EDFA의 적용

광 증폭기는 광통신 네트워크의 핵심 기술로, 광섬유 손실 한계를 극복하여 수백 킬로미터에서 수천 킬로미터에 이르는 거리에 걸쳐 수 테라비트급 데이터를 전송할 수 있도록 합니다. 광통신 시스템에서 널리 사용되는 최초의 광 증폭기인 EDFA는 WDM 시스템의 도입과 함께 전송 용량의 급격한 증가를 가져왔습니다. 고출력, 고이득, 넓은 대역폭, 편파 독립성, 낮은 잡음 지수 등의 특징을 갖춘 EDFA는 차세대 광통신 시스템의 핵심 부품 중 하나가 되었습니다. 그렇다면 EDFA란 무엇일까요? EDFA의 작동 원리를 알고 계신가요?

 

에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA)는 광섬유 통신 시스템을 통해 전송되는 광 신호의 세기를 증폭하는 데 사용되는 광 중계 장치입니다. 광섬유에 희토류 원소인 에르븀을 첨가하여 유리 섬유가 특정 주파수의 빛을 흡수하고 다른 주파수의 빛을 방출할 수 있도록 합니다.

 

에르븀 도핑 파이버(EDF)는 에르븀으로 도핑된 기존 실리카 파이버인 EDFA 기술의 핵심입니다. 에르븀에 적절한 파장(980nm 또는 1480nm)의 광 에너지를 조사하면 장수명 중간 상태로 전이된 후 1525~1565nm 대역의 빛을 방출하여 기저 상태로 돌아갑니다. 에르븀은 980nm의 빛에 의해 펌핑될 수 있는데, 이 경우 불안정한 단수명 상태를 거쳐 준안정 상태로 빠르게 전이됩니다. 1480nm의 빛에 의해 펌핑될 경우 준안정 상태로 직접 전이됩니다. 준안정 상태에 도달하면 1525~1565nm 대역의 빛을 방출하여 기저 상태로 전이됩니다. 이 전이 과정은 기존 빛에 의해 자극될 수 있으며, 이로 인해 증폭이 발생합니다. EDFA의 작동 원리는 그림 1에 나와 있습니다.

 

EDFA 구성은 주로 EDF, 펌프 레이저, 그리고 신호와 펌프 파장을 결합하여 EDF를 통해 동시에 전파될 수 있도록 하는 부품(종종 WDM이라고 함)으로 구성됩니다. 원칙적으로 EDFA는 펌프 에너지가 신호와 같은 방향(순방향 펌핑), 반대 방향(역방향 펌핑), 또는 두 방향 모두로 전파되도록 설계될 수 있습니다. 펌프 에너지는 980nm 펌프 에너지, 1480nm 펌프 에너지 또는 이 둘의 조합일 수 있습니다. 실제로 가장 일반적인 EDFA 구성은 그림 2와 같이 980nm 펌프 에너지를 사용하는 순방향 펌핑 구성입니다.

 

EDFA가 무엇이고 EDFA의 작동 원리를 살펴본 후, EDFA의 지원서 양식과 활용 분야에 대해 알아보겠습니다.

 

EDFA를 부스터 증폭기로 사용할 경우, 그림 3과 같이 다중화된 다중 파장 신호의 출력 전력을 향상시키기 위해 광 송신기 출력에 배치됩니다. 이를 통해 광통신 전송 거리를 확장할 수 있습니다. 이러한 응용 분야는 EDFA 에 더 높은 출력 전력을 요구합니다.

 

EDFA의 적용 분야는 다음과 같습니다.

 

(1) EDFA는 대용량, 고속 광통신 시스템에 적용될 수 있다. EDFA의 적용은 OEO 중계기 부족으로 인한 수신기 감도 저하 및 짧은 전송 거리 문제를 해결하는 데 매우 효과적이다.

 

(2) EDFA는 장거리 광통신 시스템에 활용될 수 있습니다. EDFA를 활용하면 중계기 간격을 늘려 재생 중계기 수를 줄일 수 있어 구축 비용을 획기적으로 절감할 수 있습니다. 장거리 광통신 시스템은 주로 육상 간선 광전송 시스템과 해저 광섬유 케이블 전송 시스템으로 구성됩니다.

 

(3) EDFA는 광섬유 가입자 접속망 시스템에 사용될 수 있습니다. 전송 거리가 너무 길 경우, EDFA는 회선의 전송 손실을 보상하는 회선 증폭기 역할을 하여 가입자 수를 크게 증가시킵니다.

 

(4) EDFA는 파장 분할 다중화(WDM) 시스템, 특히 고밀도 파장 분할 다중화(DWDM) 시스템에 사용될 수 있습니다. WDM 시스템에서 EDFA를 활용하면 삽입 손실 문제를 해결하고 색 분산의 영향을 줄일 수 있습니다.

 

(5) EDFA는 지역 안테나 텔레비전(CATV) 시스템에 활용될 수 있습니다. CATV 시스템에서 EDFA는 부스터 증폭기 역할을 하여 광 송신기의 입력 전력을 크게 향상시킵니다. 광 전력 분배기의 삽입 손실을 보상하기 위해 EDFA를 활용하면 분배망 규모를 크게 확대하고 가입자 수를 늘릴 수 있습니다.