JP3916796B2 - 光増幅用テルライトガラス、該ガラスを用いた光ファイバ、光増幅器およびレーザ装置 - Google Patents
光増幅用テルライトガラス、該ガラスを用いた光ファイバ、光増幅器およびレーザ装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅用テルライトガラス、該ガラスを用いた光ファイバおよび光増幅媒体に関するもので、該光増幅媒体は、さらに広帯域光増幅器およびレーザ装置に適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光通信システムの伝送容量の拡大および機能向上のために、１本の光ファイバの中に複数の波長の光信号を合波して伝送したり、逆に１本の光ファイバ中を伝搬してきた複数の波長の光信号を各波長ごとに分波する波長多重伝送技術（ＷＤＭ：Wavelength Division Mutiplexing)の研究開発が、行われている。
【０００３】
この伝送方式では、１本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送するが、伝送距離が長くなる場合には、従来と同じように、信号を途中で増幅して中継する必要がある。そのためには、すなわち、光信号波長を増し伝送容量を上げるには、広い増幅波長帯を持つ光増幅器が必要になる。
【０００４】
また、光通信システムを保守し監視するためのシステムの波長には、１．６１μｍから１．６６μｍの間の波長が好適と考えられており、このような波長に対応した保守・監視システム用の光源や光増幅器の開発が望まれている。
【０００５】
近年、光通信分野への応用を目的として、コアに希土類元素を添加した光ファイバを光増幅媒体とした光ファイバ増幅器、例えば、Ｅｒ（エルビウム）添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の研究開発が進められ、光通信システムへの応用が盛んに進められている。このＥＤＦＡは、シリカ系光ファイバの損失が最低となる１．５μｍ帯で動作し、３０ｄＢ以上の高利得、低雑音、広い利得帯域を有し、利得が偏波無依存であり、高い飽和出力を有する、などの優れた特徴を有している。
【０００６】
上記ＥＤＦＡを前述のＷＤＭ伝送に応用するときに要求される性能の一つは、上記したように、増幅帯域が広いことである。これまでに、増幅帯域の広いＥＤＦＡとしては、フッ化物ガラスをＥｒ添加光ファイバ増幅器のホストとして用いたフッ化物ＥＤＦＡが開発されている。
【０００７】
ところで、テルライトガラスをシリカやフッ化物ガラスに代えて用いたテルライトＥＤＦＡがあるが、この光増幅器を用いると、従来の石英系ＥＤＦＡやフッ化物系ＥＤＦＡの１．５３μｍから１．５６μｍまでの波長帯域よりも２倍以上広い１．５３μｍから１．６１μｍまでの波長帯域での一括増幅が可能となる（Ａ．Mori et al., ＯＦＣ′97，ＰＤ１）。さらに、このテルライトＥＤＦＡでは、長波長側における利得の得られる限界が、石英系ＥＤＦＡやフッ化物系ＥＤＦＡに比べて７〜９ｎｍも広がっているため、従来利用できなかった１．６μｍ帯の波長での増幅器が実現できる（Ａ．Mori et al.,ＥＣＯＣ′97，vol.3, pp.135-138)。従って、このようなテルライとＥＤＦＡは、将来の超大容量ＷＤＭシステム用ＥＤＦＡとして注目されている。
【０００８】
ところで、ＷＤＭシステム用ＥＤＦＡとして要求される性能は、（１）増幅の広帯域性と、（２）増幅の平坦性とである。前記テルライトＥＤＦＡは、増幅の広帯域性には優れているけれども、増幅の平坦性には劣る。例えば、利得ピーク波長１．５６μｍと１．６０μｍとでの利得偏差は、１８ｄＢ以上である（Ａ．Mori et al.,前掲）。従って、テルライトＥＤＦＡをＷＤＭシステム用ＥＤＦＡとして使用するには、利得の平坦化を図らなければならないが、そのためには、ファイバブラッググレーティング等の利得等化器をＥＤＦＡに適用する必要がある。
【０００９】
しかし、利得偏差が大きすぎる場合には、平坦化するための利得等化器の設計が困難となったり、また、複数の利得等化器を用いなければ利得等化ができなかったりする。これが現状である。実際、テルライトＥＤＦＡの場合、利得偏差が１８ｄＢ以上あるために、ＷＤＭシステムに適用される利得偏差が１ｄＢ以下のものは、利得等化器を用いたとしても、実現されていない（Ｍ．Yamada et al.,ＯＦＣ′98，ＰＤ７）。
【００１０】
また、大きな利得偏差を利得等化器を用いて平坦化した場合、大きなエネルギーロスが生じるため、ＷＤＭ伝送用広帯域光増幅器に必要とされる１８ｄＢｍ以上の大きな出力を得るためには、非常に大きな励起光強度が必要となってしまう。
【００１１】
さらに、ＥＤＦＡの本来の増幅スペクトル形状を変化させるためには、誘導放出断面積スペクトルの形状を変える必要がある。
【００１２】
テルライトＥＤＦＡの場合、その利得スペクトルを平坦化し、利得等化しやすくするには、１．５６μｍ帯付近の利得のピークとなる部分の誘導放出断面積が小さくなるようなファイバホストを用いると良い。これは、その場合、１．５３μｍから１．５６μｍまでの波長帯と、１．６μｍ帯との利得偏差を低下させることができるためである。
【００１３】
さらに、利得の長波長限界を延ばすためには、１．６μｍ帯における誘導放出断面積の値と、Excited state absorption（励起準位吸収：ＥＳＡ）の断面積の値とが一致する波長が、長波長側にシフトするようなファイバホストを用いると、良い。なぜなら、その波長が本来の利得の長波長限界となるからである。
【００１４】
従来のテルライトＥＤＦＡのファイバホストとしては、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 やＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｌｉ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （特願平１０−３１８７４号）などのガラスが用いられている。これらのガラス系では、利得偏差は１８ｄＢ以上になり、また、利得の長波長限界は１６３７ｎｍとなる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのガラスをファイバホストとして適用した場合に、テルライトＥＤＦＡの利得スペクトルがより平坦になるような、これらガラスの組成は知られていない。
【００１６】
本発明の課題は、テルライトＥＤＦＡの利得スペクトルがより平坦になり、長波長側に帯域を延ばすことのできるファイバホストとして使用できる光増幅用テルライトガラスを提供するとともに、該ガラスを光増幅媒体とした利得平坦化した広帯域テルライトＥＤＦＡとレーザ装置とを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の最も主要な特徴は、テルライトガラスにＰ2 Ｏ5 を添加することにある。
【００１８】
石英系ガラスにＰ2 Ｏ5 を添加した場合、石英系ガラスに添加されたＥｒの誘導放出断面積は特徴的なスペクトルを示すが（例えば、Ｐ．Ｆ．Wysocki,ＯＡＡ’96, ＳａＡ2-1 ）、１．６μｍ帯での強度はほとんどなく、広帯域増幅の実現は難しい。
【００１９】
しかしながら、これは石英系ファイバに対するＰ2 Ｏ5 の添加効果であり、テルライト系ファイバに関しては、その利得スペクトルへの添加効果は明らかでなかった。
【００２０】
また、前記特許出願（特願平１０−３１８７４号）において、「Ｐ−Ｏの振動エネルギーが１２００ｃｍ-1と大きいため、このリンを添加することによって、波長０．９８μｍ付近の光でＥｒの4I11/2準位を励起する方法があり、この方法でも、4I13/2準位の励起効果が低下せず、雑音特性に優れるという利点が得られること」について、言及されている。しかしながら、この出願明細書には、利得スペクトルに関する記述はなく、実施例においてもＰ2 Ｏ5 の添加量は５wt％程度の少ない量となっている。
【００２１】
本発明者らは、テルライトガラスにＰ2 Ｏ5 を添加し、このガラスを、少なくともコアにエルビウムを添加した光ファイバまたは光導波路のホストガラスとして用いることにより、１．５６μｍ帯および１．６μｍ帯での誘導放出断面積を変化させることができ、結果として、１．５６μｍ帯と１．６μｍ帯との利得偏差を減少させるとともに、１．６μｍ帯の長波長側の利得限界波長を延ばすことができることを見い出した。本発明者らは、かかる知見に基づいて、本発明を完成させるに至った。
【００２２】
本発明の光増幅用テルライトガラスにおけるＰ2 Ｏ5 の添加量は、１０ｍｏｌ％を越える範囲であり、添加量が１０ｍｏｌ％以下では、１．５６μｍ帯のスペクトルのピークを十分に減少させることができない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（１） 本発明にかかる光増幅用テルライトガラスは、テルライトガラス中にＰ２Ｏ５が１０ｍｏｌ％を越える範囲で含有されていることを特徴とする。
【００２４】
（２） また、本発明にかかる他の光増幅用テルライトガラスは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５からなる組成を持ち、この組成中、Ｐ２Ｏ５の添加量が１０ｍｏｌ％を越え、Ｍは１種類以上のアルカリ元素、ＬはＢｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｌｕのうちから選ばれた少なくとも１種類以上の元素であることを特徴とする。
【００２５】
（３） また、本発明にかかる光ファイバは、少なくともコアにエルビウムを添加した材料ガラスからなる光ファイバであって、前記材料ガラスが、Ｐ２Ｏ５を１０ｍｏｌ％を越える範囲で含有していることを特徴とする。
【００２６】
（４） また、本発明にかかる他の光ファイバは、材料ガラスからなる光ファイバであって、前記材料ガラスは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５からなる組成を持ち、前記組成中、Ｐ２Ｏ５の添加量が１０ｍｏｌ％を越え、Ｍは１種類以上のアルカリ元素、ＬはＢｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｌｕのうちから選ばれた少なくとも１種類以上の元素であることを特徴とする。
【００２７】
（５） 本発明にかかる光増幅器は、コアガラスとクラッドガラスを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起する励起光および信号光を前記光増幅媒体に入力する入力手段とを備える光増幅器であって、前記コアガラスまたは前記クラッドガラスの少なくとも一方が（１）または（２）に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００２８】
（６） 本発明にかかる他の光増幅器は、光増幅媒体と該光増幅媒体を励起する励起光および信号光を前記光増幅媒体に入力する入力手段とを備える光増幅器であって、前記光増幅媒体が（３）に記載の光ファイバからなることを特徴とする。
【００２９】
（７） また、本発明にかかるさらに他の光増幅器は、ガラス製のコアとクラッドのうち少なくともコアにエルビウムを添加した光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置した光増幅器であって、前記コアガラスまたはクラッドガラスの少なくとも一方が（１）または（２）に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００３０】
（８） また、本発明にかかるレーザ装置は、複数の光増幅媒体を有する光共振器と、励起光源とを持つレーザ装置であって、前記複数の光増幅媒体の少なくとも一つが、コアガラスとクラッドガラスを有する光ファイバまたは光導波路からなり、前記コアガラスまたはクラッドガラスの少なくとも一方が、（１）または（２）に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００３１】
（９） また、本発明にかかる他のレーザ装置は、ガラス製のコアとクラッドのうち少なくともコアにエルビウムを添加した光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置したレーザ装置であって、前記コアガラスまたはクラッドガラスの少なくとも一方が（１）または（２）に記載に光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００３２】
（１０） 本発明にかかるさらに他のレーザ装置は、光増幅媒体と励起光源とを有するレーザ装置であって、前記光増幅媒体は、コアガラスとクラッドガラスを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、前記コアガラスまたはクラッドガラスの少なくとも一方が（１）または（２）に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により詳細な発明を説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
図１に、（７４）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 ガラス中の１．５μｍ帯発光スペクトル（実線）と、（７４−Ｘ）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 −（Ｘ）Ｐ2 Ｏ5 ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトル（破線）とを示す。
【００３５】
なお、前記組成において、（）中の数字は、各組成分のモル％を示し、Ｘ＝１０、１５、２０モル％を示している。これらの意味は、以下の実施例においても同様である。
【００３６】
図から明らかなように、Ｐ2 Ｏ5 の添加濃度が１０モル％のスペクトル（一点鎖線）では、１．５６μｍにおけるピーク強度が、添加しないものと比較してもほとんど変化がないのに対して、１５、２０モル％添加したスペクトル（点線および二点鎖線）は添加量が増えるにしたがい強度が減少している。
【００３７】
このＰ2 Ｏ5 を２０モル％添加したガラスをコア組成としてＥｒ添加テルライト光ファイバ（カットオフ波長：１．３μｍ、Ｅｒ濃度：１０００ｐｐｍ、長さ６ｍ）を作製し、１．４８μｍで励起（２００ｍＷ）したところ、１．５６μｍと１．６μｍとの利得偏差が１５ｄＢ以下に低減できた。
【００３８】
そして、この光ファイバを増幅媒体として、ファイバブラックグレーティングを利得等化器としてＥＤＦＡを構成したところ、１．５３μｍから１．６０μｍにわたり利得偏差が１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。
【００３９】
これに対して、図１に実線にて示したＰ2 Ｏ5 を含有しないテルライトガラスから作成した光ファイバを用いた場合では、１．５３μｍと１．６０μｍの利得偏差が１８ｄＢ以上あり、利得等化器を用いて利得の補正をしても、利得偏差を帯域７０ｎｍにわたり１ｄＢ以下にすることは困難であった。
【００４０】
このように、本発明のＰ2 Ｏ5 含有ガラスをファイバホストに用いることによって、初めて、利得偏差の低減が可能になった。
【００４１】
このＰ2 Ｏ5 の利得に対する添加効果は、特願平１０−３１８７４号に記載のＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 の組成（５５≦ＴｅＯ2 ≦９０、０≦ＺｎＯ≦３５、０≦Ｎａ2 Ｏ≦３５、０＜Ｂｉ2 Ｏ3 ≦２０、単位モル％）に対して、確認することができた。
【００４２】
（実施例２）
Ｐ2 Ｏ5 の利得特性に対する添加効果をＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｌｉ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 系ガラスに対して確認した。すなわち、（７０）ＴｅＯ2 −（１０）ＺｎＯ−（１５）Ｌｉ2 Ｏ−（５）Ｂｉ2 Ｏ3 ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトルと、（７１−Ｘ）ＴｅＯ2 −（１１）ＺｎＯ−（１３）ＬｉＯ2 −（５）Ｂｉ2 Ｏ3 −（Ｘ）Ｐ2 Ｏ5 ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトルとを比較したところ、実施例１の場合と同様、Ｐ2 Ｏ5 の添加濃度が１０モル％のスペクトルでは、１．５６μｍにおけるピーク強度が、添加しないものと比較してもほとんど変化がないのに対して、１５、２０モル％添加したものでは、添加量が増えるにしたがい強度が減少している。
【００４３】
このＰ2 Ｏ5 を２０モル％添加したガラスをコア組成として、Ｅｒ添加テルライト光ファイバ（カットオフ波長：１．３μｍ、Ｅｒ濃度：１０００ｐｐｍ、長さ６ｍ）を作製し、１．４８μｍで励起（２００ｍＷ）したところ、１．５６μｍと１．６μｍとの利得偏差が１５ｄＢ以下に低減できた。
【００４４】
このファイバを増幅媒体として、マッハツェンダ型のフィルタ（損失媒体）を利得等化器として、ＥＤＦＡを構成したところ、１．５３μｍから１．６０μｍにわたり利得偏差が１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。Ｐ2 Ｏ5 含有しない光ファイバを用いた場合では、１．５３μｍから１．６０μｍの利得偏差が１８ｄＢ以上あり、利得等化器を用いて利得の補正をしても利得偏差を帯域７０ｎｍにわたり１ｄＢ以下にすることは困難であった。
【００４５】
このＰ2 Ｏ5 の利得に対する添加効果は、特願平１０−３１８７４号に記載のＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｌｉ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 の組成（５５≦ＴｅＯ2 ≦９０、０≦ＺｎＯ≦２５、０≦Ｌｉ2 Ｏ≦２５、０＜Ｂｉ2 Ｏ3 ≦２０、単位モル％）に対して、すなわち、安定してファイバが形成できる組成に対して、確認することができた。
【００４６】
以上の実施例では、Ｐ2 Ｏ5 の濃度を１５、２０モル％としたが、これに限定されるわけでなく、Ｐ2 Ｏ5 の濃度が１０モル％を越える領域にある場合に、Ｐ2 Ｏ5 の添加効果を確認できた。
【００４７】
（実施例３）
しかし、必要以上にＰ2 Ｏ5 の添加濃度を大きくすることは、ガラスの粘性を高め、脈理のない均一なガラスを作ることが困難になるため、上記の安定してファイバ化できる組成条件を無視することになり好ましくない。
【００４８】
本実施例では、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｍ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （ＭはＬｉ、Ｎａ以外のアルカリ元素）系ガラスに対するＰ2 Ｏ5 の利得特性への添加効果を確認した。すなわち、ＭがＫ、Ｃｓ、Ｒｂのとき、実施例１〜２と同様、Ｐ2 Ｏ5 を添加することにより、１．５３μｍと１．６０μｍとの利得偏差を１５ｄＢ以下にすることができ、また、利得等化器を用いてＥＤＦＡを構成し、１．５３μｍから１．６０μｍの帯域７０ｎｍにわたり、利得偏差１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。
【００４９】
（実施例４）
本実施例では、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｍ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （Ｍはアルカリ元素で２種類以上を含む）系ガラスに対するＰ2 Ｏ5 の利得特性への添加効果を確認した。すなわち、Ｍとして２種類以上のアルカリ元素を含む場合も、実施例１〜２と同様、Ｐ2 Ｏ5 を添加することにより、１．５３μｍと１．６０μｍとの利得偏差を１５ｄＢ以下にすることができ、また、利得等化器を用いてＥＤＦＡを構成し、１．５３μｍから１．６０μｍの帯域７０ｎｍにわたり、利得偏差１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。
【００５０】
（実施例５）
以上の実施例では、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｒ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （Ｒはアルカリ元素）系ガラスに対するＰ2 Ｏ5 の利得特性への添加効果を述べた。しかし、Ｐ2 Ｏ5 を添加効果は、これらのガラス系に対してのみ有効であるのみならず、他のテルライト系（例えば、ＴｅＯ2 −ＷＯ3 系ガラス）に対しても、広帯域・利得平坦ＥＤＦＡを実現するために有効であることを確認した。
【００５１】
（実施例６）
（７４）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 ガラス、および（５９）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 −（１５）Ｐ2 Ｏ5 ガラスをコア組成として、Ｅｒ添加テルライト光ファイバ（カットオフ波長：１．３μｍ、Ｅｒ濃度：１０００ｐｐｍ、長さ１８ｍ）を作製し、exited state absorption cross section （励起状態吸収断面積：ＥＳＡ断面積）を測定した。図２に、波長１．６０〜１．６７μｍにおけるＥＳＡ断面積と発光断面積を示す。ＥＳＥ断面積と発光断面積が交わる波長が、ＥＤＦＡが利得の得ることのできる長波長側の限界となる。この図によれば、限界波長は、Ｐ2 Ｏ5 を１５ｍｏｌ％添加することにより、１６３７ｎｍから１６４５ｎｍに拡大した。
【００５２】
このＰ2 Ｏ5 を１５ｍｏｌ％添加した光ファイバを増幅媒体として、ファイバブラッググレーティングを利得等化器としてＥＤＦＡを構成したところ、１．５６μｍから１．６３μｍにわたり利得偏差が１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。Ｐ2 Ｏ5 を含有しない光ファイバを用いた場合では、１．６２μｍを超えたあたりから利得が急激に減少するため、１．６２μｍ以上の長波長側に利得を持つ広帯域利得平坦ＥＤＦＡを実現することは困難であった。
【００５３】
このように本発明のＰ2 Ｏ5 含有ガラスをファイバホストに用いることにより、光増幅媒体における利得の広帯域化と平坦かとが、初めて可能になった。
【００５４】
このＰ2 Ｏ5 の利得に対する添加効果は、特願平１０−３１８７４号に記載のＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 の組成（５５≦ＴｅＯ2 ≦９０、０≦ＺｎＯ≦３５、０≦Ｎａ2 Ｏ≦３５、０＜Ｂｉ2 Ｏ3 ≦２０、単位モル％）に対して確認することができた。
【００５５】
また、実施例２〜５で述べられたＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｒ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （Ｒはアルカリ元素）系ガラスに対しても、同様なＰ2 Ｏ5 の利得特性への添加効果を確認した。しかし、Ｐ2 Ｏ5 の添加効果はこれらのガラス系に対してのみ有効であるのみならず、他のテルライト系（例えばＴｅＯ2 −ＷＯ3 系ガラス）に対しても長波長側へ利得を拡大した広帯域・利得平坦ＥＤＦＡを実現するために有効であることを確認した。
【００５６】
以上の実施例で説明した光増幅用テルライトガラスを、光増幅媒体、該光増幅媒体を用いた光増幅器およびレーザ装置に適用することで、各種波長多重光伝送システムの低コスト化や光計測の高性能化に寄与できる。
【００５７】
以下に、本発明にかかるレーザ装置の一実施例を示す。
【００５８】
（実施例７）
図３は、本発明にかかるレーザ装置の実施例の概略構成図である。この実施例では、実施例１に用いたＰ2 Ｏ5 を２０モル％添加した増幅用光ファイバ２，４を直列に波長可変バンドパスフィルタ３（バンド幅２ｎｍ）を介して接続し、一端に、１４８０ｎｍで透過率が９９％、１５００ｎｍから１６５０ｎｍで反射率が１００％のミラー５を設け、また、多端に、１５００ｎｍから１６５０ｎｍで透過率が２０％のミラー１を設けて、レーザ発振を行った。
【００５９】
その結果、信号波長１５０５ｎｍから１６４２ｎｍの広い範囲でレーザ発振を確認することができ、その出力もほぼ１０％以内に安定であり、１．５〜６μｍ帯で使用できる広帯域チューナブルレーザとして使用できることがわかった。
【００６０】
なお、上記実施例７では、実施例１で示したテルライト光ファイバを構成要素とするレーザ装置について説明したが、特許請求項に記載の他のＰ2 Ｏ5 を添加したテルライト光ファイバを構成要素として持つレーザ装置においても、同様な効果を得ることができることは、明らかである。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、従来のテルライト光ファイバガラスにＰ2 Ｏ5 を添加することにより、Ｅｒの１．５μｍ帯発光スペクトルの１．５６μｍ付近の強度を下げることができ、その結果、テルライトＥＤＦＡの１．５６μｍと１．６０μｍの利得偏差を低下させることが可能となる。さらに、１．６μｍ帯における誘導放出断面積の値とＥＳＡ断面積の値が一致する波長が長波長側にシフトするため、テルライトＥＤＦＡの長波長帯域を拡大することができる。従って、このＰ2 Ｏ5 を含有したテルライト光ファイバをＥｒのホストとして用いれば、従来のものでは困難であった利得平坦型広帯域テルライトＥＤＦＡを実現することができる。そして、このＥＤＦＡをＷＤＭ通信システムに適用すれば、伝送容量が飛躍的に拡大でき、通信コストの経済化、また通信システムの高機能化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（７４）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトルと、（７４−Ｘ）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 −（Ｘ）Ｐ2 Ｏ5 （Ｘ＝１０、１５、２０モル％）ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトルとを示す図である。
【図２】波長１．６０−１．６７μｍにおけるＥＳＡ断面積と発光断面積を示す図である。図中、実線で示すファイバ１のコア組成は、（７４）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 であり、点線で示すファイバ２のコア組成は、（５９）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 −（１５）Ｐ2 Ｏ5 である。
【図３】本発明にかかるレーザ装置の実施例の概略構成図である。
【符号の説明】
１，５ ミラー
２，４ 増幅用光ファイバ
３ 波長可変バンドパスフィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅用テルライトガラス、該ガラスを用いた光ファイバおよび光増幅媒体に関するもので、該光増幅媒体は、さらに広帯域光増幅器およびレーザ装置に適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光通信システムの伝送容量の拡大および機能向上のために、１本の光ファイバの中に複数の波長の光信号を合波して伝送したり、逆に１本の光ファイバ中を伝搬してきた複数の波長の光信号を各波長ごとに分波する波長多重伝送技術（ＷＤＭ：Wavelength Division Mutiplexing)の研究開発が、行われている。
【０００３】
この伝送方式では、１本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送するが、伝送距離が長くなる場合には、従来と同じように、信号を途中で増幅して中継する必要がある。そのためには、すなわち、光信号波長を増し伝送容量を上げるには、広い増幅波長帯を持つ光増幅器が必要になる。
【０００４】
また、光通信システムを保守し監視するためのシステムの波長には、１．６１μｍから１．６６μｍの間の波長が好適と考えられており、このような波長に対応した保守・監視システム用の光源や光増幅器の開発が望まれている。
【０００５】
近年、光通信分野への応用を目的として、コアに希土類元素を添加した光ファイバを光増幅媒体とした光ファイバ増幅器、例えば、Ｅｒ（エルビウム）添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の研究開発が進められ、光通信システムへの応用が盛んに進められている。このＥＤＦＡは、シリカ系光ファイバの損失が最低となる１．５μｍ帯で動作し、３０ｄＢ以上の高利得、低雑音、広い利得帯域を有し、利得が偏波無依存であり、高い飽和出力を有する、などの優れた特徴を有している。
【０００６】
上記ＥＤＦＡを前述のＷＤＭ伝送に応用するときに要求される性能の一つは、上記したように、増幅帯域が広いことである。これまでに、増幅帯域の広いＥＤＦＡとしては、フッ化物ガラスをＥｒ添加光ファイバ増幅器のホストとして用いたフッ化物ＥＤＦＡが開発されている。
【０００７】
ところで、テルライトガラスをシリカやフッ化物ガラスに代えて用いたテルライトＥＤＦＡがあるが、この光増幅器を用いると、従来の石英系ＥＤＦＡやフッ化物系ＥＤＦＡの１．５３μｍから１．５６μｍまでの波長帯域よりも２倍以上広い１．５３μｍから１．６１μｍまでの波長帯域での一括増幅が可能となる（Ａ．Mori et al., ＯＦＣ′97，ＰＤ１）。さらに、このテルライトＥＤＦＡでは、長波長側における利得の得られる限界が、石英系ＥＤＦＡやフッ化物系ＥＤＦＡに比べて７〜９ｎｍも広がっているため、従来利用できなかった１．６μｍ帯の波長での増幅器が実現できる（Ａ．Mori et al.,ＥＣＯＣ′97，vol.3, pp.135-138)。従って、このようなテルライとＥＤＦＡは、将来の超大容量ＷＤＭシステム用ＥＤＦＡとして注目されている。
【０００８】
ところで、ＷＤＭシステム用ＥＤＦＡとして要求される性能は、（１）増幅の広帯域性と、（２）増幅の平坦性とである。前記テルライトＥＤＦＡは、増幅の広帯域性には優れているけれども、増幅の平坦性には劣る。例えば、利得ピーク波長１．５６μｍと１．６０μｍとでの利得偏差は、１８ｄＢ以上である（Ａ．Mori et al.,前掲）。従って、テルライトＥＤＦＡをＷＤＭシステム用ＥＤＦＡとして使用するには、利得の平坦化を図らなければならないが、そのためには、ファイバブラッググレーティング等の利得等化器をＥＤＦＡに適用する必要がある。
【０００９】
しかし、利得偏差が大きすぎる場合には、平坦化するための利得等化器の設計が困難となったり、また、複数の利得等化器を用いなければ利得等化ができなかったりする。これが現状である。実際、テルライトＥＤＦＡの場合、利得偏差が１８ｄＢ以上あるために、ＷＤＭシステムに適用される利得偏差が１ｄＢ以下のものは、利得等化器を用いたとしても、実現されていない（Ｍ．Yamada et al.,ＯＦＣ′98，ＰＤ７）。
【００１０】
また、大きな利得偏差を利得等化器を用いて平坦化した場合、大きなエネルギーロスが生じるため、ＷＤＭ伝送用広帯域光増幅器に必要とされる１８ｄＢｍ以上の大きな出力を得るためには、非常に大きな励起光強度が必要となってしまう。
【００１１】
さらに、ＥＤＦＡの本来の増幅スペクトル形状を変化させるためには、誘導放出断面積スペクトルの形状を変える必要がある。
【００１２】
テルライトＥＤＦＡの場合、その利得スペクトルを平坦化し、利得等化しやすくするには、１．５６μｍ帯付近の利得のピークとなる部分の誘導放出断面積が小さくなるようなファイバホストを用いると良い。これは、その場合、１．５３μｍから１．５６μｍまでの波長帯と、１．６μｍ帯との利得偏差を低下させることができるためである。
【００１３】
さらに、利得の長波長限界を延ばすためには、１．６μｍ帯における誘導放出断面積の値と、Excited state absorption（励起準位吸収：ＥＳＡ）の断面積の値とが一致する波長が、長波長側にシフトするようなファイバホストを用いると、良い。なぜなら、その波長が本来の利得の長波長限界となるからである。
【００１４】
従来のテルライトＥＤＦＡのファイバホストとしては、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 やＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｌｉ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （特願平１０−３１８７４号）などのガラスが用いられている。これらのガラス系では、利得偏差は１８ｄＢ以上になり、また、利得の長波長限界は１６３７ｎｍとなる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのガラスをファイバホストとして適用した場合に、テルライトＥＤＦＡの利得スペクトルがより平坦になるような、これらガラスの組成は知られていない。
【００１６】
本発明の課題は、テルライトＥＤＦＡの利得スペクトルがより平坦になり、長波長側に帯域を延ばすことのできるファイバホストとして使用できる光増幅用テルライトガラスを提供するとともに、該ガラスを光増幅媒体とした利得平坦化した広帯域テルライトＥＤＦＡとレーザ装置とを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の最も主要な特徴は、テルライトガラスにＰ2 Ｏ5 を添加することにある。
【００１８】
石英系ガラスにＰ2 Ｏ5 を添加した場合、石英系ガラスに添加されたＥｒの誘導放出断面積は特徴的なスペクトルを示すが（例えば、Ｐ．Ｆ．Wysocki,ＯＡＡ’96, ＳａＡ2-1 ）、１．６μｍ帯での強度はほとんどなく、広帯域増幅の実現は難しい。
【００１９】
しかしながら、これは石英系ファイバに対するＰ2 Ｏ5 の添加効果であり、テルライト系ファイバに関しては、その利得スペクトルへの添加効果は明らかでなかった。
【００２０】
また、前記特許出願（特願平１０−３１８７４号）において、「Ｐ−Ｏの振動エネルギーが１２００ｃｍ-1と大きいため、このリンを添加することによって、波長０．９８μｍ付近の光でＥｒの4I11/2準位を励起する方法があり、この方法でも、4I13/2準位の励起効果が低下せず、雑音特性に優れるという利点が得られること」について、言及されている。しかしながら、この出願明細書には、利得スペクトルに関する記述はなく、実施例においてもＰ2 Ｏ5 の添加量は５wt％程度の少ない量となっている。
【００２１】
本発明者らは、テルライトガラスにＰ2 Ｏ5 を添加し、このガラスを、少なくともコアにエルビウムを添加した光ファイバまたは光導波路のホストガラスとして用いることにより、１．５６μｍ帯および１．６μｍ帯での誘導放出断面積を変化させることができ、結果として、１．５６μｍ帯と１．６μｍ帯との利得偏差を減少させるとともに、１．６μｍ帯の長波長側の利得限界波長を延ばすことができることを見い出した。本発明者らは、かかる知見に基づいて、本発明を完成させるに至った。
【００２２】
本発明の光増幅用テルライトガラスにおけるＰ2 Ｏ5 の添加量は、１０ｍｏｌ％を越える範囲であり、添加量が１０ｍｏｌ％以下では、１．５６μｍ帯のスペクトルのピークを十分に減少させることができない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（１） 本発明にかかる光増幅用テルライトガラスは、テルライトガラス中にＰ２Ｏ５が１０ｍｏｌ％を越える範囲で含有されていることを特徴とする。
【００２４】
（２） また、本発明にかかる他の光増幅用テルライトガラスは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５からなる組成を持ち、この組成中、Ｐ２Ｏ５の添加量が１０ｍｏｌ％を越え、Ｍは１種類以上のアルカリ元素、ＬはＢｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｌｕのうちから選ばれた少なくとも１種類以上の元素であることを特徴とする。
【００２５】
（３） また、本発明にかかる光ファイバは、少なくともコアにエルビウムを添加した材料ガラスからなる光ファイバであって、前記材料ガラスが、Ｐ２Ｏ５を１０ｍｏｌ％を越える範囲で含有していることを特徴とする。
【００２６】
（４） また、本発明にかかる他の光ファイバは、材料ガラスからなる光ファイバであって、前記材料ガラスは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５からなる組成を持ち、前記組成中、Ｐ２Ｏ５の添加量が１０ｍｏｌ％を越え、Ｍは１種類以上のアルカリ元素、ＬはＢｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｌｕのうちから選ばれた少なくとも１種類以上の元素であることを特徴とする。
【００２７】
（５） 本発明にかかる光増幅器は、コアガラスとクラッドガラスを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起する励起光および信号光を前記光増幅媒体に入力する入力手段とを備える光増幅器であって、前記コアガラスまたは前記クラッドガラスの少なくとも一方が（１）または（２）に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００２８】
（６） 本発明にかかる他の光増幅器は、光増幅媒体と該光増幅媒体を励起する励起光および信号光を前記光増幅媒体に入力する入力手段とを備える光増幅器であって、前記光増幅媒体が（３）に記載の光ファイバからなることを特徴とする。
【００２９】
（７） また、本発明にかかるさらに他の光増幅器は、ガラス製のコアとクラッドのうち少なくともコアにエルビウムを添加した光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置した光増幅器であって、前記コアガラスまたはクラッドガラスの少なくとも一方が（１）または（２）に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００３０】
（８） また、本発明にかかるレーザ装置は、複数の光増幅媒体を有する光共振器と、励起光源とを持つレーザ装置であって、前記複数の光増幅媒体の少なくとも一つが、コアガラスとクラッドガラスを有する光ファイバまたは光導波路からなり、前記コアガラスまたはクラッドガラスの少なくとも一方が、（１）または（２）に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００３１】
（９） また、本発明にかかる他のレーザ装置は、ガラス製のコアとクラッドのうち少なくともコアにエルビウムを添加した光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置したレーザ装置であって、前記コアガラスまたはクラッドガラスの少なくとも一方が（１）または（２）に記載に光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００３２】
（１０） 本発明にかかるさらに他のレーザ装置は、光増幅媒体と励起光源とを有するレーザ装置であって、前記光増幅媒体は、コアガラスとクラッドガラスを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、前記コアガラスまたはクラッドガラスの少なくとも一方が（１）または（２）に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により詳細な発明を説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
図１に、（７４）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 ガラス中の１．５μｍ帯発光スペクトル（実線）と、（７４−Ｘ）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 −（Ｘ）Ｐ2 Ｏ5 ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトル（破線）とを示す。
【００３５】
なお、前記組成において、（）中の数字は、各組成分のモル％を示し、Ｘ＝１０、１５、２０モル％を示している。これらの意味は、以下の実施例においても同様である。
【００３６】
図から明らかなように、Ｐ2 Ｏ5 の添加濃度が１０モル％のスペクトル（一点鎖線）では、１．５６μｍにおけるピーク強度が、添加しないものと比較してもほとんど変化がないのに対して、１５、２０モル％添加したスペクトル（点線および二点鎖線）は添加量が増えるにしたがい強度が減少している。
【００３７】
このＰ2 Ｏ5 を２０モル％添加したガラスをコア組成としてＥｒ添加テルライト光ファイバ（カットオフ波長：１．３μｍ、Ｅｒ濃度：１０００ｐｐｍ、長さ６ｍ）を作製し、１．４８μｍで励起（２００ｍＷ）したところ、１．５６μｍと１．６μｍとの利得偏差が１５ｄＢ以下に低減できた。
【００３８】
そして、この光ファイバを増幅媒体として、ファイバブラックグレーティングを利得等化器としてＥＤＦＡを構成したところ、１．５３μｍから１．６０μｍにわたり利得偏差が１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。
【００３９】
これに対して、図１に実線にて示したＰ2 Ｏ5 を含有しないテルライトガラスから作成した光ファイバを用いた場合では、１．５３μｍと１．６０μｍの利得偏差が１８ｄＢ以上あり、利得等化器を用いて利得の補正をしても、利得偏差を帯域７０ｎｍにわたり１ｄＢ以下にすることは困難であった。
【００４０】
このように、本発明のＰ2 Ｏ5 含有ガラスをファイバホストに用いることによって、初めて、利得偏差の低減が可能になった。
【００４１】
このＰ2 Ｏ5 の利得に対する添加効果は、特願平１０−３１８７４号に記載のＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 の組成（５５≦ＴｅＯ2 ≦９０、０≦ＺｎＯ≦３５、０≦Ｎａ2 Ｏ≦３５、０＜Ｂｉ2 Ｏ3 ≦２０、単位モル％）に対して、確認することができた。
【００４２】
（実施例２）
Ｐ2 Ｏ5 の利得特性に対する添加効果をＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｌｉ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 系ガラスに対して確認した。すなわち、（７０）ＴｅＯ2 −（１０）ＺｎＯ−（１５）Ｌｉ2 Ｏ−（５）Ｂｉ2 Ｏ3 ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトルと、（７１−Ｘ）ＴｅＯ2 −（１１）ＺｎＯ−（１３）ＬｉＯ2 −（５）Ｂｉ2 Ｏ3 −（Ｘ）Ｐ2 Ｏ5 ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトルとを比較したところ、実施例１の場合と同様、Ｐ2 Ｏ5 の添加濃度が１０モル％のスペクトルでは、１．５６μｍにおけるピーク強度が、添加しないものと比較してもほとんど変化がないのに対して、１５、２０モル％添加したものでは、添加量が増えるにしたがい強度が減少している。
【００４３】
このＰ2 Ｏ5 を２０モル％添加したガラスをコア組成として、Ｅｒ添加テルライト光ファイバ（カットオフ波長：１．３μｍ、Ｅｒ濃度：１０００ｐｐｍ、長さ６ｍ）を作製し、１．４８μｍで励起（２００ｍＷ）したところ、１．５６μｍと１．６μｍとの利得偏差が１５ｄＢ以下に低減できた。
【００４４】
このファイバを増幅媒体として、マッハツェンダ型のフィルタ（損失媒体）を利得等化器として、ＥＤＦＡを構成したところ、１．５３μｍから１．６０μｍにわたり利得偏差が１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。Ｐ2 Ｏ5 含有しない光ファイバを用いた場合では、１．５３μｍから１．６０μｍの利得偏差が１８ｄＢ以上あり、利得等化器を用いて利得の補正をしても利得偏差を帯域７０ｎｍにわたり１ｄＢ以下にすることは困難であった。
【００４５】
このＰ2 Ｏ5 の利得に対する添加効果は、特願平１０−３１８７４号に記載のＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｌｉ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 の組成（５５≦ＴｅＯ2 ≦９０、０≦ＺｎＯ≦２５、０≦Ｌｉ2 Ｏ≦２５、０＜Ｂｉ2 Ｏ3 ≦２０、単位モル％）に対して、すなわち、安定してファイバが形成できる組成に対して、確認することができた。
【００４６】
以上の実施例では、Ｐ2 Ｏ5 の濃度を１５、２０モル％としたが、これに限定されるわけでなく、Ｐ2 Ｏ5 の濃度が１０モル％を越える領域にある場合に、Ｐ2 Ｏ5 の添加効果を確認できた。
【００４７】
（実施例３）
しかし、必要以上にＰ2 Ｏ5 の添加濃度を大きくすることは、ガラスの粘性を高め、脈理のない均一なガラスを作ることが困難になるため、上記の安定してファイバ化できる組成条件を無視することになり好ましくない。
【００４８】
本実施例では、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｍ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （ＭはＬｉ、Ｎａ以外のアルカリ元素）系ガラスに対するＰ2 Ｏ5 の利得特性への添加効果を確認した。すなわち、ＭがＫ、Ｃｓ、Ｒｂのとき、実施例１〜２と同様、Ｐ2 Ｏ5 を添加することにより、１．５３μｍと１．６０μｍとの利得偏差を１５ｄＢ以下にすることができ、また、利得等化器を用いてＥＤＦＡを構成し、１．５３μｍから１．６０μｍの帯域７０ｎｍにわたり、利得偏差１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。
【００４９】
（実施例４）
本実施例では、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｍ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （Ｍはアルカリ元素で２種類以上を含む）系ガラスに対するＰ2 Ｏ5 の利得特性への添加効果を確認した。すなわち、Ｍとして２種類以上のアルカリ元素を含む場合も、実施例１〜２と同様、Ｐ2 Ｏ5 を添加することにより、１．５３μｍと１．６０μｍとの利得偏差を１５ｄＢ以下にすることができ、また、利得等化器を用いてＥＤＦＡを構成し、１．５３μｍから１．６０μｍの帯域７０ｎｍにわたり、利得偏差１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。
【００５０】
（実施例５）
以上の実施例では、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｒ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （Ｒはアルカリ元素）系ガラスに対するＰ2 Ｏ5 の利得特性への添加効果を述べた。しかし、Ｐ2 Ｏ5 を添加効果は、これらのガラス系に対してのみ有効であるのみならず、他のテルライト系（例えば、ＴｅＯ2 −ＷＯ3 系ガラス）に対しても、広帯域・利得平坦ＥＤＦＡを実現するために有効であることを確認した。
【００５１】
（実施例６）
（７４）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 ガラス、および（５９）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 −（１５）Ｐ2 Ｏ5 ガラスをコア組成として、Ｅｒ添加テルライト光ファイバ（カットオフ波長：１．３μｍ、Ｅｒ濃度：１０００ｐｐｍ、長さ１８ｍ）を作製し、exited state absorption cross section （励起状態吸収断面積：ＥＳＡ断面積）を測定した。図２に、波長１．６０〜１．６７μｍにおけるＥＳＡ断面積と発光断面積を示す。ＥＳＥ断面積と発光断面積が交わる波長が、ＥＤＦＡが利得の得ることのできる長波長側の限界となる。この図によれば、限界波長は、Ｐ2 Ｏ5 を１５ｍｏｌ％添加することにより、１６３７ｎｍから１６４５ｎｍに拡大した。
【００５２】
このＰ2 Ｏ5 を１５ｍｏｌ％添加した光ファイバを増幅媒体として、ファイバブラッググレーティングを利得等化器としてＥＤＦＡを構成したところ、１．５６μｍから１．６３μｍにわたり利得偏差が１ｄＢ以下のＥＤＦＡを実現することができた。Ｐ2 Ｏ5 を含有しない光ファイバを用いた場合では、１．６２μｍを超えたあたりから利得が急激に減少するため、１．６２μｍ以上の長波長側に利得を持つ広帯域利得平坦ＥＤＦＡを実現することは困難であった。
【００５３】
このように本発明のＰ2 Ｏ5 含有ガラスをファイバホストに用いることにより、光増幅媒体における利得の広帯域化と平坦かとが、初めて可能になった。
【００５４】
このＰ2 Ｏ5 の利得に対する添加効果は、特願平１０−３１８７４号に記載のＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 の組成（５５≦ＴｅＯ2 ≦９０、０≦ＺｎＯ≦３５、０≦Ｎａ2 Ｏ≦３５、０＜Ｂｉ2 Ｏ3 ≦２０、単位モル％）に対して確認することができた。
【００５５】
また、実施例２〜５で述べられたＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｒ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （Ｒはアルカリ元素）系ガラスに対しても、同様なＰ2 Ｏ5 の利得特性への添加効果を確認した。しかし、Ｐ2 Ｏ5 の添加効果はこれらのガラス系に対してのみ有効であるのみならず、他のテルライト系（例えばＴｅＯ2 −ＷＯ3 系ガラス）に対しても長波長側へ利得を拡大した広帯域・利得平坦ＥＤＦＡを実現するために有効であることを確認した。
【００５６】
以上の実施例で説明した光増幅用テルライトガラスを、光増幅媒体、該光増幅媒体を用いた光増幅器およびレーザ装置に適用することで、各種波長多重光伝送システムの低コスト化や光計測の高性能化に寄与できる。
【００５７】
以下に、本発明にかかるレーザ装置の一実施例を示す。
【００５８】
（実施例７）
図３は、本発明にかかるレーザ装置の実施例の概略構成図である。この実施例では、実施例１に用いたＰ2 Ｏ5 を２０モル％添加した増幅用光ファイバ２，４を直列に波長可変バンドパスフィルタ３（バンド幅２ｎｍ）を介して接続し、一端に、１４８０ｎｍで透過率が９９％、１５００ｎｍから１６５０ｎｍで反射率が１００％のミラー５を設け、また、多端に、１５００ｎｍから１６５０ｎｍで透過率が２０％のミラー１を設けて、レーザ発振を行った。
【００５９】
その結果、信号波長１５０５ｎｍから１６４２ｎｍの広い範囲でレーザ発振を確認することができ、その出力もほぼ１０％以内に安定であり、１．５〜６μｍ帯で使用できる広帯域チューナブルレーザとして使用できることがわかった。
【００６０】
なお、上記実施例７では、実施例１で示したテルライト光ファイバを構成要素とするレーザ装置について説明したが、特許請求項に記載の他のＰ2 Ｏ5 を添加したテルライト光ファイバを構成要素として持つレーザ装置においても、同様な効果を得ることができることは、明らかである。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、従来のテルライト光ファイバガラスにＰ2 Ｏ5 を添加することにより、Ｅｒの１．５μｍ帯発光スペクトルの１．５６μｍ付近の強度を下げることができ、その結果、テルライトＥＤＦＡの１．５６μｍと１．６０μｍの利得偏差を低下させることが可能となる。さらに、１．６μｍ帯における誘導放出断面積の値とＥＳＡ断面積の値が一致する波長が長波長側にシフトするため、テルライトＥＤＦＡの長波長帯域を拡大することができる。従って、このＰ2 Ｏ5 を含有したテルライト光ファイバをＥｒのホストとして用いれば、従来のものでは困難であった利得平坦型広帯域テルライトＥＤＦＡを実現することができる。そして、このＥＤＦＡをＷＤＭ通信システムに適用すれば、伝送容量が飛躍的に拡大でき、通信コストの経済化、また通信システムの高機能化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（７４）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトルと、（７４−Ｘ）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 −（Ｘ）Ｐ2 Ｏ5 （Ｘ＝１０、１５、２０モル％）ガラス中のＥｒの１．５μｍ帯発光スペクトルとを示す図である。
【図２】波長１．６０−１．６７μｍにおけるＥＳＡ断面積と発光断面積を示す図である。図中、実線で示すファイバ１のコア組成は、（７４）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 であり、点線で示すファイバ２のコア組成は、（５９）ＴｅＯ2 −（１６）ＺｎＯ−（６）Ｎａ2 Ｏ−（４）Ｂｉ2 Ｏ3 −（１５）Ｐ2 Ｏ5 である。
【図３】本発明にかかるレーザ装置の実施例の概略構成図である。
【符号の説明】
１，５ ミラー
２，４ 増幅用光ファイバ
３ 波長可変バンドパスフィルタ
Claims (8)
- 以下の組成
ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｂｉ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、ＣｓおよびＲｂからなる群から選択されるアルカリ金属元素であり、
５５モル％≦ＴｅＯ ２ ＜９０モル％、
０モル％≦ＺｎＯ≦３５モル％、
０モル％≦Ｍ２Ｏ≦３５モル％、
０モル％＜Ｂｉ２Ｏ３≦２０モル％、および
１０モル％＜Ｐ２Ｏ５）
を有し、エルビウムをさらに含有することを特徴とする光増幅用テルライトガラス。 - 少なくともコアにエルビウムを添加した材料ガラスからなる光ファイバであって、前記材料ガラスが、以下の組成
ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｂｉ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、ＣｓおよびＲｂからなる群から選択されるアルカリ金属元素であり、
５５モル％≦ＴｅＯ ２ ＜９０モル％、
０モル％≦ＺｎＯ≦３５モル％、
０モル％≦Ｍ２Ｏ≦３５モル％、
０モル％＜Ｂｉ２Ｏ３≦２０モル％、および
１０モル％＜Ｐ２Ｏ５）
を有することを特徴とする光ファイバ。 - コアガラスとクラッドガラスを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起する励起光および信号光を前記光増幅媒体に入力する入力手段とを備える光増幅器であって、
前記コアガラスが請求項１に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする光増幅器。 - 光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起する励起光および信号光を前記光増幅媒体に入力する入力手段とを備える光増幅器であって、
前記光増幅媒体が請求項２に記載の光ファイバからなることを特徴とする光増幅器。 - ガラス製のコアとクラッドのうち少なくともコアにエルビウムが添加されている光ファイバからなる光増幅媒体を複数直列に配置した光増幅器であって、
前記コアガラスが請求項１に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とする光増幅器。 - 複数の光増幅媒体を有する光共振器と、励起光源とを持つレーザ装置であって、
複数の光増幅媒体の少なくとも一つが、コアガラスとクラッドガラスとを有する光ファイバまたは光導波路からなり、前記コアガラスが請求項１に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とするレーザ装置。 - ガラス製のコアとクラッドのうち少なくともコアにエルビウムが添加されている光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置したレーザ装置であって、
前記コアガラスが請求項１に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とするレーザ装置。 - 光増幅媒体を有する光共振器と、励起光源とを持つレーザ装置であって、
前記光増幅媒体が、コアガラスとクラッドガラスとを有する光ファイバまたは光導波路からなり、前記コアガラスが請求項１に記載の光増幅用テルライトガラスからなることを特徴とするレーザ装置。
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