JP4255077B2 - 光増幅器および光源 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ここで現在までの開発状況について簡単に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ただし、λは信号波長（使用する波長）である。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
１．５＜Ｂｉ２ Ｏ３ ≦１５（モル％）
の範囲にある。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
１．５＜Ｂｉ２ Ｏ３ ≦１５（モル％）
である。
（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。
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。
（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。
（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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
４＜Ｂｉ２ Ｏ３ ＜７
である。
（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。
（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。
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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
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。
（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。
（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。
（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。
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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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、
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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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）。
（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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
以下、５元系のガラスについてさらに検討する。
（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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
つぎに、本実施例の一変形例について説明する。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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）。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (4)
- 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光増幅器。
- 前記テルライトガラスが、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｂｉ２Ｏ３、またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｂｉ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３（式中、Ｍは１種類以上のアルカリ金属元素である）またはＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３からなる組成を有することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
- 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請求項１または請求項２に記載の光増幅器。
- 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請求項１乃至請求項３いづれかに記載の光増幅器。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2004251159A Expired - Lifetime JP4255077B2 (ja) | 1997-02-14 | 2004-08-30 | 光増幅器および光源 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP4255077B2 (ja) |
-
2004
- 2004-08-30 JP JP2004251159A patent/JP4255077B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2005064525A (ja) | 2005-03-10 |
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