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레이저와 증폭기용 광자결정 광섬유

전문가 제언: ○ 광자결정 광섬유(PCF : Photonic Crystal Fiber), 정확히 공기 실리카 미세구조 광섬유는 본래 불순물이 첨가되지 않은 실리카 내에 다수의 미세 기공이 섬유방향으로 배열된 저굴절률의 미세 구조 성질을 이용한 광섬유로, 고체 코어와 중공(中空) 코어를 갖는 두 종류로 대별된다.

○ 고체 코어는 다공성 광섬유(HF : Holey Fiber)의 이름으로 광통신용 단일 모드 광섬유의 최대 약점인 구부림 손실을 Ge 첨가의 고굴절률 코어와 저굴절률 클래딩과의 큰 굴절률 차이를 이용하여 개선하여 유명하다.

○ 광섬유 증폭기로서는 실리카 광섬유에 Er을 첨가하여 이득매질로 사용하며 여기 레이저(pumping laser)를 필요로 하는 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)가 광통신망의 핵심 기기로 상용화 된지 오래되었다.

○ 공기 클래딩에서 중공 코어를 저굴절률의 에탄올로 채워 액체 코어 내에 빛을 강력하게 가둘 수 있고, 중공 코어를 높은 라만 이득계수를 가진 수소로 채워 고출력 여기 레이저와의 효율적 상호작용이 유도 라만산란(SRS)을 일으켜 필요 여기 파워를 100배 이상으로 감소시키는 등 PCF를 이용한 레이저나 증폭기 기술발전은 예를 들 수 없을 정도이다.

○ 프랑스의 IRCOM이란 광통신연구소는 본문에서 PCF의 증폭기 및 레이저 응용을 위한 중요한 연구 동향을 요약 소개하였다. 전 세계 선두주자인 미국의 IPG Photonics사는 이미 10kW급 CW를 상업화하였고, 6kW CW용 광섬유 레이저를 독일 자동차회사에 판매한지 오래되었다.

○ 최근 광통신 사업의 부진은 광섬유에서 축적된 기술의 고출력 섬유 레이저 개발로 나타나, 영국의 SPI사, 일본의 Mitsumishi전선, Sumitomo전공 등이 두각을 나타내고 있다. 광섬유 레이저는 금속의 용접과 절단에서 CO2 레이저 및 Nd:YAG 레이저와 경쟁 수준까지 되고 있다.

○ 국내 광섬유 레이저 연구는 국제적으로도 인정받고 있어 자동차, 전선 등의 산업과 연구기관에 정부과제로 꾸준히 지원해야 할 것이다.

저자: Philippe Roy et al
자료유형: 학술정보