JPH07211980A - Optical fiber amplifier - Google Patents
Optical fiber amplifierInfo
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- JPH07211980A JPH07211980A JP6006775A JP677594A JPH07211980A JP H07211980 A JPH07211980 A JP H07211980A JP 6006775 A JP6006775 A JP 6006775A JP 677594 A JP677594 A JP 677594A JP H07211980 A JPH07211980 A JP H07211980A
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光計測、光通信、光情
報処理、光加工等に使用される光ファイバ増幅器に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber amplifier used for optical measurement, optical communication, optical information processing, optical processing and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の光ファイバ増幅器の概略構成を図
9に示す。従来の光ファイバ増幅器は、図9に示すよう
に、励起光はファイバカップラ11を介して、希土類添
加光ファイバ13を励起する。信号光は光アイソレータ
10の入射口10-1より入射し、光アイソレータ10
及びファイバカップラ11を通り、希土類添加光ファイ
バ13内で増幅され、光アイソレータ10を通り出射口
10-2より出射される。この場合、ファイバカップラ
11での合波動作を安定にするためには全体を励起波長
及び信号波長に対して単一モード化する必要がある。こ
のことから励起光源に対しては、単一モードファイバに
高効率でかつ安定に結合する必要があり、発振横モード
が単一モードで発振している必要がある。この様な条件
を有する半導体レーザ(以下、LDという)は、高々発
振出力が200mWであった。一方、高出力のLDとし
てアレイ構造のLD(以下、アレイ型LDという)が知
られているが、このアレイ型LDでは横モードがマルチ
モードである。アレイレーザを励起光源として使用する
ためには、希土類元素添加光ファイバ13の構造を2重
コア構造とし、外側コアに励起光を導波させる手法が知
られている。2. Description of the Related Art A schematic configuration of a conventional optical fiber amplifier is shown in FIG. In the conventional optical fiber amplifier, as shown in FIG. 9, the pumping light pumps the rare earth-doped optical fiber 13 via the fiber coupler 11. The signal light enters through the entrance 10-1 of the optical isolator 10,
Then, it is amplified in the rare earth-doped optical fiber 13 through the fiber coupler 11 and is emitted from the emission port 10-2 through the optical isolator 10. In this case, in order to stabilize the multiplexing operation in the fiber coupler 11, it is necessary to make the whole into a single mode for the pumping wavelength and the signal wavelength. For this reason, it is necessary for the pumping light source to be coupled to the single-mode fiber with high efficiency and stability, and the transverse transverse mode needs to oscillate in the single mode. The semiconductor laser (hereinafter, referred to as LD) having such a condition had an oscillation output of 200 mW at most. On the other hand, an array-structured LD (hereinafter referred to as an array-type LD) is known as a high-power LD, and in this array-type LD, the transverse mode is multimode. In order to use the array laser as a pumping light source, a method is known in which the structure of the rare earth element-doped optical fiber 13 has a double core structure and the pumping light is guided to the outer core.
【0003】この方法の要点を以下に述べる。この方法
では、励起光は外側コアに結合される。外側コアは、そ
の断面寸法が直径50μm程度であり、アレイ型LD等
の横モードがマルチであるレーザでも充分高い効率で結
合できる。この場合、励起光の波長では外側コアの伝搬
モードはマルチモードであり、伝搬する励起光は外側コ
ア断面内で近似的に均一の光パワー密度を有すると考え
られる。中心コアに添加された希土類イオンが受ける励
起光強度は、中心コアと外側コアの面積比と実際に外側
コアを伝搬する励起光強度との積になる。例えば、外側
コア直径50μmで中心コア直径10μm、10Wの励
起光が外側コアに結合している場合、実効的な励起光強
度として、10(W)×(102/502)=400mW
となる。この励起光強度が中心コアに結合したことにな
る。The main points of this method will be described below. In this way, the excitation light is coupled into the outer core. The outer core has a cross-sectional dimension of about 50 μm in diameter, and can be coupled with sufficiently high efficiency even in a laser such as an array type LD having multiple transverse modes. In this case, the propagation mode of the outer core is a multimode at the wavelength of the pumping light, and the propagating pumping light is considered to have an approximately uniform optical power density within the cross section of the outer core. The excitation light intensity received by the rare earth ions added to the central core is the product of the area ratio between the central core and the outer core and the excitation light intensity actually propagating through the outer core. For example, if the central core diameter of 10μm in the outer core diameter 50 [mu] m, 10 W of the excitation light is attached to the outer core, as effective excitation light intensity, 10 (W) × (10 2/50 2) = 400mW
Becomes This excitation light intensity is bound to the central core.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この方法のメリット
は、励起光の結合条件が大幅に緩和されアレイ型LDな
どが使用可能になることである。その反面、増幅用ファ
イバ内をマルチモードで伝搬する励起光と単一モードで
伝搬する信号光とを安定に合分波する素子が必要となっ
てくる。ところが、光ファイバ増幅器で多用されるファ
イバ型カップラでは、マルチモード光と単一モード光で
光とを安定に合分波するファイバカップラは製造不可能
であり、結果として従来アレイ型LDによる高効率光増
幅器の作製は成功していなかった。The advantage of this method is that the coupling condition of the excitation light is greatly relaxed and the array type LD or the like can be used. On the other hand, an element for stably multiplexing / demultiplexing the pumping light propagating in the multimode in the amplification fiber and the signal light propagating in the single mode is required. However, it is impossible to manufacture a fiber coupler that is frequently used in optical fiber amplifiers to stably combine and demultiplex light with multi-mode light and single-mode light, and as a result, it is possible to achieve high efficiency with a conventional array LD. The production of optical amplifiers has not been successful.
【0005】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、信号光に対する増
幅用光ファイバと伝送用光ファイバとの低損失接続及び
励起光に対する増幅用光ファイバとの励起光源との低損
失接続が可能な光ファイバ増幅器を提供することにあ
る。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a low loss connection between an optical fiber for amplification of signal light and an optical fiber for transmission and an amplification of pumping light. An object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier capable of low loss connection with an optical fiber and a pumping light source.
【0006】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。The outline of the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
【0008】(1)光ファイバのコア部分にレーザ遷移
を有する活性イオンを添加し、前記光ファイバ中に励起
光と信号光とを伝搬させ信号光を増幅させる光ファイバ
増幅器であって、光ファイバ増幅器は、活性媒体として
屈折率ncladであるクラッドに囲まれた2重のコアを有
し、中心コアの屈折率をncore1とし外側コアの屈折率
をncore2とした場合に、ncore1>ncore2>ncladで
あり、少なくとも中心のコア部分に信号波長にレーザ遷
移を有する希土類イオンが添加された増幅用光ファイ
バ、信号光波長で動作する光サーキュレータ、信号光を
反射し励起光を透過する光学フィルタ、励起光源の4つ
の素子からなり、各々の相互の接続関係として光サーキ
ュレータの1ポートに増幅用光ファイバを接続し、増幅
用光ファイバの他端に光学フィルタが光学的に接続さ
れ、その光学フィルタを介して増幅用光ファイバと励起
用光源とが光学的に結合されていることを特徴とする。(1) An optical fiber amplifier in which active ions having a laser transition are added to a core portion of an optical fiber to propagate pumping light and signal light in the optical fiber to amplify the signal light. The amplifier has a dual core surrounded by a clad having an index of refraction n clad as an active medium, where n core1 > where n core1 is the index of refraction of the central core and n core2 is the index of refraction of the outer core. n core2 > n clad , an amplification optical fiber in which a rare earth ion having a laser transition at a signal wavelength is added to at least the central core portion, an optical circulator operating at a signal light wavelength, a signal light is reflected, and an excitation light is transmitted. It consists of four elements: an optical filter and a pumping light source. The mutual connection of each element is to connect the amplification optical fiber to one port of the optical circulator and to the other end of the amplification optical fiber. Filter is optically connected, the amplifying optical fiber through the optical filter and the excitation light source is characterized in that it is optically coupled.
【0009】(2)前記中心のコア部分に2種類以上の
希土類イオンが添加され、その内の一つのイオンのレー
ザ遷移波長が信号波長と一致し、残りの希土類イオンが
当該イオンをエネルギー移動過程により励起できるエネ
ルギー準位を有することを特徴とする。(2) Two or more kinds of rare earth ions are added to the central core portion, the laser transition wavelength of one of the ions is matched with the signal wavelength, and the remaining rare earth ions undergo energy transfer process of the ions. It is characterized by having an energy level that can be excited by.
【0010】(3)前記中心のコア部分に信号波長にレ
ーザ遷移を有する希土類イオンが添加され、その希土類
イオンの励起波長と一致したレーザ遷移を有する別の希
土類イオンが少なくとも外側クラッド部分に添加され、
かつ光サーキュレータの1ポートと増幅用光ファイバと
の接続途中に光フィルタが設置されていることを特徴と
する。(3) A rare earth ion having a laser transition at a signal wavelength is added to the central core portion, and another rare earth ion having a laser transition coincident with the excitation wavelength of the rare earth ion is added to at least the outer cladding portion. ,
In addition, an optical filter is installed in the middle of connection between one port of the optical circulator and the amplification optical fiber.
【0011】[0011]
【作用】前記手段の項の(1)によれば、横モードがマ
ルチモードで発振するアレイ型LD等の高出力ではある
が、単一モード光ファイバとの結合が困難である光源が
光ファイバ増幅器用としては使用でき、高効率でかつ安
定な光ファイバ増幅器が構成できる。According to item (1) of the above-mentioned means, the optical fiber is a light source which has a high output such as an array type LD which oscillates in a transverse mode in a multimode, but which is difficult to couple with a single mode optical fiber. It can be used as an amplifier, and a highly efficient and stable optical fiber amplifier can be constructed.
【0012】前記手段の項の(2)によれば、添加する
センシタイザーを選択することにより、横モードがマル
チモードではあるが高出力である光源を使用し、光源自
体の発振波長では励起できなかった希土類イオンのレー
ザ遷移波長での高効率かつ安定な光増幅が可能となる。According to item (2) of the above-mentioned means, by selecting a sensitizer to be added, a light source having a multimode transverse mode but high output can be used and excitation can be performed at the oscillation wavelength of the light source itself. Highly efficient and stable optical amplification of rare earth ions at the laser transition wavelength is possible.
【0013】前記手段の項の(3)によれば、横モード
がマルチモードではあるが高出力である光源を使用し、
第2の希土類イオン(元素)を励起しレーザ発振状態と
することにより、信号光の増幅に寄与する希土類元素の
反転分布の状態を増幅用光ファイバ長手方向で一定の値
とすることが可能となる。この様な均一な反転分布状態
は、信号光の増幅に寄与する希土類元素がアップコンバ
ージョン過程や励起光ESA(励起準位間吸収)がある
場合に、それらの寄与による増幅特性の劣化を最小限に
抑えられる。また、全体を通じて、信号光が増幅用希土
類添加2重コアファイバ中を往復する構成のために、増
幅効率が2倍になるという利点も併せて持っている。According to item (3) of the above-mentioned means, a light source whose transverse mode is multimode but has high output is used,
By exciting the second rare earth ion (element) into the laser oscillation state, the population inversion distribution of the rare earth element contributing to the amplification of the signal light can be made a constant value in the longitudinal direction of the amplification optical fiber. Become. Such a uniform population inversion state minimizes the deterioration of the amplification characteristics due to the contribution of the rare earth elements that contribute to the amplification of the signal light when there is an upconversion process or pumping light ESA (excitation level absorption). Can be suppressed to. In addition, since the signal light reciprocates in the rare earth-doped double core fiber for amplification throughout, the amplification efficiency is doubled.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【0015】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same function are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
【0016】(実施例1)図1は本発明による実施例1
の光増幅用の同心円構造の2重光コア光ファイバの断面
構造を示す図、図2は図1に示す2重コア光ファイバの
構成における各部の屈折率を示す図、図3は本発明によ
る実施例1の光ファイバ増幅器の概略構成を示す図であ
る。図1において、1は2重コア光ファイバの中心コ
ア、2は2重コア光ファイバの外側コア、3はクラッド
である。図2において、ncore1は2重コアの中心コア
1の屈折率、ncore2は2重コアの外側コア2の屈折
率、ncla dはクラッド3の屈折率である。図3におい
て、4は光サーキュレータ、4-1はピグテイルファイ
バ、4-2はピグテイルファイバ、4-3はピグテイルフ
ァイバ、5は接続部材、6は希土類添加2重コア光ファ
イバ、7は光フィルタ、8は励起光結合用レンズ系、9
は発振波長λpの励起光源である。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a concentric double optical core optical fiber for optical amplification, FIG. 2 is a diagram showing the refractive index of each part in the configuration of the double core optical fiber shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an embodiment according to the present invention. It is a figure which shows schematic structure of the optical fiber amplifier of Example 1. In FIG. 1, 1 is a central core of a double core optical fiber, 2 is an outer core of a double core optical fiber, and 3 is a clad. In FIG. 2, n core1 the refractive index of the center core 1 of the double core, n core2 is the refractive index of the outer core 2 of the double core, n cla d is the refractive index of the cladding 3. In FIG. 3, 4 is an optical circulator, 4-1 is a pigtail fiber, 4-2 is a pigtail fiber, 4-3 is a pigtail fiber, 5 is a connecting member, 6 is a rare earth-doped double core optical fiber, and 7 is Optical filter, 8 is a lens system for coupling excitation light, 9
Is an excitation light source with an oscillation wavelength λp.
【0017】本実施例1の光増幅用の同心円構造の2重
光コア光ファイバは、図1に示すように、2重光コア光
ファイバの中心コア1の外周面に外側コア2が設けら
れ、その外側コア2の外周面にクラッド3が設けられて
いる。この2重光コア光ファイバの構成における各部の
屈折率は、図2に示すように、ncore1>ncore2>ncl
adの関係になっている。一方、吸収波長がλaで、波長
λaの波長の励起光により反転分布が形成されることに
より波長λsの誘導放出が生じる希土類元素(イオン)
RE1が、少なくとも2重光コアの中心コア1の部分に
添加されている。この波長λsに対して、中心コア1の
コア径を次のように決める。中心コア1をコアとし、外
側コア2をクラッドに見立てて、波長λsで単一モード
条件が満足されるようなコア径とする。このようなファ
イバを使用し、図3に示すような光ファイバ増幅器を構
成する。As shown in FIG. 1, the double optical core optical fiber having the concentric circular structure for optical amplification of the first embodiment is provided with an outer core 2 on the outer peripheral surface of the central core 1 of the double optical core optical fiber. A clad 3 is provided on the outer peripheral surface of the outer core 2. As shown in FIG. 2, the refractive index of each part in the configuration of this double optical core optical fiber is n core1 > n core2 > n cl
It has an ad relationship. On the other hand, a rare earth element (ion) having an absorption wavelength of λa and causing stimulated emission of the wavelength λs by forming an inverted distribution by excitation light of the wavelength λa
RE1 is added to at least the central core 1 portion of the dual optical core. For this wavelength λs, the core diameter of the central core 1 is determined as follows. The central core 1 is used as a core and the outer core 2 is used as a clad, and the core diameter is set so that the single mode condition is satisfied at the wavelength λs. Using such a fiber, an optical fiber amplifier as shown in FIG. 3 is constructed.
【0018】すなわち、光サーキュレータ4は波長λs
の光に対し、ピグテイルファイバ4-1から入射した光
をピグテイルファイバ4-2に出射し、ピグテイルファ
イバ4-2から入射した光をピグテイルファイバ4-3に
十分低い接続損失で出射する。同時に、ピグテイルファ
イバ4-3からピグテイルファイバ4-2へ、また、ピグ
テイルファイバ4-2からピグテイルファイバ4-1方向
への接続損失は十分高いため、光の逆行は無視できる。
このような光サーキュレータ4のピグテイルファイバ4
-2に希土類添加2重コア光ファイバ6が接続部材5に
より接続され、その他端に、光フィルタ7が装着されて
いる。一方、発振波長λpの励起光源9は、レンズ8を
介して、希土類添加2重コア光ファイバ6の外側コア2
の部分に光学的に結合されている。That is, the optical circulator 4 has a wavelength of λs.
Light emitted from the pigtail fiber 4-1 is emitted to the pigtail fiber 4-2, and light incident from the pigtail fiber 4-2 is emitted to the pigtail fiber 4-3 with sufficiently low connection loss. To do. At the same time, since the connection loss from the pigtail fiber 4-3 to the pigtail fiber 4-2 and from the pigtail fiber 4-2 to the pigtail fiber 4-1 is sufficiently high, the retrograde of light can be ignored.
Such a pigtail fiber 4 of the optical circulator 4
A rare-earth-doped double-core optical fiber 6 is connected to -2 by a connecting member 5, and an optical filter 7 is attached to the other end. On the other hand, the excitation light source 9 of the oscillation wavelength λp is passed through the lens 8 and the outer core 2
Is optically coupled to the part.
【0019】前記励起光源の発振波長λpは希土類元素
RE1の吸収波長λaと等しい。また、光フィルタ7
は、波長λpの光は透過し、波長λsの光は高い反射率
で反射する特性を持たせる。この結果、励起光源からの
励起光は、希土類添加2重コア光ファイバ6の外側コア
部分をコアと見立てた導波モードでファイバ中を伝搬す
る。このような結合形態をとるために、励起光源9から
の励起光のビーム品質はガウシアンである必要がなく、
アレイ型LD等の非ガウシアン形状のビームを発する励
起光源でも低い損失で結合できる。希土類添加2重コア
光ファイバ6内では、少なくとも中心コア部分に添加さ
れた希土類元素RE1を励起し反転分布が形成される。
一方、光サーキュレータ4のピグテイルファイバ4-1
より入射した信号光(波長λs)は、ピグテイルファイ
バ4-2より希土類添加2重コア光ファイバ6に入射す
る。この際、信号光は、希土類添加2重コア光ファイバ
の中心コア1をコアとし外側コア2(クラッドも含め
て)をクラッド3とする導波モードに結合させる。この
導波モードは信号光に対して単一モード条件を満足して
いる。The oscillation wavelength λp of the excitation light source is equal to the absorption wavelength λa of the rare earth element RE1. Also, the optical filter 7
Has a characteristic of transmitting light of wavelength λp and reflecting light of wavelength λs with high reflectance. As a result, the pumping light from the pumping light source propagates through the fiber in a guided mode in which the outer core portion of the rare earth-doped double core optical fiber 6 is regarded as the core. In order to take such a combined form, the beam quality of the excitation light from the excitation light source 9 does not need to be Gaussian,
Even an excitation light source that emits a non-Gaussian beam such as an array LD can be coupled with low loss. In the rare earth-doped double core optical fiber 6, at least the rare earth element RE1 added to the central core portion is excited to form a population inversion.
On the other hand, the pigtail fiber 4-1 of the optical circulator 4
The more incident signal light (wavelength λs) enters the rare earth-doped double core optical fiber 6 from the pigtail fiber 4-2. At this time, the signal light is coupled into a guided mode in which the central core 1 of the rare earth-doped double core optical fiber is the core and the outer core 2 (including the clad) is the clad 3. This guided mode satisfies the single mode condition for signal light.
【0020】信号光は、希土類添加2重コア光ファイバ
6をまず右方向に伝搬し反転分布状態にある希土類元素
RE1により増幅され、光フィルタ7により反射され、
今度は希土類添加2重コア光ファイバ6を左方向に伝搬
し増幅される。この増幅された信号光は、再度ピグテイ
ルファイバ4-2に入射するわけだが、信号光の導波モ
ードは希土類添加2重コア光ファイバ6中で単一モード
で伝搬していることから、低い接続損失で安定にピグテ
イルファイバ4-2に結合できる。増幅された信号光
は、光サーキュレータ4を介してピグテイルファイバ4
-3より出射する。この際、ピグテイルファイバ4-3→
ピグテイルファイバ4-2→ピグテイルファイバ4-1方
向の損失(逆方向阻止比)が十分高いために、信号光の
発振は十分抑制できる。信号光に対する増幅用光ファイ
バと伝送用光ファイバとの低損失接続及び励起光に対す
る増幅用光ファイバと励起光源との低損失接続の2点を
両立した光ファイバ増幅器となる。The signal light propagates rightward in the rare-earth-doped double-core optical fiber 6, is amplified by the rare-earth element RE1 in the inverted distribution state, and is reflected by the optical filter 7.
This time, it propagates leftward through the rare earth-doped double core optical fiber 6 and is amplified. The amplified signal light enters the pigtail fiber 4-2 again, but the guided mode of the signal light is low because it propagates in a single mode in the rare earth-doped double core optical fiber 6. It can be stably coupled to the pigtail fiber 4-2 due to splice loss. The amplified signal light is transmitted through the optical circulator 4 to the pigtail fiber 4
Emit from -3. At this time, pigtail fiber 4-3 →
Since the loss (reverse blocking ratio) in the direction of the pigtail fiber 4-2 → the pigtail fiber 4-1 is sufficiently high, the oscillation of the signal light can be sufficiently suppressed. The optical fiber amplifier has both low loss connection between the amplification optical fiber and the transmission optical fiber for signal light and low loss connection between the amplification optical fiber and the excitation light source for pumping light.
【0021】次に、本実施例1の増幅用光ファイバの具
体例を説明する。図1に示すように、前記クラッド3は
F添加SiO2ガラス、外側コア2にはSiO2ガラス、
中心コア1にはAl2O3-GeO2-SiO2ガラスを使用
した。外側コア2を基準とした中心コア1及びクラッド
3の比屈折率差は、各々−0.7%,+3.0%である。
中心コア1中に含有されるAl2O3は、その濃度が1mo
l%である。中心コア1の直径は約2μmであり、外側
コア2をクラッドとして見立てた場合でのカットオフ波
長は0.9μmである。一方、外側コア2の直径は60
μmとし、クラッド直径は125μmとした。添加した
希土類元素はErを用い、中心コア1部分のみに均一に
1000ppm添加した。Next, a specific example of the amplification optical fiber of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the cladding 3 is F-doped SiO 2 glass, the outer core 2 is SiO 2 glass,
Al 2 O 3 —GeO 2 —SiO 2 glass was used for the central core 1. The relative refractive index differences between the central core 1 and the clad 3 based on the outer core 2 are -0.7% and + 3.0%, respectively.
The concentration of Al 2 O 3 contained in the central core 1 is 1 mo.
l%. The diameter of the central core 1 is about 2 μm, and the cutoff wavelength when the outer core 2 is regarded as a clad is 0.9 μm. On the other hand, the diameter of the outer core 2 is 60
The cladding diameter was 125 μm. Er was used as the rare earth element added, and 1000 ppm was uniformly added only to the central core 1 portion.
【0022】使用した光フィルタ7は、波長0.9μm
〜1.1μmでの透過率が99%以上で、波長1.4μm
〜1.6μmでの反射率は99%以上である。この光フ
ィルタ7は石英ガラス板(厚さ300μm)の片面に蒸
着により形成された誘電体多層膜であり、同膜面側をフ
ァイバ端面に直接接着させて使用した(前記反射率等の
特性は、対石英ショートでの値である)。使用した光サ
ーキュレータ4は、偏波無依存型の4端子型光サーキュ
レータであり、順方向過剰損失0.6dB以下、逆方向
阻止比36dB以上の特性を有している。励起光源12
としては、0.98μm発振のアレイ型LDであり、発
振出力1Wでアレイ型LD端面での発光領域のサイズは
1μm×100μmである。励起光結合用のレンズとし
ては、非球面レンズとシリンドリカルレンズの複合レン
ズであり、焦点面(増幅用光ファイバ端面)で、LD発
振光を5μm×60μmの楕円形状に集光した。励起光
は、光フィルタ7を介して2重コア増幅用光ファイバの
外側コア2の部分に結合させたが、その際の結合効率
は、レンズ及びフィルタの損失を含めて60%であっ
た。信号光は、1.55μmで発振している分布帰還型
半導体レーザ(DFB-LD)であり、光サーキュレー
タ4の入射ポートに-30dBmのパワーを結合させ
た。The optical filter 7 used has a wavelength of 0.9 μm.
~ 1.1μm transmittance is 99% or more, wavelength 1.4μm
The reflectance at ˜1.6 μm is 99% or more. The optical filter 7 is a dielectric multilayer film formed by vapor deposition on one surface of a quartz glass plate (thickness: 300 μm), and the film surface side was used by directly adhering it to the fiber end surface (the characteristics such as the reflectance are , Values for quartz shorts). The optical circulator 4 used is a polarization-independent four-terminal type optical circulator, and has characteristics of forward excess loss of 0.6 dB or less and reverse blocking ratio of 36 dB or more. Excitation light source 12
Is an array type LD of 0.98 μm oscillation, and the size of the light emitting region at the end face of the array type LD with an oscillation output of 1 W is 1 μm × 100 μm. The excitation light coupling lens was a compound lens of an aspherical lens and a cylindrical lens, and the LD oscillation light was condensed into an elliptical shape of 5 μm × 60 μm at the focal plane (amplification optical fiber end face). The pumping light was coupled to the outer core 2 of the double core amplification optical fiber through the optical filter 7, and the coupling efficiency at that time was 60% including the loss of the lens and the filter. The signal light is a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) that oscillates at 1.55 μm, and a power of −30 dBm was coupled to the incident port of the optical circulator 4.
【0023】図4に励起用LDの発振パワーに対して測
定された信号光の利得を示す。信号光利得が0dBとな
るLD発振光量は約80mWであり、450mW励起に
おいて25dBの小信号利得を実現した。FIG. 4 shows the gain of the signal light measured with respect to the oscillation power of the pumping LD. The amount of LD oscillation light at which the signal light gain is 0 dB is about 80 mW, and a small signal gain of 25 dB is realized at 450 mW pumping.
【0024】(比較例1)実施例1において、増幅用光
ファイバを通常の単一コアのものとした。クラッドガラ
スはSiO2ガラス、コアはAl2O3-GeO2-SiO2
ガラスである。クラッドを基準としたコアの比屈折率差
は+3.0%である。コア中に含有されるAl2O3は、
その濃度が1mol%である。コアの直径は約2μmであ
り、カットオフ波長は0.9μmである。一方、クラッ
ド直径は125μmとした。添加した希土類元素はEr
であり、コア部分のみに均一に1000ppm添加し
た。(Comparative Example 1) In Example 1, the optical fiber for amplification was an ordinary single core. The clad glass is SiO 2 glass, and the core is Al 2 O 3 -GeO 2 -SiO 2
It is glass. The relative refractive index difference of the core based on the clad is + 3.0%. Al 2 O 3 contained in the core is
Its concentration is 1 mol%. The core diameter is about 2 μm and the cutoff wavelength is 0.9 μm. On the other hand, the clad diameter was 125 μm. The added rare earth element is Er
1000 ppm was uniformly added to only the core part.
【0025】増幅特性の評価は、実施例1の場合と同一
の装置構成により行い、単に2重コア光ファイバを単一
コア光ファイバに置き換えた構成とした。The evaluation of the amplification characteristic was carried out by the same device configuration as in the case of Example 1, and the double core optical fiber was simply replaced with a single core optical fiber.
【0026】結果は、励起用半導体レーザ(LD)から
増幅用光ファイバへの励起光の結合率が約10%と低
く、結果として正の信号利得は得られなかった。As a result, the coupling ratio of the pumping light from the pumping semiconductor laser (LD) to the amplifying optical fiber was as low as about 10%, and as a result, no positive signal gain was obtained.
【0027】(実施例2)本発明の実施例2の増幅用光
ファイバと前記実施例1の増幅用光ファイバとの異なる
点は、希土類添加2重コア光ファイバ6の少なくとも中
心のコア部分に2種類以上の希土類元素が添加されてい
ることであり、信号波長λsで誘導放出遷移を有する希
土類元素(イオン)RE1と、励起光源からの励起光を
吸収し、エネルギー伝達過程により希土類元素(イオ
ン)RE1を励起するためのセンシタイザーとしての希
土類イオンRE2を含むことである。希土類元素のエネ
ルギー準位の相互関係を図5に示す。図5では、希土類
元素(イオン)RE2の励起過程として、エネルギー伝
達過程に直接関与する準位を励起する場合、より高エネ
ルギー準位を励起し無輻射或いは輻射過程よりエネルギ
ー伝達過程に直接関与する準位に緩和させる方法につい
て示した。どちらの方法においても、励起光源の発振波
長λpは希土類イオンRE1の吸収波長λaと等しい必
要はなく、センシタイザーとして添加した希土類イオン
RE2の吸収波長に一致させればよい。当然のことなが
ら、光フィルタ7は、波長λpの光は透過し、波長λs
の光は高い反射率で反射する特性を持たせてある。(Embodiment 2) The difference between the amplifying optical fiber of Embodiment 2 of the present invention and the amplifying optical fiber of Embodiment 1 is that at least the core portion of the rare earth-doped double core optical fiber 6 is at the center. Two or more kinds of rare earth elements are added, and the rare earth element (ion) RE1 having a stimulated emission transition at the signal wavelength λs and the excitation light from the excitation light source are absorbed, and the rare earth element (ion) is absorbed by the energy transfer process. ) The inclusion of a rare earth ion RE2 as a sensitizer for exciting RE1. The mutual relationship of the energy levels of rare earth elements is shown in FIG. In FIG. 5, as the excitation process of the rare earth element (ion) RE2, when a level directly involved in the energy transfer process is excited, a higher energy level is excited and directly involved in the energy transfer process than non-radiation or radiation process. The method of relaxing to the level is shown. In either method, the oscillation wavelength λp of the excitation light source does not have to be equal to the absorption wavelength λa of the rare earth ion RE1, but may be the same as the absorption wavelength of the rare earth ion RE2 added as a sensitizer. As a matter of course, the optical filter 7 transmits the light of the wavelength λp and transmits the light of the wavelength λs.
The light has a characteristic of being reflected with high reflectance.
【0028】本発明の実施例2の増幅用光ファイバの構
造は、図1に示したものと同一であり、クラッド3には
F添加SiO2ガラス、外側コア2にはAl2O3-SiO
2ガラス、中心コア1にはAl2O3-GeO2-SiO2ガ
ラスを使用した。SiO2ガラスを基準とした中心コ
ア、外側コア及びクラッドの比屈折率差は、各々−0.
8%,+0.1%、+3.0%である。中心コア1及び外
側コア2中に含有されるAl2O3は、その濃度が約1mo
l%である。中心コア1の直径は約2μmであり、外側
コア2をクラッドとして見立てた場合でのカットオフ波
長は0.9μmである。一方、外側コア2の直径は60
μmとし、クラッド直径は125μmとした。希土類元
素は中心コア1の部分のみに均一に添加し、その種類と
添加濃度はErが1000ppmでYbが10000p
pmである。The structure of the amplifying optical fiber of Example 2 of the present invention is the same as that shown in FIG. 1, with the cladding 3 being F-doped SiO 2 glass and the outer core 2 being Al 2 O 3 --SiO 2.
2 glass, and Al 2 O 3 —GeO 2 —SiO 2 glass was used for the central core 1. The relative refractive index difference between the central core, the outer core and the clad based on SiO 2 glass is −0.
They are 8%, + 0.1% and + 3.0%. Al 2 O 3 contained in the central core 1 and the outer core 2 has a concentration of about 1 mo.
l%. The diameter of the central core 1 is about 2 μm, and the cutoff wavelength when the outer core 2 is regarded as a clad is 0.9 μm. On the other hand, the diameter of the outer core 2 is 60
The cladding diameter was 125 μm. The rare earth element is uniformly added only to the central core 1, and the kind and addition concentration of Er are 1000 ppm and Yb is 10000 p.
pm.
【0029】使用した光フィルタ7は、波長0.7μm
〜0.9μmでの透過率が99%以上で、波長1.4μm
〜1.6μmでの反射率は99%以上である。光フィル
タ7は石英ガラス板(厚さ300μm)の片面に蒸着に
より形成された誘電体多層膜であり、同膜面側を光ファ
イバ端面に直接接着させて使用した(前記反射率等の特
性は、対石英ショートでの値である)。使用した光サー
キュレータ4は、偏波無依存型の4端子型光サーキュレ
ータであり、順方向過剰損失0.6dB以下、逆方向阻
止比36dB以上の特性を有している。励起光源9とし
ては、0.85μm発振のアレイ型LDであり、発振出
力3Wでアレイ型LD端面での発光領域のサイズは1μ
m×200μmである。励起光結合用のレンズとして
は、非球面レンズとシリンドリカルレンズの複合レンズ
であり、焦点面(増幅用光ファイバ端面)で、アレイ型
LDの発振光を5μm×80μmの楕円形状に集光し
た。励起光は、光フィルタを介して2重コア増幅用光フ
ァイバの外側コア2の部分に結合させたが、その際の結
合効率は、レンズ及びフィルタの損失を含めて60%で
あった。信号光は、1.55μmで発振している分布帰
還型半導体レーザ(DFB-LD)であり、光サーキュ
レータの入射ポートに−30dBmのパワーを結合させ
た。The optical filter 7 used has a wavelength of 0.7 μm.
A transmittance of 99% or more at a wavelength of 0.9 μm and a wavelength of 1.4 μm
The reflectance at ˜1.6 μm is 99% or more. The optical filter 7 is a dielectric multilayer film formed by vapor deposition on one surface of a quartz glass plate (thickness: 300 μm), and used by directly adhering the film surface side to the end face of the optical fiber (the characteristics such as the reflectance are , Values for quartz shorts). The optical circulator 4 used is a polarization-independent four-terminal type optical circulator, and has characteristics of forward excess loss of 0.6 dB or less and reverse blocking ratio of 36 dB or more. The pumping light source 9 is an array type LD that oscillates 0.85 μm, and the size of the light emitting region at the end face of the array type LD is 3 μm with an oscillation output of 3 W.
m × 200 μm. The excitation light coupling lens was a compound lens of an aspherical lens and a cylindrical lens, and the oscillation light of the array LD was condensed into an elliptical shape of 5 μm × 80 μm at the focal plane (amplifying optical fiber end face). The pumping light was coupled to the outer core 2 of the double core amplification optical fiber through an optical filter, and the coupling efficiency at that time was 60% including the loss of the lens and the filter. The signal light was a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) oscillating at 1.55 μm, and a power of −30 dBm was coupled to the incident port of the optical circulator.
【0030】図6に本実施例2の増幅用光ファイバに結
合した発振パワーに対して測定された信号光の利得を示
す。信号光利得が0dBとなる励起光量は約150mW
であり、950mW励起において30dBの小信号利得
を実現した。FIG. 6 shows the gain of the signal light measured with respect to the oscillation power coupled to the amplification optical fiber of the second embodiment. The amount of pumping light that gives a signal light gain of 0 dB is approximately 150 mW
And realized a small signal gain of 30 dB at 950 mW excitation.
【0031】(比較例2)前記実施例2において、増幅
用光ファイバを通常の単一コアのものとした。クラッド
にはSiO2ガラス、コアにはAl2O3-GeO2-SiO
2ガラスを使用した。クラッドを基準としたコアの比屈
折率差は+3.0%である。コア中に含有されるAl2O
3は、その濃度が1mol%である。コアの直径は約2μm
であり、カットオフ波長は0.9μmである。一方、ク
ラッド直径は125μmとした。添加した希土類元素は
ErとYbであり、コア部分のみに均一に各々1000
ppm、10000ppm添加した。(Comparative Example 2) In Example 2, the amplifying optical fiber was an ordinary single core. SiO 2 glass for the clad and Al 2 O 3 -GeO 2 -SiO for the core
Two glasses were used. The relative refractive index difference of the core based on the clad is + 3.0%. Al 2 O contained in the core
No. 3 has a concentration of 1 mol%. Core diameter is about 2 μm
And the cutoff wavelength is 0.9 μm. On the other hand, the clad diameter was 125 μm. The rare earth elements added were Er and Yb, and the cores were uniformly distributed in 1000 parts each.
ppm, 10000 ppm was added.
【0032】増幅特性評価の装置構成は、前記実施例2
の場合と同一であり、単に、2重コア光ファイバを単一
コア光ファイバに置き換えた構成とした。The configuration of the apparatus for evaluating the amplification characteristic is the same as in the second embodiment.
This is the same as the case of 1. and the double core optical fiber is simply replaced with the single core optical fiber.
【0033】結果は、励起用LDから増幅用光ファイバ
への励起光の結合率が約10%と低く、励起光量100
0mWまでの範囲内で正の信号利得は得られなかった。As a result, the coupling ratio of the pumping light from the pumping LD to the amplifying optical fiber was as low as about 10%, and the pumping light amount was 100%.
No positive signal gain was obtained in the range up to 0 mW.
【0034】(比較例3)前記実施例2の増幅用光ファ
イバにおいて、クラッド3にはF添加SiO2ガラス、
外側コア2にはAl2O3-SiO2ガラス、中心コア1に
はAl2O3-GeO2-SiO2ガラスを使用した。SiO
2ガラスを基準とした中心コア1、外側コア2及びクラ
ッド3の比屈折率差は各々−0.8%,+0.1%、+
3.0%である。中心コア1及び外側コア2中に含有さ
れるAl2O3は、その濃度が1mol%である。中心コア
1の直径は約2μmであり、外側コア2をクラッド3と
して見立てた場合でのカットオフ波長は0.9μmであ
る。一方、外側コア2の直径は60μmとし、クラッド
直径は125μmとした。希土類元素は中心コア1の部
分のみに均一に添加し、その種類と添加濃度はErが1
000ppmのみである。(Comparative Example 3) In the amplification optical fiber of Example 2, the cladding 3 was made of F-doped SiO 2 glass,
The outer core 2 was made of Al 2 O 3 —SiO 2 glass, and the central core 1 was made of Al 2 O 3 —GeO 2 —SiO 2 glass. SiO
2 The relative refractive index difference between the central core 1, the outer core 2 and the cladding 3 based on glass is -0.8%, + 0.1%, +
It is 3.0%. Al 2 O 3 contained in the central core 1 and the outer core 2 has a concentration of 1 mol%. The diameter of the central core 1 is about 2 μm, and the cut-off wavelength when the outer core 2 is regarded as the cladding 3 is 0.9 μm. On the other hand, the outer core 2 had a diameter of 60 μm, and the cladding diameter was 125 μm. The rare earth element is uniformly added only to the central core 1, and the type and the addition concentration of Er are 1
Only 000 ppm.
【0035】増幅特性評価の装置構成は、前記実施例2
の場合と同一であり、前記Er単一添加2重光コアファ
イバを、単に、Er及びYbを添加した2重光コアファ
イバに置き換えた構成とした。The apparatus configuration for the amplification characteristic evaluation is the same as that of the second embodiment.
This is the same as the above case, and the Er single-doped double optical core fiber is simply replaced with a double optical core fiber doped with Er and Yb.
【0036】結果は、励起光の外側コア2への結合率
は、前記実施例2と同様に高いものであったが、励起波
長がErの吸収波長から外れているために十分な励起が
できず、励起光量1000mWまでの範囲内で正の信号
利得は得られなかった。As a result, the coupling ratio of the pumping light to the outer core 2 was as high as that of the second embodiment, but the pumping wavelength was deviated from the absorption wavelength of Er, so that sufficient pumping was possible. As a result, no positive signal gain was obtained within the range up to the pumping light amount of 1000 mW.
【0037】比較例2及び3より、共添加系でのエネル
ギー伝達を介した励起の有効性と、同励起システムにお
いても2重コア光ファイバを用いる利点が明確となっ
た。From Comparative Examples 2 and 3, the effectiveness of pumping via energy transfer in the co-doped system and the advantage of using the double core optical fiber in the same pump system were clarified.
【0038】(実施例3)本発明の実施例3の増幅用光
ファイバは、前記希土類添加2重コア光ファイバ6の少
なくとも中心コア1の部分(図1)に、信号波長λsで
誘導放出が生じる希土類元素RE1が添加されている
(波長λaの波長の励起光により反転分布が形成され
る)ことは、実施例1及び実施例2と同じである。異な
る点は、同時に少なくとも外側コア2の部分に、波長λ
aで誘導放出が生じる希土類元素(イオン)RE3が添
加されている(波長λa2の波長の励起光により反転分
布が形成される)。(Embodiment 3) In the amplifying optical fiber of Embodiment 3 of the present invention, stimulated emission at a signal wavelength λs occurs in at least the central core 1 portion (FIG. 1) of the rare earth-doped double core optical fiber 6. The fact that the generated rare earth element RE1 is added (the population inversion is formed by the excitation light of the wavelength λa) is the same as in the first and second embodiments. The difference is that the wavelength λ
The rare earth element (ion) RE3 that causes stimulated emission at a is added (the population inversion is formed by the excitation light of the wavelength λa2).
【0039】本実施例3の励起及び増幅過程について、
図7(エネルギー準位図)、図8(概略構成を示す模式
図)を用いて説明する。図7に示すように、励起光源9
の発振波長λpは、RE3の吸収波長λa3に一致させ
る。また、光フィルタ7は、波長λa3の光は透過し、
波長λsでは高い反射率で反射し、希土類元素RE1の
吸収波長λaでは有限の反射率を有する。本実施例3に
おいては、接続部5の位置にも光フィルタ7’を挿入す
る。この光フィルタ7’は、波長λsでは高い透過率を
有する共に、希土類元素(イオン)RE1の吸収波長λ
aでは有限の反射率を有し、光フィルタ7と組み合わさ
れて、希土類元素RE1の吸収波長λaにおいて共振器
を構成するようにしてある。励起光は、希土類添加2重
コア光ファイバの外側コア2の部分に結合され、波長λ
p(=λa3)の励起光により希土類元素RE3は反転
分布が形成され、十分励起光が強ければ光フィルタ7と
光フィルタ7’により構成されるレーザ共振器が発振波
長λaで発振を開始する。この状態では、波長λaでの
発振光は希土類添加2重コア光ファイバ6の長手方向で
均一なパワー分布を有する。この結果、希土類添加2重
コア光ファイバ6の少なくとも中心コア部分添加された
RE1は、同光ファイバ内で波長λaでの発振光により
励起され、信号波長λsで誘導放出が生じる。この結
果、信号光が増幅される。Regarding the excitation and amplification process of the third embodiment,
This will be described with reference to FIG. 7 (energy level diagram) and FIG. 8 (schematic diagram showing a schematic configuration). As shown in FIG. 7, the excitation light source 9
The oscillation wavelength λp of is matched with the absorption wavelength λa3 of RE3. Further, the optical filter 7 transmits the light of the wavelength λa3,
It has a high reflectance at the wavelength λs, and has a finite reflectance at the absorption wavelength λa of the rare earth element RE1. In the third embodiment, the optical filter 7'is also inserted at the position of the connecting portion 5. This optical filter 7'has a high transmittance at the wavelength λs and also has an absorption wavelength λ of the rare earth element (ion) RE1.
A has a finite reflectance and is combined with the optical filter 7 to form a resonator at the absorption wavelength λa of the rare earth element RE1. The pumping light is coupled to the portion of the outer core 2 of the rare earth-doped double core optical fiber and has a wavelength λ
The rare earth element RE3 has a population inversion distribution due to the excitation light of p (= λa3), and if the excitation light is sufficiently strong, the laser resonator constituted by the optical filter 7 and the optical filter 7 ′ starts oscillating at the oscillation wavelength λa. In this state, the oscillation light at the wavelength λa has a uniform power distribution in the longitudinal direction of the rare earth-doped double core optical fiber 6. As a result, RE1 doped with at least the central core portion of the rare earth-doped double core optical fiber 6 is excited by the oscillating light with the wavelength λa in the optical fiber, and stimulated emission occurs with the signal wavelength λs. As a result, the signal light is amplified.
【0040】本実施例3の増幅用光ファイバの構造は、
図1に示したものと同一であり、例えば、クラッド3に
はZHBLYANガラス(ZrF4-HfF4-BaF2-L
iF-YF3-AlF3-NaF)、外側コア2にはZBL
YANガラス(ZrF4-BaF2-LiF-YF3-AlF3
-NaF)、中心コア1にはPbF2添加ZBLYANガ
ラス(ZrF4-BaF2-LiF-YF3-AlF3-NaF-
PbF2)を使用した。クラッド3を基準とした中心コ
ア1、外側コア2の比屈折率差は、各々+4.5%,+
1.0%である。中心コア1の直径は約1.8μmであ
り、外側コア2をクラッドとして見立てた場合でのカッ
トオフ波長は1.0μmである。一方、外側コア2の直
径は60μmとし、クラッド3の直径は125μmとし
た。希土類元素はPrとYbを添加し、Prは中心コア
1の部分にのみ均一に500ppmで、Ybは外側コア
2の部分のみ(中心コア1部分には添加されていない)
均一に1000ppm添加した。The structure of the amplification optical fiber of the third embodiment is as follows.
This is the same as that shown in FIG. 1, and for example, the cladding 3 is made of ZHBLYAN glass (ZrF 4 -HfF 4 -BaF 2 -L).
iF-YF 3 -AlF 3 -NaF), ZBL on the outer core 2
YAN glass (ZrF 4 -BaF 2 -LiF-YF 3 -AlF 3
-NaF), and PbF 2 added ZBLYAN glass (ZrF 4 -BaF 2 -LiF-YF 3 -AlF 3 -NaF- for the central core 1.
PbF 2 ) was used. The relative refractive index difference between the central core 1 and the outer core 2 based on the clad 3 is + 4.5%, +
It is 1.0%. The diameter of the central core 1 is about 1.8 μm, and the cutoff wavelength when the outer core 2 is regarded as a clad is 1.0 μm. On the other hand, the outer core 2 had a diameter of 60 μm, and the cladding 3 had a diameter of 125 μm. The rare earth element is Pr and Yb added, Pr is uniformly 500 ppm only in the central core 1 portion, and Yb is only in the outer core 2 portion (not added to the central core 1 portion).
1000 ppm was added uniformly.
【0041】光フィルタは2種類使用した。励起光源9
側に設置した光フィルタ7は、波長0.7μm〜0.9μ
mでの透過率が99%以上で、波長1.2μm〜1.4μ
mでの反射率は99%以上、波長1.0μm〜1.1μm
での反射率は40%である。光サーキュレータ4側に設
置した光フィルタ7’は、波長1.2μm〜1.4μmで
の透過率は99%以上、波長1.0μm〜1.1μmでの
反射率は40%である。光フィルタ7,7’は石英ガラ
ス板(厚さ100μm)の片面に蒸着により形成された
誘電体多層膜であり、同膜面側を増幅用光ファイバの端
面に直接接着させて使用した(前記反射率等の特性は、
対石英ショートでの値である)。使用した光サーキュレ
ータ4は、偏波無依存型の4端子型光サーキュレータで
あり、順方向過剰損失0.6dB以下、逆方向阻止比3
6dB以上の特性を有している。励起光源9としては、
0.80μm発振のアレイ型LDであり、発振出力10
WでLD端面での発光領域のサイズは1μm×300μ
mである。励起光結合用レンズ系8のレンズとしては、
非球面レンズとシリンドリカルレンズの複合レンズであ
り、焦点面(増幅用光ファイバ端面)で、LDの発振光
を5μm×70μmの楕円形状に集光した。Two types of optical filters were used. Excitation light source 9
The optical filter 7 installed on the side has a wavelength of 0.7 μm to 0.9 μm.
The transmittance at m is 99% or more, and the wavelength is 1.2 μm to 1.4 μm.
The reflectance at m is 99% or more, and the wavelength is 1.0 μm to 1.1 μm.
The reflectance at is 40%. The optical filter 7'installed on the optical circulator 4 side has a transmittance of 99% or more at a wavelength of 1.2 μm to 1.4 μm and a reflectance of 40% at a wavelength of 1.0 μm to 1.1 μm. The optical filters 7 and 7 ′ are dielectric multilayer films formed by vapor deposition on one surface of a quartz glass plate (thickness 100 μm), and the film surface side was used by directly adhering to the end surface of the amplification optical fiber (the above-mentioned. Characteristics such as reflectance are
The value for quartz short). The optical circulator 4 used is a polarization-independent 4-terminal type optical circulator, which has a forward excess loss of 0.6 dB or less and a reverse blocking ratio of 3
It has a characteristic of 6 dB or more. As the excitation light source 9,
Array type LD with 0.80 μm oscillation, oscillation output 10
The size of the light emitting region at the LD end face at W is 1 μm × 300 μ
m. As a lens of the excitation light coupling lens system 8,
It is a compound lens of an aspherical lens and a cylindrical lens, and the oscillation light of the LD is condensed into an elliptical shape of 5 μm × 70 μm at the focal plane (amplification optical fiber end face).
【0042】励起光は、光フィルタ7,7’を介して希
土類添加2重コア光ファイバ6の外側コア2の部分に結
合させたが、その際の結合効率は、励起光結合用レンズ
系8及び光フィルタ7,7’の損失を含めて60%であ
った。信号光は、1.30μmで発振している分布帰還
型半導体レーザ(DFB−LD)であり、光サーキュレ
ータ4の入射ポートに−30dBmのパワーを結合させ
た。The excitation light was coupled to the portion of the outer core 2 of the rare earth-doped double core optical fiber 6 through the optical filters 7 and 7 '. The coupling efficiency at that time was as follows. And 60% including the loss of the optical filters 7 and 7 '. The signal light is a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) that oscillates at 1.30 μm, and a power of −30 dBm was coupled to the incident port of the optical circulator 4.
【0043】次に、2重コア光ファイバに結合した励起
光量が4Wの際の特性について説明する。この励起光量
においては、Ybは十分励起され反転分布が形成されて
おり、Ybのレーザ遷移波長である1μm帯で2枚の光
フィルタ7,7’とPr/Yb共添加2重コア光ファイ
バにより構成された共振器は、レーザ発振状態となって
いた。2枚の光フィルタとPr/Yb共添加2重コア光
ファイバにより構成された共振器から出射された1μm
帯発振光のパワーは、400mWであった。このこと
は、共振器内部での1μm帯発振光のパワーが1.2W
以上であることを意味しており、この発振波長がPrイ
オンの励起波長に一致していることから、以下の順序で
Prイオンの励起が生じていることが予期される。Next, the characteristics when the amount of pumping light coupled to the double core optical fiber is 4 W will be described. At this amount of pumping light, Yb is sufficiently pumped to form a population inversion, and the two optical filters 7, 7 ′ and the Pr / Yb co-doped double core optical fiber are used in the 1 μm band which is the laser transition wavelength of Yb. The constructed resonator was in a laser oscillation state. 1 μm emitted from a resonator composed of two optical filters and a Pr / Yb co-doped double core optical fiber
The power of the band oscillation light was 400 mW. This means that the power of 1 μm band oscillation light inside the resonator is 1.2 W.
The above means that the oscillation wavelength matches the excitation wavelength of Pr ions, and thus it is expected that the excitation of Pr ions occurs in the following order.
【0044】アレイ型LDからの発振光→2重コアファ
イバ内でのYbイオンの励起→光フィルタに囲まれた2
重コアファイバ内でのYbイオンによるレーザ発振→レ
ーザ発振光(共振器内)による2重コアファイバ内での
Prイオンの励起→Prイオンの反転分布形成→Prイ
オンにより信号光が増幅される。Oscillation light from array type LD → Excitation of Yb ions in double core fiber → 2 surrounded by optical filter
Laser oscillation by Yb ions in the heavy core fiber → Excitation of Pr ions in the double core fiber by laser oscillation light (in the resonator) → Formation of population inversion of Pr ions → Pr ions amplify the signal light.
【0045】実際に当該光ファイバからはPrイオンが
励起されていることを示す赤色のアップコンバージョン
光が視認された。Actually, red up-conversion light showing that Pr ions were excited was visually recognized from the optical fiber.
【0046】増幅実験の結果を次に示す。信号光利得
は、1.30μmであり、光サーキュレータ4の入射端
への結合光量は−30dBmとした。増幅用光ファイバ
に結合したアレイ型LDからの発振光パワーが4Wの際
に、30dBの小信号利得を実現した。The results of the amplification experiment are shown below. The signal light gain was 1.30 μm, and the amount of coupled light to the incident end of the optical circulator 4 was −30 dBm. A small signal gain of 30 dB was realized when the oscillation light power from the arrayed LD coupled to the amplification optical fiber was 4 W.
【0047】(実施例4)本発明の実施例4の増幅用光
ファイバの構造は、図1に示したものと同一であり、例
えば、クラッド3にはF添加SiO2ガラス、外側コア
2にはSiO2ガラス、中心コア1にはAl2O3-GeO
2-SiO2ガラスを使用した。外側コアを基準とした中
心コア及びクラッドの比屈折率差は各々−0.7%,+
3.0%である。中心コア中に含有されるAl2O3は、
その濃度が1mol%である。中心コアの直径は約2μm
であり、外側コアをクラッドとして見立てた場合でのカ
ットオフ波長は0.9μmである。一方、外側コアの直
径は60μmとし、クラッド直径は125μmとした。
添加した希土類元素はNdであり、中心コア部分のみに
均一に1000ppm添加した。Example 4 The structure of the amplifying optical fiber of Example 4 of the present invention is the same as that shown in FIG. 1. For example, the cladding 3 is made of F-doped SiO 2 glass and the outer core 2 is made of glass. Is SiO 2 glass, and the central core 1 is Al 2 O 3 -GeO.
2- SiO 2 glass was used. The relative refractive index difference between the central core and the clad based on the outer core is -0.7%, +
It is 3.0%. Al 2 O 3 contained in the central core is
Its concentration is 1 mol%. The diameter of the central core is about 2 μm
And the cut-off wavelength when the outer core is regarded as a clad is 0.9 μm. On the other hand, the outer core had a diameter of 60 μm, and the cladding diameter was 125 μm.
The rare earth element added was Nd, and 1000 ppm was uniformly added only to the central core portion.
【0048】使用した光フィルタ7,7’は、波長0.
7μm〜0.9μmでの透過率が99%以上で、波長1.
0μm〜1.1μmでの反射率は99%以上である。光
フィルタ7,7’は石英ガラス板(厚さ300μm)の
片面に蒸着により形成された誘電体多層膜であり、同膜
面側をファイバ端面に直接接着させて使用した(前記反
射率等の特性は、対石英ショートでの値である)。使用
した光サーキュレータ4は、偏波無依存型の4端子型光
サーキュレータであり、順方向過剰損失2dB以下、逆
方向阻止比30dB以上の特性を有している。励起光源
9としては、0.80μm発振のアレイ型LDであり、
発振出力5Wでアレイ型LDの端面での発光領域のサイ
ズは1μm×100μmである。励起光結合には、コア
直径50μmのマルチモード光ファイバの片端を頂角6
0度に先球加工をしたファイバ(長さ10mm)を使用
し、アレイ型LD側に先球加工面を接近させ、レーザ光
(LD光)を結合させ、他端を光フィルタを介して2重
コア増幅用光ファイバの外側コア2の部分に結合させ
た。その際の結合効率は、短尺マルチモード光ファイバ
及びフィルタの損失を含めて50%であった。信号光
は、1.064μmで発振しているNd:YAGレーザ
であり、光サーキュレータの入射ポートに−30dBm
のパワーを結合させた。The optical filters 7, 7'used have a wavelength of 0.
The transmittance at 7 μm to 0.9 μm is 99% or more, and the wavelength is 1.
The reflectance at 0 μm to 1.1 μm is 99% or more. The optical filters 7 and 7 ′ are dielectric multilayer films formed by vapor deposition on one surface of a quartz glass plate (thickness: 300 μm), and used by directly bonding the film surface side to the fiber end surface (for the reflectance and the like). The characteristics are values with respect to quartz short). The optical circulator 4 used is a polarization-independent four-terminal type optical circulator, and has characteristics of forward excess loss of 2 dB or less and reverse blocking ratio of 30 dB or more. The excitation light source 9 is an array type LD of 0.80 μm oscillation,
The size of the light emitting region at the end face of the array LD with an oscillation output of 5 W is 1 μm × 100 μm. For pumping light coupling, one end of a multi-mode optical fiber with a core diameter of 50 μm is used for apex angle 6
Using a fiber (length 10 mm) that has been spherically processed at 0 degrees, the spherically processed surface is brought closer to the array type LD side, laser light (LD light) is coupled, and the other end is connected through an optical filter to 2 It was connected to the outer core 2 of the heavy core amplification optical fiber. The coupling efficiency at that time was 50% including the loss of the short multimode optical fiber and the filter. The signal light is an Nd: YAG laser that oscillates at 1.064 μm, and has an input port of the optical circulator of −30 dBm.
Combined the power of.
【0049】図7に励起用アレイ型LDの発振パワーに
対して測定された信号光の利得を示す。信号光利得が0
dBとなるLD発振光量は約50mWであり、1000
mW励起において20dBの小信号利得を実現した。FIG. 7 shows the gain of the signal light measured with respect to the oscillation power of the array LD for excitation. Signal light gain is 0
The LD oscillation light amount of dB is about 50 mW,
A small signal gain of 20 dB was achieved at mW excitation.
【0050】(実施例5)本発明の実施例5の増幅用光
ファイバの基本的構成は、前記実施例2と同一であり、
励起用光源のみLD励起Nd:YAGレーザ(マルチモ
ード発振で発振波長及び出力は1.064μm、2W)
とした励起光の結合光学系は実施例2と同一としたため
に結合効率は55%と若干低かった。本実施例5の構成
により励起光量(希土類添加2重コア光ファイバ6への
結合光量)500mWで信号光利得25dBを実現し
た。(Embodiment 5) The basic structure of the amplification optical fiber of Embodiment 5 of the present invention is the same as that of Embodiment 2,
LD pumped Nd: YAG laser only for pumping light source (multi-mode oscillation with oscillation wavelength and output of 1.064 μm, 2 W)
Since the coupling optical system for the excitation light was the same as that in Example 2, the coupling efficiency was 55%, which was slightly low. With the configuration of the fifth embodiment, a signal light gain of 25 dB was realized with a pump light amount (a light amount coupled to the rare earth-doped double core optical fiber 6) of 500 mW.
【0051】(実施例6)本発明の実施例6の増幅用光
ファイバの基本的構成は、前記実施例1と同一である
が、異なる点はErを中心コア1及び外側コア2の部分
に均一に1000ppm添加したことである。(Embodiment 6) The basic structure of the amplifying optical fiber of Embodiment 6 of the present invention is the same as that of Embodiment 1 described above, except that Er is added to the central core 1 and the outer core 2. That is, 1000 ppm was added uniformly.
【0052】増幅実験の結果、450mW励起において
27dBの小信号利得を実現した。通常の単一コア光フ
ァイバのコア部分にErを添加した場合、クラッドにも
添加すると増幅効率(単位励起光量あたりの信号光利
得)が低下するが、本実施例6の2重コア光ファイバで
は、外側コア2内での励起光が均一に近いために、外側
コア1にErを添加しても増幅効率の劣化は生じない。
このことは、Erに限ったことではなく、全ての希土類
に当てはまる。As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 27 dB was realized at 450 mW excitation. When Er is added to the core portion of a normal single-core optical fiber, the amplification efficiency (signal light gain per unit amount of pumping light) decreases when added to the clad as well, but in the double-core optical fiber of the sixth embodiment, Since the excitation light in the outer core 2 is nearly uniform, addition of Er to the outer core 1 does not cause deterioration in amplification efficiency.
This is not limited to Er, but applies to all rare earths.
【0053】(比較例4)基本的構成は前記実施例2と
同一である。前記実施例2と異なる点は、希土類イオン
の添加分布が異なっていることのみであり、添加分布は
以下の通りである。Erは中心コア1のみに1000p
pm、Ybは外側コア2のみに1000ppmとした。
この構成では、利得は得られず、励起光量に関わらず、
信号波長ではErの吸収に起因した損失(40dB)が
観測された。(Comparative Example 4) The basic structure is the same as that of Example 2 described above. The only difference from Example 2 is that the rare earth ion addition distribution is different, and the addition distribution is as follows. Er is 1000p only in the central core 1
pm and Yb were set to 1000 ppm only in the outer core 2.
With this configuration, no gain is obtained, regardless of the amount of pump light,
At the signal wavelength, a loss (40 dB) due to the absorption of Er was observed.
【0054】(実施例7)本発明の実施例7の増幅用光
ファイバの基本的構成は、前記実施例2と同一である
が、異なる点はEr及びYbを外側コア2及び中心コア
1の両方に各々1000ppm及び10000ppm均
一に添加したことである。実験の結果、950mW励起
において32dBの小信号利得を実現した。小信号利得
が、前記実施例2に比べて若干高くなっているのは、前
記実施例6と同様に外側コア2部分に添加したErが増
幅に寄与したためと考えられる。(Embodiment 7) The basic structure of the amplifying optical fiber of Embodiment 7 of the present invention is the same as that of Embodiment 2 except that Er and Yb are different from those of the outer core 2 and the central core 1. That is, 1000 ppm and 10000 ppm were uniformly added to both. As a result of the experiment, a small signal gain of 32 dB was realized at 950 mW excitation. It is considered that the small signal gain is slightly higher than that in the second embodiment because Er added to the outer core 2 portion contributes to the amplification as in the sixth embodiment.
【0055】(比較例5)前記実施例2と基本的構成は
同一とした。異なる点はEr及びYbを外側コア2のみ
に各々1000ppm及び10000ppm均一に添加
し、中心コア1部分には添加しなかった。実験の結果、
950mW励起において1dBの小信号利得を実現し
た。小信号利得が、前記実施例2に比べて非常に低いの
は、中心コア1部分にErが添加されて無いために、信
号光と励起されたErイオン分布との重ね合わせが悪か
ったためと判断でき、このことから少なくともコア部分
には信号光を増幅するための希土類元素(希土類イオ
ン)が添加されている必要があることが明らかとなっ
た。(Comparative Example 5) The basic structure was the same as that of Example 2. The difference is that Er and Yb were uniformly added to the outer core 2 only at 1000 ppm and 10000 ppm, respectively, and not added to the central core 1 portion. results of the experiment,
A small signal gain of 1 dB was achieved at 950 mW excitation. The small signal gain is extremely lower than that of the second embodiment, because it is judged that the superposition of the signal light and the excited Er ion distribution was bad because Er was not added to the central core 1 portion. From this, it was clarified that at least the core portion needs to be added with a rare earth element (rare earth ion) for amplifying the signal light.
【0056】(実施例8)本発明の実施例8の増幅用光
ファイバの基本的構成は、前記実施例1において希土類
添加2重コア光ファイバ6を以下の仕様のものとした。(Embodiment 8) The basic construction of the amplifying optical fiber of Embodiment 8 of the present invention is that the rare earth-doped double core optical fiber 6 of Embodiment 1 has the following specifications.
【0057】中心コア1にはIBSPZガラス(InF
3-BaF2-SrF2-PbF2-ZnF2)、外側コア2に
はPbF2の添加濃度の異なるIBSPZガラス、クラ
ッド3にはPbF2を含まないIBSZガラスを使用し
た。中心コア1のみにTmを1000ppm添加した。
なお、クラッド3を基準とした外側コア2及び中心コア
1の比屈折率差は、各々1%,3%である。励起には、
0.8μm帯アレイ型LDを使用した。出力は3Wであ
る。外側コア2をクラッドに見立てた場合での中心コア
1のカットオフ波長は0.75μmであり、外側コア2
の直径は60μmである。励起光の外側クラッドへの結
合は実施例1と同一とした。使用した光サーキュレータ
4は、動作波長1.47μmであり、挿入損失0.8dB
以下、逆方向阻止比35dBである。IBSPZ glass (InF
3 -BaF 2 -SrF 2 -PbF 2 -ZnF 2 ), IBSPZ glass with different PbF 2 addition concentration was used for the outer core 2, and IBSZ glass containing no PbF 2 was used for the cladding 3. 1000 ppm of Tm was added only to the central core 1.
The relative refractive index difference between the outer core 2 and the central core 1 based on the clad 3 is 1% and 3%, respectively. For excitation,
A 0.8 μm band array type LD was used. The output is 3W. When the outer core 2 is used as a clad, the cutoff wavelength of the central core 1 is 0.75 μm.
Has a diameter of 60 μm. The coupling of the excitation light to the outer cladding was the same as in Example 1. The optical circulator 4 used has an operating wavelength of 1.47 μm and an insertion loss of 0.8 dB.
Hereafter, the reverse blocking ratio is 35 dB.
【0058】使用した光フィルタ7は実施例1と同一で
ある。信号光源には発振波長1.47μmの分布帰還型
半導体レーザ(DFB−LD)を使用し、光サーキュレ
ータの入射ポートに−30dBmのパワーを結合させ
た。The optical filter 7 used is the same as that in the first embodiment. A distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) having an oscillation wavelength of 1.47 μm was used as a signal light source, and a power of −30 dBm was coupled to the incident port of the optical circulator.
【0059】増幅特性の実験の結果、励起光強度(2重
コアファイバへの結合光量)700mWで小信号利得2
0dBの値を実現した。As a result of the experiment on the amplification characteristic, a small signal gain of 2 was obtained at a pumping light intensity (amount of light coupled to the double core fiber) of 700 mW.
A value of 0 dB has been realized.
【0060】(実施例9)本発明の実施例9の増幅用光
ファイバの基本的構成は、前記実施例1において希土類
添加2重コア光ファイバ6を以下の仕様のものとした。(Embodiment 9) The basic construction of the amplification optical fiber of Embodiment 9 of the present invention is that the rare earth-doped double core optical fiber 6 of Embodiment 1 has the following specifications.
【0061】中心コア1,外側コア2及びクラッド3に
は各々組成の異なるGe-Ga-Sガラスを使用し、中心
コア1のみにErを1000ppm添加した。なお、ク
ラッドを基準とした外側コア2及び中心コア1の比屈折
率差は各々2%,3%である。励起及び信号光等に関し
ては実施例1と同じであった。Ge-Ga-S glasses having different compositions were used for the central core 1, the outer core 2 and the clad 3, and 1000 ppm of Er was added only to the central core 1. The relative refractive index difference between the outer core 2 and the central core 1 based on the clad is 2% and 3%, respectively. The excitation, the signal light, and the like were the same as in Example 1.
【0062】増幅特性の実験の結果、400mW励起に
おいて18dBの利得を実現した。As a result of the experiment on the amplification characteristic, a gain of 18 dB was realized at 400 mW pumping.
【0063】(実施例10)本発明の実施例10の増幅
用光ファイバの基本的構成は、前記実施例1において希
土類添加2重コア光ファイバ6を以下の仕様のものとし
た。(Embodiment 10) The basic configuration of the amplification optical fiber of Embodiment 10 of the present invention is that the rare earth-doped double core optical fiber 6 of Embodiment 1 has the following specifications.
【0064】中心コア1,外側コア2及びクラッド3に
は各々組成の異なるGe-Ga-Sガラスを使用し、中心
コア1のみにDyを1000ppm添加した。なお、ク
ラッド3を基準とした外側コア2及び中心コア1の比屈
折率差は、各々2%,3%である。励起には発振波長
0.81μmのアレイ型半導体レーザ(LD:発振出力
3W)を使用し、前記実施例1と同一の方法により2重
コアファイバの外側クラッド部に結合させた。信号光
は、波長1.35μmの分布帰還型半導体レーザ(DF
B−LD)を使用した。光サーキュレータ4は、動作波
長1.31μmのものを使用した。1.35μmでの挿入
損失と逆方向阻止比は各々1dBと30dBであった。Ge-Ga-S glasses having different compositions were used for the central core 1, the outer core 2 and the cladding 3, and 1000 ppm of Dy was added only to the central core 1. The relative refractive index difference between the outer core 2 and the central core 1 based on the clad 3 is 2% and 3%, respectively. An array type semiconductor laser (LD: oscillation output 3 W) having an oscillation wavelength of 0.81 μm was used for excitation, and was coupled to the outer clad portion of the double core fiber by the same method as in Example 1. The signal light is a distributed feedback semiconductor laser (DF) with a wavelength of 1.35 μm.
B-LD) was used. The optical circulator 4 used has an operating wavelength of 1.31 μm. The insertion loss and the reverse blocking ratio at 1.35 μm were 1 dB and 30 dB, respectively.
【0065】増幅特性の実験の結果、400mW励起に
おいて10dBの利得を実現した。As a result of the experiment on the amplification characteristic, a gain of 10 dB was realized at 400 mW excitation.
【0066】(実施例11)本発明の実施例11の増幅
用光ファイバの基本的構成は、前記実施例1において希
土類添加2重コア光ファイバ6を以下の仕様のものとし
た。(Embodiment 11) The basic construction of the amplification optical fiber of Embodiment 11 of the present invention is that the rare earth-doped double core optical fiber 6 of Embodiment 1 has the following specifications.
【0067】中心コア1,外側コア2及びクラッド3に
は、各々組成の異なるフツリン酸ガラス(P2O5-Li
F-MgF2-CaF2-SrF2-BaF2-AlF3)を使用
し、中心コアのみにErを1000ppm添加した。な
お、クラッド3を基準とした外側コア2及び中心コア1
の比屈折率差は、各々2%,3%である。励起及び信号
光等に関しては実施例1と同じであった。The central core 1, the outer core 2 and the clad 3 are made of fluorophosphate glass (P 2 O 5 -Li) having different compositions.
F-MgF 2 -CaF 2 -SrF 2 -BaF 2 -AlF 3) was used to 1000ppm added Er only to the central core. The outer core 2 and the central core 1 with the clad 3 as a reference
The relative refractive index difference of is 2% and 3%, respectively. The excitation, the signal light, and the like were the same as in Example 1.
【0068】増幅特性の実験の結果、400mW励起に
おいて15dBの利得を実現した。As a result of the experiment on the amplification characteristic, a gain of 15 dB was realized at 400 mW excitation.
【0069】(実施例12)本発明の実施例12の増幅
用光ファイバの基本的構成は、前記実施例1において希
土類添加2重コア光ファイバ6を以下の仕様のものとし
た。(Embodiment 12) The basic construction of the amplification optical fiber of Embodiment 12 of the present invention is that the rare earth-doped double core optical fiber 6 of Embodiment 1 has the following specifications.
【0070】中心コア1,外側コア2及びクラッド3に
は、各々組成の異なるアルミン酸ガラス(Al2O3-C
aO-Na2O-SiO2-GeO2)を使用し、中心コア1
のみにErを1000ppm添加した。なお、クラッド
3を基準とした外側コア2及び中心コア1の比屈折率差
は、各々1%,2%である。励起及び信号光等に関して
は実施例1と同じであった。The central core 1, the outer core 2 and the clad 3 have different compositions of aluminate glass (Al 2 O 3 -C).
aO-Na 2 O-SiO 2 -GeO 2 ) is used for the central core 1
1000 ppm of Er was added only to this. The relative refractive index difference between the outer core 2 and the central core 1 based on the clad 3 is 1% and 2%, respectively. The excitation, the signal light, and the like were the same as in Example 1.
【0071】増幅特性の実験の結果、800mW励起に
おいて17dBの利得を実現した。As a result of the experiment on the amplification characteristic, a gain of 17 dB was realized at 800 mW excitation.
【0072】以上本発明を実施例により具体的に示し
た。本発明の主旨は新規な光ファイバ増幅器の構成につ
いてであり、当然のことながら本発明で示した光ファイ
バ増幅器の構成を逸脱しない範囲で他のファイバガラス
組成や希土類イオンを使用できることは言うまでもな
い。例えば、励起光源としてはマルチモード発振してい
るNd:YLF等の固体レーザ等も使用でき、ファイバ
ガラス組成としては、フツリン酸ガラス、アルミノシリ
ケートガラス、インジウム系フッ化物ガラス、カルコゲ
ナイドガラス等の幅広いガラスが使用できる。また、レ
ーザ遷移を有する全ての希土類イオンが使用できること
は勿論である。The present invention has been concretely illustrated by the above examples. The gist of the present invention is the configuration of the novel optical fiber amplifier, and it goes without saying that other fiber glass compositions and rare earth ions can be used without departing from the configuration of the optical fiber amplifier shown in the present invention. For example, a solid-state laser such as Nd: YLF that oscillates in a multimode can be used as the excitation light source, and a wide range of glass such as fluorophosphate glass, aluminosilicate glass, indium fluoride glass, chalcogenide glass can be used as the fiber glass composition. Can be used. Further, it is needless to say that all rare earth ions having a laser transition can be used.
【0073】[0073]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、ファイバ増幅器の励起光源として高出力のアレイL
Dやマルチモード発振している固体レーザ等の高出力高
効率な光源が使用でき、かつ、安定な増幅特性が実現で
きる。このことは、コストパーフォーマンスに優れた光
ファイバ増幅器の構成が可能になるという効果が達成さ
れる。As described above, according to the present invention, a high-power array L is used as a pumping light source for a fiber amplifier.
It is possible to use a high-output and high-efficiency light source such as a D or a multi-mode oscillating solid-state laser, and to realize stable amplification characteristics. This achieves the effect that an optical fiber amplifier having excellent cost performance can be configured.
【図1】本発明による実施例1の光増幅用の同心円構造
の2重光コアファイバの断面構造を示す図である。FIG. 1 is a view showing a cross-sectional structure of a concentric double optical core fiber for optical amplification of Example 1 according to the present invention.
【図2】図1に示す2重光コアファイバの構成における
各部の屈折率を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the refractive index of each part in the configuration of the double optical core fiber shown in FIG.
【図3】本発明による実施例1の光ファイバ増幅器の概
略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an optical fiber amplifier according to a first embodiment of the present invention.
【図4】本実施例1の励起用LDの発振パワーに対して
測定された信号光の利得を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the gain of signal light measured with respect to the oscillation power of the pumping LD of the first embodiment.
【図5】本発明の実施例2の増幅用光ファイバの希土類
元素のエネルギー準位の相互関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a mutual relationship of energy levels of rare earth elements in the amplification optical fiber of Example 2 of the present invention.
【図6】本実施例2の励起用LDの発振パワーに対して
測定された信号光の利得を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the gain of signal light measured with respect to the oscillation power of the pumping LD of the second embodiment.
【図7】本発明の実施例3の増幅用光ファイバの希土類
元素のエネルギー準位の相互関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a mutual relationship of energy levels of rare earth elements in the amplification optical fiber of Example 3 of the present invention.
【図8】本発明の実施例3の光ファイバ増幅器の動作を
説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the optical fiber amplifier according to the third embodiment of the present invention.
【図9】従来の光ファイバ増幅器の概略構成を示す図で
ある。FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional optical fiber amplifier.
1…中心コア、2…外側コア、3…クラッド、4…光サ
ーキュレータ、5…接続部、6…希土類添加2重コア光
ファイバ、7…光フィルタ、8…励起光結合用レンズ
系、9…励起光源、10…光アイソレータ、11…励起
光/信号光合波用ファイバカップラ、12…励起光源、
13…希土類添加単一コア光ファイバ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Central core, 2 ... Outer core, 3 ... Clad, 4 ... Optical circulator, 5 ... Connection part, 6 ... Rare earth addition double core optical fiber, 7 ... Optical filter, 8 ... Excitation light coupling lens system, 9 ... Pumping light source, 10 ... Optical isolator, 11 ... Pumping light / signal light combining fiber coupler, 12 ... Pumping light source,
13 ... Rare earth doped single core optical fiber.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 昭一 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shoichi Sudo 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation
Claims (3)
する活性イオンを添加し、前記光ファイバ中に励起光と
信号光とを伝搬させ、信号光を増幅させる光ファイバ増
幅器であって、活性媒体として屈折率ncladであるクラ
ッドに囲まれた2重のコアを有し、中心コアの屈折率を
ncore1とし外側コアの屈折率をncor e2とした場合に、
ncore1>ncore2>ncladであり、少なくとも中心コア
部分に信号波長にレーザ遷移を有する希土類イオンが添
加された増幅用光ファイバ、信号光波長で動作する光サ
ーキュレータ、信号光を反射し励起光を透過する光学フ
ィルタ、励起光源の4つの素子からなり、各々の相互の
接続関係として光サーキュレータの1ポートに増幅用光
ファイバを接続し、増幅用光ファイバの他端に光学フィ
ルタが光学的に接続され、その光学フィルタを介して増
幅用光ファイバと励起用光源とが光学的に結合されてい
ることを特徴とする光ファイバ増幅器。1. An optical fiber amplifier for adding active ions having a laser transition to a core portion of an optical fiber, propagating pumping light and signal light in the optical fiber, and amplifying the signal light. Assuming that the core has a double core surrounded by a clad having a refractive index n clad , and the refractive index of the central core is n core1 and the refractive index of the outer core is n cor e2 ,
n core1 > n core2 > n clad , at least the central core portion is doped with a rare earth ion having a laser transition at the signal wavelength for amplification, an optical circulator that operates at the signal light wavelength, and a pumping light that reflects the signal light. It consists of four elements, an optical filter that transmits light and an excitation light source. The mutual connection of each element is such that one port of the optical circulator is connected to the amplification optical fiber, and the other end of the amplification optical fiber is optically connected to the optical filter. An optical fiber amplifier, wherein the optical fiber amplifier is connected and the amplification optical fiber and the pumping light source are optically coupled via the optical filter.
いて、前記中心コア部分に2種類以上の希土類イオンが
添加され、その内の一つのイオンのレーザ遷移波長が信
号波長と一致し、残りの希土類イオンが当該イオンをエ
ネルギー移動過程により励起できるエネルギー準位を有
することを特徴とする光ファイバ増幅器。2. The optical fiber amplifier according to claim 1, wherein two or more kinds of rare earth ions are added to the central core portion, and the laser transition wavelength of one of the ions is equal to the signal wavelength, and the remaining An optical fiber amplifier characterized in that a rare earth ion has an energy level capable of exciting the ion by an energy transfer process.
いて、前記中心コア部分に信号波長にレーザ遷移を有す
る希土類イオンが添加され、その希土類イオンの励起波
長と一致したレーザ遷移を有する別の希土類イオンが少
なくとも外側クラッド部分に添加され、かつ光サーキュ
レータの1ポートと増幅用光ファイバとの接続途中に光
フィルタが設置されていることを特徴とする光ファイバ
増幅器。3. The optical fiber amplifier according to claim 2, wherein a rare earth ion having a laser transition at a signal wavelength is added to the central core portion, and another rare earth ion having a laser transition matching the excitation wavelength of the rare earth ion is added. An optical fiber amplifier, wherein ions are added to at least the outer cladding portion, and an optical filter is installed in the middle of connection between one port of an optical circulator and an amplification optical fiber.
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