JPH0661568A - ファイバ光増幅器 - Google Patents
ファイバ光増幅器Info
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- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 飽和出力が高く、ノイズの少ないファイバ光
増幅器を提供する。 【構成】 励起用半導体レーザ源1と、ErとYbがド
ープされている希土類ドープファイバ4とを光結合器3
を介して連結してファイバ増幅器を構成する。励起光と
して850nmから900nmの波長域の励起用レーザ
を用いる。Ybは700nm〜1150nmの範囲の広
い吸収帯を持っており、Erは850nm〜980nm
にかけて励起状態吸収(ESA)がなので効率よく利得
を得ることができる。
増幅器を提供する。 【構成】 励起用半導体レーザ源1と、ErとYbがド
ープされている希土類ドープファイバ4とを光結合器3
を介して連結してファイバ増幅器を構成する。励起光と
して850nmから900nmの波長域の励起用レーザ
を用いる。Ybは700nm〜1150nmの範囲の広
い吸収帯を持っており、Erは850nm〜980nm
にかけて励起状態吸収(ESA)がなので効率よく利得
を得ることができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、希土類、特にエルビ
ウム(Er)をドープしたファイバ増幅器に関し、特に
高飽和出力の得られるこの種のファイバ光増幅器に関す
る。
ウム(Er)をドープしたファイバ増幅器に関し、特に
高飽和出力の得られるこの種のファイバ光増幅器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、エルビウム(Er)、ネオジウム
(Nd)等の希土類元素をドープした光ファイバが、所
定の励起光で励起することにより特定の波長帯の光信号
を増幅することが見出されている。例えばNdをドープ
した光ファイバでは、1.3μm帯に、Erをドープし
た光ファイバでは1.5μm帯に各々光増幅機能を有す
ることが報告されている。このような希土類ドープ光フ
ァイバはファイバレーザ、光増幅器として応用すること
ができ光通信システムの高効率化、高品質化を図ること
が期待される。
(Nd)等の希土類元素をドープした光ファイバが、所
定の励起光で励起することにより特定の波長帯の光信号
を増幅することが見出されている。例えばNdをドープ
した光ファイバでは、1.3μm帯に、Erをドープし
た光ファイバでは1.5μm帯に各々光増幅機能を有す
ることが報告されている。このような希土類ドープ光フ
ァイバはファイバレーザ、光増幅器として応用すること
ができ光通信システムの高効率化、高品質化を図ること
が期待される。
【0003】ところで、これら希土類ファイバを利用し
た光増幅器の励起波長には、これまで530nm、67
0nm、810nm、980nm、1480nmなどが
実施されている。ファイバ光増幅器を実用化するために
は励起光源は、高出力の半導体レーザが望ましく、この
ような半導体レーザとして670nm、800nm帯、
980nm、1480nmのものがある。
た光増幅器の励起波長には、これまで530nm、67
0nm、810nm、980nm、1480nmなどが
実施されている。ファイバ光増幅器を実用化するために
は励起光源は、高出力の半導体レーザが望ましく、この
ような半導体レーザとして670nm、800nm帯、
980nm、1480nmのものがある。
【0004】これらのうち、670nmの半導体レーザ
はAlGaInP系のもので、最近では100mW程度
の高出力が得られ、これを用いた増幅実験も行なわれて
いる(1991年秋季応用物理学会全国大会予稿集11
頁、ELECTRLNICS LETTERS、27巻25号2319〜2320頁)。
しかし、670nm帯の半導体レーザは、増幅波長帯で
ある1.5μmと波長帯が離れているため、光増幅器の
励起光として用いた場合、変換効率が悪いという難点が
ある。
はAlGaInP系のもので、最近では100mW程度
の高出力が得られ、これを用いた増幅実験も行なわれて
いる(1991年秋季応用物理学会全国大会予稿集11
頁、ELECTRLNICS LETTERS、27巻25号2319〜2320頁)。
しかし、670nm帯の半導体レーザは、増幅波長帯で
ある1.5μmと波長帯が離れているため、光増幅器の
励起光として用いた場合、変換効率が悪いという難点が
ある。
【0005】また、980nmの半導体レーザは、In
GaAs系の量子井戸構造のもので、100mWの高出
力のものが得られている。Erドープファイバをこの波
長域で励起した場合、11.0dB/mWの高い利得効
率、3dBの低雑音が得られることが報告されている
(ELECTRLNICS LETTERS、26巻20号1641〜1642頁)。ま
た、1480nmの半導体レーザはInGaAsP系の
もので、200mW程度の出力があり、励起波長の波長
域が広く高効率(5dB/mW)で、飽和出力も980
nmの半導体レーザより効率がよく、高いことが報告さ
れている(電子情報通信学会春季全国大会予稿集C−3
06)。但し、1480nmの半導体レーザは980n
mの半導体レーザより雑音が大きい(例えば7dB)。
GaAs系の量子井戸構造のもので、100mWの高出
力のものが得られている。Erドープファイバをこの波
長域で励起した場合、11.0dB/mWの高い利得効
率、3dBの低雑音が得られることが報告されている
(ELECTRLNICS LETTERS、26巻20号1641〜1642頁)。ま
た、1480nmの半導体レーザはInGaAsP系の
もので、200mW程度の出力があり、励起波長の波長
域が広く高効率(5dB/mW)で、飽和出力も980
nmの半導体レーザより効率がよく、高いことが報告さ
れている(電子情報通信学会春季全国大会予稿集C−3
06)。但し、1480nmの半導体レーザは980n
mの半導体レーザより雑音が大きい(例えば7dB)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のIn
GaAs系及びInGaAsP系の半導体レーザは、一
般に高価であり、比較的安価でしかも高出力のAlGa
As系半導体レーザが注目されている。AlGaAs系
半導体レーザは800nm帯に波長域を有し、非常に高
出力のものがあり、最大で3W程度の出力が得られる。
GaAs系及びInGaAsP系の半導体レーザは、一
般に高価であり、比較的安価でしかも高出力のAlGa
As系半導体レーザが注目されている。AlGaAs系
半導体レーザは800nm帯に波長域を有し、非常に高
出力のものがあり、最大で3W程度の出力が得られる。
【0007】しかし、800nm帯でErドープファイ
バ増幅器を励起した場合、Erドープファイバには77
0〜870nmの広い範囲に励起状態吸収(ESA)が
あり、効率のよい変換が行なえないことが指摘されてい
る(OPTICAL LETTERS、13巻12号1084〜1086頁)。ま
た、Erドープファイバ増幅器を830nm帯の励起光
で励起することにより、ESAの影響が小さく、高効率
で利得が得られるという報告があるが(電子情報通信学
会春季全国大会予稿集C−309)、励起パワーが異な
ると最適励起波長が変化することが報告されている(EL
ECTRLNICS LETTERS、27巻16号1421〜1422頁)。
バ増幅器を励起した場合、Erドープファイバには77
0〜870nmの広い範囲に励起状態吸収(ESA)が
あり、効率のよい変換が行なえないことが指摘されてい
る(OPTICAL LETTERS、13巻12号1084〜1086頁)。ま
た、Erドープファイバ増幅器を830nm帯の励起光
で励起することにより、ESAの影響が小さく、高効率
で利得が得られるという報告があるが(電子情報通信学
会春季全国大会予稿集C−309)、励起パワーが異な
ると最適励起波長が変化することが報告されている(EL
ECTRLNICS LETTERS、27巻16号1421〜1422頁)。
【0008】本発明はこのような従来の難点を解消し、
飽和出力が高く、ノイズの少ないファイバ光増幅器を提
供することを目的とする。
飽和出力が高く、ノイズの少ないファイバ光増幅器を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明のファイバ光増幅器は、励起用半導体レーザ源
と、該励起用半導体レーザ源に光結合器を介して連結さ
れた希土類ドープファイバとから成るファイバ増幅器に
おいて、希土類ドープファイバはErとYbがドープさ
れているものであり、好適には励起用半導体レーザ源は
850nmから900nmの波長域の励起用レーザを発
するものである。
る本発明のファイバ光増幅器は、励起用半導体レーザ源
と、該励起用半導体レーザ源に光結合器を介して連結さ
れた希土類ドープファイバとから成るファイバ増幅器に
おいて、希土類ドープファイバはErとYbがドープさ
れているものであり、好適には励起用半導体レーザ源は
850nmから900nmの波長域の励起用レーザを発
するものである。
【0010】
【作用】希土類ドープファイバのYbは700nm〜1
150nmの範囲の広い吸収帯を持っており、一方Er
は850nm〜980nmにかけて励起状態吸収(ES
A)がない。従って、励起用半導体レーザ源としてEr
のESAがなく、Ybの吸収帯の波長域、例えば850
nm〜900nmの波長域のレーザを用い、励起するこ
とにより効率よく利得を得ることができる。
150nmの範囲の広い吸収帯を持っており、一方Er
は850nm〜980nmにかけて励起状態吸収(ES
A)がない。従って、励起用半導体レーザ源としてEr
のESAがなく、Ybの吸収帯の波長域、例えば850
nm〜900nmの波長域のレーザを用い、励起するこ
とにより効率よく利得を得ることができる。
【0011】また、850nm〜900nmの波長域の
レーザにより励起した場合、Yb3+イオンの励起エネル
ギがEr3+イオンの高いエネルギ準位にエネルギ変換さ
れる。従って、Erは完全な3準位系となり、完全反転
分布ができる。このため低雑音の増幅器が構成できる。
更にレーザ源として850nm〜900nmの波長域の
AlGaAs系半導体レーザを用いるので、高出力が得
られ、結果として飽和出力特性も改善することができ
る。
レーザにより励起した場合、Yb3+イオンの励起エネル
ギがEr3+イオンの高いエネルギ準位にエネルギ変換さ
れる。従って、Erは完全な3準位系となり、完全反転
分布ができる。このため低雑音の増幅器が構成できる。
更にレーザ源として850nm〜900nmの波長域の
AlGaAs系半導体レーザを用いるので、高出力が得
られ、結果として飽和出力特性も改善することができ
る。
【0012】
【実施例】以下、本発明のファイバ光増幅器の1実施例
を図面に基づき詳述する。ファイバ光増幅器10は図1
の全体構成図に示されるように、主として励起用のレー
ザを発生する励起用半導体レーザ源1と、励起用レーザ
源1と信号光2ととを結合する光結合器3と、Er−Y
bドープファイバ(以下、Er−Ybファイバという)
4とを備え、Er−Ybファイバ4の両端には光アイソ
レータ5が挿入される。更に、Er−Ybファイバ4の
出力側にはEr−Ybファイバの自然放出光及び励起光
をカットするためのフィルタ6を挿入する。
を図面に基づき詳述する。ファイバ光増幅器10は図1
の全体構成図に示されるように、主として励起用のレー
ザを発生する励起用半導体レーザ源1と、励起用レーザ
源1と信号光2ととを結合する光結合器3と、Er−Y
bドープファイバ(以下、Er−Ybファイバという)
4とを備え、Er−Ybファイバ4の両端には光アイソ
レータ5が挿入される。更に、Er−Ybファイバ4の
出力側にはEr−Ybファイバの自然放出光及び励起光
をカットするためのフィルタ6を挿入する。
【0013】励起用半導体レーザ源1は850nm〜9
00nmの波長帯のレーザを発するもので、AlGaA
s系半導体レーザが用いられる。AlGaAs系半導体
レーザは安価で、最大200mW程度の安定した出力を
得ることができる。レーザの波長帯850nm〜900
nmは、後述するEr−YbファイバのYb+3イオンの
吸収帯の範囲でしかもErの励起状態吸収のない範囲が
選ばれる。このような波長帯のレーザで励起することに
より高効率で利得を得ることができる。
00nmの波長帯のレーザを発するもので、AlGaA
s系半導体レーザが用いられる。AlGaAs系半導体
レーザは安価で、最大200mW程度の安定した出力を
得ることができる。レーザの波長帯850nm〜900
nmは、後述するEr−YbファイバのYb+3イオンの
吸収帯の範囲でしかもErの励起状態吸収のない範囲が
選ばれる。このような波長帯のレーザで励起することに
より高効率で利得を得ることができる。
【0014】Er−Ybファイバ4は、石英ガラス、多
成分ガラス等のコア及びクラッド組成にエルビウム(E
r)を100〜1000ppm、イッテルビウム(Y
b)を1000〜10000ppm添加したものであ
る。Er及びYbは、気相法、溶融法等公知の方法を採
用できる。溶融法の場合、Er2O3、Yb2O3をガラス
組成の融液中に添加し、例えば二重るつぼ法で線引きす
る。
成分ガラス等のコア及びクラッド組成にエルビウム(E
r)を100〜1000ppm、イッテルビウム(Y
b)を1000〜10000ppm添加したものであ
る。Er及びYbは、気相法、溶融法等公知の方法を採
用できる。溶融法の場合、Er2O3、Yb2O3をガラス
組成の融液中に添加し、例えば二重るつぼ法で線引きす
る。
【0015】ここで、Yb+3イオンは図2(a)に示す
ような700nm〜1150nmの広い範囲に吸収帯を
有する。一方、Er+3イオンは808nmと980nm
に励起状態吸収(ESA)が見られるが、850nm以
上の範囲では問題となるESAがない。通常、Erドー
プファイバを1480nmで励起した場合には、Er +3
イオンは図2(b)に示すように基底状態4I15/2から
エネルギ準位4I13/2に励起される。Erドープファイ
バはEr+3イオンがこの状態4I13/2から基底状態4I
15/2に遷移するときに増幅される。即ち、1480nm
で励起した場合には二準位系となる。これに対し、Er
−YbファイバをYb+3イオンの吸収帯の範囲(且つE
rの励起状態吸収のない範囲、即ち850nm〜900
nm)で励起した場合には、Yb+3イオンが図2(c)
に示すように基底状態2F7/2からエネルギ準位2F5/2に
励起され、この励起エネルギがEr+3イオンの4I11/2
にエネルギー変換され、4I11/2から4I13/2に遷移さ
れ、更に4I13/2から4I15/2に遷移されるとき増幅され
る。このようにErは三準位系となり、完全反転分布が
得られる。従って、低雑音の増幅器を構成できる。
ような700nm〜1150nmの広い範囲に吸収帯を
有する。一方、Er+3イオンは808nmと980nm
に励起状態吸収(ESA)が見られるが、850nm以
上の範囲では問題となるESAがない。通常、Erドー
プファイバを1480nmで励起した場合には、Er +3
イオンは図2(b)に示すように基底状態4I15/2から
エネルギ準位4I13/2に励起される。Erドープファイ
バはEr+3イオンがこの状態4I13/2から基底状態4I
15/2に遷移するときに増幅される。即ち、1480nm
で励起した場合には二準位系となる。これに対し、Er
−YbファイバをYb+3イオンの吸収帯の範囲(且つE
rの励起状態吸収のない範囲、即ち850nm〜900
nm)で励起した場合には、Yb+3イオンが図2(c)
に示すように基底状態2F7/2からエネルギ準位2F5/2に
励起され、この励起エネルギがEr+3イオンの4I11/2
にエネルギー変換され、4I11/2から4I13/2に遷移さ
れ、更に4I13/2から4I15/2に遷移されるとき増幅され
る。このようにErは三準位系となり、完全反転分布が
得られる。従って、低雑音の増幅器を構成できる。
【0016】なお、Er−Ybファイバのパラメータ
(比屈折率差、開口数、遮断波長)は特に限定されない
が、例えば/遮断波長が850nm以下で高い開口数が
望ましい。 実施例 コア組成Er−Yb−Ge−SiO2で、△(比屈折率
差)1.0%、MFD(モードフィールド径)6.5μ
mのファイバ70mをリング状にして光増幅器とし、図
1に示すようなファイバ光増幅器10を構成した。励起
用レーザ源1としてAlGaAs系半導体レーザを用
い、励起光870nm、出力20mWのレーザ光を用
い、1.536μmの信号光を増幅させたところ、30
dBの利得が得られた。雑音は3.5dBであった。 比較例1 コア組成Er−Ge−SiO2で、その他は実施例と同
様のファイバを用いるとともに、励起光として1480
nm、出力20mWのレーザを用い、1.536μmの
信号光を増幅させた。この場合、利得は32dBで実施
例とほぼ同様であったが、雑音が5.3dBであった。 比較例2 比較例1と同様のファイバを用い、励起光としてTiA
l2O3系レーザ源の980nm、出力10mWのレーザ
を用い、1.536μmの信号光を増幅させた。この場
合、利得は35dBで実施例より優れていたが、飽和出
力が−3dBであった。
(比屈折率差、開口数、遮断波長)は特に限定されない
が、例えば/遮断波長が850nm以下で高い開口数が
望ましい。 実施例 コア組成Er−Yb−Ge−SiO2で、△(比屈折率
差)1.0%、MFD(モードフィールド径)6.5μ
mのファイバ70mをリング状にして光増幅器とし、図
1に示すようなファイバ光増幅器10を構成した。励起
用レーザ源1としてAlGaAs系半導体レーザを用
い、励起光870nm、出力20mWのレーザ光を用
い、1.536μmの信号光を増幅させたところ、30
dBの利得が得られた。雑音は3.5dBであった。 比較例1 コア組成Er−Ge−SiO2で、その他は実施例と同
様のファイバを用いるとともに、励起光として1480
nm、出力20mWのレーザを用い、1.536μmの
信号光を増幅させた。この場合、利得は32dBで実施
例とほぼ同様であったが、雑音が5.3dBであった。 比較例2 比較例1と同様のファイバを用い、励起光としてTiA
l2O3系レーザ源の980nm、出力10mWのレーザ
を用い、1.536μmの信号光を増幅させた。この場
合、利得は35dBで実施例より優れていたが、飽和出
力が−3dBであった。
【0017】以上の実施例、比較例の結果を表1に示し
た。
た。
【0018】
【表1】
【0019】表からも明らかなように、本実施例のファ
イバ光増幅器は、励起光としてAlGaAs系半導体レ
ーザを用いたので、比較例2に比べ高出力が得られ、し
かも比較例1に比べ雑音が少ない。なお、以上の説明で
は励起用半導体レーザ源1をEr−Ybファイバ4の入
力側に接続した例について説明したが、励起用レーザ源
1をEr−Ybファイバ4の出力側に接続し、増幅用レ
ーザ源2とは逆方向で励起してもよい。
イバ光増幅器は、励起光としてAlGaAs系半導体レ
ーザを用いたので、比較例2に比べ高出力が得られ、し
かも比較例1に比べ雑音が少ない。なお、以上の説明で
は励起用半導体レーザ源1をEr−Ybファイバ4の入
力側に接続した例について説明したが、励起用レーザ源
1をEr−Ybファイバ4の出力側に接続し、増幅用レ
ーザ源2とは逆方向で励起してもよい。
【0020】また、励起光の波長域として850〜90
0nmを採用した場合について説明したが、励起光はY
bの吸収帯の範囲であってErの励起状態吸収のない範
囲であればよく、例えば1000nmの半導体レーザが
開発されるならば、そのような波長域の励起光も当然採
用できる。
0nmを採用した場合について説明したが、励起光はY
bの吸収帯の範囲であってErの励起状態吸収のない範
囲であればよく、例えば1000nmの半導体レーザが
開発されるならば、そのような波長域の励起光も当然採
用できる。
【0021】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明のファイバ光増幅器によれば、増幅器を構成する希
土類ファイバとしてEr−Ybドープファイバを用いる
とともに励起レーザとして特定波長域のものを用いたの
で、低雑音でしかも高い飽和出力を得ることができる。
また、本発明のファイバ光増幅器によれば、励起用半導
体レーザ源としてAlGaAs系半導体レーザを用いる
ことができるので、比較的安価でしかも安定した出力を
得ることができる。
発明のファイバ光増幅器によれば、増幅器を構成する希
土類ファイバとしてEr−Ybドープファイバを用いる
とともに励起レーザとして特定波長域のものを用いたの
で、低雑音でしかも高い飽和出力を得ることができる。
また、本発明のファイバ光増幅器によれば、励起用半導
体レーザ源としてAlGaAs系半導体レーザを用いる
ことができるので、比較的安価でしかも安定した出力を
得ることができる。
【図1】本発明のファイバ光増幅器の一実施例を示す構
成図。
成図。
【図2】本発明のEr−Ybドープファイバの特性を示
す図で、(a)はEr及びYbの減衰特性を、(b)は
Er及びYbエネルギー準位を示す図。
す図で、(a)はEr及びYbの減衰特性を、(b)は
Er及びYbエネルギー準位を示す図。
1・・・・・・励起用半導体レーザ源 3・・・・・・光結合器 4・・・・・・Er−Ybドープファイバ
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 3/10 Z 8934−4M
Claims (1)
- 【請求項1】励起用半導体レーザ源と、該励起用半導体
レーザ源に光結合器を介して連結された希土類ドープフ
ァイバとから成るファイバ増幅器において、前記希土類
ドープファイバはErとYbがドープされていることを
特徴とするファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21037692A JPH0661568A (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | ファイバ光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21037692A JPH0661568A (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | ファイバ光増幅器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0661568A true JPH0661568A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16588324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21037692A Withdrawn JPH0661568A (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | ファイバ光増幅器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0661568A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009044098A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Univ Of Electro-Communications | 利得フォトニック結晶光ファイバー、レーザー増幅システム、及び利得フォトニック結晶光ファイバーの設定方法 |
JP2012204372A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Olympus Corp | 短パルス光源およびレーザ走査顕微鏡システム |
JP2019535118A (ja) * | 2016-10-07 | 2019-12-05 | ローレンス リバーモアー ナショナル セキュリティー, エルエルシー | Nd3+ファイバレーザおよびアンプ |
-
1992
- 1992-08-06 JP JP21037692A patent/JPH0661568A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009044098A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Univ Of Electro-Communications | 利得フォトニック結晶光ファイバー、レーザー増幅システム、及び利得フォトニック結晶光ファイバーの設定方法 |
JP2012204372A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Olympus Corp | 短パルス光源およびレーザ走査顕微鏡システム |
JP2019535118A (ja) * | 2016-10-07 | 2019-12-05 | ローレンス リバーモアー ナショナル セキュリティー, エルエルシー | Nd3+ファイバレーザおよびアンプ |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991102 |