JPH0521874A - Optical active device - Google Patents

Optical active device

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Publication number
JPH0521874A
JPH0521874A JP3174189A JP17418991A JPH0521874A JP H0521874 A JPH0521874 A JP H0521874A JP 3174189 A JP3174189 A JP 3174189A JP 17418991 A JP17418991 A JP 17418991A JP H0521874 A JPH0521874 A JP H0521874A
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JP
Japan
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light
wavelength
optical
optical fiber
fiber
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Application number
JP3174189A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Nakazato
浩二 中里
Masashi Onishi
正志 大西
Takashi Kogo
隆司 向後
Yoshiaki Miyajima
義昭 宮島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0521874A publication Critical patent/JPH0521874A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a fiber amplifier capable of realizing light amplification in a 1.3mum band of wavelength by means of a simplified pumping source. CONSTITUTION:An optically functional glass used for an optical fiber 30 contains Nd<3+> and Yb<3+> together with Pr<3+> as an active material. The Nd<3+> and Yb<3+> are excited by the pumping light of 0.8mum and 0.98mum of wavelength generated from the first and second laser beam sources 32 and 132. Correspondingly, the Pr<3+> receives the energy transmission from the Nd<3+> and Yb<3+> to be excited as well. The excited Pr<3+> is guided by a signal light to generate a radiation light of 1.3mum band of wavelength corresponding to the transition from <1>G4 to <3>H5. Therefore, when the intensity of excited light becomes over the specified level, the signal light is subject to amplification.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は1.3μm帯での光増幅
等に使用される光能動装置、ファイバ増幅器、導波路素
子増幅器、ファイバレーザ及び導波路素子レーザに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical active device, a fiber amplifier, a waveguide element amplifier, a fiber laser and a waveguide element laser used for optical amplification in the 1.3 .mu.m band.

【0002】[0002]

【従来の技術】希土類元素を活性物質として添加した光
機能性ガラスは、一般に1.310±0.025μmの
範囲で行われる波長1.3μm帯での光通信に使用する
ファイバ増幅器、ファイバセンサ及びファイバレーザそ
の他の光能動装置への応用が考えられている。例えば、
活性物質としてプラセオジムイオン(Pr3+)を添加し
た弗化物ガラスからなる光ファイバによって波長1.3
μm帯での光増幅を実現できるとの報告がなされている
(OFC '90 Post Deadline Papers(PD2-1) )。この報告
に示されるPr3+添加の光ファイバでは、励起光波長を
1.017μmとし、入力強度を180mWとしてい
る。
2. Description of the Related Art An optical functional glass to which a rare earth element is added as an active substance is a fiber amplifier, a fiber sensor and a fiber amplifier used for optical communication in a wavelength range of 1.3 μm, which is generally performed within a range of 1.310 ± 0.025 μm. Applications to fiber lasers and other optically active devices are being considered. For example,
An optical fiber made of fluoride glass doped with praseodymium ion (Pr 3+ ) as an active substance has a wavelength of 1.3.
It has been reported that optical amplification in the μm band can be realized (OFC '90 Post Deadline Papers (PD2-1)). In the Pr 3+ -doped optical fiber shown in this report, the pumping light wavelength is 1.017 μm and the input intensity is 180 mW.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし現状の技術で
は、かかる長波長、高強度の励起光を供給し得る励起光
源として半導体レーザ等の小型でかつ簡易な光源が存在
せず、大型のガスレーザ、固体レーザ等を用いて光ファ
イバ中のPr3+を励起せざるを得なかった。このため、
光増幅装置等の小型化を図ることができないといった問
題があった。
However, in the present technology, there is no small and simple light source such as a semiconductor laser as an excitation light source capable of supplying such long wavelength and high intensity excitation light, and a large gas laser, There was no choice but to excite Pr 3+ in the optical fiber using a solid-state laser or the like. For this reason,
There is a problem in that it is not possible to reduce the size of the optical amplifier or the like.

【0004】そこで、本発明は、Pr3+を添加した光機
能性ガラスを用いた光ファイバ又は導波路素子から構成
した光能動装置であって、レーザダイオード等によって
供給可能な波長1.0μm以下の励起光によって波長
1.3μm帯での発光・光増幅等の効率を高めることが
できる光能動装置を提供することを目的としている。
Therefore, the present invention is an optical active device composed of an optical fiber or a waveguide element using an optical functional glass doped with Pr 3+ and having a wavelength of 1.0 μm or less that can be supplied by a laser diode or the like. It is an object of the present invention to provide an optical active device capable of enhancing the efficiency of light emission, optical amplification, etc. in the wavelength band of 1.3 μm by the excitation light.

【0005】また、本発明は、上記光能動装置を用いた
ファイバ増幅器、導波路素子増幅器、ファイバレーザ、
導波路素子レーザ等を提供することを目的とする。
The present invention also provides a fiber amplifier, a waveguide element amplifier, a fiber laser, and
An object is to provide a waveguide device laser and the like.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明に係る光
能動装置は、(a)ホストガラスに活性物質であるPr
3+と共にネオジムイオン(Nd3+)及びイッテルビウム
イオン(Yb3+)を添加した光機能性ガラスからなるコ
アを備える光ファイバと、(b)Ndを励起するため波
長0.8μm帯の第1の励起光を発生する第1の励起光
源と、(c)Ybを励起するため波長0.98μm帯の
第2の励起光を発生する第2の励起光源と、(d)第1
及び第2の励起光を各励起光源から光ファイバ内に入射
させる励起光結合手段とを備えることとしている。この
場合、上記光ファイバの代わりに、ホストガラスにPr
3+、Nd3+及びYb3+を添加した光機能性ガラスからな
る平面導波路を備える導波路素子を用いてもよい。
The optical active device according to the present invention comprises (a) a host glass containing Pr as an active substance.
An optical fiber having a core made of optical functional glass in which neodymium ions (Nd 3+ ) and ytterbium ions (Yb 3+ ) are added together with 3+ , and (b) a first wavelength band of 0.8 μm for exciting Nd. A first pumping light source for generating pumping light of (c), a second pumping light source for generating second pumping light of (c) Yb in a wavelength band of 0.98 μm, and (d) first
And pumping light coupling means for causing the second pumping light to enter the optical fiber from each pumping light source. In this case, instead of the above optical fiber, the host glass is made of Pr.
You may use the waveguide element provided with the planar waveguide which consists of optical functional glass which added 3+ , Nd3 +, and Yb3 + .

【0007】上記の光能動装置によれば、励起光結合手
段により光ファイバ内に導入された第1の励起光によっ
てNd3+が励起され、第2の励起光によってYb3+が励
起される。励起されたYb3+の近傍に存在するPr
3+は、Yb3+からのエネルギー伝達を受けて所定の確率
で励起される。また、励起されたNd3+の近傍に存在す
るPr3+も、Nd3+からのエネルギー伝達を受けて所定
の確率で励起される。さらに、励起されたNd3+の近傍
に存在するYb3+の近傍に存在するPr3+も、Nd3+
らYb3+を介してのエネルギー伝達によって所定の確率
で励起される。このように励起されたPr3+の一部又は
多くは、光ファイバ内に存在する波長1.3μm帯の信
号光等に誘導されて、遷移 14 35 に対応する放
射光を発生し、この帯域での光増幅機能、光スイッチ機
能、光センサ機能等の諸機能の発揮を可能にする。
According to the above optical active device, Nd 3+ is excited by the first excitation light introduced into the optical fiber by the excitation light coupling means, and Yb 3+ is excited by the second excitation light. . Pr existing near the excited Yb 3+
3+ is excited with a predetermined probability by receiving energy transfer from Yb 3+ . Further, Pr 3+ existing in the vicinity of the excited Nd 3+ is also excited with a predetermined probability by receiving energy transfer from Nd 3+ . Further, Pr 3+ existing in the vicinity of Yb 3+ existing in the vicinity of the excited Nd 3+ is also excited with a predetermined probability by energy transfer from Nd 3+ via Yb 3+ . A part or most of the Pr 3+ excited in this way is induced by the signal light in the 1.3 μm wavelength band existing in the optical fiber, and the emitted light corresponding to the transition 1 G 43 H 5 is emitted. It is possible to generate various functions such as optical amplification function, optical switch function and optical sensor function in this band.

【0008】本発明のファイバ増幅器は、上記光能動装
置と、波長1.3μm帯の信号光を上記光ファイバ内に
導くカプラ等の信号光結合手段とを備える。この場合、
上記光ファイバの代わりに、ホストガラス中にPr3+
Nd3+及びYb3+を添加した光機能性ガラスからなる平
面導波路を備える導波路素子を用いて光能動装置の部分
を構成してもよい。
A fiber amplifier according to the present invention comprises the above-mentioned optical active device and a signal light coupling means such as a coupler for guiding the signal light in the wavelength band of 1.3 μm into the above optical fiber. in this case,
Instead of the above optical fiber, Pr 3+ in the host glass,
A part of the optically active device may be configured by using a waveguide element having a planar waveguide made of optical functional glass doped with Nd 3+ and Yb 3+ .

【0009】上記のファイバ増幅器によれば、励起光結
合手段により光ファイバ内に導入された比較的短波長の
第1及び第2の励起光によってPr3+が間接的に励起さ
れる。この励起されたPr3+の一部又は多くは、これと
同時に信号光結合手段によって光ファイバ内に導入され
た波長1.3μm帯の信号光に誘導されて放射光を発生
し、波長1.3μm帯での光増幅が可能になる。
According to the above fiber amplifier, Pr 3+ is indirectly excited by the relatively short wavelength first and second pumping lights introduced into the optical fiber by the pumping light coupling means. A part or most of this excited Pr 3+ is simultaneously induced by the signal light coupling means into the signal light in the 1.3 μm wavelength band introduced into the optical fiber to generate radiated light. Optical amplification is possible in the 3 μm band.

【0010】本発明のファイバレーザは、上記光能動装
置と、上記光ファイバ内からの波長1.3μm帯又はそ
の近傍の光をこの光ファイバにフィードバックする共振
器構造とを備える。この場合、光ファイバの代わりに、
ホストガラス中にPr3+、Nd3+及びYb3+を添加した
光機能性ガラスからなる平面導波路を備える導波路素子
を用いて光能動装置の部分を構成してもよい。
The fiber laser of the present invention comprises the above-mentioned photoactive device and a resonator structure for feeding back the light in the 1.3 μm wavelength band or in the vicinity thereof from the inside of the optical fiber to the optical fiber. In this case, instead of optical fiber,
A part of the optical active device may be configured by using a waveguide element having a planar waveguide made of an optical functional glass in which Pr 3+ , Nd 3+ and Yb 3+ are added to the host glass.

【0011】上記のファイバレーザによれば、励起光結
合手段によりファイバ内に導入された比較的短波長の第
1及び第2の励起光によってPr3+が間接的に励起され
る。この励起されたPr3+の一部又は多くは、光ファイ
バ内に存在する波長1.3μm帯の自然放出光等に誘導
されて、放射光を発生し、波長1.3μm帯でのレーザ
発光が可能になる。
According to the above fiber laser, Pr 3+ is indirectly pumped by the first and second pumping lights having relatively short wavelengths introduced into the fiber by the pumping light coupling means. A part or most of the excited Pr 3+ is induced by spontaneous emission light having a wavelength of 1.3 μm band existing in the optical fiber to generate radiated light and emit laser light in the wavelength 1.3 μm band. Will be possible.

【0012】[0012]

【実施例】[本発明の原理についての説明]実施例の説
明の前に、本発明の基礎となる仮説について簡単に説明
する。図1はこの仮説を説明するためのエネルギー準位
図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Explanation of the Principle of the Present Invention] Before explaining the embodiments, a hypothesis which is the basis of the present invention will be briefly explained. FIG. 1 is an energy level diagram for explaining this hypothesis.

【0013】活性物質であるPr3+と共にNd3+及びY
3+を添加した光機能性ガラスに導入された波長0.8
μm帯の第1の励起光は、Nd3+を励起して準位 4
9/2 から準位 43/2 に対応する電子遷移を発生させ
る。この結果、Nd3+の準位 43/2 と準位 49/2
の間に反転分布が形成される。この2準位 43/2 4
9/2 の間のエネルギー差がPr3+の2準位 14 3
4 間のエネルギー差に略対応しているので、Nd3+
励起エネルギーはその近くに存在するPr3+へ伝達され
ることとなり、みかけ上、Nd3+の準位 43/2 からP
3+の準位 14 に電子が遷移する。また、励起された
Nd3+の2準位 43/2 49/2 の間のエネルギー差
がYb3+の2準位 25/2 27/2 間のエネルギー差
にも略対応しているので、Nd3+の励起エネルギーはそ
の近くに存在するYb3+へ伝達され、次いでこの励起さ
れたYb3+の励起エネルギーはその近くに存在するPr
3+へ伝達される。つまり、みかけ上、Nd3+の準位 4
3/2 からYb3+の準位 25/2 をへてPr3+の準位 1
4 に電子が遷移する。
Nd 3+ and Y together with the active substance Pr 3+
Wavelength 0.8 introduced into optical functional glass with b 3+ added
The first excitation light in the μm band excites Nd 3+ to generate a level 4 I
The electronic transition corresponding to the level 4 F 3/2 is generated from 9/2 . As a result, inversion between the level 4 F 3/2 and level 4 I 9/2 of Nd 3+ are formed. These two levels 4 F 3/2 , 4
The energy difference between I 9/2 is the two levels of Pr 3+ 1 G 4 , 3
Since it substantially corresponds to the energy difference between H 4 , the excitation energy of Nd 3+ is transferred to Pr 3+ existing in the vicinity thereof, and apparently the level of Nd 3+ 4 F 3/2 To P
An electron transits to the level 1 G 4 of r 3+ . Also, the energy difference between the excited two levels 4 F 3/2 and 4 I 9/2 of Nd 3+ is the energy between the two levels 2 F 5/2 and 2 F 7/2 of Yb 3+. because it substantially corresponds to the difference, the excitation energy of Nd 3+ is transmitted to the Yb 3+ present in near, then the excitation energy of the excited Yb 3+ is present near the Pr
Transmitted to 3+ . In other words, apparently Nd 3+ level 4 F
3/2 level to Yb 3+ level 2 F 5/2 to Pr 3+ level 1 G
The electron transits to 4 .

【0014】一方、上記光機能性ガラスに導入された波
長0.98μm帯の第2の励起光は、Yb3+を励起して
準位 27/2 から準位 25/2 に対応する電子遷移を発
生させる。この結果、Yb3+の準位 25/2 と準位 2
7/2 との間に反転分布が形成される。この2準位 2
5/2 27/2 間のエネルギー差がPr3+の2準位 1
4 34 間のエネルギー差に略対応しているので、Y
3+の励起エネルギーはその近くに存在するPr3+へ伝
達されることとなり、みかけ上、Yb3+の準位 25/2
からPr3+の準位 14 に電子が遷移する。
On the other hand, the second excitation light of wavelength 0.98 μm band introduced into the above-mentioned optical functional glass excites Yb 3+ to change from level 2 F 7/2 to level 2 F 5/2 . Generate a corresponding electronic transition. As a result, level 2 F 5/2 and level 2 F of Yb 3+
The population inversion is formed between 7/2 and. This 2 level 2 F
Energy difference between 5/2 and 2 F 7/2 is Pr 3+ 2 level 1 G
4, 3 since the substantially corresponds to the energy difference between H 4, Y
The excitation energy of b 3+ is transferred to Pr 3+ existing near it, and apparently the level of Yb 3+ is 2 F 5/2.
Electron transits to Pr 3+ level 1 G 4 .

【0015】このように第1及び第2の励起光によって
間接的に励起されたPr3+の一部又は多くは、光ファイ
バ内に存在する波長1.3μm帯の信号光等に誘導され
て、遷移 14 35 に対応する放射光を発生し、こ
の帯域での光増幅機能、光スイッチ機能、光センサ機能
等の諸機能の発揮を可能にする。
As described above, a part or most of Pr 3+ indirectly pumped by the first and second pumping lights is guided to the signal light in the 1.3 μm wavelength band existing in the optical fiber. , Emits radiated light corresponding to transition 1 G 43 H 5 , and enables various functions such as optical amplification function, optical switch function, and optical sensor function in this band.

【0016】上記の光機能性ガラスにおいて、Pr3+
を添加すべきホストガラス(マトリックスガラス)とし
て、弗燐酸塩ガラス、燐酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、
カルコゲナイドガラス、弗化物ガラス、石英ガラス等の
使用が可能である。
In the above-mentioned optical functional glass, as a host glass (matrix glass) to which Pr 3+ or the like should be added, fluorophosphate glass, phosphate glass, silicate glass,
Chalcogenide glass, fluoride glass, quartz glass, etc. can be used.

【0017】上記の光機能性ガラスから光能動装置を構
成するには、この光機能性ガラスを光伝送路用の素材と
して用いる。例えば、このガラスから形成した平面導波
路を備える導波路素子に形成してもよいが、上記の光機
能性ガラスからなるコアを備えた光ファイバを作製する
ことが、波長1.3μm帯の光能動装置を得るためには
望ましい。
To construct an optical active device from the above optical functional glass, this optical functional glass is used as a material for an optical transmission line. For example, although it may be formed in a waveguide element having a planar waveguide formed of this glass, it is possible to produce an optical fiber having a core made of the above-mentioned optical functional glass to produce an optical fiber having a wavelength of 1.3 μm band. Desirable for obtaining active devices.

【0018】上記光ファイバの具体的製法としては、2
重るつぼ法、ビルトインキャスティング法、ロッドイン
チューブ法等の公知の製法を利用することができる。さ
らに、石英系ガラスを活性物質であるPr3+のホストガ
ラスとする場合、VAD法、MCVD法、OVD法等の
製法を利用することができる。
As a concrete manufacturing method of the above optical fiber, 2
Known manufacturing methods such as a melting crucible method, a built-in casting method, and a rod-in-tube method can be used. Furthermore, when quartz glass is used as a host glass of Pr 3+ which is an active material, VAD method, MCVD method, OVD method and the like can be used.

【0019】上記光ファイバの具体的構造としては、シ
ングルモードファイバとすることが望ましく、またコア
直径を5μm以下、比屈折率差を1%以上とすることが
望ましい。ただし、マルチモードファイバであっても用
途によっては使用できる。さらに、既存のファイバとの
接続を考えれば、コア直径を8μm程度、比屈折率差を
0.3%程度とすることも可能である。
As a concrete structure of the above optical fiber, it is desirable to use a single mode fiber, and it is desirable that the core diameter is 5 μm or less and the relative refractive index difference is 1% or more. However, even a multimode fiber can be used depending on the application. Further, considering the connection with the existing fiber, it is possible to set the core diameter to about 8 μm and the relative refractive index difference to about 0.3%.

【0020】本発明の光能動装置は、以上のような光フ
ァイバと、Nd3+及び/又はYb3+を励起するために波
長0.8μm及び波長0.98μmの励起光を発生する
レーザ等の第1及び第2の励起光源と、これらの励起光
を各励起光源から光ファイバ内に入射させるカプラ等の
励起光結合手段とを備える。
The optical active device of the present invention comprises the above optical fiber, a laser for generating pumping light of wavelength 0.8 μm and wavelength 0.98 μm for pumping Nd 3+ and / or Yb 3+ , and the like. Of the first and second pumping light sources, and pumping light coupling means such as a coupler that causes these pumping lights to enter the optical fiber from the respective pumping light sources.

【0021】上記の光能動装置によれば、励起光結合手
段により光ファイバ内に導入された波長0.8μmの第
1の励起光によってNd3+が励起され、これからエネル
ギー伝達を受けたPr3+も励起される。また、励起光結
合手段により光ファイバ内に導入された波長0.98μ
mの第2の励起光によってYb3+が励起され、これから
エネルギー伝達を受けたPr3+も励起される。このよう
に励起されたPr3+の一部又は多くは、光ファイバ内に
存在する波長1.3μm帯の信号光等に誘導されて、遷
14 35 に対応する放射光を発生し、この帯域
での光増幅機能、光スイッチ機能、光センサ機能等の諸
機能の発揮を可能にする。
According to the above-mentioned optically active device, Nd 3+ is excited by the first pumping light having a wavelength of 0.8 μm introduced into the optical fiber by the pumping light coupling means, and Pr 3 which has received energy from this is excited. + Is also excited. The wavelength of 0.98 μm introduced into the optical fiber by the excitation light coupling means.
Yb 3+ is excited by the second excitation light of m, and Pr 3+ that has undergone energy transfer from this is also excited. A part or most of the Pr 3+ excited in this way is induced by the signal light in the 1.3 μm wavelength band existing in the optical fiber, and the emitted light corresponding to the transition 1 G 43 H 5 is emitted. It is possible to generate various functions such as optical amplification function, optical switch function and optical sensor function in this band.

【0022】[具体的実施例の説明] (1)光ファイバの作製 まず、組成53.5ZrF4 −20BaF2 −3.5L
aF3 −3.0AlF3 −20NaF(mol%)の弗
化物ガラスの原料を準備し、これらと共にPr3+、Nd
3+及びYb3+の化合物を所定量混合した。混合された原
料は、不活性雰囲気下、白金るつぼ中で溶融され、その
後急冷によってガラス化された。また、比較のためPr
3+のみを添加した弗化物ガラスも準備した。
[Description of Specific Examples] (1) Fabrication of Optical Fiber First, composition 53.5ZrF 4 -20BaF 2 -3.5L.
Raw materials for aF 3 -3.0AlF 3 -20NaF (mol%) fluoride glass were prepared, and Pr 3+ and Nd were prepared together with them.
Predetermined amounts of 3+ and Yb 3+ compounds were mixed. The mixed raw materials were melted in a platinum crucible under an inert atmosphere and then vitrified by quenching. For comparison, Pr
A fluoride glass containing only 3+ was also prepared.

【0023】この光機能性ガラスから光能動装置を作製
するため、下記のようにしてファイバを作製した。ま
ず、上記の光機能性ガラスを棒状に成形し、コア用のガ
ラスロッドとする。また、コア用のガラスロッドよりも
屈折率が低くなる組成でPr3+等を含まないクラッド用
のガラスパイプを準備する。その後、これらガラスロッ
ドとガラスパイプとをプリフォームに形成し、光ファイ
バに線引きした。この結果、コア直径が3μmで、外径
が125μmで、その比屈折率差が1.0%のシングル
モードファイバが得られた。このシングルモードファイ
バは長さ10mに切り出された。
In order to manufacture an optical active device from this optical functional glass, a fiber was manufactured as follows. First, the above-mentioned optical functional glass is formed into a rod shape to obtain a glass rod for a core. Further, a glass pipe for cladding, which has a composition lower in refractive index than the glass rod for core and does not contain Pr 3+ etc., is prepared. Then, these glass rods and glass pipes were formed into a preform and drawn into an optical fiber. As a result, a single mode fiber having a core diameter of 3 μm, an outer diameter of 125 μm and a relative refractive index difference of 1.0% was obtained. This single mode fiber was cut to a length of 10 m.

【0024】(2)ファイバ増幅器の作製例 図2は、上記の光ファイバを用いた波長1.3μm帯の
ファイバ増幅器の一作製例を示す。図示のファイバ増幅
器は、双方向2波長励起型の構成となっていて、波長
1.3μm帯の信号光を増幅する希土類イオンを含んだ
光ファイバ30と、波長0.8μm帯の第1の励起光を
発生する第1のレーザダイオード光源32と、波長0.
98μm帯の第2の励起光を発生する第2のレーザダイ
オード光源132と、第1及び第2の励起光をそれぞれ
の励起光源32、132から光ファイバ30内に入射さ
せる第1及び第2の合波分波カプラ33、133とを備
える。
(2) Fabrication Example of Fiber Amplifier FIG. 2 shows a fabrication example of the fiber amplifier in the 1.3 μm wavelength band using the above optical fiber. The illustrated fiber amplifier has a bidirectional two-wavelength pumping type configuration, and includes an optical fiber 30 containing rare earth ions for amplifying a signal light having a wavelength of 1.3 μm and a first pumping light having a wavelength of 0.8 μm. A first laser diode light source 32 for generating light and a wavelength of 0.
A second laser diode light source 132 that generates a second excitation light in the 98 μm band, and first and second laser diodes that emit the first and second excitation lights from the respective excitation light sources 32 and 132 into the optical fiber 30. And a multiplexing / demultiplexing coupler 33, 133.

【0025】光ファイバ38、39の融着延伸により形
成した第1の合波分波カプラ33に設けられた光ファイ
バ38aには、波長1.3μm帯の信号光源31が接続
される。これに対向する光ファイバ38bは、光ファイ
バ30の入力側が結合され、信号光を光ファイバ30内
に入射させる。第1の合波分波カプラ33から延びる光
ファイバ39aには、波長0.8μm帯の励起光を発生
する第1のレーザダイオード32が接続される。したが
って、光ファイバ30内には信号光とともにレーザダイ
オード32からの波長0.98μm帯の励起光も導入さ
れる。一方、第2の合波分波カプラ133に設けられた
光ファイバ139aには、波長0.98μm帯の励起光
を発生する第2のレーザダイオード132が接続され
る。さらに、第2の合波分波カプラ133に設けられた
ファイバ138aは光ファイバ30の出力側に結合され
る。したがって、レーザダイオード132からの波長
0.98μm帯の励起光も第2の合波分波カプラ133
を介して光ファイバ30内に導入される。
A signal light source 31 having a wavelength band of 1.3 μm is connected to the optical fiber 38a provided in the first multiplexing / demultiplexing coupler 33 formed by fusion-spreading the optical fibers 38 and 39. The input side of the optical fiber 30 is coupled to the optical fiber 38b facing this, and the signal light is made incident on the inside of the optical fiber 30. An optical fiber 39a extending from the first multiplexing / demultiplexing coupler 33 is connected to a first laser diode 32 that generates excitation light having a wavelength band of 0.8 μm. Therefore, the pumping light of the wavelength 0.98 μm band from the laser diode 32 is also introduced into the optical fiber 30 together with the signal light. On the other hand, to the optical fiber 139a provided in the second multiplexing / demultiplexing coupler 133, the second laser diode 132 that generates the excitation light in the wavelength band of 0.98 μm is connected. Further, the fiber 138 a provided in the second multiplexing / demultiplexing coupler 133 is coupled to the output side of the optical fiber 30. Therefore, the excitation light in the wavelength band of 0.98 μm from the laser diode 132 is also included in the second multiplexing / demultiplexing coupler 133.
It is introduced into the optical fiber 30 via.

【0026】光ファイバ30の出力側からの出力光は、
ファイバ138aと、第2の合波分波カプラ133と、
ファイバ138bと、励起光をカットする光フィルタ3
6とを介して光検出器35に導かれる。光検出器35
は、増幅された信号光の強度等を検出する。なお、第1
及び第2の合波分波カプラ33、133から延びる残り
の光ファイバ39b、139bは、戻り光を防止するた
めにマッチングオイル37漬浸される。
The output light from the output side of the optical fiber 30 is
A fiber 138a, a second multiplexing / demultiplexing coupler 133,
Fiber 138b and optical filter 3 that cuts the excitation light
6 and is guided to the photodetector 35. Photodetector 35
Detects the intensity and the like of the amplified signal light. The first
And the remaining optical fibers 39b and 139b extending from the second multiplexing / demultiplexing couplers 33 and 133 are dipped in matching oil 37 to prevent returning light.

【0027】図3のファイバ増幅器の動作について簡単
に説明する。信号光源31からの波長1.3μm帯の信
号光は、第1の合波分波カプラ33をへて光ファイバ3
0内に入射する。同時に、第1及び第2の励起光源3
2、132からの波長0.8μm帯及び0.98μm帯
の励起光も第1及び第2の合波分波カプラ33をへて光
ファイバ30内に入射する。これらの励起光は、Nd3+
及びYb3+を励起し、これからエネルギー伝達を受けた
Pr3+をも間接的に励起する。励起されたPr3+は信号
光に誘導されて、遷移 14 35 に対応する波長
1.3μm帯の放射光を発生する。励起光が所定の強度
を超えると、信号光は増幅される。
The operation of the fiber amplifier shown in FIG. 3 will be briefly described. The signal light in the wavelength band of 1.3 μm from the signal light source 31 passes through the first multiplexing / demultiplexing coupler 33 to the optical fiber 3
It is incident within 0. At the same time, the first and second excitation light sources 3
The pumping lights of wavelengths 0.8 μm band and 0.98 μm band from 2, 132 also enter the optical fiber 30 through the first and second multiplexing / demultiplexing couplers 33. These excitation lights are Nd 3+
And Yb 3+ are also excited, and Pr 3+ to which energy is transferred from this is also indirectly excited. The excited Pr 3+ is induced by the signal light to generate radiation light having a wavelength band of 1.3 μm corresponding to the transition 1 G 43 H 5 . When the excitation light exceeds a predetermined intensity, the signal light is amplified.

【0028】図3のファイバ増幅器で得られた測定結果
について説明する。
The measurement results obtained with the fiber amplifier of FIG. 3 will be described.

【0029】(例1)光ファイバ30として、そのコア
30aにPr3+を5000ppm、Nd3+を5000p
pm,Yb3+を5000ppm添加したシングルモード
ファイバを準備した。信号光源31としては、レーザダ
イオードを用い、波長を1.32μmとし、信号光入力
を−30dBとした。第1及び第2の励起光源32、1
32としては、レーザダイオードを使用し、波長をそれ
ぞれ0.8μm及び0.98μmとし、励起光入力をと
もに30mWとした。波長1.32μmの信号光に対す
る利得は30dBであった。
(Example 1) As the optical fiber 30, the core 30a contains Pr 3+ of 5000 ppm and Nd 3+ of 5000 p.
A single mode fiber containing 5000 ppm of pm, Yb 3+ was prepared. A laser diode was used as the signal light source 31, the wavelength was 1.32 μm, and the signal light input was −30 dB. First and second excitation light sources 32, 1
As 32, a laser diode was used, the wavelength was 0.8 μm and 0.98 μm, and the pumping light input was 30 mW. The gain for the signal light of wavelength 1.32 μm was 30 dB.

【0030】(例2)光ファイバ30として、そのコア
30aにPr3+を5000ppm、Nd3+を5000p
pm添加したシングルモードファイバを準備した。信号
光源31としては(例1)のレーザダイオードと同様の
ものを使用した。第1の励起光源132としては、(例
1)のレーザダイオードと同様のものを使用し、励起光
入力を50mWとした。第2の励起光源32からは励起
光を発生させなかった。波長1.30μmの信号光に対
する利得は20dBであった。
(Example 2) As the optical fiber 30, the core 30a has Pr 3+ of 5000 ppm and Nd 3+ of 5000 p.
A single mode fiber doped with pm was prepared. As the signal light source 31, the same one as the laser diode of (Example 1) was used. As the first pumping light source 132, the same one as the laser diode of (Example 1) was used, and the pumping light input was set to 50 mW. No excitation light was generated from the second excitation light source 32. The gain for signal light having a wavelength of 1.30 μm was 20 dB.

【0031】(3)導波路素子増幅器の作製例 図3は、導波路素子増幅器の実施例を示した図である。
基板120上に2またに分岐する平面導波路130a、
130b、130cを形成する。平面導波路130aに
はPr3+とともにNd3+等の第2の希土類イオンが添加
されている。平面導波路130aの他端には、グレーテ
ィングからなるフィルタ136を形成してある。平面導
波路130bには、波長1.3μm帯の信号光を入射さ
せる。また、平面導波路130cには、波長0.8μ
m、波長0.98μm等の励起光を入射させる。励起光
を発生させるレーザ光源としては、図32ものと同様の
ものを用いる。
(3) Manufacturing Example of Waveguide Element Amplifier FIG. 3 is a diagram showing an example of the waveguide element amplifier.
A planar waveguide 130a that bifurcates on the substrate 120,
Form 130b and 130c. A second rare earth ion such as Nd 3+ is added to the planar waveguide 130a together with Pr 3+ . A filter 136 made of a grating is formed at the other end of the planar waveguide 130a. Signal light having a wavelength band of 1.3 μm is incident on the planar waveguide 130b. In addition, the planar waveguide 130c has a wavelength of 0.8 μm.
m, a wavelength of 0.98 μm, or other excitation light is incident. As the laser light source for generating the excitation light, the same laser light source as that shown in FIG. 32 is used.

【0032】図3のファイバ増幅器100の動作につい
て簡単に説明する。波長1.3μm帯の信号光は平面導
波路130bをへて平面導波路130a内に入射し、レ
ーザダイオード等の励起光源からの波長0.8μm及び
波長0.98μmの励起光も平面導波路130cをへて
平面導波路130a内に入射する。これらの励起光は、
Nd3+及びYb3+を励起し、さらにPr3+を励起する。
励起されたPr3+は信号光に誘導されて、遷移 14
35 に対応する波長1.3μm帯の放射光を発生す
る。励起光が所定の強度を超えると、信号光は増幅され
ることとなる。
The operation of the fiber amplifier 100 shown in FIG. 3 will be briefly described. The signal light in the wavelength band of 1.3 μm enters the planar waveguide 130a through the planar waveguide 130b, and the excitation light of wavelengths 0.8 μm and 0.98 μm from the excitation light source such as a laser diode is also transmitted to the planar waveguide 130c. To enter the planar waveguide 130a. These excitation lights are
Excites Nd 3+ and Yb 3+ , and further excites Pr 3+ .
The excited Pr 3+ is induced by the signal light, and the transition 1 G 4
It emits radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to 3 H 5 . When the excitation light exceeds a predetermined intensity, the signal light will be amplified.

【0033】(4)ファイバレーザの作製例 第4図は、ファイバレーザの実施例を示した図である。
このファイバレーザは、光ファイバ30と、レーザダイ
オード等からなるレーザ光源32と、レンズ等からなる
励起光結合装置43とを備える。レーザ光源32は波長
0.8μm及び波長0.98μmの励起光を発生する。
励起光結合装置43はこれらの励起光をレーザ光源32
から光ファイバ30内に入射させる。この場合、光ファ
イバの入出力端を適当な鏡面に仕上げ、共振器構造を形
成する。なお、共振器構造を誘電体ミラー等を使用する
通常のタイプのものとしてもよい。更に、リング状の共
振器としたリングレーサを形成することも可能である。
(4) Fabrication Example of Fiber Laser FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the fiber laser.
The fiber laser includes an optical fiber 30, a laser light source 32 including a laser diode and the like, and an excitation light coupling device 43 including a lens and the like. The laser light source 32 generates excitation light having a wavelength of 0.8 μm and a wavelength of 0.98 μm.
The pumping light coupling device 43 outputs these pumping lights to the laser light source 32.
To enter the optical fiber 30. In this case, the input and output ends of the optical fiber are finished into an appropriate mirror surface to form a resonator structure. The resonator structure may be of a normal type using a dielectric mirror or the like. Further, it is possible to form a ring racer having a ring-shaped resonator.

【0034】上記のファイバレーザにおいて、レーザ光
源32からの波長0.8μm及び波長0.98μmの励
起光は、励起光結合装置38によって光ファイバ30内
に導入される。これらの励起光は、光ファイバ30内の
Nd3+及びYbd3+を励起し、さらにPr3+を励起す
る。励起されたPr3+は1.3μmの自然放出光に誘導
されて、遷移 14 35 に対応する波長1.3μm
帯の放射光を発生する。励起光の出力が所定値を超える
と波長1.3μm帯でレーザ発振が生じる。
In the above fiber laser, the pumping light of wavelength 0.8 μm and wavelength 0.98 μm from the laser light source 32 is introduced into the optical fiber 30 by the pumping light coupling device 38. These excitation lights excite Nd 3+ and Ybd 3+ in the optical fiber 30, and further excite Pr 3+ . The excited Pr 3+ is guided by 1.3 μm spontaneous emission light, and the wavelength corresponding to the transition 1 G 43 H 5 is 1.3 μm.
Generates synchrotron radiation. When the output of pumping light exceeds a predetermined value, laser oscillation occurs in the 1.3 μm wavelength band.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光機
能性ガラスによれば、Nd3+及びYb3+の存在により、
Pr3+を波長1.0μm以下の励起光を発生する簡易な
励起光源で励起することができる。このように励起され
たPr3+の存在により、1.3μm帯での発光・光増幅
が可能になり、或いはその増幅効率を高めることができ
る。更に、これを導波路、光ファイバ等に形成すること
により、光増幅装置、レーザ等の光機能性装置に応用で
きる。特に、ファイバに形成した場合、低閾値で高利得
のファイバ増幅器が得られる。
As described above, according to the optical functional glass of the present invention, due to the presence of Nd 3+ and Yb 3+ ,
It is possible to excite Pr 3+ with a simple excitation light source that generates excitation light having a wavelength of 1.0 μm or less. The presence of Pr 3+ thus excited enables light emission / optical amplification in the 1.3 μm band or enhances the amplification efficiency. Further, by forming this in a waveguide, an optical fiber or the like, it can be applied to an optical amplifier, an optical functional device such as a laser. In particular, when formed into a fiber, a low threshold and high gain fiber amplifier can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】Pr3+等の希土類元素のエネルギー準位図を示
した図である。
FIG. 1 is a diagram showing an energy level diagram of a rare earth element such as Pr 3+ .

【図2】ファイバ増幅器の実施例を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a fiber amplifier.

【図3】導波路素子増幅器の実施例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a waveguide element amplifier.

【図4】ファイバレーザの実施例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a fiber laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30…光ファイバ 32、132…励起光源 33、133…励起光結合手段である合波分波カプラ 30 ... Optical fiber 32, 132 ... Excitation light source 33, 133 ... Multiplexing / demultiplexing coupler as pumping light coupling means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 6/00 376 B 7036−2K G02F 1/35 501 7246−2K H01S 3/07 7630−4M 3/17 7630−4M (72)発明者 向後 隆司 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 宮島 義昭 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location G02B 6/00 376 B 7036-2K G02F 1/35 501 7246-2K H01S 3/07 7630-4M 3 / 17 7630-4M (72) Inventor Takashi Mugo 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Sumitomo Electric Industries, Ltd. Yokohama Works (72) Inventor Yoshiaki Miyajima 1-1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホストガラスにPr3+、Nd3+及びYb
3+を共添加した光機能性ガラスからなるコアを備える光
ファイバと、Nd3+を励起するため波長0.8μm帯の
第1の励起光を発生する第1の励起光源と、Yb3+を励
起するため波長0.98μm帯の第2の励起光を発生す
る第2の励起光源と、第1及び第2の励起光を前記第1
及び第2の励起光源から前記光ファイバ内に入射させる
励起光結合手段と、を備える光能動装置。
1. A host glass containing Pr 3+ , Nd 3+ and Yb.
An optical fiber having a core made of optical functional glass co-doped with 3+ , a first pumping light source for generating first pumping light having a wavelength of 0.8 μm band for pumping Nd 3+ , and Yb 3+ A second pumping light source for generating a second pumping light having a wavelength of 0.98 μm for exciting the
And an excitation light coupling means for allowing the second excitation light source to enter the optical fiber.
【請求項2】 請求項1に記載の光能動装置と、波長
1.3μm帯の信号光を前記光ファイバ内に導く信号光
結合手段とを備えるファイバ増幅器。
2. A fiber amplifier comprising: the optical active device according to claim 1; and a signal light coupling means for guiding a signal light having a wavelength band of 1.3 μm into the optical fiber.
【請求項3】 請求項1に記載の光能動装置と、前記光
ファイバ内からの波長1.3μm帯又はその近傍の光を
該光ファイバにフィードバックする共振器構造とを備え
るファイバレーザ。
3. A fiber laser comprising the optical active device according to claim 1, and a resonator structure for feeding back light in the 1.3 μm wavelength band or in the vicinity thereof from inside the optical fiber to the optical fiber.
【請求項4】 ホストガラスにPr3+、Nd3+及びYb
3+を共添加した光機能性ガラスからなる平面導波路を備
えた導波路素子と、Nd3+を励起するため波長0.8μ
m帯の第1の励起光を発生する第1の励起光源と、Yb
3+を励起するため波長0.98μm帯の第2の励起光を
発生する第2の励起光源と、第1及び第2の励起光を前
記第1及び第2の励起光源から前記導波路素子内に入射
させる励起光結合手段と、を備える光能動装置。
4. A host glass containing Pr 3+ , Nd 3+ and Yb.
3+ a waveguide device having a planar waveguide made of the co-added optical functional glass, a wavelength to excite the Nd 3+ 0.8 micron
a first pumping light source for generating a first pumping light in the m band, and Yb
A second pumping light source for generating a second pumping light having a wavelength of 0.98 μm for pumping 3+ , and a first and second pumping light from the first and second pumping light sources to the waveguide element. And an excitation light coupling means to be incident on the inside of the optically active device.
【請求項5】 請求項4に記載の光能動装置と、波長
1.3μm帯の信号光を前記導波路素子内に導く信号光
結合手段とを備える導波路素子増幅器。
5. A waveguide device amplifier comprising: the optical active device according to claim 4; and a signal light coupling means for guiding signal light in a 1.3 μm wavelength band into the waveguide device.
【請求項6】 請求項4に記載の光能動装置と、前記導
波路素子内からの波長1.3μm帯又はその近傍の光を
該導波路素子にフィードバックする共振器構造とを備え
る導波路素子レーザ。
6. A waveguide element comprising the photoactive device according to claim 4, and a resonator structure for feeding back light in the 1.3 μm wavelength band or in the vicinity thereof from the inside of the waveguide element to the waveguide element. laser.
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