KR100219711B1

KR100219711B1 - 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기

Info

Publication number: KR100219711B1
Application number: KR1019970003882A
Authority: KR
Inventors: 황성택; 김성준; 김정미
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 1999-09-01
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: KR19990024293A

Abstract

본 발명은 파장에 따라 반사율이 다른 반사체 및 필터를 이용한 광섬유증폭기에 관한 것으로서, 입사신호광을 증폭하기 위해 펌핑용 광을 인가하는 펌프광원; 입사신호광과 펌프광을 결합하는 제1WDM 커플러; 입사신호광을 증폭하고, 역방향으로는 반사된 펌프광에 의해 반사신호광를 증폭하는 광섬유증폭매질; 증폭된 신호광 및 남은 펌프광을 분리하여 출력시키고 역방향으로는 반사된 남은 펌프광과 반사신호광을 결합하는 제2WDM 커플러; 파장에 따라 다른 감쇠율로 순방향으로는 제2WDM커플러의 신호광을 감쇠시키고, 역방향으로는 반사된 신호광을 감쇠시키는 필터; 필터의 신호광과 남은 펌프광을 결합하고, 역방향으로는 반사된 남은 펌프광 및 반사신호광을 분리하여, 반사펌프광은 2WDM커플러로, 반사신호광은 필터로 출력시키는 제3WDM 커플러; 신호광은 파장에 따라 각기 다른 반사율로 반사시키며, 남은 펌프광은 전반사시키는 광섬유반사체; 및 입사신호광을 제1WDM커플러로 전달하고, 제1WDM커플러의 반사신호광을 출력하는 서큘레이터를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 파장에 따라 반사율이 다르게 코팅된 반사체 및 필터를 이용함으로써, 보다 넓은 파장범위에서 이득을 평탄화하고, 입출력단의 아이솔레이터가 필요없으며, EDF의 길이를 절반으로 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기

본 발명은 광섬유증폭기에 관한 것으로서, 특히 파장에 따라 반사율을 달리하는 광섬유반사체와 파장에 따라 광신호의 세기를 다르게 하는 필터를 구비한, 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기에 관한 것이다.

일반적으로 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 중계기로서 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 EDFA를 사용용도에 따라 구분하면, 전단 증폭기(pre-amplifier), 중계단 증폭기(in-line amplifier), 후단 증폭기(post-amplifier) 및 CATV 파워 부스터(CATV Power Booster)용으로 나눌 수 있다. 또한 상기 EDFA는 희토류 원소인 어븀(Er3+)을 첨가할시 광섬유의 최저손실을 보여주는 1.51 m 영역에서의 넓은 증폭대역과 아울러 통신 광섬유와의 접속(splicing)이 용이하고 높은 이득(gain)특성, 낮은 잡음 및 낮은 편파(polarization)의존성을 갖는다.

그리고, EDFA는 서로 다른 여러가지 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 이득이 높아야하며, 또한 넓은 파장대에 걸친 평탄한 이득특성이 요구된다.

도 1은 일반적인 EDFA의 구성에 대한 블록도를 도시한 것으로서, 신호의 역류를 방지하여 신호외의 광파의 발진 등을 방지하는 2개의 광 아이솔레이터(100,130), 펌프광과 신호광을 단일 광섬유로 합해주는 수동광소자인 파장분할멀티플렉서(wavelength division multiplexer:WDM) 커플러(coupler, 120), 광섬유 코어일부에 어븀을 도핑하여 유도복사 원리로 증폭을 일으키는 증폭매체인 어븀도핑 광섬유(erbium doped fiber:EDF,120) 및 상기 EDF 내의 기저상태에 있는 어븀이온을 여기시키는데 필요한 에너지를 제공하는 능동광소자인 펌핑용 레이저 다이오드(140)로 구성되어 있다. 이와같은 구성을 갖는 EDFA에서, EDF에는 펌핑용 레이저 다이오드(140)가 접속되고, 이 펌핑 레이저 다이오드의 펌핑광이 광섬유의 코어에 도핑된 희토류 원소인 Er3⁺를 여기시켜 유도 방출(stimulated 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 어븀도핑광섬유(120)에 입사된다. 상기 파장분할 멀티플렉서(110)는 1530nm∼1560nm 파장의 광신호와 980nm 파장의 펌핑용 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 광소자들에 의해 반사되는 반사광들에 의한 입력 신호 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 때, 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 0.5dB 이내에서 전송가능한 신호광의 파장범위는 대략 3nm 정도에 불과하다.

또한 광통신은 다량의 정보를 빠른시간에 정확하게 전송하는 것을 목적으로 하며, 동시에 보다 많은 정보를 보내기 위하여 시간분할, 코드분할, 파장분할등 많은 새로운 개념이 등장하고 있다. 최근 광통신에서 주목받고 있는 전송방식으로는 파장분할 전송방식이며, 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이를 위해서는 파장에 무관하게 일정한 크기의 이득을 갖는 광섬유 증폭기를 필요로 한다. 상기 EDFA는 파장에 따라 증폭 이득이 다르므로, 파장분할 전송시 송신단에서 파장에 무관하게 같은 세기의 신호광을 보낸다 할지라도 실제 수신단에서 받는 신호광의 세기는 파장에 따라 달라 신호를 감지하는 센서의 감도범위를 벗어나 본래의 신호를 모두 받을 수 없다. 이러한 현상은 광섬유증폭기를 많이 사용하면 사용할수록 더욱 심각한 결과를 초래하여 궁극적으로는 특정한 파장의 신호를 제외하고는 광섬유증폭기를 통신에 사용할 수 없게 된다.

그리고 이득평탄화된 광섬유증폭기는 신호광의 세기가 변하면, 즉 이득의 평균값이 변하면 이득평탄화되는 정도가 달라진다. 특정한 EDFA의 성능이 저하되어 이득평탄화 기능이 약간이라도 깨지면 그 뒤의 EDFA에 들어오는 입력 신호광의 세기가 파장에 따라 다르게 되고, 이러한 효과가 여러 EDFA를 지나면서 누적되어 결과적으로 전체 시스템의 이득평탄화 효과는 없어진다. 따라서 실제 WDM (Wavelength Division Multiplexer) 통신에서 사용할 경우 여러개의 EDFA 중 특정 EDFA의 성능이 저하되어 이득이 낮아지면 시스템 전체의 이득평탄화 기능이 상실될 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 보다 넓은 파장대(1544nm - 1559nm)에서의 소신호이득을 높이고 상기 파장영역에서 파장에 따른 이득차이를 현저히 줄이며 입력 신호광의 세기에 무관하게 상기 파장대역에서 파장에 따른 이득을 평탄화 하기 위해, 주기적인 감쇠율을 갖는 마크-젠더(Mach-Zehnder) 필터와 파장에 따라 반사율이 다른 광섬유반사체를 이용하여 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 EDFA의 구성에 대한 블록도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한, 광섬유반사체를 이용하여 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유 증폭기의 구성을 블록도로 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 광섬유 증폭기에 사용되는 광섬유반사체의 신호광 파장에 따른 광섬유반사체의 반사율 특성을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 광섬유반사체를 이용한 EDFA와 통상(normal)의 EDFA의 파장에 따른 이득특성을 도시한 것이다.

도 5는 입력신호광의 세기를 바꾸어 가며 측정한 REDFA의 파장에 따른 이득특성을 도시한 것이다.

도 6은 입력신호 파장을 바꾸어 가며 측정한 신호광의 세기에 따른 REDFA의 이득특성을 도시한 것이다.

도 7은 도 2의 EDF와 제2WDM커플러 사이에 제2펌프LD를 부가한 광섬유 증폭기의 구성을 블록도로 도시한 것이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200 : 서큘레이터, 210 : 펌프LD,

220 : 제1WDM커플러,230 : EDF,

240 : 제2WDM커플러,250 : 마크-젠더 필터,

260 : 제3WDM커플러,270 : 광섬유반사체

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 파장에 따라 반사율이 다른 반사체를 이용하여 광신호를 증폭하는 광섬유증폭기는, 입사신호광이 상기 반사체로 진행하는 방향을 순방향이라 하고 상기 반사체에서 반사된 반사신호광이 진행하는 방향을 역방향이라 할 때, 입사신호광을 증폭하기 위해 펌핑용 광을 인가하는 펌프광원; 순방향으로는 입사신호광과 상기 펌프광원의 펌프광을 결합하여 하나의 광섬유에 전달하는 제1WDM 커플러; 순방향으로는 상기 제1WDM 커플러로부터 출력되는 상기 입사신호광을 상기 펌프광원의 펌핑용 광에 의해 증폭하고, 역방향으로는 반사된 펌프광에 의해 반사신호광를 증폭하는 광섬유증폭매질; 순방향으로는 상기 광섬유증폭매질에서 증폭된 신호광 및 펌핑하고 남은 펌프광이 입사되면 그대로 출력시키며, 역방향으로는 반사된 상기 펌프광원의 펌핑하고 남은 펌프광과 반사신호광을 결합하여 상기 광섬유증폭매질로 출력하는 제2WDM 커플러; 소정의 주기를 가지고 파장에 따라 감쇠율을 달리하며, 상기 감쇠율에 따라 순방향으로는 상기 제2WDM커플러의 신호광을 감쇠시키고, 역방향으로는 반사된 신호광을 감쇠시키는 필터; 순방향으로는 상기 필터의 신호광과 상기 제2WDM커플러의 남은 펌프광을 결합하여 출력하고, 역방향으로는 반사된 상기 남은 펌프광 및 반사된 신호광을 분리하여 상기 반사펌프광은 상기 제2WDM커플러로 출력시키고 상기 반사신호광은 상기 필터로 출력시키는 제3WDM 커플러; 상기 제3WDM커플러에서 출력되는 신호광과 남은 펌프광을 입력으로 하여, 상기 신호광은 파장에 따라 각기 다른 반사율로 반사시킨 반사신호광을 상기 제3WDM커플러로 출력하며, 상기 남은 펌프광은 전반사시켜 상기 제3WDM커플러로 출력하는 광섬유반사체; 및 입사신호광을 상기 제1WDM커플러로 전달하고, 상기 제1WDM 커플러를 통해 전달받은 상기 제1WDM커플러의 반사신호광을 출력하는 서큘레이터를 포함함이 바람직하다.

그리고 상기 광섬유증폭기는 입사신호광을 증폭하기 위해 펌핑용 광을 인가하는 제2펌프광원; 및 순방향으로는 상기 광섬유증폭매질에서 출력된 신호광을 상기 마크젠더 필터로 전달하고, 역방향으로는 상기 반사된 신호광을 광섬유증폭매질로 출력시키는 제4WDM커플러를 더 구비하고, 상기 광섬유증폭매질은 순방향으로는 상기 제1WDM 커플러로부터 출력되는 상기 입사신호광을 상기 펌프광원의 펌핑용 광에 의해 증폭하고, 역방향으로는 상기 제4WDM커플러를 통해 입력되는 상기 제2펌프광원의 펌프광에 의해 반사신호광를 증폭함을 특징으로 한다.

또한 상기 광섬유증폭기는 상기 광섬유증폭매질은 1530nm대의 파장에 대한 이득이 크고, 1550nm대의 파장에 대한 이득은 작으며, 상기 필터는 1530nm대의 파장에 대한 투과손실이 1550nm대의 파장에 대한 투과손실보다 상대적으로 크게 튜닝되며, 상기 광섬유반사체는 1530nm대의 파장에 대한 반사율은 작고, 1550nm대의 파장에 대한 이득은 큼을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 의한 광섬유 증폭기의 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 광섬유증폭매질인 EDF(Erbium Doped Fiber, 230), 상기 EDF(230)내의 기저상태에 있는 어븀(Erbium) 이온을 여기시키기 위한 광원인 펌프 레이저다이오드(Pump Laser Diode(LD), 220), 신호광과 펌프광을 결합하거나 분리하는 제1WDM(Wavelength Division Multiplexer)커플러(210), 제2WDM커플러(240), 제3WDM커플러(260), 주기성을 가지며 파장에 따라 감쇠율을 달리하는 마크-젠더필터(250), 신호광의 입출력을 위해 3개의 포트(port)를 구비한 서큘레이터(circulator, 200)) 및 파장에 따라 반사율을 달리하는 광섬유반사체(270)로 이루어진다.

설명의 편의를 위해, 입사신호광이 상기 광섬유반사체(270)로 진행하는 방향을 순방향이라 하고 상기 광섬유반사체(270)에서 반사된 반사신호광이 진행하는 방향을 역방향이라 정의한다.

상기 펌프LD(220)는 입사신호광을 증폭하기 위해 펌핑용 광을 인가하는 펌프광원이다. 또한 본 발명의 결과를 정상 단일 순방향(Normal Single Forward) EDFA와 비교하기 위하여 상기 펌프LD(220)는 파장이 980nm이고 신호광과 같은 방향인 순방향 펌핑으로 하였으며, 기존의 것과 같은 전력(Power)인 65mW로 고정하였다.

상기 제1WDM 커플러(210)는 입사신호광과 상기 펌프 LD(220)의 펌프광을 결합시켜 상기 EDF(230)에 전달하는 퓨즈형태(Fused Type)이다.

상기 EDF(230)는 상기 WDM 커플러(210)로부터 출력되는 상기 입사광 신호를 상기 펌프LD(220)의 펌핑용 광에 의해 증폭하고, 반대로 반사신호광를 증폭하는 광섬유증폭매질이다. 또한 상기 EDF(230)는 고 알루미늄 도핑(High Al-doped) EDF이고, 어븀(Erbium) 농도는 165ppm으로 24m를 사용하였다.

상기 제2WDM커플러(240)는 순방향으로는 상기 EDF(230)에서 증폭된 신호광 및 펌핑하고 남은 펌프광이 입사되면 서로 분리하여 신호광을 마크젠더 필터로, 펌프광은 제3WDM커플러로 출력시키며, 역방향으로는 반사된 상기 펌프LD(220)의 펌핑하고 남은 펌프광과 반사신호광을 결합하여 상기 EDF(230)로 출력한다.

상기 제3WDM 커플러(260)는 순방향으로는 상기 마크-젠더 필터(250)의 신호광과 상기 제2WDM커플러(240)의 남은 펌프광을 결합하여 출력하고, 역방향으로는 반사된 상기 남은 펌프광 및 반사된 신호광을 분리하여 상기 반사펌프광은 상기 제2WDM커플러(240)로 출력시키고 상기 반사신호광은 상기 마크-젠더 필터(250)로 출력시킨다.

상기 마크-젠더 필터(250)는 소정의 주기를 가지고 파장에 따라 감쇠율을 달리하며, 상기 감쇠율에 따라 순방향으로는 상기 제2WDM커플러(240)의 신호광을 감쇠시키고, 역방향으로는 반사된 신호광을 감쇠시킨다. 본 실시예에서는 Amp-Flat 마크-젠더 필터로서, 자유스펙트럴범위(Free Spectral Range : FSR)가 32nm를 가지며, 최대 감쇠율(extinction ratio)이 36dB로 가변시킬 수 있다. 그리고 1536 nm에서 손실이 가장 크도록 튜닝(tuning)되어 있다.

상기 광섬유반사체(270)는 본 발명의 핵심소자 중 하나로서, 상기 광섬유증폭매질인 EDF(230)를 통해 증폭된 신호광을 신호광의 파장에 따라 각기 다른 반사율로 반사시켜, 상기 광섬유반사체(270)로부터 반사된 반사신호광을 상기 EDF(230)로 출력하며, 상기 펌프LD(220)의 펌핑하고 남은 펌프광을 반사시켜 상기 제3WDM커플러(260)에 재입사되게 한다. 상기 광섬유반사체(270)는 파장에 따라 반사율이 다르게 EDF에 코팅된 것으로 그 특성은 그림 도 3에 도시된 바와 같다. 또한 상기 광섬유반사체(240)는 상기 EDF(230)를 펌핑하고 남는 펌프광의 세기를 효율적으로 이용하기 위하여 펌프파장인 980nm에 대해서 전반사하도록 코팅되었다.

상기 서큘레이터(200)는 입사신호광을 상기 제1WDM 커플러(210)를 통해 상기 EDF(230)에 입사되게 하고, 상기 광섬유반사체(270)로부터 반사된 반사신호광의 최종 출력광 즉 제1WDM 커플러(210)를 통해 전달받은 상기 EDF(230)의 반사신호광을 출력하며, 3 포트(port) 구조를 갖는다. 상기 서큘레이터(200)의 포트1→ 포트2는 입력신호광을 지나게 하고 포트2 →포트3는 출력신호광을 통과시키는 소자로서, 입출력 포트의 삽입손실은 각각 1.2dB, 1.73dB이다. 포트2 →포트1과 포트3→ 포트2의 아이솔레이션(isolation)은 모두 60dB 이상으로 기존의 구조에서 입출력단에 사용하던 아이솔레이터의 기능을 포함하므로 별도의 아이솔레이터(isolator)를 사용할 필요가 없다.

한편 상술한 구성에 의거하여 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 파장에 따라 굴절율이 다른 광섬유반사체와 Mach-Zehnder Filter를 이용하여 1544nm에서 1559nm 까지의 파장영역에서 입력되는 신호광의 파장 및 세기에 무관하게 광섬유증폭기의 이득을 평탄화 하기위한 것이다.

입사된 신호광은 서큘레이터(200)의 포트1→포트2를 지나 제1WDM커플러(210)을 거쳐 상기 EDF(230)로 들어가서 1차로 증폭된다. 상기 증폭된 신호광은 파장이 1530nm에서 1.6dB의 피크흡수(peak absorption)를 갖도록 조절된 마크-젠더 필터(Mach-Zehnder Filter)를 지나고, 상기 광섬유반사체(270)에서 반사되어 다시 EDF(230)를 지나면서 증폭된 후 서큘레이터(200)의 포트2→포트3를 지나 최종 출력된다.

일반적으로 최적화된 길이에서 상기 EDF(230)는 1530nm대의 파장에 대한 이득이 크고 1550nm대의 이득은 작다. 따라서 1차로 증폭된 신호광의 출력은 1530nm가 1550nm보다 크다. 그러나 사용된 마크-젠더 필터(250)는 1530nm에서 투과손실이 크고 1550nm 근처에서는 손실이 작다. 또한 광섬유반사체(270)도 1530nm에서 반사율이 낮고, 1550nm에서 반사율이 크므로 반사체에서 반사된 신호광의 세기는 1530nm가 1550nm 보다 작게된다. 따라서 상기 마크-젠더필터(250)를 지나 광섬유반사체(270)에서 반사된 이 신호광이 상기 EDF(230)에 다시 입사되어 증폭되면 결과적으로 파장에 따라 이득을 평탄화 할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 의한 광섬유반사체를 이용한 EDFA와 통상(normal)의 EDFA의 파장에 따른 이득특성을 도시한 것으로서, 입력 신호광의 세기는 -35dBm이고 사용된 펌프광의 세기는 65mW로 고정하였다. 도 4에서 Gr은 REDFA의 이득을 나타내며, Gn은 normal EDFA의 이득을 나타낸다. 측정된 데이터는 정상적인 보통의(Normal) EDFA(Single forward EDFA)와 비교하기 위하여 WDM등의 광소자는 같은 제품을 사용하였고, EDF도 동일한 제품으로 길이가 같게 하였다. 입력 신호광의 파장은 1544nm, 1547nm, 1549nm, 1552nm, 1554nm, 1557nm, 1559nm에 대해서 측정하였고, 그 결과는 상기 Normal EDFA(Single forward EDFA)와 비교하기 위하여 도 4에 함께 나타내었다. 도 4에서 ▲으로 나타낸 데이터는 Normal한 EDFA의 이득특성이고, ◆로 나타낸 데이터는 광섬유반사체(270)와 마크-젠더필터(250)를 이용한 Recycled EDFA(REDFA)의 이득특성이다. 파장 1544nm~1559nm 사이에서 이 두 데이터를 비교하여 보면, 본 발명의 결과는 종래기술을 이용한 광섬유증폭기보다 주어진 파장범위에서 이득이 10dB 이상 높음을 알 수 있다. 또한 1544nm ~ 1559nm 까지 15nm 파장영역에서 Normal EDFA(Single forward EDFA)의 소신호 이득차는 3dB 정도로 크나, 본 발명의 결과는 +/-0.2dB로 매우 작게 나타났다.

도 5는 입력광의 세기를 -35, -30, -25, -20, -15dBm으로 바꾸어가며 파장과 이득사이의 관계를 측정한 결과를 도시한 것이다. 이것은 같은 신호광의 세기에 대해서 파장에 무관하게 1544nm~1559nm 사이에서 광증폭기의 이득이 평탄화 되어 있음을 알 수 있다. 도 6은 입력 신호광의 세기와 광증폭기 이득사이의 관계를 도시한 것으로서, 7가지 파장, 즉 1544nm, 1547nm, 1549nm, 1552nm, 1554nm, 1557nm 및 1559nm에 대해서 광증폭기의 이득 곡선이 입력되는 신호광의 세기에 관계없이 일치함을 보여준다.

한편, 도 7은 상기 도 2에서 제2WDM과 제3WDM커플러를 제거하고 EDF(230)와 마크젠더 필터(250) 사이에 제2펌프LD(700) 및 제4WDM커플러(710)를 부가한 광섬유 증폭기의 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 입사신호광을 증폭하기 위해 펌핑용 광을 인가하는 제2펌프LD(700) 및 순방향으로는 상기 EDF(730)에서 출력된 신호광 을 상기 마크젠더 필터로 전달하고, 역방향으로는 마크젠더필터를 지나 출력된 반사신호광 및 남은 펌프광과 상기 제2펌프LD(700)의 펌프광을 결합하여 상기 EDF(730)로 출력시키는 제4WDM커플러(710)를 더 구비한다.

그리고 EDF(730)는 순방향으로는 상기 제1WDM 커플러(220)로부터 출력되는 상기 입사신호광을 상기 펌프LD(210)의 펌핑용 광에 의해 증폭하고, 역방향으로는 상기 제4WDM커플러(710)를 통해 입력되는 상기 제2펌프LD(700)의 펌프광에 의해 반사신호광를 증폭한다.

도 7은 그 동작원리가 도 2와 유사하므로 여기서는 동작설명을 생략하며, 단지 상기 광섬유반사체(270)에서 반사된 반사신호광을 상기 EDF(730)에서 증폭할 때 사용되는 펌프광을 제2펌프LD(700)의 펌프광을 사용한다는 점에서 그 특징을 달리한다.

본 발명에서는 파장에 따라 반사율이 다르게 코팅된 반사체와 마크-젠더 필터를 이용하여 EDFA의 이득을 평탄화한 발명으로 보다 1544nm~1559nm 파장범위에 대한 이득을 입력 신호광의 세기에 무관하게 평탄화 할 수 있음을 보여주었다.

본 발명에서는 1544nm~1559nm 파장영역(15nm)에서 소신호 이득 평균이 36dB 이상으로 높은 이득은 얻었고 동시에 파장 및 신호광의 세기에 무관하게 이득차이를 +/-0.2dB로 평탄화 하였다. 이것은 광섬유증폭기의 평균이득값의 크기에 무관하게 주어진 파장범위에서 이득을 평탄화 하였음을 의미한다.

본 발명에서 사용된 광섬유반사체는 신호광과 동시에 펌프광을 반사시킬 수 있도록 설계되었기 때문에 EDF를 펌핑하고 남는 파워(Power)를 재활용할 수 있어 보다 효율적이다. 본 발명에서 사용한 펌프 LD의 세기는 65mW로 낮은 파워의 제품을 사용하였으나 최근 펌프 LD의 파워가 갈수록 높아지고 있으므로 이러한 LD를 사용하면 더 높은 이득을 얻을 수 있을것이다.

본 발명에서 사용한 광섬유반사체는 한번에 여러개의 광섬유를 코팅할 수 있으므로 대량생산에도 유리한 잇점이 있다. 본 발명으로 높은 이득을 가지면서 동시에 넓은 파장대역(1544nm~1559nm)에서 이득을 평탄화할 수 있는 광섬유증폭기를 제작할 수 있게 되었다. 본 발명의 결과를 실제 WDM 통신에 사용할 경우 여러개의 EDFA중 특정 EDFA의 성능이 저하되어 이득이 낮아져도 파장에 따른 이득평탄화에는 영향을 주지 않고 평균이득만 낮아지기 때문에 시스템 전체의 이득평탄화는 유지할 수 있어 향후 WDM(Wavelength Division Multiplexer) 통신에 많은 응용이 예상된다.

Claims

파장에 따라 반사율이 다른 반사체를 이용하여 광신호를 증폭하는 광섬유증폭기에 있어서, 입사신호광이 상기 반사체로 진행하는 방향을 순방향이라 하고 상기 반사체에서 반사된 반사신호광이 진행하는 방향을 역방향이라 할 때,

입사신호광을 증폭하기 위해 펌핑용 광을 인가하는 펌프광원;

순방향으로는 입사신호광과 상기 펌프광원의 펌프광을 결합하여 하나의 광섬유에 전달하는 제1WDM 커플러;

순방향으로는 상기 제1WDM 커플러로부터 출력되는 상기 입사신호광을 상기 펌프광원의 펌핑용 광에 의해 증폭하고, 역방향으로는 반사된 펌프광에 의해 반사신호광를 증폭하는 광섬유증폭매질;

순방향으로는 상기 광섬유증폭매질에서 증폭된 신호광 및 펌핑하고 남은 펌프광이 입사되면 그대로 출력시키며, 역방향으로는 반사된 상기 펌프광원의 펌핑하고 남은 펌프광과 반사신호광을 결합하여 상기 광섬유증폭매질로 출력하는 제2WDM 커플러;

소정의 주기를 가지고 파장에 따라 감쇠율을 달리하며, 상기 감쇠율에 따라 순방향으로는 상기 제2WDM커플러의 신호광을 감쇠시키고, 역방향으로는 반사된 신호광을 감쇠시키는 필터;

순방향으로는 상기 필터의 신호광과 상기 제2WDM커플러의 남은 펌프광을 결합하여 출력하고, 역방향으로는 반사된 상기 남은 펌프광 및 반사된 신호광을 분리하여 상기 반사펌프광은 상기 제2WDM커플러로 출력시키고 상기 반사신호광은 상기 필터로 출력시키는 제3WDM 커플러;

상기 제3WDM커플러에서 출력되는 신호광과 남은 펌프광을 입력으로 하여, 상기 신호광은 파장에 따라 각기 다른 반사율로 반사시킨 반사신호광을 상기 제3WDM커플러로 출력하며, 상기 남은 펌프광은 전반사시켜 상기 제3WDM커플러로 출력하는 광섬유반사체; 및

입사신호광을 상기 제1WDM커플러로 전달하고, 상기 제1WDM 커플러를 통해 전달받은 상기 제1WDM커플러의 반사신호광을 출력하는 서큘레이터를 포함함을 특징으로 하는 평탄한 이득을 갖는 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 펌프광원은

펌프 레이저 다이오드임을 특징으로 하는 광섬유반사체를 이용한 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 광섬유증폭매질은

EDF임을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 필터는

신호광을 파장에 따라 감쇠시키는 마크-젠더 필터임을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 광섬유증폭매질은

1530nm대의 파장에 대한 이득이 크고, 1550nm대의 파장에 대한 이득은 작으며,

상기 필터는

1530nm대의 파장에 대한 투과손실이 1550nm대의 파장에 대한 투과손실보다 상대적으로 크며,

상기 광섬유반사체는

1530nm대의 파장에 대한 반사율은 작고, 1550nm대의 파장에 대한 이득은 큼을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기.
제1항에 있어서,

입사신호광을 증폭하기 위해 펌핑용 광을 인가하는 제2펌프광원; 및

순방향으로는 상기 광섬유증폭매질에서 출력된 신호광을 상기 마크-젠더 필터로 전달하고, 역방향으로는 상기 마크젠더 필터에서 출력된 반사신호광과 상기 제2펌프광원의 펌프광을 결합하여 상기 광섬유증폭매질로 출력시키는 제4WDM커플러를 더 구비하고,

상기 광섬유증폭매질은

순방향으로는 상기 제1WDM 커플러로부터 출력되는 상기 입사신호광을 상기 펌프광원의 펌핑용 광에 의해 증폭하고, 역방향으로는 상기 제4WDM커플러를 통해 입력되는 상기 제2펌프광원의 펌프광에 의해 반사신호광을 증폭하는, 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 광섬유반사체는

상기 광섬유증폭매질의 종류 및 길이에 따라 원하는 파장대에서 상기 광섬유증폭매질의 평탄한 이득특성을 얻기 위하여, 코팅설계에 따라 반사율이 다르게 조절됨을 특징으로 하는, 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기.
제1항에 있어서, 상기 광섬유반사체는

상기 펌핑광원의 파장에 관계없이 제작됨을 특징으로 하는 평탄한 이득특성을 갖는 광섬유증폭기.