JPH0715059A - 光増幅器用ファイバ - Google Patents

光増幅器用ファイバ

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JPH0715059A
JPH0715059A JP5156508A JP15650893A JPH0715059A JP H0715059 A JPH0715059 A JP H0715059A JP 5156508 A JP5156508 A JP 5156508A JP 15650893 A JP15650893 A JP 15650893A JP H0715059 A JPH0715059 A JP H0715059A
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JP
Japan
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core
fiber
optical
added
clad
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Pending
Application number
JP5156508A
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English (en)
Inventor
Yasutake Oishi
泰丈 大石
Teruhisa Kanamori
照寿 金森
Shoichi Sudo
昭一 須藤
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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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光通信システムなどで使用される光増幅器用
増幅媒体である光増幅器用ファイバを提供する。 【構成】 誘導放出作用を起す4凖位系活性元素をコア
の全体又はコア部の一部に添加してなる光増幅器用ファ
イバ14において、上記コア部に添加した活性元素と同
種の活性元素をクラッド部にも添加してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムなどで
使用される光増幅器用増幅媒体である光増幅器用ファイ
バ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
を添加して、希土類イオンの4f殻内遷移の誘導放出を
利用した光ファイバ増幅器の研究が種々提案され、光通
信システムへの応用が検討されている。
【0003】光増幅器のひとつの利用形態として共通増
幅器としての応用がある。これは、多数の波長が多重化
された光信号を共通に増幅する増幅器であり、波長多重
化による光入力レベルの増加に対応できる高い飽和出力
が要求される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、石英光ファ
イバの波長分散が零となる1.3μm帯は光通信システム
で現在最も幅広く利用されている波長帯であり、1.3μ
m帯で動作するファイバ増幅器としてPr3+添加ファイ
バ増幅器が研究されている。ここで、Pr3+イオンを活
性イオンとした場合、1.3μm帯の光増幅は図6に示し
たように、 14 35 遷移による誘導放出により起
こる。この終凖位の 35 凖位が基底凖位でないため、
Pr3+添加ファイバ増幅器は4凖位系のファイバ増幅器
として分類される。4凖位系のファイバ増幅器の飽和出
力強度(Is)はIs=A(hν/στ)(Aはコア断
面積、hはプランク定数、νは信号の周波数、σは誘導
放出断面積、τは始凖位の寿命)であたえられ、励起光
強度に依存せずσ,τ等の活性イオンの光学特性によっ
て決まってしまう。
【0005】従って、飽和出力強度を大きくするには、
何かの手法によりσ,τの値を小さくすることが必要で
ある。σ,τを変化させるのは活性イオンが添加される
ホストを変え、誘導放出の遷移強度を変化させることも
ひとつの方法ではあるが、σ,τとも小さくさせる材料
の選択指針は実際には無く、現実的な手法とはいえな
い。
【0006】よって、これまで、4凖位系のファイバ増
幅器においては飽和出力強度を大きくするには、コア径
を大きくするしか方法がなく、コア径を大きくした場合
にはコア内での励起光密度が低下するため、励起効率が
下がり、その増幅器の効率低下を招いてしまうという問
題が生じていた。
【0007】本発明は、励起効率を低下させることなく
高い飽和出力強度を実現できるファイバ増幅器を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は前記目的を
達成すべく鋭意研究した結果、クラッドガラス中にもコ
アガラスと同種の活性イオンを添加すると励起効率が低
下することがなく、且つ高い飽和出力強度を実現できる
光増幅器用ファイバを得ることができることを知見し
た。
【0009】かかる知見に基づく本発明に係る光増幅器
用ファイバの構成は、誘導放出作用を起す4凖位系活性
元素をコアの全体又はコアの一部に添加してなる光増幅
器用ファイバにおいて、上記コアに添加した活性元素と
同種の活性元素をクラッド部にも添加してなることを特
徴とする。
【0010】上記構成において、コア,クラッド部に添
加する活性元素がCe,Pr,Nd,Sm,Eu,T
b,Dy,Ho,Er,Ybであることを特徴とする。
【0011】すなわち、従来では、図5(a)で示すよ
うにコア部1中にのみ活性イオン2を添加し、飽和出力
強度を上げるときには、コア径を拡げていたが、この方
法ではコア径を拡げることによりコア部1内での励起光
密度が下ってしまい励起効率の低下をきたしていた。従
って従来法では低効率な増幅器でしか出力化は達成し得
なかった。
【0012】しかしながら、本発明の方法では、コア径
は一定として、図5(b)で示すようにコア部1のみな
らずクラッド部3にも活性イオン2を添加し、クラッド
にもれ出ている信号パワーにも増幅作用を受けさせるこ
ととし、従来法と比較すると励起効率が落ちることなく
飽和出力強度を上げることができる。
【0013】ここで、クラッド部2に添加した活性イオ
ン2の増幅への寄与が期待できるのは、基底状態吸収の
利得への影響のない4凖位系のファイバ増幅器だけであ
る。これは4凖位系では本来基底状態吸収が利得の発現
に影響しないため、正の利得を生じるのに励起光にしき
い値が無く弱い励起光でも正の利得を生じさせられるか
らである。
【0014】従って、4凖位系では励起光強度分布が弱
くなるクラッド部3に活性イオン2を添加してもクラッ
ド部3で増幅作用が起こることが期待できる。
【0015】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明するが、実
施例により本発明が限定されるものではない。
【0016】図1は本発明の実施例の一例を示し、同図
中符号11は信号光源(半導体レーザ波長1.06μ
m),12は励起光源(発振波長0.78μmのチタンサ
ファイヤレーザ),13は信号光と励起光とを結合させ
増幅用ファイバ14に入力するための光カプラ,15は
光アイソレータ,16は信号光強度を測るための光スペ
クトラムアナライザ,17は石英ファイバを各々図示す
る。
【0017】増幅用ファイバ14として、コア径4μ
m、長さ10m、コア・クラッド比屈折率差(△n)1.
5%、コア・クラッドともNd3+が1000ppm添加
された石英ファイバを用いて、1.06μm帯の増幅実験
を行った。この結果、コアのみにNd3+を添加した増幅
用ファイバを用いた場合に比べ、出力信号強度は約20
%増大した。
【0018】また、同ファイバを用いて、1.06μmの
レーザ発振を試みたところ、図2に示すように、コアの
みにNd3+を添加した場合に比べ、レーザ出力は20%
以上向上した。
【0019】また、コア全体ではなくコアの中心部のみ
にNd3+を添加し、かつクラッドにNd3+を添加したフ
ァイバとコアの中心部のみにNd3+を添加したファイバ
とを比較しても、前者の方が増幅器、レーザとも出力強
度の増大が確認された。
【0020】(実施例2)信号光源波長11を1.3μ
m、励起光源12の励起波長を1.017μm(チタンサ
ファイヤレーザ)とし、また、増幅用ファイバ14とし
て、コア径2μm、長さ30m、コア−クラッド比屈折
率差(△n)3.7%、コア・クラッドともPr3+が50
0ppm添加されたフッ化物ファイバ(コア組成:Zr
4(56)−BaF2(14)−LaF3(3.5)−YF
3(2)−AlF3(2.5)−LiF(7)−PbF2(14
モル%)クラッド組成:ZrF4(47.5)−BaF2(2
3.5)−LaF3(2.5)−YF3(2)−AlF3(4.5)
−NaF(20モル%))を用いて、1.3μm帯の増幅
実験を行った。
【0021】励起光強度が300mWのとき、入力信号
光レベルを変化させて増幅用ファイバ4からの出力信号
強度を測定した。その結果、入力信号光レベルが、−4
5dBmのとき、増幅利得(小信号利得)は30dBで
あることが確認できた。また、図3に示すように、小信
号利得より3dB低下するときの出力信号強度は12d
Bmであった。この値は、コアのみにPr3+を500p
pm添加したものを増幅用ファイバとして用いた場合よ
りも2dBmだけ大きくなっており、クラッドにもPr
3+を添加するとによりコアだけに添加する場合と比較し
てコア径が同じであっても出力信号強度が増大できると
が確認できた。
【0022】本発明は、誘導放出遷移の終凖位が基底凖
位でない4凖位系に対して効果があるため、Pr3+ 1
4 35 遷移だけでなく、Ce3+の5d→ 27/2
遷移(0.32μm)、Nd3+ 43/2 413/2遷移
(1.3μm)、 43/2 415/2遷移(1.85μ
m)、Sm3+ 51 55 遷移(0.59μm)、E
3+ 45/2 67/2 遷移(0.61μm)、Tb3+
54 75 遷移(0.54μm)、Ho3+ 56
57 遷移(1.67μm)、 56 57 遷移(2.
9μm)、 55 56 遷移(1.49μm)、Er3+
411/2 413 /2遷移(2.8μm)、 43/2 4
11/2遷移(1.3μm)、 43/2 49/ 2 遷移(1.
7μm)、Tm3+ 34 34 遷移(1.47μ
m)、 34 35 遷移(2.35μm)等の4凖位系
のレーザ発振や光増幅に対しても有効である。
【0023】またYb3+ 25/2 27/2 遷移は本
来3凖位系遷移であるが、 25/2 27/2 がホスト
中で大きくシュタルク分裂を起こし、エネルギー凖位幅
が拡がるため、一部4凖位系的ふるまいを示すため、Y
3+にも有効である。
【0024】また、本実施例ではファイバ素材としてZ
rF4 系のフッ化物ガラスを用いたが、素材としてはI
nF3 系のフッ化物ガラス等のZrF4 系のフッ化物ガ
ラス、塩化物ガラス、ヨウ化物ガラス、臭化物ガラス、
複数のハライドイオンを陰イオンとするミックスドハラ
イドガラス、カルコケナイドガラス、ハライドイオンを
含んだカルコハライドガラス、フツリン酸ガラス、石英
ガラス等の酸化物ガラスを用いても良く、これら素材と
上記の活性イオンとの組み合せにより、多種類の波長で
動作する高出力レーザや高出力なファイバ増幅器を構成
できる。
【0025】さらに、本実施例ではコア、クラッドとも
同じ濃度のPr3+を添加したが、要求される増幅器の性
能を実現するため、コア、クラッド中の希土類添加濃度
を同一の値ではなく変化させても良いことは言うまでも
ない。
【0026】上述した実施例では、活性元素の添加濃度
をファイバ動径方向に一定としたが、例えば、動径方向
外側に行くに従い濃度が除々に低下するようにしても良
い。
【0027】たとえば、その希土類濃度分布として、図
4に示したように、コア部20の周囲に例えば第1〜第
4クラッド21〜24からなる多層のクラッド層を設け
て、その中の希土類濃度を段階的に低下させる構造を取
ってもよい。これを実現するには希土類添加量の異った
ジャケット管を複数のクラッド層となるように複数個用
意して、それらを順次コアの外周にかぶせていっても良
い。
【0028】また、希土類濃度分布を段階的とせず、滑
らかな分布としてもよい。この分布を実現するために
は、VADやMCVD法のような気相法を手段としては
有効である。
【0029】
【発明の効果】以上実施例と共に、説明したように、本
発明によれば励起効率を落すことなく飽和出力強度を増
大させることができるため、高効率な共通増幅器を構成
することができ、これを信号分配系へ応用すると低コス
トで信頼性の高い光通信システムが構成できるという利
点がある。またファイバレーザに応用すれば高効率、高
出力なファイバレーザが構成できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の構成概略図である。
【図2】レーザ出力光強度の励起光強度依存性を示す図
である。
【図3】利得の信号出力強度依存性を示す図である。
【図4】ファイバ構造の一例を示す図である。
【図5】希土類添加ファイバの構造とパワー分布図であ
り、(a)従来構造、(b)本発明の構造を各々示す。
【図6】Pr3+のエネルギーダイヤグラムである。
【符号の説明】
11 信号光源 12 励起光源 13 光カプラ 14 増幅用光ファイバ 15 光アイソレータ 16 光スペクトラムアナライザ 17 石英ファイバ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導放出作用を起す4凖位系活性元素を
    コアの全体又はコア部の一部に添加してなる光増幅器用
    ファイバにおいて、 上記コア部に添加した活性元素と同種の活性元素をクラ
    ッド部にも添加してなることを特徴とする光増幅器用フ
    ァイバ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、コア,クラッド部に
    添加する活性元素がCe,Pr,Nd,Sm,Eu,T
    b,Dy,Ho,Er,Ybであることを特徴とする光
    増幅器用ファイバ。
JP5156508A 1993-06-28 1993-06-28 光増幅器用ファイバ Pending JPH0715059A (ja)

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JP5156508A JPH0715059A (ja) 1993-06-28 1993-06-28 光増幅器用ファイバ

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JP5156508A JPH0715059A (ja) 1993-06-28 1993-06-28 光増幅器用ファイバ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7515802B2 (en) 2001-09-10 2009-04-07 Schott Ag Glass fibre with at least two glass layers

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010710