JP2617564B2 - 光増幅装置 - Google Patents
光増幅装置Info
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- JP2617564B2 JP2617564B2 JP1060341A JP6034189A JP2617564B2 JP 2617564 B2 JP2617564 B2 JP 2617564B2 JP 1060341 A JP1060341 A JP 1060341A JP 6034189 A JP6034189 A JP 6034189A JP 2617564 B2 JP2617564 B2 JP 2617564B2
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- optical fiber
- excitation
- rod
- amplification
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094069—Multi-mode pumping
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光増幅装置に関し、特に安定、かつ効率よ
く高い増幅度を得る光通信用光ファイバレーザ増幅装置
に関するものである。
く高い増幅度を得る光通信用光ファイバレーザ増幅装置
に関するものである。
近年、Nd（ネオジウム）、Er（エルビウム）、Pr（プ
ラセオジウム）、Yb（イツテリビウム）等の希土類元素
を添加した光ファイバ（以下、希土類元素添加光ファイ
バと記す）をレーザ活性物質とした、単一モード光ファ
イバレーザあるいは光増幅器が、光センサや光通信の分
野で多くの利用の可能性を有することが報告され、その
応用が期待されている。
ラセオジウム）、Yb（イツテリビウム）等の希土類元素
を添加した光ファイバ（以下、希土類元素添加光ファイ
バと記す）をレーザ活性物質とした、単一モード光ファ
イバレーザあるいは光増幅器が、光センサや光通信の分
野で多くの利用の可能性を有することが報告され、その
応用が期待されている。
希土類元素添加光ファイバを用いた光ファイバレーザ
増幅器としては、Erを添加した石英系光ファイバをレー
ザ活性物質として用い、半導体レーザを励起光源とし
て、波長1.54μｍで光増幅を確認した例がアール・ジェ
ー・メアーズ等（R.J.Mears et al,Electron.Lett.,23,
pp.1028,1987）によって報告されている。
増幅器としては、Erを添加した石英系光ファイバをレー
ザ活性物質として用い、半導体レーザを励起光源とし
て、波長1.54μｍで光増幅を確認した例がアール・ジェ
ー・メアーズ等（R.J.Mears et al,Electron.Lett.,23,
pp.1028,1987）によって報告されている。
第５図は、上述した従来の光ファイバ増幅器の構成例
であって、１は信号源のレーザダイオード（LD）光源
（波長1.53μｍ）、２は入力電気信号、３は集光用レン
ズ、４は励起用LD光源（波長0.808μｍ）、５はダイク
ロイックミラー、６はエルビウム（Er）添加単一モード
光ファイバ、７は誘電体多層膜などの狭帯域フィルタ、
８は伝送用光ファイバである。
であって、１は信号源のレーザダイオード（LD）光源
（波長1.53μｍ）、２は入力電気信号、３は集光用レン
ズ、４は励起用LD光源（波長0.808μｍ）、５はダイク
ロイックミラー、６はエルビウム（Er）添加単一モード
光ファイバ、７は誘電体多層膜などの狭帯域フィルタ、
８は伝送用光ファイバである。
これを動作するには、先ず励起用レーザダイオード４
を点灯し、出力光を集光レンズ３およびダイクロイック
ミラー５を介して光ファイバ６に入射せしめ、光ファイ
バ６に添加されたErを励起した反転分布状態を作る。つ
いで、入力信号２によりレーザダイオード１を駆動し、
その出力光をレンズ３および３′を介して、光ファイバ
６に入射せしめる。この信号光は、光ファイバ６を伝ぱ
んする際励起状態にあるErにより増幅され、フィルタ７
を介して伝送用光ファイバ８に結合される。この際、入
力信号光は数dB増幅される。
を点灯し、出力光を集光レンズ３およびダイクロイック
ミラー５を介して光ファイバ６に入射せしめ、光ファイ
バ６に添加されたErを励起した反転分布状態を作る。つ
いで、入力信号２によりレーザダイオード１を駆動し、
その出力光をレンズ３および３′を介して、光ファイバ
６に入射せしめる。この信号光は、光ファイバ６を伝ぱ
んする際励起状態にあるErにより増幅され、フィルタ７
を介して伝送用光ファイバ８に結合される。この際、入
力信号光は数dB増幅される。
第５図に示した光ファイバレーザ増幅装置の問題点
は、光ファイバ６のコア径が通常数μｍと小さいため、
大出力のLD光源（例えば、レーザ活性部がアレイ型にな
っているもの）との結合効率が悪く、高い増幅度が得に
くいという点である。また、光ファイバ６の長さを長く
とる必要があり、光増幅装置の小型化を図る上で制約と
なっていた。
は、光ファイバ６のコア径が通常数μｍと小さいため、
大出力のLD光源（例えば、レーザ活性部がアレイ型にな
っているもの）との結合効率が悪く、高い増幅度が得に
くいという点である。また、光ファイバ６の長さを長く
とる必要があり、光増幅装置の小型化を図る上で制約と
なっていた。
本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになさ
れたものであり、コア部に希土類元素が添加されてお
り、かつ両端部がそれぞれ、単一モード光ファイバの導
波条件を満たすように連続的に細径化されているロッド
状光ファイバ母材からなる光導波路媒体と、光導波路媒
体の側面に設けられた光励起用光学系とを具えたことを
特徴とする。
れたものであり、コア部に希土類元素が添加されてお
り、かつ両端部がそれぞれ、単一モード光ファイバの導
波条件を満たすように連続的に細径化されているロッド
状光ファイバ母材からなる光導波路媒体と、光導波路媒
体の側面に設けられた光励起用光学系とを具えたことを
特徴とする。
［作 用］ 希土類元素を含む光増幅用媒体としてロッド状プリフ
ォームを用い、実効的な励起断面積を拡大することによ
り、被増幅信号のモード状態にほとんど影響を与えるこ
となく、集束スポット径が大きな出力LD光源による励起
が可能になる。
ォームを用い、実効的な励起断面積を拡大することによ
り、被増幅信号のモード状態にほとんど影響を与えるこ
となく、集束スポット径が大きな出力LD光源による励起
が可能になる。
第１図に本発明に使用する光増幅用媒体を示す。すな
わち、コア部11およびクラッド部12からなり通常の光フ
ァイバの40〜50倍の外径を有するEr添加光ファイバ母材
ロッド10の両端を、小型酸水素バーナにより延伸し、テ
ーパ部13,13′および単一モードファイバ部9,9′を形成
する。この際、テーパ部13,13′の長さを、ロッドの外
径に対し十分長くとることにより、光信号はほとんどモ
ード変換を受けることなく、低損失で伝ぱんする。これ
と同様な現象は、テーパ状ロッドを使用した光結合実験
において、既にエイチ・エム・プレスバイ等（H.M.Pres
by et al,Electron.Lett.,Vol.24,pp.34〜35）によって
確認されている。
わち、コア部11およびクラッド部12からなり通常の光フ
ァイバの40〜50倍の外径を有するEr添加光ファイバ母材
ロッド10の両端を、小型酸水素バーナにより延伸し、テ
ーパ部13,13′および単一モードファイバ部9,9′を形成
する。この際、テーパ部13,13′の長さを、ロッドの外
径に対し十分長くとることにより、光信号はほとんどモ
ード変換を受けることなく、低損失で伝ぱんする。これ
と同様な現象は、テーパ状ロッドを使用した光結合実験
において、既にエイチ・エム・プレスバイ等（H.M.Pres
by et al,Electron.Lett.,Vol.24,pp.34〜35）によって
確認されている。
第１図に示したロッドにおいて、ロッド中央部の径が
例えば5mmのとき、コア部の径は約400μｍとなるため、
出射スポット径の大きなレーザを励起光源として使用し
ても、上記媒体中のErを効率良く励起することが可能で
ある。励起光はコア部の狭い領域で吸収される必要があ
るため、媒体中のEr濃度が高く、励起光を十分吸収する
ことが要求される。
例えば5mmのとき、コア部の径は約400μｍとなるため、
出射スポット径の大きなレーザを励起光源として使用し
ても、上記媒体中のErを効率良く励起することが可能で
ある。励起光はコア部の狭い領域で吸収される必要があ
るため、媒体中のEr濃度が高く、励起光を十分吸収する
ことが要求される。
このように本発明では、通常の光ファイバ増幅器で用
いられる、光ファイバ端面からの励起方法に替えて、太
径のロッド状母材10の外周または、テーパ部13および1
3′より励起を行なう方法を採用しているため、励起レ
ーザの集束光スポットが必ずしも数μｍ以下である必要
がない。活性部がアレイ状に並べられている出力1w以上
の大出力LD等を光源として使用できるため、高い増幅度
を容易に達成できるばかりでなく、装置の小型化にも有
効である。さらに、本発明で使用する光増幅器媒体で
は、そのコア径がテーパ部で連続的にかつ滑らかに変化
しているため、信号光が媒体を通過する際、ほとんどテ
ーパ変換損失を受けることなく伝ぱんする。
いられる、光ファイバ端面からの励起方法に替えて、太
径のロッド状母材10の外周または、テーパ部13および1
3′より励起を行なう方法を採用しているため、励起レ
ーザの集束光スポットが必ずしも数μｍ以下である必要
がない。活性部がアレイ状に並べられている出力1w以上
の大出力LD等を光源として使用できるため、高い増幅度
を容易に達成できるばかりでなく、装置の小型化にも有
効である。さらに、本発明で使用する光増幅器媒体で
は、そのコア径がテーパ部で連続的にかつ滑らかに変化
しているため、信号光が媒体を通過する際、ほとんどテ
ーパ変換損失を受けることなく伝ぱんする。
また、本発明では、光増幅媒体に対し、ダイクロイッ
クミラーなしに容易に複数個のレーザを励起光源として
使用できる特徴があり、光増幅器の増幅度および信頼性
を高めることができる。
クミラーなしに容易に複数個のレーザを励起光源として
使用できる特徴があり、光増幅器の増幅度および信頼性
を高めることができる。
以上の様に、本発明によれば、高増幅度、高信頼度に
して小型の光増幅器を提供することが可能となる。
して小型の光増幅器を提供することが可能となる。
以下、図面にもとづき、実施例について説明する。
実施例−１ 第２図は、本発明の第１の実施例の概念図である。第
５図に示した従来装置と同一部分は同一参照番号を付し
て説明を省略する。図中、８′は伝送用単一モード光フ
ァイバ、14はアレイ形レーザダイオード（波長0.808μ
ｍ）、15はアレイ形レーザダイオード14の出力光を集光
するシリンドリカルレンズ、16はミラー、17および17′
は光ファイバの接続点、18は光パワーメータである。
５図に示した従来装置と同一部分は同一参照番号を付し
て説明を省略する。図中、８′は伝送用単一モード光フ
ァイバ、14はアレイ形レーザダイオード（波長0.808μ
ｍ）、15はアレイ形レーザダイオード14の出力光を集光
するシリンドリカルレンズ、16はミラー、17および17′
は光ファイバの接続点、18は光パワーメータである。
これを動作するには、先ず出力1.5Wのレーザダイオー
ド14を点灯し、その出力光を、シリンドリカルレンズ15
を用いて、光ファイバロッド10のコア部11に集光する。
ここで、レーザダイオード14の光はその80％以上が吸収
され、その透過光はミラー16により反射され再び母材10
のコア部11に集光され、吸収される。この結果、光ファ
イバ状ロッド10のコア部11に添加されたEr（Er濃度:27,
000ppm）は励起状態となる。
ド14を点灯し、その出力光を、シリンドリカルレンズ15
を用いて、光ファイバロッド10のコア部11に集光する。
ここで、レーザダイオード14の光はその80％以上が吸収
され、その透過光はミラー16により反射され再び母材10
のコア部11に集光され、吸収される。この結果、光ファ
イバ状ロッド10のコア部11に添加されたEr（Er濃度:27,
000ppm）は励起状態となる。
ついで、信号用光源１を点灯し、1Gb/sのベースバン
ド信号２を印加し、その出力を光パワーメータ18で測定
する。ついで、レーザダイオード14の出力強度を変えさ
せながら、出力を測定したところ、増幅度は最大22dBが
得われることがわかった。なお、使用した光ファイバプ
リフォーム状ロッド10は外径4.8mm,コア部11の径310μ
m,均一径部の長さ40mm,テーパ部の長さはそれぞれ20mm
であった。
ド信号２を印加し、その出力を光パワーメータ18で測定
する。ついで、レーザダイオード14の出力強度を変えさ
せながら、出力を測定したところ、増幅度は最大22dBが
得われることがわかった。なお、使用した光ファイバプ
リフォーム状ロッド10は外径4.8mm,コア部11の径310μ
m,均一径部の長さ40mm,テーパ部の長さはそれぞれ20mm
であった。
実施例−２ 第３図は、本発明の第２の実施例に用いたプリフォー
ム状ロッドおよびその励起光学系の概念図である。
ム状ロッドおよびその励起光学系の概念図である。
本実施例の特徴は、第３図に示す様に、光の励起をロ
ッドのテーパ部より行なっている点である。テーパ部か
らの励起を容易にするため、母材は高NA（NA＝0.25）の
ものを使用しており、母材の中心軸と励起光束の入射角
度θは10゜以下とした。母材の寸法は均一径部の長さが
150mm,径が約6.2mm,コア部の径が約220μｍ、テーパ部1
3,13′の長さがそれぞれ38mmであった。母材のErの濃度
は、約14,500ppmであった。
ッドのテーパ部より行なっている点である。テーパ部か
らの励起を容易にするため、母材は高NA（NA＝0.25）の
ものを使用しており、母材の中心軸と励起光束の入射角
度θは10゜以下とした。母材の寸法は均一径部の長さが
150mm,径が約6.2mm,コア部の径が約220μｍ、テーパ部1
3,13′の長さがそれぞれ38mmであった。母材のErの濃度
は、約14,500ppmであった。
これを動作するには、出力1.8w,波長1.483μｍのアレ
イ状励起光源14を点灯し、プリフォーム状ロッドのコア
部に結合させる。ここに、励起光のスポット径は110μ
ｍであった。このときの結合効率は、32％であった。こ
の状態で実施例１と同様の実験系で光増幅度を測定した
ところ、24dBの増幅度が得られた。
イ状励起光源14を点灯し、プリフォーム状ロッドのコア
部に結合させる。ここに、励起光のスポット径は110μ
ｍであった。このときの結合効率は、32％であった。こ
の状態で実施例１と同様の実験系で光増幅度を測定した
ところ、24dBの増幅度が得られた。
なお、本実施例において、テーパ部13′からも励起で
きることは言うまでもない。
きることは言うまでもない。
実施例−３ 第４図は、本発明の第３の実施例に用いたプリフォー
ム状ロッドおよびその励起光学系の概念図であって、19
は液体窒素用保冷容器,20は液体窒素,21は同注入口,22
は霜付き防止用リング状ヒーターである。第４図は、基
本的には第２の実施例と同一であるが、励起光学系を２
系列（14および14′）としたところ、励起時の自然放出
光によるS/N劣化を防止するため、ロッドの冷却装置を
付加した点にある。
ム状ロッドおよびその励起光学系の概念図であって、19
は液体窒素用保冷容器,20は液体窒素,21は同注入口,22
は霜付き防止用リング状ヒーターである。第４図は、基
本的には第２の実施例と同一であるが、励起光学系を２
系列（14および14′）としたところ、励起時の自然放出
光によるS/N劣化を防止するため、ロッドの冷却装置を
付加した点にある。
これを動作するには、冷却用液体窒素20を注入口21よ
り保冷容器19に満たす。プリフォーム状ロッド10が十分
冷えた後、実施例−２と同様の方法で、プリフォーム状
ロッド中のErを波長1.483μｍのレーザダイオード14,1
4′で励起し、実施例−１と同様の手法で光増幅度の測
定を行なった。その結果、光増幅度29dBが得られた。
り保冷容器19に満たす。プリフォーム状ロッド10が十分
冷えた後、実施例−２と同様の方法で、プリフォーム状
ロッド中のErを波長1.483μｍのレーザダイオード14,1
4′で励起し、実施例−１と同様の手法で光増幅度の測
定を行なった。その結果、光増幅度29dBが得られた。
以上説明した様に、本発明によれば、励起用光源であ
るLDの集光スポット形状の制約が大幅に緩和されるばか
りでなく、光増幅器媒体の側面からの励起が可能とな
り、かつ複数個の励起光源を同時に使用できるため、高
い光増幅度と高い信頼性が得られる。また、ロッド状母
材を増幅器媒体としているため、増幅系に悪影響を及ぼ
すことなく媒体を冷却することが容易で、自然放出光に
よるS/N劣化を防止できる。
るLDの集光スポット形状の制約が大幅に緩和されるばか
りでなく、光増幅器媒体の側面からの励起が可能とな
り、かつ複数個の励起光源を同時に使用できるため、高
い光増幅度と高い信頼性が得られる。また、ロッド状母
材を増幅器媒体としているため、増幅系に悪影響を及ぼ
すことなく媒体を冷却することが容易で、自然放出光に
よるS/N劣化を防止できる。
したがって、高増幅度，高S/N比かつ小型にして信頼
性の高い光増幅器を提供できることから、長距離大容量
光伝送系に使用できるばかりでなく、超高感度光計測に
応用できる利点がある。
性の高い光増幅器を提供できることから、長距離大容量
光伝送系に使用できるばかりでなく、超高感度光計測に
応用できる利点がある。
第１図は本発明の光増幅器に使用する光増幅用媒体の概
念図、 第２図は本発明の第１の実施例の概念図、 第３図は本発明の第２の実施例に用いる光増幅用媒体お
よび励起光学系の概念図、 第４図は本発明の第３の実施に用いる光増幅用媒体およ
び励起光学系の概念図、 第５図は従来装置の基本構成図である。 １……レーザ光源、 ２……入力電気信号、 3,3′……集光レンズ、 4,4′……励起用レーザダイオード、 ５……ダイクロイックミラー、 ６……Er添加光ファイバ、 ７……フィルタ、 ８……伝送用ファイバ、 9,9′……Er添加単一モード光ファイバ、 10……Er添加光ファイバプリフォーム状ロッド、 11……コア部、 12……クラッド部、 13,13′……テーパ部、 14……アレイ状励起光源、 15……シリンドリカルレンズ、 16……ミラー、 17……光ファイバ接続点、 18……光パワーメータ、 19……保冷容器、 20……液体窒素、 21……液体窒素注入口、 22……ヒータ。
念図、 第２図は本発明の第１の実施例の概念図、 第３図は本発明の第２の実施例に用いる光増幅用媒体お
よび励起光学系の概念図、 第４図は本発明の第３の実施に用いる光増幅用媒体およ
び励起光学系の概念図、 第５図は従来装置の基本構成図である。 １……レーザ光源、 ２……入力電気信号、 3,3′……集光レンズ、 4,4′……励起用レーザダイオード、 ５……ダイクロイックミラー、 ６……Er添加光ファイバ、 ７……フィルタ、 ８……伝送用ファイバ、 9,9′……Er添加単一モード光ファイバ、 10……Er添加光ファイバプリフォーム状ロッド、 11……コア部、 12……クラッド部、 13,13′……テーパ部、 14……アレイ状励起光源、 15……シリンドリカルレンズ、 16……ミラー、 17……光ファイバ接続点、 18……光パワーメータ、 19……保冷容器、 20……液体窒素、 21……液体窒素注入口、 22……ヒータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/10 Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｅ Ｈ０１Ｓ 3/094 Ｈ０１Ｓ 3/094 Ｓ
Claims (1)
- 【請求項１】コア部に希土類元素が添加されており、か
つ両端部がそれぞれ、単一モード光ファイバの導波条件
を満たすように連続的に細径化されているロッド状光フ
ァイバ母材からなる光導波路媒体と、 該光導波路媒体の側面に設けられた光励起用光学系とを
具えたことを特徴とする光増幅装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1060341A JP2617564B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 光増幅装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1060341A JP2617564B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 光増幅装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02239236A JPH02239236A (ja) | 1990-09-21 |
| JP2617564B2 true JP2617564B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=13139366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1060341A Expired - Lifetime JP2617564B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 光増幅装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2617564B2 (ja) |
-
1989
- 1989-03-13 JP JP1060341A patent/JP2617564B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02239236A (ja) | 1990-09-21 |
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