KR20010073513A - 양방향 2단 광증폭기 - Google Patents

Abstract

2단 광증폭기 구조에서 후단 광증폭기를 공유하여 하나의 광증폭기로 양방향 증폭이 가능한 양방향 2단 광증폭기에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명은 입력 신호광과 펌프광을 동시에 받아들여 에르븀첨가 광섬유내에서 증폭을 일으키는 증폭수단을 2 단으로 하여 출력세기를 크게하는 고출력 증폭 수단, 상기 2 단의 증폭수단 사이에 이득평탄화필터를 사용하여 파장별 이득 특성을 동일하게 하는 이득평탄화 수단, 상기 2단 증폭수단 중 후단 증폭수단을 양방향에 대해 서로 공유하므로써 하나의 증폭수단으로 양방향 증폭이 가능한 양방향 증폭수단을 포함하여 이루어진다.

Description

양방향 2단 광증폭기{BIDIRECTIONAL TWO-STAGE OPTICAL AMPLIFIER}

본 발명은 광증폭기(Optical Amplifier; OA)에 관한 것으로, 단방향 광증폭기에서 양방향 증폭을 할 수 있는 양방향 2단 광증폭기에 관한 것이다.

최근 국내외적으로 정보량의 급증에 따라 전송 시스템의 대용량화가 진행되고 있다. 특히 여러 채널의 광파장을 사용함으로써 광섬유(Optical Fiber)가 제공하는 넓은 대역폭을 효과적으로 이용할 수 있는 파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing: 이하 WDM이라 약칭함)에 의한 전송방식이 높은 관심을 끌고 있다. 이러한 WDM 전송장치를 이용하는 통신망에서 핵심 요소가 되는 것이 광증폭기(OA)이다.

이러한 광증폭기는 광전변환 없이 광신호를 증폭하는 장치로서, 광섬유의 전송 손실이나 분배망의 분할손실을 쉽게 보상할 수 있다. 이러한 광증폭기에는 여러 종류가 있는데, 그 중에서도 희토류 금속인 에르븀(Erbium)이 첨가된 광섬유를 이용한 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium-Doped Fiber Amplifier: 이하 EDFA라 약칭함)가 널리 사용되고 있다. 상기 EDFA는 전송 손실이 가장 작은 1.55㎛ 광통신 대역의 넓은 파장 범위에 걸쳐 높은 이득으로 광신호의 증폭이 가능하므로 광통신에서 광전력 증폭기, 광전치 증폭기 및 광중계기로 활용되고 있다. 특히 서로 다른 파장의 광신호들을 누화(crosstalk)없이 거의 한 번에 증폭할 수 있으므로 WDM 방식에 매우 유용하다. 따라서 WDM 방식의 초대용량 국간 전송망이나 가입자용 광통신 시스템의 핵심요소로 자리를 잡아가고 있다.

종래 기술의 EDF를 이용한 2단 광증폭기는 도 1에 도시된 것처럼, 일방향의 입력 신호광에 대한 증폭을 위해 전단 증폭수단(10), 후단 증폭수단(20)의 2단으로 이루어진 증폭기이다.

이에 대해 자세히 설명하면, 입력되는 광신호는 증폭되고자 하는 파장분할다중화된 입력 신호 광이며, 이 신호광은 WDM 커플러(13)를 통하여 증폭을 위해 에너지 공급원의 역할을 하는 레이저다이오드(Laser Diode; LD)를 이용한 펌프(12)의 펌프 광(Pump light)과 함께 이득매질인 EDF(14)에 동시에 입사된다. 이때 EDF(14 ) 내에서는 펌프 광에 의해 에르븀(Erbium) 이온이 상위 에너지 레벨로 여기(Excite)되고, 상기 신호 광은 여기된 이온의 유도방출 시에 발생하는 에너지를 받아 증폭된다. 또한 광궤환(Optical Feedback)이나 발진을 방지하기 위하여 전단 증폭수단 (10)의 입출력단에 아이솔레이터(11, 15)를 구성한다.

이 때 EDFA는 각 파장별 증폭 특성이 다르므로 이득평탄화(Gain Flattening)를 위해 전단 증폭수단(10)에 의해 증폭된 출력신호를 이득평탄화필터(Gain Flattening Filter; GFF)(20)로 통하도록 한다.

상기 이득평탄화필터(20)의 출력은 출력 세기를 높이기 위해 후단 증폭수단 (30)로 입력된다. 그리고 상기 후단 증폭수단(30) 내에서의 광학적인 작용은 전단 증폭수단(10)의 경우와 동일하다. 다만 출력세기를 크게 하기 위해 펌프(35)의 펌프 광을 입력 신호 광의 방향과 반대로 EDF(32) 내에 입사시킨다. 여기서 도면 부호 '31','34' 는 아이솔레이터, 도면 부호 '33'은 WDM 커플러를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 종래기술에서는 파장분할다중화(WDM) 방식의 전송망에서 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)를 이용하여 양방향 전송 시, 단일 방향에 대해 광증폭기가 별도로 필요하게 되므로, 양방향 전송 시 경제성 및 유지보수 측면에서 효율이 저하된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 에르븀첨가 광섬유 증폭기(EDFA)를 이용한 양방향 전송 시, 2단 광증폭기 구조에 후단 광증폭기를 공유하여 하나의 광증폭기로 양방향 증폭이 가능한 양방향 2단 광증폭기에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 2단 광증폭기를 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 증폭을 위한 2단 광증폭기를 나타낸 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 전단 제 1 증폭수단 200 : 후단 증폭수단

201 : 펌프 202 : 분배기

203,205 : WDM 커플러 204 : EDF

300 : 전단 제 2 증폭수단 400,401 : 이득평탄화 필터

500,501 : 회전기

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력 신호광과 펌프광을 동시에 받아들여 에르븀첨가 광섬유내에서 증폭을 일으키는 증폭수단을 2 단으로 하여 출력세기를 크게하는 고출력 증폭 수단, 상기 2 단의 증폭수단 사이에 이득평탄화필터를 사용하여 파장별 이득 특성을 동일하게 하는 이득평탄화 수단, 상기 2단 증폭수단 중 후단 증폭수단을 양방향에 대해 서로 공유하므로써 하나의 증폭수단으로 양방향 증폭이 가능한 양방향 증폭수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하고, 상기 양방향 증폭수단은 양방향에 대해 공유하는 상기 2단 증폭수단 중 후단 증폭수단에 분배기를 사용하여 양방향으로 동일하게 펌프 광원을 공급해 주는 양방향 펌핑수단, 상기 후단 증폭수단의 입출력단에 양방향에 대한 출력 경로를 제공해주는 회전기를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 2단 광증폭기를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 2단 광증폭기는, 순방향 입력(INPUT1) 신호광이 입력되는 전단(First stage) 제 1 증폭수단(100) 및 역방향 입력(INPUT2) 신호광이 입력되는 전단 제 2 증폭수단(300), 상기 전단 제 1 증폭수단(100)과 전단 제 2 증폭수단(300) 사이에 위치하여 순방향 및 역방향 펌핑을 하는 후단(Second stage) 증폭수단(200)로 구성되며, 통상의 2단 광증폭기와 동일하게 상기 전단 제 1 증폭수단(100)과 전단 제 2 증폭수단(300)은 각각 순방향 및 역방향 입력 신호광의 잡음지수(Noise figure)를 향상시키며 후단 증폭수단 (200)은 출력광의 이득(Gain) 및 출력세기(Output power)를 증가시킨다.

그리고 전단 제 1, 2 증폭수단(100,300)은 각각 두 개의 아이솔레이터 (101,105,301,305), 하나의 WDM 커플러(102,302), 레이저다이오드를 이용한 하나의 펌프(103,303) 및 하나의 EDF(104,304)를 포함하고, 후단 증폭수단(200)은 두 개의 WDM 커플러(203,205), 하나의 EDF(204), 펌프(201) 및 분배기(202)로 구성된다. 여기서 상기 분배기(202)는 펌프(201)의 펌프광을 양방향 분배한다. 또한 전단 제 1, 2 증폭수단(100,300)과 후단 증폭수단(200) 사이에는 파장별 이득 특성을 동일하게 하는 이득평탄화필터(400,401), 순방향 입력신호광(또는 역방향 입력신호광)일 때 역방향(또는 순방향) 신호의 증폭경로와 서로 충돌하지 않도록 다른 경로를 제공해 주는 회전기(500,501)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 증폭되고자 하는 입력 신호광과 에너지 공급원의 역할을 하는 펌프광을 동시에 받아들여 EDF(104,204,304)내에서 증폭하는 광증폭기를 2단으로하여 출력세기를 크게하고, 두 개의 상기 2단 광증폭기 중 후단 증폭기를 양방향에 대해 서로 공유하는 양방향 증폭기 즉, 후단 증폭수단(200)을 구성하므로써 하나의 증폭기로 양방향 증폭이 가능하도록 한다. 또한 2단 광증폭기 사이에 이득평탄화 필터(400,401)를 사용하여 파장별 이득특성을 동일하게 한다.

상기와 같이 구성된 양방향 2단 광증폭기의 동작에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 순방향 증폭 경로(A)를 살펴보면, 순방향 입력(INPUT1) 신호광이 전단 제 1 증폭수단(100)로 입력되고 광궤환이나 발진을 방지하는 입력단의 아이솔레이터(101)를 통과한 후, WDM 커플러(102)를 통해 레이저다이오드(Laser Diode)를 이용한 펌프(Pump)(103)의 펌프광(Pump light)과 동시에 이득매질인 EDF(104)에 입사되고, 이 때 EDF(104) 내에서는 펌프광에 의해 에르븀(Erbium) 이온이 상위 에너지 레벨로 여기되며, 신호광은 여기된 이온의 유도방출 시에 발생하는 에너지를 받아 증폭된다. 그리고 상기 증폭된 광은 출력단의 아이솔레이터(105)를 통과하는데, 상기 아이솔레이터(105)는 입력단의 아이솔레이터(101)와 동일한 역할을 한다.

이어 전단 제 1 증폭수단(100)의 출력 신호는 파장별 이득특성을 동일하게 하기 위해 이득평탄화필터(GFF)(400)를 통과하게 되고, 회전기(Circulator)(500)를 거쳐 후단 증폭수단(200)로 입력된다.

그리고 상기 후단 증폭수단(200) 내에서의 광학적인 작용은 전단 제 1 증폭수단(100)의 경우와 동일하다. 다만 양방향 증폭을 위해 분배기(Splitter)(202)로 펌프(201)의 펌프광을 양방향으로 분배시켜서 WDM커플러(203)를 통해 신호광과 함께 EDF(204)로 입사시킨다. 이 때 양방향으로 펌프광을 공급해주는 이유는 양방향 증폭시의 대칭성, 즉 동일한 특성을 유지하기 위함이다.

이어 후단 증폭수단(200)의 출력은 역방향 신호의 증폭 경로와 충돌하지 않도록 다른 경로를 제공해주는 회전기(501)를 거쳐 제 1 출력단(OUTPUT1)으로 최종 출력된다.

다음으로, 역방향 증폭 경로(B)를 살펴보면, 순방향 증폭 경로(A)의 경우와 마찬가지로 전단 제 2 증폭수단(300) 내에서 WDM 커플러(302)를 통해 역방향 입력 신호광과 펌프(303)의 펌프광이 동시에 이득매질인 EDF(304)에 입사되고, 증폭된 출력신호는 이득평탄화필터(401)를 통해 동일한 이득특성을 가지게 된 후, 회전기 (501)를 거쳐 후단 증폭수단(200)로 입력된다. 순방향 증폭 경로와 동일한 광학적인 작용으로 증폭이 된 후, 회전기(500)를 거쳐 제 2 출력단(OUTPUT2)으로 출력된다.

전술한 바와 같이, 2단 증폭수단 구조에서 후단 증폭수단(200)을 양방향에 대해 서로 공유하게 하고 후단 증폭수단(200)의 펌핑을 분배기(202)를 이용하여 양방향으로 하여 양방향으로 입력되는 신호광에 대해 동일한 증폭 특성을 유지하면서 양방향 증폭이 가능하도록 한다. 그리고 양방향 신호광의 원활한 경로를 제공해 주기 위해 회전기(500,501)를 사용한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 양방향 2단 광증폭기는 EDFA를 이용한 양방향 전송 시 통상의 일반적인 광증폭기를 각 선로에 하나씩 두 개를 사용하였던 것을 하나의 광증폭기로 양방향 증폭이 가능하도록 하므로써, WDM 방식의 전송망에서 EDFA를 이용한 양방향 전송 시 요구되는 광증폭기의 개수를 줄일 수 있어 경제성 및 유지보수 측면에서 효과가 있다.

Claims (2)

1. 광증폭 장치에 있어서,

   입력 신호광과 펌프광을 동시에 받아들여 에르븀첨가 광섬유내에서 증폭을 일으키는 증폭수단을 2 단으로 하여 출력세기를 크게하는 고출력 증폭 수단;

   상기 2 단의 증폭수단 사이에 이득평탄화필터를 사용하여 파장별 이득 특성을 동일하게 하는 이득평탄화 수단; 및

   상기 2단 증폭수단 중 후단 증폭수단을 양방향에 대해 서로 공유하므로써 하나의 증폭수단으로 양방향 증폭이 가능한 양방향 증폭수단

   을 포함함을 특징을 하는 양방향 광증폭 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 양방향 증폭수단은,

   양방향에 대해 공유하는 상기 2단 증폭수단 중 후단 증폭수단에 분배기를 사용하여 양방향으로 동일하게 펌프 광원을 공급해 주는 양방향 펌핑수단; 및

   상기 후단 증폭수단의 입출력단에 양방향에 대한 출력 경로를 제공해주는 회전기

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 양방향 광증폭 장치.