KR20030089278A - Multi-Stage Erbium Doped Amplifier for Wavelength Division Multiplexing System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파장 분할 다중화 시스템(Wavelength Division Multiplexing System)용 다단 광섬유 증폭기에 관한 것으로 특히 광대역 종합 정보 통신망에 사용되는 파장 분할 다중화 시스템용 광섬유 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-stage optical fiber amplifier for a wavelength division multiplexing system, and more particularly, to an optical fiber amplifier for a wavelength division multiplexing system used in a broadband integrated telecommunication network.
주지하는 바와 같이 세계 각국에서는 광대역 종합 정보통신망 (Broadband Intergrated Services Digital Network : B-ISDN)을 구축하기 위한 기술 개발에 심혈을 기울이고 있으며 우리나라에서는 2010년까지 초고속 정보 통신망 구축을 목표로 연구개발사업을 추진해 오고 있다.As is well known, countries around the world are devoting their efforts to the development of technology to build the Broadband Intergrated Services Digital Network (B-ISDN). Coming.
이러한 도1로 보인 바와 같은 초고속 정보통신망은 많은 정보를 통합하여 고속으로 송수신하고 분배하는 교환기술이 적용되는 것이어서 종래의 전선을 이용한 통신수단으로는 구현이 불가능하며 광통신을 이용하여 구현 가능한 것이므로 초고속 정보통신망 구축을 위한 핵심기술로 연구개발의 중점이 되고 있다.As shown in FIG. 1, the high-speed information communication network is an exchange technology for integrating and transmitting and distributing a lot of information at a high speed. Therefore, the high-speed information communication network cannot be implemented using a conventional communication means and can be implemented using optical communication. As a core technology for establishing a communication network, it is becoming the focus of R & D.
특히, 최근 들어 인터넷과 멀티미디어의 폭발적인 증가로 인해 통신 용량이 급격하게 증가되고 있으며, 이러한 요구를 수용하기 위하여 수년 전부터 개발되어 오고 있는 파장분할다중화 (WDM : Wavelength Division Multiplexing)방식의 광통신 시스템을 사용함으로 1Tb/s 이상의 전송용량을 가진 제품이 발표되고 있으며, 실험실에서는 3Tb/s에 이르는 전송시스템의 성공이 발표되고 있다.In particular, due to the explosive growth of the Internet and multimedia in recent years, the communication capacity is rapidly increasing, and by using the wavelength division multiplexing (WDM) optical communication system, which has been developed for many years, to meet such demands. Products with transmission capacities of more than 1 Tb / s are being announced, and in the laboratory, the success of transmission systems up to 3 Tb / s is being announced.
이와 같이 기존의 전자 소자의 한계를 극복하고 전송용량을 증가시키기 위해서는 다수의 파장으로 된 신호를 실어야 하며 결국 이득대역의 증가가 전송용량의 증가로 이어지고 있다. 이러한 WDM방식의 장거리 전송에서는 전체 파장대역에서 충분하면서도 평탄한 이득과 낮은 잡음지수를 갖는 광섬유증폭기(Erbium-Doped Fiber Amplifier)가 사용되어야 한다. 그러므로 이러한 평탄한 이득과 낮은 잡음 지수를 가진 광섬유를 개발하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.As such, in order to overcome the limitations of the existing electronic devices and increase the transmission capacity, signals having a plurality of wavelengths must be loaded. As a result, an increase in the gain band has led to an increase in the transmission capacity. In the long-distance transmission of the WDM method, an optical fiber amplifier (Erbium-Doped Fiber Amplifier) having sufficient and flat gain and low noise figure in the entire wavelength band should be used. Therefore, much research is being conducted to develop an optical fiber having such a flat gain and low noise figure.
그 결과 1970년에 이르러 미국 코닝 그라스(Cornig Glass)사에 의해 전송손실이 20 dB/km인 광섬유가 개발되어 본격적으로 광통신의 실용화에 대한 연구가 본궤도에 접어들게 되었으며, 이는 고순도의 원료를 이용하고 제조시에 혼합되는 불순물을 제거할 수 있는 제조기술들이 개발되어 장파장대역에서 사용가능한 극저손실의 광섬유가 출현하게 되었으며, 장파장 대역에서 동작하는 반도체 레이저에 대한 연구가 본격화되어 1976년에 1300 nm 영역에서 동작되는 GaInAsP 반도체 레이저가 개발되었고, 또한 0.5 dB/km의 극저손실 광섬유가 개발되어 1970년대 후반 미국 벨(Bell) 연구소에 의해 1.5 Mb/s급과 45 Mb/s 급의 통신망 실험이 이루어졌다. 그리고 1988년 광섬유의 최저손실 파장 대역인 1550 nm 파장대의 반도체 레이저가 개발됨으로써 공중망에 광통신을 이용할 수 있게 되었다.As a result, in 1970, Corning Glass Co., Ltd. developed an optical fiber with a transmission loss of 20 dB / km, and began research into the practical application of optical communication, which uses high-purity raw materials. Manufacturing techniques have been developed to remove impurities mixed during manufacturing, resulting in the emergence of ultra-low-loss optical fibers that can be used in the long wavelength band.In 1976, studies on semiconductor lasers operating in the long wavelength band began in earnest. An operating GaInAsP semiconductor laser was developed, and an ultra-low loss fiber of 0.5 dB / km was developed and tested in 1.5 Mb / s and 45 Mb / s networks by Bell Labs in the late 1970s. In 1988, the development of semiconductor lasers in the 1550 nm wavelength range, the lowest loss wavelength of optical fibers, allowed optical communications to be used in public networks.
이후 1990년에는 2.4 Gb/s의 시스템이 상용화 되었으며, 이러한 광통신 시스템은 1993년 에르비엠(Er) 첨가 광섬유 증폭기 (EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier)가 등장하면서 파장 분할 다중화 (WDM : Wavelength Division Multiplexing) 시스템의 방식으로 대폭적인 전송용량 증가를 가져왔다. 이러한 광증폭기는 광신호를 직접 광으로 증폭시키기 때문에 기존의 광 재생기와는 달리 넓은 이득대역을 가지고 있어 10 Gb/s의 채널을 100개 증폭하는 광대역 종합 정보 통신 시스템을 구현할 수 있다. 특히, 2000년대에 들어오면서 이러한 시스템을 장거리 전송에 사용하기 위한 연구와 기존의 채널을 증가시키기 위한 넓은 이득대역을 갖는 광증폭기에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Later, in 1990, 2.4 Gb / s system was commercialized. In 1993, Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) was introduced, and Wavelength Division Multiplexing (WDM) system was introduced. In this way, a significant increase in transmission capacity is achieved. Since the optical amplifier directly amplifies the optical signal to optical, it has a wide gain band unlike the conventional optical regenerator, so that a broadband integrated information communication system that amplifies 100 channels of 10 Gb / s can be realized. Particularly, in the 2000s, researches for using such a system for long distance transmission and optical amplifiers having a wide gain band for increasing existing channels have been actively conducted.
도2에 이러한 광섬유 증폭기의 기본적인 구성을 도시하였다.2 shows a basic configuration of such an optical fiber amplifier.
이는 일단 순방향 펌핑 광섬유 증폭기이며, 이에서 볼 수 있는 바와 같이 종래의 광섬유 증폭기(Erbium-doped Fiber Amplifier)는 기본적으로 EDF (Erbium-doped fiber), 펌핑 소스(Pumping source), 파장 분할 다중화 커플러(WDM coupler), 광절연기(Optical isolator) 등으로 구성된다.This is a forward-pumped fiber amplifier, and as you can see, the conventional fiber-doped fiber amplifier is basically an erbium-doped fiber (EDF), a pumping source, and a wavelength division multiplexing coupler (WDM). coupler), optical isolator and the like.
여기서 파장 분할 다중화기(WDM)는 서로 다른 입력신호인 1550nm 대역의 파장과 펌프(pump) 파장을 같은 EDF로 다중화(Multiplexing)하는 역할을 한다. 또한, 광절연기(optical isolator)는 빛이 한 방향으로만 진행할 수 있도록 하여 반사에 의해서 EDF로 재(再) 입력되는 원하지 않는 파장의 빛을 막아주는 역할을 한다. 또한, 펌핑소스(Pumping source)로는 앞에서 말한 것과 같이 980 nm, 1480 nm의 반도체 레이저 다이오드가 사용되고 있다.The wavelength division multiplexer (WDM) serves to multiplex the wavelengths of 1550 nm band and pump wavelengths, which are different input signals, to the same EDF. In addition, the optical isolator prevents light of unwanted wavelengths from being returned to the EDF by reflection by allowing the light to travel in only one direction. In addition, as described above, a 980 nm and 1480 nm semiconductor laser diode is used as the pumping source.
이러한 펌핑 방향은 입력신호의 방향과 반드시 일치해야 하는 것은 아니다. 이러한 순방향 펌핑 구조는 펌핑 방향이 반대인 역방향 펌핑 구조에 비해서 입력단에서 SNR(Signal to noise ratio)비가 우수한 좋은 특성을 얻을 수 있다. 반면 역방향 펌핑 구조는 효율이 좋기 때문에 많은 출력을 낼 수가 있다. 또한 각각의 펌핑 구조를 혼합하여 양방향 펌핑 를 갖도록 설계하기도 한다.This pumping direction does not necessarily have to match the direction of the input signal. Such a forward pumping structure has a good signal-to-noise ratio (SNR) ratio at the input stage compared to the reverse pumping structure in which the pumping direction is opposite. The reverse pumping structure, on the other hand, is very efficient and can produce a lot of power. It is also designed to have bidirectional pumping by mixing each pumping structure.
이러한 EDFA의 특성은 광신호의 특성이나 변조방식, 대역폭 및 전송속도에 무관하게 신호를 증폭할 수 있다는 것에 있고, 일반적으로 1530nm에서 1560nm의 파장 범위에서 광대역의 이득을 얻을 수 있으며, 30dB이상의 높은 소신호 이득을 얻을 수 있는 반면 3dB에서 6dB사이의 낮은 잡음지수를 가지고 낮은 편광의존도를 얻을 수 있는 장점이 있다.The characteristics of EDFA are that the signal can be amplified regardless of the characteristics of the optical signal, modulation method, bandwidth, and transmission rate. In general, the gain of the broadband can be obtained in the wavelength range of 1530 nm to 1560 nm, and the high frequency of 30 dB or more is achieved. While the signal gain can be obtained, it has the advantage of low polarization dependency with a low noise figure between 3dB and 6dB.
이러한 광섬유증폭기는 여러 가지의 용도를 지닌다. 먼저 송신단 바로 다음에서 전력증폭 또는 중계 거리를 높이기 위해 광선로로 입사되는 신호를 크게 증폭시켜주는 부스터 증폭기(Booster Amplifier)로 사용되고, 중계 구간사이에서 전송중 감소된 신호를 다시 증폭시켜주는 인라인 증폭기(In-line amplifier)로 사용되고, 직접 검파 수신기의 수신감도의 향상을 위해 낮은 잡음지수로 수신 광신호를 증폭하는 전치 증폭기(pre-amplifier)로 사용되기도 한다.Such optical fiber amplifiers have many uses. First, it is used as a booster amplifier that greatly amplifies the signal incident to the optical path to increase the power amplification or relay distance immediately after the transmitter, and an inline amplifier that amplifies the reduced signal during transmission between the relay sections again. It is also used as a pre-amplifier to amplify a received optical signal with a low noise figure to improve the receiver sensitivity of a direct detection receiver.
이를 위하여 도3로 보인 바와 같은 이득 평탄 필터를 설치한 예를 도시하였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이 각 파장별로 분산 보상되어 일정한 출력을 얻도록 한 광섬유 증폭기는 이득 평탄 필터를 중간과 끝 부분에 삽입할 수 있으며, 끝에 위치하는 것보다 중간 부분에 위치하는 것이 필터의 손실이 그대로 전체 증폭기의 손실로 되지 않을 뿐만 아니라 2단에서 펌프를 할 수 있어 이득을 더높게 하여 장거리를 전송할 수 있고 더 많은 채널을 이용할 수 있으며 일단증폭기에 비해 잡음지수를 줄일 수 있다. 이러한 종래의 기술은 실제 전송구간에서 각 구간 사이의 전송로의 차이로 인해 증폭기로 들어오는 입력신호 -3 dBm을 기준으로 ±2 dB의 동적 범위(dynamic range)를 가지고 채널당 10 Gb/s 시스템에서는 광섬유 분산으로 인한 신호의 왜곡이 생긴다. 이와 같이 광섬유증폭기로 들어오는 입력이 달라진다면 평균 반전(Inversion)이 변하게 되어 채널 별로 출력차이가 발생하여 전송품질을 저하시키게 되고 여러단의 광섬유 증폭기를 지남에 따라 채널간의 이득의 차이가 점점 더 커지고 분산으로 인한 신호의 왜곡으로 수신기의 수신감도를 저하 시키게 되는 문제점이 있다.To this end, an example in which a gain flat filter as shown in FIG. 3 is installed is shown. As can be seen, a fiber amplifier with dispersion compensation compensated for each wavelength to achieve a constant output can insert a gain flattening filter in the middle and the end, with the loss of the filter being in the middle rather than at the end. Not only is this not a loss of the entire amplifier, it can also be pumped in two stages, allowing higher gain for longer distances, more channels available, and reduced noise figure compared to a single amplifier. This conventional technique has a dynamic range of ± 2 dB based on the input signal -3 dBm coming into the amplifier due to the difference in the transmission path between the sections in the actual transmission section, and the optical fiber in the 10 Gb / s system per channel. Distortion causes signal distortion. If the input to the fiber amplifier is changed as above, the average inversion will be changed, resulting in output difference for each channel, which will reduce the transmission quality. There is a problem in that the reception sensitivity of the receiver is reduced due to the distortion of the signal.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 각 구간 사이의 전송로 차이로 인하여 입력신호 레벨이 변화함에도 불구하고 EDFA 출력 레벨이 일정하도록 하고 분산보상을 실시함으로써 이득 평탄도가 우수한 파장 분할 다중화 시스템용 다단 광섬유 증폭기를 제공하기 위한 것이다.In order to solve this problem, an object of the present invention is to use a wavelength division multiplexing system having excellent gain flatness by making the EDFA output level constant and performing the dispersion compensation even though the input signal level is changed due to the transmission path difference between the sections. To provide a multi-stage fiber amplifier.
도1은 종래의 광대역 종합 정보 통신망을 보인 설명도.1 is an explanatory diagram showing a conventional broadband comprehensive information communication network.
도2는 종래의 파장분할 다중화 시스템용 광섬유 증폭기를 보인 설명도.2 is an explanatory diagram showing a conventional optical fiber amplifier for wavelength division multiplexing system.
도3은 본 발명에 의한 파장 분할 다중화 시스템용 다단 광섬유 증폭기를 보인 설명도.3 is an explanatory diagram showing a multi-stage optical fiber amplifier for wavelength division multiplexing system according to the present invention;
도4는 본 발명에 의한 파장대별 입력신호에 따른 출력 전력 도표.Figure 4 is an output power chart according to the input signal for each wavelength band according to the present invention.
도5는 본 발명에 의한 구체적인 실시예를 보인 구성도.Figure 5 is a block diagram showing a specific embodiment according to the present invention.
이러한 목적을 달성하기 위하여 복수개의 EDF1,2,3 (Erbium-doped fiber)의 입력에 각각 펌핑 소스(Pumping source), 파장 분할 다중화기(WDM coupler), 광절연기(Optical isolator) 등을 연결하며, 이들 사이에 이득 평탄 필터(Gain flattering filter)를 접속하여서 된 공지의 것에 있어서, EDF2의 출력측 광절연기에 연결된 DCF( Dispersion Compensation Fiber )와, DCF의 출력측 및 이득 평탄 필터의 사이에 접속된 ATT( Attenuator )를 구비하여서 된 것이다.To achieve this purpose, a pumping source, a wavelength division multiplexer, and an optical isolator are connected to the inputs of a plurality of EDF1, 2, and 3 (Erbium-doped fiber), respectively. In the well-known thing which connected the gain flattering filter between them, the dispersion fiber (DCF) connected to the output side optical isolator of EDF2, and the ATT (Attenuator) connected between the output side and gain flattening filter of DCF ).
이와 같이 된 본 발명은 EDF1,2과 EDF3의 사이에 DCF, 이득 평탄 필터를 설치하였음에도 불구하고, 이들에 의한 손실이 그대로 전체 증폭기의 손실로 되지 않을 뿐만 아니라 2단에서 펌프를 할 수 있어 이득을 더높게 하여 장거리를 전송할 수 있고 채널 별 출력을 고르게 하여 전송 품질을 향상시킬 수 있게 되는 것이어서 신뢰성 높은 출력 신호를 제공하여 수신기의 감도 향상을 도모할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.According to the present invention as described above, although DCF and gain flattening filters are installed between EDF1, 2 and EDF3, the losses due to these are not directly lost to the entire amplifier, but the pump can be pumped in two stages. Higher distances can be transmitted, and the output quality can be improved by uniformly outputting the channels, thereby providing a reliable output signal, which can improve the sensitivity of the receiver.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail with reference to the accompanying drawings as follows.
본 발명은 도3으로 보인 바와 같이 3단 구조로 설계하였으며, 이는 일단증폭기로는 충분한 이득을 얻을 수 없기 때문에 2단 구조로 충분한 펌핑을 해주고 중간 이득 조절을 위하여 감쇄기를 사이에 두어 3단으로 들어 가는 입력을 조절할 수 있게 하였으며, 이러한 3단으로 들어 가는 입력을 재차 증폭하여 입력 채널의 차이로 인한 이득의 불균형을 해소하여 평탄화된 이득을 얻게 된다.The present invention is designed as a three-stage structure, as shown in Figure 3, because it is not possible to obtain a sufficient gain with a single amplifier, the two-stage structure provides sufficient pumping and the attenuator is placed in between three stages for intermediate gain control. The thin input can be adjusted, and the input to these three stages is amplified again to solve the unbalance of the gain caused by the difference of the input channel to obtain a flattened gain.
이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 1단 내지 3단 광섬유증폭기의 입력에 각각 광절연기 및 파장 분할 다중화기 그리고 펌핑 소스를 연결하였으며, 1단 내지 3단 광섬유증폭기의 출력에 광절연기를 접속하되, 2단 광섬유증폭기의 출력과 3단 광섬유증폭기의 입력에 연결된 파장 분할 다중화기 사이에 연결된 이득 평탄 필터(Gain flattering filter)를 구비하여서 된 공지의 것에 있어서,As can be seen from the present invention, the optical isolator, the wavelength division multiplexer and the pumping source are connected to the inputs of the 1 to 3 stage optical fiber amplifiers, respectively, and the optical isolator is connected to the output of the 1 to 3 stage optical fiber amplifiers. In the known art comprising a gain flattering filter connected between the output of a two-stage fiber amplifier and the wavelength division multiplexer connected to the input of the three-stage fiber amplifier,
2단 광섬유증폭기의 출력측 광절연기에 연결된 DCF( Dispersion Compensation Fiber )와, DCF의 출력측 및 이득 평탄 필터의 사이에 접속된 ATT(감쇄기: Attenuator )를 구비하여서 된 것이다.A DCF (Dispersion Compensation Fiber) connected to the output side optical isolator of the two-stage optical fiber amplifier and an ATT (Attenuator) connected between the output side of the DCF and the gain flattening filter.
이와 같이 된 본 발명은 먼저 펌프 레이저다이오드의 출력이 1단 광섬유증폭기 내지 3단 광섬유증폭기에 가하여 지면서 여기상태로 되고, 에르븀이온이 여기상태가 되며, 이러한 상태에서 입력광신호가 광절연기를 통하여 방향성이 결정된후 파장분할다중화기를 통과하면서 광섬유증폭기에 가하여짐으로서 광신호 증폭 상태가 된다. 이러한 과정에서 본 발명은 펌프레이저다이오드의 출력과 함께 입력신호가 -3 dBm을 기준으로 ±2 dB의 변화를 분산 보상 광섬유(DCF : Dispersion Compensation Fiber)로 분산 보상시켰으며, 이득이 평탄하고 잡음지수는 6dB 이하로 나오는 2단 광섬유증폭기를 이용하여 2단 광섬유증폭기와 3단 광섬유증폭기 사이에 이득평탄화 필터, ATT(Attenuator) 그리고 DCF에 의한 손실을 보상할 수 있도록 충분하게 증폭한다.According to the present invention, the output of the pump laser diode is first excited by being applied to the single-stage optical fiber amplifier or the three-stage optical fiber amplifier, and the erbium ions are excited, and in this state, the input optical signal is directed through the optical isolator. After the determination is made, the optical signal amplifier is applied to the optical fiber amplifier while passing through the wavelength division multiplexer. In this process, the present invention compensates the variation of the input signal along with the output of the pump laser diode by ± 2 dB based on -3 dBm with dispersion compensation fiber (DCF), the gain is flat and the noise figure Using a two-stage fiber amplifier with less than 6dB, the amplifier amplifies enough between the two-stage fiber amplifier and the three-stage fiber amplifier to compensate for the losses caused by the gain flattening filter, ATT (Attenuator) and DCF.
실례로 입력신호가 -5dBm인 경우 1단 광섬유증폭기의 펌프 전력은 40mW가 되고, EDF2의 펌프 전력은 100mW가 되며 이에 따라 2단 광섬유증폭기의 출력은 16.3dBm가 되며, 이는 DCF, ATT, 이득 평탄 필터에 의한 손실이 13.3dB이 되며, 3단 광섬유증폭기의 입력 전력이 3dBm가 되고 이때의 펌프 전력은 180mW가 되어 출력 전력은 19.5dBm가 되는 것이다.For example, if the input signal is -5dBm, the pump power of the single-stage fiber amplifier is 40mW, the pump power of EDF2 is 100mW, and the output of the two-stage fiber amplifier is 16.3dBm, which is DCF, ATT, gain flatness. The loss caused by the filter is 13.3dB, the input power of the three-stage fiber amplifier is 3dBm, and the pump power is 180mW and the output power is 19.5dBm.
아울러, 입력신호가 -3dBm인 경우 1단 광섬유증폭기의 펌프 전력은 80mW가 되고, 2단 광섬유증폭기의 펌프 전력은 150mW가 되며 이에 따라 2단 광섬유증폭기의 출력은 18.6dBm가 되며, 이는 DCF, ATT, 이득 평탄 필터에 의한 손실이 15.6dB이 되며, 3단 입력 전력이 3dBm가 되고 이때의 펌프 전력은 180mW가 되어 출력 전력은 19.5dBm가 되는 것이다.In addition, when the input signal is -3dBm, the pump power of the 1st stage optical fiber amplifier becomes 80mW, and the pump power of the 2nd stage optical fiber amplifier becomes 150mW and accordingly, the output of the 2nd stage optical fiber amplifier becomes 18.6dBm, which is DCF, ATT The gain caused by the gain flattening filter is 15.6dB, the three-stage input power is 3dBm, and the pump power is 180mW and the output power is 19.5dBm.
또한, 입력신호가 -1dBm인 경우 1단 광섬유증폭기의 펌프 전력은 125mW가 되고, 2단 광섬유증폭기의 펌프 전력은 180mW가 되며 이에 따라 2단 광섬유증폭기의 출력은 19.6dBm가 되며, 이는 DCF, ATT, 이득 평탄 필터에 의한 손실이 16.6dB이 되며, 3단 입력 전력이 3dBm가 되고 이때의 펌프 전력은 180mW가 되어 출력 전력은 19.5dBm가 되는 것이다.In addition, when the input signal is -1dBm, the pump power of the first-stage fiber amplifier is 125mW, the pump power of the two-stage fiber amplifier is 180mW, and accordingly, the output of the two-stage fiber amplifier is 19.6dBm, which is DCF, ATT The gain caused by the gain flattening filter is 16.6dB, the three-stage input power is 3dBm, and the pump power is 180mW and the output power is 19.5dBm.
이러한 본 발명에서는 일례로 이득 평탄 필터의 손실이 2.5 dB, ATT의 손실이 1.5dB, 10 Gb/s로 전송하기 위한 DCF의 손실이 8.9dB이다. 따라서 총 12.9 dB의 손실을 고려하여 시스템을 설계하여야 하므로 2단 광섬유증폭기에서 충분한 이득을 요구하게 되는 것이며, 3단 광섬유증폭기의 입력을 +3dBm로 유지하기 위해서는 입력신호의 세기가 -5 dBm일 때 2단 출력은 최소한 16 dBm이 되어야 한다. 또한, -5dBm보다 큰 power가 들어올 때는 1, 2단 광섬유증폭기의 펌프 전력을 조절하여 평균 반전을 ATT를 사용하여 감쇄시켜 3단으로 들어가는 입력신호의 세기를 +3dBm으로 만들어야한다.In the present invention, for example, the loss of the gain flat filter is 2.5 dB, the loss of ATT is 1.5 dB, and the loss of DCF for transmitting at 10 Gb / s is 8.9 dB. Therefore, the system should be designed considering the total loss of 12.9 dB. Therefore, sufficient gain is required in the two-stage fiber amplifier. When the input signal is -5 dBm to maintain the input of the three-stage fiber amplifier at +3 dBm, The second stage output should be at least 16 dBm. In addition, when power greater than -5dBm comes in, the pump power of the 1st and 2nd stage optical fiber amplifiers should be adjusted to attenuate the average reversal using ATT to make the intensity of the input signal into the 3rd stage + 3dBm.
이와 같이 본 발명은 1, 2단 광섬유증폭기의 펌프 전력과 ATT의 감쇄도를 조절하여 줌으로써 1,2단 광섬유 증폭기의 EDF 길이를 19 m와 11m로 하였을 때 입력신호가 -1 dBm에서는 125 mW와 180 mW, -3 dBm에서는 80 mW와 150 mW 그리고 -5 dBm 일 때는 40 mW와 100 mW로 펌프를 해주어 각각 DCF, ATT, 이득 평탄 필터에 의한 손실이 16.6 dB, 15.6 dB, 13.3 dB인 경우 3단 광섬유증폭기의 EDF의 길이를 26 m로 하여 19.5 dBm의 출력이 발생되는 것이고, 6 dB이내의 낮은 잡음지수를 가진 증폭기를 얻을 수 있게 되었다.As such, the present invention adjusts the pump power of the 1st and 2nd stage optical fiber amplifiers and the attenuation degree of the ATT so that when the EDF lengths of the 1st and 2nd stage optical fiber amplifiers are 19 m and 11 m, the input signal is 125 mW and -1 dBm. Pumping at 80 mW, 150 mW at -3 dBm, and 40 mW and 100 mW at -5 dBm, respectively, results in losses of 16.6 dB, 15.6 dB and 13.3 dB due to DCF, ATT and gain flattening filters, respectively. However, when the length of EDF of the fiber amplifier is 26 m, the output of 19.5 dBm is generated and the amplifier with low noise figure within 6 dB can be obtained.
이와 같이 하여 본 발명은 1530 nm에서 1560 nm 까지 30nm대역에서 ±0.35 dB의 이득 평탄도를 얻었으며, 이러한 결과를 도4의 도표로 도시하였다.Thus, the present invention obtained gain flatness of ± 0.35 dB in the 30 nm band from 1530 nm to 1560 nm, and these results are shown in the diagram of FIG.
따라서, 입력신호가 -3 dBm을 기준으로 ±2 dB의 변화를 분산 보상 광섬유(DCF : Dispersion Compensation Fiber)로 분산 보상할 수 있게 되는 것이며, 이득의 평탄화가 가능하게 되는 것이다.Accordingly, the variation of the input signal by ± 2 dB based on -3 dBm can be compensated by dispersion compensation fiber (DCF: Dispersion Compensation Fiber), and the gain can be flattened.
도5에서 이러한 1, 2단 광섬유증폭기의 펌프 전력을 조절하기 위한 구체적인 수단을 도시하였으며, 또한, 평균 반전율을 조절하기 위하여 감쇄기의 감쇄도 조절을 위한 구체적인 수단을 도시하였다.FIG. 5 illustrates specific means for controlling the pump power of the first and second stage optical fiber amplifiers, and also illustrates specific means for controlling the attenuation of the attenuator to control the average inversion rate.
이에서 볼 수 있는 바와 같은 실시예에서는 1단 내지 3단 광섬유증폭기의 입력에 각각 광절연기 및 파장 분할 다중화기 그리고 펌핑 소스를 연결하였으며, 1단 내지3단 광섬유증폭기의 출력에 광절연기를 접속하되, 2단 광섬유증폭기의 출력과 3단 광섬유증폭기의 입력에 연결된 파장 분할 다중화기 사이에 연결된 이득 평탄 필터(Gain flattering filter)를 구비하여서 된 공지의 것에 있어서,In this embodiment, an optical isolator, a wavelength division multiplexer, and a pumping source are connected to the inputs of the first to third stage optical amplifiers, respectively, and an optical isolator is connected to the outputs of the first to third stage optical amplifiers. In the known art comprising a gain flattering filter connected between the output of a two-stage fiber amplifier and the wavelength division multiplexer connected to the input of the three-stage fiber amplifier,
2단 광섬유증폭기의 출력측 광절연기에 연결된 DCF(Dispersion Compensation Fiber)와, DCF의 출력측 및 이득 평탄 필터의 사이에 접속된 ATT(감쇄기: Attenuator)와, 제1,2커플러와, 제1커플러의 출력에 접속된 제3커플러와, 제3커플러와 연결된 1530nm 밴드패스 필터 및 1560nm밴드패스 필터와, 이들 밴드패스 필터의 출력에 연결된 제1,2디텍터와, 제1,2디텍터의 출력을 증폭하기 위한 증폭기와, 증폭기의 출력과 제어컴퓨터로부터의 제어 출력을 제공받아 펌핑소스로서의 레이져다이오드를 제어하기 위한 펌프레이져콘트롤러와, 제2커플러에 연결된 광학전력계와, 광학전력계의 출력과 제어컴퓨터로부터의 출력을 제공받아 ATT의 감쇄도를 전압제어하기 위한 광학 ATT콘트롤러를 구비하여서 된 것이다. 이와 같이 된 본 발명은 전술한 과정으로 3단 광섬유증폭기의 입력측으로 광신호가 입사되면 이중의 일부는 제2커플러에 의하여 포토다이오드에 가하여 지고 이는 그 세기에 상응하여 빛을 발하게 되므로 광학전력계에 의하여 측정되어 소정의 값으로 출력된다. 이러한 상태는 제어컴퓨터의 입력포트에 공급되어 제어컴퓨터는 해당 신호 입력을 아날로그에서 디지털신호가 신호변환한 후 3단 광섬유증폭기의 출력이 전술한 바와 같은 19.5dBm의 최종 이득을 낼 수 있도록 하기 위하여 프로그램에 의하여 미리 맵핑한 대응값에 해당하는 출력을 발생하게 되는 것이고, 이에 따라 상응하는 값을 펌프레이져다이오드콘트롤러 및 광학ATT콘트롤러로 인가하여 줌으로써 1,2단 광섬유증폭기에 의하여 최적의 증폭이 실시될 수 있도록 함과 아울러 ATT의 감쇄도를 조절하는 것이다. 이에 따라 DCF, ATT, 이득평탄필터에 의한 감쇄에도 불구하고 3단 광섬유증폭기의 입력에는 3dBm의 균일 크기의 입력 신호가 인가되는 것이고, 이에 따라 그 출력에는 180mW의 출력이 발생되는 것이어서 19.5 dBm의 균일한 이득을 제공할 수 있게 되는 것이다.DCF (Dispersion Compensation Fiber) connected to the output side isolator of the two-stage optical fiber amplifier, ATT (Attenuator) connected between the output side of the DCF and the gain flattening filter, the output of the first and second couplers, and the first coupler A third coupler connected to the first coupler, a 1530 nm bandpass filter and a 1560 nm bandpass filter connected to the third coupler, first and second detectors connected to the outputs of the bandpass filters, and amplifying the outputs of the first and second detectors. A pump laser controller for controlling the laser diode as a pumping source by receiving the amplifier, the output of the amplifier and the control output from the control computer, an optical power meter connected to the second coupler, the output of the optical power meter and the output from the control computer. It is provided with an optical ATT controller for voltage control of the attenuation of the ATT. According to the present invention as described above, when an optical signal is incident to the input side of the three-stage optical fiber amplifier, a part of the two is applied to the photodiode by the second coupler, which emits light corresponding to the intensity, and thus is measured by the optical power meter. And a predetermined value is output. This state is supplied to the input port of the control computer so that the control computer can convert the signal input from analog to digital signal so that the output of the three-stage fiber amplifier can achieve the final gain of 19.5 dBm as described above. By generating an output corresponding to the corresponding mapped value in advance, the optimum amplification can be performed by the one or two stage optical fiber amplifier by applying the corresponding value to the pump laser diode controller and the optical ATT controller. In addition to controlling the attenuation of the ATT. Thus, despite the attenuation by the DCF, ATT, and gain flattening filter, an input signal of 3 dBm uniform size is applied to the input of the three-stage optical fiber amplifier. As a result, an output of 180 mW is generated at the output, resulting in a uniformity of 19.5 dBm. It can provide a benefit.
아울러, 이러한 실시예에서 제1,2커플러는 1:99의 통과 비율을 갖는 것으로 하여 커플러의 사용으로 인한 손실을 억제하고, 제3커플러는 50:50으로 입력을 분할하여 두 개의 밴드패스필터에 공급하게 되는 것인바, 이러한 통과 비율을 설계 사양에 따라 적절히 가감되어야 함은 물론이다.In addition, in this embodiment, the first and second couplers have a pass ratio of 1:99, thereby suppressing the loss due to the use of the coupler, and the third coupler divides the input by 50:50 to the two bandpass filters. Of course, this pass rate must be appropriately added or subtracted according to design specifications.
아울러, 본 발명에서는 ATT가 전압제어방식으로 구동되도록 하는 것이나, 기타 다른 제어 방식을 적용할 수도 있음은 물론이다.In addition, in the present invention, the ATT is driven by the voltage control method, or other control methods may be applied.
이와 같이 하여 본 발명은 채널 당 10 Gb/s이고 총 채널수가 32채널이어서 320 Gb/s로 설계된 시스템에서 DCF를 사용하여 분산 보상을 실시하고 입력이 -3 dBm를 기준으로 ±2 dB로 변하는 경우에도 펌프 전력과 ATT의 감쇄도를 조절하여 일정한 출력을 제공할 수 있게 되는 것이어서 채널 별 출력을 고르게 하여 전송 품질을 향상시킬 수 있게 되는 것이어서 신뢰성 높은 출력 신호를 제공하여 수신기의 감도 향상을 도모할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.In this way, the present invention performs dispersion compensation using DCF in a system designed for 320 Gb / s because the total number of channels is 10 Gb / s per channel and 32 channels, and the input changes to ± 2 dB based on -3 dBm. It is possible to provide constant output by adjusting pump power and attenuation degree of ATT. Therefore, it is possible to improve output quality by uniformly outputting each channel, thus providing a reliable output signal and improving receiver sensitivity. It has a useful effect.
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