(57)【要約】エルビウムのような希土類イオンが高濃度でドープされたマルチ・コンポーネントのガラスの光ファイバを使用する光ファイバ増幅器は、単位長さ当たりのゲインが高く、実用的な光ファイバ通信ネットワークにおいて、短いファイバ・ストランドの使用で要求されるゲインを実現することを可能にする。例えば、高いゲインを有する燐酸ガラス光ファイバ増幅器のような、適切なマルチ・コンポーネントのガラスの光ファイバ増幅器を、基板上に集積することが可能であり、それによって、集積された光増幅器モジュールが構成される。エルビウム・イオンのゲイン・インバージョンを促進するため、適切な波長を有する半導体レーザのようなオプティカル・ポンプが使用され、その結果として、与えられた入力信号のパワーの増幅がもたらされる。イッテルビウムとともにコ・ドープすることによって、エルビウムがドープされた燐酸ガラス光ファイバの中でゲイン・インバージョンが増大する。このようなパワー増幅を使用する燐酸ガラス光ファイバ増幅器または集積された光増幅器モジュールは、ビームスプリッタ、コンバイナー、変調器、光スイッチ、または配列された導波路回折格子のような、他のコンポーネントと結合することが可能であり、それによって、光ネットワークに付け加えられたときに挿入損失を生じることがない、損失の無いまたは増幅機能を有するコンポーネントを形成する。前記光ファイバ増幅器は、単一の光ファイバでも、光ファイバのアレイでも良い。更に、例えば燐酸ガラス光ファイバのような、マルチ・コンポーネントのガラスの光ファイバは、ゼロに近い屈折率の温度係数を有するようにデザインすることが可能であり、周囲温度または誘発された加熱が、燐酸ガラス光ファイバの温度を変化させるとき、適切なモード特性の実現を可能にする。シングルモードの光ファイバは高いゲインを有しているので、比較的安価なマルチモードのレーザ・ダイオードを用いてポンピングすることができる。前記燐酸ガラス光ファイバにおいて、燐酸ガラスは、エルビウムを少なくとも１．５ｗｔ％含有し、好ましくは、更にイッテルビウムを０ｗｔ％以上３０ｗｔ％含有し、更に好ましくは、５ｗｔ％以上含有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記特徴を備えた光ファイバ増幅器を備えた光デバイス：
前記光ファイバ増幅器は、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされた、少なくとも一つのマルチ・コンポーネントの光ファイバと、オプティカル・ポンプと、を備え、
前記オプティカル・ポンプは、前記コ・ドープされた光ファイバの中に光を導いて分布の反転を生じさせるように、前記マルチ・コンポーネントの光ファイバに対して配置され、前記光ファイバの中に光信号を導くことによって、誘導放出及び前記光信号の増幅を生じさせる。
【請求項２】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバは、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされたコアと、前記コアを取り囲むクラッドと、を備えている。
【請求項３】
下記特徴を備えた請求項２に記載の光デバイス：
前記クラッドはドープされておらず、従って、エルビウム及びイッテルビウムを実質的に含んでいない。
【請求項４】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバに光学的に結合されたオプティカル・コンポーネントを更に備え、それによって、前記オプティカル・コンポーネントと前記光ファイバの間での前記光信号の伝送を可能にする。
【請求項５】
下記特徴を備えた請求項４に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネント及び前記光ファイバは、基板の上に装着され、それによって、集積された光増幅器モジュールを構成している。
【請求項６】
下記特徴を備えた請求項５に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネントは、ビームスプリッタ、コンバイナー、変調器、光スイッチ、及び配列された導波路回折格子からなるからなるグループの中から選択されるいずれかである。
【請求項７】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバの長さは、約５ｍｍ以上約１００ｍｍ以下である。
【請求項８】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバは、Ｅｒ２Ｏ３を少なくとも１．５ｗｔ％、及びＹｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％以下含有している。
【請求項９】
下記特徴を備えた請求項８に記載の光デバイス：
前記 オプティカル・ポンプはマルチモードのレーザを備え、
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバは、Ｙｂ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含有している。
【請求項１０】
下記特徴を備えた請求項９に記載の光デバイス：
前記光ファイバは、前記マルチモードのレーザによりポンピングされるシングルモードの光ファイバを備える。
【請求項１１】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバは、更に、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【請求項１２】
下記特徴を備えた請求項１１に記載の光デバイス：
前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数は、約−２．０ｘｌ０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項１３】
下記特徴を備えた請求項１２に記載の光デバイス：
前記ＭＯは、負の温度係数を有するＢａＯと、正の温度係数を有するＺｎＯとの混合物である。
【請求項１４】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数は、約−２．０ｘｌ０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項１５】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
エルビウム・ドーパント及びイッテルビウム・ドーパントの含有量は、前記能動的な光ファイバに、その中を伝わる光信号について、単位長さ当たりのゲインとして１．０ｄＢ／ｃｍ以上約６ｄＢ／ｃｍ以下の値を与えるのに十分な量である。
【請求項１６】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記能動的な光ファイバの単位長さ当たりのゲインは、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの範囲内において、少なくとも１．０ｄＢ／ｃｍである。
【請求項１７】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバは、燐酸ガラス光ファイバを備え、
前記光デバイスは、前記燐酸ガラス光ファイバを保持するように構成された基板と、この基板に装着されたオプティカル・コンポーネントと、を更に備え、
前記燐酸ガラス光ファイバは、エルビウム・ドーパントを少なくとも含有し、
前記オプティカル・ポンプは、前記マルチ・コンポーネントの光ファイバの中で、エルビウム・イオンのエネルギー順位を励起することによって、誘導放出及び前記光信号の増幅を生じさせるように構成されている。
【請求項１８】
下記特徴を備えた請求項１７に記載の光デバイス：
前記燐酸ガラス光ファイバは、エルビウム及びイッテルビウムの双方を、少なくとも１．５ｗｔ％含有量する。
【請求項１９】
下記特徴を備えた請求項１７に記載の光デバイス：
前記燐酸ガラス光ファイバは、エルビウム及びイッテルビウムの内の少なくとも一つを、２．５ｗｔ％以上含有する。
【請求項２０】
下記特徴を備えた請求項１７に記載の光デバイス：
前記燐酸ガラス光ファイバは、ＢａＯ及びＺｎＯを含有し、
前記光ファイバの屈折率の温度係数は、−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項２１】
下記特徴を備えた請求項２０に記載の光デバイス：
前記ＢａＯの含有量は、２６ｍｏｌ％までの範囲であり、
前記ＺｎＯの含有量は、２６ｍｏｌ％までの範囲である。
【請求項２２】
下記特徴を備えた請求項２１に記載の光デバイス：
前記燐酸ガラス光ファイバは、Ａｌ２Ｏ３を６ｍｏｌ％以上１１ｍｏｌ％以下含有している。
【請求項２３】
下記特徴を備えた光ファイバ増幅器：
燐酸ガラスを備えた光ファイバと、ポンプ放射を出力するオプティカル・ポンプと、を備え、
前記燐酸ガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｙｂ２Ｏ３を０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物であり、
前記オプティカル・ポンプは、前記ポンプ放射を前記ファイバの中に導き、それによって、その中に励起されたエネルギー状態をポピュレイトするように構成され、
ここで、前記光ファイバの中への入力光信号の導入は、誘導放出及び前記入力信号の増幅を生じさせる。
【請求項２４】
下記特徴を備えた請求項２３に記載の光ファイバ増幅器：
前記オプティカル・ポンプはマルチモードのレーザを備え、
前記光ファイバは、シングルモードのファイバを備える。
【請求項２５】
下記特徴を備えた請求項２４に記載の光ファイバ増幅器：
Ｙｂ２Ｏ３の含有量は５ｗｔ％以上である。
【請求項２６】
下記特徴を備えた請求項２３に記載の光ファイバ増幅器：
前記ＭＯは、前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数が約−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下となるように、ＢａＯとＺｎＯの混合物を含有している。
【請求項２７】
下記特徴を備えた請求項２６に記載の光ファイバ増幅器：
前記ＢａＯの含有量及び前記ＺｎＯの含有量は、２６ｍｏｌ％以下である。
【請求項２８】
下記特徴を備えた請求項２３に記載の光ファイバ増幅器：
前記Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３を、約６ｍｏｌ％以上約１１ｍｏｌ％以下含有する。
【請求項２９】
下記特徴を備えた請求項２３に記載の光ファイバ増幅器：
前記燐酸ガラスは、更に、Ｒ２Ｏを０ｗｔ％以上５ｗｔ％以下含有し、
ここで、
Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物であり、
Ｙｂ２Ｏ３の含有量は、０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下であり、
Ｅｒ２Ｏ３の含有量は、２．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下であり、
Ｙｂ２Ｏ３とＥｒ２Ｏ３の含有量の合計は、２．５ｗｔ％以上であり、
前記オプティカル・ポンプは、前記光ファイバの中で、少なくともエルビウム・イオンのエネルギー順位をポンピングするように構成されている。
【請求項３０】
下記特徴を備えた請求項２９に記載の光ファイバ増幅器：
前記燐酸ガラスは、イッテルビウムとエルビウムの双方を、２．５％以上含有する。
【請求項３１】
下記特徴を備えた請求項２９に記載の光ファイバ増幅器：
前記燐酸ガラス中のＭＯは、ＢａＯ及びＺｎＯを含有し、
前記燐酸ガラスの屈折率の温度係数は、−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項３２】
下記特徴を備えた請求項３１に記載の光ファイバ増幅器：
前記燐酸ガラスは、ＢａＯを２６ｍｏｌ％まで含有し、ＺｎＯを２６ｍｏｌ％まで含有している。
【請求項３３】
下記特徴を備えた請求項３１に記載の光ファイバ増幅器：
前記Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３を、約６ｍｏｌ％以上約１１ｍｏｌ％以下含有している。
【請求項３４】
下記特徴を備えた燐酸ガラス：
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【請求項３５】
下記特徴を備えた請求項３４に記載の燐酸ガラス：
Ｙｂ２Ｏ３を５％以上含有する。
【請求項３６】
下記特徴を備えた請求項３４に記載の燐酸ガラス：
前記燐酸ガラスは、３．５ｗｔ％のエルビウムを含有する。
【請求項３７】
下記特徴を備えた請求項３４に記載の燐酸ガラス：
Ｒ２Ｏを更に備え、
ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。
【請求項３８】
下記特徴を備えた請求項３７に記載の燐酸ガラス：
前記Ｒ２Ｏの含有量は、０ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であり、
Ｙｂ２Ｏ３の含有量は、０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下であり、
Ｅｒ２Ｏ３の含有量は、２．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下であり、
Ｙｂ２Ｏ３及びＥｒ２Ｏ３の重量含有量の合計は、２．５ｗｔ％以上であり、
当該ガラス組成は、−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下の屈折率の温度係数を有している。
【請求項３９】
下記特徴を備えた請求項３７に記載の燐酸ガラス：
モル・パーセントで表した組成は、６３Ｐ２Ｏ５−８．５Ａｌ２Ｏ３−３（Ｅｒ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３）−９．５ＢａＯ−１６Ｌｉ２Ｏである。
【請求項４０】
下記特徴を備えた請求項３４に記載の燐酸ガラス：
Ｙｂ２Ｏ３及びＥｒ２Ｏ３の含有量は、その中を伝送される光信号について、ガラスの単位長さ当たりのゲインとして１．０ｄＢ／ｃｍ以上約６ｄＢ／ｃｍ以下の値を与えるのに十分な量である。
【請求項４１】
下記特徴を備えた請求項３４に記載の燐酸ガラス：
前記ＭＯは、前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数が、約−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下となるように、ＢａＯとＺｎＯの混合物を含有している。
【請求項４２】
下記特徴を備えた光デバイス：
光ファイバ増幅器とマルチモードのオプティカル・ポンプを備え、
前記光ファイバ増幅器は、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされた、少なくとも一つのマルチ・コンポーネントのシングルモードの光ファイバを備え、
前記マルチモードのオプティカル・ポンプは、前記コ・ドープされた光ファイバの中に光を導いて分布の反転を生じさせるように、前記マルチ・コンポーネントの光ファイバに対し配置され、前記光ファイバの中に光信号を導くことによって、誘導放出及び前記光信号の増幅を生じさせる。
【請求項４３】
下記特徴を備えた請求項４２に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントのガラスは、Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、Ｙｂ２Ｏ３を５ｗ％以上３０ｗｔ％以下、含有している。
【請求項４４】
下記特徴を備えた請求項４３に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバの長さは、約５ｍｍ以上約１００ｍｍ以下である。
【請求項４５】
下記特徴を備えた請求項４３に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントのガラスは、更に、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【請求項４６】
下記特徴を備えた請求項４３に記載の光デバイス：
前記ＭＯは、前記光ファイバの屈折率の温度係数が約−２．０ｘ１０−６から２．Ｏｘ１Ｏ−６までの範囲内となるように、負の温度係数を有するＢａＯと、正の温度係数を有するＺｎＯとの混合物である。
【請求項４７】
下記特徴を備えた請求項４３に記載の光デバイス：
エルビウム・ドーパント及びイッテルビウム・ドーパントの前記含有量は、前記能動的な光ファイバに、その中を伝わる光信号について、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの範囲内において、単位長さ当たりのゲインとして１．０ｄＢ／ｃｍ以上約６ｄＢ／ｃｍ以下の値を与えるのに十分な量である。
【請求項４８】
下記特徴を備えた請求項４３に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバに光学的に結合されたオプティカル・コンポーネントを更に備え、それによって、前記オプティカル・コンポーネントと前記光ファイバの間での前記光信号の伝送を可能にする。
【請求項４９】
下記特徴を備えた請求項４８に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネント及び前記光ファイバは、基板の上に装着され、集積された光増幅器モジュールを構成している。
【請求項５０】
下記特徴を備えた請求項４８に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネントは、ビームスプリッタ、コンバイナー、変調器、光スイッチ、及び配列された導波路回折格子からなるグループの中から選択されるいずれかである。
【請求項５１】
下記特徴を備えた光ファイバ増幅器、
燐酸ガラスを備えた光ファイバと、ポンプ放射を出力するオプティカル・ポンプと、を備え、
前記燐酸ガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物であり、
前記オプティカル・ポンプは、前記ポンプ放射を前記光ファイバの中へ導き、それによって、その中に励起されたエネルギー状態をポピュレイトするように構成され、
ここで、前記光ファイバの中への入力光信号の導入は、誘導放出及び前記入力信号の増幅を生じさせる。
【請求項５２】
下記特徴を備えた請求項５１に記載の光デバイス：
前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数は、約−２．０ｘｌ０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項５３】
下記特徴を備えた請求項５２に記載の光デバイス：
前記ＭＯは、負の温度係数を有するＢａＯと、正の温度係数を有するＺｎＯとの混合物である。
【請求項５４】
下記特徴を備えた請求項５１に記載の光デバイス：
基板上で前記燐酸ガラス光ファイバに光学的に結合されたオプティカル・コンポーネントを更に備え、それによって、集積された光増幅器モジュールを構成している。
【請求項５５】
下記特徴を備えた請求項５４に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネントは、ビームスプリッタ、コンバイナー、変調器、光スイッチ、及び配列された導波路回折格子からなるグループの中から選択されるいずれかである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連文献のクロス・リファレンス）
本出願は、米国特許商標庁に２０００年６月９日に出願された米国特許出願番号０９／５８９，７６４号“ＥＲＢＩＵＭ ＡＮＤ ＹＴＴＥＲＢＩＵＭ ＣＯ−ＤＯＰＥＤ ＰＨＯＳＰＨＡＴＥ ＧＬＡＳＳ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ ＵＳＩＮＧ ＳＨＯＲＴ ＡＣＴＩＶＥ ＦＩＢＥＲ ＬＥＮＧＴＥ”に基づく優先権を主張し、その全ての開示内容はリファレンスとしてこの明細書の中に組み込まれる。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類元素がドープされたガラスに係り、特に、光学的にポンピングされ光増幅器として使用可能な光ファイバの中の、希土類元素がドープされたマルチ・コンポーネントのガラスに係る。
【０００３】
【従来の技術】
規制緩和、長距離通信料金の値段の低下、バンド幅の備蓄、及びインターネットの使用は、テレコミュニケーション及びデータ通信ネットワークにおけるバンド幅への要求を増大させている。データの交信量は、今日、年率１００％以上の割合で増大しており、グローバルな光ファイバ容量に過大な要求をしている。
【０００４】
高密度の波長分割多重方式（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）においては、一本の光ファイバの中を伝播する多重の波長チャネルが、光ファイバの容量を２〜１２８倍またはそれ以上に増大させる。このＤＷＤＭは、新しく光ファイバを配線する必要なくキャリアの容量を増大させるための一つのアプローチである。今日、配置されているシステムは、１５５０ｎｍの低散乱ウインドウの中で、一般的に８から１２８チャネルを伝送することができる。チャネルのスペーシングは、１．６ｎｍ（２００ＧＨｚ）から０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）までの範囲である。
【０００５】
光増幅器は、ＤＷＤＭ光ファイバ通信システムの中でバンド幅を増大させることを可能にするコンポーネントと目されている。特に、石英ガラス・エルビウム・ドープ・光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、多くの望ましい属性を有し、その中には、高いゲイン、低いノイズ、無視し得る程に小さなクロストーク、相互変調ひずみ、ビットレートの透明度、及び偏波強度ゲイン［ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇａｉｎ］が含まれる。これらの性質は、光ファイバ増幅器を、光ファイバ・システムにおける増幅器として、半導体デバイスに対して優位に立たせている。これに加えて、光ファイバ・ベースの増幅器は、半導体デバイスのような電気エネルギからフォトン・エネルギへの変換を必要としない。
【０００６】
ある程度のサイズの通信システムの中に、代表的なものとして、分配ネットワークがある。この分配ネットワークは、長い通信パス及びネットワークが分岐するノードを備えている。そのようなネットワークにおいて、発信源から発信先までの間のルート内での信号の強度及びデータの保全性を維持するために、増幅器が必要となる。これらの増幅器が適切に機能するため、当該増幅器は、小さい信号のゲインが高く、および／または、出力の飽和パワーが高くなければならない。
【０００７】
エルビウム・ドープ・光ファイバを増幅器として使用することが、近年、相当の注目を集めている。その理由は、これらの光ファイバ特有のゲイン・バンド幅が、光ファイバ通信システムにおいて共通に使用されている１．５μのテレコミュ二ケーション・ウインドウの中にあるからである。１９８７年のサザンプトン大学［ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈａｍｐｔｏｎ］での、シングルモードの、Ｅｒ３＋がドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の発表以来、多くの研究が実施されて来た。そして、光ファイバ増幅器の分野で４００以上の米国特許が発行されている。
【０００８】
今日、全てのエルビウム・ドープ・光ファイバ増幅器は、１．５４μｍレンジの近傍で２０ｄＢ以上のゲインを実現するため、１ｍ以上の長さの、エルビウムがドープされたシリカ・ファイバを使用している。より一般的には、エルビウムがドープされたシリカ・ファイバの長さは、約１０ｍから２０ｍまでの範囲である。そのような長さは、集積されたオプティカル・コンポーネントに組み込む場合には実用的ではない。集積されたコンパクトなパッケージの中で高いゲインを実現することが可能な増幅器に対して、強いニーズがある。
【０００９】
光ファイバ増幅器において長さを短くするためには、高いゲインが実現されなければならない。長さがたった数センチメートルの光ファイバ増幅器を実現するためには、シリカ・光ファイバ増幅器の中に、市販品として入手可能なもの（〜１０１８ｃｍ−３）と比べて２オーダー高いドープ量が要求される。しかしながら、シリカ・ファイバの中では、石英ガラス中の隣接するイオンの間の相互作用から、協同アップコンバージョン［ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ］及びイオン・クラスタリング効果が発生し、それにより、電子がエルビウムの準安定準位（４Ｉ１３／２）からデポピュレイト［ｄｅｐｏｐｕｌａｔｅ］する。このように、石英ガラスの中でドーピングを増やしてもゲインは改善されない。
【００１０】
例えば、燐酸ガラスのような他のガラスは、多くの希土類イオンに対して高い溶解度及び大きな放出断面積を有している。オプティカル・コンポーネントのための燐酸ガラスが調べられている。
【００１１】
Ｙ． Ｌ． Ｌｕ， Ｙ． ｅｔ ａｌ．， は、“Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ａｎｄ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｅｒ＋３−ｄｏｐｅｄ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒｓ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｆｒａｒｅｄ−ｔｏ−ｖｉｓｉｂｌｅ ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｂ， Ｖｏｌ． ６２， ｐｐ．２８７−２９１（１９９６）， の中で、Ｙａ Ｌｉｎ Ｌｕ ｅｔ ａｌ．， は、“Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｅｒ＋３−ｄｏｐｅｄ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｇｌａｓｓｅｓ ａｎｄ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒｓ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｏ ｖｉｓｉｂｌｅ ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，” Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． ３０， Ｎｏ． ２２， １５ Ｎｏｖ． １９９５， ｐｐ．５７０５−１０， （１９９５）， の中で、アップコンバージョン・スキームの中で使用するための燐酸ガラスの光ファイバについて論じている。
【００１２】
Ｓ． Ｊｉａｎｇ ｅｔ ａｌ．， は、“Ｅｒ＋３−ｄｏｐｅｄｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｇｌａｓｓｅｓ ａｎｄ ｌａｓｅｒｓ，” Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ， Ｖｏｌ．２３９， Ｎｏ．１−３， Ｏｃｔ． １９９８， ｐｐ． １４３−８， の中で、バルク・レーザとしての使用するための燐酸ガラスを示している。
【００１３】
Ｔ． Ｎｉｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， は、“Ｔｈｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａ ｈｉｇｈｌｙ Ｅｒ＋３−ｄｏｐｅｄ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｆｉｂｅｒ， ” Ｊｐｎ． Ｊ Ａｐｐｉ． Ｐｈｙｓ．， Ｖｏｌ． ３１（１９９２）， Ｐｔ． ２， ２Ｂ， ｐｐ． Ｌ１７７−Ｌ１７９， の中で、中程度のエルビウム酸化物がドーピングされた燐酸ガラスの光ファイバを示している。Ｔ． Ｎｉｓｈｉ ｅｔ ａｌ． により報告された単位長さ当たりの最大ゲインは、たった、１ｄＢ／ｃｍである。
【００１４】
Ｓ． Ｊｉａｎｇ， Ｔ． Ｌｕｏ ｅｔ ａｌ． は、“Ｎｅｗ Ｅｒ３＋ ｄｏｐｅｄ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｇｌａｓｓ ｆｏｒ ｉｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，” Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ． ３７， Ｎｏ． １２， Ｄｅｃ． １９９８， ｐｐ． ３２８２−６， の中で、イオン交換された導波路増幅器の中で使用するための燐酸ガラス類を開示している。
【００１５】
これに加えて、様々な光学的な用途におけるドープされたガラスについて、多くの特許が出願されている。例えば、 Ｈｓｕ ｅｔ ａｌ．（米国特許第 ５， ４２５， ０３９ 号）， Ｍｙｅｒｓ （米国特許第 ４， ９６２， ０６７ 号）， Ｍｙｅｒｓ ｅｔ ａｌ．（米国特許第． ４，３３３，８４８）， Ｍｙｅｒｓ ｅｔ ａｌ．（米国特許第 ４，２４８，７３２ 号）， Ｍｙｅｒｓ ｅｔ ａｌ．（米国特許第 ４，０７５，１２０ 号）は、光ファイバ・レーザとして使用するためのドープされた光ファイバを開示している。
【００１６】
これに加えて、Ｍｙｅｒｓ ｅｔ ａｌ．（米国特許第 ５，３２２，８２０ 号）及び Ｍｙｅｒｓ （米国特許第 ５，１６４，３４３ 号）は、レーザとして使用するための様々なガラスの組成について開示している。Ｇｒｕｂｂ ｅｔ ａｌ．（米国特許第 ５，２２５，９２５ 号）は、シリカ・ファイバまたは燐がドープされたシリカ・ファイバを開示している。Ａｎｄｒｅｗｓ ｅｔ ａｌ．（米国特許第 ４，９６２，９９５ 号）は、８００ｎｍのレーザ光によるポンピングのために最適化されたガラスを開示している。
【００１７】
近年、Ｙ． Ｃ． Ｙａｎ ｅｔ ａｌ．， は、“Ｎｅｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｉｎ ａｔ １．５３μｍ ｉｎ ａｎ Ｅｒ−ｄｏｐｅｄ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｇｌａｓｓ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ，” Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｈｉｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ． ＯＳＡ Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｉｃｓ Ｓｅｒｉｅｓ， Ｖｏｌ． １６． Ｏｐｔ． Ｓｏｃ． Ａｍｅｒｉｃａ， Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ， ＤＣ， ＵＳＡ； １９９７； ｘｌｖ＋５２６， ｐｐ．９３−５ ， の中で、１．５ミクロンの波長でのプラナー型導波路増幅器のための高いゲインを有する媒体として、ドープされた燐酸ガラス類について調べている。
【００１８】
Ｙ． Ｃ． Ｙａｎ ｅｔ ａｌ．， は、“Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｇｌａｓｓ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗｉｔｈ ４．１ｄＢ／ｃｍ ｇａｉｎ ａｔ １．５３５ μｍ， ” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．７１， Ｎｏ．２０， １７， Ｎｏｖ． １９９７， ｐｐ． ２９２２−４ ， の中で、高周波スパッタリングの技術によって準備された長さ１ｃｍの燐酸ガラス導波路の中で得られた、４．１ｄＢのゲインについて報告している。
【００１９】
Ｄ． Ｂａｒｂｉｅｒ ｅｔ ａｌ．， は、“Ｎｅｔ ｇａｉｎ ｏｆ ２７ｄＢ ｗｉｔｈ ａ ８．６−ｃｍ−ｌｏｎｇ Ｅｒ／Ｙｂ−ｄｏｐｅｄ ｇｌａｓｓ−ｐｌａｎａｒ−ａｍｐｌｉｆｉｅｒ， ” ＯＦＣ ’９８ Ｏｐｔｉｃｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔ， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ １９９８ ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｖｏｌ．２ （ＩＥＥＥ Ｃａｔ． Ｎｏ．９８ＣＨ３６１７７）， Ｏｐｔ． Ｓｏｃ． Ａｍｅｒｉｃａ， Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ， ＤＣ， ＵＳＡ； １９９８； ｖｉｉ＋４２１， ｐｐ．４５−６， の中で、長さ８．６ｃｍの、イオン交換された、Ｅｒ／Ｙｂがドープされた燐酸ガラス導波路の中で得られた２７ｄＢのネット・ゲインについて例示している。
【００２０】
例えば、燐酸ガラス導波路の中で得られる高いゲインにも拘わらず、プラナー型導波路増幅器は、光ファイバ増幅器と比較したときに、重大な不利を有している。それらは、偏波感度［ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｖｉｔｙ］、導波路と光ファイバ・ネットワークの間の光モードのミスマッチ、大きな伝播損失、及び複雑な製造プロセスなどである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
＜発明のサマリー＞
本発明の一つの目的は、エルビウムのような希土類元素のドーパントを用いて高濃度でドープされた、または、例えば、エルビウム及びイッテルビウムのような希土類元素のドーパントを用いて高濃度でコ・ドープされた、マルチ・コンポーネントのガラスの光ファイバ増幅器を提供し、それによって、高い単位長さ当たりのゲインを実現することにある。
【００２２】
本発明の一つの目的は、あるバンド幅に渡って単位長さ当たりのゲインが１．０ｄＢ／ｃｍよりも大きい、好ましくは３ｄＢ／ｃｍを超える、マルチ・コンポーネントのガラスの光ファイバ増幅器を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、光通信システム中において光ファイバ増幅器として使用可能な高い単位長さ当たりのゲインを有する、ドープされた燐酸ガラスの光ファイバを提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、短い長さの光ファイバの中で高いゲインの増幅を実現するため、高い（今日の知識でプラクティカルであると考えられている濃度よりも遥かに高い）コ・ドーピング濃度のエルビウム及びイッテルビウムを用いて、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされた燐酸ガラスの光ファイバを提供することにある。
【００２５】
上記の燐酸ガラスの組成は、協同アップ・コンバージョンを高めることなく高いドーピング濃度を実現するのに必要な程度に、エルビウム・イオン及びイッテルビウム・イオンの溶解度を与える。高いゲインを有する短い長さの光ファイバを使用する短い長さの光ファイバ増幅器は、Ｖ溝及びマイクロ・マシ−ニング製造プロセスとコンパチブルであって、オプティカル・コンポーネント・モジュールとコンパチブルであり、且つその中に集積することが可能な短い長さの光ファイバを作る。
【００２６】
また、本発明の更なる目的は、エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３として）及びイッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３として）を含有するコアと、エルビウムまたはイッテルビウムを含有しない燐酸ガラスのクラッドと、を備え、ロッド・イン・チューブ技術［ｒｏｄ−ｉｎ−ｔｕｂｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ］を用いて製造されることを特徴とする燐酸ガラス光ファイバを提供することにある。
【００２７】
本発明の他の目的は、光増幅器にマルチ・コンポーネントの光ファイバを適用することにあり、好ましくは、集積された増幅機能付きまたは無損失のビームスプリッタ・モジュールに光ファイバを適用することにある。
【００２８】
この場合において、システム信号は、（ポンプ・レーザ・ダイオードの助けにより）増幅され、ビームスプリッタに導かれる。光ファイバの長さは、たった数センチメートル程度で良い、しかし、約１．０ｄＢ／ｃｍよりも大きな最小ゲイン係数を有し、好ましくは、Ｃバンド（約１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまで）のような要求されるバンド幅の範囲で、約６ｄＢ／ｃｍ程度である。ゲインは、例えば、１．５μｍで３ｄＢ／ｃｍである。
【００２９】
また、本発明の他の目的は、光増幅器にマルチ・コンポーネントの光ファイバを適用することにあり、好ましくは、集積された増幅機能付きまたは無損失のコンバイナー・モジュールに光ファイバを適用することにある。
【００３０】
この場合において、システム信号は、（ポンプ・レーザ・ダイオードの助けにより）増幅され、コンバイナーに導かれる。光ファイバは、たった数センチメートル程度の長さで良い、しかし、約１．０ｄＢ／ｃｍよりも大きな最小ゲイン係数を有し、好ましくは、Ｃバンド（約１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまで）のような要求されるバンド幅の範囲で、約６ｄＢ／ｃｍ程度である。ゲインは、例えば、１．５μｍで３ｄＢ／ｃｍである。
【００３１】
更に、本発明の他の目的は、光増幅器にマルチ・コンポーネントの光ファイバを適用することにあり、好ましくは、集積された増幅機能付きまたは無損失の配列された導波路回折格子モジュールに光ファイバを適用することにある。
【００３２】
この場合において、システム信号チャネルは、（ポンプ・レーザ・ダイオードの助けにより）増幅され、配列された導波路回折格子に導かれる。光ファイバの長さは、たった数センチメートル程度で良い、しかし、約１．０ｄＢ／ｃｍよりも大きな最小ゲイン係数を有し、好ましくは、Ｃバンド（約１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまで）のような要求されるバンド幅の範囲で、約６ｄＢ／ｃｍ程度である。ピーク・ゲインは、例えば、１．５μｍで３ｄＢ／ｃｍである。
【００３３】
また、本発明の更なる目的は、光増幅器にマルチ・コンポーネントの光ファイバを適用することにあり、好ましくは、集積された増幅機能付きまたは無損失の変調器モジュールに光ファイバを適用することにある。
【００３４】
この場合において、システム信号は、（ポンプ・レーザ・ダイオードの助けにより）増幅され、ニオブ酸リチウム光変調器に導かれる。光ファイバの長さは、たった数センチメートル程度で良い、しかし、約１．０ｄＢ／ｃｍよりも大きな最小ゲイン係数を有し、好ましくは、Ｃバンド（約１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまで）のような要求されるバンド幅の範囲で、約６ｄＢ／ｃｍ程度である。ピーク・ゲインは、例えば、１．５μｍで３ｄＢ／ｃｍである。
【００３５】
また、本発明の他の目的は、光増幅器にマルチ・コンポーネントの光ファイバを適用することにあり、好ましくは、集積された増幅機能付きまたは無損失の光スイッチに光ファイバを適用することにある。
【００３６】
この場合において、システム信号は、（ポンプ・レーザ・ダイオードの助けにより）増幅され、光スイッチに導かれる。光ファイバは、たった数センチメートル程度の長さで良い、しかし、約１．０ｄＢ／ｃｍよりも大きな最小ゲイン係数を有し、好ましくは、Ｃバンド（約１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまで）のような要求されるバンド幅の範囲で、約６ｄＢ／ｃｍ程度である。ピーク・ゲインは、例えば、１．５μｍで３ｄＢ／ｃｍである。
【００３７】
また、本発明の他の目的は、効率が高く寿命が長いエルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされた燐酸ガラスの光ファイバ増幅器を提供することにある。この光ファイバ増幅器は、市内ネットワーク及びローカル・ネットワークで使用される様々なコンポーネントに対して、特に、光ファイバによる光通信ネットワークの分野において使用されるコンポーネントに対して、広く適している。
【００３８】
同様に、本発明の一つの目的は、ゼロに近い屈折率の温度係数を有する、ドープされたマルチ・コンポーネントのガラス、好ましい態様ではドープされた燐酸ガラスを提供することにある。
【００３９】
本発明の他の目的は、基板上の溝（例えばＶ溝）の中に装着された、ドープされた燐酸ガラス光ファイバのアレイを提供することにある。この場合に、前記アレイは、前記アレイに対して垂直なマルチモードのレーザ・ダイオード・バーによってポンピングされる。
本発明の他の目的は、広い光ガイド領域を有するエルビウム・ドープ・光ファイバを提供することにある。そのコアの直径は５０μｍから３００μｍまでの範囲にあり、この値は、現在の知識でプラクティカルと考えられているエルビウム・ドープ型の光ファイバの中における値と比べて、遥かに大きい。光ファイバの長さはたった数センチメートル程度で良い。この光ファイバは、一つまたはそれ以上の、高いパワーを有するマルチモードの９８０ｎｍの発光レーザ・ダイオードによってポンピングされる。各レーザ・ダイオードは１μｍｘ１００μｍのオーダーの放出断面積を有している。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
以上のそしてその他の目的は、本発明の光ファイバ増幅器によって達成される。本発明の光ファイバ増幅器は、エルビウムのような希土類イオンで高濃度にドープされた、好ましくは、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされた、燐酸ガラスの光ファイバを使用し、それによって、高いゲインを実現する。燐酸ガラス光ファイバは、単位長さ当たりのゲインが高いので、プラクティカルな光ファイバ通信ネットワークにおいて要求されるゲインを実現するに当たって短いファイバ・ストランドの使用を可能にする。
【００４１】
本発明の一つの態様によれば、前記高いゲインを有する燐酸ガラス光ファイバ増幅器が、溝が設けられた基板のような、基板の上に集積され、それによって、集積された光増幅器モジュールが構成される。半導体レーザのような、エルビウム・イオンの準安定状態のゲイン・インバージョン［ｇａｉｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ］を促進するために、適切な波長を有するオプティカル・ポンプが使用され、その結果として、与えられた入力信号が増幅される。
【００４２】
本発明の他の態様によれば、マルチ・コンポーネントの光ファイバ増幅器は、ビームスプリッタ、コンバイナー、変調器、光スイッチ、または配列された導波路回折格子のような、他のコンポーネントとともに集積されて、無損失のまたは増幅機能を有するコンポーネントを構成する。このコンポーネントは、光ネットワークに付け加えられたときに挿入損失を生じない。
【００４３】
本発明の更に他の態様によれば、光ファイバ増幅器は、一本の光ファイバまたは光ファイバのアレイを備える。更に、燐酸ガラス光ファイバを備えるマルチ・コンポーネントの光ファイバは、温度係数がゼロに近い屈折率を有するようにデザインされ、それによって、周囲の温度または誘発された加熱がマルチ・コンポーネントの光ファイバの温度を変化させたときに、適切なモード特性を可能にする。光ファイバコアの直径として、例えば５μｍのようなスタンダード・サイズから、例えば５０−１００μｍの光ファイバのようなラージ・コア・サイズまでが、本発明の光ファイバ増幅器のために使用される。
【００４４】
本発明の一つの態様によれば、次のことが認められた。即ち、一般的にシリカ・ファイバ中でのエルビウム・イオンの最適な含有量と考えられている値よりもはるかに多いエルビウムを含有するエルビウム・ドープ型の光ファイバは、短い長さの中で光ファイバ増幅の能力を有し、その結果、集積された高いゲインのオプティカル・コンポーネントを作り出すことを可能にする。
【００４５】
本発明の更に他の態様によれば、エルビウム・ドープ・光ファイバは、イッテルビウムによってコ・ドープされ、エルビウムの準安定準位のポンピングを増大させ、燐酸ガラス光ファイバの中でのゲインを増大させる。
【００４６】
更に、本発明によれば、オプティカル・ポンプ及び光ファイバ増幅器を備えた光デバイスが提供される。当該光ファイバ増幅器は、少なくとも一つのマルチ・コンポーネントの光ファイバを有し、好ましい態様によれば、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされた少なくとも一つの燐酸ガラスの光ファイバを備える。このオプティカル・ポンプは、前記コ・ドープされた光ファイバの中へ光を導いて分布の反転［ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ］を生じさせるように、前記燐酸ガラス光ファイバに対して配置され、前記光ファイバの中に光信号を導くことによって、誘導放出及び前記光信号の増幅を生じさせる。
【００４７】
好ましくは、前記燐酸ガラス光ファイバの長さは、約５ｍｍから約１００ｍｍの間である。前記燐酸ガラス光ファイバの燐酸ガラスは、少なくとも１．５ｗｔ％のＥｒ２Ｏ３、及び３０ｗｔ％以下のＹｂ２Ｏ３を含有していても良い。好ましくは、前記オプティカル・ポンプはマルチモードのレーザを備え、前記燐酸ガラスはＹｂ２Ｏ３を５ｗ％以上３０ｗｔ％以下含有する。前記光ファイバはシングルモードの光ファイバを備えていても良く、この光ファイバはマルチモードのレーザでポンピングされる。
【００４８】
一つの態様において、前記燐酸ガラスは、
Ｐ２０５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｌ２０３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２０３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２０３、Ｙ２０３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【００４９】
前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数は、好ましくは、約−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下の範囲である。従って、ＭＯは、負の温度係数を有するＢａＯと、正の温度係数を有するＺｎＯの混合物であっても良い。
【００５０】
好ましくは、エルビウム・ドーパント及びイッテルビウム・ドーパントの含有量は、光ファイバに、その中を伝わる光信号について、少なくとも１．０ｄＢ／ｃｍから約６ｄＢ／ｃｍまでの間の、単位長さ当たりのゲインを与えるのに十分な量である。例えば、前記能動的な光ファイバは、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの範囲内において、少なくとも１．０ｄＢ／ｃｍの単位長さ当たりのゲインを有する。
【００５１】
本発明の他の態様では、燐酸ガラスは、
Ｐ２０５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２０３を５ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２０３は、Ａ１２０３、Ｂ２０３、Ｙ２０３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【００５２】
好ましくは、Ｙｂ２Ｏ３を５％以上含有し、好ましくは、前記燐酸ガラスは、３．５ｗｔ％のエルビウムを含有する。
【００５３】
本発明の更に他の態様では、光ファイバ増幅器は、燐酸ガラスとポンプ放射を出力するオプティカル・ポンプとを有する光ファイバを備え、
前記燐酸ガラスは、
Ｐ２０５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２０３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２０３は、Ａ１２０３、Ｂ２０３、Ｙ２０３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物であり、
前記オプティカル・ポンプは、ポンプ放射を前記光ファイバの中へ導き、それによって、その中に励起されたエネルギー状態をポピュレイト［ｐｏｐｕｌａｔｅ］するように構成される。前記光ファイバの中への入力光信号の導入は、誘導放出及び前記入力信号の増幅を生じさせる。
【００５４】
本発明の他の態様では、燐酸ガラスは、
Ｐ２０５を４５ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下、
Ｙｂ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、
Ｌ２０３を５ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上２８ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２０３は、Ａ１２０３、Ｂ２０３、Ｙ２０３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【００５５】
【発明の実施の形態】
本発明のより完全な認識及び本発明に伴う多くの利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を参照することによって、より良く理解され、それに従って容易に得られるであろう。
【００５６】
本発明は、マルチ・コンポーネントの光ファイバを備えた光ファイバ増幅器を提供する。本発明の光ファイバ増幅器は、エルビウムのような希土類元素のドーパントが高濃度でドープされ、好ましくは、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされている。マルチ・コンポーネントのガラスは、希土類元素のドーパントのホスティング［ｈｏｓｔｉｎｇ］に対して、より多くのサイトを提供することが可能であり、それによって、クラスタリングの問題を伴うことなく、より高い単位長さ当たりゲインの光ファイバを作り出す。
【００５７】
マルチ・コンポーネントのガラスは、一または二以上のガラス・ネットワーク・フォーマ［ｇｌａｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒｍｅｒｓ］（Ｐ２０５：フォスフェイト、ＳｉＯ２ シリケート、ＧｅＯ２：ゲルマナイト、ＴｅＯ２：テルライト、Ｂ２Ｏ３：ボライト）、一または二以上のガラス・ネットワーク・モディファイア［ｇｌａｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ］（Ｋ２０、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏのようなアルカリ金属の酸化物、及び、ＢａＯ、ＧａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯのようなアルカリ土類金属の酸化物、及びそれらの混合物）、及び、一または二以上のガラス・ネットワーク・インターメディエイタ［ｇｌａｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｏｒｓ］（Ｙ２０３、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２０３、及びそれらの混合物）、を含有する。
【００５８】
前記ネットワーク・モディファイアは、ガラス・ネットワークを変形し、それによって、その溶融温度を低下させ、追加のドーパント・サイトを作り出す。前記ネットワーク・インターメディエイタは、ネットワークの中のボンドの一部をブリッジし、それによって、溶融温度を余り高めることなく、ネットワークの強度及び化学的耐久性を高める。
【００５９】
問題としているマルチ・コンポーネントのガラスは、かくして、シリカ（ＳｉＯ２）とよりもはるかに低い軟化温度を有し、それによって、製造が容易になる。変形されたネットワークは、クラスタリングの問題を伴うことなく、高濃度の希土類元素のドーパントのホスティングに対して、多くのサイトを提供する。
【００６０】
前記ネットワーク・モディファイアの重量含有量は、少なくとも５ｗｔ％であれば良く、典型的には５ｗｔ％である。マルチ・コンポーネントのガラス中の前記ネットワーク・インターメディエイタの重量含有量は、少なくとも２ｗｔ％であれば良く、典型的には１０ｗｔ％である。光ファイバコアは、エルビウムのような高濃度の希土類元素のドーパントがドープされ、または、例えば、エルビウム及びイッテルビウムがコ・ドープされている。クラッド層は、代表的には、実質的にドープは行われていない。
【００６１】
先に述べた様に、マルチ・コンポーネントのガラスの一つの種は、燐酸ガラスのネットワーク・フォーマを使用する。以下において、このネットワーク・フォーマについて詳しく、且つ一般性を損なうことなく、説明する。
【００６２】
以下、図面を参照しながら説明する。これらの図面において、いくつかの図面において同様な参照符号は、同一または対応する部分を意味している。図１は、燐酸ガラスのホストの中における、Ｙｂ３＋及びＥｒ３＋のイオン・エネルギー順位の概略的なエネルギー順位・ダイアグラムである。
【００６３】
本発明の一つの例によれば、エルビウムがドープされた燐酸ガラスのポンピングは、エルビウムの準安定状態をポピュレイト［ｐｏｐｕｌａｔｅ］し、分布の反転［ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ］を生じさせる。この分布の反転は、入力信号を受けて、誘導放出及び前記入力信号の増幅を生じさせる。
【００６４】
特に、増幅プロセスについて、図１に示したエネルギー順位を参照しながら説明する。Ｅｒ３＋のイオン・エネルギー状態は、図１の右側に示されている。代表的には、ポンプ光が、電子を基底状態４Ｉ１５／２から、４Ｉ１１／２のような上位のエネルギー状態まで励起させる。より高いドーピング準位のエルビウムは、より多くのポンプ光の吸収を可能にし、その結果として、高いゲインをもたらす。
【００６５】
ひとたび、電子が４Ｉ１１／２状態まで励起されると、緩和現象がフォノン・プロセスを介して起こり、そのプロセスの中で、電子が４Ｉ１３／２状態まで緩和し、エネルギーをフォノンとしてガラスのホスト材料に与える。状態４Ｉ１３／２状態は準安定状態であり、この状態は、通常、フォトンを容易には放出せず、基底状態（即ち、４Ｉ１５／２状態）へディケイする。１．５μｍの入力信号が光ファイバの中に導入されたとき、本発明の光ファイバ増幅器の中で誘導放出が起きる。誘導放出は１．５μｍの入力信号を増幅する。
【００６６】
本発明の他の例によれば、イッテルビウムによるコ・ドーピングは、分布の反転、及び、エルビウムの４Ｉ１３／２の準安定状態からの誘導放出を増大させる。特に、この増大プロセスは、図１に示されたエネルギー順位を参照することにより説明される。図１に示されているように、ＹＢ３＋の基底状態Ｆ７／２から励起状態２Ｆ５／２ヘのポンピングは、エルビウムの基底状態４Ｉ１５／２から上位状態への遷移を励起するために用いられるものと同じポンプ波長によって行われる。
【００６７】
励起されたイッテルビウムの２Ｆ５／２状態は、エルビウムの４Ｉ１１／２状態のエネルギー順位と一致し、ポンピングされたイッテルビウムの２Ｆ５／２状態からエルビウムの４Ｉ１３／２状態へのエネルギー（即ち、電子エネルギー）の移転を可能にする。このようにして、ポンピングするイッテルビウム・イオンのエネルギー状態は、準安定のエルビウムの４Ｉ１３／２状態をポピュレイトするためのメカニズムを提供し、エルビウムのみによるドーピングの場合と比べて、更に高いレベルの分布の反転、及びより多くの誘導放出を可能にする。
【００６８】
イッテルビウム・イオンは、大きい吸収断面積のみではなく、９００ｎｍと１１００ｎｍの間で広い吸収バンドを有している。更に、Ｙｂ３＋の放出（２Ｆ７／２−２Ｆ５／２）とＥｒ３＋の吸収（４Ｉ１５／２−４Ｉ１３／２）の間の大きなスペクトルの重なり合いは、Ｙｂ３＋の２Ｆ５／２状態からＥｒ３＋の４Ｉ１３／２状態への効率の良い共振エネルギー遷移をもたらす。
【００６９】
Ｙｂ３＋／Ｅｒ３＋系におけるエネルギー移転のメカニズムは、Ｅｒ３＋（単独）がドープされた系における協同アップ・コンバージョンプロセスにおけるメカニズムと同様である。しかしながら、相互作用は、二つの励起されたＥｒ３＋イオンの間ではなく、Ｙｂ３＋（ドナー）イオンとＥｒ３＋（アクセプター）イオンの間で起こる。
【００７０】
このように、本発明は、シリカ・ファイバの中で可能な濃度よりも遥かに高い濃度でエルビウムがドープされた、または、エルビウム及びイッテルビウムによりコ・ドープされた、燐酸ガラス光ファイバのいずれかを使用する。燐酸ガラス光ファイバの中での上記の増大したドーピング準位は、高い協同アップ・コンバージョン速度によって損なわれることがない。このように、燐酸ガラスの中での協同のアップ・コンバージョンは、エルビウムの組成が高いときに効果を生ずるが、それは、シリカガラスの中でのものと比べると相当に小さく、また、燐酸ガラスの中でイッテルビウムによるドーピングの導入によって、更に減少する。
【００７１】
更に、図２（Ｙｂ３＋イオンからＥｒ３＋イオンへのエネルギー遷移効率を表す図）から分かるように、エネルギー遷移効率は、示されたコ・ドーピング濃度において９１％よりも高くなる。図２は、６ｗｔ％のＹｂ２Ｏ３及び２ｗｔ％のＥｒ２Ｏ３のドーピングが、約１８０μｍのイッテルビウムの２Ｆ５／２状態に対して、エルビウム４のＩ１３／２状態へ９２％の移転効率で、計測された寿命をもたらすことを示している。シリケイトガラスと比較すると、燐酸ガラスのホスト中での大きなフォノンのエネルギが、４Ｉ１１／２−４Ｉ１３／２の緩和に対して遷移の可能性を増大させ、そして、これはＥｒ３＋からＹｂ３＋へのエネルギーの逆方向の移転を妨げる。
【００７２】
本発明の一つの例では、光ファイバはドープされた燐酸ガラス光ファイバを使用し、この光ファイバは、
Ｐ２０５を３０ｗｔ以上８０ｗｔ％以下、
Ｙｂ２Ｏ３を０ｗｔ以上１２ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３をを２．５ｗｔ以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２０３を５ｗｔ以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
を含み、ここで、
Ｙｂ２Ｏ３とＥｒ２Ｏ３の含有量の合計は、２．５ｗｔ％以上であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物であり、
Ｌ２０３は、Ａ１２０３、Ｂ２０３、Ｙ２０３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物である。結果として、２０ｄＢのゲインに対する能動的なファイバ長さは、７ｃｍ以下と予想される。
【００７３】
本発明の他の例では、燐酸ガラス光ファイバ増幅器のためのガラスは、
Ｐ２０５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２０３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含み、ここで、
Ｌ２０３は、Ａ１２０３、Ｂ２０３、Ｙ２０３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【００７４】
上記の燐酸ガラスの組成は、エルビウム・イオンに対する溶解度を改善し、それによって、アップ・コンバージョン速度を高めることなく、従来プラクティカルとみなされていた準位よりも高いエルビウム・ドーパントの準位を可能にする。
【００７５】
更により高い、単位長さあたりのゲイン、を実現するため、この例は、更に、３０ｗｔ％までのＹｂ２Ｏ３を含有する。好ましくは、Ｙｂ２Ｏ３及びＥｒ２Ｏ３の重量パーセンテージの合計は、少なくとも２．５ｗｔ％である。
【００７６】
上記のガラスの組成は、また、イッテルビウムイオンの溶解度を高め、高いイッテルビウムのドーピング準位を容易にする。高められたイッテルビウムの準位は、特に、前記ファイバがポンプ・パワーを吸収する能力を大きく増大させ、これに対して、高められたエルビウムの準位は、光ファイバの単位長さ当たりのゲインを増大させる。これらの寄与が一緒になって、非常に短い光ファイバ（５から１００ｍｍまで）を使用して、要求されているバンド幅の範囲で、即ち、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのテレコミュニケーション用Ｃバンドの範囲で、単位ｃｍあたり１．５ｄＢ以上のゲインを実現する。これにより、シングルモード光ファイバをポンピングするために低パワーのマルチモード・ポンプを使用するより低コストのスキームが実現される。
【００７７】
シングルモード光ファイバを用いて十分なパワーを吸収するために、Ｙｂ準位は、好ましくは、５ｗｔ％以上である。知られている光ファイバ・レーザの中で、その大きなコアを有するマルチモード光ファイバは、十分なポンプ・エネルギーを吸収することが要求される。
【００７８】
この例は、更に、Ｒ２Ｏを含有していても良い。ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。しかしながら、このＲ２Ｏを含有することは、必ずしも必須ではない。例えば、もし光ファイバの屈折率の温度係数がゼロに近い場合には、Ｒ２Ｏの含有量を高める必要がなく、５ｗｔ％以下の非常に低い含有量で良い。
【００７９】
屈折率の温度係数は、ＭＯの混合物をバランスさせることによって、ゼロ近傍に設定される。例えば、ＢａＯ及びＺｎＯは、それぞれ正の及び負の屈折率の温度係数を有し、このため、適切な混合物の温度係数は約ゼロとなる。
【００８０】
他の例では、燐酸ガラスは、
Ｐ２Ｏ５を４５％以上７０％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を２％以上５％以下、
Ｌ２Ｏ３を５％以上１５％以下、
ＭＯを１５％以上２８％以下、
を含み、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【００８１】
この例では、更に、ＹＢ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含有することができる。それに加えて、この例は、Ｒ２Ｏを含有していても良く、ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。また、その代わりに、Ｒ２Ｏを含有していなくても良い。
【００８２】
本発明の他の例では、燐酸ガラス光ファイバ増幅器のためのガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを１０ｗｔ％以上２８ｗｔ％以下、
を含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【００８３】
この例は、更に、Ｙｂ２Ｏ３を１２ｗｔ％まで含有していても良い。それに加えて、この例は、Ｒ２Ｏを含有していても良く、ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。また、その代わりに、Ｒ２Ｏをを含有していなくても良い。
【００８４】
本発明の他の例では、燐酸ガラス光ファイバ増幅器のためのガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを２０ｗｔ％以上２６ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｈＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【００８５】
この例は、更に、Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％まで含有していても良い。それに加えて、この例は、更に、Ｒ２Ｏを含有していても良く、ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。しかしながら、Ｒ２Ｏを含有していなくても良い。
【００８６】
本発明の他の例では、燐酸ガラス光ファイバ増幅器のためのガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを約２６ｗｔ％、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【００８７】
この例は、更に、Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％まで含有していても良い。それに加えて、この例は、更に、Ｒ２Ｏを含有していても良く、ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。しかしながら、Ｒ２Ｏを含有していなくても良い。
【００８８】
本発明の一つの例によれば、燐酸ガラスは、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＢａＯを１０ｗｔ％以上２６ｗｔ％以下、
ＺｎＯを０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物である。
【００８９】
この例は、更に、Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％まで含有していても良い。それに加えて、この例は、更に、Ｒ２Ｏを含有していてもよく、ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。しかしながら、Ｒ２Ｏを含有していなくても良い。
【００９０】
本発明の他の例によれば、燐酸ガラスは、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＢａＯを２０ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下、ａｎｄ
ＺｎＯを１ｗｔ％以上４ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物である。
【００９１】
この例は、更に、Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％まで含有していても良い。それに加えて、この例は、更に、Ｒ２Ｏを含有していても良く、ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。しかしながら、Ｒ２Ｏを含有していなくても良い。
【００９２】
本発明の更に他の例によれば、燐酸ガラスは、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＢａＯを約２４ｗｔ％、
ＺｎＯを約２ｗｔ％、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物である。
【００９３】
この例は、更に、Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％まで含有していても良い。それに加えて、この例は、更に、Ｒ２Ｏを含有していても良く、ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。しかしながら、Ｒ２Ｏを含有していなくても良い。
【００９４】
高いドーピング濃度が実現できること、低い協同アップ・コンバージョン速度、高い遷移効率、及び、高いゲインは、ドープされた燐酸ガラス光ファイバを高いゲインの光ファイバ増幅器のために理想的なものとする。
【００９５】
これらの特性の他に、本発明の一つの例におけるドープされた燐酸ガラスは、屈折率の温度係数をゼロ近傍または負の値にする成分を含有していても良い。屈折率の温度係数が負の値のときに、非熱的性能［ａｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ］が得られる。
【００９６】
ガラスの光路長さは、ガラスの長さと屈折率の積である。非熱的性能を得ることによって、光路長さに対する温度係数はゼロに近い値となる。このことは、次の式によって表される：
Ｇ＝α（ｎ−１）＋ｄｎ／ｄｔ　　　（２）
ここで、
Ｇ　　　　：行路長さの温度係数
α　　　　：熱膨張の線膨張率
ｄｎ／ｄｔ：屈折率の温度係数
ここで、αの値は常に正であるので、Ｇの値を零にするためには、ｄｎ／ｄｔの値は負でなければならない。
【００９７】
能動的なレーザ・ガラス素子では、ポンプ・ソースからの加熱が生ずる。熱を放散するために、レーザ・ガラス素子は、代表的には、ガスまたは液体で冷却され、それによって、レーザ・ガラス素子は特定の動作温度範囲の中に維持される。能動的なレーザ・ガラス素子を冷却することにより熱勾配が生ずる。中心付近の温度は冷却部付近の温度と比べて高い。ｄｎ／ｄｔの値が正のとき、中心付近の光路長さが長くなり、レーザ・ビームにゆがみを生じさせる。代表的なシリケイトガラスでは、温度上昇とともに屈折率が増加する。それは、間隔の増加に伴い（加熱による物質の膨張に伴い）、シリケイトガラス中の電子雲の分極率が増加するからである。
【００９８】
光ファイバ増幅器では、光ファイバのモード・プロファイルは、コア用ガラス及びクラッド用ガラスの係数とともに変化する。しかしながら、光路長さの温度係数を維持することは、レーザ・ガラスの中での場合ほどはクリティカルではない。その理由は、ビームが光ファイバ増幅器の中でクラッド層によって閉じ込められるからである。それにも拘わらず、テレコミュニケーション用の光ファイバ増幅器は、スタンダード・ベルコア試験［ｓｔａｎｄａｒｄ Ｂｅｌｌｃｏｒｅ ｔｅｓｔ］をパスしなければならない。なお、この試験では、温度が−４０℃から８０℃まで変化する。
【００９９】
マルチ・コンポーネントの燐酸ガラスは、ガラスの組成を適切に調整することによって、ゼロに近い屈折率の温度係数を実現しなければならない。ゼロに近い屈折率の温度係数を実現することによって、光ファイバのモード・プロファイルに対する、使用されなかったポンプ・パワーにより発生した熱及び周囲温度の変化による温度変化の影響が取り除かれる。燐酸ガラスの組織中におけるＢａＯ及びＺｎＯの含有率を調整することによって、ほぼゼロの屈折率の温度係数が実現される。それは、ＢａＯ及びＺｎＯが、それぞれ、正及び負の屈折率の温度係数を有しているからある。従って、好ましくは、ＢａＯ及びＺｎＯは、最大約２６ｗｔ％まで含有される。
【０１００】
Ｂ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３のようなガラス・ネットワーク・インターメディエイタは、燐酸ガラスの組織を強化するために使用される。アルミニウム−酸素・四面体［Ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｏｘｙｇｅｎ ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ］またはボロン−酸素・四面体［ｂｏｒｏｎ−ｏｘｙｇｅｎ ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ］と、隣接するリン−酸素・四面体［ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ−ｏｘｙｇｅｎ ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ］の組み合わせは、ブリッジングしている酸素の数を増加させ、その結果、強いガラス組織をもたらす。本発明の一つの例では、６ｍｏｌ％以上１１ｍｏｌ％以下の組成のＡｌ２Ｏ３がガラス組織を強化するために使用される。
【０１０１】
表１、２及び３（下記）は、デザインされ製造された燐酸ガラスのモル％で表した組成、燐酸アルミニウム、燐酸バリウム、及び燐酸亜鉛の屈折率の温度係数、及び、製造されたガラスの屈折率の温度係数の予想値を表にしたものである。
【０１０２】
【表１】
2004503945.tif 000002
【表２】
2004503945.tif 000003
【表３】
2004503945.tif 000004
文献［１］： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｇｌａｓｓ， Ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｄｏｎａｌｄ Ｒ Ｕｈｌｍａｎｎ ａｎｄ Ｎｏｒｂｅｒｔ Ｊ． Ｋｒｅｉｄｌ， Ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｉｎｃ． １９９１
文献［２］： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇｌａｓｓｅｓ （Ｃｈｉｎｅｓｅ）， Ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｆｕｘｉ Ｇａｎ， Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ、Ｂｅｉｊｉｎｇ， １９８５
文献［１］を使用した場合、文献［２］を使用した場合との間で、屈折率の温度係数の推定値に若干の数値の相違はあるが、表３は、ＺｎＯの含有率が増加しＢａＯの含有率が減少するときに、ガラスの屈折率の温度係数が減少することを示している。屈折率の温度係数は、ＺｎＯ及びＢａＯの含有率を変えることによって調整することができる。ゼロに近い温度係数を有したガラスは、ＰＺ６の組成の近傍で得ることができる。
【０１０３】
このように、本発明の他の例によれば、本発明の燐酸ガラス光ファイバは、ゼロに近いまたは負の値の温度係数が実現されるような組成を用いて構成することができる。これらの組成は、Ｂ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３で強化することができる。
【０１０４】
従って、燐酸ガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＧａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【０１０５】
前記燐酸ガラスは、Ｒ２Ｏを含有していても、含有してなくても良く、ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物である。Ｒ２Ｏの含有量は、非熱的性能を維持するためにはクリティカルではない。むしろ、非熱的性能は、ＭＯの混合物をバランスさせることにより、ゼロに近い値に設定された屈折率の温度係数によって実現される。ＢａＯ及びＺｎＯは、それぞれ、正の及び負の屈折率の温度係数を有しているので、適切な混合物により凡そゼロの温度係数を実現することができる。光ファイバのＲ２Ｏの含有率は、高くする必要はなく、非常に低くて済み、約５ｗｔ％である。
【０１０６】
＜燐酸ガラス＞
次に、本発明の燐酸ガラス光ファイバにおいて、コアまたはクラッド用のガラスとして使用するのに適した燐酸ガラスの製造方法及び特性について、より詳細に説明する。
【０１０７】
先ず、スペクトル特性、屈折率及び熱的特性に対するガラス組成の影響を調べるため、下記の二つのシリーズのガラスの供試体が準備された：
＊６４Ｐ２Ｏ５−１２Ａ１２Ｏ３−３．５（Ｅｒ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）−２０−５ＭＯ（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ）（ｍｏｌｅ％）、及び、
＊６４Ｐ２Ｏ５−３．５（Ｅｒ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）−（２１．５−ｘ）Ａｌ２Ｏ３−（１１＋ｘ）ＢａＯ、（ｘ＝０、３．５、６．５、及び９．５）（ｍｏｌｅ％）。
【０１０８】
ガラスを準備するための出発原料として、鉄及び銅の含有量が１０ｐｐｍ以下のコンパウンドが用いられた。上記の原料を混合し、電気炉の中で石英坩堝を用いて温度１２５０℃で溶融した。（溶融された）液体は、次いで、高温で３０時間、維持された。溶融の後、ガラスの液体はプラチナの坩堝に移され、その温度が１３５０℃度まで上げられた。上記液体の中を窒素ガスを用いてパージし、水酸イオン（ＯＨ−１）を取り除いた。上記液体はアルミニウムのモールドの中に鋳込まれた。
【０１０９】
測定のため、これらの供試体から各種のサンプルが準備された。ガラスの屈折率は、プリズム・カプラ（即ち、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ Ｍｏｄｅｌ ２０１０）を用いて、６３２．８ｎｍ及び１５５０ｎｍで測定された。吸収スペクトルの測定には、サイズ：２ｃｍｘ２ｃｍｘ０．５ｃｍの、光学的に研磨されたガラスのサンプルが用いられた。各サンプルの熱膨張係数、ガラス転移温度、及び軟化温度は、膨張計を用いて測定された。吸収スペクトルは、分光光度計（即ち、Ｃａｒｙ ５Ｇ）を用いて記録された。
【０１１０】
エルビウム・イオンの放出スペクトルの４Ｉ１５／２−４Ｉ１３／２遷移の吸収準位幅に対するガラス組成の影響が調べられた。準位幅は、広まりつつある波長分轄多重方式（ＷＤＭ）技術のために、次第に重要になりつつある。
【０１１１】
図３及び４は、屈折率及び有効準位幅に対するガラス組成の影響を示している。図３は、アルカリ土類金属のイオンサイズがＭｇ、から、Ｃａ、Ｂａへと増大するに従って、燐酸ガラスの屈折率が増大することを示している。図４は、各サンプルの屈折率に対するＢａＯ及びＡｌ２Ｏ３の含有量の影響を図示している。ＢａＯの含有量の組成が増大するのに従い、また、Ａｌ２Ｏ３の組成が減少するのに従い屈折率が増大する。有効準位幅は、バンドを波長について積分し、最大値で割った値として、定義される。図３は、アルカリ土類金属イオンのイオンサイズの増加に伴い、４Ｉ１３／２−４Ｉ１５／２遷移のための有効放出準位幅が増大することを示している。図４に示されているように、ＢａＯの含有量が増加し、Ａｌ２Ｏ３の含有量が減少するとき、４Ｉ１３／２−４Ｉ１５／２遷移の有効放出準位幅が増大する。
【０１１２】
再吸収を少なくするため、厚さ０．４ｍｍのサンプルを用いて、放出スペクトルが測定された。９８０ｎｍダイオードをポンピング源として用いて、１．５μｍで放出スペクトルの測定が行われた。マカンバー理論［ＭｃＣｕｍｂｅｒ ｔｈｅｏｒｙ］を用いて絶対放出断面積が計算された。マカンバー理論によれば、各マニホールド内部での温度分布が確立するために要求される時間が、そのマニホールドの寿命と比べて短い場合、吸収断面積と放出断面積は式（１）で関係付けられる。
【０１１３】
σｅ（υ）＝σａ（υ）ｅｘｐ［（ε−ｈυ）／ｋＴ］　　　（１）
ここで、
σａ：吸収断面積
σｅ：誘導放出断面積
υ　：フォトン周波数
ε　：温度Ｔにおいて、一つのＥｒ３＋イオンを４Ｉ１５／２−４Ｉ１３／２状態から励起するために必要なネットの自由エネルギー
ｈ　：プランク定数
ｋ　：ボルツマン定数。
【０１１４】
吸収断面積は、吸収係数から決定される。６３Ｐ２Ｏ５−８．５Ａｌ２Ｏ３・３（Ｅｒ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）−９．５ＢａＯ−１６ＬｉＯ（ｍｏｌｅ％）についてのガラスのピーク吸収断面積は、１．５３３５μｍにおいて、０．７５ｘｌ０２０ｃｍである。ピークの誘導放出断面積が計算され、その結果、１．５３３５μｍで、０．８２ｘｌ０２０ｃｍであった。前記燐酸ガラスのバルクの中での、吸収スペクトル及びフルオレッセンス・スペクトルは、エルビウム・イオンの４Ｉ１３／２−４Ｉ１５／２遷移（４８．６３ｎｍ）に対して、広い準位幅を有している。図５中には、エルビウムがドープされた燐酸ガラスのバルクの吸収スペクトル及びフルオレッセンス・スペクトルが示されている。
【０１１５】
次に、ドープされていないガラス（エルビウムまたはイッテルビウムイオンを含有しないガラス）が、クラッド用ガラスとして製造された。光ファイバ中での低い応力及び複屈折［ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ］を確保する目的で、コア用ガラス及びクラッド用ガラスが同様な熱的特性を有していることが要求される。コア用ガラスの中に良く閉じ込められた導波路をを形成するためには、僅かに低い屈折率を有するクラッド用ガラスも要求される。先に示した実験結果（図３及び４）に基づいて理論計算が行われた。
【０１１６】
熱的挙動の整合及び要求される屈折率の相違を実現するために、Ａｌ２Ｏ３アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの含有量をモディファイすることにより、いくつかの溶融が行われた。各溶融物の、熱膨張係数、ガラス転移温度、及び軟化温度は、膨張計を用いて測定された。各種波長の屈折率は、プリズム・カップリング技術によって決定された。
【０１１７】
クラッド用のガラスとコア用のガラスの間の熱膨張係数の相違が、８０℃から４００℃までの温度範囲で３％以下のクラッド用ガラスが開発された。それに加えて、これらのクラッド用ガラスのガラス遷移温度及び軟化温度は、コア用ガラス（下記の表４参照）のそれらの値に非常に近い。コア用ガラスとクラッド用ガラスの間の熱膨張係数の１０％の相違は、光ファイバの製造の際に許容され、光ファイバに深刻な応力を生じさせることが無い。コア用ガラスとクラッド用ガラスの間の熱膨張係数、ガラス遷移温度及び軟化温度の小さな相違によって、光ファイバの高性能が確保される。
【０１１８】
【表４】
2004503945.tif 000005
エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされたコア用ガラス及び各種のクラッド用ガラスの、それぞれの組成は以下の通りである：
＊コア用ガラスＰ２５：
６３Ｐ２Ｏ５−８．５Ａｌ２Ｏ３−３（Ｅｒ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３）−９．５ＢａＯ−ｌ６Ｌｉ２Ｏ（ｍｏｌｅ％）
＊クラッド１−１：
６３Ｐ２Ｏ５−１０Ａｌ２Ｏ３−１．５Ｌａ２Ｏ３−７ＢａＯ−１７Ｌｉ２Ｏ−１．５Ｎａ２Ｏ（ｍｏｌｅ％）
＊クラッド２−１
：６３Ｐ２Ｏ５−１１Ａｌ２Ｏ３−４ＢａＯ−１７Ｌｉ２Ｏ−２．５Ｎａ２Ｏ−２．５ＣａＯ（ｍｏｌｅ％）
＊クラッド３−１
：６２Ｐ２Ｏ５−１２Ａｌ２Ｏ３−４ＢａＯ−１７Ｌｉ２Ｏ−２．５Ｎａ２Ｏ−２．５ＣａＯ（ｍｏｌｅ％）。
熱的挙動の整合に加えて、コア用ガラスとの間の屈折率の良い整合は、クラッド用ガラスについての他のキー・パラメータである。クラッド用ガラスとコア用ガラスの屈折率は表５（下記）に示されている。クラッド用ガラスの１．５５μｍでの屈折率は、コア用ガラスＰ２５よりも０．４８％から１．１４％低い。その結果、０．１４９から０．２３０までの開口数が得られる。そのような値の開口数を有することによって、スタンダードなテレコミュニケーション用光ファイバと完全に整合したモード・プロファイルを有するエルビウム・ドープ・光ファイバを得ることができる。
【０１１９】
【表５】
2004503945.tif 000006
最後に、イッテルビウムがドープされていないガラスのモデル化及びスペクトル特性評価の結果に基づいて、イッテルビウムがドープされたガラスの組成として、６３Ｐ２Ｏ５−８．５Ａｌ２Ｏ３−３（Ｅｒ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３）−９．５ＢａＯ−１６Ｌｉ２Ｏ（ｍｏｌｅ％）が選択され、それが、高純度の出発原料を用いて、プラチナ製の坩堝の中で１３５０℃で溶融された。このガラス組成は３．５ｗｔ％のエルビウムを含有する。このガラス組成の屈折率は、６３２．８ｎｍ、１３００ｎｍ及び１５５０ｎｍにおいて、プリズム・カプラを用いて測定された。吸収断面積及び放出断面積は、１５３４ｎｍにおいて、それぞれ、０．７５ｘ１０−２０ｃｍ２及び０．８２ｘｘ１０−２０ｃｍ２であると決定された。イッテルビウムがドープされたコア用ガラスの熱膨張係数、ガラス転移温度及び軟化温度の測定値は、それぞれ、８．７ｘ１０−６℃−１、４３９℃、及び４８０℃であった。
【０１２０】
光ファイバ中での低い応力を確保するため、クラッド用ガラスが、イッテルビウムがドープされたコア用ガラスの熱的特性と整合するようにデザインされた。イッテルビウムがドープされたコア用ガラスと、このデザインされたクラッド用ガラスの間の熱的特性の相違は３％以下である。
【０１２１】
一つの好ましい例では、光ファイバは、
Ｐ２Ｏ５を６６．６３ｗｔ％、
Ａｌ２Ｏ３を６．４６ｗｔ％、
ＢａＯを２３．４２ｗｔ％、
Ｂ２Ｏ３を２．５９ｗｔ％、及び、
ＭｇＯを０．９ｗｔ％の、
−を含むクラッドと、
Ｐ２Ｏ５を５５．２１ｗｔ％、
Ａｌ２Ｏ３を５．３６ｗｔ％、
ＢａＯを２２．２ｗｔ％、
ＺｎＯを０．９９ｗｔ％、
Ｅｒ２Ｏ３を３ｗｔ％、及び、
Ｙｂ２Ｏ３を１５ｗｔ％、
−を含むコアとを備える。
【０１２２】
＜エルビウムがドープされた燐酸ガラスの光ファイバの製造及び特性＞
本発明の他の例では、シングルモードの燐酸ガラス光ファイバを準備するために、ロッド・イン・チューブ技術（ｒｏｄ ｉｎ ｔｕｂｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が用いられた。図６は、シングルモードの燐酸ガラス光ファイバを製造するステップを示す。
【０１２３】
図６によれば、ドーパントを含有する燐酸ガラスのインゴットは、ステップ２００で製造される。インゴットの製造後、そのインゴットはステップ２１０でコアリングされ、第一のコア用ガラスロッドが作られる。第一のコア用ガラスロッドは、ステップ２２０で研磨され、ガラスロッドのバレルとなる。
【０１２４】
ステップ２３０で、クラッド用ガラスのチューブ（即ち、エルビウム・ドーパントまたはイッテルビウム・ドーパントを含有していないチューブ）が、第一のコア用ガラスロッドの外径の０．１ｍｍ以内の内径を有するように、孔があけられる。ステップ２４０で、第一のコア用ガラスロッドは第一のクラッド用ガラスのチューブの内側に挿入され、その様にして組み立てられらものが引き抜かれ第二のコア用ガラスのロッドが形成される。ステップ２５０で、第二のコア用ガラスロッドは第二のクラッド用ガラスのチューブの内側に挿入され、その様にして組み立てられらものが引き抜かれ、シングルモードの光ファイバとなる。
【０１２５】
光ファイバの引き抜きは、空気中に露出した場合の水の吸収を減らす目的で、アルゴンガス雰囲気で行われる。水の吸収は、Ｅｒ３＋イオンのフルオレッセンス・クエンチングの原因となる。
【０１２６】
図７は、本発明の代表的なステップを概略的に示す。ガラスのロッドのバルク（図示せず）には、例えば３．５ｗｔ％で、エルビウムがドープされている。第一のコア用ガラスロッド２は、ガラスのバルクから孔あけされ、次いで、第一のコア用ガラスロッド２のバレルが研磨された。クラッド用ガラスで作られたガラス・クラッド・チュ−ブ４の内側及び外側の表面が研磨された。クラッド・チュ−ブ４の内径は、第一のコア用ガラスロッド２の直径の０．１ｍｍ以内に合わされた。次に、３ｍｍの第一のコア用ガラスロッド２及び１２ｍｍのクラッド用チュ−ブ４から、引き抜きにより外径３ｍｍの第二のコア用ガラスロッド６が作られた。第二のコア用ガラスロッド６は、第二のクラッド用チューブ８とともに引き抜かれ、シングルモード・光ファイバ１０が作られた。光ファイバの引き抜きは７６５℃で行われた。光ファイバに対してプラスチック・コーティングは施されなかった。
【０１２７】
エルビウム・ドープ・光ファイバを製造した後、光ファイバのゲイン特性を測定した。図８は、ゲイン特性の測定のための実験装置の構成を示している。コアが３．５ｗｔ％のエルビウムを含有するエルビウム・ドープ・光ファイバ２０が、光ファイバ・ブラッグ格子（図示せず）によって安定化された９８０ｎｍのレーザ・ダイオード２２を用いてポンピングされた。１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまでチューナブルな、外部キャビティの調整可能なレーザ・ダイオード２４が、信号源として使用された。入力信号の強さを変えるために減衰器２６が使用された。
【０１２８】
ポンプと信号ビームは、９８０／１５５０ｎｍの光ファイバ・マルチプレクサ（図示せず）によって結合された。エルビウム・ドープ・光ファイバはＶ溝の中にセットされた。信号のための二つの光ファイバ・インライン・アイソレータ２８が使用された。出力側光ファイバは光スペクトル・アナライザ（ＯＳＡ）３０に接続された。ポンプ・モニタ３２が、ポンプ信号が光学的ゲインの測定中に変化しないことを確保するために使用された。
【０１２９】
先に説明したロッド・イン・チューブ技術を用いて、３．５ｗｔ％のエルビウムがドープされた燐酸ガラスコアと、ドープされていないガラス・クラッドとからなるシングルモードの光ファイバが作られた。３．５ｗｔ％のエルビウムが均一にドープされた一つの燐酸ガラスのロッド、及び、エルビウムによりドーピングされていない二つの燐酸ガラスのチューブが、引き抜きプロセスで使用された。シングルモードの光ファイバが得られた。光ファイバのコアは、直径が４μｍであり、エルビウムの含有量は３．７ｘ１０２０ｃｍ−３であった。
【０１３０】
９８０ｎｍの半導体レーザ・ダイオードがポンピング源として使用された。１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまでチューナブルな、外部キャビティの調整可能なレーザ・ダイオードが、信号源として使用された。１５３５ｎｍにおいて、長さ５．１ｃｍの光ファイバからネット・ゲインとして１５．５ｄＢが得られた。内部ゲインは１７．５ｄＢであった。ネットの単位長さ当たりのゲインは３ｄＢ／ｃｍであり、この値は、これまで得られたエルビウム・ドープ・光ファイバのネット・ゲイン中で最高の値である。
【０１３１】
プリズム・カップリング法によって屈折率が測定された。コア用ガラス及びクラッド用ガラスの、波長１５３５ｎｍでの屈折率の測定値を用いて、エルビウム・ドープ・光ファイバの開口数が計算され、その値は０．２５であった。測定された吸収スペクトルから吸収断面積が計算された。有効準位幅は、４Ｉ１５／２−４Ｉ１３／２遷移に対して４６ｎｍであった。放出断面積が、吸収断面積及び放出スペクトルからマカンバー理論によって計算された。Ｅｒ＋３の４Ｉ１３／２−４Ｉ１５／２遷移に対する放出スペクトル及びフルオレッセンス寿命［ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ］が、長さ２ｍｍの燐酸ガラス光ファイバの中で低いポンプ・パワーで測定された。光ファイバ中での１．５μｍバンドに対して測定された放出スペクトルは、バルク材料中での放出スペクトルの値と同様であった。０．１ｄＢ／ｃｍの伝播損失が、波長１．３μｍで測定された。
【０１３２】
ロッド・イン・チューブ技術が、エルビウムがドープされた燐酸ガラスの光ファイバを製造するため、再び、用いられた。コア用ガラスのロッドは、１３５０℃の溶融液から形成されたガラス材料のバルクから孔あけされ、孔あけされたバレルは研磨された。クラッド用チューブの内径は、コア用ガラスの直径の０．１ｍｍ以内に合わされた。光ファイバの引抜き温度は７６５℃であった。先と同様に、二回の引き抜きが行われた。光ファイバのコアのエルビウム・イオンの含有率は３．５ｗｔ％であった。光ファイバに対して、プラスチック・コーティングは施されなかった。エルビウム・ドープ・光ファイバの開口数が計算され、１５５０ｎｍで０．２１６であった。コア直径が４μｍ、５μｍ、及び６μｍの光ファイバが製造された。カット・バック法［ｃｕｔ−ｂａｃｋ ｍｅｔｈｏｄ］を用いて、１．３μｍで、０．３ｄＢ／ｃｍの伝播損失が測定された。
【０１３３】
コア直径が５μｍの光ファイバがテストされた。長さ５．１ｃｍのエルビウム・ドープ・光ファイバは、光ファイバ・ブラッグ格子によって安定化された９８０ｎｍのレーザ・ダイオードを用いてポンピングされた。１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまでチューナブルな、外部キャビティの調整可能なレーザ・ダイオードが、信号源として使用された。ポンプ及び信号ビームは、９８０／１５５０ｎｍの光ファイバ・マルチプレクサによって接続された。マルチプレクサの出力側で２４５ｍＷのポンプ・パワーが利用可能であった。５μｍの光ファイバはＶ溝の中にセットされ、信号のための二つのインライン・アイソレータが使用された。出力側の光ファイバは光スペクトル・アナライザに接続された。結合損失は１．３μｍで１ｄＢと測定された。
【０１３４】
図９に、エルビウム含有量３．５ｗｔ％、コア直径５μｍのエルビウムがドープされた本発明の光ファイバに対する、１５３５ｎｍ及び１５５０ｎｍでの、ネット・ゲイン及びノイズの値対ポンプ・パワーの関係を示す。入力信号のパワーは、−３１ｄＢｍであった。１５．５ｄＢのネット・ゲインが、１５３５ｎｍで得られた。内部ゲインは１７．５ｄＢであった。ネットの単位長さ当たりのゲインとして、再び、３ｄＢ／ｃｍが得られた。
【０１３５】
内部ノイズの値は、図９に示されているノイズの値よりも約１ｄＢ低かった。このことは、結合損失を減らすことによって４ｄＢ近傍のノイズの値が容易に得られることを示唆している。この実験では、ゲインの飽和は観察されなかった。そのことは、より高いポンプ・パワーによってより高いゲインを得ることが可能であることを示している。
【０１３６】
本発明によれば、エルビウムによるドーピングは燐酸ガラス光ファイバのゲインを改善する。内部モデル化の結果によれば、１５ｄＢのネット・ゲインに到達するために必要なポンプ・パワーは約１００ｍＷであり、高いエネルギー遷移効率が得られる。
【０１３７】
図１０は、コア直径５ｎｍのエルビウムがドープされた本発明の光ファイバのネット・ゲインを、異なる信号パワーを有する信号の波長の関数として示したものである。ポンプ・パワーは２４５ｍＷであった。信号の波長は１５３０ｎｍから１５７０ｎｍまで調整された。
【０１３８】
図１０の中に示されているように、ゲイン・プロファイルは長波長側に伸びており、短波長側では急激に減少する。このゲイン・プロファイルは、先に述べた吸収断面積及び放出断面積の結果、及び、数値モデル化の結果に良く一致している。図１０は、信号パワーが−６ｄＢｍから０ｄＢｍまで増大したとき、ネット・ゲインがピーク波長の近傍で大きく減少することを示している。この減少はゲインの飽和に起因している。
【０１３９】
図１１は、コア直径５μｍのエルビウムがドープされた本発明の光ファイバの、１５３５ｎｍ及び１５５０ｎｍでのゲインの飽和を示している。１５３５ｎｍ及び１５５０ｎｍでの飽和出力（ゲインが最大ゲインよりも３ｄＢ低いときの出力パワーとして定義される）は、それぞれ、８ｄＢｍ及び１０ｄＢｍである。１５５０ｎｍでの飽和入力は５．５ｄＢｍである。この結果は、図１０（この図では、異なる信号パワーを用いたより長い波長でのネット・ゲインが余り大きくは変化していない）中に示された結果と整合している。
【０１４０】
このように、本発明の一つの例において、ロッド・イン・チューブ技術を用いて製造された本発明の燐酸ガラス光ファイバは、協同アップ・コンバージョンによる無駄が最小値を示す。従って、製造、コスト及び性能を考慮して、本発明の燐酸ガラス光ファイバは、ビームスプリッタ［ｓｐｌｉｔｔｅｒｓ］、光カプラ［ｃｏｕｐｌｅｒｓ］、導波路回折格子［ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ］、光スイッチ［ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈｅｓ］、及び変調器［ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ］のようなオプティカル・コンポーネントに集積される。このように集積することにより、コンポーネントのコストを大きく減少させ、その結果、市内ネットワーク及びローカル・ネットワークに適用する際の高増幅に対する要求に適合する。
【０１４１】
＜増幅機能付きビームスプリッタ＞
図１２に、本発明の増幅機能付きビームスプリッタ（ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）４０を示す。この増幅機能付きビームスプリッタは、受動的なビームスプリッタ４２及び本発明の燐酸ガラス光ファイバ増幅器４４を備えている。増幅機能付きビームスプリッタ４０は、一つの入力ポート４６及び複数の出力ポート４８を備えた、“１ｘｎ”のデバイスであって、光ファイバ・通信ウインドウである約１．５４μｍの光信号を分割する。増幅機能付きビームスプリッタ４０は、高い単位長さ当たりのゲインを有する燐酸ガラス光ファイバ増幅器４４を使用することによって、強度の損失を伴わずに、光信号を分割する。
【０１４２】
増幅機能付きビームスプリッタ４０には、例えばビームスプリッタ４２のような、受動的なオプティカル・コンポーネントと、例えば光ファイバ増幅器４４のような、高性能でコンパクトな光ファイバ増幅器が集積されている。光ファイバ増幅器４４は、ドープされた燐酸ガラス光ファイバ５０であって、溝（例えば、Ｖ溝５２）の中に挿入され、エポキシ樹脂で接着され、それによって、オプティカル・ポンプ５４（例えば、９８０ｎｍで放出する固体レーザ）に結合されている。オプティカル・ポンプ５４は、レーザ光を分割信号の伝播方向に対して逆方向に伝播させる。レーザ光は、９８０／１５５０ｎｍの光ファイバ・マルチプレクサ５６によって、燐酸ガラス光ファイバ５０の中に結合される。
【０１４３】
光ファイバ増幅器４４及び受動的なビームスプリッタ４２は、基板５８の上に接着され、準モノリシック素子を形成する。増幅機能付きビームスプリッタ４０には、シングルモードの光ファイバがピッグテイルされ、コンパクトで頑丈な環境に対して安定なケース（図示せず）の中に、パッケージされている。増幅機能付きビームスプリッタ４０は、高いゲイン、高いポート・ツー、ポートの均一性、低い挿入損失、低い後方反射、及び低い偏波依存性損失［ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ］を有している。
【０１４４】
従来のビームスプリッタの効率は、一つの信号源及び二つの出力ポートのデバイス（１ｘ２デバイス）について、たった５０％であった。即ち、従来のビームスプリッタは光の強度を分割していた。より代表的なソースである１６の出力ポート（１ｘ１６）のビームスプリッタの場合、損失は９４％になることになる。この損失に対処する目的で、現行のネットワークは光パワーを増大させるために高価な増幅器を使用しなければならなかった。
【０１４５】
高いゲインを有する本発明の増幅機能付きビームスプリッタ４０は、ビームスプリッタ中での損失を補償することができる。この増幅機能付きビームスプリッタは、低コストのエルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされた燐酸ガラス光ファイバの増幅器技術を使用している。増幅機能付きビームスプリッタ４０は、光ファイバ・ネットワークにおいて、各ポートからの出力光の強度に損失を生ずることなく、光ファイバの光入力を幾つかの光ファイバの光出力に分割する際に使用することができるデバイスである。
【０１４６】
光ビームスプリッタの使用は、短区間テリトリー・システム［ｓｈｏｒｔ ｈａｕｌ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｓｙｓｔｅｍ］及び市内光ネットワークの中で、光ファイバ・ネットワークがエンド・ユーザーのより近くに近付くに従って急速に増大すると予想される。増幅機能付きビームスプリッタ４０は、ファイバー・ツー・ザ・カーブ［ｆｉｂｅｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｃｕｒｂ（縁石）］及びファイバー・ツー・ザ・ホーム［ｆｉｂｅｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｈｏｍｅ］に対する適用に用途を見出す。
【０１４７】
レーザ光を光ファイバ増幅器に結合するために光ファイバ・マルチプレクサを使用する他に、本発明の一つの例によれば、光ファイバ増幅器４４は、低コストのマルチモードのレーザ・ダイオードを用いてポンピングされる。マルチモードのレーザ・ダイオードは、９００ｎｍから１０００ｎｍまでの光を放出する。
【０１４８】
図１３は、９８０ｎｍ近傍のレーザを発するマルチモードのレーザ・ダイオードを備えた光ファイバ増幅器によるポンピングを概略的に図示したものである。シリカ・ファイバは、光信号を単一の光ファイバ増幅器６２へ導入する。単一の光ファイバ増幅器６２は、ドープされた燐酸ガラスのシングルモード・光ファイバ６４（基板６６に取り付けられている）を備える。マルチモードのレーザ・ダイオード６８は、シングルモード・光ファイバ６４をポンピングする。レーザ・ダイオードのビームの直径は、約８０μｍに絞られている。増幅された信号は、出力用シリカ・ファイバ７０に伝えられる。
【０１４９】
マルチモードのレーザ・ダイオードが使用可能なことは、フレキシビリティを与え、光増幅器の設計コストを引き下げる。マルチモードのレーザ・ダイオードは、シングルモードのレーザ・ダイオードほど高価ではない。しかしながら、効率の劣る従来の光ファイバとの結合を最大にするために、代表的には、シングルモードのレーザはシングルモードの光ファイバをポンピングするために使用され、同様に、マルチモードのレーザ・ダイオードはマルチモードの光ファイバをポンピングするために使用される。
【０１５０】
上記のエルビウム・ドープ・光ファイバを使用することによって得られる大きなゲインによって、低パワーのマルチモードのレーザ・ダイオードを用いてシングルモードの光ファイバをポンピングすることが可能になる。結合損失により高いゲインが損われることがない。光ファイバの長さは、まだ、相当短いままであり、即ち、５ｍｍから５０ｍまで、または１００ｍｍまでの範囲であり、それでもなお高いゲインが得られる。
【０１５１】
更にまた、図１４に示されているように、１本以上の単一の光ファイバをマルチモードのレーザ・ダイオードを用いてポンピングすることができる。光ファイバ・アレイ増幅器７２が入力光信号を増幅するために使用される。光ファイバ・アレイ増幅器７２は、マルチモードのダイオード・レーザ・バー７４を備え、このダイオード・レーザ・バー７４は、ドープされた燐酸ガラス光ファイバ・アレイ７６の側面をポンピングする。
【０１５２】
ドープされた燐酸ガラスの光ファイバ・アレイ７６は、単位長さ当たりのゲインが高く、マルチモードのダイオード・レーザ・バー７４に対して垂直に配置される。希土類元素がドープされた光ファイバの長さは数センチメーターであり、例えば５ｃｍである。マルチモードのダイオード・レーザ・バー７４は、基板の側面、および／または、上面から光ファイバ・アレイ７６を励起させる。
【０１５３】
図１４に示されているように、燐酸ガラス光ファイバは、二つのＶ溝付き基板７８の中に配置される。二つのＶ溝付き基板７８の内面には、ポンプ・レーザの散乱を減らし高いポンピング効率を確保するために、金属コーティング８０が施されている。１００ｍＷ以下のパワーを吸収するポンプが、各光ファイバを励起するために必要とされる。マルチモードのレーザ・ダイオード・バーのコストは、シングルモードのレーザ・ダイオードのコストと比べてかなり低いので、このようなアプローチによって大きなコスト削減が実現される。
【０１５４】
光ファイバ・アレイ増幅器７２は、増幅機能付きビームスプリッタの中で使用することができる。その場合には、入力信号が分割された後に、受動的なビームスプリッタ４２に光ファイバ・アレイ増幅器７２を付け加える。光ファイバ増幅器４４は、受動的なビームスプリッタ４２の中での光の損失を光学的に補償する。
【０１５５】
図１５は、光ファイバ・アレイを示す概略図である。光ファイバ・アレイは、基板７８の表面の上に配置され（図１５ａに示されているように）、二つの基板の間に配置され（図１５ｂに示されているように）、または、光ファイバのバンドル８０の中に配置される（図１５ｃに示されているように）。マルチモードのレーザ・ダイオードは、幾つかの選択可能な位置に示されている。それによって、燐酸ガラスの光ファイバ・アレイ７６をポンピングすることができる。基板７８の光の透過性、及び高いゲインのドープされた燐酸ガラス光ファイバの高い吸収強度は、光ファイバ増幅器のポンピングを可能にする。
【０１５６】
＜増幅機能付きコンバイナー＞
図１６に、本発明の増幅機能付きコンバイナー（ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｃｏｍｂｉｎｅｒ）８２を示す。コンバイナー８２は、受動的な波長コンバイナー８４に燐酸ガラス光ファイバ増幅器８６を結合したものである。波長コンバイナー８４及び燐酸ガラス光ファイバ増幅器８６は、個別に設計され、一つのパッケージの中に組み込まれる前に最適化される。増幅機能付きコンバイナー８２は、“ｎｘ１”のデバイスであって、光ファイバによる通信ウインドウである１．５４μｍ近傍の様々な光信号の波長を結合するため、複数（ｎ個）の入力ポート８８と一つの出力ポート９０を備えている。増幅機能付きコンバイナー８２は、極めて高い単位長さ当たりのゲインを有する燐酸ガラス光ファイバ増幅器８６を使用することによって、強度の損失を伴わずに、複数（ｎ個）の入力ポート８８を接続する。
【０１５７】
燐酸ガラス光ファイバ増幅器８６は、コ・ドープされた燐酸ガラス光ファイバ９２であって、Ｖ溝９４に挿入されて固定され、例えば９８０ｎｍで放出する固体レーザのような、オプティカル・ポンプ９６に結合される。オプティカル・ポンプ９６は、結合された信号の伝播方向と反対の方向にレーザ光を伝播する。レーザ光は、９８０／１５５０ｎｍの光ファイバ・マルチプレクサ９８によって、燐酸ガラス光ファイバ９２に結合される。
【０１５８】
波長コンバイナー８４及び燐酸ガラス光ファイバ増幅器８６は、基板１００に接着され、準モノリシック素子を形成する。増幅機能付きコンバイナー８２にはシングルモードの光ファイバがピッグテイルされ、コンパクトで頑丈な、環境に対して安定なケース（図示せず）の中にパッケージされる。増幅機能付きコンバイナー８２は、高いゲイン、低い挿入損失、低い後方反射、及び低い偏波依存性損失を有している。
【０１５９】
増幅機能付きコンバイナー８２は、光ファイバ・ネットワークの中で、光信号を結合し増幅するために使用されるデバイスである。増幅機能付きコンバイナー８２の使用は、ＤＷＤＭ素子が発展し、光ネットワークの中で優勢になるに従って、大きく伸びるものと予想される。
【０１６０】
増幅機能付きビームスプリッタ４０と同様に、光ファイバ・アレイ増幅器７２は、入力信号が結合される前に、波長コンバイナー８４に光ファイバ・アレイ増幅器７２を付け加えることによって、増幅機能付きコンバイナーの中で使用することができる。燐酸ガラス光ファイバ増幅器８６は、波長コンバイナー８４の中での光の損失を補償するために使用することができるが、そのようにしなくても良い。
【０１６１】
＜増幅機能付き配列された導波路回折格子＞
図１７に示すように、本発明は、増幅機能付き配列された導波路回折格子（Ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ）１０２を含む。この増幅機能付き配列された導波路回折格子は、配列された導波路回折格子（ＡＷＧ）１０４を、コンパクトな燐酸ガラス光ファイバ増幅器１０６に結合したものである。ＡＷＧ・ＤＷＤＭ素子についての代表的な減衰は５から７ｄＢである。本発明のコンパクトなコ・ドープされた燐酸ガラス光ファイバ増幅器は、システムデザインをシンプルにするため、この減衰を補償することができる。
【０１６２】
増幅機能付き配列された導波路回折格子１０２は、光ファイバによる通信ウインドウである約１．５４μｍの光信号の波長を、特定の周波数の信号（即ち、１．５０μｍ、１．５２μｍ、１．５４μｍ、１、５６μｍ、その他の信号）に分解するするデバイスである。光ファイバ増幅器１０６は、ドープされた燐酸ガラス光ファイバ１０８であって、Ｖ溝１１０の中に挿入されて固定され、例えば、９８０ｎｍで放出する固体レーザのような、オプティカル・ポンプ１１２に結合される。固体レーザからの光は、９８０／１５５０ｎｍの光ファイバ・マルチプレクサ１１４によって、燐酸ガラス光ファイバ１０８の中に結合される。
【０１６３】
配列された導波路回折格子１０４及び光ファイバ増幅器１０６は、基板１１６に接着され、準モノリシック素子を形成する。増幅機能付き配列された導波路回折格子１０２は、コンパクトで頑丈な、環境に対して安定なケース（図示せず）の中にパッケージされる。増幅機能付き配列された導波路回折格子１０２は、高いゲイン、低い挿入損失、低い後方反射、及び低い偏波依存性損失を有している。
【０１６４】
増幅機能付き配列された導波路回路格子の使用は、ＤＷＤＭ素子が発展し、光ネットワークの中で優勢になるに従って、大きく伸びるものと予想される。
【０１６５】
増幅機能付きビームスプリッタ４０と同様に、光ファイバ・アレイ増幅器７２は、入力信号が分解された後に、受動的な導波路回折格子１０４に光ファイバ・アレイ増幅器７２を付け加えることによって、増幅機能付き配列された導波路回折格子１０２の中で使用することができる。光ファイバ増幅器１０６は、導波路回折格子１０４の中での光の損失を補償するために使用することができるが、そのようにしなくても良い。
【０１６６】
＜増幅機能付き変調器＞
ニオブ酸リチウム変調器［Ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ］は、今日、既に知られており、次のような優位性を有している。即ち、光ファイバとの間の適合性、高い周波数バンド幅（４０ＧＨｚまで）、低い駆動電圧、そして、頑丈で且つ全てが固体状態の構造。ニオブ酸リチウム変調器の優位性は、複数のオプティカル・コンポーネントを単一のチップの中に集積することができることにある。先に述べたビームスプリッタ、コンバイナー及び配列された導波路回折格子と同様なアプローチで、本発明の増幅機能付き変調器（ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１１８において、図１８に示されているように、ニオブ酸リチウム変調器１２０にコンパクトな燐酸ガラス光ファイバ増幅器１２２が集積された。
【０１６７】
この集積は、ニオブ酸リチウム変調器１２０からの挿入損失を補償するためのメカニズムを提供する。増幅機能付き変調器１１８は、極めて高い単位長さ当たりのゲインを有する光ファイバ増幅器１２２を用いることによって、ニオブ酸リチウム変調器１２０による強度の損失を補償する。光ファイバ増幅器１２２は、ドープされた燐酸ガラス光ファイバ１２４であって、Ｖ溝１２６の中に挿入されて固定され、例えば、９８０ｎｍで放出する固体レーザのようなオプティカル・ポンプ１２８に結合される。レーザ光は、９８０／１５５０ｎｍの光ファイバ・マルチプレクサ１３０によって、燐酸ガラス光ファイバ１２４の中に結合される。
【０１６８】
増幅機能付き変調器１１８及び光ファイバ増幅器１２２は、基板１３２に接着され、準モノリシック素子を形成する。増幅機能付き変調器１１８は、コンパクトで頑丈な、環境に対して安定なケース（図示せず）の中にパッケージされる。増幅機能付き変調器１１８は、高いゲイン、低い挿入損失、低い後方反射、及び低い偏波依存性損失を有している。
【０１６９】
ニオブ酸リチウム変調器の代表的な減衰は、０．５ｄＢから３ｄＢまでの間である。本発明の低コストのエルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされた燐酸ガラスの光ファイバ増幅器は、ニオブ酸リチウム変調器の集積されたオプティカル・コンポーネント・チップ・パッケージと結合された構造を可能にし、それによって、光信号を送る前または受け取る前に光信号を増幅する。増幅機能付き変調器は、市内及びローカル・ループへの適用において、パワー損失の調整に相当に役立つ。
【０１７０】
増幅機能付きビームスプリッタ４０と同様に、光ファイバ・アレイ増幅器７２は、増幅機能付き変調器１１８とともに使用することができる。増幅機能付き変調器１１８に光ファイバ・アレイ増幅器７２を付け加えることによって、変調の前に多重入力信号を増幅することが可能になる。
【０１７１】
同様に、光ファイバ増幅器は、光スイッチとともに使用することにより、光スイッチの中を光が通過する際の損失を小さくすることができる。光スイッチは変調器に良く似ている。光スイッチの中で、光のビームは二つまたはそれ以上の光路に切り替えられる。変調器と同様に光スイッチは損失を有している。光増幅器を光スイッチに組み合わせて使用することにより、光スイッチの中を伝送される信号に加えられる損失の影響を小さくすることができる。
【０１７２】
＜ラージ・コア光ファイバ増幅器＞
図１９に、本発明のラージ・コア 光ファイバ増幅器（Ｌａｒｇｅ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の概要を示す。このようなマルチモード光ファイバのコアの直径は、５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲である。一般的な光ファイバ増幅器の中で、光ガイディング領域（即ち、光ファイバのコア）は直径でたった５μｍ程度である。そのように小さなコア直径は、約１５５０ｎｍの信号波長でシングルモードの光の伝播のみを可能にする。
【０１７３】
本発明によれば、高いゲイン係数は短い光ファイバ増幅器の使用を可能にし、この光ファイバ増幅器は光ファイバを曲げることなくＶ溝の中に組み込むことを可能にする。このコンパクトさは、シングルモードではないラージ・コアの光ファイバの使用を可能にする。短い長さ及び安定で頑丈なパッケージングのために、光ファイバの基本モードに結合される光は、主として基本モードの中に止まり、光ファイバの他のモードにはほとんど結合されない。
【０１７４】
図１９に示されているように、光は、例えばコリメーティング・レンズ１６６のような、従来のマイクロ光学技術を使用して、入力側シングルモード・光ファイバ１６２から、ラージ・コアの光ファイバ１６４の主として基本モードの中に結合される。
【０１７５】
この例のキーとなる利点は、高いパワーを備えた９８０ｎｍのマルチモード・光放出レーザ・ダイオード１６８が、レンズ１７０を用いて、スプリット・ミラー１７２を介して、コアの光ファイバ１６４上にレーザ光を導入することによって、コアの光ファイバ１６５をポンピングすることである。光は、マルチモード・レーザ・ダイオード１６８から光ファイバのコアの中に、高い効率で結合される。これは、小さなコア直径の光ファイバ増幅器では不可能なことである。マルチモードのレーザ・ダイオードは、１μｍｘ１００μｍのオーダーの放出断面積を有してしている。第二のコリメーティング・レンズ１７４は、光を出力側光ファイバ１７６の上に収束させる。
【０１７６】
従って、希土類元素がドープされた燐酸ガラスが、増幅器のための光ファイバの製造するために使用される。この増幅器は、ダイオードまたは固体レーザ・ソースによってポンピングすることができる。希土類元素イオン（即ち、エルビウム及びイッテルビウム）は、極めて高いゲインを実現するため、高レベルでコ・ドープすることができる。エルビウム・イオンの含有量は、アクティブなイオン組成を非常に高くするために増大される。
【０１７７】
イッテルビウムのイオン組成は、好ましくは、ポンプ・パワーの効率の良い吸収を可能にするのために増大される。エルビウムの含有量は、約１．５、２．０または２．５ｗｔ％から１２ｗｔ％までの範囲である。イッテルビウムの含有量は、約０から約１５ｗｔ％または３０ｗｔ％までの範囲である。燐酸ガラス光ファイバは、低損失で且つ安定な光ファイバ・ホストを提供する。
【０１７８】
燐酸ガラス光ファイバは、ゼロに近い屈折率の温度係数を有するものを製造することができる。要求されるバンド幅に渡って、即ち、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでのテレコミュニケーション用Ｃバンドに渡って、少なくとも約１．０ｄＢ／ｃｍから約６ｄＢ／ｃｍまでの単位長さ当りのゲインを、かなりコンパクトな増幅器を用いて実現することが可能である。光ファイバの長さは、例えば、約５から２５、５０または１００ミリメーターまでのの範囲である。
【０１７９】
以上の記載の教えるところに基づいて、本発明の多くのモディフィケーション及びバリエーションが可能である。従って、それらは添付された特許請求の範囲の中に含まれることを理解すべきである。本発明は、以上に記載した例以外の形態でも実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｙｂ＋３／Ｅｂ＋３でコ・ドープされたシステムのエネルギー順位の概略図。
【図２】異なるドーピング濃度のＹｂ２Ｏ３及びＥｒ２Ｏ３についての、異なるポンプ・パワーによる、Ｙｂ３＋イオン・エネルギー順位からＥｒ３＋イオン・エネルギー順位へのエネルギー遷移効率を表すグラフ。
【図３】屈折率及び有効放出準位幅に対する、異なるアルカリ土類金属イオンを有するガラス組成の影響を表すグラフ。
【図４】屈折率及び有効放出準位幅に対する、異なるＢａＯ及びＡｌ２Ｏ３組成を有するガラス組成の影響を表すグラフ。
【図５】４Ｉ１５／２−４Ｉ１３／２遷移バンドに対する、吸収断面積及び放出断面積の関係を示すグラフ。
【図６】ドープされたシングルモードの燐酸ガラス光ファイバを製造するための工程を示す図。
【図７】シングルモードのドープされた燐酸ガラス光ファイバを製造するための製造プロセスのステージを概略的に示す図。
【図８】コ・ドープされた燐酸ガラス光ファイバのゲイン特性を決定するために使用される実験装置の構成を示す図。
【図９】エルビウムがドープされた燐酸ガラスの光ファイバのネット・ゲイン及びノイズの値をポンプ・パワーの関数として表したグラフ。
【図１０】エルビウムがドープされた燐酸ガラスの光ファイバのネット・ゲイン及びノイズの値を信号の波長の関数として表したグラフ。
【図１１】エルビウムがドープされた燐酸ガラスの光ファイバの１５３５ｎｍ及び１５５０ｎｍにおけるゲインの飽和を表したグラフ。
【図１２】本発明に基づく増幅機能付きビームスプリッタの概要を示す図。
【図１３】マルチモードのレーザでポンピングされた光ファイバ増幅器の概要を示す図。
【図１４】本発明に基づく光ファイバ・アレイ増幅器の概要を示す図。
【図１５ａ】光ファイバ・アレイ増幅器の一つの例の概要を示す図。
【図１５ｂ】光ファイバ・アレイ増幅器の他の例の概要を示す図。
【図１５ｃ】光ファイバ・アレイ増幅器の他の例の概要を示す図。
【図１６】本発明に基づく増幅機能付きコンバイナーの概要を示す図。
【図１７】本発明に基づく増幅機能付き配列された導波路回折格子の概要を示す図。
【図１８】本発明に基づく増幅機能付き変調器の概要を示す図。
【図１９】ラージ・コア 光ファイバ増幅器の概要を示す図。
【符号の説明】
２…第一のコア用ガラスロッド、４…ガラス・クラッド・チュ−ブ、６…第二のコア用ガラスロッド、８…第二のクラッド用チューブ、１０…シングルモード・光ファイバ、２０…エルビウム・ドープ・光ファイバ、２２…レーザ・ダイオード、２４…外部キャビティの調整可能なレーザ・ダイオード、２６…減衰器、２８…光ファイバ・インライン・アイソレータ、３０…光スペクトル・アナライザ（ＯＳＡ）、３２…ポンプ・モニタ、４０…増幅機能付きビームスプリッタ、４２…受動的なビームスプリッタ、４４…燐酸ガラス光ファイバ増幅器、４６…入力ポート、４８…出力ポート、５０…燐酸ガラス光ファイバ、５２…Ｖ溝、５４…オプティカル・ポンプ、５６…光ファイバ・マルチプレクサ、５８…基板、６２…単一の光ファイバ増幅器、６４…ドープされた燐酸ガラス・シングルモード・光ファイバ、６６…基板、６８…マルチモード・ダイオード・レーザ、７０…シリカ・ファイバ、７２…光ファイバ・アレイ増幅器、７４…マルチモードのダイオード・レーザ・バー、７６…ドープされた燐酸ガラス光ファイバ・アレイ、７８…二つのＶ溝付き基板（基板）、８０…金属コーティング（図１４）、８０…光ファイバのバンドル（図１５ｃ）、８２…増幅機能付きコンバイナー、８４…受動的な波長コンバイナー、６８…燐酸ガラス光ファイバ増幅器、８８…入力ポート、９０…出力ポート、９２…コ・ドープされた燐酸ガラス光ファイバ、９４…Ｖ溝、９６…オプティカル・ポンプ、９８…光ファイバ・マルチプレクサ、１００…基板、１０２…増幅機能付き配列された導波路回折格子、１０４…受動的な導波路回折格子（配列された導波路回折格子）、１０６…燐酸ガラス光ファイバ増幅器、１０８…ドープされた燐酸ガラス光ファイバ、１１０…Ｖ溝、１１２…オプティカル・ポンプ、１１４…光ファイバ・マルチプレクサ、１１６…基板、１１８…増幅機能付き変調器、１２０…ニオブ酸リチウム変調器、１２２…燐酸ガラス光ファイバ増幅器、１２４…ドープされた燐酸ガラス光ファイバ、１２６…Ｖ溝、１２８…オプティカル・ポンプ、１３０…光ファイバ・マルチプレクサ、１３２…基板、１６２…入力側シングルモード・光ファイバ、１６４…ラージ・コア光ファイバ、１６６…コリメーティング・レンズ、１６８…マルチモード・レーザ・ダイオード、１７０…レンズ、１７２…スプリット・ミラー、１７４…第二のコリメーティング・レンズ、１７６…出力側光ファイバ。
【図１】
2004503945.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004503945.tif 000013
【図８】
2004503945.tif 000014
【図９】
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【図１０】
2004503945.tif 000016
【図１１】
2004503945.tif 000017
【図１２】
2004503945.tif 000018
【図１３】
2004503945.tif 000019
【図１４】
2004503945.tif 000020
【図１５ａ】
2004503945.tif 000021
【図１５ｂ】
2004503945.tif 000022
【図１５ｃ】
2004503945.tif 000023
【図１６】
2004503945.tif 000024
【図１７】
2004503945.tif 000025
【図１８】
2004503945.tif 000026
【図１９】
2004503945.tif 000027
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年7月15日(2002.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記特徴を備えた光デバイス：
少なくとも一つのマルチ・コンポーネントの光ファイバと、オプティカル・ポンプと、を備え、
前記光ファイバは、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされたマルチ・コンポーネントの燐酸ガラスからなるコアと、前記コアを取り囲み、同様なマルチ・コンポーネントの燐酸ガラスからなり、ドープが実質的に行われていないクラッドと、を備え、
前記オプティカル・ポンプは、前記コ・ドープされた光ファイバの中に光を導いて前記コアの中で分布の反転を生じさせるように、前記マルチ・コンポーネントの光ファイバに対して配置され、前記コアの中に光信号を導くことによって、誘導放出及び前記光信号の増幅を生じさせる。
【請求項２】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバに光学的に結合されたオプティカル・コンポーネントを更に備え、それによって、前記オプティカル・コンポーネントと前記光ファイバの間での前記光信号の伝送を可能にする。
【請求項３】
下記特徴を備えた請求項２に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネント及び前記光ファイバは、基板の上に装着され、集積された光増幅器モジュールを構成している。
【請求項４】
下記特徴を備えた請求項３に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネントは、ビームスプリッタ、コンバイナー、変調器、光スイッチ、及び配列された導波路回折格子からなるからなるグループの中から選択されるいずれかである。
【請求項５】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバの長さは、約５ｍｍ以上約１００ｍｍ以下である。
【請求項６】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバは、Ｅｒ２Ｏ３を少なくとも１．５ｗｔ％、Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％以下含有する。
【請求項７】
下記特徴を備えた請求項６に記載の光デバイス：
前記オプティカル・ポンプはマルチモードのレーザを備え、
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバは、Ｙｂ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含有する。
【請求項８】
下記特徴を備えた請求項７に記載の光デバイス：
前記光ファイバは、前記マルチモードのレーザによりポンピングされるシングルモードの光ファイバを備える。
【請求項９】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記コア及び前記クラッドを構成する前記マルチ・コンポーネントの燐酸ガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるアルカリ土類金属酸化物である。
【請求項１０】
下記特徴を備えた請求項９に記載の光デバイス：
前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数は、約−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項１１】
下記特徴を備えた請求項１０に記載の光デバイス：
前記ＭＯは、負の温度係数を有するＢａＯと、正の温度係数を有するＺｎＯとの混合物である。
【請求項１２】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数は、約−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項１３】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
エルビウム・ドーパント及びイッテルビウム・ドーパントの含有量は、前記能動的な光ファイバに、その中を伝わる光信号について、単位長さ当たりのゲインとして１．０ｄＢ／ｃｍ以上約６ｄＢ／ｃｍ以下の値を与えるのに十分な量である。
【請求項１４】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記能動的な光ファイバの単位長さ当たりのゲインは、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの範囲内において、少なくとも１．０ｄＢ／ｃｍである。
【請求項１５】
下記特徴を備えた請求項１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバは、燐酸ガラス光ファイバを備え、
前記光デバイスは、前記燐酸ガラス光ファイバを保持するように構成された基板と、この基板に装着されたオプティカル・コンポーネントと、を更に備え、
前記燐酸ガラス光ファイバは、エルビウム・ドーパントを少なくとも含有し、
前記オプティカル・ポンプは、前記マルチ・コンポーネントの光ファイバの中でエルビウム・イオンのエネルギー順位を励起し、それによって、誘導放出及び前記光信号の増幅を生じさせるように構成されている。
【請求項１６】
下記特徴を備えた請求項１５に記載の光デバイス：
前記燐酸ガラス光ファイバは、エルビウム及びイッテルビウムの双方を、少なくとも１．５ｗｔ％含有する。
【請求項１７】
下記特徴を備えた請求項１５に記載の光デバイス：
前記燐酸ガラス光ファイバは、エルビウム及びイッテルビウムの内の少なくとも一つを、２．５ｗｔ％以上含有する。
【請求項１８】
下記特徴を備えた請求項１５に記載の光デバイス：
前記燐酸ガラス光ファイバは、ＢａＯ及びＺｎＯを含有し、
前記光ファイバの屈折率の温度係数は、−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項１９】
下記特徴を備えた請求項１８に記載の光デバイス：
前記ＢａＯの含有量は、２６ｍｏｌ％までの範囲であり、
前記ＺｎＯの含有量は、２６ｍｏｌ％までの範囲である。
【請求項２０】
下記特徴を備えた請求項１９に記載の光デバイス：
前記燐酸ガラス光ファイバは、Ａｌ２Ｏ３を６ｍｏｌ％以上１１ｍｏｌ％以下含有する。
【請求項２１】
下記特徴を備えた光ファイバ増幅器：
コア及び実質的にドープが行われていないクラッドを備えた光ファイバと、ポンプ放射を出力するオプティカル・ポンプと、を備え、
前記コア及び前記クラッドは同様の組成の燐酸ガラスからなり、
この燐酸ガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるものであり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるものであり、
前記コアは、１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下のＥｒ２Ｏ３と、０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下のＹｂ２Ｏ３とでコ・ドープされ、そして、
前記オプティカル・ポンプは、前記ポンプ放射を前記光ファイバの中に導き、それによって、その中に励起されたエネルギー状態をポピュレイトするように構成され、
ここで、前記光ファイバの中への入力光信号の導入は、前記コアの中での誘導放出及び前記入力信号の増幅を生じさせる。
【請求項２２】
下記特徴を備えた請求項２１に記載の光ファイバ増幅器：
前記オプティカル・ポンプはマルチモードのレーザを備え、
前記光ファイバは、シングルモードの光ファイバを備える。
【請求項２３】
下記特徴を備えた請求項２２に記載の光ファイバ増幅器：
Ｙｂ２Ｏ３の含有量は５ｗｔ％以上である。
【請求項２４】
下記特徴を備えた請求項２１に記載の光ファイバ増幅器：
前記ＭＯは、前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数が約−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下となるように、ＢａＯとＺｎＯの混合物を含有している。
【請求項２５】
下記特徴を備えた請求項２６に記載の光ファイバ増幅器：
前記ＢａＯの含有量及び前記ＺｎＯの含有量は、２６ｍｏｌ％以下である。
【請求項２６】
下記特徴を備えた請求項２１に記載の光ファイバ増幅器：
前記Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３を、約６ｍｏｌ％以上約１１ｍｏｌ％以下含有する。
【請求項２７】
下記特徴を備えた請求項２１に記載の光ファイバ増幅器：
前記燐酸ガラスは、更に、Ｒ２Ｏを０ｗｔ％以上５ｗｔ％以下含有し、
ここで、
Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物であり、
Ｙｂ２Ｏ３の含有量は、０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下であり、
Ｅｒ２Ｏ３の含有量は、２．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下であり、
Ｙｂ２Ｏ３とＥｒ２Ｏ３の含有量の合計は、２．５ｗｔ％以上であり、
前記オプティカル・ポンプは、前記光ファイバの中で、少なくともエルビウム・イオンのエネルギー順位をポンピングするように構成されている。
【請求項２８】
下記特徴を備えた請求項２７に記載の光ファイバ増幅器：
前記燐酸ガラスは、イッテルビウムとエルビウムの双方を、２．５％以上含有量する。
【請求項２９】
下記特徴を備えた請求項２７に記載の光ファイバ増幅器：
前記燐酸ガラス中のＭＯは、ＢａＯ及びＺｎＯを含有し、
前記燐酸ガラスの屈折率の温度係数は、−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項３０】
下記特徴を備えた請求項２９に記載の光ファイバ増幅器：
前記燐酸ガラスは、ＢａＯを２６ｍｏｌ％まで含有し、ＺｎＯを２６ｍｏｌ％まで含有する。
【請求項３１】
下記特徴を備えた請求項２９に記載の光ファイバ増幅器：
前記Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３を６ｍｏｌ％以上１１ｍｏｌ％以下含有する。
【請求項３２】
下記特徴を備えた燐酸ガラス、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｙｂ２Ｏ３を３０ｗｔ％以下、
Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択される遷移金属酸化物であり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるものである。
【請求項３３】
下記特徴を備えた請求項３２に記載の燐酸ガラス、
Ｙｂ２Ｏ３を５ｗｔ％以上含有する。
【請求項３４】
下記特徴を備えた請求項３２に記載の燐酸ガラス、
前記燐酸ガラスは、３．５ｗｔ％のエルビウムを含有する。
【請求項３５】
下記特徴を備えた請求項３２に記載の燐酸ガラス、
Ｒ２Ｏを更に備え、
ここで、Ｒ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選ばれたアルカリ金属酸化物であり。
【請求項３６】
下記特徴を備えた請求項３５に記載の燐酸ガラス、
前記Ｒ２Ｏの含有量は、０ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であり、
Ｙｂ２Ｏ３の含有量は、０ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下であり、
Ｅｒ２Ｏ３の含有量は、２．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下であり、
Ｙｂ２Ｏ３とＥｒ２Ｏ３の含有量の合計は、２．５ｗｔ％以上であり、
当該ガラス組成は、−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下の屈折率の温度係数を有している。
【請求項３７】
下記特徴を備えた請求項３５に記載の燐酸ガラス、
モル・パーセントで表した組成は、６３Ｐ２Ｏ５−８．５Ａ１２Ｏ３−３（Ｅｒ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３）−９．５ＢａＯ−１６Ｌｉ２Ｏである。
【請求項３８】
下記特徴を備えた請求項３２に記載の燐酸ガラス、
Ｙｂ２Ｏ３及びＥｒ２Ｏ３の含有量は、その中を伝送される光信号について、ガラスの単位長さ当たりのゲインとして１．０ｄＢ／ｃｍ以上約６ｄＢ／ｃｍ以下の値を与えるのに十分な量である。
【請求項３９】
下記特徴を備えた請求項３２に記載の燐酸ガラス、
前記ＭＯは、前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数が、約−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下となるように、ＢａＯとＺｎＯの混合物を含有している。
【請求項４０】
下記特徴を備えた光デバイス：
少なくとも一つのマルチ・コンポーネントのシングルモードの光ファイバと、マルチモードのオプティカル・ポンプと、を備え、
前記光ファイバは、エルビウム及びイッテルビウムでコ・ドープされたマルチ・コンポーネントの燐酸ガラスからなるコアと、前記コアを取り囲み、同様なマルチ・コンポーネントの燐酸ガラスからなり、実質的にドープが行われていないクラッドと、を備え、
前記マルチモードのオプティカル・ポンプは、前記クラッドの中に光を導いて前記コアの中で分布の反転を生じさせるように、前記マルチ・コンポーネントの光ファイバに対して配置され、前記光ファイバの中に光信号を導くことによって、前記コアの中で誘導放出及び前記光信号の増幅を生じさせる。
【請求項４１】
下記特徴を備えた請求項４０に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの燐酸ガラスは、Ｅｒ２Ｏ３を１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、Ｙｂ２Ｏ３を５ｗ％以上３０ｗｔ％以下、含有している。
【請求項４２】
下記特徴を備えた請求項４１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバの長さは、約５ｍｍ以上約１００ｍｍ以下である。
【請求項４３】
下記特徴を備えた請求項４０に記載の光デバイス：
前記コア及びクラッドを構成している前記マルチ・コンポーネントの燐酸ガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるものであり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるものである。
【請求項４４】
下記特徴を備えた請求項４１に記載の光デバイス：
前記ＭＯは、前記光ファイバの屈折率の温度係数が約−２．０ｘ１０−６から２．０ｘ１０−６までの範囲内となるように、負の温度係数を有するＢａＯと、正の温度係数を有するＺｎＯとの混合物である。
【請求項４５】
下記特徴を備えた請求項４１に記載の光デバイス：
エルビウム・ドーパント及びイッテルビウム・ドーパントの前記含有量は、前記能動的な光ファイバに、その中を伝わる光信号について、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの範囲内において、単位長さ当たりのゲインとして１．０ｄＢ／ｃｍ以上約６ｄＢ／ｃｍ以下の値を与えるのに十分な量である。
【請求項４６】
下記特徴を備えた請求項４１に記載の光デバイス：
前記マルチ・コンポーネントの光ファイバに光学的に結合されたオプティカル・コンポーネントを更に備え、それによって、前記オプティカル・コンポーネントと前記光ファイバの間での前記光信号の伝送を可能にする。
【請求項４７】
下記特徴を備えた請求項４６に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネント及び前記光ファイバは、基板の上に装着され、集積された光増幅器モジュールを構成している。
【請求項４８】
下記特徴を備えた請求項４６に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネントは、ビームスプリッタ、コンバイナー、変調器、光スイッチ、及び配列された導波路回折格子からなるグループの中から選択されるいずれかである。
【請求項４９】
下記特徴を備えた光ファイバ増幅器、
コア及び実質的にドープが行われていないクラッドを備えた光ファイバと、ポンプ放射を出力するオプティカル・ポンプと、を備え、
前記コア及び前記クラッドは、同様の組成の燐酸ガラスからなり、
この燐酸ガラスは、
Ｐ２Ｏ５を３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、
Ｌ２Ｏ３を５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
ＭＯを５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、
含有し、ここで、
Ｌ２Ｏ３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるものであり、
ＭＯは、ＢａＯ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、及びそれらの混合物からなるグループの中から選択されるものであり、
前記コアは、Ｅｒ２Ｏ３が１．５ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下でドープされ、
前記オプティカル・ポンプは、前記ポンプ放射を前記ファイバの中へ導き、それによって、前記コアの中に励起されたエネルギー状態をポピュレイトするように構成され、
ここで、前記光ファイバの中への入力光信号の導入は、誘導放出及び前記入力信号の増幅を生じさせる。
【請求項５０】
下記特徴を備えた請求項４９に記載の光デバイス：
前記能動的な光ファイバの屈折率の温度係数は、約−２．０ｘ１０−６以上２．０ｘ１０−６以下である。
【請求項５１】
下記特徴を備えた請求項５０に記載の光デバイス：
前記ＭＯは、負の温度係数を有するＢａＯと、正の温度係数を有するＺｎＯとの混合物である。
【請求項５２】
下記特徴を備えた請求項４９に記載の光デバイス：
基板上で前記燐酸ガラス光ファイバに光学的に結合されたオプティカル・コンポーネントを更に備え、それによって、集積された光増幅器モジュールを構成している。
【請求項５３】
下記特徴を備えた請求項５２に記載の光デバイス：
前記オプティカル・コンポーネントは、ビームスプリッタ、コンバイナー、変調器、光スイッチ、及び配列された導波路回折格子からなるグループから選択されるいずれかである。
【国際調査報告】
2004503945.tif 000081
2004503945.tif 000082