KR0146648B1 - 다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치 - Google Patents

다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치

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Abstract

본 발명은 다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치에 관한 것으로, 특히 다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치에 있어서, 여기광을 발생하는 여기광 발생부(60)와, 상기 여기광 발생부(60)에서 발생된 여기광을 두 경로로 나누어 주는 광결합기(70)와, 무입력으로 자기 방출(ASE)잡음광을 발생하는 제1에르븀광섬유(11)와, 상기 광섬유를 통해 진행하는 빛을 렌즈를 통해 단면폭을 확장하여 자유공간으로 전파시킨 뒤 다시 렌즈를 통하여 모으는 광섬유 빔확장기(40)와, 상기 광섬유 빔확장기(40)의 적정위치에 설치되어 자유공간을 통해 진행하는 자기방출(ASE) 스펙트럼을 필터링하여 파장분할다중화(WDM)용 광채널로 만드는 파브리-페로 필터(50)와, 파장분할다중화(WDM)통신에 맞도록 스펙트럼모양이 갖춰진 자기방출(ASE)을 증폭하는 제2에르븀광섬유(12) 및 상기 광결합기(70)와 제 1에르븀광섬유(11)로부터 공급되는 파장이 다른 신호광과 여기광을 동일한 에르븀광섬유내에서 서로 다른 방향으로 진행하도록 혼합해 주는 신호광/여기광 혼합기(21)를 구비하여, 광신호를 인가하지 않는 상태에서 증폭된 자기방출(ASE) 잡음광을 발생하는 에르븀광섬유증폭기를 파장분할다증화(WDM)용 광원 즉, 광섬유증폭광원으로 사용함으로써 채널간격 및 출력광의 세기(Power)에 영향을 주지 않으면서 채널폭을 손쉽게 제어할 수 있으며 또한, 이단계(two stage)광증폭광원구조를 사용하여 광학필터로 스펙트럼을 저밀 때 발생하는 여기광효율의 저하를 방지할 수 있다.

Description

다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치
제1도는 본 발명에 의한 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치의 구성도.
제2도는 입사각에 따른 채널폭의 변화를 나타낸 설명도.
제3도는 입사각에 따른 파브리 페로 필터의 채널간격을 나타낸 설명도.
제4도는 입사각이 3°및 20°일 경우의 광증폭광원의 출력스펙트럼을 나타낸 설명도.
제5도는 입사각에 따른 광출력의 세기를 나타낸 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11,12 : 에르븀광섬유 21,22 : 신호광/여기광 혼합기
31,32,33 : 광아이솔레이터 40 : 광섬유 빔확장기
50 : 파브리 페로 필터 60 : 여기광 발생부
70 : 광결합기
본 발명은 다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치에 관한 것으로, 특히 광섬유 빔확장기(Fiber-Optic Beam Expander) 내부에 파브리-페로(Fabry-Perot) 필터를 회전가능 하도록 설치하여 파장분할다중화용 광섬유증폭광원의 채널폭을 조절하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 에르븀이 첨가된 광섬유(Erbium-Doped Fiber : EDF)는 기존의 석영계 유리(Silica Glass) 광섬유에 희토류원소인 에르븀을 첨가하여 제작된 것으로, 1550nm 파장대역의 신호광이 여기광과 함께 동일한 에르븀 광섬유를 진행하는 경우, 980nm 혹은 1480nm 파장의 여기광 에너지를 신호광 에너지로 변환하여 광신호를 증폭하는 기능을 한다.
그러나, 신호광을 인가하지 않으면 여기광에 의해 여기된 에르븀원소가 자기 방출(Spontaneouse Emission)에 의해 방출하는 빛이 에르븀광섬유를 진행하며 증폭되어 증폭된 자기방출(Amplified Spontaneous Emission : ASE) 이라는 잡음광만이 넓은 파장범위 1530 ~ 1560 nm에 걸쳐 발생하여 에르븀광섬유의 출력단자를 통해 출력된다.
상기와 같은 잡음광은 종래에는 불필요한 제거의 대상이었으나, 최근에는 이를 광학필터 및 광변조기(Optical Modulator)등을 통과시켜 파장분할다증화(WDM)용 광원, 즉 광섬유증폭광원으로 사용하는 방법이 1993년에 미국 AT＆T에서 발표되었다. 이와같은 방법은 광섬유증폭기 하나만으로 여러개의 파장분할다증화(WDM)용 광원을 대체할 수 있고, 또한 각 채널의 중심파수도 광학필터를 사용하여 규격에 맞게 쉽게 설정할 수 있다는 장점이 있다.
상기와 같은 광원의 빛은 기존의 광통신용 레이저다이오드의 출력과 같이 파장 및 위상이 비교적 분명한 빛이 아니고 불규칙한 열복사선 같은 성격을 가짐에 따라 광원의 질이 낮아 채널의 선폭을 전송속도에 비해 높을수록 수신감도가 개선된다.
그러나, 선폭이 너무 크면 광섬유의 색분산효과에 의해 광펄스가 왜곡되므로 전송거리의 제약을 받는다는 문제점이 있었다.
또한, 광학필터를 사용하여 증폭된 자기방출(ASE)부분을 제거하는 과정에서 그만큼 최종적으로 사용될 신호광의 세기(Power)에 대한 여기광의 효율이 감소된다는 문제점이 발생한다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광섬유 빔확장기(Fiber-Optic Beam Expander) 내부에 파브리 페로 필터를 회전가능 하도록 설치하여 채널간의 간격은 그대로 유지하면서 채널폭을 손쉽게 최적화하는 다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치에 있어서, 여기광을 발생하는 여기광 발생부와, 상기 여기광 발생부에서 발생된 여기광을 두 경로로 나누어 주는 광결합기와, 무입력으로 자기방출(ASE)잡음광을 발생하는 제1에르븀광섬유와, 상기 광섬유를 통해 진행하는 빛을 렌즈를 통해 단면폭을 확장하여 자유공간으로 전파시킨 뒤 다시 렌즈를 통하여 모으는 광섬유 빔확장기와, 상기 광섬유 빔확장기의 적정위치에 설치되어 자유공간을 통해 진행하는 자기방출(ASE) 스펙트럼을 필터링하여 파장분할다중화(WDM)용 광채널로 만드는 파브리 페로 필터와, 파장분할다증화(WDM)통신에 맞도록 스펙트럼모양이 갖춰진 자기방출(ASE)을 재차 증폭하는 제2에르븀광섬유 및 상기 광결합기와 제1에르븀광섬유로 부터 공급되는 파장이 다른 신호광과 여기광을 동일한 에르븀광섬유내에서 진행할 수 있도록 혼합해 주는 신호광/여기광 혼합기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 사용하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치를 나타낸 것으로, 여기광 발생부(60) 즉, 전류주입(current injection)에 따라 동작하는 반도체 레이저는 980nm 혹은 1480nm 파장의 여기광(Pumping 혹은 excitating)을 발생하고, 이 여기광 광결합기(70)에 의해 두 경로로 나뉘어 신호광/여기광 혼합기(21)(22)로 인가된다.
한편, 제1에르븀광섬유(11)에는 신호광이 입력되지 않으므로 증폭된 자기방출(ASE)잡음광을 발생하고, 이 잡음광은 상기 여기광과 함께 신호광/여기광 혼합기(21)로 인가되어 동일한 에르븀광섬유로 진행 할 수 있도록 혼합된다.
본 발명에서는 신호광과 여기광이 에르븀광섬유내에서 진행방향이 서로 반대방향이 되도록 사용되었다.
상기와 같이 혼합된 광신호는 순방향으로 진행하는 광신호는 통과시키고 역방향으로 진행하는 광신호는 차단하는 제1광아이솔레이터(Optical Isolator)(31)를 통해 광섬유 빔확장기(Beam Expander)(40)로 인가되고, 이에따라 광섬유 빔확장기(40)는 광섬유를 진행하는 빛을 렌즈를 사용하여 단면폭이 약 0.4mm 정도로 확장하여 자유공간으로 전파시킨 뒤 다시 렌즈를 통하여 광섬유로 빛을 모은다.
일단 빛이 광섬유를 벗어나면 광학필터등을 이용하여 불필요한 파장의 빛을 손쉽게 제거할 수 있다.
그리고, 상기 제1광아이솔레이터(Optical Isolator)(31)는 일종의 광학정류로서 패러데이 회전자(Faraday Rotator)와 편광차로 구성되어 신호광을 한 방향으로만 진행토록 하여 반사광에 의한 이득매질에서의 궤환발진을 억제한다.
광섬유 빔확장기(40)의 중앙에 회전이 용이하도록 황동(Brass)구조물을 이용하여 설치되어 있는 파브리-페로 필터는 상기 광섬유 빔확장기(40)의 한쪽편에서 자유공간을 통해 진행하는 비교적 편평한 모양의 증폭된 자기방출(ASE)스펙트럼을 필터링(Fitering)하여 빗살모양의 스펙트럼을 갖는 파장분할다증화(WDM)용 광채널을 만들어 준다.
퍼짐이 없는 이상적인 빛인 경우에는 파브리-페로 필터의 투과특성이 파브리-페로 필터를 약간 회전하여도 큰 변화가 없다. 그러나 단면폭이 유한한 빛은 자유공간으로 전파시 진행할수록 단면폭이 증가하는 빛의 퍼짐성을 피할 수 없다.
동일한 입사빔 내에서도, 입사각도가 서로 다른 증폭된 자기방출(ASE) 성분은 투과 스펙트럼의 피크(Peak)파장도 다르며, 이러한 효과가 입사각 분포에 따라 증첩되어 채널폭이 결정된다.
본 발명에서 사용된 광섬유 빔 확장기로 얻을 수 있는 퍼짐각도는 약 0.084°로서 매우 작으나 파브리-페로 필터는 매우 민감한 간섭특성을 지닌 탓으로 약간의 회전만으로도 투과 채널폭이 크게 변하게 된다.
입사빔과 파브리-페로 필터가 수직방향인 경우에 빔(Beam)의 입사각(θ)0°로 하고, 입사각(θ)을 0°부터 증가시키면 입사각도가 다른 증폭된 자기방출(ASE)간 투과 스펙트럼의 피크(Peak)파장의 차이가 더 커지기 때문에 θ50인 영역에서 채널선폭이 증가하게 된다. 따라서 상기와 같은 현상을 이용하여 증폭된 자기방출(ASE)을 이용한 광섬유증폭광원의 출력 선폭을 쉽게 조절할 수 있다.
그리고, 본 발명에서 사용된 파브리-페로 필터는 두께(0.15mm)가 균일한 용융-석영(Fused-silica)유리 양면에 높은 반사율(95%)을 갖는 유전체박막 거울을 코팅한 소자이다.
상기와 같이 파장분할다증화(WDM) 통신에 맞도록 스펙트럼 모양이 갖춰진 증폭된 자기방출(ASE)은 제2광아이솔레이터(32)를 통해 제2에르븀광섬유(12)에서 증폭된다. 제2에르븀광섬유(12)에서는 신호광에 대한 여기광의 변환효율이 매우 높으므로, 광필터로 스펙트럼을 저밀(Spectrum Slicing)때 잘려나가는 광손실을 기존의 방법에 비해 줄일수 있으며, 또한 제2에르븀광섬유(12)로의 입력광의 세기(Power)가 높아 출력의 세기(Power)가 포화상태로 거의 일정하므로, 파브리-페로 필터(50)의 손실이 입사각(θ)에 따라 크게 변화함을 보상하여 광출력의 세기(Power)를 안정화 할 수 있다.
제2도는 입사각(θ)에 따른 채널폭의 변화를 나타낸 것으로, 입사각(θ)이 증가함에 따라 그에 비례하여 을 알수있으며, 제2에르븀광섬유(12)를 통과한 채널폭이 통과전 보다 상승하는 것은 제2에르븀광섬유(12)에서 발생한 증폭된 자기방출(ASE)의 영향 때문이다.
점선은 파브리-페로 필터의 반사율이 입사각의 변화에 대해 일정하다는 가정하에 계산된 결과로, 입사각(θ)이 90°근처로 갈수록 파브리-페로 필터 내부에서의 퍼짐각도는 감소하므로 다시 채널폭이 줄어야 함을 예상할 수 있다. 그러나, 실제로는 파브리-페로 필터의 유전체 거울의 반사율이 급격히 낮아지므로 파브리-페로 필터의 투과밴드폭이 줄어들어 채널폭이 계속 증가된다.
제3도는 입사각에 따른 파브리-페로 필터의 채널간격을 나타낸 것으로, 파브리-페로 필터의 채널간 간격(Free Spectral Range)은 퍼짐각도에 별로 영향을 받지 않으므로 점선으로 나타낸 퍼짐각이 없는 경우에 대한 이론적인 결과와 일치하고 있다. 따라서 입사각(θ)이 작은 영역에서 파브리-페로 필터를 회전하면 채널간의 간격에는 영향을 주지 않으면서 채널폭을 조절할 수 있다.
제4도는 입사각이 3° 및 20°일 경우의 광증폭광원의 출력스펙트럼을 나타낸 것으로, 채널폭이 0.3nm에서 1,1nm로 세배 이상 증가하나 채널간격은 5.5nm에서 5.6nm로 매우 작게 증가함을 알수 있다.
제5도는 입사각에 따른 광출력을 나타낸 것으로, 파브리-페로 필터의 손실은 크게 변화하고 있으나 제2에르븀광섬유가 포화영역에서 동작하므로 출력광의 세기(Power)는 안정되게 유지됨을 알수 있다.
상기와 같이 본 발명은 광신호를 인가하지 않은 상태에서 증폭된 자기방출(ASE)잡음광을 발생하는 에르븀광섬유증폭기르 파장분할다증화(WDM)용 광원 즉, 광섬유증폭광원으로 사용함으로써 채널간격 및 출력광의 세기(Power)에 영향을 주지 않으면서 채널폭을 손쉽게 제어할 수 있으며 또한, 이단계(two stage)광증폭광원구조를 사용하여 광학필터로 스펙트럼을 저밀 때 발생하는 여기광효율의 저하를 방지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치에 있어서, 여기광을 발생하는 여기광 발생부(60); 상기 여기광 발생부(60)에서 발생된 여기광을 두 경로로 나누어 주는 광결합기(70); 무입력으로 자기 방출(ASE)잡음광을 발생하는 제1에르븀광섬유(11); 상기 광섬유를 통해 진행하는 빛을 렌즈를 통해 단면폭을 확장하여 자유공간으로 전파시킨 뒤 다시 렌즈를 통하여 모으는 광섬유 빔확장기(40); 상기 광섬유 빔확장기(40)의 적정위치에 설치되어 자유공간을 통해 진행하는 자기방출(ASE) 스펙트럼을 필터링하여 채널폭이 제어가능한 파장분할다중화(WDM)용 광채널로 만드는 파브리-페로 필터(50); 파장분할다중화(WDM)통신에 맞도록 스펙트럼모양이 갖춰진 자기방출(ASE)을 재차 증폭하여 여기광효율을 높이는 제2에르븀광섬유(12); 및 상기 광결합기(70)와 제1, 제2 에르븀광섬유(11)로부터 공급되는 파장이 다른 신호광과 여기광을 동일한 에르븀광섬유내에서 진행할 수 있도록 혼합해 주는 신호광/여기광 혼합기(21,22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 다채널 광섬유증폭광원의 채널폭 조절장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호광/여기광 혼합기(21)와 광섬유 빔확장기(40)사이에, 광섬유 빔확장기(40)와 제 2에르븀광섬유(12)사이에, 제2에르븀광섬유(12)와 출력단 사이에 신호광을 한방향으로만 진행하도록 하는 광아이솔레이터(31,32,33)를 연결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다채널 광섬유증폭광원 채널폭 조절장치.
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