KR20010062836A

KR20010062836A - 라만 증폭 광 증폭기 및 증폭기 성능 개선 방법

Info

Publication number: KR20010062836A
Application number: KR1020000085145A
Authority: KR
Inventors: 스리바스타바아툴쿠마; 술호프제임스윌리엄; 선얀
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2001-07-07
Also published as: EP1113541A2; JP2001201773A; CN1306223A

Abstract

본 발명은 잡음 지수를 감소시키면서 동시에 복수의 바람직한 특성을 전달하는 라만 펌프를 사용하는 광 증폭기에 관한 것이다. 광 증폭기의 바람직한 특성의 결과로서, 그 라만 펌프된 광 증폭기가 밀집한 WDM 통신 시스템에서 사용될 수 있다.

Description

라만 증폭 광 증폭기 및 증폭기 성능 개선 방법{RAMAN AMPLIFIED OPTICAL AMPLIFIER}

본 발명은 일반적으로 광 통신 분야에 관한 것으로 특히 개선된 라만 증폭(Raman amplified), EDF 증폭기(Erbium-Doped Fiber amplifier)에 관한 것이다.

음성 및 데이터 네트워크의 발전에 의해 촉발된 보다 높은 용량의 전송 시스템에 대한 필요성에 힘입어, 다수의 개별 채널을 갖는 다파장(multi-wavelength), 파장 분할 멀티플렉스(Wavelength-Division-Multiplexed : WDM) 광 통신 시스템 및네트워크가 개발되었다. (예를 들어, Y. Sun, J.B. Judkins, A.K. Srivastava, L. Garrett, J.L. Zyskind, J.W. Sulhoff, C. Wolf, R.M. Derosier, A.H. Gnauck, R.W. Tkach, J. Zhou, R.P. Espindola, A.M.Vengsarkar, 및 A.R. Chraplyvy의 "Transmission of 32-WDM 10-Gb/s Channels Over 640Km using Broad Band, Gain-Flattened Erbium-Doped Silica Fiber Amplifiers", IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 9, No. 12, pp.1652-1654, December 1997; 및 A.K. Srivastava, Y. Sun, J.W. Sulhoff, C. Wolf, M. Zirngibl, R. Monnard, A.R. Chraplyvy, A.A. Abramov, R.P. Espindola, T.A. Strasser, J.R. Pedrazzini, A.M. Vengarkar, J.L. Zyskind, J. Zhou, D.A. Ferrand, P.F. Wysocki, J.B. Judkins 및 Y.P. Li의 "1 Tb/s Transmission of 100 WDM 10-Gb/s Channels Over 400Km of TRUEWAVE Fiber", OFC Technical Digest, Postdeadline Papers, PD 10-1-10-4, San Jose, CA, February 22-27, 1998; P.B. Hansen 및 L. Eskildsen, Optical Fiber Technology, Vol. 3, pp.221-237, 1997; 및 A.K. Srivastava, L. Zhang, Y. Sun 및 J.W. Sulhoff, proc. OFC'99, Paper FC2, pp.53-55, San Diego, CA 1999를 참조하기 바란다.)

특유하게, 희토류 도핑 광 섬유 증폭기(rare earth-doped optical fiber amplifiers)가 그러한 통신 시스템과 네트워크에서 사용되는 광 신호를 증폭하는데 사용된다. 이러한 희토류 도핑 광 섬유 증폭기는 비용에서 효과적이고, 저 잡음을 나타내고, 극성에 종속하지 않는 상대적으로 큰 대역폭을 제공하고, 실질적으로 감소된 누화(crosstalk)를 보여주며, 관계되는 동작 파장에서 낮은 삽입 손실을 나타낸다. 희토류 도핑 광 섬유 증폭기의 유리한 특성의 결과로서, 예를 들어 EDF 증폭기 같은 희토류 도핑 광 섬유 증폭기가 많은 광파(optical lightwave) 통신 시스템 및 네트워크에서 전류 광전자 재생기(current optoelectronic regenerators)를 대체하고 있다.

따라서, 광범위한 응용과 중요성으로 인해, 개선된 희토류 도핑 광 섬유 증폭기 특히 개선된 EDF 증폭기에 대한 필요성이 지속적으로 있어 왔다.

본 발명자들은 증폭기 자신내에서 제공되는 라만 펌프(Roman pump)의 결과로서 증폭기의 잡음 형상을 유리하게 개선하는 라만 증폭 광 증폭기를 개발하였다. 유리하게도, 그 증폭기는 밀집한(dense) 파장 분할 멀티플렉스 전송 시스템에서 광범위한 응용성을 갖는다.

본 발명의 다른 특징과 이점은 물론 본 발명의 다양한 실시예의 구조와 동작이 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명의 토대로서 제공될 수 있는 다단계 광 증폭기의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 라만 증폭 광 증폭기의 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 라만 증폭 광 증폭기를 포함하는 예시적인 WDM 전송 시스템의 개략도.

도 1은 본 발명의 토대로서 역할하는 다단계(multi-stage) 광 증폭기의 기본 원리를 도시한다. 도 1을 참조하면, 광 증폭기(100)는 광 아이솔레이터 같은 광 소자에 의해 분리되는 두 개의 분리되고 구별되는 증폭 단계를 포함한다. 제 1 증폭 단계(120)는 광 아이솔레이터, 광 필터 등과 같은 수동 소자(160)를 통해 제 2 증폭 단계(140)와 결합한다. 제 1 단계(120)는 결합기(181)를 통해 입력단(182)과 레이저 다이오드 펌프 같은 펌프(185)로부터 에너지를 수신하기 위해 펌프단(183) 모두에 결합되는 도핑된 증폭 섬유(180)를 포함할 수 있다. 결합기(181)는 예를 들어 캐나다 오타와의 JDS Optics사에서 제조되는 멀터플렉스/디멀티플렉스 형태의 필터 또는 광 간섭 필터(optical interference filter)일 수도 있다.

다단계 증폭기의 제 2 단계(140)는 결합기(128)를 통해 증폭되어진 신호를 제공하기 위한 출력단(130)과 레이저 다이오드 펌프(134)로부터 에너지를 수신하기 위한 펌프단(132) 모두와 결합하는 제 2 도핑 증폭 섬유(141)를 포함할 수 있다. 제 1 단계와 유사하게, 결합기(128)는 예를 들어 JDS Optics사에서 제조되는 멀티플렉스(디멀티플렉스) 형태의 필터 또는 광 간섭 필터일 수 있다.

섬유(180)의 출력단(136)은 수동 광 소자(160)를 통해 섬유(141)의 입력단(138)과 결합한다. 광 소자(160)는 광 아이솔레이터 또는 광 필터이거나 또는 광 아이솔레이터와 광 필터 모두 일 수 있다. 광 아이솔레이터는 광 에너지가 제 1 단계(120)에서 제 2 단계(140)로 이동하도록 허용하는 광 다이오드의 형태를 띨 수 있으나, 역방향으로의 광 에너지 이동을 제한한다. 광 필터는 자연증폭방출(Amplified Spontaneous Emission : ASE)을 제한할 수 있고 또한 /또는 다단계 증폭기의 이득 특성을 수정하는 필터링 특성을 갖는 필터, 박막(thin film) 또는 회절 격자(diffraction grating)로부터 제조될 수 있는 멀티플렉서의 형태를 띠거나 두 단계 사이를 이동하여 그 중 하나의 단계를 포화시키는 자연 방출의 형태의 에너지를 감소시키는 다른 유형의 필터의 형태를 띨 수 있다. 광 아이솔레이터 및/또는 광 필터는 광학적으로, 융합(fusion), 접속(splicing) 또는 다른수단중 어느 하나에 의해 제 1 단계(120)와 제 2 단계(140)의 광 섬유와 결합할 수 있다.

레이저 다이오드 펌프(185)로부터의 광(light)은 펌프단(183)에 위치한 렌즈를 통해 제 1 단계(120)로 진입할 수 있다. 홀로그래피에돌이발(holographic grating : 139)과 같은 필터는 종단(183)과 결합기(181) 사이에서 섬유로 형성되어 후방산란(backscattering)을 제공하여 레이저 다이오드 펌프로부터의 원하지 않는 모드를 거절할 수 있다.

전술한 바와 같이, 결합기(181)는 입력단(182)이 수신한 입력 신호와 펌프단(183)이 수신한 펌프 신호 모두를 증폭 섬유(180)에 결합하도록 구성된다. 유사한 방식으로, 결합기(128)는 다단계 증폭기에서 출력단(130)으로 증폭된 신호를 통과시키고 펌프단(132)이 수신한 펌프 신호를 증폭 섬유(141)와 결합하도록 구성된다.

동작에 있어서, 증폭되는 광 신호는 예를 들어 광학적으로 또는 이와 유사하게 소정의 용이한 수단에 의해 입력단(182)과 결합하고 펌프 신호는 펌프단(139) 및 펌프단(132)과 결합합다. 광 섬유 증폭기의 제 1 단계(120)의 EDF 증폭기(180)가 증폭한 수신된 광 신호는 수동 광 소자를 통해 광 증폭기(100)의 제 2 단계(140)의 입력단과 결합한다.

제 1 단계(120)의 EDF 증폭기(180)는 종단의 어느 하나 또는 둘 모두로부터 펌프될 수 있고 제 2 단계(140)의 EDF 증폭기(141) 또한 종단의 어느 하나 또는 둘 모두로부터 펌프될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이렇게 됨으로써, 광증폭기(100)의 제 1 및 제 2 단계(120 및 140)를 펌프하기 위한 멀티플렉서 및 레이저 다이오드가 광 아이솔레이터 및/또는 광 섬유 같은 수동 광 소자 또는 소자를 포함할 수 있고 하나의 기판상에 제조될 수 있다.

도 2는 본 발명의 주제인 라만 증폭, 광 증폭기의 기본 원리를 도시하는 개략도이다. 참조 번호(200)로 도시된 광 증폭기는 대체적으로 복수의 단계(202〔1〕... 202〔N〕)로 나누어진다. 간단히 말해서, 광 신호는 광 증폭기(204)의 입력에 진입하고 복수의 단계(202〔1〕... 202〔N〕)를 거친 후에 출력(206)을 통해 빠져나간다. 이 예시적 구조(200)에 도시된 바와 같이, 단계는 희토류, 즉 EDF(210〔1〕... 210〔N〕) 섹션을 포함한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 증폭기(200)의 제 1 단계(202〔1〕)는 980nm 같은 적합한 파장에서 광 펌프에 의해 펌프된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 펌프의 선택에 있어서 약간의 설계 자유가 주어진다. 참조 번호(212)로 도시된 펌프는 980nm로 예시되는데, 이는 높은 반전(inversion) 수준을 유지하여 저 잡음 지수(low noise figure)를 결과할 것이다. 펌프는 파장 선택 결합기(wavelength selective coupler : 216)를 통해 광 증폭기(200)의 단계와 결합한다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 주제는 파장 선택 결합기(218)를 통해 증폭기(200)의 단계와 결합하는 라만 펌프(214)에 관한 것이다. 라만 펌프는 본 발명의 예시적인 실시예를 위해 1400에서 1550nm의 파장을 사용하였지만 복수의 파장을 갖는 레이저 장치가 유리할 수 있다.

도 2에 명확히 도시되어 있지는 않지만, 라만 펌프(214)는 단계(202〔1〕...202〔N〕)의 임의의 단계에서 광 증폭기(200)와 결합할 수 있는데, 중간 단계가 아마도 가장 용이하다. 그러기 위해서는, 980nm 펌프 파장 선택 결합기(216)는 매우 작은 삽입 손실로 라만 파장에서 투명(transparent)해야 한다. 본 발명에 따라 구현된 증폭기에서 입력 신호 파워는 보다 클 것이고(라만 이득 때문에) 980nm 펌프(212)보다 더 긴 파장에서의 라만 펌프의 존재는 또한 도 2에 도시된 예시적인 증폭기의 제 1 단계의 반전 수준을 증가시킬 것이다. 또한 이해할 수 있는 바와 같이, 그러한 제 1 단계에서의 반전 수준은 증폭기의 잡음 형상을 개선하도록 높게 유지된다.

마지막으로, 도 3을 참조하면 본 발명인 라만 증폭 광 증폭기를 결합한 예시적인 파장 분할 멀티플렉스(WDM) 전송 시스템이 개략적인 형태로 도시되어 있다. 특히, 송신기(302)와 수신기(304)를 상호연결하는 전송 시스템(300)은 EDF 증폭기로 예시적으로 도시된 라만 증폭 광 증폭기(307, 309 및 311)에 의해 각각 상호연결되는 복수의 섬유 스팬(span)(306, 308 및 310)과 디멀티플렉서(315)를 포함한다. 동작에 있어서, 파장 분할 멀티플렉스 광 신호(도시되지 않음)는 송신기(302)로부터 발산하여 본 발명인 라만 증폭 광 증폭기(307, 309 및 311)에 의해 증폭되면서 복수의 섬유 스팬(306, 308 및 310)을 횡단한다. 신호는 그 후에 디멀티플렉서(315)에 의해 디멀티플렉스된 후 수신기(304)에 수신된다. 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 광 섬유 스팬 및 소자 물질, 송신기(302), 디멀티플렉서(315) 및 수신기(304)는 모두 잘 알려져 있고 특정한 응용에 있어서 실제적인 실시예는 대개 설계 선택의 문제이다.

계속하여 도 3을 참조하면, 본 발명에 따르고 도 2에서의 논의와 일치하는 증폭기(307, 309 및 311)의 각각에서, 고 파워 라만 펌프는 라만 증폭에 대한 이득 중간자(medium)로서 행동하는 전송 섬유를 통해 전송된다. 라만 펌프 및 광 신호는 전송 시스템을 통해 반대 방향으로 전달될 것이다. 본 발명의 명백한 결과로서, 광 증폭기내에서 라만 증폭을 사용하는 것은 증폭기의 잡음 지수를 개선하여 전반적으로 시스템 마진(margin)을 개선한다.

당업자라면 본 발명의 다양하고 추가적인 수정을 할 수 있을 것이다. 그럼에도, 본 발명의 원리와 등가성에 기본적으로 의존하고 본 명세서의 특정한 사상으로부터 기인한 것 모두는 본 명세서에서 설명하고 청구한 본 발명의 범주내로 적절히 고려되어야 한다.

본 발명은 라만 증폭을 사용함으로써 증폭기의 잡음 지수를 개선하여 전반적으로 개선된 시스템 마진을 제공한다.

Claims

광 증폭기(an optical amplifier)내에 라만 증폭(Raman amplification)을 제공하기 위한 수단을 포함하는

광 증폭기
제 1 항에 있어서,

복수의 증폭 단계를 더 포함하는 광 증폭기.
제 2 항에 있어서,

상기 라만 증폭 수단은 복수의 단계중 중간 단계내에 위치하는 광 증폭기.
광 증폭기의 성능을 개선하는 방법에 있어서,

상기 광 증폭기내의 광 신호를 라만 증폭 수단을 통해 증폭하는 단계를 포함하는

광 증폭기 성능 개선 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 라만 증폭 수단은 카운터 전파 라만 펌프(a counter-propagating Raman pump)를 제공하는 광 증폭기 성능 개선 방법.
다단계(multi-stage) 광 증폭기에 있어서,

희토류 도핑된 증폭 섬유(a rare-earth doped amplifying fiber)를 구비하는 제 1 증폭 단계와,

희토류 도핑된 증폭 섬유를 구비하는 제 2 증폭 단계와,

상기 제 1 및 제 2 증폭 단계 사이에 개재(interpose)된 중간 증폭 단계 - 상기 중간 증폭 단계는 라만 증폭을 제공하기 위한 수단을 구비함 - 를 포함하는

다단계 광 증폭기.
제 6 항에 있어서,

상기 라만 증폭 수단은 카운터 전달 라만 펌프를 제공하는

다단계 광 증폭기.
광 신호를 전송하기 위한 장치에 있어서,

송신기와,

상기 송신기에 광학적으로 결합된 수신기와,

상기 송신기와 상기 수신기에 광학적으로 결합되고 상기 송신기와 상기 수신기 사이에 개재된 광 증폭기 - 상기 광 증폭기는 라만 펌프를 구비함 - 를 포함하는

광 신호 전송 장치.