(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）０．８μｍ帯の励起用半導体レーザと、
（ｂ）Ｂｉをドープした石英ガラス〔ｘＢｉ2 Ｏ3 −ｙＡｌ2 Ｏ3 −（１−ｘ−ｙ）ＳｉＯ2 〕が、モル％でＢｉ2 Ｏ3 は０．１から１０．０％、Ａｌ2 Ｏ3 は２から２０％で、かつ、ｘ＜ｙであり、前記０．８μｍ帯の励起により、１．３μｍ帯域での蛍光を得るＢｉドープシリカガラス蛍光材料を有する光ファイバを具備することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
請求項１記載の光増幅器において、前記半導体レーザはＧａＡｌＡｓ系半導体レーザであることを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に係り、特に、シングルモード光ファイバの１．３μｍ帯の信号光増幅に有用な、Ｂｉ（ビスマス）ドープ石英ガラスを用いた光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信における光伝送路として主に使用されている光ファイバは、伝送距離や帯域の観点からシングルモード光ファイバが主流である。その光の波長としては１．３μｍ帯と１．５μｍ帯があり、特に、通信系には、１．３μｍ帯が使われている。１．３μｍ帯は石英ファイバが零分散を示す波長であり、伝送歪みの少ない光通信が可能である。１．５μｍ帯における伝送では分散を補償した特殊な光ファイバを用いることで歪みを低減させるためコスト高になる。長距離に光信号を伝送する光ファイバ伝送システムは、途中、光信号を増幅するために光ファイバ増幅器を有している。光を光のままで増幅する方式として、１．５μｍ帯ではエルビウム（Ｅｒ）をドープした光ファイバ増幅器やラマン増幅器が実用化されている。
【０００３】
図１０は従来の半導体光増幅器の構成図である。
【０００４】
この図において、１０１は入射端、１０２，１０５は光ファイバ、１０３は入力光信号、１０４は半導体レーザ、１０６は出力光信号、１０７は出射端である。入力光信号１０３は半導体レーザ１０４によって増幅され、出射端１０７から出力される。
【０００５】
図１１は従来の光ファイバ増幅器の構成図である。
【０００６】
この図において、１１１は入射端、１１２，１１５，１１７は通常の光ファイバ、１１３は入力光信号、１１４は励起部としての半導体レーザ、１１６は増幅部（希土類ドープファイバ）、１１８は出力光信号、１１９は出射端である。半導体レーザ１１４からの励起光を増幅部１１６へ送ると、この増幅部１１６からは増幅された出力光信号１１８が出射端１１９から出力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したエルビウムをドープした光ファイバ増幅器は１．３μｍ帯の増幅には適していない。このためプラセオジム（Ｐｒ）をドープしたフッ素系の光ファイバ増幅器が開発された（特開平５−７５１９１号，特開平７−１４９５３８号参照）。
【０００８】
しかしながら、それはフッ化物系のファイバであるため、伝送路に使われている石英系ファイバとのマッチングの問題やコストアップの課題がある。
【０００９】
また、ネオジム（Ｎｄ）ドープファイバは、１．３μｍ帯ではＥＳＡ（Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：励起状態吸収）の影響が大きく効率が悪くなる。
【００１０】
また、ラマン増幅器はその効率が高々５％である。
【００１１】
本発明は、上記問題点を除去し、高効率の１．３μｍ帯の増幅に適した光増幅器を提供することを目的とする。
【００１２】
また、光を励起する半導体レーザとして、０．８μｍ帯のＧａＡｌＡｓ系半導体レーザが使用できれば、小型、安価で実用的な光増幅器の励起用光源になる。
【００１３】
本発明は、０．８μｍ帯の励起で、１．３μｍ帯の光信号増幅器を作ることにある。
【００１４】
本願発明者らは、既にＢｉドープ石英ガラスに関する提案をしている（特開平１１−２９３３４号）。これは、石英ガラスにゼオライトを均一に分散し、ゼオライトのユニットセル内の中央にＢｉがクラスタ化されてドープされているものである。
【００１５】
また、吸収ピークとして５００ｎｍと７００ｎｍを示し、８００ｎｍ近辺はない。Ｂｉドープの光増幅器の研究を進め、組成、製法で先行した既出願とは異なり、本発明では、０．８μｍ帯で１．３μｍ帯の発光する増幅器材料を見い出した。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光増幅器において、０．８μｍ帯の励起用半導体レーザと、Ｂｉをドープした石英ガラス〔ｘＢｉ2 Ｏ3 −ｙＡｌ2 Ｏ3 −（１−ｘ−ｙ）ＳｉＯ2 〕が、モル％でＢｉ2 Ｏ3 は０．１から１０．０％、Ａｌ2 Ｏ3 は２から２０％で、かつ、ｘ＜ｙであり、前記０．８μｍ帯の励起により、１．３μｍ帯域での蛍光を得るＢｉドープシリカガラス蛍光材料を有する光ファイバを具備することを特徴とする。
【００１７】
〔２〕上記〔１〕記載の光増幅器において、前記半導体レーザはＧａＡｌＡｓ系半導体レーザであることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
まず、ガラス作製について説明する。
【００２０】
Ｂｉ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 の各粉末（市販品）を所望のモル比になるように秤量し、乳鉢にて粉砕・混合する。実験では合計２ｇにした。それから、それを石英るつぼに入れ、１７５０℃で、１時間保持し、徐冷して板状のガラスを作製した。
【００２１】
図１は本発明にかかるＢｉ（ビスマス）をドープした石英ガラスの組成図である。
【００２２】
ｘＢｉ2 Ｏ3 −ｙＡｌ2 Ｏ3 −（１−ｘ−ｙ）ＳｉＯ2 であり、
モル％でＢｉ2 Ｏ3 は０．１から１０．０％、Ａｌ2 Ｏ3 は２から２０％で、かつｘ＜ｙであり、三角形のほぼ左半分に対応する。
【００２３】
なお、これは、ｘ＜ｙの領域がクリアなガラスになる。ＳｉＯ2 が８０％以下では石英系ガラスの特性が損なわれる。これは、Ｂｉ、特に、Ｂｉ+5からの発光であると思われる。
【００２４】
（実施例１）
モル比でＢｉ2 Ｏ3 ：Ａｌ2 Ｏ3 ：ＳｉＯ2 ＝０．３：２．２：９７．５（重量比で２．３：３．７：９４）、８３３ｎｍでの発光特性を図２に示す。
【００２５】
この図２において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（相対単位）を示している。
【００２６】
ここで、その分光透過特性は、図３に示される。この図において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過度（％）を示している。
【００２７】
この図から明らかなように、泡が多くその透過度は３０％と低い。これは端面反射の影響もあるが、１．３μｍ帯では自己吸収がない。
【００２８】
また、Ｘ線回折は図４に示されるが、試料が非晶質であることを示している。
【００２９】
更に、図５に示されるように、室温での蛍光寿命は６３０μｓと長い。従来の結晶では、数μｓであることからすると、随分と長い蛍光寿命を有する。
【００３０】
（実施例２）
モル比でＢｉ2 Ｏ3 ：Ａｌ2 Ｏ3 ：ＳｉＯ2 ＝３：７：９０（重量比で１８．６：９．５：７２）、８３３ｎｍでの発光特性は、図６に示される。この図６において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（相対単位）を示している。
【００３１】
分光透過特性は、図７に示される。この図７において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過度（％）を示している。その透過度は端面反射の影響で８０％が上限である。
【００３２】
（実施例３）
モル比でＢｉ2 Ｏ3 ：Ａｌ2 Ｏ3 ：ＳｉＯ2 ＝１．５：３．５：９５（重量比で１０．３：５．３：８４）、８３３ｎｍでの発光特性は、図８に示される。この図８においては、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（相対単位）を示している。
【００３３】
（実施例４）
モル比でＢｉ2 Ｏ3 ：Ａｌ2 Ｏ3 ：ＳｉＯ2 ＝６：１４：８０（重量比で３１：１５．８：５３）、８３３ｎｍでの発光特性は、図９に示される。この図９においては、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度（相対単位）を示している。
【００３４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３６】
（Ａ）Ｂｉをドープした石英ガラスからなる光ファイバでもって、伝送歪みの少ない１．３μｍ帯の増幅器を構成することが可能である。
【００３７】
（Ｂ）石英系であるので伝送の石英ファイバとの融着接続等のマッチングが良好である。
【００３８】
（Ｃ）通常のガラス製作プロセス・材料と同じであり低価格である。
【００３９】
（Ｄ）高出力のレーザ媒質としての応用が可能である。
【００４０】
（Ｅ）出力光の半値幅が、３００ｎｍと広く（Ｅｒドープ光ファイバの５〜６倍）、広い帯域をカバーすることができる。
【００４１】
（Ｆ）光を励起する半導体レーザとして、０．８μｍ帯のＧａＡｌＡｓ系半導体レーザが使用できるので、小型、安価で実用的な光増幅器の励起用光源を構成することができる。つまり、０．８μｍ帯の励起で、１．３μｍ帯の光信号増幅器を構築することができる。
【００４２】
（Ｇ）量子効率が６０〜７０％であり、従来のラマン増幅器（量子効率が高々５％）よりも高い効率を望むことができる。
【００４３】
（Ｈ）分散補償ファイバを使わなくても良く、低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるＢｉ（ビスマス）をドープした石英ガラスの組成図である。
【図２】  本発明の第１実施例の８３３ｎｍでの発光特性図である。
【図３】  本発明の第１実施例の分光透過特性図である。
【図４】  本発明の第１実施例のＸ線回折特性図である。
【図５】  本発明の第１実施例のスペクトル特性の要約図である。
【図６】  本発明の第２実施例の８３３ｎｍでの発光特性図である。
【図７】  本発明の第２実施例の分光透過特性図である。
【図８】  本発明の第３実施例の８３３ｎｍでの発光特性図である。
【図９】  本発明の第４実施例の８３３ｎｍでの発光特性図である。
【図１０】  従来の半導体光増幅器の構成図である。
【図１１】  従来の光ファイバー増幅器の構成図である。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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