JPH04161930A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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- JPH04161930A JPH04161930A JP2287831A JP28783190A JPH04161930A JP H04161930 A JPH04161930 A JP H04161930A JP 2287831 A JP2287831 A JP 2287831A JP 28783190 A JP28783190 A JP 28783190A JP H04161930 A JPH04161930 A JP H04161930A
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、光ファイバ増幅器に関する。より詳細には、
光信号を光電変換せずに直接増幅する増幅器で、希土類
元素を添加したガラスから作製される光ファイバを用い
た光ファイバ増幅器に関するものである。
光信号を光電変換せずに直接増幅する増幅器で、希土類
元素を添加したガラスから作製される光ファイバを用い
た光ファイバ増幅器に関するものである。
従来の技術
希土類元素を添加したガラスは、良質なレーザ媒質とな
ることが知られている。中でもEr (エルビウム)を
添加したガラスは、1.5μm帯において増幅機能を有
する。1.5μm帯では、石英系光ファイバの損失が最
低になるので、8rを添加したガラスを用いた光ファイ
バは、光ファイバ増幅器として使用が検討されている。
ることが知られている。中でもEr (エルビウム)を
添加したガラスは、1.5μm帯において増幅機能を有
する。1.5μm帯では、石英系光ファイバの損失が最
低になるので、8rを添加したガラスを用いた光ファイ
バは、光ファイバ増幅器として使用が検討されている。
第1図に光ファイバ増幅器の概念図を示す。第1図の光
ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したガラス系光フ
ァイバ1と、励起光Rを発振する半導体レーザ2と、半
導体レーザ2から出射した励起光Rを光ファイバ1に誘
導するためのレンズ6およびミラー7と、光ファイバ1
から出射する光から励起光Rを分離するフィルタ8とを
具備する。
ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したガラス系光フ
ァイバ1と、励起光Rを発振する半導体レーザ2と、半
導体レーザ2から出射した励起光Rを光ファイバ1に誘
導するためのレンズ6およびミラー7と、光ファイバ1
から出射する光から励起光Rを分離するフィルタ8とを
具備する。
上記の光ファイバ増幅器では、信号光Sとともに励起光
Rが光ファイバ1に入射し、信号光Sは光ファイバ1内
を進行するに連れて増幅される。
Rが光ファイバ1に入射し、信号光Sは光ファイバ1内
を進行するに連れて増幅される。
光ファイバ1から出射した光は、フィルタ8で励起光R
が分離される。
が分離される。
第6図を参照して上記の光ファイバ増幅器の原理を説明
する。第6図は、上記の光ファイバ1に、Erを添加し
たガラス系の光ファイバを使用し、信号光Sの波長が1
.55μmで、励起光Rとして波長1.48μmのレー
ザ光を使用した場合のエネルギ準位の概念図である。
する。第6図は、上記の光ファイバ1に、Erを添加し
たガラス系の光ファイバを使用し、信号光Sの波長が1
.55μmで、励起光Rとして波長1.48μmのレー
ザ光を使用した場合のエネルギ準位の概念図である。
第6図に示すよう、光ファイバ1中のEr原子は、励起
光Rによって高いエネルギー準位に励起されている。光
ファイバ1中に信号光Sが入射されると誘導放出現象が
起こり、信号光Sのパワーは、光ファイバ1中を進行す
るに従い、しだいに太きくなる。即ち、信号光Sは光フ
ァイバ1中で増幅される(Oplus E、 No、
113. pp75〜g2(1989))。
光Rによって高いエネルギー準位に励起されている。光
ファイバ1中に信号光Sが入射されると誘導放出現象が
起こり、信号光Sのパワーは、光ファイバ1中を進行す
るに従い、しだいに太きくなる。即ち、信号光Sは光フ
ァイバ1中で増幅される(Oplus E、 No、
113. pp75〜g2(1989))。
上記の励起光としては、Er原子が吸収をもついくつか
の波長の光が提案されているが、実用的な高出力半導体
レーザが得られる1、48μm帯が現在量も有効とされ
ている(Appl、Phys、 Lett、 Vol、
54゜No、4 pp295〜297 )。
の波長の光が提案されているが、実用的な高出力半導体
レーザが得られる1、48μm帯が現在量も有効とされ
ている(Appl、Phys、 Lett、 Vol、
54゜No、4 pp295〜297 )。
また、上記の光ファイバ増幅器を用いた伝送実験も行な
われており、1.8Gb/sで250kmの伝送実験も
成功している(電子情報通信学会光通信システム研究会
0C389−3>。
われており、1.8Gb/sで250kmの伝送実験も
成功している(電子情報通信学会光通信システム研究会
0C389−3>。
発胡が解決しようとする課題
上記の[lir添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅
器は、利得が最大となる波長1.535μmおよび1.
55μm付近での帯域が、各々わずか2nmおよび4n
mと非常に狭い欠点があった。
器は、利得が最大となる波長1.535μmおよび1.
55μm付近での帯域が、各々わずか2nmおよび4n
mと非常に狭い欠点があった。
また、波長1.55μmで運用されている分散シフトフ
ァイバを用いた監視方法として波長1.65μmでのフ
ァイバの曲げ損失を利用することも提案されている(荒
用他、IWSC’89flρ88〜93)が、Er添加
光ファイバは、1.6〜1.7μm帯で増幅機能を持た
ないという問題点もある。
ァイバを用いた監視方法として波長1.65μmでのフ
ァイバの曲げ損失を利用することも提案されている(荒
用他、IWSC’89flρ88〜93)が、Er添加
光ファイバは、1.6〜1.7μm帯で増幅機能を持た
ないという問題点もある。
このような1.5〜1.7μm帯で増幅機能を有する可
能性がある希土類元素としては、Tm (ツリウム)、
Pr(プラセオジウム)が挙げられる。しかしながら、
従来のTmまたはPrを添加したガラス系光ファイバを
使用した光ファイバ増幅器では、励起光発振手段として
Arレーザを用いており、実用的ではない(Journ
al of Lightwave Technolog
y。
能性がある希土類元素としては、Tm (ツリウム)、
Pr(プラセオジウム)が挙げられる。しかしながら、
従来のTmまたはPrを添加したガラス系光ファイバを
使用した光ファイバ増幅器では、励起光発振手段として
Arレーザを用いており、実用的ではない(Journ
al of Lightwave Technolog
y。
Vol 6. No、2. P、 287〜293.
(1988) )。
(1988) )。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
た帯域が広く、実用性の高い光ファイバ増幅器を提供す
ることにある。
た帯域が広く、実用性の高い光ファイバ増幅器を提供す
ることにある。
課題を解決するための手段
本発明に従うと、信号光が入射する希土類元素を添加し
たガラス系光ファイバと、該光ファイバに入射して前記
希土類元素を励起する励起光を発振する半導体レーザと
、前記励起光を前記半導体レーザから前記光ファイバに
入射するよう誘導する光学手段とを具備する光ファイバ
増幅器において、前記光ファイバが、Tmを添加したガ
ラス系光ファイバであり、励起するTmイオンのエネル
ギ準位が384であることを特徴とする光ファイバ増幅
器が提供される。上記本発明の光ファイバ増幅器におい
ては、半導体レーザから発振される励起光の波長が、0
.76〜0.81μmであることが好まし7い。
たガラス系光ファイバと、該光ファイバに入射して前記
希土類元素を励起する励起光を発振する半導体レーザと
、前記励起光を前記半導体レーザから前記光ファイバに
入射するよう誘導する光学手段とを具備する光ファイバ
増幅器において、前記光ファイバが、Tmを添加したガ
ラス系光ファイバであり、励起するTmイオンのエネル
ギ準位が384であることを特徴とする光ファイバ増幅
器が提供される。上記本発明の光ファイバ増幅器におい
ては、半導体レーザから発振される励起光の波長が、0
.76〜0.81μmであることが好まし7い。
作用
本発明の光ファイバ増幅器は、Tmを添加したガラス系
光ファイバを使用し、発振波長0.8μm付近の半導体
レーザを励起光発振手段として使用可能としたところに
その主要な特徴がある。
光ファイバを使用し、発振波長0.8μm付近の半導体
レーザを励起光発振手段として使用可能としたところに
その主要な特徴がある。
第7図に釦原子のエネルギー準位を示す(オーム社刊
レーザ・ハンドブックより)。1.5 μm帯の遷移は
3H,→3F4にあたり、Tmを添加したガラス系光フ
ァイバを用いて、1.5 μm帯での増幅を実現するに
はTm原子のエネルギー準位を励紀元により384以上
の高い準位に励起することが必要である。
レーザ・ハンドブックより)。1.5 μm帯の遷移は
3H,→3F4にあたり、Tmを添加したガラス系光フ
ァイバを用いて、1.5 μm帯での増幅を実現するに
はTm原子のエネルギー準位を励紀元により384以上
の高い準位に励起することが必要である。
本発明者等の実験結果によると、Tmを添加したガラス
系光ファイバは、第5図に示す損失波長特性を有する。
系光ファイバは、第5図に示す損失波長特性を有する。
それによると、Tmを添加したガラス系光ファイバには
、0.68.0.78.1.21.1.56μm付近を
中心に、各々基準準位3H6から3F2 ・3F3.3
H4,3H5,3F、への遷移に対応する吸収が見られ
る。中でも0.78μm付近の吸収は、1.5〜1.7
μm帯の増幅を実現するための3H。
、0.68.0.78.1.21.1.56μm付近を
中心に、各々基準準位3H6から3F2 ・3F3.3
H4,3H5,3F、への遷移に対応する吸収が見られ
る。中でも0.78μm付近の吸収は、1.5〜1.7
μm帯の増幅を実現するための3H。
以上の準位への励起が可能なばかりではなく、他の吸収
線に比べ吸収が大きく大きな励起効率が期待できる。ま
た、安価でかつ実用的な高出力な半導体レーザが容易に
入手できるなどの利点がある。
線に比べ吸収が大きく大きな励起効率が期待できる。ま
た、安価でかつ実用的な高出力な半導体レーザが容易に
入手できるなどの利点がある。
従って、本発明の光ファイバ増幅器では、0.78μm
に近い0゜8μm帯で発振する半導体レーザを励起光発
振手段に使用可能である。この半導体レーザとしては、
例えばAlGaAs半導体レーザが使用できる。上記の
半導体レーザの出力は、できるだけ大きいことが好まし
い。その理由は、励起光のエネルギが大きいほど大きな
反転分布が形成され、より高い利得が得られるためであ
る。
に近い0゜8μm帯で発振する半導体レーザを励起光発
振手段に使用可能である。この半導体レーザとしては、
例えばAlGaAs半導体レーザが使用できる。上記の
半導体レーザの出力は、できるだけ大きいことが好まし
い。その理由は、励起光のエネルギが大きいほど大きな
反転分布が形成され、より高い利得が得られるためであ
る。
一方、Erを添加したガラス系光ファイバも、0.8μ
m帯の半導体レーザで励起可能ではあるが、ES A
(Excited 5tate Absorption
)という現象が起こり、充分な利得が得られない。第8
図を参照してESAを説明する。Erの場合、0.8μ
m帯の励起光でエネルギ準位 113/□に励起された
原子が、さらに励起光によりエネルギ準位”H1+/□
まで励起され、そのためにエネルギ準位’l137□の
原子が減少する。エネルギ準位’I+3/2のEr原子
は、利得に関わっているため減少すると、大きな反転分
布が形成されず、充分な利得が得られない。
m帯の半導体レーザで励起可能ではあるが、ES A
(Excited 5tate Absorption
)という現象が起こり、充分な利得が得られない。第8
図を参照してESAを説明する。Erの場合、0.8μ
m帯の励起光でエネルギ準位 113/□に励起された
原子が、さらに励起光によりエネルギ準位”H1+/□
まで励起され、そのためにエネルギ準位’l137□の
原子が減少する。エネルギ準位’I+3/2のEr原子
は、利得に関わっているため減少すると、大きな反転分
布が形成されず、充分な利得が得られない。
従って、本発明の光ファイバ増幅器では、0.8 μm
帯の励起光でこのような現象の起こらないTmを使用す
る。
帯の励起光でこのような現象の起こらないTmを使用す
る。
また、本発明の光ファイバ増幅器に使用するガラス系光
ファイバは、石英系光ファイバ・フッ化物光ファイバ・
多成分光ファイバ等である。そして、Tm添加量は、例
えば石英系光ファイバの場合11000pp程度以下が
好ましい。これは、Tmの添加量が多過ぎると会合等を
生じ、濃度消光と呼ばれる利得の劣化を引き起こすため
である。
ファイバは、石英系光ファイバ・フッ化物光ファイバ・
多成分光ファイバ等である。そして、Tm添加量は、例
えば石英系光ファイバの場合11000pp程度以下が
好ましい。これは、Tmの添加量が多過ぎると会合等を
生じ、濃度消光と呼ばれる利得の劣化を引き起こすため
である。
さらに、本発明の光ファイバ増幅器では、一定の励起光
のもとでは最大利得を与える最適ファイバ長が存在する
。これは、第5図に示したように、Tm添加光ファイバ
には、利得を有する1、5μm帯での損失があるため、
光ファイバ長が長くなり過ぎて励起光が弱まると、得ら
れる利得より損失の方が大きくなるたtである。この最
適ファイバ長は、Tm添加濃度が高いほど短くなる。
のもとでは最大利得を与える最適ファイバ長が存在する
。これは、第5図に示したように、Tm添加光ファイバ
には、利得を有する1、5μm帯での損失があるため、
光ファイバ長が長くなり過ぎて励起光が弱まると、得ら
れる利得より損失の方が大きくなるたtである。この最
適ファイバ長は、Tm添加濃度が高いほど短くなる。
以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
実施例
本発明の光ファイバ増幅器に使用する光ファイバを作製
した。作製した光ファイバの屈折率分布を第2図に、第
1表にその諸元を示す。
した。作製した光ファイバの屈折率分布を第2図に、第
1表にその諸元を示す。
作製した光ファイバのコアは、純石英にTmのみを添加
し、クラッドにはフッ素を添加して比屈折率差を形成し
た。比屈折率差は0.64%、コア直径5.1pm、T
m濃度は310 ppmである。
し、クラッドにはフッ素を添加して比屈折率差を形成し
た。比屈折率差は0.64%、コア直径5.1pm、T
m濃度は310 ppmである。
第1表
この光ファイバの1.5〜1.7 μm帯での増幅の可
能性を確認するため以下の実験を行なった。励起光によ
り高いエネルギー単位に励起されたTm原子は信号光が
存在しないときには、蛍光と呼ばれる準位間の遷移に対
応する自然放出光を発生する。
能性を確認するため以下の実験を行なった。励起光によ
り高いエネルギー単位に励起されたTm原子は信号光が
存在しないときには、蛍光と呼ばれる準位間の遷移に対
応する自然放出光を発生する。
0.78μm付近で発振する半導体レーザでTm原子を
励起し、1.5〜1.7μm帯で蛍光が確認されれば、
1.5〜1.7μm帯の増幅が可能となる。
励起し、1.5〜1.7μm帯で蛍光が確認されれば、
1.5〜1.7μm帯の増幅が可能となる。
第3図に、上記の蛍光(より具体的には増幅された自然
放出光(ASE :Amplified Sponta
neousEmission))の測定装置を示す。波
長0.792μmで発振する半導体レーザ2の出力光を
レンズ6で集光し、Tm添加光ファイバ1に入射してそ
の出力光を光スペクトラム・アナライザ10で分光観測
した。
放出光(ASE :Amplified Sponta
neousEmission))の測定装置を示す。波
長0.792μmで発振する半導体レーザ2の出力光を
レンズ6で集光し、Tm添加光ファイバ1に入射してそ
の出力光を光スペクトラム・アナライザ10で分光観測
した。
Tm添加光ファイバ1のファイバ長は0.9m、レーザ
光のファイバ内人力は約5mWであった。第4図に出力
光の波長依存性を示す。第4図に示すよう、T+y+添
加光ファイバ1からは1.4〜1,8 μm帯にかけ幅
広い波長範囲で蛍光が確認され、広帯域な増幅が可能で
ある。
光のファイバ内人力は約5mWであった。第4図に出力
光の波長依存性を示す。第4図に示すよう、T+y+添
加光ファイバ1からは1.4〜1,8 μm帯にかけ幅
広い波長範囲で蛍光が確認され、広帯域な増幅が可能で
ある。
さらに、Tmを伝搬する光パワーの密度がより高いコア
中心部分のみに添加すれば、大きな利得が期待できる。
中心部分のみに添加すれば、大きな利得が期待できる。
発明の効果
以上、説明したように本発明に従うと、実用的て広帯域
な増幅が実現できる光ファイバ増幅器が提供される。
な増幅が実現できる光ファイバ増幅器が提供される。
本発明の光ファイバ増幅器は1.5〜1.7 μn〕帯
での波長多重信号の一括増幅や運用ンステムの監視に用
いると効果的である。 また、ファイバ・レーザにする
ことにより半導体レーザでは容易に得られない波長例え
ば1.6〜1.8 μm帯の光源を得ることも可能であ
る。
での波長多重信号の一括増幅や運用ンステムの監視に用
いると効果的である。 また、ファイバ・レーザにする
ことにより半導体レーザでは容易に得られない波長例え
ば1.6〜1.8 μm帯の光源を得ることも可能であ
る。
第1図は、光ファイバ増幅器の概念図であり、第2図は
、本実施例で作製した光ファイバ増幅器に使用されるT
m添加光ファイバの屈折率分布を示す図であり、 第3図は、第2図の光ファイバの蛍光測定装置の概略図
であり、 第4図は、第3図の装置で測定された第2図の光ファイ
バの出力光強度の波長依存性を示すグラフであり、 第5図は、Tm添加光ファイバの損失の波長依存性を示
すグラフであり、 第6図は、Erを添加した光ファイバ増幅器におけるエ
ネルギー準位の概念図であり、 第7図は、Tm原子のエネルギー準位の概念図であり、 第8図は、Erを添加した光ファイバ増幅器におけるE
SA現象を説明するためのエネルギー準位の概念図であ
る。 〔主な参照番号〕 1・・・希土類添加光ファイバ、 2・・・半導体レーザ、 6・・・レンズ、 7・・・ミラー、 8・・・フィルタ
、本実施例で作製した光ファイバ増幅器に使用されるT
m添加光ファイバの屈折率分布を示す図であり、 第3図は、第2図の光ファイバの蛍光測定装置の概略図
であり、 第4図は、第3図の装置で測定された第2図の光ファイ
バの出力光強度の波長依存性を示すグラフであり、 第5図は、Tm添加光ファイバの損失の波長依存性を示
すグラフであり、 第6図は、Erを添加した光ファイバ増幅器におけるエ
ネルギー準位の概念図であり、 第7図は、Tm原子のエネルギー準位の概念図であり、 第8図は、Erを添加した光ファイバ増幅器におけるE
SA現象を説明するためのエネルギー準位の概念図であ
る。 〔主な参照番号〕 1・・・希土類添加光ファイバ、 2・・・半導体レーザ、 6・・・レンズ、 7・・・ミラー、 8・・・フィルタ
Claims (2)
- (1)信号光が入射する希土類元素を添加したガラス系
光ファイバと、該光ファイバに入射して前記希土類元素
を励起する励起光を発振する半導体レーザと、前記励起
光を前記半導体レーザから前記光ファイバに入射するよ
う誘導する光学手段とを具備する光ファイバ増幅器にお
いて、前記光ファイバが、Tmを添加したガラス系光フ
ァイバであり、励起するTmイオンのエネルギ準位が^
3H_4であることを特徴とする光ファイバ増幅器。 - (2)前記半導体レーザから発振される励起光の波長が
、0.76〜0.81μmであることを特徴とする請求
項1に記載の光ファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2287831A JPH04161930A (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 光ファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2287831A JPH04161930A (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 光ファイバ増幅器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04161930A true JPH04161930A (ja) | 1992-06-05 |
Family
ID=17722330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2287831A Pending JPH04161930A (ja) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | 光ファイバ増幅器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04161930A (ja) |
-
1990
- 1990-10-25 JP JP2287831A patent/JPH04161930A/ja active Pending
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