KR100547721B1 - 광 증폭기 모듈 및 이를 이용한 광 전송 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 광 증폭기를 이용하여 서로 다른 파장의 광 신호 각각을 증폭하도록 하는 광 증폭기 모듈 및 이를 이용한 광전송 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 광 증폭기 모듈은 광 신호를 각각의 파장대역으로 분리하는 제1 파장분할다중화기와; 상기 각 파장대역으로 분리된 광 신호 각각을 증폭하는 적어도 둘 이상의 반도체 광 증폭기 및 상기 각 반도체 광 증폭기에 의해 증폭된 광 신호 중 일부를 분기하는 각각의 광 분기 탭을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 서로 다른 파장 대역을 사용하는 양방향 통신에 적합하며, 소형으로 집적화 가능하고, 가격 경쟁력이 우수한 광 증폭기 모듈 및 이를 이용한 광전송 시스템을 제공한다.

반도체 광 증폭기, 파장분할다중화기, 광 분기 탭, 광 아이솔레이터

Description

광 증폭기 모듈 및 이를 이용한 광 전송 시스템{OPTICAL AMPLIFIER MODULE AND OPTICAL TRANSMITTING SYSTEM USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 반도체 광 증폭기 모듈의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 반도체 광 증폭기 모듈의 구성을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양방향 반도체 광 증폭기 모듈의 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 반도체 광 증폭기 모듈을 PON 망에 적용한 경우의 일 구성예를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 양방향 반도체 광 증폭기 모듈의 구성을 나타낸 도면,

도 6은 상기 도 5의 반도체 광 증폭기 모듈을 양방향 광 통신망에 적용한 경우의 일 구성예를 나타낸 도면.

본 발명은 광 증폭기에 관한 것으로, 특히 반도체 광 증폭기를 이용하여 서로 다른 파장의 광 신호 각각을 증폭하도록 하는 광 증폭기 모듈 및 이를 이용한 광전송 시스템에 관한 것이다.

최근 들어, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광통신 시스템은 가입자 망(subscriber loop)과 근거리 통신망(LAN)에 폭넓게 적용되고 있다. 이런 시점에서, 한층 더 진화하여 FTTH(fiber to the home)와 같은 광 가입자 시스템으로 발전하기 위해서는 저가격화 및 소형화된 기능성 광 모듈이 필요하다.

논문 [Three-waveguide two-grating codirectional coupler for 1.3-/1.3+/1.5㎛ demultiplexing in transceiver, A. Lupu et al, Vol. 36, No. 24, Electronics Letters, 2000]에서 언급한 바와 같이, PON(Passive Optical Network)망은 한 개의 중앙 기지국(central office)의 OLT(optical line terminal)에 여러 개의 가입자 댁내에 설치되어 있는 ONU(Optical Network Unit)가 1 X N 수동 광 분배기를 통해서 연결 구성된다. 일반적으로 ONU에서 OLT로의 상향 전송신호는 1.3㎛ 대역을 통해서 전송하며, OLT에서 ONU로의 하향 전송신호는 1.5㎛대역을 이용하여 양방향 전송한다. 이때, OLT에서 하향 전송하는 신호는 1 X N 수동 광 분배기를 거치면서 1/N배 감소된 광 신호 전력으로 각 가입자 댁내의 ONU에 수신되며, ONU에서 상향 전송하는 경우에도 마찬가지로 1/N배 감소된 광 신호 전력으로 OLT에 수신된다. 이러한 광 손실은 OLT와 ONU에서 고가의 고성능 1.3㎛/1.5㎛ 송수신 광 모듈을 필요로 하며, 하나의 OLT에 연결되는 ONU의 수를 대개 16개 정도로 제한하게 된다. 이에 따라 가입자망의 설치 및 유지에 대한 비용부담이 크게 증가하는 문제점이 있다.

상기 광 손실 문제를 해결하기 위해 입력 광 신호를 증폭하여 출력하는 광 증폭기 모듈이 사용되고 있다.

일반적으로, 광 증폭기 모듈은 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier), 라만 증폭기(Raman Amplifier), 반도체 광 증폭기(SOA)를 이용한다.

EDFA는 높은 이득 특성과 우수한 잡음 지수(Noise Figure; NF) 특성을 갖고 있다는 장점이 있으나, 동작파장이 1.5㎛ 대역에 국한되는 문제점이 있다.

라만 증폭기(Raman amplifier)는 1.3㎛ 내지 1.6㎛ 대역의 넓은 동작 대역폭을 가질 수 있다는 장점이 있으나, 광 펌핑(optical pumping)이 필요하여 고가의 광 펌핑용 광원과 WDM 파장 결합기 등 부가적인 광 부품이 필요하다. 따라서, 광 증폭기 모듈의 전체 크기가 커지고, 광 모듈의 가격을 상승시키는 문제점이 있다.

반도체 광 증폭기(SOA)는 반도체의 이득 특성을 이용한 것으로 1.3㎛ 대역과 1.5㎛ 대역에서 동작하며 대략 28dB 이상의 높은 이득 특성을 갖는다. 소자의 크기는 수 mm 이내로 소형이며, 특히 고가의 펌핑용 광원을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 1.3㎛ 대역의 SOA와 1.5㎛ 대역의 SOA를 개별로 구성하여 사용함으로써 1.3㎛대역과 1.5㎛ 대역의 광신호를 동시에 증폭하기에는 문제점이 지적되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 서로 다른 파장 대역을 사용하는 양방향 통신에 적합하며, 소형으로 집적화 가능하고, 가격 경쟁력이 우수한 광 증폭기 모듈 및 이를 이용한 광전송 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광 증폭기 모듈은 상기 광 신호를 각각의 파장대역으로 분리하는 제1 파장분할다중화기와; 상기 각 파장대역으로 분리된 광 신호 각각을 증폭하는 적어도 둘 이상의 반도체 광 증폭기 및 상기 각 반도체 광 증폭기에 의해 증폭된 광 신호 중 일부를 분기하는 각각의 광 분기 탭을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 반도체 광 증폭기에 의해 증폭된 광 신호를 다중화 하여 출력하는 제2 파장분할다중화기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광 전송시스템은 OLT(Optical Line Termination)와 복수의 ONU(Optical Network Unit)가 광 분배기를 통해 연결된 트리구조의 수동형 광 가입자망(Passive Optical Network)에 있어서, 상기 OLT에서 ONU로 전송되는 하향신호 및 상기 ONU에서 OLT로 전송되는 상향신호를 증폭하기 위해

상기 하향신호와 상향신호를 분리 및 결합하는 제1 및 제2 파장분할다중화기와; 상기 제1 및 제2 파장분할다중화기 사이에 각각 배치되어 상기 제1 및 제2 파장분할다중화기에 의해 각 파장대역으로 분리된 광 신호를 각각 증폭하는 복수의 반도체 광 증폭기 및 상기 반도체 광 증폭기 및 제2 파장분할다중화기 사이에 배치되어 상기 각 반도체 광 증폭기에 의해 증폭된 광 신호 중 일부를 분기하는 각각의 광 분기 탭을 구비하는 양방향 반도체 광 증폭기 모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 반도체 광 증폭기 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 양방향 반도체 광 증폭기 모듈(100)은 파장분할다중화기(10)와 상기 파장분할다중화기(10)의 각 채널에 연결된 제1 및 제2 반도체 광 증폭기(20, 30)를 포함하여 구성된다.

상기 파장분할다중화기(10)는 1.3㎛/1.5㎛ 대역이 다중된 입력 광신호를 각각 1.3㎛ 대역 광신호와 1.5㎛ 대역 광신호로 분리한다.

상기 제1 반도체 광 증폭기(20)는 1.5㎛ 대역에서 동작하는 반도체 광 증폭기로서, 상기 파장분할다중화기(10)의 1.5㎛ 대역 채널로부터 입력되는 광신호를 증폭한다.

상기 제2 반도체 광 증폭기(30)는 1.3㎛ 대역에서 동작하는 반도체 광 증폭기로서, 상기 파장분할다중화기(10)의 1.3㎛ 대역 채널로부터 입력되는 광신호를 증폭한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 반도체 광 증폭기 모듈의 구성을 나타낸 도면으로, 도 2의 (a)는 1.5㎛ 대역 및 1.3㎛ 대역 광신호의 진행방향이 동일한 경우를 나타내고, 도 2의 (b)는 1.5㎛ 대역 및 1.3㎛ 대역 광신호의 진행방향이 서로 다른 경우를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 양방향 반도체 광 증폭기 모듈(200)은 파장분할다중화기(10)와 상기 파장분할다중화기(10)의 각 채널에 연결된 제1 및 제2 반도체 광 증폭기(20, 30) 및 상기 제1 및 제2 반도체 광 증폭기(20, 30)의 입력단 및 출력단에 각각 연결된 광 아이솔레이터(40 내지 45)를 포함하여 구성된다. 도 1과의 차이점을 광 아이솔레이터(40 내지 45)에 있으며, 그 외의 구성 및 작용은 도 1과 동일하므로 본 실시예의 설명에서는 중복기재를 피하기 위하여 광 아이솔레이터(40 내지 45)에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 반도체 광 증폭기(20, 30)에 입력되는 광 신호는 반도체 광 증폭기(20, 30)의 양 단면(facet)에서 일부 광신호가 반사되고, 반사된 광 신호는 입력되는 광 신호와 간섭현상을 일으키게 된다. 이러한 간섭현상은 반도체 광 증폭기를 통해서 증폭되는 광 신호의 특성을 열화 시키는 한 원인이 된다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 반도체 광 증폭기(20, 30)의 입력 및 출력 단에 각각 광 아이솔레이터(40 내지 45)를 삽입하여 광신호의 역방향으로의 진행을 차단함으로써 반도체 광 증폭기의 증폭 특성을 개선할 수 있다. 이때, 상기 광 아이솔레이터(40 내지 45)는 필요에 따라 반도체 광 증폭기(20, 30)의 입력 또는 출력 단의 어느 한 쪽에 배치될 수도 있으나, 광신호의 반사를 최소화하기 위해서는 양단에 배치되는 것이 바람직하 다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양방향 반도체 광 증폭기 모듈의 구성을 나타낸 도면으로, 본 실시예는 하나의 전송로를 통해 1.5㎛ 대역 광 신호 및 1.3㎛ 대역 광 신호를 양방향으로 전송하는 경우이다.

도 3을 참조하면, 양방향 반도체 광 증폭기 모듈(300)은 제1 및 제2 파장분할다중화기(10, 50)와, 상기 제1 파장분할다중화기(10)의 각 채널에 연결된 제1 및 제2 반도체 광 증폭기(20, 30)를 포함하여 구성되며, 이는 도 1의 구성에 제 2 파장분할다중화기(50)가 더 포함된 것이다.

상기 제2 파장분할다중화기(50)는 상기 제1 및 제2 반도체 광 증폭기(20, 30)에 의해 증폭된 각 채널별 광 신호를 다중화 하여 하나의 광섬유를 통해 전송하는 역할을 수행한다. 이와 같이 제1 및 제2 파장분할다중화기(10, 50)를 구비함으로써 하나의 광섬유를 통한 양방향 신호전송이 가능하다.

도 4는 본 발명의 반도체 광 증폭기 모듈을 PON 망에 적용한 경우의 일 구성예를 도시한 것이다.

PON은 하나의 OLT(Optical Line Termination, 1)와 복수의 ONU(Optical Network Unit, 3a 내지 3c)들을 1×N 수동형 광 분배기(optical splitter, 2)를 사용하여 연결함으로써, 트리(tree) 구조의 분산 토폴로지(topology)를 형성하는 광 가입자 망 구조이다.

상기 OLT(1)와 ONU(3a,3b,3c)는 각각 레이저 다이오드(LD)와 포토 다이오드(PD) 및 파장분할다중화기(WDM)를 포함하여 구성되며, 레이저 다이오드(LD)는 송신기능을 수행하고, 포토 다이오드(PD)는 수신기능을 수행한다. OLT와 ONU 사이의 통신신호는 OLT에서 ONU로의 하향 전송의 경우 1.5㎛ 대역을 사용하며, ONU에서 OLT로의 상향 전송은 1.3㎛ 대역을 사용하여 양방향 전송한다.

반도체 광 증폭기 모듈(300)은 상기 OLT(1)와 1xN 수동 광 분배기(2) 사이에 배치되며, 상향 및 하향 전송 광 신호를 해당 대역별로 증폭한 다음 다중화 하여 출력하는 기능을 수행한다. 이때, 상기 반도체 광 증폭기 모듈(300)은 본 실시예에서와 같이 상기 OLT(1)와 1xN 수동 광 분배기(2) 사이의 링크에 포설되거나, 상기 OLT(1) 내에 배치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 양방향 반도체 광 증폭기 모듈의 구성을 나타낸 도면으로, 본 실시예는 광 파워 모니터링 기능이 추가된 경우이다.

도 5를 참조하면, 양방향 반도체 광 증폭기 모듈(400)은 제1 및 제2 파장분할다중화기(10, 50)와, 제1 및 제2 반도체 광 증폭기(20, 30)와, 모니터링 광 분기 탭(60, 70)을 포함하여 구성된다.

상기 모니터링 광 분기 탭(60, 70)은 상기 반도체 광 증폭기(20, 30)와 제2 파장분할다중화기(50) 사이에 배치되며, 1.5㎛/1.3㎛ 양방향 광 전송망에서 감소된 광신호의 파워를 모니터링 하기 위해 전송 광 신호를 분기하여 광신호의 일부를 추출하는(61, 71) 기능을 수행한다.

도 6은 상기 도 5의 반도체 광 증폭기 모듈이 양방향 광 통신망에 적용된 일 예를 도시한 것이다. 모니터링 광 분기 탭을 포함하는 양방향 반도체 광 증폭기 모듈(400)은 각각 레이저 다이오드(LD)와, 포토 다이오드(PD) 및 파장분할다중화기(WDM)을 포함하는 제1 및 제2 송수신부(4, 5) 사이에 배치된다.

상기 구성을 갖는 본 실시예의 동작은 다음과 같다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제1 송수신부(4)로부터 하향 전송되는 1.5㎛ 대역 광 신호와 상기 제2 송수신부(5)로부터 상향 전송되는 1.3㎛ 대역 광 신호는 제1 파장분할다중화기(10)에 의해 1.5㎛ 대역 광 신호와 1.3㎛ 대역 광 신호로 분리된다. 상기 1.5㎛ 대역 광 신호는 1.5㎛ 대역용 제1 반도체 광 증폭기(20)에 의해 증폭된다. 증폭된 광 신호는 모니터링 광 분기 탭(60)에 의해 일부 추출되어(61) 광 신호 모니터링 장치(6)에 의해 모니터링 되고, 나머지 광 신호는 그대로 전송되어 제2 파장분할 다중화기(50)에 의해 다중화 되어 하나의 광섬유를 통해 제2 송수신부(5)로 전송된다. 마찬가지로, 상기 제2 송수신부(5)로부터 상향 전송되는 1.3㎛ 대역 광 신호도 1.3㎛ 대역용 제2 반도체 광 증폭기(30)에 의한 증폭되고, 모니터링 광 분기 탭(70)에 의해 일부 추출되어(71) 광 신호 모니터링 장치(6)에 의해 모니터링 되고, 나머지 광 신호는 그대로 전송되어 제1 파장분할 다중화기(10)에 의해 다중화 되어 하나의 광섬유를 통해 제1 송수신부(4)로 전송된다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 광 증폭기 모듈은 전송 광 신호의 사용 대역에서 동작하는 반도체 광 증폭기를 이용하여 전송 광 신호를 각 대역별로 증폭하여 출력함으로써 적은 비용으로 광 신호의 감쇠를 보상할 수 있다.

따라서, 본 발명의 광 증폭기 모듈을 PON 등 가입자 망에 적용할 경우 OLT에 연결되는 ONU의 수를 기존보다 증가시킬 수 있어 망 관리 및 설치비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 1.5㎛/1.3㎛ 양방향 광 통신망의 설치가 폭넓게 이루어질 것으로 기대되며 이로 인해 1.5㎛/1.3㎛ 양방향 광 송수신기 시장의 활성화뿐만 아니라 FTTH(Fiber to the Home)을 향하여 한 걸음 더 나아갈 것으로 기대된다.

Claims (8)

1. 광 신호를 증폭하는 광 증폭기 모듈에 있어서,

   상기 광 신호를 각각의 파장대역으로 분리하는 제1 파장분할다중화기와;

   상기 각 파장대역으로 분리된 광 신호 각각을 증폭하는 적어도 둘 이상의 반도체 광 증폭기 및

   상기 각 반도체 광 증폭기에 의해 증폭된 광 신호 중 일부를 분기하는 각각의 광 분기 탭

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광 증폭기 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 광 증폭기에 의해 증폭된 광 신호를 다중화 하여 출력하는 제2 파장분할다중화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 증폭기 모듈.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반도체 광 증폭기의 입력 또는 출력단의 적어도 어느 한쪽에 연결된 광 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 증폭기 모듈.
4. 삭제
5. OLT(Optical Line Termination)와 복수의 ONU(Optical Network Unit)가 광 분배기를 통해 연결된 트리구조의 수동형 광 가입자망(Passive Optical Network)에 있어서, 상기 OLT에서 ONU로 전송되는 하향신호 및 상기 ONU에서 OLT로 전송되는 상향신호를 증폭하기 위해

   상기 하향신호와 상향신호를 분리 및 결합하는 제1 및 제2 파장분할다중화기와; 상기 제1 및 제2 파장분할다중화기 사이에 각각 배치되어 상기 제1 및 제2 파장분할다중화기에 의해 각 파장대역으로 분리된 광 신호를 각각 증폭하는 복수의 반도체 광 증폭기 및 상기 반도체 광 증폭기 및 제2 파장분할다중화기 사이에 배치되어 상기 각 반도체 광 증폭기에 의해 증폭된 광 신호 중 일부를 분기하는 각각의 광 분기 탭을 구비하는 양방향 반도체 광 증폭기 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 양방향 반도체 광 증폭기 모듈은

   상기 OLT와 광분배기 사이의 링크에 포설된 것을 특징으로 하는 광 전송 시스템.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 양방향 반도체 광 증폭기 모듈은

   상기 OLT 내에 배치된 것을 특징으로 하는 광 전송 시스템.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 반도체 광 증폭기의 입력 또는 출력단의 적어도 어느 한쪽에 연결된 광 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 전송 시스템.

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