JP2006062916A - Optical functional waveguide material and optical amplification medium, optical amplifier, laser device, and light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスである光機能導波路材料およびこの材料を用いた光増幅媒体、光増幅器、光源に関し、とくに、1.5μmから1.7μmの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、光源に利用して有効である。 The present invention relates to an optical functional waveguide material which is a material glass for an optical fiber or an optical waveguide, and an optical amplifying medium, an optical amplifier, and a light source using the material, and particularly operates in a wavelength range of 1.5 μm to 1.7 μm. The present invention is effective for use in a wide-band optical amplifying medium that can be used, an optical amplifier having a wide-band and low-noise characteristic using the optical amplifying medium, a laser device, and a light source.
光通信システムでは伝送容量の拡大および機能向上のために、1本の光ファイバの中に複数の波長の光信号を合波して伝送したり、逆に1本の光ファイバを伝搬してきた複数の波長の光信号を波長ごとに分波したりする波長多重伝送技術(WDM:Wavelength Division Multiplexing)の研究開発が現在行われている。この伝送方式では、1本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送し、伝送距離に応じて従来と同じように中継増幅する必要がある。そこで、光信号波長を増し伝送容量を上げるには、広い増幅波長帯を持つ光増幅器が必要になる。 In an optical communication system, in order to expand transmission capacity and improve functions, optical signals of a plurality of wavelengths are combined and transmitted in one optical fiber, or conversely, a plurality of optical signals propagated through one optical fiber. Research and development of a wavelength division multiplexing (WDM) technique that demultiplexes an optical signal having a wavelength of 1 for each wavelength is currently underway. In this transmission method, it is necessary to transmit a plurality of optical signals having different wavelengths through a single optical fiber, and to relay and amplify the optical signal in the same manner as in the past according to the transmission distance. Therefore, in order to increase the optical signal wavelength and increase the transmission capacity, an optical amplifier having a wide amplification wavelength band is required.
また、光通信システムを保守、監視するためのシステムの波長には1.61μmから1.66μmの間の波長が考えられており、保守、監視システムのための光源や光増幅器の開発が望まれている。 Further, the wavelength of a system for maintaining and monitoring an optical communication system is considered to be a wavelength between 1.61 μm and 1.66 μm, and development of a light source and an optical amplifier for the maintenance and monitoring system is desired. ing.
近年、光通信分野への応用を目的として、コアに希土類元素を添加した光ファイバを光増幅媒体とした光ファイバ増幅器、例えばEr(エルビウム)添加光ファイバ増幅器(EDFA:Erbium Doped optical Fiber Amplifier )の研究開発が進められ、光通信システムへの応用が盛んに進められている。このEDFAは、シリカ系光ファイバの損失が最低となる1.5μm帯で動作し、30dB以上の高利得、低雑音、広い利得帯域、利得が偏波無依存、高い飽和出力などの優れた特徴を有することが知られている。 In recent years, for the purpose of application to the optical communication field, an optical fiber amplifier using an optical fiber with a rare earth element added to the core as an optical amplification medium, for example, an Er (Erbium) doped optical fiber amplifier (EDFA) is used. Research and development are progressing, and application to optical communication systems is actively promoted. This EDFA operates in the 1.5 μm band where the loss of silica-based optical fiber is minimized, and has excellent features such as high gain of 30 dB or more, low noise, wide gain band, gain independent of polarization, and high saturation output. It is known to have
上記EDFAをWDM伝送に応用するときに要求される性能の一つは、上記したように、増幅帯域が広いことである。これまで、増幅帯域の広いEDFAとして、フッ化物ガラスをEr添加光ファイバ増幅器のホストとして用いたフッ化物EDFAが開発されている。 One of the performances required when the EDFA is applied to WDM transmission is that the amplification band is wide as described above. So far, a fluoride EDFA using fluoride glass as a host of an Er-doped optical fiber amplifier has been developed as an EDFA having a wide amplification band.
また、テルライトEDFAを用いると、従来の石英系EDFAやフッ化物系EDFA増幅帯域よりも2倍以上広い1.53μmから1.56μmまでの波長増幅帯域よりも2倍以上広い1.53μmから1.61μmまでの波長帯域での一括増幅が可能となる。したがって、将来の超大容量WDMシステム用EDFAとして注目されている。 When tellurite EDFA is used, 1.53 μm to 1.3 μm wider than the wavelength amplification band from 1.53 μm to 1.56 μm wider than the conventional quartz-based EDFA and fluoride-based EDFA amplification band. Collective amplification in a wavelength band up to 61 μm is possible. Therefore, it attracts attention as an EDFA for future ultra-high capacity WDM systems.
ところで、WDMシステム用EDFAとして要求される性能は、(1)増幅の広帯域性および(2)増幅の平坦性である。まず、増幅の広帯域性について述べる。 By the way, the performance required for an EDFA for a WDM system is (1) wide bandwidth of amplification and (2) flatness of amplification. First, the broadband property of amplification will be described.
このEr添加テルライト光ファイバを増幅媒体としたとき、増幅帯域が拡がるのは、テルライトガラス中では1.5μm帯の光増幅をひき起こすErの 4I13/3準位と 4I15/2準位の誘導放出断面が他のガラス中よりも大きくなり、特に、1.6μm帯の長波長域では他のガラス中より約2倍程の値を取るからである。従って、テルライトEDFAでは、他のEDFAに比べて長波長域で大きな利得が得やすくなっている。 When this Er-doped tellurite optical fiber is used as an amplifying medium, the amplification band is widened because the 4 I 13/3 level and 4 I 15/2 level of Er causing 1.5 μm band optical amplification in tellurite glass. This is because the stimulated emission cross section of the level becomes larger than in other glasses, and in particular, in the long wavelength region of 1.6 μm band, it takes about twice as much value as in other glasses. Therefore, in the tellurite EDFA, it is easy to obtain a large gain in a long wavelength region as compared with other EDFAs.
ところで、短波長域での増幅度は、基底準位の 4I15/2準位のErの占有率と4I13/3準位の占有率との差で決まる。すなわち、 4I15/2準位が全く占有されていなければ、利得は1.50μmのような短波長まで得ることができる。 Incidentally, the amplification degree in a short wavelength range is determined by the difference between the occupancy of 4 I 15/2 level position of Er ground levels and 4 I 13/3 level position of occupancy. That is, if the 4 I 15/2 level is not occupied at all, the gain can be obtained up to a short wavelength such as 1.50 μm.
しかし、長波長域(例えば、1.60μm付近)で高い利得を得ようとして、ファイバ長を長くすると、 4I15/2準位のファイバ全体での占有率が上がり、短波長域での利得は得られなくなり、また、1.54μm付近の雑音指数(NF:Noise Figure)も上がってしまうことになる。従って、テルライト光ファイバであっても、1本の光ファイバでカバーできる増幅帯域は限られたものになってしまう。実際、1本のテルライト光ファイバを用いて得られる低NFで高利得な動作波長域は、1.55μmから1.61μmの60nm程度である。 However, increasing the fiber length in order to obtain a high gain in the long wavelength region (for example, around 1.60 μm) increases the occupation ratio of the entire 4 I 15/2 level fiber, resulting in a gain in the short wavelength region. Cannot be obtained, and the noise figure (NF: Noise Figure) near 1.54 μm also increases. Therefore, even if it is a tellurite optical fiber, the amplification band which can be covered with one optical fiber will be limited. Actually, the operating wavelength range of low NF and high gain obtained by using one tellurite optical fiber is about 60 nm from 1.55 μm to 1.61 μm.
つぎに、WDMシステム用EDFAとして要求される第2の性質である増幅の平坦性について述べる。 Next, the flatness of amplification, which is the second property required as an EDFA for a WDM system, will be described.
WDMシステム用EDFAとして要求される性能は、(1)増幅の広帯域性および(2)増幅の平坦性である。テルライトEDFAは増幅の広帯域性には優れているけれども、増幅の平坦性は劣る。例えば、利得ピーク波長1.56μmと1.60μmとでの利得偏差は15dB以上ある。したがって、利得の平坦化をはかるには、ファイバ・ブラッグ・グレーティング等の利得等化器をEDFAに適用する必要がある。しかし、利得偏差が大き過ぎる場合には平坦化するための利得等化器の設計が困難となったり、また複数の利得等化器を用いなければ利得等化ができなかったりするのが現状である。実際、テルライトEDFAの場合、利得偏差が15dB以上あるために、WDMシステムに適用される利得偏差が1dB以下のものが利得等化器を用いても実現されていない。 The performance required for an EDFA for a WDM system is (1) wide bandwidth of amplification and (2) flatness of amplification. While tellurite EDFA is excellent in amplification broadband, amplification flatness is inferior. For example, the gain deviation at a gain peak wavelength of 1.56 μm and 1.60 μm is 15 dB or more. Therefore, in order to flatten the gain, it is necessary to apply a gain equalizer such as a fiber Bragg grating to the EDFA. However, if the gain deviation is too large, it is difficult to design a gain equalizer for flattening, or gain equalization cannot be achieved without using a plurality of gain equalizers. is there. In fact, in the case of the tellurite EDFA, since the gain deviation is 15 dB or more, the gain deviation applied to the WDM system is not realized even if the gain equalizer is used.
EDFAの本来の増幅スペクトルの形状を変化させるには、誘導放出断面積スペクトルの形状を変える必要がある。 In order to change the shape of the original amplified spectrum of the EDFA, it is necessary to change the shape of the stimulated emission cross section spectrum.
テルライトEDFAの場合、その利得スペクトルを平坦化し、利得等化しやすくするには、1.6μm帯付近の誘導放出断面積が大きくなるようなファイバホストを用いると良い。これは、その場合、1.53μmから1.56μmまでの波長帯と1.6μm帯との利得偏差を低下させることができるためである。 In the case of tellurite EDFA, a fiber host having a large stimulated emission cross section in the vicinity of the 1.6 μm band may be used to flatten the gain spectrum and facilitate gain equalization. This is because in that case, the gain deviation between the wavelength band from 1.53 μm to 1.56 μm and the 1.6 μm band can be reduced.
従来のテルライトEDFAのファイバホストとしては、TeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 系ガラス(特許文献1)、TeO2 −ZnO−Li2 O−Bi2 O3 (特許文献2)などのガラスが用いられている。これらのガラス系では利得偏差は15dB以上になる。 Conventional fiber hosts for tellurite EDFA include TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 glass (Patent Document 1), TeO 2 —ZnO—Li 2 O—Bi 2 O 3 (Patent Document 2), etc. Glass is used. In these glass systems, the gain deviation is 15 dB or more.
ここで、現在までの開発状況について簡単に説明する。
特許文献3〜6および特許文献7において、Cooleyらは希土類元素を添加したテルライトガラスでレーザ発振が可能なことを示している。しかし、Cooleyらはファイバ化までは行っておらず、ファイバ化に必要な光屈折率(比屈折率)の調整およびガラスの熱安定性には言及していない。
Here, the development status up to now will be briefly described.
In
一方、特許文献8において、Snitzerらは、テルライトガラスを用いればEDFAの増幅帯域が拡大し、さらに光増幅にはファイバ化が不可欠であるとして、光学活性元素である希土類元素を含み、かつファイバ化が可能なテルライトガラスの組成範囲を具体的に開示した。そのガラスはTeO2 ,R2 OおよびQO(RはLi以外の一価金属、Qは二価金属)よりなる3元系である。一価金属としてのLiは、熱安定性の低下などのために除外されている。
On the other hand, in
特許文献6にてSnitzer らは、上記テルライトガラス中および石英系ガラス中でのエルビウムイオンの蛍光スペクトルを比較し、テルライトガラス中の方がスペクトル幅の広いことから、上記テルライトガラスを用いればEDFAの広帯域増幅が可能であり、さらに、プラセオジム、ネオジム等の添加が可能であることを示し、これら光学活性物質の添加により、上記3元系テルライトガラスを用いた光ファイバで光増幅が可能であるとしている。しかし、特許文献6には光増幅を実際に行ったことを示す利得、励起波長および信号波長などの具体的な記載は一切ない。すなわち、特許文献6は、単にファイバ化可能な3元系テルライトガラスの組成範囲を示し、光学活性な希土類元素を添加することが可能であることを示したにすぎない。
In
さらにSnitzer らは、非特許文献1において、特許文献8に記載された以外の組成を含む種々のテルライトガラスの熱的および光学的特性を示している。しかし、ここでも光増幅およびレーザ発振についての具体的な記載はない。
Furthermore, Snitzer et al. Show the thermal and optical characteristics of various tellurite glasses containing compositions other than those described in
さらに、Snitzer らは、非特許文献1の直後に発行された非特許文献2において、初めてネオジム添加テルライトガラスの単一モードファイバを用いたレーザ発振に関して初めて報告している。
Furthermore, Snitzer et al. Reported for the first time on laser oscillation using a single mode fiber of neodymium-doped tellurite glass in Non-Patent
上記単一モードファイバは、コアが76.9%TeO2 −6.0%Na2 O−15.5%ZnO−1.5%Bi2 O3 −0.1%Nd2 O3 、クラッドが75%TeO2 −5.0%Na2 O2−20.0%ZnOで示される組成からなり、818nm励起で1061nmのレーザ発振を行っている。非特許文献2中にファイバの損失は記載されていないが、非特許文献1中には、コア組成Nd2 O3−77%TeO2 −6.0%Na2 O−15.5%ZnO−1.5%Bi2 O3 、クラッド組成75%TeO2 −5.0%Na2 O2−20.0%ZnOのファイバ(非特許文献2に記載のものと同一と推定される)の損失が、1.55μmにおいて1500dB/km、励起光波長(0.98μm)において、3000dB/kmであることが記載されている(図7を参照。この図は後述するテルライトガラス中のEr3+の 4I13/2→ 4I15/2発光およびフッ化物ガラス中のEr3+の 4I13/2→ 4I15/2発光を比較したものである)。
The single mode fiber has a core of 76.9% TeO 2 -6.0% Na 2 O-15.5% ZnO-1.5% Bi 2 O 3 -0.1% Nd 2 O 3 and a cladding of It has a composition represented by 75% TeO 2 -5.0% Na 2 O 2 -20.0% ZnO, and oscillates at 1061 nm with 818 nm excitation. Although the loss of the fiber is not described in Non-Patent Document 2 , the core composition Nd 2 O 3 -77% TeO 2 -6.0% Na 2 O-15.5% ZnO- is not described in Non-Patent
このファイバのコア組成は、Bi2 O3 が加わっている点で特許文献8の3元系と異なるが、上記3元系にBi2 O3 が加わった組成のガラスの熱安定性に関する記載は、非特許文献2にも、また非特許文献1、特許文献8にも一切ない。
The core composition of the fiber is different from the
しかし、前述のフッ化物EDFAは増幅帯域が30nm程度であり、WDMの帯域拡大のためにファイバ増幅器の帯域拡大を行うのには、これだけではまだ不十分である。 However, the above-mentioned fluoride EDFA has an amplification band of about 30 nm, and this alone is still insufficient to expand the band of the fiber amplifier for expanding the band of WDM.
一方、これまで述べてきた通り、テルライトガラスは蛍光スペクトルの幅が広いことから、EDFAのホストとすれば増幅帯域を拡げられる可能性があることが示された。また、TeO2 ,R2 OおよびQO(RはLi以外の一価金属、Qは二価金属)よりなる3元系でファイバ化が可能であることも示され、前記組成を基本とするネオジム添加単一モードファイバで1061nmのレーザ発振が実現された。 On the other hand, as described so far, tellurite glass has a wide fluorescence spectrum, and thus it has been shown that the amplification band may be expanded if it is a host of EDFA. It is also shown that a ternary system composed of TeO 2 , R 2 O and QO (R is a monovalent metal other than Li and Q is a divalent metal) can be made into a fiber, and neodymium based on the above composition. A laser oscillation of 1061 nm was realized with the doped single mode fiber.
以下にテルライトEDFA実現のための課題を示す。
そのためにはまず、目的とするEDFAとこれまでに実現されたNd(ネオジム)添加ファイバレーザとの相違、すなわちガラス中のErの1.5μm帯発光とNdの1.06μm帯発光の相違を示す必要がある。
The following are issues for realizing the Tellurite EDFA.
For that purpose, first, the difference between the target EDFA and the Nd (neodymium) -doped fiber laser realized so far, that is, the difference between 1.5 μm emission of Er in glass and 1.06 μm emission of Nd is shown. There is a need.
前者の光学遷移は模式的に図17で示される。すなわち目的としている準位2から準位1への誘導放出を得るために、準位1から準位3(準位2よりエネルギーの高い準位)に励起して、準位3から準位2への緩和により準位1・2間の反転分布を形成している。これを3準位系という。一方、図18に示すように、誘導放出の終準位が基底準位ではなく、基底準位の上位準位である準位1のとき、これを4準位系という。3準位系は4準位系と比較して誘導放出の終準位が基底状態であるため反転分布を形成しにくい。したがって3準位系のEDFAでは励起光強度を強めるとともに、ファイバ自体も低損失化および高Δn(Δn:コア・クラッド間の比屈折率差)化が必要である。高Δn化は効率的な励起のためである。
The former optical transition is schematically shown in FIG. That is, in order to obtain the intended stimulated emission from
ここで、ファイバの損失が大きいと、たとえ光増幅は行えても増幅帯域が拡げられないことを簡単に示す。 Here, it is simply shown that if the loss of the fiber is large, the amplification band cannot be expanded even if optical amplification can be performed.
図19に、石英系EDFAとテルライトEDFAついてその利得の波長依存性の模式図を示す。テルライトEDFAは、この図のように、石英系EDFAよりも広帯域な光増幅が期待できる。しかし、石英系ガラス以外のガラスでは石英系ガラスと比較して通信波長帯での損失は大きい。そのため、光ファイバ増幅器ではこの損失が利得を実質的に低下させる。 FIG. 19 shows a schematic diagram of the wavelength dependence of gain for quartz-based EDFA and tellurite EDFA. As shown in this figure, the tellurite EDFA can be expected to have a wider optical amplification than the quartz EDFA. However, the glass other than the quartz glass has a larger loss in the communication wavelength band than the quartz glass. Therefore, this loss substantially reduces the gain in the optical fiber amplifier.
図20に模式的に示すように、損失が小さい場合はテルライトガラスの増幅帯域は前記のものに近いが、損失が大きくなると増幅帯域が小さくなる。 As schematically shown in FIG. 20, when the loss is small, the amplification band of the tellurite glass is close to the above, but when the loss increases, the amplification band decreases.
ところで、最近のWDM伝送では、伝送容量の増大をはかるために1チャネル当りの伝送速度の高速化が進められている。そのためには、伝送路の一部を構成しているEr添加光ファイバ自体の波長分散特性の最適化をはかる必要があるが、これまで、このようなEr添加光ファイバ自体の波長分散に関して注意が払われていなかった。 By the way, in recent WDM transmission, in order to increase the transmission capacity, the transmission rate per channel is increased. For this purpose, it is necessary to optimize the wavelength dispersion characteristics of the Er-doped optical fiber itself that constitutes a part of the transmission line. However, attention has been paid to the wavelength dispersion of the Er-doped optical fiber itself. Was not paid.
テルライトガラスの場合、材料分散値が零となる波長は、2μmよりも長波長帯に位置し、EDFAに使用する高NA(Numerical Aperture)ファイバの波長分散値は、1.55μm帯において、通常、−100ps/km/nm以下の値を取ることになる。このため、ファイバを10m程度の短尺で用いた場合でも、このファイバの波長分散値は−1ps/nm以下の大きな値となる。 In the case of tellurite glass, the wavelength at which the material dispersion value becomes zero is located in a wavelength band longer than 2 μm, and the wavelength dispersion value of a high NA (Numerical Aperture) fiber used for EDFA is usually 1.55 μm band. , And takes a value of −100 ps / km / nm or less. For this reason, even when the fiber is used as short as about 10 m, the chromatic dispersion value of the fiber is a large value of −1 ps / nm or less.
従って、テルライトEDFAを長距離、高速WDM伝送に使用するためには、その波長分散値をできるだけ零に近づける必要がある。ところが、上述したように、テルライトガラスの材料分散値は2μm以上の波長域で零となるため、テルライトガラスファイバでは、石英ファイバで行われているようなファイバの構造パラメータを最適化することによって1.55μm帯での波長分散値を零に近づけるという手法が取れないのが現実である。 Therefore, in order to use the tellurite EDFA for long-distance high-speed WDM transmission, it is necessary to make the chromatic dispersion value as close to zero as possible. However, as described above, since the material dispersion value of tellurite glass becomes zero in the wavelength region of 2 μm or more, in the tellurite glass fiber, the structural parameters of the fiber as in the case of quartz fiber should be optimized. As a result, it is impossible to take the method of bringing the chromatic dispersion value in the 1.55 μm band close to zero.
また、テルライト光ファイバは、1.3μm帯増幅用のPr(プラセオジム)のホストとしても使用できる。ところが、上述のように、テルライト光ファイバは、1.3μm帯において、絶対値で大きな波長分散値を持つ。そのため、テルライト光ファイバを使用して高速光信号を増幅する場合には、パルス波長のひずみが誘起されるので、波長分散値の補正をしないと、光通信システム中での使用が困難になる。
したがって、本発明の課題は、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、とくにErの1.5μm帯の誘導放出断面積がより平坦になるファイバホスト(ホストガラス)としての適性にすぐれた光機能導波路材料を提供することにある。これとともに、この材料を光増幅媒体として用いることにより利得平坦化したEDFAを提供することにある。また、従来のEDFAの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するEDFAを提供することにある。さらに、光学活性な希土類元素を添加して、従来のガラス材料では実現不可能だった機能、たとえば広帯域EDFAのような機能を発現できる光ファイバまたは光導波路を提供することを課題とする。また、上記光機能導波路材料を用い、とくに1.5μmから1.7μmの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することも課題とする。
上記以外の本発明の課題および特徴については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
Accordingly, the object of the present invention is a material glass for an optical fiber or an optical waveguide, and particularly excellent in suitability as a fiber host (host glass) in which the stimulated emission cross section of Er 1.5 μm band becomes flatter. The object is to provide an optical functional waveguide material. At the same time, an object of the present invention is to provide an EDFA having a flattened gain by using this material as an optical amplification medium. Another object of the present invention is to provide an EDFA that operates with a low noise in a wider band by expanding the operating wavelength band of the conventional EDFA. It is another object of the present invention to provide an optical fiber or an optical waveguide to which an optically active rare earth element is added and a function that cannot be realized by a conventional glass material, for example, a function like a broadband EDFA can be realized. In addition, a broadband optical amplification medium that can operate in the wavelength range of 1.5 μm to 1.7 μm using the above optical functional waveguide material, an optical amplifier having a broadband and low noise characteristics using this optical amplification medium, and a laser Another object is to provide an apparatus and a light source.
Other problems and features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
上記課題の解決手段として、本発明では、以下のような光機能導波路材料、この光機能導波路材料を用いた光増幅媒体、光増幅器、レーザ装置、光源として、以下の手段を提供する。 As means for solving the above problems, the present invention provides the following means as an optical functional waveguide material as described below, an optical amplification medium, an optical amplifier, a laser device, and a light source using the optical functional waveguide material.
(1): 光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
0<Ta2 O5 ≦12(モル%)、
0<(BaO+SrO)≦20(モル%)、および
80≦TeO2 ≦97(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
(1): A material glass for an optical fiber or an optical waveguide,
0 <Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
0 <(BaO + SrO) ≦ 20 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 97 (mol%)
An optical functional waveguide material having a composition comprising:
(2):(1)において、上記光機能導波路材料におけるTa2 O5 の添加量は、
6≦Ta2 O5 ≦12(モル%)
の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の光機能導波路材料。
(2): In (1), the amount of Ta 2 O 5 added to the optical functional waveguide material is
6 ≦ Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%)
The optical functional waveguide material according to
(3):光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
0<Ta2 O5 ≦12(モル%)、
0<(BaO+SrO)≦20(モル%)、および
80≦TeO2 ≦94(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
(3): A material glass for an optical fiber or an optical waveguide,
0 <Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
0 <(BaO + SrO) ≦ 20 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 94 (mol%)
An optical functional waveguide material having a composition comprising:
(4):光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
6≦Ta2 O5 ≦12(モル%)、
4≦(BaO+SrO)≦12(モル%)、および
80≦TeO2 ≦88(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
(4): Material glass for optical fiber or optical waveguide,
6 ≦ Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
4 ≦ (BaO + SrO) ≦ 12 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 88 (mol%)
An optical functional waveguide material having a composition comprising:
(5):(1)〜(4)のいずれかにおいて、少なくともコアにErを添加した光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、この材料ガラスにAl2 O3 を加えた組成を有することを特徴とする光機能導波路材料。 (5): In any one of (1) to (4), a material glass for an optical fiber or an optical waveguide having at least Er added to the core, wherein Al 2 O 3 is added to the material glass. An optical functional waveguide material.
(6):光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
0<Ta2 O5 ≦12(モル%)、
0<(BaO+SrO)≦20(モル%)、および
80≦TeO2 ≦97(モル%)、
0<Al2 O3 ≦4(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
(6): Material glass for optical fiber or optical waveguide,
0 <Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
0 <(BaO + SrO) ≦ 20 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 97 (mol%),
0 <Al 2 O 3 ≦ 4 (mol%)
An optical functional waveguide material having a composition comprising:
(7):コアガラスとクラッドガラスとを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、(1)〜(6)のいずれかに記載の光機能導波路材料からなることを特徴とする光増幅媒体。 (7): An optical amplifying medium comprising an optical fiber or an optical waveguide having a core glass and a clad glass, wherein the optical functional waveguide material is any one of (1) to (6). Optical amplifying medium.
(8):(7)において、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料の少なくとも一つは、Erまたは、Erおよびイッテルビウム(Yb)が添加されていることを特徴とする光増幅媒体。 (8): In (7), Er or Er and ytterbium (Yb) are added to at least one of the optical functional waveguide material of the core glass or the optical functional waveguide material of the clad glass. A characteristic optical amplification medium.
(9):(7)または(8)において、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料の少なくとも一つは、ホウ素、リン、および水酸基からなる群から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする光増幅媒体。 (9): In (7) or (8), at least one of the optical functional waveguide material of the core glass or the optical functional waveguide material of the clad glass is selected from the group consisting of boron, phosphorus, and a hydroxyl group. An optical amplifying medium comprising at least one selected from the group consisting of:
(10):(7)〜(9)のいずれかにおいて、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料の少なくとも一つは、Ce,Pr,Nd,Sm,Tb,Gd,Eu,Dy,Ho,Tm、およびYbからなる群から選択される元素が添加されていることを特徴とする光増幅媒体。 (10): In any one of (7) to (9), at least one of the optical functional waveguide material of the core glass or the optical functional waveguide material of the clad glass is Ce, Pr, Nd, Sm, Tb. , Gd, Eu, Dy, Ho, Tm, and an element selected from the group consisting of Yb are added.
(11):(7)〜(10)のいずれかにおいて、少なくともコアにErを添加した材料ガラスからなる光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、上記材料ガラスの組成はAl2 O3 を加えた光機能導波路材料であること特徴とする光増幅媒体。 (11): In any one of (7) to (10), an optical amplifying medium composed of an optical fiber or an optical waveguide made of material glass with at least Er added to the core, wherein the composition of the material glass is Al 2 O An optical amplification medium characterized by being an optical functional waveguide material to which 3 is added.
(12):(7)〜(11)のいずれかにおいて、カットオフ波長が0.4μmから2.5μmであることを特徴とする光増幅媒体。 (12) The optical amplification medium according to any one of (7) to (11), wherein the cutoff wavelength is 0.4 μm to 2.5 μm.
(13):光共振器と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光共振器に備わる光増幅媒体の少なくとも一つは、(7)〜(12)のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。 (13): A laser apparatus having an optical resonator and a pumping light source, wherein at least one of the optical amplification media included in the optical resonator is the optical amplification medium according to any one of (7) to (12). A laser device characterized by comprising:
(14):少なくともコアにErを添加した光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置したレーザ装置であって、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、(7)〜(12)のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。 (14): A laser device in which a plurality of optical amplifying media made of optical fibers having at least Er added to the core are arranged in series, wherein at least one of the optical amplifying media is any one of (7) to (12) A laser device comprising the optical amplifying medium described in 1.
(15):光増幅媒体と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光増幅媒体は、(7)〜(12)のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。 (15) A laser device having an optical amplification medium and an excitation light source, wherein the optical amplification medium is composed of the optical amplification medium according to any one of (7) to (12).
(16):光増幅媒体と、この光増幅媒体を励起する励起光および信号光をその増幅媒体に入力する入力手段とを備えた光増幅器であって、上記光増幅媒体は、(7)〜(12)のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。 (16): An optical amplifier comprising an optical amplification medium and input means for inputting excitation light and signal light for exciting the optical amplification medium to the amplification medium, wherein the optical amplification medium comprises (7) to An optical amplifier comprising the optical amplification medium according to any one of (12).
(17):少なくともコアにErを添加した光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置した光増幅器であって、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、上記(7)〜(12)のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
(17): An optical amplifier in which a plurality of optical amplifying media made of optical fibers having at least Er added to the core are arranged in series, wherein at least one of the optical amplifying media is any of (7) to (12) above An optical amplifier comprising the optical amplification medium according to
(18):光機能導波路材料を増幅媒体とする光増幅器であって、(7)〜(12)のいずれかに記載の光増幅媒体の前後の少なくとも1ケ所に、その光増幅媒体とは異なる符号の波長分散値によって分散を補償する分散媒質が設けられていることを特徴とする光増幅器。 (18): An optical amplifier using an optical functional waveguide material as an amplification medium, wherein the optical amplification medium is at least one place before and after the optical amplification medium according to any one of (7) to (12). An optical amplifier comprising a dispersion medium that compensates for dispersion by chromatic dispersion values of different signs.
(19):(18)において、上記光増幅媒体が、希土類元素および/または遷移金属元素を添加した光機能導波路材料からなる光導波路であることを特徴とする光増幅器。 (19): The optical amplifier according to (18), wherein the optical amplification medium is an optical waveguide made of an optical functional waveguide material to which a rare earth element and / or a transition metal element is added.
(20):(18)または(19)において、上記分散媒質が、光ファイバ、またはファイバ・ブラッグ・グレーティングであることを特徴とする光増幅器。 (20): The optical amplifier according to (18) or (19), wherein the dispersion medium is an optical fiber or a fiber Bragg grating.
(21):Erが添加された光ファイバを増幅媒体として含む光増幅部が複数個直列に配置されてなる光増幅器であって、
上記複数の光増幅部の第2段以降の少なくとも一つには、光ファイバ素材として(1)〜(6)のいずれかに記載の光機能導波路材料からなる光ファイバが用いられ、この光機能導波路材料光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、Er添加濃度およびファイバ長積が上記光機能導波路材料光ファイバより小さいEr添加光ファイバが用いられていることを特徴とする光増幅器。
(21): An optical amplifier in which a plurality of optical amplifying units including an optical fiber doped with Er as an amplification medium are arranged in series,
An optical fiber made of the optical functional waveguide material according to any one of (1) to (6) is used as an optical fiber material for at least one of the second and subsequent stages of the plurality of optical amplification units. The optical amplifying unit upstream of the optical amplifying unit made of the functional waveguide material optical fiber uses an Er-doped optical fiber whose Er addition concentration and fiber length product are smaller than those of the optical functional waveguide material optical fiber. An optical amplifier.
(22):(21)において、増幅媒体の素材として、上記光機能導波路材料光ファイバとともに、フッ化物光ファイバ,石英系光ファイバ,フツリン酸光ファイバ,リン酸系光ファイバまたはカルコゲナイド光ファイバを用いることを特徴とする光増幅器。 (22): In (21), as the material for the amplification medium, together with the optical functional waveguide material optical fiber, a fluoride optical fiber, a quartz optical fiber, a fluorophosphate optical fiber, a phosphate optical fiber, or a chalcogenide optical fiber. An optical amplifier characterized by being used.
(23):(21)または(22)において、上記光機能導波路材料光ファイバからなる光増幅部の前段の少なくとも一つの光増幅部に、その光機能導波路材料光ファイバ以外の光ファイバ素材が用いられていることを特徴とする光増幅器。 (23): In (21) or (22), an optical fiber material other than the optical functional waveguide material optical fiber is added to at least one optical amplifying unit in front of the optical amplifying unit made of the optical functional waveguide material optical fiber. An optical amplifier characterized in that is used.
(24):(21)〜(23)のいずれかにおいて、上記光機能導波路材料光ファイバからなる光増幅部の前段に配置された少なくとも一つの光ファイバのEr添加濃度および光ファイバ長積が、その光機能導波路材料光ファイバのものより小さいことを特徴とする光増幅器。 (24): In any one of (21) to (23), the Er addition concentration and the optical fiber length product of at least one optical fiber arranged in the front stage of the optical amplifying unit made of the optical functional waveguide material optical fiber are An optical amplifier characterized in that the optical functional waveguide material is smaller than that of an optical fiber.
(25):(21)〜(24)のいずれかにおいて、Erが添加された光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器であって、
Er添加濃度および光ファイバ長積の異なる光機能導波路材料光ファイバを少なくとも2つ以上直列に配置し、その配列の中では光ファイバ長積の小さな光ファイバが光ファイバ長積の大きな光ファイバの前段に配置されている配列構造を少なくとも一ケ所含むことを特徴とする光増幅器。
(25): An optical amplifier using the optical fiber added with Er as an amplification medium in any one of (21) to (24),
At least two optical functional waveguide material optical fibers having different Er doping concentrations and optical fiber length products are arranged in series, and in the arrangement, an optical fiber having a small optical fiber length is an optical fiber having a large optical fiber length product. An optical amplifier comprising at least one array structure arranged in the preceding stage.
(26):(1)〜(6)のいずれかに記載の光機能導波路材料にErを添加してなる光機能導波路材料、または光導波路が(7)〜(12)のいずれかに記載の光増幅媒体を用いたことを特徴とする光源。 (26): An optical functional waveguide material obtained by adding Er to the optical functional waveguide material according to any one of (1) to (6), or an optical waveguide according to any one of (7) to (12) A light source using the optical amplification medium described.
(27):(1)〜(6)のいずれかに記載の光機能導波路材料にErを添加してなるガラス材料により形成される光導波路を光増幅媒体としたことを特徴とする光増幅器。 (27): An optical amplifier characterized in that an optical waveguide formed of a glass material obtained by adding Er to the optical functional waveguide material according to any one of (1) to (6) is used as an optical amplification medium. .
(28):(27)において、上記光導波路または上記光ファイバの少なくとも一つは、その端に光カップラを配置し、この光カップラの少なくとも一つの端子に反射体を具備したことを特徴とする光増幅器。 (28): In (27), at least one of the optical waveguide or the optical fiber includes an optical coupler disposed at an end thereof, and a reflector is provided at at least one terminal of the optical coupler. Optical amplifier.
(29):(28)において、上記反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする光源。 (29): The light source according to (28), wherein the reflector is made of a dielectric multilayer filter or a fiber Bragg grating.
(30):(27)または(28)において、反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする請求項27または28に記載の光増幅器。 30. The optical amplifier according to claim 27, wherein the reflector is made of a dielectric multilayer filter or a fiber Bragg grating in (27) or (28).
上記手段により、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、とくにErの1.5μm帯の誘導放出断面積がより平坦になるファイバホストとしての適性にすぐれた光機能導波路材料を提供することができる。これとともに、この材料を光増幅媒体として用いることにより利得平坦化したEDFAを提供することができる。
また、従来のEDFAの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するEDFAを提供することができる。さらに、光学活性な希土類元素を添加して、従来のガラス材料では実現不可能だった機能、たとえば広帯域EDFAのような機能を発現できる光ファイバまたは光導波路を提供することができる。
また、上記光機能導波路材料を用い、とくに1.5μmから1.7μmの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することもできる。
By the above means, an optical functional waveguide material excellent in suitability as a fiber host, which is a material glass for an optical fiber or an optical waveguide, in particular, a stimulated emission cross section of Er 1.5 μm band is flatter is provided. be able to. At the same time, an EDFA with a flattened gain can be provided by using this material as an optical amplification medium.
Further, the operating wavelength band of the conventional EDFA can be expanded to provide an EDFA that operates with a low noise in a wider band region. Further, by adding an optically active rare earth element, it is possible to provide an optical fiber or an optical waveguide that can exhibit a function that cannot be realized by a conventional glass material, for example, a function such as a broadband EDFA.
In addition, a broadband optical amplification medium that can operate in the wavelength range of 1.5 μm to 1.7 μm using the above optical functional waveguide material, an optical amplifier having a broadband and low noise characteristics using this optical amplification medium, and a laser An apparatus and even a light source can be provided.
上記以外の作用/効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Operations / effects other than those described above will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
まず、本発明にもとづくTeO2 −Ba0−SrO−Ta2 O2 組成のガラス材料について説明する。このテルライト系ガラス材料は、本発明の実施形態では、その組成状態により次の3形態(第1〜第3の組成)にクラス分けすることができる。各組成(A〜C)はそれぞれに特有の効果および/または適用途を有する。
First, a glass material having a TeO 2 —
すなわち、第1の形態(A)では、図1にその組成領域Aを示すように、
0<Ta2 O5 ≦12(モル%)、
0<(BaO+SrO)≦20(モル%)、および
80≦TeO2 ≦97(モル%)
からなる組成を持つ。
That is, in the first form (A), as shown in the composition region A in FIG.
0 <Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
0 <(BaO + SrO) ≦ 20 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 97 (mol%)
It has a composition consisting of
第2の形態(B)では、図2にその組成領域Bを示すように、
0<Ta2 O5 ≦12(モル%)、
0<(BaO+SrO)≦20(モル%)、および
80≦TeO2 ≦94(モル%)
からなる組成を持つ。
In the second form (B), as shown in the composition region B in FIG.
0 <Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
0 <(BaO + SrO) ≦ 20 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 94 (mol%)
It has a composition consisting of
第3の形態(C)では、図3にその組成領域Cを示すように、
6≦Ta2 O5 ≦12(モル%)、
4≦(BaO+SrO)≦12(モル%)、および
80≦TeO2 ≦88(モル%)
からなる組成を持つ。
In the third form (C), as shown in the composition region C in FIG.
6 ≦ Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
4 ≦ (BaO + SrO) ≦ 12 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 88 (mol%)
It has a composition consisting of
各組成(A〜C)おいて、(BaO+SrO)はBaとSrの合計割合(モル%)を示す。また、第1,2の組成において、Ta2 O5 および(BaO+SrO)はそれぞれゼロでない有意の添加量を組成分として含む。 In each composition (A to C), (BaO + SrO) represents the total ratio (mol%) of Ba and Sr. Further, in the first and second compositions, Ta 2 O 5 and (BaO + SrO) each contain a significant non-zero addition amount as a component.
ファイバ化に対するガラスの熱安定性はDSC(differential scanning calorimetry :差走査熱量測定)の測定により評価できる。そのTx−Tgの値ΔT(Tx:結晶化温度、Tg:ガラス転移温度)が大きい値をもつガラスがより安定なガラスである。すなわち、単一モードファイバやフォトニッククリスタルファイバの作製時には、母材やガラス管の延伸工程と線引き工程の2回にわたってTg以上の温度にガラス母材を熱するため、TxがTgに近い温度であれば結晶核が次々に成長してファイバの散乱損失が増大する。逆に、Tx−Tgの値ΔTが大きければ低損失なファイバが作製できる。
とくに上記組成領域B,C内のガラスは、Tx−Tgの値ΔTが100℃以上の値を持ち、低損失なファイバ作製する用途に好適である。一方、上記組成(A〜C)からはずれた組成のガラスをコアおよびクラッド両方に使用しても、低損失なファイバの作製は困難になる。それらの組成(A〜C)のうち、とくにTa2 O5 の添加はガラスの安定性に対して大きな効果をもたらす。
The thermal stability of glass against fiberization can be evaluated by DSC (differential scanning calorimetry) measurement. A glass having a large Tx-Tg value ΔT (Tx: crystallization temperature, Tg: glass transition temperature) is a more stable glass. That is, when producing a single mode fiber or photonic crystal fiber, the glass base material is heated to a temperature of Tg or more twice in the drawing process and drawing process of the base material or glass tube, so that Tx is close to Tg. If so, crystal nuclei grow one after another and the scattering loss of the fiber increases. On the other hand, if the value ΔT of Tx−Tg is large, a low-loss fiber can be manufactured.
In particular, the glass in the composition regions B and C has a Tx-Tg value ΔT of 100 ° C. or more, and is suitable for use in producing a low-loss fiber. On the other hand, even if glass having a composition deviating from the above compositions (A to C) is used for both the core and the clad, it is difficult to produce a low-loss fiber. Of these compositions (A to C), especially the addition of Ta 2 O 5 has a great effect on the stability of the glass.
図4は、本発明の光機能導波路材料であるガラスのΔT(ΔT=Tx−Tg)を上記DSCで測定した結果を示す。測定はガラスの一部を粉砕し、一片30mgのバルクガラスを銀製金メッキのシール容器に充填し、アルゴンガス雰囲気中にて昇温速度10℃/分で行った。 FIG. 4 shows the result of measuring the ΔT (ΔT = Tx−Tg) of the glass, which is the optical functional waveguide material of the present invention, by the DSC. The measurement was performed by crushing a part of the glass, filling 30 mg of bulk glass into a silver gold-plated sealed container, and heating at a rate of 10 ° C./min in an argon gas atmosphere.
同図において、グラフ線(a)〜(c)は次の成分比(a)〜(c)にそれぞれ対応する。
(a):BaO:SrO:Ta2 O5 =1:1:2
(b):BaO:SrO:Ta2 O5 =1:1:4
(c):BaO:SrO:Ta2 O5 =1:1:1
同図からあきらかように、Tx−Tgの値ΔTは、Ta2 O5 =10モル%のときにΔTは237℃にもなる。
In the figure, graph lines (a) to (c) correspond to the following component ratios (a) to (c), respectively.
(A): BaO: SrO: Ta 2 O 5 = 1: 1: 2
(B): BaO: SrO: Ta 2 O 5 = 1: 1: 4
(C): BaO: SrO: Ta 2 O 5 = 1: 1: 1
As is clear from the figure, the value ΔT of Tx−Tg is as high as 237 ° C. when Ta 2 O 5 = 10 mol%.
また、Ta2 O5 の添加は屈折率制御の面からも重要な効果をもたらす。図5にTeO2 系ガラスの光屈折率n(波長632.8nmにおける比屈折率)のTa2 O5 添加量依存性を示す。同図において、グラフ線(a)〜(c)と成分比(a)〜(c)は上記と同じ対応である。同図に示すように、成分比およびTa2 O5 添加量を2モル%から12モル%まで変化させると、添加量に比例して屈折率nは2.115から2.17の間を取らせることができる。 Addition of Ta 2 O 5 also has an important effect from the viewpoint of controlling the refractive index. FIG. 5 shows the Ta 2 O 5 addition dependency of the optical refractive index n (specific refractive index at a wavelength of 632.8 nm) of TeO 2 glass. In the figure, the graph lines (a) to (c) and the component ratios (a) to (c) correspond to the same as described above. As shown in the figure, when the component ratio and Ta 2 O 5 addition amount are changed from 2 mol% to 12 mol%, the refractive index n is between 2.115 and 2.17 in proportion to the addition amount. Can be made.
この特性を利用し、Ta2 O5 添加量を変化させることによって、コア・クラッド屈折率差(コア・クラッド間の比屈折率差)が0.2%程度の小さなものから2.5%程度の大きなものまで容易にファイバの設計を行うことができる。 By utilizing this characteristic and changing the amount of Ta 2 O 5 added, the core-clad refractive index difference (relative refractive index difference between the core and the clad) is as small as about 0.2% to about 2.5%. It is possible to easily design a fiber up to a large one.
本発明にもとづく光増幅媒体は、光ファイバまたは光導波路を形成するコアガラスのテルライトガラスまたはクラッドガラスのテルライトガラスの少なくとも一つに、Er(エルビウム)またはErおよびYb(イッテルビウム)が添加されていることを特徴とする。 In the optical amplifying medium according to the present invention, Er (erbium) or Er and Yb (ytterbium) are added to at least one of the tellurite glass of the core glass or the clad glass forming the optical fiber or the optical waveguide. It is characterized by.
本発明にもとづくレーザ装置は、光増幅媒体と励起光源とを有するレーザ装置であって、Erを添加したテルライトガラスを用いた光ファイバを光増幅媒体として用い、Erの 4I13/2準位から 4I15/2準位への誘導放出遷移を利用することを最も主要な特徴とする。 The laser apparatus according to the present invention is a laser device having an optical amplification medium and an excitation light source, an optical fiber using the tellurite glass doped with Er as the optical amplifying medium, 4 I 13/2 level of Er The main feature is the use of a stimulated emission transition from the position to the 4 I 15/2 level.
図6はEr3+のエネルギー準位図である。この図では、上準位 4I13/2から基底準位 4I15/2への遷移により発光することが示されている。 FIG. 6 is an energy level diagram of Er 3+ . In this figure, it is shown that light is emitted by the transition from the upper level 4 I 13/2 to the ground level 4 I 15/2 .
また、図7に示すように、Er3+の 4I13/2→ 4I15/2発光は、フッ化物ガラス中では他のガラス、例えば、石英ガラス中などよりも幅広い 4I13/2→ 4I15/2発光帯を有することが知られている。しかし、図7からわかるように、1.6μmより長波長側では発光強度は小さくなる。Erはフッ化物ガラス中にあっても、1.6μm以上の長波長での光増幅やレーザ発振は起こりにくくなる。 Further, as shown in FIG. 7, Er 4 I 13/2 → 4 I 15/2 emission of 3+, other glass in fluoride glass in, for example, than the quartz glass in a wide range of 4 I 13/2 → It is known to have a 4 I 15/2 emission band. However, as can be seen from FIG. 7, the emission intensity decreases on the wavelength longer side than 1.6 μm. Even if Er is in the fluoride glass, optical amplification and laser oscillation at a long wavelength of 1.6 μm or more are less likely to occur.
しかし、Erはテルライトガラス中に添加されると、他のガラス中よりも強い電場を受け、その結果、 4I13/2や 4I15/2準位等の受けるスターク効果による準位中の拡がりが大きくなり、より長波長域でも誘導放出断面積を持つようになって、図7で見られるように1.65μm以上の長波長でも蛍光が存在する。 However, when Er is added to tellurite glass, it receives a stronger electric field than other glasses, and as a result, it is in the level due to the Stark effect received by the 4 I 13/2 and 4 I 15/2 levels. And the emission emission cross section is increased even in a longer wavelength region, and as shown in FIG. 7, fluorescence exists even at a longer wavelength of 1.65 μm or more.
従って、Erを少なくともコアに添加したテルライトファイバを光増幅媒体とすれば、Er添加石英ファイバやEr添加フッ化物ファイバでは実現できなかった1.5μmから1.7μmにかけての光増幅やレーザ装置が可能になる。 Therefore, if a tellurite fiber having at least Er added to the core is used as an optical amplifying medium, optical amplification and laser devices from 1.5 μm to 1.7 μm, which could not be realized with an Er-added silica fiber or Er-added fluoride fiber, are possible. It becomes possible.
テルライトガラスがホウ素、リンまたは水酸基のうち少なくとも一つを含むと、0.98μm光により 4I11/2準位を励起した場合も利得係数向上および雑音指数が改善される。すなわち、B−O,P−O,O−Hの振動エネルギーは、それぞれ約1400cm-1、1200cm-1、3700cm-1であり、これらを含まないテルライトガラスのフォノンエネルギーは600〜700cm-1であるので、倍以上大きくなる。このため、波長0.98μm付近の光でErの 4I11/2準位を直接励起して 4I13/2→ 4I15/2遷移による1.5μmの光増幅を起こすと、多音子放出よる緩和を受け易くなって、 4I13/2準位の励起効率が低下しにくくなる(図6)。また、 4I11/2準位から 4I13/2 準位への緩和が起きやすいと 、4I13/2準位を1.48μm付近の光で直接励起するよりも、 4I15/2準位を励起したのち 4I13/2準位を励起した方が、 4I13/2準位および 4I15/2準位間の反転分布が得やすく、したがって雑音特性も優れるという利点がある。 When tellurite glass contains at least one of boron, phosphorus and hydroxyl groups, the gain coefficient and the noise figure are improved even when the 4 I 11/2 level is excited by 0.98 μm light. That, B-O, P-O , vibration energy of the O-H, respectively about 1400 cm -1, 1200 cm -1, is 3700 cm -1, phonon energy of tellurite glass containing no these 600~700Cm -1 Therefore, it becomes more than double. For this reason, when light of wavelength around 0.98 μm is directly excited to cause the 4 I 11/2 level of Er to be directly excited and light amplification of 1.5 μm due to the 4 I 13/2 → 4 I 15/2 transition, It becomes easy to receive relaxation due to emission of electrons , and the excitation efficiency of the 4 I 13/2 level is unlikely to decrease (FIG. 6). In addition, 4 I 11/2 and it is likely to occur relaxation from level to 4 I 13/2 level, than to direct excitation of the 4 I 13/2 level in the light in the vicinity of 1.48μm, 4 I 15 / advantage who excites the 4 I 13/2 level After exciting level is, 4 I 13/2 level position and 4 I 15/2 easily obtained inversion between levels, thus excellent noise characteristics There is.
以下、図面を参照しながら本発明にもとづく光増幅媒体とこの光増幅媒体を用いた広帯域光増幅器およびレーザ装置の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of an optical amplifying medium according to the present invention and a broadband optical amplifier and a laser apparatus using the optical amplifying medium according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[実施例1]
溶融後の組成が
(1)TeO2 (85モル%)−(BaO+SrO)(15モル%)、
(2)TeO2 (80モル%)−(BaO+SrO)(10モル%)−Ta2 O5 (10モル%)、
となるように、各組成(1)(2)の成分原料をそれぞれに調合し、各組成(1)(2)の調合原料をそれぞれ20gずつルツボに充填し、電気炉内で酸素雰囲気下、800℃で2時間溶融した。この後、200℃に予加熱したプレート上にてキャストし、得られたガラスを250℃で4時間アニールした。このガラスの一部を破砕し、一片30mgのバルクガラスと、メノウ乳鉢で粉々にしたパウダー30mgとの2種類のサンプルをそれぞれ銀製金メッキのシール容器に充填し、アルゴンガス雰囲気中、昇温速度10℃/分でDSC測定を行った。
Tx−Tgの値ΔTは、Ta2 O5 =0となる(1)のガラスでは20℃以下となり、Ta2 O5 =10モル%となる(2)のガラスでは237℃となった。とくに前記Cの範囲の組成では、熱安定性がΔT=200℃以上に向上していた。
[Example 1]
The composition after melting is (1) TeO 2 (85 mol%)-(BaO + SrO) (15 mol%),
(2) TeO 2 (80 mol%) - (BaO + SrO) (10 mol%) - Ta 2 O 5 ( 10 mol%),
So that the component raw materials of each composition (1) and (2) are respectively prepared, 20 g of each of the mixed raw materials of each composition (1) and (2) is filled in a crucible, It was melted at 800 ° C. for 2 hours. Then, it casted on the plate pre-heated at 200 degreeC, and obtained glass was annealed at 250 degreeC for 4 hours. A portion of this glass was crushed, and two types of samples, a bulk glass of 30 mg each and a powder of 30 mg powdered in an agate mortar, were each filled in a silver gold-plated sealed container, and the heating rate was 10 in an argon gas atmosphere. DSC measurement was performed at ° C / min.
The value ΔT of Tx−Tg was 20 ° C. or less for the glass of (1) where Ta 2 O 5 = 0, and 237 ° C. for the glass of (2) where Ta 2 O 5 = 10 mol%. In particular, in the composition in the range of C, the thermal stability was improved to ΔT = 200 ° C. or more.
DSC測定値を基準にTx−Tg≧100℃となるガラスの使用で低損失なファイバの作製が可能であると述べたが、この範囲のガラスでは、3準位系の光学遷移を用いて高効率な光増幅を行うのに必要な損失0.1dB/m以下を実現することができる。 Although it has been stated that a low-loss fiber can be produced by using glass with Tx−Tg ≧ 100 ° C. based on DSC measurement values, glass in this range is high by using three-level optical transition. A loss of 0.1 dB / m or less required for efficient optical amplification can be realized.
[実施例2]
コアガラスおよびクラッドガラスとして前記B(図2)またはC(図3)に示した組成領域のものを用いる。これらの組成物を、白金ルツボ、または金ルツボを用いて酸素雰囲気で溶融し、吸引成形(サクション・キャスティング)法によりプリフォームを作製した。また、同じく前記A(図1)のガラス組成を用いてジャケット管を回転成形(ローテーショナル・キャスティング)法で作製した。これらプリフォーム、ジャケット管を用いてファイバ線引きした結果、最低損失が0.1dB/m以下、カットオフ波長が0.5μmから2.5μm、コア・クラッド屈折率差が0.2%から2.5%のテルライトファイバを作製することができた。
[Example 2]
As the core glass and the clad glass, those having the composition region shown in B (FIG. 2) or C (FIG. 3) are used. These compositions were melted in an oxygen atmosphere using a platinum crucible or a gold crucible, and a preform was produced by a suction molding (suction casting) method. Similarly, a jacket tube was produced by the rotational molding (rotational casting) method using the glass composition of A (FIG. 1). As a result of fiber drawing using these preforms and jacket tubes, the minimum loss is 0.1 dB / m or less, the cutoff wavelength is 0.5 μm to 2.5 μm, and the core-cladding refractive index difference is 0.2% to 2. A 5% tellurite fiber could be made.
また、コアまたはクラッドガラスにEr,Pr,Yb,Nd,Ce,Sm,Tm,Eu,Tb,HoまたはDy等の希土類を10重量%以下添加することができた(プリフォーム、ジャケット管の作製法については、非特許文献6を参照)。
Moreover, 10% by weight or less of rare earth such as Er, Pr, Yb, Nd, Ce, Sm, Tm, Eu, Tb, Ho, or Dy could be added to the core or clad glass (Preform and jacket tube production). (See
[実施例3]
実施例2と同様に、前記B,C領域のガラス組成を持つテルライトファイバを作成した。その結果、最低損失が0.1dB/m以下、カットオフ波長が0.5μmから2.5μm、コア・クラッド屈折率差が0.2%から2.5%のテルライトファイバを作製することができた。
また、コアガラスまたはクラッドガラスにEr,Pr,Yb,Nd,Ce,Sm,Tm,Eu,Tb,HoまたはDy等の希土類を10重量%以下添加することができた。
[Example 3]
Similarly to Example 2, a tellurite fiber having a glass composition in the B and C regions was prepared. As a result, a tellurite fiber having a minimum loss of 0.1 dB / m or less, a cutoff wavelength of 0.5 μm to 2.5 μm, and a core-clad refractive index difference of 0.2% to 2.5% can be manufactured. did it.
Further, 10 wt% or less of rare earth such as Er, Pr, Yb, Nd, Ce, Sm, Tm, Eu, Tb, Ho or Dy could be added to the core glass or the clad glass.
[実施例4]
TeO2 (88モル%)−(BaO+SrO)(4モル%)−Ta2 O5 (8モル%)組成のガラスにErを1000ppm添加したものをコア材とし、TeO2 (82モル%)−(BaO+SrO)(12モル%)−Ta2 O5 (6モル%)組成のガラスをクラッド材とすることにより、カットオフ波長1.3μm、コア・クラッド屈折率差1.7%の光ファイバを形成し、これを光増幅媒体とした。この光増幅媒体を用いて1.5μmから1.7μmの波長帯の光増幅器を作製し、増幅実験を行った。励起波長として0.98μmを選び、1.5μmから1.7μm帯の信号光源としてDFB(Distributed FeedBack)レーザを用いた。
[Example 4]
TeO 2 (88 mol%)-(BaO + SrO) (4 mol%)-Ta 2 O 5 (8 mol%) glass added with 1000 ppm of Er as a core material, TeO 2 (82 mol%)-( An optical fiber having a cutoff wavelength of 1.3 μm and a core-cladding refractive index difference of 1.7% is formed by using a glass having a composition of BaO + SrO) (12 mol%)-Ta 2 O 5 (6 mol%) as a clad material. This was used as an optical amplification medium. Using this optical amplification medium, an optical amplifier having a wavelength band of 1.5 μm to 1.7 μm was produced, and an amplification experiment was performed. An excitation wavelength of 0.98 μm was selected, and a DFB (Distributed FeedBack) laser was used as a signal light source in the 1.5 μm to 1.7 μm band.
図8は、本実施例の光増幅器の概略的構成を示す図である。信号光源101および励起光源102は光カップラ103を介して増幅用光ファイバ104の一端に接続され、増幅用光ファイバ104の他端には光アイソレータ105が接続されている。なお、各部品の接続は光ファイバ106(符号106a〜106d)で行われている。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the optical amplifier of the present embodiment. The signal light source 101 and the
このような構成からなる光増幅器を用いた増幅実験により、1.5μmから1.7μmの間の波長で増幅利得を得ることができた。 By an amplification experiment using the optical amplifier having such a configuration, an amplification gain could be obtained at a wavelength between 1.5 μm and 1.7 μm.
また、同じ光増幅媒体を用いて、図9で示すチューナブルな狭帯域バンドパスフィルタを挿入したリングレーザを構成した。かかるリングレーザは、図8の信号光源101の代りに、光アイソレータ105の出力側を光カップラ103に接続してリング状の光共振器を形成し、このリング状光共振器の途中に狭帯域バンドパスフィルタ107を挿入したものである。そして、狭帯域バンドパスフィルタ7の透過域を1.5μmから1.7μmの間で変動させ、励起光源102から光を入射してレーザ発振実験を行った。その結果、出力端108から上記波長帯でのレーザ発振を確認することができた。 なお、各部品の接続は光ファイバ106(符号106a〜106e)で行われている。
Further, a ring laser in which the tunable narrow band-pass filter shown in FIG. 9 was inserted was configured using the same optical amplification medium. In this ring laser, instead of the signal light source 101 in FIG. 8, the output side of the optical isolator 105 is connected to the
以上の実施例では励起波長として0.98μmを使い、 4I11/2準位を励起したが、1.48μm帯の波長を用いて 4I13/2準位を直接励起しても良いことは言うまでもない。また、0.98μmより短波長の光で 4I11/2準位よりエネルギーの高い準位を励起しても良い。 In the above embodiment, 0.98 μm is used as the excitation wavelength and the 4 I 11/2 level is excited. However, the 4 I 13/2 level may be directly excited using the wavelength of the 1.48 μm band. Needless to say. In addition, a level having a higher energy than the 4 I 11/2 level may be excited with light having a wavelength shorter than 0.98 μm .
[実施例5]
図8に示す光増幅器を用い、1.5μm帯の光増幅実験を行った。励起波長は0.98μmであった。その結果、1.53μm以上の波長域で雑音指数が7dB以下で増幅することができた。
[Example 5]
An optical amplification experiment in the 1.5 μm band was performed using the optical amplifier shown in FIG. The excitation wavelength was 0.98 μm. As a result, amplification was possible with a noise figure of 7 dB or less in a wavelength region of 1.53 μm or more.
[実施例6]
Erの代りにErおよびYbを共添加したガラスをコアとした以外は実施例3と同様な光ファイバを作製し、光増幅媒体とした。
この光増幅媒体を用い、実施例4および実施例5の構成で、光増幅実験およびレーザ発振実験を行った。励起波長として1.029μm(Yb添加YAGレーザ)、1.047μm(Nd添加YLFレーザ)、1.053μm(Nd添加YAGレーザ)、1.064(Nd添加YAGレーザ)等を使った。このようにYbをErと共添加した場合、YbからErへのエネルギー移動を利用することにより、上述したような波長で励起しても1.5μmから1.7μmの間でのレーザ発振および1.5μm帯の広帯域光増幅を確認することができた。
[Example 6]
An optical fiber similar to that in Example 3 was produced except that Er and Yb co-doped glass were used as the core, and an optical amplification medium was obtained.
Using this optical amplification medium, an optical amplification experiment and a laser oscillation experiment were performed with the configurations of Example 4 and Example 5. As the excitation wavelength, 1.029 μm (Yb-doped YAG laser), 1.047 μm (Nd-doped YLF laser), 1.053 μm (Nd-doped YAG laser), 1.064 (Nd-doped YAG laser), or the like was used. Thus, when Yb is co-added with Er, by utilizing the energy transfer from Yb to Er, laser oscillation between 1.5 μm and 1.7 μm and 1 It was possible to confirm broadband optical amplification in the .5 μm band.
以上の実施例1〜6では光ファイバの組成に着目した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、Cs2 O,Rb2 O,K2 O,Li2O,CaO,MgO,BeO,La2 O3 ,Y2 O3 ,Sc2O3 ,ThO2 ,HfO2 ,ZrO2 ,TiO2 ,Wo3 ,Tl2 O,CdO,PbO,In2 O3 ,Ga2 O3 などのいずれか一つ以上をTeO2 とともに含むガラスであってもよい(参照:ガラスハンドブック(第8編)、作花済夫他編集、朝倉書店、昭和50年発行)。また、ErまたはErおよびYbは、コアのみでなく、クラッドにも添加してもよい。
In the above Examples 1 to 6, an example in which attention is paid to the composition of the optical fiber is shown, but the present invention is not limited to this. For example, Cs 2 O, Rb 2 O , K 2 O, Li 2 O, CaO, MgO, BeO, La 2
さらに、光増幅器は、本発明の光増幅媒体と、この光増幅媒体を励起する励起光源と、信号光の入力および出力手段を有するものであれば、上述した構成に限定されるものではない。 Furthermore, the optical amplifier is not limited to the above-described configuration as long as it has the optical amplification medium of the present invention, an excitation light source for exciting the optical amplification medium, and signal light input and output means.
また、レーザ装置は、光ファイバで構成された光共振器の途中に本発明の光増幅媒体を挿入し、さらに、この光増幅媒体を励起する励起光源を有するものであれば、とくに限定されるものではない。 Further, the laser device is particularly limited as long as the optical amplifying medium of the present invention is inserted in the middle of an optical resonator composed of an optical fiber and further has a pumping light source for exciting the optical amplifying medium. It is not a thing.
[実施例7]
増幅用ファイバとしてEr1000ppmをコアに添加したファイバ4mを用いて1.5μm帯の増幅特性を測定した。コアガラス組成はTeO2 (88モル%)−(BaO+SrO)(4モル%)−Ta2 O5 (8モル%)とし、これにP2 O5 を5重量%添加した。クラッドガラス組成はTeO2 (82モル%)−(BaO+SrO)(12モル%)−Ta2 O5 (6モル%)とした。
コア・クラッド屈折率差は2.5%であり、カットオフ波長を0.96μmとした。
[Example 7]
Amplification characteristics in the 1.5 μm band were measured using a fiber 4 m in which
The core-clad refractive index difference was 2.5%, and the cutoff wavelength was 0.96 μm.
0.98μmの光(光源は半導体レーザ)を励起光として1.5μm帯の小信号利得を測定したところ、リンを添加しないものに比較して利得効率は5倍増加し、2dB/mWに達した。また、入力信号レベルを−10dBmとして飽和領域での利得スペクトルを測定したところ、1530nmから1620nmまで90nm幅で利得がフラットになった(励起強度は200mWであった)。雑音指数はリンを添加しない場合は7dBであったが、リンを添加することにより4dBに低下した。このように、コアガラスとしてリンを添加することにより、利得係数および雑音指数が大幅に改善した。
また、P2 O5 の代りにB2 O3 を添加しても利得係数および雑音指数の改善が確認できた。
When a small signal gain in the 1.5 μm band was measured using 0.98 μm light (the light source is a semiconductor laser) as a pumping light, the gain efficiency increased by a factor of 5 and reached 2 dB / mW compared to the case where phosphorus was not added. did. Further, when the gain spectrum in the saturation region was measured with the input signal level set at -10 dBm, the gain became flat with a width of 90 nm from 1530 nm to 1620 nm (excitation intensity was 200 mW). The noise figure was 7 dB when phosphorus was not added, but decreased to 4 dB by adding phosphorus. Thus, the addition of phosphorus as the core glass significantly improved the gain coefficient and noise figure.
Further, even when B 2 O 3 was added in place of P 2 O 5 , improvement in gain coefficient and noise figure could be confirmed.
[実施例8]
TeO2 (88モル%)−(BaO+SrO)(4モル%)−Ta2 O5 (8モル%)組成のガラスをコアガラスとしてこれにOH基を5000ppm、Erを1000ppm添加したところ、利得係数はOH基を添加しないときと比較して3倍増加することが確認できた。
リンを添加した場合より利得係数の増加の程度が低いのは、OH基の信号エネルギーが3700cm-1という大きな値を持つため、増幅の始準位である 4I13/2準位もわずかに多音子放出により緩和されるためである。
[Example 8]
When a glass having a composition of TeO 2 (88 mol%)-(BaO + SrO) (4 mol%)-Ta 2 O 5 (8 mol%) is used as a core glass, OH groups are added at 5000 ppm and Er is added at 1000 ppm. It was confirmed that it increased by a factor of 3 compared to when no OH group was added.
The degree of increase in gain coefficient is lower than that when phosphorus is added because the signal energy of the OH group has a large value of 3700 cm −1 , and the 4 I 13/2 level that is the starting level of amplification is also slightly This is because it is relaxed by polyphonic emission.
図10は本発明にもとづくレーザ装置の一例を示。図中、参照符号111,111′は励起用半導体レーザ(波長:1480nm)、112,112′は信号光と励起光とを結合させる光カップラ、113,115は増幅用光ファイバ、114は光アイソレータをそれぞれ示す。信号光はAのポートより入射した後、Bのポートより出射する構成となっている。 FIG. 10 shows an example of a laser apparatus according to the present invention. In the figure, reference numerals 111 and 111 'are pumping semiconductor lasers (wavelength: 1480 nm), 112 and 112' are optical couplers for coupling signal light and pumping light, 113 and 115 are optical fibers for amplification, and 114 is an optical isolator. Respectively. The signal light enters from the port A and then exits from the port B.
参照符号113の増幅用ファイバとしてErを1000ppm添加したZrF4 系のフッ化物ファイバ( 特許文献6)を用い、増幅用ファイバ115としてErを1000ppm添加したTeO2 −BaO−SrO −Ta2 O5 系のテルライトファイバを用いた。
A ZrF4 fluoride fiber doped with 1000 ppm of Er as the reference fiber 113 (Patent Document 6) is used, and TeO 2 —BaO—SrO—Ta 2 O 5 doped with 1000 ppm of Er is used as the
各ファイバのコア・クラッド屈折率差は共に2.5%であり、カットオフ波長は1.35μm、ファイバ長はそれぞれ10mおよび7mであった。参照符号111,111′の励起用半導体レーザの出力光強度を150mWとして1.5μm帯の利得スペクトルを測定した。得られた利得スペクトルを図11に示す。 The difference in refractive index between the core and the clad of each fiber was 2.5%, the cutoff wavelength was 1.35 μm, and the fiber lengths were 10 m and 7 m, respectively. The gain spectrum in the 1.5 μm band was measured with the output light intensity of the pumping semiconductor lasers of reference numerals 111 and 111 ′ being 150 mW. The obtained gain spectrum is shown in FIG.
図11に示した利得スペクトルによれば、信号波長1530nmから1610nmまでの80nm幅で、信号利得を値の変化を示す曲線はフラットな状態となる。すなわち、そのような波長帯での信号利得は30dB近傍の値に維持されていることがわかる。したがって、このような波長帯ではゲインチルトも小さく抑えられることになる。Er添加フッ化物ファイバを用いた場合の利得がフラットになる波長幅は1530nmから1560nmの30nmであるので、利得がフラットになる波長幅は2倍以上に広がった。また、Er添加石英ファイバの場合は、フラットな波長幅はたかだか10nmであるので、これと比較すれば8倍にも広がったことになる。 According to the gain spectrum shown in FIG. 11, the curve indicating the change in the value of the signal gain is flat with an 80 nm width from the signal wavelength 1530 nm to 1610 nm. That is, it can be seen that the signal gain in such a wavelength band is maintained at a value in the vicinity of 30 dB. Therefore, the gain tilt can be kept small in such a wavelength band. When the Er-doped fluoride fiber is used, the wavelength width at which the gain becomes flat is 30 nm from 1530 nm to 1560 nm, and thus the wavelength width at which the gain becomes flat has spread more than twice. In addition, in the case of Er-doped silica fiber, the flat wavelength width is at most 10 nm, which means that it has spread eight times compared to this.
本実施例では、Er添加ZrF4 系フッ化物ファイバを前段に用い、Er添加テルライトファイバを後段に使用したが、この逆でも良い。また、フッ化物ファイバはInF3 系のフッ化物ファイバでも良い。さらに、Er添加酸化物多成分ガラスファイバを増幅用ファイバに加えても良い。要するに、増幅用光ファイバの一つとしてEr添加テルライトファイバを用いることが重要である。 In this embodiment, an Er-doped ZrF4 fluoride fiber is used in the former stage and an Er-doped tellurite fiber is used in the latter stage, but this may be reversed. The fluoride fiber may be an InF3 fluoride fiber. Further, an Er-doped oxide multicomponent glass fiber may be added to the amplification fiber. In short, it is important to use an Er-doped tellurite fiber as one of the amplification optical fibers.
また、テルライトファイバの組成としては本実施例で使用されたものに限定されるものではない。 Further, the composition of the tellurite fiber is not limited to that used in this embodiment.
また、増幅用光ファイバの励起法としては、前方励起、後方励起、双方向励起のいずれかを取っても良いことは言うまでもない。 It goes without saying that any one of forward pumping, backward pumping, and bidirectional pumping may be used as a pumping method for the amplification optical fiber.
[実施例9]
図12は本発明にもとづくレーザ装置の他の実施例の概略的構成を示す。この実施例では、実施例1を用いた増幅用ファイバ113,115を波長可変バンドパスフィルタ117(バンド幅3nm)を介して直列に接続し、1480nmでの透過率が99%、1500nmから1630nmでの反射率が100%のミラー116を設けた。また、他端に1500nmから1630nmでの透過率が20%のミラー118を設けてレーザ発振を行った。その結果、信号波長1500nmから1630nmの広い範囲でレーザ発振を確認することができ、1.5μmで使用できる広帯域チューナブルレーザとして使用できることがわかった。
[Example 9]
FIG. 12 shows a schematic configuration of another embodiment of the laser apparatus according to the present invention. In this embodiment,
以上説明したように、本発明の光増幅媒体を用いれば、これまで光ファイバ増幅器では不可能であった、1.5μmから1.7μmにかけての光増幅器やレーザ装置の構成が可能になり、1.55μm帯の光通信システムに用いられる保守・監視システムの高性能化が達成でき、光通信システムの安定な運用が可能になる。 As described above, by using the optical amplifying medium of the present invention, it is possible to construct an optical amplifier and a laser apparatus from 1.5 μm to 1.7 μm, which has been impossible with an optical fiber amplifier until now. High performance of the maintenance / monitoring system used in the .55 μm band optical communication system can be achieved, and stable operation of the optical communication system becomes possible.
また、増幅波長域が広い特性を利用すれば、フェムト秒といったようなきわめて短い光パルスも効率良く増幅することができるようになり、波長多重光伝送システム中に用いる光増幅器としても有効である。 In addition, if a characteristic with a wide amplification wavelength range is used, an extremely short optical pulse such as femtosecond can be efficiently amplified, which is effective as an optical amplifier used in a wavelength division multiplexing optical transmission system.
[実施例10]
本実施例では、実施例4で用いた光ファイバ(テルライトファイバ)を使い、スーパールミネッセントレーザの動作を実施した。励起光源として1.48μmのレーザダイオードを用い、その光ファイバの一端に入射した。ファイバの他端はファイバ端面でのフレネル反射を抑えるため、角度10°で斜カットした。この他端からの出射スペクトルを測定したところ、1.46μmから1.64μmの幅広い発光スペクトルが観測され、ブロードバンドのスーパールミネッセントレーザ装置として使用できることがわかった。
[Example 10]
In this example, the operation of the superluminescent laser was performed using the optical fiber (tellurite fiber) used in Example 4. A 1.48 μm laser diode was used as an excitation light source, and was incident on one end of the optical fiber. The other end of the fiber was obliquely cut at an angle of 10 ° to suppress Fresnel reflection at the fiber end face. When the emission spectrum from the other end was measured, a broad emission spectrum from 1.46 μm to 1.64 μm was observed, and it was found that it could be used as a broadband superluminescent laser device.
[実施例11]
図8に示す光増幅器の構成において、光アイソレータの後に、利得を等化するためのフィルタ(チャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティング、プログラマブルフィルタ、ファブリー・ペロー・エタロン型フィルタ、マッハツェンダー型フィルタ等)を挿入して光増幅特性を測定した。−30dBmの信号強度の光を入射させ、1.48μmで(200mW)励起したとき、フィルタを挿入しないと1530〜1580nmにかけて利得の山が観測されたが、フィルタを挿入して損失を調整することにより、その利得の山を打ち消すことができた。そして、1530nmから1610nmの波長域にかけてのWDM信号に対し、利得偏差0.2dB以下で動作できることが確認できた。
[Example 11]
In the configuration of the optical amplifier shown in FIG. 8, a filter for equalizing gain (chirped fiber Bragg grating, programmable filter, Fabry-Perot etalon type filter, Mach-Zehnder type filter, etc.) is provided after the optical isolator. The optical amplification characteristics were measured after insertion. When light with a signal intensity of −30 dBm is incident and excited at 1.48 μm (200 mW), a peak of gain is observed from 1530 to 1580 nm unless a filter is inserted, but the loss is adjusted by inserting a filter. Was able to negate the peak of gain. It was confirmed that the WDM signal in the wavelength range from 1530 nm to 1610 nm can be operated with a gain deviation of 0.2 dB or less.
[実施例12]
前記A(図1)の領域の組成を持つガラスをコアおよびクラッドとし、コアにCe,Pr,Gd,Nd,Eu,Sm,Tb,Tm,Dy,Ho,YbまたはErを添加することにより、導波路レーザおよび導波路型光増幅器として動作させた。その結果、0.3μm、1.3μm、0.31μm、1.07μm、0.61μm、0.59μm、0.54μm、1.48μm、3.0μm、1.49μm、1μm、1.55μm帯でそれぞれ動作する広帯域レーザ発振および広帯域光増幅が確認できた。
[Example 12]
The glass having the composition of the region A (FIG. 1) is used as a core and a clad, and Ce, Pr, Gd, Nd, Eu, Sm, Tb, Tm, Dy, Ho, Yb or Er is added to the core. It was operated as a waveguide laser and a waveguide type optical amplifier. As a result, in the 0.3 μm, 1.3 μm, 0.31 μm, 1.07 μm, 0.61 μm, 0.59 μm, 0.54 μm, 1.48 μm, 3.0 μm, 1.49 μm, 1 μm, and 1.55 μm bands Broadband laser oscillation and broadband optical amplification were confirmed.
[実施例13]
TeO2 (88モル%)−(BaO+SrO)(4モル%)−Ta2 O5 (8モル%)組成のガラスにErを2000ppm添加してコア材とし、TeO2 (82%)−(BaO+SrO)(12モル%)−Ta2 O5 (6モル%)組成のガラスをクラッド材とすることにより、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド屈折率差1.7%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。1.3μmにおけるファイバ損失は40dB/kmであった。この光ファイバを4m(ファイバ長)用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。励起波長は前方が0.98μm、後方が1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、1500〜1630nmの110nm帯域で、5dB以上の小信号利得が得られた。このとき、1530nm以上の波長での雑音指数は5dB以下であった。
[Example 13]
TeO 2 (88 mol%) - (BaO + SrO) (4 mol%) - Ta 2 O 5 ( 8 mol%) as a core material with Er in the glass composition was added 2000ppm, TeO 2 (82%) - (BaO + SrO) (12 mol%) - Ta by 2 O 5 (6 mol%) to the glass composition and the cladding material to form a cut-off wavelength 1.1 .mu.m, the core-clad refractive index difference of 1.7% of the optical fiber, This was used as an amplification medium. The fiber loss at 1.3 μm was 40 dB / km. An optical amplifier was constructed using 4 m (fiber length) of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted. The excitation wavelength used was bidirectional excitation with 0.98 μm at the front and 1.48 μm at the rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 5 dB or more was obtained in the 110 nm band of 1500 to 1630 nm. At this time, the noise figure at a wavelength of 1530 nm or more was 5 dB or less.
[実施例14]
実施例13と同様の光ファイバを15m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、特に1580〜1630nmの50nm帯域で、35dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dBであった。
[Example 14]
An optical amplifier was configured using 15 m of the same optical fiber as in Example 13, and an amplification experiment was performed. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 35 dB or more was obtained particularly in the 50 nm band of 1580 to 1630 nm. At this time, the noise figure was 5 dB.
[実施例15]
実施例13と同様の光ファイバを15m用いてレーザを構成した。キャビティは、全反射ミラーと1625nmで3%の反射率をもつファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて構成した。励起波長は前方後方共に1.48μmの双方向励起を採用した。入射励起強度が300mWのとき、これまで石英ファイバやフッ化物ファイバで得ることのできなかった1625nmにおいて150mWの高出力が得られた。
[Example 15]
A laser was constructed using 15 m of the same optical fiber as in Example 13. The cavity was constructed using a total reflection mirror and a fiber Bragg grating with 3% reflectivity at 1625 nm. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. When the incident excitation intensity was 300 mW, a high output of 150 mW was obtained at 1625 nm, which could not be obtained with a quartz fiber or a fluoride fiber.
[実施例16]
TeO2 (97モル%)−(BaO+SrO)(1モル%)−Ta2 O5 (2モル%)ガラスにErを3wt%添加してコア材とし、TeO2(82モル%)−(BaO+SrO)(12モル%)−Ta2 O5 (6モル%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.4μm、コア・クラッド屈折率差2.5%のファイバを形成し、これを増幅媒体とした。この光ファイバを3cm用いて小型の光増幅器を構成し、増幅実験を行った。
[Example 16]
TeO 2 (97 mol%)-(BaO + SrO) (1 mol%)-Ta 2 O 5 (2 mol%) 3 wt% of Er is added to the glass to form a core material, TeO 2 (82 mol%)-(BaO + SrO) (12 mol%)-Ta 2 O 5 (6 mol%) glass is used as a clad material to form a fiber having a cutoff wavelength of 1.4 μm and a core-clad refractive index difference of 2.5%, and this is used as an amplification medium. . A small optical amplifier was constructed using 3 cm of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted.
励起波長は1.48μmの前方励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、1530〜1610nmの80nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は7dB以下であった。 The excitation wavelength was 1.48 μm forward excitation. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band of 1530 to 1610 nm. At this time, the noise figure was 7 dB or less.
[実施例17]
TeO2 −BaO−SrO−Ta2 O5 の4元系ガラスをその他の組成を変えて作製するとともに、各組成ごとにDSCにより熱特性を測定した。その結果、前記Bの組成領域(図2)では、Tx−Tgが150℃以上の安定なガラスが得られた。また、前記Cでの組成領域(図3)では、Tx−Tgが170℃以上のさらに安定なガラスが得られた。このような熱的に安定なガラスを用いて光ファイバを作製すれば、ファイバ損失が低いだけでなく、歩留り率の高いファイバを大量に生産することができ、低価格化を実現することができる。
[Example 17]
TeO 2 —BaO—SrO—Ta 2 O 5 quaternary glass was prepared by changing other compositions, and thermal characteristics were measured by DSC for each composition. As a result, a stable glass having a Tx-Tg of 150 ° C. or higher was obtained in the B composition region (FIG. 2). In the composition region of C (FIG. 3), a more stable glass having a Tx-Tg of 170 ° C. or higher was obtained. If an optical fiber is manufactured using such a thermally stable glass, not only the fiber loss is low, but also a fiber with a high yield can be produced in large quantities, and the price can be reduced. .
そこで、前記Bの領域から選んだTeO2−(BaO+SrO)−Ta2 O5 組成のガラスを用い、コアにErを2000ppmを添加することにより、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド屈折率差1.5%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。1.2μmにおけるファイバ損失は20dB/kmであった。このファイバを3m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。 Therefore, by using a glass having a composition of TeO 2 — (BaO + SrO) —Ta 2 O 5 selected from the above B region and adding 2000 ppm of Er to the core, the cutoff wavelength is 1.1 μm, and the core-clad refractive index difference. A 1.5% optical fiber was formed and used as an amplification medium. The fiber loss at 1.2 μm was 20 dB / km. An optical amplifier was constructed using 3 m of this fiber, and an amplification experiment was conducted.
励起波長は前方が0.98μm、後方が1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、1530〜1610nmの80nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dB以下であった。 The excitation wavelength used was bidirectional excitation with 0.98 μm at the front and 1.48 μm at the rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band of 1530 to 1610 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less.
[実施例18]
実施例17の光ファイバを15m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、特に1580〜1630nmの50nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dB以下であった。
[Example 18]
An optical amplifier was configured using 15 m of the optical fiber of Example 17, and an amplification experiment was performed. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained particularly in the 50 nm band of 1580 to 1630 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less.
[実施例19]
実施例17の光ファイバを15m用いてレーザを構成した。キャビティは、全反射ミラーと1625nmで3%の反射率をもつファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて構成した。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。入射励起強度が300mWのとき、これまで石英ファイバやフッ化物ファイバで得ることのできなった1625nmにおいて150mWの高出力が得られた。
[Example 19]
A laser was constructed using 15 m of the optical fiber of Example 17. The cavity was constructed using a total reflection mirror and a fiber Bragg grating with 3% reflectivity at 1625 nm. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. When the incident excitation intensity was 300 mW, a high output of 150 mW was obtained at 1625 nm, which could not be obtained with a quartz fiber or a fluoride fiber.
以上の実施例1〜19で用いられているテルライトガラスはTa2 O5 を含むことを特徴としているが、このようなテルライトガラスは熱安定性が高く、ファイバ化した際の損失を低く抑えることができ、さらに屈折率制御が容易であって高Δnのファイバを作製できることにより、効率の低い3準位系を利用するEDFAの増幅帯域拡大を可能とした。 The tellurite glass used in the above Examples 1 to 19 is characterized by containing Ta 2 O 5 , but such tellurite glass has high thermal stability and low loss when formed into a fiber. Further, by controlling the refractive index and making a fiber with a high Δn, it is possible to expand the amplification band of the EDFA using a low-efficiency three-level system.
従来知られているファイバ化可能なテルライトガラスとしては、従来の技術で述べたSintzer 等のテルライトガラス(特許文献8)や特許文献9に記載のものがあるが、これらの文献にはTa2 O5 の屈折率やガラス安定性に対する効用の記載はない。本発明の光機能導波路材料は前述したように、Ta2 O5 を含んだテルライトガラスにおいて、Ta2 O5−BaO−SrO−TeO2 組成の特定領域にて特異的に得られる光機能に着目したものであって、特許文献8,9には開示のものとはあきらかに異なる。
Ta2 O5−BaO−SrO−TeO2 という組成だけに着目するならば、非特許文献3に記載の強誘電体ガラスセラミックがその組成を有する。しかし、その強誘電体ガラスセラミックはその組成領域および機能等において、本発明の光機能導波路材料とはまったく異なる。
Conventionally known tellurite glass that can be made into fiber includes tellurite glass such as Sintzer et al. (Patent Document 8) and Patent Document 9 described in the prior art. There is no description of the utility of 2 O 5 on the refractive index and glass stability. Optical functional waveguide material of the present invention as described above, the tellurite glass containing Ta 2 O 5, Ta 2 O 5 -BaO-SrO-
If attention is paid only to the composition of Ta 2 O 5 —BaO—SrO—TeO 2, the ferroelectric glass ceramic described in
これまで述べてきたように、特許文献8に記載の3元系テルライトガラスは本発明の4元系(Ta2 O5−(BaO+SrO)−TeO2)テルライトガラスと比較して熱安定性が低く、そのため1.55μmにおける損失を1500dB/kmにまでしか低減することができない。これに対して、本発明では損失の低減を目的に種々の組成を検討した結果、Ta2 O5 を含む上記4元系(Ta2 O5−(BaO+SrO)−TeO2)が損失の低減に特異的に有効であることを見出した。さらにこの4元系ガラスは屈折率制御が容易なため、高屈折率差Δnの光ファイバが作製可能であり、これに低損失という特性を併せてはじめて高効率テルライトEDFAの実現に至った。
特許文献8の3元系テルライトガラスでは、効率の悪い3準位系を利用してEDFAを実現させるのは難しい。このことに関して、その特許文献8の明細書中のみならず、その後に提出された前記非特許文献1および2にも、EDFA実現に関する具体的記載は一切ない。
As described so far, the ternary tellurite glass described in
In the ternary tellurite glass of
さらに詳細に述べれば、特許文献8において、Snitzer らは、レーザはバルクガラスでも実現できるのに対して光増幅にはコアおよびクラッドを有するファイバ構造が必要であることを述べ、ファイバ化が可能であるテルライトガラスとして3元系テルライトガラスの組成範囲を示した。したがって光増幅の実現を目的としているものの、従来の文献(特許文献1と非特許文献1,2)においては、非特許文献2にてネオジムを用いたファイバレーザの記載があるのみである。光増幅の分野において、ネオジムは当初1.3μm帯の増幅への適用が有望視されていたが、非特許文献1中にも記載されているように、励起状態吸収のため1.3μm帯の増幅への適用は困難であるということが判明している。
More specifically, in
Ta2 O5 を含有するテルライトガラスは非特許文献1や特許文献9にも記載があるが、熱安定性と損失に関して記載されていない。これらの文献に記載されているものは、本発明の上記4元系とは全く異なる組成あるいは組成領域である。
The tellurite glass containing Ta 2 O 5 is also described in
また、非特許文献1および2は、コア組成77%TeO2 −6.0%Na2 O−15.5%ZnO−1.5%Ta2 O5 の4元系テルライトガラスが記載され、特に非特許文献1中にはその損失まで記載されているが、損失は1.55μm帯において1500dB/kmという高値であり、ましてやTa2 O5 添加による熱安定性向上に関する記載や、熱安定性向上を想起させる記載は一切ない。非特許文献3には、前述したように、Ta2 O5−BaO−SrO−TeO2 のガラスセラミックに関する報告があるが、これにもガラス熱安定領域に関する記載はなく、そもそも同文献は光ファイバに関するものではない。
上記実施例などで詳しく記載したとおり、本発明ではテルライトガラスの損失低減をめざしてそのテルライトガラスの組成を種々検討した結果、Ta2 O5 を含んだ上記4元系テルライトガラスが有効であることを解明した。これも実施例に記載済であるが、特にTa2 O5 の添加により熱安定性は飛躍的に向上し、テルライトガラスファイバの低損失化に成功した。さらに副次的効果として、コアとクラッドのTa2 O5 添加量の調整によりファイバの屈折率差Δnを自由に制御できることから高Δnファイバを作製でき、これらの相乗効果により低効率な3準位系を利用するEDFAにおいてその増幅帯域拡大に成功した。 As described in detail in the above examples and the like, in the present invention, as a result of various investigations on the composition of the tellurite glass with the aim of reducing the loss of the tellurite glass, the quaternary tellurite glass containing Ta 2 O 5 is effective. It was clarified that. Although this has already been described in the examples, the thermal stability has been dramatically improved by the addition of Ta 2 O 5 in particular, and the loss of the tellurite glass fiber has been successfully reduced. Further, as a secondary effect, the refractive index difference Δn of the fiber can be freely controlled by adjusting the amount of Ta 2 O 5 added to the core and the cladding, so that a high Δn fiber can be produced. In the EDFA using the system, the amplification band was successfully expanded.
つぎに、テルライトEDFAの利得スペクトルがより平坦になるようなガラス組成について検討する。以下の実施例ではテルライトガラスまたはファイバにAlをホストとして添加することを主要な特徴とする。SiO2 系ガラスにAlを添加した場合、SiO2 系ガラスに添加されたErの誘導放出断面積の1.53μmと1.56μmとの間のへこみが無くなり、1.54μmから1.56μmにかけて平坦な利得が得られることが知られている(非特許文献4)。 Next, the glass composition that makes the gain spectrum of the tellurite EDFA flatter will be examined. In the following examples, the main feature is to add Al as a host to tellurite glass or fiber. If adding Al to the SiO 2 based glass, it eliminates the indentations between 1.53μm and 1.56μm of stimulated emission cross-section of Er added to SiO 2 glass, flat toward 1.56μm from 1.54μm It is known that a good gain can be obtained (Non-Patent Document 4).
しかしながら、これは石英系ファイバに対するAlの添加効果であり、テルライト系ファイバに対してはその効果が不明であった。ここで、本発明者らは、以下の実施例にて示されるように、テルライトガラスへのAl添加により、1.53μmと1.56μmの誘導放出断面積のへこみを無くすとともに1.6μm帯の誘導放出断面積を変化させる(増大させる)ことができ、結果として、1.55μm帯と1.6μm帯との利得偏差を減少させることができることを見出した。 However, this is an effect of adding Al to the silica-based fiber, and the effect is not clear for the tellurite-based fiber. Here, as shown in the following examples, the present inventors eliminated dents in the stimulated emission cross sections of 1.53 μm and 1.56 μm and added 1.6 μm band by adding Al to the tellurite glass. It has been found that the stimulated emission cross-sectional area can be changed (increased), and as a result, the gain deviation between the 1.55 μm band and the 1.6 μm band can be reduced.
[実施例20]
図13は、TeO2(88モル%) −(BaO+SrO)(4モル%)−Ta2 O5(8モル%) ガラス、およびTeO2(84モル%) −(BaO+SrO)(4モル%)−Ta2 O5(8モル%)− Al2 O3 (4モル%)ガラス中のErの1.5μm発光スペクトルをそれぞれ示す。同図からあきらかように、Al2 O3 を含有したガラスの発光スペクトルの1.6μm付近での強度は、Al2 O3を含有しないものに比べ強く、また、1.53μmと1.56μmとの間の谷の深さも浅くなっている。
[Example 20]
FIG. 13 shows TeO 2 (88 mol%)-(BaO + SrO) (4 mol%)-Ta 2 O 5 (8 mol%) glass, and TeO 2 (84 mol%)-(BaO + SrO) (4 mol%)- ta 2 O 5 (8 mol%) - Al 2 O 3 ( 4 mol%) respectively of 1.5μm emission spectra of Er in the glass. Apparent so from the figure, the intensity at 1.6μm vicinity of the emission spectrum of the glass containing Al 2 O 3 is stronger than the one not containing Al 2 O 3, also a 1.53μm and 1.56μm The depth of the valley between them is also shallow.
このAl2 O3 含有ガラス(TeO2 −(BaO+SrO)−Ta2 O5 系ガラス)をコア組成として、Er添加テルライトファイバ(カットオフ波長:1.3μm、Er濃度:4000ppm、長さ:0.9m)を作製し、1.48μmで励起(200mW)したところ、1.56μmと1.69μmとの利得偏差を10dB以下に低減できた。 Using this Al 2 O 3 -containing glass (TeO 2 — (BaO + SrO) —Ta 2 O 5 glass) as a core composition, an Er-doped tellurite fiber (cutoff wavelength: 1.3 μm, Er concentration: 4000 ppm, length: 0) .9 m) and excitation (200 mW) at 1.48 μm, the gain deviation between 1.56 μm and 1.69 μm could be reduced to 10 dB or less.
このファイバを増幅媒体として用いるとともに、利得等化器としてファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いたEDFAを構成したところ、1.53μmから1.60μmにわたって利得偏差が1dB以下のEDFAを実現することができた。Al2 O3 を含有しないファイバを用いた場合では、1.53μmと1.60μmの利得偏差が15dB以上あり、利得等化器を用いて利得補正を行っても、利得偏差を帯域70nmにわたって1dB以下にすることは困難であった。それがこの実施例のAl2 O3 含有ガラスをファイバホストに用いて、はじめて可能になった。 When this fiber was used as an amplification medium and an EDFA using a fiber Bragg grating was configured as a gain equalizer, an EDFA having a gain deviation of 1 dB or less from 1.53 μm to 1.60 μm could be realized. . In the case of using a fiber not containing Al 2 O 3 , the gain deviation between 1.53 μm and 1.60 μm is 15 dB or more, and even if gain correction is performed using a gain equalizer, the gain deviation is 1 dB over a bandwidth of 70 nm. It was difficult to make it below. This became possible only when the glass containing Al 2 O 3 of this example was used as a fiber host.
このAl2 O3 含有ガラスをコア組成として、Er添加テルライトファイバ(カットオフ波長:1.3μm、Er濃度:4000ppm、長さ:0.9m)を作製し、1.48μmで励起(200mW)したところ、1.56μmと1.60μmとの利得偏差を10dB以下に低減できた。 An Er-added tellurite fiber (cut-off wavelength: 1.3 μm, Er concentration: 4000 ppm, length: 0.9 m) is produced using this Al 2 O 3 -containing glass as a core composition, and excited at 1.48 μm (200 mW) As a result, the gain deviation between 1.56 μm and 1.60 μm could be reduced to 10 dB or less.
このファイバを増幅媒体として、マッハツェンダー型のフィルタ(損失媒体)を利得等化器としてEDFAを構成したところ、1.53μmから1.60μmにわたり利得偏差が1dB以下のEDFAを実現することができた。Al2 O3を含有しないファイバを用いた場合では、1.56μmと1.60μmの利得偏差が15dB以上あり、利得等化器を用いて利得補正を行っても、利得偏差を帯域70nmにわたって1dB以下にすることは困難であった。 When this fiber was used as an amplifying medium and a Mach-Zehnder type filter (loss medium) was used as a gain equalizer, an EDFA having a gain deviation of 1 dB or less from 1.53 μm to 1.60 μm could be realized. . When a fiber not containing Al 2 O 3 is used, the gain deviation between 1.56 μm and 1.60 μm is 15 dB or more, and even if gain correction is performed using a gain equalizer, the gain deviation is 1 dB over a bandwidth of 70 nm. It was difficult to make it below.
また、Er添加濃度1000ppmのファイバで2m長のファイバを用いて増幅スペクトルを測定したところ、Al2 O3 を含有していないファイバで見られた1.53μmと1.56μmとの間の利得の変動がなくなり、1.53μmから1.56μmにかけて利得の均一性が良いものが得られ、同波長域でのWDM伝送の応用に有利なことがわかった。 Further, when an amplification spectrum was measured using a fiber with Er addition concentration of 1000 ppm and a length of 2 m, the gain between 1.53 μm and 1.56 μm seen in the fiber not containing Al 2 O 3 was measured. There was no fluctuation, and a gain with good uniformity was obtained from 1.53 μm to 1.56 μm, which proved advantageous for WDM transmission applications in the same wavelength region.
このAl2 O3 の添加による利得特性の改善効果は、TeO2 −(BaO+SrO)−Ta2 O5 の特定組成領域(80≦TeO2 ≦97、0<(BaO+SrO)≦20、0<Ta2 O5 ≦12、単位モル%)にて特異的に現れる。そして、この特異領域では安定してファイバを形成できることが確認できた。 The effect of improving the gain characteristics by the addition of Al 2 O 3 is that the specific composition region of TeO 2 — (BaO + SrO) —Ta 2 O 5 (80 ≦ TeO 2 ≦ 97, 0 <(BaO + SrO) ≦ 20, 0 <Ta 2 ). O 5 ≦ 12, unit mol%). It was confirmed that the fiber can be stably formed in this unique region.
以上の実施例ではAl2 O3 の濃度を4モル%としたが、これに限定されるわけではなく、0モル%よりも大きな濃度であれば、Al2 O3 の添加効果は確認できた。 In the above examples, the concentration of Al 2 O 3 was 4 mol%, but the concentration is not limited to this. If the concentration is higher than 0 mol%, the effect of adding Al 2 O 3 could be confirmed. .
以下の実施例21〜26では、前述したようなテルライト光ファイバの特性を鑑み、これまでのテルライトEDFAの波長分散特性を改善した低波長分散特性を有するテルライトEDFAを説明する。 In the following Examples 21 to 26, in view of the characteristics of the tellurite optical fiber as described above, a tellurite EDFA having a low wavelength dispersion characteristic that improves the wavelength dispersion characteristic of the conventional tellurite EDFA will be described.
以下の実施例では、テルライトガラスを増幅媒体として用いた光増幅器において、増幅媒体であるテルライトEDFAの前方または後方に、テルライトEDFAの持つ波長分散値とは異符号の波長分散値によって分散を補償する分散媒体を挿入した構造を取ることを最も主要な特徴とする。波長分散を制御する媒体としては、光ファイバやファイバ・ブラッグ・グレーティング等がある。 In the following embodiments, in an optical amplifier using tellurite glass as an amplification medium, dispersion is compensated by a wavelength dispersion value having a sign different from that of the tellurite EDFA in front or behind the tellurite EDFA which is an amplification medium. The main feature is to adopt a structure in which a dispersing medium is inserted. Examples of media for controlling chromatic dispersion include optical fibers and fiber Bragg gratings.
従来のテルライトEDFAでは、テルライトEDFAの波長分散を補償する媒体を具備していないため、光増幅器内の波長分散が大きくなり、その結果、高速光信号の増幅を行うとエラーレートが上がって通信品質が劣化してしまう、という問題が生じる。これに対して、以下の実施例の構造を取ることにより、増幅器内の波長分散値を下げることができ、高速光信号の増幅を行っても、エラーレートが上がることなく、高い通信品質を保つことができる。 The conventional tellurite EDFA does not have a medium that compensates for the chromatic dispersion of the tellurite EDFA. Therefore, the chromatic dispersion in the optical amplifier increases, and as a result, when a high-speed optical signal is amplified, the error rate increases and the communication quality increases. This causes the problem of deterioration. On the other hand, by adopting the structure of the following embodiment, the chromatic dispersion value in the amplifier can be lowered, and even when a high-speed optical signal is amplified, the error rate does not increase and high communication quality is maintained. be able to.
[実施例21]
図14は、本発明に係る光増幅器の一構成例を示す。同図に示す光増幅器では、光信号が左側から入射して右側へ出射する構成になっている。入射信号光は、光アイソレータ201aを通過した後、光カップラ203により励起光源202からの励起光と合波される。励起光と合波された信号光は、分散媒質204を透過し、増幅用光ファイバ205に入射されて増幅される。光ファイバ205にて増幅された信号光は、光アイソレータ201bを通過して出力される。
[Example 21]
FIG. 14 shows a configuration example of an optical amplifier according to the present invention. In the optical amplifier shown in the figure, an optical signal enters from the left side and exits to the right side. The incident signal light passes through the
本実施例の光増幅器では、信号波長を1.55μmとし、励起光源202として発振波長が1.48μmの半導体レーザを用いた。増幅用光ファイバ205としては、Erのコア中への添加濃度が200ppm、カットオフ波長が1.3μm、コア・クラッド屈折率差(Δn)が1.4%であり、ファイバ長を10mとしたテルライト光ファイバを使用した。この光ファイバ205の1.55μmでの波長分散値は、−1.3ps/nmであった。また、分散媒質204としては、1.55μmでの波長分散値が17ps/km/nmの1.3μm零分散石英単一モード光ファイバ(いわゆるスタンダード単一モード光ファイバ)を使用した。この単一モード光ファイバの長さは、76mであった。
In the optical amplifier of this example, a semiconductor laser having a signal wavelength of 1.55 μm and an oscillation wavelength of 1.48 μm was used as the
この構成において、分散媒質204および増幅用光ファイバ205全体の波長分散を測定したところ、0.1ps/nm以下の値であった。
In this configuration, the chromatic dispersion of the
このような光増幅器を用いて、波長1.55μmで40Gbit/sの高速光信号を増幅したところ、波長分散に起因するパルス波長のひずみは観測されなかった。従って、この構成の光増幅器を、ブースタアンプ、中継増幅器、またはプリアンプなどとして、高速光通信システムの中で用いても、通信の品質を著しく劣化させることなく使用できることがわかった。これに対して、比較のために、分散媒質204を挿入しないで、波長1.55μmで40Gbit/sの高速パルスの増幅を行わせたところ、パルス波形のひずみが観測され、高速光通信システムに応用することは困難なことがわかった。
When such a light amplifier was used to amplify a 40 Gbit / s high-speed optical signal at a wavelength of 1.55 μm, no distortion of the pulse wavelength due to chromatic dispersion was observed. Therefore, it has been found that the optical amplifier having this configuration can be used as a booster amplifier, a relay amplifier, a preamplifier or the like in a high-speed optical communication system without significantly degrading the communication quality. On the other hand, for comparison, when a high-speed pulse of 40 Gbit / s was amplified at a wavelength of 1.55 μm without inserting the
本実施例では、分散媒質204を光カップラ203と増幅用のEr添加テルライト光ファイバ205の間に設置したが、設置場所がここに限定されることはない。例えば、光アイソレータ201aの前段、光アイソレータ201aと光カップラ203との間、増幅用光ファイバ205と光アイソレータ201bとの間、または光アイソレータ201bの後段であっても良い。
In the present embodiment, the
また、本実施例では、分散媒質204として、スタンダード単一モード光ファイバを用いたが、これに限定されることはなく、テルライト光ファイバ205の波長分散と異符号(あるいは逆符号)の波長分散値を持つ光ファイバであれば、使用することができる。
In this embodiment, a standard single mode optical fiber is used as the
また、分散媒質204として、光ファイバに限らず、チャープト・ファイバ・グレーティング(非特許文献5)などを用いても良い。
Further, the
なお、以上の説明では、分散媒質204を増幅用光ファイバ205の前後のいずれか一箇所に挿入するとしたが、分散媒質204の設置構成はこれに限定されるものではない。つまり、分散媒質204として光ファイバを用いる場合、光ファイバを分断して増幅用光ファイバ205の前後の適当な位置に設置しても良い。また、複数の異なる特性を持つ光ファイバを適当な位置に設置しても良い。さらに、光ファイバとチャープト・ファイバ・グレーティングをそれぞれ複数個併用しても良い。
In the above description, the
[実施例22]
本実施例では、図14における増幅用光ファイバ205として、コア中にPr(プラセオジム)が500ppm添加され、カットオフ波長が1.0μm、Δnが1.4%であって、ファイバ長を15mとしたテルライト光ファイバを用いた。また、励起光源2として、Nd(ネオジム)添加YLFレーザを用いた。さらに、分散媒質4として、チャープト・ファイバ・グレーティングを用いた。
このとき、テルライト光ファイバの1.31μmでの波長分散は、−3.15ps/nmあった。そこで、チャープト・ファイバ・グレーティングの波長分散値を3.15ps/nmに設定した。このような構成の増幅器で波長1.31μmの高速光信号の増幅を行った。
[Example 22]
In the present embodiment, as the amplification
At this time, the chromatic dispersion at 1.31 μm of the tellurite optical fiber was −3.15 ps / nm. Therefore, the chromatic dispersion value of the chirped fiber grating was set to 3.15 ps / nm. A high-speed optical signal having a wavelength of 1.31 μm was amplified by the amplifier having such a configuration.
[実施例23]
本実施例では、増幅用光ファイバ205として、上記TeO2 −BaO−SrO−Ta2 O5 ガラスを母材とし、コアにEr,Pr,TmまたはNdを添加して構成した光ファイバを用いた。分散媒質204として、石英光ファイバまたはチャープト・ファイバ・グレーティングを用いた。このような構成にて、各増幅波長での波長分散を補償しなから高速光パルスの増幅を行わせたところ、分散媒質204のないときに起こっていた光パルス波形のひずみは抑えられ、高速光通信システム中で使用可能なことが確認できた。
また、増幅用光ファイバ5として、TeO2 −BaO−SrO−Ta2 O5 −Al2 O3 系ガラスから構成した光ファイバを用いた場合でも、上記の効果を確認することができた。
[Example 23]
In this example, an optical fiber constituted by using the above TeO 2 —BaO—SrO—Ta 2 O 5 glass as a base material and adding Er, Pr, Tm or Nd to the core was used as the amplification
In addition, even when an optical fiber made of TeO 2 —BaO—SrO—Ta 2 O 5 —Al 2 O 3 glass was used as the amplification
[実施例24]
本実施例は、上記実施例23におけるガラス系を母材とし、希土類元素も遷移金属元素も添加せずに構成したテルライト単一モード光ファイバ(カットオフ波長1.3μm、Δn1.4%、長さ1km)を用いて、ラマン増幅を行った。励起波長は1.48μmであり、1.5μm帯の光増幅を行った。
このとき、テルライト単一モード光ファイバの信号波長での波長分散は、−130ps/nmであった。分散媒質204として、スタンダード石英単一モード光ファイバを用いた。
[Example 24]
This example is a tellurite single-mode optical fiber (cut-off wavelength 1.3 μm, Δn 1.4%, long length), which is formed by using the glass system in Example 23 as a base material and without adding rare earth elements or transition metal elements. 1 km) was used for Raman amplification. The excitation wavelength was 1.48 μm, and 1.5 μm band optical amplification was performed.
At this time, the chromatic dispersion at the signal wavelength of the tellurite single-mode optical fiber was −130 ps / nm. A standard quartz single mode optical fiber was used as the
この分散媒質204をテルライト単一モード光ファイバ(増幅用光ファイバ)205の後段に配置して、光増幅を行った。この増幅用のスタンダード石英単一モード光ファイバ205を7.6kmの長さ使用したとき、(テルライト単一モード光ファイバの波長分散による)1.5μm帯の光パルスの波形ひずみを抑制することができた。
The
また、従来のたとえば、特許文献9に記載のテルライト系ガラスを用いた場合よりも、広いラマン増幅帯域を得られることがわかった。これは、図15に示すように、Ta2 O5 を含むことにより、従来のものよりもラマン散乱スペクトルが広くなったためである。 Further, it has been found that a wider Raman amplification band can be obtained than when the conventional tellurite glass described in Patent Document 9, for example, is used. This is because, as shown in FIG. 15, the inclusion of Ta 2 O 5 broadens the Raman scattering spectrum than the conventional one.
[実施例25]
本実施例では、Cr,Ni,またはTiを、前記実施例23で用いた組成のテルライト光ファイバのコアに添加して構成した増幅用光ファイバ205を用いて、1.5μm帯,1.5μm帯,1μm帯の光増幅をそれぞれ行った。分散媒質204としてスタンダード石英単一モード光ファイバを前記増幅用光ファイバ205の後段に接続し、高速光パルスの増幅を行ったところ、光パルスの波形ひずみ無しに光増幅をすることができた。
[Example 25]
In this example, an amplification
以上の実施例では、本発明における光導波路が光ファイバである場合について説明したが、本発明における光導波路は、光ファイバばかりでなく平面型光導波路をも含むものである。本発明において、光導波路が平面型光導波路の場合でも、前記各実施例にて確認したと同様の本発明の効果が、実現される。 In the above embodiments, the case where the optical waveguide in the present invention is an optical fiber has been described. However, the optical waveguide in the present invention includes not only an optical fiber but also a planar optical waveguide. In the present invention, even when the optical waveguide is a planar optical waveguide, the same effects of the present invention as confirmed in the above embodiments can be realized.
以下、光導波路が平面型光導波路である場合の実施例を示す。 Hereinafter, an example in which the optical waveguide is a planar optical waveguide will be described.
[実施例26]
本実施例では、TeO2 −BaO−SrO−Ta2 O5 系ガラスを母材とし、コアにErの添加された平面型光導波路を図14の光ファイバ205の代わりに用いて、増幅媒体とした。分散媒質204として、光ファイバやファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いてその光導波路の分散を補正した。その結果、分散媒質204を用いない場合に比べ、パルス波形のひずみを小さくなるように1.5μm帯の光増幅をすることができた。
上記光導波路に添加したドーパントとしてPr,Tm,Nd,Ni,Ti,Crを用いた場合でも、パルス波形のひずみを小さく光増幅をすることができた。
[Example 26]
In this example, a planar optical waveguide having TeO 2 —BaO—SrO—Ta 2 O 5 glass as a base material and Er added to the core is used instead of the
Even when Pr, Tm, Nd, Ni, Ti, and Cr were used as dopants added to the optical waveguide, it was possible to amplify the light with small distortion of the pulse waveform.
以上説明したように、テルライト光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器において、上記実施例21〜26の光増幅器構造を取ることにより、増幅媒体であるテルライトファイバ自体の持つ波長分散による光パルス波形のひずみの発生を抑えることができる。 As described above, in an optical amplifier using a tellurite optical fiber as an amplification medium, by adopting the optical amplifier structure of the above embodiments 21 to 26, an optical pulse waveform due to wavelength dispersion possessed by the tellurite fiber itself that is an amplification medium. Generation of strain can be suppressed.
以下の実施例27〜31では、従来のテルライトEDFAの増幅帯域を1.53μmより短波長側にかつ1.56μmより長波長側に拡大することを目的としている。 The following Examples 27 to 31 are intended to expand the amplification band of the conventional tellurite EDFA to the shorter wavelength side than 1.53 μm and to the longer wavelength side from 1.56 μm.
それを実現するため、以下の実施例では、Er添加テルライト光ファイバを、連結された少なくとも一つの光ファイバとして用い、このEr添加テルライト光ファイバの前段にそれよりも短尺な(または、Er濃度およびファイバ長積の小さな)Er添加テルライト光ファイバもしくは、異種素材をホストとするEr添加光ファイバを連結し、増幅媒体としている。異種素材としては、フッ化物ガラス(Er添加ZrF4 系フッ化物ガラス又はInF3 系フッ化物ガラス)や石英系ガラス,フツリン酸ガラス,リン酸ガラス,カルコゲナイトガラスが使用できる。
このような増幅器構造をとることにより、従来のテルライトEDFAよりも広い波長域にて低雑音で動作できるEDFAを実現することができる。
In order to achieve this, in the following examples, an Er-doped tellurite optical fiber is used as at least one optical fiber connected, and the Er-doped tellurite optical fiber has a shorter length (or Er concentration and An amplifying medium is formed by connecting an Er-doped tellurite optical fiber having a small fiber length product or an Er-doped optical fiber hosted from a different material. As the different materials, fluoride glass (Er-added ZrF4 fluoride glass or InF3 fluoride glass), quartz glass, fluorophosphate glass, phosphate glass, and chalcogenite glass can be used.
By adopting such an amplifier structure, it is possible to realize an EDFA that can operate with low noise in a wider wavelength range than a conventional tellurite EDFA.
[実施例27]
図16は、本発明に係る光増幅器の一構成例を示す図である。図中、201a,201b,201cは光アイソレータであり、202a,202bは励起光を導入するための光カップラであり、203a,203bは励起光源であり、205,206は増幅用光ファイバである。
[Example 27]
FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of an optical amplifier according to the present invention. In the figure, 201a, 201b and 201c are optical isolators, 202a and 202b are optical couplers for introducing pumping light, 203a and 203b are pumping light sources, and 205 and 206 are optical fibers for amplification.
本実施例では、増幅用光ファイバ205として、Erの濃度100ppmのAl(アルミニウム)添加石英光ファイバ(長さ25m,カットオフ波長1.2μm,濃度ファイバ長積2500m・ppm)を用いた。また、励起光源203aとして、発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。さらに、増幅用光ファイバ206として、TeO2 −BaO−SrO−Ta2 O5 の前記B,C組成領域のガラスを母材とし、Er添加濃度500ppmで、カットオフ波長が1.3μm(濃度ファイバ長積6000m・ppm)で、長さを12mとしたテルライト光ファイバを用いた。また、励起光源203bとして、発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。
In this example, an Al (aluminum) -added silica optical fiber (length: 25 m, cutoff wavelength: 1.2 μm, concentration fiber length product: 2500 m · ppm) with an Er concentration of 100 ppm was used as the amplification
光源203aの励起光量を70mWとし、光源203bの励起光量を150mWとしたとき、波長1.525μmから1.610μmの85nmの帯域で20dB以上の利得および5dB以下の雑音指数を確認することができた。
このような広帯域で低雑音動作するEDFAは従来の構成では実現されていない。
増幅用光ファイバ206を用いない場合は、1.54μmより短波長では、雑音指数は5dBより高く、1.525μmでは10dB以上の値となっており、また、20dB以上の利得は1.53μmから1.61μmの80nm帯でのみ得られた。
When the excitation light quantity of the light source 203a was 70 mW and the excitation light quantity of the
Such an EDFA that operates in a wide band with low noise has not been realized with a conventional configuration.
When the amplification
本実施例において、低雑音帯が短波長に伸び、結果としてEDFAの動作波長帯が拡がったのは、Er濃度ファイバ長積の小さな増幅用光ファイバをテルライト光ファイバの前段に配置し、高利得低雑音で1.525μmから1.54μmの波長を増幅した後、テルライト光ファイバの増幅を起こさせているためである。 In this embodiment, the low noise band is extended to a short wavelength, and as a result, the operating wavelength band of the EDFA is expanded because an amplification optical fiber having a small Er-concentration fiber long product is disposed in the front stage of the tellurite optical fiber. This is because the amplification of the tellurite optical fiber is caused after the wavelength of 1.525 μm to 1.54 μm is amplified with low noise.
つぎに、本実施例の一変形例について説明する。
増幅用光ファイバ205として、Erの濃度1000ppmのAl(アルミニウム)添加石英光ファイバ(長さ12m,カットオフ波長1.2μm,濃度ファイバ長積12,000m・ppm、この積はエルビウム添加テルライトファイバのものよりも大きい)を用いた。
光源203aの励起光量を70mWとし、光源203bの励起光量を150mWとしたとき、波長1.535μmから1.610μmの75mmの帯域で20dB以上の利得および5dB以下の雑音指数を確認することができた。
このような広帯域で低雑音動作するEDFAは従来の構成では実現されていない。
Next, a modification of the present embodiment will be described.
As an amplification
When the excitation light amount of the light source 203a was 70 mW and the excitation light amount of the
Such an EDFA that operates in a wide band with low noise has not been realized with a conventional configuration.
[実施例28]
本実施例では、増幅用光ファイバ205として、Er濃度100ppmファイバ長3.5mのZrF4 系フッ化物光ファイバ(カットオフ波長1.2μm,Er濃度ファイバ長積3500m・ppm)を用い、励起光源203として、発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。また、増幅用光ファイバ206として、上記TeO2 −BaO−SrO−Ta2 O5 の前記B,C組成領域のガラスを母材とし、Er添加濃度が500ppmで、長さ12m、カットオフ波長が1.3μm(Er濃度ファイバ長積6000m・ppm)のテルライト光ファイバを用いた。さらに、励起光源203bとして発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。
[Example 28]
In this embodiment, a ZrF4 fluoride optical fiber (cutoff wavelength 1.2 μm, Er concentration fiber length product 3500 m · ppm) having an Er concentration of 100 ppm fiber length of 3.5 m is used as the amplification
光源203aの励起光量を70mWとし、光源203bの励起光量を150mWとしたとき、波長1.525μmから1.610μmの85nmの帯域で20dB以上の利得および5dB以下の雑音指数を確認することができた。増幅用光ファイバ206を用いない場合は、1.54μmより短波長では、雑音指数は5dBより高く、1.525μmでは10dB以上の値となっており、また、20dB以上の利得は1.53μmから1.61μmの80nm帯でしか得られなかった。
When the excitation light quantity of the light source 203a was 70 mW and the excitation light quantity of the
[実施例29]
本実施例では、増幅用光ファイバ205,206共に上記TeO2 −BaO−SrO−Ta2 O5 の前記B,C組成領域のガラスを母材とし、Er添加濃度が500ppmで、カットオフ波長が1.3μmであるテルライト光ファイバを用いた。増幅用光ファイバ205ではファイバ長を3mとし、増幅用光ファイバ206ではファイバ長を12mとした。励起光源203aとしては、発振波長0.98μmの半導体レーザを用い、光源203bとしては、発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。
[Example 29]
In this example, both the amplification
光源203の励起光量を100mWとし、光源203bの励起光量を150mWとしたとき、波長1.525μmから1.610μmの85nmの帯域で20dB以上の利得および5dB以下の雑音指数を確認することができた。増幅用光ファイバ206を用いない場合は、1.54μmより短波長では、雑音指数は5dBより高く、1.525μmでは10dB以上の値となっており、また、20dB以上の利得は1.53μmから1.61μmの80nm帯でしか得られなかった。
When the excitation light quantity of the
以上の実施例では、全て増幅用光ファイバ205,206をそれぞれ前方励起および後方励起としたが、励起法は特にこれらに限定されるものではなく、双方向励起を含めたいずれの励起法を取っても良い。
In the above embodiments, the amplification
[実施例30]
本実施例では、増幅用光ファイバ205としては、実施例27〜29のものを用い、増幅用光ファイバ206として、TeO2 −BaO−SrO−Ta2 O5−Al2 O3 系ガラスを母材としたEr添加テルライト光ファイバ(Er濃度500ppm、長さ14m)を使用した。この場合も、増幅用光ファイバ4を用いることにより、用いないときよりも低雑音な増幅帯域の拡大を確認することができた。
[Example 30]
In this embodiment, the amplification
[実施例31]
本実施例では、増幅用光ファイバ205として、Erが添加されたフツリン酸光ファイバ,リン酸光ファイバ,カルコゲナイト光ファイバを用いた。増幅用光ファイバ205のEr濃度ファイバ長積が、増幅用光ファイバ206のテルライト光ファイバより小さいとき、低雑音な増幅帯域の拡大を確認することができた。つまり、増幅用光ファイバ205の素材は、本発明の効果を発現させるためには、大きな問題にはならず、Er濃度ファイバ長積が重要なパラメータとなる。
[Example 31]
In this example, a fluorophosphate optical fiber, a phosphate optical fiber, and a chalcogenite optical fiber doped with Er were used as the amplification
以上の実施例40〜44では、Er添加濃度ファイバ長積の異なる2つの光ファイバを増幅媒体としたが、3つ以上であっても良い。このとき、Er添加濃度光ファイバ長積の最小の光ファイバは最も後段以外はいずれの位置でも良いが、好ましくは最前段が良い。 In the above Examples 40 to 44, two optical fibers having different Er addition concentration fiber length products are used as amplification media, but three or more may be used. At this time, the optical fiber having the smallest Er-doped optical fiber length product may be in any position other than the rearmost stage, but preferably the frontmost stage.
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。
以上説明したように、本発明によれば、Erの1.5μm帯の誘導放出断面積がより平坦になるファイバホストとして光増幅用テルライトガラスを提供するとともに、このガラスを光増幅媒体とした利得平坦化したテルライトEDFAを提供することが可能となる。また、従来のテルライトEDFAの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するテルライトEDFAを提供することが可能となる。さらに、光学活性な希土類元素を添加してたとえば広帯域EDFAのような従来のガラスでは実現不可能だった機能を発現できるテルライトファイバを提供することを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the tellurite glass for light amplification is provided as a fiber host in which the stimulated emission cross section of Er 1.5 μm band becomes flatter, and this glass is used as the light amplification medium. It is possible to provide a tellurite EDFA with a flattened gain. In addition, the operating wavelength band of the conventional tellurite EDFA can be expanded to provide a tellurite EDFA that operates with a low noise in a wider band region. Furthermore, it becomes possible to provide a tellurite fiber that can exhibit a function that cannot be realized by conventional glass such as a broadband EDFA by adding an optically active rare earth element.
また、上記テルライトガラスを用い、特に1.5μmから1.7μmの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することも可能となる。さらにまた、非石英系光ファイバと石英系光ファイバとを、あるいはコア屈折率が互いに異なる非石英系光ファイバ同士を確実にかつ低損失、低反射で接続する汎用的・実用的な接続技術を提供することが可能となる。したがって、上記光増幅媒体、この光増幅媒体を用いた光増幅器およびレーザ装置の特性と、本来Er添加テルライト光ファイバ増幅器のもつ広帯域性を合わせると波長多重光伝送システムや光CATVシステムの高性能化を進めることができ、その結果、それらシステムを用いたサービスの高度化、経済化に大きく寄与できるという利点がある。 In addition, a broadband optical amplification medium that can operate in the wavelength region of 1.5 μm to 1.7 μm using the tellurite glass, an optical amplifier having a broadband and low noise characteristic using the optical amplification medium, a laser device, It is also possible to provide a light source. Furthermore, a general-purpose and practical connection technology that connects non-silica optical fibers and silica optical fibers, or non-silica optical fibers with different core refractive indexes, reliably and with low loss and low reflection. It becomes possible to provide. Therefore, when the characteristics of the optical amplification medium, the optical amplifier and the laser device using the optical amplification medium, and the wideband characteristic of the Er-doped tellurite optical fiber amplifier are combined, the performance enhancement of the wavelength multiplexing optical transmission system and the optical CATV system is achieved. As a result, there is an advantage that it can greatly contribute to the advancement and economy of services using these systems.
また、広帯域の増幅器として波長多重光伝送システムで利用すれば伝送容量の格段の増大が期待でき、情報通信の低コスト化に寄与できる。また、光CATVシステムにおいて、そのゲインチルトが小さい特性を利用して使用すれば、従来は困難であった波長多重による高品質な映像の分配や中継が可能となり、やはり光CATVの低コスト化が達成できるという大きなメリットがある。さらに、レーザ装置として応用すれば各種波長多重光伝送システムの低コスト化や光計測の高性能化に寄与できる。 Further, if it is used in a wavelength division multiplexing optical transmission system as a broadband amplifier, it can be expected that the transmission capacity will be remarkably increased, thereby contributing to the cost reduction of information communication. In addition, if the optical CATV system is used with the characteristic that the gain tilt is small, it is possible to distribute and relay high-quality video by wavelength multiplexing, which has been difficult in the past, and the cost reduction of the optical CATV is achieved. There is a big merit that you can. Furthermore, if it is applied as a laser device, it can contribute to cost reduction of various wavelength division multiplexing optical transmission systems and high performance of optical measurement.
またさらに、希土類添加光ファイバ増幅器としてではなく、広帯域ラマン増幅器の増幅媒体としての応用も光通信システムにおいて可能である。 Furthermore, the optical communication system can be applied not as a rare earth-doped optical fiber amplifier but as an amplification medium for a broadband Raman amplifier.
111,111′ 励起用半導体レーザ
112,112′ 光カップラ
113 増幅用光ファイバ
114 光アイソレータ
115 増幅用光ファイバ
116 ミラー
117 フィルタ
118 ミラー
201 光アイソレータ
202 励起光源
203 光カップラ
204 分散媒質
205 増幅用光ファイバ
206 増幅用光ファイバ
111,111 'pumping semiconductor laser
112, 112 'optical coupler
113 Optical fiber for amplification
114 optical isolator
115 Amplifying optical fiber
116 mirror
117 filter
118 mirror
201 optical isolator
202 Excitation light source
203 Optical coupler
204 Dispersion medium 205 Optical fiber for amplification
206 Optical fiber for amplification
Claims (30)
0<Ta2 O5 ≦12(モル%)、
0<(BaO+SrO)≦20(モル%)、および
80≦TeO2 ≦97(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。 A material glass for optical fiber or optical waveguide,
0 <Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
0 <(BaO + SrO) ≦ 20 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 97 (mol%)
An optical functional waveguide material having a composition comprising:
6≦Ta2 O5 ≦12(モル%)
の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の光機能導波路材料。 The amount of Ta 2 O 5 added to the optical functional waveguide material is
6 ≦ Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%)
The optical functional waveguide material according to claim 1, wherein the optical functional waveguide material is in the range of
0<Ta2 O5 ≦12(モル%)、
0<(BaO+SrO)≦20(モル%)、および
80≦TeO2 ≦94(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。 A material glass for optical fiber or optical waveguide,
0 <Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
0 <(BaO + SrO) ≦ 20 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 94 (mol%)
An optical functional waveguide material having a composition comprising:
6≦Ta2 O5 ≦12(モル%)、
4≦(BaO+SrO)≦12(モル%)、および
80≦TeO2 ≦88(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。 A material glass for optical fiber or optical waveguide,
6 ≦ Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
4 ≦ (BaO + SrO) ≦ 12 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 88 (mol%)
An optical functional waveguide material having a composition comprising:
0<Ta2 O5 ≦12(モル%)、
0<(BaO+SrO)≦20(モル%)、および
80≦TeO2 ≦97(モル%)、
0<Al2 O3 ≦4(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。 A material glass for optical fiber or optical waveguide,
0 <Ta 2 O 5 ≦ 12 (mol%),
0 <(BaO + SrO) ≦ 20 (mol%), and 80 ≦ TeO 2 ≦ 97 (mol%),
0 <Al 2 O 3 ≦ 4 (mol%)
An optical functional waveguide material having a composition comprising:
上記複数の光増幅部の第2段以降の少なくとも一つには、光ファイバ素材として請求項1〜6のいずれかに記載の光機能導波路材料からなる光ファイバが用いられ、この光機能導波路材料光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、Er添加濃度およびファイバ長積が上記光機能導波路材料光ファイバより小さいEr添加光ファイバが用いられていることを特徴とする光増幅器。 An optical amplifier in which a plurality of optical amplification units including an optical fiber to which Er is added as an amplification medium are arranged in series,
An optical fiber made of the optical functional waveguide material according to any one of claims 1 to 6 is used as an optical fiber material for at least one of the second and subsequent stages of the plurality of optical amplification units. The optical amplifying unit upstream of the optical amplifying unit made of a waveguide material optical fiber uses an Er-doped optical fiber having an Er addition concentration and a fiber length product smaller than those of the optical functional waveguide material optical fiber. Optical amplifier.
Er添加濃度および光ファイバ長積の異なる光機能導波路材料光ファイバを少なくとも2つ以上直列に配置し、その配列の中では光ファイバ長積の小さな光ファイバが光ファイバ長積の大きな光ファイバの前段に配置されている配列構造を少なくとも一ケ所含むことを特徴とする請求項14〜24のいずれかに記載の光増幅器。 An optical amplifier using an optical fiber doped with Er as an amplification medium,
At least two optical functional waveguide material optical fibers having different Er doping concentrations and optical fiber length products are arranged in series, and in the arrangement, an optical fiber having a small optical fiber length is an optical fiber having a large optical fiber length product. The optical amplifier according to any one of claims 14 to 24, comprising at least one array structure arranged in the preceding stage.
29. The optical amplifier according to claim 27 or 28, wherein the reflector comprises a dielectric multilayer filter or a fiber Bragg grating.
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