JPH043482A - ファイバレーザ媒質およびこれを用いた光増幅器 - Google Patents

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、光フアイバ形の発光素子として用いられるフ
ァイバレーザ媒質およびこれを用いた光増幅器に関する
ものである。

（従来の技術） 近年、光ファイバを使用した光通信システムの進歩には
、めざましいものがある。光通信システムは、他の通信
システムに比べて中継距離を長くすることができ、電磁
誘導雑音対策が不要であり、高密度な情報を遠く伝搬で
きる等の利点があるので、徐々に他の通信システムに代
わりつつある。

このような光通信に用いられる光ファイバの開発におい
ても、光の伝送損失を低減するために、光ファイバのコ
アおよびクランドの材料開発、ならびに発光素子、受光
素子、光増幅器等の光素子の開発が盛んに進められてい
る。特に最近のＥｒドープファイバ光増幅器の使用によ
る伝送距離の飛躍的な拡大は、光遡信システムの発展に
大いに貢献した。Ｅｒドープファイバ光増幅器は、イン
−ライン形の増幅器であり、偏波依存性が無く、高利得
が得られ、低雑音であり、温度変動による利得変化がほ
とんど無く、また光ファイバとの結合損失が小さい等、
多くの長所を有している。今日の光通信システムで用い
られる１、３μｍ帯および１．５５μ腸帯のうち、１．
５５μ園帯の増幅器としての利用に限られるという短所
も有している。これはドープされた元素固有の発光を用
いるからで、Ｅｒには１．３μ−の発光は無いからであ
る。一方、１．３μ−帯の光フアイバ形光増幅器には、
Ｎｄの１．３μ腸の許容発光遷移を利用したものが考え
られており、石英ガラス、リン酸ガラス、ポロン酸ガラ
ス、フッ化物ガラスにＮｄをドープしたものも作られて
いる。しかしながら、レーザ遷移の確率よりも、励起状
態の電子をさらに励起させるための吸収（励起吸収とい
う）の確率の方が大きいので、石英ガラスでは全＜１．
３μｍ帯の増幅が期待できない。他のガラスの中でもフ
ッ化物ガラスは、最も励起吸収の影響が小さく、１．３
μｍ帯の増幅が得られるが、非常に効率が悪かった。従
って、フッ化物ガラスで効率よく発光が得られるファイ
バレーザ媒質およびこれを用いた光増幅器の実現が要望
されている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、レーザ光の発振波長が１．３μｍ帯であり、
しかも光通信用赤外光用ファイバと低結合損失で接続可
能な光フアイバ形状を有するファイバレーザ媒質および
これを用いた光増幅器を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記問題点を解決するものとして、鋭意
検討、研究を重ねた結果、ＮｄをＮｄ”として、またＥ
ｕをＥｕ”として同時に含有したフッ化物ガラスファイ
バをレーザ媒質として用いると、現行の１．３μ一光通
信システムに用いられている石英ガラスファイバ等の光
ファイバに高効率に発振、伝搬でき、しかも光ファイバ
との接続が容易で光増幅器としても使用できることを見
い出した。すなわち本発明によると、コア部がＮｄとＥ
ｕとを同時に含有し、赤外波長の発振光を得ることを特
徴とするフッ化物ガラスファイバレーザ媒質を提供でき
る。

また本発明者らは、Ｅｕ”を共ドープすることにより、
Ｎｄ”の’１１３／２準位から、それと同程度のエネル
ギー準位にあるＥｕ”の７Ｆ、準位へのエネルギー移行
が起こり、Ｎｄ’°の’ｌ１ｆｆ／□準位の寿命が短く
なり、結果的に励起吸収より１．３μ■の発振に関与す
る４Ｆ３７□→’ＩＩＩ／□遷移確率の方が大きくなり
ることを見い出した。これにより高効率で１．３μｍ帯
の光を得ることが可能となる。

（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が、本
発明はこれになんら限定されるものではない。

第１図に本発明の光増幅器の一実施例の構成を示す。

図示の装置は、光信号であるレーザ光２を伝送する光フ
ァイバ３と、レーザ媒質１を励起する励起光４を伝送す
るための光ファイバ５と、これらの光ファイバ３と光フ
ァイバ５を結合する合波器６と、合波器６の末端に当接
した本発明のファイバレーザ媒質１とを備えるものであ
る。本発明の実施例では合波器６として、０．８μｍ　
／１．３μｍの波長分割多重型の光カップラが好適であ
る。また光信号であるレーザ光２は本発明のファイバレ
ーザ媒質１により発振するレーザ光と同じ波長のレーザ
光である。また励起光４は本発明のフッ化物ガラスレー
ザ媒質１を励起するための光源である。

このような光増幅器を用いて光信号を増幅するためには
、まず、励起光４を光ファイバ５を通して合波器６に入
力し、レーザ媒質１が発振するように励起光４の出力を
増加する。この励起光４を、レーザ媒質１が発振し始め
る強度（しきい値）の約９５％にしておき、光信号であ
るレーザ光２を光ファイバ３を通して合波器６に入力す
る。合波器（カン１ラ）６の波長依存性により、光信号
であるレーザ光２は、レーザ媒質ｌの連結されている出
力端に出射する。このような操作により、レーザ媒質１
から増幅された光信号を取り出すことができる。

Ｎｄ３°にＥｕ”を含有させた本発明においては、Ｎｄ
”のみドープしている場合と比較して１．３μｍ帯の蛍
光強度が高くなるので、大きい利得が得られる。その理
由としてファイバレーザ媒質に含有するＮｄとＥｕは、
ファイバ中においてそれぞれＮｄ”　、　Ｅｕ３＋の形
で存在し、Ｎｄ”の４準位系の電子励起準位間の遷移を
促進するために、Ｎｄ”のレーザ終準位から、それと同
程度のＥｕ”のエネルギー準位へのエネルギー移行を利
用して赤外線レーザ発振を効率よく実現させているから
である。すなわち第２図に示すように、適当な波長（エ
ネルギー）の光源（本発明では０．７９μｍ程度の波長
の高出力半導体レーザが望ましい）により、Ｎｄ”中の
電子が高エネルギー状態に励起され、格子振動を伴うエ
ネルギー緩和による非放射過程により、基底状態から１
１５００ｃｍ−’高いエネルギー状態にあるレーザ始準
位（’Ｆ３／□）へ緩和する。１．３μｍ帯光通信シス
テムへの適用を考えた本発明においては、始準位から、
基底状態より約４０００ｃｍ−’高いエネルギー状態の
レーザ終準位（’１１３／Ｚ）への１．３μ＃ｌ誘導放
射に基づきレーザ発振をさせるものである。しかしなが
ら、始準位を同じくし、終準位が’ｌ１ｆｆ／２より１
５００〜２０００Ｃ１１−’低い状態の’Ｉ１１／□へ
の遷移（発光波長１．０６μｍ）の方が、誘導放出断面
積が大きいので、競合する１、３μ−の発振は効率よく
行われなかった。

本発明者らは、上記問題点に対して鋭意検討を重ねた結
果、Ｅｕ”を共ドープすることにより、Ｎｄ”の’１１
３／□準位から、それと同程度のエネルギー準位にある
Ｅｕ”の′Ｆ３、および？Ｆ４準位へのエネルギー移行
が起こり、Ｎｄ”の’Ｉ＋３／□準位の寿命が短くなり
、結果的に励起吸収より１．３μｍの発振に関与する４
Ｆ、７□→’１１３／□遷移確率が大きくなることを見
い出した。これにより高効率で１．３μＩ帯の光を得る
ことが可能となる。

本発明において、ファイバレーザ媒質としては、ＺｒＦ
４−ＢａＦ２−ＬａＦ：＋−ＡｌＦ３系のフッ化物ガラ
スの材料を主成分とする光ファイバが使用される。光フ
ァイバの材料が石英ガラスなどの材料を主成分とする場
合においては、Ｎｄ”、　Ｅｕ”を含有させても、励起
吸収の方が、レーザ遷移に比べて支配的になるから好ま
しくない。

本発明によるファイバレーザ媒質の好ましい組成として
は、ファイバに前記のＺｒＦ４−ＢａＦ４＝ＬａＦ３Ａ
ｊ２Ｆ３系のフッ化物ガラスを主成分とする場合には、
ＺｒＦｎ＝５０〜５８　ｍｏｆ％、　ＢａＦｚ＝３３〜
３６ｍｏｌ％、ＬａＦ３＝３〜６ＩＩｌｏ１％、ＡＩＦ
３＝２〜５ＩＩｌｏ！％であり、ＮｄＦ　：＋　とＥｕ
Ｆ３とがともに１ｍｏｆ％以下である。さらにこのフッ
化物ファイバのコア径が５．５〜７．５μｍ、クラッド
径が１２５μｍであり、カットオフ波長が０．７８〜０
．８０μ−であるようなシングルモードファイバが好適
である。

本発明の赤外線ファイバレーザ媒質を用いたファイバレ
ーザの発振法としては、ファイバレーザ媒質を、レーザ
発振波長λがＬ’＝（λ／２）ｎを満足するような所定
の長さしに、鋭利な刃物で切断し、この両断面に反射率
が９０％程度になるようにＡｇ、　Ａｕ、　Ａｊ２等を
蒸着し、その一方の蒸着量を制御してハーフミラ−とし
、レーザ出力部を構成する。このようなファイバを固定
し、長さ方向に励起光を照射してレーザ発振させること
ができる。

励起光としては高出力Ａ　Ｉ　ＧａＡｓ半導体レーザ等
が用いられる。

以上説明したファイバレーザ媒質は、光増幅器として使
用できるものである。光増幅器として使用する場合には
、照射する励起光強度をレーザ発振のしきい値の９５〜
９８％程度にしておき、レーザ媒質に該レーザ媒質の発
振波長と同じ波長の光信号を入射すればよい。この際、
光信号は反転分布が生じているレーザ媒質中を誘導放出
を伴いながら通過するので、該光信号と同じ波長および
位相のレーザ光を発生させる。このためレーザ媒質から
増幅した信号を取り出すことができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明のファイバレーザ媒質
は、光ファイバの伝送損失を低減する発振波長特性を有
する光フアイバ用発光素子であり、光ファイバとの接続
も容易である。

また本発明のファイバレーザ媒質は、１．３μｍ帯光通
信システム中での光ファイバの中継点で連結して光増幅
器としても利用することができるので、将来の光フアイ
バシステムとして有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光増幅器の一実施例の構成を示す概略
図、 第２図はＬａＦ３結晶中におけるＮｄ”＋およびＥｕ”
のエネルギー準位を示す図である。 ■・・・レーザ媒質　　　　　２・・・光信号（レーザ
光）３・・・光ファイバ　　　　　４・・・励起光５・
・・光ファイバ　　　　　６・・・合波器（カップラ）
第２図 肩先ＬａＦｓ Ｅｕ”：ＬａＦＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コア部がＮｄ（ネオジミウム）およびＥｕ（ユーロ
   ビウム）をともに含有し、赤外波長の発振光を得ること
   が可能なフッ化物ガラスファイバレーザ媒質において、
   該ファイバレーザ媒質の組成がＺｒＦ＿４＝５０〜５８
   ｍｏｌ％、ＢａＦ＿２＝３３〜３６ｍｏｌ％、ＬａＦ＿
   ３＝３〜６ｍｏｌ％、ＡｌＦ＿３＝２〜５ｍｏｌ％であ
   り、ＮｄＦ＿３とＥｕＦ＿３とがともに１ｍｏｌ％以下
   であり、このフッ化物ファイバのコア径が５．５〜７．
   ５μｍ、クラッド径が１２５μｍであり、かつカットオ
   フ波長が０．８μｍ程度であることを特徴とするファイ
   バレーザ媒質。 ２、光信号を伝搬する手段と、励起光を伝搬する手段と
   該光信号および励起光を伝搬する手段に接続する光学的
   合波器と、該光学的合波器の出力部に光増幅作用を有す
   る光ファイバを接続して構成される光増幅器において、
   励起光として波長０．７８〜０．８０μｍの半導体レー
   ザを用いるととも、該光ファイバは赤外波長の光を効率
   よく増幅する光増幅媒体であり、この光ファイバの組成
   が請求項１に記載のファイバレーザ媒質の組成と同じで
   あることを特徴とする光増幅器。