KR100649903B1

KR100649903B1 - 광통신 시스템 및 이에 사용되는 광 증폭 장치, 광 증폭유닛 및 광 커플러

Info

Publication number: KR100649903B1
Application number: KR1020000004189A
Authority: KR
Inventors: 카쿠이모토키
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2006-11-27
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: KR20010014457A; EP1073219B1; JP4411696B2; JP2001044546A; DE60000598D1; DE60000598T2; EP1073219A1; US6549315B1

Abstract

입력된 신호 광을 광 분파부에 의해 C밴드의 신호 광과 L밴드의 신호 광으로 분파하고, C밴드의 신호 광을 C밴드용 광 증폭기에 의해, L밴드의 신호 광을 L밴드용 광 증폭기에 의해 각각 광 증폭한다. 증폭된 신호 광은 광 합파기에 의해 합파되어 출력된다. L밴드용 광 증폭기에 있어서 광 증폭 시에 생기는 역 ASE 광은 광 분파부 사이에 설치된 광 필터에 의해 차단되기 때문에, 그 역 ASE 광이 역행하여 C밴드용 광 증폭기로 입력, 증폭되는 것이 방지되고, 잡음 지수의 저하(deterioration)가 제어된다.

광통신 시스템, 광 증폭 장치, 광섬유, 광 증폭 유닛, 광 커플러

Description

광통신 시스템 및 이에 사용되는 광 증폭 장치, 광 증폭 유닛 및 광 커플러{Optical transmission system and optical amplifying apparatus, optical amplifying unit, and optical coupler for the same}

도 1는 본 발명에 관한 광통신 시스템의 적합한 실시예를 도시한 개략 구성도.

도 2는 도 1의 시스템에 있어서의 광 증폭 중계국의 구성도.

도 3는 도 2의 광 증폭 중계국에 있어서의 광 합파기의 특성을 설명한 도면.

도 4는 도 2의 광 증폭 중계국에 있어서의 광 필터의 투과 스펙트럼을 모식적으로 도시한 도면.

도 5는 도 2의 광 증폭 중계국에 있어서의 C밴드용 광 증폭기 및 L밴드용 광 증폭기 각각의 역 ASE 스펙트럼을 도시한 그래프.

도 6는 도 2의 광 증폭 중계국에 있어서의 광 증폭 유닛의 개략 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 광 증폭 장치 11 : 입력단

12 : 출력단 100 : 광 커플러

101 : 입력 포트 102, 103 : 출력 포트

110 : 광 분파부 120 : 광 필터

200 : C밴드용 광 증폭기 211, 212, 311, 312 : 증폭용 광 도파로

221, 222, 321, 322 : WDM 커플러 231, 232, 331, 332 : 광 절연체

240, 340 : 이득 등화기 251, 252, 351, 352 : 여기 광원

300 : L밴드용 광 증폭기 400 : 광 합파기

발명의 배경

발명의 분야

본 발명은 광대역의 다파장 신호 광을 증폭 중계하는 광통신 시스템 및 이 광통신 시스템에 있어서 적합하게 사용되는 광 증폭 장치, 광 증폭 유닛 및 광 커플러에 관한 것이다.

관련하는 배경 기술

고속·대용량의 광통신을 행할 수 있는 시스템으로서, 다파장 신호 광을 전송하는 파장 다중(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 전송 시스템이 알려져 있다. 광 전송로로서 사용되는 석영계 광섬유의 전송 손실이 파장 1.55㎛ 부근에서 작고, C밴드(파장 1.55㎛대, 일반적으로는 1530nm 내지 1562nm)의 광을 증폭하는 C밴드용 광 증폭기가 실용화되어 있어서 이러한 WDM 전송 시스템에서는 C밴드의 다파장 신호 광이 사용되고 있다.

그런데, 최근에는 더한 고속화·대용량화가 요구되고, 또, L밴드(파장 1.58㎛대, 일반적으로는 1574nm 내지 1605nm)의 광을 증폭하는 L밴드용 광 증폭기가 계속 개발되고 있어서, C밴드의 신호 광에 덧붙여 L밴드의 신호 광도 사용하여 WDM 전송을 행하는 것이 검토되고 있으며, 이에 대해서 개시된 문헌으로서는, 엠.엑스.마(M.X.Ma) 등의 "C 밴드 및 L 밴드 에르븀 첨가 광섬유 증폭기를 사용하는 2000 Km에 걸친 765 Gb/s 전송(765 Gb/s over 2,000 km Transmission Using C and L-Band Erbium Doped Fiber Amplifiers)", OFC'99, 포스트데드라인 논문(Postdeadline papers), PD16(1999) 등이 있다.

이러한 광통신 시스템에 있어서의 광 증폭 장치에 있어서는, C밴드 및 L밴드의 쌍방을 포함하는 대역에서 신호 광을 광 증폭할 필요가 있다. 그 때문에, C밴드용과 L밴드용에 각각 전용 광 증폭기를 구비하고 있는 것이 일반적이다. 즉, 입력한 신호 광을 광 분파부에 의해 C밴드와 L밴드로 분파하고, C밴드의 신호 광에 대해서는 C밴드용 광 증폭기에 의해 광 증폭하고, L밴드의 신호 광에 대해서는 L밴드용 광 증폭기에 의해 광 증폭하며, 이들 광 증폭된 C밴드의 신호 광과 L밴드의 신호 광을 광 합파기에 의해 합파하여 출력하는 구성으로 되어 있다.

발명의 개요

상술한 C밴드용 광 증폭기, L밴드용 광 증폭기에는 Er 첨가 광섬유 증폭기(EDFA: Er-doped fiber amplifier)가 널리 사용되고 있다. 본 발명자는 이러한 EDFA를 사용하여 상술한 WDM 전송 시스템을 구성한 경우, 이하와 같은 문제가 있는 것을 발견했다.

즉, L밴드용 광 증폭기에서 생기는 역 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광은 L밴드가 아니라 C밴드에 피크를 갖고, 또, 광 분파부에 있어서의 밴드간 고립은 완전하지는 않다. 그 때문에, L밴드용 광 증폭기에서 생긴 역 ASE 광은 광 분파부의 전단에 접속된 광섬유 선로에 있어서의 레일리 산란(Rayleigh scattering)에 의해, 귀환 광으로서 광 분파부를 지나 C밴드용 광 증폭기에 입력하여, 잡음이 된다. 이 때문에, 양호한 광 SN비를 확보하려고 하면 증폭 중계의 단수를 적게 하지 않을 수 없어, 장거리 전송을 행하는 데 난관이 된다.

본 발명은 본원 발명자의 상기 지견에 근거하여, 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 양호한 광 SN비를 확보한 가운데 증폭 중계의 단수를 늘릴 수 있으며, 장거리 전송에 적합한 광통신 시스템 및 이 광통신 시스템에 사용되는 광 증폭 장치, 광 증폭 장치 유닛, 광 커플러를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

즉, 본 발명에 관련되는 광통신 시스템은 증폭 중계국을 통하여 접속된 제 1, 제 2 전송로에 2개의 파장 대역에 속하는 복수의 신호 광을 전송하는 광통신 시스템에 있어서, 이 증폭 중계국은 (1) 제 1 전송로에 접속되고, 복수의 신호 광을 파장 대역이 다른 제 1 파장 대역과 제 2 파장 대역으로 분기하여 출력하며, 분기로부터의 귀환 광을 제 1 전송로로 투과하는 광 분기부와, (2) 제 1 파장 대역에 형광 스펙트럼의 피크를 갖는 소정의 형광 물질이 첨가된 증폭용 광 도파로를 각각 갖고, 광 분기부의 2개의 출력에 각각 접속되며, 분기된 신호 광을 각각 증폭하는 2개의 광 증폭기와, (3) 광 증폭기 각각의 출력에 접속되고, 증폭된 신호 광을 합파하여 제 2 전송로에 출력하는 광 합파기와, (4) 광 증폭기 중 제 2 파장 대역의 신호 광이 증폭되는 광 증폭기와 광 분기부 사이에 접속되어 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방의 광을 차단하며, 제 2 파장 대역의 광을 투과하는 광 필터를 구비하고 있다.

본 발명에 관련되는 광 증폭 장치는 이러한 광통신 시스템에서 적합하게 사용되는 것으로, (1) 복수의 신호 광을 파장 대역이 다른 제 1 파장 대역과 제 2 파장 대역으로 분기하여 출력하는 광 분기부와, (2) 제 1 파장 대역에 형광 스펙트럼의 피크를 갖는 소정의 형광 물질이 첨가된 증폭용 광 도파로를 각각 갖고, 광 분기부의 2개의 출력에 각각 접속되며, 분기된 신호 광을 각각 증폭하는 2개의 광 증폭기와, (3) 이들 광 증폭기 각각의 출력에 접속되고, 증폭된 신호 광을 합파하여 출력하는 광 합파기와, (4) 광 증폭기 중 제 2 파장 대역의 신호 광이 증폭되는 광 증폭기와 광 분기부 사이에 접속되고, 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방의 광을 차단하며, 제 2 파장 대역의 광을 투과하는 광 필터를 구비하고 있다.

본 발명에 관련되는 광 증폭 유닛은 상술한 광통신 시스템에서 적합하게 사용되는 광 증폭 유닛으로, (1) 소정의 형광 물질이 첨가된 증폭용 광 도파로를 갖고, 이 형광 물질의 형광 스펙트럼의 피크 파장을 포함하는 파장 대역과는 다른 파장 대역의 신호 광을 증폭하는 광 증폭기와, (2) 이 광 증폭기의 입력단에 접속되고, 상술한 형광 물질의 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방의 광을 차단하며, 광 증폭기의 증폭 대상의 파장 대역의 광을 투과하는 광 필터를 구비하고 있다.

그리고, 본 발명에 관련되는 광 커플러는 상술한 광통신 시스템에서 적합하게 사용되는 광 커플러로, (1) 복수의 신호 광을 파장 대역이 다른 제 1 파장 대역과 제 2 파장 대역으로 분기하여 출력하는 광 분기부와, (2) 이 광 분기로의 제 2 파장 대역의 신호 광 출력단에 접속되고, 제 1 파장 대역에 형광 스펙트럼의 피크 를 갖는 형광 물질이 첨가된 광 증폭용 도파로를 갖는 광 증폭기로 신호 광을 유도하는 광 필터로, 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방의 광을 차단하고, 제 2 파장 대역의 광을 투과하는 광 필터를 구비하고 있다.

본 발명의 광통신 시스템, 광 증폭 장치에 의하면, 증폭 중계국 혹은 광 증폭 장치에 입력된 신호 광은 광 분파부에 의해, 파장 대역별로 2개의 대역으로 분파되어, 각각 출력된다. 각각의 파장 대역의 신호 광은 각각의 광 증폭기에서 증폭된 후, 광 합파기에 의해 합파되어 출력된다.

여기서, 2개의 광 증폭기의 광 도파로 각각에 첨가되어 있는 형광 물질은 동일하지만, 광 도파로의 반전 분포를 바꾸어 이득 대역을 시프트시킴으로서 증폭 대상이 되는 파장 대역을 변경하고 있다. 이 경우, 어느 광 증폭기라도 형광 물질의 형광 스펙트럼의 피크 파장 부근 대역의 역 ASE 광이 발생할 수 있다. 본 발명에 의하면, 제 2 파장 대역의 광 증폭 시에 발생한 역 ASE 광은 광 필터에 의해 차단되기 때문에, 광 분파부의 대역간 고립이 불완전해도, 이 역 ASE 광이 이 역 ASE 광을 포함하는 대역인 제 1 파장 대역용 광 증폭기에 입력하는 것이 방지된다. 따라서, 제 1 파장 대역용 광 증폭기에 있어서의 잡음 지수의 저하가 억제된다.

이 결과, 각 광 증폭 장치에 있어서 광 증폭 가능한 신호 광 파장 대역이 넓어지고, 또, 각 광 증폭 장치의 잡음 특성이 양호해진다. 따라서, 증폭 중계의 단수를 종래의 경우보다 많게 해도 양호한 광 SN비를 확보할 수 있으며, 대용량으로 장거리 통신을 행할 수 있다.

광 분기부, 광 필터, 제 2 파장 대역용 광 증폭기는 이 순서로 직렬 접속되어 있는 것이 바람직하다. 제 2 파장 대역용 광 증폭기와 광 분기부 사이에 예를 들면, 광 절연체(optical isolator)를 삽입하면, 그 삽입 손해에 의해 증폭 후의 SN비가 저하하기 때문에, 증폭 단수가 제한되기 때문이다.

그리고, 광 필터는 광섬유의 코어 영역에 격자가 형성된 광섬유 격자인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 이 광 필터가 투과시켜야 되는 제 2 파장 대역의 광에 대한 삽입 손해가 작고, 또, 이 광 필터가 광섬유와 융착 접속될 경우의 융착 손해도 작다. 더욱이, 광섬유 격자가 형성되는 광섬유와 그 양단에 이어지는 광섬유가 동종인 것일 경우는 융착 손해는 대략 0이 되어 바람직하다.

증폭용 광 도파로의 각각에 첨가되는 형광 물질은 Er 원소 혹은 Tm 원소가 바람직하다. 광 전송로로서 사용되는 석영계 광섬유의 전송 손실이 작은 파장 대역에서 효율적인 광 증폭이 행해지기 때문이다.

본 발명은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 더욱 충분히 이해 가능해진다. 이들은 단지 예시를 위해 도시되는 것으로, 본 발명을 한정하는 것으로 생각해서는 안된다.

본 발명의 더한 응용 범위는 이하의 상세한 설명으로 분명해질 것이다. 그렇지만, 상세한 설명 및 특정한 사례는 본 발명의 적합한 실시예를 도시하는 것이기는 하지만, 예시만을 위해 도시되어 있는 것으로, 본 발명의 사상 및 범위에 있어서의 각종 변형 및 개량은 이 상세한 설명으로 당업자에게는 자명하다는 것은 분명하다.

적합한 실시예의 설명

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 상세하게 설명한다. 설명의 이해를 용이하게 하기 위해, 각 도면에 있어서 동일 구성 요소에 대해서는 가능한 한 동일 참조 번호를 붙여, 중복하는 설명은 생략한다.

도 1는 본 발명에 관련되는 광통신 시스템의 적합한 실시예를 도시하는 개략 구성도이다. 이 광통신 시스템에서는, 송신국(2)과 수신국(3) 사이에 N단의 광 증폭 중계국(1₁ 내지 1_N)이 순차 설치되고, 송신국(2)과 중계국(1₁) 사이는 광섬유 선로(4₁)에 의해, 중계국(1_n-1)과 중계국(1_n) 사이는 광섬유 선로(4_n)에 의해(n=2 내지 N), 중계국(1_N)과 수신국(3) 사이는 광섬유 선로(4_N+1)에 의해 각각 접속되어 있다. 이 광통신 시스템에 있어서, C밴드 및 L밴드의 쌍방에 걸치는 파장 대역에 속하는 복수의 신호 광은 송신국(2)으로부터 송출되어, 중계국(1₁ 내지 1_N)에 의해 순차 증폭되면서 수신국(3)까지 중계 전송된다.

도 2는 중계국(1)의 주요 구성을 도시하는 도면이다. 이 도면에 도시되는 부분이 본 발명에 관련되는 광 증폭 장치에 해당한다. 따라서, 이하, 광 증폭 장치(1)라 칭한다. 이 광 증폭 장치(1)는 광 커플러(100), C밴드용 광 증폭기(200), L밴드용 광 증폭기(30O) 및 광 합파기(4OO)를 구비하고 있으며, 입력단(11)에 입력된 C밴드 및 L밴드의 쌍방으로 이루어진 신호 광을 일괄 광 증폭하여 출력단(12)에서 출력한다.

광 커플러(100)는 입력 포트(1O1)와 2개의 출력 포트(1O2 및 103)를 갖으며, 광 분파부(110)와 광 필터(120)에 의해 구성되어 있다. 광 분파부(110)는 입력 포트(101)로부터 입력된 C밴드(파장 1.55㎛대, 일반적으로는 1530nm 내지 1562nm) 및 L밴드(파장 1.58㎛대, 일반적으로는 1574nm 내지 1605nm)의 쌍방을 포함하는 파장 대역의 신호 광을 C밴드의 신호 광과 L밴드의 신호 광으로 분파하고, C밴드의 신호 광을 제 1 출력 포트(102)로 출력하며, L밴드의 신호 광을 제 2 출력 포트(103)로 출력한다. 광 분파부(110)로서는, C밴드의 신호 광 및 L밴드의 신호 광 중 한쪽을 반사시켜 다른 쪽을 투과시키는 격자나 간섭 필터를 사용하여 형성하는 것이 적합하다. 특히, 유전체 다층막으로 이루어지는 간섭 필터를 사용한 경우에는, 광 분파부(110)가 반사시키는 밴드의 신호 광의 위상을 변화시키지 않고, 그 밴드의 신호 광의 전송 속도를 크게 할 수 있기 때문에 특히 적합하다.

광 필터(120)는 광 분파부(110)와 제 2 출력 포트(103) 사이의 L밴드 광로 상에 설치되어 있으며, L밴드의 광을 투과시킴과 동시에, C밴드의 광을 차단하는 것이다. 광 필터(120)에는 광섬유의 코어에 처프 격자(chirped grating)(광섬유 장방형 방향으로 간격이 변화하고 있는 굴절율 변조)가 형성된 처프 광섬유 격자(chirped fiber grating)를 사용하는 것이 적합하다. 이 경우에는, 투과시켜야 하는 L밴드의 신호 광에 대한 삽입 손실이 작아지기 때문이다. 더욱이, 격자는 광섬유의 광 축에 대해 경사져 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우는 차단해야 할 C밴드의 광을 원래의 광로로 반사시키는 일이 없기 때문이다.

C밴드용 광 증폭기(20O)는 광 커플러(100)의 제 1 출력 포트(1O2)로부터 출력된 C밴드의 신호 광을 광 증폭하여 출력한다. L밴드용 광 증폭기(300)는 광 커 플러(100)의 제 2 출력 포트(103)로부터 출력된 L밴드의 신호 광을 광 증폭하여 출력한다. 광 합파기(400)는 C밴드용 광 증폭기(200)에 의해 광 증폭되어 출력된 C밴드의 신호 광과, L밴드용 광 증폭기(3O0)에 의해 광 증폭되어 출력된 L밴드의 신호 광이 각각 입력되어, 이들을 합파하여 출력단(12)으로 출력한다.

C밴드용 광 증폭기(20O)는 입력 측에서 출력 측으로 순차 접속된 WDM 커플러(221), 증폭용 광 도파로(211), 광 절연체(231), WDM 커플러(222), 증폭용 광 도파로(212), 이득 등화기(240) 및 광 절연체(232)를 구비한다. 더욱이, C밴드용 광 증폭기(200)는 WDM 커플러(221)에 접속된 여기 광원(251) 및 WDM 커플러(222)에 접속된 여기 광원(252)을 구비한다. C밴드용 광 증폭기(200)는 잡음 지수의 저감을 도모하도록, 2개의 증폭용 광 도파로(211 및 212)를 구비하는 2단 구성으로 하고, 전단의 증폭용 광 도파로(211) 앞에는 광 절연체(일반적으로 0.5dB 정도의 삽입 손해를 갖는다)가 설치되어 있지 않다.

증폭용 광 도파로(211 및 212) 각각은 형광 물질로서 Er 원소가 첨가되어, 신호 광을 광 증폭하는 광섬유, 즉 EDFA이다. WDM 커플러(221)는 C밴드의 신호 광을 순방향으로 통과시킴과 동시에, 여기 광원(251)으로부터 출력된 여기 광을 증폭용 광 도파로(211)로 도입한다. 마찬가지로, WDM 커플러(222)는 C밴드의 신호 광을 순방향으로 통과시킴과 동시에, 여기 광원(252)으로부터 출력된 여기 광을 증폭용 광 도파로(212)로 도입한다. 광 절연체(231 및 232) 각각은 순방향으로 광을 통과시키지만, 역방향으로는 광을 통과시키지 않는다. 이득 등화기(24O)는 C밴드에 있어서 증폭용 광 도파로(211 및 212)의 이득 스펙트럼과 대략 동일 형상의 손실 스펙트럼을 갖고 있으며, C밴드용 광 증폭기(2OO) 전체의 이득을 등화로 유지한다.

L밴드용 광 증폭기(300)는 입력 측에서 출력 측으로 순차 접속된 WDM 커플러(321), 증폭용 광 도파로(311), 광 절연체(331), WDM 커플러(322), 증폭용 광 도파로(312), 이득 등화기(34O) 및 광 절연체(332)를 구비한다. 더욱이, L밴드용 광 증폭기(300)는 WDM 커플러(321)에 접속된 여기 광원(351) 및 WDM 커플러(322)에 접속된 여기 광원(352)을 구비한다. L밴드용 광 증폭기(300)도 잡음 지수의 저감을 도모하도록, 2개의 증폭용 광 도파로(311 및 312)를 구비하는 2단 구성으로 하여, 전단의 증폭용 광 도파로(311) 앞에는 광 절연체가 설치되어 있지 않다.

증폭용 광 도파로(311 및 312) 각각은 증폭용 광 도파로(211 및 212)와 마찬가지로, 형광 물질로서 Er 원소가 첨가되어, 신호 광을 광 증폭하는 광섬유, 즉 EDFA이다. WDM 커플러(321)는 L밴드의 신호 광을 순방향으로 통과시킴과 동시에, 여기 광원(351)으로부터 출력된 여기 광을 증폭용 광 도파로(311)로 도입한다. 마찬가지로, WDM 커플러(322)는 L밴드의 신호 광을 순방향으로 통과시킴과 동시에, 여기 광원(352)으로부터 출력된 여기 광을 증폭용 광 도파로(312)로 도입한다. 광 절연체(331 및 332) 각각은 순방향으로 광을 통과시키지만, 역방향으로는 광을 통과시키지 않는다. 이득 등화기(340)는 L밴드에 있어서 증폭용 광 도파로(311 및 312)의 이득 스펙트럼과 대략 동일 형상의 손실 스펙트럼을 갖고 있으며, L밴드용 광 증폭기(300) 전체의 이득을 등화한다.

이 광 증폭 장치(1)는 아래와 같이 동작한다. C밴드용 광 증폭기(200)에서는, 여기 광원(251)으로부터 출력된 여기 광이 WDM 커플러(221)를 지나서 증폭용 광 도파로(211)에 공급되고, 여기 광원(252)으로부터 출력된 여기 광이 WDM 커플러(222)를 지나서 증폭용 광 도파로(212)에 공급된다. L밴드용 광 증폭기(300)에서는 여기 광원(351)으로부터 출력된 여기 광이 WDM 커플러(321)를 지나서 증폭용 광 도파로(311)에 공급되고, 여기 광원(352)으로부터 출력된 여기 광이 WDM 커플러(322)를 지나서 증폭용 광 도파로(312)에 공급된다.

광 증폭 장치(1)의 입력단(11)으로 신호 광이 입력되면, 그 신호 광은 광 커플러(100)의 입력 포트(101)로 입력되어, 광 분파부(110)에 의해 C밴드와 L밴드로 분파된다. 그리고, C밴드의 신호 광은 제 1 출력 포트(102)로부터 출력되고, L밴드의 신호 광은 광 필터(12O)를 지나서 제 2 출력 포트(103)로부터 출력된다.

광 커플러(100)의 제 1 출력 포트(1O2)로부터 출력된 C밴드의 신호 광은 C밴드용 광 증폭기(2OO)의 WDM 커플러(221), 증폭용 광 도파로(211), 광 절연체 (231), WDM 커플러(222), 증폭용 광 도파로(212), 이득 등화기(240) 및 광 절연체(232)를 순차로 지나서 C밴드용 광 증폭기(200)로부터 출력되지만, 이 동안에 증폭용 광 도파로(211 및 212)에 의해 광 증폭되어, 이득 등화기(240)에 의해 이득 등화된다.

광 커플러(100)의 제 2 출력 포트(1O3)로부터 출력된 L밴드의 신호 광은 L밴드용 광 증폭기(300)의 WDM 커플러(321), 증폭용 광 도파로(311), 광 절연체(331), WDM 커플러(322), 증폭용 광 도파로(312), 이득 등화기(340) 및 광 절연체(332)를 순차로 지나서 L밴드용 광 증폭기(300)로부터 출력되지만, 이 동안에 증폭용 광 도파로(311 및 312)에 의해 광 증폭되어, 이득 등화기(340)에 의해 이득 등화된다.

C밴드용 광 증폭기(200)로부터 출력된 C밴드의 신호 광 및 L밴드용 광 증폭기(300)로부터 출력된 L밴드의 신호 광은 광 합파기(400)에 의해 합파된다. 그리고, 그 합파된 신호 광은 광 증폭 장치(1)의 출력단(12)으로부터 출력된다.

상술한 바와 같이 L밴드용 증폭용 광 도파로(311 및 312)는 어느 것도 EDFA이므로, 신호 광의 광 증폭 시는, Er의 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방 대역의 역 ASE 광이 생긴다. 즉, 이 역 ASE 광은 C밴드 내의 광이다. 이렇게 해서 L밴드용 광 증폭기(30O)에서 발생한 역 ASE 광은 광 필터(120)가 설치되어 있지 않다고 하면, 광 분파부(11O)의 밴드간 고립의 불완전함 때문에 광로를 역행한 후에, 반전하여 C밴드용 광 증폭기(200)에 입력하고, 신호 광과 함께 C밴드용 광 증폭기(20O)에서 증폭되어, C밴드용 광 증폭기(2OO)의 잡음 지수의 저하의 원인이 된다. 그러나, 본 실시예에서는, 광 필터(12O)가 설치되어 있기 때문에, L밴드용 광 증폭기(30O)에서 발생한 역 ASE 광은 광 필터(120)에 의해 차단된다. 따라서, C밴드용 광 증폭기(200)에 입력하는 것이 방지되고, C밴드용 광 증폭기(200)의 잡음 지수의 저하도 억제된다.

다음으로, 보다 구체적인 광 증폭 장치(1)의 실시예에 대해서 설명한다. 광 커플러(100)는 광 분파부(11O)가 간섭 필터이며, 광 필터(12O)가 처프 광섬유 격자인 것으로 했다. 광 분파부(11O)의 삽입 손해(즉, 광 필터(120)가 설치되어 있지 않은 경우의 광 커플러(10O)의 삽입 손해)는 도 3에 도시하는 바와 같이, 입력 포트(101)와 제 1 출력 포트(1O2) 사이에서, C밴드에 대해서 0.7dB이고, L밴드에 대해서 20dB로 하고, 또, 입력 포트(101)와 제 2 출력 포트(103) 사이에서, C밴드에 대해서 10dB이고, L밴드에 대해서 0.4dB로 했다. 광 필터(120)의 투과율은 도 4에 투과 스펙트럼을 모식적으로 도시하는 바와 같이, C밴드에서 -15dB 정도이고, L밴드에서 약 0dB로 했다.

증폭용 광 도파로(211, 212, 311 및 312) 각각은 Er 원소에 덧붙여 Al 원소가 모두 첨가된 석영계 광섬유로, Er 농도가 500wt-ppm이고, 컷오프 파장이 1.1㎛으로 했다. C밴드용 전단의 증폭용 광 도파로(211)의 길이는 5m이고, 후단의 증폭용 광 도파로(212)의 길이도 5m로 했다. L밴드용 전단의 증폭용 광 도파로(311)의 길이는 15m이고, 후단의 증폭용 광 도파로(312)의 길이는 60m로 했다.

C밴드용 전단의 증폭용 광 도파로(211)에 여기 광원(251)으로부터 순방향으로 공급되는 여기 광은 파장이 0.98㎛으로, 전력이 75mW로 했다. C밴드용 후단의 증폭용 광 도파로(212)에 여기 광원(252)으로부터 순방향으로 공급되는 여기 광은 파장이 1.48㎛으로, 전력이 15mW로 했다. L밴드용 전단의 증폭용 광 도파로(311)에 여기 광원(351)으로부터 순방향으로 공급되는 여기 광은 파장이 0.98㎛으로, 전력이 75㎛로 했다. 또, L밴드용 후단의 증폭용 광 도파로(312)에 여기 광원(352)으로부터 순방향으로 공급되는 여기 광은 파장이 1.48㎛으로, 파워가 40mW로 했다. 그리고, 광 증폭 장치(1) 전체의 이득을 14dB로 했다. 또, C밴드 및 L밴드 각각에 대해서 광 증폭 장치(1)의 입력단(11)에 입력하는 신호 광을 -15.5dBm/ch×8ch로 했다.

여기서, 증폭용 광 도파로(Er 첨가 광섬유)(211, 212, 311 및 312)각각에 첨가되어 있는 Er 이온의 형광 스펙트럼의 피크 파장은 1530nm 부근이지만, L밴드용 광 증폭기(3O0)의 증폭용 광 도파로(311 및 312) 각각에서는, 반전 분포를 억제함으로서, 이득이 발생하는 파장역을 L밴드에 시프트시켰다.

도 5는 본 실시예에 있어서의 C밴드용 광 증폭기(200) 및 L밴드용 광 증폭기(300) 각각의 역 ASE 스펙트럼을 도시하는 그래프이다. 이 그래프에 있어서의 파장의 분해능은 0.5nm이다. C밴드용 광 증폭기(200)의 역 ASE 스펙트럼은 C밴드용 광 증폭기(200)의 입력단(도 2 중 C1점)에서 측정한 것이며, L밴드용 광 증폭기(300)의 역 ASE 스펙트럼은 L밴드용 광 증폭기(300)의 입력단(도 2 중 L1점)에서 측정한 것이다. 이 그래프로 알 수 있듯이, L밴드용 광 증폭기(30O)의 역 ASE 광은 Er 이온의 형광 스펙트럼의 피크 파장인 1530nm에서 피크를 갖고 있으며, 그 피크치가 -1dBm이나 이르고 있다.

혹시, 광 필터(120)를 설치하지 않는 경우에는, 이들 역 ASE 광은 광 증폭 장치(1)의 입력단(11) 전에 접속된 광섬유 선로에 있어서의 레일리 산란에 의해, 귀환 광으로서 입력단(11)으로부터 광 증폭 장치(1)에 입력하고, 광 분파부(11O)를 지나서 C밴드용 광 증폭기(200)에 입력하여, 잡음 지수의 저하의 원인이 된다고 생각할 수 있다. 입력단(11) 전에 접속된 광섬유 선로가 표준적인 싱글 모드 광섬유라고 하면, 레일리 산란에 의한 귀환 광비는 35dB 정도가 된다. 이에 덧붙여, 상술한 바와 같이 도 3를 참조하여 설명한 광 분파부(110)의 삽입 손해를 고려한 가운데, 광 필터(12O)를 설치하지 않은 경우에 있어서의 L밴드, C밴드 각각의 광 증폭기로부터 발생하는 역 ASE 광의 광 증폭 장치(1) 내의 각 점에 있어서의 파워(파장 1530nm 및 1575nm에 있어서의)를 표 1, 표 2에 정리하여 도시한다.

도 2에 도시되는 바와 같이, A점은 입력단(11)과 광 커플러(100)의 입력 포트(101) 사이의 점이고, C1점은 C밴드용 광 증폭기(200)의 입력단이며, C2점은 C밴드용 광 증폭기(200)의 출력단이며, L1점은 L밴드용 광 증폭기(300)의 입력단이며, L2점은 L밴드용 광 증폭기(300)의 출력단이다.

표 1은 L밴드용 광 증폭기(300)로부터 출력되는 역 ASE 광에 대해서, L1점에서의 출력 파워, A점에서의 반복 광의 입력 파워, C1점에서의 입력 파워, C2점에서의 출력 파워, L1점에서의 입력 파워 및 L2점에서의 출력 파워 각각을 도시하고, 또, 본래의 ASE 광 파워 및 실효적인 잡음 지수의 저하량을 도시한다. 표 2는 C밴드용 광 증폭기(200)로부터 출력되는 역 ASE 광에 대해서, C1점에서의 출력 파워, A점에서의 귀환 광의 입력 파워, C1점에서의 입력 파워, C2점에서의 출력 파워, L1점에서의 입력 파워 및 L2점에서의 출력 파워 각각을 도시하고, 또, 원래의 ASE 광 파워 및 실효적인 잡음 지수의 저하량을 도시한다.

표 1, 표 2에서 분명하게 한 바와 같이, 광 필터(120)를 설치하지 않을 경우에는, L밴드용 광 증폭기(3O0)에 있어서는, 역 ASE 광의 레일리 산란 성분이 있었다고 해도, 외관 상의 잡음 지수의 저하량은 0.177dB 정도로, 전단의 증폭용 광 도파로(311) 전에 광 절연체(삽입 손해 0.5dB)를 설치하지 않은 것에 인한 잡음 지수의 개선 효과가 얻어지고 있다. 한편, C밴드용 광 증폭기(200)에 있어서는 스스로 방출한 역 ASE 광의 레일리 산란 성분이 재입력했을 때의 외관 상의 잡음 지수의 저하량은 0.166dB 정도이지만, L밴드용 광 증폭기(300)로부터 발생한 역 ASE 광의 레일리 산란 성분이 입력했을 때의 외관 상의 잡음 지수의 저하량은 3.3dB 이상으로 되어 있다. 이것은 L밴드용 광 증폭기(300)로부터 발생한 역 ASE 광이 광 분파부(110)의 밴드간 고립의 불완전함에 인해, C밴드용 광 증폭기(200)로 혼입되어, 증폭되기 때문이다.

그래서, 본 실시예에 관련되는 광 증폭 장치(1)에서는, 도 2에 도시되는 바와 같이 광 필터(120)를 설치함으로써, C밴드용 광 증폭기(200)의 잡음 지수의 저하를 억제하고 있다. 즉, L밴드용 광 증폭기(300)로부터 발생한 역 ASE 광은 광 필터(120)에 의해 차단되기 때문에, 이 역 ASE 광의 레일리 산란 성분이 C밴드용 광 증폭기(200)에 입력하는 것이 방지되고, 이로 인해 C밴드용 광 증폭기(200)의 잡음 지수의 저하가 억제된다.

또한, L밴드용 광 증폭기(300)로부터 발생한 역 ASE 광이 광 필터(120)에 의해 반사되어 L밴드용 광 증폭기(300)에 입력하는 것도 회피해야 하기 때문에, 광 필터(120)가 격자로 구성될 경우에는, 그 격자를 비스듬히 형성하는 것이 적합하다.

또, L밴드용 광 증폭기(30O)의 잡음 지수의 저하를 억제하기 위해, L밴드에 서의 광 필터(120)의 삽입 손해가 작은 것이 중요하기도 하므로, 광 필터(12O)는 광섬유 격자인 것이 적합하다. 또, 광 합파기(110)와 WDM 커플러(321) 사이를 접속하는 광섬유와 동종의 광섬유에 형성된 것이면 융착 손해도 거의 없기 때문에 적합하다.

이러한 광 증폭 장치(1)를 사용하여 도 1에 도시되는 바와 같은 광통신 시스템을 구성한 경우, 광 증폭 장치(1)(증폭 중계국) 즉 광 증폭 장치(1₁ 내지 1_N) 각각은 도 2 중의 B점(출력단(12)과 광 합파기(4OO) 사이의 점)에 있어서 37.8dB(파장 분해능 0.1nm) 정도의 광 SN비를 확보할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 1파당 2.5Gb/s의 신호를 전송하는 광통신 시스템에서는, 파형 왜곡 등을 고려하여 마진을 예상하면 20dB 정도의 광 SN비가 필요하지만, 이 광 증폭 장치(1)를 사용하면 증폭 중계 가능한 단수(N)는 60정도까지 가능하다. 이것은 광 필터(120)를 설치하지 않을 경우의 증폭 중계 가능한 단수의 거의 배가 된다. 또, C밴드용광 증폭기(200)의 증폭용 광 도파로(211) 및 L밴드용 광 증폭기(300)의 증폭용 광 도파로(311) 각각의 전단에 광 절연체를 설치하면, 증폭 중계 가능한 단수는 본 실시예의 경우의 90% 정도로까지 감소하기 때문에, 이 위치로의 광 절연체 설치는 피하는 것이 바람직하다.

또, 도 2에 도시한 본 실시예에 관련되는 광 증폭 장치(1)에서는, 광 필터(120)는 광 커플러(100)의 한 요소로 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광 필터(120)는 광 분파부(110)와 L밴드용 광 증폭기(300)의 증폭용 광 도파로(311) 사이의 L밴드의 신호 광의 광로 상에 설치되면 된다. 광 필터(120)는 광 커플러(100) 및 L밴드용 광 증폭기(300) 중 어느 하나에도 속하지 않는 독립된 요소라도 되고, L밴드용 광 증폭기(300)의 한 요소여도 된다. 후자의 경우에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 광 필터(120)는 L밴드용 광 증폭기(300)의 입력단과 전단의 증폭용 광 도파로(311) 사이에 설치된다. 증폭용 광 도파로(311)에서 발생한 역 ASE 광은 광 필터(12O)에 의해 차단되어, L밴드용 광 증폭기(3O0)의 입력단으로부터 외부에 출력되는 일이 없다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 증폭용 광 도파로(211, 212, 311 및 312) 각각은 광섬유가 아니라도 되며, 평면 광 도파로라도 된다. 또, 증폭용 광 도파로(211, 212, 311 및 312) 각각은 Er 원소가 첨가된 것이 아니라도 되며, 다른 형광 물질(예를 들면 Tm 원소 등의 희토류 원소)이 첨가된 것이어도 된다.

증폭용 광 도파로에 Tm 원소가 첨가될 경우에는, 1.47㎛대 및 1.50㎛대의 쌍방에 걸치는 넓은 대역에서 광 증폭을 행할 수 있다. 즉, Tm 원소의 형광 스펙트럼의 피크 파장은 1.47㎛ 부근이지만, 반전 분포를 낮게 억제함으로서, 이득이 발생하는 파장역을 파장 1.50㎛대에 시프트시킬 수 있다. 그래서, 광 분파부에 의해 파장 1.47㎛대의 신호 광과 파장 1.50㎛대의 신호 광으로 분파하고, 파장 1.47㎛대용 광 증폭기에 의해 파장 1.47㎛대의 신호 광을 광 증폭하며, 파장 1.50㎛대용 광 증폭기에 의해 파장 1.50㎛대의 신호 광을 광 증폭함으로서, 이들 파장 1.47㎛대 및 파장 1.50㎛대 쌍방에 걸치는 넓은 대역에서 광 증폭을 행할 수 있다.

이 파장 1.50㎛대용 광 증폭기에서도, 파장 1.47㎛ 부근에 피크를 갖는 역 ASE 광이 발생한다. 이 ASE 광이 파장 1.47㎛ 대용 광 증폭기에 입력하면, 파장 1.47㎛ 대용 광 증폭기의 잡음 지수가 저하한다. 그래서, 이 경우에도, 상기 실시예와 마찬가지로, 광 분파부와 파장 1.50㎛ 대용 광 증폭기의 증폭용 광 도파로 사이의 파장 1.50㎛대의 신호 광의 광로 상에 광 필터를 설치한다. 그리고, 이 광 필터에 의해, 파장 1.50㎛대의 광을 투과시킴과 동시에, 파장 1.47㎛대의 광을 차단함으로써, 파장 1.50㎛대용 광 증폭기에서 발생한 ASE 광이 파장 1.47㎛대용 광 증폭기에 입력하는 것을 방지하고, 파장 1.47㎛대 광 증폭기의 잡음 지수의 저하를 억제할 수 있다.

이상의 본 발명의 설명으로, 본 발명을 각종 변형할 수 있는 것은 분명하다. 그러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈하는 것으로는 인정할 수 없으 며, 모든 당업자에게 있어서 자명한 개량은 이하의 청구 범위에 포함되어 있다.

본 발명은 양호한 광 SN비를 확보한 가운데 증폭 중계의 단수를 늘릴 수 있으며, 장거리 전송에 적합한 광통신 시스템 및 이 광통신 시스템에 사용되는 광 증폭 장치, 광 증폭 장치 유닛, 광 커플러를 제공한다.

Claims

증폭 중계국을 통하여 접속된 제 1, 제 2 전송로에 2개의 파장 대역에 속하는 복수의 신호 광을 전송하는 광통신 시스템에 있어서, 상기 증폭 중계국은,

상기 제 1 전송로에 접속되고, 상기 복수의 신호 광을 파장 대역이 다른 제 1 파장 대역과 제 2 파장 대역으로 분기하여 출력하며, 분기로부터의 귀환 광을 상기 제 1 전송로로 투과하는 광 분기부와,

상기 제 1 파장 대역에 형광 스펙트럼의 피크를 갖는 소정의 형광 물질이 첨가된 증폭용 광 도파로를 각각 갖고, 상기 광 분기부의 2개의 출력에 각각 접속되며, 분기된 신호 광을 각각 증폭하는 2개의 광 증폭기와,

상기 광 증폭기 각각의 출력에 접속되고, 증폭된 신호 광을 합파하여 상기 제 2 전송로에 출력하는 광 합파기와,

상기 광 증폭기 중 상기 제 2 파장 대역의 신호 광이 증폭되는 광 증폭기와 상기 광 분기부 사이에 접속되고, 상기 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방의 광을 차단하며, 상기 제 2 파장 대역의 광을 투과하는 광 필터를 구비하고 있는, 광통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 광 분기부, 상기 광 필터, 상기 제 2 파장 대역용 광 증폭기는 이 순서로 직렬로 접속되어 있는, 광통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 광 필터는 광섬유의 코어 영역에 격자(grating)가 형성된 광섬유 격자인, 광통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 증폭용 광 도파로의 각각에 첨가되는 상기 형광 물질은 Er 원소 혹은 Tm 원소인, 광통신 시스템.
2개의 파장 대역에 속하는 복수의 신호 광을 전송하는 광통신 시스템에서 사용되는 광 증폭 장치에 있어서,

상기 복수의 신호 광을 파장 대역이 다른 제 1 파장 대역과 제 2 파장 대역으로 분기하여 출력하는 광 분기부와,

상기 제 1 파장 대역에 형광 스펙트럼의 피크를 갖는 소정의 형광 물질이 첨가된 증폭용 광 도파로를 각각 갖고, 상기 광 분기부의 2개의 출력에 각각 접속되며, 분기된 신호 광을 각각 증폭하는 2개의 광 증폭기와,

상기 광 증폭기 각각의 출력에 접속되고, 증폭된 신호 광을 합파하여 출력하는 광 합파기와,

상기 광 증폭기 중 상기 제 2 파장 대역의 신호 광이 증폭되는 광 증폭기와 상기 광 분기부 사이에 접속되고, 상기 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방의 광을 차단하며, 상기 제 2 파장 대역의 광을 투과하는 광 필터를 구비하고 있는, 광 증폭 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 광 분기부, 상기 광 필터, 상기 제 2 파장 대역용 광 증폭기는 이 순서로 직렬로 접속되어 있는, 광 증폭 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 광 필터는 광섬유의 코어 영역에 격자가 형성된 광섬유 격자인, 광 증폭 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 증폭용 광 도파로의 각각에 첨가되는 상기 형광 물질은 Er 원소 혹은 Tm 원소인, 광 증폭 장치.
2개의 파장 대역에 속하는 복수의 신호 광을 전송하는 광통신 시스템에서 사용되는 광 증폭 유닛에 있어서,

소정의 형광 물질이 첨가된 증폭용 광 도파로를 갖고, 상기 형광 물질의 형광 스펙트럼의 피크 파장을 포함하는 파장 대역과는 다른 파장 대역의 신호 광을 증폭하는 광 증폭기와,

상기 광 증폭기의 입력단에 접속되고, 상기 형광 물질의 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방의 광을 차단하며, 상기 광 증폭기의 증폭 대상의 파장 대역의 광을 투과하는 광 필터를 구비하고 있는, 광 증폭 유닛.
제 9 항에 있어서, 상기 광 필터는 광섬유의 코어 영역에 격자가 형성된 광섬유 격자인, 광 증폭 유닛.
제 9 항에 있어서, 상기 증폭용 광 도파로의 각각에 첨가되는 상기 형광 물질은 Er 원소 혹은 Tm 원소인, 광 증폭 유닛.
2개의 파장 대역에 속하는 복수의 신호 광을 전송하는 광통신 시스템에 사용되는 광 커플러에 있어서,

상기 복수의 신호 광을 파장 대역이 다른 제 1 파장 대역과 제 2 파장 대역으로 분기하여 출력하는 광 분기부와,

상기 광 분기로의 상기 제 2 파장 대역의 신호 광 출력단에 접속되고, 상기 제 1 파장 대역에 형광 스펙트럼의 피크를 갖는 형광 물질이 첨가된 광 증폭용 도파로를 갖는 광 증폭기로 상기 신호 광을 유도하는 광 필터로, 상기 형광 스펙트럼의 피크 파장 근방의 광을 차단하여, 상기 제 2 파장 대역의 광을 투과하는 광 필터를 구비하고 있는, 광 커플러.
제 12 항에 있어서, 상기 광 필터는 광섬유의 코어 영역에 격자가 형성된 광섬유 격자인, 광 커플러.