KR20010088809A - 이중 공동 이득 제어를 통한 에르븀 도프 섬유 증폭기의성형 및 이득 제어 - Google Patents

이중 공동 이득 제어를 통한 에르븀 도프 섬유 증폭기의성형 및 이득 제어 Download PDF

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마크 에프. 크롤
용퀴안 리유
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알프레드 엘. 미첼슨
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Abstract

본 발명은 다중 레이저 공동을 사용하여 에르븀 도프 섬유 증폭기(EDFA)의 이득을 제어하는 광학 증폭기 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내부에서 전파하는 광신호에 이득을 제공하는 에르븀 도프 광섬유와 같은 이득 매체를 포함하는 광학 증폭기에 관한 것이다. 또한, 상기 이득 매체는 개별(예를 들어, 제 1 및 제 2) 파장에서 동시에 진동하는 다수의 레이저 공동(예를 들어, 제 1 및 제 2 레이저 공동)에 이득을 제공한다. 본 발명에 따른 광학 증폭기는 이득 스펙트럼에서의 변화를 입력 신호 출력의 함수, 파장의 함수 및 시간의 함수로서 저감시킨다. 상기 개별 레이저 공동중 하나 또는 그 이상에서 광학 감쇠를 변화시킴으로써, 해당 개별 파장에서 이득 매체의 이득 스펙트럼을 변화시킬 수 있으며, 따라서, 이득 매체의 이득 스펙트럼의 형태를 제어할 수 있다.

Description

이중 공동 이득 제어를 통한 에르븀 도프 섬유 증폭기의 성형 및 이득 제어{GAIN CONTROL AND SHAPING OF EDFAS VIA DUAL CAVITY GAIN CONTROL}
조밀 파장 분할 멀티플렉스(DWDM) 광학 네트워크는 차세대 고용량 전송 시스템을 위한 선택으로서 널리 받아들여졌다. 상기 시스템의 성공적인 작동을 위해서는 광신호에 균일하고 안정적인 이득을 제공할 수 있는 에르븀 도프 섬유 증폭기(EDFAs)와 같은 광학 증폭기가 필요하다. 이러한 수요로 인하여 상술한 특성을 가진 증폭기를 설계하는 다양한 기술이 생겨났다. EDFA의 본질적인 이득 프로파일이 균일하지 않기 때문에, 신호 대역에서 평평한 이득 스펙트럼을 얻기 위해 2가지 방법이 사용되었다. 제 1 방법은 이득 매체를 변형시켜 본질적인 이득 리플을 저감시키는 것이다. 에르븀 도프 플루오라이드 섬유 증폭기(EDFFA)의 개발이 그 예이며, 이는 에르븀 도프 실리카 섬유 증폭기(EDSFA)보다 작은 이득 리플을 제공한다. 제 2 방법은 이득 프로파일을 보정하는 외부 장치를 합체시키는 것이다. 이 장치는 능동 또는 수동 장치중 하나일 수 있다. 이득 스펙트럼을 성형하기 위한 현재의 장치는 이득 스펙트럼을 평평한 상부에 맞추는 거의 수동적인 필터이다.
또한, 미래의 파장 분할 멀티플렉스 광학 네트워크는 총 입력 신호 출력, 예를 들어, 존재하는 채널의 수와는 상관없이 일정한 이득을 제공할 수 있는 에르븀 도프 섬유 증폭기를 필요로 할 것이다. 최근, 광학 증폭기에 비교적 양호한 자동 이득 제어를 제공하는 여러가지 기술이 알려졌다. 통상적으로, 상기 기술은 2개의 군으로 분류될 수 있다. 즉, 제 1의 전기식 자동 이득 제어(EAGC) 및 제 2의 광학식 자동 이득 제어(OAGC). OAGC에서, 단일 레이저 공동이 링 또는 정재파 형태로 형성된다. 이의 성공에도 불구하고, 신호 대역의 불균질성으로 인하여, 신호 출력이 변화될 때, 예를 들어, 채널 부가/하락이 존재할 때, 비교적 큰 이득 변화(약 1㏈)가 발생한다. 이와 같은 불의의 이득 변화는 통신망 내부에서 심각한 시스템 손상을 발생시킬 수 있다.
또한, 파장 분할 멀티플렉스 네크워크에서, 파장중 하나가 하락(또는 부가)될 때, 이득 스펙트럼에서의 일시적(또는 이완) 진동이 발생한다. 이러한 이득 스펙트럼에서의 진동은 잔존 파장의 진폭에 이완 진동을 유발하게 된다. 이러한 이완 진동은 광학 통신 시스템에서 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 신호 입력 출력에서의 변화에 응답하여 이득 스펙트럼에서의 변화가 저감되는 광학 증폭기를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 채널의 부가 또는 하락으로 인한 총 입력 신호 출력에서의 변화에 관계없이, 이득이 비교적 일정한 광학 증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광신호 대역에서 이득의 안정성과 균일성을 증가시키기 위하여, 파장의 함수 및 시간의 함수로서 이득 스펙트럼에서의 변화가 저감되는 광학 증폭기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광신호 대역에서 이득 스펙트럼의 형상을 제어할 수 있는 광학 증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명은 다중 레이저 공동을 사용하여 에르븀 도프 섬유 증폭기(EDFA)의 이득을 제어하는 광학 증폭기 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내부에서 전파하는 광신호에 이득을 제공하는 에르븀 도프 광섬유와 같은 이득 매체를 포함하는 광학 증폭기에 관한 것이다. 또한, 상기 이득 매체는 개별(예를 들어, 제 1 및 제 2) 파장에서 동시에 진동하는 다수의 레이저 공동(예를 들어, 제 1 및 제 2 레이저 공동)에 이득을 제공한다. 본 발명에 따른 광학 증폭기는 이득 스펙트럼에서의 변화를 입력 신호 출력의 함수, 파장의 함수 및 시간의 함수로서 저감시킨다. 상기 개별 레이저 공동중 하나 또는 그 이상에서 광학 감쇠를 변화시킴으로써, 해당 개별 파장에서 이득 매체의 이득 스펙트럼을 변화시킬 수 있으며, 따라서, 이득 매체의 이득 스펙트럼의 형태를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 증폭기를 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 광학 증폭기의 증폭기 이득을 펌프 전류의 함수로서 도시한 그래프이며,
도 3은 본 발명에 따른 광학 증폭기의 이득 변화(ΔG)을 파장의 함수로서 도시한 그래프이고,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 광학 증폭기의 해당 레이저 공동에서 광학 감쇠기의 변화에 응답하는 특정 파장에서 이득의 변화를 도시한 그래프이며,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이완 진동의 감소를 나타낸 그래프로서, 출력을 시간의 함수로 나타낸 그래프이고,
도 7은 링 공동 및 파장 선택성 3포트 필터를 사용하는 본 발명의 이중 공동 실시예를 도시한 개략도이며,
도 8은 선형 공동 및 섬유 브래그 격자를 사용하는 이중 공동 실시예를 도시한 개략도이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광학 증폭기는 내부에서 전파하는 광신호에 광학 이득을 제공하는 에르븀 도프 광섬유와 같은 이득 매체를 포함한다. 상기 이득 매체에는 펌프 레이저가 커플된다.
상기 이득 매체는 이에 커플된 제 1 및 제 2 레이저 공동에 이득을 제공한다. 상기 공동은 링 공동 또는 선형 공동일 수 있다. 하기된 설명은 링 공동에 관한 것이다. 상기 제 1 공동은 제 1 광학 파장을 통과시키는 제 1 필터와, 가변성인 제 1 광학 감쇠기를 포함한다. 상기 제 2 공동은 제 2 광학 파장을 통과시키는 제 2 필터와, 가변성인 제 2 광학 감쇠기를 포함한다. 상기 제 1 레이저 공동은 제 1광학 파장에서 진동하고, 상기 제 2 레이저 공동은 제 2 광학 파장에서 동시에 진동한다. 제 1 및 제 2 파장은 모두 이득 매체의 신호 대역 내에 존재한다. 이 경우, 상기 제 1 광학 감쇠기는 제 1 광학 파장에서 이득 매체의 이득을 보상하고, 상기 제 2 광학 감쇠기는 제 2 광학 파장에서 이득 매체의 이득을 동시에 보상한다. 동시에 진동하는 제 1 및 제 2 레이저 공동은 입력 신호 출력의 함수(예를 들어, 채널이 부가 또는 하락될 때), 파장의 함수(즉, 상기 신호 파장 대역) 및 시간의 함수(즉, 다중 파장 시스템에서 하나의 파장이 하락될 때 잔존 파장에서 이완 진동이 저감됨)로서 이득 매체의 이득 변화를 저감시킨다.
선택적 실시예에서, 신호 대역의 추가적 파장에서 진동하는 추가적 레이저 공동이 상기 이득 매체에 커플된다.
본 발명에 따른 광학 증폭기는 신호 파장 대역에서 이득 매체의 이득 스펙트럼의 형상을 제어하도록 작동될 수 있다. 상기 방법은 이득 매체에 커플된 레이저 공동중 하나 또는 그 이상에서 가변 광학 감쇠기를 변화시키는 단계를 포함한다. 이로 인하여, 스펙트럼 불균질성을 통해 해당 파장 및 그 부근의 파장에서 이득 매체의 이득이 변화하게 된다.
본 발명에 따른 광학 증폭기의 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 광학 증폭기는 내부에서 전파하는 광신호에 이득을 제공하는 코일 형태의 에르븀 도프 섬유(EDF)(12)로 된 이득 매체를 포함한다. 상기 섬유는 에르븀 도프 플루오라이드 섬유(EDFF) 또는 에르븀 도프 실리카 섬유(EDSF)이다. 상기 에르븀 도프 섬유(12)의 입력단부(115)에는 입력 아이솔레이터(14)가 커플된다. 상기 에르븀 도프 섬유(12)의 출력단부(117)에는 출력 아이솔레이터(14)가 커플된다. 상기 섬유(12)에는 파장 분할 멀티플렉서(WDM)(19)를 통해 펌프 레이저(18)가 커플된다. 상기 섬유(12)는 길이가 14m인 알루미늄 실리케이트 에르븀 도프 섬유이다. 신호 대역은 1528㎚ 내지 1565㎚ 이다. 상기 펌프 레이저(18)는 140mw 최대 출력에서 976㎚ 파장을 갖는다.
증폭될 광신호가 증폭기(10)의 입력 포트(15)로 입력되고, 증폭된 광신호는 증폭기(10)의 출력 포트(17)로 출력된다.
상기 에르븀 도프 섬유 이득 매체(12)는 제 1 및 제 2 링 레이저 공동(30)(50)에 이득을 제공한다. 상기 링 레이저 공동(30)은 3dB 커플러(32), 에르븀 도프 섬유(12), 3dB 커플러(34), 비교적 조악한 파장 선택성 멀티플렉서(WSM)(36), 제 1 가변 광학 감쇠기(VOA1)(38), 제 1 파장 선택성 필터(40) 및 WSM(42)을 포함한다.
이와 유사하게, 상기 링 레이저 공동(50)은 3dB 커플러(32), 에르븀 도프 섬유(12), 3dB 커플러(34), WSM(36), 제 2 가변 광학 감쇠기(VOA2)(52), 제 2 파장 선택성 필터(54) 및 WSM(42)을 포함한다.
상기 3dB 커플러(32)(34)는 링 레이저 공동(30)(50)에 피드백을 제공하기 위해 사용된다. 섬유(12) 형태인 이득 매체에 의해 모든 링 레이저 공동(30)(50)에 광학 이득이 제공된다.
상기 WSM 장치(36)(42)가 상기 2개의 공동을 단절시킴으로써, 공동(30)은 청색 대역(1520㎚ 내지 1530㎚)에서 진동하고, 공동은 적색 대역(1520㎚ 내지 1535㎚)에서 진동한다. 상기 협대역 필터(40)(54)는 모드 호핑을 피하고 각 공동의 안정성을 유지하기 위해 각각 λ1=1530㎚, λ2=1565㎚에서 피크된다. 정확한 파장이 증폭기의 작동을 위해 중요한 것은 아니다. 상기 2개의 레이저 공동(30)(50)은 동시에 진동한다. 이는 VOA1 및 VOA2를 조절하여 각 공동(30)(50)의 라운드트립(round trip) 이득을 조절함으로써 이루어지되, 상기 라운드 트립 손실은 각 파장에서 증폭기 이득을 보상한다.
하기된 설명은 본 발명에 따른 광학 증폭기가 이득 변화를 신호 입력 출력의 함수로서 얼마나 저감시키는지를 나타내는 실험결과이다. 이는 이중 레이저 공동 시스템(점선)과 단일 레이저 공동 시스템(실선)과 관련하여 펌프 전류에 대한 이득을 표시한 도 2를 참조하여 알 수 있다. 단일 레이저(청색 레이저 공동)의 경우, 레이저를 한계치 이상 유지하는데 이용할 수 있는 충분한 펌프 출력이 제공된다면, 매우 균질한 이득 매체는 신호 출력과는 무관하게 고정될 특정 파장에서 이득이 필요하다. 그러나, 단일 레이저 공동이 구비된 실제 EDFA에서는 스펙트럼 불균질성으로 인하여, 도 2에 실선으로 표시된 바와 같은 "약한" 한계치가 나타난다. 즉, 특정 파장의 이득은 레이저가 한계치 이상일 때도 신호 파장에 의존한다. 도 2에서, 상기 신호 파장은 1550㎚이고, 4개의 곡선은 -17.75, -12.67, -10.69 및 -7.71dBm 신호 출력에 해당한다. 개별 채널 이득의 신호 출력 의존성으로 인하여 이득 스펙트럼의 가변성이 나타난다. 최대 펌프 전류에서, 상기 신호 이득은 전술한 입력 출력의 범위에서 약 0.9dB 만큼 변한다. 그러나, 상기 시스템에 제 2 레이저 공동(적색 레이저)가 부가되는 경우, 신호 출력에 대한 이득 스펙트럼의 민감도는 도 2의 점선으로 표시된 바와 같이 크게 저감된다. 상기 신호 이득은 양 레이저가 진동할 때 단지 0.4dB 만큼 변한다. 사실, 심한 이득 클램핑 기울기 변화 때문에, 단일 및 이중 공동 이득 제어하에서, 이득 변화의 차이는 더 높은 펌프 출력에서 더 크다.
상기 증폭기 이득 스펙트럼의 가변성을 8파장 이득 측정술을 이용하여 더욱상세하게 관찰하였다. 개별 채널을 끄고 키는 능력 및 신호 대역의 8파장을 이용하여, 채널의 부가 및 하락을 모의실험하였다. 각각의 채널 부하 조건하에서 잔존 채널의 이득을 측정함으로써, 우리는 이득 가변성의 정확한 근사값을 얻었다. 파장에 대한 이득의 변화(ΔG)를 나타낸 그래프인 도 3에 그 결과가 도시되어 있다. 각 채널의 입력 출력은 약 -16dBm(총 -7dBm)이다. 사각형은 단일 공동의 경우(청색 레이저)이다. 상기 신호 대역에서 가변성은 최소 0.5dB 내지 최대 0.7dB 범위이다. 이중 공동의 경우가 원형으로 표시되어 있다. 상기 이득 가변성은 전체 대역에서 약 0.15dB로 크게 저감된다.
이하, 본 발명에 따른 이중 공동 광학 증폭기가 이득 가변성을 효과적으로 저감시키는 이유를 설명한다. 단일 공동의 경우에서 채널이 부가 또는 하락될 때, 상기 레이저 출력은 입력 출력의 변화와 일치하도록 변하게 된다. 물론, 레이저에 의해 연소된 스펙트럼 홀이 존재한다. 그러나, 상기 레이징 파장에서의 이득은 증가하는 레이저 출력으로 인해 감소하지 않으며, 상기 레이징 파장 주변의 파장에서의 이득이 증가한다. 별도의 공동을 통해 추가적인 레이징 파장이 부가될 때, 이득은 이득 스펙트럼의 추가적 파장에 고정된다. 상기 에르븀 도프 실리카 시스템에서 관찰된 스펙트럼 홀은 특히 적색 대역에서 대체로 넓고, 제 2 레이징 신호의 추가는 더 넓은 스펙트럼 영역에서 이득을 클램프한다.
하기된 실험에서는 본 발명에 따른 2개의 레이저 공동이 구비된 광학 증폭기가 사용되었다. 평균 반전이 0.69이고, 총이득이 약 16dB이며, 이득 리플이 약 8dB인 Ⅱ형 에르븀 도프 실리카 섬유를 사용하였다. 상기 청색 레이저를 그 레이징한계값 이하로 설정하여 기준 이득 스펙트럼을 구했다. 그 다음, VOA2는 고정하고 VOA1를 다르게 설정하여 이득 스펙트럼을 측정하였다. 상기 기준 이득 스펙트럼과 측정된 이득 스펙트럼의 차이가 3개의 VOA1 설정에 대해 도 4에 표시되어 있다. VOA1이 감소될수록 청색 레이저 출력은 증가하고, λ1(이 경우,1530㎚)에서 스펙트럼 홀은 더 깊어짐으로써, 청색 대역에서의 이득 스펙트럼에 큰 영향을 준다. 상기 스펙트럼 홀 프로파일은 도면에 삽입된 로렌츠 선형과 일치될 수 있다. 상기 레이저(FWHM〈7㎚)로부터 연소된 스펙트럼 홀의 유한한 폭 때문에, 스펙트럼은 청색 대역에서 가장 심하게, 이 경우에서는 약 2.0dB 정도 변한다. 상기 이득 스펙트럼은 적색 대역에서 변하지만 더 작다(0.5dB 미만). 이는 3개의 서로 다른 파장에서의 이득 변화를 VOA1의 함수로서 나타낸 도 5에서 알 수 있다. 적색 레이저의 레이징 한계치 이상에서, 청색 레이저가 한계치 이상일 때 1531㎚에서의 이득은 VOA1과 함께 선형적으로 감소한다. 그러나, 1545㎚ 및 1559㎚에서의 이득은 적색 레이저가 한계치 이하로 떨어질 때까지 더 서서히 변화한다.
본 출원인은 제어 레이저 이득을 조절함으로써, 이득 매체가 EDSDF인 경우에서 본 발명의 광학 증폭기의 이득 스펙트럼 성형 기능을 증명하였다. 이 기술은 수동 필터 엘리먼트와 함께 사용될 수 있으며, 이득 매체가 EDSFA이거나 이득 매체가 EDFF인 경우 독립적으로 이득 스펙트럼을 평평하게 하기 위해 사용될 수 있을 것으로 예상된다. 상기 EDFF를 사용하는 이유는 1) 에르븀 도프 플루오라이드 섬유가 에르븀 도프 실리카 섬유보다 더 넓은 스펙트럼 홀을 나타내고, 2) 더 작은 이득리플을 이득 평탄화 장치를 사용하지 않고 얻을 수 있다는 것이다(예를 들어, 제이. 더블유. 슐호프 등의 "IEEE 광양자 기술" 9권 1578 내지 1579 페이지 참조). 따라서, 상기 레이저로 생성된 스펙트럼 홀 프로파일은 EDFFAs의 이득 프로파일과 더 용이하게 일치할 수 있으며 평평한 이득 스펙트럼을 얻게 된다.
추가적인 실험에 따르면, 본 발명의 광학 증폭기는 에르븀 도프 광섬유의 이득 스펙트럼의 일시적 변화를 저감시킨다. 본 실험에서, 본 출원인은 선택된 공동이 입력 변화하에서 증폭기의 성능을 평가할 수 있도록 하거나 평가할 수 없도록 한다. 잔존 채널의 일시적 응답은 하기의 변수에 좌우된다. 첫째, 이는 채널 위치 및 제어 레이저 파장의 배치에 좌우된다: λ1, λ2(제어 파장), λM(부가/하락 채널), λS(잔존 채널). 둘째, 이는 모든 현재 채널 및 제어 레이저의 출력 수준에 좌우된다. 마지막으로, 이는 증폭기 구조(코일의 수, 수동 손실 등)에 좌우된다. 상기 출력 수준과 증폭기 구조는 변화의 정도 및 주파수에 주로 영향을 준다. 상기 채널 및 제어 레이저 위치의 배치는 상기 일시적 형태, 특히 정상상태 변화 및 이완 진동의 상대적 비율에 크게 영향을 준다.
일반적인 결과를 설명하기 위하여, 본 출원인은 제어 레이징 파장을 λ1=1532㎚와 λ2=1560㎚으로 선택하였다. 증폭기에 대한 입력은 λM=1545㎚와 λS=1550㎚이다. 본 출원인은 출력을f M=1㎑로 변조하여 λM의 부가 및 하락을 모의실험하였다. 단일 증폭기에 대한 부가/하락의 강력한 효과를 관찰하기 위하여, 상기 잔존 채널 출력은 0dBm으로 설정하고, 부가/하락 채널의 평균 출력은 1dBm로 설정하였다.
단일 및 이중 공동 OAGC 성능을 비교하기 위해 3가지 경우를 상세하게 연구하였다. 즉, 단일 제어 레이저를 λ1으로 하고, 단일 제어 레이저를 λ2로 하며, 이중 제어 레이저를 λ1및 λ2로 하여 증폭기를 작동시켰다. 상기 이중 제어 레이저의 작동은 당해 제어 레이저간의 출력이 적절하게 평형을 이루도록 각 공동(VOA1 및 VOA2)의 라운드 트립 손실을 주의깊게 조절함으로써 이루어졌다. 이중 레이징 모드의 범위는 신호에 의해 소실되거나 펌프에 의해 제공된 광양자의 수에 의해서 뿐만 아니라 각각의 레이징 파장에서 스펙트럼 홀의 깊이에 의해 결정된다. 도 6과 관련하여 하기된 실험에서, 표시된 데이타는 이중 제어 레이저의 최적화된 평형상태하에서 얻어진 것이다.
도 6은 λM채널의 변조시 λS에서 잔존 채널의 출력 과도를 나타낸 것이다. 변조 패턴이 도 6의 (d)에 도시되어 있으며, 1㎑ 반복률로 λM채널의 완전 턴오프(turn-off) 및 턴온(turn-on)에 해당한다. 턴오프는 Ⅰ영역에서 발생하고, 턴온은 Ⅱ 영역에서 발생한다. 명백하게, 상기 이중 제어 레이저에 의해 과도가 완벽하게 제어된다. 적색 제어 레이저(도 6의 (a))만을 사용함으로써, 잔존 채널의 과도 응답은 제어 레이저의 이완 진동에 의해 억제된다. 하락의 경우에서 레이징 출력이 더 작기 때문에, 진동 주파수와 댐핑 시간(damping time)은 모두 부가(Ⅱ 영역)의 경우 보다 하락(Ⅰ 영역)의 경우에서 더 높다. 청색 제어 레이저(도 6의 (b))만을 사용함으로써, 잔존 채널의 과도 응답은 이득 틸트에 의한 스펙트럼 홀의연소로 인한 저속 변화에 의해 억제된다. 이로써, 하락시 출력은 정상 상태로 증가하게 되고, 그 진폭은 이완 진동에 의한 변화를 초과하게 된다. 이중 공동 광학 이득 제어(도 6의 (c))를 사용함으로써, 본 출원인은 진동 진폭(2 변수)이 크게 저감되고, 진동 댐핑이 일정할 뿐만 아니라(2 변수), 정상 상태 편향이 저감되는 것(4 변수)을 관찰할 수 있었다.
도 7은 본 발명의 광학 증폭기의 선택적 실시예를 도시한 것이다. 도 3의 증폭기(10)와 비교하면, 도 7의 증폭기(10')에는 3dB 커플러(32)(34), WSM 장치(36)(42) 및 변조가능한 2개의 포트 필터(54)(40)이 생략된다. 그 대신, 도 7에는 파장 선택성 3포트 필터(91)(92)(93)(94)가 사용된다. 따라서, 도 7의 광학 증폭기(10')는 내부에서 전파하는 광신호에 이득을 제공하기 위한 EDF(12) 형태의 이득 매체를 포함한다. 상기 EDF(12)의 입력 단부(115)에는 입력 아이솔레이터(14)가 커플된다. 상기 에르븀 도프 필터(12)의 출력 단부(117)에는 출력 아이솔레이터(16)가 커플된다. 상기 EDF(12)에는 WDM(19)를 통해 펌프 레이저(18)가 커플된다. 증폭될 광신호는 증폭기(10')의 입력 포트(15)로 입력되고, 증폭된 광신호는 증폭기(10')의 출력 포트(17)를 통해 출력된다.
상기 증폭기(10')는 2개의 링 레이저 공동(30')(50')을 포함한다. 상기 공동(30')은 파장 선택성 3포트 필터(91), EDF(12), 파장 선택성 3포트 필터(94) 및 VOA1을 포함한다. 상기 파장 선택성 필터(91)(94)는 1560㎚와 같은 제 1 파장을 선택한다. 상기 VOA1은 이 파장에서 EDF(12)의 이득을 보상하도록 조절된다. 상기공동(50')은 파장 선택성 3포트 필터(92), EDF(12), 파장 선택성 3포트 필터(93)및 VOA2를 포함한다. 상기 파장 선택성 필터(92)(93)는 1565㎚와 같은 제 2 파장을 선택한다. 상기 VOA2는 이 파장에서 EDF(12)의 이득을 보상하도록 조절된다.
도 7의 3포트 파장 선택성 필터는 도 1의 3dB 커플러보다 낮은 손실을 제공한다. 본 실시예의 저감된 손실로 인하여, 출력과 잡은 성능이 개선된다.
본 발명의 또 다른 선택적 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 이득 스펙트럼의 제어는 2개의 선형 레이저 공동에 의해 이루어진다. 특히, 도 8의 광학 증폭기는 EDF(12) 형태의 이득 매체를 포함한다. 상기 EDF(12)에는 WDM(19)을 통해 펌프 레이저(18)가 커플된다. 상기 EDF(12)의 일측에는 입력 및 출력 아이솔레이터(14)(16)가 배치된다. 증폭될 광신호는 증폭기(100)의 입력 포트(15)로 입력되고, 증폭된 신호는 출력 포트(17)로 출력된다. λ1에서 진동하는 제 1 선형 공동은 FBG(섬유 브래그 격자)(201)과 FBG(203)에 의해 한정된다. λ2에서 진동하는 제 2 선형 공동은 FBG(202)과 FBG(204)에 의해 한정된다.
개별 공동의 라운드 트립 손실은 증폭기의 입력측에 구비된 FBGs의 반사율을 변화시킴으로써 제어된다. 즉, 각각의 선형 공동에서 FBG의 반사율은 하기의 식을 따른다.
여기서, Ri및 RO는 입력 및 출력 FBG의 반사율이고, GRT는 증폭기의 라운드팁 이득이다. 출력 FBG이 고반사체라 가정하면, RO=1 이고, 상기 수학식 1은 수학식 1과 같이 된다.
전술한 선형 공동 시스템은 증폭기의 입력 및 출력에서 매우 작은 추가 손실을 가져옴으로써, 우수한 출력 및 잡음 성능을 갖는다(예를 들어, 지. 루오, 제이.엘. 지스킨드, 제이.에이. 나겔, 엔.에이. 아리 등의 1998년 4월자 "광파기술 저널" 16권 제4호 527페이지, 지. 루오, 제이.엘. 지스킨드, 와이.선, 에이.케이. 스리라스카바, 제이.더블유. 슐호프, 씨. 울프, 엠.에이. 아리 등의 1997년 10월자 "IEEE 광양자 기술" 9권 제10호 1346 페이지, 엠.전지블의 1991년 3월 28일자 "전자학" 27권 제7호 560페이지 참조).
본 발명의 실시예에 따른 광학적으로 이득이 제어된 다중 공동 증폭기의 사용은 증폭기 체인에 사용될 때도 유리하다. 증폭기 체인의 단부에서 잔존 채널의 과도 이득 에러가 그들이 통과하는 증폭기의 수와 함께 증가하는 것이 관찰되었다. 단일 공동 OAGC보다는 다중 공동 OAGC가 과도 성능을 더 확실하게 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 출원인은 신호 부가/하락과 관련된 펌프 출력 손실 뿐만 아니라, 제어 레이저의 이완 진동과 스펙트럼 홀 연소가 WDM 광학 네트워크에서 단일 공동 OAGC의 응용성에 영향을 주는 것으로 믿는다. 그에 따른 성능 저하로 인하여, EDFA 캐스캐이드를 따라 누적되는 정상 상태 출력 익스커션 및 잔류 과도가 발생하고, 이에 따라 시스템에서 비트 오차율 손실이 유발된다.
전술한 본 발명의 실시예를 설명을 위한 것이다. 하기된 청구범위의 범주를 벗어나지 않는 다양한 선택적 실시예가 당업자에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (22)

  1. 내부에서 전파하는 광신호에 이득을 제공하는 이득 매체; 및
    상기 이득 매체에 의해 이득이 제공되며, 제 1 및 제 2 광학 파장에서 동시에 진동하는 제 1 및 제 2 레이저 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 동시에 진동하는 제 1 및 제 2 레이저 공동은 이득 매체의 이득 스펙트럼 변화를 저감시키는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 레이저 공동은 상기 제 1 파장을 통과시키는 제 1 협대역 필터와 제 1 광학 감쇠기를 포함하고, 상기 제 2 레이저 공동은 상기 제 2 파장을 통과시키는 제 2 협대역 필터와 제 2 광학 감쇠기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 감쇠기는 제 1 파장에서 이득 매체의 이득을 보상하고, 상기 제 2 감쇠기는 제 2 파장에서 이득 매체의 이득을 보상하는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이득 매체는 에르븀 도프 광섬유인 것을 특징으로하는 광학 증폭기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 파장은 1530㎚ 이고, 상기 제 2 파장은 1565㎚인 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 동시에 진동하는 제 1 및 제 2 레이저 공동은 채널이 상기 광신호로부터 하락 또는 부가될 때 이득 스펙트럼 변화를 저감시키는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 동시에 진동하는 제 1 및 제 2 레이저 공동은 이득 스펙트럼 변화를 파장 및 시간의 함수로서 저감시키는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 공동은 링 공동인 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 공동은 선형 공동인 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  11. 내부에서 전파하는 광신호에 이득을 제공하기 위한 에르븀 도프 광섬유 형태의 이득 매체,
    상기 광섬유에 커플된 펌프 레이저, 및
    상기 광섬유에 의해 이득이 제공되는 제 1 및 제 2 레이저 공동을 포함하되,
    상기 제 1 공동은 제 1 광학 파장을 통과시키는 제 1 필터와 제 1 광학 감쇠기를 포함하고, 상기 제 2 공동은 제 2 광학 파장을 통과시키는 제 2 필터와 제 2 광학 감쇠기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 레이저 공동은 상기 제 1 광학 파장에서 진동하고, 상기 제 2 레이저 공동은 상기 제 2 광학 파장에서 동시에 진동하는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 광학 감쇠기는 상기 제 1 광학 파장에서 광섬유의 이득을 보상하기에 충분한 양의 감쇠를 제공하고, 상기 제 2 광학 감쇠기는 상기 제 2 광학 파장에서 광섬유의 이득을 보상하기에 충분한 양의 감쇠를 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 공동은 이득 매체의 이득 스펙트럼 변화를 저감시키는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 광학 감쇠기는 가변 감쇠기이고, 상기 제 2광학 감쇠기는 가변 감쇠기인 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 파장은 1530㎚ 이고, 상기 제 2 파장은 1560㎚인 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  17. 제 1 및 제 2 광학 파장에 광학 이득을 제공하는 이득 매체,
    상기 이득 매체에 의해 이득이 상기 제 1 파장에 제공되는 제 1 레이저 공동, 및
    상기 이득 매체에 의해 이득이 상기 제 2 파장에 제공되는 제 2 레이저 공동을 포함하되,
    상기 제 1 레이저 공동은 상기 제 1 파장을 통과시키는 제 1 필터와 제 1 가변 광학 감쇠기를 포함하고, 상기 제 2 레이저 공동은 상기 제 2 파장을 통과시키는 제 2 필터와 제 2 광학 감쇠기를 포함하며,
    상기 제 1 파장의 광학 이득은 상기 제 1 가변 광학 감쇠기를 변화시킴으로써 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 광학 감쇠기는 가변 광학 감쇠기이고, 상기 제 2 파장의 광학 이득은 상기 제 2 가변 광학 감쇠기를 변화시킴으로써 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 이득 매체는 에르븀 도프 광학 필터인 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 공동은 상기 제 1 파장에서 진동하고, 상기 제 2 공동은 상기 제 2 파장에서 동시에 진동하는 것을 특징으로 하는 광학 증폭기.
  21. 다수의 파장에 광학 이득을 제공하는 광학 이득 매체의 선택된 파장에서 이득을 제어하는 방법으로서,
    상기 이득 매체에 의해 이득이 제공되는 다수의 레이저 공동중 선택된 공동에서 가변 광학 감쇠기를 변화시키는 단계를 포함하되, 상기 각각의 레이저 공동은 상기 다수의 파장중 하나에서 진동하는 것을 특징으로 하는 이득 제어 방법.
  22. 신호 파장 대역에 광학 이득을 제공하는 광학 이득 매체의 이득 스펙트럼 형태를 제어하는 방법으로서,
    상기 이득 매체에 의해 이득이 제공되는 다수의 레이저 공동중 하나 또는 그 이상의 공동에서 가변 광학 감쇠기를 변화시키는 단계를 포함하되, 상기 각각의 레이저 공동은 상기 파장 대역의 특정 파장에서 진동하며 특정 파장을 통과시키는 필터와 가변 광학 감쇠기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이득 스펙트럼 형태 제어방법.
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