KR100472054B1 - 광증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Ho3+: 5I5 → 5I7 천이로부터 방출되는 1.6 ㎛ 형광을 광증폭기로 이용하면서 펌프효율을 향상시킬 수 있는 여기광원의 주 파장대역과 5I5 준위와 5 I7 준위간 밀도반전을 이루어 증폭기의 이득특성을 향상시킬 수 있는 보조펌프 파장대역을 개진한다. 홀뮴이나 홀뮴과 터븀, 홀뮴과 유로퓸, 홀뮴과 네오디뮴 또는 홀뮴과 디스프로슘 등이 첨가된 광재료를 이용하는 광증폭기를 11,200~11,500 cm-1 범위의 빛을 방출하는 광원 또는 6,000~6,500 cm-1 범위의 빛을 방출하는 광원을 이용하여 펌핑할 수 있다.

Description

광증폭기{Optical amplifiers}
본 발명은 광증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홀뮴이 첨가된 광증폭기에 관한 것이다.
전송용 실리카 광섬유의 저손실 파장 영역인 1200~1700 nm 범위를 모두 활용하기 위해서는 광대역 광증폭기의 개발이 필수적이며, 현재까지 1300 nm 대역, 1450 nm 대역 및 1530~1610 nm 대역에서 동작하는 이온 첨가 광섬유 증폭기가 개발되어 있다. 홀뮴(Ho) 이온이 첨가된 비정질 재료로부터 1620~1690 nm 대역의 형광이 방출되나 이를 이용한 어떤 형태의 레이저나 증폭기가 구현되지 않았다 (참고문헌: T. Schweizer, B. N. Samson, J. R. Hector, W. S. Brocklesby, D. W. Hewak, D. N. Payne, "Infrared emission from holmium doped gallium lanthanum sulphide glass"Infrared Physics & Technology Vol. 40, (1999) pp. 329-335).
1620∼1690 nm 대역의 형광은 Ho3+: 5I5 → 5I7 천이로부터 발생하며, 상위준위인 5I5 준위는 대략 900 nm 대역에 위치하나 이 파장대로 펌핑하는 경우 펌프 여기상태 흡수(pump excited state absorption)가 발생하여 홀뮴 이온은 5F1 준위로 들뜨게 된다. 따라서 1620~1690 nm 형광의 여기 효율을 높이기 위해서는 이러한 펌프광의 여기상태 흡수가 발생하는 파장을 피해야만 한다 (참고문헌: Y. G. Choi, B. J. Park, K. H. Kim, "Ho3+: (5S2, 5F4) → 5I5 transition in fluoride glasses", Chemical Physics Letters, vol. 354, (2002) pp. 69-74).
또한, 하위준위인 5I7 준위의 형광수명이 상위준위의 형광수명보다 길기 때문에 두 준위간 밀도반전이 어렵게 되어 레이저나 증폭기의 동작특성을 저하시킨다. 따라서 두 준위간 밀도반전을 효율적으로 달성할 수 있는 방법을 찾아야 한다. 하위준위의 밀도를 낮추기 위하여 해당 하위준위를 레이징 준위로 하는 공동을 형성함으로써 천이속도를 빠르게 할 수 있다. 일례로써, Ho3+: 5I5 → 5 I6 천이를 레이저로 구현하기 위하여 5I6 준위와 바닥준위인 5I8 준위 사이의 에너지에 해당하는 1.2 ㎛ 파장대역에서 레이징을 구현하여 5I5 준위와 5I6 준위간의 밀도반전을 이룬 예가 있다. 따라서 홀뮴의 1.6 ㎛ 형광의 경우에는 5I7 준위와 바닥준위인 5I 8 준위 사이의 에너지인 2.0 ㎛ 파장대역에서 레이징을 일으킬 수 있다 (참고문헌: J. Schneider, C. Carbonnier, U. B. Unrau, "Characterization of a Ho3+-doped fluoride fiber laser with a 3.9-㎛ emission wavelength", Applied Optics, vol. 36, no. 33, (1997) pp. 8595-8600).
또한, 상위준위인 5I5 준위의 흡수 단면적(absorption cross section)이 비교적 작아서 여기효율을 향상시킬 수 있어야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광섬유 또는 평판 광도파로에 첨가된 홀뮴 이온으로부터 방출되는 1.6 ㎛ 형광을 이용하는 광증폭기를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 홀뮴이 함유된 코아 및 클래드를 구비하는 광재료 및 상기 광재료에 펌프광을 조사하도록 상기 광재료에 광학적으로 접속되며, 11,200~11,500 cm-1 범위의 파장대역 또는 6,000~6,500 cm-1범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원이 각각 단독으로 또는 함께 구비된 펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭기를 제공한다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 광증폭기는 증폭될 광신호를 전송할 수 있도록 홀뮴이 함유된 코아와 클래드를 구비하는 광재료와, 상기 광재료에 펌프광을 조사하도록 상기 광재료에 광학적으로 접속된 펌핑 수단과, 상기 광재료에 신호를 입력시키기 위한 입력수단과, 상기 입력수단과 펌핑수단에서 공급되는 입사신호광과 펌프광을 결합하여 상기 광재료에 전달하는 WDM 커플러 및 상기 광재료에 의해 증폭된 광신호를 받아들이도록 접속된 출력수단을 포함하되, 상기 펌핑수단은 11,200~11,500 cm-1 범위의 파장대역의 빛을 방출하거나 6,000~6,500 cm-1범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원이 각각 단독으로 또는 함께 구비되어 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1.6 ㎛ 대역 광신호의 증폭을 가능케 하는 희토류 이온 첨가 광증폭기의 구현을 위해서는 우선 해당 대역에서 형광을 방출하는 희토류 이온을 선정해야 하며, 이러한 형광이 고체 매질에 첨가되었을 때의 형광특성에 대한 이해가 선결되어야 한다. 일반적인 광재료에 첨가된 +3가 홀뮴 이온의 5I5 →5I7 천이의 중심파장은 1660 nm이다. 한편, 형광방출 준위인 5I5 준위와 최근접 하위준위인 5I 6 준위와의 에너지 간격이 약 2700 cm-1로 비교적 작아 다중포논 완화(multiphonon relaxation)에 의한 비복사 천이율이 커지게 되어 형광수명이 작아진다. 따라서 광재료의 대표적인 포논에너지가 작을 것이 요구되며 대표적인 광섬유 증폭기용 광재료인 실리카 유리는 해당 형광의 양자효율을 낮추게 된다. 결국, 실리카보다 포논 에너지가 작은 불화물계 유리나 황화물계 유리 또는 실리케이트 유리를 기지재료로 사용하여야 한다.
1650 nm 대역의 형광이 방출되는 상위준위인 5I5 준위는 대략 870~920 nm 범위에 위치하기 때문에 기본적으로 본 형광을 방출시키기 위한 여기광원의 파장은 해당 흡수대역의 파장에 속하면 된다. 그러나 일반적으로 증폭기로의 실제 응용 시, 최적의 여기파장에서는 흡수 단면적이 큰 반면 유도방출 단면적이 작아야 하며 펌프광의 여기상태 흡수(excited state absorption)가 없어야 한다. 따라서 최적의 펌프 파장은 비복사 형태로 전환되는 펌프광원의 에너지를 최소화하는 파장으로 결정되어야 한다.
한편, 하위준위인 5I7 준위의 형광수명이 상위준위의 형광수명보다 길기 때문에 두 준위간 밀도반전이 어렵게 된다. 이를 해결하기 위한 방법으로 비복사 형태의 에너지 전달을 통하여 하위준위의 형광수명을 감소시키는 방법이 있다. 이 경우 터븀(Tb), 유로퓸(Eu), 디스프로슘(Dy), 네오디뮴(Nd) 등의 이온을 공동첨가하면 하위준위로부터 이들 이온들로 에너지 전달이 발생하며 결과적으로 하위준위의 형광수명을 감소시키게 된다. 또 다른 방법으로써 여기상태 흡수를 이용하는 것이다. 즉, 하위준위로 여기된 홀뮴 이온을 다시 더 높은 준위로 여기시켜서 해당준위의 전자밀도를 낮추는 것이다. 이 경우, 5I7 준위로부터 여기상태 흡수가 효과적으로 발생하는 파장대역을 설정하는 것이 중요하다.
이하, 상기한 문제점을 반영하여 홀뮴의 5I5 → 5I7 천이를 이용하는 광증폭기의 여기효율을 극대화할 수 있는 최적 펌프파장 대역을 실시예를 들어 설명한다.
홀뮴의 5I5 → 5I7 천이에 기인하는 형광방출 스펙트럼의 대표적인 예로써 불화물계 유리에서의 스펙트럼을 도 1에 도시하였다. 불화물계 유리의 경우, 형광의 중심파장은 약 1660 nm, 반가폭은 약 65 nm이며 유도방출 단면적은 약 5.4×10-21 ㎠, 전이 분배율(branching ratio)은 약 55%이다. 황화물계 유리의 경우, 형광방출 스펙트럼은 큰 변화가 없으며 유도방출 단면적은 불화물계 유리에서보다 큰 값을 가진다. 한편, 이 형광의 형광수명은 불화물계열의 ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF 3-NaF) 유리에서는 약 230 ㎲이며, 황화물계열의 Ge-Ga-As-S 유리에서는 1300 ㎲이다. 불화물계 유리의 굴절률이 황화물계 유리보다 작음에도 불구하고 형광수명이 작은 것은 불화물계 유리의 포논에너지(약 500 cm-1)가 황화물계의 포논에너지(약 350 cm-1)보다 작아서 다중포논 완화에 의한 비복사 천이율이 크기 때문이다. 그럼에도 불구하고 불화물계 유리에서의 형광수명은 불화물계 유리에 첨가된 Pr3+로부터 방출되는 1.3 ㎛ 형광의 형광수명인 약 100 ㎲에 비하여 큰 값이다 (참고문헌: D. R. Simons, A. J. Faber, H. de Waal, "Pr3+-doped GeSx-based glasses for fiber amplifiers at 1.3 ㎛", Optics Letters, vol. 20, no. 5, (1995) pp. 468-470). 한편, 천이 분배율(branching ratio) 또한 약 55%로 큰 값을 나타낸다. 따라서 본 형광을 이용하는 증폭기는 우수한 이득특성을 보이게 된다. 효과적인 펌프파장을 결정하는 것은 매우 중요하며, 전술한 바와 같이 펌프광의 여기상태 흡수가 최소화되는 파장이어야 한다. 도 2에 +3가 홀뮴 이온의 4f 궤도의 에너지 준위를 도시하였고 본 발명과 관련된 천이를 나타냈다. 펌프광의 여기상태 흡수가 나타나는 파장대역과 5I5 준위의 흡수 파장대역이 겹치게 됨을 알 수 있다. 따라서 여기광원의 설정에 주의하지 않으면 대부분의 펌프 에너지를 여기상태 흡수에 의하여 잃어버릴 수 있다. 이하, 실시예를 통하여 펌프 여기상태 흡수가 없는 최적 펌프파장을 결정하는 과정을 기술한다.
<실시예 1>
0.1 몰%의 홀뮴이 단독 첨가된 중금속 불화물계(heavy metal fluoride, ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF) 유리 샘플을 제작하였다. 1.6 ㎛ 형광을 방출하는 상위준위인 5I5 준위의 흡수가 나타나는 파장을 중심으로 여기광에 의한 상향전이(upconversion)의 발생 여부를 확인하였다. 이를 위하여 (5S2, 5F 4) → 5I8 천이로부터 발생하는 약 530 nm 대역의 녹색 형광에 대한 여기 스펙트럼(excitation spectrum)을 측정하였다. 이를 5F1 준위의 흡수 스펙트럼의 선형(lineshape)과 비교한 결과를 도 3에 제시하였다. 여기상태 흡수 스펙트럼이 5F1 준위의 흡수 스펙트럼을 1/2에 해당하는 에너지 대역에 대하여 도시한 스펙트럼과 그 모양에 있어 거의 완벽하게 일치함을 알 수 있다. 도 3에서 동시에 볼 수 있는 것은 5I5 준위의 기저상태 흡수 스펙트럼으로써 여기상태 흡수 스펙트럼보다 넓은 에너지에 걸쳐 있음을 알 수 있다. 즉, 여기상태 흡수 스펙트럼은 기저상태 흡수 스펙트럼과 다르다. 구체적으로, 여기상태 흡수가 나타나는 파장은 기저상태 흡수(ground state absorption)가 나타나는 준위의 에너지 분포와는 무관하며 최종 흡수를 나타내는 준위의 에너지 분포에 의존한다는 것이다. 이를 재확인하기 위하여 1.6 ㎛ 형광에 대한 여기 스펙트럼을 측정한 결과를 역시 도 3에 도시하였다. 이를 5I5 준위의 흡수 스펙트럼과 비교하면, 여기상태 흡수가 나타나지 않는 파장에서는 두 스펙트럼이 일치하나 여기상태 흡수가 나타나는 파장에서는 1.6 ㎛ 형광의 여기 스펙트럼이 5I5 준위의 흡수 스펙트럼보다 작음을 알 수 있다. 즉, 여기상태 흡수가 없는 경우에서는 여기 스펙트럼과 기저상태 흡수 스펙트럼의 선형이 일치하여야 하나, 여기상태 흡수가 개입되면 여기 에너지의 일부가 다시 흡수되어 불필요한 에너지 준위로 이동함으로써 결국 1.6 ㎛ 형광의 펌프효율을 저하시키게 되는 것이다. 따라서 여기상태 흡수를 배제할 수 있는 최적의 펌프파장 대역은 불화물계 유리의 경우 11,200~11,500 cm-1이 된다.
이상에서 불화물계 유리를 대상으로 하여 1.6 ㎛ 형광의 펌프효율을 극대화할 수 있는 펌프파장 대역에 관하여 기술하였다. 이하, 불화물계 유리보다 작은 포논 에너지를 가져서 1.6 ㎛ 형광의 형광수명이 길게 되는 황화물계 유리에 대한 흡수 스펙트럼과 여기 스펙트럼과의 비교를 통한 최적 펌프파장 선정의 실시예를 기술한다.
<실시예 2>
0.08 몰%의 홀뮴을 첨가한 Ge-Ga-As-S 계열의 황화물계 유리 샘플을 제조하였다. 홀뮴에 의한 기저상태 흡수 스펙트럼 및 1.6 ㎛ 형광의 여기 스펙트럼을 측정하였으며 그 결과를 도 4에 도시하였다. 불화물계 유리의 결과와 마찬가지로 특정 파장대역에서만 여기 스펙트럼과 기저상태 흡수 스펙트럼이 일치하였으며 이 대역에서 여기상태 흡수가 발생하지 않음을 알 수 있다. 이 파장대역은 11,200~11,500 cm-1이 된다. 이 파장대역은 불화물계 유리에서 측정한 대역과 기본적으로 차이가 없게 된다. 이는 희토류 이온의 4f 궤도가 외부의 5d 및 6s 궤도의 차단 효과(shielding effect)에 의하여 결정장의 영향을 약하게 받기 때문이다. 즉, 희토류 이온이 첨가되는 기지 조성이 크게 변화하여도 희토류 이온의 흡수가 나타나는 파장에는 큰 변화가 없다는 것이다. 결국, 불화물계 유리와 황화물계 유리 샘플들을 이용한 실시예로부터 결정된 최적 펌프파장 대역은 일반적인 광재료에 대하여 모두 적용될 수 있다. 본 발명에서 개진하는 최적 펌프파장 대역은 일반적인 고출력 레이저 다이오드가 나타내는 펌프광의 파장 및 반가폭을 모두 그대로 변형없이 수용할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 형광이 끝나는 하위준위인 5I7 준위의 형광수명이 상위준위인 5I 5 준위보다 길기 때문에 밀도반전이 어렵게 되는 문제를 해결하기 위한 실시예를 기술한다.
<실시예 3>
홀뮴이 첨가된 불화물계 유리 샘플로부터 측정한 유도방출 단면적 스펙트럼과 이로부터 계산된 여기상태 흡수 스펙트럼을 도 5에 도시하였다. 흡수 천이의 중심파장이 방출 천이의 중심파장보다 짧은 파장에 위치하는 전형적인 흡수-방출 관계를 보여준다. 도 5에서 동시에 볼 수 있는 것은 흡수 단면적과 유도방출 단면적의 차이를 나타내는 스펙트럼이며 큰 에너지쪽에서 흡수 현상이 더 많이 발생함을 알 수 있다. 즉, 6,000 cm-1보다 큰 에너지로 여기하는 경우, 5I7 준위로 여기된 홀뮴 이온들을 5I5 준위로 다시 여기시킴으로써 두 에너지 준위간 밀도반전을 일으킬 수 있다. 특히, 6,000~6,500 cm-1범위에서는 펌프 여기상태 흡수로 인하여 하위준위로부터 5I5 준위로 홀뮴을 여기시킬 수 있게 된다.
<실시예 4>
1.6 ㎛ 대역 형광을 방출하는 5I5 준위의 형광수명이 하위준위인 5I6 준위 및 5I7 준위의 형광수명보다 짧기 때문에 생기는 레이저 및 증폭기의 효율저하 현상을 최소화하기 위해서는 5I6 준위와 5I7 준위의 형광수명을 감소시켜야 한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 홀뮴이 단독첨가되었을 때는 상기한 것처럼 상위준위인 5I5 준위의 형광수명이 하위준위보다 현저히 짧다. 본 실시예에서는 홀뮴의 첨가량을 0.3 몰%로 고정하고 터븀, 네오디뮴, 유로퓸 및 디스프로슘의 첨가량을 변화시키면서 각각 공동첨가한 불화물계 샘플들을 제작하고 각 준위의 형광수명을 측정하였다. 도 7로부터 공동첨가된 각각의 이온들이 공히 하위준위인 5I6 준위와 5I7 준위의 형광수명을 급격히 감소시키는 것을 알 수 있다. 이는 홀뮴의 5I6 준위 및 5I7 준위와 공동첨가된 이온들간의 비복사 에너지전달에 기인한다. 이러한 에너지 전달은 각 공동첨가 이온의 흡수 스펙트럼 및 첨가량 등에 의존하게 된다. 따라서, 공동첨가 이온의 첨가량이 증가하면서 공히 홀뮴의 5I6 준위와 5I7 준위의 형광수명은 더 크게 감소하게 된다. 한편, 이러한 공동첨가는 홀뮴의 5I5 준위의 형광수명에는 큰 영향을 미치지 않는 것이 바람직하다. 도 8에 제시한 바와 같이, 공동첨가된 터븀, 네오디뮴, 유로퓸 및 디스프로슘은 상위준위인 5I5 준위의 형광수명에는 영향이 거의 없음을 알 수 있다. 결과적으로, 본 실시예에서 개진하는 공동첨가 조합물의 경우 효과적으로 하위준위만의 천이속도를 빠르게 함으로써 상위준위와 하위준위간 밀도반전에 기여하게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 홀뮴 첨가 광증폭기의 구성도로서, 본 발명의 광증폭기는 증폭될 광신호를 전송하는 코아(Core)와 클래드(Clad)로 이루어진 광재료와, 상기 광재료에 펌프광을 조사하도록 광재료에 광학적으로 접속된 펌핑 수단과, 상기 광재료에 신호를 입력시키기 위한 입력수단과, 상기 입력수단과 펌핑수단에서 공급되는 입사신호광과 펌프광을 결합하여 상기 광재료에 전달하는 WDM 커플러(Wavelength Division Multiplexing Coupler)와, 상기 광재료에 의해 증폭된 광신호를 받아들이도록 접속된 출력수단을 포함한다. 상기 광재료의 코아는 홀뮴이 함유되어 있으며, 홀뮴과 더불어 터븀, 유로퓸, 네오디뮴 및 디스프로슘 중 적어도 하나 이상이 함께 함유되어 있을 수 있다. 상기 펌핑수단은 11,200~11,500 cm-1 범위의 파장대역의 빛을 방출하거나 6,000~6,500 cm-1범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원이 각각 단독으로 또는 함께 구비되어 이루어진다. 상기 광재료는 불화물계 재료, 황화물계 재료 또는 실리케이트 재료로 이루어진 광섬유이다.
실시예 1과 2를 통하여 펌프광의 에너지가 11,200~11,500 cm-1인 경우, 펌프광의 여기상태 흡수가 없는 상태로 바닥준위의 홀뮴을 5I5 준위로 효과적으로 여기시킬 수 있음을 보였다. 5I5 준위와 5I7 준위간의 밀도반전이 터븀, 유로퓸, 네오디뮴 또는 디스프로슘 등과 같이 5I7 준위의 밀도만을 효과적으로 낮추는 희토류 이온이 광재료에 공동첨가되어 있거나, 바닥준위와 5I7 준위 사이에 레이저 공동을 형성함으로써 5I7 준위의 밀도를 낮추는 구도를 사용하는 경우엔, 본 발명에서 개진하는 범위의 에너지를 가지는 펌프광원을 단독으로 사용할 수 있다. 그러나, 상기한 두 가지 방법의 효과를 더욱 향상시키고자 하는 경우나, 홀뮴이 광재료에 단독첨가된 경우엔 실시예 3을 통하여 설정된 파장의 빛을 방출하는 광원을 보조펌프 광원으로 사용할 수 있다. 한편, 또 다른 경우로써 실시예 3을 통하여 결정된 6,000~6,500 cm-1범위에서는 범위의 여기광원은 펌프광의 여기상태 흡수를 통하여 바닥준위의 홀뮴을 5I5 준위로 여기시킴으로써 1.6 ㎛ 형광을 방출시킬 수 있을 뿐만 아니라 5 I5 준위와 5I7 준위간 밀도반전 또한 달성할 수 있다.
Ho3+: 5I5 → 5I7 천이로부터 방출되는 1.6 ㎛ 형광을 광증폭기로 이용하는 경우, 펌프효율을 향상시킬 수 있는 여기광원의 주 파장대역과 5I5 준위와 5I 7 준위간 밀도반전을 달성할 수 있는 보조펌프 파장대역을 개진하였다. 이러한 보조펌프 파장대역은 소위 상향전이 펌핑으로써, 형광방출 준위가 위치한 에너지보다 작은 에너지의 펌프광원을 이용하여 펌핑하는 역할도 하게 된다. 따라서 이 경우, 6,000~6,500 cm-1범위의 에너지를 가지는 펌프광원을 단독으로 이용할 수도 있다. 정리하면, 1.6 ㎛ 대역 홀뮴 첨가 광증폭기는 다음과 같은 세 가지 펌프광원을 사용함으로써 효과적으로 작동할 수 있다. 1) 11,200~11,500 cm-1범위의 펌프광원을 단독으로 사용하면 5F1 준위로의 여기상태흡수를 방지함으로써 펌프효율을 향상시킬 수 있다. 2) 11,200~11,500 cm-1범위의 펌프광원을 주 광원으로 사용하고 동시에 6,000~6,500 cm-1범위의 빛을 방출하는 광원을 보조펌프로 사용할 수 있다. 이 경우, 5I5 준위와 5I7 준위간 밀도반전을 야기함으로써 증폭기의 이득을 향상시킬 수 있다. 3) 상향전이 펌핑(upconversion pumping)으로써 동시에 6,000~6,500 cm-1범위의 펌프광원을 단독으로 사용할 수도 있다. 이 경우, 5I5 준위로 홀뮴을 들뜨게 할 수 있으며 동시에 5I5 준위와 5I7 준위간 밀도반전을 이룰 수 있으나 펌프효율이 11,200~11,500 cm-1범위의 광원을 사용하는 경우보다 작아지게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 홀뮴 첨가 불화물계 유리의 1.6 ㎛ 형광방출 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 2는 홀뮴 첨가 광재료내 +3가 홀뮴이온의 4f 궤도내 에너지 준위 및 여기 에너지를 나타내는 도면이다.
도 3은 홀뮴 첨가 불화물계 유리의 흡수 및 여기 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 4는 홀뮴 첨가 황화물계 유리의 흡수 및 여기 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5는 홀뮴 첨가 불화물계 유리의 형광방출 및 여기상태 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은 홀뮴 단독첨가 불화물계 유리의 5I5, 5I6 및 5 I7 준위의 형광수명을 나타내는 그래프이다.
도 7은 공동첨가 불화물계 유리의 5I6 및 5I7 준위의 형광수명을 나타내는 그래프이다.
도 8은 공동첨가 불화물계 유리의 5I5 준위의 형광수명을 나타내는 그래프이다.
도 9는 홀뮴 첨가 광증폭기의 일례를 도시한 도면이다.

Claims (9)

  1. 홀뮴이 함유된 코아 및 클래드를 구비하는 광재료; 및
    상기 광재료에 펌프광을 조사하도록 상기 광재료에 광학적으로 접속되며, 11,200~11,500 cm-1 범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원과 6,000~6,500 cm-1범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원이 함께 구비된 펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭기.
  2. 증폭될 광신호를 전송할 수 있도록 홀뮴이 함유된 코아와 클래드를 구비하는 광재료;
    상기 광재료에 펌프광을 조사하도록 상기 광재료에 광학적으로 접속된 펌핑 수단;
    상기 광재료에 신호를 입력시키기 위한 입력수단;
    상기 입력수단과 펌핑수단에서 공급되는 입사신호광과 펌프광을 결합하여 상기 광재료에 전달하는 WDM 커플러; 및
    상기 광재료에 의해 증폭된 광신호를 받아들이도록 접속된 출력수단을 포함하되,
    상기 펌핑수단은 11,200~11,500 cm-1 범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원과 6,000~6,500 cm-1범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원이 함께 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 광증폭기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코아에는 상기 홀뮴의 에너지 상위 준위와 하위 준위간의 밀도반전을 일으킬 수 있도록 터븀, 유로퓸, 네오디뮴 및 디스프로슘 중 적어도 하나가 더 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 광증폭기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광재료는 불화물계 재료, 황화물계 재료 또는 실리케이트 재료로 이루어진 광섬유인 것을 특징으로 하는 광증폭기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 입력수단은 상기 광재료에 1.6㎛ 대역의 신호를 입력하는 것을 특징으로 하는 광증폭기.
  6. 홀뮴과 상기 홀뮴의 에너지 상위 준위와 하위 준위간의 밀도반전을 일으킬 수 있도록 터븀, 유로퓸, 네오디뮴 및 디스프로슘 중 적어도 하나가 더 함유되어 있는 코아 및 클래드를 구비하는 광재료; 및
    상기 광재료에 펌프광을 조사하도록 상기 광재료에 광학적으로 접속되며, 11,200~11,500 cm-1 범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원이 구비된 펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭기.
  7. 증폭될 광신호를 전송할 수 있도록, 홀뮴과 상기 홀뮴의 에너지 상위 준위와 하위 준위간의 밀도반전을 일으킬 수 있도록 터븀, 유로퓸, 네오디뮴 및 디스프로슘 중 적어도 하나가 더 함유되어 있는 코아 및 클래드를 구비하는 광재료;
    상기 광재료에 펌프광을 조사하도록 상기 광재료에 광학적으로 접속된 펌핑 수단;
    상기 광재료에 신호를 입력시키기 위한 입력수단;
    상기 입력수단과 펌핑수단에서 공급되는 입사신호광과 펌프광을 결합하여 상기 광재료에 전달하는 WDM 커플러; 및
    상기 광재료에 의해 증폭된 광신호를 받아들이도록 접속된 출력수단을 포함하되,
    상기 펌핑수단은 11,200~11,500 cm-1 범위의 파장대역의 빛을 방출하는 광원이 구비되어 이루어진 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭기.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 광재료는 불화물계 재료, 황화물계 재료 또는 실리케이트 재료로 이루어진 광섬유인 것을 특징으로 하는 광증폭기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 입력수단은 상기 광재료에 1.6㎛ 대역의 신호를 입력하는 것을 특징으로 하는 광증폭기.
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