JP2004186608A - １．４５〜１．６５μｍ帯の光増幅器またはレーザー発振器または光源 - Google Patents

Abstract

【課題】１．４５〜１．６５μｍの波長範囲内の連続した９５ｎｍ以上の波長範囲で、５ｄＢ以上の小信号利得を得られることを特徴とする、１．４５〜１．６５μｍ帯の広帯域光増幅器を提供する。
【解決手段】増幅用光導波路のコア部にＥｒを含有し、Ｅｒの単位体積あたりの濃度（ρ_Ｅｒ）が、１．５×１０^１９／ｃｍ^３≦ρ_Ｅｒ≦６×１０^２０／ｃｍ^３以下であり、波長０．７５〜１．０８μｍ、波長１．４〜１．５０μｍの範囲から選ばれる１波長で励起し、少なくとも１個の利得抑制フィルターを配置し、各段の増幅用光導波路のコアに含まれる全Ｅｒ原子数（Ｎ_Ｅｒ）が１×１０^１３個≦Ｎ_Ｅｒ≦１×１０^１６個であり、かつ、増幅用光導波路の四光波混合の起こり易さを示す指標をＮ_ＦＷＭ≦１とする。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１．４５〜１．６５μｍ帯の光通信などで用いられる光増幅器または波長可変レーザー発振器または広帯域光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信では、通信容量の増大に伴い、従来から用いられてきたＣバンド（１．５３〜１．５６５μｍ）に加えて、長波長側のＬバンド（１．５６５〜１．６２５μｍ）と短波長側のＳバンド（１．４６〜１．５３μｍ）の利用が検討されている。現在は、各バンドごとに専用の増幅器が必要であり、二台または三台の増幅器を並列に繋いだ複雑な構成にしなければならない（非特許文献１参照）。 このため、Ｓ／Ｃ／Ｌバンドの合分波素子や光信号タイミング調整装置が必要となり、伝送機器のコストが非常に高くなる上に、制御が難しくなる問題がある。
【０００３】
このような状況から、広帯域の信号を一括増幅する方法が要求されており、Ｃ＋Ｌバンド一括増幅またはＳ＋Ｃ＋Ｌバンド一括増幅（以下、超広帯域増幅）への期待が高まっている。
【０００４】
Ｃ＋Ｌバンド一括増幅用としては、Ｅｒ添加亜テルル酸塩ガラスファイバー増幅器（ＥＤＴＦＡ）（特許文献１、非特許文献２参照）や、Ｅｒ添加ビスマス酸塩ガラスファイバー増幅器（ＥＤＢｉＦＡ）が知られており（非特許文献３、特許文献２参照）、８０〜９０ｎｍ幅のＣ＋Ｌバンド一括増幅が可能とされている。しかし、Ｃ＋Ｌバンド一括増幅ではＳバンド増幅が残ってしまい、システムの簡略化やコスト削減効果に制限がある。
【０００５】
超広帯域増幅にはラマン増幅器またはラマン増幅器とＥＤＦＡのハイブリッドが提案され、注目されている（非特許文献４参照）。しかし、超広帯域増幅できるラマン増幅器には数百ｍ程度の長いファイバーが必要であり、増幅器自体が大型になる問題や、分布利得型の装置となって線路管理が煩雑になる問題がある。ラマン増幅＋ＥＤＦＡハイブリッドも、ラマン増幅の問題をそのまま引き継いでいる。これらの方法に対し、ＥＤＢｉＦＡで超広帯域増幅する可能性が示されている（特許文献３参照）が、この公報に記載の組成では後述する非線形光学効果により、実用的な超広帯域光増幅器を構成できない。一般に、酸化ビスマス系ガラスや亜テルル酸塩ガラスは屈折率が２以上と非常に高屈折率であり、非線形屈折率も同様に高いことが知られている。また、これと同時に非線形定数も大きく、広帯域な増幅帯域を利用しようとして波長間隔を狭くした通信（ＤＷＤＭ伝送）や、離散的な波長で高強度な信号を伝送する通信（ＣＷＤＭ伝送）を行うと、非線形効果によって信号がひずむ問題が指摘されている（非特許文献５参照）。
【０００６】
このように、超広帯域増幅可能で、しかも交換局内などへの設置に有利な、小型で超広帯域かつ実用的な希土類添加ファイバー増幅器は知られていない。
【０００７】
さらに、超広帯域増幅特性測定には、全帯域で波長可変可能なレーザーや広帯域光源が必要である。現在、測定用の波長可変レーザーは半導体レーザーが主流となっているが、利得帯域の制限からＳ＋Ｃ＋Ｌバンドの全域で発振できるレーザー（以下、超広帯域レーザー）は知られていない。半導体レーザー以外にファイバー・レーザー型の光源が知られているが、一般的にＥｒ添加石英ファイバーを基本としているため、ＣバンドあるいはＬバンドでの単独発振以外は不可能である。ラマンレーザーはＳ＋Ｃ＋Ｌバンドの帯域内で発振可能であるが、構成が複雑で非常に高価な装置となるため、実用的でない。このため、超広帯域で連続波長可変かつ実用的なレーザーは知られていない。
【０００８】
同じように、増幅特性測定には広帯域光源を用いることができる。このような光源としては、広帯域発光ダイオード（ＳＬＤ）や、Ｅｒ添加石英ファイバーのＡＳＥ光源が知られているが、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンド一括発光の広帯域光源（以下、超広帯域光源）は構築できない。数台のＳＬＤ光源を組み合わせた広帯域光源（例えば、Ｂ＆Ｗ Ｔｅｋ Ｉｎｃ．ＢＷＣ−ＳＬＤ９など）やＥｒ添加石英ファイバーとＴｍ添加フッ化物ファイバーを組み合わせたＡＳＥ光源（例えば、ファイバーラボ（株）製 ＦＬ７７０１）が市販されているが、内部構成が複雑になるため、非常に高価である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２３６２４０号公報
【特許文献２】
特開平１１−３１７５６１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１８５７８９号公報
【非特許文献１】
Ｙ．Ｙａｎｏ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＳＲＳ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｒｅｅ−ｂａｎｄ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，” ２６^ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｖｏｌｕｍｅ ３， ３９−４０ （２０００）
【非特許文献２】
Ａ．Ｍｏｒｉ， ｅｔ ａｌ．， Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， Ｄａｌｌａｓ， Ｔｅｘａｓ （１９９７） ＰＤＰ２
【非特許文献３】
Ｓ．Ｔａｎａｂｅ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｂｒｏａｄ−ｂａｎｄ １．５ ｍｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｅｒ^３＋ ｉｏｎｓ ｉｎ ｂｉｓｍｕｔｈ−ｂａｓｅｄ ｏ ｘｉｄｅ ｇｌａｓｓｅｓ ｆｏｒ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ＷＤＭ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，” Ｊ． Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ８７−８９ （２０００） ６７０−６７２
【非特許文献４】
Ｈ．Ｍａｓｕｄａ， ｅｔ ａｌ．， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． ３４， １３４２− （１９９８）
【非特許文献５】
Ｍ．Ｅ．Ｍａｒｈｉｃ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｌａｒｇｅ ｃｒｏｓｓ−ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｕｒ ｗａｖｅ ｍｉｘｉｎｇ ｉｎ ｔｅｌｌｕｒｉｔ ｅ ＥＤＦＡｓ，” Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ３５， ２０４５−２０４７ （１９９９）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、単一の線路で、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンドにまたがる広い波長範囲を一括増幅できる希土類添加ファイバー増幅器やレーザー発振器や広帯域光源は、これまでに知られていない。Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンドの波長範囲での広帯域一括増幅が、単一の線路で可能になれば、分岐素子や合波素子のない簡素かつ安価な構成で光通信ネットワークを構成できる。また、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンドの波長範囲での広帯域一括増幅が単一の線路で可能になれば、従来の増幅器を単純に置き換えるだけで、ただちに大幅な伝送容量の向上を実現できる。また、このような超広帯域増幅器は、従来の高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）に加えて、低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ）に利用できるため、システムの低価格化と共に柔軟性が向上する。
【００１１】
本発明は１．４５〜１．６５μｍ帯に亘る広帯域増幅器、または広帯域波長可変レーザー発振器、または広帯域光源を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記問題を包括的に考慮し、鋭意検討の結果、非線形性の小さいコアガラスに、一定濃度以上のＥｒを添加した特定の濃度長（Ｅｒ数）の光導波路と、Ｃバンドに大きな損失を持つフィルタを組み合わせることで、１．４５〜１．６５μｍの波長範囲のうち、連続した９５ｎｍ以上の帯域幅で超広帯域増幅，超広帯域波長可変レーザー発振，超広帯域発光が可能であることを見いだし、本発明に到達した。
【００１３】
すなわち本発明は、増幅用光導波路のコアにＥｒを一定濃度の範囲で含有した増幅用光導波路と、主にＣバンドに損失を持つ利得抑制フィルターを組み合わせ、波長０．７５〜１．０８μｍまたは波長１．４〜１．５０μｍの範囲の励起光で励起し、しかも使用する導波路中のＥｒイオンの数（従来の濃度条長積に相当する）が一定の範囲内であり、伝送中の非線形光学効果を抑制するために導波路のコアガラスが一定の屈折率および非線形光学定数以下の増幅用導波路で構成されていることを特徴とする、１．４５〜１．６５μｍ帯の超広帯域光増幅器または、超広帯域レーザー発振器または、超広帯域光源を提供するものである。
【００１４】
以下本発明について詳述する。
Ｅｒ添加光導波路では、特定の反転分布での発光スペクトルと吸収スペクトルの差を求めることで、利得スペクトルを再現できることが知られており、実測と良く一致する事が解っている［例えば、Ｃ．Ｒ．Ｇｉｌｅｓ他，”Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，” Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ９， ２７１−２８３ （１９９１）］。代表的な３種類のガラスで増幅特性を計算した結果を図１に示す。一見して判るとおり、適切な反転分布において、Ｅｒ添加フッ化物ガラス（図１−（Ａ））や亜テルル酸塩ガラス（図１−（Ｂ））の想定利得スペクトルは、シリカガラス（図１−（Ｃ））の場合よりもなだらかなスペクトルを得られる。例えば、フッ化物とテルライトの反転分布６／４のスペクトル，石英の反転分布７／３のスペクトルを比較すると、石英では１５３０ｎｍ付近に明瞭な発光ピーク認められるが、フッ化物とテルライトには明瞭な発光ピークがない。このため、Ｅｒ添加フッ化物ガラスやＥｒ添加テルライトガラスでは、Ｅｒ添加シリカガラスよりも平坦な利得スペクトルや、広帯域な利得スペクトルを得ることができ、このことは、例えば、Ｄ．Ｂａｙａｔｔ ｅｔ．ａｌ．， ”Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｉｎ ｆｌａｔｎｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｆｏｒ １．５５ｍｍ ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｌｕｏｒｉｄｅ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，” ＩＥＥＥ ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ６， ６１３−６１５ （１９９４）などにも述べられている。
【００１５】
これらの想定利得スペクトルから、Ｇｉｌｅｓの方法などを用いて実際の利得を計算した。一例を図２に示す。この計算では、波長１４９０ｎｍと１６００ｎｍの小信号利得が１０ｄＢで等しくなる条件を選んでいる。一般に、利得抑制フィルターで補正可能な利得差は２０ｄＢ程度までと言われており、利得抑制フィルターを用いたとしても、図２に示す全てのガラスにおいて、１．４５〜１．６５μｍ帯の超広帯域を利得平坦化するには利得偏差が大きすぎる事が判る。Ｅｒ添加シリカガラスでは、最も利得偏差が大きく、最大で５０ｄＢを越える偏差になる。このため、従来の技術では、ガラスの種類によらず超広帯域で利得平坦な増幅が不可能であるか、極めて増幅効率が低くなる。
【００１６】
本発明者らは、鋭意検討の結果、超広帯域増幅に関わる重要な３要素を見いだし、その適切な組み合わせによって、超広帯域増幅、超広帯域レーザー、超広帯域光源の実現が可能になるとことを考案した。１点目の重要ポイントは、Ｅｒ濃度およびＥｒ数に関わる点であり、２点目の重要ポイントはＣバンドに損失中心を持つ利得抑制フィルターの利用であり、３点目の重要ポイントは光導波路のコア材料および導波路の非線形性および屈折率に関わる点である。
【００１７】
まず、１点目の重要ポイント（以下、▲１▼）であるＥｒ濃度およびＥｒ数に関わる内容について詳述する。本発明者らは、コアガラスにＥｒを一定濃度以上含有し、導波路中のＥｒ数が一定の範囲内にある光導波路では、光密度が高い波長で利得の飽和が従来よりも効果的に生じ、従来法で予測可能な利得偏差よりも偏差を小さく抑制できることを見いだした。この効果により、Ｃバンドとそれ以外の帯域での利得偏差を２０ｄＢ以内に抑制できる。このため、利得抑制フィルターの併用によって１．４５〜１．６５μｍ帯で超広帯域かつ利得平坦な光増幅器やレーザー発振器や広帯域光源を構成できる。
【００１８】
本発明による超広帯域化の方法では、Ｅｒ高濃度添加によるＳ，Ｌバンドでの利得とＣバンドでの利得の間の偏差抑制によって利得抑制フィルターの利用を可能とし、その利得抑制フィルターによってさらに利得偏差を抑制するため、大信号入力動作や利得飽和でない動作条件下においても、超広帯域で利得平坦性の良い増幅が可能となる。
【００１９】
本発明の要点となるＳ，ＬバンドとＣバンドの間での利得偏差抑制は、Ｅｒイオン間のエネルギー移動を基本としているため、Ｅｒイオン間距離すなわちＥｒ濃度とに強く依存する。一般に光増幅器では、Ｅｒイオン間相互作用による濃度消光は効率低下の原因となるため、Ｅｒイオン間相互作用が生じない程度の低濃度添加導波路が用いられている［例えば、Ｍ． Ｓｈｉｍｉｚｕ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｃｏｎｃｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｅｒ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ，” ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ２， ４３−４５ （１９９０））。シリカガラスを用いた増幅器では、低濃度からＥｒイオン同士の凝集（クラスタリング）が生じるため、１０００ｐｐｍ程度を上限にして添加濃度が制限されてしまう。このため、通常のエルビウム添加シリカファイバーでは、Ｅｒ間のエネルギー移動が起こりにくく、本発明の効果を得ることはできない。一方で、Ｅｒイオン間のエネルギー移動は、程度の差はあるものの母材の材質にあまり影響を受けないことから、シリカファイバーの場合のような強い濃度消光が生じない材料に、所定の濃度でＥｒを添加できれば、どんなものでも本発明の効果を得ることができる。
【００２０】
具体的には、増幅用光導波路のコア部分に含まれるＥｒの濃度（ρ_Ｅｒ）が、１．５×１０^１９／ｃｍ^３≦ρ_Ｅｒ≦６×１０^２０／ｃｍ^３の範囲で本特許の効果が得られる。この範囲よりも低濃度では、実質的にＥｒ間エネルギー移動がほとんど生じないため、低濃度での増幅とほぼ同じになる。このため、利得を得られる波長幅が９５ｎｍよりも狭くなる。この範囲よりも高濃度では、Ｅｒ間エネルギー移動が強く起こりすぎるため、増幅器やレーザーとしての効率が著しく低下し、実用的でない。コアのガラス組成がハライドガラスまたはハライド酸化物ガラスで、ファイバー長や励起方法や利得抑制フィルターなどの条件を最適化した場合、上記の濃度範囲の中でも５×１０^１９／ｃｍ^３≦ρ_Ｅｒ≦３．５×１０^２０／ｃｍ^３の範囲の時、９５ｎｍ以上の波長範囲で１３ｄＢ以上の小信号利得を得られるため、特に好ましい。
【００２１】
また、別のタイプのＥｒイオン間エネルギー移動は、光導波路の導波方向にも生じている。Ｅｒが低濃度でもこのタイプのエネルギー移動は生じることが知られており、Ｅｒ添加シリカファイバーによるＬバンド増幅に利用されている［例えば Ｈ．Ｏｎｏ， ｅｔ ａｌ．，”Ｇａｉｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄ Ｅｒ^３＋−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ ａ ＷＤＭ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ ｔｈｅ １．５７−１．６０ ｍｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｅｇｉｏｎ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９， ５９６−５９８ （１９９７）］。このため、超広帯域増幅や超広帯域レーザー発振や超広帯域光源には前述した添加濃度だけでなく、導波路長を適切に設定する必要がある。実際には、高濃度添加の場合にはコア直径も加味した全Ｅｒ数が重要となる。
【００２２】
具体的には、各段の増幅用光導波路のコアに含まれる全Ｅｒ原子数（Ｎ_Ｅｒ）が各々、１×１０^１３個≦Ｎ_Ｅｒ≦１×１０^１６個の範囲であることが好ましい。この範囲よりもＥｒ数が多い場合、すなわち適正な範囲よりもコア直径が大きいかファイバー長が長い場合は、Ｌバンドの利得がＳバンド領域よりも大きくなり利得帯域幅が狭くなる。逆にこの範囲よりもＥｒ数が少ない場合、すなわち適正な範囲よりもコア直径が小さいかファイバー長が短い場合は、Ｌバンドの利得がＳバンドやＣバンドよりも小さくなり利得帯域幅が狭くなる。ＳバンドとＬバンドの利得偏差は、ある程度の範囲であれば利得抑制フィルタで調整可能であるが、理想的にはほぼ同じレベルとなるように、Ｅｒ濃度と全Ｅｒ数（すなわちコア直径とファイバー長）を調整するのが好ましい。多段構成とする場合は、全ての段の増幅用導波路がこのＥｒ数の条件を満たす必要がある。単段で構成する場合は、多段構成よりも自由度が低下する。単段では励起条件にもよるが、１×１０^１４≦Ｎ_Ｅｒ≦５×１０^１５が特に好ましい。
【００２３】
次に、２点目の重要ポイント（以下、▲２▼）である利得抑制フィルタについて詳細に説明する。図３に示すように、Ｅｒ高濃度かつ適切な総Ｅｒ数に設計した導波路でも、１５３０ｎｍ付近のＣバンドを中心する利得は、ＳまたはＬバンドよりも高い値となっている。これを抑制し、Ｓ〜Ｌバンドに至る超広帯域増幅を可能とするためには、Ｃバンドに損失中心のある利得抑制フィルタを利用する必要がある。
【００２４】
広い波長範囲にわたって利得を得るためには、利得の高い部分を選択的に吸収または反射する、利得抑制フィルターが必要であり、薄膜フィルターや長周期，短周期，周期変調型のファイバー回折格子などが用いられている。最近の新しい方法としては、カットオフ波長付近の損失を巧妙に利用する方法が示されており、このような方法を利得抑制フィルターとして用いることもできる［Ｍ． Ａ． Ａｒｂｏｒｅ， ｅｔ ａｌ．，”３４ ｄＢ ｇａｉｎ ａｔ １５００ ｎｍ ｉｎ Ｓ−ｂａｎｄ ＥＤＦＡ ｗｉｔｈ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＡＳＥ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ，” Ｐｒｏｃ． ＥＣＯＣ ２００２， ｖｏｌ．１ ２．２．２ （２００２）］。また、熱複屈折性を利用した可変フィルターやマハツェンダー型のフィルターなど、必要な損失が得られる方法なら何でも良い。これらの利得抑制フィルターでは、通常２０ｄＢ程度の利得偏差を補償できるとされている。このため、ピーク利得が４０ｄＢの場合、利得抑制フィルターの設計制限から、２０ｄＢ以上の利得が得られる波長範囲で増幅可能と考えられる。
【００２５】
図３に、高濃度Ｅｒ添加フッ化物ガラス導波路およびテルライトガラス導波路を、波長９８０ｎｍのレーザーで励起したときの蛍光スペクトルから予想される、ファイバー増幅器の小信号利得レベルを示す。図３は図２と異なり、Ｅｒを高濃度添加した導波路からの出射光を基にしているため、利得偏差が２０ｄＢ以下に縮小され、利得抑制による超広帯域増幅が可能となっている事が判る。テルライトではＳおよびＬバンドで１０ｄＢ程度の利得が得られ、超広帯域増幅の可能性がある。しかし、テルライトや酸化ビスマス系ガラスのような高屈折率ガラスの一部組成は、その高い非線形性から超広帯域増幅に適さない。この点に関しては後述する。一方、フッ化物ガラスのような低屈折ガラスでは、非線形性も小さいため超広帯域増幅に適している。また、フッ化物ガラスではＥｒのピーク誘導放出断面積が小さいものの、ピーク利得と周辺波長での利得の差が小さいため、ＳバンドとＬバンドで１０ｄＢ以上の利得を同時に得ることができる。このため、Ｓ＋Ｃ＋Ｌバンドにまたがる超広帯域一括増幅が可能になる。
【００２６】
利得抑制フィルターの損失スペクトルは、増幅用光導波路のコア材料，Ｅｒ添加濃度，導波路長，励起条件，信号強度，入射信号波長数などで変化するため一概に規定できない。しかし、Ｅｒの誘導放出スペクトルからＣバンドでの利得が最も高くなりやすく、Ｓ，Ｌバンドとの利得バランスを取るため、Ｃバンド帯に損失の中心を設定する事が好ましい。利得抑制フィルターの損失スペクトル設計や制御は、信号の入出力条件，励起条件，増幅用導波路の構成段数や各段の組成や導波路長に依存するため、具体的なスペクトル形状や損失値を一概に規定することはできない。しかし、Ｅｒの誘導放出断面積が大きい１．５３０〜１．５６５μｍの範囲の損失値（αｃ）が５ｄＢ≦αｃ≦３０ｄＢであり、誘導放出断面積が小さいそれ以外の波長域では、１．４５〜１．５１μｍの範囲の損失値（αｓ）と１．５８〜１．６５μｍの範囲の損失値（αｌ）が共に０ｄＢ≦ αｓ，αｌ≦１０ｄＢである事が好ましい。αｃがこの範囲よりも小さい場合は、実質的に利得抑制の効果が無くなり、広帯域の増幅やレーザー発振ができない。αｃがこの範囲よりも大きい場合、得られる利得や出力が小さくなり、雑音指数（ＮＦ）が増加して好ましくない。αｓとαｌがこの範囲よりも大きい場合は、得られる利得や出力が小さくなり、雑音指数（ＮＦ）が増加して好ましくない。
【００２７】
利得平坦化フィルターの挿入位置や数は、増幅器の構成で最適配置が変化するため、一概には規定できない。単段増幅構成では、信号の入射側（上流）あるいは出射側（下流）あるいは双方に利得平坦化フィルターを配置することができる。多段構成では、各段の上流または下流または双方に設置することができるし、とびとびの段または全ての段に利得平坦化フィルターを設置することができる。しかし、構成の簡単さやコストを考慮すると、単段では上流または下流に設置する方法が好ましく、多段構成では初段の上流と全ての段の間と最終段の下流に設置する方法が好ましい。これらのフィルターは、損失値や損失スペクトルを固定しても良いし、可変としても良い。損失値や損失スペクトルが可変の場合は、利得や出力制御と連動したプログラム可能な制御が好ましい。
【００２８】
次に、３点目の重要ポイント（以下、▲３▼）であるコア材料あるいは導波路の非線形性と屈折率について詳細に説明する。これまで述べてきた方法を用いて広帯域増幅を行う場合、従来から広く用いられている波長分割多重（ＷＤＭ）技術を利用して、多波長の信号を一括増幅することが出来る。特に、利得帯域幅が１００ｎｍに至るような超広帯域増幅では、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）伝送による超大容量伝送が期待できる。ところが、広帯域化による超大容量伝送では、波長間隔が狭くなったり波長間隔が各信号間で一定になると、四光波混合（ＦＷＭ），自己位相変調（ＳＰＭ），相互位相変調（ＸＰＭ）などの非線形効果が顕著になり、無信号の波長に偽の信号が出現したり信号が歪むなど、エラーの増加が報告されている。非線形効果の中でも影響が大きいＦＷＭの起こり易さは、以下のような式に簡略化して評価できることが示されている［ Ｍ． Ｅ． Ｍａｒｈｉｃ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｌａｒｇｅ ｃｒｏｓｓ−ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｕｒ ｗａｖｅ ｍｉｘｉｎｇ ｉｎ ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ ＥＤＦＡｓ，” Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｒｓ， ３５， ２０４５−２０４７ （１９９９） ］。
【００２９】
Ｎ_ＦＷＭ＝（γ／Ｄ）^２
γ：非線形パラメータ（ｋｍ^−１・Ｗ^−１）
Ｄ：色分散（ｐｓ・ｎｍ^−１・ｋｍ^−１）
ここで、ＦＷＭの指標（Ｎ_ＦＷＭ）は導波路の長さと無関係であることが重要である。また、非線形パラメータは非線形屈折率と以下の関係にある（Ｇ．Ｐ．Ａｇｒａｗｅｌ ，”Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ，” ３^ｒｄ ｅｄ．， Ｌｏｎｄｏｎ： Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｃｈａｐｔｅｒ ２ （２００１））。
【００３０】
γ＝ｎ_２・ｆ／（ｃ・Ａ_ｅｆｆ）
ｎ_２：非線形屈折率（ｍ^２／Ｗ）
ｆ： 信号の周波数（ｓ^−１）
ｃ： 光速（ｋｍ／ｓ）
Ａ_ｅｆｆ：実効コア面積（ｍ^２）
増幅用導波路の非線形パラメータと色分散は、コア材料の非線形性に強く依存している。また、増幅用ファイバーでは増幅効率を高めるためにＡ_ｅｆｆが一般的な伝送用ファイバー（Ａ_ｅｆｆ≒５０〜１００×１０^−１２ｍ^２）よりもかなり小さく、Ａ_ｅｆｆ≒１０〜３０×１０^−１２ｍ^２のため、γが大きくなりやすい。超広帯域増幅においては、現在一般に使用されているシリカ系ＥＤＦＡよりも利用する波長数が増加するので、少なくとも現行シリカ系ＥＤＦＡの非線形性と同等以下である事が望まれる。シリカ系ＥＤＦの代表的な値としてはγ＝５〜５０ｋｍ^−１・Ｗ^−１、Ｄ＝−５〜−５０ｐｓ・ｎｍ^−１・ｋｍ^−１であり、最大のＮ_ＦＷＭ＝１程度であることから、超広帯域増幅においてはＮ_ＦＷＭ≦１の必要がある。また、増幅帯域幅が９０ｎｍ以上の場合は従来のシリカＥＤＦＡの３倍程度の帯域幅となることから、伝送容量も３倍程度が期待できる。このため、さらに好ましくはＮ_ＦＷＭ≦０．３である。増幅用光導波路が単段の場合、多段の場合共に、増幅器やレーザー発振器を構成する全ての導波路がこの範囲内である必要がある。Ｎ_ＦＷＭ＞１では、現行のＥＤＦＡよりも非線形光学効果が起きやすくなり、現行の光通信よりも大容量化することが困難になる。
【００３１】
また、一般に非線形屈折率は屈折率が大きい材料ほど大きい事が知られている（例えば、Ｖ．Ｐｉｍｉｔｒｏｖ， ｅｔ ａｌ．， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ， ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ， ｏｐｔｉｃａｌ ｂａｓｉｃｉｔｙ ａｎｄ ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｏｘｉｄｅ ｇｌａｓｓｅｓ，” ｖｏｌ． ２４９， ｐｐ １６０−１７９ （１９９９））。導波路の色分散は一般に−５０〜５０ｐｓ・ｎｍ^−１・ｋｍ^−１であり、Ｎ_ＦＷＭ＜１のためには材料の非線形パラメータ（γ）≦５０ｋｍ^−１・Ｗ^−１（非線形屈折率で約３×１０^−１９ｍ^２／Ｗ以下）が必要である。非線形パラメータと屈折率の関係を検討の結果、γ≦５０ｋｍ^−１・Ｗ^−１のためには、屈折率（ｎ）≦１．６であることが好ましいと判った。屈折率（ｎ）＞１．６の場合は、ガラスの組成や導波路構造の設計にもよるがＮ_ＦＷＭ＞１となる場合があり好ましくない。
【００３２】
また、光通信用のファイバーとの接続では、高屈折材料や低屈折率材料とシリカファイバーの接続部分で屈折率差に起因する反射が起こり、エラーや雑音の増加につながる。このような悪影響を避けるためには、反射減衰量として４０ｄＢ以上必要である。屈折率の異なる材料を高反射減衰量（＝低反射率）で接続するための様々な提案があり、斜め接続や熱拡散によるコア径拡大（＝コア屈折率低下）が一般に用いられている。これらの方法を用いた市販の光部品組立機器（例えば融着接続器や自動調心組立器）で、反射減衰量≧４０ｄＢを実現するためには、増幅用導波路のコア屈折率（ｎ）が１．３≦ｎ≦１．６の必要がある。この範囲外では一般的な組立方法で反射減衰量≧４０ｄＢを実現することが困難になる（参考：Ｍ．Ｊ．Ｆ．Ｄｉｇｏｎｎｅｔ ｅｄｉｔ， ”Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，” ２^ｎｄ ｅｄ．， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ： Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ．， ｐｐ ７２１ （２００１））。より好ましくは１．３５≦ｎ≦１．５５である。
【００３３】
上述の▲１▼〜▲３▼を満たした上で、本発明をさらに効果的に実施するための条件を述べる。
【００３４】
本特許のコアガラス組成は、▲１▼の濃度範囲でＥｒを所定濃度添加可能で、▲３▼の屈折率と非線形光学定数の範囲を満たすことができる物なら何でも良い。具体的には、ハライドガラス、ハライド酸化物ガラス、ハロゲン含有酸化物ガラス、燐酸塩ガラス、多成分シリカ系酸化物ガラス、多成分亜テルル酸塩ガラス、多成分ビスマス酸塩ガラス、多成分タングステン酸塩ガラス、多成分ゲルマン酸塩ガラスなどから選ぶことができる。多段構成の場合、これらのガラスから適宜選択して組み合わせることで、性能を最適化できる。
【００３５】
コアガラスが低フォノン材料の場合、波長０．７５〜１．０８μｍの励起光で励起すると、励起状態吸収（ＥＳＡ）が生じて１．４５〜１．６５μｍ帯の増幅効率が著しく低下する場合がある。この現象は、低フォノン材料で励起上準位寿命が長い（数ｍｓ）場合に顕著に見られる。このような場合には、励起上準位を選択的に短寿命化することで効率を向上させることが可能であり、Ｃｅが効果的であることが示されている［Ｚ． Ｍｅｎｇ， ｅｔ ａｌ．，”１．５５−ｍｍ Ｃｅ−Ｅｒ−ＺＢＬＡＮ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｕｎｄｅｒ ９８０−ｎｍ Ｐｕｍｐｉｎｇ： Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，” ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， １４， ６０９−６１１ （２００２）］。本特許における低フォノンガラスとしては、ハライドガラス、ハライド酸化物ガラス、ハロゲン含有酸化物ガラス、燐酸塩ガラス、多成分シリカ系酸化物ガラス、多成分亜テルル酸塩ガラス、多成分ビスマス酸塩ガラス、多成分タングステン酸塩ガラス、多成分ゲルマン酸塩ガラスが挙げられる。
【００３６】
本特許のＥｒ濃度範囲に対応したＣｅ濃度としては、導波路のコアのＣｅ濃度（ρ_Ｃｅ）が、１×１０^１８／ｃｍ^３≦ρ_Ｃｅ≦１．２×１０^２１／ｃｍ^３である必要がある。この濃度範囲よりも低濃度の場合は、実質的にＣｅによるＥＳＡ抑制効果が得られない。この濃度範囲よりも高濃度の場合には、ＥＳＡ抑制効果は得られるが、ガラスの安定性が劣化するために好ましくない。
これらのガラス組成群の中でも、屈折率や非線形性の観点から、特にハライドガラス、ハライド酸化物ガラス、ハロゲン含有酸化物ガラス、および多成分シリカ系酸化物ガラスが好適である。
【００３７】
フッ化物ガラスのように単段でも広帯域増幅できる場合には、直列多段構成にすることで、増幅帯域幅を損なわずに（場合によっては、より広い増幅帯域幅で）単段よりも高い増幅率を達成することができる。二段構成で、増幅を行った場合の例を図４に示す。フッ化物ガラスの場合は、二段目が低反転分布であっても短波長側で利得を得られるのでＳ〜Ｌバンドまで利得偏差の小さい増幅が可能である。
【００３８】
励起レーザーの波長には、１．４８μｍ帯，０．９８μｍ帯，０．８μｍ帯などを使用できることが知られており、本発明においてもこれらの波長帯を用いることができる［例えば、Ｗ． Ｊ． Ｍｉｎｉｓｃａｌｃｏ， ”Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｇｌａｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｔ １５００ ｎｍ，” Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ９， ２３４−２５０ （１９９１）］。具体的な励起波長としては、波長０．７５〜１．０８μｍまたは波長１．４〜１．５０μｍを用いることができる。これらの波長範囲以外では、活性イオンであるＥｒを効率よく励起できないため、励起効率が著しく低下するか利得を得ることができない。増幅帯域幅が１００ｎｍを越えるような超広帯域増幅の励起には、励起波長１．４８μｍ帯が利得帯域内になる場合があることから、０．９８μｍ帯や０．８μｍ帯、具体的には波長０．７５〜１．０８μｍを使用する事が好ましい。ハライドガラスやハライド酸化物ガラスなどの低フォノンエネルギー材料で、０．９８μｍ帯や０．８μｍ帯励起を可能にする方法としては、特許第３２２８４６２号公報が知られている。
【００３９】
励起方法は、実質的に利得の得られる方法なら何でも良いが、雑音の抑制と反転分布の制御性の観点から、全ての段で前方励起または双方向励起または折り返し励起するのが好ましい。複数段で構成する場合は、少なくとも初段を前方励起することが、低雑音化の観点から特に好ましい。ブースターアンプのように出力が必要な場合は、少なくとも最終段を後方励起または双方向励起とすることが好ましい。
【００４０】
波長０．７５〜１．０８μｍの範囲の励起光のうち、波長０．９〜１．０８μｍで励起する場合、Ｅｒの^４Ｉ_１１／２準位を励起することになるが、吸収断面積が小さいために効率よく励起できない場合がある。そのような場合は、ＹｂからＥｒへのエネルギー移動を利用することで実質的な吸収断面積の向上を図ることが出来る。本特許のＥｒ濃度範囲に対応するＹｂ濃度（ρ_Ｙｂ）としては、０≦ρ_Ｙｂ≦１×１０^１９／ｃｍ^３である。この範囲よりも高濃度に添加した場合は、吸収した励起光エネルギーが効率よくＥｒに伝達しないため、１．４５〜１．６５μｍ帯の増幅効率やレーザー発振効率が低下して好ましくない。励起光波長が０．８８〜１．０５μｍの範囲内にある場合、ＥｒやＹｂの吸収係数がより適切な範囲にあり、効率よく励起できることから、特に好ましい。
【００４１】
光増幅器を構成する場合は、波長分割多重素子（ＷＤＭ）や光アイソレータやＡＳＥ抑制フィルタのような光通信用光学素子を、必要に応じて使用することができる。光アイソレータやＡＳＥ抑制フィルタは、挿入位置によって雑音指数の低減とエラーの低減に効果的な場合があるので、最適な配置にすることが特に望ましい。また、増幅器に利得監視や利得等化機能を内蔵または付属させると、光通信システムの信頼性が向上するので好ましい。利得の監視には、実質的に入射信号光強度と出力信号光強度を比較できる方法なら、どんな方法を用いても良い。波長多重通信を行う場合は、各波長に割り当てられた信号ごとに検出、監視できる方法が望ましい。利得等化機能は、受動的な方法でも能動的な方法でも良い。受動的な利得等化方法としては、光学フィルターを利用した構成が簡単である。能動的な利得等化方法は、利得監視機能とフィードバック機能から構成され、実質的に入射信号光強度と出力信号光強度を比較し、利得を一定にできる方法なら、どんな方法を用いても良い。最近では多段構成とし、各段の励起光強度や励起波長ごとのパワー比を変化させる方法が広く行われている。本特許においては、これらの方法に加えて、利得抑制フィルタの一部または全部を能動的に制御することもできる。波長多重通信を行う場合は、各波長に割り当てられた信号ごとに利得等化できる方法が望ましい。利得等化と同様の機能であるが、出力信号光強度を一定に保つような、出力等化機能も利得等化機能と同じように有効である。これらの機能は、遠隔操作でプログラミング可能なマイクロプロセッサなどで、自動的に調整可能になっていることが好ましい。
【００４２】
超広帯域の波長可変レーザー発振器を構成する場合は、光導波路をリング状に接続したり、直列または並列に複数台接続して、高出力化を図ることができる。発振可能な波長帯域を拡大するためには、利得抑制フィルターと内部利得スペクトルを微妙に調整する必要があり、イン・ラインでレーザーのパワーや波長をモニターし、利得抑制フィルターの損失値やスペクトルを最適に調整する事が好ましい。また、ファイバーグレーティングやサブリングなどを用いた狭帯域発振，波長可変発振や、分散シフトファイバなどによるパルス圧縮を利用した超短パルス発振も可能である。超広帯域で安定した発振を得る場合や、超短パルス発振する場合は、偏波コントローラなどの位相制御手段を備えることが特に望ましい。
【００４３】
広帯域光源を構成する場合にも、波長可変レーザーと同様の配慮が必要であるが、特に各構成部品間の反射減衰量を大きくする必要がある。具体的には５０ｄＢ以上、さらに好ましくは６０ｄＢ以上であれば、高出力動作時の不要なレーザー発振を避けることができる。光源の構成は、一般的な後方励起でも良いし、励起効率を高めるためにダブルパスまたは双方向励起しても良い。光密度が−３０ｄＢｍ／ｎｍを越えるような、高出力な広帯域光源を構成する場合には、光出力を安定化させるために、偏波コントローラなどの位相制御手段を備えることが特に望ましい。
【００４４】
以上のように、本発明は、増幅用光導波路のコアにＥｒを一定濃度の範囲で含有した増幅用光導波路と、主にＣバンドに損失を持つ利得抑制フィルターを組み合わせ、波長０．７５〜１．０８μｍまたは波長１．４〜１．５０μｍの範囲の励起光で励起し、しかも使用する導波路中のＥｒイオンの総数が一定の範囲内であり、コアの屈折率および導波路の非線形光学定数が所定の値以下の増幅用導波路で構成されていることを特徴とする、１．４５〜１．６５μｍ帯の超広帯域一括増幅型光増幅器または、超広帯域波長可変レーザー発振器または、超広帯域光源を提供するものである。
【００４５】
本発明により、単一の線路で９５ｎｍ以上の利得帯域幅で超広帯域増幅が可能となり、これまでＳ，Ｃ，Ｌバンドに分割していた増幅器をまとめることができることから、光通信システムの低コスト化と簡略化に貢献できる。
【００４６】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４７】
（実施例１）
コアにＥｒを添加した各種のガラス導波路で、０．９８μｍまたは１．４８μｍで励起して小信号利得と帯域幅を測定した。測定系および増幅導波路と利得抑制フィルタの挿入位置の関係をまとめて図５に示す。実験に用いたコアガラス組成、導波路の構造パラメータ、Ｅｒ添加濃度、利得抑制フィルタの挿入位置などをまとめて表１に示す。
【００４８】
また、測定に使用した利得抑制フィルタの損失特性の一例を図６に示す。
励起パワーは２５０ｍＷ、信号強度は−３０ｄＢｍ、信号は変調周波数２．５ＧＨｚの条件で測定した。利得測定時には、波長数＝１の信号を短波長側から長波長側に向かって走査し、各波長で出力信号のパワーを高精度パワーメータで測定した。入力信号光パワー（＝−３０ｄＢｍ）をＰ_ｉｎ 、出力信号パワーを Ｐ_ｏｕｔ、無信号時のＡＳＥ出力をＰ_ＡＳＥとしたとき、増幅率（Ｇ）を以下に定めて評価した。
【００４９】
Ｇ＝１０ ｌｏｇ ｛（Ｐ_ｏｕｔ−Ｐ_ＡＳＥ）／Ｐ_ｉｎ｝
四光波混合（ＦＷＭ）の効果判定には、信号波長間隔＝０．４ｎｍ、中心波長＝１．５５μｍ、入力信号強度＝−１０ｄＢｍ／ｃｈ、波長数＝８とし、出力光の測定に光スペクトラムアナライザを使用した。市販のＣバンド用シリカファイバーＥＤＦＡでのＦＷＭ信号強度を標準に用い、ＦＷＭ信号強度が標準以上であれば不合格、標準未満であれば合格とした。
【００５０】
評価結果を表１に示す。Ｅｒ濃度については、全ての組成で範囲内であるが、Ｎｏ．６，８の総Ｅｒ数が範囲外なため、帯域幅が９０ｎｍと狭い。また、Ｎｏ．７，１１は非線形パラメータが１よりも大きいため、帯域幅が９５ｎｍ以上であってもＦＷＭの影響で超広帯域増幅器には使用できない。非線形パラメータが１以下かつ総Ｅｒ数が請求の範囲内であるフッ化物（Ｎｏ．１〜５，１０）、酸化物（Ｎｏ．１０，１２）では、９５ｎｍ以上の帯域幅でＦＷＭの影響が小さい増幅が可能であった。
（実施例２）
表１のＮｏ．３のフッ化物ファイバーを用い、ディテクタに光スペクトラムアナライザを接続して利得スペクトルを測定した。利得抑制フィルタは増幅用ファイバーの前方に設置した。結果を図７に示す。５ｄＢ以上の利得が得られる帯域幅として１００ｎｍ以上を得た。
【００５１】
（実施例３）
表１のＮｏ．１を前段に、Ｎｏ．２を後段に配置し、前段と後段の間に利得抑制フィルタを配置した。励起は前段、後段共に前方励起とし、波長９８０ｎｍ出力２５０ｍＷの励起レーザーを用いた。信号強度は−３５ｄＢｍである。実施例２と同じ光スペクトラムアナライザで利得スペクトルを測定した。結果を図４に示す。単段の増幅で得られた実施例２のスペクトルと比較すると、５ｄＢ以上の利得が得られる帯域幅が広がり、最大利得も２０ｄＢ以上を得た。
【００５２】
【表１】

【００５３】
【発明の効果】
本発明の増幅器を用いることにより、１．４５〜１．６５μｍの帯域の中で、非線形性による信号の劣化が少なく、連続した９５ｎｍ以上の利得帯域を得ることができる。また、超広帯域のレーザーや光源を構築できる。本発明の増幅器、レーザー、光源を利用することにより、安価で簡便な超広帯域通信システムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｅｒを添加したフッ化物ガラス、亜テルル酸塩ガラス、シリカガラスの反転分布と実効誘導放出断面積の関係を示す図である。
【図２】通常の方法で得られる増幅スペクトルでの利得偏差が非常に大きい事を説明する図である。
【図３】Ｅｒ高濃度添加によって利得偏差が抑制できることを示す図である。
【図４】実施例３における二段増幅での利得スペクトルである。
【図５】実施例１および実施例２の実験配置図である。
【図６】実施例１から実施例３で使用した利得抑制フィルタの損失スペクトルの一例である。
【図７】実施例２における利得スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１：波長可変レーザー１（波長１．４５０μｍ〜１．５２０μｍ）
２：波長可変レーザー２（波長１．５２０μｍ〜１．５９０μｍ）
３：波長可変レーザー３（波長１．５９０μｍ〜１．６６０μｍ）
４：光スイッチ
５：高周波変調器（０，２．５ＧＨｚ）
６：ＴＡＰ
７：励起用半導体レーザー（波長０．９８μｍまたは１．４８μｍ）
８：パワーメータまたは高速フォトディテクタ
９：合波器
１０：アイソレータ
１１：増幅用導波路
１２：フィードバック・パワーコントロール回路
１３：オシロスコープ（８が高速フォトディテクタの場合）
Ａ、Ｂ：利得抑制フィルタ挿入位置

Claims (8)

1. １．４５〜１．６５μｍ帯の光増幅器であって、
   （１）少なくとも増幅用光導波路のコア部にＥｒを含有し、かつ、
   （２）増幅用光導波路のコアに含まれるＥｒの単位体積あたりの濃度（ρ_Ｅｒ）が、１．５×１０^１９／ｃｍ^３≦ρ_Ｅｒ≦６×１０^２０／ｃｍ^３であり、かつ
   （３）波長０．７５〜１．０８μｍ、または波長１．４〜１．５０μｍの範囲から選ばれる少なくとも１波長で励起し、かつ
   （４）上記光導波路を１個または複数個、直列に接続し、かつ
   （５）少なくとも１個の利得抑制フィルターを配置し、かつ
   （６）各段の増幅用光導波路のコアに含まれる全Ｅｒ原子数（Ｎ_Ｅｒ）が１×１０^１３個≦Ｎ_Ｅｒ≦１×１０^１６個であり、かつ
   （７）増幅用光導波路の四光波混合の起こり易さを示す指標（Ｎ_ＦＷＭ）を
   Ｎ_ＦＷＭ＝（γ／Ｄ）^２
   γ：非線形パラメータ（ｋｍ^−１・Ｗ^−１）
   Ｄ：色分散（ｐｓ・ｎｍ^−１・ｋｍ^−１）
   で表すとき
   Ｎ_ＦＷＭ≦１でありかつ
   （８）１．４５〜１．６５μｍの波長範囲内の連続した９５ｎｍ以上の波長範囲で、５ｄＢ以上の小信号利得を得られることを特徴とする、１．４５〜１．６５μｍ帯の広帯域光増幅器。
2. １．４５〜１．６５μｍ帯で発振する波長可変レーザー発振器であって、請求項１記載の（１）〜（８）の条件を満たす１．４５〜１．６５μｍの波長範囲内の連続した９５ｎｍ以上の波長範囲において波長可変であり、かつレーザー発振可能な、広帯域波長可変レーザー発振器。
3. １．４５〜１．６５μｍ帯で連続的な光出力が得られる光源であって、請求項１記載の（１）〜（８）の条件を満たす１．４５〜１．６５μｍの波長範囲内の連続した９５ｎｍ以上の波長範囲で−５０ｄＢｍ／ｎｍ以上の光密度を得られることを特徴とする、広帯域光源。
4. 利得抑制フィルターの損失特性が、
   （１）１．５３０〜１．５６５μｍの範囲の損失値（αｃ）が５ｄＢ≦αｃ≦３０ｄＢであり、かつ
   （２）１．４５〜１．５１μｍの範囲の損失値（αｓ）と１．５８〜１．６５μｍの範囲の損失値（αｌ）が共に、０ｄＢ≦ αｓ，αｌ ≦１０ｄＢであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の１．４５〜１．６５μｍ帯で増幅可能な広帯域光増幅器、または広帯域波長可変レーザー発振器、または広帯域光源。
5. 少なくとも増幅用光導波路のコア部がハライドガラス、ハライド酸化物ガラス、ハロゲン含有酸化物ガラス、燐酸塩ガラス、多成分シリカ系酸化物ガラス、多成分亜テルル酸塩ガラス、多成分ビスマス酸塩ガラス、多成分タングステン酸塩ガラス、多成分ゲルマン酸塩ガラスから選ばれるガラスから成ることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の、１．４５〜１．６５μｍ帯で増幅可能な広帯域光増幅器、または広帯域波長可変レーザー発振器、または広帯域光源。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の増幅用光導波路において、波長１．５５μｍでのコアの屈折率（ｎ）が１．３≦ｎ≦１．６であることを特徴とする、１．４５〜１．６５μｍ帯で増幅可能な広帯域光増幅器、または広帯域波長可変レーザー発振器、または広帯域光源。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の増幅用光導波路のコア部に、
   （１）少なくともＥｒと共にＣｅを含有し、かつ、
   （２）増幅用光導波路のコアに含まれるの単位体積あたりのＣｅ濃度（ρ_Ｃｅ）が、１×１０^１８／ｃｍ^３≦ρ_Ｃｅ≦１．２×１０^２１／ｃｍ^３特徴とする、１．４５〜１．６５μｍ帯で増幅可能な広帯域光増幅器、または広帯域波長可変レーザー発振器、または広帯域光源。
8. 請求項７記載の増幅用光導波路のコア部に、Ｙｂを含み、Ｙｂの単位体積あたりの濃度（ρ_Ｙｂ）が、０≦ρ_Ｙｂ≦１×１０^１９／ｃｍ^３であることを特徴とする、１．４５〜１．６５μｍ帯で増幅可能な広帯域光増幅器、または広帯域波長可変レーザー発振器、または広帯域光源。

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