즉 DWDM 장비에 있어 파장을 다중화하는 장치와 더불어 핵심장비로 분류되는 광증폭기는 장거리 광전송 및 광통신 분배선로 부분에서 전송되는 광신호의 광 출력 감소를 보상하기 위해 출력을 증폭하는데 사용되게 된다. 현재 ADSL 등 통신선로에서 100m 마다 전송량과 속도를 증폭시켜 주기 위해 설치돼 있는 리피터와 비슷한 기능을 하고 있다고 보면 된다.
하지만 일반 패킷 데이터가 아닌 광 데이터라 증폭 기술 수준에는 엄청난 차이가 난다.
현재 대부분의 DWDM 장비는 여러 파장을 AWG(Arrayed Waveguide Grating, MUX)에서 다중화하고, 장거리 전송을 위해 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)에서 광신호를 증폭한 후 일부 특정 파장만을 추가 또는 내려주기 위해 OADM(Optical Add/Drop Multiplexers)에 놓이게 되며, 광섬유의 손실을 보상하기 위해 필요한 구간에 EDFA를 둬 광신호를 증폭하게 되는 구조로 돼 있다. 반대로 수신단에서 들어오는 경우에는 여러 파장을 EDFA를 통해 증폭한 후 AWG에서 역다중화해 수신하는 방식을 취하게 된다.
여기서 EDFA는 에드븀 첨가 광섬유 증폭기로 희토류 이온인 에드븀을 광섬유에 도핑한 후에 980㎚ 또는 1480㎚ 파장의 광원에 노출시키면 광섬유를 진행하는 1500㎚ 파장의 광신호가 10㎚ 파장대역에 걸쳐 약 30㏈의 이득이 얻어지는데 이러한 원리를 근거로 만든 증폭기다. 초기에 루슨트에서 제작한 실리카 EDFA는 10Gbps×100채널(C밴드 50GHz 간격 60채널, L밴드 100GHz 간격 40채널)의 1T비트 급DWDM 장비에 들어가는 83.3㎚의 증폭 대역을 갖는 광 증폭기였다.
광증폭기의 업그레이드가 요구되고 있는 이유는 최근 DWDM 광전송시스템이 장비의 비약적인 발전으로 전송량이 폭발적으로 늘어나고 있다는데 있다. 따라서 이를 효과적으로 수용해 줄 수 있는 광증폭기가 필요하다. 이미 DWDM 장비의 전송량이 1테라비트를 넘어서고 있어 이 전송량을 증폭하기 위해서는 100㎚ 이상의 이득 대역폭을 갖는 광 증폭기가 필요하게 된 것이다.
최근 1570∼1610㎚의 장파장 대역 64채널 DWDM 장비가 출현하면서 기존의 EDFA의 대역폭을 넘어서는 광증폭 기술로 듀얼 C/L밴드 EDFA, tellurite-based EDFA, Tm-DFA, Pr-DFA, FRA(Fiber Raman Amplifer 광섬유 라만 증폭기) 등이 소개되고 있지만 가장 주목받고 있는 것은 듀얼 C/L밴드 EDFA와 FRA다.
전자는 국내 ETRI에서 개발한 10Gb/s×64채널 WDM 시스템의 광 증폭기와 같이 C/L밴드 평행구조를 갖고 있는 것으로 WDM 광커플러를 사용해 1,530∼1,560㎚ 파장 대역과 1,570∼1,610㎚ 파장 대역을 공간적으로 구분한 후 각각 C밴드 EDFA와 L밴드 EDFA를 통해 증폭시킨 다음 다시 광 커플러를 사용해 두 파장 대역을 하나의 광선로로 합치는 구조로 돼 있다. 광증폭기에 있어 가장 중요한 것이 펌프용 고출력 레이저 다이오드(LD)인데 기존에 개발된 LD를 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있어 이미 많은 DWDM 장비개발 연구에 사용되고 있다.
반면 FRA의 경우에는 ETRI의 자료에 보면 이미 70년대 FRA 연구가 진행됐지만 EDFA의 출현으로 빛을 잃고 말았지만 100㎚ 이상의 이득 대역폭을 얻기 위한 필수적인 기술로 최근 각광받고 있다고 적고 있다.
FRA는 1,550㎚에서 이득 대역폭이 40∼60㎚에 이르며 이득 평탄화 필터를 사용하지 않고도 10∼20㎚의 넓은 대역폭을 얻을 수 있다고 ETRI는 설명하고 있다.
특히 FRA와 EDFA를 병행해 사용하는 방법이 가장 주목받고 있는데 이미 NTT에서 1,530㎚ 이하의 대역과 1,540㎚ 대역을 나눈 두 밴드의 평행 구조를 사용해 132㎚의 전체 증폭 대역폭을 얻기도 했다.
FRA는 현재 상용 DWDM 시스템에 적용되고 있는데 EDFA와 달리 특수한 광섬유가 필요치 않고 입력펌프가 없을 경우에도 부가적인 손실이 없다는 장점이 있다.
반면 충분한 이득을 얻기 위해 필요한 광섬유의 길이가 EDFA에 비해 100배 이상 길어야 하고, 고출력 펌핑 광원이 필요하게 돼 아직도 기술 상용화에는 난점이 많다는 지적이다.
하지만 전문가들은 100㎚를 넘는 증폭 대역을 위해서는 FRA의 도입이 불가피할 것으로 내다보고 있다. ETRI는 적당한 펌프 광원만 존재할 경우 특별한 광섬유의 설치 없이 기존의 전송용 광섬유를 사용해 어느 대역에서나 광 증폭이 가능하므로 기존 포설된 광선로를 이용할 수 있으며 EDFA 출력에 여유분을 제공함으로써 광 링크의 설계를 용이하게 해주고 증폭기 사이의 간격을 크게 해 증폭기 개수도 줄이는 등 비용 절감 효과가 크기 때문으로 분석하고 있다.
한편 ETRI는 FRA의 필요성이 절실하지만 현재의 기술적 동향으로 볼 때 우선 대역폭의 확장 보다는 기존의 EDFA와 C/L밴드 EDFA의 대역폭 안에서 채널 간격을 줄여 DWDM으로 향하는 것과 함께 FRA를 함께 채택해 링크 마진을 확장시켜 나가는 것이 경제성과 함께 기술적 난이도를 헤쳐 가는 주된 방향이 될 것이라고 전망하고 있다.
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