KR0178393B1 - 단일 모드로 만곡된 활성섬유를 지니는 광증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 펌핑 신호에 의하여 펌핑될 경우 증폭될 전송 신호의 파장에서 방출을 제공하도록 광 코어에 형광 도우펀드를 포함한 활성 섬유(7)를 포함하는 광 증폭기, 특히 광 섬유 원격 통신 회선용 광 증폭기에 관한 것이다.

상기 활성 광 섬유(7)는 대체로 직선으로 이루어진 구성에서는 전송 파장에서 단일모드의 광 신호를 전파할 수 있고, 펌핑 파장에서 다중 모드의 광 신호를 전파할 수 있으며, 상기 펌핑 신호에 대한 보다 큰 모드를 어떠한 방식으로도 전송시키지 않고서도, 상기 펌핑파장에서 기본 모드만을 상기 섬유 자체내에 전파시킬 수 있는 굴곡 반경을 지닌 만곡된 구성(11)으로 적어도 상기 섬유 길이의 70% 이상 배치되어 있다.

Description

단일 모드로 만곡된 활성 섬유를 지니는 광증폭기

제1도는 활성 섬유를 사용하는 광증폭기에 대한 도면.

제2도는 제1도에 따른 증폭기용으로 사용되며 유도 방출을 발생시키는 데 적합한 형태의 섬유의 에너지 전이를 보여주는 도면.

제3도는 펌핑, 전송 및 커트 오프(cutoff)파장의 관련성을 보여주는 도면.

제4도는 광섬유내의 광 강도를 방사상으로 분포시킨 도면.

제5도는 본 발명에 따른 증폭기를 이루는 활성 섬유의 배치도.

제6도는 제5도에 도시된 활성 섬유 배치를 지니는 증폭기에 대한 개략도.

제7도는 파장에 의존하는 섬유의 모드 지름에 있어서의 변화를 보여주는 도면.

제8도는 사용된 활성 섬유의 길이에 의존하는 광증폭기의 이득을 보여주는 도면.

본 발명은 광증폭기, 특히 원격통신 회선용 광증폭기에 관한 것이다.

희토류 이온과 같은 특수한 물질로 도우핑된 코어를 지니는 광섬유는 레이저원 및 광증폭기로서 사용하기에 적합한 유도 방출 특성을 지닌다고 알려져 있다.

실제로, 이러한 섬유는 펌핑 파장으로서 언급되는 특수한 파장상태의 광원으로 공급될 수 있는데, 상기 광원은 상기 도우펀트 물질의 이온을 여기 에너지 상태, 또는 펌핑 대역으로 야기시킬 수 있으며 이로부터 상기 이온은 매우 짧은 시간 주기내에서, 상기 이온이 비교적 긴 시간 주기동안 잔류하는 레이저 방출 상태로 자연 붕괴한다.

레이저 방출 레벨을 이루는 여기 상태에서 많은 이온을 지니는 섬유가 이 섬유를 통과하여 그러한 레이저 방출 상태에 해당하는 파장을 지닌 광 신호를 지니는 경우, 상기 신호는 이 광 신호와 동일한 파장을 지니고 이 신호보다 낮은 레벨인 광 방출 신호는 상기 여기된 원자를 전이시킨다. 그러므로, 상기와 같은 종류의 섬유는 광신호를 증폭하는데 사용될 수 있으며 특히, 예로 원격통신 회선의 섬유를 통해 원거리를 이동한 후에 감쇠전송된 광 신호를 다시 높은 신호 레벨로 야기시키는 데 적합한 광 회선 증폭기에 유용하다.

예를 들면, 상기와 같은 종류의 광 증폭기는 본원의 출원인과 동일한 출원인의 이름으로 1989년 10월 24일자 출원된 이탈리아공화국 특허 출원 제 22120A/89호로부터 알 수 있는데, 여기서 광섬유는 전송 파장 및 펌핑 파장에서 단일 모두 형태이다.

그러나, 전송 파장 및 펌핑 파장에서 단일 모드인 이들 섬유는 상기 섬유의 단면에서 상이한 광 전력 분포를 지니며 특히, 광전력 전송 신호는 광전력이 존재하는 영역보다 큰 섬유단면의 영역에 걸쳐 분포되어 있다.

상기 전송 신호를 증폭하는데 유용한 형광 도우펀드는 섬유 코어에 집중되어 있으며 공지된 증폭기를 이루는 섬유는 펌핑전력이 상기 코어에도 제한될 정도로 설계되어 있으므로, 이는 상기 레이저 방출 상태에서 형광 도우펀드를 여기시키는데 완전히 사용될 수 있다. 그러나, 전송 신호의 전력 일부가 상기 형광 도우펀트 및 펌핑 전력이 존재하는 코어 영역의부의 섬유에 전송되기 때문에, 상기 전송 신호일부만이 전송 신호가 증폭될 수 있는 섬유 영역에 사용될 수 있다.

상기 현상은 펌핑 전력 단위당 전송신호의 이득으로서 표기되는 증폭기의 증폭 효율을 제한한다.

따라서, 상기 문제점은 공지된 증폭기에 대하여 상기 효율을 증가시키는 점에서 생긴다.

본 발명은 전송신호 전력 및 펌핑 전력이 활성 섬유의 단면에서 상당히 유사한 분포를 지님과 아울러 형광 도우펀트가 존재하는 섬유 영역에 집중되어있는 증폭기를 제공한다는 점에서 그 목적으로 한다.

본 발명은 적어도 하나의 광 펌핑원, 전송 신호를 전달하는 광 섬유 회선에 접속되며 상기 광 펌핑원에 접속된 2개의 입력을 지니는 다이크로 결합기, 및 상기 펌핑원에 접속된 2개의 입력을 지니는 다이크로 결합기, 및 상기 펌핑원의 파장으로 펌핑될 경우 상기 전송신호의 파장범위에서 방출을 제공하도록 광 코어에 형광 도우펀트를 포함하는 활성 섬유의 한 단부에 접속된 출력을 포함하는 광 증폭기, 특히 광섬유 원격통신 회선용 광증폭기에 관한 것이며, 여기서, 활성 광섬유는, 대체로 직선으로 이루어진 구성에서는 전송파장에서 단일 모드의 광신호로 전파할 수 있고 펌핑파장에서 다중 모드의 광신호로 전파할 수 있으며, 상기 펌핑 파장에서 기본 모드만을 섬유내에 전파할 수 있는 굴곡(屈曲)반경을 지니고서 적어도 전체 길이의 70%이상 만곡된 구성으로 배치된 섬유이다.

상기 만곡된 활성 섬유의 굴곡 반경은 20 내지 140㎜의 범위에 있으며 바람직하게는 35 및 100㎜ 사이에 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 전송파장은 1520 및 1570 ㎚ 사이에 있으며 펌핑파장은 980㎚(±10㎚)이고 상기 활성 섬유의 형광 도우펀트는 에르븀이다.

특히, 상기 활성 섬유는 펌핑 파장에서 기존 모드만을 그 섬유자체내에 전파시킬 수 있는 굴곡 반경을 지닌 적어도 하나의 만곡의 부분을 지니며, 이러한 부분은 만곡되지 않은 섬유 부분에 인접하고, 상기 만곡된 부분의 길이나 상기 만곡된 부분 길이의 합은 상기 활성 섬유의 전체 길이의 70%이상이다.

상기 활성 섬유는 굴곡 반경이 펌핑파장에서 기본 모드만을 상기 섬유자체내에 전파할 수 있도록 단일의 연속만곡된 부분을 지니며, 각각의 만곡되지 않은 부분은 상기 활성 섬유단부중 한 단부 또는 상기 활성 섬유단부 각각에 존재하는 것이 바람직하다.

본 발명중 특히 바람직한 실시예에 따른 광증폭기에 있어서, 활성 섬유는 대체로 굴곡이 없으며 400㎜ 이하의 길이를 지니고 바람직하게는 200㎜ 이하의 길이를 각기 지니는 활성 섬유의 단부로부터 이격된 활성 섬유의 전체 길이에 걸쳐 펌핑파장에서 기본 모드만을 상기 섬유 자체내에 전파시키는 것에 해당하는 굴곡 반경으로 만곡되어 있다.

본 발명을 양호하게 이해하기 위하여, 단지 예로만 제공된 본 발명의 어떤 실시예가 지금부터 기술될 것이다.

원격통신용 광섬유에서 신호를 증폭하기 위하여는, 광섬유를 사용하는 증폭기가 편리하게 사용될 수 있다. 제1도에는 그러한 증폭기 구조가 개략적으로 도시되어있으며, 여기에는 레이저 신호 방출기(2)에 의하여 발생된 파장(λ_s)의 전송 신호가 전송되는 원격 통신용 광섬유(1)가 도시되어 있다.

상당한 회선 길이를 거친후에 감쇠되는 그러한 신호는 단일 출력 섬유(5)상에서, 상기 전송신호를, 펌핑 레이저(6)에 의하여 발생된 파장(λ_p)의 펌핑 신호와 결합시키는 다이크로 결합기(4)와 함께 제공된 광증폭기(3)에 전송된다.

광 신호를 증폭시키는 활성 섬유(7)를 만들기 위하여, 광 신호가 존재할 경우에 유도되는 광 방출을 발생시킴으로서 광 방출이 상기 광 신호를 증폭하는데 적합한 형광 재료로 도우핑되며 실리카를 기초재료로 하는 광섬유가 사용된다.

상기 형광 재료로서는, 원격통신 신호를 원거리로 전송시키는 데 편리한 파장에서, 레이저 전이로도 언급되는 유도 전이를 지닐 수 있는 Er₂O₃를 사용하는 것이 편리하다.

상기 형태와 같은 섬유에 관련하여 실리카를 기초로한 섬유 매트릭스 용액의 에르븀 이온에 대한 사용가능한 에너지 상태를 기호로 나타낸 제2도에 있어서, 펌핑 파장(λ_p)에서 광전력 신호를 활성 섬유내에 도입시킴으로써 유리를 기초로 한 섬유 매트릭스의 도우펀트로서 존재하는 상당수의 Er³⁺이온이 펌핑 대역으로서 언급되는 여기된 에너지 상태(8)로 되고, 이러한 상태로부터 상기 이온이 레이저 방출 레벨을 구성하도록 에너지 레벨(9)로 자연 붕괴한다.

대역(8)으로부터 레벨(9)로의 전이가 활성 섬유외부로 분산되는 열적(thermal) 형태의 방출(또는 방사(phonon radiation))과 관련되어 있지만, 레벨(9)으로부터 기저 레벨(10)로의 전이는 레이저 방출 레벨(9)의 값에 해당하는 파장의 광 방출을 발생시킨다고 알려져 있다. 상기 레이저 방출 레벨에서 많은 양의 이온을 포함하는 섬유가 이를 통과하여 그러한 방출 레벨에 해당하는 파장의 신호를 지니는 경우, 상기 신호는 활성 섬유의 출력에서 대단히 증폭된 전송 신호를 방출시키는 종속 현상을 지니고서, 상기 이온이 자연붕괴하기 전에 상기 이온을 방출 상태로 부터 기저 상태로 유도 전이를 야기시킨다.

제4도에서 축을 단면으로 도시한 섬유(11)의 단부가 개략적으로 도시되어 있는데, 코어(12)및 크래딩(13)은 그러한 섬유내에서 상이한 굴절율로 한정되어 있다.

증폭기를 활성 섬유로서 사용하기 위하여 형광 도우펀트(예를들면, Er³⁺)는 코어(12)내에 존재한다.

높은 증폭이득을 실현하기 위하여, 상기 증폭기를 이루는 활성 섬유(7)는 본원의 출원인과 동일한 출원인의 이름으로 출원된 이탈리아 공화국 특허 출원 제 22120A/89호에 기술된 바와 같이, 전송파장 및 펌핑 파장에서 단일 모드 형태인 것이 편리하다.

상기 기술된 내용으로 볼때, 제3도에 도시된 바와같이, 상기 활성 섬유는 기본 모드만의 전파가 상기 섬유내에서 생기며 λ_{커트-오프}로도 언급되는 섬유 커트 - 오프 파장(λ_c1)이 전송 신호의 파장(λ_s)이하이고 펌핑복사의 파장(λ_p)이하 정도의 크기로 되는 것이 필요하다.

상기 섬유의 커트오프 파장을 선택하기 위하여는 실질적으로 섬유의 개구수(NA) 및 코어 지름을 측정하는 것이 중요하다.

실질적으로 계단형 굴절을 형태나 이의 유사한 형태의 굴절을 프로필을 지니는 섬유의 개구수(NA)는

이며 여기서, n₁은 섬유 코어의 굴절율이고 n₂는 섬유 클래핑의 굴절율이다.

상기 섬유 코어 및 클래딩의 바림직한 굴절율은 상기 섬유가 공지된 기술을 통해 얻어진 예비 형성체내에 도입되는 1차 도우펀트 또는 굴절을 변화 도우펀트의 코어 및 클래딩 자체의 농도를 선택함으로써 실현될 수 있다고 알려져있다.

그러한 목적으로 사용되는 도우펀트는 대개 GeO₂또는 Al₂O₃으로 구성된다.

상기 섬유내에서는, 이 섬유내에 단일 모드 전파가 있으며 섬유 커트오프 파장보다 높은 파장을 지니는 광 방사는 최대 강도(I_max)가 섬유축을 따라 있으며 섬유 주변을 향할 수록 제로(O)값에 이르기까지 감소하는 실질적인 가우스분포(Gaussian)인 곡선(P, S)에 의하여 제4도에 도시된 형태의 광 신호의 강도에 대한 반경 분포를 나타낸다.

상기 분포를 기초로할 경우, 모드지름(Ø_m)은 상기 섬유의 광 신호의 강도(I (Ø_m))가 있는 지름으로서 한정되며, 광 신호의 강도(I (Ø_m))는

이고, 여기서 I_max는 CCITT(국제 전신전화 자문 위원회) G. 652의 사양을 기초로한 섬유의 최대 광신호의 강도이다.

상기 도면에서 알 수 있는 바와같이, 전송된 광 전력 신호는 실질적으로 모드 지름내에 한정된다.

효과적인 증폭을 위하여, 형광 도우펀트가 존재하는 섬유 코어(12)에 고밀도의 펌핑전력 신호를 지니므로 상기 도우펀트에서의 반전 분포는 유지될 수 있으며 높은 도우펀트 원자의 퍼센트는 기저 상태(10)에서의 도우펀트 원자와 비교해 볼때 보다 높은 레이저 레벨(9)에서 증폭용으로 사용될 수 있다는 것이 매우 중요하다.

어떠한 도우펀트도 존재하지 않는 코어 외부에 전송되는 펌핑 전력 신호는 보다 높은 레이저 레벨에서의 도우펀트 반전에 관한한 실질적으로 불활성적인 신호이다.

다시, 전송 신호는 광 펌핑 전력 신호 대부분이 존재하는 섬유영역에 전송되도록 펌핑 신호의 반경 분포 강도와 유사한 섬유의 반경 분포 강도를 지니므로, 상기 전송 신호는 효과적으로 증폭될 수 있다.

그러므로, 이러한 목적을 위하여, 펌핑 신호 및 전송 신호의 모드 지름은 가능한한 유사한 것이 바람직하다.

제4도에 도시된 바와같이, 펌핑 및 전송 신호의 방사상의 광 신호의 강도 분포에 대한 도면으로 정렬되어 있으며 코어(12) 및 클래딩(13)을 지니는 광섬유 형태에 있어서, 방사상의 광 신호의 강도 분포에 대한 곡선이 상기 도면에서 라인(a)에 의하여 표시되어 있는 전송 파장(λ_s)에서의 모드 지름(Ø_ms)은 강도곡선(9)을 따르며 코어(12)에 실질적으로 해당하는 펌핑 파장(λ_p)에서의 모드 지름보다 크다는 것이 현격하다. 따라서, 상기 전송 신호의 상당부분은 폄핑 에너지가 공급되며 도우펀트가 존재하는 활성 섬유 영역내로 전파하지 않는다.

실제로, 섬유의 커트오프 파장(λ_c)에 근접하는 파장값에 대하여 실질적으로 일정하며 상기 섬유 자체의 코어 지름과 거의 상이하지않는 모드 지름이 제7도에 도시된 바와같이, 보다 큰 λ값에 대하여 대단히 증가한다는 점에 유의하여야 한다. 그러므로, 상기 섬유가 펌핑 파장(λ_p), 예를들면 에르븀으로 도우핑된 활성 섬유를 지니는 증폭기인 경우 980㎚(±10%)에서 단일 모드인 것을 보장하기 위하여, 980㎚이하인 커트오프 파장(λ_c)을 지니는 섬유가 사용되어야하며 그러므로, 전송파장(λ_s)에서의 매우 높은 모드 지름(즉, 펌핑 파장(λ_p)에서의 모드 지름보다 훨씬 큰 모드 지름)은 전송 신호 대부분이 증폭될 수 있는 섬유 영역내에 전파하지 않도록 실현된다.

상기 동작은 활성 섬유가 직선으로 이루어지거나 대체로 직선으로 이루어진 구성을 지니는 경우에 생기며, 여기서, 대체로 직선으로 이루어진 구성이라는 용어는 상기 섬유가 섬유의 광 동작을 크게 수정시킬 수 있는 기하학적 변형을 제공하지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 이유로 해서, 상기 사양(CCITT, Instruction G. 652)에 따르면, 이는 상기 섬유에서 굴절을 프로필을 기초로 한 이론적인 커트 오프파장 및 동작 상태에서의 커트오프 파장을 평가하도록 제공된다.

특히, 상기 사양은 케이블 섬유에 대한 커트-오프 파장을 측정하는 능력을 고려한 것으로, 그러한 측정은 반경이 140㎜인 단일 섬유링(ring)상에서 수행되는 반면에, 상기 이론값과 비교해 볼때 이들 상태에서 검출된 커트오프 파장의 변화는 오히려 작으며 상기 이론상의 커트오프에 대하여 대략 5%이하의 차이값이 기대된다.

본 발명에 따르면, 상기 증폭기를 이루는 활성 섬유는 제3도에 도시된 바와 같이, 전송파장(λ_s)보다 작으며 λ_p보다 대체로 큰 커트오프 파장(λ_c2)의 값을 지니는 전송파장(λ_s)에서만 단일 모드형태이도록 선택된다.

상기 섬유에 따르면, 특히 1520 및 1570 ㎚ 사이의 범위에 걸쳐 있으며 에르븀으로 도우핑된 활성 섬유를 지니는 증폭기 용도에 적합하고 커트오프 파장에 근접하는 전송 파장인 그러한 전송파장에서의 모드 지름은 충분히 작으며, 상기 섬유 코어의 지름에 대체로 근접하는 것으로 나타난다. 다시, 상기 펌핑 신호의 기본 모드는 상기 코어의 지금에 근접하는 모드 지름을 지니므로, 상기 전송 신호의 전력을 펌핑 신호 및 활성 도우펀트가 존재하는 섬유 영역내에서 대체로 한정·유지된다.

활성 섬유는 제5도 및 제6도에 도시된 바와같이, 코일 형태를 이루도록 그 활성 섬유의 전체 길이에 걸쳐 만곡된 구성으로 배치되어있는데, 예를 들면 원통 지지부 또는 그와 같은 것 주위에 권선되어 있다. 섬유 굴곡은 대체로 140㎜이하의 반경(Rc)을 지니고서 선택되므로 상기 언급한 파장(λ_c2)이하의 파장에 대해서조차 그리고, 특히 펌핑 파장(λ_p)에 대해서 조차도 상기 섬유내에서 기본 모드만을 전송할 수 있다.

실제로, 상기 섬유 굴곡에 의하여 동일한 섬유 굴곡은 상기 섬유에 제공된 굴곡이 더 많이 표시됨에 따라, 즉 R_c가 더욱 작아짐에 따라 점차로 작아지는 파장에 대하여 기본 모드만을 전송한다. 따라서, 주어진 파장 및, 특히 펌핑 파장에 대하여 상기 섬유내에서 기본 모드만을 전송할 수 있는 굴곡 반경(R_p)을 한정하는 것이 가능하다.

그러므로, 상기 활성 섬유에 적합한 굴곡 반경(R_c)은 상기 반경(R_p)과 동일하거나 작을 수 있다. 실제로, 상기 굴곡에 의하여 상기 섬유 구조의 기계적 결점이 파손 또는 균열을 제공할 수 있기 때문에, R_p와 동일하거나 R_p에 근접하는 굴곡 반경이 사용되는 것이 바람직하다.

상기 굴곡 반경으로 적합한 값을 선택함으로써 펌핑 파장보다 큰 모드가 활성 섬유로부터 제거될 수 있으므로, 상기 섬유내에서 펌핑 신호만의 기본 모드가 구동되는 반면에, 전송파장에서 상기 섬유의 작은 모드 지름을 야기시키는 커트 오프 파장을 유지한다.

이러한 방식으로, 공급된 펌핑 전력 단위당 높은 증폭 이득인 특히 높은 증폭 효율을 실현하는 것이 가능하므로, 보다 짧은 길이의 섬유는 제8도에 도시된 바와같이 바람직한 증폭을 실현하도록 사용될 수 있는데, 제8도에서, 커트오프 파장(λ_c2＞980 ㎚)의 섬유를 사용하여 얻은 이득(G_O)은 커트오프 파장(λ_c1＜ 980㎚)을 지닌 섬유를 사용하여 동일한 이득을 얻는데 필요한 길이(L₂)보다 매우 짧은 활성 섬유의 길이(L₂)로 도달될 수 있음을 알 수 있다.

상기 언급된 이탈리아 공화국 특허 제 22120A/89호에 기술된 고습을 기초로하여 만들어진 다이크로 결합기(4)에 있어서, 전송 신호를 펌핑 신호에 결합시키는 출력 섬유(5)는 두개의 모든 파장에서 단일 모드 형태이다. 그러므로, 이러한 섬유는 본 발명에 따른 활성 섬유의 모드 지름보다 큰 전송파장(λ_s)에서의 모드 지름을 지니고 섬유(5, 11)사이의 융착 결합은 그러한 지름차이로 인해 전송파장에서의 감쇠를 만들어 낸다.

또 다른 광 감쇠는 활성 섬유 및 회선 섬유(1) 사이의 융착 결합에서 생긴다. 실제로, 회선 섬유로서 사용되며 상업적으로 사용될 수 있는 섬유가 1520 및 1570㎚ 사이의 범위에 걸쳐 있는 전송 파장에서만 단일 모드이지만, 그러한 섬유는 용이한 결합부등을 실현하기 위하여, 출력 섬유(5)의 모드 지름과 동일하거나 큰, 꽤 특 모드 지름을 지닌다.

증폭기의 전체 이득(G_ex)은 상이한 섬유 사이의 융착 결합으로 인한 손실 또는 감쇠(A_s)를 공제한 활성 섬유의 내부 이득(G_in)에 의하여 제공된다. 그러므로, 이러한 결과를 얻기 위하여는, 상기 활성 섬유로부터 얻어지는 이득(G_in= G_ex+ A_s)이 필요하다.

매우 작은 모드 지름을 지니며 본 발명에 따른 섬유의 사용은 상기 파장(λ_p)에서도 단일 모드인 공지의 활성 섬유와 비교해 볼때 결합으로 인한 보다 큰 손실을 도입시키지만, 이들의 부가적인 손실은 대개 상기 얻어진 효율증가와 비교해 볼때 무시할 수 있는 것으로 나타난다.

상기 활성 섬유의 최소 굴곡 반경(R_c)은 대략 20㎜보다 큰 것이 바람직한데, 그 이유는 그러한 반경하에서 만곡된 섬유의 기계적 강도가 임계적이고, 상기 기술된 바와같이 모드 지름의 차이로 인한 결합 손실에 부가하여, 상당하게 되는 반면에 140㎜ 보다 큰 굴곡반경이 커트오프 파장의 상당한 이동을 실현하는데 거의 사용되지 않기 때문이다. 최소 굴곡 반경(R_c)은 R_c＞ 35 ㎜ 인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 50≤R_c≤100 ㎜이다.

상기 굴곡 반경과 연관지어 볼때, 980 ㎚에서 펌핑 신호를 단일 모드로 전파시키는 것이 섬유 자체의 기계적 강도에 대하여 상기 임계값에 도달하지 않고서도, 상기 섬유가 해당 굴곡 반경으로 만곡될 경우에 실현될 수 있으며 직선으로 이루어지는 상태하에 있는 커트오프 파장의 최대값은 대략 4㎛의 모드 지름에 해당하고 λ_c= 대략 1280 ㎚이다. 굴곡 반경(R_c)이 50 ㎜임에 따라, 상기 커트오프 파장값은 λ_c= 대략 1100㎚이며 모드 지름은 대략 5.3㎛와 동일한 반면에, 펌핑 신호의 기본 모드는 대략 3.8 - 4 ㎛의 지름을 지닌다.

펌핑 파장에서 직선으로 이루어진 상태인 단일 모드 섬유에 있어서, 전송 신호의 파장에서의 모드 지름은 6㎛ 보다 크다.

본 발명에 따른 증폭기로 가장 양호한 품질의 활성 섬유를 사용하기 위하여, 증폭기는 필요한 굴곡 반경으로 만곡되는 것이 바람직한 활성 섬유의 전체 길이이다.

그러한 활성 섬유인 것은 만곡된 구성으로 배치되는데, 예를 들면, 제5도에 개략적으로 도시된 바와같이, 결합기의 출력 섬유(5)에 결합되는 결합부(15)에서 바로 아래로 향해 각각의 지지부상에 코일을 형성하도록 권선되는 것이 바람직하다.

상기한 내용이 예로, 섬유에서 대개 기계적 단점이 있는 지점을 구성하는 결합부(15)에 전달되며 상기 섬유의 만곡된 구성에 의하여 야기되는 굴곡 응력을 방지하기 위하여 가능하지 않거나 바람직하지 않는 경우, 제6도에 도시된 바와같이, 활성 섬유의 만곡되지 않는 부분(16)이 존재할 수 있는데, 그 이유는 상기의 방책이 상기 활성 섬유의 굴곡에 의하여 제공된 잇점을 실질적으로 감소시키지 않기 때문이다.

상기 정의된 바와 같이 상기 결합기에서 바로 아래로 향하며 R_c보다 큰 굴곡 반경을 지니고 직선으로 이루어지거나 실제로 직선으로 이루어진 활성 섬유 부분(16)의 길이는 (L_r)는 400㎜ 이하인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 L_r≤ 200 ㎜이다. 상기 실제로 직선으로 이루어진 섬유 길이는 또한, 증폭효율이 대단히 손실되지 않고서도, 회선 섬유와의 접속부에 인접한 활성 섬유의 반대측 단부에 허용될 수 있다.

실제로, 상기 섬유에서의 보다 큰 모드의 결합은 상기 섬유 자체의 활주 길이에 비례하므로, 상기 한 길이 부분다음에는 어느 중요한 펌핑 전력은 활성 섬유에서 기본 모드로부터 보다 큰 코드로 전이하지 않는다.

반면에, 전송 파장뿐만 아니라 펌핑 파장에서 단일 모드의 활성 섬유를 지니는 증폭기에 대하여 증폭 효율을 증가시키는데 유용한 결과는 본 발명에 따라서, 또한 상기 섬유의 길이 부분에 걸쳐서만 굴곡되는 활성 섬유로 얻어질 수 있으며, 이는, 펌핑 전력을 기본 모드로만 전달시키는 것에 해당하며 굴곡 반경으로 굴곡된 섬유 부분이 전체의 섬유 길이의 70%보다 큰 경우에 다른 요구를 충족시킬 필요성이 있다.

구성에 있어서, 특히, 증폭기 구조의 크기를 제한된 범위로 유지시키기 위하여, 굴곡된 섬유 부분이 활성 섬유의 중간 부분을 구성하는 반면에, 상기 섬유 자체의 종단 결합무에 인접한 선단 및 후단의 섬유 부분은 또한 직선으로 이루어지는 연장부분을 지닐 수 있다. 그러나, 특별한 요구가 있는 경우에, 활성 섬유는 또한 실제로 직선으로 이루어지는 부분과 엇갈려 있는 여러개의 굴곡 부분을 지닐 수 있다.

예를 들면, 에브륨으로 도우핑된 활성 섬유는 다음과 같은 특징으로 준비되어 있다.

상기 섬유를 사용하여, 제1도에 따른 증폭기가 구성되었으며, 여기서, 상기 섬유는 이 섬유의 전체 길이에 걸쳐서 굴곡 반경(R = 50㎜)을 지니는 인접코일을 형성하도록 굴곡되었다. 이러한 상태하에서, 커트오프파장 같은 λ_c(R)(반경(R)상의 커트오프 파장) 980㎚로 측정되었다.

상기 구성을 사용한 증폭기는 다음과 같은 특징을 지녔다.

상기 증폭기는 전력(입력 신호의 전력이 -45 dBm 임)에서 증폭될 전송 신호를 제공하도록 커트오프 파장(λ_c(F) = 1100㎚)을 지니는 회선 섬유에 접속되었다.

상기 증폭기의 광 결합기는 커트오프 파장(λ_c(A) = 980㎚)의 펌핑 신호 및 전송 신호를 전달하는 섬유를 지녔다.

상기 기술된 구성에 기인하여, 증폭이득이 G₁= 30dB 로 실현되었다.

비교하여 볼때, 동일한 구조 배치를 지니는 증폭기는

와 같은 특징을 지니는 활성 섬유를 사용하여 구성되었다.

상기 섬유는 앞서 보여준 의미에서, 실제로 직선으로 이루어진 상태하에서 증폭기로 사용되었다.

와 같은 특징을 지녔다.

전술한 예의 활성 섬유와 유사한 활성 섬유에 의하여 전달되는 증폭될 신호는

과 같은 전력을 지녔다.

증폭 이득은 G₂= 30dB과 같이 실현되었다.

알수있는 바와같이, 본 발명에 대한 증폭기는 보다 짧은 길이의 활성 섬유 부분 및 보다 낮은 펌핑 전력이 사용되었지만, 실제로 직선으로 이루어지는 섬유를 사용함으로써 현격하게 큰 효율을 나타내는 증폭기와 비교해볼때 동일한 증폭 이득을 공급할 수 있었다.

섬유가 코일 형태로 권선되어 있으며, 필요한 굴곡 반경으로 유지하는 데 적합한 지지부 구조는 증폭기 케이싱의 구조 특징에 또한 의존하는 어느 종류의 구조일 수 있으므로 이는 상세히 기술되지 않는다.

여러 변형에는 본 발명의 일반적인 특징의 범위로 부터 이탈하지 않고 만들어질 수 있다.

Claims (8)

1. 적어도 하나의 광 펌핑원(6), 전송 신호를 전달하는 광 섬유회선에 접속되며 상기 광 펌핑원에 접속된 2개의 입력을 지니는 다이크로 결합기(4), 및 상기 펌핑원의 파장으로 펌핑될 경우 상기 전송 신호의 파장 범위에서 방출을 제공하도록 광 코어에 형광 도우펀트를 광 증폭기, 특히 광 섬유 원격 통신용 광증폭기에 있어서, 활성 광 섬유(7)는 실제로 직선으로 이루어진 구성에서는 전송 파장에서 단일 모드의 광 신호를 전파할 수 있고 펌핑 파장에서 다중 모드의 광 신호를 전파할 수 있고 펌핑 파장에서 다중 모드의 광 신호를 전파할 수 있으며 상기 펌핑 파장에서 기본 모드만을 섬유내에 전파할 수 있는 굴곡 반경을 지니고서 적어도 전체 길이의 70%이상 만곡된 구성으로 배치된 광 증폭기.
2. 제1항에 있어서, 상기 활성 섬유(7)는 20 - 140 ㎜의 범위에 걸쳐 있는 굴곡 반경으로 만곡된 광 증폭기.
3. 제2항에 있어서, 상기 활성 섬유의 굴곡 반경이 35 및 100 ㎜ 사이에 있는 광 증폭기.
4. 제1항에 있어서, 상기 전송 파장은 1520 내지 1570㎚의 범위에 걸쳐 있으며, 펌핑 파장은 980 ㎚(± 10㎚)이고, 상기 활성 섬유내의 형광 도우펀트는 에르븀인 광증폭기.
5. 제1항에 있어서, 상기 활성 섬유(7)는 상기 펌핑 파장에서 기본 모드만을 상기 섬유자체내에 전파시킬 수 있는 굴곡 반경을 지닌 적어도 하나의 만곡된 부분(11)을 지니며, 이러한 부분은 만곡되지않은 섬유부분(16)에 인접하고, 상기 만곡된 부분의 길이 또는 상기 만곡된 부분의 길이의 합은 상기 활성 섬유의 전체 길이의 70%이상인 광 증폭기.
6. 제5항에 있어서, 상기 활성 섬유(7)는 상기 펌핑 파장에서 기본 모드만을 상기 섬유자체내에 전파할 수 있는 굴곡반경을 지닌 단일 연속의 만곡된 부분(11)을 지니며, 각각의 만곡되지 않은 부분(16)은 상기 활성 섬유의 단부중 한 단부 또는 상기 활성 섬유의 단부 각각에 존재하는 광 증폭기.
7. 제6항에 있어서, 상기 활성 섬유(7)는 대체로 굴곡이 없으며 400 ㎜이하의 길이를 각기 지니는 활성 섬유의 단부(16)로 부터 이격된 활성 섬유의 전체 길이에 걸쳐 펌핑파장에서 기본 모드만을 상기 섬유 자체내에 전파시킬 수 있는 굴곡 반경으로 만곡된 광 증폭기
8. 제7항에 있어서, 대체로 굴곡이 없는 단부(16) 각각은 200㎜이하의 길이를 지니는 광 증폭기.

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