JPH1041571A - 高パワー光ファイバ増幅器／レーザシステム - Google Patents

高パワー光ファイバ増幅器／レーザシステム

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JPH1041571A
JPH1041571A JP9098841A JP9884197A JPH1041571A JP H1041571 A JPH1041571 A JP H1041571A JP 9098841 A JP9098841 A JP 9098841A JP 9884197 A JP9884197 A JP 9884197A JP H1041571 A JPH1041571 A JP H1041571A
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fiber
laser
erbium
doped
optical
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JP9098841A
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Monica L Minden
モニカ・エル・ミンデン
Hans Bruesselbach
ハンス・ブリュッセルバッハ
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Hughes Aircraft Co
HE Holdings Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、利得効率が高く、光学的損失が少
ない高パワーのエルビウムドープファイバ増幅器／レー
ザシステムを提供することを目的とする。 【解決手段】 エルビウムドープ光ファイバ利得媒体12
と、光ポンプビームを発生し、レーザのレージング波長
をエルビウムの吸収バンド内に含まれる値に制限する１
つ以上のコア内のブラッグ格子20を有するクラッドポン
プされたファイバ格子レーザ10と、利得媒体12が光ポン
プビームによってポンプされるようにファイバ格子レー
ザ10をファイバ利得媒体12に光学的に結合するように接
続されるファイバ結合器16とを備えていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ増幅器
およびレーザシステム、特に利得効率が高く、光損失が
少ない高パワー光ファイバ増幅器／レーザシステムに関
する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムにおいて、 J.
E. Midwinter氏、他による文献（ John Wiley ＆ Sons,
1992年, 207乃至 211頁）において全体的に記載され
た光によってポンプされるファイバ増幅器およびレーザ
システムが広く使用されている。典型的な光ファイバ通
信ネットワークにおいて、ファイバ増幅器がソースと目
的地との間で搬送される信号の振幅およびデータの完全
性を維持するために使用される。ファイバネットワーク
が規模および複雑さを増加するのにしたがって、一層高
い出力パワーのファイバ増幅器およびレーザが必要とさ
れるようになった。
【０００３】その特性利得帯域幅は、光ファイバ通信シ
ステムにおいて一般的に使用されている１．５ミクロン
の第３の通信ウインドウ内に含まれるので、エルビウム
ドープ光ファイバは一般的にファイバ増幅器およびレー
ザにおいて使用されている。エルビウムドープファイバ
増幅器およびレーザの利得効率に影響を与えるファクタ
は、エルビウムドープファイバを光によってポンプする
ために使用される波長である。次のポンプ波長が調査さ
れ、その代表的な利得効率の順序を記載する。９８０ｎ
ｍ（４ｄＢ／ｍＷ）、１４８０ｎｍ（２．５ｄＢ／ｍ
Ｗ）、５３２ｎｍ（１．５ｄＢ／ｎＷ）、６６０ｎｍ
（０．５ｄＢ／ｍＷ）、および８０７ｎｍ（０．２ｄＢ
／ｍＷ）。
【０００４】１つの従来のポンピング方法は、９８０ま
たは１４８０ｎｍのダイオードレーザを使用してエルビ
ウムドープファイバコアを直接にポンプするものであ
る。ダイオードレーザからの出力（ポンプ）ビームは、
約５乃至１０ミクロンの直径を有する単一モードのコア
であるファイバコアに結合されなければならない。カッ
プリングは普通、回折を制限された光学系によって達成
される。ポンプビームは小さい直径の単一モードファイ
バ中に焦点を結ばなければならないので、単一の横断方
向モードのダイオードレーザだけが使用することができ
る。したがって、単一モードのダイオードレーザから得
られる比較的に低い（１ワット以下）出力パワーに対し
て有効なポンピングパワー量が制限される。
【０００５】第２の方法は、 J. C. Livas氏、他による
文献（1995 Conference on Lasersand Electro-Optics,
Baltimore, Maryland, 1995年, 文献番号CDP27 ）に記
載されている。この方法において、エルビウムドープフ
ァイバは、偏光多重化を介して多数の９８０ｎｍのマス
ター発信器（ＭＯＰＡ）レーザからの出力を結合するこ
とによって得られる高パワーのポンプビームによってポ
ンプされる。この方法における問題は、多数のレーザソ
ースの多重化に関連して比較的にコストが高く、複雑性
が増加することである。加えて、回折を制限された光学
系は、各ＭＯＰＡレーザからの出力を波長分割多重化
（ＷＤＭ）ファイバ結合器に結合するために使用され
る。この結果、光が自由な空間からファイバへ結合され
るとき、第１の方法の場合のように常にある程度の光学
的損失が生じる。
【０００６】第３の方法は、エルビウムドープファイバ
増幅器またはレーザのためのポンプビームソースとし
て、クラッドポンプされたネオジウムドープファイバレ
ーザを使用するものである。そのようなシステムは、
J. D. Minelly氏、他による文献（Optical Fiber Commu
nication Conference, 1992年 OSA Technical Digest S
eries, Vol.5, Optical Society of America, Washinto
n, DC, 1992年, 文献番号TuG2）に記載されている。こ
のシステムにおいて、レーザダイオードアレイは、ネオ
ジウムドープファイバレーザ（“中間”ファイバレーザ
と記載される）をクラッドポンプするために使用され
る。中間ファイバレーザは、エルビウムドープファイバ
増幅器またはレーザをポンプするために使用される１．
０５μｍのビームを出力する。１．０５μｍのポンプビ
ームは、エルビウム吸収バンドの１つの中に含まれない
ので、エルビウムドープファイバはイッテルビウムで一
緒にドープされなければならない。イッテルビウムイオ
ンは１．０５ミクロンのポンプビームを吸収し、エルビ
ウムイオンにエネルギーを伝達する。
【０００７】このシステムの長所は、マルチモードレー
ザダイオードアレイがクラッドポンプ構成により中間フ
ァイバレーザをポンプするために使用できることであ
る。クラッドポンプにおいて、ダイオードアレイの出力
はネオジウムドープファイバのマルチモード内側クラッ
ドをポンプするために使用される。ネオジウムドープ単
一モードのコアを囲む内側クラッドは、ダイオードアレ
イポンプビームの実質的な部分を単一モードのコアに結
合する。ダイオードアレイの出力はネオジウムドープフ
ァイバの単一モードのコアに結合するのに十分に小さい
直径において焦点を結ぶ必要はないので、マルチ横断モ
ードダイオードレーザを使用することができる。マルチ
横断モードダイオードレーザの使用によって、中間レー
ザをポンピングするために使用することができるポンピ
ングパワーが増加し、その結果エルビウム／イッテルビ
ウムで一緒をドープされたファイバ増幅器をポンプする
ために使用される中間レーザの出力パワーが増加する。
【０００８】この方法の欠点は、１．０５μｍの光でポ
ンプされたエルビウム／イッテルビウムでドープファイ
バの利得効率が、エルビウム吸収ラインの１つにおいて
ポンプされるエルビウムドープファイバの利得効率より
も小さいことである。これは、エルビウムイオンに対し
て１．０５μｍの光を吸収するイッテルビウムイオンか
らエネルギー伝達を行わなければならないからである。
【０００９】別の欠点は、中間ファイバレーザにおける
出力結合器がネオジウムドープファイバの端部面の１つ
を劈開することによって構成されることである。劈開さ
れた端部面は部分反射体として機能し、中間レーザの出
力をエルビウム／イッテルビウムファイバ増幅器に誘導
するために使用されるＷＤＭファイバ結合器に対して直
接に結合することができない。その結果、ファイバ結合
器の入力ファイバに密接して接近して中間ファイバレー
ザの出力端部を配置することによって、中間ファイバレ
ーザからＷＤＭファイバ結合器に入射される。その代り
に、中間レンズが使用される。これらの両方の入射方法
はいずれも光学的損失を導く。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述の問題を考慮し
て、本発明の目的は、従来のシステムよりも利得効率が
一層高く、光学的損失が一層少ない高パワーのエルビウ
ムドープファイバ増幅器／レーザシステムを提供するこ
とである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】これは、エルビウムドー
プファイバ増幅器またはレーザに対するポンピングソー
スとして、エルビウムの吸収バンド内に含まれる波長で
放射するクラッドポンプされたファイバレーザを使用す
ることによって達成される。ファイバレーザにおける空
洞反射体は、コア内のブラッグ反射格子で構成される。
ファイバ格子レーザからの出力はエルビウム吸収バンド
の１つの中に含まれるので、一緒にドープする必要なし
に、エルビウムドープファイバ増幅器またはレーザをフ
ァイバ格子レーザの出力で直接にポンプすることができ
る。
【００１２】好ましい実施形態において、ファイバ格子
レーザは、イッテルビウムでドープされ、マルチ横断モ
ードダイオードアレイでクラッドポンプされ、約９８０
ｎｍの波長で放射する。ファイバ格子レーザにおける空
洞反射体は、コア内のブラッグ格子で構成され、レーザ
の出力端部をファイバ結合器に直接接合することができ
る。好ましい実施形態において、イッテルビウムドープ
ファイバ格子レーザおよびエルビウムドープファイバ増
幅器／レーザはＷＤＭファイバ結合器の入力および出力
アームにそれぞれ直接に融着スプライス接合される。し
たがって、イッテルビウムドープファイバ格子レーザか
らの９８０ｎｍの出力を、大気を介して伝播する必要な
く全てのファイバパスを通ってエルビウムドープファイ
バ増幅器／レーザに結合することができる。これは、大
気対ファイバの結合に関連するシステムの複雑性および
光学的損失を著しく減少する。
【００１３】本発明のこれらの、さらにその他の特徴お
よび長所は、添付の図面を参照した以下の好ましい実施
形態の詳細な説明から当業者に明白になるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の基本的原理を示
している。エルビウムの吸収バンド内に含まれる波長で
光ポンプビーム11を放射するクラッドポンプされたファ
イバ格子レーザ10は、エルビウムドープファイバ増幅器
／レーザ12用のポンピングソースとして使用される。フ
ァイバ格子レーザの出力ビーム11は、ファイバ結合器16
によりエルビウムドープファイバ増幅器／レーザ12へ導
かれる。光ポンプビーム11はエルビウム吸収バンドの１
つの中に含まれるので、エルビウムドープファイバ増幅
器／レーザ12は一緒にドープする必要はない。
【００１５】図２は、本発明にしたがって構成されたエ
ルビウムドープ光ファイバ増幅器の好ましい実施形態で
ある。クラッドポンプされたファイバ格子レーザ10のフ
ァイバ利得媒体は、単一モードのイッテルビウムドープ
光ファイバ18であることが好ましい。イッテルビウムド
ープシリカファイバレーザは一般的に知られており、H.
M. Pask氏、他による文献（IEEE Journal of Selected
Topics in Quantum Electronics, Vol. 1, 1995年 4
月、 1乃至15頁参照）に記載されている。
【００１６】コア内のブラッグ反射格子20は、レーザ共
振空洞ミラーとして使用される。G.A. Ball氏、他によ
る文献（Journal of Lightwave Technology, Vol.10, N
o.10, 1992年10月, 1338乃至1343頁）に記載されている
ように、コア内のブラッグ格子反射体は、エルビウムド
ープファイバレーザにおいて使用されてきた。ブラッグ
格子20は、それらがエルビウムドープファイバにおいて
形成されるのと同じ方法でイッテルビウムドープファイ
バ18において形成される。ファイバ18は、好ましくはそ
れを紫外線（ＵＶ）光に対して感光性にするゲルマニウ
ムのようなドーパントでドープされる。Hill氏、他によ
る文献（Applied Physics Letters, Vol. 62, No.10,
1993年 3月 8日, 1035乃至1037頁）に記載された技術に
したがって、格子20はファイバコア（図示されていな
い）をＵＶに露光することによって形成される。
【００１７】図３は、ファイバコア21に書込まれたブラ
ッグ格子20を示すために内側および外側のクラッド19ａ
および19ｂの一部分が取除かれているイッテルビウムド
ープファイバ18の拡大斜視図である。ちょうど典型的な
レーザ空洞内のミラー間の帯域幅および間隔がレーザ光
発生波長を制御するために調節されるように、格子20の
周期（格子の帯域幅を定める）およびそれらの間の間隔
は、イッテルビウムドープファイバレーザのレーザ波長
が約９８０ｎｍであり、エルビウム吸収帯域の１つの中
に位置するように選択される。
【００１８】上記で説明されるように、クラッドポンピ
ングは、イッテルビウムドープファイバ18のポンピング
ソースとして高パワーのマルチ横断モードレーザを使用
することを可能にした。好ましい実施形態において、イ
ッテルビウムドープファイバ18は、マルチ横断モードダ
イオードレーザアレイ22、好ましくはイッテルビウムの
吸収バンド内の約９７５ｎｍの出力波長を有するアレイ
によってクラッドポンプされる。レーザダイオードアレ
イ22からのポンンプビームは、内側クラッド19ａによっ
て導かれ、ファイバコア21においてレーザ光を発生す
る。クラッドポンピング方法の使用は一般的に知られて
おり、上記引用されたPask氏、他による文献および Sni
tzer氏、他による米国特許第 4,815,079号明細書に記載
されている。
【００１９】ファイバ格子レーザ10からの出力は、好ま
しくは中心結合部分24を有するＷＤＭ結合器であるファ
イバ結合器16によってエルビウムドープファイバ増幅器
12に導かれることが好ましい。ＷＤＭ結合器は、当業者
に良く知られており、J. E.Midwinter 氏、他による文
献（ John Wiley ＆ Sons, 1992年, 205乃至207 頁）
に記載され、 Gould社（Glen Burnie, Maryland ）から
市販されている。コア内のブラッグ格子反射体20が空洞
ミラーとして使用されるので、ファイバ18の端部を劈開
する必要はない。したがって、イッテルビウムドープフ
ァイバ18をＷＤＭ結合器16の入力アーム26に対して直接
に接合することができる（接合は図面において参照符号
“Ｘ”で示されている）。適切に整合したファイバによ
って、ファイバ格子レーザ10の出力がファイバ18を出
て、大気を通して伝播された後で、ＷＤＭ結合器24に入
射するならば、これは、そうでなければ発生したかも知
れない光結合損失を著しく減少するであろう。ＷＤＭ結
合器16の他方の入力アーム28は、エルビウムドープファ
イバ増幅器12によって増幅される１．５μｍの信号30を
受信するために配置される。
【００２０】ＷＤＭ結合器16は９８０ｎｍのポンプビー
ムをファイバ格子レーザ10から、および１．５μｍの信
号30を出力アーム32へ誘導し、それはファイバ増幅器12
を構成している単一モードのエルビウムドープファイバ
30に直接にスプライス接合される。使用されていない結
合器出力アーム34は、屈折率が整合された終端部36にお
いて終端している。
【００２１】エルビウムドープファイバ30は、ファイバ
格子レーザ10からの９８０ｎｍのポンプビームによる励
起に応答して１．５μｍの信号30を増幅する。増幅され
た１．５ｎｍの信号38はエルビウムドープファイバ30か
ら出力する。適切な単一モードのエルビウムドープファ
イバは、エルビウムでドープされたＡＴ＆Ｔ社のＥＤＦ
−ＨＣファイバである。
【００２２】図４は、本発明にしたがって構成されたエ
ルビウムドープ光ファイバレーザシステムの好ましい実
施形態を示している。このシステムは、図２のエルビウ
ムドープファイバ増幅器をエルビウムドープファイバレ
ーザ40に置換したことを除いて、図２のシステムと同じ
である。エルビウムドープファイバレーザ40は好ましく
は空洞反射体のために使用されるコア内のブラッグ格子
反射体44を有するエルビウムドープ単一のファイバ42を
含むので、ファイバ42を結合器出力アーム32に対して直
接にスプライス接合することができる。上述のように、
ブラッグ格子反射体を有するエルビウムドープファイバ
レーザは一般的に知られており、Ball氏、他による上記
引用された文献に記載されている。
【００２３】図２のファイバ増幅器30のように、エルビ
ウムドープファイバ格子レーザ40は、イッテルビウムド
ープファイバ格子レーザ10からの９８０ｎｍの出力によ
ってポンプされ、レーザ出力ビーム48を生成する。エル
ビウムドープファイバ格子レーザ40は、結合器入力アー
ム28に入射する信号ビーム46で選択的にシードすること
ができる。
【００２４】当業者は、本発明の技術的範囲から逸脱せ
ずに数多くの変形および代わりの実施形態を作成するこ
とができる。例えば、ダイオードレーザアレイは、イッ
テルビウムドープファイバ格子レーザに対する好ましい
ポンピングソースとして記載されたが、イッテルビウム
の吸収バンド内で放射する他のポンピングソースを使用
することもできる。他のポンピングソースのいくつかの
例として、Ｔｉ−サファイヤレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレー
ザ、およびＮｄ：ＹＡＧレーザがある。そのような変形
およびその他の実施形態は、特許請求の範囲の技術的範
囲内から逸脱せずに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的原理を示すブロック図。
【図２】本発明にしたがって構成されたエルビウムドー
プ光ファイバ増幅器の好ましい実施形態を示す概略図。
【図３】図２および４の実施形態において使用されたイ
ッテルビウムドープ光ファイバの斜視図。
【図４】本発明にしたがって構成されたエルビウムドー
プ光ファイバレーザシステムの好ましい実施形態を示す
概略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス・ブリュッセルバッハ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91302、カラバサス、マリブ・メドーズ・ ドライブ 847

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エルビウムドープ光ファイバ利得媒体
    と、 光ポンプビームを発生し、レーザのレージング波長をエ
    ルビウムの吸収バンド内に含まれる値に制限する１つ以
    上のコア内のブラッグ格子を有するクラッドポンプされ
    たファイバ格子レーザと、 前記利得媒体が前記光ポンプビームによってポンプされ
    るために前記ファイバ格子レーザを前記ファイバ利得媒
    体に光学的に結合するように接続されるファイバ結合器
    とを具備しているファイバベースの光利得システム。
  2. 【請求項２】 前記クラッドポンプされたファイバ格子
    レーザが、単一モードのイッテルビウムドープファイバ
    格子レーザを含む請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記ファイバ格子レーザにスプライス接
    合される第１の入力アームおよび前記エルビウムドープ
    光ファイバ利得媒体に結合される出力アームを有し、前
    記光ポンプビームを前記結合器出力アームに導き、前記
    光ポンプビームを前記利得媒体に結合する波長分割多重
    化ファイバ結合器を備えている請求項２記載のシステ
    ム。
  4. 【請求項４】 前記イッテルビウムドープファイバ格子
    レーザが、 １つ以上のコア内のブラッグ格子を有する単一モードの
    イッテルビウムドープファイバと、 前記イッテルビウムドープファイバをクラッドポンプす
    るように配置された半導体レーザとを含む請求項３記載
    のシステム。
  5. 【請求項５】 前記１つ以上のコア内のブラッグ格子
    が、前記イッテルビウムファイバレーザのレージング波
    長を約９８０ｎｍに制限する請求項４記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記エルビウムドープ光ファイバ利得媒
    体が、光信号ビームを増幅するための単一モードのエル
    ビウムドープ光ファイバ増幅器を含み、前記ＷＤＭファ
    イバ結合器が、前記光信号ビームを受信し、それを前記
    結合器の出力アームに導くように配置された第２の入力
    アームをさらに含み、それによって前記光信号ビームを
    前記エルビウムドープファイバ増幅器に結合する請求項
    ５記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記エルビウムドープ光ファイバ利得媒
    体が、エルビウムドープファイバレーザを含む請求項５
    記載のシステム。
  8. 【請求項８】 全てのファイバをポンプから利得媒体へ
    結合するパスを有するファイバベースの光利得システム
    において、 ファイバ利得媒体と、 ファイバ利得媒体のポンプ波長バンド内に含まれる波長
    により光ポンプビームを発生し、レーザのレージング波
    長を定める１つ以上のブラッグ反射格子を含むファイバ
    格子レーザと、 前記ファイバレーザにスプライス接合される第１の入力
    アームと、光信号ビームを受信するために配置された第
    ２の入力アームと、および前記ファイバ利得媒体にスプ
    ライス接合される出力アームとを有し、前記入力アーム
    から前記出力アームへ前記光ポンプビームおよび前記信
    号ビームを導いて前記ビームを前記ファイバ利得媒体に
    結合する波長分割多重化ファイバ結合器とを具備してい
    るファイバベースの光利得システム。
  9. 【請求項９】 前記ファイバ利得媒体が光ファイバ増幅
    器を含む請求項８記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記ファイバ利得媒体が光ファイバ格
    子レーザを含む請求項８記載のシステム。
JP9098841A 1996-04-16 1997-04-16 高パワー光ファイバ増幅器／レーザシステム Pending JPH1041571A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/632,861 US5790722A (en) 1996-04-16 1996-04-16 High power optical fiber amplifier/laser system
US632861 2000-08-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1041571A true JPH1041571A (ja) 1998-02-13

Family

ID=24537252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9098841A Pending JPH1041571A (ja) 1996-04-16 1997-04-16 高パワー光ファイバ増幅器／レーザシステム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5790722A (ja)
EP (1) EP0802592A3 (ja)
JP (1) JPH1041571A (ja)
NO (1) NO971719L (ja)

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