最近、中国科学院（CAS）上海光学精密機械研究所（SIPM）先端レーザーおよび光電子機能材料部門の Lili Hu の研究グループは、L バンドの広帯域を拡張するための増幅器として Er 添加ケイ酸塩ファイバーの電界強度の最適化に基づく新しい方式を提案しました。関連する研究結果は、「平坦な利得を備えた L バンドの Er 添加ケイ酸塩ファイバー増幅器」というタイトルで Optics Letters に掲載されました。
ビッグデータと人工知能の急速な発展により、次世代光通信システムにおける高密度波長分割多重装置（DWDM）の容量に対する要求が高まっています。成熟した開発が進んでいるCバンド（1530-1565 nm）エルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA）と比較して、Lバンド（1565-1625 nm）EDFAは容量拡大型光通信製品の新世代となっています。しかし、LバンドEDFAの開発には困難と課題があります。エルビウム添加光ファイバーの利得は、長波放射断面積の低さと励起状態吸収の激しさによって制限され、1600 nmを超える波長では利得が小さくなります。そのため、エルビウム添加光ファイバー材料の長波長利得をどのように高めるかが、現在Lバンド広帯域増幅器で解決しなければならない重要な科学的問題となっています。
研究チームは、ケイ酸塩ファイバーマトリックス中のErイオンの利得増強とスペクトル成形のための微視的イオン場強度変調法の新しい方式を提案しています。Erイオンの長波長利得増強マトリックスとしてのケイ酸塩ファイバーの実現可能性は、理論的にも実験的にも確認されています。この方式は、Er添加ケイ酸塩ファイバーでLバンドの利得の大幅な増強と利得平坦性の最適化という有益な効果を得ました。一方、異種ファイバー融着接続の全ファイバー方式を採用し、わずか1.5mのケイ酸塩ファイバーを使用して、Lバンドの最長波長1625nmでの利得係数は4.7dB/mとなり、石英ファイバーの{{10}}.3dB/mよりも優れています。さらに、このファイバーのLバンドでの利得平坦性は0.8dBで、石英ファイバーの5dBよりも優れています。 石英ファイバーと比較すると、このファイバーはドーパント濃度が高く、使用長が短く、利得係数が大きいため、新世代の L バンド EDFA に重要な材料サポートを提供します。
この研究は、中国国家自然科学基金と国家重点計画によって支援されています。
図1 Er添加ケイ酸塩光ファイバーのLバンド利得
