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JP4212724B2 - Optical amplifier - Google Patents

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JP4212724B2
JP4212724B2 JP18254099A JP18254099A JP4212724B2 JP 4212724 B2 JP4212724 B2 JP 4212724B2 JP 18254099 A JP18254099 A JP 18254099A JP 18254099 A JP18254099 A JP 18254099A JP 4212724 B2 JP4212724 B2 JP 4212724B2
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optical amplifier
optical fiber
core
pumping
excitation
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Fujikura Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はクラッドにも励起光を導波させる機構を備えた希土類ドープ光ファイバからなる光増幅器に関し、特に光ファイバグレーティングを用いて励起効率を向上できるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、光通信分野で伝送容量を飛躍的に向上させたのは光増幅器の出現によるところが大きい。
図6は従来の一般的な光増幅器の例を示した概略構成図である。この図に示されるように、光増幅器は、一般に、希土類金属をドープした石英系光ファイバ1のコアに信号光と励起光を平行して導波させるように構成されており、励起光によって励起された希土類金属が信号光により誘導放出されることで増幅作用が得られるようになっている。図中符号2は励起光源、3はアイソレータをそれぞれ示している。
また、最近では光増幅器に用いられる希土類ドープ光ファイバ1を、図7に示すように2層のクラッド12,13を有するダブルクラッド構造として、内側クラッド部12にも励起光を導波させて光増幅特性をさらに高出力化、低雑音化する技術が開発されている。図中符号11はコア、13は外側クラッド部をそれぞれ示している。コア径は例えば4μmであり、内側クラッド径は例えば30μmで、外側クラッド径は例えば125μmである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように希土類ドープ光ファイバ1をダブルクラッド構造とした光増幅器、すなわち、内側クラッド部12にも励起光を導波させる構造の光増幅器(以下、クラッド励起光増幅器という)は、高出力の励起光源を使用することができるので、励起光源の出力を増大させることにより出力特性を飛躍的に向上させることができる。しかしながら、励起光パワーに対する励起効率の点で、従来の光増幅器に比べて著しく劣るという欠点もあった。
すなわち、クラッド励起光増幅器に入射される信号光は、その電界のほとんどがコア11内に存在しているため、増幅作用に寄与する希土類金属も、主にコア11内に存在している。したがって、クラッド励起光増幅器に入射される励起光のうち、光増幅に寄与しているのは、ほとんどがコア11内を伝搬する励起光であり、内側クラッド部12を伝搬する励起光はほとんど光増幅に使用されないことになり、このため励起効率は低くなる。
図8は、励起光をクラッド励起光増幅器へ入射した時の電界強度分布(図中、破線で示す)と100m導波後の電界強度分布(図中、実線で示す)を示したものである。この図より、コア11内を伝搬する励起光は100m導波する間にドーパントの励起のために吸収されて減衰しているのに対して、内側クラッド部12内を伝搬する励起光はほとんど減衰しておらず、ドーパントの励起にほとんど使用されていないことがわかる。
そして、入射励起光全体のパワーに対して励起のために吸収された光はわずかであり、励起効率が悪いことがわかる。
【0004】
ここで、クラッド励起光増幅器における励起効率が低い理由について説明する。クラッド励起光増幅器内を伝搬する励起光は、実際には複数の導波モードが存在しており、図8における入射励起光はこれらの結合によって表されている。そしてこれら複数の導波モードのなかには、図9に示す1次モードのようにコア付近にほとんど電界成分を持たないモードがあり、このような導波モードはドーパントの励起にはほとんど寄与しない。またこれとは逆に、図10に示す0次モードのようにコア付近に強い電界成分をもつ導波モードも存在している。
そこで、図7に示すダブルクラッド構造の希土類ドープ光ファイバのコア11における光の吸収率がαであるときの、この希土類ドープ光ファイバ中を伝搬する光の電界強度を下記数式(I)で定義し、α=1.0×10-1(単位:l/m)として導波モードごとに電界強度の変化状態をシュミレートした。
P=P0×exp[−αZ] …(I)
(式中、PはZでのパワー、P0は初期パワー、Zは伝搬距離である。)
図11は0次モード、図12は1次モード、図13は2次モード、図14は4次モード、図15は5次モードをそれぞれシュミレートした結果である。
これらの図に示されるように、0次モードは伝搬中に減衰し、例えば100m伝搬した時点で入射時の電界強度の2〜3%程度になっている。このことから、この0次モードがコアに吸収されて効率良くドーパントを励起していることがわかる。
一方、1次モード、2次モード、4次モード、および5次モードは、100m伝搬後も入射時の電界強度の50%以上が残存しており、ドーパントの励起にほとんど寄与していないことがわかる。
【0005】
ところで、従来のコアにのみ励起光を伝搬させるタイプの光増幅器では、励起効率を向上させるために、励起光入射端の反対側の出射端に全反射ミラーを設けて、出射光を再度光増幅器内へ入射させる構造とすることも提案されている。しかしながらクラッド励起光増幅器においては、上述したように励起光全体のパワーに対して励起に寄与するパワーが小さいので、仮に一度光増幅器内を通過した励起光を再び光増幅器内へ入射させたとしても、励起効率を向上させる効果は小さい。
【0006】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、クラッド励起光増幅器における励起効率を向上させることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、コアと、このコアの周囲に設けられ該コアよりも低屈折率の内側クラッドと、この内側クラッドの周囲に設けられ該内側クラッドよりも低屈折率の外側クラッドを有し、前記コアに希土類金属がドープされている光ファイバからなる光増幅器であって、前記コアおよび内側クラッドに、その屈折率を周期的に変化させる光ファイバグレーティングを設け、前記光増幅器に入射される励起光の複数の導波モードのうち、前記希土類金属の励起に寄与する導波モードに、前記希土類金属の励起に寄与しない導波モードを結合させてなることを特徴とする光増幅器によって解決できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。図1は本発明の第1の実施形態を示した概略構成図である。本実施形態の光増幅器が従来のクラッド励起光増幅器と異なる点は光増幅器20を構成する光ファイバに周期的な摂動が形成されており、この光ファイバがグレーティング機能を有している点である。図1において符号2は励起光源、3はアイソレータである。励起光源2としては、例えば発振波長980nmのレーザダイオード(LD)が用いられる。
本実施形態の光増幅器20は、図7に示すようなダブルクラッド構造を有する光ファイバからなっている。すなわち、この光増幅器20を構成している光ファイバは、中心部に高屈折率のコア11が設けられており、その周囲にコア11よりも低屈折率の内側クラッド12が設けられており、さらに内側クラッド12の周囲には、この内側クラッド12よりも低屈折率の外側クラッドが設けられている。コア11と内側クラッド12との屈折率差は0.2〜2%程度、内側クラッド12と外側クラッド13との屈折率差は0.2〜10%程度とされる。
また、コア11には希土類金属がドープされている。希土類金属としては、例えばエルビウムなど光増幅器におけるドーパントとして従来周知のものを用いることができる。
【0009】
そして、光増幅器20を構成している光ファイバは、その長さ方向に周期的な摂動が形成されており、光ファイバグレーティングとしての機能も備えている。
光増幅器20内に周期的な摂動を形成する方法としては、例えば周知のフォトリフトラクティブ効果を利用して、予めゲルマニウムをコア11および内側クラッド12に添加しておき光ファイバ側面から位相マスクを介して紫外光を照射することによって、コア11および内側クラッドの屈折率を光ファイバ長さ方向に周期的に変化させる方法を用いることができる。
あるいは、例えば図2に示すように、光増幅器20を構成している光ファイバの一部を、光ファイバとの接触面に凹凸を有する2つのブロック25,26で挟むことによって、この光ファイバを蛇行した波状に保持する方法を採用することもできる。この場合、光ファイバの蛇行した部分がグレーティングとなり、周期的なマイクロベンド(小さな曲がり)によって電磁界分布と屈折率分布とに周期的な変化が生じ、この摂動によって特定のモード間の結合が生じる。
また特開平7−333453号公報に開示された方法でグレーティングを形成することもできる。この方法は、図3(a)に示すように、まず光増幅器20を構成している光ファイバの表面に切欠部27を長さ方向に所定間隔で複数形成する。この状態で、切欠部27においては光ファイバ径が小さくなっており、図中符号一点鎖線で示されているファイバ軸は直線状となっている。次いで、この光ファイバ全体を加熱して軟化させると、図3(b)に示すように、ガラスの表面張力の効果により光ファイバの表面がなめらかになるとともに、ファイバ軸がほぼ正弦波状に蛇行した状態となり、周期的なマイクロベンドによるグレーティングが形成される。
【0010】
光増幅器20に形成される摂動の周期Λ1は、光増幅器20に入射される励起光に存在する複数の導波モードのうち希土類金属の励起に寄与する0次モード(基本モード)の伝搬常数をB0とし、それ以外のある特定の高次モードの伝搬常数をBnとすると、(B0−Bn)=2π/Λ1となるように設定される。このように摂動の周期Λ1を設定することにより、該特定の高次モード(伝搬常数Bn)を0次モード(伝搬常数B0)に結合させることができる。
また本実施形態のように光増幅器20内にグレーティングを形成する場合は、基本モードの伝搬方向と、これに結合させる特定の高次モードの光の伝搬方向を同方向とした方が効率が良いので、B0とBnとを同符号とすることが好ましい。したがって、これら2つの伝搬常数の差(B0−Bn)は小さくなり、好ましい周期Λ1の値は150μm〜300μm程度の長周期となる。
本実施形態において、光増幅器を構成している希土類ドープ光ファイバの長さは、好ましくは1〜80m程度であり、グレーティングはその一部または全部に形成される。
【0011】
本実施形態の光増幅器20によれば、光増幅器20を構成している光ファイバ内に光ファイバグレーティングを形成するとともに、その摂動の周期Λ1を適切に設定することにより、内側クラッド12を伝搬する励起光の高次モードとコア11を伝搬する励起光の基本モードとの結合が生じる。そして光増幅器20では、コア11を伝搬する基本モードはコアに吸収されてドーパントの励起に寄与するので伝搬中に減衰することから、結果的に内側クラッド12の高次モードからコア11の基本モードへの結合が生じる。
すなわち本実施形態によれば、光増幅器20を伝搬する励起光のうち、そのままではドーパントの励起に寄与できない導波モードを、ドーパントの励起に有効に寄与する基本モードに選択的に結合させることができる。その結果、励起光パワーのうちドーパントの励起に使用される光パワーが増大し、光増幅器20の励起効率が向上する。
【0012】
図4(a)は本発明の第2の実施形態を示した概略構成図である。図1と同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。本実施形態の光増幅器30が従来のクラッド励起光増幅器と異なる点は、光増幅器30の励起光源2とは反対側に光ファイバグレーティング40が設けられている点である。
本実施形態における光増幅器30を構成する光ファイバは、グレーティングが形成されていない点を除いては前記第1の実施形態における光増幅器20を構成する光ファイバと同様の構成である。すなわち、光増幅器30は、図7に示すようなダブルクラッド構造を有し、コア11にエルビウムなどの希土類金属がドープされた光ファイバからなっている。
【0013】
本実施形態における光ファイバグレーティング40は、光増幅器30を構成している光ファイバにおける内側クラッド12の径と同じコア径を有し、希土類金属がドープされていない光ファイバに、その長さ方向に沿って周期的な摂動を形成することによって好ましく構成され、光増幅器30の励起光の入射端とは反対側の出射端に接続される。光増幅器30における内側クラッド12の径と光ファイバグレーティング40のコア径を等しくすることにより、これらの接続による接続損失を小さくすることができる。この光ファイバグレーティング40における摂動の周期Λ2は、光増幅器30に入射される励起光に存在する複数の導波モードのうち希土類金属の励起に寄与する0次モード(基本モード)の伝搬常数をB0とすると、この基本モードの反射光の伝搬定数は(−B0)となる。そして基本モード以外のある特定の高次モードの伝搬常数をBnとするとき、摂動の周期Λ2は、(Bn−(−B0))=(Bn+B0)=2π/Λ2となるように設定される。このように摂動の周期Λ2を設定することにより、図4(b)に示すように特定の高次モード(伝搬常数Bn)を基本モードの反射光(伝搬常数−B0)に結合させることができる。また光ファイバグレーティング40における摂動が、例えば周期的なコア屈折率の摂動であってその摂動の方向が光ファイバ長さ方向に対して傾けられているスラント型の周期的摂動であるならば、基本モードの反射光に結合される特定の高次モードを奇モードとすることができる。また摂動が光ファイバ長さ方向に対して傾きを有していない場合は、基本モードの反射光に結合される特定の高次モードは偶モードとなる。本実施形態においては、グレーティングにおいて結合させる2つの光の向きは互いに逆となり、したがって両者の伝搬常数の符号は異符号となる。このため、これら2つの伝搬常数の差(Bn−(−B0))は前記第1の実施形態よりも大きくなり、周期Λ2の値はおおよそ300nm〜350nmと短周期となる。
【0014】
このような短周期の光ファイバグレーティング40を作製する方法としては、例えば周知のフォトリフトラクティブ効果を利用して、予めゲルマニウムをコアに添加した光ファイバに対して、側面から位相マスクを介して紫外光を照射することによって、コアの屈折率を光ファイバ長さ方向に周期的に変化させる方法を用いることができる。
またスラント型の周期的摂動を有する光ファイバグレーティング40を得るには、フォトリフトラクティブ効果を利用する際に、例えば図5に示すように、石英ガラスからなる位相マスク43の片面に形成されている周期的な格子43a、43a…が、光ファイバ40aの軸方向に対して斜めになるようにセットした状態で、この位相マスク43を介して光ファイバ40aに紫外光を照射すればよい。
【0015】
本実施形態の光増幅器によれば、光ファイバグレーティング40の摂動の周期を適切に設計することによって、光増幅器30を伝搬して光増幅器30から出射される励起光のうち励起に寄与しなかった特定の高次モードと、励起に寄与する基本モードの反射光との結合が効率良く生じる。そして光増幅器30では、コア11を伝搬する基本モードはコア11に吸収されドーパントの励起に寄与して伝搬中に減衰しているので、光ファイバグレーティング40における基本モードの反射光は高次モードの伝搬光に比べて小さい。したがって結果的に、光ファイバグレーティング40においては、内側クラッド12を伝搬した後光増幅器30から出射された励起光の高次モードから、コア11を伝搬した後光増幅器30から出射された励起光の基本モードの反射光への結合が生じる。
すなわち、本実施形態によれば、光増幅器30の出射側に反射型の光ファイバグレーティング40を設けることにより、光増幅器30を伝搬した後に出射される励起光のうち、そのままではドーパントの励起に寄与できない導波モードを、ドーパントの励起に有効に寄与する基本モードであって、しかも光増幅器30の出射側から入射側へ向かって伝搬するモードに選択的に結合させて再び光増幅器30に入射させることができる。その結果、励起光パワーのうちドーパントの励起に使用される光パワーが増大し、光増幅器30の励起効率が向上する。
【0016】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、クラッド励起光増幅器に入射される励起光のうち、そのままではドーパントの励起に使用されない光パワーを、光ファイバグレーティングを用いてドーパントの励起に使用される導波モードに結合させることによってドーパントの励起に有効に使用することができるので、光増幅器の励起効率を向上させることができる。
また、光増幅器を構成する光ファイバに周期的な摂動を形成して光ファイバグレーティングを設ける構成とすれば、光ファイバグレーティングを設けることによって光増幅器が大型化することがないので、光デバイスのコンパクト化を図る上で好ましい。
一方、光増幅器を構成する光ファイバとは別に、光ファイバに周期的な摂動を形成してなる光ファイバグレーティングを、光増幅器を構成する光ファイバの出射端に接続する構成とすれば、光増幅器と光ファイバグレーティングをそれぞれ作製して接続すればよいので、製造が簡単であるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光増幅器の第1の実施形態を示す概略構成図である。
【図2】図1の光増幅器で用いられる光ファイバグレーティングの製造方法の一例の説明図である。
【図3】図1の光増幅器で用いられる光ファイバグレーティングの製造方法の他の例の説明図である。
【図4】本発明の光増幅器の第2の実施形態を示す概略構成図である。
【図5】図4の光増幅器で用いられる光ファイバグレーティングの製造方法の一例の説明図である。
【図6】従来の光増幅器の例を示す概略構成図である。
【図7】クラッド励起光増幅器を構成する光ファイバの例を示した正面図である。
【図8】クラッド励起光増幅器における励起光の減衰状態を示すグラフである。
【図9】クラッド励起光増幅器を伝搬する励起光の一次モードを示すグラフである。
【図10】クラッド励起光増幅器を伝搬する励起光の0次モードを示すグラフである。
【図11】クラッド励起光増幅器における励起光の0次モードの伝搬状態を示すグラフである。
【図12】クラッド励起光増幅器における励起光の1次モードの伝搬状態を示すグラフである。
【図13】クラッド励起光増幅器における励起光の2次モードの伝搬状態を示すグラフである。
【図14】クラッド励起光増幅器における励起光の4次モードの伝搬状態を示すグラフである。
【図15】クラッド励起光増幅器における励起光の5次モードの伝搬状態を示すグラフである。
【符号の説明】
2…励起光源、11…コア、12…内側クラッド、13…外側クラッド、
20,30…光増幅器、40…光ファイバグレーティング。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplifier composed of a rare earth-doped optical fiber having a mechanism for guiding pumping light to a clad, and more particularly, to improve pumping efficiency by using an optical fiber grating.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the dramatic improvement in transmission capacity in the field of optical communications is largely due to the advent of optical amplifiers.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional general optical amplifier. As shown in this figure, an optical amplifier is generally configured to guide signal light and pumping light in parallel to the core of a silica-based optical fiber 1 doped with rare earth metal, and is pumped by pumping light. Amplifying action is obtained by stimulated emission of the rare earth metal by signal light. In the figure, reference numeral 2 denotes an excitation light source, and 3 denotes an isolator.
Recently, the rare earth-doped optical fiber 1 used in an optical amplifier has a double clad structure having two layers of clads 12 and 13 as shown in FIG. Technologies have been developed to further increase the amplification characteristics and reduce the noise. In the figure, reference numeral 11 denotes a core, and 13 denotes an outer clad portion. The core diameter is, for example, 4 μm, the inner cladding diameter is, for example, 30 μm, and the outer cladding diameter is, for example, 125 μm.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, an optical amplifier having the rare earth doped optical fiber 1 having a double clad structure, that is, an optical amplifier having a structure in which pump light is guided also to the inner clad portion 12 (hereinafter referred to as a clad pump optical amplifier) has a high output pump. Since a light source can be used, the output characteristics can be dramatically improved by increasing the output of the excitation light source. However, there is a disadvantage that it is significantly inferior to the conventional optical amplifier in terms of pumping efficiency with respect to pumping light power.
That is, since most of the electric field of the signal light incident on the cladding pump optical amplifier is present in the core 11, the rare earth metal contributing to the amplification action is also mainly present in the core 11. Therefore, most of the pumping light incident on the cladding pumping optical amplifier contributes to the optical amplification is the pumping light propagating in the core 11, and the pumping light propagating in the inner cladding part 12 is almost light. It will not be used for amplification, so the excitation efficiency will be low.
FIG. 8 shows the electric field intensity distribution (indicated by a broken line in the figure) when the excitation light is incident on the clad excitation optical amplifier and the electric field intensity distribution after 100 m of wave guiding (indicated by a solid line in the figure). . From this figure, the excitation light propagating in the core 11 is absorbed and attenuated for the excitation of the dopant while being guided 100 m, whereas the excitation light propagating in the inner cladding portion 12 is almost attenuated. It can be seen that it is hardly used for dopant excitation.
It can be seen that the amount of light absorbed for excitation is small relative to the power of the entire incident excitation light, and the excitation efficiency is poor.
[0004]
Here, the reason why the pumping efficiency in the clad pumping optical amplifier is low will be described. The pumping light propagating in the clad pumping optical amplifier actually has a plurality of waveguide modes, and the incident pumping light in FIG. 8 is represented by these couplings. Among these guided modes, there is a mode having almost no electric field component near the core, such as the primary mode shown in FIG. 9, and such a guided mode hardly contributes to the excitation of the dopant. On the other hand, there is also a waveguide mode having a strong electric field component near the core, as in the 0th-order mode shown in FIG.
Therefore, when the light absorptance in the core 11 of the rare earth-doped optical fiber having the double clad structure shown in FIG. 7 is α, the electric field strength of the light propagating in the rare earth doped optical fiber is defined by the following formula (I). Then, the change in electric field strength was simulated for each waveguide mode with α = 1.0 × 10 −1 (unit: 1 / m).
P = P0 × exp [−αZ] (I)
(Where P is the power at Z, P0 is the initial power, and Z is the propagation distance.)
11 shows the result of simulating the 0th order mode, FIG. 12 shows the result of simulating the primary mode, FIG. 13 shows the result of simulating the secondary mode, FIG. 14 shows the quartic mode, and FIG.
As shown in these figures, the 0th-order mode is attenuated during propagation, and is about 2 to 3% of the electric field strength at the time of incidence, for example, when it propagates 100 m. From this, it can be seen that the zero-order mode is absorbed by the core and excites the dopant efficiently.
On the other hand, in the first-order mode, second-order mode, fourth-order mode, and fifth-order mode, 50% or more of the electric field strength at the time of incidence remains even after 100 m propagation, and hardly contributes to the excitation of the dopant. Recognize.
[0005]
By the way, in the conventional optical amplifier that propagates the pumping light only to the core, in order to improve the pumping efficiency, a total reflection mirror is provided at the outgoing end opposite to the pumping light incident end, and the outgoing light is again optically amplified. It has also been proposed to make the structure enter the inside. However, in the clad pumping optical amplifier, the power that contributes to pumping is small relative to the power of the entire pumping light as described above, so even if the pumping light that has once passed through the optical amplifier enters the optical amplifier again. The effect of improving the excitation efficiency is small.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the pumping efficiency in a clad pumping optical amplifier.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The problem includes a core, an inner clad provided around the core and having a lower refractive index than the core, and an outer clad provided around the inner clad and having a lower refractive index than the inner clad. an optical amplifier comprising an optical fiber with a rare earth metal in the core is doped excited, the core and the inner side cladding, the optical fiber grating that changes its refractive index periodically provided, which is incident on the optical amplifier This can be solved by an optical amplifier in which a waveguide mode that does not contribute to excitation of the rare earth metal is coupled to a waveguide mode that contributes to excitation of the rare earth metal among a plurality of waveguide modes of light.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. The optical amplifier of this embodiment is different from the conventional clad pump optical amplifier in that a periodic perturbation is formed in the optical fiber constituting the optical amplifier 20, and this optical fiber has a grating function. . In FIG. 1, reference numeral 2 is an excitation light source, and 3 is an isolator. As the excitation light source 2, for example, a laser diode (LD) having an oscillation wavelength of 980 nm is used.
The optical amplifier 20 of the present embodiment is made of an optical fiber having a double clad structure as shown in FIG. That is, the optical fiber constituting the optical amplifier 20 is provided with a core 11 having a high refractive index at the center, and an inner cladding 12 having a lower refractive index than the core 11 around the core. Further, an outer cladding having a lower refractive index than that of the inner cladding 12 is provided around the inner cladding 12. The refractive index difference between the core 11 and the inner cladding 12 is about 0.2 to 2%, and the refractive index difference between the inner cladding 12 and the outer cladding 13 is about 0.2 to 10%.
The core 11 is doped with rare earth metal. As the rare earth metal, a conventionally known one can be used as a dopant in an optical amplifier such as erbium.
[0009]
And the optical fiber which comprises the optical amplifier 20 has the periodic perturbation formed in the length direction, and is also provided with the function as an optical fiber grating.
As a method of forming a periodic perturbation in the optical amplifier 20, for example, germanium is added to the core 11 and the inner cladding 12 in advance using a known photolifting effect, and the phase is masked from the side of the optical fiber. By irradiating with ultraviolet light, a method of periodically changing the refractive indexes of the core 11 and the inner cladding in the optical fiber length direction can be used.
Alternatively, for example, as shown in FIG. 2, a part of the optical fiber constituting the optical amplifier 20 is sandwiched between two blocks 25 and 26 having irregularities on the contact surface with the optical fiber, whereby the optical fiber is It is also possible to adopt a method of holding the meandering wave. In this case, the meandering portion of the optical fiber becomes a grating, and the periodic microbend (small bend) causes a periodic change in the electromagnetic field distribution and the refractive index distribution, and this perturbation causes coupling between specific modes. .
A grating can also be formed by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-333453. In this method, as shown in FIG. 3A, first, a plurality of notches 27 are formed at predetermined intervals in the length direction on the surface of the optical fiber constituting the optical amplifier 20. In this state, the diameter of the optical fiber is reduced at the notch 27, and the fiber axis indicated by the dashed line in the drawing is linear. Next, when the entire optical fiber is heated and softened, as shown in FIG. 3B, the surface of the optical fiber becomes smooth due to the effect of the surface tension of the glass, and the fiber axis meanders in a substantially sinusoidal shape. In this state, a grating by periodic microbending is formed.
[0010]
The perturbation period Λ1 formed in the optical amplifier 20 is the propagation constant of the 0th-order mode (fundamental mode) that contributes to the excitation of the rare earth metal among the plurality of waveguide modes existing in the excitation light incident on the optical amplifier 20. When B0 is set and Bn is a propagation constant of a specific high-order mode other than that, (B0−Bn) = 2π / Λ1 is set. By setting the perturbation period Λ1 in this way, the specific higher-order mode (propagation constant Bn) can be coupled to the zero-order mode (propagation constant B0).
Further, when a grating is formed in the optical amplifier 20 as in this embodiment, it is more efficient that the propagation direction of the fundamental mode and the propagation direction of the light of a specific higher-order mode coupled to the same direction are the same. Therefore, it is preferable that B0 and Bn have the same sign. Therefore, the difference (B0−Bn) between these two propagation constants is small, and the preferable value of the period Λ1 is a long period of about 150 μm to 300 μm.
In the present embodiment, the length of the rare earth-doped optical fiber constituting the optical amplifier is preferably about 1 to 80 m, and the grating is formed in part or all of it.
[0011]
According to the optical amplifier 20 of the present embodiment, an optical fiber grating is formed in the optical fiber constituting the optical amplifier 20, and the perturbation period Λ1 is appropriately set to propagate through the inner cladding 12. The coupling between the higher-order mode of the excitation light and the fundamental mode of the excitation light propagating through the core 11 occurs. In the optical amplifier 20, since the fundamental mode propagating through the core 11 is absorbed by the core and contributes to the excitation of the dopant, it attenuates during propagation. As a result, the fundamental mode of the core 11 changes from the higher order mode of the inner cladding 12. Bonding to occurs.
That is, according to the present embodiment, of the pumping light propagating through the optical amplifier 20, the waveguide mode that cannot contribute to the excitation of the dopant as it is can be selectively coupled to the fundamental mode that effectively contributes to the excitation of the dopant. it can. As a result, the optical power used for pumping the dopant in the pumping light power is increased, and the pumping efficiency of the optical amplifier 20 is improved.
[0012]
FIG. 4A is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The optical amplifier 30 of this embodiment is different from the conventional clad pumping optical amplifier in that an optical fiber grating 40 is provided on the side of the optical amplifier 30 opposite to the pumping light source 2.
The optical fiber constituting the optical amplifier 30 in the present embodiment has the same configuration as the optical fiber constituting the optical amplifier 20 in the first embodiment, except that no grating is formed. That is, the optical amplifier 30 has a double clad structure as shown in FIG. 7, and is composed of an optical fiber in which the core 11 is doped with a rare earth metal such as erbium.
[0013]
The optical fiber grating 40 in the present embodiment has a core diameter that is the same as the diameter of the inner cladding 12 in the optical fiber constituting the optical amplifier 30, and is formed in an optical fiber that is not doped with a rare earth metal in its length direction. It is preferably configured by forming a periodic perturbation along, and is connected to an emission end of the optical amplifier 30 opposite to the incident end of the excitation light. By making the diameter of the inner cladding 12 in the optical amplifier 30 and the core diameter of the optical fiber grating 40 equal, the connection loss due to these connections can be reduced. The perturbation period Λ2 in the optical fiber grating 40 is the propagation constant of the 0th-order mode (fundamental mode) that contributes to the excitation of the rare earth metal among the plurality of waveguide modes present in the excitation light incident on the optical amplifier 30. Then, the propagation constant of the reflected light in this basic mode is (−B0). When the propagation constant of a specific higher-order mode other than the fundamental mode is Bn, the perturbation period Λ2 is set to be (Bn − (− B0)) = (Bn + B0) = 2π / Λ2. By setting the perturbation period Λ2 in this way, a specific higher-order mode (propagation constant Bn) can be coupled to the reflected light of the fundamental mode (propagation constant-B0) as shown in FIG. 4B. . If the perturbation in the optical fiber grating 40 is, for example, a periodic core refractive index perturbation and a slant periodic perturbation in which the direction of the perturbation is tilted with respect to the optical fiber length direction, the basic A particular higher order mode coupled to the reflected light of the mode can be an odd mode. When the perturbation has no inclination with respect to the optical fiber length direction, the specific higher-order mode coupled to the reflected light of the fundamental mode is an even mode. In this embodiment, the directions of the two lights coupled in the grating are opposite to each other, and therefore the signs of the propagation constants of the two are different signs. Therefore, the difference between these two propagation constants (Bn − (− B0)) is larger than that in the first embodiment, and the value of the period Λ2 is as short as approximately 300 nm to 350 nm.
[0014]
As a method of manufacturing such an optical fiber grating 40 having a short period, for example, by utilizing a known photolift attractive effect, an optical fiber in which germanium is added to a core in advance is subjected to ultraviolet rays from a side surface through a phase mask. A method of periodically changing the refractive index of the core in the optical fiber length direction by irradiating light can be used.
Further, in order to obtain the optical fiber grating 40 having the slant type periodic perturbation, it is formed on one surface of the phase mask 43 made of quartz glass, for example, as shown in FIG. It is only necessary to irradiate the optical fiber 40a with ultraviolet light through the phase mask 43 in a state where the periodic gratings 43a, 43a,... Are set obliquely with respect to the axial direction of the optical fiber 40a.
[0015]
According to the optical amplifier of the present embodiment, by appropriately designing the period of perturbation of the optical fiber grating 40, it does not contribute to pumping among the pumping light that propagates through the optical amplifier 30 and is emitted from the optical amplifier 30. Coupling between a specific higher-order mode and reflected light of a fundamental mode that contributes to excitation occurs efficiently. In the optical amplifier 30, since the fundamental mode propagating through the core 11 is absorbed by the core 11 and contributes to the excitation of the dopant and is attenuated during propagation, the reflected light of the fundamental mode in the optical fiber grating 40 is a higher-order mode. Small compared to propagating light. Therefore, as a result, in the optical fiber grating 40, the excitation light emitted from the optical amplifier 30 after propagating through the core 11 from the higher order mode of the excitation light emitted from the optical amplifier 30 after propagating through the inner cladding 12. Coupling to the reflected light in the fundamental mode occurs.
That is, according to the present embodiment, by providing the reflection type optical fiber grating 40 on the emission side of the optical amplifier 30, the excitation light emitted after propagating through the optical amplifier 30 contributes to the excitation of the dopant as it is. An incapable guided mode is a fundamental mode that effectively contributes to the excitation of the dopant, and is selectively coupled to a mode that propagates from the exit side to the entrance side of the optical amplifier 30 so as to enter the optical amplifier 30 again. be able to. As a result, the optical power used for pumping the dopant in the pumping light power is increased, and the pumping efficiency of the optical amplifier 30 is improved.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the optical power that is not used as it is for pumping the dopant out of the pump light that is incident on the clad pump optical amplifier is guided to be used for pumping the dopant using the optical fiber grating. By coupling to the wave mode, it can be used effectively for dopant excitation, so that the excitation efficiency of the optical amplifier can be improved.
Also, if the optical fiber grating is provided by forming periodic perturbations in the optical fiber constituting the optical amplifier, the optical amplifier will not be enlarged by providing the optical fiber grating. It is preferable in order to make it easier.
On the other hand, if the optical fiber grating formed by periodically perturbing the optical fiber is connected to the output end of the optical fiber constituting the optical amplifier separately from the optical fiber constituting the optical amplifier, the optical amplifier And an optical fiber grating can be produced and connected to each other, so that an advantage of simple manufacturing can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an optical amplifier according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a manufacturing method of an optical fiber grating used in the optical amplifier of FIG.
3 is an explanatory diagram of another example of a method for manufacturing an optical fiber grating used in the optical amplifier of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of an optical amplifier according to the present invention.
5 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing an optical fiber grating used in the optical amplifier of FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional optical amplifier.
FIG. 7 is a front view showing an example of an optical fiber constituting a clad pumping optical amplifier.
FIG. 8 is a graph showing an attenuation state of pumping light in a cladding pumping optical amplifier.
FIG. 9 is a graph showing a primary mode of pumping light propagating through a cladding pumping optical amplifier.
FIG. 10 is a graph showing a zero-order mode of pumping light propagating through a cladding pumping optical amplifier.
FIG. 11 is a graph showing a propagation state of the zero-order mode of pumping light in the clad pumping optical amplifier.
FIG. 12 is a graph showing a propagation state of a primary mode of pumping light in a clad pumping optical amplifier.
FIG. 13 is a graph showing a propagation state of a secondary mode of pumping light in a clad pumping optical amplifier.
FIG. 14 is a graph showing the propagation state of the fourth-order mode of pumping light in the cladding pumping optical amplifier.
FIG. 15 is a graph showing a propagation state of a fifth-order mode of pumping light in a clad pumping optical amplifier.
[Explanation of symbols]
2 ... excitation light source, 11 ... core, 12 ... inner cladding, 13 ... outer cladding,
20, 30 ... optical amplifier, 40 ... optical fiber grating.

Claims (1)

コアと、このコアの周囲に設けられ該コアよりも低屈折率の内側クラッドと、この内側クラッドの周囲に設けられ該内側クラッドよりも低屈折率の外側クラッドを有し、前記コアに希土類金属がドープされている光ファイバからなる光増幅器であって、
前記コアおよび内側クラッドに、その屈折率を周期的に変化させる光ファイバグレーティングを設け、前記光増幅器に入射される励起光の複数の導波モードのうち、前記希土類金属の励起に寄与する導波モードに、前記希土類金属の励起に寄与しない導波モードを結合させてなることを特徴とする光増幅器。
A core, an inner clad provided around the core and having a lower refractive index than the core, and an outer clad provided around the inner clad and having a lower refractive index than the inner clad. An optical amplifier comprising an optical fiber doped with
The core and the inner side cladding, the optical fiber grating that changes its refractive index periodically provided, among the plurality of guided modes of the excitation light incident on the optical amplifier, which contributes guiding the excitation of the rare earth metal An optical amplifier comprising a wave mode coupled with a waveguide mode that does not contribute to excitation of the rare earth metal.
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