JP3277494B2 - Amplifying optical fiber and optical fiber amplifier for 1.3 μm band using the same - Google Patents
Amplifying optical fiber and optical fiber amplifier for 1.3 μm band using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システム等で使
用される増幅用光ファイバ及びこれを用いた1.3μm
帯用光ファイバ増幅器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an amplifying optical fiber used in an optical communication system and the like, and a 1.3 .mu.m optical fiber using the same.
The present invention relates to an optical fiber amplifier for a band.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光ファイバのコアに希土類イオ
ン、特にEr3+イオンをドープし、4f殻内遷移の誘導
放出を用いた光ファイバ増幅器の研究が精力的に行わ
れ、1.5μm帯の光通信システムへの応用が進められ
ている。希土類ドープ光ファイバ増幅器は高利得で且つ
偏波に依存しない利得特性を有し、また、低い雑音指数
及び広帯域な波長特性を有するため、光通信システムに
おける応用が極めて魅力あるものとなっている。2. Description of the Related Art In recent years, researches on an optical fiber amplifier using a stimulated emission of a transition in a 4f shell by doping a core of an optical fiber with rare earth ions, particularly Er 3+ ions, have been vigorously conducted. Is being applied to optical communication systems. Rare-earth doped optical fiber amplifiers have high gain and polarization-independent gain characteristics, and have low noise figure and broadband wavelength characteristics, making them extremely attractive for applications in optical communication systems.
【0003】一方、石英系光ファイバの波長分散が零と
なる1.3μm帯は1.5μm帯と並んで光通信では重
要な波長帯であり、この1.3μm帯で動作する光ファ
イバ増幅器の研究がNd3+イオンをドープした石英系光
ファイバやフッ化物系光ファイバを用いて行われてき
た。しかしながら、前記両ファイバとも光通信に使用さ
れる1.31μmではNd3+イオンのExcited State Ab
sorption(励起状態吸収)が大きいため、例えば、W.J.
Miniscalco, L.J.Andrews,B.A.Thompson, R.S.Quinby,
L.J.B.Vacha and M.G.Drexhage,“Electron Lett.”(V
ol.24, 1988, P.28)、又はY.Miyajima, T.Komukai, Y.
Sugawa and Y.Katsuyama,“Technical Digest Optical
Fiber Communication Conference '90San Francisco ”
(1990,PD16)等に記載されているように増幅が確認さ
れていない。On the other hand, the 1.3 μm band where the chromatic dispersion of a silica-based optical fiber becomes zero is an important wavelength band in optical communication along with the 1.5 μm band, and an optical fiber amplifier operating in the 1.3 μm band is used. Research has been carried out using silica-based optical fibers or fluoride-based optical fibers doped with Nd 3+ ions. However, at 1.31 μm, both of the above fibers are used for optical communication, and the Nd 3+ ion Excited State Ab
Because of high absorption (excitation state absorption), for example, WJ
Miniscalco, LJAndrews, BAThompson, RSQuinby,
LJBVacha and MGDrexhage, “Electron Lett.” (V
ol. 24, 1988, P. 28), or Y. Miyajima, T. Komukai, Y.
Sugawa and Y.Katsuyama, “Technical Digest Optical
Fiber Communication Conference '90 San Francisco ”
(1990, PD16), amplification was not confirmed.
【0004】このような状況から1.31μmで増幅作
用を有する光ファイバ増幅器の実現が強く望まれてお
り、その候補の一つとして、Y.Ohishi,T.Kanamori, T.K
itagawa, S.Takahashi, E.Snitzer and G.H.Sigel“Tec
hnical Digest Optical FiberCommunication Conferenc
e '91 San Diego ”(1991, PD2 )において、ZrF4
系のフッ化物ガラスをホスト材料としてPr3+をドープ
した光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が提案されて
いる。この光ファイバ増幅器は図2に示すPr3+イオン
のエネルギーダイヤグラムからわかるようにPr3+イオ
ンの 1G4 → 3H5 遷移の誘導放出を利用したものであ
る。Under such circumstances, realization of an optical fiber amplifier having an amplifying action at 1.31 μm is strongly desired. One of the candidates is Y. Ohishi, T. Kanamori, TK
itagawa, S. Takahashi, E. Snitzer and GHSigel “Tec
hnical Digest Optical Fiber Communication Conferenc
e '91 in San Diego "(1991, PD2) , ZrF 4
An optical fiber amplifier using an optical fiber doped with Pr 3+ using a system fluoride glass as a host material has been proposed. The optical fiber amplifier is obtained by utilizing the 1 G 4 → 3 H 5 transition of the induced emission of Pr 3+ ions as can be seen from the energy diagram of Pr 3+ ions shown in FIG.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記光
ファイバ増幅器では 1G4 レベルと 3F4 レベルとのエ
ネルギー差が約3000cm-1と小さい欠点がある。即
ち、ホスト材料であるZrF4 系のフッ化物ガラスのフ
ォノンエネルギーが500cm-1であるため、 1G4 レベ
ルから 3F4 レベルにフォノン緩和が起き易く、ZrF
4 系のフッ化物ガラス中では 1G4 → 3H5 の遷移の量
子効率が3%という低いものになってしまう。そのた
め、例えば5dBの利得を得るために180mW(励起
波長1.02μm)という高い励起光パワーが必要にな
るという問題があった。However, the optical fiber amplifier has a disadvantage that the energy difference between the 1 G 4 level and the 3 F 4 level is as small as about 3000 cm −1 . That is, since the phonon energy of the ZrF 4 -based fluoride glass as the host material is 500 cm −1 , phonon relaxation is likely to occur from the 1 G 4 level to the 3 F 4 level, and ZrF 4
In 4 based fluoride glass in becomes what quantum efficiency of transition of 1 G 4 → 3 H 5 is as low as 3%. Therefore, there is a problem that a high pump light power of 180 mW (pump wavelength 1.02 μm) is required to obtain a gain of 5 dB, for example.
【0006】本発明は前記従来の問題点に鑑み、1.3
μm帯で効率良く動作する増幅用光ファイバ及びこれを
用いた1.3μm帯用光ファイバ増幅器を提供すること
を目的とする。[0006] In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention relates to 1.3.
It is an object of the present invention to provide an amplification optical fiber that operates efficiently in the μm band and a 1.3 μm band optical fiber amplifier using the same.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、請求項1として、ホスト材料としてフォノ
ンエネルギーが500cm-1より小さい材料を用いるとと
もに、アクティブイオンとしてPr3+をドープして作製
した増幅用光ファイバ、また、請求項2として、ホスト
材料としてAs−S系、Ge−S系、Ge−P−S系又
はAs−Ge−S系のいずれかのカルコゲナイドガラス
を用いた請求項1記載の増幅用光ファイバ、また、請求
項3として、アクティブイオンとしてPr3+とともにE
u3+をコドープした請求項2記載の増幅用光ファイバ、
また、請求項4として、ホスト材料としてZnF2 −I
nF3 −PbF2 −LaF3 系又はZnF2 −InF3
−PbF2 −GaF3 −LaF3 系のフッ化物ガラスを
用いた請求項1記載の増幅用光ファイバ、また、請求項
5として、アクティブイオンとしてPr3+とともにEu
3+をコドープした請求項4記載の増幅用光ファイバを提
案し、また、請求項6として、請求項1乃至5いずれか
記載の増幅用光ファイバと、励起光を発生する励起光源
と、信号光及び励起光を合波して前記増幅用光ファイバ
に入射する光カプラとを備えた1.3μm帯用光ファイ
バ増幅器を提案する。In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first aspect, a material having a phonon energy of less than 500 cm -1 is used as a host material, and Pr 3+ is doped as an active ion. The fabricated optical fiber for amplification, and as claim 2, a claim using any one of As-S-based, Ge-S-based, Ge-PS-based or As-Ge-S-based chalcogenide glass as a host material The optical fiber for amplification according to claim 1, and as claim 3, E together with Pr 3+ as active ions.
The optical fiber for amplification according to claim 2, which is co-doped with u3 + .
In a fourth aspect, ZnF 2 -I is used as a host material.
nF 3 —PbF 2 —LaF 3 or ZnF 2 —InF 3
-PbF 2 -GaF 3 amplifying optical fiber according to claim 1, wherein using -laf 3 based fluoride glass and as claimed in claim 5, together with Pr 3+ as an active ion Eu
Claim 3 proposes an optical fiber for amplification according to claim 4, which is co-doped with 3+, and as claim 6, an optical fiber for amplification according to any one of claims 1 to 5, a pump light source for generating pump light, and a signal. An optical fiber amplifier for a 1.3 μm band including an optical coupler for multiplexing light and pump light and entering the optical fiber for amplification is proposed.
【0008】[0008]
【作用】本発明の請求項1によれば、フォノンエネルギ
ーが500cm-1より小さい材料をホスト材料に用いたた
め、Pr3+の 1G4 レベルから 3F4 レベルへのフォノ
ン緩和が起き難く、これにより1.31μmにおける増
幅効率が改善される。また、請求項2によれば、As−
S系、Ge−S系、Ge−P−S系又はAs−Ge−S
系のいずれかのカルコゲナイドガラスというフォノンエ
ネルギーが350cm-1の材料をホスト材料に用いたた
め、Pr3+の 1G4 レベルから 3F4 レベルへのフォノ
ン緩和が起き難く、これにより1.31μmにおける増
幅効率が改善される。また、請求項3によれば、アクテ
ィブイオンとしてPr3+とともにEu3+をコドープした
ため、Pr3+の 3H5 レベルから 3H4 レベルへのフォ
ノン緩和が加速され、これにより1.31μmにおける
増幅効率がより改善される。また、請求項4によれば、
ZnF2 −InF3 −PbF2 −LaF3 系又はZnF
2 −InF3 −PbF2 −GaF3 −LaF3 系のフッ
化物ガラスというフォノンエネルギーが約400cm-1の
材料をホスト材料に用いたため、Pr3+の 1G4 レベル
から 3F4 レベルへのフォノン緩和が起き難く、これに
より1.31μmにおける増幅効率が改善される。ま
た、請求項5によれば、アクティブイオンとしてPr3+
とともにEu3+をコドープしたため、Pr3+の 3H5 レ
ベルから 3H4 レベルへのフォノン緩和が加速され、こ
れにより1.31μmにおける増幅効率がより改善され
る。また、請求項6によれば、1.31μmにおける増
幅効率が高い増幅用光ファイバを用いたため、低い励起
光パワーで所要の利得が得られ、励起光源として半導体
レーザのような小型のものを用いることができる。According to the first aspect of the present invention, since a material having a phonon energy of less than 500 cm -1 is used as the host material, phonon relaxation of Pr 3+ from the 1 G 4 level to the 3 F 4 level hardly occurs. This improves the amplification efficiency at 1.31 μm. According to the second aspect, As-
S-based, Ge-S-based, Ge-PS-based or As-Ge-S
Since any of the chalcogenide glasses of the system having a phonon energy of 350 cm -1 was used as the host material, phonon relaxation of Pr 3+ from the 1 G 4 level to the 3 F 4 level hardly occurred. The amplification efficiency is improved. According to the third aspect, since Eu 3+ is co-doped together with Pr 3+ as active ions, the phonon relaxation of Pr 3+ from the 3 H 5 level to the 3 H 4 level is accelerated. The amplification efficiency is further improved. According to claim 4,
ZnF 2 —InF 3 —PbF 2 —LaF 3 or ZnF
Since a material having a phonon energy of about 400 cm −1 , which is a fluoride glass based on 2- InF 3 —PbF 2 —GaF 3 —LaF 3, was used as a host material, Pr 3+ was changed from a 1 G 4 level to a 3 F 4 level. Phonon relaxation is unlikely to occur, which improves the amplification efficiency at 1.31 μm. According to claim 5, Pr 3+ is used as active ions.
In addition, co-doping with Eu 3+ accelerates the phonon relaxation of Pr 3+ from the 3 H 5 level to the 3 H 4 level, thereby further improving the amplification efficiency at 1.31 μm. According to the sixth aspect, since the amplification optical fiber having high amplification efficiency at 1.31 μm is used, a required gain can be obtained with low excitation light power, and a small excitation light source such as a semiconductor laser is used. be able to.
【0009】[0009]
【実施例1】増幅用光ファイバのホスト材料としてAs
−S系のカルコゲナイドガラスを用いた。この際、コア
ガラスの組成はAs40S60(原子%)、クラッドガラス
の組成はAs38S62(原子%)とした。なお、これらの
ガラスのフォノンエネルギーは350cm-1である。Embodiment 1 As a host material of an amplification optical fiber, As
-S-based chalcogenide glass was used. At this time, the composition of the core glass was As 40 S 60 (atomic%), and the composition of the clad glass was As 38 S 62 (atomic%). The phonon energy of these glasses is 350 cm -1 .
【0010】また、Pr3+の原料試薬としてPrCl3
を用いた。前記As40S60のコアガラス中にPrCl3
をPr3+濃度が500ppm (重量濃度)になるように添
加した。Further, PrCl 3 is used as a raw material reagent for Pr 3+.
Was used. PrCl 3 is contained in the As 40 S 60 core glass.
Was added so that the Pr 3+ concentration was 500 ppm (weight concentration).
【0011】前述したコアガラス及びクラッドガラスを
用いて二重ルツボ法により単一モードファイバを作製し
た。ここで、コア径は4.6μm、コア・クラッド間の
屈折率差は0.2%、カットオフ波長は1.0μmであ
った。A single mode fiber was manufactured by the double crucible method using the core glass and the clad glass described above. Here, the core diameter was 4.6 μm, the refractive index difference between the core and the clad was 0.2%, and the cutoff wavelength was 1.0 μm.
【0012】図1は本発明の増幅用光ファイバを用いた
1.3μm帯用光ファイバ増幅器の一実施例及びその増
幅特性の測定のようすを示すものである。図中、1は励
起光源、2はレンズ、3は光カプラ、4は信号源、5は
増幅用光ファイバ、6はファイバピグテール、7は光ス
ペクトルアナライザである。FIG. 1 shows an embodiment of a 1.3 μm band optical fiber amplifier using an optical fiber for amplification according to the present invention, and how the amplification characteristics are measured. In the figure, 1 is an excitation light source, 2 is a lens, 3 is an optical coupler, 4 is a signal source, 5 is an amplification optical fiber, 6 is a fiber pigtail, and 7 is an optical spectrum analyzer.
【0013】励起光源1は、例えばアルゴンレーザで励
起されたチタンサファイヤレーザであり、その発振(励
起)波長は1.02μmである。光カプラ3は、例えば
WDM型光ファイバカプラであり、その入力側の一方の
ファイバには励起光源1からの励起光がレンズ2を介し
て入射されている。信号源4は、例えば発振波長1.3
1μmの半導体レーザであり、その出射光、即ち信号光
は光カプラ3の入力側の他方のファイバに入射されてい
る。増幅用光ファイバ5は前記の如くして作製した単一
モードファイバを8mの長さに切出し、両端面に無反射
コートを施したもので、その一端は光カプラ3の出力側
のファイバに接続され、また、他端はファイバピグテー
ル6を介して光スペクトルアナライザ7に接続されてい
る。The excitation light source 1 is, for example, a titanium sapphire laser excited by an argon laser, and its oscillation (excitation) wavelength is 1.02 μm. The optical coupler 3 is, for example, a WDM type optical fiber coupler, and the excitation light from the excitation light source 1 is incident on one fiber on the input side via the lens 2. The signal source 4 has, for example, an oscillation wavelength of 1.3.
The emitted light, that is, the signal light, is a 1 μm semiconductor laser and is incident on the other fiber on the input side of the optical coupler 3. The amplification optical fiber 5 is obtained by cutting the single-mode fiber manufactured as described above into a length of 8 m, and coating both sides of the single-mode fiber with anti-reflection coating. One end is connected to the fiber on the output side of the optical coupler 3. The other end is connected to an optical spectrum analyzer 7 via a fiber pigtail 6.
【0014】なお、前記構成中、励起光源1、レンズ
2、光カプラ3及び増幅用光ファイバ5により1.3μ
m帯用光ファイバ増幅器が構成される(但し、レンズ2
は励起光源1と光カプラ3とを損失なく結合するための
もので、必ずしも必要ではない。)。In the above construction, the excitation light source 1, the lens 2, the optical coupler 3, and the amplifying optical fiber 5 provide 1.3 μm.
An m-band optical fiber amplifier is configured (however, lens 2
Is for coupling the excitation light source 1 and the optical coupler 3 without loss, and is not always necessary. ).
【0015】前記構成により光の増幅特性を測定した結
果、50mWの励起光パワーで1.31μmにおいて5
dBの利得が得られ、ZrF4 系のフッ化物ガラスを用
いた場合と比較して励起光パワーを3分の1以下に低減
できることが確認された。As a result of measuring the amplification characteristics of the light by the above configuration, it was found that the pumping power was 1.3 m at 1.31 μm with the excitation light power of 50 mW.
A gain of dB was obtained, and it was confirmed that the excitation light power could be reduced to one third or less as compared with the case where ZrF 4 -based fluoride glass was used.
【0016】また、ホスト材料として、Ge−S系、G
e−P−S系又はAs−Ge−S系のいずれかのカルコ
ゲナイドガラスを用い、これに500ppm のPr3+をド
ープして作製した増幅用光ファイバを用いた場合でも、
ZrF4 系のフッ化物ガラスを用いた場合と比較して励
起光パワーを3分の1以下に低減できることが確認され
た。As a host material, a Ge—S system, G
Even when an amplifying optical fiber made of e-PS-based or As-Ge-S-based chalcogenide glass and doped with 500 ppm of Pr 3+ is used,
It was confirmed that the excitation light power can be reduced to one third or less as compared with the case where ZrF 4 -based fluoride glass is used.
【0017】なお、前記説明ではPr3+の原料試薬とし
てPrCl3 を用いたが、PrBr3 ,PrI3 等のハ
ロゲン化物や硫化物Pr2 S3 を用いることもできる。In the above description, PrCl 3 is used as a raw material reagent for Pr 3+ , but halides such as PrBr 3 and PrI 3 and sulfides Pr 2 S 3 can also be used.
【0018】[0018]
【実施例2】増幅用光ファイバのホスト材料として、実
施例1と同一のAs−S系のカルコゲナイドガラスを用
いた。また、実施例1と同一のAs40S60のコアガラス
中にPr3+だけでなく、EuCl3 を原料試薬として1
重量%のEu3+イオンをコドープした。さらに、実施例
1と同様にして単一モードファイバを作製した。Example 2 The same As-S-based chalcogenide glass as in Example 1 was used as a host material of an amplification optical fiber. Further, in the same As 40 S 60 core glass as in Example 1, not only Pr 3+ but also EuCl 3 was used as a raw material reagent.
Wt% Eu 3+ ions were co-doped. Further, a single mode fiber was produced in the same manner as in Example 1.
【0019】このようにして作製した単一モードファイ
バを増幅用光ファイバとして、図1と同様な1.3μm
帯用光ファイバ増幅器を構成し、光の増幅特性を測定し
た結果、40mWの励起光パワー(波長1.02μm)
で1.31μmにおいて5dBの利得が得られ、実施例
1の場合より励起効率が改善したことが確認された。The single mode fiber manufactured in this manner was used as an amplification optical fiber in a 1.3 μm
As a result of configuring an optical fiber amplifier for a band and measuring the optical amplification characteristics, a pump light power of 40 mW (wavelength 1.02 μm) was obtained.
As a result, a gain of 5 dB was obtained at 1.31 μm, and it was confirmed that the pumping efficiency was improved as compared with the case of Example 1.
【0020】これは次のような理由による。即ち、Pr
3+とともにEu3+をコドープすると、図3に示すように
Pr3+の 3H5 レベルからEu3+の 7F3 レベルにエネ
ルギーの移動が起り、Eu3+イオン内において矢印8で
示すようなフォノンの放出による緩和が起る。カルコゲ
ナイドガラスのようなフォノンエネルギーの小さい材料
中にあってはフォノン放出による緩和が起り難いため、
Pr3+の 3H5 レベルは0.1秒近くに達する長いライ
フタイムを有する。1.3μm帯用光ファイバ増幅器の
利得は 1G4 レベルに励起されているイオンの濃度と、
3H5 レベルにあるイオンの濃度との差に依存するた
め、 3H5 レベルから 3H4 レベルへの緩和が速くなれ
ばこの濃度差が大きくなり、利得も増大することにな
る。Eu3+のコドープはPr3+の 3H5 レベルから 3H
4 レベルへの緩和を早めるために有効であり、1.3μ
m帯用光ファイバ増幅器の利得を向上させることができ
る。This is based on the following reasons. That is, Pr
When Eu 3+ is co-doped together with 3+ , energy transfer occurs from the 3 H 5 level of Pr 3+ to the 7 F 3 level of Eu 3+ as shown in FIG. 3, and is indicated by an arrow 8 in the Eu 3+ ion. Relaxation by such phonon emission occurs. In materials with low phonon energy, such as chalcogenide glass, relaxation due to phonon emission hardly occurs,
The 3 H 5 level of Pr 3+ has a long lifetime approaching 0.1 second. And concentration of ions gain 1.3μm-band optical fiber amplifier that is pumped to 1 G 4 level,
3 H 5 in order that depends on the difference between the concentration of ions in level, the density difference becomes large, the gain also increases the faster the relaxation from 3 H 5 level to 3 H 4 level. Codoped of Eu 3+ from 3 H 5 level Pr 3+ 3 H
Effective for quickening to 4 levels, 1.3μ
The gain of the m-band optical fiber amplifier can be improved.
【0021】[0021]
【実施例3】増幅用光ファイバのホスト材料としてZn
F2 −InF3 −PbF2 −LaF3 系のフッ化物ガラ
スを用いた。この際、コアガラスの組成はZnF2 (1
9)−InF3 (30)−PbF2 (45)−LaF3
(6)(モル%)、クラッドガラスの組成はZnF
2 (21)−InF3(30)−PbF2 (43)−L
aF3 (6)(モル%)とした。なお、これらのガラス
のフォノンエネルギーは約400cm-1である。Embodiment 3 Zn as a host material for an amplification optical fiber
With F 2 -InF 3 -PbF 2 -LaF 3 based fluoride glass. At this time, the composition of the core glass was ZnF 2 (1
9) -InF 3 (30) -PbF 2 (45) -LaF 3
(6) (mol%), the composition of the clad glass is ZnF
2 (21) -InF 3 (30 ) -PbF 2 (43) -L
aF 3 (6) (mol%). The phonon energy of these glasses is about 400 cm -1 .
【0022】また、実施例1と同様にしてコアガラスに
Pr3+を濃度が500ppm になるようにドープし、さら
に実施例1と同様にして単一モードファイバを作製し
た。ここで、コア径は4μm、カットオフ波長は0.5
3μmであった。The core glass was doped with Pr 3+ to a concentration of 500 ppm in the same manner as in Example 1, and a single mode fiber was manufactured in the same manner as in Example 1. Here, the core diameter is 4 μm, and the cutoff wavelength is 0.5
It was 3 μm.
【0023】このようにして作製した単一モードファイ
バを増幅用光ファイバとして、図1と同様な1.3μm
帯用光ファイバ増幅器を構成し、光の増幅特性を測定し
た結果、50mWの励起光パワー(波長1.02μm)
で1.31μmにおいて5dBの利得が得られることが
確認された。The single mode fiber manufactured in this manner was used as an amplification optical fiber in the same 1.3 μm as in FIG.
The optical fiber amplifier for the band was constructed and the amplification characteristics of the light were measured. As a result, the pump light power of 50 mW (wavelength 1.02 μm) was obtained.
It was confirmed that a gain of 5 dB was obtained at 1.31 μm.
【0024】また、実施例2と同様にしてPr3+だけで
なく、1重量%のEu3+をコドープして単一モードファ
イバを作製し、これを用いた1.3μm帯用光ファイバ
増幅器の増幅特性を測定した結果、40mWで5dBの
利得が得られ、Pr3+だけをドープした場合より励起効
率が改善したことが確認された。In the same manner as in Example 2, not only Pr 3+ but also 1% by weight of Eu 3+ was co-doped to produce a single mode fiber, and an optical fiber amplifier for 1.3 μm band using the same. As a result, the gain of 5 dB was obtained at 40 mW, and it was confirmed that the excitation efficiency was improved as compared with the case where only Pr 3+ was doped.
【0025】また、ホスト材料としてZnF2 −InF
3 −PbF2 −GaF3 −LaF3 系のフッ化物ガラス
を用い、これにPr3+をドープし又はPr3+及びEu3+
をコドープして作製した増幅用光ファイバを用いた場合
でも、ZrF4 系のフッ化物ガラスを用いた場合と比較
して利得が向上することが確認された。As a host material, ZnF 2 —InF
3 -PbF with 2 -GaF 3 -LaF 3 based fluoride glass, this was doped with Pr 3+ or Pr 3+ and Eu 3+
It was confirmed that the gain was improved even when the amplification optical fiber produced by co-doping was used, as compared with the case where ZrF 4 -based fluoride glass was used.
【0026】[0026]
【実施例4】増幅用光ファイバのホスト材料としてAl
F3 −ZrF4 −YF3 −MgF2 −CaF2 −SrF
2 −BaF2 −PbF2 −NaF系のフッ化物ガラスを
用いた。この際、コアガラスの組成はAlF3 (30.2)
−ZrF4 (10.2)−YF3 (8.3 )−MgF2 (3.5
)−CaF2 (18.0) −SrF2 (11.7) −BaF2
(9.3 )−PbF2 (5.0 )−NaF(3.8 )(モル
%)、クラッドガラスの組成はAlF3 (30.2)−Zr
F4 (10.2)−YF3 (8.3 )−MgF2 (3.5 )−C
aF2 (19.2) −SrF2 (12.4) −BaF2 (9.9 )
−PbF2 (2.5 )−NaF(3.8 )(モル%)とし
た。Embodiment 4 Al is used as a host material for an amplification optical fiber.
F 3 -ZrF 4 -YF 3 -MgF 2 -CaF 2 -SrF
Using 2 -BaF 2 -PbF 2 -NaF type fluoride glass. At this time, the composition of the core glass was AlF 3 (30.2)
−ZrF 4 (10.2) −YF 3 (8.3) −MgF 2 (3.5
) -CaF 2 (18.0) -SrF 2 (11.7) -BaF 2
(9.3) -PbF 2 (5.0) -NaF (3.8) (mol%), the composition of the clad glass was AlF 3 (30.2) -Zr
F 4 (10.2) -YF 3 (8.3) -MgF 2 (3.5) -C
aF 2 (19.2) -SrF 2 (12.4) -BaF 2 (9.9)
-PbF 2 (2.5) was -NaF (3.8) (mol%).
【0027】また、実施例1と同様にしてコアガラスに
Pr3+を濃度が500ppm になるようにドープし、さら
に実施例1と同様にして単一モードファイバを作製し
た。ここで、コア径は4.2μm、カットオフ波長は1
μmであった。Further, the core glass was doped with Pr 3+ to a concentration of 500 ppm in the same manner as in Example 1, and a single mode fiber was manufactured in the same manner as in Example 1. Here, the core diameter is 4.2 μm, and the cutoff wavelength is 1
μm.
【0028】このようにして作製した単一モードファイ
バを増幅用光ファイバとして、図1と同様な1.3μm
帯用光ファイバ増幅器を構成し、光の増幅特性を測定し
た結果、100mWの励起光パワー(波長1.02μ
m)で1.31μmにおいて5dBの利得が得られるこ
とが確認された。The single mode fiber manufactured in this manner was used as an amplification optical fiber in the same 1.3 μm as in FIG.
As a result of configuring an optical fiber amplifier for a band and measuring the optical amplification characteristics, a pump light power of 100 mW (wavelength 1.02 μm) was obtained.
m), it was confirmed that a gain of 5 dB was obtained at 1.31 μm.
【0029】前記組成のコアガラスの屈折率nD は1.45
8 であり、石英ガラスと同じになるため、本光ファイバ
と石英系ファイバとを接続した場合、その端面間におけ
る反射による損失を極めて小さくすることができ、1.
3μm帯用光ファイバ増幅器が構成し易くなる。The refractive index n D of the core glass having the above composition is 1.45.
8, which is the same as quartz glass, so that when this optical fiber is connected to a silica-based fiber, the loss due to reflection between the end faces can be extremely reduced.
An optical fiber amplifier for the 3 μm band can be easily configured.
【0030】また、ホスト材料としてAlF3 −YF3
−MgF2 −CaF2 −SrF2 −BaF2 −PbF2
系又はAlF3 −HfF4 −YF3 −MgF2 −CaF
2 −SrF2 −BaF2 −PbF2 −NaF系のフッ化
物ガラスを用いて作製した増幅用光ファイバを用いた場
合でも、石英系ファイバとの屈折率のマッチングが取
れ、増幅用光ファイバとして有効である。Further, AlF 3 —YF 3 is used as a host material.
-MgF 2 -CaF 2 -SrF 2 -BaF 2 -PbF 2
System or AlF 3 -HfF 4 -YF 3 -MgF 2 -CaF
Even when an amplification optical fiber made of 2- SrF 2 -BaF 2 -PbF 2 -NaF-based fluoride glass is used, the refractive index can be matched with that of a silica-based fiber, making it effective as an amplification optical fiber. It is.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
よれば、フォノンエネルギーが500cm-1より小さい材
料をホスト材料に用いたため、Pr3+の 1G4 レベルか
ら 3F4 レベルへのフォノン緩和が起き難く、これによ
り1.31μmにおける増幅効率を改善できる。As described above, according to the first aspect of the present invention, since a material having a phonon energy of less than 500 cm -1 is used as the host material, the level of Pr 3+ changes from the 1 G 4 level to the 3 F 4 level. Phonon relaxation hardly occurs, which can improve the amplification efficiency at 1.31 μm.
【0032】また、本発明の請求項2によれば、As−
S系、Ge−S系、Ge−P−S系又はAs−Ge−S
系のいずれかのカルコゲナイドガラスというフォノンエ
ネルギーが350cm-1の材料をホスト材料に用いたた
め、Pr3+の 1G4 レベルから 3F4 レベルへのフォノ
ン緩和が起き難く、これにより1.31μmにおける増
幅効率を改善できる。According to a second aspect of the present invention, As-
S-based, Ge-S-based, Ge-PS-based or As-Ge-S
Since any of the chalcogenide glasses of the system having a phonon energy of 350 cm -1 was used as the host material, phonon relaxation of Pr 3+ from the 1 G 4 level to the 3 F 4 level hardly occurred. Amplification efficiency can be improved.
【0033】また、本発明の請求項3によれば、アクテ
ィブイオンとしてPr3+とともにEu3+をコドープした
ため、Pr3+の 3H5 レベルから 3H4 レベルへのフォ
ノン緩和が加速され、これにより1.31μmにおける
増幅効率をより改善できる。According to the third aspect of the present invention, since Eu 3+ is co-doped with Pr 3+ as active ions, the phonon relaxation of Pr 3+ from the 3 H 5 level to the 3 H 4 level is accelerated. Thereby, the amplification efficiency at 1.31 μm can be further improved.
【0034】また、本発明の請求項4によれば、ZnF
2 −InF3 −PbF2 −LaF3 系又はZnF2 −I
nF3 −PbF2 −GaF3 −LaF3 系のフッ化物ガ
ラスというフォノンエネルギーが約400cm-1の材料を
ホスト材料に用いたため、Pr3+の 1G4 レベルから 3
F4 レベルへのフォノン緩和が起き難く、これにより
1.31μmにおける増幅効率を改善できる。According to the fourth aspect of the present invention, ZnF
2 -InF 3 -PbF 2 -LaF 3 system or ZnF 2 -I
Since nF 3 -PbF 2 -GaF 3 -LaF 3 -based fluoride glass having a phonon energy of about 400 cm −1 was used as the host material, Pr 3+ was reduced from the 1 G 4 level to 3 %.
Phonon relaxation to the F 4 level is unlikely to occur, thereby improving the amplification efficiency at 1.31 μm.
【0035】また、本発明の請求項5によれば、アクテ
ィブイオンとしてPr3+とともにEu3+をコドープした
ため、Pr3+の 3H5 レベルから 3H4 レベルへのフォ
ノン緩和が加速され、これにより1.31μmにおける
増幅効率をより改善できる。According to the fifth aspect of the present invention, since Eu 3+ is co-doped with Pr 3+ as active ions, phonon relaxation of Pr 3+ from the 3 H 5 level to the 3 H 4 level is accelerated, Thereby, the amplification efficiency at 1.31 μm can be further improved.
【0036】また、本発明の請求項6によれば、1.3
1μmにおける増幅効率が高い増幅用光ファイバを用い
たため、低い励起光パワーで所要の利得が得られ、励起
光源として半導体レーザのような小型のものを用いるこ
とができ、光通信システムでの応用が可能になるという
利点がある。Further, according to claim 6 of the present invention, 1.3.
Since an amplification optical fiber with high amplification efficiency at 1 μm is used, required gain can be obtained with low pumping light power, and a small pumping light source such as a semiconductor laser can be used. There is an advantage that it becomes possible.
【図1】 本発明の増幅用光ファイバを用いた1.3μ
m帯用光ファイバ増幅器の一実施例及びその増幅特性の
測定のようすを示す構成図FIG. 1 shows 1.3 μm using the amplification optical fiber of the present invention.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an m-band optical fiber amplifier and how the amplification characteristics are measured.
【図2】 Pr3+のエネルギーダイヤグラムFig. 2 Energy diagram of Pr 3+
【図3】 Pr3+及びEu3+のエネルギーダイヤグラムFIG. 3 is an energy diagram of Pr 3+ and Eu 3+
1…励起光源、2…レンズ、3…光カプラ、4…信号
源、5…増幅用光ファイバ、6…ファイバピグテール、
7…光スペクトルアナライザ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pump light source, 2 ... Lens, 3 ... Optical coupler, 4 ... Signal source, 5 ... Optical fiber for amplification, 6 ... Fiber pigtail,
7 ... Optical spectrum analyzer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G02F 1/35 501 G02F 1/35 501 (56)参考文献 特開 平4−3482(JP,A) 特開 平4−265251(JP,A) 特開 平2−275726(JP,A) 特開 平4−89635(JP,A) 特開 昭63−184386(JP,A) Electron.Lett.,1991 年 4月11日,Vol.27 No.8, p.626−628 Chem.Phys.Lett., 1985年 6月 7日,Vol.117 N um.2,p.108−114 Electron.Lett.,1991 年 4月11日,Vol.27 No.8, p.628−629 IEEE.J.Quantum.El ectron.Lett.,Vol.24 No.6,p.1118−1123 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 C03C 3/32 C03C 13/04 G02B 6/00 G02F 1/35 501 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI G02F 1/35 501 G02F 1/35 501 (56) References JP-A-4-3482 (JP, A) JP-A-4-265251 JP-A-2-275726 (JP, A) JP-A-4-89635 (JP, A) JP-A-63-184386 (JP, A) Electron. Lett. , April 11, 1991, Vol. 27 No. 8, p. 626-628 Chem. Phys. Lett. , June 7, 1985, Vol. 117 Num. 2, p. 108-114 Electron. Lett. , April 11, 1991, Vol. 27 No. 8, p. 628-629 IEEE. J. Quantum. Electron. Lett. , Vol. 24 No. 6, p. 1118-1123 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30 C03C 3/32 C03C 13/04 G02B 6/00 G02F 1/35 501 JICST file (JOIS)
Claims (8)
500cm -1 より小さいAs−S系、Ge−S系、Ge−
P−S系又はAs−Ge−S系のいずれかのカルコゲナ
イドガラスを用いるとともに、アクティブイオンとして
Pr3+をドープして作製したことを特徴とする増幅用光
ファイバ。1. A phonon energy is used as a host material.
As-S system, Ge-S system, Ge- smaller than 500 cm -1
An amplifying optical fiber using a chalcogenide glass of either PS or As-Ge-S and doped with Pr 3+ as active ions.
Eu3+をコドープしたことを特徴とする請求項1記載の
増幅用光ファイバ。Wherein amplifying optical fiber according to claim 1, characterized in that codoped with Eu 3+ with Pr 3+ as an active ion.
500cm -1 より小さいZnF2 −InF3 −PbF2 −
LaF3 系又はZnF2 −InF3 −PbF2−GaF
3 −LaF3 系のフッ化物ガラスを用いたことを特徴と
する増幅用光ファイバ。3. A phonon energy is used as a host material.
ZnF 2 —InF 3 —PbF 2 − smaller than 500 cm −1
LaF 3 system or ZnF 2 -InF 3 -PbF 2 -GaF
Amplifying optical fiber it <br/> characterized by using a 3 -laf 3 based fluoride glass.
Eu3+をコドープしたことを特徴とする請求項3記載の
増幅用光ファイバ。4. The amplifying optical fiber according to claim 3, characterized in that codoped with Eu 3+ with Pr 3+ as an active ion.
ファイバと、 励起光を発生する励起光源と、 信号光及び励起光を合波して前記増幅用光ファイバに入
射する光カプラとを備えたことを特徴とする1.3μm
帯用光ファイバ増幅器。5. A amplifying optical fiber according to any one of claims 1 to 4, a pumping light source for generating excitation light, an optical coupler which multiplexes the signal light and the excitation light incident on the amplifying optical fiber 1.3 μm characterized by having
Optical fiber amplifier for band.
光及び前記励起光源が発生する励起光を合波して前記増
幅用光ファイバに入射する光カプラとを備えた光ファイ
バ増幅器において、 前記励起光源は半導体レーザであり、 前記増幅用光ファイバは、ホスト材料としてフォノンエ
ネルギーが350cm -1 から400cm -1 の材料を用いると
ともに、アクティブイオンとしてPr 3+ をドープして作
製した ことを特徴とする1.3μm帯用光ファイバ増幅
器。 6. An amplification optical fiber, an excitation light source, and a signal
Combining the light and the pump light generated by the pump light source to increase the
Optical fiber having an optical coupler for entering the optical fiber for width.
In the optical amplifier, the pump light source is a semiconductor laser, and the amplification optical fiber is a phonon laser as a host material.
Using a material with an energy of 350 cm -1 to 400 cm -1
Both are made by doping Pr 3+ as active ions.
1.3μm optical fiber amplifier characterized by being manufactured
vessel.
500cm -1 より小さいカルコゲナイドガラスを用いると
ともに、アクティブイオンとしてPr 3+ をドープして作
製したことを特徴とする増幅用光ファイバ。 7. A phonon energy as a host material.
Using chalcogenide glass smaller than 500 cm -1
Both are made by doping Pr 3+ as active ions.
An amplification optical fiber characterized by being manufactured.
500cm -1 より小さい 材料を用いるとともに、アクティ
ブイオンとしてPr 3+ とともにEu 3+ をコドープして作
製したことを特徴とする増幅用光ファイバ。 8. A phonon energy as a host material.
Use a material smaller than 500 cm -1
Work and co-doped with Eu 3+ with Pr 3+ as Buion
An amplification optical fiber characterized by being manufactured.
Priority Applications (1)
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JP10268191A JP3277494B2 (en) | 1991-05-08 | 1991-05-08 | Amplifying optical fiber and optical fiber amplifier for 1.3 μm band using the same |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH04333029A JPH04333029A (en) | 1992-11-20 |
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Electron.Lett.,1991年 4月11日,Vol.27 No.8,p.626−628 |
Electron.Lett.,1991年 4月11日,Vol.27 No.8,p.628−629 |
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