JP2675687B2 - 光増幅用媒体および光増幅器 - Google Patents
光増幅用媒体および光増幅器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光増幅用媒体および光増
幅器に関し、特に、光ファイバ形の１．３μｍ帯の光増
幅用媒体および光増幅器に関する。
幅器に関し、特に、光ファイバ形の１．３μｍ帯の光増
幅用媒体および光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、１．３μｍ帯の光通信分野への応
用を図るため、希土類元素であるネオジミウム（Ｎｄ）
を添加した光ファイバを用いて、ファイバ増幅器やファ
イバレーザ等の機能性ファイバの研究がなされている。
例えば、燐酸塩系の多成分ガラスにネオジミウムイオン
（Ｎｄ3+）を添加したガラスを準備し、このガラスから
形成した光ファイバの光増幅特性について評価した報告
（ニュウガラスフォーラム、１９９０年１月発表）等が
なされている。そして、この報告では、光ファイバの特
性に関して蛍光ピーク波長が１．３２３μｍ、ＥＳＡ
（ Excited StateAbsorption )ピーク波長が１．３１０
μｍ、増幅ピーク波長が１．３６０μｍという結果が得
られている。また、文献「Electronics Letters, 1990,
Vol. 26,pp．194 - 195 」には、波長１．３３μｍに
おいて、微小シグナルに対して１０ｄＢの増幅利得が得
られたことが報告されている。
用を図るため、希土類元素であるネオジミウム（Ｎｄ）
を添加した光ファイバを用いて、ファイバ増幅器やファ
イバレーザ等の機能性ファイバの研究がなされている。
例えば、燐酸塩系の多成分ガラスにネオジミウムイオン
（Ｎｄ3+）を添加したガラスを準備し、このガラスから
形成した光ファイバの光増幅特性について評価した報告
（ニュウガラスフォーラム、１９９０年１月発表）等が
なされている。そして、この報告では、光ファイバの特
性に関して蛍光ピーク波長が１．３２３μｍ、ＥＳＡ
（ Excited StateAbsorption )ピーク波長が１．３１０
μｍ、増幅ピーク波長が１．３６０μｍという結果が得
られている。また、文献「Electronics Letters, 1990,
Vol. 26,pp．194 - 195 」には、波長１．３３μｍに
おいて、微小シグナルに対して１０ｄＢの増幅利得が得
られたことが報告されている。
【０００３】一方、前述の報告の内容によると、増幅利
得が得られる波長範囲は１．３１〜１．３６μｍであ
り、１．３１μｍよりも短い波長範囲では負の利得とな
って光増幅が不可能である。これは、ＥＳＡ遷移による
シグナルの吸収が生じることによると考えられる。
得が得られる波長範囲は１．３１〜１．３６μｍであ
り、１．３１μｍよりも短い波長範囲では負の利得とな
って光増幅が不可能である。これは、ＥＳＡ遷移による
シグナルの吸収が生じることによると考えられる。
【０００４】ちなみに、通常の１．３μｍ帯の光伝送に
用いられる波長範囲は、１．２９〜１．３３μｍである
ので、ネオジミウムを添加したファイバを増幅用媒体と
して用いている限りは、全波長範囲を増幅することは困
難である。この問題を解決するためには、１．３μｍ帯
に蛍光特性を有し、かつ、ＥＳＡ遷移が生じにくい他の
希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒体として用い
る必要がある。この必要性に対して、本発明者らは鋭意
研究を行い、希土類元素としてプラセオジウム（Ｐｒ）
が有望であるとの結論を得た。
用いられる波長範囲は、１．２９〜１．３３μｍである
ので、ネオジミウムを添加したファイバを増幅用媒体と
して用いている限りは、全波長範囲を増幅することは困
難である。この問題を解決するためには、１．３μｍ帯
に蛍光特性を有し、かつ、ＥＳＡ遷移が生じにくい他の
希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒体として用い
る必要がある。この必要性に対して、本発明者らは鋭意
研究を行い、希土類元素としてプラセオジウム（Ｐｒ）
が有望であるとの結論を得た。
【０００５】プラセオジウムの吸収特性を検討すると、
図５に示す通りであり、また、この吸収スペクトルに対
応するエネルギー準位図は、図６に示す通りである。
１．３μｍ帯の蛍光は 1Ｇ4 から 3Ｈ5 のエネルギー遷
移により得られるので、増幅器として機能させるために
は 1Ｇ4 レベルを励起する必要がある。
図５に示す通りであり、また、この吸収スペクトルに対
応するエネルギー準位図は、図６に示す通りである。
１．３μｍ帯の蛍光は 1Ｇ4 から 3Ｈ5 のエネルギー遷
移により得られるので、増幅器として機能させるために
は 1Ｇ4 レベルを励起する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このプ
ラセオジウムの 1Ｇ4 に対応する吸収ピークは小さく、
効率よく励起することが困難であるという問題がある。
ラセオジウムの 1Ｇ4 に対応する吸収ピークは小さく、
効率よく励起することが困難であるという問題がある。
【０００７】そこで本発明は、このような事情に鑑み、
１．３μｍ帯の通信で用いられる全波長域で増幅できる
１．３μｍの光増幅用媒体および光増幅器を提供するこ
とを目的とする。
１．３μｍ帯の通信で用いられる全波長域で増幅できる
１．３μｍの光増幅用媒体および光増幅器を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係わる光増幅用媒体の第１の形態は、コアおよびク
ラッドを有する１．３μｍ帯用の光増幅用媒体におい
て、少なくともコア内にプラセオジウムとイットリビウ
ムを共に添加したことを特徴としている。また、第２の
形態は、少なくともコア内にプラセオジウムとエルビウ
ムを共に添加したことを特徴としている。
明に係わる光増幅用媒体の第１の形態は、コアおよびク
ラッドを有する１．３μｍ帯用の光増幅用媒体におい
て、少なくともコア内にプラセオジウムとイットリビウ
ムを共に添加したことを特徴としている。また、第２の
形態は、少なくともコア内にプラセオジウムとエルビウ
ムを共に添加したことを特徴としている。
【０００９】更に、前記目的を達成する本発明に係わる
光増幅器の形態は、信号光源と、０．９８μｍ帯の励起
用光源と、１．３μｍ帯の光増幅用媒体と、信号光源か
らの信号光と励起用光源からのレーザ光とを合波して光
増幅用媒体へ導くための光学的手段とを備え、光増幅用
媒体として、少なくともコア内にプラセオジウムとイッ
トリビウム、あるいはプラセオジウムとエルビウムを共
に添加したものを使用したことを特徴としている。
光増幅器の形態は、信号光源と、０．９８μｍ帯の励起
用光源と、１．３μｍ帯の光増幅用媒体と、信号光源か
らの信号光と励起用光源からのレーザ光とを合波して光
増幅用媒体へ導くための光学的手段とを備え、光増幅用
媒体として、少なくともコア内にプラセオジウムとイッ
トリビウム、あるいはプラセオジウムとエルビウムを共
に添加したものを使用したことを特徴としている。
【００１０】
【作用】本発明によれば、励起用レーザ光を良く吸収す
る希土類元素と１．３μｍ帯に蛍光特性を有する希土類
元素との２種類をファイバ内に添加することにより、光
増幅用媒体の励起効率の向上が図られると共に、光増幅
用媒体を用いた光増幅器の増幅波長域の適切化を図るこ
とが可能となる。
る希土類元素と１．３μｍ帯に蛍光特性を有する希土類
元素との２種類をファイバ内に添加することにより、光
増幅用媒体の励起効率の向上が図られると共に、光増幅
用媒体を用いた光増幅器の増幅波長域の適切化を図るこ
とが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明するが、本発明の光増幅器は、光増幅用媒体に
１．３μｍ帯の信号光と共に励起用光を入射させ、信号
光による誘導放出効果を利用して光直接増幅を行うもの
であって、励起用光源として０．９８μｍ帯の半導体レ
ーザを用いるものである。
に説明するが、本発明の光増幅器は、光増幅用媒体に
１．３μｍ帯の信号光と共に励起用光を入射させ、信号
光による誘導放出効果を利用して光直接増幅を行うもの
であって、励起用光源として０．９８μｍ帯の半導体レ
ーザを用いるものである。
【００１２】図１には、本発明の光増幅用媒体を用いて
作られた１．３μｍ帯光増幅器の構成を概念的に示して
ある。図において１は１．３μｍ帯の信号光を発生する
信号光発生器、２は０．９８μｍ帯の励起用レーザ光を
発生するレーザ光発生器、３はダイクロイックミラー、
４は増幅用光ファイバ、５は狭帯域フィルタ、６はレン
ズを示している。
作られた１．３μｍ帯光増幅器の構成を概念的に示して
ある。図において１は１．３μｍ帯の信号光を発生する
信号光発生器、２は０．９８μｍ帯の励起用レーザ光を
発生するレーザ光発生器、３はダイクロイックミラー、
４は増幅用光ファイバ、５は狭帯域フィルタ、６はレン
ズを示している。
【００１３】このような構成の１．３μｍ帯光増幅器で
は、信号光発生器１から出力される１．３μｍ帯の信号
光と、レーザ光発生器２から出力される０．９８μｍ帯
の励起用レーザ光は、それぞれレンズ６を通過してダイ
クロイックミラー３に到り、このダイクロイックミラー
３によって合波され、レンズ６を経て増幅用ファイバ４
に導入されて増幅され、増幅された信号が狭帯域フィル
タ５を介して出力として取り出されるようになってい
る。
は、信号光発生器１から出力される１．３μｍ帯の信号
光と、レーザ光発生器２から出力される０．９８μｍ帯
の励起用レーザ光は、それぞれレンズ６を通過してダイ
クロイックミラー３に到り、このダイクロイックミラー
３によって合波され、レンズ６を経て増幅用ファイバ４
に導入されて増幅され、増幅された信号が狭帯域フィル
タ５を介して出力として取り出されるようになってい
る。
【００１４】ここで、図１の１．３μｍ帯光増幅器の増
幅用ファイバ４を形成する光増幅用媒体の実施例につい
て具体的に説明を行う。以下の実施例では、０．９８μ
ｍ帯の励起用レーザ光を効率よく吸収するイットリビウ
ムＹｂ、あるいはエルビウムＥｒをプラセオジウムＰｂ
と共に、ファイバ内に添加したことにより励起効率の向
上を図っている。
幅用ファイバ４を形成する光増幅用媒体の実施例につい
て具体的に説明を行う。以下の実施例では、０．９８μ
ｍ帯の励起用レーザ光を効率よく吸収するイットリビウ
ムＹｂ、あるいはエルビウムＥｒをプラセオジウムＰｂ
と共に、ファイバ内に添加したことにより励起効率の向
上を図っている。
【００１５】光増幅用媒体の第１の実施例としては、プ
ラセオジウムＰｒとイットリビウムＹｂを、同時に少な
くとも光ファイバのコア内に添加したものがある。この
ときの、励起エネルギー準位図を図２に示す。波長０．
９８μｍのレーザで励起するとイットリビウムＹｂが基
底準位 2Ｆ7/2 から 2Ｆ5/2 レベルへと励起される。励
起状態のイットリビウムＹｂと近接してプラセオジウム
Ｐｒが存在するとエネルギー伝搬現象により、プラセオ
ジウムＰｒが励起状態に変化し、これに伴ってイットリ
ビウムＹｂは基底状態へと変化することが知られてい
る。この現象を有効に利用することにより、励起をイッ
トリビウムＹｂで行い、発光遷移をプラセオジウムＰｒ
で行うことが可能となる。
ラセオジウムＰｒとイットリビウムＹｂを、同時に少な
くとも光ファイバのコア内に添加したものがある。この
ときの、励起エネルギー準位図を図２に示す。波長０．
９８μｍのレーザで励起するとイットリビウムＹｂが基
底準位 2Ｆ7/2 から 2Ｆ5/2 レベルへと励起される。励
起状態のイットリビウムＹｂと近接してプラセオジウム
Ｐｒが存在するとエネルギー伝搬現象により、プラセオ
ジウムＰｒが励起状態に変化し、これに伴ってイットリ
ビウムＹｂは基底状態へと変化することが知られてい
る。この現象を有効に利用することにより、励起をイッ
トリビウムＹｂで行い、発光遷移をプラセオジウムＰｒ
で行うことが可能となる。
【００１６】図３に示す例は、同様にプラセオジウムＰ
ｒとエルビウムＥｒを添加した例であり、この時はエル
ビウムＥｒが励起プロセスとして用いられる。エネルギ
ー伝搬現象は２種類の元素が十分に近接していることが
必要条件であり、そのため各添加元素の濃度は通常の希
土類添加ファイバにおけるよりも高濃度（少なくとも１
０００ｐｐｍ以上）に添加する必要がある。
ｒとエルビウムＥｒを添加した例であり、この時はエル
ビウムＥｒが励起プロセスとして用いられる。エネルギ
ー伝搬現象は２種類の元素が十分に近接していることが
必要条件であり、そのため各添加元素の濃度は通常の希
土類添加ファイバにおけるよりも高濃度（少なくとも１
０００ｐｐｍ以上）に添加する必要がある。
【００１７】図４には、シングルモードのフッ化物光フ
ァイバにプラセオジウムＰｒを２０００ｐｐｍ、イット
リビウムＹｂを２０００ｐｐｍを添加し、０．９８μｍ
のチタンファイヤレーザで励起した時の蛍光強度の波長
分布を示す。これより、蛍光は１．２５μｍ〜１．３３
μｍの範囲で確認され１．３μｍ帯全域で増幅可能なこ
とがわかる。なお、イットリビウムＹｂを添加した効果
を知るため、プラセオジウムＰｒの２０００ｐｐｍのみ
を添加した同一構造のファイバにより特性評価した結
果、蛍光強度は約１／１０のレベルしか観測されず、２
種類の元素添加の効果も確認された。
ァイバにプラセオジウムＰｒを２０００ｐｐｍ、イット
リビウムＹｂを２０００ｐｐｍを添加し、０．９８μｍ
のチタンファイヤレーザで励起した時の蛍光強度の波長
分布を示す。これより、蛍光は１．２５μｍ〜１．３３
μｍの範囲で確認され１．３μｍ帯全域で増幅可能なこ
とがわかる。なお、イットリビウムＹｂを添加した効果
を知るため、プラセオジウムＰｒの２０００ｐｐｍのみ
を添加した同一構造のファイバにより特性評価した結
果、蛍光強度は約１／１０のレベルしか観測されず、２
種類の元素添加の効果も確認された。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる光
増幅用媒体は、プラセオジウムとイットリビウムあるい
はプラセオジウムとエルビウムを共添加した光ファイバ
であり、光増幅器はこの光増幅用媒体を用いているの
で、１．３μｍ帯の全波長域で増幅が可能になる。つま
り、ネオジミウム添加光ファイバで問題になるＥＳＡに
よる増幅可能な波長域の制限が起きない。また、イット
リビウムあるいはエルビウムを共添加することにより、
励起効率を大幅に向上できるという効果もある。
増幅用媒体は、プラセオジウムとイットリビウムあるい
はプラセオジウムとエルビウムを共添加した光ファイバ
であり、光増幅器はこの光増幅用媒体を用いているの
で、１．３μｍ帯の全波長域で増幅が可能になる。つま
り、ネオジミウム添加光ファイバで問題になるＥＳＡに
よる増幅可能な波長域の制限が起きない。また、イット
リビウムあるいはエルビウムを共添加することにより、
励起効率を大幅に向上できるという効果もある。
【図１】本発明の光増幅用媒体を用いた光増幅器の構成
概念図である。
概念図である。
【図２】プラセオジウムとイットリビウム共添加ファイ
バに於ける励起発光過程を示す図である。
バに於ける励起発光過程を示す図である。
【図３】プラセオジウムとエルビウム共添加ファイバに
於ける励起発光過程を示す図である。
於ける励起発光過程を示す図である。
【図４】プラセオジウムとイットリビウム共添加ファイ
バに於ける蛍光特性を示す図である。
バに於ける蛍光特性を示す図である。
【図５】プラセオジウムの吸収特性を示す特性図であ
る。
る。
【図６】プラセオジウムのエネルギーレベルを示す図で
ある。
ある。
１ 信号光発生器 ２ レーザ光発生器 ３ ダイクロイックミラー ４ 増幅用ファイバ ５ 狭帯域フィルター ６ レンズ
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 Ｈ０１Ｓ 3/094 Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｅ
Claims (4)
- 【請求項１】 コアおよびクラッドを有する１．３μｍ
帯用の光増幅用媒体であって、少なくとも前記コア内に
プラセオジウムとイットリビウムを共に添加したことを
特徴とする光増幅用媒体。 - 【請求項２】 コアおよびクラッドを有する１．３μｍ
帯用の光増幅用媒体であって、少なくとも前記コア内に
プラセオジウムとエルビウムを共に添加したことを特徴
とする光増幅用媒体。 - 【請求項３】 信号光源（１）と、０．９８μｍ帯の励
起用光源（２）と、１．３μｍ帯の光増幅用媒体（４）
と、前記信号光源（１）からの信号光と励起用光源
（２）からのレーザ光とを合波して前記光増幅用媒体
（４）へ導くための光学的手段とを備えた光増幅器であ
って、 前記光増幅用媒体（４）が請求項１に記載の光増幅用媒
体から構成されることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項４】 信号光源（１）と、０．９８μｍ帯の励
起用光源（２）と、１．３μｍ帯の光増幅用媒体（４）
と、前記信号光源（１）からの信号光と励起用光源
（２）からのレーザ光とを合波して前記光増幅用媒体
（４）へ導くための光学的手段とを備えた光増幅器であ
って、 前記光増幅用媒体（４）が請求項２に記載の光増幅用媒
体から構成されることを特徴とする光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3086790A JP2675687B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 光増幅用媒体および光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3086790A JP2675687B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 光増幅用媒体および光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04318820A JPH04318820A (ja) | 1992-11-10 |
| JP2675687B2 true JP2675687B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=13896570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3086790A Expired - Fee Related JP2675687B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 光増幅用媒体および光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2675687B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP3086790A patent/JP2675687B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04318820A (ja) | 1992-11-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070718 Year of fee payment: 10 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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