JP4255077B2 - Optical amplifier and light source - Google Patents
Optical amplifier and light source Download PDFInfo
- Publication number
- JP4255077B2 JP4255077B2 JP2004251159A JP2004251159A JP4255077B2 JP 4255077 B2 JP4255077 B2 JP 4255077B2 JP 2004251159 A JP2004251159 A JP 2004251159A JP 2004251159 A JP2004251159 A JP 2004251159A JP 4255077 B2 JP4255077 B2 JP 4255077B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- optical
- glass
- fiber
- mol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
本発明は、光増幅用テルライトガラスを用いた、特に1.5μmから1.7μmの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体を構成に含む広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器に関する。また、本発明は、光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバとを、あるいはコア屈折率が互いに異なる非石英系ガラス光ファイバ同士を確実にかつ低損失、低反射で接続する光ファイバ接続構造、さらに光源に関する。 The present invention relates to an optical amplifier having a broadband and low noise characteristic , including a broadband optical amplification medium that can operate even in a wavelength range of 1.5 μm to 1.7 μm , using a tellurite glass for optical amplification . In addition, the present invention provides a reliable, low-loss, low-reflection, non-quartz glass optical fiber and silica-based glass optical fiber constituting an optical amplification medium , or non-quartz glass optical fibers having different core refractive indexes. In addition, the present invention relates to an optical fiber connection structure to be connected with, and a light source.
光通信システムの伝送容量の拡大および機能向上のために、1本の光ファイバの中に複数の波長の光信号を合波して伝送したり、逆に1本の光ファイバを伝搬してきた複数の波長の光信号を各波長ごとに分波したりする波長多重伝送技術(WDM:Wavelength Division Multiplexing)の研究開発が現在行われている。この伝送方式では、1本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送し、伝送距離に応じて従来と同じように中継増幅する必要がある。そこで、光信号波長を増し伝送容量を上げるには、広い増幅波長帯を持つ光増幅器が必要になる。 In order to expand the transmission capacity and improve the functions of an optical communication system, optical signals of a plurality of wavelengths are combined and transmitted in one optical fiber, or conversely, a plurality of optical signals propagated through one optical fiber. Research and development of wavelength division multiplexing (WDM) technology that demultiplexes an optical signal of a wavelength for each wavelength is currently underway. In this transmission method, it is necessary to transmit a plurality of optical signals having different wavelengths through a single optical fiber, and to relay and amplify the optical signal in the same manner as in the past according to the transmission distance. Therefore, in order to increase the optical signal wavelength and increase the transmission capacity, an optical amplifier having a wide amplification wavelength band is required.
また、光通信システムを保守、監視するためのシステムの波長には1.61μmから1.66μmの間の波長が考えられており、保守、監視システムのための光源や光増幅器の開発が望まれている。 Further, the wavelength of a system for maintaining and monitoring an optical communication system is considered to be a wavelength between 1.61 μm and 1.66 μm, and development of a light source and an optical amplifier for the maintenance and monitoring system is desired. ing.
近年、光通信分野への応用を目的として、コアに希土類元素を添加した光ファイバを光増幅媒体とした光ファイバ増幅器、例えばEr(エルビウム)添加光ファイバ増幅器(EDFA)の研究開発が進められ、光通信システムへの応用が盛んに進められている。このEDFAは、シリカ系光ファイバの損失が最低となる1.5μm帯で動作し、30dB以上の高利得、低雑音、広い利得帯域、利得が偏波無依存、高い飽和出力などの優れた特徴を有することが知られている。 In recent years, for the purpose of application to the optical communication field, research and development of an optical fiber amplifier using an optical fiber having a rare earth element added to the core as an optical amplification medium, for example, an Er (erbium) doped optical fiber amplifier (EDFA), has been promoted. Applications to optical communication systems are being actively promoted. This EDFA operates in the 1.5 μm band where the loss of silica-based optical fiber is minimized, and has excellent features such as high gain of 30 dB or more, low noise, wide gain band, gain independent of polarization, and high saturation output. It is known to have
上記EDFAをWDM伝送に応用するときに要求される性能の一つは、上記したように、増幅帯域が広いことである。これまで、増幅帯域の広いEDFAとして、フッ化物ガラスをEr添加光ファイバ増幅器のホストとして用いたフッ化物EDFAが開発されている。 One of the performances required when the EDFA is applied to WDM transmission is that the amplification band is wide as described above. So far, a fluoride EDFA using fluoride glass as a host of an Er-doped optical fiber amplifier has been developed as an EDFA having a wide amplification band.
ところで、テルライトEDFAを用いると、従来の石英系EDFAやフッ化物系EDFA増幅帯域よりも2倍以上広い1.53μmから1.56μmまでの波長増幅帯域よりも2倍以上広い1.53μmから1.61μmまでの波長帯域での一括増幅が可能となる。したがって、将来の超大容量WDMシステム用EDFAとして注目されている。 By the way, when tellurite EDFA is used, 1.53 μm to 1.3 μm wider than 1.53 μm to 1.56 μm wider than the wavelength amplification band from 1.53 μm to 1.56 μm wider than the conventional quartz EDFA and fluoride EDFA amplification bands. Collective amplification in a wavelength band up to 61 μm is possible. Therefore, it attracts attention as an EDFA for future ultra-high capacity WDM systems.
ところで、WDMシステム用EDFAとして要求される性能は、(1)増幅の広帯域性および(2)増幅の平坦性である。まず、増幅の広帯域性について述べる。 By the way, the performance required for an EDFA for a WDM system is (1) wide bandwidth of amplification and (2) flatness of amplification. First, the broadband property of amplification will be described.
このEr添加テルライト光ファイバを増幅媒体としたとき、増幅帯域が拡がるのは、テルライトガラス中では1.5μm帯の光増幅をひき起こすErの 4I13/3準位と 4I15/2準位の誘導放出断面が他のガラス中よりも大きくなり、特に、1.6μm帯の長波長域では他のガラス中より約2倍程の値を取るからである。従って、テルライトEDFAでは、他のEDFAに比べて長波長域で大きな利得が得やすくなっている。 When this Er-doped tellurite optical fiber is used as an amplifying medium, the amplification band is widened because the tellurite glass has a 4 I 13/3 level and 4 I 15/2 level of Er that cause optical amplification in the 1.5 μm band. This is because the stimulated emission cross section of the level becomes larger than in other glasses, and in particular, in the long wavelength region of 1.6 μm band, it takes about twice as much value as in other glasses. Therefore, in the tellurite EDFA, it is easy to obtain a large gain in a long wavelength region as compared with other EDFAs.
ところで、短波長域での増幅度は、基底準位の 4I15/2準位のErの占有率と 4I13/3準位の占有率との差で決まる。すなわち、 4I15/2準位が全く占有されていなければ、利得は1.50μmのような短波長まで得ることができる。 Incidentally, the amplification degree in a short wavelength range is determined by the difference between the occupancy of 4 I 15/2 level position of Er ground levels and 4 I 13/3 level position of occupancy. That is, if the 4 I 15/2 level is not occupied at all, the gain can be obtained up to a short wavelength such as 1.50 μm.
しかし、長波長域(例えば、1.60μm付近)で高い利得を得ようとして、ファイバ長を長くすると、 4I15/2準位のファイバ全体での占有率が上がり、短波長域での利得は得られなくなり、また、1.54μm付近の雑音指数(NF:Noise Figuve)も上ってしまうことになる。従って、テルライト光ファイバであっても、1本の光ファイバでカバーできる増幅帯域は限られたものになってしまう。実際、1本のテルライト光ファイバを用いて得られる低NFで高利得な動作波長域は、1.55μmから1.61μmの60nm程度である。 However, if the fiber length is increased in order to obtain a high gain in the long wavelength region (for example, around 1.60 μm), the occupation ratio of the entire fiber of the 4 I 15/2 level increases, and the gain in the short wavelength region increases. Cannot be obtained, and the noise figure (NF: Noise Figuve) near 1.54 μm is also increased. Therefore, even if it is a tellurite optical fiber, the amplification band which can be covered with one optical fiber will be limited. Actually, the operating wavelength range of low NF and high gain obtained by using one tellurite optical fiber is about 60 nm from 1.55 μm to 1.61 μm.
つぎに、WDMシステム用EDFAとして要求される第2の性質である増幅の平坦性について述べる。 Next, the flatness of amplification, which is the second property required as an EDFA for a WDM system, will be described.
ところで、WDMシステム用EDFAとして要求される性能は、(1)増幅の広帯域性および(2)増幅の平坦性である。テルライトEDFAは増幅の広帯域性には優れているけれども、増幅の平坦性は劣る。例えば、利得ピーク波長1.56μmと1.60μmとでの利得偏差は、15dB以上である(A. Mori et al. 前掲)。したがって、利得の平坦化を図るには、ファイバ・ブラッグ・グレーティング等の利得等化器をEDFAに適用する必要がある。しかし、利得偏差が大き過ぎる場合には平坦化するための利得等化器の設計が困難となったり、また複数の利得等化器を用いなければ利得等化ができなかったりするのが現状である。実際、テルライトEDFAの場合、利得偏差が15dB以上あるために、WDMシステムに適用される利得偏差が1dB以下のものが利得等化器を用いても実現されていない。 By the way, the performance required for an EDFA for a WDM system is (1) wide bandwidth of amplification and (2) flatness of amplification. While tellurite EDFA is excellent in amplification broadband, amplification flatness is inferior. For example, the gain deviation at a gain peak wavelength of 1.56 μm and 1.60 μm is 15 dB or more (A. Mori et al., Supra). Therefore, in order to flatten the gain, it is necessary to apply a gain equalizer such as a fiber Bragg grating to the EDFA. However, if the gain deviation is too large, it is difficult to design a gain equalizer for flattening, or gain equalization cannot be achieved without using a plurality of gain equalizers. is there. In fact, in the case of the tellurite EDFA, since the gain deviation is 15 dB or more, the gain deviation applied to the WDM system is not realized even if the gain equalizer is used.
EDFAの本来の増幅スペクトルの形状を変化させるには、誘導放出断面積スペクトルの形状を変える必要がある。 In order to change the shape of the original amplified spectrum of the EDFA, it is necessary to change the shape of the stimulated emission cross section spectrum.
テルライトEDFAの場合、その利得スペクトルを平坦化し、利得等化しやすくするには、1.6μm帯付近の誘導放出断面積が大きくなるようなファイバホストを用いると良い。これは、その場合、1.53μmから1.56μmまでの波長帯と1.6μm帯との利得偏差を低下させることができるためである。 In the case of tellurite EDFA, a fiber host having a large stimulated emission cross section in the vicinity of the 1.6 μm band may be used to flatten the gain spectrum and facilitate gain equalization. This is because in that case, the gain deviation between the wavelength band from 1.53 μm to 1.56 μm and the 1.6 μm band can be reduced.
従来のテルライトEDFAのファイバホストとしてはTeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 系ガラス(特願平9−30430号)がTeO2 −ZnO−Li2 O−Bi2 O3 (特願平9−226890号)などのガラスが用いられている。これらのガラス系では利得偏差は15dB以上になる。 As a fiber host of conventional tellurite EDFA, TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 glass (Japanese Patent Application No. 9-30430) is TeO 2 —ZnO—Li 2 O—Bi 2 O 3 (Japanese Patent Application). Glass such as No. 9-226890) is used. In these glass systems, the gain deviation is 15 dB or more.
ここで現在までの開発状況について簡単に説明する。 Here, the development status up to now will be briefly explained.
米国特許第3,836,868号ないし第3,836,871号および第3,883,357号においてCooley等は希土類元素を添加したテルライトガラスでレーザ発振が可能なことを示している。しかし、Cooley等はファイバ化までは行っておらず、ファイバ化に必要な屈折率の調整およびガラスの熱安定性には言及していない。 In US Pat. Nos. 3,836,868 to 3,836,871 and 3,883,357, Cooley et al. Show that laser oscillation is possible with tellurite glass doped with rare earth elements. However, Cooley et al. Have not yet made fiber, and do not mention adjustment of the refractive index necessary for fiberization and thermal stability of glass.
一方、米国特許第5,251,062号においてSnitzer 等はテルライトガラスを用いればEDFAの増幅帯域が拡大し、さらに光増幅にはファイバ化が不可欠であるとして、光学活性元素である希土類元素を含み、かつファイバ化が可能なテルライトガラスの組成範囲を具体的に開示した。そのガラスはTeO2 ,R2 OおよびQO(RはLi以外の一価金属、Qは二価金属)よりなる3元系である。すなわち熱安定性の低下などのため、Liは一価金属として除外されている。 On the other hand, Snitzer et al. In US Pat. No. 5,251,062 expands the amplification band of EDFAs when tellurite glass is used, and further, optical fiber is essential for optical amplification. The composition range of tellurite glass that can be included and made into a fiber is specifically disclosed. The glass is a ternary system composed of TeO 2 , R 2 O and QO (R is a monovalent metal other than Li and Q is a divalent metal). That is, Li is excluded as a monovalent metal due to a decrease in thermal stability.
米国特許第5,251,062号でSnitzer 等は前記テルライトガラス中および石英系ガラス中でのエルビウムイオンの蛍光スペクトルを比較し、テルライトガラス中の方がスペクトル幅が広いことから前記テルライトガラスを用いればEDFAの広帯域増幅が可能であり、さらに、プラセオジム、ネオジム等の添加が可能であることを示し、これら光学活性物質の添加により、前記3元系テルライトガラスを用いた光ファイバで光増幅が可能であるとしている。しかし、米国特許第5,251,062号には光増幅を実際に行ったことを示す利得、励起波長および信号波長などの具体的な記載は一切ない。すなわち、米国特許第5,251,062号は、単にファイバ化可能な3元系テルライトガラスの組成範囲を示し、光学活性な希土類元素を添加することが可能であることを示したにすぎない。 In US Pat. No. 5,251,062, Snitzer et al. Compare the fluorescence spectra of erbium ions in the tellurite glass and quartz glass, and the tellurite glass has a wider spectrum width. If glass is used, EDFA broadband amplification is possible, and addition of praseodymium, neodymium, etc. is possible. By adding these optically active substances, an optical fiber using the ternary tellurite glass can be used. It is said that optical amplification is possible. However, U.S. Pat. No. 5,251,062 has no specific description such as gain, pumping wavelength and signal wavelength indicating that optical amplification has actually been performed. That is, US Pat. No. 5,251,062 merely shows the composition range of ternary tellurite glass that can be made into a fiber, and only shows that it is possible to add optically active rare earth elements. .
さらにSnitzer 等はJ. S. Wang et. al, Optical Materials, 3(1994), pp.187-203 (以下、この文献をオプティカル・マテリアルズと呼ぶ。)において米国特許第5,251,062号に記載された以外の組成を含む種々のテルライトガラスの熱的および光学的特性を示している。しかし、ここでも光増幅およびレーザ発振についての具体的な記載はない。 Snitzer et al. Is described in US Pat. No. 5,251,062 in JS Wang et. Al, Optical Materials, 3 (1994), pp. 187-203 (hereinafter referred to as “Optical Materials”). Figure 2 shows the thermal and optical properties of various tellurite glasses containing other compositions. However, there is no specific description about optical amplification and laser oscillation here.
さらに、Snitzer 等は前記文献の直後に発行されたJ. S. Wang et. al, Optics Letters, 19(1994), pp.1448-1449 (以下、この文献をオプティックス・レターズと呼ぶ。)において初めてネオジム添加テルライトガラスの単一モードファイバを用いたレーザ発振に関して初めて報告している。 Snitzer et al. Added neodymium for the first time in JS Wang et. Al, Optics Letters, 19 (1994), pp. 1448-1449 (hereinafter referred to as Optics Letters), which was published immediately after the above-mentioned document. This is the first report on laser oscillation using tellurite glass single-mode fiber.
前記単一モードファイバはコアが76.9%TeO2 −6.0%Na2 O−15.5%ZnO−1.5%Bi2 O3 −0.1%Nd2 O3 、クラッドが75%TeO2 −5.0%Na2 O−20.0%ZnOで示される組成からなり、818nm励起で1061nmのレーザ発振を行っている。この文献中にファイバの損失は記載されていないが、前記オプティカル・マテリアルズ中にコア組成Nd2 O3 −77%TeO2 −6.0%Na2 O−15.5%ZnO−1.5%Bi2 O3 、クラッド組成75%TeO2 −5.0%Na2 O−20.0%ZnOのファイバ(オプティックス・レターズ記載のものと同一と推定される)の損失が1.55μmにおいて1500dB/km、励起光波長(0.98μm)において3000dB/kmであることが記載されている(図1を参照。この図は後述するテルライトガラス中のEr3+の 4I13/2→ 4I15/2発光およびフッ化物ガラス中のEr3+の 4I13/2→ 4I15/2発光を比較したものである)。 The single mode fiber has a core of 76.9% TeO 2 -6.0% Na 2 O-15.5% ZnO-1.5% Bi 2 O 3 -0.1% Nd 2 O 3 and a cladding of 75. It consists of a composition represented by% TeO 2 -5.0% Na 2 O-20.0% ZnO, and performs laser oscillation of 1061 nm with 818 nm excitation. Although the fiber loss is not described in this document, the core composition Nd 2 O 3 -77% TeO 2 -6.0% Na 2 O-15.5% ZnO-1.5 is included in the optical materials. % Bi 2 O 3 , cladding composition 75% TeO 2 -5.0% Na 2 O-20.0% ZnO fiber (estimated to be the same as described in Optics Letters) at 1.55 μm It is described that it is 1500 dB / km and 3000 dB / km at an excitation light wavelength (0.98 μm) (see FIG. 1. This figure shows Er 3+ 4 I 13/2 → 4 in tellurite glass described later. I 15/2 emission and Er 3+ in fluoride glass compared with 4 I 13/2 → 4 I 15/2 emission).
このファイバのコア組成はBi2 O3 が加わっている点で前記米国特許第5,251,062号の3元系と異なるが、前記3元系にBi2 O3 が加わった組成のガラスの熱安定性に関する記載は、このオプティックス・レターズにも、また前記オプティカル・マテリアルズ、米国特許第5,251,062号にも一切ない。 The core composition of the fiber is Bi 2 O 3 wherein differs from the U.S. Patent ternary No. 5,251,062 in that is applied, the glass having a composition applied is Bi 2 O 3 in the ternary There is no mention of thermal stability in this Optics Letters nor in the Optical Materials, US Pat. No. 5,251,062.
しかし、前述のフッ化物EDFAは増幅帯域が30nm程度であり、WDMの帯域拡大のためにファイバ増幅器の帯域拡大を行うためには、これだけではまだ不十分である。 However, the above-mentioned fluoride EDFA has an amplification band of about 30 nm, and this alone is still insufficient for expanding the bandwidth of the fiber amplifier for expanding the bandwidth of WDM.
一方、これまで述べてきた通り、テルライトガラスは蛍光スペクトルの幅が広いことからEDFAのホストとすれば増幅帯域を拡げられる可能性があることが示された。また、TeO2 ,R2 OおよびQO(RはLi以外の一価金属、Qは二価金属)よりなる3元系でファイバ化が可能であることも示され、前記組成を基本とするネオジム添加単一モードファイバで1061nmのレーザ発振が実現された。 On the other hand, as described above, tellurite glass has a wide fluorescence spectrum, and therefore, it has been shown that the amplification band may be expanded if it is a host of EDFA. It is also shown that a ternary system composed of TeO 2 , R 2 O and QO (R is a monovalent metal other than Li and Q is a divalent metal) can be made into a fiber, and neodymium based on the above composition. A laser oscillation of 1061 nm was realized with the doped single mode fiber.
しかし、テルライトガラスを用いたEDFAはまだ実現されていない。以下にテルライトEDFA実現のための課題を示す。 However, EDFA using tellurite glass has not been realized yet. The following are issues for realizing the Tellurite EDFA.
そのためにはまず、目的とするEDFAとこれまでに実現されたネオジム添加ファイバレーザとの相違、すなわちガラス中のエルビウムの1.5μm帯の発光とネオジムの1.06μm帯の発光の相違を示す必要がある。 For that purpose, first, it is necessary to show the difference between the target EDFA and the neodymium-doped fiber laser realized so far, that is, the difference between the erbium emission in the glass in the 1.5 μm band and the neodymium emission in the 1.06 μm band. There is.
前者の光学遷移は模式的に図2で示される。すなわち目的としている準位2から準位1への誘導放出を得るために、準位1から準位3(準位2よりエネルギーの高い準位)に励起して、準位3から準位2への緩和により準位1・2間の反転分布を形成している。これを3準位系という。一方、図3に示すように、誘導放出の終準位が基底準位ではなく、基底準位の上位準位である準位1のとき、これを4準位系という。3準位系は4準位系と比較して誘導放出の終準位が基底状態であるため反転分布を形成しにくい。したがって3準位系のEDFAでは励起光強度を強めるとともに、ファイバ自体も低損失化および高Δn化が必要である。高Δn化は効率的な励起のためである。 The former optical transition is schematically shown in FIG. That is, in order to obtain the intended stimulated emission from level 2 to level 1, it is excited from level 1 to level 3 (a level higher in energy than level 2), and from level 3 to level 2 An inversion distribution between levels 1 and 2 is formed by the relaxation to. This is called a three-level system. On the other hand, as shown in FIG. 3, when the final level of stimulated emission is not the ground level but level 1, which is the upper level of the ground level, this is called a 4-level system. Compared with the four-level system, the three-level system is less likely to form an inverted distribution because the final level of stimulated emission is in the ground state. Therefore, in the three-level EDFA, it is necessary to increase the excitation light intensity and to reduce the loss and increase Δn of the fiber itself. The increase in Δn is for efficient excitation.
ここで、ファイバの損失が大きいとたとえ光増幅は行えても増幅帯域が拡げられないことを簡単に示す。 Here, it is simply shown that even if optical fiber amplification can be performed if the fiber loss is large, the amplification band cannot be expanded.
図4に石英系EDFAとテルライトEDFAの利得の波長依存性の模式図を示す。テルライトEDFAはこの図のように石英系EDFAより広帯域な光増幅が期待できる。しかし、石英系ガラス以外のガラスでは石英系ガラスと比較して通信波長帯での損失は大きい。そのため、光ファイバ増幅器ではこの損失が利得を実質的に低下させる。 FIG. 4 shows a schematic diagram of the wavelength dependence of the gain of quartz-based EDFA and tellurite EDFA. As shown in this figure, the tellurite EDFA can be expected to have a wider optical amplification than the quartz EDFA. However, the glass other than the quartz glass has a larger loss in the communication wavelength band than the quartz glass. Therefore, this loss substantially reduces the gain in the optical fiber amplifier.
図5に模式的に示す通り、損失が小さい場合はテルライトガラスの増幅帯域は前記のものに近いが、損失が大きくなると増幅帯域が小さくなる。 As schematically shown in FIG. 5, when the loss is small, the amplification band of the tellurite glass is close to the above, but when the loss increases, the amplification band decreases.
ところで、最近のWDM伝送では、伝送容量の増大を図るために1チャネル当りの伝送速度の高速化が進められている。そのためには、伝送路の一部を構成しているEr添加光ファイバ自体の波長分散特性の最適化を図る必要があるが、これまで、このようなEr添加光ファイバ自体の波長分散に関して注意が払われていなかった。 By the way, in recent WDM transmission, in order to increase the transmission capacity, the transmission speed per channel is increased. For this purpose, it is necessary to optimize the chromatic dispersion characteristics of the Er-doped optical fiber itself constituting a part of the transmission line. However, attention has been paid to the chromatic dispersion of the Er-doped optical fiber itself. Was not paid.
テルライトガラスの場合、材料分散値が零となる波長は、2μmよりも長波長帯に位置し、EDFAに使用する高NA(Numerical Aperture)ファイバの波長分散値は、1.55μm帯において、通常、−100ps/km/nm以下の値を取ることになる。このため、ファイバを10m程度の短尺で用いた場合でも、このファイバの波長分散値は−1ps/nm以下の大きな値となる。 In the case of tellurite glass, the wavelength at which the material dispersion value becomes zero is located in a wavelength band longer than 2 μm, and the wavelength dispersion value of a high NA (Numerical Aperture) fiber used for EDFA is usually 1.55 μm band. , And takes a value of −100 ps / km / nm or less. For this reason, even when the fiber is used as short as about 10 m, the chromatic dispersion value of the fiber is a large value of −1 ps / nm or less.
従って、テルライトEDFAを長距離、高速WDM伝送に使用するためには、その波長分散値をできるだけ零に近づける必要がある。ところが、上述したように、テルライトガラスの材料分散値は2μm以上の波長域で零となるため、テルライトガラスファイバでは、石英ファイバで行われているようなファイバの構造パラメータを最適化することによって1.55μm帯での波長分散値を零に近づけるという手法が取れないのが現実である。 Therefore, in order to use the tellurite EDFA for long-distance high-speed WDM transmission, it is necessary to make the chromatic dispersion value as close to zero as possible. However, as described above, since the material dispersion value of tellurite glass becomes zero in the wavelength region of 2 μm or more, in the tellurite glass fiber, the structural parameters of the fiber as in the case of quartz fiber should be optimized. As a result, it is impossible to take the method of bringing the chromatic dispersion value in the 1.55 μm band close to zero.
また、テルライト光ファイバは、1.3μm帯増幅用のPr(プラセオジム)のホストとしても使用できる。ところが、前述のように、テルライト光ファイバは、1.3μm帯において、絶対値で大きな波長分散値を持つ。そのため、テルライト光ファイバを使用して高速光信号を増幅する場合には、パルス波長のひずみが誘起されるので、波長分散値の補正をしないと、光通信システム中での使用が困難になる。 The tellurite optical fiber can also be used as a Pr (praseodymium) host for 1.3 μm band amplification. However, as described above, the tellurite optical fiber has a large chromatic dispersion value as an absolute value in the 1.3 μm band. Therefore, when a high-speed optical signal is amplified using a tellurite optical fiber, distortion of the pulse wavelength is induced, so that it is difficult to use the optical communication system without correcting the chromatic dispersion value.
つぎに、非石英系光ファイバと石英系光ファイバとの接続について説明する。 Next, connection between the non-silica optical fiber and the silica optical fiber will be described.
上記のような非石英系光ファイバを実際に増幅用あるいは非線形光学用として使用する場合、石英系光ファイバと低損失でかつ低反射で接続する必要がある。しかし、非石英系光ファイバと石英系光ファイバとはそれぞれのコア屈折率が異なり、両者を図6および図7に示すように接続した場合、残留反射が存在し、実用的な使用に適用できる接続が実現できない。これらの図において、参照符号1は非石英系光ファイバ、2は石英系光ファイバ、5は光学接着剤、6は接着剤を示し、図6ではファイバ接続面に光学接着剤が介在しない。このため、図8に示すように、石英系光ファイバ2a,2bと非石英系光ファイバ1間に存在する残留反射によって、出力信号には両接続部の反射によって生じるゴースト(雑音として作用する)が発生し、信号の品質を著しく劣化する。このため、接続部の残留反射率としては、−60dB以上が要求(光ファイバ増幅器の場合)される(文献「武井他,“光増幅器モジュール”,沖電気開発,vol.64, No.1, pp.63-66, 1997」を参照)。例えば、Zr系フッ化物ファイバ、In系フッ化物ファイバ、カルコゲナイド系ガラスファイバ(ガラス組成As−S)、およびテルライトガラスファイバのコア屈折率はそれぞれ、1.48〜1.55(ガラス組成により変化)、1.45〜1.65(ガラス組成により変化)、2.4、および2.1であり、石英ファイバ(コア屈折率〜1.50)と接続した場合の反射減衰量R(単位はdB、残留反射率との関係は、残留反射率が負の値を示すのに対して、反射減衰量は残留反射率の絶対値を示し正の値を有する。)は下式(2)で求められる。 When a non-quartz optical fiber as described above is actually used for amplification or nonlinear optics, it needs to be connected to the quartz optical fiber with low loss and low reflection. However, the non-quartz optical fiber and the silica optical fiber have different core refractive indexes, and when they are connected as shown in FIGS. 6 and 7, there is residual reflection, which can be applied to practical use. Connection cannot be realized. In these drawings, reference numeral 1 is a non-quartz optical fiber, 2 is a silica optical fiber, 5 is an optical adhesive, and 6 is an adhesive. In FIG. 6, no optical adhesive is present on the fiber connection surface. For this reason, as shown in FIG. 8, a ghost (acts as noise) generated by reflection of both connection portions in the output signal due to residual reflection existing between the silica-based optical fibers 2a and 2b and the non-silica-based optical fiber 1. Occurs and the signal quality is significantly degraded. For this reason, the residual reflectance of the connection is required to be −60 dB or more (in the case of an optical fiber amplifier) (references “Takei et al.,“ Optical Amplifier Module ”, Oki Electric Development, vol. 64, No. 1, pp. 63-66, 1997 ”). For example, the core refractive indexes of Zr-based fluoride fiber, In-based fluoride fiber, chalcogenide-based glass fiber (glass composition As-S), and tellurite glass fiber are each 1.48 to 1.55 (varies depending on the glass composition) ), 1.45 to 1.65 (varies depending on the glass composition), 2.4, and 2.1, and the return loss R (unit: when connected to a quartz fiber (core refractive index to 1.50)) As for the relationship between dB and residual reflectance, the residual reflectance shows a negative value, whereas the reflection attenuation amount shows the absolute value of the residual reflectance and has a positive value. Desired.
ただし、nNS,nS はそれぞれ、石英系ファイバおよび非石英系ファイバのコア屈折率である。Zr系フッ化物ファイバ、In系フッ化物ファイバ、カルコゲナイド系ガラスファイバ(ガラス組成As−S)、およびテルライトガラスファイバと石英系ファイバ間の反射減衰量は、それぞれ、∞〜35dB、∞〜26dB、13dB、および16dBである。なお、Zr系フッ化物ファイバ、In系フッ化物ファイバに関しては、ガラスの組成を調整して石英系ファイバのコア屈折率と近づけることにより、反射減衰量を増加(残留反射率は低減)できる。しかし、これは、実用的なファイバを作製する上で大きな制約(例えば、ファイバ作製時のガラス組成の精密制御、低損失ファイバ作製に適したガラス組成との整合性を考慮)を受けることになる。また、石英系光ファイバと非石英系光ファイバ間の接続は、
1)両ファイバの軟化温度の差(石英系光ファイバの軟化温度1400度、非石英系光ファイバの軟化温度500度)により従来の融着接続が適用できないこと、
2)非石英系光ファイバに適した光コネクタ作製技術がないため、光コネクタ接続技術が適用できないこと等の理由により、両者を接続するのにも大きな課題があった。このため、Zr系フッ化物光ファイバ、In系フッ化物光ファイバに関してはガラス組成に依存なく、また、カルコゲナイド系ガラス光ファイバ、テルライトガラス光ファイバと石英系光ファイバとを確実にかつ低損失、低反射で接続する汎用的な接続技術が求められていた。
However, n NS and n S are the core refractive indexes of the silica-based fiber and the non-quartz-based fiber, respectively. Return loss between Zr-based fluoride fiber, In-based fluoride fiber, chalcogenide-based glass fiber (glass composition As-S), and tellurite glass fiber and quartz-based fiber is ∞ to 35 dB, ∞ to 26 dB, respectively. 13 dB and 16 dB. For Zr-based fluoride fibers and In-based fluoride fibers, the return loss can be increased (residual reflectivity is reduced) by adjusting the glass composition and bringing it closer to the core refractive index of the silica-based fiber. However, this is subject to significant restrictions in producing practical fibers (for example, considering precise control of glass composition during fiber production and consistency with glass compositions suitable for producing low-loss fibers). . The connection between silica-based optical fiber and non-silica-based optical fiber is
1) The conventional fusion splicing cannot be applied due to the difference in softening temperature between the two fibers (softening temperature of silica-based optical fiber is 1400 degrees, softening temperature of non-silica-based optical fiber is 500 degrees);
2) Since there is no optical connector manufacturing technology suitable for non-quartz optical fibers, there is a major problem in connecting the two due to the inability to apply the optical connector connection technology. For this reason, the Zr-based fluoride optical fiber and the In-based fluoride optical fiber do not depend on the glass composition, and the chalcogenide-based glass optical fiber, the tellurite glass optical fiber and the silica-based optical fiber are reliably and low-loss, A general-purpose connection technology for connecting with low reflection has been demanded.
この課題を解決するために開発された従来の接続技術の一つ(特開平6−27343号公報)を図9および図10に示す。この技術では、まず非石英系光ファイバ1および石英系光ファイバ2をそれぞれ光ファイバ保持筐体7aおよび7bで保持する。ここで、各々の光ファイバ1および2は、それぞれV溝基板8a,8bにより位置決めされ、接着剤10a,10bと光ファイバ固定板9a,9bにより光ファイバ保持筐体7aおよび7bに固定されている。また、光ファイバを保持した一方の光ファイバ保持筐体(図9では光ファイバ2を保持した光ファイバ保持筐体7b)の接続端面には、それぞれのファイバが接続された時に生じる反射を抑える目的であらかじめ誘電体膜18が設けられている。石英系光ファイバ2と非石英系光ファイバ1との接続は、図10に示すように、光ファイバ1と2の光軸が一致するように光ファイバ保持筐体7a,7b同士を調整後、紫外線硬化樹脂系の光学接着剤5を用いて接続する。この時、光ファイバ保持筐体7a,7bの接続端面は、それぞれ、非石英系ファイバおよび石英系ファイバ2の光軸に対して垂直であるため、接続点で反射が生じるとそのまま逆方向へ戻り、反射減衰量を劣化させる。そこで、この従来技術は、誘電体膜18によって接続点における反射を低下させようとするものである。しかし、この従来の接続では光学接着剤5の屈折率と誘電体膜18の屈折率および膜厚とを精密に調整する必要がある。すなわち、非石英系光ファイバ1のコア屈折率をn1 、石英系ファイバ2のコア屈折率をn2 とすると、光学接着剤5の屈折率はn1 に調整し、また、誘電体膜18の屈折率nf および膜厚tf は下式(3)および(4)の条件を満足する必要がある。 FIG. 9 and FIG. 10 show one of conventional connection technologies developed in order to solve this problem (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-27343). In this technique, first, the non-quartz optical fiber 1 and the silica optical fiber 2 are held by optical fiber holding housings 7a and 7b, respectively. Here, the optical fibers 1 and 2 are respectively positioned by the V-groove substrates 8a and 8b, and are fixed to the optical fiber holding housings 7a and 7b by the adhesives 10a and 10b and the optical fiber fixing plates 9a and 9b. . Also, the purpose of suppressing the reflection that occurs when each fiber is connected to the connection end face of one optical fiber holding case holding the optical fiber (in FIG. 9, the optical fiber holding case 7b holding the optical fiber 2). A dielectric film 18 is provided in advance. As shown in FIG. 10, the connection between the silica-based optical fiber 2 and the non-silica-based optical fiber 1 is performed after adjusting the optical fiber holding housings 7a and 7b so that the optical axes of the optical fibers 1 and 2 coincide. The connection is made using an ultraviolet curable resin-based optical adhesive 5. At this time, the connection end faces of the optical fiber holding housings 7a and 7b are perpendicular to the optical axes of the non-quartz fiber and the silica fiber 2, respectively. Deteriorate the return loss. Therefore, this prior art attempts to reduce reflection at the connection point by the dielectric film 18. However, in this conventional connection, it is necessary to precisely adjust the refractive index of the optical adhesive 5 and the refractive index and film thickness of the dielectric film 18. That is, if the core refractive index of the non-quartz optical fiber 1 is n 1 and the core refractive index of the silica fiber 2 is n 2 , the refractive index of the optical adhesive 5 is adjusted to n 1 , and the dielectric film 18 The refractive index n f and the film thickness t f must satisfy the conditions of the following expressions (3) and (4).
ただし、λは信号波長(使用する波長)である。 Where λ is a signal wavelength (a wavelength to be used).
以上述べたように、この従来接続技術では誘電体膜を用いて低反射・低損失の接続部を構成するため、光学接着剤5の屈折率と誘電体膜18の屈折率および膜厚とを精密に調整する必要があり、特性の優れる接続部を再現良く、歩留り良く実現する上で大きな問題があった。 As described above, in this conventional connection technique, a dielectric film is used to form a low-reflection / low-loss connection, so that the refractive index of the optical adhesive 5 and the refractive index and film thickness of the dielectric film 18 are determined. It was necessary to adjust precisely, and there was a big problem in realizing a connection portion with excellent characteristics with good reproducibility and yield.
また、第2の従来技術としては、図11に示すように、光ファイバ19aおよび19bを保持した光ファイバ保持筐体7a,7bのそれぞれの接続端面を、光ファイバの光軸と垂直な方向に対してθだけ傾斜するようにし、光ファイバ19aおよび19bの光軸が一致するように光ファイバ保持筐体7a,7b同士を位置調整した後に、光学接着剤5を用いて接続し、低反射で低損失な接続部を実現する斜め接続法があるが、この接続は光ファイバ19aのコア屈折率と光ファイバ19bのコア屈折率とがほぼ一致する場合に適用できる方法であり、非石英系光ファイバと石英系光ファイバのように、コア屈折率が互いに異なる場合には適用できなかった。 As a second conventional technique, as shown in FIG. 11, the connection end faces of the optical fiber holding housings 7a and 7b holding the optical fibers 19a and 19b are arranged in a direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber. The optical fiber holding housings 7a and 7b are aligned with each other so that the optical axes of the optical fibers 19a and 19b coincide with each other, and are connected using the optical adhesive 5 to reduce reflection. There is an oblique connection method that realizes a low-loss connection part. This connection is a method that can be applied when the core refractive index of the optical fiber 19a and the core refractive index of the optical fiber 19b substantially coincide with each other. It could not be applied when the core refractive indexes are different from each other, such as a fiber and a silica-based optical fiber.
したがって、本発明の課題は、Erの1.5μm帯の誘導放出断面積がより平坦になるファイバホストとして光増幅用テルライトガラスを用いた、特に1.5μmから1.7μmの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体を構成に含む広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器および光源を提供することを課題とする。さらに、前記光増幅器等において光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバと石英系光ガラスファイバとを、あるいはコア屈折率が互いに異なる非石英系ガラス光ファイバ同士を確実にかつ低損失、低反射で接続する汎用的・実用的な接続技術を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention, the stimulated emission cross-sectional area of 1.5μm band Er was used Teruraitogara scan for optical amplification as fiber host to become flatter, it can operate in particular wavelength range of 1.7μm from 1.5μm It is an object of the present invention to provide an optical amplifier and a light source having a broadband and low noise characteristic including a wide-band optical amplification medium. Furthermore, reliable and low-loss different non silica-based glass optical fibers to each other to each other and a non-silica-based glass optical fibers constituting the optical amplifying medium and the silica-based optical glass fiber, or core refractive index in the optical amplifier or the like, low The purpose is to provide a general-purpose and practical connection technology for connection by reflection.
上記課題を解決するために、本発明の光増幅器および光源は、以下のような構成からなるテルライトガラスを用いた光増幅媒体を構成に含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical amplifier and a light source of the present invention include an optical amplification medium using tellurite glass having the following configuration.
(1) テルライトガラスは、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
0<Bi2 O3 ≦20(モル%)、
0≦Na2 O≦35(モル%)、
0≦ZnO≦35(モル%)、および
55≦TeO2 ≦90(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする。
(1) Tellurite glass is a material glass for optical fibers or optical waveguides,
0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (mol%),
0 ≦ Na 2 O ≦ 35 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 35 (mol%), and 55 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
It has the composition which consists of.
(2) (1)に記載のテルライトガラスにおいて、好ましくは、前記テルライトガラスにおけるBi2 O3 の添加量は、
1.5<Bi2 O3 ≦15(モル%)
の範囲にある。
(2) In the tellurite glass according to (1), preferably, the added amount of Bi 2 O 3 in the tellurite glass is
1.5 <Bi 2 O 3 ≦ 15 (mol%)
It is in the range.
(3) テルライトガラスは、光ファイバまたは光導波路用の材料であって、
0<Bi2 O3 ≦20(モル%)、
0≦Li2 O≦25(モル%)、
0≦ZnO≦25(モル%)、および
55≦TeO2 ≦90(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする。
(3) Tellurite glass is a material for optical fiber or optical waveguide,
0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (mol%),
0 ≦ Li 2 O ≦ 25 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 25 (mol%), and 55 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
It has the composition which consists of.
(4) テルライトガラスは、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
0<Bi2 O3 ≦20(モル%)、
0≦M2 O≦35(モル%)、
0≦ZnO≦35(モル%)、および
55≦TeO2 ≦90(モル%)
からなる組成を持ち、さらに、前記MはNa、Li、K、Rb、Csからなる群から選択される少なくとも2種以上の一価金属であることを特徴とする。
(4) Tellurite glass is a material glass for optical fiber or optical waveguide,
0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (mol%),
0 ≦ M 2 O ≦ 35 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 35 (mol%), and 55 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
And M is at least two monovalent metals selected from the group consisting of Na, Li, K, Rb, and Cs.
(5) (4)に記載のテルライトガラスは、好ましくは、前記テルライトガラスにおけるBi2 O3 の添加量が、
1.5<Bi2 O3 ≦15(モル%)
である。
(5) The tellurite glass according to (4) preferably has an addition amount of Bi 2 O 3 in the tellurite glass.
1.5 <Bi 2 O 3 ≦ 15 (mol%)
It is.
(6) テルライトガラスは、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
0<Bi2 O3 ≦20(モル%)、
0<Li2 O≦25(モル%)、
0<Na2 O≦15(モル%)、
0≦ZnO≦25(モル%)、および
60≦TeO2 ≦90(モル%)
からなる組成を持つことを特徴とする。
(6) Tellurite glass is a material glass for optical fiber or optical waveguide,
0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (mol%),
0 <Li 2 O ≦ 25 (mol%),
0 <Na 2 O ≦ 15 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 25 (mol%), and 60 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
It has the composition which consists of.
(7) テルライトガラスは、少なくともコアにエルビウムを添加した光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、前記材料ガラスにAl2 O3 を加えた組成を有することを特徴とする。 (7) The tellurite glass is a material glass for an optical fiber or an optical waveguide in which erbium is added to at least a core, and has a composition in which Al 2 O 3 is added to the material glass.
(8) テルライトガラスは、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、前記材料ガラス組成は、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 −Al2 O3 からなる組成で、Mは1種類以上のアルカリ元素であることを特徴とする。 (8) Tellurite glass is a material glass for an optical fiber or an optical waveguide, and the material glass composition is composed of TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 —Al 2 O 3 , M is one or more alkali elements.
(9) テルライトガラスは、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
前記材料ガラス組成は、
0<Bi2 O3 ≦10(モル%)、
0<Li2 O≦30(モル%)、
0≦ZnO≦4(モル%)、および
70≦TeO2 ≦90(モル%)
0<Al2 O3 ≦3(モル%)
であることを特徴とする。
(9) Tellurite glass is a material glass for optical fibers or optical waveguides,
The material glass composition is:
0 <Bi 2 O 3 ≦ 10 (mol%),
0 <Li 2 O ≦ 30 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 4 (mol%), and 70 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
0 <Al 2 O 3 ≦ 3 (mol%)
It is characterized by being.
(10) テルライトガラスは、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
前記材料ガラス組成は、
0<Bi2 O3 ≦15(モル%)、
0<Na2 O≦30(モル%)、
0≦ZnO≦35(モル%)、および
60≦TeO2 ≦90(モル%)
0<Al2 O3 ≦4(モル%)
であることを特徴とする。
(10) Tellurite glass is a material glass for optical fiber or optical waveguide,
The material glass composition is:
0 <Bi 2 O 3 ≦ 15 (mol%),
0 <Na 2 O ≦ 30 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 35 (mol%), and 60 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
0 <Al 2 O 3 ≦ 4 (mol%)
It is characterized by being.
(11) (1)ないし(10)のいずれか一つに記載のテルライトガラスにおいて、好ましくは、前記テルライトガラスにおけるBi2 O3 の添加量が、
4<Bi2 O3 <7
である。
(11) (1) to the tellurite glass of any one of (10), preferably, the addition amount of Bi 2 O 3 in the tellurite glass,
4 <Bi 2 O 3 <7
It is.
(12) 光増幅媒体は、コアガラスとクラッドガラスとを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、(1)ないし(6)または(8)ないし(11)のいずれか一つに記載のテルライトガラスからなることを特徴とする。 (12) The optical amplifying medium is an optical amplifying medium comprising an optical fiber or an optical waveguide having a core glass and a clad glass, and any one of (1) to (6) or (8) to (11) It consists of the tellurite glass of description.
(13) 光増幅媒体は、コアガラスとクラッドガラスとを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、
前記コアガラスは、
0<Bi2 O3 ≦20(モル%)、
好ましくは1.5<Bi2 O3 ≦15(モル%)、
0<Na2 O<15(モル%)、
5≦ZnO≦35(モル%)、および
60≦TeO2 ≦90(モル%)
からなる組成を持つテルライトガラスであり、また
前記クラッドガラスは、
第1の組成:5<Na2 O<35(モル%)、0≦ZnO<10(モル%)、および55<TeO2 <85(モル%)と、
第2の組成:5<Na2 O<35(モル%)、10<ZnO≦20(モル%)、および55<TeO2 <85(モル%)と、
第3の組成:0≦Na2 O<25(モル%)、20<ZnO≦30(モル%)、および55<TeO2 <75(モル%)からなる群から選択される一つの組成を持つテルライトガラスからなることを特徴とする。
(13) The optical amplification medium is an optical amplification medium comprising an optical fiber or an optical waveguide having a core glass and a cladding glass,
The core glass is
0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (mol%),
Preferably 1.5 <Bi 2 O 3 ≦ 15 (mol%),
0 <Na 2 O <15 (mol%),
5 ≦ ZnO ≦ 35 (mol%), and 60 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
Is a tellurite glass having a composition consisting of:
First composition: 5 <Na 2 O <35 (mol%), 0 ≦ ZnO <10 (mol%), and 55 <TeO 2 <85 (mol%),
Second composition: 5 <Na 2 O <35 (mol%), 10 <ZnO ≦ 20 (mol%), and 55 <TeO 2 <85 (mol%),
Third composition: One composition selected from the group consisting of 0 ≦ Na 2 O <25 (mol%), 20 <ZnO ≦ 30 (mol%), and 55 <TeO 2 <75 (mol%). It consists of tellurite glass.
(14) (12)または(13)に記載の光増幅媒体において、好ましくは、前記コアガラスのテルライトガラスまたは前記クラッドガラスのテルライトガラスの少なくとも一つは、エルビウムまたはエルビウムおよびイッテルビウムが添加されている。 (14) In the optical amplification medium according to (12) or (13), preferably, at least one of the tellurite glass of the core glass or the tellurite glass of the clad glass is added with erbium or erbium and ytterbium. ing.
(15) (12)ないし(14)のいずれか一つに記載の光増幅媒体において、好ましくは、前記コアガラスのテルライトガラスまたは前記クラッドガラスのテルライトガラスの少なくとも一つは、ホウ素、リン、および水酸基からなる群から選択される少なくとも1種を含む。 (15) In the optical amplification medium according to any one of (12) to (14), preferably, at least one of the tellurite glass of the core glass or the tellurite glass of the clad glass is boron, phosphorus And at least one selected from the group consisting of hydroxyl groups.
(16) (12)ないし(15)のいずれか一つに記載の光増幅媒体において、好ましくは、前記コアガラスのテルライトガラスまたは前記クラッドガラスのテルライトガラスの少なくとも一つは、Ce,Pr,Nd,Sm,Tb,Gd,Eu,Dy,Ho,Tm、およびYbからなる群から選択される元素が添加されている。 (16) In the optical amplifying medium according to any one of (12) to (15), preferably, at least one of the tellurite glass of the core glass or the tellurite glass of the clad glass is Ce, Pr. , Nd, Sm, Tb, Gd, Eu, Dy, Ho, Tm, and an element selected from the group consisting of Yb are added.
(17) 光増幅媒体は、少なくともコアにエルビウムを添加した材料ガラスからなる光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、前記材料ガラスの組成はAl2 O3 を加えたテルライトガラスであることを特徴とする。 (17) The optical amplifying medium is an optical amplifying medium made of an optical fiber or an optical waveguide made of at least a material glass in which erbium is added to a core, and the composition of the material glass is tellurite glass to which Al 2 O 3 is added. It is characterized by being.
(18) 光増幅媒体は、材料ガラスからなるコアおよびクラッドを有し、かつエルビウムがコアに添加された光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、前記材料ガラスの組成は、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 −Al2 O3 からなる組成で、Mは1種類以上のアルカリ元素であることを特徴とする。 (18) The optical amplifying medium is an optical amplifying medium having an optical fiber or an optical waveguide having a core and a clad made of material glass and erbium added to the core, and the composition of the material glass is TeO 2 It is a composition comprising —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 —Al 2 O 3 , wherein M is one or more kinds of alkali elements.
(19) (12)ないし(18)のいずれか一つに記載の光増幅媒体において、好ましくは、カットオフ波長が0.4μmから2.5μmである。 (19) In the optical amplification medium according to any one of (12) to (18), the cutoff wavelength is preferably 0.4 μm to 2.5 μm.
本明細書においてレーザ装置は以下の構成からなる。
(20) レーザ装置は、光共振器と、励起光源とを持つレーザ装置であって、前記光共振器に備わる光増幅媒体の少なくとも一つは、(12)ないし(19)のいずれか一つに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする。
In this specification, the laser device has the following configuration .
(20) The laser device is a laser device having an optical resonator and a pumping light source, and at least one of the optical amplification media provided in the optical resonator is any one of (12) to (19). It consists of the optical amplification medium as described in above.
(21) レーザ装置は、少なくともコアにエルビルムを添加した光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置したレーザ装置であって、前記光増幅媒体の少なくとも一つは、(12)ないし(19)のいずれか一つに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする。 (21) The laser device is a laser device in which a plurality of optical amplifying media made of optical fibers with at least a core added with erbilum are arranged in series, wherein at least one of the optical amplifying media includes (12) to (19) It consists of the optical amplification medium as described in any one of these.
(22) レーザ装置は、光増幅媒体と励起光源とを有するレーザ装置であって、前記光増幅媒体は、(12)ないし(19)のいずれか一つに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする。 (22) The laser device is a laser device having an optical amplification medium and an excitation light source, and the optical amplification medium is composed of the optical amplification medium according to any one of (12) to (19). Features.
本明細書において、光増幅器は、以下の構成とすることができる。
(23) 光増幅器は、光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起する励起光および信号光を前記増幅媒体に入力する入力手段とを備えた光増幅器であって、前記光増幅媒体は、(12)ないし(19)のいずれか一つに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする。
In this specification, the optical amplifier may have the following configuration.
(23) The optical amplifier is an optical amplifier including an optical amplification medium, and input means for inputting excitation light and signal light for exciting the optical amplification medium to the amplification medium. 12) It consists of the optical amplification medium as described in any one of (19).
(24) 光増幅器は、少なくともコアにエルビウムを添加した光ファイバよりなる光増幅媒体を複数直列に配置した光増幅器であって、前記光増幅媒体の少なくとも一つは、(12)ないし(19)のいずれか一つに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする。 (24) The optical amplifier is an optical amplifier in which a plurality of optical amplifying media made of an optical fiber having at least a core added with erbium is arranged in series, and at least one of the optical amplifying media includes (12) to (19) It consists of the optical amplification medium as described in any one of these.
(25) 光増幅器は、テルライトガラスを増幅媒体とする光増幅器であって、光増幅媒体の前後の少なくとも1ケ所に該光増幅媒体とは異なる符号の波長分散値によって分散を補償する分散媒質が設けられていることを特徴とする。 (25) The optical amplifier is an optical amplifier using tellurite glass as an amplifying medium, and the dispersion medium compensates for dispersion by a wavelength dispersion value having a sign different from that of the optical amplifying medium in at least one position before and after the optical amplifying medium. Is provided.
(26) (25)に記載の光増幅器において、好ましくは、前記光増幅媒体が、希土類元素または遷移金属元素を添加したテルライトガラスからなる光導波路である。 (26) In the optical amplifier according to (25), preferably, the optical amplification medium is an optical waveguide made of tellurite glass to which a rare earth element or a transition metal element is added.
(27) (25)または(26)に記載の光増幅器において、好ましくは、前記テルライトガラスが、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 または、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 −Al2 O2 (Mは1種類以上のアルカリ元素)またはTeO2 −WO3 −La2 O3 −Bi2 O3 −Al2 O3 からなる組成を有する。 (27) In the optical amplifier according to (25) or (26), preferably, the tellurite glass is TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 or TeO 2 —ZnO—M 2 O—. Bi 2 O 3 —Al 2 O 2 (M is one or more alkali elements) or TeO 2 —WO 3 —La 2 O 3 —Bi 2 O 3 —Al 2 O 3 .
(28) (25)ないし(27)のいずれか一つに記載の光増幅器において、好ましくは、前記分散媒質が、光ファイバ、またはファイバ・ブラッグ・グレーティングである。 (28) In the optical amplifier according to any one of (25) to (27), preferably, the dispersion medium is an optical fiber or a fiber Bragg grating.
本発明の光増幅器は、以下の構成を有する。
(29) 光増幅器は、エルビウムが添加された光ファイバを増幅媒体として含む光増幅部が複数個直列に配置されてなる光増幅器であって、前記複数の光増幅部の第2段以降の少なくとも一つには、光ファイバ素材としてテルライトガラス光ファイバが用いられ、このテルライトガラス光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、エルビウム添加濃度および光ファイバ長積が前記テルライトガラス光ファイバより小さいエルビウム添加光ファイバが用いられていることを特徴とする。
The optical amplifier of the present invention has the following configuration.
(29) The optical amplifier is an optical amplifier in which a plurality of optical amplifying units including an optical fiber doped with erbium as an amplifying medium are arranged in series, and at least the second and subsequent stages of the plurality of optical amplifying units For example, a tellurite glass optical fiber is used as an optical fiber material, and an erbium-added concentration and an optical fiber length product are in the tellurite before the optical amplifying unit made of the tellurite glass optical fiber. An erbium-doped optical fiber smaller than a glass optical fiber is used.
(30) (29)に記載の光増幅器において、好ましくは、前記テルライトガラスが、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 またはTeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 −Al2 O3 (Mは1種類以上のアルカリ元素)またはTeO2 −WO3 −La2 O3 −Bi2 O3 −Al2 O3 からなる組成を有する。 (30) In the optical amplifier according to (29), preferably, the tellurite glass is TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 or TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 —. It has a composition consisting of Al 2 O 3 (M is one or more alkali elements) or TeO 2 —WO 3 —La 2 O 3 —Bi 2 O 3 —Al 2 O 3 .
(31) (29)または(30)に記載の光増幅器において、好ましくは、前記増幅媒体の素材として、前記テルライトガラス光ファイバとともに、フッ化物ガラス光ファイバ,石英系ガラス光ファイバ,フツリン酸系ガラス光ファイバ,リン酸系ガラス光ファイバまたはカルコゲナイド系ガラス光ファイバを用いる。 (31) In the optical amplifier according to (29) or (30), preferably, as a material of the amplification medium, together with the tellurite glass optical fiber, a fluoride glass optical fiber, a quartz glass optical fiber, a fluorophosphate glass An optical fiber, a phosphate glass optical fiber, or a chalcogenide glass optical fiber is used.
(32) (29)ないし(31)のいずれか一つに記載の光増幅器において、好ましくは、前記テルライトガラス光ファイバからなる光増幅部の前段の少なくとも一つの光増幅部に、テルライトガラス光ファイバ以外の光ファイバ素材が用いられている。 The optical amplifier according to any one of (32) (29) to (31), preferably, at least one optical amplification portion of the front side of the optical amplifying portion consisting of the tellurite glass optical fiber, tellurite glass optical fiber Other optical fiber materials are used.
(33) (29)ないし(32)のいずれか一つに記載の光増幅器において、好ましくは、前記テルライトガラス光ファイバからなる光増幅部の前段に配置された少なくともひとつの光ファイバのEr添加濃度および光ファイバ長積が前記テルライトガラス光ファイバのEr添加濃度および光ファイバ長積より小さい。 (33) In the optical amplifier according to any one of (29) to (32), preferably, the Er addition concentration of at least one optical fiber disposed in the front stage of the optical amplifying unit made of the tellurite glass optical fiber. And the optical fiber length product is smaller than the Er addition concentration and the optical fiber length product of the tellurite glass optical fiber.
(34) 光増幅器は、エルビウムが添加された光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器であって、エルビウム添加濃度および光ファイバ長積の異なるテルライトガラス光ファイバを少なくとも2つ以上直列に配置し、その配列の中では光ファイバ長積の小さな光ファイバが光ファイバ長積の大きな光ファイバの前段に配置されている配列構造を少なくとも一ケ所含むことを特徴とする。 (34) The optical amplifier is an optical amplifier using an optical fiber to which erbium is added as an amplification medium, and at least two or more tellurite glass optical fibers having different erbium addition concentrations and optical fiber length products are arranged in series. The arrangement includes at least one arrangement structure in which an optical fiber having a small optical fiber length product is disposed in front of an optical fiber having a large optical fiber length product.
(35) (34)に記載の光増幅器において、好ましくは、前記テルライトガラスが、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 またはTeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 −Al2 O3 (Mは1種類以上のアルカリ元素)からなる組成を有する。 (35) In the optical amplifier according to (34), preferably, the tellurite glass is TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 or TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 —. It has a composition composed of Al 2 O 3 (M is one or more alkali elements).
(36) (29)ないし(35)のいずれかに記載の光増幅媒体が複数個直列に配置された光増幅器であって、前記光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバである第1の光ファイバと該第1の光ファイバとはコアの屈折率が異なるガラスからなる第2の光ファイバの端部をそれぞれ、第1および第2の筐体に保持し、第1の筐体と第2の筐体が前記第1の光ファイバと第2の光ファイバとの光軸が一致するように調芯された状態で、第1の筐体と第2の筐体の接続端面を接続する場合に、前記第1の光ファイバと第2の光ファイバの光軸が前記接続端面の垂直軸に対して、それぞれ異なる角度で傾斜しており、また、前記第1の光ファイバの光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ1 と前記第2の光ファイバの光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ2 の関係が、第1の光ファイバのコア屈折率をn1 、第2の光ファイバのコア屈折率をn2 としたとき、 (36) A first optical amplifier in which a plurality of optical amplifying media according to any one of (29) to (35) are arranged in series, wherein the optical amplifying medium is a non-quartz glass optical fiber . The first optical fiber and the first optical fiber hold the end portions of the second optical fiber made of glass having different core refractive indexes in the first and second housings, respectively. In the state where the second casing is aligned so that the optical axes of the first optical fiber and the second optical fiber coincide with each other, the connection end surfaces of the first casing and the second casing are connected. The optical axes of the first optical fiber and the second optical fiber are inclined at different angles with respect to the vertical axis of the connection end face, and the optical axes of the first optical fiber Of the connecting end surface of the second optical fiber and the inclination angle θ 1 of the connecting end surface with respect to the vertical axis When the inclination angle θ 2 with respect to the vertical axis is such that the core refractive index of the first optical fiber is n 1 and the core refractive index of the second optical fiber is n 2 ,
のスネルの公式を満たした状態で接続されていることを特徴とする。 It is connected in a state satisfying the Snell's formula.
(37) (36)に記載の光増幅器において、好ましくは、前記第1の筐体と第2の筐体の接続端面が光学接着剤を介して接続されている。 (37) In the optical amplifier according to (36), preferably, the connection end surfaces of the first casing and the second casing are connected via an optical adhesive.
(38) (37)に記載の光増幅器において、好ましくは、前記第1の筐体と第2の筐体の接続面が密着した状態で接続されている。 (38) In the optical amplifier described in (37), it is preferable that the connection surfaces of the first casing and the second casing are connected in close contact.
(39) (36)ないし(38)のいずれか一つに記載の光増幅器において、好ましくは、前記第1および第2の光ファイバが、それぞれ非石英系ガラス光ファイバである。 (39) In the optical amplifier according to any one of (36) to (38), preferably, each of the first and second optical fibers is a non-quartz glass optical fiber.
(40) (36)ないし(39)のいずれか一つに記載の光増幅器において、好ましくは、前記非石英系ガラス光ファイバが、テルライトガラスファイバ、Zr系あるいはIn系フッ化物ガラスファイバ、カルコゲナイド系ガラスファイバのうちの1種である。 (40) In the optical amplifier according to any one of (36) to (39), preferably, the non-quartz glass optical fiber is a tellurite glass fiber , a Zr-based or In-based fluoride glass fiber, or a chalcogenide. It is one type of glass fiber.
(41) (36)ないし(39)のいずれか一つに記載の光増幅器において、好ましくは、前記非石英系ガラス光ファイバが、希土類元素を添加した、テルライトガラスファイバ、Zr系あるいはIn系フッ化物ガラスファイバ、カルコゲナイド系ガラスファイバのうちの1種である。 (41) In the optical amplifier according to any one of (36) to (39), preferably, the non-quartz glass optical fiber is a tellurite glass fiber , a Zr system, or an In system to which a rare earth element is added. One of fluoride glass fiber and chalcogenide glass fiber.
(42) (36)ないし(38)のいずれか一つに記載の光増幅器において、好ましくは、前記第2の光ファイバが石英系ガラス光ファイバであり、前記角度θ1 が8度以上である。 (42) In the optical amplifier according to any one of (36) to (38), preferably, the second optical fiber is a silica-based glass optical fiber, and the angle θ 1 is 8 degrees or more. .
(43) 光増幅器は、エルビウムが添加された光ファイバを光増幅媒体として含む光増幅部が複数個直列に配置されてなる光増幅器であって、前記光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバである第1の光ファイバと該第1の光ファイバとはコアの屈折率の異なるガラスからなる第2の光ファイバの端部をそれぞれ、第1および第2の筐体に保持し、第1の筐体と第2の筐体が前記第1の光ファイバと第2の光ファイバとの光軸が一致するように調芯された状態で、第1の筐体と第2の筐体の接続端面を接続する場合に、前記第1の光ファイバと第2の光ファイバの光軸が前記接続端面の垂直軸に対して、それぞれ異なる角度で傾斜しており、また、前記第1の光ファイバの光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ 1 と前記第2の光ファイバの光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ 2 の関係が、第1の光ファイバのコアの屈折率をn 1 、第2の光ファイバのコアの屈折率をn 2 としたとき、
のスネルの公式を満たす状態で接続されており、前記第1の光ファイバが光ファイバ素材としてテルライトガラス光ファイバが用いられ、このテルライトガラス光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、エルビウム添加濃度および光ファイバ長積が前記テルライトガラス光ファイバのEr添加濃度および光ファイバ長積より小さいエルビウム添加光ファイバが用いられており、
前記第2の光ファイバが石英系ガラス光ファイバであり、かつ前記角度θ 1 が8度以上であることを特徴とする。
(43) The optical amplifier is an optical amplifier in which a plurality of optical amplifying units including an optical fiber doped with erbium as an optical amplifying medium is arranged in series, and the non-quartz glass light constituting the optical amplifying medium The first optical fiber, which is a fiber, and the first optical fiber are respectively held by the first and second casings at the ends of the second optical fiber made of glass having different core refractive indexes, The first casing and the second casing in a state where the first casing and the second casing are aligned so that the optical axes of the first optical fiber and the second optical fiber coincide with each other. When connecting the connection end faces, the optical axes of the first optical fiber and the second optical fiber are inclined at different angles with respect to the vertical axis of the connection end face, respectively, and an optical fiber connecting end faces of the optical axis inclination angle theta 1 and the second with respect to the vertical axis When the relationship of the tilt angle theta 2 is, with n 1 the refractive index of the core of the first optical fiber, the refractive index of the core of the second optical fiber and n 2 with respect to the vertical axis of the connection end face of the optical axis of the fiber,
The first optical fiber is a tellurite glass optical fiber used as an optical fiber material, and the optical amplifying unit before the optical amplifying unit made of the tellurite glass optical fiber is connected. Erbium-doped optical fiber is used whose erbium-doped concentration and optical fiber length product are smaller than the Er-doped concentration and optical fiber length product of the tellurite glass optical fiber,
The second optical fiber is a silica glass optical fiber, and the angle θ 1 is 8 degrees or more.
(44) (43)に記載の光増幅器において、前記テルライトガラスが、TeO 2 −ZnO−M 2 O−Bi 2 O 3 、またはTeO 2 −ZnO−M 2 O−Bi 2 O 3 −Al 2 O 3 (式中、Mは1種類以上のアルカリ金属元素である)またはTeO 2 −WO 3 −La 2 O 3 −Bi 2 O 3 −Al 2 O 3 からなる組成を有することを特徴とする。
(44) The optical amplifier according to (43), wherein the tellurite glass is TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 or TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 —Al 2. O 3 and having a (wherein, M is one or more of an alkali metal element) or a composition consisting of TeO 2 -WO 3 -La 2 O 3 -Bi 2 O 3 -Al 2 O 3.
(45) (43)または(44)に記載の光増幅器において、前記第1の筐体と第2の筐体の接続端面が光学接着剤を介して接続されていることを特徴とする。
(45) In the optical amplifier described in (43) or (44), the connection end surfaces of the first casing and the second casing are connected via an optical adhesive.
(46) (43)ないし(45)のいづれか一つに記載の光増幅器において、前記第1の筐体と第2の筐体の接続面が密着した状態で接続されていることを特徴とする。
(46) In the optical amplifier according to any one of (43) to (45), the connection surfaces of the first casing and the second casing are connected in close contact with each other. .
本発明によれば、Erの1.5μm帯の誘導放出断面積がより平坦になるファイバホストとして光増幅用テルライトガラスを用いた、特に1.5μmから1.7μmの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体を構成に含む広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器および光源を提供することが可能となる。さらにまた、光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバとを、あるいはコア屈折率が互いに異なる非石英系光ファイバ同士を確実にかつ低損失、低反射で接続する汎用的・実用的な接続技術を提供することが可能となる。したがって、上記光増幅媒体、該光増幅媒体を用いた光増幅器の特性と、本来Er添加テルライトガラス光ファイバ増幅器のもつ広帯域性を合わせると波長多重光伝送システムや光CATVシステムの高性能化を進めることができ、その結果、それらシステムを用いたサービスの高度化、経済化に大きく寄与できるという利点がある。 According to the present invention, the stimulated emission cross-sectional area of 1.5μm band Er was used for optical amplification tellurite glass as fiber host to become more flat, operable in particular wavelength range of 1.7μm from 1.5μm It is possible to provide an optical amplifier and a light source having a broadband and low noise characteristic including a broadband optical amplification medium. Furthermore, non-quartz glass optical fiber and silica-based glass optical fiber constituting the optical amplifying medium , or non-silica-based optical fibers having different core refractive indexes can be reliably connected with low loss and low reflection. And practical connection technology can be provided. Accordingly, the optical amplifying medium, the characteristics of the optical amplification device using the optical amplification medium, the performance of the original Er-doped tellurite glass optical fiber amplifier align the broadband property if the wavelength-multiplexed optical transmission system and an optical CATV system with the As a result, there is an advantage that it can greatly contribute to the advancement and economy of services using these systems.
また、広帯域の増幅器として波長多重光伝送システムで利用すれば伝送容量の格段の増大が期待でき、情報通信の低コスト化に寄与できる。また、光CATVシステムにおいて、そのゲインチルトが小さい特性を利用して使用すれば、従来は困難であった波長多重による高品質な映像の分配や中継が可能となり、やはり光CATVの低コスト化が達成できるという大きなメリットがある。さらに、レーザ装置として応用すれば各種波長多重光伝送システムの低コスト化や光計測の高性能化に寄与できる。 Further, if it is used in a wavelength division multiplexing optical transmission system as a broadband amplifier, it can be expected that the transmission capacity will be remarkably increased, thereby contributing to the cost reduction of information communication. In addition, if the optical CATV system is used with the characteristic that the gain tilt is small, it is possible to distribute and relay high-quality video by wavelength multiplexing, which has been difficult in the past, and the cost reduction of the optical CATV is achieved. There is a big merit that you can. Furthermore, if it is applied as a laser device, it can contribute to cost reduction of various wavelength division multiplexing optical transmission systems and high performance of optical measurement.
まずはじめに、本明細書において光増幅媒体に用いられるBi2 O3 を組成に含むテルライトガラスついて説明する。このテルライトガラスは、
第一の組成(A):0<Bi2 O3 ≦20(モル%)、
0≦Na2 O≦35(モル%)、
0≦ZnO≦35(モル%)、および
55≦TeO2 ≦90(モル%)、または
第二の組成(B):1.5<Bi2 O3 ≦15(モル%)、
0≦Na2 O≦35(モル%)、
0≦ZnO≦35(モル%)、および
55≦TeO2 ≦90(モル%)、
第三の組成(C):0<Bi2 O3 ≦20(モル%)、
0≦LiO≦25(モル%)、
0≦ZnO≦25(モル%)、および
55≦TeO2 ≦90(モル%)
からなる組成を持つ。
First, tellurite glass containing Bi 2 O 3 used in the optical amplification medium in the present specification will be described. This tellurite glass
First composition (A): 0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (mol%),
0 ≦ Na 2 O ≦ 35 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 35 (mol%), and 55 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%), or the second composition (B): 1.5 <Bi 2 O 3 ≦ 15 (mol%),
0 ≦ Na 2 O ≦ 35 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 35 (mol%), and 55 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%),
Third composition (C): 0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (mol%),
0 ≦ LiO ≦ 25 (mol%),
0 ≦ ZnO ≦ 25 (mol%), and 55 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
It has a composition consisting of
ガラスの安定化をもたらす上記A(B);Bi2 O3 =5mol%の場合、C;Bi2 O3 =5mol%の場合の組成領域を図12および図13に示す。 FIG. 12 and FIG. 13 show composition regions in the case of the above A (B); Bi 2 O 3 = 5 mol%, C; Bi 2 O 3 = 5 mol%, which brings about stabilization of the glass.
ファイバ化に対するガラスの熱安定性はDSC(differential scanning calor imetry :示差走査熱量測定)の測定により評価でき、そのTx−Tgの値(Tx:結晶化温度、Tg:ガラス転移温度)が、大きい値をもつガラスがより安定なガラスである。すなわち、単一モードファイバ作製時には、母材延伸と線引き工程の2回にわたってTg以上の温度にガラス母材を熱するため、TxがTgに近い温度であれば結晶核が次々に成長し、ファイバの散乱損失が増大する。逆にTx−Tgの値が大きければ低損失なファイバが作製できる。上記組成領域内のガラスは、Tx−Tgの値が120℃以上の値を持ち、低損失なファイバ作製に使用できる。しかし、上記組成からはずれた組成のガラスをコアおよびクラッド両方に使用すると、低損失なファイバは作製できない。これらの組成のうち、特にBi2 O3 の添加はガラスの安定性に対して大きな効果をもたらす。図14にNa2 Oの入った系のBi2 O3 =0、1.5、5mol%の場合のDSCの測定結果を示す。測定はガラスの一部を粉砕し、一片30mgのバルクガラスを、銀製金メッキのシール容器に充填し、アルゴンガス雰囲気中、昇温速度10℃/分で行った。この図から明らかなように、Tx−Tgの値はBi2 O3 =0のガラスでは119.2℃、Bi2 O3 =1.5mol%では121.6℃であるのに対し、Bi2 O3 =5mol%の場合では167.5℃となり、特にBの組成では40℃以上熱安定性が向上していることがわかる。図15にLi2 Oのはいった系のBi2 O3 =0または5mol%の場合のDSCの同様な測定結果を示す。この図から明らかなように、Tx−Tgの値はBi2 O3 =0のガラスでは54.6℃であるのに対し、Bi2 O3 =5mol%の場合では結晶化の発熱ピークの見られないすなわちTx−Tgが無限大となり熱安定性は飛躍的に向上する。このような効果は、3価の金属酸化物(Al2 O3 ,La2 O3 ,Er2 O3 ,Nd2 O3 など)を添加した場合にも同様に見られた。 The thermal stability of glass against fiberization can be evaluated by DSC (differential scanning calorimetry) measurement, and the Tx-Tg value (Tx: crystallization temperature, Tg: glass transition temperature) is a large value. Glass with a more stable glass. That is, when the single mode fiber is manufactured, the glass base material is heated to a temperature equal to or higher than Tg for two times of the base material drawing and drawing process. Therefore, if Tx is close to Tg, crystal nuclei grow one after another. Scattering loss increases. Conversely, if the value of Tx−Tg is large, a low-loss fiber can be manufactured. The glass in the composition region has a value of Tx−Tg of 120 ° C. or more, and can be used for producing a low-loss fiber. However, if glass having a composition deviating from the above composition is used for both the core and the clad, a low-loss fiber cannot be produced. Of these compositions, especially the addition of Bi 2 O 3 has a great effect on the stability of the glass. FIG. 14 shows DSC measurement results in the case of Bi 2 O 3 = 0, 1.5, and 5 mol% in a system containing Na 2 O. The measurement was performed by crushing a part of the glass, filling a 30 mg piece of bulk glass into a silver gold-plated sealed container, and in an argon gas atmosphere at a heating rate of 10 ° C./min. As is apparent from this figure, the Tx-Tg value is 119.2 ° C. for Bi 2 O 3 = 0 glass and 121.6 ° C. for Bi 2 O 3 = 1.5 mol%, whereas Bi 2 In the case of O 3 = 5 mol%, the temperature is 167.5 ° C., and in particular, it can be seen that the thermal stability is improved by 40 ° C. or more in the composition of B. FIG. 15 shows the same DSC measurement result when Bi 2 O 3 = 0 or 5 mol% in a system containing Li 2 O. As is apparent from this figure, the value of Tx−Tg is 54.6 ° C. in the case of Bi 2 O 3 = 0 glass, whereas in the case of Bi 2 O 3 = 5 mol%, the exothermic peak of crystallization is observed. In other words, Tx−Tg becomes infinite, and the thermal stability is dramatically improved. Such an effect was similarly observed when a trivalent metal oxide (Al 2 O 3 , La 2 O 3 , Er 2 O 3 , Nd 2 O 3, etc.) was added.
また、Bi2 O3 の添加は屈折率制御の面からも重要な効果をもたらす。図16にTeO2 系ガラスの屈折率(nD )のBi2 O3 添加量依存性を示す。図のように、Bi2 O3 添加量を0から20モル%まで変化させると添加量に比例してnD は2.04から2.22まで増加する。 Addition of Bi 2 O 3 also has an important effect in terms of refractive index control. FIG. 16 shows the Bi 2 O 3 addition amount dependence of the refractive index (n D ) of TeO 2 -based glass. As shown in the figure, when the Bi 2 O 3 addition amount is changed from 0 to 20 mol%, n D increases from 2.04 to 2.22 in proportion to the addition amount.
この特性を利用して、Bi2 O3 添加量を変化させることによって、コア・クラッド間比屈折率差が0.2%程度の小さなものから6%程度の大きなものまで容易にファイバの設計を行うことができる。 By using this characteristic, the fiber design can be easily made from a small core-cladding relative refractive index difference of about 0.2% to a large one of about 6% by changing the amount of Bi 2 O 3 added. It can be carried out.
つぎに、光増幅器等を構成する光増幅媒体の一例について説明する。 Next, an example of an optical amplification medium constituting an optical amplifier or the like will be described.
この光増幅媒体は、コアガラスが、
A1 :0<Bi2 O3 ≦20(モル%)、
0<Na2 O<15(モル%)、
5≦ZnO≦35(モル%)、および
60≦TeO2 ≦90(モル%)
の組成領域のテルライトガラスであり、
クラッドガラスが、
B1 :5<Na2 O<35(モル%)、
0≦ZnO<10(モル%)、
55<TeO2 <85(モル%);または
C1 :5<Na2 O<35(モル%)、
10<ZnO≦20(モル%)、
55<TeO2 <85(モル%);または
D1 :0≦Na2 O<25(モル%)、
20<ZnO≦30(モル%)、および
55<TeO2 <75(モル%)
の組成領域のテルライトガラスからなる光ファイバまたは導波路を希土類のホストとする。ガラス安定化をもたらす上記B1 〜D1 の組成領域を図17に示す。
This optical amplification medium has a core glass,
A 1 : 0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (mol%),
0 <Na 2 O <15 (mol%),
5 ≦ ZnO ≦ 35 (mol%), and 60 ≦ TeO 2 ≦ 90 (mol%)
Is a tellurite glass of the composition region of
Clad glass
B 1 : 5 <Na 2 O <35 (mol%),
0 ≦ ZnO <10 (mol%),
55 <TeO 2 <85 (mol%); or C 1 : 5 <Na 2 O <35 (mol%),
10 <ZnO ≦ 20 (mol%),
55 <TeO 2 <85 (mol%); or D 1 : 0 ≦ Na 2 O <25 (mol%),
20 <ZnO ≦ 30 (mol%), and 55 <TeO 2 <75 (mol%)
An optical fiber or waveguide made of tellurite glass in the composition region is used as a rare earth host. FIG. 17 shows the composition region of B 1 to D 1 that brings about glass stabilization.
上記組成領域内のガラスは、そのTx−Tgの値(Tx:結晶化温度、Tg:ガラス転移温度)(ガラスの熱安定性を表す尺度であり、大きい値をもつガラスがより熱的に安定なガラスである。)が100℃以上の値をもち、ファイバ製造工程、たとえば、線引き工程などでも結晶化せず、低損失なファイバ製造に使用できる。しかし上記組成領域からはずれた組成のガラスでは、低損失なファイバ製造はできない。 The glass in the above composition region has a Tx-Tg value (Tx: crystallization temperature, Tg: glass transition temperature) (a measure representing the thermal stability of the glass, and a glass having a large value is more thermally stable. The glass has a value of 100 ° C. or higher, and does not crystallize in a fiber manufacturing process such as a drawing process, and can be used for manufacturing a low-loss fiber. However, it is not possible to produce a low-loss fiber with a glass having a composition deviating from the above composition range.
本明細書において光増幅媒体の実施形態は、前記コアガラスのテルライトガラスまたは前記クラッドガラスのテルライトガラスの少なくとも一つに、エルビウムまたはエルビウムおよびイッテルビウムが添加されていることを特徴とする。 In this specification, an embodiment of the optical amplification medium is characterized in that erbium or erbium and ytterbium are added to at least one of the tellurite glass of the core glass or the tellurite glass of the clad glass.
本明細書において、光増幅媒体と励起光源とを有するレーザ装置は、Er(エルビウム)を添加したテルライトガラスを用いた光ファイバを光増幅媒体として用い、Erの 4I13/2準位から 4I15/2準位への誘導放出遷移を利用することを最も主要な特徴とする。 In the present specification, a laser device having an optical amplification medium and an excitation light source, an optical fiber using the tellurite glass doped with Er (erbium) as the optical amplifying medium, from 4 I 13/2 level of Er The most important feature is the use of a stimulated emission transition to the 4 I 15/2 level.
図18はEr3+のエネルギー準位図である。この図では、上準位 4I13/2から基底準位 4I15/2への遷移により発光することが示されている。 FIG. 18 is an energy level diagram of Er 3+ . In this figure, it is shown that light is emitted by the transition from the upper level 4 I 13/2 to the ground level 4 I 15/2 .
また、図1に示すように、Er3+の 4I13/2→ 4I15/2発光は、フッ化物ガラス中では他のガラス、例えば、石英ガラス中などよりも幅広い 4I13/2→ 4I15/2発光帯を有することが知られている。しかし、図1からわかるように、1.6μmより長波長側では発光強度は小さくなり、Erはフッ化物ガラス中にあっても1.6μm以上の長波長での光増幅やレーザ発振は起こりにくくなる。 In addition, as shown in FIG. 1, Er 3+ 4 I 13/2 → 4 I 15/2 emission is wider in fluoride glass than in other glasses such as quartz glass 4 I 13/2 → It is known to have a 4 I 15/2 emission band. However, as can be seen from FIG. 1, the emission intensity becomes smaller at longer wavelengths than 1.6 μm, and even when Er is in fluoride glass, optical amplification and laser oscillation at longer wavelengths of 1.6 μm or more are unlikely to occur. Become.
しかし、Erはテルライトガラス中に添加されると他のガラス中よりも強い電場を受け、その結果、 4I13/2や 4I15/2準位等の受けるスターク効果による準位中の拡がりが大きくなり、より長波長域でも誘導放出断面積を持ち、図1で見られるように1.65μm以上の長波長でも蛍光が存在する。 However, when Er is added to tellurite glass, it receives a stronger electric field than in other glasses, and as a result, it is in the level due to the Stark effect received by the 4 I 13/2 and 4 I 15/2 levels. The spread becomes large, it has a stimulated emission cross section even in a longer wavelength region, and as shown in FIG. 1, fluorescence exists even at a longer wavelength of 1.65 μm or more.
従って、Erを少なくともコアに添加したテルライトガラス光ファイバを光増幅媒体とすれば、Er添加石英系ガラス光ファイバやEr添加フッ化物ガラス光ファイバでは実現できなかった1.5μmから1.7μmにかけての光増幅やレーザ装置が可能になる。 Therefore, if a tellurite glass optical fiber having at least Er added to the core is used as an optical amplifying medium, the distance from 1.5 μm to 1.7 μm, which could not be realized with an Er-added silica glass optical fiber or an Er-added fluoride glass optical fiber. Optical amplification and laser devices are possible.
テルライトガラスがホウ素、リンまたは水酸基のうち少なくとも1つを含むと、0.98μm光により 4I11/2準位を励起した場合も利得係数向上および雑音指数が改善される。すなわち、B−O,P−O,O−Hの振動エネルギーは、それぞれ約1400cm−1、1200cm−1、3700cm−1であり、これらを含まないテルライトガラスのフォノンエネルギーは600〜700cm−1であるので、倍以上大きくなる。このため、波長0.98μm付近の光でErの 4I11/2準位を直接励起して 4I13/2→ 4I15/2遷移による1.5μmの光増幅を起こすと多音子放出よる緩和を受け易く、 4I13/2準位の励起効率が低下しにくいからである(図18)。また、 4I11/2準位から 4I13/2 準位への緩和が起き易いと 4I13/2準位を1.48μm付近の光で直接励起するよりも 4I11/2準位を励起したのち 4I13/2準位を励起した方が 4I13/2準位および 4I15/2準位間の反転分布が得易く、従って雑音特性も優れるという利点がある。 When the tellurite glass contains at least one of boron, phosphorus, and a hydroxyl group, the gain coefficient and the noise figure are improved even when the 4 I 11/2 level is excited by 0.98 μm light. That, B-O, P-O , vibration energy of the O-H, respectively about 1400 cm -1, 1200 cm -1, is 3700 cm -1, phonon energy of tellurite glass containing no these 600~700Cm -1 Therefore, it becomes more than double. For this reason, if the 4 I 11/2 level of Er is directly pumped with light in the vicinity of a wavelength of 0.98 μm to cause 1.5 μm optical amplification by the 4 I 13/2 → 4 I 15/2 transition, polyphony This is because it is easy to undergo relaxation due to the emission, and the excitation efficiency of the 4 I 13/2 level is unlikely to decrease (FIG. 18). Also, 4 I 11/2 4 I 11/2 level than direct excitation with light in the vicinity of level from 4 I 13/2 1.48 .mu.m to easily when 4 I 13/2 level occurs relaxation to level easy inversion between better to excite the 4 I 13/2 level After exciting position is 4 I 13/2 level position and 4 I 15/2 level is obtained, thus there is an advantage that noise characteristics are excellent.
以下、図面を参照してテルライトガラス、該テルライトガラスを用いた光増幅媒体、該光増幅媒体を用いた広帯域光増幅器およびレーザ装置の参考実施例および本発明実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, reference examples of the tellurite glass, an optical amplifying medium using the tellurite glass, a broadband optical amplifier and a laser apparatus using the optical amplifying medium, and an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(参考実施例1)
溶融後にTeO2 (75mol%)−ZnO(20mol%)−Na2 O(5mol%)、TeO2 (77mol%)−ZnO(15.5mol%)−Na2 O(6mol%)−Bi2 O3 (1.5mol%)、TeO2 (73.5mol%)−ZnO(15.5mol%)−Na2 O(6mol%)−Bi2 O3 (5mol%)となるようにTeO2 、ZnO、Na2 NO3 、Bi2 O3 の原料を調合したものを20gるつぼに充填し、電気炉内で酸素雰囲気下、800℃で2時間溶融した。その後、200℃に予加熱したプレート上にキャストし、得られたガラスを250℃で4時間アニールした。このガラスの一部を破砕し、一片30mgのバルクガラスとめのう乳鉢で粉々にしたパウダー30mgの2種類のサンプルを銀製金メッキのシール容器に充填し、アルゴンガス雰囲気中、昇温速度10℃/分でDSC測定を行った。バルクガラスではTx−Tgの値はBi2 O3 =0のガラスでは119.2℃、Bi2 O3 =1.5mol%では121.6℃であるのに対し、Bi2 O3 =5mol%の場合では167.5℃となり、特に前記Bの範囲の組成では40℃以上熱安定性が向上していた。次に、パウダー状の試料の場合では、Tx−Tgの値はBi2 O3 =0のガラスでは80.2℃、Bi2 O3 =1.5mol%では76.3℃であるのに対し、Bi2 O3 =5mol%の場合では110.2℃となり、バルクで測定した場合よりTx−Tgの値が小さくなるが、そのガラスの熱安定性がより精密に測定でき、どちらの測定においてもBi2 O3 =5mol%添加することによって熱安定性が飛躍的に向上していたことがわかった。
( Reference Example 1)
After melting TeO 2 (75mol%) - ZnO (20mol%) - Na 2 O (5mol%), TeO 2 (77mol%) - ZnO (15.5mol%) - Na 2 O (6mol%) - Bi 2 O 3 TeO 2 , ZnO, Na so as to be (1.5 mol%), TeO 2 (73.5 mol%)-ZnO (15.5 mol%)-Na 2 O (6 mol%)-Bi 2 O 3 (5 mol%). A mixture of raw materials of 2 NO 3 and Bi 2 O 3 was filled in a 20 g crucible and melted at 800 ° C. for 2 hours in an electric furnace in an oxygen atmosphere. Then, it casted on the plate pre-heated to 200 degreeC, and obtained glass was annealed at 250 degreeC for 4 hours. A portion of this glass was crushed, and two samples of 30 mg of powder, 30 mg of bulk glass and powdered in an agate mortar, were filled into a silver gold-plated sealed container, and the heating rate was 10 ° C./min in an argon gas atmosphere. DSC measurement was performed. The bulk glass has a Tx-Tg value of 119.2 ° C. for Bi 2 O 3 = 0 glass and 121.6 ° C. for Bi 2 O 3 = 1.5 mol%, whereas Bi 2 O 3 = 5 mol%. In this case, the temperature was 167.5 ° C., and in particular, the thermal stability was improved by 40 ° C. or more in the composition in the range of B. Next, in the case of a powder-like sample, the value of Tx−Tg is 80.2 ° C. for Bi 2 O 3 = 0 glass and 76.3 ° C. for Bi 2 O 3 = 1.5 mol%. In the case of Bi 2 O 3 = 5 mol%, the temperature is 110.2 ° C., and the value of Tx−Tg is smaller than that measured in bulk, but the thermal stability of the glass can be measured more precisely. It was also found that the thermal stability was drastically improved by adding Bi 2 O 3 = 5 mol%.
本明細書中では特筆しない限りガラスの熱安定性に関するTx−Tgの値はバルクガラスでの測定値をもとに議論する。 In the present specification, unless otherwise specified, the value of Tx-Tg related to the thermal stability of glass is discussed based on the measured value in bulk glass.
バルクガラスでのDSC測定値を基準にTx−Tg≧120℃となるガラスの使用で低損失なファイバの作製が可能であると述べたが、この範囲のガラスで得られる損失は概ね1dB/km以下である。3準位系の光学遷移を用いて高効率な光増幅を行うために、これより約1桁低損失なファイバを得ようとすればより安定なガラスが必要になる。その際の評価基準としては前記パウダー状ガラスでのDSCの測定値が有効で、この測定Tx−Tg≧100℃となるガラスを用いれば〜0.1dB/kmの光ファイバを得ることができる。 It has been stated that it is possible to produce a low-loss fiber by using a glass with Tx−Tg ≧ 120 ° C. based on the DSC measurement value in the bulk glass. However, the loss obtained with this range of glass is approximately 1 dB / km. It is as follows. In order to perform high-efficiency optical amplification using the optical transition of the three-level system, a more stable glass is required to obtain a fiber with a loss about one order of magnitude lower than this. As an evaluation standard at that time, the DSC measurement value in the powdery glass is effective, and if a glass satisfying this measurement Tx−Tg ≧ 100 ° C. is used, an optical fiber of up to 0.1 dB / km can be obtained.
(参考実施例2)
コアガラスおよびクラッドガラスとして上記AまたはBで示したガラス組成のものを用いる。これらの組成物を、白金ルツボ、または金ルツボを用いて酸素雰囲気で溶融し、吸引成形(サクション・キャスティング)法によりプリフォームを作製した。また、同じく上記Aのガラス組成を用いて、ジャケット管を回転成形(ローテーショナル・キャスティング)法で作製した。これらプリフォーム、ジャケット管を用いてファイバ線引きした結果、最低損失が0.1dB/m以下、カットオフ波長が0.5μmから2.5μm、コア・クラッド間の比屈折率差が0.2%から6%のテルライトガラス光ファイバを作製することができた。
( Reference Example 2)
As the core glass and the clad glass, those having the glass composition indicated by A or B above are used. These compositions were melted in an oxygen atmosphere using a platinum crucible or a gold crucible, and a preform was produced by a suction molding (suction casting) method. Similarly, a jacket tube was produced by the rotational molding method using the glass composition of A above. As a result of fiber drawing using these preforms and jacket tubes, the minimum loss is 0.1 dB / m or less, the cutoff wavelength is 0.5 μm to 2.5 μm, and the relative refractive index difference between the core and the clad is 0.2%. 6% tellurite glass optical fiber could be produced.
また、コアまたはクラッド・ガラスにEr,Pr,Yb,Nd,Ce,Sm,Tm,Eu,Tb,HoまたはDy等の希土類を10重量%以下添加することができた(プリフォーム、ジャケット管の作製法については、カナモリらの文献:Kanamori et al., Proceeding of 9th International Symposium on Nonoxide Glasses, P.74, 1994を参照)。 Also, rare earth such as Er, Pr, Yb, Nd, Ce, Sm, Tm, Eu, Tb, Ho or Dy could be added to the core or clad glass by 10 wt% or less (preform, jacket tube (For the production method, see Kanamori et al., Kanamori et al., Proceeding of 9th International Symposium on Nonoxide Glasses, P. 74, 1994).
(参考実施例3)
コアガラスとして上記A1 で示したガラス組成のものを、またクラッドガラスとして上記B1 、C1 またはD1 で示したガラス組成のものを用いたこと以外は、参考実施例2と同様にしてテルライトガラス光ファイバを作成した。その結果、最低損失が0.1dB/m以下、カットオフ波長が0.5μmから2.5μm、コア・クラッド間の比屈折率差が0.2%から6%のテルライトガラス光ファイバを作製することができた。
( Reference Example 3)
Those as the core glass of the glass composition shown in the above A 1, also except for using those as the cladding glass of the glass composition shown in the above B 1, C 1 or D 1, in the same manner as in Reference Example 2 A tellurite glass optical fiber was prepared. As a result, a tellurite glass optical fiber having a minimum loss of 0.1 dB / m or less, a cutoff wavelength of 0.5 μm to 2.5 μm, and a relative refractive index difference between core and cladding of 0.2% to 6% is manufactured. I was able to.
また、コアまたはクラッド・ガラスにEr,Pr,Yb,Nd,Ce,Sm,Tm,Eu,Tb,HoまたはDy等の希土類を10重量%以下添加することができた。 Further, 10 wt% or less of rare earth such as Er, Pr, Yb, Nd, Ce, Sm, Tm, Eu, Tb, Ho or Dy could be added to the core or clad glass.
(参考実施例4)
TeO2 (68.6モル%)−Na2 O(7.6モル%)−ZnO(19.0モル%)−Bi2 O3 (4.8モル%)ガラスをコア材としてErを1000ppm添加し、TeO2 (71モル%)−Na2 O(8モル%)−ZnO(21モル%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.3μm、コア・クラッド間屈折率差2%の光ファイバを形成し、これを光増幅媒体とした。この光増幅媒体を用い、1.5μmから1.7μmの波長帯の光増幅器を作製し、増幅実験を行った。励起波長として0.98μmを選び、1.5μmから1.7μm帯の信号光源としてDFBレーザを用いた。
( Reference Example 4)
TeO 2 (68.6 mol%) - Na 2 O (7.6 mole%) - ZnO (19.0 mole%) - Bi 2 O 3 ( 4.8 mol%) 1000 ppm added Er glass as a core material and, TeO 2 (71 mol%) - Na 2 O (8 mol%) - ZnO (21 mol%) of glass and a cladding material, the cut-off wavelength 1.3 .mu.m, the core-clad between the refractive index difference of 2% of the optical fiber This was used as an optical amplification medium. Using this optical amplification medium, an optical amplifier having a wavelength band of 1.5 μm to 1.7 μm was fabricated, and an amplification experiment was performed. An excitation wavelength of 0.98 μm was selected, and a DFB laser was used as a signal light source in the 1.5 μm to 1.7 μm band.
図19は、本参考実施例の光増幅器の概略的構成を示す図である。信号光源101および励起光源102は光カップラ103を介して増幅用光ファイバ104の一端に接続され、増幅用光ファイバ104の他端には光アイソレータ105が接続されている。なお、各部品の接続は光ファイバ106で行われている。 FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of the optical amplifier according to the present embodiment. The signal light source 101 and the excitation light source 102 are connected to one end of an amplification optical fiber 104 via an optical coupler 103, and an optical isolator 105 is connected to the other end of the amplification optical fiber 104. Each component is connected by the optical fiber 106.
このような構成からなる光増幅器を用いた増幅実験により、1.5μmから1.7μmの間の波長で増幅利得を得ることができた。 By an amplification experiment using the optical amplifier having such a configuration, an amplification gain could be obtained at a wavelength between 1.5 μm and 1.7 μm.
また、同じ光増幅媒体を用いて、図20で示すチューナブルな狭帯域バンドパスフィルタを挿入したリングレーザを構成した。かかるリングレーザは、図19の信号光源1の代りに、光アイソレータ105の出力側を光カップラ103に接続してリング状の光共振器を形成し、このリング状光共振器の途中に狭帯域バンドパスフィルタ107を挿入したものである。そして、狭帯域バンドパスフィルタ7の透過域を1.5μmから1.7μmの間で変動させ、励起光源102から光を入射してレーザ発振実験を行った。その結果、出力端108から上記波長帯でのレーザ発振を確認することができた。 Further, a ring laser in which the tunable narrow band-pass filter shown in FIG. 20 was inserted was configured using the same optical amplification medium. In this ring laser, instead of the signal light source 1 in FIG. 19, the output side of the optical isolator 105 is connected to the optical coupler 103 to form a ring-shaped optical resonator, and a narrow band is formed in the middle of the ring-shaped optical resonator. A band-pass filter 107 is inserted. Then, the transmission region of the narrow band-pass filter 7 was varied between 1.5 μm and 1.7 μm, and light was incident from the excitation light source 102 to perform a laser oscillation experiment. As a result, it was possible to confirm laser oscillation in the wavelength band from the output end 108.
以上の参考実施例では励起波長として0.98μmを使い、 4I11/2準位を励起したが、1.48μm帯の波長を用い 4I13/2準位を直接励起しても良いことは言うまでもない。また、0.98μmより短波長の光で 4I11/2準位よりエネルギーの高い準位を励起しても良い。 In the above reference example, 0.98 μm was used as the excitation wavelength and the 4 I 11/2 level was excited. However, the 4 I 13/2 level may be directly excited using the wavelength of the 1.48 μm band. Needless to say. Further, a level having a higher energy than the 4 I 11/2 level may be excited with light having a wavelength shorter than 0.98 μm .
(参考実施例5)
図19に示す光増幅器を用い、1.5μm帯の光増幅実験を行った。励起波長は0.98μmであった。その結果、1.53μm以上の波長域で雑音指数が7dB以下で増幅することができた。
( Reference Example 5)
Using the optical amplifier shown in FIG. 19, a 1.5 μm band optical amplification experiment was conducted. The excitation wavelength was 0.98 μm. As a result, amplification was possible with a noise figure of 7 dB or less in a wavelength region of 1.53 μm or more.
(参考実施例6)
Erの代りにErおよびYbを共添加したガラスをコアとした以外は参考実施例3と同様な光ファイバを作製し、光増幅媒体とした。
( Reference Example 6)
An optical fiber similar to that in Reference Example 3 was produced except that Er and Yb were added in addition to Er as a core, and used as an optical amplification medium.
この光増幅媒体を用い、参考実施例4および参考実施例5の構成で、光増幅実験およびレーザ発振実験を行った。励起波長として1.029μm(Yb添加YAGレーザ)、1.047μm(Nd添加YLFレーザ)、1.053μm(Nd添加YAGレーザ)、1.064(Nd添加YAGレーザ)等を使った。このようにYbをErと共添加した場合、YbからErへのエネルギー移動を利得することにより、上述したような波長で励起しても1.5μmから1.7μmの間でのレーザ発振および1.5μm帯の広帯域光増幅を確認することができた。 Using the optical amplification medium, in the configuration of Reference Example 4 and Reference Example 5 were carried out optical amplification experiments and laser oscillation experiment. As the excitation wavelength, 1.029 μm (Yb-doped YAG laser), 1.047 μm (Nd-doped YLF laser), 1.053 μm (Nd-doped YAG laser), 1.064 (Nd-doped YAG laser), or the like was used. Thus, when Yb is co-added with Er, gain of energy transfer from Yb to Er gives a laser oscillation between 1.5 μm and 1.7 μm and 1 It was possible to confirm broadband optical amplification in the .5 μm band.
以上の参考実施例1〜6では光ファイバの組成として一例を示した。たとえば、Cs2 O,Rb2 O,K2 O,Li2 O,BaO,SrO,CaO,MgO,BeO,La2 O3 ,Y2 O3 ,Sc2 O3 ,Al2 O3 ,ThO2 ,HfO2 ,ZrO2 ,TiO2 ,Ta2 O5 ,Nb2 O5 ,Wo3 ,Tl2 O,CdO,PbO,In2 O3 ,Ga2 O3 のいずれかひとつ以上をTeO2 とともに含むガラスであってもよい(参照:ガラスハンドブック(第8編)、作花済夫他編集、朝倉書店、昭和50年発行)。また、ErまたはErおよびYbは、コアのみでなく、クラッドにも添加してもよい。 In the above reference examples 1-6, an example was shown as a composition of the optical fiber . For example, Cs 2 O, Rb 2 O , K 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, La 2 O 3, Y 2 O 3, Sc 2 O 3, Al 2 O 3, ThO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , Wo 3 , Tl 2 O, CdO, PbO, In 2 O 3 , and Ga 2 O 3 together with TeO 2 Glass may also be used (see: Glass Handbook (8th edition), edited by Sakuo Sakuo et al., Asakura Shoten, published in 1975). Further, Er or Er and Yb may be added not only to the core but also to the cladding.
さらに、光増幅器は、前記光増幅媒体と、この光増幅媒体を励起する励起光源と、信号光の入力および出力手段を有するものであれば上述した構成に限定されるものではない。 Further, an optical amplifier, said optical amplifier medium, the excitation light source for exciting the light amplification medium, is not limited to the above-described configuration as long as it has an input and output means of the signal light.
また、レーザ装置は、光ファイバで構成された光共振器の途中に前記光増幅媒体を挿入し、さらに、この光増幅媒体を励起する励起光源を有するものであれば、特に限定されるものではない。 The laser device, inserting said optical amplification medium in the optical resonator constituted by an optical fiber, furthermore, as long as it has an excitation light source for exciting the optical amplification medium, the present invention is not particularly limited Absent.
(参考実施例7)
増幅用ファイバとしてEr1000ppmをコアに添加したファイバ4mを用いて1.5μm帯の増幅特性を測定した。コアガラス組成をTeO2 (68.6モル%)−ZnO(19モル%)−Na2 O(7.6モル%)−Bi2 O3 (4.8モル%)としてこれにP2 O5 を5重量%を添加し、クラッドガラス組成をTeO2 (71モル%)−Na2 O(8モル%)−ZnO(21モル%)とした。コア・クラッド間屈折率差は2.5%であり、カットオフ波長を0.96μmとした。0.98μmの光(光源は半導体レーザ)を励起光として1.5μm帯の小信号利得を測定したところ、リンを添加しないものに比較し利得効率は5倍増加して2dB/mWに達した。また、入力信号レベルを−10dBmとして飽和領域での利得スペクトルを測定したところ、1530nmから1620nmまで90mm幅で利得がフラットになった(励起強度は200mWであった)。また、雑音指数はリンを添加しない場合は7dBであったが、リンを添加することにより4dBに低下した。このようにコアガラスとしてリンを添加することにより、利得係数および雑音指数が大幅に改善した。
( Reference Example 7)
Amplification characteristics in the 1.5 μm band were measured using a fiber 4 m in which Er 1000 ppm was added to the core as an amplification fiber. Core glass compositions TeO 2 (68.6 mol%) - ZnO (19 mol%) - Na 2 O (7.6 mole%) - Bi 2 O 3 P 2 O 5 to as (4.8 mol%) 5% by weight was added, and the clad glass composition was TeO 2 (71 mol%)-Na 2 O (8 mol%)-ZnO (21 mol%). The refractive index difference between the core and the clad was 2.5%, and the cutoff wavelength was 0.96 μm. When the small signal gain in the 1.5 μm band was measured using 0.98 μm light (the light source is a semiconductor laser) as a pumping light, the gain efficiency increased by a factor of 5 to 2 dB / mW compared to the case where phosphorus was not added. . Further, when the gain spectrum in the saturation region was measured with an input signal level of −10 dBm, the gain became flat with a width of 90 mm from 1530 nm to 1620 nm (excitation intensity was 200 mW). Further, the noise figure was 7 dB when phosphorus was not added, but decreased to 4 dB when phosphorus was added. By adding phosphorus as the core glass in this way, the gain coefficient and noise figure were greatly improved.
また、P2 O5 の代りにB2 O3 を添加しても利得係数および雑音指数の改善が確認できた。 Further, even when B 2 O 3 was added instead of P 2 O 5 , improvement in gain coefficient and noise figure could be confirmed.
(参考実施例8)
TeO2 (68.6モル%)−ZnO(19モル%)−Na2 O(7.6モル%)−Bi2 O3 (4.8モル%)をコアガラスとしてこれにOH基を5000ppm、Erを1000ppm添加したところ、利得係数はOH基を添加しないときと比較して3倍増加することが確認できた。
( Reference Example 8)
TeO 2 (68.6 mol%) - ZnO (19 mol%) - Na 2 O (7.6 mole%) - Bi 2 O 3 This 5000ppm an OH group as (4.8 mol%) of core glass, When Er was added at 1000 ppm, it was confirmed that the gain coefficient increased by a factor of 3 compared to when no OH group was added.
リンを添加した場合より利得係数の増加の程度が低いのはOH基の信号エネルギーが3700cm−1という大きな値を持つため、増幅の始準位である 4I13/2 準位もわずかに多音子放出により緩和されるためである。 The degree of increase in gain coefficient is lower than that when phosphorus is added because the signal energy of the OH group has a large value of 3700 cm −1 , and the 4 I 13/2 level, which is the starting level of amplification, is also slightly higher. This is because it is alleviated by phonon emission.
図21は前記光増幅媒体を構成に含むレーザ装置の一例を示す図であり、図中、参照符号111,111′は励起用半導体レーザ(波長:1480nm)、112,112′は信号光と励起光とを結合させる光カップラ、113,115は増幅用光ファイバ、114は光アイソレータであり、信号光はAのポートより入射したのちBのポートより出射する構成となっている。 FIG. 21 is a diagram showing an example of a laser device that includes the optical amplification medium . In the figure, reference numerals 111 and 111 ′ are pumping semiconductor lasers (wavelength: 1480 nm), and 112 and 112 ′ are signal light and pumping light. An optical coupler that couples light, 113 and 115 are optical fibers for amplification, and 114 is an optical isolator. The signal light enters from the port A and then exits from the port B.
参照符号113の増幅用ファイバとしてErを1000ppm添加したZrF4 系のフッ化物ガラス光ファイバ( 参考文献:Kanamori et al, Proceeding of 9th Intern ational Synposium on Non-Oxide Glasses, P.74, 1994) を用い、増幅用ファイバ115としてErを1000ppm添加したTeO2 −Na2 O−Bi2 O3 −ZnO系のテルライトガラス光ファイバを用いた。 A ZrF 4 fluoride glass optical fiber doped with 1000 ppm Er as an amplification fiber denoted by reference numeral 113 is used (reference: Kanamori et al, Proceeding of 9th International Synposium on Non-Oxide Glasses, P.74, 1994). As the amplification fiber 115, a TeO 2 —Na 2 O—Bi 2 O 3 —ZnO-based tellurite glass optical fiber added with 1000 ppm of Er was used.
それぞれの光ファイバともコア・クラッド間屈折率差は2.5%であり、カットオフ波長は1.35μm、ファイバ長はそれぞれ10m、および7mであった。参照符号111,111′の励起用半導体レーザの出力光強度を150mWとして1.5μm帯の利得スペクトルを測定した。得られた利得スペクトルを図22に示す。 In each optical fiber, the difference in refractive index between the core and the clad was 2.5%, the cutoff wavelength was 1.35 μm, and the fiber lengths were 10 m and 7 m, respectively. The gain spectrum in the 1.5 μm band was measured with the output light intensity of the pumping semiconductor lasers of reference numerals 111 and 111 ′ being 150 mW. The obtained gain spectrum is shown in FIG.
図22に示した利得スペクトルによれば、信号波長1530nmから1610nmまでの80nm幅で信号利得を値の変化を示す曲線はフラットな状態となる。すなわち、そのような波長帯で信号利得は30dB近傍の値に維持されていることがわかる。したがって、このような波長帯でゲインチルトも小さく抑えられることになる。Er添加フッ化物ガラス光ファイバを用いた場合の利得がフラットになる波長幅は1530nmから1560nmの30nmであるので、利得がフラットになる波長幅は2倍以上に広がった。またEr添加石英系ガラス光ファイバの場合は、フラットな波長幅はたかだか10nmであるので、8倍にも広がったことになる。 According to the gain spectrum shown in FIG. 22, the curve indicating the change in the value of the signal gain in the 80 nm width from the signal wavelength 1530 nm to 1610 nm is flat. That is, it can be seen that the signal gain is maintained at a value in the vicinity of 30 dB in such a wavelength band. Therefore, the gain tilt can be kept small in such a wavelength band. When the Er-doped fluoride glass optical fiber is used, the wavelength width at which the gain becomes flat is 30 nm from 1530 nm to 1560 nm, and thus the wavelength width at which the gain becomes flat has spread more than twice. In addition, in the case of an Er-doped silica glass optical fiber, the flat wavelength width is at most 10 nm, so that it has spread eight times.
本参考実施例では、Er添加ZrF4 系フッ化物ガラス光ファイバを前段に用い、Er添加テルライトガラス光ファイバを後段に使用したが、この逆でも良いし、InF3 系のフッ化物ガラス光ファイバでも良い。また、Er添加酸化物多成分ガラス光ファイバを増幅用光ファイバに加えても良い。要するに、増幅用光ファイバのひとつとしてEr添加テルライトガラス光ファイバを用いることが重要である。 In this reference example, an Er-doped ZrF 4 -based fluoride glass optical fiber was used in the former stage, and an Er-doped tellurite glass optical fiber was used in the latter stage, but this may be reversed, and an InF 3 -based fluoride glass optical fiber may also be used. good. Further, an Er-doped oxide multicomponent glass optical fiber may be added to the amplification optical fiber. In short, it is important to use an Er-doped tellurite glass optical fiber as one of the amplification optical fibers.
また、テルライトガラス光ファイバの組成としては本参考実施例で使用されたものに限定されるものではない。 Further, the composition of the tellurite glass optical fiber is not limited to that used in the present reference example.
また、増幅用光ファイバの励起法としては、前方励起、後方励起、双方向励起のいずれかを取っても良いことは言うまでもない。 It goes without saying that any one of forward pumping, backward pumping, and bidirectional pumping may be used as a pumping method for the amplification optical fiber.
(参考実施例9)
図23は前記テルライトガラス光ファイバを用いた光増幅媒体を構成に含むレーザ装置の他の参考実施例の概略的構成を示す図である。この参考実施例では、参考実施例8で用いた増幅用ファイバ113,115を直列に波長可変バンドパスフィルタ117(バンド幅3nm)を介して接続し、1480nmで透過率が99%、1500nmから1630nmで反射率が100%のミラー116を設け、また、他端に1500nmから1630nmで透過率20%のミラー118を設けてレーザ発振を行った。その結果、信号波長1500nmから1630nmの広い範囲でレーザ発振を確認することができ、1.5μmで使用できる広帯域チューナブルレーザとして使用できることがわかった。
( Reference Example 9)
FIG. 23 is a diagram showing a schematic configuration of another reference embodiment of a laser apparatus including an optical amplifying medium using the tellurite glass optical fiber in its configuration. In this reference example, the amplification fibers 113 and 115 used in Reference Example 8 are connected in series via a tunable bandpass filter 117 (bandwidth 3 nm), and the transmittance is 99% at 1480 nm, 1500 nm to 1630 nm. Then, a mirror 116 having a reflectance of 100% was provided, and a mirror 118 having a transmittance of 1500% to 1630 nm and a transmittance of 20% was provided at the other end for laser oscillation. As a result, it was found that laser oscillation could be confirmed in a wide range of signal wavelengths from 1500 nm to 1630 nm, and that it could be used as a broadband tunable laser that can be used at 1.5 μm.
以上説明したように、前記テルライトガラス光ファイバからなる光増幅媒体を用いれば、これまで光ファイバ増幅器では不可能であった1.5μmから1.7μmにかけての光増幅器やレーザ装置の構成が可能になり、1.55μm帯の光通信システムに用いられる保守・監視システムの高性能化が達成でき、光通信システムの安定な運用が可能になる。 As described above , if an optical amplifying medium made of the tellurite glass optical fiber is used, it is possible to construct an optical amplifier or a laser device from 1.5 μm to 1.7 μm, which has been impossible with an optical fiber amplifier so far. Thus, the performance of the maintenance / monitoring system used in the 1.55 μm band optical communication system can be improved, and the optical communication system can be stably operated.
また、増幅波長域が広い特性を利用すれば、フェムト秒のような短光パルスも効率良く増幅することもできるし、波長多重光伝送システム中に用いる光増幅器としても有効である。 Further, if a characteristic with a wide amplification wavelength region is used, a short optical pulse such as femtosecond can be efficiently amplified, and it is also effective as an optical amplifier used in a wavelength division multiplexing optical transmission system.
(参考実施例10)
本参考実施例では、参考実施例4で用いた光ファイバを使い、スーパールミネッセントレーザの動作を実施した。励起光源として1.48μmのレーザダイオードを用い、該テルライトガラス光ファイバの一端に入射した。光ファイバの他端を光ファイバ端面でのフレネル反射を抑えるため、角度10°で斜カットし、出射スペクトルを測定したところ、1.46μmから1.64μmの幅広い発光スペクトルが観測され、ブロードバンドのスーパールミネッセントレーザ装置として使用できることがわかった。
( Reference Example 10)
In this reference example, the operation of the super luminescent laser was performed using the optical fiber used in the reference example 4. A laser diode of 1.48 μm was used as an excitation light source, and was incident on one end of the tellurite glass optical fiber. In order to suppress Fresnel reflection at the end of the optical fiber, the other end of the optical fiber was obliquely cut at an angle of 10 °, and the emission spectrum was measured. As a result, a broad emission spectrum from 1.46 μm to 1.64 μm was observed, indicating a broadband super It was found that it can be used as a luminescent laser device.
(参考実施例11)
図19に示す光増幅器の構成において、光アイソレータの後に、利得を等化するためのフィルタ(チャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティング、プログラマブルフィルタ、ファブリーペローエタロン型フィルタ、マッハツエンダー型フィルタ等)を挿入して光増幅特性を測定した。−30dBmの信号強度の光を入射し、1.48μmで(200mW)励起したとき、フィルタを挿入しないと1530〜1580nmにかけて利得の山が観測されたが、フィルタを挿入し、その損失を調整することによりその利得の山を打ち消すことができ、1530nmから1610nmの波長域にかけてのWDM信号に対し、利得偏差0.2dB以下で動作できることが確認できた。
( Reference Example 11)
In the configuration of the optical amplifier shown in FIG. 19, after the optical isolator, a filter for equalizing the gain ( chirped fiber Bragg grating , programmable filter, Fabry-Perot etalon filter, Mach- Zender filter, etc.) is inserted. Then, the optical amplification characteristics were measured. When light with a signal intensity of −30 dBm is incident and excited at 1.48 μm (200 mW), a gain peak is observed from 1530 to 1580 nm unless the filter is inserted, but the filter is inserted to adjust the loss. As a result, it was confirmed that the peak of the gain could be canceled out, and it was possible to operate with a gain deviation of 0.2 dB or less with respect to the WDM signal in the wavelength range of 1530 nm to 1610 nm.
(参考実施例12)
Aの領域のガラスをコア、およびクラッドとしてコアにCe,Pr,Gd,Nd,Eu,Sm,Tb,Tm,Dy,Ho,YbまたはErを添加し導波路レーザおよび導波路型光増幅器として動作させた。その結果、それぞれ0.3μm、1.3μm、0.31μm、1.07μm、0.61μm、0.59μm、0.54μm、1.48μm、3.0μm、1.49μm、1μm、1.55μm帯で動作する広帯域レーザ発振および広帯域光増幅が確認できた。
( Reference Example 12)
Operates as a waveguide laser and a waveguide type optical amplifier by adding Ce, Pr, Gd, Nd, Eu, Sm, Tb, Tm, Dy, Ho, Yb or Er to the core with glass in the region A as a core and cladding I let you. As a result, 0.3 μm, 1.3 μm, 0.31 μm, 1.07 μm, 0.61 μm, 0.59 μm, 0.54 μm, 1.48 μm, 3.0 μm, 1.49 μm, 1 μm, 1.55 μm band, respectively. Broadband laser oscillation and broadband optical amplification operating in
(参考実施例13)
TeO2 (70モル%)−ZnO(18モル%)−Na2 O(6モル%)−Bi2 O3 (6モル%)ガラスをコア材にしてErを2000ppm添加し、TeO2 (68モル%)−ZnO(22モル%)−Na2 O(7モル%)−Bi2 O3 (3モル%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド間比屈折率差1.8%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。1.3μmにおけるファイバ損失は40dB/kmであった。この光ファイバを4m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。励起波長は前方が0.98μm、後方が1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、1500〜1630nmの110nm帯域で、5dB以上の小信号利得が得られた。このとき、1530nm以上の波長で雑音指数は5dB以下であった。
( Reference Example 13)
TeO 2 (70 mol%)-ZnO (18 mol%)-Na 2 O (6 mol%)-Bi 2 O 3 (6 mol%) glass was used as a core material and Er was added at 2000 ppm, and TeO 2 (68 mol%) was added. %)-ZnO (22 mol%)-Na 2 O (7 mol%)-Bi 2 O 3 (3 mol%) glass as a clad material, with a cutoff wavelength of 1.1 μm and a core-clad relative refractive index difference of 1 An 8% optical fiber was formed and used as an amplification medium. The fiber loss at 1.3 μm was 40 dB / km. An optical amplifier was constructed using 4 m of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted. The excitation wavelength used was bidirectional excitation with 0.98 μm at the front and 1.48 μm at the rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 5 dB or more was obtained in the 110 nm band of 1500 to 1630 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less at a wavelength of 1530 nm or more.
(参考実施例14)
参考実施例13と同様の光ファイバを15m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、特に1580〜1630nmの50nm帯域で、35dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dBであった。
( Reference Example 14)
An optical amplifier was configured using 15 m of the same optical fiber as in Reference Example 13, and an amplification experiment was performed. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 35 dB or more was obtained particularly in the 50 nm band of 1580 to 1630 nm. At this time, the noise figure was 5 dB.
(参考実施例15)
参考実施例13と同様の光ファイバを15m用いてレーザを構成した。キャビティは、全反射ミラーと1625nmで3%の反射率をもつファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて構成した。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。入射励起強度が300mWのとき、これまで石英系ガラス光ファイバやフッ化物ガラス光ファイバで得ることのできなかった1625nmにおいて150mWの高出力が得られた。
( Reference Example 15)
A laser was constructed using 15 m of the same optical fiber as in Reference Example 13. The cavity was constructed using a total reflection mirror and a fiber Bragg grating with 3% reflectivity at 1625 nm. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. When the incident excitation intensity was 300 mW, a high output of 150 mW was obtained at 1625 nm, which could not be obtained with a silica glass optical fiber or a fluoride glass optical fiber.
(参考実施例16)
TeO2 (68モル%)−ZnO(13モル%)−Na2 O(4モル%)−Bi2 O3 (15モル%)ガラスをコア材にしてErを3wt%添加し、TeO2 (69モル%)−ZnO(21モル%)−Na2 O(8モル%)−Bi2 O3 (2モル%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.4μm、コア・クラッド間比屈折率差5%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。この光ファイバを3cm用いて小型の光増幅器を構成し、増幅実験を行った。
( Reference Example 16)
TeO 2 (68 mol%)-ZnO (13 mol%)-Na 2 O (4 mol%)-Bi 2 O 3 (15 mol%) 3 wt% of Er is added using glass as a core material, and TeO 2 (69 mole%) - ZnO (21 mole%) - Na 2 O (8 mol%) - Bi 2 O 3 ( 2 mol%) of glass and a cladding material, the cutoff wavelength 1.4 [mu] m, between the core-clad relative refractive index difference A 5% optical fiber was formed and used as an amplification medium. A small optical amplifier was constructed using 3 cm of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted.
励起波長は1.48μmの前方励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、1530〜1610nmの80nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は7dB以下であった。 The excitation wavelength was 1.48 μm forward excitation. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band of 1530 to 1610 nm. At this time, the noise figure was 7 dB or less.
(参考実施例17)
TeO2 −ZnO−Li2 O−Bi2 O3 の4元系ガラスをBi2 O3 =5mol%に固定し、その他の組成を変えて50個作製し、参考実施例1のバルクガラスの場合と同様にDSCにより熱特性が測定した。その結果を図24に示す。この図に示すように、Aの領域でTx−Tgが120℃以上の安定なガラスが得られた。さらにBの領域では、結晶化の発熱ピークが現れない飛躍的に安定なガラスが得られた。このような熱的に安定なガラスを用いて光ファイバを作製すれば、ファイバ損失が低いだけでなく、歩留り率の高い光ファイバを大量に生産することができ、低価格化を実現することができる。そこで、Bの領域から選んだTeO2 (80モル%)−ZnO(5mol%)−Li2 O(10mol%)−Bi2 O3 (5mol%)ガラスをコア材としてErを2000ppm添加し、TeO2 (75mol%)−ZnO(5mol%)−Li2 O(15mol%)−Bi2 O3 (5mol%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド間比屈折率差2.5%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。1.2μmにおけるファイバ損失は20dB/kmであった。この光ファイバを3m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。
( Reference Example 17)
In the case of the bulk glass of Reference Example 1, the quaternary glass of TeO 2 —ZnO—Li 2 O—Bi 2 O 3 is fixed to Bi 2 O 3 = 5 mol%, and other compositions are changed to produce 50 pieces. The thermal characteristics were measured by DSC in the same manner as above. The result is shown in FIG. As shown in this figure, a stable glass having a Tx-Tg of 120 ° C. or higher in the region A was obtained. Furthermore, in the region B, a remarkably stable glass having no crystallization exothermic peak was obtained. If an optical fiber is made using such a thermally stable glass, not only the fiber loss is low, but also a high yield optical fiber can be produced in large quantities, and the cost can be reduced. it can. Therefore, 2000 ppm of Er was added using TeO 2 (80 mol%)-ZnO (5 mol%)-Li 2 O (10 mol%)-Bi 2 O 3 (5 mol%) glass selected from the B region as a core material, and TeO was added. 2 (75 mol%)-ZnO (5 mol%)-Li 2 O (15 mol%)-Bi 2 O 3 (5 mol%) glass as a cladding material, with a cutoff wavelength of 1.1 μm and a core-clad relative refractive index difference of 2 A 5% optical fiber was formed and used as an amplification medium. The fiber loss at 1.2 μm was 20 dB / km. An optical amplifier was constructed using 3 m of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted.
励起波長は前方が0.98μm、後方が1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、1530〜1610nmの80nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dB以下であった。 The excitation wavelength used was bidirectional excitation with 0.98 μm at the front and 1.48 μm at the rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band of 1530 to 1610 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less.
また、Aの領域から選んだTeO2 (70mol%)−ZnO(10mol%)−Li2 O(15mol%)−Bi2 O3 (5mol%)ガラスをコア材としてErを2000ppm添加し、TeO2 (70mol%)−ZnO(7mol%)−Li2 O(18mol%)−Bi2 O3 (5mol%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド間比屈折率差1.5%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。1.2μmにおけるファイバ損失は60dB/kmであった。この光ファイバを3m用いて光増幅器を構成し、同様に増幅実験を行った。その結果、1530〜1610nmの80nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dB以下であった。以上からAの領域のガラスからでも実用的な広帯域EDFAができることが示された。 Further, TeO 2 (70 mol%) — ZnO (10 mol%) — Li 2 O (15 mol%) — Bi 2 O 3 (5 mol%) glass selected from the region A was used as a core material, and 2000 ppm of Er was added thereto, and TeO 2 was added. (70 mol%)-ZnO (7 mol%)-Li 2 O (18 mol%)-Bi 2 O 3 (5 mol%) glass is used as the cladding material, the cutoff wavelength is 1.1 μm, and the core-clad relative refractive index difference is 1. A 5% optical fiber was formed and used as an amplification medium. The fiber loss at 1.2 μm was 60 dB / km. An optical amplifier was constructed using 3 m of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted in the same manner. As a result, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band of 1530 to 1610 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less. From the above, it was shown that a practical broadband EDFA can be made even from the glass in the region A.
(参考実施例18)
参考実施例17に記載の光ファイバを15m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、特に1580〜1630nmの50nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dB以下であった。
( Reference Example 18)
An optical amplifier was configured using 15 m of the optical fiber described in Reference Example 17, and an amplification experiment was performed. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained particularly in the 50 nm band of 1580 to 1630 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less.
(参考実施例19)
参考実施例17に記載の光ファイバを15m用いてレーザを構成した。キャビティは、全反射ミラーと1625nmで3%の反射率をもつファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて構成した。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。入射励起強度が300mWのとき、これまで石英系ガラス光ファイバやフッ化物ガラス光ファイバで得ることのできなった1625nmにおいて150mWの高出力が得られた。
( Reference Example 19)
A laser was constructed using 15 m of the optical fiber described in Reference Example 17. The cavity was constructed using a total reflection mirror and a fiber Bragg grating with 3% reflectivity at 1625 nm. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. When the incident excitation intensity was 300 mW, a high output of 150 mW was obtained at 1625 nm, which could not be obtained with a silica- based glass optical fiber or a fluoride glass optical fiber.
(参考実施例20)
TeO2 (68mol%)−ZnO(13mol%)−Na2 O(4mol%)−Bi2 O3 (15mol%)ガラスをコア材にしてErを3wt%添加し、TeO2 (69mol%)−ZnO(21mol%)−Na2 O(8mol%)−Bi2 O3 (2mol%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.4μm、コア・クラッド間比屈折率差5%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。この光ファイバを3cm用いて小型の光増幅器を構成し、増幅実験を行った。
( Reference Example 20)
TeO 2 (68 mol%)-ZnO (13 mol%)-Na 2 O (4 mol%)-Bi 2 O 3 (15 mol%) 3 wt% of Er is added using glass as a core material, and TeO 2 (69 mol%)-ZnO is added. (21mol%) - Na 2 O (8mol%) - Bi 2 O 3 (2mol%) of glass and the clad material, to form a cut-off wavelength 1.4 [mu] m, a core-clad between relative refractive index difference of 5% fiber This was used as an amplification medium. A small optical amplifier was constructed using 3 cm of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted.
励起波長は1.48μmの前方励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、1530〜1610nmの80nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dBであった。 The excitation wavelength was 1.48 μm forward excitation. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band of 1530 to 1610 nm. At this time, the noise figure was 5 dB.
(参考実施例21)
溶融後にTeO2 (73.5mol%)−ZnO(20mol%)−Na2 O(5mol%)−Bi2 O3 (1.5mol%)、TeO2 (73mol%)−ZnO(20mol%)−Na2 O(5mol%)−Bi2 O3 (2mol%)となるようにTeO2 、ZnO、Na2 CO3 、Bi2 O3 の原料を調合したものを90gるつぼに充填し、電気炉内で酸素雰囲気した、800℃で2時間溶融した。その後、250℃に予加熱した円筒中空鋳型内に融液をキャストし、直ちに蓋を融液注入口にした後、この鋳型を2000rpmで回転させながら水平に寝かせ3分間保った。その後室温まで徐冷した。得られたテルライトガラスは外形15mmφ、内径5mmφ、長さ130mmで下部に底を有する円筒状の管であった。得られた2本のガラス管全体を顕微鏡を用いて詳細に検討したところ、Bi2 O3 を1.5mol%添加したものは外壁近くに多数の結晶化が見られたのに対し、Bi2 O3 を2mol%添加した物はこのような結晶化は見られなかった。この2つのガラスの一部を粉砕し、めのう乳鉢で粉々にしたパウダー30mgの2種類のサンプルを銀製金メッキのシール容器に充填し、アルゴンガス雰囲気中、昇温速度10℃/分でDSC測定を行った。図25に測定結果を示す。
( Reference Example 21)
After melting TeO 2 (73.5mol%) - ZnO (20mol%) - Na 2 O (5mol%) - Bi 2 O 3 (1.5mol%), TeO 2 (73mol%) - ZnO (20mol%) - Na 90 g of crucible is charged with a mixture of TeO 2 , ZnO, Na 2 CO 3 and Bi 2 O 3 raw materials so that 2 O (5 mol%)-Bi 2 O 3 (2 mol%) is obtained. It was melted at 800 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere. Thereafter, the melt was cast into a cylindrical hollow mold preheated to 250 ° C., and the lid was immediately used as a melt inlet, and then the mold was laid down horizontally at 2000 rpm and kept for 3 minutes. Thereafter, it was gradually cooled to room temperature. The obtained tellurite glass was a cylindrical tube having an outer diameter of 15 mmφ, an inner diameter of 5 mmφ, a length of 130 mm, and a bottom at the bottom. When the entire obtained two glass tubes were examined in detail using a microscope, a large amount of crystallization was observed near the outer wall in the case where 1.5 mol% of Bi 2 O 3 was added, whereas Bi 2 Such crystallization was not observed in the case where 2 mol% of O 3 was added. Part of these two glasses are crushed, and two kinds of powder 30mg powdered in an agate mortar are filled into a silver gold-plated sealed container, and DSC measurement is performed in an argon gas atmosphere at a heating rate of 10 ° C / min. went. FIG. 25 shows the measurement results.
図25は、組成73.5TeO2 −20ZnO−5Na2 O−1.5Bi2 O3 ガラス(図中、a線)および73TeO2 −20ZnO−5Na2 O−2Bi2 O3 ガラス(図中、b線)を用いた場合のそれぞれのDSCの測定図である。Bi2 O3 を1.5mol%添加したガラスでは350℃付近から結晶化のピークが始まり、Tx−Tgの値は69.2℃であった。一方、Bi2 O3 を2mol%添加したガラスでは390℃付近から結晶化のピークが始まり、Tx−Tgの値は110.4℃であった。すなわち、Bi2 O3 を1.5mol%添加した場合に比べて、2mol%添加したガラスの方が、熱安定性が飛躍的に向上した。 Figure 25 is in the composition 73.5TeO 2 -20ZnO-5Na 2 O- 1.5Bi 2 O 3 glass (in the figure, a line) and 73TeO 2 -20ZnO-5Na 2 O- 2Bi 2 O 3 glass (Fig., B It is a measurement figure of each DSC at the time of using a line. In the glass to which 1.5 mol% of Bi 2 O 3 was added, the crystallization peak started from around 350 ° C., and the value of Tx−Tg was 69.2 ° C. On the other hand, in the glass to which 2 mol% of Bi 2 O 3 was added, the crystallization peak started from around 390 ° C., and the value of Tx−Tg was 110.4 ° C. That is, compared with the case where 1.5 mol% of Bi 2 O 3 is added, the glass with 2 mol% added has dramatically improved thermal stability.
以上の参考実施例1〜21のテルライトガラスはBi2 O3 を含む4元系であることを最大の特徴としている。このようなテルライトガラスは熱安定性が高く、光ファイバ化した際の損失を低く抑えることができ、さらに屈折率制御が容易であるため高Δnの光ファイバが作製できることにより、効率の低い3準位系のEDFAの増幅帯域の拡大を可能とした。 The tellurite glass of the above Reference Examples 1 to 21 is characterized by being a quaternary system containing Bi 2 O 3 . Such tellurite glass has a high thermal stability, loss upon optical fiber of can be kept low, by further refractive index control optical fiber high Δn for their ease can be prepared, less efficient 3 The amplification band of the level EDFA can be expanded.
従来知られている光ファイバ化可能なテルライトガラスとしては、従来の技術で述べたSintzer 等のテルライトガラス(米国特許第5,251,062号)があるが、米国特許第5,251,062号のテルライトガラスとは、Bi2 O3 の有無すなわち3元系か4元系かという点で異なる。 As a conventionally known tellurite glass capable of forming an optical fiber, there is a tellurite glass such as Sintzer et al. (US Pat. No. 5,251,062) described in the prior art. It differs from No. 062 tellurite glass in the presence or absence of Bi 2 O 3 , that is, whether it is a ternary system or a quaternary system.
これまで述べてきたように米国特許第5,251,062号に記載の3元系テルライトガラスは、本明細書で開示する4元系テルライトガラスと比較して熱安定性が低く、そのため1.55μmにおける損失を1500dB/kmにまでしか低減することができないのに対して、損失の低減を目的に種々の組成を検討した結果、Bi2 O3 を含む4元系が損失の低減に有効であることを見出した。さらにこの4元系ガラスは屈折率制御が容易なため、高Δnの光ファイバが作製可能であり、低い損失と合わせて初めてテルライトEDFAの実現に至った。米国特許第5,251,062号の3元系テルライトガラスでは効率の悪い3準位系のEDFAの実現が難しいことは米国特許第5,251,062号明細書中のみならず、その後に提出された前記オプティクス・レターズおよび前記オプティカル・マテリアルズにもEDFA実現に関する具体的記載が一切ないことからも明らかである。 As described above, the ternary tellurite glass described in US Pat. No. 5,251,062 has a lower thermal stability than the quaternary tellurite glass disclosed in the present specification. While the loss at 1.55 μm can only be reduced to 1500 dB / km, as a result of examining various compositions for the purpose of reducing the loss, a quaternary system including Bi 2 O 3 can reduce the loss. I found it effective. Furthermore, since this quaternary glass is easy to control the refractive index, an optical fiber having a high Δn can be produced, and a tellurite EDFA has been realized for the first time together with a low loss. In US Pat. No. 5,251,062, it is difficult to realize an inefficient three-level EDFA in the ternary tellurite glass of US Pat. No. 5,251,062. It is also clear from the fact that the submitted Optics Letters and Optical Materials do not have any specific description regarding the realization of EDFA.
さらに詳細に述べれば、米国特許第5,251,062号明細書において、Snitzer 等は、レーザはバルクガラスでも実現できるのに対して光増幅にはコアおよびクラッドを有する光ファイバ構造が必要であることを述べ、光ファイバ化が可能であるテルライトガラスとして3元系テルライトガラスの組成範囲を示した。したがって目的は光増幅の実現であることは明らかであるが、これらの3件の文献においては前記オプティクス・レターズにおけるネオジムを用いたファイバレーザの記載があるのみである。しかも、光増幅の分野において、ネオジムは当初1.3μm帯の増幅への適用が有望視されていたが、前記オプティカル・マテリアルズ中にも記載されているように励起状態吸収のため1.3μm帯の増幅への適用は困難であることは周知の事実である。 More specifically, in U.S. Pat. No. 5,251,062, Snitzer et al. Require that an optical fiber structure with a core and cladding be used for optical amplification, whereas lasers can also be realized in bulk glass. The composition range of the ternary tellurite glass was shown as the tellurite glass that can be made into an optical fiber. Therefore, it is clear that the purpose is realization of optical amplification, but these three documents only describe a fiber laser using neodymium in the Optics Letters. Moreover, in the field of optical amplification, neodymium was initially expected to be applied to amplification in the 1.3 μm band. However, as described in the optical materials, 1.3 μm is used for absorption of excited states. It is a well-known fact that application to band amplification is difficult.
Bi2 O3 を含有するテルライトガラスは、前記オプティカル・マテリアルズ中に72%Te2 O3 −18%Bi2 O3 および80%Te2 O3 −10%Bi2 O3 −10%TiO2 の記載であるが、これらは本明細書で開示する4元系とは全く異なる組成であり、さらに前記オプティカル・マテリアルズ中にこれらのガラスの熱安定性、損失に関する記載は一切ない。 The tellurite glass containing Bi 2 O 3 contains 72% Te 2 O 3 -18% Bi 2 O 3 and 80% Te 2 O 3 -10% Bi 2 O 3 -10% TiO in the optical materials. Although these are descriptions of 2 , these have completely different compositions from the quaternary system disclosed in the present specification , and further, there is no description regarding thermal stability and loss of these glasses in the optical materials.
また、前記オプティカル・マテリアルズおよび前記オプティクス・レターズ中にコア組成77%TeO2 −6.0%Na2 O−15.5%ZnO−1.5%Bi2 O3 の4元系テルライトガラスが記載され、特に前記オプティカル・マテリアルズ中にはその損失まで記載されているが、損失は1.55μm帯において1500dB/kmという高値であり、ましてやBi2 O3 添加による熱安定性向上に関する記載や、熱安定性向上を想起させる記載は一切ない。光ファイバの分野では屈折率制御のためにガラスに屈折率制御材を添加することは公知であり、前記光ファイバにおけるBi2 O3 の添加はまさしくそのためであるものと考えられる。 Further, a quaternary tellurite glass having a core composition of 77% TeO 2 -6.0% Na 2 O-15.5% ZnO-1.5% Bi 2 O 3 in the optical materials and the optical letters. In particular, the optical materials describe the loss up to the loss, but the loss is as high as 1500 dB / km in the 1.55 μm band, and even more about the thermal stability improvement by adding Bi 2 O 3. In addition, there is no description reminiscent of improving thermal stability. In the field of optical fibers, it is known to add a refractive index control material to glass for refractive index control, and the addition of Bi 2 O 3 in the optical fiber is considered to be for that reason.
参考実施例などで詳しく記載した通り、本明細書の開示によりテルライトガラス光ファイバの損失低減をめざしてテルライトガラスの組成を種々検討した結果、Bi2 O3 を添加した4元系テルライトガラスが有効であることを解明した。これも参考実施例に記載済であるが、特にBi2 O3 濃度が1.5%を超えると熱安定性は飛躍的に向上し、テルライトガラス光ファイバの低損失化に成功した。さらに副次的にコアとクラッドのBi2 O3 添加量の調整により光ファイバのΔnを自由に制御できることから高Δn光ファイバを作製でき、これらの相乗効果により低効率な3準位系EDFAの増幅帯域拡大に成功した。 As described in detail in Reference Examples and the like, as a result of various investigations on the composition of tellurite glass with the aim of reducing the loss of tellurite glass optical fiber according to the disclosure of the present specification, quaternary tellurite added with Bi 2 O 3 was obtained. It was clarified that glass was effective. Although this has already been described in the reference examples, especially when the Bi 2 O 3 concentration exceeds 1.5%, the thermal stability has been dramatically improved, and the loss of the tellurite glass optical fiber has been successfully reduced. Further secondarily can produce high Δn optical fiber since the Δn of the optical fiber by adjusting the core and the cladding of the Bi 2 O 3 amount can be freely controlled, low-efficiency three-level system of the EDFA by these synergistic effects Succeeded in expanding the amplification band.
つぎに、テルライトEDFAの利得スペクトルがより平坦になるようなガラス組成について検討する。以下の参考実施例ではテルライトガラスまたはテルライトガラス光ファイバにAlをホストとして添加することを主要な特徴とする。SiO2 系ガラスにAlを添加した場合、SiO2 系ガラス光ファイバに添加されたErの誘導放出断面積の1.53μmと1.56μmとの間のへこみが無くなり、1.54μmから1.56μmにかけて平坦な利得が得られることが知られている(“Erbium-Doped Fiber Amplifiers(エルビウム添加ファイバ増幅器)、Emmanuel Desurvire著(エマニエル デサヴィア著)、出版社John Wiley & Sons、1994年)。 Next, the glass composition that makes the gain spectrum of the tellurite EDFA flatter will be examined. The following reference examples are characterized mainly by adding Al as a host to tellurite glass or tellurite glass optical fiber. If adding Al to the SiO 2 based glass, eliminates the indentations between 1.53μm and 1.56 .mu.m of stimulated emission cross-section of Er added to SiO 2 based glass optical fiber, 1.56 .mu.m from 1.54μm (Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Emmanuel Desurvire, publisher John Wiley & Sons, 1994).
しかしながら、これは石英系ガラス光ファイバに対するAlの添加効果であり、テルライトガラス光ファイバに対してはその効果は不明である。以下の参考実施例に示されるように、本発明者らは、テルライトガラス光ファイバへのAl添加により、1.53μmと1.56μmの誘導放出断面積のへこみを無くすとともに1.6μm帯の誘導放出断面積を変化させる(増大させる)ことができ、結果として、1.55μm帯と1.6μm帯との利得偏差を減少させることができることを見出した。 However, this is an effect of adding Al to the silica-based glass optical fiber, and the effect is not known for the tellurite glass optical fiber. As shown in the reference examples below, the present inventors eliminated dents in the stimulated emission cross sections of 1.53 μm and 1.56 μm and added 1.6 μm band by adding Al to the tellurite glass optical fiber . stimulated emission cross section changing the (increasing) that can, as a result, found that it is possible to reduce the gain deviation between 1.55μm band and 1.6μm band.
(参考実施例22)
図26に(74)TeO2 −(16)ZnO−(6)Na2 O−(4モル%)Bi2 O3 ガラス、および(73)TeO2 −(15)ZnO−(6)Na2 O−(3)Bi2 O3 −(3モル%)Al2 O3 ガラスおよび(79)TeO2 −(3)ZnO−(12)Li2 O−(3)Bi2 O3 −(3モル%)Al2 O3 ガラス中のErの1.5μm発光スペクトルを示す。図から明らかなようにAl2 O3 を含有したガラスの発光スペクトルの1.6μm付近の強度はAl2 O3 を含有しないものに比べ強く、また、1.53μmと1.56μmとの間の谷の深さも浅くなっている。
( Reference Example 22)
FIG. 26 shows (74) TeO 2 — (16) ZnO— (6) Na 2 O— (4 mol%) Bi 2 O 3 glass, and (73) TeO 2 — (15) ZnO— (6) Na 2 O. - (3) Bi 2 O 3 - (3 mol%) Al 2 O 3 glass and (79) TeO 2 - (3 ) ZnO- (12) Li 2 O- (3) Bi 2 O 3 - (3 mol% ) Shows a 1.5 μm emission spectrum of Er in Al 2 O 3 glass. Intensity around 1.6μm of the emission spectrum of the glass containing Al 2 O 3 As is apparent from the figure strongly compared to those not containing Al 2 O 3, also between 1.53μm and 1.56μm The depth of the valley is also shallow.
このAl2 O3 含有ガラス(TeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 系ガラス)をコア組成としてEr添加テルライト光ファイバ(カットオフ波長:1.3μm、Er濃度:4000ppm、長さ:0.9m)を作製し、1.48μmで励起(200mW)したところ、1.56μmと1.69μmとの利得偏差が10dB以下に低減できた。 This Al 2 O 3 -containing glass (TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 -based glass) is used as an Er-doped tellurite optical fiber (cutoff wavelength: 1.3 μm, Er concentration: 4000 ppm, length: 0.9m) and excitation (200 mW) at 1.48 μm, the gain deviation between 1.56 μm and 1.69 μm could be reduced to 10 dB or less.
この光ファイバを増幅媒体として、ファイバ・ブラッグ・グレーティングを利得等化器としてEDFAを構成したところ、1.53μmから1.60μmにわたり利得偏差が1dB以下のEDFAを実現することができた。Al2 O3 を含有しない光ファイバを用いた場合では、1.53μmと1.60μmの利得偏差が15dB以上あり、利得等化器を用いて利得の補正をしても利得偏差を帯域70nmにわたり、1dB以下にすることは困難であった。この参考実施例のAl2 O3 含有ガラスをファイバホストに用いて始めて可能になった。 When this optical fiber was used as an amplification medium and an EDFA was configured using a fiber Bragg grating as a gain equalizer, an EDFA having a gain deviation of 1 dB or less from 1.53 μm to 1.60 μm could be realized. In the case of using an optical fiber not containing Al 2 O 3 , the gain deviation between 1.53 μm and 1.60 μm is 15 dB or more, and even if the gain is corrected using a gain equalizer, the gain deviation extends over a bandwidth of 70 nm. It was difficult to make it 1 dB or less. It was only possible to use the Al 2 O 3 -containing glass of this reference example for a fiber host.
このAl2 O3 の利得特性への添加効果は、特願平9−226890号に記載のTeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 の組成(55≦TeO2 ≦90、0≦ZnO≦35、0≦Na2 O≦35、0<Bi2 O3 ≦20、単位モル%)に対して確認することができた。 The effect of addition of Al 2 O 3 on the gain characteristics is as follows: TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 composition (55 ≦ TeO 2 ≦ 90, 0 ≦ ZnO) described in Japanese Patent Application No. 9-226890 ≦ 35, 0 ≦ Na 2 O ≦ 35, 0 <Bi 2 O 3 ≦ 20, unit mol%).
(参考実施例23)
Al2 O3 の利得特性に対する添加効果をTeO2 −ZnO−Li2 O−Bi2 O3 系ガラスに対して確認した。すなわち、(80)TeO2 −(3)ZnO−(12)Li2 O−(5モル%)Bi2 O3 ガラスおよび(79)TeO2 −(3)ZnO−(12)Li2 O−(3)Bi2 O3 −(3モル%)Al2 O3 ガラス中のErの1.5μm帯の発光スペクトルを比較したところ参考実施例22の場合と同様、Al2 O3 を含有したガラスでは1.6μm帯の発光強度が含有しないものに比べ強くなり、また1.53μmと1.56μmの間にできている谷がなくなっていた。
( Reference Example 23)
The effect of addition on the gain characteristics of Al 2 O 3 was confirmed for TeO 2 —ZnO—Li 2 O—Bi 2 O 3 glass. That is, (80) TeO 2- (3) ZnO— (12) Li 2 O— (5 mol%) Bi 2 O 3 glass and (79) TeO 2 — (3) ZnO— (12) Li 2 O— ( 3) The emission spectrum of 1.5 μm band of Er in Bi 2 O 3 — (3 mol%) Al 2 O 3 glass was compared, and in the case of glass containing Al 2 O 3 as in Reference Example 22 , The emission intensity in the 1.6 μm band was stronger than that not contained, and there was no valley formed between 1.53 μm and 1.56 μm.
このAl2 O3 含有ガラスをコア組成としてEr添加テルライトガラス光ファイバ(カットオフ波長:1.3μm、Er濃度:4000ppm、長さ:0.9m)を作製し、1.48μmで励起(200mW)したところ、1.56μmと1.60μmとの利得偏差が10dB以下に低減できた。 An Er-added tellurite glass optical fiber (cutoff wavelength: 1.3 μm, Er concentration: 4000 ppm, length: 0.9 m) is produced using this Al 2 O 3 -containing glass as a core composition, and excited at 1.48 μm (200 mW) As a result, the gain deviation between 1.56 μm and 1.60 μm could be reduced to 10 dB or less.
この光ファイバを増幅媒体として、マッハツエンダー型のフィルタ(損失媒体)を利得等化器としてEDFAを構成したところ、1.53μmから1.60μmにわたり利得偏差が1dB以下のEDFAを実現することができた。Al2 O3 を含有しない光ファイバを用いた場合では、1.56μmと1.60μmの利得偏差が15dB以上あり、利得等化器を用いて利得の補正をしても利得偏差を帯域70nmにわたり、1dB以下にすることは困難であった。 When this optical fiber is used as an amplifying medium and a Mach-Zehnder type filter (loss medium) is used as a gain equalizer, an EDFA having a gain deviation of 1 dB or less from 1.53 μm to 1.60 μm can be realized. did it. In the case of using an optical fiber not containing Al 2 O 3 , the gain deviation between 1.56 μm and 1.60 μm is 15 dB or more, and even if the gain is corrected using a gain equalizer, the gain deviation extends over a bandwidth of 70 nm. It was difficult to make it 1 dB or less.
また、Er添加濃度1000ppmの光ファイバで2m長の光ファイバを用いて増幅スペクトルを測定したところ、Al2 O3 を含有していない光ファイバで見られた1.53μmと1.56μmとの間の利得の変動がなくなり、1.53μmから1.56μmにかけて利得の均一性の良いものが得られ、同波長域でのWDM伝送の応用に有利なことがわかった。また、この現象はTeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 −Al2 O3 系の光ファイバにおいても確認できた。 The measured amplification spectrum using the optical fiber of 2m length for the optical fiber having Er doping concentration 1000 ppm, between 1.53μm and 1.56μm observed in the optical fiber not containing Al 2 O 3 It was found that a gain with good uniformity was obtained from 1.53 μm to 1.56 μm, which is advantageous for WDM transmission applications in the same wavelength region. Moreover, this phenomenon was confirmed also in the TeO 2 -ZnO-Na 2 O- Bi 2 O 3 -Al 2 O 3 system of the optical fiber.
このAl2 O3 の利得特性への添加効果は、TeO2 −ZnO−Li2 O−Bi2 O3 の組成(70≦TeO2 ≦90,0≦ZnO≦24、0≦Li2 O≦30、0<Bi2 O3 ≦10、単位モル%)、すなわち安定して光ファイバが形成できる組成に対して確認することができた。 The effect of addition of Al 2 O 3 on the gain characteristics is as follows: the composition of TeO 2 —ZnO—Li 2 O—Bi 2 O 3 (70 ≦ TeO 2 ≦ 90, 0 ≦ ZnO ≦ 24, 0 ≦ Li 2 O ≦ 30). , 0 <Bi 2 O 3 ≦ 10, unit mol%), that is, a composition that can form an optical fiber stably was confirmed.
以上の参考実施例ではAl2 O3 の濃度を3モル%としたが、これに限定されるわけではなく、0モル%よりも大きな濃度であれば、Al2 O3 の添加効果は確認できた。 In the above reference examples, the concentration of Al 2 O 3 was 3 mol%, but the concentration is not limited to this. If the concentration is higher than 0 mol%, the effect of adding Al 2 O 3 can be confirmed. It was.
(参考実施例24)
しかし、必要以上に濃度を大きくすることは、安定してファイバ化できる上記組成条件を無視することになるので好ましくない。
( Reference Example 24)
However, it is not preferable to increase the concentration more than necessary, because the composition conditions that allow stable fiber formation are ignored.
本参考実施例では、TeO2 −ZnO2 −M2 O−Bi2 O3 (MはLi、Na以外のアルカリ元素)系ガラスに対するAl2 O3 の利得特性への添加効果を確認した。すなわち、MがK、Cs、Rbのとき、参考実施例22〜23と同様、Al2 O3 を添加することにより1.56μmと1.60μmとの利得偏差を10dB以下にすることができ、また利得等化器を用いてEDFAを構成し、1.53μmから1.60μmの70nmにわたり、利得偏差1dB以下のEDFAを実現すること、また1.53μm〜1.56μmの利得を均一にすることができた。 In this reference example, the effect of adding Al 2 O 3 to the gain characteristics of TeO 2 —ZnO 2 —M 2 O—Bi 2 O 3 (M is an alkali element other than Li and Na) -based glass was confirmed. That is, when M is K, Cs, Rb, the gain deviation between 1.56 μm and 1.60 μm can be reduced to 10 dB or less by adding Al 2 O 3 as in Reference Examples 22 to 23, In addition, an EDFA is configured by using a gain equalizer to realize an EDFA with a gain deviation of 1 dB or less over a 70 nm of 1.53 μm to 1.60 μm, and a uniform gain of 1.53 μm to 1.56 μm. I was able to.
(参考実施例25)
本参考実施例では、TeO2 −ZnO2 −M2 O−Bi2 O3 (Mはアルカリ元素で2種類以上を含む)系ガラスに対するAl2 O3 の利得特性への添加効果を確認した。すなわち、Mとして2種類以上のアルカリ元素を含む場合も、参考実施例22〜23と同様、Al2 O3 を添加することにより、1.56μmと1.60μmとの利得偏差を10dB以下にすることができ、また、利得等化器を用いてEDFAを構成し、1.53μmから1.60μmの70nmにわたり、利得偏差1dB以下のEDFAを実現すること、また1.53μm〜1.56μmの利得を均一にすることができた。
( Reference Example 25)
In this reference example, the effect of adding Al 2 O 3 to the gain characteristics of TeO 2 —ZnO 2 —M 2 O—Bi 2 O 3 (M is an alkali element and containing two or more types) glass was confirmed. That is, even when two or more kinds of alkali elements are included as M, the gain deviation between 1.56 μm and 1.60 μm is made 10 dB or less by adding Al 2 O 3 as in Reference Examples 22 to 23. And an EDFA can be configured using a gain equalizer to realize an EDFA with a gain deviation of 1 dB or less over a 70 nm of 1.53 μm to 1.60 μm, and a gain of 1.53 μm to 1.56 μm Can be made uniform.
(参考実施例26)
以上の参考実施例では、TeO2 −ZnO−R2 O−Bi2 O3 (Rはアルカリ元素)系ガラスに対するAl2 O3 の利得特性に対する添加効果を述べた。しかし、Al2 O3 の添加効果はこれらのガラス系に対してのみ有効であるのみならず、TeO2 、Al2 O3 以外の組成によらず、TeO2 −WO3 系などの他のテルライトガラス系(例えば、TeO2 −WO3 −La2 O3 −Bi2 O3 系ガラスに対しても広帯域・利得平坦型EDFAを実現するために有効であることを確認した。
( Reference Example 26)
In the above reference examples, the effect of addition of Al 2 O 3 on the gain characteristics with respect to TeO 2 —ZnO—R 2 O—Bi 2 O 3 (R is an alkali element) glass was described. However, the addition effect of Al 2 O 3 is not only effective for these glass systems, but also other tellurium such as TeO 2 —WO 3 system, regardless of the composition other than TeO 2 and Al 2 O 3. It was confirmed that light glass (for example, TeO 2 —WO 3 —La 2 O 3 —Bi 2 O 3) is effective for realizing a broadband / gain flat EDFA.
以下、5元系のガラスについてさらに検討する。 In the following, further discussion will be made on ternary glass.
(参考実施例27)
TeO2 −ZnO−Li2 O−Na2 O−Bi2 O3 の5元系ガラスにおいて、TeO2 =75モル%、Bi2 O3 =5モル%に固定した場合と、TeO2 =80モル%、Bi2 O3 =5モル%に固定した場合で、その他の組成を変えて100個のガラスを作成した。これらのガラスの一をめのう乳鉢で粉々にしたパウダー30mgのサンプルを金メッキされた銀製シール容器に充填し、アルゴンガス雰囲気中、昇温速度10℃/分でDSC測定を行った。その結果、図27および図28に見られるB領域でTx−Tgが120℃以上の安定なガラスが得られた。このような熱的に安定なガラスを用いて光ファイバを大量に生産することができ、低価格化を実現することができる。そこで、図27のA(ファイバ最適領域)の領域から選んだTeO2 (75モル%)−ZnO(5モル%)−Li2 O(12モル%)−Na2 O(3モル%)−Bi2 O3 (5モル%)ガラスをコア材料にしてErを2000ppm添加し、TeO2 (75モル%)−ZnO(2モル%)−Li2 O(15モル%)−Na2 O(3モル%)−Bi2 O3 (5モル%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド間比屈折率差1.6%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。1.2μmにおけるファイバ損失は0.015dB/mであった。この光ファイバを3m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。
( Reference Example 27)
In the ternary glass of TeO 2 —ZnO—Li 2 O—Na 2 O—Bi 2 O 3 , when fixed to TeO 2 = 75 mol% and Bi 2 O 3 = 5 mol%, TeO 2 = 80 mol %, Bi 2 O 3 = 5 mol%, and 100 glasses were prepared by changing other compositions. A sample of 30 mg of powdered powder in a glass mortar was filled in a gold-plated silver sealed container, and DSC measurement was performed in an argon gas atmosphere at a heating rate of 10 ° C./min. As a result, a stable glass having a Tx-Tg of 120 ° C. or higher was obtained in the region B seen in FIGS. Optical fibers can be produced in large quantities using such thermally stable glass, and a reduction in cost can be realized. Therefore, TeO 2 (75 mol%)-ZnO (5 mol%)-Li 2 O (12 mol%)-Na 2 O (3 mol%)-Bi selected from the region A (fiber optimum region) in FIG. 2 O 3 (5 mol%) glass in the core material with Er added 2000ppm by, TeO 2 (75 mol%) - ZnO (2 mol%) - Li 2 O (15 mole%) - Na 2 O (3 mol %)-Bi 2 O 3 (5 mol%) glass as a clad material, an optical fiber having a cutoff wavelength of 1.1 μm and a core-clad relative refractive index difference of 1.6% is formed, and this is used as an amplification medium . The fiber loss at 1.2 μm was 0.015 dB / m. An optical amplifier was constructed using 3 m of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted.
増幅実験では、励起波長は前方が0.98μm、後方が1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを用いた。増幅実験の結果、1530〜1610nmの80nm帯で20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dB以下であった。また、図28(ファイバ可能領域)の領域から選んだTeO2 (80モル%)−ZnO(6モル%)−Li2 O(4モル%)−Na2 O(5モル%)−Bi2 O3 (5モル%)ガラスをコア材にしてErを2000ppm添加し、TeO2 (80モル%)−ZnO(2モル%)−Li2 O(6モル%)−Na2 O(7モル%)−Bi2 O3 (5モル%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド間比屈折率差1.5%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。1.2μmにおけるファイバ損失は0.07dB/mであった。この光ファイバを3m用いて光増幅器を構成し、同様に増幅実験を行った。その結果、1520〜1620nmの80nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は4dBであった。以上からBの領域のガラスからでも問題なく、実用的な広帯域EDFAができることが示された。 In the amplification experiment, bidirectional excitation with an excitation wavelength of 0.98 μm at the front and 1.48 μm at the rear was employed. As the signal light source, a wavelength tunable laser in the 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band of 1530 to 1610 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less. Further, FIG. 28 TeO selected from the region of the (fiber region) 2 (80 mol%) - ZnO (6 mol%) - Li 2 O (4 mol%) - Na 2 O (5 mol%) - Bi 2 O 3 (5 mol%) glass core material with Er added 2000ppm by, TeO 2 (80 mol%) - ZnO (2 mol%) - Li 2 O (6 mole%) - Na 2 O (7 mol%) -Bi 2 O 3 (5 mol%) as the glass clad material, cut-off wavelength 1.1 .mu.m, to form a core-clad between relative refractive index difference of 1.5% of the optical fiber, and an amplifying medium so. The fiber loss at 1.2 μm was 0.07 dB / m. An optical amplifier was constructed using 3 m of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted in the same manner. As a result, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band of 1520 to 1620 nm. At this time, the noise figure was 4 dB. From the above, it was shown that a practical broadband EDFA can be produced without any problem from the glass in the region B.
(参考実施例28)
参考実施例27と同様の光ファイバを15m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変DFBレーザを使用した。増幅実験の結果、特に1560〜1630nmの70nm帯域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dB以下であった。
( Reference Example 28)
An optical amplifier was constructed using 15 m of the same optical fiber as in Reference Example 27, and an amplification experiment was conducted. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. A tunable DFB laser in the 1.5 μm to 1.7 μm band was used as the signal light source. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained particularly in the 70 nm band of 1560 to 1630 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less.
(参考実施例29)
参考実施例27と同様の光ファイバを15m用いてレーザを構成した。キャビティは全反射ミラーと1625nmで3%の反射率を持つファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて構成した。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。入射励起強度が300mWのとき、これまで石英系ガラス光ファイバやフッ化物ガラス光ファイバで得ることのできなかった1625nmにおける150mWの高出力が得られた。
( Reference Example 29)
A laser was constructed using 15 m of the same optical fiber as in Reference Example 27. The cavity was constructed using a total reflection mirror and a fiber Bragg grating with a reflectance of 3% at 1625 nm. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. When the incident excitation intensity was 300 mW, a high output of 150 mW at 1625 nm, which could not be obtained with a silica glass optical fiber or a fluoride glass optical fiber, was obtained.
(参考実施例30)
TeO2 −ZnO−Li2 O−Al2 O3 −Bi2 O3 の5元系ガラスにおいて、Al2 O3 =2モル%、Li2 O=12モルに固定し、その他の組成を変えて50個のガラスを作製した。これらのガラスの一部をめのう乳鉢で粉々にしたパウダー30mgのサンプルを銀製金メッキのシール容器に充填し、アルゴンガス雰囲気中、昇温速度10℃/分でDSC測定を行った。その結果、図29に見られるAの領域でTx−Tgが120℃以上の安定なガラスが得られた。このような熱的に安定なガラスを用いて光ファイバを作製すれば、0.1dB/m以下の低損失化が実現できる。また、Al2 O3 の添加の効果から、誘導放出断面積が広がることにより、EDFAの増幅帯域を広げることができる。そこで、図29の領域から選んだTeO2 (82モル%)−ZnO(1モル%)−Li2 O(12モル%−Al2 O3 (2モル%)−Bi2 O3 (3モル%)ガラスをコア材にしてErを2000ppm添加し、TeO2 (75モル%)−ZnO(3モル%)−Li2 O(18モル%)−Bi2 O3 (4モル%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド間比屈折率差1.6%の光ファイバを形成し、これを増幅媒体とした。1.2μmにおけるファイバ損失は0.07dB/mであった。この光ファイバを3m用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。
( Reference Example 30)
In the ternary glass of TeO 2 —ZnO—Li 2 O—Al 2 O 3 —Bi 2 O 3 , Al 2 O 3 = 2 mol%, Li 2 O = 12 mol is fixed, and other compositions are changed. Fifty glasses were produced. A sample of 30 mg of powder, in which a part of these glasses was shattered in an mortar, was filled in a silver gold-plated sealed container and subjected to DSC measurement in an argon gas atmosphere at a heating rate of 10 ° C./min. As a result, a stable glass having a Tx-Tg of 120 ° C. or higher was obtained in the region A shown in FIG. If an optical fiber is manufactured using such a thermally stable glass, a reduction in loss of 0.1 dB / m or less can be realized. In addition, due to the effect of the addition of Al 2 O 3 , the stimulated emission cross-sectional area is widened, so that the amplification band of EDFA can be widened. Therefore, TeO 2 (82 mol%) chosen from the region of Figure 29 - ZnO (1 mole%) - Li 2 O (12 mole% -Al 2 O 3 (2 mol%) - Bi 2 O 3 ( 3 mol% ) Glass is used as a core material, Er is added at 2000 ppm, TeO 2 (75 mol%)-ZnO (3 mol%)-Li 2 O (18 mol%)-Bi 2 O 3 (4 mol%) glass is clad material and then, cut-off wavelength 1.1 .mu.m, to form a core-cladding between ratios optical fiber having a refractive index difference of 1.6%, fiber loss in .1.2μm that the amplifying medium of which was 0.07 dB / m An optical amplifier was constructed using 3 m of this optical fiber, and an amplification experiment was conducted.
励起波長は前方が0.98μm、後方が1.48μmの双方向励起を採用した。信号光源として1.5μmから1.7μm帯の波長可変レーザを使用した。増幅実験の結果、1530〜1610nmの80nm帯領域で、20dB以上の小信号利得が得られた。このとき、雑音指数は5dB以下であった。 The excitation wavelength used was bidirectional excitation with 0.98 μm at the front and 1.48 μm at the rear. As the signal light source, a wavelength tunable laser of 1.5 μm to 1.7 μm band was used. As a result of the amplification experiment, a small signal gain of 20 dB or more was obtained in the 80 nm band region of 1530 to 1610 nm. At this time, the noise figure was 5 dB or less.
(参考実施例31)
参考実施例30と同様の光ファイバを4m用いて波長可変リングレーザを構成した。フィルタは1.5μmから1.7μm帯の波長可変フィルタを用いた。励起波長は前方後方とも1.48μmの双方向励起を採用した。入射励起強度が300mWのとき、これまで石英系ガラス光ファイバやフッ化物ガラス光ファイバで得ることのできなかった1500〜1635nmの135nm帯域において5mW以上の広帯域レーザ特性を観測した。
( Reference Example 31)
A wavelength tunable ring laser was configured using 4 m of the same optical fiber as in Reference Example 30. The filter used was a wavelength tunable filter in the 1.5 μm to 1.7 μm band. The excitation wavelength was 1.48 μm bidirectional excitation for both front and rear. When the incident excitation intensity was 300 mW, broadband laser characteristics of 5 mW or more were observed in the 135 nm band of 1500-1635 nm, which could not be obtained with quartz glass optical fibers or fluoride glass optical fibers.
(参考実施例32)
TeO2 (79.5−xモル%)−ZnO(14.5モル%)−Na2 O(6モル%)−Bi2 O3 (xモル%)(x=4、4.2、5.4、6.8、7)ガラスをコア材にしてErを500ppm添加し、TeO2 (75モル%)−ZnO(19モル%)−Na2 O(5モル%)−Bi2 O3 (2.5モル%)ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長1.1μm、コア・クラッド間比屈折率差1.3〜2.2%の光ファイバをそれぞれ長さ800mのものを5本作製した。x=4および7モル%の光ファイバでは散乱点(結晶などの異物により、光が散乱され、損失が著しく増大する点)の間隔が15m以下であり、散乱点を含まない部分の1.2μmにおけるファイバ損失は0.07dB/mであった。一方、x=4.2、5.4、6.8モル%の光ファイバでは散乱点の間隔が100m以上であり、散乱点を含まない部分の1.2μmにおけるファイバ損失は0.02dB/km以下であった。EDFAを構成する上で光ファイバ長は10m前後必要である。x=4および7モル%の光ファイバでは800mの光ファイバから10mの光ファイバが20本以下しか採れなかったのに対し、x=4.2、5.4、6.8モル%の光ファイバでは800mから10mの光ファイバが70本以上採れ、飛躍的に歩留まり率が向上した。
( Reference Example 32)
TeO 2 (79.5-x mol%) - ZnO (14.5 mole%) - Na 2 O (6 mole%) - Bi 2 O 3 ( x mol%) (x = 4,4.2,5. 4, 6.8, 7) Glass is used as a core material, Er is added at 500 ppm, and TeO 2 (75 mol%)-ZnO (19 mol%)-Na 2 O (5 mol%)-Bi 2 O 3 (2 .5 mol%) glass and cladding material, the cutoff wavelength 1.1 .mu.m, respectively the ones of length 800m a core-clad between relative refractive index difference from 1.3 to 2.2% of the optical fiber to produce five. In an optical fiber with x = 4 and 7 mol%, the distance between scattering points (the point where light is scattered by a foreign substance such as a crystal and the loss increases remarkably) is 15 m or less, and 1.2 μm of the portion not including the scattering point The fiber loss at was 0.07 dB / m. On the other hand, in the case of optical fibers with x = 4.2, 5.4, and 6.8 mol%, the distance between the scattering points is 100 m or more, and the fiber loss at 1.2 μm in the portion not including the scattering points is 0.02 dB / km. It was the following. In configuring the EDFA, the optical fiber length needs to be around 10 m. With x = 4 and 7 mol% optical fibers, only 20 or less 10 m optical fibers could be taken from 800 m optical fibers, whereas x = 4.2, 5.4, 6.8 mol% optical fibers. Then, more than 70 optical fibers from 800m to 10m were taken, and the yield rate improved dramatically.
以下の参考実施例33〜40では、前述のようなテルライトガラス光ファイバの特性を鑑み、これまでのテルライトEDFAの波長分散特性を改善した低波長分散特性を有するテルライトEDFAを説明する。 In the following Reference Examples 33 to 40, a tellurite EDFA having a low wavelength dispersion characteristic that improves the wavelength dispersion characteristic of the conventional tellurite EDFA will be described in view of the above-described characteristics of the tellurite glass optical fiber.
テルライトガラスを増幅媒体として用いた光増幅器において、増幅媒体であるテルライトEDFAの前方または後方にテルライトEDFAの持つ波長分散値とは異符号の波長分散値によって分散を補償する分散媒体を挿入した構造を取ることを最も主要な特徴とする。波長分散を制御する媒体としては、光ファイバやファイバ・ブラッグ・グレーティング等がある。 In an optical amplifier using tellurite glass as an amplifying medium, a structure in which a dispersion medium that compensates for dispersion with a chromatic dispersion value different from the chromatic dispersion value of the tellurite EDFA is inserted in front of or behind the tellurite EDFA that is an amplifying medium. The main feature is to take. Examples of media for controlling chromatic dispersion include optical fibers and fiber Bragg gratings.
従来のテルライトEDFAでは、テルライトEDFAの波長分散を補償する媒体を具備していないため、光増幅器内の波長分散が大きくなり、その結果、高速光信号の増幅を行うとエラーレートが上がってしまうという問題があった。これに対して、以下の実施例の構造を取ることにより増幅器内の波長分散値を下げることができ、高速光信号の増幅を行っても、エラーレートが上がることはなく、通信の品質は保つことができる。 Since the conventional tellurite EDFA does not have a medium for compensating the chromatic dispersion of the tellurite EDFA, the chromatic dispersion in the optical amplifier increases, and as a result, the error rate increases when a high-speed optical signal is amplified. There was a problem. On the other hand, the chromatic dispersion value in the amplifier can be lowered by adopting the structure of the following embodiment, and even when a high-speed optical signal is amplified, the error rate does not increase and the communication quality is maintained. be able to.
(参考実施例33)
図30は、テルライトガラス光ファイバを用いた光増幅媒体を構成に含む光増幅器の一構成例を示す図である。図に示した光増幅器では、光信号は左側から入射して右側に出射する構成になっている。入射信号光は、光アイソレータ201aを通過した後、光カップラ203により励起光源202からの励起光と合波される。励起光と合波された信号光は、分散媒質204を透過し、増幅用光ファイバ205に入射されて増幅される。光ファイバ205にて増幅された信号光は、光アイソレータ201bを通過し出力される。
( Reference Example 33)
FIG. 30 is a diagram illustrating a configuration example of an optical amplifier that includes an optical amplifying medium using a tellurite glass optical fiber . In the optical amplifier shown in the figure, an optical signal is configured to enter from the left side and to exit to the right side. The incident signal light passes through the optical isolator 201 a and is then combined with the excitation light from the excitation light source 202 by the optical coupler 203. The signal light combined with the pumping light passes through the dispersion medium 204, enters the amplification optical fiber 205, and is amplified. The signal light amplified by the optical fiber 205 passes through the optical isolator 201b and is output.
本参考実施例の光増幅器では、信号波長を1.55μmとし、励起光源202として発振波長が1.48μmの半導体レーザを用いた。また、増幅用光ファイバ205としては、Erのコア中への添加濃度が200ppm、カットオフ波長が1.3μm、コア/クラッド間の光屈折率差(Δh)が1.4%であり、ファイバ長を10mとしたテルライトガラス光ファイバを使用した。この光ファイバ205の1.55μmでの波長分散値は、−1.3ps/nmであった。また、分散媒質204としては、1.55μmでの波長分散値が17ps/km/nmの1.3μm零分散石英単一モード光ファイバ(いわゆるスタンダード単一モード光ファイバ)を使用した。この単一モード光ファイバの長さは、76mであった。 In the optical amplifier of this reference example, a semiconductor laser having a signal wavelength of 1.55 μm and an oscillation wavelength of 1.48 μm was used as the excitation light source 202. Further, as the amplification optical fiber 205, the Er concentration in the core is 200 ppm, the cutoff wavelength is 1.3 μm, and the optical refractive index difference (Δh) between the core and the clad is 1.4%. A tellurite glass optical fiber having a length of 10 m was used. The chromatic dispersion value of this optical fiber 205 at 1.55 μm was −1.3 ps / nm. Further, as the dispersion medium 204, a 1.3 μm zero-dispersion silica single mode optical fiber (so-called standard single mode optical fiber) having a chromatic dispersion value of 1.5 ps at 17 ps / km / nm was used. The length of this single mode optical fiber was 76 m.
この構成において、分散媒質204および増幅用光ファイバ205全体の波長分散を測定したところ、0.1ps/nm以下の値であった。 In this configuration, the chromatic dispersion of the dispersion medium 204 and the amplification optical fiber 205 as a whole was measured and found to be 0.1 ps / nm or less.
このような光増幅器を用いて、波長1.55μmの40Gbit/sの高速光信号を増幅したところ、波長分散に起因するパルス波長のひずみは観測されなかった。従って、この構成の光増幅器を、ブースターアンプ、中継増幅器、またはプリアンプとして、高速光通信システムの中で用いても、通信の品質を著しく劣化することなく使用できることがわかった。これに対して、比較のために、分散媒質204を挿入しないで、波長1.55μmの40Gbit/sの高速パルスの増幅を行ったところ、パルス波形のひずみが観測され、高速光通信システムに応用することが困難なことがわかった。 When a 40 Gbit / s high-speed optical signal having a wavelength of 1.55 μm was amplified using such an optical amplifier, no distortion of the pulse wavelength due to chromatic dispersion was observed. Therefore, it was found that the optical amplifier having this configuration can be used as a booster amplifier, a relay amplifier, or a preamplifier without significantly degrading the communication quality even when used in a high-speed optical communication system. For comparison, when a 40 Gbit / s high-speed pulse with a wavelength of 1.55 μm was amplified without inserting the dispersion medium 204, distortion of the pulse waveform was observed and applied to a high-speed optical communication system. I found it difficult to do.
本参考実施例では、分散媒質204を光カップラ203と増幅用のEr添加テルライトガラス光ファイバ205の間に設置したが、設置場所はここに限定されることはない。例えば、光アイソレータ201aの前段、光アイソレータ201aと光カップラ203との間、増幅用光ファイバ205と光アイソレータ201bとの間、または光アイソレータ201bの後段であっても良い。 In this reference example, was placed dispersion medium 204 between the optical coupler 203 and the amplification of the Er-doped tellurite glass optical fiber 205, the installation location is not limited here. For example, it may be the front stage of the optical isolator 201a, between the optical isolator 201a and the optical coupler 203, between the amplification optical fiber 205 and the optical isolator 201b, or after the optical isolator 201b.
また、本参考実施例では、分散媒質204として、スタンダード単一モード光ファイバを用いたが、これに限定されることはなく、テルライトガラス光ファイバ205の波長分散と異符号の波長分散値を持つ光ファイバであれば、使用することができる。 Further, in the present reference example, as a dispersion medium 204, was used a standard single-mode optical fiber, it is not limited thereto, having a wavelength dispersion value of the chromatic dispersion and opposite sign of the tellurite glass optical fiber 205 Any optical fiber can be used.
また、分散媒質204として、光ファイバに限らず、チャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティング(K.O.Hill CLEO/PACIFIC RIM SHORT COURSE '97“Photosensitivity and Bragg Gratings in Optical Waveguide”)を、用いても良い。 Further, the dispersion medium 204 is not limited to an optical fiber but may be a chirped fiber Bragg grating (“KOHill CLEO / PACIFIC RIM SHORT COURSE '97“ Photosensitivity and Bragg Gratings in Optical Waveguide ”).
なお、以上の説明では、分散媒質204を増幅用光ファイバ205の前後のいずれか一箇所に挿入するとしたが、分散媒質204の設置構成はこれに限定されるものではない。つまり、分散媒質204として光ファイバを用いる場合、光ファイバを分断して増幅用光ファイバ205の前後の適当な位置に設置しても良いし、また複数の異なる特性を持つ光ファイバを適当な位置に設置しても良い。また、光ファイバとチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングとを、それぞれ複数個併用しても良い。 In the above description, the dispersion medium 204 is inserted into one of the front and rear of the amplification optical fiber 205, but the installation configuration of the dispersion medium 204 is not limited to this. That is, when an optical fiber is used as the dispersion medium 204, the optical fiber may be divided and installed at appropriate positions before and after the amplification optical fiber 205, or an optical fiber having a plurality of different characteristics may be disposed at an appropriate position. It may be installed in. A plurality of optical fibers and chirped fibers, Braggs, and gratings may be used in combination.
(参考実施例34)
本参考実施例では、図30における増幅用光ファイバ205として、コア中にPr(プラセオジム)が500ppm添加され、カットオフ波長が1.0μm、Δnが1.4%であり、ファイバ長を15mとしたテルライトガラス光ファイバを用いた。また、励起光源2として、Nd(ネオジム)添加YLFレーザを用いた。さらに、分散媒質4として、チャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いた。
( Reference Example 34)
In this reference example, as the amplification optical fiber 205 in FIG. 30, Pr (praseodymium) is added to the core in an amount of 500 ppm, the cutoff wavelength is 1.0 μm, Δn is 1.4%, and the fiber length is 15 m. The tellurite glass optical fiber was used. Further, as the excitation light source 2, an Nd (neodymium) -added YLF laser was used. Further, a chirped fiber Bragg grating was used as the dispersion medium 4.
このとき、テルライトガラス光ファイバの1.31μmでの波長分散は、−3.15ps/nmあった。そこで、チャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングの波長分散値を3.15ps/nmに設定し、この構成の増幅器により1.31μmの波長の高速光信号の増幅を行った。 At this time, the chromatic dispersion at 1.31 μm of the tellurite glass optical fiber was −3.15 ps / nm. Therefore, the chromatic dispersion value of the chirped fiber Bragg grating was set to 3.15 ps / nm, and a high-speed optical signal having a wavelength of 1.31 μm was amplified by the amplifier having this configuration.
その結果、波長1.31μmの40Gbit/sの高速光信号を増幅した場合でも波長分散によるパルス波形のひずみは観測されず高速光通信システムへの応用が可能であることが確認された。これに対して、参考比較例として、分散媒質4を用いない増幅器構成の場合では、高速光信号を増幅すると、パルス波形のひずみが起こり、高速光通信システムの応用は困難であった。 As a result, even when a 40 Gbit / s high-speed optical signal having a wavelength of 1.31 μm was amplified, no distortion of the pulse waveform due to wavelength dispersion was observed, and it was confirmed that it could be applied to a high-speed optical communication system. On the other hand, in the case of an amplifier configuration that does not use the dispersion medium 4 as a reference comparative example, distortion of the pulse waveform occurs when a high-speed optical signal is amplified, making it difficult to apply the high-speed optical communication system.
(参考実施例35)
本参考実施例では、増幅用光ファイバ205として、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 系ガラス(ここで、Mは1種類以上のアルカリ元素)を母材とし、コアにEr,Pr、Tm(1.48μmまたは1.65μm帯増幅用)、またはNd(1.06μmまたは1.33μm帯増幅用)を添加して構成した光ファイバを用いた。分散媒質204として、石英系ガラス光ファイバまたはチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングを用い、上記光ファイバの波長分散、特に、各希土類元素の増幅波長での波長分散を補償して、高速光パルスの増幅を行ったところ、分散媒質204のないときに起こっていた光パルス波形のひずみは抑えられ、高速光通信システム中で使用できることが確認できた。
( Reference Example 35)
In this reference example, TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 glass (where M is one or more alkali elements) is used as a base material as the amplification optical fiber 205, and Er, An optical fiber constituted by adding Pr, Tm (for 1.48 μm or 1.65 μm band amplification) or Nd (for 1.06 μm or 1.33 μm band amplification) was used. As the dispersion medium 204, or silica-based glass optical fiber with chirped fiber Bragg grating, the wavelength dispersion of the optical fiber, in particular, to compensate for chromatic dispersion in the amplification wavelength of the rare earth elements, high-speed optical pulse As a result of amplification, it was confirmed that the distortion of the optical pulse waveform that occurred when the dispersion medium 204 was not present was suppressed, and that it could be used in a high-speed optical communication system.
(参考実施例36)
本参考実施例では、増幅用光ファイバ205として、上記TeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 の組成(55≦TeO2 ≦90,0≦ZnO≦35,0≦Na2 O≦35,0<Bi2 O3 ≦20、単位モル%)のガラスを母材とし、コアにEr,Pr,TmまたはNdを添加して構成した光ファイバを用いた。また、分散媒質204として、石英系ガラス光ファイバまたはチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて、各増幅波長での波長分散を補償して、高速光パルスの増幅を行ったところ、分散媒質204のないときに起こっていた光パルス波形のひずみは抑えられ、高速光通信システム中で使用できることが確認できた。
( Reference Example 36)
In this reference example, as the amplification optical fiber 205, the TeO 2 composition -ZnO-Na 2 O-Bi 2 O 3 (55 ≦ TeO 2 ≦ 90,0 ≦ ZnO ≦ 35,0 ≦ Na 2 O ≦ 35 , 0 <Bi 2 O 3 ≦ 20, unit mol%), and an optical fiber constituted by adding Er, Pr, Tm or Nd to the core as a base material was used. Further, when the dispersion medium 204 is a silica- based glass optical fiber or a chirped fiber Bragg grating and compensates for chromatic dispersion at each amplification wavelength and amplifies the high-speed optical pulse, It was confirmed that the distortion of the optical pulse waveform that occurred when there was not, was suppressed, and that it could be used in a high-speed optical communication system.
(参考実施例37)
本参考実施例では、増幅用光ファイバ205として、上記TeO2 −ZnO−Li2 O−Bi2 O3 の組成(55≦TeO2 ≦90,0≦ZnO≦25,0≦Li2 O≦25,0<Bi2 O3 ≦20、単位モル%)のガラスを母材とし、コアにEr,Pr,TmまたはNdを添加して構成した光ファイバを用いた。分散媒質204として、光ファイバまたはチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて、各増幅波長での波長分散を補償して、高速光パルスの増幅を行ったところ、分散媒質204のないときに起こっていた光パルス波形のひずみは抑えられ、高速光通信システム中で使用できることが確認できた。
( Reference Example 37)
In this reference example, as the amplification optical fiber 205, the TeO 2 composition -ZnO-Li 2 O-Bi 2 O 3 (55 ≦ TeO 2 ≦ 90,0 ≦ ZnO ≦ 25,0 ≦ Li 2 O ≦ 25 , 0 <Bi 2 O 3 ≦ 20, unit mol%), and an optical fiber constituted by adding Er, Pr, Tm or Nd to the core as a base material was used. An optical fiber or chirped fiber Bragg grating is used as the dispersion medium 204 to compensate for chromatic dispersion at each amplification wavelength, and when high-speed optical pulses are amplified, this occurs when the dispersion medium 204 is not present. It was confirmed that the distortion of the optical pulse waveform was suppressed and that it could be used in a high-speed optical communication system.
また、増幅用光ファイバ5として、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 −Al2 O3 系ガラス(ここで、Mは1種類以上のアルカリ元素)から構成した光ファイバを用いた場合でも、上記の効果を確認することができた。 Further, as the amplification optical fiber 5, TeO 2 -ZnO-M 2 O-Bi 2 O 3 -Al 2 O 3 based glass (where, M is one or more alkali elements) using an optical fiber which is constructed from Even in this case, the above effect could be confirmed.
(参考実施例38)
本参考実施例は、前記参考実施例37におけるガラス系を母材とし、希土類元素も遷移金属元素も添加せずに構成したテルライトガラス単一モード光ファイバ(カットオフ波長1.3μm、Δn1.4%、長さ1km)を用いて、ラマン増幅を行った。励起波長は1.48μmであり、1.5μm帯の光増幅を行った。
( Reference Example 38)
In this reference example, a tellurite glass single-mode optical fiber (cut-off wavelength 1.3 μm, Δn1.4) is formed by using the glass system in the reference example 37 as a base material and adding neither a rare earth element nor a transition metal element. %, Length 1 km), and Raman amplification was performed. The excitation wavelength was 1.48 μm, and 1.5 μm band optical amplification was performed.
このとき、テルライトガラス単一モード光ファイバの信号波長での波長分散は、−130ps/nmであった。分散媒質204として、スタンダード石英単一モード光ファイバを用いた。 At this time, the chromatic dispersion at the signal wavelength of the tellurite glass single mode optical fiber was -130 ps / nm. A standard quartz single mode optical fiber was used as the dispersion medium 204.
この分散媒質204をテルライトガラス単一モード光ファイバ(増幅用光ファイバ)205の後段に配置して、光増幅を行った。この増幅用のスタンダード石英単一モード光ファイバ205を7.6kmの長さ使用したとき、(テルライトガラス単一モード光ファイバの波長分散による)1.5μm帯の光パルスの波形ひずみを抑制することができた。 The dispersion medium 204 was placed in the subsequent stage of the tellurite glass single mode optical fiber (amplifying optical fiber) 205 to perform optical amplification. When this standard quartz single mode optical fiber 205 for amplification is used with a length of 7.6 km, the waveform distortion of the 1.5 μm band optical pulse (due to the chromatic dispersion of the tellurite glass single mode optical fiber) is suppressed. I was able to.
(参考実施例39)
本参考実施例では、Cr,Ni,またはTiを、前記参考実施例35,36の組成のテルライトガラス光ファイバのコアに添加して構成した増幅用光ファイバ205を用いて、それぞれ、1.5μm帯,1.5μm帯,1μm帯の光増幅を行った。分散媒質204としてスタンダード石英単一モード光ファイバを前記増幅用光ファイバ205の後段に接続し、高速光パルスの増幅を行ったところ、光パルスの波形ひずみ無しに光増幅をすることができた。
( Reference Example 39)
In the present reference example, each of the amplification optical fibers 205 formed by adding Cr, Ni, or Ti to the core of the tellurite glass optical fiber having the composition of the reference examples 35 and 36, each 1.5 μm. Band, 1.5 μm band, and 1 μm band optical amplification was performed. When a standard quartz single-mode optical fiber was connected as a dispersion medium 204 to the subsequent stage of the amplification optical fiber 205 and high-speed optical pulses were amplified, optical amplification could be performed without waveform distortion of the optical pulses.
以上の参考実施例では、光増幅媒体が光ファイバである場合について説明したが、光増幅媒体は、光ファイバばかりでなく平面型光導波路をも含むものである。本明細書の開示において、光増幅媒体が平面型光導波路の場合でも、前記各参考実施例にて確認したと同様の本発明の効果が、実現される。 In the above Reference Example, the light amplification medium has been described for the case where an optical fiber, the optical amplification medium, but includes a planar optical waveguide as well as an optical fiber. In the disclosure of the present specification , even when the optical amplifying medium is a planar optical waveguide, the same effects of the present invention as confirmed in the respective reference examples are realized.
以下、光増幅媒体が平面型光導波路である場合の参考実施例を示す。 Hereinafter, reference examples when the optical amplifying medium is a planar optical waveguide will be described.
(参考実施例40)
本参考実施例では、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O系ガラス(ここで、Mは1種類以上のアルカリ元素)を母材とし、コアにErの添加された平面型光導波路を図30の光ファイバ205の代わりに用いて、増幅媒体とした。分散媒質204として、光ファイバやファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて該光導波路の分散を補正した。その結果、分散媒質204を用いない場合に比べ、パルス波形のひずみを小さくなるように1.5μm帯の光増幅をすることができた。
( Reference Example 40)
In this reference example, a planar optical waveguide in which TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O glass (where M is one or more alkali elements) is used as a base material and Er is added to the core is used. An amplification medium was used instead of the optical fiber 205 of FIG. The dispersion of the optical waveguide was corrected using an optical fiber or a fiber Bragg grating as the dispersion medium 204. As a result, it was possible to amplify the light in the 1.5 μm band so as to reduce the distortion of the pulse waveform as compared with the case where the dispersion medium 204 was not used.
上記光導波路に添加したドーパントとしてPr,Tm,Nd,Ni,Ti,Crを用いた場合でも、パルス波形のひずみを小さく光増幅をすることができた。 Even when Pr, Tm, Nd, Ni, Ti, and Cr were used as dopants added to the optical waveguide, it was possible to amplify the light with small distortion of the pulse waveform.
以上説明したように、テルライトガラス光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器において、上記参考実施例33〜40の光増幅器構造を取ることにより、増幅媒体であるテルライトガラス光ファイバ自体の持つ波長分散による光パルス波形のひずみの発生を抑えることができる。 As described above, in the optical amplifier using the tellurite glass optical fiber as the amplification medium, by adopting the optical amplifier structure of the reference examples 33 to 40, the tellurite glass optical fiber itself that is the amplification medium has a wavelength dispersion. Generation of distortion of the optical pulse waveform can be suppressed.
以下の本発明実施例41〜45では、従来のテルライトEDFAの増幅帯域を1.53μmより短波長側にかつ1.56μmより長波長側に拡大することを目的としている。 In the following Examples 41 to 45 of the present invention , the purpose is to expand the amplification band of the conventional tellurite EDFA to a shorter wavelength side than 1.53 μm and to a longer wavelength side from 1.56 μm.
それを実現するため、以下の実施例では、Er添加テルライトガラス光ファイバを、連結された少なくとも一つの光ファイバとして用い、該Er添加テルライトガラス光ファイバの前段にそれよりも短尺(または、Er濃度およびファイバ長積の小さい)のEr添加テルライトガラス光ファイバもしくは、異種素材をホストとするEr添加光ファイバを連結し、増幅媒体としている。異種素材としては、フッ化物ガラス(Er添加ZrF4 系フッ化物ガラス又はInF3 系フッ化物ガラス)や石英系ガラス,フツリン酸系ガラス,リン酸系ガラス,カルコゲナイト系ガラスが使用できる。 In order to realize this, in the following examples, an Er-doped tellurite glass optical fiber is used as at least one connected optical fiber, and the Er-doped tellurite glass optical fiber has a shorter length (or an Er concentration) in front of the Er-doped tellurite glass optical fiber. In addition, an Er-doped tellurite glass optical fiber having a small fiber length product or an Er-doped optical fiber hosted from a different material is connected to form an amplification medium. As the different materials, fluoride glass (Er-added ZrF 4 -based fluoride glass or InF 3 -based fluoride glass), quartz-based glass, fluorophosphate- based glass, phosphate- based glass, and chalcogenite- based glass can be used.
このような増幅器構造をとることにより、従来のテルライトEDFAよりも広い波長域で低雑音で動作できるEDFAを実現することができる。 By adopting such an amplifier structure, it is possible to realize an EDFA that can operate with low noise in a wider wavelength range than a conventional tellurite EDFA.
(本発明実施例41)
図31は、本発明に係る光増幅器の一構成例を示す図である。図中、201a,201b,201cは光アイソレータであり、202a,202bは励起光を導入するための光カップラであり、203a,203bは励起光源であり、204,205は増幅用光ファイバである。
(Invention Example 41)
FIG. 31 is a diagram showing a configuration example of an optical amplifier according to the present invention. In the figure, 201a, 201b and 201c are optical isolators, 202a and 202b are optical couplers for introducing pumping light, 203a and 203b are pumping light sources, and 204 and 205 are optical fibers for amplification.
本実施例では、増幅用光ファイバ204として、Erの濃度100ppmのAl(アルミニウム)添加石英系ガラス光ファイバ(長さ25m,カットオフ波長1.2μm,Er濃度ファイバ長積2500m・ppm)を用いた。また、励起光源203aとして、発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。さらに、増幅用光ファイバ205として、TeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 の組成(55≦TeO2 ≦90,0≦ZnO≦35,0≦Na2 O≦35,0<Bi2 O3 ≦20、単位モル%)のガラスを母材とし、Er添加濃度500ppmで、長さを12mとした(Er濃度ファイバ長積6000m・ppm)、カットオフ波長が1.3μmであるテルライトガラス光ファイバを用いた。また、励起光源203bとして、発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。 In this embodiment, as the amplification optical fiber 204, an Al (aluminum) -added silica glass optical fiber (length: 25 m, cutoff wavelength: 1.2 μm, Er concentration fiber length product: 2500 m · ppm) having an Er concentration of 100 ppm is used. It was. A semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.48 μm was used as the excitation light source 203a. Further, the composition of TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 (55 ≦ TeO 2 ≦ 90, 0 ≦ ZnO ≦ 35, 0 ≦ Na 2 O ≦ 35, 0 <Bi 2) is used as the amplification optical fiber 205. O 3 ≦ 20, the glass of the unit mol%) as a base material, with Er doping concentration 500 ppm, the length was 12m (Er concentration fiber length product 6000 m · ppm), tellurite glass is 1.3μm cut-off wavelength An optical fiber was used. A semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.48 μm was used as the excitation light source 203b.
光源203aの励起光量を70mWとし、光源203bの励起光量を150mWとしたとき、波長1.525μmから1.610μmの85nmの帯域で20dB以上の利得および5dB以下の雑音指数を確認することができた。 When the excitation light quantity of the light source 203a was 70 mW and the excitation light quantity of the light source 203b was 150 mW, a gain of 20 dB or more and a noise figure of 5 dB or less could be confirmed in the 85 nm band from a wavelength of 1.525 μm to 1.610 μm. .
このような広帯域で低雑音動作するEDFAは従来の構成では実現されていない。 Such an EDFA that operates in a wide band with low noise has not been realized with a conventional configuration.
増幅用光ファイバ204を用いない場合は、1.54μmより短波長では、雑音指数は5dBより高く、1.525μmでは10dB以上の値となっており、また、20dB以上の利得は1.53μmから1.61μmの80nm帯でのみ得られた。 When the amplification optical fiber 204 is not used, the noise figure is higher than 5 dB at a wavelength shorter than 1.54 μm, 10 dB or more at 1.525 μm, and the gain of 20 dB or more starts from 1.53 μm. It was obtained only in the 80 nm band of 1.61 μm.
本実施例において、低雑音帯が短波長に伸び、結果としてEDFAの動作波長帯が拡がったのは、Er濃度ファイバ長積の小さな増幅用光ファイバをテルライトガラス光ファイバの前段に配置し、高利得低雑音で1.525μmから1.54μmの波長を増幅した後、テルライトガラス光ファイバの増幅を起こさせているためである。 In this example, the low noise band was extended to a short wavelength, and as a result, the operating wavelength band of the EDFA was expanded because an optical fiber for amplification with a small Er-concentration fiber long product was placed in front of the tellurite glass optical fiber. This is because amplification of the tellurite glass optical fiber is caused after amplification of a wavelength of 1.525 μm to 1.54 μm with low gain.
つぎに、本実施例の一変形例について説明する。 Next, a modification of the present embodiment will be described.
増幅用光ファイバ204として、Erの濃度1000ppmのAl(アルミニウム)添加石英系ガラス光ファイバ(長さ12m,カットオフ波長1.2μm,Er濃度ファイバ長積12,000m・ppm、この積はエルビウム添加テルライトガラス光ファイバのものよりも大きい)を用いた。 As an optical fiber 204 for amplification, an Al (aluminum) -added silica glass optical fiber with an Er concentration of 1000 ppm (length: 12 m, cutoff wavelength: 1.2 μm, Er- concentration fiber length product: 12,000 m · ppm, this product is erbium-added Larger than that of tellurite glass optical fiber).
光源203aの励起光量を70mWとし、光源203bの励起光量を150mWとしたとき、波長1.535μmから1.610μmの75mmの帯域で20dB以上の利得および5dB以下の雑音指数を確認することができた。 When the excitation light amount of the light source 203a was 70 mW and the excitation light amount of the light source 203b was 150 mW, a gain of 20 dB or more and a noise figure of 5 dB or less could be confirmed in a 75 mm band from a wavelength of 1.535 μm to 1.610 μm. .
このような広帯域で低雑音動作するEDFAは従来の構成では実現されていない。 Such an EDFA that operates in a wide band with low noise has not been realized with a conventional configuration.
(本発明実施例42)
本実施例では、増幅用光ファイバ204として、Er濃度100ppmファイバ長3.5mのZrF4 系フッ化物ガラス光ファイバ(カットオフ波長1.2μm,Er濃度ファイバ長積3500m・ppm)を用い、励起光源203として、発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。また、増幅用光ファイバ205として、上記TeO2 −ZnO−Li2 O−Bi2 O3 の組成(55≦TeO2 ≦90,0≦ZnO≦25,0≦Li2 O≦25,0<Bi2 O3 ≦20、単位モル%)のガラスを母材とし、Er添加濃度が500ppmで、長さ12m、カットオフ波長が1.3μm(Er濃度ファイバ長積6000m・ppm)のテルライトガラス光ファイバを用いた。さらに、励起光源203bとして発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。
( Invention Example 42)
In this embodiment, a ZrF 4 fluoride glass optical fiber (cutoff wavelength: 1.2 μm, Er concentration fiber length product: 3500 m · ppm) having an Er concentration of 100 ppm and a fiber length of 3.5 m is used as the amplification optical fiber 204. A semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.48 μm was used as the light source 203. Further, as the amplification optical fiber 205, the composition of TeO 2 —ZnO—Li 2 O—Bi 2 O 3 (55 ≦ TeO 2 ≦ 90, 0 ≦ ZnO ≦ 25, 0 ≦ Li 2 O ≦ 25, 0 <Bi 2 O 3 ≦ 20 (unit mol%) glass as a base material, tellurite glass optical fiber having an Er addition concentration of 500 ppm, a length of 12 m, and a cutoff wavelength of 1.3 μm (Er concentration fiber length product 6000 m · ppm) Was used. Further, a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.48 μm was used as the excitation light source 203b.
光源203aの励起光量を70mWとし、光源203bの励起光量を150mWとしたとき、波長1.525μmから1.610μmの85nmの帯域で20dB以上の利得および5dB以下の雑音指数を確認することができた。増幅用光ファイバ304を用いない場合は、1.54μmより短波長では、雑音指数は5dBより高く、1.525μmでは10dB以上の値となっており、また、20dB以上の利得は1.53μmから1.61μmの80nm帯でしか得られなかった。 When the excitation light quantity of the light source 203a was 70 mW and the excitation light quantity of the light source 203b was 150 mW, a gain of 20 dB or more and a noise figure of 5 dB or less could be confirmed in the 85 nm band from a wavelength of 1.525 μm to 1.610 μm. . When the amplification optical fiber 304 is not used, the noise figure is higher than 5 dB at a wavelength shorter than 1.54 μm, 10 dB or more at 1.525 μm, and the gain of 20 dB or more starts from 1.53 μm. It was obtained only in the 80 nm band of 1.61 μm.
(本発明実施例43)
本実施例では、増幅用光ファイバ204,205とも上記TeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 の組成(55≦TeO2 ≦90,0≦ZnO≦35,0≦Na2 O≦35,0<Bi2 O3 ≦20、単位モル%)のガラスを母材とし、Er添加濃度が500ppmで、カットオフ波長が1.3μmであるテルライトガラス光ファイバを用いた。増幅用光ファイバ4ではファイバ長を3mとし、増幅用光ファイバ205ではファイバ長を12mとした。励起光源203aとしては、発振波長0.98μmの半導体レーザを用い、光源203bとしては、発振波長1.48μmの半導体レーザを用いた。
( Invention Example 43)
In this embodiment, the amplification optical fibers 204 and 205 are composed of the above TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 (55 ≦ TeO 2 ≦ 90, 0 ≦ ZnO ≦ 35, 0 ≦ Na 2 O ≦ 35). , 0 <Bi 2 O 3 ≦ 20, unit mol%), a tellurite glass optical fiber having an Er addition concentration of 500 ppm and a cutoff wavelength of 1.3 μm was used. The amplification optical fiber 4 has a fiber length of 3 m, and the amplification optical fiber 205 has a fiber length of 12 m. A semiconductor laser with an oscillation wavelength of 0.98 μm was used as the excitation light source 203a, and a semiconductor laser with an oscillation wavelength of 1.48 μm was used as the light source 203b.
光源203の励起光量を100mWとし、光源203bの励起光量を150mWとしたとき、波長1.525μmから1.610μmの85nmの帯域で20dB以上の利得および5dB以下の雑音指数を確認することができた。増幅用光ファイバ304を用いない場合は、1.54μmより短波長では、雑音指数は5dBより高く、1.525μmでは10dB以上の値となっており、また、20dB以上の利得は1.53μmから1.61μmの80nm帯でしか得られなかった。 When the excitation light quantity of the light source 203 was 100 mW and the excitation light quantity of the light source 203b was 150 mW, a gain of 20 dB or more and a noise figure of 5 dB or less could be confirmed in a 85 nm band from a wavelength of 1.525 μm to 1.610 μm. . When the amplification optical fiber 304 is not used, the noise figure is higher than 5 dB at a wavelength shorter than 1.54 μm, 10 dB or more at 1.525 μm, and the gain of 20 dB or more starts from 1.53 μm. It was obtained only in the 80 nm band of 1.61 μm.
以上の実施例では、全て増幅用光ファイバ204,205をそれぞれ前方励起および後方励起としたが、励起法は特にこれらに限定されるものではなく、双方向励起を含めたいずれの励起法を取っても良い。 In the above embodiments, the amplification optical fibers 204 and 205 are all forward pumped and backward pumped, respectively. However, the pumping method is not particularly limited to these, and any pumping method including bidirectional pumping can be used. May be.
(本発明実施例44)
本実施例では、増幅用光ファイバ4としては、実施例41〜43のものを用い、増幅用光ファイバ205として、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 −Al2 O3 (Mは1種類以上のアルカリ元素)系ガラスを母材としたEr添加テルライトガラス光ファイバ(Er濃度500ppm、長さ14m)を使用した。この場合も、増幅用光ファイバ4を用いることにより、用いないときよりも低雑音な増幅帯域の拡大を確認することができた。
( Invention Example 44)
In this embodiment, the amplification optical fiber 4 is the same as that of Examples 41 to 43, and the amplification optical fiber 205 is TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 —Al 2 O 3 (M Used an Er-added tellurite glass optical fiber (Er concentration: 500 ppm, length: 14 m) based on a glass of one or more alkali elements. Also in this case, by using the amplification optical fiber 4, it was possible to confirm the expansion of the amplification band with lower noise than when not using it.
(本発明実施例45)
本実施例では、増幅用光ファイバ204として、Erが添加されたフツリン酸系ガラス光ファイバ,リン酸系ガラス光ファイバ,カルコゲナイト系ガラス光ファイバを用いた。増幅用光ファイバ204のEr濃度ファイバ長積が、増幅用光ファイバ205のテルライトガラス光ファイバより小さいとき、低雑音な増幅帯域の拡大を確認することができた。つまり、増幅用光ファイバ204の素材は、本発明の効果を発現させるためには、大きな問題にはならず、Er濃度ファイバ長積が重要なパラメータとなる。
( Invention Example 45)
In this embodiment, as the amplification optical fiber 204, Er is added, fluorophosphate glass fiber, phosphate glass optical fiber, a chalcogenide glass optical fiber was used. When the Er concentration fiber length product of the amplification optical fiber 204 is smaller than the tellurite glass optical fiber of the amplification optical fiber 205, it was confirmed that the amplification band was expanded with low noise. That is, the material of the amplification optical fiber 204 is not a big problem in order to exhibit the effects of the present invention, and the Er concentration fiber length product is an important parameter.
以上の本発明実施例41〜45では、Er添加濃度ファイバ長積の異なる2つの光ファイバを増幅媒体としたが、3つ以上であっても良い。このとき、Er添加濃度光ファイバ長積の最小の光ファイバは最も後段以外はいずれの位置でも良いが、好ましくは最前段が良い。 In the above Examples 41 to 45 of the present invention , the two optical fibers having different Er addition concentration fiber length products are used as the amplifying medium, but three or more optical fibers may be used. At this time, the optical fiber having the smallest Er-doped optical fiber length product may be in any position other than the rearmost stage, but preferably the frontmost stage.
つぎに、光増幅媒体が複数個直列に配置された光増幅器において、非石英系ガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバとを、あるいはコア屈折率が互いに異なる非石英系ガラス光ファイバ同士を確実にかつ低損失、低反射で接続するための構造について説明する。 Next, in an optical amplifier in which a plurality of optical amplifying media are arranged in series, a non-silica glass optical fiber and a silica glass optical fiber, or non-silica glass optical fibers having different core refractive indexes are securely connected. A structure for connecting with low loss and low reflection will be described.
図32は、本発明にもとづく光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバとの接続部の構成を説明するための模式図である。図中、参照符号301は非石英系ガラス光ファイバ、302は石英系ガラス光ファイバ、303a,303bは、それぞれ非石英系ガラス光ファイバおよび石英系ガラス光ファイバ2の端部を保持する光ファイバ保持筐体、304aおよび304bは光ファイバ保持筐体303aおよび303bの接続端面、305は光学接着剤を示し、非石英系ガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302は、それぞれの接続端面304a,304bの垂直軸に対してそれぞれ異なる角度θ1 ,θ2 で保持される。この場合、非石英系ガラス光ファイバ301と石英系ガラス光ファイバ302間の低損失な接続は、角度θ1 ,θ2 [rad]が式(1)に示すスネルの公式を満足することにより実現できる。また、非石英系ガラス光ファイバ301と石英系ガラス光ファイバ302の接続部における反射減衰量R1 およびR2 は、それぞれ、下記の式(5),(6)で表される。 Figure 32 is a schematic view for explaining the configuration of the connection portion of the non-silica-based glass optical fiber and silica glass optical fibers constituting the optical amplification medium according to the present invention. In the figure, reference numeral 301 is a non-silica glass optical fiber, 302 is a silica glass optical fiber, and 303a and 303b are optical fiber holders for holding the ends of the non-silica glass optical fiber and the silica glass optical fiber 2, respectively. Cases 304a and 304b are connection end faces of the optical fiber holding cases 303a and 303b, 305 is an optical adhesive, and the non-quartz glass optical fiber 301 and the silica glass optical fiber 302 are respectively connected end faces 304a and 304b. Are held at different angles θ 1 and θ 2 with respect to the vertical axis. In this case, the low-loss connection between the non-silica glass optical fiber 301 and the silica glass optical fiber 302 is realized when the angles θ 1 and θ 2 [rad] satisfy the Snell formula shown in the equation (1). it can. Further, reflection attenuation amounts R 1 and R 2 at the connection portion between the non-quartz glass optical fiber 301 and the silica glass optical fiber 302 are expressed by the following equations (5) and (6), respectively.
(上式は文献[H. M. Presby, et. al, "Bevelled-microlensed taper connector s for laser and fiber back-reflections", Electron. Lett., vol.24, pp.1162-1163, 1988]による。)ここで、nUVは光学接着剤305の屈折率、λは信号波長(使用する波長)、ω1 ,ω2 は各々非石英系ガラス光ファイバ301と石英系ガラス光ファイバ302のモードフィールド半径を示す。従って、上記(5),(6)式より、角度θ1 ,θ2 を調整することにより、所望の反射減衰量以上の低反射接続が実現できる。例えば、非石英系ガラス光ファイバ301(Zr系フッ化物ガラス光ファイバ:コア屈折率1.55、In系フッ化物ガラス光ファイバ:コア屈折率1.65、カルコゲナイド系ガラス光ファイバ(ガラス組成As−S):コア屈折率2.4、テルライトガラス光ファイバ:コア屈折率2.1)に対して所望の反射減衰量R1 を実現するために必要な角度θ1 、および石英系ガラス光ファイバ302に対して所望の反射減衰量を実現するために必要な角度θ2 は、式(5)および(6)を変形した次の式(7)および(8)で計算できる。 (The above equation is based on the literature [HM Presby, et. Al, “Bevelled-microlensed taper connectors for laser and fiber back-reflections”, Electron. Lett., Vol. 24, pp. 1162-1163, 1988]) Where n UV is the refractive index of the optical adhesive 305, λ is the signal wavelength (wavelength used), and ω 1 and ω 2 are the mode field radii of the non-quartz glass optical fiber 301 and the silica glass optical fiber 302, respectively. . Therefore, by adjusting the angles θ 1 and θ 2 from the above equations (5) and (6), a low reflection connection greater than the desired return loss can be realized. For example, non-quartz glass optical fiber 301 (Zr fluoride glass optical fiber: core refractive index 1.55, In fluoride glass optical fiber: core refractive index 1.65, chalcogenide glass optical fiber (glass composition As- S): Core refractive index 2.4, Tellurite glass optical fiber: Angle θ 1 necessary for realizing desired return loss R 1 with respect to core refractive index 2.1), and silica-based glass optical fiber The angle θ 2 necessary for realizing a desired return loss with respect to 302 can be calculated by the following equations (7) and (8) obtained by modifying equations (5) and (6).
光学接着剤5の屈折率nUVを1.5、信号波長λを1.3μm、非石英系ガラス光ファイバ1と石英系ガラス光ファイバ2のスポットサイズ(半径)ω1 ,ω2 を5μmとした場合、R1 =40dB、50dB、60dBおよびR2 =40dB、50dB、60dBを実現するためのθ1 およびθ2 を表1に示す。ここで、石英系ガラス光ファイバ2に対して、反射減衰量R2 =40dB、50dB、60dBを実現するために必要な角度θ2 が0となっているが、これは、光学接着剤の屈折率nUVが石英系ガラス光ファイバ2のコア屈折率と同じものを採用したためである。この結果、例えば、テルライトガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバ間における低損失で反射減衰量50dBの接続は、θ1 を3.2[deg]、θ2 を4.5[deg]にすれば実現できる(θ2 の角度は式(1)より導出)。 The refractive index n UV of the optical adhesive 5 is 1.5, the signal wavelength λ is 1.3 μm, and the spot sizes (radius) ω 1 and ω 2 of the non-quartz glass optical fiber 1 and the silica glass optical fiber 2 are 5 μm. Table 1 shows θ 1 and θ 2 for realizing R 1 = 40 dB, 50 dB, 60 dB and R 2 = 40 dB, 50 dB, 60 dB. Here, the angle θ 2 necessary for realizing the return loss R 2 = 40 dB, 50 dB, and 60 dB with respect to the silica-based glass optical fiber 2 is 0, which is the refraction of the optical adhesive. This is because the refractive index n UV is the same as the core refractive index of the silica glass optical fiber 2. As a result, for example, a low loss and 50 dB return loss connection between a tellurite glass optical fiber and a silica-based glass optical fiber can be achieved by setting θ 1 to 3.2 [deg] and θ 2 to 4.5 [deg]. (The angle of θ 2 is derived from equation (1)).
以上説明したように、本発明にもとづく接続部は、
1)光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバとの光軸が同一直線上になく、両者の光軸の関係がスネルの公式を満足する関係にあること、
2)従来技術必要とされた反射防止用の誘電体膜を必要としないこと、
3)光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバの光軸の光ファイバ保持筐体・接続端面の垂直軸に対する傾き角度と石英系ガラス光ファイバの光軸の光ファイバ保持筐体・接続端面の垂直軸に対する傾き角度が異なることによって従来のものと大きく異なる。
As described above, the connecting portion according to the present invention is
1) without the optical axis collinear with non silica-based glass optical fiber and silica glass optical fibers constituting the optical amplification medium, it is in relation to both the relationship between the optical axis satisfies the official Snell,
2) No need for a dielectric film for antireflection which is required in the prior art;
3) The inclination angle of the optical axis of the non-quartz glass optical fiber constituting the optical amplifying medium with respect to the vertical axis of the optical fiber holding housing / connection end surface, and the optical fiber holding housing / connection end surface of the optical axis of the silica glass optical fiber. The angle of inclination with respect to the vertical axis differs greatly from the conventional one.
なお、上記説明では、光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバ301あるいは石英系ガラス光ファイバ302の端部を保持する光ファイバ保持筐体303a,303bの接続端面304a,304bの間に光学接着剤305を介して接続していたが、図33に示すように、両接続端面を完全に密着させても良い。ただし、この場合、光ファイバ保持筐体303a,303bの固定はその両脇間を接着剤306により固定(以下の本発明実施例では把持固定と呼ぶ)することとなる。また、この場合、式(5)ではuUVをn2 に、式(6)ではuUV をn1 に、式(7)および(8)ではuUVをそれぞれn2 およびn1 に変更することにより、非石英系ガラス光ファイバ1に対して反射減衰量R1 =40dB、50dB、60dBを実現するために必要な角度θ2 が計算できる。 In the above description, the optical fiber is not provided between the connection end faces 304a and 304b of the optical fiber holding housings 303a and 303b that hold the ends of the non-quartz glass optical fiber 301 or the silica glass optical fiber 302 constituting the optical amplification medium. Although the connection is made via the adhesive 305, both connection end faces may be brought into close contact as shown in FIG. However, in this case, the optical fiber holding housings 303a and 303b are fixed with an adhesive 306 between the both sides thereof (referred to as gripping fixation in the following embodiments of the present invention ). In this case, equation (5), the u UV to n 2, changing equation u UV in (6) to n 1, formula (7) and u UV in (8), respectively n 2 and n 1 Thus, the angle θ 2 required to realize the return loss R 1 = 40 dB, 50 dB, and 60 dB with respect to the non-quartz glass optical fiber 1 can be calculated.
また、上記では、光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバの低損失・低反射接続について説明したが、本発明は異なるガラスから成る2本の非石英系ガラス光ファイバ間の接続、例えば、カルコゲナイドガラスファイバとIn系フッ化物ガラス光ファイバ間等、全ての組み合わせに関しても有効に作用する。 In the above description, the low-loss / low-reflection connection between the non-quartz glass optical fiber and the silica-based glass optical fiber constituting the optical amplifying medium has been described. However, the present invention provides two non-quartz glass lights made of different glasses. This also works effectively for all combinations of connections between fibers, for example, between chalcogenide glass fibers and In-based fluoride glass optical fibers.
(本発明実施例46)
図34および35を用いてこの実施例を説明する。図34は接続部の上面図、図35は接続部の断面図である。参照符号301はEr添加テルライトガラス光ファイバ(ガラス組成はTeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 、コア屈折率は2.1、モードフィールド半径は5μm、Er添加濃度は4000ppm、ファイバの被覆はUV樹脂)、2は石英系ガラス光ファイバ(コア屈折率は 1.5、モードフィールド半径は5μm、被覆はUV樹脂)、307aおよび307bはそれぞれ光ファイバ301および302の端部を保持するV溝型光ファイバ保持筐体であり、各光ファイバ301および302は、V溝基板8により位置決めされ、接着剤310と光ファイバ固定板309によりV溝型光ファイバ保持筐体307aおよび307bに固定した。ただし、V溝型光ファイバ保持筐体307a,307b、V溝基板308、光ファイバ固定板309の材質はパイレックス(登録商標)ガラス製のものを使用した。さらに、311aおよび311bは、それぞれV溝型光ファイバ保持筐体307aおよび307bの接続端面、305は光学接着剤(本実施例ではエポキシ系のUV接着剤を使用した。屈折率1.5である。)を示し、Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302は、各々の接続端面311a,311bの垂直軸に対してθ1 =18[deg]、θ2 =25[deg]で保持した。この接続により、Er添加テルライトガラス光ファイバ301と石英系ガラス光ファイバ302間を接続損失0.2dBで接続できた。ただし、接続損失は、Er添加テルライトガラス光ファイバ301のErイオンの吸収の無い、1.3μmで測定した。次に市販の反射減衰量測定器を使用し、波長1.3μmでの反射減衰量を測定した。Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302側より測定した反射減衰量は、いずれもこの装置の測定限界である60dBを越える高性能な特性を示した。また、Er添加テルライト光ファイバ1および石英系ガラス光ファイバ302の、それぞれの接続端面311aおよび311bの垂直軸に対する角度を、{θ1 =8[deg]、θ2 =11.2[deg]}および{θ1 =14[deg]、θ2 =20[deg]}にした場合においても、Er添加テルライトガラス光ファイバ301と石英系ガラス光ファイバ302間の接続損失0.2dB(測定波長1.3μm)、Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302側より測定した反射減衰量は、それぞれ測定限界の60dB以上であった。
( Invention Example 46)
This embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 34 is a top view of the connecting portion, and FIG. 35 is a cross-sectional view of the connecting portion. Reference numeral 301 denotes an Er-doped tellurite glass optical fiber (glass composition is TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 , core refractive index is 2.1, mode field radius is 5 μm, Er addition concentration is 4000 ppm, fiber 2 is silica glass optical fiber (core refractive index is 1.5, mode field radius is 5 μm, coating is UV resin), 307a and 307b hold the ends of optical fibers 301 and 302 , respectively. Each of the optical fibers 301 and 302 is positioned by the V-groove substrate 8, and is bonded to the V-groove optical fiber holding casings 307a and 307b by the adhesive 310 and the optical fiber fixing plate 309. Fixed. However, the materials of the V-groove type optical fiber holding housings 307a and 307b, the V-groove substrate 308, and the optical fiber fixing plate 309 were made of Pyrex (registered trademark) glass. Further, 311a and 311b are connection end faces of the V-groove optical fiber holding housings 307a and 307b, respectively, and 305 is an optical adhesive (in this embodiment, an epoxy UV adhesive is used. The refractive index is 1.5. The Er-added tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 have θ 1 = 18 [deg] and θ 2 = 25 [deg] with respect to the vertical axes of the connection end faces 311a and 311b, respectively. Held in. With this connection, the Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 could be connected with a connection loss of 0.2 dB. However, the connection loss was measured at 1.3 μm without absorption of Er ions in the Er-doped tellurite glass optical fiber 301. Next, the return loss at a wavelength of 1.3 μm was measured using a commercially available return loss measuring device. The reflection attenuation measured from the Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 showed high performance characteristics exceeding the measurement limit of 60 dB, which is the limit of this apparatus. Also, the angles of the connection end faces 311a and 311b of the Er-doped tellurite optical fiber 1 and the silica-based glass optical fiber 302 with respect to the vertical axis are {θ 1 = 8 [deg], θ 2 = 11.2 [deg]}. Even when {θ 1 = 14 [deg], θ 2 = 20 [deg]}, the connection loss between the Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 is 0.2 dB (measurement wavelength 1 .3 μm), the return loss measured from the Er-added tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 side was 60 dB or more at the measurement limit.
上述した角度θ1 ,θ2 の値からわかるように、sinθ1 /sinθ2 の値は必ずしも厳密にはn2 /n1 の値と一致しない。これは実際には光ファイバのコアの等価屈折率に影響されるためである。実用上の問題ではsinθ1 /sinθ2 の値はn2 /n1 の±10%の範囲内であればよい。 As can be seen from the values of the angles θ 1 and θ 2 described above, the value of sin θ 1 / sin θ 2 does not necessarily exactly match the value of n 2 / n 1 . This is because it is actually influenced by the equivalent refractive index of the core of the optical fiber. For practical problems, the value of sin θ 1 / sin θ 2 may be within a range of ± 10% of n 2 / n 1 .
ただし、Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302の、各々の接続端面311aおよび311bの垂直軸に対する角度を、{θ1 =5[deg]、θ2 =7[deg]}にした場合、Er添加テルライトガラス光ファイバ1と石英系ガラス光ファイバ2間を接続損失は0.2dB(測定波長1.3μm)、石英系ガラス光ファイバ2側より測定した反射減衰量は60dB以上であったが、Er添加テルライトガラス光ファイバ1側より測定した反射減衰量は55dBであり、この結果、sinθ1 /sinθ2 の値がn2 /n1 の値に対して上述した範囲内であっても、Er添加テルライトガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバを低損失、かつ両方向に対して低反射(反射減衰量60dB以上)で接続するのには、テルライトガラス光ファイバについて、接続端面の垂直軸に対して8[deg]以上の角度が要求されることが判明した。 However, the angles of the connection end faces 311a and 311b of the Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 with respect to the vertical axis are {θ 1 = 5 [deg], θ 2 = 7 [deg]}. In this case, the connection loss between the Er-doped tellurite glass optical fiber 1 and the silica glass optical fiber 2 is 0.2 dB (measurement wavelength: 1.3 μm), and the return loss measured from the silica glass optical fiber 2 side is 60 dB. As described above, the return loss measured from the Er-added tellurite glass optical fiber 1 side is 55 dB. As a result, the value of sin θ 1 / sin θ 2 is within the range described above with respect to the value of n 2 / n 1. even the inner, low loss Er-doped tellurite glass optical fiber and the silica-based glass optical fiber, and low reflection for both directions (return loss 60dB or more To connect the), the tellurite glass optical fiber, is 8 [deg] or more angles were found to be required with respect to the vertical axis of the connection end face.
なお、屈折率1.55を有する光学接着剤5を用いても、屈折率1.5の光学接着剤を用いた場合と同様な結果を得た。 Even when the optical adhesive 5 having a refractive index of 1.55 was used, the same result as that obtained when an optical adhesive having a refractive index of 1.5 was used was obtained.
(本発明実施例47)
次に、図36および図37を用いてこの実施例を説明する。図36は接続部の上面図、図37は接続部の断面図である。参照符号301はEr添加テルライトガラス光ファイバ(ガラス組成はTeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 、コア屈折率は2.1、モードフィールド半径は5μm、Er添加濃度は4000ppm、ファイバの被覆はUV樹脂)、302は石英系ガラス光ファイバ(コア屈折率は〜1.5、モードフィールド半径は5μm、被覆はUV樹脂)であり、実施例45と同様に、光ファイバ301および302の端部をそれぞれV溝型光ファイバ保持筐体307aおよび307bで保持した。ただし、本実施例では、V溝型光ファイバ保持筐体307aおよび307bのそれぞれの接続端面311aおよび311b間に光学接着剤を介さずに、完全に密着させて接続し、V溝型光ファイバ保持筐体307aと307bの固定はその両脇間を接着剤306により固定(把持固定)した。Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302の、それぞれの接続端面311aおよび311bの垂直軸に対する角度はθ1 =18[deg]およびθ2 =25[deg]である。本実施例46でも、Er添加テルライトガラス光ファイバ301と石英系ガラス光ファイバ302間の接続損失は0.2dB(測定波長1.3μm)であり、Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302側より測定した反射減衰量は、それぞれ60dB以上であった。また、実施例45と同様に、Er添加テルライトガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバを低損失・低反射(反射減衰量60dB以上)で接続するのには、Er添加テルライトガラス光ファイバを、接続端面の垂直軸に対して8[deg]以上の角度が要求されることが実験的に判明した。
( Invention Example 47)
Next, this embodiment will be described with reference to FIGS. 36 is a top view of the connection portion, and FIG. 37 is a cross-sectional view of the connection portion. Reference numeral 301 denotes an Er-doped tellurite glass optical fiber (glass composition is TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 , core refractive index is 2.1, mode field radius is 5 μm, Er addition concentration is 4000 ppm, fiber ) Is a silica-based glass optical fiber (core refractive index is .about.1.5, mode field radius is 5 .mu.m, coating is UV resin), and optical fibers 301 and 302 are the same as in Example 45. These ends were held by V-groove optical fiber holding housings 307a and 307b, respectively. However, in this embodiment, the V-groove type optical fiber holding housings 307a and 307b are connected in close contact with each other without using an optical adhesive between the connection end faces 311a and 311b. The casings 307a and 307b were fixed with the adhesive 306 between the sides (gripping and fixing). The angles of the Er-added tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 with respect to the vertical axes of the connection end faces 311a and 311b are θ 1 = 18 [deg] and θ 2 = 25 [deg]. Even this embodiment 46, the connection loss between the Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica glass optical fiber 302 is 0.2 dB (measuring wavelength 1.3 .mu.m), Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based The return loss measured from the glass optical fiber 302 side was 60 dB or more. Similarly to Example 45, an Er-added tellurite glass optical fiber is used to connect an Er-added tellurite glass optical fiber and a silica-based glass optical fiber with low loss and low reflection (reflection attenuation of 60 dB or more). It has been experimentally found that an angle of 8 [deg] or more is required with respect to the vertical axis of the connection end face.
(本発明実施例48,49)
次に、図38ないし図41を用いて実施例48および49を説明する。図38および図40はそれぞれ接続部の上面であり、図39および図41はそれぞれ接続部の断面図である。これらの図において、参照符号301はEr添加テルライトガラス光ファイバ(ガラス組成はTeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 、コア屈折率は2.1、モードフィールド半径は5μm、Er添加濃度は4000ppm、ファイバの被覆はUV樹脂)であり、本実施例48および49では光ファイバ保持筐体としてガラスフェルール312a,312bを適用した。接続端面313a,313bは各々のガラスフェルール312a,312bを斜め研磨することにより実現した。
( Invention Examples 48 and 49)
Next, Examples 48 and 49 will be described with reference to FIGS. 38 and 40 are top views of the connecting portion, respectively, and FIGS. 39 and 41 are cross-sectional views of the connecting portion, respectively. In these drawings, reference numeral 301 is an Er-doped tellurite glass optical fiber (glass composition is TeO 2 —ZnO—Na 2 O—Bi 2 O 3 , core refractive index is 2.1, mode field radius is 5 μm, Er addition is performed) The concentration is 4000 ppm, and the coating of the fiber is UV resin. In Examples 48 and 49 , glass ferrules 312a and 312b are applied as optical fiber holding cases. The connection end faces 313a and 313b are realized by obliquely polishing the glass ferrules 312a and 312b.
Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302は接着剤310(UV接着剤を使用)を用いて、ガラスフェルール312a,312bに固定した。図38および図39に示した実施例48は、接続端面313aと313bの間に光学接着剤305(屈折率は1.5および1.55の2種を用いた)を介して接続するものであり、また、図40および図41に示した実施例49は、接続端面313aと313bとを完全に密着させて接続するものである。実施例38および39における、Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302の、各々の接続端面313aおよび313bの垂直軸に対する角度はθ1 =12[deg]、θ2 =17[deg]であり、Er添加テルライトガラス光ファイバ301と石英系ガラス光ファイバ302間を接続損失0.2dB(測定波長1.3μm)、Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバ302側より測定した反射減衰量は、各々60dB以上を実現した(実施例48では光学接着剤の屈折率として1.5と1.55の2種を用いたが、結果は同じであった)。また、実施例46および47と同様に、Er添加テルライトガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバを低損失・低反射(反射減衰量60dB以上)で接続するのに必要なテルライトガラス光ファイバと接続端面・垂直軸間の角度は8[deg]以上であった。 The Er-added tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 were fixed to the glass ferrules 312a and 312b using an adhesive 310 (using a UV adhesive). In Example 48 shown in FIG. 38 and FIG. 39, an optical adhesive 305 is used between the connecting end faces 313a and 313b (with two refractive indexes of 1.5 and 1.55). In addition, in the embodiment 49 shown in FIGS. 40 and 41, the connection end faces 313a and 313b are brought into close contact with each other and connected. In Examples 38 and 39, the angles of the connection end faces 313a and 313b of the Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 with respect to the vertical axis are θ 1 = 12 [deg] and θ 2 = 17 [ deg], the connection loss between the Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302 is 0.2 dB (measurement wavelength 1.3 μm), the Er-added tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber 302. The return loss measured from the side was 60 dB or more (in Example 48 , the refractive index of the optical adhesive was 1.5 and 1.55, but the results were the same). Similarly to Examples 46 and 47, the tellurite glass optical fiber required for connecting the Er-doped tellurite glass optical fiber and the silica glass optical fiber with low loss and low reflection (reflection attenuation of 60 dB or more) The angle between the connection end face and the vertical axis was 8 [deg] or more.
さらに、上記本発明実施例46ないし49に示した接続法により、Er添加テルライトガラス光ファイバ1(ガラス組成はTeO2 −ZnO−Na2 O、コア屈折率は2.1、モードフィールド半径は5μm、Er添加濃度は4000ppm、ファイバ長は1m、被覆はUV樹脂)の両端に石英系ガラス光ファイバを接続し、図42に示す光ファイバ増幅器を構成した。314aおよび314bはEr添加テルライトガラス光ファイバ301への励起光を発生する励起光源部で発振波長1.48μm、出力200mWの半導体レーザ、315aおよび315bは信号光と励起光源部314a,314bで発生された励起光を合波する合波部、316aおよび316bは光増幅器の発振を抑えるための光アイソレータである。また、317aおよび317bは本発明の接続部を示し、実施例46(光学接着剤の屈折率は1.55)、実施例47、実施例48(光学接着剤の屈折率は1.55)、および実施例49に示す全ての方法を適用した。ただし、実施例46および47に示す接続部は、Er添加テルライトガラス光ファイバ301および石英系ガラス光ファイバの接続端面311aおよび311bの垂直軸に対する角度はθ1 =14[deg]、θ2 =20[deg]、実施例48および49に示す接続部では、Er添加テルライトガラス光ファイバ1および石英系ガラス光ファイバの接続端面313a,313bの垂直軸に対する角度はθ1 =12[deg]、θ2 =17[deg]を採用した。実施例45、実施例46、実施例47、および実施例48に示した全ての接続法を用いることにより、光ファイバ増幅器の信号利得40dB以上を実現すると共に、光ファイバ増幅器におけるゴーストの発生はなかった。図43に本光ファイバ増幅器の増幅特性の一例を示す。接続法は実施例46の方法を採用した。 Further, according to the connection method shown in Examples 46 to 49 of the present invention, Er-doped tellurite glass optical fiber 1 (glass composition is TeO 2 —ZnO—Na 2 O, core refractive index is 2.1, and mode field radius is A silica-based glass optical fiber was connected to both ends of 5 μm, Er addition concentration was 4000 ppm, fiber length was 1 m, and the coating was UV resin. Thus, an optical fiber amplifier shown in FIG. 42 was constructed. 314a and 314b are pumping light source units for generating pumping light to the Er-doped tellurite glass optical fiber 301. A semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.48 μm and an output of 200 mW, 315a and 315b are generated by the signal light and pumping light source units 314a and 314b. Multiplexers 316a and 316b that multiplex the pumped light are optical isolators for suppressing oscillation of the optical amplifier. Reference numerals 317a and 317b denote connection portions of the present invention. Example 46 (the refractive index of the optical adhesive is 1.55), Example 47 and Example 48 (the refractive index of the optical adhesive is 1.55), And all methods shown in Example 49 were applied. However, in the connection portions shown in Examples 46 and 47, the angles of the connection end faces 311a and 311b of the Er-doped tellurite glass optical fiber 301 and the silica-based glass optical fiber with respect to the vertical axis are θ 1 = 14 [deg] and θ 2 = 20 [deg], in the connection portions shown in Examples 48 and 49, the angles of the Er-added tellurite glass optical fiber 1 and the silica-based glass optical fibers with respect to the vertical axes of the connection end faces 313a and 313b are θ 1 = 12 [deg], θ 2 = 17 [deg] was adopted. By using all the connection methods shown in Example 45, Example 46, Example 47, and Example 48, the signal gain of the optical fiber amplifier is 40 dB or more, and no ghost is generated in the optical fiber amplifier. It was. FIG. 43 shows an example of amplification characteristics of the present optical fiber amplifier. As a connection method, the method of Example 46 was adopted.
(本発明実施例50)
各種の非石英系ガラス光ファイバを本発明に従って石英系ガラス光ファイバと接続した。
(Invention Example 50)
Various non-silica glass optical fibers were connected to the silica glass optical fibers according to the present invention.
表2および表3にその結果をまとめて示す。非石英系光ファイバ301としては、
1.テルライトガラス光ファイバ(表2では非石英系光ファイバAと表示)
ガラス組成:TeO2 −ZnO−Na2 O−Bi2 O3 、
コア屈折率:2.1
2.Zr系フッ化物ガラス光ファイバ(表2では非石英系光ファイバBと表示)
ガラス組成:ZrF4 −BaF2 −LaF3 −YF3 −AlF3 −
LiF−NaF、
コア屈折率:1.55、モードフィールド半径:4μm、
被覆:UV樹脂
3.In系フッ化物ガラス光ファイバ(表3では非石英系光ファイバCと表示)
ガラス組成:InF3 −GaF3 −ZnF2 −PbF2 −BaF2 −
SrF2 −YF3 −NaF、
コア屈折率:1.65、モードフィルード半径:4.5μm
被覆:UV樹脂
4.カルコゲナイド系ガラス光ファイバ
(表3では非石英系光ファイバDと表示)
ガラス組成:As−S、コア屈折率:2.4、
モードフィールド半径:3μm、被覆:UV樹脂を用いた。
なお、上記非石英系ガラス光ファイバA,B,C,Dでは、希土類元素としてEr(添加濃度1000ppm)、Pr(添加濃度500ppm)、Tm(添加濃度2000ppm)、Ho(添加濃度1000ppm)、Yb(添加濃度500ppm)、Tb(添加濃度2000ppm)、Nd(添加濃度1000ppm)、Eu(添加濃度2000ppm)の1種または2種以上を添加したものと、添加しないものについて行った。また、接続する石英系ガラス光ファイバ(コア屈折率は1.5)のモードフィールド半径は、上記各々の非石英系ガラス光ファイバと同一とし、接続の形態は実施例46ないし49の何れかを適用した。なお、実施例45および実施例46の接続形態の適用時使用した接続端面13−1と13−2間用の光学接着剤5の屈折率は1.5である。接続損失および反射減衰量は希土類元素の添加の有無および添加希土類元素の種類に関係なかった。
Tables 2 and 3 summarize the results. As the non-quartz optical fiber 301,
1. Tellurite glass optical fiber (shown as non-quartz optical fiber A in Table 2)
Glass composition: TeO 2 -ZnO-Na 2 O -Bi 2 O 3,
Core refractive index: 2.1
2. Zr fluoride glass optical fiber (indicated as non-quartz optical fiber B in Table 2)
Glass composition: ZrF 4 -BaF 2 -LaF 3 -YF 3 -AlF 3 -
LiF-NaF,
Core refractive index: 1.55, mode field radius: 4 μm,
Coating: UV resin In-based fluoride glass optical fiber (shown as non-quartz optical fiber C in Table 3)
Glass composition: InF 3 -GaF 3 -ZnF 2 -PbF 2 -BaF 2 -
SrF 2 -YF 3 -NaF,
Core refractive index: 1.65, mode field radius: 4.5 μm
Coating: UV resin Chalcogenide glass optical fiber
(In Table 3, indicated as non-silica optical fiber D)
Glass composition: As-S, core refractive index: 2.4,
Mode field radius: 3 μm, Coating: UV resin was used.
In the non-quartz glass optical fibers A, B, C, and D, the rare earth elements Er (addition concentration 1000 ppm), Pr (addition concentration 500 ppm), Tm (addition concentration 2000 ppm), Ho (addition concentration 1000 ppm), Yb (Addition concentration 500 ppm), Tb (addition concentration 2000 ppm), Nd (addition concentration 1000 ppm), and Eu (addition concentration 2000 ppm) were added for one or two or more, and those not added. The mode field radius of the silica-based glass optical fiber to be connected (core refractive index is 1.5) is the same as that of each of the non-silica-based glass optical fibers, and the connection mode is any one of Examples 46 to 49. Applied. In addition, the refractive index of the optical adhesive 5 between the connection end surfaces 13-1 and 13-2 used at the time of application of the connection form of Example 45 and Example 46 is 1.5. The splice loss and return loss were not related to the presence or absence of rare earth elements and the type of rare earth elements added.
表2および表3に示すように、本発明の接続法を用いることにより、非石英系ガラス光ファイバを低損失でかつ低反射で接続できた。なお、表2および表3では低反射(反射減衰量60dB以上)の例を示したが、上記Zr系フッ化物ガラス光ファイバではθ1 <3[deg]で、上記In系フッ化物ガラス光ファイバではθ1 <4[deg]、上記カルコゲナイド系ガラス光ファイバではθ1 <8[deg]で両方向の反射減衰量60dB以上が達成できなくなり、両方向ともに反射減衰量60dB以上を実現するには、この値より大きな角度のθ1 が必要であった。 As shown in Table 2 and Table 3, by using the connection method of the present invention, a non-quartz glass optical fiber could be connected with low loss and low reflection. Tables 2 and 3 show examples of low reflection (reflection attenuation of 60 dB or more). However, in the Zr-based fluoride glass optical fiber, θ 1 <3 [deg], and the In-based fluoride glass optical fiber is used. Then, θ 1 <4 [deg], and the chalcogenide glass optical fiber cannot achieve a return loss of 60 dB or more in both directions at θ 1 <8 [deg]. In order to achieve a return loss of 60 dB or more in both directions, An angle θ 1 greater than this value was required.
上記Pr添加In系フッ化物ガラス光ファイバ(表3では非石英系ガラス光ファイバDと表示)を用いて1.3μm帯光ファイバ増幅器を構成し、信号利得30dB以上の増幅器を実現した。ただし、接続形態は実施例47であり、θ1 は5[deg]、θ2 は5.5[deg]とし、励起光源には1.047μm発振のNd−YL Fレーザを用いた。また、ゴーストの問題もなかった。 A 1.3 μm band optical fiber amplifier was constructed using the Pr-doped In-based fluoride glass optical fiber (shown as non-quartz glass optical fiber D in Table 3), and an amplifier with a signal gain of 30 dB or more was realized. However, the connection form is Example 47, θ 1 is 5 [deg], θ 2 is 5.5 [deg], and a 1.047 μm oscillation Nd-YLF laser is used as the excitation light source. There was no ghost problem.
上記実施例では非石英系ガラス光ファイバと石英系ガラス光ファイバの接続に関して説明した。ここで、2本の異なるガラスからなる非石英系ガラス光ファイバ間の接続結果について説明する。使用した非石英系ガラス光ファイバとしては、上記実施例50で述べた非石英系ガラス光ファイバA,B,C,Dの4種を用いた。なお、希土類元素は添加していない。表4に結果を示す。各光ファイバのコア屈折率と接続角度の関係は上記実施例で説明した範囲である。表4に示すように、本発明の接続法を用いることにより、非石英系ガラス光ファイバ同士を低損失でかつ低反射で接続できた。 In the above embodiment, the connection between the non-silica glass optical fiber and the silica glass optical fiber has been described. Here, the connection result between the non-quartz glass optical fibers which consist of two different glass is demonstrated. As the non-quartz glass optical fiber used, the four types of non-quartz glass optical fibers A, B, C, and D described in Example 50 were used. Rare earth elements are not added. Table 4 shows the results. The relationship between the core refractive index and the connection angle of each optical fiber is in the range described in the above embodiment. As shown in Table 4, by using the connection method of the present invention, non-quartz glass optical fibers could be connected with low loss and low reflection.
以上の実施例46〜50で説明した光増幅媒体、該光増幅媒体を用いた光増幅器およびレーザ装置の特性と、本来Er添加テルライトガラス光ファイバ増幅器のもつ広帯域性を合わせると波長多重光伝送システムや光CATVシステムの高性能化を進めることができ、その結果、それらシステムを用いたサービスの高度化、経済化に大きく寄与できるという利点がある。 When combining the characteristics of the optical amplifying medium, optical amplifier and laser device using the optical amplifying medium described in Examples 46 to 50 above, and the wideband characteristics inherent in the Er-doped tellurite glass optical fiber amplifier, the wavelength division multiplexing optical transmission system As a result, the optical CATV system can be improved in performance, and as a result, there is an advantage that it can greatly contribute to the advancement and economy of services using these systems.
また、広帯域の増幅器として波長多重光伝送システムで利用すれば伝送容量の格段の増大が期待でき、情報通信の低コスト化に寄与できる。また、光CATVシステムにおいて、そのゲインチルトが小さい特性を利用して使用すれば、従来は困難であった波長多重による高品質な映像の分配や中継が可能となり、やはり光CATVの低コスト化が達成できるという大きなメリットがある。さらに、レーザ装置として応用すれば各種波長多重光伝送システムの低コスト化や光計測の高性能化に寄与できる。 Further, if it is used in a wavelength division multiplexing optical transmission system as a broadband amplifier, it can be expected that the transmission capacity will be remarkably increased, thereby contributing to the cost reduction of information communication. In addition, if the optical CATV system is used with the characteristic that the gain tilt is small, it is possible to distribute and relay high-quality video by wavelength multiplexing, which has been difficult in the past, and the cost reduction of the optical CATV is achieved. There is a big merit that you can. Furthermore, if it is applied as a laser device, it can contribute to cost reduction of various wavelength division multiplexing optical transmission systems and high performance of optical measurement.
(本発明実施例51)
本発明では、Er添加テルライトガラス光ファイバまたは光導波路をASE(Amplifier Spontaneous Emission)光源として利用した場合について述べる。通常、Er添加テルライトガラス光ファイバを励起するとファイバより図46の実線で表したスペクトルのASEが得られ、これを1.5から1.6μmの光源として利用することができる。この実線のスペクトルのままでも光源として利用可能である。しかし、スペクトルの波長依存性がなくなってフラットになれば、応用範囲が広がる。
( Invention Example 51)
In the present invention, a case where an Er-doped tellurite glass optical fiber or an optical waveguide is used as an ASE (Amplifier Spontaneous Emission) light source will be described. Normally, when an Er-doped tellurite glass optical fiber is excited, an ASE having a spectrum represented by a solid line in FIG. 46 is obtained from the fiber, and this can be used as a light source of 1.5 to 1.6 μm. Even the spectrum of this solid line can be used as a light source. However, if the spectral wavelength dependence is eliminated and the spectrum becomes flat, the application range is expanded.
本実施例では、図44に示す構成でASE光源を作製した。Er添加テルライトガラス光ファイバ402は、TeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 系(Mは一つ以上のアルカリ元素)ガラスまたはTeO2 −ZnO−M2 O−Bi2 O3 −Al2 O3 系(Mは一つ以上のアルカリ元素)系ガラスを材料として作製した。コア中のEr濃度は、2,000ppm、ファイバ長は4m、カットオフ波長は1.3μm、△nは1.5%であった。 In this example, an ASE light source was fabricated with the configuration shown in FIG. The Er-doped tellurite glass optical fiber 402 is made of TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 (M is one or more alkali elements) glass or TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 —Al. 2 O 3 -based (M is one or more alkali elements) -based glass was used as a material. The Er concentration in the core was 2,000 ppm, the fiber length was 4 m, the cutoff wavelength was 1.3 μm, and Δn was 1.5%.
図中、参照符号401は励起光(波長1.48μm)と1.5μm以上の波長とを合分波するための光カップラ、403は1.56μmを中心とし、その長波長、短波長の光を合分波する光カップラ、404および405は光減衰器、406および408は反射体である。参照符号2で示すEr添加テルライトガラス光ファイバ中で発生したASEのうち、1.56μmより長波長域の光は、光減衰器404を通過したのち、反射体406で反射された後、逆進して再度Er添加テルライトガラス光ファイバ402中を通過して増幅され、光カップラ401の一端から出射される。また、1.56μmより短波長の光は光減衰器405を通過した後、反射体408で反射された後、逆進して再度Er添加テルライトガラス光ファイバ402中を通過して増幅される。増幅された光は光カップラ401の一端から出射された。 In the figure, reference numeral 401 is an optical coupler for combining and demultiplexing excitation light (wavelength 1.48 μm) and a wavelength of 1.5 μm or more, and 403 is light having a long wavelength and a short wavelength centered at 1.56 μm. , Optical couplers 404 and 405 are optical attenuators, and 406 and 408 are reflectors. Of the ASE generated in the Er-doped tellurite glass optical fiber indicated by reference numeral 2, light having a wavelength longer than 1.56 μm passes through the optical attenuator 404, is reflected by the reflector 406, and then travels backward. Then, the light is again amplified through the Er-doped tellurite glass optical fiber 402 and emitted from one end of the optical coupler 401. Further, light having a wavelength shorter than 1.56 μm passes through the optical attenuator 405, is reflected by the reflector 408, travels backward, passes through the Er-doped tellurite glass optical fiber 402, and is amplified again. The amplified light was emitted from one end of the optical coupler 401.
反射体の反射率を図45のようにしたとき、すなわちASEのピーク付近では反射率を小さくし、ピーク波長から離れるに従って大きくすることにより、図46の破線で示すような1.53μmから1.60μmにかけて強度の波長依存性の小さいASEスペクトルが得られた。このとき、光減衰器404,405の減衰量を最適化した。光導波路を増幅媒体とした場合も強度の波長依存性の小さいASEスペクトルを得ることができた。 When the reflectivity of the reflector is as shown in FIG. 45, that is, the reflectivity is reduced near the peak of ASE and increased with increasing distance from the peak wavelength, from 1.53 μm as shown by the broken line in FIG. An ASE spectrum with small wavelength dependency of intensity was obtained over 60 μm. At this time, the attenuation amount of the optical attenuators 404 and 405 was optimized. Even when an optical waveguide was used as an amplifying medium, an ASE spectrum having a small wavelength dependency of intensity could be obtained.
(本発明実施例52)
本実施例では、図47の構成で光増幅特性の評価を行った。本構成は図44の構成を基本とするもので、光カップラ401aの信号入力端に光サーキュレータ409を結合させ、Er添加テルライト光ファイバの後段に励起用光カップラ401bを結合させた。励起光は0.98μmまたは1.48μmの波長のものを用い、0.98μmの前方から入射、1.48μmを後方から入射するなどした。また、前方、後方励起光とも1.48μm光を用いた光増幅も行った。
( Invention Example 52)
In this example, the optical amplification characteristics were evaluated with the configuration of FIG. This configuration is based on the configuration of FIG. 44, in which an optical circulator 409 is coupled to the signal input end of the optical coupler 401a, and an excitation optical coupler 401b is coupled to the subsequent stage of the Er-doped tellurite optical fiber. Excitation light having a wavelength of 0.98 μm or 1.48 μm was used, which was incident from the front of 0.98 μm, and incident from 1.48 μm from the rear. In addition, light amplification using 1.48 μm light was performed for both the forward and backward pumping light.
その結果、1.53μmから1.60μmの間で利得の波長依存性の小さな利得スペクトルが得られた。このとき、光減衰器404、405の減衰量を最適化した。 As a result, a gain spectrum having a small wavelength dependence of gain was obtained between 1.53 μm and 1.60 μm. At this time, the attenuation amount of the optical attenuators 404 and 405 was optimized.
通常、図43に示すような利得の波長依存性の大きな利得スペクトルを平坦化させるには、1.53μmから1.57μmに見られる利得の山をファイバ・ブラッグ・グレーティング等のフィルタにより光増幅器に損失を与えることで切り取りおよび平坦化を行っている。しかし、この方法では光増幅器の量子効率が低下すること、平坦化した後の利得が低い値に統一される(図43では1.58μm付近の利得値)という欠点があった。しかし、本実施例では量子効率の低下は原理的ではなく、また平坦後の利得は元々の低い値にではなく高い値に統一されるという利点がある。 Normally, in order to flatten the gain spectrum having a large wavelength dependency as shown in FIG. 43, the gain peak seen from 1.53 μm to 1.57 μm is applied to the optical amplifier by a filter such as a fiber Bragg grating. Cutting and flattening by giving a loss. However, this method has the disadvantage that the quantum efficiency of the optical amplifier is lowered and the gain after flattening is unified to a low value (in FIG. 43, the gain value near 1.58 μm). However, in this embodiment, the decrease in quantum efficiency is not fundamental, and there is an advantage that the gain after flattening is unified to a high value instead of the original low value.
なお、反射体406,408は誘電体多層膜やファイバ・ブラッグ・グレーティングなどが使用できる。また、増幅用光ファイバとしてはEr添加テルライトガラス光ファイバだけではなく、石英系ガラス光ファイバやフッ化物ガラス光ファイバを用いても利得平坦化の効果を確認することができた。また、光導波路を用いても同様な効果を確認することができた。 For the reflectors 406 and 408, a dielectric multilayer film, a fiber Bragg grating, or the like can be used. Further, the gain flattening effect could be confirmed by using not only an Er-doped tellurite glass optical fiber but also a quartz glass optical fiber or a fluoride glass optical fiber as an amplification optical fiber. Moreover, the same effect was confirmed even if the optical waveguide was used.
111,111′ 励起用半導体レーザ(波長:1480nm)
112,112′ 光カップラ
113,115 増幅用光ファイバ
114 光アイソレータ
116 ミラー
117 フィルタ
118 ミラー
201 光アイソレータ
202 励起光源
203 光カップラ
204 分散媒質
205 光ファイバ
301 非石英系ガラス光ファイバ
302 石英系ガラス光ファイバ
303 光ファイバ保持筐体
304 接続端面
305 光学接着材
401 光カップラ
402 光ファイバ
403 光カップラ
404 光減衰器
405 光減衰器
406 反射体
408 反射体
409 光サーキュレータ
111,111 ′ pumping semiconductor laser (wavelength: 1480 nm)
112, 112 'Optical coupler 113, 115 Amplifying optical fiber 114 Optical isolator 116 Mirror 117 Filter 118 Mirror 201 Optical isolator 202 Excitation light source 203 Optical coupler 204 Dispersion medium 205 Optical fiber 301 Non-silica glass optical fiber 302 Silica glass optical fiber 303 Optical Fiber Holding Case 304 Connection End Surface 305 Optical Adhesive Material 401 Optical Coupler 402 Optical Fiber 403 Optical Coupler 404 Optical Attenuator 405 Optical Attenuator 406 Reflector 408 Reflector 409 Optical Circulator
Claims (4)
前記光増幅媒体を構成する非石英系ガラス光ファイバである第1の光ファイバと該第1の光ファイバとはコアの屈折率の異なるガラスからなる第2の光ファイバの端部をそれぞれ、第1および第2の筐体に保持し、第1の筐体と第2の筐体が前記第1の光ファイバと第2の光ファイバとの光軸が一致するように調芯された状態で、第1の筐体と第2の筐体の接続端面を接続する場合に、前記第1の光ファイバと第2の光ファイバの光軸が前記接続端面の垂直軸に対して、それぞれ異なる角度で傾斜しており、また、前記第1の光ファイバの光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ 1 と前記第2の光ファイバの光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ 2 の関係が、第1の光ファイバのコアの屈折率をn 1 、第2の光ファイバのコアの屈折率をn 2 としたとき、
のスネルの公式を満たす状態で接続されており、
前記第1の光ファイバが光ファイバ素材としてテルライトガラス光ファイバが用いられ、このテルライトガラス光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、エルビウム添加濃度および光ファイバ長積が前記テルライトガラス光ファイバのEr添加濃度および光ファイバ長積より小さいエルビウム添加光ファイバが用いられており、
前記第2の光ファイバが石英系ガラス光ファイバであり、かつ前記角度θ 1 が8度以上であることを特徴とする光増幅器。
An optical amplifier in which a plurality of optical amplifying units including an optical fiber doped with erbium as an optical amplifying medium are arranged in series,
The first optical fiber, which is a non-quartz glass optical fiber constituting the optical amplification medium, and the end portion of the second optical fiber made of glass having a different refractive index of the core are respectively connected to the first optical fiber. Held in the first and second casings, and the first casing and the second casing are aligned so that the optical axes of the first optical fiber and the second optical fiber coincide with each other. When the connection end surfaces of the first housing and the second housing are connected, the optical axes of the first optical fiber and the second optical fiber are different from each other with respect to the vertical axis of the connection end surface. in is inclined, also, the first optical fiber connecting end faces of the optical axis of the tilt angle theta 1 and the second optical fiber with respect to the vertical axis of the connection end face of the optical axis of the tilt angle theta 2 with respect to the vertical axis relationship, the refractive index of the core of the first optical fiber n 1, the core of the second optical fiber When was the n 2 Oriritsu,
Connected to meet the Snell formula of
As the first optical fiber , a tellurite glass optical fiber is used as an optical fiber material, and the optical amplifying unit before the optical amplifying unit made of the tellurite glass optical fiber has an erbium addition concentration and an optical fiber length product as described above. Tel Er doping concentration and smaller erbium-doped fiber than optical fiber length product of the light glass optical fibers have been found using,
The optical amplifier, wherein the second optical fiber is a silica-based glass optical fiber, and the angle θ 1 is 8 degrees or more.
The tellurite glass is TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 , or TeO 2 —ZnO—M 2 O—Bi 2 O 3 —Al 2 O 3 (wherein M is one or more kinds of alkalis). 2. The optical amplifier according to claim 1 , wherein the optical amplifier has a composition composed of TeO 2 —WO 3 —La 2 O 3 —Bi 2 O 3 —Al 2 O 3 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004251159A JP4255077B2 (en) | 1997-02-14 | 2004-08-30 | Optical amplifier and light source |
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3043097 | 1997-02-14 | ||
| JP22689097 | 1997-08-22 | ||
| JP25980697 | 1997-09-25 | ||
| JP35153897 | 1997-12-19 | ||
| JP35153997 | 1997-12-19 | ||
| JP2004251159A JP4255077B2 (en) | 1997-02-14 | 2004-08-30 | Optical amplifier and light source |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03187498A Division JP3730775B2 (en) | 1997-02-14 | 1998-02-13 | Tellurite glass, optical amplifier and light source using the tellurite glass |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005064525A JP2005064525A (en) | 2005-03-10 |
| JP4255077B2 true JP4255077B2 (en) | 2009-04-15 |
Family
ID=34382281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004251159A Expired - Lifetime JP4255077B2 (en) | 1997-02-14 | 2004-08-30 | Optical amplifier and light source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4255077B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119492458A (en) * | 2024-11-01 | 2025-02-21 | 东北大学 | Preparation and use of portable down-conversion tellurite optical fiber temperature sensor |
-
2004
- 2004-08-30 JP JP2004251159A patent/JP4255077B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005064525A (en) | 2005-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3730775B2 (en) | Tellurite glass, optical amplifier and light source using the tellurite glass | |
| CA2229348C (en) | Tellurite glass, optical amplifier, and light source | |
| US5251062A (en) | Tellurite glass and fiber amplifier | |
| US6816514B2 (en) | Rare-earth doped phosphate-glass single-mode fiber lasers | |
| WO2001097342A1 (en) | Rare-earth doped multi-component glass optical fiber amplifiers using short active fiber length | |
| US8805133B1 (en) | Low-loss UV to mid IR optical tellurium oxide glass and fiber for linear, non-linear and active devices | |
| US5338607A (en) | 1.3 micrometer-band amplifying optical fiber preform | |
| CA2493689A1 (en) | Optical fiber for raman amplification | |
| US5973824A (en) | Amplification by means of dysprosium doped low phonon energy glass waveguides | |
| Zhang et al. | Fabrication and emission properties of Er3+/Yb3+ codoped tellurite glass fiber for broadband optical amplification | |
| US7493008B2 (en) | Glass for optical amplifier fiber | |
| US6821917B2 (en) | Tellurite glass and applications thereof | |
| JPH10209550A (en) | Optical waveguide and light amplifier with 1.5mum band using the same | |
| JP2005037959A (en) | Tellurite glass, optical amplifier and light source using the tellurite glass | |
| JP4255077B2 (en) | Optical amplifier and light source | |
| JP3308201B2 (en) | Optical fiber amplifier | |
| JP4621456B2 (en) | Optical functional waveguide material and optical amplification medium, optical amplifier, laser device, light source | |
| WO2004028992A1 (en) | Tellurite glass, optical fibre, optical amplifier and light source | |
| CA2593570C (en) | Tellurite glass, optical amplifier, and light source | |
| JP2005251999A (en) | Optical functional waveguide material and optical amplification medium, optical amplifier, laser device, light source | |
| Davey et al. | Waveguide glasses | |
| Zhang et al. | Fabrication and amplified spontaneous emission spectrum of Er3+-doped tellurite glass fiber with D-shape cladding | |
| JPH0722688A (en) | Optical fiber for optical amplification |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060922 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061121 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070202 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070427 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070622 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070702 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20070727 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081215 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090123 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120206 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120206 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130206 Year of fee payment: 4 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |