JP3301275B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
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Description
ファイバ増幅器に関するものである。
ムのキーデバイスと考えられ、開発が進められている。
特に光通信における信号光波長である1.3μm帯にお
いてはPrを活性イオンとして、1.5μm帯において
はErを活性イオンとした研究が行われている。
を監視する光通信システム用のプローブ光として、1.
65μm帯の光を用いた場合のシステムの検討が現在な
されていて(例えばY.Koyamada et a
l,“Basic Concepts for Fib
er Optic Subscriber LoopO
peration Systems”,Proceed
ings of ICC 341,1,pp.1541
−1544(1990)参照)、そのシステムに用いら
れる1.65μm帯光ファイバ増幅器が嘱望されてい
る。1.6μm帯光ファイバ増幅器の活性イオンとして
はTmを用いる場合が検討されている(例えば、三井泉
他、「Tm添加光ファイバの諸特性」電子情報通信学会
技術研究報告 OQE90−85 pp.89〜94参
照)。図1にTmのエネルギー準位図を示す。この場
合、 3F4 → 3H6 の3準位系の誘導放出を利用する。
励起は、690nm、800nm帯、1200nm、1
550〜1625nm付近の励起光を用いることが可能
である。図2には一般的な光ファイバ増幅器の構成を示
す。図2に示すように、光ファイバ増幅器は増幅用光フ
ァイバ1と、信号入力用光ファイバ2と、励起光源3
と、信号光2Aと励起光源からの励起光3Aを合波器4
により合波し、コア内にTmを添加した光ファイバ1へ
導入する。必要に応じて、光アイソレータ5を用いる場
合もある。増幅された信号光は信号出力用光ファイバ6
から出力する。
放出遷移( 3F4 → 3H6 )から発せられる吸収スペク
トルおよび自然放出スペクトル(蛍光スペクトル)を図
3に示す。図中、8は吸収断面積を表わす曲線、9は蛍
光断面積を表わす曲線である。この遷移を用いる場合、
図3に示すように自然放出スペクトルの中心波長は1.
8μm付近である。また、吸収スペクトルは中心波長が
1.65μmである。これらより明らかなように、1.
8〜2.0μm帯において、増幅された自然放出光(A
mplified Spontaneous Emis
sion:ASE)に励起エネルギーの多くが使われて
いることになる。このため、目的波長である1.65μ
mの増幅に寄与する励起エネルギーが少なくなってしま
う。また、1.8〜2.0μm帯における単一行路の利
得が高いために、レーザ発振を起こし易い。レーザ発振
が起きると、それ以上励起光を投入しても1.65μm
帯において利得を高くできない。
光増幅を実現するためにTmを添加した増幅用光ファイ
バを用いた光ファイバ増幅器を提供することにある。
めに、本発明の第1の解決手段に従う光ファイバ増幅器
は、コアおよびクラッドからなり、前記コア内に活性イ
オンを含有した増幅用光ファイバと、前記活性イオンを
励起するための励起光源と、前記励起光源からの励起光
と信号光を合波して前記増幅用光ファイバに導入するた
めの合波手段を備えた光ファイバ増幅器であって、前記
活性イオンはTmであり、前記信号光はTmの 3 F 4 →
3 H 6 遷移の誘導放出を利用して増幅される1.65μ
m帯の光であり、前記クラッドにTb,Eu,Ho,S
mのうち少なくとも1種類の、Tmの 3 F 4 → 3 H 6 遷
移による蛍光を吸収する吸収剤イオンを含有し、前記コ
アは前記吸収剤イオンを含有しないことを特徴とする。
増幅器は、コアおよびクラッドからなり、前記コア内に
活性イオンを含有した増幅用光ファイバと、前記活性イ
オンを励起するための励起光源と、前記励起光源からの
励起光と信号光を合波して前記増幅用光ファイバに導入
するための合波手段を備えた光ファイバ増幅器であっ
て、前記活性イオンはTmであり、前記信号光はTmの
3 F 4 → 3 H 6 遷移の誘導放出を利用して増幅される
1.65μm帯の光であり、前記コア内には、前記Tm
に加え、Tb,Eu,Ho,Smのうち少なくとも1種
類の、Tmの 3 F 4 → 3 H 6 遷移による蛍光を吸収する
吸収剤イオンを含有することを特徴とする。
増幅器は、コアおよびクラッドからなり、前記コア内に
活性イオンを含有した増幅用光ファイバと、前記活性イ
オンを励起するための励起光源と、前記励起光源からの
励起光と信号光を合波して前記増幅用光ファイバに導入
するための合波手段を備えた光ファイバ増幅器であっ
て、前記信号光はTmの 3 F 4 → 3 H 6 遷移の誘導放出
を利用して増幅される1.65μm帯の光であり、前記
コアは2層以上からなるコアであり、前記2層以上から
なるコアのうち1層以上に活性イオンTmを含有し、前
記Tmを含まない1層以上にTb,Eu,Ho,Smの
うち少なくとも1種類の、Tmの 3 F 4 → 3 H 6 遷移に
よる蛍光を吸収するイオンを含有することを特徴とす
る。
d,Dy,Smイオンの吸収スペクトルを示すスペクト
ル図である。図4〜図9において、Tb,Eu,Ho,
Nd,Dy,Smはそれぞれ1.8μm帯近傍に吸収を
持つ。光ファイバのコアまたはクラッドに吸収剤イオン
であるHo,Eu,Tb,Nd,Dy,Smのうち少な
くとも1種類のイオンを添加することにより、1.8μ
m帯から2.0μmの光はそれぞれのイオンにより吸収
される。このため、次の2つの効果が得られる。(1)
1.8μm〜2.0μm帯においてASE強度が大きく
なるのを抑えることができ、励起光エネルギーがこのA
SEの成長に使われるのを抑えることができる。この結
果1.65μm帯における高効率増幅が達成できる。
(2)1.8μm帯〜2.0μm帯におけるレーザ発振
を抑えることができ、レーザ発振により1.65μm帯
における利得が、励起光強度を強くしてもそれ以上に上
がらなくなるという現象を防ぐことができる。
コアに添加した場合と、2層以上のコア構造を用いて吸
収剤と活性イオンTmを分離して添加した場合では、そ
れぞれ以下のような長所および短所を有することにな
る。
u,Tb,Nd,Dy,Smの少なくとも1種類のイオ
ンを添加した場合、クラッドにしみ出している光(エバ
ネセントフィールド)を吸収することになる。このた
め、Tmとそれぞれのイオン間の相互作用はなく、Tm
の上準位寿命の減少によるアンプの効率の低下はない。
しかしながら、マルチモードファイバ等の、クラッドに
光がほとんどしみ出さないファイバにおいてはこの方法
は用いることができない。
o,Dy,Sm,Ndの少なくとも1種類のイオンを添
加した場合、Tmとそれぞれのイオン間の相互作用(ク
ロスリラクセーション)により、Tmの上準位寿命が減
少しアンプの効率が落ちることになる。しかしながら、
一番光が閉じ込められるコアに吸収剤イオンを添加する
ため、吸収剤としての効果が大きくなり高効率増幅が期
待できる。
において、そのうち1層以上にTm、別の1層以上に吸
収剤イオンであるHo,Eu,Tb,Nd,Dy,Sm
の少なくとも1種類を添加した場合、Tmと吸収剤イオ
ンがクロスリラクセーションを起こすことなく添加でき
るため、アンプの効率が落ちることはない。また、光が
閉じ込められるコアに添加しているため吸収剤としての
効果を十分期待できる。特に中心層にTmを添加したシ
ングルモード伝搬の場合は、励起光の強度が一番強い領
域でTmとカップリングするため高効率増幅が期待でき
る。またマルチモードファイバ等のクラッドに光がほと
んどしみ出さないような光ファイバにおいてもこの方法
を用いることができるという利点も持つ。しかしながら
この構造のファイバを作製する際に、作製過程が複雑で
かつファイバの損失が生じ易いという欠点を持つ。
に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されること
は勿論である。
Tmを2000ppm、クラッドにTbを2000pp
m添加したフッ化物ガラスファイバを用いた。Tbの吸
収は1.6μm〜2.0μmにわたっており、かつ、
1.8μm帯において非常に大きいため、1.65μm
で多少光損失は増えるものの、ASEおよびレーザ発振
を抑えるのに有効である。コアにTmを、クラッドにT
bを分離して添加した場合、TmとTbとの相互作用
(クロスリラクセーション)はなく、高効率増幅が可能
となる。
ZrF4 −BaF2 −LaF3 −YF3 −AlF3 −L
iF−NaF系の単一モードファイバ(ZBLYALN
ファイバ)を用いる。それぞれのファイバのモル比はZ
rF4 が56mol%、BaF2 が14mol%、La
F3 が3.5mol%、YF3 が2mol%、AlF3
が7mol%、LiFが2.5mol%、PbF2 が1
5mol%であり、このガラスのナトリウムD線を用い
た屈折率は1.5532である。クラッドガラスはZr
F4 が47.5mol%、BaF2 が23.5mol
%、LaF3 が2.5mol%、YF3 が2mol%、
AlF3 が4.5mol%、NaFが20mol%であ
り、このガラスのナトリウムD線を用いた屈折率は1.
49552であった。このファイバは比屈折率差が3.
7%である。ファイバ長を一番利得が得られる8m、コ
ア径を2.0μmとした。
5割閉じ込められ、約5割がクラッドにしみ出すことに
なる。また1.8μm帯の光は約4割がコアに閉じ込め
られ、約6割クラッドにしみ出すことになる。
た光ファイバ増幅器の構成を示す。光ファイバ増幅器は
上述のフッ化物ガラスファイバからなる光ファイバ10
と信号入力用光ファイバ2と、励起光源3と、励起光源
からの励起光と信号光である1.65μmの光を合波で
きるWDM〔波長分割多重(wavelengthdi
vision multiplexing)〕ファイバ
カップラ4と、光アイソレータ5と信号光出力用光ファ
イバ6と、フッ化物ガラスファイバと、石英ファイバの
接続をよくするための高Δnの石英ファイバ7A,7B
とからなる。励起光源はこの場合、0.8μm帯高出力
レーザ(半導体LDモジュール)、1.2μm帯高出力
レーザ(半導体LDモジュール)、1.58μm帯Er
ファイバレーザの3種類が使用可能である。
ジュール(励起光源)3とをWDMファイバカップラ4
に接続し、信号光と励起光を合波する。合波した光を取
り出すWDMファイバカップラ4のポートには、接合部
での光損失を減らすためのマイクロバーナを用いてコア
径を広げた高Δn石英ファイバ7Aの一端を接続する。
高Δn石英ファイバ7Aの他端にはガラス製V溝ブロッ
クを取り付け、同じくV溝ブロックを取り付けたフッ化
物ガラスファイバ10の一端と高精度に調芯した後、U
V接着剤で接続する。フッ化物ガラスファイバ10の他
端にも同様の方法で高Δn石英ファイバ7Bの一端を接
続する。高Δn石英ファイバ7Bの他端も先述したよう
にマイクロバーナでコア径を広げて光アイソレータ5の
一端に接続する。光アイソレータ5の他端には信号出力
用光ファイバ6を取り付ける。
D、1.2μm帯LD、1.58μm帯ファイバレーザ
とした場合の、この増幅器の小信号利得特性を示す。励
起光源が0.8μmの場合の励起光強度が100mWの
場合に信号利得6dBを得た。利得計数は0.1dB/
mWであった。励起光源が1.2μmの場合の励起光強
度が100mWの場合に信号利得30dBを得た。利得
係数は0.5dB/mWであった。励起光源が1.58
μmの場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得
36dBを得た。利得係数は0.6dB/mWであっ
た。
Tmを2000ppm、クラッドにEuを10000p
pm添加したフッ化物ガラスファイバを用いた。Euは
1.8μmから2.0μmに吸収を持つが、特にASE
の成長し易い1.8μm帯では吸収が小さい。そのため
高効率増幅のためには、クラッドに多量のEuを添加す
る必要がある。Euは1.65μm帯に吸収を持たない
ために、低雑音の増幅器が作製可能である。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例1の場合と同じ傾
向を示し、励起光波長0.8μm、励起光強度が100
mWの場合に信号利得5dBを得た。利得係数は0.0
8dB/mWであった。励起光波長1.2μm、励起光
強度が100mWの場合に信号利得28dBを得た。利
得係数は0.5dB/mWであった。励起光源が1.5
8μmの場合の励起光強度が100mWの場合に信号利
得30dBを得た。利得係数は0.5dB/mWであっ
た。
Tmを2000ppm、クラッドにHoを5000pp
m添加したフッ化物ガラスファイバを用いた。Hoは
1.8μmから2.0μmに吸収を持ち、1.65μm
にほとんど吸収を持たない。このため低雑音な増幅器の
作製が可能となる。しかしながらHoが1.2μm帯に
おいて吸収を持つため、1.2μm帯の光を励起光源と
して用いるときは、高利得を期待できない。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μmファイバレーザとした場合の、こ
の増幅器の小信号利得特性は実施例1と同じ傾向を示
し、励起光波長が0.8μmの場合の励起光強度が10
0mWの場合に信号利得5dBを得た。利得係数は0.
08dB/mWであった。励起光源が1.2μmの場合
の励起光強度が100mWの場合に信号利得を得ること
はできなかった。励起光源が1.58μmの場合の励起
光強度が100mWの場合に信号利得30dBを得た。
利得係数は0.7dB/mWであった。
Tmを2000ppm、クラッドにDyを3000pp
m添加したフッ化物ガラスファイバを用いた。Dyは
1.55μmから1.85μmに吸収を持つため、その
領域におけるASEの成長を抑制し、レーザ発振を阻止
するという点で有利である。しかしながら、1.85μ
mより長波長での吸収は小さいため、1.85μmのよ
り長波長での、ASEの成長、レーザ発振を許すことに
なるという欠点を持ち、かつ1.65μm帯で吸収を持
つため、信号光の損失が大きくなるという欠点を持つ。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例1の場合と同様の
傾向を示し、励起光源が0.8μmの場合の励起光強度
が100mWの場合に信号利得3dBを得た。利得計数
は0.05dB/mWであった。励起光源が1.2μm
の場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得12
dBを得た。利得係数は0.2dB/mWであった。励
起光源が1.58μmの場合の励起光強度が100mW
の場合に信号利得16dBを得た。利得係数は0.25
dB/mWであった。
Tmを2000ppm、クラッドにSmを3000pp
m添加したフッ化物ガラスファイバを用いた。Smは
1.55μmから1.65μm、1.7μm〜2.0μ
mに吸収を持つため、その領域におけるASEの成長を
抑制し、レーザ発振を阻止するという点で有利である。
しかしながら、1.65μm帯で多少吸収を持つため、
信号光の損失が大きくなるという欠点を持つ。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例1の場合と同様の
傾向を示し、励起光源が0.8μmの場合の励起光強度
が100mWの場合に信号利得2dBを得た。利得係数
は0.05dB/mWであった。励起光源が1.2μm
の場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得10
dBを得た。利得係数は0.15dB/mWであった。
励起光源が1.58μmの場合の励起光強度が100m
Wの場合に信号利得16dBを得た。利得係数は0.2
5dB/mWであった。
Tmを2000ppm、クラッドにNdを3000pp
m添加したフッ化物ガラスファイバを用いた。Ndは
1.6μmから1.85μmに吸収を持つため、その領
域におけるASEの成長を抑制し、レーザ発振を阻止す
るという点で有利である。しかしながら、1.85μm
より長波長での吸収は小さいため、1.85μmのより
長波長での、ASEの成長、レーザ発振を許すことにな
るという欠点を持ち、かつ1.65μm帯で吸収を持つ
ため、信号光の損失が大きくなるという欠点を持つ。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例1と同様の傾向を
示し、励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が10
0mWの場合に信号利得2dBを得た。利得係数は0.
04dB/mWであった。励起光源が1.2μmの場合
の励起光強度が100mWの場合に信号利得10dBを
得た。利得係数は0.15dB/mWであった。励起光
源が1.58μmの場合の励起光強度が100mWの場
合に信号利得12dBを得た。利得係数は0.2dB/
mWであった。
をコアに2000ppm添加した場合について示す。光
ファイバの組成、光ファイバの比屈折率差Δn、コア径
および増幅器の構成は実施例1のものと同様とする。そ
れぞれの励起光源の場合の利得が高くなるファイバの最
適長は実施例1の場合に比べて短くなる。本実施例にお
いてはファイバ長2mを用いた。
を0.8μm帯LD、1.2μm帯LD、1.58μm
帯ファイバレーザとした。励起光源が0.8μmの場合
の励起光強度が100mWの場合には利得は得られなか
った。励起光源が1.2μmの場合の励起光強度が10
0mWの場合に信号利得3dBを得た。利得係数は0.
05dB/mWであった。励起光源が1.58μmの場
合の励起光強度が100mWの場合に信号利得4dBを
得た。利得係数は0.06dB/mWであった。
波長において、100mW励起の場合に増幅された自然
放出光はそれぞれ50mWおよび75mW程度であり、
励起光のエネルギーの半分以上が増幅された自然放出光
に費やされていることが分かる。
y,Sm,Ndのイオンをクラッドに添加することによ
る効果を明らかにした。
Tmを1000ppm、クラッドにTbを1000pp
m添加した場合の石英ファイバを用いた。コアのガラス
組成はSiO2 が80mol%、GeO2 が20mol
%であり、クラッドはSiO2 が100mol%であ
る。この際、比屈折率差は2.0%であった。コア直径
は3.0μm、ファイバ長は40mとした。この光ファ
イバにおいて、1.65μm帯の光はコア内に5割閉じ
込められ、クラッドには5割しみ出すことになる。1.
8μm帯の光はコア内に4割閉じ込められ、クラッドに
6割しみ出すことになる。
す。光ファイバ増幅器は上述の石英ファイバからなる光
ファイバ11と、信号入力用光ファイバ2と、励起光源
3として1.58μmの高出力Er添加ファイバレーザ
を2個用いる。1.58μmのEr添加ファイバレーザ
3の光と、1.65μm帯の信号光は、フィルタを用い
たファイバカップラ4で合波および分波する。合波用フ
ァイバカップラの信号光入力ポートには、信号光入力用
ファイバ2が取り付けてある。石英ファイバ11の両端
から、ファイバカップラを介したEr添加ファイバレー
ザ3の光を導波させる。出力側のファイバカップラ端に
は光アイソレータ5を介して出力ファイバ6が取り付け
てある。
示す。200mWで励起した際に、利得20dBを得
た。利得係数は0.015dB/mWであった。
Tmを1000ppm、クラッドにEuを3000pp
m添加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
得た。利得係数は0.12dB/mWであった。
Tmを1000ppm、クラッドにHoを2000pp
m添加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
得た。利得係数は0.12dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、クラッドにDyを2000
ppm添加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
た。利得係数は0.025dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、クラッドにSmを2000
ppm添加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
た。利得係数は0.03dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、クラッドにNdを2000
ppm添加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
た。利得係数は0.035dB/mWであった。
タを持つ光ファイバにTmを単独で1000ppm添加
し、実施例7と同じ構成の光増幅器を作製した。
る8mを用いたが、利得は得られなかった。
添加することの有意性が明らかになった。
アにTmを3000ppm、Tbを3000ppm添加
したアルミ系多成分ガラスファイバを用いた。ガラス組
成は、コアガラスにはAl2 O3 が41mol%、Ge
O2 が6mol%、MgOが5mol%、CaOが48
mol%である。また、クラッドガラスにはAl2 O3
が41mol%、SiO2 が6mol%、MgOが5m
ol%、CaOが48mol%のものを用いた。
m、ファイバ長を6mとした。光ファイバ増幅器の構成
は実施例7と同様のものを用いた。
dBを得た。利得係数は0.075dB/mWであっ
た。このファイバの損失が2dB/m(1.3μm帯の
光で測定した測定値)と大きいことを考えると、このフ
ァイバを脱水、原料の精製等により低損失化することに
より高効率ファイバ増幅器実現が期待できる。
アにTmを3000ppm、クラッドにEuを3000
ppm添加したアルミ系多成分ガラスファイバを用い
た。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.06dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、クラッドにHoを3000
ppm添加したアルミ系多成分ガラスファイバを用い
た。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.5dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、クラッドにSmを3000
ppm添加したアルミ系多成分ガラスファイバを用い
た。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.02dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、クラッドにDyを3000
ppm添加したアルミ系多成分ガラスファイバを用い
た。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.015dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、クラッドにNdを3000
ppm添加したアルミ系多成分ガラスファイバを用い
た。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.075dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、クラッドにTbを2000
ppm添加したTe系ガラスファイバを用いた。コアガ
ラス作製に用いたガラス組成はTeO2 が70mol
%、ZnOが15mol%、PbOが15mol%であ
る。クラッドガラスはTeO2 が70mol%、ZnO
が20mol%、CdOが10mol%のもので作製し
た。この場合光ファイバの比屈折率差は1%であった。
を6mとした。
得た。利得係数は0.22dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、クラッドにHoを2000
ppm添加したTe系ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
19の場合と同じである。
得た。利得係数は0.16dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、クラッドにEuを2000
ppm添加したTe系ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
19の場合と同じである。
得た。利得係数は0.2dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、クラッドにNdを2000
ppm添加したTe系ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
19の場合と同じである。
た。利得係数は0.06dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、クラッドにSmを2000
ppm添加したTe系ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
19の場合と同じである。
た。利得係数は0.05dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、クラッドにDyを2000
ppm添加したTe系ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.03dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、Tbを2000ppm共添
加したフッ化物ガラスファイバを用いた。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は次の通りである。励起光
源が0.8μmの場合の励起光強度が100mWの場合
に信号利得4dBを得た。利得係数は0.06dB/m
Wであった。励起光源が1.2μmの場合の励起光強度
が100mWの場合に信号利得25dBを得た。利得係
数は0.375dB/mWであった。励起光源が1.5
8μmの場合の励起光強度が100mWの場合に信号利
得30dBを得た。利得係数は0.45dB/mWであ
った。
アにTmを2000ppm、Euを2000ppm共添
加したフッ化物ガラスファイバを用いた。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例25の傾向と同様
であった。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が
100mWの場合に信号利得3dBを得た。利得係数は
0.05dB/mWであった。励起光源が1.2μmの
場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得22d
Bを得た。利得係数は0.33dB/mWであった。励
起光源が1.58μmの場合の励起光源が100mWの
場合に信号利得27dBを得た。利得係数は0.40d
B/mWであった。
アにTmを2000ppm、Hoを2000ppm共添
加したフッ化物ガラスファイバを用いた。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例25の傾向と同様
であった。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が
100mWの場合に信号利得5dBを得た。利得係数は
0.075dB/mWであった。励起光源が1.2μm
の場合、利得は得られなかった。励起光源が1.58μ
mの場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得2
7dBを得た。利得係数は0.4dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、Dyを2000ppm共添
加したフッ化物ガラスファイバを用いた。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例25の傾向と同様
であった。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が
100mWの場合に信号利得は得られなかった。励起光
源が1.2μmの場合の励起光強度が100mWの場合
に信号利得25dBを得た。利得係数は0.4dB/m
Wであった。励起光源が1.58μmの場合の励起光強
度が100mWの場合に信号利得28dBを得た。利得
係数は0.42dB/mWであった。
アにTmを2000ppm、Ndを2000ppm共添
加したフッ化物ガラスファイバを用いた。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例25の傾向と同様
であった。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が
100mWの場合に信号利得2dBを得た。利得係数は
0.03dB/mWであった。励起光源が1.2μmの
場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得9dB
を得た。利得係数は0.12dB/mWであった。励起
光源が1.58μmの場合の励起光強度が100mWの
場合に信号利得12dBを得た。利得係数は0.18d
B/mWであった。
アにTmを2000ppm、Smを2000ppm共添
加したフッ化物ガラスファイバを用いた。
および光ファイバ増幅器の構成は実施例1と同様のもの
を用いた。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例25の傾向と同様
であった。励起光源が0.8μmの場合利得は得られな
かった。励起光源が1.2μmの場合の励起光強度が1
00mWの場合に信号利得4dBを得た。利得係数は
0.06dB/mWであった。励起光源が1.58μm
の場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得6d
Bを得た。利得係数は0.09dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、Tbを2000ppm共添
加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
得た。利得係数は0.1dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、Euを2000ppm共添
加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
た。利得係数は0.06dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、Hoを2000ppm共添
加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
た。利得係数は0.05dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、Ndを2000ppm共添
加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
た。利得係数は0.03dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、Smを2000ppm共添
加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
た。利得係数は0.007dB/mWであった。
アにTmを1000ppm、Dyを2000ppm共添
加した石英ファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
7の場合と同じである。
た。利得係数は0.04dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Tbを3000ppm共添
加したアルミ系多成分ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
得た。利得係数は0.25dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Euを3000ppm共添
加したアルミ系多成分ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
得た。利得係数は0.1dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Hoを3000ppm共添
加したアルミ系多成分ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
得た。利得係数は0.07dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Ndを3000ppm共添
加したアルミ系多成分ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.03dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Dyを3000ppm共添
加したアルミ系多成分ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.05dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Smを3000ppm共添
加したアルミ系多成分ガラスファイバを用いた。
バの構造パラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例
13の場合と同じである。
た。利得係数は0.007dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Tbを3000ppm共添
加したTe系ガラスファイバを用いた。
バパラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例19の
場合と同じである。
得た。利得係数は0.20dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Euを3000ppm共添
加したTe系ガラスファイバを用いた。
バパラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例19の
場合と同じである。
得た。利得係数は0.14dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Hoを3000ppm共添
加したTe系ガラスファイバを用いた。
バパラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例19の
場合と同じである。
得た。利得係数は0.17dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Ndを3000ppm共添
加したTe系ガラスファイバを用いた。
バパラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例19の
場合と同じである。
た。利得係数は0.01dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Dyを3000ppm共添
加したTe系ガラスファイバを用いた。
バパラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例19の
場合と同じである。
た。利得係数は0.007dB/mWであった。
アにTmを3000ppm、Smを3000ppm共添
加したTe系ガラスファイバを用いた。
バパラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例19の
場合と同じである。
た。利得係数は0.03dB/mWであった。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなるフッ化物
ガラス光ファイバを用いた。図15に示すように2層コ
ア12の内側の層13にはTmが2000ppm、外側
の層14にはTbが2000ppm添加してある。クラ
ッドには何も添加されていない。このファイバにおいて
は、(i)TmとTbが分離されていることから、相互
作用(クロスリラクセーション)による増幅効率の低下
を防ぐことができる。(ii)コアを伝搬する光は、図1
5に示したような光の強度分布を持っている。コアの内
側にTmが添加されていることから、導波する励起光の
強度が高い部分を用いて高効率に励起することができ
る、という2つの利点を持つ。
バパラメータ、光ファイバ増幅器の構成は実施例1の場
合と同じである。内側コア径と外側コア径の比を図15
に示すように1:3とした。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の小
信号利得特性は次の通りである。励起光源が0.8μm
の場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得5d
Bを得た。利得係数は0.07dB/mWであった。励
起光源が1.2μmの場合の励起光強度が100mWの
場合に信号利得は26dBであった。利得係数は0.4
dB/mWであった。励起光源が1.58μmの場合の
励起光強度が100mWの場合に信号利得28dBを得
た。利得係数は0.40dB/mWであった。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなるフッ化物
ガラス光ファイバを用いた。そのコアの内側の層にはT
mが2000ppm、外側の層にはEuが2000pp
m添加してある。クラッドには何も添加されていない。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例49の場合と同じである。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例49と同じ傾向を
示した。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が1
00mWの場合に信号利得3dBを得た。利得係数は
0.045dB/mWであった。励起光源が1.2μm
の場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得は2
0dBであった。利得係数は0.3dB/mWであっ
た。励起光源が1.58μmの場合の励起光強度が10
0mWの場合に信号利得22dBを得た。利得係数は
0.32dB/mWであった。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなるフッ化物
ガラス光ファイバを用いた。そのコアの内側の層にはT
mが2000ppm、外側の層にはHoが2000pp
m添加してある。クラッドには何も添加されていない。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例49の場合と同じである。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例49と同じ傾向を
示した。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が1
00mWの場合に信号利得5dBを得た。利得係数は
0.07dB/mWであった。励起光源が1.2μmの
場合の励起光強度が100mWの場合に信号利得を得る
ことはできなかった。励起光源が1.58μmの場合の
励起光強度が100mWの場合に信号利得23dBを得
た。利得係数は0.35dB/mWであった。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなるフッ化物
ガラス光ファイバを用いた。そのコアの内側の層にはT
mが2000ppm、外側の層にはNdが2000pp
m添加している。クラッドには何も添加されていない。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例49の場合と同じである。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例49と同じ傾向を
示した。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が1
00mWの場合に利得は得られなかった。励起光源が
1.2μmの場合の励起光強度が100mWの場合に信
号利得2dBを得た。利得係数は0.03dB/mWで
あった。励起光源が1.58μmの場合の励起光強度が
100mWの信号に信号利得3dBを得た。利得係数は
0.045dB/mWであった。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなるフッ化物
ガラス光ファイバを用いた。そのコアの内側の層にはT
mが2000ppm、外側の層にはDyが2000pp
m添加してある。クラッドには何も添加されていない。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例49の場合と同じである。
帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合の、
この増幅器の小信号利得特性は実施例49と同じ傾向を
示した。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度が1
00mWのときに利得は得られなかった。励起光源が
1.2μmの場合の励起光強度が100mWの場合に信
号利得は8dBであった。利得係数は0.12dB/m
Wであった。励起光源が1.58μmの場合の励起光強
度が100mWの場合に信号利得が10dBを得た。利
得係数は0.15dB/mWであった。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなるフッ化物
ガラス光ファイバを用いた。そのコアの内側の層にはT
mが2000ppm、外側の層にはSmが2000pp
m添加してある。クラッドには何も添加されていない。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例49の場合と同じである。
m帯LD、1.58μm帯ファイバレーザとした場合
の、この増幅器の小信号利得特性は実施例49と同じ傾
向を示した。励起光源が0.8μmの場合の励起光強度
が100mWの場合に利得は得れなかった。励起光源が
1.2μmの場合の励起光強度が100mWの場合に信
号利得4dBを得た。利得係数は0.06dB/mWで
あった。励起光源が1.58μmの場合の励起光強度が
100mWの場合に信号利得6dBを得た。利得係数は
0.1dB/mWであった。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなり、コアの
内側の層にはTmが2000ppm、外側の層にはTb
が2000ppm添加してある石英ファイバを用いた。
クラッドには何も添加されていない。
バ増幅器の構成は実施例7の場合と同じである。ファイ
バの全コア径を4μmとし内側コア径:外側コア径を
1:3とした。比屈折率差を1%、ファイバ長を80m
とした。
とした場合の小信号利得特性を示す。励起光強度が20
0mWの場合に信号利得35dBを得た。利得係数は
0.25dB/mWであった。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなり、コアの
内側の層にはTmが2000ppm、外側の層にはEu
が2000ppm添加してある石英ファイバを用いた。
クラッドにもEuが2000ppm添加してある。吸収
剤としてのEuイオンは1.8μmで吸収率が小さいた
め、多くのイオンが添加しづらい石英ファイバにおいて
は、多大な効果を期待できないが、このような構造のフ
ァイバを採用しクラッドにも吸収剤Euを添加すること
により、吸収の効果をより一層上げることが可能とな
る。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例55の場合と同じである。
23dBを得た。利得係数は0.15dB/mWであっ
た。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなり、コアの
内側の層にはTmが2000ppm、外側の層にはHo
が2000ppm添加してある石英ファイバを用いた。
クラッドにもHoが2000ppm添加してある。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例55の場合と同じである。
25dBを得た。利得係数は0.20dB/mWであっ
た。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなり、コアの
内側の層にはTmが2000ppm、外側の層にはNd
が2000ppm添加してある石英ファイバを用いた。
クラッドにもNdが2000ppm添加してある。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例55の場合と同じである。
10dBを得た。利得係数は0.8dB/mWであっ
た。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなり、コアの
内側の層にはTmが2000ppm、外側の層にはDy
が2000ppm添加してある石英ファイバを用いた。
クラッドにもDyが2000ppm添加してある。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例55の場合と同じである。
9dBを得た。利得係数は0.075dB/mWであっ
た。
心の2層からなる2層コアとクラッドからなり、コアの
内側の層にはTmが2000ppm、外側の層にはSm
が2000ppm添加してある石英ファイバを用いた。
クラッドにもSmを2000ppm添加してある。
バパラメータ、2層コアの構造、光ファイバ増幅器の構
成は実施例55の場合と同じである。
2dBを得た。利得係数は0.015dB/mWであっ
た。
アにTmを2,000ppm、クラッドにTbを4,0
00ppm添加したフッ化物ファイバを用いた。
ZrF4 −BaF2 −LaF3 −YF3 −AlF3 −L
iF−NaF系の単一モードファイバ(ZBLYALN
ファイバ)を用いる。光ファイバの作製原料比、構造パ
ラメータおよび光ファイバ増幅器の構成は本実施例で特
に示した以外は実施例1と同様である。本実施例ではコ
ア径を1.8μm、比屈折率差を3.7%とし、ファイ
バ長をそれぞれ5m,10m,13mとした3種類のフ
ァイバを用いる。
った。励起光源は1.2μm帯の場合についてのみ検討
を行った。
増幅された自然放出光(ASE)のスペクトルを示す。
Tmファイバを用いた場合には本来1.75〜2.0μ
m帯に大きなASEが得られるが、このファイバを用い
た場合には図16に示すように、ピークを1.67μm
として1.6〜1.75μm帯にわたるASEが得られ
た。このことは、Tbをクラッドに添加したためにその
1.75〜2.0μmのASEが抑圧され、その結果
1.65μm帯の高効率増幅が可能となることを示して
いる。
m(□),10m(△),13m(○)のファイバを用
いた光ファイバ増幅器の小信号利得特性を示す。ファイ
バ長13mの場合に小信号利得18.5dBを得た。す
べてのファイバにおいて、励起光強度が大きくなるにつ
れ利得が増加するが、ある励起光強度を境に飽和傾向に
転じる。ファイバ長が長いほど、利得を得るために必要
な励起光強度(利得しきい値)や、利得が増加傾向から
飽和傾向に転じる励起光強度は大きいが、得られる利得
は高くなる。このことから、高利得を得るためには励起
光強度を大きくし、ファイバ長を長くする必要があるこ
とが分かる。
アにTmを2,000ppm、クラッドにTbを4,0
00ppm添加したフッ化物ファイバを用いた。フッ化
物ガラスファイバは、ガラス組成がZrF4 −BaF2
−LaF3 −YF3 −AlF3 −LiF−NaF系の単
一モードファイバ(ZBLYALNファイバ)を用い
る。光ファイバの作製原料比、構造パラメータはここに
特に示した以外は実施例1と同様である。本実施例では
コア径を1.8μm、比屈折率差を3.7%とした。
器の構成を示す。20は入力信号光を示す。増幅用の上
記フッ化物ファイバとしては長さ13mと10mの2本
のZBLYALNファイバ21,22を用いる。それぞ
れのファイバの入口には1.2μmの励起用半導体レー
ザ23,23、および励起光と信号光を合波するWDM
ファイバカップラ24,24が取り付けてある。2つの
増幅用ファイバの間には、お互いの増幅用ファイバの大
きなASE光が相互に入らないように、光アイソレータ
25と信号光帯域のバンドパスフィルタ26を挿入す
る。それぞれのフッ化物ファイバの両端には、モードフ
ィールドの不整合による損失を低減するために、フッ化
物ファイバと同じモードフィールドと比屈折率差を持つ
高比屈折率差石英ファイバ27A,27Bが接続されて
いる。この接続においては、フッ化物ファイバと高比屈
折率差石英ファイバの両端にV溝をつけ、それぞれをU
V接着剤を用いて接着している。高比屈折率差石英ファ
イバ27A,27Bと一般の石英ファイバ間は融着後、
マイクロバーナーであぶるTEC処理〔サーマル・エク
スパンデッド・コア(thermal expande
d core)処理〕が施してある。
信号利得特性を示す。それぞれのファイバは同じ励起光
強度で励起し、図19の横軸には励起光強度の合計をと
っている。励起光140mWの場合に、小信号利得35
dBを得た。利得効率は0.75dB/mWであった。
場合の、この増幅器の利得スペクトルを示す。この図か
ら分かるように1.65μm〜1.67μmの間で利得
25dB以上を達成した。
号増幅時に7〜8.5dB、飽和出力は3dBmであっ
た。
説明したが、これらの吸収剤イオン添加の効果は前述の
フッ化物ガラス、石英ガラス、アルミ系多成分ガラス、
Te系ガラス以外にも様々に考えられるが、その主旨を
逸脱しない範囲において変更は可能である。
前述実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しな
い範囲で変更は可能である。
用いた1.65μm帯増幅用ファイバにTb,Eu,H
o,Nd,Sm,Dyのうち少なくとも1種類以上を、
コアまたはクラッドに添加することにより、1.8〜
2.0μm帯の増幅された自然放出光(ASE)の成長
を抑制することができ、また1.8〜2.0μm帯にお
けるレーザ発振を止めることができるため、高効率、高
利得増幅が実現できる。
スペクトルと蛍光スペクトルを示すスペクトル図であ
る。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
増幅器の構成図である。
ガラスファイバを用いた光ファイバ増幅器の小信号増幅
特性を示す特性図である。
の小信号増幅特性を示す特性図である。
成図である。
イバを用いた光ファイバ増幅器の小信号増幅特性を示す
特性図である。
層にTbを添加したファイバのコアの断面図である。
化物ガラスファイバ(実施例61のファイバ)から得ら
れる増幅された自然放出光(ASE)のスペクトル図で
ある。
特性を示す特性図である。
化物ガラスファイバを用いた実施例62の光ファイバ増
幅器の構成図である。
特性を示す特性図である。
示す特性図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 コアおよびクラッドからなり、前記コア
内に活性イオンを含有した増幅用光ファイバと、前記活
性イオンを励起するための励起光源と、前記励起光源か
らの励起光と信号光を合波して前記増幅用光ファイバに
導入するための合波手段を備えた光ファイバ増幅器であ
って、 前記活性イオンはTmであり、 前記信号光はTmの 3 F 4 → 3 H 6 遷移の誘導放出を利
用して増幅される1.65μm帯の光であり、 前記クラッドにTb,Eu,Ho,Smのうち少なくと
も1種類の、Tmの 3 F 4 → 3 H 6 遷移による蛍光を吸
収する吸収剤イオンを含有し、 前記コアは前記吸収剤イオンを含有しないことを特徴と
する光ファイバ増幅器。 - 【請求項2】 コアおよびクラッドからなり、前記コア
内に活性イオンを含有した増幅用光ファイバと、前記活
性イオンを励起するための励起光源と、前記励起光源か
らの励起光と信号光を合波して前記増幅用光ファイバに
導入するための合波手段を備えた光ファイバ増幅器であ
って、 前記活性イオンはTmであり、 前記信号光はTmの 3 F 4 → 3 H 6 遷移の誘導放出を利
用して増幅される1.65μm帯の光であり、 前記コア内には、前記Tmに加え、Tb,Eu,Ho,
Smのうち少なくとも1種類の、Tmの 3 F 4 → 3 H 6
遷移による蛍光を吸収する吸収剤イオンを含有すること
を特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項3】 コアおよびクラッドからなり、前記コア
内に活性イオンを含有した増幅用光ファイバと、前記活
性イオンを励起するための励起光源と、前記励起光源か
らの励起光と信号光を合波して前記増幅用光ファイバに
導入するための合波手段を備えた光ファイバ増幅器であ
って、 前記信号光はTmの 3 F 4 → 3 H 6 遷移の誘導放出を利
用して増幅される1.65μm帯の光であり、 前記コアは2層以上からなるコアであり、 前記2層以上からなるコアのうち1層以上に活性イオン
Tmを含有し、 前記Tmを含まない1層以上にTb,Eu,Ho,Sm
のうち少なくとも1種類の、Tmの 3 F 4 → 3 H 6 遷移
による蛍光を吸収するイオンを含有することを特徴とす
る光ファイバ増幅器。
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