JP3228345B2 - Amplifying waveguide element and optical signal amplifier - Google Patents

Amplifying waveguide element and optical signal amplifier

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JP3228345B2 JP29007191A JP29007191A JP3228345B2 JP 3228345 B2 JP3228345 B2 JP 3228345B2 JP 29007191 A JP29007191 A JP 29007191A JP 29007191 A JP29007191 A JP 29007191A JP 3228345 B2 JP3228345 B2 JP 3228345B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、2種以上の希土類イオ
ンを含み、高効率な光増幅のできる光導波構造を有する
増幅用導波路素子およびこの導波路素子を用いる光信号
増幅器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an amplifying waveguide device containing two or more rare earth ions and having an optical waveguide structure capable of highly efficient optical amplification, and an optical signal amplifier using the waveguide device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信の分野において光導波路中
にドープされたイオンの光励起に伴う発光を用いて光信
号を増幅する方法が検討され始めている。その原理は、
光導波路中のイオンが光励起され反転分布状態にあると
き、その反転分布からの発光がこの発光と同じ波長の信
号光を増幅する作用があることに基づいている。従っ
て、高増幅特性を得るためには、反転分布状態を効率よ
く実現すればよいことになる。この意味では、レーザー
発振効率を上げるための導波路構造あるいはその組成の
設計と同じである。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of optical communication, a method of amplifying an optical signal using light emission accompanying optical excitation of ions doped in an optical waveguide has begun to be studied. The principle is
It is based on the fact that when ions in the optical waveguide are photoexcited and in a population inversion state, light emission from the population inversion has an effect of amplifying signal light having the same wavelength as the light emission. Therefore, in order to obtain high amplification characteristics, it is only necessary to efficiently realize the population inversion state. In this sense, it is the same as the design of the waveguide structure or its composition for increasing the laser oscillation efficiency.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、希土類
イオンを用いた光信号増幅器において一般的に次のよう
な問題点がある。すなわち、増幅にかかわる希土類イオ
ンが増幅波長帯以外に蛍光を有する場合、増幅波長帯以
外の蛍光がレーザー発振する恐れがある。特に、増幅波
長帯の蛍光とそれ以外の蛍光とが同じエネルギー準位か
ら発光するとき、増幅波長帯以外の蛍光帯のレーザー発
振は本来行われるべき増幅波長帯の光増幅を阻害してし
まう。
However, optical signal amplifiers using rare earth ions generally have the following problems. That is, when the rare earth ions involved in the amplification have fluorescence outside the amplification wavelength band, the fluorescence outside the amplification wavelength band may cause laser oscillation. In particular, when the fluorescence in the amplification wavelength band and the other fluorescence emit light from the same energy level, laser oscillation in the fluorescence band other than the amplification wavelength band hinders the optical amplification in the amplification wavelength band that should be performed.

【0004】ここで、この問題点を1.3μm帯の光フ
ァイバアンプあるいは光ファイバレーザーとして期待さ
れているネオジムをコア中にドープした光ファイバを例
にとり以下に説明する。
[0004] Here, this problem will be described below by taking as an example an optical fiber in which a core is doped with neodymium, which is expected as an optical fiber amplifier or optical fiber laser in a 1.3 μm band.

【0005】[0005]

【発明の属する技術分野】ネオジムイオンの蛍光強度は
1.3μm帯よりも1.06μmの方が本質的に大き
い。このため光増幅器中で1.06μm帯の光の反射が
起こると、1.06μmの自然増幅発振は優先的に起こ
り、その結果、1.3μm帯の増幅が抑制されてしま
う。この問題に対しては、例えば、ファイバの両端に
1.06μmの光の透過率が高く、かつ1.3μm帯の
光の反射率が高い誘電体ミラーを密着させる方法(W.
J. Miniscaleco et al., Electron. Lett. 1988, 24, 2
8-29, M. C.Brierley et al., Electron. Lett. 1988,
24, 438-439, F. Hakimi, et al.,Optics Lett. 1989,
14, 1060-1061,S. G. Grubb, Electron. Lett. 1990,
26,121-122)あるいは波長選択的なファイバカップラを
使って1.06μm帯の蛍光だけを光増幅器の系外に取
り出す方法(Y. Miyajima, et al. Electron. Lett., 1
990, 26, 1397-1398)が提案されてきた。また、ファイ
バ端面に直接波長選択的な誘電体多層膜を蒸着し無反射
コートするなどの方法も考えられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION The fluorescence intensity of neodymium ions is substantially higher at 1.06 μm than at 1.3 μm band. Therefore, when light in the 1.06 μm band is reflected in the optical amplifier, natural amplification oscillation of 1.06 μm occurs preferentially, and as a result, amplification in the 1.3 μm band is suppressed. To solve this problem, for example, a method is used in which a dielectric mirror having a high transmittance of 1.06 μm light and a high reflectance of 1.3 μm band light is closely attached to both ends of the fiber (W.
J. Miniscaleco et al., Electron. Lett. 1988, 24, 2
8-29, MCBrierley et al., Electron. Lett. 1988,
24, 438-439, F. Hakimi, et al., Optics Lett. 1989,
14, 1060-1061, SG Grubb, Electron. Lett. 1990,
26, 121-122) or a method of using a wavelength-selective fiber coupler to extract only the 1.06-μm-band fluorescence out of the optical amplifier system (Y. Miyajima, et al. Electron. Lett., 1).
990, 26, 1397-1398) have been proposed. Further, a method of directly depositing a wavelength-selective dielectric multilayer film on the end face of the fiber and performing non-reflection coating may be considered.

【0006】しかし、上記いずれの方法も光増幅器の構
成が複雑になり、より簡単な方法が望まれていた。これ
に対する1つの解決方法としてネオジムを含むコア中に
1.06μmの蛍光を選択的に吸収するイオンとしてイ
ッテルビウムをコドープする方法が考えられる。
However, any of the above methods has a complicated configuration of the optical amplifier, and a simpler method has been desired. One solution to this problem is to co-dope ytterbium as an ion that selectively absorbs 1.06 μm fluorescence in a core containing neodymium.

【0007】しかし、この方法では、ネオジムおよびイ
ッテルビウムの双方の濃度を高くするにつれて図1に示
すようにイッテルビウムの 25/2 とネジウムの 4
3/2 との無輻射的なエネルギー移動の確率が増大し、励
起状態にあるネオジムの数が減少し、その結果、1.3
μmの蛍光強度が減少し、高い増幅特性を得ることがで
きないという問題が生じる。
However, 4 F of 2 F 5/2 and Nejiumu ytterbium as shown in FIG. 1 as in this method, increasing both the concentrations of neodymium and ytterbium
The probability of non-radiative energy transfer with 3/2 increases, the number of neodymium in the excited state decreases, and as a result, 1.3
There is a problem that the fluorescence intensity of μm decreases, and high amplification characteristics cannot be obtained.

【0008】本発明は、上記技術的課題を解決するため
になされたもので、その目的とするところは簡単な構成
を有し、かつ高増幅特性を示す光信号増幅器およびこの
増幅器に用いられる増幅用導波路素子を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above technical problems, and an object of the present invention is to provide an optical signal amplifier having a simple structure and exhibiting high amplification characteristics, and an amplifier used in the amplifier. The present invention is to provide a waveguide element for use.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の増幅用導波路素子は、その光導波路の単一
のコアが、その長さ方向に沿って交互に配置されている
ネオジムを含む部分と該ネオジムからの1.06μm帯
の蛍光を吸収するイッテルビウムを含む部分とから構成
されていることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, in the amplifying waveguide device of the present invention, a single core of the optical waveguide is alternately arranged along the longitudinal direction. It is characterized by comprising a portion containing neodymium and a portion containing ytterbium that absorbs 1.06 μm band fluorescence from the neodymium.

【0010】また、本発明の光信号増幅器は上記の増幅
用導波路素子と、前記増幅用導波路素子の一端に光カッ
プラを介してそれぞれ接続された信号光光源および励起
光光源と、前記増幅用導波路素子の他端に接続されたス
ペクトルアナライザとを含むことを特徴とする。
An optical signal amplifier according to the present invention comprises the above-described amplification waveguide element, a signal light source and an excitation light source respectively connected to one end of the amplification waveguide element via an optical coupler, A spectrum analyzer connected to the other end of the waveguide element.

【0011】[0011]

【作用】本発明の増幅用導波路素子においては、その光
導波路の単一のコア中にネオジムを含む部分とイッテル
ビウムを含む部分とをその長さ方向に沿って交互に配置
したので、イッテルビウムによりネオジムからの1.0
6μmの蛍光のうち光導波路を進行するものが効率よく
吸収される。これにより1.06μmの自然増幅発振が
抑制されるので、1.3μm帯の蛍光強度が増し、高増
幅特性が得られる。
In the amplifying waveguide device of the present invention, the portion containing neodymium and the portion containing ytterbium are alternately arranged along the length direction in a single core of the optical waveguide. 1.0 from neodymium
Among the 6 μm fluorescent light, those traveling in the optical waveguide are efficiently absorbed. As a result, the natural amplification oscillation of 1.06 μm is suppressed, so that the fluorescence intensity in the 1.3 μm band increases, and high amplification characteristics are obtained.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to the drawings.

【0013】発明者らは、ネオジムを分散したジルコニ
ウムフッ化物ファイバにおける1.3μm帯信号光の増
幅特性を検討した。すなわち、そのファイバのコアを図
1に示すような二重構造とし、この中にネオジムとイッ
テルビウムを二重コア内の別々の部分に分散させると、
1.06μmの光を増幅器の系外に出すための波長選択
的なファイバカップラを使わずに、光信号増幅が大幅に
向上することを見いだした。図1において符号1は光フ
ァイバ型導波路素子である。この素子1はコア2とクラ
ッド3を含む。このコア2は同心円状の二重コアであ
り、内側コア2aと外側コア2bとから構成されてい
る。内側コア2a中にはネオジムおよびイッテルビウム
のうちいずれか一方がドープされ、外側コア2b中にそ
のいずれか他方がドープされている。
The inventors studied the amplification characteristics of 1.3 μm band signal light in a zirconium fluoride fiber in which neodymium is dispersed. That is, when the core of the fiber has a double structure as shown in FIG. 1 and neodymium and ytterbium are dispersed in separate portions in the double core,
It has been found that optical signal amplification is greatly improved without using a wavelength-selective fiber coupler for outputting 1.06 μm light outside the amplifier system. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an optical fiber type waveguide device. This device 1 includes a core 2 and a clad 3. The core 2 is a concentric double core and includes an inner core 2a and an outer core 2b. One of neodymium and ytterbium is doped in the inner core 2a, and the other is doped in the outer core 2b.

【0014】本発明の増幅用導波路素子に用いられる母
材料としては、上記のフッ化物系ガラスに限らず、他の
組成のガラス、例えばケイ酸塩ガラス,リン酸塩ガラ
ス,フッ燐酸塩ガラスなども好適に用いることができ
る。これら他の組成のガラスを用いても、増幅特性を示
す波長領域が若干異なるものの、上記のフッ化物系ガラ
スの場合とほぼ同様に増幅特性を大幅に向上させること
ができる。
The base material used for the amplifying waveguide element of the present invention is not limited to the above-mentioned fluoride glass, but may be glass having another composition, for example, silicate glass, phosphate glass, or fluorophosphate glass. Etc. can also be suitably used. Even when the glass having these other compositions is used, although the wavelength region showing the amplification characteristic is slightly different, the amplification characteristic can be greatly improved almost in the same manner as in the case of the above-mentioned fluoride glass.

【0015】図2および図3は前記図1に示した初期改
善例をさらに改良した本発明構成を示すもので、ネオジ
ムを含む部分とイッテルビウムを含む部分とを長さ方向
に沿って交互に備えた光導波路型素子の構成をそれぞれ
示すものである。図2において符号4は薄膜型導波路素
子である。この素子4は断面矩形でかつ長尺のコア5と
このコア5を挟むように積層されるクラッド6とを含
む。このコア5はネオジムを含む部分5aとこのネオジ
ム部分5aとはコア5の長さ方向に分割されて配された
イッテルビウムを含む部分5bとを含む。図2は薄膜型
導波路素子4の一部を示したもので、実際にはこのコア
5のネオジムを含む部分5aとイッテルビウムを含む部
分5bとはコア5の長さ方向に沿って交互に配されてい
る。
FIGS. 2 and 3 show the structure of the present invention, which is a further improvement of the initial improvement example shown in FIG. 1, wherein portions containing neodymium and portions containing ytterbium are alternately provided along the length direction. 1 shows a configuration of an optical waveguide device. In FIG. 2, reference numeral 4 denotes a thin-film waveguide element. The element 4 includes a long core 5 having a rectangular cross section and a clad 6 stacked so as to sandwich the core 5. The core 5 includes a portion 5a containing neodymium and a portion 5b containing ytterbium which is divided from the neodymium portion 5a in the length direction of the core 5. FIG. 2 shows a part of the thin-film waveguide element 4. In practice, the portions 5a containing neodymium and the portions 5b containing ytterbium of the core 5 are alternately arranged along the length direction of the core 5. Have been.

【0016】また、図3において符号7は光ファイバ型
導波路素子である。この素子7は円柱状のコア8と円筒
状のクラッド9とを含む。コア8はネオジムを含む部分
8aとこのネオジム部分8aとはコア8の長さ方向に分
割されて配されたイッテルビウムを含む部分とを含む。
図2と同様に、図3は光ファイバ型素子7の一部を示し
たもので、実際にはコア8のネオジム部分8aとイッテ
ルビウム部分8bとはコア8の長さ方向に沿って交互に
配されている。
In FIG. 3, reference numeral 7 denotes an optical fiber type waveguide device. This element 7 includes a cylindrical core 8 and a cylindrical clad 9. The core 8 includes a portion 8a containing neodymium, and the neodymium portion 8a is divided in the length direction of the core 8 and includes a portion containing ytterbium.
FIG. 3 shows a part of the optical fiber type element 7 similarly to FIG. 2. In practice, the neodymium portions 8a and the ytterbium portions 8b of the core 8 are alternately arranged along the length direction of the core 8. Have been.

【0017】図2および図3に示すように、光導波路の
単一のコア中にネオジムを含む部分とイッテルビウムを
含む部分とを交互に備えた構成の光導波路型素子を含む
光信号増幅器についても図1に示した初期改善例の素子
を用いた増幅器の場合と同様にネオジムを単独に含む増
幅用ファイバを用いた増幅器の場合に比べて著しい増幅
特性の向上が認められる。なお、本発明の実施例では、
同一のコアの長さ方向にネオジムを含む部分とイッテル
ビウムを含む部分とが交互に配置されていることを特徴
としている。したがって、この実施例構成では、励起光
によって発生した1.06ミクロン帯の蛍光のうちコア
中を進行する蛍光がイッテルビウムを含む部分で効率的
に吸収される。その結果、前記初期改善例の二重コア構
成におけるイッテルビウムを含む部分へ染み出す蛍光を
吸収する場合に較べて、本実施例の交互配置構成の方が
効率がよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, an optical signal amplifier including an optical waveguide element having a configuration in which a portion containing neodymium and a portion containing ytterbium are alternately provided in a single core of the optical waveguide is also provided. As in the case of the amplifier using the element of the initial improvement example shown in FIG. 1, a remarkable improvement in the amplification characteristics is recognized as compared with the amplifier using the amplifying fiber containing neodymium alone. In the embodiment of the present invention,
It is characterized in that portions containing neodymium and portions containing ytterbium are alternately arranged in the length direction of the same core. Therefore, in the configuration of this embodiment, of the 1.06 micron band fluorescence generated by the excitation light, the fluorescence traveling in the core is efficiently absorbed by the portion containing ytterbium. As a result, the alternate arrangement of the present embodiment is more efficient than the case of absorbing the fluorescence that seeps into the portion containing ytterbium in the double core configuration of the above-mentioned initial improvement example.

【0018】以下、増幅特性の向上の効果についてフッ
化物ガラスをマトリックスとする系を例にして説明す
る。なお、以下の効果確認テストでは、本発明の基本的
構成による効果を確認するために、従来技術と本発明の
初期改善例とを比較した。
Hereinafter, the effect of improving the amplification characteristics will be described with reference to a system using fluoride glass as a matrix. In the following effect confirmation test, a conventional technology and an initial improvement example of the present invention were compared in order to confirm the effect of the basic configuration of the present invention.

【0019】図4に、ネオジムのみを分散した光ファイ
バの損失スペクトルを示す。また、図5にはネオジムを
図1の二重コア2の外側コア2bに、イッテルビウムを
二重コア2の内側コア2aに、ネオジムとイッテルビウ
ムの濃度比を1対10の割合とした本発明の初期改善例
の増幅用導波路素子の損失スペクトルを示す。この図5
より分かるようにイッテルビウムの吸収がネオジムの蛍
光波長である1.06μm付近に存在する。図6に示し
た評価系を用いてこれら2種類の光ファイバにおける蛍
光強度を測定した結果を図7および図8に示す。ここ
で、図7および図8は、それぞれ1.06ミクロン帯お
よび1.3ミクロン帯の蛍光強度で規格化している。図
6において符号10は増幅用ファイバとしてのイオンド
ープ光ファイバである。この光ファイバ10の入射端
(図8において左側)には光カップラ11を介して信号
光LD12と励起用LD13とが光カップラ11から分
岐されて接続されている。また、光ファイバ10の出射
端には別の光カップラ14を介してスペクトルアナライ
ザ15が、さらにこのスペクトルアナライザ15にコン
ピュータ16が順次接続されている。
FIG. 4 shows a loss spectrum of an optical fiber in which only neodymium is dispersed. In FIG. 5, neodymium is used for the outer core 2b of the double core 2 of FIG. 1, ytterbium is used for the inner core 2a of the double core 2, and the concentration ratio of neodymium to ytterbium is 1:10. 7 shows a loss spectrum of an amplifying waveguide element of an initial improvement example. This figure 5
As can be seen, the absorption of ytterbium exists near 1.06 μm, which is the fluorescence wavelength of neodymium. FIGS. 7 and 8 show the results of measuring the fluorescence intensities of these two types of optical fibers using the evaluation system shown in FIG. Here, FIGS. 7 and 8 are normalized by the fluorescence intensity of the 1.06 micron band and the 1.3 micron band, respectively. In FIG. 6, reference numeral 10 denotes an ion-doped optical fiber as an amplification fiber. A signal light LD 12 and a pumping LD 13 are branched from the optical coupler 11 and connected to the incident end (the left side in FIG. 8) of the optical fiber 10 via the optical coupler 11. Further, a spectrum analyzer 15 is connected to the emission end of the optical fiber 10 via another optical coupler 14, and a computer 16 is sequentially connected to the spectrum analyzer 15.

【0020】図7および図8よりわかるように、図中矢
印で示した1.3μm帯の蛍光スペクトル強度は、ネオ
ジムをドープした部分の外にイッテルビウムをドープし
た部分を設けることにより著しく増加している。このよ
うなドープ系でのネオジムの1.06μm帯の蛍光強度
と1.3μm帯の蛍光強度を比較すると、両波長領域に
おけるイッテルビウムの吸収強度の差に基づき1.3μ
m帯の蛍光強度の方が相対的に強くなる。図9には信号
光強度に対する増幅特性のグラフを示す。図9から明ら
かなように20dBmの信号光に対し20dB以上の増
幅特性を得た。
As can be seen from FIGS. 7 and 8, the fluorescence spectrum intensity in the 1.3 μm band indicated by the arrow in the figure is significantly increased by providing the ytterbium-doped portion in addition to the neodymium-doped portion. I have. Comparing the fluorescence intensity of neodymium in the 1.06 μm band and the fluorescence intensity of the 1.3 μm band in such a doped system, 1.3 μm was obtained based on the difference in the absorption intensity of ytterbium in both wavelength regions.
The fluorescence intensity in the m band is relatively higher. FIG. 9 shows a graph of the amplification characteristic with respect to the signal light intensity. As is clear from FIG. 9, an amplification characteristic of 20 dB or more was obtained for a signal light of 20 dBm.

【0021】以上説明したように、本発明の特徴は、
1.3μmの蛍光体であるネオジムと1.06μm光の
吸収体であるイッテルビウムを一つのコアの長さ方向に
交互に配置した点にある。このことをもう少し詳しく説
明すると、ネオジムとイッテルビウムとを同じコア内に
均一に分散した従来例としてのコドープ系の増幅用導波
路素子では、各希土類元素の濃度を高くするにつれて、
図10に示したエネルギー順位図におけるイッテルビウ
ムの25/2とネオジム43/2との無輻射的なエネルギー
移動の確率が増大し、1.3μmの蛍光の始状態である
43/2状態にあるネオジムの数が減少し、その結果、
1.3ミクロの蛍光強度が減少するという現象が顕著と
なる。
As described above, the features of the present invention are as follows.
The point is that neodymium which is a 1.3 μm phosphor and ytterbium which is an absorber of 1.06 μm light are alternately arranged in the length direction of one core. To explain this in more detail, in a conventional co-doped amplification waveguide element in which neodymium and ytterbium are uniformly dispersed in the same core, as the concentration of each rare earth element increases,
The probability of non-radiative energy transfer between ytterbium 2 F 5/2 and neodymium 4 F 3/2 in the energy ranking diagram shown in FIG. 10 is increased, indicating a 1.3 μm fluorescence start state.
The number of neodymium in the 4 F 3/2 state is reduced,
The phenomenon that the fluorescence intensity of 1.3 micron is reduced becomes remarkable.

【0022】従って、本発明の増幅用導波路素子では、
ネオジムとイッテルビウムをコアの別々の部分にドープ
することにより上記エネルギー移動を全く起こさず1.
06μm光の吸収帯としてだけイッテルビウムを使うこ
とができ、光信号増幅器になんら工夫を加えること無し
に効率のよい増幅特性を得ることができる。また、この
ことは、光導波路が二重構造である光信号増幅器におい
ても従来技術に比べて格段の効果があるが、光導波路の
コア中を進行する光のみに作用させれば、より高い効率
が得られることから、ネオジムを含む部分とイッテルビ
ウムを含む部分とが光の進行方向に沿って交互に配置さ
れている光信号増幅器において大きな効果が生じる。一
方、希土類元素の濃度は、イオン間のエネルギー移動が
起こらない濃度ならば、いくらでもよく、用いるマトリ
ックスの損失特性等を考慮して決められるべきものであ
る。エネルギー移動を起こす濃度の判定は、そのイオン
からの蛍光強度の濃度依存性あるいは蛍光寿命の濃度依
存性の測定により行った。一方、ガラス組成は、もとよ
りフッ化物ガラスに限定されるものではない。使用する
イオンを分散できかつ光導波路構造を作成可能なガラス
組成ならば、何でもよいのは明らかである。ただし、ガ
ラス転移点の低いガラスをマトリックスとした場合に
は、図1に示すような初期改善例の同心円状の光導波路
構造を作成する際には、ネオジムを含む部分とイッテル
ビウムを含む部分とが接する箇所において両イオンの拡
散により両イオン間で相互作用が起こることが考えられ
る。この相互作用を防止するためには両イオンを含まな
いインシュレータ層を両イオン含有部分間に予め介在さ
せることも有効な手段であるが、製造上の工数が増える
という問題点が生じる。このインシュレータ層の厚さ
は、光導波路構造作製条件あるいは使用するガラス組成
に依存するのは言うまでもない。
Therefore, in the amplification waveguide device of the present invention,
By doping neodymium and ytterbium into separate parts of the core, no such energy transfer occurs.
Ytterbium can be used only as the absorption band of the 06 μm light, and efficient amplification characteristics can be obtained without adding any contrivance to the optical signal amplifier. In addition, although this has a remarkable effect as compared with the prior art even in an optical signal amplifier having an optical waveguide having a double structure, a higher efficiency can be obtained by operating only the light traveling in the core of the optical waveguide. Is obtained, a great effect is produced in an optical signal amplifier in which portions containing neodymium and portions containing ytterbium are alternately arranged along the traveling direction of light. On the other hand, the concentration of the rare earth element may be any concentration as long as energy transfer between ions does not occur, and should be determined in consideration of the loss characteristics of the matrix used. The concentration at which energy transfer occurs was determined by measuring the concentration dependence of the fluorescence intensity or the fluorescence lifetime from the ion. On the other hand, the glass composition is not necessarily limited to fluoride glass. Obviously, any glass composition can be used as long as the ions used can be dispersed and an optical waveguide structure can be formed. However, when a glass having a low glass transition point is used as a matrix, a portion containing neodymium and a portion containing ytterbium form a concentric optical waveguide structure of the initial improvement example as shown in FIG. It is conceivable that an interaction occurs between the two ions due to the diffusion of the two ions at the contact portion. In order to prevent this interaction, it is effective to interpose an insulator layer not containing both ions between the both ion-containing portions in advance, but this causes a problem that the number of manufacturing steps is increased. It goes without saying that the thickness of the insulator layer depends on the conditions for producing the optical waveguide structure or the glass composition used.

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の増幅用導
波路素子によれば、ネオジムの1.06μmの蛍光をイ
ッテルビウムに効率良く吸収させることができ、この増
幅用導波路素子を用いれば、従来とられてきた方法に比
べ設計が容易でかつ増幅特性の安定した光信号増幅器が
得られる。
As described above, according to the amplifying waveguide device of the present invention, 1.06 μm of neodymium fluorescence can be efficiently absorbed by ytterbium. Thus, an optical signal amplifier which is easier to design than the conventional method and has stable amplification characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の増幅用導波路素子の初期改善例の断面
構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an initial improvement example of an amplification waveguide device of the present invention.

【図2】本発明の増幅用導波路素子の一実施例の構造を
示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of one embodiment of an amplification waveguide device of the present invention.

【図3】本発明の増幅用導波路素子の他の実施例の構造
を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of another embodiment of the waveguide device for amplification of the present invention.

【図4】ネオジムがドープされたフッ化物ファイバの損
失特性を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing loss characteristics of a fluoride fiber doped with neodymium.

【図5】図1に示した増幅用導波路素子の一具体例とし
てのフッ化物ファイバの損失特性を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a loss characteristic of a fluoride fiber as a specific example of the amplification waveguide element shown in FIG. 1;

【図6】光ファイバ試料の損失スペクトルあるいは蛍光
スペクトルを測定するための光信号増幅器の一例の構成
図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of an example of an optical signal amplifier for measuring a loss spectrum or a fluorescence spectrum of an optical fiber sample.

【図7】図4に示した光ファイバの800nmで励起し
た時の蛍光スペクトルを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a fluorescence spectrum of the optical fiber shown in FIG. 4 when excited at 800 nm.

【図8】図5に示した増幅用導波路素子の800nmで
励起した時の蛍光スペクトルを示す図である。
8 is a diagram showing a fluorescence spectrum when the amplification waveguide device shown in FIG. 5 is excited at 800 nm.

【図9】図1に示した増幅用導波路素子の一例としての
光ファイバにおける信号光強度に対する増幅特性を示す
特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing amplification characteristics with respect to signal light intensity in an optical fiber as an example of the amplification waveguide element shown in FIG.

【図10】ネオジムとイッテルビウムのエネルギー順位
を示すエネルギー順位図である。
FIG. 10 is an energy order diagram showing the energy order of neodymium and ytterbium.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバ型導波路素子 2 コア 2a 内側コア 2b 外側コア 3 クラッド 4 薄膜型導波路素子 5 コア 5a ネオジム部分 5b イッテルビウム部分 6 クラッド 7 光ファイバ型導波路素子 8 コア 8a ネオジム部分 8b イッテルビウム部分 9 クラッド 10 イオンドープ光ファイバ 11 光カップラ 12 信号光LD 13 励起用LD 14 光カップラ 15 スペクトルアナライザ 16 コンピュータ Reference Signs List 1 optical fiber type waveguide element 2 core 2a inner core 2b outer core 3 clad 4 thin film type waveguide element 5 core 5a neodymium part 5b ytterbium part 6 clad 7 optical fiber type waveguide element 8 core 8a neodymium part 8b ytterbium part 9 clad DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ion-doped optical fiber 11 Optical coupler 12 Signal light LD 13 LD for excitation 14 Optical coupler 15 Spectrum analyzer 16 Computer

フロントページの続き (72)発明者 イライア スニッツァー アメリカ合衆国 ニュージャージー州 ピスカタウェイ,ブレッド アンド バ ウザーロード、ラトガスユニバーシティ 内 (56)参考文献 特開 平3−259125(JP,A) 特開 平4−311930(JP,A) 特開 平5−37047(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/07 G02F 1/35 - 3/02 G02B 6/12 - 6/14 Continuation of the front page (72) Inventor Elia Snitzer, Latgas University, Bread and Bowser Road, Piscataway, NJ, United States (56) References JP-A-3-259125 (JP, A) JP-A-4-31930 (JP A) JP-A-5-37047 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/07 G02F 1/35-3/02 G02B 6/12-6/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光増幅用の導波路素子であって、その光
導波路の単一のコアが、その長さ方向に沿って交互に配
置されているネオジムを含む部分と該ネオジムからの
1.06μm帯の蛍光を吸収するイッテルビウムを含む
部分とから構成されていることを特徴とする増幅用導波
路素子。
1. A waveguide element for optical amplification, wherein a single core of the optical waveguide includes neodymium-containing portions alternately arranged along the length direction and 1.diodes from the neodymium. A portion containing ytterbium that absorbs fluorescence in the 06 μm band.
【請求項2】 その光導波路の単一のコアが、その長さ
方向に沿って交互に配置されているネオジムを含む部分
と該ネオジムからの1.06μm帯の蛍光を吸収するイ
ッテルビウムを含む部分とから構成されている増幅用導
波路素子と、前記増幅用導波路素子の一端に光カップラ
を介してそれぞれ接続された信号光光源および励起光光
源と、 前記増幅用導波路素子の他端に接続されたスペクトルア
ナライザとを含むことを特徴とする光信号増幅器。
2. A single core of the optical waveguide, the portion including neodymium alternately arranged along its length and the portion including ytterbium that absorbs 1.06 μm-band fluorescence from the neodymium. An amplification waveguide device comprising: a signal light source and an excitation light source respectively connected to one end of the amplification waveguide device via an optical coupler; and the other end of the amplification waveguide device. An optical signal amplifier, comprising: a connected spectrum analyzer.
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