JPH0558674A - Optically functional glass - Google Patents

Optically functional glass

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JPH0558674A
JPH0558674A JP3218991A JP21899191A JPH0558674A JP H0558674 A JPH0558674 A JP H0558674A JP 3218991 A JP3218991 A JP 3218991A JP 21899191 A JP21899191 A JP 21899191A JP H0558674 A JPH0558674 A JP H0558674A
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optical
excitation light
optical fiber
fiber
light source
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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
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide an optically functional glass capable of amplifying light having a wavelength band of 1.3mum, and to provide a fiber amplifier using the same, etc. CONSTITUTION:Optically functional glass used for an optical fiber 30 contains Pr, Cr and Yb as active substances. The Cr is excited by the presence of white exciting light from a Xe lamp 32, the Yb received the transmission of energy from the Cr is also excited. Further, the Pr received the transmission of energy from the Yb is also excited. The excited Pr is induced into signal light to generate radiation light having a wavelength band of 1.3mum corresponding to a transition from <1>G4 to <3>HS. When the excited light exceeds a prescribed strength, 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 element, an optical active device, a fiber amplifier, a waveguide element amplifier, a fiber laser and a waveguide element laser used for 1.3 .mu.m band optical amplification and the like.

【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 ion (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からなる光ファイバ
では、波長1μm光の吸収強度が小さく、励起光源が大
型化してしまうといった問題があった。
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 excitation light source becomes large. there were.

【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 and optical 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1.3μ
m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, found that the wavelength of 1.3 μm
We have found an optical functional glass that enables light emission and light amplification in the m band, or that can enhance its amplification efficiency.

【0010】本発明に係る光機能性ガラスでは、イッテ
ルビウムイオン(Yb3+)及びクロムイオン(Cr3+
を活性物質であるPrとともにホストガラス(マトリッ
クスガラス)に添加することとし、或いは、ネオジムイ
オン(Nd3+)及びCr3+を活性物質であるPrととも
にホスト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。
In the optical functional glass according to the present invention, ytterbium ions (Yb 3+ ) and chromium ions (Cr 3+ ) are used.
Is added to the host glass (matrix glass) together with Pr which is an active substance, or neodymium ions (Nd 3+ ) and Cr 3+ are added to the host glass together with Pr which is an active substance. As the host glass, fluorophosphate glass, phosphate glass, silicate glass, chalcogenide glass, fluoride glass, quartz glass and the like can be used.

【0011】上記光機能性ガラスによれば、Yb3+とC
3+の組み合わせ、若しくはNd3+とCr3+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、Xeランプその他の簡易な励起光源を用いて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 above optical functional glass, Yb 3+ and C
The combination of r 3+, or a combination of Nd 3+ and Cr 3+ by adding to the host glass together with Pr 3+, with a Xe lamp other simple excitation light source Pr 3+
It has been found that not only can be excited, but as a result, a 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2つの仮説
を立てて検討した。
Regarding the above phenomenon, the present inventor made two hypotheses and studied it.

【0013】図1は第1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+、Yb
3+及びCr3+を共添加した光機能性ガラスに導入された
波長約0.7μm以下の励起光は、比較的ブロードな吸
収帯を有するCr3+を励起して準位 42 から準位 4
2 若しくはそれ以上の準位への電子遷移を発生させる。
この結果、準位 42 等と準位 42 との間に反転分布
が形成される。これらの準位 42 等及び 42 間のエ
ネルギー差がYb3+の2準位 25/2 及び 27/2 間の
エネルギー差に略対応しているので、Cr3+の励起エネ
ルギーはその近くに存在するYb3+へ伝達されることと
なる。この結果、準位 25/2 と準位 27/2 との間に
反転分布が形成される。さらに、これらの準位 25/2
及び 27/2 間のエネルギー差がPr3+の2準位 14
及び 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 42 等から準位 25/2 をへ
て準位 14 に遷移する。この結果、Pr3+の遷移1
4 35 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 the first hypothesis. As the active substance, for example, Pr 3+ , Yb
The excitation light having a wavelength of about 0.7 μm or less introduced into the optical functional glass co-doped with 3+ and Cr 3+ excites Cr 3+ having a relatively broad absorption band to generate a level 4 A 2 Level 4 T
Generates electronic transitions to two or more levels.
As a result, an inversion distribution is formed between the level 4 T 2 etc. and the level 4 A 2 . Since the energy difference between these levels 4 T 2 etc. and 4 A 2 substantially corresponds to the energy difference between the two levels 2 F 5/2 and 2 F 7/2 of Yb 3+ , Cr 3+ The excitation energy of is transferred to Yb 3+ existing near it. As a result, an inversion distribution is formed between the levels 2 F 5/2 and 2 F 7/2 . Furthermore, these levels 2 F 5/2
And the energy difference between 2 F 7/2 and Pr 3+ is two levels 1 G 4
And the energy difference between 3 H 4 approximately correspond to Y
The excitation energy of b 3+ is transferred to Pr 3+ existing near it. That is, the excited electrons make a transition from the apparent level 4 T 2 etc. to the level 1 G 4 via the level 2 F 5/2 by apparent energy transfer. As a result, the transition of Pr 3+ 1 G
Radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to 43 H 5 becomes possible.

【0014】図2は、Cr3+の蛍光強度とYb3+の吸収
係数とを示した図である。Cr3+の発光特性とYb3+
吸収特性との重複部分は、エネルギー伝達の発生確率の
対応している。つまり、Cr3+の発光波長に対応するエ
ネルギーがYb3+の吸収波長に対応するエネルギーとし
て伝達されるので、吸収・発光特性の重複部分が多けれ
ば多いほど、またCr3+及びYb3+がより近接して存在
するほど、エネルギー伝達の確率が高まると言える。図
示の吸収・発光特性からも明らかなように、Cr3+及び
Yb3+間のエネルギー伝達は十分な確率を以て発生する
ものと考えられる。同様に、Yb3+及びPr3+間のエネ
ルギー伝達も十分な確率を以て発生するものと期待でき
る。
FIG. 2 is a diagram showing the fluorescence intensity of Cr 3+ and the absorption coefficient of Yb 3+ . The overlapping portion of the light emission characteristic of Cr 3+ and the absorption characteristic of Yb 3+ corresponds to the occurrence probability of energy transfer. That is, since the energy corresponding to the emission wavelength of Cr 3+ is transmitted as the energy corresponding to the absorption wavelength of Yb 3+ , the more overlapping portions the absorption / emission characteristics have, the more Cr 3+ and Yb 3+. It can be said that the closer the are, the higher the probability of energy transfer. As is clear from the illustrated absorption / emission characteristics, it is considered that energy transfer between Cr 3+ and Yb 3+ occurs with a sufficient probability. Similarly, energy transfer between Yb 3+ and Pr 3+ can be expected to occur with a sufficient probability.

【0015】図3は第2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+、Nd
3+及びCr3+を共添加した光機能性ガラスに導入された
波長約0.7μm以下の励起光は、Cr3+を励起して準
42 から準位 42 若しくはそれ以上の準位への電
子遷移を発生させる。この結果、準位 42 等と準位4
2 との間に反転分布が形成される。これらの準位間の
エネルギー差がNd3+の準位 43/2 等と準位 49/2
との間のエネルギー差に略対応しているので、Cr3+
励起エネルギーはその近くに存在するNd3+へ伝達され
ることとなる。この結果、準位 43/2 と準位 411/2
との間に反転分布が形成される。さらに、これらの準位
間のエネルギー差がPr3+の2準位 14 及び 34
のエネルギー差に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 42 等から準位 43/2 をへて準位 14
に遷移する。この結果、Pr3+の遷移 14 35
対応する波長1.3μm帯の輻射が可能になる。
FIG. 3 is an energy level diagram for explaining the second hypothesis. As the active substance, for example, Pr 3+ , Nd
The excitation light having a wavelength of about 0.7 μm or less introduced into the optical functional glass co-doped with 3+ and Cr 3+ excites Cr 3+ to excite the level 4 A 2 to the level 4 T 2 or higher. Causes an electronic transition to the level of. As a result, level 4 T 2 etc. and level 4
A population inversion is formed between A 2 and A 2 . Level 4 F 3/2, etc. of the energy difference between these levels is Nd 3+ and level 4 I 9/2
Since it substantially corresponds to the energy difference between and, the excitation energy of Cr 3+ is transferred to Nd 3+ existing in the vicinity. As a result, level 4 F 3/2 and level 4 I 11/2
An inversion distribution is formed between and. Furthermore, since the energy difference between these levels are substantially corresponds to the energy difference between the two levels 1 G 4 and 3 H 4 of Pr 3+, excitation energy of Nd 3+ is present near the Pr It will be transmitted to 3+ . That is, the excited electrons move from the apparent level 4 T 2 etc. to the level 4 F 3/2 and the level 1 G 4 by energy transfer.
Transition to. As a result, radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to the Pr 3+ transition 1 G 43 H 5 becomes possible.

【0016】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、Pr3+とともに、Yb3+若しくはNd3+と,Cr
3+とをホストガラス中に添加することにより、Pr3+
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 experiment and examination by the present inventor, Yb 3+ or Nd 3+ and Cr together with Pr 3+
Addition of 3+ and host glass enables light emission / amplification in the 1.3 μm wavelength band by Pr 3+ .
Alternatively, it has been found that a promising glass that enhances its amplification efficiency and the like can be obtained.

【0017】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, and may be formed, for example, in a waveguide element having a planar waveguide formed of this glass. It is desirable to manufacture an optical fiber having 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.

【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. Further, when quartz glass is used as a host glass of Pr 3+ which is an active material, manufacturing methods such as VAD method, MCVD method and OVD method 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 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、上記光ファイバ
と、400nm〜500nmに広範囲な吸収を有するC
3+を励起するための励起光を発生する励起光源と、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。この場合、励起光源
としてXeランプその他の白色光源を使用するならば、
励起エネルギーを有効に利用することができる。
The optical active device of the present invention comprises the above optical fiber and C having a wide range of absorption in the range of 400 nm to 500 nm.
An excitation light source that generates excitation light for exciting r 3+ and an excitation light coupling means such as a coupler that causes the excitation light to enter the optical fiber from the excitation light source are provided. In this case, if a white light source such as a Xe lamp is used as the excitation light source,
The excitation energy can be effectively used.

【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励起光によってCr
3+が励起され、これからエネルギー伝達を受けたNd3+
も励起され、さらにこれからエネルギー伝達を受けたP
3+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 14 35 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-mentioned photoactive device, Cr is generated by the excitation light introduced into the optical fiber by the excitation light coupling means.
3d was excited and received energy transfer from it Nd 3+
Was also excited, and P that received energy transfer from this
r 3+ is also excited. A 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, and the emitted light corresponding to the transition 1 G 43 H 5 is emitted with high efficiency. And facilitates exhibiting various functions such as optical amplification function, optical switch function, and optical sensor function in this band.

【0022】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。
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 1.3 μm wavelength band into the above optical fiber.

【0023】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励起光によってP
3+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, P is generated by the pumping light introduced into the fiber by the pumping light coupling means.
r 3+ is indirectly excited. A part or most of this excited Pr 3+ is simultaneously induced by the signal light coupling means into the signal light of wavelength 1.3 μm band introduced into the optical fiber to generate radiated light, and wavelength 1 Optical amplification in the 3 μm band becomes possible.

【0024】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.

【0025】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励起光によってP
3+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、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, P is generated by the pumping light introduced into the fiber by the pumping light coupling means.
r 3+ is indirectly excited. A part or most of the excited Pr 3+ is induced by spontaneous emission light or the like in the 1.3 μm wavelength band to generate radiated light, which enables laser oscillation in the 1.3 μm wavelength band.

【0026】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.

【0027】[0027]

【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.

【0028】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CrF3 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。
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 CrF 3 were mixed together in predetermined amounts. The mixed raw materials were melted in a platinum crucible under an inert atmosphere and then vitrified by quenching.

【0029】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Cr3+等のみならず、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. In addition, a glass pipe for a clad having a composition having a refractive index lower than that of the glass rod for a core and not containing not only Cr 3+ but also Pr 3+ is prepared. Then, these glass rods and glass pipes were formed into preforms and drawn into optical fibers. As a result, the core diameter was 5 μm, the outer diameter was 125 μm, and the relative refractive index difference was 1.
0% of single mode fiber was obtained. This single mode fiber was cut into an optical fiber sample having a length of 8 m for measurement.

【0030】図4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Cr3+、Yb3+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+、Cr3+、Yb3+等の希土類イオンを添加していな
いクラッド30bとを備える。
FIG. 4 is an enlarged view of the optical fiber 30 thus obtained. The optical fiber 30 includes a core 30a made of optical functional glass in which Cr 3+ , Yb 3+, etc. are added together with Pr 3+ , and a refractive index P is relatively lower than that of the core 30a.
and a cladding 30b to which rare earth ions such as r 3+ , Cr 3+ and Yb 3+ are not added.

【0031】図5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、波長1.3μm帯の信号光を増幅する
Pr3+等の希土類イオンを含んだファイバ30と、波長
0.7μm以下の励起光を発生するXeランプ、ハロゲ
ンランプ等の白色光源32と、この励起光を白色光源3
2から光ファイバ30内に入射させるカプラ33とを備
える。
FIG. 5 shows a case where the wavelength 1.
1 shows an example of the configuration of a 3 μm band fiber amplifier. The illustrated fiber amplifier includes a fiber 30 containing a rare earth ion such as Pr 3+ that amplifies a signal light in a wavelength band of 1.3 μm, and a white Xe lamp or a halogen lamp that generates a pump light having a wavelength of 0.7 μm or less. The light source 32 and the white light source 3
And a coupler 33 for making the light incident on the optical fiber 30 from 2.

【0032】光ファイバ38、39の融着延伸により形
成したカプラ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。カプラ33に設けられた光ファイ
バ39aには波長0.7μm帯以下の励起光を発生する
Xeランプ、ハロゲンランプ等の白色光源32が接続さ
れている。このため、光ファイバ30内には信号光とと
もに波長0.7μm帯以下の励起光も導入される。光フ
ァイバ30の出力側からの増幅された信号光は、励起光
をカットするフィルタ36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、カプラ33に設けられた残りの光ファイバ39b
は、戻り光を防止するためにマッチングオイル37漬浸
されている。
The optical fiber 38a provided on the coupler 33 formed by fusion-drawing the optical fibers 38 and 39 has
A signal light source 31 having a wavelength band of 1.3 μm is connected. The input side of the optical fiber 30 is coupled to the optical fiber 38b facing this via a connector or the like, and the signal light is made incident into the optical fiber 30. An optical fiber 39a provided in the coupler 33 is connected to a white light source 32 such as a Xe lamp or a halogen lamp that generates excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less. Therefore, pumping light having a wavelength of 0.7 μm band or less is also introduced into the optical fiber 30 together with the signal light. The amplified signal light from the output side of the optical fiber 30 is guided to the optical spectrum analyzer 35 via the filter 36 that cuts the excitation light. Optical spectrum analyzer 35
Measures the intensity, wavelength, etc. of the amplified signal light. The remaining optical fiber 39b provided in the coupler 33
Is dipped in matching oil 37 to prevent returning light.

【0033】図5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、白色光源32からの波長0.7μm以下の
励起光もカプラ33をへて光ファイバ30内に入射す
る。この励起光は、400〜500nmに広範な吸収を
有するCr3+を励起し、これからエネルギー伝達を受け
たYb3+若しくはNd3+を励起し、さらにこれからエネ
ルギー伝達を受けた活性物質Pr3+をも励起する。励起
されたPr3+は信号光に誘導されて、遷移 14 3
5 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. 5 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 excitation light with a wavelength of 0.7 μm or less from the white light source 32 also enters the optical fiber 30 via the coupler 33. This excitation light excites Cr 3+ having a broad absorption in the range of 400 to 500 nm, excites Yb 3+ or Nd 3+ to which energy is transferred, and further activates the active substance Pr 3+ to which energy is transferred. Also excites. The excited Pr 3+ is induced by the signal light, and the transition 1 G 43 H
It emits radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to 5 . When the excitation light exceeds a predetermined intensity, the signal light will be amplified.

【0034】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.

【0035】(例1)光ファイバ30として、そのコア
30aにPr3+を1000ppm、Yb3+を1000p
pm、Cr3+を2000ppm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.
30μmのLDを用い、信号光入力を−30dBとし
た。白色光源32としては、連続発光のXeランプを使
用し、励起光の入力強度を500mWとした。波長1.
30μmの信号光に対する利得は18dBであった。
(Example 1) As the optical fiber 30, the core 30a has Pr 3+ of 1000 ppm and Yb 3+ of 1000 p.
A single mode fiber containing 2000 ppm of pm and Cr 3+ was prepared. The signal light source 31 has a wavelength of 1.
A 30 μm LD was used and the signal light input was set to −30 dB. A continuous emission Xe lamp was used as the white light source 32, and the input intensity of the excitation light was 500 mW. Wavelength 1.
The gain for the signal light of 30 μm was 18 dB.

【0036】(例2)光ファイバ30として、そのコア
30aにPr3+を1000ppm、Nd3+を1000p
pm、Cr3+を2000ppm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。白色光源132として
は、連続発光のXeランプを用い、励起光の入力強度を
500mWとした。波長1.30μmの信号光に対する
利得は17.5dBであった。
(Example 2) As the optical fiber 30, the core 30a has Pr 3+ of 1000 ppm and Nd 3+ of 1000 p.
A single mode fiber containing 2000 ppm of pm and Cr 3+ was prepared. As the signal light source 31, the same one as the LD of (Example 1) was used. A continuous emission Xe lamp was used as the white light source 132, and the input intensity of the excitation light was 500 mW. The gain for the signal light of wavelength 1.30 μm was 17.5 dB.

【0037】図6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の領域には活性物質Pr3+とともにCr3+
Yb3+、Nd3+等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0.7μm以下の励起光を
入射させる。励起光を発生させるXeランプ等の白色光
源としては、図5のものと同様のものを用いる。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the waveguide element amplifier. Planar waveguides 130a, 130b, and 130c that are bifurcated are formed on the substrate 120. Cr 3+ with the active substance Pr 3+ in the region of the planar waveguide 130a,
Rare earth ions such as Yb 3+ and Nd 3+ are added. A filter 136 formed of a grating is formed on 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, excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less is incident on the planar waveguide 130c. As a white light source such as a Xe lamp for generating excitation light, the same one as shown in FIG. 5 is used.

【0038】図6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、
白色光源からの波長0.7μm以下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、Cr3+を励起し、さらにYb3+を介して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 waveguide element amplifier 100 shown in FIG. 6 will be briefly described. The signal light having a wavelength of 1.3 μm enters the plane waveguide 130a through the plane waveguide 130b,
Excitation light with a wavelength of 0.7 μm or less from a white light source also enters the planar waveguide 130a through the planar waveguide 130c. Excitation light excites the Cr 3+, further via the Yb 3+ Pr 3+
Excite. The excited Pr 3+ is induced by the signal light,
It emits radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to the transition 1 G 43 H 5 . When the excitation light exceeds a predetermined intensity, the signal light will be amplified.

【0039】第7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、Xeランプ等の白色光源32と、レンズ等からなる
励起光結合装置43とを備える。白色光源32は波長
0.7μm以下の励起光を発生する。励起光結合装置4
3は励起光を白色光源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30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。
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of a fiber laser. This fiber laser uses an optical fiber 30
And a white light source 32 such as a Xe lamp, and an excitation light coupling device 43 including a lens and the like. The white light source 32 generates excitation light having a wavelength of 0.7 μm or less. Excitation light coupling device 4
3 causes excitation light to enter the optical fiber 30 from the white light source 32. In this case, the input and output ends of the optical fiber 30 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.

【0040】上記のファイバレーザにおいて、白色光源
32からの励起光は、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Cr3+を励起し、さらにYb3+を介して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1.3
μm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 excitation light from the white light source 32 is introduced into the optical fiber 30 by the excitation light coupling device 38. The excitation light is the optical fiber 30.
Cr 3+ inside is excited, and further Pr 3+ is excited via Yb 3+ . The excited Pr 3+ is guided by spontaneous emission light of 1.3 μm and has a wavelength of 1.3 corresponding to the transition 1 G 43 H 5.
Generates synchrotron radiation in the μm band. When the output of the excitation light exceeds a predetermined value, laser oscillation occurs in the 1.3 μm wavelength band.

【0041】[0041]

【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、Crと、Yb若しくはNdとの存
在により、簡易な光源を用いて間接的ながらPrを効率
よく励起することができる。励起されたPrの存在によ
り、波長1.3μm帯の発光・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, the presence of Cr and Yb or Nd efficiently excites Pr indirectly while using a simple light source. You can Due to the presence of the excited Pr, light emission / optical amplification in the wavelength band of 1.3 μm becomes possible, or its amplification efficiency can be improved. 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】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】Pr等の希土類元素のエネルギー準位図を示し
た別の図である。
FIG. 2 is another diagram showing an energy level diagram of a rare earth element such as Pr.

【図3】Crの発光とYbの吸収を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing light emission of Cr and absorption of Yb.

【図4】光ファイバの実施例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an optical fiber.

【図5】ファイバ増幅器の実施例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a fiber amplifier.

【図6】導波路素子増幅器の実施例を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a waveguide element amplifier.

【図7】ファイバレーザの実施例を示した図である。FIG. 7 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…励起光源 33、43…励起結合手段であるカプラ 30 ... Optical fiber 30a ... Optical fiber core 32 ... Excitation light source 33, 43 ... Coupler as excitation 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 H01S 3/07 8934−4M 3/0915 3/17 8934−4M (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 the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01S 3/07 8934-4M 3/0915 3/17 8934-4M (72) Inventor Koji Nakazato Kanagawa Yokohama City, Sakae-ku, No. 1 Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Yokohama Works (72) Inventor Hiroo Kanamori Kanagawa, Sakae-ku, No. 1 Taya-cho, Yokohama City Sumitomo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Minoru Watanabe Kanagawa 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi Sumitomo Electric Industries, Ltd. Yokohama Works (72) Inventor Yoshiaki Miyajima 1-1-6, Uchi-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホストガラスに、活性物質であるPrと
ともにYb及びCrを添加したことを特徴とする光機能
性ガラス。
1. An optical functional glass, wherein Yb and Cr are added to a host glass together with Pr which is an active substance.
【請求項2】 ホストガラスに、活性物質であるPrと
ともにNd及びCrを添加したことを特徴とする光機能
性ガラス。
2. An optical functional glass, wherein Nd and Cr are added to a host glass together with Pr which is an active substance.
【請求項3】 請求項1又は請求項2のいずれか一項に
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。
3. An optical fiber provided with a core made of the optical functional glass according to claim 1. Description:
【請求項4】 請求項3に記載の光ファイバと、Crを
励起するため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。
4. The optical fiber according to claim 3, an excitation light source for generating excitation light for exciting Cr, and an excitation light coupling means for causing the excitation light to enter the optical fiber from the excitation light source. , An optically active device comprising :.
【請求項5】 前記励起光源は、Xeランプ若しくはハ
ロゲンランプであることを特徴とする請求項4に記載の
光能動装置。
5. The photoactive device according to claim 4, wherein the excitation light source is a Xe lamp or a halogen lamp.
【請求項6】 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。
6. A fiber amplifier comprising: the optical active device according to claim 4; and a signal light coupling means for guiding a signal light in a 1.3 μm wavelength band into the optical fiber.
【請求項7】 請求項4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。
7. A fiber laser comprising the optical active 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 inside the optical fiber to the optical fiber.
【請求項8】 請求項1又は請求項2のいずれか一項に
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。
8. A waveguide device comprising a planar waveguide made of the optical functional glass according to claim 1. Description:
【請求項9】 請求項8に記載の導波路素子と、Crを
励起するため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。
9. The waveguide element according to claim 8, an excitation light source for generating excitation light for exciting Cr, and excitation light coupling for causing the excitation light to enter the waveguide element from the excitation light source. An optically active device comprising :.
【請求項10】 前記励起光源は、Xeランプ若しくは
ハロゲンランプであることを特徴とする請求項9に記載
の光能動装置。
10. The photoactive device according to claim 9, wherein the excitation light source is a Xe lamp or a halogen lamp.
【請求項11】 請求項9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。
11. A waveguide device amplifier comprising: the optical active device according to claim 9; and a signal light coupling means for guiding signal light in a 1.3 μm wavelength band into the optical waveguide device.
【請求項12】 請求項9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。
12. A waveguide element comprising: the optical active device according to claim 9; 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 waveguide element to the waveguide element. laser.
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