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KR100421140B1 - 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기 - Google Patents

어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기 Download PDF

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KR100421140B1
KR100421140B1 KR10-2002-0027327A KR20020027327A KR100421140B1 KR 100421140 B1 KR100421140 B1 KR 100421140B1 KR 20020027327 A KR20020027327 A KR 20020027327A KR 100421140 B1 KR100421140 B1 KR 100421140B1
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Abstract

본 발명에 따른 라만 광섬유 증폭기는 파장분할 다중화된 광신호를 광섬유를 통해 전송하는 광송신부와, 상기 광섬유를 통해 상기 광신호를 수신하는 광수신부를 포함하는 파장분할 다중방식을 이용한 광통신 시스템에 구비되며, 상기 광섬유와 연결된 제1 단을 통해 입력된 광신호를 라만 증폭하여 출력하는 어븀 첨가 광섬유와; 상기 어븀 첨가 광섬유를 라만 펌핑하기 위해 소정 파장의 펌프광을 출력하는 펌핑 광원과; 상기 펌프광을 상기 어븀 첨가 광섬유로 출력하는 파장 선택 결합기를 포함하여 구성된다.

Description

어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기{RAMAN OPTICAL FIBER AMPLIFIER USING ERBIUM DOPED FIBER}
본 발명은 광통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 상기 광통신 시스템의 광송신부와 광수신부 사이에 배치되는 라만 광섬유 증폭기에 관한 것이다.
최근 기하급수적으로 증가하는 데이터량에 의해 파장 분할 다중 광통신 시스템(Wavelength Division Multiplexing optical communication system, WDM optical communication system)의 전송 용량이 늘어나게 되었다. 전송 용량을 늘리는 방법은 전송 채널수를 늘리는 방법과, 전송 속도를 높이는 방법이 있다. 전송 속도를 높이는 방법은 현재 2.5Gb/s에서 10Gb/s로 확장되었으며, 그 이상의 전송 속도도 연구되고 있다. 전송 용량을 늘리는 방법은 기존의 C-밴드 어븀 첨가 광섬유 증폭기(C-band Erbium Doped Fiber Amplifier, C-band EDFA)와, L-밴드 어븀 첨가 광섬유 증폭기(L-band EDFA)를 병렬로 결합하여 사용하는 경우와, 툴륨(Tulium) 첨가 광섬유 등과 같은 새로운 증폭 매질을 이용한 방법이 있다. 그러나, 희토류 원소가 첨가된 광섬유 증폭기는 사용할 수 있는 증폭 대역이 한정되고 잡음 지수가 크다는 단점이 있다. 이러한 대안으로서, 라만 광섬유 증폭기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
도 1은 종래에 따른 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 라만 광섬유 증폭기는 제1 내지 제4 아이솔레이터(isolator, 120, 160, 180 및 220)와, 제1 및 제2 펌핑 광원(pumping source, 140 및 200), 제1 및 제2 파장 선택 결합기(wavelength selective coupler, 130 및 190)와, 어븀 첨가 광섬유와, 커넥터(connector, 170)와, 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensation Fiber, 210)로 구성된다.
상기 제1 아이솔레이터(120)는 상기 광섬유 증폭기로 입력된 광신호를 그대로 통과시키며 그 역방향으로 입력되는 광, 즉 상기 제1 파장 선택 결합기(130)를 통해 입력되는 광은 차단한다.
상기 제1 파장 선택 결합기(130)는 상기 제1 아이솔레이터(120)로부터 입력되는 광신호와 상기 제1 펌핑 광원(140)으로부터 입력되는 980㎚ 또는 1480㎚ 파장의 펌프광을 결합하여 상기 어븀 첨가 광섬유(150)로 출력한다.
상기 제1 펌핑 광원은 상기 제1 어븀 첨가 광섬유(150)를 순방향 펌핑, 즉 어븀 이온을 여기시키며, 상기 제1 펌핑 광원(140)으로는 980㎚ 또는 1480㎚ 파장의 펌프광을 출력하는 레이저 다이오드(laser diode)를 사용할 수 있다.
상기 어븀 첨가 광섬유(150)는 상기 제1 파장 선택 결합기(130)를 통해 입력된 펌프광에 의해 순방향 펌핑되며, 상기 제1 파장 선택 결합기(130)를 통해 입력된 광신호를 증폭하여 출력한다.
상기 제2 아이솔레이터(160)는 상기 어븀 첨가 광섬유(150)를 통해 입력된 광신호를 그대로 통과시키며, 그 역방향으로 입력되는 광은 차단한다.
상기 커넥터(170)는 그 전단의 어븀 첨가 광섬유 증폭부(230)와, 그 후단의 라만 광섬유 증폭부(240)를 연결하는 기능, 즉 상기 전단의 어븀 첨가 광섬유 증폭부(230)와 연결된 광섬유(110)와, 상기 후단의 라만 광섬유 증폭부(240)와 연결된 광섬유(110)를 연결하는 기능을 수행한다. 상기 커넥터(170)로는 내부에 원형의 홀을 구비하는 페룰(ferrule)이 사용될 수 있다.
상기 제3 아이솔레이터(180)는 상기 커넥터(170)를 통해 입력된 광신호를 그대로 통과시키며, 그 역방향으로 입력되는 광은 차단한다.
상기 제2 파장 선택 결합기(190)는 상기 제3 아이솔레이터(180)로부터 입력되는 광신호와 상기 제2 펌핑 광원(200)으로부터 입력되는 라만 펌프광을 결합하여상기 분산 보상 광섬유(210)로 출력한다.
상기 제2 펌핑 광원(200)은 상기 분산 보상 광섬유(210)를 순방향 라만 펌핑하며, 상기 제2 펌핑 광원(200)으로는 1450㎚ 대역의 라만 펌프광을 출력하는 레이저 다이오드를 사용할 수 있다.
상기 제4 아이솔레이터(220)는 상기 커넥터(170)를 통해 입력된 광신호를 그대로 통과시키며, 그 역방향으로 입력되는 광은 차단한다.
그러나, 상술한 바와 같이 종래에 따른 광섬유 증폭기는 두 개의 증폭부(230 및 240), 즉 상기 커넥터(170)를 중심으로 하여 그 전단의 어븀 첨가 광섬유 증폭부(230)와 그 후단의 라만 광섬유 증폭부(240)를 사용하기 때문에 가격 경쟁력을 저하시키고, 전체 부피를 증가시킴에 따라서 집적화의 저하를 초래한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전체 제작 비용이 저렴하면서도 그 집적도를 향상시킬 수 있는 분산 보상된 라만 광섬유 증폭기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 라만 광섬유 증폭기는 파장분할 다중화된 광신호를 광섬유를 통해 전송하는 광송신부와, 상기 광섬유를 통해 상기 광신호를 수신하는 광수신부를 포함하는 파장분할 다중방식을 이용한 광통신 시스템에 구비되며,
상기 광섬유와 연결된 제1 단을 통해 입력된 광신호를 라만 증폭하여 출력하는 어븀 첨가 광섬유와;
상기 어븀 첨가 광섬유를 라만 펌핑하기 위해 소정 파장의 펌프광을 출력하는 펌핑 광원과;
상기 펌프광을 상기 어븀 첨가 광섬유로 출력하는 파장 선택 결합기를 포함하여 구성된다.
도 1은 종래에 따른 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면,
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 라만 광섬유 증폭기는 제1 및 제2 아이솔레이터(320 및 360)와, 어븀 첨가 광섬유(330)와, 파장 선택 결합기(340)와, 펌핑 광원(350)으로 구성된다.
상기 제1 아이솔레이터(320)는 상기 광섬유 증폭기로 입력된 광신호를 그대로 통과시키며 그 역방향으로 입력되는 광, 즉 상기 어븀 첨가 광섬유(330)를 통해 입력되는 광은 차단한다.
상기 어븀 첨가 광섬유(330)는 상기 파장 선택 결합기(340)를 통해 입력된광신호를 라만 증폭하여 출력한다. 상기 어븀 첨가 광섬유(330)는 상기 광신호의 파장이 1550㎚인 경우에는 1450㎚ 파장의 펌프광에 의해 역방향 라만 펌핑되며, 상기 광신호의 파장이 1580㎚인 경우에는 1480㎚ 파장의 펌프광에 의해 역방향 라만 펌핑된다. 즉, 상기 어븀 첨가 광섬유(330)는 상기 광신호의 파장에 따른 파장을 갖는 펌프광으로 역방향 라만 펌핑된다. 또한, 상기 광신호가 서로 다른 파장의 채널들로 구성되는 경우에는 서로 다른 파장의 펌프광들로 역방향 라만 펌핑될 수 있으며, 파장별 펌프광의 세기는 채널별 출력이 일정하도록 조절되는 것이 바람직하다.
상기 어븀 첨가 광섬유(330)는 충분한 라만 이득을 얻을 수 있도록 수 ㎞의 길이를 가지며, 어븀 농도를 충분히 낮게 설정하여 펌프광에 대한 흡수율을 1.0㏈/㎞ 내외로 한다. 상기한 특성을 갖는 어븀 첨가 광섬유(330)가 역방향 라만 펌핑되면, 상기 어븀 첨가 광섬유(330)의 구성 물질인 어븀 이온에 의한 증폭(통상적인 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 증폭 원리)과, 다른 구성물질인 실리카(silica)의 진동 에너지(vibration energy)에 의한 증폭(라만 광섬유 증폭기의 증폭 원리)이 동시에 일어나게 된다.
좁은 파장 대역에서 라만 이득(Raman gain)은 하기 <수학식 1>로 주어진다.
상기 <수학식 1>에서 g(λ)는 증폭 매질의 라만 이득 계수, Pp는 펌프광 파워, Aeff는 펌프광에 대한 유효 영역(effective area), Leff는 유효 길이, L은 사용된 증폭 매질의 총 길이, αp는 손실이다.
상기 <수학식 1>에서 알 수 있다시피, 라만 이득은 라만 이득 계수, 펌프광 파워 및 유효 길이가 일정하다고 가정할 경우에 유효 영역에 반비례하게 된다. 즉, 사용되는 증폭 매질의 코어(즉, 광섬유의 코어)가 작을수록 유효 영역도 작아지므로 라만 이득은 커지게 된다. 통상적으로, 통신용 광섬유(단일 모드 광섬유)의 경우 유효 영역은 70㎛2, 분산 천이 광섬유의 경우는 50㎛2, 분산 보상 광섬유의 경우는 20㎛2, 어븀 첨가 광섬유의 경우는 15∼20㎛2이다. 따라서, 증폭 매질로 어븀 첨가 광섬유를 사용할 경우에 라만 광섬유 증폭기의 증폭 매질로 사용되는 분산 보상 광섬유와 유사한 라만 이득을 얻을 수 있다.
상기 파장 선택 결합기(340)는 상기 어븀 첨가 광섬유(330)로부터 입력되는 광신호는 그대로 통과시키며, 상기 펌핑 광원(350)으로부터 입력되는 펌프광은 상기 어븀 첨가 광섬유(330)로 출력한다.
상기 펌핑 광원(350)은 상기 어븀 첨가 광섬유(330)를 역방향 라만 펌핑하며, 상기 펌핑 광원(330)으로는 소정 파장의 펌프광을 출력하는 레이저 다이오드를 사용할 수 있다. 상기 펌프광의 파장은 상기 어븀 첨가 광섬유(330)의 전체 증폭 대역(1525㎚∼1620㎚)을 커버할 수 있도록 1425㎚∼1520㎚ 내의 파장값을 가질 수있다.
상기 제2 아이솔레이터(360)는 상기 파장 선택 결합기(340)를 통해 입력된 광신호를 그대로 통과시키며, 그 역방향으로 입력되는 광은 차단한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 라만 광섬유 증폭기는 제1 및 제2 아이솔레이터(420 및 460)와, 어븀 첨가 광섬유(450)와, 파장 선택 결합기(430)와, 펌핑 광원(440)으로 구성된다. 또한, 상기 어븀 첨가 광섬유(450)를 순방향 라만 펌핑하기 위하여, 상기 파장 선택 결합기(430) 및 펌핑 광원(440)이 상기 어븀 첨가 광섬유(450)와 제1 아이솔레이터(420)의 사이에 위치한다는 것을 제외하고는 도 2에 도시된 구성과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 라만 광섬유 증폭기는 제1 및 제2 아이솔레이터(520 및 580)와, 어븀 첨가 광섬유(550)와, 제1 및 제2 파장 선택 결합기(530 및 560)와, 제1 및 제2 펌핑 광원(540 및 570)으로 구성된다.
상기 제1 아이솔레이터(520)는 상기 광섬유 증폭기로 입력된 광신호를 그대로 통과시키며 그 역방향으로 입력되는 광, 즉 상기 파장 선택 결합기(530)를 통해 입력되는 광은 차단한다.
상기 어븀 첨가 광섬유(550)는 상기 파장 선택 결합기(530)를 통해 입력된 광신호를 라만 증폭하여 출력한다. 상기 어븀 첨가 광섬유(550)는 충분한 라만 이득을 얻을 수 있도록 수 ㎞의 길이를 가지며, 어븀 농도를 충분히 낮게 설정하여 펌프광에 대한 흡수율을 1.0㏈/㎞ 내외로 한다.
상기 제1 파장 선택 결합기(530)는 상기 제1 아이솔레이터(520)로부터 입력되는 광신호와 상기 제1 펌핑 광원(540)으로부터 입력되는 펌프광을 결합하여 상기 어븀 첨가 광섬유(550)로 출력한다.
상기 제1 펌핑 광원(540)은 상기 어븀 첨가 광섬유(550)를 순방향 라만 펌핑하며, 상기 펌프광의 파장은 어븀 첨가 광섬유(550)의 전체 증폭 대역(1525㎚∼1620㎚)을 커버할 수 있도록 1425㎚∼1520㎚ 내의 파장값을 가질 수 있다.
상기 제2 파장 선택 결합기(560)는 상기 어븀 첨가 광섬유(550)로부터 입력되는 광신호는 그대로 통과시키며, 상기 제2 펌핑 광원(570)으로부터 입력되는 펌프광을 상기 어븀 첨가 광섬유(550)로 출력한다.
상기 제2 펌핑 광원(570)은 상기 어븀 첨가 광섬유(550)를 역방향 라만 펌핑하며, 상기 펌프광의 파장은 상기 어븀 첨가 광섬유(550)의 전체 증폭 대역(1525㎚∼1620㎚)을 커버할 수 있도록 1425㎚∼1520㎚ 내의 파장값을 가질 수 있다.
상기 제2 아이솔레이터(580)는 상기 제2 파장 선택 결합기(560)를 통해 입력된 광신호를 그대로 통과시키며, 그 역방향으로 입력되는 광은 차단한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 라만 광섬유 증폭기는 종래에 따른 어븀첨가 광섬유 증폭부와 라만 광섬유 증폭부를 하나로 결합하여 저가의 증폭기 구성이 가능하며, 구성 소자의 수를 줄일 수 있으므로 집적화 향상을 실현할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 파장분할 다중화된 광신호를 광섬유를 통해 전송하는 광송신부와, 상기 광섬유를 통해 상기 광신호를 수신하는 광수신부를 구비하는 파장분할 다중방식을 이용한 광통신 시스템에 있어서,
    상기 광섬유와 연결된 제1 단을 통해 입력된 광신호를 라만 증폭하여 출력하는 어븀 첨가 광섬유와;
    상기 어븀 첨가 광섬유를 라만 펌핑하기 위해 소정 파장의 펌프광을 출력하는 펌핑 광원과;
    상기 펌프광을 상기 어븀 첨가 광섬유로 출력하는 파장 선택 결합기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펌프광의 파장은 1425㎚∼1520㎚ 내의 파장값을 가짐을 특징으로 하는 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기.
  3. 파장분할 다중화된 광신호를 광섬유를 통해 전송하는 광송신부와, 상기 광섬유를 통해 상기 광신호를 수신하는 광수신부를 구비하는 파장분할 다중방식을 이용한 광통신 시스템에 있어서,
    상기 광섬유와 연결된 제1 단을 통해 입력된 광신호를 라만 증폭하여 출력하는 어븀 첨가 광섬유와;
    상기 어븀 첨가 광섬유를 순방향 라만 펌핑하기 위해 소정 파장의 펌프광을 출력하는 제1 펌핑 광원과;
    상기 제1 펌핑 광원으로부터 입력된 펌프광을 상기 어븀 첨가 광섬유로 출력하는 제1 파장 선택 결합기와;
    상기 어븀 첨가 광섬유를 역방향 라만 펌핑하기 위해 소정 파장의 펌프광을 출력하는 제2 펌핑 광원과;
    상기 제2 펌핑 광원으로부터 입력된 펌프광을 상기 어븀 첨가 광섬유로 출력하는 제2 파장 선택 결합기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펌프광의 파장은 1425㎚∼1520㎚ 내의 파장값을 가짐을 특징으로 하는 어븀 첨가 광섬유를 이용한 라만 광섬유 증폭기.
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