KR20000051567A - 이득 평탄화 기능을 갖는 광섬유 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광통신시스템에서 입력광신호를 장거리 전송함에 따라 감소된 신호를 동시에 같은 이득으로 증폭시킴과 더불어, 감시채널을 위한 출력포트를 구비한 이득 평탄화 기능을 갖는 광섬유증폭기에 관한 것으로서, 입력광신호를 증폭시켜 출력하는 광섬유증폭기의 출력신호중 일부분을 감지하여 이를 근거로 출력광신호에 대한 전체 이득을 일정하게 유지시킬 수 있도록 된 광섬유 증폭기에 있어서, 상기 광섬유증폭기로부터 인가되는 출력광신호를 소정 비율로 분리하여 일부는 출력광신호로서 출력하고, 그 나머지는 서큘레이터로 출력하는 탭커플러와, 상기 탭커플러로부터 인가되는 광신호를 브래그격자필터로 인가하고, 브래그격자필터로부터 반사되어 인가되는 반사광은 포토다이오드로 출력하는 서큘레이터, 상기 서큘레이터로부터 인가되는 광신호의 특정 파장의 광은 상기 서큘레이터로 반사시키고, 나머지 파장 대역의 광신호는 투과시키는 브래그격자필터, 상기 서큘레이터로부터 인가되는 반사광을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 포토다이오드 및, 상기 포토다이오드로부터 입력되는 신호를 근거로 펌핑광의 구동전류를 조절하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

이득평탄화 기능을 갖는 광섬유 증폭기{Optical fiber amplifier having a function of gain equalization}

본 발명은 광통신시스템에 관한 것으로, 특히 감소된 입력광신호에 대해 항상 일정한 출력이득을 갖도록 함과 더불어, 감시채널을 위한 출력포트를 구비하는 이득 평탄 광섬유 증폭기에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 광통신기술은 고속으로 대용량의 정보전송이 가능하고 전자기 유도에 의한 신호장애나 누화가 없기 때문에 해저 케이블을 통한 국가간의 정보통신에 주로 이용되고 있다.

광통신기술의 발달은 신호의 증폭을 위해 광신호를 전기적인 신호로 일시 변환하는 등의 물리적인 변화를 가하지 않고 광선로내에서 광신호 형태 자체로 그 신호이득을 높일 수 있도록 된 광증폭기가 개발되면서 더욱 가속화되었으며, 최근에 이르러서는 하나의 전송선로를 통해 파장이 각기 다른 광신호를 동시에 전송함으로써 선로의 전송효율을 높일 수 있도록 된 파장분할다중화(WDM : Wavelength Division Multiplexing)기술이 개발되어 상용화되고 있다.

한편, 상기한 파장분할다중(WDM)방식의 통신기술을 실현하기 위해서는 전체 사용 파장 영역에서 고른 증폭이득을 얻을 수 있도록 된 광섬유증폭기가 필수적이라 할 수 있는 바, 도 1은 종래 사용되던 일반적인 이득 평탄화 기능의 광섬유증폭기를 나타낸 구성도이다.

도 1에서 입력 광신호(S)는 제 1광선로(1)를 통해 제 1탭커플러(4)의 입력으로 인가된다. 그리고, 상기 제 1탭커플러(4)에서는 제 1광선로(1)를 통해 입력되는 광신호의 파워(Power)를 소정 비율, 예컨대 99:1의 비율로 분할하여 제 1아이솔레이터(5)와 제 1포토다이오드(7)로 각각 출력하게 되는 바, 99에 해당하는 광신호는 제 1 아이솔레이터(5)를 거쳐 제 1파장분할커플러(6)로 입력되고, 1에 해당하는 광신호는 제 1포토다이오드(7)에 공급된다.

그리고, 상기 제 1포토다이오드(7)는 상기 제 1탭커플러(4)로부터 입력되는 광신호를 광전변환하여 콘트롤회로(8)에 인가하게 되는 바, 콘트롤회로(8)는 상기 제 1포토다이오드(7)로부터 인가되는 신호의 파워레벨을 근거로 펌핑용 레이저 다이오드(3)의 동작전류를 조절함으로써 이후에 설명할 광증폭광섬유를 최적의 상태로 구동제어하게 된다.

한편, 상기 펌핑용 레이저 다이오드(3)에서 출력되는 펌핑광(P)과 상기 아이솔레이터(5)를 거쳐 인가되는 광신호(S)는 파장분할 커플러(6)를 통해 광증폭광섬유(EDF : Erbium Doped Fiber)(2)로 입력된다. 그리고, 광증폭광섬유(2)에서 상기 펌핑광(P)은 광증폭광섬유(2)에 도우핑(doping)되어 있는 희토류(rare-earth)이온을 여기시켜 소정 파장의 유도광자를 발생시키게 되고, 이때 발생된 유도광자가 광신호에 유입됨으로써 해당 광신호가 증폭되게 된다.

이때 증폭되는 파장별 증폭특성은 도 2에 나타낸 바와 같이 그 광증폭광섬유를 통해 전송되는 광신호의 파장에 따라 증폭이득이 다르게 설정되게 되는 바, 일반적으로 1530nm대 영역에서 최고치의 이득을 나타내며, 1550nm대 영역에서 두 번째의 최고치 이득을 나타낸다.

그리고, 일반적으로 광통신시스템에서는 광증폭기에 의해 양호한 증폭이득을 얻을 수 있는 파장대역, 즉 최저 이득손실이 발생하는 파장대역인 1530㎚∼1560㎚ 파장대의 광을 사용하여 데이터 송수신을 실행하게 되는데 특히, 상기한 파장 대역 중에서도 광증폭기를 통해 균일한 증폭이득을 얻을 수 있는 1540㎚∼1560㎚ 파장의 광을 사용하고 있다.

그러나, 광증폭광섬유의 증폭이득특성은 상기한 1540nm∼1560nm 파장대역에서도 약간의 차이가 있기 때문에, 상기 파장대역의 증폭이득이 가장 낮은 파장의 이득을 기준레벨로 하는 이득평탄화필터(Gain Flatness Filter)(9)를 광증폭광섬유(2)의 출력단에 결합함하여 구성되게 된다.

한편, 상기 이득 평탄화필터(9)를 통과한 증폭된 광신호는 제 2아이솔레이터(10)를 거쳐 제 2 탭커플러(11)로 인가되며, 상기 제 2탭커플러(11)는 제 2아이솔레이터(10)로부터 인가되는 광신호를 소정비율로 분할하여 일부는 출력광신호로서 출력하고, 일부는 고정형 필터(12)로 출력하게 된다.

그리고, 상기 고정형 필터(12)로 인가되는 광신호는 특정 파장대역의 광을 제 2포토다이오드(13)로 인가하게 되는 바, 제 2포토다이오드(13)에서는 상기 고정형 필터(12)로부터 인가되는 특정 파장대역의 광을 광전변환하여 콘트롤회로(8)에 인가함으로써, 증폭이득 조정을 위한 근거를 제공하게 된다. 여기서, 상기 고정형필터(13)의 투과대역은 약 4nm∼6nm정도가 된다.

그러나, 현재 이용되는 광통신시스템은 포인트-투-포인트(Point-to-Point) 전송뿐만 아니라 복잡한 광네트웍으로 구성되기 때문에, 광신호가 삭제 또는 추가되어 광섬유증폭기로 입력되게 되는 바, 증폭이득을 조정하는 근거가 되는 특정 파장의 광을 상기 고정형 필터를 사용하여 필터링하는 경우에는 그 투과대역이 넓어서 원하지 않는 파장의 광이 함께 투과되게 된다.

따라서, 상기 고정형필터로부터 필터링되는 광신호는 주변파장 신호가 포함된 광신호이기 때문에, 콘트롤 회로로 인가되는 신호는 실제 출력광신호의 모니터링신호와 차이가 있게 되는 바, 콘트롤회로에서는 이를 근거로 펌핑용 LD의 전류레벨을 조절함에 따라 자동 이득 조절에 장애가 발생하게 된다.

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 출력광의 모니터링대역을 브래그격자필터를 이용하여 추출하고, 이를 근거로 펌핑광의 구동전류를 조절함으로써, 입력광신호에 따른 전체 이득 특성을 자동으로 평탄화시킬 수 있도록 된 이득 평탄화기능을 갖는 광섬유증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 상기한 광섬유증폭기는 별도의 장치를 추가하지 않고 그 출력광신호를 감시할 수 있는 출력포트를 구비하는 이득평탄화 기능을 갖는 광섬유증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래의 이득평탄화 광섬유 증폭기의 내부구성을 나타낸 블록구성도.

도2는 일반적인 광증폭광섬유의 파장별 증폭특성을 나타낸 도면

도3은 본 발명의 1실시예에 따른 이득평탄화 기능을 갖는 광섬유 증폭기의 내부구성을 나타낸 블록구성도.

도4는 도3에 도시된 브래그격자필터(52)의 반사특성을 나타낸 도면.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 광섬유, 2 : 광증폭광섬유,

3 : 폄핑용 LD, 4, 11 : 탭커플러,

5, 10 : 아이솔레이터, 6 : 파장분할멀티플렉서(WDM),

7,13 : 포토다이오드, 8 : 콘트롤회로,

9 : 이득평탄화필터, 51 : 서큘레이터,

52 : 브래그격자필터(FBG), 70 : 모니터링장치.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이득평탄화기능을 갖는 광섬유증폭기는, 입력광신호를 증폭시켜 출력하는 광섬유증폭기의 출력신호중 일부분을 감지하여 이를 근거로 출력광신호에 대한 전체 이득을 일정하게 유지시킬 수 있도록 된 광섬유 증폭기에 있어서, 상기 광섬유증폭기로부터 인가되는 출력광신호를 소정 비율로 분리하여 일부는 출력광신호로서 출력하고, 그 나머지는 서큘레이터로 출력하는 탭커플러와, 상기 탭커플러로부터 인가되는 광신호를 브래그격자필터로 인가하고, 브래그격자필터로부터 반사되어 인가되는 반사광은 포토다이오드로 출력하는 서큘레이터, 상기 서큘레이터로부터 인가되는 광신호의 특정 파장의 광은 상기 서큘레이터로 반사시키고, 나머지 파장 대역의 광신호는 투과시키는 브래그격자필터, 상기 서큘레이터로부터 인가되는 반사광을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 포토다이오드 및, 상기 포토다이오드로부터 입력되는 신호를 근거로 펌핑광의 구동전류를 조절하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 복잡한 광네트웍을 구성하는 광섬유증폭기의 전체적인 광신호의 이득을 평탄화시키도록 함과 더불어, 그 출력단에 별도의 장치적인 구성을 추가하지 않고 광섬유증폭기의 모니터링 출력단을 구비하도록 함으로써, 모니터링을 위한 장치의 결합으로 인한 발생되는 신호이득의 손실을 발생시키지 않고 광섬유증폭기의 츨력특성을 감시할 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 1실시예에 따른 이득평탄화기능을 갖는 광섬유증폭기의 내부구성을 나타낸 블록구성도로서, 도 1에 도시된 장치와 동일한 기능을 수행하는 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.

도3에서 상기 광증폭광섬유(2)를 통해 증폭된 입력광신호가 이득평탄화필터(9)를 거쳐 제 2탭커플러(11)로 인가되게 되는 바, 이 제 2탭커플러(11)는 그 출력광을 소정 비율 예컨대 99 : 1로 분리하여 99%의 광신호는 이후의 출력단으로 출력하고, 1%의 광신호는 서큘레이터(51)의 입력단으로 인가하게 된다.

여기서, 상기 서큘레이터(51)는 입력되는 광신호를 제 1출력단으로 출력시키고, 이 제 1출력단으로부터 입력되는 광신호는 제 2출력단으로 출력시키는 서큘레이터(circulator)로서, 이는 상기 제 2탭커플러(11)로부터 입력되는 광신호를 이후에 설명할 광섬유 브래그 격자필터(Fiber Bragg Grating : FBG)(52)로 출력하고, 이 광섬유 브래그 격자필터(52)로부터 반사되어 입력되는 광신호는 제 2포토다이오드(13)로 출력하게 된다.

즉, 서큘레이터(51)의 제 1출력단은 광섬유 브래그 격자필터(52)와 결합되고, 제 2출력단은 제 2포토다이오드(13)와 결합되게 된다.

그리고, 상기 광섬유 브래그 격자필터(52)는 특정 파장만을 반사시키고 그 외 다른 파장은 투과시키는 장치로서, 이는 도 4에 도시된 바와 같은 특성을 나타낸다.

즉, 상기 광섬유 브래그 격자필터(52)는 도4에서와 같이 특정 파장의 피크치(A)를 중심으로 약 0.25nm대역의 광신호를 반사시키고, 나머지 파장은 모두 투과시키게 된다.

따라서, 본 시스템에서는 정보데이터가 실리게 되는 파장대역 즉, 1530nm∼1560nm대역은 모두 투과시키고 그 파장 대역 이외의 파장, 예컨대 1525nm를 반사파장 피크치로 설정된 브래그격자필터를 이용하게 된다.

이어, 상기한 구성으로 된 장치의 동작을 설명한다.

입력광신호(S)가 제 1탭커플러(4)를 통해 소정 비율로 분할되어 일부는 제 1아이솔레이터(5)를 거쳐 파장분할멀티플렉서(6)로 인가되고, 일부는 제 1포토다이오드(7)를 통해 콘트롤회로(8)로 인가되게 되는 바, 제 1탭커플러(4)로부터 분할되어 콘트롤회로(8)로 인가되는 신호는 입력광신호(S)의 세기에 따른 증폭도를 조절하기 위한 근거가 된다.

한편, 제 1탭커플러(4)로부터 분할되어 파장분할멀티플렉서(6)로 인가된 광신호는 펌핑용레이저다이오드(3)로부터 인가되는 펌핑광과 믹싱되어 광증폭광섬유(2)로 인가되게 된다.

이어, 상기 광증폭광섬유(2)로 인가되는 광신호는 소정 레벨 증폭되어 출력되게 되는 바, 광증폭광섬유(2)로부터 증폭 출력되는 광신호는 제 2아이솔레이터(10)를 거쳐 제 2탭커플러(11)의 입력으로 인가된다.

그리고, 상기 제 2탭커플러(11)로 인가된 광신호는 소정비율, 예컨대 99:1로 분할되어 99에 해당하는 광신호는 출력광신호로서 출력되고, 1에 해당하는 광신호는 서큘레이터(51)의 입력으로 인가된다.

한편, 상기 서큘레이터(51)로 인가된 광신호는 브래그격자필터(52)로 출력되게 되는 바, 브래그격자필터(52)에서는 설정된 특정 파장의 광은 서큘레이터(51)로 반사시키고, 그 나머지 파장의 광은 모두 투과시키게 된다.

그리고, 상기 서큘레이터(51)는 브래그격자필터(52)로부터 반사되어 입력되는 광을 제 2포토다이오드(13)로 인가하게 되고, 제 2포토다이오드(13)로 인가된 광은 광전변환되어 콘트롤회로(8)로 인가되게 되는 바, 콘트롤회로(8)에서는 제 2포토다이오드(13)로부터 인가되는 신호를 근거로 펌핑용레이저다이오드(3)의 동작전류를 조절하여 입력광신호의 출력 증폭이득이 평탄화되도록 제어하게 된다.

한편, 상기 브래그격자필터(52)를 통해 투과된 파장은 실제 정보데이터가 실리는 대역의 광으로서, 이 출력단을 일반 모니터링장치와 결합시켜 상기 브래그격자필터(52)의 투과출력으로부터 전반적인 출력 광신호를 감시할 수 있게 된다.

즉, 본 장치에 별도의 추가적인 장치를 구비하지 않고 출력신호 감시용 모니터링 단자를 구비함으로써, 모니터링을 위한 별도의 장치적인 접속으로 인해 발생되는 신호이득의 손실을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면 복잡한 광네트워을 구성하는 광섬유증폭기의 전체적인 광신호의 이득을 평탄화시키도록 함과 더불어, 그 출력단에 별도의 장치적인 구성을 추가하지 않고 광섬유증폭기의 모니터링 출력단을 구비하도록 함으로써, 모니터링을 위한 장치적인 접속으로 인하여 발생되는 신호이득의 손실을 발생하지 않고 광섬유증폭기의 츨력특성을 감시할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복잡한 광네트웍을 구성하는 광섬유증폭기의 전체적인 광신호의 이득을 평탄화시키도록 함과 더불어, 그 출력단에 별도의 장치적인 구성을 추가하지 않고 광섬유증폭기의 모니터링 출력단을 구비하도록 함으로써, 모니터링을 위한 장치의 결합으로 인한 발생되는 신호이득의 손실을 발생시키지 않고 광섬유증폭기의 츨력특성을 감시할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 입력광신호를 증폭시켜 출력하는 광섬유증폭기의 출력신호중 일부분을 감지하여 이를 근거로 출력광신호에 대한 전체 이득을 일정하게 유지시킬 수 있도록 된 광섬유 증폭기에 있어서,

   상기 광섬유증폭기로부터 인가되는 출력광신호를 소정 비율로 분리하여 일부는 출력광신호로서 출력하고, 그 나머지는 서큘레이터로 출력하는 탭커플러와,

   상기 탭커플러로부터 인가되는 광신호를 브래그격자필터로 인가하고, 브래그격자필터로부터 반사되어 인가되는 반사광은 포토다이오드로 출력하는 서큘레이터,

   상기 서큘레이터로부터 인가되는 광신호의 특정 파장의 광은 상기 서큘레이터로 반사시키고, 나머지 파장 대역의 광신호는 투과시키는 브래그격자필터,

   상기 서큘레이터로부터 인가되는 반사광을 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 포토다이오드 및,

   상기 포토다이오드로부터 입력되는 신호를 근거로 펌핑광의 구동전류를 조절하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이득평탄화기능을 갖는 광섬유증폭기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 브래그격자필터의 반사 대역은 정보가 없는 신호대역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 이득 평탄화기능을 갖는 광섬유증폭기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 브래그격자필터의 출력신호는 신호광을 감시하기 위한 모니터링 장치의 입력으로 인가되는 것을 특징으로 하는 이득 평탄화기능을 갖는 광섬유증폭기.