JPH07335955A - 導波路型光増幅素子の励起方法および光増幅システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波長の異なる２種以上の励起光を入射するこ
とにより励起光エネルギーを増大し、もって高出力の導
波路型光増幅素子を提供することが可能な導波路型光増
幅素子の励起方法および該方法が適用された光増幅シス
テムを提供する。 【構成】外部励起光を吸収して所望の波長域における蛍
光を利用して光の増幅を行う導波路型光増幅素子に、波
長の異なる２種以上の励起光を同時に入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導波路型固体レーザや
導波路型光増幅器等導波路型光増幅素子の外部光による
励起方法および該方法が適用された光増幅システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】特種な波長領域の光源や光増幅器とし
て、小型でかつ容易に他の導波路型部品への接続が可能
であるような、導波路型固体レーザや導波路型光増幅器
等の導波路型素子への期待が高まりつつある。例えば、
従来から、媒質中に分散させた活性イオンの働きによ
り、ある波長の外部励起光のエネルギーを吸収して、発
光遷移により別の波長の光エネルギーに変換する増幅素
子が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来から用い
られている単一波長の励起光による励起方法に関して以
下のような問題点があった。

【０００４】それは、それら導波路素子が所望の波長領
域において単一モードで動作するようにコアの断面積
が、単一モード光ファイバのコアと同等のたかだか直径
１０μｍの円と同程度であることによる。このため、外
部励起光は、導波路端面に光ファイバを突き合わせて、
単一モード光ファイバを通して入射するのが最も効率が
良い。外部励起用の光源として、小型・低価格の条件を
満足させるのに最も適しているのは半導体レーザであ
る。ところが、半導体レーザは、通常ＴＥモードの扁平
な光出力のものがほとんどであり、かつ波面が不揃いで
あるため、コアが円形あるいは正方形の断面であるよう
な導波路素子に入射するとエネルギー効率が低くなる。
また、単一モード光ファイバ中では、同一波長の光に関
しては、ＴＥモードとＴＭモードの２種類しか伝搬しな
いため、半導体レーザを９０°回転するか、偏波を何ら
かの手法により制御してＴＭモードにしても、片側端面
から励起できるのは最大２個の半導体レーザに限られ
る。すなわち、導波路素子の外部励起光源として同一波
長の複数個の半導体レーザを用いるという従来の方法で
は、導波路素子の両端面から励起しても最大４個の半導
体レーザを用いることしかできなかった。

【０００５】半導体レーザは、低融点材料により形成さ
れているので、高出力化は極めて困難であり、１個の半
導体レーザの出力はたかだか１００ｍＷのレベルであ
る。すなわち、最大限４個の半導体レーザを用いても、
励起光の強度は入射効率の低さも手伝ってたかだか４０
０ｍＷ程度以下であり、導波路素子のエネルギー変換の
効率がさほど高くない場合あるいは出力レベルが高けれ
ば高いほど好ましい使用形態においては問題があった。

【０００６】半導体レーザでも数ワット以上の出力のも
のが市販されているが、これらは所謂アレイ型のもので
あり、たとえファイバ出力のものであっても、単一モー
ドではなく多モードである。このようなアレイ型の半導
体レーザからの出力をレンズ等を用いて効率良く単一モ
ードに変換することは困難であり、結局１個の半導体レ
ーザと同程度のエネルギーしか引き出すことができな
い。また、瓦斯レーザや大型の固体レーザにおいては波
面が極めて良くそろっているため、その出力を単一モー
ドにレンズ等を用いて効率良く変換することは可能であ
る。このような大型で高価格のレーザを用いれば、導波
路素子の高出力化は基本的に可能であるが、小型・低価
格という世の中のニーズには明らかに合致しない。

【０００７】このように、導波路素子の励起に従来通り
の単一波長の半導体レーザを用いる方法においては、実
用に耐える高出力の素子の実現は困難であった。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点を解決すべ
く、波長の異なる２種以上の励起光を入射することによ
り励起光エネルギーを増大し、もって高出力の導波路型
光増幅素子を提供することが可能な導波路型光増幅素子
の励起方法および該方法が適用された光増幅システムを
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にもとづく導波路型光増幅素子の励起方法
は、外部励起光を吸収し、かつ所望の波長域における蛍
光を利用して光の増幅を行う導波路型光増幅素子に、波
長の異なる少なくとも２種類の励起光を同時に入射する
ことを特徴とする。

【００１０】また、本発明にもとづく光増幅システム
は、波長の異なる励起光を発する少なくとも２つの外部
励起用光源と、前記波長の異なる光を混合する光カプラ
と、該光カプラからの外部励起光が入力する導波路型光
増幅素子とが設けられたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明によれば、外部励起光を吸収して所望の
波長域における蛍光を利用して光の増幅を行う導波路型
光増幅素子に、波長の異なる２種以上の励起光を同時に
入射する。これによって、単一波長励起に比較しておよ
そ２倍の光エネルギーが増幅素子に供給される。そのた
め、従来技術による増幅素子に比較して高出力の光増幅
器が構成される。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明にもとづく導波路型光増幅素
子の励起方法について詳細に説明する。

【００１３】＜実施例１＞本発明にもとづく導波路型光
増幅素子の励起方法は、導波路型光増幅素子に波長の異
なる２種以上の励起光を同時に入射する工程からなる。
そこで、その一例として、波長の異なる２種類の励起光
を入射する場合について述べる。

【００１４】図１は、本発明にもとづく励起方法が適用
される光増幅システムの一例である。このシステムは、
第一の外部励起用光源（波長λ1 ）１、第二の外部励起
用光源（波長λ2 ）２、これらの光源から入射されるλ
1 およびλ2 の二種の波長の光を混合する光カプラ３、
該光カプラ３と接続した光ファイバ４、該光ファイバ４
を介して光カプラ３からの外部励起光が入力される導波
路型光増幅素子５から概略構成される。また、図中の参
照符号６は導波路型光増幅素子の出射光（波長λ0 ）で
ある。すでに、述べたように、本発明にもとづく導波路
型光増幅素子の励起方法は、導波路型光増幅素子に波長
の異なる２種以上の励起光を同時に入射する工程からな
る。そこで、この実施例では、第一の外部励起用光源１
の波長λ1 を０．８μｍ、第二の外部励起用光源２の波
長λ2 を０．７４μｍとした。また、導波路型光増幅素
子５を、Ｎｄ：ＹＡＧ（ＮｄでＹの一部を置換したＹ3
Ａｌ5 Ｏ12結晶をコアとする導波路素子）、Ｎｄ：ＹＬ
Ｆ（ＮｄでＹの一部を置換したＹＬｉＦ4 結晶をコアと
する導波路素子）、およびＮｄ：ＹＶＯ4 （ＮｄでＹの
一部を置換したＹＶＯ4 結晶をコアとする導波路素子）
の各固体レーザからなる群から選択される一つとした。
そして、出射光としては、最も強度の大きい波長、すな
わち１．０６μｍ、１．０ ４７μｍおよび１．０６４
μｍとした。

【００１５】対照群として、０．８１μｍ波長の半導体
レーザ１のみを配置した構成を用いた。

【００１６】すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦお
よびＮｄ：ＹＶＯ4 の各導波路型固体レーザ５に対し
て、０．８１μｍ波長の半導体レーザ１のみを配置した
場合の導波路型固体レーザ５からの出射光６の強度と、
０．７４μｍ波長の半導体レーザ２をさらに配置して、
これらの波長を効率よく合波するためのカプラ３により
合波して導波路型光増幅素子５に入射した時の出射光６
の強度を比較した。

【００１７】なお、0.81μｍ波長の半導体レーザ１およ
び0.71μｍ波長の半導体レーザ２の出力強度は、それぞ
れ２５０ｍＷであった。

【００１８】表１に上記出射光の強度を光出力（mW) と
して示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１から明らかなように、本発明による励
起方法によって固体レーザの高出力化が図れた。

【００２１】＜実施例２＞図１に示す構成において、第
一の外部励起用光源１の波長λ1 を０．９４μｍ、第二
の外部励起用光源２の波長λ2 を０．９７μｍとする。
また、導波路型光増幅素子５を、Yb：ＹＡＧ（YbでＹの
一部を置換したＹ3 Ａｌ5 Ｏ12結晶をコアとする導波路
素子）固体レーザとした。そして出射光としては、最も
強度の大きい波長、すなわち１．０２９μｍとした。

【００２２】対照群として、０．９４μｍ波長の半導体
レーザ１のみを配置した構成を用いた。

【００２３】すなわち、Ｙｄ：ＹＡＧ導波路型固体レー
ザ５に対して、０．９４μｍ波長の半導体レーザ１のみ
を配置した時のＹｄ：ＹＡＧ導波路型固体レーザ５から
の出射光６の強度と、０．９７μｍ波長の半導体レーザ
２をさらに配置して、これらの波長を効率よく合波する
ためのカプラ３により合波して導波路型光増幅素子５に
入射した時の出射光６の強度とを比較した。

【００２４】なお、半導体レーザ１、２の出力強度は、
それぞれ２５０ｍＷであった。

【００２５】表２に上記出射光の強度を光出力（mW) と
して示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２から明らかなように、本発明による励
起方法によって固体レーザの高出力化が図れた。

【００２８】＜実施例３＞図２は、図１に示す素子にさ
らにλ1 およびλ2 の二種の波長の光を混合する光カプ
ラからの励起光を入射光７（波長λ0 ）と混合する光カ
プラ８が設けられている。

【００２９】この実施例では、０．９８μｍ波長の半導
体レーザ１、１．４８μｍ波長の半導体レーザ２、およ
び導波路型光増幅素子５として Ｅｒをドープした石英
光ファイバ型光ファイバ増幅素子（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉ
ｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）
を用いた。なお、出力光としては、最も強度の大きい波
長、すなわち１．５３μｍとした。

【００３０】一方、対照群は、０．９８μｍ波長の半導
体レーザのみでＥＤＦＡ５を励起した。

【００３１】すなわち、ＥＤＦＡ５に対して、０．９８
μｍ波長の半導体レーザ１のみを配置した場合の出射光
６の強度と、１．４８μｍ波長の半導体レーザ２をさら
に配置して、これらの波長を効率よく合波するためのカ
プラ３により合波してEDFA５に入射した時の出射増幅光
６の強度とを、入力光７に対して比較した。

【００３２】なお、半導体レーザの出力強度は、それぞ
れ２５０ｍＷであった。これら測定結果を表３に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】表３から明らかなように、本発明による励
起方法によってＥＤＦＡの高出力化が図れた。したがっ
て、上記実施例１ないし３から明らかなように、本発明
にもとづく導波路型光増幅素子の励起方法および該方法
を適用した光増幅システムは、全体の構成を小型・低価
格にするために、外部励起用光源１および２を半導体レ
ーザとしたが、もちろんこれに限定されることはない。
単一波長の励起光により素子を励起しようとすると、従
来技術における問題点の項で述べたように片側端面から
の励起には、偏波合成の技術により最大２個のレーザし
か用いることができない。しかし、本発明によれば、波
長混合のカプラを用いることにより、２波長の励起光を
効率良く素子に入射できる。それぞれの波長において偏
波合成技術を用いることができるので、本発明によれ
ば、片側端面からの励起に最大４個のレーザを用いるこ
とができる。当然のことながら、励起光の絶対強度をお
よそ２倍にできる。すなわち、光増幅素子の出力強度を
およそ２倍にできる。励起波長λ1 およびλ2 に関して
は、異なる吸収線に対応するような値の全く異なる２波
長であっても、あるいは比較的吸収線幅の広い同一の吸
収線に対応する比較的値の近い２波長であっても本発明
の領域に含まれることは言うまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にもとづく
導波路型光増幅素子の励起方法および該方法を適用した
光増幅システムは、外部励起光を吸収して所望の波長域
における蛍光を利用して光の増幅を行う導波路型光増幅
素子に、波長の異なる２種以上の励起光を同時に入射す
ることによって、励起光エネルギーを増大するため、高
出力の導波路型光増幅素子を提供することが可能とな
る。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導波路型固体レーザの励起方法が適用
された光増幅システムの概略的構成を説明するための模
式図である。

【図２】本発明の導波路型光増幅器の励起方法が適用さ
れた光増幅システムの概略的構成を説明するための模式
図である。

【符号の説明】

１ 波長λ1 の第一の外部励起用光源 ２ 波長λ2 の第二の外部励起用光源 ３ λ1 およびλ2 の二種の波長の光を混合する光カプ
ラ ４ 外部励起光を導波路型光増幅素子５に入力するため
の光ファイバ ６ 波長λ0 の導波路型光増幅素子の出射光 ７ 波長λ0 の入力信号光 ８ 励起光と入力信号光とを混合する光カプラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部励起光を吸収し、かつ所望の波長域
   における蛍光を利用して光の増幅を行う導波路型光増幅
   素子に、波長の異なる少なくとも２種類の励起光を同時
   に入射することを特徴とする導波路型光増幅素子の励起
   方法。
2. 【請求項２】波長の異なる励起光を発する少なくとも２
   つの外部励起用光源と、前記波長の異なる光を混合する
   光カプラと、 該光カプラからの外部励起光を入力する導波路型光増幅
   素子とが設けられたことを特徴とする光増幅システム。