JP2009044098A - Gain photonic crystal optical fiber, laser amplification system, and setting method for gain photonic crystal optical fiber - Google Patents

Gain photonic crystal optical fiber, laser amplification system, and setting method for gain photonic crystal optical fiber Download PDF

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晃 白川
Hiroyuki Suzuki
博之 鈴木
Motoyuki Yadokoro
基行 谷所
Kenichi Ueda
憲一 植田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain amplified spontaneous emission or parasitic oscillation in a codoped optical fiber. <P>SOLUTION: In a codoped optical fiber, an additive to function as a sensitizer is excited by the energy injected by a laser beam so that energy is applied to an additive to function as an activator based on the excitation level. In the case the refractive index guide type photonic crystal optical fiber (PCF) is used in a bent state, its loss is increased to a shorter wavelength side. Utilizing the propagation characteristics, the PCF is used in a radius of curvature so that the loss is small with a wavelength in a gain spectrum of the activator and the loss is large with a wavelength in a gain spectrum of the sensitizer (<the wavelength of the activator). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、フォトニック結晶光ファイバーに関する。   The present invention relates to a photonic crystal optical fiber.

レーザー光の大出力化に対応する等の目的で、複数種類の活性イオンが添加された光ファイバーが研究されている。こうした光ファイバーでは、センシタイザとして機能するドーパントが上準位に励起され、そのエネルギーがアクチベータとして機能するドーパントに移行される。図1に示される例では、Yb3+がセンシタイザ、Er3+がアクチベータとして機能するイオンである。Yb3+が975nm付近の光を吸収して上準位に励起され、そのエネルギーがEr3+に移行する。Er3+が下準位に移行することにより、1550nm付近の光が放出される。 For the purpose of responding to the increased output of laser light, optical fibers to which a plurality of types of active ions are added have been studied. In such an optical fiber, a dopant that functions as a sensitizer is excited to an upper level, and its energy is transferred to a dopant that functions as an activator. In the example shown in FIG. 1, Yb 3+ is an ion that functions as a sensitizer and Er 3+ functions as an activator. Yb 3+ absorbs light near 975 nm and is excited to the upper level, and its energy shifts to Er 3+ . As Er 3+ moves to the lower level, light near 1550 nm is emitted.

こうしたレーザー媒質に用いられる複数活性イオンの共添加系では、イオン間のエネルギー移動を用い上準位に励起されたセンシタイザイオンの全エネルギーをアクチベータイオンに移行するのが理想である。しかし実際にはセンシタイザイオンの上準位は有限の寿命を有するため、エネルギー移動せずに基底状態へと緩和する経路が必ず存在する。この緩和経路は、寄生発振や増幅効率・安定性の低下など望ましくない動作を招くことが多い。   In the co-addition system of a plurality of active ions used in such a laser medium, it is ideal to transfer the total energy of the sensitizer ion excited to the upper level using the energy transfer between ions to the activator ion. However, in reality, the upper level of the sensitizer ion has a finite lifetime, so there is always a path that relaxes to the ground state without energy transfer. This relaxation path often leads to undesirable operations such as parasitic oscillation and reduced amplification efficiency and stability.

例えば図1のEr:Yb共添加ガラス系は、Er系にYbを高濃度添加して、YbからErへのエネルギー移動により1.5μm帯で利得を有する物質系である。YbはErとは異なり濃度消光が起きないため高濃度添加でき、吸収断面積も一桁大きいことから短尺ファイバー長で高利得を得ることができ、高出力増幅器、高出力レーザー用媒質として極めて重要であり、高密度波長多重化通信における高出力増幅器等として研究が進んでいる。エネルギー移動を効率的に行うために、Pを添加し結晶場を変化させることでErの11/2準位の寿命を短くしたり、YbがErの周りを取り囲むようにクラスタリングするよう添加物の濃度比や添加法を制御するなどの努力が長年行われてきた。 For example, the Er: Yb co-doped glass system in FIG. 1 is a material system having a gain in the 1.5 μm band due to the energy transfer from Yb to Er by adding Yb at a high concentration to the Er system. Unlike Er, Yb does not cause concentration quenching, so it can be added at a high concentration, and its absorption cross section is an order of magnitude larger. Therefore, high gain can be obtained with a short fiber length, which is extremely important as a medium for high-power amplifiers and high-power lasers. Therefore, research is progressing as a high-power amplifier in high-density wavelength multiplexing communication. In order to efficiently transfer energy, the lifetime of the 4 I 11/2 level of Er is shortened by adding P and changing the crystal field, or Yb is clustered so that it surrounds Er Efforts such as controlling the concentration ratio of substances and the method of addition have been made for many years.

しかしながらガラス中への活性イオン添加は一般的に難しく、クラスタリングにより不均一な結晶場となるため、経験工学の域を出ずイオン間相互作用を理想的に制御することは実現していない。従って増幅自然放出(ASE:Amplified Spontaneous Emission)・寄生発振による効率の低下、ジャイアントパルス発生による端面破壊と出力限界、安定性の低下などの問題があり、未だ解決できていない。   However, it is generally difficult to add active ions to glass, and clustering results in an inhomogeneous crystal field. Therefore, it is not possible to ideally control the interaction between ions without leaving the field of empirical engineering. Therefore, there are problems such as reduced efficiency due to amplified spontaneous emission (ASE) / parasitic oscillation, end face destruction due to giant pulse generation, output limit, and reduced stability, which have not been solved yet.

Er/Yb共添加光ファイバーレーザーの例として非特許文献1、2を挙げる。
J.K. Sahu et al, “A 103 W erbium-ytterbium co-doped large-core fiber laser”, Optics Communications, 2003, Vol. 227, p.159-163 P.K. Cheo et al, “Clad-Pumped Yb: Er Codoped Fiber Lasers”, IEEE Photonics Technology Letters, March 2001, Vol. 13, No. 3, p.188-190
Non-patent documents 1 and 2 are given as examples of the Er / Yb co-doped optical fiber laser.
JK Sahu et al, “A 103 W erbium-ytterbium co-doped large-core fiber laser”, Optics Communications, 2003, Vol. 227, p.159-163 PK Cheo et al, “Clad-Pumped Yb: Er Codoped Fiber Lasers”, IEEE Photonics Technology Letters, March 2001, Vol. 13, No. 3, p.188-190

一般に、上述のセンシタイザイオンの緩和経路の遷移エネルギーは利用するアクチベータイオンの遷移エネルギーよりも大きく、従って、光ファイバーで増幅される信号の波長、或いはレーザーの発振波長として使われるアクチベータの利得スペクトル内の波長(波長λ)よりも短波長側で発光する。この発光(センシタイザの利得スペクトル内の波長λの発光)が更に上準位センシタイザのエネルギーを奪って大きく増幅され、ASEや寄生発振として増幅効率・安定性の低下を招いたり、高出力動作限界を与える。 In general, the transition energy of the above-described relaxation path of the sensitizer ion is larger than the transition energy of the activator ion used, and therefore, within the gain spectrum of the activator used as the wavelength of the signal amplified by the optical fiber or the oscillation wavelength of the laser. Light is emitted on the shorter wavelength side than the wavelength (wavelength λ A ). This light emission (light emission of wavelength λ S in the gain spectrum of the sensitizer) is further amplified by taking the energy of the upper level sensitizer, resulting in a decrease in amplification efficiency and stability as ASE and parasitic oscillation, and high output operation limit give.

この誘導増幅過程を抑制するには、センシタイザの利得スペクトル内の波長λ付近の光をカットし、一方波長λ付近ではそのまま増幅するような波長依存損失を与えるとよい。しかしファイバーのような長尺の連続媒質では、誘電体多層膜フィルターなどを多数入れることは困難である。 In order to suppress this inductive amplification process, it is desirable to give a wavelength-dependent loss that cuts light in the vicinity of the wavelength λ S in the gain spectrum of the sensitizer while amplifying it in the vicinity of the wavelength λ A. However, in a long continuous medium such as a fiber, it is difficult to insert a large number of dielectric multilayer filters.

以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   In the following, means for solving the problem will be described using the numbers used in [Best Mode for Carrying Out the Invention] in parentheses. These numbers are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Best Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in [Claims].

上記の課題を解決するため、本発明による利得光ファイバーは、第1のドーパントであるアクチベータと第2のドーパントであるセンシタイザとが添加されたコア部(4)と、コア部の周囲に配置されたクラッド部(6)とを具備する屈折率ガイド型のフォトニック結晶光ファイバー(2)であって、フォトニック結晶光ファイバーは、第1のドーパントの利得スペクトル内の波長で正の利得を有し、第2のドーパントの利得スペクトル内のASE或いは寄生発振が生ずる波長で損失が大きくなるように決定された曲率半径を有する損失部を備える。   In order to solve the above-described problems, a gain optical fiber according to the present invention is arranged around a core portion (4) to which an activator as a first dopant and a sensitizer as a second dopant are added, and around the core portion. A refractive index guide type photonic crystal optical fiber (2) comprising a cladding portion (6), wherein the photonic crystal optical fiber has a positive gain at a wavelength within the gain spectrum of the first dopant; And a loss portion having a radius of curvature determined to increase loss at a wavelength at which ASE or parasitic oscillation occurs in the gain spectrum of the two dopants.

好ましくは本発明による利得光ファイバーは、シングルモードのフォトニック結晶光ファイバーである。損失部は、短波長側ほど損失が大きい。   Preferably, the gain optical fiber according to the present invention is a single mode photonic crystal optical fiber. The loss part has a larger loss as the wavelength is shorter.

本発明によるレーザー増幅システムは、本発明による利得フォトニック結晶光ファイバーと、その第2のドーパントを励起させる励起エネルギーを供給するレーザーとを備える。このレーザー増幅システムは、利得フォトニック結晶光ファイバーに入力され第1のドーパントの利得スペクトル内の波長を有する信号光を増幅するために用いられる。或いは、このレーザー増幅システムは更に共振器を備える。第1のドーパントが添加された利得フォトニック結晶光ファイバーをレーザー媒質として誘導放出した光は、その共振器で共振してレーザー発振する。   The laser amplification system according to the present invention comprises a gain photonic crystal optical fiber according to the present invention and a laser for supplying excitation energy for exciting the second dopant. This laser amplification system is used to amplify signal light input to a gain photonic crystal optical fiber and having a wavelength within the gain spectrum of the first dopant. Alternatively, the laser amplification system further comprises a resonator. The light stimulated and emitted by using the gain photonic crystal optical fiber to which the first dopant is added as a laser medium resonates in the resonator and oscillates.

本発明による利得フォトニック結晶光ファイバーの設定方法は、所定のレーザーまたは増幅波長λで正の利得を有する共添加系の屈折率ガイド型のフォトニック結晶光ファイバーを提供するステップと、波長λよりも短い前記共添加系のASE或いは寄生発振波長においてフォトニック結晶光ファイバーの損失が所定の基準よりも大きくなるようにフォトニック結晶光ファイバーの曲率半径を設定して固定するステップとを備える。 A method for setting a gain photonic crystal optical fiber according to the present invention includes a step of providing a refractive index guide type photonic crystal optical fiber having a positive gain at a predetermined laser or amplification wavelength λ A , and a wavelength λ A And a step of setting and fixing the radius of curvature of the photonic crystal optical fiber so that the loss of the photonic crystal optical fiber is larger than a predetermined reference at the short co-doped ASE or parasitic oscillation wavelength.

屈折率ガイド型のフォトニック結晶光ファイバー(PCF:Photonic Crystal Fiber)では、曲率を印加した際に短波長ほど損失が増大する。短波長ほどクラッド部の実効屈折率が増大し、コアモードとの実効屈折率差が減少するためで、通常のステップインデックスファイバーなどでは見られない特性である。この伝搬特性を用い、複数イオン共添加利得ファイバーのクラッド部に周期的な空孔構造を施してPCFとし、曲率を印加すると、波長λ付近では大きな損失を持ち、一方波長λ付近ではほとんど損失のない伝搬特性を有する利得フォトニック結晶光ファイバーを作ることができ、上記の課題を解決することができる。 In a refractive index-guided photonic crystal fiber (PCF), the loss increases as the wavelength decreases when a curvature is applied. This is because the effective refractive index of the cladding portion increases as the wavelength becomes shorter, and the effective refractive index difference from the core mode decreases. Using this propagation characteristic, a periodic void structure is applied to the clad portion of the multi-ion co-doped gain fiber to form a PCF, and when a curvature is applied, there is a large loss near the wavelength λ S , while almost no near the wavelength λ A. A gain photonic crystal optical fiber having propagation characteristics without loss can be produced, and the above-described problems can be solved.

本発明は、高密度波長多重化通信やアイセーフ応用を目的に近年盛んに研究されている高出力Er:Yb共添加ファイバー増幅器・レーザーに特に有効であると期待される。高出力化、高効率化、そしてYbからの発光雑音の低減による低雑音化が可能であり、次世代増幅器へとつながるアイデアを提供するものである。   The present invention is expected to be particularly effective for high-power Er: Yb co-doped fiber amplifiers and lasers that have been actively studied in recent years for the purpose of high-density wavelength multiplexing communications and eye-safe applications. It is possible to reduce the noise by increasing the output, increasing the efficiency, and reducing the emission noise from Yb, and provide an idea leading to a next-generation amplifier.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図2は、本実施例における屈折率ガイド型のPCFの断面を示す。PCF2は、光ファイバーの延長方向に延在するコア4と、そのコア4の周りに配置されたクラッド6とを有する。クラッド6には多数の空孔8が形成されている。それらの空孔8は、コア4に平行に、即ち光ファイバーの延長方向に延在して形成されている。図2に示されるような延長方向に垂直な断面においては、複数の空孔8はピッチΛの三角格子配列で周期的に形成されている。こうしたPCF2は、空孔8が形成されていることに起因するクラッド6とコア4の光学的性質の差に基づいて、光をコア4に沿って導波させる。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows a cross section of a refractive index guide type PCF in this embodiment. The PCF 2 includes a core 4 that extends in the extending direction of the optical fiber, and a clad 6 that is disposed around the core 4. A number of holes 8 are formed in the cladding 6. These holes 8 are formed in parallel with the core 4, that is, extending in the extending direction of the optical fiber. In the cross section perpendicular to the extending direction as shown in FIG. 2, the plurality of holes 8 are periodically formed in a triangular lattice arrangement with a pitch Λ. Such PCF 2 guides light along the core 4 based on the difference in optical properties between the clad 6 and the core 4 resulting from the formation of the holes 8.

コア4にはEr(エルビウム)イオンとYb(イッテルビウム)イオンとが共添加されている。Ybはセンシタイザ、Erはアクチベータとして働き、Erの1.5μm帯で利得を有する。YbはErとは異なり濃度消光が起きないため高濃度添加でき、吸収断面積も一桁大きいことから、Ybで励起光を吸収させエネルギー移動させることで、短尺ファイバー長で高利得を得ることができる。Er:Yb共添加ファイバーは、高出力増幅器、高出力レーザー用媒質として極めて重要であり、高密度波長多重化通信における高出力増幅器等として研究が進んでいる。   The core 4 is co-doped with Er (erbium) ions and Yb (ytterbium) ions. Yb functions as a sensitizer, Er functions as an activator, and has a gain in the 1.5 μm band of Er. Unlike Er, Yb can be added at a high concentration because concentration quenching does not occur, and the absorption cross section is also an order of magnitude larger. By absorbing excitation light and transferring energy with Yb, high gain can be obtained with a short fiber length. it can. The Er: Yb co-doped fiber is extremely important as a medium for high-power amplifiers and high-power lasers, and research is progressing as a high-power amplifier in high-density wavelength multiplexing communication.

センシタイザイオン/アクチベータイオンとしては、本実施例におけるYb/Erに代えて、Tm3+/Ho3+,Yb3+/Pr3+,Er3+/Tm3+,Nd3+/Yb3+,Cr3+/Nd3+などを用いることができる。また、これらのドーパントの対を含む3以上の添加物質を含む共添加系のPCFに適用しても同様の効果が期待できる。 As the sensitizer ion / activator ion, instead of Yb / Er in this embodiment, Tm 3+ / Ho 3+ , Yb 3+ / Pr 3+ , Er 3+ / Tm 3+ , Nd 3+ / Yb 3+ , Cr 3+ / Nd 3+ and the like Can be used. The same effect can be expected when applied to a co-added PCF containing three or more additive substances containing these dopant pairs.

本実施例では、PCF2はシングルモードであり、コア4の径=35μm、モードフィールド直径MFD=26μm、空孔8のピッチΛ=22μm、空孔8の径とピッチの比d/Λ=0.54である。このPCF2の様々な曲率半径の場合の曲げ損失の計算結果を図3に示す。曲率半径を10cmよりも小さくすると1μm帯で損失が増大する。図4は、実際に白色光のコアモード透過スペクトルを測定した結果を示す。曲率半径9cm以下で1μm付近の損失が発生していることが分かる。   In this embodiment, the PCF 2 is in a single mode, the core 4 diameter = 35 μm, the mode field diameter MFD = 26 μm, the hole 8 pitch Λ = 22 μm, the hole 8 diameter / pitch ratio d / Λ = 0. 54. The calculation result of the bending loss in the case of various curvature radii of this PCF2 is shown in FIG. If the radius of curvature is smaller than 10 cm, the loss increases in the 1 μm band. FIG. 4 shows the result of actually measuring the core mode transmission spectrum of white light. It can be seen that a loss of about 1 μm occurs when the curvature radius is 9 cm or less.

図5にファイバー増幅器の実験図を示す。ファイバーはエアクラッドを有しており、レーザーダイオード(LD)でクラッド励起される。超短パルスレーザー(12ps,200mW,47MHz@1.557μm)をシードに用いて増幅する。上記のように設定された曲率半径で曲げられた曲げ領域は、共添加PCF2の一部であっても以下の効果は得られるが、ほぼ全領域であることが望ましい。例えば光ファイバーが長い場合は、複数回巻くことによって光ファイバーの全領域に上記の曲率半径を印加することができる。   FIG. 5 shows an experimental diagram of the fiber amplifier. The fiber has an air clad and is clad pumped by a laser diode (LD). Amplification is performed using an ultrashort pulse laser (12 ps, 200 mW, 47 MHz@1.557 μm) as a seed. Although the following effects can be obtained even if the bending region bent with the radius of curvature set as described above is a part of the co-added PCF2, it is desirable that the bending region is almost the entire region. For example, when the optical fiber is long, the above radius of curvature can be applied to the entire region of the optical fiber by winding a plurality of turns.

曲率半径が16cmの時、励起パワーが15Wを越えるとYbイオンからの寄生発振が1.030μm付近で発生し、信号光のパワーを越えてしまう(図6(a)参照)。この寄生発振は不安定なジャイアントパルスとして発生し、ファイバー端面が破壊されてしまうのでこれ以上励起パワーを増大することができない。この限界がパワー限界を与える。しかし曲率半径を9cmとすると、寄生発振は完全に抑圧され(図6(b)参照)、1.557μmシード光を安定に増幅することができ、励起パワー限界を向上させることができた。   When the radius of curvature is 16 cm and the excitation power exceeds 15 W, parasitic oscillation from Yb ions occurs near 1.030 μm, exceeding the power of the signal light (see FIG. 6A). This parasitic oscillation occurs as an unstable giant pulse, and the fiber end face is destroyed, so that the excitation power cannot be increased any more. This limit gives the power limit. However, when the radius of curvature is 9 cm, the parasitic oscillation is completely suppressed (see FIG. 6B), the 1.557 μm seed light can be stably amplified, and the pump power limit can be improved.

このように、適切に調節された曲率半径でPCFを積極的に曲げて設置することにより寄生発振を減衰させる方法では、適切な空孔構造と曲げ径の設計が重要である。図2に示したようなPCFで一般的な三角格子構造の場合、空孔8の直径d、空孔8のピッチΛ、ファイバーの材質の屈折率をnとする。このPCFの実効モード面積をAeff、VパラメータをVPCFとすると、曲率半径Rbendでの波長λにおける損失α(λ)[dB/m]は次の式で書ける。

Figure 2009044098
As described above, in the method of attenuating parasitic oscillation by actively bending and installing the PCF with an appropriately adjusted curvature radius, it is important to design an appropriate hole structure and bending diameter. In the case of a general triangular lattice structure of PCF as shown in FIG. 2, the diameter d of the holes 8, the pitch Λ of the holes 8, and the refractive index of the fiber material are n. When the effective mode area of this PCF is A eff and the V parameter is V PCF , the loss α (λ) [dB / m] at the wavelength λ at the radius of curvature R bend can be expressed by the following equation.
Figure 2009044098

ここでAeff、VPCFはd、Λによって決まり、有限要素法などの数値計算で求めなければならないが、波長に対する依存性が小さいため定数と見なすことができる。通常はVPCF〜π付近で用いられる場合が多いため、簡単のためにこのように置く。損失の係数はAeffと波長に依存するが、曲げによる特徴的な損失の増大はF(x)で決まるため、カットしたい波長をλ、x〜2を損失増大点とすれば、臨界曲率半径Rは、

Figure 2009044098
と書ける。実施例のΛ=22μm、λ=1.03μm、n=1.444(シリカ)を代入すれば、R〜8cmとなる。このように、寄生発振波長におけるPCFの損失が所定の基準を満たす大きさとなるように曲率半径を計算し、その曲率半径となるように光ファイバーを固定して使用することによって寄生発振を抑圧できる。 Here, A eff and V PCF are determined by d and Λ, and must be obtained by numerical calculation such as the finite element method, but can be regarded as constants because they are less dependent on the wavelength. Usually, it is used in the vicinity of V PCF ˜π, so it is placed in this way for simplicity. The coefficient of loss depends on A eff and the wavelength, but the characteristic loss increase due to bending is determined by F (x). Therefore, if the wavelength to be cut is λ S , and x˜2 is the loss increase point, the critical curvature Radius R c is
Figure 2009044098
Can be written. Substituting Λ = 22 μm, λ S = 1.03 μm, and n = 1.444 (silica) in the example, R c ˜8 cm. As described above, the radius of curvature is calculated so that the loss of the PCF at the parasitic oscillation wavelength is large enough to satisfy a predetermined standard, and the parasitic oscillation can be suppressed by using the optical fiber with the curvature radius being fixed.

応用として、PCF内にらせん状(helical)にコアを作成したtwistedコアファイバーが考えられる。図7はその概略図を示す。PCF10の延長方向を中心軸とする螺旋状にコア12が形成される。コア12の周囲にコア12に平行に多数の空孔が周期的に形成されることによってPCFのクラッドが形成される。添加物は図1を参照して例示したものと同様のセンシタイザとアクチベータである。中心からのオフセットと螺旋の周期を精密に設計することで、マクロな曲げによらずに所定の波長依存損失を有する伝搬特性を保持でき、アクチベータイオンからのエネルギー損失が抑制された増幅器・レーザー用利得ファイバーとして用いることができる。   As an application, a twisted core fiber in which a core is formed in a helical shape in the PCF can be considered. FIG. 7 shows a schematic diagram thereof. The core 12 is formed in a spiral shape with the extending direction of the PCF 10 as the central axis. A large number of holes are periodically formed around the core 12 in parallel with the core 12 to form a PCF cladding. The additive is a sensitizer and activator similar to those illustrated with reference to FIG. By precisely designing the offset from the center and the period of the helix, it is possible to maintain propagation characteristics with a predetermined wavelength-dependent loss without depending on macro bending, and for amplifiers and lasers where energy loss from activator ions is suppressed It can be used as a gain fiber.

図7に示されたtwistedコアファイバーにおいて、コア12の軸方向の螺旋の周期をP、中心軸からのオフセットをρとすると、P>>ρの場合、曲率半径は

Figure 2009044098
で表される。このRが臨界曲率半径Rであるとき、(2)式を用いれば、
Figure 2009044098
となる。実施例の場合、P/ρ=3.16mとなり、例えばP=10mmとするとρ=32μmのオフセットが必要となる。 In the twisted core fiber shown in FIG. 7, when the period of the spiral in the axial direction of the core 12 is P and the offset from the central axis is ρ, the curvature radius is P >> ρ.
Figure 2009044098
It is represented by When this R is the critical radius of curvature R c ,
Figure 2009044098
It becomes. In the embodiment, P 2 /ρ=3.16 m. For example, when P = 10 mm, an offset of ρ = 32 μm is required.

Er/Yb共添加ガラス系におけるエネルギー準位図を示す。The energy level diagram in an Er / Yb co-added glass system is shown. PCFの断面図である。It is sectional drawing of PCF. 曲率半径と損失の関係の計算結果を示す。The calculation result of the relationship between the radius of curvature and loss is shown. 曲率半径を変化させたときの白色光のコアモード透過スペクトルを示す。The core mode transmission spectrum of white light when the radius of curvature is changed is shown. ファイバー増幅器の実験図を示す。An experimental diagram of a fiber amplifier is shown. 曲率半径を変えたときの出力特性を示す。The output characteristics when the radius of curvature is changed are shown. twistedコアPCFを示す。A twisted core PCF is shown.

符号の説明Explanation of symbols

2 フォトニック結晶光ファイバー(PCF)
4 コア
6 クラッド
8 空孔
10 PCF
12 コア
2 Photonic crystal optical fiber (PCF)
4 Core 6 Clad 8 Hole 10 PCF
12 cores

Claims (5)

第1のドーパントと第2のドーパントとが添加されたコア部と、前記コア部の周囲に配置されたクラッド部とを具備する屈折率ガイド型のフォトニック結晶光ファイバーであって、
前記フォトニック結晶光ファイバーは、前記第1のドーパントの利得スペクトル内の波長で正の利得を有し、
前記フォトニック結晶光ファイバーは、前記第1のドーパントの利得スペクトル内の波長よりも前記第2のドーパントの利得スペクトル内の増幅自然放出或いは寄生発振が生ずる波長で損失が大きくなるように決定された曲率半径を有する損失部を備える
利得フォトニック結晶光ファイバー。
A refractive index-guided photonic crystal optical fiber comprising a core portion to which a first dopant and a second dopant are added, and a clad portion disposed around the core portion,
The photonic crystal optical fiber has a positive gain at a wavelength in the gain spectrum of the first dopant;
The curvature of the photonic crystal optical fiber is determined such that the loss is larger at a wavelength at which amplified spontaneous emission or parasitic oscillation occurs in the gain spectrum of the second dopant than at a wavelength in the gain spectrum of the first dopant. A gain photonic crystal optical fiber having a loss portion having a radius.
請求項1に記載された利得フォトニック結晶光ファイバーであって、
シングルモードである利得フォトニック結晶光ファイバー。
A gain photonic crystal optical fiber according to claim 1,
Gain photonic crystal optical fiber that is single mode.
請求項1又は2に記載された利得フォトニック結晶光ファイバーであって、
前記損失部は、短波長側ほど損失が大きい
利得フォトニック結晶光ファイバー。
A gain photonic crystal optical fiber according to claim 1 or 2,
The loss part is a gain photonic crystal optical fiber having a larger loss at shorter wavelengths.
第1のドーパントと第2のドーパントとが添加されたコア部と、前記コア部の周囲に配置されたクラッド部とを具備する屈折率ガイド型のフォトニック結晶光ファイバーと、
前記第2のドーパントを励起させる励起エネルギーを供給するレーザーとを具備し、
前記フォトニック結晶光ファイバーは、前記第1のドーパントの利得スペクトル内の波長で正の利得を有し、
前記フォトニック結晶光ファイバーは、前記第1のドーパントの利得スペクトル内の波長よりも前記第2のドーパントの利得スペクトル内の増幅自然放出或いは寄生発振が生ずる波長で損失が大きくなるように決定された曲率半径を有する損失部を備える
レーザー増幅システム。
A refractive index-guided photonic crystal optical fiber comprising a core portion to which a first dopant and a second dopant are added, and a cladding portion disposed around the core portion;
A laser for supplying excitation energy for exciting the second dopant,
The photonic crystal optical fiber has a positive gain at a wavelength in the gain spectrum of the first dopant;
The curvature of the photonic crystal optical fiber is determined such that the loss is larger at a wavelength at which amplified spontaneous emission or parasitic oscillation occurs in the gain spectrum of the second dopant than at a wavelength in the gain spectrum of the first dopant. Laser amplification system with a lossy part with radius.
所定の波長で正の利得を有する共添加系の屈折率ガイド型のフォトニック結晶光ファイバーを提供するステップと、
前記共添加系の増幅自然放出或いは寄生発振が生ずる前記所定の波長より短い波長において前記フォトニック結晶光ファイバーの損失が所定の基準よりも大きくなるように前記フォトニック結晶光ファイバーの曲率半径を設定して固定するステップ
とを具備する利得フォトニック結晶光ファイバーの設定方法。
Providing a co-doped index-guided photonic crystal optical fiber having a positive gain at a predetermined wavelength;
The radius of curvature of the photonic crystal optical fiber is set so that the loss of the photonic crystal optical fiber is larger than a predetermined reference at a wavelength shorter than the predetermined wavelength at which the amplified spontaneous emission or parasitic oscillation of the co-added system occurs. A method for setting a gain photonic crystal optical fiber comprising: a fixing step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018067383A1 (en) 2016-02-04 2018-04-12 Lawrence Livermore National Security, Llc Nd3+ fiber laser and amplifier

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0661568A (en) * 1992-08-06 1994-03-04 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd Fiber optical amplification device
JPH1093174A (en) * 1996-09-18 1998-04-10 Mitsubishi Cable Ind Ltd Light amplifier
JP2001144354A (en) * 1999-09-29 2001-05-25 Optical Technologies Usa Corp Optical amplifier unit and optical propagation system
JP2002055239A (en) * 2000-08-09 2002-02-20 Mitsubishi Cable Ind Ltd Photonic crystal fiber and its manufacturing method
JP2003031879A (en) * 2001-07-16 2003-01-31 Mitsubishi Cable Ind Ltd Optical device, optical fiber used therefor, pulse generator, optical amplifier, and fiber laser
JP2004184524A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Optical module, optical fiber and optical transmission system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0661568A (en) * 1992-08-06 1994-03-04 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd Fiber optical amplification device
JPH1093174A (en) * 1996-09-18 1998-04-10 Mitsubishi Cable Ind Ltd Light amplifier
JP2001144354A (en) * 1999-09-29 2001-05-25 Optical Technologies Usa Corp Optical amplifier unit and optical propagation system
JP2002055239A (en) * 2000-08-09 2002-02-20 Mitsubishi Cable Ind Ltd Photonic crystal fiber and its manufacturing method
JP2003031879A (en) * 2001-07-16 2003-01-31 Mitsubishi Cable Ind Ltd Optical device, optical fiber used therefor, pulse generator, optical amplifier, and fiber laser
JP2004184524A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Optical module, optical fiber and optical transmission system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018067383A1 (en) 2016-02-04 2018-04-12 Lawrence Livermore National Security, Llc Nd3+ fiber laser and amplifier

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