Wavelength division multiplexing (WDM) system is an attractive means for large capacity transmission systems and flexible optical networks. One of the key components for the WDM transmission system is an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) which is employed to compensate for the loss of fiber spans and network elements A long haul transmission system consists of tens of EDFAs and optical cross connection systems to route optical channels as a function of traffic and networks, When channels are added or dropped, the power of the surviving channels decreases or increases due to cross saturation in the amplifiers. Power excursion of surviving channels can cause signal distortion due to nonlinear effects or degradation of SNR. To overcome these problems, the transient effects in the optical amplifiers must be controlled.
In this thesis, we implemented and demonstrated a simple and effective test-bed based on re-circulating loop to study transient effect in optical amplifiers. The re-circulating loop simuates long haul transmission system with many optical amplifiers. The re-circulating loop consists of three AOMs, 2 × 2 coupler, VOA, AOTF, and two EDFA. By using the input power/ch of -16dBm, gain of 20 dB, and 6channels drop of 12 channels. The measured results are agreed with the numerical simulation results.
We compared two different transient control methods, the link control and the pump control, to reduced the transient effects in EDFAs. In the link control method, we could cascaded about 8 EDFAs chain within 1 dB power excursion of surviving channels. In the pump control method, we can accommodate about 14 EDFAs.
The proposed method can be useful to study transient effects in optical amplifier cost effectively.
본 논문에서는 장거리 파장 분할 다중 광전송 시스템에서 광분배 장치나 광분기 결합 장치 후에 바뀔 수 있는 채널 수의 변화에 의해 발생할 수 있는 광증폭기의 과도 현상이 광전송 시스템에 미치는 영향을 예측, 분석할 수 있는 경제적인 방법으로 recirculating loop 구조를 이용하여 제안하였다. 그리고 recirculating loop구조에서 광신호가 다단의 광증폭기를 거치면서 발생하게 되는 과도 현상을 억제하기 위하여, 펌프 광원에 의한 과도 현상 억제 방법과 링크 조절 채널을 이용한 과도 현상 억제 방법을 도입하고 그 특성을 비교 분석하였다.
Recirculating loop를 구현함에 있어서 사용되는 광소자 및 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 개수를 줄이기 위해서는 recirculating loop duration을 줄여야 한다. 이를 위해서는 총 입력 파워를 높여야 하지만, 이러면 광증폭기의 이득도 올려야 하므로 적절한 총 입력 파워를 결정해야 한다. 본 논문에서는 전산 모의를 통해 직렬 연결된 광증폭기의 과도 상태의 특성을 정량적으로 예측하여 recirculating loop를 설계할 수 있음을 볼 수 있었다. 본 실험에서 사용된 전송 선로의 길이는 130 km이었고, 이에 대한 span loss와 다른 구성 device들의 삽입 손실을 보상하기 위해 loop안에 2개의 광증폭기를 사용하였으며, -16 dBm/ch x 12일 때 20 dB의 이득을 갖도록 구성하였다. Loop는 AOM2와 AOM3를 이용하여 폐루프를 형성하였고, 채널의 애드/드롭의 이벤트 발생을 위해 AOM1을 조정하였다.
구성된 recirculating loop에서 12 채널 중 6채널의 드롭이 발생하였을 때, 직렬로 연결된 광증폭기의 과도 현상은 전산 모의 결과와 동일한 경향성을 보였다. recirculating loop을 1번 돌았을 때 생존 채널이 1dB의 power excursion이 생기는데 걸리는 시간은 8.4 us이었다. 12채널 중 반에 해당하는 6채널이 드롭할 경우, 2개의 어븀 첨가 광섬유 증폭기를 거치고 나면 8.4 us안에 1 dB의 power excursion이 발생하였다. 이러한 과도 현상은 광증폭기를 수를 많이 지날수록 더더욱 빨라져서 20개의 증폭기를 지났을 때 1 us 안에 1 dB 이상의 power excursion이 발생하였다.
이렇게 발생하는 과도 현상을 억제하기 위하여 링크 제어 방법과 펌프 광원을 조절하는 방법을 사용하였다. 링크 채널을 이용하여 입력되는 총 광파워를 일정하게 제어하는 방법은 recirculating loop 1번 돌았을 때 약 0.3 dB의 power excursion을 보였으며, 7~8개의 광증폭기를 지나게 되면 1 dB 이상의 power excursion을 나타내었다. 광증폭기 각각에 대해서 펌프 광원을 조절하여 입력되는 광파워에 따라 일정한 밀도 반전율을 맞추어 주었을 때에는 약 0.2dB 이하의 power excursion을 보였고, 링크 채널을 조절하였을 때보다 제어 속도가 떨어졌음에도 불구하고 더 좋은 제어 성능을 보여 1 dB이하로 12개의 광증폭기를 지날 수 있음을 알 수 있었다.
구현된 링크 제어 방법과 펌프 광원 제어 방법의 제어 속도가 달라 정확한 비교 평가는 힘들지만, 펌프 광원 제어는 제어 속도가 훨씬 느림에도 불구하고 relaxation oscillation 없이 더 좋은 성능으로 제어되며 정상 상태에 이르는 settling time이 늘어나지 않는 장점이 있다. 따라서, 펌프 광원 제어 방법이 장거리 파장 분할 다중 광전송 시스템을 recirculating loop으로 모사하여 과도 현상을 살펴볼 때, 링크 제어 방법보다는 훨씬 더 많은 광증폭기를 거쳤을 때 나타나는 과도 현상까지도 관측 가능하며 정상 상태에 이르는 settling time의 변화가 크지 않으므로 reliable하게 제어 할 수 있다.
