KR960000906B1 - 광기능성 유리, 파이버, 증폭기 및 레이저 - Google Patents

광기능성 유리, 파이버, 증폭기 및 레이저 Download PDF

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타다시 오오니시
코오지 나카사토
히로오 카네모리
미노루 와타나베
요시아끼 미야시마
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스미도모덴기고오교오 가부시기가이샤
쿠라우찌 노리타카
닛뽕덴신뎅와 가부시기가이샤
코지마 히로시
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Abstract

내용 없음.

Description

광기능성 유리, 파이버, 증폭기 및 레이저
제1도는 본 발명에 의한 광기능성 유리(optical functioning glass)에 첨가한 홉수체의 기능설명도.
제2도는 우라늄이온의 흡광도를 표시한 그래프.
제3도는“Nd”의 에너지준위를 표시한 도면.
제4도는 상기 광기능성 유리를 사용한 파이버의 형성장치를 도시한 도면.
제5도는 제4도의 장치에 의해 형성된 파이버시료를 도시한 도면.
제6도는 실시예의 파이버증폭기의 구성을 표시한 도면.
제7도는 제6도의 파이버증폭기의 1.330μm 파장에서의 게인과“U4+”의 농도와의 관계를 표시한 도면.
제8도는 실시예의 파이버레이저의 구성을 표시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20,30 : 광파이버 32 : 여기광원
33,38a,38b,39a,39b : 광학수단
본 발명은 1.3μm의 파장대역(wavelength band)에서 광증폭등에 사용되는 광기능성 유리(optical functioning glass), 광파이버, 파이버증폭기 및 파이버레이저에 관한 것이다.
1.3μm의 파장대역의 광통신분야에 응용하기 위하여 회로류원소를 첨가한 유리를 사용해서 파이버증폭기, 파이버센서, 파이버레이저 등의 광증폭장치 등을 제작하는 연구가 진행되고 있다. 예를들면, 인산염계의 다성분유리(multi component glass)에 네오디윰이온(“Nd3+”)을 첨가한 유리를 준비하고, 이 유리로부터 형성한 광파이버의 레이저특성에 대해서 평가한 보고서(ELECRONICS LETTERS, 1990, Vol. 26, No. 2, pp121-122)가 작성되어 있다. 상기 보고서에서는, 형광피크파장(fluorescence peak wavelength)이 1.32μm이고, ESA(excited state absorption) 피크파장이 1.31μm이고, 증폭피크파장이 1.36μm인 광파이버의 특성이 나타나 있다.
그러나, 상기 보고서에 나타난 다성분유리에서는 1.3μm의 파장대역에서 충분히 높은 레이저이득을 얻지 못하고 있었다. 이와같이 이득을 얻지 못하는 이유로서는, 1.32μm 파장에서“Nd3+”의 형광피크의 강도가 상대적으로 미약하고, ESA 천이에 의한 흡수피크가 1.31μm에서 비교적 크게 나타나기 때문이다.
또한, 상기 광파이버와 같이 유도방출을 이용해서 광증폭(optical amplification)을 행하는 경우에는, 1.31μm의 파장에서의 형광피크가 낮을 뿐만 아니라, 가능한 천이에 의한 형광피크가 존재하는 것이 문제가 된다. 즉, 상기 광파이버의 경우에는, 1.3μm 파장대역에서 ″Nd3+″의 형광피크다 상대적으로 미약한 것이외에, 기타의 가능한 천이에 대응하는 0.8μm의 파장대역과 1.06μm의 파장대역에서 ″Nd3+″ 방출이 상대적으로 강하다고 하는 사실이 문제가 된다. 이와같은 0.8μm의 파장대역과 1.06μm의 파장대역에서 발광에 의한 유도방출에 기인해서, 1.3μm 파장대역에서 유도방출이 방해되고, 또한 유도방출의 효율이 현저하게 저하되는 것으로 생각된다.
본원 발명의 목적, 상기한 사정에 비추어, 1.3μm의 파장대역에서 광증폭을 가능하게 하거나 광증폭효율을 높이는 광기능성 유리를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 광기능성 유리를 사용한 광파이버를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 상기 광파이버를 사용한 파이버증폭기를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 상기 광파이버를 사용한 파이버레이저를 제공하는데 있다. 본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위하여 포괄적인 연구를 행한 결과, ″Nd3+″를 활성물질로서 함유한 광기능성 유리로서, 1.3μm의 파장대역에서 광증폭을 가능하게 하거나 상기 파장대역에서 광증폭효율을 높이는 유리를 발견하였다.
본 발명에 의한 광기능성 유리에 있어서는, 활성물질인 ″Nd3+″와 함께, 우라늄이온을 첨가한다. 호스트유리(host glass)(매트릭스유리)가 되는 기능성 다성분유리로서는, 인산염유리 등의 산화물계 다성분 유리이외에, 불화물계 유리, 캘코겐화유리(chalcogenide glass) 등의 사용이 가능하다.
상기 광기능성 유리에 의하여, ″Nd3+″와 함께 우라늄이온이 첨가되어 있으므로 1.06μm 파장대역에서 ″Nd3+″ 발광을 우라늄이온에 의해 흡수할 수 있다. 결과적으로, 1.3μm 파장대역에서 광증폭에 적합한 유리를 얻을 수 있는 것이, 후술하는 바와같이, 판명되었다.
본 발명에 의한 광파이버는, 상기 광기능성 유리로 이루어진 코어와, 코어를 둘러싸고 또한 이 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드를 가진 것을 특징으로 한다.
상기 광파이버에 의하면, 코어유리내에 ″Nd3+″와 함께 우라늄이온이 첨가되어 있기 때문에, 코어유리내를 전파하는 1.31μm 파장대역의 광의 광증폭이 가능하거나 광증폭이득을 증대시킬 수 있다. 즉, 파이버형성에 의해서 코어에 광이 효율적으로 제한되고, 제한된 광의 손실이 매우 낮고, 이에 의해 저한계치로 ″Nd3+″에 반전분포(inverted distribution)를 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 파이버증폭기는, 상기 광파이버와, 여기광원과, 광학수단을 포함하고 있다. 여기서, 광파이버는 1.3μm 파장대역에서 신호광을 전파하고, 여기광원은 0.8μm 파장대역에서 여기광(excitation light)을 발생하고, 광학수단은 여기광을 여기광원으로부터 광파이버내에 입사시킨다.
상기 파이버증폭기에 의하면, 광학수단에 의해 파이버내에 도입된 0.8μm 파장대역의 여기광에 의해서 ″Nd3+″가 여기된다. 이와같이 여기된 ″Nd3+″의 대부분은, 여기광과 함께 광파이버내에 도입된 1.3μm의 파장대역의 신호광등에 의해 유도되어, 1.3μm의 파장대역의 방사광을 발생하고, 1.3μm 파장대역에서 광증폭이 가능해진다.
또한, 본 발명에 의한 파이버레이저는, 상기 광파이버와, 0.8μm의 파장대역에서의 여기광을 발생하는 여기광원과, 이 여기광원으로부터의 여기광을 광파이버내에 입사시키는 광학수단을 구비하고, 광파이버로부터의 1.3μm 파장대역의 광을 광파이버에 피드백하는 광공진기구조가 형성된다.
상기의 파이버레이저에 의하면, 광학수단에 의해 파이버내에 도입된 0.8μm 파장대역의 여기광에 의해서 ″Nd3+″가 여기된다. 이와같이, 여기된 ″Nd3+″의 일부는, 광파이버로부터 방출된 1.3μm 파장대역의 방출광에 의해서 유도되고, 또한 광파이버내에 피드백된 1.3μm 파장대역의 광에 의해서 유도되고, 이에 의해 1.3μm 파장대역에서 방출광을 발생한다. 이것을 반복함으로써, 1.3μm 파장대역에서 레이저발광이 가능해진다.
본 발명의 원리 및 본 발명이 확립되는 과정에 대하여 이하 설명한다. 본 발명자는 상기한 현상을 설명한 하기 위하여, 다음과 같은 가설을 제안하고 검토하였다.
즉, ″Nd3+″를 첨가한 광기능성 유리에 도입된 0.8μm 파장대역의 여기광은 활성물질인 ″Nd3+″을 여기한다. 결과적으로, 에너지준위(4F3/2)로부터 에너지 준위(4I1 3/2)까지의 에너지천이에 대응하는 1.3μm의 파장대역의 복사와 기타의 복사 즉, 에너지준위(4F3/2)로부터 에너지준위(4I1 1/2)까지의 에너지천이에 대응하는 1.06μm 파장대역의 복사가 가능해진다.
″Nd3+″ 이온에 관한 상기 현상을 통계적으로 고찰해 본다. 호스트유리내의 ″Nd3+″의 다수는 여기되어, 1.06μm의 파장대역과 1.3μm의 파장대역등의 파장대역에서 발광에 대응하는 천이가 가능한 상태로 된다. 여기된 상기 ″Nd3+″의 일부분은, 자연방출이나 유도방출에 의해 소정의 확률로 1.3μm 파장대역의 광을 방사한다. 또한, 여기된 상기 ″Nd3+″의 일부분은, 자연방출이나 유도방출에 의해 소정의 확률로 1.3μm의 파장대역의 광이 아닌 1.06μm의 파장대역의 광을 방사한다. 이 경우, 호스트유리내에 1.06μm의 파장대역의 방사광만의 흡수체의 일정한 양의 호스트유리내에 존재하면, 이들 흡수체는 방사된 1.06μm의 파장 대역의 광을 흡수하고, 또한 1.06μm의 파장대역의 광에 기인되는 유도방출을 억제할 수 있다. 결과적으로, 1.06μm의 파장대역에서의 광의 방출을 억제할 수 있고, 1.3μm의 파장대역에서의 유도방출의 효율의 저하를 방지할 수 있다.
이상의 가설에 대해서, 제1도, 제2도 및 제3도를 참조하면서 보다 구체적으로 설명한다.
제3도는, 인산염계의 유리시료에 첨가된 활성물질인 ″Nd3+″의 에너지준위를 표시한 도면이다. 도면에 표시한 흡수/발광천이의 파장은, 상기 유리로부터 제작한 파이버를 자체기록 분광광도계와 광스펙트트분석기를 사용해서 측정함으로써, 산출된다. 주가 되는 천이에 대해서 설명하면, 약 0.80μm의 여기광에 의해, 기저준위(4I9/2)에 있는 전자가 준위(4F5/2)로 잠정적으로 여기되고, 포논(phonon)을 방출한 후 준위(4F3/2)로 천이한다. 이와같은 펌핑(pumping) 및 비복사천이(non-radiation transition)에 의해 준위(4F3/2)와 준위(4I9/2),(4I1 1/2),(4I1 3/2),(4I1 5/2) 사이에 반전분포가 형성되면, 0.88μm의 파장대역, 1.06μm의 파장대역, 1.33μm의 파장대역 1.80μm의 파장대역에서 피크를 가지는 발광이 가능해진다. 이들 파장대역중에서 0.88μm의 파장대역, 1.06μm의 파장대역 및 1.33μm의 파장대역의 각각의 발광의 강도비는, 여기광만을 상기 파이버에 입사시킬 때에 얻는 형광피크의 높이의 비에 대응하고, 각각의 높이의 측정치의 비는 약 5:9:1이였다. 또한 1.80μm의 파장대역에서의 발광강도는 상기 강도보다 낮음에 유의하여야 한다.
제1도는, 1.06μm의 파장대역에서 발광확률이 매우 크다고 하는 사실에 대해서 이 발광에 의한 유도방출을 저감시키기 위한 방법을 나타낸다.
제1도(a)에서는, 여기된 제1의 ″Nd″이온(11)은, 예를들면 자연방출에 의해 1.3μm의 파장대역의 광이나 1.06μm의 파장대역의 광을 방사한다. 이 경우, 1.06μm의 파장대역에서의 발광확률이 매우 높기 때문에, 자연방출광에 의해서 유도되는 제2의 ″Nd″이온(12)의 대부분은 1.06μm의 파장대역의 광을 방사하게 된다 한편, 제1도(b)에서는, 제1도(a)와 마찬가지로 여기된 제1위 ″Nd″이온(11)이 1.3μm의 파장대역의 광이나 1.06μm의 파장대역의 광을 방사한다. 여기서, 발광확률이 높은 1.06μm의 파장대역의 광만을 적절하게 흡수할 수 있는 흡수체(13)가 존재하면, 1.06μm의 파장대역의 방사광은 상기 흡수체(13)에 흡수되어 제2의 ″Nd″이온(12)에 영향을 주지 않는다. 결과적으로, 1.06μm의 파장대역의 광에 기인되는 유도방출을 억제할 수 있고, 이에 의해 1.3μm의 파장대역에서의 유도방출의 확률을 높일 수 있다.
상기 흡수체로서의 조건은, 약 1.06μm의 파장의 자연방출광이나 유도방출광을 즉시 흡수할 수 있고 또한 약 1.3μm의 파장의 방출광을 흡수하지 않는 조건 등이다. 이와같은 흡수체로서 활성이온을 사용하고, 이것을″Nd3+″와 함께 호스트유리에 첨가하는 경우, 흡수대역이 넓은 천이금속 등의 사용은 적합하지 않고, 흡수대역이 샤프한 회로류원소 등의 사용이 바람직하다. 또한, 여기의 대상이 되는 에너지준위에 다수의 전자가 존재하여야 하고, 또한 천이 후의 에너지준위의 상태밀도가 높아야 한다. 우라늄이온은 이와같은 조건을 만족시키는 활성이온으로서 선택될 수 있다.
제2도에 도시한 바와같이, 유리내의 3가 우라늄이온(U3+) 및 4가 우라늄이온(U4+)은 1.1μm∼1.2μm의 파장에서 흡수피크를 가지고 있다(문헌「J. Phys. Condens Matter I(1989) 8753-8758」참조). 또한, 도면으로부터 명백한 바와같이, 1.3μm의 파장부근에서 ″U3+″와 ″U4+″에 의한 흡수는 상대적으르 미약하여 거의 무시할 수 있다. 따라서, ″U3+″와 ″U4+″는 약 1.06μm의 파장의 자연방출광에 대한 흡수체의 조건을 충분히 만족시킬 수 있는 것으로 예상된다. ″U4+″의 흡수피크가 ″U3+″의 흡수피크보다 1.06μm의 파장에 가깝다는 것을 고려하면, ″U4+″를 흡수체로서 사용하는 것이 보다 바람직한 것으로 생각된다. 또한, 자연방출광의 흡수에 의해 ″U4+″ 자체에 반전분포를 형성할 수 없는 것으로 생각된다.
상기의 가설이 적절한지의 여부는 분명하지는 않다. 어느 경우이든, 본 발명자의 실험과 검토에 의하면, ″Nd3+″을 활성물질로서 첨가한 유리내에 ″U3+″″″와 ″U4+″ 등의 우라늄이온을 첨가함으로써, 1.06μm의 파장대역에서 ″Nd3+″의 발광을 우라늄이온에 의해 흡수될 수 있고, 1.3μm의 파장대역에서 ″Nd3+″의 광증폭을 가능하게 하거나 그 증폭효율을 개선하는 유망한 유리를 얻을 수 있다.
상기 광기능성 유리는 광전송로용의 소재로서 사용된다. 예를들면 이 유리재료를 사용하여 평면도파로등을 형성할 수 있다. 상기 광기능성 유리로 이루어진 코어와, 이 코어를 둘러싸고 이 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드를 구비한 광파이버를 제작하는 것이, 긴 광전송로를 얻는데 있어서 바람직하다.
상기 광파이버는, 하기한 바와같이 실제로 제작된다. 먼저, ″Nd3+″와 우라늄이온을 첨가한 광기능성 유리를 코어로 하는 프리폼(preform)을 로드인튜브법(rod-in tube method) 등에 의해 준비한다.
다음에, 이와같이 준비한 프리폼을 제4도에 도시한 바와같은 와이어드로우잉장치(wire drawing appara-tus)에 세트하고, 광파이버로 인발한다. 제4도에 표시한 바와같이, 프리폼(21)은 이송장치(22)에 고정되어서 서서히 강하한다. 이때에, 프리폼(21)은 히터(23)에 의해서 가열되고 연화되어 와이어드로잉이 개시된다. 와이어드로잉된 파이버(20)는, 캡스턴(24)을 경유해서, 권취드럼(25)에 감긴다. 제5도는, 이와같은 방식으로 얻은 광파이버(20)를 확대해서 표시한 도면이다. 광파이버(20)는, ″Nd3+″와 우라늄이온을 첨가한 코어(20a)와 코어(20a)보다 상대적으로 굴절율이 낮고 ″Nd3+″이나 우라늄이온을 첨가하고 있지 않는 클래드층(20b)을 구비하고 있다.
상기와 같은 광기능성 유리를 코어로 한 광파이버는 파이버레이저, 파이버증폭기, 파이버검출기 등에 응용될 수 있다. 즉, 코어유리내에 ″Nd3+″와 함께 우라늄이온을 첨가하고 있기 때문에, 1.31μm의 파장대역에서도 광증폭이득을 충분하게 얻을 수 있도록 유도방출의 확률을 높일 수 있다. 또한, 1.06μm의 파장대역의 발광에 기인되는 손실이 감소된다. 또한, 파이버의 형성에 의해서 코어에 광이 효율적으로 한정되고, 광의 손실이 매우 낮기 때문에, 저한계치로 반전분포를 형성할 수 있다. 따라서, 고이득의 광증폭장치 등에 응용이 가능하게 된다.
또, 상기의 광파이버(20)는, 다른 응용예로서, 1.3μm의 파장대역의 광을 증폭하는 파이버증폭기에 사용할 수 있다. 예를들면, 제6도에 도시한 바와같이, 파이버증폭기는, 광파이버(30)와, 레이저광원(32)과, 광학수단(33),(38a),(38b),(39a),(39b)을 포함한다. 광파이버(30)는 1,3μm의 파장대역의 레이저광의 광전송로로 된다. 또한, 레이저광원(32)은, 0.8μm의 파장대역의 여기광을 발생한다. 또, 광학수단(33),(38a),(38b),(39a),(39b)은 여기광을 레이저광원(32)으로부터 광파이버(30)내에 입사하도록 한다. 즉, 레이저광원(32)으로부터의 여기광은, 광파이버(39a)를 개재해서 파이버커플러(33)에 도입되고, 신호광원(31)으로부터 광파이버(39a)를 개재해서 파이버커플러(33)에 도입된 신호광과 결합된다.
결합된 신호광과 여기광은, 광파이버(38b), 아이솔레이터(도시않음) 등을 개재해서 광파이버(30)내에 도입된다.
파이버커플러(30)는, 예를들면 2개의 광파이버(38),(39)를 융착연신함으로써 형성할 수 있다. 이 경우, 파이버커플러(33)로부터 연장되는 1개의 광파이버(39b)의 터미널단부는, 매칭오일(37)에 침적된다. 이에 의해, 광파이버(39b)로부터 파이버커플러(33)에 복귀되는 광을 방지할 수 있다.
이에 관련하여, 광파이버(30)의 출력쪽에는, 광스펙트럼분석기(35)가 설치되어 있고, 이들 사이에는 필터(36)가 개재되어 있다. 이 필터(36)는 광파이버(30)로부터 출력되는 광중에서 여기광을 차단한다. 결과적으로, 광스펙트럼분석기(35)는 광파이버(30)로부터 출력된 신호광만을 측정할 수 있고, 또한 광증폭의 이득이 결정될 수 있다.
″Nd3+″를 함유한 상기 광파이버와, 레이저광원 및 광학수단을 구비한 1.3μm의 파장대역의 파이버증폭기에 의하면, 광학수단에 의해 파이버내에 도입된 0.8μm의 파장대역의 레이저광에 의해서 ″Nd3+″가 여기된다. 이와같이, 여기된 ″Nd3+″의 대부분은, 레이저광과 함께 광파이버내에 도입된 1.3μm의 파장대역의 신호광 등에 유도되어, 준위(4F3/2)로부터 준위(4I1 3/2)까지의 천이에 대응하는 방사광을 발생하고, 따라서 1.3μm의 파장대역에서의 광증폭이 가능해진다.
이하, 본 발명자에 의한 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.
먼저, 호스트유리원료로서, ″ZrF4, BaF2, LaF3, AlF3, NaF″를 준비하고, 각각을 조성이 ″53ZrF4-20BaF2-3.5LaF3-3.5AlF3=20NaF″(mol% 표시)의 유리가 되도록 혼합한다. 상기 호스트유리원료에 회토류원소 ″Nd″의 불화물인 ″NdF3″와 ″UF4″의 소정량을 첨가하고, 환원분위기하에서, 백금도가니에서 용융시킨다. ″NdF3″의 첨가량은, ″Nd3+″의 농도가 호스트유리에 대해서 500ppm이 되도록 조정한다. 또한, ″UF4″의 첨가량은 호스트유리에 대한 ″U4+″의 중량농도가 0.200, 500, 700, 1000ppm으로 되도록 조정하였다. 즉, ″Nd3+″에 대한 ″U4+″의 농도는 0, 40, 100, 140, 200%가 되어 있다. 용융한 원료는 충분하게 혼합을 완료한 후에 급냉처리해서 유리화하였다.
상기 유리의 광증폭특성을 평가하기 위하여 다음과 같은 방식으로 파이버를 제작하였다. 먼저, 상기 조성의 유리를 막대형상으로 성형하고, 이에 의해 코어용 유리로드를 형성한다. 다음에, 이 유리로드와 조성이 대략 같고, 굴절율이 약간 낮은 유리를 용융하여 클래드파이프로 형성하였다. 이 클래드파이프에는, ″Nd3+″, ″U4+″를 첨가하고 있지 않다.
이들의 코어로드 및 클래드파이프는 프리폼으로 형성되고, 제4도의 장치에 의해서 인발되었다. 결과적으로, 8μm의 코어직경과 125μm의 외경을 가지는 SM(single-mode) 파이버를 얻었다. 이 SM 파이버를 측정하기 위해 l0m의 길이의 파이버시료로 절단하였다.
상기와 같은 파이버시료의 특성의 평가는, 제6도의 파이버증폭기 등에 의해서 행하였다. 그 결과는 제7도의 그래프로 나타낸다.
제7도에 나타낸 게인은 1.330μm 파장에서의 게인이다. 레이저광원(32)으로서는, Ti-사파이어레이저를 사용하였다. 여기파장을 0.78μm로 설정하였고, 여기광의 강도를 10mW로 설정하였다. 입력신호의 강도는, -30dBm로 설정하였고, 피크파장을 1.330μm로 설정하였다.
도면에 나타낸 바와같이, 코어유리내에 함께 첨가하는 ″U4+″의 농도는 ″Nd3+″에 대해서 50%∼150%의 범위에서는 소정치 이상의 이득을 얻을 수 있다. ″U4+″의 농도가 50% 이하인 경우, 얻은 이득은 작다. 이것은, 활성이온으로 되는 ″U4+″의 농도가 낮고, ″Nd3+″의 근처에 ″U4+″가 존재하는 확률이 낮아지기 때문이다. 또한, ″Nd3+″에 의해 방사되는 1.06μm의 파장대역의 광을 충분히 흡수할 수 있는 ″U4+″가 존재하고 있지 않기 때문이다. ″U4+″의 농도가 150% 이상인 경우도, 얻은 이득이 작다. 이것은, 활성이온으로 되는 ″U4+″의 농도가 너무 높게 되고, 이에 의해 0.86μm의 파장대역에서 흡수의 중심을 가진 ″U4+″의 흡수의 에지에 의해서 여기광이 흡수되고, 또 1.2μm의 파장대역에서 흡수의 중심을 가진 ″U4+″의 흡수의 에지에 의해서 1.33μm의 파장의 신호광이 흡수되기 때문이다.
이하에, 파이버레이저의 실시예에 대해서 설명한다.
제8도에, 1.3μm의 파장대역의 파이버레이저를 표시한다. 레이저광원(12)은, 제6도의 파이버증폭기에서 사용한 것과 동일하고, 0.80μm의 파장의 Ti-사파이어 레이저이다. ″Nd3+″와 ″U4+″를 첨가한 광파이버(10)도 또한 상기 파이버증폭기에서 사용한 것과 동일하다.
레이저광원(12)으로부터의 0.80μm의 파장을 가지는 여기광은, 렌즈, 광커넥터 등의 적절한 수단(28)을 통하여, ″Nd3+″를 첨가한 광파이버의 일단부에 입사한다. 상기 여기광에 의해 광파이버에 함유된 ″Nd3+″가 소정의 상태로 여기되고, 1.3μm의 파장대역에서 발광이 가능해진다. 여기서, 광파이버(10)의 입출력단부는 거울면으로 형성되어, 이 입출력단부의 단부면은 공진기를 구성한다. 결과적으로, 여기광의 출력이 소정치를 초과하면, 1.3μm의 파장대역에 있는 어느 파장에서 레이저발진이 발생한다. 이 경우, ″Nd3+″와 함께 첨가한 ″U4+″의 존재에 의해, ″Nd3+″의 유도방출효율 즉, 레이저 발진효율을 높일 수 있다. 레이저광원(12)으로서 반도체레이저를 사용하는 경우, 광공진기는 파이버의 출력단부와 반도체레이저의 단부면으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 광공진기는 유전체 미러(dielectric mirror)를 사용하여 구성할 수도 있다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명의 광기능성 유리는, 여기광의 존재에 의해 1.3μm 파장대역에서 발광과 광증폭이 가능하거나 그 증폭효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 광파이버성 유리를 도파로와 파이버 등으로 형성함으로써, 광증폭장치와 레이저 등에 응용할 수 있다.
특히, 파이버로 형성한 경우, 저한계치로 고이득의 파이버증폭기를 얻을 수 있다. 또한, 상기 파이버로부터 파이버레이저를 제작할 수 있다.

Claims (2)

  1. ″Nd3+″를 활성물질로서 함유하고 또한 우라늄이온이 함께 첨가된 광기능성유리(optical functioning glass)로 이루어진 코어와, 상기 코어를 둘러싸고 또한 상기 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드로 구성되어, 1.3μm의 파장대역의 신호광을 전파하는 광파이버와, 0.8μm의 파장대역의 여기광을 발생하는 여기광원과, 상기 여기광원으로부터의 상기 여기광을 상기 광파이버내에 입사시키는 광학수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이버증폭기.
  2. ″Nd3+″를 활성물질로서 함유하고 또한 우라늄이온이 함께 첨가된 광기능성유리로 이루어진 코어와, 상기 코어를 둘러싸고 또한 상기 코어보다 낮은 굴절율을 가진 클래드로 구성된 광파이버와, 0.8μm의 파장대역의 여기광을 발생하는 여기광원과, 상기 여기광을 상기 여기광원으로부터 상기 광파이버내에 입사시키는 광학수단과, 상기 광파이버내로부터의 1.3μm의 파장대역의 광을 상기 광파이버에 피드백하는 광공진기 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이버레이저.
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