KR20050062864A - 하이브리드 광대역 광원 - Google Patents

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김상호
황성택
심창섭
오윤제
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Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 광대역 광원은, 증폭된 자발 방출광(ASE)을 생성하기 위한 ASE 광원 모듈과; 상기 ASE 광원 모듈과 직렬 연결되며, 입력된 상기 ASE를 증폭하기 위한 이득 매질과; 펌프광을 생성하기 위한 펌프 광원과; 상기 펌프광을 상기 이득 매질에 제공하기 위한 파장 선택 결합기를 포함한다.

Description

하이브리드 광대역 광원{HYBRID BROAD-BAND LIGHT SOURCE}
본 발명은 광통신 장치(optical communication device)에 관한 것으로서, 특히 광대역 광원에 관한 것이다.
최근 미래의 초고속 광가입자망의 기술적 방법으로 각광을 받고 있는 WDM-PON(Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network)을 구성하는데 있어서 저가형 광대역 광원(Broadband Light Source)의 개발이 요구되고 있다. 이 광대역 광원은 파장 잠김 페브리-페롯형 레이저 다이오드(wavelength locked FP-LD)와 함께 여러 가입자를 동시에 수용하기 위해 중요한 역할을 한다. 또한, EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)를 이용한 광통신 시스템에 사용되는 각종 광통신용 소자의 경우, 신호 파장 범위(1530nm ~ 1570nm, 1570nm ~ 1610nm)에 있어서의 광학적 특성을 측정하는데도 광대역 광원이 반드시 필요하다. 기존에 제작 판매되고 있는 광대역 광원의 경우, 주로 할로겐 램프(halogen lamp)를 이용한 백색 광원(White Light Source)이나 ASE(Amplified Spontaneous Emission)를 출력하는 EDFA의 및 EELED(Edge-Emitting Light Emitting Diode), SLD(Super Luminescent Diode)를 이용한다. 그러나 백색 광원과 EELED는 저출력으로 WDM-PON용 광원으로는 부적합하며, 상대적으로 높은 출력을 내는 SLD도 실질적으로 WDM-PON의 광대역 광원으로 쓰이기에는 출력과 대역폭이 EDFA에 비해 다소 부족하다. 그리고, EDFA의 경우에는 실제 광대역 광원으로 상용화되어 있으나, 실제로 WDM-PON 광원으로 사용하기 위해서는 넓은 파장 대역에 걸쳐 높은 출력이 필요한데, 이를 얻으려면 구조가 복잡해지고 가격적인 면에서 경제적이지 못한 단점을 안고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광대역 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 광대역 광원(100)은 제1 및 제2 어븀 첨가 광섬유들(140,145)과, 제1 및 제2 펌프 레이저 다이오드(pump laser diode: pump LD, 120,125)와, 제1 및 제2 파장 선택 결합기(wavelength selective coupler: WSC, 130,135)와, 대역 통과 필터(bandpass filter: BPF, 160)와, 제1 및 제2 아이솔레이터(isolator: ISO, 150,155)를 포함한다. 상기 제1 파장 선택 결합기(130), 제1 어븀 첨가 광섬유(140), 제1 아이솔레이터(150), 대역 통과 필터(160), 제2 어븀 첨가 광섬유(145), 제2 파장 선택 결합기(135), 그리고 제2 아이솔레이터(155)는 제1 광도파로(110)를 이용하여 직렬 연결된다. 상기 제1 펌프 레이저 다이오드(120)는 제2 광도파로(112)를 이용하여 상기 제1 어븀 첨가 광섬유(140)와 병렬 연결되고, 상기 제2 펌프 레이저 다이오드(114)는 제3 광도파로(114)를 이용하여 상기 제2 어븀 첨가 광섬유(145)와 병렬 연결된다.
상기 제1 펌프 레이저 다이오드(120)는 제1 펌프광을 출력한다.
상기 제1 파장 선택 결합기(130)는 상기 광대역 광원(100)의 종단(102)과 상기 제1 어븀 첨가 광섬유(140) 사이에 배치되고, 상기 제1 펌프광을 상기 제1 어븀 첨가 광섬유(140)에 제공한다.
상기 제1 어븀 첨가 광섬유(140)는 상기 제1 파장 선택 결합기(130)와 상기 제1 아이솔레이터(150) 사이에 배치되고, 상기 제1 펌프광에 의해 펌핑됨에 따라 그 전방 및 후방으로 ASE를 출력한다. 상기 제1 어븀 첨가 광섬유(140)의 후방으로 출력된 ASE는 상기 제1 파장 선택 결합기(130)를 지나 상기 광대역 광원(100)의 종단(102)에 입력되어 소멸된다. 상기 제1 어븀 첨가 광섬유(140)의 전방으로 출력된 ASE는 상기 제1 아이솔레이터(150) 및 대역 통과 필터(160)를 지나 상기 제2 어븀 첨가 광섬유(145)에 입력되어 증폭된 후, 상기 제2 파장 선택 결합기(135) 및 제2 아이솔레이터(155)를 지나 상기 광대역 광원(100)의 출력단(104)을 통해 외부로 출력된다.
상기 제1 아이솔레이터(150)는 상기 제1 어븀 첨가 광섬유(140)와 상기 대역 통과 필터(160) 사이에 배치되며, 상기 제1 어븀 첨가 광섬유(140)로부터 입력된 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단한다.
상기 대역 통과 필터(160)는 상기 제1 아이솔레이터(150)와 상기 제2 어븀 첨가 광섬유(145) 사이에 배치되고, 상기 제1 아이솔레이터(150)를 통과한 ASE를 1541㎚~1559㎚의 파장 대역으로 한정(필터링)함으로써, 상기 파장 대역에서 고출력을 얻도록 한다.
상기 제2 펌프 레이저 다이오드(125)는 제2 펌프광을 출력한다.
상기 제2 파장 선택 결합기(135)는 상기 제2 어븀 첨가 광섬유(145)와 상기 제2 아이솔레이터(155) 사이에 배치되고, 상기 제2 펌프광을 상기 제2 어븀 첨가 광섬유(145)에 제공한다.
상기 제2 어븀 첨가 광섬유(145)는 상기 대역 통과 필터(160)와 상기 제2 파장 선택 결합기(135) 사이에 배치되고, 상기 대역 통과 필터(160)를 통과한 ASE를 증폭하여 출력한다.
상기 제2 아이솔레이터(155)는 상기 제2 파장 선택 결합기(135)와 상기 광대역 광원(100)의 출력단(104) 사이에 배치되며, 상기 제2 파장 선택 결합기(135)를 통과한 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단한다.
도 2는 도 1에 도시된 광대역 광원의 위치별 ASE 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 2에는 A 위치의 제1 스펙트럼(210)과, B 위치의 제2 스펙트럼(220)과, C 위치의 제3 스펙트럼(230)이 도시되어 있다. 제1 스펙트럼(210)은 제3 스펙트럼(230)에 비해 파워가 매우 낮으며, A위치의 ASE는 상기 제2 어븀 첨가 광섬유(145)에 대한 시드(seed) 역할을 한다.
그러나, 상기 광대역 광원(100)은 시드 역할을 하는 ASE의 생성을 위해 고가의 소자들을 사용하므로 비경제적이고, 상기 ASE는 상기 대역 통과 필터(160)에서 특정 파장 대역 이외의 부분이 제거되므로 비효율적이라는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래보다 경제적이고 효율적으로 선택적인 파장 대역에서 고출력을 얻을 수 있는 광대역 광원을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 광대역 광원은, 증폭된 자발 방출광(ASE)을 생성하기 위한 ASE 광원 모듈과; 상기 ASE 광원 모듈과 직렬 연결되며, 입력된 상기 ASE를 증폭하기 위한 이득 매질과; 펌프광을 생성하기 위한 펌프 광원과; 상기 펌프광을 상기 이득 매질에 제공하기 위한 파장 선택 결합기를 포함한다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 하이브리드 광대역 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 광대역 광원(300)은 ASE 광원 모듈(320)과, 제1 및 제2 아이솔레이터(330,335)와, 이득 매질(gain medium: GM, 340)과, 펌프 광원(pump light source: PUMP LS, 350)과, 파장 선택 결합기(360)를 포함한다. 상기 ASE 광원 모듈(320), 제1 아이솔레이터(330), 이득 매질(340), 파장 선택 결합기(360), 그리고 제2 아이솔레이터(335)는 제1 광도파로(310)를 이용하여 직렬 연결된다. 상기 펌프 광원(350)은 제2 광도파로(315)를 이용하여 상기 이득 매질(340)과 병렬 연결된다.
상기 ASE 광원 모듈(320)은 상기 광대역 광원(300)의 종단에 설치되고, ASE를 생성 및 출력한다. 상기 ASE 광원 모듈(320)은 단일 모듈의 반도체 ASE 광원으로서 소망하는 파장 대역을 갖는 저비용의 EELED 또는 SLD를 포함한 저비용의 반도체로 제작된 ASE 광원을 포함할 수 있다.
상기 제1 아이솔레이터(330)는 상기 ASE 광원 모듈(320)과 상기 이득 매질(340) 사이에 배치되고, 상기 ASE 광원 모듈(320)로부터 입력된 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단한다.
상기 펌프 광원(350)은 펌프광을 출력하고, 980㎚ 또는 1480㎚ 파장의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 파장 선택 결합기(360)는 상기 이득 매질(340)과 상기 제2 아이솔레이터(335) 사이에 배치되고, 상기 펌프광을 상기 이득 매질(340)에 제공한다.
상기 이득 매질(340)은 상기 제1 아이솔레이터(330)와 상기 파장 선택 결합기(360) 사이에 배치되고, 펌프광에 의해 펌핑됨에 따라 상기 제1 아이솔레이터(330)를 통과한 ASE를 증폭하여 출력한다. 상기 이득 매질(340)로부터 출력된 증폭된 ASE는 상기 파장 선택 결합기(360) 및 제2 아이솔레이터(335)를 지나 상기 광대역 광원(300)의 출력단(302)을 통해 외부로 출력된다. 상기 이득 매질(340)로서 TDF(Thulium Doped Fiber)를 사용하는 경우에는 1450~1510㎚의 파장 대역에서 높은 파워를 갖는 ASE을 얻을 수 있고, PDF(Praseodymium Doped Fiber)를 사용하는 경우에는 1270~1330㎚의 파장 대역에서 높은 파워를 갖는 ASE를 얻을 수 있다. 기본적으로, 필요한 파장 대역의 ASE를 얻기 위해서는 해당 파장 대역에서 이득 스펙트럼이 큰 이득 매질 및 이를 여기할 수 있는 펌프 광원을 사용하면 된다. 즉, 상기 광대역 광원(300)은 통상적으로 사용 가능한 모든 이득 매질을 이용할 수 있으므로, 상기 광대역 광원(300)의 파장 대역은 특정한 대역으로 한정되지 않고 가용한 모든 범위로 확장 가능하다.
상기 제2 아이솔레이터(335)는 상기 파장 선택 결합기(360)와 상기 광대역 광원(300)의 출력단(302) 사이에 배치되고, 상기 파장 선택 결합기(360)를 지난 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 하이브리드 광대역 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 광대역 광원(400)은 ASE 광원 모듈(420)과, 대역 통과 필터(440)와, 이득 매질(450)과, 펌프 광원(460)과, 파장 선택 결합기(470)와, 제2 아이솔레이터(435)를 포함한다. 상기 ASE 광원 모듈(420), 대역 통과 필터(440), 이득 매질(450), 파장 선택 결합기(470), 그리고 제2 아이솔레이터(435)는 제1 광도파로(410)를 이용하여 직렬 연결된다. 상기 펌프 광원(460)은 제2 광도파로(415)를 이용하여 상기 이득 매질(450)과 병렬 연결된다.
상기 ASE 광원 모듈(420)은 상기 광대역 광원(400)의 종단에 설치되고, ASE를 생성 및 출력한다. 상기 ASE 광원 모듈(420)의 출력단에는 제1 아이솔레이터(430)가 집적되어 있으며, 상기 제1 아이솔레이터(430)는 입력된 상기 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단한다.
상기 대역 통과 필터(440)는 상기 ASE 광원 모듈(420)과 상기 이득 매질(450) 사이에 배치되고, 상기 ASE 광원 모듈(420)로부터 입력된 ASE를 1530㎚~1570㎚의 파장 대역으로 한정(필터링)함으로써, 상기 파장 대역에서 에너지 쏠림 현상을 유발하여 고출력을 얻도록 한다.
상기 펌프 광원(460)은 펌프광을 출력한다.
상기 파장 선택 결합기(470)는 상기 이득 매질(450)과 상기 제2 아이솔레이터(435) 사이에 배치되고, 상기 펌프광을 상기 이득 매질(450)에 제공한다.
상기 이득 매질(450)은 상기 대역 통과 필터(440)와 상기 파장 선택 결합기(470) 사이에 배치되고, 상기 펌프광에 의해 펌핑됨에 따라 상기 대역 통과 필터(440)를 통과한 ASE를 증폭하여 출력한다. 상기 이득 매질(450)로부터 출력된 증폭된 ASE는 상기 파장 선택 결합기(470) 및 제2 아이솔레이터(435)를 지나 상기 광대역 광원(400)의 출력단을 통해 외부로 출력된다.
도 5는 도 4에 도시된 광대역 광원의 위치별 ASE 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 5에는 D 위치의 제1 스펙트럼(510)과, E 위치의 제2 스펙트럼(520)이 도시되어 있다. 제1 스펙트럼(510)을 갖는 D 위치의 ASE가 상기 대역 통과 필터(440) 및 이득 매질(450)을 거침으로써 1540㎚~1560㎚의 파장 대역에서 높은 파워를 보이게 되는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 광대역 광원은 ASE 광원 모듈을 사용함으로써 많은 수의 광소자들을 요구하는 EDFA를 사용하는 종래의 구조에 비하여 경제적이고 효율적이라는 이점이 있다. 또한, 대역 통과 필터를 사용하는 경우에 상기 ASE 광원 모듈의 파장 대역을 조절함으로써 제거되는 ASE의 부분을 최소화할 수 있으므로, 더욱 경제적이고 효율적이라는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광대역 광원의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 광대역 광원의 위치별 ASE 스펙트럼을 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 하이브리드 광대역 광원의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 하이브리드 광대역 광원의 구성을 나타내는 도면,
도 5는 도 4에 도시된 광대역 광원의 위치별 ASE 스펙트럼을 나타낸 그래프.

Claims (6)

  1. 광대역 광원에 있어서,
    증폭된 자발 방출광(ASE)을 생성하기 위한 ASE 광원 모듈과;
    상기 ASE 광원 모듈과 직렬 연결되며, 입력된 상기 ASE를 증폭하기 위한 이득 매질과;
    펌프광을 생성하기 위한 펌프 광원과;
    상기 펌프광을 상기 이득 매질에 제공하기 위한 파장 선택 결합기를 포함함을 특징으로 하는 하이브리드 광대역 광원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 ASE 광원 모듈과 상기 이득 매질 사이에 배치되며, 상기 ASE 광원 모듈로부터 입력된 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단하기 위한 제1 아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 하이브리드 광대역 광원.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파장 선택 결합기와 상기 광대역 광원의 출력단 사이에 배치되며, 상기 파장 선택 결합기를 통과한 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단하기 위한 제2 아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 하이브리드 광대역 광원.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 ASE 광원 모듈과 상기 이득 매질 사이에 배치되며, 상기 ASE 광원 모듈로부터 입력된 ASE를 기설정된 파장 대역으로 한정하기 위한 대역 통과 필터를 포함함을 특징으로 하는 하이브리드 광대역 광원.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 ASE 광원 모듈은 그 출력단에 제1 아이솔레이터가 집적되어 있으며, 상기 제1 아이솔레이터는 입력된 상기 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단함을 특징으로 하는 하이브리드 광대역 광원.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파장 선택 결합기와 상기 광대역 광원의 출력단 사이에 배치되며, 상기 파장 선택 결합기를 통과한 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단하기 위한 제2 아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 하이브리드 광대역 광원.
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