KR950006543B1 - 광기능성유리, 파이버 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광기능성유리, 파이버

제1도는 본 발명에 관한 광기능성유리에 첨가한 흡수제인 희토류원소의 이온의 기능설명도.

제2도는 Nd의 에너지 준위를 표시한 도면.

제3도는 각종 희토류원소의 이온의 에너지준위를 표시한 도면.

제4도는 본 발명에 관한 광기능성유리에 첨가한 촉진제인 희토류원소의 이온의 기능설명도.

제5도는 광기능성유리를 사용한 파이버의 형성장치를 표시한 도면.

제6도는 제5도의 장치에 의해서 형성된 파이버시료를 표시한 도면.

제7도는 파이버증폭기의 실시예를 구성한 표시한 도면.

제8도는 파이버레이저의 실시예의 구성을 표시한 도면.

제9도는 도파로소자레이저의 실시예를 표시한 도면.

제10도는 제7도의 파이버증폭기의 파장 1.310㎛대에서의 이득과 Pr³⁺의 농도와의 관계를 표시한 도면.

제11도는 제7도의 파이버증폭기의 파장 1.310㎛대에서 이득과 Sm³⁺의 농도와의 관계를 표시한 도면.

제12도는 제7도의 파이버증폭기의 파장 1.310㎛대에서의 이득과 Yb³⁺의 농도와의 관계를 표시한 도면.

제13도는 제7도의 파이버증폭기의 파장 1.310㎛대에서의 이득과 Ho³⁺의 농도와의 관계를 표시한 도면.

제14도는 제7도의 파이버증폭기의 파장 1.310㎛대에서의 이득과 Eu³⁺또는 Tb³⁺의 농도와의 관계를 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20,30 : 광파이버 32 : 여기광원

33,38,38a,38b,39a,39b : 광학수단

본 발명은 1.3㎛대에서의 광증폭에 사용되는 광기능성유리, 광파이버에 관한것이다.

1.3㎛대에서의 광통신분야에의 응용을 위하여, 희토류원소를 첨가한 유리를 사용해서 파이버증폭기, 파이버센서, 파이버레이저등의 광증폭장치를 제작하는 노력이 이루어지고 있다. 예를들면, 인산염계의 다성분 유리에 네오디뮴이온(Nd³⁺)을 첨가한 유리를 준비하고, 이 유리로부터 형성한 광파이버의 레이저발진특성에 대해서 평가한 취지가 보고(ELECTRONICS LETTERS, 1990, Vol,26, No.2, pp121-~122)되어 있다. 이 보고에서는, 광파이버의 특성에 관해서 Nd³⁺에 대한 형광피이크파장이 1.32㎛이고, ESA(excited state absorption) 전이에 기인하는 피이크파장이 약 1.31㎛, 증폭피이크파장이 1.36㎛라는 결과를 얻게 된 것이 표시되어 있다.

그러나, 상기 보고에 표시된 다성분유리에서는 파장 1.3㎛대에서 레이저발진이득을 얻지 못하고 있었다. 이와같이 레이저발진이득을 얻지 못하는 이유로서, 파장 1.32㎛대에서는 Nd³⁺의 형광피이크가 비교적 미약한 것과, EAS전이에 의한 비교적 큰 흡수피이크가 마치 파장 1.31㎛에 존재한다는 것이 생각되고 있다.

또, 상기한 광파이버와 같은 유도방출을 이용해서 광증폭을 행하는 경우에는, 단순히 파장 1.31㎛의 형광피이크가 작다고하는 것뿐만 아니라, 이외에 가능한 처리에 의한 형광피이크가 존재한다고하는 것도 문제가 된다. 즉, 상기 광파이버의 경우에는 Nd³⁺의 파장 1.3㎛대의 형광피이크가 비교적 미약하다는 것에 추가해서, Nd³⁺의 기타의 가능한 전이에 대응하는 파장 0.8㎛대, 파장 1.06㎛대등에서의 발광이 비교적 강하다고하는 것이 문제가 된다. 이와같은 파장 0.8㎛대, 파장 1.06㎛대에서의 발광에 의한 유도방출에 기인해서, 파장 1.3㎛대광의 유도방출이 방해를 받아, 그 효율이 현저히 저하하게 되는 것으로 생각된다.

그리하여, 상기한 사정에 비추어, 본 발명은, 파장 1.3㎛대에서는 광증폭을 가능하게하는, 혹은 그 증폭효율을 높이는 광기능성유리를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또, 본 발명은, 상기 광기능성유리를 사용한 광파이버 및 도파로소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 상기 광파이버의 파이버증폭기 및 도파로소자 증폭기를 제작하는데 사용되며, 또한, 파이버레이저 및 도파로소자레이저를 제작하는 데에도 사용된다.

본 발명자는 상기 과제의 해결을 위하여, 예의 연구를 거듭한 결과, Nd³⁺를 활성물질로서 함유한 광기능성유리로서, 1.3㎛대에서의 광증폭을 가능하게 하는 혹은 그 증폭효율을 높이는 유리를 발견하였다.

본 발명의 광기능성유리에 있어서는, 활성물질인 Nd³⁺와 함께, 파장 1㎛ 부근에 흡수대를 가진 Nd³⁺이외의 희토류이온을 흡수제 또는 촉진제로서 첨가한다. 호스트유리(매트릭스유리)가 되는 다성분유리로서는, 인사염유리등의 산화물계 다성분 유리외에, 불화물계유리, 칼코겐화유리등의 사용이 가능하다.

본 발명의 광기능성 유리에 의하면, Nd³⁺와 함께 첨가하는 프라세오디뮴이온(Pr³⁺)등의 흡수제의 존재에 의해, Nd³⁺의 파장 1㎛부근(예를 들면, 파장 1.06㎛대, 파장 0.88㎛대등)에서의 발광을 흡수시킬 수 있다. 또, Nd³⁺와 함께 첨가하는 테드븀이온(Tb³⁺)등의 촉진제의 존재에 의해, Nd³⁺의 파장 1.3㎛의 대에서의 발광확률을 높일수도 있다. 이결과, Nd³⁺의 파장 1.3㎛대에서의 발광ㆍ광증폭을 가능하게 하고, 또 그 효율, 이득등을 증대시킬 수 있는 유리를 얻을 수 있다는 것이 후술하는 바와 같이 판명되었다.

이경우, 파장 1.06㎛대의 발광을 흡수하는 흡수제로서는, Pr³⁺외에 이테르븀이온(Yb³⁺), 사마륨이온(Sm³⁺)등의 사용이 바람직하다. 또 파장 0.88㎛대의 발광을 흡수하는 흡수제로서는, 흘뮴(Ho³⁺)등의 사용이 바람직하다. 한편, 파장 1.3㎛대의 발광을 촉진하는 촉진제로서는, Tb³⁺외에, 유로퓸이온(Eu³⁺)등의 사용이 바람직하다.

Pr³⁺,Yb³⁺,Sm³⁺등의 농도를 Nd³⁺에 대하여 중량으로 50%에서부터 150%로하면 흡수제로서의 효과를 더욱 높일 수 있다.

또, 본 발명의 광파이버는, 상기 광기능성유리로 이루어진 코어와, 코어를 에워싸고 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드를 구비한다.

이와같은 광파이버에 의하면, 코어유리속에, Nd³⁺와 함께, 흡수제 및/또는 촉진제를 첨가하고 있기 때문에, 코어유리속을 전파하는 파장 1.31㎛대광의 광증폭이 가능하게 되고, 혹은 광증폭이득을 증대시키는 일이 가능하게 된다. 파이버화에 의해서 코어에 광을 효율적으로 가두어 넣을 수 있는 것과, 가두어 넣어진 광의 손실이 극히 낮기 때문에, 저한계치에서 Nd³⁺에 반전분포를 형성할 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명의 상기 광파이버를 사용하는 파이버증폭기는, 상기 광파이버와, 여기 광원과, 광학수단을 구비하는 것으로 되어 있으며, 여기서, 광파이버는 파장 1.3㎛대의 신호광을 전파하고, 여기 광원은 파장 0.8㎛대의 여기광을 발생하고, 광학수단은 여기광을 여기광원으로부터 광파이버내에 입사시킨다.

상기 파이버증폭기에 의하면, 광학수단에 의해 파이버내에 도입된 파장 0.8㎛대의 여기광에 의해 Nd³⁺가 여기된다. 이 여기된 Nd³⁺의 대부분은, 이와 동시에 광파이버에 도입된 파장 1.3㎛대의 신호광등에 유도되어서, 방사광을 발생하고, 파장 1.3㎛대에서의 광증폭을 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 상기 광파이버를 사용하여 파이버레이저는, 상기의 광파이버와, 여기광원과, 광학수단을 구비하는 것으로 되어 있으며, 여기서, 여기광원은 파장 0.8㎛대의 여기광을 발생하고, 광학수단은 여기광을 여기광원으로부터 광파이버내에 입사시킨다. 더우기, 파이버레이저에는, 광파이버내로부터 파장 1.3㎛대 또는 그 근처의 광을 광파이버에 피이드백하는 공진기구조가 형성되어 있다.

상기 파이버레이저에 의하면, 광학수단에 의하여 파이버내에 도입된 파장 0.8㎛대의 여기광에 의해서 Nd³⁺가 여기된다. 이 여기된 Nd³⁺의 일부 또는 대부분은, 이와 동시에 광파이버에 도입된 파장 1.3㎛대의 신호광등에 우도되어서, 방사광을 발생하고, 파장 1.3㎛대에서의 광증폭이 가능하게 된다.

상기 ㎛를 도파로소자로 치환하면, 극히 소형의 도파로소자증폭기, 도파로소자레이저대를 구성할 수 있다.

이하에, 본 발명의 원리와 완성에 이른 경위를 설명한다.

상기의 현상에 관하여, 발명자는 2개의 가설을 세워서 검토하였다. 이들 가설에 대해서 순차적으로 설명한다.

[제1의 가설에 대한 설명]

Nd³⁺첨가의 광기능성유리에 도입된 0.8㎛대의 여기광은 활성물질인 Nd³⁺를 여기한다. 이결과, 에너지 준위⁴F3/2으로부터 에너지준위⁴I3/2으로의 전이에 대응하는 1.3㎛대의 복사가 가능하게 되며, 기타의 복사로서, 에너지준위⁴F3/2으로부터 에너지준위⁴I11/2 또는⁴I9/2로의 전이에 대응하는 파장 1.06㎛대 또는 0.88㎛대의 복사등이 가능하게 된다.

Nd이온에 관한 상기의 현상을 통계적으로 생각해 본다. 호스트유리속의 Nd³⁺의 다수는, 여기되어서 파장 1.3㎛대에서 발광에 대응하는 전이가 가능한 상태로 되어 있다. 또, 파장 0.88㎛대, 파장 1.06㎛대등의 발광에 대응하는 바람직하지 않은 전이도 동시에 가능한 상태로 되어 있다. 이경우, 여기된 상기 Nd³⁺의 일부분은, 자연방출 혹은 유도방출에 의해 소정의 확률로 파장 1.3㎛대의 광을 방사한다. 또, 여기된 상기 Nd³⁺의 일부분은, 자연방출 혹은 유도방출에 의해, 소정의 확률로 파장 1.3㎛대의 광은 아니고 파장 0.88㎛ 또는 1.06㎛대의 광을 방사한다. 이경우, 호스트유리속에, 파장 0.88㎛ 또는 1.06㎛대의 방사광을 흡수체, 즉 흡수제이고, 파장 1.3㎛대의 방사광의 흡수제가 아닌 물질이 어느정도의 양존재하면, 이들 흡수제는 방사된 0.88㎛대 또는 1.06㎛대의 광을 흡수한다. 이 흡수에 의해, 파장 0.88㎛대 또는 1.06㎛대의 방사광에 기인하는 유도방출을 억제할 수 있다. 예를 들면, 파장 1.06㎛대의 방사광만의 흡수제를 사용하였을 경우를 생각해보면, 이들 흡수제는 Nd³⁺의 적어도 한쪽의 파장 1.06㎛대에서의 발광을 억젤할 수 있어, 파장 1.3㎛에서의 유도방출의 효율저하를 방지할 수 있다. 또 파장 0.88㎛대의 광의 흡수제를 사용한 경우를 생각해보면, 적어도 한쪽의 파장 0.88㎛대에서의 발광을 억제할 수 있으므로, 파장 1.3㎛대에서의 유도방출의 효율저하를 방지할 수 있다고 생각할 수 있다.

이상의 가설에 대해서, 제1도,제2도 및 제3도를 참조해서 보다 구체적으로 설명한다.

제2도는, 인산염계의 유리시료에 첨가된 Nd³⁺의 에너지준위를 표시한 도면이다. 도면에 표시한 흡ㆍ발광전이의 파장은, 이 유리로부터 제작한 파이버를 자기분광광도계 및 광스펙트럼분석기를 사용해서 측정하므로서 산출한 것이다. 설명이 중복되나 주된 전이에 대해서 설명하면, 약 0.80㎛의 여기광에 의해, 기저준위⁴I9/2에 있는 전자가 준위⁴F5/2로 일단 여기되고, 다포논완화에 의해 준위⁴F3/2으로 전이한다. 이와같은 펌핑에 의해, 준위⁴F3/2과, 준위⁴I9/2,⁴I11/2,⁴I13/2 및⁴I15/2와의 사이에 반전분포가 형성되면, 파장 0.88㎛, 1.06㎛, 파장 1.33㎛, 파장 1.80㎛를 피이크로한 발광이 가능하게 된다. 이들중, 파장 0.88㎛, 파장 1.06㎛ 및 파장 1.33㎛에서의 발광의 강도비는, 여기광만을 이 파이버에 입사시켰을 경우의 형광피이크의 높이의 비로부터 구할수 있으며, 각각 약 5:9:1이였다. 또한, 파장 1.80㎛에서의 발광강도는 비교적 약하기 때문에 구하고 있지 않다.

이와같이, 파장 1.06㎛대 또는 0.88㎛대에서의 발광확률이 매우 크다고 하는 사실에 대하여, 이 발광에 의한 유도방출은 저감시키기 위한 방법을 표시한 것이 제1도이다.

제1a도에 주목하면, 여기된 제1의 Nd이온(11)은, 예를 들면 자연방출에 의해 파장 1.3㎛대, 파장 0.8㎛대 또는 파장 1.06㎛대의 광을 방사한다. 이경우, 파장 0.88㎛대 및 파장 1.06㎛대에서의 발광확률이 매우 크기 때문에, 자연방출광에 의해서 유도되는 제2의 Nd이온(12)의 대부분은, 파장 0.88㎛대 또는 파장 1.06㎛대의 광을 방사하는 것으로 된다. 다른 한편, 제1b도에 주목하면, 제1a도와 마찬가지로, 여기된 제1의 Nd이온(11)이 파장 1.3㎛대, 파장 0.88㎛대 또는 파장 1.06㎛대의 광을 방사한다. 예를 들면 여기서, 발광확율이 높은 0.88㎛대광 또는 1.06㎛대광의 적당한 흡수제인 흡수체(13)가 존재하면, 파장 0.88㎛대 또는 1.06㎛대의 방사광은 이 흡수체(13)에 흡수되어 제2의 Nd이온(12)에 영향을 주지 않게 된다.

본 발명의 경우, 파장 1.06㎛대의 흡수체(또는 흡수제)와 파장 0.88㎛대의 흡수체(또는 흡수제)를 사용한다. 파장 1.06㎛대의 흡수체의 경우, 그 발광확률이 비교적 높기 때문에, 파장 1.3㎛대에서의 유도방출의 확률을 효과적으로 높일수 있다. 한편, 파장 0.88㎛대의 흡수체의 경우, 이와같은 파장 1.06㎛대의 방출광에 기인하는 유도방출을 억제할 수는 없으나, 적어도 파장 0.88㎛대의 방출광에 기인하는 유도방출을 억제할 수 있으므로, 파장 1.3㎛대에서의 유도방출의 확률을 높일 수 있다.

상기 파장 1.06㎛대 또는 0.88㎛대의 흡수체로서의 조건은, 파장 약 1.06㎛ 또는 0.88㎛의 자연방출광 또는 유도방출광을 즉시로 흡수하는 것이라야하는 것, 파장약 1.3㎛의 방출광을 흡수하지 않는 것이라야하는 것 등이다. 이와같은 흡수체로서 활성이온을 사용하고, 이것을 Nd³⁺와 함께 호스트유리에 첨가하는 경우, 흡수대가 브로오드한 전이금속이온의 사용은 적합하지 않고, 흡수대가 샤아프한 희토류이온의 사용이 바람직하다. 또, 여기의 대상이 되는 에너지준위에 다수의 전자가 존재할 필요가 있으며, 또한 전이한 먼저의 에너지준위의 상태밀도가 높고 그 준위의 점유율이 낮을 필요가 있다.

제3도는, 이와같은 조건에서의 희토류이온의 선택을 표시한 것이다. 또한, 제3도에 표시된 희토류이온의 에너지준위는 결정속의 것이다.

상기한 조건을 만족시키는 희토류이온의 제1후보로서, 파장 1.06㎛의 흡수확률이 높고 또한 1.3㎛의 흡수확률을 무시할 수 있다고 하는 이유에서, Pr³⁺,Yb³⁺및 Sm³⁺가 바람직한 것을 알수 있다. Pr³⁺의³H4 ¹G4전이는 약9700㎝^-1의 에너지로 되어 있으며, 이 값은 파장 1.06㎛(9400㎝^-1)의 방사광에 대응하기 때문이다. 또, Yb³⁺의²F7/2 ²F5/2전이와 Sm³⁺의⁶H7/2 ⁶F11/2전이로, 각각 약 9600㎝^-1과 약 9500㎝^-1의 에너지로 되어 있으며, 파장 1.06㎛의 방사광에 대응하기 때문이다. 또한, 자연방출정도의 흡수에 의해서는, Pr³⁺등의 회토류이온 자체에 반전분포를 형성할 수 없는 것이라고 생각된다.

이상의 가설이 적절한 것인지 어떤지를 불명하다. 어떻든간에, 본 발명자의 실험ㆍ검토에 의하면, Nd³⁺의 활성물질로서 첨가한 유리속에 Pr³⁺를 첨가하고, 혹은 그 PR³⁺를 Nd³⁺에 대하여 50%에서부터 150%의 범위의 Pr³⁺를 첨가하므로서, Nd³⁺의 1.06㎛대에서의 발광을 Pr³⁺에 흡수시킬 수 있고, 파장 1.3㎛대에서의 광증폭을 가능하게 하는 혹은 그 증폭효율을 높이는 유망한 유리를 얻을 수 있는 것을 알았다. 또, Nd³⁺를 활성물질로서 첨가한 유리속에 Sm³⁺를 첨가하고, 혹은 Pr³⁺를 Nd³⁺에 대하여 50% 내지 150%범위의 Sm³⁺를 첨가하므로서도 마찬가지로 유망한 유리를 얻을 수 있는 것을 알았다. 또, Nd³⁺를 활성물질로서 첨가한 유리속에 Yb³⁺를 첨가하고, 혹은 그 Yb³⁺를 Nd³⁺에 대하여 50%이상이고 유리형성능을 열화시키지 않는 정도의 양의 범위에서 변화시키므로서도 마찬가지로 유망한 유리를 얻게 되었다.

상기의 조건을 만족시키는 희토류이온의 제2후보로서, 파장 0.88㎛의 흡수확률이 높고 또한 파장 1.3㎛의 흡수확률을 무시할 수 있다는 이유때문에, Ho³⁺가 바람직한 것을 알수 있다. Ho³⁺의⁵I8 ⁵I5전이는 파수약 11000㎝^-1이며, 이 값은 파장 0.88㎛(파수약 11400㎝^-1)에 대응하기 때문이다.

이상의 가설이 적절한 것인지 어떤지를 불명하다. 어떻든간에, 본 발명자의 실험ㆍ검토에 의하면, 유리속에 Nd³⁺와 함께 Ho³⁺를 첨가하므로서, Nd³⁺의 파장 0.88㎛대에서의 발광을 Ho³⁺에 흡수시킬수 있고, 파장 1.3㎛대에서의 광증폭을 가능하게하는 혹은 그증폭율을 높이는 유망한 유리를 얻게 되었다.

(제2의 설명에 대한 설명)

Nd³⁺첨가의 광기능성유리 도입된 0.8㎛대의 여기광은, 활성물질인 Nd³⁺를 여기한다. 이결과, 전이⁴F3/2 ⁴113/2에 대응하는 1.3㎛대의 복사가 가능하게 된다. 그외의 복사로서 에너지준위⁴F3/2으로부터 에너지준위⁴I11/2 또는⁴19/2로의 전위에 대응하는 파장 1.06㎛대 또는 파장 0.88㎛대의 복사등도 가능하게 된다.

Nd이온에 관한 상기의 현상을 통계적으로 생각해 본다. 호스트유리속의 Nd³⁺의 다수는, 0.8㎛대의 여기광에 의해서 여기되어서, 파장 1.06㎛대, 파장 0.88㎛대, 파장 1.3㎛대등의 발광에 대응하는 전이가 가능한 상태로 되어 있다. 여기된 상기 Nd³⁺의 일부분은, 자연방출에 의해 소정의 확률로 파장 1.3㎛대의 광을 방사한다. 또, 여기된 상기 Nd³⁺의 일부분은, 자연방출에 의해, 파장 1.3㎛대 방사광보다도 높은 확률로 파장 1.06㎛대 및 0.88㎛대의 광을 방사한다. 이 경우, Nd³⁺의 파장 1.3㎛대 광의 방사를 촉진시키기 위한 것으로서, 파장 1.3㎛대광의 방사만의 발광촉진물, 즉 촉진제가 호스트유리속에 어느정도의 양으로 존재하면, 이들 촉진제는 Nd³⁺의 1.3㎛대광의 방사만을 촉진시키며, 파장 1.3㎛대의 유도방출의 효율을 높일 수 있는 것으로 생각된다. 또, 파장 1.06㎛대 및 0.88㎛대에서의 발광확률이 상대적으로 감소하기 때문에, 예를 들면 1.06㎛대에 의해서 파장 1.3㎛대의 유도방출이 방해되는 가능성이 감소하는 것으로 생각된다.

이상의 가설에 대해서 제2도~제4도를 참조해서 보다 구체적으로 설명한다.

제2도에서 이미 설명한 바와 같이 파장 0.80㎛의 여기광의 존재에 의해서 0.88㎛, 파장 1.06㎛, 파장 1.33㎛를 피이크로한 발광이 가능하게 된다. 이들 발광의 강도는, 외인이 없는 것으로하면 자연방출에 의해 발광강도로 생각해도 좋으며, 각각 약 5:9:1이다. 즉, 파장 1.3㎛대에서의 발광확률은, 파장 1.06㎛대 및 0.88㎛대에서의 발광확률에 비교해서 상당히 낮다고 하는 것을 알 수 있다.

제4도는, 파장 1.3㎛대에서의 발광확률을 높이는 방법으로서, 파장 1.06㎛대 및 0.88㎛대에서의 발광에 기인하는 파장 1.3㎛대에서의 유도방출의 효율저하를 방지하는 방법을 표시한 것이다.

파장 0.8㎛대광에 의해서 여기된 Nd³⁺는, 예를 들면 자연방출에 의해 파장 0.88㎛대, 파장 1.06㎛대 및 파장 1.3㎛대의 광을 방사한다. 여기서, 파장 1.06㎛대 및 파장 1.3㎛대의 광을 방사한다. 여기서, 파장 1.3㎛대 광만의 방사를 촉진시키는 적당한 촉진제로서, 기전준위의 4000㎝^-1위쪽에 여기준위를 가진 활성이온이 ND³⁺의 근처에 존재하면, Nd³⁺의 에너지준위⁴I13/2에 존재하는 여기상태의 전자를 기저준위⁴I9/2로 효과적으로 전이시킬 수 있다. 즉, Nd³⁺의 에너지준위⁴I13/2에 존재하는 여기된 전자로부터 에너지 전달에 의해, 상기 활성이온의 기저준위에 존재하는 많은 전자가 그 여기준위에 여기되는 동시에, Nd³⁺의 준위⁴I13/2에 존재하는 많은 전자는 그 기저준위⁴I9/2에 전이하는 것으로 된다. 바꾸어 말하면, ND³⁺의 준위⁴I13/2에 존재하는 여기된 전자는, 복사과정, 포논방출과정등을 개재해서 완화될 뿐만아니라, 근처의 활성이온과의 사이의 에너지전달에 의해서 효과적으로 완화되게 된다. 이결과, 많은 Nd³⁺에서는 에너지준위⁴F3/2와 준위⁴I13/2와의 사이의 반전분포의 정도가 높아지게 되는 것으로 되어, 파장 1.3㎛대광의 방사를 촉진시킬 수 있다. 또, 파장 1.3㎛대광의 방사확률이 증대함에 따라, 파장 1.06㎛대광등의 방사확률이 상대적으로 감소한다. 이와같은 상태의 Nd³⁺를 함유하는 유리에 1.3㎛대의 신호광이 입사하면, 파장 1.3㎛대에서의 유도방출이 1.06㎛대 및 0.88㎛대에서의 발광에 방해되는 가능성이 감소하고, 발광이 효과적으로 행하여진다. 따라서, ESA에 기인하는 파장 1.3㎛대역에서의 흡수의 존재에도 불구하고, 파장 1.3㎛대에서의 광증폭ㆍ발광이 가능하게 되는 동시에, 광증폭의 이득을 증대시킬 수 있다.

상기 촉진제의 조건으로서는, 기저준위의 약 4000㎝^-1위쪽의 에너지준위를 가진 것뿐만아니라, 파장약 1.3㎛대의 방출광을 흡수하지 않는 것이라야 하는 것, 여기광을 흡수하지 않는 것등도 필요하다. 이와 같은 촉진제로서 활성이온을 사용해서, 이것을 Nd³⁺와 함께 호스트유리로 첨가할 경우, 흡수대가 브로오드한 전이금속의 사용은 적합하지 않고, 흡수대가 샤아프한 희토류원소의 사용이 바람직하다.

또, 그 활성이온의 기저준위로부터 약 4000㎝^-1위쪽의 에너지준위의 상태밀도가 높은 것이 바람직하다.

제3도에 표시한 바와 같이, 상기의 조건을 만족시키는 희토류원소의 후보로서, Tb³⁺또는 Eu³⁺가 바람직한 것을 알수 있다. Tb³⁺의⁷F6 ⁷F4전이 및 Eu³⁺의⁷F0 ⁷F5전이는, 각각 파수약 3200㎝^-1및 3800㎝^-1로 되어 있으며, 이들 값은 준위⁴I11/2와 준위⁴I9/2와의 에너지차이인 파수 4000㎝^-1에 대략 대응하기 때문이다.

상기의 가설이 적절한 것인지 어떤지는 불명하다. 어떻든간에, 본 발명자의 실험ㆍ검토에 의하면, 유리속에, Nd³⁺와 함께 Tb³⁺또는 Eu³⁺또는 양자를 첨가하므로써, Nd³⁺의 파장 1.3㎛대에서의 발광을 Tb³⁺또는 Eu³⁺에 의해서 촉진시킬 수 있고, 파장 1.3㎛대에서의 광증폭을 가능하게 하는 혹은 그 증폭효율을 높이는 유망한 유리를 얻을 수 있었다.

[광기능성유리의 응용예]

(1) 광파이버

상기의 광기능유리는 광전송로용의 소재로서 사용되며, 예를 들면 평면도파로등으로 형성해도 되나, 상기의 광기능성유리로 이루어진 코어와, 이 코어를 에워싸고 이 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드를 구비한 광파이버를 제작하는 일이, 장척의 광전송로를 얻는데 있어서는 바람직하다.

상기 광파이버는, 구체적으로는 하기와 같이해서 제작된다. 먼저, Nd³⁺첨가의 광기능성유리를 코어로 하는 프리포옴을 로드인튜우브법에 등에 의해 준비한다. 다음에 준비한 프리포옴을 제5도와 같이 와이어 드로우잉장치에 세트하여 광파이버로 와이어 드로우잉한다. 제5도에 표시한 바와 같이, 프리포옴(21)은 이송장치(22)에 고정되어서 서서히 강하한다. 이때, 프리포옴(21)은 히이터(23)에 의해서 가열되며, 연화하여 와이어드로우잉이 개시된다. 와이어드로우잉된 파이어(20)는 캡스턴(24)을 경유하여, 권취드럼(25)에 권취된다. 제6도는, 이렇게해서 얻게된 광파이버(20)를 확대해서 표시한 도면이다. 광파이버(20)는 Nd³⁺와 함께 Pr³⁺,Yb³⁺,Sm³⁺,Tb³⁺,Eu³⁺,Ho³⁺등을 첨가한 코어(20a)와, 코어(20a)보다도 상대적으로 굴절율이 낮고 Nd³⁺및 Pr³⁺기타의 희토류이온 양쪽을 첨가하고 있지 않은 클래드층(20b)을 구비하고 있다.

상기와 같은 광기능성 유리를 코어로한 광파이버에 의하면, 파이버레이저, 파이버증폭기, 파이버검출등으로의 응용이 가능하게 된다. 즉, 코어유리속에 Nd³⁺와 함께 Pr³⁺기타의 희토류이온을 첨가하고 있기 때문에, 파장 1.31㎛대에서도 광증폭이득을 얻을 수 있을 뿐만아니라, 파장 1.06㎛대의 발광에 기인하는 손실이 감소한다. 또한, 파이버화에 의해서 코어에 광을 효율적으로 가두어 넣게 되고, 그 광의 손실을 극히 낮은 것때문에, 저한계치에서 반전분포를 형성할 수 있다. 따라서, 고이득의 광증폭장치등에의 응용이 가능하게 되는 것이다.

(2) 파이버증폭기

상기의 광파이버(20)는, 하나의 응용예로서 1.3㎛대의 파이버증폭기에 사용할 수 있다.

예를 들면 제7도에 표시한 바와 같이, 파이버증폭기는, 희토류를 첨가한 광파이버(30)와, 여기를 위한 레이저광원(32)과, 광학수단(33),(38a),(38b),(39a),(39b)을 구비한다. 광파이버(30)는 1.3㎛대의 레이저광의 광전송로가 된다. 또, 레이저광원(32), 파장 0.8㎛대의 여기광을 발생한다. 또, 광학수단(33),(38a),(38b),(39a),(39b)은, 여기광을 레이저광원(32)으로부터 광파이버(30)내에 입사시킨다. 즉, 레이저광원(32)으로부터의 여기광은, 광파이버(39a)를 개재해서 파이버커플러(33)에 도입되고, 신호광원(31)으로부터 광파이버(38a)를 개재해서 파이버커플러(33)에 도입된 신호광과 결합된다. 결합된 신호광 및 여기광은, 광파이버(38b)을 개재해서 광파이버(30)내에 도입된다.

파이버커플러(33)는, 예를 들면 2개의 광파이버(38),(39)을 융착연신하므로서 형성할 수 있다. 이 경우, 파이버커플러(33)로부터 뻗는 1개의 광파이버(39b)의 종단부는, 매칭오일(37)에 담그어진다. 이에 의해, 광파이버(39b)로부터 파이버커플러(33)에의 되돌아오는 광이 방지된다.

이에 덧붙여서, 광파이버(30)의 출력쪽에는, 광스팩트럼분석기(35)가 설치되어 있으며, 이들 사이에는 필터(36)가 배치되어 있다. 이 필터(36)는 광파이버(30)로부터 출력되는 광중 여기광을 커트한다. 이결과, 광스팩스럼분석기(35)는 광파이버(30)로부터 출력된 신호광만을 측정할 수 있고, 나아가서는 광증폭이득이 측정이 가능하게 된다.

상기한 바와 같이 광파이버와, 레이저광원 및 광학수단을 구비한 파장 1.3㎛대의 파이버증폭기에 의하면, 광학수단에 의해 파이버내에 도입된 파장 0.8㎛의 레이저광에 의해서 Nd³⁺가 여기된다. 이 여기된 Nd³⁺의 대부분은, 이와 동시에 광파이버내에 도입된 파장 1.3㎛대의 신호광등에 유도되어서, 방사광을 발생하고, 파장 1.3㎛대에서의 광증폭이 가능하게 된다.

(3) 파이버레이저

또, 상기의 광파이버(30)는, 다른 응용예로서 파장 1.3㎛대의 파이버레이저에 사용할 수 있다.

예를 들면 제8도에 표시한 바와 같이, 파이버레이저는, 희토류원소를 첨가한 광파이버(30)와, 레이저광원(32)와, 광학수단(38)을 구비한다. 레이저광원(32)으로서 파장 0.8㎛대의 여기광을 발생하는 레이저다이오우드를 사용한다. 광학수단(38)으로서, 여기광을 레이저광원(32)으로부터 광파이버(30)내에 입사시키는 렌즈등을 사용한다. 또, 광파이버의 출력단부를 적당한 경면으로 마무리하고, 이 출력단부와 레이저다이오우드의 단면부에 의해서 공진기구조를 형성한다. 이경우, 여기광이 입사하는 광파이버의 입출력단부를 적당한 경면으로 마무리하고, 이 입출력단부로부터 공진기구조를 형성해도 된다. 또, 공진기구조를 유전체미러 등을 사용하는 통상의 타이프의 것으로 해도 된다.

상기의 파이버레이저에 있어서, 레이저광원(32)으로부터의 파장 0.8㎛대의 여기광은, 광학수단(38)에 의해 광파이버(30)내에 도입된다. 광파이버(30)내의 Nd³⁺는 소정의 상태로 여기되어서 파장 1.3㎛의 발광이 가능한 상태로 된다. 이결과, 여기광의 출력이 소정치를 초과하면 파장 1.2㎛대에서 레이저발진이 발생한다.

(4) 도파로소자 증폭기

제9도는, 도파로소자증폭기에의 응용예를 표시한 도면이다. 기판(120)위에 2갈래로 분기하는 평면도파로 (130a),(130b),(130c)를 형성한다. 평면도파로(130a)에는 Nd³⁺와 함께 Pr³⁺,Yb³⁺,Sm³⁺,Tb³⁺,Eu³⁺,Ho³⁺등의 활성물질이 첨가되어 있다. 평면도파로(130a)의 타단부에는, 격자(Grating)로된 필터(136)를 형성하고 있다. 평면도파로(130b)에는, 파장 1.3㎛대의 신호광을 입사시킨다. 또, 평면도파로(130c)에는, 파장 0.8㎛의 여기광을 입사시킨다. 레이저광원으로서는, 제3도의 것과 마찬가지의 것을 사용한다.

제9도는 파이버증폭기(100)의 동작에 대해서 간단히 설명한다. 파장 1.3㎛대의 신호광은 평면도파로(130b)를 거쳐서 평면도파로(130a)내에 입사하고, LD등의 여기광원원으로부터의 파장 0.8㎛의 여기광도 평면도파로(130c)를 거쳐서 평면도파로(130a)내에 입사한다. 여기된 Nd³⁺는 신호광에 유도되어서 전이⁴F3/2 ⁴I13/2에 대응하는 파장 1.3㎛대의 방사광을 발생한다. 여기광이 소정의 강도를 초과하면, 신호광은 증폭되게 된다.

(구체적 실시예)

이하, 본 발명자들에 의한 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.

(1) Pr³⁺를 함께 첨가하였을 경우

먼저, 호스트유리원로료서 Na₂O, Al₂O₃및 5산화인을 준비하고, 각각을 조성이 15Na₂O-15Al₂O₃-70P₃O₅(몰%)의 유리가 되도록 조합한다. 이것을 희토류원소 Nd의 산화물인 Nd₂O₃와, Pr₂O₃를 소정량첨가하고, 백금도가니속에서 용융시킨다.

Nd₂O₃의 첨가량은, Nd³⁺의 농도가 호스트유리에 대해서, 중량으로 500ppm가 되도록 한다. 또, Pr₂O₃의 첨가량은, Pr³⁺의 호스트유리에 대한 중량농도가 0,200,500,700,1000ppm가 되도록 조정하였다. 즉, Nd³⁺에 대한 Pr³⁺의 농도는 0,40,100,140,200%로 되어 있다. 용융한 원료는, 충분한 혼합이 완료된 후에 급냉처리하여, 유리화한다.

이 유리의 광증폭특성을 평가하기 위하여, 하기와 같이해서, 파이버를 제작하였다. 먼저, 상기의 조성유리를 막대형상으로 성형하여, 코어용의 유리로드로 한다. 다음에 이 유리로도와 조성이 거의 동등하고, 굴절율이 낮은 유리를 용융ㆍ성형하여 클래드파이프로 한다. 이 클래드파이프의 유리의 조성은 2pbO-15Na₂O-15AL₂O₃-68P₂O₃(몰%)이며, Nb³⁺및 Pr₂O₃이 첨가되어 있지 않다. 이들 코어로드 및 클래드파이프는 프리포옴으로 형성되며, 제5도의 장치에 의해서 와이어드로우잉된다. 이결과, 코어직경 8㎛에서 외경 125㎛의 SM파이버를 얻게 된다. 이 SM파이버는, 측정을 위하여 10m길이의 파이버시료로 잘라냈다.

이와같으 파이버시료의 특성의 평가는, 제7도의 파이버증폭등에 의해서 행하였다. 결과를 제10도의 그래프에 표시한다.

제10도에 표시한 이득은 파장 1.310㎛에 있어서의 것이다. 레이저광원(32)으로서는, Ti-사파이어레이저를 사용하고, 여기파장은 0.78㎛로하고, 여기광강도를 100mW로 하였다. 입력신호의 강도는, -30dBm로하고, 피이크파장을 1.310㎛로 하였다.

도면에 표기한 바와 같이, 코어유리속에 함께 첨가하는 Pr³⁺의 농도가 Nd³⁺에 대해서 50% 내지 150%의 범위에서는 소정치이상의 이득을 얻을 수 있는 것을 알수 있다. Pr³⁺의 농도가 50%이하의 경우, 얻어지는 이득이 적으나, 이것은 활성이온이 되는 Pr³⁺의 농도가 낮고, Nd³⁺근처에 Pr³⁺가 존재하는 확립이 낮아지기 때문이라고 생각된다. 또, Nd³⁺가 방사하는 1.06㎛큼광을 충분히 흡수할 수 있을 만큼의 Pr³⁺가 존재하고 있지 않다고도 생각된다. Pr³⁺의 농도가 150%이상의 경우도, 얻어지는 이득이 적으나 이것은 활성이온이 되는 Pr³⁺의 농도가 너무 높아져, Pr³⁺가 가진 1.47㎛부근의 흡수의 아래쪽부분에 의해서 파장 1.31㎛의 신호광이 흡수되어 버리는 것으로 생각할 수 있다.

(2) Sm³⁺또는 Yb³⁺를 함께 첨가하였을 경우

먼저, 호스트유리원로서 Na₂O, Al₂O₃및 5산화인을 준비하고, 각각 조성이 15Na₂O-15AI₂O₃-70P₂O₅(몰%)의 유리가 되도록 조합한다. 이것에 희토류원소 Nd의 산화물인 Nd₂O₃과, Sm₂O₃또는 Y₂O₃을 소정량 첨가하여, 백금도가니속에서 용융시킨다. Nd₂O₃의 첨가량은, Nd³⁺의 농도가 호스트류리에 대해서, 중량으로 500ppm가 되도록 조정한다. 또, Sm₂O₃또는 Yb₂O₃의 첨가량은, 이들 Sm³⁺또는 Yb³⁺의 호스트유리에 대한 중량농도가 0,200,300,400,500,600,700,1000ppm가 되도록 조정하였다. 즉, Nd³⁺에 대한 Sm³⁺또는 Yb³⁺의 농도는 0,40,60,80,100,120,140,200%로 되어 있다. 용융한 원료는, 충분한 혼합이 완료된 후에, 급냉처리하여, 유리화한다.

이 유리의 광증폭특성을 평가하기 위하여, 하기와 같이 해서 파이버를 제작하였다. 먼저, 상기 조성의 유리를 막대형상으로 성형하여, 코어용의 유리로드로 한다. 다음에 이 유리로드와 조성이 거의 동등하고, 굴절율이 약간 낮은 유리를 용융ㆍ성형하여, 클래드파이프로 한다. 이 클래드파이프의 유리의 조성은 20pbO-15Na₂O-15Al₂O₃-68P₂O₅(몰%)이며, Nd³⁺및 Yb₂O₃이 첨가하고 있지 않다. 이들 코어로드 및 클래드파이프는 로드인튜우브법에 의해, 제5도의 장치에 의해서 와이어드로우잉하므로써 코어직경 8㎛이고 외경 125㎛의 SM파이버를 얻을 수 있었다. 이 SM파이버는, 측정을 위하여 10m길이의 파이버시료로 잘라냈다.

이와같은 파이버시료의 특성평가는, 제7도의 파이버증폭기등에 의해서 행하였다. 결과는 제11도 및 제12도의 그래프에 표시한다.

제11도 및 제12도에 표시한 이득은 1.310㎛에 있어서의 것이다. 레이저광원(32)으로서는, 여기파장이 0.78㎛이고, 여기출력이 100mW의 Ti-사파이어레이저를 사용하였다. 입력신호의 강도는, -30dBm로하고, 피이크파장을 1.310㎛로 하였다.

코어유리속에 함께 첨가하는 Sm³⁺의 농도가 Nd³⁺에 대해서 50% 내지 150%의 범위에서는 소정치이상의 이득을 얻을 수 있는 것을 알수 있다. Sm³⁺의 농도가 50%이하에서는 거의 이득을 얻을 수 없으나, 이것은 활성이온이 되는 Sm³⁺의 농도가 낮고, Nd³⁺의 가까이 Sm³⁺가 존재하는 확률이 낮아지게 되기 때문으로 생각된다. 또, Nd³⁺가 방사하는 1.06㎛대광을 충분히 흡수할 수 있을 만큼의 Sm³⁺가 존재하고 있지 않는 것으로도 생각된다. Sm³⁺의 농도가 150% 이상에서도 이득을 거의 얻을 수 없으나, 이것은 활성이온이되는 Sm³⁺의 농도가 너무 높아져서, Sm³⁺가 가진 1.3㎛부근의 미약한 흡수에 1.31㎛의 신호광이 흡수되어 버리는 것으로 생각된다.

다른한편, 코어유리속에 Nd³⁺와 함께 첨가하는 Yb³⁺의 농도가 Nd³⁺에 대하여 50%이상이고 유리형성능을 열화시키지 않는 정도의 양의 범위에서도, 소정치 이상의 이득을 얻을 수있는 것을 알 수 있다. 50%이하의 이득의 증가를 얻을 수 없는 것은 Sm³⁺의 경우와 마찬가지이나, Yb³⁺의 경우 1.06㎛대에 흡수가 없기 때문에 Yb³⁺의 농도를 증가시켜가도 이득이 감소해가는 일은 없다.

(3) Ho³⁺를 함께 첨가하였을 경우

먼저, 호스트유리원로서 Na₂O, Al₂O₃및 5산화인을 준비하고, 각각 조성이 15Na₂O-15Al₂O₃-70P₂O₃(몰%)의 다른 성분유리가 형성되도록 이들을 조합한다. 이것에 희토류원소 Nd의 산화물인 Nd₂O₃와 Ho₂O₃를 소정량 첨가하고, 백금도가니 속에서 용융시킨다. Nd₂O₃의 첨가량은 Nd³⁺의 농도가 호스트유리에 대해서 중량으로 1000ppm가 되도록 조정한다. 또, Ho₂O₃의 첨가량은, 이 Ho³⁺의 호스트유리에 대한 중량농도가 0,100,200,300,400,500,600,700,1000ppm가 되도록 조정하였다. 즉, Nd³⁺에 대한 Ho³⁺의 농도는 0,10,20,30,40,50,60,70,100%로 되어 있다. 용융한 원료는, 충분한 혼합이 완료된 후에 급냉하여 유리화한다.

이 유리의 광증폭특성을 평가하기 위하여, 하기와 같이해서 파이버를 제작하였다. 먼저, 상기 조성의 다른 성분유리를 마대형상으로 성형하고, 코어용의 유리로드로 한다. 다음에, 이 유리로드와 조성이 거의 동등하고, 굴절율이 약간 낮은 유리를 용융ㆍ성형하여, 글래드파이프로 한다. 글래드파이프의 유리로서는, 조성이 2PbO-15Na₂O-15Al₂O₃-68P₂O₅(몰%)의 다른 성분유리를 사용하였다. 단, 이 다른 성분유리에서는 Nd³⁺및 Ho³⁺는 첨가되어 있지 않다. 이들 코어로드 및 글래드파이프는 로드인튜우브법에 의해 프리포옴으로 형성되며, 제5도의 장치에 의해서 와이어드로우잉하므로서 코어직경 8㎛이고 외경 125㎛의 SM파이버를 얻을 수 있었다. 이 SM파이버는, 측정을 위하여 10m길이의 파이버시료로 잘라내었다.

이와같은 파이버시료의 특성평가는, 제7도의 파이버증폭기등에 의해서 행하였다. 결과를 제13도의 그래프에 표시한다.

제13도에 표시한 이득은 1.310㎛에 있어서의 것이다. 레이저광원(32)으로선, 여기파장이 0.78㎛이고, 여기출력이 100mW의 Ti-사파이어레이저를 사용하였다. 입력신호의 강도는, -30dBm로 하고, 피이크 파장 1.310㎛로 하였다.

코어유리속에 함께 첨가하는 Ho³⁺의 농도가 증가함에 따라서, 파이버증폭기의 이득이 증대해 가는 것을 알수 있다. 단, Ho³⁺의 Nd³⁺에 대한 농도가 100%를 초과하면 포화해서 이득이 거의 증가하지 않는다.

흡수체가 되는 Ho³⁺의 농도가 낮을 경우에는, Nd³⁺의 가까이에 Ho³⁺가 존재하는 확률이 낮아지기 때문에 이득이 적어지는 것으로 생각된다. 또, Nd³⁺가 방사하는 0.88㎛대광을 충분히 흡수할 수 있을 만큼의 Ho³⁺가 존재하고 있지 않는 것으로 생각될 수 있다. Ho³⁺의 농도가 100%이상에서는 흡수체가 되는 Ho³⁺의 농도가 높아지고, 파장 0.88㎛대광을 충분히 흡수할 수 있는 거으로서, Ho³⁺를 더 첨가해도 이득은 증대하지 않는 것으로 생각된다.

(4) Tb³⁺또는 Eu³⁺를 첨가하였을 경우

먼저, 광기능성유리로서, Nd³⁺와 함께 Tb³⁺또는 Eu³⁺를 첨가한 인산염계 유리를 준비하였다. 이경우, 호스트유리 조성이, 15Na₂O-15Al₂O₃-70P₂O₅(몰%)가 되도록 원료를 조합하였다. 또, 활성물질인 Nd³⁺의 산화물을, Nd³⁺의 농도가 호스트유리에 대하여 중량으로 1000ppm이 되도록 첨가하였다. 또, 발광 촉진물인 Tb³⁺또는 Eu³⁺의 산화물을, 이들 Tb³⁺또는 Eu³⁺에 대하여 중량으로 0.20,30,40,50,60,70,100%가 되도록 첨가하였다.

이 유리의 광증폭특성을 평가하기 위하여, 하기와 같이해서, 광파이버를 제작하였다. 먼저, 상기 조성의 유리를 막대형상으로 성형하여, 코어용의 유리로드로 한다. 다음에, 이 유리로드보다 약간 굴절율이 낮은 유리로서 2pb0-15Na₂O-15AL₂O₃-68P₂O₃(몰%)을 용융ㆍ형성하여, 클래드파이프로한다. 클래드파이프의 유리에는 Nd³⁺등을 첨가하고 있지 않다. 이들 코어로드 및 클래드파이프는 로드인튜우브법에 의해 프리포옴으로 형성되며, 제5도의 와이어드로우잉장치에 의해서 와이어드로우잉하므로서 코어직경이 8㎛이고 외경 125㎛의 SM 파이버를 얻을 수 있었다. 이 SM파이버는, 측정을 위하여 1m길이의 파이버시료로 잘라냈다.

이와같은 파이버시료의 특성평가는, 제7도의 파이버증폭기등에 의해서 행하였다.

여기광원(32)으로서는, 여기파장 0.78㎛이고, 여기출력이 100mW의 Ti-사파이어레이저를 사용하였다. 여기서, 반도체레이저로부터 광파이버에의 입력신호의 강도는 -30dBm로 하고, 파이크파장은 1.310㎛로하였다.

사기 광기능성유리의 파이버시료의 특성평가결과를 제14도의 그래프에 표시한다. 흰 4각 표시는 Tb³⁺의 이득을 표기한 것이며, 흰 동그라미표시는 Eu³⁺의 이득을 표기한 것이다.

그래프로부터도 명백한 바와 같이, Tb³⁺또는 Eu³⁺의 동시첨가에 의해 이득이 증대한다. 즉, Tb³⁺등의 활성이온을 함께 첨가하고 있지 않는 종래형의 광파이버에서는 이득이 4dB이나, Tb³⁺등의 활성이온이 적어도 20% 이상 존재하는 경우에는 7dB이상의 이득을 얻을 수 있는 것을 알수 있다. 또, Tb³⁺등의 활성이온의 농도증대와 더불어 파이버증폭기의 이득도 증대한다. 이것은 Tb³⁺등의 증대에 따라서 Nd³⁺근처에 Tb³⁺등의 활성이온이 존재하는 확률이 높아지기 때문인 것으로 생각된다. Nd³⁺와 Tb³⁺등의활성이온과의 근접확률이 높아지므로서, 에너지준위⁴I13/2에 여기된 전자를 가진 Nd³⁺로부터 Tb³⁺등의 활성이온으로의 에너지전달의 확률이 높아지는 것으로 생각되기 때문이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 광기능성 유리에 의하면, 여기광의 존재에 의해 파장 1.3㎛대에서의 발광ㆍ광증폭이 가능하게 되고, 혹은 그 증폭효율을 높일 수 있다. 또, 이것을 도파로, 파이버등으로 형성하므로서, 광증폭장치, 레이저등에 응용할수 있다. 특히 파이버로 형성하였을 경우, 저한계치에서 고이득의 파이버증폭기를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. Nd³⁺을 활성물질로서 함유하고, 파장 1㎛부근에 흡수대를 지니는 Pr³⁺,Yb³⁺,Sm³⁺,Tb³⁺,Eu³⁺및 Ho³⁺중의 적어도 1종의 희토류이온을 상기 Nd³⁺이온농도의 50~100%농도로 첨가하여, 여기광의 존재에 의해 파장 1.3㎛ 대역에서의 광증폭이 가능한 것을 특징으로 하는 광기능성유리.
2. 청구범위 제10항에 기재한 광기능성유리로 이루어진 코어와, 이 코어를 에워싸고, 이 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드를 구비한 것을 특징으로 하는 광파이어.
3. 청구범위 제10항에 기재된 광기능성유리로 이루어지 평면도파로를 구비한 도파로소자 광파이버.