JPH0459635A - Optically functional glass and fiber amplifier - Google Patents
Optically functional glass and fiber amplifierInfo
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- JPH0459635A JPH0459635A JP2167407A JP16740790A JPH0459635A JP H0459635 A JPH0459635 A JP H0459635A JP 2167407 A JP2167407 A JP 2167407A JP 16740790 A JP16740790 A JP 16740790A JP H0459635 A JPH0459635 A JP H0459635A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は1.3μm帯での光増幅に使用される光機能性
ガラス及びファイバ増幅器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to optical functional glass and fiber amplifiers used for optical amplification in the 1.3 μm band.
希土類元素を添加した光機能性ガラスは、一般に1.3
10±0.025μmの範囲で行われる1、3μm帯で
の光通信に使用するファイバ増幅器、ファイバセンサ、
ファイバレーサ等の光機能性装置への応用か考えられて
いる。例えば、燐酸塩系の多成分ガラスにネオジムイオ
ン(N d ”)を添加したガラスを準備し、このガラ
スから形成した光ファイバのレーサ発振特性について評
価した旨の報告(ELECRONIC3LETTER3
,1990,Vol、2B。Optical functional glass doped with rare earth elements generally has a
Fiber amplifiers and fiber sensors used for optical communication in the 1 and 3 μm band in the range of 10 ± 0.025 μm,
Application to optical functional devices such as fiber lasers is being considered. For example, there is a report on preparing a phosphate-based multi-component glass with neodymium ions (N d '') added to it, and evaluating the laser oscillation characteristics of an optical fiber formed from this glass (ELECRONIC3LETTER3).
, 1990, Vol. 2B.
No、2.I)p121−122)等がなされている。No, 2. I) p121-122) etc. have been made.
この報告では、光ファイバの特性に関して、蛍光ピーク
が波長1.32μmに存在し、レーザ発振ピークが波長
1.36μmに存在し、E S A (exceeds
tate absorpNon)ピークが波長1.31
μm帯域に存在するという結果が示されている。In this report, regarding the characteristics of optical fiber, the fluorescence peak exists at a wavelength of 1.32 μm, the laser oscillation peak exists at a wavelength of 1.36 μm, and E S A (exceeds
(absorpNon) peak wavelength is 1.31
The results show that it exists in the μm band.
しかし、上記の報告に示される多成分ガラスでは波長1
.3μm帯で利得か得られていなかった。However, in the multi-component glass shown in the above report, the wavelength 1
.. Only gain was obtained in the 3 μm band.
このように利得が得られない理由として、N d ””
の波長1.32μmでの蛍光ピークが比較的微弱である
ことと、ESA遷移による比較的大きな吸収ピークがち
ょうど1.31μm帯域に存在することとか考えられて
いる。The reason why no gain is obtained is that N d ””
It is thought that the fluorescence peak at a wavelength of 1.32 μm is relatively weak, and that a relatively large absorption peak due to ESA transition exists exactly in the 1.31 μm band.
そこで、上述の事情に鑑み、本発明は、波長1.3μm
帯での光増幅を可能にする、或いはその増幅効率を高め
る光機能性ガラスを提供することを目的としている。Therefore, in view of the above-mentioned circumstances, the present invention has a wavelength of 1.3 μm.
The object of the present invention is to provide an optically functional glass that enables optical amplification in a band or increases the amplification efficiency.
また、本発明は、上記光機能性ガラスを用いた光ファイ
バを含むファイバ増幅器を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a fiber amplifier including an optical fiber using the optically functional glass described above.
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明者は上記
課題の解決のため、鋭意研究を重ねた結果、Nd3+を
活性物質として含む光機能性ガラスであって、波長1.
3μm帯での光増幅を可能にする、或いはその増幅効率
を高めるガラスを見出した。[Means and Effects for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research and found that a light functional glass containing Nd3+ as an active substance has a wavelength of 1.
We have discovered a glass that enables optical amplification in the 3 μm band or increases its amplification efficiency.
本発明に係る光機能性ガラスにあっては、希土類元素の
イオンであるセリウムイオン(Ce3+)テルビウムイ
オン(Tb””)、プラセオジムイオン(Pr )及
びサマリウムイオン(S m ””)の3十
内少なくとも一種類のイオンを、N d ”、!:共に
ホストガラス(マトリックスガラス)に添加することと
している。In the optically functional glass according to the present invention, rare earth element ions such as cerium ion (Ce3+), terbium ion (Tb""), praseodymium ion (Pr), and samarium ion (S m "") are within 30 At least one type of ion is added to the host glass (matrix glass).
本発明に係る光機能性ガラスにおいては、3+
3+ 3+Ce Tb Pr
若しくはSm3+又はこれらの組み合わせをホスト
ガラスに共添加することにより、Nd”Ol、06μm
帯での発光を抑制できることと、この結果波長1.3μ
m帯での光増幅に適したガラスを得ることかできること
とが後述のように判明した。In the optically functional glass according to the present invention, 3+
3+ 3+Ce Tb Pr
Alternatively, by co-doping Sm3+ or a combination thereof to the host glass, Nd"Ol, 06μm
It is possible to suppress light emission in the band, and as a result, the wavelength is 1.3μ.
As will be described later, it has been found that it is possible to obtain a glass suitable for optical amplification in the m band.
上記の現象に関し、本発明者は次のような仮説を立てて
検討した。Regarding the above phenomenon, the present inventor formulated and studied the following hypothesis.
即ち、Nd3+添加の光機能性ガラスに導入された0、
8μm帯の励起光は活性物質であるNd3+を励起する
。この結果1、エネルギー準位 F3/2からエネルギ
ー準位 I への遷移に対応する13/2
1.3μm帯の輻射と、その他の輻射として、エネルギ
ー準位 F からエネルギー準位3/2
”11/2への遷移に対応する1、06μm帯の輻射等
か可能になる。That is, 0, introduced into the Nd3+-doped optical functional glass,
Excitation light in the 8 μm band excites Nd3+, which is an active substance. As a result 1, radiation in the 13/2 1.3 μm band corresponding to the transition from energy level F3/2 to energy level I, and other radiation from energy level F to energy level 3/2 "11 It becomes possible to emit radiation in the 1.06 μm band corresponding to the transition to /2.
Ndイオンに関する上記の現象を統計的に考えてみる。Let us consider statistically the above phenomenon regarding Nd ions.
ホストガラス中のN d 3”O多数は、励起されて波
長1.06μm帯、波長1.3μm帯等の発光に対応す
る遷移が可能な状態となっている。A large number of N d 3''O atoms in the host glass are excited and are in a state in which a transition corresponding to light emission in the 1.06 μm wavelength band, 1.3 μm wavelength band, etc. is possible.
励起された上記Nd3+の一部分は、自然放出或いは誘
導放出により所定の確率で波長1.3μm帯の光を放射
する。また、励起された上記Nd”+の一部分は、自然
放出或いは誘導放出により、所定の確率で波長1,3μ
m帯の光ではなく波長1.06μm帯の光を放射する。A portion of the excited Nd3+ emits light in the wavelength band of 1.3 μm with a predetermined probability by spontaneous emission or stimulated emission. Further, a part of the excited Nd''+ has a wavelength of 1.3 μm with a predetermined probability due to spontaneous emission or stimulated emission.
It emits light with a wavelength of 1.06 μm instead of m-band light.
この場合、N d ””O波長1.06μm帯の放射光
を抑制するための物として、波長1.06μm帯の放射
光のみの抑制体がホストガラス中にある程度の量存在す
れば、これらの抑制体はNd3”Ol、06μm帯先の
放射を抑制し、更に波長1,06μm帯の光に起因する
誘導放出を抑制することかできる。In this case, if a certain amount of suppressor for only the radiated light in the 1.06 μm wavelength band is present in the host glass as a substance for suppressing the radiated light in the 1.06 μm wavelength band, these The suppressor is Nd3''Ol, which suppresses radiation at the end of the 06 μm band, and can further suppress stimulated emission caused by light in the 1.06 μm wavelength band.
この結果、波長1.3μm帯での誘導放出の効率の低下
を防止することかできる。As a result, it is possible to prevent the efficiency of stimulated emission from decreasing in the wavelength band of 1.3 μm.
以上の仮説について、第1図及び第2図を参照してより
具体的に説明する。The above hypothesis will be explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.
第2図は、燐酸塩系のガラス試料に添加された活性物質
であるN d 3”(7)エネルギー準位を示した図で
ある。図に示す吸・発光遷移の波長は、このガラスから
作製したファイバを自記分光光度計及び光スペクトルア
ナライザを用いて測定することにより算出したものであ
る。主な遷移について説明すると、約0.80μmの励
起光により、基底遷移する。このようなポンピングによ
り、準位4F と、準位 1 、 1 、
’13/2 9/2 11/2 1
3/2及び ■ との間に反転分布が形成されると、
15/2
波長0.88μm、波長1.06μm、波長1.33μ
mをピークとした発光が可能になる。Figure 2 shows the energy level of N d 3'' (7), an active substance added to a phosphate-based glass sample.The wavelength of the absorption/emission transition shown in the figure is It was calculated by measuring the fabricated fiber using a self-recording spectrophotometer and an optical spectrum analyzer.Explaining the main transitions, the fundamental transition occurs due to excitation light of approximately 0.80 μm.By such pumping, , level 4F, and level 1, 1,
'13/2 9/2 11/2 1
When a population inversion is formed between 3/2 and ■,
15/2 Wavelength 0.88μm, Wavelength 1.06μm, Wavelength 1.33μm
It becomes possible to emit light with a peak of m.
これらの発光の強度は、外因がないものとすれば自然放
出による発光と考えてよく、Nd”+添加ガラスの蛍光
ピークの高さに対応するものと考えられる。波長0.8
8μm5波長1.06μm及び波長1.33μmにおけ
るN d ”(r)蛍光ピーク高さは、波長0.8μm
帯励起光のみをNd3+を添加したバルクガラスに入射
させることて求まり、それらの比はそれぞれ約5:9:
1であった。The intensity of these light emissions can be considered to be light emission due to spontaneous emission, assuming that there is no external cause, and is thought to correspond to the height of the fluorescence peak of the Nd"+ doped glass. Wavelength 0.8
The N d ”(r) fluorescence peak height at 8 μm5 wavelength 1.06 μm and wavelength 1.33 μm is 0.8 μm wavelength.
It was determined by injecting only the band excitation light into bulk glass doped with Nd3+, and the ratio was approximately 5:9:
It was 1.
この様に、波長1.06μm帯での発光確率が非常に大
きいという事実に対し、この発光の低減及びこれに起因
する誘導放出を低減させるための方法を示したのが第1
図である。In this way, in response to the fact that the probability of light emission in the 1.06 μm wavelength band is extremely large, the first method was to demonstrate a method for reducing this light emission and the stimulated emission caused by this.
It is a diagram.
波長0.8μm帯光6励起されたNd””は、例えば自
然放出により波長0.88μm帯、波長1.06μm帯
及び波長1.3μm帯の光を放射する。ここで、発光確
率の比較的高い1.06μm帯光の6の適当な抑制体と
して、基底準位の約2000 crn−’上方にエネル
ギー準位を有する活性イオンがN d ””(7)近傍
に存在すれば、この活性イオンの上記エネルギー準位に
存在する励起された電子からのエネルギ伝達により、N
d3+の基底411□/2に励起されることとなる。こ
の結果、多411□/2との間の反転分布が選択的に消
滅し、或いはその反転分布の度合いが減少し、準位4F
3/2から準位4■
1□/2への遷移に対応する波
長1.06μm放射の放射が制限される。このように波
長1.06μm帯での発光が抑制された状3+
態のNd を含むガラスに1.3μm帯の信号光が入
射すると、波長1.3μm帯での誘導放出が1.06μ
m帯での発光に妨げられること無く効果的に行われる。Light in the wavelength band of 0.8 μm 6 Excited Nd'' emits light in the wavelength band of 0.88 μm, 1.06 μm, and 1.3 μm by spontaneous emission, for example. Here, an active ion having an energy level about 2000 crn-' above the ground level is in the vicinity of N d "" (7) as a suitable suppressor of light in the 1.06 μm band with a relatively high probability of light emission. If the active ion exists in the
It will be excited to the base 411□/2 of d3+. As a result, the population inversion between 411□/2 selectively disappears, or the degree of the population inversion decreases, and the level 4F
Emission of the 1.06 μm wavelength radiation corresponding to the transition from 3/2 to level 4 1 □/2 is restricted. When signal light in the 1.3 μm band is incident on glass containing Nd in the 3+ state where emission in the 1.06 μm wavelength band is suppressed, stimulated emission in the 1.3 μm wavelength band is 1.06 μm.
This is effectively carried out without being hindered by light emission in the m band.
よって、ESAに起因する波長1.3μm帯域での吸収
の存在にもがかわらず、波長1.3μm帯での光増幅・
発光が可能になるとともに、光増幅の利得を増大させる
ことができる。Therefore, despite the existence of absorption in the 1.3 μm wavelength band caused by ESA, optical amplification and
It is possible to emit light and increase the gain of optical amplification.
上記抑制体の条件としては、基底準位の約2000cm
上方にエネルギー準位を有することのみならず、波
長的1.3μm帯の放出光を吸収しないものであること
、励起光を吸収しないこと等も必要である。この様な抑
制体として活性イオンを用いてこれをNd3+と共にホ
ストガラスに添加する場合、吸収帯がブロードな遷移金
属の使用は適さず、吸収帯がシャープな希土類元素の使
用か望ましい。更に、その活性イオンの基底準位がら約
2000CI11−1上方のエネルギー準位の状態密度
が高いことか望ましい。このような条件での希土類元素
イオンの選択を示したのが第3図である。The conditions for the above suppressor are approximately 2000 cm of the ground level.
It is necessary not only to have an upper energy level, but also not to absorb emitted light in the 1.3 μm wavelength band and not to absorb excitation light. When using active ions as such suppressors and adding them to the host glass together with Nd3+, it is not suitable to use transition metals with broad absorption bands, but it is preferable to use rare earth elements with sharp absorption bands. Furthermore, it is desirable that the density of states at the energy level approximately 2000 CI11-1 above the ground level of the active ion is high. FIG. 3 shows the selection of rare earth element ions under such conditions.
尚、第3図に示される希土類元素のエネルギー準位は結
晶中のものである。上記の条件を満たす希土類元素の候
補として、Ce3+3+3+Tb Pr
若しくはSm”+が望ましいことがゎがる。ce3+7
F6遷移、Pr の H5−H4遷移及び3+ 3
3
5m3+の6)I −6H遷移は、それぞれ波9/
2 5/2
数的2300 cm 1900 cm 210
0 cm−1及び23008m−’となっており、これ
らの値は準位 I と準位 I との差約2000c
m−1に対応する。Note that the energy levels of the rare earth elements shown in FIG. 3 are those in the crystal. Ce3+3+3+Tb Pr or Sm"+ is desirable as a rare earth element candidate that satisfies the above conditions.ce3+7
F6 transition, H5-H4 transition of Pr and 3+3
The 6) I -6H transition of 3 5m3+ is wave 9/
2 5/2 Numerical 2300 cm 1900 cm 210
0 cm-1 and 23008 m-', and these values correspond to the difference between level I and level I of approximately 2000 c.
Corresponds to m-1.
なお、Ce3+$のイオンを波長1,06μm帯の発光
に対する抑制体として機能させるためには、3+
例えばCe については、エネルギー準位2F7/2
に電子か励起されている必要がある。このような励起を
起こさせるためには、5μm帯の励起光を用いてNd
を励起することが望ましい。In order to make Ce3+$ ions function as a suppressor for light emission in the 1.06 μm wavelength band, 3+ For example, for Ce, the energy level 2F7/2
An electron must be excited. In order to cause such excitation, excitation light in the 5 μm band is used to excite Nd.
It is desirable to excite
5μm帯の光が吸収されないようにするという条件から
すると、カルコゲナイドガラスの使用が最も望ましい。Considering the condition that light in the 5 μm band is not absorbed, it is most desirable to use chalcogenide glass.
上記の5μm帯の励起光に替わる他の方法としては、例
えばce3+P1gのより高い別のエネルギー準位に電
子を一旦励起し、この別の準位から準位2F
7/2に電子を遷移させる方法もあ
るか、更に別のイオンを用いてエネルギー伝達を行うこ
とも可能である。Another method to replace the above 5 μm band excitation light is to once excite electrons to another higher energy level, for example ce3+P1g, and then transition the electrons from this other level to level 2F 7/2. It is also possible to transfer energy using other ions.
上記の仮説が適切なものであるがどうかは不明である。It is unclear whether the above hypothesis is appropriate.
いずれにせよ、本発明者の実験・検討によれば、ガラス
中に、Nd”+と共にCe””Tb”Pr 若しくは
Sm 又はこれらの組み3+ 3
+
合わせを添加することにより、Nd3+の1.06μm
帯での発光をCe 等により抑制させることができ、
波長1.3μm帯での光増幅を可能にする或いはその増
幅効率を高める有望なガラスか得られた。In any case, according to the experiments and studies of the present inventors, in the glass, together with Nd"+, Ce""Tb"Pr or Sm, or a combination of these 3+3
+ 1.06μm of Nd3+ by adding
Luminescence in the band can be suppressed by Ce etc.
A promising glass that enables optical amplification in the 1.3 μm wavelength band or increases its amplification efficiency was obtained.
上記の光機能性ガラスは光伝送路用の素材として用いら
れ、例えば平面導波路等に形成してもよいが、上記の光
機能性ガラスからなるコアを備えた光ファイバを作製す
ることが、長尺の光伝送路を得る上では望ましく、また
波長1.3μm帯の光機能性装置を得る上でも望ましい
。即ち、上記ような光機能性ガラスは、これをコアとし
た光ファイバを作製することにより、ファイバレーザ、
ファイバ増幅器、ファイバ検出器等の光機能性装置への
応用が可能になる。The above-mentioned optical functional glass is used as a material for an optical transmission line, and may be formed into a planar waveguide, for example, but it is possible to produce an optical fiber with a core made of the above optical functional glass. This is desirable for obtaining a long optical transmission path, and also for obtaining an optical functional device in the wavelength band of 1.3 μm. In other words, the optically functional glass described above can be used to produce fiber lasers,
Application to optical functional devices such as fiber amplifiers and fiber detectors becomes possible.
上記光ファイバは、具体的には下記のようにして作製さ
れる。光機能性ガラスが例えばカルコゲナイドガラスを
用いたものであるときは、まず3+
Nd とCe”+等とを添加した光機能性ガラスから
なるプリフォームを準備し、第4図のような線引き装置
にこのプリフォームをセットし、光ファイバに線引きす
る。第4図に示すように、プリフォーム11は送り装置
12に固定されて徐々に降下する。このとき、プリフォ
ーム11はヒータ13て加熱され、軟化して線引きか開
始される。Specifically, the above optical fiber is manufactured as follows. When the optically functional glass is made of chalcogenide glass, for example, a preform made of optically functional glass doped with 3+ Nd, Ce''+, etc. is prepared, and then it is placed in a wire drawing device as shown in Figure 4. This preform is set and drawn into an optical fiber.As shown in Fig. 4, the preform 11 is fixed to a feeding device 12 and gradually lowers. It softens and begins to be drawn.
線引きされたファイバコア10は、キャプスタン14を
経由して、巻取ドラム15に巻き取られる。The drawn fiber core 10 is wound onto a winding drum 15 via a capstan 14.
こうして得られたファイバコア10をクラッドで被覆し
て光ファイバを作製する。光機能性ガラスが酸化物系或
いは弗化物系のガラスであるときは、ますNd3+とC
e3+1とを添加した光機能性ガラスをコアとするプリ
フォームをロッドインチューブ法等により準備する。次
に、このプリフォームを第4図に示す線引き装置にセッ
トし、光ファイバに線引きする。The fiber core 10 thus obtained is coated with a cladding to produce an optical fiber. When the optically functional glass is oxide-based or fluoride-based glass, Nd3+ and C
A preform having a core of optically functional glass doped with e3+1 is prepared by a rod-in-tube method or the like. Next, this preform is set in a drawing device shown in FIG. 4, and drawn into an optical fiber.
この光ファイバ10を用いた1、3μm帯のファイバ増
幅器の一構成例を第5図に示す。図に示すように、ファ
イバ増幅器は1.3μm帯の信号光の導波路となるファ
イバ30と、波長0.8μm帯の第1の励起光を発生す
る第1の励起光源32と、波長5μm帯の第2の励起光
を発生する第2の励起光源34と、これらの励起光を第
1の励起光源32から光ファイバ30内に入射させる光
学手段33とを備える。第1の励起光源32からの波長
0,8μm帯の励起光と第2の励起光源34からの波長
5μm帯の励起光とは、光学手段33であるファイバカ
プラ等により、信号光源31からの信号光と結合される
。結合された信号光及び励起光は、ファイバ30内にコ
ネクタ等を介して導入される。An example of the configuration of a 1.3 μm band fiber amplifier using this optical fiber 10 is shown in FIG. As shown in the figure, the fiber amplifier includes a fiber 30 that serves as a waveguide for signal light in the 1.3 μm band, a first pump light source 32 that generates first pump light in the 0.8 μm wavelength band, and a first pump light source 32 in the 5 μm wavelength band. The optical fiber 30 includes a second excitation light source 34 that generates second excitation light, and an optical means 33 that causes these excitation lights to enter the optical fiber 30 from the first excitation light source 32. The excitation light with a wavelength band of 0.8 μm from the first excitation light source 32 and the excitation light with a wavelength band of 5 μm from the second excitation light source 34 are connected to the signal from the signal light source 31 by an optical means 33 such as a fiber coupler. Combined with light. The combined signal light and excitation light are introduced into the fiber 30 via a connector or the like.
因みに、光ファイバ30の出力側に設けられたフィルタ
36は、励起光をカットするためのものであり、光スペ
クトラムアナライザ35は、増幅された信号光を測定す
るための装置である。マツチングオイル37は、融着延
伸により形成されたファイバカブラからの戻り光を防止
するためのものである。Incidentally, the filter 36 provided on the output side of the optical fiber 30 is for cutting off the excitation light, and the optical spectrum analyzer 35 is a device for measuring the amplified signal light. The matching oil 37 is for preventing return light from the fiber coupler formed by fusion drawing.
上記のような先ファイバと、第1及び第2の励起光源と
、光学手段とを備えた1、3μm帯のファイバ増幅器に
よれば、光学手段によりファイバ内に導入された波長0
.8μrn帯のN1の励起光によってコアガラス中のN
d3+が励起される。更に、波長5μm帯の第2の励起
光によってコアガ3+ 3+
ラス中のCe Tb””Pr 若しくは5m3+
またはこれらの組み合わせが励起される。これら3+
の抑制体は、Nd の1,06μm帯での発光を抑制
し、励起されたN d ”0)多くは、これと同時に先
ファイバ内に導入された1、3μm帯の信号光等に誘導
されて、波長1.3μm帯で効率の高い誘導放出を行う
こととなる。この結果、波長1.3μm帯でも光増幅利
得が得られるばがりてなく、波長1,06μm帯の発光
に起因するロスが減少する。更には、コアに光が効率的
に閉じ込められ、かつ、閉じ込められた光の損失が極め
て低いこととから、低閾値てNd3+に反転分布を形成
することかできる。According to the 1.3 μm band fiber amplifier equipped with the above-mentioned fiber end, first and second pumping light sources, and optical means, the wavelength 0 introduced into the fiber by the optical means
.. N in the core glass is stimulated by N1 excitation light in the 8 μrn band.
d3+ is excited. Furthermore, Ce Tb""Pr or 5m3+ in the core glass 3+ 3+ glass is stimulated by the second excitation light in the 5 μm wavelength band.
or combinations thereof are excited. These 3+ suppressors suppress the emission of Nd in the 1,06 μm band, and most of the excited N d ”0) reacts with the signal light in the 1,3 μm band, etc., introduced into the fiber at the same time. This leads to highly efficient stimulated emission in the wavelength band of 1.3 μm.As a result, it is possible to obtain optical amplification gain even in the wavelength band of 1.3 μm. Further, since light is efficiently confined in the core and the loss of the confined light is extremely low, population inversion can be formed in Nd3+ with a low threshold value.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
ます、光機能性ガラスとして、Nd3+と共に3+
3+ 3+Ce Tb
Pr 若しくは5m3+を添加したカルコゲナイド
ガラスを準備した。ホストガラスの組成は30Ge−2
0As−505とした。As an optical functional glass, 3+ as well as Nd3+
3+ 3+Ce Tb
Chalcogenide glass doped with Pr or 5m3+ was prepared. The composition of the host glass is 30Ge-2
It was set as 0As-505.
このホストガラスに添加した活性物質であるネオジムイ
オンの濃度はホストガラスに対し重量で1000 pp
mとした。抑制体として使用するCe Tb
Pr”+若しくはSm”+の濃度は、3+
3+
すべて1oooppmとした。また、比較のためCe”
+等を全く共添加していないカルコゲナイドガラスも準
備した。これらの試料はCe3+*を共添加してないも
の、Ce3+を共添加したもの、Tb3+を共添加した
もの、Pr3+を共添加したもの及びSm3+を共添加
したものの順に、試料A〜試料Eと名付けた。The concentration of neodymium ions, which is an active substance added to this host glass, is 1000 pp by weight based on the host glass.
It was set as m. CeTb used as inhibitor
The concentration of Pr”+ or Sm”+ is 3+
3+ All were set to 1oooppm. Also, for comparison,
A chalcogenide glass containing no co-added materials such as + was also prepared. These samples were named Samples A to E in the following order: one without Ce3+*, one with Ce3+, one with Tb3+, one with Pr3+, and one with Sm3+. Ta.
このガラスの光増幅特性を評価するため、下記のように
してファイバを作製した。まず、上記の組成のガラスを
棒状に成形し、コア用のプリフォームとする。その後、
準備したプリフォームを第4図の線引き装置にセットし
、ファイバコアに線引きした。このファイバコアはその
周りを保護のためFEPのクラッドで覆った。この結果
、コア径8μmで外径125μmの8Mファイバが得ら
れた。この8Mファイバは、測定のため1mの長さのフ
ァイバ試料に切り出した。In order to evaluate the optical amplification characteristics of this glass, a fiber was fabricated as follows. First, glass having the above composition is formed into a rod shape to form a core preform. after that,
The prepared preform was set in the drawing device shown in FIG. 4, and a fiber core was drawn. This fiber core was covered with a FEP cladding for protection. As a result, an 8M fiber with a core diameter of 8 μm and an outer diameter of 125 μm was obtained. This 8M fiber was cut into 1m long fiber samples for measurement.
このようなファイバ試料A−Hの特性の評価は、第5図
のファイバ増幅器等によって行った。The characteristics of the fiber samples A to H were evaluated using a fiber amplifier shown in FIG. 5 or the like.
第1の励起光源32としては、励起波長が0.78μm
で、励起出力か10mWのTi−サファイアレーザを用
いた。5μm帯の光源34は、熱線ヒータと適当なフィ
ルタとの組み合わせからなる。この光源34がら光ファ
イバ3oへの入力信号の強度は10mWとした。信号光
源31としては半導体レーザを使用した。その入力信号
の強度は、−30dBmとし、ピーク波長を1.310
μmとした。The first excitation light source 32 has an excitation wavelength of 0.78 μm.
A Ti-sapphire laser with an excitation output of 10 mW was used. The 5 μm band light source 34 consists of a combination of a hot wire heater and a suitable filter. The intensity of the input signal from this light source 34 to the optical fiber 3o was set to 10 mW. A semiconductor laser was used as the signal light source 31. The intensity of the input signal is -30 dBm, and the peak wavelength is 1.310 dBm.
It was set as μm.
なお、各試料A−Hについては、Nd3+の波長0.8
8μm帯、波長1.06μm帯及び波長1.33μm帯
の蛍光についても測定を行った。In addition, for each sample A-H, the wavelength of Nd3+ is 0.8
Fluorescence in the 8 μm band, 1.06 μm wavelength band, and 1.33 μm wavelength band was also measured.
それぞれの試料A−Eのバルクガラスに15.0mWの
0.8μm帯光δ1100mWの5.czm帯光とを入
射させ、出てくる蛍光をスペクトラムアナライザで測定
した。5. 15.0 mW of 0.8 μm band light δ1100 mW was applied to the bulk glass of each sample A-E. czm band light was incident, and the emitted fluorescence was measured with a spectrum analyzer.
試料A−Eの特性評価の結果を第6図の表に示す。The results of the characteristic evaluation of samples A-E are shown in the table of FIG.
表に示した各試料のケインは1.310μmにおけるも
のである。The cane of each sample shown in the table is at 1.310 μm.
3+3+
表からも明らかなように、Ce TbPr3+若し
くはs m 3”o添加と、波長5μm帯先0使用とに
より、利得か増大する。つまり、Ce3+等の抑制体を
共添加せず、波長5μm帯の励起光を使用していない従
来型の光ファイバ(試料A)では利得係数か1 、 2
dB/mWであるか、波長5μm帯の放射光によって
励起された抑制体が存在する場合には、最も利得の少な
いSm””f’+加の試料Eでも利得係数が1 、 5
dB/mWとなっている。更に、抑制体を使用するこ
とによるN d ””Ol、06μm帯での発光抑制は
、表に示した蛍光ピークの強度比によっても裏付けられ
る。すなわち、Ce3+等の抑制体を共添加したファイ
バ試料B−Eは、いずれも波長1.06μm帯での発光
ピークが減少しており、相対的に0.88μm帯及び1
.33μm帯の蛍光ピークが増大している。3+3+ As is clear from the table, the gain increases by adding Ce TbPr3+ or s m 3"o and using 0 at the wavelength 5 μm band. In other words, without co-doping suppressors such as Ce3+, the gain increases in the 5 μm wavelength band. In a conventional optical fiber (sample A) that does not use pumping light, the gain coefficient is 1 or 2.
dB/mW or when there is a suppressor excited by synchrotron radiation in the wavelength band of 5 μm, the gain coefficient is 1, 5 even for sample E with the lowest gain, Sm""f'+addition.
It is dB/mW. Furthermore, the suppression of luminescence in the N d ""Ol, 06 μm band by using the suppressor is also supported by the intensity ratio of the fluorescence peaks shown in the table. In other words, in fiber samples B-E co-doped with suppressors such as Ce3+, the emission peaks in the 1.06 μm wavelength band are reduced, and the emission peaks in the 0.88 μm band and 1.
.. The fluorescence peak in the 33 μm band has increased.
本発明のファイバ増幅器に使用した光ファイバは、例え
ばファイバレーザ等の装置にも応用する二とができる。The optical fiber used in the fiber amplifier of the present invention can also be applied to devices such as fiber lasers.
具体的には、ファイバレーザを、上記光ファイバと、第
1及び第2の励起光源と、光学手段と、光共振器とを備
えるように構成する。ここに、第1の励起光源は波長0
.8μm帯の励起光を発生し、第2の励起光源は波長5
μm帯の励起光を発生する。また、光学手段は励起光を
第1及び第2の励起光源から光ファイバ内に入射させる
。さらに、光共振器は光ファイバ内からの波長1,3μ
m帯の放射光を光ファイバにフィードバックする。Specifically, the fiber laser is configured to include the optical fiber, first and second excitation light sources, optical means, and an optical resonator. Here, the first excitation light source has a wavelength of 0.
.. It generates excitation light in the 8 μm band, and the second excitation light source has a wavelength of 5 μm.
Generates excitation light in the μm band. The optical means also causes excitation light to enter the optical fiber from the first and second excitation light sources. Furthermore, the optical resonator has a wavelength of 1.3μ from within the optical fiber.
The m-band radiation is fed back to the optical fiber.
上記のようなファイバレーザによれば、光学手段により
ファイバ内に導入された波長0.8μm帯の励起光によ
ってNd3+が励起される。この励起されたNd3+o
一部は、光ファイバ内からの波長1.3μm帯の放出光
と、先ファイバ内にフィードバックされた波長1.3μ
m帯の光とによって誘導され、波長1.3μm帯の放出
光を発生する。これを繰り返すことにより、波長1,3
μm帯でのレーザ発光が可能になる。According to the above-described fiber laser, Nd3+ is excited by excitation light in the wavelength band of 0.8 μm introduced into the fiber by optical means. This excited Nd3+o
Some of the light is emitted from the optical fiber with a wavelength of 1.3 μm, and the 1.3 μm wavelength that is fed back into the destination fiber.
m-band light, and generates emitted light with a wavelength of 1.3 μm. By repeating this, wavelengths 1 and 3
Laser emission in the μm band becomes possible.
以下に、ファイバレーザの実施例について説明する。Examples of fiber lasers will be described below.
具体的な構成は、Erをドープした公知のファイバレー
ザと同様である(rErドープファイ/<−J、Opl
us E、1990年1月、pp。The specific configuration is similar to a known Er-doped fiber laser (rEr-doped Phi/<-J, Opl
US E, January 1990, pp.
112〜118等参照。)。たたし本実施例の場合、光
ファイバとして、Nd3+、thCe3+Wとをドープ
した上記実施例の光ファイバを使用する。また、第1の
励起光源として、波長0.8μm帯の励起光を発生する
レーザダイオードを使用し、第2の励起光源として、波
長5μm帯の励起光を発生するヒータを使用する。See 112-118, etc. ). However, in the case of this embodiment, the optical fiber of the above embodiment doped with Nd3+ and thCe3+W is used as the optical fiber. Further, a laser diode that generates excitation light in a 0.8 μm wavelength band is used as the first excitation light source, and a heater that generates excitation light in a 5 μm wavelength band is used as the second excitation light source.
レーザダイオードからの波長0.8μm帯の励起光は、
レンズ等の適当な光学手段によって上記実施例に示した
光ファイバ内に導入される。同時に、ヒータからの波長
5μm帯の励起光もこの光ファイバ内に導入される。こ
の結果、光ファイバ内のNd”+は所定の状態に励起さ
れ、波長1.3μm帯での効率の良い発光が可能になる
。ここで、ファイバ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1,3μm帯でレーザ発振が生じる。The excitation light in the wavelength band of 0.8 μm from the laser diode is
It is introduced into the optical fiber shown in the above embodiments by suitable optical means such as a lens. At the same time, excitation light with a wavelength band of 5 μm from the heater is also introduced into this optical fiber. As a result, the Nd''+ in the optical fiber is excited to a predetermined state, making it possible to emit light efficiently in the 1.3 μm wavelength band. The output end and the end face of the laser diode constitute a resonator.As a result, when the output of the excitation light exceeds a predetermined value, laser oscillation occurs in the wavelength band of 1.3 μm.
なお、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。Note that the resonator may be of a type that uses a dielectric mirror or the like.
以上説明したように、本発明に係る光機能性ガラスによ
れば、励起されたCe3+等の抑制体の存在により1.
3μm帯での発光・光増幅か可能になり、或いはその増
幅効率を高めることができる。As explained above, according to the optically functional glass according to the present invention, 1.
It becomes possible to emit light and amplify light in the 3 μm band, or increase the amplification efficiency.
更に、これを導波路、光ファイバ等に形成することによ
り、光増幅装置、レーザ等の光機能性装置に応用できる
。特に、ファイバに形成した場合、低閾値で高利得のフ
ァイバ増幅器か得られる。Furthermore, by forming this into a waveguide, optical fiber, etc., it can be applied to optical functional devices such as optical amplification devices and lasers. In particular, when formed into a fiber, a low threshold and high gain fiber amplifier can be obtained.
第1図は本発明に係る光機能性ガラスに添加したNd及
び抑制体のエネルギー準位を示した図、第2図は従来型
のガラス中のNdのエネルギー準位を示した図、第3図
は希土類元素のイオンのエネルギー準位を示した図、第
4図は上記の光機能性ガラスを使用したファイバの形成
装置を示した図、第5図はファイバ増幅器の構成を示し
た図、第6図は第5図のファイバ増幅器の1.310μ
m帯でのゲインを示した図である。
10.30・・・光ファイバ、32・・・第1の励起光
源、34・・・第2の励起光源、33・・・光学手段で
あるカプラ。FIG. 1 is a diagram showing the energy levels of Nd added to the optically functional glass according to the present invention and the suppressor, FIG. 2 is a diagram showing the energy levels of Nd in the conventional glass, and FIG. The figure shows the energy level of rare earth element ions, Figure 4 shows a fiber forming apparatus using the above-mentioned optical functional glass, and Figure 5 shows the configuration of a fiber amplifier. Figure 6 shows the 1.310μ of the fiber amplifier in Figure 5.
It is a figure showing the gain in m band. 10.30... Optical fiber, 32... First excitation light source, 34... Second excitation light source, 33... Coupler which is optical means.
Claims (1)
であって、 Ce^3^+、Tb^3^+、Pr^3^+及びSm^
3^+の内少なくとも一種類のイオンをNd^3^+と
共に添加することを特徴とする光機能性ガラス。 2、請求項1に記載の光機能性ガラスを有して構成され
、波長1.3μm帯の信号光を伝搬する光ファイバと、
波長0.8μm帯の励起光を発生する第1の励起光源と
、波長5μm帯の励起光を発生する第2の励起光源と、
波長0.8μm帯及び波長5μm帯の前記励起光を前記
第1及び第2の励起光源から前記光ファイバ内に入射さ
せる光学手段と、を備えるファイバ増幅器。[Claims] 1. A photofunctional glass containing Nd^3^+ as an active substance, comprising Ce^3^+, Tb^3^+, Pr^3^+ and Sm^
An optical functional glass characterized in that at least one type of ion among Nd^3^+ is added together with Nd^3^+. 2. An optical fiber comprising the optically functional glass according to claim 1 and propagating signal light in a wavelength band of 1.3 μm;
a first excitation light source that generates excitation light in a wavelength band of 0.8 μm; a second excitation light source that generates excitation light in a wavelength band of 5 μm;
A fiber amplifier comprising: an optical means for causing the excitation light having a wavelength band of 0.8 μm and a wavelength band of 5 μm to enter the optical fiber from the first and second excitation light sources.
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