KR100594038B1 - 높은 증폭 효율과 안정된 출력을 갖는 엘-밴드 광원 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 높은 증폭 효율과 안정된 출력을 갖는 L-밴드 광원은, L-밴드의 증폭된 자발 방출광(ASE)을 생성하기에 적합한 길이를 가지며, 그 전방 및 후방으로 생성된 ASE를 출력하는 이득 매질과; 제1 펌프광을 생성하기 위한 제1 펌프 광원과; 상기 제1 펌프광을 상기 이득 매질에 제공하기 위한 제1 파장 선택 결합기와; C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 상기 이득 매질의 후방으로 출력된 ASE 중 일부를 상기 이득 매질측으로 반사하기 위한 제1 반사기와; C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 상기 이득 매질의 전방으로 출력된 ASE 중 일부를 상기 이득 매질측으로 반사하기 위한 제2 반사기를 포함하고, 상기 제1 반사기의 반사 파장과 상기 제2 반사기의 반사 파장은 서로 상이하다.

L-밴드 광원, 광섬유 격자, 반사기, 이득 매질

Description

높은 증폭 효율과 안정된 출력을 갖는 엘-밴드 광원{L-BAND LIGHT SOURCE WITH HIGH AMPLIFYING EFFICIENCY AND STABLE OUTPUT POWER}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 L-밴드 광원의 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 L-밴드 광원의 구성을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 L-밴드 광원의 구성을 나타내는 도면,

도 4는 도 1에 도시된 광대역 광원의 출력 특성을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 광모듈(optical module)에 관한 것으로서, 특히 L-밴드 광원에 관한 것이다.

광통신에 사용되는 각종 광소자의 광학적 특성을 측정하기 위해서는 파장 대역이 넓은 광원이 필요하다. 특히, 광통신 시스템에서 어븀 첨가 광섬유 증폭기(erbium doped fiber amplifier: EDFA)를 사용하게 되는 경우 통신에 사용되는 광신호의 파장 대역이 1520nm~1620nm이므로, 이러한 파장 대역에서 각종 광소자 를 측정할 수 있는 광원이 필요하다. 또한 최근 미래의 초고속 광가입자망으로 각광을 받고 있는 파장분할다중 수동형 광 가입자망(Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network: WDM-PON)에서 여러 가입자들을 동시에 수용하기 위한 광원으로 파장 잠김 레이저 다이오우드(wavelength locked laser diode)와 함께 사용되는 광대역 광원이 주목을 받고 있다. 기존에 판매되는 광대역 광원의 경우에는 주로 백색 광원이나 EDFA의 ASE(Amplified Spontaneous Emission)을 이용한다. 그러나, 백색 광원의 경우 출력이 약하여 고출력을 필요로 하는 WDM-PON용 광원이나 광소자 특성 측정에 사용하는데 한계가 있고, EDFA의 경우에는 가격적인 면에서 경제적이지 못한 단점이 있다.

가엘 알레스(Gaelle Ales) 등에 의해 발명되어 특허 허여된 미국 특허번호 제6,507,429{Article comprising a high power/broad spectrum superfluorescent fiber radiation source}는 C-밴드(1520~1570㎚) 및 L-밴드(1570~1620㎚) ASE들을 출력하기 위한 광대역 광원을 개시하고 있다. 상기 광대역 광원은, 제1 및 제2 희토류 원소 첨가 광섬유들과, 이들 사이에 배치된 아이솔레이터(isolator)를 포함한다. 제1 펌프 광원으로부터의 제1 펌프광은 상기 제1 희토류 원소 첨가 광섬유에 제공되고, 제2 펌프 광원으로부터의 제2 펌프광은 상기 제2 희토류 원소 첨가 광섬유에 제공된다. 상기 제1 희토류 원소 첨가 광섬유는 상기 제2 희토류 원소 첨가 광섬유의 길이보다 5 배가 긴 길이를 갖는다. 반사기(reflector)는 상기 제1 희토류 원소 첨가 광섬유로부터 입력된 ASE를 상기 제1 희토류 원소 첨가 광섬유로 반사함으로써 상기 제1 희토류 원소 첨가 광섬유에서의 L-밴드 ASE의 생성을 돕는다. 상기 제2 희토류 원소 첨가 광섬유는 상기 L-밴드 ASE를 증폭시키는 기능과 C-밴드 ASE를 생성하는 기능을 수행한다. 결과적으로, 상기 광대역 광원은 출력단을 통해 C-밴드 및 L-밴드 ASE들을 출력할 수 있다.

그러나, 상기 전형적인 광대역 광원은 상기 제1 및 제2 어븀 첨가 광섬유들 사이에 상기 아이솔레이터가 존재하므로, 상기 제2 희토류 원소 첨가 광섬유의 후방으로 출력되는 C-밴드 ASE는 사용되지 못하므로 출력 효율이 좋지 않다는 문제점이 있다. 또한, 상기 제1 희토류 원소 첨가 광섬유로부터 얻어지는 L-밴드 ASE의 출력을 조절하기 위해, 상기 제1 펌프 광원의 출력을 변화시키면 L-밴드 ASE뿐만 아니라 C-밴드 ASE의 출력도 변하게 된다. 반대로, 제2 희토류 원소 첨가 광섬유로부터 얻어지는 C-밴드 ASE의 출력을 조절하기 위해 제2 펌프 광원의 출력을 변화시키면 C-밴드 ASE뿐만 아니라 L-밴드 ASE의 출력도 변하게 된다. 즉, 상기 C-밴드 ASE의 출력과 L-밴드 ASE의 출력이 서로 영향을 받기 때문에, 상기 광대역 광원의 출력 제어가 쉽지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 광소자의 특성을 측정하거나 WDM-PON용 광대역 광원으로 사용하기에 적합하도록 높은 증폭 효율과 안정된 출력을 갖는 L-밴드 광원을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 높은 증폭 효율과 안정된 출력을 갖는 L-밴드 광원은, L-밴드의 증폭된 자발 방출광(ASE)을 생성하기에 적합한 길이를 가지며, 그 전방 및 후방으로 생성된 ASE를 출력하는 이득 매질과; 제1 펌프광을 생성하기 위한 제1 펌프 광원과; 상기 제1 펌프광을 상기 이득 매질에 제공하기 위한 제1 파장 선택 결합기와; C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 상기 이득 매질의 후방으로 출력된 ASE 중 일부를 상기 이득 매질측으로 반사하기 위한 제1 반사기와; C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 상기 이득 매질의 전방으로 출력된 ASE 중 일부를 상기 이득 매질측으로 반사하기 위한 제2 반사기를 포함하고, 상기 제1 반사기의 반사 파장과 상기 제2 반사기의 반사 파장은 서로 상이하다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 L-밴드 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 L-밴드 광원(100)은 광섬유 격자(fiber Bragg grating: FBG, 120)와, 제1 및 제2 펌프 광원(pump light source: pump LS, 130,135)과, 제1 및 제2 파장 선택 결합기(wavelength selective coupler: WSC, 140,145)와, 이득 매질(gain medium, 150)과, 아이솔레이터(isolator: ISO, 160)를 포함한다. 상기 광섬유 격자(120), 제1 파장 선택 결합기(140), 이득 매질(150), 제2 파장 선택 결합기(145) 및 아이솔레이터(160)는 제1 광도파로(110)를 이용하여 직렬 연결된다. 상기 제1 펌프 광원(130)은 제2 광도파로(112)를 이용하여 상기 이득 매질(150)과 병렬 연결되고, 상기 제2 펌프 광원(135)은 제3 광도파로(114)를 이용하여 상기 이득 매질(150)과 병렬 연결된다.

상기 제1 펌프 광원(130)은 제1 펌프광을 출력하고, 상기 제1 및 제2 펌프 광원들(140,145)은 각각 980㎚ 또는 1480㎚ 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 제1 파장 선택 결합기(140)는 상기 광섬유 격자(120)와 상기 이득 매질(150) 사이에 배치되며, 상기 제1 펌프광을 상기 이득 매질(150)에 제공한다.

상기 제2 펌프 광원(135)은 제2 펌프광을 출력한다.

상기 제2 파장 선택 결합기(145)는 상기 이득 매질(150)과 상기 아이솔레이터(160) 사이에 배치되며, 상기 제2 펌프광을 상기 이득 매질(150)에 제공한다.

상기 이득 매질(150)은 상기 제1 및 제2 파장 선택 결합기들(140,145) 사이에 배치되며, L-밴드의 ASE를 생성하기에 적합한 길이를 갖는다. 상기 이득 매질(150)은 1520~1620㎚의 파장 대역에서 ASE를 생성하도록 그 길이가 비교적 길게 조절되고, 발생된 ASE 중에서 C-밴드(1520nm~1570nm) ASE는 상기 이득 매질 내를 진행하면서 흡수됨으로써, 결과적으로 이득 매질의 끝단에서 생성된 낮은 파워의 L-밴드 ASE(1570nm~1620nm)를 증폭하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 이득 매질(150)은 약 50m의 길이를 갖는 EDF를 포함할 수 있다. 상기 이득 매질(150)은 상기 제1 및 제2 펌프광에 의해 펌핑됨에 따라 그 전방 및 후방으로 ASE를 출력한다. 상기 이득 매질(150)의 전방으로 출력된 ASE는 상기 제2 파장 선택 결합기(145) 및 아이솔레이터(160)를 지나 상기 L-밴드 광원(100)의 출력단(104)을 통해 외부로 출력된다. 상기 이득 매질(150)의 후방으로 출력된 ASE는 상기 제1 파장 선택 결합기(140)를 지나 상기 광섬유 격자(120)에 입력된다.

상기 광섬유 격자(120)는 상기 L-밴드 광원(100)의 종단(102)과 상기 제1 파장 선택 결합기(140) 사이에 배치되고, C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 입력된 상기 후방 ASE 중 일부를 상기 이득 매질(150)측으로 반사한다. 상기 광섬유 격자(120)에서 반사된 후방 ASE는 상기 제1 파장 선택 결합기(140)를 지나 상기 이득 매질(150)에 입력됨으로써, 상기 이득 매질(150)을 펌핑한다. 상기 광섬유 격자(120)를 통과한 ASE는 상기 L-밴드 광원(100)의 종단에 입력되어 소멸된다. 상기 광섬유 격자(120)는 1560㎚의 반사 파장을 가질 수 있다.

상기 광대역 광원(100)의 종단(102)에서 반사된 후방 ASE가 상기 제1 파장 선택 결합기(140)에 입력되는 것을 방지하기 위해, 상기 광대역 광원(100)의 종단(102)에 경사진 커넥터(angled connector)를 설치하거나, 상기 종단(102)과 상기 광섬유 격자(120) 사이에 추가의 아이솔레이터를 설치할 수 있다. 또는, 상기 제1 광도파로(110)의 단면을 후방 ASE의 진행 방향에 직각이 되도록 절단하여 상기 후방 ASE의 4% 정도를 반사하는 반사체를 형성함으로써, 반사된 C-밴드 ASE가 L-밴드 ASE 출력을 향상시키도록 하는 방법을 사용할 수 있다.

상기 아이솔레이터(160)는 상기 이득 매질(150)과 상기 광대역 광원(100)의 출력단(104) 사이에 배치되며, 상기 이득 매질(150)로부터 입력된 전방 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단한다.

도 4는 도 1에 도시된 광대역 광원의 출력 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는, 상기 광대역 광원(100)의 출력 스펙트럼(430)과, 상기 광대역 광원(100)에서 광섬유 격자(120)를 제거한 경우의 출력 스펙트럼(420)을 도시하고 있다. 상기 광섬유 격자(120)는 1560㎚의 반사 파장을 가지며, 상기 광섬유 격자(120)의 반사 스펙트럼(410)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 1560㎚ 파장의 반사광으로 이득 매질(150)을 펌핑한 경우, L-밴드 ASE가 효율적으로 증폭됨을 보여 주고 있다. 이 때, 상기 반사광의 파워에 따라 L-밴드 ASE가 증폭되는 정도에 차이가 날 수 있는데, 상기 반사광의 파워가 너무 크면 오히려 L-밴드 ASE의 에너지를 빼앗아 상기 반사광 자체가 증폭되고 오히려 L-밴드 ASE의 파워는 줄어드는 결과가 발생할 수 있고, 일정한 파워 범위 내에서는 상기 이득 매질(150)이 포화 상태에 놓이게 된다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 L-밴드 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 L-밴드 광원(200)은 제1 및 제2 광섬유 격자들(220,225)과, 제1 및 제2 펌프 광원들(230,235)과, 제1 및 제2 파장 선택 결합기들(240,245)와, 이득 매질(250)과, 아이솔레이터(260)를 포함한다.

상기 제1 펌프 광원(230)은 제1 펌프광을 출력한다.

상기 제1 파장 선택 결합기(240)는 상기 제1 광섬유 격자(220)와 상기 이득 매질(250) 사이에 배치되며, 상기 제1 펌프광을 상기 이득 매질(250)에 제공한다.

상기 제2 펌프 광원(235)은 제2 펌프광을 출력한다.

상기 제2 파장 선택 결합기(225)는 상기 이득 매질(250)과 상기 제2 광섬유 격자(225) 사이에 배치되며, 상기 제2 펌프광을 상기 이득 매질(250)에 제공한다.

상기 이득 매질(250)은 상기 제1 및 제2 파장 선택 결합기들(240,245) 사이에 배치되며, L-밴드의 ASE를 생성하기에 적합한 길이를 갖는다. 상기 이득 매질(250)은 상기 제1 및 제2 펌프광에 의해 펌핑됨에 따라 그 전방 및 후방으로 ASE를 출력한다. 상기 이득 매질(250)의 전방으로 출력된 ASE는 상기 제2 파장 선택 결합기(245)를 지나 상기 제2 광섬유 격자(225)에 입력된다. 상기 이득 매질(250)의 후방으로 출력된 ASE는 상기 제1 파장 선택 결합기(240)를 지나 상기 제1 광섬유 격자(220)에 입력된다.

상기 제1 광섬유 격자(220)는 상기 L-밴드 광원(200)의 종단(202)과 상기 제1 파장 선택 결합기(240) 사이에 배치되고, C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 입력된 상기 후방 ASE 중 일부를 상기 이득 매질(250)측으로 반사한다. 상기 제1 광섬유 격자(220)에서 반사된 후방 ASE는 상기 제1 파장 선택 결합기(240)를 지나 상기 이득 매질(250)에 입력됨으로써, 상기 이득 매질(250)을 펌핑한다. 상기 제1 광섬유 격자(220)를 통과한 후방 ASE는 상기 L-밴드 광원(200)의 종단(202)에 입력되어 소멸된다. 상기 제1 광섬유 격자(220)는 1560㎚의 반사 파장을 가질 수 있다.

상기 제2 광섬유 격자(225)는 상기 제2 파장 선택 결합기(245)와 상기 아이솔레이터(260) 사이에 배치되고, C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 입력된 상기 전방 ASE 중 일부를 상기 이득 매질(250)측으로 반사한다. 상기 제2 광섬유 격자(225)에서 반사된 전방 ASE는 상기 제2 파장 선택 결합기(245)를 지나 상기 이득 매질(250)에 입력됨으로써, 상기 이득 매질(250)을 펌핑한다. 상기 제2 광섬유 격자(225)를 통과한 ASE는 상기 아이솔레이터(260)를 지나 상기 L-밴드 광원(200)의 출력단(204)을 통해 외부로 출력된다. 상기 제2 광섬유 격자(225)는 1550㎚의 반사 파장을 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 광섬유 격자들(220,225)의 반사 파장들이 서로 같고, 상기 반사된 ASE들이 상기 이득 매질(250) 내에서 충분히 흡수 되지 않을 경우에, 공진 구조를 형성하여 발진의 우려가 있으므로, 서로 다른 반사 파장들을 갖도록 할 수 있다.

상기 아이솔레이터(260)는 상기 제2 광섬유 격자(225)와 상기 광대역 광원(200)의 출력단(204) 사이에 배치되며, 상기 제2 광섬유 격자(225)를 통과한 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단한다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 L-밴드 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 L-밴드 광원(350)은 반사기(320)와, 광섬유 격자(360)와, 제1 및 제2 펌프 광원들(330,335)과, 제1 및 제2 파장 선택 결합기들(340,345)과, 이득 매질(350)과, 아이솔레이터(370)를 포함한다.

상기 제1 펌프 광원(330)은 제1 펌프광을 출력한다.

상기 제1 파장 선택 결합기(340)는 상기 반사기(320)와 상기 이득 매질(350) 사이에 배치되며, 상기 제1 펌프광을 상기 이득 매질(350)에 제공한다.

상기 제2 펌프 광원(335)은 제2 펌프광을 출력한다.

상기 제2 파장 선택 결합기(345)는 상기 이득 매질(350)과 상기 광섬유 격자(360) 사이에 배치되며, 상기 제2 펌프광을 상기 이득 매질(350)에 제공한다.

상기 이득 매질(350)은 상기 제1 및 제2 파장 선택 결합기들(340,345) 사이에 배치되며, L-밴드의 ASE를 생성하기에 적합한 길이를 갖는다. 상기 이득 매질(350)은 상기 제1 및 제2 펌프광에 의해 펌핑됨에 따라 그 전방 및 후방으로 ASE를 출력한다. 상기 이득 매질(350)의 전방으로 출력된 ASE는 상기 제2 파장 선택 결합기(345)를 지나 상기 광섬유 격자(360)에 입력된다. 상기 이득 매질(350)의 후방으로 출력된 ASE는 상기 제1 파장 선택 결합기(340)를 지나 상기 반사기(320)에 입력된다.

상기 반사기(320)는 상기 L-밴드 광원(300)의 종단에 설치되고, 입력된 상기 후방 ASE를 상기 이득 매질(350)측으로 반사한다. 상기 반사기(320)에서 반사된 ASE는 상기 제1 파장 선택 결합기(340)를 지나 상기 이득 매질(350)에 입력됨으로써, 상기 이득 매질(350)을 펌핑한다.

상기 광섬유 격자(360)는 상기 제2 파장 선택 결합기(345)와 상기 아이솔레이터(370) 사이에 배치되고, C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 입력된 상기 전방 ASE 중 일부를 상기 이득 매질(350)측으로 반사한다. 상기 광섬유 격자(350)에서 반사된 ASE는 상기 제2 파장 선택 결합기(345)를 지나 상기 이득 매질(350)에 입력됨으로써, 상기 이득 매질(350)을 펌핑한다. 상기 광섬유 격자(360)를 통과한 ASE는 상기 아이솔레이터(370)를 지나 상기 L-밴드 광원(300)의 출력단(304)을 통해 외부로 출력된다.

상기 아이솔레이터(370)는 상기 광섬유 격자(360)와 상기 광대역 광원(300)의 출력단(304) 사이에 배치되며, 상기 광섬유 격자(360)를 통과한 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 L-밴드 광원은 이득 매질에서 발생되는 ASE의 일부를 광섬유 격자를 이용하여 펌프광으로 재활용함으로써, 증폭 효율이 높고 안정된 출력을 갖는다는 이점이 있다. 따라서, 향후 본격적으로 전개될 파장분할방식의 수동형 광 가입자망에 필요한 확장용 광대역 광원 및 광소자 특성 측정용 광원을 보다 저렴하게 효율적으로 제작할 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. L-밴드 광원에 있어서,

   L-밴드의 증폭된 자발 방출광(ASE)을 생성하기에 적합한 길이를 가지며, 그 전방 및 후방으로 생성된 ASE를 출력하는 이득 매질과;

   제1 펌프광을 생성하기 위한 제1 펌프 광원과;

   상기 제1 펌프광을 상기 이득 매질에 제공하기 위한 제1 파장 선택 결합기와;

   C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 상기 이득 매질의 후방으로 출력된 ASE 중 일부를 상기 이득 매질측으로 반사하기 위한 제1 반사기와;

   C-밴드에 속하는 기설정된 반사 파장을 가지며, 상기 이득 매질의 전방으로 출력된 ASE 중 일부를 상기 이득 매질측으로 반사하기 위한 제2 반사기를 포함하고,

   상기 제1 반사기의 반사 파장과 상기 제2 반사기의 반사 파장은 서로 상이함을 특징으로 하는 높은 증폭 효율과 안정된 출력을 갖는 L-밴드 광원.
2. 제1항에 있어서,

   제2 펌프광을 생성하기 위한 제2 펌프 광원과;

   상기 제2 펌프광을 상기 이득 매질에 제공하기 위한 제2 파장 선택 결합기를 더 포함함을 특징으로 하는 높은 증폭 효율과 안정된 출력을 갖는 L-밴드 광원.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2 파장 선택 결합기와 상기 L-밴드 광원의 출력단 사이에 배치되며, 입력된 ASE를 통과시키고, 그 역방향으로 진행하는 광을 차단하기 위한 아이솔레이터를 더 포함함을 특징으로 하는 높은 증폭 효율과 안정된 출력을 갖는 L-밴드 광원.
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