(57)【要約】  赤外領域における広帯域の増幅を行うことができる広帯域光増幅装置を提供する。  広帯域光増幅装置において、ビスマスを蛍光核としたガラスもしくは結晶において、光による励起により光増幅を得て、増幅波長帯域が１０００−１６００ｎｍであることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源と、ビスマスを蛍光核としたガラスもしくは結晶からなる増幅媒体と、信号・励起光合波器と、アイソレータと、入出力ポートを具備することを特徴とする広帯域光増幅装置。
【請求項２】
前記ビスマスを蛍光核としたガラスもしくは結晶を用いて、光による励起により光増幅を得て、該増幅波長帯域が１０００−１６００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の広帯域光増幅装置。
【請求項３】
増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、その中の少なくとも２波長以上を同時に増幅可能であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光増幅装置。
【請求項４】
増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、超短パルスを発生するチャープ光（レーザー光スペクトルの各波長の長さに関係して時系列に並べられた光パルス）を増幅可能であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光増幅装置。
【請求項５】
増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、連続する広帯域スペクトルを持つ光源を増幅可能であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光増幅装置。
【請求項６】
励起光源を４００−１０００ｎｍとした請求項２から５の何れか１項記載の広帯域光増幅装置。
【請求項７】
励起光源として５００±１００ｎｍ，７００±１００ｎｍ，８５０±１００ｎｍ，９５０±１００ｎｍのいずれか一つの波長帯域を利用するようにした請求項２から５の何れか１項記載の広帯域光増幅装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の励起波長帯域のうち少なくとも２つ以上の励起波長を利用するようにした請求項２から５の何れか１項記載の広帯域光増幅装置。
【請求項９】
１０００−１４００ｎｍの波長帯域において増幅特性の平坦化が少なくとも２５％以内に押さえられるようにした請求項８記載のビスマス蛍光体による広帯域光増幅装置。
【請求項１０】
レーザー発振器として用いるようにしたことを特徴とする請求項２から９の何れか１項記載の広帯域光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域光増幅装置に係り、特に、ビスマス蛍光体による広帯域光増幅装置であり、光通信、光ファイバ増幅器、高出力光増幅器、高輝度レーザー、レーザー発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｂｉ（ビスマス）ドープシリカガラスから赤外領域で発光が生じることが発見された。これに伴い、この新型蛍光体を利用した光情報通信で利用される１．３μｍ帯における光ファイバ増幅器を含む広帯域増幅器及び広帯域レーザー発振器の実現が期待されている。【０００３】
一方で、光通信に利用されるＥｒ（エルビウム）ドープファイバ増幅器は１．５５μｍ帯にその増幅帯域を持っている。【０００４】
しかしながら、一般に利用されるシングルモードシリカファイバの零分散波長は１３１０ｎｍにあり、その帯域に相応しい光増幅器はＰｒ（プラセオジム）：ＺＢＬＡＮ等のフッ化物ファイバに限られるが、このフッ化物は湿度等の環境の影響を受けるため問題がある。そこで、環境変化に強い１０００ｎｍ〜１６００ｎｍ帯域の増幅器が望まれている。【０００５】
また、高出力レーザーにおいても、Ｎｄ（ネオジム）を蛍光核としたものはＥＳＡ（Ｅｘｃｉｔｅｄ−Ｓｔａｔｅ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；励起状態吸収）の影響で出力が制限される。
【特許文献１】特開平１１−０２９３３４号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２３９７号公報
【非特許文献１】“Ｂｉ  ｄｏｐｅｄ  ＳｉＯ2   ａｓ  ａ  ｎｅｗ  ｌａｓｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｆｏｒ  ａｎ  ｉｎｔｅｎｓｅ  ｌａｓｅｒ”，Ｋ．Ｍｕｒａｔａ，Ｙ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，Ｍ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ，Ｔ．Ｋａｎａｂｅ  ａｎｄ  Ｈ．Ｆｕｊｉｔａ，Ｆｕｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ，４４（１９９９），ｐ４３７−４３９．
【非特許文献２】“１．３μｍ帯におけるＢｉドープシリカガラスの新しい発光特性”，藤本  靖、中塚  正大、御前  俊和、吉田  実、須藤  恭秀，電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｃ，Ｎｏ．４，（２０００），ｐ３５４−３５５．
【非特許文献３】“０．８μｍ帯励起によるＢｉドープシリカガラスの１．３μｍ帯の発光特性と光通信への応用”，藤本  靖、中塚  正大，電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ，Ｎｏ．１，（２００１）ｐ５２−５３．
【非特許文献４】“Ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｆｒｏｍ  ｂｉｓｍｕｔｈ  ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｇｌａｓｓ”，Ｙ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｍ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．４０（２００１），Ｎｏ．３Ｂ，ｐｐ．Ｌ２７９−Ｌ２８１．
【非特許文献５】“Ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｂｉｓｍｕｔｈ−ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｇｌａｓｓ”，Ｙ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，  ａｎｄ  Ｍ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８２（２００３），ｐ３３２５−３３２６．
【非特許文献６】“Ａ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ａｔ  １．３μｍ  ｏｆ  Ｂｉｓｍｕｔｈ−Ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｇｌａｓｓ  ｗｉｔｈ  ０．８μｍ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ”，Ｙ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，Ｈ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ  ａｎｄ  Ｍ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ，ＣＬＥＯ／ＱＥＬＳ’０１，ＣＷＪ１，Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ，ＵＳＡ，Ｍａｙ  ９，２００１，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｓｅｒｉｅｓ．
【非特許文献７】“Ｎｅｗ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｆｒｏｍ  Ｂｉ−Ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｇｌａｓｓ  ａｎｄ  ｉｔｓ  １．３−μｍ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ０．８−μｍ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”，Ｙ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，Ｈ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ  ａｎｄ  Ｍ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ，ＣＬＥＯ／Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｒｉｍ  ２００１，Ｎｉｐｐｏｎ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｉｂａ，ＪＡＰＡＮ，Ｊｕｌｙ  １５−１９，２００１，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｓｅｒｉｅｓ．
【非特許文献８】“Ｎｅｗ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ａｔ  １．３−μｍ  ｗｉｔｈ  ０．８−μｍ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｂｉ−ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｇｌａｓｓ”Ｙ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｍ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ，ＣＬＥＯ／Ｅｕｒｏｐｅ−ＥＱＥＣ，２００３，ＣＧ８−２−ＦＲＩ，２３−２７  Ｊｕｎｅ，２００３，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  Ｃｅｎｔｒｅ（ＩＣＭ），Ｍｕｎｉｃｈ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【非特許文献９】“Ｎｅｗ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ａｔ  １．３−μｍ  ｗｉｔｈ  ０．８−μｍ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｂｉ−ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｇｌａｓｓ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ”，Ｙａｓｕｓｈｉ  ＦＵＪＩＭＯＴＯ  ａｎｄ  Ｍａｓａｈｉｒｏ  ＮＡＫＡＴＳＵＫＡ，ＸＸ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ，０−０７−０７７，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２７−Ｏｃｔｏｂｅｒ  １，２００４，Ｋｙｏｔｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｈａｌｌ，Ｋｙｏｔｏ，ＪＡＰＡＮ．
【非特許文献１０】“Ｎｏｖｅｌ  ｂｉｓｍｕｔｈ−ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｏｒ  １．３−ｍｉｃｒｏｎ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｂａｎｄ”，Ｓｈｏｉｃｈｉ  Ｋｉｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍａｓａｈｉｒｏ  Ｔｓｕｄａ  ＆  Ｋｏｉｃｈｉ  Ｓａｋａｇｕｃｈｉ，  Ｙａｓｕｓｈｉ  ＦＵＪＩＭＯＴＯ  ａｎｄ  Ｍａｓａｈｉｒｏ  ＮＡＫＡＴＳＵＫＡ，ＸＸ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ，０−１４−０２９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２７−Ｏｃｔｏｂｅｒ  １，２００４，Ｋｙｏｔｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｈａｌｌ，Ｋｙｏｔｏ，Ｊａｐａｎ．
【発明の開示】
【０００６】
Ｂｉドープシリカガラスは主成分がシリカガラスでありながら、１０００ｎｍ〜１６００ｎｍにわたる非常にブロードな蛍光を示す。そこで、本発明では、この蛍光体（光ファイバを含む）を用いた光増幅器を構成することで、広帯域増幅器を実現する。また、この光ファイバは主成分がシリカガラスであるため、環境変化に強い。上記非特許文献５に示されるように、１．３μｍの単一波長のみでの増幅は確認されているが、それ以外の波長帯域での増幅は示されていない。
【０００７】
具体的には、本発明ではこの新型の蛍光体をバルク体及びファイバ形状に加工し、可視光の励起光と、赤外光の波長可変増幅プローブ光を試料内で重畳することにより、赤外領域における広帯域増幅装置を実現する。
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑みて、赤外領域における広帯域の増幅を行うことができる広帯域光増幅装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕広帯域光増幅装置において、励起光源と、ビスマスを蛍光核としたガラスもしくは結晶からなる増幅媒体と、信号・励起光合波器と、アイソレータと、入出力ポートを具備することを特徴とする。
【００１０】
〔２〕上記〔１〕記載の広帯域光増幅装置において、前記ビスマスを蛍光核としたガラスもしくは結晶を用いて、光による励起により光増幅を得て、該増幅波長帯域が１０００−１６００ｎｍであることを特徴とする。
【００１１】
〔３〕上記〔１〕記載の広帯域光増幅装置増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、その中の少なくとも２波長以上を同時に増幅可能であることを特徴とする。
【００１２】
〔４〕上記〔１〕記載の広帯域光増幅装置増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、超短パルスを発生するチャープ光（レーザー光スペクトルの各波長の長さに関係して時系列に並べられた光パルス）を増幅可能であることを特徴とする。
【００１３】
〔５〕上記〔１〕記載の広帯域光増幅装置において、増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、連続する広帯域スペクトルを持つ光源を増幅可能であることを特徴とする。
【００１４】
〔６〕上記〔２〕から〔５〕の何れか１項記載の広帯域光増幅装置において、励起光源を４００−１０００ｎｍとした。
【００１５】
〔７〕上記〔２〕から〔５〕の何れか１項記載の広帯域光増幅装置において、励起光源として５００±１００ｎｍ，７００±１００ｎｍ，８５０±１００ｎｍ，９５０±１００ｎｍのいずれか一つの波長帯域を利用するようにした。
【００１６】
〔８〕上記〔２〕から〔５〕の何れか１項記載の広帯域光増幅装置において、励起波長帯域のうち少なくとも２つ以上の励起波長を利用するようにした。
【００１７】
〔９〕上記〔８〕記載のビスマス蛍光体による広帯域光増幅装置において、１０００−１４００ｎｍの波長帯域において増幅特性の平坦化が少なくとも２５％以内に押さえられるようにした。
【００１８】
〔１０〕上記〔２〕から〔９〕の何れか１項記載の広帯域光増幅装置において、レーザー発振器として用いるようにした。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＢｉドープシリカガラスに関する広帯域増幅特性を調べる光増幅測定装置を示す図である。
【図２】本発明のＢｉドープシリカガラスの広帯域利得測定結果を示す図である。
【図３】本発明の光ファイバ増幅実験システムの構成図である。
【図４】本発明のＢｉドープシリカファイバの模式図である。
【図５】本発明のＢｉドープシリカファイバへのカップリングを示す模式図である。
【図６】本発明の単一波長（１３０８ｎｍ）の増幅率特性図である。
【図７】本発明の１３０８ｎｍをアンカー波長とした２波長増幅特性図である。
【図８】本発明の光ファイバの融着接続を示す模式図である。
【図９】本発明の融着型光ファイバ増幅系による増幅実験結果を示す図である。
【図１０】本発明の融着型光ファイバ増幅系による広帯域増幅実験系を示す模式図である。
【図１１】本発明の融着型光ファイバ増幅系による増幅実験（励起パワー依存性）結果を示す図（その１）である。
【図１２】本発明の融着型光ファイバ増幅系による増幅実験（励起パワー依存性）結果を示す図（その２）である。
【図１３】本発明の広帯域増幅器の構成図である。
【図１４】本発明の広帯域増幅器の各種励起の状態を示す図である。
【図１５】本発明の２波長励起による増幅特性の平坦化を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のビスマス蛍光体による広帯域光増幅装置は、ビスマスを蛍光核としたガラスもしくは結晶において、光による励起により光増幅を得て、増幅波長帯域が１０００−１６００ｎｍである。よって、広帯域増幅器の実現が促され、大容量の光通信システムを実現することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。【００２２】
図１は本発明のＢｉドープシリカガラスに関する広帯域増幅特性を調べる光増幅測定装置を示す図である。【００２３】
この図において、１は励起用ＬＤ光源（０．８μｍ）、２は光学系ボックス、２Ａはその第１の入力コネクタ、２Ｂはその第２の入力コネクタ、２Ｃはその出力コネクタ、３は光ファイバケーブル、４，６，１０はアダプタ、５はコネクタ付Ｂｉファイバ（試料）、７は光スペクトルアナライザー、８はプローブ用ＬＤ光源としての波長可変ＬＤ光源（１２６０−１３６０ｎｍ）、９，１１はＦＣ型垂直研磨コネクタ、１２はアイソレータ、１３は単一モードファイバである。【００２４】
まず、表１にそれぞれの測定値を定義した。【００２５】
【表１】
2006093141.tif 000002
表１は、増幅された信号測定での測定値の定義である。【００２６】
ここで、励起用ＬＤ光源１がオフ、プローブ（信号）用ＬＤ光源８がオフの場合を、バックグラウンド信号の測定値Ａ、励起用ＬＤ光源１がオフ、プローブ用ＬＤ光源８がオンの場合を、信号光（１．３μｍ）の測定値Ｂ、励起用ＬＤ光源１がオン、プローブ用ＬＤ光源８がオンの場合を、増幅出力値Ｃ〔信号光に励起光を加えた測定値〕、励起用ＬＤ光源１がオン、プローブ用ＬＤ光源８がオフの場合は、試料（コネクタ付Ｂｉファイバ）５を透過した励起光（０．８μｍ）Ｄとする。【００２７】
光増幅率Ｇａｉｎは入射光のパワーと出射光のパワーの比であり、次式によって表すことができる。【００２８】
Ｇａｉｎ＝（Ｃ−Ｄ）／（Ｂ−Ａ）＝Ｉ／Ｉ0                 …（１）
ここで、Ｉは出射光パワー、Ｉ0 は入射光パワーである。また、厚さがｔである試料のゲイン係数（ｇａｉｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ｇは次のように定義することができる。【００２９】
ｇ＝（１／ｔ）ｌｎ（Ｉ／Ｉ0 ）                            …（２）
測定対象試料はＢｉ濃度が０．５ｍｏｌ％のＢｉドープシリカガラスを用いたコネクタ付きＢｉドープシリカファイバ５である。【００３０】
ここで、プローブ（信号）用ＬＤ光源（波長可変増幅プローブ光源）８は零分散波長である１３１０ｎｍを含み、１２６０ｎｍから１３６０ｎｍの間で２０ｎｍずつ増加させ、コネクタ付きＢｉドープシリカファイバ５より出力された増幅光を測定した。その結果を図２に示す。このとき用いたコネクタ付きＢｉドープシリカファイバ５の長さは２４ｃｍ、励起パワーは０．６１２Ｗであった。また、Ｂｉの濃度は０．５ｍｏｌ％である。蛍光のピークの波長（１２６０ｎｍ）においては非常に大きな利得が得られたほか、全ての波長帯域において、出力光の増幅が確認された。Ｂｉドープシリカガラス５の蛍光は上記特許文献２に示されている。このことから、Ｂｉドープシリカファイバ（及びガラス）５が広い帯域において利得を得られることが示されており、広帯域増幅器としての動作を示すことが分かる。【００３１】
次に、本発明のＢｉドープシリカ光ファイバを用いた増幅実験を行った。図３はこの光ファイバ増幅実験システムの構成図である。【００３２】
この図において、２１は励起用ＬＤ光源（０．８μｍ）、２２は光学系ボックス、２２Ａは第１の入力コネクタ、２２Ｂは第２の入力コネクタ、２２Ｃはその出力コネクタ、２３は光ファイバケーブル、２４はファイバ及びバルク測定系、２５は光ファイバ（Ｂｉドープシリカガラス）、２６はＯＦＲフォーカサー、２７は光スペクトルアナライザー、２７Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３４Ｂ，４６Ａ，４８Ａ，４８Ｂはコネクタ、２８，３６はＬＤドライバ、２９，３７，３９〜４３はコネクタ付きデバイスケーブル、３０はプローブ用ＬＤ光源（１．３μｍ）、３１，４５，５０，５２，５４，５６はコネクタ（ＳＣ／ＰＣ）、３２，４６はＦＣ−ＳＣ変換アダプタ、３３，４７はアイソレータ、３４，４８はＦＣ−ＦＣ変換アダプタ、３５はファイバカプラ、３８はデバイス切り替えボックス、３８Ａはその入力端子、３８Ｂはその出力端子、４４は１．２７２μｍＬＤ光源、４９は１．２９７μｍＬＤ光源、５１は１．３０７μｍＬＤ光源、５３は１．３２３μｍＬＤ光源、５５は１．３４７μｍＬＤ光源、５７は信号モニター用コネクタ（ＦＣ／ＡＰＣ）である。【００３３】
今回利用した光ファイバ（Ｂｉドープシリカ光ガラス）２５は、非常にもろく折れやすいため、図４に示すように、光ファイバ（Ｂｉドープシリカガラス）６１の表面にスプレータイプのテフロン（登録商標）樹脂を用いテフロン（登録商標）樹脂コート６２を施した。また、Ｂｉドープシリカファイバ６１の両端面６３，６４は劈開後、手研磨を施した。増幅に使用したファイバ長は８ｃｍであった。【００３４】
図５は、上記したＢｉドープシリカ光ファイバへのカップリング方法を示す模式図である。この図に示すように、樹脂コートを施したＢｉドープシリカファイバ７１をファイバーチャック７２を利用して固定し、励起用ＬＤ光源（０．８μｍ）とプローブ用ＬＤ光源（１．３μｍ）からの光を、図１の実験システムにて合波した後、コリメータを使って空間光に変換したものを対物レンズ７３を通して、Ｂｉドープシリカファイバ７１へと導入した。Ｂｉドープシリカ光ファイバ７１の出射側には励起光（０．８μｍ）カット用のフィルタ７４とフォーカサー７５を設置し、フォーカサー７５にて検出器（スペクトルアナライザ）（図示なし）へ増幅光を導入した。【００３５】
先ずは、このようにして得られた単一波長増幅（１３０８ｎｍ）の増幅特性について図６に示す。横軸は対物レンズヘ入射される励起パワー（Ｗ）、縦軸は得られた増幅率を示している。コリメータから出力されるパワーの最大値は１５２ｍＷとバルク体の増幅試験時（０．６Ｗ）に比較すると２５％程度まで減少しているにもかかわらず、最大で３．８もの増幅率を得ている。すなわち、Ｂｉドープシリカ光ファイバによる励起光の閉じこめ効果が効いていることが分かる。このときのゲイン係数は０．１６６［ｃｍ-1］となった。【００３６】
このときに使用したＢｉドープシリカファイバのコア径は１３μｍであり、導入した励起光源のファイバコア径は５０μｍであるから、原理的に５０μｍ以下の集光はできないので、それによるカップリングロスが見込まれる。今後、融着接続などによりカップリングロスを低減することにより、さらに高効率の増幅系が期待される。また、励起光源が１００ｍＷレベルまで下がってきたことからシングルモードの励起半導体（光通信用増幅器の励起光源として使われており多くの場合は１００ｍＷ程度）の利用を検討することが可能になったと考えられ、光通信用の増幅器製作の可能性が大きく進んだものと考えられる。【００３７】
多波長増幅測定は１３０８ｎｍをアンカー波長として１２７２，１２９７，１３０７，１３２３，１３４７ｎｍの５波長との多重増幅特性を測定した。その結果を図７に示す。【００３８】
図７（ａ）には、１２７２ｎｍと１３０８ｎｍの２波長同時増幅結果が、図７（ｂ）には、１２９７ｎｍと１３０８ｎｍの２波長同時増幅結果が、図７（ｃ）には、１３０７ｎｍと１３０８ｎｍの２波長同時増幅結果が、図７（ｄ）には、１３２３ｎｍと１３０８ｎｍの２波長同時増幅結果が、図７（ｅ）には、１３４７ｎｍと１３０８ｎｍの２波長同時増幅結果がそれぞれ示されている。【００３９】
以上の結果から分かるように、Ｂｉドープシリカファイバを用いた２波長増幅が得られていることが分かる。波長間における増幅率のばらつきがあるのは、空間光をカップリングする際にそれぞれの波長でのカップリング効率（入射側、出射側のどちらも）の問題と考えられ、例えば、カップリングの調整を行うことでそれぞれの比率が変化する。いずれにしても、目的ファイバの融着接続などにより改善されるものと考えられる。【００４０】
上記の結果からファイバ形状の増幅器構成により、効率の高い増幅器の作製が可能であることが分かった。従って、ファイバ融着機により、目的ファイバを融着接続にて、ロスを低減することでさらに効率の高い増幅器の開発が期待される。また、１００ｍＷクラスの励起光源での可能性が出てきたことからも、実用機へ向けての大きな前進が得られたことが分かる。波長多重増幅に関しては、帯域幅７５ｎｍ以上にて２波長増幅が確認された。【００４１】
次に、バルク体における２波長増幅に対する結果を示す。使われたサンプルはＢｉ2 Ｏ3 (１．０ｍｏｌ％）、Ａｌ2 Ｏ3 (７．０ｍｏｌ％）、ＳｉＯ2 (９１．９ｍｏｌ％）、Ｔｍ2 Ｏ3 (０．１ｍｏｌ％）である。サンプルは入射されるビームに垂直になるように両面を研磨してある。測定例は、図３に示される光ファイバ（Ｂｉドープシリカガラス）２５をバルクサンプルとしたのみが、ファイバー増幅時とは異なる。準備した試料の規格は厚さ０．２４ｃｍ、５．５ｍｍである。信号光の波長はそれぞれ１２７２ｎｍ，１２９７ｎｍ，１３０７ｎｍ，１３２３ｎｍ，１３４７ｎｍである。８１０ｎｍ波長の励起光出力は０．５９Ｗである。表２に様々な波長に関する２波長同時増幅時の利得を示した。【００４２】
【表２】
2006093141.tif 000003
以上の表から分かるように、バルク体においても、２波長同時の増幅が示されており、ファイバー構造、バルク構造の如何にとらわれず、他波長増幅が可能なことが示されている。【００４３】
融着接続Ｂｉドープ光ファイバを用い、次の実験を行った。主な実験装置は、図３に示した通りである。ここでは、図８に示すようにマルチモードファイバ８３にＢｉドープシリカファイバ８４を融着点８５で融着し、ファイバ及びバルク測定系２４の部分に接続する。コアファイバのＢｉ2 Ｏ3 濃度は０．５ｍｏｌ％である。なお、図８において、８１は励起光源（０．８μｍ励起光源：０．５Ｗ、１．３μｍＬＤ光：２００−３００μＷ）、８２はファイバカプラ、Ｂｉドープシリカファイバ８４はシングルモードＢｉファイバ（０．８μｍ励起光源：３００ｍＷ、１．３μｍＬＤ光：２００−３００ｎＷ）である。【００４４】
このとき用いた、Ｂｉシリカファイバはコアクラッド構造を持ち、コア径は９μｍである。励起ＬＤ光源は５０μｍのマルチモード（ＭＭ）ファイバ出力形式を持つので、Ｂｉシリカファイバとの接続には石英ＭＭファイバを用いた。その時の増幅率の光ファイバ長さ依存性を調べた結果を図９に示す。【００４５】
光ファイバに投入されたＬＤ励起エネルギーはカットバック法により５２０ｍＷと測定され、融着ポイントから１ｃｍのところで３５３ｍＷとなっている。その後、１ｃｍ毎におよそ１５ｍＷずつの励起光の減衰が見られたことから、融着ポイントでの損失は約３０％、１５０ｍＷ程度と推定される。また、カットバック法により測定された波長１．３μｍ帯における光ファイバの損失係数は０．０９７７〔ｃｍ-1〕（−４２．４〔ｄＢ／ｍ〕）と求められた。図９に示すように、ファイバ長５ｃｍにおける利得は９．２５倍（９．７〔ｄＢ〕）、レーザー波長での損失を含んだ正味の利得は５．７倍（７．５〔ｄＢ〕）となった。この実験で、正味の利得が得られたことは、実用機開発に向けて大きな意味を持つものである。【００４６】
次に、光ファイバの両端にシングルモードファイバを融着したＢｉドープシリカファイバを配置し、次の実験を行った。主な実験装置は図１０に示す。コアファイバのＢｉ2 Ｏ3 濃度は０．５ｍｏｌ％である。なお、図１０において、１０１は励起ビーム（８４５ｎｍＬＤ）、１０２はファイバカプラ、１０３はマルチモードファイバ、１０４はＢｉファイバ、１０５は融着点、１０６は光スペクトルアナライザー、１０７はシングルモードファイバ、１０８はファイバカプラ、１０９は光パワーメータ、１１０，１１３はアイソレータ、１１１はＬＤ（１３０８ｎｍ）、１１２，１１９はＬＤパワー供給源、１１４はＬＤ（１２７２ｎｍ）、１１５はＬＤ（１２９７ｎｍ）、１１６はＬＤ（１３０７ｎｍ）、１１７はＬＤ（１３２２ｎｍ）、１１８はＬＤ（１３４７ｎｍ）である。【００４７】
このとき用いた、Ｂｉシリカファイバはコアクラッド構造を持ち、コア径は９μｍである。また、融着接続したファイバ長は５．５ｃｍであった。励起ＬＤ光源は８４５ｎｍのシングルモード（ＳＭ）ファイバ出力形式を持つので、Ｂｉシリカファイバとの接続には石英ＳＭファイバを用いた。融着部の写真は図１０に示した。その時の増幅率の励起入力依存性を調べた結果を図１１、励起を８１．４ｍＷに固定した場合の増幅率の波長依存性を図１２に示す。【００４８】
光ファイバに投入されたＬＤ励起エネルギーは８１．４ｍＷと測定され、これは９．７ｄＢの利得を発生した時における励起パワーの１／６程度である。図１１より、得られた利得は、１３０８ｎｍの信号光に対して、２．６倍であった。また、図１２より、Ａｎｃｈｏｒ波長を１３０８ｎｍとした場合に、１２７０−１３５０ｎｍの波長帯域において２波長同時による利得が得られており、これは、蛍光スペクトルの形状と類似の分布を示している。【００４９】
以上に示したように、Ｂｉドープシリカガラスを用いた広帯域増幅器に関する基本特性の測定ができており、１．３μｍ帯域における広帯域増幅器の実現が期待される。【００５０】
以上の実験結果を基に、広帯域増幅器の基本構成を示したものが図１３、図１４である。図１３において、２０１，２０４はシングルモードファイバ（通信線路）、２０２はＢｉＤＦＡ（Ｂｉドープファイバ増幅器）、２０３は融着点である。また、図１４において、図１４（ａ）は順方向励起の場合を示しており、３０１は第１のＢｉＤＦＡ（Ｂｉドープファイバ増幅器）、３０２，３１０はＦＣコネクタ、３０３，３０５はアイソレータ、３０４は励起ＬＤ（５００ｎｍ，７００ｎｍ，８００ｎｍ，９４０ｎｍ）、３０６はＷＤＭカプラー（１．３μｍ／０．８μｍ）、３０７はシングルモードファイバ、３０８はＢｉＤＦ（Ｂｉドープファイバ）、３０９は融着点である。図１４（ｂ）は逆方向励起の場合を示しており、４０１は第２のＢｉＤＦＡ（Ｂｉドープファイバ増幅器）、４０２，４１１はＦＣコネクタ、４０３，４１０はアイソレータ、４０４はＢｉＤＦ（Ｂｉドープファイバ）、４０５は融着点、４０６はシングルモードファイバ、４０８はＷＤＭカプラー（１．３μｍ／０．８μｍ）、４０９は励起ＬＤ（５００ｎｍ，７００ｎｍ，８００ｎｍ，９４０ｎｍ）である。図１４（ｃ）は双方励起の場合を示しており、５０１は第３のＢｉＤＦＡ（Ｂｉドープファイバ増幅器）、５０２，５１３はＦＣコネクタ、５０３，５０５，５１２はアイソレータ、５０４，５１１は励起ＬＤ（５００ｎｍ，７００ｎｍ，８００ｎｍ，９４０ｎｍ）、５０６，５１０はＷＤＭカプラー（１．３μｍ／０．８μｍ）、５０７はシングルモードファイバ、５０８はＢｉＤＦ（Ｂｉドープファイバ）、５０９は融着点である。【００５１】
次に、増幅特性の平坦化の可能性について示す。Ｂｉドープシリカガラスは励起波長帯域として、５００±１００ｎｍ，７００±１００ｎｍ，８５０±１００ｎｍ，９５０±１００ｎｍを持ち、それぞれ蛍光スペクトル形状が異なることから、それらを少なくとも２つ以上の励起波長を利用することで、利得の平坦化が期待される。【００５２】
図１５に示すように、励起波長を８６０−８７０ｎｍとすることで、１０００−１４００ｎｍの波長帯域において増幅特性の平坦化が少なくとも２５％以内に抑えられることが分かった。このときのＢｉの濃度は０．５ｍｏｌ％である。励起波長は１つであるが、励起帯域（８５０±１００ｎｍ，９５０±１００ｎｍ）の２つの帯域を同時に励起していることに相当する。これにより、２つ以上の励起波長を同時励起することで、利得の平坦化が実現されることが示された。【００５３】
以上の平坦特性はＢｉドープシリカガラスの組成により変化することが予想される。従って、新しい組成においては異なる励起波長となる可能性があるが、８５０ｎｍを中心として±５０ｎｍの範囲内では観測されるものと考えられる。【００５４】
このように、帯域幅７５ｎｍ以上にて２波長増幅が確認されたことにより、本発明のＢｉドープシリカガラスが、広帯域増幅器として動作可能なこと、多波長同時増幅の機能を持つこと、２つ以上の励起波長を同時励起することで利得の平坦化が実現されることが示された。【００５５】
本発明によれば、Ｂｉドープシリカガラスの蛍光スペクトルで示される大部分の帯域で光増幅を得ることができ、広帯域増幅器の実現が促され、大容量の光通信システムを実現することができる。また、広帯域に同時に光を増幅できる事実は、超短パルスを発生するチャープされた光を増幅する光増幅器としても機能する。これにより、加工用レーザー、ＴＨｚ光発生など様々な用途に応用が可能となる。【００５６】
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き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。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の広帯域光増幅装置は、光通信、光ファイバ増幅器、高出力光増幅器、高輝度レーザー、レーザー発振器として利用可能である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光及び近赤外光の励起光源と、ビスマスを蛍光核としたガラスもしくは結晶からなる増幅媒体と、前記可視光及び近赤外光の励起光と赤外光の波長可変増幅プローブ光とを合波する光学的合波器と、前記可視光及び近赤外光の励起光源を前記光学的合波器へ接続する第１の入力ポートと、前記赤外光の波長可変増幅プローブ光源に接続されるアイソレータと、該アイソレータと前記光学的合波器とを接続する第２の入力ポートと、前記光学的合波器の出力側と前記増幅媒体とを接続する出力ポートとを備え、前記可視光及び近赤外光の励起光と前記赤外光の波長可変増幅プローブ光を前記増幅媒体内で重畳することにより、増幅波長帯域が１０００−１６００ｎｍにおける広帯域増幅を行わせることを特徴とする広帯域光増幅装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、その中の少なくとも２波長以上を同時に増幅可能であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光増幅装置。
【請求項４】
増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、超短パルスを発生するチャープ光（レーザー光スペクトルの各波長の長さに関係して時系列に並べられた光パルス）を増幅可能であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光増幅装置。
【請求項５】
増幅波長域が１０００−１６００ｎｍであり、連続する広帯域スペクトルを持つ光源を増幅可能であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光増幅装置。
【請求項６】
励起光源を４００−１０００ｎｍとした請求項３から５の何れか１項記載の広帯域光増幅装置。
【請求項７】
励起光源として５００±１００ｎｍ，７００±１００ｎｍ，８５０±１００ｎｍ，９５０±１００ｎｍのいずれか一つの波長帯域を利用するようにした請求項３から５の何れか１項記載の広帯域光増幅装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の励起波長帯域のうち少なくとも２つ以上の励起波長を利用するようにした請求項３から５の何れか１項記載の広帯域光増幅装置。
【請求項９】
励起光の波長範囲を８５０±５０ｎｍとすることで、１０００−１４００ｎｍの波長帯域において増幅特性の平坦化が少なくとも２５％以内に押さえられるようにした請求項８記載のビスマス蛍光体による広帯域光増幅装置。
【請求項１０】
レーザー発振器として用いるようにしたことを特徴とする請求項３から９の何れか１項記載の広帯域光増幅装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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