JPH0590684A - 光信号を増幅するための装置及び光増幅器 - Google Patents

光信号を増幅するための装置及び光増幅器

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JPH0590684A
JPH0590684A JP4032593A JP3259392A JPH0590684A JP H0590684 A JPH0590684 A JP H0590684A JP 4032593 A JP4032593 A JP 4032593A JP 3259392 A JP3259392 A JP 3259392A JP H0590684 A JPH0590684 A JP H0590684A
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laser
erbium
optical
optical signal
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JP4032593A
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Stephen G Grubb
ステフアン・グレゴリー・グラブ
Douglas W Anthon
ダグラス・ウイリアム・アントン
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BP Corp North America Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】１．５３５μｍの単一モード光信号を増幅する
光ファイバ２７を含む光増幅器２５であって、このファ
イバ２７は、コア（Ｅｒ（好ましくは約０．５重量
％）、及び、Ｙｂ又はＦｅのような増感剤をドープされ
たホストガラスを備える）とクラッディングとを有して
おりＮｄレーザロッド４３（約１．０６４μｍ）で端部
ポンピングされる。ファイバ２７の両側にはファイバ内
における反射を抑制するための手段４７、５１が備えら
れている。ファイバ２７のホストガラスは好ましくは燐
酸塩ガラスであるが、ドープ（燐酸塩又はホウ酸塩）さ
れた二酸化ケイ素ガラスでもよい。ファイバ２７をポン
プするＮｄレーザロッド４３をポンプするために、ダイ
オードレーザ４１に電気エネルギが与えられる。 【効果】高効率かつ長寿命であり、高い小信号ゲイン及
び高い出力飽和パワーを有し、光ノイズが量子限界に近
い光増幅器２５を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光増幅器（optical am
plifiers）に関し、特にダイオードレーザ源によりポン
プされるエルビウムファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光増幅器はファイバ光通信システムに用
いられることで大きな注目を集めている。光増幅器は、
高いゲイン、低いノイズ、混信及び相互変調ひずみが無
視できる、ビット率透過性、及び、偏光無感覚ゲインと
いう特性を有している。これらの特性が、ファイバ光シ
ステムにおいての増幅器として、光ファイバを半導体素
子よりも優れたものにしている。さらに、ファイバをベ
ースとした増幅器は、半導体素子のようにフォトンエネ
ルギを電気的エネルギに変換する必要がない。
【０００３】いかなる大きさの通信システムにおいて
も、長い通信路を含みかつネットワーク分岐を結ぶ分配
ネットワークが一般的には存在している。このようなネ
ットワークにおいては、増幅器は、信号の振幅及び源と
目的地とを周回する全てのデータの一貫性を維持するた
めに必要とされる。これら増幅器が正常に機能するため
には、高い小信号ゲイン（high small signal gains ）
及び高い出力飽和パワー（high output saturation pow
ers ）の存在が必要となる。
【０００４】増幅器としてのエルビウムドープ光ファイ
バは、このファイバの特性ゲインバンド幅が通常ファイ
バ光通信システムに用いられる１．５μｍの第３遠隔通
信ウィンドウ内にあるために近年大きな注目をされてい
る。エルビウムファイバ増幅器システムの設計について
の近年の努力は、小信号ゲインの効率及び比較的質の高
い光出力を有する長寿命ポンプ源の使用可能性の両方に
関して、エルビウムをポンピングするための最適な波長
を供給することに焦点を置いたものである。ダイオード
レーザは、その電光変換効率の高さ、長寿命及び小型さ
のためにポンピング源として興味をもたれていた。こう
いった特性のために、レーザダイオードは最も商業的に
有用なポンプ源であると一般的には考えられていた。
【０００５】多くの波長及びポンプ源が、エルビウムド
ープファイバ内のエルビウムをダイレクトポンピングす
るために試された。たとえば、代表的なゲイン効率が、
９８０ｎｍ（４ｄＢ／ｍＷ）、１４８０ｎｍ（２．５ｄ
Ｂ／ｍＷ）、５３２ｎｍ（１．５ｄＢ／ｍＷ）、６６０
ｎｍ（０．５ｄＢ／ｍＷ）、８０７ｎｍ（０．２ｄＢ／
ｍＷ）といったポンプ波長で試された。９８０又は１４
８０ｎｍ波長でのエルビウムのダイレクトポンピング
は、現在では最も一般的なものであり、かつ、これらの
どちらのポンプ波長もダイオードレーザにより直接提供
される。
【０００６】ゲイン効率に関して言うと、９８０ｎｍ波
長でエルビウムドープファイバをダイレクトポンピング
することが最も魅力的であるが、この波長の存在するダ
イオードレーザが限られており、かつ、この波長でのひ
ずみ層ＩｎＧａＡｓダイオードの寿命に関する重大な問
題が未だ解決されていない。そこで、９８０ｎｍ波長で
のポンピングの代わりに、エルビウム増幅器は、１５５
０バンドの端である１４８０ｎｍでＩｎＧａＡｓＰダイ
オードレーザによりポンプされた。１４８０ｎｍにおけ
るポンピングのゲイン効率は９８０ｎｍにおけるポンピ
ング程に高くないが、１４８０ｎｍにおけるポンプダイ
オードは９８０ｎｍにおけるダイオードよりも長い寿命
を持っていることが最近実証された。さらに、１４８０
ｎｍにおけるポンピングには他の利点がある。その一つ
は、ポンプ波長が信号波長に近いために、効率的なゲイ
ンを達成するために必要な条件であるポンピング波長に
おけるエルビウムファイバの単一モードオペレーション
を保証することが容易であることである。また、１４８
０ｎｍでのポンピングのゲインプロフィールは、波長多
重分割（wavelength division multiplying : ＷＤＭ）
のためにも９８０ｎｍでのポンピングのゲインプロフィ
ールよりも有利である。逆に、１４８０ｎｍでポンプさ
れるエルビウムファイバ増幅器のノイズ特性は、反転パ
ラメータが低値であるために９８０ｎｍでポンプされる
増幅器よりも本質的に悪いものである。
【０００７】高い小信号ゲイン効率及び長寿命を有して
おりかつ飽和出力が比較的低いままであるエルビウムド
ープファイバ増幅器を提供するという目的のための試み
は、ある程度は成功している（ベーカー（R.Baker ）に
よる“Physics World ”、４１〜４４ページ、１９９０
年３月）。ファイバのパワー飽和出力は、一般的には、
小信号ゲインを３ｄＢ（デシベル）だけ減少させる出力
パワー（ｄＢｍ）として与えられるものである。一般
に、ファイバは、パワー出力（たとえば、フォトン密
度）が広範囲にわたって維持されている安定な小信号ゲ
インによって特徴付けられるものである。ファイバの入
力信号のパワーが増加すると、出力信号は飽和状態に達
し、いかに入力信号のパワーを増加させようと小信号ゲ
インは減少することになる。
【０００８】エルビウムドープファイバのパワー飽和レ
ベルを増加させるために、５３２ｎｍ波長におけるポン
ピングが大きな注目を集めたが、それは、高出力パワー
及び高質空間モードの周波数２倍ダイオードポンプＮ
ｄ：ＹＡＧレーザ（リゲッチ等（A.Righetti et al. ）
による Electr. Lett.、26(5) 、３３０ページ、１９９
０年）の存在のためである。しかしながら、周波数２倍
ダイオードポンプレーザをベースとした如何なるエルビ
ウム増幅器システムにしてもその全体効率（たとえば、
電子−フォトン変換の場合）はかなり低いものであり
（たとえば、基底波長に対しては１５％であるが５３２
ｎｍに対し２％）、反復的な使用は実現不可能である。
【０００９】８０８ｎｍのレーザダイオードは広範に存
在するが、エルビウムファイバ増幅器のポンプのために
使用することは、増幅器の効率をかなり制限することに
なる８０７ｎｍでのエルビウムの強い励起状態吸収（Ｅ
ＳＡ）のために、一般的には困難である。つまり、エル
ビウムファイバの８０７ｎｍポンプバンドにおける強い
ＥＳＡの結果として、わずかなゲインのみが観測される
ことになる（たとえば、ホワイトリー（T.J.Whitely ）
による“Laser Diode Pumped Operation of Er3+-Doped
Fibre Amplifiers ”、 Electron.Lett.、１９８８年、
Ｎｏ．２４；１５３７ページでは６ｄＢ）。
【００１０】イッテルビウム−エルビウムをコドープ
（co-doped）した燐酸塩ガラスロッドをベースとしたレ
ーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの１０６４ｎｍ出力によっ
てポンプされていた（ハンナ等（Hanna et al.）による
“A 1.54μm Er Glass Laser Pumped By A 1.064 μm N
d:YAG Laser”、Optics Communications ；Ｖｏｌ．６
３、Ｎｏ．６、４１７〜４２０ページ、１９８７年９月
１５日）。ハンナ等は、上記コドープ燐酸塩ガラスロッ
ドが、通信システムにおいて１５４０ｎｍの源として使
用するのに適当なゲイン及び効率を有するレーザを発す
ることを示す実験結果を報告している。
【００１１】ハンナ等は、単一モードコドープイッテル
ビウム−エルビウムファイバが、低パワーＮｄ：ＹＡＧ
レーザ（ダイオードによりポンプされる）によるポンピ
ングと互換性のある低いレーザ発振のしきい値を提供す
るために、イッテルビウム−エルビウムコドープ燐酸塩
ロッドに取って変わるであろうことを予測している。上
記ファイバの低しきい値特性は、ハンナ等にとっては、
ポンピング効率を増加させ、かつ、低パワーＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザがコドープエルビウムガラスレーザにとっての
適当な効率特性を維持したままでポンプ源として使用で
きることを可能にする彼らの実験にかかるレーザのひと
つの変更例であると考えられていた。しかしながら、す
べての大型レーザガラスがそうであるように、ハンナ等
によって測定された上記コドープエルビウムガラスロッ
ドレーザの単一パスでのゲインは低いものであり、それ
ゆえ、このコドープガラスが高いゲイン及び／又は高い
出力飽和パワーを提供するために光増幅器のファイバに
満足に用いられる、ということは示唆されていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、簡単に用意のできる８０８ｎｍレーザダイオードに
よってポンプされ、こういった素子によってポンプされ
る従来からある増幅器よりも非常に大きいパワー飽和出
力を生成するエルビウムガラス光増幅器を提供すること
である。さらに、これに関連して、小信号ゲインが実質
的に従来の最良のエルビウムガラス光増幅器のものと同
程度であるという特性を有する光増幅器を提供すること
も本発明の目的のひとつである。
【００１３】本発明の更なる目的は、特にファイバ光通
信ネットワークの分野でのように一般に高いパワーでの
アプリケーションに適当な、高効率かつ長寿命なエルビ
ウムガラス光増幅器を提供することである。
【００１４】本発明の他の目的は、量子限界或いはそれ
に近い光ノイズ値（比）を有するエルビウムガラス光増
幅器を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｙｂ3+又はＦ
ｅ3+／Ｆｅ2+のような増感剤の広い吸収バンドにポンプ
するための高パワーであってかつダイオードポンプされ
るＮｄ3+レーザの使用のために、コドープ光ファイバ内
のＥｒ3+へのしかる後のエネルギ転送を提供するもので
ある。Ｎｄ3+レーザの特性は周知である。つまり、比較
的効率がよく、回折限界出力を提供するものである。さ
らに、Ｎｄ3+レーザは周知であって広範に用いられてい
る素子であるから、信頼性が高い。Ｎｄ3+レーザは、そ
の回折限界出力特性のために、単一モード光ファイバに
高いパワーをカップリング（結合）するための源として
非常に適当なものである。
【００１６】また、８０８ｎｍバンドで稼働するダイオ
ードレーザについては周知である。このダイオードレー
ザは、信頼性が高く、効率が良く、さらに高いパワー出
力を提供することができるものである。しかしながら、
これらダイオードからの出力は、回折限界ではなく、一
般には単一モードファイバへのカップリングについての
特性が悪い。近頃、マルチストライプダイオードレーザ
アレイからＮｄ3+レーザへの効率の良いカップリングが
実現されるようになった。これに関して、サイプス（Si
pes ）は、米国特許４，７１０，９４０号において、レ
ーザダイオードアレイのマルチモード出力によってポン
プされる高効率で単一モードのＮｄ：ＹＡＧレーザを開
示している。サイプスの特許で開示された効率の良いカ
ップリングを用いて、発明者は、商業的に入手可能なダ
イオードポンプＮｄ：ＹＡＧレーザポンプ源からの３０
０ｍＷまでのパワー（いかなる直接的な（ダイレクト）
ダイオードレーザ源で得られるよりも実質的に大量であ
る）を、単一モード光ファイバにカップリングした。
【００１７】本発明においては、効率が高くかつダイオ
ードポンプされるＮｄ3+レーザは、イッテルビウム及び
エルビウムをドープされた単一モードファイバをポンプ
し、数百ミリワットのパワー（ダイオードレーザでファ
イバをダイレクトポンピングすることによって可能なも
のよりも大きなパワー）をファイバにカップリングす
る。エルビウムファイバ増幅器の出力飽和パワーは（フ
ァイバの限界特性よりも）ポンプ源から得られるパワー
の関数であるから、ダイオードポンプＮｄ3+レーザによ
り提供される高パワーポンピングはファイバの出力飽和
パワーをより大きくすることになるが、このことは、フ
ァイバ光通信ネットワークのようなパワー増幅器へのア
プリケーションにとって主たる利点である。
【００１８】エルビウムファイバをイッテルビウム又は
鉄でコドープすることによる増感は、イッテルビウム又
は鉄の強く広い吸収がエルビウムの比較的狭く弱い吸収
バンドを補うという利益を有している。コドープによっ
てポンプ源の波長感受性が劇的に減少するので、エルビ
ウムの励起状態吸収（ＥＳＡ）バンド以外でのファイバ
のポンピングが可能となる。もしエルビウムが増感され
たファイバ内においてほぼ完全に反転分布させられるの
であれば、ノイズ値を量子限界である３ｄＢに近づける
ことが可能であろう。
【００１９】減少した波長感受性及びコドープにより達
成された減少したＥＳＡの利益は、二酸化ケイ素（sili
ca）ファイバにおいては、イッテルビウムからエルビウ
ムへのエネルギ遷移の限定された効率、並びに、エルビ
ウムの 4Ｉ11/2状態からのエネルギの逆遷移によって差
し引かれる。しかしながら、燐酸塩をベースとしたガラ
スにおいては、イッテルビウムからエルビウムへのエネ
ルギ遷移はより効率的であることが示されている。した
がって、エルビウムからイッテルビウムへのエネルギの
逆遷移率は、燐酸塩をベースとしたガラスにおいては劇
的に減少される。これは、燐酸塩をベースとしたガラス
ではエルビウム 4Ｉ11/2状態の寿命が二酸化ケイ素ガラ
スのそれの３０分の１以下であるためであって、それゆ
え、エネルギの逆遷移の確率が減少するのである。以上
に述べた観点から、ファイバは、イッテルビウム−エル
ビウムをコドープした単一モードのファイバであって、
燐酸塩をベースとしたガラス、化学蒸着（ＣＶＤ）工程
により製造されたリン又はホウ素をドープした二酸化ケ
イ素ガラス、或いは、Ｅｒの 4Ｉ13/2準安定寿命を実質
的に維持する一方でＥｒの 4Ｉ11/2寿命を最短にする他
の主及び／又は選択的ドープ材のいずれかからなるもの
であることが好ましい。また、以上に述べた観点から、
ファイバは、イッテルビウム−エルビウムをコドープし
た単一モードのファイバであって、燐酸塩をベースとし
たガラス、化学蒸着（ＣＶＤ）工程により製造された燐
酸塩又はホウ酸塩をドープした二酸化ケイ素ガラス、或
いは、Ｅｒの 4Ｉ13/2準安定寿命を実質的に維持する一
方でＥｒの 4Ｉ11/2寿命を最短にする他の主及び／又は
選択的ドープ材のいずれかからなるものであることが好
ましい。
【００２０】
【実施例】図１には、本発明に従って作られた光増幅器
２５を組み込んだ典型的光通信システムが示されてい
る。図１に２つの分配スター（distribution stars）１
３、１５が描かれているが、これらはそれぞれが入力光
信号をＮ本のファイバ光分岐１７に分配するものであ
る。各分岐１７はその先にレシーバを有しており、ファ
イバによって運ばれた信号の光処理又はこの信号の電気
信号への変換を行う。後者の一例としてはケーブルテレ
ビシステムがあるが、このシステムにおいては、レシー
バ１９は光信号を電気信号へ変換し、その信号が各レシ
ーバに接続されたＣＲＴモニタによって受信される。
【００２１】図１の通信システムにおいては、１５３５
ｎｍの特定周波数の光信号が、ケーブルテレビオペレー
タのような転送源２０に供給される。システムの主伝送
線２１及び２３は、約１．５μｍの第３遠隔通信窓にお
ける低損失転送のために設計された従来の光ファイバケ
ーブルである。
【００２２】現在、商業的に用いられているファイバ光
学システムでは、光信号は、この信号が分配される前に
増幅する必要があることから、スター１３及び１５のよ
うな通信ノード（結合点）並びにノード間において電気
信号に変換されなければならない。もし信号が増幅され
なければ、ノードの分岐において受信される信号は多く
の場合に受け入れがたいほどに弱いものとなる。たとえ
ば、ケーブルテレビシステムにおいて、加入者の自宅に
あるレシーバに直接信号を分配する通信ノードは、有効
な電気信号に変換するために十分なパワーを有していな
ければならない。このことは、光信号は、フォトダイオ
ードによって安定した高い信号−ノイズ比で受信される
ために十分に強いものである必要があることを意味す
る。マルチチャンネルアナログＣＡＴＶシステムにおい
て、フォトダイオードを信頼性高く動作させるために必
要とされるパワーは、比較的高いものであり、入力とし
て強い光信号が要求される。それゆえ、光ファイバを用
いるこういったタイプの通信システムは、ノードを通っ
て分岐する前の信号を増幅するために、光信号を通信ノ
ードにおいて電気信号に変換することを要求される。さ
らに、もし増幅された信号を運ぶ分岐のうちのひとつが
光ファイバであるならば、この信号は転送を可能とする
ために再び光信号に変換されなければならない。このよ
うな信号の変換は、多くの直列（in-line）増幅器のた
めに、システムノードを複雑、高価、非効率かつノイズ
を生じるものとする。
【００２３】図１の通信システムにおいて、分配スター
１３及び１５は、米国メリーランド州グレンバーニー
（Glen Burnie ）のゴールド社（Gould Inc.）の製造に
よる１×Ｎスプリッタのような全光学的ノード（all-op
tical nodes ）である。分配スターは、今日の商業的通
信システムにおいて通常用いられているものではない。
従来、スターへの入力信号のパワーを十分に増進させる
ことのできる光増幅器が存在していなかったために、各
出力光信号はフォトダイオードを作動させるのに十分な
パワーを維持したままとなっている。
【００２４】図１の光通信システムにおいて、本発明に
よって製造された高パワーかつ高ゲインの光増幅器２５
は、高パワー光信号を各分配スター１３及び１５に供給
するためにシステム内の有効な場所におかれ、これによ
って、システムが信号をその目的地に到達するまで光信
号として維持することを可能にする。増幅器２５は、ネ
オジム（Ｎｄ）レーザロッド（高エネルギ光出力を提供
する少なくともひとつのレーザダイオードによってポン
プされる）によってポンプされる増幅ファイバを含んで
いる。上記ファイバは、単一モードの光信号を増幅する
ために大きさを決められた、内側コア及び外側クラッデ
ィングを有している。内側コアのガラスは、エルビウム
（Ｅｒ3+）、及び、イッテルビウム（Ｙｂ3+）又は鉄
（Ｆｅ3+又はＦｅ2+）のような増感剤をドープされてい
る。また、上記ファイバは、端部ポンプされ、光フィー
ドバックが最小であることを保証するようにファイバを
維持するためにその端部が結合される。
【００２５】図２を参照すると、本発明に従ってエルビ
ウム（Ｅｒ3+）及びイッテルビウム（Ｙｂ3+）をコドー
プしたガラスファイバは、 2Ｆ7/2 量子レベルの最高サ
ブレベルからその 2Ｆ5/2 量子レベルへの１.０６μｍ
ポンプ放射を吸収する。次に、 2Ｆ5/2 量子レベルから
Ｅｒ3+の 4Ｉ11/2量子レベルへの非放射遷移が起こる。
そして、Ｅｒ3+の 4Ｉ11/2量子レベルからＥｒ3+の準安
定 4Ｉ13/2量子レベルへの非放射崩壊が起こる。さら
に、 4Ｉ13/2量子レベルから 4Ｉ15/2であるＥｒ3+の基
底レベルへの増幅放射が起こる。
【００２６】Ｙｂ3+及びＥｒ3+をドープしたガラスファ
イバにおいて、８０７ｎｍ及び９８０ｎｍにおけるＥｒ
3+の狭くかつ比較的弱い吸収バンドは、９６０ｎｍに中
心をもつＹｂ3+の強くかつ広い吸収に取って代わられ
る。Ｙｂ3+はＥｒ3+よりもダイレクトポンプされ易いた
めに、Ｅｒ3+ファイバにＹｂ3+をコドープすることによ
って、もしＥｒ3+がダイレクトポンプされたならばそう
なったであろうほどにポンプ源の波長に鋭敏ではなくな
る。また、Ｅｒ3+ファイバにＹｂ3+をコドープすること
によって、ファイバが、Ｅｒ3+の強い励起状態吸収（Ｅ
ＳＡ）の範囲以外にポンプされることを可能にする。本
発明によると、コドープファイバのためのポンプ源は、
Ｙｂ3+によって吸収されその後Ｅｒ3+に移される１．０
６μｍの放射を供給する。ポンプ源の１．０６μｍ放射
はＥｒ3+の 4Ｉ13/2準安定量子レベルから 4Ｆ9/2 量子
レベルへとダイレクト吸収され得るために、いくつかの
ＥＳＡはファイバが上述のようにポンプされるときに起
こり得る。しかしながら、Ｅｒ3+による１．０６μｍで
のＥＳＡは強くなく、ポンプ源から１．５４μｍでのレ
ーザ放射へのエネルギ転送の効率は高いものである。
【００２７】過去においては、コドープされたＥｒ3+／
Ｙｂ3+ファイバは、たいていの場合二酸化ケイ素をベー
スとしたものであった。しかしながら、 4Ｉ11/2レベル
から2Ｆ5/2 レベルへのエネルギの逆遷移により引き起
こされるＹｂ3+の 2Ｆ5/2 レベルからＥｒ3+の 4Ｉ11/2
へのエネルギ遷移の限定された効率のために、このよう
な二酸化ケイ素をベースとしたファイバは商業的応用に
はあまり興味を引かないものであった。Ｙｂ3+からＥｒ
3+へのエネルギ遷移の限定された効率のために、コドー
プされたＥｒ3+／Ｙｂ3+ファイバは、Ｅｒ3+のみをドー
プしたファイバよりもパフォーマンスにおいて劣るもの
であって、強いＥＳＡが起こる８０８ｎｍにおいてダイ
レクトポンプされるものであると信じられていた。しか
しながら、Ｙｂ3+からＥｒ3+へのエネルギ遷移は二酸化
ケイ素内よりも燐酸塩をベースとしたガラス内において
より効率が高いことが認識されるに至った（アルテーメ
フ（E.F.Artem'ev）による“Sov.J.Quantum Electron”
１１（９）、１２６６ページ、１９８１年）。特に、Ｅ
ｒ3+からＹｂ3+への逆遷移率は二酸化ケイ素に較べて燐
酸塩内では大幅に減少するが、これは、燐酸塩基内のＥ
ｒ3+の 4Ｉ11/2状態の寿命が二酸化ケイ素内よりも３０
倍も短いためであり、そのため、エネルギの逆遷移の確
率は減少するのである。
【００２８】本発明者は、スコットガラス社（Schott G
lass：米国ペンシルバニア州ダーリア（Duryea））に、
図３の光ファイバ２７の製造に当たりクラッディング材
として用いられる非ドープ燐酸塩ガラスと共に、Ｅｒ／
Ｙｂ燐酸塩ガラスの注文混合材を作るように依頼した。
このガラス混合は、水がエルビウムの 4Ｉ13/2状態の効
果的な緩衝材（quencher）であるような厳格な乾燥状態
のもとで行われる必要がある。ファイバ２７のコア２９
において、ベースとなるガラスは、１２重量％のＹｂ3+
と数重量％幅のＥｒ3+とをドープされたスコットＬＧ−
７５０（カリウム−バリウム−アルミニウム燐酸塩ガラ
ス）である。ファイバのクラッディング３１のガラスも
またＬＧ−７５０をベースとしたガラス（希土類イオン
をドープしていない）であって、膨張率がわずかにドー
プされたコアガラスよりも大きく、ガラス軟化点がほぼ
同様であり、屈折率が約０．６％小さいものである。
【００２９】クラッディングガラスの膨張率はコアのそ
れよりも大きいことが好ましく、そのためコアは光ファ
イバの冷却中は圧縮される。このことは２つのガラス間
の低損失なインターフェイスを実現するものである。ク
ラッディングガラスの屈折率、それゆえファイバの開口
数は、ファイバのパフォーマンス性を最大にするため
に、サンプル内のＢａ、Ｋ及びＮａ構成要素の比率を変
化させることによって正確に調節される。スコットＬＧ
−７５０ガラスの正確な構成を決定するために、コア２
９及びクラッディング３１のガラスサンプルが、その一
部をリチウム溶剤（flux）と共に用いる解析のために準
備される。その後、この解析の結果得られた溶材は希薄
硝酸に溶かされる。溶液は、帰納的結合プラズマ原子放
射（通常ＩＣＰといわれる）を用いた従来の放射計測に
よって解析される。上記サンプルのスペクトル線放射か
ら、２つのガラスの主、従及びトレース成分が決定され
る。上記解析からえられたデータは以下の表１に示され
る。 ［表１］ 各元素の重量％ サンプル Ｐ Ｂａ Ａｌ Ｋ Ｎａ Ｃａ Ｙｂ Ｅｒ クラッディング 22.5 19.5 5.0 8.2 0.18 <0.005 0.097 <0.001 コア 23.0 11.6 3.2 8.5 0.48 <0.005 10.9 0.12
【００３０】表１に示されたガラスの解析結果は、Ｅｒ
3+を異なったパーセントだけドープした他のサンプルと
比較して最良のパフォーマンス特性を備えているもので
はない。特に、最良のパフォーマンスは、Ｅｒ3+のドー
ピングパーセントが約０．５％であり、Ｙｂ3+のドーピ
ングパーセントが約１２重量％であるコアガラスによっ
て得られる。
【００３１】本発明に従ってファイバを作製するため
に、本発明者は、英国サザンプトン大学の光ファイバグ
ループに、最良のパフォーマンスを有するガラスを備え
る単一モード光ファイバをロッドインチューブ法（rod-
in-tube method）を用いて作製するように依頼した。コ
ア及びクラッディングの２つのガラスのロッドは、超音
波ドリルで穿孔された。その後ロッドは滑らかな表面を
持たせるために火あぶり（fire polished ）され、その
ためにインターフェイス損失が低くなる。ロッドは炉内
で２時間４００℃に保たれ、余分な水分がとばされる。
これに関して、Ｅｒ3+の 4Ｉ13/2準安定状態の緩衝と同
様にＨ2 Ｏのトレース量が１．５μｍ領域での過剰損失
を導くように決められるので、乾燥雰囲気内でファイバ
２７を作製するのには特別の注意がされる。作製された
ファイバ２７の開口数は０．１４であり、コアの直径は
４．９μｍである。コア直径が約５μｍ以下のときにお
けるＥｒ3+の 4Ｉ13/2状態の準安定寿命への強い緩衝効
果のために、コア直径は比較的に大きいことが好まし
い。上記効果は、コアとクラッディングとの間の表面間
における不純物拡散のためであると考えられる。
【００３２】本発明者はホスト（基）ガラスとして異な
った成分のスコット燐酸塩ガラスを現在好んでいるが、
改善された光特性又は有利な製造上の特徴（たとえば、
ロッドインチューブ法の代わりに蒸着）のために、これ
が受け入れられるものであって又はたぶんよりよい他の
ホストガラスが好ましいものであることが判明するであ
ろう。ホストガラスを選択する際の重大な基準はＹｂ3+
からＥｒ3+への効率的なエネルギ遷移が維持できること
である。
【００３３】たとえば、Ｅｒ／Ｙｂエネルギ遷移システ
ムは、燐酸塩ドープ溶解二酸化ケイ素ファイバにおいて
も効率が良いであろう。本発明者は、上述の燐酸塩ガラ
スに対して二酸化ケイ素基に少量だけドープしたエルビ
ウムは、分光学的に燐酸塩蛍光スペクトルと同様である
ことを見いだした。特に、 4Ｉ13/2から 4Ｉ15/2への放
射の蛍光にある２つの幅狭の要素、及び、ゲルマノシリ
ケートファイバのエルビウムに関する 4Ｉ11/2寿命の短
縮の大きさは注意に値する。さらに、本発明者は、通常
は希土類ドープ材のクラスター化を妨げるために用いら
れるＡｌ2 Ｏ3 の相当量の追加が、コドープＥｒ／Ｙｂ
システムのエネルギ遷移効率を減少させていることが見
いだした。Ａｌ2 Ｏ3 を含んだスコットからの燐酸塩ガ
ラスによっては、エネルギ遷移効率は完全には最適化さ
せることができなかった。燐酸塩ドープ溶解二酸化ケイ
素ベースガラスファイバは、燐酸塩ガラスファイバより
もガラスファイバシステム内に組み込むことが簡単であ
る。さらに、変更ＣＶＤ法によって製造された二酸化ケ
イ素ファイバは、ロッドインチューブ法によって製造さ
れた燐酸塩ファイバよりも損失が低いという特性を有し
易い。さらに、開口数のようなファイバのパラメータは
制御し易い。ホウ酸塩及びホスホホウ酸塩のような他の
ホストガラスもまた、Ｅｒ／Ｙｂコドープファイバの効
率のよいオペレーションにとって好適であるだろう。
【００３４】ホストガラスを特定するための選別機構
は、異なったホスト材のＥｒ3+の 4Ｉ11/2状態の寿命を
測定することである。短い寿命はＹｂ3+の 2Ｆ5/2 状態
への逆遷移の確率を低下させるものである。Ｄ2 Ｏのよ
うな選択的な緩衝材がコアガラスに少量加えられると、
4Ｉ13/2準安定状態にほとんど影響を与えることなく、
Ｅｒ3+の 4Ｉ11/2状態を効率よく緩衝するであろう。こ
れに関して、二酸化ケイ素ガラスは、Ｅｒ3+の 4Ｉ11/2
状態からの非放射崩壊を強めるためにＤ2 Ｏをドープさ
れてもよく、それによって、Ｙｂ3+へのエネルギ逆遷移
が減少する。
【００３５】上述のことにさらに加えて、Ｅｒ／Ｙｂコ
ドープホウ素シリケート（borosilicates ）は、これ自
体を好適な基材とするために十分なＥｒ／Ｙｂエネルギ
遷移過程効率を有しているだろう。ホウ酸塩は燐酸塩よ
りも高い多重フォトン崩壊率を有しており、そのため、
Ｅｒ3+の 4Ｉ11/2寿命が短くなる。しかしながら、二酸
化ケイ素へのホウ酸塩Ｂ2 Ｏ3 の付加は屈折率を低下さ
せるので、クラッディングガラスは、十分に屈折率を下
げるためにＢ2 Ｏ3 又はフッ素をかなりドープされる必
要があろう。テイラー（E.R.Taylor）等によるMat.Res.
Soc.Symp. の第１７２巻３２１頁（１９９０年）による
と、８０％モルパーセントホウ酸塩ガラスは、エルビウ
ム 4Ｉ13/2準安定状態の寿命を２８０マイクロ秒に緩衝
する。増幅器としての応用においては、 4Ｉ13/2状態の
寿命は、十分なゲインを得るためには、より長いもので
なければならない。ガラス内に少量のＢ2 Ｏ3 を用いる
ことは効果的である。しかし、近年、ネオジムドープホ
ウ燐酸塩レーザガラスについての分光学的な結果が報告
された（ジアング（S.Jiang ）等の" CLEO 1990 Procee
dings " 、アナハイム（Anaheim)、ＣＡ）。このガラス
は、純粋な燐酸塩及びホウ酸塩ガラスよりも優れた特性
を有している。おそらく、Ｐ2 Ｏ5 及びＢ2 Ｏ3 を共に
ドープした二酸化ケイ素ガラスは、ＹｂからＥｒへのエ
ネルギ遷移システムを最適化するものであろう。Ｐ2 Ｏ
5 の二酸化ケイ素への付加は、Ｂ2 Ｏ3 の付加が屈折率
を下げる一方で、屈折率を上げるものであり、そのた
め、コア材のインデックスを好適に制御する。
【００３６】そして、Ｅｒ3+ドープファイバをＹｂ3+又
は鉄（Ｆｅ2+又はＦｅ3+）で増感することは、Ｅｒ3+へ
のエネルギの効率の高い遷移を実現する。Ｆｅ2+及びＦ
ｅ3+は、近赤外において広い吸収バンドを有しており、
本発明に従ってダイオードポンプＮｄレーザの出力によ
ってポンプされ得る。Ｆｅの酸化状態は光ファイバ製造
期間中においては制御が容易ではないが、Ｆｅ2+又はＦ
ｅ3+の酸化状態のどちらか一つが機能する。Ｆｅ増感エ
ルビウムファイバは燐酸塩よりも二酸化ケイ素ガラスフ
ァイバで製造され、既にある二酸化ケイ素ガラス光ファ
イバシステム内に簡単に組み込まれる。本発明者は、Ｆ
ｅ／Ｅｒコドープファイバを、増感剤Ｆｅだけが有限の
吸収を有している波長である１．０６４μｍでポンピン
グしたときに、エルビウム蛍光を観測した。この蛍光
は、エネルギ遷移がＦｅ2+又はＦｅ3+からＥｒ3+へ起こ
ることを示している。Ｃｒ4+のような他の遷移金属によ
る増感もまた可能性がある。
【００３７】もし、Ｎｄ3+又はＣｒ3+と同様にＹｂ3+を
増感する鉄が考慮されるならば、より広い範囲の増感剤
があることになる。Ｎｄ3+からＹｂ3+への遷移は、大き
なＹｂ3+濃度（〜１０21ｃｍ-3）が用いられるのであれ
ば比較的Ｎｄ3+濃度が低くても（〜１０19ｃｍ-3）非常
に効率がよいということが示されている（たとえば、エ
ドワード（J.G.Edwards ）とサンドー（J.N.Sandoe）の
J.Phys.D:Appl.Phys.、７、１０７８〜１０９５頁、１
９７４年）。さらに、Ｎｄ3+とＥｒ3+との不要の相互作
用は、もしＮｄ3+とＥｒ3+との濃度が共に低いもの（〜
１０19ｃｍ-3）であれば、最小化できる。３つのイオン
の増感過程（Ｎｄ3+’Ｙｂ3+‘Ｅｒ3+）は、Ｙｂ3+‘Ｅ
ｒ3+遷移が効率のよいガラス（たとえば、燐酸塩）にお
いて用いることができる。ファイバ増幅器の信頼性ある
８００ｎｍレーザダイオードでのポンピングを効率のよ
いものにすることができるために、このことは潜在的に
は重要である。Ｎｄ3+とＥｒ3+との濃度が同一であれ
ば、Ｎｄ3+基底状態吸収は、Ｅｒ3+吸収の基底又は励起
状態のいずれかよりも大きいものである。さらに、Ｅｒ
3+ＥＳＡは、これがＥｒ3+のダイレクトポンピングです
るポンプ効率を制限するものではない。このアプローチ
は、従来の二酸化ケイ素ガラスファイバではその効率の
悪いＹｂ3+／Ｅｒ3+遷移のために実施不可能であろう。
【００３８】図４に示された本発明による光増幅器２５
において、図３のＥｒ3+／Ｙｂ3+燐酸塩ファイバ２７
は、約８０〜１３０センチメートルの長さを有してお
り、Ｅｒ3+の濃度は０．５重量％である。ファイバ２７
はほぼコイル形状に巻かれており、そのために、増幅器
２５の外周の太実線で示されたハウジング３３内に収ま
り易くなっている。ポンプ源としては、イリノイ州ネイ
パービル（Naperville）のアモコレーザカンパニー社
（Amoco Laser Company ）により製造されたモデル１０
６４−３５０ＰダイオードポンプＮｄ−ＹＡＧレーザ３
５が、ハウジング３３の外部から操作可能な制御ノブ３
７を含むように変更されて用いられている。ノブ３７
は、ポンプ源３５のレーザダイオードアレイ４１を流れ
る電流の電流源３９を外部から制御するためのものであ
る。
【００３９】レーザダイオードアレイ４１はＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザ４３に高い効率で結合され、上記アレイ４１か
らのインコヒーレント多重モード光に含まれるエネルギ
の大部分はＮｄ：ＹＡＧレーザ４３から出射されるコヒ
ーレント単一モード光に変換される。レーザダイオード
アレイ４１は、米国特許４，７１０，９４０号に示され
ているようにＮｄ：ＹＡＧレーザ４３をポンプする。Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザ４３は、１０６４ｎｍの特性周波数の
単一モード光信号を出力する。また、その他のダイオー
ドでポンプされるＮｄ3+ドープ結晶又はガラスレーザ
も、ポンプ源として利用することができる。
【００４０】ダイレクトにダイオードポンプされるエル
ビウムファイバに関連するコドープファイバの強いポン
プ強度は、エルビウムの高度な反転分布及びよって低ノ
イズを保証する。この強いポンピングは、特に入力信号
パワーが大きいときに重要（たとえば、パワー増幅器パ
フォーマンス）であって、本発明においては好ましいも
のである。特に、増幅器の信号入口端部でのこういった
高いレベル（ダイレクトダイオードポンプ増幅器に較べ
て）のポンプ入力は、エルビウムの高いレベルの飽和を
保証し、そのため、量子限界に近いノイズを示す。さら
に、通常エルビウムを基準として１０：１から８０：１
の比である増感剤の強いポンピングは、いかなる条件
（たとえば、信号入力パワー）の下においても高い程度
の飽和を保証する。また、増感剤を通じてのポンピング
によって、ネットワークは、ポンプパワーの変動を減少
しかつ一時ゲイン飽和（transient gain saturation ）
並びに混信効果を減らすことに関する利点をも有する。
【００４１】ポンプ源３５のＮｄ：ＹＡＧレーザ４３
は、上述のゴールド社製のモデル（９８０／１５５０−
ＣＯＸ−ＭＸ−０１Ｘ０２−０１）のような波長分割多
重器（ＷＤＭ）すなわち２色ファイバ光カプラ４５に、
直接にファイバ結合される。カプラ４５の出力及びファ
イバへの入力は、従来のファイバ結合法により終結（te
rminated）される。手段４７はインバール（Invar ）の
ような材料から作られた一組の低膨張金属ディスクには
さみ込まれた標準的ＳＴ−ＰＣセラミック環（ceramic
ferrules、アモコレーザ社製）を備えている。また、中
間屈折率の紫外線加硫（curing）エポキシは、結合を強
めるため、並びに、ノイズを起こす逆反射（backreflec
tions ）及び／又はエルビウムドープファイバのレーザ
発振を抑制するために、相互に異なった燐酸塩と二酸化
ケイ素ファイバとの間に置かれる。正確な配列を実現す
るために、ファイバ２７からの出力は配列が終わるまで
モニタされる。上記一組のディスクは増幅ファイバ２７
とカプラ４５との間の配列を維持するために互いに半田
づけされる。
【００４２】ファイバを結合するためのその他の方法
は、逆反射を抑制するために十分大きい角度ｑに磨いた
上記セラミック環内に両方のファイバを封入することで
ある。この角度ｑは、Ｎ.Ａ.を２つの相互に異なったフ
ァイバの開口数の大きいほうとして、 ｑ＞sin -1（Ｎ．Ａ．） として表される。角度付けられた環は、インバールディ
スクに含まれ、活性に配列される。どちらの配列方法に
しても、（二酸化ケイ素）カプラファイバのように増幅
ファイバが同じ濃度及び直径許容誤差に製造されていれ
ば、結合工程は実質的に単純化され得る。
【００４３】ファイバ２７の出力において、このファイ
バはファイバへの入力に配列された同じタイプのゴール
ドカプラ４９に終結する。ファイバ２７の出力とカプラ
４９との配列は、入力の場合と同様に達成される。特
に、カプラ４９の入力及びファイバ２７の出力は従来の
方法で、２つのインバールディスクに活性に配列された
ＳＴセラミック環を備える結合ファイバに終結される。
２つのインバールディスクはファイバ２７とカプラ４９
との配列を維持するために半田づけされる。手段（結
合）４７と同様に、結合５１は、逆反射を抑制するため
に中間屈折率の紫外線加硫エポキシを含むものである。
【００４４】ゴールド社によって製造されたモデルＯＴ
ＰＩＳＯ１５のような偏光無感覚光アイソレータ５３
は、カプラ４９の１５３５ｎｍ出力脚に取り付けられ
る。アイソレータ５３の出力は、従来のＳＴ−ＰＣ単一
モードコネクタ５５（０．１５ｄＢ損失かつ−４５ｄＢ
逆反射）に終結する。図１のファイバケーブル２１、２
３は、増幅器２５に１５３５ｎｍ信号を運び、この増幅
器の出力のアイソレータ５３と同じタイプのアイソレー
タ５９に結合される従来のＳＴ−ＰＣコネクタにおいて
終結する。カプラ４５及び４９において、使用されない
ファイバ脚６１及び６３は、逆反射を排除すべくボール
レンズを形成するように溶解される。カプラ４９のもう
一つの脚６９は、ファイバ２７からの１０６４ｎｍ光を
選択的に通過させ、従来からある非反射金属ブロック７
１に終結する。
【００４５】増幅器２５の効率、出力パワー及びノイズ
特性に関しては、図４の増幅器のパフォーマンスを改善
するアレンジにより増強されるであろう。Ｅｒ3+／Ｙｂ
3+ゲイン媒体はファイバが完全に１５３５ｎｍ信号によ
り増幅されるようにファイバの全長に沿ったその３量子
レベル増幅システムにおいて飽和されなければならない
ために、１０６４ｎｍのポンプ光の有義（significant
）パワーレベルがファイバの出力に存在する。しかし
ながら、Ｅｒ飽和を保証するために増幅器ファイバ２７
の出口端に必要とされる過剰ポンプ光の量は、Ｅｒのダ
イレクトポンピングに必要とされる量よりも少ない。も
しポンプパワーの有義レベルがファイバ２７の出力に存
在すれば、カプラ４９の脚６９の端に、約１０６４ｎｍ
のポンプ波長を高い率で反射するミラー（図示せず）を
配置することが好ましいであろう。こうすると、過剰な
１０６４ｎｍポンプ光はファイバ２７を通る第２の通路
を与えられることになり、そのため、システムゲイン、
出力パワー及び媒体反転分布が改善され、これら全てが
ノイズパフォーマンスを改善する。
【００４６】カプラ４９の脚６９の端にミラーを付加す
る代わりに、図４の破線で示された第２のポンプ源７３
が脚６９の端の部分で増幅器に付加されてもよい。この
方法によると、ファイバ２７は、ポンプ源３５及び第２
のポンプ源７３により２−指向性のポンプをされる。第
２のポンプ源７３はポンプ源３５と同じタイプのもので
あることが好ましい。増幅器２７のこの変形例による
と、ポンプ源３５及び７３は、アイソレータ５３、５９
のようなアイソレータを自身の出力に必要とするもので
ある。アイソレータは、２−指向性ポンプの結果として
のフィードバック効果がポンプ源に発生することを防ぐ
ものである。この例においては、ポンプエネルギが高く
なるほどファイバ２７の最適長さも長いものとなる。こ
のことは結局、ポンプ吸収の増加とフィードバック効果
の出来る限りの最適化につながるものである。
【００４７】さらに、第２のポンプ源は、１０４７ｎｍ
又は１０５３ｎｍの特性放射を有するＹＬＦのような別
のＮｄ3+ドープ結晶であってもよい。この例によると、
２つのポンプ波長は周波数において重なるものとはなら
ず、そのため、レーザポンプ源のフィードバックによる
不安定を引き起こすことがない。
【００４８】図５及び図６は、本発明者が図３及び図４
の原型増幅器を試験した結果を示すグラフである。最良
のパフォーマンス特性を得るために、種々の異なった構
成のエルビウムファイバ２７が増幅器に組み込まれた。
図５及び図６に示されたデータは、最新かつ最良のシス
テムの達成した結果を反映したものである。最良のパフ
ォーマンスを備えるファイバは、開口数が０．１４であ
り、コア直径が４．９μｍであった。このファイバは、
図３で説明したように製造され、その成分はＥｒ3+が
０．５重量％であり、Ｙｂ3+が１２重量％であった。
【００４９】約１．５マイクロワット（−２８ｄＢｍ）
のパワーを有する入力信号では、本発明者は、１２０ミ
リワットの吸収ポンプパワーにおいて３４．５ｄＢ（す
なわち、約２８００倍の増幅）の信号ゲインを観測し
た。図５のグラフのデータ点を集めるために、入力信号
を１．５マイクロワットに維持しかつポンプパワーを約
４０ミリワットから２１０ミリワットまで変化させた。
図５のデータから解るように、吸収されたポンプパワー
は約２５ミリワットから１２０ミリワットまで変化し
た。図４の装置から、吸収されたポンプパワーは、ポン
プ出力カプラポート７１でのポンプパワーの測定、手段
４７、５１における結合損失の測定、及び、ファイバ２
７のポンプ波長での減衰損失の知識によって決定され
る。
【００５０】本発明者の知識の限りにおいて、図５のグ
ラフにプロットされた小信号ゲインは、究極のポンプ源
であるダイオードレーザを用いたいかなる現存のエルビ
ウムドープファイバ増幅器システムにより達成されると
同じ或いはそれ以上の性能を示すものである。さらに、
図６のデータが示すように、これらゲインは出力パワー
の高いレベルにおいて実現される。
【００５１】これに関し、図６のデータは、吸収された
ポンプパワーを１４０ミリワットのレベルに維持する一
方で入力信号のパワーを変化させることにより得られた
ものである。パワー飽和（すなわち、ゲインの３ｄＢの
減少）は、約９ｄＢｍの出力パワーにおいて起こる。本
発明者の知識の限りにおいて、図５及び図６のデータで
示された高パワー及び高ゲインパフォーマンスは、ダイ
レクトポンプ源として単一ダイオードレーザを用いた周
知のエルビウムファイバ増幅器によっては決して同程度
に得られないものである。
【００５２】小信号ゲイン及び図６のパワー結果の両方
共が、入力コネクタ５７での入力信号から出力コネクタ
５５での出力信号までで測定されたものであって、シス
テムの結果である。増幅ファイバ２７はまだコアの大き
さ、開口数、及び結合方法に関して完全に最適化されて
いないので、大きなシステム結合損失がある。たとえ
ば、入力コネクタ５７から手段４７における増幅ファイ
バの入力端までの入力信号の損失は、約４ｄＢである。
損失は、さらに手段５１における増幅ファイバの出力端
から出力コネクタ５５までの方がわずかに大きくなる。
ファイバ、結合方法及び１０６４／１５３５特定ＷＤＭ
カプラを改良すると、システムパフォーマンスの大幅な
改善が期待される。
【００５３】以上の記述から、増感剤をドープされかつ
ネオジムレーザロッド（レーザダイオードによりポンプ
される）によってポンプされるエルビウムガラスは、
１．５３５μｍ領域における光の高パワーかつ高ゲイン
の光学的増幅器を提供するものであることが明らかであ
る。この増幅器は、高出力パワーレベルを達成するため
のダイオードポンプ源を利用する従来で最良のエルビウ
ムファイバ増幅器システムと比較して、小信号ゲインを
維持するものである。これに関して、この増幅器は、図
示されたような高パワーでの応用にとって理想的であ
る。他の可能な応用としては、ソリトンパルス増幅、及
び、ＯＴＤＲ（OpticalTime Domain Reflectometry ）
又は範囲検出測定のための短パルスダイオードの増幅が
ある。
【００５４】
【発明の効果】高効率かつ長寿命であり、高い小信号ゲ
イン及び高い出力飽和パワーを有し、光ノイズが量子限
界に近い光増幅器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるイッテルビウムのような増感剤を
コドープしたエルビウムガラスファイバを利用する光増
幅器を組み入れた光通信システムの概略的ブロック図で
ある。
【図２】レーザダイオードポンプ源から増感剤へそして
ガラスファイバのエルビウムへのエネルギ遷移を示すた
めの、従来の記述法による量子レベルでの図である。
【図３】図１の光増幅器に用いられるエルビウムファイ
バの一例の断面図である。
【図４】図１の光増幅器の一例の概略図である。
【図５】図４の増幅器の小信号ゲインと吸収されたポン
プパワーのさまざまなレベルとの関係を示すグラフであ
る。
【図６】図４の増幅器の小信号ゲインと増幅器の出力パ
ワーとの関係を示すグラフであって、増幅器のパワー飽
和が約＋１０ｄＢｍであることを示しているグラフであ
る。
【符号の説明】
２５ 光増幅器 ２７ 増幅ファイバ ２９ コア ３１ クラッディング ３５ ポンプ源 ４５ ２色カプラ ４９ ２色カプラ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】特性波長が約１．５３５μｍの光信号を増
    幅するための装置であって、 上記光信号の単一モード導波管であるコア及びクラッデ
    ィングを有するガラスファイバと、 上記光信号を上記ガラスファイバに結合するための手段
    と、 上記光信号の上記ガラスファイバ内における反射を抑制
    するための手段と、 ゼロｄＢｍよりも大きいパワー飽和出力を有するように
    上記光信号を増幅するために、上記ガラスファイバを端
    部ポンピングするレーザ源と、 上記レーザ源から上記光信号へのエネルギの遷移を最適
    にするように選択された重量パーセントだけ上記ガラス
    ファイバの上記コアにドープされたエルビウムと、 上記光信号を増幅するために、上記レーザ源に反応して
    上記コアにドープされたエルビウムをその準安定 4Ｉ
    13/2状態へ分布させる上記ガラスファイバの上記コアに
    ドープされた増感剤と、 上記コアにドープされたエルビウムの 4Ｉ11/2状態の寿
    命を二酸化ケイ素ベースガラスファイバにドープされた
    エルビウムの 4Ｉ11/2状態の寿命よりも短くすることに
    よって上記コアにドープされたエルビウムから上記増感
    剤へのエネルギの逆遷移を減少させるように選択された
    上記ガラスファイバの基材とを備えている装置。
  2. 【請求項２】上記コアにドープされたエルビウムの上記
    選択された重量パーセントが約０.５である請求項１の
    装置。
  3. 【請求項３】上記レーザ源が約１．０６４μｍの特性波
    長の光を供給する請求項１の装置。
  4. 【請求項４】上記増感剤が遷移元素から選択されている
    請求項３の装置。
  5. 【請求項５】上記増感剤がイッテルビウム（Ｙｂ）であ
    る請求項４の装置。
  6. 【請求項６】上記基材が、リン（Ｐ）、ケイ素（Ｓ
    ｉ）、ホウ素（Ｂ）及びこれらの組み合わせからなる群
    から選択されている請求項１の装置。
  7. 【請求項７】上記基材がリンである請求項６の装置。
  8. 【請求項８】上記レーザ源が、 少なくとも一つのレーザダイオードと、 コヒーレントかつ単一モードであって１．０６４μｍの
    特性波長を有する出力光を供給するために、上記少なく
    とも一つのレーザダイオードによってポンプされるネオ
    ジム（Ｎｄ）レーザロッドとを備えている請求項１の装
    置。
  9. 【請求項９】上記レーザ源が８０８ｎｍレーザダイオー
    ドを含んでいる請求項１の装置。
  10. 【請求項１０】約１５３５ｎｍの特性波長を有する光信
    号を増幅するための光増幅器であって、 約８００ｎｍでエネルギを放射する少なくとも一つのレ
    ーザダイオードと、 単一モードの光信号を受信しかつ増幅するために少なく
    とも必要な濃度の増感剤イオン及びエルビウムイオン
    （Ｅｒ3+）を含んでおり、上記少なくとも一つのレーザ
    ダイオードから放射された上記エネルギによって端部ポ
    ンプされるファイバと、 上記少なくとも一つのレーザダイオードから放射された
    上記エネルギを吸収しかつ上記Ｅｒ3+に遷移する上記エ
    ネルギを上記増感剤イオンに遷移して、上記エネルギを
    約１５３５ｎｍの光として放射させるためのネオジム
    （Ｎｄ）の源とを備えている光増幅器。
  11. 【請求項１１】上記ネオジムの源は、上記少なくとも一
    つのレーザダイオードによってポンプされるネオジムレ
    ーザロッドである請求項１０の光増幅器。
  12. 【請求項１２】上記ネオジムの源は、上記ファイバ内の
    所定濃度のネオジムイオン（Ｎｄ3+）である請求項１０
    の光増幅器。
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