JP2002270932A - 導波路増幅器および導波路増幅器のためのポンピングスキーム - Google Patents

導波路増幅器および導波路増幅器のためのポンピングスキーム

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JP2002270932A JP2001390917A JP2001390917A JP2002270932A JP 2002270932 A JP2002270932 A JP 2002270932A JP 2001390917 A JP2001390917 A JP 2001390917A JP 2001390917 A JP2001390917 A JP 2001390917A JP 2002270932 A JP2002270932 A JP 2002270932A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導波路増幅器および導波路増幅器のためのポ
ンピングスキームを提供すること。 【解決手段】 本発明は、Tmイオンを含有する増幅導
波路にポンプレーザモジュールを結合するための少なく
とも1つの手段を備える少なくとも1つの増幅導波路を
備える光信号のための入力部および光信号のための出力
部を備える導波路増幅器に関する。また、本発明は、導
波路に2つの異なる波長を供給する導波路増幅器のため
のポンピングスキームに関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Tmイオンを含有
する増幅導波路にポンプレーザモジュールを結合するた
めの少なくとも1つの手段(4)を備える少なくとも1
つの増幅導波路を備える光信号のための入力部および光
信号のための出力部を備える導波路増幅器に関する。ま
た、本発明は、導波路に2つの異なる波長を供給する導
波路増幅器のためのポンピングスキームに関する。
【0002】
【従来の技術】光伝送ネットワーク内の信号を増幅する
ための多数の導波路増幅器、特にファイバ増幅器は確立
し、あるいは研究中である。プラセオジム(P
3+)、ネオジム(Nd3+)、エルビウム(ER
3+)、ツリウム(Tm3+)、イッテルビウム(Yb
3+)などの希土類イオンをガラスファイバにドープす
る原理を用いるカテゴリがある。
【0003】この希土類ドープファイバ増幅器では、ガ
ラスは受動ホストであり、電界相互作用を引き起こす媒
質偏光は、イオンをドーピングすることによって発生す
る。希土類の濃度は、最大10重量%まで大きくするこ
とができるため、ファイバの長さを比較的短くすること
ができる。信号の増幅は、励起イオンの基底状態への緩
和による誘導放出によるものである。この種の増幅器で
は、ポンプ帯域および信号帯域は、希土類の原子共振に
よって固定されており、したがって増幅器は、複数のデ
ィスクリートポンプ帯域の中心波長が固定された利得ス
ペクトルを有している。希土類ドープ増幅器の利得スペ
クトルは、マトリックス中の共ドーパントによって変更
することができる。また、ガラスホストは、シュタルク
準位の位置、遷移の均一および不均一線幅、非放射崩壊
特性を左右する。
【0004】例えば、ゲルマニウム、砒素、セレン、お
よび硫黄のガラス組成から構成された増幅ファイバの製
造および使用法を記述したUS5,973,824が知
られている。また、増幅ファイバ材料として、他の非酸
化物タイプのガラスの使用が知られている。特に、希土
類でドープされたハロゲン化物および硫化物からなる材
料を、増幅ファイバとして使用することが有望と思われ
る。石英ガラスと比較すると、ハロゲン化ガラスおよび
特にフッ化ガラスは、スペクトル的に長波レンジ中に大
きく広がる透明属性を有している。これは、実質的によ
り重いイオンの混入の結果による、多重フォノン吸収端
のスペクトル移行によるものである。しかしながら、こ
れらの種類のガラスは、材料の製造およびファイバの準
備の点で技術的に困難である。このような種類のガラス
が有する、湿気を帯びた大気中における不都合な機械的
特性、不都合な挙動により、これまでのところ、これら
のガラスは大規模に使用されていない。最近、ZBLA
N(ジルコニウム(Zr)−バリウム(Ba)−ランタ
ン(La)−アルミニウム(Al)−ナトリウム(N
a))フッ化ガラスから構成されたファイバと共に動作
するファイバ増幅器の製造が可能になり、その比較的高
い屈折率、およびその組成の柔軟性により、硫化ガラス
は、増幅材料として使用するための有望な候補と見做さ
れ、フォノンエネルギーの小さい、多くの異なる種類の
ハロゲン化ガラスを製造するために、世界中で多大な努
力が傾注されている。
【0005】光通信の利用可能な帯域幅を拡張するため
に、特にツリウムドープファイバが、現在研究中であ
り、その目的は、広帯域増幅器を創出することであり、
データ転送のために、S帯域の1480nm付近に伝送
ウィンドウを開くことである。
【0006】最近の刊行物によれば、他の種類のツリウ
ムドープファイバが扱われている。Samson等によ
るドキュメント「thulium doped silicate fiber ampli
fier」(Tech. Dig. Optical Amplifier and their App
lication, OAA, Paper PD1,2000)に、ケイ酸塩マトリ
ックス中にツリウムをドープしたファイバ増幅器が記述
されている。ZBLANに代わるケイ酸塩ガラスの使用
により、ZBLAN材料に関わる問題のいくつかが回避
される。進歩としては、ツリウムの放出スペクトルの半
値全幅FWHMが、ケイ酸塩マトリックスにおいて、長
波長サイドを広げ、100nmに増加する。
【0007】ツリウムイオンは、図1に示すスキームで
ポンピングされる。基底状態から第1の励起準位
がポンピングされる。このポンピングには、15
60nmの励起光源が必要である(基底状態吸収GS
A)。次に、励起準位は、励起状態吸収ESAと
呼ばれるプロセスにおいて、約1400nmのポンプで
準位状態にポンピングされる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このポンピングスキー
ムの問題は、励起準位の吸収断面積に関するGSAの効
率である。また、L帯域信号のレンジ内にある1560
nmのポンピング波長では別の問題が生じるため、ポン
プ光に対するフィルタリングの問題が発生する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ツリウ
ムドープイオンのための混成ポンピングスキームを備え
る導波路増幅器、および波長のより効率的かつより適切
な使用法を提供することである。
【0010】詳細には、本発明により、Tm導波路、例
えば1200nmおよび1400nmの2つのポンプ源
を有するファイバ増幅器を作製することができる。
【0011】本発明を図に示し、以下の記述の中で説明
する。
【0012】
【発明の実施の形態】図5は、ZBLANマトリックス
におけるTmイオンの吸収スペクトルを示したものであ
る。基底状態吸収であるへの移行に対して、強い
吸収ピークがあることが分かる。この吸収ピークは幅が
広く、半導体増幅器によって容易にポンピングすること
ができる。次の高エネルギー準位のピークは、
位に関連している。この吸収ピークは、より広い吸収断
面積およびより細い吸収線を有している。1200nm
のレーザポンプを用いることにより、Tm3+イオンの
この準位を、極めて効率的にポンピングすることができ
る。中間状態は、非放射崩壊におけるエネルギーを、
準位へ急速に変換する。第2のポンプレーザが、
準位のエネルギーを、波長1400nmの
位に変換する。最良の性能を発揮するためには、ポンプ
出力の比率が重要であり、1.2μmポンプ出力と1.
4μmポンプ出力の間の比率が約10%のとき、良好な
結果が得られる。
【0013】図3は、従来技術によるポンピングスキー
ムと本発明によるポンピングスキームを比較した、放射
ポンプ出力に対する出力変換効率を示したものである。
【0014】図4aは、新しいポンピングスキームを用
いた増幅器を示したものである。図4aでは、1つの増
幅ファイバ2に光入力信号1が供給され、増幅ファイバ
は、結合手段を介してレーザポンプモジュールP1およ
びP2に結合されている。増幅された光信号3が、増幅
器から出力される。これは、いずれも必要な波長を有す
る逆伝搬ポンピングの一例である。ポンピングには半導
体レーザモジュールすなわちラマンレーザが使用されて
いる。例えば、1.2μmおよび1.4μmのポンプ
は、いずれも、YbファイバレーザあるいはNd結晶レ
ーザによる半導体レーザポンピングすなわちラマンレー
ザポンピングによって実現することができる。
【0015】図4bは、入力光信号の方向にポンピング
する共伝搬ポンピングスキームを示したものである。結
合手段4は、両方のレーザポンプモジュールへの経路を
有する単一の結合器上に設けることができる。他の解決
法では、結合器を2個使用して、必要な2つの波長を増
幅ファイバに供給する。増幅ファイバの好ましい一実施
形態は少なくともTmでドープされたケイ酸塩ファイバ
である。好ましい他の実施形態では、Tmでドープされ
たZBLANガラスファイバを使用する。
【0016】図4cは、1200nmポンプモジュール
または1400nmポンプモジュールのいずれかが、増
幅ファイバの前または後に接続される共/逆伝搬ポンピ
ングスキームを示したものである。
【0017】図6は、1.2μmおよび1.4μmの両
ポンプ波長を提供するラマンレーザを示したものであ
る。ラマンファイバ5に、1064nmの入力ポンプ信
号が供給される。反射エレメント6は、異なるラマン波
長に対する共振器環境を生成している。第1のストーク
スシフトにより、光信号の波長が1176nmまで増加
する。第3のラマンシフトの後の信号の波長は、124
2nmであり、第5のシフトの後の信号の波長は、14
00nmである。したがって必要なポンプ波長を利用す
ることができる。1242nmおよび1400nmのポ
ンプ波長が、ラマンレーザから部分反射フィルタ7を介
して引き出される。
【0018】図7は、2段ファイバ増幅器を示したもの
で、その第1段は、約1.2μmに位置付けされる第1
の波長と、約1.1μmに位置付けされる第2の波長の
2つの波長の組合せによってポンピングされている。第
2段は、図4で説明したファイバ増幅器である。また、
この2段増幅器のポンプ手段は、図5に示されている。
1.1μm源(例えばYbファイバレーザ)が、増幅器
の第1段およびラマンレーザをポンピングしている。ラ
マンレーザは、1.2μmおよび1.4μmの2つの波
長の光を放出し、1.2μm出力を用いて、増幅器の2
つの段がポンピングされ、1.4μmを用いて第2段が
ポンピングされている。
【0019】以上、図に照らして説明し、かつ、記述し
たファイバ増幅器は、Tmでドープされた導波路増幅器
を実現するための一例である。また、導波路の構造は、
プレーナ構造で実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術によるポンピングスキームを示す図で
ある。
【図2】本発明によるポンピングスキームを示す図であ
る。
【図3】異なるポンピングスキームの比較を示す図であ
る。
【図4a】Tmファイバ増幅器の例を示す図である。
【図4b】Tmファイバ増幅器の他の例を示す図であ
る。
【図4c】Tmファイバ増幅器の他の例を示す図であ
る。
【図5】ZBLANマトリックスにおけるTmイオンの
吸収スペクトルを示す図である。
【図6】本発明に関連するポンプ手段を示す図である。
【図7】2段増幅器を示す図である。
【符号の説明】
P1、P2 ポンプレーザモジュール 1 入力部(導波路増幅器) 2 増幅ファイバ(増幅導波路) 3 出力部 4 結合手段 5 ラマンファイバ 6 反射エレメント 7 部分反射フィルタ 8 ラマンレーザ(ポンプ装置) 9 ポンプレーザ(ポンプ装置) 21 導波路増幅器の第1の段 22 導波路増幅器の第2の段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F072 AB07 AB20 AK06 PP10 QQ07 RR01 YY17 5K002 AA06 BA13 BA31 CA13 FA01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光信号のための入力部(1)および光信
    号のための出力部(3)と、少なくとも1つの増幅ファ
    イバ(2)と、増幅導波路にポンプレーザモジュール
    (P1、P2)を結合するための少なくとも1つの手段
    (4)とを備える波路増幅器であって、増幅導波路
    (2)が、Tmイオンでドープされた材料からなり、ポ
    ンプレーザモジュール(P1、P2)が、約1200n
    mの第1の波長および約1400nmの第2の波長を放
    出することを特徴とする導波路増幅器。
  2. 【請求項2】 一方のポンプモジュール(P1、P2)
    が、増幅ファイバの前の増幅導波路に結合され、もう一
    方のポンプモジュール(P1、P2)が、増幅導波路の
    後に結合されることを特徴とする請求項1に記載の導波
    路増幅器(1)。
  3. 【請求項3】 共伝搬ポンピングのために、両方のポン
    プモジュール(P1、P2)が、増幅導波路の前の増幅
    導波路に接続されることを特徴とする請求項1に記載の
    導波路増幅器(1)。
  4. 【請求項4】 逆伝搬ポンピングのために、両方のポン
    プモジュール(P1、P2)が、増幅導波路の後の増幅
    導波路に接続されることを特徴とする請求項1に記載の
    導波路増幅器(1)。
  5. 【請求項5】 約1200nmおよび1400nmの2
    つのポンプ波長を同時に導波路中に供給することによっ
    て、導波路中のTmイオンをポンピングするためのポン
    ピングスキームを備える、請求項1に記載の導波路増幅
    器(1)。
  6. 【請求項6】 導波路増幅器のポンプが、単一のポンプ
    レーザによってポンピングされる2つの波長で同時に放
    出するラマンレーザである、請求項1に記載の導波路増
    幅器(1)。
  7. 【請求項7】 ポンプ装置(8、9)に接続された第2
    のTmドープ導波路を備える第2の段(22)と接続さ
    れたポンプ装置(8、9)に接続された第1のTmドー
    プ導波路を備える第1の段(21)からなる導波路増幅
    器であって、第1の段が、約1.2μmおよび約1.1
    μmの2つの波長の組合せによってポンピングされ、第
    2の段が、波長約1.4μmおよび1.2μmでポンピ
    ングされ、ポンプ装置が、約1.1μmのポンプで放出
    するポンプレーザ(9)によってポンピングされるラマ
    ンレーザ(8)からなる導波路増幅器。
  8. 【請求項8】 少なくとも請求項1または7に記載の導
    波路増幅器を備える通信システム。
  9. 【請求項9】 約1200nmおよび1400nmの2
    つのポンプ波長を同時に導波路中に供給することによっ
    て、導波路中のTmイオンをポンピングするためのポン
    ピングスキーム。
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