信号光強度に呼応したエルビウムイオン濃度分散による光増幅

通过铒离子浓度色散响应信号光强度进行光学放大

基本信息

批准号：
10875126
负责人：
井上博之
金额：
$ 0.32万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

光通信において、現在より短い距離により高い増幅が実現できれば、装置の小型化など多くの利点が考えられる。励起光強度・信号光強度に適応した希土類イオンの濃度分布・光路の断面積などを設計することができれば、小型化に求められる様々な条件を考える第1歩となると考えられる。従来の利得等の光増幅の特性の見積においては、希土類イオン間のエネルギー移動等は計算から求めることが難しく、実測に頼るしか方法がなかった。本研究では、ガラス中における希土類イオン間のエネルギー移動速度を中心にして、希土類イオンの発光特性を実測とともに、理論的な検討を試みた。ここでは、モデルケースとして、比較的高い濃度に希土類イオンを分散できるZBLAN(ZrF_4系フッ化物ガラス)に着目し、このガラス中のEr^<3+>の吸収スペクトル・蛍光スペクトルを実測及び計算から求め、さらに母材に依存する多フォノン緩和速度を実測から概算し、吸収スペクトルと蛍光スペクトルの重なりと希土類イオン間の距離に依存する希土類イオン間のエネルギー移動速度を見積もった。これに、励起光の波長と強度を設定して、rate方程式を解くことにより、種々の条件における発光強度の時間変化や光増幅特性を見積もることができる。最も基本となるEr^<3+>の添加濃度による蛍光寿命を実測と計算により求めた。希土類イオン間の距離と希土類イオン濃度の関係が明確ではないが、1つの準位において実測される蛍光寿命と計算結果を対応するように、設定することにより、他の準位の寿命のEr^<3+>濃度依存性が再現でき、また、他の希土類イオンとしてPr^<3+>を加えた場合においても実測と計算が対応することがわかってきた。

如果在光学通信中可以在短距离的距离上实现更高的放大，那么可以考虑许多优点，例如设备的小型化。如果我们可以设计适合激发光强度和信号光强度的稀土离子的浓度分布，以及光路的横截面面积等，则认为这是考虑到小型化所需的各种条件的第一步。在对光学扩增（例如增益）的性质的常规估计中，很难从计算中计算稀土离子之间的能量传递，而这样做的唯一方法是依靠实际测量值。在这项研究中，我们试图进行理论检查，并实际测量了稀土离子的发光特性，重点是玻璃中稀土离子之间的能量传递速率。 Here, as a model case, we focused on ZBLAN (ZrF_4-based fluoride glass), which can disperse rare earth ions at relatively high concentrations, and the absorption spectra and fluorescence spectra of Er^<3+> in this glass were determined from actual measurements and calculations, and the multiphonon relaxation rate dependent on the base material was estimated from actual measurements, and the energy transfer rate between rare earth ions, which depends on the吸收光谱与荧光光谱与稀土离子之间的距离之间的重叠。通过设置泵光的波长和强度并求解速率方程，可以估计发射强度的时间变化和在各种条件下的光学扩增特性。由于实际的测量和计算，由于ER^<3+>的浓度而引起的荧光寿命。尽管尚不清楚稀土离子与稀土离子浓度之间的距离之间的关系，但已经发现，通过设置一个级别的荧光寿命和计算结果，ER^<3+>在其他级别上的浓度依赖性可以复制，并且当实际的测量和计算在Pr^<3+earl时也可以匹配。