JPH04180279A - 光増幅装置及び光発振装置 - Google Patents

光増幅装置及び光発振装置

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JPH04180279A
JPH04180279A JP2309022A JP30902290A JPH04180279A JP H04180279 A JPH04180279 A JP H04180279A JP 2309022 A JP2309022 A JP 2309022A JP 30902290 A JP30902290 A JP 30902290A JP H04180279 A JPH04180279 A JP H04180279A
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fiber
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Takashi Kogo
隆司 向後
Yoshiki Chigusa
佳樹 千種
Izumi Mikawa
泉 三川
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Sumitomo Electric Industries Ltd
NTT Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は波長1.5〜1.7μm帯で使用される光増幅
装置及び光発振装置に関する。
〔従来の技術〕
波長1.5〜1.7μm帯の光通信分野への応用等のた
め、希土類元素を添加した光ファイバを用いて、ファイ
バ増幅器、ファイバセンサ及びファイバレーザ等の光増
幅・光発振装置を作製する努力がなされている。希土類
元素を添加したファイバの中でも、特にエルビウムイオ
ン(E r ”)を添加した石英ガラスをコアとする光
ファイバについては多くの報告がなされており、このよ
うな光ファイバを使用した光増幅装置では、波長1.5
3〜1.56μm帯で光増幅利得が得られることが分か
っている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、Er3+を添加した光ファイバからなる光増幅
装置では、信号光源等として使用する半導体レーザのカ
バーする波長1.5〜1.7μm帯の範囲に対して十分
に対応できていなかった。また、波長1.55μm帯等
の光通信システムの保守等のための障害検出システムに
使用するという目的で、例えばより長波長側の波長1.
65μm帯域の光増幅・光発振装置が必要とされる場合
があるが、Er3+を添加した光ファイバからなる光増
幅装置、光発振装置等では、この1.65μm帯に必ず
しも十分に対応できていなかった。
そこで、上述の事情に鑑み、本発明は、Er”を活性物
質として用いない光ファイバからなる光増幅装置及び光
発振装置であって、波長1.5〜1.7μm帯で十分な
光増幅・光発振利得を有する光増幅装置及び光発振装置
を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、本発明に係る光増幅装置は
、光伝送路と、励起光源と、光学手段とを備える。ここ
に、光伝送路は、活性物質としてツリウムイオン(T 
m 3+)を添加した光機能性ガラスを有して構成され
、波長1.5〜1.7μm帯の信号光を伝搬する。また
、励起光源は、波長1.20μm帯の励起光を発生する
。更に、光学手段は、励起光源からの励起光を光伝送路
内に入射させる。
本発明に係る光増幅装置に使用した光伝送路等は、例え
ばファイバレーザ等の光発振装置にも応用することがで
きる。
具体的には、光発振装置を、上記光伝送路と、励起光源
と、光学手段とを備えるように構成する。
ここに、励起光源は波長1.20μm帯の励起光を発生
し、光学手段は励起光を励起光源から光伝送路内に入射
させる。また、共振器構造は光伝送路内からの波長1.
5〜1.7μm帯の放射光を光伝送路にフィードバック
する。
〔作用〕
本発明に係る光増幅装置にあっては、光伝送路中に導入
された波長1.20μm帯の励起光により、活性物質で
あるTm3+を励起し、効率の良い3準位系の発光を可
能にする。この励起光の波長1.20μmは、基底準位
 H6からエネルギー準位3Hへの遷移に対応するから
である。つます、この励起により基底準位 H6にある
原子がエネルギー準位3Hに−旦ポンピングされ、その
後輻射を伴わずに準位 H4に遷移する。この様なポン
ピング及び非輻射遷移により、準位3Hと準位3F  
との間に反転分布が形成されると、波長1.5〜1.7
μm帯での発光が可能になる。このとき、励起されたT
m3+に波長1.5〜1,7μm帯の信号光が入射する
と、T m、3+は、この信号光に誘導され、波長1.
5〜1.7μm帯の光を発生する。この結果、波長16
5〜1.7μm帯での光増幅が可能になる。
本発明に係る光発振装置にあっては、光学手段により光
伝送路内に導入された波長1.20μm帯の励起光によ
ってTm3+か励起される。この励起されたT m 3
”(7)一部は、光伝送路内からの波長1.5〜1.7
μm帯の放出光と、共振器構造によって光伝送路内にフ
ィードバックされた波長1.5〜1.7μm帯の光とに
よって誘導され、波長1.5〜1,7μm帯の放出光を
発生する。
これを繰り返すことにより、波長1.5〜1.7μm帯
での光発振か可能になる。
〔実施例〕
以下、本発明の光増幅装置の実施例について説明する。
第1図に、波長1.5〜1.7μm帯の光増幅装置であ
るファイバ増幅器を示す。
信号光源11としては、レーザダイオードが使用されて
いる。この信号光源11の出力側には、光ファイ/< 
18 aの一端が光学的に接続されており、この光ファ
イバ18aの他端はカブラ13の入力側に接続されてい
る。また、励起光源であるレーザ光源12としては、レ
ーザダイオードが使用されている。このレーザ光源12
の出力側には、光ファイバ19aの一端が光学的に接続
されており、この光ファイバ19aの他端はカブラ13
の入力側に接続されている。
カブラ13の出力側からは2本の光コアイノく18b、
19bか延び、一方の光ファイバ19bの終端は戻り光
防止用のマツチングオイル17に浸漬されており、他方
の光ファイバ18bの終端は光伝送路である光ファイバ
10の一端にコネクタ等を介して接続されている。この
光コアイノ(10の他端の出力側には光スペクトラムア
ナライザ15が設けられており、これらの間にはフィル
タ16が介在されている。
ここに、カブラ13は、2本の光ファイバ18.19の
融着延伸によって作製されたもので、このカブラ13と
ファイバ18a、18b、19a。
19bとは光学手段を構成する。
また、光ファイバ10は長さ2mのSMファイバであり
、Tm3+を添加した石英ガラス製のコアを備えている
以下、第1図のファイバ増幅器の動作について簡単な説
明を行う。
レーザ光源12は、波長1.20μm帯の励起光を出力
する。この励起光は、光ファイバ19aを介してカブラ
13に入射し、更に光ファイバ18bを介して光フアイ
バ10内に入射する。励起光が入射する光ファイバ10
のコアには活性物質としてTm”+か添加されているた
め、この励起光によって所定の状態に励起されたTm3
+は、波長1,5〜167μm帯の発光が可能な状態に
なる。
信号光源11から出力された波長1.5〜1.7μm帯
の信号光は、光ファイバ18aを介してファイバカプラ
13に入射する。カブラ13に入射した信号光は、レー
ザ光源12からの励起光と結合されて光フアイバ10内
に入射する。光ファイバ10に入射した信号光は、ポン
ピングされたTm3+を誘導して波長1.5〜1.7μ
m帯の誘導放出光を生じさせる。
光ファイバ10の出力側からは、励起光と増幅された信
号光とが出力されるが、これらのうち励起光については
、フィルター6によってカットされることとなる。この
ため、光スペクトラムアナライザ15には増幅された信
号光のみが入射することとなり、Tm3+を添加した光
ファイバによる光増幅の利得か測定できる。
第1図のファイバ増幅器の利得増大の原理について、第
2図を用いて簡単な説明を行う。
第2図は、石英ガラス等のガラス試料に添加されたTm
”+のエネルギー準位を模式的に示した図である。
光ファイバに導入された1、20μmの励起光によって
そのコア中のTm8+が励起され、その基底準位3Hに
ある原子が準位3Hに−旦遷移する。その後、励起され
た電子はフォノン等のエネルギーを放出して緩和され準
位 F4に遷移する。このようなポンピングにより、準
位 H6と準位3F  との間に反転分布が形成される
と、波長1.5〜1.7μm帯をピークとした3準位系
の発光が可能になる。この結果、波長1.5〜1.7μ
m帯での効果的な誘導放出が可能になる。
第1図のファイバ増幅器について得られた光増幅利得の
測定結果について説明する。
レーザ光源12から光ファイバに入射する励起光の波長
を1.21μmとし、その出力を30mWとした。また
、信号光源11から光ファイバに入射する信号光の波長
を1,65μmとし、その出力を1μWとした。光スペ
クトラムアナライザ15による測定結果から、実施例の
ファイバ増幅器の光増幅利得は約6dBであることがわ
かった。
比較のため、励起光源を1.21μmから0.8μm帯
のものにかえ、同様の実験を行ったところ、光増幅利得
は1dB程度であった。これは、波長0.8μm帯の励
起光によって準位3a6から準位 H4にポンピングさ
れた原子がと準位 F4との間の反転分布が有効に形成
されないためであると考えられる。
第3図に、参考のため、jli1図のファイバ増幅器に
使用した光ファイバー0の構造を示した。
光ファイバ10は、石英にTmを添加したコアと石英に
弗素(F)を添加したクラッドとを備える。そのコア径
は6μmで、その外径は125μmである。また、これ
らのコア及びクラッドの比屈折率差△は約0.7%であ
る。
以下に、第3図の光ファイバの作製について簡単な説明
を行う。
まず、光伝送路である光コアイノくのコア材として、ツ
リウムイオンを酸化物の状態で添加した石英ガラスを溶
融し棒状に形成し、コア用のガラスロッドとする。この
石英ガラスに添加した活性物質であるTm3+の濃度は
重量で300ppmとする。次に、弗素を添加した石英
ガラスを溶融・形成し、クラッドパイプとする。クラッ
ドパイプにはTm3+を添加していない。これらのコア
ロッド及びクラッドパイプをロッドインチューブ法によ
りプリフォームに形成する。このプリフォームを公知の
線引き装置にセットし、光ファイバに線引きする。この
結果、すでに述べたように、コア径6μmで外径125
μmの、S Mコアイノくが得られる。このS Mファ
イバを測定のため長さ2mの試料に切り出し、フチイノ
1増幅器用の光ファイバ10とする。
以下、本発明の光発振装置の実施例について説明する。
第4図に、波長1.5〜1,7μm帯の光発振装置であ
るファイバレーザを示す。
レーザ光源12は、第1図のファイバ増幅器に使用した
もので、波長1.21μmのレーザダイオード(LD)
である。Tm3+を添加した光ファイバ10もまた上記
ファイバ増幅器に使用したものである。
LDからの波長1.21μmの励起光は、レンズ、先コ
ネクタ等の適当な手段によって光フアイバ28内に導入
される。この励起光は、光ファイバ28の終端からTm
”+を添加した光コアイノく10内に入射する。この励
起光により光ファイl<内のTm3+が所定の状態に励
起され、波長1.5〜1.7μm帯の発光が可能になる
。ここで、光ファイバ10の出力端を鏡面に仕上げてい
るため、この出力端とレーザダイオードの端面とは共振
器を構成する。この結果、励起光の出力か所定値を超え
ると波長1.5〜1.7μm帯のいずれかの波長でレー
ザ発振が生じる。
なお、本実施例の光ファイバではコアに使用するマトリ
ックスガラスとして石英ガラスを使用したが、マトリッ
クスガラスの組成はこれに限られるものではない。例え
ば、珪酸塩ガラス、燐酸塩ガラス及び弗化物系ガラス等
を使用しても良い。
この様にマトリックスガラスの組成を変更することで、
波長1.5〜1.7μm帯の範囲で発光若しくは誘導放
田の波長を調節することもてきる。
また、本発明の光伝送路は上記の先ファイバに限定され
るものではない。例えば、上記T m ”m加ガラスを
平面導波路等に形成しても良い。ただし、光ファイバ(
こ形成することが長尺の光伝送路を得る点では望ましい
。光損失が少ないこと等を利用すれば、低閾値でTm”
“に反転分布を生じさせることができるからである。゛ 更に、ファイバレーザーに使用した共振器は、誘電体ミ
ラー等を使用するタイプのものであってもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る光増幅装置又は光発
振装置によれば、波長1.5〜1.7μm帯でのTm3
+発光を可能にする波長1.20μm帯の励起光の存在
により、波長1.5〜1.7μm帯での光増幅又は光発
振か可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光増幅装置の実施例を示した図、
第2図は波長1.20μm帯の励起光によ+T m ”
”#起を説明するための図、第3図は第1図の光増幅装
置に用いる光ファイバの構造を示した図、第4図は本発
明による光発振装置の実施例を示した図である。 10・・・光伝送路である光ファイバ、12・・・波長
1.20μm帯の励起光源、13.18.19.28・
・・光学手段。 □H4 T♂“のエネルギー準イn 第2図 Trr+5飛カロファイバ 漉″3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、Tm^3^+を活性物質として添加した光機能性ガ
    ラスを有して構成され、波長1.5乃至1.7μm帯の
    信号光を伝搬する光伝送路と、波長1.20μm帯の励
    起光を発生する励起光源と、 前記励起光源からの前記励起光を前記光伝送路内に入射
    させる光学手段と、 を備える光増幅装置。 2、Tm^3^+を活性物質として添加した光機能性ガ
    ラスを有して構成され、波長1.5乃至1.7μm帯の
    光を伝搬する光伝送路と、 波長1.20μm帯の励起光を発生する励起光源と、 前記励起光を前記励起光源から前記光伝送路内に入射さ
    せる光学手段と、を備え、 前記光伝送路内からの波長1.5乃至1.7μm帯の放
    射光を前記光伝送路にフィードバックする共振器構造が
    形成されていることを特徴とする光発振装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6501596B1 (en) 2001-11-15 2002-12-31 Central Glass Company, Limited 1.4-1.52 μm-band optical amplifier
WO2005011073A1 (ja) * 2003-07-28 2005-02-03 Nippon Telegraph And Telephone Corporation ファイバレーザ、自然放出光源及び光ファイバ増幅器

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US7313306B2 (en) 2003-07-28 2007-12-25 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Fiber laser, spontaneous emission light source and optical fiber amplifier

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