JP3558714B2 - 光ファイバ増幅器および光ファイバレーザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は希土類添加光ファイバを用いてなる光ファイバ増幅器およびレーザに係り、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部における接続損失を低減させることができるようにした技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は光ファイバ増幅器の基本構成を例示したものである。図中符号１１は波長多重型（ＷＤＭ型：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の光ファイバ型カプラ、１２は増幅用ファイバ、１３は光アイソレータ、１４は波長選択フィルタをそれぞれ示す。増幅用ファイバ１２は希土類添加光ファイバであり、例えばエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）が用られる。この光ファイバ増幅器において、光ファイバ型カプラ１１を介してＥＤＦ１２に波長λＰの励起光が入射されると、ＥＤＦ１２のコアに添加されているエルビウム（Ｅｒ）イオンが励起される。そしてこの励起状態にあるＥｒイオンに貯えられたエネルギーは、光ファイバ型カプラ１１を介してＥＤＦ１２に波長λＳの信号光が入射されると、誘導放出により同じ波長（λＳ）の光に転化され増幅作用を生じる。この誘導放出によって増幅された光信号は、必要に応じて設けられた光アイソレータ１３および波長選択フィルタ１４を介して出射される。
このようなＥＤＦを用いた光ファイバ増幅器に用いられる励起光は、一般的にはλＰ＝０．９８μｍとλＰ＝１．４８μｍの２つの波長からいずれかを選択して使用され、波長λＳ＝１．５５μｍの増幅光が得られる。
また一般に、安定な動作特性を得るために、希土類添加光ファイバを用いた光増幅器には実質的に単一モード光ファイバが使用される。
【０００３】
このようなＥＤＦ１２を用いた光ファイバ増幅器において、Ｅｒ（希土類）は通常コア中にほぼ一様に添加されており、ＥＤＦ１２の励起効率を高めるために、コア内での励起光パワー密度が高いことが好ましい。そのためにＥＤＦ１２は、一般にコア・クラッド間の比屈折率差は１％以上と大きく、かつコア径は細く設定されている。
例えば、図２に示すようなステップ型屈折率分布を有するＥＤＦ（図２中実線は屈折率分布、破線は励起光波長におけるモードフィールド分布を示す）において、励起光強度（破線）は軸対称な分布を持ち、コアの中心から遠ざかるに連れその強度が弱くなる。
そして、ＥＤＦ１２では図２（ａ）に示すように、励起光波長λｐにおけるモードフィールド径がコア径よりも大きくなるように、コア径が小さく設定されている。このようにすることにより、コアに添加されているＥｒを完全に励起させて効率良く光増幅効果を得ることができる。
【０００４】
これに対して、光ファイバ型カプラ１１を構成している光ファイバや、光ファイバ増幅器を構成しているＥＤＦ以外の光ファイバなどで一般に用いられている構造では、図２（ｂ）に示すように、コア径はモードフィールド径より若干小さい程度である。仮にＥＤＦ１２もこの図２（ｂ）のような構造とした場合には、コア中心付近のＥｒは完全に励起されるが、コアの縁近辺にあるＥｒは励起光強度が弱いために励起不十分となってしまう。このように空間的に不均一な反転分布が形成された状態で信号光が入射されると、コアの中心部では誘導放出による光信号の増幅が生じるが、コアの縁近辺では励起されなかったＥｒによる誘導吸収が生じ、十分な光増幅効果が得られないことになる。
【０００５】
ところで、コア径２ａとモードフィールド径（以下、ＭＦＤと略記する）との間には、下記数式（Ｉ）で表される関係がある。
【数１】
ここで、Ｖは正規化周波数と呼ばれるもので、光ファイバ中のモード状態を示すパラメータである。これは光ファイバのコア径、コア屈折率、コアとクラッドの比屈折率差、光の波長によって決まり、下記数式（ＩＩ）で計算される。
【数２】
すなわち、図２（ａ）に示されるようにコア径２ａに対するＭＦＤの比（ＭＦＤ／２ａ）が大きいＥＤＦは、Ｖが小さく設定されており、図２（ｂ）に示すような光ファイバは、Ｖが大きく設定されているものである。
【０００６】
しかしながら、上記のようにコア径が小さく設定されているＥＤＦと、光ファイバ増幅器を構成する他の光ファイバとの接続においてはコア径差があり、接続損失の要因となる。
したがって、これらコア径の異なる光ファイバを接続する際には、両ファイバの端面でＭＦＤを一致させることによって接続損失を低減させることが行われている。
【０００７】
ＭＦＤを一致させる技術の１つとして、コア内に含まれるドーパントを熱拡散させる技術があり、このようなドーパントとしては、コアの屈折率を増加させることができ、加熱によって拡散されやすいものが用いられ、ゲルマニウムが好ましく用いられる。
そして図３（ａ）に示すように、コア径が異なる２本の光ファイバを接続する際に、まず両方の光ファイバの端部をそれぞれ加熱することによってコア内に含まれているゲルマニウムを拡散させてコア径を実質的に拡大させることによってこれらのＭＦＤを制御する。
【０００８】
このとき、コア径が例えば２倍に拡大されても、コア・クラッド間の比屈折率差を維持するのに寄与していたドーパントは拡散されただけでその量は変化していないので、濃度が１／２２＝１／４になり、よって、コア・クラッド間の比屈折率差が１／４になる。上記数式（ＩＩ）においてコア径２ａが２倍になり、コア・クラッド間の比屈折率差△が１／４になるとき、Ｖは一定で変化しないことがわかる。
したがって、上記数式（Ｉ）においてＶが一定であるので、コア径２ａを拡大させればこれに比例してＭＦＤが拡大されることがわかる。
このようにして、モードフィールド径（ＭＦＤ）を整合させた光ファイバを、図３（ｂ）に示すように、端面どうしを突き合わせた状態で融着接続を行なうことによって、ＭＦＤが整合している接続部を形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、コア内のドーパントを熱拡散させて実質的なコア径を拡大させ、これによって接続部におけるＭＦＤの整合性を図る方法は、使用波長が１つである場合には有効であるが、光ファイバ増幅器のように信号光および励起光の波長の異なる２つの光が伝搬される場合に、その両方の波長におけるＭＦＤの整合性が同時に得られず、一方の光については接続損失が大きくなってしまうことがあるという問題があった。
【００１０】
すなわち、数式（ＩＩ）に示されるように信号光波長λＳにおける正規化周波数ＶＳと、励起光波長λＰにおける正規化周波数ＶＰとは異なる値であり、したがって数式（Ｉ）より、異なる波長に対してはＭＦＤも異なる値となる。また、λＳとλＰの差が大きいほどＶＳとＶＰの差は大きくなり、したがって両波長におけるＭＦＤの差も大きくなってしまう。
さらに、図４は、数式（ＩＩ）で示されるコア径２ａに対するＭＦＤの比（ＭＦＤ／２ａ）と正規化周波数Ｖとの関係をグラフに示したものであるが、これより、特にＶが小さく設定されているＥＤＦにあっては、ＶＳとＶＰの差に対してＭＦＤの差が顕著であることがわかる。
【００１１】
例えば、図１に示すようなＥＤＦを用いてなる光ファイバ増幅器において、効果的に光増幅作用を得るためには、光ファイバ型カプラ１１とＥＤＦ１２との接続点Ｓ１で、信号光波長および励起光波長の両方について接続損失が小さいことが要求される。
ＥＤＦ１２を用いた光ファイバ増幅器に用いられる励起光は、λＰ＝０．９８μｍとλＰ＝１．４８μｍの２つの波長からいずれかを選択して用いられ、信号光はλＳ＝１．５５μｍである。よって、λＰ＝１．４８μｍ、λＳ＝１．５５μｍの場合は、λＳとλＰの差が比較的小さいのでＶＳとＶＰの差も小さく、ＭＦＤ／２ａはほぼ近い値となる。したがって、このときは信号光または励起光のいずれか一方の波長におけるＭＦＤの整合性を図れば、他方の波長においてもＭＦＤの整合性がほぼ得られる。
しかしながら、λＰ＝０．９８μｍ、λＳ＝１．５５μｍの場合は、０．９８／１．５５≒６３％と両波長の差が大きいので、ＶＳとＶＰの差が大きく、ＭＦＤ／２ａの差も大きくなる。この場合には、一方の波長におけるＭＦＤの整合性を図っても、他方の波長におけるＭＦＤの整合性は得られない。このことを図４中に示す。例えば励起光波長λＰ＝０．９８μｍにおいてＶＰ＝２．２と小さく設定されているＥＤＦにおいては、信号光波長λＳ＝１．５５μｍにおいてはＶＳ＝１．３９となり、両波長におけるＭＦＤ／２ａの差は０．８３と大きくなってしまう（図中●で示す）。
これに対して、例えば励起光波長λＰ＝０．９８μｍにおいてＶＰ＝３．０と大きく設定されている通常の光ファイバにおいては、信号光波長λＳ＝１．５５μｍにおいてはＶＳ＝１．８９となり、両波長におけるＭＦＤ／２ａの差は０．４と比較的小さいものである（図中○で示す）。
【００１２】
このような２つの異なる波長における接続損失の問題は、光ファイバレーザでも同様である。
希土類添加光ファイバを利得媒質とし、これに励起光を入射して得られる自然放出光を再び希土類添加光ファイバに入射させ、利得媒質に帰還をかけることによって、レーザ光の発振が得られることは知られている。
このような希土類添加光ファイバを用いた光ファイバレーザにおいても、希土類添加光ファイバとレーザを構成する他の光ファイバとの接続部において、励起光と発振光の２つの波長の異なる光が伝搬される場合には、これらの光について同時に低接続損失を達成することが要求される。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光（または発振光）および励起光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができるようにした光ファイバ増幅器およびレーザを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の光ファイバ増幅器は、希土類をコアに添加した希土類添加光ファイバを利得媒質とした光ファイバ増幅器であって、励起光として用いられる光の波長をλｐ、信号光の波長をλｓとするとき、λｐ／λｓ×１００の値が８０％以下であり、前記希土類添加光ファイバに、該希土類添加光ファイバとコア径が異なっていて希土類が添加されていない他の光ファイバが接続された接続部を有し、前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバとは［２ａπｎ１√(２△)］の値（ただし、２ａはコア径、ｎ１はコア屈折率、△はコアクラッド間の比屈折率差を表す。）が互いに等しく、かつ前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバは、コア内に加熱により拡散されやすいドーパントを含んでなるとともに、両ファイバの接続部で該ドーパントの拡散によりコアが拡径されて両ファイバのコア径が一致されており、該接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項２記載の光ファイバレーザは、希土類をコアに添加した希土類添加光ファイバを利得媒質とした光ファイバレーザであって、励起光として用いられる光の波長をλｐ、発振光の波長をλｓとするとき、λｐ／λｓ×１００の値が８０％以下であり、前記希土類添加光ファイバに、該希土類添加光ファイバとコア径が異なっていて希土類が添加されていない他の光ファイバが接続された接続部を有し、前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバとは［２ａπｎ１√(２△)］の値（ただし、２ａはコア径、ｎ１はコア屈折率、△はコアクラッド間の比屈折率差を表す。）が互いに等しく、かつ前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバは、コア内に加熱により拡散されやすいドーパントを含んでなるとともに、両ファイバの接続部で該ドーパントの拡散によりコアが拡径されて両ファイバのコア径が一致されており、該接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】
本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器によれば、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているので、接続部における信号光および励起光の接続損失を小さく抑えることができ、高効率の光増幅作用が得られる。
同様に、本発明の光ファイバレーザによれば、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているので、発振光および励起光の接続損失を小さく抑えることができ、高効率のレーザ光発振作用が得られる。
具体的には、光ファイバ増幅器においても、また光ファイバレーザにおいても、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの正規化周波数を等しく設定するとともに、該希土類添加光ファイバおよびこれに接続される他の光ファイバのコア内に加熱により拡散されやすいドーパントを添加し、該ドーパントを加熱拡散せしめてコアを拡径させて接続部を形成することによって、波長の異なる光に対するＭＦＤの整合性を同時に得ることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の光ファイバ増幅器は図１に示した基本構成を用いることができる。本発明の光ファイバ増幅器が、従来のものと大きく異なる点は、希土類添加光ファイバ１２と光ファイバ型カプラ１１との接続点Ｓ１において、両ファイバの信号光波長λＳにおけるＭＦＤおよび励起光波長λＰにおけるＭＦＤがいずれも整合されている点である。
希土類添加光ファイバ１２としては、コアに希土類、好ましくはエルビウム（Ｅｒ）が添加されたものが用いられる。
【００１８】
本実施例の光ファイバ増幅器においては、少なくとも希土類添加光ファイバ１２と、これに接続される光ファイバ型カプラ１１を構成する光ファイバとの、信号光波長λＳにおける正規化周波数ＶＳおよび励起光波長λＰにおける正規化周波数ＶＰがいずれも等しく設定されている。
正規化周波数Ｖは、上記数式（ＩＩ）で計算されるもので、コア径２ａ、コア屈折率ｎ１、およびクラッド屈折率ｎ２を適宜調節することによって設定される。尚、光ファイバ型カプラを構成する光ファイバと希土類添加光ファイバとは、ＶＳおよびＶＰが等しければよく、コア径、比屈折率差は相違していてよい。
すなわち、数式（ＩＩ）よりＶ＝（２ａπｎ１√２△）／λであるので、希土類添加光ファイバ１２およびこれに接続される光ファイバの（２ａπｎ１√２△）の値が等しくなるように設定すれば、ＶＰもＶＳも両ファイバ間で一致した値となる。
ここで、正規化周波数ＶＳおよびＶＰは両ファイバ間で等しいことが望ましいが、必ずしも厳密に等しくなくてもよく、これらの差は接続損失の増大につながるので、用途等によって接続損失がその許容範囲内となるようにすればよい。
【００１９】
また希土類添加光ファイバ１２、これに接続される光ファイバ型カプラ１１を構成する光ファイバ、および好ましくは希土類添加光ファイバ１２の出射側に接続される光ファイバには、そのコア内に加熱によって拡散され易いドーパントが添加されている。ここで用いられるドーパントとしては、ゲルマニウムが好ましい。そして、このドーパントの拡散により接続部のコア径が拡大され、必要に応じてＭＦＤが整合されている。
ここで、希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１の接続部では、これらの正規化周波数ＶＰおよびＶＳがいずれも等しく設定されており、上述のように正規化周波数はドーパントの熱拡散によって変化しない。したがって、上記数式（Ｉ）より、励起光波長（λＰ）または信号光波長（λＳ）のいずれか一方の波長についてＭＦＤを一致させれば、同時に他方の波長についてもＭＦＤの整合性が得られる。実際には、両ファイバのコア径（２ａ）を実質的に一致させることにより、ＭＦＤを一致させることができる。
【００２０】
希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバとの接続は上述の図３に示すように、まず接続すべき光ファイバの端部を加熱することによって、コア内に含まれているドーパントを拡散させ、これによってコア径を実質的に拡大させる。このときの加熱温度は光ファイバを構成するガラスの組成等によって変化し得るが、１７００〜２０００℃程度に好ましく設定される。そして必要に応じて、接続点を伝搬する光の波長（信号光波長λＳまたは励起光波長λＰ）におけるＭＦＤを観察しながら加熱時間を制御し、所望のＭＦＤを得る。
このようにしてＭＦＤが一致された接続端の端面どうしを突き合わせて、これらを周知の手法で融着接続する。
【００２１】
あるいは、希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバの接続方法として、まず融着接続を行った後に、接続部分を加熱し、コア内のドーパントを拡散させてＭＦＤの整合性を得ることもできる。
この場合には、希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバにおけるドーパントの熱拡散係数を変えておくことが必要である。例えば、希土類添加光ファイバのコアにゲルマニウムを添加するとともに、クラッドにフッ素を添加しておく。一方、他の光ファイバのコアにはゲルマニウムを添加し、クラッドはドーパントを含まないシリカとする。このように、クラッドの組成を違えておくことによって、コア内のドーパントの熱拡散係数が異なるものとなる。ここでは、希土類添加光ファイバ１２のほうが、大きな熱拡散係数をもつので、加熱時間を適宜設定することによって、融着接続された希土類添加光ファイバと他の光ファイバのドーパントを同時に加熱拡散させて接続部におけるＭＦＤを一致させることができる。
【００２２】
このようにして、本実施例では希土類添加光ファイバ１２と光ファイバ型カプラ１１の接続点Ｓ１では、信号光および励起光の両方の波長におけるＭＦＤが整合されている。したがって、励起光および信号光を効率よく希土類添加光ファイバに入射することができる。
また希土類添加光ファイバ１２とその出射側に接続される光ファイバの接続点Ｓ２においては、コア内のドーパントの熱拡散によって、信号光波長についてのみＭＦＤの整合性が満たされており、希土類添加光ファイバで励起された信号光の接続損失を抑えて効率よく出射することができる。したがって、この接続点Ｓ２については、特に正規化周波数Ｖを等しく設定する必要はない。
【００２３】
このような光ファイバ増幅器にあっては、信号光波長についても励起光波長についても、接続損失が小さく抑えられているので、信号光波長に対する励起光波長の比（λＰ／λＳ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率の光増幅作用を得ることができる。
【００２４】
図５は本発明の光ファイバ増幅器の第２の構成例を示したものである。この例では、希土類添加光ファイバ２２の一方から信号光が入射され、他方から光ファイバ型カプラ２１を介して励起光が入射されるように構成されている。また希土類添加光ファイバ２２から出射される増幅された信号光は、光ファイバ型カプラ２１および好ましく設けられたアイソレータ２３を介して出力されるようになっている。
この光ファイバ増幅器においては、希土類添加光ファイバ２２と光ファイバ型カプラ２１の接続点Ｓ４において、両ファイバ間で信号光波長および励起光波長における正規化周波数が等しく設定されている。またこれらの接続に際して、コア内のドーパントの熱拡散により、両ファイバの接続端面のＭＦＤが一致するように形成されている。
また希土類添加光ファイバ２２と信号光源との接続点Ｓ３、および光ファイバ型カプラ２１光アイソレータ２３との接続点Ｓ６では、コア内のドーパントの熱拡散により、両ファイバの信号光波長におけるＭＦＤが一致するように形成されており、光ファイバ型カプラ２１と励起光源との接続点Ｓ５では、同様にして両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤが一致するように形成されている。
接続点Ｓ４以外では特に接続される両ファイバの正規化周波数Ｖを等しく設定する必要はない。
【００２５】
このような光ファイバ増幅器にあっては、信号光波長についても励起光波長についても、各接続点における接続損失が小さく抑えられており、効率よく光増幅作用を得ることができる。
【００２６】
（実施例１）
希土類添加光ファイバ２２として、下記表１に示すパラメータを有するエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いて図５に示す構成の光ファイバ増幅器を作製した。この希土類添加光ファイバ２２に接続されるＷＤＭ型光ファイバカプラ２１の光ファイバＡは、下記表１に示すように、ＥＤＦとは異なるコア径、比屈折率差を有し、励起光波長におけるＶＰおよび信号光波長におけるＶＳがいずれもＥＤＦのものと等しくなるように形成した。
このＥＤＦと光ファイバＡとの接続点Ｓ４において、励起光波長λＰ＝０．９８μｍおよび信号光波長λＳ＝１．５５μｍにおける接続損失を測定したところ、下記表１に示すように、いずれの波長においても小さい値であった。
また上記Ｓ４以外の接続点Ｓ３、Ｓ５、およびＳ６における接続損失はいずれも０．１ｄＢ以下に抑えられていた。
【００２７】
【表１】
【００２８】
さらに、この光ファイバ増幅器に、励起光として波長０．９８μｍのレーザ光を入射させ、かつ信号光として１．５５μｍの光を入射させて、増幅された信号光（波長１．５５μｍ）を得た。このときの励起光パワーに対する飽和出力光の比率（変換効率）を調べた。信号光の入力を−５ｄＢｍ、励起光パワーを６０ｍＷとしたとき、変換効率５３％であった。
尚、この変換効率は、図５中点Ｓ５における励起光入射パワーに対する点Ｓ７における信号光出力パワーを測定したものであって、アイソレータ２３等での損失は含まれていない。
【００２９】
（比較例１）
希土類添加光ファイバ２２に接続されるＷＤＭ型光ファイバカプラ２１の光ファイバとして、上記表１に示すパラメータを有する光ファイバＢを用いた以外は同様にして光ファイバ増幅器を構成した。
このＥＤＦと光ファイバＢとの接続点Ｓ４について、上記実施例１と同様にして接続損失を測定したところ、上記表１に示すように大きい値となった。
また上記実施例１と同様にして、励起光パワーに対する飽和出力光の比率（変換効率）を調べたところ３８％であった。
上記実施例１および比較例１の結果より、本発明によれば希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部における接続損失を抑えて、高効率の光ファイバ増幅器が得られることが認められた。
【００３０】
図６は本発明の光ファイバレーザの一例として、リング共振型光ファイバレーザの構成例を示したものである。図中符号３１はＷＤＭ型の光ファイ型バカプラ、３２は希土類添加光ファイバ、３３は光アイソレータをそれぞれ示す。励起光（波長λＰ）は、光ファイバ型カプラ３１を介して希土類添加光ファイバ３２からなるリング型共振器に入射され、希土類添加光ファイバ３２を励起する。励起された希土類添加光ファイバ３２は、波長λＳの自然放出光を発光し、この波長λＳの光を光ファイバ型カプラ３１を介して再びリング型共振器３２へ入射させ、希土類添加光ファイバ３２に光帰還をかけることによって、波長λＳの発振光が得られる。そして、ここで発振された発振光（波長λＳ）は、その一部が光ファイバ型カプラ３１を介して取り出されるようになっている。
【００３１】
この光ファイバレーザにおいては、少なくとも光ファイバ型カプラ３１と希土類添加光ファイバ３２との接続点Ｓ８において、励起光と発振光の２つの波長の異なる光について、同時にＭＦＤの整合性が得られるように構成されている。
すなわち、少なくとも希土類添加光ファイバ３２と、これに接続される光ファイバカプラ３１を構成する光ファイバとは、励起光波長λＰにおける正規化周波数ＶＰおよび発振光波長λＳにおける正規化周波数ＶＳおよびがいずれも等しく設定されている。
また希土類添加光ファイバ３２、これに接続される光ファイバ型カプラ３１を構成する光ファイバには、そのコア内に、加熱によって拡散され易いドーパントが添加されている。そして、接続端部を加熱することによってドーパントを拡散させて、希土類添加光ファイバ３２と、これに接続される光ファイバとの接続端におけるＭＦＤが一致するように形成されている。
希土類添加光ファイバ３２のコアに添加される希土類は各種のものを用いることができ、希土類の種類によって異なる波長の発振光が得られる。
希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１との接続は上述の光ファイバ増幅器の場合と同様にして行なうことができる。
【００３２】
このように形成された、希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１の接続点Ｓ８では、これらの正規化周波数ＶＳおよびＶＰが等しく設定されていることから、励起光波長（λＰ）または発振光波長（λＳ）のいずれか一方の波長についてＭＦＤを一致させれば、同時に他方の波長についてもＭＦＤの整合性が得られる。
したがって、励起光および発振光が効率よく希土類添加光ファイバに入射される。
このような光ファイバレーザにあっては、励起光波長についても、発振光波長についても、接続損失を小さく抑えることができるので、励起光波長と発振光波長とが離れている場合にも、高効率のレーザ光発振作用を得ることができる。
【００３３】
尚、本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器および光ファイバレーザは上記の構成に限らず、各種の構成が可能である。そして、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続点であって、波長の異なる複数の光が同時に伝搬される点について、正規化周波数Ｖを等しく設定するとともに、ドーパントの加熱拡散によりＭＦＤを一致させて、両方の波長についてＭＦＤを同時に整合させることが有効である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているものである。
したがって、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光および励起光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができる。
よって、信号光波長に対する励起光波長の比（λＰ／λＳ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率の光増幅作用を得ることができる。
【００３５】
また本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバレーザは、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているものである。
したがって、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光および発振光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができる。
よって、発振光波長に対する励起光波長の比（λＰ／λＳ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率のレーザ光発振作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ増幅器の例を示した概略構成図である。
【図２】希土類添加光ファイバおよび他の光ファイバにおけるコア径とモードフィールド径を示す説明図である。
【図３】コア径が異なる光ファイバの融着接続の例を示す工程図である。
【図４】コア径に対するモードフィールド径の比と正規化周波数との関係を示したグラフである。
【図５】光ファイバ増幅器の他の例を示した概略構成図である。
【図６】光ファイバレーザの例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１……光ファイバ型カプラ
１２，２２，３２……希土類添加光ファイバ
【産業上の利用分野】
本発明は希土類添加光ファイバを用いてなる光ファイバ増幅器およびレーザに係り、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部における接続損失を低減させることができるようにした技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は光ファイバ増幅器の基本構成を例示したものである。図中符号１１は波長多重型（ＷＤＭ型：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の光ファイバ型カプラ、１２は増幅用ファイバ、１３は光アイソレータ、１４は波長選択フィルタをそれぞれ示す。増幅用ファイバ１２は希土類添加光ファイバであり、例えばエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）が用られる。この光ファイバ増幅器において、光ファイバ型カプラ１１を介してＥＤＦ１２に波長λＰの励起光が入射されると、ＥＤＦ１２のコアに添加されているエルビウム（Ｅｒ）イオンが励起される。そしてこの励起状態にあるＥｒイオンに貯えられたエネルギーは、光ファイバ型カプラ１１を介してＥＤＦ１２に波長λＳの信号光が入射されると、誘導放出により同じ波長（λＳ）の光に転化され増幅作用を生じる。この誘導放出によって増幅された光信号は、必要に応じて設けられた光アイソレータ１３および波長選択フィルタ１４を介して出射される。
このようなＥＤＦを用いた光ファイバ増幅器に用いられる励起光は、一般的にはλＰ＝０．９８μｍとλＰ＝１．４８μｍの２つの波長からいずれかを選択して使用され、波長λＳ＝１．５５μｍの増幅光が得られる。
また一般に、安定な動作特性を得るために、希土類添加光ファイバを用いた光増幅器には実質的に単一モード光ファイバが使用される。
【０００３】
このようなＥＤＦ１２を用いた光ファイバ増幅器において、Ｅｒ（希土類）は通常コア中にほぼ一様に添加されており、ＥＤＦ１２の励起効率を高めるために、コア内での励起光パワー密度が高いことが好ましい。そのためにＥＤＦ１２は、一般にコア・クラッド間の比屈折率差は１％以上と大きく、かつコア径は細く設定されている。
例えば、図２に示すようなステップ型屈折率分布を有するＥＤＦ（図２中実線は屈折率分布、破線は励起光波長におけるモードフィールド分布を示す）において、励起光強度（破線）は軸対称な分布を持ち、コアの中心から遠ざかるに連れその強度が弱くなる。
そして、ＥＤＦ１２では図２（ａ）に示すように、励起光波長λｐにおけるモードフィールド径がコア径よりも大きくなるように、コア径が小さく設定されている。このようにすることにより、コアに添加されているＥｒを完全に励起させて効率良く光増幅効果を得ることができる。
【０００４】
これに対して、光ファイバ型カプラ１１を構成している光ファイバや、光ファイバ増幅器を構成しているＥＤＦ以外の光ファイバなどで一般に用いられている構造では、図２（ｂ）に示すように、コア径はモードフィールド径より若干小さい程度である。仮にＥＤＦ１２もこの図２（ｂ）のような構造とした場合には、コア中心付近のＥｒは完全に励起されるが、コアの縁近辺にあるＥｒは励起光強度が弱いために励起不十分となってしまう。このように空間的に不均一な反転分布が形成された状態で信号光が入射されると、コアの中心部では誘導放出による光信号の増幅が生じるが、コアの縁近辺では励起されなかったＥｒによる誘導吸収が生じ、十分な光増幅効果が得られないことになる。
【０００５】
ところで、コア径２ａとモードフィールド径（以下、ＭＦＤと略記する）との間には、下記数式（Ｉ）で表される関係がある。
【数１】
【数２】
【０００６】
しかしながら、上記のようにコア径が小さく設定されているＥＤＦと、光ファイバ増幅器を構成する他の光ファイバとの接続においてはコア径差があり、接続損失の要因となる。
したがって、これらコア径の異なる光ファイバを接続する際には、両ファイバの端面でＭＦＤを一致させることによって接続損失を低減させることが行われている。
【０００７】
ＭＦＤを一致させる技術の１つとして、コア内に含まれるドーパントを熱拡散させる技術があり、このようなドーパントとしては、コアの屈折率を増加させることができ、加熱によって拡散されやすいものが用いられ、ゲルマニウムが好ましく用いられる。
そして図３（ａ）に示すように、コア径が異なる２本の光ファイバを接続する際に、まず両方の光ファイバの端部をそれぞれ加熱することによってコア内に含まれているゲルマニウムを拡散させてコア径を実質的に拡大させることによってこれらのＭＦＤを制御する。
【０００８】
このとき、コア径が例えば２倍に拡大されても、コア・クラッド間の比屈折率差を維持するのに寄与していたドーパントは拡散されただけでその量は変化していないので、濃度が１／２２＝１／４になり、よって、コア・クラッド間の比屈折率差が１／４になる。上記数式（ＩＩ）においてコア径２ａが２倍になり、コア・クラッド間の比屈折率差△が１／４になるとき、Ｖは一定で変化しないことがわかる。
したがって、上記数式（Ｉ）においてＶが一定であるので、コア径２ａを拡大させればこれに比例してＭＦＤが拡大されることがわかる。
このようにして、モードフィールド径（ＭＦＤ）を整合させた光ファイバを、図３（ｂ）に示すように、端面どうしを突き合わせた状態で融着接続を行なうことによって、ＭＦＤが整合している接続部を形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、コア内のドーパントを熱拡散させて実質的なコア径を拡大させ、これによって接続部におけるＭＦＤの整合性を図る方法は、使用波長が１つである場合には有効であるが、光ファイバ増幅器のように信号光および励起光の波長の異なる２つの光が伝搬される場合に、その両方の波長におけるＭＦＤの整合性が同時に得られず、一方の光については接続損失が大きくなってしまうことがあるという問題があった。
【００１０】
すなわち、数式（ＩＩ）に示されるように信号光波長λＳにおける正規化周波数ＶＳと、励起光波長λＰにおける正規化周波数ＶＰとは異なる値であり、したがって数式（Ｉ）より、異なる波長に対してはＭＦＤも異なる値となる。また、λＳとλＰの差が大きいほどＶＳとＶＰの差は大きくなり、したがって両波長におけるＭＦＤの差も大きくなってしまう。
さらに、図４は、数式（ＩＩ）で示されるコア径２ａに対するＭＦＤの比（ＭＦＤ／２ａ）と正規化周波数Ｖとの関係をグラフに示したものであるが、これより、特にＶが小さく設定されているＥＤＦにあっては、ＶＳとＶＰの差に対してＭＦＤの差が顕著であることがわかる。
【００１１】
例えば、図１に示すようなＥＤＦを用いてなる光ファイバ増幅器において、効果的に光増幅作用を得るためには、光ファイバ型カプラ１１とＥＤＦ１２との接続点Ｓ１で、信号光波長および励起光波長の両方について接続損失が小さいことが要求される。
ＥＤＦ１２を用いた光ファイバ増幅器に用いられる励起光は、λＰ＝０．９８μｍとλＰ＝１．４８μｍの２つの波長からいずれかを選択して用いられ、信号光はλＳ＝１．５５μｍである。よって、λＰ＝１．４８μｍ、λＳ＝１．５５μｍの場合は、λＳとλＰの差が比較的小さいのでＶＳとＶＰの差も小さく、ＭＦＤ／２ａはほぼ近い値となる。したがって、このときは信号光または励起光のいずれか一方の波長におけるＭＦＤの整合性を図れば、他方の波長においてもＭＦＤの整合性がほぼ得られる。
しかしながら、λＰ＝０．９８μｍ、λＳ＝１．５５μｍの場合は、０．９８／１．５５≒６３％と両波長の差が大きいので、ＶＳとＶＰの差が大きく、ＭＦＤ／２ａの差も大きくなる。この場合には、一方の波長におけるＭＦＤの整合性を図っても、他方の波長におけるＭＦＤの整合性は得られない。このことを図４中に示す。例えば励起光波長λＰ＝０．９８μｍにおいてＶＰ＝２．２と小さく設定されているＥＤＦにおいては、信号光波長λＳ＝１．５５μｍにおいてはＶＳ＝１．３９となり、両波長におけるＭＦＤ／２ａの差は０．８３と大きくなってしまう（図中●で示す）。
これに対して、例えば励起光波長λＰ＝０．９８μｍにおいてＶＰ＝３．０と大きく設定されている通常の光ファイバにおいては、信号光波長λＳ＝１．５５μｍにおいてはＶＳ＝１．８９となり、両波長におけるＭＦＤ／２ａの差は０．４と比較的小さいものである（図中○で示す）。
【００１２】
このような２つの異なる波長における接続損失の問題は、光ファイバレーザでも同様である。
希土類添加光ファイバを利得媒質とし、これに励起光を入射して得られる自然放出光を再び希土類添加光ファイバに入射させ、利得媒質に帰還をかけることによって、レーザ光の発振が得られることは知られている。
このような希土類添加光ファイバを用いた光ファイバレーザにおいても、希土類添加光ファイバとレーザを構成する他の光ファイバとの接続部において、励起光と発振光の２つの波長の異なる光が伝搬される場合には、これらの光について同時に低接続損失を達成することが要求される。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光（または発振光）および励起光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができるようにした光ファイバ増幅器およびレーザを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の光ファイバ増幅器は、希土類をコアに添加した希土類添加光ファイバを利得媒質とした光ファイバ増幅器であって、励起光として用いられる光の波長をλｐ、信号光の波長をλｓとするとき、λｐ／λｓ×１００の値が８０％以下であり、前記希土類添加光ファイバに、該希土類添加光ファイバとコア径が異なっていて希土類が添加されていない他の光ファイバが接続された接続部を有し、前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバとは［２ａπｎ１√(２△)］の値（ただし、２ａはコア径、ｎ１はコア屈折率、△はコアクラッド間の比屈折率差を表す。）が互いに等しく、かつ前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバは、コア内に加熱により拡散されやすいドーパントを含んでなるとともに、両ファイバの接続部で該ドーパントの拡散によりコアが拡径されて両ファイバのコア径が一致されており、該接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項２記載の光ファイバレーザは、希土類をコアに添加した希土類添加光ファイバを利得媒質とした光ファイバレーザであって、励起光として用いられる光の波長をλｐ、発振光の波長をλｓとするとき、λｐ／λｓ×１００の値が８０％以下であり、前記希土類添加光ファイバに、該希土類添加光ファイバとコア径が異なっていて希土類が添加されていない他の光ファイバが接続された接続部を有し、前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバとは［２ａπｎ１√(２△)］の値（ただし、２ａはコア径、ｎ１はコア屈折率、△はコアクラッド間の比屈折率差を表す。）が互いに等しく、かつ前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバは、コア内に加熱により拡散されやすいドーパントを含んでなるとともに、両ファイバの接続部で該ドーパントの拡散によりコアが拡径されて両ファイバのコア径が一致されており、該接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】
本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器によれば、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているので、接続部における信号光および励起光の接続損失を小さく抑えることができ、高効率の光増幅作用が得られる。
同様に、本発明の光ファイバレーザによれば、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているので、発振光および励起光の接続損失を小さく抑えることができ、高効率のレーザ光発振作用が得られる。
具体的には、光ファイバ増幅器においても、また光ファイバレーザにおいても、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの正規化周波数を等しく設定するとともに、該希土類添加光ファイバおよびこれに接続される他の光ファイバのコア内に加熱により拡散されやすいドーパントを添加し、該ドーパントを加熱拡散せしめてコアを拡径させて接続部を形成することによって、波長の異なる光に対するＭＦＤの整合性を同時に得ることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の光ファイバ増幅器は図１に示した基本構成を用いることができる。本発明の光ファイバ増幅器が、従来のものと大きく異なる点は、希土類添加光ファイバ１２と光ファイバ型カプラ１１との接続点Ｓ１において、両ファイバの信号光波長λＳにおけるＭＦＤおよび励起光波長λＰにおけるＭＦＤがいずれも整合されている点である。
希土類添加光ファイバ１２としては、コアに希土類、好ましくはエルビウム（Ｅｒ）が添加されたものが用いられる。
【００１８】
本実施例の光ファイバ増幅器においては、少なくとも希土類添加光ファイバ１２と、これに接続される光ファイバ型カプラ１１を構成する光ファイバとの、信号光波長λＳにおける正規化周波数ＶＳおよび励起光波長λＰにおける正規化周波数ＶＰがいずれも等しく設定されている。
正規化周波数Ｖは、上記数式（ＩＩ）で計算されるもので、コア径２ａ、コア屈折率ｎ１、およびクラッド屈折率ｎ２を適宜調節することによって設定される。尚、光ファイバ型カプラを構成する光ファイバと希土類添加光ファイバとは、ＶＳおよびＶＰが等しければよく、コア径、比屈折率差は相違していてよい。
すなわち、数式（ＩＩ）よりＶ＝（２ａπｎ１√２△）／λであるので、希土類添加光ファイバ１２およびこれに接続される光ファイバの（２ａπｎ１√２△）の値が等しくなるように設定すれば、ＶＰもＶＳも両ファイバ間で一致した値となる。
ここで、正規化周波数ＶＳおよびＶＰは両ファイバ間で等しいことが望ましいが、必ずしも厳密に等しくなくてもよく、これらの差は接続損失の増大につながるので、用途等によって接続損失がその許容範囲内となるようにすればよい。
【００１９】
また希土類添加光ファイバ１２、これに接続される光ファイバ型カプラ１１を構成する光ファイバ、および好ましくは希土類添加光ファイバ１２の出射側に接続される光ファイバには、そのコア内に加熱によって拡散され易いドーパントが添加されている。ここで用いられるドーパントとしては、ゲルマニウムが好ましい。そして、このドーパントの拡散により接続部のコア径が拡大され、必要に応じてＭＦＤが整合されている。
ここで、希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１の接続部では、これらの正規化周波数ＶＰおよびＶＳがいずれも等しく設定されており、上述のように正規化周波数はドーパントの熱拡散によって変化しない。したがって、上記数式（Ｉ）より、励起光波長（λＰ）または信号光波長（λＳ）のいずれか一方の波長についてＭＦＤを一致させれば、同時に他方の波長についてもＭＦＤの整合性が得られる。実際には、両ファイバのコア径（２ａ）を実質的に一致させることにより、ＭＦＤを一致させることができる。
【００２０】
希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバとの接続は上述の図３に示すように、まず接続すべき光ファイバの端部を加熱することによって、コア内に含まれているドーパントを拡散させ、これによってコア径を実質的に拡大させる。このときの加熱温度は光ファイバを構成するガラスの組成等によって変化し得るが、１７００〜２０００℃程度に好ましく設定される。そして必要に応じて、接続点を伝搬する光の波長（信号光波長λＳまたは励起光波長λＰ）におけるＭＦＤを観察しながら加熱時間を制御し、所望のＭＦＤを得る。
このようにしてＭＦＤが一致された接続端の端面どうしを突き合わせて、これらを周知の手法で融着接続する。
【００２１】
あるいは、希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバの接続方法として、まず融着接続を行った後に、接続部分を加熱し、コア内のドーパントを拡散させてＭＦＤの整合性を得ることもできる。
この場合には、希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバにおけるドーパントの熱拡散係数を変えておくことが必要である。例えば、希土類添加光ファイバのコアにゲルマニウムを添加するとともに、クラッドにフッ素を添加しておく。一方、他の光ファイバのコアにはゲルマニウムを添加し、クラッドはドーパントを含まないシリカとする。このように、クラッドの組成を違えておくことによって、コア内のドーパントの熱拡散係数が異なるものとなる。ここでは、希土類添加光ファイバ１２のほうが、大きな熱拡散係数をもつので、加熱時間を適宜設定することによって、融着接続された希土類添加光ファイバと他の光ファイバのドーパントを同時に加熱拡散させて接続部におけるＭＦＤを一致させることができる。
【００２２】
このようにして、本実施例では希土類添加光ファイバ１２と光ファイバ型カプラ１１の接続点Ｓ１では、信号光および励起光の両方の波長におけるＭＦＤが整合されている。したがって、励起光および信号光を効率よく希土類添加光ファイバに入射することができる。
また希土類添加光ファイバ１２とその出射側に接続される光ファイバの接続点Ｓ２においては、コア内のドーパントの熱拡散によって、信号光波長についてのみＭＦＤの整合性が満たされており、希土類添加光ファイバで励起された信号光の接続損失を抑えて効率よく出射することができる。したがって、この接続点Ｓ２については、特に正規化周波数Ｖを等しく設定する必要はない。
【００２３】
このような光ファイバ増幅器にあっては、信号光波長についても励起光波長についても、接続損失が小さく抑えられているので、信号光波長に対する励起光波長の比（λＰ／λＳ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率の光増幅作用を得ることができる。
【００２４】
図５は本発明の光ファイバ増幅器の第２の構成例を示したものである。この例では、希土類添加光ファイバ２２の一方から信号光が入射され、他方から光ファイバ型カプラ２１を介して励起光が入射されるように構成されている。また希土類添加光ファイバ２２から出射される増幅された信号光は、光ファイバ型カプラ２１および好ましく設けられたアイソレータ２３を介して出力されるようになっている。
この光ファイバ増幅器においては、希土類添加光ファイバ２２と光ファイバ型カプラ２１の接続点Ｓ４において、両ファイバ間で信号光波長および励起光波長における正規化周波数が等しく設定されている。またこれらの接続に際して、コア内のドーパントの熱拡散により、両ファイバの接続端面のＭＦＤが一致するように形成されている。
また希土類添加光ファイバ２２と信号光源との接続点Ｓ３、および光ファイバ型カプラ２１光アイソレータ２３との接続点Ｓ６では、コア内のドーパントの熱拡散により、両ファイバの信号光波長におけるＭＦＤが一致するように形成されており、光ファイバ型カプラ２１と励起光源との接続点Ｓ５では、同様にして両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤが一致するように形成されている。
接続点Ｓ４以外では特に接続される両ファイバの正規化周波数Ｖを等しく設定する必要はない。
【００２５】
このような光ファイバ増幅器にあっては、信号光波長についても励起光波長についても、各接続点における接続損失が小さく抑えられており、効率よく光増幅作用を得ることができる。
【００２６】
（実施例１）
希土類添加光ファイバ２２として、下記表１に示すパラメータを有するエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いて図５に示す構成の光ファイバ増幅器を作製した。この希土類添加光ファイバ２２に接続されるＷＤＭ型光ファイバカプラ２１の光ファイバＡは、下記表１に示すように、ＥＤＦとは異なるコア径、比屈折率差を有し、励起光波長におけるＶＰおよび信号光波長におけるＶＳがいずれもＥＤＦのものと等しくなるように形成した。
このＥＤＦと光ファイバＡとの接続点Ｓ４において、励起光波長λＰ＝０．９８μｍおよび信号光波長λＳ＝１．５５μｍにおける接続損失を測定したところ、下記表１に示すように、いずれの波長においても小さい値であった。
また上記Ｓ４以外の接続点Ｓ３、Ｓ５、およびＳ６における接続損失はいずれも０．１ｄＢ以下に抑えられていた。
【００２７】
【表１】
さらに、この光ファイバ増幅器に、励起光として波長０．９８μｍのレーザ光を入射させ、かつ信号光として１．５５μｍの光を入射させて、増幅された信号光（波長１．５５μｍ）を得た。このときの励起光パワーに対する飽和出力光の比率（変換効率）を調べた。信号光の入力を−５ｄＢｍ、励起光パワーを６０ｍＷとしたとき、変換効率５３％であった。
尚、この変換効率は、図５中点Ｓ５における励起光入射パワーに対する点Ｓ７における信号光出力パワーを測定したものであって、アイソレータ２３等での損失は含まれていない。
【００２９】
（比較例１）
希土類添加光ファイバ２２に接続されるＷＤＭ型光ファイバカプラ２１の光ファイバとして、上記表１に示すパラメータを有する光ファイバＢを用いた以外は同様にして光ファイバ増幅器を構成した。
このＥＤＦと光ファイバＢとの接続点Ｓ４について、上記実施例１と同様にして接続損失を測定したところ、上記表１に示すように大きい値となった。
また上記実施例１と同様にして、励起光パワーに対する飽和出力光の比率（変換効率）を調べたところ３８％であった。
上記実施例１および比較例１の結果より、本発明によれば希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部における接続損失を抑えて、高効率の光ファイバ増幅器が得られることが認められた。
【００３０】
図６は本発明の光ファイバレーザの一例として、リング共振型光ファイバレーザの構成例を示したものである。図中符号３１はＷＤＭ型の光ファイ型バカプラ、３２は希土類添加光ファイバ、３３は光アイソレータをそれぞれ示す。励起光（波長λＰ）は、光ファイバ型カプラ３１を介して希土類添加光ファイバ３２からなるリング型共振器に入射され、希土類添加光ファイバ３２を励起する。励起された希土類添加光ファイバ３２は、波長λＳの自然放出光を発光し、この波長λＳの光を光ファイバ型カプラ３１を介して再びリング型共振器３２へ入射させ、希土類添加光ファイバ３２に光帰還をかけることによって、波長λＳの発振光が得られる。そして、ここで発振された発振光（波長λＳ）は、その一部が光ファイバ型カプラ３１を介して取り出されるようになっている。
【００３１】
この光ファイバレーザにおいては、少なくとも光ファイバ型カプラ３１と希土類添加光ファイバ３２との接続点Ｓ８において、励起光と発振光の２つの波長の異なる光について、同時にＭＦＤの整合性が得られるように構成されている。
すなわち、少なくとも希土類添加光ファイバ３２と、これに接続される光ファイバカプラ３１を構成する光ファイバとは、励起光波長λＰにおける正規化周波数ＶＰおよび発振光波長λＳにおける正規化周波数ＶＳおよびがいずれも等しく設定されている。
また希土類添加光ファイバ３２、これに接続される光ファイバ型カプラ３１を構成する光ファイバには、そのコア内に、加熱によって拡散され易いドーパントが添加されている。そして、接続端部を加熱することによってドーパントを拡散させて、希土類添加光ファイバ３２と、これに接続される光ファイバとの接続端におけるＭＦＤが一致するように形成されている。
希土類添加光ファイバ３２のコアに添加される希土類は各種のものを用いることができ、希土類の種類によって異なる波長の発振光が得られる。
希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１との接続は上述の光ファイバ増幅器の場合と同様にして行なうことができる。
【００３２】
このように形成された、希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１の接続点Ｓ８では、これらの正規化周波数ＶＳおよびＶＰが等しく設定されていることから、励起光波長（λＰ）または発振光波長（λＳ）のいずれか一方の波長についてＭＦＤを一致させれば、同時に他方の波長についてもＭＦＤの整合性が得られる。
したがって、励起光および発振光が効率よく希土類添加光ファイバに入射される。
このような光ファイバレーザにあっては、励起光波長についても、発振光波長についても、接続損失を小さく抑えることができるので、励起光波長と発振光波長とが離れている場合にも、高効率のレーザ光発振作用を得ることができる。
【００３３】
尚、本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器および光ファイバレーザは上記の構成に限らず、各種の構成が可能である。そして、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続点であって、波長の異なる複数の光が同時に伝搬される点について、正規化周波数Ｖを等しく設定するとともに、ドーパントの加熱拡散によりＭＦＤを一致させて、両方の波長についてＭＦＤを同時に整合させることが有効である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているものである。
したがって、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光および励起光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができる。
よって、信号光波長に対する励起光波長の比（λＰ／λＳ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率の光増幅作用を得ることができる。
【００３５】
また本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバレーザは、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているものである。
したがって、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光および発振光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができる。
よって、発振光波長に対する励起光波長の比（λＰ／λＳ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率のレーザ光発振作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ増幅器の例を示した概略構成図である。
【図２】希土類添加光ファイバおよび他の光ファイバにおけるコア径とモードフィールド径を示す説明図である。
【図３】コア径が異なる光ファイバの融着接続の例を示す工程図である。
【図４】コア径に対するモードフィールド径の比と正規化周波数との関係を示したグラフである。
【図５】光ファイバ増幅器の他の例を示した概略構成図である。
【図６】光ファイバレーザの例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１……光ファイバ型カプラ
１２，２２，３２……希土類添加光ファイバ
Claims (2)
- 希土類をコアに添加した希土類添加光ファイバを利得媒質とした光ファイバ増幅器であって、
励起光として用いられる光の波長をλｐ、信号光の波長をλｓとするとき、λｐ／λｓ×１００の値が８０％以下であり、
前記希土類添加光ファイバに、該希土類添加光ファイバとコア径が異なっていて希土類が添加されていない他の光ファイバが接続された接続部を有し、
前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバとは［２ａπｎ１√(２△)］の値（ただし、２ａはコア径、ｎ１はコア屈折率、△はコアクラッド間の比屈折率差を表す。）が互いに等しく、かつ
前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバは、コア内に加熱により拡散されやすいドーパントを含んでなるとともに、両ファイバの接続部で該ドーパントの拡散によりコアが拡径されて両ファイバのコア径が一致されており、
該接続部で、両ファイバの励起光波長におけるモードフィールド径および信号光波長におけるモードフィールド径がいずれも整合されていることを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 希土類をコアに添加した希土類添加光ファイバを利得媒質とした光ファイバレーザであって、
励起光として用いられる光の波長をλｐ、発振光の波長をλｓとするとき、λｐ／λｓ×１００の値が８０％以下であり、
前記希土類添加光ファイバに、該希土類添加光ファイバとコア径が異なっていて希土類が添加されていない他の光ファイバが接続された接続部を有し、
前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバとは［２ａπｎ１√(２△)］の値（ただし、２ａはコア径、ｎ１はコア屈折率、△はコアクラッド間の比屈折率差を表す。）が互いに等しく、かつ
前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバは、コア内に加熱により拡散されやすいドーパントを含んでなるとともに、両ファイバの接続部で該ドーパントの拡散によりコアが拡径されて両ファイバのコア径が一致されており、
該接続部で、両ファイバの励起光波長におけるモードフィールド径および発振光波長におけるモードフィールド径がいずれも整合されていることを特徴とする光ファイバレーザ。
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| JPH08204257A JPH08204257A (ja) | 1996-08-09 |
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