JP3078050B2 - Optical functional glass - Google Patents
Optical functional glassInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は１．３μｍ帯の光増幅等
に使用される光能動素子、光能動装置、ファイバ増幅
器、導波路素子増幅器、ファイバレーザ及び導波路素子
レーザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optically active device, an optically active device, a fiber amplifier, a waveguide device amplifier, a fiber laser, and a waveguide device laser used for 1.3 .mu.m band optical amplification and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】希土類元素を活性物質として添加した光
機能性ガラスは、一般に１．３１０±０．０２５μｍの
範囲で行われる波長１．３μｍ帯での光通信に使用する
ファイバ増幅器、ファイバセンサ、ファイバレーザその
他の光能動装置への応用が考えられている。例えば、活
性物質としてプラセオジムイオン（Ｐｒ3+）を添加した
弗化物ガラスからなる光ファイバによって波長１．３μ
ｍ帯での光増幅を実現できるとの報告がなされている
（OFC '90 Post Deadline Papers(PD2-1) ）。2. Description of the Related Art An optical functional glass to which a rare earth element is added as an active material is generally used for a fiber amplifier, a fiber sensor, a fiber amplifier used for optical communication in a 1.3 μm band in a range of 1.310 ± 0.025 μm. Applications to fiber lasers and other optically active devices are being considered. For example, an optical fiber made of fluoride glass to which praseodymium ion (Pr 3+ ) is added as an active substance has a wavelength of 1.3 μm.
It has been reported that optical amplification in the m band can be realized (OFC '90 Post Deadline Papers (PD2-1)).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の報告に
示されるＰｒ3+添加の弗化物ガラスからなる光ファイバ
では、波長１μｍ光の吸収強度が小さく、励起光源が大
型化してしまうといった問題があった。However, the optical fiber made of fluoride glass doped with Pr 3+ shown in the above report has a problem in that the absorption intensity of light having a wavelength of 1 μm is small, and the excitation light source becomes large. there were.
【０００４】そこで、本発明は、Ｐｒ3+を添加した光機
能性ガラスであって、波長１．３μｍ帯での発光・光増
幅の効率が高い光機能性ガラスを提供することを目的と
している。Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical functional glass to which Pr 3+ is added, which has high efficiency of light emission and optical amplification in a 1.3 μm wavelength band. .
【０００５】また、本発明は、上記光機能性ガラスを用
いた光ファイバ及び導波路素子を提供することを目的と
する。Another object of the present invention is to provide an optical fiber and a waveguide element using the above-mentioned optically functional glass.
【０００６】また、本発明は、上記光ファイバ及び導波
路素子を備える光能動装置を提供することを目的とす
る。Another object of the present invention is to provide an optical active device including the above optical fiber and waveguide element.
【０００７】また、本発明は、上記光ファイバを用いた
ファイバ増幅器及びファイバレーザを提供することを目
的とする。Another object of the present invention is to provide a fiber amplifier and a fiber laser using the optical fiber.
【０００８】また、本発明は、上記導波路素子を用いた
導波路素子増幅器及び導波路素子レーザを提供すること
を目的とする。Another object of the present invention is to provide a waveguide device amplifier and a waveguide device laser using the above waveguide device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記課題解決のため鋭意研究を重ねた結果、波長１．３μ
ｍ帯での発光・光増幅を可能にし、或いはその増幅効率
等を高め得る光機能性ガラスを見出した。The present inventor has conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, obtained a wavelength of 1.3 μm.
We have found an optically functional glass that enables light emission and light amplification in the m band, or that can increase the amplification efficiency and the like.
【００１０】本発明に係る光機能性ガラスでは、イッテ
ルビウムイオン（Ｙｂ3+）及びクロムイオン（Ｃｒ3+）
を活性物質であるＰｒとともにホストガラス（マトリッ
クスガラス）に添加することとし、或いは、ネオジムイ
オン（Ｎｄ3+）及びＣｒ3+を活性物質であるＰｒととも
にホストガラスに添加することとしている。ホストガラ
スとしては、弗燐酸塩ガラス、燐酸塩ガラス、ケイ酸塩
ガラス、カルコゲナイドガラス、弗化物ガラス、石英ガ
ラス等の使用が可能である。In the optical functional glass according to the present invention, ytterbium ion (Yb 3+ ) and chromium ion (Cr 3+ )
Is added to the host glass (matrix glass) together with the active substance Pr, or neodymium ions (Nd 3+ ) and Cr 3+ are added to the host glass together with the active substance Pr. As the host glass, fluorophosphate glass, phosphate glass, silicate glass, chalcogenide glass, fluoride glass, quartz glass, or the like can be used.
【００１１】上記光機能性ガラスによれば、Ｙｂ3+とＣ
ｒ3+の組み合わせ、若しくはＮｄ3+とＣｒ3+の組み合わ
せをＰｒ3+とともにホストガラスに添加することによ
り、Ｘｅランプその他の簡易な励起光源を用いてＰｒ3+
を励起できるばかりでなく、この結果波長１．３μｍ帯
での光増幅等に適したガラスを得ることができることが
後述のように判明した。According to the optical functional glass, Yb 3+ and C
The combination of r 3+, or a combination of Nd 3+ and Cr 3+ by adding to the host glass together with Pr 3+, with a Xe lamp other simple excitation light source Pr 3+
Not only can be excited, but also as a result, a glass suitable for optical amplification in a 1.3 μm band can be obtained as described later.
【００１２】上記の現象に関し、本発明者は２つの仮説
を立てて検討した。The present inventor has made two hypotheses and examined the above phenomenon.
【００１３】図１は第１の仮説を説明するためのエネル
ギー準位図である。活性物質として例えばＰｒ3+、Ｙｂ
3+及びＣｒ3+を共添加した光機能性ガラスに導入された
波長約０．７μｍ以下の励起光は、比較的ブロードな吸
収帯を有するＣｒ3+を励起して準位 4Ａ2 から準位 4Ｔ
2 若しくはそれ以上の準位への電子遷移を発生させる。
この結果、準位 4Ｔ2 等と準位 4Ａ2 との間に反転分布
が形成される。これらの準位 4Ｔ2 等及び 4Ａ2 間のエ
ネルギー差がＹｂ3+の２準位 2Ｆ5/2 及び 2Ｆ7/2 間の
エネルギー差に略対応しているので、Ｃｒ3+の励起エネ
ルギーはその近くに存在するＹｂ3+へ伝達されることと
なる。この結果、準位 2Ｆ5/2 と準位 2Ｆ7/2 との間に
反転分布が形成される。さらに、これらの準位 2Ｆ5/2
及び 2Ｆ7/2 間のエネルギー差がＰｒ3+の２準位 1Ｇ4
及び 3Ｈ4 間のエネルギー差に略対応しているので、Ｙ
ｂ3+の励起エネルギーはその近くに存在するＰｒ3+へ伝
達されることとなる。つまり、励起電子はエネルギー伝
達によってみかけ上準位 4Ｔ2 等から準位 2Ｆ5/2 をへ
て準位 1Ｇ4 に遷移する。この結果、Ｐｒ3+の遷移1Ｇ
4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３μｍ帯の輻射が可能に
なる。FIG. 1 is an energy level diagram for explaining the first hypothesis. Active substances such as Pr 3+ , Yb
Excitation light having a wavelength of about 0.7 μm or less introduced into the optically functional glass to which 3+ and Cr 3+ are co-doped excites Cr 3+ having a relatively broad absorption band to generate a level 4 A 2. Level 4 T
Generates an electronic transition to two or more levels.
As a result, a population inversion is formed between the level 4 T 2 and the like and the level 4 A 2 . Since the energy difference between these levels 4 T 2 etc. and 4 A 2 substantially corresponds to the energy difference between the two levels 2 F 5/2 and 2 F 7/2 of Yb 3+ , Cr 3+ Will be transferred to the nearby Yb 3+ . As a result, inversion between the level 2 F 5/2 and level 2 F 7/2 is formed. Furthermore, these levels 2 F 5/2
And the energy difference between 2 F 7/2 and Pr 3+ is a two-level 1 G 4
And approximately correspond to the energy difference between 3 H 4 ,
The excitation energy of b 3+ will be transferred to Pr 3+ present nearby. That is, the excited electrons apparently transition from the level 4 T 2 or the like to the level 1 G 4 through the level 2 F 5/2 by energy transfer. As a result, the transition 1 G of Pr 3+
4 → 3 radiation of wavelength 1.3μm band corresponding to H 5 becomes possible.
【００１４】図２は、Ｃｒ3+の蛍光強度とＹｂ3+の吸収
係数とを示した図である。Ｃｒ3+の発光特性とＹｂ3+の
吸収特性との重複部分は、エネルギー伝達の発生確率の
対応している。つまり、Ｃｒ3+の発光波長に対応するエ
ネルギーがＹｂ3+の吸収波長に対応するエネルギーとし
て伝達されるので、吸収・発光特性の重複部分が多けれ
ば多いほど、またＣｒ3+及びＹｂ3+がより近接して存在
するほど、エネルギー伝達の確率が高まると言える。図
示の吸収・発光特性からも明らかなように、Ｃｒ3+及び
Ｙｂ3+間のエネルギー伝達は十分な確率を以て発生する
ものと考えられる。同様に、Ｙｂ3+及びＰｒ3+間のエネ
ルギー伝達も十分な確率を以て発生するものと期待でき
る。FIG. 2 is a diagram showing the fluorescence intensity of Cr 3+ and the absorption coefficient of Yb 3+ . The overlap between the light emission characteristics of Cr 3+ and the absorption characteristics of Yb 3+ corresponds to the occurrence probability of energy transfer. That is, since the energy corresponding to the emission wavelength of Cr 3+ is transmitted as the energy corresponding to the absorption wavelength of Yb 3+ , the more the absorption / emission characteristics overlap, the more the Cr 3+ and Yb 3+ It can be said that the closer the exists, the higher the probability of energy transfer. As is apparent from the absorption / emission characteristics shown in the figure, it is considered that the energy transfer between Cr 3+ and Yb 3+ occurs with a sufficient probability. Similarly, energy transfer between Yb 3+ and Pr 3+ can be expected to occur with sufficient probability.
【００１５】図３は第２の仮説を説明するためのエネル
ギー準位図である。活性物質として例えばＰｒ3+、Ｎｄ
3+及びＣｒ3+を共添加した光機能性ガラスに導入された
波長約０．７μｍ以下の励起光は、Ｃｒ3+を励起して準
位 4Ａ2 から準位 4Ｔ2 若しくはそれ以上の準位への電
子遷移を発生させる。この結果、準位 4Ｔ2 等と準位4
Ａ2 との間に反転分布が形成される。これらの準位間の
エネルギー差がＮｄ3+の準位 4Ｆ3/2 等と準位 4Ｉ9/2
との間のエネルギー差に略対応しているので、Ｃｒ3+の
励起エネルギーはその近くに存在するＮｄ3+へ伝達され
ることとなる。この結果、準位 4Ｆ3/2 と準位 4Ｉ11/2
との間に反転分布が形成される。さらに、これらの準位
間のエネルギー差がＰｒ3+の２準位 1Ｇ4 及び 3Ｈ4 間
のエネルギー差に略対応しているので、Ｎｄ3+の励起エ
ネルギーはその近くに存在するＰｒ3+へ伝達されること
となる。つまり、励起電子はエネルギー伝達によってみ
かけ上準位 4Ｔ2 等から準位 4Ｆ3/2 をへて準位 1Ｇ4
に遷移する。この結果、Ｐｒ3+の遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に
対応する波長１．３μｍ帯の輻射が可能になる。FIG. 3 is an energy level diagram for explaining the second hypothesis. Active substances such as Pr 3+ , Nd
Excitation light having a wavelength of about 0.7 μm or less introduced into the optically functional glass to which 3+ and Cr 3+ are co-doped excites Cr 3+ to cause a level from 4 A 2 to a level 4 T 2 or higher. Electronic transition to the level of As a result, level 4 T 2 etc. and level 4
Inverted distribution is formed between the A 2. Level 4 F 3/2, etc. of the energy difference between these levels is Nd 3+ and level 4 I 9/2
, The excitation energy of Cr 3+ is transferred to Nd 3+ present nearby. As a result, the level 4 F 3/2 and the level 4 I 11/2
And a population inversion is formed. Furthermore, since the energy difference between these levels are substantially corresponds to the energy difference between the two levels 1 G 4 and 3 H 4 of Pr 3+, excitation energy of Nd 3+ is present near the Pr 3+ . In other words, the excited electrons apparently move from level 4 T 2 etc. to level 4 F 3/2 by energy transfer to level 1 G 4
Transitions to. As a result, radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to the transition 1 G 4 → 3 H 5 of Pr 3+ becomes possible.
【００１６】上記の仮説が適切なものであるかどうかは
不明である。いずれにせよ、本発明者の実験・検討によ
れば、Ｐｒ3+とともに、Ｙｂ3+若しくはＮｄ3+と，Ｃｒ
3+とをホストガラス中に添加することにより、Ｐｒ3+に
よる波長１．３μｍ帯での発光・光増幅等を可能にし、
或いはその増幅効率等を高める有望なガラスが得られる
ことがわかった。It is unclear whether the above hypothesis is appropriate. In any case, according to the experiments and studies conducted by the present inventors, together with Pr 3+, and Yb 3+ or Nd 3+, Cr
By adding 3+ to the host glass, light emission and light amplification in a 1.3 μm wavelength band by Pr 3+ are enabled,
Alternatively, it was found that a promising glass for improving the amplification efficiency and the like was obtained.
【００１７】上記の光機能性ガラスは光伝送路用の素材
として用いられ、例えばこのガラスから形成した平面導
波路を備える導波路素子に形成してもよいが、上記の光
機能性ガラスからなるコアを備えた光ファイバを作製す
ることが、長尺の光伝送路を得る上では望ましく、また
波長１．３μｍ帯の光能動装置を得る上でも望ましい。
即ち、上記ような光機能性ガラスは、これをコアとした
光ファイバを作製することにより、ファイバレーザ、フ
ァイバ増幅器、ファイバ検出器等の各種光能動装置への
応用が可能になる。The above-mentioned optically functional glass is used as a material for an optical transmission line. For example, the optically functional glass may be formed in a waveguide element having a planar waveguide formed of this glass. It is desirable to manufacture an optical fiber having a core in order to obtain a long optical transmission line, and also to obtain an optical active device in a wavelength band of 1.3 μm.
That is, the optical functional glass as described above can be applied to various optical active devices such as a fiber laser, a fiber amplifier, and a fiber detector by producing an optical fiber having the optical functional glass as a core.
【００１８】上記光ファイバの具体的製法としては、２
重るつぼ法、ビルトインキャスティング法、ロッドイン
チューブ法等の公知の製法を利用することができる。さ
らに、石英系ガラスを活性物質であるＰｒ3+のホストガ
ラスとする場合、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法等の
製法を利用することができる。As a specific method for manufacturing the optical fiber, 2
Known production methods such as a crucible method, a built-in casting method, and a rod-in-tube method can be used. Further, when the quartz glass is used as a host glass of Pr 3+ which is an active substance, a production method such as a VAD method, an MCVD method, and an OVD method can be used.
【００１９】上記光ファイバの具体的構造としては、シ
ングルモードファイバとすることが望ましく、またコア
直径を５μｍ以下、比屈折率差を１％以上とすることが
望ましい。ただし、マルチモードファイバであっても用
途によっては使用できる。さらに、既存のファイバとの
接続を考えれば、コア直径を８μｍ程度、比屈折率差を
０．３％程度とすることも可能である。The specific structure of the optical fiber is preferably a single mode fiber, and the core diameter is preferably 5 μm or less, and the relative refractive index difference is preferably 1% or more. However, even a multimode fiber can be used depending on the application. Further, considering the connection with the existing fiber, it is possible to make the core diameter about 8 μm and the relative refractive index difference about 0.3%.
【００２０】本発明の光能動装置は、上記光ファイバ
と、４００ｎｍ〜５００ｎｍに広範囲な吸収を有するＣ
ｒ3+を励起するための励起光を発生する励起光源と、こ
の励起光を励起光源から光ファイバ内に入射させるカプ
ラ等の励起光結合手段とを備える。この場合、励起光源
としてＸｅランプその他の白色光源を使用するならば、
励起エネルギーを有効に利用することができる。The optical active device according to the present invention comprises the above optical fiber and a C having a wide absorption range of 400 nm to 500 nm.
An excitation light source for generating excitation light for exciting r 3+ is provided, and excitation light coupling means such as a coupler for causing the excitation light to enter the optical fiber from the excitation light source. In this case, if a Xe lamp or other white light source is used as the excitation light source,
The excitation energy can be used effectively.
【００２１】上記の光能動装置によれば、励起光結合手
段により光ファイバ内に導入された励起光によってＣｒ
3+が励起され、これからエネルギー伝達を受けたＮｄ3+
も励起され、さらにこれからエネルギー伝達を受けたＰ
ｒ3+も励起される。この励起されたＰｒ3+の一部又は多
くは、光ファイバ内に存在する波長１．３μｍ帯の信号
光等に誘導されて、遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に対応する放射
光を高い効率で発生し、この帯域での光増幅機能、光ス
イッチ機能、光センサ機能等の諸機能の発揮を容易にす
る。According to the above-described optical active device, the excitation light introduced into the optical fiber by the excitation light coupling means causes Cr to be excited.
3d is excited, and Nd 3+
Are also excited, and P
r 3+ is also excited. Part or most of the excited Pr 3+ is guided to a signal light in the 1.3 μm band existing in the optical fiber, and the radiation corresponding to the transition 1 G 4 → 3 H 5 is converted to a high efficiency. And facilitates the display of various functions such as an optical amplification function, an optical switch function, and an optical sensor function in this band.
【００２２】本発明のファイバ増幅器は、上記光能動装
置と、波長１．３μｍ帯の信号光を上記光ファイバ内に
導くカプラ等の信号光結合手段とを備える。A fiber amplifier according to the present invention comprises the above-mentioned optical active device and signal light coupling means such as a coupler for guiding signal light in the 1.3 μm band into the optical fiber.
【００２３】上記のファイバ増幅器によれば、励起光結
合手段によりファイバ内に導入された励起光によってＰ
ｒ3+が間接的に励起される。この励起されたＰｒ3+の一
部又は多くは、これと同時に信号光結合手段によって光
ファイバ内に導入された波長１．３μｍ帯の信号光等に
誘導されて放射光を発生し、波長１．３μｍ帯での光増
幅が可能になる。According to the above fiber amplifier, the pumping light introduced into the fiber by the pumping light coupling means causes P
r 3+ is indirectly excited. Part or most of the excited Pr 3+ is simultaneously guided by the signal light coupling means into the signal light in the 1.3 μm band introduced into the optical fiber to generate radiated light, and the wavelength 1 Optical amplification in the .3 μm band becomes possible.
【００２４】本発明のファイバレーザは、上記光能動装
置と、上記光ファイバ内からの波長１．３μｍ帯又はそ
の近傍の光をこの光ファイバにフィードバックする共振
器構造とを備える。A fiber laser according to the present invention comprises the above-mentioned optical active device and a resonator structure for feeding back light in or near the 1.3 μm wavelength band from the inside of the optical fiber to the optical fiber.
【００２５】上記のファイバレーザによれば、励起光結
合手段によりファイバ内に導入された励起光によってＰ
ｒ3+が間接的に励起される。この励起されたＰｒ3+の一
部又は多くは、波長１．３μｍ帯の自然放出光等に誘導
されて、放射光を発生し、波長１．３μｍ帯でのレーザ
発振が可能になる。According to the fiber laser described above, the pumping light introduced into the fiber by the pumping light coupling means causes P
r 3+ is indirectly excited. Part or most of the excited Pr 3+ is guided by spontaneous emission light or the like in the 1.3 μm band to generate emitted light, and laser oscillation in the 1.3 μm band becomes possible.
【００２６】上記光ファイバを導波路素子に置き換えれ
ば、極めて小型の導波路素子増幅器、導波路素子レーザ
その他の光能動装置を構成することもできる。If the above optical fiber is replaced with a waveguide element, an extremely small waveguide element amplifier, waveguide element laser or other optical active device can be constructed.
【００２７】[0027]
【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。Embodiments of the present invention will be specifically described below.
【００２８】まず、組成５３．５ＺｒＦ4 −２０ＢａＦ
2 −３．５ＬａＦ3 −３．０ＡｌＦ3 −２０ＮａＦ（ｍ
ｏｌ％）の弗化物ガラスの原料を準備し、これらと共に
ＰｒＦ3 とＣｒＦ3 等の弗化物とを所定量混合した。混
合された原料は、不活性雰囲気下、白金るつぼ中で溶融
され、その後急冷によってガラス化された。First, the composition 53.5ZrF 4 -20BaF
2 -3.5LaF 3 -3.0AlF 3 -20NaF (m
(% by weight) of a fluoride glass material, and a predetermined amount of PrF 3 and a fluoride such as CrF 3 were mixed together. The mixed raw materials were melted in a platinum crucible under an inert atmosphere, and then vitrified by rapid cooling.
【００２９】この光機能性ガラスの光増幅特性を評価す
るため、下記のようにしてファイバを作製した。まず、
上記の光機能性ガラスを棒状に成形し、コア用のガラス
ロッドとする。また、コア用のガラスロッドよりも屈折
率が低くなる組成でＣｒ3+等のみならず、Ｐｒ3+も含ま
ないクラッド用のガラスパイプを準備する。その後、こ
れらガラスロッドとガラスパイプとをプリフォームに形
成し、光ファイバに線引きした。この結果、コア直径が
５μｍで、外径が１２５μｍで、その比屈折率差が１．
０％のシングルモードファイバが得られた。このシング
ルモードファイバは、測定のため長さ８ｍの光ファイバ
試料に切り出された。In order to evaluate the optical amplification characteristics of this optically functional glass, a fiber was produced as follows. First,
The above-mentioned optical functional glass is formed into a rod shape to obtain a glass rod for a core. Also, a cladding glass pipe is prepared which has a composition having a lower refractive index than the core glass rod and does not contain not only Cr 3+ but also Pr 3+ . Thereafter, these glass rods and glass pipes were formed into preforms and drawn into optical fibers. As a result, the core diameter was 5 μm, the outer diameter was 125 μm, and the relative refractive index difference was 1.
0% single mode fiber was obtained. This single mode fiber was cut into an optical fiber sample having a length of 8 m for measurement.
【００３０】図４はこうして得られた光ファイバ３０を
拡大して示した図である。光ファイバ３０は、Ｐｒ3+と
ともにＣｒ3+、Ｙｂ3+等を添加した光機能性ガラスから
なるコア３０ａと、コアよりも相対的に屈折率が低くＰ
ｒ3+、Ｃｒ3+、Ｙｂ3+等の希土類イオンを添加していな
いクラッド３０ｂとを備える。FIG. 4 is an enlarged view of the optical fiber 30 thus obtained. The optical fiber 30 has a core 30a made of an optical functional glass to which Cr 3+ , Yb 3+, etc. are added together with Pr 3+ , and has a relatively lower refractive index than the core.
a clad 30b to which rare earth ions such as r 3+ , Cr 3+ , and Yb 3+ are not added.
【００３１】図５は、光ファイバ３０を用いた波長１．
３μｍ帯のファイバ増幅器の一構成例を示す。図示のフ
ァイバ増幅器は、波長１．３μｍ帯の信号光を増幅する
Ｐｒ3+等の希土類イオンを含んだファイバ３０と、波長
０．７μｍ以下の励起光を発生するＸｅランプ、ハロゲ
ンランプ等の白色光源３２と、この励起光を白色光源３
２から光ファイバ３０内に入射させるカプラ３３とを備
える。FIG. 5 shows a wavelength 1.
1 shows a configuration example of a 3 μm band fiber amplifier. The illustrated fiber amplifier includes a fiber 30 containing rare earth ions such as Pr 3+ for amplifying signal light in the 1.3 μm band and a white light such as a Xe lamp or a halogen lamp for generating excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less. A light source 32 and a white light source 3
2 and a coupler 33 for entering the optical fiber 30 from the optical fiber 30.
【００３２】光ファイバ３８、３９の融着延伸により形
成したカプラ３３に設けられた光ファイバ３８ａには、
波長１．３μｍ帯の信号光源３１が接続される。これに
対向する光ファイバ３８ｂには、コネクタ等を介して光
ファイバ３０の入力側が結合され、信号光を光ファイバ
３０内に入射させる。カプラ３３に設けられた光ファイ
バ３９ａには波長０．７μｍ帯以下の励起光を発生する
Ｘｅランプ、ハロゲンランプ等の白色光源３２が接続さ
れている。このため、光ファイバ３０内には信号光とと
もに波長０．７μｍ帯以下の励起光も導入される。光フ
ァイバ３０の出力側からの増幅された信号光は、励起光
をカットするフィルタ３６を介して光スペクトラムアナ
ライザ３５に導かれる。光スペクトラムアナライザ３５
は、増幅された信号光の強度、波長等を測定する。な
お、カプラ３３に設けられた残りの光ファイバ３９ｂ
は、戻り光を防止するためにマッチングオイル３７漬浸
されている。The optical fiber 38a provided in the coupler 33 formed by fusing and stretching the optical fibers 38 and 39 includes:
A signal light source 31 having a wavelength of 1.3 μm is connected. The input side of the optical fiber 30 is coupled to the opposing optical fiber 38b via a connector or the like, and the signal light enters the optical fiber 30. The optical fiber 39a provided in the coupler 33 is connected to a white light source 32, such as a Xe lamp or a halogen lamp, that generates excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less. Therefore, pump light having a wavelength of 0.7 μm or less is introduced into the optical fiber 30 together with the signal light. The amplified signal light from the output side of the optical fiber 30 is guided to the optical spectrum analyzer 35 via the filter 36 for cutting the pump light. Optical spectrum analyzer 35
Measures the intensity, wavelength, etc. of the amplified signal light. The remaining optical fiber 39b provided in the coupler 33
Is immersed in a matching oil 37 to prevent return light.
【００３３】図５のファイバ増幅器の動作について簡単
に説明する。信号光源３１からの波長１．３μｍ帯の信
号光は、カプラ３３をへて光ファイバ３０内に入射す
る。同時に、白色光源３２からの波長０．７μｍ以下の
励起光もカプラ３３をへて光ファイバ３０内に入射す
る。この励起光は、４００〜５００ｎｍに広範な吸収を
有するＣｒ3+を励起し、これからエネルギー伝達を受け
たＹｂ3+若しくはＮｄ3+を励起し、さらにこれからエネ
ルギー伝達を受けた活性物質Ｐｒ3+をも励起する。励起
されたＰｒ3+は信号光に誘導されて、遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ
5 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光を発生する。励
起光が所定の強度を超えると、信号光は増幅されること
となる。The operation of the fiber amplifier shown in FIG. 5 will be briefly described. The 1.3 μm wavelength signal light from the signal light source 31 enters the optical fiber 30 via the coupler 33. At the same time, excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less from the white light source 32 enters the optical fiber 30 via the coupler 33. This excitation light excites Cr 3+ having a broad absorption range of 400 to 500 nm, excites Yb 3+ or Nd 3+ which has received energy transfer, and further has an active substance Pr 3+ which has received energy transfer therefrom. Also excites. The excited Pr 3+ is guided by the signal light, and the transition 1 G 4 → 3 H
The emission light of the 1.3 μm wavelength band corresponding to 5 is generated. When the excitation light exceeds a predetermined intensity, the signal light is amplified.
【００３４】図３のファイバ増幅器で得られた測定結果
について説明する。The measurement results obtained with the fiber amplifier of FIG. 3 will be described.
【００３５】（例１）光ファイバ３０として、そのコア
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｙｂ3+を１０００ｐ
ｐｍ、Ｃｒ3+を２０００ｐｐｍ添加したシングルモード
ファイバを準備した。信号光源３１としては、波長１．
３０μｍのＬＤを用い、信号光入力を−３０ｄＢとし
た。白色光源３２としては、連続発光のＸｅランプを使
用し、励起光の入力強度を５００ｍＷとした。波長１．
３０μｍの信号光に対する利得は１８ｄＢであった。(Example 1) As the optical fiber 30, the core 30a has Pr 3+ of 1000 ppm and Yb 3+ of 1000p.
A single mode fiber doped with 2000 ppm of pm and Cr 3+ was prepared. The signal light source 31 has a wavelength of 1.
A 30 μm LD was used, and the signal light input was -30 dB. A continuous light Xe lamp was used as the white light source 32, and the input intensity of the excitation light was set to 500 mW. Wavelength 1.
The gain for a signal light of 30 μm was 18 dB.
【００３６】（例２）光ファイバ３０として、そのコア
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｎｄ3+を１０００ｐ
ｐｍ、Ｃｒ3+を２０００ｐｐｍ添加したシングルモード
ファイバを準備した。信号光源３１としては（例１）の
ＬＤと同様のものを使用した。白色光源１３２として
は、連続発光のＸｅランプを用い、励起光の入力強度を
５００ｍＷとした。波長１．３０μｍの信号光に対する
利得は１７．５ｄＢであった。(Example 2) As the optical fiber 30, the core 30a has Pr 3+ of 1000 ppm and Nd 3+ of 1000 p.
A single mode fiber doped with 2000 ppm of pm and Cr 3+ was prepared. As the signal light source 31, a light source similar to the LD of (Example 1) was used. A continuous light Xe lamp was used as the white light source 132, and the input intensity of the excitation light was set to 500 mW. The gain for signal light having a wavelength of 1.30 μm was 17.5 dB.
【００３７】図６は、導波路素子増幅器の実施例を示し
た図である。基板１２０上に２またに分岐する平面導波
路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを形成する。平面導波
路１３０ａの領域には活性物質Ｐｒ3+とともにＣｒ3+、
Ｙｂ3+、Ｎｄ3+等の希土類イオンが添加されている。平
面導波路１３０ａの他端には、グレーティングからなる
フィルタ１３６を形成してある。平面導波路１３０ｂに
は、波長１．３μｍ帯の信号光を入射させる。また、平
面導波路１３０ｃには、波長０．７μｍ以下の励起光を
入射させる。励起光を発生させるＸｅランプ等の白色光
源としては、図５のものと同様のものを用いる。FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the waveguide element amplifier. Planar waveguides 130a, 130b, and 130c branched into two are formed on a substrate 120. Cr 3+ with the active substance Pr 3+ in the region of the planar waveguide 130a,
Rare earth ions such as Yb 3+ and Nd 3+ are added. At the other end of the planar waveguide 130a, a filter 136 made of a grating is formed. The 1.3 μm wavelength signal light is incident on the planar waveguide 130b. Further, excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less is incident on the planar waveguide 130c. As a white light source such as a Xe lamp for generating excitation light, a light source similar to that shown in FIG. 5 is used.
【００３８】図６の導波路素子増幅器１００の動作につ
いて簡単に説明する。波長１．３μｍ帯の信号光は平面
導波路１３０ｂをへて平面導波路１３０ａ内に入射し、
白色光源からの波長０．７μｍ以下の励起光も平面導波
路１３０ｃをへて平面導波路１３０ａ内に入射する。励
起光は、Ｃｒ3+を励起し、さらにＹｂ3+を介してＰｒ3+
を励起する。励起されたＰｒ3+は信号光に誘導されて、
遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３μｍ帯の放射
光を発生する。励起光が所定の強度を超えると、信号光
は増幅されることとなる。The operation of the waveguide element amplifier 100 shown in FIG. 6 will be briefly described. The 1.3 μm wavelength signal light enters the planar waveguide 130a through the planar waveguide 130b,
Excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less from a white light source also enters the plane waveguide 130a via the plane waveguide 130c. Excitation light excites the Cr 3+, further via the Yb 3+ Pr 3+
To excite. The excited Pr 3+ is guided by the signal light,
The emitted light in the 1.3 μm wavelength band corresponding to the transition 1 G 4 → 3 H 5 is generated. When the excitation light exceeds a predetermined intensity, the signal light is amplified.
【００３９】第７図は、ファイバレーザの実施例を示し
た図である。このファイバレーザは、光ファイバ３０
と、Ｘｅランプ等の白色光源３２と、レンズ等からなる
励起光結合装置４３とを備える。白色光源３２は波長
０．７μｍ以下の励起光を発生する。励起光結合装置４
３は励起光を白色光源３２から光ファイバ３０内に入射
させる。この場合、光ファイバ３０の入出力端を適当な
鏡面に仕上げ、共振器構造を形成する。なお、共振器構
造を誘電体ミラー等を使用する通常のタイプのものとし
てもよい。更に、リング状の共振器としたリングレーサ
を形成することも可能である。FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of a fiber laser. This fiber laser is an optical fiber 30
, A white light source 32 such as a Xe lamp, and an excitation light coupling device 43 including a lens or the like. The white light source 32 generates excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less. Excitation light coupling device 4
Numeral 3 causes the excitation light to enter the optical fiber 30 from the white light source 32. In this case, the input / output end of the optical fiber 30 is finished to an appropriate mirror surface to form a resonator structure. The resonator structure may be of a normal type using a dielectric mirror or the like. Further, a ring racer having a ring-shaped resonator can be formed.
【００４０】上記のファイバレーザにおいて、白色光源
３２からの励起光は、励起光結合装置３８によって光フ
ァイバ３０内に導入される。励起光は、光ファイバ３０
内のＣｒ3+を励起し、さらにＹｂ3+を介してＰｒ3+を励
起する。励起されたＰｒ3+は１．３μｍの自然放出光に
誘導されて、遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３
μｍ帯の放射光を発生する。励起光の出力が所定値を超
えると波長１．３μｍ帯でレーザ発振が生じる。In the above-mentioned fiber laser, the excitation light from the white light source 32 is introduced into the optical fiber 30 by the excitation light coupling device 38. The excitation light is transmitted through the optical fiber 30.
Of Cr 3+ inside, and further excite Pr 3+ via Yb 3+ . The excited Pr 3+ is induced by a 1.3 μm spontaneous emission light, and has a wavelength of 1.3 corresponding to the transition 1 G 4 → 3 H 5.
Generates radiation in the μm band. When the output of the pump light exceeds a predetermined value, laser oscillation occurs in the 1.3 μm wavelength band.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光機
能性ガラスによれば、Ｃｒと、Ｙｂ若しくはＮｄとの存
在により、簡易な光源を用いて間接的ながらＰｒを効率
よく励起することができる。励起されたＰｒの存在によ
り、波長１．３μｍ帯の発光・光増幅が可能になり、或
いはその増幅効率を高めることができる。更に、これを
導波路、光ファイバ等に形成することにより、光増幅装
置、レーザ等の光機能性装置に応用できる。特に、ファ
イバに形成した場合、低閾値で高利得のファイバ増幅器
が得られる。As described above, according to the optical functional glass of the present invention, the presence of Cr and Yb or Nd makes it possible to efficiently and indirectly excite Pr using a simple light source. Can be. Due to the presence of the excited Pr, light emission and light amplification in a wavelength band of 1.3 μm can be achieved, or the amplification efficiency can be increased. Further, by forming this into a waveguide, an optical fiber or the like, it can be applied to optical functional devices such as an optical amplifier and a laser. In particular, when formed in a fiber, a fiber amplifier having a low threshold and a high gain can be obtained.
【図１】Ｐｒ等の希土類元素のエネルギー準位図を示し
た図である。FIG. 1 is a diagram showing an energy level diagram of a rare earth element such as Pr.
【図２】Ｐｒ等の希土類元素のエネルギー準位図を示し
た別の図である。FIG. 2 is another diagram showing an energy level diagram of a rare earth element such as Pr.
【図３】Ｃｒの発光とＹｂの吸収を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing light emission of Cr and absorption of Yb.
【図４】光ファイバの実施例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of an optical fiber.
【図５】ファイバ増幅器の実施例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a fiber amplifier.
【図６】導波路素子増幅器の実施例を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the waveguide element amplifier.
【図７】ファイバレーザの実施例を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of a fiber laser.
３０…光ファイバ ３０ａ…光ファイバのコア ３２…励起光源 ３３、４３…励起結合手段であるカプラ Reference numeral 30: optical fiber 30a: core of optical fiber 32: excitation light source 33, 43: coupler as excitation coupling means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 3/0915 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｈ 3/17 Ｈ０１Ｓ 3/091 Ｊ (72)発明者 中里 浩二 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 金森 弘雄 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 宮島 義昭 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−358131（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−13865（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−21874（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03C 13/04 G02B 6/00 376 G02B 6/12 G02F 1/35 501 H01S 3/07 H01S 3/0915 H01S 3/17 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01S 3/0915 G02B 6/12 H 3/17 H01S 3/091 J (72) Inventor Koji Nakazato 1 Tayamachi, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Address: Sumitomo Electric Industries, Ltd., Yokohama Works (72) Inventor Hiroo Kanamori 1st, Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Yoshiaki Miyajima 1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-4-358131 (JP, A) JP-A Heisei 5-13865 (JP, A) JP-A-5-21874 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C03C 13/04 G02B 6/00 376 G02B 6/12 G02F 1 / 35 501 H01S 3/07 H01S 3/0915 H01S 3/17
Claims (12)
ともにＹｂ及びＣｒを添加したことを特徴とする光機能
性ガラス。1. An optically functional glass characterized in that Yb and Cr are added to a host glass together with Pr as an active substance.
ともにＮｄ及びＣｒを添加したことを特徴とする光機能
性ガラス。2. An optical functional glass, wherein Nd and Cr are added to a host glass together with Pr as an active substance.
記載の光機能性ガラスからなるコアを備えた光ファイ
バ。3. An optical fiber comprising a core made of the optically functional glass according to claim 1.
励起するための励起光を発生する励起光源と、該励起光
を前記励起光源から前記光ファイバ内に入射させる励起
光結合手段と、を備える光能動装置。4. An optical fiber according to claim 3, an excitation light source for generating excitation light for exciting Cr, and excitation light coupling means for causing the excitation light to enter the optical fiber from the excitation light source. An optical active device comprising:
ロゲンランプであることを特徴とする請求項４に記載の
光能動装置。5. The optical active device according to claim 4, wherein said excitation light source is a Xe lamp or a halogen lamp.
１．３μｍ帯の信号光を前記光ファイバ内に導く信号光
結合手段とを備えるファイバ増幅器。6. A fiber amplifier comprising: the optical active device according to claim 4; and signal light coupling means for guiding signal light in a 1.3 μm band into the optical fiber.
ファイバ内からの波長１．３μｍ帯又はその近傍の光を
該光ファイバにフィードバックする共振器構造とを備え
るファイバレーザ。7. A fiber laser comprising: the optical active device according to claim 4; and a resonator structure for feeding back light in or around a 1.3 μm wavelength band from inside the optical fiber to the optical fiber.
記載の光機能性ガラスからなる平面導波路を備えた導波
路素子。8. A waveguide device comprising a planar waveguide made of the optically functional glass according to claim 1. Description:
励起するための励起光を発生する励起光源と、該励起光
を前記励起光源から前記導波路素子内に入射させる励起
光結合手段と、を備える光能動装置。9. A waveguide element according to claim 8, an excitation light source for generating excitation light for exciting Cr, and an excitation light coupling for causing the excitation light to enter the waveguide element from the excitation light source. Means.
ハロゲンランプであることを特徴とする請求項９に記載
の光能動装置。10. The optical active device according to claim 9, wherein the excitation light source is a Xe lamp or a halogen lamp.
１．３μｍ帯の信号光を前記光導波路素子内に導く信号
光結合手段とを備える導波路素子増幅器。11. A waveguide element amplifier comprising: the optical active device according to claim 9; and signal light coupling means for guiding signal light in a 1.3 μm band into the optical waveguide element.
導波路素子内からの波長１．３μｍ帯又はその近傍の光
を該導波路素子にフィードバックする共振器構造とを備
える導波路素子レーザ。12. A waveguide device comprising: the optical active device according to claim 9; and a resonator structure for feeding back light in or near a wavelength band of 1.3 μm from inside the waveguide device to the waveguide device. laser.
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