JP2952437B2 - 増幅用光ファイバ - Google Patents
増幅用光ファイバInfo
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- JP2952437B2 JP2952437B2 JP3060206A JP6020691A JP2952437B2 JP 2952437 B2 JP2952437 B2 JP 2952437B2 JP 3060206 A JP3060206 A JP 3060206A JP 6020691 A JP6020691 A JP 6020691A JP 2952437 B2 JP2952437 B2 JP 2952437B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、信号光増幅のために光
ファイバ伝送線路の途中に介在される光ファイバ増幅器
に用いられる増幅用光ファイバに関する。
ファイバ伝送線路の途中に介在される光ファイバ増幅器
に用いられる増幅用光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在開発が進められている光ファイバ増
幅器は、希土類元素としてＥｒ（エルビウム）をドーピ
ングした増幅用光ファイバに対して、光カプラで混合し
た信号光と励起光とを導き、Ｅｒイオンにおける電子を
励起光によってポンピングし、そのポンピングされた電
子が基底準位に遷移するときの誘導放出効果によって信
号光を増幅するというものである。
幅器は、希土類元素としてＥｒ（エルビウム）をドーピ
ングした増幅用光ファイバに対して、光カプラで混合し
た信号光と励起光とを導き、Ｅｒイオンにおける電子を
励起光によってポンピングし、そのポンピングされた電
子が基底準位に遷移するときの誘導放出効果によって信
号光を増幅するというものである。
【０００３】図６は、この種の光ファイバ増幅器を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【０００４】図において、２は信号光入射コネクタ、４
は信号光入射用光ファイバ、６は半導体レーザ（ＬＤ）
などの励起光源、８は励起光入射用光ファイバ、１０は
信号光入射用光ファイバ４を伝搬する信号光と励起光入
射用光ファイバ８を伝搬する励起光とを混合する光カプ
ラ、１２は反射光をほぼ完全に遮断して光を一方向にの
み通過させる光アイソレータ、１４は石英系光ファイバ
のコア部にＥｒ（エルビウム）をドーピングし誘導放出
効果によって信号光を増幅する機能をもった増幅用光フ
ァイバ、１６も光アイソレータ、１８は励起光の波長成
分および蛍光成分をカットして信号光の波長成分のみを
通過させるバンドパスフィルタ、２０は信号光出射コネ
クタである。信号光入射コネクタ２と信号光出射コネク
タ２０とが長尺な光ファイバ伝送線路の途中に介在され
る状態で接続される。
は信号光入射用光ファイバ、６は半導体レーザ（ＬＤ）
などの励起光源、８は励起光入射用光ファイバ、１０は
信号光入射用光ファイバ４を伝搬する信号光と励起光入
射用光ファイバ８を伝搬する励起光とを混合する光カプ
ラ、１２は反射光をほぼ完全に遮断して光を一方向にの
み通過させる光アイソレータ、１４は石英系光ファイバ
のコア部にＥｒ（エルビウム）をドーピングし誘導放出
効果によって信号光を増幅する機能をもった増幅用光フ
ァイバ、１６も光アイソレータ、１８は励起光の波長成
分および蛍光成分をカットして信号光の波長成分のみを
通過させるバンドパスフィルタ、２０は信号光出射コネ
クタである。信号光入射コネクタ２と信号光出射コネク
タ２０とが長尺な光ファイバ伝送線路の途中に介在され
る状態で接続される。
【０００５】このような構成の光ファイバ増幅器におい
て本発明が改良せんとしている対象が増幅用光ファイバ
１４の部分である。
て本発明が改良せんとしている対象が増幅用光ファイバ
１４の部分である。
【０００６】コア部にＥｒ（エルビウム）がドーピング
された増幅用光ファイバ１４の場合、信号光としては
１．５５μｍ波長帯のものが最も増幅率が高いとされて
おり、その場合の励起光は１．４８μｍ波長帯であると
されている。
された増幅用光ファイバ１４の場合、信号光としては
１．５５μｍ波長帯のものが最も増幅率が高いとされて
おり、その場合の励起光は１．４８μｍ波長帯であると
されている。
【０００７】次に動作を説明する。
【０００８】励起光源６から出射された１．４８μｍ波
長帯の励起光は、励起光入射用光ファイバ８、光カプラ
１０および光アイソレータ１２を介して増幅用光ファイ
バ１４に入射される。増幅用光ファイバ１４にドーピン
グされているＥｒは励起光によってより高いエネルギー
準位へとポンピング（励起）される。
長帯の励起光は、励起光入射用光ファイバ８、光カプラ
１０および光アイソレータ１２を介して増幅用光ファイ
バ１４に入射される。増幅用光ファイバ１４にドーピン
グされているＥｒは励起光によってより高いエネルギー
準位へとポンピング（励起）される。
【０００９】このようなＥｒの励起状態で、ＰＣＭ変調
された１．５５μｍ波長帯の信号光が図示しない伝送用
光ファイバから信号光入射コネクタ２を介して信号光入
射用光ファイバ４に入射され、さらに光カプラ１０で励
起光と混合された状態で光アイソレータ１２を介して増
幅用光ファイバ１４に入射される。信号光は、増幅用光
ファイバ１４中を進行する過程で誘導放出効果によって
直接的に（電気信号への変換なく、光の状態のまま）増
幅される。その増幅された信号光および一部の励起光
は、光アイソレータ１６を介してバンドパスフィルタ１
８に入る。このバンドパスフィルタ１８で、励起光と蛍
光成分とがカットされ、信号光のみが通過し、その信号
光は信号光出射コネクタ２０を介して図示しない伝送用
光ファイバへと導かれる。
された１．５５μｍ波長帯の信号光が図示しない伝送用
光ファイバから信号光入射コネクタ２を介して信号光入
射用光ファイバ４に入射され、さらに光カプラ１０で励
起光と混合された状態で光アイソレータ１２を介して増
幅用光ファイバ１４に入射される。信号光は、増幅用光
ファイバ１４中を進行する過程で誘導放出効果によって
直接的に（電気信号への変換なく、光の状態のまま）増
幅される。その増幅された信号光および一部の励起光
は、光アイソレータ１６を介してバンドパスフィルタ１
８に入る。このバンドパスフィルタ１８で、励起光と蛍
光成分とがカットされ、信号光のみが通過し、その信号
光は信号光出射コネクタ２０を介して図示しない伝送用
光ファイバへと導かれる。
【００１０】なお、光アイソレータ１２，１６は、増幅
用光ファイバ１４と通常の光ファイバとの接合部におけ
る光の往復反射に起因したレーザ発振を防止する。
用光ファイバ１４と通常の光ファイバとの接合部におけ
る光の往復反射に起因したレーザ発振を防止する。
【００１１】本出願人の近時の研究によれば、増幅用光
ファイバは、そのコア部に対してＥｒ（エルビウム）と
ともにＡｌ（アルミニウム）を一緒にドーピング（共ド
ープ）すれば増幅利得が改善される性質をもっているこ
とを見出している。
ファイバは、そのコア部に対してＥｒ（エルビウム）と
ともにＡｌ（アルミニウム）を一緒にドーピング（共ド
ープ）すれば増幅利得が改善される性質をもっているこ
とを見出している。
【００１２】増幅用光ファイバの増幅特性を示すものと
して飽和出力特性がある。これは信号光強度と信号光利
得との関係を示すものである。図７は飽和出力特性を示
す。
して飽和出力特性がある。これは信号光強度と信号光利
得との関係を示すものである。図７は飽和出力特性を示
す。
【００１３】横軸が信号光強度、縦軸が信号光利得であ
る。
る。
【００１４】一般的な傾向として、信号光強度の増加に
伴って利得は減少する。イはＥｒのみをドープしたも
の、ロはＥｒとＡｌ（低濃度）とを共ドープしたもの、
ハはＥｒとＡｌ（高濃度）とを共ドープしたものであ
る。イ，ロ，ハのいずれも信号光強度の増加に伴って利
得が減少するという傾向をもっている。しかし、その程
度がイ，ロ，ハで異なっている。
伴って利得は減少する。イはＥｒのみをドープしたも
の、ロはＥｒとＡｌ（低濃度）とを共ドープしたもの、
ハはＥｒとＡｌ（高濃度）とを共ドープしたものであ
る。イ，ロ，ハのいずれも信号光強度の増加に伴って利
得が減少するという傾向をもっている。しかし、その程
度がイ，ロ，ハで異なっている。
【００１５】信号光利得が最大利得の１／２にあるとき
の信号光強度を３ｄＢ圧縮出力と呼び、Ｐ3dB で表す。
そして、この３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB をもって飽和出力特
性を表す量としている。なお、３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB と
いうのは、 １０log10 （１／２）＝−３．０１０ となることに基づいている。
の信号光強度を３ｄＢ圧縮出力と呼び、Ｐ3dB で表す。
そして、この３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB をもって飽和出力特
性を表す量としている。なお、３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB と
いうのは、 １０log10 （１／２）＝−３．０１０ となることに基づいている。
【００１６】３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB は、イよりもロの方
が大きく、また、ロよりもハの方が大きくなっており、
飽和出力特性としてはイ＜ロ＜ハの順に良くなってい
る。つまり、Ｅｒの単独ドープよりもＡｌを共ドープし
た方が飽和出力特性が改善されることがわかった。な
お、図７のイ，ロ，ハは便宜上、最大利得を同じとして
いるが、実際的には、ロは破線のロ′のように、ハは破
線のハ′のように増幅利得も改善できることがわかって
いる。
が大きく、また、ロよりもハの方が大きくなっており、
飽和出力特性としてはイ＜ロ＜ハの順に良くなってい
る。つまり、Ｅｒの単独ドープよりもＡｌを共ドープし
た方が飽和出力特性が改善されることがわかった。な
お、図７のイ，ロ，ハは便宜上、最大利得を同じとして
いるが、実際的には、ロは破線のロ′のように、ハは破
線のハ′のように増幅利得も改善できることがわかって
いる。
【００１７】しかしながら、Ｅｒ／Ａｌの共ドープ光フ
ァイバにおいて、共ドープできるＡｌの濃度にも自ずと
一定の限界がある。Ａｌの濃度が高くなるにつれて、信
号媒体と１２の光ファイバ特性の劣化が生じるととも
に、光ファイバの製造（ガラス化）そのものが困難にな
るからである。したがって、飽和出力特性および増幅利
得の改善にも限度があるのも事実である。
ァイバにおいて、共ドープできるＡｌの濃度にも自ずと
一定の限界がある。Ａｌの濃度が高くなるにつれて、信
号媒体と１２の光ファイバ特性の劣化が生じるととも
に、光ファイバの製造（ガラス化）そのものが困難にな
るからである。したがって、飽和出力特性および増幅利
得の改善にも限度があるのも事実である。
【００１８】そこで、これらを一層改善できる共ドーパ
ントが求められているのである。
ントが求められているのである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明者は新たな共ドー
パントを求めるべくさらに研究を進めた結果、Ｌａ（ラ
ンタン）をＥｒおよびＡｌとともに共ドープすると飽和
出力特性および増幅利得がさらに改善されることを見出
した。
パントを求めるべくさらに研究を進めた結果、Ｌａ（ラ
ンタン）をＥｒおよびＡｌとともに共ドープすると飽和
出力特性および増幅利得がさらに改善されることを見出
した。
【００２０】本発明は、かかる事実に着目してなされた
もので、コア部にドーピングしたＥｒ（エルビウム）を
励起光によってポンピングし誘導放出効果によって信号
光を増幅する増幅用光ファイバであって、コア部に対し
てＥｒ（エルビウム）とともにＡｌ（アルミニウム）と
Ｌａ（ランタン）とを共ドープしたことを特徴とするも
のである。
もので、コア部にドーピングしたＥｒ（エルビウム）を
励起光によってポンピングし誘導放出効果によって信号
光を増幅する増幅用光ファイバであって、コア部に対し
てＥｒ（エルビウム）とともにＡｌ（アルミニウム）と
Ｌａ（ランタン）とを共ドープしたことを特徴とするも
のである。
【００２１】
【作用】Ａｌを共ドープした場合に飽和出力特性および
増幅利得を改善できるのは、Ｅｒイオンの電子が誘導放
出効果に寄与するエネルギー準位に遷移する割合すなわ
ち反転分布量を大きくすることによっているが、Ａｌと
ともにＬａを共ドープすることにより、誘導放出効果に
寄与する反転分布量を一層増大することができるため、
飽和出力特性および増幅利得がさらに改善されるのであ
る。
増幅利得を改善できるのは、Ｅｒイオンの電子が誘導放
出効果に寄与するエネルギー準位に遷移する割合すなわ
ち反転分布量を大きくすることによっているが、Ａｌと
ともにＬａを共ドープすることにより、誘導放出効果に
寄与する反転分布量を一層増大することができるため、
飽和出力特性および増幅利得がさらに改善されるのであ
る。
【００２２】
【実施例】実施例の増幅用光ファイバ（図６の符号１４
に相当するもの）として、表１のの試料を用い、比較
例として〜の試料を用いた。
に相当するもの）として、表１のの試料を用い、比較
例として〜の試料を用いた。
【００２３】
【表１】
【００２４】この表１に用いられた各試料〜は、Ｅ
ｒの濃度と光ファイバの条長との積である濃度条長積が
いずれも、１５，０００ｐｐｍ・ｍとなるように調整し
てある。
ｒの濃度と光ファイバの条長との積である濃度条長積が
いずれも、１５，０００ｐｐｍ・ｍとなるように調整し
てある。
【００２５】信号光強度を比較的大きい−１１ｄＢｍと
し、励起光強度を２７ｍＷとしたときの波長−利得特性
を図１と図２とに示す。図１と図２とに分けてあるの
は、曲線が重なってわかりにくくなるのを避けるためで
ある。のデータは図１と図２との両方に示してある。
し、励起光強度を２７ｍＷとしたときの波長−利得特性
を図１と図２とに示す。図１と図２とに分けてあるの
は、曲線が重なってわかりにくくなるのを避けるためで
ある。のデータは図１と図２との両方に示してある。
【００２６】各試料〜の波長−利得特性曲線におけ
る最大利得Ｇmaxと、谷と山との利得差ΔＧとを調べる
と、表２のようであった。
る最大利得Ｇmaxと、谷と山との利得差ΔＧとを調べる
と、表２のようであった。
【００２７】
【表２】
【００２８】図１によれば、Ｅｒのみをドープした場合
のに比べて、ＥｒにＡｌを共ドープしたの方が増幅
利得が高いことがわかるが、ＥｒにＡｌとＬａとを共ド
ープしたの方が信号光波長成分１．５５５μｍを中心
とする１．５４８〜１．５６４μｍの範囲で（Ｅｒ／
Ａｌ共ドープ）よりも増幅利得がさらに高いことがわか
る。
のに比べて、ＥｒにＡｌを共ドープしたの方が増幅
利得が高いことがわかるが、ＥｒにＡｌとＬａとを共ド
ープしたの方が信号光波長成分１．５５５μｍを中心
とする１．５４８〜１．５６４μｍの範囲で（Ｅｒ／
Ａｌ共ドープ）よりも増幅利得がさらに高いことがわか
る。
【００２９】図２によれば、ＥｒにＬａを共ドープした
は、ＥｒにＡｌを共ドープしたよりも増幅利得が劣
ることがわかる。ただし、（Ｅｒ／Ｌａ共ドープ）の
増幅利得は図１の（Ｅｒ単独ドープ）よりは高い。そ
して、（Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープ）は、信
号光波長成分１．５５５μｍを中心とする１．５４８〜
１．５６７μｍの範囲で（Ｅｒ／Ａｌ共ドープ）より
も増幅利得が高いことがわかる。
は、ＥｒにＡｌを共ドープしたよりも増幅利得が劣
ることがわかる。ただし、（Ｅｒ／Ｌａ共ドープ）の
増幅利得は図１の（Ｅｒ単独ドープ）よりは高い。そ
して、（Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープ）は、信
号光波長成分１．５５５μｍを中心とする１．５４８〜
１．５６７μｍの範囲で（Ｅｒ／Ａｌ共ドープ）より
も増幅利得が高いことがわかる。
【００３０】表２において最大利得Ｇmax については、
（Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープ）の方が（Ｅ
ｒ／Ａｌ共ドープ）に比べて０．７ｄＢ大きいが、これ
は強度に換算すると、 １０log10 １．１７４９＝０．７ であるから、強度で約１．１７倍も強く増幅されている
ことがわかる。同様に、（Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分
共ドープ）は（Ｅｒ／Ａｌ共ドープ）に比べて１．０
ｄＢ大きいが、これは強度に換算すると、約１．２６倍
も強く増幅されていることになる。
（Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープ）の方が（Ｅ
ｒ／Ａｌ共ドープ）に比べて０．７ｄＢ大きいが、これ
は強度に換算すると、 １０log10 １．１７４９＝０．７ であるから、強度で約１．１７倍も強く増幅されている
ことがわかる。同様に、（Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分
共ドープ）は（Ｅｒ／Ａｌ共ドープ）に比べて１．０
ｄＢ大きいが、これは強度に換算すると、約１．２６倍
も強く増幅されていることになる。
【００３１】次に、反転分布量と３ｄＢ圧縮出力との関
係について調べる。
係について調べる。
【００３２】図３は、試料に対して信号光を入射するこ
となく、励起光のみを入射したときの蛍光スペクトルを
調べたものである。横軸は波長を示し、縦軸は蛍光強度
を示す。中心波長が１．４８μｍの励起光を試料に入射
すると、信号光の波長帯である１．５３５μｍおよび
１．５５μｍあたりにも蛍光成分が現れる。
となく、励起光のみを入射したときの蛍光スペクトルを
調べたものである。横軸は波長を示し、縦軸は蛍光強度
を示す。中心波長が１．４８μｍの励起光を試料に入射
すると、信号光の波長帯である１．５３５μｍおよび
１．５５μｍあたりにも蛍光成分が現れる。
【００３３】この蛍光ピーク強度Ｐf と蛍光成分の半値
全幅ＨＷとの積（Ｐf ×ＨＷ）は、入射する励起光パワ
ーが大きくなるにつれて増加する。この蛍光スペクトル
はポンピングされた電子の量に関係するものであり、誘
導放出効果に寄与する反転分布量の情報を含んだもので
ある。すなわち、積（Ｐf ×ＨＷ）は、励起光パワーに
相当しているとともに反転分布量にも相当しているとい
える。
全幅ＨＷとの積（Ｐf ×ＨＷ）は、入射する励起光パワ
ーが大きくなるにつれて増加する。この蛍光スペクトル
はポンピングされた電子の量に関係するものであり、誘
導放出効果に寄与する反転分布量の情報を含んだもので
ある。すなわち、積（Ｐf ×ＨＷ）は、励起光パワーに
相当しているとともに反転分布量にも相当しているとい
える。
【００３４】そこで、前記の〜とは別の試料につい
て、１．５４８μｍの信号光を実際に入射したときに、
蛍光ピーク強度Ｐf と半値全幅ＨＷとの積（Ｐf ×Ｈ
Ｗ）と、信号光についての３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB との関
係がどのようになるかを調べ、図４にプロットした。
て、１．５４８μｍの信号光を実際に入射したときに、
蛍光ピーク強度Ｐf と半値全幅ＨＷとの積（Ｐf ×Ｈ
Ｗ）と、信号光についての３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB との関
係がどのようになるかを調べ、図４にプロットした。
【００３５】図４において、特性ａはＬａなしのＥｒ／
Ａｌ共ドープの場合を示し、特性ｂはＥｒ／Ａｌ／Ｌａ
の３成分共ドープの場合を示す。いずれの場合も、積
（Ｐf ×ＨＷ）の増加に伴い、すなわち、反転分布量の
増加に伴い、３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB の値がほぼ直線的に
増加していることがわかる。しかし、その増加の傾き
は、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープ（ｂ）の方が大
きく、したがって、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープ
（ｂ）の場合は、Ｅｒ／Ａｌ共ドープ（ａ）に比べて、
より少ない反転分布量でより大きな出力を得られること
がわかる。
Ａｌ共ドープの場合を示し、特性ｂはＥｒ／Ａｌ／Ｌａ
の３成分共ドープの場合を示す。いずれの場合も、積
（Ｐf ×ＨＷ）の増加に伴い、すなわち、反転分布量の
増加に伴い、３ｄＢ圧縮出力Ｐ3dB の値がほぼ直線的に
増加していることがわかる。しかし、その増加の傾き
は、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープ（ｂ）の方が大
きく、したがって、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープ
（ｂ）の場合は、Ｅｒ／Ａｌ共ドープ（ａ）に比べて、
より少ない反転分布量でより大きな出力を得られること
がわかる。
【００３６】以上のことは、Ｌａ（ランタン）が共ドー
パントとして有効性をもっていることを示している。す
なわち、Ａｌ（アルミニウム）が共ドーパントとして優
れていることはすでにわかっていたが、そのＡｌの共ド
ーパント効果をＬａが一層強化する機能をもっていると
考えられる。
パントとして有効性をもっていることを示している。す
なわち、Ａｌ（アルミニウム）が共ドーパントとして優
れていることはすでにわかっていたが、そのＡｌの共ド
ーパント効果をＬａが一層強化する機能をもっていると
考えられる。
【００３７】この点を図５を用いて反転分布量に依存す
る誘導放出効果の面から見ていく。
る誘導放出効果の面から見ていく。
【００３８】Ｅ0 はＥｒイオンの基底レベルである。Ｅ
1 ，Ｅ2 はよりエネルギーレベルの高い準位を示すが、
信号光に対する誘導放出効果に寄与するのは、電子がエ
ネルギー準位Ｅ1 から基底レベルＥ0 へ遷移する過程で
あり、このときに入射信号光と同一波長の光が誘導放出
される。エネルギー準位Ｅ2 にある電子が基底レベルＥ
0 に遷移する過程では放出される光の波長が入射信号光
とは異なるため誘導放出効果は起こらない。エネルギー
準位Ｅ2 にある電子が一旦、エネルギー準位Ｅ1 まで遷
移し、そこからさらに基底レベルＥ0 まで遷移するとき
には誘導放出効果を生じる。したがって、エネルギー準
位Ｅ1 自体における電子の反転分布量のいかんによって
誘導放出効果に強弱が生じる。
1 ，Ｅ2 はよりエネルギーレベルの高い準位を示すが、
信号光に対する誘導放出効果に寄与するのは、電子がエ
ネルギー準位Ｅ1 から基底レベルＥ0 へ遷移する過程で
あり、このときに入射信号光と同一波長の光が誘導放出
される。エネルギー準位Ｅ2 にある電子が基底レベルＥ
0 に遷移する過程では放出される光の波長が入射信号光
とは異なるため誘導放出効果は起こらない。エネルギー
準位Ｅ2 にある電子が一旦、エネルギー準位Ｅ1 まで遷
移し、そこからさらに基底レベルＥ0 まで遷移するとき
には誘導放出効果を生じる。したがって、エネルギー準
位Ｅ1 自体における電子の反転分布量のいかんによって
誘導放出効果に強弱が生じる。
【００３９】ＥｒとＡｌとを共ドープした場合、基底レ
ベルＥ0 にある電子をエネルギー準位Ｅ1 ，Ｅ2 にポン
ピングする機能が増大する。したがって、Ａｌの共ドー
プによって飽和出力特性および増幅利得が改善される。
しかし、それにも自ずと限界がある。このことはすでに
述べたとおりである。
ベルＥ0 にある電子をエネルギー準位Ｅ1 ，Ｅ2 にポン
ピングする機能が増大する。したがって、Ａｌの共ドー
プによって飽和出力特性および増幅利得が改善される。
しかし、それにも自ずと限界がある。このことはすでに
述べたとおりである。
【００４０】ＥｒとＡｌとＬａとの３元素を共ドープし
た場合には、基底レベルＥ0 からエネルギー準位Ｅ1 ，
Ｅ2 へのポンピング機能が少し低下するのではあるが、
エネルギー準位Ｅ2 からエネルギー準位Ｅ1 への転移が
Ｅｒ／Ａｌ共ドープの場合よりもはるかに効率良く行わ
れると推定される。その結果として、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａ
の３成分共ドープの方が飽和出力特性および増幅利得が
良くなると考えられるのである。
た場合には、基底レベルＥ0 からエネルギー準位Ｅ1 ，
Ｅ2 へのポンピング機能が少し低下するのではあるが、
エネルギー準位Ｅ2 からエネルギー準位Ｅ1 への転移が
Ｅｒ／Ａｌ共ドープの場合よりもはるかに効率良く行わ
れると推定される。その結果として、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａ
の３成分共ドープの方が飽和出力特性および増幅利得が
良くなると考えられるのである。
【００４１】理解を容易にするために一例を挙げて説明
する。
する。
【００４２】Ｅｒ／Ａｌ共ドープの場合に基底レベルＥ
0 からエネルギー準位Ｅ1 への遷移電子数をＰ1 、基底
レベルＥ0からエネルギー準位Ｅ2 への遷移電子数をＰ
2 とする。また、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープの
場合に基底レベルＥ0 からエネルギー準位Ｅ1 への遷移
電子数をＱ1 、基底レベルＥ0 からエネルギー準位Ｅ2
への遷移電子数をＱ2とする。
0 からエネルギー準位Ｅ1 への遷移電子数をＰ1 、基底
レベルＥ0からエネルギー準位Ｅ2 への遷移電子数をＰ
2 とする。また、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープの
場合に基底レベルＥ0 からエネルギー準位Ｅ1 への遷移
電子数をＱ1 、基底レベルＥ0 からエネルギー準位Ｅ2
への遷移電子数をＱ2とする。
【００４３】Ｐ1 ＞Ｑ1 ， Ｐ2 ＞Ｑ2 である。遷移の矢印の太さは遷移電子数に比例している
ものとする。
ものとする。
【００４４】エネルギー準位Ｅ2 から基底レベルＥ0 へ
の遷移電子数をＥｒ／Ａｌ共ドープの場合にＰ3 、Ｅｒ
／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープの場合にＱ3 とし、エネ
ルギー準位Ｅ2 から一旦エネルギー準位Ｅ1 へ遷移しさ
らにそこから基底レベルＥ0 へと再遷移する電子の数を
Ｅｒ／Ａｌ共ドープの場合にＰ4 、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの
３成分共ドープの場合にＱ4 とする。また、基底レベル
Ｅ0 からエネルギー準位Ｅ1 にポンピングされた電子が
基底レベルＥ0 に戻る遷移電子数をＥｒ／Ａｌ共ドープ
の場合にＰ5 、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープの場
合にＱ5 とする。
の遷移電子数をＥｒ／Ａｌ共ドープの場合にＰ3 、Ｅｒ
／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープの場合にＱ3 とし、エネ
ルギー準位Ｅ2 から一旦エネルギー準位Ｅ1 へ遷移しさ
らにそこから基底レベルＥ0 へと再遷移する電子の数を
Ｅｒ／Ａｌ共ドープの場合にＰ4 、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの
３成分共ドープの場合にＱ4 とする。また、基底レベル
Ｅ0 からエネルギー準位Ｅ1 にポンピングされた電子が
基底レベルＥ0 に戻る遷移電子数をＥｒ／Ａｌ共ドープ
の場合にＰ5 、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープの場
合にＱ5 とする。
【００４５】Ｐ3 ＋Ｐ4 ＝Ｐ2 ， Ｑ3 ＋Ｑ4 ＝Ｑ2 Ｐ5 ＝Ｐ1 ， Ｑ5 ＝Ｑ1 となる。
【００４６】誘導放出効果への寄与電子数Ｐ6 ，Ｑ
6 は、それぞれ、 Ｐ6 ＝Ｐ4 ＋Ｐ5 ， Ｑ6 ＝Ｑ4 ＋Ｑ5 である。ここでＰ2 からＰ4 への転換の割合をα％、Ｑ
2 からＱ4 への転換の割合をβ％とすると、βの方がα
よりも充分に大きく、 α≪β である。
6 は、それぞれ、 Ｐ6 ＝Ｐ4 ＋Ｐ5 ， Ｑ6 ＝Ｑ4 ＋Ｑ5 である。ここでＰ2 からＰ4 への転換の割合をα％、Ｑ
2 からＱ4 への転換の割合をβ％とすると、βの方がα
よりも充分に大きく、 α≪β である。
【００４７】Ｐ4 ＝α・Ｐ2 ， Ｑ4 ＝β・Ｑ2 したがって、 Ｐ6 ＝Ｐ1 ＋α・Ｐ2 ， Ｑ6 ＝Ｑ1 ＋β・Ｑ2 ここで、例えば仮に、Ｐ1 ＝５０、Ｐ2 ＝５０、Ｑ1 ＝
３０、Ｑ2 ＝４０、α＝１０％、β＝９０％とすると、 Ｐ6 ＝５０＋０．１×５０＝５５， Ｑ6 ＝３０＋０．
９×４０＝６６ となり、Ｐ6 ＜Ｑ6 となる。
３０、Ｑ2 ＝４０、α＝１０％、β＝９０％とすると、 Ｐ6 ＝５０＋０．１×５０＝５５， Ｑ6 ＝３０＋０．
９×４０＝６６ となり、Ｐ6 ＜Ｑ6 となる。
【００４８】すなわち、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ド
ープの場合は、Ｅｒ／Ａｌ共ドープの場合に比べて、基
底レベルＥ0 からエネルギー準位Ｅ1 ，Ｅ2 への遷移電
子数が減少しはするが（Ｑ1 ＜Ｐ1 ，Ｑ2 ＜Ｐ2 ）、Ｌ
ａの共ドープによってエネルギー準位Ｅ2 からエネルギ
ー準位Ｅ1 への転換効率が大幅に増大するため（β≫
α）、誘導放出効果にとって有効となるエネルギー準位
Ｅ1 での電子の反転分布量が充分に多くなり、結果的に
飽和出力特性および増幅利得が改善されることになるの
である。
ープの場合は、Ｅｒ／Ａｌ共ドープの場合に比べて、基
底レベルＥ0 からエネルギー準位Ｅ1 ，Ｅ2 への遷移電
子数が減少しはするが（Ｑ1 ＜Ｐ1 ，Ｑ2 ＜Ｐ2 ）、Ｌ
ａの共ドープによってエネルギー準位Ｅ2 からエネルギ
ー準位Ｅ1 への転換効率が大幅に増大するため（β≫
α）、誘導放出効果にとって有効となるエネルギー準位
Ｅ1 での電子の反転分布量が充分に多くなり、結果的に
飽和出力特性および増幅利得が改善されることになるの
である。
【００４９】なお、Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分の各濃度
の上限については、現在のところサンプル数が少ないの
で明確にはいえないが、現在の製法および増幅利得を考
慮すると、Ｅｒは１，０００ｐｐｍ程度、Ａｌは１０，
０００ｐｐｍ程度、Ｌａも１０，０００ｐｐｍ程度であ
る。そして、より好ましい範囲については、Ａｌで４，
５００〜５，５００ｐｐｍ、Ｌａでも４，５００〜５，
５００ｐｐｍ、ＥｒはＡｌ、Ｌａの１／１０以下と推測
される。
の上限については、現在のところサンプル数が少ないの
で明確にはいえないが、現在の製法および増幅利得を考
慮すると、Ｅｒは１，０００ｐｐｍ程度、Ａｌは１０，
０００ｐｐｍ程度、Ｌａも１０，０００ｐｐｍ程度であ
る。そして、より好ましい範囲については、Ａｌで４，
５００〜５，５００ｐｐｍ、Ｌａでも４，５００〜５，
５００ｐｐｍ、ＥｒはＡｌ、Ｌａの１／１０以下と推測
される。
【００５０】また、飽和出力特性および増幅利得の改善
の程度と信号光強度との関係について示す。
の程度と信号光強度との関係について示す。
【００５１】表３は、表１と同じ試料〜を用い、励
起光強度は２７ｍＷと同じにする一方、信号光強度を−
１１ｄＢｍから−４０ｄＢｍと大幅に小さくしたときの
結果である。表３においてＧmax は波長−利得特性曲線
における最大利得、ΔＧは谷と山との利得差である。こ
の表３と前記の表１，表２との比較から、信号光強度が
大きくなるほどより良い改善結果が得られるものと考え
られる。
起光強度は２７ｍＷと同じにする一方、信号光強度を−
１１ｄＢｍから−４０ｄＢｍと大幅に小さくしたときの
結果である。表３においてＧmax は波長−利得特性曲線
における最大利得、ΔＧは谷と山との利得差である。こ
の表３と前記の表１，表２との比較から、信号光強度が
大きくなるほどより良い改善結果が得られるものと考え
られる。
【００５２】
【表３】
【００５３】表４は、各試料〜についての小信号
（−４０ｄＢｍ）から大信号（−１１ｄＢｍ）への変化
の様子をまとめたものである。
（−４０ｄＢｍ）から大信号（−１１ｄＢｍ）への変化
の様子をまとめたものである。
【００５４】
【表４】
【００５５】小信号入力の場合には、Ｅｒ／Ａｌ共ドー
プの方がＥｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープよりも利得
が高くなる。しかし、信号強度を大きくするに従って、
Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープの方がＥｒ／Ａｌ共
ドープよりも利得が増し、−４０ｄＢｍでととの差
が−０．６ｄＢ（＜）であったところ、−１１ｄＢ
ｍではととの差が正負逆転し＋０．７ｄＢ（＞
）となった。
プの方がＥｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープよりも利得
が高くなる。しかし、信号強度を大きくするに従って、
Ｅｒ／Ａｌ／Ｌａの３成分共ドープの方がＥｒ／Ａｌ共
ドープよりも利得が増し、−４０ｄＢｍでととの差
が−０．６ｄＢ（＜）であったところ、−１１ｄＢ
ｍではととの差が正負逆転し＋０．７ｄＢ（＞
）となった。
【００５６】別の見方をすると、小信号から大信号へ変
化させたときの利得減少は（Ｅｒ／Ａｌ共ドープ）の
場合に１３．０ｄＢであるのに対して、（Ｅｒ／Ａｌ
／Ｌａの３成分共ドープ）の場合には１１．７ｄＢと小
さい。利得減少が少ないということは利得が相対的に高
いということが表４から分かる。
化させたときの利得減少は（Ｅｒ／Ａｌ共ドープ）の
場合に１３．０ｄＢであるのに対して、（Ｅｒ／Ａｌ
／Ｌａの３成分共ドープ）の場合には１１．７ｄＢと小
さい。利得減少が少ないということは利得が相対的に高
いということが表４から分かる。
【００５７】以上のことから信号光強度を−１１ｄＢｍ
よりもさらに大きくすると、エネルギー準位Ｅ1 におけ
る反転分布量がさらに増加して飽和出力特性および増幅
利得が一層改善されるものと推測できる。
よりもさらに大きくすると、エネルギー準位Ｅ1 におけ
る反転分布量がさらに増加して飽和出力特性および増幅
利得が一層改善されるものと推測できる。
【００５８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、Ｅｒ
（エルビウム）とともにＡｌ（アルミニウム）だけでな
くＬａ（ランタン）をも共ドープしたので、誘導放出効
果に寄与する電子の反転分布量を増大させることがで
き、飽和出力特性および増幅利得を改善することができ
る。
（エルビウム）とともにＡｌ（アルミニウム）だけでな
くＬａ（ランタン）をも共ドープしたので、誘導放出効
果に寄与する電子の反転分布量を増大させることがで
き、飽和出力特性および増幅利得を改善することができ
る。
【図１】本発明の一実施例に係る増幅用光ファイバにつ
いての波長−利得特性を示す図である。
いての波長−利得特性を示す図である。
【図２】同じく波長−利得特性を示す図である。
【図３】蛍光スペクトルを示す図である。
【図４】蛍光ピーク強度と半値全幅との積に対する３ｄ
Ｂ圧縮出力の関係を示す図である。
Ｂ圧縮出力の関係を示す図である。
【図５】反転分布量に依存する誘導放出効果を説明する
エネルギー準位図である。
エネルギー準位図である。
【図６】増幅用光ファイバが用いられる光ファイバ増幅
器を示す概略構成図である。
器を示す概略構成図である。
【図７】Ｅｒ／Ａｌ共ドープの増幅用光ファイバの飽和
出力特性を示す図である。
出力特性を示す図である。
４ 信号光入射用光ファイバ ６ 励起光源 ８ 励起光入射用光ファイバ １０ 光カプラ １２ 光アイソレータ １４ 増幅用光ファイバ １６ 光アイソレータ １８ バンドパスフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森澤 正明 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電 線工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 田中 紘幸 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電 線工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 中沢 正隆 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 木村 康郎 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−175731（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 501 G02B 6/00 G02B 6/00 376 H01S 3/17
Claims (1)
- 【請求項１】 コア部にドーピングしたＥｒ（エルビウ
ム）を励起光によってポンピングし誘導放出効果によっ
て信号光を増幅する増幅用光ファイバであって、コア部
に対してＥｒ（エルビウム）とともにＡｌ（アルミニウ
ム）とＬａ（ランタン）とを共ドープしたことを特徴と
する増幅用光ファイバ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3060206A JP2952437B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 増幅用光ファイバ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3060206A JP2952437B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 増幅用光ファイバ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04295833A JPH04295833A (ja) | 1992-10-20 |
| JP2952437B2 true JP2952437B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=13135446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3060206A Expired - Fee Related JP2952437B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 増幅用光ファイバ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2952437B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5563979A (en) * | 1995-08-31 | 1996-10-08 | Lucent Technologies Inc. | Erbium-doped planar optical device |
-
1991
- 1991-03-25 JP JP3060206A patent/JP2952437B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04295833A (ja) | 1992-10-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |