KR20050087427A - 광섬유 및 이를 이용한 하이브리드 광섬유 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 파장의 광원으로 펌핑하여 희토류 원소에 의한 광신호 증폭과 비선형 라만효과에 의한 광신호 증폭을 동시에 발생시키면서 광 증폭대역이 서로 중첩되지 않도록 하는 광섬유 및 이를 이용한 하이브리드 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 클래드와, 상기 클래드의 굴절율 보다 큰 굴절율을 갖도록 구성되는 코어로서 소정의 파장을 갖는 펌핑광을 입력 받아 희토류 원소에 의해 제1 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 1 원소와 비선형 라만 광증폭에 의해 제2 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 2 원소를 포함하는 코어를 포함하여 구성된 증폭용 광섬유를 제공한다.

Description

광섬유 및 이를 이용한 하이브리드 광섬유 증폭기 {Optical Fiber And Hybrid Optical Amplifier Using The Same}

본 발명은 증폭용 광섬유 및 이를 이용한 하이브리드 광섬유 증폭기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 단일 파장의 광원으로 펌핑하여 희토류 원소에 의한 광신호 증폭과 비선형 라만효과에 의한 광신호 증폭을 동시에 발생시키면서 광 증폭대역이 서로 중첩되지 않도록 하는 광섬유 및 이를 이용한 하이브리드 광섬유 증폭기를 제공한다.

일반적으로 광섬유 증폭기로는 어븀 첨가 광섬유 증폭기, 라만 현상을 이용한 비선형 라만 광증폭기, 반도체 광증폭기 등이 개발되고 있다. 이 중에서 라만 광증폭기와 어븀 첨가 광섬유증폭기는 고출력 반도체 레이저 다이오드의 발전으로 파장다중 광통신 시스템에서 아주 중요한 증폭기로서 광범위하게 연구되어왔다.

어븀 첨가 광섬유 증폭기는 주로 C-밴드 광증폭기로 사용되고 있고 L-밴드 광증폭기로는 그 구조를 달리하여 광증폭이 가능하다. 그러나, 이와 같이 C-밴드와 L-밴드를 동시에 증폭하는 방식은 C-밴드 증폭기와 L-밴드 증폭기를 각각 병렬로 연결하면 되는데 이때 사용되는 광소자가 많고 전체적으로 그 구조가 다소 복잡한 문제점이 있다.

라만 증폭기는 이득영역이 펌핑 파장에 따라 달라지기 때문에 어븀 첨가 광증폭기가 증폭할 수 없는 대역을 증폭하는 것이 가능하다. 또한 다파장 펌핑으로 이득 대역폭을 100 nm 이상 확장하는 것이 가능하고, 전송미디엄 자체를 증폭미디엄으로 사용하는 분산형 라만 증폭기(distributed type Raman amplifier)는 신호대 잡음비가 크게 개선되는 효과도 있다. 그러나, 긴 길이의 증폭용 비선형 광섬유 미디엄이 필요하고, 원하는 광이득을 얻으려면 서로 다른 파장의 C-밴드 광증폭용 고출력 반도체 레이저와 L-밴드 광증폭용 고출력 반도체 레이저가 다수 필요한 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단일 파장의 광원으로 펌핑하여 희토류 원소에 의한 광신호 증폭과 비선형 라만효과에 의한 광신호 증폭이 동시에 발생하도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 희토류 원소에 의한 광 증폭대역과 라만에 의한 광 증폭대역이 서로 중첩되지 않도록 하는 증폭용 광섬유와 이용한 하이브리드 광섬유 증폭기의 구현에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 희토류 원소(ex, 어븀)의 코어 내의 농도에 따른 이득 특성을 분석하고 희토류에 의한 증폭대역과 라만 증폭 대역을 광펌핑 파워와 광섬유 길이를 조절하여 최적의 이득 평탄화를 얻은 광섬유 증폭기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다파장 펌핑 라만 광섬유 증폭기나 어븀첨가 광섬유 증폭기로 동시에 여러개의 밴드를 병렬 연결하여 구성되는 광 증폭기보다 그 구조 면에서 간단한 증폭기를 제공하도록 하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면은 클래드; 및 클래드의 굴절율 보다 큰 굴절율을 갖도록 구성되며, 소정의 파장을 갖는 펌핑 광을 입력 받아 희토류 원소에 의해 제1 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 1 원소와 비선형 라만 광증폭에 의해 제2 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 2 원소를 포함하는 코어를 포함하여 구성된 광섬유를 제공한다.

본 발명에서 사용된 "광섬유"라는 용어는 그 모양, 매질 등에 관계없이 빛을 일정한 방향으로 전달하는 기능을 수행하는 것이면 특별히 한정되지 않는 총칭으로, 광도파로, 광도파관 등을 모두 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

바람직하게는, 광섬유의 조성물이 실리카인 경우, 상기 소정의 파장은 1480~1500 nm 대역의 단일파장이고, 어븀에 의한 광증폭으로 C-밴드(1530~1570 nm)를, 게르마늄의 비선형 라만 증폭으로 L-밴드(1570~1610 nm)를 각각 증폭하고, 이 경우, 어븀은 상기 코어에 10¹⁵ cm^-3 ~ 10¹⁷ cm^-3로 도핑되어 있고, 상기 게르마늄은 10 ~30 mol %로 도핑되어 코어와 클래드의 굴절률 차이는 0.015 ~ 0.03 이다.

본 발명의 다른 측면은 입력단으로부터 광신호를 입력받아 증폭하여 출력단으로 전달하는 상술한 광섬유; 광섬유에 펌핑광을 출력하기 위한 적어도 하나의 광원; 및 광신호와 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펌핑광을 결합하기 위한 적어도 하나의 결합기를 포함하는 하이브리드 광섬유 증폭기를 제공한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유의 개략적인 구성도이다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

광섬유(1)는 클래드(10)와, 클래드(10)의 굴절율 보다 큰 굴절율을 갖는 코어(20)를 포함하여 구성되며, 소정의 파장을 갖는 광을 입력 받아 희토류 원소에 의해 제1 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 1 원소와 비선형 라만 광증폭에 의해 제2 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 2 원소를 포함하는 코어(20)를 포함한다. 광섬유의 조성물은 실리카, 텔루라이트, 플로라이드, 또는 황화물계를 이용할 수 있다. 바람직하게는, 제1 원소(희토류 원소)는 어븀, 이터븀, 프라세오디뮴, 니오디뮴, 홀뮴, 툴륨 또는 디스프로슘이고, 라만 증폭에 사용되는 제2 원소는 유리조성을 만드는 실리콘, 게르마늄, 인, 황, 텔루륨 또는 셀레늄이다. 또한, 제1 원소 및 제2 원소 각각은 1개 종류 이상의 원소들을 첨가하여 이용하는 것도 가능하다.

예를 들어, 실리카 원소를 이용하는 광섬유의 경우, 1480~1500 nm 대역의 단일 파장으로 펌핑할 수 있고, 제 1 원소로는 어븀, 제 2 원소로는 게르마늄을 이용할 수 있다. 즉, 실리카 원소로 광섬유를 제조하고 코어 부분에 어븀과 게르마늄 원소를 도핑한다. 어븀에 의한 광증폭으로 C-밴드(1530~1570 nm)를, 게르마늄의 비선형 라만 증폭으로 L-밴드(1570~1610 nm)를 각각 증폭할 수 있다. 바람직하게는, 코어(20)에 어븀을 10¹⁵ cm^-3 ~ 10¹⁷ cm^-3 정도 도핑하고, 게르마늄은 10 ~30 mol%로 도핑한다. 한편, 차단 파장은 1.2 ~ 1.48 ㎛로 할 수 있다.

라만 증폭은 높은 광 펌핑 에너지에서 작은 코어 직경의 게르마늄-실리카 광섬유에서 쉽게 발생하는 전형적인 비선형 과정으로 펌핑광의 파장으로부터 쉬프트된 파장에서 광신호를 증폭한다. 한편, 전형적인 어븀 첨가 광섬유 증폭기는 C-밴드 광신호를 30dB 이상 증폭하는데 10m 정도의 광섬유가 필요하고, 라만 증폭기의 경우는 같은 조건의 광신호를 증폭하기 위해 수 km 정도의 광섬유가 필요하게 된다.

예를 들어, 5 km의 어븀 도핑된 분산형 광섬유는 전체 길이에 걸쳐 적절한 인버전 비율을 유지하기 위하여 코어 내에 적절한 어븀 농도를 갖고 이는 20dB 이상의 C-밴드 신호를 증폭한다. 그리고 광섬유는 코어에 높은 게르마늄 농도를 가지고 이로써 코어와 클래딩 사이의 0.015의 굴절율 차이를 갖게 하고 1.41㎛의 차단 파장을 갖게 하는 경우, 만약 1.495 ㎛의 파장에서 동작하는 고출력 레이저 다이오드로 광섬유를 펌핑하면, 코어 내에 있는 낮은 농도의 어븀 이온들은 펌핑 에너지에 의해 높은 레벨로 여기된다. 그러나 어븀 이온들에 의해 흡수되지 않은 펌핑 에너지는 코어 내에서 SRS(Stimulated Raman Scattering)를 유발한다. 이런 결과로 1.60㎛에서 라만 이득 피크가 나타난다. C-밴드 대역과 L-밴드 대역에 걸쳐 이득 레벨은 어븀과 Ge의 농도, 광섬유 길이, 광 손실, 펌핑 에너지 등에 의존한다.

실리카 광섬유 내 어븀의 농도는 동일 길이의 수 km 내에서 C-밴드 대역 광 증폭을 얻어야 하므로 그 농도를 기존의 일반적으로 사용되는 어븀 첨가 광섬유의 수 백분의 1 정도(10¹⁵ ~ 10¹⁷ cm^-3)로 도핑이 되도록 구현하는 것이 바람직하다. 또한, 게르마늄 농도가 10 mol % ~ 30 mol % 사이에 있게 되면 코어와 클래드 사이의 굴절률 차이는 0.015 ~ 0.03 정도가 되어 1-10 km 길이에서 충분히 라만 광증폭을 얻을 수 있게 된다.

이와 같은 방식으로 제작된 광섬유를 1.495 ㎛ 파장을 갖는 고출력 반도체 레이저로 펌핑을 하면 C-밴드 광신호는 어븀에 의해서 증폭이 되고, 어븀에 의해서 흡수되지 않고 남은 펌핑광은 라만 광증폭에 의해 사용되어 L-밴드 광신호는 펌핑광의 라만 천이에 해당되는 1.60 ㎛ 대역에서 광증폭이 일어나게 된다. C-밴드와 L-밴드에서 얻어지는 이득의 크기는 코어 내의 어븀의 농도와 게르마늄의 농도, 광섬유 구조, 광섬유 길이, 광손실, 펌핑 에너지, 유효코어 단면적 등에 따라 민감하게 달라지며 이득평탄화를 위해서 광섬유 길이와 펌핑 에너지를 조절하게 되면 5dB 내에서 이득 평탄화를 얻을 수 있다.

광섬유 코어내의 최적의 어븀 농도는 C-밴드와 L-밴드 사이의 평탄한 이득을 얻기 위해 최적의 농도값을 가져야 한다. 어븀농도가 너무 크게 되면 모든 C-밴드 광신호는 여기되지 않은 어븀 이온들에 의해 흡수되고 L-밴드 광신호는 펌핑광의 파워가 낮아 증폭이 안 일어난다. 바람직하게는, 어븀의 농도는 코어에 10¹⁵~10¹⁷ cm^-3 범위 내에서 도핑된다. 어븀농도가 너무 낮게 되면 L-밴드 광신호가 C-밴드 광신호에 비해 더 크게 증폭이 된다.

한편, 광섬유의 조성물이 텔루라이트인 경우, 1470~1500 nm 대역의 단일 파장으로 펌핑할 수 있고, 텔루라이트에 의한 광증폭으로 L-밴드(1570~1610 nm)를, 게르마늄의 비선형 라만 증폭으로 U-밴드(1610~1700 nm)를 각각 증폭하도록 구성가능하다.

도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 광섬유 증폭기의 개략적인 구성도이다.

하이브리드 광섬유 증폭기(100)는 제 1 및 제 2 아이솔레이터(140, 150)와, 어븀/규소 첨가 광섬유(110)와, 제 1 및 제 2 결합기(120, 130)와, 제 1 및 제 2 광원(160, 170)을 포함하여 구성된다.

제 1 아이솔레이터(140)는 광섬유 증폭기로 입력된 광신호를 그대로 통과시키며 그 역방향으로 입력되는 광은 차단하는 역할을 수행하고, 제 2 아이솔레이터(150)는 제 2 결합기(130)를 통하여 입력된 광은 통과시키고 역방향으로 입력되는 광신호는 차단하는 역할을 수행한다. 제 1 및 제 2 아이솔레이터(140, 150)는 반드시 포함되어야 하는 구성요소는 아니다.

어븀/게르마늄 첨가 실리카광섬유(110)는 소정의 파장을 갖는 펌핑광을 입력 받아 희토류 원소에 의해 제1 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 1 원소와 비선형 라만 광증폭에 의해 제2 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 2 원소를 포함한다. 전술한 바와 같이, 이 광섬유의 경우, 1480~1500 nm 대역의 단일 파장으로 펌핑할 수 있고, 어븀에 의한 광증폭으로 C-밴드(1530~1570 nm)를, 게르마늄의 비선형 라만 증폭으로 L-밴드(1570~1610 nm)를 각각 증폭할 수 있다.

제 1 및 제 2 광원(160, 170)은 예컨대 1480~1500 nm 대역의 단일 파장으로 광을 펌핑하여 어븀/규소 첨가 광섬유(110)에 출력하는 레이저 다이오드이다.

제 1 결합기(120)는 제 1 아이솔레이터(140)를 통과하여 진행하는 광신호와 제 1 광원(160)으로부터 출력된 광을 결합하여 어븀/규소 첨가 광섬유(110)에 입력하고, 제 2 결합기(130)는 광신호는 통과시키고 제 2 광원(170)으로부터 입력되는 광은 어븀/규소 첨가 광섬유(110)에 역방향으로 입력하는 기능을 수행한다.

한편, 본 실시예에서는 광원과 WDM 결합기가 각각 2개씩 이용되는 구조를 가지고 있으나, 이에 대한 변형으로 어븀/규소 첨가 광섬유(110)의 양쪽 중 일측에만 광원과 WDM 결합기를 각각 1개씩 채용하는 구조를 가지도록 구성하는 것도 가능하다.

(전산모사)

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 광섬유 증폭기의 전산모사를 실시하였다. 광증폭기의 입력부에는 TLS(Tunable Laser Source)가 연결되어 있고 출력부에는 OSA(Optical Spectrum Analyzer)가 연결하고, 입력광 신호원인 TLS와 펌핑 레이저 다이오드는 WDM 커플러에 의해 제한된 광섬유와 연결되었고 펌핑 레이저 다이오드의 파장은 C-밴드 광증폭과 L-밴드 라만 광증폭을 동시에 수행할 수 있도록 하기 위해 최적의 파장인 1.495 ㎛ 로 고정시켰다. TLS에서 입력되는 광신호는 1.53 ~ 1.61㎛ 사이에서 1nm 간격으로 형성된 입력 채널을 가진다. 광섬유에는 어븀과 게르마늄이 동시에 도핑되어 있다(도 2 참조).

C-밴드 광신호는 펌핑광의 흡수로 반전된 어븀의 자극방출(stimulated emission)에 의해 증폭되고 L-밴드 광신호는 펌핑광 파장의 440 cm^-1 만큼 천이된 L-band 대역에서 라만 광 증폭된다.

전산 모사에 사용된 구체적인 수치를 살펴보면, 어븀 농도 3×0¹⁶ cm^-3, 라만 이득 효율 2.5 W^-1km^-1, 코어 직경 5.2 ㎛, 차단 파장은 1.41 ㎛로 고정시키고 굴절율 차이는 0.015, 게르마늄 농도는 10 mol%, 유효면적 28.5㎛², 광섬유의 길이는 5km, 광섬유의 백그라운드 손실은 1 dB/km로 고정시켰다. 사용된 어븀과 게르마늄 동시 첨가된 광섬유길이는 일반적으로 사용되는 어븀첨가 광섬유증폭기에 비해 충분히 길며 분산형 어븀첨가 광섬유증폭기에 비해서는 짧다.

도 3은 상술한 조건에 의해 전산모사한 광섬유 증폭기의 파장별 출력 파워의 그래프이다. -25 dBm의 균일 입력되는 채널별 광신호를 증폭하여 나온 출력을 파장축에 대해 나타태고 있다. 사용된 펌핑 파워는 순방향 역방향 각각 600 mW이고 광섬유길이는 5km이며 어븀의 농도는 3 × 10¹⁶ cm^-3 이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 3개의 피크가 1.53, 1.56, 1.60 ㎛에서 나타난다. 첫번째 피크는 전형적인 어븀의 직접천이 피크이고 세번째 피크는 라만에 의한 이득 피크이다. 두번째 피크는 어븀에 의해서 증폭된 광신호가 라만에 의해서 더 증가되어 생긴 것이다. 따라서 1.53 에서 1.61 ㎛ 까지 평탄한 이득 대역을 얻기 위한 최적의 조건을 광섬유 길이와 펌핑파워를 조절해 주는 것이 중요함을 알 수 있다.

도 4는 상술한 조건에 의해 전산모사한 광섬유 증폭기의 광섬유의 길이를 변화 시켰을 때 이득의 변화를 계산한 결과이다. 이 경우, -25 dBm의 균일하게 입력되는 채널별 광신호를 증폭하고, 사용된 펌핑 파워는 순방향 역방향 각각 600mW이고 어븀의 농도는 3 × 10¹⁶ cm^-3 이다.

광섬유의 길이를 증가시킬 경우 그 이득 값들은 전체적으로 점점 증가함과 동시에 두번째 피크인 1.56 ㎛ 대역이 점점 증가하고 있다. 이것은 긴 광섬유 길이에서 펌핑 에너지의 길이에 따른 고갈로 낮게 반전된 어븀 이온의 이득 천이에 의해 일어난다. 따라서 광섬유 길이를 조절하여 두번째 피크를 첫번째 피크에 맞추는게 이득 평탄화를 위해 바람직하다. 다시 말하면 두번째 피크는 어븀이온의 광섬유내의 개수와 관계되기 때문에(어븀 이온이 많으면 이득 천이도 짧은 길이에서 일어남) 광섬유내 어븀 농도에 따라 최적의 광섬유 길이를 조절하면 된다.

도 5는 상술한 조건에 의해 전산모사한 광섬유 증폭기의 펌핑 에너지를 조절하여 얻어진 이득변화를 도시한 그래프이다. 이 경우, -25 dBm의 균일하게 입력되는 채널별 광신호를 증폭하고, 사용된 펌핑 파워는 순방향 역방향 각각 200, 400, 600, 800mW이고 어븀의 농도는 3 × 10¹⁶ cm^-3 이다. 광섬유 길이는 5km로 고정되어 있다. 펌핑 에너지를 증가시킴에 따라 라만 이득의 증가에 의해서 세번째 피크(1.60 ㎛)가 점점 증가하고 있다. 또한 펌핑 에너지의 증가와 함께 두번째 피크도 약하게 라만 이득을 얻어서 증가하고 있다. 따라서 두번째 피크는 광섬유의 길이를 조절함으로써 제어할 수가 있고 세번째 피크는 펌핑 에너지를 조절함으로써 첫번째 피크에 맞추는 것이 가능하다.

도 6은 상술한 조건에 의해 전산모사한 광섬유 증폭기에서 코어 내의 어븀농도를 변화시켰을 때 최적의 광섬유길이와 펌핑 에너지에 대해 이득 레벨과 노이즈 특성을 도시한 그림이다.

어븀농도가 8 × 10¹⁶cm^-3일 때 이득 평탄화를 위해 최적의 광섬유 길이와 펌핑파워는 각각 약 2km와 1.4 W였다. 이 조건에서 평균이득은 32dB가 얻어졌으며 노이즈는 5.36 ~ 8.0 dB가 얻어졌다. 광섬유 전 길이에서 흡수되지 않고 남은 펌핑 에너지는 450mW이다. 이와 같은 고농도의 어븀이 첨가된 광섬유의 경우 두번째 피크를 첫번째 피크에 맞추기 위해 짧은 길이의 광섬유를 사용해야 했고 그로 인한 비선형 라만 이득의 부족으로 세번째 피크의 이득 평탄화를 위해 높은 펌핑 에너지가 요구되었다.

또한, 어븀농도가 2 × 10¹⁶cm^-3였을 때 최적의 광섬유 길이와 펌핑 에너지는 6km 와 400 mW였고 평균이득은 22dB, 노이즈는 5.78 ~ 8.2dB 사이에 있었다. 흡수되지 않고 남은 펌핑 에너지는 100mW로 얻어졌다. 저농도 어븀첨가 광섬유의 경우 긴 길이의 광섬유가 사용되기 때문에 적은 펌핑 에너지로도 이득평탄화가 얻어진다. 결과적으로 고농도 어븀첨가 광섬유는 높은 이득과 낮은 노이즈 특성을 갖지만 요구되는 펌핑 에너지가 매우 높아서 비효율적이며, 이에 비해 낮은 농도의 어븀첨가광섬유는 비록 긴 길이가 요구되지만 낮은 펌핑 에너지를 이용하기 때문에 효율적이다. 게르마늄의 농도를 좀더 조절하게 되면 광섬유의 길이를 효율적으로 줄일 수 있고 펌핑 에너지도 감소시킬수 있어 좀더 효율적인 증폭기 구성이 가능하다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 단일 파장의 광원으로 펌핑하여 희토류 원소에 의한 광신호 증폭과 비선형 라만효과에 의한 광신호 증폭이 동시에 발생시켜 각 증폭대역이 서로 중첩되지 않도록 함으로써, 광증폭 매질과 이를 이용한 넓은 이득 대역의 광증폭기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 현재까지 상업적으로 사용되는 어븀첨가 광증폭기에 비해 좀더 간단한 구조로 C-밴드와 L-밴드를 동시에 증폭하는 것이 가능하며 종래의 라만광증폭기가 C-밴드와 L-밴드를 동시에 증폭하기 위해 사용하는 고출력 다파장 펌핑 레이저를 하나로 묶을 필요가 없어서 구조면에서 가격면에서도 저렴하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 광섬유 증폭기의 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 광섬유 증폭기의 전산모사를 실시한 예에서 파장별 출력 파워의 그래프이다.

도 4는 도 3의 광섬유 증폭기에서 광섬유의 길이를 변화시켰을 때 이득의 변화를 계산한 결과이다.

도 5은 도 3의 광섬유 증폭기에서 펌핑 에너지를 조절하여 얻어진 이득변화를 도시한 그래프이다.

도 6은 도 3의 광섬유 증폭기에서 코어 내의 어븀 농도를 변화시켰을 때 최적의 광섬유 길이와 펌핑 에너지에 대해 이득레벨과 노이즈 특성을 도시한 그래프이다.

Claims (11)

1. 클래드; 및

   상기 클래드의 굴절율 보다 큰 굴절율을 갖도록 구성되는 코어로서, 소정의 파장을 갖는 펌핑 광을 입력 받아 희토류 원소에 의해 제1 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 1 원소와 비선형 라만 광증폭에 의해 제2 밴드로 광증폭을 하도록 첨가되는 제 2 원소를 포함하는 코어를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광섬유의 조성물은 실리카, 텔루라이트, 플로라이드, 황화물계 또는 셀레나이드계인 것을 특징으로 하는 광섬유.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1원소는 어븀, 이터븀, 프라세오디뮴, 니오디뮴, 홀뮴, 툴륨 또는 디스프로슘이고, 상기 제2 원소는 유리조성을 만드는 실리콘, 게르마늄, 인, 황, 텔루륨 또는 셀레늄인 것을 특징으로 하는 광섬유.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광섬유의 조성물이 실리카인 경우, 상기 소정의 펌핑 파장은 1480~1500 nm 대역의 단일파장이고, 어븀에 의한 광증폭으로 C-밴드(1530~1570 nm)를, 게르마늄의 비선형 라만 증폭으로 L-밴드(1570~1610 nm)를 각각 증폭하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 어븀은 상기 코어에 10¹⁵ cm^-3 ~ 10¹⁷ cm^-3로 도핑되어 있고, 상기 게르마늄은 10 ~30 mol %로 도핑되어 코어와 클래드의 굴절률 차이는 0.015 ~ 0.03 인 것을 특징으로 하는 광섬유.
6. 제 1 항에 있어서,

   길이는 1 내지 10 km 인 것을 특징으로 하는 광섬유.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 광섬유의 조성물이 텔루라이트인 경우, 상기 소정의 펌핑 파장은 1470~1500 nm 대역의 단일 파장이고, 어븀에 의한 광증폭으로 L-밴드(1570~1610 nm)를, 텔루라이트의 비선형 라만 증폭으로 U-밴드(1610~1700 nm)를 각각 증폭하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 밴드와 상기 제2 밴드는 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 광섬유.
9. 입력단으로부터 광신호를 입력받아 증폭하여 출력단으로 전달하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 의한 광섬유;

   상기 광섬유에 펌핑광을 출력하기 위한 적어도 하나의 광원; 및

   상기 광신호와 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펌핑광을 결합하기 위한 적어도 하나의 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광섬유 증폭기.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 광원과 상기 결합기는 상기 입력단과 상기 출력단에 각각 하나씩 존재하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광섬유 증폭기.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 입력단의 결합기의 전단에는 입력단으로부터 입력되는 광신호를 그대로 통과시키며 그 역방향으로 입력되는 광을 차단하는 제 1 아이솔레이터를 더 포함하고,

    상기 출력단의 결합기의 후단에는 출력되는 광신호를 그대로 통과시키며 그 역방향으로 입력되는 광을 차단하는 제 2 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광섬유 증폭기.