JP3690110B2 - 光増幅器およびレーザ発振器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を伝送する光通信システムにおいて好適に用いられる光増幅器およびレーザ発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大容量かつ高速に信号光を伝送することができる光通信システムでは、一般に波長１．５５μｍ帯の光が信号光として用いられる。すなわち、信号光を出力する光源として波長１．５５μｍ帯の光をレーザ発振するものが用いられ、また、信号光を光増幅する光増幅器として波長１．５５μｍ帯で信号光利得を有するものが用いられる。このような光通信システムにおいて、更なる大容量化・高速化を図るべく広帯域化が検討されている。
【０００３】
例えば、文献「A.Mori, et al., "Broadband Amplification Characteristics of Tellurite-Based EDFAs", IOOC/ECOC'97, Tech.Dig., Vol.3, pp.135-138 (1997) 」には、フッ化物ガラスまたはテルライトガラスをホストとしてＥｒ（エルビウム）元素を添加した光導波路（光ファイバ）を用いて１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を光増幅する光増幅器が開示されている。また、このような光導波路を用いれば、１５７０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振するレーザ発振器も実現可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例で用いられているフッ化物ガラスまたはテルライトガラスをホストとする光導波路は、一般に用いられている石英系光導波路と比較して、製造が困難であり、強度が弱く、信頼性が低い。また、このような光導波路は、一般に用いられている石英系光導波路との接続が困難である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、製造が容易で強度が強い光導波路を備えて１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を光増幅することができる光増幅器、および、製造が容易で強度が強い光導波路を備えて１５７０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振することができるレーザ発振器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅器は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にある光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用のものである。この光増幅器によれば、光導波路が石英系のものであるので、製造が容易であり、強度が強く、一般に用いられている他の石英系の光導波路との接続が容易である。また、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も光導波路に添加されたことにより、Ｐ元素が添加されていない場合と比較して、利得スペクトルの波長帯域幅が広く、長波長側の限界波長が長い。
【０００７】
また、本発明に係る光増幅器では、光導波路に更にＡｌ元素が添加されていることを特徴とする。この場合には、Ａｌ元素添加濃度を調整することにより利得平坦度が調整され、用途に合わせた光増幅器が設計される。
【０００８】
また、本発明に係る光増幅器では、光導波路に添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上であることを特徴とする。また、光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下であることを特徴とする。これらの場合には、利得スペクトルの長波長側の限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光導波路を用いた場合と同程度となる。
また、本発明に係る光増幅器は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度が５重量％以上、Ａｌ元素の濃度が２重量％以下である光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路に入力した波長１６２８ｎｍ以上の波長において利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯のものである。
また、本発明に係る光増幅器は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度が８重量％以上、Ａｌ元素の濃度が０.３重量％以下である光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路に入力した波長１６３０ｎｍ以上の波長において利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用のものである。
【０００９】
本発明に係るレーザ発振器は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にある光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路において誘導放出された１６１０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振することを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ発振器は、１６２５ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振するのが好適である。このレーザ発振器によれば、光導波路が石英系のものであるので、製造が容易であり、強度が強く、一般に用いられている他の石英系の光導波路との接続が容易である。また、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も光導波路に添加されたことにより、Ｐ元素が添加されていない場合と比較して、レーザ発振可能な波長帯域の幅が広く、長波長側の限界波長が長い。
【００１０】
また、本発明に係るレーザ発振器では、光導波路に添加されたＰ元素の濃度が５重量％以上であるのが好適であり、８重量％以上であれば更に好適である。また、光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下であるのが好適である。これらの場合には、レーザ発振可能な波長帯域の長波長側の限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光導波路を用いた場合と同程度となる。
【００１１】
本発明に係る石英系光導波路は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にあり、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより、励起光を入射した際に光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有するようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用のものである。この石英系光導波路は、Ｐ元素の濃度が５重量％以上であるのが好適であり、より好適にはＰ元素の濃度が８重量％以上である。また、Ａｌ元素の濃度が２重量％以下であるのが好適である。また、Ｐ元素濃度が５重量％以上かつＡｌ元素濃度が２重量％以下であるのが好適である。この石英系光導波路は、上記の本発明に係る光増幅器およびレーザ発振器において好適に用いられ得る。
本発明に係る光増幅方法は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有するように設定され、この導波路に励起光を注入し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅することを特徴とする。光導波路は、誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にあるのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
まず、本発明に係る光増幅器およびレーザ発振器それぞれの実施形態において好適に用いられる光導波路について説明する。なお、光導波路は、光ファイバのみでなく、基板上に形成されたものをも含むものであるが、以下では光導波路として光ファイバについて説明する。
【００１４】
石英ガラスをホストとする石英系光ファイバは、製造が容易であり、強度が強く、それ故に広く用いられている。特に、Ｅｒ（エルビウム）元素等の希土類元素が添加された石英系光ファイバは、所定の波長の励起光が供給されると光増幅作用を奏することから、光増幅器やレーザ発振器において好適に用いられる。また、このようなＥｒ添加石英系光ファイバは、他の石英系の光導波路との接続が容易であり、接続損失が小さい。また、波長に対する利得平坦度を調整するためにＡｌ（アルミニウム）元素が更に添加される。
【００１５】
このような光ファイバにおける利得スペクトル広がりの長波長側の限界波長は、Ｅｒ元素の信号光増幅利得係数、および、Ｅｒ元素の励起状態吸収（Excited State Absorption: ＥＳＡ）の特性により決まる。すなわち、信号光利得を生じさせる為には、Ｅｒ元素の信号光増幅利得係数と見なされる誘導放出断面積は、ＥＳＡ断面積より大きいことが必要である。誘導放出断面積がＥＳＡ断面積以下である場合には、如何に強いパワーの励起光が光ファイバに供給されたとしても、信号光利得は生じない。また、光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれは、光ファイバに添加される元素および濃度ならびに波長に依存する。
【００１６】
図１は、３種類の光ファイバそれぞれの組成をまとめた図表である。これら３種類の光ファイバは、何れもＥｒ元素が添加された石英系光ファイバである。タイプａの光ファイバは、Ｅｒ元素が１０００重量ｐｐｍ添加され、Ａｌ元素が７．８重量％添加されているが、Ｐ（リン）元素が添加されていない。タイプｂの光ファイバは、Ｅｒ元素が５００重量ｐｐｍ添加され、Ａｌ元素が２．０重量％添加され、Ｐ元素が５．０重量％添加されている。タイプｃの光ファイバは、Ｅｒ元素が１０００重量ｐｐｍ添加され、Ａｌ元素が０．３重量％添加され、Ｐ元素が８．０重量％添加されている。
【００１７】
図２は、タイプａの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。図３は、タイプｂの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。図４は、タイプｃの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。
【００１８】
これら図２〜図４それぞれから判るように、タイプａ〜ｃの光ファイバの何れにおいても、１５８０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長帯域では、波長が長くなるに従い、誘導放出断面積は小さくなるが、ＥＳＡ断面積は大きくなる傾向にあり、或る波長で誘導放出断面積とＥＳＡ断面積とは交差する。この両者が交差する波長が利得スペクトル広がりの長波長側の限界波長である。すなわち、限界波長以下の波長では、誘導放出断面積がＥＳＡ断面積より大きく、したがって、励起光が供給されると信号光利得が生じ得る。しかし、限界波長以上の波長では、誘導放出断面積がＥＳＡ断面積より小さく、したがって、如何に強いパワーの励起光が光ファイバに供給されたとしても信号光利得が生じない。
【００１９】
利得スペクトル広がりの長波長側の限界波長は、タイプａの光ファイバでは１６２８ｎｍであり、タイプｂの光ファイバでは１６３２ｎｍであり、タイプｃの光ファイバでは１６３５ｎｍである。すなわち、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も添加されたタイプｂおよびｃの光ファイバそれぞれの限界波長は、Ｐ元素が添加されていないタイプａの光ファイバと比較して長く、従来の技術の欄で述べたフッ化物ガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバと比較しても長い。特にタイプｃの光ファイバの限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバの限界波長１６３７ｎｍと同程度である。また、タイプｂの光ファイバとタイプｃの光ファイバとを比較すると、Ｐ元素添加濃度が高くＡｌ元素添加濃度が低いタイプｃの石英系の光ファイバの限界波長は、Ｐ元素添加濃度が低くＡｌ元素添加濃度が高いタイプｂの石英系の光ファイバと比較して長い。
【００２０】
さらに、これら３種類の石英系光ファイバに加え、他に種々の添加濃度としたＥｒ添加石英系光ファイバについても同様に調べたところ、石英系光ファイバに添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上である場合、または、石英系光ファイバに添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下である場合に、その石英系光ファイバの限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバの限界波長１６３７ｎｍと同程度となった。
【００２１】
したがって、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系光ファイバを増幅用光ファイバとして用いる光増幅器は、１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を光増幅することができ、１６３０ｎｍ程度の波長の信号光をも光増幅することができる。また、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系光ファイバを光共振器内の増幅用光ファイバとして用いるレーザ発振器は、１５７０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振することができ、１６３０ｎｍ程度の波長のレーザ光をも発振することができる。
【００２２】
次に、本発明に係る光増幅器の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る光増幅器の構成図である。本実施形態に係る光増幅器は、上述したタイプｂまたはｃの光ファイバを増幅用光ファイバ１０として備える光ファイバ増幅器であり、更に、励起用光源１１，１２、ＷＤＭカプラ１５，１６、入力端コネクタ１７および出力端コネクタ１８を備える。また、比較のために、上述したタイプａの光ファイバを増幅用光ファイバ１０として備える光増幅器についても説明する。
【００２３】
励起用光源１１および１２それぞれは、増幅用光ファイバ１０に供給すべき励起光を出力するものであり、例えば、波長１．４８μｍのレーザ光を出力するレーザダイオードが好適に用いられる。ＷＤＭカプラ１５は、励起用光源１１から出射され光ファイバ１３を経て到達した励起光を増幅用光ファイバ１０へ入射させるとともに、入力端コネクタ１７に入力した信号光も増幅用光ファイバ１０へ入射させる。ＷＤＭカプラ１６は、励起用光源１２から出射され光ファイバ１４を経て到達した励起光を増幅用光ファイバ１０へ入射させるとともに、増幅用光ファイバ１０で光増幅された信号光を出力端コネクタ１８へ向けて通過させる。
【００２４】
この光増幅器は以下のように動作する。励起用光源１１から出射された励起光は、光ファイバ１３およびＷＤＭカプラ１５を経て増幅用光ファイバ１０に供給される。また、励起用光源１２から出射された励起光は、光ファイバ１４およびＷＤＭカプラ１６を経て増幅用光ファイバ１０に供給される。入力端コネクタ１７に入力した信号光は、ＷＤＭカプラ１５を経て増幅用光ファイバ１０に入射し、増幅用光ファイバ１０において光増幅される。その光増幅された信号光は、ＷＤＭカプラ１６を経て出力端コネクタ１８から出力される。
【００２５】
図６は、３種類の石英系光ファイバそれぞれを用いた光増幅器の利得スペクトルを示すグラフである。なお、励起用光源１１および１２それぞれから出射される励起光の波長を１．４８μｍとした。また、１．５３μｍ帯吸収条長積を、タイプａの光ファイバでは６９０ｄＢとし、タイプｂの光ファイバでは１１７６ｄＢとし、タイプｃの光ファイバでは６５４ｄＢとした。
【００２６】
このグラフから判るように、タイプａ〜ｃの光ファイバの何れを用いた光増幅器でも、１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を光増幅することができる。しかし、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も添加されたタイプｂの光ファイバを用いた光増幅器の利得スペクトルの波長帯域幅は１５６２ｎｍ〜１６２８ｎｍであり、同じくＰ元素も添加されたタイプｃの光ファイバを用いた光増幅器の利得スペクトルの波長帯域幅は１５５８ｎｍ〜１６３０ｎｍ以上であり、これらは、Ｐ元素が添加されていないタイプａの光ファイバの場合と比較して広い。特にタイプｃの光ファイバを用いた光増幅器は、利得スペクトルの波長帯域幅が最も広く、また、長波長側の限界波長が最も長く、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバの場合と同様に波長１６３０ｎｍという長波長でも利得を有している。また、Ａｌ元素添加濃度が高いタイプａおよびｂの光ファイバそれぞれを用いた光増幅器の利得スペクトルの利得平坦度は、Ａｌ元素添加濃度が低いタイプｃの光ファイバの場合と比較して優れている。
【００２７】
ところで、多波長の信号光を伝送する波長分割多重光通信システムには様々なものがある。例えば、局内伝送システムや地域系伝送システム等の短距離伝送システムは、幹線系伝送システムや大洋横断伝送システム等の長距離伝送システムと比較すると、伝送距離が短いが、一般に容量すなわち波長数が多い。したがって、短距離伝送システムでは、光増幅器の利得スペクトルの波長帯域幅は広いことが要求されるが、利得平坦度は重要ではない。一方、長距離伝送システムでは、光増幅器の利得平坦度が最も重要である。このように、光増幅器の利得スペクトルに対する要求は用途によって異なる。
【００２８】
光増幅器の利得スペクトルは、Ｅｒ添加石英系光ファイバに添加される元素および濃度を適切に調整することにより、用途に応じて最適に設計される。タイプａ〜ｃの光ファイバそれぞれを用いた光増幅器に適した用途は以下のようになる。タイプａの光ファイバを用いた光増幅器は、他の２種の光ファイバの場合と比較すると利得スペクトルの波長帯域幅が狭いが利得平坦度が優れているので、トータルロスバジェット３００ｄＢ程度以下で伝送距離６００ｋｍ程度以上である長距離伝送システムに好適に用いられる。タイプｂの光ファイバを用いた光増幅器は、利得スペクトルの波長帯域幅がやや狭いが利得平坦度が優れているので、トータルロスバジェット１００ｄＢ程度以下で伝送距離２００ｋｍ程度以上である短・中距離伝送システムに好適に用いられる。また、タイプｃの光ファイバを用いた光増幅器は、他の２種の光ファイバの場合と比較すると利得スペクトルの波長帯域幅が広いが利得平坦度が劣っているので、トータルロスバジェット３０ｄＢ程度以下で伝送距離２００ｋｍ程度以下である局内や地域系の短距離・大容量の伝送システムに好適に用いられる。
【００２９】
次に、本発明に係るレーザ発振器の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係るレーザ発振器の構成図である。本実施形態に係るレーザ発振器は、上述したタイプｂまたはｃの光ファイバを増幅用光ファイバ２０として備えるものであり、更に、励起用光源２１、光アイソレータ２２、出力端コネクタ２３および光ファイバグレーティング２４，２５を備える。また、比較のために、上述したタイプａの光ファイバを増幅用光ファイバ２０として備えるレーザ発振器についても説明する。
【００３０】
励起用光源２１は、増幅用光ファイバ２０に供給すべき励起光を出力するものであり、例えば、波長１．４８μｍのレーザ光を出力するレーザダイオードが好適に用いられる。光アイソレータ２２は、増幅用光ファイバ２０から到達した光を出力端コネクタ２３へ向けて通過させるが、その逆方向へは光を通過させない。
【００３１】
光ファイバグレーティング２４，２５は、レーザ発振すべき光の波長を中心波長とするものである。光ファイバグレーティング２４は、励起用光源２１と増幅用光ファイバ２０との間に設けられており、中心波長と同一の波長の光に対する反射率が略１００％であり、また、励起用光源２１から出射された励起光に対する透過率が略１００％である。光ファイバグレーティング２５は、増幅用光ファイバ２０と光アイソレータ２２との間に設けられており、中心波長と同一の波長の光に対する反射率が例えば２０％である。すなわち、光ファイバグレーティング２４および２５の間は共振器を構成している。
【００３２】
このレーザ発振器は以下のように動作する。励起用光源２１から出射された励起光は、光ファイバグレーティング２４を透過し増幅用光ファイバ２０に供給される。増幅用光ファイバ２０では、励起光供給に伴い反転分布が生じ、自然放出光が発生する。その自然放出光のうち光ファイバグレーティング２４，２５の中心波長と同一の波長の光は、光ファイバグレーティング２４および２５の間を繰り返し往復し、その間に増幅用光ファイバ２０において誘導放出による光増幅が起こる。そして、その光増幅された光の一部は、光ファイバグレーティング２５および光アイソレータ２２を透過して、出力端コネクタ２３からレーザ光として出力される。
【００３３】
このレーザ発振器から出力されるレーザ光の波長は光ファイバグレーティング２４，２５の中心波長と同一であり、また、この中心波長は増幅用光ファイバ２０の利得スペクトルの波長帯域内の波長である。例えば、光ファイバグレーティング２４，２５の中心波長を１６２５ｎｍとすると、この中心波長は増幅用光ファイバ２０の利得スペクトルの波長帯域内にあるので、この中心波長１６２５ｎｍと同一の波長のレーザ光がレーザ発振器から出力される。
【００３４】
したがって、このレーザ発振器は、光ファイバグレーティング２４，２５の中心波長を適切に設定することにより、増幅用光ファイバ２０の利得スペクトルの波長帯域内の何れの波長のレーザ光をも出力することができる。すなわち、タイプａ〜ｃの光ファイバの何れを用いたレーザ発振器でも、１５７０ｎｍ以上の波長のレーザ光を出力することができる。しかし、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も添加されたタイプｂおよびｃの光ファイバそれぞれを用いたレーザ発振器のレーザ発振波長帯域の長波長側の限界波長は、Ｐ元素が添加されていないタイプａの光ファイバの場合と比較して長い。特にタイプｃの光ファイバを用いたレーザ発振器は、レーザ発振波長帯域の長波長側の限界波長が最も高く、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバの場合と同様に波長１６３０ｎｍという長波長でもレーザ発振することができる。
【００３５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。光増幅器およびレーザ発振器それぞれの構成は、上述したものに限られるものではない。例えば、レーザ発振器における共振器は、上記構成のものに限られず、リング型共振器であってもよい。また、上記実施形態では、光増幅器およびレーザ発振器それぞれにおけるＥｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路として光ファイバについて説明したが、基板上に形成された光導波路の場合も同様である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光増幅器によれば、光導波路が石英系のものであるので、製造が容易であり、強度が強く、一般に用いられている他の石英系の光導波路との接続が容易である。また、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も光導波路に添加されたことにより、Ｐ元素が添加されていない場合と比較して、利得スペクトルの波長帯域幅が広く、長波長側の限界波長が長い。また、光導波路に更にＡｌ元素が添加されている場合には、Ａｌ元素添加濃度を調整することにより利得平坦度が調整され、用途に合わせた光増幅器が設計される。また、光導波路に添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上である場合、または、光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下である場合には、利得スペクトルの長波長側の限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光導波路を用いた場合と同程度となる。
【００３７】
本発明に係るレーザ発振器によれば、光導波路が石英系のものであるので、製造が容易であり、強度が強く、一般に用いられている他の石英系の光導波路との接続が容易である。また、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も光導波路に添加されたことにより、Ｐ元素が添加されていない場合と比較して、レーザ発振可能な波長帯域の幅が広く、長波長側の限界波長が長い。また、光導波路に更にＡｌ元素が添加されている場合には、Ａｌ元素添加濃度を調整することにより波長に対するレーザ発振強度の平坦度が調整される。また、光導波路に添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上である場合、または、光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下である場合には、レーザ発振可能な波長帯域の長波長側の限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光導波路を用いた場合と同程度となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３種類の石英系光ファイバそれぞれの組成をまとめた図表である。
【図２】タイプａの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。
【図３】タイプｂの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。
【図４】タイプｃの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図６】３種類の石英系光ファイバそれぞれを用いた光増幅器の利得スペクトルを示すグラフである。
【図７】本実施形態に係るレーザ発振器の構成図である。
【符号の説明】
１０…増幅用光ファイバ、１１，１２…励起用光源、１３，１４…光ファイバ、１５，１６…ＷＤＭカプラ、１７…入力端コネクタ、１８…出力端コネクタ、２０…増幅用光ファイバ、２１…励起用光源、２２…光アイソレータ、２３…出力端コネクタ、２４，２５…光ファイバグレーティング。
【発明の属する技術分野】
本発明は、１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を伝送する光通信システムにおいて好適に用いられる光増幅器およびレーザ発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大容量かつ高速に信号光を伝送することができる光通信システムでは、一般に波長１．５５μｍ帯の光が信号光として用いられる。すなわち、信号光を出力する光源として波長１．５５μｍ帯の光をレーザ発振するものが用いられ、また、信号光を光増幅する光増幅器として波長１．５５μｍ帯で信号光利得を有するものが用いられる。このような光通信システムにおいて、更なる大容量化・高速化を図るべく広帯域化が検討されている。
【０００３】
例えば、文献「A.Mori, et al., "Broadband Amplification Characteristics of Tellurite-Based EDFAs", IOOC/ECOC'97, Tech.Dig., Vol.3, pp.135-138 (1997) 」には、フッ化物ガラスまたはテルライトガラスをホストとしてＥｒ（エルビウム）元素を添加した光導波路（光ファイバ）を用いて１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を光増幅する光増幅器が開示されている。また、このような光導波路を用いれば、１５７０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振するレーザ発振器も実現可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例で用いられているフッ化物ガラスまたはテルライトガラスをホストとする光導波路は、一般に用いられている石英系光導波路と比較して、製造が困難であり、強度が弱く、信頼性が低い。また、このような光導波路は、一般に用いられている石英系光導波路との接続が困難である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、製造が容易で強度が強い光導波路を備えて１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を光増幅することができる光増幅器、および、製造が容易で強度が強い光導波路を備えて１５７０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振することができるレーザ発振器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅器は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にある光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用のものである。この光増幅器によれば、光導波路が石英系のものであるので、製造が容易であり、強度が強く、一般に用いられている他の石英系の光導波路との接続が容易である。また、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も光導波路に添加されたことにより、Ｐ元素が添加されていない場合と比較して、利得スペクトルの波長帯域幅が広く、長波長側の限界波長が長い。
【０００７】
また、本発明に係る光増幅器では、光導波路に更にＡｌ元素が添加されていることを特徴とする。この場合には、Ａｌ元素添加濃度を調整することにより利得平坦度が調整され、用途に合わせた光増幅器が設計される。
【０００８】
また、本発明に係る光増幅器では、光導波路に添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上であることを特徴とする。また、光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下であることを特徴とする。これらの場合には、利得スペクトルの長波長側の限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光導波路を用いた場合と同程度となる。
また、本発明に係る光増幅器は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度が５重量％以上、Ａｌ元素の濃度が２重量％以下である光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路に入力した波長１６２８ｎｍ以上の波長において利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯のものである。
また、本発明に係る光増幅器は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度が８重量％以上、Ａｌ元素の濃度が０.３重量％以下である光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路に入力した波長１６３０ｎｍ以上の波長において利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用のものである。
【０００９】
本発明に係るレーザ発振器は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にある光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路において誘導放出された１６１０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振することを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ発振器は、１６２５ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振するのが好適である。このレーザ発振器によれば、光導波路が石英系のものであるので、製造が容易であり、強度が強く、一般に用いられている他の石英系の光導波路との接続が容易である。また、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も光導波路に添加されたことにより、Ｐ元素が添加されていない場合と比較して、レーザ発振可能な波長帯域の幅が広く、長波長側の限界波長が長い。
【００１０】
また、本発明に係るレーザ発振器では、光導波路に添加されたＰ元素の濃度が５重量％以上であるのが好適であり、８重量％以上であれば更に好適である。また、光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下であるのが好適である。これらの場合には、レーザ発振可能な波長帯域の長波長側の限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光導波路を用いた場合と同程度となる。
【００１１】
本発明に係る石英系光導波路は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にあり、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより、励起光を入射した際に光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有するようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用のものである。この石英系光導波路は、Ｐ元素の濃度が５重量％以上であるのが好適であり、より好適にはＰ元素の濃度が８重量％以上である。また、Ａｌ元素の濃度が２重量％以下であるのが好適である。また、Ｐ元素濃度が５重量％以上かつＡｌ元素濃度が２重量％以下であるのが好適である。この石英系光導波路は、上記の本発明に係る光増幅器およびレーザ発振器において好適に用いられ得る。
本発明に係る光増幅方法は、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有するように設定され、この導波路に励起光を注入し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅することを特徴とする。光導波路は、誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にあるのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
まず、本発明に係る光増幅器およびレーザ発振器それぞれの実施形態において好適に用いられる光導波路について説明する。なお、光導波路は、光ファイバのみでなく、基板上に形成されたものをも含むものであるが、以下では光導波路として光ファイバについて説明する。
【００１４】
石英ガラスをホストとする石英系光ファイバは、製造が容易であり、強度が強く、それ故に広く用いられている。特に、Ｅｒ（エルビウム）元素等の希土類元素が添加された石英系光ファイバは、所定の波長の励起光が供給されると光増幅作用を奏することから、光増幅器やレーザ発振器において好適に用いられる。また、このようなＥｒ添加石英系光ファイバは、他の石英系の光導波路との接続が容易であり、接続損失が小さい。また、波長に対する利得平坦度を調整するためにＡｌ（アルミニウム）元素が更に添加される。
【００１５】
このような光ファイバにおける利得スペクトル広がりの長波長側の限界波長は、Ｅｒ元素の信号光増幅利得係数、および、Ｅｒ元素の励起状態吸収（Excited State Absorption: ＥＳＡ）の特性により決まる。すなわち、信号光利得を生じさせる為には、Ｅｒ元素の信号光増幅利得係数と見なされる誘導放出断面積は、ＥＳＡ断面積より大きいことが必要である。誘導放出断面積がＥＳＡ断面積以下である場合には、如何に強いパワーの励起光が光ファイバに供給されたとしても、信号光利得は生じない。また、光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれは、光ファイバに添加される元素および濃度ならびに波長に依存する。
【００１６】
図１は、３種類の光ファイバそれぞれの組成をまとめた図表である。これら３種類の光ファイバは、何れもＥｒ元素が添加された石英系光ファイバである。タイプａの光ファイバは、Ｅｒ元素が１０００重量ｐｐｍ添加され、Ａｌ元素が７．８重量％添加されているが、Ｐ（リン）元素が添加されていない。タイプｂの光ファイバは、Ｅｒ元素が５００重量ｐｐｍ添加され、Ａｌ元素が２．０重量％添加され、Ｐ元素が５．０重量％添加されている。タイプｃの光ファイバは、Ｅｒ元素が１０００重量ｐｐｍ添加され、Ａｌ元素が０．３重量％添加され、Ｐ元素が８．０重量％添加されている。
【００１７】
図２は、タイプａの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。図３は、タイプｂの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。図４は、タイプｃの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。
【００１８】
これら図２〜図４それぞれから判るように、タイプａ〜ｃの光ファイバの何れにおいても、１５８０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長帯域では、波長が長くなるに従い、誘導放出断面積は小さくなるが、ＥＳＡ断面積は大きくなる傾向にあり、或る波長で誘導放出断面積とＥＳＡ断面積とは交差する。この両者が交差する波長が利得スペクトル広がりの長波長側の限界波長である。すなわち、限界波長以下の波長では、誘導放出断面積がＥＳＡ断面積より大きく、したがって、励起光が供給されると信号光利得が生じ得る。しかし、限界波長以上の波長では、誘導放出断面積がＥＳＡ断面積より小さく、したがって、如何に強いパワーの励起光が光ファイバに供給されたとしても信号光利得が生じない。
【００１９】
利得スペクトル広がりの長波長側の限界波長は、タイプａの光ファイバでは１６２８ｎｍであり、タイプｂの光ファイバでは１６３２ｎｍであり、タイプｃの光ファイバでは１６３５ｎｍである。すなわち、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も添加されたタイプｂおよびｃの光ファイバそれぞれの限界波長は、Ｐ元素が添加されていないタイプａの光ファイバと比較して長く、従来の技術の欄で述べたフッ化物ガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバと比較しても長い。特にタイプｃの光ファイバの限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバの限界波長１６３７ｎｍと同程度である。また、タイプｂの光ファイバとタイプｃの光ファイバとを比較すると、Ｐ元素添加濃度が高くＡｌ元素添加濃度が低いタイプｃの石英系の光ファイバの限界波長は、Ｐ元素添加濃度が低くＡｌ元素添加濃度が高いタイプｂの石英系の光ファイバと比較して長い。
【００２０】
さらに、これら３種類の石英系光ファイバに加え、他に種々の添加濃度としたＥｒ添加石英系光ファイバについても同様に調べたところ、石英系光ファイバに添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上である場合、または、石英系光ファイバに添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下である場合に、その石英系光ファイバの限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバの限界波長１６３７ｎｍと同程度となった。
【００２１】
したがって、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系光ファイバを増幅用光ファイバとして用いる光増幅器は、１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を光増幅することができ、１６３０ｎｍ程度の波長の信号光をも光増幅することができる。また、Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系光ファイバを光共振器内の増幅用光ファイバとして用いるレーザ発振器は、１５７０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振することができ、１６３０ｎｍ程度の波長のレーザ光をも発振することができる。
【００２２】
次に、本発明に係る光増幅器の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る光増幅器の構成図である。本実施形態に係る光増幅器は、上述したタイプｂまたはｃの光ファイバを増幅用光ファイバ１０として備える光ファイバ増幅器であり、更に、励起用光源１１，１２、ＷＤＭカプラ１５，１６、入力端コネクタ１７および出力端コネクタ１８を備える。また、比較のために、上述したタイプａの光ファイバを増幅用光ファイバ１０として備える光増幅器についても説明する。
【００２３】
励起用光源１１および１２それぞれは、増幅用光ファイバ１０に供給すべき励起光を出力するものであり、例えば、波長１．４８μｍのレーザ光を出力するレーザダイオードが好適に用いられる。ＷＤＭカプラ１５は、励起用光源１１から出射され光ファイバ１３を経て到達した励起光を増幅用光ファイバ１０へ入射させるとともに、入力端コネクタ１７に入力した信号光も増幅用光ファイバ１０へ入射させる。ＷＤＭカプラ１６は、励起用光源１２から出射され光ファイバ１４を経て到達した励起光を増幅用光ファイバ１０へ入射させるとともに、増幅用光ファイバ１０で光増幅された信号光を出力端コネクタ１８へ向けて通過させる。
【００２４】
この光増幅器は以下のように動作する。励起用光源１１から出射された励起光は、光ファイバ１３およびＷＤＭカプラ１５を経て増幅用光ファイバ１０に供給される。また、励起用光源１２から出射された励起光は、光ファイバ１４およびＷＤＭカプラ１６を経て増幅用光ファイバ１０に供給される。入力端コネクタ１７に入力した信号光は、ＷＤＭカプラ１５を経て増幅用光ファイバ１０に入射し、増幅用光ファイバ１０において光増幅される。その光増幅された信号光は、ＷＤＭカプラ１６を経て出力端コネクタ１８から出力される。
【００２５】
図６は、３種類の石英系光ファイバそれぞれを用いた光増幅器の利得スペクトルを示すグラフである。なお、励起用光源１１および１２それぞれから出射される励起光の波長を１．４８μｍとした。また、１．５３μｍ帯吸収条長積を、タイプａの光ファイバでは６９０ｄＢとし、タイプｂの光ファイバでは１１７６ｄＢとし、タイプｃの光ファイバでは６５４ｄＢとした。
【００２６】
このグラフから判るように、タイプａ〜ｃの光ファイバの何れを用いた光増幅器でも、１５７０ｎｍ以上の波長の信号光を光増幅することができる。しかし、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も添加されたタイプｂの光ファイバを用いた光増幅器の利得スペクトルの波長帯域幅は１５６２ｎｍ〜１６２８ｎｍであり、同じくＰ元素も添加されたタイプｃの光ファイバを用いた光増幅器の利得スペクトルの波長帯域幅は１５５８ｎｍ〜１６３０ｎｍ以上であり、これらは、Ｐ元素が添加されていないタイプａの光ファイバの場合と比較して広い。特にタイプｃの光ファイバを用いた光増幅器は、利得スペクトルの波長帯域幅が最も広く、また、長波長側の限界波長が最も長く、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバの場合と同様に波長１６３０ｎｍという長波長でも利得を有している。また、Ａｌ元素添加濃度が高いタイプａおよびｂの光ファイバそれぞれを用いた光増幅器の利得スペクトルの利得平坦度は、Ａｌ元素添加濃度が低いタイプｃの光ファイバの場合と比較して優れている。
【００２７】
ところで、多波長の信号光を伝送する波長分割多重光通信システムには様々なものがある。例えば、局内伝送システムや地域系伝送システム等の短距離伝送システムは、幹線系伝送システムや大洋横断伝送システム等の長距離伝送システムと比較すると、伝送距離が短いが、一般に容量すなわち波長数が多い。したがって、短距離伝送システムでは、光増幅器の利得スペクトルの波長帯域幅は広いことが要求されるが、利得平坦度は重要ではない。一方、長距離伝送システムでは、光増幅器の利得平坦度が最も重要である。このように、光増幅器の利得スペクトルに対する要求は用途によって異なる。
【００２８】
光増幅器の利得スペクトルは、Ｅｒ添加石英系光ファイバに添加される元素および濃度を適切に調整することにより、用途に応じて最適に設計される。タイプａ〜ｃの光ファイバそれぞれを用いた光増幅器に適した用途は以下のようになる。タイプａの光ファイバを用いた光増幅器は、他の２種の光ファイバの場合と比較すると利得スペクトルの波長帯域幅が狭いが利得平坦度が優れているので、トータルロスバジェット３００ｄＢ程度以下で伝送距離６００ｋｍ程度以上である長距離伝送システムに好適に用いられる。タイプｂの光ファイバを用いた光増幅器は、利得スペクトルの波長帯域幅がやや狭いが利得平坦度が優れているので、トータルロスバジェット１００ｄＢ程度以下で伝送距離２００ｋｍ程度以上である短・中距離伝送システムに好適に用いられる。また、タイプｃの光ファイバを用いた光増幅器は、他の２種の光ファイバの場合と比較すると利得スペクトルの波長帯域幅が広いが利得平坦度が劣っているので、トータルロスバジェット３０ｄＢ程度以下で伝送距離２００ｋｍ程度以下である局内や地域系の短距離・大容量の伝送システムに好適に用いられる。
【００２９】
次に、本発明に係るレーザ発振器の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係るレーザ発振器の構成図である。本実施形態に係るレーザ発振器は、上述したタイプｂまたはｃの光ファイバを増幅用光ファイバ２０として備えるものであり、更に、励起用光源２１、光アイソレータ２２、出力端コネクタ２３および光ファイバグレーティング２４，２５を備える。また、比較のために、上述したタイプａの光ファイバを増幅用光ファイバ２０として備えるレーザ発振器についても説明する。
【００３０】
励起用光源２１は、増幅用光ファイバ２０に供給すべき励起光を出力するものであり、例えば、波長１．４８μｍのレーザ光を出力するレーザダイオードが好適に用いられる。光アイソレータ２２は、増幅用光ファイバ２０から到達した光を出力端コネクタ２３へ向けて通過させるが、その逆方向へは光を通過させない。
【００３１】
光ファイバグレーティング２４，２５は、レーザ発振すべき光の波長を中心波長とするものである。光ファイバグレーティング２４は、励起用光源２１と増幅用光ファイバ２０との間に設けられており、中心波長と同一の波長の光に対する反射率が略１００％であり、また、励起用光源２１から出射された励起光に対する透過率が略１００％である。光ファイバグレーティング２５は、増幅用光ファイバ２０と光アイソレータ２２との間に設けられており、中心波長と同一の波長の光に対する反射率が例えば２０％である。すなわち、光ファイバグレーティング２４および２５の間は共振器を構成している。
【００３２】
このレーザ発振器は以下のように動作する。励起用光源２１から出射された励起光は、光ファイバグレーティング２４を透過し増幅用光ファイバ２０に供給される。増幅用光ファイバ２０では、励起光供給に伴い反転分布が生じ、自然放出光が発生する。その自然放出光のうち光ファイバグレーティング２４，２５の中心波長と同一の波長の光は、光ファイバグレーティング２４および２５の間を繰り返し往復し、その間に増幅用光ファイバ２０において誘導放出による光増幅が起こる。そして、その光増幅された光の一部は、光ファイバグレーティング２５および光アイソレータ２２を透過して、出力端コネクタ２３からレーザ光として出力される。
【００３３】
このレーザ発振器から出力されるレーザ光の波長は光ファイバグレーティング２４，２５の中心波長と同一であり、また、この中心波長は増幅用光ファイバ２０の利得スペクトルの波長帯域内の波長である。例えば、光ファイバグレーティング２４，２５の中心波長を１６２５ｎｍとすると、この中心波長は増幅用光ファイバ２０の利得スペクトルの波長帯域内にあるので、この中心波長１６２５ｎｍと同一の波長のレーザ光がレーザ発振器から出力される。
【００３４】
したがって、このレーザ発振器は、光ファイバグレーティング２４，２５の中心波長を適切に設定することにより、増幅用光ファイバ２０の利得スペクトルの波長帯域内の何れの波長のレーザ光をも出力することができる。すなわち、タイプａ〜ｃの光ファイバの何れを用いたレーザ発振器でも、１５７０ｎｍ以上の波長のレーザ光を出力することができる。しかし、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も添加されたタイプｂおよびｃの光ファイバそれぞれを用いたレーザ発振器のレーザ発振波長帯域の長波長側の限界波長は、Ｐ元素が添加されていないタイプａの光ファイバの場合と比較して長い。特にタイプｃの光ファイバを用いたレーザ発振器は、レーザ発振波長帯域の長波長側の限界波長が最も高く、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光ファイバの場合と同様に波長１６３０ｎｍという長波長でもレーザ発振することができる。
【００３５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。光増幅器およびレーザ発振器それぞれの構成は、上述したものに限られるものではない。例えば、レーザ発振器における共振器は、上記構成のものに限られず、リング型共振器であってもよい。また、上記実施形態では、光増幅器およびレーザ発振器それぞれにおけるＥｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路として光ファイバについて説明したが、基板上に形成された光導波路の場合も同様である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光増幅器によれば、光導波路が石英系のものであるので、製造が容易であり、強度が強く、一般に用いられている他の石英系の光導波路との接続が容易である。また、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も光導波路に添加されたことにより、Ｐ元素が添加されていない場合と比較して、利得スペクトルの波長帯域幅が広く、長波長側の限界波長が長い。また、光導波路に更にＡｌ元素が添加されている場合には、Ａｌ元素添加濃度を調整することにより利得平坦度が調整され、用途に合わせた光増幅器が設計される。また、光導波路に添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上である場合、または、光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下である場合には、利得スペクトルの長波長側の限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光導波路を用いた場合と同程度となる。
【００３７】
本発明に係るレーザ発振器によれば、光導波路が石英系のものであるので、製造が容易であり、強度が強く、一般に用いられている他の石英系の光導波路との接続が容易である。また、Ｅｒ元素に加えてＰ元素も光導波路に添加されたことにより、Ｐ元素が添加されていない場合と比較して、レーザ発振可能な波長帯域の幅が広く、長波長側の限界波長が長い。また、光導波路に更にＡｌ元素が添加されている場合には、Ａｌ元素添加濃度を調整することにより波長に対するレーザ発振強度の平坦度が調整される。また、光導波路に添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上である場合、または、光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下である場合には、レーザ発振可能な波長帯域の長波長側の限界波長は、テルライトガラスをホストとするＥｒ添加光導波路を用いた場合と同程度となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３種類の石英系光ファイバそれぞれの組成をまとめた図表である。
【図２】タイプａの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。
【図３】タイプｂの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。
【図４】タイプｃの光ファイバの誘導放出断面積およびＥＳＡ断面積それぞれの波長依存性を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図６】３種類の石英系光ファイバそれぞれを用いた光増幅器の利得スペクトルを示すグラフである。
【図７】本実施形態に係るレーザ発振器の構成図である。
【符号の説明】
１０…増幅用光ファイバ、１１，１２…励起用光源、１３，１４…光ファイバ、１５，１６…ＷＤＭカプラ、１７…入力端コネクタ、１８…出力端コネクタ、２０…増幅用光ファイバ、２１…励起用光源、２２…光アイソレータ、２３…出力端コネクタ、２４，２５…光ファイバグレーティング。
Claims (18)
- Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にある光導波路を備え、
１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより前記光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用光増幅器。 - 前記光導波路に添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上であることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
- 前記光導波路に更にＡｌ元素が添加されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
- 前記光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下であることを特徴とする請求項３記載の光増幅器。
- Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度が５重量％以上、Ａｌ元素の濃度が２重量％以下である光導波路を備え、
１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路に入力した波長１６２８ｎｍ以上の波長において利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用光増幅器。 - Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度が８重量％以上、Ａｌ元素の濃度が０.３重量％以下である光導波路を備え、
１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路に入力した波長１６３０ｎｍ以上の波長において利得を有し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅できるようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用光増幅器。 - Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にある光導波路を備え、
１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することによりこの光導波路において誘導放出された１６１０ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振することを特徴とするレーザ発振器。 - １６２５ｎｍ以上の波長のレーザ光を発振することを特徴とする請求項７記載のレーザ発振器。
- 前記光導波路に添加されたＰ元素の濃度が５重量％以上であることを特徴とする請求項７記載のレーザ発振器。
- 前記光導波路に添加されたＰ元素の濃度が８重量％以上であることを特徴とする請求項７記載のレーザ発振器。
- 前記光導波路に添加されたＡｌ元素の濃度が０．３重量％以下であることを特徴とする請求項７記載のレーザ発振器。
- Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路であり、Ｐ元素の濃度を調整することにより誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にあり、
１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより、励起光を入射した際に前記光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有するようにしたことを特徴とする１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長帯の光増幅用石英系光導波路。 - Ｐ元素の濃度が５重量％以上であることを特徴とする請求項１２記載の石英系光導波路。
- Ｐ元素の濃度が８重量％以上であることを特徴とする請求項１２記載の石英系光導波路。
- Ａｌ元素の濃度が２重量％以下であることを特徴とする請求項１２記載の石英系光導波路。
- Ｐ元素濃度が５重量％以上かつＡｌ元素濃度が２重量％以下であることを特徴とする請求項１２記載の石英系光導波路。
- Ｅｒ元素およびＰ元素が添加された石英系の光導波路を備え、１ . ５３μｍ帯吸収条長積を調整することにより前記光導波路に入力した１６２５ｎｍ以上の波長の光に対し利得を有するように設定され、この導波路に励起光を注入し、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長の信号光を増幅することを特徴とする光増幅方法。
- 前記光導波路は、誘導放出断面積よりＥＳＡ断面積が大きくなる波長域が波長１６２８ｎｍより長い波長域にあることを特徴とする請求項１７記載の光増幅方法。
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