JPH0529699A - Optical functional glass - Google Patents

Optical functional glass

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JPH0529699A
JPH0529699A JP18486891A JP18486891A JPH0529699A JP H0529699 A JPH0529699 A JP H0529699A JP 18486891 A JP18486891 A JP 18486891A JP 18486891 A JP18486891 A JP 18486891A JP H0529699 A JPH0529699 A JP H0529699A
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JP
Japan
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optical
fiber
excitation light
optical fiber
wavelength
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Application number
JP18486891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Onishi
正志 大西
Takashi Kogo
隆司 向後
Koji Nakazato
浩二 中里
Hiroo Kanamori
弘雄 金森
Minoru Watanabe
稔 渡辺
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 JPH0529699A publication Critical patent/JPH0529699A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an optical functional glass and a fiber amplifier, etc., using the same for optically amplifying in a 1.3mum wavelength band. CONSTITUTION:At least one type of Sm and Dy is added as second rare earth element together with Pr of a first rare earth element to optical functional glass to be used for an optical fiber 30. The second rare earth element is excited due to presence of an exciting light having 1.07, 0.98mum, etc., wavelengths from a laser light source 32. The first rare earth element which receives energy from the second rare earth element is also excited in response to it. The excited first rare earth element is guided to a signal light to generate an emitting light having 1.3mum a wavelength band corresponding to a transition <1>D2 <1>G4. If the exciting light exceeds a predetermined intensity, the signal light is amplified.

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帯その他の波
長帯域での光増幅等に使用される光能動素子、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, an optical active device, a fiber amplifier, a waveguide device amplifier, a fiber laser and a waveguide device laser used for optical amplification in the 1.3 .mu.m band and other wavelength bands. Regarding

【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、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1.3μ
m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) )。
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 used for optical communication in a wavelength band 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 ions (Pr 3+ ) as an active substance has a wavelength of 1.3 μm.
It has been reported that optical amplification in the m band can be realized (OFC '90 Post Deadline Papers (PD2-1)).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の報告に
示されるPr3+添加の弗化物ガラスらなる光ファイバで
は、波長1μm光の吸収強度が小さく、増幅効率が極め
て悪いといった問題があった。また、励起用の波長1μ
mのLDがない為、増幅器の実用化に際して、大きな問
題があった。
However, in the optical fiber made of Pr 3+ -doped fluoride glass shown in the above report, there is a problem that the absorption intensity of light having a wavelength of 1 μm is small and the amplification efficiency is extremely poor. . Also, the wavelength for excitation is 1μ
Since there is no LD of m, there was a big problem in practical application of the amplifier.

【0004】そこで、本発明は、Pr3+を添加した光機
能性ガラスであって、波長1.3μm帯での発光・光増
幅の効率が高い光機能性ガラスを提供することを目的と
している。
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical functional glass containing Pr 3+ and having a high efficiency of light emission / amplification in the wavelength band of 1.3 μm. .

【0005】また、本発明は、上記光機能性ガラスを用
いた光ファイバ及び導波路素子を提供することを目的と
する。
Another object of the present invention is to provide an optical fiber and a waveguide element using the above optical functional glass.

【0006】また、本発明は、上記光ファイバ及び導波
路素子を備える光能動装置を提供することを目的とす
る。
Another object of the present invention is to provide an optical active device including the above optical fiber and waveguide element.

【0007】また、本発明は、上記光ファイバを用いた
ファイバ増幅器及びファイバレーザを提供することを目
的とする。
It is another object of the present invention to provide a fiber amplifier and a fiber laser using the above optical fiber.

【0008】また、本発明は、上記導波路素子を用いた
導波路素子増幅器及び導波路素子レーザを提供すること
を目的とする。
Another object of the present invention is to provide a waveguide device amplifier and a waveguide device laser using the above waveguide device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記課題解決のため鋭意研究を重ねた結果、波長約1.0
μmの励起光によって波長1.3μm帯での発光・光増
幅を可能にし、或いはその増幅効率等を高め得る光機能
性ガラスを見出した。
[Means and Actions for Solving the Problems] The inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above problems, and as a result, have a wavelength of about 1.0.
The inventors have found an optical functional glass that can emit light and amplify light in the 1.3 μm wavelength band by using excitation light of μm, or can enhance its amplification efficiency.

【0010】本発明に係る光機能性ガラスは、サマリウ
ムイオン(Sm3+)及びディスプロシウムイオン(Dy
3+)の内少なくとも一種類のイオンを第2の希土類イオ
ンとして、第1の希土類イオンであるPr3+と共にホス
トガラス(マトリックスガラス)に添加することとして
いる。ホストガラスとしては、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。
The optical functional glass according to the present invention comprises a samarium ion (Sm 3+ ) and a dysprosium ion (Dy).
At least one kind of ions of 3+ ) is added as a second rare earth ion to the host glass (matrix glass) together with Pr 3+ which is the first rare earth ion. As the host glass, it is possible to use fluorophosphate glass, phosphate glass, silicate glass, chalcogenide glass, fluoride glass, quartz glass and the like.

【0011】上記光機能性ガラスによれば、Sm3+若し
くはDy3+又はこれらの組み合わせをPr3+とともにホ
ストガラスに添加することにより、波長約1.0μmの
励起光を用いてPr3+を励起できるばかりでなく、この
結果波長1.3μm帯での光増幅等に適したガラスを得
ることができることが後述のように判明した。
According to the optical functional glass, Sm 3+ or Dy 3+ or by a combination thereof is added to the host glass together with Pr 3+, Pr 3+ using an excitation light having a wavelength of approximately 1.0μm It has been found that not only can be excited, but as a result, glass suitable for optical amplification in the wavelength band of 1.3 μm can be obtained as described later.

【0012】上記の現象に関し、本発明者は次のような
仮説を立てて検討した。
With respect to the above phenomenon, the present inventor made a study by making the following hypothesis.

【0013】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。活性物質として例えばPr3+及びSm
3+を共添加した光機能性ガラスに導入された波長約1.
07μmの励起光は、2光子過程によってSm3+を励起
して準位 65/2 から準位 69/2 への電子遷移と準位
69/2から準位 45/2 への電子遷移とを発生させ
る。この2準位 45/2 65/2 の間のエネルギー差
がPr3+の2準位 12 34 間のエネルギー差に略
対応しているので、Sm3+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る。つまり、励
起電子はエネルギー伝達によってみかけ上準位 45/2
から準位 12 に遷移する。この結果、Pr3+の遷移 1
2 14 に対応する波長1.3μm帯の輻射が可能
になる。
FIG. 1 is an energy level diagram for explaining this hypothesis. Examples of active substances include Pr 3+ and Sm
Wavelength introduced into optical functional glass co-doped with 3+ about 1.
The excitation light of 07 μm excites Sm 3+ by the two-photon process, and electronic transition from the level 6 H 5/2 to the level 6 F 9/2 and the level
An electronic transition from 6 F 9/2 to level 4 G 5/2 is generated. Since the energy difference between the two levels 4 G 5/2 and 6 H 5/2 substantially corresponds to the energy difference between the two levels 1 D 2 and 3 H 4 of Pr 3+ , Sm 3+ The excitation energy of is transferred to Pr 3+ existing near it. That is, the excited electrons are apparently at a level 4 G 5/2 due to energy transfer.
To the level 1 D 2 . As a result, the transition 1 of Pr 3+
Radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to D 21 G 4 becomes possible.

【0014】また、Pr3+及びDy3+を共添加した光機
能性ガラスに導入された波長約0.98μmの励起光
は、2光子過程によってDy3+を励起して準位 615/2
から準位 65/2 を介して準位 49/2 への電子遷移を
発生させる。この結果、エネルギー伝達によってDy3+
の準位 49/2 からPr3+の準位 12 への電子の遷移
が生じ、Pr3+の遷移 12 14 に対応する波長
1.3μm帯の輻射が可能になる。
Further, the excitation light having a wavelength of about 0.98 μm introduced into the optical functional glass co-doped with Pr 3+ and Dy 3+ excites Dy 3+ by the two-photon process and the level 6 H 15 / 2
To the level 4 F 9/2 via the level 6 H 5/2 . As a result, energy transfer causes Dy 3+
An electron transition occurs from the level 4 F 9/2 of Pr 3+ to the level 1 D 2 of Pr 3+ , and radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to the transition 1 D 21 G 4 of Pr 3+ is possible. become.

【0015】上記の仮説が適切なものであるかどうかは
不明である。いずれにせよ、本発明者の実験・検討によ
れば、ホストガラス中にSm3+若しくはDy3+又はこれ
らの組み合わせをPr3+とともに添加することにより、
Pr3+による波長1.3μm帯での発光・光増幅等を可
能にし、或いはその増幅効率等を高める有望なガラスが
得られることがわかった。
It is unclear whether the above hypothesis is appropriate. In any case, according to the experiments and studies by the present inventors, by adding Sm 3+ or Dy 3+ or a combination thereof to the host glass together with Pr 3+ ,
It has been found that a promising glass that enables light emission and light amplification in the wavelength band of 1.3 μm by Pr 3+ , or that enhances the amplification efficiency and the like can be obtained.

【0016】上記の光機能性ガラスは光伝送路用の素材
として用いられ、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、長尺の光伝送路を得る上では望ましく、また
波長1.3μm帯の光能動装置を得る上でも望ましい。
即ち、上記ような光機能性ガラスは、これをコアとした
光ファイバを作製することにより、ファイバレーザ、フ
ァイバ増幅器、ファイバ検出器等の各種光能動装置への
応用が可能になる。
The above-mentioned optical functional glass is used as a material for an optical transmission line. For example, the optical functional glass may be formed into a waveguide element having a planar waveguide formed of this glass, but it is made of the above optical functional glass. It is desirable to manufacture an optical fiber provided with a core in order to obtain a long optical transmission line and also to obtain an optical active device having a wavelength band of 1.3 μm.
That is, the above-mentioned optical functional glass can be applied to various optical active devices such as a fiber laser, a fiber amplifier, and a fiber detector by producing an optical fiber having the core as the core.

【0017】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.

【0018】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 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%.

【0019】本発明の光能動装置は、上記光ファイバ
と、第2の希土類イオンであるSm3+及び/又はDy3+
を励起するために波長約1μmの励起光を発生するLD
その他のレーザ等の励起光源と、この励起光を励起光源
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。
An optical active device of the present invention comprises the above optical fiber and second rare earth ions Sm 3+ and / or Dy 3+.
For generating excitation light with a wavelength of about 1 μm to excite the laser
Other pumping light sources such as lasers, and pumping light coupling means such as a coupler that causes the pumping light to enter the optical fiber from the pumping light source are provided.

【0020】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約1μmの励起
光によってSm3+等の第2の希土類イオンが励起され、
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 12 14 に対応する放射光を高い効率で発生
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容易にする。
According to the above optical active device, the second rare earth ion such as Sm 3+ is excited by the excitation light having the wavelength of about 1 μm introduced into the optical fiber by the excitation light coupling means,
Pr 3+ that has received energy transfer from this is also excited.
Part or most of this excited Pr 3+ is guided to the signal light in the 1.3 μm wavelength band existing in the optical fiber,
It emits radiated light corresponding to transition 1 D 21 G 4 with high efficiency, and facilitates various functions such as optical amplification function, optical switch function, and optical sensor function in this band.

【0021】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。
The fiber amplifier of 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 1.3 μm wavelength band into the above optical fiber.

【0022】上記のファイバ増幅器によれば、励起光結
合手段によりファイバ内に導入された波長約1μmの励
起光によってPr3+が励起される。この励起されたPr
3+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
光等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 pumped by the pumping light having a wavelength of about 1 μm introduced into the fiber by the pumping light coupling means. This excited Pr
At the same time, a part or most of 3+ is induced by the signal light of the wavelength 1.3 μm band introduced into the optical fiber by the signal light coupling means to generate radiated light, and the 3+ Optical amplification becomes possible.

【0023】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。
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.

【0024】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波長約1μmの励
起光によってPr3+が励起される。この励起されたPr
3+の一部又は多くは、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
レーザ発振が可能になる。
According to the above fiber laser, Pr 3+ is excited by the excitation light having a wavelength of about 1 μm introduced into the fiber by the excitation light coupling means. This excited Pr
Part or most of 3+ is induced by spontaneous emission light in the 1.3 μm wavelength band to generate radiated light, and laser oscillation in the 1.3 μm wavelength band is possible.

【0025】上記光ファイバを導波路素子に置き換えれ
ば、極めて小型の導波路素子増幅器、導波路素子レーザ
その他の光能動装置を構成することもできる。
If the above optical fiber is replaced with a waveguide element, an extremely small waveguide element amplifier, waveguide element laser or other optically active device can be constructed.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below.

【0027】まず、組成53.5ZrF4 −20BaF
2 −3.5LaF3 −3.0AlF3 −20NaF(m
ol%)の弗化物ガラスの原料を準備し、これらと共に
PrF3 とSmF3 等の弗化物とを所定量混合した。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PrF3 のみを添加した弗化物ガラスも準備し
た。
First, the composition 53.5ZrF 4 -20BaF
2 -3.5LaF 3 -3.0AlF 3 -20NaF (m
(ol%) fluoride glass raw materials were prepared, and PrF 3 and a fluoride such as SmF 3 were mixed in a predetermined amount together with them. The mixed raw materials were melted in a platinum crucible under an inert atmosphere and then vitrified by quenching. Further, a fluoride glass containing only PrF 3 was prepared for comparison.

【0028】この光機能性ガラスの光増幅特性を評価す
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Sm3+等の第2の希土類イオンのみ
ならず、Pr3+も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5μm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、測定のため
長さ8mの光ファイバ試料に切り出された。
In order to evaluate the optical amplification characteristics of this optical functional glass, a fiber was produced as follows. First,
The above-mentioned optical functional glass is molded into a rod shape to obtain a glass rod for a core. Further, a glass pipe for cladding is prepared which has a composition having a refractive index lower than that of the glass rod for core and does not contain not only second rare earth ions such as Sm 3+ but also Pr 3+ . Then, these glass rods and glass pipes were formed into a preform and drawn into an optical fiber.
As a result, the core diameter is 5 μm, the outer diameter is 125 μm,
A single mode fiber having a relative refractive index difference of 1.0% was obtained. This single mode fiber was cut into an optical fiber sample having a length of 8 m for measurement.

【0029】図2はこうして得られた光ファイバ30を
拡大して示した図である。光ファイバ30は、Pr3+
ともにSm3+、Dy3+等を添加した光機能性ガラスから
なるコア30aと、コアよりも相対的に屈折率が低くP
3+、Sm3+、Dy3+等の活性物質を添加していないク
ラッド30bとを備える。
FIG. 2 is an enlarged view of the optical fiber 30 thus obtained. The optical fiber 30 includes a core 30a made of an optical functional glass in which Sm 3+ , Dy 3+, etc. are added together with Pr 3+ , and P has a relatively lower refractive index than the core.
and a clad 30b to which an active substance such as r 3+ , Sm 3+ , Dy 3+ is not added.

【0030】図3は、光ファイバ30を用いた波長1.
3μm帯のファイバ増幅器の一構成例を示す。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元素を
含んだファイバ30と、波長1.07μm帯の第1の励
起光を発生する第1のレーザ光源32と、波長0.98
μm帯の第2の励起光を発生する第2のレーザ光源13
2と、第1及び第2の励起光をそれぞれの励起光源3
2、132から光ファイバ30内に入射させる第1及び
第2のカプラ33、133とを備える。
FIG. 3 shows a case where the wavelength 1.
An example of the configuration of a 3 μm band fiber amplifier is shown. The illustrated fiber amplifier has a bidirectional two-wavelength pumping type configuration, and includes a fiber 30 containing a rare earth element that amplifies signal light in the wavelength band of 1.3 μm, and a first pumping light in the wavelength band of 1.07 μm. Generating a first laser light source 32 and a wavelength of 0.98
Second laser light source 13 for generating second excitation light in the μm band
2 and each of the first and second excitation lights, the respective excitation light source 3
The first and second couplers 33 and 133 that enter the optical fiber 30 from the second and second 132 are provided.

【0031】光ファイバ38、39の融着延伸により形
成した第1のカプラ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には、コネクタ等を介
して光ファイバ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のカプラ33に設けら
れた光ファイバ39aには、波長1.07μm帯の励起
光を発生する第1のレーザ光源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光
源32からの波長1.07μm帯の励起光も導入され
る。
An optical fiber 38a provided on the first coupler 33 formed by fusion-spreading the optical fibers 38 and 39.
A signal light source 31 having a wavelength band of 1.3 μm is connected to.
The input side of the optical fiber 30 is coupled to the optical fiber 38b facing this through a connector or the like, and the signal light is made incident into the optical fiber 30. A first laser light source 32 that generates excitation light in a wavelength band of 1.07 μm is connected to the optical fiber 39a provided in the first coupler 33. Therefore, the excitation light of the wavelength 1.07 μm band from the laser light source 32 is also introduced into the optical fiber 30 together with the signal light.

【0032】一方、第2のカプラ133に設けられたフ
ァイバ139aには、波長0.98μm帯の励起光を発
生する第2のレーザ光源132が接続される。さらに、
第2のカプラ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
ザ光源132からの波長0.98μm帯の励起光も第2
のカプラ133を介して光ファイバ30内に導入され
る。
On the other hand, the fiber 139a provided in the second coupler 133 is connected to the second laser light source 132 which generates the excitation light in the wavelength band of 0.98 μm. further,
The fiber 138 a provided in the second 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 light source 132 is also second
Is introduced into the optical fiber 30 via the coupler 133.

【0033】光ファイバ30の出力側からの増幅された
信号光は、ファイバ138a、第2のカプラ133及び
ファイバ138bと励起光をカットするフィルタ36と
を介して光スペクトラムアナライザ35に導かれる。光
スペクトラムアナライザ35は、増幅された信号光の強
度、波長等を測定する。なお、第1及び第2のカプラ3
3、133に設けられた残りの光ファイバ39b、13
9bは、戻り光を防止するためにマッチングオイル37
に漬浸される。
The amplified signal light from the output side of the optical fiber 30 is guided to the optical spectrum analyzer 35 via the fiber 138a, the second coupler 133 and the fiber 138b, and the filter 36 for cutting the pumping light. The optical spectrum analyzer 35 measures the intensity, wavelength, etc. of the amplified signal light. The first and second couplers 3
3, the remaining optical fibers 39b and 13 provided in
9b is a matching oil 37 to prevent returning light.
Is soaked in.

【0034】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、カプラ33をへて光ファイバ30内に入射す
る。同時に、第1及び第2の励起光源32、132から
の波長1.07μm帯及び0.98μm帯の励起光も第
1及び第2のカプラ33をへて光ファイバ30内に入射
する。これらの励起光は、Sm3+、Dy3+等の活性物質
を励起し、これからエネルギー伝達を受けたPr3+をも
励起する。励起されたPr3+は信号光に誘導されて、遷
12 14 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 shown in FIG. 3 will be briefly described. The signal light in the 1.3 μm wavelength band from the signal light source 31 enters the optical fiber 30 via the coupler 33. At the same time, the pumping lights of the wavelengths 1.07 μm band and 0.98 μm band from the first and second pumping light sources 32 and 132 also enter the optical fiber 30 through the first and second couplers 33. These excitation light, Sm 3+, excites the active substance Dy 3+ etc., excites also Pr 3+ that received therefrom energy transfer. 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 D 21 G 4 . When the excitation light exceeds a predetermined intensity, the signal light will be amplified.

【0035】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.

【0036】(例1)光ファイバ30として、そのコア
30aにPr3+を1000ppm、Sm3+を2000p
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、波長1.32μmのLDを用い、信
号光入力を−30dBとした。第1の励起光源32とし
ては、LD励起のNd−YAGレーザを使用し、波長を
1.06μmとし、励起光入力を100mWとした。第
2の励起光源132からは励起光を発生させなかった。
波長1.32μmの信号光に対する利得は7dBで、そ
の効率は0.07dB/mWであった。
Example 1 As an optical fiber 30, Pr 3+ is 1000 ppm and Sm 3+ is 2000 p in the core 30a.
A single mode fiber doped with pm was prepared. An LD having a wavelength of 1.32 μm was used as the signal light source 31, and the signal light input was set to −30 dB. An LD-excited Nd-YAG laser was used as the first excitation light source 32, the wavelength was 1.06 μm, and the excitation light input was 100 mW. No excitation light was generated from the second excitation light source 132.
The gain for signal light having a wavelength of 1.32 μm was 7 dB and the efficiency was 0.07 dB / mW.

【0037】(例2)光ファイバ30として、そのコア
30aにPr3+を1000ppm、Dy3+を2000p
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LDと同様のものを使用し
た。第2の励起光源132としては、Ti−サファイア
レーザを用い、波長を0.98μmとし、励起光入力を
100mWとした。第1の励起光源32からは励起光を
発生させなかった。波長1.32μmの信号光に対する
利得は6.4dBで、その効率は0.064dB/mW
であった。
(Example 2) As the optical fiber 30, Pr 3+ is 1000 ppm and Dy 3+ is 2000 p in the core 30a.
A single mode fiber doped with pm was prepared. As the signal light source 31, the same one as the LD of (Example 1) was used. A Ti-sapphire laser was used as the second pumping light source 132, the wavelength was 0.98 μm, and the pumping light input was 100 mW. No excitation light was generated from the first excitation light source 32. The gain for signal light of wavelength 1.32 μm is 6.4 dB, and its efficiency is 0.064 dB / mW.
Met.

【0038】(例3)光ファイバ30として、そのコア
30aにPr3+を1000ppm、Sm3+を1000p
pm、Dy3+を1000ppm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
LDと同様のものを使用した。第1及び第の励起光源3
2、132としては(例1)及び(例2)で述べたLD
励起のNd−YAGレーザ及びTi−サファイアレーザ
を用い、波長をそれぞれ1.06μm及び0.98μm
とし、励起光入力を等しく100mWとした。波長1.
32μmの信号光に対する利得は13dBで、その効率
は0.065dB/mWであった。
Example 3 As the optical fiber 30, the core 30a has Pr 3+ of 1000 ppm and Sm 3+ of 1000 p.
A single mode fiber containing 1000 ppm of pm and Dy 3+ was prepared. As the signal light source 31, the same one as the LD of (Example 1) was used. First and third excitation light sources 3
The LDs 2 and 132 are the LDs described in (Example 1) and (Example 2).
A pumping Nd-YAG laser and a Ti-sapphire laser are used, and the wavelengths are 1.06 μm and 0.98 μm, respectively.
And the excitation light input was equally set to 100 mW. Wavelength 1.
The gain for the signal light of 32 μm was 13 dB, and the efficiency was 0.065 dB / mW.

【0039】(比較例)光ファイバ30として、そのコ
ア30aにPr3+のみを1000ppm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LDと同様のものを使用した。第2の励起光
源132としては、Ti−サファイアレーザを用い、波
長を1.007μmとし、励起光入力を100mWとし
た。第1の励起光源32からは励起光を発生させなかっ
た。波長1.32μmの信号光に対する利得は4.1d
Bで、その効率は0.041dB/mWであった。
(Comparative Example) As the optical fiber 30, a single mode fiber in which only 1000 ppm of Pr 3+ was added to the core 30a was prepared. As the signal light source 31, the same one as the LD of (Example 1) was used. A Ti-sapphire laser was used as the second pumping light source 132, the wavelength was 1.007 μm, and the pumping light input was 100 mW. No excitation light was generated from the first excitation light source 32. Gain for signal light of wavelength 1.32 μm is 4.1d
In B, the efficiency was 0.041 dB / mW.

【0040】以上の比較例等から明らかなように、Pr
3+のみを添加したシングルモードファイバよりも、Sm
3+等の第2の希土類イオンを共添加したシングルモード
ファイバの方が光増幅の効率が高いことが分かる。
As is clear from the above comparative examples and the like, Pr
Sm is better than single mode fiber doped with 3+ only
It can be seen that the single-mode fiber co-doped with the second rare earth ion such as 3+ has higher optical amplification efficiency.

【0041】図4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の領域にはPr3+とともにSm3+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1.07μm、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3のものと同様のものを用いる。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the waveguide element amplifier. Planar waveguides 130 a, 130 b, and 130 c that branch into two are formed on the substrate 120. A second rare earth ion such as Sm 3+ is added to the region of 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. The planar waveguide 130b has a wavelength of 1.3 μm.
The band signal light is made incident. Further, excitation light having a wavelength of 1.07 μm, a wavelength of 0.98 μm, or the like is incident on the planar waveguide 130c. As a laser light source for generating excitation light,
The same one as in FIG. 3 is used.

【0042】図4の導波路素子増幅器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、
LD励起のNd−YAGレーザ等の励起光源からの波長
1.07μm等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。励起光は、Sm3+等の
第2の希土類イオンを励起し、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 1
2 14 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 waveguide element amplifier 100 shown in FIG. 4 will be briefly described. The signal light having a wavelength of 1.3 μm enters the flat waveguide 130a through the flat waveguide 130b,
Excitation light with a wavelength of 1.07 μm or the like from an excitation light source such as an LD-excited Nd-YAG laser also enters the planar waveguide 130a through the planar waveguide 130c. The excitation light excites a second rare earth ion such as Sm 3+ and further excites Pr 3+ . The excited Pr 3+ is induced by the signal light, and the transition 1 D
2 → Generates synchrotron radiation of 1.3 μm wavelength band corresponding to 1 G 4 . When the excitation light exceeds a predetermined intensity, the signal light will be amplified.

【0043】第5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、LD励起のNd−YAGレーザ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1.07μm、波長0.9
8μm等の励起光を発生する。励起光結合装置43は励
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ザを形成
することも可能である。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the fiber laser. This fiber laser uses an optical fiber 30
A laser light source 32 made of an LD-excited Nd-YAG laser or the like, and an excitation light coupling device 43 made of a lens or the like. The laser light source 32 has a wavelength of 1.07 μm and a wavelength of 0.9
Excitation light of 8 μm or the like is generated. The excitation light coupling device 43 causes excitation light to enter the optical fiber 30 from the laser light source 32. 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 laser having a ring-shaped resonator.

【0044】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1.07μm等の励起光は、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。励
起光は、光ファイバ30内のSm3+等の第2の希土類イ
オンを励起し、さらにPr3+を励起する。励起されたP
3+は1.3μmの自然放出光に誘導されて、遷移 1
2 14 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 with a wavelength of 1.07 μm from the laser light source 32 is introduced into the optical fiber 30 by the pumping light coupling device 38. The excitation light excites second rare earth ions such as Sm 3+ in the optical fiber 30 and further excites Pr 3+ . Excited P
r 3+ is induced by 1.3 μm spontaneous emission light, and the transition 1 D
2 → Generates synchrotron radiation of 1.3 μm wavelength band corresponding to 1 G 4 . Wavelength 1.3 μm when pump light output exceeds a specified value
Laser oscillation occurs in the band.

【0045】[0045]

【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、Sm及びDyの内少なくとも一種
類の元素の存在により、Prを波長約1μmの励起光で
効率よく励起することができる。励起されたPr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。さらに、LDによる励起も可能となる。
As described above, according to the optical functional glass of the present invention, Pr is efficiently excited by the excitation light having a wavelength of about 1 μm due to the presence of at least one element of Sm and Dy. be able to. Existence of excited Pr enables emission / amplification in 1.3 μm band,
Alternatively, its amplification efficiency can be increased. 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. Further, it becomes possible to excite with LD.

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

【図1】Pr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.

【図2】光ファイバの実施例を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of an optical fiber.

【図3】ファイバ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 fiber amplifier.

【図4】導波路素子増幅器の実施例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a waveguide element amplifier.

【図5】ファイバレーザの実施例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a fiber laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30…光ファイバ 30a…光ファイバのコア 32、132…励起光源 33、133…光学手段であるカプラ 30 ... Optical fiber 30a ... Core of optical fiber 32, 132 ... Excitation light source 33, 133 ... Couplers as optical 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 H01S 3/094 (72)発明者 中里 浩二 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 金森 弘雄 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 渡辺 稔 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 front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01S 3/094 (72) Inventor Koji Nakazato 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Company Yokohama Works (72) Inventor Hiroo Kanamori 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Sumitomo Electric Industries, Ltd. Yokohama Works (72) Minoru Watanabe 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama, Kanagawa Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Company Yokohama Works (72) Inventor Yoshiaki Miyajima 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホストガラスに、Prと、第2の希土類
元素としてSm及びDyの内少なくとも一種類の元素と
を含むことを特徴とする光機能性ガラス。
1. An optical functional glass, wherein the host glass contains Pr and at least one element selected from Sm and Dy as a second rare earth element.
【請求項2】 請求項1に記載の光機能性ガラスからな
るコアを備えた光ファイバ。
2. An optical fiber having a core made of the optical functional glass according to claim 1.
【請求項3】 請求項2に記載の光ファイバと、第2の
希土類元素を励起するため波長約1μmの励起光を発生
する励起光源と、該励起光を前記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。
3. The optical fiber according to claim 2, an excitation light source for generating excitation light having a wavelength of about 1 μm for exciting the second rare earth element, and the excitation light from the excitation light source into the optical fiber. A pumping light coupling means for making incident light, and a photoactive device.
【請求項4】 請求項3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。
4. A fiber amplifier comprising: the optical active device according to claim 3; and a signal light coupling means for guiding a signal light in the 1.3 μm wavelength band into the optical fiber.
【請求項5】 請求項3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。
5. A fiber laser comprising the optical active device according to claim 3 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6】 請求項1に記載の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。
6. A waveguide device comprising a planar waveguide made of the optical functional glass according to claim 1.
【請求項7】 請求項6に記載の導波路素子と、第2の
希土類元素を励起するため波長約1μmの励起光を発生
する励起光源と、該励起光を前記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。
7. The waveguide element according to claim 6, an excitation light source for generating excitation light having a wavelength of about 1 μm for exciting the second rare earth element, and the excitation light from the excitation light source to the waveguide element. And an excitation light coupling means to be incident on the inside of the optically active device.
【請求項8】 請求項7に記載の光能動装置と、波長
1.3μm帯の信号光を前記光導波路装置内に導く信号
光結合手段とを備える導波路素子増幅器。
8. A waveguide device amplifier comprising: the optical active device according to claim 7; and a signal light coupling means for guiding a signal light of a wavelength band of 1.3 μm into the optical waveguide device.
【請求項9】 請求項7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。
9. A waveguide element comprising: the optical active device according to claim 7; and a resonator structure for feeding back light in the 1.3 μm wavelength band or in the vicinity thereof from inside the waveguide element to the waveguide element. laser.
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