KR19990026180A - 광 아이솔레이터 복합모듈 및 이를 사용한 광 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 입력단에 들어오는 광신호를 분리하는 광 분리기와 분리된 광을 검출하는 광 검출기와 편광으로 인한 분산을 보상하는 보상기와 펌핑용 광원이 광 아이솔레이터에 일체화 및 복합화된 광 아이솔레이터 복합모듈을 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위한 광 아이솔레이터 복합모듈은 입사되는 제1 주파수의 신호광을 집속하기 위한 제1 렌즈; 외부의 특수 광섬유에서 광 신호를 증폭하는데 필요로 하는 제2 주파수의 펌핑(Pumping)광을 발생하여 출력하는 광원; 상기 광원에서 출력되는 펌핑광을 집속하기 위한 제2 렌즈; 광 신호가 한 방향으로만 흐르도록 제한하며, 그 출사면에 제1 코팅층이 도포되어 있어서 제1 렌즈에 의해 집속되어 그 내부를 진행하는 신호광을 투과시키고 상기 제2 렌즈에 의해 집속된 상기 펌핑(Pumping)광을 반사시키며, 그 입사면에 부분반사를 위한 제2 코팅층이 도포되어 있어서 상기 제1 렌즈에 의해 집속된 신호광의 일부를 반사시키는 아이솔레이터 코어; 상기 제1 코팅층을 투과한 신호광과 상기 코팅층에서 반사된 펌핑광을 집속하는 제3 렌즈; 상기 부분반사된 신호광의 진행 방향에 위치하며, 상기 부분반사된 반사광을 검출하여 검출 광의 크기에 따른 검출 신호 전류를 발생하는 광 검출기; 및 상기 부분반사된 신호광을 집속하기 위한 제4 렌즈;를 포함한다. 이에 따라, 부품 수가 줄고 광 섬유의 접속점(Splicing Point) 수가 감소하게 된다.

Description

광 아이솔레이터 복합모듈 및 이를 사용한 광 증폭기

본 발명은 광 증폭기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수개의 광 증폭기 요소부품이 광 아이솔레이터에 일체화 및 복합화된 광 아이솔레이터 복합모듈과, 상기와 같은 아이솔레이터 복합모듈을 사용하는 광 증폭기에 관한 것이다.

광통신에 사용되는 광섬유는 동선, 동축 케이블 등 여타의 선로에 비해 본질적으로 전송 손실이 낮고 대역폭이 넓은 특성을 가진다. 그럼에도 불구하고 전송손실을 전혀 무시할 수는 없기 때문에, 신호의 감쇠를 보상하기 위해서 전송되는 광신호를 주기적으로 증폭시켜 줄 필요가 있게 된다. 이러한 광신호의 증폭은 선로의 중간에 설치된 중계기에 의해 행해진다.

현재 사용되는 대부분의 광통신 시스템에 있어서 중계기는 검출기와 전기적 증폭기 및 반도체 레이저로 구성된다. 이러한 중계기에 있어서 검출기는 감쇠된 광신호를 전기적 신호로 변환하고, 증폭기는 변환된 전기적 신호를 증폭하게 된다. 그리고 반도체 레이저는 상기 증폭된 신호에 의해 구동되어 신호를 선로상의 다음 단계로 전송하게 된다. 그러나 이와 같은 중계기는 잠음을 증가시키게 됨과 아울러, 상기 검출기와 증폭기 등의 구성요소의 대역폭으로 말미암아 광신호의 전기적 신호로의 변환 속도와 전기적 신호의 광신호로의 변환 속도가 제한된다는 단점이 있다.

이에 따라 광신호를 그 자체로서 증폭시키는 순수한 광 증폭기가 개발되어 사용되고 있다. 한편 이러한 광 증폭기는 광통신뿐만 아니라, 저전력 광원의 전력 증폭이나 케이블 TV망에서의 신호분기(Splitting) 보상, 또는 광검출기에 대한 전단 증폭(Preamplication) 등에도 사용된다.

현재 광 증폭기로 가장 주목을 받고 있는 것은 어븀 도핑 광 증폭기(Erbium-doped Fiber Amplifier: 이하 EDFA라 함)인데, 이는 이 증폭기가 40dB이상으로 이득이 크고, 출력이 높으며, 1.55μm 전후의 대역에서 잡음지수(Noise Figure)가 낮은 특성을 가지고 있기 때문이다.

도 1은 일반적인 어븀 도핑 광 증폭기(EDFA)의 블록도로서, 도 1a는 순방향 증폭기이고, 도 1b는 역방향 증폭기를 보여준다.

도 1a의 순방향 증폭기는 제1 광섬유(도시되지 않음)로부터 출사되는 입력광을 집속하는 제1 렌즈(10)와, 입력광의 세기를 검출하기 위한 광검출기(11)와, 상기 광검출기(11)를 선로상에 결합하기 위한 광 분리기(12)와, 광신호가 한 쪽으로만 흐르도록 제한하는 제1 아이솔레이터(14)와, 펌핑(Pumping)을 위한 광신호를 발생하는 레이저 다이오드(16)와, 상기 레이저 다이오드(16)를 선로상에 결합시키기 위한 커플러(18)와, 펌핑 광의 펌핑 작용에 의해 여기된 전하 캐리어(Charge Carrier)를 사용하여 유도방출(LASER) 작용을 일으켜서 입력된 광신호를 증폭하는 어븀 도핑 광섬유(20: Erbium-doped Fiber; 이하 EDF라 함)와, 광신호가 순방향으로만 흐르도록 제한하는 제2 아이솔레이터(22)와, 출력광의 세기를 검출하는 광검출기(24)와, 상기 광검출기(24)를 선로상에 결합하기 위한 광 분리기(26)와, 출력광을 집속하여 집속된 광이 제2 광섬유(도시되지 않음)에 입사하도록 하기 위한 제2 렌즈(28)를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 순방향 증폭기에 있어서, EDF(18)는 3염화어븀(ErCl3)과 같은 원천가스를 사용하여 개선된 화학기상증착법(Modified CVD)에 의해 어븀을 광섬유의 코어에 도핑한 것으로서, 1.536μm의 방출파장을 가진다.

한편, 레이저 다이오드(16)는 1.48μm나 980nm의 파장을 가지는 레이저 광을 발생하여 EDF(18)에 공급한다. 상기 레이저 광은 어븀의 전자를 펌핑하여 분포반전을 일으키게 되고, 이에 따라 EDF(18)는 1.536μm 파장을 가지는 레이저 광을 출력하게 된다.

두 개의 아이솔레이터(14, 22) 중 제1 아이솔레이터(14)는 EDF(20)내에서 증폭된 광이나 자연방출(Spontaneous Emission)된 광이 입력 측으로 유입된 후 입력단 커넥터(도시되지 않음) 등으로부터 반사되어 다시 EDF(20)로 유입됨으로써 증폭효율을 떨어뜨리게 되는 것을 방지한다. 그리고 제2 아이솔레이터(22)는 출력단의 커넥터(도시되지 않음) 등으로부터 광신호가 반사되어 상기 EDF(20)으로 유입되는 것을 방지한다.

한편, 도 2b에 도시된 역방향 증폭기는 펌핑용 레이저 다이오드(17)가 커플러(19)에 의해 EDF(21)의 후단에 결합되어 있는 것을 제외하고는 도 2a의 순방향 증폭기와 그 구조가 동일하다.

상기 도 1의 광 증폭기에 있어서 제1 렌즈(10)와 광 분리기(12) 및 아이솔레이터(14)는 통상 하나의 복합모듈로 제작된다.

도 2는 종래의 아이솔레이터 복합모듈을 도시한 도면이다. 아이솔레이터 복합모듈(30)은 제1 광섬유(도시되지 않음)로부터 출사되는 입력광을 집속하는 제1 렌즈(31)와, 입력광의 세기를 검출하기 위한 광검출기(32)와, 상기 광검출기(32)를 선로상에 결합하기 위한 광 분리기(34)와, 광신호가 한 쪽으로만 흐르도록 제한하는 아이솔레이터(36)와, 아이솔레이터(37)에서 출력되는 빛의 분산을 보상하기 위한 보상기(40)로 구성된다.

상기 광 분리기(34)는 프리즘이나 광학코팅을 사용하여 구현되는데, 입력되는 광신호의 일부를 분리하여 광검출기(32)에 입력되도록 하고 나머지 대부분은 아이솔레이터(36)로 전달한다.

상기 아이솔레이터(36)는 후지쯔사의 미국 특허 제4,548,478호에 공개된 것으로서, 방해석과 같이 복굴절성을 가지는 물질로 되어 있으며 테이핑된(Tapered) 형상의 제1 복굴절 소자(37) 및 제2 복굴절 소자(39)와, 상기 제1 복굴절 소자(37) 및 제2 복굴절 소자(39)사이에 삽입되어 있는 45°패러데이 회전자(38: Faraday Rotator)로 구성된다.

그런데 상기와 같은 아이솔레이터(36)는 빛의 굴절율의 차이, 즉 전파속도의 차이로 인해 분산 손실(Polarization Mode Dispersion)이 생기게 하는 결점이 있다. 이에 따라 에이티앤티(ATT)사의 유럽특허출원(공개번호 533,398 A1)에 공개된 바와 같이, 보상기(40)를 추가로 설치하여 분산을 보상해야만 한다.

그런데 이와 같은 종래의 아이솔레이터 복합모듈은 부품 수가 많고 구조가 복잡해진다. 이에 따라 삽입 손실이 큰 단점이 있다. 또한 도 2에 표시한 바와 같이, 광 분리기(34)와 광검출기(32)사이, 광 분리기(34)와, 아이솔레이터(36) 사이, 그리고 아이솔레이터(36)과 보상기(40) 사이 등의 수개소에서 광 섬유를 접속(Splicing)해야만 한다. 이에 따라 제조 공정이 복잡해지고 이에 따라 제품의 단가가 높게 된다는 문제가 있다. 한편 입사광이 광 분리기에 45。의 입사각으로 입사되기 때문에 편광 손실(Polarization Dependent Loss)이 큰 단점도 가지고 있다.

또한 상기와 같은 아이솔레이터 복합모듈을 광 증폭기에 적용하고자 하는 경우, 아이솔레이터 복합모듈의 출력되는 신호광을 EDF에서 증폭시키기 위해서는 레이저 다이오드와 같은 광원에서 방출되는 광을 신호광의 경로에 결합을 시켜야 한다. 이에 따라, 두 개의 광신호를 결합시키기 위한 도 1의 커플러(18)를 사용해야만 한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입력단에 들어오는 광신호를 분리하는 광 분리기와 분리된 광을 검출하는 광 검출기와 편광으로 인한 분산을 보상하는 보상기와 펌핑용 광원이 광 아이솔레이터에 일체화 및 복합화된 광 아이솔레이터 복합모듈을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기와 같은 아이솔레이터 복합모듈을 사용하는 광 증폭기를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 어븀 도핑 광 증폭기(EDFA)의 블록도로서, 도 1a는 순방향 증폭기를 도시한 것이고, 도 1b는 역방향 증폭기를 도시한 것이다.

도 2는 종래의 광 아이솔레이터 복합모듈의 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터 복합모듈에서 광의 흐름을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터 복합모듈에 있어서의 아이솔레이터 코어의 투시 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 광 아이솔레이터 복합모듈의 아이솔레이터 코어에서 빛이 순방향으로 진행되는 경우의 경로를 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터 복합모듈의 아이솔레이터 코어에서 빛이 역방향으로 진행되는 경우의 경로를 나타낸 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터 복합모듈의 사시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 어븀 도핑 광 증폭기(EDFA)의 일 실시예의 블록도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 아이솔레이터 복합모듈은 입사되는 제1 주파수의 신호광을 집속하기 위한 제1 집속수단; 외부의 특수 광섬유에서 광 신호를 증폭하는데 필요로 하는 제2 주파수의 펌핑(Pumping)광을 발생하여 출력하는 광원; 상기 광원에서 출력되는 펌핑광을 집속하기 위한 제2 집속수단; 광 신호가 한 방향으로만 흐르도록 제한하며, 그 출사면에 제1 코팅층이 도포되어 있어서 제1 집속수단에 의해 집속되어 그 내부를 진행하는 신호광을 투과시키고 상기 제2 집속수단에 의해 집속된 상기 펌핑(Pumping)광을 반사시키는 아이솔레이터 코어; 및 상기 제1 코팅층을 투과한 신호광과 상기 코팅층에서 반사된 펌핑광을 집속하는 제3 집속수단;을 포함한다.

한편, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 광 증폭기는 광 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득감소 현상을 없애주고 신호광의 일부를 분기하여 검출하는 제1 아이솔레이터 모듈; 및 상기 신호광 신호를 유도방출에 의해 증폭하는 특수 광섬유;를 포함한다. 상기 제1 아이솔레이터 모듈은 입사되는 제1 주파수의 신호광을 집속하기 위한 제1 집속수단; 외부의 특수 광섬유에서 광 신호를 증폭하는데 필요로 하는 제2 주파수의 펌핑(Pumping)광을 발생하여 출력하는 광원; 상기 광원에서 출력되는 펌핑광을 집속하기 위한 제2 집속수단; 광 신호가 한 방향으로만 흐르도록 제한하며, 그 출사면에 제1 코팅층이 도포되어 있어서 제1 집속수단에 의해 집속되어 그 내부를 진행하는 신호광을 투과시키고 상기 제2 집속수단에 의해 집속된 상기 펌핑(Pumping)광을 반사시키며, 그 입사면에 부분반사를 위한 제2 코팅층이 도포되어 있어서 상기 제1 집속수단에 의해 집속된 신호광의 일부를 반사시키는 아이솔레이터 코어; 상기 제1 코팅층을 투과한 신호광과 상기 코팅층에서 반사된 펌핑광을 집속하는 제3 집속수단; 상기 부분반사된 신호광의 진행 방향에 위치하며, 상기 부분반사된 반사광을 검출하여 검출 광의 크기에 따른 검출 신호 전류를 발생하는 광 검출기; 및 상기 부분반사된 신호광을 집속하기 위한 제4 집속수단;을 포함하여 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 광 아이솔레이터 복합모듈의 일 실시예을 보여준다.

상기 광 아이솔레이터 복합모듈(50)은 제1 렌즈(51)와, 아이솔레이터 코어(52, 53, 54)와, 입력되는 광이 반사되는 방향에 위치한 광 검출기(56)와, 상기 광검출기(56) 전단에 위치한 제2 렌즈(57)와, 어븀 도핑 광섬유(미도시)에서 광 신호를 증폭하는데 사용되는 펌핑(Pumping)광을 발생하는 레이저 다이오드(58)와, 상기 펌핑광을 집속하기 위한 제3 렌즈(59)와, 출력광을 집속하는 제4 렌즈(60)를 포함한다.

상기 아이솔레이터 코어는 제1 및 제2 복굴절 소자(52, 54)와, 상기 제1 및 제2 복굴절 소자(52, 54)사이에 삽입되어 있는 패러데이 회전자(53)로 구성된다.

상기 제1 복굴절 소자(52)는 광학적 이방성체로서 입사광을 서로 다른 두 개의 굴절광으로 나누어 전파시킨다. 결정의 광축은 x축 방향에 수직이며 광의 입사면(52a)이 출사면(52b)에 대해 소정각도(φ1)를 이루어 테이핑된 형상을 하고 있다. 한편, 입사면(52a)에는 부분반사 코팅이 되어 있어 상기 제1 렌즈(51)에 의해 집속된 광의 일부를 반사시킨다.

상기 제2 복굴절 소자(54)는 광의 출사면(54b)이 입사면(54a)에 대해 소정각도(φ2)를 이루어 테이핑된 형상을 하고 있다. 그리고 상기 제1 복굴절 소자(52)의 광축에 대하여 상기 패러데이 회전자(53)에 의한 광의 회전 방향과 반대방향으로 45°회전된 위치에 광축이 존재한다.

상기 패러데이 회전자(53)는 통과되는 복굴절 광을 45°회전시킨다.

도 5는 본 발명에 따른 아이솔레이터 복합모듈에 있어서의 아이솔레이터 코어에서 빛이 순방향으로 진행되는 경우의 경로를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 아이솔레이터 복합모듈에 있어서의 아이솔레이터 코어에서 빛이 역방향으로 진행되는 경우의 경로를 나타낸 단면도이다.

도 5에서 빛의 경로 Ⅰ은 제1 복굴절 소자(52)에서는 정상파(Ro), 제2 복굴절 소자(54)에서는 비정상파(Re)인 빛의 경로를 나타낸다. 그리고 경로 Ⅱ는 제1 복굴절 소자(52)에서는 비정상파(Re'), 제2 복굴절 소자(54)에서는 정상파(Ro')인 빛의 경로이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 빛이 순방향으로 진행할 때, 제1 복굴절 소자(52)에서 정상파(Ro: Ordinar Ray)인 빛은 제2 복굴절 소자(54)에서는 비정상파(Re: Extra-ordinary)가 된다. 또한 제1 복굴절 소자(52)에서 비정상파(Re)인 빛은 제2 복굴절 소자(54)에서는 정상파(Ro)가 된다.

왜냐하면, 빛이 제1 복굴절 소자(52)에서 제2 복굴절 소자(54)로 진행할 때 패러데이 회전자(53)에 의한 빛의 회전 방향과 제1 복굴절 소자(52)에 대한 제2 복굴절 소자(54)의 광축의 회전 방향이 서로 반대가 되므로 빛이 90°회전하는 효과가 되어 정상파(Ro)와 비정상파(Re)가 바뀌게 되기 때문이다.

한편, 도 6에서 빛의 경로 Ⅲ은 제1 복굴절 소자(52)와 제2 복굴절 소자(54)에서 정상파(Re)인 빛의 경로를 나타내며, 경로 Ⅳ는 제1 복굴절 소자(52)와 제2 복굴절 소자(54)에서 비정상파(Ro)인 빛의 경로를 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이 빛이 역방향으로 진행할 때에는, 패러데이 회전자에 의하여 빛이 회전하여 제2 복굴절 소자(54)에서 정상파(Ro)인 빛은 제1 복굴절 소자(52)에서도 정상파(Ro)가 된다. 또한 제2 복굴절 소자(54)에서 비정상파(Re)인 빛은 제1 복굴절 소자(52)에서도 비정상파(Re)가 된다.

따라서 순방향으로 진행하는 경우의 입사각(θi)과 역방향으로 진행하는 경우의 출사각(θi3, θ'i3)은 제1 복굴절 소자(52)의 입사면(52a)에서 서로 다르게 된다. 그러므로, 제1 광섬유에서 출사되어 순방향으로 진행하는 광은 아이솔레이터 코어를 통과해서 제2 광섬유로 전파하는 반면에, 역방향으로 진행되는 빛은 제1 광섬유에 입사되지 못한다.

또한 특히 빛이 순방향으로 진행하는 경우, 제1 복굴절 소자(52) 및 제2 복굴절 소자(54)에서 정상파(Ro)와 비정상파(Re)가 바뀌게 되고, 이에 따라 정상파(Ro)와 비정상파(Re)의 진행에 영향을 주는 제1 복굴절 소자(52) 및 제2 복굴절 소자(54)의 굴절율 차이가 자동으로 보상이 된다. 그러므로, 본 발명에 의한 아이솔레이터 모듈에서는 편광에 의한 퍼짐이 매우 작게 되어, 별도의 보상기가 불필요하게 된다.

상기와 같은 아이솔레이터 코어의 아이솔레이션 작용, 즉 광의 일방향성 전달 작용에 대한 보다 구체적인 설명은 당 출원인에 의해 1997년 1월 28일 출원된 1997년 특허출원 제2393호 (발명의 명칭: 광 증폭기 아이솔레이터 복합모듈 및 이를 사용한 광 증폭기)에 구체적으로 기재되어 있다.

한편, 상기 제1 복굴절 소자(52)의 입사면(52a)은 부분 반사 코팅되어 있다. 또한, 제2 복굴절 소자(54)의 출사면(54a)에도, 아이솔레이터 코어 내부를 진행해온 광은 거의 전체가 투과가 되고 레이저 다이오드(58)로부터 입사된 광은 거의 전반사되도록, 코팅이 되어 있다.

이하, 도 3을 참조하여 상기와 구성된 광 아이솔레이터 복합모듈의 작용을 보다 상세하게 설명한다.

먼저 상기 제1 렌즈(51)는 광원이나 제1 광섬유(도시되지 않음)로부터의 광을 집속하여, 집속된 광을 아이솔레이터 코어의 입사면(52a)에 소정 각도로 입사되게 한다. 편광 손실(Polarization Dependent Loss)을 최소화하기 위해, 상기 입사각은 작을수록 바람직한데 본 실시예에서는 약 3-12。의 값을 갖는다.

제1 복굴절 소자(52)의 입사면(52a)은 부분 반사 코팅되어 있기 때문에, 제1 렌즈(51)에 의해 집속된 입사광 중 일부는 제1 복굴절 소자(52)의 입사면(52a)에서 반사되어 광검출기(56)에 의해 검출된다. 한편 대부분의 입사광 신호는 상기 입사면(52a)을 투과하여 제1 복굴절 소자(52)의 내부로 진행한다.

상기 광 검출기(56)는 제1 복굴절 소자(52)의 입사면(52a)에서 반사된 빛을 검출하며, 광 다이오드를 사용하여 구성될 수 있다. 한편 상기 제2 렌즈(57)는 제1 복굴절 소자(52)의 입사면(52a)에서 반사된 빛이 광 검출기(56)의 수광면에 집속되게 하여 검출 효율을 높이게 된다.

한편 제1 복굴절 소자(52)의 입사면(52a)을 투과하여 제1 복굴절 소자(52) 내부로 진행하는 빛은 패러데이 회전자(53) 및 제2 복굴절 소자(54)를 거쳐 제4 렌즈(60)로 진행한다.

광 아이솔레이터 복합모듈(50)의 후단에는 어븀 도핑 광섬유(미도시)가 연결되는데, 레이저 다이오드(58)는 상기 어븀 도핑 광섬유에서 광 신호를 증폭하는데 필요로 하는 펌핑(Pumping)광을 발생하여 출력한다.

제3 렌즈(59)는 상기 레이저 다이오드(58)에서 출력되는 펌핑광을 집속하여 제2 복굴절 소자(54)의 출사면(54b)에 입사되게 한다.

제2 복굴절 소자(54)의 출사면(54b)에는 코팅층(55)이 형성되어 있기 때문에, 제2 복굴절 소자(54)의 출사면(54b)에 입사된 펌핑광은 거의 전반사되어 제4 렌즈(60)로 진행한다.

이와 같은 반사 작용을 수행할 수 있도록 상기 코팅층(55)은 그 물질과 두께가 정해진다.

상기 제4 렌즈(60)는 제2 복굴절 소자(54)의 출사면(54b)에서 출사된 신호광과 제2 복굴절 소자(54)의 출사면(54b)에서 반사된 펌핑광을 집속하여 제2 광섬유(도시되지 않음)에 입사되도록 한다.

도 7은 본 발명에 따른 아이솔레이터 복합모듈의 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 아이솔레이터 복합모듈은 하나의 패키지내에서 몰딩시킴으로써 제작될 수 있다. 몰딩된 아이솔레이터 복합모듈 패키지는 아이솔레이터 코어 등이 밀봉되어 있는 본체(62)와, 입력 광신호가 유입되는 입력단자(63)와 출력 광신호가 유출되는 출력단자(66)와, 광다이오드에 의해 검출된 광신호에 따라 크기가 변하는 전류가 흐르는 검출신호 단자(64)와, 레이저 다이오드(58)에 대한 바이어스 전류가 흐르는 바이어스 단자(65)를 포함한다.

상기 본체 내에는, 아이솔레이터 코어와, 제1 렌즈(51), 광 검출기(55) 및 제2 렌즈(57), 레이저 다이오드(58) 및 제3 렌즈(59), 그리고 제4 렌즈(60)가 서로간의 상대적 위치가 정밀하게 조정된 후 고정 배치되어 있다. 따라서 상기 각 부품들이 상대적으로 변위를 할 수 없고 아이솔레이터 모듈 내에 물이나 먼지 등이 스며들지 없게 된다.

각 부품간에 광이 광섬유를 통하는 대신 직접 전파되므로, 아이솔레이터 코어와 광 검출기 사이에 광섬유가 필요없게 된다. 더욱이, 종래의 장치에서는 수개소가 필요했던 광섬유 접속점 수가 크게 줄어들게 된다.

도 8은 본 발명의 어븀 도핑 광 증폭기(EDFA)의 일 실시예의 블록도이다.

광 증폭기(70)는 광신호가 순방향으로만 흐르도록 제한하면서 입사광의 일부를 분기하여 검출하는 제1 아이솔레이터 복합모듈(72)과, 펌핑 광의 펌핑 작용에 의해 여기된 전하 캐리어(Charge Carrier)를 사용하여 유도방출(LASER) 작용을 일으켜서 입력된 광신호를 증폭하는 어븀 도핑 광섬유(74: EDF)와, 광신호가 순방향으로만 흐르도록 제한하면서 증폭된 신호광의 일부를 분기하여 검출하는 제2 아이솔레이터 복합모듈(76)을 포함한다.

상기 제1 아이솔레이터 복합모듈(72)의 기능이나 작용은 이미 설명한 바와 같다. 한편 제2 아이솔레이터 복합모듈(76)은 제1 아이솔레이터 복합모듈(72)과 유사하게 구성되지만, 레이저 다이오드와 제3 렌즈가 생략되어 있고, 제2 복굴절 소자의 출사면에 코팅층이 형성되어 있지 않다. 다른 구성요소의 경우 종래의 광 증폭기에서와 같으므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 아이솔레이터 복합모듈(72, 76)은 광이 한 방향으로만 흐르도록 제한하는 것과 동시에, 자체적으로 광의 크기를 검출하여 이에 따른 검출 전류를 출력한다.

한편 본 발명의 광 증폭기는 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 특성을 우수하게 하기 위해 복수의 아이솔레이터 코어를 직렬로 접속시켜 사용할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 아이솔레이터 복합모듈 및 광 증폭기에 따르면, 입력단에 들어오는 광신호를 분리하는 광 분리기와 분리된 광을 검출하는 광 검출기 및 펌핑광을 발생하는 레이저 다이오드와 편광으로 인한 분산을 보상하는 보상기를 아이솔레이터에 일체화 및 복합화함으로써, 부품 수가 줄고 구조가 간단해진다. 이에 따라 삽입 손실이 작아지게 된다.

또한 각 구성요소가 패키지 내에서 몰딩에 의해 고정되고 구성요소의 수가 감소하여, 광 섬유의 접속점(Splicing Point) 수가 감소하게 되기 때문에, 제조 공정이 간단해지고 이에 따라 제품의 단가가 낮아지게 된다.

한편 입사광이 광 분리기에 작은 입사각으로 입사되기 때문에 편광 손실(Polarization Dependent Loss)이 감소하는 이점도 있다. 이와 같이 광학 특성이 향상됨에 따라 제품의 신뢰성이 높아지게 되는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 입사되는 제1 주파수의 신호광을 집속하기 위한 제1 집속수단;

   외부의 특수 광섬유에서 광 신호를 증폭하는데 필요로 하는 제2 주파수의 펌핑(Pumping)광을 발생하여 출력하는 광원;

   상기 광원에서 출력되는 펌핑광을 집속하기 위한 제2 집속수단;

   광 신호가 한 방향으로만 흐르도록 제한하며, 그 출사면에 제1 코팅층이 도포되어 있어서 제1 집속수단에 의해 집속되어 그 내부를 진행하는 신호광을 투과시키고 상기 제2 집속수단에 의해 집속된 상기 펌핑(Pumping)광을 반사시키는 아이솔레이터 코어; 및

   상기 제1 코팅층을 투과한 신호광과 상기 코팅층에서 반사된 펌핑광을 집속하는 제3 집속수단;을 포함하는 광 아이솔레이터 복합모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 집속수단, 상기 광원, 상기 제2 집속수단, 상기 아이솔레이터 코어 및 상기 제3 집속수단은 하나의 패키지 내에서 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터 복합모듈.
3. 제1항에 있어서,

   상기 아이솔레이터 코어의 입사면은 부분반사를 위한 제2 코팅층이 도포되어 있어서 상기 제1 집속수단에 의해 집속된 신호광의 일부를 반사시키고,

   상기 부분반사된 신호광의 진행 방향에 위치하며, 상기 부분반사된 반사광을 검출하여 검출 광의 크기에 따른 검출 신호 전류를 발생하는 광 검출기; 및

   상기 부분반사된 신호광을 집속하기 위한 제4 집속수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터 복합모듈.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 집속수단에 의해 집속된 신호광은 아이솔레이터 코어의 입사면에 3∼12。의 입사각으로 입사되는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터 복합모듈.
5. 제3항에 있어서, 상기 아이솔레이터 코어는

   입사면이 출사면에 대해 제1 소정각도를 이루어 테이핑된(Tapered) 형상을 하고 있고, 입사면에 제2 코팅층이 도포되어 있는 제1 복굴절 소자와,

   상기 제1 복굴절 소자에서 나온 편광을 45°회전시키는 패러데이 회전자와,

   출사면이 입사면에 대해 제2 소정각도를 이루어 테이핑된 형상을 하고 있고, 상기 제1 복굴절 소자의 광축에 대하여 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 회전 방향과 반대방향으로 회전된 위치에 광축이 존재하며, 출사면에 제1 코팅층이 도포되어 있는 제2 복굴절 소자;를 포함하는 광 아이솔레이터 복합모듈.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 집속수단, 상기 광원, 상기 제2 집속수단, 상기 아이솔레이터 코어, 상기 제3 집속수단, 상기 광 검출기 및 상기 제4 집속수단은 하나의 패키지 내에서 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터 복합모듈.
7. 광 신호의 역방향 진행을 차단하여 반사파에 의한 이득감소 현상을 없애주고 신호광의 일부를 분기하여 검출하는 제1 아이솔레이터 모듈; 및

   상기 신호광 신호를 유도방출에 의해 증폭하는 특수 광섬유;를 포함하는 광 증폭기에 있어서, 상기 제1 아이솔레이터 모듈은

   입사되는 제1 주파수의 신호광을 집속하기 위한 제1 집속수단;

   외부의 특수 광섬유에서 광 신호를 증폭하는데 필요로 하는 제2 주파수의 펌핑(Pumping)광을 발생하여 출력하는 광원;

   상기 광원에서 출력되는 펌핑광을 집속하기 위한 제2 집속수단;

   광 신호가 한 방향으로만 흐르도록 제한하며, 그 출사면에 제1 코팅층이 도포되어 있어서 제1 집속수단에 의해 집속되어 그 내부를 진행하는 신호광을 투과시키고 상기 제2 집속수단에 의해 집속된 상기 펌핑(Pumping)광을 반사시키며, 그 입사면에 부분반사를 위한 제2 코팅층이 도포되어 있어서 상기 제1 집속수단에 의해 집속된 신호광의 일부를 반사시키는 아이솔레이터 코어;

   상기 제1 코팅층을 투과한 신호광과 상기 코팅층에서 반사된 펌핑광을 집속하는 제3 집속수단;

   상기 부분반사된 신호광의 진행 방향에 위치하며, 상기 부분반사된 반사광을 검출하여 검출 광의 크기에 따른 검출 신호 전류를 발생하는 광 검출기; 및

   상기 부분반사된 신호광을 집속하기 위한 제4 집속수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 증폭기.
8. 제7항에 있어서, 상기 아이솔레이터 코어는

   입사면이 출사면에 대해 제1 소정각도를 이루어 테이핑된(Tapered) 형상을 하고 있고, 입사면에 제2 코팅층이 도포되어 있는 제1 복굴절 소자와,

   상기 제1 복굴절 소자에서 나온 편광을 45°회전시키는 패러데이 회전자와,

   출사면이 입사면에 대해 제2 소정각도를 이루어 테이핑된 형상을 하고 있고, 상기 제1 복굴절 소자의 광축에 대하여 상기 패러데이 회전자에 의한 광의 회전 방향과 반대방향으로 회전된 위치에 광축이 존재하며, 출사면에 제1 코팅층이 도포되어 있는 제2 복굴절 소자;를 포함하는 광 증폭기.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 집속수단, 상기 광원, 상기 제2 집속수단, 상기 아이솔레이터 코어, 상기 제3 집속수단, 상기 광 검출기 및 상기 제4 집속수단은 하나의 패키지 내에서 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 광 아이솔레이터 복합모듈.
10. 제7항에 있어서, 상기 특수 광섬유는 희토류 원소를 도핑한 것을 특징으로 하는 광 증폭기.
11. 제10항에 있어서, 상기 특수 광섬유는 어븀 도핑 광섬유인 것을 특징으로 하는 광 증폭기.
12. 제7항에 있어서,

    상기 특수 광섬유의 후단에 결합되어 있으며, 출력단으로부터의 반사에 의한 광 신호의 역방향 진행을 차단하고 증폭된 광신호의 일부를 분기하여 검출하는 제2 아이솔레이터 모듈;을 더 포함하는 광 증폭기.
13. 제12항에 있어서, 상기 제2 아이솔레이터 모듈은

    입사되는 제1 주파수의 신호광을 집속하기 위한 제5 집속수단;

    광 신호가 한 방향으로만 흐르도록 제한하며, 그 입사면에 부분반사를 위한 제3 코팅층이 도포되어 있어서 상기 제5 집속수단에 의해 집속된 신호광의 일부를 반사시키는 제2 아이솔레이터 코어;

    상기 제1 코팅층을 투과한 신호광을 집속하는 제6 집속수단;

    상기 부분반사된 신호광의 진행 방향에 위치하며, 상기 부분반사된 반사광을 검출하여 검출 광의 크기에 따른 검출 신호 전류를 발생하는 제2 광 검출기; 및

    상기 부분반사된 신호광을 집속하기 위한 제7 집속수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 증폭기.
14. 제13항에 있어서, 상기 제2 아이솔레이터 코어는

    입사면이 출사면에 대해 제1 소정각도를 이루어 테이핑된(Tapered) 형상을 하고 있고, 입사면에 제3 코팅층이 도포되어 있는 제3 복굴절 소자와,

    상기 제3 복굴절 소자에서 나온 편광을 45°회전시키는 제2 패러데이 회전자와,

    출사면이 입사면에 대해 제2 소정각도를 이루어 테이핑된 형상을 하고 있고, 상기 제3 복굴절 소자의 광축에 대하여 상기 제2 패러데이 회전자에 의한 광의 회전 방향과 반대방향으로 회전된 위치에 광축이 존재하는 제4 복굴절 소자;를 포함하는 광 증폭기.