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。

在光通信中，如果能够在比目前更短的距离内实现更高的放大，将会有许多优点，例如设备的小型化。如果我们能够设计稀土离子的浓度分布、光路截面积等以适应激发光强度和信号光强度，这将是考虑小型化所需的各种条件的第一步。在增益等光放大特性的常规估计中，很难计算稀土离子之间的能量传递，唯一的方法是依赖实际测量。在这项研究中，我们试图测量和理论上研究稀土离子的发光特性，重点关注玻璃中稀土离子之间的能量转移率。在此，我们以能够分散较高浓度稀土离子的ZBLAN（ZrF_4基氟化物玻璃）为典型案例，测量并计算了该玻璃中Er^<3+>的吸收光谱和荧光光谱。根据实际测量估计了取决于基材的多声子弛豫率，并估计了稀土离子之间的能量转移率，该能量转移率取决于吸收光谱和荧光光谱之间的重叠以及稀土离子之间的距离。通过设定激发光的波长和强度并求解速率方程，可以估计各种条件下发射强度和光学放大特性的时间变化。通过实际测量和计算确定取决于最基本的Er 3+ 掺杂浓度的荧光寿命。虽然稀土离子之间的距离与稀土离子浓度之间的关系尚不明确，但通过将一个能级实际测量的荧光寿命与计算结果对应起来，可以得到另一能级寿命的Er^已经发现，<3+>浓度依赖性可以再现，并且即使当Pr^<3+>作为另一种稀土离子添加时，实际测量和计算也一致。