JPH08222784A - Optical fiber amplifier - Google Patents

Optical fiber amplifier

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JPH08222784A
JPH08222784A JP2507195A JP2507195A JPH08222784A JP H08222784 A JPH08222784 A JP H08222784A JP 2507195 A JP2507195 A JP 2507195A JP 2507195 A JP2507195 A JP 2507195A JP H08222784 A JPH08222784 A JP H08222784A
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Teruhisa Kanamori
Tadashi Sakamoto
Makoto Shimizu
Shoichi Sudo
Makoto Yamada
誠 山田
誠 清水
照寿 金森
匡 阪本
昭一 須藤
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Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt>
日本電信電話株式会社
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Abstract

PURPOSE: To realize an optical fiber amplifier of a wide band with low noise by enabling high efficiency pumping, by using an optical fiber for amplification wherein at least the core of the fiber is doped with one or more kinds of ions out of Tb, Eu and Dy and Er altogether. CONSTITUTION: This amplifier consists of a fluoride fiber 1 for optical amplification, a semiconductor LD pig-tail module 2, a 0.98/1.55μm fiber coupler 3 and an optical isolator 4. A quartz fiber 5 having a high specific refractive index difference is fusion-bonded. An optical fiber wherein one or more kinds of ions out of Tb, Eu and Dy and Er are added to at least the core of the fiber is used. Thereby, in host glass of low multiphoton emissivity like the fluoride fiber 1, the fluorecent lifetime of<4> I11/2 level of Er is reduced, and high efficiency pumping by 0.98μm ray is enabled, so that an optical fiber amplifier of a wide band can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等で用いられる光ファイバ増幅器に関するものである。 The present invention relates to relates to an optical fiber amplifier for use in optical communications or the like.

【0002】 [0002]

【従来の技術】Erを活性イオンとした1.5μmの光を増幅する光ファイバ増幅器は、光通信システムのキーデバイスである。 An optical fiber amplifier for amplifying light of the Related Art 1.5μm which was Er active ions are key components in optical communication systems. Erのエネルギー準位図を図1に示す。 The energy level diagram of Er shown in Figure 1. 1.5μm帯の増幅に関しては、 413/24 For the amplification of the 1.5μm band, 4 I 13/24 I
15/2の誘導放出が利用され、励起には1.48μmおよび0.98μmの光が使われる場合が多いが、0.98 Stimulated emission of 15/2 is used and is often the light 1.48μm and 0.98μm is used for excitation, 0.98
μmの光を励起光に用いた場合は、1.48μmの励起の場合に比べて、低雑音な光ファイバ増幅器が実現されることが分かっている。 When using light of μm to the excitation light, as compared with the case of excitation of 1.48 .mu.m, it has been found that low noise optical fiber amplifier can be realized. この増幅器には、一般に石英ガラスをベースにした光ファイバを用いたものが主流であった。 The amplifier, generally those using an optical fiber that is based on quartz glass has been mainly. これに対し、最近フッ化ガラスをベースとした光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が着目されている。 In contrast, an optical fiber amplifier using the recent optical fiber-based fluoride glass has been focused.
これは増幅帯域が広く、かつ特に光通信に重要な1.5 This broad amplification band, and an especially important optical communication 1.5
5〜1.56μmの範囲で利得が一定になるためである。 This is because the gain is constant in the range of 5~1.56Myuemu.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】石英ファイバを用いたEr添加光ファイバ増幅器においては、多音子放出率が高いために411/2準位の蛍光寿命が短く0.98μm In THE INVENTION to be solved INVENTION Er-doped optical fiber amplifier using the silica fiber, short fluorescence lifetime of 4 I 11/2 level position for Taotoko discharge rate is high 0.98μm
帯励起による、高効率励起が可能となる。 By band excitation, it is possible to highly efficient excitation. しかしながら、フッ化物ガラス等の多音子放出率の低いガラスを用いたファイバ増幅器において0.98μm励起を行った場合、励起準位である411/2準位の寿命が長く励起されたイオンの密度が高くなるため、さらに上の準位への励起準位吸収が大きくなる。 However, when performing 0.98μm excitation in a fiber amplifier using the low glass having Taotoko release rate such as fluoride glass, 4 I 11/2 level position of life is excited level excited long ion the density of increases further excitation level absorption to levels above increases. このため光ファイバ増幅器の効率は悪く、低雑音な光ファイバ増幅器が実現できない。 Therefore the efficiency of the optical fiber amplifier is poor, low-noise optical fiber amplifier can not be realized. 現状では1.48μm励起の、広帯域ではあるが高雑音な光ファイバ増幅器が実現しているにとどまっている。 In the current 1.48μm excitation, it is a broad band but has remained high noise optical fiber amplifier is realized.

【0004】本発明の目的は、フッ化物ファイバ等の多音子放出率の低いガラスを用いたEr添加1.5μm帯光ファイバ増幅器において、0.98μm励起を可能とすることによる、広帯域低雑音な光ファイバ増幅器を提供することにある。 An object of the present invention, the Er-doped 1.5μm band optical fiber amplifier using a low Taotoko release rate such as fluoride fiber glass, due to allow 0.98μm excitation, wideband low noise to provide an optical fiber amplifier.

【0005】 [0005]

【課題を解決するための手段】本発明においては前記の目的を達成するために、励起光源、光合分波素子、増幅用光ファイバおよび光アイソレータ等を備えた光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバとして、少なくともそのコアにTb,Eu,Dyの内から1種類以上のイオンと、Erを共添加したファイバを用いる。 To achieve the above object of the present invention SUMMARY OF THE INVENTION The excitation light source, an optical multiplexing and demultiplexing device, the optical fiber amplifier comprising an amplifying optical fiber and the optical isolator or the like, the amplification optical fiber as, at least its core Tb, Eu, and one or more ions from among Dy, using fiber codoped Er.

【0006】 [0006]

【作用】0.98μmの光による励起を可能とするためには、Er励起準位411/2の蛍光寿命を短寿命化し、 [Acting] in order to enable excitation with light of 0.98μm is to short life of the fluorescence lifetime of Er excitation level 4 I 11/2,
励起光の励起準位吸収を抑える必要がある。 It is necessary to suppress the excitation level absorption of the excitation light. 上記のT The above T
b,Eu,Dyのイオンは、それぞれ図2〜図4に示したように2.7〜2.8μmの光吸収をもつ。 b, Eu, Dy ions, as shown in FIGS. 2 to FIG. 4 has a light absorption of 2.7~2.8Myuemu. エネルギーギャップの大きさa(cm -1 )と吸収する光の波長λ Wavelength of light absorption and the size a (cm -1) of the energy gap λ
(μm)には、λ=(1/a)×10 4の関係があるので、これらのイオンは規定準位からのエネルギーギャップが3570〜3700cm -1となる準位を持つことがわかる。 ([Mu] m), the there is a relationship of λ = (1 / a) × 10 4, these ions seen to have a level of energy gap from the prescribed level is 3570~3700cm -1. このエネルギーギャップはErの411/24 4 I of this energy gap is Er 11/2 - 4
13/2のエネルギーギャップにほぼ相当する。 Approximately corresponds to the energy gap of the I 13/2. このためTb,Eu,DyのイオンとErを共添加することにより、これらのイオンとErの411/2413/2間で図5(a)〜(c)に示すクロス緩和が起こり、 411/2 Therefore Tb, Eu, by co-addition of ions and Er of Dy, these ions and 4 I of Er 11/2 - 4 I cross relaxation shown in FIG. 5 (a) ~ (c) between 13/2 It occurs, 4 I 11/2
準位に励起されたErは高速に413/2に励起された状態に変化することになり(すなわち411/2の蛍光寿命が短くなり)、1.5μm帯増幅の効率を増すことになる。 Er excited in level will be changed to a state of being excited to 4 I 13/2 fast (i.e. fluorescence lifetime of 4 I 11/2 is shortened), increasing the efficiency of 1.5μm band amplifier It will be. またTb,Eu,Dyのイオンは図2〜図4に示すように1.5μm帯の光に対して吸収を持たないため、 The Tb, Eu, since the ions of Dy is no absorption for light of 1.5μm band 2 to 4,
Erの増幅の効率を落とすことはないことも重要な点である。 It is also an important point is not to drop Er efficiency of amplification.

【0007】以上のように、ErとTb,Eu,Dyの内の少なくとも1種類のイオンを共添加することにより、フッ化物ファイバのような多音子放出率の低いホストガラス中においてもErの411/2準位の蛍光寿命は短くなり、高効率な0.98μmの光による励起が可能となる。 [0007] As described above, Er and Tb, Eu, by co-addition of at least one ion of the Dy, even of Er in Taotoko release rate low host glass such as fluoride fiber 4 fluorescence lifetime I 11/2 level position is shortened, thereby enabling excitation with light of a high-efficiency 0.98 .mu.m. この結果、広帯域の光ファイバ増幅器の実現が可能となる。 As a result, it is possible to realize a broadband optical fiber amplifier.

【0008】 [0008]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 EXAMPLES Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the embodiment of the invention in detail.

【0009】[実施例1]コアにErを0.1wt%、 [0009] [Example 1] 0.1 wt% of Er in the core,
Tbを1wt%添加したフッ化物ファイバを用いた。 Tb was used a fluoride fiber doped 1 wt%. ガラス組成はコアが56ZrF 4 −14BaF 2 −3.5 Glass composition core 56ZrF 4 -14BaF 2 -3.5
LaF 3 −2YF 3 −7AlF 3 −2.5LiF−15 LaF 3 -2YF 3 -7AlF 3 -2.5LiF- 15
PbF 2であり、クラッドが47.5ZrF 4 −23. It is a PbF 2, clad 47.5ZrF 4 -23.
5BaF 2 −2.5LaF 3 −2YF 3 −4.5AlF 5BaF 2 -2.5LaF 3 -2YF 3 -4.5AlF
3 −20NaFであった。 Was 3 -20NaF. このファイバの比屈折率差は1.5%、カットオフ波長は0.95μmであった。 Relative refractive index difference between the fiber 1.5%, the cutoff wavelength was 0.95 .mu.m. ファイバ長を10mとした。 The fiber length was 10m.

【0010】光ファイバ増幅器の構成図を図6に示す。 [0010] shows a configuration diagram of an optical fiber amplifier in Fig.
光ファイバ増幅器は前述のフッ化物ファイバ1、0.9 Optical fiber amplifier aforementioned fluoride fiber 1,0.9
8μm帯の半導体LD(レーザダイオード)と光ファイバをレンズで結合させた半導体LDピグテールモジュール2(レーザ出力100mW)、0.98μmの光と1.55μm帯の光を合波させるためのファイバカップラ(例えば波長分割多重(WDM)ファイバカップラ) Fiber coupler for causing 8μm band of a semiconductor LD (laser diode) and a semiconductor LD pigtail module 2 was coupled optical fiber with a lens (laser power 100 mW), the light of the light and 1.55μm band 0.98μm multiplexing ( a wavelength division multiplexing (WDM) fiber coupler)
3、光アイソレータ4からなる。 3, consisting of the optical isolator 4. 一般の光ファイバとフッ化物ファイバ間の接続損失を小さくするために、ファイバカップラの合波ポートおよび光アイソレータの入射側には比屈折率差1.5%、カットオフ波長0.95μ In order to reduce the connection loss between ordinary optical fiber and fluoride fiber, multiplexing port and the relative refractive index difference of 1.5% on the incident side of the optical isolator of the fiber coupler, cutoff wavelength 0.95μ
mの高比屈折率差石英光ファイバ5が融着されている。 High specific refractive index difference quartz optical fiber 5 m are fused.
この融着点はマイクロバーナであぶって、接続損失を低くしてある。 The fusion Chakuten is roasted in micro burner, are low connection loss. 光ファイバ5とフッ化物ファイバ1の接続点にはV溝ブロックが紫外線硬化接着剤で取り付けてあり、このV溝ブロックを紫外線硬化接着剤で取り付けることにより接続を行っている。 The connection point of the optical fiber 5 with fluoride fiber 1 Yes in V groove block attached with UV curable adhesive, which made the connection by mounting the V-groove block in UV curable adhesive.

【0011】図7には小信号利得特性、図8には利得スペクトル、図9には雑音指数特性を示す。 [0011] small signal gain characteristics in Fig. 7, the gain spectrum in FIG. 8, and FIG. 9 shows the noise figure characteristics. 図7に見られるように、0.98μmの光100mWで励起した場合、信号光波長1.55μmにおいて38dBの利得を達成した。 As seen in FIG. 7, when excited by 0.98μm light 100 mW, to achieve a gain of 38dB in the signal light wavelength 1.55 .mu.m. また図8に示すとおり、励起光強度100m As also shown in FIG. 8, the excitation light intensity 100m
Wの場合、1.55から1.56μmの範囲で利得は全く一定となった。 In the case of W, gain became quite a constant in the range of 1.56μm from 1.55. 図9に示すとおり雑音指数は小信号領域で3.6dBであった。 Noise figure as shown in FIG. 9 was 3.6dB at small signal region.

【0012】[比較例]比較例には実施例1と同じ組成のファイバをもちい、そのコアにはErが0.1wt [0012] [Comparative Example] Comparative Example using a fiber having the same composition as in Example 1, 0.1 wt Er is in the core
%、単独で添加してある。 %, It is added alone. 光ファイバ増幅器の構成も実施例1と同じとした。 Structure of the optical fiber amplifier was also the same as in Example 1. 図10には小信号利得特性を示す。 The Figure 10 shows the small signal gain characteristic. 小信号利得増加の度合いは励起光の増加にともない急速に減少し、100mW励起でも12dBの利得を得るにすぎない。 The degree of small signal gain increase is reduced rapidly with an increase of the excitation light, only obtain a gain of 12dB at 100mW excitation. このことより、ErにTbを添加することの有効性が示された。 From this, the effectiveness of the addition of Tb to Er was shown.

【0013】[実施例2]実施例2にはコアにErを0.1w%、Euを1.5w%添加したファイバを用いた。 [0013] [Example 2] 0.1 w% of Er in the core in Example 2, using a fiber in which the Eu was added 1.5 w%. ファイバ組成、増幅器の構成は実施例1と同じとした。 Fiber composition, the amplifier arrangement is the same as in Example 1.

【0014】この増幅器の増幅特性は実施例1の場合とほぼ同じ傾向を示し、100mW励起で35dB、1. [0014] amplification characteristics of the amplifier shows substantially the same tendency as in Example 1, 35 dB, 1 at 100mW excitation.
55〜1.56μmの範囲でほぼ一定の利得、雑音指数は小信号領域で3.7dBを達成した。 Substantially constant gain in the range of 55~1.56Myuemu, noise figure achieved 3.7dB at small signal region.

【0015】[実施例3]実施例3にはコアにErを0.1w%、Dyを1.2w%添加したファイバを用いた。 [0015] [Example 3] 0.1 w% of Er in the core in Example 3, using a fiber having a Dy added 1.2 w%. ファイバ組成、増幅器の構成は実施例1と同じとした。 Fiber composition, the amplifier arrangement is the same as in Example 1.

【0016】この増幅器の増幅特性は実施例1の場合とほぼ同じ傾向を示し、100mW励起で28dB、1. The amplification characteristics of the amplifier shows substantially the same tendency as in Example 1, 28 dB, 1 at 100mW excitation.
55〜1.56μmの範囲でほぼ一定の利得、雑音指数は小信号領域で4.0dBを達成した。 Substantially constant gain in the range of 55~1.56Myuemu, noise figure achieved 4.0dB at small signal region.

【0017】通常、Erは単独では0.05〜0.5w [0017] 0.05~0.5w is usually, Er alone
t%の範囲で添加され、特に0.1wt%前後の添加量が好ましく用いられている。 Added at t% range, in particular the added amount of about 0.1 wt% is preferably used. Tb,EuおよびDyはE Tb, Eu and Dy is E
rとの共添加に際して0.01wt%の添加で効果を奏するが、0.3wt%を超えると光ファイバの光学的性質を劣化させるので好ましくない。 Although the effect by the addition of 0.01 wt% upon co-additive with r, unfavorably deteriorates the optical properties of the optical fiber exceeds 0.3 wt%.

【0018】 [0018]

【発明の効果】以上示して来たように、本発明によれば、光ファイバの少なくともコアに、ErとTb,E As it came shown above, according to the present invention, according to the present invention, at least the core of the optical fiber, Er and Tb, E
u,Dyの内の少なくとも1種類のイオンを共添加することにより、フッ化物ファイバのような多音子放出率の低いホストガラス中においてもErの411/2準位の蛍光寿命は短くなり、高効率な0.98μmの光による励起が可能となる。 u, by co adding at least one ion of a Dy, fluorescence lifetime of 4 I 11/2 level position of Er even Taotoko release rate low host glass such as fluoride fiber is short it becomes possible excitation with light of a high-efficiency 0.98 .mu.m. この結果、広帯域の光ファイバ増幅器の実現が可能となる。 As a result, it is possible to realize a broadband optical fiber amplifier.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】Erのエネルギー準位を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing the energy level of Er.

【図2】Tbの吸収特性を示す図である。 2 is a diagram showing the absorption properties of Tb.

【図3】Euの吸収特性を示す図である。 3 is a diagram showing the absorption properties of Eu.

【図4】Dyの吸収特性を示す図である。 4 is a diagram showing the absorption properties of Dy.

【図5】Tb,Eu,Dyのエネルギー準位図とErとのクロス緩和を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing Tb, Eu, the cross relaxation of the energy level diagram and Er of Dy.

【図6】光ファイバ増幅器の構成を示す模式図である。 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical fiber amplifier.

【図7】Er−Tb添加光ファイバ増幅器の小信号利得特性を示す図である。 7 is a diagram showing a small signal gain characteristics of Er-Tb-doped optical fiber amplifier.

【図8】Er−Tb添加光ファイバ増幅器の利得スペクトル図である。 8 is a gain spectrum of Er-Tb-doped optical fiber amplifier.

【図9】Er−Tb添加光ファイバ増幅器の雑音特性を示す図である。 9 is a diagram showing the noise characteristics of Er-Tb-doped optical fiber amplifier.

【図10】Er単独添加光ファイバ増幅器の小信号利得特性を示す図である。 10 is a diagram showing a small signal gain characteristics of Er alone doped optical fiber amplifier.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 光増幅用フッ化物ファイバ 2 半導体LDピグテールモジュール 3 0.98/1.55μmファイバカップラ 4 光アイソレータ 5 高比屈折率差石英ファイバ 1 optical amplifier fluoride fiber 2 semiconductor LD pigtail module 3 0.98 / 1.55 .mu.m fiber coupler 4 optical isolator 5 high relative refractive index difference silica fibers

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金森 照寿 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 須藤 昭一 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Kanamori TeruHisashi, Chiyoda-ku, tokyo Uchisaiwaicho 1 chome No. 6 Date. this telegraph and telephone within Co., Ltd. (72) inventor Shoichi Sudo, Chiyoda-ku, tokyo Uchisaiwaicho 1 chome 6 issue date this telegraph and telephone in the Corporation

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 少くとも励起光源、光合分波素子、増幅用光ファイバおよび光アイソレータを備えた光ファイバ増幅器において、前記増幅用光ファイバが、少なくともそのコアにテルビウム,ユーロピウム,ジスプロシウムの内から1種類以上のイオンと、エルビウムが共添加された光ファイバであることを特徴とする光ファイバ増幅器。 1. A least excitation light source, an optical multiplexing and demultiplexing device, the optical fiber amplifier comprising an amplifying optical fiber and an optical isolator, the amplifying optical fiber, at least its core terbium, europium, from among dysprosium 1 optical fiber amplifier comprising: the kinds of ions, characterized in that the erbium is codoped optical fiber.
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