JPH06164032A - 導波管レーザまたは増幅器のための励起システム - Google Patents

導波管レーザまたは増幅器のための励起システム

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JPH06164032A
JPH06164032A JP4035849A JP3584992A JPH06164032A JP H06164032 A JPH06164032 A JP H06164032A JP 4035849 A JP4035849 A JP 4035849A JP 3584992 A JP3584992 A JP 3584992A JP H06164032 A JPH06164032 A JP H06164032A
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optical waveguide
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JP4035849A
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Bernardi Carlo De
カルロ・デ・ベルナルデイ
Salvatore Morasca
サルバトーレ・モラスカ
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Telecom Italia SpA
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CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 放射束保存の法則により課された制約を克服
して，モノモード導波管中になるべく大きな励起パワー
を注入できる励起システムを提供する。 【構成】 クラッディング１２，１３で囲んだモノモー
ド活性領域１１にレンズ７，二色性部品（半透鏡）６を
介して波長λ２の複数の励起放射源５ａ，５ｂ，…５
ｍ，５ｎからの励起光を注入する。信号源４から半透鏡
６を透過してモノモード活性領域１１に入射した波長λ
１の信号光は従来からの励起光源５と複数の励起光源５
ａ，５ｂ，…５ｍ，５ｎから活性領域１１に入射した強
力な励起光により効果的に増幅されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、活性光導波管部品に関
し、とりわけ導波管レーザまたは増幅器のための励起シ
ステムに係る。
【０００２】
【従来の技術】光導波管レーザおよび増幅器は、それが
光ファイバまたは集積化光学技術のいずれにより構成さ
れていても、それらが比較的に低いコストで、現在充分
に統合されている技術をもつて製造し得るものであり、
通信、医学、分光学、センシング等の分野における現在
或いは将来の応用のために重要である波長の幾つかで動
作可能である構成部品である故、とりわけ興味深いもの
である。特に通信における応用を考慮すると、導波管レ
ーザおよび増幅器は、伝送媒体を形成するファイバ、方
向性カプラなどのような光通信システムの他の導波管部
品と容易に結合させ得ることが自明である。
【０００３】通常、光ファイバ・レーザまたは増幅器
は、適当なドーパント・イオン、例えば稀土類イオンを
用いて得られたモノモード活性導波管の一定の長さをも
つて構成され、かつ励起放射が、所謂分布反転を起こ
し、その上に増幅効果が基づいている励起発光を生じる
のに要するエネルギーを供給するために前記導波管に向
かい発射される。レーザの場合、導波管は、導波管の端
部に置かれた一対の鏡で略示出来る共鳴構造体中の位置
に固定され、励起放射が、二つの鏡の内一つを通じて導
波管内に発射される。増幅器の場合、導波管は、二つの
波長に対して適当な結合ファクタを有する二色性部品
（半透鏡）または方向性カプラによつて発射される、増
幅すべき光信号および励起放射の両方を伝達する。光フ
ァイバ・レーザおよび増幅器の幾つかの具体例は、ウル
クハルト（P.Urquhart) により1988年12月、IEE Procee
dings, Vol.135, Part J, No. 6 に掲載された『稀土類
ドープ・ファイバ・レーザおよび増幅器の回顧 (Review
of rare earth doped fiber lasers and amplifiers)
』と題する論文中に記述されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】通常、励起放射は、例
えば上記応用に関連する波長で利用可能な半導体レーザ
より成る源を用いて活性導波管領域に直接注入される。
これは、モノモード導波管の場合、厳しい制限を表すこ
ととなる。実際、励起放射の与えられたパワーに対し
て、励起効果が存在するファイバの長さ、それ故、達成
可能な利得は、越えることの出来ない有る定められた値
を有する。より高い利得を得るためには、複数の別々の
源を用いることが必要となる。しかし、良く知られてい
るように、モノモード導波管中で、同一の波長と同一の
偏光を有する複数の独立した源から出てくる放射を合計
することは、それが放射束保存の法則を破る故に不可能
である；このことは、ディビタ(P.Di Vita) およびバヌ
ッチ(R.Vannucci)によりApplied Physics, No.7 (197
5), pp.249−255 に記述された『放射転換過程における
放射束保存の法則(The "Radiance Law" in Radiation T
ransfer Process)』と題する論文にも説明されており:
それ故、モノモード導波管中に注入可能な最大のパワー
は、二つの直交偏光源のパワーとなり、得られる改良も
かなり限定される。唯一の代替方法は、非常に強い個々
の源を使用することであるが、この形の源は関連する全
ての波長について利用可能ではない。
【０００５】本発明の目的は、放射束保存の法則により
課された制約を克服可能で、関連する全ての波長につい
て利用可能である励起システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、励起放
射の少なくとも一部が、レーザまたは増幅器を構成して
いる導波管の活性領域を包囲しているマルチモード光導
波管に向かい発射されることを特徴とするモノモード活
性領域を提供する光導波管によつて構成されたレーザま
たは増幅器の励起方法が提供される。
【０００７】
【作用】励起放射あるいはその一部を、マルチモード光
導波管に向かい発射することにより、このような放射の
ために要するパワーが、同一の波長および／または同一
の偏光を有する複数の独立した源から出てくる放射を合
計することによつて得られ、それ故、そうでなければ限
定された出力パワーのため不適当となる源が使用出来
る。それ故、この様にして、適当な波長の源の利用可能
性の多くの問題が克服され得る。
【０００８】本発明によれば、前記方法を実行するため
の装置も提供される。本発明をより明らかにするため、
先行技術および実施例装置を示す添付の図面を参照して
説明する。
【０００９】図１は、光ファイバ増幅器の先行技術励起
システムの略図的表現を示すもので、稀土類イオンでド
ープされたコア２およびクラッディング３を有する活性
モノモード・ファイバ１が示されている。二つの源４お
よび５が、増幅されるべき波長λ１の信号、および波長
λ２の励起放射を半透鏡６の二つの面に送る。この図面
は、鏡６が、波長λ１に対し透明で、波長λ２を反射す
ることを前提としている。この二つのビームは、鏡６を
同一の面で離れ、レンズ７によりファイバ１のコア２の
入口により集焦される。
【００１０】
【実施例】図２は、本発明による励起システムを示すも
のであり、図１のものと同一の要素は、同一の参照番号
で指示されている。図面の明瞭性のため、異なる励起ビ
ームは、点的な断面で示し、増幅されるべき信号は、よ
り濃い線で指示されている。波長λ２の励起放射の複数
の源５ａ，５ｂ．．．５ｍ，５ｎは、各ビームを、半透
鏡６に向かつて、放射それ自身が、ファイバ１０のクラ
ッディング１２に発射されるような向きで、送る。クラ
ッディング１２はより低い屈折率の透明層１３で被覆さ
れていることが有利である。源５ａ．．．５ｎは、従来
技術におけるのと同様に励起放射をファイバ・コアに送
り込む源５の代わりに、あるいはこれに加えて使用する
ことが出来る。図３において、ａ，ｂ，ｃ，．．．ｌ，
ｍ，ｎは、対応する励起放射源から出てくるビームを指
示し、そして、そのビームは、クラッディング１２に係
合しており、Ａは、増幅されるべき信号の源４から出
て、コア１１に結合するビームを指示している。
【００１１】公知のように、光ファイバのクラッディン
グは、構造体の動作条件によりサイズ的制約をもたらす
ものでなく、またクラッディング１２の全体およびファ
イバ１０の透明層１３は、モノモード・コア１１を包囲
するマルチモード光ファイバを形成する。マルチモード
光ファイバ１２は、放射束保存の法則により課された制
約を受けず、それ故独立の源５ａ．．．５ｎから発する
信号は、単にそれらをクラッディング１２の異なる点に
結合することにより、かようなファイバ中で合計される
ことが出来る。クラッディング１２のそれより低い屈折
率の外側透明層１３の存在により、放射ａ．．．ｎは、
より高い屈折率の領域に通過しようとするとき、ファイ
バの活性コア１１によつて吸収され、共に、またコアに
発射する源５がある場合はそれとも一緒に励起作用を発
揮する。そこで源５、５ａ．．．５ｎは、放射束および
予め定めた励起レベルのために発するパワーに関してよ
り厳しさの少ない要件に適合すればよく、より特定的に
は、波長に関して選択の柔軟性を増大する在来型の半導
体レーザであつて良い。複数の励起放射源の存在は、同
じ種類の源を使用してモノモード・ファイバのコアだけ
に注入可能なより大幅に高い励起パワーの達成を可能と
し、そのため、ファイバの与えられた吸収特性に関し
て、励起作用をより長いファイバ部分に発揮し、高い利
得を可能とする。
【００１２】励起放射がコア１１によつて吸収される効
率は、予め定めた利得を得るのに要するファイバの長さ
を決定する。かような効率を最大化するためにファイバ
の配置に働きかけること、例えば活性コア１１で、より
低く吸収されるモードからより良く吸収されるモードへ
の累進的パワー移動を生じるようにクラッディング１２
内でのモードの異なるオーダ間のパワー変換を容易にす
る配置を採用することが可能である；これは、ファイバ
を、適当な直径のドラムに巻付け、あるいはそれを蛇行
する経路に沿わせることで得ることが出来る。
【００１３】層１３は、若し図１のファイバ１のような
ファイバが剥き出しで使用されているならば省くことが
出来る、というのは、空気はまさしく、かような層と同
一の作用を発揮するからである；しかし、一般にファイ
バは、吸収性であり得るか、またはクラッディングのそ
れより高い屈折率を有する保護コーテイングを有してい
るので、層１３の存在が好ましい。一方、層１３は、コ
ア１１およびクラッディング１２の形成をもたらす同一
の操作の間に作られ得るので、その存在は、製造上の問
題を伴う事はない。
【００１４】図４は、本発明による励起システムの他の
具体例を示すものであり、増幅されるべき信号と励起放
射をファイバに送り込むのに、カプラが使用されてい
る。実施にあたつて、マルチプル・カプラ８が使用さ
れ；源５ａ．．．５ｎは、その放射を例えば在来の（即
ち非活性の）ファイバを通じて活性ファイバ１０のクラ
ッディング１２の前面で終わるカプラ・ブランチ８
ａ．．．８ｎに送り込み、一方源４は、増幅されるべき
信号を、コア１１の前面で終わるカプラ・ブランチ８Ａ
に送り込む。
【００１５】本発明はまた、図５〜８に示すような集積
化光導波管の場合にも応用することが出来る。簡単のた
め、図示は直線の導波領域に限つたが、我々の言わんと
することはすべてのジオメトリに関して有効である。
【００１６】図５において、参照番号１０１および１０
２は、それぞれ導波領域（活性領域）および増幅器とし
て使われるべき集積化光導波管１００の閉じ込め領域を
指示している；かような領域は、それぞれファイバ１０
（図２）のコアとクラッディングに対応するもので、閉
じ込め領域１０２より低い屈折率を有する透明な基板ま
たはウエファ１０３上に形成されている。領域１０２
は、ウエファ１０３とともにマルチモード導波管を形成
するようなサイズを有している。源４は、増幅されるべ
き信号を、活性領域１０１に送り込み、一方源５
ａ．．．５ｎは、励起放射を、閉じ込め領域１０２に送
り込む。源から導波管１００への放射転移を可能とする
手段は、当該技術に熟達したものに公知であるので示し
ていない。
【００１７】導波管の幾何学的特性および励起放射の発
射様式は、この場合も導波管１００の与えられた長さに
対する予め定められた利得を得るように決定することが
出来る。即ち図５において、領域１０２と領域１０３と
の境界線は蛇行形状で、光ファイバ増幅器の場合と同様
に領域１０２から領域１０１へのパワー転移を容易にし
ている。
【００１８】他の解決法（図６および７）では、導波管
１１０の閉じ込め領域１１２が、導波領域１１１によつ
て占められていない全ウエファ表面にわたつて拡がって
いる。種々の励起放射の源５ａ，５ｂ．．．５ｉ．．．
５ｎが、導波領域１１１に平行なウエファの側面に沿い
間隔を置いて配置されており、かような領域を横断する
各放射を、閉じ込め領域１１２に発射する；この配置に
より、導波領域は、励起放射の一部を、それがそれらの
一つと交差したときは何時でも、吸収する。この図面に
示した領域１１１および１１２の相対的厚みは、純粋に
説明的なものであり、かつ領域１１１は領域１１２より
大きな厚み（若しλ２＜λ１であれば）を有しうること
に注意すべきである。
【００１９】励起効率を改善するその他の代替案は、図
８に表されている：そこでは、導波管１２０が、ほぼ台
形の端帯域１２０ａを提供し；全ての源５ａ．．．５ｎ
は、かような帯域に配置されており、放射ａ．．．ｎを
その領域の二つの斜めの面に横切るように送り込む。こ
こで、放射ａ．．．ｎは、領域１２２を定める面により
多数回反射され、導波領域１２１を多数回横切り、そし
て各回毎にそれらのパワーの一部を放出する。
【００２０】上記してきたことは、非限定的な例示とし
てのみ与えられたもので、変形および改良が、発明の範
囲を逸脱することなく成し得ることは明らかである。さ
らに特定的には、ビームをコア１１に発射する源５は全
ての具体例にあつても良い。その上、増幅器を参照して
説明したが、同一の原理は導波管レーザに応用し得るも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術の光ファイバ増幅器のための励起シス
テムの略図である。
【図２】本発明の一実施例の図１と同様な図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の部分図で、光ファイバに
対する応用の場合である。
【図５】本発明の更に他の実施例の図で、集積化光導波
管に対する応用に関するものである。
【図６】集積化光導波管のための励起システムの第１の
変形の平面図である。
【図７】集積化光導波管のための励起システムの第１の
変形の図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿う断面図である。
【図８】集積化光導波管のための励起システムの他の変
形の平面図である。
【符号の説明】 １０；１００；１２０ 光ファイバまたは導波管 １１；１０１；１１１；１２１ モノモード活性領域 １２；１３；１０２；１０３；１１２；１１３；１２
２；１２３ クラッディング、透明層、極限領域またはマルチモード
光導波管 １２０ａ 端帯域 ４ 信号源 ５、５ａ．．．５ｎ 励起放射の源 ６ 二色性部品（半透鏡） ７ レンズ ａ．．．ｎ ビーム（ａ．．．ｎ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カルロ・デ・ベルナルデイ イタリー国トリノ、チ・ソ・モンテ・グラ ツパ 56 (72)発明者 サルバトーレ・モラスカ イタリー国コモ、ヴイア・ミラノ 162

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 励起放射の少なくとも一部が、レーザま
    たは増幅器を構成している導波管（１０；１００；１２
    ０）の活性領域（１１；１０１；１１１；１２１）を包
    囲しているマルチモード光導波管（１２；１３；１０
    ２；１０３；１１２；１１３；１２２；１２３）に向か
    い発射されることを特徴とするモノモード活性領域を提
    供する光導波管によつて構成されたレーザまたは増幅器
    の励起方法。
  2. 【請求項２】 同一波長で動作している複数の源（５
    ａ．．．５ｎ）より発するビーム（ａ．．．ｎ）の重複
    から得られた励起放射が、マルチモード光導波管（１
    ２；１３；１０２；１０３；１１２；１１３；１２２；
    １２３）に向かい発射されることを特徴とする請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記ビーム（ａ．．．ｎ）が、マルチモ
    ード光導波管（１２；１３；１０２；１０３；１１２；
    １１３；１２２；１２３）の異なる点に向かい発射され
    ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ビーム（ａ．．．ｎ）が、異なる角
    度で発射されることを特徴とする請求項２または３に記
    載の方法。
  5. 【請求項５】 前記レーザまたは増幅器が、光ファイバ
    ・レーザまたは増幅器であり、かつ励起放射の前記部分
    が、ファイバ（１０）のクラッディング（１２）に向か
    い発射されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
    に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ファイバ（１０）のクラッディング
    （１２）が、その屈折率がクラッディング（１２）の屈
    折率より低い透明層（１３）で被覆されていることを特
    徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 マルチモード光導波管（１２，１３）に
    伝搬する、異なるモード間でのパワー変換を促進し、か
    つ、ファイバ・コア（１１）へのパワー移動を促進する
    ため前記ファイバ（１０）中へストレスが導入さること
    を特徴とする請求項５または６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記レーザまたは増幅器が、集積化光導
    波管レーザまたは増幅器であり、かつ励起放射の前記一
    部が、集積化光導波管（１００；１１０；１２０）の閉
    じ込め領域（１０２；１１２；１２２）に向かい発射さ
    れることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
    方法。
  9. 【請求項９】 前記励起放射が、前記閉じ込め領域（１
    １２；１２２）から活性領域（１１１；１２１）へのパ
    ワー移動を促進するようなジオメトリーを有する前記閉
    じ込め領域（１０２）に向かい長手方向に発射されるこ
    とを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記励起放射が、前記閉じ込め領域
    （１１２；１２２）に向かい、少なくとも一回活性領域
    （１１１；１２１）と交差するような方向で、発射され
    ることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記励起放射が、領域に沿い間隔を置
    いて配置された複数の源（５ａ．．．５ｎ）により活性
    領域（１１１）に向かい垂直方向に発射されることを特
    徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記集積化光導波管（１２０）が、そ
    れに対応して前記励起放射を、前記閉じ込め領域（１２
    ２）に向け、前記閉じ込め領域と、より低い屈折率を有
    する領域（１２３）との間の界面において多数の反射を
    受け、かつ前記活性領域（１２１）と数回交差するよう
    な方向で、送り込む端帯域（１２２ａ）を有することを
    特徴とする請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 励起放射が、レーザまたは増幅器を形
    成する導波管（１０；１００；１１０；１２０）の活性
    領域（１１；１０１；１１１；１２１）にも向けて発射
    されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記
    載の方法。
  14. 【請求項１４】 各ビームを、活性領域を包囲している
    マルチモード光導波管（１２；１３；１０２；１０３；
    １１２；１１３；１２２；１２３）に向け発射されるよ
    うに配置された複数の独立した励起放射の源（５
    ａ．．．５ｎ）を含むことを特徴とする、モノモード活
    性領域を有する導波管により構成され、前記請求項のい
    ずれかに記載の方法を実施するためのレーザまたは増幅
    器の励起装置。
  15. 【請求項１５】 対応するビームを活性導波管領域に向
    かい発射されるように配置された、更なる励起放射の源
    （５）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装
    置。
JP4035849A 1991-01-30 1992-01-28 導波管レーザまたは増幅器のための励起システム Pending JPH06164032A (ja)

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ITTO910060A IT1245019B (it) 1991-01-30 1991-01-30 Sistema di pompaggio di laser o amplifiatori a guida d'onda
IT91A000060 1991-01-30

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JPH06164032A true JPH06164032A (ja) 1994-06-10

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ID=11408848

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JP4035849A Pending JPH06164032A (ja) 1991-01-30 1992-01-28 導波管レーザまたは増幅器のための励起システム

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US (1) US5263036A (ja)
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