JP5014640B2 - Multimode fiber, optical amplifier and fiber laser - Google Patents

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Description

本発明は、反射光の基本モードを反射する回折格子が設けられたマルチモードファイバ、それを用いた光増幅器及びファイバレーザに関する。   The present invention relates to a multimode fiber provided with a diffraction grating that reflects a fundamental mode of reflected light, an optical amplifier and a fiber laser using the multimode fiber.

高出力光ファイバ増幅器、ファイバレーザなどでは、クラッドポンプ構造が一般に採用されている。これは、光ファイバ中のコアを伝搬する光を増幅するために必要な励起光をクラッド中を伝搬させるというものである。このクラッドポンプ構造が広く採用されるようになるのと同時に、マルチモードファイバ出力のハイパワーレーザダイオード(以下、LDと記す。)が使われるようになった。これらの増幅器では利得のレベルで20dB以上、最高出力で1W〜1kWに達することもある。   In high power optical fiber amplifiers, fiber lasers, etc., a clad pump structure is generally employed. This is to propagate the pumping light necessary for amplifying the light propagating through the core in the optical fiber through the clad. At the same time that this clad pump structure was widely adopted, a high-power laser diode (hereinafter referred to as LD) with a multimode fiber output was used. In these amplifiers, the gain level may reach 20 dB or more, and the maximum output may reach 1 W to 1 kW.

このようなハイパワー増幅媒体を有する光増幅器、ファイバレーザでは、以下のような問題があった。
・光増幅器の利得が極端に大きいため、出射部付近で発生した微小な反射光が光増幅器内部で大幅に増幅され入射部に戻ってくる。
・光増幅器の中で信号光が大きなパワーを持ち、その結果、後方へ大きな散乱光を発生する。この散乱光は、光増幅器内でさらに増幅され、大きな反射光となって現れる。
・光増幅器内で発生した自然放出光、コアから放射された信号光の漏れ光などが後方へ向かって放射される。
そして、これらの反射光が光増幅器内部の部品を直接破壊したり、この反射光が元になって光増幅器が発振し、結果として部品を破壊することがあった。これらの部品の中でも、特に励起光源用のLDは、内部にレンズを有しており、反射光がLDのチップ端面上に結像するため、もっとも破壊されやすい部品である。
The optical amplifier and the fiber laser having such a high power amplification medium have the following problems.
-Since the gain of the optical amplifier is extremely large, minute reflected light generated in the vicinity of the emitting portion is greatly amplified inside the optical amplifier and returns to the incident portion.
The signal light has a large power in the optical amplifier, and as a result, a large amount of scattered light is generated backward. This scattered light is further amplified in the optical amplifier and appears as a large reflected light.
-Spontaneous emission light generated in the optical amplifier, leakage light of the signal light emitted from the core, etc. are emitted backward.
These reflected lights may directly destroy the components inside the optical amplifier, or the reflected light may cause the optical amplifier to oscillate, resulting in destruction of the components. Among these components, the LD for the excitation light source, in particular, has a lens inside, and the reflected light forms an image on the chip end surface of the LD, so that it is the most easily broken component.

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、光増幅器等においてLD側に戻ってくる反射光によりLDが破壊されず、装置の長寿命化が可能なマルチモードファイバ、光増幅器及びファイバレーザの提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a multimode fiber, an optical amplifier, and a fiber laser capable of extending the life of the apparatus without being damaged by reflected light returning to the LD side in an optical amplifier or the like. Objective.

前記目的を達成するため、本発明は、片端にLDが直接又は間接的に接続されており、かつ片端には光発振器又は光増幅器が直接又は光結合器を介して接続されているマルチモードファイバであって、中心にあるGeがドープされた第一のコア領域と、該第一のコア領域の外側を囲んで設けられたGeを含まない第二のコア領域と、該第二のコア領域の外側を囲んで設けられ、該第二のコア領域よりも低屈折率の材料からなるクラッドと、を備え、前記第一のコア領域に、前記光発振器又は前記光増幅器で発生又は増幅され、前記光発振器又は前記光増幅器から前記LDに向かう光を反射する回折格子が設けられ、前記回折格子の周期が、光発振器又は光増幅器からの反射光の波長においてその基本モードを反射するように定められたことを特徴とするマルチモードファイバを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a multimode fiber in which an LD is connected directly or indirectly to one end and an optical oscillator or optical amplifier is connected to the other end directly or via an optical coupler. A first core region doped with Ge in the center, a second core region not containing Ge provided to surround the outside of the first core region, and the second core region A clad made of a material having a refractive index lower than that of the second core region , and generated or amplified by the optical oscillator or the optical amplifier in the first core region , A diffraction grating for reflecting light from the optical oscillator or the optical amplifier toward the LD is provided , and the period of the diffraction grating is determined so as to reflect the fundamental mode at the wavelength of the reflected light from the optical oscillator or the optical amplifier. that was To provide a multi-mode fiber and butterflies.

本発明のマルチモードファイバにおいて、前記回折格子の占める断面積がコアの断面積の25%〜75%の範囲内であることが好ましい。 In the multimode fiber of the present invention, it is preferable that a cross-sectional area occupied by the diffraction grating is in a range of 25% to 75% of a cross-sectional area of the core .

また本発明は、前述した本発明に係るマルチモードファイバ及びLDの組と、該マルチモードファイバの出力側に接続された増幅用希土類添加ファイバとを有することを特徴とする光増幅器を提供する The present invention also provides an optical amplifier comprising the above-described multimode fiber and LD set according to the present invention and an amplification rare earth doped fiber connected to the output side of the multimode fiber .

本発明の光増幅器において、マルチモードファイバ及びLDの組を2個以上有し、これらの組が全て一つの光結合器に接続されていることが好ましい In the optical amplifier of the present invention, it is preferable that two or more sets of multimode fibers and LDs are provided, and these sets are all connected to one optical coupler .

また本発明は、前述した本発明に係るマルチモードファイバ及びLDの組と、該マルチモードファイバの出力側に接続された増幅用希土類添加ファイバとを有することを特徴とするファイバレーザを提供する The present invention also provides a fiber laser comprising the multimode fiber and LD set according to the present invention described above and a rare earth doped fiber for amplification connected to the output side of the multimode fiber .

本発明のファイバレーザにおいて、マルチモードファイバ及びLDの組を2個以上有し、これらの組が全て一つの光結合器に接続されていることが好ましい In the fiber laser of the present invention, it is preferable that there are two or more sets of multimode fibers and LDs, and these sets are all connected to one optical coupler .

本発明のマルチモードファイバは、コアの一部にLD側に戻る反射光を反射する回折格子を設けた構成としたので、このマルチモードファイバを光増幅器やファイバレーザに適用した際に、LD側に向けて戻る反射光が回折格子で反射され、この反射光がLDに入るのを防ぎ、反射光又はその増幅光によってLDが破壊又は性能低下を生じることが少なくなり、LDの長寿命化を図ることができる。
本発明の光増幅器は、前述した本発明に係るマルチモードファイバ及びLDの組と、マルチモードファイバの出力側に接続された増幅用希土類添加ファイバとを有する構成としたので、LD側に向けて戻る反射光が回折格子で反射され、この反射光がLDに入るのを防ぎ、反射光又はその増幅光によってLDが破壊又は性能低下を生じることが少なくなり、装置の長寿命化を図ることができる。
本発明のファイバレーザは、前述した本発明に係るマルチモードファイバ及びLDの組と、マルチモードファイバの出力側に接続された増幅用希土類添加ファイバとを有する構成としたなので、LD側に向けて戻る反射光が回折格子で反射され、この反射光がLDに入るのを防ぎ、反射光又はその増幅光によってLDが破壊又は性能低下を生じることが少なくなり、装置の長寿命化を図ることができる。
Since the multimode fiber of the present invention has a structure in which a diffraction grating that reflects the reflected light returning to the LD side is provided in a part of the core, when the multimode fiber is applied to an optical amplifier or a fiber laser, the LD side Reflected light returning toward the surface is reflected by the diffraction grating and prevents the reflected light from entering the LD, and the reflected light or its amplified light is less likely to cause destruction or performance degradation of the LD, thereby extending the life of the LD. Can be planned.
Since the optical amplifier of the present invention has the above-described set of the multimode fiber and LD according to the present invention and the rare earth-doped fiber for amplification connected to the output side of the multimode fiber, the optical amplifier is directed toward the LD side. Reflected reflected light is reflected by the diffraction grating, prevents this reflected light from entering the LD, and the LD is less likely to break down or degrade performance due to the reflected light or its amplified light, thereby extending the life of the device. it can.
Since the fiber laser of the present invention has the above-described multimode fiber and LD set according to the present invention and the rare earth-doped fiber for amplification connected to the output side of the multimode fiber, the fiber laser is directed toward the LD side. Reflected reflected light is reflected by the diffraction grating, prevents this reflected light from entering the LD, and the LD is less likely to break down or degrade performance due to the reflected light or its amplified light, thereby extending the life of the device. it can.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明のマルチモードファイバ(以下、MMファイバと略記する。)の一実施形態を示す図であり、図1(a)はMMファイバの斜視図、図1(b)はMMファイバの断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a multimode fiber (hereinafter abbreviated as MM fiber) of the present invention, FIG. 1 (a) is a perspective view of the MM fiber, and FIG. 1 (b) is an MM fiber. FIG.

このMMファイバ10は、図示していないLDからの光(励起光)を導光する部分に設けられ、一端側はLDに接続され、出力側となる他端側は希土類添加ファイバの入力側に接続されている。このMMファイバ10は、図1(a)に示すように、中心にあるGeがドープされたコア領域12と、このコア領域12の外周を囲んで設けられたGeを含まないコア領域13と、このコア領域13の外側を囲んで設けられ、コア領域13よりも低屈折率の材料からなるクラッド14とを備え、コア領域12の一部に、図1(b)に示すような回折格子11(以下、グレーティングと記すことがある。)が設けられた構成になっている。このMMファイバ10は、コアの一部分にGeがドープされたコア領域12を設け、その領域にだけグレーティングを形成できるようになっている。   The MM fiber 10 is provided in a portion that guides light (excitation light) from an LD (not shown), one end side is connected to the LD, and the other end side serving as an output side is connected to the input side of the rare earth-doped fiber. It is connected. As shown in FIG. 1A, the MM fiber 10 includes a core region 12 doped with Ge in the center, and a core region 13 that does not include Ge provided around the outer periphery of the core region 12. A cladding 14 provided around the core region 13 and made of a material having a refractive index lower than that of the core region 13 is provided. A diffraction grating 11 as shown in FIG. (Hereinafter, sometimes referred to as a grating). This MM fiber 10 is provided with a core region 12 doped with Ge in a part of the core, and a grating can be formed only in that region.

この回折格子11は、励起光は透過するが、増幅された信号光の基本モードは反射するように周期(格子定数)を定めて形成されている。本実施形態にあっては、LDからの励起光の波長が980nm、増幅された信号光の波長が1064nmの場合を例示しており、形成した回折格子11は、波長1064nmの光に対し、基本モードのみに高い反射率を有し、高次モードには反射を示さない。一方、波長980nmの光に対しては、全てのモードに殆ど反射を示さない。   The diffraction grating 11 is formed with a period (lattice constant) so that the excitation light is transmitted but the fundamental mode of the amplified signal light is reflected. In this embodiment, the case where the wavelength of the excitation light from the LD is 980 nm and the wavelength of the amplified signal light is 1064 nm is illustrated, and the formed diffraction grating 11 is fundamental for light having a wavelength of 1064 nm. Only the mode has high reflectivity, and the higher order mode does not show reflection. On the other hand, the light of wavelength 980 nm shows almost no reflection in all modes.

図2は、本実施形態において用いた回折格子11の機能を説明する概略図であり、図2(a)はこの回折格子11に波長1064nmの信号光を通した場合、図2(b)は波長980nmの励起光を通した場合をそれぞれ示している。図2に示すΔβは、伝搬モードと反射されるモードの伝搬定数差を表す。このΔβは、回折格子11のグレーティング周期Λによって決定される。グレーティング周期をΛとすれば、Δβ=2π/Λを満たす場合にのみ反射が起こる。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the function of the diffraction grating 11 used in this embodiment. FIG. 2A shows a case where signal light having a wavelength of 1064 nm is passed through the diffraction grating 11, and FIG. A case where excitation light having a wavelength of 980 nm is passed is shown. Δβ shown in FIG. 2 represents a propagation constant difference between the propagation mode and the reflected mode. This Δβ is determined by the grating period Λ of the diffraction grating 11. If the grating period is Λ, reflection occurs only when Δβ = 2π / Λ is satisfied.

この回折格子11に波長1064nmの信号光を通した場合、図2(a)に示すように、信号光の基本モードから反射の基本モードへ結合する周期のグレーティングになっているため、波長1064nmの信号光の基本モードは反射される。
一方、波長980nmの励起光を通した場合、図2(b)に示すように、基本モード−高次モード、又は高次モード−高次モード間の結合が発生するが、これらは非常に小さく、波長980nmの励起光の基本モードは反射されない。
When signal light having a wavelength of 1064 nm is passed through the diffraction grating 11, as shown in FIG. 2A, the grating has a period coupling from the fundamental mode of signal light to the fundamental mode of reflection. The fundamental mode of signal light is reflected.
On the other hand, when excitation light having a wavelength of 980 nm is passed, coupling between the fundamental mode and the higher order mode or between the higher order mode and the higher order mode occurs as shown in FIG. 2B, but these are very small. The fundamental mode of excitation light having a wavelength of 980 nm is not reflected.

図3は、MMファイバ10の回折格子11が形成されている領域と基本モード、高次モードの電界分布を例示するグラフであり、図3(a)は基本モードの電界分布を示すグラフ、(b)は高次モードの電界分布を示すグラフである。
また図4は、回折格子11を持ったMMファイバ10による透過スペクトルを例示するグラフである。図4に示すように、このMMファイバ10では、波長980nmの励起光は殆ど損失無く透過するが、波長1064nmの信号光は反射されることがわかる。
FIG. 3 is a graph illustrating the electric field distribution of the region where the diffraction grating 11 of the MM fiber 10 is formed, the fundamental mode, and the higher-order mode, and FIG. 3A is a graph illustrating the electric field distribution of the fundamental mode. b) is a graph showing the electric field distribution of the higher-order mode.
FIG. 4 is a graph illustrating the transmission spectrum of the MM fiber 10 having the diffraction grating 11. As shown in FIG. 4, in this MM fiber 10, it can be seen that excitation light having a wavelength of 980 nm is transmitted without loss, but signal light having a wavelength of 1064 nm is reflected.

光ファイバ中の回折格子は、ファイバグレーティングと呼ばれ、波長フィルタとして利用されている。このフィルタを利用すれば、信号光だけを反射して励起光を通すことは可能である。しかし、現実にはファイバグレーティングを利用する場合、以下の制約を受けることになる。
1.シングルモードファイバであること、
2.信号光波長が励起光よりも短波長であるか、又は十分に(できれば100nm以上)離れていること。
A diffraction grating in an optical fiber is called a fiber grating and is used as a wavelength filter. If this filter is used, it is possible to reflect only the signal light and pass the excitation light. However, in reality, when using a fiber grating, the following restrictions are imposed.
1. Single mode fiber,
2. The signal light wavelength is shorter than the excitation light or sufficiently (preferably 100 nm or more) away.

前記の制約は、高出力増幅器を考える時には大きな問題である。なぜならば、通常クラッド励起方式ではMMファイバを利用したLDが使用されているからである。また、励起光と信号光を比較すれば、必然的に励起光が短波長であり、かつ100nm以下しか離れていないことが多い(例えば、1550nmと1480nm、1064nmと980nmなど)。そこで、本発明では、MMファイバを利用したまま、近接した信号光を適切に遮断し、かつ励起光を通過させるフィルタを提案する。   The above limitations are a major problem when considering high power amplifiers. This is because the LD using MM fiber is usually used in the cladding excitation system. In addition, when comparing the excitation light and the signal light, the excitation light necessarily has a short wavelength and is often 100 nm or less (for example, 1550 nm and 1480 nm, 1064 nm and 980 nm, etc.). Therefore, the present invention proposes a filter that appropriately blocks adjacent signal light and allows excitation light to pass through while using the MM fiber.

この目的を達成するために本発明で着目したポイントは、MMファイバ10の一部にのみ回折格子11を形成することである。
具体的には、コアの一部にGeがドープされている部分を形成し、この部分に回折格子11を形成する。このとき、Geがドープされている部分を、数多く存在する導波モードの中の最低次のモード、すなわち基本モードの電界が最大になる部分を含むようにすれば、回折格子11はこの部分にのみ形成される。
In order to achieve this object, the point of interest in the present invention is to form the diffraction grating 11 only in a part of the MM fiber 10.
Specifically, a part doped with Ge is formed in a part of the core, and the diffraction grating 11 is formed in this part. At this time, if the portion doped with Ge includes the lowest order mode among the many guided modes, that is, the portion where the electric field of the fundamental mode is maximized, the diffraction grating 11 is included in this portion. Only formed.

ところで、MMファイバ10中に存在する多くの伝搬モードの中で、波長一定として、どのモードがグレーティングによって反射されるかについては、グレーティングが持つ周期によって決まる。通常、グレーティング周期をΛとすれば、Δβ=2π/Λ(Δβ=伝搬モードと反射されるモードの伝搬定数差)を満たす場合にのみ反射される。これは位相整合条件であり、反射されるための必要条件である。   By the way, among many propagation modes existing in the MM fiber 10, which mode is reflected by the grating with a constant wavelength is determined by the period of the grating. In general, when the grating period is Λ, reflection is performed only when Δβ = 2π / Λ (Δβ = propagation constant difference between the propagation mode and the reflected mode) is satisfied. This is a phase matching condition and a necessary condition for reflection.

実際に光が反射されるためには、さらに電界の重なりが大きい必要がある。特に本発明は、断面で見てコアの一部分にしかグレーティングが形成されないので、グレーティングが存在する部分でのみ二つの電界の重なりが重要となる。   In order for light to be actually reflected, it is necessary that the electric field overlap be greater. In particular, according to the present invention, since the grating is formed only in a part of the core when viewed in cross section, the overlap of the two electric fields is important only in the part where the grating exists.

本発明では、反射させたい波長でグレーティングによって基本モード同士の反射が起こるように、その周期が決定されている。
そして、基本モードの電界分布が最大となる付近にのみグレーティングが存在する。この結果、反射させたい波長では、基本モードで大きな反射率が得られるが、その他の波長では、わずかにしか反射が発生しない。なぜならば、反射させたい波長よりも長波長では、グレーティングの周期によって結合条件を満たす伝搬モードが存在しないし、短波長では位相整合条件を満たす伝搬モードが存在するが、それら高次モードの電界分布が基本モードと著しく異なるために、グレーティングによる反射の大きさが小さいためである。
In the present invention, the period is determined so that the fundamental modes are reflected by the grating at the wavelength to be reflected.
A grating exists only in the vicinity where the electric field distribution in the fundamental mode is maximized. As a result, a large reflectance can be obtained in the fundamental mode at the wavelength to be reflected, but only a small amount of reflection occurs at other wavelengths. This is because there are no propagation modes that satisfy the coupling condition depending on the grating period at wavelengths longer than the wavelength to be reflected, and there are propagation modes that satisfy the phase matching condition at short wavelengths. This is because the magnitude of reflection by the grating is small because is significantly different from the fundamental mode.

しかも、グレーティングの場合、吸収や散乱と異なり、導波モードへ反射するので、わずかに発生した反射光は再びLDに戻り、LDの発振に寄与するので、ほとんどLDの出力低下の原因とはならない。これを示す良い例は、ファイバグレーティング付きLDで、これはグレーティングとLDで一つの共振器を形成するので、反射によって出力低下はほとんどしない。
一方で、基本モードは、ファイバ中に多数存在する伝搬パワーの中で最もパワーの比率が高いものであり、基本モードのみを反射させることによっても全体パワーに対して十分な反射率を得ることが可能である。
さらに、LDのレンズで最も小さなスポットに集光される光は、基本モードであり、このモードをLDに戻さない効果は非常に大きい。従って、基本モードを阻止するだけで十分に本発明の目的を満たすことが可能である。
Moreover, in the case of a grating, unlike absorption and scattering, since it reflects to the waveguide mode, the slightly generated reflected light returns to the LD again and contributes to the oscillation of the LD, so that it hardly causes a decrease in the output of the LD. . A good example of this is an LD with a fiber grating, which forms a single resonator with the grating and the LD, so that the output is hardly reduced by reflection.
On the other hand, the fundamental mode has the highest power ratio among the many propagation powers existing in the fiber, and sufficient reflectivity with respect to the total power can be obtained by reflecting only the fundamental mode. Is possible.
Furthermore, the light condensed at the smallest spot by the LD lens is the fundamental mode, and the effect of not returning this mode to the LD is very large. Therefore, it is possible to sufficiently satisfy the object of the present invention only by blocking the fundamental mode.

本実施形態のMMファイバ10は、コアの一部にLD側に戻る反射光を反射する回折格子11を設けた構成としたので、このMMファイバ10を光増幅器やファイバレーザに適用した際に、LD側に向けて戻る反射光が回折格子11で反射され、この反射光がLDに入るのを防ぎ、反射光又はその増幅光によってLDが破壊又は性能低下を生じることが少なくなり、LDの長寿命化を図ることができる。   Since the MM fiber 10 of the present embodiment has a structure in which a diffraction grating 11 that reflects reflected light returning to the LD side is provided in a part of the core, when the MM fiber 10 is applied to an optical amplifier or a fiber laser, Reflected light returning toward the LD side is reflected by the diffraction grating 11, and this reflected light is prevented from entering the LD, and the reflected light or its amplified light is less likely to cause destruction or performance degradation of the LD. Life can be extended.

次に、本発明の光増幅器及びファイバレーザの実施形態を説明する。本発明の光増幅器及びファイバレーザ(以下、光増幅器と略記する。)は、前述した本発明に係る回折格子付きのMMファイバ10及びLDの組と、該MMファイバ10の出力側に接続された増幅用の希土類添加ファイバとを有することを特徴とする。   Next, embodiments of the optical amplifier and the fiber laser of the present invention will be described. An optical amplifier and a fiber laser (hereinafter abbreviated as an optical amplifier) of the present invention are connected to the above-described set of the MM fiber 10 and LD with a diffraction grating according to the present invention and the output side of the MM fiber 10. And a rare earth-doped fiber for amplification.

図5は、本発明の光増幅器の第1実施形態を示す図であり、本実施形態の光増幅器20Aは、MMファイバ10と、該MMファイバ10の一端側に接続されたLD22と、該MMファイバ10の他端側(出力側)に接続された増幅用の希土類添加ファイバ21とを備えて構成されている。MMファイバ10の一端側には、前記LD22と、信号光を導光するための光ファイバとが接続されている。この一端側の接続部は、適当な光結合器を用いて、LD22からの励起光と信号光とをMMファイバ10に入れる構造とすることが望ましい。   FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of an optical amplifier according to the present invention. An optical amplifier 20A according to this embodiment includes an MM fiber 10, an LD 22 connected to one end of the MM fiber 10, and the MM. An amplification rare earth-doped fiber 21 connected to the other end side (output side) of the fiber 10 is provided. The LD 22 and an optical fiber for guiding signal light are connected to one end side of the MM fiber 10. It is desirable that the connecting portion on one end side has a structure in which excitation light and signal light from the LD 22 are put into the MM fiber 10 using an appropriate optical coupler.

この希土類添加ファイバ21としては、コアにYb,Er,Tmなどの希土類元素の1種又は2種以上をドープしてなる石英ガラス系光ファイバの中から、適宜選択して用いることができる。   The rare earth-doped fiber 21 can be appropriately selected from quartz glass based optical fibers in which the core is doped with one or more rare earth elements such as Yb, Er, and Tm.

本実施形態の光増幅器20は、LD22を駆動させて励起光(例えば、波長980nmの光)をMMファイバ10を通して希土類添加ファイバ21に入射し、コアにドープされた希土類イオンを励起しておく。そしてMMファイバ10を通して希土類添加ファイバ21に信号光(例えば、波長1064nm)を入射することで、信号光が増幅されて希土類添加ファイバ21の出力側から増幅された信号光が出力される。   The optical amplifier 20 according to the present embodiment drives the LD 22 so that excitation light (for example, light having a wavelength of 980 nm) enters the rare earth-doped fiber 21 through the MM fiber 10 and excites rare earth ions doped in the core. Then, the signal light (for example, wavelength 1064 nm) is incident on the rare earth doped fiber 21 through the MM fiber 10, whereby the signal light is amplified and the amplified signal light is output from the output side of the rare earth doped fiber 21.

そして、図1(b)に示すように、何らかの原因によって出力された信号光が反射され、その反射光がMMファイバ10に入ると、MMファイバ10に設けられた回折格子11によって反射される。このように、本実施形態の光増幅器20は、回折格子付きのMMファイバ10を希土類添加ファイバ21の入射側に接続したことにより、反射光がLD22に入るのを防ぎ、反射光又はその増幅光によってLD22が破壊又は性能低下を生じることが少なくなり、装置の長寿命化を図ることができる。   As shown in FIG. 1B, the signal light output for some reason is reflected, and when the reflected light enters the MM fiber 10, it is reflected by the diffraction grating 11 provided in the MM fiber 10. As described above, the optical amplifier 20 of the present embodiment prevents the reflected light from entering the LD 22 by connecting the MM fiber 10 with a diffraction grating to the incident side of the rare earth-doped fiber 21, and reflects the reflected light or its amplified light. As a result, the LD 22 is less likely to be broken or degraded in performance, and the life of the apparatus can be extended.

図6は、本発明の光増幅器の第2実施形態を示す図であり、本実施形態の光増幅器20Bは、LD22が接続されたMMファイバ10の組を複数用い、これらの複数の組のMMファイバ10の出力側と、信号光導光用に光ファイバとを、それぞれ光結合器23を介して希土類添加ファイバ21の入射側に接続した構成になっている。   FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the optical amplifier of the present invention. The optical amplifier 20B of the present embodiment uses a plurality of sets of MM fibers 10 to which LDs 22 are connected. The output side of the fiber 10 and an optical fiber for guiding signal light are connected to the incident side of the rare earth-doped fiber 21 via the optical coupler 23, respectively.

本実施形態ではクラッドポンプ構造を採用しており、希土類添加ファイバ21として、コアの周囲に2層以上のクラッドが設けられたダブルクラッドファイバを用い、信号光をコアに入射し、励起光を最内層のクラッドに入射する構成になっている。
本実施形態の光増幅器20Bは、前述した第1実施形態の光増幅器20Aと同様に、反射光がLD22に入るのを防ぎ、反射光又はその増幅光によってLD22が破壊又は性能低下を生じることが少なくなり、装置の長寿命化を図ることができる。
In the present embodiment, a clad pump structure is employed, and a double clad fiber in which two or more layers of clads are provided around the core is used as the rare earth-doped fiber 21, and signal light is incident on the core and excitation light is transmitted to the core. It is configured to be incident on the inner cladding.
Similar to the optical amplifier 20A of the first embodiment described above, the optical amplifier 20B of the present embodiment prevents the reflected light from entering the LD 22, and the LD 22 may break down or degrade performance due to the reflected light or its amplified light. As a result, the life of the apparatus can be extended.

図7は、本発明の光増幅器の第3実施形態を示す図であり、本実施形態の光増幅器20Cは、希土類添加ファイバ21に、光結合器24を介してLD22が接続されたMMファイバ10が接続され、且つアイソレータ25を介在させた構成になっている。
本実施形態の光増幅器20Bは、前述した第1実施形態の光増幅器20Aと同様に、反射光がLD22に入るのを防ぎ、反射光又はその増幅光によってLD22が破壊又は性能低下を生じることが少なくなり、装置の長寿命化を図ることができる。
FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the optical amplifier of the present invention. The optical amplifier 20C of the present embodiment includes an MM fiber 10 in which an LD 22 is connected to a rare earth doped fiber 21 via an optical coupler 24. Are connected and an isolator 25 is interposed.
Similar to the optical amplifier 20A of the first embodiment described above, the optical amplifier 20B of the present embodiment prevents the reflected light from entering the LD 22, and the LD 22 may break down or degrade performance due to the reflected light or its amplified light. As a result, the life of the apparatus can be extended.

なお、前述した各実施形態は例示にすぎず、本発明はこれらの各実施形態に限定されることなく、種々変更や改変が可能である。
例えば、本発明の光増幅器で用いるファイバはYbドープファイバに限定する必要はなく、Yb−Erドープファイバ、Erドープファイバ、Tmドープファイバなど、光増幅媒体として使用可能な希土類添加ファイバに適用できる。
また、本発明の光増幅器は、双方向励起を行う際の後方励起側に用いることができる。
また本発明は、光増幅器のみならず、光発振器の励起用光源に使用することもできる。
また、ファイバグレーティングは長周期タイプでも可能である(図8参照)。この場合、伝搬光の成分のうち、基本モードの成分が相対的に小さくなるために、LDの結像系によってLD端面に集光する効果が薄れ、効果的にLDの損傷を防ぐことができる。
さらに本発明は、MMファイバではなく、シングルモードファイバにグレーティングを形成しても勿論可能である。
また、ファイバグレーティングではなく、誘電体多層膜を用いた、波長フィルターでも適用できる場合がある。
The above-described embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments, and various changes and modifications can be made.
For example, the fiber used in the optical amplifier of the present invention need not be limited to a Yb-doped fiber, but can be applied to a rare earth-doped fiber that can be used as an optical amplification medium, such as a Yb-Er-doped fiber, an Er-doped fiber, or a Tm-doped fiber.
The optical amplifier of the present invention can be used on the backward pumping side when performing bidirectional pumping.
Further, the present invention can be used not only for an optical amplifier but also for an excitation light source of an optical oscillator.
The fiber grating can also be a long period type (see FIG. 8). In this case, since the fundamental mode component of the propagating light component becomes relatively small, the effect of condensing on the LD end face by the LD imaging system is diminished, and damage to the LD can be effectively prevented. .
Further, in the present invention, it is of course possible to form a grating on a single mode fiber instead of an MM fiber.
In some cases, a wavelength filter using a dielectric multilayer film instead of a fiber grating may be used.

図5〜図7に示す装置を試作した。これら3つの例では、いずれも励起媒体としてYbドープファイバを使用している。図5と図7は、コアポンプタイプの光増幅器で、図6はクラッドポンプタイプの光増幅器である。
いずれの場合でも、励起用LDは、結合器を通してYbドープファイバに接続されており、この結合器から反射して戻ってくる光を、LDの直近に配置したマルチモードグレーティングによって反射する。
The apparatus shown in FIGS. In these three examples, all use Yb-doped fiber as the excitation medium. 5 and 7 show a core pump type optical amplifier, and FIG. 6 shows a clad pump type optical amplifier.
In any case, the pumping LD is connected to the Yb-doped fiber through a coupler, and the light reflected and returned from the coupler is reflected by a multimode grating disposed in the immediate vicinity of the LD.

図2に本実施例を波数で見た結果を示す。グレーティング周期Λで決まるΔβの大きさを満たすのが、波長1064nm(信号波長)では基本モード同士だけであるのに対し、波長980nm(励起波長)では基本モード−高次モード、又は高次モード−高次モードであることがわかる。   FIG. 2 shows the result of looking at this example in terms of wave number. Only the fundamental modes satisfy the magnitude of Δβ determined by the grating period Λ at the wavelength of 1064 nm (signal wavelength), whereas at the wavelength of 980 nm (excitation wavelength), the fundamental mode—higher order mode or higher order mode— It can be seen that this is a higher order mode.

図3に基本モードと高次モードの電界分布の様子を示す。高次モードは無数に存在するが、どの場合においても基本モードとの結合は非常に小さい。このとき用いたファイバは、コア径100μm、クラッド径125μmとなっている。   FIG. 3 shows the electric field distribution in the fundamental mode and the higher order mode. There are an infinite number of higher-order modes, but in any case the coupling with the fundamental mode is very small. The fiber used at this time has a core diameter of 100 μm and a cladding diameter of 125 μm.

図4に、本実施例における透過スペクトルを示す。信号光の帯域では反射によって大きな透過損失が発生しているが、励起光の波長では実質的に無視できるような損失しか発生していないのがわかる。   FIG. 4 shows a transmission spectrum in this example. It can be seen that a large transmission loss occurs due to reflection in the band of signal light, but only a negligible loss occurs at the wavelength of the excitation light.

本実施例ではコアに占める回折格子部分の断面積比は50%であったが、この断面積比が75%を超えると高次モードの反射率が大きくなるために、例えば図4中の励起波長における損失が大きくなり2dB以上となることがある。こうなるとLD出力にはっきりとした低下が認められるため望ましくない。一方で断面積比が25%未満であると、基本モードの反射率が低下し、例えば図4中の信号波長における損失が−16dBから−4dB程度まで変化することがある。こうなるとLD保護の観点から十分な減衰を反射光に与えることが出来ず望ましくない。   In this embodiment, the cross-sectional area ratio of the diffraction grating portion occupying the core is 50%. However, if this cross-sectional area ratio exceeds 75%, the higher-order mode reflectivity increases. Loss at the wavelength may increase and become 2 dB or more. This is not desirable because a clear drop in the LD output is observed. On the other hand, if the cross-sectional area ratio is less than 25%, the reflectance of the fundamental mode decreases, and for example, the loss at the signal wavelength in FIG. 4 may change from −16 dB to about −4 dB. In this case, the reflected light cannot be sufficiently attenuated from the viewpoint of LD protection, which is not desirable.

本発明のMMファイバの一実施形態を示し、(a)はMMファイバの斜視図、(b)はMMファイバの断面図である。An embodiment of MM fiber of the present invention is shown, (a) is a perspective view of MM fiber, and (b) is a sectional view of MM fiber. 本発明のMMファイバに設ける回折格子の機能を説明する概略図であり、(a)はこの回折格子に波長1064nmの信号光を通した場合、(b)は波長980nmの励起光を通した場合を示す。It is the schematic explaining the function of the diffraction grating provided in the MM fiber of this invention, (a) is the case where the signal light of wavelength 1064nm passes through this diffraction grating, (b) is the case of passing the excitation light of wavelength 980nm Indicates. MMファイバの回折格子が形成されている領域と基本モード、高次モードの電界分布を例示するグラフであり、(a)は基本モードの電界分布を示すグラフ、(b)は高次モードの電界分布を示すグラフである。FIG. 4 is a graph illustrating an electric field distribution of a fundamental mode and a higher-order mode, a region where a diffraction grating of the MM fiber is formed, (a) a graph showing an electric field distribution of a fundamental mode, and (b) an electric field of a higher-order mode It is a graph which shows distribution. 本発明のMMファイバによる透過スペクトルを例示するグラフである。It is a graph which illustrates the transmission spectrum by MM fiber of the present invention. 本発明の光増幅器の第1実施形態を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of an optical amplifier according to the present invention. FIG. 本発明の光増幅器の第2実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the optical amplifier of this invention. 本発明の光増幅器の第3実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the optical amplifier of this invention. 長周期グレーティングを用いた場合の効果を示す概略図である。It is the schematic which shows the effect at the time of using a long period grating.

符号の説明Explanation of symbols

10…MMファイバ、11…回折格子、12…コア領域(Geがドープされたコア領域)、13…コア領域(Geを含まないコア領域)、14…クラッド、20A,20B,20C…光増幅器、21…希土類添加ファイバ、22…LD、23,24…光結合器、25…アイソレータ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... MM fiber, 11 ... Diffraction grating, 12 ... Core area | region (Core area | region doped with Ge), 13 ... Core area | region (core area | region which does not contain Ge), 14 ... Cladding, 20A, 20B, 20C ... Optical amplifier, 21 ... rare earth doped fiber, 22 ... LD, 23, 24 ... optical coupler, 25 ... isolator.

Claims (6)

片端にレーザダイオードが直接又は間接的に接続されており、かつ片端には光発振器又は光増幅器が直接又は光結合器を介して接続されているマルチモードファイバであって、
中心にあるGeがドープされた第一のコア領域と、該第一のコア領域の外側を囲んで設けられたGeを含まない第二のコア領域と、該第二のコア領域の外側を囲んで設けられ、該第二のコア領域よりも低屈折率の材料からなるクラッドと、を備え、
前記第一のコア領域に、前記光発振器又は前記光増幅器で発生又は増幅され、前記光発振器又は前記光増幅器から前記レーザダイオードに向かう光を反射する回折格子が設けられ
前記回折格子の周期が、光発振器又は光増幅器からの反射光の波長においてその基本モードを反射するように定められたことを特徴とするマルチモードファイバ。
A multimode fiber having a laser diode connected directly or indirectly to one end and an optical oscillator or optical amplifier connected to the other end directly or via an optical coupler,
A first core region doped with Ge in the center; a second core region not containing Ge provided surrounding the outside of the first core region; and surrounding the outside of the second core region. And a clad made of a material having a refractive index lower than that of the second core region,
The first core region is provided with a diffraction grating that is generated or amplified by the optical oscillator or the optical amplifier and reflects light directed from the optical oscillator or the optical amplifier toward the laser diode ,
A multimode fiber characterized in that the period of the diffraction grating is determined so as to reflect the fundamental mode at the wavelength of the reflected light from the optical oscillator or optical amplifier .
前記回折格子の占める断面積がコアの断面積の25%〜75%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のマルチモードファイバ。 The multimode fiber according to claim 1, wherein a cross-sectional area occupied by the diffraction grating is in a range of 25% to 75% of a cross-sectional area of the core. 請求項1又は2に記載のマルチモードファイバ及びレーザダイオードの組と、該マルチモードファイバの出力側に接続された増幅用希土類添加ファイバとを有することを特徴とする光増幅器。 Claim 1 or 2 and a set of multimode fiber and the laser diode according to an optical amplifier, characterized in that it comprises a amplifying rare-earth-doped fiber connected to the output side of the multimode fiber. 前記マルチモードファイバ及びレーザダイオードの組を2個以上有し、これらの組が全て一つの光結合器に接続されていることを特徴とする請求項に記載の光増幅器。 4. The optical amplifier according to claim 3 , wherein there are two or more sets of the multimode fiber and laser diode, and these sets are all connected to one optical coupler. 請求項1又は2に記載のマルチモードファイバ及びレーザダイオードの組と、該マルチモードファイバの出力側に接続された増幅用希土類添加ファイバとを有することを特徴とするファイバレーザ。 A set of multimode fiber and the laser diode according to claim 1 or 2, fiber laser and having a amplifying rare-earth-doped fiber connected to the output side of the multimode fiber. 前記マルチモードファイバ及びレーザダイオードの組を2個以上有し、これらの組が全て一つの光結合器に接続されていることを特徴とする請求項に記載のファイバレーザ。 6. The fiber laser according to claim 5 , wherein there are two or more sets of the multimode fiber and the laser diode, and these sets are all connected to one optical coupler.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6511235B2 (en) * 2014-09-01 2019-05-15 株式会社フジクラ Fiber laser device
EP3457186B1 (en) * 2016-06-16 2022-10-26 Nippon Telegraph and Telephone Corporation An optical transmission system

Family Cites Families (11)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5953353A (en) * 1997-11-20 1999-09-14 Lucent Technologies Inc. Article comprising an improved rare earth-doped optical fiber laser
JP4179662B2 (en) * 1998-04-27 2008-11-12 富士通株式会社 Optical amplifier and active optical fiber
JP2000329773A (en) * 1999-05-19 2000-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Near field light source and near field optical recorder/ reproducer
JP2002084023A (en) * 2000-06-30 2002-03-22 Furukawa Electric Co Ltd:The Optical fiber amplifier, stimulation light source module, and optical system
US20020106156A1 (en) * 2000-08-09 2002-08-08 Edward Vail Suppression of undesired wavelengths in feedback from pumped fiber gain media
US6603909B2 (en) * 2000-11-21 2003-08-05 3M Innovative Properties Company Laser pigtail fiber with inherent attenuation characteristic
JP2002270928A (en) * 2001-03-08 2002-09-20 Mitsubishi Cable Ind Ltd Method for optical excitation, optical amplifier, fiber laser, and optical fiber
JP2004165396A (en) * 2002-11-13 2004-06-10 Toshiba Corp Upconversion fiber laser device and video display apparatus
JP2004193152A (en) * 2002-12-06 2004-07-08 Mitsubishi Cable Ind Ltd Light source device
JP4142495B2 (en) * 2003-05-19 2008-09-03 三菱電線工業株式会社 Optical device using double clad fiber
US7233724B2 (en) * 2003-11-20 2007-06-19 Northrop Grumman Corporation Long period bragg grating optical signal attenuation

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