되어야 한다.The two Mach-Zehnder interferometer optical filters MZIF1 and 2 are configured to exactly match the phase difference in accordance with the period of the signal wavelengths so as to transmit the signals to be amplified (λ S1 , λ S2 , λ S3 , ......) well. Should be.
본 실시예의 이득 고정형 광증폭기의 특징을 살펴본다.The characteristics of the fixed gain optical amplifier of the present embodiment will be described.
광펌핑 수단(Pump)에서 펌프 광원의 출력을 증가시킴에 따라 고리형 공진기 레이저가 발진한다. 이때, 공진기에서 발진하는 파장 λlasing은 대역 투과 광필터(BPF)에 의해 결정되는데 앞서 설명한 도 1의 마하젠더 간섭계 광필터의 대칭적인 투과 특성에 따라 신호 파장들의 사이 값을 갖게 된다.The annular resonator laser oscillates as the output of the pump light source increases in the light pumping means. In this case, the wavelength λ lasing oscillated in the resonator is determined by a band pass optical filter (BPF), and has a value between signal wavelengths according to the symmetrical transmission characteristic of the Mach-Zehnder interferometer optical filter of FIG. 1.
그러므로 대역 투과 광필터(BPF)를 조절하여 출력단으로 나오는 발진 파장성분을 최소로 하면 발진 파장 성분은 계속해서 공진기 안을 진행하게 되고 증폭된 신호들만 출력단 쪽으로 출력된다.Therefore, when the oscillation wavelength component is minimized by adjusting the band pass optical filter (BPF), the oscillation wavelength component continuously proceeds in the resonator and only the amplified signals are output to the output stage.
이와 같이 본 실시예의 구도는 발진 파장성분이 증폭된 신호들과 분리되기 때문에 시스템의 안정도를 높일 수 있다.As described above, since the oscillation wavelength component is separated from the amplified signals, the stability of the system can be improved.
레이저의 발진 조건은 광펌핑으로 얻는 이득이 공진기의 광손실과 같아지는 순간이므로 공진기의 손실이 크면 이득도 커지고 손실이 작으면 이득도 작아진다. 따라서 광감쇠기(ATT)로 공진기의 손실 값을 조절하여 이득 고정형 광섬유 광증폭기의 이득을 조절할 수 있다.The oscillation condition of the laser is the moment when the gain obtained by the optical pumping is equal to the optical loss of the resonator, so that the larger the loss of the resonator, the smaller the gain. Therefore, the gain of the fixed gain optical fiber amplifier can be controlled by adjusting the loss value of the resonator with the optical attenuator ATT.
또한 K. Inoue의 논문 gain clamped fiber amplifier with a loop mirror configuration", IEEE Photonics Technology Letters, vol 11, no 5, 1999. 535쪽의 IV. Discussion 내용에 의하면 발진 파장 성분의 진행 방향은 이득 고정형 광증폭기의 잡음 특성과 밀접한 관계가 있다. 즉 신호 파장들과 같은 방향으로 진행 하는 경우 잡음 특성이 좋은 반면에 반대방향인 경우 잡음 특성이 나빠진다.See also K. Inoue's paper on gain clamped fiber amplifiers with a loop mirror configuration ", IEEE Photonics Technology Letters, vol 11, no 5, 1999. It is closely related to the noise characteristic of, that is, the noise characteristic is good when traveling in the same direction as the signal wavelengths, while the noise characteristic is worse when the direction is opposite.
본 실시예의 경우 광고립기(ISO)의 방향을 조절하여 발진 파장의 진행 방향을 조절할 수 있기 때문에 잡음 특성을 좋게 할 수 있다.In the present embodiment, since the advancing direction of the oscillation wavelength can be adjusted by adjusting the direction of the adsorber ISO, the noise characteristic can be improved.
본 발명의 다른 실시예로는 상술한 제1, 2 다채널 파장분할 다중 결합기 중 어느하나 대신에 광섬유 커플러를 사용하여 이득 고정형 광섬유 광증폭기를 구성할 수 있다.In another embodiment of the present invention, an optical fiber coupler may be used to configure a gain-fixed optical fiber optical amplifier in place of any of the first and second multi-channel wavelength division multiplexers described above.
이 경우, 광섬유 커플러로 인한 약간의 광손실 발생하고 그에 따라 증폭기의 잡음 특성이 조금 나빠지기는 하지만 본 발명의 목적을 달성하기에는 충분하다.In this case, a slight optical loss due to the optical fiber coupler and the noise characteristic of the amplifier is slightly worsened, but it is sufficient to achieve the object of the present invention.
본 발명의 또다른 실시예로는 상술한 제1, 2 다채널 파장 분할 다중 결합기 중 어느 하나 대신에 광순환기를 사용하고, 광고립기(ISO)를 제거하여 이득 고정형 광섬유 증폭기를 구성할 수 있다.In another embodiment of the present invention, instead of any one of the first and second multi-channel wavelength division multiplexers described above, an optical circulator may be used, and a gain fixed optical fiber amplifier may be configured by removing an adsorber (ISO).
이 경우, 발진파장이 신호광과 반대방향으로 광섬유(이득매질)을 진행하므로 증폭기의 잡음 특성이 약간 저하되기는 하지만 본 발명의 목적을 달성하기에는 충분하다.In this case, since the oscillation wavelength propagates the optical fiber (gain medium) in the opposite direction to the signal light, the noise characteristic of the amplifier is slightly lowered, but it is sufficient to achieve the object of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 제안한 이득 고정형 광섬유 광증폭기 는 마하젠더 광필터의 주기적이고 대칭적인 여과 특성을 이용함으로써 기존의 구도보다 효율적으로 발진 파장 성분을 증폭된 신호 파장 성분들과 분리하고, 광섬유 증폭기의 잡음 특성을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the gain-fixed optical fiber optical amplifier proposed by the present invention uses the periodic and symmetric filtration characteristics of the Mach-Zehnder optical filter to separate the oscillation wavelength component from the amplified signal wavelength components more efficiently than the conventional composition, This has the effect of improving the noise characteristics of the amplifier.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101312407B1 (en) * | 2013-01-30 | 2013-09-27 | 주식회사 지에이치허브 | Apparatus of generating laser light and method thereof |
-
1999
- 1999-09-30 KR KR1019990041913A patent/KR20010029213A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101312407B1 (en) * | 2013-01-30 | 2013-09-27 | 주식회사 지에이치허브 | Apparatus of generating laser light and method thereof |
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