KR20030030942A - 광증폭 글래스 및 광도파로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 광증폭 글래스는, 100 질량부의 매트릭스 글래스 및 상기 매트릭스 글래스에 도핑된 0.1 내지 10 질량부의 Er 을 구비하며,
상기 매트릭스 글래스는, Bi2O3와, B2O3및 SiO2중 적어도 어느 일방과, Ga2O3, WO3및 TeO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 멤버와, La2O3를 구비하며, Bi2O3가 20 내지 80 몰% 이고, B2O3+ SiO2가 5 내지 75 몰% 이고, Ga2O3+ WO3+ TeO2가 0.1 내지 35 몰% 이고, La2O3가 0.01 내지 15 몰% 이다.

Description

광증폭 글래스 및 광도파로{OPTICAL AMPLIFYING GLASS AND OPTICAL WAVEGUIDE}
본 발명은 1,530 nm 내지 1,630 nm 의 파장을 갖는 광의 증폭에 적합한 광증폭 글래스에 관한 것이다.
통신 서비스의 다양화에 대응할 수 있는 광통신방식으로서, 예를 들어, 파장분할다중의 채널수를 증가시킴으로써 전송 용량을 증대시키는 파장분할다중광통신방식(WDM) 이 제안되어 있다.
그런데, C 밴드(파장: 1,530 nm 내지 1,560 nm) 또는 L 밴드(파장: 1,570 nm 내지 1,620 nm)의 광을 신호광으로서 사용하는 WDM 등에서는, 신호광을 증폭하는 광섬유 증폭기가 필수적이다. 이와 같은 증폭기로서, EDFA 가 개발되고 있다.
EDFA 는 광섬유의 코어가 Er-도핑된 글래스인 광섬유 증폭기이다. 이와 같은 광섬유로서, 코어가 SiO2글래스인 Er-도핑된 SiO2섬유, 또는 코어가 플루오르화물 글래스인 Er-도핑된 플로오르화물 글래스 섬유를 예시할 수 있다.
그러나, Er-도핑된 SiO2섬유를 사용하는 EDFA 에는, 그의 광섬유의 길이가20 m 이상이고, 크기가 약 30 cm 인 EDFA 콘테이너내에 그것을 수용하기 위해서는 보빈(bobbin) 형상으로 감아야 하는 문제점이 있다.
또한, Er-도핑된 플로오르화물 글래스 섬유를 사용하는 EDFA 는, 그의 글래스 전이점이 통상 320 ℃ 이하이고, 그럼으로써 광증폭을 위한 여기(excitation)광의 강도가 커지면 열적인 손상이 일어나기 쉬운 결점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 일본 특개평 2001-102661호 공보에는, 파장이 1.50 ㎛ 내지 1.59 ㎛ 이고, 강도가 0.001 mW 인 신호광에 대해 9dB 이상의 게인을 얻을 수 있는, 길이가 6cm 인 수지코팅된 글래스 섬유가 개시되어 있다. 여기에서는, 길이가 6 cm 이므로, 보빈 형상으로 감을 필요는 없다. 또한, 상기 수지코팅된 글래스 섬유의 코어는, 산화비스무스계 매트릭스 글래스(몰% 표시로, Bi2O3: 42.8%, B2O3: 28.5%, SiO2: 14.3%, Ga2O3: 7.1%, Al2O3: 7.1%, 및 CeO2: 0.2%) 100 질량부마다 0.6 질량부의 비율로 Er 이 도핑된 Er-도핑된 산화비스무스계 글래스(이하, "종래의 글래스" 라고 함)이다.
상술된 종래의 글래스의 게인은, 광섬유 길이가 6 cm 이고 신호광의 강도가 0.001 mW 인 경우에 대한 것이다. 일반적으로 광신호의 강도가 커질수록 게인은 감소한다는 것이 알려져 있고, 통상 WDM 등에서 사용되는 강도가 약 0.1 mW 인 신호광에 대해서는 종래의 글래스에 의해 소망의 게인을 얻을 수 없다.
또한, 종래의 글래스가 L 밴드를 포함하는 파장 영역내의 광의 증폭에 사용되면, 소망의 전환 효율을 얻을 수 없다.
본 발명의 목적은, 상술된 문제점을 해소할 수 있는 광증폭 글래스 및 광도파로를 제공하는 것이다.
본 발명은, 100 질량부의 매트릭스 글래스 및 상기 매트릭스 글래스에 도핑된 0.1 내지 10 질량부의 Er 을 구비하는 광증폭 글래스로서,
상기 매트릭스 글래스는, Bi2O3와, B2O3및 SiO2중 적어도 어느 일방과, Ga2O3, WO3및 TeO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 멤버와, La2O3를 구비하고, Bi2O3가 20 내지 80 몰% 이고, B2O3+ SiO2가 5 내지 75 몰% 이고, Ga2O3+ WO3+ TeO2가 0.1 내지 35 몰% 이고, La2O3가 0.01 내지 15 몰% 인, 광증폭 글래스를 제공한다.
또한, 본 발명은 상술된 광증폭 글래스를 코어로서 구비하는 광도파로를 제공한다.
이제, 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 광증폭 글래스(이하, "본 발명의 글래스" 라고 함)는, 코어/클래딩 구조를 갖는 글래스 섬유 또는 코어/클래딩 구조를 갖는 평면 도파로와 같이, 코어/클래딩 구조를 갖는 광도파로의 코어로서 보통 사용된다. 이와 같은 광도파로가 본 발명의 도파로이다.
본 발명의 광도파로는 파장이 1,530 nm 내지 1,630 nm 인 광을, 보다 구체적으로는 단파장인 C 밴드의 광을 증폭하는데 적합하다. 또한, L 밴드의 광을 전환 효율 높게 증폭하는데 적합하다.
여기광과 증폭될 광(즉, 신호광)을 코어내에 함께 도입함으로써 이와 같은 증폭이 실행된다. 여기광으로서, 파장이 970 nm 내지 990 nm 또는 1,470 nm 내지 1,490 nm 인 레이저빔이 보통 사용된다. 통상적으로는, C 밴드의 광을 증폭하기 위해, 파장이 970 nm 내지 990 nm 인 여기광이 사용되고, L 밴드의 광을 증폭하기 위해, 파장이 1,470 nm 내지 1,490 nm 인 여기광이 사용된다. 그러나, 이것으로 여기광이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 광도파로가 길이 8 cm 이하에서 C 밴드의 광을 증폭하는데 사용되는 경우에, 파장이 1,530 nm 내지 1,560 nm 이고 강도가 0.1 mW 인 광에 대한 게인은, 상기 광도파로의 길이가 5 cm 일 때 8 dB 이상인 것이 바람직하다. 길이가 5 cm 일 때 게인이 8 dB 미만이면, 상술된 문제점을 해소할 수 없다. 즉, 길이가 8 cm 이하일 때, 강도가 0.1 mW 인 신호광에 대해 충분한 게인을 얻을 수 없다. 길이가 5 cm 일 때의 상기 게인은 9 dB 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 광도파로가 L 밴드를 포함하는 파장 영역내의 광을 증폭하는데 사용되는 경우에, 파장이 1,600 nm 인 광에 대한 전환 효율 η는 10% 이상인 것이 바람직하다. 10% 미만이면, 소망의 게인을 얻을 수 없다. 15% 이상인 것이 보다 바람직하다. 여기에서, η는 여기광 강도에 대한 신호광 출력강도의 백분율로 표현된다.
η가 10% 이상이고, 1,530 nm 내지 1,620 nm 의 파장 영역내의 1 mW 의 강도를 갖는 광에 대한 3-dB 다운 대역폭(down bandwidth)은 55 nm 이상, 특히 바람직하게는 60 nm 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, η가 10% 이상이고, 파장이 1,620 nm 이고 강도가 1 mW 인 광에 대한 게인은 10 dB 이상, 특히 바람직하게는 15 dB 이상인 것이 보다 바람직하다.
η가 10% 이상이고, 1,530 nm 내지 1,620 nm 의 파장 영역내의 1 mW 의 강도를 갖는 광에 대한 3-dB 다운 대역폭은 55 nm 이상이고, 파장이 1,620 nm 이고 강도가 1 mW 인 광에 대한 게인은 10 dB 이상인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 글래스를 코어로서 갖는 광섬유(이하, "본 발명의 광섬유"라 함)에서, 코어 직경과 클래딩 직경은 통상적으로 각각 2 ㎛ 내지 10 ㎛ 와 100 ㎛ 내지 200 ㎛ 이다.
본 발명의 광섬유가 보빈 형상으로 감기지 않고 EDFA 에 사용되는 경우에, 그의 길이는 8 cm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 6 cm 이하, 특히 바람직하게는 5 cm 이하이다.
본 발명의 광섬유의 클래딩의 굴절율 n2와 코어, 즉 본 발명의 글래스의 굴절율 n1은 다음 식을 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, n1은 통상 1.8 내지 2.2 이다.
0.0005 ≤(n1-n2)/n1≤0.1
또한, 상기 클래딩은 글래스로 만들어지는 것이 바람직하고, 상기 글래스는 몰% 표시로 본질적으로, 25% 내지 70% 의 Bi2O3, 5% 내지 74.89% 의 B2O3+SiO2, 0.1%내지 30% 의 Al2O3+Ga2O3, 및 0.01% 내지 10% 의 CeO2로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 광섬유는, 예를 들어, 주지의 압축성형법에 의해 복합화된 코어 글래스와 클래딩 글래스를 갖는 프리폼(preform)을 만들고, 이 프리폼을 연신(延伸)함으로써 만들어질 수 있다.
본 발명의 글래스의 글래스 전이점 Tg 은 360 ℃ 이상인 것이 바람직하다. Tg 가 360 ℃ 미만이면, 고강도 레이저빔이 여기광으로서 사용될 때, 글래스의 온도가 국소적으로 높아져 열적으로 손상됨으로써, 광손실이 증가하여 광증폭이 불충분하게 될 염려가 있다. 글래스 전이점은 보다 바람직하게는 400 ℃ 이상이고, 특히 바람직하게는 420 ℃ 이상이다.
본 발명의 글래스는 매트릭스 글래스와 Er 을 구비한다.
매트릭스 글래스에 대한 Er 의 도핑량이, 매트릭스 글래스를 100 질량부로 하여 0.1 질량부 미만이면, 충분한 게인을 얻을 수 없다. 0.2 질량부 이상인 것이 바람직하다. 10 질량부를 초과하면, 글래스화가 곤란하게 되거나, 또는 농도 소광(消光; Qenching) 때문에, 오히려 게인이 감소하게 된다. 7 질량부 이하인 것이 바람직하고, 4 질량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 3 질량부 이하인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 글래스가, 광섬유(길이가 통상 8 cm 이하임)로서 사용되어 보빈 형상으로 감기지 않고 EDFA 에 사용되거나 또는 컴팩트 평면 도파로(길이가 통상 8cm 이하임)에 사용되어 EDFA 에 사용되는 경우에, Er 은 100 질량부의 매트릭스 글래스마다 0.5 질량부 이상의 양으로 함유되는 것이 바람직하고, 0.8 질량부 이상의 양으로 함유되는 것이 보다 바람직하고, 1.0 질량부 이상의 양으로 함유되는 것이 특히 바람직하다.
이들 경우의 Er 의 비율은, 100 질량부의 매트릭스 글래스마다 바람직하게는 1 내지 3 질량부이고, 보다 바람직하게는 1.2 내지 3 질량부이고, 특히 바람직하게는 1.5 내지 3 질량부이다.
본 발명의 글래스가 L 밴드를 포함하는 파장 영역내의 광을 증폭하는데 사용되는 경우에, Er 은 100 질량부의 매트릭스 글래스마다 0.1 질량부 이상이고 1 질량부 미만인 양으로 함유되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2 질량부 이상이고, 특히 바람직하게는 0.3 질량부 이상이며, 보다 바람직하게는 0.9 질량부 이하이고, 특히 바람직하게는 0.8 질량부 이하이다.
이제, 본 발명의 글래스에 있어서의 매트릭스 글래스의 조성에 대해 몰% 를 단순히 % 로 표시하여 설명한다.
Bi2O3는 필수 성분이다. 그의 함유량이 20 % 미만이면, 게인을 얻을 수 있는 파장폭 Δλ가 작아진다. 그의 함유량은 바람직하게는 30% 이상, 보다 바람직하게는 35% 이상, 특히 바람직하게는 40% 이상이다. 상기 함유량이 80% 를 초과하면, 글래스화가 곤란하게 되고, 섬유(fiber)로의 가공시에 실투(失透)가 발생되거나, 또는 Tg 가 너무 낮아진다. 함유량은 바람직하게는 70% 이하, 보다바람직하게는 60% 이하, 특히 바람직하게는 50% 이하이다. 여기에서, 실투는 결정 석출이 현저한 것으로, 섬유로의 가공시에 섬유 끊어짐을 일으키거나, 또는 광섬유로서 사용시에 섬유 파괴(breakdown)를 일으키는 것이다.
B2O3및 SiO2는 네트워크 포머(former)이고, 글래시 제조시의 결정 석출을 억제함으로써 글래스의 형성을 용이하게 하기 위해, 적어도 일방이 함유되어야 한다. 이들의 함유량의 합계 B2O3+ SiO2가 5% 미만이면, 글래스화가 곤란해지거나, 또는 섬유로의 가공시에 실투가 발생한다. 함유량 합계는 보다 바람직하게는 10% 이상, 더 바람직하게는 15% 이상, 특히 바람직하게는 19% 이상, 가장 바람직하게는 25% 이상이다. 함유량 합계가 75% 를 초과하면, 게인이 감소된다. 보다 바람직하게는 60% 이하, 더 바람직하게는 55% 이하, 특히 바람직하게는 45% 이하, 가장 바람직하게는 40% 이하이다.
B2O3의 함유량은 바람직하게는 60% 이하, 보다 바람직하게는 45% 이하, 특히 바람직하게는 30% 이하이다. 내수성(耐水性)을 향상시키고 싶거나 또는 게인을 높이고자 하는 경우에, 함유량이 20% 이하로 되도록 조정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 B2O3를 함유시키지 않는 것이다.
SiO2의 함유량은 바람직하게는 60% 이하, 더 바람직하게는 50% 이하, 특히 바람직하게는 45% 이하, 가장 바람직하게는 40% 이하이다. SiO2가 함유될 때, 그의 함유량은 바람직하게는 1% 이상, 더 바람직하게는 10% 이상, 특히 바람직하게는 19% 이상, 가장 바람직하게는 25% 이상이다.
Ga2O3, WO3및 TeO2는 Δλ를 증가시키는 성분이다. 이들 3개의 성분 중 하나 이상을 함유해야 한다. 그들의 함유량 합계 Ga2O3+WO3+TeO2가 0.1% 미만이면, Δλ가 작아진다. 상기 함유량 합계는 바람직하게는 3% 이상, 보다 바람직하게는 5% 이상, 특히 바람직하게는 10% 이상이고, 그것이 35% 를 초과하면, 게인이 낮아진다. 바람직하게는 30% 이하이고, 보다 바람직하게는 25% 이하이다.
Δλ를 증가시키고 싶으면, Ga2O3를 함유시키는 것이 바람직하다.
Ga2O3의 함유량은 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이하이다. Ga2O3가 함유될 때, 그의 함유량은 바람직하게는 1% 이상, 보다 바람직하게는 5% 이상, 특히 바람직하게는 10% 이상이다.
WO3의 함유량은 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이하, 특히 바람직하게는 10% 이하이다. WO3가 함유될 때, 그의 함유량은 바람직하게는 1% 이상, 보다 바람직하게는 3% 이상이다.
TeO2의 함유량은 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이하이다. TeO2가 함유될 때, 그의 함유량은 바람직하게는 1% 이상, 보다 바람직하게는 3% 이상이다.
La2O3는 필수적이고, 농도 소광을 일으키기 어렵게 하는 효과 또는 게인을증대시키는 효과를 갖는다. 0.01% 미만에서는, 상기 효과가 작아진다. 0.1% 이상이 바람직하다. 15% 를 초과하면, 글래스화가 곤란하게 되거나, 또는 광손실이 증가하게 된다. 바람직하게는 12% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하이다.
본 발명의 글래스가 광섬유에 사용되어 보빈 형상으로 감기지 않고 EDFA 에 사용되거나, 또는 컴팩트 평면 도파로에 사용되어 EDFA 에 사용되는 경우에, 매트릭스 글래스에 함유되는 Er 의 양은 통상적으로 1 질량부 이상의 레벨로 높아지고, Er 에 의한 농도 소광을 억제하기 위해, La2O3는 바람직하게는 1% 이상, 보다 바람직하게는 2% 이상이다.
본 발명의 글래스가 L 밴드를 포함하는 파장 영역내의 광을 증폭하는데 사용되는 경우에, La2O3는 바람직하게는 0.5% 내지 4% 이다. 이와 같은 경우에, 광섬유 또는 평면 도파로의 길이는 길고(통상 80 cm 이상), 4% 를 초과하면, 소망의 광증폭을 광손실 때문에 거의 얻을 수 없게 된다. 보다 바람직하게는 3% 이하이고, 특히 바람직하게는 2.5% 이하이다.
본 발명에서, 매트릭스 글래스는, 하기의 산화물 기준으로,
로 본질적으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 바람직한 매트릭스 글래스 중, 이전에 설명한 Bi2O3, B2O3, SiO2, Ga2O3, WO3, TeO2및 La2O3를 제외한 성분을 설명한다.
Al2O3는 필수는 아니지만, 글래스 제조시의 결정 석출을 억제함으로써 글래스의 형성을 용이하게 하도록 10% 까지 함유되어도 된다. 10% 를 초과하면, 광증폭율이 저하된다. 보다 바람직하게는 9% 이하, 더 바람직하게는 8% 이하, 특히 바람직하게는 7% 이하, 가장 바람직하게는 5% 이하이다. Al2O3가 함유될 때, 그의 함유량은 바람직하게는 0.1% 이상, 보다 바람직하게는 1% 이상, 특히 바람직하게는 2% 이상이다.
글래스 제조시의 결정 석출을 억제함으로써 글래스의 형성을 용이하게 하기위해, Al2O3및 Ga2O3중 적어도 일방을 함유시키는 것이 바람직하고, 그들의 함유량 합계 Al2O3+Ga2O3는 30% 이하인 것이 바람직하다. 함유량 합계가 30% 를 초과하면, 글래스화가 곤란하게 되거나, 또는 Tg 가 낮아진다. 보다 바람직하게는, 25% 이하이다. 또한, Al2O3+Ga2O3는 바람직하게는 3% 이상, 보다 바람직하게는 8% 이상, 특히 바람직하게는 12% 이상이다.
GeO2는 필수는 아니지만, 글래스의 형성을 용이하게 하는 효과 또는 굴절율을 높이는 효과를 갖기 때문에, 30% 까지 함유되어도 된다. 30% 를 초과하면, 글래스가 결정화된다. 바람직하게는 10% 이하, 보다 바람직하게는 5% 이하이다. GeO2가 함유될 때, 그의 함유량은 바람직하게는 0.1% 이상, 보다 바람직하게는 1% 이상이다.
CeO2는 필수는 아니지만, Bi2O3가 용융 글래스 중에서 금속 비스무스의 형태로 석출됨으로써 글래스의 투명성을 저하시키는 것을 방지하기 위해 2% 까지 함유되어도 된다. 2% 를 초과하면, 글래스의 황색 또는 오렌지색의 착색이 현저하게 됨으로써, 투과율이 저하된다. 바람직하게는 1% 이하, 보다 바람직하게는 0.5% 이하이다. CeO2가 함유될 때, 그의 함유량은 바람직하게는 0.1% 이상이다. 투명성을 높이고 싶으면, CeO2를 함유시키지 않는 것이 바람직하다.
TiO2와 SnO2각각은 필수는 아니지만, 섬유로의 가공시의 실투를 억제하기위해 각각 30% 까지의 범위에서 함유되어도 된다. 각각의 함유량은 10% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 매트릭스 글래스는 본질적으로 상술된 성분으로 이루어지지만, 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 다른 성분이 함유되어도 된다. 이 "다른 성분" 의 함유량 합계는 10% 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, MgO, CaO, SrO, BaO, Na2O, K2O, ZrO2, ZnO, CdO, In2O3, PbO, 등이 함유되어 섬유로의 가공시 실투를 억제하거나 또는 글래스화를 용이하게 해도 되고, Yb2O3가 함유되어 실투 또는 농도 소광을 억제해도 된다. 또한, Yb2O3가 함유될 때, 그의 함유량은 5% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 글래스를 제조하는 방법에 대하여, 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 원료를 준비하여 혼합하고, 금 도가니, 알루미나 도가니, SiO2도가니 또는 이리듐 도가니에 넣고, 800 ℃ 내지 1,300 ℃ 의 온도로 공기중에서 용융시키고, 얻어진 용융액을 소정의 금형(mold) 내부로 캐스트하는 용융법에 의해 제조해도 된다. 또는, 졸-겔법 또는 기상증착법 등의 용융법 이외의 다른 방법으로 제조해도 된다.
실시예
표 1 내지 3 에서 Bi2O3로부터 CeO2까지의 라인에 몰% 로 표시된 조성을 갖는 매트릭스 글래스에, 매트릭스 글래스를 100 질량부로 하여 표에 질량부 표시로나타내는 비율로 Er 이 첨가되었고, 이렇게 얻어진 글래스가 용융법에 의해 1,200 ℃ 에서 용융되었다. 예 1 (클래딩), 예 2 (클래딩), 예 3 (클래딩), 예 4 (클래딩), 예 5 (클래딩) 및 예 6 (클래딩) 에서는, 어떠한 Er 도 함유하지 않았다. 예 1 (코어), 예 3 (코어), 예 4 (코어) 및 예 5 (코어) 는 본 발명의 글래스의 실시예이다. 다른 글래스들은 비교예이다.
이들 글래스에 대하여, 파장 1.55 ㎛ 에서의 굴절율 n 이 타원계 (ellipsometer)에 의해 측정되었고, 글래스 전이점 Tg (단위: ℃) 이 DTA (differential thermal analysis)에 의해 측정되었다. 그 결과들이 표에 도시되어 있다.
코어 직경이 4 ㎛, 클래딩 직경이 124 ㎛, 길이가 5 cm 인 광섬유 (1) 가 예 1(코어) 및 예 1(클래딩) 으로부터 주지의 압축 성형법에 의해 제작된 프리폼을 연신함으로써 제작되었다. 마찬가지로, 코어 직경이 4 ㎛, 클래딩 직경이 124 ㎛, 길이가 5 cm 인 광섬유 (2) 가 예 2(코어) 및 예 2(클래딩) 으로부터 제작되었고; 코어 직경이 4.5 ㎛, 클래딩 직경이 125 ㎛, 길이가 98 cm 인 광섬유 (3) 가 예 3(코어) 및 예 3(클래딩) 으로부터 제작되었고; 코어 직경이 4.9 ㎛, 클래딩 직경이 125 ㎛, 길이가 254 cm 인 광섬유 (4) 가 예 4(코어) 및 예 4(클래딩) 으로부터 제작되었고; 코어 직경이 4.7 ㎛, 클래딩 직경이 125 ㎛, 길이가 253 cm 인 광섬유 (5) 가 예 5(코어) 및 예 5(클래딩) 으로부터 제작되었고; 코어 직경이 4.0 ㎛, 클래딩 직경이 125 ㎛, 길이가 118 cm 인 광섬유 (6) 가 예 6(코어) 및 예 6(클래딩) 으로부터 제작되었다. 광섬유 1, 3, 4 및 5 는 본 발명의 광도파로의실시예이고, 광섬유 2 와 6 은 비교예이다.
광섬유 1 과 2 에는, 파장이 980 nm, 강도가 230 mW 인 레이저빔(여기광) 및 표 4 와 5 에 나타낸 파장(단위: nm)을 갖는 신호광(강도 = 0.1 mW)이 도입되었고, 광섬유 3 과 6 에는, 파장이 1,480 nm, 강도가 280 mW 인 레이저빔(여기광) 및 표 4 와 5 에 나타낸 파장(단위: nm)을 갖는 신호광(강도 = 1 mW)이 도입되었고, 게인 G (단위: dB) 가 측정되었다. G 의 측정결과들은 표 4 와 5 에 도시되어 있다.
게인 G 는, 광섬유 내부로의 신호광의 입사 강도 Iin와 광섬유로부터의 출사 강도 Iout로부터 다음의 공식에 의해 산출되며, 측정 에러는 ±0.5 dB 이다.
G = 10 ×log (Iout-Iin/Iin)
표 4 와 5 로부터, 강도가 1 mW 인 광에 대한 3-dB 다운 대역폭이 광섬유 3, 4, 5 및 6 에 있어서 각각 75 nm, 75 nm 이상, 70 nm 이상 및 70 nm 이상임이 명백하다.
또한, 표 6 에 나타낸 강도(단위: mW) 와 980 nm 의 파장을 갖는 레이저빔(여기광) 및 1,560 nm 의 파장을 갖는 신호광(강도=1 mW)을 광섬유 (1 과 2) 에 도입함으로써 G (단위: dB) 가 측정되었다. 표 6 에 도시된 측정 결과로부터, 길이가 5 cm 인 광섬유 (1) 에 있어서, 여기광 강도가 120 mW 이상일 때 8 dB 이상의 G 를 얻을 수 있음이 명백하다.
또한, 표 7 과 8 에 나타낸 강도(단위: mW) 와 1,480 nm 의 파장을 갖는 레이저빔(여기광) 및 1,600 nm 의 파장을 갖는 신호광(강도=1 mW)을 광섬유 (3 내지6) 에 도입함으로써 G (단위: dB) 및 Iout(단위: mW) 가 측정되었다. G 의 측정결과는 표 7 에 도시되어 있고, Iout의 측정결과는 표 8 에 도시되어 있다.
표 8 로부터, 여기광 강도가 186 mW 이상일 때의 광섬유 (3), 여기광 강도가 100 mW 이상일 때의 광섬유 (4) 및 여기광 강도가 79 mW 이상일 때의 광섬유 (5) 에 있어서, 상술된 η가 10% 이상임이 명백하다. 반면, 비교예인 광섬유 (6) 에서는, 여기광 강도가 400 mW 임에도 불구하고, η는 8.2%, 즉, 10% 미만이다.
또한, 표 6, 7 및 8 에서, 강도가 0 mW 인 경우는, 레이저빔을 도입하지 않고 신호광만이 도입되는 경우를 나타낸다.
광섬유 (1) 은, 보빈 형상으로 감기지 않고 EDFA 에 사용되는 광섬유에 사용되는 상술된 경우 또는 EDFA 에 사용되는 컴팩트 평면 도파로에 사용되는 상술된 경우에 적합하다.
광섬유 (3, 4 및 5) 는, L 밴드를 포함하는 파장 영역의 광을 증폭하는데 사용되는 경우에 적합하다.
또한, La2O3의 함유량과 광손실 사이의 관계가 다음과 같이 조사되었다. 즉, 상술한 바와 마찬가지로, 예 3 (코어) 및 예 3 (클래딩) 에서의 4.3 몰% 의 La2O3의 함유량이 예 7 (코어) 및 예 7 (클래딩) 에서와 같이 2.8 몰% 로, 예 8 (코어) 및 예 8 (클래딩) 에서와 같이 1.4 몰% 로, 또는 예 9 (코어) 및 예 9 (클래딩) 에서와 같이 0 몰% 로 감소된 글래스들이 준비되었다. La2O3의 함유량의감소를 보충하도록 SiO2의 함유량이 증가되었다. 표 9 에서, 예 7 (코어) 내지 예 9 (클래딩) 의 글래스 조성은 표 1 내지 3 에서와 마찬가지로 도시되어 있다.
광섬유 (3) 과 마찬가지로, 광섬유 (7) 은 예 7 (코어) 및 예 7 (클래딩) 으로부터 준비되었고, 광섬유 (8) 은 예 8 (코어) 및 예 8 (클래딩) 으로부터 준비되었고, 광섬유 (9) 는 예 9 (코어) 및 예 9 (클래딩) 으로부터 준비되었다.
파장이 1,310 nm 인 광에 대하여 광섬유 3, 7, 8 및 9 의 광손실이 컷백법(cut back method)으로 측정되었으며, 각각 2.1 dB/m, 1.4 dB/m, 0.7 dB/m 및 0.7 dB/m 이었다. 다시 말해, La2O3의 함유량이 4 몰% 를 초과하면, 광손실이 2 dB/m 이상이고, 이러한 광손실은 긴 광섬유에 있어서 무시할 수 없다. 여기에서는, Er 에 의한 흡수를 회피하기 위해, 상술된 파장을 갖는 광이 광손실의 측정에 사용되었다.
본 발명에 따르면, 여기광으로서 고강도의 레이저빔이 사용되어도 열적인 손상이 발생하지 않으며, 농도 소광도 발생하지 않는 광증폭 글래스 및 증폭 기능을 갖는 광도파로를 얻을 수 있다.
또한, 길이가 짧을지라도 소망의 증폭 기능을 가지며, 보빈 형상으로 감기지 않고 EDFA 에 사용될 수 있는 광섬유를 얻을 수 있다.
또한, L 밴드를 포함하는 파장 영역의 광의 증폭에서도 전환 효율이 높은 광도파로를 얻을 수 있다. 또한, 동일한 증폭에서 넓은 3 dB 밴드를 갖는 광도파로를 얻을 수 있고, 1,620 nm 에서의 게인이 10 dB 이상인 광도파로를 얻을 수도 있다.
상세한 설명, 특허청구범위 및 요약서를 포함하는 2001년 10월 10일자로 출원된 일본 특허출원 제2001-313157호의 전체 명세가 참고로 여기에 포함된다.

Claims (9)

100 질량부의 매트릭스 글래스 및 상기 매트릭스 글래스에 도핑된 0.1 내지 10 질량부의 Er 을 구비하는 광증폭 글래스로서,
상기 매트릭스 글래스는, Bi2O3와, B2O3및 SiO2중 적어도 어느 일방과, Ga2O3, WO3및 TeO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 멤버와, La2O3를 구비하고, Bi2O3가 20 내지 80 몰% 이고, B2O3+ SiO2가 5 내지 75 몰% 이고, Ga2O3+ WO3+ TeO2가 0.1 내지 35 몰% 이고, La2O3가 0.01 내지 15 몰% 인 것을 특징으로 하는 광증폭 글래스.
제 1 항에 있어서,
상기 매트릭스 글래스는, 하기 산화물 기준의 몰% 표시로,
로 본질적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광증폭 글래스.
제 1 항에 있어서,
상기 매트릭스 글래스내의 함유량은 0.5 몰% 내지 4 몰% 인 것을 특징으로 하는 광증폭 글래스.
제 1 항에 있어서,
상기 100 질량부의 매트릭스 글래스마다 1 내지 3 질량부의 비율로 Er 이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 광증폭 글래스.
제 1 항에 있어서,
상기 매트릭스 글래스 100 질량부마다 1 미만 질량부의 비율로 Er 이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 광증폭 글래스.
제 1 항에 기재된 광증폭 글래스를 코어로서 구비하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
제 6 항에 있어서,
상기 광도파로의 길이가 5 cm 일 때, 파장이 1,530 nm 내지 1,560 nm 이고 강도가 0.1 mW 인 광에 대해 8 dB 이상의 게인을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
제 6 항에 있어서,
1,530 nm 내지 1,620 nm 의 파장 범위내의 1 mW 의 강도를 갖는 광에 대해 55 nm 이상의 3-dB 다운 대역폭을 갖고, 파장이 1,600 nm 인 광에 대해 10% 이상의 전환 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
제 6 항에 있어서,
파장이 1,620 nm 이고 강도가 1 mW 인 광에 대해 10 dB 이상의 게인을 갖고, 파장이 1,600 nm 인 광에 대해 10% 이상의 전환 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
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