KR20090089359A

KR20090089359A - 모재 제작방법, 모재, 광섬유 및 증폭기

Info

Publication number: KR20090089359A
Application number: KR1020097011488A
Authority: KR
Inventors: 프레데릭 산도즈; 카를로스 페드리도; 필리페 리보; 필리페 하멜; 피터 오테닌; 필리페 뱅상 로이; 마티유 드보투르
Original assignee: 실텍 피버스 에스에이
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-08-21
Also published as: RU2460696C2; JP5574217B2; EP2091876B1; US8720230B2; BRPI0720006A2; AU2007330730A1; CA2672007C; WO2008068331A1; RU2009125938A; EP1942083A1; CN101631751A; JP2010511588A; BRPI0720006B1; CA2672007A1; EP2091876A1; CN101631751B; US20100000260A1

Abstract

본 발명은 활성 광섬유(8)를 인발할 때 쓸 수 있는 모재(1,10,100) 제작 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 모재(1,10,100)로부터 인발된 증폭 및 감쇠 목적의 활성 광섬유(8)와, 레이저 활성 광섬유를 이용하는 광 증폭기(600,601)에 관한 것이다.

Description

모재 제작방법, 모재, 광섬유 및 증폭기 {METHOD FOR FABRICATING A PREFORM, A PREFORM, AN OPTICAL FIBER AND AN AMPLIFIER}

본 발명은 광신호의 증폭 또는 감쇠가 가능한 활성 광섬유를 인발할 때 이용할 수 있는 1차, 2차 또는 고차원 모재의 제작방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 모재, 상기 모재를 이용하여 인발한 활성 광섬유 및 상기 광섬유를 이용하는 광 증폭기에 관한 것이다.

현재 초고속 데이타 통신망에 이용되는 섬유 등의 광섬유 제작에 대한 내용은 [1] (Mool C., Gupta, Handbook of PHOTONICS, CRC Press, 1997 Boca Raton, chapter 10.7, p445-449)에 기재되어 있다. 광섬유 제작의 주요 공정은 모재를 제작하고, 상기 모재로부터 섬유를 인발하고, 이 섬유를 취급 및 주변 환경의 영향으로부터 보호할 재질로 코팅하는 단계 등이다.

인발 공정에서, 모재는 노(furnace) 상부로부터 인발부로 공급되고 트랙터에 의해 상기 노의 하부로부터 인발처리된다. 다음, 이 섬유는 인장 강도를 관측하면서 드럼에 권취한다. 인발시 온도는 2000℃ 정도이다. 노에서 배출후 드럼에 권취하기 전에 UV-경화성 코팅으로 상기 섬유를 피복한다.

또한 상기 [1] (p449-450)에 있어서, 광섬유 연구의 중요한 측면은 증폭 및 레이저 처리를 위한 희토류 도핑이다. 이후 희토류를 RE로 약칭한다.

광 증폭기에서, 2ppm 정도의 도판트 농도 및 수미터 정도의 길이를 갖는 RE-도핑 섬유가 파장의존형 광-섬유 커플러에 꼬임 결합되어 있다. 이 커플러는 고전력 반도체 레이저 다이오드에서 방출된 980nm 혹은 1480nm 파장광으로 에르븀-도핑 섬유를 연속 펌핑할 수 있게 해준다. 보통 자발적 방출 노이즈 및 반사를 최소화하기 위해 필터 및 광 분리기를 포함시킨다. 펌프광은 바닥 상태에서 여기 상태로 이온을 여기시키기 위해 이용된다. 광섬유에 들어가는 신호광은 자극 방출을 개시하고 또한 간섭 증폭된다. 이득의 파장의존성, 이득 포화, 편광의존성 및 자발적 방출 등의 기술적 사안을 집중 연구하였다. 자발적 방출은 여기 상태의 이온이 노이즈에 기여하는 바닥 상태까지 자발적으로 이완되는 경우에 일어나고 따라서 증폭기 계통 통신장비의 신호-노이즈비에 부정적인 영향을 미친다. 광 증폭기의 또다른 중요한 변수는 RE 이온의 농도이다. RE 이온의 광 농도는 여기상태를 변화시켜 고준위로 이온이 상승하고 바닥의 주변 이온까지 방출하는 결과를 가져온다. 따라서, 고농도 RE-이온이 반드시 고이득 및 신호-노이즈비 저하를 제공하지는 않는다. 또한 코어내 RE-이온의 위치도 중요하다.

물체에 입사되는 파장 f의 조사 강도가 I_o 이면 물체의 내부 깊이 x에서의 강도 I는 I = I_oe^-ax 이다 (공지문헌 [2](John Beynon, Introductory University Optics, Prentice Hall 1996, p231) 참조). 이 식은 펌핑 방식을 고려하기 위한 것이다. 상기 문헌 [1]의 p450 혹은 [2]의 p247에 기재된 바와 같이 레이저 장비 및/또는 광 증폭기에 적용할 수 있는 고성능 활성 광섬유를 제조하는 관점에서 제작 공정이 중요시된다.

문헌 [3](Michel J.F. Digonnet, Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, 2판, Marcel Dekker Inc. 2001, Chapter 1.4)에 따르면 도핑 실리카 섬유 제작을 위한 표준 방법은 원하는 산화복합물을 형성하는 SiCl₄, GeCl₄, PoCl₄, SiF₄ 및 BCl₄ 등의 할로겐화물의 반응에 근거하여 두가지 범주로 구분된다. 첫번째 방법은 수소 불꽃 반응의 결과로 나온 매연 입자물(soot)을 투명 유리로 후속 소결처리하기 위해 맨드렐에 수거하는 것이다. 이 방법에 근거한 공정은 통상 축증착(VAD) 및 외부증착(OVD)을 들 수 있다. 또한 두번째 방법은 토치 플라즈마 파이어볼이나 전자파 구멍(cavity)이 기질관을 관통할 때 이 기질관 내부에서 염화물과 반응하여 클래딩, 반응, 침착 혹은 소결 등이 동시에 일어나는 것이다. 이 방법에 근거한 공정은 변형 화학기상증착(MCVD), 플라즈마 화학기상증착(PCVD) 및 진성 마이크로파 화학기상증착(IMCVD) 등을 들 수 있다.

상기 공지문헌 [3](p5, chapter 1.4.2)에 따르면, 모재 프로세스의 반응/증착 영역에 RE-증기류를 전달하는 방법은 상술한 두종류의 처리공정 모두에 관하여 고안된 것이다. 문헌 [3], 6페이지의 도 2는 MCVD를 도시하며 여기서 RE-도판트는 다른 인덱스 제어 도판트와 함께 산화 영역으로 전달된다. 저증기압 RE-도판트는, RE-증기 공급원을 반응 영역에 근접시키고 이것을 다른 반응제로 즉시 희석하거나 또는 RE-도판트를 에어로졸내 물질 혹은 고증기압 화합물을 반응 영역에 전달함으 로써 제공된다.

광섬유 및 광결정 섬유를 제조하는 또다른 종래의 방법이 선행기술 [4](WO 2005/102946 A1) 및 [5](WO2005/102947 A1)에 공지되어 있으나 이들은 레이저 활성 광섬유를 인발할 수 있는 모재의 제조 방법에 관한 것이 아니다.

코어 및, 융해 실리카나 도핑된 융해 실리카로 이루어진 외부 재킷을 구비한 광섬유용 모재 블랭크의 제조 방법은 선행기술 [6](GB 2176472)에 공지되어 있다. 상기 문헌 [6]에 개시된 방법은 융해 실리카관에 하나 이상의 다공성 혹은 느슨한 물질로 된 요소를 도입하는 단계를 포함한다. 따라서 이 방법은 다공성 혹은 느슨한 물질로 된 원소를 상술한 바 및 [6]에 개시된 바와 같이 예컨대, "OVD" 원리에 따라 제조하는 것이 요구된다.

선행기술 [7](US 5,572,618)에 따르면, 필라멘트 길이에 따른 흡수 및 산란에 기인한 섬유의 광손실을 최소화하여 광 필라멘트재의 한 말단에 인가된 빛을 반대편 말단까지 효율적으로 전달하기 위해서는 각별한 주의가 필요하다. 이러한 이유로, 저감쇠 도광체는 희토류 원소가 도핑된 섬유로 구성되는 것이 일반적이다. 그러나 다양한 상황에 따라 광신호의 전력량을 줄이기 위해 광 감쇠장치를 활용할 필요가 있다. 이를 목적으로 하여, [7]에서는 수동형 광 감쇠장치를 소개하고 있으며 이는 광조사를 수용하고 길이에 따라 최소 0.2 dB/m의 광조사량을 흡수하는 도광체를 구비한다. 도광체 부위는 저손실 광섬유와 결합되어 광신호를 수용하며, 광신호는 이 부위를 통해 감쇠된다. 도광체의 적어도 일부는 전이금속으로 도핑되어 단위 길이당 소정의 흡수율을 달성하며 이에 따라 적정 수준의 감쇠도를 얻을 수 있다. 융해 실리카 섬유에서 흡수 영역은, 적어도 하나의 파장에 대한 소정의 흡수도를 제공하기에 충분한 농도의 Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Ti 및 V로 이루어진 군에서 선택된 금속 이온에 의해 도핑되어 있다. 저파장 신호는 예컨대 링 형태의 층에서 감쇠될 수 있다.

이러한 종래의 방법은 통제가 쉽지 않고 적지않은 노력이 필요하다. 상술한 바와 같이 도판트, RE 재료 혹은 전이금속 등의 금속류는 원하는 반응을 수행하기에 적절한 영역에 위치해야 한다.

상기 도판트 중에서 A/A 도판트는 증폭/감쇠 도판트를 말하며 다음과 같이 이용된다. "활성 섬유"는 여기서 증폭이나 감쇠 목적으로 A/A 도판트가 도핑된 섬유를 말한다. 본 명세서에서는 증폭 목적으로 이용되는 섬유에 대해 "레이저 활성 섬유"라는 용어를 포괄적으로 사용한다.

상술한 방법은 실행함에 있어 큰 노력이 필요한 것 이외에도, A/A 도판트 이용 측면에서 심각한 제약이 있다. 예컨대, 섬유를 원하는 형태로 고안할 수 있는 반면 RE-도판트의 위치가 크게 제한된다. 이러한 제약은 레이저 활성 광섬유에 있어서 최대의 이득을 얻고 노이즈는 최소화하려는 점을 고려할 때 매우 불리하다. 실제로, RE-도판트 농도는 최대의 자극방출 (통상 '유도방출') 및 최소의 자발적 방출을 달성하기에 필요한 수준이어야 한다.

또한, 상술한 증착 공정에 따르면 A/A 재료로 적절히 도핑되는 모재의 크기를 확대하기 어렵다. 특히 A/A 재료로 적절히 도핑되는 복수의 코어를 가진 광섬유를 제조하기 어렵다.

활성 섬유 제조방법은 선행기술 [8](WO 98/58884)에 개시되어 있다. 이 방법에 따르면 100 내지 5,000㎛의 입자크기를 가진 RE-도핑 컬릿(유리조각)이 클래딩 구조 내에 제공된다. [8]에 언급된 바와 같이, 희토류 도핑 호스트 매질에 의해 얻어진 이득은 희토류 도판트의 농도를 증가시키면 커질 수 있다. 그러나, 중간 농도 이상인 경우 희토류 이온의 응집 및 농도 소광이 문제가 된다.

공지 방법에서 확인된 바와 같이, 위와 같은 응집 문제 때문에 희토류 도판트의 적절한 농도, 예를 들어, 광 매질내의 적절한 이득은 아직 성취되지 못하고 있다. 따라서, RE-도판트의 농도 및 나아가 희토류 도핑 호스트 매질의 이득은 여전히 제한되고 있다.

또한 응집 문제는 숙주 매체를 감쇠 도판트로 도핑할 때도 일어난다.

또한, 적절한 감쇠가 달성되지 않는 문제는 코어 및 클래딩 재료의 굴절율에 균일성이 결여된 것과 관계가 있다. 증착 공정에서 피할 수 없는 재료 굴절율의 불균일성은 선질(beam quality)을 저하시키고 특히 광선 전파 결핍 현상을 야기할 수 있다.

따라서, 1차, 2차 혹은 고차원 모재 및 이로부터 유래된 활성 광섬유 같이 다량으로 A/A 도핑된 광 호스트 매질을 제작하는 개선된 방법이 요청된다.

특히, 유도된 호스트 매질에 삽입된 A/A 도판트의 고농도 및 고균일성를 달성하고 이에 응집 문제를 해결하면서도 고이득을 제공할 수 있는 A/A/ 도핑 광 호스트 매질을 제작하는 개선된 방법이 요청된다.

또한 광섬유 제조시 굴절율의 균일성을 개선하고 따라서 광섬유의 선질을 향 상하는 A/A 도핑 광 호스트 매질을 제작하는 방법이 요청된다.

또한 복수의 코어를 가진 고성능 활성 광섬유 및 고성능 활성 광결정 섬유(PCF)를 적은 노력으로 제작하는 방법이 요청된다.

또한 활성 광섬유를 인발할 수 있는 모재를 제작하는 것으로서, 간단한 방식 및 고효율로 레이저 활성을 유도할 수 있는 모재 제작 방법이 요청된다.

그 밖에도 소정의 이득을 1 전후의 (증폭 혹은 감쇠) 지표로서 제공하기 위해, 활성 광섬유 특히 PCF-섬유를 이용하여 운전하는 광 증폭기를 제공하는 것이 요청된다. 특히, 신호 경로의 변경없이 또는 활성 광섬유의 코어에 기계적으로 접촉하지 않고, 종래의 활성 광섬유 혹은 PCF 섬유를 펌핑하여 신호를 유도하는 광 증폭기를 제공하는 것이 요청된다.

상술한 본 발명의 목적 및 그외의 목적은 청구항 1에 따른 방법, 청구항 17에 따른 모재, 청구항 18에 따른 광섬유, 및 청구항 21에 따른 광 증폭기를 통하여 달성된다.

본 발명의 한 구현예에 있어서, 1차 모재는 다음과 같은 단계적 방법에 따라 제작된다:

- 실리카관 및, Si₂O 입자와 A/A(증폭/감쇠) 입자를 함유하는 SiO₂-A/A-혼합물을 초기 처리단에 공급하고;

- 클로저에 의해 실리카관 하단에 한정된 내부공간을 갖도록 상기 실리카관을 고정유지하고;

- SiO₂-A/A 혼합물을 상기 실리카관의 내부공간에 공급하고;

- 실리카관 상단에 어드조이너(adjoiner)를 부착하여 상기 내부공간에 감압을 형성하고; 또한

- 실리카관 및 SiO₂-A/A 혼합물을 융해하기 위해 미가공 모재의 적어도 하부를 가열하는 단계를 포함한다.

실리카관 재질 및 SiO₂입자 각각의 굴절율은 타겟 모재의 종류에 따라 적절히 선택된다. 1차 모재의 제조시 재질의 굴절율은 동일하고 광섬유 코어에 상응한다. 혹은 1차 모재의 제조시 재질의 굴절율은 서로 상이하고 코어 및 클래딩에 각각 상응한다. 소정의 굴절율을 얻기 위해서는 GeO₂, P₂O₅, Al₂O₃ 및/또는 B₂O₃ 같은 도판트를 실리카 입자에 가한다.

A/A 입자의 용해도를 높이기 위해서는 산화알루미늄(Al_xO_x), 염화알루미늄 (Al_xCl_x), 게르마늄(Ge) 혹은 인(P) 등의 용해 촉진제를 액체에 가한다.

상기 혼합물로부터 기원한 섬유나 모재의 각 부분의 굴절율은, 적어도 대체로 동일한 크기, 예컨대, 5 내지 50㎛의 크기를 갖는 SiO₂ 입자, A/A 입자 및 바람직하게는 용해 촉진 입자를 선택하면 균일도가 개선될 수 있다. 마찬가지로, 다양한 재료 공급처에서 재료를 공급받고 이를 광 매체 제조업체에서 가공처리하면 다양한 입자 크기의 산물을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 방법에 이용될 시판 재료는 화학적, 물리적 혹은 형태적 측면에서 적용 가능해야 한다.

바람직한 구현에에 따르면, 초기 처리단의 SiO₂-A/A 혼합물은 다음을 포함하는 방법에 따라 조제된다:

a) 매연입자 형태, 바람직하게는 10nm 내지 1㎛ 범위의 입경을 갖는 SiO₂-입자를 공급하고;

b) 바람직하게는 염화물 화합물 (RE-Cl₃) 같은 10nm 내지 1㎛ 범위의 입경을 갖는 A/A 입자를 공급하고;

c) 바람직하게는 염화물 화합물 (Al-Cl₃) 같은 용해 촉진 입자(56)를 공급하고;

d) 물, 메탄올, 에탄올 혹은 알코올 같은 액체를 공급하고;

e) SiO₂매연입자, A/A 입자 및 바람직하게는 용해 촉진 입자(56)를 액체와 혼합하여 슬러리를 제조하고;

f) 상기 슬러리를 바람직하게는 80 내지 120℃ 온도의 노 또는 오븐에서 건조하고; 또한

g) 상기 건조된 슬러리에 기계적 충격을 가하여 분쇄한 SiO₂-A/A 혼합물 분말을 얻고 이를 실리카관의 내부공간에 공급하는 단계들을 포함한다.

SiO₂-매연입자를 액체에 가하고 추가로 A/A 입자를 가할 수 있다. 이와 별도로, 바람직하게는 A/A 입자를 먼저 액체에 가하고 다시 SiO₂매연입자와 혼합하여 슬러리를 얻는다.

이 방법에 따르면, A/A 입자의 응집은 비교적 고농도인 경우라도 피할 수 있다. A/A 입자는 SiO₂-A/A 혼합물 내에 그 후에는 A/A-도핑 호스트 매질, 예를 들어, 코어 및/또는 모재나 섬유의 클래딩 부분에 균일하게 분포된다. 이에 따라, 훨씬 큰 이득이나 감쇠 효과의 A/A-도핑 호스트 매질을 제작할 수 있다. 새로운 방법은 훨씬 우수한 결과와 더불어 적은 노력으로 수행할 수 있다. 동시에 굴절율 역시 가공재료 전체에 걸쳐 균일하게 분포된다.

본 발명에 따른 광 매체로부터 유래된 섬유는 따라서 특히, 이득 및 인가 신호의 선질 측면에서 현저히 개선된 특성을 갖는다.

또한 각종 A/A 입자를 고농도로 이용하여 다양한 성질, 예를 들어, 상이한 범위의 파장 스펙트럼에서 선별적 신호 증폭 및/또는 감쇠를 달성할 수 있다.

SiO₂-A/A 혼합물은 바람직하게,

80% 내지 98% (원자중량 단위), 특히 84%의 SiO₂입자;

0.1% 내지 10%, 특히 2%의 A/A 입자; 및

0.7% 내지 70%의 알루미늄 입자를 함유한다.

SiO₂-A/A 혼합물은 바람직하게는, A/A 입자의 최고 7배 이상의 알루미늄 입자를 함유한다.

바람직하게 액체는 리터 당,

50 내지 150g, 특히 100g의 SiO₂매연입자;

0.025 내지 0.1몰, 특히 0.05몰의 A/A 염화물; 및

0.075 내지 0.5몰, 특히 0.2몰의 Al 염화물을 함유한다.

본 발명의 SiO₂-A/A 혼합물은 모재 제작용 관을 포함한 1차 혹은 고차원 모재 같은 광 매질의 임의 부분 및 이로부터 유래되는 광섬유에 이용할 수 있다. 따라서, 모재의 임의 부분 혹은 섬유는 상술한 SiO₂-A/A 혼합물을 이용하여 제작할 수 있다. 최적 균일도의 굴절율이 요구되고 반면 레이저 활성은 요구되지 않는 재료의 경우, A/A 입자는 상기의 구성으로부터 간단히 제외 또는 생략할 수 있다.

바람직한 구현예에서, SiO₂-A/A 혼합물은 다음과 같이:

g) 실리카관 하단에 다공성 유리 같은 다공성 재질로 된 클로저를 장착하고;

h) 조제된 SiO₂-A/A 혼합물을 실리카관의 내부공간에 공급하고;

i) 산소(O₂), 헬륨(He), 염화물(Cl₂) 혹은 불소(F) 같은 기체 흐름을 제1 클로저 및 실리카관 내에 함유된 SiO₂-A/A 혼합물에 차례로 통과시키고 이 실리카관을 가열하여 SiO₂-A/A 혼합물을 정제 및 유리화 수준 이하의 온도 (약 1200℃)에서 소성처리하고;

j) 미가공 모재의 적어도 하부를 유리화 수준 이상의 온도 (약 2100℃)에서 가열처리하여 실리카관 및 SiO₂-A/A 혼합물을 융해하는 단계들을 통해 후가공 처리한다.

실리카관 및 SiO₂-A/A 혼합물을 전체 길이에 걸쳐 완전히 가열처리하여 가공처리된 모재를 얻을 수 있다. 또는, 용융 요소들이 동시에 변형되는 한편 예컨대, 섬유 인발 혹은 적어도 하나의 긴 모재를 인발하여 한정된 부분만 가열할 수도 있다. 따라서, 실리카관 및 SiO₂-A/A 혼합물로부터 단일 혹은 다수의 모재를 제조 수득할 수 있다.

후속의 가공 단계에서, 제작된 하나 이상의 모재를 2차 모재 내에 통합시킬 수 있으며 또한, 실리카관에 공급된 A/A-입자 및/또는 제작된 모재의 SiO₂-A/A 혼합물 탓에, 상기 2차 모재로부터 활성 광섬유를 인발할 수 있다.

바람직한 구현예에서, 고효율로 펌핑할 수 있는 레이저 활성 광섬유 제조를 위해 세로홀이 모재에 형성된다. 상기 홀은 바람직하게는, SiO₂ 입자를 삽입하기에 앞서서 직사각형 혹은 원형 막대 같은 분리봉을 실리카관에 삽입함으로써 형성된다.

한 구현예에서, 편평면을 가진 적어도 하나의 세로홀은 모재의 코어부에 배향하는 평면을 구비한 모재의 클래딩에 제공된다. 따라서, 이 평면에 도달하는 펌프 신호는 광섬유의 코어부로 반향된다. 또한 평면 주변의 말단재는 대체로 D-형의 프로파일만 남기고 쉽게 제거할 수 있다.

이와 별개로, 모재의 클래딩에 다수의 홀이 형성되어 있는 경우에 레이저 펌핑 효과를 달성할 수 있다. 바람직하게는 3개 이상, 더욱 바람직하게는 5개의 홀이 다음과 같이 형성된다:

a) 모재 클래딩의 말단 영역에 바람직하게는 무작위로 분포되고;

b) 홀의 직경이 바람직하게는 모재 직경의 1/10에 해당하고; 및

c) 적어도 홀 1개의 직경의 간격으로 이격되어 있다.

또한, 실리카관은 A/A 재료로 도핑하여 사용하는 것이 유리하며 이 재료를 모재의 말단부에 균일하게 분배하여 큰 효과를 얻는다. 1차 실리카관 혹은 아래에서 설명하는 바와 같은 2차 실리카관은, 관재질 내에 균일하게 분포된 A/A-입자로 적절히 도핑하여 쉽게 제작할 수 있다. 예를 들어, 건조 분말형 A/A 재료를 용융 상태의 실리카와 혼합할 수 있다. 더 바람직하게, SiO₂-A/A 혼합물은 상술한 바와 같이 조제할 수 있다. RE-재료가 모재로부터 인발된 레이저 활성 광섬유의 코어의 주변부에 균일하게 분포되므로, 고강도의 인가 펌프 신호가 클래딩으로부터 도달할 수 있다. 따라서 본 발명의 레이저 활성 광섬유는 코어 혹은 클래딩을 경유한 펌프 신호의 도입이 가능하다. 펌프 신호를 클래딩을 통해 도입할 경우, 예를 들어, 주변의 보조관인 다중 섬유 혹은 하기의 트랜스퍼 슬리브 등을 통해 펌프 신호를 도입하면 코어가 무접촉 상태로 유지되는 잇점이 있으며 또한 코어를 절단 혹은 슬라이스할 필요가 없다.

또한 경우에 따라, 제작된 모재의 표면을 연마하여 실리카관재를 일부 제거하고 A/A 재료로 도핑된 용융 SiO₂-A/A 혼합물로 이루어진 모재 블랭크 혹은 1차 모재만 남기도록 할 수도 있다.

또다른 구현예에서, A/A-도핑 실리카관에 SiO₂-A/A 혼합물 대신 고체 유리 블랭크나 본 발명의 모재를 밀집 충전한다. A/A-도핑된 1차 실리카 슬리브관 및 여기에 삽입된 고체 실리카 블랭크 혹은 본 발명의 모재는 미가공된 1차 모재를 구성한다. 물성 및 이에 관련된 바람직한 특징에 관한 결과는 1차 구현예의 경우에 필적한다. 실리카관의 A/A-도판트는 또한 결과로 나온 섬유의 코어의 말단 영역에 분배된다. 감쇠는 다양한 파장에서 수행될 수 있다.

상기 첫번째 및 두번째 구현예의 원리가 적용된 본 발명의 또다른 구현예는 활성 광결정 섬유 특히 레이저 활성 광섬유용 모재의 제작에 관한 것이다. 이 세번째 구현예에서, 바람직하게는 SiO₂-A/A 혼합물로 제조한 A/A-도핑 실리카관을 모재의 적절한 위치에 놓으며 이는 활성 광결정 섬유의 코어부에 해당한다. 광결정 섬유는 중공형 코어를 이용하므로 박층 두께의 벽을 가진 A/A-도핑 실리카관은 실리카 블랭크 혹은 실리카 입자를 충전하지 않고 분리봉을 설치한다. 따라서, 광 신호는 광밴드갭(PBG) 효과에 의해 중공 코어 속에 한정되며 A/A-도핑 실리카관의 표면과 접촉시 증폭된다.

이러한 세가지 구현예에서, 모재로부터 인발된 섬유의 레이저 활성 혹은 감쇠가 성공적으로 이루어진다. 첫번째 및 두번째 구현예에서 A/A 재료는 코어의 중앙부에 한정될 수 있으며, 클래딩을 통해 인가되지 않는 한, 상기 위치에서 펌프 신호 및 유저 신호의 강도가 최고를 이룬다. 이경우 1차 실리카 입자는 A/A 재료, 예컨대 통상 50ppm 이상의 농도의 에르븀으로 도핑된다. 그러나, 펌프 신호가 클래딩을 통해 도입되는 경우, 코어 말단부에 있는 1차 실리카관은 응집 한계까지 A/A 재료에 의해 도핑된다.

클래딩에 대한 펌프 신호의 도입은, 코팅 제거후 광전도 슬리브를 이용하거나 클래딩에 구비된 펌프 섬유를 이용하여 행할 수 있다. 코어 및 클래딩의 재료가 동일한 굴절율을 가질 경우, 클래딩에서 코어로의 펌프 신호 전달이 최소 손실 하에 수행된다. 따라서, 펌프 신호는 코어부에서는 반사되지 않으며 비교적 고강도로 코어 특히 그 말단 영역에 도달할 수 있다. 유저 신호를 제한하기 위하여, 코어 재질 및 클래딩 재질의 동일하거나 유사한 굴절율에도 불구하고, 코어내 클래딩에는 공기가 충전되는 구조 요소가 구비된다. 이러한 구조 요소는 클래딩의 평균 굴절율이 코어의 굴절율보다 낮도록 설계한다. 그러므로 활성 광섬유 및 이것을 뽑아내기 위한 모재의 또다른 구현예는 클래딩을 통한 펌핑 공정에 이상적인 것이다. 구조 요소는 예컨대, 공기나 적절한 기체가 충전될 2차 모재에 보조 실리카관을 설치함으로써 구성될 수 있다.

본 발명의 광결정 섬유에서 레이저 활성을 얻기 위하여, 구조 예컨대 벌집 구조의 주기성은 국소적 혹은 섬유 전체에 적용될 수 있으며 이때문에 모재 전체에 적용 및 분포되어, A/A-도핑 실리카관에서 기원한 재료로 구성되는 코어부의 말단 영역에 신호가 제공되는 결과를 가져온다.

섬유 및 이에 상응하는 모재의 최적 구성화 및 최적의 도핑 처리는 하기와 같은 공정 단계에 따라 실행되는 것이 가장 바람직하며, 이러한 단계들은 실리카 입자를 이용하는 발상 혹은 2차 및 고차원 모재를 제작하는 것에 근거한다.

첫번째 구현예의 1차 모재, 두번째 구현예의 미가공 모재, 및 세번째 구현예의 A/A-도핑 실리카관 등은 모두 외표면을 갖추고 있으며 내부면이 구비된 2차 실리카관 속에 삽입된다.

필요시,

a) 상술한 바와 같이 클래딩의 굴절율을 조정하거나,

b) 상술한 바와 같이 펌핑용 섬유를 제공하거나,

c) 광밴드갭 효과를 달성하거나,

d) 복수의 코어 섬유를 실현해야 할 경우, 보조 실리카관, 분리형 보조봉, 실리카 블랭크 혹은 외표면이 있는 가공된 1차 모재 등의 또다른 구조 요소가 요구되기도 한다.

삽입된 요소의 외표면 및 2차 실리카관의 내부면은 제2 클로저를 이용해 제2 내부공간을 2차 실리카관의 제1 말단에 한정한다.

또다른 처리 단계에서, 삽입된 요소는 2차 실리카관에 대해 실질적으로 길이공축방향으로 설치 고정된다. 따라서 2차 실리카 입자가 제2 내부공간에 삽입된다.

그 뒤, 제2 내부공간은 제2 어드조이너에 의해 2차 실리카관의 상부 제2 말단에 한정되며 따라서 제2 내부공간 및 2차 실리카관 내에서 감압이 발생하고, 또한 2차 실리카 입자 및 삽입된 구조 요소가 전체 길이에 걸쳐 모두 혹은 부분적으로 가열되는 동시에 광섬유가 인발된다.

본 발명의 목적 및 특징을 위와 같이 언급하였으며 그 밖의 다른 목적 및 특징을 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명에 따라 살펴본다.

도 1은 축(x)을 따라 내부공간(12) 및 클로저(13)가 하단에 장착된 박층벽의 1차 실리카(SiO₂)관을 도시하며;

도 2는 도 1에서 보는 바와 같은 1차 실리카관(11,11d)을 상측의 어드조이너(3)와 함께 도시하며, 이것을 통하여 1차 실리카 입자(51) 혹은 SiO₂-A/A 혼합물(58)이 내부공간(12)에 충전되어 미가공 1차 모재(1)를 형성하고;

도 3은 가공된 1차 모재(1)를 형성하기 위해 1차 실리카 입자(51) 또는 SiO₂-A/A 혼합물(58)과 1차 실리카관(11,11d)을 가열, 용융 및 융해하는 공정을 도시하고;

도 4A 내지 4F는 말단층이 제거될 때, 1차 실리카관(11)에서 유래된 재료로 구성된 것으로서 도 3에서 보는 바와 같이 가열 가공된 1차 실리카 모재(1)를 처리하는 것을 도시하고;

도 5A 내지 5C는 도 4에서 보는 바와 같이 공축 방향으로 배치된 A/A-도핑 1차 모재(1,1') 및 2차 실리카 입자(510) 혹은 SiO₂-A/A 혼합물(58)을 수용하는 박층벽의 2차 실리카(SiO₂)관(111)을 구비한 2차 모재(10)의 조립체를 도시하고;

도 6은 실리카 블랭크(15)를 기밀 수용하는 박층벽의 A/A-도핑 슬리브관(11d), 예컨대 도 1에서 보는 바와 같은 1차 실리카관을 더 포함하는 것으로서, 도 5에서 보는 바와 같은 2차 모재(10)의 상단부를 도시하고;

도 7은 도 4 혹은 도 6에서 보는 바와 같이 5개의 1차 혹은 2차 모재(1,10)와 또한 2차 실리카관(111)에 포함된 보조관(11x)을 구비한 2차 모재(100)의 상단부를 도시하고;

도 8은 A/A-도핑된 실리카관(11d), 보조관(11x) 및 2차원 주기성 구조에 배치된 보조봉(101)을 구비하는 것으로서, 광결정 섬유를 제조하기 위한 2차 모재(100')를 도시하고;

도 9는 도 5 또는 도 6에서 보는 바와 같은 2차 모재(10,10')로부터 광섬유(8)를 인발하는데 이용되는 장치(2)를 도시하고;

도 10은 도 7 또는 도 8에서 보는 바와 같은 2차 모재(100,100')로부터 광섬유를 인발하는데 이용되는 도 9의 장치(2)를 도시하고;

도 11은 복수의 코어(811,812...) 및 보조 섬유(811x)를 포함하는 본 발명의 활성 광섬유(8)의 단면도와 함께 광 증폭기(600)를 도시하고;

도 12는 본 발명의 광결정 섬유(8')의 단면도와 함께 광 증폭기(600)를 도시하고;

도 13은 본 발명의 활성 광섬유(8)를 수가닥 이용하는 광 증폭기(600)를 도시하고;

도 14 및 14A는 본 발명의 활성 광섬유(8)의 클래딩을 통해 펌프 신호를 인 가하는 광 증폭기(600)를 도시하고;

도 15A 내지 15G는 가장 바람직한 구현예에서 모재 및 섬유를 제작하는 본 발명의 방법을 도시하고;

도 16A 내지 16C는 클래딩을 통한 고효율의 레이저 펌핑을 가능하게 하는 중공형 혹은 괴상 구조의 요소(822,822')가 구비된 섬유(8)를 도시하고; 및

도 17A 내지 17E는 도 16A 내지 16C에 따른 광섬유 제조용으로 설계된 모재의 조립체를 도시한다.

도 1은 종축(x), 외경(d1), 벽 직경(d10), 내부공간(12) 및, 1차 실리카관(11)과 함께 단일체 형체로 제작된 클로저(13)가 하단에 구비되어 있는 1차 실리카(SiO₂)관(11)을 도시한다. 선택적으로, 도 2의 확대부(B) 및 (C)에서 보는 바와 같이 1차 실리카관(11)은 하기의 목적에 따라 벽에 내포된 하나 또는 다수 종류의 A/A-재료(52)를 함유할 수 있다.

도 2는 제1 채널(31)을 가진 상측에 어드조이너(3)가 탑재된 도 1의 실리카관(11,11d)을 도시하며, 도 15를 참조하여 하기 기술한 1차 실리카 입자(51) 혹은 SiO₂-A/A 혼합물(58)은 상기 제1 채널(31)을 통과하여 실리카관(11)의 내부공간(12)에 충전된다. 도 2는 또한, A/A-재료(52)가 각각 상이하게 도핑된 실리카관(11d) 및 1차 실리카 입자(51)를 이용하는 다양한 사양(A,B,C)을 도시하며, 이에 따라 가공된 1차 모재(1) 및 이로부터 인발된 광섬유의 코어 내에서 상이한 선택성 A/A-재 료(52)가 서로 다르게 국소화 된다.

A/A-재료는 예를 들어, 네오디뮴, 에우로퓸, 다이스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨 또는 이테르븀 같은 RE-물질이나 Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Ti 및 V 같은 금속류일 수 있다. 본 발명에 따라 가해지는 도판트에 있어서, 레이저 활성 섬유의 경우 특히 에르븀 등의 단일종 물질을 선택할 수 있다. 그러나, 유도된 신호의 파장에 따라 2가지 이상의 A/A 재료를 이용할 수도 있다.

확대부(A)는 A/A-도판트가 유리제거된 실리카관(11)을 보여준다. 이것 대신 다수종의 A/A-도판트(52)가 1차 실리카 입자(51)에 함유되어 있다. 확대부(A)의 상반부에서 A/A 재료 혼합물의 다양한 입자들이 실리카 입자와 섞여있다. 상기 확대부(A)의 하반부에서 보는 바와 같이, A/A 재료는 바람직하게 실리카 입자 내부에 제한된다. A/A 재료를 용융 상태의 실리카(SiO₂)에 가하고 처리된 SiO₂-A/A 혼합물 내에 A/A 재료가 균일하게 분포될 때까지 교반함으로써 위와 같은 목적을 달성할 수 있다.

가장 바람직하게, SiO₂-A/A 혼합물을 제조하는 공정은 다음과 같이:

a) 바람직하게는 10nm 내지 1㎛의 입경을 갖는 매연입자 형태의 SiO₂-입자(51)를 공급하고;

b) 염화물 화합물(RE-Cl₃) 같은 바람직하게는 10nm 내지 1㎛의 입경을 갖는 A/A 입자(52)를 공급하고;

c) 물, 메탄올, 에탄올 또는 알코올 같은 액체(55)를 공급하고; 및

d) SiO₂-매연입자(51), A/A 입자(52) 및 액체(55)를 혼합하여 슬러리를 수득하는 단계들에 따라 수행된다.

이러한 바람직한 방법에 있어서, 다양한 방식으로 SiO₂-매연입자(51) 및 A/A 입자(52)와 함께 혼합할 수 있는 액체(55)를 이용하는 것이 중요하다. SiO₂-매연입자(51)를 액체(55)에 첨가하거나 혹은 그 반대로 할 수도 있다. 다음, A/A 입자(52) 바람직하게는 RE-염화물(RE-Cl₃)을 여기에 가하여 슬러리를 얻는다. 아니면 바람직하게는, A/A 입자(52) 및 용해 촉진 입자(56), 예컨대, Al_xCl_x 화합물을 액체에 가하고 이를 도 15A에서 도시한 바와 같이 SiO₂-매연입자(51)가 함유된 용기(A)에 공급한다.

액체(55)의 균일한 분포를 위해 결과로 나온 슬러리(58₁)를 도 15B에서 보는 바와 같이 적절히 교반한다.

다음 슬러리(58₁)를 도 15C에서 보는 바와 같이 100℃ 정도의 온도하에 오븐에서 건조한다.

도 15D에서 보는 바와 같이 건조 슬러리(58₂)에 기계에너지 충격을 가해 분체화하여 분말 혹은 매연입자(58₃)를 수득하는데, 이러한 수득물에는 A/A 입자(52)가 균일하게 분포되어 있다.

도 15E에서 도시한 또다른 처리 단계에서, 분체화된 SiO₂-A/A 혼합물(58₃)을 기체 투과형 클로저(13)가 하단에 장착된 실리카관(11)의 내부공간(12)에 공급한다. 투과형 클로저(13)는 바람직하게는 다공성 유리로 구성되며 이에 따라 기체가 전달되는 반면 도입된 SiO₂-A/A 혼합물은 그대로 유지된다.

도 15F에 도시한 다음의 처리 단계에서, 기체 흐름 예컨대 산소(O₂), 헬륨(He) 혹은 불소(F) 등을 기체 투과형 클로저(13) 및 상기 실리카관(11)에 담긴 SiO₂-A/A 혼합물에 통과시켜 도입하며 유리화 수준 이하의 온도, 즉 1200℃ 정도로 가열된다. 이 단계에서 SiO₂-A/A 혼합물(58)은 정제 및 소성 처리된다. 유기 화합물 특히 RE-Cl₃ 화합물에서 유래된 용해 염화물은 실리카관(11)의 상단에서 배출되는 기체 흐름을 이용하여 제거한다.

도 15G 아니면 15H에 도시된 마지막 처리 단계에서, 결과로 나온 미가공 모재(1)의 적어도 하부는 유리화 수준 이상의 온도 특히 2100℃의 노(23)에서 가열 처리하여 실리카관(11) 및 SiO₂-A/A 혼합물(58)을 융해한다. 도 15G에서 미가공 모재(1)는 전체 길이에 걸쳐 가열되어 가공 모재를 형성하며 이는 다른 장소와 시기, 예를 들어 하기와 같은 더욱 복잡한 모재의 제작에 이용될 수 있다. 도 15H에서, 미가공 모재(1)는 하단만 부분 가열되며 이로부터 광섬유(8)를 동시 인발한다.

본 발명에서 제조한 SiO₂-A/A 혼합물은 상술하거나 후술하는 바와 같은 모든 조건 및 적용 분야에 바람직하게 이용될 수 있다.

도 2의 확대부(B)는 1차 실리카관(11d) 및 1차 실리카 입자(51)가 각각 상이 한 A/A 재료(52₁, 52₂)에 의해 도핑되어 있는 것을 보여준다. 도 2의 확대부(C)는 1차 실리카관(11d)만 상이한 A/A 재료(52₁, 52₂)에 의해 도핑되어 있는 것을 보여준다.

(박층벽형) 1차 실리카관(11,11d)의 원형벽의 직경(d10)은 예컨대, 외경(d1)의 1/10배로 작다. 직경비 (d1/d10)는 50배 혹은 그 이상이 되기도 한다. 따라서 내부공간(12)의 부피는 비교적 크며 예를 들어, 종래의 모재의 부피에 비해 수배 정도 크다.

1차 실리카관(11,11d)이 완벽히 충전되면 실링캡(39)으로 어드조이너(3)의 삽입 채널(31)을 밀폐한다. 어드조이너(3)에 구비된 진공 채널(32)에 연결한 감압 펌프(22)가 공기를 1차 실리카관(11,11d)의 내부공간 밖으로 배출 제거함으로써 가공된 모재의 공기 함입을 피할 수 있다.

도 3은 1차 실리카 입자(51; 51,52) 및 1차 실리카관(11,11d)을 가열, 용융 및 융해하여 가공된 1차 모재(1)를 제조하는 공정을 도시한다. 부분 가공된 1차 모재(1)는 수직으로 배열하고 1차 모재(1)를 축(x)을 따라 적절히 수직 운동 및 축 둘레로 회전시키는 고정장치(21)에 장착된다. 바람직하게, 구속 장치(21)는 1차 모재(1)에 진동을 전달하여 1차 실리카관(11,11d)의 내부공간(12)에 공급된 1차 실리카 입자(51)를 조밀화하도록 설계된다.

도 3은 또한 1차 모재(1) 예컨대 2100 내지 2350℃ 범위의 온도까지 가열하는 열공급기 혹은 노(23)를 도시한다. 노(23)에 공급되는 열에너지 및 모재(1)의 내외부에 존재하는 압력차 탓으로, 1차 실리카관(11,11d) 및 1차 실리카 입자(51,52)는 용융 및 함께 융해된다. 가열 공정 완료 후, 1차 실리카(11,11d) 및 1차 실리카 입자(51,52)는 실질적으로 균질하나 A/A 재료로 각각 도핑된 상이한 영역들을 포함하는 실리카체를 형성하게 된다.

1차 실리카관(11,11d) 및 1차 실리카 입자(51,52)를 전길이에 걸쳐 가열하지 않고, 한정된 부위만 가열하는 동안 섬유 인발 혹은 적어도 하나의 긴 1차 모재(1)를 인발함으로써 용융 요소를 동시에 변형시킬 수 있다. 따라서, 1차 실리카관(11,11d) 및 1차 실리카 입자(51,52) 중에서 하나 혹은 다수의 모재(1)를 구체적인 요건에 따라 적절히 재단하여 수득할 수 있다. 예를 들면, 1차 실리카관(11,11d) 및 1차 실리카 입자(51,52)로부터 인발된 요소를 섬유나 레이저장치의 섬유강 혹은 하기와 같이 미가공 2차 모재에 도입되는 1차 모재(1)로서 이용할 수 있다.

도 4A 내지 4F는 도 3의 열가공된 1차 모재(1)의 처리 과정을 도시하는 것으로서, 상기 모재는 1차 실리카관(11)에서 유래된 재료로 구성되며 상기 처리 과정에서 주변층이 제거된다. 도 4A 및 4B는 가열 공정의 종결후 도 3의 열가공된 1차 모재(1)를 도시한다. 도 4C 및 4D는 바람직하게 자동 연마기에 의해 실행되는 연마 공정에서 가공된 1차 모재(1)를 도시한다. 도 4C 및 4D는 연마 공정의 종결후 가공된 1차 모재(1)를 도시하는데, 이 공정은 1차 실리카관(11)의 재질이 1차 모재(1) 혹은 이로부터 인발된 광섬유에 기여할 수 없는 경우에 행하는 것이 좋다.

도 5A 및 5B는 공축 배열된 도 4에서와 같은 A/A-도핑된 1차 모재(1,1')(도 5A 참조) 및 2차 실리카 입자(510) (도 5B 참조)를 수용하는 박층벽형 2차 실리카(SiO₂)관(111)이 구비된 2차 모재(10)의 조립체를 도시한다.

도 5C는 또한 공축 배열된 무도핑 실리카 블랭크(15) 및 2차 실리카 입자(510)를 수용하는 박층벽형 2차 실리카(SiO₂)관(111)이 구비된 2차 모재(10')의 조립체를 도시한다.

확대부(D1, D1, D2, D2') 및 (E, E1, E1', E2, E2')는, 1차 실리카관(11,11') 및 1차 실리카 입자(51)에 대해 이미 기술한 바와 같이, 원하는 특성의 2차 모재(10,10')를 얻기 위해 2차 실리카관(111) 및/또는 2차 실리카 입자(510)를 A/A 재료로 도핑할 수 있음을 도시한다.

도 6은 도 5C에서 얻은 2차 모재(10)의 상단을 도시하며, 이것은 박층벽형 A/A-도핑 슬리브관(11d), 예컨대, 실리카 블랭크(15)를 기밀 내포할 목적으로 도 1에서와 같은 1차 실리카관을 더 포함한다. 이 구현예에 따르면, 슬리브관(11d)에 함유된 A/A-도핑 재료가 실리카 블랭크(15) 속에 위치한다. 실리카 블랭크(15) 및 슬리브관(11d)은 동일한 굴절율을 갖는 것이 바람직하며 이에 의해 균일한 실리카 코어가 제조될 수 있다. 단, 이 코어는 A/A 재료(52)로 각각 다르게 도핑된 영역을 포함한다. 또한, 실리카 블랭크(15), 2차 슬리브관(11d) 및 2차 실리카 입자(510)가 모두 동일한 귤절율을 가질 수도 있다. 이 경우, 주로 용융 2차 실리카 입자(510)로 구성된 클래딩의 굴절율은 종방향의 에어갭을 도입하면 조절할 수 있다. 도 6에서 개략적으로 도시한 바와 같이, 보조관(11x)에 감싸인 기체나 공기 및 용융 2차 실리카 입자(510)에 의해 평균 굴절율을 얻을 수 있는 크기 및 갯수의 보조관(11x)이 실리카 블랭크(15)와 2차 실리카관(111)의 벽 사이에 제공될 수 있다. 따라서, 상기 2차 모재(10)로부터 인발된 광섬유(8) (도 10 참조)에서, 광신호가 코어 중심 뿐만 아니라 A/A-도핑된 실리카 슬리브관에서 유래된 코어의 말단 영역의 재질도 통과하게 된다. 2차 모재의 반경을 따라 굴절율 단차는 일어나지 않으므로 클래딩 표면 혹은 클래딩 내의 섬유에서 코어 중심까지 큰 손실 없이 빛이 전달된다. 빛은 대부분 코어의 말단 영역에 쉽게 도달할 수 있다.

도 6은 2차 모재(10)용 제2 어드조이너(30)를 도시하는데 이는 실리카 블랭크(15) (혹은 1차 모재(1,1'))를 수용할 채널(310)을 포함한다. 2차 실리카 입자(510)는 진공 채널(320)을 통해 도입될 수 있으며 이 채널은 2차 실리카 입자(510)의 충전 완료후 피팅(221) 및 관(220)을 경유하여 감압 펌프(22)로 연결된다. 미가공 2차 모재(10)를 완전히 밀폐하기 위하여 실링캡(390)을 어드조이너(30) 상부에 장착한다.

도 7은 더 큰 2차 실리카관(111)을 갖춘 2차 모재(100)의 상단부를 도시하는데, 도 4에 나타낸 5개의 1차 모재(1) 혹은 도 6에 나타낸 5개의 2차 모재(10), 또한 보조관(11x) 및 보조 실리카봉(15)(혹은 실리카 블랭크)이 상기 실리카관(111)에 포함되어 있다. 또한 2차 실리카 입자(510)가 2차 실리카관(111)에 가해진다. 다시, 2차 실리카 입자(510) 및 2차 실리카관(111)은 필요시 A/A 재료로 도핑할 수 있다. 2차 모재(100)가 가공 완료되면 이로부터 복수의 활성 코어를 가진 광섬유를 인발할 수 있다. 보조관(11x) 혹은 보조봉(15)에 관계된 인발 섬유의 요소들은 하기와 같이 펌프 신호를 제공 및 유도하는데 이용할 수 있다.

도 8은 더 큰 2차 실리카관(111)을 갖춘 2차 모재(100')의 상단부를 도시하는데, A/A-도핑 실리카관(11d), 보조관(11x) 및 분리형 보조봉(101)이 2차원 주기성 구조로 상기 실리카관(111) 내에 배치되어 있다. 2차 모재(100')가 가공 완료되면 이로부터 광결정 섬유(PCF)를 인발할 수 있다. 2차원 주기성 구조는 가공된 2차 모재(10)로부터 인발된 광결정 섬유 내에 광밴드갭(PBG) 효과를 제공하기 위해 선택된다.

분리형 보조봉(101)은 입자(510) 혹은 보조관(11x)이나 A/A-도핑 실리카관(11d) 내에서 공간 유지기 역할을 한다. 이결과 분리형 보조봉(101)을 적용할 경우 박층벽의 실리카관 특히 가열 과정에서 변형되거나 붕괴되지 않는 표준 크기의 관을 선택할 수 있다. 분리형 보조봉(101)은 가열 완료후 분리되며 실리카관(11x,11d)의 내부를 적절한 형태로 유지한다. 또한, 분리형 보조봉(101)은 실리카 입자 내에서 자유 확장 공간을 유지하기 위해 보조관(11x) 없이 이용할 수도 있다. 모재(100')를 가공한 후 분리봉(1205)을 제거한다. 분리형 보조봉(101)은 흑연 같이 유리보다 높은 열팽창계수를 가진 재질을 이용할 경우 유리질 실리카로부터 쉽게 분리할 수 있다. 냉각 과정에서 상기 봉(101)은 유리보다 강하게 수축하므로 유리에 접착 유지되지 않는다. 따라서, 상기 보조봉을 이용하면 연장 공극을 가진 다수의 요소를 포함하는 복합 구조의 모재가 쉽게 제작될 수 있다.

도 9는 도 5의 2차 모재(10,10')로부터 본 발명의 광섬유(8)을 인발하는데 이용하는 장치(2)를 도시한다. 2차 모재(10,10')를 융점까지 가열하고 섬유(8)가 인발되면 넥-다운(neck-down)이라는 각을 이룬 영역이 형성된다. 단일 광섬유(8)가 반용융 상태의 2차 모재(10,10')로부터 방출되어 직경 모니터(24)를 통과한다. 광섬유(8)는 계속 하향 인발되어 코팅 도포기(25)를 통과하고 이에 의해 코팅물이 도포되어 광섬유(8)을 보호한다. 광섬유(8)는 또한 코팅물 도포후 광코팅물을 경화하고 전체 직경을 관측할 또다른 장치(26,27)도 통과한다. 다음, 광섬유(8)는 광섬유(8)에 스핀 동작을 부여할 로울러를 포함하는 스핀장치(28)와 접촉한다. 광섬유(8)는 계속해서 광섬유(8)를 인발할 일련의 로울러군(도시되지 않음)과 접촉한 후 드럼이나 스풀(29) 둘레에 감긴다. 2차 모재(10,10')는 고정장치(21)에 장착되어 축을 따라 수직 동작 및 축 주변의 회전 동작을 조절 수행할 수 있다. 또한 고정장치(21)는 2차 모재에 진동을 가하여 2차 실리카 입자(510)를 밀집하도록 설계되어 있다.

도 10은 도 7 또는 도 8의 2차 모재(100,100')로부터 광결정 섬유 같은 본 발명의 광섬유(8)를 인발하는데 이용되는 장치(2)를 도시한다.

공지문헌 [2], p246에 개시된 바와 같이, 광섬유에서 유도된 광신호는 소정 간격을 두고 재생되어야 한다. 반복기가 케이블 상에서 소정 간격을 두고 위치함으로써 큰 신호 감쇠가 일어나지 않도록 방지한다. 디지탈 신호 형태를 재구성하여 신호 노이즈의 증폭을 방지할 재생기도 이용할 수 있다. 1mW 전력 정도의 반도체 레이저원을 이용하면 재생전 최고 거리는 반드시 100 내지 200km가 필요하다. 예컨대, 1970년대에 가설된 대서양 횡단 광섬유 케이블은 매 70km마다 반복기를 구비하고 있다.

[2]에 따르면, 레이저에서와 같이 광증폭의 일반 원리는 유도방출에 근거한다. 두가지 상태간에는 먼저 반전분포가 형성되어야 하며 유도방출이 위상일치(in-phase) 광자를 추진 방출한다. 섬유 증폭기 관련 기술은 네오디뮴이 섬유 도핑에 적절한 원소로 제시된 1964년에 시작되었고, 에르븀이 1.5㎛ 파장에서 수천 단위의 광학 이득을 생성하는 것을 확인한 1980년대 중반에 본격적으로 발전하였으며 InGaAsP 광원으로 완성되었다. 1.3㎛ 정도의 파장에서 조작하는 프라세오디뮴 도핑 섬유와 통신장비에 이용되는 다른 파장에 대해서도 현재 연구중에 있다.

공지문헌 [3], p247의 도 9.20은 슬라이스 분할된 에르븀 도핑 섬유를 구비한 광 증폭기의 기본 레이아웃을 도시한다. 레이저원의 빛은 파장 선택성 커플러를 통해 신호와 결합한다. 레이저광은 에르븀 원자를 여기 상태로 펌핑하고 신호는 신호 파장에서 유도방출을 유도한다. 광분리기(반사방지 코팅)는 불필요한 반사를 방지하고 필터는 레이저광을 차단한다.

도 11은 복수의 코어(811,812...)를 가진 본 발명의 활성 섬유(8) 및 2차 모재(10,10')에 구비된 실리카봉이나 블랭크로부터 기원하는 보조섬유(811x)의 단면도와 함께 간단한 구조의 광 증폭기(600)를 도시한다. 도 11은 다수 파장(λ10, ...λ60)에서 펌프 신호를 주입하는 광원 유닛(62)을 또한 도시한다. 이러한 펌프 신호(λ10,...λ60)는 복수형 펌프 섬유(811x)에 공급되어 클래딩을 통해 코어(81₁, 81₂, ...)로 전달되고 이 코어에서 RE-이온이 여기된다. 따라서 광섬유(8)의 코어에 전달되는 신호(λ1, ..., λ7)는 유도방출을 야기하여 증폭된다.

도 12는 본 발명의 광결정 섬유(8')의 단면도와 함께 광 증폭기(600)를 도시한다. 펌프 신호(λ10, ...λ60)는 클래딩에 있는 다중 펌프 섬유(811x)에 제공된다. 펌프 섬유로부터 나온 펌프 신호는 RE-도핑 실리카 유리관(11d)에 관계한 코어부(81RE)의 말단 영역에 도달한다. 주기성 구조가 약간 교란되는 경우, 유도된 유저 신호의 적어도 소실장(evanescent field) 부분이 상기 말단 영역에 들어가 유도방출 및 유저 신호의 증폭을 야기한다.

도 11 및 12에서 보는 바와 같이, 본 발명의 주요 장점은 모재의 구조 및 활성 광섬유의 구조가 자유롭게 선택될수 있다는 것이다. 따라서, 큰 펌프 섬유가 쉽게 삽입되고 이 섬유는 유저신호를 유도하는 코어에 대한 방해없이 펌프 신호를 주입하기 위해 확인 및 개방할 수 있다. 이와 별개로, 펌프 섬유를 이용하지 않고 빛을 주입할 수도 있다. 이 목적을 위해 활성 광섬유(8)가 슬리브(85)에 들어가고 이 슬리브는 펌프 신호를 수용 및 전달한다 (도 14A 참조). 상술한 바와 같이, 상이한 요소를 구성할 서로 다른 재료들이 동일한 굴절율을 갖고 클래딩의 굴절율이 공기나 기체에 의해 상승되는 경우 펌프 신호는 최소의 손실로 전달된다.

도 13은 광전송선(81)으로 꼬임 형성되는 (꼬임 위치(65) 참조) 본 발명의 활성 광섬유(8)로 된 소수의 권선체를 이용하는 공지 형태 [3]의 광 증폭기를 도시한다. 약한 신호가 광전송선(81)의 입력단으로부터 광분리기(64) 및 레이저 필터(66)를 경유하여 본 발명의 활성 광섬유(8)로 전달된다. 레이저 필터(66)는 레이저원(62)으로부터 발생 및 커플링 요소(63)을 통해 본 발명의 활성 광섬유(8) 속으로 주입될 펌프 신호를 차단한다. 이에 따라 약한 유저 신호가 본 발명의 활성 광섬유(8)에서 증폭되어 광전송선(81)의 출력단을 향한다. 도 13에서, 단일 신호 뿐만 아니라 복수의 코어에서 유도한 복수의 신호도 증폭될 수 있음을 알 수 있다.

도 14는 꼬임 처리로 신호 경로를 교란하지 않고 본 발명의 광섬유에서 유도된 광신호를 재생하는 두개의 광 증폭기(601)를 도시한다. 도 14는 펌프 신호 주입을 위해 개방 절단된 펌프 섬유(811x)를 이용하는 제1 사양을 도시한다.

도 14A는 코팅물이 제거된 광섬유(8)를 슬리브관(85)이 수용하는 제2 사양을 도시한다. 이에 펌프 신호는 슬리브관(85)을 경유하여 RE-이온을 자극 유도할 광섬유(8) 속으로 주입된다.

도 16A 내지 16C는 클래딩부(82)에 중공 구조의 요소(822) 또는 괴상 구조의 요소(822')가 존재하는 활성 광섬유(8)를 상징적으로 도시하며, 이들 구조 요소(822,822')는 클래딩(82)을 경유하여 광섬유(8)의 코어(81)까지 펌프 신호의 전달을 고효율로 지원하도록 설계되어 있다. 클래딩(82)을 경유하여 광섬유(8)의 코어(81)까지의 펌프 신호의 전달을 가능하게 하는 조립 배열은 도 14에 도시되어 있다.

구조 요소(822,822')는 홀을 갖거나 괴상 재료로 구성되며, 굴절율 및/또는 RE-도판트 삽입 측면에서, 이들 재료는 나머지 클래딩 재료와는 상이한 것이 바람직하다.

도 16A 및 16B는 서로 밀접한 관련이 있다. 광섬유(8) 각각은 코어(81) 및 편평면 상에 구비된 클래딩(82)을 포함한다.

도 16A에 도시된 광섬유(8)의 클래딩(82)에는 완전한 시그먼트가 분리, 즉, 레이저에 의해 절단 분리된 탓에 편평면(821)이 노출 상태이다.

도 16B에 도시된 광섬유(8)는 직사각형 프로파일을 가진 중공형 혹은 괴상 구조의 요소(822,822')를 구비한다. 섬유(8)의 코어(81)과 마주보는 구조 요소(822,822')의 면은 기능상 도 16A에 도시된 광섬유(8)의 편평면(821)에 상응한다. 그러나, 클래딩(82)에 중공형 혹은 괴상 구조의 요소(822,822')를 형성하면 섬유(8)에서 원하는 부분을 절단 제거하기가 레이저툴 보다 용이하다. 또한, 상응하는 중공 구조의 요소(822)가 이미 존재하는 경우 적은 노력으로도 상기 편평면에 대향하는 말단 영역을 완전히 제거할 수 있다. 즉 중공 구조의 요소(822)에 넣어 조금만 제거하면 되므로 광섬유(8) 코어(81)의 손상 위험을 쉽게 피할 수 있다.

도 16C에 도시된 광섬유(8)는 5개의 중공형 혹은 괴상 구조의 요소(822,822')를 구비하며 이들은:

a) 클래딩부(82)의 말단 영역에 무작위로 분포되어 있고; 또한

b) 광섬유(8) 직경의 1/10 정도의 직경을 갖는다.

상술한 크기의 구조 요소(822,822') 5개에 의해 성취된 결과는 매우 양호하다. 그러나, 클래딩(82)을 통해 코어로 이어지는 펌프 신호의 전달은 단일 중공형 혹은 괴상 구조의 요소(822,822')를 이용할 경우 현저히 개선될 수 있으며, 이러한 구조 요소는 광섬유(8)의 코어(81) 주변에 위치하고 또한 섬유(8)의 직경에 대해 1/10 내지 2/10 범위의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 요소의 수가 이보다 적을 경우 보통은 이들 구조 요소(822,822')를 코어에 더 가까이 설치하고 이의 직경을 좀더 크게 한다.

요소의 수가 더 많으면 상기 구조 요소(822,822')는 무작위로 배치하고 섬유(8)의 직경에 대해 1/10에 가까운 직경을 갖도록 해야 한다.

도 16A 내지 16C에서 보는 바와 같은 광섬유(8)의 제조에 있어서, 모재(10)는 도 17A 내지 17E에 도시된 바와 같이 제조하는 것이 바람직하다. 모재는 하기의 방법에 따라 상응하는 중공형 혹은 괴상 구조의 요소(122,122')를 구비한다.

한 방법에 있어서, 괴상 구조의 요소(122')는 실리카 입자(510) 또는 SiO₂-A/A 혼합물(58)을 2차 실리카관(111)에 공급하기에 앞서 이 실리카관(111)에 도입한다. 괴상 구조의 요소(122')는 순수한 실리카나 또는 원하는 레이저 활성 및/또는 굴절율을 달성하기 위해 도핑 처리되어 있는 실리카로 구성한다. 계속해서, 실리카관(111), 실리카 입자(510) 또는 SiO₂-A/A 혼합물(58)과 괴상 구조의 요소(122')는 상술한 바와 같이 노 안에서 융해된다.

이와 별개로, 적어도 하나의 분리봉(101) 특히 탄소봉을 2차 실리카관(111)에 도입한 후 실리카 입자(510) 또는 SiO₂-A/A 혼합물(58)을 실리카관(111)에 공급한다. 모재가 노(23) 안에서 가공처리된 후 봉(101)을 분리하면 중공 구조의 요소(122)가 남게 된다.

도 17A는 도 16A 및 16B에 따른 광섬유(8)의 제조를 위해 설계된 모재(10)의 조립체를 도시한다. 원하는 크기를 가진 괴상 구조의 요소(122') 특히 코어부에 배향된 평판을 1차 모재(1,1')와 함께 2차 실리카관(111)에 삽입하고 다시 여기에 실리카 입자 혹은 필요시 A/A/ 입자를 충전한다. 모재(10)가 노(23)에서 가공된 후, 괴상 구조의 요소(122')는 가공된 모재(10) 내부에 융해 상태로 남아있다. 중공 구조의 요소가 필요한 경우 분리봉을 하기와 같이 적용한다.

도 17B는 중공 구조의 요소(822)가 구비된 도 16C에 따른 광섬유(8)의 제조를 위해 설계된 모재(10)의 조립체를 도시한다. 이 실시예에서, 5개의 분리봉(101)은 1차 모재(1,1')와 함께 2차 실리카관(111)에 삽입되고 그 후 입자(510)나 혼합물(58)이 여기에 공급된다. 모재(10)를 노(23)에서 가공한 후 상기 봉(101)을 도 17C에 도시된 바와 같이 분리하면 괴상 코어(1,1') 및 5개의 중공 구조의 요소(122)가 상기 가공된 모재(10)에 남아있게 된다.

도 17D는 단 하나의 괴상 구조의 요소(822')가 구비된 도 16C에 따른 광섬유(8)의 제조를 위해 설계된 모재(10)의 조립체를 도시한다. 이 실시예에서, 괴상 구조의 단일 요소(122')는 1차 모재(1,1')와 함께 2차 실리카관(111)에 삽입되고 그 후 입자(510)나 혼합물(58)이 여기에 공급된다. 모재(10)를 노(23)에서 가공한 후 상기 괴상구조의 요소(122')는 도 17E에 도시된 바와 같이 상기 가공된 모재(10)에 융해된 상태로 남아있게 된다.

상술한 모재는 출원인의 요구에 따라 각각 설계, 조합 혹은 배치할 수 있다. 본 발명의 1차 모재는 2차 모재에 삽입 혹은 통합할 수 있다. 2차 모재는 고차원 모재, 예를 들어, 적어도 하나의 2차 모재를 포함하는 3차 모재에 통합시킬 수 있다. 3차 모재에 포함된 1차 혹은 2차 모재는 예를 들어 다양한 파장 영역에서의 유저 신호의 전달 혹은 펌프 신호의 전달 등 다양한 분야에 이용할 수 있다. 저차원 예컨대 1차나 2차 모재는, 가공전후 즉 가열 공정을 실행하기 전이나 후에 고차 원 예컨대 3차 모재에 삽입할 수 있다. 다수의 도핑된 혹은 도핑되지 않은 1차, 2차 혹은 고차원 실리카관을 포함하는 고차원, 즉 3차 모재의 완전한 구조는 단일 단계에서 구성될 수도 있다. 추가 단계에서, 개별 실리카관에 입자나 혼합물을 적절히 도핑함으로써 상기 고차원 모재의 선별 영역에서 원하는 굴절율 혹은 레이저 활성을 달성할 수 있다.

참고 문헌:

[1] Mool C. Gupta, Handbook of PHOTONICS, CRC Press, 1997 Boca Raton, chapter 10.7, pages 445-449

[2] John Beynon, Introductory University Optics, Prentice Hall 1996

[3] Michel J.F. Digonnet, Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, 2nd Edition, Marcel Dekker Inc. 2001

[4] WO 2005/102946 A1

[5] WO 2005/102947 A1

[6] GB 2176472

[7] US 5,572,618

[8] WO 98/58884

Claims

활성 광섬유(8)를 제조하는데 이용할 수 있는 모재(1)의 제작방법으로서, 이 광섬유는 상기 모재에 상응하는 적어도 하나의 코어를 포함하고 또한 이 제작방법은:

실리카관(11) 및, Si₂O 입자(51)와 A/A(증폭/감쇠) 입자(52)를 함유하는 SiO₂-A/A 혼합물을 초기 처리단에 공급하고;

클로저(13)에 의해 실리카관(11) 하단에 한정된 내부공간을 갖도록 상기 실리카관(11)을 고정 유지하고;

SiO₂-A/A 혼합물(51,52; 58)을 상기 실리카관(11)의 내부공간(12)에 공급하고;

상기 1차 실리카관(11)의 상단에 어드조이너(3)를 부착하여 상기 내부공간(12)에 감압을 형성하고; 또한

실리카관(11) 및 SiO₂-A/A 혼합물(51,52; 58)을 융해하기 위해 미가공 모재(1)의 적어도 하부를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 1항에 있어서,

전체 혹은 일부의 길이만 실리카관(11) 및 SiO₂-A/A 혼합물(51,52; 58)을 용 해하고 동시에 긴 1차 모재나 섬유 같은 긴 요소를 인발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

초기 처리단에서 SiO₂입자(51), A/A 입자(52) 및 바람직하게는 산화알루미늄(Al_xO_x), 염화알루미늄(Al_xCl_x), 게르마늄(Ge) 또는 인(P) 같은 용해 촉진제(56)로 된 분말을 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 3항에 있어서,

적어도 대체로 동일한 크기를 갖는 SiO₂입자(51), A/A 입자(52) 및 바람직하게는 용해 촉진제(56)를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,

a) 하나 이상의 파장 영역에서 레이저 활성을 제공하는 네오디뮴, 에우로퓸, 다이스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, RE-산화물(RE-O₃) 또는 RE-염화물(RE-Cl₃)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 RE 입자; 또는

b) 원하는 감쇠 효과를 얻기 위해 Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Ti 및 V로 이루 어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 A/A 입자(52)를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 5항에 있어서,

상기 A/A-도핑된 모재(1)는 A/A-도핑 유리관(11d) 같은 괴상 혹은 중공형 모재를 포함하고, 또한

a) 매연입자 형태, 바람직하게는 10nm 내지 1㎛ 범위의 입경을 갖는 SiO₂입자(51)를 공급하고;

b) 바람직하게는 염화물 화합물(RE-Cl₃) 같은 10nm 내지 1㎛ 범위의 입경을 갖는 A/A 입자(52)를 공급하고;

c) 바람직하게는 염화물 화합물(Al-Cl₃) 같은 용해 촉진제를 공급하고;

d) 물, 메탄올, 에탄올 혹은 알코올 같은 액체(55)를 공급하고;

e) SiO₂매연입자(51), A/A 입자(52) 및 바람직하게는 Al 입자(56)를 액체(55)와 혼합하여 슬러리(58₁)를 제조하고;

f) 상기 슬러리(58₁)를 바람직하게는 80 내지 120℃ 온도에서 건조하고; 또한

g) 건조된 슬러리(58₂)에 기계적 충격을 가하여 분쇄한 SiO₂-A/A 혼합물 분말(58)을 얻고 이를 실리카관(11)의 내부공간(12)에 공급하거나 또는 실리카관(11) 같은 중공형 모재를 제작하는데 사용하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 6항에 있어서,

SiO₂매연입자(51)를 액체(55)에 가한 뒤 다시 A/A 입자(52)를 가하여 슬러리를 제조하거나 또는 A/A 입자(52)를 액체(55)에 가한 뒤 이 액체(55)를 SiO₂매연입자(51)와 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 3항 내지 제 7항 중 한 항에 있어서,

SiO₂-A/A 혼합물(58)은 원자 중량 단위로 바람직하게,

80% 내지 98%, 특히 84%의 SiO₂입자(51);

0.5% 내지 2.5%, 특히 2%의 A/A 입자(52); 및

1.5% 내지 7.5%의 용해 촉진 입자, 특히 바람직하게는 A/A 입자의 최고 7배 이상의 용해 촉진 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 6항, 제 7항 또는 제 8항에 있어서,

액체(55)의 리터 당,

50 내지 150g, 특히 100g의 SiO₂연입자;

0.025 내지 0.1몰, 특히 0.05몰의 A/A 염화물; 및

0.075 내지 0.5몰, 특히 0.2몰의 Al 염화물을 공급하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 6항, 제 7항, 제 8항 또는 제 9항에 있어서,

a) 실리카관(11) 하단에 다공성 유리 같은 다공성 재질로 된 클로저(13)를 장착하고;

b) 조제된 SiO₂-A/A 혼합물(58)을 실리카관(11)의 내부공간(12)에 공급하고;

c) 산소(O₂), 헬륨(He), 염화물(Cl₂) 혹은 불소(F) 같은 기체 흐름을 제1 클로저(13) 및 실리카관(11) 내에 함유된 SiO₂-A/A 혼합물(58)에 차례로 통과시키고 이 실리카관(11)을 가열하여 SiO₂-A/A 혼합물(58)을 정제 및 유리화 수준 이하의 온도에서 소성처리하고;

d) 미가공된 모재(1)의 적어도 하부를 유리화 수준 이상의 온도에서 가열처리하여 실리카관(11) 및 SiO₂-A/A 혼합물(58)을 융해하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

모재(1)의 표면을 연마하여 실리카관(11)의 재료를 부분적으로 제거한 뒤 유리화된 SiO₂-A/A 혼합물(58)으로 구성된 모재(1')를 남기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제작된 적어도 하나의 1차 모재(1,1')를 포함하는 2차 모재(10)의 제작방법으로서,

외표면을 가진 적어도 하나의 1차 모재(1,1')를 내부면을 가진 2차 실리카관(11)에 삽입하고, 상기의 외표면 및 내부면은 제2 클로저(113)에 의해 2차 실리카관(111)의 하단에 제한된 제2 내부공간(112)을 한정하고;

1차 모재(1,1')를 2차 실리카관(111)과 실질적으로 종방향 공축 관계로 유지하고;

바람직하게는, 적절한 굴절율을 갖기 위해 선택된 GeO₂, P₂O₅, Al₂O₃, B₂O₃ 등의 도판트를 함유하는 상기 SiO₂-A/A 혼합물(58) 또는 2차 실리카 입자(510)를 제2 내부공간(112)에 공급하고;

제2 어드조이너(30)를 이용하여 2차 실리카관(111)의 상단에 제2 내부공간(112)을 제한하고;

제2 내부공간(112) 내에서 감압을 발생하고; 또한

미가공된 2차 모재(10)의 적어도 하부를 유리화 수준 이상의 온도에서 가열 하여 실리카관(11) 및 2차 실리카 입자(510) 혹은 SiO₂-A/A 혼합물(58)을 융해하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,

1차 및/또는 2차 모재(1; 100)의 제작을 위한 A/A 입자(52)로 도핑된 적어도 하나의 실리카관(11; 111)을 이용하는 단계, 및/또는 1차 모재(1) 및/또는 실리카 슬리브관(11d) 각각을 위한 상이한 A/A 도판트를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

모재(10)로부터 인발된 광섬유(8)의 코어에 대한 펌프 신호의 전달을 지원하도록 설계된 모재(10)의 클래딩부(120) 안에 적어도 하나의 구조 요소(121; 122; 122')를 제공하고, 상기의 구조 요소(121; 122; 122')는 바람직하게, 굴절율 및/또는 삽입될 RE-도판트의 측면에 있어서, 나머지 클래딩 재료와는 상이한 재료로 구성되거나 홀을 갖는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 14항에 있어서,

a) 모재(10)의 코어부(1; 1')에 배향된 편평면 혹은 곡면을 갖는 적어도 하나의 괴상 혹은 중공 구조의 요소(121)를 제공하거나;

b) 모재(10)의 코어부(1; 1')로부터 바람직하게는 모재(10) 직경의 1/10에 해당하는 거리만큼 이격된 것으로서, 모재(10) 직경의 적어도 1/10에 해당하는 직경을 갖는 하나의 괴상 혹은 중공 구조의 요소(122; 122')를 제공하거나; 또는

c) 모재(10)의 클래딩부의 말단 영역에 바람직하게는 무작위로 분포된 것으로서, 모재(10) 직경의 적어도 1/10에 해당하는 직경을 갖는 2개 이상의 괴상 혹은 중공 구조의 요소(122; 122')를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 12항, 제 13항, 제 14항 또는 제 15항에 있어서,

SiO₂-A/A 혼합물(58) 또는 2차 실리카 입자(510)가 제2 내부공간(112)에 공급되기 전에, 적어도 실질적으로 2차원 주기성 구조로 배열되거나 무작위로 분포하는 보조 실리카관(11x) 또는 보조 분리봉(101; 101r)을 2차 실리카관(111)에 삽입하는 것을 특징으로 하는 제작방법.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제작된 1차, 2차 혹은 고차원 모재(1, 10, 100).
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제작된 모재(1, 10, 100)로부터 인발되는 활성 광섬유(8).
제 18항에 있어서,

보조 실리카관(11x)이나 보조 실리카봉(15) 등, 2차 모재(10, 100)의 보조 요소와 관련된 적어도 하나의 섬유 요소(811x)가 펌프 신호를 수용 및 유도하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 활성 광섬유(8).
제 18항 또는 제 19항에 있어서,

2차 모재(10, 100)의 관 요소(11x, 11d) 바람직하게는 보조관에 관계된 적어도 하나의 섬유 요소(811x)에 기체가 충전되는 것을 특징으로 하는 활성 광섬유(8).
제 18항, 제 19항 또는 제 20항에 따른 광섬유(8)의 적어도 일부를 차지하는, 양성 혹은 음성 이득을 가진 광 증폭기(600, 601).
제 21항에 있어서,

소스 유닛은 펌프 신호를, 보조관(11x) 또는 2차 모재(10, 100)의 실리카 블랭크(15)에서 기원하는 섬유를 경우하거나 혹은 직접적으로 활성 광섬유(8)의 클래딩(82)의 말단부에 제공하고, 상기 클래딩은 바람직하게는 편평면을 가진 적어도 하나의 세로홀(821) 혹은 다수의, 바람직하게는 5개의 무작위 분포된 세로홀(822)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 증폭기(600, 601).