JP3001672B2 - Optical amplifier and laser - Google Patents
Optical amplifier and laserInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は1.3μm帯での光増幅
に使用される光機能性ガラスを用いた光増幅器及びレー
ザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical amplifier and a laser using an optically functional glass used for optical amplification in a 1.3 .mu.m band.
【0002】[0002]
【従来の技術】1.3μm帯での光通信分野への応用等
のため、希土類元素を添加したガラスを用いてファイバ
増幅器、ファイバセンサ、ファイバレーザ等の光増幅装
置を作製する努力がなされている。例えば、燐酸塩系の
多成分ガラスにネオジムイオン(Nd3+)を添加したガ
ラスを準備し、このガラスから形成した光ファイバのレ
ーザ発振特性について評価した旨の報告(ELECRONICS L
ETTERS,1990,Vol.26,No.2,pp121-122 )等がなされてい
る。この報告では、光ファイバの特性に関して、Nd3+
に対する蛍光ピーク波長1.32μmで、ESA(exci
ted state absorption)遷移に起因するピークが波長が
約1.31μm、増幅ピーク波長1.36μmという結
果が得られたことが示されている。2. Description of the Related Art Efforts have been made to manufacture optical amplifiers such as fiber amplifiers, fiber sensors, and fiber lasers using glass to which a rare earth element has been added for application to the optical communication field in the 1.3 μm band. I have. For example, a report was prepared that prepared a glass obtained by adding neodymium ion (Nd 3+ ) to a phosphate-based multi-component glass and evaluated the laser oscillation characteristics of an optical fiber formed from this glass (ELECRONICS L
ETTERS, 1990, Vol.26, No.2, pp121-122). In this report, Nd 3+
At a fluorescence peak wavelength of 1.32 μm, ESA (exci
It is shown that the peak attributable to the ted state absorption) transition had a wavelength of about 1.31 μm and an amplification peak wavelength of 1.36 μm.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の報告に
示される多成分ガラスでは波長1.3μm帯でレーザ発
振利得が得られていなかった。このようにレーザ発振利
得が得られない理由として、波長1.32μm帯でのN
d3+の蛍光ピークが比較的微弱であることと、ESA遷
移による比較的大きな吸収ピークがちょうど波長1.3
1μmに存在することとが考えられている。However, with the multi-component glass disclosed in the above report, a laser oscillation gain was not obtained in a 1.3 μm wavelength band. The reason that the laser oscillation gain cannot be obtained as described above is that N in the 1.32 μm band is
The relatively weak d 3+ fluorescence peak and the relatively large absorption peak due to the ESA transition have a wavelength of just 1.3.
It is thought that it exists at 1 μm.
【0004】更に、上記の光ファイバのように誘導放出
を利用して光増幅を行う場合には、単に波長1.31μ
mの蛍光ピークが小さいということだけでなく、他に可
能な遷移による蛍光ピークが存在するということも問題
となる。つまり、上記光ファイバの場合には、Nd3+の
波長1.3μm帯の蛍光ピークが比較的微弱であること
に加え、Nd3+のその他の可能な遷移に対応する波長
0.8μm帯、波長1.06μm帯等での発光が比較的
強いということが問題となる。このような波長0.8μ
m帯、波長1.06μm帯等での発光による誘導放出に
起因して、波長1.3μm帯光の誘導放出が妨げられ、
その効率が著しく低下させられるものと考えられる。Further, in the case of performing optical amplification using stimulated emission as in the case of the above-mentioned optical fiber, the wavelength is simply 1.31 μm.
The problem is that not only is the fluorescence peak of m small, but also that there are other possible fluorescence peaks due to transitions. That is, in the case of the above optical fiber, the fluorescence peak of the 1.3 μm wavelength band of Nd 3+ is relatively weak, and the wavelength 0.8 μm band corresponding to other possible transitions of Nd 3+ is obtained. A problem is that light emission in a wavelength band of 1.06 μm or the like is relatively strong. 0.8μ wavelength
The stimulated emission of light in the 1.3 μm wavelength band is hindered by the stimulated emission due to light emission in the m band, the 1.06 μm band, and the like.
It is believed that the efficiency is significantly reduced.
【0005】[0005]
【0006】[0006]
【0007】そこで、上述の事情に鑑み、本発明は、波
長1.3μm帯での光増幅を可能にする、或いはその増
幅効率を高める光機能性ガラスを用いた光導波路(光フ
ァイバ及び導波路素子)による光増幅器(ファイバ増幅
器及び導波路素子増幅器)を提供することを目的とす
る。In view of the above circumstances, the present invention provides an optical waveguide (optical fiber and waveguide) using optically functional glass that enables optical amplification in a 1.3 μm band or enhances the amplification efficiency. It is an object of the present invention to provide an optical amplifier (a fiber amplifier and a waveguide element amplifier) using an element.
【0008】また、本発明は、上記の光導波路(光ファ
イバ及び導波路素子)によるレーザ(ファイバレーザ及
び導波路素子レーザ)を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a laser (fiber laser and waveguide element laser) using the above optical waveguide (optical fiber and waveguide element).
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
課題の解決のため、鋭意研究を重ねた結果、Nd3+を活
性物質として含む光機能性ガラスであって、1.3μm
帯での光増幅を可能にする、或いはその増幅効率を高め
るガラスを見出した。The present inventor has conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the present invention relates to an optically functional glass containing Nd 3+ as an active substance and having a thickness of 1.3 μm.
We have found a glass that enables light amplification in the band or that increases the amplification efficiency.
【0010】本発明に用いられる光機能性ガラスにあっ
ては、活性物質であるNd3+と共に、波長1μm付近に
吸収帯を有するNd3+以外の希土類イオンを吸収剤とし
て添加し、或いは波数約4000cm-1のエネルギーを
Nd3+から伝達されることが可能な希土類イオンを促進
剤として添加する。ホストガラス(マトリックスガラ
ス)となる多成分ガラスとしては、燐酸塩ガラス等の酸
化物系多成分ガラスの他、弗化物系ガラス、カルコゲナ
イドガラス等の使用が可能である。In the optical functional glass used in the present invention, a rare earth ion other than Nd 3+ having an absorption band near 1 μm is added as an absorber together with Nd 3+ as an active substance, Rare earth ions capable of transferring about 4000 cm -1 of energy from Nd 3+ are added as promoters. As the multi-component glass serving as the host glass (matrix glass), fluoride-based glass, chalcogenide glass, and the like can be used in addition to oxide-based multi-component glass such as phosphate glass.
【0011】本発明に用いられる光機能性ガラスによれ
ば、Nd3+と共に添加するプラセオジムイオン(P
r3+)等の吸収剤の存在により、Nd3+の波長1μm付
近(例えば、波長1.06μm帯、波長0.88μm帯
等)での発光を吸収させることができる。さらに、Nd
3+と共に添加するテルビウムイオン(Tb3+)の促進剤
の存在により、Nd3+の波長1.3μm帯での発光確率
を高めることもできる。この結果、Nd3+の波長1.3
μm帯での発光・光増幅を可能にし、さらにその効率、
利得等を増大させることができるガラスを得ることが、
後述のように判明した。According to the optical functional glass used in the present invention, praseodymium ions to be added together with Nd 3+ (P
Due to the presence of an absorber such as r 3+ ), it is possible to absorb the emission of Nd 3+ near a wavelength of 1 μm (for example, a wavelength band of 1.06 μm, a wavelength of 0.88 μm, or the like). Furthermore, Nd
The presence of a promoter of terbium ions (Tb 3+) added with 3+, it is also possible to increase the luminous probability in wavelength 1.3μm band of Nd 3+. As a result, the wavelength of Nd 3+ is 1.3.
It enables light emission and light amplification in the μm band, and its efficiency,
Obtaining glass that can increase gain etc.,
It turned out as described below.
【0012】この場合、波長1.06μm帯の発光を吸
収する吸収剤としては、Pr3+の他、イッテルビウムイ
オン(Yb3+)、サマリウムイオン(Sm3+)等の使用
が望ましい。また、波長0.88μm帯の発光を吸収す
る吸収剤としては、ホロミウムイオン(Ho3+)等の使
用が望ましい。In this case, it is desirable to use Pr 3+ , ytterbium ion (Yb 3+ ), samarium ion (Sm 3+ ), and the like as an absorber for absorbing light in the 1.06 μm band. Further, as an absorbent for absorbing light emission in a wavelength band of 0.88 μm, holmium ion (Ho 3+ ) or the like is desirably used.
【0013】Pr3+、Yb3+、Sm3+等の濃度をNd3+
に対して重量で50%から150%とすれば、吸収剤と
しての効果を更に高めることができる。The concentration of Pr 3+ , Yb 3+ , Sm 3+, etc. is changed to Nd 3+
If the weight is 50% to 150%, the effect as an absorbent can be further enhanced.
【0014】また、本発明に用いられる光ファイバは、
上記の光機能性ガラスからなるコアと、コアを取り囲み
コアより低い屈折率を有するクラッドとを備える。Further, the optical fiber used in the present invention is:
It comprises a core made of the above-mentioned optical functional glass, and a clad surrounding the core and having a lower refractive index than the core.
【0015】このような光ファイバによれば、コアガラ
ス中に、Nd3+と共に、吸収剤及び/又は促進剤を添加
しているため、コアガラス中を伝搬する波長1.31μ
m帯光の光増幅が可能になり、或いは光増幅利得を増大
させることが可能になる。ファイバ化によってコアに光
が効率的に閉じ込められることと、閉じ込められた光の
損失が極めて低いこととから、低閾値でNd3+に反転分
布を形成することができるからである。According to such an optical fiber, since an absorber and / or an accelerator are added to the core glass together with Nd 3+ , the wavelength of 1.31 μm propagating in the core glass.
The optical amplification of the m-band light becomes possible, or the optical amplification gain can be increased. The reason is that the inversion of Nd 3+ can be formed at a low threshold value at a low threshold because light is efficiently confined in the core by the fiberization and the loss of the confined light is extremely low.
【0016】また、本発明のファイバ増幅器は、上記の
光ファイバと、励起光源と、光学手段とを備えることと
している。ここに、光ファイバは波長1.3μm帯の信
号光を伝搬し、励起光源は波長0.8μm帯の励起光を
発生し、光学手段は励起光を励起光源から光ファイバ内
に入射させる。A fiber amplifier according to the present invention includes the above-described optical fiber, a pump light source, and optical means. Here, the optical fiber propagates signal light in the 1.3 μm band, the excitation light source generates excitation light in the 0.8 μm band, and the optical means causes the excitation light to enter the optical fiber from the excitation light source.
【0017】上記のファイバ増幅器によれば、光学手段
によりファイバ内に導入された波長0.8μm帯の励起
光によってNd3+が励起される。この励起されたNd3+
の多くは、これと同時に光ファイバ内に導入された波長
1.3μm帯の信号光等に誘導されて、放射光を発生
し、波長1.3μm帯での光増幅が可能になる。According to the above-described fiber amplifier, Nd 3+ is excited by the pumping light having a wavelength of 0.8 μm introduced into the fiber by the optical means. This excited Nd 3+
Most of the light is simultaneously guided by a signal light in the 1.3 μm band introduced into the optical fiber to generate radiated light, thereby enabling optical amplification in the 1.3 μm band.
【0018】また、本発明のファイバレーザは、上記の
光ファイバと、励起光源と、光学手段とを備えることと
している。ここに、励起光源は波長0.8μm帯の励起
光を発生し、光学手段は励起光を励起光源から光ファイ
バ内に入射させる。さらに、本発明のファイバレーザに
は、光ファイバ内からの波長1.3μm帯又はその近傍
の光を光ファイバにフィードバックする共振器構造が形
成されている。A fiber laser according to the present invention includes the above-described optical fiber, an excitation light source, and optical means. Here, the excitation light source generates excitation light in a wavelength band of 0.8 μm, and the optical means causes the excitation light to enter the optical fiber from the excitation light source. Further, the fiber laser of the present invention has a resonator structure for feeding back light in or around the 1.3 μm wavelength band from the optical fiber to the optical fiber.
【0019】上記のファイバレーザによれば、光学手段
によりファイバ内に導入された波長0.8μm帯の励起
光によってNd3+が励起される。この励起されたNd3+
の一部又は多くは、これと同時に光ファイバ内に導入さ
れた波長1.3μm帯の信号光等に誘導されて、放射光
を発生し、波長1.3μm帯での光増幅が可能になる。According to the above fiber laser, Nd 3+ is excited by the excitation light having a wavelength of 0.8 μm introduced into the fiber by the optical means. This excited Nd 3+
A part or many of them are simultaneously guided by a 1.3 μm-band signal light or the like introduced into the optical fiber to generate radiated light, thereby enabling optical amplification in the 1.3 μm-band. .
【0020】上記光ファイバを導波路素子に置き換えれ
ば、極めて小型の導波路素子増幅器、導波路素子レーザ
帯を構成することができる。If the above optical fiber is replaced with a waveguide element, an extremely small waveguide element amplifier and waveguide element laser band can be constructed.
【0021】[0021]
【実施例】以下に、本発明の原理と完成に至った経緯と
を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle of the present invention and the history of its completion will be described below.
【0022】上記の現象に関し、発明者は2つの仮説を
立てて検討した。これらの仮説について順次説明する。With respect to the above phenomenon, the present inventors have made two hypotheses and studied. These hypotheses will be described sequentially.
【0023】[第1の仮説についての説明]Nd3+添加
の光機能性ガラスに導入された0.8μm帯の励起光は
活性物質であるNd3+を励起する。この結果、エネルギ
ー準位4 F3/2 からエネルギー準位4 I13/2への遷移に
対応する1.3μm帯の幅射が可能になり、その他の幅
射として、エネルギー準位4 F3/2 からエネルギー準位
4 I11/2又は4 I9/2 への遷移に対応する波長1.06
μm帯又は0.88μm帯の幅射等が可能になる。[Explanation on First Hypothesis] Excitation light in the 0.8 μm band introduced into Nd 3+ -doped optically functional glass excites Nd 3+ as an active substance. As a result, the width of 1.3μm band corresponding the energy level 4 F 3/2 to transition to an energy level 4 I 13/2 morphism becomes possible, as a morphism other width, energy levels 4 F 3 / 2 to energy level
Wavelength 1.06 corresponding to transition to 4 I 11/2 or 4 I 9/2
It becomes possible to radiate a μm band or a 0.88 μm band.
【0024】Ndイオンに関する上記の現象を統計的に
考えてみる。ホストガラス中のNd3+の多数は、励起さ
れて波長1.3μm帯での発光に対応する遷移が可能な
状態となっている。また、波長0.88μm帯、波長
1.06μm帯等の発光に対応する望ましくない遷移も
同時に可能な状態となっている。この場合、励起された
上記Nd3+の一部分は、自然放出或いは誘導放出により
所定の確率で波長1.3μm帯の光を放射する。また、
励起された上記Nd3+の一部分は、自然放出或いは誘導
放出により、所定の確率で波長1.3μm帯の光ではな
く波長0.88μm若しくは1.06μm帯の光を放射
する。この場合、ホストガラス中に、波長0.88μm
帯若しくは1.06μm帯の放射光の吸収体即ち吸収剤
であって波長1.3μm帯の放射光の吸収剤でない物質
がある程度の量存在すれば、これらの吸収剤は放射され
た0.88μm帯若しくは1.06μm帯の光を吸収す
る。この吸収により、波長0.88μm帯若しくは1.
06μm帯の放射光に起因する誘導放出を抑制すること
ができる。例えば波長1.06μm帯の放射光のみの吸
収剤を用いた場合を考えてみると、これらの吸収剤はN
d3+の少なくとも一方の波長1.06μm帯での発光を
抑制することができ、波長1.3μm帯での誘導放出の
効率の低下を防止することができる。さらに波長0.8
8μm帯の光の吸収剤を用いた場合を考えてみると、少
なくとも一方の波長0.88μm帯での発光を抑制する
ことができるので、波長1.3μm帯での誘導放出の効
率の低下を防止することができると考えられる。The above-mentioned phenomenon relating to Nd ions will be considered statistically. Many of the Nd 3+ in the host glass are excited and are in a state where transition corresponding to light emission in the 1.3 μm band is possible. In addition, an undesired transition corresponding to light emission in a wavelength band of 0.88 μm, a wavelength of 1.06 μm, or the like is also possible. In this case, a part of the excited Nd 3+ emits light having a wavelength of 1.3 μm with a predetermined probability by spontaneous emission or stimulated emission. Also,
A part of the excited Nd 3+ emits light having a wavelength of 0.88 μm or 1.06 μm rather than light having a wavelength of 1.3 μm at a predetermined probability due to spontaneous emission or stimulated emission. In this case, a wavelength of 0.88 μm
Band or 1.06 .mu.m band, if there is a certain amount of a substance which is an absorber, that is, an absorber which is not a absorber of the 1.3 .mu.m band synchrotron radiation, these absorbers will emit 0.88 .mu.m Band or 1.06 μm band light. Due to this absorption, a wavelength of 0.88 μm band or 1.
Stimulated emission due to the radiation in the 06 μm band can be suppressed. For example, considering the case where an absorber only for radiation light in a wavelength band of 1.06 μm is used, these absorbers are N 2
Light emission in at least one wavelength band of 1.06 μm of d 3+ can be suppressed, and a decrease in efficiency of stimulated emission in a wavelength band of 1.3 μm can be prevented. Further wavelength 0.8
Considering the case of using a light absorber in the 8 μm band, light emission in at least one of the 0.88 μm bands can be suppressed, so that the efficiency of stimulated emission in the 1.3 μm wavelength band is reduced. It is thought that it can be prevented.
【0025】以上の仮説について、図1、図2及び図3
を参照してより具体的に説明する。Referring to the above hypotheses, FIGS. 1, 2 and 3
This will be described more specifically with reference to FIG.
【0026】図2は、燐酸塩系のガラス試料に添加され
たNd3+のエネルギー準位を示した図である。図に示す
吸・発光遷移の波長は、このガラスから作製したファイ
バを自記分光光度計及び光スペクトルアナライザを用い
て測定することにより算出したものである。説明が重な
るが主な遷移について説明すると、約0.80μmの励
起光により、基底準位4 I9/2 にある電子が準位4 F
5/2 に一旦励起され、多フォノン緩和により準位4 F
3/2 に遷移する。このようなポンピングにより、準位4
F3/2 と、準位4 I9/2 、4 I11/2、4 I13/2及び4 I
15/2との間に反転分布が形成されると、波長0.88μ
m、1.06μm、波長1.33μm、波長1.80μ
mをピークとした発光が可能になる。これらの内、波長
0.88μm、波長1.06μm及び波長1.33μm
での発光の強度比は、励起光のみをこのファイバに入射
させた場合の蛍光ピークの高さの比から求められ、それ
ぞれ約5:9:1であった。尚、波長1.80μもでの
発光強度は比較的弱いため求めていない。FIG. 2 is a diagram showing energy levels of Nd 3+ added to a phosphate glass sample. The wavelength of the absorption-emission transition shown in the figure was calculated by measuring a fiber made of this glass using a self-recording spectrophotometer and an optical spectrum analyzer. To explain the main transitions, the excitation light of about 0.80 μm causes the electron at the ground level 4 I 9/2 to shift to the level 4 F 9/2.
Once excited to 5/2 , level 4 F due to multiphonon relaxation
Transition to 3/2 . With such pumping, level 4
F 3/2 and the levels 4 I 9/2 , 4 I 11/2 , 4 I 13/2 and 4 I
When the population inversion is formed between 15/2, the wavelength is 0.88μ.
m, 1.06 μm, wavelength 1.33 μm, wavelength 1.80 μ
Light emission having a peak at m becomes possible. Of these, wavelength 0.88 μm, wavelength 1.06 μm and wavelength 1.33 μm
Were determined from the ratio of the heights of the fluorescence peaks when only the excitation light was incident on this fiber, and were about 5: 9: 1, respectively. Note that the emission intensity at a wavelength of 1.80 μ was not determined because it was relatively weak.
【0027】この様に、波長1.06μm帯若しくは
0.88μm帯での発光確率が非常に大きいという事実
に対し、この発光による誘導放出を低減させるための方
法を示したのが図1である。As described above, FIG. 1 shows a method for reducing the stimulated emission due to the fact that the probability of light emission in the wavelength band of 1.06 μm or 0.88 μm is very large. .
【0028】図1(a)に注目すると、励起された第1
のNdイオン11は、例えば自然放出により波長1.3
μm帯、波長0.8μm帯若しくは波長1.06μm帯
の光を放射する。この場合、波長0.88μm帯及び波
長1.06μm帯での発光確率が非常に大きいため、自
然放出光によって誘導される第2のNdイオン12の多
くは、波長0.88μm帯若しくは波長1.06μm帯
の光を放射することとなる。他方、図1(b)に注目す
ると、図1(a)と同様に、励起された第1のNdイオ
ン11が波長1.3μm帯、波長0.88μm帯若しく
は波長1.06μm帯の光を放射する。例えばここで、
発光確率の高い0.88μm帯光若しくは1.06μm
帯光の適当な吸収剤である吸収体13が存在すれば、波
長0.88μm帯若しくは1.06μm帯の放射光はこ
の吸収体13に吸収されて第2のNdイオン12に影響
しなくなる。Referring to FIG. 1 (a), the excited first
Nd ion 11 has a wavelength of 1.3 due to, for example, spontaneous emission.
Light in the μm band, the 0.8 μm band, or the 1.06 μm band is emitted. In this case, since the light emission probability in the 0.88 μm band and the 1.06 μm band is very large, most of the second Nd ions 12 induced by the spontaneous emission light are in the 0.88 μm band or the 1.0 nm band. It emits light in the 06 μm band. On the other hand, paying attention to FIG. 1B, similarly to FIG. 1A, the excited first Nd ion 11 emits light having a wavelength of 1.3 μm, 0.88 μm, or 1.06 μm. Radiate. For example, here
0.88μm band light or 1.06μm with high emission probability
If there is an absorber 13 which is a suitable absorber of the band light, the radiated light in the wavelength band of 0.88 μm or 1.06 μm is absorbed by the absorber 13 and does not affect the second Nd ions 12.
【0029】本発明の場合、波長1.06μm帯の吸収
体(又は吸収剤)と波長0.88μm帯の吸収体(又は
吸収剤)を使用する。波長1.06μm帯の吸収体の場
合、その発光確率が比較的高いため、波長1.3μm帯
での誘導放出の確率を効果的に高めることができる。一
方、波長0.88μm帯の吸収体の場合、このような波
長1.06μm帯の放出光に起因する誘導放出を抑制す
ることはできないが、少なくとも波長0.88μm帯の
放出光に起因する誘導放出を抑制することができるの
で、波長1.3μm帯での誘導放出の確率を高めること
ができる。In the case of the present invention, an absorber (or absorber) having a wavelength of 1.06 μm and an absorber (or absorber) having a wavelength of 0.88 μm are used. In the case of an absorber having a wavelength of 1.06 μm, the probability of light emission is relatively high, so that the probability of stimulated emission in the wavelength of 1.3 μm can be effectively increased. On the other hand, in the case of an absorber having a wavelength of 0.88 μm, the stimulated emission caused by the emitted light of the wavelength 1.06 μm cannot be suppressed, but at least the stimulated emission caused by the emitted light of the wavelength 0.88 μm cannot be suppressed. Since emission can be suppressed, the probability of stimulated emission in the 1.3 μm wavelength band can be increased.
【0030】上記波長1.06μm帯又は0.88μm
帯の吸収体としての条件は、波長約1.06μm又は
0.88μmの自然放出光又は誘導放出光を直ちに吸収
するものであること、波長約1.3μmの放出光を吸収
しないものであること等である。この様な吸収体として
活性イオンを用い、これをNd3+と共にホストガラスに
添加する場合、吸収帯がブロードな遷移金属イオンの使
用は適さず、吸収帯がシャープな希土類イオンの使用が
望ましい。更に、励起の対象となるエネルギー準位に多
数の電子が存在する必要があり、なおかつ、遷移した先
のエネルギー準位の状態密度が高くその準位の占有率が
低い必要がある。The above wavelength 1.06 μm band or 0.88 μm
The condition of the band absorber is that it absorbs spontaneous emission light or stimulated emission light having a wavelength of about 1.06 μm or 0.88 μm immediately and does not absorb emission light having a wavelength of about 1.3 μm. And so on. When an active ion is used as such an absorber and added to the host glass together with Nd 3+ , the use of transition metal ions having a broad absorption band is not suitable, and the use of rare earth ions having a sharp absorption band is desirable. Further, it is necessary that a large number of electrons be present at the energy level to be excited, and that the energy level of the energy level after the transition has a high state density and a low occupancy of the energy level.
【0031】図3は、このような条件での希土類イオン
の選択を示したものである。尚、図3に示される希土類
イオンのエネルギー準位は結晶中のものである。FIG. 3 shows the selection of rare earth ions under such conditions. The energy levels of the rare earth ions shown in FIG. 3 are those in the crystal.
【0032】上記の条件を満たす希土類イオンの第1候
補として、波長1.06μmの吸収確率が高くかつ1.
3μmの吸収確率が無視できるとの理由から、Pr3+、
Yb3+及びSm3+が望ましいことがわかる。Pr3+の3
H4 →1 G4 遷移は約9700cm- 1 のエネルギーに
なっており、この値は波長1.06μm(9400cm
- 1 )の放射光に対応するからである。さらに、Yb3+
の2 F7/2 →2 F5/2 遷移とSm3+の6 H7/2 →6 F
11/2遷移も、それぞれ約9600cm-1と約9500c
m- 1 のエネルギーになっており、波長1.06μmの
放射光に対応するからである。なお、自然放出程度の吸
収によっては、Pr3+等の希土類イオン自体に反転分布
を形成できないものと考えられる。As a first candidate of a rare earth ion satisfying the above conditions, the absorption probability at a wavelength of 1.06 μm is high and 1.
Pr 3+ , because the absorption probability of 3 μm is negligible
It is understood that Yb 3+ and Sm 3+ are desirable. Pr 3+ 3
H 4 → 1 G 4 transition about 9700cm - 1 of has become energy, this value wavelength 1.06μm (9400cm
-1 ) It corresponds to synchrotron radiation. Furthermore, Yb 3+
6 H 7/2 → 6 F of the 2 F 7/2 → 2 F 5/2 transition and Sm 3+ of
11/2 transition is about 9600cm -1 and about 9500c respectively
This is because the energy is m -1 and it corresponds to the radiation light having a wavelength of 1.06 μm. It is considered that an inversion distribution cannot be formed in the rare-earth ions such as Pr 3+ depending on the absorption to the extent of spontaneous emission.
【0033】以上の仮説が適切なものであるかどうかは
不明である。いずれにせよ、本発明者の実験・検討によ
れば、Nd3+を活性物質として添加したガラス中にPr
3+を添加し、或いはそのPr3+をNd3+に対して50%
から150%の範囲のPr3+を添加することにより、N
d3+の1.06μm帯での発光をPr3+に吸収させるこ
とができ、波長1.3μm帯での光増幅を可能にする或
いはその増幅効率を高める有望なガラスが得られること
がわかった。また、Nd3+を活性物質として添加したガ
ラス中にSm3+を添加し、或いはそのPr3+をNd3+に
対して50%乃至150%の範囲のSm3+を添加するこ
とによっても同様に有望なガラスが得られることがわか
った。さらに、Nd3+を活性物質として添加したガラス
中にYb3+を添加し、或いはそのYb3+をNd3+に対し
て50%以上であってガラス形成能を劣化させない程度
の量の範囲で変化させることによっても同様に有望なガ
ラスが得られた。It is unclear whether the above hypotheses are appropriate. In any case, according to experiments and studies conducted by the present inventor, Pr in glass containing Nd 3+ as an active substance was added.
3+ is added or its Pr 3+ is 50% with respect to Nd 3+
By adding Pr 3+ in the range of
It can be seen that Pr 3+ can absorb the light emission in the 1.06 μm band of d 3+ , and a promising glass that enables light amplification in the 1.3 μm band or increases the amplification efficiency can be obtained. Was. Moreover, the Sm 3+ was added into glass doped with Nd 3+ as an active substance, or also by the Pr 3+ adding Sm 3+ in the range of 50% to 150% with respect to Nd 3+ It has been found that promising glasses are obtained as well. Further, Yb 3+ is added to the glass to which Nd 3+ is added as an active substance, or the amount of Yb 3+ is not less than 50% of Nd 3+ and does not deteriorate the glass forming ability. Similarly, a promising glass was obtained by changing.
【0034】上記の条件を満たす希土類イオンの第2候
補として、波長0.88μmの吸収確率が高くかつ波長
1.3μmの吸収確率が無視できるとの理由から、Ho
3+が望ましいことがわかる。Ho3+の5 I8 →5 I5 遷
移は波数約11000cm-1であり、この値は波長0.
88μm(波数約11400cm-1)に対応するからで
ある。As a second candidate of a rare earth ion satisfying the above conditions, Ho has a high absorption probability of 0.88 μm and a negligible absorption probability of 1.3 μm.
It turns out that 3+ is desirable. The 5 I 8 → 5 I 5 transition of Ho 3+ has a wave number of about 11000 cm −1 , which is equivalent to a wavelength of 0.
This is because it corresponds to 88 μm (wave number of about 11400 cm −1 ).
【0035】以上の仮説が適切なものであるかどうかは
不明である。いずれにせよ、本発明者の実験・検討によ
れば、ガラス中にNd3+と共にHo3+を添加することに
より、Nd3+の波長0.88μm帯での発光をHo3+に
吸収させることができ、波長1.3μm帯での光増幅を
可能にする或いはその増幅率を高める有望なガラスが得
られた。It is unclear whether the above hypothesis is appropriate. In any case, according to experiments and studies made by the present inventors, Ho 3+ is added to glass together with Nd 3+ so that Ho 3+ absorbs the emission of Nd 3+ in the 0.88 μm wavelength band. As a result, a promising glass was obtained which enabled light amplification in the 1.3 μm wavelength band or increased the amplification factor.
【0036】[第2の仮説についての説明]Nd3+添加
の光機能性ガラスに導入された0.8μm帯の励起光
は、活性物資であるNd3+を励起する。この結果、遷移
4 F3/2 →4 I13/2に対応する1.3μm帯の輻射が可
能になる。その他の輻射として、エネルギー準位4 F
3/2 からエネルギー準位4 I11/2又は4 I9/2 への遷移
に対応する波長1.06μm帯又は波長0.88μm帯
の輻射等も可能になる。[Explanation of Second Hypothesis] Excitation light in the 0.8 μm band introduced into the Nd 3+ -doped optically functional glass excites Nd 3+ which is an active substance. As a result, the transition
Radiation in the 1.3 μm band corresponding to 4 F 3/2 → 4 I 13/2 becomes possible. Other radiation, the energy level 4 F
Radiation in the wavelength band of 1.06 μm or 0.88 μm corresponding to the transition from 3/2 to the energy level 4 I 11/2 or 4 I 9/2 becomes possible.
【0037】Ndイオンに関する上記の現象を統計的に
考えてみる。ホストガラス中のNd3+の多数は、0.8
μm帯の励起光によって励起されて、波長1.06μm
帯、波長0.88μm帯波長1.3μm帯等の発光に対
応する遷移が可能な状態となっている。励起された上記
Nd3+の一部分は、自然放出により所定の確率で波長
1.3μm帯の光を放射する。また、励起された上記N
d3+の一部分は、自然放出により、波長1.3μm帯放
射光よりも高い確率で波長1.06μm帯及び0.88
μm帯の光を放射する。この場合、Nd3+の波長1.3
μm帯光の放射を促進させるための物として、波長1.
3μm帯光の放射のみの発光促進物、即ち促進剤がホス
トガラス中にある程度の量で存在すれば、これらの促進
剤はNd3+の1.3μm帯光の放射のみを促進させ、波
長1.3μm帯の誘導放出の効率を高めることができる
ものと考えられる。更に、波長1.06μm帯及び0.
88μm帯での発光確率が相対的に減少するため、例え
ば1.06μm帯光によって波長1.3μm帯の誘導放
出が妨害される可能性が減少するものと考えられる。The above phenomenon regarding Nd ions will be considered statistically. The majority of Nd 3+ in the host glass is 0.8%
Excitation by the excitation light in the μm band, wavelength 1.06 μm
Band, a wavelength of 0.88 μm, and a transition corresponding to light emission of a wavelength of 1.3 μm. A part of the excited Nd 3+ emits light having a wavelength of 1.3 μm with a predetermined probability by spontaneous emission. In addition, the excited N
Due to spontaneous emission, a part of d 3+ has a higher probability than the wavelength of 1.3 μm radiation and the wavelength of 1.06 μm and 0.88 μm.
Emit light in the μm band. In this case, the wavelength of Nd 3+ is 1.3.
As an object for promoting the emission of light in the μm band, a wavelength of 1.
If a luminescence enhancer that emits only light in the 3 μm band, that is, the accelerator is present in a certain amount in the host glass, these accelerators only promote the emission of the 1.3 μm band light of Nd 3+ and have a wavelength of 1 μm. It is considered that the efficiency of stimulated emission in the 0.3 μm band can be increased. Further, the wavelength band is 1.06 μm band and the wavelength is 0.1 mm.
Since the light emission probability in the 88 μm band is relatively reduced, it is considered that the possibility that the stimulated emission in the 1.3 μm band is disturbed by, for example, 1.06 μm light.
【0038】以上の仮説について、図2〜図4を参照し
てより具体的に説明する。The above hypothesis will be described more specifically with reference to FIGS.
【0039】図2の説明で既に述べたように波長0.8
0μmの励起光の存在によって0.88μm、波長1.
06μm、波長1.33μmをピークとした発光が可能
になる。これらの発光の強度は、外因がないものとすれ
ば自然放出による発光強度と考えてよく、それぞれ約
5:9:1である。即ち、波長1.3μm帯での発光確
率は、波長1.06μm帯及び0.88μm帯での発光
確率に比較してかなり低いということが分かる。As described above with reference to FIG.
0.88 μm, wavelength 1.
Light emission with a peak at 06 μm and a wavelength of 1.33 μm becomes possible. These luminescence intensities may be considered to be luminescence intensities due to spontaneous emission if there is no external factor, and are respectively about 5: 9: 1. In other words, it can be seen that the light emission probability in the wavelength band of 1.3 μm is considerably lower than the light emission probability in the wavelength bands of 1.06 μm and 0.88 μm.
【0040】図4は、波長1.3μm帯での発光確率を
高める方法であって、波長1.06μm帯及び0.88
μm帯での発光に起因する波長1.3μm帯での誘導放
出の効率の低下を防止する方法を示したものである。FIG. 4 shows a method for increasing the light emission probability in the 1.3 μm wavelength band.
It shows a method of preventing a decrease in the efficiency of stimulated emission in a 1.3 μm wavelength band caused by light emission in a μm band.
【0041】波長0.8μm帯光で励起されたNd
3+は、例えば自然放出により波長0.88μm帯、波長
1.06μm帯及び波長1.3μm帯の光を放射する。
ここで、波長1.3μm帯光のみの放射を促進させる適
当な促進剤として、基底準位の約4000cm-1上方に
励起準位を有する活性イオンがNd3+近傍に存在すれ
ば、Nd3+のエネルギー準位4 I13/2に存在する励起状
態の電子を基底準位4 I9/2 に効果的に遷移させること
ができる。つまり、Nd3+のエネルギー準位4 I13/2に
存在する励起された電子からのエネルギー伝達により、
上記活性イオンの基底準位に存在する多くの電子がその
励起準位に励起されるとともに、Nd3+の準位4 I13/2
に存在する多くの電子はその基底準位4 I9/2 遷移する
こととなる。言い換えるならば、Nd3+の準位4 I13/2
に存在する励起された電子は、輻射過程、フォノン放出
過程等を介して緩和されるのみならず、近傍の活性イオ
ンとの間のエネルギー伝達によっても効果的に緩和され
ることとなる。この結果、多くのNd3+ではエネルギー
準位4 F3/2 と準位4 I13/2との間の反転分布の度合い
が高められることとなり、波長1.3μm帯光の放射を
促進させることができる。更に、波長1.3μm帯光の
放射確率が増大することにともない、波長1.06μm
帯光等の放射確率が相対的に減少する。このような状態
のNd3+を含むガラスに1.3μm帯の信号光が入射す
ると、波長1.3μm帯での誘導放出が1.06μm帯
及び0.88μm帯での発光に妨げられる可能性が減少
し、発光が効果的に行われる。よって、ESAに起因す
る波長1.3μm帯域での吸収の存在にもかかわらず、
波長1.3μm帯での光増幅・発光が可能になるととも
に、光増幅の利得を増大させることができる。Nd excited by light having a wavelength of 0.8 μm band
3+ emits light having a wavelength of 0.88 μm, a wavelength of 1.06 μm, and a wavelength of 1.3 μm by spontaneous emission, for example.
Here, as an appropriate promoter for promoting the emission of only the 1.3 μm band light, if an active ion having an excitation level about 4000 cm −1 above the ground level exists near Nd 3+ , Nd 3 The electrons in the excited state existing at the energy level 4 I 13/2 of + can be effectively transitioned to the ground level 4 I 9/2 . That is, energy transfer from the excited electrons existing at the energy level 4 I 13/2 of Nd 3+ gives
Many electrons existing in the ground level of the active ion are excited to the excited level, and the Nd 3+ level 4 I 13/2
Many of the electrons existing in the above state have the ground level 4 I 9/2 transition. In other words, the level of Nd 3+ 4 I 13/2
The excited electrons existing in the above are not only relaxed through a radiation process, a phonon emission process and the like, but also effectively relaxed by energy transfer with nearby active ions. As a result, in many Nd 3+ , the degree of population inversion between the energy level 4 F 3/2 and the level 4 I 13/2 is increased, and the emission of light in the 1.3 μm wavelength band is promoted. be able to. Further, with the increase in the emission probability of the 1.3 μm wavelength light, the wavelength of 1.06 μm
The probability of emission of light or the like is relatively reduced. When signal light in the 1.3 μm band is incident on glass containing Nd 3+ in such a state, stimulated emission in the 1.3 μm band may be hindered by light emission in the 1.06 μm band and 0.88 μm band. And light emission is effectively performed. Thus, despite the presence of absorption in the 1.3 μm wavelength band due to ESA,
Optical amplification and light emission in the wavelength band of 1.3 μm are possible, and the gain of optical amplification can be increased.
【0042】上記促進剤の条件としては、基底準位の約
4000cm-1上方にエネルギー準位を有することのみ
ならず、波長約1.3μm帯の放出光を吸収しないもの
であること、励起光を吸収しないこと等も必要である。
この様な促進剤として活性イオンを用いて、これをNd
3+と共にホストガラスに添加する場合、吸収帯がブロー
ドな遷移金属の使用は適さず、吸収帯がシャープな希土
類元素の使用が望ましい。The conditions of the above accelerator include not only that it has an energy level about 4000 cm -1 above the ground level but also that it does not absorb emitted light in the wavelength band of about 1.3 μm, It is also necessary not to absorb the odor.
Using an active ion as such an accelerator, this is converted to Nd
When adding to the host glass together with 3+ , the use of a transition metal having a broad absorption band is not suitable, and the use of a rare earth element having a sharp absorption band is desirable.
【0043】更に、その活性イオンの基底準位から約4
000cm-1上方のエネルギー準位の状態密度が高いこ
とが望ましい。Further, about 4% from the ground level of the active ion.
It is desirable that the state density of the energy level above 000 cm -1 be high.
【0044】図3に示したように、上記の条件を満たす
希土類元素の候補として、Tb3+若しくはEu3+が望ま
しいことがわかる。Tb3+の7 F6 → 7 F4 遷移
及びEu3+の7 F0 → 7 F5 遷移は、それぞれ波数
約3200cm-1及び3800cm-1となっており、こ
れらの値は準位4 I11/2と準位4 I9/2 とのエネルギー
差である波数4000cm-1にほぼ対応するからであ
る。As shown in FIG. 3, it can be seen that Tb 3+ or Eu 3+ is desirable as a rare earth element candidate satisfying the above conditions. 7 F 0 → 7 F 5 transition 7 F 6 → 7 F 4 transition and Eu 3+ in Tb 3+ is a wave number of about 3200 cm -1 and 3800 cm -1, respectively, these values are level 4 I This is because the wave number almost corresponds to 4000 cm −1 which is the energy difference between 11/2 and the level 4 I 9/2 .
【0045】上記の仮説が適切なものであるかどうかは
不明である。いずれにせよ、本発明者の実験・検討によ
れば、ガラス中に、Nd3+と共にTb3+若しくはEu3+
又は両者を添加することにより、Nd3+の波長1.3μ
m帯での発光をTb3+若しくはEu3+によって促進させ
ることができ、波長1.3μm帯での光増幅を可能にす
る或るはその増幅効率を高める有望なガラスが得られ
た。It is unclear whether the above hypothesis is appropriate. In any case, according to experiments and studies conducted by the present inventors, Tb 3+ or Eu 3+ together with Nd 3+ is contained in glass.
Alternatively, by adding both, the wavelength of Nd 3+ is 1.3 μm.
Light emission in the m band can be promoted by Tb 3+ or Eu 3+ , and a promising glass that enables light amplification in the 1.3 μm band or increases the amplification efficiency has been obtained.
【0046】[光機性ガラスの応用例](1)光ファイ
バ 上記の光機能性ガラスは光伝送路用の素材として用いら
れ、例えば平面導波路等に形成しても良いが、上記の光
機能性ガラスからなるコアと、該コアを取り囲み該コア
より低い屈折率を有するクラッドと、を備えた光ファイ
バを作製することが、長尺の光伝送路を得る上では望ま
しい。[Application Examples of Optical Mechanical Glass] (1) Optical Fiber The above-mentioned optical functional glass is used as a material for an optical transmission line, and may be formed in, for example, a planar waveguide. It is desirable to produce an optical fiber including a core made of functional glass and a clad surrounding the core and having a lower refractive index than the core in order to obtain a long optical transmission line.
【0047】上記光ファイバは、具体的には下記のよう
にして作製される。まず、Nd3+添加の光機能性ガラス
をコアとするプリフォームをロッドインチューブ法等に
より準備する。次に、準備したプリフォームを図5のよ
うな線引き装置にセットし、光ファイバに線引きする。
図5に示すように、プリフォーム21は送り装置22に
固定されて徐々に降下する。このとき、プリフォーム2
1はヒータ23で加熱され、軟化して線引きが開始され
る。線引きされたファイバ20は、キャプスタン24を
経由して、巻取ドラム25に巻き取られる。図6は、こ
うして得られた光ファイバ20を拡大して示した図であ
る。光ファイバ20は、Nd3+と共にPr3+、Yb3+、
Sm3+、Tb3+、Eu3+、Ho3+等を添加したコア20
aと、コア20aよりも相対的に屈折率が低くNd3+及
びPr3+その他の希土類イオン両方を添加していないク
ラッド層20bとを備えている。The above-mentioned optical fiber is produced specifically as follows. First, a preform having a core of Nd 3+ -added optical functional glass is prepared by a rod-in-tube method or the like. Next, the prepared preform is set in a drawing apparatus as shown in FIG. 5 and drawn into an optical fiber.
As shown in FIG. 5, the preform 21 is fixed to the feeding device 22 and gradually descends. At this time, preform 2
1 is heated by the heater 23 and is softened to start drawing. The drawn fiber 20 is wound on a winding drum 25 via a capstan 24. FIG. 6 is an enlarged view of the optical fiber 20 thus obtained. Optical fiber 20, Pr 3+ with Nd 3+, Yb 3+,
Core 20 added with Sm 3+ , Tb 3+ , Eu 3+ , Ho 3+, etc.
a and a cladding layer 20b having a relatively lower refractive index than the core 20a and not adding both Nd 3+ and Pr 3+ and other rare earth ions.
【0048】上記のような光機能性ガラスをコアとした
光ファイバによれば、ファイバレーザ、ファイバ増幅
器、ファイバ検出器等への応用が可能になる。即ち、コ
アガラス中にNd3+と共にPr3+その他の希土類イオン
を添加しているため、波長1.31μm帯でも光増幅利
得が得られるばかりでなく、波長1.06μm帯の発光
に起因するロスが減少する。更には、ファイバ化によっ
てコアに光が効率的に閉じ込められ、その光の損失が極
めて低いことから、低閾値で反転分布を形成することが
できる。したがって、高利得の光増幅装置等への応用が
可能になるのである。According to the optical fiber having the above-mentioned optical functional glass as a core, application to a fiber laser, a fiber amplifier, a fiber detector and the like becomes possible. That is, since Pr 3+ and other rare earth ions are added to the core glass together with Nd 3+ , not only an optical amplification gain can be obtained even in the 1.31 μm band, but also light emission in the 1.06 μm band. Loss is reduced. Furthermore, since the light is efficiently confined in the core by the fiberization and the loss of the light is extremely low, the population inversion can be formed at a low threshold. Therefore, application to a high gain optical amplifier or the like becomes possible.
【0049】(2)ファイバ増幅器 上記の光ファイバ20は、一つの応用例として1.3μ
m帯のファイバ増幅器に使用することができる。(2) Fiber Amplifier The above-mentioned optical fiber 20 has an application example of 1.3 μm.
It can be used for m-band fiber amplifiers.
【0050】例えば図7に示すように、ファイバ増幅器
は、希土類を添加した光ファイバ30と、励起の為のレ
ーザ光源32と、光学手段33、38a、38b、39
a、39bとを備える。光ファイバ30は1.3μm帯
のレーザ光の光伝送路となる。また、レーザ光源32
は、波長0.8μm帯の励起光を発生する。さらに、光
学手段33、38a、38b、39a、39bは、励起
光をレーザ光源32から光ファイバ30内に入射させ
る。つまり、レーザ光源32からの励起光は、光ファイ
バ39aを介してファイバカプラ33に導入され、信号
光源31から光ファイバ38aを介してファイバカプラ
33に導入された信号光と結合される。結合された信号
光及び励起光は、光ファイバ38bを介して光ファイバ
30内に導入される。For example, as shown in FIG. 7, the fiber amplifier comprises an optical fiber 30 doped with rare earth, a laser light source 32 for excitation, and optical means 33, 38a, 38b, 39
a, 39b. The optical fiber 30 is an optical transmission path for 1.3 μm band laser light. In addition, the laser light source 32
Generates excitation light in the wavelength band of 0.8 μm. Further, the optical units 33, 38a, 38b, 39a, and 39b cause the excitation light to enter the optical fiber 30 from the laser light source 32. That is, the excitation light from the laser light source 32 is introduced into the fiber coupler 33 via the optical fiber 39a, and is combined with the signal light introduced from the signal light source 31 into the fiber coupler 33 via the optical fiber 38a. The combined signal light and pump light are introduced into the optical fiber 30 via the optical fiber 38b.
【0051】ファイバカプラ30は、例えば2本の光フ
ァイバ38、39を融着延伸することによって形成する
ことができる。この場合、ファイバカプラ33から伸び
る1本の光ファイバ39bの終端は、マッチングオイル
37に漬浸される。これにより、光ファイバ39bから
ファイバカプラ33への戻り光が防止される。The fiber coupler 30 can be formed, for example, by fusing and stretching two optical fibers 38 and 39. In this case, the end of one optical fiber 39 b extending from the fiber coupler 33 is immersed in the matching oil 37. As a result, return light from the optical fiber 39b to the fiber coupler 33 is prevented.
【0052】因みに、光ファイバ30の出力側には、光
スペクトラムアナライザ35が設けられており、これら
の間にはフイルタ36が介存されている。このフィルタ
36は光ファイバ30から出力される光のうち励起光を
カットする。この結果、光スペクトラムアナライザ35
は光ファイバ30から出力された信号光のみを測定する
ことができ、更には光増幅利得の測定が可能になる。Incidentally, on the output side of the optical fiber 30, an optical spectrum analyzer 35 is provided, and a filter 36 is interposed between them. The filter 36 cuts the excitation light out of the light output from the optical fiber 30. As a result, the optical spectrum analyzer 35
Can measure only the signal light output from the optical fiber 30, and can further measure the optical amplification gain.
【0053】上記のようは光ファイバと、レーザ光源及
び光学手段とを備えた波長1.3μm帯のファイバ増幅
器によれば、光学手段によりファイバ内に導入された波
長0.8μmのレーザ光によってNd3+が励起される。
この励起されたNd3+の多くは、これと同時に光ファイ
バ内に導入された波長1.3μm帯の信号光等に誘導さ
れて、放射光を発生し、波長1.3μm帯での光増幅が
可能になる。As described above, according to the 1.3 μm wavelength fiber amplifier provided with the optical fiber, the laser light source and the optical means, Nd is emitted by the 0.8 μm laser light introduced into the fiber by the optical means. 3+ is excited.
Most of the pumped Nd 3+ is simultaneously guided to the 1.3 μm wavelength signal light or the like introduced into the optical fiber to generate radiated light, and optical amplification in the 1.3 μm wavelength band is performed. Becomes possible.
【0054】(3)ファイバレーザ 更に、上記の光ファイバ20は、別の応用例として波長
1.3μm帯のファイバレーザに使用することができ
る。(3) Fiber Laser Further, the above-mentioned optical fiber 20 can be used as a fiber laser having a wavelength of 1.3 μm as another application example.
【0055】例えば図8に示すように、ファイバレーザ
は、希土類元素を添加した光ファイバ30と、レーザ光
源32と、光学手段38とを備える。レーザ光源32と
して、波長0.8μm帯の励起光を発生するレーザダイ
オードを使用する。光学手段38として、励起光をレー
ザ光源32から光ファイバ30内に入射させるレンズ等
を使用する。また、光ファイバの出力端を適当な鏡面に
仕上げ、この出力端とレーザダイオードの端面とで共振
器構造を形成する。この場合、励起光が入射する光ファ
イバの入出力端を適当な鏡面に仕上げ、この入出力端か
ら共振器構造を形成してもよい。更に、共振器構造を誘
電体ミラー等を使用する通常のタイプのものとしてもよ
い。For example, as shown in FIG. 8, the fiber laser includes an optical fiber 30 doped with a rare earth element, a laser light source 32, and optical means 38. As the laser light source 32, a laser diode that generates excitation light in a wavelength band of 0.8 μm is used. As the optical means 38, a lens or the like for causing the excitation light to enter the optical fiber 30 from the laser light source 32 is used. Also, the output end of the optical fiber is finished to an appropriate mirror surface, and the output end and the end surface of the laser diode form a resonator structure. In this case, the input / output end of the optical fiber on which the excitation light is incident may be finished to an appropriate mirror surface, and the resonator structure may be formed from the input / output end. Further, the resonator structure may be of a normal type using a dielectric mirror or the like.
【0056】上記のファイバレーザにおいて、レーザ光
源32からの波長0.8μm帯の励起光は、光学手段3
8によって光ファイバ30内に導入される。光ファイバ
30内のNd3+は所定の状態に励起されて波長1.3μ
mの発光が可能な状態になる。この結果、励起光の出力
が所定値を越えると波長1.3μm帯でレーザ発振が生
じる。In the above-mentioned fiber laser, the excitation light of the wavelength 0.8 μm band from the laser light source 32 is
8 is introduced into the optical fiber 30. Nd 3+ in the optical fiber 30 is excited to a predetermined state and has a wavelength of 1.3 μm.
m can be emitted. As a result, when the output of the pump light exceeds a predetermined value, laser oscillation occurs in the 1.3 μm wavelength band.
【0057】(4)導波路素子増幅器 図9は、導波路素子増幅器への応用例を示した図であ
る。基板120上に2またに分岐する平面導波路130
a、130b、130cを形成する。平面導波路130
aにはNd3+とともにPr3+、Yb3+、Sm3+、T
b3+、Eu3+、Ho3+等の活性物質が添加されている。
平面導波路130aの他端には、グレーティングからな
るフィルタ136を形成してある。平面導波路130b
には、波長1.3μm帯の信号光を入射させる。また、
平面導波路130cには、波長0.8μmの励起光を入
射させる。レーザ光源としては、図3のものと同様のも
のを用いる。(4) Waveguide Element Amplifier FIG. 9 is a diagram showing an example of application to a waveguide element amplifier. Planar waveguide 130 bifurcated on substrate 120
a, 130b and 130c are formed. Planar waveguide 130
In a, Pr 3+ , Yb 3+ , Sm 3+ , Td together with Nd 3+
Active substances such as b 3+ , Eu 3+ , Ho 3+ are added.
At the other end of the planar waveguide 130a, a filter 136 made of a grating is formed. Planar waveguide 130b
, A signal light having a wavelength of 1.3 μm is incident. Also,
Excitation light having a wavelength of 0.8 μm is made incident on the planar waveguide 130c. A laser light source similar to that shown in FIG. 3 is used.
【0058】図4のファイバ増幅器100の動作につい
て簡単に説明する。波長1.3μm帯の信号光は平面導
波路130bをへて平面導波路130a内に入射し、L
D等の励起光源からの波長0.8μmの励起光も平面導
波路130cをへて平面導波路130a内に入射する。
励起されたNb3+は信号光に誘導されて、遷移4 F3/2
→4 I13/2に対応する波長1.3μm帯の放射光を発生
する。励起光が所定の強度を越えると、信号光は増幅さ
れることとなる。The operation of the fiber amplifier 100 shown in FIG. 4 will be briefly described. The 1.3 μm wavelength signal light enters the planar waveguide 130a via the planar waveguide 130b,
Excitation light having a wavelength of 0.8 μm from an excitation light source such as D also enters the plane waveguide 130a through the plane waveguide 130c.
The excited Nb 3+ is guided by the signal light, and the transition 4 F 3/2
→ Generates radiation in the 1.3 μm wavelength band corresponding to 4 I 13/2 . When the pump light exceeds a predetermined intensity, the signal light is amplified.
【0059】[具体的実施例]以下、本発明者らによる
具体的な実施例について説明する。[Specific Examples] Hereinafter, specific examples by the present inventors will be described.
【0060】(1)Pr3+を共添加した場合 まず、ホストガラス原料としてNa2 O、Al2 O3及
び5酸化リンを用意し、それぞれを組成が15Na2 O
−15Al2 O3 −70P2 O5 (mol%)のガラス
となるように調合する。これに希土類元素Ndの酸化物
であるNd2 O3 と、Pr2 O3 とを所定量添加し、白
金ルツボ中で溶融させる。Nd2 O3 の添加量は、Nd
3+の濃度がホストガラスに対して、重量で500ppm
となるように調整する。また、Pr2 O3 の添加量は、
Pr3+のホストガラスに対する重量濃度が0、200、
500、700、1000ppmとなるように調整し
た。つまり、Nd3+に対するPr3+の濃度は0、40、
100、140、200%となっている。溶融した原料
は、十分な混合が完了した後に急冷処理し、ガラス化す
る。(1) When Pr 3+ is co-added First, Na 2 O, Al 2 O 3 and phosphorus pentoxide are prepared as host glass raw materials, each having a composition of 15 Na 2 O.
-15Al 2 O 3 -70P 2 O 5 formulated to have a glass (mol%). A predetermined amount of Nd 2 O 3 , which is an oxide of the rare-earth element Nd, and Pr 2 O 3 are added to the mixture and melted in a platinum crucible. The amount of Nd 2 O 3
The concentration of 3+ is 500 ppm by weight with respect to the host glass.
Adjust so that The amount of Pr 2 O 3 added is
The weight concentration of Pr 3+ with respect to the host glass is 0, 200,
It adjusted so that it might be set to 500, 700, and 1000 ppm. That is, the concentration of Pr 3+ with respect to Nd 3+ is 0, 40,
100, 140, and 200%. The molten raw material is quenched after sufficient mixing is completed, and vitrified.
【0061】このガラスの光増幅特性を評価するため、
下記のようにしてファイバを作製した。まず、上記の組
成のガラスを棒状に成形し、コア用のガラスロッドとす
る。次に、このガラスロッドと組成がほぼ等しく、屈折
率がわずかに低いガラスを溶融・成形し、クラッドパイ
プとする。このクラッドパイプのガラスの組成は2Pb
O−15Na2 O−15Al2 O3 −68P2 O5 (m
ol%)であり、Nb3+及びPr2 O3 を添加していな
い。これらのコアロッド及びクラッドパイプはプリフォ
ームに形成され、図5の装置によって線引きされる。こ
の結果、コア径8μmで外径125μmのSMファイバ
が得られた。このSMファイバは、測定のため10mの
長さのファイバ試料に切り出した。To evaluate the optical amplification characteristics of this glass,
A fiber was produced as described below. First, the glass having the above composition is formed into a rod shape to obtain a glass rod for a core. Next, a glass having a composition substantially equal to that of the glass rod and having a slightly lower refractive index is melted and formed to form a clad pipe. The glass composition of this clad pipe is 2Pb
O-15Na 2 O-15Al 2 O 3 -68P 2 O 5 (m
ol%), and Nb 3+ and Pr 2 O 3 were not added. These core rods and clad pipes are formed into preforms and drawn by the apparatus of FIG. As a result, an SM fiber having a core diameter of 8 μm and an outer diameter of 125 μm was obtained. The SM fiber was cut into a 10 m long fiber sample for measurement.
【0062】このようなファイバ試料の特性の評価は、
図7のファイバ増幅器等によって行った。結果は図10
のグラフに示す。Evaluation of the characteristics of such a fiber sample is as follows.
This was performed using the fiber amplifier shown in FIG. The result is shown in FIG.
Is shown in the graph.
【0063】図10に示したゲインは波長1.310μ
mにおけるものである。レーザ光源32としては、Ti
−サファイアレーザを用い、励起波長を0.78μmと
し、励起光強度を100mWとした。入力信号の強度
は、−30dBmとし、ピーク波長を1.310μmと
した。The gain shown in FIG.
m. As the laser light source 32, Ti
Using a sapphire laser, the excitation wavelength was 0.78 μm, and the excitation light intensity was 100 mW. The intensity of the input signal was −30 dBm, and the peak wavelength was 1.310 μm.
【0064】図に示したように、コアガラス中に共添加
するPr3+の濃度がNd3+に対して50%乃至150%
の範囲では所定値以上の利得が得られることがわかる。
Pr3+の濃度が50%以下の場合、得られる利得が少な
いが、これは活性イオンとなるPr3+の濃度が低く、N
d3+の近くにPr3+が存在する確立が低くなるためと考
えられる。また、Nd3+の放射する1.06μm帯光を
十分に吸収できるだけのPr3+が存在していないものと
も考えられる。Pr3+の濃度が150%以上の場合も、
得られる利得が少ないが、これは活性イオンとなるPr
3+の濃度が高くなりすぎ、Pr3+が持つ1.47μm付
近の吸収の裾の部分によって波長1.31μmの信号光
が吸収されてしまうものと考えられる。As shown in the figure, the concentration of Pr 3+ co-added in the core glass is 50% to 150% with respect to Nd 3+ .
It can be seen that a gain equal to or more than a predetermined value can be obtained in the range of.
When the concentration of Pr 3+ is 50% or less, the gain obtained is small. However, this is because the concentration of Pr 3+ as an active ion is low and N
This is probably because Pr 3+ is less likely to be present near d 3+ . It is also considered that Pr 3+ that does not sufficiently absorb the 1.06 μm band light emitted by Nd 3+ is present. Even when the concentration of Pr 3+ is 150% or more,
The gain obtained is small, but this is due to Pr
It is considered that the concentration of 3+ becomes too high, and a signal light having a wavelength of 1.31 μm is absorbed by the absorption tail near 1.47 μm of Pr 3+ .
【0065】(2)Sm3T又はYb3Tを共添加した場合 まず、ホストガラス原料としてNa2 O、Al2 O3及
び5酸化リンを用意し、それぞれ組成が15Na2 O−
15Al2 O3 −70P2 O5 (mol%)のガラスと
なるように調合する。これに希土類元素Ndの酸化物で
あるNd2 O3 と、Sm2 O3 若しくはYb2 O3 とを
所定量添加し、白金ルツボ中で溶融させる。Nd2 O3
の添加量は、Nd3+の濃度がホストガラスに対して、重
量で500ppmとなるように調整する。また、Sm2
O3 若しくはYb2 O3 の添加量は、これらSm3+若し
くはYb3+のホストガラスに対する重量濃度が0、20
0、300、400、500、600、700、100
0ppmとなるように調整した。つまり、Nd3+に対す
るSm3+若しくはYb3+の濃度は0、40、60、8
0、100、120、140、200%となっている。
溶融した原料は、十分な混合が完了した後に、急冷処理
し、ガラス化する。(2) When Sm 3T or Yb 3T is co-added First, Na 2 O, Al 2 O 3 and phosphorus pentoxide are prepared as host glass raw materials, each having a composition of 15 Na 2 O—
15Al 2 O 3 -70 P 2 O 5 (mol%) is prepared so as to become a glass. A predetermined amount of Nd 2 O 3 , which is an oxide of the rare-earth element Nd, and Sm 2 O 3 or Yb 2 O 3 are added thereto and melted in a platinum crucible. Nd 2 O 3
Is adjusted such that the concentration of Nd 3+ is 500 ppm by weight with respect to the host glass. Also, Sm 2
The amount of O 3 or Yb 2 O 3 added is such that the weight concentration of these Sm 3+ or Yb 3+ with respect to the host glass is 0, 20 or less.
0, 300, 400, 500, 600, 700, 100
It was adjusted to be 0 ppm. That is, the concentration of Sm 3+ or Yb 3+ for Nd 3+ is 0,40,60,8
0, 100, 120, 140, and 200%.
After thorough mixing is completed, the molten raw material is quenched and vitrified.
【0066】このガラスの光増幅特性を評価するため、
下記のようにしてファイバを作製した。まず、上記の組
成のガラスを棒状に成形し、コア用のガラスロッドとす
る。次に、このガラスロッドと組成がほぼ等しく、屈折
率がわずかに低いガラスを溶融・成形し、クラッドパイ
プとする。このクラッドパイプのガラスの組成は2Pb
O−15Na2 O−15Al2 O3 −68P2 O5 (m
ol%)であり、Nd3+、Sm2 O3 及びYb2 O3 を
添加していない。これらのコアロッド及びクラッドパイ
プはロッドインチューブ法により、図5の装置によって
線引きすることでコア径8μmで外径125μmのSM
ファイバが得られた。このSMファイバは、測定のため
10mの長さのファイバ試料に切り出した。In order to evaluate the optical amplification characteristics of this glass,
A fiber was produced as described below. First, the glass having the above composition is formed into a rod shape to obtain a glass rod for a core. Next, a glass having a composition substantially equal to that of the glass rod and having a slightly lower refractive index is melted and formed to form a clad pipe. The glass composition of this clad pipe is 2Pb
O-15Na 2 O-15Al 2 O 3 -68P 2 O 5 (m
ol%) without adding Nd 3+ , Sm 2 O 3 and Yb 2 O 3 . These core rods and clad pipes were drawn by the rod-in-tube method using the apparatus shown in FIG. 5 to obtain an SM having a core diameter of 8 μm and an outer diameter of 125 μm.
A fiber was obtained. The SM fiber was cut into a 10 m long fiber sample for measurement.
【0067】このようなファイバ試料の特性の評価は、
図7のファイバ増幅器等によって行った。結果は図11
及び図12のグラフに示す。Evaluation of the characteristics of such a fiber sample is as follows.
This was performed using the fiber amplifier shown in FIG. The result is shown in FIG.
And the graph of FIG.
【0068】図11及び図12に示したゲインは1.3
10μmにおけるものである。レーザ光源32として
は、励起波長が0.78μmで、励起出力が100mW
のTi−サファイアレーザを用いた。入力信号の強度
は、−30dBmとし、ピーク波長を1.310μmと
した。The gain shown in FIGS. 11 and 12 is 1.3.
It is at 10 μm. The laser light source 32 has an excitation wavelength of 0.78 μm and an excitation output of 100 mW.
Was used. The intensity of the input signal was −30 dBm, and the peak wavelength was 1.310 μm.
【0069】コアガラス中に共添加するSm3+の濃度が
Nd3+に対して50%乃至150%の範囲では所定値以
上の利得が得られることがわかる。Sm3+の濃度が50
%以下ではほとんど利得が得られないが、これは活性イ
オンとなるSm3+の濃度が低く、Nd3+の近くにSm3+
が存在する確率が低くなるためと考えられる。また、N
d3+の放射する1.06μm帯光を十分に吸収できるだ
けのSm3+が存在していないものとも考えられる。Sm
3+の濃度が150%以上でも利得がほとんど得られない
が、これは活性イオンとなるSm3+の濃度が高くなり過
ぎ、Sm3+が持つ1.3μm付近の微弱な吸収に1.3
1μmの信号光が吸収されてしまうものと考えられる。It can be seen that when the concentration of Sm 3+ co-doped in the core glass is in the range of 50% to 150% with respect to Nd 3+ , a gain equal to or higher than a predetermined value can be obtained. Sm 3+ concentration of 50
% Scarcely gain is obtained in the following, which has a low concentration of Sm 3+ as the active ion, Sm 3+ near Nd 3+
It is considered that the probability of the existence of becomes low. Also, N
It is also conceivable that Sm 3+ that does not sufficiently absorb the 1.06 μm band light emitted by d 3+ exists. Sm
Even if the concentration of 3+ is 150% or more, almost no gain is obtained. However, this is because the concentration of Sm 3+ , which is an active ion, is too high and the weak absorption near 1.3 μm of Sm 3+ is 1.3.
It is considered that 1 μm signal light is absorbed.
【0070】他方、コアガラス中にNd3+と共に添加す
るYb3+の濃度がNd3+に対して50%以上であってガ
ラス形成能を劣化させない程度の量の範囲でも、所定値
以上の利得が得られることがわかる。50%以下で利得
の増加が得られないのはSm3+の場合と同様であるが、
Yb3+の場合1.06μm帯に吸収がないため、Yb3+
の濃度を増加させていっても利得が減少していくことは
ない。[0070] On the other hand, the Yb 3+ added with Nd 3+ in the core glass concentration in the range of amount that does not degrade the glass forming ability was 50% or more of the Nd 3+, of more than a predetermined value It can be seen that a gain is obtained. The gain is not increased below 50% as in the case of Sm 3+ ,
In the case of Yb 3+ , since there is no absorption in the 1.06 μm band, Yb 3+
Even if the concentration of is increased, the gain does not decrease.
【0071】(3)Ho3+を共添加した場合 まず、ホストガラス原料としてNa2 O、Al2 O3及
び5酸化リンを用意し、組成が15Na2 O−15Al
2 O3 −70P2 O5 (mol%)の他成分ガラスが形
成されるようにこれらを調合する。これに希土類元素N
dの酸化物であるNd2 O3 と、Ho2 O3 とを所定量
添加し、白金ルツボ中で溶融させる。Nd2 O3 の添加
量は、Nd3+の濃度がホストガラスに対して、重量で1
000ppmとなるように調整する。また、Ho2 O3
の添加量は、このHo3+のホストガラスに対する重量濃
度が0、100、200、300、400、500、6
00、700、1000ppmとなるように調整した。
つまり、Nd3+に対するHo3+の濃度は0、10、2
0、30、40、50、60、70、100%となって
いる。溶融した原料は、十分な混合が完了した後に急冷
し、ガラス化する。(3) When Ho 3+ is co-added First, Na 2 O, Al 2 O 3 and phosphorus pentoxide are prepared as host glass raw materials, and the composition is 15Na 2 O-15Al.
These are mixed so that another component glass of 2 O 3 -70 P 2 O 5 (mol%) is formed. The rare earth element N
Predetermined amounts of Nd 2 O 3 and Ho 2 O 3 , which are oxides of d, are added and melted in a platinum crucible. The amount of Nd 2 O 3 added is such that the concentration of Nd 3+ is 1 wt.
Adjust to 000 ppm. In addition, Ho 2 O 3
The amount of Ho 3+ is 0, 100, 200, 300, 400, 500, 6
It was adjusted to be 00, 700, and 1000 ppm.
That is, the concentration of Ho 3+ with respect to Nd 3+ is 0, 10, 2
0, 30, 40, 50, 60, 70, and 100%. The molten raw material is quenched after sufficient mixing is completed, and vitrifies.
【0072】このガラスの光増幅特性を評価するため、
下記のようにしてファイバを作製した。まず、上記の組
成の他成分ガラスを棒状に成形し、コア用のガラスロッ
ドとする。次に、このガラスロッドと組成がほぼ等し
く、屈折率がわずかに低いガラスを溶融・成形し、クラ
ッドパイプとする。クラッドパイプのガラスとしては、
組成が2PbO−15Na2 O−15Al2 O3 −68
P2 O5 (mol%)の他成分ガラスを使用した。ただ
し、この他成分ガラスにはNd3+及びHo3+は添加して
いない。これらのコアロッド及びクラッドパイプはロッ
ドインチューブ法によりプリフォームに形成され、図5
の装置によって線引きすることでコア径8μmで外径1
25μmのSMファイバが得られた。このSMファイバ
は、測定のため10mの長さのファイバ試料に切り出し
た。To evaluate the optical amplification characteristics of this glass,
A fiber was produced as described below. First, the other component glass having the above composition is formed into a rod shape to obtain a glass rod for a core. Next, a glass having a composition substantially equal to that of the glass rod and having a slightly lower refractive index is melted and formed to form a clad pipe. As the glass for the clad pipe,
Composition 2PbO-15Na 2 O-15Al 2 O 3 -68
Another component glass of P 2 O 5 (mol%) was used. However, Nd 3+ and Ho 3+ were not added to the other component glass. These core rods and clad pipes are formed into preforms by a rod-in-tube method, and FIG.
The core diameter is 8 μm and the outer diameter is 1
A 25 μm SM fiber was obtained. The SM fiber was cut into a 10 m long fiber sample for measurement.
【0073】このようなファイバ試料の特性の評価は、
図7のファイバ増幅器等によって行った。結果は図13
のグラフに示す。Evaluation of the characteristics of such a fiber sample is as follows.
This was performed using the fiber amplifier shown in FIG. The result is FIG.
Is shown in the graph.
【0074】図12に示したゲインは1.310μmに
おけるものである。レーザ光源32としては、励起波長
が0.78μmで、励起出力が100mWのTi−サフ
ァイアレーザを用いた。入力信号の強度は、−30dB
mとし、ピーク波長1.310μmとした。The gain shown in FIG. 12 is at 1.310 μm. As the laser light source 32, a Ti-sapphire laser having an excitation wavelength of 0.78 μm and an excitation output of 100 mW was used. The input signal strength is -30dB
m, and the peak wavelength was 1.310 μm.
【0075】コアガラス中に共添加するHo3+の濃度が
増加することにしたがって、ファイバ増幅器の利得が増
大してゆくことがわかる。ただし、Ho3+のNd3+に対
する濃度が100%を越えると飽和して利得がほとんど
増加しない。It can be seen that the gain of the fiber amplifier increases as the concentration of Ho 3+ co-doped in the core glass increases. However, when the concentration of Ho 3+ with respect to Nd 3+ exceeds 100%, the saturation occurs and the gain hardly increases.
【0076】吸収体となるHo3+の濃度が低い場合に
は、Nd3+の近くにHo3+が存在する確率が低くなるた
め利得が少なくなるものと考えられる。また、Nd3+の
放射する0.88μm帯光を十分に吸収できるだけのH
o3+が存在していないものとも考えられる。Ho3+の濃
度が100%以上では吸収体となるHo3+の濃度が高く
なり、波長0.88μm帯光を十分に吸収できるもの
で、Ho3+を更に添加しても利得は増大しないものと考
えられる。It is considered that when the concentration of Ho 3+ serving as an absorber is low, the probability that Ho 3+ is present near Nd 3+ is reduced, so that the gain is reduced. In addition, H that can sufficiently absorb the 0.88 μm band light emitted by Nd 3+ is used.
It is also possible that o 3+ does not exist. The concentration of Ho 3+ increases the concentration of Ho 3+ to be absorbent at least 100%, as it can sufficiently absorb the wavelength 0.88μm band light, the gain be further added Ho 3+ is not increased It is considered something.
【0077】(4)Tb3+又はEu3+を添加した場合 まず、光機能性ガラスとして、Nd3+と共にTb3+若し
くはEu3+を添加した燐酸塩系ガラスを準備した。この
場合、ホストガラスの組成が、15Na2 O−15Al
2 O3 −70P2 O5 (mol%)となるように原料を
調合した。また、活性物質であるNd3+の酸化物を、N
d3+の濃度がホストガラスに対し重量で1000ppm
になるように添加した。更に、発光促進物であるTb3+
若しくはEu3+の酸化物を、これらTb3+若しくはEu
3+の濃度がNd3+に対して重量で0、20、30、4
0、50、60、70、100%となるように添加し
た。(4) When Tb 3+ or Eu 3+ is Added First, a phosphate glass to which Tb 3+ or Eu 3+ is added together with Nd 3+ is prepared as an optical functional glass. In this case, the composition of the host glass, 15Na 2 O-15Al
The raw materials were prepared so as to become 2 O 3 -70 P 2 O 5 (mol%). Further, an oxide of Nd 3+ as an active substance is
The concentration of d 3+ is 1000 ppm by weight with respect to the host glass.
Was added so that Furthermore, Tb 3+
Alternatively, an oxide of Eu 3+ is replaced with Tb 3+ or Eu.
The concentration of 3 + by weight with respect to Nd 3+ 0,20,30,4
0, 50, 60, 70, and 100% were added.
【0078】このガラスの光増幅特性を評価するため、
下記のようにして光ファイバを作製した。まず、上記の
組成のガラスを棒状に成形し、コア用のガラスロッドと
する。次に、このガラスロッドよりわずかに屈折率が低
いガラスとして、2PbO−15Na2 O−15Al2
O3 −68P2 O5 (mol%)を溶融・形成し、クラ
ッドパイプとする。クラッドパイプのガラスにはNd3+
等を添加していない。これらのコアロッド及びクラッド
パイプはロッドインチューブ法によりプリフォームに形
成され、図5の線引き装置によって線引きすることでコ
ア径が8μmで外径125μmのSMファイバが得られ
た。このSMファイバは、測定のため1mの長さのファ
イバ試料に切り出した。To evaluate the optical amplification characteristics of this glass,
An optical fiber was manufactured as described below. First, the glass having the above composition is formed into a rod shape to obtain a glass rod for a core. Then, the glass is slightly less refractive index than the glass rod, 2PbO-15Na 2 O-15Al 2
O 3 -68P 2 O 5 (mol %) was melt-formation, the clad pipe. Nd 3+ for glass of clad pipe
Etc. are not added. These core rods and clad pipes were formed into preforms by the rod-in-tube method, and were drawn by the drawing apparatus of FIG. 5 to obtain SM fibers having a core diameter of 8 μm and an outer diameter of 125 μm. The SM fiber was cut into a 1 m long fiber sample for measurement.
【0079】このようなファイバ試料の特性の評価は、
図7のファイバ増幅器等によって行った。Evaluation of the characteristics of such a fiber sample is as follows.
This was performed using the fiber amplifier shown in FIG.
【0080】励起光源32としては、励起波長0.78
μmで、励起出力が100mWのTi−サファイアレー
ザを用いた。信号光源31としては半導体レーザを使用
した。ここで、半導体レーザから光ファイバへの入力信
号の強度は−30dBmとし、そのピーク波長は1.3
10μmとした。The excitation light source 32 has an excitation wavelength of 0.78.
A Ti-sapphire laser with a μm and an excitation output of 100 mW was used. As the signal light source 31, a semiconductor laser was used. Here, the intensity of the input signal from the semiconductor laser to the optical fiber is -30 dBm, and the peak wavelength is 1.3.
It was 10 μm.
【0081】上記光機能性ガラスのファイバ試料の特性
評価の結果を図14のグラフに示す。白抜き四角印はT
b3+の利得を示したものであり、白抜き丸印はEu3+の
利得を示したものである。FIG. 14 is a graph showing the results of the evaluation of the characteristics of the optically functional glass fiber sample. The white square mark is T
This shows the gain of b 3+ , and the white circles show the gain of Eu 3+ .
【0082】グラフからも明らかなように、Tb3+若し
くはEu3+の共添加により利得が増大する。つまり、T
b3+等の活性イオンを共添加していない従来型の光ファ
イバでは利得が4dBであるが、Tb3+等の活性イオン
が少なくとも20%以上存在する場合には7dB以上の
利得が得られることが分かる。更に、Tb3+等の活性イ
オンの濃度の増大にともなってファイバ増幅器の利得も
増大する。これは、Tb3+等の濃度の増大に伴ってNd
3+近傍にTb3+等の活性イオンが存在する確率が高くな
るためと考えられる。Nd3+とTb3+等の活性イオンと
の近接確率が高まることにより、エネルギー準位4 I
13/2に励起された電子を有するNd3+からTb3+等の活
性イオンへのエネルギー伝達の確率が高まるものと考え
られるからである。As is clear from the graph, the gain is increased by the co-addition of Tb 3+ or Eu 3+ . That is, T
A conventional optical fiber in which active ions such as b 3+ are not co-doped has a gain of 4 dB, but a gain of 7 dB or more is obtained when active ions such as Tb 3+ are present in at least 20% or more. You can see that. Further, as the concentration of active ions such as Tb 3+ increases, the gain of the fiber amplifier increases. This is because Nd increases as the concentration of Tb 3+ etc. increases.
It is considered that the probability that active ions such as Tb 3+ exist near 3+ is increased. By increasing the probability of proximity between Nd 3+ and active ions such as Tb 3+ , the energy level 4 I
This is because the probability of energy transfer from Nd 3+ having electrons excited on 13/2 to active ions such as Tb 3+ is considered to be increased.
【0083】[0083]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
及びレーザに用いられる光機能性ガラスによれば、励起
光の存在により波長1.3μm帯での発光・光増幅が可
能になり、或いはその増幅効率を高めることができる。
更に、これを導波路、ファイバに形成することにより、
光増幅器及びレーザに応用できる。特に、ファイバに形
成した場合、低閾値で高利得のファイバ増幅器が得られ
る。As described above, according to the optical functional glass used for the optical amplifier and the laser of the present invention, light emission and optical amplification in a wavelength band of 1.3 μm become possible due to the presence of the excitation light. Alternatively, the amplification efficiency can be increased.
Furthermore, by forming this into a waveguide and a fiber,
Applicable to optical amplifiers and lasers. In particular, when formed in a fiber, a fiber amplifier having a low threshold and a high gain can be obtained.
【図1】本発明に係る光機能性ガラスに添加した吸収剤
である希土類元素のイオンの機能説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the function of rare earth element ions as an absorber added to the optically functional glass according to the present invention.
【図2】Ndのエネルギー準位を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing energy levels of Nd.
【図3】各種希土類元素のイオンのエネルギー準位を示
した図である。FIG. 3 is a diagram showing energy levels of ions of various rare earth elements.
【図4】本発明に係る光機能性ガラスに添加した促進剤
である希土類元素のイオンの機能の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the function of ions of a rare earth element which is an accelerator added to the optical functional glass according to the present invention.
【図5】光機能性ガラスを用いたファイバの形成装置を
示した図である。FIG. 5 is a view showing an apparatus for forming a fiber using optically functional glass.
【図6】第4図の装置によって形成されたファイバ試料
を示した図である。FIG. 6 is a view showing a fiber sample formed by the apparatus of FIG. 4;
【図7】ファイバ増幅器の実施例の構成を示した図であ
る。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an embodiment of a fiber amplifier.
【図8】ファイバレーザの実施例の構成を示した図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a fiber laser.
【図9】導波路素子レーザの実施例。FIG. 9 shows an embodiment of a waveguide element laser.
【図10】第7図のファイバ増幅器の波長1.310μ
m帯でのゲインとPr3+の濃度との関係を示した図であ
る。FIG. 10 shows a wavelength of 1.310 μm of the fiber amplifier of FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a gain in the m band and the concentration of Pr 3+ .
【図11】第7図のファイバ増幅器の波長1.310μ
m帯でのゲインとSm3+の濃度との関係を示した図であ
る。FIG. 11 shows a wavelength of 1.310 μm of the fiber amplifier of FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a gain in the m band and the density of Sm 3+ .
【図12】第7図のファイバ増幅器の波長1.310μ
m帯でのゲインとYb3+の濃度との関係を示した図であ
る。FIG. 12 shows a wavelength of 1.310 μm of the fiber amplifier of FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a gain in the m band and the density of Yb 3+ .
【図13】第7図のファイバ増幅器の波長1.310μ
m帯でのゲインとHo3+の濃度との関係を示した図であ
る。FIG. 13 shows a wavelength of 1.310 μm of the fiber amplifier of FIG. 7.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between gain and Ho 3+ concentration in the m band.
【図14】第7図のファイバ増幅器の波長1.310μ
m帯でのゲインとEu3+又はTb3+の濃度との関係を示
した図である。FIG. 14 shows a wavelength of 1.310 μm of the fiber amplifier of FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a gain in the m band and the concentration of Eu 3+ or Tb 3+ .
20、30…光ファイバ 32…励起光源 33、38、38a、38b、39a、39b…光学手
段20, 30 optical fiber 32 excitation light source 33, 38, 38a, 38b, 39a, 39b optical means
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01S 3/07 H01S 3/07 3/17 3/17 (31)優先権主張番号 特願平2−220619 (32)優先日 平成2年8月22日(1990.8.22) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 中里 浩二 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友 電気工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 渡辺 稔 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友 電気工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 宮島 義昭 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 須川 智規 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 (56)参考文献 特開 昭56−9250(JP,A) 特開 昭63−182220(JP,A) 特開 平2−48431(JP,A) 特開 昭51−107312(JP,A) 特開 平4−3482(JP,A) 特開 平4−59635(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03C 1/00 - 13/00 JICSTファイル(JOIS)Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01S 3/07 H01S 3/07 3/17 3/17 (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 2-220619 (32) Priority date 1990 August 22 (1990.8.22) (33) Priority Country Japan (JP) (72) Inventor Koji Nakazato 1 Tayacho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Yokohama Works (72) Invention Person Minoru Watanabe 1 Tayacho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Yokohama Works, Sumitomo Electric Industries, Ltd. Tomonori 1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) Reference JP-A-56-9250 (JP, A) JP-A-63-182220 (JP, A) JP-A-2- 48431 (JP, A) JP-A-51-107312 (JP, A) JP-A-4-3482 (JP, A) JP-A-4-59635 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) C03C 1/00-13/00 JICST file (JOIS)
Claims (6)
導波路と、波長0.8μm帯の励起光を発生する励起光
源と、該励起光を前記励起光源から前記光導波路内に入
射させる光学手段とを備え、 前記光導波路は、光機能性ガラスからなるコアと、該コ
アを取り囲み該コアより低い屈折率を有するクラッドと
を備えた光ファイバ、または、光機能性ガラスからなる
平面導波路を備えた導波路素子、であるとともに、 前記光機能性ガラスは、Nd3+を活性物質として含み、
波長1μm付近に吸収帯を有するNd3+以外の希土類イ
オンであるPr3+、Yb3+、Sm3+及びHo3+の内の少
なくとも一種類がNd3+とともに添加されていることを
特徴とする光増幅器。1. An optical waveguide for transmitting signal light in a wavelength band of 1.3 μm, an excitation light source for generating excitation light in a wavelength band of 0.8 μm, and the excitation light is made to enter the optical waveguide from the excitation light source. An optical fiber comprising a core made of optically functional glass and a clad surrounding the core and having a lower refractive index than the core, or a planar waveguide made of optically functional glass. A waveguide element having a waveguide, wherein the optically functional glass contains Nd 3+ as an active substance,
At least one of Pr 3+ , Yb 3+ , Sm 3+ and Ho 3+ which are rare earth ions other than Nd 3+ having an absorption band at a wavelength of about 1 μm is added together with Nd 3+. Optical amplifier.
導波路と、波長0.8μm帯の励起光を発生する励起光
源と、該励起光を前記励起光源から前記光導波路内に入
射させる光学手段とを備え、 前記光導波路は、光機能性ガラスからなるコアと、該コ
アを取り囲み該コアより低い屈折率を有するクラッドと
を備える光ファイバ、または、光機能性ガラスからなる
平面導波路を備えた導波路素子、であるとともに、 前記光機能性ガラスは、Nd3+を活性物質として含み、
基底準位から波数約4000cm-1の準位でエネルギー
伝達を示すNd3+以外の希土類イオンであるTb3+がN
d3+とともに添加されていることを特徴とする光増幅
器。2. An optical waveguide for transmitting signal light in a wavelength band of 1.3 μm, an excitation light source for generating excitation light in a wavelength band of 0.8 μm, and the excitation light is made to enter the optical waveguide from the excitation light source. An optical fiber comprising: a core made of optically functional glass; and a clad surrounding the core and having a lower refractive index than the core, or a planar waveguide made of optically functional glass. And the optical functional glass comprises Nd 3+ as an active material,
Tb 3+, which is a rare-earth ion other than Nd 3+ that exhibits energy transfer at a level of about 4000 cm −1 from the ground level, is N
An optical amplifier, which is added together with d 3+ .
Nd3+に対する重量%で50%から150%であること
を特徴とする請求項1または2に記載の光増幅器。3. The optical amplifier according to claim 1, wherein the concentration of the rare earth ions other than Nd 3+ is 50% to 150% by weight based on Nd 3+ .
を発生する励起光源と、該励起光を前記励起光源から前
記光導波路内に入射させる光学手段とを備え、 前記光導波路内からの波長1.3μm帯又はその近傍の
光を前記光導波路にフィードバックする共振器構造が形
成され、 前記光導波路は、光機能性ガラスからなるコアと、該コ
アを取り囲み該コアより低い屈折率を有するクラッドと
を備える光ファイバ、または、光機能性ガラスからなる
平面導波路を備えた導波路素子、であるとともに、 前記光機能性ガラスは、Nd3+を活性物質として含み、
波長1μm付近に吸収帯を有するNd3+以外の希土類イ
オンであるPr3+、Yb3+、Sm3+及びHo3+の内の少
なくとも一種類がNd3+とともに添加されていることを
特徴とするレーザ。4. An optical waveguide, comprising: an excitation light source that generates excitation light in a wavelength band of 0.8 μm; and an optical unit that causes the excitation light to enter the optical waveguide from the excitation light source. A resonator structure for feeding back light in the 1.3 μm band or its vicinity to the optical waveguide is formed, and the optical waveguide has a core made of optically functional glass, and has a lower refractive index than the core surrounding the core. An optical fiber comprising a clad having, or a waveguide element comprising a planar waveguide made of optical functional glass, wherein the optical functional glass contains Nd 3+ as an active material,
At least one of Pr 3+ , Yb 3+ , Sm 3+ and Ho 3+ which are rare earth ions other than Nd 3+ having an absorption band at a wavelength of about 1 μm is added together with Nd 3+. And a laser.
を発生する励起光源と、該励起光を前記励起光源から前
記光導波路内に入射させる光学手段とを備え、 前記光導波路内からの波長1.3μm帯又はその近傍の
光を前記光導波路にフィードバックする共振器構造が形
成され、 前記光導波路は、光機能性ガラスからなるコアと、該コ
アを取り囲み該コアより低い屈折率を有するクラッドと
を備える光ファイバ、または、光機能性ガラスからなる
平面導波路を備えた導波路素子、であるとともに、 前記光機能性ガラスは、Nd3+を活性物質として含み、
基底準位から波数約4000cm-1の準位でエネルギー
伝達を示すNd3+以外の希土類イオンであるTb3+がN
d3+とともに添加されていることを特徴とするレーザ。5. An optical waveguide, comprising: an excitation light source for generating excitation light in a wavelength of 0.8 μm band; and optical means for causing the excitation light to enter the optical waveguide from the excitation light source. A resonator structure for feeding back light in the 1.3 μm band or its vicinity to the optical waveguide is formed, and the optical waveguide has a core made of optically functional glass, and has a lower refractive index than the core surrounding the core. An optical fiber comprising a clad having, or a waveguide element comprising a planar waveguide made of optical functional glass, wherein the optical functional glass contains Nd 3+ as an active material,
Tb 3+, which is a rare-earth ion other than Nd 3+ that exhibits energy transfer at a level of about 4000 cm −1 from the ground level, is N
A laser, which is added together with d 3+ .
Nd3+に対する重量%で50%から150%であること
を特徴とする請求項4または5に記載のレーザ。6. The laser according to claim 4, wherein the concentration of the rare earth ion other than Nd 3+ is 50% to 150% by weight based on Nd 3+ .
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JP22061990 | 1990-08-22 | ||
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