JPH0797686B2 - 光ファイバ及びその光増幅器 - Google Patents
光ファイバ及びその光増幅器Info
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- JPH0797686B2 JPH0797686B2 JP2293508A JP29350890A JPH0797686B2 JP H0797686 B2 JPH0797686 B2 JP H0797686B2 JP 2293508 A JP2293508 A JP 2293508A JP 29350890 A JP29350890 A JP 29350890A JP H0797686 B2 JPH0797686 B2 JP H0797686B2
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- optical fiber
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
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- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
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- H01S3/1698—Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants rare earth
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、異なる波長において励起された光放出及び吸
収の特性を変質させ得るようにしたドーピング（被覆）
物質を含有する光ファイバに関する。
収の特性を変質させ得るようにしたドーピング（被覆）
物質を含有する光ファイバに関する。
（従来の技術及びその課題） コアに特定の物質、例えば、希土イオンをドーピングし
た光ファイバは、レーザ源として、及び光増幅器として
使用し得るようにした励起された放出特性を有すること
が公知である。実際上、これら光ファイバは、ドーピン
グ物質原子を励起状態、又はポンピング帯にし得る特定
波長の発光源を供給することが出来、これら状態から原
子は極めて短い時間で瞬間的に崩壊してレーザ放出状態
となり、この状態に比較的長時間、止まり得るようにす
ることが出来る。
た光ファイバは、レーザ源として、及び光増幅器として
使用し得るようにした励起された放出特性を有すること
が公知である。実際上、これら光ファイバは、ドーピン
グ物質原子を励起状態、又はポンピング帯にし得る特定
波長の発光源を供給することが出来、これら状態から原
子は極めて短い時間で瞬間的に崩壊してレーザ放出状態
となり、この状態に比較的長時間、止まり得るようにす
ることが出来る。
放出レベルにて励起された極めて多数の原子を有するフ
ァイバに対して、そのレーザ放出状態に対応する波長の
発光信号が付与されると、その発光信号によって、励起
された原子がより低レベルに遷移し、放出光がその信号
と同一の波長を有するに至る。このため、この型式の光
ファイバを利用して、光信号の増幅を行うことが出来
る。
ァイバに対して、そのレーザ放出状態に対応する波長の
発光信号が付与されると、その発光信号によって、励起
された原子がより低レベルに遷移し、放出光がその信号
と同一の波長を有するに至る。このため、この型式の光
ファイバを利用して、光信号の増幅を行うことが出来
る。
励起状態から開始して、原子の崩壊は又、瞬間的に生
じ、増幅信号に対応する励起された放出光にオーバラッ
プする「暗雑音」を構成する乱放出光を発生する。
じ、増幅信号に対応する励起された放出光にオーバラッ
プする「暗雑音」を構成する乱放出光を発生する。
これら現象は、ドーピング物質に典型的である幾つかの
波長にて生じ、現物に対して蛍光スペクトルを生じさせ
る。上記型式のファイバによって最大の信号増幅、及び
高い信号対雑音比を実現するためには、使用されるドー
ピング物質を含有するファイバの蛍光スペクトル曲線の
最大値に対応する波長信号を使用するが一般的である。
この信号は、レーザエミッタにより適正に発生される。
例えば、ヨーロッパ特許出願第0345957号に記載された
ように、アルミニウムイオン（Al3+）及びエルビウムイ
オン（Er3+）にてドーピングされたコアを有するファイ
バを増幅ファイバとして使用することが出来る。しか
し、エルビウム蛍光スペクトルは、関係する波長におい
て、特に狭い放出ピークを有しており、このため、小さ
い設計許容公差にて良好に規定された波長に対して作用
するレーザエミッタを伝送信号として使用することが必
要とされる。その理由は、かかる設計許容公差を上廻る
信号は適正に増幅されず、又、同時にこの波長にて暗雑
音の強力な増幅が行われるからである。しかし、上記の
特徴を備えるレーザエミッタを製造することは困難で、
コストもかかる一方、業界におけるこれら装置を製造す
るための放出光の波長に関する一般的な設計許容公差は
かなり大きい。
波長にて生じ、現物に対して蛍光スペクトルを生じさせ
る。上記型式のファイバによって最大の信号増幅、及び
高い信号対雑音比を実現するためには、使用されるドー
ピング物質を含有するファイバの蛍光スペクトル曲線の
最大値に対応する波長信号を使用するが一般的である。
この信号は、レーザエミッタにより適正に発生される。
例えば、ヨーロッパ特許出願第0345957号に記載された
ように、アルミニウムイオン（Al3+）及びエルビウムイ
オン（Er3+）にてドーピングされたコアを有するファイ
バを増幅ファイバとして使用することが出来る。しか
し、エルビウム蛍光スペクトルは、関係する波長におい
て、特に狭い放出ピークを有しており、このため、小さ
い設計許容公差にて良好に規定された波長に対して作用
するレーザエミッタを伝送信号として使用することが必
要とされる。その理由は、かかる設計許容公差を上廻る
信号は適正に増幅されず、又、同時にこの波長にて暗雑
音の強力な増幅が行われるからである。しかし、上記の
特徴を備えるレーザエミッタを製造することは困難で、
コストもかかる一方、業界におけるこれら装置を製造す
るための放出光の波長に関する一般的な設計許容公差は
かなり大きい。
例えば、海底通信線のようなある適用例においては、例
えば市販のレーザを正確に選択することにより、適正な
波長にて作動する伝送信号エミッタを使用し、増幅器フ
ァイバのレーザ放出ピークに対して正確に近似した放出
値を有するエミッタのみが採用されるようにすることが
出来るが、例えば、都市通信線のようなその他の種類の
線の場合、付設コストを制限することが非常に重要であ
るから、この方法は、経済的な観点から許容し得ない。
えば市販のレーザを正確に選択することにより、適正な
波長にて作動する伝送信号エミッタを使用し、増幅器フ
ァイバのレーザ放出ピークに対して正確に近似した放出
値を有するエミッタのみが採用されるようにすることが
出来るが、例えば、都市通信線のようなその他の種類の
線の場合、付設コストを制限することが非常に重要であ
るから、この方法は、経済的な観点から許容し得ない。
例えば、上記ヨーロッパ特許出願によるファイバは、屈
折率を増幅させるためにアルミニウムイオンにてドーピ
ングされ、及びレーザの放出を許容するためにエルビウ
ムイオンにてドーピングされているが、約1,531nmの放
出ピークを有し、このことは、この値の±5nmの範囲内
では、大きな強度が得られ、増幅に利用し得ることが分
かる。故に、この光ファイバにて適用するためには、上
記の波長範囲の信号を使用した方がよいが、用途に適し
た市販の半導体レーザは、通常、放出光の波長が1,520
乃至1,570nmとなるように製造される。
折率を増幅させるためにアルミニウムイオンにてドーピ
ングされ、及びレーザの放出を許容するためにエルビウ
ムイオンにてドーピングされているが、約1,531nmの放
出ピークを有し、このことは、この値の±5nmの範囲内
では、大きな強度が得られ、増幅に利用し得ることが分
かる。故に、この光ファイバにて適用するためには、上
記の波長範囲の信号を使用した方がよいが、用途に適し
た市販の半導体レーザは、通常、放出光の波長が1,520
乃至1,570nmとなるように製造される。
その結果、多数の市販のレーザは、所望の範囲外にあ
り、適正に増幅し得るようにされた信号を発生すること
が出来ない。
り、適正に増幅し得るようにされた信号を発生すること
が出来ない。
一方、エルビウムにてドーピングされたファイバは、上
記のピークに隣接する波長範囲内にて強力でかつ略一定
の強度の放出光スペクトル領域を備え、及び上述の市販
レーザの信号領域を包含していることが公知である。し
かし、この光ファイバにおいて、最大の放出ピーク以外
の波長に供給される信号は、僅かな程度だけ増幅される
一方、ファイバ内におけるレーザ放出状態からの瞬間的
な遷移は、スペクトルのピーク波長、即ち、1,531nmの
放出時に生じる。このため、「暗雑音」が発生し、これ
は、ファイバの長さを通って増幅され、有用な信号にオ
ーバラップする結果となる。
記のピークに隣接する波長範囲内にて強力でかつ略一定
の強度の放出光スペクトル領域を備え、及び上述の市販
レーザの信号領域を包含していることが公知である。し
かし、この光ファイバにおいて、最大の放出ピーク以外
の波長に供給される信号は、僅かな程度だけ増幅される
一方、ファイバ内におけるレーザ放出状態からの瞬間的
な遷移は、スペクトルのピーク波長、即ち、1,531nmの
放出時に生じる。このため、「暗雑音」が発生し、これ
は、ファイバの長さを通って増幅され、有用な信号にオ
ーバラップする結果となる。
増幅器の終端にて、「雑音」を構成する放出発光のろ過
を行い、能動的フィルタの終端に適当なフィルタを設け
る目的のためにのみ信号の波長を受け取ればよいことが
考えられる。しかし、ファイバの最大の増幅範囲内にて
ファイバ内に望まない放出が行われるときは、ポンピン
グエネルギが減衰され、このため、その信号増幅の点に
てファイバは略不作動状態とされる。
を行い、能動的フィルタの終端に適当なフィルタを設け
る目的のためにのみ信号の波長を受け取ればよいことが
考えられる。しかし、ファイバの最大の増幅範囲内にて
ファイバ内に望まない放出が行われるときは、ポンピン
グエネルギが減衰され、このため、その信号増幅の点に
てファイバは略不作動状態とされる。
干渉フィルタも又公知である。この干渉フィルタは増幅
ファイバに沿った異なる位置に配置することが出来る
が、この型式の公知のフィルタは、ファイバではなく、
別個の構成要素にて形成され、このため、空中での光ビ
ームを必要とし、工業用の適用には不適当である。
ファイバに沿った異なる位置に配置することが出来る
が、この型式の公知のフィルタは、ファイバではなく、
別個の構成要素にて形成され、このため、空中での光ビ
ームを必要とし、工業用の適用には不適当である。
故に、市販のレーザと共に使用し、更に制限されること
なく伝送信号を放出し得るようにした光増幅器内にて使
用される能動的光ファイバを提供することが問題とな
る。
なく伝送信号を放出し得るようにした光増幅器内にて使
用される能動的光ファイバを提供することが問題とな
る。
本発明は、十分な範囲の波長にて満足すべき増幅を行
い、市販のレーザの使用を可能にする一方、望まない波
長に対する瞬間的な材料の放出がファイバの増幅機能を
損傷させ、伝送信号に対して強力な暗雑音が形成される
のを阻止することである。
い、市販のレーザの使用を可能にする一方、望まない波
長に対する瞬間的な材料の放出がファイバの増幅機能を
損傷させ、伝送信号に対して強力な暗雑音が形成される
のを阻止することである。
本発明の１つの目的は、 レーザ放出ドーピング物質としてエルビウム（Er）を含
有し、特に、遠距離通信ライン用の光ファイバ増幅器に
使用するのに適し、所定の波長範囲において、レーザエ
ミッタからの遠距離通信信号を受取るようにした、光フ
ァイバ６にして、 該光ファイバ６が、三価陽イオンの形態のサマリウム
（Sm）から形成されかつファイバに沿って分配された別
のドーピング物質を具備し、 該サマリウム（Sm）は、1,540nm以下の波長を有する光
に対して所定の吸収率を示し、 該所定の吸収率が、該サマリウム（Sm）が伝送信号の所
定の波長範囲のうち1,540nmから所定の上方限界値まで
変化する波長の光に対して示す吸収率に比して、実質的
に大きい値であり、 該ファイバ内におけるエルビウム濃度に対するサマリウ
ム濃度が、その含有酸化物の重量比に換算して次式にて
示されることを特徴とする光ファイバを提供することで
ある。
有し、特に、遠距離通信ライン用の光ファイバ増幅器に
使用するのに適し、所定の波長範囲において、レーザエ
ミッタからの遠距離通信信号を受取るようにした、光フ
ァイバ６にして、 該光ファイバ６が、三価陽イオンの形態のサマリウム
（Sm）から形成されかつファイバに沿って分配された別
のドーピング物質を具備し、 該サマリウム（Sm）は、1,540nm以下の波長を有する光
に対して所定の吸収率を示し、 該所定の吸収率が、該サマリウム（Sm）が伝送信号の所
定の波長範囲のうち1,540nmから所定の上方限界値まで
変化する波長の光に対して示す吸収率に比して、実質的
に大きい値であり、 該ファイバ内におけるエルビウム濃度に対するサマリウ
ム濃度が、その含有酸化物の重量比に換算して次式にて
示されることを特徴とする光ファイバを提供することで
ある。
１［Sm2O3］／［Er2O3］10』に係る。
従って、上記発明の構成によれば、次に示す効果があ
る。
る。
光ファイバのドーピング物質はエルビウムとサマリ
ウムの２種類のみであり、かつその酸化物の重量比が１
［Sm2O3］／［Er2O3］10という特殊な条件で設定さ
れているため、従来エルビウムのみの場合市販の半導体
レーザを使用したときに、エルビウムからの放出波長15
31nmで放出強度のピークがあってその近辺で暗雑音（ba
ckground noise）が増幅されていたのであるが、上記の
如くサマリウムを添加することによりこのサマリウムは
波長1540nm以下で大きな吸収率を有して光子を効率良く
吸収する（即ちフィルタとして機能する）。
ウムの２種類のみであり、かつその酸化物の重量比が１
［Sm2O3］／［Er2O3］10という特殊な条件で設定さ
れているため、従来エルビウムのみの場合市販の半導体
レーザを使用したときに、エルビウムからの放出波長15
31nmで放出強度のピークがあってその近辺で暗雑音（ba
ckground noise）が増幅されていたのであるが、上記の
如くサマリウムを添加することによりこのサマリウムは
波長1540nm以下で大きな吸収率を有して光子を効率良く
吸収する（即ちフィルタとして機能する）。
これにより、上記放出強度のピークを吸収除去して該放
出強度（即ち光ファイバのスペクトル放出）を全体的に
均一化させることができるので、上記暗雑音の発生を抑
えて性能を向上し得る。
出強度（即ち光ファイバのスペクトル放出）を全体的に
均一化させることができるので、上記暗雑音の発生を抑
えて性能を向上し得る。
従って、放出波長が上記1531nmを含むような放出波
長が1520nm〜1570nmである市販の半導体レーザ（In、G
a、As）であっても、上記暗雑音の発生のおそれなくそ
のまま本発明の光ファイバに適用できるので装置全体の
コストも安価にし得る。
長が1520nm〜1570nmである市販の半導体レーザ（In、G
a、As）であっても、上記暗雑音の発生のおそれなくそ
のまま本発明の光ファイバに適用できるので装置全体の
コストも安価にし得る。
従って、この光ファイバを光増幅器に適用した場合
に、伝送信号のみを増幅して暗雑音を抑えた良好な光増
幅器を提供し得る。
に、伝送信号のみを増幅して暗雑音を抑えた良好な光増
幅器を提供し得る。
本発明の好適な実施例において、前記ファイバ６内の前
記エルビウムの含有量は重量比で10〜100ppmである。
記エルビウムの含有量は重量比で10〜100ppmである。
本発明の別の目的は、エルビウム（Er）によりドーピン
グされたレーザ放出用能動的光ファイバ６を具備し、特
に、所定の波長範囲において、伝送信号と共に機能する
光ファイバの遠距離通信ラインのための光増幅器であっ
て、 該光ファイバ６が、三価陽イオンの形態のサマリウム
（Sm）から形成されかつファイバに沿って分配された別
のドーピング物質を具備し、 該サマリウムは、1,540nm以下の波長を有する光に対し
て所定の吸収率を示し、 該所定の吸収率が、該サマリウムが伝送信号の所定の波
長範囲のうち1,540nmから所定の上方限界値まで変化す
る波長の光に対して示す吸収率に比して、実質的に大き
い値であり、 該ファイバ内におけるエルビウム濃度に対するサマリウ
ム濃度が、その含有酸化物の重量比に換算して次式にて
示されることを特徴とする光増幅器を提供することであ
る。
グされたレーザ放出用能動的光ファイバ６を具備し、特
に、所定の波長範囲において、伝送信号と共に機能する
光ファイバの遠距離通信ラインのための光増幅器であっ
て、 該光ファイバ６が、三価陽イオンの形態のサマリウム
（Sm）から形成されかつファイバに沿って分配された別
のドーピング物質を具備し、 該サマリウムは、1,540nm以下の波長を有する光に対し
て所定の吸収率を示し、 該所定の吸収率が、該サマリウムが伝送信号の所定の波
長範囲のうち1,540nmから所定の上方限界値まで変化す
る波長の光に対して示す吸収率に比して、実質的に大き
い値であり、 該ファイバ内におけるエルビウム濃度に対するサマリウ
ム濃度が、その含有酸化物の重量比に換算して次式にて
示されることを特徴とする光増幅器を提供することであ
る。
１［Sm2O3］／［Er2O3］10 本発明の好適な実施例において、前記ファイバ内の前記
エルビウム（Er）の含有量は重量比で10〜100ppmであ
る。
エルビウム（Er）の含有量は重量比で10〜100ppmであ
る。
これによっても、上述したと同様の効果が得られる。
（実施例） 本発明の更に詳細は、添付図面に関する以下の説明から
明確になるであろう。
明確になるであろう。
光ファイバ遠距離通信信号を増幅するため、ファイバか
ら成る増幅器を適時使用することが出来る。これら増幅
器の構造は、第１図に線図的に図示してあり、ここで符
号１は遠距離通信光ファイバを示し、このファイバ１に
は、信号放出レーザにより発生され、波長λＳを有する
伝送信号が送られる。一定の線の長さを通過した後に減
衰する上記信号は二色カプラ３に送られ、ここで単一の
出力ファイバ４上にて、ポンピングレーザエミッタ５に
より発生され、波長λｐを有するポンピング信号と結合
される。二色カプラ３から出る出力ファイバ４に接続さ
れた能動的ファイバ６は、信号増幅要素を構成し、該増
幅要素は、線ファイバ７内に導入されその目的方向に進
む。
ら成る増幅器を適時使用することが出来る。これら増幅
器の構造は、第１図に線図的に図示してあり、ここで符
号１は遠距離通信光ファイバを示し、このファイバ１に
は、信号放出レーザにより発生され、波長λＳを有する
伝送信号が送られる。一定の線の長さを通過した後に減
衰する上記信号は二色カプラ３に送られ、ここで単一の
出力ファイバ４上にて、ポンピングレーザエミッタ５に
より発生され、波長λｐを有するポンピング信号と結合
される。二色カプラ３から出る出力ファイバ４に接続さ
れた能動的ファイバ６は、信号増幅要素を構成し、該増
幅要素は、線ファイバ７内に導入されその目的方向に進
む。
装置内の増幅要素を構成する能動的ファイバ６を実現す
るためには、例えば、上記ヨーロッパ特許出願第034595
7号に記載された型式のAl2O3及びEr2O3を含有するドー
ピングされた溶液内に石英系光ファイバを使用すると便
宜である。これにより、エルビウムをレーザ遷移させる
ことにより、伝送信号を増幅することが可能となる。
るためには、例えば、上記ヨーロッパ特許出願第034595
7号に記載された型式のAl2O3及びEr2O3を含有するドー
ピングされた溶液内に石英系光ファイバを使用すると便
宜である。これにより、エルビウムをレーザ遷移させる
ことにより、伝送信号を増幅することが可能となる。
特定型式のファイバに関し、及び石英系ファイバマトリ
ックス内の溶液内のエルビウムイオンに対する適当なエ
ネルギ状態を示す第２図の線図に示すように、伝送信号
波長λｓより小さい「ポンピング」波長λＰを発光性の
能動的ファイバ内に導入することにより、ドーピング物
質としてファイバガラスマトリックス内に存在する一定
数のEr3+が以下に「ポンピング」帯と称する「励起され
た」励起状態８となり、この状態からイオンは瞬間的に
崩壊して、レーザ放出レベルを構成する励起レベル９と
なる。
ックス内の溶液内のエルビウムイオンに対する適当なエ
ネルギ状態を示す第２図の線図に示すように、伝送信号
波長λｓより小さい「ポンピング」波長λＰを発光性の
能動的ファイバ内に導入することにより、ドーピング物
質としてファイバガラスマトリックス内に存在する一定
数のEr3+が以下に「ポンピング」帯と称する「励起され
た」励起状態８となり、この状態からイオンは瞬間的に
崩壊して、レーザ放出レベルを構成する励起レベル９と
なる。
Er3+イオンは、瞬間的に遷移して、基準レベル10となる
前、レーザ放出励起レベル９に比較的長時間留まること
が出来る。
前、レーザ放出励起レベル９に比較的長時間留まること
が出来る。
ポンピング帯８から励起レベル９への遷移は、ファイバ
の外側に分散された熱放射（光子放射）に関係する一
方、励起レベル９から基準レベル10への遷移は、レーザ
放出励起レベル９の励起値に対応する波長の放出発光を
発生させる。レーザ放出レベルの大量のイオンを含有す
るファイバにかかる放出レベルに対応する波長を有する
波長信号を透過させた場合、その信号により、関係する
イオンは、瞬間的に崩壊する前に、カスケード現象によ
り、放出状態から基準状態に励起されて遷移し、能動的
ファイバ６の出力側に大きく増幅された伝送信号を放出
させる。
の外側に分散された熱放射（光子放射）に関係する一
方、励起レベル９から基準レベル10への遷移は、レーザ
放出励起レベル９の励起値に対応する波長の放出発光を
発生させる。レーザ放出レベルの大量のイオンを含有す
るファイバにかかる放出レベルに対応する波長を有する
波長信号を透過させた場合、その信号により、関係する
イオンは、瞬間的に崩壊する前に、カスケード現象によ
り、放出状態から基準状態に励起されて遷移し、能動的
ファイバ６の出力側に大きく増幅された伝送信号を放出
させる。
伝送信号がない場合、各物質に典型的な異なる数である
レーザ放出状態からの瞬間的な崩壊により、利用可能な
レベルに対応する異なる周波数のピークを有する発光度
が生ずる。特に、第３図に示すように、光増幅器に使用
し得るようにしたEr3+にてドーピングされたSi/Alファ
イバは、1,531nmの波長にて強力な放出ピークを示す一
方、約1,560nmまでのより大きい波長にては、依然強い
放出ではあるが、強度は相当に低下する領域が存在す
る。
レーザ放出状態からの瞬間的な崩壊により、利用可能な
レベルに対応する異なる周波数のピークを有する発光度
が生ずる。特に、第３図に示すように、光増幅器に使用
し得るようにしたEr3+にてドーピングされたSi/Alファ
イバは、1,531nmの波長にて強力な放出ピークを示す一
方、約1,560nmまでのより大きい波長にては、依然強い
放出ではあるが、強度は相当に低下する領域が存在す
る。
1,531nmにてEr3+放出ピークに対応する波長にてファイ
バ内に導入された発光信号が存在する場合、極めて強力
な信号増幅が行われる一方、エルビウムの瞬間的な放出
により生じる暗雑音は制限され、このため、ファイバは
この波長の信号に対する光増幅器内に使用するのに適し
たものとなる。
バ内に導入された発光信号が存在する場合、極めて強力
な信号増幅が行われる一方、エルビウムの瞬間的な放出
により生じる暗雑音は制限され、このため、ファイバは
この波長の信号に対する光増幅器内に使用するのに適し
たものとなる。
半導体型式（In、Ga、As）の従来から使用されている市
販の信号発生レーザは、1.52乃至1.57mmの範囲に典型的
な放出帯を有している。このことは、その製造技術は増
幅器として使用されるエルビウムでドーピングしたファ
イバの放出ピークに対応する正確な周波数にて伝送信号
を放出することが出来ず、信号が上記放出ピークに隣接
するファイバ放出曲線領域に集中する製品の製造比率が
増大するような製造しか行い得ないことを意味する。
販の信号発生レーザは、1.52乃至1.57mmの範囲に典型的
な放出帯を有している。このことは、その製造技術は増
幅器として使用されるエルビウムでドーピングしたファ
イバの放出ピークに対応する正確な周波数にて伝送信号
を放出することが出来ず、信号が上記放出ピークに隣接
するファイバ放出曲線領域に集中する製品の製造比率が
増大するような製造しか行い得ないことを意味する。
上記レーザエミッタにより発生される信号は、増幅され
て上記型式のEr3+ドーピングした光ファイバ増幅器内で
十分なゲインに達することが出来ない。その理由は、能
動的ファイバ内に導入されたポンピング力の殆どが、1,
531nmの波長にてエルビウムを瞬間的に放出させるのに
対応し、増幅器自体の能動的ファイバ内部に発生される
暗雑音を増幅するために使用されてしまうからである。
て上記型式のEr3+ドーピングした光ファイバ増幅器内で
十分なゲインに達することが出来ない。その理由は、能
動的ファイバ内に導入されたポンピング力の殆どが、1,
531nmの波長にてエルビウムを瞬間的に放出させるのに
対応し、増幅器自体の能動的ファイバ内部に発生される
暗雑音を増幅するために使用されてしまうからである。
しかし、Er3+と共に別のドーピング物質としてサマリウ
ム（Sm3+）を含有するファイバは、強力な1,531nmの波
長にて局所的なピークを生ずることなく、略1,530乃至
1,560nmの広範囲に亘り大きくかつ略一定である値を含
む波長範囲の励起された第４図に示した型式の放出曲線
を示す。
ム（Sm3+）を含有するファイバは、強力な1,531nmの波
長にて局所的なピークを生ずることなく、略1,530乃至
1,560nmの広範囲に亘り大きくかつ略一定である値を含
む波長範囲の励起された第４図に示した型式の放出曲線
を示す。
このファイバは、許容し得ない量の「雑音」を生ずるこ
となく、上記波長範囲内にて伝送信号に対して満足すべ
きゲインによる増幅効果を提供し得るため、市販のレー
ザエミッタにより発生される信号にて機能する光増幅器
内に使用することが出来る。
となく、上記波長範囲内にて伝送信号に対して満足すべ
きゲインによる増幅効果を提供し得るため、市販のレー
ザエミッタにより発生される信号にて機能する光増幅器
内に使用することが出来る。
一例として、Er3+及びSm3+にてドーピングされた、重量
比で40ppmのEr2O3及び60ppmのSm2O3を含有する型式の
「ステップ指数」Si/Al型式の能動的光ファイバ６を有
する増幅器を第１図の線図に従って構成する。この能動
的ファイバの長さは、30mとする。
比で40ppmのEr2O3及び60ppmのSm2O3を含有する型式の
「ステップ指数」Si/Al型式の能動的光ファイバ６を有
する増幅器を第１図の線図に従って構成する。この能動
的ファイバの長さは、30mとする。
528nmにて機能し、150mWの出力にて作用するアルゴンイ
オンレーザをポンピングレーザエミッタ５として使用す
る一方、信号レーザエミッタ２として、1mWの出力及び
1,560nmであると測定された放出波長を有する半導体型
式（In、Ga、As）の市販のレーザを使用する。
オンレーザをポンピングレーザエミッタ５として使用す
る一方、信号レーザエミッタ２として、1mWの出力及び
1,560nmであると測定された放出波長を有する半導体型
式（In、Ga、As）の市販のレーザを使用する。
上記の実験的形態において、増幅器の下流にて1mWの入
力信号に対して27dBのゲインが達成された。信号のない
場合、増幅器の下流における瞬間的な放出レベルは10μ
Ｗであると測定された。
力信号に対して27dBのゲインが達成された。信号のない
場合、増幅器の下流における瞬間的な放出レベルは10μ
Ｗであると測定された。
増幅器により発生される暗雑音を構成するかかる放出
は、遥かに高レベル（約250μＷ）まで増幅された信号
に対する重要な雑音を意味しない。
は、遥かに高レベル（約250μＷ）まで増幅された信号
に対する重要な雑音を意味しない。
比較のため、同一の伝送レーザエミッタ２を前の実施例
と同様の構造を有するが、「ステップ指数」Si/Al型式
でEr3+のみをドーピングした重量比で40ppmのEr3+を含
有する長さ30mの能動的光ファイバ６を有する増幅器に
使用した。
と同様の構造を有するが、「ステップ指数」Si/Al型式
でEr3+のみをドーピングした重量比で40ppmのEr3+を含
有する長さ30mの能動的光ファイバ６を有する増幅器に
使用した。
1,560nmの波長時におけるその増幅器の伝送信号は、15d
B以下のゲインであったが、瞬間的な放出は、出力信号
のそれと比較し得るレベルであった。
B以下のゲインであったが、瞬間的な放出は、出力信号
のそれと比較し得るレベルであった。
上記例から明らかであるように、第２の実施例の増幅器
はゲインが小さい、伝送信号の受け取りを困難にするよ
うな雑音を発生させ、かかる増幅器は実際には使用し得
ないが、第１の実施例から明らかであるように、本発明
による能動的光ファイバを使用する増幅器は、雑音の発
生が無視し得る程度であると共に、大きい増幅ゲインを
実現する能力を備えるものであることが分かった。
はゲインが小さい、伝送信号の受け取りを困難にするよ
うな雑音を発生させ、かかる増幅器は実際には使用し得
ないが、第１の実施例から明らかであるように、本発明
による能動的光ファイバを使用する増幅器は、雑音の発
生が無視し得る程度であると共に、大きい増幅ゲインを
実現する能力を備えるものであることが分かった。
上記の結果は、別のドーピング物質として能動的ファイ
バ内にサマリウムが存在することに起因すると考えら
れ、実際上、サマリウムは1,531nmの波長にてエルビウ
ムの放出光の波長吸収体として機能すると同時に、より
高い波長の光を実質上全く吸収せず、このようにして、
能動的光ファイバのスペクトル放出を「均一に（レベリ
ング）」し、市販の大部分の半導体レーザ（In、Ga、A
s）を受け入れるのに十分な幅の領域にて伝送信号に対
してより効果的に機能することが出来る。
バ内にサマリウムが存在することに起因すると考えら
れ、実際上、サマリウムは1,531nmの波長にてエルビウ
ムの放出光の波長吸収体として機能すると同時に、より
高い波長の光を実質上全く吸収せず、このようにして、
能動的光ファイバのスペクトル放出を「均一に（レベリ
ング）」し、市販の大部分の半導体レーザ（In、Ga、A
s）を受け入れるのに十分な幅の領域にて伝送信号に対
してより効果的に機能することが出来る。
第５図に図示すように、サマリウムをドーピングしたSi
/Alファイバの長さ単位に対する吸収曲線が示されてお
り、ファイバ内にサマリウムが存在することにより、1,
540nmより実質的に小さい波長に対し、1,540乃至1,560n
mの範囲に示した吸収率よりもはるかに高い吸収率が得
られる。このことは、本発明によりファイバに導入した
サマリウムは、能動的ファイバに沿って配分された「フ
ィルタ」として機能し、Er3+イオンのレーザ放出レベル
が瞬間的に崩壊するのに対して光子が発生されるや否
や、1,531nmの波長にて放出された光子を吸収し、この
ようにしてイオンは能動的ファイバ内を前方に送られ、
この波長に対し更に崩壊し、このため、有用な信号が送
られる値に隣接する波長領域内のポンピングエネルギを
減衰させ、増幅された暗雑音が発生されることを意味す
る。
/Alファイバの長さ単位に対する吸収曲線が示されてお
り、ファイバ内にサマリウムが存在することにより、1,
540nmより実質的に小さい波長に対し、1,540乃至1,560n
mの範囲に示した吸収率よりもはるかに高い吸収率が得
られる。このことは、本発明によりファイバに導入した
サマリウムは、能動的ファイバに沿って配分された「フ
ィルタ」として機能し、Er3+イオンのレーザ放出レベル
が瞬間的に崩壊するのに対して光子が発生されるや否
や、1,531nmの波長にて放出された光子を吸収し、この
ようにしてイオンは能動的ファイバ内を前方に送られ、
この波長に対し更に崩壊し、このため、有用な信号が送
られる値に隣接する波長領域内のポンピングエネルギを
減衰させ、増幅された暗雑音が発生されることを意味す
る。
能動的光ファイバ内に含有されるエルビウムの量は、使
用するファイバ長さに対する所望のゲインに従って選択
する。即ち、ファイバ長さは、所望のゲインを関数と
し、ファイバ内に含有されるエルビウム量に従って選択
する。通常、酸化物（Er2O3）の形態にてファイバ内に
含有されるエルビウムは重量比で10乃至100ppmの量であ
る。
用するファイバ長さに対する所望のゲインに従って選択
する。即ち、ファイバ長さは、所望のゲインを関数と
し、ファイバ内に含有されるエルビウム量に従って選択
する。通常、酸化物（Er2O3）の形態にてファイバ内に
含有されるエルビウムは重量比で10乃至100ppmの量であ
る。
ファイバ内のこれらエルビウムの濃度に対応して、酸化
物（Sm2O3）の形態によるサマリウムの重量比の濃度
は、エルビウムの濃度に等しいか又は望ましくはそれ以
上とする。サマリウムの濃度範囲は次式にて示される。
物（Sm2O3）の形態によるサマリウムの重量比の濃度
は、エルビウムの濃度に等しいか又は望ましくはそれ以
上とする。サマリウムの濃度範囲は次式にて示される。
ドーピング物質は、例えば、当該技術分野で周知の「溶
液ドーピング」法によりファイバ内に導入することが出
来る。この方法は、満足すべき品質が得られるが、必要
性に応じてその他の周知の方法を利用してもよい。
液ドーピング」法によりファイバ内に導入することが出
来る。この方法は、満足すべき品質が得られるが、必要
性に応じてその他の周知の方法を利用してもよい。
本発明は、能動的ファイバ内のドーピング物質としてサ
マリウムを使用することについて特に説明したが、同一
目的に他のドーピング物質を使用することも可能であ
る。但し、これらドーピング物質は、エルビウムの瞬間
的な最大放出波長、特に、約1,531nmに対応する大きい
発光吸収性を備えると同時に、この波長より大きい波
長、望ましくは、市販の信号レーザエミッタの設計許容
範囲の波長である1,540nmより大きい波長に対して実質
的に小さい発光吸収性を備えるようにする。
マリウムを使用することについて特に説明したが、同一
目的に他のドーピング物質を使用することも可能であ
る。但し、これらドーピング物質は、エルビウムの瞬間
的な最大放出波長、特に、約1,531nmに対応する大きい
発光吸収性を備えると同時に、この波長より大きい波
長、望ましくは、市販の信号レーザエミッタの設計許容
範囲の波長である1,540nmより大きい波長に対して実質
的に小さい発光吸収性を備えるようにする。
光ファイバ内にレーザ放出を生じさせる反転分布を行う
のに必要とされる増幅器のポンピング出力に影響しない
ようにするため、該ポンピング出力は、伝送信号の波長
より小さい波長にて発光放射の形態にてファイバに供給
し、ファイバ内のエルビウムに添加すべきドーピング物
質は、サマリウムのように、望ましくは528又は980nmと
することも出来るポンピング波長にて感知し得る発光吸
収性を備えないようにする。
のに必要とされる増幅器のポンピング出力に影響しない
ようにするため、該ポンピング出力は、伝送信号の波長
より小さい波長にて発光放射の形態にてファイバに供給
し、ファイバ内のエルビウムに添加すべきドーピング物
質は、サマリウムのように、望ましくは528又は980nmと
することも出来るポンピング波長にて感知し得る発光吸
収性を備えないようにする。
本発明の範囲内でその一般的特徴を備えた多くの変形例
が可能である。
が可能である。
第１図は能動的ファイバを使用する光増幅器の線図、 第２図は第１図の線図に従い増幅器に適したファイバの
励起トランジスタであって、励起（レーザ）放出を発生
させ得るようにした該トランジスタの線図、 第３図はAl3+及びEr3+でドーピングした石英系光ファイ
バの励起された放出曲線図、 第４図はAl3+、Er3+及びSm3+でドーピングした第１図の
光ファイバの励起された放出曲線図、 第５図はAl3+、Er3+及びSm3+でドーピングした石英光フ
ァイバの光吸収性を示す線図である。 1:光ファイバ、3:二色カプラ 4:出力フィルタ、5:レーザエミッタ 6:能動的ファイバ 7:線ファイバ 8:ポンピング帯 9:励起レベル 10:基準レベル
励起トランジスタであって、励起（レーザ）放出を発生
させ得るようにした該トランジスタの線図、 第３図はAl3+及びEr3+でドーピングした石英系光ファイ
バの励起された放出曲線図、 第４図はAl3+、Er3+及びSm3+でドーピングした第１図の
光ファイバの励起された放出曲線図、 第５図はAl3+、Er3+及びSm3+でドーピングした石英光フ
ァイバの光吸収性を示す線図である。 1:光ファイバ、3:二色カプラ 4:出力フィルタ、5:レーザエミッタ 6:能動的ファイバ 7:線ファイバ 8:ポンピング帯 9:励起レベル 10:基準レベル
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/0915 (56)参考文献 特開 昭63−184386（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】レーザ放出ドーピング物質としてエルビウ
ム（Er）を含有し、特に、遠距離通信ライン用の光ファ
イバ増幅器に使用するのに適し、所定の波長範囲におい
て、レーザエミッタからの遠距離通信信号を受取るよう
にした、光ファイバ（６）にして、 該光ファイバ（６）が、三価陽イオンの形態のサマリウ
ム（Sm）から形成されかつファイバに沿って分配された
別のドーピング物質を具備し、 該サマリウム（Sm）は、1,540nm以下の波長を有する光
に対して所定の吸収率を示し、 該所定の吸収率が、該サマリウム（Sm）が伝送信号の所
定の波長範囲のうち1,540nmから所定の上方限界値まで
変化する波長の光に対して示す吸収率に比して、実質的
に大きい値であり、 該ファイバ内におけるエルビウム濃度に対するサマリウ
ム濃度が、その含有酸化物の重量比に換算して次式にて
示されることを特徴とする光ファイバ。 １［Sm2O3］／［Er2O3］10 - 【請求項２】請求項１記載の光ファイバにして、 前記ファイバ（６）内の前記エルビウムの含有量が重量
比で10〜100ppmであることを特徴とする光ファイバ。 - 【請求項３】エルビウム（Er）によりドーピングされた
レーザ放出用能動的光ファイバ（６）を具備し、特に、
所定の波長範囲において、伝送信号と共に機能する光フ
ァイバの遠距離通信ラインのための光増幅器であって、 該光ファイバ（６）が、三価陽イオンの形態のサマリウ
ム（Sm）から形成されかつファイバに沿って分配された
別のドーピング物質を具備し、 該サマリウムは、1,540nm以下の波長を有する光に対し
て所定の吸収率を示し、 該所定の吸収率が、該サマリウムが伝送信号の所定の波
長範囲のうち1,540nmから所定の上方限界値まで変化す
る波長の光に対して示す吸収率に比して、実質的に大き
い値であり、 該ファイバ内におけるエルビウム濃度に対するサマリウ
ム濃度が、その含有酸化物の重量比に換算して次式にて
示されることを特徴とする光増幅器。 １［Sm2O3］／［Er2O3］10 - 【請求項４】請求項３記載の光増幅器にして、 前記ファイバ内の前記エルビウム（Er）の含有量が重量
比で10〜100ppmであることを特徴とする光増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT22197A/89 | 1989-10-30 | ||
| IT02219789A IT1237136B (it) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | Amplificatore ottico a fibra attiva a larga banda di lunghezza d'onda di segnale. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03263889A JPH03263889A (ja) | 1991-11-25 |
| JPH0797686B2 true JPH0797686B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=11192916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2293508A Expired - Fee Related JPH0797686B2 (ja) | 1989-10-30 | 1990-10-30 | 光ファイバ及びその光増幅器 |
Country Status (26)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0426222B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0797686B2 (ja) |
| KR (1) | KR940005757B1 (ja) |
| CN (1) | CN1024612C (ja) |
| AR (1) | AR243710A1 (ja) |
| AT (1) | ATE100641T1 (ja) |
| AU (1) | AU638062B2 (ja) |
| BR (1) | BR9005622A (ja) |
| CA (1) | CA2028714C (ja) |
| CZ (1) | CZ283652B6 (ja) |
| DE (1) | DE69006172T2 (ja) |
| DK (1) | DK0426222T3 (ja) |
| ES (1) | ES2050355T3 (ja) |
| FI (1) | FI97492C (ja) |
| HK (1) | HK111294A (ja) |
| HU (1) | HU209213B (ja) |
| ID (1) | ID863B (ja) |
| IE (1) | IE65509B1 (ja) |
| IT (1) | IT1237136B (ja) |
| MX (1) | MX172320B (ja) |
| MY (1) | MY106571A (ja) |
| NO (1) | NO303035B1 (ja) |
| PL (1) | PL164864B1 (ja) |
| PT (1) | PT95724B (ja) |
| RU (1) | RU2015125C1 (ja) |
| SK (1) | SK280515B6 (ja) |
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| GB2246234A (en) * | 1990-05-21 | 1992-01-22 | Univ Southampton | Optical amplifier with shaped spectral gain |
| US5216728A (en) * | 1991-06-14 | 1993-06-01 | Corning Incorporated | Optical fiber amplifier with filter |
| US5131069A (en) * | 1991-08-12 | 1992-07-14 | Corning Incorporated | Fiber amplifier having modified gain spectrum |
| GB2265751B (en) * | 1992-03-23 | 1995-12-20 | Univ Southampton | Optical amplifier with automatic self adjusting gain spectrum |
| IT1270032B (it) * | 1994-04-14 | 1997-04-28 | Pirelli Cavi Spa | Sistema di telecomunicazione amplificata a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda |
| IT1273676B (it) | 1994-07-25 | 1997-07-09 | Pirelli Cavi Spa | Sistema di telecomunicazione amplificata a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda,con potenza di ricezione equalizzata |
| JP3556379B2 (ja) | 1996-03-07 | 2004-08-18 | 富士通株式会社 | 光伝送システム |
| KR20000074483A (ko) * | 1999-05-21 | 2000-12-15 | 김효근 | 코어에 어븀이 도핑된 광섬유의 클래드 영역에 사마리움을 첨가하는 방법 |
| JP2003142759A (ja) | 2001-11-06 | 2003-05-16 | Toshiba Corp | ファイバレーザ装置およびそれを用いた映像表示装置 |
| GB2521156A (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-17 | Fibercore Ltd | Optical transmission |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| BE756142A (fr) * | 1969-09-22 | 1971-02-15 | Westinghouse Electric Corp | Nouveaux lasers |
| JPS61151039A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-09 | Nippon Sekiei Glass Kk | 石英レ−ザ−ガラス |
| GB8813769D0 (en) * | 1988-06-10 | 1988-07-13 | Pirelli General Plc | Optical fibre |
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- 1989-10-30 IT IT02219789A patent/IT1237136B/it active IP Right Grant
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