Erbium첨가 광섬유 증폭기에서 증폭된 자연방출광(ASE) 출력의 일부를 대역투과 파장 필터를 거쳐 입력단으로 루프 귀환시켜 광증폭기를 특정 파장에서 발진시킴으로써 신호광에 대한 증폭 이득을 일정치에 고정시켰다. 증폭 이득과 ASE 출력 스펙트럼은 광증폭기가 발진하는한 입력광 power나 펌프광 power의 변화에 대하여 무관하였으며 귀환 루프의 손실에만 의존하였다. 또한 광증폭기에 저속으로 변조된 대신호가 입사하는 경우에도 이득포화에 의한 파형 왜곡없이 증폭이 가능하였다.
Erbium이 첨가된 광섬유를 이득 매질로 하여 광섬유 loop mirror가 포함된 '8' 자 형태의 고리형 광섬유 레이저를 구성하였다. Loop mirror내의 양방향으로 진행하는 두 광파간의 비선형적 위상차로 인하여 loop mirror의 투과율이 입사광 강도에 의존함으로써 수동형의 모드록킹이 가능하였으며, 외부 perturbation 이나 변조소자의 도움없이도 공진기내의 편광조절기만의 조절에 의해 모드록킹ㅇ르 시작시킬 수 있었다. 또한 모드록킹에 의한 펄스 출력 파형을 비선형 loop mirror의 투과특숭과 관련하여 고찰하여 보았다.
An erbium doped fiber amplifier(EDFA) pumped by aingle 1.48$\mu$m LD was fabricated, and its gain and noise characteristics were measured. As a signal source, 1548 nm wavelength DFB LD was used. The small signal net gain of the EDFA module was 21.8 dB with maximum gain coefficient 0.7dB/mW for the erbium fiber length of 17.6 m, the pump power of 58 mW, and an input signal power of -25 dBm, respectively. The saturation power of the EDFA was 1 dBm for the input signal power of -5 dBm and the noise figure, measured by using an optical spectrum analyzer, was 5.8 dB for the input signal power of -40 dBm.
채널 간격이 50 GHz 인 64 채널 파장분할 다중화 광신호를 위한 고출력 이득 평탄화된 L-band 광증폭기의 구조가 최적화되고 이 증폭기의 출력 특성이 측정되었다. 1570 nm 에서 1600 nm 사이에서 그리고 -2 dBm 입력조건 하에서, 최적화된 이단증폭기는 1 dB 오차 내에서 파장에 따른 평탄화된 이득을 가지며 이득 값은 20 dB 였다. 잡음지수는 6 dB 이내로 최소화 되었다. 추가적인 소자의 도움 없이 EDF 의 특성만을 고려하여 이득평탄화가 구현되었다. 증폭기는 2단 증폭단으로 구성되며 각 증폭단은 EDFA 구조를 기본으로 하였다. 각 단에서 EDF의 길이와 펌핑 구조들이 실험을 통해 최적화 되었다.
자유 공간 광통신 시스템에서 발생하는 대기 외란에 의한 광신호 변동을 억제하기 위하여 전광(all-optical) 자동 이득 조절(automatic gain controlled, AGC) 어븀 첨가 광섬유 증폭기(erbium-doped fiber amplifier, EDFA)를 활용할 때의 성능을 실험적으로 평가하였다. EDFA에 입력되는 광신호 입력을 -30 dBm과 -10 dBm으로 각각 설정하여 증폭기가 소 신호 영역과 포화 영역에서 동작할 때의 성능을 실험적으로 비교하였다. 이 때 광신호의 요동은 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator, AOM)를 활용하여 구현하였다. 실험 결과로부터 EDFA가 소 신호 영역에서 동작하며, 피드백되는 증폭된 자발 방출(amplified spontaneous emission, ASE) 광 전력이 0 dBm으로 증폭기를 포화시킬 수 있는 경우에 가장 작은 광신호 요동 특성을 얻을 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 고농도로 도핑된 Bismuth 기반 어븀첨가 광섬유 증폭기의 이득 및 노이즈 특성을 정확히 예측하기 위하여 필요한 이론적 모델링 기법에 대한 연구를 수행 하였다. 고농도의 Erbium 이온이 첨가되었을 때 발생하는 Clustering 현상에 기인한 Inhomogeneous Broadening현상, Cooperative Upconversion 현상, Pump Excited State Absorption과 Signal Excited State Absorption 현상 등 모든 현상을 고려하여 6 레벨 증폭기 System Model을 제시하고 이를 전산모사하여 실험치와 비교함으로써 제시된 모델의 유효성을 검증하였다.
실리카가 주 매질인 에르븀 첨가 광증폭기의 1545-1557 nm의 파장 영역에서 이득 스펙트럼 특성과 EDFA를 여러 번 통과하면서 누적되는 특성을 측정, 분석하였다. 파장에 따른 이득 차이가 최소인 이득은 에르븀 첨가 광섬유의 길이가 정해지면 단일하게 결정되고(G$_{0}$), 이득 불균일의 정도는 동작 이득이 G일 때 G$_{0}$-G에 거의 비례하며 비례상수는 0.1~0.2 dB/dB의 값을 갖는다. 에르븀 첨가 광증폭기를 여러 번 지날 때 파장에 따른 이득불균일 및 신호대 잡음비 불균일은 계속 누적되며, 그 양은 통과한 EDFA의 수에 비례한다. 입력 신호광 세기 -20 dBm/ch., 이득 21 dB에서 최적화된 EDFA를 제작하여 파장에 따른 이득 및 잡음지수 특성을 측정한 결과, EDFA 12회 통과 후 파장에 따른 이득차는 5 dB, 잡음지수는 3 dB의 값을 나타냈다.
1530nm 파장 대역이 L밴드 (long-wavelength-band) EDFA(erbium-doped fiber amplifler)를 위한 펌프 파장으로 연구되었다. 이 펌프 광원은 파장 가변 광원과 직렬 연결된 C 밴드 (conventional-band) EDFA로 제작되었다. 이 L밴드 EDFA는 순방향 펌핑 구조를 사용하였다. 1530nm 대역 내에서 1545nm 펌프 파장을 사용하였을 때 0.454B/mW 이득 계수를 얻었는데 이는 기존에 사용되는 1480nm 파장으로 펌핑 하였을 경우보다 2배 이상 높은 수치이다. 1530nm 파장 펌핑의 잡음지수는 가장 좋지 않은 경우가 6.36dB였는데 이는 1480nm 펌핑보다 0.75dB 높은 값이다. 제안된 펌핑 파장을 이용하는 L밴드 EDFA에서 얻은 이 같은 골은 이득 계수는 이 L밴드 EDFA가 전력 소모를 적게 한다는 것을 의미한다.
We have evaluated the suppression effect of atmospheric-turbulence-induced optical scintillation in terrestrial free-space optical (FSO) communication systems using a gain-saturated erbium-doped fiber amplifier (EDFA). The variation of EDFA output signal power has been measured with different amounts of gain saturation and modulation indices of the optical input signal. From the measured results, we have found that the peak-to-peak power variation was decreased drastically below 2 kHz of modulation frequency, in both 3-dB and 6-dB gain compression cases. Then, the power spectral density (PSD) of optical scintillation has been calculated with Butterworth-type transfer function. In the calculation, different levels of atmospheric-turbulence-induced optical scintillation have been taken into account with different values of the Butterworth cut-off frequency. Finally, the suppression effect of optical scintillation has been estimated with the measured frequency response of the EDFA and the calculated PSD of the optical scintillation. From our estimated results, the atmospheric-turbulence-induced optical scintillation could be suppressed efficiently, as long as the EDFA were operated in a deeply gain-saturated region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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