光機能導波路材料および光増幅媒体、光増幅器、レーザ装置、光源
【課題】Ｅｒの１．５μｍ帯の誘導放出断面積がより平坦になるホストガラスとしての適性とともに、光ファイバ作製等にて重要な熱安定性にとくにすぐれ、たとえば広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、光源に使用してとくに有効な、高機能で汎用性の高い光機能導波路材料を提供する。
【解決手段】光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）、または、６＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）、０＜Ａｌ2 Ｏ3 ≦４（モル％）の組成を有する。
【解決手段】光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）、または、６＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）、０＜Ａｌ2 Ｏ3 ≦４（モル％）の組成を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスである光機能導波路材料およびこの材料を用いた光増幅媒体、光増幅器、光源に関し、とくに、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、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、光源に利用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムでは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。
【０００３】
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。
【０００４】
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：Erbium Doped optical Fiber Amplifier ）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。
【０００５】
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。
【０００６】
また、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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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 Figure）も上が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。
【００１１】
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。
【００１２】
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以上ある。したがって、利得の平坦化をはかるには、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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（特許文献１）、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｌｉ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （特許文献２）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。
【００１６】
ここで、現在までの開発状況について簡単に説明する。
特許文献３〜６および特許文献７において、Cooleyら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らはファイバ化までは行っておらず、ファイバ化に必要な光屈折率（比屈折率）の調整およびガラスの熱安定性には言及していない。
【００１７】
一方、特許文献８において、Snitzerらは、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。一価金属としてのＬｉは、熱安定性の低下などのために除外されている。
【００１８】
特許文献６にてSnitzer らは、上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の広いことから、上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、上記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、特許文献６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、特許文献６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。
【００１９】
さらにSnitzer らは、非特許文献１において、特許文献８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。
【００２０】
さらに、Snitzer らは、非特許文献１の直後に発行された非特許文献２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。
【００２１】
上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 Ｏ2−２０．０％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。非特許文献２中にファイバの損失は記載されていないが、非特許文献１中には、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 Ｏ2−２０．０％ＺｎＯのファイバ（非特許文献２に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７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）。
【００２２】
このファイバのコア組成は、Ｂｉ2 Ｏ3 が加わっている点で特許文献８の３元系と異なるが、上記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、非特許文献２にも、また非特許文献１、特許文献８にも一切ない。
【００２３】
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のには、これだけではまだ不十分である。
【００２４】
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。
【００２５】
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Ｎｄ（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Ｅｒの１．５μｍ帯発光とＮｄの１．０６μｍ帯発光の相違を示す必要がある。
【００２６】
前者の光学遷移は模式的に図１７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１８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（Δｎ：コア・クラッド間の比屈折率差）化が必要である。高Δｎ化は効率的な励起のためである。
【００２７】
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。
【００２８】
図１９に、石英系ＥＤＦＡとテルライトＥＤＦＡついてそ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よりも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。
【００２９】
図２０に模式的に示すように、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。
【００３０】
ところで、最近のＷＤＭ伝送では、伝送容量の増大をはかるために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はかる必要があるが、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、上述のように、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。
【特許文献１】平成９年特許願第３０４３０号
【特許文献２】平成９年特許願第２２６８９０号
【特許文献３】米国特許第３，８３６，８６８号
【特許文献４】米国特許第３，８３６，８６９号
【特許文献５】米国特許第３，８３６，８７０号
【特許文献６】米国特許第３，８３６，８７１号
【特許文献７】米国特許第３，８８３，３５７号
【特許文献８】米国特許第５，２５１，０６２号
【非特許文献１】J. S. Wang et. al, Optical Materials, 3(1994), pp.187-203
【非特許文献２】J. S. Wang et. al, Optics Letters, 19(1994), pp.1448-1449
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
したがって、本発明の課題は、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、とくに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（ホストガラス）としての適性にすぐれた光機能導波路材料を提供することにある。これとともに、この材料を光増幅媒体として用いることにより利得平坦化したＥＤＦＡを提供することにある。また、従来のＥＤＦＡの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するＥＤＦＡを提供することにある。さらに、光学活性な希土類元素を添加して、従来のガラス材料では実現不可能だった機能、たとえば広帯域ＥＤＦＡのような機能を発現できる光ファイバまたは光導波路を提供することを課題とする。また、上記光機能導波路材料を用い、とくに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、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することも課題とする。
上記以外の本発明の課題および特徴については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記課題の解決手段として、本発明では、以下のような光機能導波路材料、この光機能導波路材料を用いた光増幅媒体、光増幅器、レーザ装置、光源として、以下の手段を提供する。
【００３６】
（１）： 光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【００３７】
（２）：（１）において、上記光機能導波路材料におけるＴａ2 Ｏ5 の添加量は、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）
の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光機能導波路材料。
【００３８】
（３）：光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９４（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【００３９】
（４）：光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
４≦（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦１２（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦８８（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【００４０】
（５）：（１）〜（４）のいずれかにおいて、少なくともコアにＥｒ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、この材料ガラスにＡｌ2 Ｏ3 を加えた組成を有することを特徴とする光機能導波路材料。
【００４１】
（６）：光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）、
０＜Ａｌ2 Ｏ3 ≦４（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【００４２】
（７）：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）〜（６）のいずれかに記載の光機能導波路材料からなることを特徴とする光増幅媒体。
【００４３】
（８）：（７）において、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料の少なくとも一つは、Ｅｒまたは、Ｅｒおよびイッテルビウム（Ｙｂ）が添加されていることを特徴とする光増幅媒体。
【００４４】
（９）：（７）または（８）において、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料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種を含むことを特徴とする光増幅媒体。
【００４５】
（１０）：（７）〜（９）のいずれかにおいて、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料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ことを特徴とする光増幅媒体。
【００４６】
（１１）：（７）〜（１０）のいずれかにおいて、少なくともコアにＥｒ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、上記材料ガラスの組成はＡｌ2 Ｏ3 を加えた光機能導波路材料であること特徴とする光増幅媒体。
【００４７】
（１２）：（７）〜（１１）のいずれかにおいて、カットオフ波長が０．４μｍから２．５μｍであることを特徴とする光増幅媒体。
【００４８】
（１３）：光共振器と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光共振器に備わる光増幅媒体の少なくとも一つは、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【００４９】
（１４）：少なくともコアにＥｒ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、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【００５０】
（１５）：光増幅媒体と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光増幅媒体は、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【００５１】
（１６）：光増幅媒体と、この光増幅媒体を励起する励起光および信号光をその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、上記光増幅媒体は、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
【００５２】
（１７）：少なくともコアにＥｒ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、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、上記（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
【００５３】
（１８）：光機能導波路材料を増幅媒体とする光増幅器であって、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体の前後の少なくとも１ケ所に、その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光増幅器。
【００５４】
（１９）：（１８）において、上記光増幅媒体が、希土類元素および／または遷移金属元素を添加した光機能導波路材料からなる光導波路であることを特徴とする光増幅器。
【００５５】
（２０）：（１８）または（１９）において、上記分散媒質が、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ことを特徴とする光増幅器。
【００５６】
（２１）：Ｅｒ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、
上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（１）〜（６）のいずれかに記載の光機能導波路材料からなる光ファイバが用いられ、この光機能導波路材料光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、Ｅｒ添加濃度およびファイバ長積が上記光機能導波路材料光ファイバより小さいＥｒ添加光ファイバが用いられていることを特徴とする光増幅器。
【００５７】
（２２）：（２１）において、増幅媒体の素材として、上記光機能導波路材料光ファイバとともに、フッ化物光ファイバ，石英系光ファイバ，フツリン酸光ファイバ，リン酸系光ファイバまたはカルコゲナイド光ファイバを用いることを特徴とする光増幅器。
【００５８】
（２３）：（２１）または（２２）において、上記光機能導波路材料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、その光機能導波路材料光ファイバ以外の光ファイバ素材が用いられていることを特徴とする光増幅器。
【００５９】
（２４）：（２１）〜（２３）のいずれかにおいて、上記光機能導波路材料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一つの光ファイバのＥｒ添加濃度および光ファイバ長積が、その光機能導波路材料光ファイバのものより小さいことを特徴とする光増幅器。
【００６０】
（２５）：（２１）〜（２４）のいずれかにおいて、Ｅｒ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、
Ｅｒ添加濃度および光ファイバ長積の異なる光機能導波路材料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光増幅器。
【００６１】
（２６）：（１）〜（６）のいずれかに記載の光機能導波路材料にＥｒを添加してなる光機能導波路材料、または光導波路が（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体を用いたことを特徴とする光源。
【００６２】
（２７）：（１）〜（６）のいずれかに記載の光機能導波路材料にＥｒを添加してなるガラス材料により形成される光導波路を光増幅媒体としたことを特徴とする光増幅器。
【００６３】
（２８）：（２７）において、上記光導波路または上記光ファイバの少なくとも一つは、その端に光カップラを配置し、この光カップラの少なくとも一つの端子に反射体を具備したことを特徴とする光増幅器。
【００６４】
（２９）：（２８）において、上記反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする光源。
【００６５】
（３０）：（２７）または（２８）において、反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする請求項２７または２８に記載の光増幅器。
【発明の効果】
【００６６】
上記手段により、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、とくに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の適性にすぐれた光機能導波路材料を提供することができる。これとともに、この材料を光増幅媒体として用いることにより利得平坦化したＥＤＦＡを提供することができる。
また、従来のＥＤＦＡの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するＥＤＦＡを提供することができる。さらに、光学活性な希土類元素を添加して、従来のガラス材料では実現不可能だった機能、たとえば広帯域ＥＤＦＡのような機能を発現できる光ファイバまたは光導波路を提供することができる。
また、上記光機能導波路材料を用い、とくに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、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することもできる。
【００６７】
上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
まず、本発明にもとづくＴｅＯ2 −Ｂａ０−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ2 組成のガラス材料について説明する。このテルライト系ガラス材料は、本発明の実施形態では、その組成状態により次の３形態（第１〜第３の組成）にクラス分けすることができる。各組成（Ａ〜Ｃ）はそれぞれに特有の効果および／または適用途を有する。
【００６９】
すなわち、第１の形態（Ａ）では、図１にその組成領域Ａを示すように、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）
からなる組成を持つ。
【００７０】
第２の形態（Ｂ）では、図２にその組成領域Ｂを示すように、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９４（モル％）
からなる組成を持つ。
【００７１】
第３の形態（Ｃ）では、図３にその組成領域Ｃを示すように、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
４≦（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦１２（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦８８（モル％）
からなる組成を持つ。
【００７２】
各組成（Ａ〜Ｃ）おいて、（ＢａＯ＋ＳｒＯ）はＢａとＳｒの合計割合（モル％）を示す。また、第１，２の組成において、Ｔａ2 Ｏ5 および（ＢａＯ＋ＳｒＯ）はそれぞれゼロでない有意の添加量を組成分として含む。
【００７３】
ファイバ化に対するガラスの熱安定性はＤＳＣ(differential scanning calorimetry ：差走査熱量測定)の測定により評価できる。そのＴｘ−Ｔｇの値ΔＴ（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やフォトニッククリスタルファイバの作製時には、母材やガラス管の延伸工程と線引き工程の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てファイバの散乱損失が増大する。逆に、Ｔｘ−Ｔｇの値ΔＴが大きければ低損失なファイバが作製できる。
とくに上記組成領域Ｂ，Ｃ内のガラスは、Ｔｘ−Ｔｇの値ΔＴが１００℃以上の値を持ち、低損失なファイバ作製する用途に好適である。一方、上記組成（Ａ〜Ｃ）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しても、低損失なファイバの作製は困難になる。それらの組成（Ａ〜Ｃ）のうち、とくにＴａ2 Ｏ5 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。
【００７４】
図４は、本発明の光機能導波路材料であるガラスのΔＴ（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔｇ）を上記ＤＳＣで測定した結果を示す。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にて昇温速度１０℃／分で行った。
【００７５】
同図において、グラフ線（ａ）〜（ｃ）は次の成分比（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応する。
（ａ）：ＢａＯ：ＳｒＯ：Ｔａ2 Ｏ5 ＝１：１：２
（ｂ）：ＢａＯ：ＳｒＯ：Ｔａ2 Ｏ5 ＝１：１：４
（ｃ）：ＢａＯ：ＳｒＯ：Ｔａ2 Ｏ5 ＝１：１：１
同図からあきらかように、Ｔｘ−Ｔｇの値ΔＴは、Ｔａ2 Ｏ5 ＝１０モル％のときにΔＴは２３７℃にもなる。
【００７６】
また、Ｔａ2 Ｏ5 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５にＴｅＯ2 系ガラスの光屈折率ｎ（波長６３２．８ｎｍにおける比屈折率）のＴａ2 Ｏ5 添加量依存性を示す。同図において、グラフ線（ａ）〜（ｃ）と成分比（ａ）〜（ｃ）は上記と同じ対応である。同図に示すように、成分比およびＴａ2 Ｏ5 添加量を２モル％から１２モル％まで変化させると、添加量に比例して屈折率ｎは２．１１５から２．１７の間を取らせることができる。
【００７７】
この特性を利用し、Ｔａ2 Ｏ5 添加量を変化させることによって、コア・クラッド屈折率差（コア・クラッド間の比屈折率差）が０．２％程度の小さなものから２．５％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。
【００７８】
本発明にもとづく光増幅媒体は、光ファイバまたは光導波路を形成するコアガラスのテルライトガラスまたは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、Ｅｒ（エルビウム）またはＥｒおよびＹｂ（イッテルビウム）が添加されていることを特徴とする。
【００７９】
本発明にもとづくレーザ装置は、光増幅媒体と励起光源とを有するレーザ装置であって、Ｅｒ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。
【００８０】
図６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。
【００８１】
また、図７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７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る。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。
【００８２】
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つようになって、図７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。
【００８３】
従って、Ｅｒを少なくともコアに添加したテルライトファイバを光増幅媒体とすれば、Ｅｒ添加石英ファイバやＥｒ添加フッ化物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。
【００８４】
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一つを含むと、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なって、 4Ｉ13/2準位の励起効率が低下しにくくなる（図６）。また、 4Ｉ11/2準位から 4Ｉ13/2 準位への緩和が起きやすいと 、4Ｉ13/2準位を１．４８μｍ付近の光で直接励起するよりも、 4Ｉ15/2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やすく、したがって雑音特性も優れるという利点がある。
【００８５】
以下、図面を参照しながら本発明にもとづく光増幅媒体とこの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実施例を詳細に説明する。
【００８６】
［実施例１］
溶融後の組成が
（１）ＴｅＯ2 （８５モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１５モル％）、
（２）ＴｅＯ2 （８０モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１０モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （１０モル％）、
となるように、各組成（１）（２）の成分原料をそれぞれに調合し、各組成（１）（２）の調合原料をそれぞれ２０ｇずつルツボに充填し、電気炉内で酸素雰囲気下、８００℃で２時間溶融した。この後、２００℃に予加熱したプレート上にてキャストし、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、メノウ乳鉢で粉々にしたパウダー３０ｍｇとの２種類のサンプルをそれぞれ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。
Ｔｘ−Ｔｇの値ΔＴは、Ｔａ2 Ｏ5 ＝０となる（１）のガラスでは２０℃以下となり、Ｔａ2 Ｏ5 ＝１０モル％となる（２）のガラスでは２３７℃となった。とくに前記Ｃの範囲の組成では、熱安定性がΔＴ＝２００℃以上に向上していた。
【００８７】
ＤＳＣ測定値を基準にＴｘ−Ｔｇ≧１００℃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は、３準位系の光学遷移を用いて高効率な光増幅を行うのに必要な損失０．１ｄＢ／ｍ以下を実現することができる。
【００８８】
［実施例２］
コアガラスおよびクラッドガラスとして前記Ｂ（図２）またはＣ（図３）に示した組成領域のものを用いる。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、同じく前記Ａ（図１）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・クラッド屈折率差が０．２％から２．５％のテルライトファイバを作製することができた。
【００８９】
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、非特許文献６を参照）。
【００９０】
［実施例３］
実施例２と同様に、前記Ｂ，Ｃ領域のガラス組成を持つテルライト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・クラッド屈折率差が０．２％から２．５％のテルライトファイバを作製することができた。
また、コアガラス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。
【００９１】
［実施例４］
ＴｅＯ2 （８８モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （８モル％）組成のガラスにＥｒを１０００ｐｐｍ添加したものをコア材とし、ＴｅＯ2 （８２モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１２モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （６モル％）組成のガラスをクラッド材とすることにより、カットオフ波長１．３μｍ、コア・クラッド屈折率差１．７％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て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（Distributed FeedBack）レーザを用いた。
【００９２】
図８は、本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（符号１０６ａ〜１０６ｄ）で行われている。
【００９３】
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。
【００９４】
また、同じ光増幅媒体を用いて、図９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８の信号光源１０１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。 なお、各部品の接続は光ファイバ１０６（符号１０６ａ〜１０６ｅ）で行われている。
【００９５】
以上の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帯の波長を用いて 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。
【００９６】
［実施例５］
図８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。
【００９７】
［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、実施例４および実施例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用することにより、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。
【００９８】
以上の実施例１〜６では光ファイバの組成に着目した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、Ｃｓ2 Ｏ，Ｒｂ2 Ｏ，Ｋ2 Ｏ，Ｌｉ2Ｏ，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢｅＯ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2Ｏ3 ，ＴｈＯ2 ，ＨｆＯ2 ，ＺｒＯ2 ，ＴｉＯ2 ，Ｗｏ3 ，Ｔｌ2 Ｏ，ＣｄＯ，ＰｂＯ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，Ｇａ2 Ｏ3 などのいずれか一つ以上を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。
【００９９】
さらに、光増幅器は、本発明の光増幅媒体と、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。
【０１００】
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本発明の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、とくに限定されるものではない。
【０１０１】
［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。コアガラス組成はＴｅＯ2 （８８モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （８モル％）とし、これにＰ2 Ｏ5 を５重量％添加した。クラッドガラス組成はＴｅＯ2 （８２モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１２モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （６モル％）とした。
コア・クラッド屈折率差は２．５％であり、カットオフ波長を０．９６μｍとした。
【０１０２】
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て利得効率は５倍増加し、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９０ｎｍ幅で利得がフラットになった（励起強度は２００ｍＷであった）。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。
【０１０３】
［実施例８］
ＴｅＯ2 （８８モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （８モル％）組成のガラス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。
【０１０４】
図１０は本発明にもとづくレーザ装置の一例を示。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は光アイソレータをそれぞれ示す。信号光はＡのポートより入射した後、Ｂのポートより出射する構成となっている。
【０１０５】
参照符号１１３の増幅用ファイバとしてＥｒを１０００ｐｐｍ添加したＺｒＦ4 系のフッ化物ファイバ( 特許文献６）を用い、増幅用ファイバ１１５としてＥｒを１０００ｐｐｍ添加したＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ −Ｔａ2 Ｏ5 系のテルライトファイバを用いた。
【０１０６】
各ファイバのコア・クラッド屈折率差は共に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１１に示す。
【０１０７】
図１１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の信号利得は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は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、これと比較すれば８倍にも広がったことになる。
【０１０８】
本実施例では、Ｅｒ添加ＺｒＦ4 系フッ化物ファイバを前段に用い、Ｅｒ添加テルライトファイバを後段に使用したが、この逆でも良い。また、フッ化物ファイバはＩｎＦ3 系のフッ化物ファイバでも良い。さらに、Ｅｒ添加酸化物多成分ガラスファイバを増幅用ファイバに加えても良い。要するに、増幅用光ファイバの一つとしてＥｒ添加テルライトファイバを用いることが重要である。
【０１０９】
また、テルライトファイバの組成としては本実施例で使用されたものに限定されるものではない。
【０１１０】
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。
【０１１１】
［実施例９］
図１２は本発明にもとづくレーザ装置の他の実施例の概略的構成を示す。この実施例では、実施例１を用いた増幅用ファイバ１１３，１１５を波長可変バンドパスフィルタ１１７（バンド幅３ｎｍ）を介して直列に接続し、１４８０ｎｍでの透過率が９９％、１５００ｎｍから１６３０ｎｍでの反射率が１００％のミラー１１６を設けた。また、他端に１５００ｎｍから１６３０ｎｍでの透過率が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。
【０１１２】
以上説明したように、本発明の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。
【０１１３】
また、増幅波長域が広い特性を利用すれば、フェムト秒といったようなきわめて短い光パルスも効率良く増幅することができるようになり、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。
【０１１４】
［実施例１０］
本実施例では、実施例４で用いた光ファイバ（テルライトファイバ）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、その光ファイバの一端に入射した。ファイバの他端はファイバ端面でのフレネル反射を抑えるため、角度１０°で斜カットした。この他端からの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。
【０１１５】
［実施例１１］
図８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、マッハツェ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させ、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、フィルタを挿入して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た。そして、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。
【０１１６】
［実施例１２］
前記Ａ（図１）の領域の組成を持つガラスをコアおよびクラッドとし、コアにＣｅ，Ｐｒ，Ｇｄ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＹｂまたはＥｒを添加することにより、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、０．３μｍ、１．３μｍ、０．３１μｍ、１．０７μｍ、０．６１μｍ、０．５９μｍ、０．５４μｍ、１．４８μｍ、３．０μｍ、１．４９μｍ、１μｍ、１．５５μｍ帯でそれぞれ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。
【０１１７】
［実施例１３］
ＴｅＯ2 （８８モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （８モル％）組成のガラスにＥｒを２０００ｐｐｍ添加してコア材とし、ＴｅＯ2 （８２％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１２モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （６モル％）組成のガラスをクラッド材とすることにより、カットオフ波長１．１μｍ、コア・クラッド屈折率差１．７％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（ファイバ長）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以上の波長での雑音指数は５ｄＢ以下であった。
【０１１８】
［実施例１４］
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。
【０１１９】
［実施例１５］
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共に１．４８μｍの双方向励起を採用した。入射励起強度が３００ｍＷのとき、これまで石英ファイバやフッ化物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。
【０１２０】
［実施例１６］
ＴｅＯ2 （９７モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （２モル％）ガラスにＥｒを３ｗｔ％添加してコア材とし、ＴｅＯ2（８２モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１２モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （６モル％）ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長１．４μｍ、コア・クラッド屈折率差２．５％のファイバを形成し、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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
［実施例１７］
ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の４元系ガラスをその他の組成を変えて作製するとともに、各組成ごとにＤＳＣにより熱特性を測定した。その結果、前記Ｂの組成領域（図２）では、Ｔｘ−Ｔｇが１５０℃以上の安定なガラスが得られた。また、前記Ｃでの組成領域（図３）では、Ｔｘ−Ｔｇが１７０℃以上のさら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。
【０１２３】
そこで、前記Ｂの領域から選んだＴｅＯ2−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−Ｔａ2 Ｏ5 組成のガラスを用い、コアにＥｒを２０００ｐｐｍを添加することにより、カットオフ波長１．１μｍ、コア・クラッド屈折率差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２０ｄＢ／ｋｍであった。このファイバを３ｍ用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。
【０１２４】
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。
【０１２５】
［実施例１８］
実施例１７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。
【０１２６】
［実施例１９］
実施例１７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、これまで石英ファイバやフッ化物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。
【０１２７】
以上の実施例１〜１９で用いられているテルライトガラスはＴａ2 Ｏ5 を含むことを特徴としているが、このようなテルライトガラスは熱安定性が高く、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って高Δｎのファイバを作製できることにより、効率の低い３準位系を利用するＥＤＦＡの増幅帯域拡大を可能とした。
【０１２８】
従来知られている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（特許文献８）や特許文献９に記載のものがあるが、これらの文献にはＴａ2 Ｏ5 の屈折率やガラス安定性に対する効用の記載はない。本発明の光機能導波路材料は前述したように、Ｔａ2 Ｏ5 を含んだテルライトガラスにおいて、Ｔａ2 Ｏ5−ＢａＯ−ＳｒＯ−ＴｅＯ2 組成の特定領域にて特異的に得られる光機能に着目したものであって、特許文献８，９には開示のものとはあきらかに異なる。
Ｔａ2 Ｏ5−ＢａＯ−ＳｒＯ−ＴｅＯ2 という組成だけに着目するならば、非特許文献３に記載の強誘電体ガラスセラミックがその組成を有する。しかし、その強誘電体ガラスセラミックはその組成領域および機能等において、本発明の光機能導波路材料とはまったく異なる。
【０１２９】
これまで述べてきたように、特許文献８に記載の３元系テルライトガラスは本発明の４元系（Ｔａ2 Ｏ5−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−ＴｅＯ2）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。これに対して、本発明では損失の低減を目的に種々の組成を検討した結果、Ｔａ2 Ｏ5 を含む上記４元系（Ｔａ2 Ｏ5−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−ＴｅＯ2）が損失の低減に特異的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、高屈折率差Δｎの光ファイバが作製可能であり、これに低損失という特性を併せてはじめて高効率テルライトＥＤＦＡの実現に至った。
特許文献８の３元系テルライトガラスでは、効率の悪い３準位系を利用してＥＤＦＡを実現させるのは難しい。このことに関して、その特許文献８の明細書中のみならず、その後に提出された前記非特許文献１および２にも、ＥＤＦＡ実現に関する具体的記載は一切ない。
【０１３０】
さらに詳細に述べれば、特許文献８において、Snitzer らは、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ファイバ構造が必要であることを述べ、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。したがって光増幅の実現を目的としているものの、従来の文献（特許文献１と非特許文献１，２）においては、非特許文献２にて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。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、非特許文献１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ということが判明している。
【０１３１】
Ｔａ2 Ｏ5 を含有するテルライトガラスは非特許文献１や特許文献９にも記載があるが、熱安定性と損失に関して記載されていない。これらの文献に記載されているものは、本発明の上記４元系とは全く異なる組成あるいは組成領域である。
【０１３２】
また、非特許文献１および２は、コア組成７７％ＴｅＯ2 −６．０％Ｎａ2 Ｏ−１５．５％ＺｎＯ−１．５％Ｔａ2 Ｏ5 の４元系テルライトガラスが記載され、特に非特許文献１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Ｔａ2 Ｏ5 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。非特許文献３には、前述したように、Ｔａ2 Ｏ5−ＢａＯ−ＳｒＯ−ＴｅＯ2 のガラスセラミックに関する報告があるが、これにもガラス熱安定領域に関する記載はなく、そもそも同文献は光ファイバに関するものではない。
【０１３３】
上記実施例などで詳しく記載したとおり、本発明ではテルライトガラスの損失低減をめざしてそのテルライトガラスの組成を種々検討した結果、Ｔａ2 Ｏ5 を含んだ上記４元系テルライトガラスが有効であることを解明した。これも実施例に記載済であるが、特にＴａ2 Ｏ5 の添加により熱安定性は飛躍的に向上し、テルライトガラスファイバの低損失化に成功した。さらに副次的効果として、コアとクラッドのＴａ2 Ｏ5 添加量の調整によりファイバの屈折率差Δｎを自由に制御できることから高Δｎ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準位系を利用するＥＤＦＡにおいてその増幅帯域拡大に成功した。
【０１３４】
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。以下の実施例ではテルライトガラスまたはファイバに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（非特許文献４）。
【０１３５】
しかしながら、これは石英系ファイバに対するＡｌの添加効果であり、テルライト系ファイバに対してはその効果が不明であった。ここで、本発明者らは、以下の実施例にて示されるように、テルライトガラスへの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。
【０１３６】
［実施例２０］
図１３は、ＴｅＯ2（８８モル％） −（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5（８モル％） ガラス、およびＴｅＯ2（８４モル％） −（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5（８モル％）− Ａｌ2 Ｏ3 （４モル％）ガラス中のＥｒの１．５μｍ発光スペクトルをそれぞれ示す。同図からあきらかように、Ａｌ2 Ｏ3 を含有したガラスの発光スペクトルの１．６μｍ付近での強度は、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。
【０１３７】
このＡｌ2 Ｏ3 含有ガラス（ＴｅＯ2 −（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−Ｔａ2 Ｏ5 系ガラス）をコア組成として、Ｅｒ添加テルライトファイバ（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との利得偏差を１０ｄＢ以下に低減できた。
【０１３８】
このファイバを増幅媒体として用いるとともに、利得等化器としてファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いたＥＤＦＡを構成したところ、１．５３μｍから１．６０μｍにわたって利得偏差が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補正を行っても、利得偏差を帯域７０ｎｍにわたって１ｄＢ以下にすることは困難であった。それがこの実施例のＡｌ2 Ｏ3 含有ガラスをファイバホストに用いて、はじめて可能になった。
【０１３９】
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との利得偏差を１０ｄＢ以下に低減できた。
【０１４０】
このファイバを増幅媒体として、マッハツェ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補正を行っても、利得偏差を帯域７０ｎｍにわたって１ｄＢ以下にすることは困難であった。
【０１４１】
また、Ｅｒ添加濃度１０００ｐｐｍのファイバで２ｍ長の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が良いものが得られ、同波長域でのＷＤＭ伝送の応用に有利なことがわかった。
【０１４２】
このＡｌ2 Ｏ3 の添加による利得特性の改善効果は、ＴｅＯ2 −（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−Ｔａ2 Ｏ5 の特定組成領域（８０≦ＴｅＯ2 ≦９７、０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０、０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２、単位モル％）にて特異的に現れる。そして、この特異領域では安定してファイバを形成できることが確認できた。
【０１４３】
以上の実施例ではＡｌ2 Ｏ3 の濃度を４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。
【０１４４】
以下の実施例２１〜２６では、前述したようなテルライト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。
【０１４５】
以下の実施例では、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。
【０１４６】
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通信品質が劣化してしまう、という問題が生じる。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なく、高い通信品質を保つことができる。
【０１４７】
［実施例２１］
図１４は、本発明に係る光増幅器の一構成例を示す。同図に示す光増幅器では、光信号が左側から入射して右側へ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を通過して出力される。
【０１４８】
本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。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・クラッド屈折率差（Δｎ）が１．４％であり、ファイバ長を１０ｍとしたテルライト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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
このような光増幅器を用いて、波長１．５５μｍで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、ブースタアンプ、中継増幅器、またはプリアンプなどとして、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させ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で４０Ｇｂｉｔ／ｓの高速パルスの増幅を行わせたところ、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は困難なことがわかった。
【０１５１】
本実施例では、分散媒質２０４を光カップラ２０３と増幅用のＥｒ添加テルライト光ファイバ２０５の間に設置したが、設置場所が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。
【０１５２】
また、本実施例では、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、テルライト光ファイバ２０５の波長分散と異符号（あるいは逆符号）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。
【０１５３】
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・グレーティング（非特許文献５）などを用いても良い。
【０１５４】
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。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。さらに、光ファイバとチャープト・ファイバ・グレーティングをそれぞれ複数個併用しても良い。
【０１５５】
［実施例２２］
本実施例では、図１４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％であって、ファイバ長を１５ｍとしたテルライト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・グレーティングを用いた。
このとき、テルライト光ファイバの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・グレーティングの波長分散値を３．１５ｐｓ／ｎｍに設定した。このような構成の増幅器で波長１．３１μｍの高速光信号の増幅を行った。
【０１５６】
［実施例２３］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５として、上記ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 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、石英光ファイバまたはチャープト・ファイバ・グレーティングを用いた。このような構成にて、各増幅波長での波長分散を補償しなから高速光パルスの増幅を行わせたところ、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可能なことが確認できた。
また、増幅用光ファイバ５として、ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 −Ａｌ2 Ｏ3 系ガラス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。
【０１５７】
［実施例２４］
本実施例は、上記実施例２３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。
【０１５８】
この分散媒質２０４をテルライト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。
【０１５９】
また、従来のたとえば、特許文献９に記載のテルライト系ガラスを用いた場合よりも、広いラマン増幅帯域を得られることがわかった。これは、図１５に示すように、Ｔａ2 Ｏ5 を含むことにより、従来のものよりもラマン散乱スペクトルが広くなったためである。
【０１６０】
［実施例２５］
本実施例では、Ｃｒ，Ｎｉ，またはＴｉを、前記実施例２３で用いた組成のテルライト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、１．５μｍ帯，１．５μｍ帯，１μｍ帯の光増幅をそれぞれ行った。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。
【０１６１】
以上の実施例では、本発明における光導波路が光ファイバである場合について説明したが、本発明における光導波路は、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。本発明において、光導波路が平面型光導波路の場合でも、前記各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。
【０１６２】
以下、光導波路が平面型光導波路である場合の実施例を示す。
【０１６３】
［実施例２６］
本実施例では、ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 系ガラスを母材とし、コアにＥｒの添加された平面型光導波路を図１４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その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。
【０１６４】
以上説明したように、テルライト光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器において、上記実施例２１〜２６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。
【０１６５】
以下の実施例２７〜３１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。
【０１６６】
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、このＥｒ添加テルライト光ファイバの前段にそれよりも短尺な（または、Ｅｒ濃度およびファイバ長積の小さな）Ｅｒ添加テルライト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，フツリン酸ガラス，リン酸ガラス，カルコゲナイト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よりも広い波長域にて低雑音で動作できるＥＤＦＡを実現することができる。
【０１６７】
［実施例２７］
図１６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、２０５，２０６は増幅用光ファイバである。
【０１６８】
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５として、Ｅｒの濃度１００ｐｐｍのＡｌ（アルミニウム）添加石英光ファイバ（長さ２５ｍ，カットオフ波長１．２μｍ，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２０６として、ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の前記Ｂ，Ｃ組成領域のガラスを母材とし、Ｅｒ添加濃度５００ｐｐｍで、カットオフ波長が１．３μｍ（濃度ファイバ長積６０００ｍ・ｐｐｍ）で、長さを１２ｍとしたテルライト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。
【０１６９】
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２０６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。
【０１７０】
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、テルライト光ファイバの増幅を起こさせているためである。
【０１７１】
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２０５として、Ｅｒの濃度１０００ｐｐｍのＡｌ（アルミニウム）添加石英光ファイバ（長さ１２ｍ，カットオフ波長１．２μｍ，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。
【０１７２】
［実施例２８］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５として、Ｅｒ濃度１００ｐｐｍファイバ長３．５ｍのＺｒＦ4 系フッ化物光ファイバ（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２０６として、上記ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の前記Ｂ，Ｃ組成領域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。
【０１７３】
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２０６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。
【０１７４】
［実施例２９］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５，２０６共に上記ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の前記Ｂ，Ｃ組成領域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であるテルライト光ファイバを用いた。増幅用光ファイバ２０５ではファイバ長を３ｍとし、増幅用光ファイバ２０６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。
【０１７５】
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２０６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。
【０１７６】
以上の実施例では、全て増幅用光ファイバ２０５，２０６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。
【０１７７】
［実施例３０］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５としては、実施例２７〜２９のものを用い、増幅用光ファイバ２０６として、ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5−Ａｌ2 Ｏ3 系ガラスを母材としたＥｒ添加テルライト光ファイバ（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。
【０１７８】
［実施例３１］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５として、Ｅｒが添加されたフツリン酸光ファイバ，リン酸光ファイバ，カルコゲナイト光ファイバを用いた。増幅用光ファイバ２０５のＥｒ濃度ファイバ長積が、増幅用光ファイバ２０６のテルライト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２０５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。
【０１７９】
以上の実施例４０〜４４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。
【０１８０】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。
【特許文献９】特開平１１−２３６２４０
【非特許文献３】J.Mater.Res.,Vol.17.,No5,May 2002, @2002 Materials Research Society,pp.12081212
【非特許文献４】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
【非特許文献５】K.O.Hill CLEO/PACIFIC RIM SHORT COURSE '97“Photosensitivity and Bragg Gratings in Optical Waveguide”
【非特許文献６】Kanamori et al., Proceeding of 9th International Symposium on Non Oxide Glasses, P.74, 1994
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
以上説明したように、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提供するとともに、このガラスを光増幅媒体とした利得平坦化したテルライトＥＤＦＡを提供することが可能となる。また、従来のテルライトＥＤＦＡの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するテルライトＥＤＦＡを提供することが可能となる。さらに、光学活性な希土類元素を添加してたとえば広帯域ＥＤＦＡのような従来のガラスでは実現不可能だった機能を発現できるテルライトファイバを提供することを提供することが可能となる。
【０１８２】
また、上記テルライトガラスを用い、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、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することも可能となる。さらにまた、非石英系光ファイバと石英系光ファイバとを、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、この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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
またさらに、希土類添加光ファイバ増幅器としてではなく、広帯域ラマン増幅器の増幅媒体としての応用も光通信システムにおいて可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の光機能導波路材料であるガラスの第１の組成領域Ａを示す座標図である。
【図２】本発明の光機能導波路材料であるガラスの第２の組成領域Ｂを示す座標図である。
【図３】本発明の光機能導波路材料であるガラスの第３の組成領域Ｃを示す座標図である。
【図４】本発明の光機能導波路材料であるガラスの結晶化温度と転移温度の差値ΔＴを組成別に示すグラフである。
【図５】本発明の光機能導波路材料であるガラスの屈折率ｎのＴａ2 Ｏ5 添加量依存性を示すグラフである。
【図６】Ｅｒ3+のエネルギー準位図である。
【図７】テルライト系ガラス中のＥｒの 4Ｉ13/2→ 4Ｉ15/2発光スペクトルを表す図である。
【図８】本発明にもとづく光増幅器の一構成例を模式的に示す図である。
【図９】本発明にもとづくレーザ装置の一例を示す構成図である。
【図１０】本発明にもとづくレーザ装置の別の例を示す構成図である。
【図１１】本発明にもとづくレーザ装置で得られた利得スペクトルを表わす図である。
【図１２】本発明にもとづくレーザ装置の他の例を示す構成図である。
【図１３】ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 ガラス、およびＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 −Ａｌ2 Ｏ3 ガラス中のＥｒの１．５μｍ発光スペクトルをそれぞれ示す図である。
【図１４】本発明にもとづく光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器の一構成例を示す図である。
【図１５】本発明にもとづくガラスと従来のガラスのラマン散乱スペクトルを示す図である。
【図１６】本発明にもとづく光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器の別の構成例を示す図である。
【図１７】３準位系（Ｅｒ3+の１．５４μｍ付近）のエネルギー準位図（ただし、３準位系ではＮ1 ≠０）である。
【図１８】４準位系（Ｎｄ3+の１．０６μｍ付近）のエネルギー準位図（４準位系ではＮ1 ＝０）である。
【図１９】石英系ＥＤＦＡとテルライトＥＤＦＡの利得の波長依存性を示す模式図である。
【図２０】損失の大小による増幅帯域の相違状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１１１，１１１′ 励起用半導体レーザ
１１２，１１２′ 光カップラ
１１３ 増幅用光ファイバ
１１４ 光アイソレータ
１１５ 増幅用光ファイバ
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 増幅用光ファイバ
２０６ 増幅用光ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスである光機能導波路材料およびこの材料を用いた光増幅媒体、光増幅器、光源に関し、とくに、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、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、光源に利用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムでは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。
【０００３】
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。
【０００４】
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：Erbium Doped optical Fiber Amplifier ）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。
【０００５】
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。
【０００６】
また、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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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 Figure）も上が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。
【００１１】
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。
【００１２】
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以上ある。したがって、利得の平坦化をはかるには、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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（特許文献１）、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ−Ｌｉ2 Ｏ−Ｂｉ2 Ｏ3 （特許文献２）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。
【００１６】
ここで、現在までの開発状況について簡単に説明する。
特許文献３〜６および特許文献７において、Cooleyら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らはファイバ化までは行っておらず、ファイバ化に必要な光屈折率（比屈折率）の調整およびガラスの熱安定性には言及していない。
【００１７】
一方、特許文献８において、Snitzerらは、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。一価金属としてのＬｉは、熱安定性の低下などのために除外されている。
【００１８】
特許文献６にてSnitzer らは、上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の広いことから、上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、上記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、特許文献６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、特許文献６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。
【００１９】
さらにSnitzer らは、非特許文献１において、特許文献８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。
【００２０】
さらに、Snitzer らは、非特許文献１の直後に発行された非特許文献２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。
【００２１】
上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 Ｏ2−２０．０％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。非特許文献２中にファイバの損失は記載されていないが、非特許文献１中には、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 Ｏ2−２０．０％ＺｎＯのファイバ（非特許文献２に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７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）。
【００２２】
このファイバのコア組成は、Ｂｉ2 Ｏ3 が加わっている点で特許文献８の３元系と異なるが、上記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、非特許文献２にも、また非特許文献１、特許文献８にも一切ない。
【００２３】
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のには、これだけではまだ不十分である。
【００２４】
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。
【００２５】
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Ｎｄ（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Ｅｒの１．５μｍ帯発光とＮｄの１．０６μｍ帯発光の相違を示す必要がある。
【００２６】
前者の光学遷移は模式的に図１７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１８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（Δｎ：コア・クラッド間の比屈折率差）化が必要である。高Δｎ化は効率的な励起のためである。
【００２７】
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。
【００２８】
図１９に、石英系ＥＤＦＡとテルライトＥＤＦＡついてそ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よりも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。
【００２９】
図２０に模式的に示すように、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。
【００３０】
ところで、最近のＷＤＭ伝送では、伝送容量の増大をはかるために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はかる必要があるが、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、上述のように、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。
【特許文献１】平成９年特許願第３０４３０号
【特許文献２】平成９年特許願第２２６８９０号
【特許文献３】米国特許第３，８３６，８６８号
【特許文献４】米国特許第３，８３６，８６９号
【特許文献５】米国特許第３，８３６，８７０号
【特許文献６】米国特許第３，８３６，８７１号
【特許文献７】米国特許第３，８８３，３５７号
【特許文献８】米国特許第５，２５１，０６２号
【非特許文献１】J. S. Wang et. al, Optical Materials, 3(1994), pp.187-203
【非特許文献２】J. S. Wang et. al, Optics Letters, 19(1994), pp.1448-1449
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
したがって、本発明の課題は、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、とくに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（ホストガラス）としての適性にすぐれた光機能導波路材料を提供することにある。これとともに、この材料を光増幅媒体として用いることにより利得平坦化したＥＤＦＡを提供することにある。また、従来のＥＤＦＡの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するＥＤＦＡを提供することにある。さらに、光学活性な希土類元素を添加して、従来のガラス材料では実現不可能だった機能、たとえば広帯域ＥＤＦＡのような機能を発現できる光ファイバまたは光導波路を提供することを課題とする。また、上記光機能導波路材料を用い、とくに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、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することも課題とする。
上記以外の本発明の課題および特徴については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記課題の解決手段として、本発明では、以下のような光機能導波路材料、この光機能導波路材料を用いた光増幅媒体、光増幅器、レーザ装置、光源として、以下の手段を提供する。
【００３６】
（１）： 光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【００３７】
（２）：（１）において、上記光機能導波路材料におけるＴａ2 Ｏ5 の添加量は、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）
の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光機能導波路材料。
【００３８】
（３）：光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９４（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【００３９】
（４）：光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
４≦（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦１２（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦８８（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【００４０】
（５）：（１）〜（４）のいずれかにおいて、少なくともコアにＥｒ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、この材料ガラスにＡｌ2 Ｏ3 を加えた組成を有することを特徴とする光機能導波路材料。
【００４１】
（６）：光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）、
０＜Ａｌ2 Ｏ3 ≦４（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【００４２】
（７）：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）〜（６）のいずれかに記載の光機能導波路材料からなることを特徴とする光増幅媒体。
【００４３】
（８）：（７）において、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料の少なくとも一つは、Ｅｒまたは、Ｅｒおよびイッテルビウム（Ｙｂ）が添加されていることを特徴とする光増幅媒体。
【００４４】
（９）：（７）または（８）において、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料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種を含むことを特徴とする光増幅媒体。
【００４５】
（１０）：（７）〜（９）のいずれかにおいて、上記コアガラスの光機能導波路材料または上記クラッドガラスの光機能導波路材料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ことを特徴とする光増幅媒体。
【００４６】
（１１）：（７）〜（１０）のいずれかにおいて、少なくともコアにＥｒ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、上記材料ガラスの組成はＡｌ2 Ｏ3 を加えた光機能導波路材料であること特徴とする光増幅媒体。
【００４７】
（１２）：（７）〜（１１）のいずれかにおいて、カットオフ波長が０．４μｍから２．５μｍであることを特徴とする光増幅媒体。
【００４８】
（１３）：光共振器と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光共振器に備わる光増幅媒体の少なくとも一つは、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【００４９】
（１４）：少なくともコアにＥｒ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、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【００５０】
（１５）：光増幅媒体と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光増幅媒体は、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【００５１】
（１６）：光増幅媒体と、この光増幅媒体を励起する励起光および信号光をその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、上記光増幅媒体は、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
【００５２】
（１７）：少なくともコアにＥｒ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、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、上記（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
【００５３】
（１８）：光機能導波路材料を増幅媒体とする光増幅器であって、（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体の前後の少なくとも１ケ所に、その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光増幅器。
【００５４】
（１９）：（１８）において、上記光増幅媒体が、希土類元素および／または遷移金属元素を添加した光機能導波路材料からなる光導波路であることを特徴とする光増幅器。
【００５５】
（２０）：（１８）または（１９）において、上記分散媒質が、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ことを特徴とする光増幅器。
【００５６】
（２１）：Ｅｒ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、
上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（１）〜（６）のいずれかに記載の光機能導波路材料からなる光ファイバが用いられ、この光機能導波路材料光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、Ｅｒ添加濃度およびファイバ長積が上記光機能導波路材料光ファイバより小さいＥｒ添加光ファイバが用いられていることを特徴とする光増幅器。
【００５７】
（２２）：（２１）において、増幅媒体の素材として、上記光機能導波路材料光ファイバとともに、フッ化物光ファイバ，石英系光ファイバ，フツリン酸光ファイバ，リン酸系光ファイバまたはカルコゲナイド光ファイバを用いることを特徴とする光増幅器。
【００５８】
（２３）：（２１）または（２２）において、上記光機能導波路材料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、その光機能導波路材料光ファイバ以外の光ファイバ素材が用いられていることを特徴とする光増幅器。
【００５９】
（２４）：（２１）〜（２３）のいずれかにおいて、上記光機能導波路材料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一つの光ファイバのＥｒ添加濃度および光ファイバ長積が、その光機能導波路材料光ファイバのものより小さいことを特徴とする光増幅器。
【００６０】
（２５）：（２１）〜（２４）のいずれかにおいて、Ｅｒ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、
Ｅｒ添加濃度および光ファイバ長積の異なる光機能導波路材料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光増幅器。
【００６１】
（２６）：（１）〜（６）のいずれかに記載の光機能導波路材料にＥｒを添加してなる光機能導波路材料、または光導波路が（７）〜（１２）のいずれかに記載の光増幅媒体を用いたことを特徴とする光源。
【００６２】
（２７）：（１）〜（６）のいずれかに記載の光機能導波路材料にＥｒを添加してなるガラス材料により形成される光導波路を光増幅媒体としたことを特徴とする光増幅器。
【００６３】
（２８）：（２７）において、上記光導波路または上記光ファイバの少なくとも一つは、その端に光カップラを配置し、この光カップラの少なくとも一つの端子に反射体を具備したことを特徴とする光増幅器。
【００６４】
（２９）：（２８）において、上記反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする光源。
【００６５】
（３０）：（２７）または（２８）において、反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする請求項２７または２８に記載の光増幅器。
【発明の効果】
【００６６】
上記手段により、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、とくに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の適性にすぐれた光機能導波路材料を提供することができる。これとともに、この材料を光増幅媒体として用いることにより利得平坦化したＥＤＦＡを提供することができる。
また、従来のＥＤＦＡの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するＥＤＦＡを提供することができる。さらに、光学活性な希土類元素を添加して、従来のガラス材料では実現不可能だった機能、たとえば広帯域ＥＤＦＡのような機能を発現できる光ファイバまたは光導波路を提供することができる。
また、上記光機能導波路材料を用い、とくに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、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することもできる。
【００６７】
上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
まず、本発明にもとづくＴｅＯ2 −Ｂａ０−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ2 組成のガラス材料について説明する。このテルライト系ガラス材料は、本発明の実施形態では、その組成状態により次の３形態（第１〜第３の組成）にクラス分けすることができる。各組成（Ａ〜Ｃ）はそれぞれに特有の効果および／または適用途を有する。
【００６９】
すなわち、第１の形態（Ａ）では、図１にその組成領域Ａを示すように、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）
からなる組成を持つ。
【００７０】
第２の形態（Ｂ）では、図２にその組成領域Ｂを示すように、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９４（モル％）
からなる組成を持つ。
【００７１】
第３の形態（Ｃ）では、図３にその組成領域Ｃを示すように、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
４≦（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦１２（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦８８（モル％）
からなる組成を持つ。
【００７２】
各組成（Ａ〜Ｃ）おいて、（ＢａＯ＋ＳｒＯ）はＢａとＳｒの合計割合（モル％）を示す。また、第１，２の組成において、Ｔａ2 Ｏ5 および（ＢａＯ＋ＳｒＯ）はそれぞれゼロでない有意の添加量を組成分として含む。
【００７３】
ファイバ化に対するガラスの熱安定性はＤＳＣ(differential scanning calorimetry ：差走査熱量測定)の測定により評価できる。そのＴｘ−Ｔｇの値ΔＴ（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やフォトニッククリスタルファイバの作製時には、母材やガラス管の延伸工程と線引き工程の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てファイバの散乱損失が増大する。逆に、Ｔｘ−Ｔｇの値ΔＴが大きければ低損失なファイバが作製できる。
とくに上記組成領域Ｂ，Ｃ内のガラスは、Ｔｘ−Ｔｇの値ΔＴが１００℃以上の値を持ち、低損失なファイバ作製する用途に好適である。一方、上記組成（Ａ〜Ｃ）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しても、低損失なファイバの作製は困難になる。それらの組成（Ａ〜Ｃ）のうち、とくにＴａ2 Ｏ5 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。
【００７４】
図４は、本発明の光機能導波路材料であるガラスのΔＴ（ΔＴ＝Ｔｘ−Ｔｇ）を上記ＤＳＣで測定した結果を示す。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にて昇温速度１０℃／分で行った。
【００７５】
同図において、グラフ線（ａ）〜（ｃ）は次の成分比（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応する。
（ａ）：ＢａＯ：ＳｒＯ：Ｔａ2 Ｏ5 ＝１：１：２
（ｂ）：ＢａＯ：ＳｒＯ：Ｔａ2 Ｏ5 ＝１：１：４
（ｃ）：ＢａＯ：ＳｒＯ：Ｔａ2 Ｏ5 ＝１：１：１
同図からあきらかように、Ｔｘ−Ｔｇの値ΔＴは、Ｔａ2 Ｏ5 ＝１０モル％のときにΔＴは２３７℃にもなる。
【００７６】
また、Ｔａ2 Ｏ5 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５にＴｅＯ2 系ガラスの光屈折率ｎ（波長６３２．８ｎｍにおける比屈折率）のＴａ2 Ｏ5 添加量依存性を示す。同図において、グラフ線（ａ）〜（ｃ）と成分比（ａ）〜（ｃ）は上記と同じ対応である。同図に示すように、成分比およびＴａ2 Ｏ5 添加量を２モル％から１２モル％まで変化させると、添加量に比例して屈折率ｎは２．１１５から２．１７の間を取らせることができる。
【００７７】
この特性を利用し、Ｔａ2 Ｏ5 添加量を変化させることによって、コア・クラッド屈折率差（コア・クラッド間の比屈折率差）が０．２％程度の小さなものから２．５％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。
【００７８】
本発明にもとづく光増幅媒体は、光ファイバまたは光導波路を形成するコアガラスのテルライトガラスまたは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、Ｅｒ（エルビウム）またはＥｒおよびＹｂ（イッテルビウム）が添加されていることを特徴とする。
【００７９】
本発明にもとづくレーザ装置は、光増幅媒体と励起光源とを有するレーザ装置であって、Ｅｒ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。
【００８０】
図６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。
【００８１】
また、図７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７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る。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。
【００８２】
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つようになって、図７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。
【００８３】
従って、Ｅｒを少なくともコアに添加したテルライトファイバを光増幅媒体とすれば、Ｅｒ添加石英ファイバやＥｒ添加フッ化物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。
【００８４】
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一つを含むと、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なって、 4Ｉ13/2準位の励起効率が低下しにくくなる（図６）。また、 4Ｉ11/2準位から 4Ｉ13/2 準位への緩和が起きやすいと 、4Ｉ13/2準位を１．４８μｍ付近の光で直接励起するよりも、 4Ｉ15/2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やすく、したがって雑音特性も優れるという利点がある。
【００８５】
以下、図面を参照しながら本発明にもとづく光増幅媒体とこの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実施例を詳細に説明する。
【００８６】
［実施例１］
溶融後の組成が
（１）ＴｅＯ2 （８５モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１５モル％）、
（２）ＴｅＯ2 （８０モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１０モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （１０モル％）、
となるように、各組成（１）（２）の成分原料をそれぞれに調合し、各組成（１）（２）の調合原料をそれぞれ２０ｇずつルツボに充填し、電気炉内で酸素雰囲気下、８００℃で２時間溶融した。この後、２００℃に予加熱したプレート上にてキャストし、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、メノウ乳鉢で粉々にしたパウダー３０ｍｇとの２種類のサンプルをそれぞれ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。
Ｔｘ−Ｔｇの値ΔＴは、Ｔａ2 Ｏ5 ＝０となる（１）のガラスでは２０℃以下となり、Ｔａ2 Ｏ5 ＝１０モル％となる（２）のガラスでは２３７℃となった。とくに前記Ｃの範囲の組成では、熱安定性がΔＴ＝２００℃以上に向上していた。
【００８７】
ＤＳＣ測定値を基準にＴｘ−Ｔｇ≧１００℃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は、３準位系の光学遷移を用いて高効率な光増幅を行うのに必要な損失０．１ｄＢ／ｍ以下を実現することができる。
【００８８】
［実施例２］
コアガラスおよびクラッドガラスとして前記Ｂ（図２）またはＣ（図３）に示した組成領域のものを用いる。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、同じく前記Ａ（図１）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・クラッド屈折率差が０．２％から２．５％のテルライトファイバを作製することができた。
【００８９】
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、非特許文献６を参照）。
【００９０】
［実施例３］
実施例２と同様に、前記Ｂ，Ｃ領域のガラス組成を持つテルライト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・クラッド屈折率差が０．２％から２．５％のテルライトファイバを作製することができた。
また、コアガラス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。
【００９１】
［実施例４］
ＴｅＯ2 （８８モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （８モル％）組成のガラスにＥｒを１０００ｐｐｍ添加したものをコア材とし、ＴｅＯ2 （８２モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１２モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （６モル％）組成のガラスをクラッド材とすることにより、カットオフ波長１．３μｍ、コア・クラッド屈折率差１．７％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て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（Distributed FeedBack）レーザを用いた。
【００９２】
図８は、本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（符号１０６ａ〜１０６ｄ）で行われている。
【００９３】
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。
【００９４】
また、同じ光増幅媒体を用いて、図９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８の信号光源１０１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。 なお、各部品の接続は光ファイバ１０６（符号１０６ａ〜１０６ｅ）で行われている。
【００９５】
以上の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帯の波長を用いて 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。
【００９６】
［実施例５］
図８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。
【００９７】
［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、実施例４および実施例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用することにより、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。
【００９８】
以上の実施例１〜６では光ファイバの組成に着目した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、Ｃｓ2 Ｏ，Ｒｂ2 Ｏ，Ｋ2 Ｏ，Ｌｉ2Ｏ，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＢｅＯ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2Ｏ3 ，ＴｈＯ2 ，ＨｆＯ2 ，ＺｒＯ2 ，ＴｉＯ2 ，Ｗｏ3 ，Ｔｌ2 Ｏ，ＣｄＯ，ＰｂＯ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，Ｇａ2 Ｏ3 などのいずれか一つ以上を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。
【００９９】
さらに、光増幅器は、本発明の光増幅媒体と、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。
【０１００】
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本発明の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、とくに限定されるものではない。
【０１０１】
［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。コアガラス組成はＴｅＯ2 （８８モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （８モル％）とし、これにＰ2 Ｏ5 を５重量％添加した。クラッドガラス組成はＴｅＯ2 （８２モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１２モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （６モル％）とした。
コア・クラッド屈折率差は２．５％であり、カットオフ波長を０．９６μｍとした。
【０１０２】
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て利得効率は５倍増加し、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９０ｎｍ幅で利得がフラットになった（励起強度は２００ｍＷであった）。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。
【０１０３】
［実施例８］
ＴｅＯ2 （８８モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （８モル％）組成のガラス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。
【０１０４】
図１０は本発明にもとづくレーザ装置の一例を示。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は光アイソレータをそれぞれ示す。信号光はＡのポートより入射した後、Ｂのポートより出射する構成となっている。
【０１０５】
参照符号１１３の増幅用ファイバとしてＥｒを１０００ｐｐｍ添加したＺｒＦ4 系のフッ化物ファイバ( 特許文献６）を用い、増幅用ファイバ１１５としてＥｒを１０００ｐｐｍ添加したＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ −Ｔａ2 Ｏ5 系のテルライトファイバを用いた。
【０１０６】
各ファイバのコア・クラッド屈折率差は共に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１１に示す。
【０１０７】
図１１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の信号利得は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は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、これと比較すれば８倍にも広がったことになる。
【０１０８】
本実施例では、Ｅｒ添加ＺｒＦ4 系フッ化物ファイバを前段に用い、Ｅｒ添加テルライトファイバを後段に使用したが、この逆でも良い。また、フッ化物ファイバはＩｎＦ3 系のフッ化物ファイバでも良い。さらに、Ｅｒ添加酸化物多成分ガラスファイバを増幅用ファイバに加えても良い。要するに、増幅用光ファイバの一つとしてＥｒ添加テルライトファイバを用いることが重要である。
【０１０９】
また、テルライトファイバの組成としては本実施例で使用されたものに限定されるものではない。
【０１１０】
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。
【０１１１】
［実施例９］
図１２は本発明にもとづくレーザ装置の他の実施例の概略的構成を示す。この実施例では、実施例１を用いた増幅用ファイバ１１３，１１５を波長可変バンドパスフィルタ１１７（バンド幅３ｎｍ）を介して直列に接続し、１４８０ｎｍでの透過率が９９％、１５００ｎｍから１６３０ｎｍでの反射率が１００％のミラー１１６を設けた。また、他端に１５００ｎｍから１６３０ｎｍでの透過率が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。
【０１１２】
以上説明したように、本発明の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。
【０１１３】
また、増幅波長域が広い特性を利用すれば、フェムト秒といったようなきわめて短い光パルスも効率良く増幅することができるようになり、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。
【０１１４】
［実施例１０］
本実施例では、実施例４で用いた光ファイバ（テルライトファイバ）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、その光ファイバの一端に入射した。ファイバの他端はファイバ端面でのフレネル反射を抑えるため、角度１０°で斜カットした。この他端からの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。
【０１１５】
［実施例１１］
図８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、マッハツェ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させ、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、フィルタを挿入して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た。そして、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。
【０１１６】
［実施例１２］
前記Ａ（図１）の領域の組成を持つガラスをコアおよびクラッドとし、コアにＣｅ，Ｐｒ，Ｇｄ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｄｙ，Ｈｏ，ＹｂまたはＥｒを添加することにより、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、０．３μｍ、１．３μｍ、０．３１μｍ、１．０７μｍ、０．６１μｍ、０．５９μｍ、０．５４μｍ、１．４８μｍ、３．０μｍ、１．４９μｍ、１μｍ、１．５５μｍ帯でそれぞれ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。
【０１１７】
［実施例１３］
ＴｅＯ2 （８８モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （８モル％）組成のガラスにＥｒを２０００ｐｐｍ添加してコア材とし、ＴｅＯ2 （８２％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１２モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （６モル％）組成のガラスをクラッド材とすることにより、カットオフ波長１．１μｍ、コア・クラッド屈折率差１．７％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（ファイバ長）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以上の波長での雑音指数は５ｄＢ以下であった。
【０１１８】
［実施例１４］
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。
【０１１９】
［実施例１５］
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共に１．４８μｍの双方向励起を採用した。入射励起強度が３００ｍＷのとき、これまで石英ファイバやフッ化物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。
【０１２０】
［実施例１６］
ＴｅＯ2 （９７モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （２モル％）ガラスにＥｒを３ｗｔ％添加してコア材とし、ＴｅＯ2（８２モル％）−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（１２モル％）−Ｔａ2 Ｏ5 （６モル％）ガラスをクラッド材とし、カットオフ波長１．４μｍ、コア・クラッド屈折率差２．５％のファイバを形成し、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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
［実施例１７］
ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の４元系ガラスをその他の組成を変えて作製するとともに、各組成ごとにＤＳＣにより熱特性を測定した。その結果、前記Ｂの組成領域（図２）では、Ｔｘ−Ｔｇが１５０℃以上の安定なガラスが得られた。また、前記Ｃでの組成領域（図３）では、Ｔｘ−Ｔｇが１７０℃以上のさら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。
【０１２３】
そこで、前記Ｂの領域から選んだＴｅＯ2−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−Ｔａ2 Ｏ5 組成のガラスを用い、コアにＥｒを２０００ｐｐｍを添加することにより、カットオフ波長１．１μｍ、コア・クラッド屈折率差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２０ｄＢ／ｋｍであった。このファイバを３ｍ用いて光増幅器を構成し、増幅実験を行った。
【０１２４】
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。
【０１２５】
［実施例１８］
実施例１７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。
【０１２６】
［実施例１９］
実施例１７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、これまで石英ファイバやフッ化物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。
【０１２７】
以上の実施例１〜１９で用いられているテルライトガラスはＴａ2 Ｏ5 を含むことを特徴としているが、このようなテルライトガラスは熱安定性が高く、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って高Δｎのファイバを作製できることにより、効率の低い３準位系を利用するＥＤＦＡの増幅帯域拡大を可能とした。
【０１２８】
従来知られている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（特許文献８）や特許文献９に記載のものがあるが、これらの文献にはＴａ2 Ｏ5 の屈折率やガラス安定性に対する効用の記載はない。本発明の光機能導波路材料は前述したように、Ｔａ2 Ｏ5 を含んだテルライトガラスにおいて、Ｔａ2 Ｏ5−ＢａＯ−ＳｒＯ−ＴｅＯ2 組成の特定領域にて特異的に得られる光機能に着目したものであって、特許文献８，９には開示のものとはあきらかに異なる。
Ｔａ2 Ｏ5−ＢａＯ−ＳｒＯ−ＴｅＯ2 という組成だけに着目するならば、非特許文献３に記載の強誘電体ガラスセラミックがその組成を有する。しかし、その強誘電体ガラスセラミックはその組成領域および機能等において、本発明の光機能導波路材料とはまったく異なる。
【０１２９】
これまで述べてきたように、特許文献８に記載の３元系テルライトガラスは本発明の４元系（Ｔａ2 Ｏ5−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−ＴｅＯ2）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。これに対して、本発明では損失の低減を目的に種々の組成を検討した結果、Ｔａ2 Ｏ5 を含む上記４元系（Ｔａ2 Ｏ5−（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−ＴｅＯ2）が損失の低減に特異的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、高屈折率差Δｎの光ファイバが作製可能であり、これに低損失という特性を併せてはじめて高効率テルライトＥＤＦＡの実現に至った。
特許文献８の３元系テルライトガラスでは、効率の悪い３準位系を利用してＥＤＦＡを実現させるのは難しい。このことに関して、その特許文献８の明細書中のみならず、その後に提出された前記非特許文献１および２にも、ＥＤＦＡ実現に関する具体的記載は一切ない。
【０１３０】
さらに詳細に述べれば、特許文献８において、Snitzer らは、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ファイバ構造が必要であることを述べ、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。したがって光増幅の実現を目的としているものの、従来の文献（特許文献１と非特許文献１，２）においては、非特許文献２にて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。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、非特許文献１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ということが判明している。
【０１３１】
Ｔａ2 Ｏ5 を含有するテルライトガラスは非特許文献１や特許文献９にも記載があるが、熱安定性と損失に関して記載されていない。これらの文献に記載されているものは、本発明の上記４元系とは全く異なる組成あるいは組成領域である。
【０１３２】
また、非特許文献１および２は、コア組成７７％ＴｅＯ2 −６．０％Ｎａ2 Ｏ−１５．５％ＺｎＯ−１．５％Ｔａ2 Ｏ5 の４元系テルライトガラスが記載され、特に非特許文献１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Ｔａ2 Ｏ5 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。非特許文献３には、前述したように、Ｔａ2 Ｏ5−ＢａＯ−ＳｒＯ−ＴｅＯ2 のガラスセラミックに関する報告があるが、これにもガラス熱安定領域に関する記載はなく、そもそも同文献は光ファイバに関するものではない。
【０１３３】
上記実施例などで詳しく記載したとおり、本発明ではテルライトガラスの損失低減をめざしてそのテルライトガラスの組成を種々検討した結果、Ｔａ2 Ｏ5 を含んだ上記４元系テルライトガラスが有効であることを解明した。これも実施例に記載済であるが、特にＴａ2 Ｏ5 の添加により熱安定性は飛躍的に向上し、テルライトガラスファイバの低損失化に成功した。さらに副次的効果として、コアとクラッドのＴａ2 Ｏ5 添加量の調整によりファイバの屈折率差Δｎを自由に制御できることから高Δｎ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準位系を利用するＥＤＦＡにおいてその増幅帯域拡大に成功した。
【０１３４】
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。以下の実施例ではテルライトガラスまたはファイバに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（非特許文献４）。
【０１３５】
しかしながら、これは石英系ファイバに対するＡｌの添加効果であり、テルライト系ファイバに対してはその効果が不明であった。ここで、本発明者らは、以下の実施例にて示されるように、テルライトガラスへの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。
【０１３６】
［実施例２０］
図１３は、ＴｅＯ2（８８モル％） −（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5（８モル％） ガラス、およびＴｅＯ2（８４モル％） −（ＢａＯ＋ＳｒＯ）（４モル％）−Ｔａ2 Ｏ5（８モル％）− Ａｌ2 Ｏ3 （４モル％）ガラス中のＥｒの１．５μｍ発光スペクトルをそれぞれ示す。同図からあきらかように、Ａｌ2 Ｏ3 を含有したガラスの発光スペクトルの１．６μｍ付近での強度は、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。
【０１３７】
このＡｌ2 Ｏ3 含有ガラス（ＴｅＯ2 −（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−Ｔａ2 Ｏ5 系ガラス）をコア組成として、Ｅｒ添加テルライトファイバ（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との利得偏差を１０ｄＢ以下に低減できた。
【０１３８】
このファイバを増幅媒体として用いるとともに、利得等化器としてファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いたＥＤＦＡを構成したところ、１．５３μｍから１．６０μｍにわたって利得偏差が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補正を行っても、利得偏差を帯域７０ｎｍにわたって１ｄＢ以下にすることは困難であった。それがこの実施例のＡｌ2 Ｏ3 含有ガラスをファイバホストに用いて、はじめて可能になった。
【０１３９】
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との利得偏差を１０ｄＢ以下に低減できた。
【０１４０】
このファイバを増幅媒体として、マッハツェ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補正を行っても、利得偏差を帯域７０ｎｍにわたって１ｄＢ以下にすることは困難であった。
【０１４１】
また、Ｅｒ添加濃度１０００ｐｐｍのファイバで２ｍ長の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が良いものが得られ、同波長域でのＷＤＭ伝送の応用に有利なことがわかった。
【０１４２】
このＡｌ2 Ｏ3 の添加による利得特性の改善効果は、ＴｅＯ2 −（ＢａＯ＋ＳｒＯ）−Ｔａ2 Ｏ5 の特定組成領域（８０≦ＴｅＯ2 ≦９７、０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０、０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２、単位モル％）にて特異的に現れる。そして、この特異領域では安定してファイバを形成できることが確認できた。
【０１４３】
以上の実施例ではＡｌ2 Ｏ3 の濃度を４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。
【０１４４】
以下の実施例２１〜２６では、前述したようなテルライト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。
【０１４５】
以下の実施例では、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。
【０１４６】
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通信品質が劣化してしまう、という問題が生じる。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なく、高い通信品質を保つことができる。
【０１４７】
［実施例２１］
図１４は、本発明に係る光増幅器の一構成例を示す。同図に示す光増幅器では、光信号が左側から入射して右側へ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を通過して出力される。
【０１４８】
本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。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・クラッド屈折率差（Δｎ）が１．４％であり、ファイバ長を１０ｍとしたテルライト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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
このような光増幅器を用いて、波長１．５５μｍで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、ブースタアンプ、中継増幅器、またはプリアンプなどとして、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させ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で４０Ｇｂｉｔ／ｓの高速パルスの増幅を行わせたところ、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は困難なことがわかった。
【０１５１】
本実施例では、分散媒質２０４を光カップラ２０３と増幅用のＥｒ添加テルライト光ファイバ２０５の間に設置したが、設置場所が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。
【０１５２】
また、本実施例では、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、テルライト光ファイバ２０５の波長分散と異符号（あるいは逆符号）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。
【０１５３】
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・グレーティング（非特許文献５）などを用いても良い。
【０１５４】
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。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。さらに、光ファイバとチャープト・ファイバ・グレーティングをそれぞれ複数個併用しても良い。
【０１５５】
［実施例２２］
本実施例では、図１４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％であって、ファイバ長を１５ｍとしたテルライト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・グレーティングを用いた。
このとき、テルライト光ファイバの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・グレーティングの波長分散値を３．１５ｐｓ／ｎｍに設定した。このような構成の増幅器で波長１．３１μｍの高速光信号の増幅を行った。
【０１５６】
［実施例２３］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５として、上記ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 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、石英光ファイバまたはチャープト・ファイバ・グレーティングを用いた。このような構成にて、各増幅波長での波長分散を補償しなから高速光パルスの増幅を行わせたところ、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可能なことが確認できた。
また、増幅用光ファイバ５として、ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 −Ａｌ2 Ｏ3 系ガラス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。
【０１５７】
［実施例２４］
本実施例は、上記実施例２３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。
【０１５８】
この分散媒質２０４をテルライト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。
【０１５９】
また、従来のたとえば、特許文献９に記載のテルライト系ガラスを用いた場合よりも、広いラマン増幅帯域を得られることがわかった。これは、図１５に示すように、Ｔａ2 Ｏ5 を含むことにより、従来のものよりもラマン散乱スペクトルが広くなったためである。
【０１６０】
［実施例２５］
本実施例では、Ｃｒ，Ｎｉ，またはＴｉを、前記実施例２３で用いた組成のテルライト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、１．５μｍ帯，１．５μｍ帯，１μｍ帯の光増幅をそれぞれ行った。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。
【０１６１】
以上の実施例では、本発明における光導波路が光ファイバである場合について説明したが、本発明における光導波路は、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。本発明において、光導波路が平面型光導波路の場合でも、前記各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。
【０１６２】
以下、光導波路が平面型光導波路である場合の実施例を示す。
【０１６３】
［実施例２６］
本実施例では、ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 系ガラスを母材とし、コアにＥｒの添加された平面型光導波路を図１４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その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。
【０１６４】
以上説明したように、テルライト光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器において、上記実施例２１〜２６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。
【０１６５】
以下の実施例２７〜３１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。
【０１６６】
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、このＥｒ添加テルライト光ファイバの前段にそれよりも短尺な（または、Ｅｒ濃度およびファイバ長積の小さな）Ｅｒ添加テルライト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，フツリン酸ガラス，リン酸ガラス，カルコゲナイト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よりも広い波長域にて低雑音で動作できるＥＤＦＡを実現することができる。
【０１６７】
［実施例２７］
図１６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、２０５，２０６は増幅用光ファイバである。
【０１６８】
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５として、Ｅｒの濃度１００ｐｐｍのＡｌ（アルミニウム）添加石英光ファイバ（長さ２５ｍ，カットオフ波長１．２μｍ，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２０６として、ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の前記Ｂ，Ｃ組成領域のガラスを母材とし、Ｅｒ添加濃度５００ｐｐｍで、カットオフ波長が１．３μｍ（濃度ファイバ長積６０００ｍ・ｐｐｍ）で、長さを１２ｍとしたテルライト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。
【０１６９】
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２０６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。
【０１７０】
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、テルライト光ファイバの増幅を起こさせているためである。
【０１７１】
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２０５として、Ｅｒの濃度１０００ｐｐｍのＡｌ（アルミニウム）添加石英光ファイバ（長さ１２ｍ，カットオフ波長１．２μｍ，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。
【０１７２】
［実施例２８］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５として、Ｅｒ濃度１００ｐｐｍファイバ長３．５ｍのＺｒＦ4 系フッ化物光ファイバ（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２０６として、上記ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の前記Ｂ，Ｃ組成領域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。
【０１７３】
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２０６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。
【０１７４】
［実施例２９］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５，２０６共に上記ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の前記Ｂ，Ｃ組成領域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であるテルライト光ファイバを用いた。増幅用光ファイバ２０５ではファイバ長を３ｍとし、増幅用光ファイバ２０６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。
【０１７５】
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２０６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。
【０１７６】
以上の実施例では、全て増幅用光ファイバ２０５，２０６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。
【０１７７】
［実施例３０］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５としては、実施例２７〜２９のものを用い、増幅用光ファイバ２０６として、ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5−Ａｌ2 Ｏ3 系ガラスを母材としたＥｒ添加テルライト光ファイバ（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。
【０１７８】
［実施例３１］
本実施例では、増幅用光ファイバ２０５として、Ｅｒが添加されたフツリン酸光ファイバ，リン酸光ファイバ，カルコゲナイト光ファイバを用いた。増幅用光ファイバ２０５のＥｒ濃度ファイバ長積が、増幅用光ファイバ２０６のテルライト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２０５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。
【０１７９】
以上の実施例４０〜４４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。
【０１８０】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。
【特許文献９】特開平１１−２３６２４０
【非特許文献３】J.Mater.Res.,Vol.17.,No5,May 2002, @2002 Materials Research Society,pp.12081212
【非特許文献４】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
【非特許文献５】K.O.Hill CLEO/PACIFIC RIM SHORT COURSE '97“Photosensitivity and Bragg Gratings in Optical Waveguide”
【非特許文献６】Kanamori et al., Proceeding of 9th International Symposium on Non Oxide Glasses, P.74, 1994
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
以上説明したように、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提供するとともに、このガラスを光増幅媒体とした利得平坦化したテルライトＥＤＦＡを提供することが可能となる。また、従来のテルライトＥＤＦＡの動作波長帯域を拡大して、より広帯域な領域の低雑音動作するテルライトＥＤＦＡを提供することが可能となる。さらに、光学活性な希土類元素を添加してたとえば広帯域ＥＤＦＡのような従来のガラスでは実現不可能だった機能を発現できるテルライトファイバを提供することを提供することが可能となる。
【０１８２】
また、上記テルライトガラスを用い、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、この光増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器、レーザ装置、さらに光源を提供することも可能となる。さらにまた、非石英系光ファイバと石英系光ファイバとを、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、この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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
またさらに、希土類添加光ファイバ増幅器としてではなく、広帯域ラマン増幅器の増幅媒体としての応用も光通信システムにおいて可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の光機能導波路材料であるガラスの第１の組成領域Ａを示す座標図である。
【図２】本発明の光機能導波路材料であるガラスの第２の組成領域Ｂを示す座標図である。
【図３】本発明の光機能導波路材料であるガラスの第３の組成領域Ｃを示す座標図である。
【図４】本発明の光機能導波路材料であるガラスの結晶化温度と転移温度の差値ΔＴを組成別に示すグラフである。
【図５】本発明の光機能導波路材料であるガラスの屈折率ｎのＴａ2 Ｏ5 添加量依存性を示すグラフである。
【図６】Ｅｒ3+のエネルギー準位図である。
【図７】テルライト系ガラス中のＥｒの 4Ｉ13/2→ 4Ｉ15/2発光スペクトルを表す図である。
【図８】本発明にもとづく光増幅器の一構成例を模式的に示す図である。
【図９】本発明にもとづくレーザ装置の一例を示す構成図である。
【図１０】本発明にもとづくレーザ装置の別の例を示す構成図である。
【図１１】本発明にもとづくレーザ装置で得られた利得スペクトルを表わす図である。
【図１２】本発明にもとづくレーザ装置の他の例を示す構成図である。
【図１３】ＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 ガラス、およびＴｅＯ2 −ＢａＯ−ＳｒＯ−Ｔａ2 Ｏ5 −Ａｌ2 Ｏ3 ガラス中のＥｒの１．５μｍ発光スペクトルをそれぞれ示す図である。
【図１４】本発明にもとづく光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器の一構成例を示す図である。
【図１５】本発明にもとづくガラスと従来のガラスのラマン散乱スペクトルを示す図である。
【図１６】本発明にもとづく光ファイバを増幅媒体として用いた光増幅器の別の構成例を示す図である。
【図１７】３準位系（Ｅｒ3+の１．５４μｍ付近）のエネルギー準位図（ただし、３準位系ではＮ1 ≠０）である。
【図１８】４準位系（Ｎｄ3+の１．０６μｍ付近）のエネルギー準位図（４準位系ではＮ1 ＝０）である。
【図１９】石英系ＥＤＦＡとテルライトＥＤＦＡの利得の波長依存性を示す模式図である。
【図２０】損失の大小による増幅帯域の相違状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１１１，１１１′ 励起用半導体レーザ
１１２，１１２′ 光カップラ
１１３ 増幅用光ファイバ
１１４ 光アイソレータ
１１５ 増幅用光ファイバ
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 増幅用光ファイバ
２０６ 増幅用光ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【請求項２】
前記光機能導波路材料におけるＴａ2 Ｏ5 の添加量は、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）
の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光機能導波路材料。
【請求項３】
光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９４（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【請求項４】
光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
４≦（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦１２（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦８８（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【請求項５】
少なくともコアにＥｒ（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、この材料ガラスにＡｌ2 Ｏ3 を加えた組成を有すること特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光機能導波路材料。
【請求項６】
光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）、
０＜Ａｌ2 Ｏ3 ≦４（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【請求項７】
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、請求項１〜６のいずれかに記載の光機能導波路材料からなることを特徴とする光増幅媒体。
【請求項８】
前記コアガラスの光機能導波路材料または前記クラッドガラスの光機能導波路材料の少なくとも一つは、Ｅｒまたは、Ｅｒおよびイッテルビウム（Ｙｂ）が添加されていることを特徴とする請求項７に記載の光増幅媒体。
【請求項９】
前記コアガラスの光機能導波路材料または前記クラッドガラスの光機能導波路材料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種を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の光増幅媒体。
【請求項１０】
前記コアガラスの光機能導波路材料または前記クラッドガラスの光機能導波路材料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ことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光増幅媒体。
【請求項１１】
少なくともコアにＥｒ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、上記材料ガラスの組成はＡｌ2 Ｏ3 を加えた光機能導波路材料であること特徴とする請求項９に記載の光増幅媒体。
【請求項１２】
カットオフ波長が０．４μｍから２．５μｍであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の光増幅媒体。
【請求項１３】
光共振器と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光共振器に備わる光増幅媒体の少なくとも一つは、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１４】
少なくともコアにＥｒ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、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１５】
光増幅媒体と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光増幅媒体は、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１６】
光増幅媒体と、この光増幅媒体を励起する励起光および信号光をその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、上記光増幅媒体は、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
【請求項１７】
少なくともコアにＥｒ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、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
【請求項１８】
光機能導波路材料を増幅媒体とする光増幅器であって、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体の前後の少なくとも１ケ所に、その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光増幅器。
【請求項１９】
前記光増幅媒体が、希土類元素および／または遷移金属元素を添加した光機能導波路材料からなる光導波路であることを特徴とする請求項１８に記載の光増幅器。
【請求項２０】
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ことを特徴とする請求項１８または１９に記載の光増幅器。
【請求項２１】
Ｅｒ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、
上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請求項１〜６のいずれかに記載の光機能導波路材料からなる光ファイバが用いられ、この光機能導波路材料光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、Ｅｒ添加濃度およびファイバ長積が上記光機能導波路材料光ファイバより小さいＥｒ添加光ファイバが用いられていることを特徴とする光増幅器。
【請求項２２】
前記増幅媒体の素材として、前記光機能導波路材料光ファイバとともに、フッ化物光ファイバ，石英系光ファイバ，フツリン酸光ファイバ，リン酸系光ファイバまたはカルコゲナイド光ファイバを用いることを特徴とする請求項２１に記載の光増幅器。
【請求項２３】
前記光機能導波路材料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、その光機能導波路材料光ファイバ以外の光ファイバ素材が用いられていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光増幅器。
【請求項２４】
前記光機能導波路材料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一つの光ファイバのＥｒ添加濃度および光ファイバ長積が、その光機能導波路材料光ファイバのものより小さいことを特徴とする請求項２１〜２３のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項２５】
Ｅｒ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、
Ｅｒ添加濃度および光ファイバ長積の異なる光機能導波路材料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請求項１４〜２４のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項２６】
請求項１〜６のいずれかに記載の光機能導波路材料にＥｒを添加してなる光機能導波路材料、または光導波路が請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体を用いたことを特徴とする光源。
【請求項２７】
請求項１〜６のいずれかに記載の光機能導波路材料にＥｒを添加してなるガラス材料により形成される光導波路を光増幅媒体としたことを特徴とする光増幅器。
【請求項２８】
前記光導波路または前期光ファイバの少なくとも一つは、その端に光カップラを配置し、この光カップラの少なくとも一つの端子に反射体を具備したことを特徴とする請求項２７に記載の光増幅器。
【請求項２９】
前記反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする請求項２８に記載の光源。
【請求項３０】
前記反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする請求項２７または２８に記載の光増幅器。
【請求項１】
光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【請求項２】
前記光機能導波路材料におけるＴａ2 Ｏ5 の添加量は、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）
の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光機能導波路材料。
【請求項３】
光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９４（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【請求項４】
光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
６≦Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
４≦（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦１２（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦８８（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【請求項５】
少なくともコアにＥｒ（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、この材料ガラスにＡｌ2 Ｏ3 を加えた組成を有すること特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光機能導波路材料。
【請求項６】
光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであって、
０＜Ｔａ2 Ｏ5 ≦１２（モル％）、
０＜（ＢａＯ＋ＳｒＯ）≦２０（モル％）、および
８０≦ＴｅＯ2 ≦９７（モル％）、
０＜Ａｌ2 Ｏ3 ≦４（モル％）
からなる組成を持つことを特徴とする光機能導波路材料。
【請求項７】
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、請求項１〜６のいずれかに記載の光機能導波路材料からなることを特徴とする光増幅媒体。
【請求項８】
前記コアガラスの光機能導波路材料または前記クラッドガラスの光機能導波路材料の少なくとも一つは、Ｅｒまたは、Ｅｒおよびイッテルビウム（Ｙｂ）が添加されていることを特徴とする請求項７に記載の光増幅媒体。
【請求項９】
前記コアガラスの光機能導波路材料または前記クラッドガラスの光機能導波路材料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種を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の光増幅媒体。
【請求項１０】
前記コアガラスの光機能導波路材料または前記クラッドガラスの光機能導波路材料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ことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光増幅媒体。
【請求項１１】
少なくともコアにＥｒ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、上記材料ガラスの組成はＡｌ2 Ｏ3 を加えた光機能導波路材料であること特徴とする請求項９に記載の光増幅媒体。
【請求項１２】
カットオフ波長が０．４μｍから２．５μｍであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の光増幅媒体。
【請求項１３】
光共振器と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光共振器に備わる光増幅媒体の少なくとも一つは、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１４】
少なくともコアにＥｒ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、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１５】
光増幅媒体と励起光源を有するレーザ装置であって、上記光増幅媒体は、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１６】
光増幅媒体と、この光増幅媒体を励起する励起光および信号光をその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、上記光増幅媒体は、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
【請求項１７】
少なくともコアにＥｒ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、上記光増幅媒体の少なくとも一つは、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体からなることを特徴とする光増幅器。
【請求項１８】
光機能導波路材料を増幅媒体とする光増幅器であって、請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体の前後の少なくとも１ケ所に、その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光増幅器。
【請求項１９】
前記光増幅媒体が、希土類元素および／または遷移金属元素を添加した光機能導波路材料からなる光導波路であることを特徴とする請求項１８に記載の光増幅器。
【請求項２０】
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ことを特徴とする請求項１８または１９に記載の光増幅器。
【請求項２１】
Ｅｒ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、
上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請求項１〜６のいずれかに記載の光機能導波路材料からなる光ファイバが用いられ、この光機能導波路材料光ファイバからなる光増幅部の前段の光増幅部には、Ｅｒ添加濃度およびファイバ長積が上記光機能導波路材料光ファイバより小さいＥｒ添加光ファイバが用いられていることを特徴とする光増幅器。
【請求項２２】
前記増幅媒体の素材として、前記光機能導波路材料光ファイバとともに、フッ化物光ファイバ，石英系光ファイバ，フツリン酸光ファイバ，リン酸系光ファイバまたはカルコゲナイド光ファイバを用いることを特徴とする請求項２１に記載の光増幅器。
【請求項２３】
前記光機能導波路材料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、その光機能導波路材料光ファイバ以外の光ファイバ素材が用いられていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光増幅器。
【請求項２４】
前記光機能導波路材料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一つの光ファイバのＥｒ添加濃度および光ファイバ長積が、その光機能導波路材料光ファイバのものより小さいことを特徴とする請求項２１〜２３のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項２５】
Ｅｒ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、
Ｅｒ添加濃度および光ファイバ長積の異なる光機能導波路材料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請求項１４〜２４のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項２６】
請求項１〜６のいずれかに記載の光機能導波路材料にＥｒを添加してなる光機能導波路材料、または光導波路が請求項７〜１２のいずれかに記載の光増幅媒体を用いたことを特徴とする光源。
【請求項２７】
請求項１〜６のいずれかに記載の光機能導波路材料にＥｒを添加してなるガラス材料により形成される光導波路を光増幅媒体としたことを特徴とする光増幅器。
【請求項２８】
前記光導波路または前期光ファイバの少なくとも一つは、その端に光カップラを配置し、この光カップラの少なくとも一つの端子に反射体を具備したことを特徴とする請求項２７に記載の光増幅器。
【請求項２９】
前記反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする請求項２８に記載の光源。
【請求項３０】
前記反射体が誘電体多層膜フィルタまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングからなることを特徴とする請求項２７または２８に記載の光増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−６２９１６（Ｐ２００６−６２９１６Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４８７３８（Ｐ２００４−２４８７３８）
【出願日】平成１６年８月２７日（２００４．８．２７）
【出願人】（５９２０３２６３６）学校法人トヨタ学園 (57)
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２７日（２００４．８．２７）
【出願人】（５９２０３２６３６）学校法人トヨタ学園 (57)
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
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