KR20120095146A - 광섬유 증폭기 보호용 멀티코어 광섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 멀티코어 광섬유는 이득 매질로 도핑된 적어도 하나의 제1코어, 제1코어와 이격되어 마련된 적어도 하나의 제2코어, 제1코어 및 제2코어를 감싸고 있는 제1클래드층 및 제1클래드층을 감싸고 있는 제2클래드층을 포함할 수 있다.

Description

광섬유 증폭기 보호용 멀티코어 광섬유{Multi-core optical fiber to protect optical fiber amplifier}
본 발명은 광섬유 증폭기 보호용 멀티코어 광섬유에 관한 것으로서, 더 상세하게는 주 신호광이 입력되는 제1코어 및 주 신호광 부재시 발생할 수 있는 광섬유 증폭기의 파손을 방지하기 위한 보조 신호광이 입력되는 제2코어를 포함하는 멀티코어 광섬유에 관한 것이다.
광섬유는 중심부에 고굴절률의 코어(core)가 형성되고, 코어의 외부에 저굴절률의 클래드(clad)층이 형성된 것이며, 광섬유에 입사된 광은 코어와 클래드층의 계면에서 전반사되어 코어를 통해서 진행한다. 광섬유는 입사된 광을 큰 손실 없이 멀리 전송할 수 있어서 통신분야에 주로 사용되어 왔다. 한편, 저손실의 광섬유 및 장거리 광통신을 가능하게 해준 광 증폭기의 개발에 힘입어 1550nm 파장 대역의 광섬유 레이저가 개발되었다. 그리고, 2000년대 중반 이후에 1064nm 파장 대역의 산업용 광섬유 레이저가 개발되어, 산업 분야에 적용되기 시작하였다. 광섬유 레이저는 이득 매질이 첨가된 광섬유에 펌프 광을 입력하여 고출력의 레이저를 발진시킬 수 있는 장치로서, 산업용뿐만 아니라 의료용으로도 널리 사용되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주 신호광이 입력되는 제1코어 및 주 신호광이 제1코어에 입력되지 않거나, 제1코어에 입력된 주 신호광의 세기가 약한 경우에 발생할 수 있는 광섬유 증폭기의 손상을 방지하기 위하여 보조 신호광이 입력되는 제2코어를 포함하는 멀티코어 광섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티코어 광섬유는
이득 매질로 도핑된 적어도 하나의 제1코어;
상기 제1코어와 이격되어 마련된 적어도 하나의 제2코어;
상기 제1코어와 상기 제2코어를 감싸고 있는 제1클래드층;
상기 제1클래드층을 감싸고 있는 제2클래드층;을 포함할 수 있다.
상기 이득 매질은 이터븀(Yb), 어븀(Er), 툴륨(Tm) 및 네오듐(Nd)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 제2코어는 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다.
상기 제1코어의 지름은 1 내지 40㎛일 수 있다.
상기 제2코어의 지름은 1 내지 40㎛일 수 있다.
상기 제1코어와 상기 제2코어가 서로 이격된 거리는 상기 제1코어의 반지름과 상기 제2코어의 반지름을 합한 값의 1.1배 내지 5배일 수 있다.
상기 제1코어에는 주 신호광이 입력되고, 상기 제2코어에는 보조 신호광이 입력될 수 있다.
상기 제1코어에 상기 주 신호광이 입력되지 않거나, 상기 제1코어에 입력되는 상기 주 신호광의 세기가 기준 세기보다 작은 경우, 상기 보조 신호광이 상기 이득 매질의 여기 에너지를 흡수할 수 있다.
상기 이득 매질은 이터븀(Yb)이고, 상기 주 신호광과 상기 보조 신호광의 파장은 1020㎚ 내지 1120㎚이며, 상기 주 신호광의 파장과 상기 보조 신호광의 파장은 서로 다를 수 있다.
상기 이득 매질은 어븀(Er)이고, 상기 주 신호광과 상기 보조 신호광의 파장은 1520㎚ 내지 1610㎚이며, 상기 주 신호광의 파장과 상기 보조 신호광의 파장은 서로 다를 수 있다.
상기 이득 매질은 툴륨(Tm)이고, 상기 주 신호광과 상기 보조 신호광의 파장은 1880㎚ 내지 2020㎚이며, 상기 주 신호광의 파장과 상기 보조 신호광의 파장은 서로 다를 수 있다.
상기 이득 매질은 이터븀(Yb)이고, 상기 주 신호광의 파장은 1064㎚이며, 상기 보조 신호광의 파장은 1035㎚일 수 있다.
상기 이득 매질은 어븀(Er)이고, 상기 주 신호광의 파장은 1550㎚이며, 상기 보조 신호광의 파장은 1530㎚일 수 있다.
상기 이득 매질은 툴륨(Tm)이고, 상기 주 신호광의 파장은 1960㎚이며, 상기 보조 신호광의 파장은 1920㎚일 수 있다.
본 발명은 주 신호광이 입력되는 제1코어 및 보조 신호광이 입력되는 제2코어를 포함하는 멀티코어 광섬유로서, 제1코어에 주 신호광이 입력되지 않거나, 제1코어에 입력되는 주 신호광이 일정 기준의 세기보다 약한 경우 보조 신호광이 제1코어의 이득 매질로부터 여기 에너지의 일부를 흡수할 수 있다. 따라서, 제1코어에 주 신호광이 입력되지 않거나, 제1코어에 입력되는 주 신호광이 기준 세기보다 약한 경우 상대적으로 강한 여기 에너지에 의해서 발생할 수 있는 비선형 효과 예를 들어, 유도 브릴루앙 산란(stimulated Brillouin scattering), 증폭 자발 방출(Amplified Spontaneous Emission) 등을 방지하여 본 발명의 멀티코어 광섬유 및 이를 포함하는 광섬유 증폭기를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티코어 광섬유의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티코어 광섬유의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티코어 광섬유의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티코어 광섬유의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 구비한 멀티코어 광섬유 증폭기의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 구비한 멀티코어 광섬유 증폭기의 개략적인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 증폭기 보호용 멀티코어 광섬유에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의성을 위해서 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(100)의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(100)는 이득 매질로 도핑된 제1코어(10), 제1코어(10)와 이격되어 마련된 제2코어(20), 제1코어(10) 및 제2코어(20)를 감싸고 있는 제1클래드층(30), 및 제1클래드층(30)을 감싸고 있는 제2클래드층(40)을 포함할 수 있다.
제1코어(10)는 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있으며, 이득 매질로 도핑될 수 있다. 상기 이득 매질은 희토류 원소일 수 있으며, 예를 들어, 이터븀(Yb), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 네오듐(Nd) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제1코어(10)의 지름은 약 1 내지 약 40 ㎛일 수 있으며, 주 신호광이 주 공진기(master oscillator)로부터 파워 증폭기(power amplifier)로 입력될 수 있다. 상기 주 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 이터븀(Yb)인 경우, 1020㎚ 내지 1120㎚ 범위의 값일 수 있다. 예를 들어, 상기 주 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 이터븀(Yb)인 경우, 1064㎚일 수 있다. 그리고, 상기 주 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 어븀(Er)인 경우, 1520㎚ 내지 1610㎚ 범위의 값일 수 있다. 예를 들어, 상기 주 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 어븀(Er)인 경우, 1550㎚일 수 있다. 또한, 상기 주 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 툴륨(Tm)인 경우, 1880㎚ 내지 2020㎚ 범위의 값일 수 있다. 예를 들어, 상기 주 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 툴륨(Tm)인 경우, 1960㎚일 수 있다.
제2코어(20)는 유리 또는 플라스틱으로만 형성될 수 있으며, 이득 매질로 도핑되지 않을 수 있다. 제2코어(20)의 지름은 약 1 내지 약 40 ㎛일 수 있으며, 보조 신호광이 보조 광원으로부터 입력될 수 있다. 그리고, 제2코어(20)는 제1코어(10)와 평행하게 배열될 수 있으며, 그 배열 형태는 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 보조 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 이터븀(Yb)인 경우, 1020㎚ 내지 1120㎚ 범위의 값일 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 이터븀(Yb)인 경우, 1035㎚일 수 있다. 그리고, 상기 보조 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 어븀(Er)인 경우, 1520㎚ 내지 1610㎚ 범위의 값일 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 어븀(Er)인 경우, 1530㎚일 수 있다. 또한, 상기 보조 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 툴륨(Tm)인 경우, 1880㎚ 내지 2020㎚ 범위의 값일 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 신호광의 파장은 상기 이득 매질이 툴륨(Tm)인 경우, 1920㎚일 수 있다. 여기에서, 상기 보조 신호광의 파장은 상기 주 신호광의 파장과 서로 다를 수 있으며, 상기 보조 신호광의 파장은 상기 주 신호광의 파장보다 작을 수 있다. 한편, 제1코어(10)와 제2코어(20)가 서로 이격된 거리(L)는 제1코어(10)의 반지름(d1/2)과 제2코어(20)의 반지름(d2/2)을 합한 값((d1+d2)/2)의 1.1배 내지 5배일 수 있다.
제1클래드층(30)은 제1코어(10)와 제2코어(20)를 둘러싸고 있으며, 제1코어(10) 및 제2코어(20)보다 굴절률이 작은 재료로 형성될 수 있다. 제1클래드층(30)은 펌프 광원으로부터 펌프 광이 입력될 수 있으며, 상기 펌프 광은 제1코어(10)에 도핑된 이득 매질을 여기시킬 수 있다. 그리고, 상기 펌프 광에 의해서 상기 이득 매질로부터 생성된 여기 에너지의 대부분은 제1코어(10)를 지나가는 주 신호광에 의해서 흡수될 수 있다. 즉, 제1코어(10)를 지나가는 주 신호광은 상기 이득 매질로부터 방출된 여기 에너지를 흡수하여 증폭될 수 있다. 또한, 제2코어(20)를 지나가는 보조 신호광도 상기 이득 매질로부터 방출된 여기 에너지를 흡수하여 증폭될 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 한편, 제1클래드층(30)의 지름은 약 100㎛ 이상일 수 있으며, 수백 ㎛일 수 있다.
그리고, 제2클래드층(40)은 제1클래드층(30)을 둘러싸고 있으며, 제1클래드층(30)보다 굴절률이 작은 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 제1클래드층(30)에 입력되는 펌프 광은 제1클래드층(30)과 제2클래드층(40)의 계면에서 전반사되어, 제1클래드층(30)을 따라서 진행할 수 있다.
도 1에는 제1코어(10)와 제2코어(20)가 나란하게 배열된 것처럼 도시되어 있으며, 제1코어(10)와 제2코어(20)의 배열 형태는 이러한 배열 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1코어(10)가 멀티코어 광섬유(100)의 중심에 마련되고, 제2코어(20)는 제1코어(10)의 주변에 마련되는 것도 가능하다. 또한, 제1코어(10)가 멀티코어 광섬유(100)의 중심에 마련되고, 제2코어(20)는 제1코어(10)와 이격되어 제1코어(10)의 둘레를 나선 형태로 감싸고 있을 수 있다. 그 밖에도, 제1코어(10)와 제2코어(20)는 다양한 형태로 배열될 수 있다.
상기 주 신호광이 제1코어(10)에 입력되는 경우, 상기 주 신호광은 펌프 광에 의해서 여기된 이득 매질로부터 여기 에너지를 흡수하여 증폭될 수 있다. 한편, 상기 보조 신호광은 이득 매질로 도핑되지 않은 제2코어(20)를 통해서 진행하므로 증폭되지 않을 것이라고 예상할 수 있다. 하지만, 제2코어(20)를 진행하는 상기 보조 신호광의 세기를 실제로 측정해보면 증폭된다는 것을 실험적으로 알 수 있다. 또한, 이론적으로도 전자기파(electromagnetic wave)의 도파로 진행 방정식(Waveguide propagation equation)을 사용하여 솔루션을 구해 보면 상기 보조 신호광이 증폭된다는 것을 알 수 있다. 이는 상기 주 신호광과 상기 보조 신호광이 광자빔(Photon Beam) 형태로 진행하기도 하지만, 전자기파(electromagnetic wave) 형태로도 진행하기 때문이다. 즉, 상기 주 신호광과 상기 보조 신호광은 각각 제1코어(10) 및 제2코어(20)를 통해서 진행하지만, 전자기장(electromagnetic field)을 만들면서 진행하기 때문에 서로 영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 보조 신호광은 제2코어(20)를 통해서 진행하지만, 제2코어(20) 주위에 전자기장을 형성하면서 진행하기 때문에 제2코어(20) 주위에 있는 제1코어(10)와 커플링되거나 또는 상호작용을 할 수 있다. 즉, 상기 보조 신호광은 이득 매질로 도핑되지 않은 제2코어(20)를 진행하지만 제1코어(10)의 이득 매질로부터 여기 에너지를 흡수하여 증폭될 수 있다.
그리고, 상기 보조 신호광이 증폭되는 정도는 제1코어(10)의 지름(d1), 제2코어(20)의 지름(d2), 제1코어(10)와 제2코어(20) 사이의 거리(L), 제1코어(10) 및 제2코어(20)의 단면 형상, 제1코어(10) 및 제2코어(20)의 배열 형태, 상기 보조 신호광의 세기 등을 달리하여 제어할 수 있다. 상기 주 신호광이 제1코어(10)에 정상적으로 입력되는 경우, 상기 주 신호광을 목표 수준만큼 증폭할 수 있도록, 상기 보조 신호광이 증폭되는 정도를 제어할 수 있다. 즉, 상기 주 신호광을 설계된 만큼 증폭하기 위해서, 제1코어(10)의 이득 매질로부터 상기 보조 신호광이 흡수할 수 있는 여기 에너지의 양을 제어할 수 있다.
종래의 광섬유에서는 신호광이 광섬유의 코어에 정상적으로 입력되지 못하는 경우, 예를 들어, 신호광의 광원이 작동하지 않아서 신호광이 전혀 입력되지 못하거나 신호광의 세기가 설계된 입력 세기보다 작은 경우, 펌프 광에 의해서 여기된 에너지는 증폭시킬 대상인 신호광이 충분하지 못하기 때문에 비선형 효과를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 유도 브릴리앙 산란(simultaneous Brillouin scattering, SBS)에 의한 에너지가 광원으로 역산란(backscattering)을 야기할 수 있으며, 증폭 자발 방출(ASE)이 이중 레일라이 역산란(Double Rayleigh Back-Scattering, DRBS)을 야기할 수 있다. 이러한 역산란은 광 경로상에 있는 모든 광학 부품들, 특히 레이저를 파손시킬 수 있다. 또한, 광학 부품들 중에서 어느 부품이 손상되었는지 파악하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
하지만, 본 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(100)에서는 상기 주 신호광이 제1코어(10)에 정상적으로 입력되지 못하는 경우, 예를 들어, 상기 주 신호광이 주 공진기가 작동하지 않아서 전혀 입력되지 못하거나, 주 신호광의 세기가 설계된 입력 세기보다 작은 경우에도 제2코어(20)에 입력된 상기 보조 신호광이 증폭될 수 있다. 따라서, 펌프 광에 의해서 여기된 에너지가 상기 보조 신호광을 증폭시켜서, 비선형 효과가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그러므로, 종래에 광섬유에 신호광이 정상적으로 입력되지 않아서 발생했던 SBS 또는 DRBS에 의한 광학 부품들의 손상을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(110)의 개략적인 단면도이다. 앞에서 설명한 멀티코어 광섬유(100)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(110)는 하나의 제1코어(10) 및 두 개의 제2코어(20, 21)를 포함할 수 있으며, 세 코어(10, 20, 21)들의 중심이 정삼각형을 이루도록 배열될 수 있다. 하지만, 코어(10, 20, 21)들의 배열 형태는 도 2에 도시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 배열 형태가 가능하다. 제2코어(20, 21)에 입력되는 보조 신호광이 증폭되는 정도는 제1코어(10)의 지름(d1), 제2코어(20)의 지름(d2, d3), 제1코어(10)와 제2코어(20, 21) 사이의 거리(L1, L2), 제1코어(10) 및 제2코어(20, 21)의 단면 형상, 제1코어(10) 및 제2코어(20, 21)의 배열 형태, 상기 보조 신호광의 입력 세기 등을 조절하여 제어할 수 있다. 한편, 주 신호광이 제1코어(10)에 정상적으로 입력되는 경우, 상기 주 신호광을 목표하는 만큼 증폭할 수 있도록, 상기 보조 신호광이 증폭되는 정도를 제어할 수 있다. 그리고, 제1코어(10)와 제2코어(20)가 서로 이격된 거리(L1)는 제1코어(10)의 반지름(d1/2)과 제2코어(20)의 반지름(d2/2)을 합한 값((d1+d2)/2)의 1.1배 내지 5배일 수 있다. 또한, 제1코어(10)와 다른 제2코어(21)가 서로 이격된 거리(L2)는 제1코어(10)의 반지름(d1/2)과 다른 제2코어(21)의 반지름(d3/2)을 합한 값((d1+d2)/2)의 1.1배 내지 5배일 수 있다.
본 실시예의 멀티코어 광섬유(110)는 제1코어(10) 및 제2코어(20)에 주 신호광 및 보조 신호광이 각각 입력되지 않더라도, 나머지 제2코어(21)에 다른 보조 신호광이 입력되어 증폭될 수 있다. 따라서, 펌프 광에 의해서 여기된 에너지가 증폭시킬 대상이 없어서 발생하는 비선형 효과를 방지할 수 있으며, 이로 인한 광학 부품들의 손상을 예방할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(120)의 개략적인 단면도이다. 앞에서 설명한 멀티코어 광섬유(100, 110)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(120)는 하나의 제1코어(10) 및 두 개의 제2코어(20, 23)를 포함할 수 있으며, 제1코어(10)가 멀티코어 광섬유(120)의 중심에 배치되고 제2코어(20, 23)가 제1코어(10)의 양 옆에 나란하게 배치될 수 있다. 즉, 제1코어(10)를 중심으로, 두 개의 제2코어(20, 23)가 대칭적으로 배열될 수 있다. 또한, 제1코어(10) 및 제2코어(20, 23)는 서로 평행하게 배열될 수 있다. 하지만, 코어(10, 20, 23)들의 배치 형태는 도 3에 도시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 배치 형태가 가능하다.
제2코어(20, 23)에 입력되는 보조 신호광이 증폭되는 정도는 제1코어(10)의 지름(d1), 제2코어(20, 23)의 지름(d2, d3), 제1코어(10)와 제2코어(20, 23) 사이의 거리(L1, L2), 제1코어(10) 및 제2코어(20, 23)의 단면 형상, 제1코어(10) 및 제2코어(20, 23)의 배열 형태, 제2코어(20, 23)에 입력되는 상기 보조 신호광의 입력 세기 등을 조절하여 제어할 수 있다. 한편, 주 신호광이 제1코어(10)에 정상적으로 입력되는 경우, 상기 주 신호광을 목표하는 만큼 증폭할 수 있도록, 상기 보조 신호광이 증폭되는 정도를 제어할 수 있다. 여기에서, 제1코어(10)와 제2코어(20)가 서로 이격된 거리(L1)는 제1코어(10)의 반지름(d1/2)과 제2코어(20)의 반지름(d2/2)을 합한 값((d1+d2)/2)의 1.1배 내지 5배일 수 있다. 그리고, 제1코어(10)와 다른 제2코어(23)가 서로 이격된 거리(L2)는 제1코어(10)의 반지름(d1/2)과 다른 제2코어(23)의 반지름(d3/2)을 합한 값((d1+d2)/2)의 1.1배 내지 5배일 수 있다.
본 실시예의 멀티코어 광섬유(120)는 제1코어(10) 및 제2코어(20)에 주 신호광 및 보조 신호광이 각각 입력되지 않더라도, 나머지 제2코어(23)에 보조 신호광이 입력되어 증폭될 수 있다. 따라서, 펌프 광에 의해서 여기된 에너지가 증폭시킬 대상이 없어서 발생하는 비선형 효과를 억제할 수 있으며, 이로 인한 광학 부품들의 손상을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(130)의 개략적인 단면도이다. 앞에서 설명한 멀티코어 광섬유(100, 110, 120)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(130)는 두 개의 제1코어(10, 15) 및 두 개의 제2코어(20, 25)를 포함할 수 있으며, 제1코어(10, 15)와 제2코어(20, 25)가 각각 서로 마주보게 배열될 수 있으며, 각 코어(10, 15, 20, 25)들의 중심이 정사각형을 이루도록 배열될 수 있다. 하지만, 코어(10, 15, 20, 25)들의 배열 형태는 도 4에 도시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 코어(10, 15, 20, 25)들은 사각형, 마름모, 평행사변형 등의 다각형 형태로 배열될 수 있다. 제2코어(20, 25)에 입력되는 보조 신호광이 증폭되는 정도는 제1코어(10, 15)의 지름, 제2코어(20, 25)의 지름, 제1코어(10, 15)와 제2코어(20, 25) 사이의 거리, 제1코어(10, 15) 및 제2코어(20, 25)의 단면 형상, 제1코어(10, 15) 및 제2코어(20, 25)의 배열 형태, 제2코어(20, 25)에 입력되는 상기 보조 신호광의 입력 세기 등을 조절하여 제어할 수 있다. 한편, 주 신호광이 제1코어(10, 15)에 정상적으로 입력되는 경우, 상기 주 신호광을 목표하는 만큼 증폭할 수 있도록, 상기 보조 신호광이 증폭되는 정도를 제어할 수 있다.
본 실시예의 멀티코어 광섬유(130)는 제1코어(10, 15)에 주 신호광이 입력되지 않더라도, 나머지 제2코어(20, 25) 중에서 적어도 하나의 코어에 보조 신호광이 입력되어 증폭될 수 있다. 따라서, 펌프 광에 의해서 여기된 에너지가 증폭시킬 대상이 없어서 발생하는 비선형 효과를 억제할 수 있으며, 이로 인한 광학 부품들의 손상을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(100)를 구비한 멀티코어 광섬유 증폭기(200)의 개략적인 도면이다.
도 5를 참조하면, 멀티코어 광섬유 증폭기(200)는 도 1에 도시된 멀티코어 광섬유(100), 제1코어(10)에 주 신호광를 입력하는 적어도 하나의 주 공진기(210), 제2코어(20)에 보조 신호광를 입력하는 적어도 하나의 보조 광원(220), 멀티코어 광섬유(100)에 펌프 광을 입력하는 적어도 하나의 펌프 광원(250), 상기 주 신호광이 외부로 출력되는 주 출력부(280) 및 상기 보조 신호광이 외부로 출력되는 보조 출력부(290)를 포함할 수 있다. 그리고, 멀티코어 광섬유 증폭기(200)는 광 고립기(240), WDM 결합기(230), 광 결합기(260) 등을 더 포함할 수 있다.
종래의 광섬유 증폭기에서는 신호광이 광섬유의 코어에 정상적으로 입력되지 못하는 경우, 예를 들어, 신호광의 광원이 작동하지 않아서 신호광이 전혀 입력되지 못하거나 신호광의 세기가 설계된 입력 세기보다 작은 경우, 펌프 광에 의해서 여기된 에너지는 증폭시킬 대상인 신호광이 충분히 존재하지 않기 때문에 비선형 효과를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 유도 브릴리앙 산란(simultaneous Brillouin scattering, SBS)에 의한 에너지가 광원으로 역발진될 수 있다. 이 역발진에 의해서 광 경로상에 있는 모든 광학 부품들을 손상시킬 수 있으며, 또한 어느 부품이 손상되었는지 파악하기 어려운 문제가 발생한다. 따라서, 종래에는 비선형 효과에 의해서 일부 광학 부품이 손상된 경우 광섬유 증폭기를 교체해야 했기 때문에, 경제적 손실이 막대하였다.
하지만, 본 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(100)를 구비한 멀티코어 광섬유 증폭기(200)에서는 상기 주 신호광이 제1코어(10)에 정상적으로 입력되지 못하더라도, 제2코어(20)에는 보조 광원(220)으로부터 상기 보조 신호광이 입력될 수 있다. 그러므로, 펌프 광에 의해서 여기된 에너지가 상기 보조 신호광을 증폭시킬 수 있다. 따라서, 주 신호광이 입력되지 않아서 발생하는 비선형 효과를 억제할 수 있으며, 이로 인한 광학 부품들의 손상을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티코어 광섬유(110)을 구비한 멀티코어 광섬유 증폭기(300)의 개략적인 도면이다. 앞에서 설명한 도 5에 도시된 멀티코어 광섬유 증폭기(200)와의 차이점을 위주로 자세하게 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 멀티코어 광섬유 증폭기(300)는 도 2에 도시된 멀티코어 광섬유(110), 제1코어(10)에 주 신호광를 입력하는 적어도 하나의 주 공진기(210), 두 개의 제2코어(20, 21)에 보조 신호광를 각각 입력하는 두 개의 보조 광원(221, 223), 멀티코어 광섬유(110)에 펌프 광을 입력하는 적어도 하나의 펌프 광원(250), 상기 주 신호광이 외부로 출력되는 주 출력부(280) 및 상기 보조 신호광이 각각 외부로 출력되는 2개의 보조 출력부(291, 293)를 포함할 수 있다. 그리고, 멀티코어 광섬유 증폭기(300)는 광 고립기(240), WDM 결합기(230), 광 결합기(260) 등을 더 포함할 수 있다.
멀티코어 광섬유 증폭기(300)는 도 5에 도시된 멀티코어 광섬유 증폭기(200)와 달리, 두 개의 보조 광원(221, 223)을 포함하고 있다. 또한, 멀티코어 광섬유(110)도 두 개의 제2코어(20, 21)를 포함하고 있다. 앞서 설명된 멀티코어 광섬유 증폭기(200)에서 상기 주 신호광이 제1코어(10)에 정상적으로 입력되지 않고, 제2코어(20)에도 보조 신호광이 입력되지 않는 경우, 종래와 마찬가지로 비선형 효과에 의한 역발진으로 광학 부품들이 손상될 수 있다.
하지만, 멀티코어 광섬유 증폭기(300)는 제2코어(21)를 하나 더 구비하고 있으며, 보조 광원(223)으로부터 다른 보조 신호광이 제2코어(21)에 입력될 수 있다. 그러므로, 펌프 광에 의해서 여기된 에너지가 보조 광원(223)으로부터 제2코어(21)에 입력된 보조 신호광을 증폭시킬 수 있다. 따라서, 제1코어(10) 및 제2코어(20)에 각각 주 신호광 및 보조 신호광이 입력되지 않아서 발생하는 비선형 효과를 억제할 수 있으며, 그에 따른 광학 부품들의 손상을 방지할 수 있다.
이러한 본 발명인 광섬유 증폭기 보호용 멀티코어 광섬유는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 15: 제1코어 20, 21, 23, 25: 제2코어
30: 제1클래드층 40: 제2클래드층
100, 110, 120, 130: 멀티코어 광섬유
200, 300: 멀티코어 광섬유 증폭기
210: 주 공진기 220, 221, 223: 보조 광원
230: WDM 결합기 240: 광 고립기
250: 펌프 광원 260: 광 결합기
280: 주 출력부 290, 291, 293: 보조 출력부

Claims (14)

  1. 이득 매질로 도핑된 적어도 하나의 제1코어;
    상기 제1코어와 이격되어 마련된 적어도 하나의 제2코어;
    상기 제1코어와 상기 제2코어를 감싸고 있는 제1클래드층;
    상기 제1클래드층을 감싸고 있는 제2클래드층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 매질은 이터븀(Yb), 어븀(Er), 툴륨(Tm) 및 네오듐(Nd)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2코어는 유리 또는 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1코어의 지름은 1 내지 40㎛인 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2코어의 지름은 1 내지 40㎛인 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1코어와 상기 제2코어가 서로 이격된 거리는 상기 제1코어의 반지름과 상기 제2코어의 반지름을 합한 값의 1.1배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1코어에는 주 신호광이 입력되고, 상기 제2코어에는 보조 신호광이 입력되는 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1코어에 상기 주 신호광이 입력되지 않거나, 상기 제1코어에 입력되는 상기 주 신호광의 세기가 기준 세기보다 작은 경우, 상기 보조 신호광이 상기 이득 매질의 여기 에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득 매질은 이터븀(Yb)이고, 상기 주 신호광과 상기 보조 신호광의 파장은 1020㎚ 내지 1120㎚이며, 상기 주 신호광의 파장과 상기 보조 신호광의 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득 매질은 어븀(Er)이고, 상기 주 신호광과 상기 보조 신호광의 파장은 1520㎚ 내지 1610㎚이며, 상기 주 신호광의 파장과 상기 보조 신호광의 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득 매질은 툴륨(Tm)이고, 상기 주 신호광과 상기 보조 신호광의 파장은 1880㎚ 내지 2020㎚이며, 상기 주 신호광의 파장과 상기 보조 신호광의 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득 매질은 이터븀(Yb)이고, 상기 주 신호광의 파장은 1064㎚이며, 상기 보조 신호광의 파장은 1035㎚인 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득 매질은 어븀(Er)이고, 상기 주 신호광의 파장은 1550㎚이며, 상기 보조 신호광의 파장은 1530㎚인 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득 매질은 툴륨(Tm)이고, 상기 주 신호광의 파장은 1960㎚이며, 상기 보조 신호광의 파장은 1920㎚인 것을 특징으로 하는 멀티코어 광섬유.
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