JPH0563285A - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JPH0563285A
JPH0563285A JP3244331A JP24433191A JPH0563285A JP H0563285 A JPH0563285 A JP H0563285A JP 3244331 A JP3244331 A JP 3244331A JP 24433191 A JP24433191 A JP 24433191A JP H0563285 A JPH0563285 A JP H0563285A
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JP
Japan
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optical
concentration
glass
fiber
gain
Prior art date
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Pending
Application number
JP3244331A
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English (en)
Inventor
Yasutake Oishi
泰丈 大石
Teruhisa Kanamori
照寿 金森
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
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH0563285A publication Critical patent/JPH0563285A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 1.3 μm 帯で濃度消光による利得特性の劣化
を起こさない Pr 3+ドープファイバを用いた光増幅器を
提供することにある。 【構成】 励起光源1、励起光と信号光とを結合させる
ための光カップラ2およびコアに希土類イオンを添加し
た光ファイバ4を主要構成要素とする光増幅器におい
て、活性イオンとして Pr 3+を用い、かつ Pr 3+濃度C
がO<C≦500 ppm(重量濃度)である赤外光ファイバ
を用いた光増幅器である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1.3 μm 帯で動作する
光増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバのコアに希土類イオ
ン、特に Er 3+イオンをドープし、4f殻内遷移の誘導
放出を用いた光ファイバ増幅器の研究が精力的に行わ
れ、1.5 μm 帯の光通信システムへの応用が進められて
いる。希土類ドープ光ファイバ増幅器は高利得で、かつ
偏波に依存しない利得特性を有し、また、低い雑音指数
および広帯域な波長特性を有するので、光通信システム
における応用が極めて魅力あるものとなっている。
【0003】一方、石英系光ファイバの波長分散が零と
なる1.3 μm帯は、1.5 μm 帯と並んで光通信では重要
な波長帯であり、この1.3 μm 帯で動作する光ファイバ
増幅器の研究が、Nd3+イオンをドープした石英系光ファ
イバやフッ化物光ファイバ用いて行われてきた。しかし
ながら、これら両ファイバとも光通信に使用される1.31
μm では、Nd3+イオンの励起状態吸収(Excited State A
bsorption)が大きいので、例えばW.J. miniscalco, L.
J. Andrews, B.A. Thompson, R.S. Qninby, L.J.B. Vac
ha and M.G. Drexhage,“Electron. Lett. ”(vol.24,
1988, P.28)またはY.Miyajima, T.Komukai, Y.Sugawa a
nd Y.Katsuyama,“Technical Digest ofOptical Feber
Communication Conference '90 San Francisco”(1990,
PD16)等で報告されているように増幅が確認されていな
い。
【0004】このような状況から1.31μm で増幅作用を
有する光ファイバ増幅器の実現が強く望まれており、そ
の候補の一つとしてY.Ohishi, T.Kanamori, T.Kitagaw
a, S.Takahashi, E.Snitzer and G.H.Sigel“Technical
Digest of Optical Fider Communication Conference'
91 San Diego ”(1991, PO2) において、ZrF4系のフッ
化物ガラスをホスト材料として、 Pr 3+をドープした光
ファイバを用いた光ファイバ増幅器が提案されている。
この光ファイバ増幅器は図3に示すPr 3+イオンのエネ
ルギーダイヤグラムからわかるように、 Pr 3+イオンの
1G4 3H5遷移の誘導放出を利用したものである。
【0005】ところで、希土類ドープファイバ増幅器の
利得効率を向上させるうえで、重要なパラメータとなる
のは、コア中にドープさる希土類イオンの濃度である。
Er 3+ドープファイバ増幅器の例でよく知られているよ
うに、 Er 3+濃度を上げ過ぎると、 Er 3+が濃度消光を
起こし、利得効率が低下するので、実用上 Er 3+濃度を
どの程度にするかが大きな問題となってきた。
【0006】Pr 3+の場合も Er 3+の場合と同様、濃度
消光を抑えるための最適濃度の把握が必要である。濃度
消光を起こす一つのメカニズムとして、クロスリラクセ
イション(cross relaxation)があり、1000ppm 以上の濃
度で顕著になることが報告されている(Y. Ohishi, T.K
anamori, T.Nishi, and S.Takahashi, IEEE photonics
Techology Letters No. 8,1991) 。
【0007】しかし、濃度消光を起こす他の一つのメカ
ニズムとして図4に示したアップコンバージョンがあ
り、この現象がどの濃度域まで利得特性に影響するかは
知られていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、1.3 μm 帯
で濃度消光による利得特性の劣化を起こさない Pr 3+
ープファイバを用いた光増幅器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、コア中にドー
プする Pr 3+濃度を500 ppm 以下とする。Pr 3+は、隣
接する Pr 3+と相互作用し、図4に示した過程によりア
ップコンバージョンを起こす。このアップコンバージョ
ンが起こると、1G4 レベルに励起されていた Pr 3+イオ
ンの数が少なくなるので、信号利得は低下する。
【0010】このアップコンバージョンの起こる確率
は、 Pr 3+間の距離に依存し、距離が大きくなるほど、
つまり Pr 3+の濃度が低い程小さくなる。アップコンバ
ージョンを考慮したときの1G4 3H5 の誘導放出による
利得Gは、 G(dB) =4.3 σN(1−bτN)L (1) で与えられる。ここでσは誘導放出断面積、Nは1G4
ベルに励起されている Pr 3+数、bはアップコンバージ
ョンの起こる確率、τは1G4 レベルの寿命、Lはファイ
バ長である。Nは励起パワーPに比例するので(N=a
P,aは比例定数)、利得Gは G(dB) =4.3 σaP( 1−abτP )L (2) となり、励起パワーが大きくなると、励起パワーPの2
乗に比例して利得が減少していくということになる。こ
の励起パワーの2乗に比例して利得を下げるアップコン
バージョンを抑えるには、 Pr 3+濃度を下げ、アップコ
ンバージョンの起こる確率bを、ほぼ零にすることが必
要である。アップコンバージョンを無視し得る Pr 3+
度を把握するには、Pr 3+濃度を変化させたファイバを
用い、その励起光パワーに対する利得の増加を測定し、
その利得曲線が濃度に依存しなくなり始める濃度を見い
出せばよい。
【0011】アップコンバージョンの起こる確率bが有
限の値を取ると、(2) 式で与えられるように、励起パワ
ーPの2乗に比例して利得が飽和していくので、この飽
和現象が観測されるか否かでアップコンバージョンによ
る利得特性の劣化が起こっているかどうかを知ることが
できる。以下実施例により、アップコンバージョンによ
る利得の劣化が実用上問題にならない Pr 3+の濃度域を
示す。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例の構成図であって、
1は励起光源(発振波長1.017 μm ) 、2は光カップ
ラ、3は信号源(1.31μm で発振するDFBレーザ)、
4は増幅用光ファイバ、5はファイバピグティル、6は
スペクトルアナライザを示し、光ファイバのガラス組成
は、コア:ZrF4(50)−BaF2(24)−LaF3(3.5) −YF3(2)−
AlF3(2.5) −LiF(14) −NaF (4モル%)、クラッド:
ZrF4(47.5)−BaF2(23.5)−LaF3(2.5) −YF3(2)−AlF
3(4.5) −NaF(20モル%) である。コアとクラッドの比
屈折率差は0.6 %、コア径は4.5 μm 、コア中の Pr 3+
濃度は1000ppm 以下とした。
【0013】励起光と信号光とを光カップラによりカッ
プルさせ、増幅用ファイバ4に導入した。励起光のオ
ン、オフ時における信号光強度をファイバピグティル5
を介して光スペクトルアナライザ6により測定し、利得
を求めた。 Pr 3+濃度が100 ppm 、500 ppm および1000
ppm のときの利得の励起光パワー依存性を図2に示す。
1000ppm ドープしたファイバの利得は、励起光パワーを
上げると飽和したが、100 ppm 、500 ppm ドープしたフ
ァイバでは、この飽和現象はほとんど観測されなかっ
た。 Pr 3+濃度が500 ppm より高くなると利得の飽和現
象は顕著になり、500 ppm 以下では飽和現象による利得
特性の劣化は抑制できることから、 Pr 3+の添加濃度と
しては、500 ppm 以下が望ましいことがわかった。
【0014】この実施例では、赤外光ファイバの素材と
して、ZrF4系のフッ化物ガラスを用いたが、他のフッ化
物ガラス、例えばInF3系、ZnF2系、AlF3系ガラス等(泉
谷徹郎監修、“新しいガラスとその物性”第16章 経営
システム研究所発行、1984年、またはTomozawa and Dor
emus偏 Treatise on materials science and technolog
y volume 26, 第4章 Academic Press, Inc. 1985等を
参照)の赤外ガラス、またフッ化物ガラス以外にThcl4
−Pbcl2 −Nacl系等の塩化物ガラス、AgBr−PbBr2 −Cs
Br−CdBr2 系の臭化物ガラス、CdF2−Bacl2 −NaCl系の
フッ化−塩化物ガラス、ZnBr2 −TlBr−TlI 系の臭化−
ヨウ化物ガラス(“ニューガラスハンドブック”、ニュ
ーガラスハンドブック編集委員会編、丸善株式会社、19
91年参照)またはGe−S系、As−S系、Ge−P−S系、
As−Ge−S系カルコゲナイドガラス等のガラスを用いて
もよく、ZrF4系ガラスに限定されるわけではない。ファ
イバ材料として要求される条件は、 Pr 3+1G4 レベル
が、フオノン緩和によってクウェンチングされないよう
に、ファイバ材料のフオノンエネルギーが500 cm-1以下
であることが望ましい。前記のガラスは、すべてこの条
件を満たしている。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
は、 Pr 3+ドープファイバを用いることにより、利得特
性の優れた1.3 μm 帯用の光増幅器を構成するので、1.
3 μm帯の光通信システムの高性能、低コスト化を達成
できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光増幅器の一実施例の構成図である。
【図2】光増幅器の利得の励起パワー依存性を示す図で
ある。
【図3】Pr 3+のエネギーダイヤグラムである。
【図4】Pr 3+のアップコンバージョン過程を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 励起光源 2 光カップラ 3 信号源 4 増幅用光ファイバ 5 ファイバピグテイル 6 光スペクトルアナライザ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年9月4日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例の構成図であって、
1は励起光源(発振波長1.017μm)、2は光カッ
プラ、3は信号源(1.31μmで発振するDFBレー
ザ)、4は増幅用光ファイバ、5はファイバピグティ
ル、6はスペクトルアナライザを示し、光ファイバの
ガラス組成は、コア:ZrF(50)−BaF(2
4)−LaF(3.5)−YF(2)−AlF
(2.5)−LiF(14)−NaF(4モル%)、
クラッド:ZrF(47.5)−BaF(23.
5)−LaF(2.5)−YF(2)−AlF
(4.5)−NaF(20モル%)である。コアとク
ラッドの比屈折率差は0.6%、コア径は4.5μm、
コア中のPr3+濃度は1000ppmm以下とした。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】この実施例では、赤外光ファイバの素材と
して、ZrF系のフッ化物ガラスを用いたが、他のフ
ッ化物ガラス、例えばInF系、ZnF系、AlF
系ガラス等(泉谷徹郎監修、“新しいガラスとその物
性”第16章 経営システム研究所発行、1984年、
またはTomozawaand Doremus偏Tr
eatise on materials scien
ce and technology volume
26,第4章 Academic Press,In
c.1985等を参照)の赤外ガラス、またフッ化物ガ
ラス以外にThCl −PbCl −NaCl系等の塩
化物ガラス、AgBr−PbBr−CsBr−CdB
系の臭化物ガラス、CdF−BaCl −NaC
l系のフッ化−塩化物ガラス、ZnBr−TlBr−
TlI系の臭化−ヨウ化物ガラス(“ニューガラスハン
ドブック”、ニューガラスハンドブック編集委員会編、
丸善株式会社、1991年参照)またはGe−S系、A
s−S系、Ge−P−S系、As−Ge−S系カルコゲ
ナイドガラス等のガラスを用いてもよく、ZrF系ガ
ラスに限定されるわけではない。ファイバ材料として要
求される条件は、Pr3+レベルが、フオノン
緩和によってクウェンチングされないように、ファイバ
材料のフオノンエネルギーが500cm−1以下である
ことが望ましい。前記のガラスは、すべてこの条件を満
たしている。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起光源、励起光と信号光とを結合させ
    ための光カップラおよびコアに希土類イオンを添加した
    光ファイバを主要構成要素とする光増幅器において、活
    性イオンとして Pr 3+を用い、かつ Pr 3+濃度CがO<
    C≦500 ppm(重量濃度)である赤外光ファイバを用い
    たことを特徴とする光増幅器。
JP3244331A 1991-08-30 1991-08-30 光増幅器 Pending JPH0563285A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3244331A JPH0563285A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 光増幅器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3244331A JPH0563285A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 光増幅器

Publications (1)

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JPH0563285A true JPH0563285A (ja) 1993-03-12

Family

ID=17117122

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JP3244331A Pending JPH0563285A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 光増幅器

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JP (1) JPH0563285A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5378664A (en) * 1993-06-24 1995-01-03 At&T Corp. Optical fiber amplifier and a glass therefor
US5379149A (en) * 1993-08-06 1995-01-03 Kutger, The State University Of New Jersey Glass compositions having low energy phonon spectra and light sources fabricated therefrom

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5378664A (en) * 1993-06-24 1995-01-03 At&T Corp. Optical fiber amplifier and a glass therefor
US5379149A (en) * 1993-08-06 1995-01-03 Kutger, The State University Of New Jersey Glass compositions having low energy phonon spectra and light sources fabricated therefrom

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