KR20020009478A - 라만 증폭기 모듈 및 그것을 사용한 광전송 시스템 - Google Patents

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KR20020009478A
KR20020009478A KR1020010044404A KR20010044404A KR20020009478A KR 20020009478 A KR20020009478 A KR 20020009478A KR 1020010044404 A KR1020010044404 A KR 1020010044404A KR 20010044404 A KR20010044404 A KR 20010044404A KR 20020009478 A KR20020009478 A KR 20020009478A
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츠자키테츠후미
니시무라마사유키
히라노마사아키
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오카야마 노리오
스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 입력단(1a)으로부터 입력된 신호광을 전송함과 동시에, 여기 광원 유닛(21, 22)으로부터 공급되는 여기광에 의해서 신호광을 라만(Raman) 증폭하는 라만 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로를, 2개의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)를 직렬로 접속하여 구성하고, 그 파장 분산을 각각 다른 값으로 한다. 이 구성에 따르면 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 파장 분산치의 조합 등을 이용하여, 증폭기 모듈(1) 내에서의 파장 분산을 제어할 수 있다. 이로써, 신호광으로의 분산의 누적이나 영분산 근방에서의 신호광의 전송 등을 방지하고, 비선형 광학 효과에 의한 신호광의 전송 품질의 열화가 억제된다.

Description

라만 증폭기 모듈 및 그것을 사용한 광전송 시스템{Raman amplifier module and optical transmitting system using the same}
본 발명은 신호광을 여기광에 의해서 라만 증폭하는 라만 증폭기 모듈, 및 그것을 사용한 광전송 시스템에 관한 것이다.
광섬유 증폭기는, 광전송 시스템에서 광섬유 전송로를 전송되는 신호광에 대하여, 광전송로에서의 전송 손실을 보상하기 위해서 신호광을 광증폭하는 것이다. 광전송로 상에 설치되는 광섬유 증폭기는, 광전송로로서도 기능하는 광증폭용 광섬유와, 광증폭용 광섬유로 여기광을 공급하는 여기광공급 수단을 구비하여 구성된다. 그리고, 여기광이 공급되고 있는 광증폭용 광섬유에 신호광이 입력되면, 그 신호광은, 광증폭용 광섬유에 있어서 광증폭되어 출력된다.
이러한 광섬유 증폭기로서는, Er(Erbium) 등의 희토류 원소를 첨가하는 희토류 원소 첨가 섬유 증폭기와, 유도 라만 산란에 의한 라만 증폭 현상을 이용하는 라만 증폭기가 사용되고 있다.
여기서, 희토류 원소 첨가 섬유 증폭기(예를 들면 EDFA; Erbium-Doped Fiber Amplifier, Er 첨가 섬유 증폭기)는, 희토류 원소를 첨가한 광섬유(예를 들면 EDF; Erbium-Doped Fiber, Er 첨가 광섬유)를 광증폭용 광섬유로서 사용한 것으로, 모듈화 되어 광전송 시스템의 중계국 내 등에 설치된다. 한편, 라만 증폭기에 있어서는, 광섬유 전송로를 구성하고 있는 석영계의 광섬유가, 라만 증폭용 광섬유로서사용된다.
상기한 라만 증폭기는 광전송용의 광섬유에 신호광과 함께 여기광을 입력하고, 라만 증폭에 의해서 전송 손실을 보상하는 분포 정수형의 광증폭기로서 구성할 수 있다. 또한, EDFA 등과 마찬가지로, 광 전송로 상에서 중계국 내 등의 소정 위치에 모듈화 하여 설치하고, 입력 신호광을 소정의 이득(net gain)으로 광증폭하여 출력 신호광을 얻는 집중 정수형의 광증폭기 모듈로서 이용하는 것도 가능하다.
그러나, 라만 증폭기를 집중 정수형의 광증폭기로서 이용하는 경우, EDFA 등과 비교하여, 광증폭에 필요한 라만 증폭용 광섬유의 길이가 길기 때문에, 자기 위상 변조나 4광파 혼합 등의 비선형 광학 효과의 영향이 커진다. 이 때문에, 라만 증폭용 광섬유에서의 비선형 광학 효과에 의한 신호광의 전송 품질의 열화가 현저하게 된다는 문제를 발생한다.
본 발명은 이상의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 비선형 광학 효과에 의한 신호광의 전송 품질의 열화가 억제되는 집중 정수형의 라만 증폭기 모듈, 및 그것을 사용한 광전송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 라만 증폭기 모듈의 일 실시예를 도시하는 구성도.
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 도 1에 도시한 라만 증폭기 모듈 내의 광전송로에 있어서의 파장 분산의 일 예를 도시하는 그래프.
도 3은 라만 증폭기 모듈에 적용되는 라만 증폭용 광섬유의 구성을 도시하는 도면.
도 4는 라만 증폭용 광섬유에 있어서의 라만 이득 계수에 대하여 도시하는 그래프.
도 5는 도 1에 도시한 라만 증폭기 모듈을 사용한 광전송 시스템의 일 실시예를 도시하는 구성도.
도 6은 라만 증폭기 모듈의 다른 실시예를 도시하는 구성도.
도 7은 라만 증폭기 모듈의 다른 실시예를 도시하는 구성도.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 도 1에 도시한 라만 증폭기 모듈 내의 광전송로에 있어서의 파장 분산의 다른 예를 도시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
11, 12: 라만 증폭용 광섬유 21, 22: 여기 광원 유닛
41, 42: 광 아이솔레이터
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 라만 증폭기 모듈은, (1) 소정의 증폭 파장 대역 내에 있는 신호광을 여기광에 의해서 라만 증폭하는 라만 증폭기 모듈로서, (2) 서로 직렬로 접속되고, 증폭 파장 대역 내에 있는 신호광을 각각 라만 증폭함과 동시에, 서로 다른 파장 분산치를 갖는 복수의 라만 증폭용 광섬유와, (3) 복수의 라만 증폭용 광섬유의 각각에 여기광을 공급하는 1 또는 복수의 여기광 공급 수단과, (4) 복수의 라만 증폭용 광섬유 및 1 또는 복수의 여기 광공급 수단이 설치되는 하우징을 구비하는 것을 특징으로 한다.
단일의 라만 증폭용 광섬유를 사용하여 구성된 집중 정수형의 라만 증폭기에 있어서는, 그 구성으로부터 증폭기 모듈 내에서 파장 분산을 제어할 수 없다. 따라서, 라만 증폭용 광섬유의 파장 분산의 값에 의해, 라만 증폭용 광섬유를 전송되는 동안에 신호광에 누적되는 분산치가 커지거나, 혹은, 영분산에 가까운 상태에서 신호광이 라만 증폭용 광섬유를 전송되는 등의 광전송 조건을 발생하는 경우가 있다.
이 때, 신호광의 분산치가 커지는 경우에는, 자기 위상 변조(SPM; Self Phase Modulation)나 군속도 분산(GVD; Group Velocity Dispersion) 등이 발생하는 원인이 된다. 또한, 신호광이 영분산 근방에서 전송되는 경우에는, 상호 위상 변조(XPM; Cross Phase Modulation)나 4광파 혼합(FWM; Four Wave Mixing) 등이 발생하는 원인이 된다. 그리고, 라만 증폭용 광섬유에서의 전송 중에 이들의 비선형 광학 효과 등을 발생하면, 그 영향에 의해서 신호광의 전송 품질이 열화하게 된다.
이에 대하여, 상기한 라만 증폭기 모듈에 있어서는, 직렬로 접속한 복수의 라만 증폭용 광섬유를 사용하여 집중 정수형의 라만 증폭기를 구성함과 동시에, 그들의 파장 분산치를 각각 다른 값으로 하고 있다. 이로써, 증폭기 내의 광전송로에서 파장 분산을 제어하고, 신호광으로의 분산의 누적이나 영분산 근방에서의 전송을 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 비선형 광학 효과에 의한 증폭기 내에서의 신호광의 전송 품질의 열화가 억제되는 라만 증폭기 모듈이 실현된다.
또한, 본 발명에 따른 광전송 시스템은, 신호광이 전송되는 광섬유를 사용하여 구성된 광전송로를 가지는 동시에, 광전송로를 전송되는 신호광을 중계하는 중계국 내에, 상기한 라만 증폭기 모듈이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
광전송 시스템의 중계국에 설치되는 집중 정수형의 광증폭기로서, 상기의 구성을 갖는 라만 증폭기 모듈을 사용하는 것에 의해서, 신호광의 전송 품질의 열화가 억제되고, 송신국으로부터 수신국으로 확실하게 신호광을 전송 가능한 광전송 시스템을 실현할 수 있다.
이하, 도면과 함께 본 발명에 따른 라만 증폭기 모듈 및 그것을 사용한 광전송 시스템의 적합한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서는 동일 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 설명한 것과 반드시 일치하고 있지 않다.
도 1은, 본 발명에 따른 라만 증폭기 모듈의 일 실시예를 도시하는 구성도이다. 상기 라만 증폭기 모듈(1)은, 광전송 시스템의 중계국 등에 설치되는 집중 정수형의 광증폭기이고, 2개의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)와, 2개의 여기 광원 유닛(21, 22)을 구비하고 구성되어 있다. 이들의 라만 증폭용 광섬유(11, 12) 및 여기 광원 유닛(21, 22)은, 모듈의 케이스가 되는 하우징(10) 내에 설치되어 있다.
라만 증폭용 광섬유(11, 12)는, 각각 서로 다른 파장 분산치를 갖는 석영계의 광섬유로 이루어진다. 또한, 이들의 라만 증폭용 광섬유는 라만 증폭기 모듈(1)의 입력단(1a)으로부터 출력단(1b)으로 향하여, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 순으로 직렬 접속되어 있다.
이 2개의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)에 의해서, 신호광을 전송함과 동시에, 여기광이 공급되어 있을 때에, 소정의 증폭 파장 대역 내에 있는 신호광을 여기광에 의해서 라만 증폭하기 위한 라만 증폭기 모듈(1) 내에서의 광전송로(광섬유 선로)가 구성되어 있다. 또한, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 각각에서의 파장 분산치의 조합에 의해서, 라만 증폭되는 신호광으로의 분산의 누적이나 신호광의 영분산 근방에서의 전송을 저감하는 등, 소정의 조건을 만족하도록, 라만 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로에서의 파장 분산이 제어된다.
라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 후방에는, 광 아이솔레이터(41, 42)가 설치되어 있다. 광 아이솔레이터(41, 42)의 각각은, 광을 순방향(도 1 중에 도시한 화살표의 방향)으로 통과시키지만, 역방향으로는 통과시키지 않는 것이다. 즉, 광 아이솔레이터(41)는, 라만 증폭용 광섬유(11)로부터 도달한 광을 라만 증폭용 광섬유(12)로 통과시키지만, 역방향으로는 광을 통과시키지 않는다. 또한, 광 아이솔레이터(42)는, 라만 증폭용 광섬유(12)로부터 도달한 광을 출력단(1b)으로 통과시키지만, 역방향으로는 광을 통과시키지 않는다.
라만 증폭용 광섬유(11, 12)로의 여기광은, 여기 광공급 수단인 여기 광원 유닛(21, 22)에 의해서 각각 공급된다. 여기 광원 유닛(21, 22)은, 라만 증폭용 광섬유(11)와 광 아이솔레이터(41)의 사이, 라만 증폭용 광섬유(12)와 광 아이솔레이터(42)의 사이에 각각 설치된 광합파기(31, 32)를 개재시켜, 라만 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로에 접속되어 있다.
여기서, 광합파기(31, 32)는, 여기 광원 유닛(21, 22)으로부터 공급되어 도달한 여기광을, 전방의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)로 향하여 역방향으로 각각 통과시킨다. 또한, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)로부터 도달한 신호광을, 광 아이솔레이터(41, 42)로 향하여 순방향으로 각각 통과시킨다. 이로써, 상기 라만 증폭기 모듈(1)은, 후방 여기(역방향 여기)의 광증폭기로서 구성되어 있다.
도 1에 있어서는, 라만 증폭용 광섬유(11)로 여기광을 공급하는 여기 광원 유닛(21)에 대하여, 그 구체적인 구성의 일 예를 도시하고 있다. 본 실시예에 있어서는, 6개의 여기 광원(211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b)이 사용되고 있다. 또한, 여기 광원 유닛(22)에 대해서는, 그 구체적인 구성의 도시를 생략하고 있지만, 여기 광원 유닛(21)과 동일한 구성인 것이 사용되고 있다.
여기 광원 유닛(21)의 6개의 여기 광원 중, 여기 광원(211a, 211b)은 동일한 파장(λ1)의 광을 출력하는 것이다. 여기 광원(211a 및 211b)으로부터의 광은, 편파 합성기(211c)에 의해서 합성되고, 편파에 대하여 균일한 파장(λ1)의 여기광이 생성된다. 마찬가지로, 여기 광원(212a, 212b)은 동일한 파장(λ2; λ2≠λ1)의 광을 출력하고, 그것들은 편파 합성기(212c)에 의해서 합성되며, 편파에 대하여 균일한 파장(λ2)의 여기광이 생성된다. 또한, 여기 광원(213a, 213b)은 동일한 파장(λ3; λ3≠λ1, λ2)의 광을 출력하고, 그것들은 편파 합성기(213c)에 의해서 합성되며, 편파에 대하여 균일한 파장(λ3)의 여기광이 생성된다.
그리고, 편파 합성기(211c, 212c, 213c)에서 각각 합성된 파장(λ1, λ2,λ3)의 광은, 파장 합성기(214)에 있어서 합성되어 3개의 파장 성분을 갖는 여기광으로 되고, 광합파기(31)를 개재시켜 라만 증폭용 광섬유(11)로 공급된다.
또한, 여기 광원 유닛의 구성에 대해서는, 라만 증폭기에 요구되는 증폭 파장 대역 등에 따라서, 여기광의 파장이나 여기 광원의 개수 등을 적절하게 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 여기 광원 유닛으로부터 라만 증폭용 광섬유로 공급되는 여기광의 파장에 대해서는, 통상, 신호광의 파장보다도 0.1μm 정도 짧은 파장이 사용된다. 또한, 여기 광원의 개수에 대해서는, 그 라만 증폭기에서의 증폭 파장 대역 내의 각 파장에 있어서 광증폭이 가능해지도록, 필요한 개수(필요한 파장수)의 여기 광원이 사용된다. 예를 들면, 1 파장의 여기광에 의해서 증폭 파장 대역의 전체에서의 광증폭이 가능한 경우에는, 여기광은 1 파장 성분만을 갖는 것이라도 좋다.
상기한 라만 증폭기 모듈(1)에 있어서는, 복수의 라만 증폭용 광섬유, 도 1에 있어서는 2개의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)를 직렬로 접속하여 증폭기 모듈(1)내에서의 광전송로를 구성함과 동시에, 그 파장 분산치를 각각 다른 값으로 하고 있다. 이 구성에 따르면, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 각각에서의 파장 분산치의 조성을 이용하여, 증폭기 모듈(1) 내에서의 파장 분산을 제어하고, 신호광으로의 분산의 누적이나 영분산 근방에서의 전송 등의, 신호광의 전송 상 바람직하지 못한 조건의 발생을 방지하는 것이 가능해진다. 이로써, 비선형 광학 효과에 의한 증폭기 내에서의 신호광의 전송 품질의 열화가 억제되는 라만 증폭기 모듈이 실현된다.
여기서, 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로에서의 신호광으로의 분산의 누적에관해서는, 증폭 파장 대역 내의 적어도 일부의 파장 대역에 있어서, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)에서의 파장 분산을 입력단(1a)으로부터 출력단(1b)까지 누적한 분산치의 절대치를 1ps/nm 이하의 범위 내, 혹은 0.5ps/nm 이하의 범위 내로 하는 것이 더 바람직하다. 이것은, 분산치의 증폭 파장 대역 내에서의 최소치를 1ps/nm 이하, 혹은 0.5ps/nm 이하로 하는 것에 상당한다.
또한, 증폭 파장 대역 내의 전체의 파장 대역에 있어서, 파장 분산을 입력단(1a)으로부터 출력단(1b)까지 누적한 분산치의 절대치를, 5.0ps/nm 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 분산치의 증폭 파장 대역 내에서의 최대치를 5.0ps/nm 이하로 하는 것에 상당한다.
라만 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로 전체로서의 분산치가 되는, 각 라만 증폭용 광섬유(11, 12)를 통하여 누적된 분산치를, 상기의 범위 내로 하는 것에 의해서, 파장 분산치가 다른 2개의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)가 접속된 광전송로의 전체로서 파장 분산이 충분하게 보상된 구성이 된다. 따라서, 자기 위상 변조(SPM; Self Phase Modulation)나 군속도 분산(GVD; Group Velocity Dispersion)의 발생에 의한 신호광의 전송 품질의 열화가 억제된다.
또한, 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로에서의 신호광의 영분산 근방에서의 전송에 관해서는, 복수의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)는, 서로 다른 부호의 파장 분산치(2개인 경우에는 한쪽이 양, 다른쪽이 음인 파장 분산치)를 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 역부호의 파장 분산치를 갖는 라만 증폭용 광섬유(11, 12)를 접속하여 광전송로를 구성하면, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)에서의 파장 분산치의 절대치가 각각 어느 정도 크기의 값이더라도, 역부호의 파장 분산치의 조합에 의해서, 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로의 전체로서 파장 분산을 보상할 수 있다. 이로써, 신호광의 영분산 근방에서의 전송을 극력 피하는 것이 가능해지고, 상호 위상 변조(XPM; Cross Phase Modulation)나 4광파 혼합(FWM; Four Wave Mixing)의 발생에 의한 신호광의 전송 품질의 열화가 억제된다.
또한, 도 1에 도시한 라만 증폭기 모듈(1)에서는, 라만 증폭용 광섬유(11, 12), 및 여기 광원 유닛(21, 22)을 단일한 하우징(10) 내에 설치하고 있지만, 하우징에 대해서는, 집중 정수형의 증폭기 모듈로서 이용이 가능한 형태이면, 다른 형태라도 좋다. 그와 같은 형태로서는, 예를 들면, 도 1 중에 점선으로 도시하는 바와 같이, 라만 증폭용 광섬유(11) 및 여기 광원 유닛(21)이 설치되는 하우징(10a)과, 라만 증폭용 광섬유(12) 및 여기 광원 유닛(22)이 설치되는 하우징(10b)과의 2개를 전체의 하우징으로 하는 구성 등이 있다.
도 1에 도시한 라만 증폭기 모듈에 있어서의 라만 증폭용 광섬유의 조합 등에 대해서, 더욱 구체적으로 설명한다. 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는, 도 1에 도시한 라만 증폭기 모듈 내의 광섬유 전송로에 있어서의 파장 분산의 일 예에 대하여 모식적으로 도시하는 그래프이다. 또, 도 2의 (a)에 있어서는, 라만 증폭기 모듈(1)의 구성을 간략화 하여 라만 증폭용 광섬유(11, 12)만을 도시하고, 여기 광원 유닛(21, 22), 광합파기(31, 32) 및 광 아이솔레이터(41, 42)에 대해서는, 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 2의 (a) 중의 점(1c)은, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)가 서로 접속되는 중간점을 도시하고 있다.
도 2의 (a)에 도시한 예에 있어서는, 입력단(1a)측의 라만 증폭용 광섬유(11)로서, 정의 파장 분산치를 갖는 광섬유가 적용되고 있다. 이로써, 도 2의 (b)에 대응하는 분산치의 변화를 도시하는 바와 같이, 입력단(1a)으로부터 중간점(1c)으로 향하여, 전송 거리와 함께 분산치가 누적적으로 증가하여, 중간점(1c)에 있어서, 약 30ps/nm의 분산치로 되어 있다.
한편, 출력단(1b)측의 라만 증폭용 광섬유(12)로서는, 부의 파장 분산치를 갖는 광섬유가 적용되고 있다. 이로써, 중간점(1c)에서 약 30ps/nm으로 되어 있는 분산치가, 출력단(1b)으로 향하여 전송 거리와 함께 누적적으로 감소하고, 출력단(1b)에 있어서, 거의 0ps/nm의 분산치가 된다. 보다 구체적으로는, 그 절대치가 소정의 값 이하(예를 들면 1ps/nm 이하, 혹은 5.0ps/nm 이하)의 범위 내의 분산치가 되도록 파장 분산이 보상된다. 이러한 구성에 의해, 상기한 바와 같이 비선형 광학 효과에 의한 신호광의 전송 품질의 열화가 억제되는 라만 증폭기 모듈(1)이 얻어진다.
도 3에, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시한 구성의 라만 증폭기를 실현하기 위한 라만 증폭용 광섬유의 구체예를, 그 굴절율 프로파일에 의해서 도시한다. 도 3에 도시한 광섬유는, SiO2에 Ge02가 첨가된 비굴절율차(△n1)의 코어 영역(61)과, SiO2에 F가 첨가된 비굴절율차(△n2)의 클래드 영역(62)을 갖고 구성되어 있다.
상기한 구성으로 이루어지는 광섬유에 있어서, 순(純) SiO2를 0%로 하였을때의 코어 영역(61) 및 클래드 영역(62)의 비굴절율차를 △n1=2.9%, △n2=-0.4%로 하고, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)에 각각 적용하였다. 여기서, 비굴절율차 이외의 광섬유의 구성에 대해서는, 각각의 광섬유로 다른 구성으로 하였다.
구체적으로는, 전단의 라만 증폭용 광섬유(11)에서는, 코어 직경을 4.8(μm), 파장 1.55μm에서의 파장 분산을 4.3(ps/nm/km), 파장 1.55μm에서의 실효 단면적을 10.8(μm2), 비선형 정수를 20.4(1/W/km)로 하였다.
또한, 후단의 라만 증폭용 광섬유(12)에서는, 코어 직경을 4.0(μm), 파장 1.55μm에서의 파장 분산을 -9.0(ps/nm/km), 파장 1.55μm에서의 실효 단면적을 9.9(μm2), 비선형 정수를 22.3(1/W/km)으로 하였다.
이상의 구성으로 이루어지는 라만 증폭용 광섬유(11, 12)를 사용하면, 도 2의 (b)에 도시한 파장 분산이 되도록, 라만 증폭기 모듈(1)을 구성할 수 있다. 또, 각각의 파장 분산치로부터, 중간점(1c)에서의 분산치가 약 30ps/nm이 되는 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)의 경우에는, 라만 증폭용 광섬유(11)의 길이는 약 6.98km, 라만 증폭용 광섬유(12)의 길이는 약 3.33km가 된다.
여기서, 증폭 파장 대역 내의 전체의 파장 대역에 있어서, 파장 분산을 입력단(1a)으로부터 임의의 위치까지 누적한 분산치의 절대치를 각 위치에 대하여 150 ps/nm 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시한 예와 같이, 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로 상의 각 위치에서의 분산치의 최대치를 150ps/nm 이하로 하는 것에 상당한다.
입력단(1a)으로부터 출력단(1b)까지의 광전송로 상에서 분산치가 과도하게 커지는 위치가 존재하면, 광전송로 전체로서의 파장 분산의 보상에 관계없이, SPM이나 GVD에 의한 신호광의 전송 품질의 열화가 발생하는 원인이 된다. 이에 대하여, 광전송로 상의 각 위치에 대해서도 분산치에 일정한 조건을 부과함으로써, 신호광의 전송 중에서의 전송 품질의 열화를 억제할 수 있다. 또한 이 조건은 도 1 및 도 2의 (a)와 같이 2개의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)를 사용하고 있는 경우에는, 그것이 접속되는 중간점(1c)까지 누적되는 파장 분산치를 150ps/nm 이하로 함으로써 달성된다.
또한, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 각각에 있어서의 분산 슬로프(slope)치를 -0.5ps/nm2/km 이상 0.1ps/nm2/km 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기한 구체예의 광 섬유 등에 의해서 라만 증폭기 모듈(1)을 구성한 경우, 파장 1.55㎛에서 파장 분산의 보상이 가능하게 되지만, 각각의 분산 슬로프치의 절대치가 크면, 증폭 파장 대역 내에서 파장 1.55㎛로부터 떨어진 파장 대역에 있어서의 파장 분산의 보상이 곤란하게 된다. 이에 대하여, 상기와 같이 분산 슬로프치를 충분하게 작은 값으로 해 두면, 증폭 파장 대역의 전체에 대하여, 충분하게 파장 분산을 보상하는 것이 가능하게 된다.
또한, 증폭 파장 대역 내의 전체의 파장 영역에 있어서, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 각각에서의 파장 분산치의 절대치를 소정의 파장 분산 하한치 이상, 바람직하게는 10ps/nm/km 이상으로 하고, 0ps/nm 근방을 제외하여 두는 것이 바람직하다. 이로써, 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로에서, 영분산 근방에서 전송되는 것에 의한 신호광의 전송 품질의 열화를 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 파장 분산 하한치에 대해서는 절대치가 0.5ps/nm/km 이상으로 하여도 좋다.
또한 라만 광증폭용 광섬유(11, 12)의 적어도 하나의 길이를 5km 이하로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 길이, 따라서 증폭기 모듈(1) 내의 광전송로의 길이를 극력 짧게 함으로써, 비선형 광학 효과에 의한 신호광의 전송 품질의 열화를 더욱 저감할 수 있다. 또한, 비선형 광학 효과와는 달리 전송 품질의 열화의 원인이 되는 잡음광의 발생에 대해서도, 함께 저감된다. 이 경우, 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 각각의 길이를 5km 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 복수의 라만 증폭용 광섬유로서 사용하는 광섬유의 구성에 대해서는, 그 적어도 하나를, 라만 증폭용의 여기광의 파장에 있어서의 실효 단면적을 15μm2이하로 하는 것이 바람직하다.
또는, 복수의 라만 증폭용 광섬유 중, 가장 큰 비선형 정수를 갖는 라만 증폭용 광섬유를, 여기 광원 유닛으로부터 여기광이 공급되는 위치에 가장 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
라만 증폭용 광섬유로서 적용하는 광섬유의 실효 단면적, 비선형 정수, 또는 그 양자에 각각 상기한 조건을 부과함으로써, 증폭기의 라만 이득을 향상시킬 수 있다.
도 4에, 파장 1.48μm의 여기광을 사용한 경우의, 파장 대역 1525nm 내지1625nm에서의 라만 이득 계수(gR)의 그래프를 도시한다. 여기서, 그래프(F)는, 통상의 1.3μm 영분산 싱글 모드 섬유에 의한 라만 이득 계수(gR)를 도시하고 있다. 한편, 그래프(G)는, 여기광 파장에 있어서의 실효 단면적이 10μm2로 비선형이 높은 광섬유를 사용한 경우의 라만 이득 계수(gR)를 도시하고 있다.
이들의 그래프(F, G)로부터, 여기광 파장에서의 실효 단면적이 작고, 또한 비선형 정수가 큰 광섬유를 사용하는 것에 의해서, 유도 라만 산란에 의한 라만 증폭의 효율을 향상시키고, 증폭기에서의 높은 라만 이득을 얻는 것이 가능해짐을 알 수 있다. 또한, 이 때, 라만 증폭기에 대하여 필요로 되고 있는 라만 이득을 확보하기 위한 라만 증폭용 광섬유의 길이를 짧게 할 수 있는 등, 라만 증폭용 광섬유에서 생기는 잡음광이나 전송 품질의 열화에 대해서도, 더욱 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 비선형 정수가 최대의 라만 증폭용 광섬유를, 여기 광원 유닛으로부터 여기광이 공급되는 위치에 가장 가까운 위치에 설치하는 것에 대해서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각 라만 증폭용 광섬유(11, 12)가 여기 광원 유닛(21, 22)에 대하여 동일한 위치 관계에 있는 경우에는, 임의의 광섬유를 비선형 정수가 큰 것으로 하여도 좋다. 또한, 도 1에 도시한 구성에 있어서, 전방의 여기 광원 유닛(21)이 설치되지 않고, 후방의 여기 광원 유닛(22)이 라만 증폭용 광섬유(11, 12)에 대한 공통의 여기 광공급 수단이 되는 경우에는, 여기 광원 유닛(22)에 가까운 라만 증폭용 광섬유(12)에, 비선형 정수가 큰 광섬유가 적용된다.
또한, 복수의 라만 증폭용 광섬유로 이루어지는 광전송로에서의 잡음 특성에 대해서는, 복수의 라만 증폭용 광섬유로서, 서로 다른 레일리 산란(Rayleigh scattering) 계수를 갖는 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 파장 분산치의 조합에 의한 신호광의 전송 품질 열화의 억제와 동시에, 레일리 산란 계수의 조합을 이용하여, 2중 레일리 산란에 의한 잡음광의 발생 및 그 증폭을 저감하고, 광전송로의 잡음 특성도 향상시킬 수 있다.
이 경우의 광전송로의 구성에 대해서는, 가장 작은 레일리 산란 계수를 갖는 라만 증폭용 광섬유를, 가장 입력단측의 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 1에 도시한 구성의 라만 증폭기 모듈(1)에 있어서는, 전단의 라만 증폭용 광섬유(11)로서, 레일리 산란 계수가 작고 잡음 특성이 중시된 광섬유(예를 들면 Ge 저농도 코어의 광섬유)를 적용한다. 한편, 후단의 라만 증폭용 광섬유(12)로서, 라만 이득 등의 다른 특성이 중시된 광섬유를 적용한다.
입력단(1a)측의 라만 증폭용 광섬유(11)에 레일리 산란 계수가 큰 것을 배치한 경우, 전단의 라만 증폭용 광섬유(11)에서 큰 잡음광이 생성됨과 동시에, 후단의 라만 증폭용 광섬유(12)에서 그 잡음광이 광증폭되고, 결과로서 출력 신호광에 있어서의 잡음 광 강도가 증대하여 버린다. 이것에 대하여, 상기한 바와 같이 전단에 잡음 특성을 중시한 광섬유를, 또한, 후단에 라만 이득 등을 중시한 광섬유를 배치하는 구성으로 하면, 증폭기 모듈(1)의 전체로서의 잡음 특성을 향상시킬 수 있다.
다음에, 상기한 라만 증폭기를 사용한 본 발명에 따른 광전송 시스템에 대하여 설명한다. 도 5는, 도 1에 도시한 라만 증폭기 모듈을 사용한 광전송 시스템의 일 실시예를 도시하는 구성도이다.
본 실시예의 광전송 시스템은, 송신국(T)과 수신국(R) 사이의 광전송로(광섬유 선로) 상에, 송신국(T)측으로부터 차례로 2개의 중계국(A, B)이 설치되어 구성되어 있다. 이들의 중계국(A, B)은, 광전송로를 통해 전송되는 신호광을 중계하기 위한 것이다. 그리고, 중계국(A, B)의 내부에는, 각각 도 1에 도시한 구성을 갖는 라만 증폭기 모듈(1a, 1b)이 설치되어 있다.
이와 같이, 도 1에 도시한 구성에 따른 라만 증폭기 모듈(1a, 1b)을, 광전송 시스템의 중계국(A, B)에 설치되는 집중 정수형의 광증폭기로서 이용함으로써, 신호광의 전송 품질의 열화가 억제되고, 송신국(T)으로부터 수신국(R)으로 확실하게 신호광을 전송 가능한 광전송 시스템을 실현할 수 있다.
또한, 2개의 중계국(A, B) 간의 광전송로(C)에 대해서는, 필요한 분산 제어 등이 되는 광전송로로서 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 광전송로(C) 중에, 마찬가지로 라만 증폭기 등이 구비된 다른 중계국이 더 설치되어 있어도 좋다.
본 발명에 따른 라만 증폭기 모듈 및 그것을 사용한 광전송 시스템은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 변형이 가능하다.
도 6 및 도 7은, 각각 라만 증폭기 모듈의 변형예로서 다른 실시예를 도시하는 구성도이다.
이 중, 도 6에 도시한 라만 증폭기 모듈에서는, 도 1에 도시한 구성에 대하여, 2개의 여기 광원 유닛(23, 24)이 더 설치되어 있다. 이들의 여기 광원 유닛중, 여기 광원 유닛(23)은 입력단(1a)과 라만 증폭용 광섬유(11)의 사이에 설치된 광합파기(33)를 개재시켜 광전송로에 접속되고, 라만 증폭용 광섬유(11)와 순방향으로 여기광을 공급하고 있다. 또한, 여기 광원 유닛(24)은, 광 아이솔레이터(41)와 라만 증폭용 광섬유(12)의 사이에 설치된 광합파기(34)를 개재시켜 광전송로에 접속되고, 라만 증폭용 광섬유(12)에서 순방향으로 여기광을 공급하고 있다. 이로써, 도 6의 라만 증폭기 모듈(1)은 쌍방향 여기의 광증폭기로서 구성되어 있다.
또한, 도 7에 도시한 라만 증폭기 모듈에서는, 여기 광원 유닛으로서는 라만 증폭용 광섬유(11)의 전방의 여기 광원 유닛(23)과, 라만 증폭용 광섬유(12)의 후방의 여기 광원 유닛(22)이 설치되어 있다. 또한, 라만 증폭용 광섬유(11)와 광 아이솔레이터(41)의 사이, 및 광 아이솔레이터(41)와 라만 증폭용 광섬유(12)의 사이에는, 광합분파기(35, 36)가 설치되어 있다.
이들의 광합분파기(35, 36)는, 모두 여기 광원 유닛(22, 23)으로부터 공급되는 여기광의 파장의 광을 합분파하는 것이다. 또한, 광합분파기(35, 36)의 사이에는, 여기 광원 유닛(22, 23)으로부터의 여기광을 우회하여 통과시키는 바이패스로 되는 광전송로(37)가 설치되어 있다. 이로써, 도 7의 라만 증폭기 모듈(1)은, 여기 광원 유닛(22, 23)의 각각으로부터의 여기광이, 2개의 라만 증폭용 광섬유(11, 12)의 양쪽에 각각 공급되는 쌍방향 여기의 광증폭기로서 구성되어 있다.
이러한 변형예 이외에도, 여러 가지 구성의 변경이 가능하다. 예를 들면, 여기 광원 유닛에 대해서는, 2개의 라만 증폭용 광섬유에 대하여 단일의 여기 광원 유닛만을 설치하여도 좋다. 또한, 광 아이솔레이터(41, 42)에 대해서는, 불필요한경우는 설치를 생략하여도 좋다. 혹은, 광 아이솔레이터 및 광합파기를 집적화하고, 손실을 저감하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 직렬로 접속되는 복수의 라만 증폭용 광섬유의 개수에 대해서는, 상기한 2개의 경우에 한정되지 않고, 3개 이상의 라만 증폭용 광섬유를 사용하여도 좋다. 이 경우, 라만 증폭기 모듈의 구성은 약간 복잡하게 되지만, 파장 분산치나 레일리 산란 계수 등의 조합의 자유도가 증가하게 되기 때문에, 그것들의 여러 가지 특성 중 제어성이 향상된다. 또한, 2개의 라만 증폭용 광섬유에 대하여 상술한 분산치 등에 관한 각 조건은, 3개 이상의 라만 증폭용 광섬유를 사용하는 구성에 있어서도 마찬가지로 적용된다.
또한, 라만 증폭기 모듈 내의 광섬유 전송로에 있어서의 파장 분산에 대해서도, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시한 구성에 한정되지 않고, 다른 특성과의 관계 등에 따라서, 여러 가지 구성으로 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 있어서는, 전단의 라만 증폭용 광섬유(11)가 정(正)의 파장 분산치, 후단의 라만 증폭용 광섬유(12)가 부(負)의 파장 분산치를 갖는 구성으로 되어 있다. 이것에 대하여, 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 전단의 라만 증폭용 광섬유(11)가 부의 파장 분산치, 후단의 라만 증폭용 광섬유(12)가 정의 파장 분산치를 갖는 구성으로 하는 것도 가능하다.
파장 분산 이외의 각 구성 조건, 예를 들면 라만 증폭용 광섬유의 비선형 정수, 레일리 산란 계수, 분산 슬로프(slope), 및 광섬유의 길이 등에 대해서도, 각각의 조건의 상관이나, 개개의 라만 증폭기 모듈에 대하여 요구되는 구체적인 특성조건 등에 따라서, 적절하게 그 조합을 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 라만 증폭기 모듈 및 그것을 사용한 광전송 시스템은, 이상 상세하게 설명한 바와 같이, 다음과 같은 효과를 얻는다. 즉, 서로 다른 파장 분산치를 갖는 복수의 라만 증폭용 광섬유를 직렬로 접속하여 구성된 집중 정수형의 라만 증폭기 모듈에 의하면, 증폭기 내의 광전송로에서의 파장 분산을 파장 분산치의 조합에 의해서 제어하고, 신호광으로의 분산의 누적이나 영분산 근방에서의 전송을 저감하는 것이 가능해진다. 이로써, 비선형 광학 효과 등에 의한 신호광의 전송 품질의 열화가 억제되는 라만 증폭기 모듈 및 그것을 사용한 광전송 시스템이 실현된다.
이러한 구성을 갖는 라만 증폭기에서는, 증폭기 모듈 내에서 파장 분산이 제어되기 때문에, 상기한 특성의 향상과 동시에, 그 중계국 등으로의 적용이 용이하다. 또한, 특성 제어의 자유도의 높이로부터, 각 용도에 적합한 여러 가지 특성의 라만 증폭기 모듈을 제공하는 것이 가능해진다.

Claims (14)

  1. 소정의 증폭 파장 대역 내에 있는 신호광을 여기광에 의해서 라만 증폭하는 라만 증폭기 모듈에 있어서,
    서로 직렬로 접속되고, 상기 증폭 파장 대역 내에 있는 상기 신호광을 각각 라만 증폭함과 동시에, 서로 다른 파장 분산치를 갖는 복수의 라만 증폭용 광섬유 와,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유의 각각에 상기 여기광을 공급하는 1 또는 복수의 여기 광공급 수단과,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유 및 상기 1 또는 복수의 여기광 공급 수단이 설치되는 하우징을 구비하는 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 파장 대역 내의 적어도 일부의 파장 대역에서, 상기 복수의 라만 증폭용 광섬유에서의 상기 파장 분산치를 입력단으로부터 출력단까지 누적한 분산치의 절대치가, 1ps/nm 이하인 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 파장 대역 내의 전체의 파장 대역에서, 상기 복수의 라만 증폭용 광섬유에서의 상기 파장 분산치를 입력단으로부터 출력단까지 누적한 분산치의 절대치가, 5.0ps/nm 이하인 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 파장 대역 내의 전체의 파장 대역에서, 상기 복수의 라만 증폭용 광섬유에서의 상기 파장 분산치를 입력단으로부터 임의의 위치까지 누적한 분산치의 절대치가, 각 위치에 대하여 150ps/nm 이하인 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유의 각각에 있어서의 분산 슬로프치가, -0.5ps/nm2/km 이상 0.1ps/nm2/km 이하인 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유는, 서로 다른 부호의 상기 파장 분산치를 갖는 2개의 라만 증폭용 광섬유를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유는, 2개의 라만 증폭용 광섬유로 이루어짐 과 동시에, 그 한 쪽의 상기 파장 분산치가 정(正), 다른 쪽의 상기 파장 분산치가부(負)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 파장 대역 내의 전체의 파장 대역에서, 상기 복수의 라만 증폭용 광섬유의 각각에서의 상기 파장 분산치의 절대치가, 10ps/nm/km 이상인 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유의 각각은, 서로 다른 레일리 산란 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유 중, 가장 작은 상기 레일리 산란 계수를 갖는 라만 증폭용 광섬유가, 가장 입력단측의 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유의 적어도 하나의 길이가, 5km 이하인 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유의 적어도 하나는, 상기 여기광의 파장에서의 실효 단면적이 15μm2이하인 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 라만 증폭용 광섬유 중, 가장 큰 비선형 정수를 갖는 라만 증폭용 광섬유가, 상기 여기광 공급 수단으로부터 상기 여기광이 공급되는 위치에 가장 가까운 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 라만 증폭기 모듈.
  14. 신호광이 전송되는 광섬유를 사용하여 구성된 광전송로를 갖는 동시에,
    상기 광전송로를 통해 전송되는 상기 신호광을 중계하는 중계국 내에, 제 1 항에 기재된 라만 증폭기 모듈이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
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