JP2000323769A - 光学導波路デバイス - Google Patents
光学導波路デバイスInfo
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-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポンプパワーを測定するためにモニタを改善
したポンプ導波路デバイスを提供することである。 【解決手段】 ポンプ導波路と活性導波路を有するポン
プ導波路デバイスは、ポンプソースと活性導波路との間
にポンプ光に敏感な材料でドープしたコアを有するイン
ジケータ導波路を配置することにより、ポンプパワーモ
ニタを具備させる。たとえば、ある材料は、ポンプ光に
応答して蛍光を発し、あるいはポンプ光を吸収し発熱す
る。その結果、ポンプパワーは、インジケーター導波路
からの蛍光あるいは熱により正確に測定できる。蛍光ま
たは熱は、ドープコア内で発生するために測定値は、活
性導波路に入るポンプパワーに対し敏感で、モード分散
の変動に対しては敏感ではない。
したポンプ導波路デバイスを提供することである。 【解決手段】 ポンプ導波路と活性導波路を有するポン
プ導波路デバイスは、ポンプソースと活性導波路との間
にポンプ光に敏感な材料でドープしたコアを有するイン
ジケータ導波路を配置することにより、ポンプパワーモ
ニタを具備させる。たとえば、ある材料は、ポンプ光に
応答して蛍光を発し、あるいはポンプ光を吸収し発熱す
る。その結果、ポンプパワーは、インジケーター導波路
からの蛍光あるいは熱により正確に測定できる。蛍光ま
たは熱は、ドープコア内で発生するために測定値は、活
性導波路に入るポンプパワーに対し敏感で、モード分散
の変動に対しては敏感ではない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプパワーモニ
タを具備するポンプ導波路デバイスに関し、特にクラッ
ド層ポンプファイバデバイスに関する。
タを具備するポンプ導波路デバイスに関し、特にクラッ
ド層ポンプファイバデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】ポンプ導波路デバイスは、光学通信シス
テムで非常に有益である。このようなデバイスは、ポン
プソースと、ある長さの活性導波路と、ポンプソースか
ら活性導波路にポンプ光を伝搬するポンプ導波路とを有
する。これらの導波路は、通常光ファイバであり、ポン
プソースは半導体ダイオードである。活性導波路は、希
土類元素をドープしたコアを有する。このデバイスは、
光増幅器として用いられ、光学共鳴キャビティを具備す
る場合には光学レーザとして用いられる。
テムで非常に有益である。このようなデバイスは、ポン
プソースと、ある長さの活性導波路と、ポンプソースか
ら活性導波路にポンプ光を伝搬するポンプ導波路とを有
する。これらの導波路は、通常光ファイバであり、ポン
プソースは半導体ダイオードである。活性導波路は、希
土類元素をドープしたコアを有する。このデバイスは、
光増幅器として用いられ、光学共鳴キャビティを具備す
る場合には光学レーザとして用いられる。
【０００３】クラッド層ポンプファイバデバイスにおい
ては、活性導波路は、シングルモードの希土類元素ドー
ピングコアを有する二重クラッドファイバであり、ポン
プ導波路は、ポンプ光を二重クラッド層ファイバに伝搬
するマルチモードファイバである。このデバイスは、レ
ーザキャビティを形成するために、二重クラッド層ファ
イバ内に高反射率部分と低反射率部分を有するブラググ
レーティングを形成することによりファイバレーザを構
成している。
ては、活性導波路は、シングルモードの希土類元素ドー
ピングコアを有する二重クラッドファイバであり、ポン
プ導波路は、ポンプ光を二重クラッド層ファイバに伝搬
するマルチモードファイバである。このデバイスは、レ
ーザキャビティを形成するために、二重クラッド層ファ
イバ内に高反射率部分と低反射率部分を有するブラググ
レーティングを形成することによりファイバレーザを構
成している。
【０００４】なかでも通信用アプリケーションにおいて
は、クラッド層ポンプデバイスに放射されたポンプ光を
測定できることが重要である。このような測定は、ポン
プソースをモニタし、パワーの変動を修正するのに必要
である。更にまた、出力を正確にテストするのにも必要
である。
は、クラッド層ポンプデバイスに放射されたポンプ光を
測定できることが重要である。このような測定は、ポン
プソースをモニタし、パワーの変動を修正するのに必要
である。更にまた、出力を正確にテストするのにも必要
である。
【０００５】ポンプパワーを測定するさまざまなアプロ
ーチが存在するが、いずれも満足すべきものがない。あ
るアプローチは、ポンプダイオードの背面にデテクタ
（検出器）を配置することである。しかし、このような
デテクタは、ポンプ光の入射のドリフト（変動）を測定
できない。たとえば、ダイオード出力は一定であるが、
ダイオードのさまざまなモードから放射される光の分散
は、変動するからである。異なるモードは、活性導波路
への異なる結合効率を有し、入射したパワーは、検出で
きずに変動する。
ーチが存在するが、いずれも満足すべきものがない。あ
るアプローチは、ポンプダイオードの背面にデテクタ
（検出器）を配置することである。しかし、このような
デテクタは、ポンプ光の入射のドリフト（変動）を測定
できない。たとえば、ダイオード出力は一定であるが、
ダイオードのさまざまなモードから放射される光の分散
は、変動するからである。異なるモードは、活性導波路
への異なる結合効率を有し、入射したパワーは、検出で
きずに変動する。
【０００６】第２のアプローチは、ポンプ導波路から散
乱した光を検出するために集積された球を用いることで
ある。このような散乱光は、活性導波路へ入射する光で
はなく、ポンプ導波路により導波されることのない光で
ある。その結果、このアプローチは、放射光を直接測定
することはできない。更にまた、モード分散の最も外側
の部分が、ポンプ導波路から外れて散乱する光に最も強
く寄与するが、活性導波路のコアを実際にポンピングす
る光にはあまり寄与しない。この散乱光の測定（球また
は集積球または他の手段による）は、モード分散での変
化に応じて変動し、入射ポンプ光の正確な測定値として
機能しない。
乱した光を検出するために集積された球を用いることで
ある。このような散乱光は、活性導波路へ入射する光で
はなく、ポンプ導波路により導波されることのない光で
ある。その結果、このアプローチは、放射光を直接測定
することはできない。更にまた、モード分散の最も外側
の部分が、ポンプ導波路から外れて散乱する光に最も強
く寄与するが、活性導波路のコアを実際にポンピングす
る光にはあまり寄与しない。この散乱光の測定（球また
は集積球または他の手段による）は、モード分散での変
化に応じて変動し、入射ポンプ光の正確な測定値として
機能しない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、ポンプパワーを測定するためにモニタを改善したポ
ンプ導波路デバイスを提供することである。
は、ポンプパワーを測定するためにモニタを改善したポ
ンプ導波路デバイスを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ポンプ
導波路と活性導波路を有するポンプ導波路デバイスは、
ポンプソースと活性導波路との間にポンプ光に敏感な材
料でドープしたコアを有するインジケータ導波路を配置
することにより、ポンプパワーモニタを具備させる。た
とえば、ある材料は、ポンプ光に応答して蛍光を発し、
あるいはポンプ光を吸収し発熱する。その結果、ポンプ
パワーは、インジケーター導波路からの蛍光あるいは発
熱により正確に測定できる。蛍光または発熱した熱は、
ドープコア内で発生するために測定値は、活性導波路に
入るポンプパワーに対し敏感でありが、モード分散の変
動に対しては敏感ではない。本発明の実施例では、モニ
タされたクラッド層ポンプファイバレーザと増幅器と光
ソースとを含む。
導波路と活性導波路を有するポンプ導波路デバイスは、
ポンプソースと活性導波路との間にポンプ光に敏感な材
料でドープしたコアを有するインジケータ導波路を配置
することにより、ポンプパワーモニタを具備させる。た
とえば、ある材料は、ポンプ光に応答して蛍光を発し、
あるいはポンプ光を吸収し発熱する。その結果、ポンプ
パワーは、インジケーター導波路からの蛍光あるいは発
熱により正確に測定できる。蛍光または発熱した熱は、
ドープコア内で発生するために測定値は、活性導波路に
入るポンプパワーに対し敏感でありが、モード分散の変
動に対しては敏感ではない。本発明の実施例では、モニ
タされたクラッド層ポンプファイバレーザと増幅器と光
ソースとを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１には、ポンプモニタ１１を含
むクラッド層ポンプレーザ１０の形でポンプ導波路デバ
イスを示す。このクラッド層ポンプレーザ１０は、ダイ
オードまたはダイオード列のようなポンプソース１２
と、希土類元素をドープしたコアをゲイン媒体として含
む二重クラッド層ファイバのような活性導波路１３と、
ポンプソース１２からのポンプ光を活性導波路１３に伝
搬するポンプ導波路１４とを含む。クラッド層ポンプレ
ーザ１０は、反射グレーティング１７により規定された
光学キャビティ１６を有する。別の構成例として反射グ
レーティング１７を省いて、このデバイスは、入力信号
なしにポンプされたときにはモニタされたブロードバン
ドＡＳＥ光ソースを構成する。信号が入力されたときに
はデバイスは、モニタされた光学信号増幅器を構成す
る。
むクラッド層ポンプレーザ１０の形でポンプ導波路デバ
イスを示す。このクラッド層ポンプレーザ１０は、ダイ
オードまたはダイオード列のようなポンプソース１２
と、希土類元素をドープしたコアをゲイン媒体として含
む二重クラッド層ファイバのような活性導波路１３と、
ポンプソース１２からのポンプ光を活性導波路１３に伝
搬するポンプ導波路１４とを含む。クラッド層ポンプレ
ーザ１０は、反射グレーティング１７により規定された
光学キャビティ１６を有する。別の構成例として反射グ
レーティング１７を省いて、このデバイスは、入力信号
なしにポンプされたときにはモニタされたブロードバン
ドＡＳＥ光ソースを構成する。信号が入力されたときに
はデバイスは、モニタされた光学信号増幅器を構成す
る。
【００１０】ポンプモニタ１１は、ポンプ光感受性のあ
る材料でドープしたコアのような領域を有するある長さ
のインジケーター導波路１８を含む。この感受性のある
材料は、蛍光材料あるいは光吸収材料である。インジケ
ーター導波路が、ポンプソース１２と活性導波路１３の
間の光学パスに配置される。デテクタ１９は、インジケ
ーター導波路１８に接続され、感受性材料に対するポン
プ光の影響を検出する。たとえば、光ダイオードは、マ
ルチモードファイバタップ２０によりインジケーター導
波路１８に結合され、蛍光を検出する。別の構成例とし
てデテクタ１９は、積分球(integrating sphere)でもよ
い。
る材料でドープしたコアのような領域を有するある長さ
のインジケーター導波路１８を含む。この感受性のある
材料は、蛍光材料あるいは光吸収材料である。インジケ
ーター導波路が、ポンプソース１２と活性導波路１３の
間の光学パスに配置される。デテクタ１９は、インジケ
ーター導波路１８に接続され、感受性材料に対するポン
プ光の影響を検出する。たとえば、光ダイオードは、マ
ルチモードファイバタップ２０によりインジケーター導
波路１８に結合され、蛍光を検出する。別の構成例とし
てデテクタ１９は、積分球(integrating sphere)でもよ
い。
【００１１】本発明の一実施例においては、活性導波路
１３の直径は、１２５μｍで０．２−１モル％の濃度の
Ｙｂ+3でドーピングしてある星形形状の二重クラッド層
ファイバである。９１５ｎｍでダイオード列でポンプさ
れ、そして光学キャビティ１６の設計により１．０３〜
１．１２μｍの範囲でレーザ発振する。インジケーター
導波路１８は、ポンプ導波路１４と二重クラッド層の活
性導波路１３の間にスプライスされたＹｂ+3でドープさ
れた短い（１ｍｍから数cm）ファイバである。通常、Ｙ
ｂ+3の濃度は、１−２％の範囲である。光ファイバ（図
示せず）は、１μｍ以上の蛍光放射を９１５ｎｍの散乱
ポンプ光から分離するために具備することができる。
１３の直径は、１２５μｍで０．２−１モル％の濃度の
Ｙｂ+3でドーピングしてある星形形状の二重クラッド層
ファイバである。９１５ｎｍでダイオード列でポンプさ
れ、そして光学キャビティ１６の設計により１．０３〜
１．１２μｍの範囲でレーザ発振する。インジケーター
導波路１８は、ポンプ導波路１４と二重クラッド層の活
性導波路１３の間にスプライスされたＹｂ+3でドープさ
れた短い（１ｍｍから数cm）ファイバである。通常、Ｙ
ｂ+3の濃度は、１−２％の範囲である。光ファイバ（図
示せず）は、１μｍ以上の蛍光放射を９１５ｎｍの散乱
ポンプ光から分離するために具備することができる。
【００１２】図２は、ポンプモニタ１１からの信号とダ
イオードの出力パワーとの関係を表すグラフである。蛍
光信号は、イッテルビウムＹｂ+3の濃度に比例する。あ
るポンプレベルにおいては、蛍光信号は飽和する。この
飽和強度は、蛍光を消光するドーパントイオンを追加す
ることにより増加させることができる。そしてその結
果、蛍光の寿命が短くなり基底状態で得られるイオンを
多くする。更にまた、協同的なアップコンバージョン
（cooperative upconversion）あるいは第２ドーパント
イオン（光が放射される）へのエネルギー変換のような
線形効果を用いることもできる。これらの放射は、ポン
プパワーの超線形関数であり、そのため入射ポンプ光の
変動により感受性を有する点で利点がある。更にまた、
放射光の波長により散乱ポンプ光を容易にフィルター除
去できる。
イオードの出力パワーとの関係を表すグラフである。蛍
光信号は、イッテルビウムＹｂ+3の濃度に比例する。あ
るポンプレベルにおいては、蛍光信号は飽和する。この
飽和強度は、蛍光を消光するドーパントイオンを追加す
ることにより増加させることができる。そしてその結
果、蛍光の寿命が短くなり基底状態で得られるイオンを
多くする。更にまた、協同的なアップコンバージョン
（cooperative upconversion）あるいは第２ドーパント
イオン（光が放射される）へのエネルギー変換のような
線形効果を用いることもできる。これらの放射は、ポン
プパワーの超線形関数であり、そのため入射ポンプ光の
変動により感受性を有する点で利点がある。更にまた、
放射光の波長により散乱ポンプ光を容易にフィルター除
去できる。
【００１３】図１の他の実施例のデバイスとして、イン
ジケーター導波路１８は、遷移元素のような吸収不純
物、たとえば、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ等（Ｆｅが好ましい）でドープしている。デテクタ１
９は、インジケーター導波路１８に熱結合されたヒート
デテクタである。コア内に生成された熱は、コア内を流
れるポンプパワーに比例する。このアプリケーションに
用いられるヒートデテクタは、サーモカップル（熱電
対）である。
ジケーター導波路１８は、遷移元素のような吸収不純
物、たとえば、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ等（Ｆｅが好ましい）でドープしている。デテクタ１
９は、インジケーター導波路１８に熱結合されたヒート
デテクタである。コア内に生成された熱は、コア内を流
れるポンプパワーに比例する。このアプリケーションに
用いられるヒートデテクタは、サーモカップル（熱電
対）である。
【００１４】本発明の変形例として、図１のモニタは、
如何なる導波路レーザあるいは増幅器にも用いることが
でき、光ファイバデバイスあるいはクラッド層ポンプデ
バイスに限定されるものではない。
如何なる導波路レーザあるいは増幅器にも用いることが
でき、光ファイバデバイスあるいはクラッド層ポンプデ
バイスに限定されるものではない。
【図１】蛍光材料をドープしたインジケーター導波路を
含むクラッド層ポンプの光ファイバデバイスの模式図
含むクラッド層ポンプの光ファイバデバイスの模式図
【図２】蛍光測定パワーとポンプパワーとの間の関係を
表すグラフ
表すグラフ
１０ クラッド層ポンプレーザ １１ ポンプモニタ １２ ポンプソース １３ 活性導波路 １４ ポンプ導波路 １６ 光学キャビティ １７ 反射グレーティング １８ インジケーター導波路 １９ デテクタ（検出器） ２０ マルチモードファイバタップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デイビッド ジョン ディジョバンニ アメリカ合衆国、07042 ニュージャージ ー、モ ントクレアー、モントクレアー アベニュー 126 (72)発明者 ジェーン デボラ レグレンジ アメリカ合衆国、08540 ニュージャージ ー、プ リンストン、ウィルソン ロード 85
Claims (11)
- 【請求項１】 ポンプ光ソース（１２）と前記ポンプ光
に応答する活性導波路（１３）と前記ポンプ光を活性導
波路に結合するポンプ導波路（１４）とを有する光学導
波路デバイス（１０）において、 前記ポンプ光に対し感受性を有する材料でドーピングし
たインジケーター導波路（１８）が、ポンプ光ソース
（１２）と活性導波路（１３）との間の光学パスに配置
され、 前記インジケーター導波路（１８）に応答するデエテク
タ（１９）が、導波路（１８）に結合され、ポンプパワ
ーを測定することを特徴とするポンプ光学導波路デバイ
ス。 - 【請求項２】 前記インジケーター導波路（１８）は、
蛍光材料をドープした領域を有する導波路を有し、 前記デエテクタ（１９）は、前記インジケーター導波路
（１８）内に生成された蛍光に応答する光デエテクタで
あることを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項３】 前記インジケーター導波路（１８）は、
光吸収材料をドープした領域を有する導波路を有し、 前記デエテクタ（１９）は、前記インジケーター導波路
（１８）内の発熱に応答する熱デエテクタであることを
特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項４】 前記光学導波路デバイス（１０）は、光
ファイバレーザを含むことを特徴とする請求項１記載の
デバイス。 - 【請求項５】 前記光学導波路デバイス（１０）は、光
ファイバ増幅器を含むことを特徴とする請求項１記載の
デバイス。 - 【請求項６】 前記光学導波路デバイス（１０）は、光
ソースを含むことを特徴とする請求項１記載のデバイ
ス。 - 【請求項７】 前記インジケーター導波路（１８）は、
希土類元素をドープした光ファイバを含むことを特徴と
する請求項１記載のデバイス。 - 【請求項８】 前記インジケーター導波路（１８）は、
Ｙｂをドープした光ファイバを含むことを特徴とする請
求項１記載のデバイス。 - 【請求項９】 前記インジケーター導波路（１８）は、
光吸収性不純物をドープした光ファイバを含むことを特
徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項１０】 前記インジケーター導波路（１８）
は、遷移元素をドープした光ファイバを含むことを特徴
とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項１１】 前記インジケーター導波路（１８）
は、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕからなる
グループから選択された元素をドープした光ファイバを
含むことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/303383 | 1999-04-30 | ||
| US09/303,383 US6389186B1 (en) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | Optical waveguide lasers and amplifiers with pump power monitors |
Publications (2)
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