KR20010023537A

KR20010023537A - 디스프로슘이첨가된저포논에너지섬유증폭기

Info

Publication number: KR20010023537A
Application number: KR1020007002185A
Authority: KR
Inventors: 브라이안 콜; 자스빈더 상헤라; 브랜든 쇼; 배리비. 하비슨; 이쉬와디. 아가왈
Original assignee: 엘워드 사울; 미합중국 (관리부서 : 미합중국 해군성)
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2001-03-26
Also published as: WO1999010759B1; CA2300855A1; US5973824A; EP1007991A2; JP2001514443A; WO1999010759A3; WO1999010759A2

Abstract

본 발명은 광 유리 증폭기(28) 및 증폭 광통신 시스템에 관한 것이다.이들은 약 350 cm-1 미만의 포논 에너지를 가지며 디스프로슘이 첨가된 유리로 만들어진 제한된 길이의 단일 모드 유리섬유에 기초하고 있다. 상기 유리는 0.1-30 몰 %의 X, 0-40 몰 %의 비소, 0.01-20 몰 %의 갈륨, 0.01-20 몰 %의 Y, 그리고 0.001-2 중량 %의 디스프로슘을 함유한다. 여기서, X는 게르마늄과, 게르마늄과 황(최대 50 %)의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되고, Y는 셀레늄, 인듐과, 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다. 상기 시스템은 커플러(16), 상기 결합수단(16)과 연통하여 증폭될 광신호를 전달하는 실리카 베이스 신호 섬유(10), 상기 커플러(16)와 연통하는 펌프 광원(18), 일단이 상기 커플러(16)와 연통하는 증폭기(28)와, 상기 증폭기(28)의 타단과 결합하는 또 다른 실리카 베이스 섬유(32)를 포함한다.

Description

디스프로슘이 첨가된 저 포논 에너지 섬유 증폭기 {Disprosium Doped Low Phonon Energy Fiber Amplifier}

[관련출원]

본 출원은 본 발명의 발명자와 발명자가 동일하고 "희토류가 첨가된 저 포논 에너지 유리 및 섬유(Low Phonon Energy Glass And Fiber Doped With A Rare Earth)"로 명명되어 동일자로 출원된 특허출원과 관련되어 있다.

군사적 어플리케이션 및 산업적 어플리케이션을 위한 근거리통신망(LAN)에서 고속의 광네트워킹을 가능하게 하기 위해서, 통신용 1.3 ㎛ 광섬유 증폭기에 대한 요구가 있다. 현재 매설되어 있는 대부분의 플랜트는 1.3 ㎛에 대한 것이다. 대양 횡단 잠수함 링크는, 실리카가 최소 손실되는 파장에 대응하는 1.55 ㎛에서 작용하는 실리카 섬유를 베이스로 하여 에르븀이 첨가된 섬유 증폭기를 이용한다. 그러나 LAN 어플리케이션에서는 이것이 실리카 분산이 0인 파장에 대응하기 때문에 고대역 어플리케이션을 위해서는 1.3 ㎛ 증폭기를 필요로 한다.

현재 전기통신산업에서는 1.3 ㎛ 대형 전자 중계기를 사용하는데, 이 중계기는 광신호를 전자 신호로 변환시키며, 변환된 전자 신호는 증폭되어 다이오드 레이저를 통하여 다시 광신호로 변환된다. 이들 중계기는 다루기 어렵고, 민감하며, 유지비용이 비싸다. 전기통신업계는 컴팩트한 광섬유 베이스 증폭기의 개발에 적극적으로 관여하고 있다.

실리카 섬유는, 프라세오디뮴과 디스프로슘의 희토류 이온이 각각의 여기 상태로부터 다 포논 이완을 겪기 때문에, 즉 프라세오디뮴에서는¹G₄에서³F₃이, 디스프로슘에서는⁶H_9/2,⁶F_11/2에서⁶H_11/2가 되기 때문에 1.3㎛ 방출에 대해서는 적절한 호스트가 되지 못한다. 이는 결국 1.3 ㎛ 방출을 억제시키므로, 장치를 비실용적으로 만든다. 실리카의 포논 에너지는 약 1,100 cm^-1이다.

500 cm^-1보다 큰 포논 에너지를 갖는 플루오르화물 유리와 같은 저 포논 에너지 유리, 그리고 보다 최근에는 400 cm^-1보다 큰 포논 에너지를 갖는 황화물 유리에서 희토류 이온을 첨가시키는 많은 연구가 실시되었다. 플루오르화물 섬유에서의 연구로 실질적으로 상용화된 제품이 만들어졌는데, 즉 1.3 ㎛에서 작용하는 프라세오디뮴이 첨가된 섬유 증폭기이다. 그러나 이 제품은, 양자 효율이 5% 미만으로 매우 낮고, 신호 이득이 약 0.08 dB/mW로 작고, 1.02 ㎛에서의 펌프 공률(power) 요구치가 약 440 ㎽로 극단적으로 높기 때문에 널리 받아들여지고 있는 것으로 밝혀지지는 않았다. 후자의 속성 때문에 다이오드의 수명이 짧게 되어 필수적으로 비용을 추가시키고 시스템의 신뢰도를 결여시킨다. 더구나 플루오르화물 유리의 화학적 내구력은, 15년 이상의 장기간 신뢰도를 충족시켜야 하는 실리카 베이스 섬유와 비교하면, 빈약하다. 이러한 모든 특성 때문에 프라세오디뮴이 첨가된 플루오르화물 섬유 증폭기 사용은 전기통신업계에서 우호적인 대접을 받지 못하였다. 프라세오디뮴이 플루오르화물 유리에서 제대로 작용하지 않지만, 억제되는 다 포논이기 때문에 디스프로슘의 1.3 ㎛의 방출이 이들 유리에서 더욱 약해진다.

한편 황화물 유리는 플루오르화물 유리보다 낮은 포논 에너지를 가지므로, 그리하여 프라세오디뮴이 첨가되어 왔다. 문헌에서 인용되고 있는 상기 유리의 조성은 Ga-La-S와 Ge-Ga-S에 기초하고 있다. 예상되는 이득은 측정되는 방출 단면적(emission cross-section) (σ_c)과 여기된 상태의 수명(τ)의 곱을 나타내는 σ_cτ의 값에 비례한다. Ga-La-S, Ge-Ga-S 및 프라세오디뮴이 첨가된 플루오르화물 유리에 대해 얻은 σ_cτ의 값은 각각 250, 479와 39(x10^-26cm²s)이다. 이 값들은 예상된 이득이 같은 펌프의 공률(power)에 대하여 프라세오디뮴이 첨가된 플루오르화물에 대한 값보다 대략 더 높은 크기의 정도라는 것을 나타낸다. 다른 말로 하면, 프라세오디뮴이 첨가된 황화물 유리는 같은 이득에 대한 펌프 공률보다 약 10배 적은 공률을 필요로 한다. 프라세오디뮴에서¹G₄레벨로부터³F₃레벨 또는 그 이하의 범위로 억제되는 일이 여전히 일어나, 1.3 ㎛ 방출에 대한 양자 효율이 약 30%로 더 높다. 그러나 4-레벨 시스템에 대한 레이트 방정식 모델을 이용하면, 실용적인 증폭기 장치를 실현하기 위해서는 아주 낮은 섬유 손실이 필요한 것으로 나타난다. 예를 들면 500 ppm의 프라세오디뮴을 포함하는 10 미터 이상의 섬유 길이를 이용하여 20 dB 이상의 이득을 얻기 위해서는 약 1.3 ㎛에서 약 1 dB/m의 손실이 요구된다. 오늘날까지 수 미터가 넘는 길이의 다중 모드 황화물 섬유에서 보고된 최저 손실은 단지 약 0.5 dB/m인데, 더 긴 파장에서 발생하고, 전형적으로는 2 ㎛ 이상의 큰 파장에서 발생한다. 1.3 ㎛에서의 손실은 기껏해야 1 dB/m에 가까워진다. 이러한 문제는 약 2 ㎛ 코어 지름의 단일 모드 섬유가 섬유 증폭기용으로 필요하다는 사실에 의해 더욱 강조된다. 단일 모드 황화물 섬유에 대해 오늘날까지 보고된 최저 손실은 1 dB/m 보다 큰데, 2 ㎛을 초과하는 긴 파장에서 1 미터 길이에 대해 측정된다. 1.3 ㎛에서 섬유 증폭기의 실용적인 실현을 위해서는 낮은 손실을 갖는 10-20 미터 길이의 프라세오디뮴이 첨가된 황화물 섬유를 필요로 하는데, 이는 달성하기가 어렵고 또 비용이 집약되어야 하는 일이다.

디스프로슘은 황화물 유리에도 첨가되었다. 예를 들면 810에서 펌프된 Ge-Ga-S 유리 내의 디스프로슘에 대한 여기 상태의 수명은 단지 38 ㎲인 것으로 측정되었다. 방출이 매우 약했다. 디스프로슘이 첨가된 As₂S₃유리는 1.3 ㎛에서 형광성을 보여주지 않았다. 보다 최근에는, 0.2-0.5 중량 % 디스프로슘이 첨가된 Ge₃₀As₁₀S₆₀과 Ge₂₅Ga₅S₇₀유리는 약 808 ㎚에서 펌핑될 때 1.3 ㎛에서 아주 약한 형광성을 보여주었다. 다른 실험예에서 보면, 1.7 몰 %의 요오드를 함유하는 As₂S₃유리에서, Ge₃₀As₁₀S₆₀유리에서, Ge₂₅Ga₅S₇₀유리에서, Ge₃₅S_56.5I_8.5유리에서 1.3 ㎛에서 약한 형광성이 관찰되었고 측정된 수명이 38㎲ 였긴 하지만, 0.1 중량 % 디스프로슘을 함유한 As₂S₃유리에서는 형광성이 관찰되지 않아, 양자 효율이 20% 미만이었다. Ga-La-S 유리는 500 ppm의 디스프로슘이 첨가되었고 1.3 ㎛에서 형광성이 관찰되었고 수명은 59 ㎲로 측정되었으며, 양자 효율은 약 29%였다. 이는 914 nm에서는 물론 815 nm에서 펌핑함으로써 성취할 수 있다.

현재까지 최상의 희토류 이온 첨가제는 전기통신을 위한 1.3 ㎛에서의 퍼텐셜 섬유 증폭기를 위한 황화물 호스트에서의 프라세오디뮴으로 나타난다. 그러나¹G₄레벨에 대한 불충분한(weak) 흡수 단면적은 더 긴 섬유 길이의 사용을 필요로 하며, 따라서 낮은 섬유 손실로 이 어플리케이션을 가능하게 하는 것이 절대적으로 중요하다.

본 기술에 숙련된 사람들은 포논 에너지가 약 350 cm^-1미만이고 1.3 ㎛ 퍼텐셜 광섬유 증폭기를 위해 프라세오디뮴과 디스프로슘이 첨가된 셀레늄화물 유리와 같은 저 포논 에너지 호스트나 유리의 사용을 배제해 왔다. 그 이유는 이들 이온들이 일반적으로 1.02 ㎛과 0.815 ㎛ (및 0.915 ㎛) 각각에서 펌프되기 때문이다. 전자 에지, 즉 단파장 에지가 셀레늄화물 호스트에서는 더 긴 파장으로 변동하고 그리하여 전자 에지에 의한 흡수가 이제까지 사용되온 펌프 파장, 즉 프라세오디뮴에서는 1.02 ㎛, 디스프로슘에서는 0.815 ㎛ 또는 0.914 ㎛에서 의미있는 것으로 잘 알려져있다. 이 외에도 이들 소대역 갭 물질들은 적외선으로 연장되는 약한 흡수 테일을 보여준다. 결론적으로 1.3 ㎛에서의 방출이 또 셀레늄화물 호스트 매트릭스에 의해서 눈에 띄게 흡수되어 그러한 증폭기를 비실용적으로 만드는 것으로 널리 믿어지고 있다.

1.3 ㎛에서의 광 성능에 대한 부정적인 감정 외에도, 셀레늄화물 유리(〈350 cm^-1)와 같은 저 포논 에너지 호스트는 특히 섬유를 인출하는 동안에 클러스터링과 결정화를 유도하는 희토류 이온의 용해도가 낮은 것으로 널리 믿어지고 있다. 이것이 1.3 ㎛에서의 형광성에 치명적인 영향을 준다. 그러한 클러스터링은 희토류 이온에 대한 적절한 사이트가 없음에 기인한 것으로, 이는 유리 형성 셀레늄화물과 희토류 선행물질 사이의 결합 특성의 차이에서 생긴다. 환언하면, 저 포논 에너지 셀레늄화물 유리에서 희토류의 용해도가 낮은 이유는, 유리 구조가 현저한 공유 결합 특성으로 이루어진 반면에 희토류는 현저한 이온 결합을 형성하는 것을 선호하기 때문이다. 또한 희토류 셀레늄화물의 내열성이 융해된 유리에서 용해되는 것을 더 어렵게 한다.

광 도파관은 형태와 크기가 다른데, 그러한 예로서 섬유 및 평면 도파관이 있다. 섬유는 일반적으로 횡단면이 원형이며, 수십에서 수백 미크론의 지름과 수 미터에서 수 킬로미터의 길이를 갖는다. 평면 도파관은 일반적으로 두께가 수 미크론에서 수백 미크론이고 길이는 수 밀리미터(mm)에서 수 센티미터(cm)이다. 평면 도파관의 장점이 작고 컴팩트하다는 점인 반면에 섬유의 장점은 원격, 장거리 어플리케이션을 가능하게 하는 것이다. 섬유 도파관은 코어/클래드 프리폼에서 또는 도가니 융해 기술을 사용하여 인출되는 반면에 평면 도파관은 유리를 기판 위에 증착시키고 그리고 나서 이온 교환이나 광화학을 사용하여 코어/클래드 도파관을 생성하여 만들어진다.

[발명의 목적과 요약]

본 발명의 목적은 1.3 ㎛에서 신호의 증폭 및 레이저 파워 생성을 위해 전기통신 시스템에 사용되는 350 cm^-1미만의 저 포논 에너지를 갖는 디스프로슘이 첨가된 유리에서 만들어지는 광 도파관을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 디스프로슘이 첨가된 안정된 유리로부터 만들어지는 광 도파관 및 증폭방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 적어도 약 100배의 증폭에 해당하는 최소 20 dB의 이득을 갖는 광섬유 증폭기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 350 cm^-1미만의 저 포논 에너지를 가지며 디스프로슘이 첨가된 유리로부터 만들어진 광섬유 증폭기에 기초한 광통신 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 약 350 cm^-1미만의 저 포논 에너지를 가진, 디스프로슘이 첨가된 유리에 기초한 레이저를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적 및 다른 목적들은 최소한 광 증폭 신호 레벨의 에너지 레벨에서 또는 약 1.3 ㎛에서 레이저 진동을 위해 빛을 도파관으로 펌프시키는 펌프 광원과 연결하여, 디스프로슘이 첨가된 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 유리로부터 만들어진 도파관을 사용함으로써 달성될 수 있다.

본 발명은 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 유리로 만들어지고 디스프로슘이 첨가된 도파관을 이용한 광신호의 증폭에 관한 것이다.

도 1은 디스프로슘이 첨가된 저 포논 에너지 유리 섬유 도파관 증폭기를 일체화시킨 전기통신 시스템을 나타내는 개략도,

도 2는 저 에너지 레벨에 대한 디스프로슘의 에너지 레벨 다이아그램,

도 3은 디스프로슘이 첨가된 저 포논 에너지 유리 도파관을 일체화시킨 레이저를 나타내는 개략도,

도 4는 본 발명에 따라 광섬유를 만드는데 이용되는 장치를 나타내는 개략도,

도 5는 실험예 4에 사용된 실험 설비이고,

도 6은 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 가지며 디스프로슘이 첨가된 유리에서 만들어지는 1 미터 길이의 광섬유에 대한 형광성과 파장의 관계를 나타내는 도면이다.

[실시예의 상세한 설명]

본 발명은 디스프로슘이 첨가된 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 유리에서 만들어진 도파관에 기초한 광 유리 도파관 증폭기, 그 증폭기를 이용하는 광통신 시스템, 저 포논 에너지 유리 도파관에 기초한 레이저 및 디스프로슘이 첨가된 유리 도파관에 기초한 증폭 방법에 관한 것이다. 증폭기의 기반을 형성하는 광 도파관, 보다 구체적으로, 유리 섬유는 디스프로슘이 첨가된 저 포논 에너지 유리에서 만들어진다. 이 유리는 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 가지며, 중량 %로 제시되는 디스프로슘은 예외이며, 몰 % 단위로 다음의 성분을 포함한다.

성분 일반 범위 바람직한 범위 특히 바람직한 범위

게르마늄(Ge) 0.1-30 1-25 5-20

비소(As) 0-40 1-30 5-20

갈륨(Ga) 0.01-20 0.1-10 0.2-5

셀레늄(Se) 40-85 50-75 55-75

디스프로슘(Dy) 0.001-2 0.01-1.5 0.05-1

황이 약 50% 까지, 바람직하게는 30% 미만까지 셀레늄을 대신할 수 있다. 인듐은 갈륨의 일부 또는 전부를 대신할 수 있다. 다른 성분들이 유리의 광학적, 열적 및/또는 기계적 성질을 향상시키기 위해 유리에 첨가될 수 있다. 이들 다른 성분에는 굴절율을 변경하는 것으로 믿어지는, 텔루륨이 몰에 기준하여 20%까지 포함되고, 굴절율을 변경하고 희토류의 용해도를 향상시키는 것으로 믿어지는, 할로겐이나 그 혼합물, 특히 요오드가 몰을 기준으로 20%까지 포함된다. 약 2 몰 %까지 소량의 다른 첨가제가 유리에 추가되어 약간의 개선을 이룰 수 있다. 이들 다른 첨가제로는 탈륨, 세슘, 안티몬, 주석, 납, 카드뮴, 구리, 은, 이트륨, 스칸듐, 루티튬, 규소, 알루미늄, 인, 탄탈륨, 가돌리늄과 할로겐화물 및 이들의 혼합물이 포함된다.

적절한 유리 패밀리 중 하나는 전술되어 있다. 그러나 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 다른 유리도 적합하다.

전술한 유리에서 만들어지는 광 도파관은 거기에 존재하는 디스프로슘의 결과로 형광성을 드러낸다.

본 발명의 유리 섬유 도파관은 기존 방식대로 만들어지고 어떠한 횡단면 형태든지 취할 수 있다. 그러나 일반적으로 섬유는 횡단면에서 보면 원형이다. 본 발명의 목적을 위하여 섬유는 길이가 0.25-20 미터, 바람직하게는 0.5-5 미터이고, 지름은 약 20-500 미크론, 바람직하게는 50-300 미크론이다. 코어는 약 5-90%이며, 그 나머지가 클래딩이다. 섬유는 바람직하게는 약 1 ㎛에서 단일 모드이고, 손실이 5 dB/m 미만이며 2 dB/m 미만인 것이 바람직하다. 투과된 빛의 대부분을 코어 안에 유지하기 위해서 코어의 굴절율이 클래딩의 굴절율보다 커야 한다.

상기 증폭기를 만드는데 이용되는 유리는 적당한 방법으로 준비할 수 있다. 예를 들면 셀레늄화물 유리는 유리 성분을 드라이박스에 배칭(batching)시켜 준비할 수 있다. 적외선 투과를 향상시키기 위해, 특히 중간 범위의 적외선 투과를 향상시키기 위해 고순도 성분이 사용될 수 있다. 원소 형태의 유리 성분이 불순도가 낮은 보다 안정된 유리를 생성하므로 염이나 화합물의 형태로 보다는 원소의 형태로 그 성분을 사용하는 것이 바람직하다. 모든 성분은 금속을 기준으로 하여 99.9%의 순도를 넘어서 원하는 순도대로 구입할 수 있다. 셀레늄은 99.999+%의 순도도 구입 가능하다.

배칭 단계는 우선 유리 성분들의 무게를 잰 후 드라이박스에서 실시된다. 무게 재기와 배칭 단계는 성분을 오염시키는 산화와 가수분해를 막기 위해 1 ppm 미만의 산소와 수증기를 갖는 불활성 분위기 하에서 드라이박스에서 실시된다. 디스프로슘이 원소 형태로 셀레늄화물, 디스프로슘 칼코겐화물, 디스프로슘 할로겐화물로서 추가될 수 있고 또는 디스프로슘 셀레늄화물을 형성하기 위해 셀레늄과 함께 추가될 수 있다. 드라이박스에서 유리 성분들의 무게가 측정되고, 배칭 후에 유리 성분은 석영 앰플로 이송된다.

유리 성분을 석영 앰플로 이송시킨 후에, 앰플이 드라이박스에서 인출되어 공기가 제거된 후 밀봉된다. 밀봉 후에는 앰플을 가열시켜 그 내용물을 융해시켜 그 내용물이 고온에 반응하도록 하여 개별 셀레늄화물을 형성한다. 일반적인 융해 공정은, 분당 약 1-10℃의 비율로 대략 실온에서부터 약 800-900℃의 온도로 램핑(ramping)하고 약 12-20 시간 동안 약 800-900℃에서 유지하는 단계를 포함한다. 약 800-900℃로 가열시킨 후에 그 내용물은 액체 상태로 있고, 보다 균일한 분포를 이루기 위해 더 혼합시킨다.

융해 과정 후에, 유리를 고체화시키기 위해 융해된 유리는 약 5분 이내에 약 600-900℃에서 Tg 또는 그 이하로 급속 냉각된다. 고체화 후에는 유리 블랭크에 금이 가게 하거나 파손시킬 수도 있는 유리의 스트레스를 완화시키기 위해 대략 T_g의 온도에서 유리를 지속 가열하는 어닐링이 행해진다. 그러면 유리는 분말 엑스레이 회절 및 열 분석의 특성을 갖게 되어 유리 형성에 부응한다.

이 성분들이 셀레늄화물 염이나 화합물의 형태로 추가되면 개별 셀레늄 화합물을 형성하기 위한 원소형 금속과 원소형 셀레늄의 반응을 위해 아주 느리게 가열시킬 필요가 없다. 느리게 가열하면 셀레늄이 제어 가능하게 금속과 충분히 반응하게 된다. 현재 상용화되어 있는 등급의 셀레늄화물 화합물이 사용되면 높은 수준의 산화물 및 수소화물 불순물이 유리와 일체화되어 잔여 선행물질에 있는 당해 불순물에 의한 흡수 때문에 광대역 적외선 투과를 감소시킨다.

본 발명에 따른 유리 섬유는 종래의 방법으로 유리 프리폼으로부터 만들어진다. 유리섬유 인출 방법은 예를 들면 "등압 압축 성형을 사용하는 코어/클래드 광섬유 프리폼 제조방법(Method For Producing Core/Clad Optical Fiber Preforms Using Hot Isostatic Pressing)"으로 명명되어 문서번호 NC76,989로 1996년 6월 28일자 출원된 상헤라 등(Sanghera et al.)의 특허출원 제08/672,771호에 개시되어 있다. 이 출원의 내용은 유리섬유 제조 장치 및 방법에 관한 설명을 위해 본 명세서에서 참고하기로 한다.

도 1은 광섬유 증폭기를 포함하는 광통신 시스템을 나타내는 개략도이다. 도 1을 참조하면 제 1 신호빛 광섬유(10)는 전체적으로 16으로 지정되는 커플러의 포트(14)와 12에서 융착 접속된다. 신호 섬유(10)는 증폭되어야 할 신호를 전달하며 정상적으로는 실리카 베이스의 유리 섬유이다. 레이저 같은 광원(18)은 커플러(16)의 포트(22)와 20에서 융착 접속된다. 커플러의 다른 쪽에는, 즉 신호 빛과 펌프 빛이 결합된 후에는 포트(24)가 증폭기 섬유(28)의 한쪽 끝과 맞대기 결합되고 증폭기 섬유(28)의 다른쪽 끝은 짧은 길이의 개구수(numerical aperature)와 부합하는 광섬유(28)의 끝과 맞대기 결합된다. 상기 광섬유(28)는 계속하여 제 2 신호빛 광섬유(38)와 34에서 융착 접속되어 증폭된 신호를 전달하며 정상적으로는 실리카 베이스의 섬유이다.

커플러(16)의 목적은 펌프 빛을 신호 빛과 결합시켜서 그것을 빛이나 광신호가 신호빛 광섬유(38)로 들어가기 전에, 증폭되는 증폭기 섬유(28)에게 전달하는 것이다. 신호 빛과 펌프 빛을 결합시키기 위해 다른 결합 수단이 사용될 수 있다. 그러한 다른 결합 수단의 한가지 예는 증폭될 신호 빛을 전달하는 제 1 신호 섬유에 있는 노치이다. 펌프 빛은 제 1 신호 빛 섬유에서 신호 빛과 펌프 빛을 결합시키는 효과를 갖는 노치로 펌프 빛을 비춤으로써 신호 빛 섬유로 도입된다.

커플러의 기능을 예시하기 위하여, 광섬유(10)에서 5 ㎼의 에너지에서의 1.31 ㎛ 광섬유 신호를, 50 ㎽의 에너지에서의 1.29 ㎛의 파장의 섬유(20)에 있는 펌프 빛을 가정한다. 신호 빛과 펌프 빛이 커플러를 통해 전파되므로 신호 빛과 펌프 빛은 포트(24)로 공급되고, 여기에서 1.31 ㎛ 신호 빛과 1.29 ㎛ 펌프 빛은 끝난다. 증폭기 섬유(28)를 통과한 후에 증폭기 섬유(28)에서 나오는 빛 또는 광 신호는 약 5 ㎽ 또는 30 ㏈ 이득에 상당하는 약 1,000배의 증폭된 에너지에서의 1.31 ㎛ 빛이다. 펌프 빛의 에너지는 증폭 과정 동안에 흡수된다.

증폭기 섬유(28)에서의 신호 빛의 증폭은 도 2를 참조하여 설명하는데 저 에너지 레벨들에 대한 디스프로슘 에너지 레벨을 도시한다. 펌프 빛은 증폭기 섬유(28)로 들어갈 때 디스프로슘 전자를 접지 에너지 레벨⁶H_15/2에서⁶H_9/2,⁶F_11/2에너지 레벨로 여기시킨다. 그리고 나서 신호 빛은⁶H_9/2,⁶F_11/2에너지 레벨에서의 여기된 전자를 자극시켜 접지 레벨⁶H_15/2로 되돌리고, 저 에너지 대역으로 되돌아가는 동안에 전자들은 복사선을 방출하여 신호 빛이 증폭되게 한다.

본 명세서에서 개시되는 광 증폭은⁶H_9/2,⁶F_11/2에너지 레벨로 펌핑하는 단계 및 1.3 ㎛에서 방출이 일어나게 하는⁶H_9/2,⁶F_11/2에너지 레벨로 전자를 붕괴시키는 다른 에너지 레벨에서의 펌핑 단계를 포함한다. 구체적인 예는 1.1 ㎛에서의 빛이 펌프될 수 있는⁶H_7/2,⁶F_9/2에너지 갭으로, 접지 레벨⁶H_15/2로의 하향 복사선 방출이 일어나는 낮은⁶H_9/2,⁶F_11/2에너지 레벨로 전자의 비복사 붕괴가 일어나게 한다.

1.3 ㎛에서의 광신호를 증폭시키는 외에도, 다중 파장 또는 이중 파장 증폭기는 저 포논 유리를 첨가함으로써 만들어질 수 있는데, 이로부터 증폭기 섬유가 디스프로슘은 물론 에르븀 및/또는 프라세오디뮴을 가지고 만들어진다. 에르븀 및/또는 프라세오디뮴의 양은 디스프로슘에 대해 제시된 범위 내에 있다. 에르븀과 프라세오디뮴은 1.5 ㎛ 방출물을 갖기 때문에 디스프로슘과, 에르븀이나 프라세오디뮴 중 하나 또는 이들 양자가 첨가된 저 포논 에너지 유리에서 만들어지는 증폭기 섬유는 1.3 ㎛과 1.5 ㎛에서의 빛을 증폭시키는데 사용될 수 있다.

여기에서 개시되는 저 포논 에너지 유리 섬유는 약 10, 바람직하게는 0.01-2 중량 %까지의 테르븀과 유로퓸의 양을 일체화함으로써 병목 현상과 여기 상태 흡수를 막는다. 이테르븀, 에르븀과 네오디뮴과 같은 첨가제는 또 약 1.1 ㎛과 1.3 ㎛에서의 에너지 전이를 위해 최대 약 2 중량 %의 양으로 유리에 첨가될 수 있다. 중량 %는 몰 %로 제시된 유리 성분의 중량에 기초하고 있다.

레이저에 대한 개략도가 도 3에 개시되어 있으며, 공진 캐비티(resonant cavity)가⁶H_9/2,⁶F_11/2→⁶H_15/2의 전이 파장에서 공진한다. 공진 캐비티 내의 증폭기는 섬유(302)의 형태로 있으며 디스프로슘이 첨가된 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 유리로부터 만들어진다. 펌프 수단은 레이저(304)의 형태로 있으며 광 펌프 공률을 상기 증폭기에 제공하여 그 안의 디스프로슘 이온을 직접⁶H_9/2,⁶F_11/2레벨로 올린다. 반사 수단은 고반사율, 바람직하게는 90% 이상의 고반사율을 갖는 한쌍의 입출력 유전체 거울(308, 310)이다. 렌즈(306)는 레이저(304)에서 나오는 광신호가 증폭기 섬유(302)로 향하게 한다. 참조번호 308은 지수 부합 유체(index matching fluid)를 나타낸다.

다음 실험예들은 본 발명의 특별한 실시예로, 본 발명의 실시와 장점을 예시하기 위해 제시되었다. 본 실험예는 예시를 위한 것으로 어떤 식으로든 본 명세서와 청구범위를 제한할 수 없다.

[실험예 1]

본 실험예는 본 발명에 따라 200 ppm의 프라세오디뮴이 첨가된 Ge_16.5As_18.8Ga_0.2Se_64.5유리의 제법을 설명한다.

3 mm의 벽 두께를 갖는 실리카 유리 앰플은 먼저 희석된 플루오르화 수소산으로 에칭되고, 탈이온수로 세척되어 약 110℃로 오븐에서 건조된다. 건조된 앰플은 그 후 1 ppm 미만의 물과 산소를 함유한 드라이박스로 보내진다. 드라이박스에서 개별 원소의 중량이 측정된 후 유리 조성물 Ge_16.5As_18.8Ga_0.2Se_64.5이 제공된다. 중량 %에 근거한 원소의 순도는 Ga-99.99999%, Ge-99.9999%, As-99.9995% 그리고 Se-99.995%였다. 셀레늄과 비소는 물, 산화물 및 탄소를 제거하기 위해 증류됨으로써 순도가 더 높아졌다. 유리를 도핑처리하기 위해 사용된 200 ppm의 프라세오디뮴을 포함한 배치(batch)의 전체 중량은 10 그램이었다.

이 배치는 혼합되어 앰플에 실린다. 진공 밸브 조립체를 이용하여 앰플이 밀봉되고, 드라이박스에서 꺼내져 터보분자식(turbomolecular) 펌프와 기계식 펌프로 이루어진 진공 시스템에 설치된다. 이 어셈블리가 약 1 시간 동안 진공되고 나면 실리카 앰플이 산소-메탄 토치로 밀봉된다. 그리고 나서 밀봉된 앰플은 로(furnace)에 놓여지고 유리 성분들이 융해된다. 융해 공정은 다음과 같다. 분당 10℃의 속도로 500℃로 올린 후 500℃에서 3 시간 동안 머무르고, 분당 5℃의 속도로 900℃로 변경한 후 14 시간 동안 머무르고, 분당 10℃의 속도로 750℃로 변경한 후 2 시간 동안 머문다. 배치 성분들의 적절한 혼합을 보장하기 위해 요동식 로(rocking furnace)가 사용되었다. 유리의 정제를 위해 750℃를 유지하는 동안에는 요동이 정지된다. 앰플은 750℃에서 로에서 제거되어 물에서 급속 냉각된다. 유리는 계속하여 약 3 시간 동안 210℃에서 어닐링되고 실온으로 천천히 냉각된 후 특성화 및 섬유화를 위해 앰플에서 제거된다.

본 발명에 따른 다른 유리들이 실험예 1에 설명된 것처럼 제조되었다. 그들의 조성물과 실험예 1의 유리 조성물이 약간의 추가 정보와 더불어 표 A에 제시되어있다.

표 A - 본 발명에 따른 유리

첨가제 섬유

조성물 첨가제(ppm) T_g(℃) T_draw(℃) 손실(dB/m)

1. Ge_16.5As_18.8Ga_0.2Se_64.5Pr 200 237 387 0.7@6.61 ㎛

2. Ge_16.5As_18.3Ga_0.7Se_64.5Pr 2000 237 370 1.8@6.07 ㎛

3. Ge_12.5As_18.8Ga_0.2Se_58.5S₁₀Dy 200 167 352 2.6@6.05 ㎛

4. Ge_12.5As_18.8Ga_0.2Se_64.5Dy 750 237 385 1.2@6.19 ㎛

[실험예 2]

본 실험예는 상술한 유리로부터 유리섬유를 인출하는 것을 예시한다. 섬유를 인출하기 위해 사용된 장치는 도 1에서 도시된 것이다.

약 200 ppm의 프라세오디뮴이 첨가된 조성물 Ge_16.5As_18.8Ga_0.2Se_64.5의 유리 프리폼은 실험예 1에 따라서 융해된다. 문서번호 NC77,216로 1996년 6월 26일자 출원된 출원번호 제08/670,910호 "유리로부터 수소 및 탄소 불순물을 제거하기 위한 방법(Process For Removing Hydrogen And Carbon Impurities From Glasses)"에 대한 상헤라 등(Sanghera et al.)의 특허출원에서 개시된대로, 대략 1,000 ppm의 염화텔루륨(TeCl₄)이 그 유리에 또 첨가되어 중간 적외선 H-Se 흡수 대역을 감소시킨다. 이 프리폼은 약 5 cm 길이에 6 mm의 공칭 지름을 갖는다. 문서번호 NC76,989로 된 특허출원에서 개시된 장치를 통해 코어만 있는 섬유가 인출된다. 유리 섬유는 약 2 m/min의 속도로 387 ℃의 온도에서 인출된다. 약 200 ㎛의 외경을 갖는 전체 길이 11 m의 섬유가 인출된다. 이 프리폼에서 인출된 섬유의 한 섹션에 대한 최소 손실이 대략 6.61 ㎛에서 0.7 dB/m으로 측정되었다.

[실험예 3]

본 실험예는 표 A에서 제시된 세 번째 유리 조성으로부터 만들어진 섬유에 의해 1.3 ㎛에서의 광학적 형광성을 보여준다. 유리는 상기 실험예 1과 비슷한 방법으로 만들어진다. 섬유는 상기 실험예 2와 비슷한 방법으로 352℃에서 인출된다.

도 5를 참조하면⁶H_9/2,⁶F_11/2에너지 레벨에 대한 실온 수명은 감쇠기(114), 렌즈(116)와 SiO₂베이스 섬유(118)를 통해 1.064 ㎛에서 작용하는 Nd:YAG 펄스 레이저(112)로 200 ppm 디스프로슘이 첨가된 칼코겐화물 유리 섬유 Ge_12.5As_18.8Ga_0.2Se_58.5S₁₀를 펌핑하여 측정되었다. 레이저(112)는 디스프로슘이 첨가된 섬유(110)의 입구단과 섬유 결합되는 10 mJ, 10 ns 펄스를 생성하였다. 원하는 1.3 ㎛ 방출 대역을 선택하고 1.064 ㎛ 빛을 차단하기 위한 위치에 있는 적절한 1.3 ㎛ 대역 여과기(122)가 있는 InSb 검출기(120)에 의해 방출이 검출된다. 검출기에서 나오는 신호는 신호 평균화를 위해 컴퓨터(126)로 보내진다. 컴퓨터는 필터의 스캐닝을 제어하고 데이터 취득을 이행한다.

감쇠기(114)의 기능은 레이저(112)의 공률을 10 mJ로 줄이는 것이고 렌즈(116)의 기능은 빛을 섬유(118)에 집중시키는 것이다.

섬유(118)는 60 ㎛의 코어와 200 ㎛의 클래드 외경을 가지며 레이저(112)에서 첨가된 증폭기 섬유(110)로 연장되어 양쪽 끝이 맞대기 결합된다. 섬유(110)는 코어만 있는 1미터 길이의 섬유이고 250 ㎛의 외경을 가지며, 6.05 ㎛에서 2.6 db/m의 손실과 약 1.3 ㎛에서 8 dB/m의 손실을 갖는다.

⁶H_9/2,⁶F_11/2에서⁶H_15/2로의 1.3 ㎛ 방출을 위한 상위 레벨을 나타내는⁶H_9/2,⁶F_11/2에너지 레벨에 대해 측정된 수명은 300 ㎲ 이상이고 측정된 방출 단면적은 약 2.8x10^-20cm²이다. 이는 σ_cτ곱에 대해 840x10^-26cm²s의 값을 산출하는데, 이는 이득에 비례한다. 이 값은 프라세오디뮴이 첨가된 황화물 유리에 대해 관찰된 값의 거의 두배이고 프라세오디뮴이 첨가된 플루오르화물 유리에 대한 값의 약 20배 이상이다.

1.28에서 디스프로슘에서의⁶H_9/2레벨을 펌핑하면 황화물 유리에서의 프라세오디뮴의¹G₄보다 약 10배 이상인 흡수 단면적에 상응하게 된다. 황화물 유리에서 프라세오디뮴을 사용하는 다른 장점으로는 방출 단면적이 1.6배 이상 크고 대역폭이 약 1.5배 이상 크다는 것이다. 이러한 모든 장점은 디스프로슘이 첨가된 저 포논 에너지 유리 섬유가 1 dB/m 보다 상당히 큰 손실을 가지면서도 여전히 약 20 dB 이득을 제공할 수 있다는 것을 나타낸다.

[실험예 4]

본 실험예는 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 유리에서 만들어진, 디스프로슘이 첨가된 유리 섬유의 형광성을 보여준다.

약 350 cm-1 미만의 포논 에너지를 갖는 유리에서 만들어지고 Ge_12.5As_18.8Ga_0.2Se_64.5의 조성, 즉 상기 표 A에서 4번째 조성을 갖고 750 ppm의 디스프로슘(Dy⁺³)을 함유하는 칼코겐화물 유리가 1.3 ㎛에서의 형광성을 측정하기 위해 사용되었다. 길이가 1미터이고 외경이 300 ㎛인 섬유의 최소 손실은 약 6 ㎛에서 1.2 dB/m 미만이고, 약 1.3 ㎛에서의 손실은 약 2.5 dB/m이다.

실험 설비가 도 5에 도시되어 있는데, 상기 실험예 3에서 설명된 필터(122)를 대신하여 초퍼(chopper)와 모노크로미터를 포함한다. 섬유(110)는 1.064 ㎛에서 CW Nd:YAG 레이저(112)로부터 초프된 복사선에 의해 여기된다. 상기 섬유로부터의 방출은 필터(122)의 입구 슬릿에 결합된다. 모노크로미터의 출구단에서의 형광성이 InSb 검출기(120)로 검출된다. 검출기에서 나온 신호는 초프된 신호의 신호 평균화를 위해 컴퓨터(126)로 보내진다. 컴퓨터는 모노크로미터의 스캐닝을 제어하고 데이터 취득을 실행한다. 디스프로슘이 첨가된 칼코겐화물 섬유에서 1.3 ㎛에 상응하는⁶H_9/2,⁶F_11/2→⁶H_15/2로의 전이를 위한 양쪽 여기 파장에서 실온 형광 스펙트럼이 관찰되었다. 디스프로슘이 첨가된 저 포논 에너지 유리 섬유로부터 측정된 스펙트럼의 일례가 도 6에 도시되어 있다. 1.1 ㎛에서의 펌핑에 의해 관찰된 형광성이 가장 현저하였는데, 그 이유는 1.064 ㎛ 여기 파장이 디스프로슘의 1.1 ㎛ 흡수 대역의 짧은 파장의 에지에 있기 때문이다.

이상에서는 본 발명의 현재 바람직한 실시예에 대해서 설명하였고 여러 변경예에 대해 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실험예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것을 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 내에 있게 된다.

Claims

결합수단, 상기 결합 수단과 연통하는 제 1 실리카 베이스 섬유, 상기 결합 수단과 연통하는 펌프 광원, 상기 결합 수단과 연통하는 증폭기 유리 도파관과, 상기 결합 수단과 연통하는 제 2 실리카 베이스 섬유를 포함하며,

상기 증폭기 도파관이 디스프로슘을 함유한 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 유리로부터 만들어진 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
제1항에 있어서,

상기 결합 수단은 제 1, 제 2, 제 3 포트를 포함하며, 상기 제 1, 제 2 포트는 상기 제 1 섬유와 펌프 광원에서 발산되는 신호를 결합시키기 전에 배치되고,

상기 도파관은 섬유이고,

상기 제 1 섬유는 상기 제 1 포트에 결합되고,

상기 펌프 광원은 상기 제 2 포트에 결합되고,

상기 증폭기 섬유의 일단이 상기 제 3 포트와 결합되고 상기 증폭기 섬유의 타단이 상기 제 2 섬유에 결합되고,

상기 증폭기 섬유는 단일 모드이고, 길이가 1-10 m이고 지름이 20-500 ㎛이고 약 5 dB/m 미만의 손실을 가지며, 유리로 만들어지며,

상기 유리는 몰 %로 제시되는 다음 성분들을 포함하며,

X 0.1-30

비소 0-40

갈륨 0.01-20

Y 40-85

여기서 X는 게르마늄과, 게르마늄과 황(최대 50%)의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되고, Y는 셀레늄, 인듐과 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되며,

상기 유리가 상기 성분들의 중량에 기초하여 디스프로슘의 0.001-2 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
제2항에 있어서,

상기 증폭기 섬유가 테르븀, 유로퓸 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 1 첨가제의 최대 10 중량 %와, 네오디뮴, 에르븀, 이테르븀 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 2 첨가제의 최대 2 중량 %와, 탈륨, 세슘, 안티몬, 주석, 납, 카드뮴, 구리, 은, 이트륨, 스칸듐, 루티튬, 규소, 알루미늄, 인, 탄탈륨, 가돌리늄, 할로겐화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 3 첨가제의 최대 2 몰 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
제3항에 있어서,

X의 양은 1-25, 비소의 양은 1-30, 갈륨의 양은 0.1-10, Y의 양은 50-75이고 디스프로슘의 양은 0.01-1.5인 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
제3항에 있어서,

X의 양은 5-20, 비소의 양은 5-20, 갈륨의 양은 0.2-5, Y의 양은 55-75이고 디스프로슘의 양은 0.05-1인 것을 특징으로 하는 광통신 시스템.
디스프로슘이 첨가된 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 유리에서 만들어진 유리 도파관과,

디스프로슘 이온을 최소⁶H_9/2,⁶F_11/2레벨로 올려⁶H_15/2레벨로 붕괴될 때 약 1.3 ㎛ 방출이 일어나도록 상기 도파관에 광 펌프 공률을 제공하기 위한 펌프 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭기.
제6항에 있어서,

상기 증폭기는 섬유의 형태이며, 상기 섬유는 단일 모드이고, 1-10 m의 길이와 20-500 ㎛의 지름과 약 5 dB/m 미만의 손실을 가지며, 유리에서 만들어지며,

상기 유리가 몰 %로 제시되는 다음 성분들을 포함하며,

X 0.1-30

비소 0-40

갈륨 0.01-20

Y 40-85

여기서 X는 게르마늄과, 게르마늄과 황(최대 50%)의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되고, Y는 셀레늄, 인듐과 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되며,

상기 유리가 상기 성분들의 중량에 기초하여 디스프로슘의 0.001-2 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭기.
제7항에 있어서,

테르븀, 유로퓸 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 1 첨가제의 최대 10 중량 %와, 네오디뮴, 에르븀, 이테르븀 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 2 첨가제의 최대 2 중량 %와, 탈륨, 세슘, 안티몬, 주석, 납, 카드뮴, 구리, 은, 이트륨, 스칸듐, 루티튬, 실리콘, 알루미늄, 인, 탄탈륨, 가돌리늄, 할로겐화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 3 첨가제의 최대 2 몰 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭기.
제8항에 있어서,

X의 양은 1-25, 비소의 양은 1-30, 갈륨의 양은 0.1-10, Y의 양은 50-75이고 디스프로슘의 양은 0.01-1.5인 것을 특징으로 하는 증폭기.
제8항에 있어서,

X의 양은 5-20, 비소의 양은 5-20, 갈륨의 양은 0.2-5, Y의 양은 55-75이고 희토류의 양은 0.05-1인 것을 특징으로 하는 증폭기.
반사 수단에 의해 한정되고⁶H_9/2,⁶F_11/2→⁶H_15/2전이 파장에서 공진하도록 구성된 공진 캐비티와,

디스프로슘이 첨가된 약 350 cm^-1미만의 포논 에너지를 갖는 유리로부터 만들어지는 상기 공진 캐비티 내의 광 증폭기와,

약 1.3 ㎛에서 레이저 작동이 되도록 디스프로슘 이온을 최소⁶H_9/2,⁶F_11/2레벨로 올리기 위해 상기 증폭기에 광 펌프 공률을 제공하기 위한 펌프 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제11항에 있어서,

상기 증폭기가 1-25 몰 %의 X, 1-30 몰 %의 비소, 1-10 몰 %의 갈륨, 50-75 몰 %의 Y와 0.01-1.5 중량 %의 디스프로슘을 포함하는 유리로부터 만들어지는 섬유이고,

X는 게르마늄과, 게르마늄과 황(최대 50%)의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되고, Y는 셀레늄, 인듐과 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저.
제12항에 있어서,

상기 증폭기 섬유가 테르븀, 유로퓸 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 1 첨가제의 최대 10 중량 %와, 네오디뮴, 에르븀, 이테르븀 및 이들의 혼합물의 이루어진 그룹에서 선택되는 제 2 첨가제의 최대 2 중량 %와, 탈륨, 세슘, 안티몬, 주석, 납, 카드뮴, 구리, 은, 이트륨, 스칸듐, 루티튬, 실리콘, 알루미늄, 인, 탄탈륨, 가돌리늄, 할로겐 화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 3 첨가제의 최대 2 몰 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제13항에 있어서,

상기 반사 수단이 90 % 이상의 반사율을 갖는 한쌍의 유전체 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저.
제14항에 있어서,

상기 펌프 수단이 1.3 ㎛ 또는 그 이하에서 작동하는 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저.
증폭될 신호를 결합 수단으로 도입하는 단계;

상기 신호보다 높은 에너지에서의 펌프 빛을 상기 결합 수단으로 도입하는 단계;

상기 신호와 펌프 빛을 상기 결합 수단 내에서 결합하는 단계,

상기 결합된 신호와 빛을 광신호가 증폭되는, 약 350 cm^-1의 포논 에너지를 가지며 디스프로슘이 첨가된 증폭기 도파관으로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭 방법.
제16항에 있어서,

상기 도파관은 1-10 m의 길이와 20-500 ㎛의 지름과 약 5 dB/m 미만의 손실을 갖는 단일 모드의 섬유이며, 상기 증폭기 섬유는 유리로 만들어지며,

상기 유리가 몰 %로 제시되는 다음 성분들을 포함하며,

X 0.1-30

비소 0-40

갈륨 0.01-20

Y 40-85

여기서 X는 게르마늄과, 게르마늄과 최대 50 % 황과의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되고, Y는 셀레늄, 인듐과 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되며,

상기 유리가 상기 성분들의 중량에 기초하여 디스프로슘의 0.001-2 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭 방법.
제17항에 있어서,

상기 증폭기가 테르븀, 유로퓸 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 1 첨가제의 최대 10 중량 %와, 네오디뮴, 에르븀, 이테르븀 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 제 2 첨가제의 최대 2 중량 %을 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭방법.
제18항에 있어서,

X의 양은 1-25, 비소의 양은 1-30, 갈륨의 양은 0.1-10, Y의 양은 50-75이고 디스프로슘의 양은 0.01-1.5인 것을 특징으로 하는 광신호 증폭방법.
제18항에 있어서,

X의 양은 5-20, 비소의 양은 5-20, 갈륨의 양은 0.2-5, Y의 양은 55-75이고 디스프로슘의 양은 0.05-1인 것을 특징으로 하는 광신호 증폭방법.
제19항에 있어서,

상기 유리는 약 350 cm^-1의 포논 에너지를 가지며 약 5 dB/m 미만의 손실을 갖는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭방법.
제18항에 있어서,

상기 증폭될 광신호의 에너지와 대략 같거나 더 큰 에너지에서 상기 펌프 빛을 펌핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 증폭방법.
제18항에 있어서,

상기 증폭될 광신호가 약 1.3 ㎛의 파장에 있으며 증폭기 섬유의 길이가 2-5 미터인 것을 특징으로 하는 광신호 증폭방법.