JP2888616B2 - 光増幅装置及び光発振装置 - Google Patents
光増幅装置及び光発振装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は波長1.65μｍ帯で使用される光増幅装置に関
する。
する。
波長1.3μｍ帯、波長1.55μｍ帯等の光通信分野への
応用のため、希土類元素を添加した光ファイバを用い
て、ファイバ増幅器を作製する努力がなされている。一
方、波長1.55μｍ帯等の光通信システムの保守等のため
の障害検出システムに使用するという目的で、波長1.55
μｍ帯より長波長側でありかつ半導体レーザの使用帯域
である等の理由から、例えば波長1.65μｍ帯域のファイ
バ増幅器の存在が望まれる。しかし、従来この1.65μｍ
帯域に増幅利得を有するファイバ増幅器についての報告
はなかった。
応用のため、希土類元素を添加した光ファイバを用い
て、ファイバ増幅器を作製する努力がなされている。一
方、波長1.55μｍ帯等の光通信システムの保守等のため
の障害検出システムに使用するという目的で、波長1.55
μｍ帯より長波長側でありかつ半導体レーザの使用帯域
である等の理由から、例えば波長1.65μｍ帯域のファイ
バ増幅器の存在が望まれる。しかし、従来この1.65μｍ
帯域に増幅利得を有するファイバ増幅器についての報告
はなかった。
そこで、上述の事情に鑑み、本発明は、波長1.65μｍ
帯で光増幅利得を有する光増幅装置及び光発振装置を提
供することを目的としている。
帯で光増幅利得を有する光増幅装置及び光発振装置を提
供することを目的としている。
上述の目的を達成するため、本発明に係る光増幅装置
は、光伝送路と、励起光源と、光学手段とを備えること
を特徴とする。ここに、光伝送路は、活性物質としてプ
ラセオジムイオン（Pr3+）を添加した光機能性ガラスを
有して構成され、波長1.65μｍ帯の信号光を伝搬する。
また、励起光源は、波長1.4μｍ帯の励起光を発生す
る。更に、光学手段は、励起光源からの励起光を光伝送
路内に入射させる。
は、光伝送路と、励起光源と、光学手段とを備えること
を特徴とする。ここに、光伝送路は、活性物質としてプ
ラセオジムイオン（Pr3+）を添加した光機能性ガラスを
有して構成され、波長1.65μｍ帯の信号光を伝搬する。
また、励起光源は、波長1.4μｍ帯の励起光を発生す
る。更に、光学手段は、励起光源からの励起光を光伝送
路内に入射させる。
上記光増幅装置にあっては、光伝送路中に導入された
波長1.4μｍ帯の励起光により、活性物質であるPr3+を
励起し、Pr3+の発光を可能にする。つまり、この励起光
により基底準位3H4にある電子がエネルギー準位3F4に一
旦励起され、その後輻射を伴わずに準位3F3に遷移す
る。この様な励起及び非輻射遷移により、準位3F3と準
位3H4との間に反転分布が形成されると、波長1.65μｍ
帯での発光が可能になる。このとき、励起されたPr3+に
波長1.65μｍ帯の信号光が入射すると、Pr3+は、この信
号光に誘導され、波長1.65μｍ帯の光を発生する。この
結果、波長1.65μｍ帯での光増幅が可能になる。
波長1.4μｍ帯の励起光により、活性物質であるPr3+を
励起し、Pr3+の発光を可能にする。つまり、この励起光
により基底準位3H4にある電子がエネルギー準位3F4に一
旦励起され、その後輻射を伴わずに準位3F3に遷移す
る。この様な励起及び非輻射遷移により、準位3F3と準
位3H4との間に反転分布が形成されると、波長1.65μｍ
帯での発光が可能になる。このとき、励起されたPr3+に
波長1.65μｍ帯の信号光が入射すると、Pr3+は、この信
号光に誘導され、波長1.65μｍ帯の光を発生する。この
結果、波長1.65μｍ帯での光増幅が可能になる。
また、本発明の光発振装置にあっては、上記の光伝送
路と、励起光源と、光学手段と、光共振器とを備えるこ
ととしている。ここに、励起光源は、波長1.4μｍ帯の
励起光を発生し、光学手段は、励起光を励起光源から光
伝送路内に入射させ、光共振器は、伝送路内からの波長
1.65μｍ帯の光を光伝送路にフィードバックする。
路と、励起光源と、光学手段と、光共振器とを備えるこ
ととしている。ここに、励起光源は、波長1.4μｍ帯の
励起光を発生し、光学手段は、励起光を励起光源から光
伝送路内に入射させ、光共振器は、伝送路内からの波長
1.65μｍ帯の光を光伝送路にフィードバックする。
上記の光発振装置によれば、光学手段により光伝送路
内に導入された波長1.4μｍ帯の励起光によってPr3+が
励起される。この励起されたPr3+の一部は、光伝送路内
からの波長1.65μｍ帯の放出光と、光伝送路内にフィー
ドバックされた波長1.65μｍ帯の光とによって誘導さ
れ、波長1.65μｍ帯の放出光を発生する。これを繰り返
すことにより、波長1.65μｍ帯での光発振が可能にな
る。
内に導入された波長1.4μｍ帯の励起光によってPr3+が
励起される。この励起されたPr3+の一部は、光伝送路内
からの波長1.65μｍ帯の放出光と、光伝送路内にフィー
ドバックされた波長1.65μｍ帯の光とによって誘導さ
れ、波長1.65μｍ帯の放出光を発生する。これを繰り返
すことにより、波長1.65μｍ帯での光発振が可能にな
る。
以下、本発明の光増幅装置の実施例について説明す
る。
る。
第１図に、波長1.65μｍ帯の光増幅装置であるファイ
バ増幅器を示す。
バ増幅器を示す。
信号光源11としては、出力波長1.65μｍの半導体レー
ザが使用されている。この信号光源11の出力側には、光
ファイバ18aの一端が光学的に接続されており、この光
ファイバ18aの他端はカプラ13の入力側に接続されてい
る。
ザが使用されている。この信号光源11の出力側には、光
ファイバ18aの一端が光学的に接続されており、この光
ファイバ18aの他端はカプラ13の入力側に接続されてい
る。
励起光源であるレーザ光源12としては、出力波長1.4
μｍの半導体レーザが使用されている。このレーザ光源
12の出力側には、光ファイバ19aの一端が光学的に接続
されており、この光ファイバ19aの他端はカプラ13の入
力側に接続されている。
μｍの半導体レーザが使用されている。このレーザ光源
12の出力側には、光ファイバ19aの一端が光学的に接続
されており、この光ファイバ19aの他端はカプラ13の入
力側に接続されている。
カプラ13の出力側からは２本の光ファイバ18b、19bが
延びている。カプラ13は２本の光ファイバ18、19の融着
延伸によって作製されたもので、このカプラ13と光ファ
イバ18a、18b、19a、19bとは、信号光及び励起光を光結
合させる光学手段を構成する。
延びている。カプラ13は２本の光ファイバ18、19の融着
延伸によって作製されたもので、このカプラ13と光ファ
イバ18a、18b、19a、19bとは、信号光及び励起光を光結
合させる光学手段を構成する。
光ファイバ19bの終端は戻り光を防止するためのマッ
チングオイル17に浸漬されており、他方の光ファイバ18
bの終端は光伝送路である光ファイバ10の一端にコネク
タ等を介して接続されている。この光ファイバ10は長さ
50mのSMファイバであり、Pr3+を添加した石英ガラス製
のコアを備えている。光ファイバ10の他端の出力側には
光スペクトラムアナライザ15が設けられており、これら
の間にはフィルタ16が介在されている。
チングオイル17に浸漬されており、他方の光ファイバ18
bの終端は光伝送路である光ファイバ10の一端にコネク
タ等を介して接続されている。この光ファイバ10は長さ
50mのSMファイバであり、Pr3+を添加した石英ガラス製
のコアを備えている。光ファイバ10の他端の出力側には
光スペクトラムアナライザ15が設けられており、これら
の間にはフィルタ16が介在されている。
以下、第１図のファイバ増幅器の動作について簡単な
説明を行う。
説明を行う。
レーザ光源12から出力された波長1.4μｍ帯の励起光
は、光ファイバ19aを介してカプラ13に入射し、更に光
ファイバ18bを介して光ファイバ10内に入射する。励起
光が入射する光ファイバ10のコアには活性物質としてPr
3+が添加されているため、この励起光によって所定の状
態に励起されたPr3+は、波長1.65μｍ帯の発光が可能な
状態になる。
は、光ファイバ19aを介してカプラ13に入射し、更に光
ファイバ18bを介して光ファイバ10内に入射する。励起
光が入射する光ファイバ10のコアには活性物質としてPr
3+が添加されているため、この励起光によって所定の状
態に励起されたPr3+は、波長1.65μｍ帯の発光が可能な
状態になる。
第２図は、発光可能に励起されたPr3+の状態を説明す
るための図であり、石英ガラス等のガラス試料に添加さ
れたPr3+のエネルギー準位を示したものである。光ファ
イバに導入された1.4μｍ帯の励起光によってPr3+が励
起され、その基底準位3H4にある電子が準位3F4に一旦励
起され、フォノン等のエネルギーを放出した後準位3F3
に遷移する。このような励起及び輻射を伴わない遷移に
より、準位3F3と準位3H4との間に反転分布が形成される
と、波長1.65μｍ帯をピークとした３準位系の発光が可
能になる。
るための図であり、石英ガラス等のガラス試料に添加さ
れたPr3+のエネルギー準位を示したものである。光ファ
イバに導入された1.4μｍ帯の励起光によってPr3+が励
起され、その基底準位3H4にある電子が準位3F4に一旦励
起され、フォノン等のエネルギーを放出した後準位3F3
に遷移する。このような励起及び輻射を伴わない遷移に
より、準位3F3と準位3H4との間に反転分布が形成される
と、波長1.65μｍ帯をピークとした３準位系の発光が可
能になる。
一方、信号光源11から出力された波長1.65μｍ帯の信
号光は、光ファイバ18aを介してカプラ13に入射する。
カプラ13に入射した信号光は、レーザ光源12からの励起
光と結合されて光ファイバ10内に入射する。光ファイバ
10に入射した信号光は、発光可能に励起されたPr3+を誘
導して波長1.65μｍ帯の誘導放出光を生じさせる。
号光は、光ファイバ18aを介してカプラ13に入射する。
カプラ13に入射した信号光は、レーザ光源12からの励起
光と結合されて光ファイバ10内に入射する。光ファイバ
10に入射した信号光は、発光可能に励起されたPr3+を誘
導して波長1.65μｍ帯の誘導放出光を生じさせる。
このような過程を経て、光ファイバ10の出力側から
は、励起光と増幅された信号光とが出力されるが、これ
らのうち励起光については、フィルタ16にカットされる
こととなる。このため、光スペクトラムアナライザ15に
は増幅された信号光のみが入射することとなり、Pr3+を
添加した光ファイバによる光増幅の利得が測定できる。
は、励起光と増幅された信号光とが出力されるが、これ
らのうち励起光については、フィルタ16にカットされる
こととなる。このため、光スペクトラムアナライザ15に
は増幅された信号光のみが入射することとなり、Pr3+を
添加した光ファイバによる光増幅の利得が測定できる。
第１図のファイバ増幅器で得られた光増幅利得の測定
結果について説明する。
結果について説明する。
レーザ光源12から光ファイバに入射する励起光の波長
を1.43μｍとし、その入力光量を20mWとした。また、信
号光源11からの光ファイバに入射する信号光の波長を1.
65μｍとし、その入力光量を−30dBmとした。光スペク
トラムアナライザ15による測定結果から、実施例のファ
イバ増幅器の光増幅の利得は約10dBであることがわかっ
た。
を1.43μｍとし、その入力光量を20mWとした。また、信
号光源11からの光ファイバに入射する信号光の波長を1.
65μｍとし、その入力光量を−30dBmとした。光スペク
トラムアナライザ15による測定結果から、実施例のファ
イバ増幅器の光増幅の利得は約10dBであることがわかっ
た。
第３図及び第４図に、参考のため、第１図のファイバ
増幅器に使用した光ファイバ10の構造及びその諸元を示
した。
増幅器に使用した光ファイバ10の構造及びその諸元を示
した。
光ファイバ10は、石英ガラスにプラセオジムの酸化物
を添加したコアと、石英ガラスに弗素（Ｆ）を添加した
クラッドとを備える。そのコア径は5.1μｍで、その外
径は125μｍである。また、これらのコア及びクラッド
の比屈折率差Δは約0.64％である。
を添加したコアと、石英ガラスに弗素（Ｆ）を添加した
クラッドとを備える。そのコア径は5.1μｍで、その外
径は125μｍである。また、これらのコア及びクラッド
の比屈折率差Δは約0.64％である。
以下に、第３図の光ファイバの作製について簡単な説
明を行う。
明を行う。
まず、光伝送路である光ファイバのコア材として、Pr
3+を酸化物として添加した石英ガラスを溶融し棒状に成
形し、コア用のガラスロッドとする。この石英ガラスに
添加した活性物質であるプラセオジムイオンの濃度は重
量で310ppmとする。次に、弗素を所定量添加した石英ガ
ラスを溶融・形成し、クラッドパイプとする。クラッド
パイプにはプラセオジムイオンを添加していない。これ
らのコアロッド及びクラッドパイプをロッドインチュー
ブ法によりプリフォームに形成する。このプリフォーム
を公知の線引き装置にセットし、光ファイバに線引きす
る。この結果、コア径5.1μｍで外径125μｍのSMファイ
バが得られる。このSMファイバを測定のため長さ50mの
試料に切り出し、第１図のファイバ増幅器に使用する光
ファイバ10とする。
3+を酸化物として添加した石英ガラスを溶融し棒状に成
形し、コア用のガラスロッドとする。この石英ガラスに
添加した活性物質であるプラセオジムイオンの濃度は重
量で310ppmとする。次に、弗素を所定量添加した石英ガ
ラスを溶融・形成し、クラッドパイプとする。クラッド
パイプにはプラセオジムイオンを添加していない。これ
らのコアロッド及びクラッドパイプをロッドインチュー
ブ法によりプリフォームに形成する。このプリフォーム
を公知の線引き装置にセットし、光ファイバに線引きす
る。この結果、コア径5.1μｍで外径125μｍのSMファイ
バが得られる。このSMファイバを測定のため長さ50mの
試料に切り出し、第１図のファイバ増幅器に使用する光
ファイバ10とする。
本発明は、上記の実施例に限らず、種々の変形が可能
である。
である。
例えば、コアに使用するマトリックスガラスとして
は、珪酸塩ガラス、燐酸塩ガラス及び弗化物系ガラス等
を使用しても良い。この様にマトリックスガラスの組成
を変更することで、波長1.65μｍ帯の近傍でで発光若し
くは誘導放出の波長を調節することもできる。
は、珪酸塩ガラス、燐酸塩ガラス及び弗化物系ガラス等
を使用しても良い。この様にマトリックスガラスの組成
を変更することで、波長1.65μｍ帯の近傍でで発光若し
くは誘導放出の波長を調節することもできる。
また、光伝送路としては、例えば、上記Pr3+添加ガラ
スを平面導波路等に形成しても良い。ただし、光ファイ
バに形成することが、長尺の光伝送路を得る点では望ま
しい。光損失が少ないこと等を利用すれば、低閾値でPr
3+に反転分布を生じさせることができるからである。
スを平面導波路等に形成しても良い。ただし、光ファイ
バに形成することが、長尺の光伝送路を得る点では望ま
しい。光損失が少ないこと等を利用すれば、低閾値でPr
3+に反転分布を生じさせることができるからである。
以下に、光発振装置であるファイバレーザの実施例に
ついて説明する。
ついて説明する。
具体的な構成は、Erをドープした公知のファイバレー
ザと同様である（「Erドープファイバ」、O plus E.199
0年１月、pp.112〜118等参照。）。ただし本実施例の場
合、光伝送路としてPrドープファイバを使用し、励起光
源として波長1.4μｍ帯の励起光を発生するレーザダイ
オードを使用する。
ザと同様である（「Erドープファイバ」、O plus E.199
0年１月、pp.112〜118等参照。）。ただし本実施例の場
合、光伝送路としてPrドープファイバを使用し、励起光
源として波長1.4μｍ帯の励起光を発生するレーザダイ
オードを使用する。
レーザダイオードからの波長1.4μｍ帯の励起光は、
レンズ等の適当な光学手段によって上記実施例に示した
光ファイバ内に導入される。光ファイバ内のPr3+は所定
の状態に励起され、波長1.65μｍ帯の発光が可能にな
る。ここで、ファイバの出力端を鏡面に仕上げているた
め、この出力端とレーザダイオードの端面とは共振器を
構成する。この結果、励起光の出力が所定値を超えると
波長1.65μｍ帯でレーザ発振が生じる。
レンズ等の適当な光学手段によって上記実施例に示した
光ファイバ内に導入される。光ファイバ内のPr3+は所定
の状態に励起され、波長1.65μｍ帯の発光が可能にな
る。ここで、ファイバの出力端を鏡面に仕上げているた
め、この出力端とレーザダイオードの端面とは共振器を
構成する。この結果、励起光の出力が所定値を超えると
波長1.65μｍ帯でレーザ発振が生じる。
なお、共振器は、誘電体ミラー等を使用するタイプの
ものであってもよい。
ものであってもよい。
以上説明したように、本発明に係る光増幅装置によれ
ば、波長1.65μｍ帯でのPr3+の発光を可能にする波長1.
4μｍ帯の励起光の存在により、波長1.65μｍ帯での発
光・光増幅が可能になる。
ば、波長1.65μｍ帯でのPr3+の発光を可能にする波長1.
4μｍ帯の励起光の存在により、波長1.65μｍ帯での発
光・光増幅が可能になる。
更に、本発明に係る光発振装置によれば、波長1.65μ
ｍ帯でのPr3+の発光を可能にする波長1.4μｍ帯の励起
光の存在と波長1.65μｍ帯の光に対する光共振器の存在
とにより、波長1.65μｍ帯での発光・光発振が可能にな
る。
ｍ帯でのPr3+の発光を可能にする波長1.4μｍ帯の励起
光の存在と波長1.65μｍ帯の光に対する光共振器の存在
とにより、波長1.65μｍ帯での発光・光発振が可能にな
る。
第１図は実施例のファイバ増幅器を示した図、第２図は
波長1.4μｍ帯の励起光によるPr3+励起を説明するため
の図、第３図は第１図のファイバ増幅器に用いる光ファ
イバの構造を示した図、第４図は第３図の光ファイバの
諸元を示した図である。 10……光伝送路である光ファイバ、12……励起光源、1
3、18a、18b、19a、19b……光学手段。
波長1.4μｍ帯の励起光によるPr3+励起を説明するため
の図、第３図は第１図のファイバ増幅器に用いる光ファ
イバの構造を示した図、第４図は第３図の光ファイバの
諸元を示した図である。 10……光伝送路である光ファイバ、12……励起光源、1
3、18a、18b、19a、19b……光学手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向後 隆司 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 渡辺 稔 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 三川 泉 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−184386（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−502067（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/07 H01S 3/10 H01S 3/17 G02F 1/35 501
Claims (2)
- 【請求項１】Pr3+を活性物質として添加した光機能性ガ
ラスを有して構成され、波長1.65μｍ帯の信号光を伝搬
する光伝送路と、 波長1.4μｍ帯の励起光を発生する励起光源と、 前記励起光源からの前記励起光を前記光伝送路内に入射
させる光学手段と、 を備える光増幅装置。 - 【請求項２】Pr3+を活性物質として添加した光機能性ガ
ラスを有して構成され、波長1.65μｍ帯の光を伝搬する
光伝送路と、 波長1.4μｍ帯の励起光を発生する励起光源と、 前記励起光源からの前記励起光を前記光伝送路内に入射
させる光学手段と、 前記光伝送路内からの波長1.65μｍ帯の光を該光伝送路
にフィードバックする光共振器と、 を備える光発振装置。
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