KR200232368Y1 - 광증폭기의자동이득제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광증폭기의 자동이득 제어장치에 관한 것으로서, 특히 장기간 및 단기간의 과도 응답 이득 특성이 일정하도록 한 광증폭기의 자동이득 제어장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 전기적인 아날로그 신호로 변환된 입력 광신호의 일부를 입력신호의 편차에 비례하도록 증폭하여 오차신호를 출력하는 증폭기와, 아날로그 신호로 변환된 입력 광신호를 디지털 신호로 변환하는 전치 A/D 변환기와, 전기적인 아날로그 신호로 변환된 출력 광신호를 디지털 신호를 변환하는 후치 A/D 변환기와, 전치 A/D 변환기와 후치 A/D 변환기에서 출력된 디지털 신호를 비교하여 증폭 이득이 일정하도록 제어신호를 출력하는 프로세세와, 프로세서에서 출력된 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기와, 증폭기에서 출력되는 오차신호와 D/A 변환기에서 출력되는 제어신호를 더하여 펌프용 레이저 다이오드를 제어하는 신호를 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭기의 자동이득 제어장치를 제공한다. 따라서, 본 고안은 광파장 분할 방식에서 광다중화 장치의 종속신호가 분기, 결합, 절체, 선로 절단사고 등 급격한 광 파워의 변동이 있더라도, 생존 신호의 출력에는 변동이 없도록 자동으로 이득을 조절하여 과도 응답 이득 특성이 일정하게 유지될 수 있다.

Description

광증폭기의 자동이득 제어장치

본 고안은 광증폭기의 자동이득 제어장치에 관한 것으로서, 특히 장기간 및 단기간의 과도 응답 이득 특성이 일정하도록 한 광증폭기의 자동이득 제어장치에 관한것이다.

제1도에 종래의 광증폭기의 자동이득 제어 장치의 구성도가 도시되어 있다.

입력단 광커넥터(111)로부터 신호가 입력되고 아이솔레이터(112,113)는 입력된 광신호가 반사되는 것을 방지해주는 역할을 하여 광증폭기의 특성이 외부의 요인에 변화를 겪지 않게 된다. 입력된 신호는 입력단 탭 커플러(121)에서 광수신기1(123) 및 파장분할 멀티플렉서(Wavelength Division Multiplexer; 이하 WDM이라고함)(133)로 일정 비율만큼 분기되어진다. 입력단 탭 커플러(121)의 비율에 따라 일부의 광파워가 광수신기1(123)으로 분기되면 광수신기1(123)은 입력된 광신호의 양에 비례하는 전기적인 아날로그 신호로 변환하여 비교기 역할을 하는 OP 앰프(131)로 입력하게 된다.

한편 출력단 탭 커플러(122)는 출력 광신호를 출력단 광커넥터(114)와 광수신기2(124)로 분배하여 주고, 분배된 출력신호는 광수신기2(124)로 입력되어 해당되는 전기적 신호로 변환되고, 이 신호는 이득 블록(125)으로 전달되어 전기적으로 G배만큼 커져서 OP 앰프(131)로 입력된다.

OP 앰프(131)에서는 입력된 두 신호의 오차신호에 해당하는 신호로 펌프 레이저 다이오드(132)를 구동하여 광 에너지를 증폭하게 되고, 입력 광신호의 파워와 펌프 레이저 다이오드의 광파워는 WDM(133)을 통해서 고효율로 결합되어 에르븀 도핑된 광섬유(Erbium Doped Fiber;이하 EDF라고 함)(134)로 입력되게 된다.

EDF(134)에서는 펌프 레이저로부터 주입된 에너지가 EDF(134)내의 전자를 특정 에너지 레벨로 상승시키는 역할을 하며, 이 특정한 에너지 레벨의 에너지를 가진 전자는 입력된 신호에 동기되어 낮은 에너지로 떨어지면서 다량의 광자를 방출하게 됨으로써 입력된 광신호는 전기적 변환없이 광학적으로 증폭되게 된다. 증폭되는 비율은 입력 신호 및 펌프 레이저양의 비율로 결정되나 비선형적인 관계로 인하여 얼마만큼의 증폭이 될지는 쉽게 예측할 수 없다.

따라서 증폭된 신호 출력이 설정한 이득보다 크면 펌프의 주입량을 감소시키고 반대의 경우라면 펌프의 양을 증가시킴으로써 안정된 이득이 얻어지도록 하는 피드백 루프를 형성함으로써 자동 이득 제어가 이루어진다.

종래의 기술은 고속의 아날로그 방식의 피드백 장치로서 고속의 응답 특성을 얻기 위한 제어로 인해 불안정하고, 고속의 소자로서 구현하더라도 증폭기가 직렬로 연결되면 될수록 이득의 최고치가 나타나는 시간이 급격히 빨라지기 때문에 생존 채널에 변동이 생기는 것을 근본적으로 막을 수 없다. 또한 양산시의 조정이나 성능평가 등에 어려움이 있으므로 생산효율이 떨어진다.

따라서, 광다중화 장치의 종속신호가 분기, 결합, 절체, 선로 절단 사고 등의 급격한 광 파워의 변동이 있더라도 생존 신호의 출력에는 출력의 변동이 없도록 하는 광증폭기의 자동이득 제어장치 개발이 요구되고 있다.

이에 본 고안은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 광다중화 장치의 종속신호가 분기, 결합, 절체, 선로 절단사고 등의 급격한 광 파워의 변동이 있더라도 생존 신호의 출력에는 출력의 변동이 없도록 자동으로 이득을 조절하여, 장기간 및 단기간의 과도 응답 이득 특성이 일정하도록 한 광증폭기의 자동이득 제어 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 장치는 입력 광신호에 대하여 출력 광신호가 일정한 이득을 갖도록 펌프용 레이저 다이오드를 제어하여 증폭한 광에너지를 WDM(Wavelength Division Multiplexer; 파장분할 멀티플렉서)에서 상기 입력 광신호와 결합한 후, 에르븀 도핑된 광섬유(Erbium Doped Fiber ; EDF)를 통하여 일정한 이득의 광신호로 변환하는 광증폭기의 자동이득 제어장치에 있어서, 전기적인 아날로그 신호로 변환된 입력 광신호의 일부를 입력신호의 편차에 비례하도록 증폭하여 오차신호를 출력하는 증폭기; 상기 아날로그 신호로 변환된 입력 광신호를 디지털 신호로 변환하는 전치 A/D 변환기; 전기적인 아날로그 신호로 변환된 출력 광신호를 디지털 신호로 변환하는 후치 A/D 변환기; 상기 전치 A/D 변환기와 상기 후치 A/D 변환기에서 출력된 디지털 신호를 비교하여 증폭 이득이 일정하도록 제어신호를 출력하는 프로세서; 상기 프로세서에서 출력된 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 상기 증폭기에서 출력되는 오차신호와 상기 D/A 변환기에서 출력되는 제어신호를 더하여 상기 펌프용 레이저 다이오드를 제어하는 신호를 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭기의 자동이득 제어장치를 제공한다.

상기 증폭기는 입력측 탭커플러와 상기 WDM을 연결한 매체와 동일한 전파지연 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 프로세서는 상기 A/D 변환기로부터 입력된 최종입력과 상기 프로세서의 출력을 비교하여 증폭이득이 일정하도록 동작하는 피드백 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

제1도는 종래의 자동이득 제어 장치의 구성도.

제2도는 본 고안에 따른 자동이득 제어 장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

211 : 입력단 광커넥터 212,213 : 아이솔레이터

214 : 출력단 광커넥터 221 : 입력단 탭 커플러

222 : 출력단 탭 커플러 223 : 입력단 광다이오드

224 : 출력단 광다이오드 231 : 전치 A/D 변환기

232 : 후치 A/D 변환기 233 : 프로세서

234 : D/A 변환기 235 : 증폭기

236 : 가산기 241 : 펌핑용 레이저 다이오드

242 : 단일모드 광섬유(SMF) 243 : 파장분할 멀티플렉서(WDM)

244 : 에르븀 도핑된 광섬유(EDF)

X 표시 : 광섬유의 손실을 최소화하기 위한 융착 접속

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

제2도는 본 고안에 따른 자동이득 제어 장치도이다.

본 장치는 광증폭기를 광선로나 광소자 또는 광을 이용하는 장치에 연결하는 광커넥터(211,214)와, 광신호가 반사되는 것을 방지하며 광증폭기의 특성이 외부의 요인에 의하여 변화되지 않게 하는 아이솔레이터(212,213)와, 광신호를 일정한 비율로 분배하는 탭 커플러(221,222)와, 보통의 장거리용 광섬유로써 광신호를 전달하는 SMF(242)와, 광신호를 전기적인 아날로그 신호로 변환하는 광다이오드(223,224)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(231,232)와, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기(234)와, 두 개의 아날로그 신호를 단순히 더하는 가산기(236)와, 두 개의 디지털 신호를 비교하여 이득이 일정하도록 제어하는 프로세서(233)와, 광신호의 에너지를 증폭하는 펌핑용 레이저 다이오드(241)와, 상기 펌핑용 레이저 다이오드를 구동시킬 수 있을 정도로 광신호를 증폭하는 증폭기(235)와, 입력 광신호와 증폭된 광원을 결합시키면서 결합손실을 최소화하는 WDM(243)과, 상기 펌핑용 레이저 다이오드(241)의 광 에너지를 신호의 광 에너지로 변환하여 이득을 갖게 하는 EDF(244)로 구성된다.

제2도를 참조하면, 입력단 광커넥터(211)로부터 신호가 입력되고 아이솔레이터(212)는 광신호가 반사되는 것을 방지하여 광증폭기의 특성이 외부의 요인에 변화되지 않게 한다. 아이솔레이터(212)를 통과한 광신호는 입력단 탭 커플러(221)에서 단일모드 광섬유(Single Mode Fiber;이하 SMF라고 함)(242)와 입력단 광다이오드(223)로 분배되고, 입력단 광다이오드(223)로 분배된 신호는 전기적인 아날로그 신호로 변환된다.

상기 아날로그 변환된 신호는 전치 A/D 변환기(231)로 전달되는데 이 중에서 아주 미약한 일부가 증폭기(235)로 분기된다. 상기 증폭기(235)로 분기된 신호는 입력 신호의 편차에 비례하는 고속의 오차 신호로써 증폭기(235)에서 증폭된 후 가산기(235)로 직접 입력되어 펌핑용 레이저 다이오드(241)를 구동시킨다. 이 때 제어동작에서 발생하는 제어의 지연은 SMF(242)의 전파 지연 특성과 같이 되도록 함으로써 제어 시작 시점의 불일치로 인한 광증폭기의 이득 변동을 억제한다.

펌핑용 레이저 다이오드(241)는 제어 신호에 따라 에너지를 증폭하고, 증폭된 광원은 SMF(242)를 통하여 전달된 입력신호와 WDM(243)에서 결합되면서 결합손실이 최소화된다. 상기 결합된 광원은 EDF(244)에서 신호의 광 에너지로 변환되어 입력된 광신호가 전기적인 변환없이 이득을 갖게된다.

상술한 바와 같이 증폭된 광신호는 아이솔레이터에서 반사되지 않도록 된 후에, 출력단 탭 커플러(222)에서 출력단 광커넥터(214)와 출력단 광다이오드(224)로 분배되어진다. 출력단 광다이오드(224)는 분배된 출력 광신호를 전기적인 아날로그 신호로 변환하고, 후치 A/D 변환기(232)에서 디지털 신호로 변환하여 프로세서(233)로 입력하게 된다

프로세서(233)는 전치 A/D 변환기(231)와 후치 A/D 변환기(232)에서 디지털신호로 변환된 두 신호를 비교하여 증폭 이득이 일정하도록 제어신호를 발생한다. 이 제어신호는 D/A 변환부(234)에서 아날로그 신호로 변환되고 상기 증폭기(235)로 분기된 신호와 가산기(235)에서 단순히 더해져서 펌프용 레이저 다이오드(241)를 구동하게 된다.

급격한 신호 변동이 있는 경우에는 광신호가 EDF(244)에 입력되는 시점에 맞추어서 펌핑 파워가 입력되므로 신호 변동과 동시에 펌핑 레벨이 조절되는 결과가 되어 생존 채널의 출력변동이 최대한 억제가 된다. 이 때 아날로그 보상회로가 네가티브 피드백 장치가 아니기 때문에, 만약 오차가 발생하면 프로세서(233)는 짧은 시간은 아니지만 최종 입력과 출력을 비교하여 이득이 일정하도록 동작하는 피드백장치로 동작하므로 일정한 시정수 뒤에는 반드시 전체 이득의 조정이 이루어진다.

즉, 급격한 신호 변동의 경우에는 고속 순방향 보상회로가 주 보상 기능을 하고 프로세서(233)에 의한 제어가 정밀 제어하는 보조역할로 동작한다. 완만한 신호 변동이 있는 경우에는 입력쪽의 고속 보상회로는 거의 동작을 하지 않고 프로세서(233)에 프로그램된 제어 순서에 따라 오버슈트가 없는 느린 동작으로 동작하여 정확한 이득 조정이 되도록 하기 때문에 환경 변화나 구성 소자의 특성 변화가 있더라도 프로세스가 이에 대응하는 보상 작용을 적절히 할 수 있고 원하는 이득의 크기나 제어동작 속도 등을 변경, 수정하는 것이 용이하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 기술은 고속의 아날로그 방식의 제어로 인하여 근본적으로 출력에 변동이 생기는 것을 막을 수 없고 불안정하다. 그리고 양산시의 조정이나 성능평가 등이 어려워 생산 효율이 떨어진다.

본 고안은 광 증폭기에 입력되는 신호의 변동이 급격한 경우에는 아날로그 방식으로 작동하여 이득을 제어하는 펌핑용 레이저 다이오드가 지연특성을 갖고 있더라도 추가한 SMF에서 지연특성을 보상함으로서 급격한 신호 변동에 의한 생존신호의 이득 변동을 방지할 수 있다.

또한, 광 증폭기에 입력되는 신호의 변동이 완만한 경우와 상기의 순방향 아날로그 제어방식에 오차가 발생하는 경우에는 프로세서를 이용하여 과도 응답특성을 길게 함으로서 EDF의 과도 응답특성, 부품의 오차 및 환경의 변동에 무관한 정밀한 이득 제어가 가능하다. 최종 제어는 프로세서에 의한 제어를 하므로 양산성이 향상되고, 증폭기의 모든 특성이 프로그램에 의해서 결정되므로 광전송 장치의 유지 보수가 용이해 진다.

Claims (3)

1. 입력 광신호에 대하여 출력 광신호가 일정한 이득을 갖도록 펌프용 레이저 다이오드를 제어하여 증폭한 광에너지를 WDM(Wavelength Division Multiplexer; 파장분할 멀티플렉서)에서 상기 입력 광신호와 결합한 후, 에르븀 도핑된 광섬유(Erbium Doped Fiber ; EDF)를 통하여 일정한 이득의 광신호로 변환하는 광증폭기의 자동이득 제어장치에 있어서, 전기적인 아날로그 신호로 변환된 입력 광신호의 일부를 입력신호의 편차에 비례하도록 증폭하여 오차신호를 출력하는 증폭기; 상기 아날로그 신호로 변환된 입력 광신호를 디지털 신호로 변환하는 전치 A/D 변환기; 전기적인 아날로그 신호로 변환된 출력 광신호를 디지털 신호로 변환하는 후치 A/D 변환기; 상기 전치 A/D 변환기와 상기 후치 A/D 변환기에서 출력된 디지털 신호를 비교하여 증폭 이득이 일정하도록 제어신호를 출력하는 프로세서; 상기 프로세서에서 출력된 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기; 상기 증폭기에서 출력되는 오차신호와 상기 D/A 변환기에서 출력되는 제어신호를 더하여 상기 펌프용 레이저 다이오드를 제어하는 신호를 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭기의 자동이득 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 증폭기는 입력측 탭커플러와 상기 WDM을 연결한 매체와 동일한 전파지연 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 광증폭기의 자동이득 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 A/D변환기로부터 입력된 최종입력과 상기 프로세서의 출력을 비교하여 증폭이득이 일정하도록 동작하는 피드백 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 광증폭기의 자동이득 제어장치.