JP3808689B2

JP3808689B2 - 光学導波路デバイス

Info

Publication number: JP3808689B2
Application number: JP2000130598A
Authority: JP
Inventors: ジョンディジョバンニデイビッド; デボラレグレンジジェーン
Original assignee: ルーセントテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: EP1049219A2; JP2000323769A; EP1049219A3; US6389186B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプパワーモニタを具備するポンプ導波路デバイスに関し、特にクラッド層ポンプファイバデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポンプ導波路デバイスは、光学通信システムで非常に有益である。このようなデバイスは、ポンプソースと、ある長さの活性導波路と、ポンプソースから活性導波路にポンプ光を伝搬するポンプ導波路とを有する。これらの導波路は、通常光ファイバであり、ポンプソースは半導体ダイオードである。活性導波路は、希土類元素をドープしたコアを有する。このデバイスは、光増幅器として用いられ、光学共鳴キャビティを具備する場合には光学レーザとして用いられる。
【０００３】
クラッド層ポンプファイバデバイスにおいては、活性導波路は、シングルモードの希土類元素ドーピングコアを有する二重クラッドファイバであり、ポンプ導波路は、ポンプ光を二重クラッド層ファイバに伝搬するマルチモードファイバである。このデバイスは、レーザキャビティを形成するために、二重クラッド層ファイバ内に高反射率部分と低反射率部分を有するブラググレーティングを形成することによりファイバレーザを構成している。
【０００４】
なかでも通信用アプリケーションにおいては、クラッド層ポンプデバイスに放射されたポンプ光を測定できることが重要である。このような測定は、ポンプソースをモニタし、パワーの変動を修正するのに必要である。更にまた、出力を正確にテストするのにも必要である。
【０００５】
ポンプパワーを測定するさまざまなアプローチが存在するが、いずれも満足すべきものがない。あるアプローチは、ポンプダイオードの背面にデテクタ（検出器）を配置することである。しかし、このようなデテクタは、ポンプ光の入射のドリフト（変動）を測定できない。たとえば、ダイオード出力は一定であるが、ダイオードのさまざまなモードから放射される光の分散は、変動するからである。異なるモードは、活性導波路への異なる結合効率を有し、入射したパワーは、検出できずに変動する。
【０００６】
第２のアプローチは、ポンプ導波路から散乱した光を検出するために集積された球を用いることである。このような散乱光は、活性導波路へ入射する光ではなく、ポンプ導波路により導波されることのない光である。その結果、このアプローチは、放射光を直接測定することはできない。更にまた、モード分散の最も外側の部分が、ポンプ導波路から外れて散乱する光に最も強く寄与するが、活性導波路のコアを実際にポンピングする光にはあまり寄与しない。この散乱光の測定（球または集積球または他の手段による）は、モード分散での変化に応じて変動し、入射ポンプ光の正確な測定値として機能しない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、ポンプパワーを測定するためにモニタを改善したポンプ導波路デバイスを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ポンプ導波路と活性導波路を有するポンプ導波路デバイスは、ポンプソースと活性導波路との間にポンプ光に敏感な材料でドープしたコアを有するインジケータ導波路を配置することにより、ポンプパワーモニタを具備させる。たとえば、ある材料は、ポンプ光に応答して蛍光を発し、あるいはポンプ光を吸収し発熱する。その結果、ポンプパワーは、インジケーター導波路からの蛍光あるいは発熱により正確に測定できる。蛍光または発熱した熱は、ドープコア内で発生するために測定値は、活性導波路に入るポンプパワーに対し敏感でありが、モード分散の変動に対しては敏感ではない。本発明の実施例では、モニタされたクラッド層ポンプファイバレーザと増幅器と光ソースとを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１には、ポンプモニタ１１を含むクラッド層ポンプレーザ１０の形でポンプ導波路デバイスを示す。このクラッド層ポンプレーザ１０は、ダイオードまたはダイオード列のようなポンプソース１２と、希土類元素をドープしたコアをゲイン媒体として含む二重クラッド層ファイバのような活性導波路１３と、ポンプソース１２からのポンプ光を活性導波路１３に伝搬するポンプ導波路１４とを含む。クラッド層ポンプレーザ１０は、反射グレーティング１７により規定された光学キャビティ１６を有する。別の構成例として反射グレーティング１７を省いて、このデバイスは、入力信号なしにポンプされたときにはモニタされたブロードバンドＡＳＥ光ソースを構成する。信号が入力されたときにはデバイスは、モニタされた光学信号増幅器を構成する。
【００１０】
ポンプモニタ１１は、ポンプ光感受性のある材料でドープしたコアのような領域を有するある長さのインジケーター導波路１８を含む。この感受性のある材料は、蛍光材料あるいは光吸収材料である。インジケーター導波路が、ポンプソース１２と活性導波路１３の間の光学パスに配置される。デテクタ１９は、インジケーター導波路１８に接続され、感受性材料に対するポンプ光の影響を検出する。たとえば、光ダイオードは、マルチモードファイバタップ２０によりインジケーター導波路１８に結合され、蛍光を検出する。別の構成例としてデテクタ１９は、積分球(integrating sphere)でもよい。
【００１１】
本発明の一実施例においては、活性導波路１３の直径は、１２５μｍで０．２−１モル％の濃度のＹｂ⁺³でドーピングしてある星形形状の二重クラッド層ファイバである。９１５ｎｍでダイオード列でポンプされ、そして光学キャビティ１６の設計により１．０３〜１．１２μｍの範囲でレーザ発振する。インジケーター導波路１８は、ポンプ導波路１４と二重クラッド層の活性導波路１３の間にスプライスされたＹｂ⁺³でドープされた短い（１ｍｍから数cm）ファイバである。通常、Ｙｂ⁺³の濃度は、１−２％の範囲である。光ファイバ（図示せず）は、１μｍ以上の蛍光放射を９１５ｎｍの散乱ポンプ光から分離するために具備することができる。
【００１２】
図２は、ポンプモニタ１１からの信号とダイオードの出力パワーとの関係を表すグラフである。蛍光信号は、イッテルビウムＹｂ⁺³の濃度に比例する。あるポンプレベルにおいては、蛍光信号は飽和する。この飽和強度は、蛍光を消光するドーパントイオンを追加することにより増加させることができる。そしてその結果、蛍光の寿命が短くなり基底状態で得られるイオンを多くする。更にまた、協同的なアップコンバージョン（cooperative upconversion）あるいは第２ドーパントイオン（光が放射される）へのエネルギー変換のような線形効果を用いることもできる。これらの放射は、ポンプパワーの超線形関数であり、そのため入射ポンプ光の変動により感受性を有する点で利点がある。更にまた、放射光の波長により散乱ポンプ光を容易にフィルター除去できる。
【００１３】
図１の他の実施例のデバイスとして、インジケーター導波路１８は、遷移元素のような吸収不純物、たとえば、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ等（Ｆｅが好ましい）でドープしている。デテクタ１９は、インジケーター導波路１８に熱結合されたヒートデテクタである。コア内に生成された熱は、コア内を流れるポンプパワーに比例する。このアプリケーションに用いられるヒートデテクタは、サーモカップル（熱電対）である。
【００１４】
本発明の変形例として、図１のモニタは、如何なる導波路レーザあるいは増幅器にも用いることができ、光ファイバデバイスあるいはクラッド層ポンプデバイスに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】蛍光材料をドープしたインジケーター導波路を含むクラッド層ポンプの光ファイバデバイスの模式図
【図２】蛍光測定パワーとポンプパワーとの間の関係を表すグラフ
【符号の説明】
１０クラッド層ポンプレーザ
１１ポンプモニタ
１２ポンプソース
１３活性導波路
１４ポンプ導波路
１６光学キャビティ
１７反射グレーティング
１８インジケーター導波路
１９デテクタ（検出器）
２０マルチモードファイバタップ

Claims

ポンプ光ソース（１２）と前記ポンプ光に応答する活性導波路（１３）と前記ポンプ光を活性導波路に結合するポンプ導波路（１４）とを有する光学導波路デバイス（１０）において、
前記ポンプ光に対し感受性を有する材料でドーピングしたインジケーター導波路（１８）が、ポンプ光ソース（１２）と活性導波路（１３）との間の光学パスに配置され、
前記インジケーター導波路（１８）に応答する検出器（１９）が、導波路（１８）に結合され、ポンプパワーを測定する
ことを特徴とするポンプ光学導波路デバイス。
前記インジケーター導波路（１８）は、蛍光材料をドープした領域を有する導波路を有し、
前記検出器（１９）は、前記インジケーター導波路（１８）内に生成された蛍光に応答する光検出器である
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記インジケーター導波路（１８）は、光吸収材料をドープした領域を有する導波路を有し、
前記検出器（１９）は、前記インジケーター導波路（１８）内の発熱に応答する熱検出器である
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記光学導波路デバイス（１０）は、光ファイバレーザを含む
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記光学導波路デバイス（１０）は、光ファイバ増幅器を含む
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記光学導波路デバイス（１０）は、光ソースを含む
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記インジケーター導波路（１８）は、希土類元素をドープした光ファイバを含む
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記インジケーター導波路（１８）は、Ｙｂをドープした光ファイバを含む
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記インジケーター導波路（１８）は、光吸収性不純物をドープした光ファイバを含む
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記インジケーター導波路（１８）は、遷移元素をドープした光ファイバを含む
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
前記インジケーター導波路（１８）は、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕからなるグループから選択された元素をドープした光ファイバを含む
ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。