KR0160135B1 - 광신호 증폭기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양호한 활성재료로 도프된 유리몸체에 통합된 도파관을 가진 광신호 증폭기에 관한 것으로, 증폭된 신호는 상기 도파관을 통해 전송되고 펌프파워는 하나의 말단에서 도파관으로 커플링된다. 상기 도파관은 스피랄 형태의 근접한 가이드 길이, 거울 사이에서의 지그재그형 통로 또는 연속쌍의 통로의 다른 말단에서 반원형과 연결된 평형통로로 구성된다.

Description

광신호 증폭기 및 그 제조방법

제1도는 종래기술에 의해 제조된 광신호 증폭기의 개략도이다.

제2도는 본 발명의 한 실시예에 의해 제조된 광신호 증폭기의 개략도이다.

제3도는 통합 광기술 및 평형 거울을 사용하여 제조된 본 발명의 증폭기 도파관의 한 예를 도시한 것이다.

제4도는 통합 광기술 및 곡선통로 연결을 이용하여 제조된 본 발명의 증폭기 도파관의 두번째 예를 도시한 것이다.

제5도는 통합 광기술 및 스피랄(나선형, spiral) 통로를 사용하여 제조된 본 발명의 증폭기 도파관의 세번째 예를 도시한 것이다.

본 발명은 광신호 증폭기에 관한 것이며, 좀더 상세하기로는 통합(integrated) 광기술에 의해 제조된 증폭기에 관한 것이다.

광도파(waveguide) 신호 증폭기는 예를들면 희토류 금속 옥사이드와 같은 양호한 활성 재료로 도프된(doped) 광유리 도파섬유로 구성되어 활발한 방출에 의해 증폭효과를 개선하는 것으로 알려져 있다. 이들 증폭기는 증폭기 섬유로 상기 도프된 유리증폭기 섬유의 흡수 파장에서 레이저로부터 방출된 펌프광선(pump light), 그리고 상기 도프된 유리 증폭기의 방출 스펙트럼 밴드내의 파장에서 변조된 신호광선을 각 말단중 하나에서 주입시키는 수단을 포함하고 있다.

상기 증폭된 광신호는 상기 증폭기 섬유의 다른 말단에서 광도파 관으로 부터 나온다.

상기 증폭기는 E.Desurvire등의 High-gain erbium-doped traveling-wave fiber amplifier라는 제목하의 Optical Letters, Vo1. 12, No. 11, 페이지 388-390, 1987년 11월에 기재되어 있다. 이러한 형태의 증폭기에 대해 M.C. Farries등은 Operation of Erbium-Doped Fiber Amplifiers and Lasers Pumped with Frequency-Doubled Nd: YAG Lasers라는 제목하의 Journal of Lightwave Technolgy, Vo1. 7, No. 10, 페이지 1474-1477, 1989년 10월에 역시 기술하고 있다.

상기 증폭기는 오늘날 상당히 확장일로에 있는 장거리 광섬유 원거리 통신 시스템에 사용되곤 한다. 요사이 시스템은 광섬유의 감소율(attenuation)이 킬로미터당 10데시벨(decibel) 정도이기 때문에 광신호를 증폭하기 위하여 상기 섬유를 따라 배치된 광-전자 자동중계장치(opto-electronic repeaters)를 함유하고 있다.

상기 광-전자 자동중계장치는 입구에 광을 전기적으로 전환시키는 장치, 전기적 신호를 증폭시키는 전자 증폭기 및 출구에서 전기적 신호를 광으로 전환시키는 장치를 함유한다.

따라서 이들 자동중계장치는 복잡하고, 부담되며 고가이다.

따라서 상기 광-전자 자동중계장치를 직접적으로 광신호로 작동함으로써 광-전자 신호전환을 배제시키는 이점을 보이는 상술한 형태의 증폭기로 대치하는 것이 바람직하다. 필요한 수준의 증폭을 달성하고자 증폭 도파관(amplifier waveguide)의 길이는 광원거리 통신에 사용되는 전형적인 파장중 하나인 1.5㎛에서 전송된 신호의 경우, 현재 1 내지 수 미터 정도이다.

또한 다음과 같은 부가적인 성분 역시 필요하다. 즉, 광섬유를 지지하는 수단(이는 교란(perturbation)에 민감하다), 상기 섬유 말단과 출구 및 입구 섬유와 연결시키는 수단 및 증폭기 섬유를 펌프 레이저에 양호하게 커플링시키는 수단을 들 수 있다.

이들 개개의 수단 모두를 조립하는 것은 상당히 어렵고 결국 고가이며, 그 결과 증폭기는 상당히 부담이 된다.

레이저 도파관은 유리상에서 이온교환법을 사용하여 제조된다. Najafi등은 Ion-exchanged rare-earth doped waveguides라는 제목하에 SPIE VO1. 1128 Glasses for Opto electronics, 1989, pp. 142-144에서 하나의 예로서 네오디뮴-도프된 리튬-실리케이트 유리 기질에서 Ag⁺-Li⁺이온교환에 의해 제조된 슬랩 도파관(slab waveguide)을 제시하고 있다.

590㎚에서 작동하는 색조 레이저(dye laser)는 상기 도파관에 최종 화염으로(end-fire) 커플링되고 네오디뮴-도프된 유리의 방출파장에서 형광을 보일 수 있도록 출력이 조절된다. 상기 Najafi등의 제3도에는 레이저 진동자(oscillator)를 제조하기 위해 거울로서 작동하는 회절격자(gratings)을 가진 슬랩 도파관(slab waveguide)이 도시되어 있다.

레이저 진동기는 신호증폭기는 아닌데, 이는 출력이 입력신호의 함수가 아니기 때문이다. 레이저 진동기는 이득매개수단(증폭기의 압력에 대한 출력비율을 얻을 수 있는 수단, gain medium)및 피드백 수단을 필요로 한다. 상기 이득 매개수다의 1회 횡단(1회 통과이득)에서 짧은 통로길이 및 소량의 이득을 가진 레이저 진동기를 제조하는 것은 가능하다.

상기 이득 매개수단을 통한 다수의 통과는 요구되는 출력수준을 달성하기 위해 필요하다. 상기 레이저 진동기에서 1회 통과 이득은 실질적인 신호증폭기에는 불충분하다. 따라서 거울사이의 진동기 이외의 수단이 신호증폭기의 이득을 증가시키는데 필요하다.

상기 1회 통과 이득을 증가시키는 하나의 수단은 주어진 길이의 신호증폭기 통로에서 최적 활성 물질의 양을 증가시키는 것이다. 그러나 심각한 오염효과가 없이 유리기판에 함유될 수 있는 희토류 도펀트(dopant)의 농도에는 한계가 있다.

그리고 특정 파장 흡수밴드에서 작동하는 시스템에 필요한 도펀트(dopant)의 전체양은 상기 파장에서 도펀트의 펌프 흡수효율{pump absorption efficiency, 면적당 활성 방출양(stimulated emission cross section)}의 함수이다. 그러므로 특정 흡수파장에서 작동하는 시스템에서 사용되는 몇몇 도펀트의 경우, 증폭기 섬유의 상대적인 긴 길이가 실질적인 수준의 증폭기 이득을 달성하기 위해 필요하다.

Siemens에 양도된 독일특허 공보 DE OS 2260987호는 투명유전체(4)와 기질(1) 사이에서 샌드위치된 스피랄 도파관(2)의 형태로 활성재료가 제공된 레이저 진동기에 관한 것이다. 전기 발광재료(5)는 상기 투명 유전체를 덮고 있으며 이는 그 자체 양말단 사이의 전후에서 진동하는 도파관에서 빛을 야기시키도록 한다. 이 레이저 진동기 배치는 진동 때문에 그리고 상기 신호를 스피랄 도파관으로 도입할 수 없고 단지 펌프광선(pump light)만을 도입할 수 있기 때문에 신호 증폭기로 작동할 수 없다.

Siemens로 양도된 독일특허 공보 2140500호 역시 기질에 접착된 굴곡진 결정성 니오디뮴 도파관을 함유하는 광검파기(optical detector)에 관한 것이다. 상기 도파관은 상기 검파기용 문전(問前) 증폭기(gated preamplifier)로서 작동하며 활성재료는 도파관상에 적용된 투명층을 통해 활성화된 광선원(source)에 의해 활성화 된다. 상기 활성화된 방사는 도파관 전체길이에 적용되나 한쪽 말단에는 적용되지 않는다. 도파관은 유리몸체에 통합되지는 않으나 기질에 접착된 단일 결정구조이다.

따라서 본 발명은 경제적이고 조립이 간단하고 최소한의 부품수를 가진 조립품을 필요로 하는 광신호 증폭기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 증폭기 도파관과 광신호를 전달하는 광섬유를 연결하는데 필요한 증폭기 부품을 통합하여 상기 증폭기를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적은 펌프방사(pumping radiation)하에 반전분포(population inversion)을 창출할 수 있는 양호한 활성재료로 도프된 유리 광도파관으로 구성된 활성 방출 광신호 증폭기인 본 발명의 수단에 의해 달성된다. 상기 증폭기는 상기 활성재료의 흡수파장에서 레이저에 의해 방출된 한쪽 말단 펌프파워에서 상기 도파관으로 커플링시키는 수단과 상기 활성재료의 방출파장에서 증폭된 입력신호에 의해 변조된 도파관 신호파워로 커플링시키는 수단을 함유한다. 상기 도파관은 양호한 활성재료로 도프된 유리몸체로 통합된다. 상기 도파관은 주어진 도파관 길이에 필요한 공간을 최소화하기 위해 인접 가이드(guide) 길이와 긴밀하게 유리몸체와 통합된다.

본 발명의 한 실시예에서 광증폭기 가이드 길이는 스피랄 통로(spiral path)를 형성한다. 상기 스피랄 통로는 연속적인 반원형태의 가이드 길이로 구성되는데 이 형태의 반경은 상기 스피랄의 외경으로 부터 중심으로 등차수열(arithmetic progression)로 감소한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서 광증폭기 가이드 길이는 공면상(coplanar)이고 거의 평행이고 굴곡진 도파관 부위는 한쪽면 상에서 한쌍의 인접 가이드 길이를 연결시킨다. 상기 굴곡진 도파관 부위는 가이드 길이의 연속쌍에 대하여 몸체의 다른면 상에 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서 광신호 증폭기는 유리몸체의 두개의 평형면 상에 있는 거울을 함유하며, 도파관은 상기 두개의 거울사이에서 지그재그 형태의 평면 광통로를 한정한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서 도파관은 서로 다른 평면에서 도파관을 형성하기 위해 다른 통로를 연결시키는 수단으로 각기 서로 과부하된(superimposed) 다수의 통로로 구성된다.

또한 본 발명은 광도파관을 양호한 활성재료로 도프된 유리몸체와 통합 및 매장시킴으로써 광신호 증폭기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 통합 및 매장공정은 포토리소 그래픽 마스킹(photolitho graphic masking) 및 이온 교환법에 의해 행하여진다. 상기 도파관은 주어진 도파관 길이의 필요한 공간을 최소화하기 위해 인접 가이드 길이와 상당히 밀접하게 유리몸체에 통합된다. 커플러 역시 상기 도파관의 말단에서 도프된 유리몸체에 통합되며, 한쪽 말단에서의 커플러는 상기 가이드에 펌프 파워입력을 제공하고 다른 말단에서의 커플러는 증폭된 광신호를 나오게 한다.

본 발명에 따라 광신호 증폭기를 제조하는 통합된 광기술을 이용함으로써 다량으로 그리고 저가비용으로 제조할 수 있는 소형 증폭기를 제조할 수 있다.

또한 다른 증폭기 부품이 도파관의 말단에 통합될 수 있는데, 예를들면, 펌프 레이저가 하이브리드 회로에서 피그테일(pigtails)없이 증폭기에 직접 연결될 수도 있다.

제1도는 종래의 광신호 증폭기를 도시하는 것으로 이는 본 발명의 개선점을 평가하는데 상당히 유용하다. 상기 증폭기에 대한 좀더 자세한 사항은 전술한 종래기술에서 언급되었다.

제1도의 증폭기는 예를들면 수미터 길이의 광섬유를 함유하고 있으며 치밀하게 하고자 실패(spool)에 감겨져 있다. 제1도에 세번 감긴 것으로 도시되어 있다. 전술한 바와같이 이 섬유는 펌프 레이저(4) 또는 펌프(4)의 방출하에서 증폭효과를 개선할 수 있는 에르븀(Er³⁺)과 같은 양호한 활성 금속 옥사이드로 도프된 유리로 제조된다. 상기 펌프방출은 이색성 거울(2, dichroic mirror)에 의해 상기 섬유로 전송된다. 통상적으로 상기 펌프레이저는 섬유(1)의 양호한 활성재료의 흡수밴드에 해당하는 파장에서 펌프방사(pumping radiation)을 방출하도록 선택된다. 섬유길이는 펌프의 파워 및 도핑양의 함수이며, 이들은 입력신호를 증폭시키는데 필요한 증폭정도의 함수이다.

파장(λs)의 전송광선에서 변조되고 증폭되며 광섬유(3) 또는 다른 도파관에 전송된 광신호(So)는 이색성 유리(2)에서 반사되어 섬유(1)로 주입된다. 신호(So)는 광섬유(1)에서 활성화된 방출에 의해 증폭된다. 증폭된 다음 신호(Sa)는 섬유(1)의 출구 말단에서 광필터(5)에 의해 펌프 에너지로 부터 분리된다.

그 다음 신호(Sa)는 현존하는 원거리 통신 시스템에서의 자동중계장치(repeater)에 의해서 광전자 증폭후 재전송되는 것과 유사하게 좀더 전송되고자 출구 광섬유(6)로 재차 주입된다. 따라서 제1도의 증폭기는 증폭기 입구에서 그 말단이 커플링된 광섬유(3)의 길이 상에서 신호가 감쇄된 다음 그 신호를 재전송하기 위해 재생하는데 통상 사용되는 광전자 자동중계 장치를 대치할 수도 있다.

상술한 바와같이 1 내지 수미터의 광섬유가 신호(So)에 대해 필요한 증폭도를 달성하는데 필요함에 따라 섬유를 실패 또는 보빈(bobbin)에 감을 필요가 있다. 또한 감겨진 섬유(1)은 부품(2 및 5)에 연결되어야 하고, 입구섬유(3) 및 출구섬유(6)을 연결시켜야 한다. 이는 생산에 불필요한 조립공정을 구성하고 결국 고가를 요한다.

본 발명에 따르면 이러한 문제점은 통합 광기술의 사용에 의해 제거되어, 양호한 활성재료로 도프된 유리몸체에 새겨진 광통로를 한정하는 도파관을 제조한다. 증폭효과는 펌프방사에 의해 야기된 반전분포에 의해 양호한 활성재료로 달성된다. 통합 광기술이 사용되어 도프된 유리몸체로 단위면적당 최대화된 길이의 도파관 통로를 통합시킨다. 따라서 소형의 증폭기가 저가의 대량 생산방법으로 제조된다.

사용된 방법은 본 발명의 출원인에 양도된 미합중국 특허 제4,765,702호(Dohan등), 미합중국 특허 제4,933,262호(Beguin) 및 미합중국 특허 제4,943,130호(Dannoux등)에 기술되어 있다. 예를들면 미합중국 특허 제4,765,702호에는 유리와 같은 투명재료의 몸체 표면상에 포토리소그래픽 마스크를 제조하는 방법이 기술되어 있다.

본 발명에서 요하는 증폭효과를 달성하고자 본 발명자들은 상술한 바와같이 희토류 금속 옥사이드로 도프된 유리몸체를 사용하였다. 상기 마스크는 도파관 형태로 형성되어 상기 몸체로 통합된다. 상기 마스크를 가로지른 형태로 첫번째 이온교환으로 인해 도파관이 형성된다. 마스크를 제거한 후 전기장하에서 두번째 이온교환 공정을 행하여 상기 몸체 표면 밑에 상기 도파관을 새겨 놓는다.

이 방법은 집적전자회로 제조공정과 유사한데, 이는 상대적으로 복잡한 형태의 저렴하고 다량의 도파관 제조를 가능하게 하여 후술하는 바와같이 본 발명에서 상당한 장점이 된다.

제2도는 본 발명의 한 실시예에 따라 제조된 광신호 증폭기의 개략도인데, ,으로 표시된 숫자는 동일 또는 유사한 형태라는 것을 의미한다.

제2도에 도시된 증폭기는 증폭효과를 달성하고자 양호한 활성재료로 도프된 투명(유리) 몸체로 구성된다. 본 발명에 따르면 몸체(7)은 몸체(7) 표면 아래에 새겨진 집적된 도파관(1')을 함유한다. 이 가이드(도파관)는 미합중국 특허 제4,765,702호에 기재된 바와같이 도파관(1)의 형태를 가진 마스크 및 2회 이온교환에 의해 제조된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 파장 다중 커플러(wavelength multiplexing coupler, 2)및 파장 역다중 커플러(wavelength demultiplexing coupler, 5')와 같은 부품이 증폭기 도파관과 통합될 수 있다. 이들 커플러는 도파관(1')와 같은 통합 광기술에 의해 제조될 수 있다. 상기 근접 커플러와 같은 커플러를 제조하는 방법이 미합중국 특허 제4,765,702호의 제4도에 기재되어 있다. 이는 저렴한 대량생산에 적합하고 특히 소형인 커플러 및 도파관의 통합된 조립품을 제공한다.

커플러(2')는 파장 다중 커플러(1)이며, 증폭기 도파관(1')에서 두개의 파장을 조합시키도록 하는데 즉 ⅰ) 펌프 레이저(8)에 의해 제공된 파장(λp')에서의 펌프 에너지, 및 ⅱ) 입구섬유(3)에 의해 전송된 파장(λs)에서 증폭된 신호이다.

상기 역다중 커플러(5')는 증폭기 출구에 전송된 두개의 파장을 분리시키는데, 즉 ⅰ) 출구 광섬유(6)에 커플링된 파장(λs)에서의 증폭된 신호, 및 ⅱ) 역다중 커플러(5')의 다른 통로(5″)로 커플링된(λp)에서 비흡수된 펌프 에너지이다. 파장(λp)의 방사에 민감한 세미콘덕터 다이오드와 같은 감광성 부품(9)이 사용되어 상기 통로에 커플링된 파워의 정도를 보일 수 있다. 이러한 지시계는 레이저 펌프(8)의 파워의 피드백 콘트롤(미도시)에 사용될 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 예를들면 수미크론 정도의 직경을 가진 극소의 도파관(1')가 몸체(7)에 통합된다. 이러한 설계로서 양호한 활성재료의 도핑으로 인해서 상기 몸체를 통해 개선된 증폭효과를 보유하게 된다. 본 발명에 사용된 도펀트는 Najafi등의 Ion-exchanged rare-earth doped waveguides라는 제목하의 First International Congress of Optical Science and Engineering, April 24∼28, 1989에 기재되어 있다. 또한 Najafi등의 Ion-exchanged rare-earth doped waveguides라는 제목하의 SPIE Vo1. 1128 Glasses for Optoelectronics, 1989 pp. 142∼144를 참조바란다. 상기 도펀트는 도프된 유리의 흡수밴드중 하나가 펌프 레이저 방출의 파장 중심에 있도록 선택되고, 상기 흡수밴드가 증폭되는 신호의 파장 즉, λs에서 재방출(reemission)을 야기시키는 반전분포를 유발시키도록 선택된다.

예를들면, 에르븀 이온(Er3+)으로 도핑시킴으로써 980 및 1480㎚에 중심을 둔 흡수밴드가 제조되고 약 1540㎚에서 재방출된다. 방출파장은 증폭된 신호의 파장과 일치하며, 이 신호는 통상적으로 세미콘덕터 레이저 다이오드에 의해 방출된다. 1미터 정도의 파장 상호작용 길이에 대해 수 wt%정도의 에르븀 농도로 적절한 증폭효과가 달성된다.

또한 예를들면 Nd 또는 Yb과 같은 다른 금속 옥사이드로 유리를 도프시키는 것이 가능하다.

또한 예를들면 820㎚의 다른 펌프 파장에서의 작동도 1% 미만의 에르븀 농도로도 가능하였다. 상기 에르븀의 활성화는 니오디뮴 또는 이테르븀의 펌프 및 활성화 전달을 야기시킨다.

따라서 펌프 효율을 증가시킬 수 있다. 본 발명자들은 이점에 있어서 Barnes등의 Er³⁺-Yb³⁺and Er³⁺doped fiber lasers라는 명칭의 Journal of Lightwave Technology, Vo1. 7, No. 10. 1989년 10월 1461면 ff를 참조하였다.

제2도에 도시된 파장 다중 커플러(2')는 유사한 두개의 도파관을 함유한다.

상기 다중 커플러는 예를들면 입력파워의 10%미만의 값으로 상기 과부하된 두개의 신호의 감쇄를 최소화하기 위해 최적화된다. 입력신호(So)에 의한 감쇄손실을 최소화 함으로서 증폭기 도파관(1')에 필요한 상호작용 길이 역시 최소화 될 수 있다.

상기 증폭기 도파관의 길이는 증폭기 섬유(8)을 통해 전달되는 원(8)에 의해 방출된 파워 및 유리몸체(7)에 존재하는 도펀트 이온농도의 함수인 최적길이를 제공하도록 한다. 이 길이는 통상 0.5 내지 10미터정도이다.

통상의 시스템에 있어서, 증폭된 신호 및 비흡수 펌프 에너지는 이색성 필터에 의해 증폭기 출구에서 분리된다. 본 발명의 한 실시예를 따르면, 이러한 기능은 입력 커플러(2')와 유사하고 역방향으로 기능하는 파장 역다중 커플러(5')에 의해 행하여 진다.

이러한 역다중 커플러(5')는 최적화되어 증폭된 신호의 통로에 잔존하는 펌프 파워를 최소화시켜서, 좀더 양호한 신호 대 노이즈 비율을 달성한다. 상기와 같은 역다중 커플러를 이용함으로써 증폭된 신호의 통로가 다른 목적, 예를들면 감광성 부품(9)에 의한 펌프 레이저(8)의 파워측정 같은 용도에 사용되어 상술한 피드백 루프(feedback loop)에 의해서 펌프파워를 조절한다.

본 발명에 따른 다양한 형태의 증폭기 도파관을 제3도 내지 제5도에 도시하였는데 이들 각각은 본 발명의 필수요건인 소형화를 제공한다. 상술한 바와같이 증폭기 도파관의 길이는 예를들면 0.5 내지 10미터로 변한다. 통합된 광부품은 적은 표면을 가진 유리몸체이다. 본 발명에 따라 사용된 유리몸체는 예를들면 20 내지 40㎠ 정도의 감소된 표면을 가진다. 따라서 도파관(1')은 가능한 적은 공간내에 가능한 긴 광통로를 한정하는 형태를 가진다.

제3도를 참조하면 두개의 거울(10)이 몸체(7)에 대해 평행으로 놓여져 있다. 도파관(1')는 상기 두개의 거울(10) 사이에서 지그재그의 광통로를 한정한다. 두개의 인접 광도파 길이(1'a 및 1'b)는 하나의 거울에 연결되고 다른 하나는 연결점(11)에서 거울에 대해 직각인 라인에 대해 대칭으로 기울어진다.

따라서 상기 점(11) 상에서 투사되어 수용된 광선은 예를들면 상기 도파관 길이(1')를 따라 전송된 후 인접 도파관 길이에 반사된다.

따라서 입력광선은 증폭기 도파관을 따라 출구 광섬유(6) 다음에 있는 도파관(1')의 말단까지 두개의 거울의 각각에서 연속적인 반사로 인해 전송된다.

상기 거울(10)은 몸체(7)의 두개의 평형표면의 금속화에 의해 제조될 수 있다. 다른예에서 이들 거울은 몸체(7)에 결합된 별개의 몸체로 제조된다.

상술한 통합 광기술은 단지 수미크론 직경을 가진 도파만을 제조할 수 있기 때문에 매우 적은 표면을 가진 유리몸체(7)에 큰 길이의 도파관을 설치하게 할 수 있는 제3도의 도시된 가이드(guides)가 제조된다.

제4도에 도시된 바와같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 연속적인 가이드 길이(예를들면 1'a 및 1'b)는 모두 공면상(coplanar)에 있고 서로 거의 평형관계가 있고 12 및 12'와 같은 굴곡된 도파관 부위에 의해 하나의 면상에서 인접 가이드 길이와 두개씩 연결되어 있다. 상기 굴곡된 도파관 부위는 유리몸체(7)의 다른면 상에 연속쌍의 가이드 길이에 대해 형성된다. 이러한 배열은 제3도에 도시도었고, 축상 위치오차가 상당히 정밀해야 하는 거울(10)의 필요성을 배제시킨다.

곡률반경이 상당히 적은 상기 굴곡된 부위내에서의 전파(propagation)로 인한 손실을 최소화 하기 위하여, 상기 곡률반경은 1㎜ 정도의 값보다 적으면 아니되는데, 이 값은 증폭기 도파관과 몸체(7)의 잔존 도프된 유리 사이의 차이치의 함수이다.

예를들면 곡률로 인한 손실이 2㎜의 곡률반경을 가진 각각의 곡선부위에서 0.1dB를 초과하지 않기 위해서 상기 차이치(index difference)는 1%정도이어야 한다.

상술한 문제점을 해결할 수 있는 또 다른 실시예가 제5도에 도시되어 있는바, 여기서 증폭기 도파관은 스피랄 통로로 형성되어 있다. 예를들면 상기 통로는 각기 말단에 연결된 반원형(semicircular) 가이드 길이로 구성되며, 순차수열로 입구섬유(3)으로부터 출구섬유(6)로 상기 통로가 이동함에 따라 반경이 작아진다.

섬유(3) 및 (6)은 각기 가이드(13) 및 (13')의 접선선분(tangential segments)에 의해 스피랄 통로에 연결된다. 반원형길이(14)가 출구선분(13')와 연결되는데, 이는 출구선분(13')과 반원형 가이드 길이의 직경을 따라 원호를 가로지르도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 형태는 직선선분(13')와 이 선분에 의해 가로질러진 가이드의 원호사이의 교차점에서 손실을 최소화시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 예를들면, 증폭기 도파관 약 2미터가 초기 직경 약 40㎜ 그리고 약 18.4㎜의 최종 반원(14) 직경을 가진 것으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따르면 다른 다양한 형태의 스피랄 또는 다른 라인이 증폭기에 이용될 수 있는데, 다만 그 형태는 인접 가이드 길이와 밀접하게 배열되어야 하고, 주어진 몸체(7)에서의 가이드 길이를 통합하는데 요하는 공간을 최소화하도록 하여야 한다.

여기서 상기 공간은 입력신호에 의해 필요한 증폭정도의 함수이다.

본 발명의 증폭기는 많은 잇점을 제공하게 된다. 소형이고 경량이며 저가의 대량생산에 적합하다. 이는 증폭기 도파관이 삽입되어 표면손실을 방지할 수 있는 반면, 싱글모드 섬유의 인덱스 프로파일(indes profile)과 유사하게 할 수 있다는 사실에 기인하여 손실을 거의 없앨 수 있다. 따라서 본 발명의 증폭기는 통합된 증폭기 도파관과 상기 도파관의 출구에 연결된 출구섬유(6) 사이의 커플링 손실을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 증폭기 제조를 위한 통합된 광기술을 사용함으로써 복잡한 회로제조가 가능하다. 예를들면 상기 회로는 상기 Najafi등의 인용된 논문에서 언급하고 있는 것과 유사한 방법으로 광레이저 펌프를 함유할 수도 있다.

본 발명은 상술한 특정 제조방법에 한정되지 않으며 단지 예로서 여기에 기술된 것이다. 미합중국 특허 제4,943,130호에 기재된 방법과 유사한 하이브리드 방법(hybridization)도 섬유(3) 및 (6)와 증폭기 도파관을 배열하기 위해 사용될 수도 있다.

또한(제2도에 도시하고 있는 바와같이) 활성성분 역시 증폭기 도파관(1')을 가진 하이브리드 회로에 피그테일 없이 연결될 수 있다. 예를들면 증폭기에 미흡수 펌프광선을 감지하고자 펌프 레이저 다이오드(8) 및 감광성 부품(9)가 함유될 수 있다. 따라서 제조된 최종 광부품은 좀더 소형이고 좀더 큰 성능을 가지고 있으며 상기 부품의 표면이 감소된다.

증폭된 신호와 증폭기 도파관 출구에서의 펌프광선은 출구말단에 근접한 홈교차 도파관(1')에 있는 이색성 필터에 의해 분리될 수도 있다.

또한, 본 발명의 증폭기에 대해 상술한 적용(즉, 광원거리 통신 회로)만 있는 것은 아니다.

본 발명의 증폭기 역시 고수동 소자 밀도(high passive component density)(즉 콘넥터, 커플러, 다중송신기 등)가 있는 광섬유 네트워크에도 이 네트워크가 전송신호의 재생을 필요로 하면 사용될 수도 있다.

또한 본 발명은 단일 평면에 삽입된 도파관을 함유하는 증폭기에만 한정시키는 것은 아니다. 상기 부품에 소량화가 바람직하면, 상기 가이드(도파관)은 여러개의 과부하된 가이드 부위에서 용적상으로 통합될 수 있는데, 상기 도파관의 다른 공면부위와 양호하게 연결되도록 하는 수단이 제공되어 있다.

Claims (15)

1. 펌프 방사하에 반전분포를 생성할 수 있는 양호한 활성재료로 도프된 유리 광도파관, 상기 활성재료의 흡수 파장으로 레이저에 의해 방출된 하나의 말단 펌프파워로 상기 도파관에 커플링시키는 수단, 및 상기 활성재료의 방출파장에서 증폭된 입력신호에 의해 변조된 도파신호 파워를 커플링시키는 수단으로 구성되며, 상기 도파관은 상기 활성재료로 도프된 유리몸체에 통합되고, 상기 도파관은 주어진 도파관의 길이에 필요한 공간을 최소화시키기 위해 근접하게 위치한 인접가이드 길이에 통합되는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
2. 제1항에 있어서, 상기 근접하게 위치한 인접 가이드 길이가 스피랄 통로를 형성함을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
3. 제2항에 있어서, 상기 스피랄 통로가 순차수열의 반경을 가진 연속적인 반원 가이드 길이로 구성됨을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
4. 제1항에 있어서, 상기 가이드 길이가 공면상이며 거의 평행이고, 하나의 면상에서 한쌍의 인접 가이드 길이와 연결되는 굴곡된 도파관 부위가 포함되고, 상기 굴곡된 도파관 부위가 상기 가이드 길이의 연속 쌍에 대해 상기 몸체의 다른 면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
5. 제1항에 있어서, 상기 유리몸체의 양평형면상에 거울이 포함되고, 도파관이 상기 두개의 거울사이에서 지그재그형의 평면형 광통로를 한정하는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
6. 제5항에 있어서, 상기 거울이 상기 몸체와 상기 몸체면의 금속화에 의해 통합되는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
7. 제1항에 있어서, 상기 도파관이 각기 다른 평면상에 과부하된 적어도 2개의 통로와 도파관을 형성하기 위해 상기 다른 통로와 연결시키는 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
8. 제1항에 있어서, 상기 도프된 유리몸체에 통합된 커플러 수단이 포함되고, 이 수단이 상기 도파관의 적어도 하나의 말단과 연결되는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
9. 제8항에 있어서, 상기 커플러 수단이 입력펌프 파워를 상기 도파관에 제공하기 위해 상기 도파관의 한쪽 말단에 있는 커플러 그리고 증폭된 광선신호를 축출하기 위해 다른 말단에 있는 커플러로 구성되는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
10. 제8항에 있어서, 상기 커플러 수단이 적어도 하나의 근접 커플러로 구성됨을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
11. 제1항에 있어서, 상기 도펀트가 에르븀 이온으로 구성되고 상기 신호파워의 파장이 1540㎚범주인 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
12. 제1항에 있어서, 미흡수 펌프파워를 조절하기 위해 상기 도파관의 출구말단에 결합된 감광성 수단이 포함되고, 상기 유리몸체, 상기 펌프레이저 및 상기 광측정 수단이 피그테일없이 하이브리드 회로에 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기.
13. 펌프 방사하에 반전분포를 생성할 수 있는 양호한 활성재료로 도프된 유리 광도파관을 함유하고, 상기 활성재료의 흡수파장으로 레이저에 의해 방출된 하나의 말단 펌프파워로 상기 도파관에 커플링시키고 활성재료의 방출파장에서 증폭된 입력신호에 의해 변조된 도파신호 파워를 커플링 수단 및 상기 도파관의 다른 말단으로 부터 증폭된 출력 신호를 축출하는 수단이 더 함유된 광신호 증폭기를 제조하는 방법이 상기 광도파관을 포토리소그래픽 마스크 공정 및 이온교환 공정에 의해 상기 활성재료로 도프된 유리몸체로 통합 및 매장시키는 공정으로 구성되며, 상기 도파관이 근접한 인접 가이드 길이에 통합되어 주어진 도파관의 길이에 필요한 공간을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 도파관의 말단에서 도프된 유리몸체에 근접 커플러를 통합시키는 공정이 포함되고 한쪽 말단에 있는 상기 커플러는 상기 가이드에 입력펌프 파워를 제공하기 위함이고, 다른 말단에 있는 커플러는 증폭된 광선신호를 축출하기 위한 것임을 특징으로 하는 광신호 증폭기의 제조방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 양호한 활성재료가 이르븀 이온으로 구성되고 방출파장 밴드가 1540㎚ 영역인 것을 특징으로 하는 광신호 증폭기의 제조방법.