기존의 C 대역(1,530~1,565 nm) 광통신용 에르비움(Er³⁺) 첨가 레이저 유리가 갖는 낮은 이득과 좁은 대역폭 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 고온 용융-급냉-어닐링 3단계 방법으로 원자 수 분율이 2.26%~10.55%인 붕규산칼슘(Er∶CBS) 레이저 유리를 제조하였다. X선 회절, 라만 분광, 자외선/가시광선/근적외선 흡수 스펙트럼, 정상 상태/순간 형광 스펙트럼 등의 측정 기법을 통해 Er³⁺ 첨가 농도가 유리 미세구조, 스펙트럼 성능 및 에너지 준위 전이 메커니즘에 미치는 조절 법칙을 탐구하였다. 결과에 따르면 2.26%~10.55% Er∶CBS 유리는 모두 비정질 구조를 가진다. 2.26% Er∶CBS의 최대 포논 에너지는 1,067 cm^-1이며, 4.44%~10.55% Er∶CBS 유리의 최대 포논 에너지는 각각 816 cm^-1로 인산염 유리(약 1,200~1,350 cm^-1)보다 낮다. Er³⁺ 원자 수 분율이 2.26%에서 10.55%로 증가함에 따라 Er∶CBS 유리의 1,535 nm 부근 발광 단면적은 4.44×10^-20 cm²에서 6.32×10^-20 cm²로, 형광 반치폭(FWHM)은 50 nm에서 70 nm로, 이득 대역폭(σₑₘ·FWHM)은 222×10^-20 cm²·nm에서 442×10^-20 cm²·nm으로 증가하였다; 형광 수명은 1.17 ms에서 0.62 ms로 감소했으나 광학 품질 인자(σ_em·τ)는 (3.92~5.19)×10^-20 cm²·ms 범위 내에 유지되었다. 결과는 2.26%~10.55% Er∶CBS 레이저 유리가 광통신 C 대역 광 증폭 분야에서 일정한 응용 잠재력을 가지며 고성능 광통신 및 레이저 레이더를 위한 신형 증폭 매질을 제공할 수 있음을 시사한다.

레이저 유리; 에르비움 이온(Er³⁺); 붕규산칼슘 유리; 발광 단면적; 이득 대역폭; 형광 수명