JPH03283687A

JPH03283687A - 広帯域ファイバレーザ媒質及びこれを用いた光増幅器

Info

Publication number: JPH03283687A
Application number: JP8459590A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Sugawa; 智規須川; Yoshiaki Miyajima; 宮島　義昭; Tetsuo Komukai; 哲郎小向
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-13
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2756510B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する技術分野）本発明は光フアイバ型の発光素子として用いられるファ
イバレーザ媒質及びこれを用いた光増幅器に関するもの
である。

（従来の技術および問題点）光通信システムは他の通信システムと異なり、中継距離
を長くとれ、電磁誘導対策が不要であり、高密度な情報
を速く伝播できる等多くの利点を有しているため通信シ
ステムとしてその地位を確立しつつある。近年において
は光通信システムの高性能化である長距離化、大容量化
をめざし、光フアイバ自体のコア及びクラッドの材料開
発、並びに発光受光素子、光増幅器等の光素子の開発が
盛んに進められている。

ところで現在実用化されている光フアイバ通信システム
においては光ファイバの損失による光信号の減衰を補償
するために一定距離毎に中継器を挿入しているが、そこ
では光信号をフォトダイオードにより電気信号に変換し
て、電子増幅器により信号を増幅した後、半導体レーザ
等により光信号に変、換し、光フアイバ伝送路に再び送
り出す。

そこで光信号を電気信号に変換せず光のまま増幅するＥ
ｒドープ石英ファイバ増幅器が開発された。

Ｅｒドープ石英ファイバ増幅器は励起光により高いエネ
ルギ準位に励起された光フアイバ中のＥｒ原子に信号光
が入ってくると誘導放出が生じ信号光のパワーが光ファ
イバに沿って次第に大きくなるものである。この増幅器
では鋭く高い利得を有する１、５３５μｍと低い利得だ
が帯域のやや広い１．５５２μｍに利得のピークが存在
する。ピーク利得の３ｄＢ減の波長幅で定義される増幅
帯域は１．５３５μｍ、１．５５２μｍにおいてそれぞ
れ３〜５ｎｍ、１０ｎｍであり、ＷＤＭ（Ｗａｖｅ　Ｄ
ｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　）等の応用
を考えた場合、増幅帯域の狭いことが問題である。した
がって、広い増幅帯域にわたり、高い増幅特性を示す光
増幅器を開発する必要があり、その実現が要望されてい
る。

さらにまたＥｒドープ石英ファイバ光増幅器ではＥｒを
高濃度にドープしていくとクラスタ化が起こり、増幅特
性の劣化が起こる。このためＥｒドープ石英ファイバ光
増幅器では媒質中のＥｒ濃度を数１０ｐｐｍ程度に抑え
、媒質であるファイバの長さを数１０ｍにして大きな利
得を得ている。

しかしながらファイバが数１０ｍもあると実用に際しコ
ンパクト化が難しく、中継器等に挿入した場合を考える
とできるだけ小さい方が望ましい。

したがって、広い増幅帯域、大きな利得を有するのみな
らず短い媒質長でコンパクトに作られた光増幅器を開発
する必要があり、その実現が要望されている。

（発明の目的）本発明の目的は、レーザ光の発振波長が１．５〜１．６
μｍであり、しかも光フアイバ形状を有するファイバレ
ーザ媒質及びそれを用いたコンパクトな広帯域光増幅器
を提供することにある。

（発明の構成）本発明者らは、上記問題点を解決するものとして、Ｅｒ
をＥｒ３＋として含有したフッ化物ガラスファイバをレ
ーザ媒質として用いると広い波長域で光を発振でき、し
かも光ファイバとの接続が容易で広帯域な光増幅器とし
ても使用できることを見い出した。

さらにフッ化物ガラスファイバのＥｒ固溶限が石英ガラ
スファイバより大きいことにより、クラスタ化が抑えら
れ、その結果短くコンパクトな光増幅器が実現できるこ
とを見い出した。

すなわち、本発明に従うとコア部がＥｒ３＋を含有し、
赤外波長の発振光を得ることを特徴とするフッ化物ガラ
スファイバレーザ媒質が提供される。

さらに本発明に従うと光信号を伝播する手段と励起光を
伝播する手段と該光信号及び励起光を伝播する手段に接
続する光学的合波器と増幅媒体である光ファイバとを具
備する光増幅器であり、該光ファイバはコア部がＥｒ３
＋を含有し、赤外波長の光を増幅させることを特徴とす
る光増幅器が提供される。

本発明においてファイバレーザ媒質に含有するＥｒはフ
ァイバ中においてＥｒ３＋の形で存在し、Ｅｒ３＋の３
準位系の電子励起状態間の遷移に基づいて赤外線レーザ
発振をさせることを目的とするものである。Ｅｒ３＋濃
度は、好ましくは１ｍｏ１％以下であるのがよい、１ｍ
ｏ１％を越えると、ファイバ媒質の特性が劣化するから
である。

本発明において、ファイバレーザ媒質としてはたとえば
ＺｒＦ４−Ｂａ　　Ｆ２−ＬａＦ３−Ａｌ　Ｆ　３等の
フッ化物ガラス等の材料を主成分とする光ファイバを使
用する。

本発明に従うファイバレーザ媒質としてはファイバに前
記のＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−ＡｌＦ３系フッ化
物ガラスを主成分として使用する場合は、好ましくはＺ
ｒＦ４＝５０〜５８ｍｏ１％、ＢａＦ２＝３３〜３６ｍ
ｏ１％、ＬａＦ３＝３〜６ｍｏ　１％、ＡＩＦ３＝２〜
５ｍｏ１％及びＥｒＦ３＝１００００Ｐｐｍ　（１ｍｏ
１％）以下であるのがよい、この組成範囲を逸脱すると
優れた特性がでにくい恐れあるがらである。

また同ガラス材料をファイバにする際にファイバの形状
はコア径、クラツド径がそれぞれ５．５〜１１μｍ、１
２５μｍであるのがよい、上記範囲を逸脱すると、ファ
イバ媒体としての特性が悪化する恐れがある。

また、カットオフ波長が１．４５μｍであるファイバが
好適である。

本発明の赤外線ファイバレーザ媒質を用いたファイバレ
ーザの発振方法としてはファイバレーザ媒質をレーザ発
振波長λがＬ＝（λ／２）ｎを満足するような所定の長
さしに切断し、この両断面に反射率が９０％程度になる
ようにＡｕ、Ａｇ、ＡＩ等を蒸着し、その両方の蒸着量
を制御してハーフミラ−とし、レーザ出力部を構成する
。このファイバを固定し、ハーフミラ−を介してファイ
バの軸方向から励起光を照射してレーザ発振させること
ができる。励起光としては１．４８μｍに発光帯を有す
るＧａＩｎＡｓＰ高出力半導体レーザまたは０．９８μ
ｍに発光帯を有するＩ　ｎＧａＡｓ高出力半導体レーザ
が用いられる。

また、以上説明したファイバレーザ媒質は光増幅器とし
て使用できる。光増幅器として使用するには励起光を照
射しておきレーザ媒質に該レーザ媒質の発振波長と同じ
波長の光信号を入射すればよい。

この際、光信号は反転分布の生じているレーザ媒質中を
誘導放出現象を伴いながら通過するため、該光信号と同
じ波長の光を発生させる。このためレーザ媒質から増幅
した信号を取り出すことができる。このときレーザ媒質
としてフッ化物ガラス材料にＥｒをドープしている点が
従来の石英ガラスにＥｒをドープした光増幅器と異なる
。フッ化物ガラス材料は石英ガラスよりも材料物性的に
、Ｅｒ原子を多く固溶することができ、従って石英ガラ
スよりも単位長さ当たりのＥｒ濃度を大きくすることが
可能である。そのため石英ガラスファイバで問題となっ
ているＥｒｆｉ度を上げられないことにより長くファイ
バを使用せざるを得ないという問題が解決できる。すな
わちＥｒドープ石英ファイバ光増幅器よりも、より小型
化が期待される。

さらにフッ化物ガラスは多成分ガラスであり、ドープさ
れたＥｒ原子は母材から受ける結晶場の影響が複雑であ
るためＥｒ原子の有するエネルギ準位に広がりを生じる
。その結果発光スペクトルがＥｒドープ石英ガラスの場
合より広がり増幅帯域も広くとることができる。このた
め増幅媒体から増幅した信号を広い帯域にわたり取り出
すことができる。

（実施例１）ＺｒＦ４＝５７ｍｏ　１％、ＢａＦ２＝３４ｍｏ１％、
Ｌ　ａＦ　３＝５　ｍｏ　１％、ＡＩＦ３＝４ｍｏ１％
及びＥｒＦ３＝　１０００ｐ　ｐｍのファイバーレーザ
媒質を同ガラス材料を約１ｍの長さとなるように切断し
た。ファイバにする際にファイバの形状はコア径、クラ
ツド径がそれぞれ６．５μｍ、１２５μｍとし、コア部
とクラッド部との比屈折率差が０．５％で、かつカット
オフ波長が１．４５μｍとした。

ファイバレーザ媒質を切断の際ファイバの長軸に対して
垂直な切断面が得られるように切断した。

そして両端面にＡｕ、Ａｇ、ＡＩのいずれかを反射率が
少なくとも約９０％になるように蒸着させ、一方蒸着量
を制御してハーフミラ−とし、他方を全反射ミラーとし
てレーザ発振に必要な共振器を作製した。

第１図はこのようにして得られた本発明のファイバレー
ザ媒質を使用したレーザ装置の構成を示す、ファイバレ
ーザ媒質１の一端に励起光源２として発振波長１．４８
μｍのＧａＩｎＡｓＰまたは発振波長０．９８μｍのＩ
　ｎＧａＡｓの高出力半導体レーザを備える。この際レ
ーザ発振強度が最大となるように半導体レーザを配置す
る。

上記のように半導体レーザ２がら照射することでファイ
バレーザ媒質ｌ中のＥｒ３＋　が励起され、輻射を伴っ
た遷移で発光する。その発光スペクトルのうち、共振器
長、すなわちハーフミラ−及び全反射ミラーの間隔で決
定される関係や満足する波長だけが選択的に増幅され、
レーザ発振し、ハーフミラ−を通してレーザ出力される
。

（実施例２）次に実施例１で得られている本発明のファイバレーザ媒
質を使用した光増幅器を説明する。

第２図は本発明の光増幅器の一具体例を示す概略図であ
る。

図示の装置は光信号であるレーザ光（光信号）６を伝送
する光ファイバ５とレーザ媒質１を励起する励起光源用
半導体レーザ２と励起光を伝送するための光ファイバ４
と、それらの光ファイバ４．５を結合する合波器３と、
該合波器３の末端に当接した本発明のファイバレーザ媒
質１とを備えるものである。また光信号であるレーザ光
６は本発明のファイバレーザ媒質１により発振するレー
ザ光と同じ波長のレーザ光である。また励起光２は本発
明のフッ化物ガラスレーザ媒質１を励起するための光源
である。

このような光増幅器を用いて光信号を増幅するためには
、まずレーザ光２を光ファイバ４を通して合波器３に入
力し、レーザ媒質１が反転分布を生じるようにレーザ光
２の出力を増加する。レーザ媒質１が反転分布する強度
にしておき、光信号を光ファイバ５を通して合波器３に
入力する。このような操作により、レーザ媒質１の末端
から増幅された光信号を取り出すことができる。このと
き各信号波長に対しての該光増幅器を用いた利得特性を
第３図に示されている。

第３図において、信号光（””＝−２２ｄＢｍ）で、３
６ｍＷ（符号ａ）および５５ｍＷ（符号ｂ）の二種、信
号光（”’Ｑ　＝　−２８ｄ　Ｂ　ｍ　）で、５５ｍＷ
（符号Ｃ）の合計三種の測定を行なった結果を示してい
る。

ベースに石英系ファイバを用いた場合、１．５μｍ〜１
．６μｍ帯における増幅帯域が、１．５３０μｍの利得
値の３ｄＢ減での値開の波長間隔で定義されるとすると
、１０ｎｍ程度であるが、本実施例では、いずれも約４
０ｎｍと広いことが注目されている。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のファイバレーザ媒質は光
フアイバ用発光素子であり、光ファイバとの接続も容易
である。

また本発明のファイバレーザ媒質は光ファイバの中継点
で連結して光増幅器としても利用することができるため
非常に有用である。

さらに本発明による光フアイバ型増幅器は従来のＥｒド
ープ石英ファイバ光増幅器に比べて広い帯域を有してお
り、例えばＷＤＭシステム等に挿入された光増幅器とし
て非常に有用なものである。

また本発明のファイバレーザ媒質は石英ガラス材料と異
なりフッ化物ガラス材料であるためＥｒ原子濃度を大き
くすることができ、そのため媒質長も短くすることがで
きるので小型、コンパクトな光増幅器が作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ媒質を使用してレーザ装置を構
成したー具体例、第２図は本発明の光増幅器の一例の概
略図、第３図は本発明の光増幅器の光増幅特性である。１・・・ファイバレーザ媒質、２・・・半導体レーザ（
励起光）、３・・　・合波器、４，５・・・光ファイバ
、６・・・レーザ光。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フッ化物ガラスのコア部とこのコア部周囲に設け
られたフッ化物ガラスのド部を有するファイバレーザ媒
質において、前記コア部がＥｒ＾３＾＋を含有し、赤外波長の発振光を得ることを
特徴とするファイバレーザ媒質。
（２）光信号を伝播する手段と励起光を伝播する手段と
該光信号及び励起光を伝播する手段に接続する光学的合
波器と増幅媒体である光ファイバとを具備する光増幅器
であって、該光ファイバはコア部がＥｒ＾３＾＋を含有
し、赤外波長の発振光を得ることを特徴とする光増幅器
。