JP3434241B2 - Excitation method of 1.4 to 1.52 μm band optical amplifier or laser oscillator - Google Patents

Excitation method of 1.4 to 1.52 μm band optical amplifier or laser oscillator

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JP3434241B2 JP19554299A JP19554299A JP3434241B2 JP 3434241 B2 JP3434241 B2 JP 3434241B2 JP 19554299 A JP19554299 A JP 19554299A JP 19554299 A JP19554299 A JP 19554299A JP 3434241 B2 JP3434241 B2 JP 3434241B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、1.4〜1.52
μm帯の光通信などで用いられる光増幅器またはレーザ
ー発振器の励起方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to 1.4 to 1.52.
The present invention relates to a method for exciting an optical amplifier or a laser oscillator used in optical communication in the μm band.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信において、石英ファイバの最低損
失波長である1.55μm帯、0分散波長である1.3
μm帯が使われてきた。これらの波長帯に対して光増幅
器の研究開発が活発に行われ、特に1.55μm帯で大
きな成功をおさめてきた。近年になり、インターネット
やデータ伝送の高速大容量化が求められ、通信容量増加
の観点から波長多重通信(WDM)が実用化されつつあ
る。しかし、1.55μm帯だけでは、いずれ容量が不
足する可能性があり、別の帯域を求める動きが出てき
た。特に、1.3〜1.7μmまでの石英ファイバーの
広い透過波長範囲全域を通信に使用したいと言う要求が
強い。このため、Tmを添加した1.47μm帯や1.
65μm帯ファイバー増幅器の研究が盛んに行われてい
る。
2. Description of the Related Art In optical communication, the minimum loss wavelength of a quartz fiber is 1.55 μm band, and the zero dispersion wavelength is 1.3.
The μm band has been used. Research and development of optical amplifiers have been actively carried out for these wavelength bands, and particularly great success has been achieved in the 1.55 μm band. In recent years, there has been a demand for high-speed and large-capacity internet and data transmission, and wavelength division multiplexing (WDM) is being put to practical use from the viewpoint of increasing the communication capacity. However, with the 1.55 μm band alone, there is a possibility that the capacity will eventually become insufficient, and there is a movement to seek another band. In particular, there is a strong demand that the entire wide transmission wavelength range of the quartz fiber of 1.3 to 1.7 μm be used for communication. Therefore, the 1.47 μm band containing Tm or 1.
Research on a 65 μm band fiber amplifier is actively conducted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】1.47μm帯の増幅
またはレーザー発振には、Tmを添加した低フォノンガ
ラスのファイバーを使用する提案がなされている(1988
年第14回欧州光学委員会議事録、D.N.Payne他 Rareear
th-doping fiber laser and amplifiers pp49-53.およ
び IEEE.J.Quantum Electronics vol.24(6) (1988) 92
0-923など)。そのTmの準位を図1に示す。1.47
μm帯の増幅とは、3434の誘導放出過程を利用し
て行われるものであり、実際には1.4〜1.52μm
の幅広い利得、増幅帯域を持っている。励起方法として
は、1.06μmで二段階励起する方法(特開平5−2
75792号公報)、0.7〜0.89μm帯でTmの
34を直接励起する方法(特開平4−265251号公
報)、1.2μm帯で二段階励起する方法(特開平4−
180279号公報)などが開示されている。しかし、
Tmの34準位の蛍光寿命は、34の蛍光寿命よりも短
く、増幅またはレーザー発振に必要な反転分布を得るこ
とは困難であることが知られている。このような特性
は、自己停止(Self terminating)機構と言われ、高効
率な増幅またはレーザー発振に不向きとされている。こ
のため、34を短寿命化するために、Eu,Tb,H
o,Prなどを添加する方法(特開平4−265251
号公報、特開平5−145168号公報、特開平7−4
5899号公報など)が開示されている。しかし、これ
らの共添加元素は、一定の濃度以上添加すると、目的波
長の1.4〜1.52μm帯にも吸収の裾がかかるなど
して、好ましくないエネルギー移動を生じ、1.4〜
1.52μm帯の増幅効率に悪影響を与えることから、
増幅媒質の組成に制限がある。また、Tm添加ファイバ
ーを二波長で励起する提案もなされているが、いずれも
アップコンバージョン過程を利用した短波長光源である
(例えば、特開平5−319858号公報、特開平8−
307000号公報など)。
It has been proposed to use a Tm-doped low phonon glass fiber for amplification or laser oscillation in the 1.47 μm band (1988).
Minutes of the 14th European Optics Commission, DN Payne et al. Rareear
th-doping fiber laser and amplifiers pp49-53. and IEEE.J.Quantum Electronics vol.24 (6) (1988) 92
0-923 etc.). The Tm level is shown in FIG. 1.47
Amplification in the μm band is performed by utilizing the stimulated emission process of 3 H 43 F 4 , and actually 1.4 to 1.52 μm
Has a wide gain and amplification band. As an excitation method, a method of performing two-step excitation at 1.06 μm (Japanese Patent Laid-Open No. 5-2
No. 75792), Tm of 0.7 to 0.89 μm band
A method of directly exciting 3 H 4 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-265251) and a method of performing two-step excitation in the 1.2 μm band (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-26525).
No. 180279) is disclosed. But,
The fluorescence lifetime of the 3 H 4 level of Tm is shorter than that of 3 F 4 , and it is known that it is difficult to obtain the population inversion required for amplification or laser oscillation. Such a characteristic is called a self terminating mechanism and is not suitable for highly efficient amplification or laser oscillation. Therefore, in order to shorten the life of 3 F 4 , Eu, Tb, H
Method of adding o, Pr, etc. (JP-A-4-265251)
JP-A-5-145168, JP-A-7-4
No. 5899). However, if these co-additive elements are added at a certain concentration or more, unfavorable energy transfer occurs due to a tail of absorption even in the 1.4 to 1.52 μm band of the target wavelength and 1.4 to 1.5
Since it adversely affects the amplification efficiency in the 1.52 μm band,
There is a limit to the composition of the amplification medium. Further, it has been proposed to pump a Tm-doped fiber at two wavelengths, but both are short-wavelength light sources utilizing an up-conversion process (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-319858 and 8-19838).
307000 publication etc.).

【0004】さらに、1.47μm帯の発光上準位であ
34から353436の各準位への分岐確率の比
は、順に20:50:480であり、圧倒的に基底準位
への遷移が多い。このため、34を直接励起する方法
(励起波長が0.8μm前後)では、高強度の励起光に
よって、1.47μm帯の誘導放出(3434)より
3436の誘導放出が10倍以上起こりやすく、T
m含有ガラス導波路またはファイバーで、10%以上の
パワー変換効率で動作する1.47μm帯増幅器または
レーザーの実現は事実上不可能だった。
Further, the ratio of branch probabilities from 3 H 4 which is the upper level of emission in the 1.47 μm band to each of 3 H 5 , 3 F 4 and 3 H 6 is 20: 50: 480 in order. Yes, there are overwhelmingly many transitions to the ground level. Therefore, 3, a method for exciting the H 4 directly (excitation wavelength 0.8μm so), by the excitation light of high intensity, 3 H 4 than the stimulated emission of 1.47μm band (3 H 43 F 4) → Stimulated release of 3 H 6 is 10 times more likely to occur,
It has been virtually impossible to realize a 1.47 μm band amplifier or laser that operates with a power conversion efficiency of 10% or more with an m-containing glass waveguide or fiber.

【0005】[0005]

【課題を解決するための具体的手段】本発明者らは、前
記問題を解決するため鋭意検討の結果、3434間で
効率よく反転分布を形成できるだけでなく、3436
の放射を抑制できる励起方法を見いだし、本発明に到達
した。
[Means for Solving the Problems] The inventors of the present invention have made earnest studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, not only can an inversion distribution be efficiently formed between 3 H 4 and 3 F 4 , but also 3 H 43 H 6
The present invention has been reached by finding an excitation method capable of suppressing the emission of γ.

【0006】すなわち本発明は、Tmをコアに含有した
光導波路を増幅媒質とした、1.4〜1.52μm帯光
増幅器またはレーザー発振装置において、少なくとも励
起光源として1.0〜1.2μmの範囲から少なくとも
1波長と、0.65〜0.75μmの範囲から少なくと
も1波長の、互いに異なる二種類以上の波長で励起する
ことにより、高効率な1.4〜1.52μm帯光増幅器
またはレーザー発振器を提供するものである。
That is, according to the present invention, in a 1.4 to 1.52 μm band optical amplifier or laser oscillating device using an optical waveguide containing Tm in a core as an amplifying medium, at least 1.0 to 1.2 μm as a pumping light source is used. A high-efficiency 1.4 to 1.52 μm band optical amplifier or laser by exciting at two or more different wavelengths of at least one wavelength from the range and at least one wavelength from the range of 0.65 to 0.75 μm An oscillator is provided.

【0007】以下本発明について詳述する。The present invention will be described in detail below.

【0008】Tmを添加した高効率な1.4〜1.52
μm帯(エネルギー差:約6800cm-1)の光増幅ま
たはレーザ発振には、フォノンエネルギー700cm-1
以下の低フォノンエネルギー材料が適しており、シリカ
系酸化物やホウ酸系酸化物のような高フォノンエネルギ
ー材料(一般に1000cm-1程度)は、不適当とされ
ている。このような低フォノンエネルギーガラス材料と
しては、ハライドガラス、カルコゲナイドガラス、ハラ
イド酸化物ガラス、カルコハライドガラス、テルライト
ガラス(亜テルル酸塩ガラス)、ビスマス酸塩ガラス、
ゲルマネートガラス、ガリウム酸塩ガラスなどが知られ
ている。ところが、これらの低フォノンエネルギーガラ
ス材料は、アップコンバージョンレーザー材料としても
よく知られており、通常の励起方法では赤や青の発光に
励起エネルギーが消費され、1.4〜1.52μm帯の
発光効率はきわめて低いことが知られている。また、3
4の蛍光寿命は、発光下準位の34の蛍光寿命よりも
短く、自己停止機構の代表例とされ、レーザー発振自体
が困難なことが知られており、発振に成功した場合でも
効率はきわめて低い(例えば J.Y.Allain他 , Electro
nics lett. 25(1989)1660-1662)。このため、Eu,T
b,Ho,Prなどを添加し、34の蛍光寿命を短寿命
化する試みがなされている。しかし、これらの共添加元
素も広い吸収波長帯域を持っているため、短寿命化に十
分な濃度を添加すると、1.4〜1.52μm帯に吸収
が生じたり、エネルギー移動によるアップコンバージョ
ン過程によって1.4〜1.52μm帯の発光効率が低
下するなどの問題があった。また、もう一つの方法とし
ては、3436(基底)の発振を利用した34の短寿
命化が考えられるが、励起光のエネルギーの半分近くを
捨てることになるので、効率上好ましくない。また、さ
らに大きな問題として、Tmの発光上準位(34)から
基底準位(36)への遷移確率が、目的の34への遷移
確率の10倍程度大きい点が挙げられる。このため、3
634の励起方法(波長0.8μm帯)では、吸収
による励起過程と同時に、高強度の励起光による誘導放
出(3436)が起こり、基底状態のTmイオン数を
減少させられず、効率が制限される問題があった。
High efficiency 1.4 to 1.52 with Tm added
μm band (energy difference: about 6800cm -1) to the optical amplification or laser oscillation, the phonon energy 700 cm -1
The following low phonon energy materials are suitable, and high phonon energy materials (generally about 1000 cm −1 ) such as silica-based oxides and boric acid-based oxides are considered unsuitable. Such low phonon energy glass materials include halide glass, chalcogenide glass, halide oxide glass, chalcogenide glass, tellurite glass (telluite glass), bismuthate glass,
Germanate glass and gallate glass are known. However, these low phonon energy glass materials are well known as up-conversion laser materials, and the excitation energy is consumed by red or blue light emission by a normal excitation method, and light emission in the 1.4 to 1.52 μm band It is known that the efficiency is extremely low. Also, 3
The fluorescence lifetime of H 4 is shorter than that of 3 F 4 in the lower emission level, which is a typical example of a self-stop mechanism, and it is known that laser oscillation itself is difficult. Very low efficiency (eg JY Allain et al., Electro
nics lett. 25 (1989) 1660-1662). Therefore, Eu, T
Attempts have been made to shorten the fluorescence lifetime of 3 F 4 by adding b, Ho, Pr or the like. However, since these co-added elements also have a wide absorption wavelength band, if a sufficient concentration for shortening the life is added, absorption occurs in the 1.4 to 1.52 μm band or due to the upconversion process due to energy transfer. There was a problem that the luminous efficiency in the 1.4 to 1.52 μm band was lowered. As another method, it is possible to shorten the lifetime of 3 F 4 by utilizing the oscillation of 3 F 43 H 6 (base), but since nearly half of the energy of the excitation light is discarded, Not preferable for efficiency. Further, as an even bigger problem, the transition probability from the emission upper level ( 3 H 4 ) of Tm to the ground level ( 3 H 6 ) is about 10 times as large as the transition probability to the target 3 F 4 . To be Because of this, 3
In the excitation method of H 63 H 4 (wavelength 0.8 μm band), stimulated emission ( 3 H 43 H 6 ) by high-intensity excitation light occurs at the same time as the excitation process by absorption, and Tm ions in the ground state There was a problem that efficiency could not be reduced because the number could not be reduced.

【0009】これらの方法に対し、本発明は波長0.6
5〜0.75μmの範囲から少なくとも1波長と、波長
1.0〜1.2μmの範囲から少なくとも1波長の、互
いに異なる二種類以上の波長で励起することで、共添加
元素がなくても反転分布の形成が容易になり、しかも3
436の放射が起こりにくく、低い励起パワーで高
効率に増幅あるいはレーザー発振可能であることを見い
だしたものである。
In contrast to these methods, the present invention has a wavelength of 0.6.
Excitation at two or more different wavelengths from the range of 5 to 0.75 μm, at least one wavelength, and from the wavelength range of 1.0 to 1.2 μm, at least one wavelength, by two or more different wavelengths, thereby reversing without co-adding element. Distribution is easier to form, and 3
It was found that the emission of H 43 H 6 is unlikely to occur, and that amplification or laser oscillation can be performed with high efficiency and low excitation power.

【0010】本発明の励起方法をさらに詳しく図2に基
づいて説明する。まず、光導波路のコアに含有されてい
るTmイオンを、波長0.65〜0.75μmから選ば
れる少なくとも1波長の励起光(以下、励起光1とす
る)によって、基底状態(36)→32または33に励
起する(励起過程1)。次に、無輻射緩和過程(放射過
程1)を経て34に緩和され、3434の遷移(放射
過程2)で1.4〜1.52μm帯の発光または増幅を
生じる。次に、波長1.0〜1.2μmの範囲から選ば
れる少なくとも1波長の励起光(以下、励起光2とす
る)によって、発光下準位(34)→32または33
励起する(励起過程2)。この励起によって 34の存在
確率を実効的に減少させ、自己停止機構を回避できる。
最後に、32または3334の非輻射遷移(放射過程
1)を経て、再び3434(放射過程2)により1.
4〜1.52μm帯の発光が生じる。この励起方法で
は、図2からすぐに判るとおり、34を仮想の基底準位
として用いた4準位過程になっており、反転分布の形成
はきわめて容易である。また、この方法では、343
6のエネルギー差に相当する0.8μm帯の強い光が
存在しないため、3436の誘導放射が起こりにく
く、3434の遷移確率を高めることができる。
The excitation method of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
I will explain. First, it is contained in the core of the optical waveguide
The Tm ion to be selected from the wavelength of 0.65 to 0.75 μm
Excitation light of at least one wavelength (hereinafter referred to as excitation light 1)
, The ground state (3H6) →3F2Or3F3Encourage
Occurs (excitation process 1). Next, the radiationless relaxation process (radiation
After step 1)3HFourRelaxed to3HFour3FFourTransition (radiation
In the process 2), emission or amplification of 1.4 to 1.52 μm band
Occurs. Next, select from the range of wavelength 1.0 to 1.2 μm
Excitation light of at least one wavelength (hereinafter referred to as excitation light 2)
Lower emission level (3FFour) →3F2Or3F3To
Excitation (excitation process 2). By this excitation 3FFourThe presence of
The probability is effectively reduced and the self-stop mechanism can be avoided.
Finally,3F2Or3F33HFourNon-radiative transition of (radiative process
After 1), again3HFour3FFour(Radiation process 2)
Light emission in the band of 4 to 1.52 μm occurs. With this excitation method
Is, as you can see from Figure 2,3FFourIs the virtual ground level
The four-level process used as
Is extremely easy. Also, with this method,3HFour3
H6The strong light in the 0.8 μm band corresponding to the energy difference of
Because it does not exist3HFour3H6Stimulated emission of
The3HFour3FFourThe transition probability of can be increased.

【0011】本発明の励起方法を図3に基づいて吸収ス
ペクトルから説明すると、励起光1によって3633
または3632の遷移、励起光2によって3432
または3433の遷移が生じることが容易に理解でき
る。また、励起波長1の中でも、0.68〜0.72μ
m帯は、34123514のアップコンバージョ
ン過程を同時に回避できるため、特に好ましい。また、
励起波長2の中でも、1.0〜1.1μm帯は、34
14のアップコンバージョン過程を回避できるため、特
に好ましい。
Explaining the excitation method of the present invention from the absorption spectrum with reference to FIG. 3, 3 H 63 F 3 is generated by the excitation light 1.
Or 3 H 63 F 2 transition, 3 F 43 F 2 depending on excitation light 2
Or it can be easily understood that the transition of 3 F 43 F 3 occurs. Moreover, within the excitation wavelength 1, 0.68 to 0.72 μ
The m band is particularly preferred because it can simultaneously avoid the 3 H 41 D 2 and 3 H 51 G 4 upconversion processes. Also,
Of the excitation wavelength 2, the 1.0 to 1.1 μm band is 3 H 4
It is particularly preferred because it avoids the 1 G 4 up-conversion process.

【0012】励起波長1と励起波長2の最適な波長選択
は、Tmの添加濃度やガラス材料の種類によって変化す
るため、一概には規定できないが、本発明の各波長帯の
範囲内で設定することができる。例えばTm:ZBLA
N(フッ化物ガラス)では励起波長1として0.69μ
m、励起波長2として1.064μmを選ぶことができ
る。最適な励起光パワーの組み合わせは、Tm濃度や光
導波路の材質、導波路の開口数などに依存するため、一
概には規定できないが、励起波長1のパワー:励起波長
2のパワーで表される励起パワー比が95:5〜5:9
5の範囲であることが好ましい。この範囲よりも励起波
長2(波長1.0〜1.2μm)が弱い場合は、34
34の間で反転分布を形成しにくくなり、十分な増幅効
率を得られない。この範囲よりも励起波長1(波長0.
65〜0.75μm)が弱い場合は、基底準位(36
32または33の励起が有効に行われないため、増幅
に利用できるイオンの割合が減少し、利得を得られな
い。また、前述の励起パワー比が80:20〜20:8
0の範囲では、低励起パワーでも反転分布の形成が可能
であり特に好ましい。
The optimum wavelength selection of the excitation wavelength 1 and the excitation wavelength 2 cannot be unconditionally specified because it depends on the concentration of Tm added and the type of glass material, but it is set within the range of each wavelength band of the present invention. be able to. For example, Tm: ZBLA
For N (fluoride glass), excitation wavelength 1 is 0.69μ
m and 1.064 μm can be selected as the excitation wavelength 2. The optimum combination of pumping light powers depends on the Tm concentration, the material of the optical waveguide, the numerical aperture of the waveguides, etc., and therefore cannot be specified unconditionally, but it is expressed by the power of the pumping wavelength 1: the power of the pumping wavelength 2. Excitation power ratio is 95: 5 to 5: 9
It is preferably in the range of 5. When the excitation wavelength 2 (wavelength 1.0 to 1.2 μm) is weaker than this range, 3 H 4
It becomes difficult to form a population inversion between 3 F 4 and sufficient amplification efficiency cannot be obtained. Excitation wavelength 1 (wavelength 0.
65 to 0.75 μm) is weak, the ground level ( 3 H 6 )
→ Because 3 F 2 or 3 F 3 is not excited effectively, the ratio of ions that can be used for amplification is reduced and gain cannot be obtained. Further, the above-mentioned pump power ratio is 80:20 to 20: 8.
In the range of 0, population inversion can be formed even with low pumping power, which is particularly preferable.

【0013】本発明の励起方法を使用する場合、Tm添
加媒質で1.47μm帯の増幅が可能な材料なら何でも
使用可能であることは明らかである。このような材料と
しては、フォノンエネルギーの低いガラスが一般的に利
用されており、カルコゲナイドガラス、ハライドガラ
ス、カルコハライドガラス、ハライド酸化物ガラス、テ
ルライトガラス(亜テルル酸塩ガラス)、ビスマス酸塩
ガラス、ゲルマネートガラス,ガリウム酸塩ガラスなど
が好ましく、特にコア部に使用することが好ましい。
When the excitation method of the present invention is used, it is clear that any material capable of amplifying the 1.47 μm band in the Tm-added medium can be used. As such a material, a glass having a low phonon energy is generally used, and a chalcogenide glass, a halide glass, a chalcogenide glass, a halide oxide glass, a tellurite glass (tellurite glass), a bismuthate salt. Glass, germanate glass, and gallium salt glass are preferable, and it is particularly preferable to use the core portion.

【0014】励起レーザーとしては、半導体レーザー、
色素レーザー、固体レーザー、ガスレーザーなど、本発
明の励起波長帯で発振するレーザーなら何でも良いが、
特にファイバーピグテール付きの半導体レーザー、ファ
イバーと結合した固体レーザー、ファイバーレーザーが
好ましい。価格やサイズの面から、励起波長1(波長
0.65〜0.75μm)には半導体レーザーが、励起
波長2(波長1.0〜1.2μm)にはNdやYbを添
加した固体レーザーやファイバーレーザーが好適であ
る。また、Tmの吸収帯を完全に利用して励起効率を高
めるために、広い発振波長帯域を持つレーザー(例えば
ラマンレーザー)を用いることや、各励起波長帯で波長
の異なる複数のレーザーを組み合わせることも効果的で
ある。
As the excitation laser, a semiconductor laser,
Any laser that oscillates in the excitation wavelength band of the present invention, such as a dye laser, a solid-state laser, or a gas laser, may be used.
Particularly, a semiconductor laser with a fiber pigtail, a solid-state laser combined with a fiber, and a fiber laser are preferable. In terms of price and size, a semiconductor laser is used for the excitation wavelength 1 (wavelength 0.65 to 0.75 μm), and a solid-state laser added with Nd or Yb for the excitation wavelength 2 (wavelength 1.0 to 1.2 μm). Fiber lasers are preferred. Further, in order to fully utilize the absorption band of Tm to enhance the excitation efficiency, a laser having a wide oscillation wavelength band (for example, Raman laser) is used, or a plurality of lasers having different wavelengths in each excitation wavelength band are combined. Is also effective.

【0015】光増幅器を構成する場合は、波長分割多重
素子(WDM)や光アイソレータのような光通信用光学
素子を、必要に応じて使用することができる。また、増
幅器に利得監視や利得等化機能を内蔵または付属させる
と、光通信システムの信頼性が向上するので好ましい。
利得の監視には、実質的に入射信号光強度と出力信号光
強度を比較できる方法なら、どんな方法を用いても良
い。波長多重通信を行う場合は、各波長に割り当てられ
た信号ごとに検出、監視できる方法が望ましい。利得等
化機能は、受動的な方法でも能動的な方法でも良い。受
動的な利得等化方法としては、光学フィルターを利用し
た構成が簡単である。能動的な利得等化方法は、利得監
視機能とフィードバック機能から構成され、実質的に入
射信号光強度と出力信号光強度を比較し、利得を一定に
できる方法なら、どんな方法を用いても良い。波長多重
通信を行う場合は、各波長に割り当てられた信号ごとに
利得等化できる方法が望ましい。利得等化と同様の機能
であるが、出力信号光強度を一定に保つような、出力等
化機能も利得等化機能と同じように有効である。これら
の機能は、遠隔操作でプログラミング可能なマイクロプ
ロセッサなどで、自動的に調整可能になっていることが
好ましい。
When constructing an optical amplifier, an optical element for optical communication such as a wavelength division multiplexing element (WDM) or an optical isolator can be used if necessary. Further, it is preferable that the amplifier has a gain monitoring function or a gain equalizing function built-in or attached thereto because the reliability of the optical communication system is improved.
For monitoring the gain, any method may be used as long as it can substantially compare the incident signal light intensity and the output signal light intensity. When performing wavelength division multiplexing, it is desirable to use a method capable of detecting and monitoring each signal assigned to each wavelength. The gain equalization function may be a passive method or an active method. As a passive gain equalization method, a configuration using an optical filter is simple. The active gain equalization method is composed of a gain monitoring function and a feedback function, and any method can be used as long as it can substantially compare the incident signal light intensity and the output signal light intensity and make the gain constant. . When performing wavelength division multiplexing communication, it is desirable to use a method capable of gain equalization for each signal assigned to each wavelength. Although it has the same function as the gain equalization, the output equalization function that keeps the output signal light intensity constant is as effective as the gain equalization function. These functions are preferably automatically adjustable, such as by a remotely programmable microprocessor.

【0016】レーザー発振器を構成する場合は、光導波
路をリング状に接続したり、直列または並列に複数台接
続して、高出力化を図ることができる。また、ファイバ
ーグレーティングなどを用いた狭帯域発振,波長可変発
振や、パルス圧縮による超短パルス発振も可能である。
In the case of constructing a laser oscillator, the output can be increased by connecting the optical waveguides in a ring shape or connecting a plurality of optical waveguides in series or in parallel. Also, narrow band oscillation using a fiber grating, variable wavelength oscillation, and ultrashort pulse oscillation by pulse compression are possible.

【0017】以上のように、励起波長を波長0.65〜
0.75μm帯と波長1.0〜1.2μmの二波長励起
とすることで、通常の1波長励起よりも高効率な1.4
〜1.52μm帯光増幅器またはレーザー発振器を提供
できる。
As described above, the excitation wavelength is 0.65
By using dual wavelength excitation of 0.75 μm band and wavelength of 1.0 to 1.2 μm, the efficiency of 1.4 is higher than that of normal single wavelength excitation.
It is possible to provide an optical amplifier or laser oscillator in the band of ~ 1.52 μm.

【0018】[0018]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0019】実施例1 コアにTmを0.1mol%、添加したフッ化物ガラス
ファイバーを用いた。コアとクラッドの基本ガラス組成
を以下に示す。Tmは、Laを置換している。数字は、
mol%である。
Example 1 Fluoride glass fiber having 0.1% by mol of Tm added to the core was used. The basic glass composition of the core and clad is shown below. Tm replaces La. The numbers are
It is mol%.

【0020】コア組成:51ZrF4−19BaF2
4.5LaF3−2YF3−2AlF3−13.5LiF
−8PbF2 クラッド組成:40HfF4−10ZrF4−19BaF
2−3LaF3−2YF3−4AlF3−22NaF このファイバーの比屈折率差は、1.1%、カットオフ
波長は0.65μm、コア直径は2.2μmであった。
ファイバー長は3mである。
Core composition: 51ZrF 4 -19BaF 2-
4.5LaF 3 -2YF 3 -2AlF 3 -13.5LiF
-8PbF 2 Cladding composition: 40HfF 4 -10ZrF 4 -19BaF
2 -3LaF 3 -2YF 3 -4AlF 3 -22NaF relative refractive index difference of the fiber is 1.1%, the cutoff wavelength is 0.65 .mu.m, the core diameter was 2.2 .mu.m.
The fiber length is 3 m.

【0021】次に測定に使用した光増幅器の構成を図4
に示す。励起には、波長0.69μmの半導体レーザー
2と、波長1.064μmのNd:YAGレーザー3を
合波し、光合分波素子4と高NAの石英ファイバー5を
介して光増幅用フッ化物ファイバー1と結合している。
石英ファイバー5とフッ化物ファイバー1の結合はV溝
ブロックを利用し、接合端面は反射損失を低減するため
斜めに光学研磨して、紫外線硬化型の光学接着剤で固定
した。1.47μm帯の信号発生装置6からの信号光を
光合分波素子4を介して増幅用ファイバーに入射し、増
幅された出射光を光アイソレーター7に通して計測器8
において小信号利得の測定を行った。入力信号光は波長
1.47μm、強度が−30dBmの連続光である。波
長0.69μmまたは波長1.064μmの単一波長で
励起した場合の小信号利得と、二波長で同時に励起した
場合の小信号利得を図5に示す。二波長励起の場合の入
力パワーは、二波長の合計パワーであり、パワー比は
4:6に固定されている。二波長励起では単一波長励起
に対して5dB以上の利得改善が行われ、しきい値も低
くなっていることが判る。
Next, the configuration of the optical amplifier used for the measurement is shown in FIG.
Shown in. For excitation, a semiconductor laser 2 having a wavelength of 0.69 μm and an Nd: YAG laser 3 having a wavelength of 1.064 μm are multiplexed, and a fluoride fiber for optical amplification is passed through an optical multiplexing / demultiplexing element 4 and a quartz fiber 5 having a high NA. Combined with 1.
The quartz fiber 5 and the fluoride fiber 1 were bonded by using a V-groove block, and the joint end surface was obliquely optically polished to reduce reflection loss, and fixed with an ultraviolet-curing optical adhesive. The signal light from the signal generator 6 in the 1.47 μm band is incident on the amplification fiber via the optical multiplexing / demultiplexing element 4, and the amplified output light is passed through the optical isolator 7 and the measuring instrument 8
The small signal gain was measured at. The input signal light is continuous light having a wavelength of 1.47 μm and an intensity of −30 dBm. FIG. 5 shows the small signal gain when pumping at a single wavelength of 0.69 μm or 1.064 μm and the small signal gain when pumping at two wavelengths at the same time. The input power in the case of dual wavelength pumping is the total power of the dual wavelengths, and the power ratio is fixed at 4: 6. It can be seen that in dual-wavelength pumping, the gain is improved by 5 dB or more as compared with single-wavelength pumping, and the threshold value is low.

【0022】実施例2 実施例1と同様のフッ化物ファイバーを用い、同様の構
成で励起パワー比を変えて実験を行った。信号光の入射
条件および励起波長は実施例1と同様であり、二波長の
合計パワーは100mWに固定して計測した。結果を図
6に示す。励起波長0.69μmと1.064μmのパ
ワー比が95:5〜5:95の範囲で波長0.69μm
または波長1.064μmでの単一波長励起の場合より
も高利得であることが判る。特に、パワー比が80:2
0〜20:80の範囲では、単一波長励起の場合の利得
よりも2dB以上高利得であった。
Example 2 An experiment was conducted by using the same fluoride fiber as in Example 1 and changing the pumping power ratio with the same structure. The incident condition of the signal light and the excitation wavelength were the same as in Example 1, and the total power of the two wavelengths was fixed at 100 mW for measurement. Results are shown in FIG. Excitation wavelength 0.69 μm and 1.064 μm power ratio in the range of 95: 5 to 5:95 wavelength 0.69 μm
Alternatively, it can be seen that the gain is higher than that in the case of single wavelength pumping at a wavelength of 1.064 μm. Especially, the power ratio is 80: 2
In the range of 0 to 20:80, the gain was higher by 2 dB or more than the gain in the case of single wavelength excitation.

【0023】実施例3 実施例1と同様の構成で、増幅媒質をIn系フッ化物ガ
ラスファイバーとし、小信号利得を測定した。Tmの添
加濃度は、0.2mol%であり、Gdの一部を置換し
ている。数字は、mol%である。
Example 3 With the same configuration as that of Example 1, the amplification medium was an In-based fluoride glass fiber, and the small signal gain was measured. The addition concentration of Tm was 0.2 mol%, and part of Gd was replaced. Numbers are mol%.

【0024】コア組成:18InF3−12GaF3−2
0ZnF2−27BaF2−3PbF2−10GdF3−1
0YF3 クラッド組成:18InF3−12GaF3−20ZnF
2−18BaF2−12SrF2−10GdF3−10YF
3 このファイバーの比屈折率差は、1.1%、カットオフ
波長は、0.65μmであった。測定に使用したファイ
バー長は2mである。励起は波長0.695μmの半導
体レーザーと、波長1.02μmのYb:YAGレーザ
ーを使用した。実施例1と同様に単一波長励起の場合と
二波長励起(パワー比4:6)を測定した結果、図7に
示すように、二波長励起の方が5dB以上高利得であっ
た。
Core composition: 18InF 3 -12GaF 3 -2
0ZnF 2 -27BaF 2 -3PbF 2 -10GdF 3 -1
0YF 3 clad composition: 18InF 3 -12GaF 3 -20ZnF
2 -18BaF 2 -12SrF 2 -10GdF 3 -10YF
3 The relative refractive index difference of this fiber was 1.1%, and the cutoff wavelength was 0.65 μm. The fiber length used for the measurement is 2 m. For excitation, a semiconductor laser having a wavelength of 0.695 μm and a Yb: YAG laser having a wavelength of 1.02 μm were used. As in Example 1, the single-wavelength pumping and dual-wavelength pumping (power ratio 4: 6) were measured, and as a result, as shown in FIG. 7, the dual-wavelength pumping had a higher gain of 5 dB or more.

【0025】実施例4 実施例1と同様の構成で、増幅媒質をテルライト系酸化
物ガラスファイバーとし、小信号利得を測定した。Tm
の添加濃度は、0.1mol%であり、Laの一部を置
換している。数字は、mol%である。
Example 4 With the same structure as in Example 1, a small signal gain was measured using a tellurite-based oxide glass fiber as the amplification medium. Tm
The addition concentration of is 0.1 mol%, and a part of La is replaced. Numbers are mol%.

【0026】コア組成:90TeO2- 8BaO -2L
23 クラッド組成:81TeO2- 16BaO -3Y23 ファイバーの比屈折率差は、0.7%、カットオフ波長
は、0.65μmであった。測定に使用したファイバー
長は1.5mである。励起は波長0.695μmの半導
体レーザーと、波長1.064μmのNd:YVO4
ーザーを使用した。図8に示すように、二波長励では単
一波長励起の場合より3dB以上高利得であった。
Core composition: 90TeO 2 -8BaO -2L
a 2 O 3 cladding composition: 81TeO 2 - 16BaO -3Y 2 O 3 relative refractive index difference of the fiber, 0.7%, cut-off wavelength was 0.65 .mu.m. The fiber length used for the measurement is 1.5 m. For excitation, a semiconductor laser having a wavelength of 0.695 μm and an Nd: YVO 4 laser having a wavelength of 1.064 μm were used. As shown in FIG. 8, the gain in dual wavelength excitation was 3 dB or more higher than that in single wavelength excitation.

【0027】実施例5 実施例1と同様の構成で、増幅媒質をビスマス系酸化物
ガラスファイバーとし、小信号利得を測定した。Tmの
添加濃度は、0.1mol%であり、Laの一部を置換
している。数字は、mol%である。
Example 5 With the same construction as in Example 1, a small signal gain was measured using a bismuth oxide glass fiber as the amplification medium. The concentration of Tm added was 0.1 mol%, which partially replaced La. Numbers are mol%.

【0028】コア組成:75Bi23−18B23−5
SiO2−2La23 クラッド組成:70Bi23−15CdO−15B23 ファイバーの比屈折率差は、1.2%、カットオフ波長
は、0.65μmであった。測定に使用したファイバー
長は2mである。励起は波長0.695μmの半導体レ
ーザーと、波長1.057μmのNd:YLFレーザー
を使用した。実施例1と同様に単一波長励起の場合と二
波長励起(パワー比1:1)を測定した結果、図9に示
すように、二波長励起の方が3dB以上高利得であっ
た。
Core composition: 75Bi 2 O 3 -18B 2 O 3 -5
SiO 2 -2La 2 O 3 clad composition: 70Bi 2 O 3 -15CdO-15B 2 O 3 The fiber had a relative refractive index difference of 1.2% and a cutoff wavelength of 0.65 μm. The fiber length used for the measurement is 2 m. For excitation, a semiconductor laser having a wavelength of 0.695 μm and an Nd: YLF laser having a wavelength of 1.057 μm were used. As in the case of Example 1, the single wavelength pumping and the dual wavelength pumping (power ratio 1: 1) were measured, and as a result, as shown in FIG. 9, the dual wavelength pumping had a higher gain of 3 dB or more.

【0029】実施例6 実施例1と同様の構成で、増幅媒質をガリウム酸塩ガラ
スファイバーとし、小信号利得を測定した。Tmの添加
濃度は、0.3mol%である。数字は、mol%であ
る。
Example 6 With the same construction as in Example 1, a gallate glass fiber was used as an amplification medium, and a small signal gain was measured. The addition concentration of Tm is 0.3 mol%. Numbers are mol%.

【0030】コア組成:30K2O−30Ta23−4
0Ga23 クラッド組成:30K2O−25Ta23−45Ga2
3 このファイバーの比屈折率差は、1.2%、カットオフ
波長は、0.65μmであった。測定に使用したファイ
バー長は0.7mである。励起は波長0.695μmの
半導体レーザーと、波長1.064μmのNd:YAG
レーザーを使用した。実施例1と同様に単一波長励起の
場合と二波長励起(パワー比1:1)を測定した結果、
図10に示すように、二波長励起の方が3dB以上高利
得であった。
Core composition: 30K 2 O-30Ta 2 O 3 -4
0Ga 2 O 3 clad composition: 30K 2 O-25Ta 2 O 3 -45Ga 2 O
3 The relative refractive index difference of this fiber was 1.2%, and the cutoff wavelength was 0.65 μm. The fiber length used for the measurement is 0.7 m. The excitation is a semiconductor laser with a wavelength of 0.695 μm and Nd: YAG with a wavelength of 1.064 μm.
A laser was used. As in Example 1, the results of single wavelength excitation and dual wavelength excitation (power ratio 1: 1) were measured.
As shown in FIG. 10, the dual-wavelength pump had a higher gain of 3 dB or more.

【0031】実施例7 実施例1と同様の構成で、増幅媒質を硫化物ガラスファ
イバーとし、小信号利得を測定した。Tmの添加濃度
は、0.1mol%である。TmはLaを置換してい
る。数字は、mol%である。
Example 7 With the same configuration as in Example 1, a sulfide glass fiber was used as an amplification medium, and a small signal gain was measured. The addition concentration of Tm is 0.1 mol%. Tm replaces La. Numbers are mol%.

【0032】コア組成:30In23−40Ga23
30La23 クラッド組成:12Al(PO3)3−11AlF3−3
0.5RF2 −46.5MF2 (R:Mg,Ca M:S
r,Ba) この導波路の比屈折率差は、1.2%、カットオフ波長
は、0.65μmであった。測定に使用したファイバー
は長さ1.5mである。実施例1と同様に単一波長励起
の場合と二波長励起(パワー比1:1)を測定した結
果、図11に示すように、二波長励起の方が3dB以上
高利得であった。
Core composition: 30In2S3-40 Ga2S3
30 La2S3 Cladding composition: 12Al (PO3)3-11AlF3-3
0.5 RF2 -46.5MF2 (R: Mg, Ca M: S
r, Ba) The relative refractive index difference of this waveguide is 1.2%, the cutoff wavelength
Was 0.65 μm. Fiber used for measurement
Is 1.5 m long. Single wavelength excitation as in Example 1
And the two wavelength excitation (power ratio 1: 1) was measured.
As a result, as shown in FIG. 11, dual wavelength excitation is 3 dB or more.
It was a high gain.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明の励起方法を用いることにより、
高効率な1.4〜1.52μm帯光増幅器または1.4
〜1.52μm帯レーザー発振器を構築できる。
By using the excitation method of the present invention,
High efficiency 1.4 to 1.52 μm band optical amplifier or 1.4
A ~ 1.52 μm band laser oscillator can be constructed.

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

【図1】Tmの準位図および吸収スペクトルである。FIG. 1 is a level diagram and an absorption spectrum of Tm.

【図2】Tmの準位および本発明の励起方法を説明する
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a level of Tm and an excitation method of the present invention.

【図3】Tmの各準位からの吸収断面積を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an absorption cross section from each level of Tm.

【図4】実施例1における増幅器の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of an amplifier according to the first exemplary embodiment.

【図5】実施例1における増幅率の励起パワー依存性を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the pump power dependence of the amplification factor in the first embodiment.

【図6】実施例2における増幅率の励起波長1と励起波
長2のパワー比依存性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the power ratio dependency of the amplification factor of the excitation wavelength 1 and the excitation wavelength 2 in the second embodiment.

【図7】実施例3における増幅率の励起パワー依存性を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing pump power dependence of amplification factor in Example 3;

【図8】実施例4における増幅率の励起パワー依存性を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the dependence of the amplification factor on the excitation power in Example 4;

【図9】実施例5における増幅率の励起パワー依存性を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the dependence of the amplification factor on the excitation power in Example 5.

【図10】実施例6における増幅率の励起パワー依存性
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the pump power dependence of the amplification factor in Example 6;

【図11】実施例7における増幅率の励起パワー依存性
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing pump power dependence of amplification factor in Example 7.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光増幅用ファイバー 2 励起波長1を供給する半導体レーザー 3 励起波長2を供給するNd:YAGレーザー 4 光合分波素子 5 高NA石英ファイバー 6 波長1.47μmの信号光発生装置 7 光アイソレーター 8 計測器 1 Optical amplification fiber 2 Semiconductor laser that supplies 1 excitation wavelength 3 Nd: YAG laser that supplies excitation wavelength 2 4 Optical multiplexer / demultiplexer 5 High NA quartz fiber 6 Signal light generator with wavelength 1.47 μm 7 Optical isolator 8 measuring instruments

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 清貴 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セン トラル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者 手島 卓也 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セン トラル硝子株式会社化学研究所内 (56)参考文献 特開 平5−275792(JP,A) 特開 平5−145168(JP,A) 特開 平3−289186(JP,A) 特開2000−353837(JP,A) 特開2000−307176(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 C03C 4/12 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (72) Inventor Kiyotaka Miura 5253 Oki Ube, Ube City, Yamaguchi Prefecture Central Glass Co., Ltd. Chemical Research Laboratory (72) Inventor Takuya Tejima 5253 Oki Ube, Ube City Yamaguchi Prefecture Central Glass Chemical Research Institute Co., Ltd. (56) Reference JP 5-275792 (JP, A) JP 5-145168 (JP, A) JP 3-289186 (JP, A) JP 2000-353837 (JP , A) JP 2000-307176 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30 C03C 4/12

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも励起光源、合分波器、増幅用
光導波路を備えた1.4〜1.52μm帯光増幅器にお
いて、増幅用光導波路のコア部は、Tmを含有し、波長
1.0〜1.2μmの範囲から少なくとも1波長と、波
長0.65〜0.75μmの範囲から少なくとも1波長
の、互いに異なる二種類以上の波長で励起することを特
徴とする1.4〜1.52μm帯光増幅器の励起方法。
1. In a 1.4 to 1.52 μm band optical amplifier provided with at least a pumping light source, a multiplexer / demultiplexer, and an amplification optical waveguide, a core portion of the amplification optical waveguide contains Tm and has a wavelength of 1. 1. Excitation at two or more kinds of wavelengths different from each other, that is, at least one wavelength in the range of 0 to 1.2 μm and at least one wavelength in the range of 0.65 to 0.75 μm. A method for exciting a 52 μm band optical amplifier.
【請求項2】少なくとも励起光源、合分波器、増幅用光
導波路を備えた1.4〜1.52μm帯レーザー発振器
において、増幅用光導波路のコア部は、Tmを含有し、
波長1.0〜1.2μmの範囲から少なくとも1波長
と、波長0.65〜0.75μmの範囲から少なくとも
1波長の、互いに異なる二種類以上の波長で励起するこ
とを特徴とする1.4〜1.52μm帯レーザー発振器
の励起方法。
2. A 1.4 to 1.52 μm band laser oscillator equipped with at least a pumping light source, a multiplexer / demultiplexer, and an amplification optical waveguide, wherein the core portion of the amplification optical waveguide contains Tm,
It excites at two or more kinds of wavelengths different from each other, that is, at least one wavelength in the range of wavelength 1.0 to 1.2 μm and at least one wavelength in the range of wavelength 0.65 to 0.75 μm. ~ 1.52 µm band laser oscillator excitation method.
【請求項3】 増幅用光導波路のコア部が、ハライド酸
化物ガラス、ハライドガラス、カルコゲナイドガラス、
カルコハライドガラス、テルライトガラス、ビスマス酸
塩ガラス、ゲルマネートガラス、ガリウム酸塩ガラスか
ら選ばれる少なくとも一種類のガラスからなることを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の1.4〜1.
52μm帯の光増幅器またはレーザー発振器の励起方
法。
3. The core portion of the amplification optical waveguide comprises a halide oxide glass, a halide glass, a chalcogenide glass,
3. At least one type of glass selected from chalcohalide glass, tellurite glass, bismuthate glass, germanate glass, and gallium salt glass. 1.
A method for exciting a 52 μm band optical amplifier or laser oscillator.
【請求項4】 励起光源の少なくとも一つが半導体レー
ザーであることを特徴とする請求項1から請求項3のい
ずれか記載の1.4〜1.52μm帯光増幅器またはレ
ーザ発振器の励起方法。
4. The pumping method for a 1.4 to 1.52 μm band optical amplifier or laser oscillator according to claim 1, wherein at least one of the pumping light sources is a semiconductor laser.
【請求項5】 励起光源の少なくとも1つが半導体レー
ザー励起固体レーザーであることを特徴とする請求項1
から請求項3のいずれか記載の1.4〜1.52μm帯
光増幅器またはレーザー発振器の励起方法。
5. At least one of the pumping light sources is a semiconductor laser pumped solid-state laser.
4. The pumping method for a 1.4 to 1.52 μm band optical amplifier or laser oscillator according to claim 3.
【請求項6】 固体レーザーが、NdまたはYbを添加
した結晶、またはNdまたはYbを添加したガラスファ
イバを用いたレーザであることを特徴とする請求項5記
載の1.4〜1.52μm帯光増幅器またはレーザ発振
器の励起方法。
6. The 1.4 to 1.52 μm band according to claim 5, wherein the solid-state laser is a laser using a crystal doped with Nd or Yb, or a glass fiber doped with Nd or Yb. Excitation method of optical amplifier or laser oscillator.
【請求項7】 波長0.65〜0.75μmの範囲から
選ばれる励起波長の励起パワーと、波長1.0〜1.2
μmの範囲から選ばれる励起波長の励起パワーの比が、
95:5〜5:95の範囲内であることを特徴とする請
求項1〜請求項6のいずれか記載の1.4〜1.52μ
m帯光増幅器またはレーザー発振器の励起方法。
7. A pumping power having a pumping wavelength selected from the range of 0.65 to 0.75 μm and a wavelength of 1.0 to 1.2.
The ratio of the pumping power of the pumping wavelength selected from the range of μm is
It is in the range of 95: 5 to 5:95, 1.4 to 1.52μ according to any one of claims 1 to 6.
A method for exciting an m-band optical amplifier or a laser oscillator.
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