JPH0558674A - 光機能性ガラス - Google Patents
光機能性ガラスInfo
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- JPH0558674A JPH0558674A JP3218991A JP21899191A JPH0558674A JP H0558674 A JPH0558674 A JP H0558674A JP 3218991 A JP3218991 A JP 3218991A JP 21899191 A JP21899191 A JP 21899191A JP H0558674 A JPH0558674 A JP H0558674A
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- optical
- excitation light
- fiber
- optical fiber
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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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、
活性物質であるＰｒと共に、Ｃｒ及びＹｂを添加してあ
る。Ｘｅランプ３２からの白色の励起光の存在により、
Ｃｒが励起され、このＣｒからエネルギー伝達を受けた
Ｙｂも励起され，さらにこのＹｂからエネルギー伝達を
受けたＰｒも励起される。励起されたＰｒは信号光に誘
導されて、遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３μ
ｍ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、
活性物質であるＰｒと共に、Ｃｒ及びＹｂを添加してあ
る。Ｘｅランプ３２からの白色の励起光の存在により、
Ｃｒが励起され、このＣｒからエネルギー伝達を受けた
Ｙｂも励起され，さらにこのＹｂからエネルギー伝達を
受けたＰｒも励起される。励起されたＰｒは信号光に誘
導されて、遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３μ
ｍ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。
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からなる光ファイバ
では、波長１μｍ光の吸収強度が小さく、励起光源が大
型化してしまうといった問題があった。
示されるＰｒ3+添加の弗化物ガラスからなる光ファイバ
では、波長１μｍ光の吸収強度が小さく、励起光源が大
型化してしまうといった問題があった。
【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１．３μ
ｍ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１．３μ
ｍ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では、イッテ
ルビウムイオン（Ｙｂ3+）及びクロムイオン（Ｃｒ3+）
を活性物質であるＰｒとともにホストガラス（マトリッ
クスガラス）に添加することとし、或いは、ネオジムイ
オン（Ｎｄ3+）及びＣｒ3+を活性物質であるＰｒととも
にホスト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。
ルビウムイオン（Ｙｂ3+）及びクロムイオン（Ｃｒ3+）
を活性物質であるＰｒとともにホストガラス（マトリッ
クスガラス）に添加することとし、或いは、ネオジムイ
オン（Ｎｄ3+）及びＣｒ3+を活性物質であるＰｒととも
にホスト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、Ｙｂ3+とＣ
ｒ3+の組み合わせ、若しくはＮｄ3+とＣｒ3+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、Ｘｅランプその他の簡易な励起光源を用いて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。
ｒ3+の組み合わせ、若しくはＮｄ3+とＣｒ3+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、Ｘｅランプその他の簡易な励起光源を用いて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２つの仮説
を立てて検討した。
を立てて検討した。
【００１３】図１は第１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+、Ｙｂ
3+及びＣｒ3+を共添加した光機能性ガラスに導入された
波長約０．７μｍ以下の励起光は、比較的ブロードな吸
収帯を有するＣｒ3+を励起して準位 4Ａ2 から準位 4Ｔ
2 若しくはそれ以上の準位への電子遷移を発生させる。
この結果、準位 4Ｔ2 等と準位 4Ａ2 との間に反転分布
が形成される。これらの準位 4Ｔ2 等及び 4Ａ2 間のエ
ネルギー差がＹｂ3+の２準位 2Ｆ5/2 及び 2Ｆ7/2 間の
エネルギー差に略対応しているので、Ｃｒ3+の励起エネ
ルギーはその近くに存在するＹｂ3+へ伝達されることと
なる。この結果、準位 2Ｆ5/2 と準位 2Ｆ7/2 との間に
反転分布が形成される。さらに、これらの準位 2Ｆ5/2
及び 2Ｆ7/2 間のエネルギー差がＰｒ3+の２準位 1Ｇ4
及び 3Ｈ4 間のエネルギー差に略対応しているので、Ｙ
ｂ3+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 4Ｔ2 等から準位 2Ｆ5/2 をへ
て準位 1Ｇ4 に遷移する。この結果、Ｐｒ3+の遷移1Ｇ
4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３μｍ帯の輻射が可能に
なる。
ギー準位図である。活性物質として例えばＰｒ3+、Ｙｂ
3+及びＣｒ3+を共添加した光機能性ガラスに導入された
波長約０．７μｍ以下の励起光は、比較的ブロードな吸
収帯を有するＣｒ3+を励起して準位 4Ａ2 から準位 4Ｔ
2 若しくはそれ以上の準位への電子遷移を発生させる。
この結果、準位 4Ｔ2 等と準位 4Ａ2 との間に反転分布
が形成される。これらの準位 4Ｔ2 等及び 4Ａ2 間のエ
ネルギー差がＹｂ3+の２準位 2Ｆ5/2 及び 2Ｆ7/2 間の
エネルギー差に略対応しているので、Ｃｒ3+の励起エネ
ルギーはその近くに存在するＹｂ3+へ伝達されることと
なる。この結果、準位 2Ｆ5/2 と準位 2Ｆ7/2 との間に
反転分布が形成される。さらに、これらの準位 2Ｆ5/2
及び 2Ｆ7/2 間のエネルギー差がＰｒ3+の２準位 1Ｇ4
及び 3Ｈ4 間のエネルギー差に略対応しているので、Ｙ
ｂ3+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 4Ｔ2 等から準位 2Ｆ5/2 をへ
て準位 1Ｇ4 に遷移する。この結果、Ｐｒ3+の遷移1Ｇ
4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３μｍ帯の輻射が可能に
なる。
【００１４】図２は、Ｃｒ3+の蛍光強度とＹｂ3+の吸収
係数とを示した図である。Ｃｒ3+の発光特性とＹｂ3+の
吸収特性との重複部分は、エネルギー伝達の発生確率の
対応している。つまり、Ｃｒ3+の発光波長に対応するエ
ネルギーがＹｂ3+の吸収波長に対応するエネルギーとし
て伝達されるので、吸収・発光特性の重複部分が多けれ
ば多いほど、またＣｒ3+及びＹｂ3+がより近接して存在
するほど、エネルギー伝達の確率が高まると言える。図
示の吸収・発光特性からも明らかなように、Ｃｒ3+及び
Ｙｂ3+間のエネルギー伝達は十分な確率を以て発生する
ものと考えられる。同様に、Ｙｂ3+及びＰｒ3+間のエネ
ルギー伝達も十分な確率を以て発生するものと期待でき
る。
係数とを示した図である。Ｃｒ3+の発光特性とＹｂ3+の
吸収特性との重複部分は、エネルギー伝達の発生確率の
対応している。つまり、Ｃｒ3+の発光波長に対応するエ
ネルギーがＹｂ3+の吸収波長に対応するエネルギーとし
て伝達されるので、吸収・発光特性の重複部分が多けれ
ば多いほど、またＣｒ3+及びＹｂ3+がより近接して存在
するほど、エネルギー伝達の確率が高まると言える。図
示の吸収・発光特性からも明らかなように、Ｃｒ3+及び
Ｙｂ3+間のエネルギー伝達は十分な確率を以て発生する
ものと考えられる。同様に、Ｙｂ3+及びＰｒ3+間のエネ
ルギー伝達も十分な確率を以て発生するものと期待でき
る。
【００１５】図３は第２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+、Ｎｄ
3+及びＣｒ3+を共添加した光機能性ガラスに導入された
波長約０．７μｍ以下の励起光は、Ｃｒ3+を励起して準
位 4Ａ2 から準位 4Ｔ2 若しくはそれ以上の準位への電
子遷移を発生させる。この結果、準位 4Ｔ2 等と準位4
Ａ2 との間に反転分布が形成される。これらの準位間の
エネルギー差がＮｄ3+の準位 4Ｆ3/2 等と準位 4Ｉ9/2
との間のエネルギー差に略対応しているので、Ｃｒ3+の
励起エネルギーはその近くに存在するＮｄ3+へ伝達され
ることとなる。この結果、準位 4Ｆ3/2 と準位 4Ｉ11/2
との間に反転分布が形成される。さらに、これらの準位
間のエネルギー差がＰｒ3+の２準位 1Ｇ4 及び 3Ｈ4 間
のエネルギー差に略対応しているので、Ｎｄ3+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 4Ｔ2 等から準位 4Ｆ3/2 をへて準位 1Ｇ4
に遷移する。この結果、Ｐｒ3+の遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に
対応する波長１．３μｍ帯の輻射が可能になる。
ギー準位図である。活性物質として例えばＰｒ3+、Ｎｄ
3+及びＣｒ3+を共添加した光機能性ガラスに導入された
波長約０．７μｍ以下の励起光は、Ｃｒ3+を励起して準
位 4Ａ2 から準位 4Ｔ2 若しくはそれ以上の準位への電
子遷移を発生させる。この結果、準位 4Ｔ2 等と準位4
Ａ2 との間に反転分布が形成される。これらの準位間の
エネルギー差がＮｄ3+の準位 4Ｆ3/2 等と準位 4Ｉ9/2
との間のエネルギー差に略対応しているので、Ｃｒ3+の
励起エネルギーはその近くに存在するＮｄ3+へ伝達され
ることとなる。この結果、準位 4Ｆ3/2 と準位 4Ｉ11/2
との間に反転分布が形成される。さらに、これらの準位
間のエネルギー差がＰｒ3+の２準位 1Ｇ4 及び 3Ｈ4 間
のエネルギー差に略対応しているので、Ｎｄ3+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 4Ｔ2 等から準位 4Ｆ3/2 をへて準位 1Ｇ4
に遷移する。この結果、Ｐｒ3+の遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に
対応する波長１．３μｍ帯の輻射が可能になる。
【００１６】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、Ｐｒ3+とともに、Ｙｂ3+若しくはＮｄ3+と，Ｃｒ
3+とをホストガラス中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、Ｐｒ3+とともに、Ｙｂ3+若しくはＮｄ3+と，Ｃｒ
3+とをホストガラス中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。
【００１７】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。
【００１８】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。
【００１９】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。
【００２０】本発明の光能動装置は、上記光ファイバ
と、４００ｎｍ〜５００ｎｍに広範囲な吸収を有するＣ
ｒ3+を励起するための励起光を発生する励起光源と、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。この場合、励起光源
としてＸｅランプその他の白色光源を使用するならば、
励起エネルギーを有効に利用することができる。
と、４００ｎｍ〜５００ｎｍに広範囲な吸収を有するＣ
ｒ3+を励起するための励起光を発生する励起光源と、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。この場合、励起光源
としてＸｅランプその他の白色光源を使用するならば、
励起エネルギーを有効に利用することができる。
【００２１】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励起光によってＣｒ
3+が励起され、これからエネルギー伝達を受けたＮｄ3+
も励起され、さらにこれからエネルギー伝達を受けたＰ
ｒ3+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 1Ｇ4 → 3Ｈ5 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励起光によってＣｒ
3+が励起され、これからエネルギー伝達を受けたＮｄ3+
も励起され、さらにこれからエネルギー伝達を受けたＰ
ｒ3+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 1Ｇ4 → 3Ｈ5 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。
【００２２】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。
【００２３】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励起光によってＰ
ｒ3+が間接的に励起される。この励起されたＰｒ3+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励起光によってＰ
ｒ3+が間接的に励起される。この励起されたＰｒ3+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。
【００２４】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。
【００２５】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励起光によってＰ
ｒ3+が間接的に励起される。この励起されたＰｒ3+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励起光によってＰ
ｒ3+が間接的に励起される。この励起されたＰｒ3+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。
【００２６】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。
【００２７】
【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。
【００２８】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ＣｒＦ3 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。
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ＣｒＦ3 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。
【００２９】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Ｃｒ3+等のみならず、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Ｃｒ3+等のみならず、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。
【００３０】図４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Ｃｒ3+、Ｙｂ3+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+、Ｃｒ3+、Ｙｂ3+等の希土類イオンを添加していな
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Ｃｒ3+、Ｙｂ3+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+、Ｃｒ3+、Ｙｂ3+等の希土類イオンを添加していな
いクラッド３０ｂとを備える。
【００３１】図５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、波長１．３μｍ帯の信号光を増幅する
Ｐｒ3+等の希土類イオンを含んだファイバ３０と、波長
０．７μｍ以下の励起光を発生するＸｅランプ、ハロゲ
ンランプ等の白色光源３２と、この励起光を白色光源３
２から光ファイバ３０内に入射させるカプラ３３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、波長１．３μｍ帯の信号光を増幅する
Ｐｒ3+等の希土類イオンを含んだファイバ３０と、波長
０．７μｍ以下の励起光を発生するＸｅランプ、ハロゲ
ンランプ等の白色光源３２と、この励起光を白色光源３
２から光ファイバ３０内に入射させるカプラ３３とを備
える。
【００３２】光ファイバ３８、３９の融着延伸により形
成したカプラ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。カプラ３３に設けられた光ファイ
バ３９ａには波長０．７μｍ帯以下の励起光を発生する
Ｘｅランプ、ハロゲンランプ等の白色光源３２が接続さ
れている。このため、光ファイバ３０内には信号光とと
もに波長０．７μｍ帯以下の励起光も導入される。光フ
ァイバ３０の出力側からの増幅された信号光は、励起光
をカットするフィルタ３６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、カプラ３３に設けられた残りの光ファイバ３９ｂ
は、戻り光を防止するためにマッチングオイル３７漬浸
されている。
成したカプラ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。カプラ３３に設けられた光ファイ
バ３９ａには波長０．７μｍ帯以下の励起光を発生する
Ｘｅランプ、ハロゲンランプ等の白色光源３２が接続さ
れている。このため、光ファイバ３０内には信号光とと
もに波長０．７μｍ帯以下の励起光も導入される。光フ
ァイバ３０の出力側からの増幅された信号光は、励起光
をカットするフィルタ３６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、カプラ３３に設けられた残りの光ファイバ３９ｂ
は、戻り光を防止するためにマッチングオイル３７漬浸
されている。
【００３３】図５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、白色光源３２からの波長０．７μｍ以下の
励起光もカプラ３３をへて光ファイバ３０内に入射す
る。この励起光は、４００〜５００ｎｍに広範な吸収を
有するＣｒ3+を励起し、これからエネルギー伝達を受け
たＹｂ3+若しくはＮｄ3+を励起し、さらにこれからエネ
ルギー伝達を受けた活性物質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 1Ｇ4 → 3Ｈ
5 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、白色光源３２からの波長０．７μｍ以下の
励起光もカプラ３３をへて光ファイバ３０内に入射す
る。この励起光は、４００〜５００ｎｍに広範な吸収を
有するＣｒ3+を励起し、これからエネルギー伝達を受け
たＹｂ3+若しくはＮｄ3+を励起し、さらにこれからエネ
ルギー伝達を受けた活性物質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 1Ｇ4 → 3Ｈ
5 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。
【００３４】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。
【００３５】（例１）光ファイバ３０として、そのコア
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｙｂ3+を１０００ｐ
ｐｍ、Ｃｒ3+を２０００ｐｐｍ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．
３０μｍのＬＤを用い、信号光入力を−３０ｄＢとし
た。白色光源３２としては、連続発光のＸｅランプを使
用し、励起光の入力強度を５００ｍＷとした。波長１．
３０μｍの信号光に対する利得は１８ｄＢであった。
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｙｂ3+を１０００ｐ
ｐｍ、Ｃｒ3+を２０００ｐｐｍ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．
３０μｍのＬＤを用い、信号光入力を−３０ｄＢとし
た。白色光源３２としては、連続発光のＸｅランプを使
用し、励起光の入力強度を５００ｍＷとした。波長１．
３０μｍの信号光に対する利得は１８ｄＢであった。
【００３６】（例２）光ファイバ３０として、そのコア
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｎｄ3+を１０００ｐ
ｐｍ、Ｃｒ3+を２０００ｐｐｍ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。白色光源１３２として
は、連続発光のＸｅランプを用い、励起光の入力強度を
５００ｍＷとした。波長１．３０μｍの信号光に対する
利得は１７．５ｄＢであった。
３０ａにＰｒ3+を１０００ｐｐｍ、Ｎｄ3+を１０００ｐ
ｐｍ、Ｃｒ3+を２０００ｐｐｍ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。白色光源１３２として
は、連続発光のＸｅランプを用い、励起光の入力強度を
５００ｍＷとした。波長１．３０μｍの信号光に対する
利得は１７．５ｄＢであった。
【００３７】図６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の領域には活性物質Ｐｒ3+とともにＣｒ3+、
Ｙｂ3+、Ｎｄ3+等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０．７μｍ以下の励起光を
入射させる。励起光を発生させるＸｅランプ等の白色光
源としては、図５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の領域には活性物質Ｐｒ3+とともにＣｒ3+、
Ｙｂ3+、Ｎｄ3+等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０．７μｍ以下の励起光を
入射させる。励起光を発生させるＸｅランプ等の白色光
源としては、図５のものと同様のものを用いる。
【００３８】図６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、
白色光源からの波長０．７μｍ以下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、Ｃｒ3+を励起し、さらにＹｂ3+を介してＰｒ3+
を励起する。励起されたＰｒ3+は信号光に誘導されて、
遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 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、
白色光源からの波長０．７μｍ以下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、Ｃｒ3+を励起し、さらにＹｂ3+を介してＰｒ3+
を励起する。励起されたＰｒ3+は信号光に誘導されて、
遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 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。
【００３９】第７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、Ｘｅランプ等の白色光源３２と、レンズ等からなる
励起光結合装置４３とを備える。白色光源３２は波長
０．７μｍ以下の励起光を発生する。励起光結合装置４
３は励起光を白色光源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３０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サ
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、Ｘｅランプ等の白色光源３２と、レンズ等からなる
励起光結合装置４３とを備える。白色光源３２は波長
０．７μｍ以下の励起光を発生する。励起光結合装置４
３は励起光を白色光源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３０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サ
を形成することも可能である。
【００４０】上記のファイバレーザにおいて、白色光源
３２からの励起光は、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Ｃｒ3+を励起し、さらにＹｂ3+を介してＰｒ3+を励
起する。励起されたＰｒ3+は１．３μｍの自然放出光に
誘導されて、遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３
μｍ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。
３２からの励起光は、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Ｃｒ3+を励起し、さらにＹｂ3+を介してＰｒ3+を励
起する。励起されたＰｒ3+は１．３μｍの自然放出光に
誘導されて、遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に対応する波長１．３
μｍ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。
【００４１】
【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、Ｃｒと、Ｙｂ若しくはＮｄとの存
在により、簡易な光源を用いて間接的ながらＰｒを効率
よく励起することができる。励起されたＰｒの存在によ
り、波長１．３μｍ帯の発光・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。
能性ガラスによれば、Ｃｒと、Ｙｂ若しくはＮｄとの存
在により、簡易な光源を用いて間接的ながらＰｒを効率
よく励起することができる。励起されたＰｒの存在によ
り、波長１．３μｍ帯の発光・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。
【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】Ｐｒ等の希土類元素のエネルギー準位図を示し
た別の図である。
た別の図である。
【図３】Ｃｒの発光とＹｂの吸収を示した図である。
【図４】光ファイバの実施例を示した図である。
【図５】ファイバ増幅器の実施例を示した図である。
【図６】導波路素子増幅器の実施例を示した図である。
【図７】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…励起光源 ３３、４３…励起結合手段であるカプラ
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/07 8934−4Ｍ 3/0915 3/17 8934−4Ｍ (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 (12)
- 【請求項１】 ホストガラスに、活性物質であるＰｒと
ともにＹｂ及びＣｒを添加したことを特徴とする光機能
性ガラス。 - 【請求項２】 ホストガラスに、活性物質であるＰｒと
ともにＮｄ及びＣｒを添加したことを特徴とする光機能
性ガラス。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２のいずれか一項に
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４】 請求項３に記載の光ファイバと、Ｃｒを
励起するため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５】 前記励起光源は、Ｘｅランプ若しくはハ
ロゲンランプであることを特徴とする請求項４に記載の
光能動装置。 - 【請求項６】 請求項４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７】 請求項４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８】 請求項１又は請求項２のいずれか一項に
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９】 請求項８に記載の導波路素子と、Ｃｒを
励起するため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１０】 前記励起光源は、Ｘｅランプ若しくは
ハロゲンランプであることを特徴とする請求項９に記載
の光能動装置。 - 【請求項１１】 請求項９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素子内に導く信号
光結合手段とを備える導波路素子増幅器。 - 【請求項１２】 請求項９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 |
|---|---|---|---|
| JP03218991A JP3078050B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 光機能性ガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03218991A JP3078050B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 光機能性ガラス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0558674A true JPH0558674A (ja) | 1993-03-09 |
| JP3078050B2 JP3078050B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=16728560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03218991A Expired - Fee Related JP3078050B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 光機能性ガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3078050B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2286390A (en) * | 1994-02-09 | 1995-08-16 | Univ Brunel | Infrared transmitting optical fibre materials |
| US6037285A (en) * | 1995-08-15 | 2000-03-14 | Btg International Limited | Infrared transmitting optical fiber materials |
| JP2019523961A (ja) * | 2016-05-13 | 2019-08-29 | コーニング インコーポレイテッド | 量子メモリシステム、及びドープ多結晶セラミック光学素子を有する量子中継器システム、並びにこれを製造する方法 |
| US11361822B2 (en) | 2017-03-01 | 2022-06-14 | Coming Incorporated | Quantum memory systems and quantum repeater systems comprising doped polycrystalline ceramic optical devices and methods of manufacturing the same |
| US11465941B2 (en) | 2018-09-24 | 2022-10-11 | Corning Incorporated | Rare-earth doped metal oxide ceramic waveguide quantum memories and methods of manufacturing the same |
-
1991
- 1991-08-29 JP JP03218991A patent/JP3078050B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2286390A (en) * | 1994-02-09 | 1995-08-16 | Univ Brunel | Infrared transmitting optical fibre materials |
| GB2286390B (en) * | 1994-02-09 | 1997-12-10 | Univ Brunel | Infrared transmitting optical fibre materials |
| US6037285A (en) * | 1995-08-15 | 2000-03-14 | Btg International Limited | Infrared transmitting optical fiber materials |
| JP2019523961A (ja) * | 2016-05-13 | 2019-08-29 | コーニング インコーポレイテッド | 量子メモリシステム、及びドープ多結晶セラミック光学素子を有する量子中継器システム、並びにこれを製造する方法 |
| US11361822B2 (en) | 2017-03-01 | 2022-06-14 | Coming Incorporated | Quantum memory systems and quantum repeater systems comprising doped polycrystalline ceramic optical devices and methods of manufacturing the same |
| US11715521B2 (en) | 2017-03-01 | 2023-08-01 | Corning Incorporated | Quantum memory systems and quantum repeater systems comprising doped polycrystalline ceramic optical devices and methods of manufacturing the same |
| US11465941B2 (en) | 2018-09-24 | 2022-10-11 | Corning Incorporated | Rare-earth doped metal oxide ceramic waveguide quantum memories and methods of manufacturing the same |
| US11958780B2 (en) | 2018-09-24 | 2024-04-16 | Corning Incorporated | Rare-earth doped metal oxide ceramic waveguide quantum memories and methods of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3078050B2 (ja) | 2000-08-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |