KR20040026396A - 대역 선택이 가능한 광증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 대역 선택이 가능한 광증폭기는 입력 신호의 파워를 증가시키기 위해 증폭매체에서의 밀도반전이 발생되도록 하는 제 1펌핑 광원, 제 1펌핑 광원의 펌핑광과 입력 신호를 결합시키는 제 1광결합기, 펌핑광에 의해 희토류 원소가 여기되어 단파장 대역의 입력 신호를 증폭시키는 제 1증폭부, 펌핑광에 의해 희토류 원소가 여기되어 장파장 대역의 입력 신호를 증폭시키는 제 2증폭부 및 입력 신호의 대역에 따라 제 1광결합기의 출력광이 제 1 증폭부 및 제 2 증폭부 중 적어도 어느 하나로 인가되도록 하는 제 1광스위치를 구비하여 각각 독립적으로 구현되던 L 밴드 광증폭기와 C 밴드 광증폭기를 하나의 광증폭기로 구현함으로써 하나의 광증폭기로 사용자가 원하는 대역을 선택적으로 증폭할 수 있도록 해준다.

Description

대역 선택이 가능한 광증폭기{Band selectable Optical Amplifiers}
본 발명은 희토류 첨가 광섬유(RDF: Rare-earth Doped Fiber, 이하 'RDF'라 칭함)를 이용한 광증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, RDF 중간에 광스위치를 삽입하여 서로 다른 대역의 광증폭기를 선택적으로 사용할 있는 광증폭기에 관한 것이다.
일반적으로 광통신 시스템에는 신호의 손실을 보상하기 위해광증폭기(Optical Amplifier)가 사용된다. 이러한 광증폭기는 장거리 광통신에 따른 광신호의 감쇠를 보완하기 위하여 광신호를 증폭하는 장치이다.
특히, 희토류 원소를 첨가하여 광신호 자체를 광전 변환없이 직접 증폭하는 광증폭기는 증폭효율이 뛰어나고, 노이즈 발생을 억제할 수 있어 현재 장거리 광전송 시스템에서 거의 필수적인 요소로서 대부분의 장거리 시분할다중(TDM) 및 파장분할다중(WDM) 시스템에 사용되고 있다.
파장분할다중 전송에 있어서 전송용량의 증대를 위해 대역폭을 확장하고 있으며 특히 RDF를 이용한(RDF 중 가장 많이 사용되는 것이 EDF(Erbium Doped Fiber)임) 광증폭기의 사용 가능한 대역인 기존 C 밴드와 L 밴드가 주로 활용되고 있으며 그 특성상 두 대역에서 사용되는 광증폭기는 독립적으로 제작되어야 한다.
초기의 광증폭기는 1530 ∼ 1560 ㎚(C 밴드) 대역에서 증폭 특성을 갖도록 설계된 것으로 다파장을 동시에 증폭할 수 있다는 장점 때문에 파장분할 다중화 방식에 폭넓게 적용되고 있다.
그 이후에도 전송용량의 확대를 위해 새로운 대역인 1565 ∼ 1610 ㎚(L 밴드)에서도 전송하기 위해 새로운 대역의 광증폭기가 개발되었다.
이러한 두 광증폭기의 차이는 희토류 원소의 밀도반전 상태이며, C 밴드에서는 완전밀도반전(100 %)이 이루어져야 하고 L 밴드에서는 일부(30 ∼ 40 %)만 밀도반전이 되어야 한다.
이를 실제로 광증폭기로 구현하기 위한 방법으로 동일한 여기 광파워에서 RDF의 길이를 달리하는 것이 일반적이다.
일반적으로 RDF에 첨가된 희토류 원소의 농도에 따라 달라지지만, C 밴드 광증폭기에는 10 ∼ 20 m 정도 길이의 RDF가 사용되고 L 밴드 광증폭기에는 50 ∼ 200 m 정도 길이의 RDF가 사용된다.
특히 L 밴드 광증폭기의 경우에 증폭 효율이 낮아서 여기 파워가 C 밴드 광증폭기보다 많이 요구되기 때문에 일반적으로 다단계에 걸친 여기 광원을 사용하기도 한다.
이처럼 C 밴드에 사용되는 경우에는 일반적으로 짧은 길이가 사용되고 L 밴드에 사용되는 경우에는 C 밴드보다 5배 이상의 긴 길이가 요구되므로 두 대역에서 모두 사용할 수 있는 광증폭기는 구현이 불가능하여 각각 독립적으로 구성하여 사용하였다.
따라서, 상술한 문제점을 감안한 본 발명의 목적은 서로 다른 대역(C 밴드, L 밴드)의 광신호를 선택적으로 증폭할 수 있는 대역 선택이 가능한 증폭기를 구현하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 대역 선택이 가능한 광증폭기의 제 1실시예를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 대역 선택이 가능한 광증폭기의 제 2실시예를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 대역 선택이 가능한 광증폭기의 제 3실시예를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 대역 선택이 가능한 광증폭기의 제 4실시예를 나타내는 구성도.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대역 선택이 가능한 광증폭기는 입력 신호의 파워를 증가시키기 위해 증폭매체에서의 밀도반전이 발생되도록 하는 제 1펌핑 광원, 제 1펌핑 광원의 펌핑광과 입력 신호를 결합시키는 제 1광결합기, 펌핑광에 의해 희토류 원소가 여기되어 단파장 대역의 입력 신호를 증폭시키는 제 1증폭부, 펌핑광에 의해 희토류 원소가 여기되어 장파장 대역의 입력 신호를 증폭시키는 제 2증폭부 및 입력 신호의 대역에 따라 제 1광결합기의 출력광이 제 1 증폭부 및 제 2 증폭부 중 적어도 어느 하나로 인가되도록 하는 제 1광스위치를 구비한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 대역선택이 가능한 광증폭기의 제 1실시예를 나타내는 구성도이다.
제 1펌핑 광원(11)은 펌프 LD(Laser Diode)로 이득매질인 RDF의 희토류 원소를 들뜬 상태로 여기시키기 위한 펌핑광을 출사하여 입력된 신호의 파워를 증가시키기 위해 증폭매체에서의 밀도반전이 발생되도록 한다.
제 1파장결합기(12)는 제 1펌핑 광원(11)으로부터의 펌핑광과 입력 신호를 결합시켜 증폭매체인 RDF(16)로 보낸다.
제 1광스위치(13)는 입력되는 신호의 대역에 따라 전기적 또는 기계적 제어에 의해 스위칭되어 제 1파장결합기(12)에 의해 결합된 광신호가 서로 다른 길이의 RDF로 선택적으로 전송될 수 있도록 해준다.
제 1광아이솔레이터(14) 및 제 2광아이솔레이터(15)는 입력되는 신호광에 대해 반사된 빛은 차단하고 투과된 빛은 통과시킨다. 그래서 증폭매체인 RDF(17)에서 나오는 자연방출광(ASE, Amplified Spontaneous Emission)이 광신호의 입력 또는 출력 단자에서 반사되어 다시 증폭매체(RDF)(17)로 들어가서 증폭효율을 떨어뜨리는 것을 방지한다.
상술된 구성요소로 이루어진 본 발명의 대역 선택이 가능한 증폭기의 동작을 간략하게 설명하면, 제 1펌핑 광원(11)으로부터 출사된 펌핑광은 제 1파장결합기(12)에서 입력 신호와 결합되어 증폭매체인 첫번째 RDF(16)로 입사된다.
입력된 펌핑광은 희토류 원소를 들뜬 상태로 여기시켜 신호광을 유도방출 현상에 의해 증폭시키면서 제 1광스위치(13)쪽으로 가게한다.
이때, 입력되는 신호가 이득이 작은 L 밴드에 속하는 경우 제 1광스위치(13)는 첫번째 증폭매체(RDF)(16)를 장파장 대역의 광신호를 증폭하기 위한 긴 길이의 RDF(16)와 연결시킨다. 이러한 광스위치(13)는 미도시된 제어부가 입사되는 광신호를 모니터링하여 그 입력 신호의 대역에 따라 발생시키는 선택 신호에 따라 스위칭동작이 전기적으로 제어되거나 사용될 입력 신호의 대역에 따라 미리 해당 길이의 RDF와 연결되도록 기계적으로 제어될 수 있다.
광스위치(13)를 통해 RDF(17)로 입사된 광신호는 다시 희토류 첨가 광섬유를 통과하여 증폭된 다음 제 1광아이솔레이터(14)를 거쳐 출력된다.
반면에, 입력되는 신호가 C 밴드에 속하는 경우 광스위치(13)는 첫번째 증폭매체(RDF)(16)를 거쳐 증폭된 신호를 광아이솔레이터(15)를 거쳐 출력하도록 설정한다.
도 2는 본 발명에 따른 대역 선택이 가능한 광증폭기의 제 2실시예를 나타내는 구성도이다.
본 실시예에서는 상술된 제 1실시예에서 L 밴드 용RDF(17)에 제 1펌핑광원(11)과 반대 방향으로 펌핑광을 입사시키기 위한 제 2펌핑 광원(19) 및 제 2파장결합기(20)를 더 구비한 구조이다.
즉, 제 1광아이솔레이터(14) 전단에서 제 1광스위치(13) 방향으로 펌핑광을 입사시켜 L 밴드에서의 증폭 이득 및 출력을 증대시켜준다.
도 3은 본 발명에 따른 대역 선택이 가능한 증폭기의 제 3 실시예를 나타내는 구성도이다.
본 실시예에서는 상술된 실시예에서 각 대역별로 서로 다른 광아이솔레이터(14, 15)를 사용했던 것과 달리 동일한 하나의 제 3광아이솔레이터(21)만을 사용할 수 있도록 한 구조이다.
이를 위해 제 3광아이솔레이터(21) 전단에 L 밴드 용 RDF(17)에서 증폭된 광신호와 C 밴드 용 RDF(18)에서 증폭된 광신호를 선택적으로 제 3광아이솔레이터(21)로 출력하기 위한 제 2광스위치(22)가 더 구비된다.
제 2광스위치(22)의 기능 및 동작은 상술된 제 1 광스위치(13)와 동일한다.
도 4는 본 발명에 따른 대역 선택이 가능한 광증폭기의 제 4실시예를 나타내는 구성도이다.
본 실시예는 제 3실시예에서 L 밴드에서의 증폭 이득 및 출력을 증대시키기 위해 제 2광스위치(22)의 전단에서 제 1펌핑 광원(11)에 의한 펌핑광의 진행방향과 반대 방향으로 펌핑광을 입사시키기 위한 제 2펌핑 광원(19) 및 제 2파장결합기(20)를 더 구비한 구조이다.
상술한 바와 같이, 광스위치를 구비하여 각각 독립적으로 구현되던 L 밴드 광증폭기와 C 밴드 광증폭기를 하나의 광증폭기로 구현함으로써 하나의 광증폭기로 사용자가 원하는 대역을 선택적으로 증폭할 수 있다.

Claims (6)

  1. 입력 신호의 파워를 증가시키기 위해 증폭매체에서의 밀도반전이 발생되도록 하는 제 1펌핑 광원;
    상기 제 1펌핑 광원의 펌핑광과 입력 신호를 결합시키는 제 1광결합기;
    상기 펌핑광에 의해 희토류 원소가 여기되어 단파장 대역의 입력 신호를 증폭시키는 제 1증폭부;
    상기 펌핑광에 의해 희토류 원소가 여기되어 장파장 대역의 입력 신호를 증폭시키는 제 2증폭부; 및
    상기 입력 신호의 대역에 따라 상기 제 1광결합기의 출력광이 상기 제 1 증폭부 및 상기 제 2 증폭부 중 적어도 어느 하나로 인가되도록 하는 제 1광스위치를 구비하는 대역 선택이 가능한 광증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1증폭부 및 제 2증폭부는
    서로 다른 길이의 희토류 첨가 광섬유; 및
    상기 희토류 첨가 광섬유를 통해 입력되는 신호광에 대해 반사된 빛은 차단하고 투과된 빛은 통과시키는 광아이솔레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 대역 선택이 가능한 광증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    펌핑광을 발생시키는 제 2펌핑 광원; 및
    상기 제 1펌핑 광원에 의한 펌핑광과 반대방향으로 상기 제 1펌핑 광원의 펌핑광을 상기 제 1증폭부의 희토류 첨가 광섬유에 겹합시키는 제 2광결합기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대역 선택이 가능한 광증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1증폭부 및 상기 제 2증폭부는 희토류 첨가 광섬유인 것을 특징으로 하는 대역 선택이 가능한 광증폭기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1증폭부 및 상기 제 2증폭부에서 증폭된 신호를 선택적으로 출력하는 제 2광스위치; 및
    상기 제 2광스위치를 통해 입력되는 신호광에 대해 반사된 빛은 차단하고 투과된 빛은 통과시키는 광아이솔레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 대역 선택이 가능한 광증폭기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    펌핑광을 발생시키는 제 2펌핑 광원; 및
    상기 제 1펌핑 광원에 의한 펌핑광과 반대방향으로 상기 제 1펌핑 광원의 펌핑광을 상기 제 1증폭부에 겹합시키는 제 2광결합기를 더 구비하는 것을 특징으로하는 대역 선택이 가능한 광증폭기.
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