KR20070030490A - 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치에 관한 것으로, 광신호를 증폭하는 광증폭기; 상기 광증폭기의 전방향과 후방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 펌프부; 상기 광증폭기의 입력단으로 입력될 입력 광신호 중 일부에서 복수개의 특정 채널들을 선택하고, 상기 선택된 특정 채널들 각각에 대한 입력 광신호를 전기신호로 검출하는 제 1 검출부; 상기 광증폭기의 출력단에서 출력되는 출력 광신호 중 일부에서 상기 제 1 검출부에서 선택되는 채널들과 같은 복수개의 특정 채널들을 선택하고, 상기 선택된 특정 채널들 각각에 대한 출력 광신호를 전기신호로 검출하는 제 2 검출부; 및 상기 제 1 검출부 및 제 2 검출부에서 검출된 각각의 특정 채널들에 대한 전기신호를 입력받아 상기 각각의 특정 채널들에 대한 광신호 이득의 변화를 판단하고, 상기 광신호 이득 변화에 따라 이를 없애도록 상기 펌프부로 입력되는 인가 전류를 제어하는 제어부;로 구성되어, 자동 이득 제어, 자동 출력 광파워 레벨 제어 및 WDM 출력 평탄도를 유지할 수 있는 광증폭 장치를 제공할 수 있다.

Description

채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치{Apparatus for optical amplifying with function of channel output flattening}
도 1a는 종래의 광전송로의 구성도,
도 1b는 도 1a의 제 1 지점(140)에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼,
도 1c는 도 1a의 제 2 지점(150)에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼,
도 1d는 WDM 채널 출력 평탄화 기능이 없는 경우 도 1a의 제 3 지점(160)에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치의 구성도,
도 4는 도 2와 도 3에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼이다.
본 발명은 파장분할 광전송 시스템에 사용되는 광증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동 이득 제어, 자동 출력 광파워 레벨 제어 및 WDM 광채널 출력의 평탄도 유지를 구현할 수 있는 광증폭기에 관한 것이다.
어븀첨가광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)나 광섬유 라만 증폭기(Fiber Raman Amplifier, FRA) 등의 광증폭기(Optical Amplifier)는 넓은 이득 밴드(gain bandwidth)를 가지고 있어, 파장분할(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 광전송 시스템(이하, 'WDM 광전송 시스템'이라 한다)에서의 증폭기로 유용하게 이용되는 중요한 기술이다.
한편, 최근의 광전송 시스템에서는 전송 용량 못지않게 네트워크로서의 적응성(flexibility)을 가지는 것이 또한 중요한 요소가 되는데, 특히 전송 용량의 조절이 자유롭게 가능하여야 한다. 전송 용량은 전송 신호광의 채널(channel) 개수로 결정되며, 전송 중에 채널의 첨가(add) 또는 드롭(drop)에 의하여 신호광 채널의 전송 성능이 영향을 받아서는 안 된다.
그러나, WDM 광전송 시스템에서 이용되는 광증폭기들은 신호광 채널의 개수가 변화하여 입력 광파워(optical power)가 달라지면, 증폭기에서의 이득(gain)이 달라지며, 출력에서 과도응답특성(transient effects)를 보이게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 광섬유 증폭기에서는 자동 이득 제어(automatic gain control, AGC)의 기능이 필수적이다.
또한, WDM 광전송 시스템에서는 전송 스팬(span)의 구성이 달라지거나 환경적인 요인에 의하여 전송 스팬 손실(span loss)이 달라질 수 있다. 스팬 손실이 달라지면 증폭기의 입력이 달라지므로 출력이 달라지는데, 스팬 손실에 의하여 입력이 달라지더라도 일정한 출력을 얻을 수 있도록 하는 기능이 자동 출력 광파워 레 벨 제어(automatic level control, ALC)로서 이 또한 WDM 광섬유 증폭기에서는 필요한 기능이다.
광증폭기 특히 어븀첨가광섬유 증폭기에서 위에서 설명한 자동 이득 제어와 자동 출력 광파워 레벨 제어의 기능을 구현한 결과는 K. Motoshima(IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol.19, No.11, pp.1759-1767, Nov.2001)에 기재되어 있다.
상기 논문에서는 3단의 이득블록을 가지는 어븀첨가광섬유 증폭기에서 각 이득블록의 입출력을 모니터한 후, 각 이득블록 별로 자동 이득 제어(AGC) 회로에 의하여 펌프 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)의 광파워를 조절함으로써 자동 이득 제어의 기능을 구현하였다. 또한 최종 출력에서 특정 채널의 광파워를 필터링(filtering)하여 측정한 후 이 광파워가 일정하도록 1단과 2단 사이에 놓인 가변감쇄기(Variable Optical Attenuator, VOA)를 조정함으로써 자동 출력 광파워 레벨 제어의 기능을 구현하였다.
또한, WDM 광전송 시스템에서는 전송로에서 WDM 채널들 간의 SRS(stimulated Raman scattering) 현상에 의해 짧은 파장의 채널에서 긴 파장의 채널 쪽으로 광파워 전이(transfer)가 발생한다. 따라서, 짧은 파장의 채널의 파워가 더 작고, 긴 파장의 채널의 파워는 상대적으로 더 크게 되어, WDM 채널의 광파워 스펙트럼이 파장 영역에서 슬로프(slope)를 가지게 된다. 대용량 전송을 위하여 WDM 광신호 채널의 개수가 많아짐에 따라 전송로의 입력 광신호의 세기가 증가하였으며, 전송로의 입력 광신호의 세기가 증가할수록 WDM 채널 파워 슬로프의 기울기는 더 커지게 된 다. 이렇게 발생한 WDM 채널의 파워 스펙트럼의 기울기는 보상되어야 한다. 그러나, 상기 논문에서의 EDFA 이득 제어 방식으로는 이러한 채널 파워 슬로프를 없앨 수는 없다는 문제점이 있다.
도 1a는 종래의 광전송로의 구성도, 도 1b는 도 1a의 제 1 지점(140)에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼, 도 1c는 도 1a의 제 2 지점(150)에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼, 도 1d는 WDM 채널 출력 평탄화 기능이 없는 경우 도 1a의 제 3 지점(160)에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼을 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 광신호 채널은 제 1 광증폭기(110)에서 증폭된 후 전송로(transsmmision fiber)(130)를 통과한다. 여기에서, 전송로(130)의 손실에 의해 광신호 채널의 출력이 감쇄되므로, 다시 제 2 광증폭기(120)를 이용하여 광신호를 증폭한 후 다음 구간(span)으로 계속 전달된다. WDM 방식을 이용하여 다채널 전송을 하는 경우, 모든 채널의 전송 성능을 보장하기 위해서는 광증폭기 출력에서 각 채널의 광출력이 일정하게 유지되어야 한다. 즉, WDM 채널의 출력 평탄도(flatness)가 유지되어야 한다.
도 1b를 참조하면, 도 1a의 제 1 지점(140)에서의 WDM 채널의 출력 스펙트럼을 표시한 것이며, 평탄한 출력 스펙트럼을 보이고 있는 것을 볼 수 있다.
도 1c를 참조하면, 도 1a의 제 2 지점(150)에서의 WDM 채널의 출력 스펙트럼을 표시한 것으로, WDM 채널은 제 1 지점(140)과 전송로(130)를 통과하면서 각각의 채널은 광섬유 손실에 의해 감쇄된다. 이와 동시에 SRS(Stimulated Raman Scattering) 현상에 의해 짧은 파장의 채널에서 긴 파장의 채널로 에너지 전이 (transfer)가 발생한다. 따라서, 제 2 지점(150)에서의 WDM 채널들의 출력 스펙트럼은 도 1c와 같다. WDM 채널의 출력 스펙트럼이 채널에 따라 다르며, 출력 스펙트럼의 기울기가 발생한다. WDM 채널의 개수와 각 채널의 파워에 따라 출력 기울기의 크기는 달라진다.
도 1d를 참조하면, 도 1a의 제 3 지점(160)에서의 WDM 채널의 출력 스펙트럼을 표시한 것으로, 도 1a의 제 2 광증폭기(120)를 통과한 후 제 3 지점(160)에서의 WDM 채널들의 출력 스펙트럼을 표시한다. 그러나, WDM 채널의 출력 스펙트럼의 평탄도가 유지되지 않고 있는 것을 볼 수 있다.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 광증폭기의 이득을 자동으로 조절하고, 자동 출력 광파워 레벨 제어가 가능하며, 광선로에서 발생하는 SRS 현상에 의한 WDM 채널의 출력 스펙트럼의 기울기를 보상할 수 있는 광증폭기를 제공한다.
상기 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치는, 광신호를 증폭하는 광증폭기; 상기 광증폭기의 전방향과 후방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 펌프부; 상기 광증폭기의 출력 중 분리된 출력 광신호에서 복수개의 특정 채널을 선택하고, 선택된 특정 채널 각각에 대한 광신호를 전기신호로 검출하는 검출부; 및 상기 검출된 각각의 전기신호를 입력받아 전기신호로부터 환산된 광파워 세기 변화 여부를 판단하고, 상기 광 파워 세기 변화에 따라 상기 광파워 세기 변화를 없애도록 상기 펌프부로 입력되는 인가 전류를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 가진다.
또한, 상기 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치는, 광신호를 증폭하는 광증폭기; 상기 광증폭기의 전방향과 후방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 펌프부; 상기 광증폭기의 입력단으로 입력될 입력 광신호 중 일부에서 복수개의 특정 채널들을 선택하고, 상기 선택된 특정 채널들 각각에 대한 입력 광신호를 전기신호로 검출하는 제 1 검출부; 상기 광증폭기의 출력단에서 출력되는 출력 광신호 중 일부에서 상기 제 1 검출부에서 선택되는 채널들과 같은 복수개의 특정 채널들을 선택하고, 상기 선택된 특정 채널들 각각에 대한 출력 광신호를 전기신호로 검출하는 제 2 검출부; 및 상기 제 1 검출부 및 제 2 검출부에서 검출된 각각의 특정 채널들에 대한 전기신호를 입력받아 상기 각각의 특정 채널들에 대한 광신호 이득의 변화를 판단하고, 상기 광신호 이득 변화에 따라 이를 없애도록 상기 펌프부로 입력되는 인가 전류를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 가진다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치(200)는 광증폭기(210), 커플러(220), 검출부(230), 제어부(240) 및 펌프부(250)로 구성된다.
펌프부(250)는 광증폭기(210)의 전방향 펌핑을 수행하는 전방향 펌프(252)와 광증폭기(210)의 후방향 펌핑을 수행하는 후방향 펌프(254)로 구성된다.
광증폭기(optical amplifier)(210)는 전송로를 통하여 입력 광신호를 입력받고 이를 증폭한다. 그리고, 광증폭기(210)는 증폭된 출력 광신호를 전송로로 출력한다.
커플러(coupler)(220)는 광증폭기(210)의 출력 광신호의 일부를 전송로 밖으로 분리한다.
검출부(230)는 커플러(220)에서 분리된 출력 광신호에서 복수개의 특정 채널을 선택하고, 선택된 특정 채널 각각에 대한 출력 광신호를 전기신호로 검출한다.
보다 구체적으로, 검출부(230)는 광필터부(231)와 포토다이오드부(236)로 구성된다. 광필터부(231)는 복수개의 광필터로 이루어지는데, 도 2에서는 광필터부(231)는 제 1 광필터(232)와 제 2 광필터(233)로 이루어진다. 그리고, 포토다이오드부(236)는 복수개의 포토다이오드로 이루어지는데, 도 2에서는 제 1 포토다이오드(237)과 제 2 포토다이오드(238)로 이루어진다.
제 1 광필터(232)는 커플러(220)에 의해 분리된 출력 광신호에서 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00001
)의 출력 광신호를 분리해 내고, 제 2 광필터(233)는 커플러(220)에 의해 분리된 출력 광신호에서 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00002
)의 출력 광신호를 분리해 낸다. 즉, 제 1 광필터(232)와 제 2 광필터(233)는 여러개의 광채널 중에서 각각 1개의 광채널만을 선택해 내도록 제작된 광필터이다.
제 1 포토 다이오드(237)는 제 1 광필터(232)에서 분리된 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00003
)의 출력 광신호를 전기신호로 변환한다.
제 2 포토 다이오드(238)는 제 2 광필터(233)에서 분리된 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00004
)의 출력 광신호를 전기신호로 변환한다.
제어부(240)는 제 1 포토다이오드(237)로부터 제 1 광필터(232)를 통하여 선택된 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00005
)에 대한 전기신호를 입력받고, 입력받은 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00006
)에 대한 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기가 변화되었는지 여부를 판단한다.
또한, 제어부(240)는 제 2 포토다이오드(238)로부터 제 2 광필터(233)를 통하여 선택된 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00007
)에 대한 전기신호를 입력받고, 입력받은 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00008
)에 대한 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기가 변화되었는지 여부를 판단한다.
제어부(240)는 제 1 포토다이오드(237) 또는 제 2 포토다이오드(238)로부터 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기가 변화되었다고 판단되는 경우에는 다음과 같은 동작을 수행한다. 즉, 제어부(240)는 제 1 포토다이오드(237)와 제 2 포토다이오드(238)로부터 각각 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기가 변화되었다고 판단되는 경우, 변화된 만큼의 광파워 세기를 보상하기 위하여 펌프부(250)로 입력되는 인가 전류를 변환하도록 제어한다. 이를 통하여 제어부(240)는 제 1 포토다이오드(205)와 제 2 포토다이오드(206)에서 검출되는 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기가 일정하게 유지되도록 제어한다.
보다 구체적으로, 제어부(240)는 제 1 포토다이오드(237)로부터 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기가 변화되었다고 판단되는 경우에는 변화된 만큼의 광파워 세기를 보상하기 위하여 전방향 펌프(252)로 공급하는 인가 전류를 변환한다. 또한, 제어부(240)는 제 2 포토다이오드(238)로부터 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기가 변화되었다고 판단되는 경우에는 변화된 만큼의 광파워 세기를 보상하기 위하여 후방향 펌프(254)로 공급하는 인가 전류를 변환한다.
여기에서는, 제 1 포토다이오드(237)로부터 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기 변화인 경우 전방향 펌프(252)에 공급되는 인가 전류를 변환하고, 제 2 포토다이오드(238)로부터 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기 변화인 경우 후방향 펌프(254)에 공급되는 인가 전류를 변환하는 것으로 설명하고 있으나, 반대의 경우도 가능하다. 즉, 제 1 포토다이오드(237)로부터 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기 변화인 경우 후방향 펌프(254)에 공급되는 인가 전류를 변환하고, 제 2 포토다이오드(238)로부터 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기 변화인 경우 전방향 펌프(252)에 공급되는 인가 전류를 변환할 수 있다.
제어부(240)에서 제 1 포토다이오드(237)과 제 2 포토다이오드(238)에서 입력받은 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기가 변화할 때 전방향 펌프(252)와 후방향 펌프(254)로 입력되는 인가 전류를 정해 주는 피드백(feedback) 방식은 PID(proportional-integral-derivative) 또는 그 외의 다양한 방법이 이용될 수 있다. 이와 같은 구성을 통하여, 결과적으로 각각의 제 1 포토다이오드(237)와 제 2 포토다이오드(238)에서 읽은 값이 빠른 시간내에 일정한 값으로 회복되도록 구성할 수 있다.
상기에서 설명한 것을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 광증폭기(210)가 C-band EDFA인 경우에 대하여 설명하기로 한다.
제 1 광필터(232)와 제 2 광필터(233)는 각각 광증폭기 출력 광파워 이득 밴드(gain bandwidth) 내의 제 1 채널인 짧은 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00009
= 1533.46 nm)과 제 2 채널인 긴 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00010
= 1553.35 nm) 중에서 각각 1개씩을 선택한다. 물론, 제 1 광필터(232)는 각각 광증폭기 출력 광파워 이득 밴드(gain bandwidth) 내의 제 1 채널인 긴 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00011
= 1553.35 nm)과 제 2 채널인 짧은 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00012
= 1533.46 nm) 중에서 각각 1개씩을 선택하는 것도 가능하다. 이하에서는 전자의 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
제 1 광필터(232)와 제 2 광필터(233)에서 출력되는 채널의 선택은 임의적으로 정할 수 있으나, 최대한 파장 간격이 넓을수록 WDM 출력 평탄도를 유지하는 데 유리하다. 즉, 제 1 채널인 짧은 파장 채널과 제 2 채널인 긴 파장 채널 사이에서의 파장 간격이 넓을수록 WDM 출력 평탄도를 유지하는 데 유리하게 된다.
제어부(240)는 제 1 채널인 짧은 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00013
= 1533.46 nm)의 출력 광신호에 대하여 제 1 포토다이오드(237)에서 검출한 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기 변화를 통하여 펌프부(250) 중에서 전방향 펌프(252)에 입력되는 인가 전류를 제어하는 피드백 신호로 사용한다. 또한, 제어부(240)는 제 2 채널인 긴 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00014
= 1553.35 nm)의 출력 광신호에 대하여 제 2 포토다이오드(238)에서 검출한 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기 변화를 통하여 펌프부(250) 중에서 후방향 펌프(253)에 입력되는 인가 전류를 제어하는 피드백 신호로 사용한다.
또한, 제어부(240)는 제 1 채널인 짧은 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00015
= 1533.46 nm)과 제 2 채널인 긴 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00016
= 1553.35 nm)의 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기를 같게 하면 자동으로 도 4와 같은 평탄한 WDM 채널 출력을 얻을 수 있게 된다. 도 4는 도 2에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼이다.
또한, 제어부(240)는 고의적으로 제 1 채널인 짧은 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00017
= 1533.46 nm)과 제 2 채널인 긴 파장 채널(
Figure 112005051104415-PAT00018
= 1553.35 nm)의 전기신호로부터 환산된 광파워의 세기를 조절하도록 함으로써 WDM 채널 출력에서 출력 광파워 기울기를 만들 수도 있다.
도 2에서 설명한 방법은 평탄한 WDM 채널 출력을 얻을 수 있는 동시에 모든 채널에서 일정한 채널 출력 광파워를 얻을 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이 동작하였을 때, 제 1 채널과 제 2 채널뿐만 아니라 이 외의 모든 채널에서 동일한 채널 출력 광파워를 얻게 된다. 이와 같은 방법은 출력 광파워(Optical Power)를 모니터하여 일정한 출력 광파워가 유지되도록 피드백하는 방식이므로, 전송로의 국소적 손실 또는 손실의 변화가 있을 때에 적용할 수 있으며 상기에서 설명한 자동 출력 광파워 레벨 제어 (automatic level control, ALC)를 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치(300)는 제 1 커플러(310), 제 1 검출부(320), 광증폭기(330), 제 2 커플러(340), 제 2 검출부(350), 제어부(360) 및 펌프부(370)로 구성된다.
펌프부(370)는 광증폭기(330)의 전방향 펌핑을 수행하는 전방향 펌프(372)와 광증폭기(330)의 후방향 펌핑을 수행하는 후방향 펌프(374)로 구성된다.
광증폭기(optical amplifier)(330)는 전송로를 통하여 입력 광신호를 입력받고 이를 증폭한다. 그리고, 광증폭기(330)는 증폭된 출력 광신호를 전송로로 출력한다.
제 1 커플러(310)는 전송로를 통하여 입력되는 입력 광신호의 일부를 전송로 밖으로 분리한다. 제 1 커플러(310)에 의하여 분리되지 않은 광신호는 광증폭기(330)의 입력단으로 입력된다.
제 1 검출부(320)는 제 1 커플러(310)에서 분리된 입력 광신호에서 복수개의 특정 채널을 선택하고, 선택된 특정 채널 각각에 대한 광신호를 전기신호로 검출한 다.
보다 구체적으로, 제 1 검출부(320)는 입력 광필터부(321)와 입력 포토다이오드부(326)로 구성된다. 광필터부(321)는 복수개의 입력 광필터로 이루어지는데, 도 3에서는 입력 제 1 광필터(322)와 입력 제 2 광필터(323)로 이루어진다. 그리고, 입력 포토다이오드부(326)는 복수개의 입력 포토다이오드로 이루어지는데, 도 3에서는 입력 제 1 포토다이오드(327)와 입력 제 2 포토다이오드(328)로 이루어진다.
입력 제 1 광필터(322)는 제 1 커플러(310)에 의해 분리된 입력 광신호에서 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00019
)의 입력 광신호를 분리해 내고, 입력 제 2 광필터(323)는 제 1 커플러(310)에 의해 분리된 입력 광신호에서 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00020
)의 입력 광신호를 분리해낸다. 즉, 입력 제 1 광필터(322)와 입력 제 2 광필터(323)는 여러개의 광채널 중에서 각각 1개의 광채널 만을 선택해 내도록 제작된 광필터이다.
입력 제 1 포토 다이오드(327)는 입력 제 1 광필터(322)에서 분리된 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00021
)의 출력 광신호를 전기신호로 변환한다.
입력 제 2 포토 다이오드(328)는 입력 제 2 광필터(323)에서 분리된 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00022
)의 출력 광신호를 전기신호로 변환한다.
제 2 커플러(340)는 전송로를 통하여 광증폭기(330)의 출력단에서 출력되는 출력 광신호의 일부를 전송로 밖으로 분리한다. 제 2 커플러(340)에 의하여 분리되지 않은 광신호는 전송로를 통하여 외부로 출력된다.
제 2 검출부(350)는 제 2 커플러(340)에서 분리된 출력 광신호에서 복수개의 특정 채널을 선택하고, 선택된 특정 채널 각각에 대한 광신호를 전기신호로 검출한다.
보다 구체적으로, 제 2 검출부(320)는 출력 광필터부(351)와 출력 포토다이오드부(356)로 구성된다. 출력 광필터부(351)는 복수개의 출력 광필터로 이루어지는데, 도 3에서는 출력 제 1 광필터(352)와 출력 제 2 광필터(353)로 이루어진다. 그리고, 출력 포토다이오드부(356)는 복수개의 출력 포토다이오드로 이루어지는데, 도 3에서는 출력 제 1 포토다이오드(357)과 출력 제 2 포토다이오드(358)로 이루어진다.
출력 제 1 광필터(352)는 제 2 커플러(340)에 의해 분리된 출력 광신호에서 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00023
)의 출력 광신호를 분리해 내고, 출력 제 2 광필터(353)는 제 2 커플러(340)에 의해 분리된 출력 광신호에서 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00024
)의 출력 광신호를 분리해 낸다. 즉, 출력 제 1 광필터(352)와 출력 제 2 광필터(353)는 여러개의 광채널 중에서 각각 1개의 광채널 만을 선택해 내도록 제작된 광필터이다.
또한, 출력 제 1 광필터(352)와 출력 제 2 광필터(353)는 입력 제 1 광필터(322)와 출력 제 2 광필터(323)에서 출력한 채널과 각각 동일한 채널의 광신호를 분리해 낸다.
출력 제 1 포토 다이오드(357)는 출력 제 1 광필터(352)에서 분리된 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00025
)의 출력 광신호를 전기신호로 변환한다.
출력 제 2 포토 다이오드(358)는 출력 제 2 광필터(353)에서 분리된 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00026
)의 출력 광신호를 전기신호로 변환한다.
제어부(360)는 입력 제 1 포토다이오드(327)로부터 입력 제 1 광필터(322)를 통하여 선택된 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00027
)에 대한 전기신호와 출력 제 1 포토다이오드(357)로부터 출력 제 1 광필터(352)를 통하여 선택된 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00028
)에 대한 전기신호를 각각 입력받고, 입력받은 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00029
)에 대한 전기신호로부터 광신호 이득을 계산하여 변화되었는지 여부를 판단한다.
또한, 제어부(360)는 입력 제 2 포토다이오드(328)로부터 입력 제 2 광필터(323)를 통하여 선택된 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00030
)에 대한 전기신호와 출력 제 2 포토다이오드(358)로부터 출력 제 2 광필터(353)를 통하여 선택된 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00031
)에 대한 전기신호를 각각 입력받고, 입력받은 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00032
)에 대한 전기신호로부터 광신호 이득을 계산하여 변화되었는지 여부를 판단한다.
제어부(360)는 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00033
)에 대한 광신호 이득 또는 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00034
) 에 대한 광신호 이득이 변화되었다고 판단되는 경우에는 다음과 같은 동작을 수행한다. 즉, 제어부(360)는 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00035
)에 대한 광신호 이득 또는 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00036
)에 대한 광신호 이득이 변화되었다고 판단되는 경우에는 변화된 만큼의 광신호 이득을 보상하기 위하여 펌프부(370)로 입력되는 인가 전류를 변환하도록 제어한다. 이를 통하여 제어부(360)는 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00037
)에 대한 광신호 이득 또는 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00038
)에 대한 광신호 이득이 일정하게 유지되도록 제어한다.
보다 구체적으로, 제어부(360)는 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00039
)에 대한 광신호 이득이 변화되었다고 판단되는 경우에는 변화된 만큼의 광신호 이득을 보상하기 위하여 전방향 펌프(372)로 공급하는 인가 전류를 변환한다. 또한, 제어부(360)는 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00040
)에 대한 광신호 이득이 변화되었다고 판단되는 경우에는 변화된 만큼의 광신호 이득을 보상하기 위하여 후방향 펌프(374)로 공급하는 인가 전류를 변환한다.
여기에서는, 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00041
)에 대한 광신호 이득의 변화인 경우 전방향 펌프(372)에 입력되는 인가 전류를 변환하고, 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00042
)에 대한 광신호 이득의 변화인 경우 후방향 펌프(374)에 입력되는 인가 전류를 변환하는 것으로 설명하고 있으나, 반대의 경우도 가능하다. 즉, 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00043
)에 대한 광신호 이득의 변화 인 경우 후방향 펌프(374)에 입력되는 인가 전류를 변환하고, 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00044
)에 대한 광신호 이득의 변화인 경우 전방향 펌프(372)에 입력되는 인가 전류를 변환할 수 있다.
제어부(360)에서 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00045
)에 대한 광신호 이득 또는 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00046
)에 대한 광신호 이득이 변화되었다고 판단되는 경우 전방향 펌프(372)와 후방향 펌프(374)로 입력되는 인가 전류를 정해 주는 피드백(feedback) 방식은 PID(proportional-integral-derivative) 또는 그 외의 다양한 방법이 이용될 수 있다.
도 3에서 설명한 방법은 평탄한 WDM 채널 출력을 얻을 수 있는 동시에 광증폭기의 자동 이득 제어(automatic gain control, AGC)를 수행할 수 있다. 도 3에서 설명한 바와 같이 동작하였을 때, 도 1(c) 와 같은 WDM 채널 출력을 광증폭기의 입력으로 하는 경우에 제 1 채널(
Figure 112005051104415-PAT00047
)과 제 2 채널(
Figure 112005051104415-PAT00048
)에 대한 광신호 이득을 서로 다르게 설정하여 WDM 채널 출력의 기울기를 보상하고, 그럼으로써 도 4와 같은 평탄한 WDM 채널 출력을 얻을 수 있다. 도 4는 도 3에서의 WDM 채널 출력 스펙트럼이다. 이와 같이, 도 3과 같은 방법을 통하여 자동 이득 제어(automatic gain control, AGC)를 구현할 수 있으며, 동시에 WDM 채널 출력의 기울기를 보상할 수 있다. 이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정 한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치에 관한 것으로 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 광증폭기에서 자동 출력 광파워 레벨 제어와 WDM 출력의 평탄도 유지를 동시에 구현할 수 있는 광증폭 장치를 제공할 수 있다.
또한, 광증폭기에서 자동 이득 제어와 WDM 출력의 평탄도 유지를 동시에 구현할 수 있는 광증폭 장치를 제공할 수 있다.
나아가, 광증폭기에서 자동 출력 광파워 레벨 제어, 자동 이득 제어 및 WDM 출력의 평탄도 유지를 동시에 구현할 수 있는 광증폭 장치를 제공할 수 있다.
이와 같이, 자동 출력 광파워 레벨 제어, 자동 이득 제어뿐만 아니라 WDM 출력의 평탄도 유지를 할 수 있도록 함으로써, 전송로에서 발생하는 SRS 현상에 의한 WDM 출력의 기울기 발생 문제에 대한 해결책을 제시할 수 있고, 충분히 빠른 피드백을 이용하여 광신호 출력의 과도 응답 현상(transient effects)을 억제할 수 있다.

Claims (21)

  1. 광신호를 증폭하는 광증폭기;
    상기 광증폭기의 전방향과 후방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 펌프부;
    상기 광증폭기의 출력 중 분리된 출력 광신호에서 복수개의 특정 채널을 선택하고, 선택된 특정 채널 각각에 대한 광신호를 전기신호로 검출하는 검출부; 및
    상기 검출된 각각의 전기신호를 입력받아 전기신호로부터 환산된 광파워 세기 변화 여부를 판단하고, 상기 광파워 세기 변화에 따라 상기 광파워 세기 변화를 없애도록 상기 펌프부로 입력되는 인가 전류를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광증폭기의 출력 중에서 일부의 출력 광신호를 분리하여 상기 검출부로 제공하는 커플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 검출부는
    상기 분리된 출력 광신호에서 복수개의 특정 채널을 선택하는 복수개의 광필터; 및
    상기 각각의 광필터에서 선택된 특정 채널에서의 전기신호를 검출하는 복수 개의 포토다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광필터는 상기 분리된 출력 광신호에서 제 1 채널을 선택하는 제 1 광필터와 상기 분리된 출력 광신호에서 제 2 채널을 선택하는 제 2 광필터로 이루어지고,
    상기 포토다이오드는 제 1 광필터에서 선택된 제 1 채널에서의 전기신호를 검출하는 제 1 포토다이오드와 상기 제 2 광필터에서 선택된 제 2 채널에서의 전기신호를 검출하는 제 2 포토다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 펌프부는
    상기 광증폭기의 전방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 전방향 펌프; 및
    상기 광증폭기의 후방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 후방향 펌프;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전방향 펌프와 후방향 펌프는 레이저 다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 포토다이오드로부터 입력되는 전기신호로부터 환산된 광파워 세기 변화에 따라 상기 전방향 펌프로 입력되는 인가 전류를 제어하고, 상기 제 2 포토다이오드로부터 입력되는 전기신호로부터 환산된 광파워 세기 변화에 따라 상기 후방향 펌프로 입력되는 인가 전류를 제어하는 것을 특징으로 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 채널은 상기 분리된 출력에서 짧은 파장 영역 채널이고 상기 제 2 채널은 상기 분리된 출력에서 긴 파장 영역 채널 또는 상기 제 1 채널은 상기 분리된 출력에서 긴 파장 영역 채널이고 상기 제 2 채널은 상기 분리된 출력에서 짧은 파장 영역 채널인 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  9. 제 4 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 채널과 상기 제 2 채널 사이의 파장 간격이 크도록 설정하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 채널에서의 전기신호로부터 환산된 광파워 세기와 상기 제 2 채널에서의 전기신호로부터 환산된 광파워 세기가 같도록 상기 펌프부로 입력되는 인가 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  11. 광신호를 증폭하는 광증폭기;
    상기 광증폭기의 전방향과 후방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 펌프부;
    상기 광증폭기의 입력단으로 입력될 입력 광신호 중 일부에서 복수개의 특정 채널들을 선택하고, 상기 선택된 특정 채널들 각각에 대한 입력 광신호를 전기신호로 검출하는 제 1 검출부;
    상기 광증폭기의 출력단에서 출력되는 출력 광신호 중 일부에서 상기 제 1 검출부에서 선택되는 채널들과 같은 복수개의 특정 채널들을 선택하고, 상기 선택된 특정 채널들 각각에 대한 출력 광신호를 전기신호로 검출하는 제 2 검출부; 및
    상기 제 1 검출부 및 제 2 검출부에서 검출된 각각의 특정 채널들에 대한 전기신호를 입력받아 상기 각각의 특정 채널들에 대한 광신호 이득의 변화를 판단하고, 상기 광신호 이득 변화에 따라 이를 없애도록 상기 펌프부로 입력되는 인가 전류를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광증폭기의 입력단으로 입력될 입력 광신호 중 일부를 분리하여 상기 제 1 검출부로 제공하는 제 1 커플러; 및
    상기 광증폭기의 출력단에서 출력되는 출력 광신호 중 일부를 분리하여 상기 제 2 검출부로 제공하는 제 2 커플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 검출부는 상기 분리된 입력 광신호에서 복수개의 특정 채널을 선택하는 복수개의 입력 광필터와 상기 각각의 광필터에서 선택된 특정 채널에서의 전기신호를 검출하는 복수개의 입력 포토다이오드를 포함하고,
    상기 제 2 검출부는 상기 분리된 출력 광신호에서 복수개의 특정 채널을 선택하는 복수개의 출력 광필터와 상기 각각의 광필터에서 선택된 특정 채널에서의 전기신호를 검출하는 복수개의 출력 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 입력 광필터는 상기 분리된 입력 광신호에서 제 1 채널을 선택하는 입력 제 1 광필터와 상기 분리된 입력 광신호에서 제 2 채널을 선택하는 입력 제 2 광필터로 이루어지고,
    상기 입력 포토다이오드는 상기 입력 제 1 광필터에서 선택된 제 1 채널에서 의 전기신호를 검출하는 입력 제 1 포토다이오드와 상기 입력 제 2 광필터에서 선택된 제 2 채널에서의 전기신호를 검출하는 입력 제 2 포토다이오드로 이루어지고,
    상기 출력 광필터는 상기 분리된 출력 광신호에서 상기 제 1 채널을 선택하는 출력 제 1 광필터와 상기 분리된 출력 광신호에서 상기 제 2채널을 선택하는 출력 제 2 광필터로 이루어지며,
    상기 출력 포토다이오드는 상기 출력 제 1 광필터에서 선택된 상기 제 1채널에서의 전기신호를 검출하는 출력 제 1 포토다이오드와 상기 출력 제 2 광필터에서 선택된 제 2 채널에서의 전기신호를 검출하는 출력 제 2 포토다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  15. 제 11 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 펌프부는
    상기 광증폭기의 전방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 전방향 펌프; 및
    상기 광증폭기의 후방향에서 상기 광신호를 펌핑하는 후방향 펌프;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전방향 펌프와 후방향 펌프는 레이저 다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 입력 제 1 포토다이오드로부터 입력되는 전기신호와 상기 출력 제 1 포토다이오드로부터 입력되는 전기신호에 대한 광신호 이득 변화에 따라 상기 전방향 펌프로 입력되는 인가 전류를 제어하고,
    상기 입력 제 2 포토다이오드로부터 입력되는 전기신호와 상기 출력 제 2 포토다이오드로부터 입력되는 전기신호에 대한 광신호 이득 변화에 따라 상기 후방향 펌프로 입력되는 인가 전류를 제어하는 것을 특징으로 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 채널은 상기 분리된 출력에서 짧은 파장 영역 채널이고 상기 제 2 채널은 상기 분리된 출력에서 긴 파장 영역 채널 또는 상기 제 1 채널은 상기 분리된 출력에서 긴 파장 영역 채널이고 상기 제 2 채널은 상기 분리된 출력에서 짧은 파장 영역 채널인 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  19. 제 14 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 채널과 상기 제 2 채널 사이의 파장 간격이 크도록 설정하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 채널에서의 광신호 이득과 상기 제 2 채널에서의 광신호 이득을 서로 다르게 설정하여 상기 제 1 채널과 상기 제 2 채널에서의 출력이 평탄화되도록 상기 펌프부로 인가되는 인가 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
  21. 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 광증폭기는 WDM 광전송 시스템에 이용되는 광증폭기인 것을 특징으로 하는 채널 출력 평탄화 기능을 가지는 광증폭 장치.
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