KR980013062A - Erbium doped fiber amplifier with flat gain characteristics - Google Patents

Abstract

본 발명은 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 평탄한 이득 특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기에 관한것으로서, 입사광 신호의 역방향 진행을 차단하는 제1아이솔레이터 ; 제1 아이솔레이터의 신호를 입력으로 하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장 영역의 단파장쪽은 신호감쇠를 작게하고 장파장쪽은 신호감쇠를 크게 하는 필터; 입사광 신호를 증폭하기 위해 입사광 신호와 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드; 필터를 통과한 입사광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하는 파장분할 멀티플렉서; 파장 분할 멀티플렉서로부터 인가되는 입사광신호를 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 어븀도핑 광섬유; 및 어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하는 제2아이솔레이터를 포함하는 특징으로 한다.The present invention relates to an erbium doped optical fiber amplifier having a flat gain characteristic with respect to changes in the intensity of an incident light signal and a pump power, and more particularly, to an erbium doped optical fiber amplifier having a first isolator for blocking reverse travel of an incident light signal; A filter for reducing signal attenuation in a short wavelength side and increasing a signal attenuation in a long wavelength side in a wavelength range in which a flat gain is to be obtained by inputting a signal of the first isolator; A pump laser diode for applying pumping light having a wavelength different from that of an incident light signal to amplify an incident light signal; A wavelength division multiplexer for wavelength-splitting incident light passing through the filter and wavelength of the pumping light; An erbium doped optical fiber amplifying an incident light signal applied from a wavelength division multiplexer with light for pumping a pump laser diode and having a positive gain slope in a wavelength range in which flat gain characteristics are to be obtained; And a second isolator for blocking reverse propagation of a signal that has passed through the erbium doped optical fiber.

본 발명에 의하면, 10mm의 파장영역에 걸쳐 평탄화된 이득을 가짐으로써, 광통신시스템의 광선로에 전송할 수 있는 전송량을 확장할 수 있다.According to the present invention, the amount of transmission that can be transmitted to the optical line of the optical communication system can be extended by having a gain flattened over a wavelength region of 10 mm.

Description

평탄한 이득특성을 갖는 어븀 도핑 광섬유 증폭기Erbium doped fiber amplifier with flat gain characteristics

본 발명은 광증폭기에 관한것으로서, 특히 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 평탄한 이득 특성을 갖는 어븀 도핑 광섬유 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to an optical amplifier, and more particularly, to an erbium doped optical fiber amplifier having flat gain characteristics with respect to changes in intensity of an incident light signal and pump power.

일반적으로 광통신이란 광을 이용한 정보전송으로, 전송선로로 광섬유를 사용하며, 광을 펄스화하고 전송로 중간에 재생중계기를 설치하여 광펄스를 판별하고 중계기마다 깨끗한 파형으로 고쳐서 증폭하여 원거리까지 전송이 가능한 통신이다. 이러한 광통신의 발전은 정보사업의 발달과 함께 많은 량의 정보를 초고속으로 송수신 및 분배할 수 있는 기술의 개발로 인해 가속화되고 있는 추세이다. 전기, 전파 통신에 비해 광통신의 장점으로는 전자파 등의 간섭이 없다는 점 등 여러 가지가 있으나, 무엇보다도 큰 장점은 많은 량의 정보를 한꺼번에 전송할 수 있으며 통신 손실이 매우 낮다는 점에 있다.In general, optical communication is information transmission using light, optical fiber is used as a transmission line, pulses of light are generated, and a reproduction repeater is installed in the middle of the transmission line to discriminate optical pulses and amplify them by a clear waveform for each repeater, It is possible communication. The development of optical communication has been accelerated due to the development of information business and the development of technologies capable of transmitting / receiving and distributing a large amount of information at a high speed. The advantage of optical communication compared with electricity and radio communication is that there is no interference of electromagnetic waves and the like. However, a great advantage is that a large amount of information can be transmitted at once and communication loss is very low.

그러나 장거리 광통신을 위한 중계기에 있어서, 종래의 광통신 중계방식은 약해진 광신호를 전기신호로 변환하여 증폭시킨 후 다시 이를 광신호로 변환하여 통신하는 방식이었다. 이러한 중계방식에서는 중계용 증폭기 시스템이 지나치게 비대화되고 잡음이 증가하는 등의 많은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 보완하고 효율적으로 광증폭을 수행하기 위한 중계기로서는 광신호 자체를 증폭시키는 광증폭기가 요구된다.However, in a conventional repeater for long-distance optical communication, a conventional optical communication relay system converts a weakened optical signal into an electrical signal, amplifies the amplified optical signal, and then converts the amplified optical signal into an optical signal. In such a relay system, there are many problems such that the relay amplifier system becomes excessively large and the noise increases. An optical amplifier for amplifying the optical signal itself is required as a repeater for compensating for such problems and performing optical amplification efficiently.

상기와 같은 광증폭 중계기로서 어븀도핑 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier; 이하 EDFA라 함)는 차세대 광통신용 광 중계기로서 많은 각광을 받고 있다. 상기 EDFA는 대량의 데이터가 한가닥의 광섬유를 통해 장거리에 걸쳐 전송될 때, 장거리 전송에 따르는 광신호의 감쇠를 막기 위하여 주기적으로 광신호를 증폭해 주는데 사용된다.An Erbium Doped Fiber Amplifier (hereinafter referred to as EDFA) has been widely spotlighted as an optical repeater for the next generation optical communication as the above-described optical amplification repeater. The EDFA is used to periodically amplify an optical signal to prevent attenuation of the optical signal due to long-distance transmission, when a large amount of data is transmitted over a single optical fiber over a long distance.

EDFA의 일반적인 구조는 펌프(Pump) 레이저 다이오드(Laser Diode)의 파장과 위치에 의해 구분될 수 있으며, 펌프광의 진행 방향에 따라 순방향 펌핑, 역방향 펌핑 및 양방향 펌핑이 있다. 현재 일반적인 사용되는 펌프 파장은 980nm와 1480nm이다. 또한 사용용도에 따라, 상기 EDFA는 전단 증폭기(pre-amplifier), 중계단 증폭기(in-line amplifier), 후단 증폭기(post-amplifier) 및 CATV 파워 부스터(CATV Power Booster)용이 있다.The general structure of an EDFA can be distinguished by the wavelength and position of a pump laser diode, and there are forward pumping, reverse pumping and bidirectional pumping depending on the direction of the pump's travel. Currently commonly used pump wavelengths are 980nm and 1480nm. In addition, the EDFA may be a pre-amplifier, an in-line amplifier, a post-amplifier, and a CATV power booster depending on the application.

그리고 상기 EDFA는 회토류 원소인 어븀(Er3+)을 첨가할 시 광섬유의 최저손실을 보여주는 1.5㎛ 영역에서의 넓은 증폭대역과 아울러 통신 광섬유와의 접속(splicing)이 용이하고 높은 이득(gain)특성, 낮은 잡음 및 낮은 편파(polarization)의 존성 등의 장점이 있다.In addition, the EDFA has a broad amplification band in the 1.5 탆 range showing the lowest loss of the optical fiber when erbium (Er3 +), which is a recurrent earth element, is added, and is easily spliced to a communication optical fiber and has a high gain characteristic, Low noise and low polarization.

또한, EDFA는 서로 다른 여러 가지 파장의 광에 실린 정보를 묶어 단일 선로로 통신하는 파장분할 다중통신(WDM; Wavelength Division Multiplexing)시스템에 이용된다. 그러나 EDFA가 파장분할 멀티플렉싱(WDM)에 이용되기 위해서는 EDFA의 스펙트럼(spectrum) 이득이 높아야 하며, 또한 넓은 파장대에 걸친 평탄한 이득특성이 요구된다.In addition, the EDFA is used in a WDM (Wavelength Division Multiplexing) system in which information contained in lights of different wavelengths are grouped and communicated by a single line. However, in order for the EDFA to be used for wavelength division multiplexing (WDM), the spectrum gain of the EDFA must be high and a flat gain characteristic over a wide wavelength band is required.

최근들어 상기 EDFA의 이득을 평탄화하기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있다. 일반적으로 이득을 평탄화하는 방법으로는 어븀도핑 광섬유(Erbium Doped Fiber; 이하 EDF라 함)사이에 아이솔레이터(isolator)나 필터(filter)를 사용하거나 광섬유 격자 필터(fiber grating filter)를 사용하는 방법이 있으나, 아직 상용화되지는 않고 있다. 현재까지는 주로 EDFA의 이득과 잡음지수(Noise Figure) 개선을 위해 많은 연구가 이루어지고 있고, EDFA의 이득 평탄화도 입력신호 파워(power)나 펌프 파워를 일정하게 하고 특정한 파장영역에서만 이루어졌다.In recent years, efforts have been actively made to flatten the gain of the EDFA. In general, as a method of flattening the gain, there is a method of using an isolator or a filter or a fiber grating filter between Erbium Doped Fibers (EDFs) , But it is not yet commercialized. Until now, much research has been done mainly to improve the gain and noise figure of the EDFA, and the gain flattening of the EDFA has been performed only in a specific wavelength region with a constant input power or pump power.

도 1은 일반적인 EDFA의 구성에 대한 블록도를 도시한 것으로서, 신호의 역류를 방지하여 신호외의 광파의 발진등을 방지하는 2개의 광 아이솔레이터(100, 130), 펌프광과 신호광을 단일 광섬유로 합해주는 수동광소자인 파장분할멀티플렉서(wavelength division multiplexer; WDM, 120), 광섬유 코어일부에 어븀을 도핑하여 유도복사 원리로 증폭을 일으키는 증폭매체인 어븀도핑 광섬유(erbium doped fiber; EDF, 120) 및 어븀을 여기시키는데 필요한 에너지를 제공하는 능동광소자인 펌핑용 레이저 다이오드(140)로 구성되어 있다.FIG. 1 is a block diagram of a general EDFA. The optical isolator 100 includes two optical isolators 100 and 130 for preventing backflow of a signal and preventing oscillation of a light wave other than a signal, A wavelength division multiplexer (WDM) 120, a passive optical element, an erbium doped fiber (EDF) 120 and an erbium doped fiber (Erbium doped fiber) 120, And a laser diode 140 for pumping, which is an active optical device that provides the energy required for excitation.

이와 같은 구성의 EDFA에서, EDF에는 펌핑용 레이저 다이오드(140)가 접속되고, 이 펌핑 레이저 다이오드의 펌핑광이 광섬유의 코어에 도핑된 회토류 원소인 Er3+를 여기시켜 자발 방출(spontaneous emission)이 일어나도록 한다. 상기 펌핑용 레이저 다이오드(5)의 중심파장은 980nm이고, 펌핑광 출력은 입력측의 아이솔레이터(100)를 통한 미약한 광신호와 함께 파장분할 멀티플렉서(110)를 거쳐 어븀도핑 광섬유(120)에 입사된다. 상기 파장분할 멀티플렉서(110)는 1530nm~1560nm파장의 광신호와 980nm 파장의 펌핌용 광을 결합시켜 EDF(120)에 입사시키는 역할을 한다. EDF(120)에서는 1530nm~1560nm 파장의 광신호들이 980nm 파장의 펌핑용 광에 의해 증폭된다. 그리고 아이솔레이터(100, 130)는 상기 EDF의 ASE(amplified spontaneous emission)가 역방향으로 진행하여 다른 광소장들에 의해 반사된 후 EDF에 입사되어 신호광의 증폭효율을 저하시키는 것을 막아준다.In the EDFA having such a structure, the pumping laser diode 140 is connected to the EDF, and the pumping light of the pumping laser diode excites the erbium-doped Er3 + doped in the core of the optical fiber to cause spontaneous emission . The center wavelength of the pumping laser diode 5 is 980 nm and the pumping light output is incident on the erbium doped optical fiber 120 through the wavelength division multiplexer 110 together with the weak optical signal through the isolator 100 on the input side . The wavelength division multiplexer 110 combines an optical signal having a wavelength of 1530 nm to 1560 nm with a light having a wavelength of 980 nm to enter the EDF 120. In the EDF 120, optical signals having a wavelength of 1530 nm to 1560 nm are amplified by pumping light having a wavelength of 980 nm. The isolators 100 and 130 prevent the amplified spontaneous emission (ASE) of the EDF from traveling in the opposite direction, reflected by other light intensities, and then entering the EDF to lower the amplification efficiency of the signal light.

현재 널리 사용되고 있는 EDFA는 특정파장에 대해서만 높은 이득을 갖고 파장에 따라 이득편차가 심하다. 특히 EDFA의 동작 이득 범위에 따라 이득 스??펙트럼이 크게 좌우된다. 도 2는 상기 펌프 레이저 다이오드의 중심파장이 980nm 펌프 레이저 다이오드의 전류가 160mA(펌프파워는 67mW)이며, 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트(low Al-content alumino-germanosilcate erbium)EDF로 어븀농도가 260ppm이고 길이가 17m인 EDF에 대해, 1542.3nm, 1546.8nm, 1552.4nm인 세 개의 입력신호파장에서의 신호입력 파워 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이며, 도 3ms 상기 도 2와 같은 조건에서 펌프 레이저 다이오드 전류의 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.Currently widely used EDFA has a high gain only for a specific wavelength and has a large gain deviation depending on a wavelength. In particular, the gain spectrum is largely influenced by the operating gain range of the EDFA. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the center wavelength of the pump laser diode and the erbium concentration of the 980 nm pump laser diode at 160 mA (the pump power is 67 mW), the low Al-content alumino-germanosilcate erbium EDF, Is a graph showing the measurement results of gain and noise figure according to signal input power change at three input signal wavelengths of 1542.3 nm, 1546.8 nm and 1552.4 nm for an EDF of 260 ppm and a length of 17 m, 2 is a graph showing the measurement results of the gain and the noise figure according to the change of the pump laser diode current under the same conditions.

상기 도 2에서 사용된 세 파장, 즉 1542.3nm, 1546.8nm 및 1552.4nm에 대해서 소신호 증폭이득은 약 3dB 정도의 차이를 보이며, 입력신호광의 세기가 변하면 이들 파장에 따른 이득의 차이도 커진다.The small signal amplification gain differs by about 3 dB with respect to the three wavelengths used in FIG. 2, that is, 1542.3 nm, 1546.8 nm and 1552.4 nm, and when the intensity of the input signal light is changed, the difference in gain according to these wavelengths also increases.

도 3도 마찬가지로 펌프 레이저 다이오드의 전류가 160mA(67mW)에서 세파장에서의 이득차이가 3dB이나 펌프광의 세기를 달리하면 이득의 크기도 달라진다.As shown in FIG. 3, when the pump laser diode current is 160 mA (67 mW), the magnitude of the gain changes when the gain difference at three wavelengths is 3 dB or the intensity of the pump light is different.

따라서 도2 및 도 3에 도시된 바와 같은 종래기술에 의한 EDFA를 실제 시스템에 장착하여사용할 때, 한 개의 광선로에 여러 파장의 신호를 동시에 보낼 수 없을뿐만아니라 장시간 사용후 펌프광의 세기가 감소될 경우 파장에 따른 이득 감소폭이 달라져 효율적으로 광전송을 할 수 없다. 즉 상기 도 2 및 도 3에 도시된 종래 기술에 의한 EDFA는 이득 변화가 0.5dB이내에서 전송가능한 신호광의 파장범위는 대략 3nm에 불과하다.Therefore, when the EDFA according to the related art as shown in FIGS. 2 and 3 is mounted on an actual system, signals of various wavelengths can not be simultaneously transmitted to one optical line, and when the intensity of the pump is reduced after long- The optical gain can not be efficiently transmitted due to the difference in the gain reduction depending on the wavelength. That is, the EDFA according to the prior art shown in FIG. 2 and FIG. 3 has a wavelength range of signal light transmittable within 0.5 dB of the gain change of only about 3 nm.

본 발명은 상술한 일반적인 EDFA의 전송가능한 신호광의 극히 제한된 파장범위 문제를 해결하기 위해 창출된것으로서, EDFA의 파장에 따른 이득을 대략 10nm 파장영역에 걸쳐 평탄한 이득을 갖는 EDFA를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention aims to provide an EDFA having a flat gain over a wavelength range of approximately 10 nm in gain according to a wavelength of an EDFA, which is created to solve the problem of an extremely limited wavelength range of a signal light capable of being transmitted by a general EDFA described above .

도 1은 일반적인 EDFA의 구성에 대한 블록도를 도시한 것,1 shows a block diagram of a typical EDFA configuration,

도 2는 종래의 EDFA를 사용하여 펌프 레이저 다이오드의 중심파장이 980nm, 펌프 레이저 다이오드의 전류가 160nmA(펌프파워는 67mW)이며, 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 EDF로 어븀농도가 260ppm이고 길이가 17m인 EDF에 대해, 1542.3nm, 1546.8nm, 1552.4nm인 세 개의 입력신호파장에서의 신호입력 파워 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.FIG. 2 is a graph showing the relationship between the center wavelength of the pump laser diode and the current of the pump laser diode using a conventional EDFA, the current of the pump laser diode being 160 nmA (the pump power is 67 mW), the low aluminum containing alumino-low mannosilicate EDF, Is a graph showing the measurement results of gain and noise figure according to signal input power change at three input signal wavelengths of 1542.3 nm, 1546.8 nm and 1552.4 nm for an EDF of 17 m.

도 3은 도 2와 같은 조건에서 펌프 레이저 다이오드 전류의 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.FIG. 3 is a graph showing a measurement result of a gain and a noise figure according to a change of a pump laser diode current under the condition shown in FIG.

도 4는 본 발명에 따른 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 평탄한 이득 특성을 갖는 EDFA의 구성에 대한 일실시예를 블록도를 도시한 것이다.FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of an EDFA having flat gain characteristics with respect to intensity of an incident light signal and pump power according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 EDFA를 사용하여 펌프 레이저 다이오드의 중심파장이 980nm, 펌프 레이저 다이오드의 전류가 160mA(펌프파워는 67mW)이며, 저 알루미늄함유 알루미노-저매노실리케이트 EDF로 어븀 농도가 260ppm이고 길이가 17m인 EDF에 대해, 1542.3nm, 1546.8nm, 1552.4nm인 세 개의 입력신호파장에서의 신호입력 파워 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship between the center wavelength of the pump laser diode and the pump laser diode using the EDFA according to the present invention. The center wavelength of the pump laser diode is 980 nm, the current of the pump laser diode is 160 mA (pump power is 67 mW) And for the EDF having a length of 17 m, the results of measurement of gain and noise figure according to signal input power change at three input signal wavelengths of 1542.3 nm, 1546.8 nm and 1552.4 nm are shown.

도 6은 도 5와 같은 조건에서 펌프 레이저 다이오드 전류의 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.FIG. 6 is a graph showing a measurement result of a gain and a noise figure according to a change of a pump laser diode current under the condition of FIG.

상기의 목적을 달성하기 위한, 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기는 입사광 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득감소 현상을 없애주는 제1아이솔레이터; 상기 제1아이솔레이터의 신호를 입력으로하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장 영역의 단파장쪽은 신호감쇠를 작게하고 장파장쪽은 신호감쇠를 크게 하는 필터; 상기 입사광 신호를 증폭하기 위해 상기 입사광 신호와 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드 ; 상기 필터를 통과한 입사광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하는 파장분할 멀티플렉서; 상기 파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 어븀도핑 광섬유; 및 상기 어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득 감소 현상을 없애주는 제2아이솔레이터를 포함함이 바람직하다.In order to achieve the above object, an erbium doped optical fiber amplifier having a flat gain characteristic with respect to changes in the intensity of an incident light signal and a pump power is provided with a first isolator for blocking reverse propagation of an incident light signal to eliminate gain reduction due to reflected waves. A filter for reducing signal attenuation in a short wavelength side and increasing signal attenuation in a long wavelength side to obtain a flat gain by receiving a signal of the first isolator; A pump laser diode for applying pumping light having a wavelength different from that of the incident light signal to amplify the incident light signal; A wavelength division multiplexer for wavelength-splitting incident light passing through the filter and wavelength of the pumping light; An erbium doped optical fiber amplifying the incident light signal applied from the wavelength division multiplexer with light for pumping of the pump laser diode and having a positive gain slope in a wavelength range in which a flat gain characteristic is to be obtained; And a second isolator that blocks reverse propagation of the signal that has passed through the erbium doped optical fiber to eliminate gain reduction due to reflected waves.

상기 필터는 입력신호의 파장이 1554.5nm에서, 피크 감쇠를 가지며, 자유 스펙트럴 범위(FSR)가 32nm이고, 신호광을 파장에 따라 필터링하는 마크-젠더 필터임이 바람직하고, 상기어븀도핑 광섬유는 평탄한 이득 특성을 갖고자 하는 파장영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유임이 바람직하다.Preferably, the filter is a mark-gender filter that has a peak attenuation at a wavelength of 1554.5 nm, a free spectral range (FSR) of 32 nm, and filters the signal light according to the wavelength, and the erbium doped optical fiber has a flat gain It is preferable that the low-aluminum-containing alumino-low-mannosilicate erbium-doped optical fiber has a positive gain slope in the wavelength region in which the characteristics should be obtained.

그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또다른 구성을 갖는, 입상광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 관섬유 증폭기는 입사광신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득감소 현상을 없애주는 제1아이솔레이터; 상기 제1아이솔레이터의 신호를 입력으로하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장영역의 단파장쪽은 신호감쇠를 크게 하고 장파장쪽은 신호감쇠를 작게하는 필터; 상기 입사광신호를 증폭하기 위해 상기 입사광신호와 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드; 상기 필터를 통과한 입사광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장 분할하는 파장 분할 멀티플렉서; 상기 파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득특성을 얻고자 하는 파장영역에서 음의 이득기울기를 갖는 어븀도핑 광섬유; 및 상기 어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득감소현상을 없애주는 제2아이솔레이터를 포함함이 바람직하다.In order to achieve the above object, an erbium doped fiber amplifier having a gain characteristic which is flat with respect to the change of the power of the granular optical signal and the pump power, which has another structure according to the present invention, blocks the reverse propagation of the incident light signal, A first isolator which eliminates the gain reduction phenomenon caused by the first isolator; A filter for increasing a signal attenuation in a short wavelength side and a signal attenuation in a long wavelength side in a wavelength range where a flat gain is to be obtained by receiving a signal of the first isolator; A pump laser diode for applying pumping light having a wavelength different from that of the incident light signal to amplify the incident light signal; A wavelength division multiplexer for wavelength-splitting incident light passing through the filter and wavelength of the pumping light; An erbium doped optical fiber amplifying the incident light signal applied from the wavelength division multiplexer with pumping light of the pump laser diode and having a negative gain slope in a wavelength range in which a flat gain characteristic is to be obtained; And a second isolator that blocks reverse propagation of the signal that has passed through the erbium doped optical fiber to eliminate gain reduction due to reflected waves.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에서는 EDFA의 파장에 따른 이득을 1542nm에서 1552nm까지 10nm 파장영역에서 이득 평탄화하기 위해 Free Spectal Range(FSR)가 32nm인 Mach-Zehnder 필터를 EDF 앞단에 삽입하였다. 도 4는 본 발명에 따른 입사광신호의 세기 및 펌프파워의 변화에 대해 평탄한 이득 특성을 갖는 EDFA의 구성에 대한 일실시예를 블록도를 도시한것으로서, 1아이솔레이터(400), 마크-젠더 필터(410), 펌프 레이저 다이오드(420), 파장분할 멀티플렉서(430), 어븀도핑 광섬유(440) 및 제2아이솔레이터(450)으로 이루어진다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, a Mach-Zehnder filter having a Free Spectral Range (FSR) of 32 nm was inserted in front of the EDF to gain-flatten the gain according to the wavelength of the EDFA from 1542 nm to 1552 nm in the 10 nm wavelength region. FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of an EDFA having a flat gain characteristic with respect to changes in intensity and pump power of an incident light signal according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing an arrangement of an isolator 400, a mark- 410, a pump laser diode 420, a wavelength division multiplexer 430, an erbium doped fiber 440 and a second isolator 450.

상기 제1아이솔레이터(400)는 입사광 신호의 불필요한 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득감소 현상을 없애는 역할을 하며, 40dB 내외의 아이솔레이션을 한다. 상기 마크-젠더(Mach-Zehnder)필터(410)는 EDF(440) 앞단에 삽입되어 신호광으 파장에 따라 필터링하며, 상기 제1아이솔레이터(400)의 신호를 입력으로 하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장 영역의 단파장쪽은 신호감쇠를 작게 하고 장파장쪽은 신호감쇠를 크게한다. 또한 자유 스펙트럴 범위(FSR)가 32nm이고, 흡수율(extinction ratio)은 최대 35dB, 파장 튜닝범위(tuning range)는 최대 1.4FSR까지 조절가능하며, 입력신호의 파장이 1554.5nm에서 피크 감쇠를 갖도록 흡수율을 3dB로 조절하였다.The first isolator 400 blocks unnecessary reverse propagation of an incident light signal to eliminate a gain reduction phenomenon caused by a reflected wave and performs isolation of about 40 dB. The Mach-Zehnder filter 410 is inserted in front of the EDF 440 and filters the signal according to the wavelength of the signal. The Mach-Zehnder filter 410 receives the signal of the first isolator 400, The signal attenuation is made smaller on the short wavelength side and the signal attenuation is made longer side on the longer wavelength side. The tunable range is adjustable up to 1.4FSR, and the absorption rate is adjusted so that the wavelength of the input signal has a peak attenuation at 1554.5 nm. Was adjusted to 3 dB.

펌프 레이저 다이오드(420)는 상기 입사광 신호를 증폭하기위해 상기 입사광 신호와 다른 파장의 펌핑용광을 인가하며, 펌프광의 파장이 1480nm인 펌프LD보다 증폭효율이 좋고 잡음지수(noise figure)특성이 우수하며 최대 파워가 77mW인 Seastar사 (펌프 레이저 다이오드 제조회사명)의 980nm의 펌프광 파장을 갖는 펌프 LD이다. 파장분할 멀티플렉서(WDM, 430)는 상기 마크-젠더 필터(410)를 통과한 입사광과 상기 펌핑용 광의 파장을 EDF(440)에 보내주기 위해 파장분할하여 결합시켜주며, 퓨즈타입(fused type)으로 삽입손실은 0.3dB정도이며 아이솔레이션은 18dB 이상이다.The pump laser diode 420 applies a pumping light having a wavelength different from that of the incident light signal to amplify the incident light signal. The pump laser diode 420 has better amplification efficiency and noise figure characteristic than a pump LD having a pump wavelength of 1480 nm It is a pump LD with a pump wavelength of 980nm of Seastar Co., Ltd. (manufacturer of pump laser diode) with maximum power of 77mW. The wavelength division multiplexer (WDM) 430 wavelength-splits and combines the incident light and the wavelength of the pumping light, which have passed through the mark-gender filter 410, to the EDF 440, Insertion loss is about 0.3dB and isolation is over 18dB.

어븀도핑 광섬유(EDF, 440)는 상기 파장분할 멀티플렉서(WDM, 430)로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프 레이저 다이오드(LD, 420)의 펌핑용 광으로 증포하는 증폭매질로서, 평탄한 이득특성을 얻고자 하는 파장영역에서 양의 이득 기울기(positive gain slope)를 가지며, 어븀도핑 농도가 260ppm인 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유이고, 길이는 17m이다. 제2아이솔레이터(450)는 상기 어븀도핑 광섬유(440)를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득 감소현상을 없애주는 역할을 한다.The erbium doped optical fiber (EDF) 440 is an amplification medium for propagating the incident light signal applied from the wavelength division multiplexer (WDM) 430 as light for pumping the pump laser diode (LD) 420, and obtains a flat gain characteristic Doped alumino-low-mannosilicate erbium doped fiber with a positive gain slope in the wavelength region of interest and an erbium doping concentration of 260 ppm and a length of 17 m. The second isolator 450 blocks the reverse propagation of the signal that has passed through the erbium doped optical fiber 440, thereby eliminating the phenomenon of gain reduction due to the reflected wave.

한편 상기 본 발명에 따른 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 평탄한 이득 특성을 갖는 EDFA의 구성에 대한 일실시예의 동작을 설명하기로 한다. 상기 일실시예에서 사용된 마크-젠더 필터(410)는 FSR영역을 FSR의 1.4배까지 파장에 따라 튜닝(tuning)할 수 있고, 흡수율도 35dB까지 조절가능하다. 따라서 같은 파워로 들어오는 입력신호를 파장에 따라 감쇠를 다르게하여 EDF(440)에 들어가는 신호광의 세기가 파장에 따라 다르게 한다. 본 발명의 실시예에서 사용된 EDF(440)는 이득 스펙트럼이 1542nm와 1552nm 영역에서 단파장쪽은 이득이 작고, 장파장쪽은 이득이 크므로 EDF(440)에 들어오는 신호광은 마크젠터필터(410)를 이용하여 단파장쪽은 감쇠가 작고 장파장쪽은 감쇠를 크게하여 결과적으로 EDF(440)의 이득 스펙트럼과 반대가 되게 한다. 마크-젠더 필터(410)의 감쇠 스펙트럼과 EDF(440)이 이득 스펙트럼은 서로 보완이 되어 결과적으로 EDFA의 이득을 평탄화(flattening)한다.The operation of the EDFA having the flat gain characteristic with respect to the intensity of the incident light signal and the pump power according to the present invention will be described. The mark-gender filter 410 used in the above embodiment can tunes the FSR region to 1.4 times the FSR according to the wavelength, and the absorption rate can be adjusted to 35 dB. Therefore, the intensity of the signal input to the EDF 440 varies depending on the wavelength by making the attenuation different according to the wavelength of the input signal coming in with the same power. In the EDF 440 used in the embodiment of the present invention, the gain is small in the short wavelength side and the gain is in the long wavelength side in the 1542 nm and 1552 nm regions of the gain spectrum, so that the signal light entering the EDF 440 passes through the marker filter 410 The attenuation on the short wavelength side is small and the attenuation on the long wavelength side is large so that it is opposite to the gain spectrum of the EDF 440 as a result. The attenuation spectrum of the mark-gender filter 410 and the gain spectrum of the EDF 440 are complementary to each other and consequently flatten the gain of the EDFA.

사용된 EDF(440)의 최적 길이는 17m였고, 1542nm에서 1552nm까지 파장영역에서 최적의 이득 평탄화하기 위해 마크-젠더 필터(410)의 흡수율은 1554.5nm에서 피크 감쇠가 3.0dB가 되도록 조절하여 1542nm에서 1552nm까지 10nm 범위에서 이득을 0.5dB 이내로 평탄화하였다.The optimal length of the used EDF 440 was 17 m and the absorption rate of the mark-gender filter 410 was adjusted so that the peak attenuation was 3.0 dB at 1554.5 nm to optimize gain flattening in the wavelength range from 1542 nm to 1552 nm, The gain was flattened to within 0.5 dB in the 10 nm range up to 1552 nm.

EDF의 길이나 종류가 바뀌면 주어진 EDF의 이득 스펙트럼에 따라 마크-젠더 필터(410)의 흡수율 및 튜닝 범위도 조절하여야 한다.If the length or type of the EDF is changed, the absorption rate and the tuning range of the mark-gender filter 410 should be adjusted according to the gain spectrum of a given EDF.

본 발명에서는 펌프 파워를 변화시켜가며 이득을 20.5dB까지 변화시켰을 때 파장에 따른 이득 차(gain differnce)는 도 6에 도시된 바와 같이 ±0.4dB 이내였고, 입력신호세기 변화에도 이득 차는 도 5에 도시된 바와 같이 ±0.4dB 이내였다. 즉 도 5는 본 발명에 따른 EDFA를 사용하여 펌프 레이저 다이오드의 중심파장이 980nm, 펌프 레이저 다이오드의 전류가 160mA(펌프파워는 67mW)이며, 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 EDF로 어븀농도가 260ppm이고 길이가 17m인 EDF에 대해, 1542.3nm, 1546.8nm, 1552.4nm인 세 개의 입력신호파장에서의 신호입력 파워 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다. 도 6은 도 5와 같은 조건에서 펌프 레이저 다이오드 전류의 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.In the present invention, when the gain is changed to 20.5 dB while varying the pump power, the gain difference according to the wavelength is within ± 0.4 dB as shown in FIG. 6, As shown, it was within ± 0.4 dB. That is, FIG. 5 shows that the center wavelength of the pump laser diode is 980 nm, the current of the pump laser diode is 160 mA (pump power is 67 mW), and the erbium concentration is lowered by the low-aluminum-containing alumino-low mannosilicate EDF using the EDFA according to the present invention Is a diagram showing the measurement results of gain and noise figure according to signal input power change at three input signal wavelengths of 1542.3 nm, 1546.8 nm and 1552.4 nm for an EDF of 260 ppm and a length of 17 m. FIG. 6 is a graph showing a measurement result of a gain and a noise figure according to a change of a pump laser diode current under the condition of FIG.

한편 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기로 한다. 상기 본 발명의 또다른 실시예는 상기 일실시예와 비교해볼 때 마크-젠더 필터 및 EDF의 특성 차이를 제외하고는 그 구성요소는 동일하다. 즉, 마크-젠더 필터(410)는 상기 제1아이솔레이터(400)의 신호를 입력으로 하여 상기의 일실시예와 반대로 평탄한 이득을 얻고자하는 파장영역의 단파장쪽은 신호감쇠를 크게 하고 장파장쪽은 신호감쇠를 작게 한다. 그리고 EDF(440)도 상기의 일실시예와 반대로 평탄한 이득특성을 얻고자 하는 파장영역에서 '음의 이득 기울기(negative gain slope)'를 가지며 어븀 도핑 농도가 260ppm인 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유이다. 이렇게 구성하여도 상기 일실시예와 마찬가지로 마크-젠더 필터(410)의 감쇠 스펙트럼과 EDF(440)의 이득 스펙트럼은 서로 보완이 되어 결과적으로 EDFA의 이득을 평탄화(flattening)한다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described. In other embodiments of the present invention, the components are the same except for the difference in characteristics of the mark-gender filter and the EDF. In other words, the mark-gender filter 410 receives the signal of the first isolator 400 and increases the signal attenuation on the short wavelength side of the wavelength region in which a flat gain is to be obtained in contrast to the above embodiment, Reduce signal attenuation. The EDF 440 also has a low gain slope in the wavelength range where flat gain characteristics are to be obtained and a low aluminum containing alumino-zirconia having a erbium doping concentration of 260 ppm Silicate erbium doped optical fiber. Even in such a configuration, the attenuation spectrum of the mark-gender filter 410 and the gain spectrum of the EDF 440 are complementary to each other, thereby flattening the gain of the EDFA.

본 발명에 의하면, EDF(440)앞단에 마크-젠더 필터(410)를 사용하여 1542nm에서 1552nm까지의 파장영역에서 EDFA의 이득을 ±0.4dB 이내로 평탄화하였다. 즉, 입력되는 신호의 세기가 달라져도 EDFA의 이득차는 주어진 파장영역에서 ±0.4dB 이내로 평탄화되었으며 펌프 파워가 0mW에서 67mW까지 변해도 파장에 따른 EDFA의 이득차는 ±0.4dB 이내로 평탄화되었다.According to the present invention, the gain of the EDFA is flattened to within ± 0.4 dB in the wavelength range from 1542 nm to 1552 nm by using the mark-gender filter 410 in front of the EDF 440. In other words, even if the intensity of input signal is different, the gain difference of EDFA is flattened within ± 0.4dB in a given wavelength range. Even if the pump power changes from 0mW to 67mW, the gain difference of EDFA according to wavelength is flattened to within ± 0.4dB.

이것은 실제 시스템에 적용하여 사용할 때 장거리 전송에서 여러개의 EDFA를 사용할 경우에 그 효과가 크다. 여러개의 EDFA를 사용하던 중 1개가 수명이 다하여 제 기능을 못하게 될 때 다음 EDFA에 들어가는 신호광은 세기가 미약하여 기존의 EDFA의 경우는 파장에 따른 이득차가 커서 실제로 특정한 파장에서만 통신이 가능하거나 EDFA마다 특성이 조금씩 다를 경우는 통신이 불가능한 경우가 생긴다.This is effective when using multiple EDFAs in long distance transmission when applied to real systems. When one of the multiple EDFA is used and its function fails due to its lifetime, the intensity of the signal light entering the next EDFA is weak. Therefore, in the case of conventional EDFA, the gain difference according to wavelength is large, If the characteristics are slightly different, communication may not be possible.

그러나 본 발명에 따른 EDFA는 신호광의 세기가 다르더라도 파장에 딸느 이득 차가 일정하기 때문에 초기에 사용하던 전 채널을 모두 사용할 수 있다.However, the EDFA according to the present invention can use all of the initially used channels because the gain difference is fixed to the wavelength even if the signal intensity is different.

EDFA의 특성과 마크-젠더 필터를 잘 조절하면 EDFA의 이득 평탄화는 주어진 파장 범위에서 더욱 작게 할 수 있을뿐만아니라 현재의 파장 범위를 10NM에서 그 이상으로 넓힐 수 있어 향후 많은 응용이 예상된다.The characteristics of the EDFA and the well-tuned mark-gender filter not only make the gain flattening of the EDFA smaller in a given wavelength range, but also broaden the current wavelength range from 10 nm to more applications in the future.

또한 광통신 시스템 적용시 한 개의 광선로에 1nm 파장 간격으로 여러 채널의 신호를 전송할 때 기존의 EDFA를 사용하면 2-3개의 채널만 전송할 수 있으나 본 발명의 EDFA를 사용할 경우에는 10개의 채널을 동시에 전송할 수 있어 전송량을 3배로 확장할 수 있다.In addition, when the optical communication system employs the conventional EDFA, only a few channels can be transmitted when transmitting multiple channels of signals with a wavelength interval of 1 nm to one optical line. However, when using the EDFA of the present invention, The transmission capacity can be expanded three times.

Claims (6)

입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기에 있어서, 입사광 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득감소 현상을 없애주는 제1아이솔레이터; 상기 제1아이솔레이터의 신호를 입력으로하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장 영역의 단파장쪽은 신호감쇠를 작게하고 장파장쪽은 신호감쇠를 크게 하는 필터; 상기 입사광 신호를 증폭하기 위해 상기 입사광 신호와 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드 ; 상기 필터를 통과한 입사광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하는 파장분할 멀티플렉서; 상기 파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 어븀도핑 광섬유; 및 상기 어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득 감소 현상을 없애주는 제2아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기.1. An erbium doped optical fiber amplifier having a flat gain characteristic with respect to intensity of an incident light signal and pump power, the erbium doped optical fiber amplifier comprising: a first isolator for blocking reverse propagation of an incident light signal to eliminate gain reduction due to reflected waves; A filter for reducing signal attenuation in a short wavelength side and increasing signal attenuation in a long wavelength side to obtain a flat gain by receiving a signal of the first isolator; A pump laser diode for applying pumping light having a wavelength different from that of the incident light signal to amplify the incident light signal; A wavelength division multiplexer for wavelength-splitting incident light passing through the filter and wavelength of the pumping light; An erbium doped optical fiber amplifying the incident light signal applied from the wavelength division multiplexer with light for pumping of the pump laser diode and having a positive gain slope in a wavelength range in which a flat gain characteristic is to be obtained; And a second isolator for blocking reverse propagation of a signal passing through the erbium doped optical fiber to eliminate a gain reduction phenomenon caused by a reflected wave. 제1항에 있어서, 상기 필터는 입력신호의 파장이 1554.5nm에서, 피크 감쇠를 가지며, 자유 스펙트럴 범위(FSR)가 32nm이고, 신호광을 파장에 따라 필터링하는 마크-젠더 필터임을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기.The filter according to claim 1, wherein the filter is a mark-gender filter for filtering the signal light according to the wavelength, wherein the wavelength of the input signal is 1554.5 nm, the peak attenuation is in the free spectral range (FSR) An erbium doped fiber amplifier with gain characteristics. 제1항에 있어서, 상기 어븀도핑 광섬유는 평탄한 이득특성을 갖고자하는 파장영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유임을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기.The erbium-doped optical fiber according to claim 1, wherein the erbium-doped optical fiber is a low-aluminum-containing alumino-low-mannosilicate erbium doped optical fiber having a positive gain slope in a wavelength range intended to have a flat gain characteristic. Fiber optic amplifier. 제1항에 있어서, 상기 펌프 레이저 다이오드는 펌프광의 파장이 980nm인 펌프 레이저 다이오드임을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기.The erbium doped fiber amplifier according to claim 1, wherein the pump laser diode is a pump laser diode having a pump wave length of 980 nm. 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기에 있어서, 입사광 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득감소 현상을 없애주는 제1아이솔레이터; 상기 제1아이솔레이터의 신호를 입력으로하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장 영역의 단파장쪽은 신호감쇠를 크게하고 장파장쪽은 신호감쇠를 작게 하는 필터; 상기 입사광 신호를 증폭하기 위해 상기 입사광 신호와 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드 ; 상기 필터를 통과한 입사광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하는 파장분할 멀티플렉서; 상기 파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 상기 입사광 신호를상기 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 음의 이득 기울기를 갖는 어븀도핑 광섬유; 및 상기 어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득 감소 현상을 없애주는 제2아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기.1. An erbium doped optical fiber amplifier having a flat gain characteristic with respect to intensity of an incident light signal and pump power, the erbium doped optical fiber amplifier comprising: a first isolator for blocking reverse propagation of an incident light signal to eliminate gain reduction due to reflected waves; A filter for increasing a signal attenuation in a short wavelength side and a signal attenuation in a long wavelength side in a wavelength range where a flat gain is to be obtained by receiving a signal of the first isolator; A pump laser diode for applying pumping light having a wavelength different from that of the incident light signal to amplify the incident light signal; A wavelength division multiplexer for wavelength-splitting incident light passing through the filter and wavelength of the pumping light; An erbium doped optical fiber amplifying the incident light signal applied from the wavelength division multiplexer with light for pumping of the pump laser diode and having a negative gain slope in a wavelength range in which a flat gain characteristic is to be obtained; And a second isolator for blocking reverse propagation of a signal transmitted through the erbium doped optical fiber to eliminate a gain reduction phenomenon caused by a reflected wave. 제5항에 있어서, 상기 어븀도핑 광섬유는 평탄한 이득특성을 얻고자하는 파장영역에서 음의 이득 기울기를 갖는 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유임을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기.6. The method of claim 5, wherein the erbium doped optical fiber is a low-aluminum-containing alumino-low-mannosilicate erbium doped optical fiber having a negative gain slope in a wavelength range in which flat gain characteristics are to be obtained. Fiber optic amplifier. ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.※ Note: It is disclosed by the contents of the first application.