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JPH05127199A - Amplifying waveguide element and optical signal amplifier - Google Patents

Amplifying waveguide element and optical signal amplifier

Info

Publication number
JPH05127199A
JPH05127199A JP3290071A JP29007191A JPH05127199A JP H05127199 A JPH05127199 A JP H05127199A JP 3290071 A JP3290071 A JP 3290071A JP 29007191 A JP29007191 A JP 29007191A JP H05127199 A JPH05127199 A JP H05127199A
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JP
Japan
Prior art keywords
neodymium
amplification
optical
ytterbium
waveguide
Prior art date
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Granted
Application number
JP3290071A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3228345B2 (en
Inventor
Toshihiro Nishi
俊弘 西
Yasutake Oishi
泰丈 大石
Shiro Takahashi
志郎 高橋
Sunitsutsuaa Iraia
スニツツアー イライア
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH05127199A publication Critical patent/JPH05127199A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成を有し、かつ高増幅特性を示す光
信号増幅器およびこの増幅器に用いられる増幅用導波路
素子を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の増幅用導波路素子はネオジムを含む
部分と、ネオジムからの1.06μm帯の蛍光を吸収し
かつ前記ネオジムを含む部分から分離して配置されたイ
ッテルビウムを含む部分とを有する光導波路を有する。
また、本発明の光信号増幅器は上記増幅用導波路素子
と、前記増幅用導波路素子の一端に光カップラを介して
それぞれ接続された信号光光源および励起光光源と、前
記増幅用導波路素子の他端に接続されたスペクトルアナ
ライザとを含む。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to provide an optical signal amplifier having a simple configuration and exhibiting high amplification characteristics, and an amplification waveguide element used in this amplifier. The amplification waveguide element of the present invention has a portion containing neodymium and a portion containing ytterbium, which absorbs fluorescence in the 1.06 μm band from neodymium and is arranged separately from the portion containing neodymium. It has an optical waveguide.
The optical signal amplifier of the present invention includes the amplification waveguide element, a signal light source and a pumping light source connected to one end of the amplification waveguide element via an optical coupler, and the amplification waveguide element. And a spectrum analyzer connected to the other end of the.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、2種以上の希土類イオ
ンを含み、高効率な光増幅のできる光導波構造を有する
増幅用導波路素子およびこの導波路素子を用いる光信号
増幅器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an amplifying waveguide element having an optical waveguide structure containing two or more kinds of rare earth ions and capable of highly efficient optical amplification, and an optical signal amplifier using the waveguide element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信の分野において光導波路中
にドープされたイオンの光励起に伴う発光を用いて光信
号を増幅する方法が検討され始めている。その原理は、
光導波路中のイオンが光励起され反転分布状態にあると
き、その反転分布からの発光がこの発光と同じ波長の信
号光を増幅する作用があることに基づいている。従っ
て、高増幅特性を得るためには、反転分布状態を効率よ
く実現すればよいことになる。この意味では、レーザー
発振効率を上げるための導波路構造あるいはその組成の
設計と同じである。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of optical communication, a method for amplifying an optical signal by using light emitted by photoexcitation of ions doped in an optical waveguide has begun to be studied. The principle is
It is based on the fact that when the ions in the optical waveguide are excited by light and are in a population inversion state, the light emission from the population inversion has the effect of amplifying the signal light of the same wavelength as this light emission. Therefore, in order to obtain the high amplification characteristic, it is sufficient to efficiently realize the population inversion state. In this sense, it is the same as the design of the waveguide structure or its composition for increasing the laser oscillation efficiency.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、希土類
イオンを用いた光信号増幅器において一般的に次のよう
な問題点がある。すなわち、増幅にかかわる希土類イオ
ンが増幅波長帯以外に蛍光を有する場合、増幅波長帯以
外の蛍光がレーザー発振する恐れがある。特に、増幅波
長帯の蛍光とそれ以外の蛍光とが同じエネルギー準位か
ら発光するとき、増幅波長帯以外の蛍光帯のレーザー発
振は本来行われるべき増幅波長帯の光増幅を阻害してし
まう。
However, the optical signal amplifier using rare earth ions generally has the following problems. That is, when the rare earth ion involved in amplification has fluorescence in a wavelength band other than the amplification wavelength band, the fluorescence in the wavelength band other than the amplification wavelength band may cause laser oscillation. In particular, when fluorescence in the amplification wavelength band and fluorescence other than that emit light from the same energy level, laser oscillation in the fluorescence band other than the amplification wavelength band hinders optical amplification in the amplification wavelength band that should be originally performed.

【0004】ここで、この問題点を1.3μm帯の光フ
ァイバアンプあるいは光ファイバレーザーとして期待さ
れているネオジムをコア中にドープした光ファイバを例
にとり以下に説明する。
Here, this problem will be described below by taking an optical fiber having a core doped with neodymium, which is expected as an optical fiber amplifier or an optical fiber laser in the 1.3 μm band, as an example.

【0005】ネオジムイオンの蛍光強度は1.3μnm
帯よりも1.06μmの方が本質的に大きい。このため
光増幅器中で1.06μm帯の光の反射が起こると、
1.06μmの自然増幅発振は優先的に起こり、その結
果1.3μ帯の増幅が抑制されてしまう。この問題に対
しては、例えば、ファイバの両端に1.06μmの光の
透過率が高く、かつ1.3μm帯の光の反射率が高い誘
電体ミラーを密着させる方法(W.J.Minisca
lco et al.,Electron.Lett.
1988,24,28−29,M.C.Brierle
y et al.,Electron.Lett.19
88,24,438−439,F.Hakimi,et
al.,Optics Lett.1989,14,
1060−1061,S.G.Grubb,Elect
ron.Lett.1990,26,121−122)
あるいは波長選択的なファイバカップラを使って1.0
6μm帯の蛍光だけを光増幅器の系外に取り出す方法
(Y.Miyajima,etal.Electro
n.Lett.,1990,26,1397−139
8)が提案されてきた。また、ファイバ端面に直接波長
選択的な誘電体多層膜を蒸着し無反射コートするなどの
方法も考えられる。
The fluorescence intensity of neodymium ion is 1.3 μnm
1.06 μm is essentially larger than the band. Therefore, when reflection of 1.06 μm band light occurs in the optical amplifier,
The spontaneous amplification oscillation of 1.06 μm occurs preferentially, and as a result, the amplification of 1.3 μ band is suppressed. To solve this problem, for example, a method in which dielectric mirrors having high transmittance of 1.06 μm light and high reflectance of 1.3 μm band are closely attached to both ends of the fiber (W. J. Minisca).
lco et al. , Electron. Lett.
1988, 24, 28-29, M.I. C. Brierle
y et al. , Electron. Lett. 19
88, 24, 438-439, F.I. Hakimi, et
al. , Optics Lett. 1989, 14,
1060-1061, S.I. G. Grubb, Select
ron. Lett. (1990, 26, 121-122)
Or 1.0 using a wavelength-selective fiber coupler
A method of extracting only the fluorescence in the 6 μm band to the outside of the system of the optical amplifier (Y. Miyajima, et al. Electro.
n. Lett. , 1990, 26, 1397-139.
8) has been proposed. Alternatively, a method in which a wavelength-selective dielectric multilayer film is directly vapor-deposited on the end face of the fiber and antireflection coating is performed is considered.

【0006】しかし、上記いずれの方法も光増幅器の構
成が複雑になり、より簡単な方法が望まれていた。これ
に対する1つの解決方法としてネオジムを含むコア中に
1.06μmの蛍光を選択的に吸収するイオンとしてイ
ッテルビウムをコドープする方法が考えられる。
However, in any of the above methods, the structure of the optical amplifier is complicated, and a simpler method has been desired. One possible solution to this is to co-dope ytterbium as ions that selectively absorb 1.06 μm fluorescence in the core containing neodymium.

【0007】しかし、この方法では、ネオジムおよびイ
ッテルビウムの双方の濃度を高くするにつれて図1に示
すようにイッテルビウムの 25/2 とネジウムの 4
3/2 との無輻射的なエネルギー移動の確率が増大し、励
起状態にあるネオジムの数が減少し、その結果、1.3
μmの蛍光強度が減少し、高い増幅特性を得ることがで
きないという問題が生じる。
However, in this method, as the concentrations of both neodymium and ytterbium are increased, as shown in FIG. 1, ytterbium 2 F 5/2 and nedium 4 F are added.
The probability of non-radiative energy transfer with 3/2 increases and the number of neodymium in the excited state decreases, resulting in 1.3
There is a problem in that the fluorescence intensity of μm decreases and high amplification characteristics cannot be obtained.

【0008】本発明は、上記技術的課題を解決するため
になされたもので、その目的とするところは簡単な構成
を有し、かつ高増幅特性を示す光信号増幅器およびこの
増幅器に用いられる増幅用導波路素子を提供することに
ある。
The present invention has been made in order to solve the above technical problems, and an object thereof is an optical signal amplifier having a simple structure and exhibiting high amplification characteristics, and an amplification used in this amplifier. It is to provide a waveguide element for use.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の増幅用導波路素子はネオジムを含む部分
と、ネオジムからの1.06μm帯の蛍光を吸収しかつ
前記ネオジムを含む部分から分離して配置されたイッテ
ルビウムを含む部分とを有する光導波路を有することを
特徴とする。また、前記光導波路はその断面が同心円状
の二重光導波路であり、かつ該二重光導波路の内側の光
導波路はネオジムおよびイッテルビウムのうちいずれか
一方を含むとともに、前記二重光導波路の外側の光導波
路はネオジムおよびイッテルビウムのうちいずれか他方
を含むものでもよい。さらに、前記ネオジムを含む部分
と前記イッテルビウムを含む部分とが交互に配置されて
いてもよい。
In order to achieve the above object, the amplification waveguide device of the present invention comprises a portion containing neodymium and a portion absorbing the fluorescence of 1.06 μm band from neodymium and containing said neodymium. And an ytterbium-containing portion disposed separately from the optical waveguide. Further, the optical waveguide is a double optical waveguide whose cross section is concentric, and the optical waveguide inside the double optical waveguide contains either one of neodymium and ytterbium, and the outside of the double optical waveguide. The optical waveguide may include one of neodymium and ytterbium. Further, the portions containing the neodymium and the portions containing the ytterbium may be alternately arranged.

【0010】また、本発明の光信号増幅器は上記の増幅
用導波路素子と、前記増幅用導波路素子の一端に光カッ
プラを介してそれぞれ接続された信号光光源および励起
光光源と、前記増幅用導波路素子の他端に接続されたス
ペクトルアナライザとを含むことを特徴とする。
Further, the optical signal amplifier of the present invention comprises the above-mentioned amplification waveguide element, a signal light source and a pumping light source which are respectively connected to one end of the amplification waveguide element through an optical coupler, and the amplification. And a spectrum analyzer connected to the other end of the waveguide element for use.

【0011】[0011]

【作用】本発明の増幅用導波路素子においては、その光
導波路中にネオジムを含む部分とイッテルビウムを含む
部分とを分離して配置したので、イッテルビウムにより
ネオジムからの1.06μmの蛍光が効率よく吸収され
る。これにより1.06μmの自然増幅発振が抑制され
るので、1.3μm帯の蛍光強度が増し、高増幅特性が
得られる。
In the amplification waveguide element of the present invention, the neodymium-containing portion and the ytterbium-containing portion are separately arranged in the optical waveguide, so that 1.06 μm fluorescence from neodymium can be efficiently emitted by the ytterbium. Be absorbed. As a result, the spontaneous amplification oscillation of 1.06 μm is suppressed, so that the fluorescence intensity in the 1.3 μm band is increased and a high amplification characteristic is obtained.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.

【0013】発明者らは、ネオジムを分散したジルコニ
ウムフッ化物ファイバにおける1.3μm帯信号光の増
幅特性を検討した。すなわち、そのファイバのコアを図
1に示すような二重構造とし、この中にネオジムとイッ
テルビウムを二重コア内の別々の部分に分散させると、
1.06μmの光を増幅器の系外に出すための波長選択
的なファイバカップラを使わずに、光信号増幅が大幅に
向上することを見いだした。図1において符号1は光フ
ァイバ型導波路素子である。この素子1はコア2とクラ
ッド3を含む。このコア2は同心円状の二重コアであ
り、内側コア2aと外側コア2bとから構成されてい
る。内側コア2a中にはネオジムおよびイッテルビウム
のうちいずれか一方がドープされ、外側コア2b中にそ
のいずれか他方がドープされている。
The inventors examined the amplification characteristics of 1.3 μm band signal light in a zirconium fluoride fiber having neodymium dispersed therein. That is, when the core of the fiber has a double structure as shown in FIG. 1 and neodymium and ytterbium are dispersed in different parts in the double core,
It has been found that the optical signal amplification is significantly improved without using a wavelength-selective fiber coupler for outputting 1.06 μm light out of the amplifier system. In FIG. 1, reference numeral 1 is an optical fiber type waveguide device. The device 1 includes a core 2 and a clad 3. The core 2 is a concentric double core, and is composed of an inner core 2a and an outer core 2b. The inner core 2a is doped with either neodymium or ytterbium, and the outer core 2b is doped with the other.

【0014】本発明の増幅用導波路素子に用いられる母
材料としては、上記のフッ化物系ガラスに限らず、他の
組成のガラス、例えばケイ酸塩ガラス,リン酸塩ガラ
ス,フッ燐酸塩ガラスなども好適に用いることができ
る。これら他の組成のガラスを用いても、増幅特性を示
す波長領域が若干異なるものの、上記のフッ化物系ガラ
スの場合とほぼ同様に増幅特性を大幅に向上させること
ができる。
The base material used for the amplifying waveguide device of the present invention is not limited to the above-mentioned fluoride glass, but glass of other compositions such as silicate glass, phosphate glass, and fluorophosphate glass. Etc. can also be used suitably. Even if the glass having these other compositions is used, the amplification characteristics can be greatly improved substantially in the same manner as in the case of the above-mentioned fluoride glass, although the wavelength region showing the amplification characteristics is slightly different.

【0015】図2および図3はネオジムを含む部分とイ
ッテルビウムを含む部分とを交互に備えた光導波路型素
子の構成をそれぞれ示すものである。図2において符号
4は薄膜型導波路素子である。この素子4は断面矩形で
かつ長尺のコア5とこのコア5をはさみ積層されるクラ
ッド6とを含む。このコア5はネオジムを含む部分5a
とこのネオジム部分5aとはコア5の長さ方向に分割さ
れて配されたイッテルビウムを含む部分5bとを含む。
図2は薄膜型導波路素子4の一部を示したもので、実際
にはこのコア5のネオジム部分5aとイッテルビウム部
分5bとはコア5の長さ方向に沿って交互に配されてい
る。
FIG. 2 and FIG. 3 respectively show the structure of an optical waveguide type device having alternating portions containing neodymium and portions containing ytterbium. In FIG. 2, reference numeral 4 is a thin film type waveguide device. This element 4 includes a long core 5 having a rectangular cross section and a clad 6 sandwiched by sandwiching the core 5. This core 5 is a portion 5a containing neodymium
The neodymium portion 5a includes a portion 5b containing ytterbium, which is divided and arranged in the length direction of the core 5.
FIG. 2 shows a part of the thin film type waveguide element 4, and actually the neodymium portions 5a and the ytterbium portions 5b of the core 5 are alternately arranged along the length direction of the core 5.

【0016】また、図3において符号7は光ファイバ型
導波路素子である。この素子7は円柱状のコア8と円筒
状のクラッド9とを含む。コア8はネオジムを含む部分
8aとこのネオジム部分8aとはコア8の長さ方向に分
割されて配されたイッテルビウムを含む部分とを含む。
図2と同様に、図3は光ファイバ型素子7の一部を示し
たもので、実際にはコア8のネオジム部分8aとイッテ
ルビウム部分8bとはコア8の長さ方向に沿って交互に
配されている。
Reference numeral 7 in FIG. 3 is an optical fiber type waveguide device. The element 7 includes a cylindrical core 8 and a cylindrical clad 9. The core 8 includes a portion 8a containing neodymium and a portion containing ytterbium which is divided and arranged in the length direction of the core 8 from the neodymium portion 8a.
Similar to FIG. 2, FIG. 3 shows a part of the optical fiber type element 7. In reality, the neodymium portion 8a and the ytterbium portion 8b of the core 8 are alternately arranged along the length direction of the core 8. Has been done.

【0017】図2および図3に示すように、光導波路中
のネオジムを含む部分とイッテルビウムを含む部分とを
交互に備えた構成の光導波路型素子を含む光信号増幅器
についても図1に示した増幅器の場合と同様にネオジム
を単独に含む増幅用ファイバを用いた増幅器の場合に比
べて著しい増幅特性の向上が認められる。
As shown in FIGS. 2 and 3, an optical signal amplifier including an optical waveguide element having a structure in which a portion containing neodymium and a portion containing ytterbium in the optical waveguide are alternately provided is also shown in FIG. Similar to the case of the amplifier, a remarkable improvement in the amplification characteristic is recognized as compared with the case of the amplifier using the amplifying fiber containing only neodymium.

【0018】以下、増幅特性の向上の効果についてフッ
化物ガラスをマトリックスとする系を例にして説明す
る。
The effect of improving the amplification characteristics will be described below by taking a system using a fluoride glass as a matrix.

【0019】図4に、ネオジムのみを分散した光ファイ
バの損失スペクトルを示す。また、図5にはネオジムを
図1の二重コア2の外側コア2bに、イッテルビウムを
二重コア2の内側コア2aに、ネオジムとイッテルビウ
ムの濃度比を1対10の割合とした本発明の増幅用導波
路素子の損失スペクトルを示す。この図5よりわかるよ
うにイッテルビウムの吸収がネオジムの蛍光波長である
1.06μm付近に存在する。図6に示した評価系を用
いてこれら2種類の光ファイバにおける蛍光強度を測定
した結果を図7および図8に示す。ここで、図7および
図8は、それぞれ1.06μm帯および1.3μm帯の
蛍光強度で規格化している。図6において符号10は増
幅用ファイバとしてのイオンドープ光ファイバである。
この光ファイバ10の入射端(図8において左側)には
光カップラ11を介して信号光LD12と励起用LD1
3とが光カップラ11から分岐されて接続されている。
また、光ファイバ10の出射端には別の光カップラ14
を介してスペクトルアナライザ15が、さらにこのスペ
クトルアナライザ15にコンピュータ16が順次接続さ
れている。
FIG. 4 shows a loss spectrum of an optical fiber in which only neodymium is dispersed. In addition, in FIG. 5, neodymium is used for the outer core 2b of the double core 2 of FIG. 1, ytterbium is used for the inner core 2a of the double core 2, and the concentration ratio of neodymium to ytterbium is set to 1:10. The loss spectrum of a waveguide element for amplification is shown. As can be seen from FIG. 5, ytterbium absorption exists near 1.06 μm, which is the fluorescence wavelength of neodymium. 7 and 8 show the results of measuring the fluorescence intensity in these two types of optical fibers using the evaluation system shown in FIG. Here, FIGS. 7 and 8 are normalized by the fluorescence intensities of 1.06 μm band and 1.3 μm band, respectively. In FIG. 6, reference numeral 10 is an ion-doped optical fiber as an amplification fiber.
A signal light LD 12 and a pumping LD 1 are provided at an incident end (on the left side in FIG. 8) of the optical fiber 10 via an optical coupler 11.
3 and 3 are branched from the optical coupler 11 and connected.
Further, another optical coupler 14 is provided at the emission end of the optical fiber 10.
The spectrum analyzer 15 is further connected to the spectrum analyzer 15 via the, and the computer 16 is sequentially connected to the spectrum analyzer 15.

【0020】図7および図8よりわかるように、図中矢
印で示した1.3μm帯の蛍光スペクトル強度は、ネオ
ジムをドープした部分の外にイッテルビウムをドープし
た部分を設けることにより著しく増加している。このよ
うなドープ系でのネオジムの1.06μm帯の蛍光強度
と1.3μm帯の蛍光強度を比較すると、両波長領域に
おけるイッテルビウムの吸収強度の差に基づき1.3μ
m帯の蛍光強度の方が相対的に強くなる。図9には信号
光強度に対する増幅特性のグラフを示す。図9から明ら
かなように20dBmの信号光に対し20dB以上の増
幅特性を得た。
As can be seen from FIGS. 7 and 8, the fluorescence spectrum intensity in the 1.3 μm band indicated by the arrow in the figure is remarkably increased by providing the ytterbium-doped portion outside the neodymium-doped portion. There is. Comparing the fluorescence intensity of the 1.06 μm band and the fluorescence intensity of the 1.3 μm band of neodymium in such a doped system, 1.3 μm is obtained based on the difference in the absorption intensity of ytterbium in both wavelength regions.
The fluorescence intensity in the m band becomes relatively stronger. FIG. 9 shows a graph of amplification characteristics with respect to signal light intensity. As is clear from FIG. 9, an amplification characteristic of 20 dB or more was obtained for the signal light of 20 dBm.

【0021】以上説明したように、本発明の特徴は、コ
アを二重構造としこの中に1.3μmの蛍光体であるネ
オジムと1.06μmの吸収体であるイッテルビウムを
別々のコア内に分離して配置した点にある。このことを
もう少し詳しく説明すると、ネオジムとイッテルビウム
を同じコア内に均一に分散した比較例としてのコドープ
系の増幅用導波路素子では、各希土類元素の濃度を高く
するにつれて、図10に示したエネルギー準位図におけ
るイッテルビウムの 25/2 とネオジム 43/2 との無
輻射的なエネルギー移動の確率が増大し、1.3μmの
蛍光の始状態である 43/2 状態にあるネオジムの数が
減少し、その結果、1.3μmの蛍光強度が減少すると
いう現象が顕著になる。
As explained above, the feature of the present invention is that the core has a double structure in which neodymium which is a phosphor of 1.3 μm and ytterbium which is an absorber of 1.06 μm are separated in separate cores. It is in the point that I arranged. This will be described in more detail. In a co-doped amplification waveguide element as a comparative example in which neodymium and ytterbium are uniformly dispersed in the same core, the energy shown in FIG. 10 increases as the concentration of each rare earth element increases. The probability of non-radiative energy transfer between ytterbium 2 F 5/2 and neodymium 4 F 3/2 in the level diagram increases, and it is in the 4 F 3/2 state which is the initial state of 1.3 μm fluorescence. The phenomenon that the number of neodymium is reduced and, as a result, the fluorescence intensity of 1.3 μm is reduced becomes remarkable.

【0022】従って、本発明の増幅用導波路素子では、
ネオジムとイッテルビウムを別々のコアにドープするこ
とにより上記エネルギー移動を全く起こさず1.06μ
mの吸収体としてだけイッテルビウムを使うことがで
き、光信号増幅器になんら工夫を加えること無しに効率
の良い増幅特性を得ることができる。また、このこと
は、光導波路が二重構造である光信号増幅器になんら限
定されず、ネオジムを含む部分とイッテルビウムを含む
部分とが交互に配置されている光信号増幅器においても
全く同様な論理で極めて大きな効果が生じることは明ら
かである。一方、希土類元素の濃度は、イオン間のエネ
ルギー移動が起こらない濃度ならばいくらでもよく、用
いるマトリックスの損失特性等を考慮して決められるべ
きものである。エネルギー移動を起こす濃度の判定は、
そのイオンからの蛍光強度の濃度依存性あるいは蛍光寿
命の濃度依存性の測定により行った。一方、ガラス組成
は、もとよりフッ化物ガラスに限定されるものではな
い。使用するイオンを分散できかつ光導波構造を作製可
能なガラス組成ばらば何でも良いのは明らかである。た
だし、ガラス転移点の低いガラスをマトリックスとし場
合には、図1に示すような同心円状の光導波路構造を作
製する際には、ネオジムを含む部分とイッテルビウムを
含む部分とが接する箇所において両イオンの拡散により
両イオン間で相互作用が起こることが考えられる。この
相互作用を防止するためには両イオンを含まないインシ
ュレータ層を両イオン含有部分間にあらかじめ介在させ
ることも有効な手段である。このインシュレータ層の厚
さは、光導波路構造作製条件あるいは使用するガラス組
成に依存するのは言うまでもない。
Therefore, in the amplification waveguide element of the present invention,
By doping neodymium and ytterbium into separate cores, the above energy transfer does not occur at all 1.06μ
Ytterbium can be used only as the absorber of m, and efficient amplification characteristics can be obtained without adding any device to the optical signal amplifier. Further, this is not limited to an optical signal amplifier having an optical waveguide having a double structure, and the same logic is applied to an optical signal amplifier in which neodymium-containing portions and ytterbium-containing portions are alternately arranged. It is clear that a very large effect will occur. On the other hand, the concentration of the rare earth element may be any concentration as long as energy transfer between ions does not occur, and should be determined in consideration of the loss characteristics of the matrix used. To determine the concentration that causes energy transfer,
The measurement was performed by measuring the concentration dependency of the fluorescence intensity from the ion or the fluorescence lifetime. On the other hand, the glass composition is not limited to fluoride glass. Obviously, any glass composition can be used as long as it can disperse the ions used and can form an optical waveguide structure. However, in the case where a glass having a low glass transition point is used as a matrix, when producing a concentric optical waveguide structure as shown in FIG. 1, both ions are contacted at a portion where a portion containing neodymium and a portion containing ytterbium are in contact with each other. It is conceivable that an interaction will occur between both ions due to the diffusion of. In order to prevent this interaction, interposing an insulator layer not containing both ions in advance between both ion-containing portions is also an effective means. It goes without saying that the thickness of this insulator layer depends on the optical waveguide structure manufacturing conditions or the glass composition used.

【0023】以下、ネオジムを含む部分とイッテルビウ
ムを含む部分とを有する本発明の増幅用導波路素子につ
いて実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明
は、これら実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the amplification waveguide element of the present invention having a portion containing neodymium and a portion containing ytterbium will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. Absent.

【0024】(実施例1)二重コアの内側コアにネオジ
ムを300ppm含み、イッテルビウムを二重コアの外
側コアに2重量%含むアルカリアルミ燐酸ガラスをマト
リックスとするシングルモード光ファイバを作製した。
この5mの光ファイバを図6に示した測定系を用いて光
信号増幅特性を測定したところ、波長1350nm、強
度0dBmの信号光に対し20dBの増幅特性を観測し
た。
Example 1 A single mode optical fiber having a matrix of alkali aluminum phosphate glass containing 300 ppm of neodymium in the inner core of the double core and 2% by weight of ytterbium in the outer core of the double core was prepared.
When the optical signal amplification characteristic of this 5 m optical fiber was measured using the measurement system shown in FIG. 6, the amplification characteristic of 20 dB was observed for the signal light having a wavelength of 1350 nm and an intensity of 0 dBm.

【0025】一方、ネオジムのみをコアに含むファイバ
で同様な実験を行ったところ、2dBの増幅しか観測さ
れなかった。以上のように、二重コア内の別々のコア中
にネオジムとイッテルビウムをドープすることにより光
信号増幅特性の著しい向上を確認した。
On the other hand, when a similar experiment was conducted with a fiber containing only neodymium in the core, only 2 dB amplification was observed. As described above, it was confirmed that doping of neodymium and ytterbium into separate cores in the dual core significantly improved the optical signal amplification characteristics.

【0026】(実施例2)二重コアの外側コアにネオジ
ムを300ppm含み、イッテルビウムを二重コアの内
側コアに2重量%含むフッ燐酸ガラスをマトリックスと
するシングルモード光ファイバを作製した。この5mの
光ファイバを図6に示した測定系を用いて光信号増幅特
性を測定したところ、波長1330nm、強度0dBm
の信号光に対し22dBの増幅特性を観測した。
Example 2 A single mode optical fiber having a matrix of fluorophosphate glass containing 300 ppm of neodymium in the outer core of the double core and 2% by weight of ytterbium in the inner core of the double core was prepared. When the optical signal amplification characteristic of this 5 m optical fiber was measured using the measurement system shown in FIG. 6, the wavelength was 1330 nm and the intensity was 0 dBm.
An amplification characteristic of 22 dB was observed for the signal light of.

【0027】一方、ネオジムのみをコアに含むファイバ
で同様な実験を行ったところ、2dBの増幅しか観測さ
れなかった。以上のように、二重コア内の別々のコア中
にネオジムとイッテルビウムをドープすることにより光
信号増幅特性の著しい向上を確認した。
On the other hand, when a similar experiment was conducted with a fiber containing only neodymium in the core, only 2 dB amplification was observed. As described above, it was confirmed that doping of neodymium and ytterbium into separate cores in the dual core significantly improved the optical signal amplification characteristics.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の増幅用導
波路素子によれば、ネオジムの1.06μmの蛍光をイ
ッテルビウムに効率良く吸収させることができ、この増
幅用導波路素子を用いれば、従来とられてきた方法に比
べ設計が容易でかつ増幅特性の安定した光信号増幅器が
得られる。
As described above, according to the amplifying waveguide element of the present invention, it is possible to efficiently absorb 1.06 μm fluorescence of neodymium into ytterbium. If this amplifying waveguide element is used, As compared with the conventional method, it is possible to obtain an optical signal amplifier whose design is easy and whose amplification characteristic is stable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の増幅用導波路素子の一実施例の断面構
造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an embodiment of an amplification waveguide device of the present invention.

【図2】本発明の増幅用導波路素子の他の実施例の構造
を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of another embodiment of the amplification waveguide device according to the present invention.

【図3】本発明の増幅用導波路素子のさらに他の実施例
の構造を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of still another embodiment of the amplifying waveguide device according to the present invention.

【図4】ネオジムがドープされたフッ化物ファイバの損
失特性を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing loss characteristics of a fluoride fiber doped with neodymium.

【図5】図1に示した本発明の増幅用導波路素子の一実
施例としてのフッ化物ファイバの損失特性を示す特性図
である。
5 is a characteristic diagram showing a loss characteristic of a fluoride fiber as an example of the amplification waveguide element of the present invention shown in FIG.

【図6】光ファイバ試料の損失スペクトルあるいは蛍光
スペクトルを測定するための本発明の光信号増幅器の一
実施例の構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of an embodiment of an optical signal amplifier of the present invention for measuring a loss spectrum or a fluorescence spectrum of an optical fiber sample.

【図7】図4に示した光ファイバの800nmで励起し
た時の蛍光スペクトルを示す図である。
7 is a diagram showing a fluorescence spectrum of the optical fiber shown in FIG. 4 when excited at 800 nm.

【図8】図5に示した本発明の増幅用導波路素子の80
0nmで励起した時の蛍光スペクトルを示す図である。
FIG. 8 is a schematic view of the amplification waveguide element 80 of the present invention shown in FIG.
It is a figure which shows the fluorescence spectrum when excited by 0 nm.

【図9】図1に示した本発明の増幅用導波路素子の一実
施例としての光ファイバにおける信号光強度に対する増
幅特性を示す特性図である。
9 is a characteristic diagram showing amplification characteristics with respect to signal light intensity in an optical fiber as an example of the amplification waveguide element of the present invention shown in FIG.

【図10】ネオジムとイッテルビウムのエネルギー準位
を示すエネルギー準位図である。
FIG. 10 is an energy level diagram showing energy levels of neodymium and ytterbium.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバ型導波路素子 2 コア 2a 内側コア 2b 外側コア 3 クラッド 4 薄膜型導波路素子 5 コア 5a ネオジム部分 5b イッテルビウム部分 6 クラッド 7 光ファイバ型導波路素子 8 コア 8a ネオジム部分 8b イッテルビウム部分 9 クラッド 10 イオンドープ光ファイバ 11 光カップラ 12 信号光LD 13 励起用LD 14 光カップラ 15 スペクトルアナライザ 16 コンピュータ 1 Optical Fiber Waveguide Element 2 Core 2a Inner Core 2b Outer Core 3 Cladding 4 Thin Film Type Waveguide Element 5 Core 5a Neodymium Part 5b Ytterbium Part 6 Cladding 7 Optical Fiber Type Waveguide Element 8 Core 8a Neodymium Part 8b Ytterbium Part 9 Cladding 10 ion-doped optical fiber 11 optical coupler 12 signal light LD 13 pumping LD 14 optical coupler 15 spectrum analyzer 16 computer

フロントページの続き (72)発明者 イライア スニツツアー アメリカ合衆国 ニユージヤージー州 ピ スカタウエイ,ブレツド アンド バウザ ーロード、ラトガスユニバーシテイ内Front Page Continuation (72) Inventor Elijah Snitz Tour, Latgas University, Bretted and Bowser Road, Piscataway, New Jersey, USA

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ネオジムを含む部分と、該ネオジムから
の1.06μm帯の蛍光を吸収しかつ前記ネオジムを含
む部分から分離して配置されたイッテルビウムを含む部
分とを有する光導波路を有することを特徴とする増幅用
導波路素子。
1. An optical waveguide having a portion containing neodymium and a portion containing ytterbium, which is arranged separately from the portion containing neodymium and absorbing the fluorescence in the 1.06 μm band from the neodymium. A characteristic waveguide element for amplification.
【請求項2】 前記光導波路はその断面が同心円状の二
重光導波路であり、かつ該二重光導波路の内側の光導波
路はネオジムおよびイッテルビウムのうちいずれか一方
を含むとともに、前記二重光導波路の外側の光導波路は
ネオジムおよびイッテルビウムのうちいずれか他方を含
むことを特徴とする請求項1記載の増幅用導波路素子。
2. The optical waveguide is a double optical waveguide having a concentric cross section, and the optical waveguide inside the double optical waveguide contains at least one of neodymium and ytterbium, and 2. The amplification waveguide element according to claim 1, wherein the optical waveguide outside the waveguide contains one of neodymium and ytterbium.
【請求項3】 前記ネオジムを含む部分と前記イッテル
ビウムを含む部分とが交互に配置されていることを特徴
とする請求項1記載の増幅用導波路素子。
3. The amplifying waveguide device according to claim 1, wherein the portions containing the neodymium and the portions containing the ytterbium are alternately arranged.
【請求項4】 請求項1記載の増幅用導波路素子と、 前記増幅用導波路素子の一端に光カップラを介してそれ
ぞれ接続された信号光光源および励起光光源と、 前記増幅用導波路素子の他端に接続されたスペクトルア
ナライザとを含むことを特徴とする光信号増幅器。
4. The amplification waveguide element according to claim 1, a signal light source and a pumping light source connected to one end of the amplification waveguide element via an optical coupler, respectively, and the amplification waveguide element. And a spectrum analyzer connected to the other end of the optical signal amplifier.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1998002388A3 (en) * 1996-07-17 1998-02-19 Univ Southampton Optical glass, optical waveguide amplifier and optical waveguide laser
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JP2001185790A (en) * 1999-12-09 2001-07-06 Korea Electronics Telecommun High gain optical fiber doped with rare earth ions

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