KR19990005155A - 흡수체를 갖는 광증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수체를 갖는 광증폭기에 관한 것으로, 흡수체를 갖는 광증폭기는 입력 광신호를 증폭하는 제1증폭부; 제1증폭부의 출력 광신호로부터 평탄한 증폭이득을 얻기위해 소정의 파장대에서 상대적으로 증폭이득이 큰 광신호를 흡수하는 흡수부; 및 소정의 펌핑광원을 이용하여 상기 흡수부의 출력신호를 증폭하는 제2증폭부로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 종래의 광증폭기에 어븀 도핑 광섬유와 동일한 매질의 흡수체를 장착하여 만들 수 있으므로 제작이 용이하고, 흡수체의 길이를 조정하여 쉽게 광증폭기의 특성을 변화시킬 수 있다

Description

흡수체를 갖는 광증폭기

본 발명은 광증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡수체를 갖는 광증폭기에 관한 것이다.

어븀 도핑 광증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, 이하 광증폭기라 약함)는 대량의 데이터가 한 가닥의 광섬유를 통해 장거리에 걸쳐 전송될 때 장거리 전송에 따르는 광신호의 감쇠를 보완하기위해 주기적으로 미약해진 광신호를 증폭하는데 사용되며, 광을 전기로 변환하여 증폭한 후 다시 광으로 변환하여 전송하는 방식과는 달리 직접 광을 증폭하므로 증폭효율이 좋고 경제적이다.

도 1은 종래의 광증폭기 구조도로서, 도 1에 따른 광증폭기는 제1아이솔레이터(100), 제1펌프 레이저 다이오드(Pump Laser Diode, PLD, 102), 제1파장선택 결합기(Wavelength Selective Coupler, WSC, 104), 어븀 도핑 광섬유(Erbium Doped Fiber, EDF, 106), 제2WSC(108), 제2PLD(110), 제2아이솔레이터(112)로 이루어진다.

상술한 광증폭기의 동작원리는 먼저, 제1PLD(102) 및 제2PLD(110)에 의해 중심파장이 980nm인 펌핑광이 주입되면, 상술한 펌핑광과 입력단에서 들어오는 1500nm대의 파장을 갖는 신호광은 제1 및 제2WSC(104, 108)를 통하여 어븀(Er)과 같은 희토류 원소가 도핑된 증폭매질인 EDF(106)를 지나고, 이 때, 펌핑광이 EDF내의 기저상태에 있는 어븀 이온을 여기시킨다. 여기된 어븀의 유도방출(stimulated emmission)로 신호광이 증폭된다. 증폭된 신호는 다시 제2WSC(108)를 통해 제2아이솔레이터(112)를 통해 출력된다. 두 PLD를 사용하는 이중 펌핑광 방법은 높은 이득을 얻는 구조이다.

제1아이솔레이터(100)는 EDF(106)에서 발생한 자연방출(Amplified Spontaneous Emmission, ASE)이 신호입력커넥터(Signal Input Connector)와 같은 광소자로부터 반사되어 EDF에 다시 입사하므로써 신호광의 증폭효율을 떨어뜨리는 것을 방지한다. 마찬가지로 제2아이솔레이터(112)는 신호 출력 커넥터(Signal Output Connector)와 같은 광소자로부터 반사되어 EDF(106)에 재입사된 ASE와 증폭된 신호광으로 인한 증폭기의 증폭효율을 저하시키는 것을 방지한다.

그러나, 광증폭기는 파장에 따라 증폭이득이 다르며, 특히 1530nm대의 ASE가 강하고, 이 파장의 이득이 높다. 그 결과, 전송에 많이 쓰이는 1550nm 파장대의 이득이 감소하고 잡음지수(Noise Figure)가 증가하게 되어, 광증폭기의 파장에 따른 이득의 차가 더욱 심화된다. 여기서, 잡음지수는 입력단과 출력단에서의 신호 대 잡음비이다.

또한, 광신호 전송시 약해진 신호를 증폭시켜 전송하도록 중간중간에 광증폭기를 연결하여 시스템을 구성할 때, 다른 파장대보다 1530nm대의 이득이 훨씬 크게되므로, 이 파장대에서 이득 피킹(gain peaking)이 일어나게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 광증폭매질인 어븀 도핑 광섬유(EDF)사이에 다시 어븀 도핑 광섬유를 장착하여 흡수체로 사용하므로써 다른 파장대보다 높은 이득을 갖는 1530nm대의 파장을 갖는 신호광의 이득을 떨어뜨린 후 증폭하므로써 광통신에 주로 사용되는 파장대의 이득 증가와 잡음지수 감소를 이루기위한 흡수체를 갖는 광증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 광증폭기 구조도이다.

도 2는 본 발명에 따른 흡수체를 갖는 광증폭기 구조도이다.

도 3은 도 2에 따른 파장-이득 그래프이다.

도 4는 도 2에 따른 파장-잡음지수 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 흡수체를 갖는 광증폭기는 입력 광신호를 증폭하는 제1증폭부; 상기 제1증폭부의 출력 광신호로부터 평탄한 증폭이득을 얻기위해 소정의 파장대에서 상대적으로 증폭이득이 큰 광신호를 흡수하는 흡수부; 및 소정의 펌핑광원을 이용하여 상기 흡수부의 출력신호를 증폭하는 제2증폭부를 포함함이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 광증폭기에 대한 구조도로서, 도 2에 따른 광증폭기는 제1아이솔레이터(200), 제1PLD(202), 제1WSC(204), 제1EDF(206), 제2WSC(208), 제2EDF(210), 제3WSC(212), 제3EDF(214), 제4WSC(216), 제2PLD(218) 및 제2아이솔레이터(220)로 이루어진다.

제1 및 제2아이솔레이터(200, 220)는 상술한 도 1의 제1 및 제2아이솔레이터(100, 112)와 동일하게 동작하고, 제1 및 제2PLD(202, 218)는 제1 및 제2PLD(102, 110)와 동일하게 동작한다. 제1 및 제4WSC(204, 216)는 상술한 도 1의 제1 및 제2WSC(104, 108)와 동일하게 동작하고, 제1 및 제3EDF(206, 214)는 EDF(106)와 동일하게 동작한다.

제2 및 제3WSC(208, 212)는 양방향성으로 서로 다른 파장을 갖는 광신호를 결합 및 분리하며, 제2EDF(210)는 소정 파장대의 광신호를 흡수한다.

한편, 본 발명의 동작원리는 다음과 같다. 980nm의 파장을 갖는 펌핑광이 제1PLD(202)에 의해 펌핑되면, 상술한 펌핑광과 입력단에서 들어오는 1500nm대의 신호광은 제1WSC(204)를 통해 하나의 광섬유에 결합되어 제1EDF(206)로 입사하게 된다. 제1EDF(206)에서 1차로 증폭된 신호광은 제2EDF(210)를 통해 흡수되고, 다시 제2PLD(218)에서 펌핑되는 펌핑광과 제4WSC(216)를 통해 제3EDF(214)에서 증폭된다. 제2 및 제3WSC(208, 212)는 제1 및 제3 EDF(206, 214)를 펌핑하고 남은 펌핑광이 제2EDF(210) 흡수체를 통과하지않고 참조번호 222의 광섬유를 통해 제1 및 제3 EDF(206, 214)에 도달하도록 한다. 제1아이솔레이터(200)는 신호 입력단방향으로 ASE가 재입사되는 것을 방지하며, 제2아이솔레이터(220)는 신호 출력단으로부터 출력신호가 반사되어 신호 증폭에 영향을 주는 것을 방지한다.

그 결과, 입사된 신호광이 제1EDF(206)에서 제1PLD(202)에 의해 일차적으로 증폭되고, 증폭된 신호만이 제2WSC(208)를 통하여 제2EDF(210)를 통과하면서 1530nm 파장대의 ASE가 다른 파장에 비하여 많이 감소하게 된 후, 이 신호가 다시 제3EDF(214)에서 제2PLD(218)에 의해 2차 증폭된다. 제1 및 제3 EDF(206, 214)에서 남은 펌프광은 제2 및 제3WSC(208, 212)를 통하여 흡수체인 제2EDF(210)는 거치지 않게된다.

제2EDF(210)의 흡수계수는 1530nm에서 12dB/m 이나 1550nm에서는 4dB/m 정도로 1530nm의 15%정도의 흡수가 일어나게 되므로, 2차증폭 이전에 미리 1530nm대의 파장을 갖는 ASE를 제거하게 되고, 따라서 여기된 어븀은 다른 파장대의 신호를 증폭시키는데 사용된다. 1차 증폭매체를 통과하여 생긴 1530nm대의 ASE가 흡수된 다음 2차 증폭매체에서 여기된 어븀 이온은 1540~1560nm파장대의 신호를 증폭하여 이 영역의 이득을 증가시키고 잡음지수를 저하시킨다.

본 발명에 사용되는 제1 및 제3EDF(206, 214)의 바람직한 어븀 농도는 165ppm이고 그 길이는 각각 20m, 13m이다. 흡수체로 사용되는 제2EDF(210)의 어븀 농도는 200ppm이고, 그 길이는 4m이다. 각 PLD의 출력은 90mW이다.

도 3 및 도 4는 종래의 광증폭기와 본 발명에 따른 광증폭기에 대한 그래프로서, 각각 파장에 대한 이득 및 파장에 대한 잡음지수를 나타낸 것이다. 점선이 종래의 광증폭기의 특성이고, 실선이 본 발명에 따른 광증폭기의 특성이다. 도 3 및 도 4에 따르면, 1540nm이전의 파장대에서는 이득이 2dB 정도 낮아졌고, 1540nm이후의 파장대에서는 이득이 2dB정도 증가하였으며, 전 영역에서 잡음지수가 낮아졌다.

본 발명에 의하면, 종래의 광증폭기에 어븀 도핑 광섬유와 동일한 매질의 흡수체를 장착하여 만들 수 있으므로 제작이 용이하고, 흡수체의 길이를 조정하여 쉽게 광증폭기의 특성을 변화시킬 수 있다. 또한, 전송에 많이 쓰이는 파장대에서의 이득을 증가시키고 잡음지수를 낮출 수 있다.

Claims (6)

1. 입력 광신호를 증폭하는 제1증폭부; 상기 제1증폭부의 출력 광신호로부터 평탄한 증폭이득을 얻기위해 소정의 파장대에서 상대적으로 증폭이득이 큰 광신호를 흡수하는 흡수부; 및 소정의 펌핑광원을 이용하여 상기 흡수부의 출력신호를 증폭하는 제2증폭부를 포함함을 특징으로하는 흡수체를 갖는 광증폭기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1증폭부는 소정의 중심파장을 갖는 광을 출력하는 제1펌프광원; 상기 입력 광신호를 받아들이는 제1입력단자, 상기 제1펌프광원에 연결된 제2입력단자 및 상기 제1 및 제2입력단자를 통해 들어오는 신호를 결합하여 출력하는 제3출력단자를 구비하는 제1파장선택결합기; 및 상기 제1파장선택결합기에 연결되어 상기 제1펌프광원에 의해 유도방출이 일어나서 상기 입력 광신호를 증폭하는 광섬유를 구비함을 특징으로하는 흡수체를 갖는 광증폭기.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2증폭부는 소정의 중심파장을 갖는 광을 출력하는 제2펌프광원; 상기 흡수부에 연결되고 상기 제2펌프광원의 펌프광에 의해 유도방출이 일어나서 상기 흡수부로부터 입력되는 광신호를 증폭하는 광섬유; 및 상기 광섬유에 연결되는 제1입출력단자, 상기 제2펌프광원에 연결되는 제2입력단자 및 상기 광섬유에서 증폭된 광신호를 출력하는 제3출력단자를 구비하는 제2파장선택결합기를 구비함을 특징으로하는 흡수체를 갖는 광증폭기.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1증폭부의 전단에 위치하며, 상기 입력신호를 상기 제1증폭부에 전달하고 상기 제1증폭부의 출력신호가 반사되는 것을 방지하는 제1아이솔레이터; 및 상기 제2증폭부의 후단에 위치하며, 상기 제2증폭부의 출력신호를 전달하고 제2증폭부의 출력신호가 반사되는 것을 방지하는 제2아이솔레이터를 더 구비하는 흡수체를 갖는 광증폭기.
5. 제3항에 있어서, 상기 흡수부는 상기 제1증폭부에 제1입력단자가 연결되고, 상기 제1입력단자를 통해 들어오는 신호중 제1파장대를 갖는 신호를 제2출력단자에, 제2파장대를 갖는 신호를 제3출력단자에 선택적으로 출력하는 제3파장선택결합기; 상기 제3파장선택결합기의 제2출력단자에 일측이 연결되어 상기 제2출력단자를 통해 전달되는 신호로부터 증폭이득이 상대적으로 큰 소정의 파장대의 광신호를 흡수하는 흡수체; 상기 흡수체의 타측에 제4입력단자가 연결되고, 제5입력단자가 상기 제3파장선택결합기의 제3출력단자에 연결되어 상기 제4 및 제5입력단자를 통해 들어오는 신호를 결합하여 제6출력단자에 전달하는 제4파장선택결합기를 구비함을 특징으로하는 흡수체를 갖는 광증폭기.
6. 제5항에 있어서, 상기 흡수체는 어븀이 도핑된 광섬유임을 특징으로하는 흡수체를 갖는 광증폭기.