JP2000332321A - １４００ｎｍウィンドウのためのＮｄでドーピングしたファイバ増幅器を採用している光ファイバ通信システム - Google Patents
１４００ｎｍウィンドウのためのＮｄでドーピングしたファイバ増幅器を採用している光ファイバ通信システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、信号チャネルの効率的なファイバ
増幅を提供する。 【解決手段】 本発明によると、光ファイバ通信システ
ムは、１４００ｎｍのウィンドウでの増幅された伝送の
ための１つまたはそれ以上のＮｄでドーピングしたファ
イバ増幅器を含む。その増幅器は導波路効果と、増幅さ
れた自然放出を許容できるレベルにまで減らすための選
択的吸収とを組み合わせることによって設計されてい
る。
増幅を提供する。 【解決手段】 本発明によると、光ファイバ通信システ
ムは、１４００ｎｍのウィンドウでの増幅された伝送の
ための１つまたはそれ以上のＮｄでドーピングしたファ
イバ増幅器を含む。その増幅器は導波路効果と、増幅さ
れた自然放出を許容できるレベルにまで減らすための選
択的吸収とを組み合わせることによって設計されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信シ
ステムに関し、特に１４００ｎｍのウィンドウにおいて
増幅された伝送のためのＮｄでドーピングしたファイバ
増幅器を使用しているシステムに関する。
ステムに関し、特に１４００ｎｍのウィンドウにおいて
増幅された伝送のためのＮｄでドーピングしたファイバ
増幅器を使用しているシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】光
ファイバ通信システムは、莫大な量の情報を迅速に伝送
するための大きな可能性を実現し始めている。本質にお
いて、光ファイバ・システムは、光源と、光の上に情報
を刻印するための変調器と、その光信号を搬送するため
の光ファイバ伝送回線と、その伝送径路に沿って信号を
増幅するための増幅器とを含む。また、信号を検出する
ための、そしてその信号が搬送している情報を復調する
ための受信機をも含む。光信号は複数の異なる波長の信
号チャネルを含んでいる波長分割多重信号（ＷＤＭ信
号）が多くなっている。
ファイバ通信システムは、莫大な量の情報を迅速に伝送
するための大きな可能性を実現し始めている。本質にお
いて、光ファイバ・システムは、光源と、光の上に情報
を刻印するための変調器と、その光信号を搬送するため
の光ファイバ伝送回線と、その伝送径路に沿って信号を
増幅するための増幅器とを含む。また、信号を検出する
ための、そしてその信号が搬送している情報を復調する
ための受信機をも含む。光信号は複数の異なる波長の信
号チャネルを含んでいる波長分割多重信号（ＷＤＭ信
号）が多くなっている。
【０００３】光ファイバ増幅器はファイバ通信システム
における重要なコンポーネントである。普通、ファイバ
増幅器は稀土類でドーピングしたある長さのファイバ
と、送信される信号より波長の短い適切なポンピング光
源とを含む。そのファイバ増幅器が伝送のファイバと整
列して配置されている時、それはその中を通過する送信
される信号のチャネルを増幅する。たとえば、９７５〜
９８５ｎｍおよび１４７０〜１４９０ｎｍの範囲の波長
の光によってポンプされるエルビウムでドーピングした
ファイバ増幅器は、シリカ・ファイバの１５３０〜１６
１０ｎｍの範囲内の信号チャネルを光学的に増幅する。
における重要なコンポーネントである。普通、ファイバ
増幅器は稀土類でドーピングしたある長さのファイバ
と、送信される信号より波長の短い適切なポンピング光
源とを含む。そのファイバ増幅器が伝送のファイバと整
列して配置されている時、それはその中を通過する送信
される信号のチャネルを増幅する。たとえば、９７５〜
９８５ｎｍおよび１４７０〜１４９０ｎｍの範囲の波長
の光によってポンプされるエルビウムでドーピングした
ファイバ増幅器は、シリカ・ファイバの１５３０〜１６
１０ｎｍの範囲内の信号チャネルを光学的に増幅する。
【０００４】新しい光伝送ファイバ、たとえば、Ｌｕｃ
ｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｍｕｒｒａｙ Ｈ
ｉｌｌ，ＮＪによって市販されているＡｌｌ−Ｗａｖｅ
（登録商標）ファイバは、１４００ｎｍ±５０ｎｍにお
ける新しい可能な伝送ウィンドウを開いた。しかし、従
来のエルビウムでドーピングしたファイバ増幅器は、こ
の波長範囲においては効率的ではない。
ｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｍｕｒｒａｙ Ｈ
ｉｌｌ，ＮＪによって市販されているＡｌｌ−Ｗａｖｅ
（登録商標）ファイバは、１４００ｎｍ±５０ｎｍにお
ける新しい可能な伝送ウィンドウを開いた。しかし、従
来のエルビウムでドーピングしたファイバ増幅器は、こ
の波長範囲においては効率的ではない。
【０００５】稀土類でドーピングしたファイバ増幅器と
は動作原理が異なっているラマン・ファイバ増幅器は、
この波長範囲における増幅に対する１つの可能性を提供
する。しかし、ラマン増幅器は複雑であり、大きな電力
を必要とする。
は動作原理が異なっているラマン・ファイバ増幅器は、
この波長範囲における増幅に対する１つの可能性を提供
する。しかし、ラマン増幅器は複雑であり、大きな電力
を必要とする。
【０００６】フッ化物をベースとするファイバにおける
ネオジム（Ｎｄ）でドーピングしたファイバ増幅器が、
１３００ｎｍのウィンドウ内の信号を増幅するために以
前に試みられた。しかし、効率は良くなかった。そして
Ｎｄでドーピングしたファイバには増幅された自然放出
（ＡＳＥ）の問題があった。プラセオジムでドーピング
したファイバが導入された時、ネオジムでドーピングし
たファイバについての研究は放棄された。
ネオジム（Ｎｄ）でドーピングしたファイバ増幅器が、
１３００ｎｍのウィンドウ内の信号を増幅するために以
前に試みられた。しかし、効率は良くなかった。そして
Ｎｄでドーピングしたファイバには増幅された自然放出
（ＡＳＥ）の問題があった。プラセオジムでドーピング
したファイバが導入された時、ネオジムでドーピングし
たファイバについての研究は放棄された。
【０００７】したがって、１４００ｎｍのウィンドウに
よって伝送される信号チャネルの効率的なファイバ増幅
を提供する光ファイバ通信システムに対するニーズが存
在する。
よって伝送される信号チャネルの効率的なファイバ増幅
を提供する光ファイバ通信システムに対するニーズが存
在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、光ファ
イバ通信システムは、１４００ｎｍのウィンドウにおけ
る伝送の増幅のための１つまたはそれ以上のＮｄでドー
ピングしたファイバ増幅器を含む。その増幅器は導波路
効果と、増幅された自然放出を許容レベルにまで減らす
ための選択的吸収とを組み合わせて設計されている。
イバ通信システムは、１４００ｎｍのウィンドウにおけ
る伝送の増幅のための１つまたはそれ以上のＮｄでドー
ピングしたファイバ増幅器を含む。その増幅器は導波路
効果と、増幅された自然放出を許容レベルにまで減らす
ための選択的吸収とを組み合わせて設計されている。
【０００９】本発明の利点、性質および種々の追加の特
徴が、これから詳細に説明される実施形態を考慮するこ
とによって、より完全に理解することができるだろう。
徴が、これから詳細に説明される実施形態を考慮するこ
とによって、より完全に理解することができるだろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、図１は、本発
明が向けられている問題を理解するのに役立つＮｄ3+で
ドーピングしたファイバに対する簡単なエネルギー・レ
ベルの図である。この図は右側に指定されている６つの
適切なエネルギー・レベルを示している。4Ｆ3/2以外の
すべてのレベルのライフタイムは、ほとんどないくらい
に短いと仮定されている。
明が向けられている問題を理解するのに役立つＮｄ3+で
ドーピングしたファイバに対する簡単なエネルギー・レ
ベルの図である。この図は右側に指定されている６つの
適切なエネルギー・レベルを示している。4Ｆ3/2以外の
すべてのレベルのライフタイムは、ほとんどないくらい
に短いと仮定されている。
【００１１】８００ｎｍにおけるポンプ光が増幅器の中
に送り込まれると、Ｎｄ3+が基底状態4Ｉ９／２から状
態4Ｆ5/2へ励起される。その状態のライフタイムは極端
に短いので、Ｎｄイオンはより安定な状態4Ｆ3/2へ直ち
に崩壊する。この状態のライフタイムは約５００μｓで
あると仮定される。
に送り込まれると、Ｎｄ3+が基底状態4Ｉ９／２から状
態4Ｆ5/2へ励起される。その状態のライフタイムは極端
に短いので、Ｎｄイオンはより安定な状態4Ｆ3/2へ直ち
に崩壊する。この状態のライフタイムは約５００μｓで
あると仮定される。
【００１２】２つのプロセスが発生する。電子は１３０
０ｎｍにおいてフォトンからエネルギーを吸収し、状態
4Ｇ7/2へ移行することができ、次に状態4Ｆ3/2へ直ちに
崩壊して戻り、結果として１つのフォトンが消失する。
このプロセスは励起状態吸収（ＥＳＡ）と呼ばれる。代
わりに、電子は状態4Ｆ3/2からエネルギーのより低い状
態、たとえば、4Ｉ15/2（図１には示されていない）、4
Ｉ13/2または4Ｉ11/2へ崩壊する可能性がある。このプ
ロセスにおいては、１つのフォトンが放出される。すべ
てのプロセスは、自然発生的であるか、あるいは刺激さ
れた発生のいずれかである。
０ｎｍにおいてフォトンからエネルギーを吸収し、状態
4Ｇ7/2へ移行することができ、次に状態4Ｆ3/2へ直ちに
崩壊して戻り、結果として１つのフォトンが消失する。
このプロセスは励起状態吸収（ＥＳＡ）と呼ばれる。代
わりに、電子は状態4Ｆ3/2からエネルギーのより低い状
態、たとえば、4Ｉ15/2（図１には示されていない）、4
Ｉ13/2または4Ｉ11/2へ崩壊する可能性がある。このプ
ロセスにおいては、１つのフォトンが放出される。すべ
てのプロセスは、自然発生的であるか、あるいは刺激さ
れた発生のいずれかである。
【００１３】任意の１つのプロセスが発生する確率は放
出および吸収の断面によって与えられる。図１に示され
ているように、フッ化物のファイバにおいては、ＥＳＡ
のための吸収断面は約１３００ｎｍにピークがある。4
Ｆ3/2−4Ｉ11/2の遷移に対する放出の断面は、約１０５
０ｎｍにピークがある。4Ｆ3/2−4Ｉ13/2の遷移に対す
る放出の断面は、約１３３０ｎｍにピークがある。4Ｆ
3/2−4Ｉ15/2の遷移に対する放出断面は、約１８００ｎ
ｍにピークがある。この後者の遷移は図１には示されて
いない。というのは、その断面が他のすべてより大幅に
小さいからである。シリカ・ファイバの挙動も同様であ
る。
出および吸収の断面によって与えられる。図１に示され
ているように、フッ化物のファイバにおいては、ＥＳＡ
のための吸収断面は約１３００ｎｍにピークがある。4
Ｆ3/2−4Ｉ11/2の遷移に対する放出の断面は、約１０５
０ｎｍにピークがある。4Ｆ3/2−4Ｉ13/2の遷移に対す
る放出の断面は、約１３３０ｎｍにピークがある。4Ｆ
3/2−4Ｉ15/2の遷移に対する放出断面は、約１８００ｎ
ｍにピークがある。この後者の遷移は図１には示されて
いない。というのは、その断面が他のすべてより大幅に
小さいからである。シリカ・ファイバの挙動も同様であ
る。
【００１４】そのＥＳＡは反転を変化させることはない
（4Ｇ7/2の状態のライフタイムが短いので）。しかし、
利得は減る。4Ｆ3/2−4Ｉ11/2（１０５０ｎｍ）からの
自然放出は、それが抑圧されない限り、増幅された自然
放出（ＡＳＥ）として成長する。
（4Ｇ7/2の状態のライフタイムが短いので）。しかし、
利得は減る。4Ｆ3/2−4Ｉ11/2（１０５０ｎｍ）からの
自然放出は、それが抑圧されない限り、増幅された自然
放出（ＡＳＥ）として成長する。
【００１５】１４００ｎｍにおいて増幅器を最適化する
ためには、１４００ｎｍにおける放出の確率を最大化し
なければならない。同時に、１４００ｎｍおよび１０５
０ｎｍ付近のＥＳＡおよびＡＳＥがそれぞれ最小化され
なければならない。この最適化はポンプの効率を大幅に
犠牲にすることなしに行われなければならない。
ためには、１４００ｎｍにおける放出の確率を最大化し
なければならない。同時に、１４００ｎｍおよび１０５
０ｎｍ付近のＥＳＡおよびＡＳＥがそれぞれ最小化され
なければならない。この最適化はポンプの効率を大幅に
犠牲にすることなしに行われなければならない。
【００１６】ＥＳＡやＡＳＥなどの寄生効果がない場
合、ステップ的な屈折率のコア・プロファイルおよび２
００ｐｐｍモルのＮｄでのファイバのモデリングは、基
本のＬＰ０１モードにおいて８００ｎｍにおける２００
ｍＷのポンプ・パワーによって２２ｄＢの利得が得られ
ることを示す。これは性能の上限値である。
合、ステップ的な屈折率のコア・プロファイルおよび２
００ｐｐｍモルのＮｄでのファイバのモデリングは、基
本のＬＰ０１モードにおいて８００ｎｍにおける２００
ｍＷのポンプ・パワーによって２２ｄＢの利得が得られ
ることを示す。これは性能の上限値である。
【００１７】フッ化物のファイバにおいては、ＥＳＡの
問題は動作波長が増加するにつれて消滅する。ＳｉＯ２
をベースとするファイバにおいても同じ挙動が期待され
る。したがって、１４００ｎｍにおけるＥＳＡは、大き
な問題となるとは思われない。しかし、文献（Ｋ．アラ
キ他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ）から、燐はピークのフ
ロレッセンスをより低い波長に対してシフトするが、ア
ルミニウムはシフトしないことが示されている。したが
って、ここではアルミニウムでドーピングしたファイバ
を使用する。
問題は動作波長が増加するにつれて消滅する。ＳｉＯ２
をベースとするファイバにおいても同じ挙動が期待され
る。したがって、１４００ｎｍにおけるＥＳＡは、大き
な問題となるとは思われない。しかし、文献（Ｋ．アラ
キ他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ）から、燐はピークのフ
ロレッセンスをより低い波長に対してシフトするが、ア
ルミニウムはシフトしないことが示されている。したが
って、ここではアルミニウムでドーピングしたファイバ
を使用する。
【００１８】ＡＳＥは１４００ｎｍのウィンドウにおけ
る増幅に対する大きな問題である。上記のような従来の
ステップ的屈折率の設計を使って、１０５０ｎｍにおけ
るＡＳＥの含入によって、利得が２２ｄＢから約６ｄＢ
まで減少する。これは明らかに許されず、解決されなけ
ればならない。
る増幅に対する大きな問題である。上記のような従来の
ステップ的屈折率の設計を使って、１０５０ｎｍにおけ
るＡＳＥの含入によって、利得が２２ｄＢから約６ｄＢ
まで減少する。これは明らかに許されず、解決されなけ
ればならない。
【００１９】ＡＳＥを減らすための従来の方法は不十分
である。１０５０ｎｍにおけるＡＳＥは、問題の３つの
波長（８００ｎｍにおけるポンプ、１０５０ｎｍにおけ
るＡＳＥ、および１４００ｎｍにおける信号）を空間的
に分離することによって減らすことができる。これはＮ
ｄをコアの回りにリングに配置し、そしてＬＰ01モード
における１４００ｎｍの信号を増幅するためにＬＰ11モ
ードにおいて８００ｎｍでのポンピングを行うことによ
って実行することができる。ＬＰ11モードのプロファイ
ルはドーナツ型であるので、Ｎｄによる８００ｎｍのオ
ーバラップは良好である。さらに、ＬＰ01のモード・フ
ィールドの直径は波長とともに増加するので、１４００
ｎｍにおける信号は十分に広帯域であり、また、Ｎｄと
十分にオーバラップしている。しかし、１０５０ｎｍに
おけるＡＳＥは、そのリングが適切に選定されない場
合、ＬＰ01またはＬＰ11のいずれにおいてもオーバラッ
プが不十分である。したがって、１０５０ｎｍにおける
利得は、消失する。この概念はＡ．ブジャークレフ他の
Ｅｌｅｃｔｒ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９１によって報告
された。モデリングによって、この方法は利得を５ｄＢ
だけ改善できることが示されている。それは依然として
不十分である。ここではさらに改善を追求する。
である。１０５０ｎｍにおけるＡＳＥは、問題の３つの
波長（８００ｎｍにおけるポンプ、１０５０ｎｍにおけ
るＡＳＥ、および１４００ｎｍにおける信号）を空間的
に分離することによって減らすことができる。これはＮ
ｄをコアの回りにリングに配置し、そしてＬＰ01モード
における１４００ｎｍの信号を増幅するためにＬＰ11モ
ードにおいて８００ｎｍでのポンピングを行うことによ
って実行することができる。ＬＰ11モードのプロファイ
ルはドーナツ型であるので、Ｎｄによる８００ｎｍのオ
ーバラップは良好である。さらに、ＬＰ01のモード・フ
ィールドの直径は波長とともに増加するので、１４００
ｎｍにおける信号は十分に広帯域であり、また、Ｎｄと
十分にオーバラップしている。しかし、１０５０ｎｍに
おけるＡＳＥは、そのリングが適切に選定されない場
合、ＬＰ01またはＬＰ11のいずれにおいてもオーバラッ
プが不十分である。したがって、１０５０ｎｍにおける
利得は、消失する。この概念はＡ．ブジャークレフ他の
Ｅｌｅｃｔｒ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９１によって報告
された。モデリングによって、この方法は利得を５ｄＢ
だけ改善できることが示されている。それは依然として
不十分である。ここではさらに改善を追求する。
【００２０】ＡＳＥは選択的な吸収要素および適切なポ
ンプ・モードの選定によって十分に減らすことができ
る。１０５０ｎｍにおける自然放出は避けられない。と
いうのは、それはＮｄ3+の放出断面によって説明される
からである。しかし、この放出の増幅は、追加のドーパ
ントを使って波長の制御および選択的吸収によって減ら
せることが分かった。注意深い導波路の設計によって吸
収を強めることができる。たとえば、イッテルビウム
（Ｙｂ）は１０５０ｎｍにおいて吸収するが、８００ｎ
ｍおよび１４００ｎｍを透過させる。
ンプ・モードの選定によって十分に減らすことができ
る。１０５０ｎｍにおける自然放出は避けられない。と
いうのは、それはＮｄ3+の放出断面によって説明される
からである。しかし、この放出の増幅は、追加のドーパ
ントを使って波長の制御および選択的吸収によって減ら
せることが分かった。注意深い導波路の設計によって吸
収を強めることができる。たとえば、イッテルビウム
（Ｙｂ）は１０５０ｎｍにおいて吸収するが、８００ｎ
ｍおよび１４００ｎｍを透過させる。
【００２１】図２は、シミュレートされたＹｂでドーピ
ングしたファイバにおける損失をグラフで示している。
水平軸は１０５０ｎｍにおける減衰であり、曲線には８
００ｎｍにおけるＮｄの吸収のラベルが付けられてい
る。８００ｎｍにおけるＮｄからの４ｄＢ／ｍの吸収
は、１５ｍの長さの増幅器に対応する。Ｙｂの濃度を程
よくすることによって、１０５０ｎｍにおいて約４ｄＢ
／ｍの吸収を誘起することができる。ＹｂおよびＮｄは
非放射エネルギー変換を避けるために物理的に隔てられ
ていなければならないことに留意されたい。
ングしたファイバにおける損失をグラフで示している。
水平軸は１０５０ｎｍにおける減衰であり、曲線には８
００ｎｍにおけるＮｄの吸収のラベルが付けられてい
る。８００ｎｍにおけるＮｄからの４ｄＢ／ｍの吸収
は、１５ｍの長さの増幅器に対応する。Ｙｂの濃度を程
よくすることによって、１０５０ｎｍにおいて約４ｄＢ
／ｍの吸収を誘起することができる。ＹｂおよびＮｄは
非放射エネルギー変換を避けるために物理的に隔てられ
ていなければならないことに留意されたい。
【００２２】図３は、ＡＳＥを最小化するために選択的
に吸収要素でドーピングした領域を含んでいる、Ｎｄで
ドーピングしたファイバ３０の第１の実施形態の横方向
の断面である。ここで、コア３１は、Ｎｄでドーピング
され、そしてクラッディング３２の内部領域３２ＡはＹ
ｂでドーピングされている。１０５０ｎｍのＡＳＥの吸
収はＬＰ０１モードにおいて８００ｎｍでファイバをポ
ンピングすることによって強められる。ファイバ３０に
おける１０５０ｎｍでの寄生ＡＳＥはＹｂでドーピング
した領域における吸収によって減らされるが、１０５０
ｎｍに光の一部分だけがクラッディングの中を伝播する
ので、最適な吸収を得ることは困難である。しかし、こ
の方法はモード変換器が不要であるという利点を有す
る。
に吸収要素でドーピングした領域を含んでいる、Ｎｄで
ドーピングしたファイバ３０の第１の実施形態の横方向
の断面である。ここで、コア３１は、Ｎｄでドーピング
され、そしてクラッディング３２の内部領域３２ＡはＹ
ｂでドーピングされている。１０５０ｎｍのＡＳＥの吸
収はＬＰ０１モードにおいて８００ｎｍでファイバをポ
ンピングすることによって強められる。ファイバ３０に
おける１０５０ｎｍでの寄生ＡＳＥはＹｂでドーピング
した領域における吸収によって減らされるが、１０５０
ｎｍに光の一部分だけがクラッディングの中を伝播する
ので、最適な吸収を得ることは困難である。しかし、こ
の方法はモード変換器が不要であるという利点を有す
る。
【００２３】図４は、ＬＰ11のポンピングに対して構成
されている第２のＮｄでドーピングしたファイバ３０の
断面を示している。この図において、ファイバはクラッ
ディング３２の内面およびコア３１の外側の領域を含む
ことができるＮｄでドーピングしたリング４０を含む。
ファイバ３０はコア３１のＹｂでドーピングした中央領
域４１をさらに含む。ポンプはＮｄでドーピングしたリ
ングを励起するためにＬＰ11の中に送り込まれる。Ｙｂ
の領域は１０５０ｎｍにおいて吸収する。この方法は普
通のＬＰ01モードではなく、ＬＰ11モードにおけるポン
プ光の効率的な結合に基づいている。この方法のための
モード変換器は標準のファイバ格子に対する修正を使っ
て利用できる。１０５０ｎｍにおいて４ｄＢ／ｍが実現
可能である。
されている第２のＮｄでドーピングしたファイバ３０の
断面を示している。この図において、ファイバはクラッ
ディング３２の内面およびコア３１の外側の領域を含む
ことができるＮｄでドーピングしたリング４０を含む。
ファイバ３０はコア３１のＹｂでドーピングした中央領
域４１をさらに含む。ポンプはＮｄでドーピングしたリ
ングを励起するためにＬＰ11の中に送り込まれる。Ｙｂ
の領域は１０５０ｎｍにおいて吸収する。この方法は普
通のＬＰ01モードではなく、ＬＰ11モードにおけるポン
プ光の効率的な結合に基づいている。この方法のための
モード変換器は標準のファイバ格子に対する修正を使っ
て利用できる。１０５０ｎｍにおいて４ｄＢ／ｍが実現
可能である。
【００２４】図５は、マルチモード・ポンピングを使っ
ている第３の実施形態の横方向の断面図である。ここ
で、ファイバ３０はコア３１と、複数（ここでは３）の
クラッディング層５１、５２とを含む。領域５２は屈折
率の小さいポリマとすることができる。Ｎｄはリング形
状の内部クラッディング５０の中にドーピングされ、Ｙ
ｂは中央領域３１にドーピングされている。ポンプ光は
領域５１、５２の間のインターフェースによって導かれ
るクラッディングにおいて多くのモードでファイバ３０
の中に送り込まれる。ポンプとのオーバラップはドーピ
ングされた領域に対するクラッディングのポンピングさ
れる領域の比によって固定されている。１０５０ｎｍお
よび１４００ｎｍでのＮｄのオーバラップは波長設計に
よって上記のように制御することができる。特に、リン
グの中にＮｄを置くことによって、基本モードのモード
・フィールドの直径が波長と共に増加するので、１０５
０ｎｍよりは、１４００ｎｍにおいて比較的大きいオー
バラップが存在する。この効果は、盛り上げられたリン
グまたは沈下させられたリングなどのより複雑な屈折率
構造を使うことによって高めることができる。８００ｎ
ｍのポンプとのオーバラップはリングの断面積が比較的
大きいために改善される。この複数構造は、高いパワー
に対してよく適している。図３、図４および図５のファ
イバ構成に対する選択的な吸収要素はＹｂであるが、１
０５０ｎｍにおける他の選択的な吸収要素も使うことが
できる。これらは、ＳｍまたはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕまたは
Ｃｏなどの遷移金属を含む。
ている第３の実施形態の横方向の断面図である。ここ
で、ファイバ３０はコア３１と、複数（ここでは３）の
クラッディング層５１、５２とを含む。領域５２は屈折
率の小さいポリマとすることができる。Ｎｄはリング形
状の内部クラッディング５０の中にドーピングされ、Ｙ
ｂは中央領域３１にドーピングされている。ポンプ光は
領域５１、５２の間のインターフェースによって導かれ
るクラッディングにおいて多くのモードでファイバ３０
の中に送り込まれる。ポンプとのオーバラップはドーピ
ングされた領域に対するクラッディングのポンピングさ
れる領域の比によって固定されている。１０５０ｎｍお
よび１４００ｎｍでのＮｄのオーバラップは波長設計に
よって上記のように制御することができる。特に、リン
グの中にＮｄを置くことによって、基本モードのモード
・フィールドの直径が波長と共に増加するので、１０５
０ｎｍよりは、１４００ｎｍにおいて比較的大きいオー
バラップが存在する。この効果は、盛り上げられたリン
グまたは沈下させられたリングなどのより複雑な屈折率
構造を使うことによって高めることができる。８００ｎ
ｍのポンプとのオーバラップはリングの断面積が比較的
大きいために改善される。この複数構造は、高いパワー
に対してよく適している。図３、図４および図５のファ
イバ構成に対する選択的な吸収要素はＹｂであるが、１
０５０ｎｍにおける他の選択的な吸収要素も使うことが
できる。これらは、ＳｍまたはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕまたは
Ｃｏなどの遷移金属を含む。
【００２５】図６は、図３、図４または図５に従って、
Ｎｄおよび吸収要素でドーピングしたファイバ３０を採
用している代表的なＮｄファイバ増幅器６０を示してい
る。本質において、増幅器６０は図３、図４または図５
に示されているようなある長さのファイバ３０と、適切
なポンプ・ソース６１と、信号の光およびポンプ光をフ
ァイバ３０に対して印加するためのＷＤＭカプラ６２と
を含む。ポンプ・ソース６１は、その導波の機能の中に
適切なモード・コンバータ(図示せず）を含む。
Ｎｄおよび吸収要素でドーピングしたファイバ３０を採
用している代表的なＮｄファイバ増幅器６０を示してい
る。本質において、増幅器６０は図３、図４または図５
に示されているようなある長さのファイバ３０と、適切
なポンプ・ソース６１と、信号の光およびポンプ光をフ
ァイバ３０に対して印加するためのＷＤＭカプラ６２と
を含む。ポンプ・ソース６１は、その導波の機能の中に
適切なモード・コンバータ(図示せず）を含む。
【００２６】図６のファイバ増幅器は、光共振キャビテ
ィの内部にファイバ３０を配置することによって、ファ
イバ・レーザにすることができる。これはファイバ３０
の端において１３５０〜１４５０ｎｍの範囲において反
射するブラッグ格子を配置することによって実現するこ
とができる。
ィの内部にファイバ３０を配置することによって、ファ
イバ・レーザにすることができる。これはファイバ３０
の端において１３５０〜１４５０ｎｍの範囲において反
射するブラッグ格子を配置することによって実現するこ
とができる。
【００２７】図７は、Ｎｄでドーピングしたファイバ増
幅器６０を採用している光ファイバ通信システム７０の
第１の実施形態を概略的に示している。本質において、
システム７０は、ＷＤＭ光送信機７１と、広帯域伝送光
ファイバ７２と、Ｎｄでドーピングした増幅器６０とＥ
ｒでドーピングした増幅器７４が並列に接続されている
ものを含んでいる増幅装置７３とを含む。
幅器６０を採用している光ファイバ通信システム７０の
第１の実施形態を概略的に示している。本質において、
システム７０は、ＷＤＭ光送信機７１と、広帯域伝送光
ファイバ７２と、Ｎｄでドーピングした増幅器６０とＥ
ｒでドーピングした増幅器７４が並列に接続されている
ものを含んでいる増幅装置７３とを含む。
【００２８】動作において、ＷＤＭデマルチプレクサ７
５は、送信される信号を、Ｎｄでドーピングした増幅器
６０に向けられている１４００ｎｍのウィンドウの信号
と、Ｅｒでドーピングした増幅器７４に向けられている
従来のＳｉＯ2ウィンドウの信号とに分割する。次に、
そのそれぞれの増幅された信号チャネルがＷＤＭマルチ
プレクサ７６において再び組み合わされ、ＷＤＭ光受信
機７７に対してさらに送信される。
５は、送信される信号を、Ｎｄでドーピングした増幅器
６０に向けられている１４００ｎｍのウィンドウの信号
と、Ｅｒでドーピングした増幅器７４に向けられている
従来のＳｉＯ2ウィンドウの信号とに分割する。次に、
そのそれぞれの増幅された信号チャネルがＷＤＭマルチ
プレクサ７６において再び組み合わされ、ＷＤＭ光受信
機７７に対してさらに送信される。
【００２９】図８は、Ｎｄでドーピングしたファイバ増
幅器６０を採用している通信システム８０の第２の実施
形態を示している。システム８０はさらに１０５０ｎｍ
のＡＳＥを抑圧するために特に適応されている。その増
幅装置８３は、サーキュレータ８４と、Ｎｄでドーピン
グした増幅器６０とを含み、Ｎｄでドーピングした増幅
器６０は、Ｎｄでドーピングしたファイバ３０の両側に
ＡＳＥ抑圧用フィルタ８４Ａ、８４Ｂを含んでいる。ま
た、それはＬＰ11コンバータ８６およびポンプ・フィル
タ８７、８８を含んでいるポンプ・ソース８５も含んで
いる。
幅器６０を採用している通信システム８０の第２の実施
形態を示している。システム８０はさらに１０５０ｎｍ
のＡＳＥを抑圧するために特に適応されている。その増
幅装置８３は、サーキュレータ８４と、Ｎｄでドーピン
グした増幅器６０とを含み、Ｎｄでドーピングした増幅
器６０は、Ｎｄでドーピングしたファイバ３０の両側に
ＡＳＥ抑圧用フィルタ８４Ａ、８４Ｂを含んでいる。ま
た、それはＬＰ11コンバータ８６およびポンプ・フィル
タ８７、８８を含んでいるポンプ・ソース８５も含んで
いる。
【００３０】動作において、１４００ｎｍのウィンドウ
のチャネルは、サーキュレータ８３およびすべてのフィ
ルタを通過してファイバ３０に達し、そこでそれらが増
幅される。１０５０におけるＡＳＥは、図４のファイバ
設計およびポンプ・ソース８５を伴うＬＰ11コンバータ
を使って最小化される。ポンプ・フィルタ８６、８７
は、増幅器ファイバ３０におけるポンプ・エネルギーを
保持する。
のチャネルは、サーキュレータ８３およびすべてのフィ
ルタを通過してファイバ３０に達し、そこでそれらが増
幅される。１０５０におけるＡＳＥは、図４のファイバ
設計およびポンプ・ソース８５を伴うＬＰ11コンバータ
を使って最小化される。ポンプ・フィルタ８６、８７
は、増幅器ファイバ３０におけるポンプ・エネルギーを
保持する。
【００３１】上記実施形態は本発明の原理の適用を代表
することができる多くの可能な特定の実施形態のうちの
少数のものだけを例示していることを理解されたい。こ
の分野の技術に熟達した人であれば、多数の、そして種
々の他の装置を本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となしに作ることができる。
することができる多くの可能な特定の実施形態のうちの
少数のものだけを例示していることを理解されたい。こ
の分野の技術に熟達した人であれば、多数の、そして種
々の他の装置を本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となしに作ることができる。
【図１】Ｎｄ3+でドーピングしたファイバに対する簡単
なエネルギー図である。
なエネルギー図である。
【図２】異なるレベルのＹｂでドーピングしたファイバ
に対する１０５０ｎｍにおける利得対減衰のグラフのプ
ロットである。
に対する１０５０ｎｍにおける利得対減衰のグラフのプ
ロットである。
【図３】ＡＳＥを減らすためのＹｂでドーピングした領
域を含んでいるＮｄでドーピングしたファイバの断面で
ある。
域を含んでいるＮｄでドーピングしたファイバの断面で
ある。
【図４】ＡＳＥを減らすためのＹｂでドーピングした領
域を含んでいるＮｄでドーピングしたファイバの断面で
ある。
域を含んでいるＮｄでドーピングしたファイバの断面で
ある。
【図５】ＡＳＥを減らすためのＹｂでドーピングした領
域を含んでいるＮｄでドーピングしたファイバの断面で
ある。
域を含んでいるＮｄでドーピングしたファイバの断面で
ある。
【図６】図３、図４および図５のＮｄでドーピングした
ファイバを使っている代表的な増幅器の構成を示す。
ファイバを使っている代表的な増幅器の構成を示す。
【図７】Ｎｄでドーピングしたファイバ増幅器を使って
いる光ファイバ通信システムを示す。
いる光ファイバ通信システムを示す。
【図８】Ｎｄでドーピングしたファイバ増幅器を使って
いる光ファイバ通信システムを示す。これらの図面は、
本発明の概念を示す目的のための図面であり、グラフ以
外は正確に縮尺したものではないことを理解されたい。
いる光ファイバ通信システムを示す。これらの図面は、
本発明の概念を示す目的のための図面であり、グラフ以
外は正確に縮尺したものではないことを理解されたい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/16 (72)発明者 カーステン ロットウィット アメリカ合衆国 07920 ニュージャーシ ィ，バスキング リッジ，イングリッシュ プレイス 291
Claims (10)
- 【請求項１】 波長範囲１３５０〜１４５０ｎｍの光信
号を増幅するための光導波路増幅器であって、 横方向の断面において物理的に隔てられた第１および第
２のドーピング領域を含んでいて、前記第１のドーピン
グ領域は前記信号を増幅するためのＮｄを含み、そして
前記第２のドーピング領域は１０５０ｎｍ付近における
増幅された自然放出を吸収する吸収材料を含んでいる、
ある長さのガラスの光導波路と、 約８００ｎｍにおけるポンプ・エネルギーを提供するた
めに前記導波路に対して光学的に結合されているポンピ
ングのソースとを含む増幅器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の増幅器において、前記
吸収用の材料がＹｂを含む増幅器。 - 【請求項３】 請求項１に記載の増幅器において、前記
導波路が光ファイバを含む増幅器。 - 【請求項４】 請求項３に記載の増幅器において、 前記第１のドーピング領域が前記導波路の中央領域を含
み、 前記第２のドーピング領域が前記第１の領域を周辺で取
り囲んでいる領域を含む増幅器。 - 【請求項５】 請求項１に記載の増幅器において、前記
第２のドーピング領域が前記導波路の中央領域を含み、
そして前記第１のドーピング領域が前記第２の領域を周
辺で取り囲んでいる領域を含む増幅器。 - 【請求項６】 光ファイバ通信システムであって、 波長分割多重光信号を送り込むための光送信機と、 前記光信号を送信するための送信用光ファイバと、 前記光信号を受信するための光受信機と、 前記送信機と受信機との間の光学的径路の中に配置され
た、請求項１に記載の光導波路増幅器とを含むシステ
ム。 - 【請求項７】 請求項６に記載の通信システムにおい
て、請求項１に記載の増幅器に平行な光学的径路の中に
Ｅｒでドーピングした増幅器が配置されているシステ
ム。 - 【請求項８】 請求項１に記載の光ファイバ増幅器を含
む光ファイバ・レーザ。 - 【請求項９】 中央のコアおよび前記コアの回りの周辺
のクラッディングを含んでいる光ファイバであって、横
方向の断面において前記ファイバはＮｄでドーピングし
た第１の領域と、Ｙｂでドーピングした別の第２の領域
とを含む光ファイバ。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のファイバにおいて、
前記クラッディングが複数モードのポンピングを可能に
するための複数層のクラッディングであるファイバ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/288,201 US6363194B1 (en) | 1999-04-08 | 1999-04-08 | Optical fiber communication system employing Nd doped fiber amplifier for the 1400 nm window |
| US09/288201 | 1999-04-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332321A true JP2000332321A (ja) | 2000-11-30 |
| JP4040822B2 JP4040822B2 (ja) | 2008-01-30 |
Family
ID=23106177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000105803A Expired - Fee Related JP4040822B2 (ja) | 1999-04-08 | 2000-04-07 | １４００ｎｍウィンドウのためのＮｄでドーピングしたファイバ増幅器を採用している光ファイバ通信システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6363194B1 (ja) |
| EP (1) | EP1043815B1 (ja) |
| JP (1) | JP4040822B2 (ja) |
| DE (1) | DE60039088D1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001185790A (ja) * | 1999-12-09 | 2001-07-06 | Korea Electronics Telecommun | 希土類イオンが添加された高利得光ファイバ |
| JP2019535118A (ja) * | 2016-10-07 | 2019-12-05 | ローレンス リバーモアー ナショナル セキュリティー， エルエルシー | Ｎｄ３＋ファイバレーザおよびアンプ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7085461B2 (en) * | 2001-04-30 | 2006-08-01 | Verrillon, Inc. | Optical fiber with visualization features |
| FR2829305B1 (fr) * | 2001-08-30 | 2004-10-22 | Cit Alcatel | Fibre optique double coeur avec anneau dope terre rare |
| FR2852154B1 (fr) * | 2003-03-04 | 2005-05-20 | Cit Alcatel | Fibre optique amplificatrice a anneau dope et amplificateur contenant une telle fibre |
| US7038844B2 (en) * | 2003-09-29 | 2006-05-02 | The Regents Of The University Of California | High power 938 nanometer fiber laser and amplifier |
| WO2007097110A1 (ja) * | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Nec Corporation | 光通信システムおよび光送信機 |
| GB2444091A (en) * | 2006-11-24 | 2008-05-28 | Gsi Group Ltd | A Laser Amplifier |
| WO2007148127A2 (en) | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Gsi Group Limited | Fibre laser system |
| JP5415553B2 (ja) * | 2008-11-28 | 2014-02-12 | エヌケイティー フォトニクス アクティーゼルスカブ | 改良されたクラッドポンプ光導波路 |
| US8014426B2 (en) * | 2009-01-23 | 2011-09-06 | Raytheon Company | Optical device and method of controlling a refractive index profile in the optical device |
| US8089688B2 (en) * | 2009-06-11 | 2012-01-03 | Multiwave Photonics Sa | Broadband neodymium-ytterbium-silica doped amplified spontaneous emission optical fiber source by spectral filtered reinjected signals |
| US9197030B2 (en) * | 2012-07-31 | 2015-11-24 | Corning Incorporated | Few mode rare earth doped optical fibers for optical amplifiers, and amplifiers using such fibers |
| US10348050B2 (en) | 2016-02-04 | 2019-07-09 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Nd3+fiber laser and amplifier |
| US10033148B2 (en) | 2016-02-04 | 2018-07-24 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Waveguide design for line selection in fiber lasers and amplifiers |
| CN106374327B (zh) * | 2016-08-25 | 2019-05-10 | 电子科技大学 | 中红外多波段全光纤软玻璃激光器及获得激光的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3611188A (en) * | 1969-05-19 | 1971-10-05 | American Optical Corp | Ytterbium laser device |
| JPH04311930A (ja) * | 1991-04-11 | 1992-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光機能性ファイバ及びファイバ増幅器 |
| JPH0537047A (ja) * | 1991-08-01 | 1993-02-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光能動素子 |
| US5530710A (en) * | 1995-05-15 | 1996-06-25 | At&T Corp. | High-power pumping of three-level optical fiber laser amplifier |
| GB9615013D0 (en) * | 1996-07-17 | 1996-09-04 | Univ Southampton | Optical glass optical waveguide amplifier and optical waveguide laser |
-
1999
- 1999-04-08 US US09/288,201 patent/US6363194B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-03-28 EP EP00302571A patent/EP1043815B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-28 DE DE60039088T patent/DE60039088D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-04-07 JP JP2000105803A patent/JP4040822B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001185790A (ja) * | 1999-12-09 | 2001-07-06 | Korea Electronics Telecommun | 希土類イオンが添加された高利得光ファイバ |
| JP2019535118A (ja) * | 2016-10-07 | 2019-12-05 | ローレンス リバーモアー ナショナル セキュリティー， エルエルシー | Ｎｄ３＋ファイバレーザおよびアンプ |
| JP7340334B2 (ja) | 2016-10-07 | 2023-09-07 | ローレンス リバーモアー ナショナル セキュリティー， エルエルシー | Ｎｄ３＋ファイバレーザおよびアンプ |
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| US6363194B1 (en) | 2002-03-26 |
| EP1043815B1 (en) | 2008-06-04 |
| DE60039088D1 (de) | 2008-07-17 |
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| EP1043815A3 (en) | 2003-09-17 |
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