JP2001185790A - 希土類イオンが添加された高利得光ファイバ - Google Patents
希土類イオンが添加された高利得光ファイバInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ツリウム添加光ファイバに希土類イオンを添
加して１，４５０ｎｍ帯域の利得特性を向上させた高利
得光ファイバを提供すること。 【解決手段】 光信号を増幅するための高利得光ファイ
バであって、光信号を増幅するための第１の希土類イオ
ンが添加されたコアと、第１希土類イオンから放出され
る増幅された自発放出を吸収するための第２の希土類イ
オンが添加されたクラッドとを有する。
加して１，４５０ｎｍ帯域の利得特性を向上させた高利
得光ファイバを提供すること。 【解決手段】 光信号を増幅するための高利得光ファイ
バであって、光信号を増幅するための第１の希土類イオ
ンが添加されたコアと、第１希土類イオンから放出され
る増幅された自発放出を吸収するための第２の希土類イ
オンが添加されたクラッドとを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高利得光ファイバ
に関し、特に、利得特性を向上させるために希土類イオ
ンを添加した高利得光ファイバに関する。
に関し、特に、利得特性を向上させるために希土類イオ
ンを添加した高利得光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信分野で有効に用いられるツリウム
イオンは、現在商用化されているレーザーダイオードに
よって簡単に励起される活性イオンであり、ツリウムイ
オンの遷移から生じる蛍光を利用することでツリウムを
添加した光増幅器が実現される。ツリウムを添加した光
増幅器を利用することによって１．４μｍ波長帯で高い
利得を得るために、フッ化物系ガラスおよびテルライト
系ガラスに対する研究が活発に進行している。
イオンは、現在商用化されているレーザーダイオードに
よって簡単に励起される活性イオンであり、ツリウムイ
オンの遷移から生じる蛍光を利用することでツリウムを
添加した光増幅器が実現される。ツリウムを添加した光
増幅器を利用することによって１．４μｍ波長帯で高い
利得を得るために、フッ化物系ガラスおよびテルライト
系ガラスに対する研究が活発に進行している。
【０００３】ツリウム（Ｔｉ3+）を添加した非晶質材料
から発生する１．４μｍ帯域の近赤外線蛍光を利用する
光増幅器では、８００ｎｍ帯域でフォトンエネルギーを
吸収する3Ｈ4レベルから、８００ｎｍ帯域、１，４５０
ｎｍ帯域および２，３００ｎｍ帯域において蛍光が同時
に放出される。この場合、各蛍光の強度は、蛍光転移分
配比（ｂｒａｎｃｈｉｎｇ ｒａｔｉｏ）に大きく影響
を受ける。１．４μｍ帯域の蛍光転移分配比は、８００
ｎｍ帯域の蛍光に比べて約１０％低い。そのため、3Ｈ4
レベルに励起した電子の大部分は、８００ｎｍ帯域の蛍
光を放出しながら3Ｈ6に遷移する。したがって、ツリウ
ムを添加した光増幅器では、８００ｎｍ帯域における蛍
光の増幅された自発放出（ＡＳＥ）またはレイジングの
ために、１．４μｍ帯域の増幅効率が低下する。
から発生する１．４μｍ帯域の近赤外線蛍光を利用する
光増幅器では、８００ｎｍ帯域でフォトンエネルギーを
吸収する3Ｈ4レベルから、８００ｎｍ帯域、１，４５０
ｎｍ帯域および２，３００ｎｍ帯域において蛍光が同時
に放出される。この場合、各蛍光の強度は、蛍光転移分
配比（ｂｒａｎｃｈｉｎｇ ｒａｔｉｏ）に大きく影響
を受ける。１．４μｍ帯域の蛍光転移分配比は、８００
ｎｍ帯域の蛍光に比べて約１０％低い。そのため、3Ｈ4
レベルに励起した電子の大部分は、８００ｎｍ帯域の蛍
光を放出しながら3Ｈ6に遷移する。したがって、ツリウ
ムを添加した光増幅器では、８００ｎｍ帯域における蛍
光の増幅された自発放出（ＡＳＥ）またはレイジングの
ために、１．４μｍ帯域の増幅効率が低下する。
【０００４】周知のように、光増幅器は、光電送システ
ムの構成だけでなく光ネットワークを構成するためにも
重要な素子になってきている。そのため、１．２μｍか
ら１．６μｍ範囲にある従来のシングルモードシリカ系
光ファイバのトランスミッションウィンドウ（ｔｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ）に関して多様な光フ
ァイバ増幅器が開発されてきた。
ムの構成だけでなく光ネットワークを構成するためにも
重要な素子になってきている。そのため、１．２μｍか
ら１．６μｍ範囲にある従来のシングルモードシリカ系
光ファイバのトランスミッションウィンドウ（ｔｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ）に関して多様な光フ
ァイバ増幅器が開発されてきた。
【０００５】１．４μｍ帯域に関しては、3Ｈ4（上位レ
ベル）から3Ｆ4（下位レベル）への誘導遷移に基づいた
ツリウム（Ｔｍ3+）を添加した光ファイバ増幅器が提案
されてきた。これらＴｍ3+を添加した光ファイバ増幅器
の増幅は、上位レベルの蛍光寿命が下位レベルの蛍光寿
命より短く、密度反転の形成が困難であるという事実に
よって制限される。したがって、Ｔｍ3+を添加した効率
的な光増幅器を構築するためには、下位レベルの密度を
減少させる必要がある。
ベル）から3Ｆ4（下位レベル）への誘導遷移に基づいた
ツリウム（Ｔｍ3+）を添加した光ファイバ増幅器が提案
されてきた。これらＴｍ3+を添加した光ファイバ増幅器
の増幅は、上位レベルの蛍光寿命が下位レベルの蛍光寿
命より短く、密度反転の形成が困難であるという事実に
よって制限される。したがって、Ｔｍ3+を添加した効率
的な光増幅器を構築するためには、下位レベルの密度を
減少させる必要がある。
【０００６】最近、Ｔｍ3+における下位レベルの密度を
減少するための種々の方法が提案されている。それらの
方法の１つは、ホルミウムイオン（Ｈｏ3+）を効果的な
共添加イオンとして提案している。高利得光ファイバの
コアにＨｏ3+をＴｍ3+と共添加することによって、エネ
ルギー伝達プロセスを通して、Ｔｍ3+における下位レベ
ルの密度が減少される。Ｈｏ3+は、下位レベルの密度を
效果的に減少させ、交差緩和によって上位レベルの密度
は減少させないので効率的な増幅が可能となる。
減少するための種々の方法が提案されている。それらの
方法の１つは、ホルミウムイオン（Ｈｏ3+）を効果的な
共添加イオンとして提案している。高利得光ファイバの
コアにＨｏ3+をＴｍ3+と共添加することによって、エネ
ルギー伝達プロセスを通して、Ｔｍ3+における下位レベ
ルの密度が減少される。Ｈｏ3+は、下位レベルの密度を
效果的に減少させ、交差緩和によって上位レベルの密度
は減少させないので効率的な増幅が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した方法
であっても、Ｔｍ3+の８００ｎｍ遷移から生じる、増幅
された自発放出（ＡＳＥ）の問題は依然として残ってい
る。したがって、本発明の目的は、８００ｎｍ帯域で発
生する増幅された自発放出を抑制することにより、１，
４５０ｎｍ帯域の利得特性を向上させるための希土類イ
オンを添加した高利得光ファイバを提供することであ
る。
であっても、Ｔｍ3+の８００ｎｍ遷移から生じる、増幅
された自発放出（ＡＳＥ）の問題は依然として残ってい
る。したがって、本発明の目的は、８００ｎｍ帯域で発
生する増幅された自発放出を抑制することにより、１，
４５０ｎｍ帯域の利得特性を向上させるための希土類イ
オンを添加した高利得光ファイバを提供することであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にもとづく第１の態様において、光信号を増
幅するための高利得光ファイバは、光信号を増幅するた
めの光ファイバ部分に、第１の希土類イオンが添加され
た第１の層を有するコアと、前記第１の希土類イオンか
ら放出される増幅された自発放出（ＡＳＥ）を吸収する
ための第２の希土類イオンが添加された第２の層を有す
るクラッドとを有し、前記第１の層と前記第２の層とが
前記コアおよび前記クラッドの残存部分によって分離さ
れていることを特徴とする。
め、本発明にもとづく第１の態様において、光信号を増
幅するための高利得光ファイバは、光信号を増幅するた
めの光ファイバ部分に、第１の希土類イオンが添加され
た第１の層を有するコアと、前記第１の希土類イオンか
ら放出される増幅された自発放出（ＡＳＥ）を吸収する
ための第２の希土類イオンが添加された第２の層を有す
るクラッドとを有し、前記第１の層と前記第２の層とが
前記コアおよび前記クラッドの残存部分によって分離さ
れていることを特徴とする。
【０００９】本発明は、光ファイバの中心領域にツリウ
ムイオン（Ｔｍ3+）が添加された第１の層を有するコア
と、該コアを被覆するクラッドと、3Ｈ4から3Ｈ6への遷
移によって生じる蛍光を吸収するために前記Ｔｍ3+が添
加された第１の層から離れた第２の層（エネルギー吸収
層）とを備える光ファイバを提供する。コアまたはクラ
ッドに配置される上記エネルギー吸収イオン層は、ジス
プロシウムイオン、ネオジムイオン、またはそれらの組
み合わせから作製することができる。ツリウムイオン層
と上記エネルギー吸収イオン層との距離は、少なくとも
２０ｎｍである。
ムイオン（Ｔｍ3+）が添加された第１の層を有するコア
と、該コアを被覆するクラッドと、3Ｈ4から3Ｈ6への遷
移によって生じる蛍光を吸収するために前記Ｔｍ3+が添
加された第１の層から離れた第２の層（エネルギー吸収
層）とを備える光ファイバを提供する。コアまたはクラ
ッドに配置される上記エネルギー吸収イオン層は、ジス
プロシウムイオン、ネオジムイオン、またはそれらの組
み合わせから作製することができる。ツリウムイオン層
と上記エネルギー吸収イオン層との距離は、少なくとも
２０ｎｍである。
【００１０】１，４５０ｎｍ帯域で光利得を生みだすツ
リウムを添加した光ファイバ増幅器では、８００ｎｍ帯
域で発生する増幅された自発放出（ＡＳＥ）のために利
得の飽和が起こる。このような現象を防止するために、
８００ｎｍ帯域の蛍光を吸収し、１，４５０ｎｍ帯域の
蛍光は吸収しないジスプロシウムイオンまたはネオジム
イオンを利用する。
リウムを添加した光ファイバ増幅器では、８００ｎｍ帯
域で発生する増幅された自発放出（ＡＳＥ）のために利
得の飽和が起こる。このような現象を防止するために、
８００ｎｍ帯域の蛍光を吸収し、１，４５０ｎｍ帯域の
蛍光は吸収しないジスプロシウムイオンまたはネオジム
イオンを利用する。
【００１１】本発明の好適な形態にしたがった高利得光
ファイバの構造では、ジスプロシウムまたはネオジムイ
オンの層が、ツリウムを添加した層を取り囲み、ツリウ
ムイオンの遷移から生じる８００ｎｍ帯域のフォトンを
吸収する。この時、光ファイバは、８００ｎｍ帯域の蛍
光が放出されるエネルギーレベルの蛍光寿命の変化がな
いべきである。この条件を満足するために、エネルギー
吸収イオン層とツリウムが添加される層とは、輻射エネ
ルギー伝達を生じ、および非輻射エネルギー伝達を阻害
するような一定距離だけ離されなければならない。すな
わち、非輻射エネルギー伝達が活発に起きる距離は、お
よそ数ｎｍから数十ｎｍであり、８００ｎｍ帯域の蛍光
を吸収するために各イオン層は、数ｎｍから数十ｎｍよ
りも遠く離されなければならない。以下、ツリウムイオ
ン層と、ジスプロシウムイオン層またはネオジムイオン
層とが、一定の距離だけ離されなければならない理由に
ついてさらに詳細に説明する。
ファイバの構造では、ジスプロシウムまたはネオジムイ
オンの層が、ツリウムを添加した層を取り囲み、ツリウ
ムイオンの遷移から生じる８００ｎｍ帯域のフォトンを
吸収する。この時、光ファイバは、８００ｎｍ帯域の蛍
光が放出されるエネルギーレベルの蛍光寿命の変化がな
いべきである。この条件を満足するために、エネルギー
吸収イオン層とツリウムが添加される層とは、輻射エネ
ルギー伝達を生じ、および非輻射エネルギー伝達を阻害
するような一定距離だけ離されなければならない。すな
わち、非輻射エネルギー伝達が活発に起きる距離は、お
よそ数ｎｍから数十ｎｍであり、８００ｎｍ帯域の蛍光
を吸収するために各イオン層は、数ｎｍから数十ｎｍよ
りも遠く離されなければならない。以下、ツリウムイオ
ン層と、ジスプロシウムイオン層またはネオジムイオン
層とが、一定の距離だけ離されなければならない理由に
ついてさらに詳細に説明する。
【００１２】非輻射エネルギー伝達は、イオン−イオン
間の距離が近い場合、すなわち、イオンが共添加される
場合に容易に起こる。このような非輻射エネルギー伝達
の大きさは、一般的にイオン間の距離の６乗に反比例す
る。一方、輻射エネルギー伝達は、放出された蛍光が光
の形態で移動する間に再吸収される方式で起こり、イオ
ン間の距離の２乗に反比例する。したがって、イオン間
の距離が遠くなるほど非輻射エネルギー伝達の影響は迅
速に減少し、かつ輻射エネルギー伝達の影響は大きくな
る。２つのエネルギー伝達の共通点は、それらのエネル
ギー伝達が、エネルギー共鳴の条件（例えば、放出され
るエネルギーと吸収されるエネルギーとが同じである）
を満足した時に生じ易いという点である。一方、差異点
は、非輻射エネルギー伝達の場合は、エネルギーを放出
するイオンの該当レベルの蛍光寿命が減少し、蛍光放出
スペクトルは変化しないが、輻射エネルギー伝達の場合
は、エネルギーを放出するイオンの蛍光寿命は変化せず
に、蛍光放出スペクトルがエネルギーを受容するイオン
の吸収スペクトルに応じて変化するということである。
したがって、ツリウムイオンの蛍光寿命を減少させずに
放出スペクトルの形状を変えるためには、非輻射エネル
ギー伝達を抑制し輻射エネルギー伝達を活性化させる必
要がある。そのためには、ツリウムイオン層とエネルギ
ー吸収イオン層とを、一定距離だけ離さなければならな
い。
間の距離が近い場合、すなわち、イオンが共添加される
場合に容易に起こる。このような非輻射エネルギー伝達
の大きさは、一般的にイオン間の距離の６乗に反比例す
る。一方、輻射エネルギー伝達は、放出された蛍光が光
の形態で移動する間に再吸収される方式で起こり、イオ
ン間の距離の２乗に反比例する。したがって、イオン間
の距離が遠くなるほど非輻射エネルギー伝達の影響は迅
速に減少し、かつ輻射エネルギー伝達の影響は大きくな
る。２つのエネルギー伝達の共通点は、それらのエネル
ギー伝達が、エネルギー共鳴の条件（例えば、放出され
るエネルギーと吸収されるエネルギーとが同じである）
を満足した時に生じ易いという点である。一方、差異点
は、非輻射エネルギー伝達の場合は、エネルギーを放出
するイオンの該当レベルの蛍光寿命が減少し、蛍光放出
スペクトルは変化しないが、輻射エネルギー伝達の場合
は、エネルギーを放出するイオンの蛍光寿命は変化せず
に、蛍光放出スペクトルがエネルギーを受容するイオン
の吸収スペクトルに応じて変化するということである。
したがって、ツリウムイオンの蛍光寿命を減少させずに
放出スペクトルの形状を変えるためには、非輻射エネル
ギー伝達を抑制し輻射エネルギー伝達を活性化させる必
要がある。そのためには、ツリウムイオン層とエネルギ
ー吸収イオン層とを、一定距離だけ離さなければならな
い。
【００１３】それ故、本発明にもとづく光ファイバ構造
に利用される希土類イオンからなるエネルギー吸収イオ
ン層は、下記の条件を満足すべきである。第１に、８０
０ｎｍ帯域で基底状態の吸収を持つことである。第２
に、１，４５０ｎｍ帯域で吸収が起こらないことであ
る。第３に、非輻射の方法で放出されるようになる吸収
エネルギーを充当することである。これは、エネルギー
レベル間のエネルギーギャップが狭いために、ホスト材
料による非輻射性の多重フォノン緩和機構で吸収エネル
ギーが緩和されるという推定を意味する。ジスプロシウ
ムイオンは、これらの条件を満足する。ネオジムイオン
の場合は、８００ｎｍ帯域で吸収が起こるが、１，４５
０ｎｍ帯域では吸収が起こらない。また、ジスプロシウ
ムイオンの場合と比較して、エネルギーレベル間のエネ
ルギーギャップが広いために起こり得る遷移によって蛍
光を生じる。しかし、このような蛍光の波長も、やはり
１，４５０ｎｍ帯域では存在しない。
に利用される希土類イオンからなるエネルギー吸収イオ
ン層は、下記の条件を満足すべきである。第１に、８０
０ｎｍ帯域で基底状態の吸収を持つことである。第２
に、１，４５０ｎｍ帯域で吸収が起こらないことであ
る。第３に、非輻射の方法で放出されるようになる吸収
エネルギーを充当することである。これは、エネルギー
レベル間のエネルギーギャップが狭いために、ホスト材
料による非輻射性の多重フォノン緩和機構で吸収エネル
ギーが緩和されるという推定を意味する。ジスプロシウ
ムイオンは、これらの条件を満足する。ネオジムイオン
の場合は、８００ｎｍ帯域で吸収が起こるが、１，４５
０ｎｍ帯域では吸収が起こらない。また、ジスプロシウ
ムイオンの場合と比較して、エネルギーレベル間のエネ
ルギーギャップが広いために起こり得る遷移によって蛍
光を生じる。しかし、このような蛍光の波長も、やはり
１，４５０ｎｍ帯域では存在しない。
【００１４】吸収イオン間の輻射エネルギー伝達の可能
性を証明するために、以下のような２つの方法を使用し
た。
性を証明するために、以下のような２つの方法を使用し
た。
【００１５】第１の方法は、蛍光放出スペクトルの形状
および波長を、吸収スペクトルの形状および波長と比較
することである。図１は、本発明の好ましい実施態様に
もとづく希土類イオンの吸収スペクトルであり、これは
テルライトガラス（例えば７５ＴｅＯ2−２５ＺｎＯ−
５Ｎａ2Ｏ）に各々４モル％のツリウムおよびジスプロ
シウムイオンを添加した条件で測定したものである。図
１から分かるように、ジスプロシウムイオンの吸収エネ
ルギーレベル間のギャップは狭い。そして、図１には示
されていないが、約２，７００ｎｍでも吸収ピークが生
じる。これは、Ｔｍ3+およびＤｙ3+がフッ化物ガラスま
たはテルライトガラスに共添加される場合、多重フォノ
ン緩和によって放出される蛍光の量子効率が極めて低く
なることを意味する。本発明の実施例では、テルライト
ガラスが基板ガラスとして用いられたが、フッ化物ガラ
スを基板ガラスとして用いてもよい。図２は、８００ｎ
ｍ帯域における、ツリウムイオンの蛍光スペクトルと、
ジスプロシウムイオンの吸収スペクトルとを示したもの
である。これらのスペクトルでは、放出スペクトルと吸
収スペクトルとが互いに特定の範囲（すなわち、およそ
８００ｎｍの範囲）で重なっているということである。
これは、エネルギー共鳴の条件を満足してツリウムイオ
ンから放出される８００ｎｍにおける蛍光が、ジスプロ
シウムイオンによって効率的に吸収され得ることを示し
ている。
および波長を、吸収スペクトルの形状および波長と比較
することである。図１は、本発明の好ましい実施態様に
もとづく希土類イオンの吸収スペクトルであり、これは
テルライトガラス（例えば７５ＴｅＯ2−２５ＺｎＯ−
５Ｎａ2Ｏ）に各々４モル％のツリウムおよびジスプロ
シウムイオンを添加した条件で測定したものである。図
１から分かるように、ジスプロシウムイオンの吸収エネ
ルギーレベル間のギャップは狭い。そして、図１には示
されていないが、約２，７００ｎｍでも吸収ピークが生
じる。これは、Ｔｍ3+およびＤｙ3+がフッ化物ガラスま
たはテルライトガラスに共添加される場合、多重フォノ
ン緩和によって放出される蛍光の量子効率が極めて低く
なることを意味する。本発明の実施例では、テルライト
ガラスが基板ガラスとして用いられたが、フッ化物ガラ
スを基板ガラスとして用いてもよい。図２は、８００ｎ
ｍ帯域における、ツリウムイオンの蛍光スペクトルと、
ジスプロシウムイオンの吸収スペクトルとを示したもの
である。これらのスペクトルでは、放出スペクトルと吸
収スペクトルとが互いに特定の範囲（すなわち、およそ
８００ｎｍの範囲）で重なっているということである。
これは、エネルギー共鳴の条件を満足してツリウムイオ
ンから放出される８００ｎｍにおける蛍光が、ジスプロ
シウムイオンによって効率的に吸収され得ることを示し
ている。
【００１６】さらに図３は、８００ｎｍ帯域における、
ツリウムイオンの蛍光スペクトルと、ネオジムイオンの
吸収スペクトルとを比較したグラフを示すものである。
この結果、ジスプロシウムイオンの場合と類似してお
り、そのため、ツリウムイオンの８００ｎｍにおける遷
移から生じるＡＳＥを再吸収するために、ジスプロシウ
ムイオンの代わりにネオジムイオンを使用することも可
能である。
ツリウムイオンの蛍光スペクトルと、ネオジムイオンの
吸収スペクトルとを比較したグラフを示すものである。
この結果、ジスプロシウムイオンの場合と類似してお
り、そのため、ツリウムイオンの８００ｎｍにおける遷
移から生じるＡＳＥを再吸収するために、ジスプロシウ
ムイオンの代わりにネオジムイオンを使用することも可
能である。
【００１７】第２の方法は、ジスプロシウムイオンの添
加による、ツリウムイオンの各波長帯域における増幅さ
れた自発放出の変化を測定することである。このために
本発明では、ツリウムを単独で添加したサンプルと分光
器のスリットとの間に、ジスプロシウムイオンを添加し
たサンプルを配置した。このような方法によれば、ツリ
ウムイオンとジスプロシウムイオンとの間の非輻射のエ
ネルギー伝達が防止されるので、輻射のエネルギー伝達
に関する影響のみを測定することができる。しかし、実
施において、ツリウムイオンの蛍光寿命は、ジスプロシ
ウムイオンと無関係に一定であることが測定された。本
発明の場合には、ツリウムイオンとジスプロシウムイオ
ンとの間の距離が十分に離れており、２つのイオンの相
対量が最適化されていないので、ジスプロシウムイオン
が誘発する蛍光スペクトル形状の変化が起こらない。し
かし、２つのイオン間の距離を近づけ、濃度を最適化す
れば、明らかに影響が生じる。
加による、ツリウムイオンの各波長帯域における増幅さ
れた自発放出の変化を測定することである。このために
本発明では、ツリウムを単独で添加したサンプルと分光
器のスリットとの間に、ジスプロシウムイオンを添加し
たサンプルを配置した。このような方法によれば、ツリ
ウムイオンとジスプロシウムイオンとの間の非輻射のエ
ネルギー伝達が防止されるので、輻射のエネルギー伝達
に関する影響のみを測定することができる。しかし、実
施において、ツリウムイオンの蛍光寿命は、ジスプロシ
ウムイオンと無関係に一定であることが測定された。本
発明の場合には、ツリウムイオンとジスプロシウムイオ
ンとの間の距離が十分に離れており、２つのイオンの相
対量が最適化されていないので、ジスプロシウムイオン
が誘発する蛍光スペクトル形状の変化が起こらない。し
かし、２つのイオン間の距離を近づけ、濃度を最適化す
れば、明らかに影響が生じる。
【００１８】図４は、ジスプロシウムイオンの添加によ
る８００ｎｍ帯域の蛍光スペクトルの変化を示してい
る。図４の結果は、ジスプロシウムイオンの濃度が増加
するにつれ、ツリウムから発生する８００ｎｍにおける
蛍光強度が減少することを示している。
る８００ｎｍ帯域の蛍光スペクトルの変化を示してい
る。図４の結果は、ジスプロシウムイオンの濃度が増加
するにつれ、ツリウムから発生する８００ｎｍにおける
蛍光強度が減少することを示している。
【００１９】図５は、ジスプロシウムイオンの添加によ
る、１，４００ｎｍ帯域の蛍光スペクトルの変化を示し
たものである。図５から分かるように、１，４５０ｎｍ
帯域では、ジスプロシウムイオンが存在しても蛍光スペ
クトルは影響を受けないことが確認できる。
る、１，４００ｎｍ帯域の蛍光スペクトルの変化を示し
たものである。図５から分かるように、１，４５０ｎｍ
帯域では、ジスプロシウムイオンが存在しても蛍光スペ
クトルは影響を受けないことが確認できる。
【００２０】上記したように、２つの希土類イオン間に
おけるエネルギー伝達の現象を、１，４５０ｎｍ帯域で
利得を示す、ツリウムを添加させた高利得光ファイバ増
幅器に応用できる。具体的には、光ファイバコア内のツ
リウムイオン層から一定の距離を置いて、ジスプロシウ
ムイオンまたはネオジムイオンの層を形成する。この場
合、２層間の距離は、既に述べたような非輻射エネルギ
ー伝達を抑制するのに十分に離れているべきである。す
なわち、一般的に非輻射エネルギー伝達は、２つのイオ
ンが数十ｎｍ程度離れている時に起こるので、２つのイ
オン層の距離が２０ｎｍを超える場合は、非輻射エネル
ギー伝達による効果を低下させることができる。このよ
うな方法でジスプロシウムイオン層またはネオジムイオ
ン層をコアの周囲に形成する場合は、高利得光ファイバ
の全長にわたって、８００ｎｍ帯域における蛍光が吸収
される。したがって、外部から挿入されるフィルタを用
いる場合よりも、増幅された自発放出を效果的に抑制す
ることによって、不必要に用いられる励起エネルギーを
減少させることができる。その上、８００ｎｍ帯域で起
こるレイジング現象を抑制することで、励起エネルギー
が増加した場合であっても、１，４５０ｎｍ帯域で利得
が飽和されることを防止することができる。
おけるエネルギー伝達の現象を、１，４５０ｎｍ帯域で
利得を示す、ツリウムを添加させた高利得光ファイバ増
幅器に応用できる。具体的には、光ファイバコア内のツ
リウムイオン層から一定の距離を置いて、ジスプロシウ
ムイオンまたはネオジムイオンの層を形成する。この場
合、２層間の距離は、既に述べたような非輻射エネルギ
ー伝達を抑制するのに十分に離れているべきである。す
なわち、一般的に非輻射エネルギー伝達は、２つのイオ
ンが数十ｎｍ程度離れている時に起こるので、２つのイ
オン層の距離が２０ｎｍを超える場合は、非輻射エネル
ギー伝達による効果を低下させることができる。このよ
うな方法でジスプロシウムイオン層またはネオジムイオ
ン層をコアの周囲に形成する場合は、高利得光ファイバ
の全長にわたって、８００ｎｍ帯域における蛍光が吸収
される。したがって、外部から挿入されるフィルタを用
いる場合よりも、増幅された自発放出を效果的に抑制す
ることによって、不必要に用いられる励起エネルギーを
減少させることができる。その上、８００ｎｍ帯域で起
こるレイジング現象を抑制することで、励起エネルギー
が増加した場合であっても、１，４５０ｎｍ帯域で利得
が飽和されることを防止することができる。
【００２１】ジスプロシウムイオン層は、高利得光ファ
イバのコアあるいはクラッドのいずれかに配置すること
ができる。
イバのコアあるいはクラッドのいずれかに配置すること
ができる。
【００２２】図６は、本発明の好適な実施態様にもとづ
いた光ファイバの構造を示す断面図である。本発明にも
とづく光ファイバ１０は、ツリウムイオンが添加された
コア２と、該コア２を被覆し、かつジスプロシウムおよ
び／またはネオジムイオンが添加されたクラッド６とか
ら概略構成され、前記コア２と前記クラッドは境界部４
によって分離される。より具体的には、コア２は、ツリ
ウムイオンが添加された第１の層２ａとツリウムイオン
が添加されていない層２ｂとから構成される。また、ク
ラッド６は、ジスプロシウムおよび／またはネオジムイ
オンが添加された第２の層（エネルギー吸収イオン層）
６ｂと、ジスプロシウムおよび／またはネオジムイオン
が添加されていない層６ａおよび６ｃとから構成され
る。図から分かるように、ツリウムイオンが添加された
第１の層２ａと、ジスプロシウムおよび／またはネオジ
ムイオンが添加された第２の層６ｂとは、それらに添加
された希土類イオンが添加されていない残存部分（すな
わち、図中２ｂおよび６ａからなる領域）により一定距
離だけ離れている必要がある。
いた光ファイバの構造を示す断面図である。本発明にも
とづく光ファイバ１０は、ツリウムイオンが添加された
コア２と、該コア２を被覆し、かつジスプロシウムおよ
び／またはネオジムイオンが添加されたクラッド６とか
ら概略構成され、前記コア２と前記クラッドは境界部４
によって分離される。より具体的には、コア２は、ツリ
ウムイオンが添加された第１の層２ａとツリウムイオン
が添加されていない層２ｂとから構成される。また、ク
ラッド６は、ジスプロシウムおよび／またはネオジムイ
オンが添加された第２の層（エネルギー吸収イオン層）
６ｂと、ジスプロシウムおよび／またはネオジムイオン
が添加されていない層６ａおよび６ｃとから構成され
る。図から分かるように、ツリウムイオンが添加された
第１の層２ａと、ジスプロシウムおよび／またはネオジ
ムイオンが添加された第２の層６ｂとは、それらに添加
された希土類イオンが添加されていない残存部分（すな
わち、図中２ｂおよび６ａからなる領域）により一定距
離だけ離れている必要がある。
【００２３】このように構成される高利得の光ファイバ
ーを、１．４μｍ帯域の光ファイバ増幅器および光ファ
イバレーザーとして使用することを提案する。その場
合、光ファイバは、コアに添加されたレージングまたは
増幅のためのツリウムイオンと、既に述べたように、ツ
リウムイオンから一定距離だけ離れてクラッドに添加さ
れるジスプロシウムイオンまたはネオジムイオンとを含
有する。
ーを、１．４μｍ帯域の光ファイバ増幅器および光ファ
イバレーザーとして使用することを提案する。その場
合、光ファイバは、コアに添加されたレージングまたは
増幅のためのツリウムイオンと、既に述べたように、ツ
リウムイオンから一定距離だけ離れてクラッドに添加さ
れるジスプロシウムイオンまたはネオジムイオンとを含
有する。
【００２４】添加されるジスプロシウムイオンやネオジ
ムイオンの含有量は、下記の基準によって決定できる。
第１に、吸収希土類イオンがコアに添加される場合とし
て、吸収希土類イオンの量は、ツリウムの含有量に比例
させ、８００ｎｍ帯域の伝播光の閉じ込め係数に反比例
させて決定する。すなわち、希土類イオンの添加量は、
ツリウムイオンの濃度に比例し、閉じ込め係数に反比例
する。第２に、吸収希土類イオンがクラッドに添加され
る場合、添加量は、ツリウムイオンの濃度および閉じ込
め係数に比例させて決定する。但し、正確な比例定数は
実験的に決定することができる。
ムイオンの含有量は、下記の基準によって決定できる。
第１に、吸収希土類イオンがコアに添加される場合とし
て、吸収希土類イオンの量は、ツリウムの含有量に比例
させ、８００ｎｍ帯域の伝播光の閉じ込め係数に反比例
させて決定する。すなわち、希土類イオンの添加量は、
ツリウムイオンの濃度に比例し、閉じ込め係数に反比例
する。第２に、吸収希土類イオンがクラッドに添加され
る場合、添加量は、ツリウムイオンの濃度および閉じ込
め係数に比例させて決定する。但し、正確な比例定数は
実験的に決定することができる。
【００２５】本発明の技術思想を上記好ましい実施態様
に関してのみ記述したが、上記の実施態様は本発明を説
明するためのものであって、本発明を制限するためのも
のではないことに留意されたい。また、当業者であれ
ば、本発明の技術思想の範囲内で種々の実施態様の改質
および変更が可能であるということを理解されたい。
に関してのみ記述したが、上記の実施態様は本発明を説
明するためのものであって、本発明を制限するためのも
のではないことに留意されたい。また、当業者であれ
ば、本発明の技術思想の範囲内で種々の実施態様の改質
および変更が可能であるということを理解されたい。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、ツリウムが添加された光ファ
イバに希土類イオンを添加することによって８００ｎｍ
帯域の増幅された自発放出を抑制して１，４５０ｎｍ帯
域の利得特性を向上させることに効果がある。
イバに希土類イオンを添加することによって８００ｎｍ
帯域の増幅された自発放出を抑制して１，４５０ｎｍ帯
域の利得特性を向上させることに効果がある。
【図１】ツリウムイオンとジスプロシウムイオンの吸収
スペクトルである。
スペクトルである。
【図２】８００ｎｍ帯域におけるツリウムイオンの蛍光
スペクトルとジスプロシウムイオンの吸収スペクトルと
を比較したグラフである。
スペクトルとジスプロシウムイオンの吸収スペクトルと
を比較したグラフである。
【図３】８００ｎｍ帯域におけるツリウムイオンの蛍光
スペクトルとネオジムイオンの吸収スペクトルとを比較
したグラフである。
スペクトルとネオジムイオンの吸収スペクトルとを比較
したグラフである。
【図４】ジスプロシウムイオン添加時の、８００ｎｍ帯
域におけるツリウムイオンの蛍光スペクトルの変化を示
すグラフである。
域におけるツリウムイオンの蛍光スペクトルの変化を示
すグラフである。
【図５】ジスプロシウムイオン添加時の、１，４００ｎ
ｍ帯域におけるツリウムイオンの蛍光スペクトルの変化
を示すグラフである。
ｍ帯域におけるツリウムイオンの蛍光スペクトルの変化
を示すグラフである。
【図６】本発明にもとづく光ファイバの一実施態様例を
示す光ファイバの断面図である。
示す光ファイバの断面図である。
２ コア ４ コアとクラッドとの境界部 ６ クラッド １０ 光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チョ ドヒ 大韓民国 デジョンシ ソグ ドンサンド ン サモーリ アパートメント 213− 1903 (72)発明者 キム キョンホン 大韓民国 デジョンシ ユソング オウン ドン ハンビット アパートメント 128 −1201
Claims (11)
- 【請求項１】 光信号を増幅するための高利得光ファイ
バであって、 光信号を増幅するための第１の希土類イオンが添加され
た第１の層を有するコアと、 前記第１の希土類イオンから放出される増幅された自発
放出（ＡＳＥ）を吸収するための第２の希土類イオンが
添加された第２の層を有するクラッドとを備え、 前記第１の層と前記第２の層とが前記コアおよび前記ク
ラッドの残存部分によって分離されていることを特徴と
する高利得光ファイバ。 - 【請求項２】 前記コアは、前記第２の希土類イオンを
さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高利得光
ファイバ。 - 【請求項３】 前記第２の希土類イオンは、ジスプロシ
ウム（Ｄｙ）からなることを特徴とする請求項２に記載
の高利得光ファイバ。 - 【請求項４】 前記コアおよびクラッドは、テルライト
ガラス、またはフッ化物ガラスからなることを特徴とす
る請求項１に記載の高利得光ファイバ。 - 【請求項５】 前記第１の希土類イオンがツリウム（Ｔ
ｍ）であることを特徴とする請求項１に記載の高利得光
ファイバ。 - 【請求項６】 前記第２の希土類イオンは、ジスプロシ
ウム（Ｄｙ）、ネオジム（Ｎｄ）、またはそれらの組み
合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求
項１に記載の高利得光ファイバ。 - 【請求項７】 前記光信号は、１．４μｍ帯域であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の高利得光ファイバ。 - 【請求項８】 前記増幅された自発放出は、０．８μｍ
帯域におけるものであることを特徴とする請求項１に記
載の高利得光ファイバ。 - 【請求項９】 前記コアは、ワイヤー形状であることを
特徴とする請求項１に記載の高利得光ファイバ。 - 【請求項１０】 前記クラッドは、中空シリンダー形状
であることを特徴とする請求項１に記載の高利得光ファ
イバ。 - 【請求項１１】 前記第１の層と前記第２の層との間の
距離は、少なくともおよそ２０ｎｍであることを特徴と
する請求項１に記載の高利得光ファイバ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1999-56201 | 1999-12-09 | ||
| KR1019990056201A KR100312433B1 (ko) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 툴륨 첨가 광섬유 증폭기의 증폭효율 향상을 위한 복합희토류 이온 첨가 광도파로 구조 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001185790A true JP2001185790A (ja) | 2001-07-06 |
Family
ID=19624582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000361743A Pending JP2001185790A (ja) | 1999-12-09 | 2000-11-28 | 希土類イオンが添加された高利得光ファイバ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6549330B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001185790A (ja) |
| KR (1) | KR100312433B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7822077B2 (en) | 2007-09-13 | 2010-10-26 | Northrop Grumman Systems Corporation | Thulium doped fiber configuration for enhanced high power operation |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2372638C (en) * | 2001-02-21 | 2006-09-12 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Thulium-doped fiber amplifier using pump light for improving conversion efficiency in s-band |
| KR100472054B1 (ko) * | 2002-09-24 | 2005-03-10 | 한국전자통신연구원 | 광증폭기 |
| EP1676158B1 (en) | 2003-09-25 | 2019-05-22 | Nufern | Apparatus and methods for accommodating loops of optical fiber |
| KR101032793B1 (ko) * | 2007-06-22 | 2011-05-06 | 웬-칭 리 | 전기조리기구의 진공보온장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JPH05127199A (ja) * | 1991-11-06 | 1993-05-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 増幅用導波路素子および光信号増幅器 |
| JPH06112576A (ja) * | 1992-09-24 | 1994-04-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅器 |
| JPH08152531A (ja) * | 1994-09-27 | 1996-06-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 増幅用光ファイバ |
| JPH10339822A (ja) * | 1997-06-06 | 1998-12-22 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 増幅用光ファイバ |
| JP2000307176A (ja) * | 1999-04-21 | 2000-11-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光ファイバ増幅器及びこれを用いた広帯域光増幅器 |
| JP2000332321A (ja) * | 1999-04-08 | 2000-11-30 | Lucent Technol Inc | 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 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS623042A (ja) | 1985-06-28 | 1987-01-09 | Hoya Corp | テルライトガラス |
| US5251062A (en) | 1992-10-15 | 1993-10-05 | Bell Communications Research, Inc. | Tellurite glass and fiber amplifier |
| JP3228462B2 (ja) * | 1996-11-19 | 2001-11-12 | セントラル硝子株式会社 | 光導波路及びそれを用いた１．５μｍ帯光増幅器 |
| US5892615A (en) * | 1997-03-17 | 1999-04-06 | Sdl, Inc. | Output power enhancement in optical fiber lasers |
-
1999
- 1999-12-09 KR KR1019990056201A patent/KR100312433B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-09-12 US US09/659,630 patent/US6549330B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-11-28 JP JP2000361743A patent/JP2001185790A/ja active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100312433B1 (ko) | 2001-11-05 |
| KR20010055120A (ko) | 2001-07-04 |
| US6549330B1 (en) | 2003-04-15 |
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