JPH0529699A - 光機能性ガラス - Google Patents
光機能性ガラスInfo
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- JPH0529699A JPH0529699A JP18486891A JP18486891A JPH0529699A JP H0529699 A JPH0529699 A JP H0529699A JP 18486891 A JP18486891 A JP 18486891A JP 18486891 A JP18486891 A JP 18486891A JP H0529699 A JPH0529699 A JP H0529699A
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- optical fiber
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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
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長１．３μｍ帯での光増幅を可能にする光
機能性ガラス及びこれを用いたファイバ増幅器等を提供
すること。 【構成】 光ファイバ３０に用いる光機能性ガラスは、
第１の希土類元素であるＰｒと共に、Ｓｍ及びＤｙの内
少なくとも一種類を第２の希土類元素として添加してあ
る。レーザ光源３２からの波長１．０７μｍ、波長０．
９８μｍ等の励起光の存在により、第２の希土類元素が
励起される。これに応じて、第２の希土類元素からエネ
ルギー伝達を受けた第１の希土類元素も励起される。励
起された第１の希土類元素は信号光に誘導されて、遷移
1Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光を
発生する。励起光が所定の強度を超えると、信号光は増
幅されることとなる。
機能性ガラス及びこれを用いたファイバ増幅器等を提供
すること。 【構成】 光ファイバ３０に用いる光機能性ガラスは、
第１の希土類元素であるＰｒと共に、Ｓｍ及びＤｙの内
少なくとも一種類を第２の希土類元素として添加してあ
る。レーザ光源３２からの波長１．０７μｍ、波長０．
９８μｍ等の励起光の存在により、第２の希土類元素が
励起される。これに応じて、第２の希土類元素からエネ
ルギー伝達を受けた第１の希土類元素も励起される。励
起された第１の希土類元素は信号光に誘導されて、遷移
1Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光を
発生する。励起光が所定の強度を超えると、信号光は増
幅されることとなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は１．３μｍ帯その他の波
長帯域での光増幅等に使用される光能動素子、光能動装
置、ファイバ増幅器、導波路素子増幅器、ファイバレー
ザ及び導波路素子レーザに関する。
長帯域での光増幅等に使用される光能動素子、光能動装
置、ファイバ増幅器、導波路素子増幅器、ファイバレー
ザ及び導波路素子レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】希土類元素を活性物質として添加した光
機能性ガラスは、一般に１．３１０±０．０２５μｍの
範囲で行われる波長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、ファイバレーザその
他の光能動装置への応用が考えられている。例えば、活
性物質としてプラセオジムイオン（Ｐｒ3+）を添加した
弗化物ガラスからなる光ファイバによって波長１．３μ
ｍ帯での光増幅を実現できるとの報告がなされている
（OFC '90 Post Deadline Papers(PD2-1) ）。
機能性ガラスは、一般に１．３１０±０．０２５μｍの
範囲で行われる波長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、ファイバレーザその
他の光能動装置への応用が考えられている。例えば、活
性物質としてプラセオジムイオン（Ｐｒ3+）を添加した
弗化物ガラスからなる光ファイバによって波長１．３μ
ｍ帯での光増幅を実現できるとの報告がなされている
（OFC '90 Post Deadline Papers(PD2-1) ）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の報告に
示されるＰｒ3+添加の弗化物ガラスらなる光ファイバで
は、波長１μｍ光の吸収強度が小さく、増幅効率が極め
て悪いといった問題があった。また、励起用の波長１μ
ｍのＬＤがない為、増幅器の実用化に際して、大きな問
題があった。
示されるＰｒ3+添加の弗化物ガラスらなる光ファイバで
は、波長１μｍ光の吸収強度が小さく、増幅効率が極め
て悪いといった問題があった。また、励起用の波長１μ
ｍのＬＤがない為、増幅器の実用化に際して、大きな問
題があった。
【０００４】そこで、本発明は、Ｐｒ3+を添加した光機
能性ガラスであって、波長１．３μｍ帯での発光・光増
幅の効率が高い光機能性ガラスを提供することを目的と
している。
能性ガラスであって、波長１．３μｍ帯での発光・光増
幅の効率が高い光機能性ガラスを提供することを目的と
している。
【０００５】また、本発明は、上記光機能性ガラスを用
いた光ファイバ及び導波路素子を提供することを目的と
する。
いた光ファイバ及び導波路素子を提供することを目的と
する。
【０００６】また、本発明は、上記光ファイバ及び導波
路素子を備える光能動装置を提供することを目的とす
る。
路素子を備える光能動装置を提供することを目的とす
る。
【０００７】また、本発明は、上記光ファイバを用いた
ファイバ増幅器及びファイバレーザを提供することを目
的とする。
ファイバ増幅器及びファイバレーザを提供することを目
的とする。
【０００８】また、本発明は、上記導波路素子を用いた
導波路素子増幅器及び導波路素子レーザを提供すること
を目的とする。
導波路素子増幅器及び導波路素子レーザを提供すること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記課題解決のため鋭意研究を重ねた結果、波長約１．０
μｍの励起光によって波長１．３μｍ帯での発光・光増
幅を可能にし、或いはその増幅効率等を高め得る光機能
性ガラスを見出した。
記課題解決のため鋭意研究を重ねた結果、波長約１．０
μｍの励起光によって波長１．３μｍ帯での発光・光増
幅を可能にし、或いはその増幅効率等を高め得る光機能
性ガラスを見出した。
【００１０】本発明に係る光機能性ガラスは、サマリウ
ムイオン（Ｓｍ3+）及びディスプロシウムイオン（Ｄｙ
3+）の内少なくとも一種類のイオンを第２の希土類イオ
ンとして、第１の希土類イオンであるＰｒ3+と共にホス
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。ホストガラスとしては、弗燐酸塩ガラス、燐酸塩
ガラス、ケイ酸塩ガラス、カルコゲナイドガラス、弗化
物ガラス、石英ガラス等の使用が可能である。
ムイオン（Ｓｍ3+）及びディスプロシウムイオン（Ｄｙ
3+）の内少なくとも一種類のイオンを第２の希土類イオ
ンとして、第１の希土類イオンであるＰｒ3+と共にホス
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。ホストガラスとしては、弗燐酸塩ガラス、燐酸塩
ガラス、ケイ酸塩ガラス、カルコゲナイドガラス、弗化
物ガラス、石英ガラス等の使用が可能である。
【００１１】上記光機能性ガラスによれば、Ｓｍ3+若し
くはＤｙ3+又はこれらの組み合わせをＰｒ3+とともにホ
ストガラスに添加することにより、波長約１．０μｍの
励起光を用いてＰｒ3+を励起できるばかりでなく、この
結果波長１．３μｍ帯での光増幅等に適したガラスを得
ることができることが後述のように判明した。
くはＤｙ3+又はこれらの組み合わせをＰｒ3+とともにホ
ストガラスに添加することにより、波長約１．０μｍの
励起光を用いてＰｒ3+を励起できるばかりでなく、この
結果波長１．３μｍ帯での光増幅等に適したガラスを得
ることができることが後述のように判明した。
【００１２】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。
仮説を立てて検討した。
【００１３】図１はこの仮説を説明するためのエネルギ
ー準位図である。活性物質として例えばＰｒ3+及びＳｍ
3+を共添加した光機能性ガラスに導入された波長約１．
０７μｍの励起光は、２光子過程によってＳｍ3+を励起
して準位 6Ｈ5/2 から準位 6Ｆ9/2 への電子遷移と準位
6Ｆ9/2から準位 4Ｇ5/2 への電子遷移とを発生させ
る。この２準位 4Ｇ5/2 、 6Ｈ5/2 の間のエネルギー差
がＰｒ3+の２準位 1Ｄ2、 3Ｈ4 間のエネルギー差に略
対応しているので、Ｓｍ3+の励起エネルギーはその近く
に存在するＰｒ3+へ伝達されることとなる。つまり、励
起電子はエネルギー伝達によってみかけ上準位 4Ｇ5/2
から準位 1Ｄ2 に遷移する。この結果、Ｐｒ3+の遷移 1
Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の輻射が可能
になる。
ー準位図である。活性物質として例えばＰｒ3+及びＳｍ
3+を共添加した光機能性ガラスに導入された波長約１．
０７μｍの励起光は、２光子過程によってＳｍ3+を励起
して準位 6Ｈ5/2 から準位 6Ｆ9/2 への電子遷移と準位
6Ｆ9/2から準位 4Ｇ5/2 への電子遷移とを発生させ
る。この２準位 4Ｇ5/2 、 6Ｈ5/2 の間のエネルギー差
がＰｒ3+の２準位 1Ｄ2、 3Ｈ4 間のエネルギー差に略
対応しているので、Ｓｍ3+の励起エネルギーはその近く
に存在するＰｒ3+へ伝達されることとなる。つまり、励
起電子はエネルギー伝達によってみかけ上準位 4Ｇ5/2
から準位 1Ｄ2 に遷移する。この結果、Ｐｒ3+の遷移 1
Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の輻射が可能
になる。
【００１４】また、Ｐｒ3+及びＤｙ3+を共添加した光機
能性ガラスに導入された波長約０．９８μｍの励起光
は、２光子過程によってＤｙ3+を励起して準位 6Ｈ15/2
から準位 6Ｈ5/2 を介して準位 4Ｆ9/2 への電子遷移を
発生させる。この結果、エネルギー伝達によってＤｙ3+
の準位 4Ｆ9/2 からＰｒ3+の準位 1Ｄ2 への電子の遷移
が生じ、Ｐｒ3+の遷移 1Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する波長
１．３μｍ帯の輻射が可能になる。
能性ガラスに導入された波長約０．９８μｍの励起光
は、２光子過程によってＤｙ3+を励起して準位 6Ｈ15/2
から準位 6Ｈ5/2 を介して準位 4Ｆ9/2 への電子遷移を
発生させる。この結果、エネルギー伝達によってＤｙ3+
の準位 4Ｆ9/2 からＰｒ3+の準位 1Ｄ2 への電子の遷移
が生じ、Ｐｒ3+の遷移 1Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する波長
１．３μｍ帯の輻射が可能になる。
【００１５】上記の仮説が適切なものであるかどうかは
不明である。いずれにせよ、本発明者の実験・検討によ
れば、ホストガラス中にＳｍ3+若しくはＤｙ3+又はこれ
らの組み合わせをＰｒ3+とともに添加することにより、
Ｐｒ3+による波長１．３μｍ帯での発光・光増幅等を可
能にし、或いはその増幅効率等を高める有望なガラスが
得られることがわかった。
不明である。いずれにせよ、本発明者の実験・検討によ
れば、ホストガラス中にＳｍ3+若しくはＤｙ3+又はこれ
らの組み合わせをＰｒ3+とともに添加することにより、
Ｐｒ3+による波長１．３μｍ帯での発光・光増幅等を可
能にし、或いはその増幅効率等を高める有望なガラスが
得られることがわかった。
【００１６】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、例えばこのガラスから形成した平面導
波路を備える導波路素子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帯の光能動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各種光能動装置への
応用が可能になる。
として用いられ、例えばこのガラスから形成した平面導
波路を備える導波路素子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帯の光能動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各種光能動装置への
応用が可能になる。
【００１７】上記光ファイバの具体的製法としては、２
重るつぼ法、ビルトインキャスティング法、ロッドイン
チューブ法等の公知の製法を利用することができる。さ
らに、石英系ガラスを活性物質であるＰｒ3+のホストガ
ラスとする場合、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法等の
製法を利用することができる。
重るつぼ法、ビルトインキャスティング法、ロッドイン
チューブ法等の公知の製法を利用することができる。さ
らに、石英系ガラスを活性物質であるＰｒ3+のホストガ
ラスとする場合、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法等の
製法を利用することができる。
【００１８】上記光ファイバの具体的構造としては、シ
ングルモードファイバとすることが望ましく、またコア
直径を５μｍ以下、比屈折率差を１％以上とすることが
望ましい。ただし、マルチモードファイバであっても用
途によっては使用できる。さらに、既存のファイバとの
接続を考えれば、コア直径を８μｍ程度、比屈折率差を
０．３％程度とすることも可能である。
ングルモードファイバとすることが望ましく、またコア
直径を５μｍ以下、比屈折率差を１％以上とすることが
望ましい。ただし、マルチモードファイバであっても用
途によっては使用できる。さらに、既存のファイバとの
接続を考えれば、コア直径を８μｍ程度、比屈折率差を
０．３％程度とすることも可能である。
【００１９】本発明の光能動装置は、上記光ファイバ
と、第２の希土類イオンであるＳｍ3+及び／又はＤｙ3+
を励起するために波長約１μｍの励起光を発生するＬＤ
その他のレーザ等の励起光源と、この励起光を励起光源
から光ファイバ内に入射させるカプラ等の励起光結合手
段とを備える。
と、第２の希土類イオンであるＳｍ3+及び／又はＤｙ3+
を励起するために波長約１μｍの励起光を発生するＬＤ
その他のレーザ等の励起光源と、この励起光を励起光源
から光ファイバ内に入射させるカプラ等の励起光結合手
段とを備える。
【００２０】上記の光能動装置によれば、励起光結合手
段により光ファイバ内に導入された波長約１μｍの励起
光によってＳｍ3+等の第２の希土類イオンが励起され、
これからエネルギー伝達を受けたＰｒ3+も励起される。
この励起されたＰｒ3+の一部又は多くは、光ファイバ内
に存在する波長１．３μｍ帯の信号光等に誘導されて、
遷移 1Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する放射光を高い効率で発生
し、この帯域での光増幅機能、光スイッチ機能、光セン
サ機能等の諸機能の発揮を容易にする。
段により光ファイバ内に導入された波長約１μｍの励起
光によってＳｍ3+等の第２の希土類イオンが励起され、
これからエネルギー伝達を受けたＰｒ3+も励起される。
この励起されたＰｒ3+の一部又は多くは、光ファイバ内
に存在する波長１．３μｍ帯の信号光等に誘導されて、
遷移 1Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する放射光を高い効率で発生
し、この帯域での光増幅機能、光スイッチ機能、光セン
サ機能等の諸機能の発揮を容易にする。
【００２１】本発明のファイバ増幅器は、上記光能動装
置と、波長１．３μｍ帯の信号光を上記光ファイバ内に
導くカプラ等の信号光結合手段とを備える。
置と、波長１．３μｍ帯の信号光を上記光ファイバ内に
導くカプラ等の信号光結合手段とを備える。
【００２２】上記のファイバ増幅器によれば、励起光結
合手段によりファイバ内に導入された波長約１μｍの励
起光によってＰｒ3+が励起される。この励起されたＰｒ
3+の一部又は多くは、これと同時に信号光結合手段によ
って光ファイバ内に導入された波長１．３μｍ帯の信号
光等に誘導されて放射光を発生し、波長１．３μｍ帯で
の光増幅が可能になる。
合手段によりファイバ内に導入された波長約１μｍの励
起光によってＰｒ3+が励起される。この励起されたＰｒ
3+の一部又は多くは、これと同時に信号光結合手段によ
って光ファイバ内に導入された波長１．３μｍ帯の信号
光等に誘導されて放射光を発生し、波長１．３μｍ帯で
の光増幅が可能になる。
【００２３】本発明のファイバレーザは、上記光能動装
置と、上記光ファイバ内からの波長１．３μｍ帯又はそ
の近傍の光をこの光ファイバにフィードバックする共振
器構造とを備える。
置と、上記光ファイバ内からの波長１．３μｍ帯又はそ
の近傍の光をこの光ファイバにフィードバックする共振
器構造とを備える。
【００２４】上記のファイバレーザによれば、励起光結
合手段によりファイバ内に導入された波長約１μｍの励
起光によってＰｒ3+が励起される。この励起されたＰｒ
3+の一部又は多くは、波長１．３μｍ帯の自然放出光等
に誘導されて、放射光を発生し、波長１．３μｍ帯での
レーザ発振が可能になる。
合手段によりファイバ内に導入された波長約１μｍの励
起光によってＰｒ3+が励起される。この励起されたＰｒ
3+の一部又は多くは、波長１．３μｍ帯の自然放出光等
に誘導されて、放射光を発生し、波長１．３μｍ帯での
レーザ発振が可能になる。
【００２５】上記光ファイバを導波路素子に置き換えれ
ば、極めて小型の導波路素子増幅器、導波路素子レーザ
その他の光能動装置を構成することもできる。
ば、極めて小型の導波路素子増幅器、導波路素子レーザ
その他の光能動装置を構成することもできる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。
する。
【００２７】まず、組成５３．５ＺｒＦ4 −２０ＢａＦ
2 −３．５ＬａＦ3 −３．０ＡｌＦ3 −２０ＮａＦ（ｍ
ｏｌ％）の弗化物ガラスの原料を準備し、これらと共に
ＰｒＦ3 とＳｍＦ3 等の弗化物とを所定量混合した。混
合された原料は、不活性雰囲気下、白金るつぼ中で溶融
され、その後急冷によってガラス化された。また、比較
のためＰｒＦ3 のみを添加した弗化物ガラスも準備し
た。
2 −３．５ＬａＦ3 −３．０ＡｌＦ3 −２０ＮａＦ（ｍ
ｏｌ％）の弗化物ガラスの原料を準備し、これらと共に
ＰｒＦ3 とＳｍＦ3 等の弗化物とを所定量混合した。混
合された原料は、不活性雰囲気下、白金るつぼ中で溶融
され、その後急冷によってガラス化された。また、比較
のためＰｒＦ3 のみを添加した弗化物ガラスも準備し
た。
【００２８】この光機能性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、
上記の光機能性ガラスを棒状に成形し、コア用のガラス
ロッドとする。また、コア用のガラスロッドよりも屈折
率が低くなる組成でＳｍ3+等の第２の希土類イオンのみ
ならず、Ｐｒ3+も含まないクラッド用のガラスパイプを
準備する。その後、これらガラスロッドとガラスパイプ
とをプリフォームに形成し、光ファイバに線引きした。
この結果、コア直径が５μｍで、外径が１２５μｍで、
その比屈折率差が１．０％のシングルモードファイバが
得られた。このシングルモードファイバは、測定のため
長さ８ｍの光ファイバ試料に切り出された。
るため、下記のようにしてファイバを作製した。まず、
上記の光機能性ガラスを棒状に成形し、コア用のガラス
ロッドとする。また、コア用のガラスロッドよりも屈折
率が低くなる組成でＳｍ3+等の第２の希土類イオンのみ
ならず、Ｐｒ3+も含まないクラッド用のガラスパイプを
準備する。その後、これらガラスロッドとガラスパイプ
とをプリフォームに形成し、光ファイバに線引きした。
この結果、コア直径が５μｍで、外径が１２５μｍで、
その比屈折率差が１．０％のシングルモードファイバが
得られた。このシングルモードファイバは、測定のため
長さ８ｍの光ファイバ試料に切り出された。
【００２９】図２はこうして得られた光ファイバ３０を
拡大して示した図である。光ファイバ３０は、Ｐｒ3+と
ともにＳｍ3+、Ｄｙ3+等を添加した光機能性ガラスから
なるコア３０ａと、コアよりも相対的に屈折率が低くＰ
ｒ3+、Ｓｍ3+、Ｄｙ3+等の活性物質を添加していないク
ラッド３０ｂとを備える。
拡大して示した図である。光ファイバ３０は、Ｐｒ3+と
ともにＳｍ3+、Ｄｙ3+等を添加した光機能性ガラスから
なるコア３０ａと、コアよりも相対的に屈折率が低くＰ
ｒ3+、Ｓｍ3+、Ｄｙ3+等の活性物質を添加していないク
ラッド３０ｂとを備える。
【００３０】図３は、光ファイバ３０を用いた波長１．
３μｍ帯のファイバ増幅器の一構成例を示す。図示のフ
ァイバ増幅器は、双方向２波長励起型の構成となってい
て、波長１．３μｍ帯の信号光を増幅する希土類元素を
含んだファイバ３０と、波長１．０７μｍ帯の第１の励
起光を発生する第１のレーザ光源３２と、波長０．９８
μｍ帯の第２の励起光を発生する第２のレーザ光源１３
２と、第１及び第２の励起光をそれぞれの励起光源３
２、１３２から光ファイバ３０内に入射させる第１及び
第２のカプラ３３、１３３とを備える。
３μｍ帯のファイバ増幅器の一構成例を示す。図示のフ
ァイバ増幅器は、双方向２波長励起型の構成となってい
て、波長１．３μｍ帯の信号光を増幅する希土類元素を
含んだファイバ３０と、波長１．０７μｍ帯の第１の励
起光を発生する第１のレーザ光源３２と、波長０．９８
μｍ帯の第２の励起光を発生する第２のレーザ光源１３
２と、第１及び第２の励起光をそれぞれの励起光源３
２、１３２から光ファイバ３０内に入射させる第１及び
第２のカプラ３３、１３３とを備える。
【００３１】光ファイバ３８、３９の融着延伸により形
成した第１のカプラ３３に設けられた光ファイバ３８ａ
には、波長１．３μｍ帯の信号光源３１が接続される。
これに対向する光ファイバ３８ｂには、コネクタ等を介
して光ファイバ３０の入力側が結合され、信号光を光フ
ァイバ３０内に入射させる。第１のカプラ３３に設けら
れた光ファイバ３９ａには、波長１．０７μｍ帯の励起
光を発生する第１のレーザ光源３２が接続される。した
がって、光ファイバ３０内には信号光とともにレーザ光
源３２からの波長１．０７μｍ帯の励起光も導入され
る。
成した第１のカプラ３３に設けられた光ファイバ３８ａ
には、波長１．３μｍ帯の信号光源３１が接続される。
これに対向する光ファイバ３８ｂには、コネクタ等を介
して光ファイバ３０の入力側が結合され、信号光を光フ
ァイバ３０内に入射させる。第１のカプラ３３に設けら
れた光ファイバ３９ａには、波長１．０７μｍ帯の励起
光を発生する第１のレーザ光源３２が接続される。した
がって、光ファイバ３０内には信号光とともにレーザ光
源３２からの波長１．０７μｍ帯の励起光も導入され
る。
【００３２】一方、第２のカプラ１３３に設けられたフ
ァイバ１３９ａには、波長０．９８μｍ帯の励起光を発
生する第２のレーザ光源１３２が接続される。さらに、
第２のカプラ１３３に設けられたファイバ１３８ａは光
ファイバ３０の出力側に結合される。したがって、レー
ザ光源１３２からの波長０．９８μｍ帯の励起光も第２
のカプラ１３３を介して光ファイバ３０内に導入され
る。
ァイバ１３９ａには、波長０．９８μｍ帯の励起光を発
生する第２のレーザ光源１３２が接続される。さらに、
第２のカプラ１３３に設けられたファイバ１３８ａは光
ファイバ３０の出力側に結合される。したがって、レー
ザ光源１３２からの波長０．９８μｍ帯の励起光も第２
のカプラ１３３を介して光ファイバ３０内に導入され
る。
【００３３】光ファイバ３０の出力側からの増幅された
信号光は、ファイバ１３８ａ、第２のカプラ１３３及び
ファイバ１３８ｂと励起光をカットするフィルタ３６と
を介して光スペクトラムアナライザ３５に導かれる。光
スペクトラムアナライザ３５は、増幅された信号光の強
度、波長等を測定する。なお、第１及び第２のカプラ３
３、１３３に設けられた残りの光ファイバ３９ｂ、１３
９ｂは、戻り光を防止するためにマッチングオイル３７
に漬浸される。
信号光は、ファイバ１３８ａ、第２のカプラ１３３及び
ファイバ１３８ｂと励起光をカットするフィルタ３６と
を介して光スペクトラムアナライザ３５に導かれる。光
スペクトラムアナライザ３５は、増幅された信号光の強
度、波長等を測定する。なお、第１及び第２のカプラ３
３、１３３に設けられた残りの光ファイバ３９ｂ、１３
９ｂは、戻り光を防止するためにマッチングオイル３７
に漬浸される。
【００３４】図３のファイバ増幅器の動作について簡単
に説明する。信号光源３１からの波長１．３μｍ帯の信
号光は、カプラ３３をへて光ファイバ３０内に入射す
る。同時に、第１及び第２の励起光源３２、１３２から
の波長１．０７μｍ帯及び０．９８μｍ帯の励起光も第
１及び第２のカプラ３３をへて光ファイバ３０内に入射
する。これらの励起光は、Ｓｍ3+、Ｄｙ3+等の活性物質
を励起し、これからエネルギー伝達を受けたＰｒ3+をも
励起する。励起されたＰｒ3+は信号光に誘導されて、遷
移 1Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光
を発生する。励起光が所定の強度を超えると、信号光は
増幅されることとなる。
に説明する。信号光源３１からの波長１．３μｍ帯の信
号光は、カプラ３３をへて光ファイバ３０内に入射す
る。同時に、第１及び第２の励起光源３２、１３２から
の波長１．０７μｍ帯及び０．９８μｍ帯の励起光も第
１及び第２のカプラ３３をへて光ファイバ３０内に入射
する。これらの励起光は、Ｓｍ3+、Ｄｙ3+等の活性物質
を励起し、これからエネルギー伝達を受けたＰｒ3+をも
励起する。励起されたＰｒ3+は信号光に誘導されて、遷
移 1Ｄ2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光
を発生する。励起光が所定の強度を超えると、信号光は
増幅されることとなる。
【００３５】図３のファイバ増幅器で得られた測定結果
について説明する。
について説明する。
【００３６】（例１）光ファイバ３０として、そのコア
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｓｍ3+を２０００ｐ
ｐｍ添加したシングルモードファイバを準備した。信号
光源３１としては、波長１．３２μｍのＬＤを用い、信
号光入力を−３０ｄＢとした。第１の励起光源３２とし
ては、ＬＤ励起のＮｄ−ＹＡＧレーザを使用し、波長を
１．０６μｍとし、励起光入力を１００ｍＷとした。第
２の励起光源１３２からは励起光を発生させなかった。
波長１．３２μｍの信号光に対する利得は７ｄＢで、そ
の効率は０．０７ｄＢ／ｍＷであった。
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｓｍ3+を２０００ｐ
ｐｍ添加したシングルモードファイバを準備した。信号
光源３１としては、波長１．３２μｍのＬＤを用い、信
号光入力を−３０ｄＢとした。第１の励起光源３２とし
ては、ＬＤ励起のＮｄ−ＹＡＧレーザを使用し、波長を
１．０６μｍとし、励起光入力を１００ｍＷとした。第
２の励起光源１３２からは励起光を発生させなかった。
波長１．３２μｍの信号光に対する利得は７ｄＢで、そ
の効率は０．０７ｄＢ／ｍＷであった。
【００３７】（例２）光ファイバ３０として、そのコア
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｄｙ3+を２０００ｐ
ｐｍ添加したシングルモードファイバを準備した。信号
光源３１としては（例１）のＬＤと同様のものを使用し
た。第２の励起光源１３２としては、Ｔｉ−サファイア
レーザを用い、波長を０．９８μｍとし、励起光入力を
１００ｍＷとした。第１の励起光源３２からは励起光を
発生させなかった。波長１．３２μｍの信号光に対する
利得は６．４ｄＢで、その効率は０．０６４ｄＢ／ｍＷ
であった。
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｄｙ3+を２０００ｐ
ｐｍ添加したシングルモードファイバを準備した。信号
光源３１としては（例１）のＬＤと同様のものを使用し
た。第２の励起光源１３２としては、Ｔｉ−サファイア
レーザを用い、波長を０．９８μｍとし、励起光入力を
１００ｍＷとした。第１の励起光源３２からは励起光を
発生させなかった。波長１．３２μｍの信号光に対する
利得は６．４ｄＢで、その効率は０．０６４ｄＢ／ｍＷ
であった。
【００３８】（例３）光ファイバ３０として、そのコア
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｓｍ3+を１０００ｐ
ｐｍ、Ｄｙ3+を１０００ｐｐｍ添加したシングルモード
ファイバを準備した。信号光源３１としては（例１）の
ＬＤと同様のものを使用した。第１及び第の励起光源３
２、１３２としては（例１）及び（例２）で述べたＬＤ
励起のＮｄ−ＹＡＧレーザ及びＴｉ−サファイアレーザ
を用い、波長をそれぞれ１．０６μｍ及び０．９８μｍ
とし、励起光入力を等しく１００ｍＷとした。波長１．
３２μｍの信号光に対する利得は１３ｄＢで、その効率
は０．０６５ｄＢ／ｍＷであった。
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｓｍ3+を１０００ｐ
ｐｍ、Ｄｙ3+を１０００ｐｐｍ添加したシングルモード
ファイバを準備した。信号光源３１としては（例１）の
ＬＤと同様のものを使用した。第１及び第の励起光源３
２、１３２としては（例１）及び（例２）で述べたＬＤ
励起のＮｄ−ＹＡＧレーザ及びＴｉ−サファイアレーザ
を用い、波長をそれぞれ１．０６μｍ及び０．９８μｍ
とし、励起光入力を等しく１００ｍＷとした。波長１．
３２μｍの信号光に対する利得は１３ｄＢで、その効率
は０．０６５ｄＢ／ｍＷであった。
【００３９】（比較例）光ファイバ３０として、そのコ
ア３０ａにＰｒ3+のみを１０００ｐｐｍ添加したシング
ルモードファイバを準備した。信号光源３１としては
（例１）のＬＤと同様のものを使用した。第２の励起光
源１３２としては、Ｔｉ−サファイアレーザを用い、波
長を１．００７μｍとし、励起光入力を１００ｍＷとし
た。第１の励起光源３２からは励起光を発生させなかっ
た。波長１．３２μｍの信号光に対する利得は４．１ｄ
Ｂで、その効率は０．０４１ｄＢ／ｍＷであった。
ア３０ａにＰｒ3+のみを１０００ｐｐｍ添加したシング
ルモードファイバを準備した。信号光源３１としては
（例１）のＬＤと同様のものを使用した。第２の励起光
源１３２としては、Ｔｉ−サファイアレーザを用い、波
長を１．００７μｍとし、励起光入力を１００ｍＷとし
た。第１の励起光源３２からは励起光を発生させなかっ
た。波長１．３２μｍの信号光に対する利得は４．１ｄ
Ｂで、その効率は０．０４１ｄＢ／ｍＷであった。
【００４０】以上の比較例等から明らかなように、Ｐｒ
3+のみを添加したシングルモードファイバよりも、Ｓｍ
3+等の第２の希土類イオンを共添加したシングルモード
ファイバの方が光増幅の効率が高いことが分かる。
3+のみを添加したシングルモードファイバよりも、Ｓｍ
3+等の第２の希土類イオンを共添加したシングルモード
ファイバの方が光増幅の効率が高いことが分かる。
【００４１】図４は、導波路素子増幅器の実施例を示し
た図である。基板１２０上に２またに分岐する平面導波
路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを形成する。平面導波
路１３０ａの領域にはＰｒ3+とともにＳｍ3+等の第２の
希土類イオンが添加されている。平面導波路１３０ａの
他端には、グレーティングからなるフィルタ１３６を形
成してある。平面導波路１３０ｂには、波長１．３μｍ
帯の信号光を入射させる。また、平面導波路１３０ｃに
は、波長１．０７μｍ、波長０．９８μｍ等の励起光を
入射させる。励起光を発生させるレーザ光源としては、
図３のものと同様のものを用いる。
た図である。基板１２０上に２またに分岐する平面導波
路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを形成する。平面導波
路１３０ａの領域にはＰｒ3+とともにＳｍ3+等の第２の
希土類イオンが添加されている。平面導波路１３０ａの
他端には、グレーティングからなるフィルタ１３６を形
成してある。平面導波路１３０ｂには、波長１．３μｍ
帯の信号光を入射させる。また、平面導波路１３０ｃに
は、波長１．０７μｍ、波長０．９８μｍ等の励起光を
入射させる。励起光を発生させるレーザ光源としては、
図３のものと同様のものを用いる。
【００４２】図４の導波路素子増幅器１００の動作につ
いて簡単に説明する。波長１．３μｍ帯の信号光は平面
導波路１３０ｂをへて平面導波路１３０ａ内に入射し、
ＬＤ励起のＮｄ−ＹＡＧレーザ等の励起光源からの波長
１．０７μｍ等の励起光も平面導波路１３０ｃをへて平
面導波路１３０ａ内に入射する。励起光は、Ｓｍ3+等の
第２の希土類イオンを励起し、さらにＰｒ3+を励起す
る。励起されたＰｒ3+は信号光に誘導されて、遷移 1Ｄ
2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光を発生
する。励起光が所定の強度を超えると、信号光は増幅さ
れることとなる。
いて簡単に説明する。波長１．３μｍ帯の信号光は平面
導波路１３０ｂをへて平面導波路１３０ａ内に入射し、
ＬＤ励起のＮｄ−ＹＡＧレーザ等の励起光源からの波長
１．０７μｍ等の励起光も平面導波路１３０ｃをへて平
面導波路１３０ａ内に入射する。励起光は、Ｓｍ3+等の
第２の希土類イオンを励起し、さらにＰｒ3+を励起す
る。励起されたＰｒ3+は信号光に誘導されて、遷移 1Ｄ
2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光を発生
する。励起光が所定の強度を超えると、信号光は増幅さ
れることとなる。
【００４３】第５図は、ファイバレーザの実施例を示し
た図である。このファイバレーザは、光ファイバ３０
と、ＬＤ励起のＮｄ−ＹＡＧレーザ等からなるレーザ光
源３２と、レンズ等からなる励起光結合装置４３とを備
える。レーザ光源３２は波長１．０７μｍ、波長０．９
８μｍ等の励起光を発生する。励起光結合装置４３は励
起光をレーザ光源３２から光ファイバ３０内に入射させ
る。この場合、光ファイバの入出力端を適当な鏡面に仕
上げ、共振器構造を形成する。なお、共振器構造を誘電
体ミラー等を使用する通常のタイプのものとしてもよ
い。更に、リング状の共振器としたリングレーザを形成
することも可能である。
た図である。このファイバレーザは、光ファイバ３０
と、ＬＤ励起のＮｄ−ＹＡＧレーザ等からなるレーザ光
源３２と、レンズ等からなる励起光結合装置４３とを備
える。レーザ光源３２は波長１．０７μｍ、波長０．９
８μｍ等の励起光を発生する。励起光結合装置４３は励
起光をレーザ光源３２から光ファイバ３０内に入射させ
る。この場合、光ファイバの入出力端を適当な鏡面に仕
上げ、共振器構造を形成する。なお、共振器構造を誘電
体ミラー等を使用する通常のタイプのものとしてもよ
い。更に、リング状の共振器としたリングレーザを形成
することも可能である。
【００４４】上記のファイバレーザにおいて、レーザ光
源３２からの波長１．０７μｍ等の励起光は、励起光結
合装置３８によって光ファイバ３０内に導入される。励
起光は、光ファイバ３０内のＳｍ3+等の第２の希土類イ
オンを励起し、さらにＰｒ3+を励起する。励起されたＰ
ｒ3+は１．３μｍの自然放出光に誘導されて、遷移 1Ｄ
2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光を発生
する。励起光の出力が所定値を超えると波長１．３μｍ
帯でレーザ発振が生じる。
源３２からの波長１．０７μｍ等の励起光は、励起光結
合装置３８によって光ファイバ３０内に導入される。励
起光は、光ファイバ３０内のＳｍ3+等の第２の希土類イ
オンを励起し、さらにＰｒ3+を励起する。励起されたＰ
ｒ3+は１．３μｍの自然放出光に誘導されて、遷移 1Ｄ
2 → 1Ｇ4 に対応する波長１．３μｍ帯の放射光を発生
する。励起光の出力が所定値を超えると波長１．３μｍ
帯でレーザ発振が生じる。
【００４５】
【発明の効果】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、Ｓｍ及びＤｙの内少なくとも一種
類の元素の存在により、Ｐｒを波長約１μｍの励起光で
効率よく励起することができる。励起されたＰｒの存在
により、１．３μｍ帯での発光・光増幅が可能になり、
或いはその増幅効率を高めることができる。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
器が得られる。さらに、ＬＤによる励起も可能となる。
能性ガラスによれば、Ｓｍ及びＤｙの内少なくとも一種
類の元素の存在により、Ｐｒを波長約１μｍの励起光で
効率よく励起することができる。励起されたＰｒの存在
により、１．３μｍ帯での発光・光増幅が可能になり、
或いはその増幅効率を高めることができる。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
器が得られる。さらに、ＬＤによる励起も可能となる。
【図１】Ｐｒ等の希土類元素のエネルギー準位図を示し
た図である。
た図である。
【図２】光ファイバの実施例を示した図である。
【図３】ファイバ増幅器の実施例を示した図である。
【図４】導波路素子増幅器の実施例を示した図である。
【図５】ファイバレーザの実施例を示した図である。
３０…光ファイバ
３０ａ…光ファイバのコア
３２、１３２…励起光源
３３、１３３…光学手段であるカプラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０１Ｓ 3/094
(72)発明者 中里 浩二
神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電
気工業株式会社横浜製作所内
(72)発明者 金森 弘雄
神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電
気工業株式会社横浜製作所内
(72)発明者 渡辺 稔
神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電
気工業株式会社横浜製作所内
(72)発明者 宮島 義昭
東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日
本電信電話株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 ホストガラスに、Ｐｒと、第２の希土類
元素としてＳｍ及びＤｙの内少なくとも一種類の元素と
を含むことを特徴とする光機能性ガラス。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光機能性ガラスからな
るコアを備えた光ファイバ。 - 【請求項３】 請求項２に記載の光ファイバと、第２の
希土類元素を励起するため波長約１μｍの励起光を発生
する励起光源と、該励起光を前記励起光源から前記光フ
ァイバ内に入射させる励起光結合手段と、を備える光能
動装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載の光能動装置と、波長
１．３μｍ帯の信号光を前記光ファイバ内に導く信号光
結合手段とを備えるファイバ増幅器。 - 【請求項５】 請求項３に記載の光能動装置と、前記光
ファイバ内からの波長１．３μｍ帯又はその近傍の光を
該光ファイバにフィードバックする共振器構造とを備え
るファイバレーザ。 - 【請求項６】 請求項１に記載の光機能性ガラスからな
る平面導波路を備えた導波路素子。 - 【請求項７】 請求項６に記載の導波路素子と、第２の
希土類元素を励起するため波長約１μｍの励起光を発生
する励起光源と、該励起光を前記励起光源から前記導波
路素子内に入射させる励起光結合手段と、を備える光能
動装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載の光能動装置と、波長
１．３μｍ帯の信号光を前記光導波路装置内に導く信号
光結合手段とを備える導波路素子増幅器。 - 【請求項９】 請求項７に記載の光能動装置と、前記導
波路素子内からの波長１．３μｍ帯又はその近傍の光を
該導波路素子にフィードバックする共振器構造とを備え
る導波路素子レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18486891A JPH0529699A (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 光機能性ガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18486891A JPH0529699A (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 光機能性ガラス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0529699A true JPH0529699A (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16160721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18486891A Pending JPH0529699A (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 光機能性ガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0529699A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05310440A (ja) * | 1992-05-08 | 1993-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ファイバ、光増幅器、光伝送システム及び固体レーザ |
| GB2290150A (en) * | 1994-04-22 | 1995-12-13 | Univ Southampton | Doped optical waveguide amplifier |
| KR100450323B1 (ko) * | 1997-11-04 | 2005-01-17 | 삼성전자주식회사 | 광증폭용 gegas계 유리 조성물 |
| KR100485749B1 (ko) * | 1997-11-04 | 2005-09-30 | 삼성전자주식회사 | 광증폭특성을가지는GeGaS계유리조성물및상기유리조성물을이용하는통신용광증폭장치 |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP18486891A patent/JPH0529699A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05310440A (ja) * | 1992-05-08 | 1993-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ファイバ、光増幅器、光伝送システム及び固体レーザ |
| US5321708A (en) * | 1992-05-08 | 1994-06-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical fiber amplifier doped with dysprosium ion for the 1.3 μm wavelength band |
| GB2290150A (en) * | 1994-04-22 | 1995-12-13 | Univ Southampton | Doped optical waveguide amplifier |
| GB2290150B (en) * | 1994-04-22 | 1998-08-26 | Univ Southampton | Doped optical waveguide amplifier |
| KR100450323B1 (ko) * | 1997-11-04 | 2005-01-17 | 삼성전자주식회사 | 광증폭용 gegas계 유리 조성물 |
| KR100485749B1 (ko) * | 1997-11-04 | 2005-09-30 | 삼성전자주식회사 | 광증폭특성을가지는GeGaS계유리조성물및상기유리조성물을이용하는통신용광증폭장치 |
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