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문제 정의
- 낮은 입력 세기 영역을 해결하기 위해 본 논문에서는 직렬연결된 두 개의 광학적인 회전루프와 고정형 이득 평탄화 필터(gain flattening filter; GFF)가 적용된 이단 증폭기 구조가 제안되고 구현되었다. 1530.
제안 방법
- 귀환 루프를 통해 광학적 자동 이득조정(all-optical gain control; AOGC) 기능을 가지는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 (Erbium-doped fiber amplifier; EDFA)들이 직렬로 이단(twostaged) 증폭 구조를 가지며 이 이단 구조 사이에 고정형 이득 평탄화 필터(gain flattening filter; GFF)와, 광감쇄기 (optical attenuator; ATT), 그리고 분상보상 광섬유(DCF)가 장착된 증폭기가 제안되고 구현되었다. 입력 신호의 채널 수가 1개에서 40개 사이에서 변화할 때, 제안된 증폭기는 1530.
- 이 성능 변화에는 단순히 정적인 이득 변화뿐만 아니라 순간적인 이득 변화 (transient effect)도 함께 분석되었다. 또한 레이징 광의 파장과 신호 채널의 파장 사이의 연관성을 조사하기 위해 채널별로 시간에 따른 이득 변화도 함께 측정 되었다.
- 자동 이득조정 기능을 확인하기 위해 입력 채널 수를 변화시키는 실험이 수행되었다. 그림 6은 그 결과를 보여주는데, 아래쪽 그래프로부터 위쪽으로 올라가면서 WDM 채널의 수는 각각 1, 2, 5, 10, 30, 그리고 40 개 사용되었다.
대상 데이터
- 낮은 입력 세기 영역을 해결하기 위해 본 논문에서는 직렬연결된 두 개의 광학적인 회전루프와 고정형 이득 평탄화 필터(gain flattening filter; GFF)가 적용된 이단 증폭기 구조가 제안되고 구현되었다. 1530.33 nm (첫번째 채널)과 1561.42 nm (마지막 채널) 사이의 전 C 파장대역에 걸쳐 있는 40 채널들을 이용하여 입력 채널수의 큰 변화나 입력 세기의 큰 변화 하에서 이 증폭기의 성능이 조사되었다. 이 성능 변화에는 단순히 정적인 이득 변화뿐만 아니라 순간적인 이득 변화 (transient effect)도 함께 분석되었다.
이론/모형
- 각 단에 있는 귀환 루프의 구조는 같은데, 에르븀 첨가 광섬유(erbium-doped fiber; EDF)에서 발생하는 증폭자발방출(amplified spontaneous emission; ASE) 중에서 WSC(wavelength selection coupler)필터에 의해 1528 nm의 파장이 선택되고, 이 빛의 세기 중에서 10% 가 10 dB 광세기 분할기에 의해 다시 EDF속으로 재입력되도록 구성되어 있다. WSC 필터는 100GHz 주파수 간격의 WDM 신호들을 분리하거나 결합시키기 위해 사용되는 ADM (Add/Drop multiplexer) 필터를 이용하였고 이 필터의 3 dB 투과 선폭은 0.3 dB 이하다. 광아이솔레이터 (isolator; ISO)가 귀한 루프 속에서 선택되어 진행되는 광의 진행방향을 한쪽 방향으로만 고정시켜주어서 이 광이 루프 속에 있는 EDFA의 이득에 의해 레이징 광이 된다.
- 이득을 조정하는 방법으로 출력세기의 변화를 감지하여 광증폭기의 펌프 세기가 변하도록 피드백 시켜주는 전자적인 방식[3,4]이 상업적으로 많이 이용되고 있지만 최근 광학적인 방법을 채택한 시도들이 제안되고 있다. 이를 위해 완전 광학적인 이득 조정(all-optical gain control; AOGC) 방법이 제안되었는데 이는 브래그 격자 공진기[5-7] 나 피드백 루프등[8]-[10]을 이용하여 구현되었다. 이 방법은 빠른 이득회복속도와 외부 조정을 필요로 하지 않는다는 점 때문에 매력적이다.
성능/효과
- 1 dB 였다. 40개의 신호 채널 중 동시에 39 채널들이 삽입이나 탈락될 때 생존해있는 신호 채널의 시간에 따른 이득 변화 효과 (transient effect)는 정적 이득 변화(steady-state gain variation) 보다 크지 않았다. 또한 어떠한 증폭기 특성의 변화도 유발하지 않으면서 8 dB 손실의 분산보상광섬유(DCF)가 제안된 증폭기의 두 단 사이에 삽입되어 사용될수 있음을 보였다.
- 이 증폭기 구조는 고정형 GFF의 최소한의 도움으로 C 대역 전파장영역에 걸쳐 이득을 평탄화시키면서 동시에 고 이득을 실현시키기 위해 적절히 선택되었다. 덧붙여, 이득 고정을 위한 레이저 광이 각 EDFA를 벗어나게 되면 WSC 필터가 이 광에 15 dB 감쇄를 가하게 되어 레이저 광이 각 EDFA를 벗어나지 못하도록 하여 EDFA 다음에 위치한 광전송 장치들에 대한 영향을 최소화하였다.
- 5 dB 였다. 두 번째 EDFA는 입력신호가 -2 dBm까지 고정된 이득 20 dB를 보였고 이때 최대 이득 편차는 0.6 dB이며 최대 잡음지수(noise figure; NF)는 5.5 dB 였다.
- 40개의 신호 채널 중 동시에 39 채널들이 삽입이나 탈락될 때 생존해있는 신호 채널의 시간에 따른 이득 변화 효과 (transient effect)는 정적 이득 변화(steady-state gain variation) 보다 크지 않았다. 또한 어떠한 증폭기 특성의 변화도 유발하지 않으면서 8 dB 손실의 분산보상광섬유(DCF)가 제안된 증폭기의 두 단 사이에 삽입되어 사용될수 있음을 보였다. 제안된 구조는 AOGC 기능를 가지면서도 C신호 대역 내에서 평탄이득과 동시에 고이득의 출력 특성을 보여주었다.
- 각 스펙트럼에서, 제일 왼쪽의 피크로 나타나는 광은 신호 채널이 아니라 광학적으로 자동 이득조정 기능을 위한 레이저 광으로 여기에 보여지는 세기는 WSC 필터에 의해 그 세기가 감소되 어진 결과이다. 이 결과는 -4 dBm 입력 광세기까지의 넓은 다이나믹 영역 내에서 이득과 이득 평탄화가 동시에 자동적으로 조정되었다는 것을 보여준다. 이 넓은 다이나믹 영역은 EDFA 이단 증폭기구조와 두 개의 독립된 AOGC 루프가 결합되어서 이루어졌다.
- 7 dB로 이 편차는 채널 수에 따라 증가하거나 감소하는 경향이 없으므로 측정오차의 영향이 큰 것으로 생각된다. 이 결과들은 채널 수가 한 개일 때와 사십 개일 때 사이에 이득과 잡음지수에 있어서 의미 있는 차이가 없음을 확인해 주는 것이다.
- 귀환 루프를 통해 광학적 자동 이득조정(all-optical gain control; AOGC) 기능을 가지는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기 (Erbium-doped fiber amplifier; EDFA)들이 직렬로 이단(twostaged) 증폭 구조를 가지며 이 이단 구조 사이에 고정형 이득 평탄화 필터(gain flattening filter; GFF)와, 광감쇄기 (optical attenuator; ATT), 그리고 분상보상 광섬유(DCF)가 장착된 증폭기가 제안되고 구현되었다. 입력 신호의 채널 수가 1개에서 40개 사이에서 변화할 때, 제안된 증폭기는 1530.334 nm와 1561.419 nm (31 nm) 사이의 전 C 파장대역에 걸쳐 최대 0.9 dB의 편차 내에서 25 dB의 일정한 이득을 가졌다. 이 때다이나믹 입력 세기 영역은 -1 dBm까지이며, 이 특성에서 최대 잡음지수는 7.
- 그림에서 마름모 모양은 이득을 사각형 모양의 측정값은 잡음지수를 의미한다. 입력신호의 세기를 변화시키면서 -30 dBm의 소신호 영역부터 이득포화 영역인 -2 dBm까지의 측정 결과가 보여지는데, -4 dBm의 입력 신호까지 일정한 이득인 18 dB가 측정되었고 이때 최대 이득 편차는 0.3 dB이며 최대 잡음지수(noise figure; NF)는 4.5 dB 였다. 두 번째 EDFA는 입력신호가 -2 dBm까지 고정된 이득 20 dB를 보였고 이때 최대 이득 편차는 0.
- 또한 어떠한 증폭기 특성의 변화도 유발하지 않으면서 8 dB 손실의 분산보상광섬유(DCF)가 제안된 증폭기의 두 단 사이에 삽입되어 사용될수 있음을 보였다. 제안된 구조는 AOGC 기능를 가지면서도 C신호 대역 내에서 평탄이득과 동시에 고이득의 출력 특성을 보여주었다.
- 그림 6은 그 결과를 보여주는데, 아래쪽 그래프로부터 위쪽으로 올라가면서 WDM 채널의 수는 각각 1, 2, 5, 10, 30, 그리고 40 개 사용되었다. 채널 수가 한 개로부터 40 개로 바뀔 때에 최대 0.9 dB 이득 변화가 발생했고 이득 파장 평탄화는 1 dB 편차를 벗어나지 않았다. 따라서 입력 채널수가 어떻게 변하는지에 상관없이 각 채널들은 똑같은 5 dBm 출력 세기를 가졌다.
- 6 dB의 평탄화된 이득을 보였다. 최대 잡음지수는 1532.68 nm 에서 7.1 dB, 최저 잡음지수는 1538.98 nm 에서 4.9 dB로 잡음지수의 평균은 5.8 dB였다. 이 고이득과 이득 평탄화는 증폭기와 고정형 GFF를 사용한 적절한 이단 증폭기 구조에 의해 얻어진 것이다.
- 총 40개의 WDM 채널 모두가 적용되었을 때, 제안된 증폭기의 이득과 잡음지수의 측정값이 그림 4에 주어져 있다. 측정 파장 영역 내에서 이득 결과는 최고 25 dB (1531.12 nm)와 최저 24.1 dB (1535.82 nm) 사이에서 파장에 따라 1 dB 편차 내에서 평균 24.6 dB의 평탄화된 이득을 보였다. 최대 잡음지수는 1532.
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