JP3558714B2

JP3558714B2 - Optical fiber amplifier and optical fiber laser

Info

Publication number: JP3558714B2
Application number: JP934795A
Authority: JP
Inventors: 良三山内; 朗和田; 哲弥酒井
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: JPH08204257A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は希土類添加光ファイバを用いてなる光ファイバ増幅器およびレーザに係り、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部における接続損失を低減させることができるようにした技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は光ファイバ増幅器の基本構成を例示したものである。図中符号１１は波長多重型（ＷＤＭ型：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の光ファイバ型カプラ、１２は増幅用ファイバ、１３は光アイソレータ、１４は波長選択フィルタをそれぞれ示す。増幅用ファイバ１２は希土類添加光ファイバであり、例えばエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）が用られる。この光ファイバ増幅器において、光ファイバ型カプラ１１を介してＥＤＦ１２に波長λ_Ｐの励起光が入射されると、ＥＤＦ１２のコアに添加されているエルビウム（Ｅｒ）イオンが励起される。そしてこの励起状態にあるＥｒイオンに貯えられたエネルギーは、光ファイバ型カプラ１１を介してＥＤＦ１２に波長λ_Ｓの信号光が入射されると、誘導放出により同じ波長（λ_Ｓ）の光に転化され増幅作用を生じる。この誘導放出によって増幅された光信号は、必要に応じて設けられた光アイソレータ１３および波長選択フィルタ１４を介して出射される。
このようなＥＤＦを用いた光ファイバ増幅器に用いられる励起光は、一般的にはλ_Ｐ＝０．９８μｍとλ_Ｐ＝１．４８μｍの２つの波長からいずれかを選択して使用され、波長λ_Ｓ＝１．５５μｍの増幅光が得られる。
また一般に、安定な動作特性を得るために、希土類添加光ファイバを用いた光増幅器には実質的に単一モード光ファイバが使用される。
【０００３】
このようなＥＤＦ１２を用いた光ファイバ増幅器において、Ｅｒ（希土類）は通常コア中にほぼ一様に添加されており、ＥＤＦ１２の励起効率を高めるために、コア内での励起光パワー密度が高いことが好ましい。そのためにＥＤＦ１２は、一般にコア・クラッド間の比屈折率差は１％以上と大きく、かつコア径は細く設定されている。
例えば、図２に示すようなステップ型屈折率分布を有するＥＤＦ（図２中実線は屈折率分布、破線は励起光波長におけるモードフィールド分布を示す）において、励起光強度（破線）は軸対称な分布を持ち、コアの中心から遠ざかるに連れその強度が弱くなる。
そして、ＥＤＦ１２では図２（ａ）に示すように、励起光波長λ_ｐにおけるモードフィールド径がコア径よりも大きくなるように、コア径が小さく設定されている。このようにすることにより、コアに添加されているＥｒを完全に励起させて効率良く光増幅効果を得ることができる。
【０００４】
これに対して、光ファイバ型カプラ１１を構成している光ファイバや、光ファイバ増幅器を構成しているＥＤＦ以外の光ファイバなどで一般に用いられている構造では、図２（ｂ）に示すように、コア径はモードフィールド径より若干小さい程度である。仮にＥＤＦ１２もこの図２（ｂ）のような構造とした場合には、コア中心付近のＥｒは完全に励起されるが、コアの縁近辺にあるＥｒは励起光強度が弱いために励起不十分となってしまう。このように空間的に不均一な反転分布が形成された状態で信号光が入射されると、コアの中心部では誘導放出による光信号の増幅が生じるが、コアの縁近辺では励起されなかったＥｒによる誘導吸収が生じ、十分な光増幅効果が得られないことになる。
【０００５】
ところで、コア径２ａとモードフィールド径（以下、ＭＦＤと略記する）との間には、下記数式（Ｉ）で表される関係がある。
【数１】

ここで、Ｖは正規化周波数と呼ばれるもので、光ファイバ中のモード状態を示すパラメータである。これは光ファイバのコア径、コア屈折率、コアとクラッドの比屈折率差、光の波長によって決まり、下記数式（ＩＩ）で計算される。
【数２】

すなわち、図２（ａ）に示されるようにコア径２ａに対するＭＦＤの比（ＭＦＤ／２ａ）が大きいＥＤＦは、Ｖが小さく設定されており、図２（ｂ）に示すような光ファイバは、Ｖが大きく設定されているものである。
【０００６】
しかしながら、上記のようにコア径が小さく設定されているＥＤＦと、光ファイバ増幅器を構成する他の光ファイバとの接続においてはコア径差があり、接続損失の要因となる。
したがって、これらコア径の異なる光ファイバを接続する際には、両ファイバの端面でＭＦＤを一致させることによって接続損失を低減させることが行われている。
【０００７】
ＭＦＤを一致させる技術の１つとして、コア内に含まれるドーパントを熱拡散させる技術があり、このようなドーパントとしては、コアの屈折率を増加させることができ、加熱によって拡散されやすいものが用いられ、ゲルマニウムが好ましく用いられる。
そして図３（ａ）に示すように、コア径が異なる２本の光ファイバを接続する際に、まず両方の光ファイバの端部をそれぞれ加熱することによってコア内に含まれているゲルマニウムを拡散させてコア径を実質的に拡大させることによってこれらのＭＦＤを制御する。
【０００８】
このとき、コア径が例えば２倍に拡大されても、コア・クラッド間の比屈折率差を維持するのに寄与していたドーパントは拡散されただけでその量は変化していないので、濃度が１／２^２＝１／４になり、よって、コア・クラッド間の比屈折率差が１／４になる。上記数式（ＩＩ）においてコア径２ａが２倍になり、コア・クラッド間の比屈折率差△が１／４になるとき、Ｖは一定で変化しないことがわかる。
したがって、上記数式（Ｉ）においてＶが一定であるので、コア径２ａを拡大させればこれに比例してＭＦＤが拡大されることがわかる。
このようにして、モードフィールド径（ＭＦＤ）を整合させた光ファイバを、図３（ｂ）に示すように、端面どうしを突き合わせた状態で融着接続を行なうことによって、ＭＦＤが整合している接続部を形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、コア内のドーパントを熱拡散させて実質的なコア径を拡大させ、これによって接続部におけるＭＦＤの整合性を図る方法は、使用波長が１つである場合には有効であるが、光ファイバ増幅器のように信号光および励起光の波長の異なる２つの光が伝搬される場合に、その両方の波長におけるＭＦＤの整合性が同時に得られず、一方の光については接続損失が大きくなってしまうことがあるという問題があった。
【００１０】
すなわち、数式（ＩＩ）に示されるように信号光波長λ_Ｓにおける正規化周波数Ｖ_Ｓと、励起光波長λ_Ｐにおける正規化周波数Ｖ_Ｐとは異なる値であり、したがって数式（Ｉ）より、異なる波長に対してはＭＦＤも異なる値となる。また、λ_Ｓとλ_Ｐの差が大きいほどＶ_ＳとＶ_Ｐの差は大きくなり、したがって両波長におけるＭＦＤの差も大きくなってしまう。
さらに、図４は、数式（ＩＩ）で示されるコア径２ａに対するＭＦＤの比（ＭＦＤ／２ａ）と正規化周波数Ｖとの関係をグラフに示したものであるが、これより、特にＶが小さく設定されているＥＤＦにあっては、Ｖ_ＳとＶ_Ｐの差に対してＭＦＤの差が顕著であることがわかる。
【００１１】
例えば、図１に示すようなＥＤＦを用いてなる光ファイバ増幅器において、効果的に光増幅作用を得るためには、光ファイバ型カプラ１１とＥＤＦ１２との接続点Ｓ_１で、信号光波長および励起光波長の両方について接続損失が小さいことが要求される。
ＥＤＦ１２を用いた光ファイバ増幅器に用いられる励起光は、λ_Ｐ＝０．９８μｍとλ_Ｐ＝１．４８μｍの２つの波長からいずれかを選択して用いられ、信号光はλ_Ｓ＝１．５５μｍである。よって、λ_Ｐ＝１．４８μｍ、λ_Ｓ＝１．５５μｍの場合は、λ_Ｓとλ_Ｐの差が比較的小さいのでＶ_ＳとＶ_Ｐの差も小さく、ＭＦＤ／２ａはほぼ近い値となる。したがって、このときは信号光または励起光のいずれか一方の波長におけるＭＦＤの整合性を図れば、他方の波長においてもＭＦＤの整合性がほぼ得られる。
しかしながら、λ_Ｐ＝０．９８μｍ、λ_Ｓ＝１．５５μｍの場合は、０．９８／１．５５≒６３％と両波長の差が大きいので、Ｖ_ＳとＶ_Ｐの差が大きく、ＭＦＤ／２ａの差も大きくなる。この場合には、一方の波長におけるＭＦＤの整合性を図っても、他方の波長におけるＭＦＤの整合性は得られない。このことを図４中に示す。例えば励起光波長λ_Ｐ＝０．９８μｍにおいてＶ_Ｐ＝２．２と小さく設定されているＥＤＦにおいては、信号光波長λ_Ｓ＝１．５５μｍにおいてはＶ_Ｓ＝１．３９となり、両波長におけるＭＦＤ／２ａの差は０．８３と大きくなってしまう（図中●で示す）。
これに対して、例えば励起光波長λ_Ｐ＝０．９８μｍにおいてＶ_Ｐ＝３．０と大きく設定されている通常の光ファイバにおいては、信号光波長λ_Ｓ＝１．５５μｍにおいてはＶ_Ｓ＝１．８９となり、両波長におけるＭＦＤ／２ａの差は０．４と比較的小さいものである（図中○で示す）。
【００１２】
このような２つの異なる波長における接続損失の問題は、光ファイバレーザでも同様である。
希土類添加光ファイバを利得媒質とし、これに励起光を入射して得られる自然放出光を再び希土類添加光ファイバに入射させ、利得媒質に帰還をかけることによって、レーザ光の発振が得られることは知られている。
このような希土類添加光ファイバを用いた光ファイバレーザにおいても、希土類添加光ファイバとレーザを構成する他の光ファイバとの接続部において、励起光と発振光の２つの波長の異なる光が伝搬される場合には、これらの光について同時に低接続損失を達成することが要求される。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光（または発振光）および励起光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができるようにした光ファイバ増幅器およびレーザを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の光ファイバ増幅器は、希土類をコアに添加した希土類添加光ファイバを利得媒質とした光ファイバ増幅器であって、励起光として用いられる光の波長をλｐ、信号光の波長をλｓとするとき、λｐ／λｓ×１００の値が８０％以下であり、前記希土類添加光ファイバに、該希土類添加光ファイバとコア径が異なっていて希土類が添加されていない他の光ファイバが接続された接続部を有し、前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバとは［２ａπｎ_１√(２△)］の値（ただし、２ａはコア径、ｎ_１はコア屈折率、△はコアクラッド間の比屈折率差を表す。）が互いに等しく、かつ前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバは、コア内に加熱により拡散されやすいドーパントを含んでなるとともに、両ファイバの接続部で該ドーパントの拡散によりコアが拡径されて両ファイバのコア径が一致されており、該接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項２記載の光ファイバレーザは、希土類をコアに添加した希土類添加光ファイバを利得媒質とした光ファイバレーザであって、励起光として用いられる光の波長をλｐ、発振光の波長をλｓとするとき、λｐ／λｓ×１００の値が８０％以下であり、前記希土類添加光ファイバに、該希土類添加光ファイバとコア径が異なっていて希土類が添加されていない他の光ファイバが接続された接続部を有し、前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバとは［２ａπｎ_１√(２△)］の値（ただし、２ａはコア径、ｎ_１はコア屈折率、△はコアクラッド間の比屈折率差を表す。）が互いに等しく、かつ前記希土類添加光ファイバと前記他の光ファイバは、コア内に加熱により拡散されやすいドーパントを含んでなるとともに、両ファイバの接続部で該ドーパントの拡散によりコアが拡径されて両ファイバのコア径が一致されており、該接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】
本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器によれば、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているので、接続部における信号光および励起光の接続損失を小さく抑えることができ、高効率の光増幅作用が得られる。
同様に、本発明の光ファイバレーザによれば、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているので、発振光および励起光の接続損失を小さく抑えることができ、高効率のレーザ光発振作用が得られる。
具体的には、光ファイバ増幅器においても、また光ファイバレーザにおいても、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの正規化周波数を等しく設定するとともに、該希土類添加光ファイバおよびこれに接続される他の光ファイバのコア内に加熱により拡散されやすいドーパントを添加し、該ドーパントを加熱拡散せしめてコアを拡径させて接続部を形成することによって、波長の異なる光に対するＭＦＤの整合性を同時に得ることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の光ファイバ増幅器は図１に示した基本構成を用いることができる。本発明の光ファイバ増幅器が、従来のものと大きく異なる点は、希土類添加光ファイバ１２と光ファイバ型カプラ１１との接続点Ｓ_１において、両ファイバの信号光波長λ_ＳにおけるＭＦＤおよび励起光波長λ_ＰにおけるＭＦＤがいずれも整合されている点である。
希土類添加光ファイバ１２としては、コアに希土類、好ましくはエルビウム（Ｅｒ）が添加されたものが用いられる。
【００１８】
本実施例の光ファイバ増幅器においては、少なくとも希土類添加光ファイバ１２と、これに接続される光ファイバ型カプラ１１を構成する光ファイバとの、信号光波長λ_Ｓにおける正規化周波数Ｖ_Ｓおよび励起光波長λ_Ｐにおける正規化周波数Ｖ_Ｐがいずれも等しく設定されている。
正規化周波数Ｖは、上記数式（ＩＩ）で計算されるもので、コア径２ａ、コア屈折率ｎ_１、およびクラッド屈折率ｎ_２を適宜調節することによって設定される。尚、光ファイバ型カプラを構成する光ファイバと希土類添加光ファイバとは、Ｖ_ＳおよびＶ_Ｐが等しければよく、コア径、比屈折率差は相違していてよい。
すなわち、数式（ＩＩ）よりＶ＝（２ａπｎ_１√２△）／λであるので、希土類添加光ファイバ１２およびこれに接続される光ファイバの（２ａπｎ_１√２△）の値が等しくなるように設定すれば、Ｖ_ＰもＶ_Ｓも両ファイバ間で一致した値となる。
ここで、正規化周波数Ｖ_ＳおよびＶ_Ｐは両ファイバ間で等しいことが望ましいが、必ずしも厳密に等しくなくてもよく、これらの差は接続損失の増大につながるので、用途等によって接続損失がその許容範囲内となるようにすればよい。
【００１９】
また希土類添加光ファイバ１２、これに接続される光ファイバ型カプラ１１を構成する光ファイバ、および好ましくは希土類添加光ファイバ１２の出射側に接続される光ファイバには、そのコア内に加熱によって拡散され易いドーパントが添加されている。ここで用いられるドーパントとしては、ゲルマニウムが好ましい。そして、このドーパントの拡散により接続部のコア径が拡大され、必要に応じてＭＦＤが整合されている。
ここで、希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１の接続部では、これらの正規化周波数Ｖ_ＰおよびＶ_Ｓがいずれも等しく設定されており、上述のように正規化周波数はドーパントの熱拡散によって変化しない。したがって、上記数式（Ｉ）より、励起光波長（λ_Ｐ）または信号光波長（λ^Ｓ）のいずれか一方の波長についてＭＦＤを一致させれば、同時に他方の波長についてもＭＦＤの整合性が得られる。実際には、両ファイバのコア径（２ａ）を実質的に一致させることにより、ＭＦＤを一致させることができる。
【００２０】
希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバとの接続は上述の図３に示すように、まず接続すべき光ファイバの端部を加熱することによって、コア内に含まれているドーパントを拡散させ、これによってコア径を実質的に拡大させる。このときの加熱温度は光ファイバを構成するガラスの組成等によって変化し得るが、１７００〜２０００℃程度に好ましく設定される。そして必要に応じて、接続点を伝搬する光の波長（信号光波長λ_Ｓまたは励起光波長λ_Ｐ）におけるＭＦＤを観察しながら加熱時間を制御し、所望のＭＦＤを得る。
このようにしてＭＦＤが一致された接続端の端面どうしを突き合わせて、これらを周知の手法で融着接続する。
【００２１】
あるいは、希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバの接続方法として、まず融着接続を行った後に、接続部分を加熱し、コア内のドーパントを拡散させてＭＦＤの整合性を得ることもできる。
この場合には、希土類添加光ファイバ１２と他の光ファイバにおけるドーパントの熱拡散係数を変えておくことが必要である。例えば、希土類添加光ファイバのコアにゲルマニウムを添加するとともに、クラッドにフッ素を添加しておく。一方、他の光ファイバのコアにはゲルマニウムを添加し、クラッドはドーパントを含まないシリカとする。このように、クラッドの組成を違えておくことによって、コア内のドーパントの熱拡散係数が異なるものとなる。ここでは、希土類添加光ファイバ１２のほうが、大きな熱拡散係数をもつので、加熱時間を適宜設定することによって、融着接続された希土類添加光ファイバと他の光ファイバのドーパントを同時に加熱拡散させて接続部におけるＭＦＤを一致させることができる。
【００２２】
このようにして、本実施例では希土類添加光ファイバ１２と光ファイバ型カプラ１１の接続点Ｓ_１では、信号光および励起光の両方の波長におけるＭＦＤが整合されている。したがって、励起光および信号光を効率よく希土類添加光ファイバに入射することができる。
また希土類添加光ファイバ１２とその出射側に接続される光ファイバの接続点Ｓ_２においては、コア内のドーパントの熱拡散によって、信号光波長についてのみＭＦＤの整合性が満たされており、希土類添加光ファイバで励起された信号光の接続損失を抑えて効率よく出射することができる。したがって、この接続点Ｓ^２については、特に正規化周波数Ｖを等しく設定する必要はない。
【００２３】
このような光ファイバ増幅器にあっては、信号光波長についても励起光波長についても、接続損失が小さく抑えられているので、信号光波長に対する励起光波長の比（λ_Ｐ／λ_Ｓ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率の光増幅作用を得ることができる。
【００２４】
図５は本発明の光ファイバ増幅器の第２の構成例を示したものである。この例では、希土類添加光ファイバ２２の一方から信号光が入射され、他方から光ファイバ型カプラ２１を介して励起光が入射されるように構成されている。また希土類添加光ファイバ２２から出射される増幅された信号光は、光ファイバ型カプラ２１および好ましく設けられたアイソレータ２３を介して出力されるようになっている。
この光ファイバ増幅器においては、希土類添加光ファイバ２２と光ファイバ型カプラ２１の接続点Ｓ_４において、両ファイバ間で信号光波長および励起光波長における正規化周波数が等しく設定されている。またこれらの接続に際して、コア内のドーパントの熱拡散により、両ファイバの接続端面のＭＦＤが一致するように形成されている。
また希土類添加光ファイバ２２と信号光源との接続点Ｓ_３、および光ファイバ型カプラ２１光アイソレータ２３との接続点Ｓ_６では、コア内のドーパントの熱拡散により、両ファイバの信号光波長におけるＭＦＤが一致するように形成されており、光ファイバ型カプラ２１と励起光源との接続点Ｓ_５では、同様にして両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤが一致するように形成されている。
接続点Ｓ_４以外では特に接続される両ファイバの正規化周波数Ｖを等しく設定する必要はない。
【００２５】
このような光ファイバ増幅器にあっては、信号光波長についても励起光波長についても、各接続点における接続損失が小さく抑えられており、効率よく光増幅作用を得ることができる。
【００２６】
（実施例１）
希土類添加光ファイバ２２として、下記表１に示すパラメータを有するエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いて図５に示す構成の光ファイバ増幅器を作製した。この希土類添加光ファイバ２２に接続されるＷＤＭ型光ファイバカプラ２１の光ファイバＡは、下記表１に示すように、ＥＤＦとは異なるコア径、比屈折率差を有し、励起光波長におけるＶ_Ｐおよび信号光波長におけるＶ_ＳがいずれもＥＤＦのものと等しくなるように形成した。
このＥＤＦと光ファイバＡとの接続点Ｓ_４において、励起光波長λ_Ｐ＝０．９８μｍおよび信号光波長λ_Ｓ＝１．５５μｍにおける接続損失を測定したところ、下記表１に示すように、いずれの波長においても小さい値であった。
また上記Ｓ_４以外の接続点Ｓ_３、Ｓ_５、およびＳ_６における接続損失はいずれも０．１ｄＢ以下に抑えられていた。
【００２７】
【表１】

【００２８】
さらに、この光ファイバ増幅器に、励起光として波長０．９８μｍのレーザ光を入射させ、かつ信号光として１．５５μｍの光を入射させて、増幅された信号光（波長１．５５μｍ）を得た。このときの励起光パワーに対する飽和出力光の比率（変換効率）を調べた。信号光の入力を−５ｄＢｍ、励起光パワーを６０ｍＷとしたとき、変換効率５３％であった。
尚、この変換効率は、図５中点Ｓ_５における励起光入射パワーに対する点Ｓ_７における信号光出力パワーを測定したものであって、アイソレータ２３等での損失は含まれていない。
【００２９】
（比較例１）
希土類添加光ファイバ２２に接続されるＷＤＭ型光ファイバカプラ２１の光ファイバとして、上記表１に示すパラメータを有する光ファイバＢを用いた以外は同様にして光ファイバ増幅器を構成した。
このＥＤＦと光ファイバＢとの接続点Ｓ_４について、上記実施例１と同様にして接続損失を測定したところ、上記表１に示すように大きい値となった。
また上記実施例１と同様にして、励起光パワーに対する飽和出力光の比率（変換効率）を調べたところ３８％であった。
上記実施例１および比較例１の結果より、本発明によれば希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部における接続損失を抑えて、高効率の光ファイバ増幅器が得られることが認められた。
【００３０】
図６は本発明の光ファイバレーザの一例として、リング共振型光ファイバレーザの構成例を示したものである。図中符号３１はＷＤＭ型の光ファイ型バカプラ、３２は希土類添加光ファイバ、３３は光アイソレータをそれぞれ示す。励起光（波長λ_Ｐ）は、光ファイバ型カプラ３１を介して希土類添加光ファイバ３２からなるリング型共振器に入射され、希土類添加光ファイバ３２を励起する。励起された希土類添加光ファイバ３２は、波長λ_Ｓの自然放出光を発光し、この波長λ_Ｓの光を光ファイバ型カプラ３１を介して再びリング型共振器３２へ入射させ、希土類添加光ファイバ３２に光帰還をかけることによって、波長λ_Ｓの発振光が得られる。そして、ここで発振された発振光（波長λ_Ｓ）は、その一部が光ファイバ型カプラ３１を介して取り出されるようになっている。
【００３１】
この光ファイバレーザにおいては、少なくとも光ファイバ型カプラ３１と希土類添加光ファイバ３２との接続点Ｓ_８において、励起光と発振光の２つの波長の異なる光について、同時にＭＦＤの整合性が得られるように構成されている。
すなわち、少なくとも希土類添加光ファイバ３２と、これに接続される光ファイバカプラ３１を構成する光ファイバとは、励起光波長λ_Ｐにおける正規化周波数Ｖ_Ｐおよび発振光波長λ_Ｓにおける正規化周波数Ｖ_Ｓおよびがいずれも等しく設定されている。
また希土類添加光ファイバ３２、これに接続される光ファイバ型カプラ３１を構成する光ファイバには、そのコア内に、加熱によって拡散され易いドーパントが添加されている。そして、接続端部を加熱することによってドーパントを拡散させて、希土類添加光ファイバ３２と、これに接続される光ファイバとの接続端におけるＭＦＤが一致するように形成されている。
希土類添加光ファイバ３２のコアに添加される希土類は各種のものを用いることができ、希土類の種類によって異なる波長の発振光が得られる。
希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１との接続は上述の光ファイバ増幅器の場合と同様にして行なうことができる。
【００３２】
このように形成された、希土類添加光ファイバ３２と光ファイバ型カプラ３１の接続点Ｓ_８では、これらの正規化周波数Ｖ_ＳおよびＶ_Ｐが等しく設定されていることから、励起光波長（λ_Ｐ）または発振光波長（λ^Ｓ）のいずれか一方の波長についてＭＦＤを一致させれば、同時に他方の波長についてもＭＦＤの整合性が得られる。
したがって、励起光および発振光が効率よく希土類添加光ファイバに入射される。
このような光ファイバレーザにあっては、励起光波長についても、発振光波長についても、接続損失を小さく抑えることができるので、励起光波長と発振光波長とが離れている場合にも、高効率のレーザ光発振作用を得ることができる。
【００３３】
尚、本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器および光ファイバレーザは上記の構成に限らず、各種の構成が可能である。そして、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続点であって、波長の異なる複数の光が同時に伝搬される点について、正規化周波数Ｖを等しく設定するとともに、ドーパントの加熱拡散によりＭＦＤを一致させて、両方の波長についてＭＦＤを同時に整合させることが有効である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび信号光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているものである。
したがって、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光および励起光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができる。
よって、信号光波長に対する励起光波長の比（λ_Ｐ／λ_Ｓ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率の光増幅作用を得ることができる。
【００３５】
また本発明の希土類添加光ファイバを用いた光ファイバレーザは、希土類添加光ファイバとこれに接続される他の光ファイバとの接続部で、両ファイバの励起光波長におけるＭＦＤおよび発振光波長におけるＭＦＤがいずれも整合されているものである。
したがって、希土類添加光ファイバと他の光ファイバとの接続部において、信号光および発振光の両方の光について接続損失を小さく抑えることができる。
よって、発振光波長に対する励起光波長の比（λ_Ｐ／λ_Ｓ×１００）が８０％以下と、これらの波長が離れている場合にも、高効率のレーザ光発振作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ増幅器の例を示した概略構成図である。
【図２】希土類添加光ファイバおよび他の光ファイバにおけるコア径とモードフィールド径を示す説明図である。
【図３】コア径が異なる光ファイバの融着接続の例を示す工程図である。
【図４】コア径に対するモードフィールド径の比と正規化周波数との関係を示したグラフである。
【図５】光ファイバ増幅器の他の例を示した概略構成図である。
【図６】光ファイバレーザの例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１……光ファイバ型カプラ
１２，２２，３２……希土類添加光ファイバ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an optical fiber amplifier and a laser using a rare earth-doped optical fiber, and relates to a technique capable of reducing a connection loss at a connection portion between the rare earth-doped optical fiber and another optical fiber.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 illustrates the basic configuration of an optical fiber amplifier. In the figure, reference numeral 11 denotes a wavelength division multiplexing (WDM type) optical fiber type coupler, 12 denotes an amplification fiber, 13 denotes an optical isolator, and 14 denotes a wavelength selection filter. The amplification fiber 12 is a rare earth-doped optical fiber, for example, an erbium-doped optical fiber (EDF). In this optical fiber amplifier, the wavelength λ is transmitted to the EDF 12 via the optical fiber type coupler 11. _P Erbium (Er) ions added to the core of the EDF 12 are excited. The energy stored in the excited Er ions is transmitted to the EDF 12 via the optical fiber type coupler 11 at the wavelength λ. _S When the signal light is incident, the same wavelength (λ _S ) And is amplified by the light. The optical signal amplified by the stimulated emission is emitted through an optical isolator 13 and a wavelength selection filter 14 provided as necessary.
The pump light used in the optical fiber amplifier using such an EDF generally has a wavelength of λ. _P = 0.98 μm and λ _P = 1.48 μm is used by selecting one of two wavelengths, and the wavelength λ _S = 1.55 µm amplified light is obtained.
Generally, in order to obtain stable operation characteristics, a single-mode optical fiber is substantially used for an optical amplifier using a rare-earth-doped optical fiber.
[0003]
In such an optical fiber amplifier using the EDF 12, Er (rare earth) is usually added almost uniformly in the core, and the pumping light power density in the core must be high in order to increase the pumping efficiency of the EDF 12. Is preferred. Therefore, in the EDF 12, the relative refractive index difference between the core and the clad is generally as large as 1% or more, and the core diameter is set to be small.
For example, in an EDF having a step-type refractive index distribution as shown in FIG. 2 (solid line in FIG. 2 indicates refractive index distribution, broken line indicates mode field distribution at excitation light wavelength), excitation light intensity (dashed line) is axially symmetric. It has a distribution, the strength of which decreases with distance from the center of the core.
Then, in the EDF 12, as shown in FIG. _p The core diameter is set to be small so that the mode field diameter at is larger than the core diameter. By doing so, it is possible to completely excite Er added to the core and obtain an optical amplification effect efficiently.
[0004]
On the other hand, in a structure generally used for an optical fiber constituting the optical fiber coupler 11 or an optical fiber other than the EDF constituting the optical fiber amplifier, as shown in FIG. In addition, the core diameter is slightly smaller than the mode field diameter. If the EDF 12 also has a structure as shown in FIG. 2B, Er near the center of the core is completely excited, but Er near the edge of the core is insufficiently excited due to a weak excitation light intensity. Will be. When signal light is incident in such a state that a spatially nonuniform population inversion is formed, an optical signal is amplified by stimulated emission at the center of the core, but is not excited near the edge of the core. Induced absorption by Er occurs, and a sufficient light amplification effect cannot be obtained.
[0005]
Incidentally, there is a relationship expressed by the following mathematical formula (I) between the core diameter 2a and the mode field diameter (hereinafter, abbreviated as MFD).
(Equation 1)

Here, V is called a normalized frequency, and is a parameter indicating a mode state in the optical fiber. This is determined by the core diameter of the optical fiber, the core refractive index, the relative refractive index difference between the core and the clad, and the wavelength of light, and is calculated by the following equation (II).
(Equation 2)

That is, as shown in FIG. 2A, the EDF having a large ratio of the MFD to the core diameter 2a (MFD / 2a) has a small V, and the optical fiber shown in FIG. V is set to be large.
[0006]
However, there is a core diameter difference between the EDF whose core diameter is set to be small as described above and another optical fiber constituting the optical fiber amplifier, which causes connection loss.
Therefore, when connecting these optical fibers having different core diameters, the connection loss is reduced by matching the MFDs at the end faces of the two fibers.
[0007]
As one of the techniques for matching the MFD, there is a technique for thermally diffusing a dopant contained in a core. As such a dopant, one that can increase the refractive index of the core and is easily diffused by heating is used. And germanium is preferably used.
Then, as shown in FIG. 3A, when connecting two optical fibers having different core diameters, first, the ends of both optical fibers are heated to diffuse germanium contained in the core. These MFDs are controlled by substantially increasing the core diameter.
[0008]
At this time, even if the core diameter is enlarged, for example, by a factor of two, the amount of the dopant that has contributed to maintaining the relative refractive index difference between the core and the clad has not changed since it has only been diffused. Is 1/2 ² = 1/4, so that the relative refractive index difference between the core and the clad becomes 1/4. In the above formula (II), when the core diameter 2a is doubled and the relative refractive index difference 間の between the core and the clad becomes １／, it is understood that V is constant and does not change.
Therefore, since V is constant in the above equation (I), it can be seen that if the core diameter 2a is increased, the MFD is increased in proportion to this.
In this way, as shown in FIG. 3B, fusion splicing of an optical fiber whose mode field diameter (MFD) is matched is performed with the end faces abutting each other, so that the MFD is matched. Connections can be formed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the method of thermally diffusing the dopant in the core to expand the substantial core diameter and thereby achieve the matching of the MFD at the connection portion is effective when only one wavelength is used. When two lights having different wavelengths of signal light and pump light are propagated as in an optical fiber amplifier, the MFD consistency at both wavelengths cannot be obtained at the same time, and the connection loss of one light is large. There was a problem that sometimes it became.
[0010]
That is, as shown in equation (II), the signal light wavelength λ _S Normalized frequency V at _S And the excitation light wavelength λ _P Normalized frequency V at _P Therefore, according to equation (I), the MFD also has different values for different wavelengths. Also, λ _S And λ _P The greater the difference in _S And V _P Is large, and therefore the difference between the MFDs at both wavelengths is also large.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the ratio (MFD / 2a) of the MFD to the core diameter 2a (MFD / 2a) and the normalized frequency V, which are represented by the formula (II). For the set EDF, V _S And V _P It can be seen that the difference of MFD is remarkable with respect to the difference of.
[0011]
For example, in an optical fiber amplifier using an EDF as shown in FIG. 1, a connection point S between the optical fiber coupler 11 and the EDF 12 is required in order to effectively obtain an optical amplification effect. ₁ Therefore, it is required that the connection loss is small for both the signal light wavelength and the pump light wavelength.
The pump light used in the optical fiber amplifier using the EDF 12 is λ _P = 0.98 μm and λ _P = 1.48 μm is selected from two wavelengths, and the signal light is λ _S = 1.55 μm. Therefore, λ _P = 1.48 μm, λ _S = 1.55 μm, λ _S And λ _P Is relatively small, so V _S And V _P Is small, and MFD / 2a is almost a close value. Therefore, at this time, if the MFD matching is achieved at one of the wavelengths of the signal light and the pumping light, the MFD matching can be substantially obtained at the other wavelength.
However, λ _P = 0.98 μm, λ _S In the case of = 1.55 μm, the difference between both wavelengths is large as 0.98 / 1.55 ≒ 63%. _S And V _P Is large, and the difference between MFD / 2a is also large. In this case, even if MFD matching at one wavelength is achieved, MFD matching at the other wavelength cannot be obtained. This is shown in FIG. For example, the excitation light wavelength λ _P = 0.98 μm _P = 2.2, the signal light wavelength λ _S V = 1.55 μm _S = 1.39, and the difference between MFD / 2a at both wavelengths is as large as 0.83 (indicated by ● in the figure).
On the other hand, for example, the excitation light wavelength λ _P = 0.98 μm _P = 3.0, the signal light wavelength λ _S V = 1.55 μm _S = 1.89, and the difference between MFD / 2a at both wavelengths is relatively small at 0.4 (shown by ○ in the figure).
[0012]
The problem of connection loss at two different wavelengths is the same for an optical fiber laser.
By using a rare-earth-doped optical fiber as a gain medium, spontaneous emission light obtained by injecting pump light into the gain medium and then re-entering the rare-earth-doped optical fiber and feeding back the gain medium, laser light oscillation can be obtained. Are known.
In an optical fiber laser using such a rare earth-doped optical fiber, light having two different wavelengths, that is, excitation light and oscillation light, is propagated at a connection between the rare earth-doped optical fiber and another optical fiber constituting the laser. In such a case, it is required to simultaneously achieve low connection loss for these lights.
[0013]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a connection portion between a rare-earth-doped optical fiber and another optical fiber, it is possible to reduce connection loss for both signal light (or oscillation light) and pump light. It is an object of the present invention to provide an optical fiber amplifier and a laser that can be used.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, an optical fiber amplifier according to claim 1 of the present invention is an optical fiber amplifier using a rare earth-doped optical fiber in which a rare earth is added to a core as a gain medium, When the wavelength of the light used as the excitation light is λp and the wavelength of the signal light is λs, the value of λp / λs × 100 is 80% or less, The rare-earth-doped optical fiber has a connection portion to which another optical fiber having a core diameter different from that of the rare-earth-doped optical fiber and to which no rare-earth is added is connected, and the rare-earth-doped optical fiber and the other optical fiber Is [2aπn ₁ {(2})] (where 2a is the core diameter, n ₁ Represents a core refractive index, and △ represents a relative refractive index difference between core clads. ) Are equal to each other, and the rare-earth-doped optical fiber and the other optical fiber contain a dopant which is easily diffused by heating in the core, and the core is expanded by the diffusion of the dopant at the joint between the two fibers. In this case, the core diameters of the two fibers are the same, and the MFD of both fibers at the pump light wavelength and the MFD of the signal light wavelength are both matched at the connection portion.
[0015]
An optical fiber laser according to claim 2 of the present invention is an optical fiber laser using a rare earth-doped optical fiber obtained by adding a rare earth element to a core as a gain medium, When the wavelength of the light used as the excitation light is λp and the wavelength of the oscillation light is λs, the value of λp / λs × 100 is 80% or less, The rare-earth-doped optical fiber has a connection portion to which another optical fiber having a core diameter different from that of the rare-earth-doped optical fiber and to which no rare-earth is added is connected, and the rare-earth-doped optical fiber and the other optical fiber Is [2aπn ₁ {(2})] (where 2a is the core diameter, n ₁ Represents a core refractive index, and △ represents a relative refractive index difference between core clads. ) Are equal to each other, and the rare-earth-doped optical fiber and the other optical fiber contain a dopant which is easily diffused by heating in the core, and the core is expanded by the diffusion of the dopant at the joint between the two fibers. The core diameters of the two fibers are the same, and the MFD of the excitation light wavelength and the MFD of the oscillation light of both fibers are matched at the connection portion.
[0016]
[Action]
According to the optical fiber amplifier using the rare-earth-doped optical fiber of the present invention, at the connection between the rare-earth-doped optical fiber and another optical fiber connected to the rare-earth-doped optical fiber, the MFD at the excitation light wavelength of both fibers and the signal light at the signal light wavelength. Since the MFDs are all matched, the connection loss of the signal light and the pump light at the connection portion can be suppressed to a small value, and a highly efficient optical amplification operation can be obtained.
Similarly, according to the optical fiber laser of the present invention, at the connection between the rare-earth-doped optical fiber and another optical fiber connected to the rare-earth-doped optical fiber, both the MFD at the excitation light wavelength and the MFD at the oscillation light wavelength of both fibers are both equal. Since the matching is performed, the connection loss between the oscillation light and the pump light can be suppressed to a small value, and a highly efficient laser light oscillation action can be obtained.
Specifically, in both the optical fiber amplifier and the optical fiber laser, the normalized frequency of the rare-earth-doped optical fiber and the other optical fibers connected thereto are set to be equal, and the rare-earth-doped optical fiber and A dopant which is easily diffused by heating is added into the core of another optical fiber connected to the optical fiber, and the dopant is heated and diffused to expand the core to form a connection portion. Consistency can be obtained at the same time.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The optical fiber amplifier of the present invention can use the basic configuration shown in FIG. The optical fiber amplifier of the present invention is greatly different from the conventional one in that the connection point S between the rare-earth-doped optical fiber 12 and the optical fiber coupler 11 is different. ₁ , The signal light wavelength λ of both fibers _S And excitation light wavelength λ at _P Are all matched.
As the rare earth-doped optical fiber 12, a core obtained by adding a rare earth element, preferably erbium (Er), is used.
[0018]
In the optical fiber amplifier of the present embodiment, at least the signal light wavelength λ of the rare earth-doped optical fiber 12 and the optical fiber constituting the optical fiber type coupler 11 connected thereto. _S Normalized frequency V at _S And excitation light wavelength λ _P Normalized frequency V at _P Are set equally.
The normalized frequency V is calculated by the above equation (II), and has a core diameter 2a, a core refractive index n ₁ , And the cladding refractive index n ₂ Is appropriately adjusted. The optical fiber and the rare earth-doped optical fiber constituting the optical fiber type coupler are _S And V _P And the core diameter and the relative refractive index difference may be different.
That is, from equation (II), V = (2aπn ₁ {2}) / λ, the (2aπn) of the rare earth-doped optical fiber 12 and the optical fiber connected thereto ₁ If the value of {2} is set to be equal, V _P Also V _S Are also consistent between the two fibers.
Here, the normalized frequency V _S And V _P Is preferably equal between the two fibers, but is not necessarily strictly equal. Since a difference between them leads to an increase in connection loss, the connection loss may be set within an allowable range depending on an application or the like.
[0019]
The rare earth-doped optical fiber 12, the optical fiber constituting the optical fiber type coupler 11 connected thereto, and the optical fiber connected to the output side of the rare earth-doped optical fiber 12 are preferably diffused into the core by heating. Dopant that is easily added is added. As the dopant used here, germanium is preferable. Then, the core diameter of the connection portion is enlarged by the diffusion of the dopant, and the MFD is matched as necessary.
Here, at the connection between the rare earth-doped optical fiber 32 and the optical fiber type coupler 31, these normalized frequencies V _P And V _S Are set equal, and the normalized frequency does not change due to the thermal diffusion of the dopant as described above. Therefore, from the above equation (I), the excitation light wavelength (λ _P ) Or signal light wavelength (λ ^S ), The MFD can be matched for the other wavelength at the same time. In practice, the MFDs can be matched by making the core diameters (2a) of both fibers substantially equal.
[0020]
The connection between the rare-earth-doped optical fiber 12 and another optical fiber is achieved by first heating the end of the optical fiber to be connected, thereby diffusing the dopant contained in the core, as shown in FIG. This substantially increases the core diameter. The heating temperature at this time can vary depending on the composition of the glass constituting the optical fiber and the like, but is preferably set to about 1700 to 2000 ° C. If necessary, the wavelength of the light propagating through the connection point (the signal light wavelength λ _S Or excitation light wavelength λ _P The heating time is controlled while observing the MFD in (1) to obtain a desired MFD.
In this manner, the end faces of the connection ends whose MFDs are matched with each other are joined together, and they are fusion-spliced by a known method.
[0021]
Alternatively, as a method for connecting the rare-earth-doped optical fiber 12 and another optical fiber, after fusion-splicing is first performed, the connection portion is heated, and the dopant in the core is diffused to obtain MFD consistency.
In this case, it is necessary to change the thermal diffusion coefficient of the dopant between the rare-earth-doped optical fiber 12 and another optical fiber. For example, germanium is added to the core of the rare-earth-doped optical fiber, and fluorine is added to the cladding. On the other hand, germanium is added to the core of the other optical fiber, and the clad is made of silica containing no dopant. Thus, by changing the composition of the clad, the thermal diffusion coefficient of the dopant in the core becomes different. Here, since the rare-earth-doped optical fiber 12 has a higher thermal diffusion coefficient, by appropriately setting the heating time, the rare-earth-doped optical fiber and the dopant of the other spliced optical fiber are simultaneously heated and diffused. The MFD at the connection can be matched.
[0022]
Thus, in the present embodiment, the connection point S between the rare-earth-doped optical fiber 12 and the optical fiber coupler 11 is ₁ In the above, the MFDs at both the wavelengths of the signal light and the pump light are matched. Therefore, the pump light and the signal light can be efficiently incident on the rare-earth-doped optical fiber.
Further, a connection point S between the rare earth-doped optical fiber 12 and the optical fiber connected to the output side thereof ₂ In the above, the matching of the MFD is satisfied only for the signal light wavelength due to the thermal diffusion of the dopant in the core, and the connection loss of the signal light pumped by the rare-earth-doped optical fiber can be suppressed and the light can be efficiently emitted. . Therefore, this connection point S ² It is not necessary to set the normalized frequency V equal.
[0023]
In such an optical fiber amplifier, the connection loss is suppressed to be small for both the signal light wavelength and the pump light wavelength, so that the ratio of the pump light wavelength to the signal light wavelength (λ _P / Λ _S × 100) is 80% or less, and even when these wavelengths are apart from each other, a highly efficient optical amplification action can be obtained.
[0024]
FIG. 5 shows a second configuration example of the optical fiber amplifier of the present invention. In this example, the signal light is incident from one of the rare-earth-doped optical fibers 22 and the excitation light is incident from the other via the optical fiber coupler 21. The amplified signal light emitted from the rare-earth-doped optical fiber 22 is output via an optical fiber coupler 21 and a preferably provided isolator 23.
In this optical fiber amplifier, a connection point S between the rare earth-doped optical fiber 22 and the optical fiber coupler 21 ₄ In (2), the normalized frequencies of the signal light wavelength and the pump light wavelength are set equal between the two fibers. Also, at the time of these connections, the MFDs at the connection end faces of both fibers are formed so as to coincide with each other due to thermal diffusion of the dopant in the core.
Further, a connection point S between the rare earth-doped optical fiber 22 and the signal light source ₃ , And a connection point S with the optical fiber type coupler 21 and the optical isolator 23 ₆ Is formed so that the MFDs of the two fibers at the signal light wavelength coincide with each other due to the thermal diffusion of the dopant in the core, and the connection point S between the optical fiber coupler 21 and the pump light source is formed. ₅ Are formed so that the MFDs at the pumping light wavelengths of the two fibers coincide with each other.
Connection point S ₄ Otherwise, it is not necessary to set the normalized frequency V of both fibers to be connected equal.
[0025]
In such an optical fiber amplifier, the connection loss at each connection point is suppressed to be small for both the signal light wavelength and the pump light wavelength, and an optical amplification effect can be obtained efficiently.
[0026]
(Example 1)
An optical fiber amplifier having the configuration shown in FIG. 5 was manufactured using an erbium-doped optical fiber (EDF) having the parameters shown in Table 1 below as the rare-earth-doped optical fiber 22. As shown in Table 1 below, the optical fiber A of the WDM optical fiber coupler 21 connected to the rare earth-doped optical fiber 22 has a core diameter and a relative refractive index difference different from those of the EDF, and the V at the excitation light wavelength. _P And V at the signal light wavelength _S Were formed to be equal to those of the EDF.
A connection point S between the EDF and the optical fiber A ₄ At the excitation light wavelength λ _P = 0.98 μm and signal light wavelength λ _S When the connection loss at 1.55 μm was measured, the values were small at all wavelengths as shown in Table 1 below.
The above S ₄ Connection point S other than ₃ , S ₅ , And S ₆ In each case, the connection loss was suppressed to 0.1 dB or less.
[0027]
[Table 1]

[0028]
Further, laser light having a wavelength of 0.98 μm was made incident on the optical fiber amplifier as excitation light, and light having a wavelength of 1.55 μm was made incident as signal light to obtain an amplified signal light (wavelength 1.55 μm). . The ratio (conversion efficiency) of the saturation output light to the pump light power at this time was examined. When the signal light input was -5 dBm and the pump light power was 60 mW, the conversion efficiency was 53%.
This conversion efficiency is represented by a point S in FIG. ₅ Point S for pumping light incident power at ₇ Are measured, and the loss in the isolator 23 and the like are not included.
[0029]
(Comparative Example 1)
An optical fiber amplifier was constructed in the same manner except that the optical fiber B having the parameters shown in Table 1 above was used as the optical fiber of the WDM optical fiber coupler 21 connected to the rare earth-doped optical fiber 22.
A connection point S between the EDF and the optical fiber B ₄ The connection loss was measured in the same manner as in Example 1 above, and as a result, a large value was obtained as shown in Table 1 above.
Further, the ratio (conversion efficiency) of the saturation output light to the pump light power was measured in the same manner as in Example 1 above, and it was 38%.
From the results of Example 1 and Comparative Example 1, it was confirmed that according to the present invention, a high-efficiency optical fiber amplifier can be obtained by suppressing the connection loss at the connection between the rare earth-doped optical fiber and another optical fiber. Was.
[0030]
FIG. 6 shows a configuration example of a ring resonance type optical fiber laser as an example of the optical fiber laser of the present invention. In the figure, reference numeral 31 denotes a WDM type optical fiber type coupler, 32 denotes a rare earth doped optical fiber, and 33 denotes an optical isolator. Excitation light (wavelength λ _P ) Is incident on the ring-type resonator composed of the rare-earth-doped optical fiber 32 via the optical fiber-type coupler 31, and excites the rare-earth-doped optical fiber 32. The excited rare earth-doped optical fiber 32 has a wavelength λ _S Emits spontaneous emission light of this wavelength λ _S Is incident on the ring resonator 32 again through the optical fiber type coupler 31 and is subjected to optical feedback to the rare earth doped optical fiber 32, so that the wavelength λ _S Oscillation light is obtained. The oscillated light (wavelength λ) _S ) Are partly extracted through the optical fiber coupler 31.
[0031]
In this optical fiber laser, at least a connection point S between the optical fiber coupler 31 and the rare earth-doped optical fiber 32 is provided. ₈ Are configured so that MFD matching can be obtained simultaneously for two lights having different wavelengths, that is, excitation light and oscillation light.
That is, at least the rare-earth-doped optical fiber 32 and the optical fiber constituting the optical fiber coupler 31 connected thereto have an excitation light wavelength λ _P Normalized frequency V at _P And oscillation wavelength λ _S Normalized frequency V at _S And are both set equal.
The rare earth-doped optical fiber 32 and the optical fiber constituting the optical fiber coupler 31 connected thereto are doped with a dopant which is easily diffused by heating in the core. Then, the dopant is diffused by heating the connection end so that the MFD at the connection end of the rare-earth-doped optical fiber 32 and the optical fiber connected to the rare-earth-doped optical fiber 32 match.
Various kinds of rare earth elements can be used as the rare earth element added to the core of the rare earth-doped optical fiber 32, and oscillation light having different wavelengths can be obtained depending on the type of the rare earth element.
The connection between the rare earth-doped optical fiber 32 and the optical fiber coupler 31 can be made in the same manner as in the above-described optical fiber amplifier.
[0032]
The connection point S between the rare earth-doped optical fiber 32 and the optical fiber type coupler 31 formed in this way. ₈ Now, these normalized frequencies V _S And V _P Are set equal, the excitation light wavelength (λ _P ) Or the oscillation light wavelength (λ ^S ), The MFD can be matched for the other wavelength at the same time.
Therefore, the excitation light and the oscillation light are efficiently incident on the rare-earth-doped optical fiber.
In such an optical fiber laser, the connection loss can be suppressed both for the excitation light wavelength and the oscillation light wavelength. An efficient laser light oscillation action can be obtained.
[0033]
The optical fiber amplifier and the optical fiber laser using the rare-earth-doped optical fiber of the present invention are not limited to the above-described configurations, and various configurations are possible. Then, at the connection point between the rare-earth-doped optical fiber and another optical fiber, where a plurality of lights having different wavelengths are simultaneously propagated, the normalized frequency V is set to be equal, and the MFD is increased by the thermal diffusion of the dopant. It is effective to match and match the MFDs for both wavelengths at the same time.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the optical fiber amplifier using the rare earth-doped optical fiber of the present invention is a connection between the rare earth-doped optical fiber and another optical fiber connected to the rare earth-doped optical fiber. The MFDs at the signal light wavelengths are all matched.
Therefore, at the connection portion between the rare-earth-doped optical fiber and another optical fiber, the connection loss for both the signal light and the pump light can be suppressed to a small value.
Therefore, the ratio of the pump light wavelength to the signal light wavelength (λ _P / Λ _S × 100) is 80% or less, and even when these wavelengths are apart from each other, a highly efficient optical amplification action can be obtained.
[0035]
Further, the optical fiber laser using the rare earth-doped optical fiber of the present invention comprises an MFD at an excitation light wavelength and an MFD at an oscillation light wavelength of both fibers at a connection portion between the rare earth-doped optical fiber and another optical fiber connected thereto. Are all matched.
Therefore, in the connection portion between the rare-earth-doped optical fiber and another optical fiber, the connection loss of both the signal light and the oscillation light can be reduced.
Therefore, the ratio of the pump light wavelength to the oscillation light wavelength (λ _P / Λ _S (× 100) is 80% or less, and even when these wavelengths are apart from each other, a highly efficient laser light oscillation action can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an optical fiber amplifier.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a core diameter and a mode field diameter in a rare earth-doped optical fiber and other optical fibers.
FIG. 3 is a process chart showing an example of fusion splicing of optical fibers having different core diameters.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a ratio of a mode field diameter to a core diameter and a normalized frequency.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing another example of the optical fiber amplifier.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an optical fiber laser.
[Explanation of symbols]
11,21,31 ... optical fiber coupler
12,22,32 .... Rare earth doped optical fiber

Claims

An optical fiber amplifier using a rare earth-doped optical fiber in which a rare earth is added to a core as a gain medium,
When the wavelength of the light used as the excitation light is λp and the wavelength of the signal light is λs, the value of λp / λs × 100 is 80% or less,
The rare-earth-doped optical fiber has a connection portion to which another optical fiber having a core diameter different from that of the rare-earth-doped optical fiber and to which no rare-earth is added is connected,
The value of [2aπn ₁他 (2 △)] (where 2a is the core diameter, n ₁ is the core refractive index, and △ is the relative refractive index difference between the core claddings between the rare earth-doped optical fiber and the other optical fiber). Are equal to each other, and the rare-earth-doped optical fiber and the other optical fiber include a dopant which is easily diffused by heating in the core, and the core is expanded by the diffusion of the dopant at a connection portion between the two fibers. And the core diameters of both fibers are matched.
An optical fiber amplifier wherein both the mode field diameter at the pumping light wavelength and the mode field diameter at the signal light wavelength of both fibers are matched at the connection portion.

An optical fiber laser using a rare earth-doped optical fiber in which a rare earth is added to a core as a gain medium,
When the wavelength of the light used as the excitation light is λp and the wavelength of the oscillation light is λs, the value of λp / λs × 100 is 80% or less,
The rare-earth-doped optical fiber has a connection portion to which another optical fiber having a core diameter different from that of the rare-earth-doped optical fiber and to which no rare-earth is added is connected,
The value of [2aπn ₁他 (2 △)] (where 2a is the core diameter, n ₁ is the core refractive index, and △ is the relative refractive index difference between the core claddings between the rare earth-doped optical fiber and the other optical fiber). Are equal to each other, and the rare-earth-doped optical fiber and the other optical fiber include a dopant which is easily diffused by heating in the core, and the core is expanded by the diffusion of the dopant at a connection portion between the two fibers. And the core diameters of both fibers are matched.
An optical fiber laser, wherein both the mode field diameter at the excitation light wavelength and the mode field diameter at the oscillation light wavelength of both fibers are matched at the connection portion.