EDFA에 대해 알아야 할 모든 것

광 증폭기란 무엇인가요?

광 증폭기는 광 신호에 이득을 제공하는 데 사용됩니다. 광 증폭기의 핵심은 이득 매질입니다. 광섬유 증폭기는 펌핑되어 population inversion과 이득을 구현합니다. 이득은 일반적으로 이득 매질, 펌프 소스 및 입력 신호와 관련이 있습니다. 펌프 소스의 기능은 이득 매질을 활성화하여 population inversion을 생성하는 것입니다. 그리고 신호는 활성화된 이득 매질을 통해 유도 방출을 생성하여 최종적으로 증폭을 구현합니다. 광 증폭기의 기본 구조는 다음과 같습니다:

기본 광 증폭기 구조

일반적인 광 증폭기 유형에는 다음과 같이 세 가지가 있습니다.

광 증폭기의 유형

• Semiconductor Optical Amplifier(SOA)

• 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)

• Raman Fiber Amplifier(RFA). 

광 증폭기는 광섬유 통신 기술에 질적인 도약을 가져옵니다. 광 증폭기의 빠른 상용화와 함께 WDM 기술은 높은 성숙 단계에 이르렀습니다. 광 증폭기와 WDM 기술의 결합은 큰 비용 없이 광통신 시스템의 용량 확장을 유연하고 편리하게 실현할 수 있습니다. 

EDFA 증폭기는 뛰어난 성능으로 인해 오늘날 가장 널리 상용화된 유형이지만, 좁은 대역폭으로 인해 높은 광대역 및 전광 증폭에 대한 요구를 충족하는 데 한계가 있습니다. 따라서 전광 증폭기인 RFA 증폭기도 향후 잠재력이 있는 것으로 여겨집니다. 다음으로 이 글에서는 가장 상용화된 EDFA 증폭기에 대해 자세히 소개합니다.

EDFA란 무엇인가요?

위에서 언급했듯이, EDFA는 광 증폭기의 일종으로 Erbium-Doped Fiber Amplifier를 의미합니다. EDFA 증폭기는 광섬유 통신 분야의 가장 위대한 발명품 중 하나로, 광섬유 통신 용량을 크게 증가시킵니다. EDFA는 일반적으로 장거리 광섬유 통신 시스템에서 광 증폭을 구현하고 광 감쇠를 줄이는 데 사용됩니다.

EDFA 구조

다음 그림은 EDFA의 기본 구조를 보여줍니다.

EDFA 구조도

일반적인 EDFA 증폭기 주로 다음 구성 요소로 이루어져 있습니다:

• Erbium-Doped Fiber: EDFA의 핵심입니다. 희토류 원소인 에르븀을 석영 광섬유에 도핑하여 만들어집니다. 

• 펌핑 레이저: 에르븀의 에너지를 높이는 데 사용됩니다. 1480nm 파장이 가장 잘 작동하는 것으로 입증되었으며, 그다음은 980nm 파장입니다.

• 아이솔레이터: 광 신호가 반사되는 것을 억제하고 광 증폭기가 안정적으로 작동하도록 하는 데 사용됩니다.

• 커플러: 광 신호와 펌프 광을 에르븀 첨가 광섬유에 결합하는 데 사용됩니다.

• 광 필터: 대역폭이 1nm 이내인 협대역 통과 광 필터. EDFA의 자연 방출광을 제거하는 데 사용됨 증폭기 EDFA 노이즈를 줄이기 위해.

EDFA 광섬유 증폭기의 작동 원리

EDFA는 주로 에르븀 첨가 광섬유(10~30 meters)와 펌핑 레이저(980nm 또는 1480nm 파장)로 구성됩니다. 펌핑 레이저에 의해 자극을 받은 후, 에르븀 첨가 광섬유는 준안정 고여기 상태에 들어가 유도 방출을 생성하여 입력 광 신호를 증폭합니다. 일반적으로 EDFA는 15-40dB의 이득을 얻을 수 있으며, 중계 거리는 100km 이상 연장될 수 있습니다.

EDFA에 대해 궁금해하실 수 있는 질문

1. Er 첨가 광섬유 증폭기가 가장 널리 사용되는 이유는 무엇입니까? 광학 분야에서 어떤 희토류 이온도 사용할 수 있습니까 증폭기 어븀은 제외인가요?

Er 첨가 광섬유 증폭기 외에도 Pr 첨가 및 Tm 첨가 광섬유 증폭기도 있습니다.

• EDFA (Er-doped Fiber Amplifier)는 1550nm 파장에서 작동합니다.

• PDFA(Pr 도핑 광섬유 증폭기)는 1300nm 파장에서 작동합니다.

• TDFA (Tm-doped Fiber Amplifier)는 1400nm 파장에서 작동합니다.

EDFA의 동작 파장은 광통신의 최소 손실 창과 정확히 일치하며, 이는 EDFA가 가장 널리 사용되는 이유 중 하나입니다.

2. 펌프 소스로 980nm와 1480nm가 선택되는 이유는 무엇인가요?

광원의 파장은 520nm, 650nm, 980nm, 1480nm일 수 있지만, 실제 적용에서 980nm와 1480nm의 펌프 효율이 다른 파장보다 높다는 것이 입증되었습니다. 1480nm에서 펌핑되는 EDFA의 펌프 효율은 980nm에서보다 높습니다. 그러나 980nm 펌프 광원은 잡음 지수가 더 낮으므로, 더 나은 잡음 성능이 필요하다면 980nm를 더 권장합니다.

EDFA의 장점 

EDFA 증폭기는 가장 널리 사용되는 광 증폭기로, 다음과 같은 많은 장점이 있습니다:

• 광통신의 최소 손실 창에서 작동합니다. EDFA는 1550nm 파장에서 작동하며, 이는 단일 모드 광섬유의 최소 감쇠 창과 정확히 일치합니다.

• 높은 결합 효율. EDFA와 전송 광섬유의 결합 손실은 매우 낮으며, 0.1dB보다도 낮습니다.

• 낮은 잡음 지수. 4~7dB.

• 고이득. 20~40dB

• 높은 출력 전력: 양방향 펌핑은 최대 20dBm까지 도달할 수 있습니다.

• 넓은 주파수 대역폭. 1550nm에서 20~40nm의 넓은 주파수 대역폭은 다중 경로 신호의 동시 증폭을 지원합니다.

• 낮은 필요 펌프 전력. 약 10mW에 불과합니다.

• 전체 광섬유 구조. 광섬유 통신 시스템과 완벽하게 호환됩니다.

• 높은 안정성. EDFA의 이득은 온도에 둔감하며 편광 독립성을 가집니다.

EDFA 애플리케이션: EDFA + WDM

EDFA 증폭기는 위에서 언급한 것처럼 많은 장점을 가지고 있으므로, 다음과 같은 여러 응용 분야에서 널리 사용되어 왔습니다.

EDFA 애플리케이션:

• WDM 시스템

• 광 솔리톤 통신

• 배전 네트워크 

최근 몇 년 동안 WDM ((Wavelength Division Multiplexing)) 기술과 EDFA 증폭기의 결합은 고속 대용량 광섬유 통신 시스템에서 주류가 되었습니다. 아래의 일반적인 WDM 시스템 구조를 보면, WDM 기술과 광 증폭기의 결합으로 광섬유에서 전송되는 파장이 여러 배 증가했음을 알 수 있습니다.

WDM 시스템 구조

WDM 시스템에서 사용되는 EDFA 광 증폭기는 주로 광섬유 전송 손실을 보상하기 위한 것입니다. EDFA 증폭기는 WDM 시스템에서 위치와 기능에 따라 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다:

1. 부스터 증폭기. 멀티플렉서 뒤에 위치하며, 다중화 후 여러 파장 신호의 출력을 높이는 데 사용됩니다. 높은 출력이 필요합니다.

2. 라인 증폭기: 부스터 증폭기 뒤에 위치하며, 전송 손실을 주기적으로 보상하는 데 사용됩니다. 낮은 노이즈 지수와 높은 출력 전력이 필요합니다.

3. 프리앰프: 역다중화기 앞과 라인 증폭기 뒤에 위치하며, 신호를 증폭하고 수신기의 수신 감도를 높이는 데 사용됩니다. 매우 작은 잡음 지수가 필요합니다.

결론

광 증폭기, 특히 EDFA는 광통신 시스템의 중요한 구성 요소입니다. EDFA는 1550nm 파장에서 작동합니다. 상용 EDFA 증폭기는 낮은 노이즈 지수, 우수한 이득 곡선, 넓은 증폭 대역폭, 파장 분할 다중화(WDM) 시스템과의 호환성, 높은 펌프 효율 및 안정적인 성능이라는 장점을 가지고 있습니다. 현대의 장거리 및 고속 광통신 시스템에서 선호됩니다. 현재 "EDFA+DWDM"은 국제 장거리 및 고속 광섬유 통신 전송의 주요 기술 솔루션이 되고 있습니다.

QSFPTEK는 저소음, 이득 평탄화 성능을 특징으로 하는 부스터 증폭기와 전치 증폭기를 제공하며, 장거리 DWDM 솔루션 구축을 위한 광 링크 전력 예산을 비용 효율적으로 확장하는 것을 목표로 합니다. [email protected]을 통해 문의해 주십시오.