KR20020013660A

KR20020013660A - 다단 양방향 광증폭기

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Publication number: KR20020013660A
Application number: KR1020000047000A
Authority: KR
Inventors: 이창희; 김현덕; 오태원; 신정훈; 조윤희
Original assignee: 윤덕용; 한국과학기술원
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2002-02-21
Also published as: US20020027472A1; KR100342427B1; US6952308B2

Abstract

본 발명은 파장분할 다중방식 양방향 광전송장치에서 광섬유나 소자에 의한 광신호의 손실을 보상하는 다단 양방향 광증폭기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 양방향 광통신의 제한 요인이 되는 다중반사를 억제할 수 있는 수단이 구비되고 양방향으로 진행하는 광신호가 중간단 소자를 공유하는 다단 양방향 광증폭기에 관한 것으로,

본 발명에 따른 다단 양방향 광증폭기는 양방향으로 진행하는 하향/상향 광신호를 증폭하기 위해 두 개의 입/출력 포트(p1,p2)로 구성되고, 상기 입/출력 포트(p1,p2)에 각각 연결되어 양방향으로 진행하는 광신호를 동시에 증폭하는 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)와; 상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)의 입/출력 단자에 각각 연결되어, 특정 파장의 광신호를 한 방향으로만 전달하는 다중반사 억제수단(28a,28b)과; 상기 다중반사 억제수단(28a,28b) 사이에 연결되어, 분산 보상을 위한 수단, 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단, 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단 또는 이들의 조합으로 이루어진 중간단 소자(42)로; 구성된다.

Description

다단 양방향 광증폭기 {MULTI-STAGE BIDIRECTIONAL OPTICAL AMPLIFIER}

본 발명은 파장분할 다중방식 양방향 광전송장치에서 광섬유나 소자에 의한 광신호의 손실을 보상하는 다단 양방향 광증폭기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 양방향 광통신의 제한 요인이 되는 다중반사를 억제할 수 있는 수단이 구비되고 양방향으로 진행하는 광신호가 중간단 소자를 공유하는 다단 양방향 광증폭기에 관한 것이다.

파장분할 다중방식 양방향 광전송장치는 하나 또는 둘 이상의 광신호들을 하나의 광섬유를 통해 양방향으로 전달하므로, 광섬유의 이용효율을 높일 수 있고 동일한 광섬유를 이용해서 전송용량을 증가시킬 수 있으며 동일한 채널을 수용할 경우 광섬유 내에서의 광비선형(optical nonlinearity) 현상을 감소시킬 수 있는 장점이 있는 반면에, 양방향 광전송 장치에서 광신호의 양방향 전송을 위해서는 광단향관(optical isolator)의 사용이 제한될 수 밖에 없고 이로 인해 광섬유의 레일레이 역산란(Rayleigh back scattering)이나 광소자 등의 광반사(opticalreflection)에 의해 유발되는 다중 반사광에 의해 광전송 장치의 성능이 열화될 수 밖에 없었다.

특히 광섬유나 소자에 의한 광신호의 손실을 보상하기 위해 광증폭기를 사용하게 되는 데, 이 경우 반사광도 광증폭기에 의해 같이 증폭되어 신호의 열화가 더 심하게 되었다.

이러한 신호의 열화를 최소화하기 위해서는 광증폭기의 이득을 제한하여야 하는 바, 이 때에는 동일한 전송거리에 대해 더 많은 광증폭기가 요구되므로 비용이 증가하게 되어, 다중반사를 억제하면서 광신호를 효과적으로 증폭하는 광증폭기가 필요하게 되었다.

이러한 필요성에 의해 다중반사를 억제하기 위한 다양한 억제수단이 구비된 광증폭기가 개시되어 있는 바, 이를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 1, 도 2, 도 3은 종래 다중반사 억제수단을 구비한 파장분할 다중방식 양방향 광전송 장치용 광증폭기의 구성도이다.

도 1에 개시된 양방향 광증폭기(USA patent number : 5,815,308)는 두개의 양방향 광증폭기 사이에 파장가변 반사억제기(10,(Frequency Tunable Reflection Attenuator))를 삽입하여 다중반사를 억제하는 것으로, 통과 대역이 다른 두 개의 대역통과필터(38a,38b)와 두 개의 광단향관(18a,18b)을 이용하여 반사광이 광단향관(18a,18b)이나 대역통과 필터(38a,38b)에 의해 감쇄되어 억제된다.

여기서 12는 파장 다중화기이고, 14는 여기 광원, 16은 에르븀 첨가 광섬유이다.

도 2에 개시된 양방향 광증폭기(C. H. Kim and Y. C. Chung "2.5 Gb/sx 16-Channel bidirectional WDM transmission system using bidirectional Erbium-doped fiber amplifier based on spectrally interleaved synchronized Etalon Filters," IEEE Phaton. Technol. Lett., vol. 11. no. 6, pp 745-747, June 1999)는 양방향으로 진행하는 광신호를 증폭하기 위해 2개의 2단 단방향 광증폭기(two-stage unidirectional amplifier)를 결합하여 구성되며 상기 2단 단방향 광증폭기에 삽입된 통과 파장이 서로 다른 두 개의 동기화된 에탈론 필터(22a,22b)와 광 써큘레이터(20a,20b)에 의해 다중 반사광이 억제된다.

도 3에 개시된 광증폭기(USA patent number : 6,018,404)는 양방향으로 진행하는 광파를 파장선택 결합기(24a,(Wavelngth Selective Coupler))를 통해 분리하고, 다시 또 하나의 파장선택 결합기(24a)를 통해 두 신호가 동일한 방향으로 진행하도록 결합한 후, 하나의 단방향 광증폭기(26a)로 증폭하게 된다.

단방향 광증폭기(26a)의 출력은 다시 파장선택 결합기(24a)에 의해 분리된 후, 각각 다른 파장선택 결합기(24a)에 입력되어 양방향으로 진행하게 된다.

이때 파장선택 결합기(24a)와 단방향 광증폭기(26a) 내부에 사용되는 광단향관에 의해 다중 반사광이 억제된다.

한편, 파장분할 다중방식 양방향 광전송장치의 용량 증대를 위해 단위 채널의 전송속도(bit rate)를 높이거나 다중화되는 채널 수를 증가시키거나 전송거리를 증가시키려면 광섬유의 색분산 보상을 위한 수단, 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단, 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단 등을 사용하여야 한다.

일반적으로 색분산 보상을 위한 수단으로는 분산보상 광섬유(Dispersion Compensating Fiber)를 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단으로는 광증폭기 이득 평탄화 필터(Gain Flattering Filter)를 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단으로는 자연방출광 제거 필터(ASE Rejection Filter)를 주로 사용한다.

상기 소자들은 광신호 대 잡음비의 저하를 최소화하기 위해서 일반적으로 다단 광증폭기의 중간단(mid-stage)에 삽입되는 데, 도 1 내지 도 3에 제시된 광증폭기들은 이들을 효과적으로 수용하기 어렵다.

즉, 도 1은 양방향으로 진행하는 광신호가 하나의 광증폭기에서 동시에 증폭될 수 있다.

하지만, 레일레이 역산란과 광반사가 일반적인 단일모드 광섬유(conventional single mode fiber)보다 큰 분산 보상 광섬유를 채용할 경우, 다중 반사에 의한 광증폭기 이득제한과 신호열화를 극복하기 위해서는 분산보상 광섬유를 파장가변 반사억제기(10) 내부에 사용하여야 한다.

따라서 양방향으로 진행하는 광신호별로 별도의 분산보상 광섬유가 필요하다.

도 2는 광신호의 진행방향별로 별도의 2단 단방향 광증폭기(26a)를 사용하므로 중간단 소자도 신호의 진행 방향별로 별도로 필요하다.

도 3은 하나의 분산보상 광섬유를 사용하여 다중반사를 억제하면서 양방향으로 진행하는 광신호를 동시에 증폭하고, 색분산을 보상할 수 있지만, 양방향으로진행하는 광신호가 분산보상 광섬유 내에서 같은 방향으로 진행하므로 분산보상 광섬유의 비선형성에 의해서 신호가 열화될 가능성이 있다.

특히 하나의 단방향 광증폭기(26a)를 사용하기 위해 양방향으로 진행하는 광파를 먼저 파장선택 결합기(24a)를 사용하여 동일한 방향으로 진행하도록 결합한 후 증폭하게 되는데 파장선택 결합기의 삽입손실에 의해 잡음지수(noise figure)가 나쁜 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다단 양방향 광증폭기에 입출력되는 양방향으로 진행하는 광신호가 중간단 소자에 공유하도록 하고 상기 중간단 소자에는 광신호가 양방향으로 진행하도록 구성하여, 양방향으로 진행하는 광신호별로 별도의 중간단 소자를 사용하는 광증폭기에 비해 경제적이고 중간단 소자로 입력되는 광신호의 수가 증가하더라도 중간단 소자의 비선형 현상에 의한 신호의 열화를 줄일 수 있는 다단 양방향 광증폭기를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다단 양방향 광증폭기는 중간단 소자를 양방향으로 진행하는 광신호가 공유하도록 구성되어 양방향으로 진행하는 광신호별로 별도의 중간단 소자를 사용하는 광증폭기에 비해 경제적이다.

광증폭기의 중간단 소자에서는 광신호가 양방향으로 진행하도록 구성하여 중간단 소자로 입력되는 광신호의 수가 증가하더라도 중간단 소자인 분산보상 광섬유 등에서의 비선형 현상에 의한 신호의 열화를 줄일 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 다단 양방향 광증폭기는 광증폭기에 입력된 양방향으로 진행하는 광신호들이 각각 단순 양방향 광증폭기에 의해 먼저 증폭된 후, 다중반사를 억제하는 수단과 중간단 소자를 거치게 구성되므로 광신호 대 잡음비의 저하를 최소화할 수 있도록 구현된다.

두 개의 단순 양방향 광증폭기와 중간단 소자 사이에 각각 다중반사광을 억제할 수 있는 수단을 개재하는 구성으로 다중반사에 의한 광증폭기의 이득 제한과 광신호의 열화를 극복할 수 있도록 구현된다.

상기 구조적 특징으로 레일레이 역산란이나 광반사가 큰 중간단 소자를 사용하더라도 다중반사광에 의한 광증폭기의 이득 제한과 광신호 열화를 극복할 수 있고, 특히 다중반사 억제수단으로 4단자 파장선택 광경로 설정기(4-port wavelength selective router)를 채용하면 광신호의 애드/드롭이 가능한 다단 양방향 광증폭기를 구현할 수 있다.

도 1, 도 2, 도 3은 종래 다중반사 억제수단을 구비한 파장분할 다중방식 양방향 광전송 장치용 광증폭기의 구성도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 양방향 광증폭기의 구성도,

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 다단 양방향 증폭기 내부에 사용되는 단순 양방향 증폭기의 상세예시도,

도 8, 도 9, 도 10은 본 발명에 따른 다중반사 억제수단의 상세예시도,

도 11, 도 12는 본 발명에 따른 파장선택 결합기의 상세예시도,

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광증폭기의 구성도,

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예 따른 광증폭기의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A: 다단 양방향 광증폭기 10: 파장가변 반사억제기

12: 파장 다중화기 14: 여기 광원

16: 에르븀 첨가 광섬유

17: 희토류 첨가 광섬유

18a,18b: 광단향관

20a,20b: 광 써큘레이터 22a,22b: 동기화된 에탈론 필터

24a,24b; 파장선택 결합기 26a: 단방향 광증폭기

28a,28b: 다중반사 억제기 30a,30b: 단순 양방향 광증폭기

p1,p2,p3,p4: 포트 34a,34b: 4단자 파장선택 광경로 설정기

36a,36b: 애드/드롭 모듈 38a,38b: 대역통과 필터

42: 중간단 소자 46a,46b: 파장선택 필터.

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 4 내지 도 14를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 양방향 광증폭기의 구성도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 다단 양방향 증폭기 내부에 사용되는 단순 양방향 증폭기의 상세예시도이고, 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 다중반사 억제수단의 상세예시도이고, 도 11, 도 12는 본 발명에 따른 파장선택 결합기의 상세예시도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광증폭기의 구성도이고, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예 따른 광증폭기의 구성도이다.

먼저 본 발명의 기본적인 구성을 살펴보면, 양방향으로 진행하는 하향/상향 광신호를 증폭하기 위해 두 개의 입/출력 포트(p1,p2)로 구성되고, 상기 입/출력 포트(p1,p2)에 각각 연결되어 양방향으로 진행하는 광신호를 동시에 증폭하는 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)와,

상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)의 입/출력 단자에 각각 연결되어, 특정 파장의 광신호를 한 방향으로만 전달하는 다중반사 억제수단(28a,28b)과,

상기 다중반사 억제수단(28a,28b) 사이에 연결되어, 분산보상을 위한 수단, 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단, 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단 또는 이들의 조합으로 이루어진 중간단 소자(42)를,

포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 중간단 소자(42)를 공유하는 다단 양방향 광증폭기(A)는 도 4에서, 상기 다단 양방향 광증폭기(A)의 첫번째 입/출력 포트(p1)에는 좌측에서 우측으로 진행하는 하향 광신호가 입력되고 우측에서 좌측으로 진행하는 상향 광신호가 출력되며, 두번째 입/출력 포트(p2)에는 상향 광신호가 입력되고 하향 광신호가 증폭된 후 출력된다.

첫번째 입/출력 포트(p1)로 입력된 하향 광신호는 단순 양방향 증폭기(30a, Single-stage Bidirectional Optical Amplifier)에서 증폭된 후, 다중반사 억제수단(28a), 중간단 소자(42), 다중반사 억제수단(28b)를 거쳐 다시 단순 양방향 광증폭기(30b)에서 증폭된 상태에서 두번째 입/출력 포트(p2)로 출력된다.

두번째 입/출력 포트(p2)로 입력된 상향 광신호는 하향 광신호와 반대의 경로를 거쳐 첫번째 입/출력 포트(p1)로 출력된다.

즉, 상기 하향/상향 광신호가 중간단 소자(42)를 공유하고, 이때 상기 중간단 소자(42)로는 분산보상 광섬유나, 이득 평탄화 필터, 그리고 광증폭기의 잡음 누적을 억제하는 자연방출광 제거 필터(ASE Rejection Filter)가 각각 또는 조합으로 이루어진다.

양방향으로 진행되는 광신호가 중간단 소자(42)를 양방향으로 통과하므로 각 방향별로 별도의 중간단 소자가 필요하지 않게 된다.

또한 상기 중간단 소자(42)에 발생되는 신호의 열화를 최소화 할 수 있도록 구성된다.

예를 들어, 중간단 소자(42)로 분산보상 광섬유가 사용될 경우, 분산보상 광섬유는 코어의 면적이 작고 레일레이 후방산란이 일반적인 단일 모드 광섬유보다 크기 때문에 양방향으로 진행하는 광신호를 열화시킬 수 있으나, 본 발명에 따르면 분산보상 광섬유의 양쪽에 다중반사 억제수단(28a,28b)이 설치되어 레일레이 후방산란의 영향이 약화된다.

또 분산보상 광섬유 내에서 광신호가 양방향으로 통과되어 광비선형 현상을 약화시킬 수 있다.

또한, 상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)는 에르븀(Er), 프라세오디듐(Pr), 툴륨(Tm) 등을 이용한 각종 희토류 첨가 광섬유 증폭기, 반도체 광증폭기(semiconductor optical amplifier), 라만(Raman) 광증폭기 중 어느 하나이다.

상기 다중반사 억제수단(28a,28b)은 특정 파장의 광신호를 한 방향으로만 통과시키고 다른 파장의 광신호는 반대 방향으로만 통과시킨다.

이상에서와 같이 양방향으로 진행하는 광신호가 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)를 거친 후, 다중반사 억제수단(28a,28b)과 중간단 소자(42)로 입력되므로 광증폭기(A)를 통과하는 광신호의 광신호 대 잡음비의 감소를 최소화할 수 있게 된다.

도 5 내지 도 7은 도 4의 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)를 희토류 첨가 광섬유 증폭기로 구성한 예로서, 희토류 첨가 광섬유(17)와, 레이저 다이오드 등을 이용한 여기 광원(14,(Pump Source), 증폭될 광신호와 여기 광원(14)의 출력을 분리/결합하기 위한 파장 다중화기(12)로 구성된다.

상기 구성에 의하면, 단순 양방향 광증폭기(30a,30b) 내부에 다중반사를 억제하기 위한 수단이 존재하지 않는 간단한 구조가 되고, 내부에 광단향관(optical isolator)이 사용되지 않으므로 양방향으로 진행하는 신호를 동시에 증폭할 수 있게 된다.

도 8 내지 도 10은 도 2의 다중반사 억제수단(28a,28b)을 구현한 예시도로서, 도 8은 입/출력 포트(p3,p4)와, 입력(a), 출력(c), 입/출력 단자(b)를 가진 광 써큘레이터(20a)와, 입력(d), 출력(f), 공통 입/출력 단자(e)를 가진 파장선택 결합기(24a)로 구성됨을 보여준다.

그 연결은 상기 광 써큘레이터(20a)의 입/출력 단자(b)는 입/출력 포트(p3)에 연결되고, 상기 광 써큘레이터(20a)의 출력 단자(c)는 상기 파장선택 결합기(24a)의 입력 단자(d)에 연결되며, 상기 광 써큘레이터(20a)의 입력 단자(a)는 상기 파장선택 결합기(24a)의 출력 단자(f)에 연결되어, 상기 파장선택 결합기(24a)의 공통 입/출력 단자(e)는 입/출력 포트(p4)에 연결된다.

상기 광 써큘레이터(20a)는 입력 단자(a)를 통해 입력된 광신호는 공통 입/출력 단자(b)로, 공통 입/출력 단자(b)로 입력된 광신호는 출력 단자(c)로만 전달하고, 상기 파장선택 결합기(24a)는 입력 단자(d)로 입력된 광신호중 특정 파장의 광신호만을 공통 입/출력 단자(e)로, 공통 입/출력 단자(e)로 입력된 광신호는 입력된 광신호중 상기 특정 파장의 광신호를 제외한 다른 파장의 광신호을 출력 단자(f)로 전달하며 두 단자쌍 ((d, e), (e, f)) 사이에는 양방향 신호전달이 가능하다.

첫번째 입/출력 포트(p3)로 입력된 하향 광신호는 3단자 광 써큘레이터(20a)의 입/출력 단자(b)로 입력된 후 출력 단자(c)로 출력되고, 다시 파장선택 결합기(24a)의 입력 단자(d)로 입력된 다음, 파장선택 결합기(24)의 공통 입/출력 단자(e)를 거쳐 두번째 입/출력 포트(p4)로 출력된다.

두번째 입/출력포트(p4)로 입력된 상향 광신호는 파장선택 결합기(24a)의 공통 입/출력 단자(e)에 입력된 후 출력 단자(f)로 출력되고, 다시 광 써큘레이터(20a)의 입력 단자(a)로 입력된 다음, 입출력 단자(b)를 거쳐 첫번째 입/출력 포트(p3)로 출력된다.

상기 다중반사 억제수단(28a,28b)에서 양방향으로 전달될 수 있는 광신호의파장은 파장선택 결합기(24a)의 신호전달특성에 의해 결정되는 바, 상기 파장선택 결합기(24a)를 통해 전달되는 광신호의 파장을 구분하는 방법은 대역분할 방식이나 파장교대(wavelength interleaved) 방식중 하나이다.

도 11은 대역분할 방식으로 할당된 양방향 신호를 분리/결합할 수 있는 파장선택 결합기(24a)의 예로서, 단자(d)와 단자(e) 사이와 단자(f)와 단자(e)를 통해 전달될 수 있는 광신호의 파장이 서로 다른 대역이며 파장 다중화기(Wavelength Division Multiplexer)가 대표적인 예이다.

도 12는 파장분할 방식으로 할당된 양방향 신호를 분리/결합할 수 있는 파장선택 결합기(24)의 예로서, 단자(d)와 단자(e) 사이와 단자(f)와 단자(e)를 통해 전달될 수 있는 광신호의 파장이 인접하도록 교대로 배치되며 파장교대 분리/결합기(Wavelength Interleaver)가 대표적이 예이다.

도 9는 도 8의 광 써큘레이터(20a)를 두 개의 광단향관(18a,18b)과 파장선택 결합기(24b)로 대체하여 다중반사 억제수단(28a,28b)을 구현할 수 있음을 보여주는 도면으로서, 상기 다중반사 억제수단(28a,28b)이, 입/출력 포트(p3,p4)와, 각각 입력(g,g'), 출력 단자(h,h')를 가진 광단향관(18a,18b)과, 각각 입력(d.d'), 출력(f,f'), 공통 입/출력 단자(e,e')를 가진 파장선택 결합기(24a,24b)로 구성됨을 알 수 있다.

그 연결은 상기 파장선택 결합기(24a,24b)의 공통 입/출력 단자(e,e')는 입/출력 포트(p3,p4)에 각각 연결되고, 상기 파장선택 결합기(24a,24b)의 출력 단자(f,f')는 상기 광단향관(18a,18b)의 입력 단자(g,g')에 각각 연결되며, 상기광단향관(18a,18b)의 출력 단자(h,h')는 다른 파장선택 결합기(24b,24a)의 입력 단자(d',d)로 각각 연결된다.

첫번째 파장선택 결합기(24a)의 공통 입/출력 단자(e)와 출력 단자(f) 사이의 신호전달특성은 두번째 파장선택 결합기(24b)의 공통 입/출력 단자(e')와 입력 단자(d') 사이의 신호전달특성과 동일하며, 첫번째 파장선택 결합기(24a)의 공통 입/출력 단자(e)와 입력 단자(d) 사이의 신호전달특성은 두번째 파장선택 결합기(24b)의 공통 입/출력 단자(e')와 출력 단자(f') 사이의 신호전달특성과 동일하다.

이때 상기 광단향광(18a,18b)은 첫번째 파장선택 결합기(24a)의 출력 단자(f)에서 두번째 파장선택 결합기(24b)의 입력 단자(d')로, 그리고 두번째 파장선택 결합기(24b)의 출력 단자(f')에서 다시 첫번째 파장선택 결합기(24a)의 입력 단자(d)로 한 방향으로만 광신호가 전달되도록 사용된다.

그래서, 상기 입/출력 포트(p3)로 입력된 광신호는 공통 입/출력 단자(e), 출력 단자(f), 입력 단자(g), 출력 단자(h), 입력 단자(d'), 공통 입/출력 단자(e')를 거쳐 입/출력 포트(p4)로 출력되고, 상기 입/출력 포트(p4)로 입력된 광신호는 공통 입/출력 단자(e'), 출력 단자(f'), 입력 단자(g'), 출력 단자(h'), 입력 단자(d), 공통 입/출력 단자(e)를 거쳐 입/출력 포트(p3)로 출력된다.

도 10은 도 8의 파장선택 결합기(24a)를 통과 파장이 서로 다른 두 개의 파장선택 필터(46a,46b)와 광 써큘레이터(20b)로 대체하여 다중반사 억제수단(28a,28b)을 구현할 수 있음을 보여주는 도면으로서, 상기 다중반사 억제수단(28a,28b)이, 입/출력 포트(p3,p4)와, 각각 입력(j,j'), 출력 단자(k,k')를 가진 파장선택 필터(46a,46b)와, 각각 입력(a.a'), 출력(c,c'), 입/출력 단자(b,b')를 가진 광 써큘레이터(20a,20b)로 구성됨을 알 수 있다.

그 연결은 상기 광 써큘레이터(20a,20b)의 입/출력 단자(b,b')는 입출력 포트(p3,p4)에 각각 연결되고, 상기 광 써큘레이터(20a,20b)의 출력 단자(c,c')는 상기 파장선택 필터(46a,46b)의 입력 단자(j,j')에 각각 연결되며, 상기 파장선택 필터(46a,46b)의 출력 단자(k,k')는 다른 광 써쿨레이터(20b,20a)의 입력 단자(a',a)로 각각 연결된다.

이 경우, 첫번째 파장선택 필터(46a)의 신호전달특성은 도 8에서 제시된 파장선택 결합기(24a)의 입력 단자(d)와 공통 입/출력 단자(e) 사이의 신호전달특성과 동일하며, 두번째 파장선택 필터(46b)의 신호전달특성은 도 8에서 제시된 파장선택 결합기(24a)의 공통 입/출력 단자(e)와 출력 단자(f) 사이의 신호전달특성과 동일하여, 상기 입/출력 포트(p3)로 입력된 광신호는 입/출력 단자(b), 출력 단자(c), 입력 단자(j), 출력 단자(k), 입력 단자(a'), 입/출력 단자(b')를 거쳐 입/출력 포트(p4)로 출력되고, 상기 입/출력 포트(p4)로 입력된 광신호는 입/출력 단자(b'), 출력 단자(c'), 입력 단자(j'), 출력 단자(k'), 입력 단자(a), 입/출력 단자(b)를 거쳐 입/출력 포트(p3)로 출력된다.

이때, 상기 파장선택 필터(46a,46b)는 특정대역의 광신호를 통과시키고 나머지 대역의 광신호는 차단하는 대역통과 필터이거나, 파장선택 필터(46a,46b)를 통과할 수 있는 광신호의 파장이 일정 주기를 갖고 반복되는 콤필터(comb filter)로서, 한 필터(46a)를 통과할 수 있는 광신호는 다른 필터(46b)에서 차단되도록 통과 대역과 차단 대역이 설정된다.

이러한 다중반사 억제수단(28a,28b)을 본인의 선출원(출원번호 10-2000-46825)된 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b,(4-port wavelength selective router))를 이용하여 구현할 수도 있는 것으로, 도 13은 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)를 이용한 다단 양방향 광증폭기(A)이다.

도 13에서 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(1,1')와 단자(4,4')를 연결하면 간단히 다중반사 억제수단(28a,28b)을 간단히 구현함을 알 수 있는 데, 상기 다중반사 억제수단(28a,28b)이; 입/출력 포트((p3,p4),(p3',p4'))와, 4 단자((1,2,3,4),(1'2'3'4'))를 가지는 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)로 구성됨을 알 수 있다.

그 연결은 상기 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(2,2')와 단자(3,3')는 입/출력 포트((p3,p3'),(p4,p4'))에 각각 연결되고, 상기 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(1,1')와 단자(4,4')는 서로 연결된다.

이 경우 각각의 4단자 파정선택 광경로 설정기(34a,34b)의 신호전달특성은 서로 다르게 구현된다.

즉, 첫번째 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a)에서는 좌측에서 우측으로 진행하는 하향 광신호가 단자(2)에서 단자(3)으로 직접 전달되고, 우측에서 좌측으로 진행하는 상향 광신호는 단자(3)에서 단자(4)와 단자(1)을 거쳐 단자(2)로 전달된다.

반면에, 두번째 4단자 파장선택 광경로 설정기(34b)에서는 하향 광신호는 단자(3')에서 단자(4')와 단자(1')를 거쳐 단자(2')로 전달되고, 상향 광신호는 단자(2')에서 단자(3')로 직접 전달된다.

도 14는 도 13을 사용하여 애드/드롭(add/drop)이 가능하도록 다단 양방향 광증폭기(A)로 업그레이드 한 것을 보여주는 도면으로, 상기 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(4,4')에 입력 단자(m,m')가 연결되고 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(1,1')에 출력 단자(n,n')가 연결된 애드/드롭 모듈(36a,36b)을 이용하여 상향 신호와 하향 신호를 애드/드롭할 수 있다.

이때 하향 광신호는 상기 두번째 4단자 파장선택 광경로 설정기(46b)의 단자(4')에 입력 단자(m')가 연결되고, 단자(1')에 출력 단자(n')가 연결된 파장분할 다중방식 애드/드롭 모듈(36b)을 통해 애드/드롭할 수 있고, 상향 광신호는 상기 첫번째 4단자 파장선택 광경로 설정기(46a)의 단자(4)에 입력 단자(m)가 연결되고, 단자(1)에 출력 단자(n)가 연결된 파장분할 다중방식 애드/드롭 모듈(36a)을 통해 애드/드롭할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 다단 양방향 광증폭기에 따르면, 첫째 양방향으로 진행하는 광신호가 하나의 중간단 소자 양방향으로 통과되어 방향별로 별도의 중간단 소자가 필요하지 않으므로 비용을 줄일 수 있으면서 광비선형 현상을 약화시킬 수 있고, 둘째 중간단 소자에서 발생되는 레일레이 역산란과 광반사를 다중반사 억제수단에 의해 최소화할 수 있으며, 셋째 양방향으로 진행하는 광신호가 단순 양방향 광증폭기를 거친후 다중반사 억제수단과 중간단 소자에 입력되어 광신호 대 잡음비 감소를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 넷째 특히 다중반사 억제수단으로 4단자 파장선택 광경로 설정기를 채용할 경우 광신호의 애드/드롭이 가능한 것이다.

Claims

양방향으로 진행하는 하향/상향 광신호를 증폭하기 위해 두 개의 입/출력 포트(p1,p2)로 구성되고, 상기 입/출력 포트(p1,p2)에 각각 연결되어 양방향으로 진행하는 광신호를 동시에 증폭하는 단순 양방향 광증폭기(30a,30b):

상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)의 입/출력 단자에 각각 연결되어, 특정 파장의 광신호를 한 방향으로만 전달하는 다중반사 억제수단(28a,28b):

상기 다중반사 억제수단(28a,28b) 사이에 연결되어, 분산 보상을 위한 수단, 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단, 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단 또는 이들의 조합으로 이루어진 중간단 소자(42)를:

포함하는 것을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
청구항 1에 있어서, 상기 양방향으로 진행하는 하향/상향 광신호가 중간단 소자(42)를 공유함을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 중간단 소자(42)가 분산 보상을 위한 광섬유인 경우, 양방향으로 진행하는 상향/하향 광신호가 중간단 소자(42) 내에서 서로 반대 방향으로 진행됨을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
청구항 1에 있어서, 상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)는 희토류 첨가 광섬유 증폭기, 반도체 광증폭기, 라만 광증폭기 중에서 하나인 것을 특징으로 하는 다단 양방향 증폭기.
(1) 양방향으로 진행하는 하향/상향 광신호를 증폭하기 위해 두 개의 입/출력 포트(p1,p2)로 구성되고, 상기 입/출력 포트(p1,p2)에 각각 연결되어 양방향으로 진행하는 광신호를 동시에 증폭하는 단순 양방향 광증폭기(30a,30b):

(2) 입/출력 포트(p3,p4)와,

입력(a), 출력(c), 입/출력 단자(b)를 가진 광 써큘레이터(20a)와,

입력(d), 출력(f), 공통 입/출력 단자(e)를 가진 파장선택 결합기(24a)로 구성되되,

상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)의 입/출력 단자에 각각 연결되어, 상기 광 써큘레이터(20a)의 입/출력 단자(b)는 입/출력 포트(p3)에 연결되고,

상기 광 써큘레이터(20a)의 출력 단자(c)는 상기 파장선택 결합기(24a)의 입력 단자(d)에 연결되며,

상기 광 써큘레이터(20a)의 입력 단자(a)는 상기 파장선택 결합기(24a)의 출력 단자(f)에 연결되며,

상기 파장선택 결합기(24a)의 공통 입/출력 단자(e)는 입/출력 포트(p4)에 연결되어;

상기 입/출력 포트(p3)로 입력된 광신호는 입/출력 단자(b), 출력 단자(c), 입력 단자(d), 공통 입/출력 단자(e)를 거쳐 입/출력 포트(p4)로 출력되고, 상기입/출력 포트(p4)로 입력된 광신호는 공통 입/출력 단자(e), 출력 단자(f), 입력 단자(a), 입/출력 단자(b)를 거쳐 입/출력 포트(p3)로 출력되는 다중반사 억제수단(28a,28b):

(3) 상기 다중반사 억제수단(28a,28b) 사이에 연결되어, 분산 보상을 위한 수단, 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단, 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단 또는 이들의 조합으로 이루어진 중간단 소자(42)를:

포함하는 것을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
(1) 양방향으로 진행하는 하향/상향 광신호를 증폭하기 위해 두 개의 입/출력 포트(p1,p2)로 구성되고, 상기 입/출력 포트(p1,p2)에 각각 연결되어 양방향으로 진행하는 광신호를 동시에 증폭하는 단순 양방향 광증폭기(30a,30b):

(2) 입/출력 포트(p3,p4)와,

각각 입력(g,g'), 출력 단자(h,h')를 가진 광단향관(18a,18b)과,

각각 입력(d.d'), 출력(f,f'), 공통 입/출력 단자(e,e')를 가진 파장선택 결합기(24a,24b)로 구성되되,

상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)의 입/출력 단자에 각각 연결되어, 상기 파장선택 결합기(24a,24b)의 공통 입/출력 단자(e,e')는 입/출력 포트(p3,p4)에 각각 연결되고,

상기 파장선택 결합기(24a,24b)의 출력 단자(f,f')는 상기 광단향관(18a,18b)의 입력 단자(g,g')에 각각 연결되며,

상기 광단향관(18a,18b)의 출력 단자(h,h')는 다른 파장선택 결합기(24b,24a)의 입력 단자(d',d)로 각각 연결되어;

상기 입/출력 포트(p3)로 입력된 광신호는 공통 입/출력 단자(e), 출력 단자(f), 입력 단자(g), 출력 단자(h), 입력 단자(d'), 공통 입/출력 단자(e')를 거쳐 입/출력 포트(p4)로 출력되고, 상기 입/출력 포트(p4)로 입력된 광신호는 공통 입/출력 단자(e'), 출력 단자(f'), 입력 단자(g'), 출력 단자(h'), 입력 단자(d), 공통 입/출력 단자(e)를 거쳐 입/출력 포트(p3)로 출력하는 다중반사 억제수단(28a,28b):

(3) 상기 다중반사 억제수단(28a,28b) 사이에 연결되어, 분산 보상을 위한 수단, 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단, 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단 또는 이들의 조합으로 이루어진 중간단 소자(42)를:

포함하는 것을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 상기 파장선택 결합기(24a,24b)는 서로 다른 대역 파장의 광신호를 결합하거나 분리하는 파장 다중화기인 것을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 상기 파장선택 결합기(24a,24b)는 서로 인접한 파장의 광신호를 결합하거나 분리하는 파장 교대 분리/결합기인 것을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
(1) 양방향으로 진행하는 하향/상향 광신호를 증폭하기 위해 두 개의 입/출력 포트(p1,p2)로 구성되고, 상기 입/출력 포트(p1,p2)에 각각 연결되어 양방향으로 진행하는 광신호를 동시에 증폭하는 단순 양방향 광증폭기(30a,30b):

(2) 입/출력 포트(p3,p4)와,

각각 입력(j,j'), 출력 단자(k,k')를 가진 파장선택 필터(46a,46b)와,

각각 입력(a.a'), 출력(c,c'), 입/출력 단자(b,b')를 가진 광 써큘레이터(20a,20b)로 구성되되,

상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)의 입/출력 단자에 각각 연결되어, 상기 광 써큘레이터(20a,20b)의 입/출력 단자(b,b')는 입/출력 포트(p3,p4)에 각각 연결되고,

상기 광 써큘레이터(20a,20b)의 출력 단자(c,c')는 상기 파장선택 필터(46a,46b)의 입력 단자(j,j')에 각각 연결되며,

상기 파장선택 필터(46a,46b)의 출력 단자(k,k')는 다른 광 써큘레이터(20b,20a)의 입력 단자(a',a)로 각각 연결되어;

상기 입/출력 포트(p3)로 입력된 광신호는 입/출력 단자(b), 출력 단자(c), 입력 단자(j), 출력 단자(k), 입력 단자(a'), 입/출력 단자(b')를 거쳐 입/출력 포트(p4)로 출력되고, 상기 입/출력 포트(p4)로 입력된 광신호는 입/출력 단자(b'), 출력 단자(c'), 입력 단자(j'), 출력 단자(k'), 입력 단자(a), 입/출력 단자(b)를 거쳐 입/출력 포트(p3)로 출력하는 다중반사 억제수단(28a,28b):

(3) 상기 다중반사 억제수단(28a,28b) 사이에 연결되어, 분산 보상을 위한 수단, 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단, 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단 또는 이들의 조합으로 이루어진 중간단 소자(42)를:

포함하는 것을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
청구항 9에 있어서, 상기 파장선택 필터(46a,46b)는 특정 대역의 광신호를 통과시키고 나머지 대역의 광신호는 차단하는 대역통과 필터로서, 한 파장선택 필터(46a)를 통과할 수 있는 광신호는 다른 파장선택 필터(46b)에서 차단되도록 통과 대역과 차단 대역이 설정됨을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
청구항 1에 있어서, 상기 파장선택 필터(46a,46b)는 파장선택 필터(46a,46b)를 통과할 수 있는 광신호의 파장이 일정주기를 갖고 반복되는 필터로서, 한 파장선택 필터(46a)를 통과할 수 있는 광신호는 다른 파장선택 필터(46b)에서 차단되도록 통과 대역과 차단 대역이 설정됨을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
(1) 양방향으로 진행하는 하향/상향 광신호를 증폭하기 위해 두 개의 입/출력 포트(p1,p2)로 구성되고, 상기 입/출력 포트(p1,p2)에 각각 연결되어 양방향으로 진행하는 광신호를 동시에 증폭하는 단순 양방향 광증폭기(30a,30b):

(2) 입/출력 포트((p3,p4),(p3',p4'))와,

4 단자((1,2,3,4),(1'2'3'4'))를 가지는 4단자 파장선택 광경로설정기(34a,34b)로 구성되되,

상기 단순 양방향 광증폭기(30a,30b)의 입/출력 단자에 각각 연결되어, 상기 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(2,2')와 단자(3,3')는 입/출력 포트((p3,p3'),(p4,p4'))에 각각 연결되고,

상기 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(1,1')와 단자(4,4')는 서로 연결되어;

상기 입/출력 포트(p3,p3')로 입력된 광신호는 단자(2,2')와 단자(3,3')를 거쳐 입/출력 포트(p4,p4')로 출력되고, 상기 입/출력 포트(p4,p4')로 입력된 광신호는 단자(3,3'), 단자(4,4'), 단자(1,1') 및 단자(2,2')를 거쳐 입/출력 포트(p3,p3')로 출력하는 다중반사 억제수단(28a,28b):

(3) 상기 다중반사 억제수단(28a,28b) 사이에 연결되어, 분산 보상을 위한 수단, 광증폭기 이득 평탄화를 위한 수단, 광증폭기의 잡음 누적 제거를 위한 수단 또는 이들의 조합으로 이루어진 중간단 소자(42)를:

포함하는 것을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.
청구항 12에 있어서, 상기 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(4,4')에 입력 단자(m,m')가 연결되고 4단자 파장선택 광경로 설정기(34a,34b)의 단자(1,1')에 출력 단자(n,n')가 연결된 애드/드롭 모듈(36a,36b)을 이용하여;

상기 입/출력 포트(p1)로 입력된 광신호는 상기 애드/드롭 모듈(36b)을 통해 드롭하거나 애드하고,

상기 입출력 포트(p2)로 입력된 광신호는 상기 애드/드롭 모듈(36a)을 통해 드롭하거나 애드함을 특징으로 하는 다단 양방향 광증폭기.