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KR20020077061A - 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기 - Google Patents

장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기 Download PDF

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KR20020077061A
KR20020077061A KR1020020014433A KR20020014433A KR20020077061A KR 20020077061 A KR20020077061 A KR 20020077061A KR 1020020014433 A KR1020020014433 A KR 1020020014433A KR 20020014433 A KR20020014433 A KR 20020014433A KR 20020077061 A KR20020077061 A KR 20020077061A
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KR
South Korea
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erbium
gain
optical fiber
wavelength division
light
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Application number
KR1020020014433A
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English (en)
Inventor
이동한
Original Assignee
주식회사 네오텍리서치
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Publication date
Application filed by 주식회사 네오텍리서치 filed Critical 주식회사 네오텍리서치
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Abstract

본 발명은 에르븀첨가 광증폭광섬유에서 발생되는 역방향 증폭자발광을 에르븀첨가 광증폭광섬유로 반사 입력시켜 장파장대역 광신호의 증폭이득을 향상시키는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기에 관한 것으로서, 펌프광을 커플러를 통하여 두 방향으로 나누어 에르븀첨가 광증폭광섬유를 양방향으로 펌핑하고 입력단과 펌핑된 에르븀첨가 광증폭광섬유사이에 반사수단을 두어 특정한 대역의 역방향 증폭자발광을 장파장대역 신호광과 함께 에르븀첨가 광증폭광섬유로 인가시킴과 아울러 이득을 고정시키는 것을 특징으로 한다.

Description

장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기{An gain-clamped erbium-doped fiber amplifier for long wavelength band}
본 발명은 이득고정 장파장대역 광섬유증폭기에 관한 것으로, 특히 펌프광을커플러를 통해 두 방향으로 나누어 에르븀첨가 광증폭광섬유를 양방향으로 펌핑하고, 입력단과 펌핑된 에르븀첨가 광증폭광섬유사이에 반사수단을 두어 에르븀첨가 광증폭광섬유로 장파장대역 신호광과 함께 특정대역의 역방향 증폭자발광을 인가함으로써 장파장대역의 광신호의 증폭이득을 대폭 향상시키김과 동시에 이득을 고정시키기 위한 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기에 관한 것이다.
최근의 급격한 통신용량의 사용증가에 대처하기 위하여 파장이 서로 다른 여러개의 채널을 한 가닥의 광섬유를 통해 전송함으로써, 전송량을 채널수만큼 증가시키는 파장분할다중방식(이하 'WDM'으로 표기) 광통신에 대한 연구가 활발하다. 현재까지의 광통신시스템에서는 그 신호파장대역으로 1525nm∼1565nm 대역을 이용하고 있으나, 전송용량의 증가에 대처하기 위하여 장파장대역인 1565nm∼1615nm대역을 사용하고자 하는 상용화 시도가 다양하게 진행되고 있다. 이 장파장대역은 에르븀첨가 광섬유증폭기의 이득계수가 작은 부분으로, 이러한 장파장대역을 이용하기 위해서는 긴 길이의 에르븀첨가 광섬유와 비교적 큰 펌핑광이 필요하다. 그러나 이는 효율이 낮고 잡음지수를 증가시키는 문제점이 있어서 이를 개선하고자 하는 연구 또한 활발하다.
현재의 광통신에 있어서는 1550nm 대역이 주로 이용되고 있다. 이 1550nm대역은 효율이 높아 펌프광 세기가 작아도 큰 어려움이 없다. 하지만 파장에 따른 이득차이가 크기 때문에 이득평탄필터가 필요하며, 따라서 그 가격을 낮추기가 어려운 문제점이 있다.
향후 장거리 전송시스템과 함께 메트로 WDM/DWDM 시스템에 대한 수요가 급격히 증가할 것으로 예상되고 있다. 비교적 거리가 짧은 메트로 시스템에서는 소자의 삽입 등으로 인한 손실이 보상되어야 한다. 아울러 큰 이득이나 출력세기를 요구하지 않고 기본적인 특성을 가진 저가의 광증폭기도 개발되어야 한다.
도 1은 에르븀첨가 광섬유증폭기에 대한 종래 제1예의 구성도이다.
도시한 바와 같이 종래의 에르븀첨가 광섬유증폭기에 있어서, 신호광은 제1아이솔레이터(101)부터 입력되고, 펌핑광은 펌핑용 레이저 다이오드(102)에서 출력되어 파장분할다중화기(103)에서 결합된 다음, 에르븀첨가 광증폭광섬유(104 ; Erbium-Doped Fiber, 이하 'EDF'로 표기)로 입력된다. 중간의 EDF(104)에서 상기 펌핑광은 EDF(104)에 첨가되어 있는 희토류이온인 에르븀을 여기시킨다. 이에 따라 입력된 신호광은 유도방출(stimulated emission)을 통해 증폭되고, 다시 제2아이솔레이터(105)를 통해 출력된다.
이러한 종래 제1예의 에르븀첨가 광섬유증폭기는 단파장 대역에서는 사용하는 데 큰 문제가 없다. 그러나 장파장대역에서 사용할 경우 에르븀첨가 광증폭광섬유(104)의 길이가 길어지고 펌프광의 흡수가 증가하기 때문에, 에르븀첨가 광증폭광섬유(104)의 전반부에서는 증폭이 가능하지만 후반부에서는 오히려 흡수가 일어나게 된다. 즉, 장파장대역에서는 이득과 낮아지고 증폭효율이 나쁘기 때문에 사용하는 데 많은 문제점이 있다.
도 2에 종래 제1에의 문제점을 개선하기 위하여 Massicott 등이 시도하였던 종래 제2예의 구성도이다 [J. F. Massicott, R. Wyatt, and B. J. Ainslie, "Low noise operation of Er doped silica fibre amplifier around 1.6 um", ElectronicLetters, 28, pp1924-25 (1992)].
도시한 바와 같이, 종래의 제2예는 상기 제1예에 파장분할다중화기(106)와 1550nm 대역의 레이저다이오드(107)가 추가된 구조를 취하고 있다. 따라서 제1아이솔레이터(101)부터 입력되는 신호광에는, 파장분할다중화기(106)로 출력되는 1550nm 대역의 레이저다이오드(107) 광신호까지 포함되어 증폭된 후 출력된다. 이러한 종래 제2예의 경우 1550nm 대역광이 포함되므로써 이득이 높은 1550nm 대역광이 짧은 길이에서도 효과적으로 증폭이 되고 이 빛이 순방향으로 긴 길이의 EDF를 따라 진행하면서 흡수가 일어나 다시 장파장 대역에 이득을 계속적으로 공급하게 되어, 종래 제1예에 비해 이득과 효율이 증가하게 된다.
그러나 이러한 종래 제2예도 비교적 고가의 파장분할다중화기(106)와 신호레이저(107)가 필요할 뿐만 아니라, 삽입에 따른 손실로 인해 장파장대역 신호광의 잡음지수가 증가하는 문제가 있다.
도 3에 도시된 종래의 제3예는, 종래의 제1예에 비해 비교적 저가이면서 쉽게 구할 수 있는 980nm 레이저다이오드(108)를 펌프광으로 사용한 광증폭기의 구성도이다.
이 경우에 980nm 레이저다이오드(108)의 흡수길이는 1480nm 레이저다이오드보다 더 짧기 때문에 장파장대역에서는 효율이 더욱 낮아지는 문제가 생긴다.
도 4에 도시된 종래 제4예는 신호광이 아주 짧은 길이에서만 증폭되지 않고 길이를 따라 계속 증폭될 수 있도록 구성한 광증폭기의 구조를 보여준다.
즉, 이러한 제4예는 최초 앞단에 짧은 길이의 EDF(104)를 두고 이를 980nm레이저다이오드(108)를 이용하여 펌핑해 준다. 이후 EDF(104)로부터 나오는 소폭 증폭된 장파장대역 신호광에, 레이저다이오드(108)의 여기에 의해 EDF(104)에서 나오는 1550nm 대역의 역방향 증폭자발광을 긴 길이의 EDF(112)로 함께 인가함으로써 장파장대역 광신호의 증폭이득을 향상시킨 것이다[ H. S. chung, M. S. Lee, D. Lee, N. Park, and D. J. DiGiovanni, Electronics Letters, 35, pp1099-1100 (1999)].
그러나 이러한 종래의 제4예도 잡음지수나 출력의 특성이 개선되지만 고가의 980nm 레이저다이오드(108), 파장분할다중화기(109) 그리고 고가의 아이솔레이터(105)가 더 필요하기에 장파장대역의 전 구간에서의 특성에는 미흡한 점이 있으며, 따라서 저가용 장파장대역 광증폭기로는 부적합하다.
도 5에 도시한 종래 제5예는 1550nm대역의 증폭자발광을 신호광과 함께 펌핑시켜 EDF(104)로 인가시키는 경제적인 구조의 구성도이다.
여기서는 정해진 파장대역만 반사시키고 나머지 파장에서는 손실을 주지 않는 광섬유브라그회절격자(114)를 이용하여, EDF(104)로부터 나오는 펌핑된 역방향 증폭자발광중 1550nm대역의 일부를 반사시킨다. 이렇게 반사된 1550nm대역의 일부를 입력된 장파장대역 신호광과 함께 펌핑된 EDF(104)로 인가함으로써, 장파장대역의 광신호의 증폭이득을 향상시키는 구조이다.
이러한 종래 제5예는 전술한 구조들에 비해 단순 광섬유브라그회절격자(114)만을 추가한 것이므로 저가로 제작할 수 있다. 그러나, 이러한 종래의 제5예도 어느 정도의 성능은 개선시킬 수 있지만 메트로 시스템에서 요구하는 효율로는 충분하지 않으며, 원하는 출력을 내기 위해서는 비교적 고가인 고출력의 레이저다이오드가 요구되는 문제점이 있다.
아울러 메트로 시스템의 통신을 위해서는 기본적으로 이득과 효율이 높아야 하고 여기에 제작비가 저렴한 경제성까지 요구되며, 따라서 이러한 요구에 부응할 수 있는 새로운 구조의 광증폭기가 요구되고 있다.
따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 특히 펌프광을 커플러를 통해 두 방향으로 나누어 에르븀첨가 광증폭광섬유를 양방향으로 펌핑하고, 입력단과 펌핑된 에르븀첨가 광증폭광섬유사이에 반사수단을 두어 에르븀첨가 광증폭광섬유로 장파장대역 신호광과 함께 특정대역의 역방향 증폭자발광을 인가함으로써, 고가의 펌핑용레이저다이오드나 아이솔레이터 등을 추가하지 않고 광섬유증폭기의 효율을 높이면서도 이득의 과도현상(transient)이 없는 우수한 특성의 이득고정 기능을 수행할 수 있는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 장파장대역용 에르븀첨가 광섬유증폭기 제1예의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 종래의 장파장대역용 에르븀첨가 광섬유증폭기 제2예의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 종래의 장파장대역용 에르븀첨가 광섬유증폭기 제3예의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 종래의 장파장대역용 에르븀첨가 광섬유증폭기 제4예의 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 종래의 장파장대역용 에르븀첨가 광섬유증폭기 제5예의 구성을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 장파장대역용 에르븀첨가 광섬유증폭기의 구성을 나타낸 블록도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 장파장대역용 에르븀첨가 광섬유증폭기의 특성도.
도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가광섬유증폭기의 특성도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 구성도.
도 10a 내지 도 10d는 도 6의 일실시예에서 반사수단이 변화되는 예들을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 구성을 나타낸 블록도.
도 12는 도 11의 또 다른 실시예에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 특성도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 구성도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
301, 308 : 아이솔레이터 302 : 레이저 다이오드
303 : 커플러 304 : 광섬유브라그회절격자
305, 307 : 파장분할다중화기 306 : EDF
309 : 레이저 다이오드 모듈 309a, 309b : 레이저 다이오드
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기는, 신호광을 증폭하기 위한 광섬유증폭기에 있어서, 상기 신호광을 증폭하기 위한 펌핑용 레이저광을 발생시키는 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드로부터의 펌핑용 레이저광을 입력받아 일정한 비율로 분배하여 출력하는 커플러와, 상기 커플러로부터 분배된 펌핑광을 각각 입력받아 서로 대향되는 방향으로 각각 인가하여 펌핑하는, 입사광 방향 위치의 제 1 파장분할다중화기 및 출사광 방향 위치의 제 2 파장분할다중화기와, 상기 제 1 파장분할다중화기 및 제 2 파장분할다중화기의 중앙에 위치하여, 입사측으로부터의 신호광과 상기 제1 및 제 2 파장분할다중화기로부터의 펌핑광을 각각 입력받아 광펌핑을 통해, 상기 신호광을 전송하는 에르븀첨가 광증폭광섬유와, 상기 제 1 파장분할다중화기의 전단에 위치하여 상기 신호광을 출력시키고, 상기 제 1 파장분할다중화기로부터의 특정영역의 역방향 증폭자발광을 상기 에르븀첨가 광증폭 광섬유로 재전송하는 반사수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다른 장파장대역용 에르븀첨가 광섬유증폭기는, 입사된 신호광을 증폭하기 위한 광섬유증폭기에 있어서, 상기 신호광을 증폭하기 위한 펌핑용 레이저광을 발생시키는 적어도 하나 이상의 레이저 다이오드들에 의한 레이저 다이오드 모듈과, 상기 레이저 다이오드 모듈부터의 펌핑용 레이저광을 입력받아 일정한 비율로 분배하여 출력하는 커플러와, 상기 커플러로부터 분배된 펌핑광을 각각 입력받아 서로 대향되는 방향으로 각각 인가하여 펌핑하는, 입사광 방향 위치의 제 1 파장분할다중화기 및 출사광 방향 위치의 제 2 파장분할다중화기와, 상기 제 1 파장분할다중화기 및 제 2 파장분할다중화기의 중앙에 위치하여, 상기 입사된 신호광과 상기 제 1 및 제 2 파장분할다중화기로부터의 펌핑광을 각각 입력받아 광펌핑을 통해 상기 신호광을 전송하는 에르븀첨가 광증폭광섬유와, 상기 제 1 파장분할다중화기의 전단에 위치하여 상기 신호광을 출력시키고, 상기 제 1 파장분할다중화기로부터의 역방향 증폭자발광을 상기 에르븀첨가 광증폭광섬유로 재전송하는 반사수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 실시예들을 자세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 일실시예의 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기에는 제1 및 제2아이솔레이터(301, 308), 레이저 다이오드(302), 커플러(303), 광섬유브라그회절격자(304), 2개의 파장분할다중화기(305, 307) 그리고 EDF(306)가 각각 포함되어 구성된다.
본 발명의 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기는 EDF(306)를 중앙에 두고, 2개의 파장분할다중화기(305, 307)를 통하여 양방향에서 펌핑하는 구조를 취하고 있다. 이러한 본 발명의 일 실시예에서 증폭하고자 하는 신호광은 제1아이솔레이터(301)부터 입력된다. 그리고 레이저 다이오드(302)에서 발생된 펌핑광은 커플러(303)를 통해 일정비율의 두 방향으로 분배된 후, 2개의 파장분할다중화기(305, 307)로 입력된다. 따라서 본 실시예에서는 에르븀첨가 광증폭광섬유(306)를 기준으로 양쪽에서 펌핑이 실시된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 구성도로서, 광섬유브라그회절격자(304)를 제 1 파장분할다중화기(305)와 EDF(306)사이에 위치시켜 반사수단으로서의 기능을 수행하도록 한다.
이와 같이 위치한 반사수단인 광섬유브라그회절격자(304)의 반사파장을 1560㎚ 근처로 길게 선택함으로써, 이득고정특성이 나타나게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 특성도면이다. 여기에는 본 발명의 일 실시예와, 종래 제3예 및 제5예의 특성 측정결과를 나타내었다.
도면에 있어서 특성곡선 'A'는 본 발명에 따른 일실시예의 특성을, 특성곡선 'B'는 도 5에 도시된 종래 제5예의 특성을, 그리고 특성곡선 'C'는 도 3에 도시된 종래 제3예의 특성을 각각 나타낸 것이다. 또한 입력광의 세기(Pin)는 -4 dBm이고, X축은 파장[nm]을, Y축은 증폭이득(gain[dB])을 각각 나타낸다.
특성곡선 'C'와 같이 종래 제3예는 170mW를 사용하더라도 평탄이득조건을 이룰 수 없었으며, 특성곡선 'B'와 같이 종래 제5예의 광증폭기로 본 발명의 일실시예와 거의 비슷한 이득을 내기 위해서는 170mW의 펌핑이 필요하다. 이에 반해 특성곡선 'A'와 같이 본 발명에 따른 일실시예의 광증폭기는 103 mW의 작은 펌프광 세기로도 좋은 이득특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한 전구간에 걸쳐서 잡음지수가 6 dB 이하로 적은 펌프광 세기에서도 좋은 잡음특성을 가짐을 알 수 있었다.
도 6에 도시한 본 일실시예에서 커플러(303)의 배분비율에 따라 증폭기의 성능을 조사한 결과, 역방향으로 배분된 펌프광세기의 비가 커질수록 증폭에 필요한 펌프광세기가 작아도 거의 같은 특성을 보였다. 그러나, 역방향세기비가 60% 이상이 되면 잡음지수가 올라가는 현상이 나타나기도 했다. 효율과 잡음지수를 함께 고려하면 커플러(303)의 배분비율은 60:40에서 50:50 주위가 바람직하지만, 시스템 사양을 만족시킬 수 있는 배분비의 범위는 넓다.
특성곡선 'A'와 같이 광섬유브라그회절격자(304)의 파장과 대역에 따른 성능을 비교해본 바, 반사파장이 1560nm 쪽으로 갈수록 효율이 높아짐을 알 수 있다. 본 일실시예에서 반사시킨 파장에서의 광세기가 증폭된 신호의 크기에 비해 무시할 수 없을 정도로 커져 일부 응용의 경우 문제가 생길 수도 있다. 그러나, 이 경우 1545nm 근처의 광섬유브라그회절격자를 사용하면 반사시킨 파장에서의 광세기가 잡음레벨보다도 낮아지므로 이러한 문제는 자연히 해결된다.
이런 점을 고려하면 1520-1568nm 근처에서 전체적으로 무난한 특성을 보여주지만, 증폭후에 각 파장 성분을 골라서 측정하는 WDM 시스템에서는 좀 더 긴 파장의 광섬유브라그회절격자를 사용하더라도 큰 문제는 없다. 대역폭이 넓은 경우에 조금 더 좋은 특성을 나타내기도 하지만, 그 차이가 충분히 작아 다양한 상황에 사용하는 것이 가능하다.
아울러, 본 발명에 따른 일실시예의 구조가 도 5의 종래 제5예에 비해 커플러(303) 및 파장분할다중화기가 각각 하나씩 더 사용된다. 하지만, 이 두 소자는 간단한 광섬유융착형을 사용할 수 있으며 그 가격은 상당히 낮아 가격 상승요인이 별로 없다. 반면에 본 실시예의 레이저다이오드(302)는 종래에 비해 출력이 낮은 저가형을 사용할 수 있어 아주 경제적이다.
한편, 반사수단으로서의 기능을 수행하는 광섬유브라그회절격자(304)는 입력되는 장파장대역의 신호광과 함께 역방향 증폭자발광을 다시 EDF(306)로 인가한다.
이때, 광섬유브라그회절격자(304)의 반사파장을 1560㎚ 근처로 선정을 하면 장파장대역의 증폭이득을 대폭 향상시키는 역할과 입력신호의 크기에 관계없이 이득을 일정하게 유지시키는 이득고정의 역할을 동시에 수행하게 된다.
도 8은 상기한 비교적 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 특성도면으로, 비교적 긴 파장을 반사하는 광섬유브라그회절격자(304)와 짧은 파장을 반사하는 광섬유브라그회절격자(304)를 사용한 경우에 입력신호 세기에 따른 증폭이득과 잡음지수의 측정결과를 나타낸 것이다.
여기서, 특성곡선 'A'는 본 발명에 따른 긴파장(1560㎚) 반사의 특성을 특성곡선 'B'는 도 5에 짧은 파장(1545㎚) 반사의 예의 특성을 각각 나타낸 것이다. 또한 펌프광의 세기는 98mW/25mW로 양방향 펌핑이며 펌프 파장은 980㎚ 이다. X축은 입력신호 세기[㏈m]을, Y축은 증폭이득과 잡음지수(gain/NF)[㏈]를 각각 나타낸다.
특성곡선 'B'와 같이 짧은 파장(1545㎚) 반사 광섬유브라그회절격자 사용의 경우 작은 입력신호에서는 증폭이득이 크고 신호가 커지면 이득이 점점 줄어드는 경향을 보인다.
이에 반해 특성곡선 'A'와 같이 본 발명에 따른 일실시예의 광증폭기는 입력신호가 -30dBm에서 -12dBm까지 22dB의 이득에서 거의 변화가 없음을 보여 -12dBm 입력신호 이하에서는 이득고정 광증폭기로 사용할 수 있음을 보여준다. 펌프광의 세기를 증가시키면 더 높은 입력신호에서도 22dB의 이득에서 고정되기에 다양한 시스템 조건에서 사용할 수 있다. 또한, 반사율을 증가시키거나 반사 파장을 더 길게함으로써 이득 고정이 더 높은 입력신호에서도 되기에 다양한 조건에 적용시킬 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 경우, 980nm 펌프 레이저 다이오드를 사용하면서도 광섬유브라그회절격자이 기존밴드 증폭자발광을 반사 증폭단으로 보냄으로써 증폭효율을 높이고, 이득고정의 역할을 동시에 한다는 점에서 우수한 특성을 보이고 있을 뿐아니라 이득 고정을 위하여 레이저 공진기를 사용하지 않기에 'relaxation oscillation' 현상이 나타나지 않아 전송 품질 저하를 가져오지 않는다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 장파장대역용 이득고정형 에르븀첨가 광섬유증폭기의 반사수단인 광섬유브라그회절격자를 제 1 파장다중화기(305)와 EDF(306)사이에 위치한 구성도로서, 도 6에 도시된 바와같이, 광섬유브라그회절격자가 제 1 아이솔레이터(301)와 제 1 파장다중화기(305)사이에 위치할 때와 동일하게 동작한다.
도 10a 내지 도 10d는 도 6의 일실시예에서 반사수단이 변화되는 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a는 본 발명의 일실시예에서 반사수단으로 또 하나의 커플러(311)와 반사용 거울(312)이 사용되는 경우를 나타낸 것이다. 이 경우 커플러에 결합되는 반사용 거울(312)쪽으로의 배분비율이 10%이하로 하여 입력 장파장대역 신호광에 손실을 적게하고 역방향 증폭자발광의 반사를 적절하게 조절하는 것이 바람직하다.
도 10b는 본 발명의 일실시예에서 반사수단으로 커플러(321)와 1550nm 대역을 반사시키는 반사용 광섬유브라그회절격자(322)가 사용되는 경우를 나타낸 것이다.
도 10c는 본 발명의 일실시예에서 반사수단으로 공기틈을 이용하는 경우를 나타낸 것이다. 이 경우 서로 대면(對面)되는 커패시터 형태의 공기틈(331)을 두어 역방향 증폭자발광을 약 4% 정도 반사해 펌핑된 EDF(306) 방향으로 재입력시키는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 입력 장파장대역 신호광의 손실이 충분히 적어 잡음지수에 거의 영향을 주지 않게 된다.
도 10d는 본 발명의 일 실시예에서 반사수단으로 굴절률을 갖는 액체에 의한 대면(對面)형 저장체(341)가 이용되는 경우를 나타낸 것이다. 이렇게 하면 반사율이 약4%보다 낮아져 EDF(306)에 재입력되는 역방향 증폭자발광이 적어지고 입력 장파장대역 신호광의 손실이 충분히 작아 잡음지수에 영향을 주지 않게 된다.
도 11는 본 발명에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기에는 도 6의 실시예와 거의 동일하나, 2개의 펌핑용 레이저 다이오드(309a, 309b)에 의한 레이저 다이오드 모듈(309)이 포함되어 구성된다. 이는 도6의 실시예에 비해 보다 고출력의 증폭이득을 얻기 위한 것으로, 레이저 다이오드 모듈(309)은 필요에 따라 다수의 레이저 다이오드들을 결합하여 구성하는 것이 가능하다.
이러한 도 11의 또 다른 실시예는 레이저 다이오드 모듈(309)의 두 레이저다이오드(309a, 309b)에서 나오는 출력이 커플러(303)에서 정해진 비율에 따라 두 방향으로 나뉜 후, EDF(306)를 양방향에서 펌핑하게 된다.
이 경우도 입력단과 순방향 펌핑된 EDF(306)사이에 반사수단으로 광섬유브라그회절격자(304)를 사용되고 있다. 따라서 이러한 본 발명의 또 다른 실시예는 역방향 증폭자발광을 EDF(306)로 장파장대역 신호광과 함께 인가하게 된다. 이렇게 함으로써 장파장대역의 광신호의 증폭이득을 대폭 향상시키고 큰 입력신호에도 평탄한 이득을 얻을 수 있다.
도 12는 도 10의 또 다른 실시예에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기의 특성도면이다. 도시한 바와 같이, 170/110 mW의 980nm 레이저다이오드(309a, 309b)를 각각 사용하여 장파장대역 구간에 걸쳐서 높은 출력을 얻을 수 있음이 나타나 있다.
도 13은 도 11에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장파장대역용 이득고정형 에르븀첨가 광섬유증폭기에서 반사수단인 광섬유브라그회절격자(304)를 제 1 파장다중화기(305)와 EDF(306)사이에 위치한 구성도로서, 도 11에 도시된 바와같이, 광섬유브라그회절격자(304)가 제 1 아이솔레이터(301)와 제 1 파장다중화기(305)사이에 위치할 때와 동일하게 동작한다.
아울러 도 11에 도시한 본 발명의 또 다른 실시예에서도 도 10a 내지 도 10d와 같이 반사수단을 다양하게 변화시켜 증폭특성을 향상시키는 것이 가능하며, 도시된 반사수단이외에도 다양한 반사수단을 결합시키는 것이 가능하다.
또한, 전술한 바와 같이, 이득의 향상을 위해 레이저 다이오드 모듈(309)을 구성하는 레이저다이오드를 필요한 수만큼 추가적으로 결합시켜 실시할 수 있으며,본 발명의 기술 개념을 바탕으로 보다 다양한 형태로 구성하여 실시하는 것이 가능하다. 즉, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기는 저가의 커플러, 파장분할다중화기, 그리고 광섬유브라그회절격자만을 첨가함으로써 효율을 월등히 향상시키고 우수한 특성의 이득고정 작용을 동시에 하기에 성능과 가격경쟁력을 제고시킬 수 있는 큰 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 신호광을 증폭하기 위한 광섬유증폭기에 있어서,
    상기 신호광을 증폭하기 위한 펌핑용 레이저광을 발생시키는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드로부터의 펌핑용 레이저광을 입력받아 일정한 비율로 분배하여 출력하는 커플러;
    상기 커플러로부터 분배된 펌핑광을 각각 입력받아 서로 대향되는 방향으로 각각 인가하여 펌핑하는, 입사광 방향 위치의 제 1 파장분할다중화기 및 출사광 방향 위치의 제 2 파장분할다중화기;
    상기 제 1 파장분할다중화기 및 제 2 파장분할다중화기의 중앙에 위치하여, 입사측으로부터의 신호광과 상기 제1 및 제 2 파장분할다중화기로부터의 펌핑광을 각각 입력받아 광펌핑을 통해, 상기 신호광을 전송하는 에르븀첨가 광증폭광섬유; 및
    상기 제 1 파장분할다중화기의 전단에 위치하여 상기 신호광을 출력시키고, 상기 제 1 파장분할다중화기로부터의 특정영역의 역방향 증폭자발광을 상기 에르븀첨가 광증폭 광섬유로 재전송하는 반사수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반사수단은
    1520㎚ 내지 1568㎚ 파장 중 특정파장대역의 빛은 반사시키고 그 외의 파장의 빛은 통과시키는 광섬유브라그회절격자인 것을 특징으로 하는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사수단은
    서로 대면(對面)되는 커패시터 형태의 공기틈인 것을 특징으로 하는, 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사수단은
    굴절률을 갖는 액체에 의한 대면(對面)형 저장체인 것을 특징으로 하는, 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서, 상기 반사수단은 상기 제 1 파장분할다중화기와 에르븀첨가 광증폭기 사이에 위치함을 특징으로 하는 장 파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 커플러는
    상기 제 1 파장분할다중화기 및 제 2 파장분할다중화기로 분배비율을 변화시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 반사수단 전단에 부가하여 외부로부터 전송된 신호광을 입사하는 제 1 아이솔레이터; 및
    상기 제 2 파장분할다중화기에서 전송된 신호광을 출사시키는 제 2 아이솔레이터를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유 증폭기.
  8. 입사된 신호광을 증폭하기 위한 광섬유증폭기에 있어서,
    상기 신호광을 증폭하기 위한 펌핑용 레이저광을 발생시키는 적어도 하나 이상의 레이저 다이오드들에 의한 레이저 다이오드 모듈;
    상기 레이저 다이오드 모듈부터의 펌핑용 레이저광을 입력받아 일정한 비율로 분배하여 출력하는 커플러;
    상기 커플러로부터 분배된 펌핑광을 각각 입력받아 서로 대향되는 방향으로 각각 인가하여 펌핑하는, 입사광 방향 위치의 제 1 파장분할다중화기 및 출사광 방향 위치의 제 2 파장분할다중화기;
    상기 제 1 파장분할다중화기 및 제 2 파장분할다중화기의 중앙에 위치하여, 상기 입사된 신호광과 상기 제 1 및 제 2 파장분할다중화기로부터의 펌핑광을 각각 입력받아 광펌핑을 통해 상기 신호광을 전송하는 에르븀첨가 광증폭광섬유; 및
    상기 제 1 파장분할다중화기의 전단에 위치하여 상기 신호광을 출력시키고, 상기 제 1 파장분할다중화기로부터의 역방향 증폭자발광을 상기 에르븀첨가 광증폭광섬유로 재전송하는 반사수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 반사수단은
    1520㎚ 내지 1568㎚ 파장 중 특정파장대역의 빛은 통과시키고, 그 외의 파장의 빛은 반사시키는 광섬유브라그회절격자인 것을 특징으로 하는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 반사수단은
    서로 대면(對面)되는 커패시터 형태의 공기틈인 것을 특징으로 하는, 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  11. 제 8 에 있어서, 상기 반사수단은
    굴절률을 갖는 액체에 의한 대면(對面)형 저장체인 것을 특징으로 하는, 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항에 있어서, 상기 반사수단은
    상기 제 1 파장분할다중화기와 에르븀첨가 광증폭기 사이에 위치함을 특징으로 하는 장 파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 커플러는
    상기 제 1 파장분할다중화기 및 제 2 파장분할다중화기로 분배비율을 변화시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는, 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유증폭기.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 반사수단 전단에 부가하여 외부로부터 전송된 신호광을 입사하는 제 1 아이솔레이터; 및
    상기 제 2 파장분할다중화기에서 전송된 신호광을 출사시키는 제 2 아이솔레이터를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 장파장대역용 이득고정 에르븀첨가 광섬유 증폭기.
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