KR20020027329A - 광증폭용 광파이버 및 광파이버 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1.58 ㎛대의 신호광을 증폭하기 위해 사용되는 적어도 코어 영역(11)에 Er이 첨가된 광증폭용 광파이버(1)이고, 상기 코어 영역(11)의 적어도 일부분은 Er과 더불어 Ge, Al이 함께 첨가된 실리카 글래스로 되어 있으며, 상기 코어 영역(11) 내의 평균 Er 원자 농도는 950 wtppm 이상 3000 wtppm 미만이고, 1.58 ㎛ 대에서의 모드 필드 직경이 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

광증폭용 광파이버 및 광파이버 증폭기{Optical fiber for optical amplification and optical fiber amplifier}

광통신 네트워크에 있어서 전송 가능한 정보량, 즉, 통신 용량을 증대시키는 수법으로서, 파장 다중(WDM; Wavelength Division Multiplexing) 통신 기술이 공지되어 있다.

상기 WDM 통신에서는, WDM 신호광을 일괄 증폭할 수 있는 초광대역 광파이버 증폭기의 개발이 요구되고 있다. 야마다마코토 등의「통신 파장대를 일괄 증폭 가능한 초광대역 광파이버 기술」(NTT 기술 저널 1998년 11월호, 76 ~ 81페이지)은, 이러한 기술의 일예를 개시하고 있다. 상기 문헌에는, 파장 1.55 ㎛대에 증폭 영역을 가진 Er 첨가 광파이버를 사용한 광파이버 증폭부와, 파장 1.58 ㎛대에 증폭영역을 가진 Er 첨가 광파이버를 사용한 광파이버 증폭부를 병렬로 접속하는 것으로, 1.55 ㎛대와 1.58 ㎛대의 양자에 넓은 이득 평탄 대역을 가진 광파이버 증폭기가 개시되어 있다.

그러나, 종래 광파이버 증폭기에 사용되어 온 Er 첨가 광파이버의 1.58 ㎛대에 있어서의 단위 길이당의 증폭율은, 1.55 ㎛대에 있어서의 단위 길이당 증폭율(단위 길이 이득)에 비해 1자리수 이상 작기 때문에, 1.55 ㎛대와 동등한 신호 이득을 얻기 위해서는, 증폭용 광파이버의 길이가 10배 이상 필요하게 되고, 그 길이는 수백 m에 달하여, 장치가 대형화하는 결점이 있다.

증폭용 광파이버의 단위 길이 이득을 향상시키기 위해서는, Er 첨가량을 증가시키고, Er에 의한 여기 광흡수량을 증가시키는 수법이 고려되지만, Er 농도가 높아지면 농도 소광(消光)을 발생하기 때문에, 변환 효율이 저하되게 된다. 예를 들면, 본 발명자들은 「1580 nm 대에서의 고단위 길이 이득을 가진 EDF의 검토」(전자 통신 학회보 OAA'98 C-3-3)에서 Er 농도를 1100 wtppm으로 높인 EDF를 보고하고 있지만, 이것은 종래 생각되고 있던 농도 소광 한계에 거의 가까운 Er 첨가 농도이다.

본 발명은 여기광과 신호광을 입사시켜 신호광을 증폭 출력하는 광파이버 증폭기와, 상기 광파이버 증폭기에서 사용되는 광증폭용 광파이버에 관한 것으로, 특히 코어의 적어도 일부에 에르븀(Er)을 첨가한 광증폭용 광파이버 및 상기 광파이버를 사용한 광파이버 증폭기에 관한 것이다.

도 1 내지 도 3은, 본 발명에 따른 광파이버 증폭기의 다른 실시예의 전체 구성을 각각 도시한 개략도.

도 4a는 본 발명에 따른 광증폭용 광파이버의 종단면도이고, 도 4b는 그 횡단면도.

도 5a는 본 발명에 따른 광증폭용 광파이버의 다른 예의 종단면도이고, 도 5b는 그 횡단면도.

도 6은 본 발명에 따른 광증폭용 광파이버의 굴절율 프로파일을 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 광파이버 증폭기에 의한 증폭 파형을 도시한 그래프.

도 8은 Er 원자 농도와 증폭 특성의 관계를 도시한 그래프.

도 9는 Er 원자 농도와 단위 길이 이득의 관계를 도시한 도면.

도 10 내지 도 12는, 각각 Al 원자 농도가 5.5wt%, 1.2wt%, 8.5wt%의 경우에, Er 원자 농도가 다른 EDF의 1.58㎛대에서의 평균 이득과 변환 효율의 관계를 도시한 그래프.

도 13은 최대 변환 효율과 Al, Er의 각각의 원자 농도의 관계를 도시한 그래프.

도 14는 Al 원자 농도와 변환 효율 저하가 발생하는 Er 원자 농도의 관계를 도시한 그래프.

도 15는 본 발명에 따른 광증폭용 광파이버의 컷 오프 파장과 차폐 계수의 관계를 도시한 그래프.

도 16은 본 발명에 따른 EDF를 단일 모드 파이버와 융착(融着) 접속한 때의 접속 손실을 EDF의 MFD에 대해 나타낸 그래프.

1.58 ㎛ 대의 광증폭용 광파이버의 단위 길이 이득 향상이 한층 더 요구되고 있기 때문에, 본 발명자들은 깊이 연구한 결과, Al 동시 첨가에 의해 Er 원자의 회합(會合)을 억제하는 것으로, 농도 소광의 발생을 억제하고, 종래에 비해 Er 농도증대가 가능함을 발견하였다. 더욱이, Er 흡수량을 증대하는 수법으로서, Er의 첨가 영역과 광 파워 분포의 겹침을 크게 하는 것을 고려하였다. 그리고, 이것을 실현하기 위해서, 컷 오프 파장을 장파장측으로 시프트시켜 코어 내의 광차폐 효과를 크게 하는 것이 효과적임을 발견하였다.

결국, 컷 오프 파장을 장파장측으로 시프트시키면 코어 내의 광차폐 효과가 커지고, Er 흡수량을 증대시킬 수 있게 된다. 그래서, 농도 소광(消光)이 발생하는 Er 첨가 농도 한계도 고농도측으로 시프트되기 때문에, 첨가량도 증대시킬 수 있다. Er 첨가 농도를 증가시키고, 컷 오프 파장을 장파장측으로 시프트시키는 것으로, 단위 길이 이득이 높은 광증폭용 광파이버가 얻어진다. 더욱이, 굴곡 손실이 저하되는 효과가 있고, 광증폭용 광파이버를 작게 권취하여 패키지화할 수 있다는 효과도 얻어진다.

본 발명은 상기의 지견(知見)을 기초로 이루어진 것으로, 본 발명에 따른 광증폭용 광파이버는, 적어도 코어 영역에 Er이 첨가되어 있고, 1.58㎛대의 신호광을 증폭하는데 사용되는 광증폭용 광파이버이며, 코어 영역의 적어도 일부는, Er과 더불어 Ge, Al이 첨가된 실리카 글래스로 되어 있고, 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도는 950wtppm 이상 3000wtppm 미만이며, 1.58㎛대에서의 모드 필드 직경(MFD)이 5 이상인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 광파이버 증폭기는, 상기 광증폭용 파이버와, 상기 광증폭용 광파이버를 여진(勵振)시키는 여기광을 출사하는 여기 광원과, 여기 광원으로부터 발생한 여기광을 신호광과 합성하여 광증폭용 광파이버에 도입하는 합분파기(合分波器)와, 신호광의 입출력단에 각각 배치되어 있는 광 아이솔레이터를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성하는 것으로 상술한 바와 같이 단위 길이 이득이 높은 광증폭용 광파이버가 얻어진다. 또한, MFD를 5㎛ 이상으로 설정하는 것으로, 신호광의 파워 밀도를 저감시키고, 자기 위상 변조에 의한 신호파형의 일그러짐이나 4광파 혼합에 의한 신호의 크로스토크 등의 비선형 효과를 저감시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 신호 전송용 파이버와의 접속 손실 저감에 효과가 있고, 에너지 변환 효율 향상의 관점에서도 유리하게 된다.

광증폭용 광파이버의 코어 영역의 Al 원자 농도는 1wt% 이상인 것이 바람직하고, 5wt% 이상 20wt% 미만이면 더욱 바람직하다. Al 원자 농도를 이와 같이 설정하는 것으로, Er 원자의 회합을 억제하여 농도 소광 한계를 고농도측으로 시프트시키는 것이 가능하게 된다.

광증폭용 광파이버는, 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도가 1000wtppm 이상 3000wtppm 미만이고, 또한, 컷 오프 파장은 1.2㎛ 이상 1.5㎛ 이하의 범위에 있으면 적합하다. 이와 같이 컷 오프 파장을 장파장측으로 시프트시키는 것으로 코어의 차폐 계수를 0.8 이상으로 향상시킬 수 있고, Er을 1000wtppm 이상 첨가하는 것으로 1.58㎛의 광증폭에 대해 1.55㎛대와 동일한 정도의 단위 길이 이득을 얻는 것이 가능해진다. 상기 광증폭용 광파이버를 사용한 광증폭기에 있어서는, 여기 광원으로서 1.48㎛대의 여기광을 출사하는 여기 광원이 사용된다.

광증폭용 광파이버는, 코어 영역중의 평균 Er 원자 농도가 1500wtppm 이상3000wtppm 미만이고, 또한, 컷 오프 파장은 0.8㎛ 이상 1.1㎛ 이하의 범위에 있는 것도 적합하다. 이 경우는, Er 원자 농도를 1500wtppm 이상으로 높이는 것으로 1.58㎛대의 광증폭에 대해 1.55㎛대와 같은 정도의 단위 길이 이득을 얻는 것이 가능해진다. 상기 광증폭용 광파이버를 사용한 광증폭기에 있어서는, 여기 광원으로서 0.98㎛대의 여기광을 출사하는 여기 광원이 사용된다.

또한, 상기 1.48㎛대의 여기광을 출사하는 여기 광원을 사용한 광파이버 증폭기 및/또는 상기 0.98㎛대의 여기광을 출사하는 여기 광원을 사용한 광파이버 증폭기를 복수개 직렬로 접속하여 구성한 증폭부를 구비하고 있는 광파이버 증폭 장치로 해도 된다. 다단 구성으로 하는 것으로, 원하는 증폭율을 달성하는 것이 용이하게 된다.

본 발명은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 더욱 충분히 이해 가능해진다. 이들은 단지 예시를 위해 제시한 것이며, 본 발명을 한정하는 것으로 생각해서는 안된다.

본 발명의 응용 범위는 이하의 상세한 발명으로부터 한층 더 분명하게 될 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정한 사례는 본 발명의 적합한 실시예를 나타내는 것이기는 하지만, 예시를 위해서만 나타내는 것이며, 본 발명의 사상 및 범위에 있어서의 여러가지 변형 및 개량은 상기 상세한 설명으로부터 당업자에게는 자명함은 분명하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 상세하게 설명한다. 설명의 이해를 쉽게 하기 위해서, 각각의 도면에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 가능한 한 동일한 참조번호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 3은, 본 발명에 따른 광파이버 증폭기의 다른 실시예의 각각의 구성을 도시한 개략도이다. 모두 도면 내의 좌단으로부터 증폭 대상인 신호광을 입력하고, 도면의 좌단으로부터 증폭된 신호광을 출력하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 도 1 내지 도 3에 각각 도시된 광파이버 증폭기(10a, 10b, 10c)는 모두 신호광을 증폭하는 증폭 매체인 본 발명에 따른 광증폭용 광파이버(1)를 가지고 있고, 신호의 입력단측과 출력단측에 광파이버 증폭기의 발진을 억제하는 광 아이솔레이터(4A,4B)가 각각 배치되어 있다. 그리고, 0.98㎛대 또는 1.48㎛대의 광증폭용 광파이버(1)의 여기광을 발생시키는 여기 광원(2A 및/또는 2B)과, 상기 여기 광원(2A 및/또는 2B)에서 발생한 여기광을 신호광이 입사되는 광증폭용 광파이버(1)로 유도하는 합분파기(3A 및/또는 3B)를 구비하고 있다.

광증폭용 광파이 버(1)에 여기광을 어떠한 방향에서 도입할지에 따라 광증폭기는 크게 3개의 타입으로 분류된다. 도 1에 도시된 바와 같이 신호광과 여기광을 합성하여 광증폭용 광파이버(1)에 유도하는 광파이버 증폭기(10a)를 전방 여기계라고 부르고, 도 2에 도시된 바와 같이 신호광과는 반대방향으로부터 광증폭용 광파이버(1)에 여기광을 유도하는 광파이버 증폭기(10b)를 후방 여기계라고 부르며, 도 3에 도시된 바와 같이 광증폭용 광파이버(1)의 양단으로부터 여기광을 도입하는 광파이버 증폭기(10c)를 쌍방향 여기계라고 부른다. 상기 증폭기를 복수 직렬로 조합하여 증폭부를 구성해도 된다.

도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b는 상기 광파이버 증폭기(10a, 10b, 10c)에서 사용되는 광증폭용 광파이버(1)의 구성을 도시한 도면이고, 도 4a, 도 5a가 각각 종단면도, 도 4b, 도 5b는 대응하는 횡단면도이다.

도 4a, 도 4b에 도시된 광증폭용 광파이버는 외경(2a)의 코어 영역(11)의 주위에 외경(2b)의 클래드 영역을 가진 구조로 되어 있고, 코어 영역(11)은 적어도 Al, Ge, Er이 함께 첨가된 석영 글래스로 되어 있으며, 클래드 영역(12)은 적어도 Er이 첨가되어 있지 않고, 코어 영역(11)으로부터 굴절율이 작은 석영 글래스로 되어 있다. 이하, 상기 종류의 광증폭용 광파이버를 전(全) 도프 EDF(Erbium-Doped optical Fiber)라고 한다.

한편, 도 5a, 도 5b에 도시된 광증폭용 광파이버는, 코어 영역(11)이 축중심부분의 Er이 첨가된 형광 영역(11a)과 그 주위의 Er이 첨가되어 있지 않은 투명 영역(11b)으로 구성되어 있는 점이 상이하다. 이하, 상기 종류의 광증폭용 광파이버를 부분 도프 EDF라고 한다.

어떠한 광증폭용 광파이버도 그 굴절율 프로파일은 도 6에 도시된 바와 같은 소위 SI(Step Index)형이고, 코어 영역(11)과 클래드 영역(12)의 비굴절율차를 이하, △n으로 나타낸다.

여기서, 코어 영역(11; 형광 영역(11a)과 투명 영역(11b)으로 구분하는 경우는 형광 영역(11a))의 원자 농도가 950wtppm 이상 3000wtppm 미만인 Er이 첨가되어 있다. 그리고, Al 원자 농도는, 1wt% 이상인 것이 바람직하고, 5wt% 이상 20wt% 이하이면 더욱 바람직하다. 더욱이, 광증폭용 광파이버(1)는, 1.58㎛대에 있어서의 모드 필드 직경이 5㎛ 이상으로 설정되어 있다.

여기 광원(2A 또는 2B)으로서 1.48㎛대의 여기광을 출사하는 여기 광원(2A, 2B)을 사용하는 경우는, 광증폭용 광파이버(1)의 코어 영역중의 평균 Er 원자 농도는 1000wtppm 이상 3000wtppm 미만이고, 또한, 그 컷 오프 파장(λc)은 1.2㎛ 이상 1.5㎛ 이하의 범위로 설정되어 있는 것이 적합하다.

여기 광원(2A 또는 2B)으로서 0.98㎛의 여기광을 출사하는 여기 광원(2A, 2B)을 사용하는 경우는, 광증폭용 광파이버(1)의 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도는 1500wtppm 이상 3000wtppm 미만이고, 또한, 그 컷 오프 파장(λc)은 0.8㎛ 이상 1.1㎛ 이하의 범위로 설정되어 있는 것이 적합하다.

상기 광증폭용 광파이버(1)는, 아래와 같이 하여 제작할 수 있다.

먼저, 도 4a, 도 4b에 도시된 전 도프 EDF의 제법부터 설명한다. 기재(基材)로서 순수 석영 또는 F, Cl 등을 첨가한 석영 글래스제의 글래스 파이프를 준비한다. 상기 기재 파이프 안쪽의 공간에 Ge, P 등을 첨가한 석영 글래스를 MYCD 법에 의해 퇴적시켜 다공질체(多孔質體)를 형성한다. 그리고, 퇴적시킨 다공질체에 Er과 Al을 포함하는 용액을 함침(含浸)시킨다. 함침 종료후에 용매를 건조에 의해제거한 후, 다공질체를 가열하는 것으로 투명화, 글래스화시키는 것으로 Er와 Al이 첨가된 영역을 형성한다. 필요에 따라 다공질층의 퇴적, 함침, 건조, 글래스화를 반복하는 것에 의해 적층시켜 파이버 모재(母材)를 작성하고, 이것을 확실하게 구분하여 원하는 전 도프 EDF를 얻는다.

도 5a, 도 5b에 도시된 부분 도프 EDF의 경우는, 마찬가지로 기재 파이프를 준비한 후, 상기 기재 파이프의 안쪽에 우선, Ge, P 등을 첨가한 석영 글래스를 MVCD 법에 의해 퇴적시켜 투명한 석영 글래스층을 형성한다. 그 후에, 상기 석영 글래스층의 안쪽에 전 도프 EDF와 마찬가지로 다공질층의 퇴적, 함침, 건조, 글래스화를 반복하는 것에 의해 적층시켜 파이버 모재를 작성하고, 이것을 확실하게 구분하는 것으로 원하는 부분 도프 EDF를 얻는다.

도 3에 도시된 본 발명에 따른 쌍방향 여기계의 광파이버 증폭기(10c)의 증폭 특성을 조사하였다. 광증폭용 광파이버(1)에는 표 1에 나타낸 바와 같은 특성치를 가진 전 도프 EDF를 사용하고, 여기 광원(2A, 2B)으로서는 1.48㎛대 LD(레이저 다이오드)를 사용하여, 반전 분포가 40도 부근이 되도록 조정을 행하였다. 증폭 특성의 측정 결과를 도 7에 도시한다.

EDF 특성치

특성	특성치
코어 영역(11)의 Er 원자 농도	1500 wtppm
Al 원자 농도	9wt%
△n	2.1%
λc	1.45㎛
MFD	4.5㎛
실효 코어 면적	21㎛2

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광증폭용 광파이버를 사용하여 광증폭을 행하는 것으로 신호광의 파장이 1.57 ~ 1.60 ㎛의 1.58㎛대에서 거의 평탄하고 또한 양호한 증폭 특성이 얻어지는 것이 확인되었다.

다음에, Er 원자 농도와 증폭 특성의 관계를 조사한 결과에 대해 설명한다. 여기서는, Al 첨가량을 5wt%, 비굴절율차(△n)를 1.3%, 컷 오프 파장(λc)을 1.3㎛, MFD를 5.5㎛로 하고, Er 원자 농도를 바꾼 여러 종류의 EDF를 사용하여, 도 3에 도시된 쌍방향 여기계의 광파이버 증폭기에 의해, 1.48㎛대의 여기광으로 1.58㎛대의 증폭 효율이 최대로 되도록 반전 분포를 최적화시켰을 때의 결과에 대해 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 증폭 신호 이득이 +10dB인 경우에는, Er 원자 농도가 1000wtppm일 때에 증폭 효율은 최대 75%에 도달하고, 그것보다 고농도측, 저농도측의 어떠한 것이라도 증폭 효율은 저하되지만, 저농도측이 저하량이 커졌다. 예를 들면 60% 이상의 증폭 효율을 확보할 수 있는 것은 Er 원자 농도가 450wtppm 내지 2700wtppm인 경우이고, 50% 이상의 증폭 효율을 확보할 수 있는 것은 Er 원자 농도가 300wtppm 내지 3300wtppm인 경우이었다. 한편, 증폭 신호 이득이 +25 dB인 경우에는, 증폭 효율이 최대로 되는 Er 원자 농도는 증폭 신호 이득이 +10 dB인 경우로부터 고농도측으로 시프트하여 원자 농도 약 1200 wtppm이고, 그 최대 증폭 효율은 약 57 %이었다. 상기 경우에 50 % 이상의 증폭 효율을 확보할 수 있는 것은, Er 원자 농도가 600 wtppm 내지 2600 wtppm인 경우이었다.

도 9는, 상기 증폭 신호 이득이 +10 dB인 경우의 Er 원자 농도와 단위 길이이득의 관계를 도시한 그래프이다. 기본적으로, Er 원자 농도가 높을수록 단위 길이 이득은 커지지만, 원자 농도가 1000 wtppm을 넘으면 그 증가율이 완만한 모양으로 된다. 단위 길이 이득 0.5 dB/m 이상을 확보하기 위해서는, Er 원자 농도는 950 wtppm 이상 필요한 것으로 확인되었다.

다음에, Al 농도, Er 농도를 바꾸어 증폭 특성을 조사한 결과에 대해 설명한다. 여기서, EDF의 비굴절율차(△n)를 1.3%, 컷 오프 파장(λc)을 1.3㎛, MFD를 5.5㎛로 하고, 도 3에 도시된 쌍방향 여기계를 사용하여 증폭 특성을 조사하였다. 여기파장은 1.48 ㎛대로 하고, 입력 신호광은 +5dBm으로 하였다.

도 10 내지 도 12는, 각각 Al 원자 농도가 5.5wt%, 1.2wt%, 8.5wt%인 경우에, Er 원자 농도가 다른 EDF의 1.58㎛대에 있어서의 평균 이득과 변환 효율의 관계를 도시한 그래프이다. 도 13은 도 10 내지 도 12로부터 얻어진 광-광 변환 효율의 최대치를 최대 변환 효율이라고 정의하였을 때의 최대 변환 효율과 Al, Er의 각각의 원자 농도의 관계를 도시한 그래프이다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 Er 농도가 높아지면, 최대 변환 효율은 저하됨이 확인되었다. 그리고, 도 13으로부터 분명한 바와 같이, Al 첨가량이 0인 경우는, Er 농도가 높아질수록 급격하게 최대 변환 효율은 저하되었다. Al의 첨가량이 증가함에 따라 Er의 고농도 영역에서의 최대 변환 효율은 향상되고, Al 농도가 5.5 wt%, 8.5 wt%일 때는, Er 농도가 3000 ppm을 넘어도 최대 변환 효율 60%를 유지하였다.

각 Al 농도에 있어서, 최대 변환 효율보다 변환 효율이 2.5% 및 5% 저하되는Er 원자 농도(고농도측)를 나타낸 그래프가 도 14이다. 모두 Al 원자 농도가 58이상에서는 거의 효율이 저하되는 Er 농도가 동일 또한 최대가 됨을 알았다. 따라서, Al 원자 농도를 5wt% 이상으로 하는 것으로, Er을 다량으로 첨가할 수 있다. 이것은, Al 원자가 존재하는 것으로 Er 원자끼리의 회합을 막을 수 있고, 회합에 의한 효율 저하를 방지할 수 있기 때문이라고 생각된다.

본 발명자들은, 광증폭용 광파이버의 1.58㎛대에 있어서의 단위 길이 이득(G/L)은 Al 농도가 5wt%이상일 때는,

G/L = Er 첨가농도[ppm]× 흡수계수[dB/m/ppm] × 차폐계수 × 0.033

으로 나타낼 수 있음을 발견하였다. 이 식에 있어서의 흡수계수는, 1.53㎛대에 있어서의 흡수계수이고, 0.033은 1.58㎛의 이득 비율을 나타내고 있다.

도 15는 본 발명에 따른 광증폭용 광파이버의 컷 오프 파장(λc)과 상기 차폐 계수의 관계를 도시한 그래프이다. 여기서, 차폐 계수란, 신호 파장의 모드 필드와 Er을 첨가한 코어부의 중첩이고, 코어 중심에서 r의 거리에 있어서의 광파워 밀도를 p(r)로 하면, 이하의 식에 의해서 정의되는 계수이다.

광증폭용 광파이버를 사용하여 여기광에 의한 광증폭을 행할 때는, 컷 오프파장(λc)에 가까운 대역의 여기광이 사용된다. 예를 들면, 1.48㎛대의 여기광으로 광증폭을 행하는 경우에는, 컷 오프 파장(λc)이 1.2 내지 1.58㎛ 부근의 EDF가광증폭용 광파이버로서 사용된다. 이 경우, 도 15에 의해 차폐 계수는 0.8 이상에 도달한다. 한편, 흡수계수는, 0.025dB/m/ppm이므로, G/L을 0.5dB/m으로 하기 위해서는, 750wtppm 이상의 Er를 첨가하면 좋음을 알 수 있다. Er 첨가 농도가 1000 wtppm 이상이라면 더욱 바람직하다. 농도 소광의 관점에서는 Er 첨가 농도는 3000 wtppmn 이하인 것이 바람직하다.

0.98㎛대의 여기광으로 광증폭을 하는 경우에는, 컷 오프 파장(λc)이 0.8 내지 1.1㎛ 부근의 EDF가 광증폭용 광파이버로서 사용된다. 상기의 경우, 도 15로부터 차폐 계수는 0.4 내지 0.7의 범위가 된다. 그리고, 더욱 바람직한 컷 오프 파장(λc) 0.98㎛ 이하에서는, 차폐 계수는 0.5 이하가 된다. 예를 들면, λc가 0.9㎛의 EDF를 상정하면, 도 15로부터 그 차폐 계수는 약 0.5가 된다. 이 때 G/L을 0.5dB/m로 하기 위해서는, 식(1)으로부터 Er 첨가 농도를 1200wtppm으로 하면 좋음을 알 수 있다. 차폐 계수가 최소의 0.4의 경우에도 1500wtppm 이상이면 충분하다. 농도 소광의 관점에서는 Er 첨가 농도는 마찬가지로 3000wtppm 이하인 것이 바람직하다.

MFD가 작으면, 파이버의 분산치가 0으로부터 벗어난 경우에 자기 위상 변조로 인한 신호 파형의 왜곡이 생기기 쉽다. 반대로, 파이버의 분산치가 0에 가까운 경우는 4광파 혼합 등의 비선형 효과가 생겨 WDM 신호간의 크로스토크가 생길 가능성이 있다. 이러한 자기 위상 변조나 비선형 효과를 저감하기 위해서는, MFD를 크게 하는 것이 적합하다. 더욱이, MFD가 작으면, 다른 파이버와의 접속점에 있어서 접속 손실이 크게 된다는 결점이 있다.

도 16은 본 발명에 따른 EDF를 단일 모드 파이버(△n=0.35%, λc=1.25㎛, 파장 1.55㎛에 있어서의 MFD=10.2㎛)와 융착 접속하였을 때의 접속 손실을 EDF의 MFD 에 대해 나타낸 그래프이다. 접속 손실이 양호한 특성으로 되는 0.2 dB/point 이하로 하기 위해서는, MFD가 5㎛ 이상이면 적합함을 알았다.

이상의 본 발명의 설명으로부터, 본 발명을 여러가지로 변형할 수 있는 것은 분명하다. 그와 같은 변형은, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈하는 것으로는 인정할 수 없고, 모든 당업자에게 자명한 개량은 이하의 청구의 범위에 포함된다.

본 발명에 따른 광증폭용 광파이버 및 상기 광파이버를 이용한 광파이버 증폭기는, 1.58㎛대의 신호광을 증폭하는 데 적합하게 사용할 수 있고, 특히, WDM 통신에 있어서, 신호광을 일괄적으로 증폭하는 데 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (9)

1. 적어도 코어 영역에 Er이 첨가되어 있고, 1.58 ㎛대의 신호광을 증폭하는데 사용되는 광증폭용 광파이버에 있어서,

   상기 코어 영역의 적어도 일부는 Er과 더불어 Ge, Al이 함께 첨가된 실리카 글래스로 되어 있고,

   상기 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도는 950 wtppm 이상 3000 wtppm 미만이며,

   1.58㎛ 대에서의 모드 필드 직경이 5㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 광증폭용 광파이버.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 코어 영역의 Al 원자 농도가 1 wt% 이상인 것을 특징으로 하는 광증폭용 광파이버.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 코어 영역의 Al 원자 농도가 5 wt% 이상 20 wt% 미만인 것을 특징으로 하는 광증폭용 광파이버.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도가 1000 wtppm 이상 3000 wtppm 미만이고,

   또한, 컷 오프 파장은 1.2 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광증폭용 광파이버.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도가 1500 wtppm 이상 3000 wtppm 미만이고,

   또한, 컷 오프 파장은 0.8 ㎛ 이상 1.1 ㎛ 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광증폭용 광파이버.
6. 적어도 코어 영역에 Er이 첨가되어 있는 광증폭용 광파이버를 사용하여 1.58 ㎛ 대의 신호광을 증폭하는 광파이버 증폭기에 있어서,

   상기 광증폭용 광파이버를 여진(勵振)시키는 여기광을 출사하는 여기 광원과;

   상기 여기 광원으로부터 발생된 여기광을 신호광이 입사되는 상기 광증폭용 광파이버로 도입하는 합분파기(合分波器)와;

   신호광의 입출력단에 각각 배치되어 있는 광 아이솔레이터를 구비하고 있고,

   상기 광증폭용 광파이버는, 상기 코어 영역이 적어도 일부에 Er과 더불어 Ge, Al이 함께 첨가된 실리카 글래스로 되어 있으며,

   상기 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도는 950 wtppm 이상 3000 wtppm 미만이고,

   1.58 ㎛대에서의 모드 필드 직경이 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 광파이버 증폭기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 광증폭용 광파이버의 상기 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도가 1000 wtppm 이상 3000 wtppm 미만이고,

   또한, 컷 오프 파장은 1.2 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 이하의 범위에 있으며,

   상기 여기 광원은 1.48 ㎛ 대의 여기광을 출사하는 것을 특징으로 하는 광파이버 증폭기.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 광증폭용 광파이버의 상기 코어 영역 내의 평균 Er 원자 농도가 1500 wtppm 이상 3000 wtppm 미만이고,

   또한, 컷 오프 파장은 0.8 ㎛ 이상 1.1 ㎛ 이하의 범위에 있으며,

   상기 여기 광원은 0.98㎛ 대의 여기광을 출사하는 것을 특징으로 하는 광파이버 증폭기.
9. 제 7 항에 기재된 광파이버 증폭기 및/또는 제 8 항에 기재된 광파이버 증폭기를 복수개 직렬로 접속하여 구성된 증폭부를 구비하고 있는 광파이버 증폭장치.