JPH04235534A - ファイバ型１．３ μｍ 帯光増幅器 - Google Patents
ファイバ型１．３ μｍ 帯光増幅器Info
- Publication number
- JPH04235534A JPH04235534A JP3012657A JP1265791A JPH04235534A JP H04235534 A JPH04235534 A JP H04235534A JP 3012657 A JP3012657 A JP 3012657A JP 1265791 A JP1265791 A JP 1265791A JP H04235534 A JPH04235534 A JP H04235534A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- band
- fiber
- neodymium
- optical fiber
- Prior art date
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- Pending
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ型の１．３
μｍ 帯光直接増幅器に関するものである。
μｍ 帯光直接増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１．３ μｍ 帯光通信分野への応用の
ため、希土類元素であるネオジミウムを添加した光ファ
イバを用いてファイバ増幅器、ファイバレーザ等の機能
性ファイバの研究がなされている。例えば、文献 （Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ． １９９０，
Ｖｏｌ． ２６， ｐｐ．１９４−１９５ ）には、
ネオジミウムを添加したフッ化物光ファイバを用いて、
波長１．３３μｍ において微小シグナルに対し１０ｄ
Ｂの増幅利得が得られたことが報告されている。この報
告では、はじめ励起レーザの出力に比例して増幅利得は
増加し続けるが、励起パワー１００ｍＷ 以上になると
増幅利得は飽和して、それ以上励起パワーを増加しても
利得の増加は見られないことが報告されている。
ため、希土類元素であるネオジミウムを添加した光ファ
イバを用いてファイバ増幅器、ファイバレーザ等の機能
性ファイバの研究がなされている。例えば、文献 （Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ． １９９０，
Ｖｏｌ． ２６， ｐｐ．１９４−１９５ ）には、
ネオジミウムを添加したフッ化物光ファイバを用いて、
波長１．３３μｍ において微小シグナルに対し１０ｄ
Ｂの増幅利得が得られたことが報告されている。この報
告では、はじめ励起レーザの出力に比例して増幅利得は
増加し続けるが、励起パワー１００ｍＷ 以上になると
増幅利得は飽和して、それ以上励起パワーを増加しても
利得の増加は見られないことが報告されている。
【０００３】さらにその後、文献 （Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ． １９９０， Ｖｏｌ．２６
， ｐｐ．１３９７−１３９８ ） には、微小シグナ
ルのみならず、１ｍＷ程度の比較的強いシグナルに対し
ても５．５ｄＢの利得が得られるという報告がなされて
いるが、この場合にも励起パワー５０ｍＷ以上では利得
は飽和する傾向が指摘されている。この理由について、
この文献では波長１．３ μｍ の蛍光と同時に発生す
る波長１．０５μｍ の蛍光は、励起パワー４０ｍＷ程
度まで徐々に増加するが、励起パワー５０ｍＷ付近では
発光メカニズムは自然放出プロセスから誘導放出プロセ
スへと移行するので、１．０５μｍ の発光強度は急激
に増加し、これにともない１．３ μｍ の蛍光強度は
それ以上増加しなくなるとの説明がなされている。
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ． １９９０， Ｖｏｌ．２６
， ｐｐ．１３９７−１３９８ ） には、微小シグナ
ルのみならず、１ｍＷ程度の比較的強いシグナルに対し
ても５．５ｄＢの利得が得られるという報告がなされて
いるが、この場合にも励起パワー５０ｍＷ以上では利得
は飽和する傾向が指摘されている。この理由について、
この文献では波長１．３ μｍ の蛍光と同時に発生す
る波長１．０５μｍ の蛍光は、励起パワー４０ｍＷ程
度まで徐々に増加するが、励起パワー５０ｍＷ付近では
発光メカニズムは自然放出プロセスから誘導放出プロセ
スへと移行するので、１．０５μｍ の発光強度は急激
に増加し、これにともない１．３ μｍ の蛍光強度は
それ以上増加しなくなるとの説明がなされている。
【０００４】上記の問題点について、以下さらに詳細に
説明を行う。図４は、ネオジミウムの励起状態を示すエ
ネルギーレベル図である。１．３ μｍ 帯の増幅器と
して用いる場合には、図４に示すように、０．８２μｍ
帯の励起レーザにより、エネルギー状態は基底準位４
Ｉ９／２ から４Ｆ５／２ へと励起される。４Ｆ５／
２のエネルギー状態は、非放射遷移過程を経て４Ｆ３／
２ 状態へと移る。４Ｆ３／２ から４Ｉ１３／２への
遷移により、１．３２μｍ 帯の蛍光が得られる。この
時、４Ｆ３／２ からは前述のほかに４Ｉ１５／２、４
Ｉ１１／２および ４Ｉ９／２への遷移が同時に生じる
。それぞれ１．８５μｍ 帯、１．０５μｍ 帯および
０．８５μｍ 帯の発光に対応する。各遷移の割合は、
０．８５μｍ： １．０５μｍ ： １．３２μｍ ：
１．８５μｍ ＝１０： ５５ ： １０ ： ２５
と言われている。すなわち、所望の１．３２μｍ 帯
の蛍光よりも他の蛍光強度の方が大きく、特に１．０５
μｍ 帯の蛍光は、１．３２μｍ 帯に比較すると十分
に大きいのがわかる。このような特性のネオジミウム添
加ファイバにおいて励起用レーザの強度を上げて行くと
、１．０５μｍ 帯の増幅係数が最も大きいので、最初
に１．０５μｍ 帯において誘導放出現象が発生する。 誘導放出プロセスでは遷移確率はさらに増加するので、
上記の遷移割合は１．０５μｍ でさらに高くなる。こ
のため、１．３２μｍ での蛍光強度を高めるために、
励起光の強度を上げても、１．０５μｍ の遷移が強ま
るだけで、１．０５μｍ の蛍光を弱める工夫を行わな
ければ、１．３２μｍ 帯の遷移確率は減少する。
説明を行う。図４は、ネオジミウムの励起状態を示すエ
ネルギーレベル図である。１．３ μｍ 帯の増幅器と
して用いる場合には、図４に示すように、０．８２μｍ
帯の励起レーザにより、エネルギー状態は基底準位４
Ｉ９／２ から４Ｆ５／２ へと励起される。４Ｆ５／
２のエネルギー状態は、非放射遷移過程を経て４Ｆ３／
２ 状態へと移る。４Ｆ３／２ から４Ｉ１３／２への
遷移により、１．３２μｍ 帯の蛍光が得られる。この
時、４Ｆ３／２ からは前述のほかに４Ｉ１５／２、４
Ｉ１１／２および ４Ｉ９／２への遷移が同時に生じる
。それぞれ１．８５μｍ 帯、１．０５μｍ 帯および
０．８５μｍ 帯の発光に対応する。各遷移の割合は、
０．８５μｍ： １．０５μｍ ： １．３２μｍ ：
１．８５μｍ ＝１０： ５５ ： １０ ： ２５
と言われている。すなわち、所望の１．３２μｍ 帯
の蛍光よりも他の蛍光強度の方が大きく、特に１．０５
μｍ 帯の蛍光は、１．３２μｍ 帯に比較すると十分
に大きいのがわかる。このような特性のネオジミウム添
加ファイバにおいて励起用レーザの強度を上げて行くと
、１．０５μｍ 帯の増幅係数が最も大きいので、最初
に１．０５μｍ 帯において誘導放出現象が発生する。 誘導放出プロセスでは遷移確率はさらに増加するので、
上記の遷移割合は１．０５μｍ でさらに高くなる。こ
のため、１．３２μｍ での蛍光強度を高めるために、
励起光の強度を上げても、１．０５μｍ の遷移が強ま
るだけで、１．０５μｍ の蛍光を弱める工夫を行わな
ければ、１．３２μｍ 帯の遷移確率は減少する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、１．３ μ
ｍ 帯において光直接増幅を行うファイバ型光増幅器を
提供することにある。
ｍ 帯において光直接増幅を行うファイバ型光増幅器を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述の問
題点を解決のため鋭意研究を重ねた結果、１．３ μｍ
帯増幅用ネオジミウムファイバの途中に１．３ μｍ
帯の光は透過するが、そのほかの光は透過しないとい
う光学特性を有するフィルタを挿入し、これにより１．
３ μｍ 以外の光がファイバ長さ方向に伝搬しないよ
うにすることにより、これらの誘導放出に基づく光放出
を抑制することが、１．３２μｍ 帯蛍光強度の飽和現
象を防ぐうえで有効であることを見い出した。すなわち
、このようなフィルタを挿入しない場合には、励起光を
入射した側で、偶発的に生じた１．０５μｍ の光がフ
ァイバ中を伝搬し、次のネオジミウムイオンに作用する
と励起状態のイオンから１．０５μｍ の光が放出され
る。このような現象が次々に発生して１．０５μｍ 光
はファイバ内で増幅され続ける。最終的には、１．０５
μｍ でレーザ発振に至る。これに、フィルタを挿入す
ると挿入点において１．３ μｍ 以外の光はすべて吸
収されるので、増幅効果が寸断され誘導放出に至らず、
１．３ μｍ 帯遷移確率は初期状態を保つことになり
、飽和現象を防止でき、増幅利得の向上を図ることがで
きる。
題点を解決のため鋭意研究を重ねた結果、１．３ μｍ
帯増幅用ネオジミウムファイバの途中に１．３ μｍ
帯の光は透過するが、そのほかの光は透過しないとい
う光学特性を有するフィルタを挿入し、これにより１．
３ μｍ 以外の光がファイバ長さ方向に伝搬しないよ
うにすることにより、これらの誘導放出に基づく光放出
を抑制することが、１．３２μｍ 帯蛍光強度の飽和現
象を防ぐうえで有効であることを見い出した。すなわち
、このようなフィルタを挿入しない場合には、励起光を
入射した側で、偶発的に生じた１．０５μｍ の光がフ
ァイバ中を伝搬し、次のネオジミウムイオンに作用する
と励起状態のイオンから１．０５μｍ の光が放出され
る。このような現象が次々に発生して１．０５μｍ 光
はファイバ内で増幅され続ける。最終的には、１．０５
μｍ でレーザ発振に至る。これに、フィルタを挿入す
ると挿入点において１．３ μｍ 以外の光はすべて吸
収されるので、増幅効果が寸断され誘導放出に至らず、
１．３ μｍ 帯遷移確率は初期状態を保つことになり
、飽和現象を防止でき、増幅利得の向上を図ることがで
きる。
【０００７】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。図１に、本発明の一実施例の構成を示す。信号
入力用コネクタ１の端子６から信号光を入射させ、その
光と励起用半導体レーザモジュール２からの光をダイク
ロイックミラー６で合波し、ネオジミウム添加フッ化物
ファイバ７に入射させるとともに、ファイバの後方端末
側からも励起用レーザ光を入射させた。励起用レーザモ
ジュールの内部は２台の０．８２μｍ 帯半導体レーザ
３が偏波ビームスプリッタ４で合波された構成になって
おり、合波後、最大で１００ｍＷ の出力が得られる。 増幅媒体としてのネオジミウム添加フッ化物ファイバ７
はガラス材料が ＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−Ａｌ
Ｆ３−ＮａＦであり、ネオジミウム添加量 ２０００ｐ
ｐｍ、コア径６．５ μｍ 、クラッド径１２５ μｍ
、比屈折率差０．５ ％であり、長さが４ｍである。 ファイバの両端は反射防止のために斜め研磨ファイバ端
９となっている。このファイバ内には１ｍおきに３箇所
にフィルタ８が挿入されている。増幅後の信号光は、１
．３ μｍ 帯狭帯域フィルタ１０により、１．３ μ
ｍ 帯自然放出光をカットして、信号出力用コネクタ端
子１１から増幅後の信号光として出力される。
明する。図１に、本発明の一実施例の構成を示す。信号
入力用コネクタ１の端子６から信号光を入射させ、その
光と励起用半導体レーザモジュール２からの光をダイク
ロイックミラー６で合波し、ネオジミウム添加フッ化物
ファイバ７に入射させるとともに、ファイバの後方端末
側からも励起用レーザ光を入射させた。励起用レーザモ
ジュールの内部は２台の０．８２μｍ 帯半導体レーザ
３が偏波ビームスプリッタ４で合波された構成になって
おり、合波後、最大で１００ｍＷ の出力が得られる。 増幅媒体としてのネオジミウム添加フッ化物ファイバ７
はガラス材料が ＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−Ａｌ
Ｆ３−ＮａＦであり、ネオジミウム添加量 ２０００ｐ
ｐｍ、コア径６．５ μｍ 、クラッド径１２５ μｍ
、比屈折率差０．５ ％であり、長さが４ｍである。 ファイバの両端は反射防止のために斜め研磨ファイバ端
９となっている。このファイバ内には１ｍおきに３箇所
にフィルタ８が挿入されている。増幅後の信号光は、１
．３ μｍ 帯狭帯域フィルタ１０により、１．３ μ
ｍ 帯自然放出光をカットして、信号出力用コネクタ端
子１１から増幅後の信号光として出力される。
【０００８】図２（ａ） には、ここで用いたフィルタ
の構成を示し、図２（ｂ） には、フィルタの透過特性
を示す。 このフィルタ８は約１０μｍ 程度の厚さの誘電体多層
膜フィルタを、反射防止のため斜め研磨したファイバ間
に挿入した構造となっている。フィルタの膜厚を薄くし
ファイバ間隔を接近させているので、挿入損失は０．８
ｄＢ 程度である。フィルタの透過波長特性は、励起波
長および信号波長において透過性がよく、１．０５μｍ
で透過率が悪いという特性である。
の構成を示し、図２（ｂ） には、フィルタの透過特性
を示す。 このフィルタ８は約１０μｍ 程度の厚さの誘電体多層
膜フィルタを、反射防止のため斜め研磨したファイバ間
に挿入した構造となっている。フィルタの膜厚を薄くし
ファイバ間隔を接近させているので、挿入損失は０．８
ｄＢ 程度である。フィルタの透過波長特性は、励起波
長および信号波長において透過性がよく、１．０５μｍ
で透過率が悪いという特性である。
【０００９】図３は、得られた増幅特性を示す。この増
幅特性の評価にあたっては、３種類のネオジミウム添加
フッ化物ファイバを用いた。すなわち、フィルタを３個
挿入したもの、１個挿入したもの、フィルタを挿入して
ないもの、の３種類である。試験条件としては、前方、
後方よりそれぞれ、５０ｍＷ出力の励起光をファイバ内
に導いた。図３より、わかるようにフィルタを挿入する
ことにより、増幅特性は、飛躍的に向上することが理解
できる。また、フィルタをさらに増加しても、利得はこ
れ以上には増加しないことがわかった。これは、フィル
タ間の間隔に相当するファイバ長での増幅率がフィルタ
の損失値よりも小さくなれば、それ以上多くのフィルタ
を挿入しても１．３ μｍ 帯増幅率を向上させるため
に役にはたたないことを意味している。むしろ、個数を
増やしても挿入損の増加となり、逆効果である。以上の
結果から、適切にフィルタを挿入することにより、１０
０ｍＷ 程度の励起入力で最大１８ｄＢが得られること
がわかった。
幅特性の評価にあたっては、３種類のネオジミウム添加
フッ化物ファイバを用いた。すなわち、フィルタを３個
挿入したもの、１個挿入したもの、フィルタを挿入して
ないもの、の３種類である。試験条件としては、前方、
後方よりそれぞれ、５０ｍＷ出力の励起光をファイバ内
に導いた。図３より、わかるようにフィルタを挿入する
ことにより、増幅特性は、飛躍的に向上することが理解
できる。また、フィルタをさらに増加しても、利得はこ
れ以上には増加しないことがわかった。これは、フィル
タ間の間隔に相当するファイバ長での増幅率がフィルタ
の損失値よりも小さくなれば、それ以上多くのフィルタ
を挿入しても１．３ μｍ 帯増幅率を向上させるため
に役にはたたないことを意味している。むしろ、個数を
増やしても挿入損の増加となり、逆効果である。以上の
結果から、適切にフィルタを挿入することにより、１０
０ｍＷ 程度の励起入力で最大１８ｄＢが得られること
がわかった。
【００１０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のファ
イバ型１．３ μｍ 帯増幅器は、１００ｍＷ 程度の
０．８ μｍ 帯レーザダイオードにより、最大で約１
８ｄＢの利得が得られることが明らかとなった。
イバ型１．３ μｍ 帯増幅器は、１００ｍＷ 程度の
０．８ μｍ 帯レーザダイオードにより、最大で約１
８ｄＢの利得が得られることが明らかとなった。
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】（ａ） は、本発明の実施例で用いたフィルタ
の構成図である。（ｂ） は、（ａ） に示すフィルタ
の特性図である。
の構成図である。（ｂ） は、（ａ） に示すフィルタ
の特性図である。
【図３】励起パワーに対する利得を示す図である。
【図４】ネオジミウム添加フッ化物ファイバのエネルギ
ーレベルを示す図である。
ーレベルを示す図である。
１ 信号入力用コネクタ
２ 励起用半導体レーザモジュール
３ ０．８２μｍ 帯半導体レーザ
４ 偏波ビームスプリッタ
５ レンズ
６ ダイクロイックミラー
７ ネオジミウム添加フッ化物ファイバ８ フィル
タ ９ 斜め研磨ファイバ端 １０ 狭帯域フィルタ １１ 信号出力用コネクタ端子 １２ 狭帯域フィルタ板 １３ 固定用部材
タ ９ 斜め研磨ファイバ端 １０ 狭帯域フィルタ １１ 信号出力用コネクタ端子 １２ 狭帯域フィルタ板 １３ 固定用部材
Claims (1)
- 【請求項１】 １．３ μｍ 帯に蛍光特性を有する
希土類元素のネオジミウムをコア内に添加したシングル
モード光ファイバを増幅用媒体とし、該光ファイバに波
長１．３ μｍ 付近の信号光とともに励起用光を入射
させ、励起状態のネオジミウムの信号光による誘導放出
効果を利用して光直接増幅を行う光増幅器において、増
幅用媒体である光ファイバに１．３ μｍ 帯の光およ
び励起光波長のみを通過し得る光学的フィルタを内蔵し
たことを特徴とするファイバ型１．３ μｍ 帯光増幅
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3012657A JPH04235534A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | ファイバ型１．３ μｍ 帯光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3012657A JPH04235534A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | ファイバ型１．３ μｍ 帯光増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04235534A true JPH04235534A (ja) | 1992-08-24 |
Family
ID=11811433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3012657A Pending JPH04235534A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | ファイバ型１．３ μｍ 帯光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04235534A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63307407A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-15 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光合波分波器 |
-
1991
- 1991-01-11 JP JP3012657A patent/JPH04235534A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63307407A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-15 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光合波分波器 |
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