KR980013063A

KR980013063A - 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기

Info

Publication number: KR980013063A
Application number: KR1019960031538A
Authority: KR
Inventors: 황성택; 김성준
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1998-04-30
Also published as: KR0183910B1

Abstract

본 발명은 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기에 관한것으로서, 입사 신호광의 역방향 진행을 차단하는 제1아이솔레이터 ; 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드; 신호광과 펌피용 광의 파장을 파장분할하여 결합하는 제1파장분할 멀티플렉서 ; 입사광 신호를 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 양의 기울기를 갖는 제1어븀도핑광섬유의 양의 이득 기울기보다 절대값이 큰 음의 신호감쇠 기울기를 갖는 필터; 신호광과 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합하는 제3파장분할 멀티플렉서 ; 신호광을 증폭하며, 양의 이득 기울기를 갖는 제2어븀도핑광섬유 ; 및 제2어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하는 제2아이솔레이터를 포함한다.

본 발명에 의하면, 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는다.

Description

낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기

본 발명은 광섬유 증폭기에 관한것으로서, 특히 대략 10nm 전송 파장 영역에서 파장에 따른 이득을 평탄화하고 낮은 잡음지수를 갖는 어븀도핑 광섬유 증폭기에 관한 것이다.

광통신이란 광을 이용한 정보전송으로, 전송선로로 광섬유를 사용하며, 광을 펄스화하고 전송로 중간에 재생중계기를 설치하여 광펄스를 판별하고 중계기마다 깨끗한 파형으로 고쳐서 증폭하여 원거리까지 전송이 가능한 통신이다. 장거리 광통신을 위한 중계기가 있어서, 종래의 광통신 중계방식은 약해진 광신호를 전기신호로 변환하여 증폭시킨후 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.

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.

상기 EDFA의 일반적인 구조는 펌프(Pump) 레이저 다이오드(Laser Diode)의 파장과 위치에 의해 구분될 수 있으며, 현재 일반적으로 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.

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. 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.

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.

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)에 의한 출력광들 중 역방향으로 진행하는 광들과 다른 광소장들에 의해 반사되는 반사광들에 의한 입력신호 왜곡을 막아준다.

그러나 상기 EDFA는 특정파장에 대해서만 높은 이득을 갖고 파장에 따라 이득편차가 심하다. 특히 EDFA의 동작 이득 범위에 따라 이득 스펙트럼이 크게 좌우된다는 문제점이 있다. 그리하여 상기 EDFA를 실제 시스템에 장착하여 사용할??, 한 개의 광선로에 여러 파장의 신호를 동시에 보낼 수 없을 뿐만아니라 장시간 사용후 펌프광의 세기가 감소될 경우 파장에 따른 이득 감소폭이 달라져 효율적인 광전송을 할 수 없다. 즉, 상기 EDFA는 이득변화가 0.5dB이내에서 전송 가능한 신호광의 파장범위는 대략 3nm 정도에 불과하다.

이러한 단점을 보완하기 위해, 최근들어 상기 EDFA의 이득을 평탄화하기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있다. 그 중의 하나로 마크-젠더(Mach-Zehnder)필터를 EDF 앞단에 삽입한 전단필터링(이하 pre-filtering라함)방식을 이용하여 이득을 평탄화한 EDFA가 있다.

도 2는 상기 pre-filtering EDFA의 구조를 블록도로 도시한 것으로서, 제1아이솔레이터(200), 마크-젠더 필터(210), 펌프 레이저 다이오드(220), 파장분할 멀티플렉서(230), 어븀도핑 광섬유(240) 및 제2아이솔레이터(250)으로 이루어진다.

상기 제1아이솔레이터(200)는 입사광 신호의 불필요한 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애는 역할을 하고, 상기 마크-젠더(Mach-Zehnder)필터(210)는 EDF(240) 앞단에 삽입되어 신호광을 파장에 따라 필터링하며, 상기 제1아이솔레이터(200)의 신호를 입력으로 하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장 영역의 단파장쪽은 신호감쇠를 작게 하고 장파장쪽은 신호감쇠를 크게한다. 펌프 레이저 다이오드(220)는 상기 입사광 신호를 증폭하기 위해 상기 입사광 신호와 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하며, 980nm의 펌프광 파장을 갖는 펌프 LD이다.

파장분할 멀티플렉서(WDM, 230)는 상기 마크-젠더 필터(210)를 통과한 입사광과 상기 펌핑용 광의 파장을 EDF(240)에 보내주기 위해 파장분할하여 결합시켜주며, 어븀도핑 광섬유(EDF, 240)는 상기 파장분할 멀티플렉서(WDM, 230)로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프 레이저 다이오드(LD, 220)의 펌핑용 광으로 증폭하는 증폭매질로서, 평탄한 이득특성을 얻고자 하는 파장영역에서 양의 이득 기울기(positive gain slope)를 가지며, 저 알루미늄 함유 알루미너-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유이다. 제2아이솔레이터(250)는 상기 어븀도핑 광섬유(240)를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애주는 역할을 한다.

한편 상기 pre-filtering EDFA의 동작원리를 살펴보면, 상기 마크-젠더 필터링(210)는 같은 파워로 들어오는 입력신호를 파장에 따라 감쇠를 다르게하여 EDF(240)에 들어가는 신호광의 세기가 파장에 따라 다르게 하고, EDF(440)는 이득 스펙트럼이 1542nm와 1552nm 영역에서 단파장쪽은 이득이 작고, 장파장쪽은 이득이 크므로 EDF(240)에 들어오는 신호광은 마크-젠터필터(210)를 이용하여 단파장쪽은 감쇠가 작고 장파장쪽은 감쇠를 크게하여 결과적으로 EDF(240)의 이득 스펙트럼과 반대가 되게 한다. 결과적으로 마크-젠더 필터(210)의 감쇠 스펙트럼과 EDF(240)이 이득 스펙트럼은 서로 보완이 되어 EDFA의 이득을 평탄화(flattening)한다.상기 pre-filtering EDFA(240)의 이득 스펙트럼은 서로 보완이 되어 EDFA의 이득을 평탄화(flattening)한다. 상기 pre-filtering EDFA의 경우, 펌프파워를 변화시켜가며 이득을 20.5dB까지 변화시켰을 때 파장에 따른 이득차(gain differnce)는 도 4에 도시된 바와 같이 ±0.4dB 이내이고, 입력신호 세기 변화에도 이득 차는 도 3에 도시된 바와 같이 ±0.4dB 이내이다. 즉 도 3은 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. 그리고 도 4는 도 3과 같은 조건에서 펌프 레이저 다이오드 전류의 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.

그러나 상기 pre-filtering EDFA의 경우 한 개의 광선로에 전송가능한 파장대역은 10nm로 비교적 넓지만 잡음지수는 파장에 따라 차이가 심하고 1552nm파장에서는 8dB로 그 값이 매우 크다. 광수신기의 바로 앞단에 설치하는 pre- Amplifier로 사용할 경우 상기 EDFA는 잡음지수가 너무 커서 적합하지 않다. 이득은 파장에 무관하게 0.5dB 이내로 평탄화되었지만 잡음지수는 파장에 따라 5dB에서 8dB까지 3dB정도의 차이가 나므로 한 개의 광선로에 여러 파장의 신호를 전송할 수 없게 된다.

본 발명은 상술한 파장에 따라 이득변차가 큰 비평탄화(unflattening) EDFA와 파장에 따라 잡음지수 차가 큰 pre-filtering EDFA의 단점을 보완하기 위해서 창출된것으로서, 같은 종류의 EDF 사이에 마크-젠더(??ach-Zehnder) 필터를 사용하여 이득과 잡음지수를 1542nm에서 1552nm 까지 동시에 평탄화하는 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 EDFA의 구성에 대한 블록도를 도시한 것이다.

도 2는 pre-filtering EDFA의 구조를 블록도로 도시한 것이다.

도 3은 pre-filtering EDFA에 있어서, 펌프 레이저 다이오드의 중심 파장이 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.

도 4는 도 3과 같은 조건에서 펌프 레이저 다이오드 전류의 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.

도 5는 본 발명에 따른 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기의 구성에 대한 일실시예를 블록도를 도시한 것이다.

도 6은 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 260ppm인 EDF에 대해, 1542.3nm, 1546.8nm, 1552.4nm인 세 개의 입력신호파장에서의 신호입력 파워 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.

도 7은 도 6과 같은 조건에서 펌프 레이저 다이오드 전류의 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기는 입사 신호광의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애주는 제1아이솔레이터; 상기 입사 신호광을 증폭하기 위해 상기 입사 신호광과 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드; 상기 아이솔레이터를 통과한 신호광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합하는 제1파장분할멀티플렉서; 상기 제1파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 제1어븀도핑 광섬유; 상기 제1어븀도핑 광섬유를 통해 증폭된 신호광을 펌프광과 신호광으로 파장분할하는 제2파장분할멀티플렉서 ; 상기 제2파장분할 멀티플렉서의 신호 중 신호광을 입력으로 하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장영역에서 상기 제1어븀도핑 광섬유의 양의 이득 기울기보다 절대값이 큰 음의 신호감쇠 기울기를 갖는 필터 ; 상기 필터를 통과한 신호광과 상기 제2파장분할머리플렉서를 통과한, 상기 제1제어븀도핑 광섬유를 통해 신호광을 증폭하고 남은 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합하는 제3파장분할멀티플렉서 ; 상기 제3파장 분할 멀티플렉서로부터 인가되는 펌프광으로 상기 입사광 신호를 증폭하며, 평탄한 이득특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 양의 이득 기울기를 갖고, 상기 제1어븀도핑 광섬유와 같은 종류의 물질로 된 제2어븀도핑광섬유 ; 및 상기 제2어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애주는 제2아이솔레이터를 포함함이 바람직하다.

또한, 상기 필터는 자유 스펙트럴 범위(FSR)가 32nm이고, 신호광을 파장에 따라 필터링하는 마크-젠더 필터이고, 상기 제1어븀도핑 광섬유 및 제2어븀도핑 광섬유는 평탄한 이득 특성을 갖고자 하는 파장영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유임이 바람직하다.

그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 입상광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기는 입사 신호광의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭 현상을 없애주는 제1아이솔레이터; 상기 입사 신호광을 증폭하기 위해 상기 입사 신호광과 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드 ; 상기 아이솔레이터를 통과한 신호광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합하는 제1파장분할멀티플렉서; 상기 제1파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 음의 이득 기울기를 갖는 제1어븀도핑 광섬유; 상기 제1어븀도핑 광섬유를 통해 증폭된 신호광을 펌프광과 신호광으로 파장분할하는 제2파장분할멀티플렉서 ; 상기 제2파장분할 멀티플렉서의 신호 중 신호광을 입력으로 하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장영역에서 상기 제1어븀도핑 광섬유의 음의 이득 기울기보다 절대값이 더 큰 양의 신호감쇠 기울기를 갖는 필터 ; 상기 필터를 통과한 신호광과 상기 제2파장분할멀티플렉서를 통과한 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합하는 제2파장분할멀티플렉서 ; 상기 제3파장 분할 멀티플렉서로부터 인가되는 펌프광으로 상기 입사광 신호를 증폭하며, 평탄한 이득특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 음의 이득 기울기를 갖고, 상기 제1어븀도핑 광섬유와 같은 종류의 물질로 된 제2어븀도핑광섬유 ; 및 상기 어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애주는 제2아이솔레이터를 포함함이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에서는 EDF 앞뒷단에 두 개의 광 아이솔레이터와 상기 두 개의 EDF 사이에 마크-젠더 필터를 사용하고 980nm 펌프 LD로 앞뒷단 EDF를 펌핑하기 위해 두 개의 WDM을 추가로 배치하였다.

도 5는 본 발명에 따른 입사광신호의 세기 및 펌프파워의 변화에 대해 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기의 구성에 대한 일실시예를 블록도를 도시한것으로서, 제1아이솔레이터(500), 펌프 레이저 다이오드(510), 제1파장분할 멀티플렉서(520), 제1어븀도핑 광섬유(530), 제2파장분할 멀티플렉서540), 마크-젠더 필터(550), 제3파장분할 멀티플렉서(560), 제2어븀도핑 광섬유(570) 및 제2아이솔레이터(580)으로 이루어진다.

상기 제1아이솔레이터(500)는 입사 신호광의 불필요한 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭 현상을 없애는 역할을 하며, 40dB 내외의 아이솔레이션을 한다. 상기 펌프 레이저 다이오드(510)는 상기 입사 신호광을 증폭하기위해 상기 입사 신호광과 다른 파장의 펌핑용 광을 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.

제1파장분할 멀티플렉서(520)는 상기 아이솔레이터를 통과한 신호광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합시켜주며, 퓨즈타입으로 삽입손실은 ±0.3dB정도이며 아이솔레이션은 18dB 이상이다.

제1어븀도핑 광섬유(530)는 어븀도핑 농도가 260ppm인 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유로서, 상기 제1파장분할 멀티플렉서(520)로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프레이저 다이오드(510)의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장영역에서 양의 이득 기울기를 갖는다.

제2파장분할멀티플렉서(540)는 상기 제1어븀도핑광섬유(530)를 통해 증폭된 신호광을 펌프광과 신호광으로 파장분할한다. 마크-젠더 필터(550)는 상기 제2파장분할 멀티플렉서(540)과 상기 제3파장분할 멀티플렉서(560) 사이에 위치하며, 상기 제2파장분할멀티플렉서(540)의 신호 중 신호광을 입력으로 하여 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장영역에서 상기 제1어븀도핑 광섬유(520)의 양의 이득 기울기보다 절대값이 큰 음의 신호감쇠기울기를 가지고, 자유 스펙트럴 범위(Free Spectral Range:FSR)가 32nm이다.

제3파장분할멀티플렉서(560)는 상기 마크-젠더 필터(550)를 통과한 신호광고 상기 제2파장분할멀티플렉서(540)를 통과한 상기 제1어븀도핑 광섬유(530)를 통해 신호광을 증폭하고 남은 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합한다.

제2어븀도핑광섬유(570)는 상기 제3파장분할 멀티플렉서(560)로부터 인가되는 펌프광으로 상기 입사광 신호를 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장영역에서 양의 이득 기울기를 갖고, 상기 제1제어븀도핑 광섬유와 같은 종류의 물질이다. 상기 제2아이솔레이터(580)는 상기 제2어븀도핑 광섬유(570)를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애준다.

한편 본 발명의 동작을 설명하기로 한다. 파장에 무관하게 들어오는 같은 세기의 신호광이 제1EDF(530)를 지나면서 증폭되고 증폭된 신호광의 세기는 파장에 따라 차이가 생긴다. 여기서 증폭된 신호광을 제2WDM(540)를 지나 마크-젠더 필터(550)에서 필터링되어 제3WDM(560)를 지나 제2EDF(570)에서 증폭되어 결과적으로 전체 이득과 잡음지수는 입력되는 신호광의 세기나 펌프광의 세기와는 무관하게 주어진 파장영역(1542nm - 1552nm)에서 평탄화된다. 제1WDM(520)에서 신호광과 결합되어 제1EDF(530)을 여기시키고 남은 펌프광은 제2WDM(540)에서 신호광과 갈라져 마크-젠더 필터(550)를 피해가고 제3WDM(560)에서 신호광과 다시 결합되어 제2EDF(570)를 여기시킨다. 즉 마크-젠더 필터(410)의 감쇠 스펙트럼과 상기 두 개의 EDF(530, 570)의 이득 스펙트럼은 서로 보완이 되어 결과적으로 EDFA의 이득을 평탄화한다.

도 6은 본 발명에 따른 EDFA를 사용하여 펌프 레이저 다이오드의 중심파장이 980nm, 펌프 레이저 다이오드의 전류가 160mA펌프파워는 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 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 260ppm인 EDF에 대해, 1542.3nm, 1546.8nm, 1552.4nm인 세 개의 입력신호파장에서의 신호입력 파워 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다. 도 7은 도 6과 같은 조건에서 펌프 레이저 다이오드 전류의 변화에 따른 이득 및 잡음지수의 측정결과를 도시한 선도이다.

EDFA의 이득 및 잡음지수를 최적화하기위해 앞뒷단 EDF(530, 570)의 길이를 조정한 결과 제1EDF(530)는 4.7미터로, 제2EDF(570)는 17 미터로 하였다. 그리고 EDF의 길이나 종류가 바뀌면 주어진 EDF의 이득 스펙트럼에 따라 마크-젠더 필터(410)의 흡수율 및 튜닝 범위도 조절하여야 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, EDF를 여기시키기 위한 펌프광의 세기는 최대 67mW이고, 이때의 이득과 잡음지수는 각각 18.5dB와 5.5dB이다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 1542nm, 1546nm, 1552nm 세 파장에 대해서 신호광의 세기를 바꾸어가며 측정한 결과 이득과 잡음지수는 ±0.3dB 내에서 평탄화하였다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 이들 세 파장에 대해서 펌프광의 세기를 바꾸어 가며 측정한 결과 이득은 ±0.3dB 내에서, 잡음지수는 ±0.5dB 이내에서 각각 평탄화하였다.

한편 본 발명의 또다른 실시예를 설명하기로 한다. 상기 본 발명의 또다른 실시예는 상기 일실시예와 비교해볼 때, 마크-젠더 필터(550) 및 EDF(530, 570)의 특성 차이를 제외하고는 그 구성요소는 동일하다. 즉 마크-젠더 필터(550)는 상기 제1아이솔레이터(500)의 신호를 입력으로 하여 상기의 일실시예와 반대로 평탄한 이득을 얻고자 하는 파장영역에서 상기 두 개의 EDF(530, 570) 각각에서의 이득 기울기보다 절대값이 큰 양의 신호감쇠 기울기를 갖는다. 그리고 상기 두 개의 EDF(530, 570)도 상기의 일실시예와 반대로 평탄한 이득특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 '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(550)의 감쇠 스펙트럼과 EDF(530, 570)의 이득 스펙트럼은 서로 보완이 되어 결과적으로 EDFA의 이득을 평탄화(flattening)한다.

한 개의 광선로에 여러 파장의 신호를 전송하기 위해서는 주어진 파장 범위에서 이득뿐만아니라 잡음지수도 평탄화하여야 한다. 본 발명에 의하면, 1542nm에서 1552nm까지의 신호광에 대해서 입력되는 신호광의 세기나 펌프광의 세기와 무관하게 이득은 0.3dB 이내로, 잡음지수는 0.5dB 이내로 평탄화하였다. 장거리 광통신에서는 여러개의 EDFA를 리퍼터(repeater)로 사용하는데 기존의 EDFA에서는 펌프광의 세기가 감소됨에 따라 파장에 따른 EDFA의 이득차가 크게 달라서 두 세 개 파장의 신호만을 전송할 수 있다. 그러나 EDFA를 여러개 사용하면 파장에 따라 각각의 EDFA 이득이 약간씩 달라져서 전체 EDFA에서 케스케이드(cascade)된 신호광은 한 개의 파장도 완벽하게 전송하지 못한다. 그러나 본 발명의 EDFA는 펌프광의 세기 및 신호광의 세기에 무관하게 이득차가 일정하므로 여러개의 EDFA를 지나서 케스케이드된 신호광도 초기의 신호광과 마찬가지로 주어진 파장범위(1542nm - 1552nm)에서 여러개의 신호를 전송할 수 있다.

또한 잡음지수가 5dB 이내로 낮으므로 수신기 앞단에서 증폭시켜주는 pre-amplifier로서도 적합하다. 향후 마크-젠더 필터와 EDF의 종류에 따라 보다 넓은 파장대의 이득과 잡음지수를 동시에 평탄화한 EDFA를 설계할 수 있을것으로 기대된다.

Claims

입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기에 있어서, 입사 신호광의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애주는 제1아이솔레이터; 상기 입사 신호광을 증폭하기 위해 상기 입사 신호광과 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드 ; 상기 아이솔레이터를 통과한 신호광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합하는 제1파장분할 멀티플렉서; 상기 제1파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 제1어븀도핑 광섬유; 및 상기 제1어븀도핑 광섬유를 통해 증폭된 신호광을 펌프광과 신호광으로 파장분할하는 제2파장분할 멀티 플렉서 ; 상기 제2파장분할 멀티플렉서의 신호 중 신호광을 입력으로 하여 평탄한 이득을 얻고자하는 파장영역에서 상기 제1어븀도핑 광섬유의 양의 이득 기울기보다 절대값이 큰 음의 신호감쇠 기울기를 갖는 필터 ; 상기 필터를 통과한 신호광과 상기 제2파장분할멀티플렉서를 통과한, 상기 제1어븀도핑 광섬유(530)를 통해 신호광을 증폭하고 남은 펌핑용 광의 파장을 파장 분할하여 결합하는 제3파장분할멀티플렉서 ; 상기 제3파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 펌프광으로 상기 입사광 신호를 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장영역에서 양의 이득기울기를 갖고, 상기 제1어븀도핑 광섬유와 같은 종류의 물질로 된 제2어븀 도핑광섬유 ; 및 상기 제2어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을없애주는 제2아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득특성을 갖는 어름도핑 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 필터는 자유 스펙트럴 범위(FSR)가 32nm이고, 신호광을 파장에 필터링하는 마크-젠더 필터임을 특징으로 한느 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제1어븀도핑 광섬유 및 제2어븀도핑 광섬유는 평탄한 이득특성을 갖고자하는 파장영역에서 양의 이득 기울기를 갖는 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유임을 특징으로 하는 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 펌프 레이저 다이오드는 펌프광의 파장이 980nm인 펌프 레이저 다이오드임을 특징으로 하는 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기.
입사광 신호의 세기 및 펌프 파워의 변화에 대해 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기에 있어서, 입사 신호광의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애주는 제1아이솔레이터; 상기 입사 신호광을 증폭하기 위해 상기 입사 신호광과 다른 파장의 펌핑용 광을 인가하는 펌프 레이저 다이오드 ; 상기 아이솔레이터를 통과한 신호광과 상기 펌핑용 광의 파장을 파장분할하여 결합하는 제1파장분할 멀티플렉서; 상기 제1파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프레이저 다이오드의 펌핑용 광으로 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장 영역에서 음의 이득 기울기를 갖는 제1어븀도핑 광섬유; 및 상기 제1어븀도핑 광섬유를 통해 증폭된 신호광을 펌프광과 신호광으로 파장분할하는 제2파장분할 멀티 플렉서 ; 상기 제2파장분할 멀티플렉서의 신호 중 신호광을 입력으로 하여 평탄한 이득을 얻고자하는 파장영역에서 상기 제1어븀도핑 광섬유의 음의 이득 기울기보다 절대값이 더 큰 양의 신호감쇠 기울기를 갖는 필터 ; 상기 필터를 통과한 신호광과 상기 제2파장분할멀티플렉서를 통과한, 펌핑용 광의 파장을 파장 분할하여 결합하는 제2파장분할멀티플렉서 ; 상기 제3파장분할 멀티플렉서로부터 인가되는 펌프광으로 상기 입사광 신호를 증폭하며, 평탄한 이득 특성을 얻고자 하는 파장영역에서 음의 이득기울기를 갖고, 상기 제1어븀도핑 광섬유와 같은 종류의 물질로 된 2어븀 도핑 광섬유 ; 및 상기 어븀도핑 광섬유를 통과한 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 간섭현상을 없애주는 제2아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유 증폭기.
제5항에 있어서, 상기 제1어븀도핑 광섬유 및 제2어븀도핑 광섬유는 평탄한 이득특성을 갖고자하는 파장영역에서 음의 이득 기울기를 갖는 저 알루미늄 함유 알루미노-저매노실리케이트 어븀도핑 광섬유임을 특징으로 하는 낮은 잡음지수 및 평탄한 이득을 갖는 광섬유 증폭기.

※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.