JPH0450139A - 増幅用光ファイバ - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光増幅器やレーザ等の光増幅素子として使用
される増幅用光ファイバに関する。

〈従来の技術〉 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、所定距離ごとに中継用の光増幅器が設置されてい
る。この光増幅器では、光信号をフォトダイオード等に
よって電気信号に変換して電子増幅器によって信号を増
幅した後、半導体レーザ（ＬＤ）等によって光信号に変
換して光フアイバ伝送路に再び送り出すようになってい
る。

しかしながら、このような構成の光増幅器では、光信号
を一旦電気信号に戻した後、再び光信号に変換する必要
があるために、光ファイバとの接続損失が多く、さらに
、装置全体が大型化するなどの難点がある。

そのため、近年は、誘導放出効果を利用した光増幅器が
考えられている。この光増幅器は、第３図に示すように
、一つの希土類元素を単独ドープした増幅用光ファイバ
ａと、この増幅用光ファイバａを励起する半導体レーザ
等の励起光源すとを備えており、伝送用光ファイバを介
して伝送されてくる信号光と励起光源すからの励起光と
を合波器Ｃで混合してこれらの光を増幅用光ファイバａ
に入射する。そして、励起光によって増幅用光ファイバ
ａにドープした希土類元素のイオンを高いエネルギ準位
に励起し、信号光のパワーを誘導放出によって次第に増
幅するものである。なお、ｄは光ファイバａの接続部、
ｆは信号光を通過させて励起光をカットするためのフィ
ルタである。

この光増幅器を使用すれば、光信号をそのまま増幅でき
るので低雑音であり、また伝送用の光ファイバとの結合
も良くて接続損失も少ないばかりか、装置の小型化、低
廉化を図ることができる等の利点を有する。

ところで、光伝送用の光ファイバは、伝送損失、熱膨張
係数、機械的強度、耐久性等の緒特性において優れたも
のが要求されるが、これらの要求を満たすものとして石
英系のものが好適である。この石英系の光ファイバにお
いては、１．５５μｍ波長帯において伝送損失が少ない
ことが知られており、したがって、この波長帯の信号光
を使用する場合には、増幅用光ファイバａもこれに合わ
せた増幅特性をもつ希土類元素を選定してドープする必
要がある。このような増幅特性をもつ希土類元素として
は、たとえばＥｒ（エルビウム）かあり、そのため、従
来技術では、石英系光ファイバのコアまたはコアの外周
縁部にＥｒを単独ドープして増幅用光ファイバとしたも
のが提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 増幅用光ファイバの増幅率を高めるためには、−船釣に
は希土類元素のドープ量を多くするのがよいと考えられ
ている。このため、従来技術では、Ｅｒをドープする場
合でも、増幅用光ファイバのガラス化に支障がない範囲
においてそのドープ量をできるだけ多く（たとえば１１
０００ｐｐ程度添加）していた。

しかしながら、本発明者らは、Ｅｒのドープ量と増幅率
との関係について詳細に検討したところ、Ｅｒのドープ
量を単純に増加すると、逆に増幅率が低下してしまうこ
とを見い出した。すなわち、Ｅｒのドープ量を増やして
も、その増加量に応じた利得の増大が見られなくなる。

これは、Ｅｒを過剰にドープすると、石英系光フアイバ
中でＥｒイオンがミクロ的に凝集するため、結果的に蛍
光寿命が短くなり、いわゆる濃度消光を生じて増幅率の
増大に寄与しなくなるためと考えられる。

〈課題を解決するための手段〉 一方、本発明者らは、Ｅｒと共にＡｌを同時にドープす
ると、従来と同程度の量のＥｒをドープした場合でも、
Ｅｒの凝集現象を回避できることを見い出した。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、光増幅器やレーザ等の光増幅素子として使用される
増幅用光ファイバにおいて、濃度消光を無くして、高い
利得が得られるようにするものである。

そのため、本発明に係る増幅用光ファイバでは、コア内
部またはコアの外周縁部にＥｒと共にＡ１をドープし、
かつ、共ドープするＥｒの量は１５００　ｐｐｍ以下、
ＡＩの量は２０００　ｐｐｍ以下にそれぞれ設定したこ
とを特徴としている。

〈作用〉 上記構成の増幅用光ファイバでは、Ｅｒと共にＡｌを同
時にドープすると、Ｅｒイオンのミクロ的な凝集が少な
くなって均一分散される。また、励起光の吸収効率も高
められる。このため、大きな増幅率をもつ光ファイバが
得られる。

〈実施例〉 第１発明に係る実施例の増幅用光ファイバｌは、第１図
に示すように、円形断面の石英系ガラスコア２の周囲に
、屈折率が該コア２よりも小さい石英系ガラスクラッド
３が形成されており、さらに、コア２内部または該コア
２の外周縁部にＥｒ、ＧｅおよびＡ】が共にドープされ
ている。このＥｒのドープ量は光フアイバ中でのミクロ
的な凝集を防ぐためにｔｓｏｏｐｐｍ以下の範囲に設定
している。

また、Ａｌを共ドープすると、Ｅｒの凝集傾向が抑制さ
れて均一分散を図ることができる。この場合のＡＩのド
ープ量は、２０００　ｐｐｍ以下に設定されている。そ
の理由は、Ａｌを２０００　ｐｐｍ以上ドープした場合
には、石英系光ファイバの製造上、ガラス化が阻害され
るからである。一方、ＡｌドープによるＥｒの凝集抑制
効果を同時に考慮すれば、ＡＩの好ましいドープ量は、
］　００ｐＩＩ）ｍ−１０００ｐｐｍの範囲である。

本発明に係る各増幅用光ファイバの作用を確認するため
に、これらの増幅用光ファイバについて増幅率を調べた
結果を第２図に示す。なお、この実験では、ＡＩのドー
プ量は５００　ｐｐｍとし、Ｅｒドープ量×光ファイバ
長を１０００ｐｌ）ｍ−ｍ、　　２０００ｐｐｍ−ｍ、
　５０００ｐｐｍ−ｍの３条件に設定してＥｒのドープ
量を約４ｐｐｍ　〜３０００ｐｐｍ程度まで変化させた
場合についてその傾向を調べている。

測定条件としては、１．４８μｌ励起光のパワーを約３
０ｍｗ、増幅する信号光の波長を１．５４８μ１１その
パワーを一３０ｄＢｍとし、各種組成のＥｒドープ光フ
ァイバの増幅率をＥｒドープ量に対してプロットした。

なお、本例でのＧｅの添加量は３〜１５重量％である。

この結果から明らかなように、増幅率のピークはＥｒド
ープ量が９００　ｐｐｍ付近にあり、実用的には９００
±３００　ｐｐｍが適していると考えられる。

ただし、９００　ｐｐｍ以下でも条長を長くして使用す
れば、同等の効果を得ることができる。いずれにしても
、高い増幅率を得るには、Ｅｒの濃度を１５００ｐｐｍ
以下にすれば良いことが理解される。

なお、この実施例の増幅用光ファイバｌは、化学的気相
堆積法（Ｍ　ＣＶ　Ｄ法）、あるいは、ＶＡＤ法十分子
スタッフィング法を適用して製作される。

この場合、ＡＩはコアスートを作る際にドープされる。

なお、以上の実施例では、コアに屈折率をあげるＧｅを
ドープした場合について説明したが、逆に、クラッドに
屈折率を下げるＦをドープした場合に本願の技術を適用
しても良いことは勿論である。要は、コアとクラッドの
間に屈折率差を・もたせた光ファイバならいずれも適用
することができる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、光増幅器やレーザ等の光増幅素子とし
て使用される増幅用光ファイバにおいて、コア内部また
はコアの外周縁部にＥｒとＡＩとを共にドープし、かつ
、このＥｒのドープ量を１５００　ｐｐｍ以下に、ＡＩ
＋７）ドープ量を２０００　ｐｐｍニソれぞれ設定した
ので、Ｅｒイオンのミクロ的な凝集が少なくなって均一
分散され、かつ高い増幅率が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例を示し、第１図は
Ｅｒをドープした光ファイバの横断面図、第２図は本発
明に係る増幅用光ファイバの増幅率の測定結果を示す特
性図である。 第３図は光増幅器の構成図である。 １・・・増幅用光ファイバ、２・・・コア、３・・・ク
ラッド。 第１図 フ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）石英系ガラスコアの周囲に、屈折率が該コアより
   も小さい石英系ガラスクラッドが形成され、前記コア内
   部またはコアの外周縁部にＥｒがドープされてなる増幅
   用光ファイバにおいて、 前記コア内部またはその外周縁部に前記Ｅｒと共にＡｌ
   がドープされ、前記Ｅｒのドープ量は１５００ｐｐｍ以
   下に、Ａｌのドープ量は２０００ｐｐｍ以下にそれぞれ
   設定されていることを特徴とする増幅用光ファイバ。