KR20020043684A - 광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 입력된 광신호를 증폭시키는 광증폭부와; 상기 광증폭부의 출력을 분리하는 탭커플러와; 상기 탭커플러의 출력에서 광신호를 검출하여 광파워에 대한 출력을 전류 값으로 나타내주는 광검출부와; 상기 광검출부에서 출력된 전류값을 전압으로 변환하는 전류/전압 변환부와; 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부와; 상기 전류/전압 변환부의 출력전압과 상기 기준전압 생성부의 기준전압을 비교하는 전압비교부와; 상기 전압비교부의 결과를 이용하여 펌프 레이저의 전류를 조절하여 펌프 레이저의 출력 광 파워를 조절하는 펌프레이저 구동부를 포함하여 구성함으로써, 광증폭기의 입력채널수를 검출하여 광증폭기의 펌프 전류 조절을 통한 펌프 레이저의 파워 제어를 수행하고 WDM 채널별 에러 검출 및 시스템 에러 검출을 수행할 수 있게 되는 것이다.

Description

광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법{Detecting apparatus and method for input channel number in optical amplifier}

본 발명은 WDM(Wavelength Division Multiplexing, 파장 분할 다중화) 시스템에서의 광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 광증폭기의 입력채널수를 검출하여 광증폭기의 펌프 전류 조절을 통한 펌프 레이저의 파워 제어를 수행하고 WDM 채널별 에러 검출 및 시스템 에러 검출을 수행하기에 적당하도록 한 광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 광통신 시스템에는 신호의 손실을 보상하기 위해 광증폭기(Optical Amplifier)가 사용된다. 이러한 광증폭기는 장거리 광통신에 따른 광신호의 감쇠를 보완하기 위하여 광신호를 증폭하는 장치이다.

이러한 광증폭기는 미래의 통신 시스템에서 널리 사용될 것이 예측되고 있다. 특히 어븀첨가 광섬유증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)는 대량의 데이터가 한 가닥의 광섬유를 통해 재생(regeneration)되는 일 없이 장거리에 걸쳐 전송될 때 장거리 전송에 따르는 광신호의 감쇠를 막기 위하여 주기적으로 광신호를 증폭해 주는데 사용된다. 그래서 어븀첨가 광증폭기는 전송되는 광신호 자체를 증폭시키기 때문에 증폭효율이 뛰어나고, 노이즈 발생을 억제할 수 있다.

그러나 이러한 장거리 전송에 따른 광신호의 주기적인 증폭시 분산(dispersion)과 같은 문제점이 발생한다. 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing, WDM)는 분산의 문제점 일부를 해결하여, 대량의 데이터를 서로 다른 파장을 가진 여러 개의 캐리어(carrier)에 실어 전송하기 때문에 전송 속도 및 용량이 증가하게 된다.

하나의 광캐리어가 하나의 채널을 나타낸다고 가정하면, 신호의 강도를 나타내는 광파워는 채널이 다르면 다르게 전개될 수 있다. 이러한 파워 차이는 광증폭 시스템에서 신호가 감쇠 되거나 반복적으로 재증폭될 때, 또는 신호가 광네트워크에서 다른 경로로 진행될 때 심하게 커질 수 있다.

이러한 파워 차이는 다음과 이유로 인해 일어날 수 있다.

(1) 채널이 다르면 이득이 달라질 수 있다. 만일 EDFA와 같은 균일하게 확장된(homogeneously broadened) 광증폭기의 이득레벨이 변하게 되면 파장의 변화에 따라 이득레벨의 크기도 다르게 변하게 된다. 더구나 이득수준은 시간에 따라 변하기 때문에 광증폭기가 어떤 이득수준에서 동작되는가를 알기는 어려우며 경우에 따라서는 불가능할 수도 있다. 동작조건에 독립적으로 이득이 평탄화 되거나 균일화된 EDFA를 포함해서, 지금까지 파장에 상관없이 이득이 평탄화되고, 채널이 달라져도 이득이 같게 되는 균일화된 EDFA는 존재하고 있다. 그러나 이득이 완벽하게 평탄화 되거나 같게 되지는 않는다. 다수의 광증폭기가 연결되고 설치되어 있는 시스템에서는 채널간 이득차이가 비록 작더라도 시스템에 손실을 줄 수 있으며 중대한 파워 차이를 초래할 수 있다.

(2) 증폭기 간의 손실 등으로 인한 신호감쇠는 채널에 따라 달라질 수 있다. 이 역시 중대한 파워차이를 초래한다. 증폭과 관련해서 감쇠도 시간에 따라 변할 수 있으며, 감쇠의 시간에 따른 변화는 예측할 수 없는 방법으로 채널 또는 파장에 따라 서로 다르게 나타난다.

이처럼 다양한 동작조건 하에서 몇 개의 서로 다른 파장에서의 이득과 감쇠가 동시에 매칭되기는 매우 어렵다. 이는 접속감소(splice degradation), 전송경로 상에서 파워분배기 또는 다른 광소자의 결합, 분산보상 광섬유의 결합, 증가된 마이크로-벤딩(micro-bending) 손실 등의 원인에 의해 증폭기 간의 감쇠가 파장에 따라 서로 다르게 나타나기 때문에 그러하다. 그리고 신호파워의 손실이 파장에 따라 달라져 신호파워를 예측하는 것이 불확실하게 된다. 이러한 불확실성을 고려해 볼 때, 증폭기 간의 손실이 변하면 EDFA와 같은 균일하게 확장된 증폭기를 가지고 이득의 평탄화를 확실하게 한다는 것은 사실상 불가능하게 된다.

이득과 손실이 항상 모든 채널에 대하여 균형을 이룬다 할지라도, 즉 모든 채널에 대해 이득과 손실의 합이 0 dB로 된다 할지라도 이것이 모든 채널에서 파워가 같다는 것을 보장하는 것은 아니다.

이처럼 파워가 동일하지 않은 것은 다음과 같은 이유 때문이다.

(1) 시스템에 인가되는 신호 파워는 파장이 다르면 달라질 수 있다.

(2) 복잡한 네트워크에서 라우팅(routing)을 할 때 서로 다른 각각의 채널은 각각 다른 경로를 지나간다. 그래서 각 채널에 대해 어떤 형태로든 파워제어가 이루어지지 않는 한, 채널이 다시 결합될 때 채널들의 파워는 대부분 다르게 된다.

(3) 동조 가능한 광학 탭(tap)을 사용하면, 예측할 수 없는 방식에 의해 선택적으로 채널들의 파워를 감쇠 시킨다.

많은 응용 예에 있어서, 광증폭기에서 서로 다른 채널 간의 이득을 같게 하는 것 보다는 파워를 같도록 하는 자동파워평탄화(Automatic Power Equalizer, APE)를 수행하는 것이 더 낫다. 적어도 파워 차이는 어떤 범위 내에서 유지되어야한다. 이는 범위 밖의 낮은 입력 파워를 가진 한 채널의 이득이 범주내의 파워를 가진 채널들보다도 더 높아야 함을 요구한다. 이러한 효과를 다중채널 자동 파워조절(Multichannel Automatic Power Control, MAPC)이라 한다. 만약 MAPC가 주기적으로 증폭되는 전송 시스템에서 얻어진다면, 이득은 적정 채널 파워에 대한 각각의 채널과 모든 채널에 대한 손실을 없애는 것을 의미하며, 이것이 MAGC(Multichannel Automatic Gain Control)이다. 따라서 비록 평형신호 파워가 변한다 할지라도 시스템은 증폭기 간의 손실변화에 대해 안정하게 된다.

MAPC는 불균일하게 확장된(inhomogeneously broadened) 증폭기에서 달성될 수 있다고 잘 알려져 있다. 그러나 상업적으로 이용 가능한 EDFA는 상온에서 지배적으로 균일하게 확장된(homogeneously broadened) 증폭기이다. 그 결과, 하나의 파장에서의 이득은 모든 다른 파장에서의 이득과 관련해서 거의 같게 되어, 이득은 채널의 파장에 의존적이 된다.

불균일하게 확장된 증폭기에 있어서는, 어떤 한 파장에서의 이득은 다른 파장에서의 이득과 부분적으로 독립적이다. 장거리 WDM에서, 다른 파장에서의 신호파워 이득이 적어도 어느 정도까지 영향받지 않는다고 가정할 때, 어떤 한 파장에서 신호파워가 커진다면 그 파장에서의 신호이득은 감소될 것이다. 이를 이득압축(gain compression) 또는 이득포화(gain saturation)이라고 말한다.

상기한 파장 대신 다른 파장에서의 이득을 압축하는 강한 신호가 있다면, 이득은 첫 번째 파장에서의 높은 이득을 그대로 유지한다.

일반적으로 EDFA에서 MAPC 또는 다중채널 자동 이득조절(MAGC)을 얻기 위해다음과 같은 방법들이 사용되고 있다.

(1) 이득매체, 즉 어븀첨가 광섬유(Erbium Doped Fiber, EDF)를 매우 낮은 온도로 냉각한다. 이는 MAPC 또는 MAGC를 잘 얻을 수 있지만, 냉각을 하기 위해 필요한 부가적인 장치가 복잡하다는 것이 결점이다.

(2) 이중코아(twin-core) EDFA를 사용한다. 이는 이득 매체의 각각의 점 또는 모든 점이 지배적으로 균일하게 확장되어있다 할지라도, 다른 파장이 지나가는 경로를 공간적으로 분리시킴으로써, 전체로서 이득매체는 효과적으로 불균일하게 확장되어지게 하는 것이다. 그러나 이중코아 EDFA는 단일코아 EDFA보다 더 많은 잡음을 발생시키고, 바람직하지 않은 편광(polarization) 의존성을 일으키며, 파워의 상당량이 손실되는 약점이 있다. 또한 이중코아 광섬유는 제조하기가 어렵다.

(3) 다중 파장이 파장선택커플러(Wavelength Selective Coupler, WSC)에서 나누어져서 다른 어븀첨가 광섬유(EDF)에 의해 증폭한다. 따라서 채널들의 이득이 서로 분리될 수 있으며, 이는 불균일한 확장에 해당한다. 그러나 이 역시 증폭기가 훨씬 더 복잡하게 되고, 펌프 파워가 효율적으로 사용되지 않는 결점이 있다.

한편 종래의 APC(Automatic Power Control) 장치는 광증폭기의 출력단에서 탭(tap)을 내어 단순히 펌프 전류를 조절하여 펌프레이저의 파워를 제어하는 구성을 가지고 있다.

도 1은 종래 광증폭기의 자동파워제어 장치의 블록 구성도 이다.

이에 도시된 바와 같이, 입력된 광신호를 증폭시키는 광증폭부(1)와; 상기 광증폭부(1)의 출력을 분리하는 탭커플러(2)와; 상기 탭커플러(2)의 출력에서 광신호를 검출하여 광파워에 대한 출력을 전류값으로 나타내주는 광검출부(Photo Detector)(3)와; 상기 광검출부(3)에서 출력된 전류값을 전압으로 변환하여 상기 광증폭부(1)로 입력하여 상기 광증폭부(1)의 증폭율이 조절되도록 하는 전류/전압 변환부(4)로 구성된다.

그래서 종래의 APC 장치는 펌프 레이저의 파워 제어를 위해서만 동작한다.

출력단으로부터 탭커플러(2)는 메인 광 라인에 영향을 주지 않기 위해 1/99 커플러로 구성한다.

광검출부(3)에서는 탭커플러(2)의 출력으로 광신호를 검출하여 광파워를 측정할 수 있도록 한다. 이러한 광검출부(3)는 광파워에 대한 출력을 전류값으로 나타내준다.

전류/전압 변환부(4)에서는 입력된 전류를 전압으로 변환시켜준다.

APC 장치는 이 값을 이용하여 펌프 레이저의 전류를 조절함으로서 광증폭기의 증폭율을 자동으로 제어하게 된다.

그러나 종래의 장치는 펌프 레이저의 파워 제어만을 위해 사용되었을 뿐, 광증폭기의 입력채널수를 검출하여 광증폭기의 펌프 전류 조절을 통한 펌프 레이저의 파워 제어를 수행하지 못하였고, 또한 WDM 채널별 에러 검출 및 시스템 에러 검출도 수행할 수 없는 한계가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 광증폭기의 입력채널수를 검출하여 광증폭기의 펌프 전류조절을 통한 펌프 레이저의 파워 제어를 수행하고 WDM 채널별 에러 검출 및 시스템 에러 검출을 수행할 수 있는 광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 광증폭기의 입력채널수 검출장치는,

입력된 광신호를 증폭시키는 광증폭부와; 상기 광증폭부의 출력을 분리하는 탭커플러와; 상기 탭커플러의 출력에서 광신호를 검출하여 광파워에 대한 출력을 전류값으로 나타내주는 광검출부와; 상기 광검출부에서 출력된 전류값을 전압으로 변환하는 전류/전압 변환부와; 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부와; 상기 전류/전압 변환부의 출력전압과 상기 기준전압 생성부의 기준전압을 비교하는 전압비교부와; 상기 전압비교부의 결과를 이용하여 펌프 레이저의 전류를 조절하여 펌프 레이저의 출력 광파워를 조절하는 펌프레이저 구동부를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 광증폭기의 입력채널수 검출방법은,

광검출부에서 광증폭부의 출력 파워를 측정하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후 광검출부의 전류 출력을 전압으로 변환하여 기준전압과 비교하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계의 비교결과로 상기 광증폭부의 입력채널수를 검출하는 제 3 단계와; 상기 제 2 단계의 비교결과로 펌프 레이저의 펌프 전류를 제어하여 출력 파워를 제어하는 제 4 단계를 포함하여 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 종래 광증폭기의 자동파워제어 장치의 블록 구성도 이고,

도 2는 본 발명에 의한 광증폭기의 입력채널수 검출장치의 블록 구성도 이며,

도 3은 본 발명에 의한 광증폭기의 입력채널수 검출방법을 보인 흐름도 이고,

도 4는 도 2 또는 도 3에서 입력채널수에 따른 출력전압의 예를 보인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 광증폭부 12 : 탭커플러

13 : 광검출부 14 : 전류/전압 변환부

15 : 기준전압 생성부 16 : 전압비교부

17 : A/D 변환부 18 : 신호처리부

19 ; 펌프레이저 구동부

이하, 상기와 같은 본 발명, 광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 광증폭기의 입력채널수 검출장치의 블록 구성도 이다.

이에 도시된 바와 같이, 입력된 광신호를 증폭시키는 광증폭부(11)와; 상기 광증폭부(11)의 출력을 분리하는 탭커플러(12)와; 상기 탭커플러(12)의 출력에서 광신호를 검출하여 광파워에 대한 출력을 전류값으로 나타내주는 광검출부(13)와; 상기 광검출부(13)에서 출력된 전류값을 전압으로 변환하는 전류/전압 변환부(14)와; 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부(15)와; 상기 전류/전압 변환부(14)의 출력전압과 상기 기준전압 생성부(15)의 기준전압을 비교하는 전압비교부(16)와; 상기 전압비교부(16)의 결과를 이용하여 펌프 레이저의 전류를 조절하여 펌프 레이저의 출력 광파워를 조절하는 펌프레이저 구동부(19)를 포함하여 구성된다.

상기에서 광증폭기의 입력채널수 검출장치는, 상기 전압비교부(16)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환부(17)와; 상기 A/D 변환부(17)의 디지털 신호를 처리하여 입력채널수를 검출하는 신호처리부(18)를 더욱 포함하여 구성된다.

도 3은 본 발명에 의한 광증폭기의 입력채널수 검출방법을 보인 흐름도 이다.

이에 도시된 바와 같이, 광검출부(13)에서 광증폭부(110의 출력 파워를 측정하는 제 1 단계(ST11)와; 상기 제 1 단계 후 광검출부(13)의 전류 출력을 전압으로 변환하여 기준전압과 비교하는 제 2 단계(ST12)와; 상기 제 2 단계의 비교결과로 상기 광증폭부(11)의 입력채널수를 검출하는 제 3 단계(ST13)와; 상기 제 2 단계의 비교결과로 펌프 레이저의 펌프 전류를 제어하여 출력 파워를 제어하는 제 4 단계(ST14)를 포함하여 수행한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 광증폭기의 출력단에서 메인 광 라인에 영향을 주지 않도록 1/99 탭커플러(12)를 사용하여 탭을 낸다.

그리고 광검출부(13)는 탭커플러(12)로부터 광증폭부(11)의 출력 파워를 측정하고, 전류/전압 변환부(14)에서 광검출부(13)의 전류 출력을 전압으로 변환시켜 준다.

기준전압 생성부(15)에서는 전압비교부(16)에서 사용하기 위한 기준 전압을 생성하는데, 이때 기준전압은 A/D 변환부(17)에서 0~4V 정도의 범위의 값을 사용하기 때문에 2V 정도로 결정된다.

전압비교부(16)는 전류/전압 변환부(14)의 출력을 기준전압과 비교한 값을 출력하게 된다.

전압비교부(16)의 출력 중 하나는 A/D 변환부(17)로 보내진다.

그러면 A/D 변환부(17)는 전압비교부(16)의 출력을 디지털화하여 광증폭부(11)의 입력채널수를 검출하기 위한 신호처리부(18)로 보낸다.

신호처리부(18)에서는 기준 전압과 광검출부(13)의 출력 전압의 차이에 따른 광증폭부(11)로의 입력채널수에 대한 정보를 가지고 있으며, 이를 기준으로 하여 광증폭부(11)로 입력되는 채널의 수를 검출하게 된다.

다른 한쪽의 출력은 펌프레이저 구동부(19)로 보내져 펌프레이저의 출력 파워를 제어하기 위하여 펌프 전류를 자동으로 제어하게 된다.

도 4는 도 2 또는 도 3에서 입력채널수에 따른 출력전압의 예를 보인 도면이다.

이처럼 본 발명은 광증폭기의 입력채널수를 검출하여 광증폭기의 펌프 전류 조절을 통한 펌프 레이저의 파워 제어를 수행하고 WDM 채널별 에러 검출 및 시스템 에러 검출을 수행하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 광증폭기의 입력채널수 검출장치 및 그 방법은 광증폭기의 입력채널수를 검출하여 광증폭기의 펌프 전류 조절을 통한 펌프 레이저의 파워 제어를 수행할 수 있고, 광증폭기로 입력되는 WDM 채널의 수를 검출할 수 있으며, 이를 이용하여 WDM 시스템에서 채널의 에러 검출 및 광 선로의 결함을 검출하는데 적용할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한 본 발명은 고가의 OPM(Optical Performance Monitor)이나 OSA(Optical Spectrum Analyser)를 사용하지 못할 경우, 정확한 에러 채널을 검출하지는 못하지만 채널에러를 검출하기 위해 사용할 수 있는 효과도 있게 된다.

Claims (3)

1. 입력된 광신호를 증폭시키는 광증폭부와;

   상기 광증폭부의 출력을 분리하는 탭커플러와;

   상기 탭커플러의 출력에서 광신호를 검출하여 광파워에 대한 출력을 전류값으로 나타내주는 광검출부와;

   상기 광검출부에서 출력된 전류값을 전압으로 변환하는 전류/전압 변환부와;

   기준전압을 생성하는 기준전압 생성부와;

   상기 전류/전압 변환부의 출력전압과 상기 기준전압 생성부의 기준전압을 비교하는 전압비교부와;

   상기 전압비교부의 결과를 이용하여 펌프 레이저의 전류를 조절하여 펌프 레이저의 출력 광 파워를 조절하는 펌프레이저 구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광증폭기의 입력채널수 검출장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광증폭기의 입력채널수 검출장치는,

   상기 전압비교부에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 변환부와;

   상기 A/D 변환부의 디지털 신호를 처리하여 입력채널수를 검출하는 신호처리부를 더욱 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광증폭기의 입력채널수 검출장치.
3. 광검출부에서 광증폭부의 출력 파워를 측정하는 제 1 단계와;

   상기 제 1 단계 후 광검출부의 전류 출력을 전압으로 변환하여 기준전압과 비교하는 제 2 단계와;

   상기 제 2 단계의 비교결과로 상기 광증폭부의 입력채널수를 검출하는 제 3 단계와;

   상기 제 2 단계의 비교결과로 펌프 레이저의 펌프 전류를 제어하여 출력 파워를 제어하는 제 4 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 광증폭기의 입력채널수 검출방법.