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WO2006035722A1 - 非線形ファイバ、波長変換方法および波長変換器 - Google Patents

非線形ファイバ、波長変換方法および波長変換器 Download PDF

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WO2006035722A1
WO2006035722A1 PCT/JP2005/017639 JP2005017639W WO2006035722A1 WO 2006035722 A1 WO2006035722 A1 WO 2006035722A1 JP 2005017639 W JP2005017639 W JP 2005017639W WO 2006035722 A1 WO2006035722 A1 WO 2006035722A1
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WO
WIPO (PCT)
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wavelength
light
nonlinear fiber
intensity
core
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2005/017639
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tomoharu Hasegawa
Naoki Sugimoto
Tatsuo Nagashima
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
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Publication of WO2006035722A1 publication Critical patent/WO2006035722A1/ja
Priority to US11/589,805 priority patent/US7336413B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3536—Four-wave interaction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/365—Non-linear optics in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
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    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/02—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 fibre

Definitions

  • the present invention relates to a wavelength conversion method using four-wave mixing, a wavelength converter, and a non-linear fiber suitable for them.
  • FWM wavelength conversion involves signal light having a wavelength of ⁇ and an intensity of I, and a wavelength of ⁇ (where ⁇ ⁇
  • a silica-based nonlinear fiber is usually used as the nonlinear fiber.
  • ⁇ for light with a wavelength of 1550 nm in a silica-based nonlinear fiber is typically 10 to 25 W _ 1 km _ 1
  • a nonlinear fiber with a larger ⁇ should be used.
  • a fiber made of bismuth oxide glass is known (see, for example, JP-A-2001-213640).
  • the above-mentioned ⁇ is normally required to be 140 dB or more.
  • FWM wavelength conversion using a silica-based nonlinear fiber that satisfies this condition is known.
  • the L of the silica-based nonlinear fiber is so large that it is difficult to find the location of the fiber breakage and it is difficult to make the wavelength converter compact.
  • the propagation loss of the nonlinear fiber is typically as large as l dB / m or more. Therefore, the signal light, the pump light or the wavelength-converted light (converted light), particularly the pump light is attenuated while propagating through the nonlinear fiber, and the desired ⁇ cannot be obtained.
  • An object of the present invention is to provide a nonlinear fiber, a wavelength conversion method, and a wavelength converter that can solve such problems.
  • the present invention relates to a nonlinear fiber having a core and a clad and having a third-order nonlinear coefficient of 30 W— ⁇ nT 1 or more for light having a wavelength of 1550 nm, and 3 ⁇ m or less from the interface of the clad with the core.
  • a nonlinear fiber containing Er or Tm is provided.
  • the signal light whose wavelength is I and whose intensity is I, and whose wavelength is smaller than I 2 ⁇ and whose intensity is I
  • signal light having a wavelength of I and an intensity of I is smaller than the wavelength of ⁇ and has an intensity of I.
  • the wavelength ⁇ becomes ⁇ ⁇ c s by four-wave mixing by entering a larger pump light into the nonlinear fiber
  • a wavelength converter that generates converted light of (2 ⁇ - ⁇ ).
  • a wavelength converter (first wavelength converter) having an input terminal of pumping light for pumping Er or Tm existing in a portion of 3 ⁇ m or less from the interface with the cladding core of the nonlinear fiber. Equipment). Also, signal light with wavelength ⁇ and intensity I, and wavelength; smaller than I and intensity I
  • the wavelength ⁇ becomes ⁇ ⁇ c s by four-wave mixing by inputting a larger pump light into the nonlinear fiber.
  • a wavelength converter that generates converted light of (2 ⁇ - ⁇ ) with a pump light intensity of 2
  • the intensity of the converted light can be made (IX 10_ 4 ) or more, and a nonlinear factor can be obtained.
  • a wavelength converter (second wavelength converter) with a fiber length of 10 m or less is provided.
  • the present inventor uses signal light, pump light or converted light existing in the vicinity of the core of the cladding of the nonlinear fiber made of bismuth oxide glass to contain Er or Tm contained in the portion by excitation light. If excited and amplified by stimulated emission, the amplified light propagates through the core to compensate for the attenuation of signal light, pump light or converted light, and a desired ⁇ can be obtained. It came.
  • a wavelength converter capable of performing highly efficient FWM wavelength conversion can be made compact.
  • the time (latency) required for signal processing can be shortened, and higher-speed signal processing becomes possible.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for illustrating an example of a configuration of a wavelength converter of the present invention.
  • Nonlinear Fainoku of the present invention the non-linear coefficient against the light of wavelength 1550nm (hereinafter. Referred to fibers of the present invention) (gamma) is because it is 30 W _1 miles _ 1 or more, had use this to FWM wavelength conversion Case 7] can be increased.
  • ⁇ is preferably 50 W _1 miles _ 1 or more, and more preferably 70W- 1 km- 1 or more.
  • the fiber of the present invention contains Er or Tm in a portion in the vicinity of the core of the clad, that is, a portion of 3 ⁇ m or less from the interface with the core (hereinafter, this portion is referred to as a portion in the vicinity of the core). If Er or Tm is present and Er or Tm is present in a cladding other than the relevant part, the Er or Tm is excited by excitation light, and the signal light in the part where Er or Tm is present by the stimulated emission, The attenuation is compensated by amplifying pump light or converted light and returning a part of the amplified light to the core. As a result, 77 is larger than when the excitation is not performed.
  • the core has a molar ratio of 0 /.
  • the mother glass essentially consists of glass containing Er or Tm.
  • the core is expressed in mol%, Bi
  • the glass is preferably a glass containing Er or Tm.
  • the preferable glass constituting the core is a glass consisting essentially of the above components, containing components other than the above components (essential components) without impairing the object of the present invention.
  • the CeO power ⁇ ⁇ 3%, CeO is not essential
  • the fiber of the present invention in which the vicinity of the core of the clad contains Er contains the wavelength of signal light ( ⁇ 1)
  • the fiber of the present invention in which the core of the clad contains Tm has a wavelength of 1450 to 1520 nm s.
  • a portion containing Er or Tm in the cladding extends from the core interface to at least 3 zm.
  • each of the signal light, the pump light, and the converted light existing in the vicinity of the core is typically 90% or more of each intensity in the entire clad (calculated in the examples described later was 98%), so that the signal light, pump light, or converted light existing in the clad is present. Can be amplified.
  • the amplifying part may extend outside the vicinity of the core, typically extending from the core interface to 8 ⁇ m, and usually the entire cladding.
  • the content expressed in parts by mass is preferably 40 ppm or more. If the content is less than 3 ⁇ 4 ppm, the amplification effect may be insufficient, and more preferably 10 ppm or more. Further, the content is preferably lOOOOppm or less. If the content exceeds lOOOOppm, the amplification efficiency may decrease due to the up-conversion effect, more preferably 2000 ppm or less.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the wavelength converter of the present invention and an example of connection between a pump light source, a signal light source, and an excitation light source in the example.
  • the signal light emitted from the signal light source is input to the input terminal 11, combined with the pump light by the optical multiplexer 31, and then combined with the pumping light by the optical multiplexer 32 to reach the nonlinear fiber 1.
  • the light wavelength ⁇ is usually 1530-1620 or 1450-1520.
  • ⁇ force Sl 530-1620nm nonlinear fiber 1 contains Er, ⁇ force ⁇ 450-1
  • Each of the nonlinear fibers 1 typically contains Tm at 520 nm.
  • the intensity I of the signal light S input to the nonlinear fiber 1 must be lmW or more for continuous light.
  • the intensity of the converted light may be insufficient. I Usually: ⁇ lOOmW.
  • the pump light emitted from the pump light source is input to the input terminal 12, passes through the wavelength tunable filter 41, is combined with the signal light by the optical multiplexer 31, and then is combined with the excitation light by the optical multiplexer 32.
  • P S P S Intensity of pump light input to nonlinear fiber 1 is greater than I, preferably continuous light
  • the wavelength conversion efficiency may decrease.
  • I is a power S that is typically 20 mW or less for continuous light, and the wavelength conversion efficiency is larger.
  • the excitation light emitted from the excitation light source is input to the input terminal 13, and is combined with the signal light and the pump light by the optical multiplexer 32, reaches the nonlinear fiber 1 and exists in the fiber, Er or Tm Excited.
  • the wavelength ⁇ of the pumping light is a nonlinear feature described later when the wavelength is 1530 to 1620 nm.
  • Tm in the nonlinear fiber 1 to be described later, it is typically set to 1060 to 1070 nm.
  • ⁇ force 1530 ⁇ If it is 1620nm, a semiconductor laser (LD) is preferred as the excitation light source.
  • LD semiconductor laser
  • the nonlinear fiber 1 is assumed to have Er or Tm in the cladding portion having a diameter equal to or smaller than the mode field diameter.
  • the mode field diameter is for light having a wavelength of 1550 nm, and is hereinafter referred to as MFD.
  • ⁇ is typically 1475 to 1485 nm.
  • the nonlinear fiber 1 is preferably a fiber of the present invention.
  • the wavelength converter can be used in the wavelength conversion method of the present invention.
  • the length of the nonlinear fiber 1 is preferably 10 m or less. If it exceeds 10 m, it may be difficult to find the disconnection point, or the wavelength conversion efficiency may decrease due to absorption or dispersion.
  • the length of the nonlinear fiber 1 is 10 m or less, but the fiber is typically the fiber of the present invention.
  • the wavelength ⁇ of the converted light is related to fly and ⁇ by the following equation.
  • the intensity I of the converted light emitted from the nonlinear fiber 1 is preferably 0.1 / W or more.
  • Is the ratio of I and I 77 is preferably at 10- 4 or more i.e. 40dB or more.
  • the converted light reaches the output terminal 21 and is output.
  • the wavelength tunable filter 41 is not essential, but when the pump light input to the input terminal 12 is amplified light from the pump light source, the amplified spontaneous emission (ASE) ) Can be used to shut off.
  • ASE amplified spontaneous emission
  • a glass rod made of glass for the core was produced as follows.
  • the raw materials are prepared and mixed so that the glass (glass A) is 8.0% and CeO 0.5%.
  • a mixed raw material of Og was prepared, and this mixed raw material was placed in a platinum crucible and dissolved at 1150 ° C. for 2 hours in an air atmosphere.
  • the obtained molten glass is made of SUS310S tea cylinder having an inner diameter of 15 mm and a height of 180 mm. It was poured into a mold (cylindrical mold having a bottom surface) and slowly cooled to form a rod-shaped glass. This rod-shaped glass was heated and redrawn to produce a glass rod having a diameter of 3 mm. The slow cooling was held at the glass transition point of this glass, that is, 488 ° C for 4 hours, and then kept at 1 ° C per minute until normal temperature. The glass was cooled at a rate of 5 mm, and the refractive index (n) of this glass for light with a wavelength of 1550 nm was 2.03.
  • the raw materials were prepared and mixed so as to become glass (glass B1), and 400 g of the prepared raw material was prepared.
  • the prepared raw material was placed in a platinum norebo and held at 1150 ° C. for 2 hours in the atmosphere to dissolve.
  • the obtained molten glass was covered using a well-known rotational casting method to produce a glass tube 1 having an outer diameter of 15 mm, an inner diameter of 7 mm, and a height of 150 mm.
  • the raw materials are mixed and mixed so that the glass (glass B2) is 14.0% and CeO 0.5%.
  • the obtained molten glass was covered using a well-known rotational casting method to produce a glass tube 2 having an outer diameter of 15 mm, an inner diameter of 3 mm, and a height of 150 mm.
  • Glass B2 had a glass transition point of 494 ° C and n of 2.02.
  • the glass rod was inserted into the glass tube 1, and the gap between the glass tube 1 and the glass rod was heated while being reduced by a vacuum pump to redraw, thereby producing a double-layer glass rod having a diameter of 5 mm.
  • This double-layer glass rod was heated again and redrawn to produce a double-layer glass rod with a diameter of 1.5 mm.
  • This double-layer glass rod having a diameter of 1.5 mm is inserted into the glass tube 2, and the gap between the glass tube 2 and the double-layer glass rod is heated by a vacuum pump while being redrawn to redraw, and a 5-mm diameter A preform was prepared.
  • all the heating redraws mentioned above were performed at the temperature of 520-525 degreeC using the tube type electric furnace.
  • the fiber preform thus obtained was heated to 579 ° C and spun, and the core diameter was 4.2 xm, the clad diameter was 125 zm, the MFD force was 5.3 ⁇ m, and the ⁇ force was 70W— ! ⁇ ! — 1 , Produced a nonlinear fiber with a propagation loss power of 2 dB / m.
  • the core of this nonlinear fiber is glass A
  • the cladding of the fiber is glass B1 containing Er as the layer close to the core (cladding first layer), and the layers far from the core (cladding second layer) of Er and Tm. Glass B2 does not contain any of them, and the diameter of the cladding first layer is 12.5 xm. Therefore, in this nonlinear fiber, Er exists in a portion of 4.15 ⁇ m or less from the interface with the core of the cladding.
  • the nonlinear fiber having a length of 10 m is used as the nonlinear fiber 1 in FIG. 1, and the excitation light intensity I (unit: mW) and wavelength conversion efficiency 7] (unit: dB) as described below. )
  • the non-linear fiber is used by fusion-bonding both ends of the fiber to a silica-based single mode fiber HI980 (manufactured by Co-Ninging Co., Ltd.) having an MFD force of S4.2 ⁇ m at a wavelength of 980 nm.
  • a silica-based single mode fiber HI980 manufactured by Co-Ninging Co., Ltd.
  • SMF28 silica-based single mode fiber
  • An LD was used as a signal light source, and signal light having a wavelength of 1549 nm was input to the input terminal 11
  • the intensity I of the signal light incident on the nonlinear fiber 1 was 6 mW.
  • an LD was used to input pump light having a wavelength of 1550 nm to the input terminal 12, and TFM_NB_1560_1_S_FC (wavelength full width lnm) manufactured by Applied Photoelectric Co., Ltd. was used as the wavelength tunable filter.
  • the intensity I of the pump light incident on the nonlinear fiber 1 is 56 mW.
  • An LD was also used as the excitation light source, and excitation light having a wavelength of 1480 nm was input to the input terminal 13.
  • Table 1 shows the relationship of ⁇ . Note that ⁇ at 350 mW for I is I 0 to 195. OmW.
  • the present invention can be applied to optical signal processing such as FWM wavelength conversion. It should be noted that the entire contents of the Japanese patent application 2004-284466, Akitoda, filed in September 29, 2004, the claims, drawings and abstract are cited here, and the description of the present invention is disclosed. It is included as an indication.

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Abstract

　３次非線形係数が３０Ｗ－１ｋｍ－１以上であり、クラッドのコアとの界面から３μｍ以下の部分にＥｒまたはＴｍを含有する非線形ファイバ。波長がλＳ、強度がＩＳである信号光と、波長λＰが２λＳよりも小さく、強度がＩＳよりも大きいポンプ光とを非線形ファイバ１に入射して四光波混合により波長λＣがλＳλＰ／（２λＳ－λＰ）、強度がＩＣである変換光を発生させる波長変換方法であって、非線形ファイバ１における直径がモードフィールド径以下のクラッド部分にＥｒまたはＴｍが存在し、当該ＥｒまたはＴｍを励起光によって励起しながら四光波混合により変換光を発生させる波長変換方法。

Description

明 細 書
非線形ファイバ、波長変換方法および波長変換器
技術分野
[0001] 本発明は四光波混合による波長変換方法、波長変換器およびそれらに好適な非 線形ファイバに関する。
背景技術
[0002] 3次非線形係数（ γ )が大きな非線形ファイバを用いた種々の光信号処理技術が開 発されているが、そのような技術の一つとして四光波混合による波長変換 (以下、 FW Μ波長変換という。）が挙げられる。
[0003] FWM波長変換は、波長が λ 、強度が Iである信号光と、波長が λ (ここで λ <
S S Ρ Ρ
2 1 )、強度が I (ここで I >1 )であるポンプ光とを長さが L、吸収係数がひである非
S P P S
線形ファイバに入射し、波長 λ が λ λ / {2 λ - λ )、強度力 である変換光を
C S P S P C
発生させるものであり、その波長変換効率（ )すなわち I
C ΖΙはく γ X I X { l
S P -exp
(—ひ X L) } ÷ひ〉2に比例する。
FWM波長変換には通常、非線形ファイバとしては石英系非線形ファイバが使用さ れ、たとえば I = 5mW、 L = 4. 43kmにおける ηとして一 28dBが報告されている（Κ
ρ
imiya Kawanami、外 3名， Fiber Nonlinear Coefficient Measurement B ased on FWM Method with Depolarized Pump Light, 29th Europe an Conference on Optical Communication Proceedings, 2003年 9月， 第 3卷， p. 552- 553,を参照）。
[0004] 石英系非線形ファイバの波長 1550nmの光に対する γ (以下、 γは波長 1550nm の光に対する 3次非線形係数を表すものとする。 )は典型的には 10〜25W_ 1km_ 1 であるが、 ηをより大きくするためには γがより大きな非線形ファイバを使用すればよ レ、と考えられる。そのような非線形ファイバとして酸化ビスマス系ガラスからなるものが 知られている（たとえば特開 2001— 213640号公報を参照）。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0005] 前記 ηとしては通常一 40dB以上であることが必要とされており、先に述べたように 石英系非線形ファイバを使用した FWM波長変換でこの条件を満たすものは知られ ている。し力しこの FWM波長変換を用いると石英系非線形ファイバの Lが大きいた めに、ファイバ断線箇所の発見が容易でない、波長変換器をコンパクトなものにしに くい等の問題があった。
一方、石英系非線形ファイバの替わりに前記酸化ビスマス系ガラスからなる非線形 ファイバを使用して Lを小さくしょうとすると、同非線形ファイバの伝播損失が典型的 には l dB/m以上という大きなものであるために信号光、ポンプ光または波長変換さ れた光（変換光）、特にポンプ光が非線形ファイバ中を伝播する間に減衰してしまレ、 所望の ηが得られない問題があった。
本発明はこのような問題を解決できる非線形ファイバ、波長変換方法および波長変 換器の提供を目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明は、コアとクラッドを有し、波長 1550nmの光に対する 3次非線形係数が 30 W—^nT1以上である非線形ファイバであって、クラッドのコアとの界面から 3 μ m以下 の部分に Erまたは Tmを含有する非線形ファイバを提供する。
また、波長が; I 、強度が Iである信号光と、波長; I 2 λ よりも小さく、強度が Iよ
S S P S S
りも大きいポンプ光とを、コアとクラッドを有する非線形ファイバに入射して四光波混 合により波長 λ が I λ / (2 λ - λ )、強度が Iである変換光を発生させる波長
C S P S P C
変換方法であって、非線形ファイバにおける直径がモードフィールド径以下のクラッド 部分に Erまたは Tmが存在し、当該 Erまたは Tmを励起光によって励起しながら四光 波混合により変換光を発生させる波長変換方法を提供する。
[0007] また、波長がえ 、強度が Iである信号光と、波長え λ よりも小さく、強度が Iよ
S S P S S
りも大きいポンプ光とを非線形ファイバに入射して四光波混合により波長 λ が λ λ c s
/ {2 λ - λ )である変換光を発生させる波長変換器であって、非線形ファイバが
P S Ρ
前記非線形ファイバであり、当該非線形ファイバのクラッドのコアとの界面から 3 μ m 以下の部分に存在する Erまたは Tmを励起するための励起光の入力端子を有する 波長変換器 (第 1の波長変換器)を提供する。 また、波長が; ι 、強度が Iである信号光と、波長; I よりも小さく、強度が Iよ
S S P S S
りも大きいポンプ光とを非線形ファイバに入力して四光波混合により波長 λ が λ λ c s
/ {2 λ - λ )である変換光を発生させる波長変換器であって、ポンプ光強度が 2
P S Ρ
OmW以下であっても変換光の強度を (I X 10_4)以上とすることができ、非線形ファ
S
ィバの長さが 10m以下である波長変換器 (第 2の波長変換器)を提供する。
[0008] 本発明者は、酸化ビスマス系ガラスからなる非線形ファイバのクラッドのコア近傍部 分に存在する信号光、ポンプ光または変換光を、当該部分に含有させた Erまたは T mを励起光によって励起しその誘導放出によって増幅すれば、その増幅された光が コアを伝播して信号光、ポンプ光または変換光の前記減衰を補い、所望の ηが得ら れるようになると考え、本発明に至った。
発明の効果
[0009] 本発明によれば、短い非線形ファイバによって高効率の FWM波長変換を行うこと ができる。
また、高効率の FWM波長変換を行うことができる波長変換器をコンパクトにするこ とが可能になる。
また、非線形ファイバが短い場合その断線箇所の発見が容易になる。
信号処理に必要な時間（レイテンシ）を短くすることができ、より高速の信号処理が 可能になる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明の波長変換器の構成の一例を示すための概略図である。
符号の説明
[0011] 1 :非線形ファイバ
11、 12、 13 :入力端子
21 :出力端子
31、 32 :光合波器
41 :波長可変フィルタ
S ：信号光 発明を実施するための最良の形態
[0012] 本発明の非線形ファイノく（以下、本発明のファイバという。）の波長 1550nmの光に 対する非線形係数（ γ )は 30W_1km_ 1以上であるので、これを FWM波長変換に用 いた場合 7]を大きくできる。 γは好ましくは 50W_1km_ 1以上、より好ましくは 70W—1 km—1以上である。
[0013] 本発明のファイバは、そのクラッドのコア近傍部分すなわちコアとの界面から 3 μ m 以下の部分 (以下、この部分をコア近傍部分という。）に Erまたは Tmを含有し、当該 部分に存在する Erまたは Tmと、当該部分以外のクラッドに Erまたは Tmが存在する 場合にはその Erまたは Tmとを励起光によって励起し、その誘導放出によって Erまた は Tmが存在する部分の信号光、ポンプ光または変換光を増幅し、当該増幅された 光の一部がコアに戻ることにより前記減衰が補われる。その結果、前記励起が行われ ない場合に比べて 77が大きくなる。
[0014] 本発明のファイバは、コアがモル0 /。表示で、 Bi O 35〜50%、 B〇 + SiO 30
2 3 2 3 2
〜40%、 Al〇 +Ga O 15〜25%、 CeO 0〜1%、から本質的になるガラスで
2 3 2 3 2
あり、クラッドのコアとの界面から 3 z m以下の部分がモル％表示で、 Bi〇 35〜50
2 3
%、 B〇 + SiO 30〜40%、 Al〇 +Ga〇 15〜25%、 CeO 0〜1 %、から
2 3 2 2 3 2 3 2 本質的になる母ガラスが Erまたは Tmを含有するガラスであることが好ましい。
[0015] 本発明のファイバの γをより大きくしたい等の場合には、コアがモル％表示で、 Bi
2
〇 45〜70%、B〇 12〜30%、Ga〇 7〜20%、 In〇 2〜15%、 ZnO 0
3 2 3 2 3 2 3
〜15%、 CeO 0〜3%、から本質的になるガラスであり、クラッドのコアとの界面から
2
3 μ ηι以下の部分がモル％表示で、 Bi O 45〜60%、 B O 12〜30%、 Ga O
2 3 2 3 2 3
7〜20%、 In〇 2〜15%、 ZnO 0〜15%、 CeO 0〜3%、から本質的になる母
2 3 2
ガラスが Erまたは Tmを含有するガラスであることが好ましい。
[0016] ここで、たとえば前記コアを構成する好ましいガラスが上記成分から本質的になるガ ラスであるとは、本発明の目的を損なわないで上記成分 (本質的成分)以外の成分を 含有してもよいという意であり、また、 CeO力^〜 3%であるとは、 CeOは必須ではな
2 2
いが 3%まで含有してもよいという意である。なお、本質的成分以外の成分を含有す る場合そのような成分の含有量の合計は 8モル％以下であることが好ましい。 [0017] クラッドのコア近傍部分が Erを含有する本発明のファイバは、信号光の波長（λ )
S
力 ^1530〜1620nmである場合の FWM波長変換に好適である。
クラッドのコア近傍が Tmを含有する本発明のファイバは、 λ カ 1450〜1520nm s
である場合の FWM波長変換に好適である。
[0018] クラッドにおいて Erまたは Tmを含有する部分 (以下、増幅部分という。 )はコア界面 から少なくとも 3 z mまで及んでおり、一方、コア近傍部分に存在する信号光、ポンプ 光または変換光の各強度は、クラッド全体における各強度の典型的には 90%以上（ 後述する実施例については計算したところ 98%であった。）であるので、クラッドに存 在する信号光、ポンプ光または変換光の大部分を増幅できる。
クラッドにおいて増幅部分はコア近傍部分以外に及んでもよぐ典型的にはコア界 面から 8 μ mまで及び、通常はクラッド全体に及ぶ。
[0019] 増幅部分が Erを含有する場合、その質量百万分率表示含有量は 40ppm以上で あることが好ましレ、。含有量力 ¾0ppm未満では増幅効果が不充分になるおそれがあ り、より好ましくは lOOppm以上である。また、当該含有量は lOOOOppm以下である ことが好ましい。含有量が lOOOOppm超ではアップコンバージョン効果により増幅効 率が低下するおそれがあり、より好ましくは 2000ppm以下である。
[0020] 次に、本発明の波長変換方法および波長変換器を図 1を用いて説明する。なお、 本発明はこれに限定されなレ、。
図 1は、本発明の波長変換器の構成の一例と、当該一例におけるポンプ光源、信 号光源および励起光源との接続の一例とを示す概略図である。
[0021] 信号光源から発せられた信号光は入力端子 11に入力され、光合波器 31でポンプ 光と合波され、さらにその後光合波器 32で励起光と合波され非線形ファイバ 1に至る 信号光波長 λ は通常 1530〜1620腹または 1450〜1520應である。
s
λ 力 Sl 530〜1620nmである場合非線形ファイバ 1は Erを含有し、 λ 力^ 450〜1
S S
520nmである場合非線形ファイバ 1は Tmを含有することがそれぞれ典型的である。 非線形ファイバ 1に入力される信号光 S の強度 Iは、連続光で lmW以上であるこ
in S
とが好ましい。 I力 SlmW未満では変換光の強度が不充分になるおそれがある。 Iは 通常:!〜 lOOmWである。
[0022] ポンプ光源から発せられたポンプ光は入力端子 12に入力され、波長可変フィルタ 4 1を経て光合波器 31で信号光と合波され、さらにその後光合波器 32で励起光と合波 され非線形ファイバ 1に至る。
ポンプ光の波長; I は 2 λ より大き また、 I λ _ λ I は通常:!〜 lOnmである
P S P S 非線形ファイバ 1に入力されるポンプ光の強度 Iは Iより大き 好ましくは連続光の
P S
場合 2mW以上である。 I力 S2mW未満では波長変換効率が低下するおそれがある。
P
また、 Iは典型的には連続光の場合 20mW以下である力 S、波長変換効率をより大き
P
くしたい場合には 20mW超としてもよい。
[0023] 励起光源から発せられた励起光は入力端子 13に入力され、光合波器 32で信号光 およびポンプ光と合波され、非線形ファイバ 1に至り当該ファイバ中に存在する Erま たは Tmを励起する。
励起光の波長 λ は、 え が 1530〜1620nmである場合は後述する非線形フアイ
E S
ノく 1中の Erを励起すべく 1475〜： 1485nmに、 え 力 1450〜： 1520nmである場合 ίま
s
後述する非線形ファイバ 1中の Tmを励起すべく 1060〜： 1070nmにすることが典型 的である。
λ 力 1530〜： 1620nmである場合、励起光源としては半導体レーザー（LD)が好 s
適である。
[0024] 本発明の波長変換方法においては、非線形ファイバ 1は直径がモードフィールド径 以下のクラッド部分には Erまたは Tmが存在するものとされる。当該部分に Erおよび
Tmのいずれも含有しないものであると前記 を大きくできなレ、。 λ 力 530〜1620
s
nmである場合は Erを、 λ 力 Sl450〜1520nmである場合は Tmが存在するものとさ
S
れる。なお、本発明におけるモードフィールド径は波長が 1550nmの光に対するもの とし、以下 MFDと記す。
[0025] また、 ； I 力 1530〜： 1620nmである場合、非線形ファイバ 1における直径が MFD
s
以下のクラッド部分には Erが存在し、 λ は 1475〜1485nmであることが典型的で
E
ある。 また、非線形ファイバ 1のコア径と MFDの差が 3 z m以下である場合、非線形フアイ ノ 1は本発明のファイバであることが好ましい。
[0026] 第 1の波長変換器において非線形ファイバ 1は本発明のファイバであるので、当該 波長変換器を本発明の波長変換方法に使用できる。
非線形ファイバ 1の長さは 10m以下であることが好ましい。 10m超では断線箇所を 容易に発見できなくなる、または吸収もしくは分散のために波長変換効率が低下する おそれがある。
第 2の波長変換器において非線形ファイバ 1の長さは 10m以下であるが、当該ファ ィバは典型的には本発明のファイバである。
[0027] 非線形ファイバ 1の一端に信号光、ポンプ光および励起光を同時に入射し、当該フ アイバ中の Erまたは Tmを励起しながら FWM波長変換を行って変換光を発生させ、 非線形ファイバ 1の他の一端から出射させる。
変換光の波長 λ はえ および λ と次式で表される関係にある。
C S Ρ
1/ λ = 2/ λ - 1/ λ 。
C P S
[0028] 非線形ファイバ 1から出射された変換光の強度 I は 0. 1 / W以上であることが好ま
C
しレ、。 Iが 0. 1 /i W未満では雑音の影響が大きくなるおそれがある。
C
Iと Iの比である 77は、 10— 4以上すなわち 40dB以上であることが好ましい。
C S
変換光は出力端子 21に至り出力される。
[0029] 波長可変フィルタ 41は必須ではなレ、が、入力端子 12に入力されるポンプ光がボン プ光源からの光を増幅したものである場合には、その増幅された自然放出光 (ASE) を遮断するべく使用してもょレ、。
実施例
[0030] コア用ガラスからなるガラスロッドを次のようにして作製した。
モノレ0 /0表示糸且成力 Bi〇 43. 0ο/ο、 SiO 36. 0%, Al〇 3. 5%, Ga〇 1
2 3 2 2 3 2 3
8. 0%、 CeO 0. 5%、であるガラス（ガラス A)となるように原料を調合、混合して 40
2
Ogの調合原料を作製し、この調合原料を白金ルツボに入れ大気雰囲気中で 1150 °Cに 2時間保持して溶解した。
[0031] 得られた溶融ガラスを、内径が 15mm、高さが 180mmである SUS310S製の茶筒 状モールド (底面を有する円筒状モールド）に流し出し、徐冷してロッド状ガラスとした 。このロッド状ガラスを加熱してリドローし、直径が 3mmであるガラスロッドを作製した なお、前記徐冷はこのガラスのガラス転移点すなわち 488°Cに 4時間保持後常温ま で毎分 1°Cの速度で冷却して行レ、、またこのガラスの波長 1550nmの光に対する屈 折率（n)は 2. 03であった。
[0032] 一方、 2種類のガラス管 1、 2を次のようにして作製した。
モノレ0 /0表示糸且成力 Bi〇 43. 0ο/ο、 SiO 36. 0%, Al〇 7. 5%, Ga〇 1
2 3 2 2 3 2 3
4. 0%、 CeO 0. 5%、である母ガラスが Erを質量百万分率表示で 150ppm含有
2
するガラス (ガラス B1)となるように原料を調合、混合して 400gの調合原料を作製し、 この調合原料を白金ノレッボに入れ大気雰囲気中で 1150°Cに 2時間保持して溶解し た。
得られた溶融ガラスを周知のローテーショナルキャスト法を用いてカ卩ェし、外径が 1 5mm、内径が 7mm、高さが 150mmであるガラス管 1を作製した。
[0033] また、モル0 /0表示組成が、 Bi〇 43. 0%、 SiO 36. 0%、 Al O 7. 5%、 Ga
2 3 2 2 3 2
〇 14. 0%、 CeO 0. 5%、であるガラス（ガラス B2)となるように原料を調合、混
3 2
合して 400gの調合原料を作製し、この調合原料を白金ルツボに入れ大気雰囲気中 で 1150°Cに 2時間保持して溶解した。
得られた溶融ガラスを周知のローテーショナルキャスト法を用いてカ卩ェし、外径が 1 5mm,内径が 3mm、高さが 150mmであるガラス管 2を作製した。なお、ガラス B2の ガラス転移点は 494°C、 nは 2. 02であった。
[0034] 次に、ガラス管 1に前記ガラスロッドを揷入し、ガラス管 1とガラスロッドの隙間を真空 ポンプによって減圧しながら加熱してリドローし、直径 5mmの 2層ガラスロッドを作製 した。
この 2層ガラスロッドを再度加熱してリドローし、直径 1. 5mmの 2層ガラスロッドを作 製した。
[0035] この直径 1. 5mmの 2層ガラスロッドを、ガラス管 2に揷入し、ガラス管 2と 2層ガラス ロッドの隙間を真空ポンプによって減圧しながら加熱してリドローし、直径 5mmのファ ィバプリフォームを作製した。なお、以上で述べた加熱リドローはいずれもチューブ型 電気炉を用い 520〜525°Cの温度にて行った。
[0036] このようにして得られたファイバプリフォームを 579°Cに加熱して紡糸し、コア径が 4 . 2 x m、クラッド径カ 125 z m、 MFD力 5. 3 μ m、 γ力 70W—ェ!^!!— 1、伝播損失力 2 dB/mである非線形ファイバを作製した。この非線形ファイバのコアはガラス Aであり 、同ファイバのクラッドはそのコアに近い層（クラッド第 1層）は Erを含有するガラス B1 、コアから遠い層（クラッド第 2層）は Erおよび Tmのいずれも含有しないガラス B2で あり、クラッド第 1層の直径は 12. 5 x mである。したがって、この非線形ファイバはそ のクラッドのコアとの界面から 4. 15 μ m以下の部分に Erが存在するものである。
[0037] 長さが 10mの前記非線形ファイバを図 1の非線形ファイバ 1として用レ、、以下に述 ベるようにして励起光強度 I (単位: mW)と波長変換効率 7] (単位： dB)の関係を調
E
ベた。なお、非線形ファイバはその両端を、波長 980nmにおける MFD力 S4. 2 μ m である石英系シングルモードファイバ HI980 (コ一二ング社製）と融着接続して用い、 また、その石英系シングルモードファイバ HI980としてはその一端を予め TEC融着 により石英系シングルモードファイバ SMF28 (コ一二ング社製）と融着接続したもの を用いた。
[0038] 信号光源として LDを用い入力端子 11に波長が 1549nmである信号光を入力した
。非線形ファイバ 1に入射された信号光の強度 Iは 6mWであった。
s
ポンプ光源としても LDを用い入力端子 12に波長が 1550nmであるポンプ光を入 力し、波長可変フィルタとして応用光電社製 TFM_NB_ 1560_ 1 _ S _FC (波長 全幅 lnm)を用いた。非線形ファイバ 1に入射されたポンプ光の強度 Iは 56mWであ
p
つた。
[0039] 励起光源としても LDを用い入力端子 13に波長が 1480nmである励起光を入力し た。
出力端子 21には図示しない分光器、検出器を接続し、波長が 1551nmである変換 光の強度を測定し、 77を算出した。非線形ファイバ 1に入射された励起光の強度 Iと
E
ηの関ィ系を表 1に示す。なお、 Iカ 350mWにおける ηは、 Iカ 0〜195. OmWであ
E E
るときの 77のデータから外揷によって求めた値である。また、 Iを 20mWとしたときの 77の計算値を 77 の欄に示す。
20mW
この結果から、 Iが 20mWであっても Iを 350mWとすれば? 7を一 40dB以上とする
P E
ことができることがわかる。
[表 1]
Figure imgf000012_0001
産業上の利用可能性
本発明は、 FWM波長変換等の光信号処理に適用できる。 なお、 2004年 9月 29曰に出願された曰本特許出願 2004— 284466号の明糸田書 、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開 示として、取り入れるものである。

Claims

請求の範囲
[1] コアとクラッドを有し、波長 1550nmの光に対する 3次非線形係数が 30W_ 1km_ 1 以上である非線形ファイバであって、クラッドのコアとの界面から 3 μ m以下の部分に Erまたは Tmを含有する非線形
[2] コアがモル0 /0表示で、 Bi O 35〜50%、 B O + SiO 30〜40%、 Al O + Ga
2 3 2 3 2 2 3 2
〇 15〜25%、 CeO 0〜1 %、力ら本質的になるガラスであり、クラッドのコアとの
3 2
界面から 3 /i m以下の部分がモル％表示で、 Bi〇 35〜50%、 B〇 + SiO 30
2 3 2 3 2
〜40%、 Al〇 + Ga O 15〜25%、 Ce〇 0〜： 1 %、力ら本質的になる母ガラス
2 3 2 3 2
が Erまたは Tmを含有するガラスである請求項 1に記載の非線形ファイバ。
[3] クラッドのコアとの界面から 3 μ m以下の部分に Erを含有し、その質量百万分率表 示含有量が 40ppm以上である請求項 1または 2に記載の非線形ファイバ。
[4] 波長が λ 、強度が Iである信号光と、波長 λ 2 λ よりも小さぐ強度が Iよりも大
S S P S S
きいポンプ光とを、コアとクラッドを有する非線形ファイバに入射して四光波混合によ り波長; I が λ λ / {2 λ - λ )、強度が Iである変換光を発生させる波長変換方
C S P S P C
法であって、非線形ファイバにおける直径がモードフィールド径以下のクラッド部分に
Erまたは Tmが存在し、当該 Erまたは Tmを励起光によって励起しながら四光波混 合により変換光を発生させる波長変換方法。
[5] 非線形ファイバのコア径とモードフィールド径の差が 3 μ m以下である請求項 4に記 載の波長変換方法であって、非線形ファイバが請求項 1、 2または 3に記載の非線形 ファイバである波長変換方法。
[6] 請求項 4または 5に記載の波長変換方法であって、 え 力 530〜： 1620nmであり、
S
非線形ファイバにおける直径がモードフィールド径以下のクラッド部分に Erが存在し 、励起光の波長が 1475〜： 1485nmである波長変換方法。
[7] 波長が λ 、強度が Iである信号光と、波長 λ Ι λ よりも小さぐ強度が Iよりも大
S S P S S
きいポンプ光とを非線形ファイバに入射して四光波混合により波長え が λ λ / (2
C S Ρ
λ - λ )である変換光を発生させる波長変換器であって、非線形ファイバが請求項
S Ρ
1、 2または 3に記載の非線形ファイバであり、当該非線形ファイバのクラッドのコアと の界面から 3 μ m以下の部分に存在する Erまたは Tmを励起するための励起光の入 力端子を有する波長変換器。
波長が λ 、強度が Iである信号光と、波長 λ 2 λ よりも小さぐ強度が Iよりも大
S S P S S
きいポンプ光とを非線形ファイバに入力して四光波混合により波長; I が λ λ / (2
C S Ρ
λ - λ )である変換光を発生させる波長変換器であって、ポンプ光強度が 20mW
S P
以下であっても変換光の強度を (I χ ιο_4)以上とすることができ、非線形ファイバの
s
長さが 10m以下である波長変換器。
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