JPH03188687A - エルビウム ドープ ファイバー増幅器 - Google Patents
エルビウム ドープ ファイバー増幅器Info
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- JPH03188687A JPH03188687A JP2321388A JP32138890A JPH03188687A JP H03188687 A JPH03188687 A JP H03188687A JP 2321388 A JP2321388 A JP 2321388A JP 32138890 A JP32138890 A JP 32138890A JP H03188687 A JPH03188687 A JP H03188687A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
-
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- H01S3/0672—Non-uniform radial doping
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
皮血豆1
本発明は一般的にはファイバー増幅器、より詳細には、
エルビウム ドープ ファイバー増幅器に関する。
エルビウム ドープ ファイバー増幅器に関する。
背itL術
ローカル及びトランク光学通信網の両者のために弱い光
学信号を増幅するために希土類ドープファイバー増幅器
を使用することに大きな関心が寄せられている。希土類
にてドープされた光学増幅ファイバーは、低コストであ
り、低いノイズを示し、偏波に依存しない比較的大きな
バンド幅を持ち、クロストーク問題を大きく解消し、ま
た光学通信において使用される重要な動作波長において
低い挿入損失を持つことが発見されている。考えられる
希土類ドープ光フアイバー増幅器は、伝送ファイバーに
端と端とが結合され、また、方向性結合器を通じてレー
ダー ダイオード ポンプに横断方向に結合される。こ
の方向性結合器は、最大のポンプ エネルギーが最少の
信号損失にて増幅器に結合されるようにポンプ波長の所
で高い結合比を持ち、信号波長の所で低い結合比を持つ
ように設計される。増幅媒体がポンプ レーザーにて励
起されたとき、この増幅器を伝播する信号光は、利得を
受ける。ポンプ エネルギーは、任意の残りの変換され
ないポンプ光が送信機かあるいは受信機の所のいずれで
より便利にフィルターできるかによって、信号エネルギ
ーに対して、同方向にもあるいは逆方向にも伝播させる
ことができる。
学信号を増幅するために希土類ドープファイバー増幅器
を使用することに大きな関心が寄せられている。希土類
にてドープされた光学増幅ファイバーは、低コストであ
り、低いノイズを示し、偏波に依存しない比較的大きな
バンド幅を持ち、クロストーク問題を大きく解消し、ま
た光学通信において使用される重要な動作波長において
低い挿入損失を持つことが発見されている。考えられる
希土類ドープ光フアイバー増幅器は、伝送ファイバーに
端と端とが結合され、また、方向性結合器を通じてレー
ダー ダイオード ポンプに横断方向に結合される。こ
の方向性結合器は、最大のポンプ エネルギーが最少の
信号損失にて増幅器に結合されるようにポンプ波長の所
で高い結合比を持ち、信号波長の所で低い結合比を持つ
ように設計される。増幅媒体がポンプ レーザーにて励
起されたとき、この増幅器を伝播する信号光は、利得を
受ける。ポンプ エネルギーは、任意の残りの変換され
ないポンプ光が送信機かあるいは受信機の所のいずれで
より便利にフィルターできるかによって、信号エネルギ
ーに対して、同方向にもあるいは逆方向にも伝播させる
ことができる。
希土類ドープ光学増幅器の設計を複雑にする要因に増幅
器の性能を最適化するのに必要とされる様々なパラメー
タと関連する伝送ファイバーの性能を最適化するために
必要とされるパラメータとの間の差がある。光学増幅器
と伝送ファイバーによって遂行される異なる機能に起因
するこれら差異は、信号が伝送ファイバーから増幅ファ
イバーに伝送されたときの大きな信号損失の原因となり
、従って、信号を元のレベルに回復する増幅ファイバー
の効率が大きな問題となる。伝送ファイバー内において
は、バンド幅を最大化し、損失を最少化し、これによっ
てリピータ間の間隔を最大にするために、導波路分散が
最少にされなければならない、一方、増幅ファイバー内
においては、伝送ファイバーとは反対に、主な関心は最
少ポンプ パワーでの高利得、高飽和パワー及び低ノイ
ズにある。伝送ファイバーと増幅ファイバーに対する異
なる最適パラメータの差異に起因して発生する一例とし
ての信号損失は、信号モードサイズがこれら二つのファ
イバーで大きく異なることによるモード ミスマツチに
起因するスプライシング損失である。
器の性能を最適化するのに必要とされる様々なパラメー
タと関連する伝送ファイバーの性能を最適化するために
必要とされるパラメータとの間の差がある。光学増幅器
と伝送ファイバーによって遂行される異なる機能に起因
するこれら差異は、信号が伝送ファイバーから増幅ファ
イバーに伝送されたときの大きな信号損失の原因となり
、従って、信号を元のレベルに回復する増幅ファイバー
の効率が大きな問題となる。伝送ファイバー内において
は、バンド幅を最大化し、損失を最少化し、これによっ
てリピータ間の間隔を最大にするために、導波路分散が
最少にされなければならない、一方、増幅ファイバー内
においては、伝送ファイバーとは反対に、主な関心は最
少ポンプ パワーでの高利得、高飽和パワー及び低ノイ
ズにある。伝送ファイバーと増幅ファイバーに対する異
なる最適パラメータの差異に起因して発生する一例とし
ての信号損失は、信号モードサイズがこれら二つのファ
イバーで大きく異なることによるモード ミスマツチに
起因するスプライシング損失である。
現時点においては、エルビウム ドープ ファイバー増
幅器は1通常の信号処理に起因するばかりでなく、上に
述べた伝送ファイバーと増幅ファイバー間のミスマツチ
に起因する信号損失を克服するために必要とされる高増
幅のための最も大きな可能性を持つように見える。エル
ビウム ドープ ファイバー増幅器は、この増幅器が、
低い挿入損失、広い利得バンド幅(約30 nm)及び
偏波インセンシティブ利得を示すために光学通信システ
ムに対して特に有効な波長であるλ=1.53umにて
動作する。この増幅器は、^=1.48umにてポンプ
された場合、26dBという高い利得を持つが、但し、
76mWのという高い発射ポンプ パワーを必要とする
。低い値のポンプ パワーでのより高い利得が好ましい
。
幅器は1通常の信号処理に起因するばかりでなく、上に
述べた伝送ファイバーと増幅ファイバー間のミスマツチ
に起因する信号損失を克服するために必要とされる高増
幅のための最も大きな可能性を持つように見える。エル
ビウム ドープ ファイバー増幅器は、この増幅器が、
低い挿入損失、広い利得バンド幅(約30 nm)及び
偏波インセンシティブ利得を示すために光学通信システ
ムに対して特に有効な波長であるλ=1.53umにて
動作する。この増幅器は、^=1.48umにてポンプ
された場合、26dBという高い利得を持つが、但し、
76mWのという高い発射ポンプ パワーを必要とする
。低い値のポンプ パワーでのより高い利得が好ましい
。
発明の概要
本発明は、向上された利得及び低下されたポンプ閾値を
持つ希土類にてドープされた光学増幅器に関する。この
増幅スキームは、より一般的な4レベル レーシング
システムではなく3レベル レーシング システムに基
づく、これに加えて、この光ファイバーの伝送モードは
、ポンプ波長において、実質的にこのファイバー増幅器
コア内の希土類イオンの分散プロフィルの半径に等しい
かそれより大きな半径を持つ0本発明の増幅器によって
、37dBの利得及び11.3dBmの飽和パワーがλ
=1.49umの54mWのみの発射パワーにて達成で
きる。
持つ希土類にてドープされた光学増幅器に関する。この
増幅スキームは、より一般的な4レベル レーシング
システムではなく3レベル レーシング システムに基
づく、これに加えて、この光ファイバーの伝送モードは
、ポンプ波長において、実質的にこのファイバー増幅器
コア内の希土類イオンの分散プロフィルの半径に等しい
かそれより大きな半径を持つ0本発明の増幅器によって
、37dBの利得及び11.3dBmの飽和パワーがλ
=1.49umの54mWのみの発射パワーにて達成で
きる。
X1J1λ駁用
ローカル及びトランク光学通信網の両方に対して弱い信
号を増幅するための希土類にてドープされたファイバー
は、これらの低い挿入損失、広い利得バンド幅及び偏波
インセンシティブ利得のために特に興味深い、使用にお
いて、これら光ファイバーは、通常、希土類利得プロフ
ァイル内のある波長の所で弱い光学入力信号の要求され
る増幅が得られるようにポンプに横方向に結合される。
号を増幅するための希土類にてドープされたファイバー
は、これらの低い挿入損失、広い利得バンド幅及び偏波
インセンシティブ利得のために特に興味深い、使用にお
いて、これら光ファイバーは、通常、希土類利得プロフ
ァイル内のある波長の所で弱い光学入力信号の要求され
る増幅が得られるようにポンプに横方向に結合される。
方向性結合器を介して光ファイバーに結合されるポンプ
光は、ファイバー内において信号に対して同方向あるい
は逆方向に伝播される。方向性結合器はポンプ波長の所
で高い結合比を持ち、信号波長の所で低い結合比を持つ
。
光は、ファイバー内において信号に対して同方向あるい
は逆方向に伝播される。方向性結合器はポンプ波長の所
で高い結合比を持ち、信号波長の所で低い結合比を持つ
。
ファイバーが励起されないときは、信号は希土類イオン
による基底状態吸収のために損失を受ける。ファイバー
に加えられるポンプ(励起)パワーが増加されると、基
底レベル吸収に起因する損失は減少してゆき(つまり、
利得は負であるが増加してゆき)、ある値のポンプ パ
ワーにおいて、正味信号吸収がなくなる(つまり、利得
がゼロとなる)、これはトランスバレンシー状態と呼ば
れる。その後、ファイバー内のバンブ パワーが増加さ
れてゆくと、希土類イオンのより高い割合が励起状態に
なり、高いレーシング状態から基底状態への刺激された
放射が基底状態から高いレーシング状態への吸収よりも
強くなり、結果として、様々な波長において、正味の正
の利得が起こる。こうして、この光学ファイバーは、高
いレーシングシ レベルが多くなるように励起されると
、そのポンプ閾値レベルより高い所で正の正味利得を与
え、ファイバーは増幅器として働く。
による基底状態吸収のために損失を受ける。ファイバー
に加えられるポンプ(励起)パワーが増加されると、基
底レベル吸収に起因する損失は減少してゆき(つまり、
利得は負であるが増加してゆき)、ある値のポンプ パ
ワーにおいて、正味信号吸収がなくなる(つまり、利得
がゼロとなる)、これはトランスバレンシー状態と呼ば
れる。その後、ファイバー内のバンブ パワーが増加さ
れてゆくと、希土類イオンのより高い割合が励起状態に
なり、高いレーシング状態から基底状態への刺激された
放射が基底状態から高いレーシング状態への吸収よりも
強くなり、結果として、様々な波長において、正味の正
の利得が起こる。こうして、この光学ファイバーは、高
いレーシングシ レベルが多くなるように励起されると
、そのポンプ閾値レベルより高い所で正の正味利得を与
え、ファイバーは増幅器として働く。
光学増幅器には二つの基本タイプがある0片方のタイプ
は4レベル レーシング システムにて動作し、他方は
、3レベル レーシング システムにて動作する。第1
図は4レベル レーシング システムを図解し、第2図
は3レベル レーシング システムを図解する0個々の
ケースにおいて、励起は信号波長に対応するものよりも
高い適当なエネルギーの光子を放射する別個のレーザー
あるいはランプによりて遂行される。電子は基底状態か
ら上側レーシング レベルよりも上の一つあるいは複数
のポンプ バンドに励起される。一つのポンプ バンド
は、シュタルク マニホールド[St、ark man
ifold)内の倍数状態がら成る。ガラス内のイオン
の場合は、電子状態は。
は4レベル レーシング システムにて動作し、他方は
、3レベル レーシング システムにて動作する。第1
図は4レベル レーシング システムを図解し、第2図
は3レベル レーシング システムを図解する0個々の
ケースにおいて、励起は信号波長に対応するものよりも
高い適当なエネルギーの光子を放射する別個のレーザー
あるいはランプによりて遂行される。電子は基底状態か
ら上側レーシング レベルよりも上の一つあるいは複数
のポンプ バンドに励起される。一つのポンプ バンド
は、シュタルク マニホールド[St、ark man
ifold)内の倍数状態がら成る。ガラス内のイオン
の場合は、電子状態は。
通常、シュタルク スプリット マニホールド(Sta
rk 5plit manifoldlに広げられる。
rk 5plit manifoldlに広げられる。
ただし、様々な異なるマニホールド倍数状態は、均一な
広がりのために、通常、室温においては、本当に離散さ
れたレベルとはならない、ポンプ周波数に依存して、こ
れら電子は、上側し〜ジング状態のレベルに励起される
が、このレベルは、第1図のレベルE4及び第2図のE
、の上である。これら電子は次に、通常このレベルから
非放射的に上側レーシング レベルへと減衰する。上側
レーシング レベルの自発的ライフタイムはポンプ バ
ンドのそれよりも非常に大きく、上側レベルに大きな密
度が起こることに注意する。レーザー波長の光子が上側
レーシング状態内の励起されたイオンと反応すると、刺
激された放射が起こる。光子は、前の自発的放射、刺激
された放射、あるいは入力信号のいずれかから来る。第
1図のE2及び第2図のElの下側レベルにおいても類
似のマニホールドが存在する。電子は下側マニホールド
内のあるレベルに減衰し、これが減衰するレベルは、そ
れが動作する波長、つまり1.53um−1,55um
によって表わされる。
広がりのために、通常、室温においては、本当に離散さ
れたレベルとはならない、ポンプ周波数に依存して、こ
れら電子は、上側し〜ジング状態のレベルに励起される
が、このレベルは、第1図のレベルE4及び第2図のE
、の上である。これら電子は次に、通常このレベルから
非放射的に上側レーシング レベルへと減衰する。上側
レーシング レベルの自発的ライフタイムはポンプ バ
ンドのそれよりも非常に大きく、上側レベルに大きな密
度が起こることに注意する。レーザー波長の光子が上側
レーシング状態内の励起されたイオンと反応すると、刺
激された放射が起こる。光子は、前の自発的放射、刺激
された放射、あるいは入力信号のいずれかから来る。第
1図のE2及び第2図のElの下側レベルにおいても類
似のマニホールドが存在する。電子は下側マニホールド
内のあるレベルに減衰し、これが減衰するレベルは、そ
れが動作する波長、つまり1.53um−1,55um
によって表わされる。
第1図の4レベル レーシング システムと第2図の3
レベル レーシング システムとの差を指摘することが
重要である。3レベル レーシング システムにおいて
は、下側レーシング レベルは基底状態かあるいは大き
な熱的密度を持つのに十分に基底状態に接近している。
レベル レーシング システムとの差を指摘することが
重要である。3レベル レーシング システムにおいて
は、下側レーシング レベルは基底状態かあるいは大き
な熱的密度を持つのに十分に基底状態に接近している。
4レベルレーシング システムにおいては、さらにこの
下側レーシング レベルから基底状態への遷移があり、
これは、通常、非放射的に行なわれ、放射的遷移よりも
かなり速い、3レベル レーシングシステムにおいては
、基底状態から直接に上側レーシング レベルへの吸収
が起こり、基底状態が強い励起によってデボビュレーテ
ィング(depopulated)されない限り、信号
強度が落ち、レーシング光子の放射効果が損なわれる。
下側レーシング レベルから基底状態への遷移があり、
これは、通常、非放射的に行なわれ、放射的遷移よりも
かなり速い、3レベル レーシングシステムにおいては
、基底状態から直接に上側レーシング レベルへの吸収
が起こり、基底状態が強い励起によってデボビュレーテ
ィング(depopulated)されない限り、信号
強度が落ち、レーシング光子の放射効果が損なわれる。
レーザーが3レベル レーザー システムであるか、4
レベル システムであるかの重要性は、主に、3レベル
レーシング システムがポピユレーションの逆転を得
るために高い強度にて励起されることを必要とすること
に依存する。従って、3レベル レーシング システム
は、通常、4レベル レーシング システムよりも、特
に、バルク ノン ファイバー アクティブ媒体に対し
ては、高い値の閾値パワーを持ち、従って、現時点にお
いては、4レベル レーシング システムの方が好まし
い、希土類ドープ光フアイバー増幅器、は3及び4レベ
ル モードの両方にて動作する。
レベル システムであるかの重要性は、主に、3レベル
レーシング システムがポピユレーションの逆転を得
るために高い強度にて励起されることを必要とすること
に依存する。従って、3レベル レーシング システム
は、通常、4レベル レーシング システムよりも、特
に、バルク ノン ファイバー アクティブ媒体に対し
ては、高い値の閾値パワーを持ち、従って、現時点にお
いては、4レベル レーシング システムの方が好まし
い、希土類ドープ光フアイバー増幅器、は3及び4レベ
ル モードの両方にて動作する。
3レベル システムと4レベル レーシングシステムと
の間のもう一つの差異は、ファイバー長への利得の依存
にある。4レベル システムにおいては、欠陥損失が存
在しないものと想定すると、ファイバー長が増加される
と利得が減少するようなポイントは存在しない、3レベ
ル システムにおいては、任意のポンプ パワーに対し
て最大利得が得られるような最適長が存在する。これは
欠陥損失がないような場合においてさえも見られる3レ
ベル システムに固有の特性である。終端励起3レベル
ファイバーにおいては、得られるポンプ光子の数及び
、従って、ポピユレーションの逆転は、発射端の所で最
大となり、ファイバーに沿って単調的に減少する。任意
のポンプパワーに対する最大利得は、ファイバー長がフ
ァイバーの他端から現われるポンプ パワーがトランス
バレンシーを達成するために必要とされるポンプ閾値パ
ワーと丁度等しいようなファイバー長であるときに達成
される。このポイントまでの長さの個々の増分は、そこ
に存在するポンプ パワーがポンプ閾値より上であるた
めに正味利得に貢献し:このポイントを越えての個々の
長さの増分は、ポンプ パワーがトランスバレンシーに
対する閾値レベル以下であり、信号はこの領域内におい
て正味損失を受けるために利得を減する。
の間のもう一つの差異は、ファイバー長への利得の依存
にある。4レベル システムにおいては、欠陥損失が存
在しないものと想定すると、ファイバー長が増加される
と利得が減少するようなポイントは存在しない、3レベ
ル システムにおいては、任意のポンプ パワーに対し
て最大利得が得られるような最適長が存在する。これは
欠陥損失がないような場合においてさえも見られる3レ
ベル システムに固有の特性である。終端励起3レベル
ファイバーにおいては、得られるポンプ光子の数及び
、従って、ポピユレーションの逆転は、発射端の所で最
大となり、ファイバーに沿って単調的に減少する。任意
のポンプパワーに対する最大利得は、ファイバー長がフ
ァイバーの他端から現われるポンプ パワーがトランス
バレンシーを達成するために必要とされるポンプ閾値パ
ワーと丁度等しいようなファイバー長であるときに達成
される。このポイントまでの長さの個々の増分は、そこ
に存在するポンプ パワーがポンプ閾値より上であるた
めに正味利得に貢献し:このポイントを越えての個々の
長さの増分は、ポンプ パワーがトランスバレンシーに
対する閾値レベル以下であり、信号はこの領域内におい
て正味損失を受けるために利得を減する。
3レベル システムと4レベル システム システムと
の間のもう一つの大きな違いは飽和出力パワーのポンプ
パワーへの依存性にある。4レベル システムにおい
ては、飽和パワーはポンプ パワーに依存しないが、一
方、3レベル システムにおいては、飽和出力パワーは
、ポンプパワーに直線的に依存し、ポンプ パワーを増
加させることによって増加させることができる64レベ
ル システム デバイスを使用する光学増幅器の動作は
、3レベル システムを使用する光学増幅器の動作と太
き(異なることは明らかである。
の間のもう一つの大きな違いは飽和出力パワーのポンプ
パワーへの依存性にある。4レベル システムにおい
ては、飽和パワーはポンプ パワーに依存しないが、一
方、3レベル システムにおいては、飽和出力パワーは
、ポンプパワーに直線的に依存し、ポンプ パワーを増
加させることによって増加させることができる64レベ
ル システム デバイスを使用する光学増幅器の動作は
、3レベル システムを使用する光学増幅器の動作と太
き(異なることは明らかである。
希土類、例えばエルビウムにてえ=1.53umにて動
作するファイバー増幅器を形成するようにドープされた
光ファイバーは、光通信に対して、これらの低挿入損失
、広い利得バンド幅(約30nm)及び偏波インセンシ
ティブ利得のために特に興味深い、最近の研究は、エル
ビウムにてドープされたファイバー増幅器が、tp=i
48umあるいはえ、−980nmのポンプ波長にて
動作するレーザー ダイオードにて励起できることを実
証している。エルビウムにてドープされた光学増幅器は
3レベル システムを使用することに注意する。
作するファイバー増幅器を形成するようにドープされた
光ファイバーは、光通信に対して、これらの低挿入損失
、広い利得バンド幅(約30nm)及び偏波インセンシ
ティブ利得のために特に興味深い、最近の研究は、エル
ビウムにてドープされたファイバー増幅器が、tp=i
48umあるいはえ、−980nmのポンプ波長にて
動作するレーザー ダイオードにて励起できることを実
証している。エルビウムにてドープされた光学増幅器は
3レベル システムを使用することに注意する。
現在、エルビウムにてドープされたファイバー増幅器は
、コアがパワー モード サイズと比較して大きなため
に得られる高い閾値パワーを持つ、第3図には、高いポ
ンプ閾値を持つ先行技術によるエルビウム ドープされ
たファイバー増幅器のプロットが示される。中央股部分
50は、シングル モード ファイバーのエルビウム
ドープされたコアの屈折率を表わし、端52は、シング
ル モード ファイバーのクラディングの屈折率を表わ
す、ガラスから製造され、従って、ガラス ホストと呼
ばれる光ファイバーのコアは、希土類ドーパントである
エルビウムにて均一にドープされ、クラディングのコア
よりも大きなコア屈折率を持つ、ファイバーのポンプ
モードの曲線54が光ファイバーの屈折率のプロット上
に重ねて示される。エルビウム ドープされたファイバ
ーのコア50の半径は、ファイバーのポンプモード54
の半径と比較して大きい。第3図には、コアを横断して
実質的に均一に分散するエルビウムの代表原子56.5
8.60.64が示される。動作において、エルビウム
原子62及び64は、ファイバーの中心付近に存在し、
ポンプ モードの最大強度に露出される。明らかに、こ
れらは、基底状態から上側レーシング レベルよりも高
いバンドに励起される。但し、これは。
、コアがパワー モード サイズと比較して大きなため
に得られる高い閾値パワーを持つ、第3図には、高いポ
ンプ閾値を持つ先行技術によるエルビウム ドープされ
たファイバー増幅器のプロットが示される。中央股部分
50は、シングル モード ファイバーのエルビウム
ドープされたコアの屈折率を表わし、端52は、シング
ル モード ファイバーのクラディングの屈折率を表わ
す、ガラスから製造され、従って、ガラス ホストと呼
ばれる光ファイバーのコアは、希土類ドーパントである
エルビウムにて均一にドープされ、クラディングのコア
よりも大きなコア屈折率を持つ、ファイバーのポンプ
モードの曲線54が光ファイバーの屈折率のプロット上
に重ねて示される。エルビウム ドープされたファイバ
ーのコア50の半径は、ファイバーのポンプモード54
の半径と比較して大きい。第3図には、コアを横断して
実質的に均一に分散するエルビウムの代表原子56.5
8.60.64が示される。動作において、エルビウム
原子62及び64は、ファイバーの中心付近に存在し、
ポンプ モードの最大強度に露出される。明らかに、こ
れらは、基底状態から上側レーシング レベルよりも高
いバンドに励起される。但し、これは。
コアの端付近に位置するこれらコルビウム原子に対して
は起こらない、第3図から、コアの端付近のモードの強
度は、コアの中心の所のピーク値と比較して大きく減少
することが分かる。実施においては、この低減は、コア
の端の所のエルビウム原子が正味利得を与えるのに十分
なポンプ光子の束を見ない程度である。これら原子は信
号吸収にのみ寄与し、これはシングル モードが受ける
総ファイバー利得を低減する。前に述べたように。
は起こらない、第3図から、コアの端付近のモードの強
度は、コアの中心の所のピーク値と比較して大きく減少
することが分かる。実施においては、この低減は、コア
の端の所のエルビウム原子が正味利得を与えるのに十分
なポンプ光子の束を見ない程度である。これら原子は信
号吸収にのみ寄与し、これはシングル モードが受ける
総ファイバー利得を低減する。前に述べたように。
3レベル レーシング システムにおいては、下側レー
シング レベルは、基底状態か、あるいはそれが大きな
熱密度を持たないような基底状態に十分に近いレベルで
ある。低強度領域内に位置するエルビウム原子56.5
8.60は、それらの時間の殆どを下側レーシング レ
ベルにて費やすために、これらは、利得プロセスに実質
的に寄与しないばかりでなく、これらは吸収に寄与し、
増幅器の効率を低下させる。4レベル システムにおい
ては1反対に、低ポンプ領域内の原子は、それらの時間
の殆どを下側板レーシング状態ではな(、従って、単に
、受動的オブザーバ−となる基底状態に費やし:これら
は利得に参与せず、:3レベル システムの場合は反対
に、信号波長においても吸収せず従って、利得を劣化さ
せることもない、4レベル レーシング システムにお
いては、高飽和出力パワーを達成するために飽和強度以
丁に信号強度をたもっために大きな空洞を持つことが要
求される。
シング レベルは、基底状態か、あるいはそれが大きな
熱密度を持たないような基底状態に十分に近いレベルで
ある。低強度領域内に位置するエルビウム原子56.5
8.60は、それらの時間の殆どを下側レーシング レ
ベルにて費やすために、これらは、利得プロセスに実質
的に寄与しないばかりでなく、これらは吸収に寄与し、
増幅器の効率を低下させる。4レベル システムにおい
ては1反対に、低ポンプ領域内の原子は、それらの時間
の殆どを下側板レーシング状態ではな(、従って、単に
、受動的オブザーバ−となる基底状態に費やし:これら
は利得に参与せず、:3レベル システムの場合は反対
に、信号波長においても吸収せず従って、利得を劣化さ
せることもない、4レベル レーシング システムにお
いては、高飽和出力パワーを達成するために飽和強度以
丁に信号強度をたもっために大きな空洞を持つことが要
求される。
本発明においては、llmW−54mWレンジにおいて
え=1.49umのポンプ パワーにて+2.5dBか
ら+37dBの利得を提供するより効率的なエルビウム
ドープされたファイバ増幅器が開示される。+2.5
dBmから+11dBmの対応する飽和出力パワーが達
成される。
え=1.49umのポンプ パワーにて+2.5dBか
ら+37dBの利得を提供するより効率的なエルビウム
ドープされたファイバ増幅器が開示される。+2.5
dBmから+11dBmの対応する飽和出力パワーが達
成される。
ここに開示される新たな改良された光学増幅器について
実施された測定値は、2.1±O,ldB/mWの最大
利得係数を示す、この値の利得係数は、えp = 1
、48−1 、49 u mの吸収バンド内で励起され
たエルビウム ドープ ファイバー増幅器に対して今日
まで報告された最大の値である。54mW発射ポンプ
パワーに対しては。
実施された測定値は、2.1±O,ldB/mWの最大
利得係数を示す、この値の利得係数は、えp = 1
、48−1 、49 u mの吸収バンド内で励起され
たエルビウム ドープ ファイバー増幅器に対して今日
まで報告された最大の値である。54mW発射ポンプ
パワーに対しては。
+ 11 dBmの高飽和出力信号パワーが測定されて
いる。これはこのポンプ波長に対してこれまでに報告さ
れている+2.5dBmと比較して劇的な向上である。
いる。これはこのポンプ波長に対してこれまでに報告さ
れている+2.5dBmと比較して劇的な向上である。
上に述べた結果を与えるエルビウムにてドープされたフ
ァイバー増幅器は、1.+8umのコア半径及び0.2
3の開口数を持つ、Er”°濃度はp=2xlo”m−
1であり、これは、おおむね50ppmのE r 20
311度に相当する。
ァイバー増幅器は、1.+8umのコア半径及び0.2
3の開口数を持つ、Er”°濃度はp=2xlo”m−
1であり、これは、おおむね50ppmのE r 20
311度に相当する。
エルビウムが活性イオンであるときは、効率の向上が、
現在エルビウム ドープ ファイバー増幅器に対して行
なわれているようにゲルマニウムのみを使用するのでは
な(、コアの屈折率を上げるために主要ドーパントとし
てのアルミニウム及びゲルマニウムの両方にてドープさ
れたコアを使用することによって得られる。アルミニウ
ムが加えられた場合、吸収及びE r”イオンの螢光プ
ロファイルは1.46−1.49um波長バンドにおけ
るボンピングに好ましいように変わるが、これは、この
波長レンジにおいては、アルミニウム ドープされたコ
アでは、吸収が高く、螢光が低くなるためである。
現在エルビウム ドープ ファイバー増幅器に対して行
なわれているようにゲルマニウムのみを使用するのでは
な(、コアの屈折率を上げるために主要ドーパントとし
てのアルミニウム及びゲルマニウムの両方にてドープさ
れたコアを使用することによって得られる。アルミニウ
ムが加えられた場合、吸収及びE r”イオンの螢光プ
ロファイルは1.46−1.49um波長バンドにおけ
るボンピングに好ましいように変わるが、これは、この
波長レンジにおいては、アルミニウム ドープされたコ
アでは、吸収が高く、螢光が低くなるためである。
第4図にはエルビウム ドープ ファイバー増幅器をテ
ストするためのテスト セット アップの略図が示され
る− jp=1.493umにて動作するNaCl:O
H色素中心レーザー10がポンプとして使用される6色
素中心レーザー10に対する最大出力とこの特定のポン
プ波長に帰着する動作波長との間のトレード 才〕が最
適として選択される。但し、このレーザーは、最高のエ
ルビウム ドープ ファイバー増幅器利得を達成するた
めの最適ポンプ波長を与えるものではないことに注意す
る。グレーティング12が色素中心レーザー ポンプか
ら出るえ=1.064umの所の望ましくない光を排除
するために使用される。え、=l、531um付近にて
動作する可調外部空洞レーザー ダイオード14が信号
のために使用される。ファラデー アイソレータ16が
バックワードASEからの信号レーザーへのフィードバ
ックを防止し、また反射からエルビウム ドープ ファ
イバー増幅器へのフィードバックを阻止するために使用
される。低反射率屈折率マツチング ウィンドウを持つ
ファイバー ビッグ テール18が外部空洞レーザー
ダイオード14とファラデー アイソレータ16との間
に置かれる。ファラデー アイソレータを通ってバスす
る信号の最大化は、ビッグ テール上に置かれたファイ
バー偏波コントローラ20を通じて達成される。偏波ビ
ーム スプリッター22がポンプと信号をn=o、o1
2の低結合係数を持つ融合ファイバー結合器28のファ
イバー上に組合わせるために使用される。エルビウム
ドープ ファイバー増幅器24が26の所で結合器28
の直通出力ファイバーにバット スプライスされるが、
結合器28は、望ましくない反射及びファブリペロ効用
を押えるために屈折率マツチング オ イル29を使用
する。エルビウム ドープ ファイバーの出力端30は
エルビウム ドープ ファイバー増幅器へのフィードバ
ックをit止するために10度の角度にポリッシュされ
る。結合器の1%出力ボート32がエルビウム ドープ
ファイバー増幅器へのポンプ及び信号入力をモニタす
るために使用される。結合器人力ファイバーノードの端
34もフィードバックを防ぐために10度の角度にポリ
ッシュされる。使用されない他方の人力リードも同じ目
的のために屈折率マツチされる。
ストするためのテスト セット アップの略図が示され
る− jp=1.493umにて動作するNaCl:O
H色素中心レーザー10がポンプとして使用される6色
素中心レーザー10に対する最大出力とこの特定のポン
プ波長に帰着する動作波長との間のトレード 才〕が最
適として選択される。但し、このレーザーは、最高のエ
ルビウム ドープ ファイバー増幅器利得を達成するた
めの最適ポンプ波長を与えるものではないことに注意す
る。グレーティング12が色素中心レーザー ポンプか
ら出るえ=1.064umの所の望ましくない光を排除
するために使用される。え、=l、531um付近にて
動作する可調外部空洞レーザー ダイオード14が信号
のために使用される。ファラデー アイソレータ16が
バックワードASEからの信号レーザーへのフィードバ
ックを防止し、また反射からエルビウム ドープ ファ
イバー増幅器へのフィードバックを阻止するために使用
される。低反射率屈折率マツチング ウィンドウを持つ
ファイバー ビッグ テール18が外部空洞レーザー
ダイオード14とファラデー アイソレータ16との間
に置かれる。ファラデー アイソレータを通ってバスす
る信号の最大化は、ビッグ テール上に置かれたファイ
バー偏波コントローラ20を通じて達成される。偏波ビ
ーム スプリッター22がポンプと信号をn=o、o1
2の低結合係数を持つ融合ファイバー結合器28のファ
イバー上に組合わせるために使用される。エルビウム
ドープ ファイバー増幅器24が26の所で結合器28
の直通出力ファイバーにバット スプライスされるが、
結合器28は、望ましくない反射及びファブリペロ効用
を押えるために屈折率マツチング オ イル29を使用
する。エルビウム ドープ ファイバーの出力端30は
エルビウム ドープ ファイバー増幅器へのフィードバ
ックをit止するために10度の角度にポリッシュされ
る。結合器の1%出力ボート32がエルビウム ドープ
ファイバー増幅器へのポンプ及び信号入力をモニタす
るために使用される。結合器人力ファイバーノードの端
34もフィードバックを防ぐために10度の角度にポリ
ッシュされる。使用されない他方の人力リードも同じ目
的のために屈折率マツチされる。
このエルビウム ドープ ファイバーのコア径は1.8
1umであり、開口数は0.23である。このω =3
umのl/ωパワー モードサイズ(半径)は実験的
に近距離場イメージングを使用して得られた。結合器フ
ァイバーのパワー モード サイズω=4.4umであ
る。エルビウム ドープ ファイバー増幅器のE r
”1度は、p=2x 10”m−3であるが、これは、
約50ppmのE rz Os濃度に相当する。η=0
.63であると測定された人力ファイバーリードとファ
イバー増幅器との間の結合比は2.0dB結合損失に対
応する。この結合損失は、増幅器ファイバーと結合器フ
ァイバーのモード包結線の間の非最適重複整数を与える
少しの整合ミスに起因する。え、=l、531umを中
心とする2、6nmのバンド幅(F W HM )を持
つ干渉フィルター35を通過した後、エルビウムドープ
ファイバー増幅器の出力は、増幅された信号をモニタ
ーするためにスペクトル計に送られるか、あるいは利得
の測定のためにパワー メタ−に送られる。
1umであり、開口数は0.23である。このω =3
umのl/ωパワー モードサイズ(半径)は実験的
に近距離場イメージングを使用して得られた。結合器フ
ァイバーのパワー モード サイズω=4.4umであ
る。エルビウム ドープ ファイバー増幅器のE r
”1度は、p=2x 10”m−3であるが、これは、
約50ppmのE rz Os濃度に相当する。η=0
.63であると測定された人力ファイバーリードとファ
イバー増幅器との間の結合比は2.0dB結合損失に対
応する。この結合損失は、増幅器ファイバーと結合器フ
ァイバーのモード包結線の間の非最適重複整数を与える
少しの整合ミスに起因する。え、=l、531umを中
心とする2、6nmのバンド幅(F W HM )を持
つ干渉フィルター35を通過した後、エルビウムドープ
ファイバー増幅器の出力は、増幅された信号をモニタ
ーするためにスペクトル計に送られるか、あるいは利得
の測定のためにパワー メタ−に送られる。
エルビウム ドープ ファイバー増幅器に発射されたポ
ンプ パワーPp″′の関数としての信号利得Gが第5
図に示される0図解される結果を得るために使用された
ファイバーは479mの長さを持つ、第5図の挿入は、
λ=1.493umにチューニングされたポンプによる
出カスベクトル及び螢光スペクトルのピークの周波数で
あるλ=1.531umの信号を図解する。ファイバー
増幅器トランスバレンシー(利得−0dB)がPp”=
6.5にて得られた。長いファイバー長に対してトラン
スバレンシーを達成するために要求される入カボンブ
パワーがファイバーに沿ってのポンプ減衰に起因する媒
体反転のために要求されるポンプ閾値よりも高いことは
、このファイバーが実際に低い反転閾値を持つことを示
す。
ンプ パワーPp″′の関数としての信号利得Gが第5
図に示される0図解される結果を得るために使用された
ファイバーは479mの長さを持つ、第5図の挿入は、
λ=1.493umにチューニングされたポンプによる
出カスベクトル及び螢光スペクトルのピークの周波数で
あるλ=1.531umの信号を図解する。ファイバー
増幅器トランスバレンシー(利得−0dB)がPp”=
6.5にて得られた。長いファイバー長に対してトラン
スバレンシーを達成するために要求される入カボンブ
パワーがファイバーに沿ってのポンプ減衰に起因する媒
体反転のために要求されるポンプ閾値よりも高いことは
、このファイバーが実際に低い反転閾値を持つことを示
す。
P、” =11.3mWの入力パワーにて、+25.2
dBの利得が達成された。これは、g=2.1±0.1
dB/mWの利得係数に相当する。これは、Appli
ed Phys、 Letters、 Vol。
dBの利得が達成された。これは、g=2.1±0.1
dB/mWの利得係数に相当する。これは、Appli
ed Phys、 Letters、 Vol。
54、 No、 5. (1989年)、ページ
295に、M、ナカザワ(M、Nakazawa)、
Y、 キムテ(Y。
295に、M、ナカザワ(M、Nakazawa)、
Y、 キムテ(Y。
Kimura)及びに、スズキ(K、 3uzuki)
によって開示される1、48umポンプ波長に対して現
在報告されてるg=0.39dB/mWと比較して劇的
な向上である。
によって開示される1、48umポンプ波長に対して現
在報告されてるg=0.39dB/mWと比較して劇的
な向上である。
+36.8±0.3dBの最大利得が53.6mW発射
ポンプ パワーにて達成されるが、これは、可視光線に
てポンプされたときのエルビウム ドープ ファイバー
増幅器に対して報告されている+35dBよりも少し高
く、また、0ptical Fiber Commun
ication Conference。
ポンプ パワーにて達成されるが、これは、可視光線に
てポンプされたときのエルビウム ドープ ファイバー
増幅器に対して報告されている+35dBよりも少し高
く、また、0ptical Fiber Commun
ication Conference。
1989年、テクニカル ダイジェスト シリーズ、P
D15−1に、K、 ハギモト(K、 Hagimo
to)らによって報告されている1、49umにてポン
プされたときの利得よりも約10dB高い。この向上は
、ファイバーの非常に低いポンプ閾値に起因するが、こ
れは、ポンプ モードの小さなサイズの結果である。
D15−1に、K、 ハギモト(K、 Hagimo
to)らによって報告されている1、49umにてポン
プされたときの利得よりも約10dB高い。この向上は
、ファイバーの非常に低いポンプ閾値に起因するが、こ
れは、ポンプ モードの小さなサイズの結果である。
λ3における理論ポンプ閾値PP1″は、以下の超越式
の解である。
の解である。
ここで、σ1及びσ、はそれぞれλ、における吸収及び
放射断面であり; η=exp(−a’/ω2)であり、ここで、a=ファ
イバーのコア径、ωは1/εXモードセンターの所の最
大強度に相当するモードの半径であシバ P” ==h
、−’ rt a’ /a、rであり、ここで、hp−
””ポンプ光子エネルギー σ、=ポンプ吸収断面、そ
してτ=’I13/2レベルの螢光寿命である。
放射断面であり; η=exp(−a’/ω2)であり、ここで、a=ファ
イバーのコア径、ωは1/εXモードセンターの所の最
大強度に相当するモードの半径であシバ P” ==h
、−’ rt a’ /a、rであり、ここで、hp−
””ポンプ光子エネルギー σ、=ポンプ吸収断面、そ
してτ=’I13/2レベルの螢光寿命である。
このファイバーに対して測定された螢光寿命及び断面を
使用することによって、つまり、τ=10ms、 a
、 (1,49um) =2x 10−26m。
使用することによって、つまり、τ=10ms、 a
、 (1,49um) =2x 10−26m。
a、(1,53um)=4x8xlO−25m2a、(
1,53um)−8xlxlO−”m2を使用すること
によって、ファイバー パラメータが式(1)Pp”
=1.35mWから得られるが、これは、エルビウム
ドープ ファイバー増幅器においてトランスバレンシー
を達成するために要求されるPp′h=6.5mWとト
ランスバレンシーがポンプがファイバーの入力端の所の
閾値より数倍高いことを要求するために一貫するもので
ある。こうして、PpLh=54mWの最大発射パワー
は比P 、In / P p′h〜40を持つ高度にポ
ンプされた状態を表わし、結果としてファイバーに対す
る高い利得が測定される。 Ppth=1. 3mW
よりもかなり低いポンプ閾値がパラメーターωの値を3
umよりも低い値、例えば、ファイバーの屈折率の差を
Δ。=0.03に増加し、ファイバーのコア径をa=1
.5umに減らすことによって達成される1、5umに
調節することによって得ることができることに注意する
。
1,53um)−8xlxlO−”m2を使用すること
によって、ファイバー パラメータが式(1)Pp”
=1.35mWから得られるが、これは、エルビウム
ドープ ファイバー増幅器においてトランスバレンシー
を達成するために要求されるPp′h=6.5mWとト
ランスバレンシーがポンプがファイバーの入力端の所の
閾値より数倍高いことを要求するために一貫するもので
ある。こうして、PpLh=54mWの最大発射パワー
は比P 、In / P p′h〜40を持つ高度にポ
ンプされた状態を表わし、結果としてファイバーに対す
る高い利得が測定される。 Ppth=1. 3mW
よりもかなり低いポンプ閾値がパラメーターωの値を3
umよりも低い値、例えば、ファイバーの屈折率の差を
Δ。=0.03に増加し、ファイバーのコア径をa=1
.5umに減らすことによって達成される1、5umに
調節することによって得ることができることに注意する
。
こうして、ポンプ閾値と導波路の特性との関係を記述す
る式(1)からポンプ閾値は、向上された効率を得るた
めには可能な限り低いことが要求されることが分かる。
る式(1)からポンプ閾値は、向上された効率を得るた
めには可能な限り低いことが要求されることが分かる。
第6図は本発明の原理に従うエルビウム ドープ ファ
イバ−増幅器の屈折率のプロットであるが、ここでは、
ファイバーが低ポンプ閾値を持つように設計される。中
央股部分36は、シングル モード ファイバーのエル
ビウム ドープコアの屈折率を表わし、両端38は、シ
ングルモード ファイバーのクラディングの屈折率を表
わす、光学ファイバーのコアはエルビウムを含み、コア
の屈折率はクラディングのそれよりも大きい、ファイバ
ーのポンプ モードの曲線42が一例として光ファイバ
ーの屈折率のプロット上に重ねて示される0式(1)の
結果に従うと、エルビウム ドープ ファイバーのコア
36の半径はファイバーのポンプ モードの半径に等し
いかこれより小さい、こうして、エルビウム ドープコ
アの半径がファイバーのポンプ モードの半径以下であ
るために、コア断面内のエルビウムの個々の原子は、実
質的にポンプ モードの等しいレベルの高強度部分にさ
らされる。エルビウムにて実質的に均一にドープされた
コアを持つ光フアイバー増幅器においては、高動作効率
がコアが1.8umの半径を持ち、コアの屈折率とタラ
ディングの屈折率との差が実質的に0.019であり、
ポンプのパワー モード サイズωが実質的に3umを
越えないときに得られる。
イバ−増幅器の屈折率のプロットであるが、ここでは、
ファイバーが低ポンプ閾値を持つように設計される。中
央股部分36は、シングル モード ファイバーのエル
ビウム ドープコアの屈折率を表わし、両端38は、シ
ングルモード ファイバーのクラディングの屈折率を表
わす、光学ファイバーのコアはエルビウムを含み、コア
の屈折率はクラディングのそれよりも大きい、ファイバ
ーのポンプ モードの曲線42が一例として光ファイバ
ーの屈折率のプロット上に重ねて示される0式(1)の
結果に従うと、エルビウム ドープ ファイバーのコア
36の半径はファイバーのポンプ モードの半径に等し
いかこれより小さい、こうして、エルビウム ドープコ
アの半径がファイバーのポンプ モードの半径以下であ
るために、コア断面内のエルビウムの個々の原子は、実
質的にポンプ モードの等しいレベルの高強度部分にさ
らされる。エルビウムにて実質的に均一にドープされた
コアを持つ光フアイバー増幅器においては、高動作効率
がコアが1.8umの半径を持ち、コアの屈折率とタラ
ディングの屈折率との差が実質的に0.019であり、
ポンプのパワー モード サイズωが実質的に3umを
越えないときに得られる。
第7図には、3dB利得圧縮を与える人力及び出力信号
飽和パワーが発射されるポンプ パワーの関数として示
される6図面は、ポンプが増加されると人力飽和パワー
P mat“0は減少し、出力飽和パワーP、。out
は増加することを示す。
飽和パワーが発射されるポンプ パワーの関数として示
される6図面は、ポンプが増加されると人力飽和パワー
P mat“0は減少し、出力飽和パワーP、。out
は増加することを示す。
P、、、”t= l l 、 3 d Bの出力飽和パ
ワーが最大利得G、、、=37.1 dBに対応する最
大可能放射ポンプ パワー、つまり、P、、′〜53.
6にて達成される。これは、光フアイバー通信会議、1
989年、テクニカル ダイジェスト シリーズ、PD
15−1 (アメリカ光学協会、ワシントン、D、C
,1988年)に、K、ハギモト(K、 IIagin
+otolらによって報告される値、Psat”’=+
2.5dBm、Gmax =26dB、と較べて劇的な
向上である。第4図に示される出力飽和パワーのレンジ
、つまり、P 、、tOIIL=+2.5dBmから+
11.3dBmは進行波半導体増幅器にて得られる結果
、つまり、PmaL。“1=+5dBmから+12.5
dBmに匹敵する。
ワーが最大利得G、、、=37.1 dBに対応する最
大可能放射ポンプ パワー、つまり、P、、′〜53.
6にて達成される。これは、光フアイバー通信会議、1
989年、テクニカル ダイジェスト シリーズ、PD
15−1 (アメリカ光学協会、ワシントン、D、C
,1988年)に、K、ハギモト(K、 IIagin
+otolらによって報告される値、Psat”’=+
2.5dBm、Gmax =26dB、と較べて劇的な
向上である。第4図に示される出力飽和パワーのレンジ
、つまり、P 、、tOIIL=+2.5dBmから+
11.3dBmは進行波半導体増幅器にて得られる結果
、つまり、PmaL。“1=+5dBmから+12.5
dBmに匹敵する。
明らかに、本発明に従って、1.49umレーザー ダ
イオード ポンプにて+30dBを越えるファイバー・
ファイバー利得を得ることが可能である。
イオード ポンプにて+30dBを越えるファイバー・
ファイバー利得を得ることが可能である。
第1図は非半導体4レベル システムに対するポピユレ
ーション反転及びレーシングを示すエネルギー レベル
図であり。 第2図は非半導体3レベル システムに対するポピユレ
ーション反転及びレーシングを示すエネルギー レベル
図であり: 第3図は先行技術による光学増幅器のポンプモードの強
度プロフィルのプロットの上に重ねられたエルビウム
ドープ ファイバーの屈折率のプロットを示す図であり
: 第4図はエルビウム ドープ ファイバー増幅器をテス
トするための構造の略図であり:第5図はえ、=1.5
31umにおける信号利(りのえ、=1.493umの
発射バンブ パワーの関数としてのプロットを示す図で
あり:第6図は本発明の原理に従うポンプ モードの強
度プロフィルのプロットの上に重ねられたエルビウム
ドープ ファイバーの屈折率のプロットを示す図であり
;そして 第7図は発射ポンプ パワーの関数としての入力及び出
力信号飽和パワーのプロットを示す図である。 2 6 8 − く主要部分の符号の説明〉 グレーティング ファラデー アイソレータ 結合器 FLG、5 FIG、7 0 発射ポンプパワー(mW) 0 0 0 0 発射ポンプパワー(mW)
ーション反転及びレーシングを示すエネルギー レベル
図であり。 第2図は非半導体3レベル システムに対するポピユレ
ーション反転及びレーシングを示すエネルギー レベル
図であり: 第3図は先行技術による光学増幅器のポンプモードの強
度プロフィルのプロットの上に重ねられたエルビウム
ドープ ファイバーの屈折率のプロットを示す図であり
: 第4図はエルビウム ドープ ファイバー増幅器をテス
トするための構造の略図であり:第5図はえ、=1.5
31umにおける信号利(りのえ、=1.493umの
発射バンブ パワーの関数としてのプロットを示す図で
あり:第6図は本発明の原理に従うポンプ モードの強
度プロフィルのプロットの上に重ねられたエルビウム
ドープ ファイバーの屈折率のプロットを示す図であり
;そして 第7図は発射ポンプ パワーの関数としての入力及び出
力信号飽和パワーのプロットを示す図である。 2 6 8 − く主要部分の符号の説明〉 グレーティング ファラデー アイソレータ 結合器 FLG、5 FIG、7 0 発射ポンプパワー(mW) 0 0 0 0 発射ポンプパワー(mW)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、クラディングによって包囲されたコアを持つシング
ルモード光ファイバー、及びポン プ波長のポンプ信号を生成するための手段を持つ光学増
幅器において、該コアがある分布プロフィルを持つ希土
類イオンにてドープされ、 該ポンプ波長が該希土類イオンの基底状態 をレーシング遷移の下側レベルとして持つ3レベルレー
シングシステムの上側ポン プレベルである励起状態に結合する能力を 持ち、該生成手段が光学的に該光ファイバーに結合され
、該光ファイバーの伝送モードが該ポンプ波長において
該コア内の該希土類イオンの該分布プロフィルの半径に
等しいかこれよりも大きな半径を持つことを特徴とする
光学増幅器。 2、該コア内の該希土類イオンの該分布プロフィルが1
.9umよりも小さな半径を持つことを特徴とする請求
項1に記載の光学増幅器。 3、該希土類イオンがエルビウムから成ることを特徴と
する請求項1に記載の光学増幅器。 4、該ポンプ信号の該モードの半径が3umを越えない
ことを特徴とする請求項2に記載の光学増幅器。 5、該ファイバーのドープされたコアが1.0umから
1.8umのレンジ内の半径を持ち、 ファイバー屈折率の差が0.04から0.19の間であ
ることを特徴とする請求項4に記載の光学増幅器。 6、該ファイバーのドープされたコアが実質的に1.8
umの半径を持ち、コアの該ク ラディングとの屈折率の差が実質的に0.019である
ことを特徴とする請求項5に記載の光学増幅器。 7、該ファイバーが下側限界0.2及び上側限界0.3
5を持つレンジ内の開口数を持つことを特徴とする請求
項5に記載の光学増幅 器。 8、該ファイバーの開口数が実質的に、0.23である
ことを特徴とする請求項7に記載の光学増幅器。 9、該ファイバーのモード寸法が1.5umの下側限界
及び3umの上側限界を持つレンジ内であることを特徴
とする請求項3に記載の光学増幅器。 10、該光学ファイバーが実質的に1.46−1.49
umの吸収バンド内のポンプエネルギーを受けるように
結合されることを特徴とする請求項9に記載の光学増幅
器。 11、該生成手段のパワーモードサイズの半径が1.5
umに等しいかこれより小さいことを特徴とする請求項
10に記載の光学増幅器。 12、該コアがガラスホストであることを特徴とする請
求項11に記載の光学増幅器。 13、該ガラスホストコアがシリカであり、エルビウム
に加えてコアの屈折率を上げるためにドーパントが使用
されることを特徴とする請求項12に記載の光学増幅器
。 14、該コア内の屈折率を上げるためのドーパントが重
要な成分としてアルミニウムを含むことを特徴とする請
求項13に記載の光学増幅器。 15、出力パワーが最高11dBmまでポンプパワーの
増加と正比例して増加することを特徴とする請求項7に
記載の光学増幅器。 16、光学信号を増幅するための方法において、該方法
が クラディングにて包囲されたコアを持つシ ングルモード光ファイバーにポンプ信号を 加えるポンプ波長のポンプ信号を生成するステップを含
み、該コアがある分布プロフィルを持つ希土類イオンに
てドープされ、該ポンプ波長が該希土類イオンの基底状
態を該基底状態をレーシング遷移の下側レベルとして持
つ3レベルレーシングシステムの上側ポ ンプレベルである励起状態に結合する能力 を持ち、該方法がさらに 該光ファイバーの伝送モードを該ポンプ波 長において該コア内の該希土類イオンの該分布プロフィ
ルの半径に等しいかこれよりも大きな半径を持つように
するステップ、及び 該シングルモード光ファイバーに増幅の ために光学信号を加えるステップを含むことを特徴とす
る方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US07/441,495 US5005175A (en) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | Erbium-doped fiber amplifier |
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---|---|
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---|---|
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