KR100417468B1

KR100417468B1 - 장주기 광섬유 격자 쌍을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기의 제조 방법

Info

Publication number: KR100417468B1
Application number: KR10-2001-0025340A
Authority: KR
Inventors: 송재원; 손경락; 손익부; 서동일
Original assignee: 송재원; 손경락; 손익부
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2004-02-05
Also published as: KR20010082401A

Abstract

본 발명은 초고속 광통신을 위한 파장분할 다중화(WDM:Wavelength Division Multiplexing)에 응용할 수 있는 장주기 광섬유 격자(LPFG:Long-Period Fiber Grating) 쌍(pair)을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 광섬유 증폭기(EDFA)가 코어에서 증폭이 이루어진데 비하여 클래딩에 어븀(erbium)이 첨가된 광섬유에 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)을 이용하여 위상 정합 조건을 만족하는 특정 파장에서 코어 모드와 클래딩 모드가 결합(coupling)하여 코어로 진행하는 입사 광이 클래딩으로 빠져나갔다가 다시 코어로 합쳐지게 되는 원리에 의하여 광 신호를 단면적이 넓은 클래딩에서 효과적으로 증폭시킬 수 있도록 하였다.

Description

장주기 광섬유 격자 쌍을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기의 제조 방법 {Method of manufacturing cladding optical fiber amplifier using long-period fiber grating pair}

본 발명은 장주기 광섬유 격자 쌍을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)을 이용하여 단면적이 넓은 클래딩에서 증폭이 이루어지는 새로운 광섬유 증폭기를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.오늘날 광통신 시스템은 파장분할 다중화(WDM:Wavelength Division Multiplexing) 및 광통신의 고속화를 위한 완전 광 능동 소자의 필요성이 매우 증대되고 있다. 고속 장거리 광통신의 혁신은 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifier)가 개발되면서 시작되었다. E. Desurvire에 의해서 "Erbium-doped fiber amplifiers for new generations of optical communication systems",Optics Photonics News(Jan. 1991)에 발표된 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기는 광섬유의 최저 손실 파장영역인 1.55um 대역에서 광 증폭기의 기본적인 요구사항인 높은 이득, 저잡음, 고효율 및 고출력이라는 특성을 만족시킨다. 그러나, 광 증폭을 위해서는 단일 모드 광섬유(SMF) 코어내로 여기(pump) 광원을 조사해 주어야 한다. 이 경우에 단면적이 좁은 코어 내로 높은 세기(high power)의 여기(pump) 광원은 비선형 효과(nonlinear effect)가 나타나게 되어 여기 광원의 세기를 높이는데 제약이 있다. 이것을 해결하기 위해서 H. Po가 발표한 “High power neodymium-doped single transverse mode fiber laser",Electron. Lett.(1993)에 의하면, 광섬유의 클래딩 바깥에 또 하나의 클래딩 층이 있는 이중(double) 클래딩 광섬유를 만들어 코어 대신에 내부 클래딩 층에 높은 세기(high power)의 여기(pump) 광을 조사하는 방법을 제시하였다. 이 경우 여기(pump) 광이 내부 클래딩 층을 진행하면서 코어에 있는 희토류 이온에 의한 광 흡수가 일어나서 코어를 지나가는 신호 광을 증폭하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 본 발명의 목적은, 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)을 이용하여 단면적이 넓은 클래딩으로 여기 광원을 조사하고 클래딩에서 광 신호를 증폭함으로서 종래의 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기에 비해서 증폭기의 길이가 매우 짧은 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)를 제조할 수 있는 장주기 광섬유 격자 쌍을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기의 제조 방법을 제공함에 있다.이러한 본 발명의 목적은, 클래딩에 어븀이 첨가된 광섬유에 두 개의 장주기 광섬유 격자를 직렬로 배열하여 만든 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)을 형성하는 단계와, 장주기 광섬유 격자의 위상 정합 조건(phase-matching condition)을 만족하여 코어 모드와 클래딩 모드가 결합(coupling)하는 공진 파장(resonant wavelength)이 신호 광원의 파장을 일치시키는 단계와, 상기 단계 후 신호 광원은 코어로 조사하고 여기(pump) 광원은 클래딩으로 조사하면, 첫 번째 장주기 광섬유 격자에 의하여 코어로 진행하는 신호 광원은 클래딩 모드와 결합(coupling)하여 클래딩으로 빠져나가서 클래딩으로 조사된 여기 광원에 의해서 증폭이 되며, 두 번째 장주기 광섬유 격자에 의해서 코어 모드와 클래딩 모드는 결합하여 증폭된 신호 광은 다시 코어로 합쳐지게 되어 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)를 완성하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 장주기 광섬유 격자 쌍을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기의 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제안한 장주기 광섬유 격자 쌍(LPEG pair)을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도 2은 장주기 광섬유 격자 쌍에 의한 투과(transmission) 스펙트럼(spectrum) 특성을 나타내는 그래프이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 광섬유 코어(core)

2 : 어븀(erbium)이 첨가된 광섬유 클래딩(cladding)

3 : 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)

L1 : 신호(signal) 광원(light source)L2 : 여기(pump) 광원(light source)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.도 1은 본 발명에서 제안한 장주기 광섬유 격자 쌍(LPEG pair)을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)를 개략적으로 나타내는 구성도이다.도 1을 참조하면, 본 발명의 제조 방법은 광섬유 코어(1)로 조사된 1.55㎛의 신호 광원(L1)은 첫 번째 격자에서 코어 모드와 클래딩 모드의 결합(coupling)으로 클래딩으로 빠져나가게 되며, 이 때 어븀이 첨가된 클래딩(2)으로 조사된 0.98㎛의 여기 광원(L2)에 의하여 광 신호의 증폭이 일어나게 된다.두 번째 격자에서는 코어 모드와 클래딩 모드가 서로 결합(coupling)하여 클래딩에서 증폭된 신호 광원(L1)은 다시 광섬유 코어(1)로 합쳐지게 된다. 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair;3)에 의한 투과 스펙트럼은 도 2에서 볼 수 있다.도 2의 투과 스펙트럼은 첫 번째 장주기 광섬유 격자에서는 코어 모드와 클래딩 모드들 사이의 위상 정합 조건을 만족하는 특정 파장에서 결합(coupling)이 일어나게 되어 일부(3dB)광은 클래딩으로 빠져나가게 되고 나머지는 코어로 진행하게 된다. 두 번째 장주기 광섬유 격자에서 코어 모드와 클래딩 모드가 간섭(interference)하여 다시 코어로 결합하여 간섭 무늬(fringe pattern)가 생기게 된다. 이와 같이, 장주기 광섬유 격자 쌍은 각각의 장주기 광섬유 격자에 의해서 클래딩으로 빠져나가거나 코어로 합쳐지는 광의 정도에 따라서 간섭무늬가 생기게 할 수도 있으며, 본 발명에서는 코어로 입사한 신호 광이 전부 클래딩으로 빠져나갔다가 코어와 클래딩 모드의 간섭이 없이 다시 코어로 합쳐지게 하였다.

광섬유 격자의 주기를 적절하게 설계하면 원하는 파장에서 모드 결합이 일어나게 할 수 있다. 코어 내로 진행하는 기본 모드와 진행 방향의 클래딩 모드들간의 위상 정합 조건(phase matching condition)은 다음과 같다.

여기서, Λ는 장주기 광섬유 격자의 격자 주기(grating period)이고, β₀₁은 기본 모드의 전파 상수(propagation constant)이고, β_cl ⁽ⁿ⁾은 n-th 클래딩 모드의 전파 상수이다.

본 발명은 위상 정합 조건을 만족하는 공진 파장(resonance wavelength)이 신호 광의 파장인 1.55㎛와 일치하는 두 개의 장주기 광섬유 격자를 직렬로 배열한 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)을 이용하여 코어로 진행하는 신호(signal) 광(1.55㎛)이 첫 번째 장주기 광섬유 격자에서 코어 모드와 클래딩 모드의 결합(coupling)으로 코어로 조사된 신호 광은 클래딩으로 빠져나가서 클래딩으로 진행하게 된다. 클래딩으로 빠져나간 신호 광은 클래딩으로 조사된 여기(pump) 광원(0.98㎛)에 의하여 증폭이 된다. 클래딩에서 증폭된 신호 광은 두 번째 장주기 광섬유 격자에서 코어로 다시 합쳐지게 된다. 이와 같이, 단면적이 넓은 클래딩에서 증폭이 일어나는 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)는 코어에서만 증폭이 일어나고 종래의 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기에 비해서 증폭기의 길이가 매우 짧고 신호 광의 손실이 적은 장점이 있다.이와 같이, 본 발명은 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)을 이용하여 코어로 진행하는 신호 광이 클래딩으로 빠져나가서 클래딩으로 조사된 여기(pump) 광원에 의해서 증폭이 이루어지고 다시 코어로 합쳐지게 되므로 기존의 코어에서만 증폭이 일어나는 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기에 비하여 단면적이 100배 이상 넓은 클래딩에서 증폭을 하게 되므로 증폭기의 길이가 매우 짧아서 효율이 뛰어난 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)를 구현할 수 있다. 뿐만 아니라, 종래의 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기가 단일 모드 광섬유(SMF)의 코어 내로 여기(pump) 광원을 조사하게 되어 여기 광원의 세기(power)를 높이는데 제약이 많은데 비해서, 본 발명은 이중(double) 클래딩 광섬유와 같이 클래딩으로 높은 세기(high power)의 여기 광원을 조사할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)을 이용하여 단면적이 넓은 클래딩에서 광 신호(signal)를 증폭하며 여기(pump) 광원은 클래딩으로 조사할 수 있어, 코어로 신호 광과 여기 광원을 조사하여 코어에서만 광 신호 증폭을 하는 기존의 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기에 비하여 증폭기의 길이가 매우 짧고 신호 광의 손실이 적은 새로운 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)를 구현할 수 있다. 나아가서 본 발명에서 제안된 클래딩 광섬유 증폭기는 초고속 광통신을 위해서 반드시 필요한 파장분할 다중화 구현에 유용하게 이용될 것이다.

Claims

클래딩에 어븀이 첨가된 광섬유에 두 개의 장주기 광섬유 격자를 직렬로 배열하여 만든 장주기 광섬유 격자 쌍(LPFG pair)을 형성하는 단계와,

장주기 광섬유 격자의 위상 정합 조건(phase-matching condition)을 만족하여 코어 모드와 클래딩 모드가 결합(coupling)하는 공진 파장(resonant wavelength)이 신호 광원의 파장을 일치시키는 단계와,

상기 단계 후 신호 광원은 코어로 조사하고 여기(pump) 광원은 클래딩으로 조사하면, 첫 번째 장주기 광섬유 격자에 의하여 코어로 진행하는 신호 광원은 클래딩 모드와 결합(coupling)하여 클래딩으로 빠져나가서 클래딩으로 조사된 여기 광원에 의해서 증폭이 되며, 두 번째 장주기 광섬유 격자에 의해서 코어 모드와 클래딩 모드는 결합하여 증폭된 신호 광은 다시 코어로 합쳐지게 되어 클래딩 광섬유 증폭기(Cladding EDFA)를 완성하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 장주기 광섬유 격자 쌍을 이용한 클래딩 광섬유 증폭기의 제조 방법.