JPH04234021A - 1.3mum band optical amplifier - Google Patents
1.3mum band optical amplifierInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ型の1.3μ
m帯光増幅器に関する。[Industrial Application Field] The present invention is an optical fiber type 1.3μ
This invention relates to an m-band optical amplifier.
【0002】0002
【従来の技術】近年、1.3μm帯光通信分野への応用
のため、希土類元素であるネオジミウム(Nd)を添加
した光ファイバを用いて、ファイバ増幅器やファイバレ
ーザ等の機能性ファイバの研究がなされている。例えば
、燐酸塩系の多成分ガラスにネオジミウムイオン(Nd
3+)を添加したガラスを準備し、このガラスから形成
した光ファイバの光増幅特性について評価した報告(ニ
ュウガラスフォーラム、1990年1月発表)等がなさ
れている。そして、この報告では、光ファイバの特性に
関して蛍光ピーク波長が1.323μm、ESA(Ex
citing State Absorption)
ピーク波長が1.310μm、増幅ピーク波長が1.3
60μmという結果が得られている。
また、文献「Electronics Letters
,1990,Vol.26,pp 194〜195 」
には、波長1.33μmにおいて微小シグナルに対して
10dBの増幅利得が得られたことが報告されている。[Prior Art] In recent years, research has been carried out on functional fibers such as fiber amplifiers and fiber lasers using optical fibers doped with neodymium (Nd), a rare earth element, for application in the field of optical communication in the 1.3 μm band. being done. For example, neodymium ions (Nd
There has been a report (published by New Glass Forum, January 1990) in which a glass doped with 3+) was prepared and the optical amplification characteristics of an optical fiber formed from this glass were evaluated. In this report, regarding the characteristics of the optical fiber, the fluorescence peak wavelength is 1.323 μm, and the ESA (Ex
(citing State Absorption)
Peak wavelength is 1.310μm, amplification peak wavelength is 1.3
A result of 60 μm has been obtained. In addition, the literature “Electronics Letters
, 1990, Vol. 26, pp. 194-195”
reported that an amplification gain of 10 dB was obtained for a minute signal at a wavelength of 1.33 μm.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した報告
によると、増幅利得が得られる波長範囲は図4に示す通
り、1.31〜1.36μmであり、1.31μmより
も短い波長域では負の利得となる。これは、ESA遷移
によるシグナルの吸収が生じることによると考えられる
。However, according to the above-mentioned report, the wavelength range in which amplification gain can be obtained is 1.31 to 1.36 μm, as shown in FIG. This results in a negative gain. This is thought to be due to signal absorption due to ESA transition.
【0004】したがって、上記問題を解決するためには
、1.3μm帯に蛍光特性を有し、且つESA遷移が生
じにくい他の希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒
体として用いる必要がある。そして、本発明者らはかか
る希土類としてプラセオジウムが有望であるとの結論を
得た。しかしながら、プラセオジウムの吸収特性を検討
すると図5に示す通りである。すなわち、励起用レーザ
として1.0μm付近、0.6μm付近、あるいは0.
5μm付近の波長のものしか使用できず、また、これら
は何れも現在未開発の波長領域である。[0004] Therefore, in order to solve the above problem, it is necessary to use as an amplification medium an optical fiber doped with other rare earth elements that have fluorescence characteristics in the 1.3 μm band and are less likely to cause ESA transition. The present inventors have concluded that praseodymium is a promising rare earth element. However, when considering the absorption characteristics of praseodymium, it is as shown in FIG. That is, the excitation laser has a diameter of around 1.0 μm, around 0.6 μm, or around 0.0 μm.
Only wavelengths around 5 μm can be used, and both of these are currently undeveloped wavelength regions.
【0005】本発明はこのような事情に鑑み、1.3μ
m帯の通信で用いられる全波長域で増幅できる1.3μ
m帯光増幅器を提供することを目的とする。[0005] In view of these circumstances, the present invention has been developed to
1.3μ that can amplify all wavelength ranges used in m-band communications
The purpose of the present invention is to provide an m-band optical amplifier.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る1.3μm帯光増幅器は、少なくともコアに希
土類元素のプラセオジウムを添加した光ファイバを増幅
用媒体に用い且つ該光ファイバに波長1.3μm付近の
信号光と共に励起用光を入射させ、プラセオジウムの光
励起と信号光とによる誘導放出効果を利用して光直接増
幅を行なう光増幅器であって、励起光源がネオジミウム
を添加した光ファイバにより構成されることを特徴とす
る。[Means for Solving the Problems] A 1.3 μm band optical amplifier according to the present invention that achieves the above object uses an optical fiber doped with the rare earth element praseodymium at least in the core as an amplification medium, and a wavelength This is an optical amplifier that directly amplifies light by inputting excitation light together with a signal light around 1.3 μm and utilizing the stimulated emission effect caused by the optical excitation of praseodymium and the signal light, in which the excitation light source is an optical fiber doped with neodymium. It is characterized by being composed of.
【0007】[0007]
【作用】励起光源として用いているネオジミウムを添加
した光ファイバは、例えば両端面に反射膜をコートした
ものであり、例えば0.8μm帯光を導入すると1.0
5μmのレーザ発振光が得られるものであり、従来には
ないものである。この1.05μmの光は、プラセオジ
ウムの1μm帯の吸収波長域と一致しており、少なくと
もコアにプラセオジウムを添加した光ファイバの励起光
源として用いることができる。したがって、プラセオジ
ウムを添加した光ファイバに1.3μm付近の信号光と
共に上述したレーザ発振光を励起光として導入すると、
誘電放出効果により信号光が励起される。すなわち、上
述した光ファイバを励起光源として用いることにより、
プラセオジウムを添加した光ファイバが、0.8μmの
半導体レーザで励起されたことになる。[Function] The neodymium-doped optical fiber used as an excitation light source has, for example, a reflective film coated on both end faces, and for example, when 0.8 μm band light is introduced, the
Laser oscillation light of 5 μm can be obtained, which is unprecedented. This 1.05 μm light matches the absorption wavelength range of praseodymium in the 1 μm band, and can be used as an excitation light source for an optical fiber whose core is doped with praseodymium. Therefore, when the above-mentioned laser oscillation light is introduced as excitation light into an optical fiber doped with praseodymium along with a signal light of around 1.3 μm,
Signal light is excited by the dielectric emission effect. That is, by using the above-mentioned optical fiber as an excitation light source,
This means that the praseodymium-doped optical fiber is excited by a 0.8 μm semiconductor laser.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。EXAMPLES The present invention will be explained below based on examples.
【0009】図1には一実施例に係る1.3μm帯光増
幅器の構成を概念的に示してある。図中、1はネオジミ
ウム(Nd)添加光ファイバであり、該Nd添加光ファ
イバ1の両端にはミラー2A,2Bが光軸と直交するよ
うに突き合せてある。そして、ミラー2A,2Bの反対
側には、0.8μm帯の半導体レーザ3及びダイクロイ
ックミラー4がそれぞれレンズ5A,5Bを介してNd
添加光ファイバ1に光学的に結合するように配されてい
る。FIG. 1 conceptually shows the configuration of a 1.3 μm band optical amplifier according to an embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes a neodymium (Nd)-doped optical fiber, and mirrors 2A and 2B are abutted against each other at both ends of the Nd-doped optical fiber 1 so as to be orthogonal to the optical axis. Then, on the opposite side of the mirrors 2A and 2B, a 0.8 μm band semiconductor laser 3 and a dichroic mirror 4 are connected via lenses 5A and 5B, respectively.
It is arranged so as to be optically coupled to the doped optical fiber 1.
【0010】一方、図1中6は、プラセオジウム(Pr
)添加ファイバであり、レンズ5Cを介してダイクロイ
ックミラー4のNd添加光ファイバ1とは反対側に光学
的に結合されるように配されている。また、ダイクロイ
ックミラー4のNd添加光ファイバ1とは反対側でPr
添加光ファイバ6に対する反対側には、レンズ5Dを介
して信号光源7が光学的に結合されている。On the other hand, 6 in FIG. 1 is praseodymium (Pr
) is a doped fiber, and is arranged so as to be optically coupled to the side of the dichroic mirror 4 opposite to the Nd-doped optical fiber 1 via the lens 5C. Further, on the side opposite to the Nd-doped optical fiber 1 of the dichroic mirror 4, Pr
A signal light source 7 is optically coupled to the side opposite to the doped optical fiber 6 via a lens 5D.
【0011】ここで、半導体レーザ3側のミラー2Aは
、波長1.06μmでの反射率が100%、波長0.8
μmでの透過率が100%となっており、一方、反対側
のミラー2Bは、波長1.06μmでの反射率が90%
、波長0.8μmでの透過率が100%となっている。
したがって、かかる構成では、0.8μm帯の半導体レ
ーザ3からの出力光はレンズ5Aで集光された後ミラー
2Aを透過してNd添加光ファイバ1に入射し、これに
より、Nd添加光ファイバ1は波長1.06μmでレー
ザ発振する。本実施例では、Nd添加光ファイバ1の長
さを1m、ネオジミウムの添加量を2000ppm と
した。また、半導体レーザ3の出力は、0.805μm
で最大100mWである。このとき、Nd添加光ファイ
バ1への入力パワーは55mWであり、1.06μmの
出力パワーは、35mWであった。Here, the mirror 2A on the side of the semiconductor laser 3 has a reflectance of 100% at a wavelength of 1.06 μm and a reflectance of 0.8 μm.
The transmittance at μm is 100%, while the mirror 2B on the opposite side has a reflectance of 90% at a wavelength of 1.06 μm.
, the transmittance at a wavelength of 0.8 μm is 100%. Therefore, in this configuration, the output light from the semiconductor laser 3 in the 0.8 μm band is focused by the lens 5A, and then transmitted through the mirror 2A and enters the Nd-doped optical fiber 1. emits laser oscillation at a wavelength of 1.06 μm. In this example, the length of the Nd-doped optical fiber 1 was 1 m, and the amount of neodymium added was 2000 ppm. Moreover, the output of the semiconductor laser 3 is 0.805 μm
The maximum power is 100mW. At this time, the input power to the Nd-doped optical fiber 1 was 55 mW, and the output power at 1.06 μm was 35 mW.
【0012】このようにして得られた1.06μmの出
力は、レンズ5B、ダイクロイックミラー4及びレンズ
5Cを透過してPr添加光ファイバ6に励起光として入
射するようになっている。かかる励起光と信号光源7か
らの1.3μm付近の信号光とをダイクロイックミラー
4で合波してPr添加光ファイバ6に入射すると、Pr
添加光ファイバ6中では、1.06μmの励起光により
プラセオジウムイオンが励起状態となる。そして、これ
に1.3μmの信号光のフォトンが作用すると、誘導放
出により下位レベルへの遷移が生じ、1.3μmの信号
光は増幅される。The output of 1.06 μm thus obtained is transmitted through the lens 5B, the dichroic mirror 4, and the lens 5C, and enters the Pr-doped optical fiber 6 as excitation light. When such excitation light and the signal light of around 1.3 μm from the signal light source 7 are combined by the dichroic mirror 4 and input into the Pr-doped optical fiber 6, Pr
In the doped optical fiber 6, praseodymium ions are brought into an excited state by the 1.06 μm excitation light. When photons of the 1.3 μm signal light act on this, a transition to a lower level occurs due to stimulated emission, and the 1.3 μm signal light is amplified.
【0013】図2には他の実施例に係る1.3μm帯光
増幅器の構成を概念的に示してあり、図1と同様な作用
を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。本実施例では、Nd添加光ファイバ1の両端を光軸
に直交する面で研磨し、この両端面に直接、誘導体薄膜
を多層にコートして誘導体多層膜8A,8Bを形成する
ことにより、上述した実施例のミラー2A,2Bと同一
の作用を得ている。そして、Nd添加光ファイバ1の誘
導体多層膜8A側には、レンズ5Aを介して半導体レー
ザ3が結合されており、一方、反対側の誘導体多層膜8
B側には、コネクタ9を介してファイバカプラ10が結
合されている。FIG. 2 conceptually shows the configuration of a 1.3 μm band optical amplifier according to another embodiment, and members having the same functions as those in FIG. Omitted. In this embodiment, both ends of the Nd-doped optical fiber 1 are polished in a plane perpendicular to the optical axis, and dielectric thin films are directly coated in multiple layers on both end faces to form the dielectric multilayer films 8A and 8B. The same effect as the mirrors 2A and 2B of the embodiment described above is obtained. A semiconductor laser 3 is coupled to the dielectric multilayer film 8A side of the Nd-doped optical fiber 1 via a lens 5A, while the dielectric multilayer film 8A on the opposite side
A fiber coupler 10 is coupled to the B side via a connector 9.
【0014】ここで、ファイバカプラ10は上述したダ
イクロイックミラー4の代りに用いられているもので、
同様な波長依存性を有している。すなわち、このファイ
バカプラ10は、1.06μmの励起波長の光は直進さ
せ、1.3μmの信号光は反対ポートへ移行する特性を
有している。そして、ファイバカプラ10のNd添加光
ファイバ1と同じ入射側の他のポートには信号光源7が
結合され、また、Nd添加光ファイバ1が結合された入
射ポート側の出射ポートにはPr添加光ファイバ6が結
合されている。これにより、Nd添加光ファイバ1から
の励起光と信号光源7の信号光とは、ファイバカプラ1
0により合波されてPr添加光ファイバ6に導入され、
上記実施例と同様に1.3μmの信号光が増幅される。[0014] Here, the fiber coupler 10 is used in place of the dichroic mirror 4 described above.
They have similar wavelength dependence. That is, this fiber coupler 10 has a characteristic in which light with a pumping wavelength of 1.06 μm travels straight, and signal light with a wavelength of 1.3 μm moves to the opposite port. A signal light source 7 is coupled to the other port on the same input side as the Nd-doped optical fiber 1 of the fiber coupler 10, and a Pr-doped light source 7 is coupled to the output port on the input port side to which the Nd-doped optical fiber 1 is coupled. Fiber 6 is coupled. As a result, the excitation light from the Nd-doped optical fiber 1 and the signal light from the signal light source 7 are connected to the fiber coupler 1.
0 and introduced into the Pr-doped optical fiber 6,
Similarly to the above embodiment, a 1.3 μm signal light is amplified.
【0015】ここで、プラセオジウム(Pr)の特性に
ついて説明する。Prの吸収特性は図5に示した通りで
あり、図3にはエネルギー準位図を示す。1.3μmの
増幅特性は、 1G4 から 3H5 の遷移により生
じる。そして、 1G4 のエネルギーレベルは、波長
1.06μm帯のフォトンエネルギーと等価であるので
、この波長での励起が可能となる。[0015] Here, the characteristics of praseodymium (Pr) will be explained. The absorption characteristics of Pr are as shown in FIG. 5, and FIG. 3 shows an energy level diagram. The 1.3 μm amplification characteristic is caused by the 1G4 to 3H5 transition. Since the energy level of 1G4 is equivalent to photon energy in the wavelength band of 1.06 μm, excitation at this wavelength is possible.
【0016】本発明の光増幅器の増幅特性は、増幅用フ
ァイバとしてPr2000ppm を添加したフッ化物
光ファイバ(コア径:6μm、クラッド径:125μm
、比屈折率差:0.5%)を用いたとき、励起パワー3
5mWにて最大利得4dBであった。また、この利得が
得られた範囲は1.29μmから1.34μmであり、
Nd添加光ファイバで見られたESAの影響は明らかに
認められなかった。The amplification characteristics of the optical amplifier of the present invention are as follows: The amplification fiber is a fluoride optical fiber doped with 2000 ppm of Pr (core diameter: 6 μm, cladding diameter: 125 μm).
, relative refractive index difference: 0.5%), excitation power 3
The maximum gain was 4 dB at 5 mW. Also, the range in which this gain was obtained was from 1.29 μm to 1.34 μm,
The effect of ESA seen in the Nd-doped optical fiber was clearly not observed.
【0017】なお、上記実施例に用いたNd添加光ファ
イバ1およびPr添加光ファイバ6において、NdやP
rは少なくともコアに添加されていればよいが、該コア
の周囲のクラッド、つまり導波される光がしみ出す部分
にもNdやPrを添加すればさらに効果を向上すること
ができる。Note that in the Nd-doped optical fiber 1 and the Pr-doped optical fiber 6 used in the above embodiments, Nd and P
It is sufficient that r is added at least to the core, but the effect can be further improved by adding Nd or Pr to the cladding around the core, that is, the portion from which the guided light seeps out.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光増
幅器は、増幅用媒体にプラセオジウム添加光ファイバを
用いると共に励起光源にネオジミウム添加光ファイバを
用いているので、波長範囲1.29μm〜1.34μm
において増幅が可能である。つまり、ネオジミウム添加
光ファイバで問題となるESAによる増幅波長域の制限
が生じず、1.3μm帯の通信で用いられる全波長域で
増幅される。また、励起用光源にネオジミウム添加光フ
ァイバレーザを用いるので、その励起は0.8μm帯半
導体レーザで可能であり、この波長域の半導体レーザは
低コストであるので、アンプの価格も低くなるという効
果も奏する。As explained above, the optical amplifier according to the present invention uses a praseodymium-doped optical fiber as the amplification medium and a neodymium-doped optical fiber as the excitation light source, so that the wavelength range is 1.29 μm to 1.2 μm. .34μm
Amplification is possible in In other words, the amplification wavelength range is not limited by ESA, which is a problem with neodymium-doped optical fibers, and the entire wavelength range used in communication in the 1.3 μm band is amplified. In addition, since a neodymium-doped optical fiber laser is used as the excitation light source, the excitation can be performed with a 0.8 μm band semiconductor laser, and since semiconductor lasers in this wavelength range are low cost, the price of the amplifier is also low. Also plays.
【図1】本発明の一実施例に係る1.3μm光増幅器の
概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a 1.3 μm optical amplifier according to an embodiment of the present invention.
【図2】他の実施例に係る1.3μm光増幅器の概念図
である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a 1.3 μm optical amplifier according to another embodiment.
【図3】プラセオジウムのエネルギー準位図である。FIG. 3 is an energy level diagram of praseodymium.
【図4】ネオジミウム添加光ファイバの増幅利得の波長
依存性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the wavelength dependence of the amplification gain of a neodymium-doped optical fiber.
【図5】プラセオジウム添加ファイバの吸収特性図であ
る。FIG. 5 is an absorption characteristic diagram of a praseodymium-doped fiber.
1 Nd添加光ファイバ 2A,2B ミラー 3 0.8μm帯半導体レーザ 4 ダイクロイックミラー 6 Pr添加光ファイバ 7 信号光源 8A,8B 誘電体多層膜 10 ファイバカプラ 1 Nd-doped optical fiber 2A, 2B Mirror 3 0.8 μm band semiconductor laser 4 Dichroic mirror 6 Pr-doped optical fiber 7 Signal light source 8A, 8B Dielectric multilayer film 10 Fiber coupler
Claims (2)
オジウムを添加した光ファイバを増幅用媒体に用い且つ
該光ファイバに波長1.3μm付近の信号光と共に励起
用光を入射させ、プラセオジウムの光励起と信号光とに
よる誘導放出効果を利用して光直接増幅を行なう光増幅
器であって、励起光源がネオジミウムを添加した光ファ
イバにより構成されることを特徴とする1.3μm帯光
増幅器。Claim 1: An optical fiber doped with the rare earth element praseodymium at least in the core is used as an amplification medium, and excitation light is input into the optical fiber together with a signal light having a wavelength of around 1.3 μm, thereby optically excitation of praseodymium and signal light. 1. A 1.3 μm band optical amplifier that performs direct amplification of light by utilizing the stimulated emission effect caused by the 1.3 μm band optical amplifier, characterized in that the excitation light source is constituted by an optical fiber doped with neodymium.
くともコアにネオジミウムを添加した光ファイバの両端
に波長依存性のある反射体を有すると共にその一端側に
光源が光学的に結合されており、一端側から入射された
光がレーザ発振されて他端側から出射する構成を有して
いることを特徴とする1.3μm帯光増幅器。2. In claim 1, the excitation light source has a wavelength-dependent reflector at both ends of an optical fiber whose core is doped with neodymium, and the light source is optically coupled to one end of the optical fiber. A 1.3 μm band optical amplifier characterized in that it has a configuration in which light incident from one end side is lased and emitted from the other end side.
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JP2417039A JPH081504B2 (en) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 1.3 μm band optical amplifier |
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JP2417039A JPH081504B2 (en) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 1.3 μm band optical amplifier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04234021A true JPH04234021A (en) | 1992-08-21 |
JPH081504B2 JPH081504B2 (en) | 1996-01-10 |
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JP (1) | JPH081504B2 (en) |
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JPH0575191A (en) * | 1991-09-12 | 1993-03-26 | Fujitsu Ltd | 1.3mum band optical fiber amplifier |
GB2286390A (en) * | 1994-02-09 | 1995-08-16 | Univ Brunel | Infrared transmitting optical fibre materials |
US6037285A (en) * | 1995-08-15 | 2000-03-14 | Btg International Limited | Infrared transmitting optical fiber materials |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2417039A patent/JPH081504B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0575191A (en) * | 1991-09-12 | 1993-03-26 | Fujitsu Ltd | 1.3mum band optical fiber amplifier |
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US6037285A (en) * | 1995-08-15 | 2000-03-14 | Btg International Limited | Infrared transmitting optical fiber materials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH081504B2 (en) | 1996-01-10 |
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