2 μm 파장 대역의 광섬유 레이저는 인간 눈의 안전성, 대기의 높은 투과율, 물 분자의 강한 흡수 등의 장점을 겸비하여 정밀 센서, 첨단 의료, 우주 광통신 및 국방 보안 등 분야에서 대체 불가능한 전략적 응용 가치를 지닌다. 그러나 고성능 중적외선 이득 유리 재료의 예측 가능한 설계에는 여전히 도전이 존재한다. 본 논문은 바륨 아연 저마이트(GeO₂-ZnO-BaO) 삼원계에 기반하여 열역학적 방법과 맞춤형 실험을 이용해 유리 형성 구역(이하 성유 구역)을 예측 및 검증하고, 그중에서 열 안정성이 우수한 60GeO₂-20ZnO-20BaO를 기지 유리 성분으로 선별하였다. 이를 바탕으로 체계적인 농도 구배 실험을 통해 Yb₂O₃와 Ho₂O₃의 최적 도핑 몰 분율을 각각 1%와 0.75%로 확정하였다. 980 nm 레이저 여기 하에서 본 유리는 2 μm 파장 대역(Ho³⁺：⁵I₇→⁵I₈)에서 강한 형광 방출을 보이며, 형광 수명은 2.92 ms에 달한다. Ho³⁺의 최대 흡수 및 방출 단면적은 각각 4.24×10^-21 cm²와 4.35×10^-21 cm²로 유사 유리계 중 높은 수준에 있다. 확장 중첩 적분법을 통해 본 계 내 음자 보조 에너지 전달 메커니즘을 정량적으로 밝혀냈으며, Yb³⁺：²F_5/2→Ho³⁺：⁵I₆의 에너지 전달 계수는 9.88×10^-41 cm⁶·s^-1로 단음자 보조 과정이 우세(86.37%)하고, 정방향 전달 효율이 역방향 과정(Ho³⁺：⁵I₆→Yb³⁺：²F_5/2)보다 약 두 자릿수 높아 에너지 역전달 손실 경감에 유리하다. 이상 결과는 열역학적 설계 선별된 Yb³⁺/Ho³⁺ 공동 도핑 바륨 아연 저마이트 유리가 2 μm 파장 대역에서 우수한 스펙트럼 성능과 효율적인 에너지 전달 특성을 지니며 중적외선 레이저 이득 재료로서의 응용 가능성과 관련 유리계 설계 참고용임을 보여준다.

바륨 아연 저마이트 유리; 열역학 예측; Yb³⁺/Ho³⁺ 공동 도핑; 2 μm 발광; 음자 보조 에너지 전달