KR950002914B1 - 파이버증폭기 및 파이버레이저 - Google Patents

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Description

파이버증폭기 및 파이버레이저

제1도는 첨가하는 알칼리의 종류와 규산염유리중의 Nd³⁺의 에너지준위와의 관계를 표시한 도면.

제2도는 알칼리의 종류와 인산염유리중의 Nd³⁺의 에너지준위와의 관계를 표시한 도면.

제3도는 첨가하는 알칼리의 종류와 Nd³⁺의 형광수명의 관계를 표시한 도면.

제4도는 첨가하는 알칼리토금속원소의 종류와 Nd³⁺의 형광수명의 관계를 표시한 도면.

제5도는 파이버증폭기의 실시예를 표시한 도면.

제6도는 제5도의 파이버증폭기의 이득을 표시한 도면.

제7도는 MgO의 첨가로 조해성이 개선된다는 것을 표시한 도면.

제8도는 파이버레이저의 실시예를 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광파이버 12 : 여기용레이저광원

13, 18a, 18b, 19a, 19b, 28 : 광학수단

본 발명은 Nd³⁺를 첨가한 광기능유리를 파이버로 형성하고 이것을 사용한 파이버증폭기 및 파이버레이저에 관한 것이다.

파장 1.3μm대에서의 광통신분야에의 응용등을 위하여, 회토류원소 Nd을 첨가한 유리를 사용해서 파이버증폭기, 파이버센서, 파이버레이저등의 장치를 제작하는 노력이 이루어지고 있다. 예를들면 인산염계의 다성분유리를 주성분유리로 하고, 이것에 네오디뮴이온(Nd³⁺)을 활성물질로서 첨가한 광기능성유리가 이미 알려져 있다. 구체적으로는, 주성분유리인 인산염유리에 Nd³⁺를 첨가한 광기능성유리를 준비하고, 이 유리로부터 형성한 광파이버의 레이저발진특성에 대해서 평가한 취지의 보고가 이루어지고 있다(ELECRONICS LETTERS,1990, Vol.26, No 2. pp121∼122). 이 보고에서는 광파이버의 특성에 관해서 Nd³⁺에 기인하는 형광피이크파장이 약 1.32μm이고, ESA(excited state absorption) 전이에 기인하는 흡수피이크파장이 약 1.31μm이고, 발진피이크파장이 약 1.36μm였던 것이 표시되어 있다.

그러나, 상기의 보고에 표시되는 광파이버에서는 충분한 레이저발진이득이 얻어지지 않고 있었다. 이와같이 레이저발진이득이 얻어지지 않는 이유로서, 파장 1.32μm의 형광피이크에 근접해서 파장 1.31μm의 흡수피이크가 존재한다는 것과, 과장 1.32μm대의 형광피이크의 강도에 비해서 파장 1.31μm대의 흡수피이크의 강도가 비교적 크다는 것을 들 수 있다.

또, 흡수피이크가 형광피이크보다도 단파장쪽으로 약간 어긋나서 존재하기 때문에 발진피이크파장이 파장1.3μm대보다도 장파장쪽으로 시프트하고 있었다. 이 결과 파장 1.3μm대에서 실질적으로 레이저발진이득이 얻어지지 않는다는 것으로 되어 있었다.

그래서, 상기의 사정에 비추어, 본 발명은 파장 1.3μm대 혹은 기타의 파장대역에서의 광증폭, 광발진을 가능하게 하는, 혹은 그 광증폭, 광발진효율을 높이는 광기능성 유리로 이루어진 광파이버를 이용한 파이버증폭기 혹은 파이버레이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 과제의 해결을 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, Nd³⁺을 활성물질로서 함유한 광기능성유리로서, 파장 1,3μm대 혹은 기타의 파장대역에서 광증폭·광발진을 가능하게 하는, 혹은 그 광증폭, 광발진효율을 높이는 광기능성유리를 발견했었다.

본 발명에서 사용되는 광기능성유리에 있어서, Nd³⁺를 활성물질로서 첨가하기 위한 주성분유리로서 루비듐(Rb) 혹은 세슘(Cs) 또는 그 양쪽의 산화물을 함유한 산화물계 다성분유리를 사용한다.

본 발명에서 사용되는 광기능성유리에 의하면, Rb 또는 Cs의 산화물을 함유한 주성분유리를 사용하므로써,. 형광피이크의 파장위치에 대한 흡수피이크의 상대적인 파장위치를 크게 변화시킬 수 있다. 이 결과, 파장1,3μm대 혹은 기타의 파장대역에서의 광증폭·광발진에 적합한 유리를 얻는다는 것이 후술하는 바와같이 판명되었다.

또, 본 발명에 관계된 광기능성유리의 바람직한 실시탱양에 있어서는, 상기 주성분 유리로서 Rb 또는 Cs와 함게 알칼리토금속류원소의 산화물을 함유한 산화물계 다성분 유리를 사용한다. 이와같이 알칼리토금속류원소의 산화물을 함유한 주성분유리를 사용하므로써 광기능성유리의 내후성등의 화학적 안정성을 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에서 사용된 광파이버는, 상기 광기능성유리로 이루어진 코어와, 이 코어를 에워싸고 이 코어보다 낮은 굴절률을 가진 클래드를 구비하고 있다. 상기의 광파이버에 의하면, 코어글라스로서 Rb 또는 Cs의 산화물을 함유한 주성분유리에 Nd³⁺를 첨가한 것을 사용한다. 이때문에, 코어글라스중을 전파하는파장 1.3μm대 혹은 기타의 파장대역에서의 광증폭·광발진이 가능해지고, 혹은 그 광증폭·광발진 이득의 증대가 가능해진다. 즉, 파이버화에 따라서 코어에 광이 효율적으로 가두어진다는 것과, 가두어진 광의 손실이 극히 낮다는 것으로부터 낮은 임계치로 Nd³⁺에 반전분포를 형성할 수 있는 것이다.

즉, 본 발명의 파이버증폭기는 상기의 광파이버와, 여기광원과, 광수단을 구비하여 광파이버는 파장 1.3μm대 또는 그 근처의 대역의 신호광을 전파하고, 여기광원은 파장 0.8μm대 또는 그 근처의 대역의 여기광을 발생하고, 광학수단은 여기광을 여기광원으로부터 광파이버내에 입사시킨다.

상기의 파이버증폭기에 의하면, 파이버내에 됩된 파장 0.8μm대 또는 그 근처의 대역의 여기광에 의해서 Nd³⁺가 여기된다. 이 여기된 Nd³⁺의 대부분은, 이것과 동시에 광파이버내에 도입된 1.3μm대 또는 그 근처의 대역의 신호광등에 유도되어, 방사광을 발생하고, 파장 1.3μm대 또는 그 근처의 대역에서의 광증폭이 가능해진다.

또한, 본 발명의 파이버레이저에 있어서는, 상기의 광파이버와, 여기광원과, 광학수단 및 공진기구조가 형성되어, 여기광원은 파장 0.8μm대 또는 그 근처의 대역의 여기광을 발생하고, 광학수단은 여기광을 여기광원으로부터 광파이버내에 입사시키며, 광공진기구조는, 광파이버내로부터의 파장 1.3μm대 또는 그 근처의 대역의 광을 광파이버에 피이드백한다.

상기의 파이버레이저에 의하면, 광학수단에 의해 파이버내에 도입된 파장 0.8μm대 또는 그 근처의 대역의 여기광에 의해서 Nd³⁺가 여기된다. 이 여기된 Nd³⁺의 일부 또는 대부분은, 이와 동시에 광파이버내에도입된 1.3μm대 또는 그 근처의 대역의 광에 유도되어 방사광을 발생하고, 파장 1.3μm대 또는 그 근처의 대역에서의 광발진이 가능해진다.

이하에 본 발명의 원리와 완성에 이른 경위를 설명한다.

상기의 현상에 관하여 본 발명자는 다음과 같은 가설을 세워서 검토했다.

즉, Nd³⁺의 흡수피이크의 파장위치에 대한 흡수피이크의 상대적인 파장위치를 변화시키기 위해서는, Nd³⁺내의 전자가 받는 결정전기장, 클롱상호작용, 스핀궤도상호작용등의 작용을 변화시키는 것을 생각할수 있다.

예를들면, 파장 1.3μm대의 흡광 또는 발광에 관련된다고 생각되는 4f궤도의 전자에 대해서 생각해보자. 결정전기장에 대해서는 외각의 전자에 차폐되어 있기 때문에, 4f궤도의 전자에 거의 작용하지 않는 것으로 생각된다. 한편, 클롱상호작용 및 스핀궤도상호작용에 대해서는, 4f궤도내의 전자간거리, 또는 원자핵과 전자와의 거리를 변화시키므로서 이들의 작용을 증감시킬 수 있는 것으로 생각된다. 즉, Nd³⁺의 전자운을 확대·축소해 주므로써, 파장 1.3μm대의 흡·발광과장을 시프트시킬 수 있는 것으로 생각된다.

구체적으로는 Nd³⁺와 그 주위에 배치되는 원자와의 사이의 결합성을 바꾸는 것이 전자운을 확대·축소시키는데 바람직한 것으로 생각할 수 있다(즉, 주성분유리의 성분으로서 장주기원소인 Rb 혹은 Cs의 산화물을 사용하고 그 농도를 변화시키므로써, Nd³⁺와 그 주위에 배치되는 원자와의 사이의 공유결합성을 증감시키고, 혹은 이온결합성을 증감시킬 수 있는 것을 생각할 수 있다. 이 결과, Nd³⁺의 전자운을 확대·축소시킬 수 있고, 또한 파장 1.3μm대의 흡·발광파장의 시프트가 가능해지는 것으로 생각할 수 있다.

이 경우, 알칼리원소로서 또한 이온성이 높은 Rb 혹은 Cs등은 Nd³⁺에 강한 작용을 미치는 것으로 생각할 수 있다. 따라서 이들 산화물의 농도를 주성분 유리중에서 증감하므로써, 흡·발광피이크의 파장시프트를 똑같지 않은 것으로 할 수 있고, 또 흡·발광피이크의 상대적인 파장위치를 크게 변화시킬 수 있는 것으로 기대된다.

이상, 파장 1.3μm대의 흡·발광파장의 시프트에 대해서 설명했으나, 다른 파장대의 흡·발광파장에 대해서도 마찬가지의 추측이 성립한다.

이상의 내용은 하나의 가설이지만, 본 발명자는, 후술하는 실시예와 그 결과로부터 발견된 현상에 대한 검토에 의거해서 Nd³⁺첨가유리의 광증폭·광발진특성의 향상을 도모하도록 한 것이다.

제1도는 규산염계 다성분유리(20Na₂O-15R'₂O-65SiO₂)에 첨가하는 알칼리 원소의 산화물 R'₂O의 종류를 변경하므로써 Nd³⁺의 에너지준위가 어떻게 변화하는지를 표시한 것이다.

도면의 설명에 들어가기저에 Nd³⁺의 파장 1.3μm대의 흡·발광의 기구에 대해서 간단한 설명을 행한다. 약 0.8μm의 여기광에 의해, 기저준위 4I9/2에 있는 전자가 준위 4F5/2에 일단 여기되고, 포논등을 방출하는 비복사과정을 거쳐 준위 4_F3/2로 전이한다. 이와같은, 펌핑에 의해, 준위 4_F3/2와 준위 4_I13/2와의 사이에 반전분포가 형성되며, 파장 1.32μm 대역에 피이크를 가진 발광이 가능해진다. 한편, 준위 4_F3/2에 존재하는 전자는, 파장 1.31μm 대역의 광을 흡수하고, 준위 4_G7/2에 여기되는 가능성도 있다. 이 때문에, 종래의 유리에서는 전자의 준위 4_F3/2에 펌핑되어도, 파장 1.32μm 대역에서 효율좋게 발광시킬 수 없게 되어 있었다. 이 때문에 파장 1.31μm의 근처에서 충분한 레이저이득이 얻어지고 있지 않았다.

도시한 에너지준위는, 자기분광광도계등을 사용해서, 파장 530nm, 파장 800nm 및 파장 880nm의 근처에 존재하는 흡수피이크의 파장으로부터 그 파수를 산출한 것이다. 이들 피이크는 각각 에너지준위 4_G7/2, 4_F3/2및 4_I13/2에 대응한다.

도면으로부터 명백한 바와같이, 준위 4_G7/2, 4_F3/2및 4_I13/2는 사용하는 알칼리원소 R'의 이온화에너지에 따라서 직선적으로 변화한다. 이 경우, 준위 4_F3/2및 4_I13/2의 간격은 거의 변화하지 않으나, 준위 4_G7/2및 4_F3/2의 간격은 크게 변동한다. 이와같은 현상은 파장 1.32μm대의 형광에 대응하는 준위 4_F3/2및 4_I13/2의 에너지차가 거의 변화하지 않는 그대로 파장 1.32μm대의 ESA에 대응하는 준위 4_G7/2및 4_F3/2의 에너지차가 크게 변동하는 것을 표시하고 있다. 특히, 알칼리원소로서 장주기원소의 Rb, Cs 등을 사용한 경우, ESA피이크파장이 1,345μm 내지는 그 이상으로 길어진다. 한편, 형광피이크의 파장은 1.325μm 정도에 그친다. 따라서 일반적으로 ESA 및 형광의 파장이 20nm이상 떨어진 이들이 상호 작용하지 않는다는 것을 고려하면, 알칼리원소 Rb, Cs의 사용에 의해 형광이 ESA에 영향받는다(4_F3/2의 여기전자가 ESA에 먹혀버린다)고 하는 현상을 억제할 수 있다. 또 알칼리 원소 Rb, Cs의 산화물을 가하므로써 ESA피이크가 형광피이크의 장파장쪽으로 시프트하는 현상을 이용하면, 광증폭이득 혹은 광발진이득을 얻을 수 있는 파장대역을 형광피이크의 단파장쪽에 상대적으로 이동시킬 수 있다. 이 결과, 형광피이크가 존재하는 파장 약 1.32μm보다 짧은 파장 약 1.31μm의 근처에서 실질적인 광증폭이득 혹은 광발진이득이 얻어지게 된다.

제2도는, 인산염계 다성분유리(10L_a2O₃-25R'₂O-65P₂O₅)에 첨가하는 알칼리원소의 산화물 R'₂의 종류를 변경하므로써 Nd³⁺의 에너지준위가 어떻게 변화하는지를 표시한 것이다.

제2도의 경우, 파장 530nm, 파장 800nm 및 파장 800nm의 근처의 흡수피이크에 대응하는 각각의 준위 4_G7/2, 4_F3/2는 사용하는 알칼리원소 R' 종류에 관계없이 일정한 상태로 유지된다. 따라서 인산염계유리의 경우, 파장 1.3μm대의 광증폭등에 관련하는 상기 3준위의 관계를 크게 변화시키는 것은 곤란한 것 같기도 하다. 그러나 인산염을 부분적으로 규산염으로 치환하므로써 개선을 볼 수 있는 것으로 생각된다.

제3도는 제1도 및 제2도의 다성분유리에 첨가하는 알칼리원소 R'의 종류를 변경하므로써 Nd³⁺의 준위4_F3/2의 4_I13/2에 대한 형광수명이 어떻게 변화하는지를 표시한 것이다. 도면으로부터 명백한 바와같이, 규산염유리 및 인산염유리 모두 이온반경이 큰 알칼리원소를 사용하므로써, Nd³⁺의 형광수명을 높일 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 의미로부터도, 주성분유리로서 알칼리원소 Rb, Cs의 산화물을 함유하는 유리의 사용이 바람직하다고 할 수 있다.

상기의 가설이 적절한 것인지 아닌지는 불분명하다. 여하튼 본 발명자의 실험·검토에 의하면, Nd³⁺불활성물질로서 첨가해야할 주성분유리로서 Rb 혹은 Cs를 함유한 산화물계 다성분유리를 사용하므로써, Nd³⁺의 파장 1.3μm대 등에 있어서의 광증폭등을 가능하게 하는 혹은 그 증폭효율을 높이는 유망한 광기능성유리가 얻어진다는 것을 알 수 있었다.

또한 이 경우, ESA피이크파장의 시프트를 효과적으로 발생시키기 위하여 알칼리 원소를 다량으로 첨가한 주성분유리를 사용한다고 하면, 주성분유리의 안정성이 감소한다. 이 현상은 알칼리원소의 산화물의 농도가 45mol%를 넘으면 극히 현저해진다. 특히 Rb 혹은 Cs등의 장주기원소를 사용한 경우에는, 조해성이 증가하는 등의 폐해가 현저해진다. 한편, 조해성을 개선하기 위하여 Rb등의 농도를 감소시켜서 Rb등의 산화물의 농도를 5mol% 이하로 하면, ESA피이크파장의 시프트가 현저하지 않게 된다.

그래서, 본 발명자는 상기 장주기원소를 사용한 경우에도 양호한 화학적 안정성을 가진 주성분유리의 선정을 모색했다. 유리자체의 화학적 안정성을 증가시키기 위해서는, 알칼리토금속류원소의 첨가가 유망하다. 그러나, 알칼리토금속류원소의 첨가에 의해서 ESA피이크파장이 원래대로 복귀하거나, 형광피이크파장이 장파장쪽으로 크게 이동하는 등의 경향이 발생하는 것은 바람직하지 않다. 그래서, 제1도의 규산염유리를 기본으로 해서, 이에 Mg, Ca등의 알칼리토금속류원소를 가하고, 혹은 그 일부를 Mg, Ca 등으로 치환한 광기능성유리를 준비했다. 이 유리에 대해서 조해성·내후성등의 시험을 행한 결과, 이들의 화학적안정성을 현저하게 향상시킬 수 있음이 판명되었다. 또한 형광피이크 및 ESA피이크는 제1도의 것에 비해서 거의 변화하지 않않다.

제4도는 사용하는 알칼리토금속류원소의 종류에 따라서 Nd³⁺의 형광수명이 변동한다는 것을 표시한 것이다. 이온반경이 증대할수록 형광수명이 감소한다는 것을 알 수 있다. 따라서, Nd³⁺를 첨가해야할 주성분유리의 조성으로서는 Rb 및/또는 Cs를 함유하고, 또한 Mg를 함유한 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

본 발명자는, 제1도 또는 제4도에 표시한 상기 광기능성유리를, 광파이버용의 소재로서 사용하여, 예를들면, 평면도파로등으로 형성할 수도 있으나, 상기의 광기능성 유리로 이루어진 코어와, 이 코어를 에워싸고 이 코어보다 낮은 굴절률을 가진 클래드를 구비한 광파이버로 제작하는 것이 장척의 광전송로를 얻는데에 바람직하다는 것을 감안하여 광파이버로 제작하였다.

상기 광파이버는 구체적으로는 하기와 같이 해서 제작된다. 먼저 Rb 혹은 Cs를 함유하는 구성분유리에 Nd³⁺를 첨가한 광기능성유리를 준비하고, 이것을 코어로 하는 프리포옴을 로드인튜우브법등에 의해 제작한다. 다음에 준비한 프리포옴을 공지의 드로우잉장치에 세트하여 광파이버로 드로우잉한다. 이렇게 해서 얻어진 광파이버는 Nd³⁺를 첨가한 코어와, 이보다도 상대적으로 굴절률이 낮고 Nd³⁺를 첨가하고 있지 않은 클래드층을 구비한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 광기능성유리를 코어로한 광파이버를 사용하여 파이버레이저, 파이버증폭기, 파이버검출기등으로 응용한 것으로, 즉, 코어글라스에 사용하는 주성분유리로서 Rb 혹은 Cs의 산화물을 함유한 산화물계 다성분유리를 사용하도록 하고 있기 때문에, 예를들면 파장 1.3μm대 및 그 근처의 파장대역에서도 충분한 광증폭·광발진이득이 얻어지며, 또한, 파이버화헤 의해서 코어에 광이 효율적으로 가두어지고, 그 광의 손실이 극히 낮으므로, 저임계치로 반전분포를 형성할 수 있게 되므로, 고이득의 파이버증폭기를 제작할 수가 있다.

즉, 본 발명은 상기의 광파이버를 사용하여, 파장 1,3μm대등의 파이버증폭기를 제작한 것이다.

제5도에 파장 1.3μm대의 파이버증폭기를 표시한다. 신호광원(11)으로서는 레이저다이오우드가 사용되고 있다. 이 신호광원(11)의 출력쪽에는 광파이버(18a의 일단부가 광학적으로 접속되어 있으며, 이 광파이버(18a)의 타단부는 커플러(13)의 입력쪽에 접속되어 있다. 또 여기광원인 레이저광원(12)으로서는 Ti-사파이어레이저가 사용되고 있다. 이 레이저광원(12)의 출력쪽에는, 광파이버(19a)의 일단부가 광학적으로 접속되어 있으며, 이 광파이버(19a)의 타단부는 커플러(13)의 입력쪽에 접속되어 있다.

커플러(13)의 출력쪽으로부터는 2개의 광파이버(18b),(19b)가 뻗고, 한족의 광파이버(19b)의 종단부는 복귀하고 광방지용 매칭오일(17)에 첨가되어 있으며, 다른쪽의 광파이버(18b)의 종단부는 광전송로인 광파이버(10)의 일단부에 커낵터등을 개재해서 접속되어 있다. 이 광파이버(10)의 타단부의 출력쪽에는 광스펙트럼 애널라이저(15)가 설치되어 있으며, 이들의 사이에는 필터(16)가 개재되어 있다.

여기서 커플러(13)는 2개의 광파이버(18)(19)의 융착연장에 의해서 제작된 것으로서, 이 커플러(13)와 파이버(18a)(18b)(19a)(19b)는 광학수단을 구성한다.

또, 광파이버(10)는 길이 1m의 SM파이버로 했다. 또 외경을 125μm로 하고, 코어직경을 5μm로 했다. 여기서 코어글라스로서는 주성분유리로서 알칼리원소 Rb 또는 Cs의 산화물을 함유하는 동시에, 활성물질로서 Nd³⁺를 첨가한 규산염게유리를 사용했다.

이하, 제5도의 파이버증폭기의 동작에 대해서 간단한 설명을 행한다.

레이저광원(12)은 파장 0.80μm대의 여기광을 출력한다. 이 여기광은 광파이버(19a)를 개재해서 커플러(13)에 입사하고, 또 광파이버(18b)를 개재해서 광파이버(10)내에 입사한다. 여기광이 입사하는 광파이버(10)의 코어에 활성물질로서 Nd³⁺가 첨가되어 있기 때문에, 이 여기광에 의해서 소정의 상태로 여기된 Nd³⁺는 파장 1.3μm대의 발광이 가능한 상태가 된다.

신호광원(11)으로부터 출력된 파장 1.3μm대의 신호광은, 광파이버(18a)를 개재해서 파이버커플러(13)에 입사한다. 커플러(13)에 입사한 신호광은, 레이저광원(12)으로부터의 여기광과 결합되어 광파이버(10)내에 입사한다. 광파이버(10)에 입사한 신호광은 펌핑된 Nd³⁺를 유도해서 파장 1.3μm대의 유도방출광을 발생시킨다.

광파이버(10)의 출력쪽으로부터는, 여기광과 증폭된 신호광이 출력되나, 이들중 여기광에 대해서는, 필터(16)에 의해서 커트되게 된다. 이때문에 광스펙트럼애널라이저(15)에는 증폭된 신호광만 입사하게 되고, Nd³⁺를 첨가한 광파이버에 의한 광증폭의 이득을 측정할 수 있다.

제6도는 제5도의 파이버증폭기에 대해서 광증폭이득의 측정결과를 표로한 것이다.

알칼리원소의 산화물, R'₂O로서 K₂O, Rb₂O 및 Cs₂O를 사용했다. 시료 1∼시료 4의 코어글라스는 다음의 조성이 되도록 원료를 조합하고, 이것을 백금도가니속에서 용융·급냉해서 유리화한 것이다.

(시료 1)

20Na₂O - 15Rb₂O - 65SiO₂

(시료 2)

20Na₂O - 15Cs₂O - 65SiO₂

(시료 3)

20Na₂O - 15K₂O - 65SiO₂

(시료 4)

20Na₂O - 15Li₂O - 65SiO₂

또한 활성물질이 되는 Nd³⁺는, 중량으로서 1Wt%의 농도가 되도록 원료단계에서 산화물로서 조합했다.

도면으로부터 명백한 바와같이, 알칼리원소로서 Rb 및 Cs를 사용한 시료 1 및 시료 2에서는 큰 이득이 얻어지는 것을 알 수 있다. 한편, 알칼리원소로서 K 및 Li를 사용한 시료 3 및 시료 4에서는, 이득이 얻어지지 많거나, 얻어지더라도 작아지는 것을 알 수 있다.

제7도는 알칼리원소의 산화물 Rb₂O와 함게 Mg의 산학물을 첨가한 주성분유리를 사용한 경우의 형공피이크등을 표시한다.이 경우, 형광피이크등의 측정은, 제5도의 파이버증폭기를 사용해서 행했다. 시료5∼시료 8의 코어글라스는 다음의 조성이 되도록 원료를 조합하고, 이것을 백금도가니속에서 용융·급냉해서 유리화한 것이다.

(시료 5)

20Na₂O - 10Rb₂O - 10MgO - 60SiO₂

(시료 6)

15Na₂O - 10Rb₂O - 10MgO - 65SiO₂

(시료 7)

10Na₂O - 10Rb₂O - 10MgO - 70SiO₂

(시료 8)

10Na₂O - 15Rb₂O - 10MgO - 65SiO₂

또한 활성물질이 되는 Nd³⁺는 중량으로서 1wt%의 농도가 되도록 원료단계에서 산화물로서 조합했다.

도면으로부터 명백한 바와같이 알칼리토금속류원소로서 Mg를 사용한 시료 5에서부터 시료 8의 어느것에 있어서도, ESA피이크파장이 1.344μm 이상으로 되어 있다. 또 형광피이크는 파장 1.327μm로 고정된 그대로이다. 따라서 파장 1.32μm대 근처에서 큰 이득이 얻어지는 것을 생각된다. 또한 이 경우, 대부분의 시료에서 조해성을 볼 수 없었다. 이들 유리의 내후성도 극히 양호한 것이었다. 예를들면, 시료 5의 코어글라스에 사용하는 유리를 테스트피이스로 가공하고 이것을 실내온도의 물에 50hr이상 침지해도, 중량감소는 전혀 확인되지 않았다.

이하, 본 발명의 파이버레이저의 실시예에 대해서 설명한다.

제8도에 파장 1.3μm대의 파이버레이저를 표시한다.

레이저광원(12)은 제5도의 파이버증폭기에 사용한 것으로서, 파장 0.80μm의 Ti-사파이어레이저이다. Nd³⁺를 첨가한 광파이버(10)도 또 상기 파이버증폭기에 사용한 것이다.

레이저광원(12)으로부터의 파장 0.80μm의 여기광은, 렌즈, 광커넥터등의 적당한 수단(28)에 의해서 Nd³⁺를 첨가한 광파이버(100)의 일단부에 입사한다. 이 여기광에 의해 광파이버(10)내의 Nd³⁺가 소정의 상태로 여기되고, 파장 1.3μm대의 발광이 가능해진다. 여기서, 광파이버(10)의 입·출력단부를 거울면으로 마무리하고 있기 때문에, 이 입·출력단부의 단부면은 공진기를 구성한다. 이 결과, 여기광의 출력이 소정치를 넘으면 파장 1.3μm대의 어느한 파장에서 레이저발진이 생긴다.

또한 본 실시예의 광파이버에서는 코어에 사용하는 매트릭스글라스로서 규산염계 다성분유리를 사용했으나, 매트릭스글라스의 조성은 이것에 한정되는 것은 아니다, 예를들면, 인산염유리 및 붕산염유리등을 사용 혹은 첨가해도 된다.

또, 파이버레이저에 사용한 공진기는, 유전체 밀러등을 사용하는 타입의 것이어도 된다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명은 여기광의 존재에 의해 1.3μm대 기타의 대역에서의 발광·광증폭이 가능해지고, 혹은 그 발광·광증폭의 효율을 높일 수 있는 광기능성유리를 파이버로 형성하고 이것을 사용하여 저임계치로 고이득의 파이버증폭기, 파이버레이저를 제작한 것이다.

Claims (2)

1. 구성성분으로서 알칼리원소 Rb 및/또는 Cs의 산화물을 5∼45mol% 함유한 주성분유리에, Nd³⁺을 활성물질로서 첨가한 광기능성유리를 코어로 하고, 이 코어를 에워싸고 이 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드를 구비한, 파장 1.3μm대 또는 그 근처의 대역의 신호광을 전파하는 광파이버와, 파장 0.8μm대 또는 그 근처의 대역의 여기광을 발생하는 여기광원과, 이 여기광을 상기 여기광원으로부터 상기 광파이버내에 입사시키는 광학수단을 구비한 것을 특징으로 하는 파이버증폭기.
2. 구성성분으로서, 알칼리원소 Rb 및/또는 Cs의 산화물을 5∼45mol% 함유한 주성분 유리에, Nd³⁺을 활성물질로서 첨가한 광기능성유리를 코어로 하고, 이 코어를 에워싸고 이 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드를 구비한 광파이버와, 파장 0.8μm대 또는 그 근처의 대역의 여기광을 발생하는 여기광원과, 이 여기광을 상기 여기광원으로부터 상기 광파이버내에 입사시키는 광학수단을 구비하고, 상기 광파이버내로부터의 파장 1.3μm대 또는 그 근처의 대역의 방사광을 상기 광파이버에 피이드백하는 공진기구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파이버레이저.