KR950007933B1 - 광증폭장치 및 광발진장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

광증폭장치 및 광발진장치
제1도는 실시예인 파이버증폭기를 표시한 도면.
제2도는 1.4㎛ 파장대역의 여기광(excitation light)에 의한 “Pr3+”의 여기를 설명하기 위한 도면.
제3도는 제1도의 파이버증폭기에 사용되는 광파이버의 구조를 표시한 도면.
제4도는 제3도의 광파이버의 재원을 표시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광전송로인 광파이버 11 : 신호광원
12 : 레이저광원 13 : 커플러
15 : 고아스팩트럼분서기 16 : 필터
18a,18b,19a,19b : 광파이버
본 발명은 1.65㎛의 파장대역(wavelength band)에서 사용되는 광증폭장치 및 광발진장치에 관한 것이다.
1.3㎛의 파장대역, 1.55㎛의 파장대역 등의 광통신분야에 응용하기 위하여, 희토류원소를 첨가한 광파이버를 사용해서, 파이버증폭기를 제작하는 연구가 진행되고 있다. 한편, 1.55㎛의 파장대역 등의 광통신시스템의 보수등을 위한 고장검출시스템(failure detection system)에 사용하기 위하여, 예를들면 1.65㎛의 파장대역의 파이버증폭기가 요구되고 있다. 이와 같은 파이버앰프가 요구되는 이유로서는, 1.65㎛의 파장대역의 1.55㎛ 보다 길고 또한 반도체레이저의 동작대역이기 때문이다. 그러나, 종래 이 1.65㎛ 파장대역에 증폭이득을 가진 파이버증폭기에 대한 보고는 없었다.
본 발명의 목적은 상기 사정을 고려하여, 1.65㎛의 파장대역에서 광증폭이득을 가진 광증폭장치 및 광발진장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 광증폭장치는, 광전송로와, 여기광원(excitation lightsource)과, 광학수단을 구비한 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 광전송로는, 활성물질로서 프라세오디뮴이노(Pr3+)을 첨가한 광기능성 유리를 가지고 구성되며, 1.65㎛의 파장대역의 신호광을 전파한다. 또한 여기광원은 1.4㎛의 파장대역의 여기광을 발생하고, 광학수단은 여기광원으로부터의 여기광을 광전송내에 입사시킨다.
상기 광증폭장치에 있어서는, 광전송로내에 도입된 1.4㎛의 파장대역의 여기광에 의해, 활성물질인 “Pr3+”을 여기하여, “Pr3+”의 발광을 가능하게 한다. 즉, 이 여기광을 의해 기저준위(ground level)(3H4)에 있는 전자가 에너지준위(3F4)로 일단 여기된 다음에 복사를 수반함이 없이 에너지준위(3F3)로 천이한다. 이와 같은 여기(excitation) 및 비복사천이(non-radiation transition)에 의해, 준위(3F3)와 전윈(3H4)사이에 반전분포(population inversion)가 형성되면, 1.65㎛의 파장대역에서 발광이 가능하게 된다. 이때, 여기된 “Pr3+”에 1.65㎛의 파장대역의 신호광이 입사하면, “Pr3+”는 이 신호광에 의해 1.65㎛의 파장대역의 광을 유도방출한다. 결과적으로, 1.65㎛의 파장대역에서 광증폭기(optical amplification)이 가능하게 된다.
또, 본 발명의 광발진장치는, 상기한 광전송로와, 여기광원과, 광학수단과, 광공진기를 구비한 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 여기광원은 1.4㎛ 파장대역의 여기광을 발생하고, 광학수단은 여기광원으로부터 여기광을 광전송로내에 입사시키고, 광공진기는 전송로내에서 발생한 1.65㎛의 파장대역의 광을 수신하여 다시 광전송로에 피득백 시킨다.
상기한 광발진장치에 의하면, 광학수단에 의해 광전송로내에 도입된 1.4㎛ 파장대역의 여기광에 의해 “Pr3+”이 여기된다. 여기된 “Pr3+”의 일부는, 광전송로내루부터 방출되는 1.65㎛의 파장대역의 방출광과, 광전송내에 피드백된 1.65㎛ 파장대역의 광에 의해 유도되고, 따라서 1.65㎛의 파장대역의 방출광을 발생한다. 이것은 반복함으로써, 1.65㎛의 파장대역에서의 광발진이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 광증폭장치의 실시예에 대해서 설명한다.
제1도에, 1.65㎛의 파장대역의 광증폭장치인 파이버증폭기를 표시한다.
신호광원(11)으로서는, 1.65㎛의 출력파장대역을 가지는 반도체레이저가 사용되고 있다.
이 신호광원(11)의 출력쪽에는, 광파이버(18a)의 일단부가 광학적으로 접속되어 있고, 이 광파이버(18a)의 타단부는 커플러(13)의 입력쪽에 접속되어 있다.
여기광원인 레이저광원(12)으로서, 1.4㎛의 출력파장대역을 가지는 반도체레이저가 사용되고 있다. 이 레이저광원(12)의 출력쪽에는, 광파이버(19a)의 일단부가 광학적으로 접속되어 있고, 이 광파이버(19a)의 타단부는 커플러(13)의 입력쪽에 접속되어 있다.
커플러(13)의 출력쪽으로부터 2개의 광파이버(18b),(19b)가 연장되어 있다. 커플러(13)는 2개의 광파이버(18),(19)의 융착연신에 의해서 형성된 것으로서, 이 커플러(13)와 광파이버(18a),(18b),(19a)(19)는, 신호광 및 여기광을 광결합시키는 광학수단을 구성한다.
광파이버(19b)의 종단부는 복귀광을 방지하기 위한 매칭오일(17)에 침적되어 있고, 다른쪽의 광파이버(18b)의 종단부는 광전송로인 광파이버(10)의 일단부에 코넥터등을 개재해서 접속되어 있다. 이 광파이버(10)는 길이 50m의 SM(single mode)파이버이며, “Pr3+”을 첨가한 석영유리제의 코어를 구비하고 있다. 광파이버(10)의 타단부의 출력쪽에는 광스펙트럼분석기(15)가 설치되어 있으며, 이들 사이에는 필터(16)가 개재되어 있다.
이하, 제1도의 파이버증폭기의 동작에 대해서 간단하게 설명한다.
레이저광원(12)으로부터 발생된 1.4㎛ 파장대역의 여기광은, 광파이버(19a)를 통하여 커플러(13)에 입사하고, 또 광파이버(18b)를 통하여 광파이버(10)내에 입사한다. 여기광이 입사하는 광파이버(10)의 코어에는 활성물질로서 “Pr3+”이 첨가되어 있기 때문에, 이 여기광에 의해 소정의 상태로 여기된 “Pr3+”은, 1.65㎛의 파장대역의 발광이 가능한 상태로 된다.
제2도는, 발광가능하게 여기된 “Pr3+”의 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 석영유리등의 유리시료에 첨가된 “Pr3+”의 에너지준위를 표시한 것이다. 광파이버에 도입된 1.4㎛대역의 여기광에 의해서 “Pr3+”이 여기되고, 결과적으로 기저준위(3H÷)에 있는 전자가 준위(3F4)로 잠정적으로 여기되어, 또는 (phonon)등의 에너지를 방출하기 위하여 준위(3F3)로 천이한다. 이와 같은 여기 및 복사를 수반하지 않는 천이에 의해, 준위(1F3)와 준위(3H4)사이에 반전분포가 형성될때에, 1.65㎛ 대역에서 피크의 파장을 가지는 3준위계의 발광이 가능해진다.
한편, 신호광원(11)으로부터 출력된 1.65㎛ 파장대역의 신호광은, 광파이버(18a)를 개재해서 커플러(13)에 입사한다. 커플러(13)의 입사한 신호광은, 레이저광원(12)으로부터의 여기광과 결합되어서 광파이버(10)내에 입사한다. 광파이버(10)내의 입사한 신호광은, 발광가능하게 여기된 “Pr3+”을 유도해서 1.65㎛파장대역의 유도방출광을 발생시킨다.
이와 같은 과정을 거쳐서, 광파이버(10)의 출력쪽으로부터는, 여기광과 증폭된 신호광이 출력되나, 이들 신호광중 여기광은 필터(16)에 의해 차단되게 된다. 이때문에, 광스펙트럼분석기(15)에는 증폭된 신호광만이 입사하게 되고, 따라서, “Pr3+”을 첨가한 광파이버에 의한 광증폭의 이득을 측정할 수 있다.
제1도의 파이버증폭기로 얻게된 광증폭이득의 측정결과에 대해서 설명한다.
레이저광원(12)으로부터 광파이버 입사하는 여기광의 파장을 1.43㎛로 설정하고, 그 입력광량을 20mW로 하였다. 또한, 신호광원(11)으로부터의 광파이버에 입사하는 신호광의 파장을 1.65㎛로 설정하고, 그 입력광량을 -30dBm로 하였다. 광스펙트럼분석기(15)에 의한 측정결과로부터, 실시예의 파이버증폭기의 광증폭의 이득은 약 10dB인 것인 것을 알았다.
제3도와 제4도는, 제1도의 파이버증폭기에 사용한 광파이버(10)의 구조와 제원을 참고적으로 표시하였다.
광파이버(10)는, 석영유리에 프라세오디뮴의 산화물을 첨가한 코어와, 석영유리에 불소(F)를 첨가한 클래드(clad)를 구비한다. 광파이버(10)의 코어직경은 5.1㎛이고, 광파이버(10)의 외경은 125㎛이다. 또, 코어와 클랙드의 상대굴절률(relative refractive index)(△)은 약 0.64%이다.
이하에, 제3도의 광파이버의 제조에 대해서 간단한 설명을 행한다.
먼저, “Pr3+”산화물은 첨가한 석영유리를 용융하여 코어용 유리로드를 형성하여, 광전송로인 광파이버의 코어재료로서 준비한다. 이 석영유리에 첨가한 활성물질인 프라세오디뮴이온의 농도는 중량으로 310ppm으로 설정된다. 다음에, 소정량의 불소를 첨가한 석영유리를 용융하여, 클래드파이프를 형성한다. 클래드파이브에는 프라세오디뮴이온을 첨가하고 있지 않다. 이들 코어로드와 클래드파이프를 로드인튜우브법(rod-intube method)에 의해 프리포옴(preform)으로 형성한다. 이 프리포옴을 공지의 와이어드로우잉장치(wire drawing apparatus)에 설치하여 광파이버를 형성한다. 결과적으로, 5.1㎛의 코어직경과 125㎛의 외경을 가지는 SM파이버를 얻게 된다. 이 SM파이버를 측정을 위하여 길이 50m의 시료로 절단하여, 제1도의 파이버증폭기에 사용하는 광파이버(10)로 한다.
본 발명은, 상기한 실시예에 한정되지 않고, 여러가지의 변형이 가능하다.
예를들면, 코어에 사용하는 매트릭스유리재료(matrix glass material)로서, 규산염유리, 인산염유리 및 불화물계유리등을 사용해도 된다. 이와 같이 매트릭스 유리의 조성을 변경함으로써, 165㎛의 파장부근에서 발광 또는 유도방출의 파장을 조절할 수도 있다.
또, 광전송로로서는, 예를들면 상기 “Pr3+”를 첨가한 유리를 평면도파로등에 형성해도 된다. 다만, 광파이버에 형성하는 것은, 장거리의 광전송로를 얻은 관점에서 볼때 바람직하다. 광손실이 적은 것등을 이용하면, 저한계치로 “Pr3+”에 반전분포를 발생시킬 수 있기 때문이다.
이하에, 광발진장치인 파이버레이저의 실시예에 대해서 설명한다.
구체적인 구성은, “Er”을 도프한 공지의 파이버레이저와 마찬가지이다. ([“Er”도프파이버], 0 plus E, 1990년 1월 pp. 112~118등 참조). 본 실시예의 경우에는, 광전송로로서 “Pr”을 도프한 파이버를 사용하고, 여기광원으로서 1.4㎛ 파장대역의 여기광을 발생하는 레이저다이오드를 사용한다.
레이저다이오드로부터 1.4㎛ 파장대역의 여기광은, 렌즈등의 적절한 광학수단에 의해 상기 실시예에 표시한 광파이버내에 도입된다. 광파이버내의 “Pr3+”은 소정의 상태로 여기되고, 1.65㎛ 파장대역의 발광이 가능해진다. 여기서, 파이버의 출력단부를 경면(鏡面)으로 완성시켰기 때문에, 이 출력단부와 레이저다이오드의 단부면과는 공진기를 구성한다. 이결과, 여기광은 출력이 소정치를 초과하면 1.65㎛ 파장대역에서 레이저발진을 발생한다.
또한, 공진기는 유도체미러등을 사용하는 타입의 것이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 광증폭장치에 의하면, 1.65㎛ 파장대역에서 “Pr3+”의 발광을 가능하게 하는 1.4㎛ 파장대역의 여기광의존재에 의해 1.65㎛ 파장대역에서의 발광과 광증폭기 가능해진다.
또, 본 발명에 관한 광발진장치에 의하면, 1.65㎛ 파장대역에서의 “Pr3+”의 발광을 가능하게 하는 1.4㎛ 파장대역의 여기광의 존재와 1.65㎛ 파장대역의 광에 대한 광공진기의 존재에 의해, 1.65㎛ 파장대역에서의 발광과 광발진이 가능해진다.

Claims (2)

  1. “Pr3+”을 활성물질로서 첨가한 광기능성유리를 가지고 구성되어 1.65㎛ 파장대역의 신호광을 전파하는 광전송로와, 상기 “Pr3+”의3F4준위로 여기하는 1.4㎛ 파장대역의 여기광을 발생하는 여기광원과, 상기 여기광원으로부터의 상기 여기광을 상기 광전송로내에 입사시키는 광학수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  2. “Pr3+”을 활성물질로서 첨가한 광기능성유리를 가지고 구성되어 1.65㎛ 파장대역의 광을 전파하는 광전송로와, 상기 “Pr3+”의3F÷준위로 여기하는 1.4㎛ 파장대역의 여기광을 발생하는 여기광원과, 상기 여기광원으로부터의 상기 여기광을 상기 광전송로내에 입사시키는 광학수단과, 상기 광전송내로부터의 1.65㎛ 파장대역의 광을 상기 광전송로에 피드백하는 광공진기를 구비한 것을 특징으로 하는 광발진장치.
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