JPH04265251A - 光ファイバー - Google Patents

光ファイバー

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JPH04265251A
JPH04265251A JP3254388A JP25438891A JPH04265251A JP H04265251 A JPH04265251 A JP H04265251A JP 3254388 A JP3254388 A JP 3254388A JP 25438891 A JP25438891 A JP 25438891A JP H04265251 A JPH04265251 A JP H04265251A
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glass
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ハルトムート　シユナイダー
Christian Gerndt
クリスチアン　ゲルント
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アルミン　シユタウト
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類元素の陽イオン
をドーピングされたガラスから成る光ファイバーに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】上述した種類のファイバーは１９８８年
に英国のブライトンで開催された第１４回欧州光学委員
会会議の議事録に掲載されたＤ．Ｎ．Ｐａｙｎｅ他の論
文“希土類をドーピングされたファイバーレーザおよび
増幅器（Ｒａｒｅｅａｒｔｈ−ｄｏｐｅｄ　　ｆｉｂｒ
ｅ　　ｌａｓｅｒｓ　　ａｎｄ　　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ
ｓ）”第４９頁〜第５３頁によって公知である。このフ
ァイバーは特に光伝送路、例えば水中ケーブルまたはロ
ーカル光伝送網用の、ポンピング光によってポンピング
されるファイバーレーザおよびファイバー増幅器に使用
され得る。
【０００３】光通信技術における長距離伝送用に主とし
て使用され波長λ＝１．５μｍに位置する伝送ウインド
ーに対して、３準位Ｅｒ３＋ファイバーレーザは、波長
面からだけでなく、主材料の石英ガラス内での高増幅率
のためにも特に適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、増幅用
の３準位系においてはイオンの主要成分は高位レーザ準
位に保持されなければならない。このことによって、こ
の準位から非常に多数の高い状態の１つの状態へ吸収す
ることによってポンピング光が消費されるという欠点が
必然的に生じる。励起状態吸収（ＥＳＡ）として知られ
ているこの現象は達成可能な反転分布を制限し、さらに
ポンピング波長の選定を制限する。特にＥｒ３＋の８０
０ｎｍ帯域への入射による励起のためにパワー強化形Ｇ
ａＡｌＡｓレーザダイオードを使用することは排除され
ている。
【０００５】そこで、本発明は、伝送ウインドーにおい
て１．５μｍに位置する波長を持つ光信号を、７００〜
８９０ｎｍのＧａＡｌＡｓ放出の波長領域内に含まれる
ポンピング波長においてレーザ増幅し得るような、冒頭
で述べた種類のファイバーを提供することを課題とする
。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、イオンはツリウムイオンであるこ
とを特徴とする。
【０００７】本発明によるファイバーの優れた有利な構
成、特にＣＷ運転を可能にする構成は請求項２以降に記
載されている。
【０００８】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。
【０００９】図１は、インターサイエンス社（ニューヨ
ーク）から１９６８年に発行されたＧ．Ｈ．Ｄｉｅｋｅ
著の刊行物“結晶内における希土類イオンのスペクトル
およびエネルギー準位（Ｓｐｅｃｔｒａ　　ａｎｄ　　
Ｅｎｅｒｇｙ　　Ｌｅｖｅｌｓ　　ｏｆ　　Ｒａｒｅ　
　Ｅａｒｔｈ　　Ｉｏｎｓ　　ｉｎ　　Ｃｒｙｓｔａｌ
ｓ）”第１３４頁から取出した項概略図であり、イオン
Ｔｍ３＋、Ｈｏ３＋、Ｔｂ３＋、Ｅｕ３＋およびＰｒ３
＋についてこの順番にて左から右へ記載されている。
【００１０】ツリウムイオンＴｍ３＋については、波長
２．３μｍの際に放出を持つレーザ遷移　３Ｆ４　−　
３Ｈ５　と、波長１．８μｍの際に放出を持つレーザ遷
移　３Ｈ４　−　３Ｈ６　とが良く知られている。その
場合、何人かの著者は　３Ｆ４　状態と　３Ｈ６　状態
との関係付けを取り替えるのを好むことがあるので、注
意すべきである。
【００１１】遷移　３Ｆ４　−　３Ｈ４　は一般にレー
ザ遷移としては運転され得ない。というのは、その項準
位はその上に位置する準位に比較して約２桁小さい減衰
率を有するからである。この原因は小さい多光子放出率
を前提とする次位の深さの状態に対して大きな距離を有
することにある。
【００１２】確かにソ連の実験者がＮｄ−ＹＡＧレーザ
を用いたポンピングによってこの遷移　３Ｆ４　−　３
Ｈ４　をＴｍ３＋ドーピングされたＢａＹｂ２　Ｆ６　
またはＬｉＹｂＦ４　結晶内に強制的に生ぜしめること
に成功した。波長１．４８μｍの際のレーザ放出が観察
された（刊行物“ＩＥＥＥ　　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　　
ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”１９８８年、
第２４巻第６号、第９２０頁〜第９２３頁に掲載された
Ｇ．Ｈｕｂｅｒ等の論文“室温でのＨｏ、Ｔｍ、Ｅｒド
ープド・ガーネットレーザのレーザポンピング（Ｌａｓ
ｅｒ　　Ｐｕｍｐｉｎｇ　　ｏｆ　　Ｈｏ−、Ｔｍ−、
Ｅｒ−ｄｏｐｅｄ　　Ｇａｒｎｅｔ　　Ｌａｓｅｒｓ　
　Ｒｏｏｍ　　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）”参照）。
【００１３】本発明は、この遷移を活性体イオンとして
Ｔｍ３＋イオンがドーピングされたガラス内においても
励起することができ、かつこのようなガラスから成るフ
ァイバーを用いて使用可能なファイバーレーザまたは波
長１．５μｍの光信号用のファイバー増幅器を製造する
ことができ、このファイバーレーザまたはファイバー増
幅器はＧａＡｌＡｓ放出の放出によってポンピングされ
得るという重要な考えに基づいている。
【００１４】遷移　３Ｆ４　−　３Ｈ４　はＴｍ３＋の
場合には自己飽和形遷移であり、それゆえ連続レーザ運
転（ＣＷ運転）を行うためには特別な措置を講じなけれ
ばならない。
【００１５】刊行物“ＩＥＥＥ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　
ｏｆ　　Ｑｕａｎｔｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”
１９８８年、第２４巻第６号、第９２０頁〜第９２３頁
から明らかなように、ポンピング光のＥＳＡによって下
位レーザ準位を空にすることは反転分布を維持すること
に貢献し、それゆえ、適切な波長の放射により光路上の
末端準位を空にすることができる。さらに、例えば、　
３Ｈ４　状態のＴｍ３＋と　５Ｉ７　状態のＨｏ３＋と
の間の中間イオンのエネルギー転移は低Ｈｏ３＋濃度の
際には高Ｔｍ３＋濃度の存在下に迅速に行われることが
良く知られており（このメカニズムはＨｏ３＋において
放出波長２．１μｍの際のレーザ遷移　５Ｉ７　−　５
Ｉ８　を安定化するためにしばしば利用される。刊行物
“ＩＥＥＥ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｑｕａｎｔ
ｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”参照）、それゆえ光
学的方法の他に、共ドーピングされた第２のイオン形の
エネルギー的に良好な項へのエネルギー転移によって非
活性化も可能である。
【００１６】本発明によるファイバーにおいては、Ｈｏ
３＋イオンの場合とは反対に、　３Ｈ４　状態の低濃度
Ｔｍ３＋イオンの非活性化が他のイオン、特に希土類を
用いた高濃度によって有利に得られる。例えば非活性化
はＨｏ３＋イオンを用いて可能である。何れにしてもア
クセプター状態　５Ｉ７　の比較的高い寿命はこのイオ
ンにおいても限界がある。さらに、　３Ｆ４　状態のＴ
ｍ３＋と　５Ｉ５　状態のＨｏ３＋との間の中間イオン
のエネルギー転移は同様にレーザ準位の分布密度を減少
させ得る。それに対して、　３Ｈ４　状態のＴｍ３＋イ
オンとの相互作用にて高転移率を期待しても良いＴｂ３
＋、Ｅｕ３＋および（または）Ｐｒ３＋を使用すること
は有利である。これらのイオン、特にＴｂ３＋は低位項
の順位が接近している。この低位項は多光子放出によっ
てこの準位の迅速な緩和を行う。さらに、このイオンに
おいては　３Ｆ４　状態の有害な非活性化は適切なアク
セプター項がないために排除される。２個またはそれ以
上の個数の非活性体、例えばＨｏ３＋イオンとＴｂ３＋
イオンとの共ドーピングも、同様に両イオンまたは複数
のイオンのポジティブな特徴点の組み合わせ、例えば、
一方のイオン形の迅速な転移率と他方のイオン形の高緩
和速度との組み合わせであり得ることは有利である。
【００１７】イオンに対する主材料としては本発明によ
るファイバーにおいては石英ガラスが可能である。重金
属フッ化物ガラス（ＨＭＦガラス）のグループにおける
無酸素フッ化物ガラスを使用することは有利である。何
故ならば、この材料グループは光子エネルギーが小さい
ために多光子放出率が低いからである。他の場合にはレ
ーザ遷移と競合する遷移　３Ｆ４　−　３Ｈ４　の無放
射性非活性化という結果になる。ツリウム濃度は濃度ク
エンチングを回避するために１モル％以下に選定するの
が好ましい。ファイバーレーザにおいてはこのことはポ
ンピングパワーの損失を伴うことなく容易に実現され得
る。何故ならば、端面を通って入射するポンピング光は
レーザに沿って案内されるからである。非活性体イオン
の濃度は特にＨＭＦガラスにおいては活性体イオン濃度
の５０倍または５モル％にまで高められ得る。というの
は、フッ化物ガラスは希土類の他のフッ化物によって置
換され得る４〜５モル％ＬａＦ３　を一般に含んでいる
からである。
【００１８】図１において、符号ｃはＴｍ３＋の項　３
Ｈ４　とＨｏ３＋の項　５Ｉ７　、Ｔｂ３＋の項　７Ｆ
２　、Ｅｕ３＋の項　７Ｆ６　、Ｐｒ３＋の項　７Ｆ２
　との間の中間イオンの遷移を表しており、破線によっ
て示されている。符号ｄは直線矢印によって図示された
項間の光遷移を示し、一方符号ｅは波形矢印によって図
示された項間の光子遷移を示している。特にＴｂ３＋と
Ｅｕ３＋とにおいては低位項の順位が接近している。こ
の順位は多数の光子遷移により惹き起こされる多光子放
出によってこの項の迅速な緩和を生ぜしめる。
【００１９】図２に示され光送信器１０を光検出器１５
に結合する光信号伝送路は、送信側ファイバー１１と、
本発明によるファイバー１２と、光カプラー１３と、受
信側ファイバー１４とから構成されている。
【００２０】光送信器１０に接続された送信側ファイバ
ー１１は結合個所１１２において本発明によるファイバ
ー１２に例えば液浸による突き合わせ結合によって結合
されている。他方、ファイバー１２は結合個所１２３に
おいて光カプラー１３の送信側ゲートに結合され、光カ
プラー１３は受信側ゲートが結合個所１３４において受
信側ファイバー１４に接続され、この受信側ファイバー
１４は光検出器１５へ導かれている。
【００２１】光送信器１０は約１．５μｍの波長の光信
号を送出し、この光信号はファイバー１１、ファイバー
１２、光カプラー１３およびファイバー１４を通って光
検出器１５へ伝送される。光カプラー１３は７００〜８
９０ｎｍの波長領域の１つの波長λ、例えば７９０ｎｍ
の波長を持つポンピング光をファイバー１２内へ入射さ
せるのに使用される。このポンピング光はレーザダイオ
ード１６、例えばマルチストライプ形レーザダイオード
によって作成され、例えば入射光学素子１７を介して光
カプラー１３のゲート１３５を通って入射する。伝送路
内ではポンピング光はその伝送路内を案内される光信号
とは反対に伝播する。
【００２２】光カプラー１３は例えば光ファイバー形ま
たは集積形光方向性結合器であり得る。この場合、結合
個所１２３および結合個所１３４における結合は同様に
液浸による突き合わせ結合であり得る。
【００２３】増幅器として使われるファイバー１２は例
えばＴｍ３＋およびＴｂ３＋がドーピングされたＨＭＦ
ガラスから構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】希土類グループの種々の元素のイオンの項を示
す概略図である。
【図２】本発明によるファイバー増幅器を備えた光信号
伝送路を示す概略図である。
【符号の説明】
１０　　光送信器 １１　　送信側ファイバー １２　　本発明によるファイバー １３　　光結合器 １４　　受信側ファイバー １５　　光検出器 １６　　レーザダイオード １７　　入射光学素子 １１２　　結合個所 １２３　　結合個所 １３４　　結合個所 １３５　　ゲート

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　希土類の物質グループから成る元素の
    レーザ活性イオンをドーピングされたガラスから成る光
    ファイバーにおいて、前記イオンはツリウムイオンであ
    ることを特徴とする光ファイバー。
  2. 【請求項２】　　前記ツリウムイオンをドーピングされ
    たガラスは、ツリウムに比較して高ドーピング濃度とツ
    リウムイオンのエネルギー項　３Ｈ４　の準位の近傍に
    位置するエネルギー項（　５Ｉ７　、　７Ｆ２　、　７
    Ｆ６　）とを有する他の形のイオンをドーピングされる
    ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバー。
  3. 【請求項３】　　前記他の形のイオンは多光子放出を生
    ぜしめる、順位の接近した比較的低位のエネルギー項（
    Ｔｂ３＋の場合には　７Ｆ３　〜　７Ｆ６　、Ｅｕ３＋
    の場合には　７Ｆ５　〜　７Ｆ０　）を有することを特
    徴とする請求項２記載の光ファイバー。
  4. 【請求項４】　　前記他の形のイオンはＨｏ、Ｔｂ、Ｅ
    ｕ、Ｐｒの物質グループから選定されることを特徴とす
    る請求項１ないし３の１つに記載の光ファイバー。
  5. 【請求項５】　　前記ガラスは重金属フッ化物ガラスの
    グループの無酸素フッ化物ガラスから構成されることを
    特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の光ファイバ
    ー。
  6. 【請求項６】　　前記ガラスは石英ガラスであることを
    特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の光ファイバ
    ー。
  7. 【請求項７】　　ツリウムドーピング濃度は０．１モル
    ％以下に選定されることを特徴とする請求項１ないし６
    の１つに記載の光ファイバー。
  8. 【請求項８】　　前記他の形のイオンのドーピング濃度
    はツリウムドーピング濃度の５０倍以下であることを特
    徴とする請求項１ないし７の１つに記載の光ファイバー
    。
JP3254388A 1990-09-11 1991-09-06 光ファイバー Withdrawn JPH04265251A (ja)

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