(57)【要約】【課題】  光増幅器や光計測のための光源や、光増幅器として有用な光ファイバラマンレーザに関し、装置の小型化、低消費電力化が図れる。【解決手段】  ポンプ光源１３と光出力端１２との間に、各々異なる波長の光を発振する複数の光共振器を縦列に接続してなる光ファイバラマンレーザであって、光共振器が、誘導ラマン散乱用の光ファイバ１１と、この光ファイバ１１の両端に設けられ光ファイバの励起光の波長に対してストークス光の波長領域にある光を反射する一組の光ファイバブラッググレーティング１４，１５，１６，１７とからなるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ光源と光出力端との間に、各々異なる波長の光を発振する複数の光共振器を縦列に接続してなる光ファイバラマンレーザであって、
前記光共振器が、誘導ラマン散乱用の光ファイバと、この光ファイバの両端に設けられ光ファイバの励起光の波長に対してストークス光の波長領域にある光を反射する一組の反射器とからなることを特徴とする光ファイバラマンレーザ。
【請求項２】
前記各光共振器が一本の光ファイバに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバラマンレーザ。
【請求項３】
励起光からストークス光への変換効率の低い光共振器ほど、前記ポンプ光源側に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバラマンレーザ。
【請求項４】
誘導ラマン散乱用の第１，２，３偏波保持光ファイバと、
前記第１偏波保持光ファイバと前記第２，３偏波保持光ファイバとの間に設けられ、前記第１偏波保持光ファイバの速波を前記第２偏波保持光ファイバの速波に、前記第１偏波保持光ファイバの遅波を前記第３偏波保持光ファイバの遅波に分岐させると共に、前記第２偏波保持光ファイバの速波と前記第３偏波保持光ファイバの遅波を合波させて前記第１偏波保持光ファイバに送出する偏波合分波器と、
前記第１偏波保持光ファイバにおける前記偏波合分波器とは反対側に設けられたポンプ光源と、
前記第１偏波保持光ファイバと前記ポンプ光源との間に設けられ、前記ポンプ光源を入射しかつ出力光を分波して取り出す波長合分波器と、
前記第１偏波保持光ファイバと前記第２偏波保持光ファイバとに設けられ、速波軸において光共振器を形成する一組の反射器と、
前記第１偏波保持光ファイバと前記第３偏波保持光ファイバとに設けられ、遅波軸において光共振器を形成する一組の反射器とを備えたことを特徴とする光ファイバラマンレーザ。
【請求項５】
前記偏波保持光ファイバがフォトニック結晶ファイバであることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバラマンレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの誘導ラマン散乱を利用した光ファイバラマンレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ファイバの誘導ラマン散乱を利用するレーザ装置が市販されている。誘導ラマン散乱は、入射した光波が光ファイバ等の物質の格子振動により変調され、入射した光波とは波長の異なる光が散乱される現象である。格子振動は、熱振動であって強制振動ではない。また、振動数は物質の構造から決まる固有の振動であるが、一様ではなく分布している。
【０００３】
入射した光波の振動数をνｐ、格子振動の振動数をνｍとすると、散乱される光の振動数は、νｐ−νｍで与えられるνｓおよびνｐ＋νｍで与えられるνａである。νｐの光波をポンプ光あるいは励起光といい、νｓの振動数の光波をストークス光、νａの振動数の光波を反ストークス光という。格子振動の振動数νｍは分布しているので、ストークス光νｓの振動数も分布する。振動数と波長とには、波長＝光速／振動数の関係があるので、振動数の分布により、波長も分布することになる。この波長の範囲はΔである。
【０００４】
ポンプ光νｐの強度が強くなると、ポンプ光νｐとストークス光νｓが非線形な相互作用を起し、その結果、格子振動に強制力が働くようになり、格子振動が激しくなる。格子振動が激しくなるとストークス光νｓが強くなり、非線形な相互作用を通じてさらに格子振動が激しくなる。
【０００５】
光ファイバに強いポンプ光νｐを入力すると、ストークス光νｓが伝搬とともに強くなる。これは、光ファイバを微小区間に区切って考えると理解が容易である。途中の微小区間では、その区間でストークス光νｓが発生するとともに、その一つ前の区間に存在したストークス光νｓが入力される。ストークス強度としては後者の方が強いので、ストークス光νｓとポンプ光νｐの相互作用は、主に伝搬してきたストークス光νｓとの間で起こる。その結果、ストークス光νｓの強度は一つ前の区間での強度より大きいものとなる。
【０００６】
光ファイバでさらに効率良く誘導ラマン散乱を得るために、光ファイバの両端近くに、ストークス光νｓを反射させる機構を設けることがある（特許文献１および非特許文献１参照）。ストークス光νｓとポンプ光νｐの相互作用は光の伝搬方向には無関係に起こるので、ストークス光νｓを反射させて、１本の光ファイバの中で多数回の相互作用を起させることができるので、効率良く誘導ラマン散乱が起こる。ただし、ストークス光νｓを取り出すためには、前述の反射は完全反射ではなく、部分反射として一部を取り出すことになる。このような装置を光ファイバラマンレーザ（単に、ファイバラマンレーザともいう）という。
【０００７】
図４に、基本的な光ファイバラマンレーザの構成を示す。図４において、１０１は光ファイバ、１０２は光出力端、１０３はポンプ光源、１０４，１０５，１０６は反射器となる光ファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧと称する）である。
【０００８】
光ファイバ１０１は、通常の単一モード光ファイバや、非線形効果を高めた光ファイバである。ポンプ光源１０３は、波長が１０６０ｎｍのヤグレーザであり、出力は２ワットである。ＦＢＧ１０４は、特定の波長の光を反射する部品であって、図４の例では波長１０６０ｎｍの光を反射する。ＦＢＧ１０５，１０６は、波長１１２０ｎｍの光を反射し、反射率はＦＢＧ１０６が１００％近くで、ＦＢＧ１０５は２０％である。
【０００９】
このような構成によって、光ファイバ１０１では、波長１１２０ｎｍで誘導ラマン散乱が起こり、光出力端１０２からはその一部が出力光として取り出される。
【特許文献１】特開平１１−５４８５３号
【非特許文献１】“Numerical Modeling and Optimization of Cascaded CW Raman Fiber Lasers”, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.36, No.10, p.1117-1122, October 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光ファイバラマンレーザの用途の一例として、光増幅器の励起光源が挙げられる。光増幅器は、光の励起により、信号光の強度を大きくする装置であり、種々の光増幅器が開発されている。特に、誘導ラマン散乱を応用した光増幅器は、種々の波長での増幅が可能であるため注目されている。
【００１１】
近年、波長多重光伝送が行われるようになり、そのための光増幅器には、広波長域で動作する光増幅器が要求されている。光増幅器では、ポンプ光の波長に応じた波長域で増幅が可能となるので、広波長域を確保するために、複数の波長の光を合波してポンプ光とする方法が用いられている。このような光源を、以下では波長多重ポンプ光源という。
【００１２】
波長多重ポンプ光源を得る従来の方法は、波長の数だけ光源を用意し、波長多重カプラにより合波するというもので、出力１Ｗ程度の光源が開発されている。しかし、個別に光源を設けることは、装置の大型化、消費電力の増大などを招き、実用上大きな問題となっている。
【００１３】
したがって、本発明の光ファイバラマンレーザは、個別に光源を設けることなく波長多重ポンプ光源を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ポンプ光源と光出力端との間に、各々異なる波長の光を発振する複数の光共振器を縦列に接続してなる光ファイバラマンレーザであって、前記光共振器が、誘導ラマン散乱用の光ファイバと、この光ファイバの両端に設けられ光ファイバの励起光の波長に対してストークス光の波長領域にある光を反射する一組の反射器とからなるものである。
【００１５】
好ましくは、各光共振器を一本の光ファイバに形成する。
【００１６】
より好ましくは、励起光からストークス光への変換効率の低い光共振器ほど、前記ポンプ光源側に配置する。
【００１７】
本発明の光ファイバラマンレーザによると、各々異なる波長の光を発振する複数の光共振器を縦列に接続したので、各光共振器において異なる波長のレーザ発振が起こり、個別に光源を設けることなく波長多重ポンプ光源を得ることができる。
【００１８】
また、各光共振器を一本の光ファイバに形成することで部品点数を削減できる。
【００１９】
さらに、励起光からストークス光への変換効率の低い光共振器ほど、前記ポンプ光源側に配置することで、各光共振器でのレーザ発振が略均一で効率良く行える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光ファイバラマンレーザによれば、個別にポンプ光を設けることなく波長多重ポンプ光源を得ることができるので、装置の小型化、低消費電力化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の最良の実施形態を図１に基づいて説明する。本実施形態は、光増幅器の光源となる光ファイバラマンレーザであって、図１は光ファイバラマンレーザの構成図を示している。
【００２２】
図１において、１１は光ファイバ、１２は光出力端、１３はポンプ光源、１４，１５，１６，１７はＦＢＧである。
【００２３】
光ファイバ１１は、通常の単一モード光ファイバや、非線形効果を高めた光ファイバであり、例えば、石英系ガラスファイバに、コアの不純物としてゲルマニウムを用いたものが挙げられる。光ファイバのパラメータは、比屈折率差（Δ）＝１．９８％、カットオフ波長（λｃ）＝７７０ｎｍ、損失が１．２４μｍにおいて１．２８ｄＢ／ｋｍ，１．３１μｍにおいて１．００ｄＢ／ｋｍである。
【００２４】
ポンプ光源１３は、波長が１１１６ｎｍのＹｂドープファイバレーザであり、光アイソレータを備えている。
【００２５】
ＦＢＧ１４，１５は、波長１１７７ｎｍの光を反射し、反射率はＦＢＧ１４が９９％で、ＦＢＧ１５は２０％である。ＦＢＧ１６，１７は、波長１１７５ｎｍの光を反射し、反射率はＦＢＧ１６が９９％で、ＦＢＧ１７は２０％である。このように、波長１１７７ｎｍ，１１７５ｎｍについてそれぞれ高反射率と低反射率のＦＢＧからなる一対の光共振器を形成する。なお、波長１１７７ｎｍ，１１７５ｎｍは、いずれも波長１１１６ｎｍに対してストークス光の波長域にある。
【００２６】
また、光ファイバ１１は、ポンプ光源１３から光出力端１２にまで渡って一本の共通の光ファイバにて形成されていてもよく、あるいは光共振器毎に別個の光ファイバを用い、それらを接続して一本の光ファイバとしてもよい。
【００２７】
さらに、励起光からストークス光への変換効率の低い波長１１７７ｎｍの光を反射するＦＢＧ１４，１５からなる光共振器をポンプ光源１３側に配置し、励起光からストークス光への変換効率の高い波長１１７５ｎｍの光を反射するＦＢＧ１６，１７からなる光共振器を光出力端１２側に配置する。
【００２８】
このような構成によって、ポンプ光源１３から光ファイバ１１内に波長１１１６ｎｍの光が入射すると、各光共振器において波長１１７７ｎｍ，１１７５ｎｍのレーザ発振が起こり、２波長のレーザ発振光が光出力端１２から得られる。
【００２９】
このように構成された光ファイバラマンレーザによると、各々異なる波長の光を発振する複数の光共振器を縦列に接続したので、各光共振器において異なる波長のレーザ発振が起こり、個別に光源を設けることなく波長多重ポンプ光源を得ることができ、装置の小型化、低消費電力化が図れる。
【００３０】
また、ポンプ光源１３から光出力端１２にまで渡って一本の光ファイバ１１にて形成することで、部品点数の削減が図れ、かつ、光共振器毎における別個の光ファイバを接続する手間も省けコストの低減が図れる。
【００３１】
さらに、励起光からストークス光への変換効率の低い光共振器をポンプ光源１３側に配置し、励起光からストークス光への変換効率の高い光共振器を光出力端１２側に配置したので、各光共振器でのレーザ発振が略均一で効率良く行える。
【００３２】
なお、ＦＢＧの高反射率，低反射率の例として、それぞれ９９％，２０％を挙げたが、この値に限定するものではない。
【００３３】
本発明の他の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は光ファイバラマンレーザの構成図を示している。なお、図１に示した例と同一部分は、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図２において、２１，２２，２３，２４，２５，２６はＦＢＧである。ＦＢＧ２１，２２は、波長１２４０ｎｍの光を反射し、反射率はＦＢＧ２１が９９％で、ＦＢＧ２２は２０％である。ＦＢＧ２３，２４は、波長１２３８ｎｍの光を反射し、反射率はＦＢＧ２３が９９％で、ＦＢＧ２４は２０％である。このように、波長１２４０ｎｍ，１２３８ｎｍについてそれぞれ高反射率と低反射率のＦＢＧからなる一対の光共振器を形成する。これら一対の光共振器の外側に設置したＦＢＧ２５，２６は、波長１１７５ｎｍの光を反射するものであり、反射率は共に９９％である。
【００３５】
なお、波長１２４０ｎｍ，１２３８ｎｍは、いずれも波長１１７５ｎｍに対してストークス光の波長域にあり、波長１１７５ｎｍは波長１１１６ｎｍに対してストークス光の波長域にある。
【００３６】
また、ポンプ光源１３側には励起光からストークス光への変換効率の低い波長１２４０ｎｍの光を反射するＦＢＧ２１，２２からなる光共振器が配置され、光出力端１２側には励起光からストークス光への変換効率の高い波長１２３８ｎｍの光を反射するＦＢＧ２３，２４からなる光共振器が配置されている。
【００３７】
このような構成によって、ポンプ光源１３から波長１１１６ｎｍの光を光ファイバ１１に入射すると、波長１１７５ｎｍのレーザ発振が起こり、その波長１１７５ｎｍを元に波長１２３８ｎｍ，１２４０ｎｍのレーザ発振が同時に起こり、２波長のレーザ発振光が光出力端１２から得られる。
【００３８】
このように構成された光ファイバラマンレーザにおいても、個別に光源を設けることなく波長多重ポンプ光源を得ることができるので、装置の小型化、低消費電力化が図れる。
【００３９】
本発明のさらに他の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は光ファイバラマンレーザの構成図を示している。
【００４０】
図３において、３１は第１偏波保持型の光ファイバ、３２はポンプ光源、３３は偏波合分波器、３４は第２偏波保持型の光ファイバ、３５は第３偏波保持型の光ファイバ、３６，３７，３８，３９，４０，４１はＦＢＧ、４２は波長合分波器、４３は通常のシングルモード光ファイバ、４４は融着接続点である。
【００４１】
偏波保持光ファイバ３１は、例えば、PANDAファイバや偏波保持型フォトニック結晶ファイバを用いる。
【００４２】
偏波合分波器３３は、偏波保持光ファイバ３１の速波を偏波保持光ファイバ３４の速波に、偏波保持光ファイバ３１の遅波を偏波保持光ファイバ３５の遅波に分岐させると共に、偏波保持光ファイバ３４の速波と偏波保持光ファイバ３５の遅波を合波させて偏波保持光ファイバ３１に送出するものである。
【００４３】
偏波保持光ファイバ３１，３４，３５にＦＢＧを作製した場合、速波軸の方が遅波軸に比べて比屈折率差が小さいため、２つの反射波長ピークが生じる。
【００４４】
ＦＢＧ３６，３７は、速波軸において波長１２３８ｎｍ、遅波軸において波長１２３８．５ｎｍの光を反射し、反射率はＦＢＧ３６が２０％で、ＦＢＧ３７は９９％である。ＦＢＧ３８，３９は、速波軸において波長１２３９．５ｎｍ、遅波軸において波長１２４０ｎｍの光を反射し、反射率はＦＢＧ３８が２０％で、ＦＢＧ３９は９９％である。ＦＢＧ４０，４１は、速波軸において波長１１７５ｎｍ、遅波軸において波長１１７５．５ｎｍの光を反射し、反射率は共に９９％である。このように、速波軸において波長１１７５ｎｍ、遅波軸において波長１１７５．５ｎｍについてＦＢＧ４０，４１にて光共振器を形成し、速波軸において波長１１７５ｎｍ、遅波軸において波長１１７５．５ｎｍの光共振器の外側に接続したＦＢＧ３６と偏波保持光ファイバ３４の端部に接続したＦＢＧ３７とで速波軸において波長１２３８ｎｍについての光共振器を形成し、速波軸において波長１１７５ｎｍ、遅波軸において波長１１７５．５ｎｍの光共振器の外側に接続したＦＢＧ３８と偏波保持光ファイバ３５の端部に接続したＦＢＧ３９とで遅波軸において波長１２４０ｎｍについての光共振器を形成する。
【００４５】
波長合分波器４２は、ポンプ光源３２を偏波保持光ファイバ３１に入射し、偏波保持光ファイバ３１中のレーザ発振光を分離して取り出すものである。波長合分波器４２につながる光ファイバ４３は通常のシングルモード光ファイバである。
【００４６】
このような構成によって、ポンプ光源３２からランダムな偏光をもつ波長１１１６ｎｍの光を光ファイバ３１に入射すると、速波軸において波長１１７５ｎｍの、遅波軸において波長１１７５．５ｎｍのレーザ発振が起こる。この波長１１７５ｎｍの光を励起光として、速波軸においては波長１２３８ｎｍが発振し、遅波軸においては波長１２４０ｎｍが発振する。その結果、波長１２３８ｎｍ，１２４０ｎｍの２波長のレーザ発振光が波長合分波器４２を介して得られる。
【００４７】
このように構成された光ファイバラマンレーザにおいても、偏波保持光ファイバの速波軸と遅波軸において各々異なる波長のレーザ発振が起こり、個別に光源を設けることなく波長多重ポンプ光源を得ることができ、装置の小型化、低消費電力化が図れる。
【００４８】
なお、ＦＢＧ１４〜１７，２１〜２６は、光ファイバ１１に直接作製してもよく、あるいは別の光ファイバに作製したものを接続してもよい。また、ＦＢＧ３６〜４１は、偏波保持光ファイバ３１，３４，３５に直接作製してもよく、あるいは別の偏波保持光ファイバに作製したものを接続してもよい。
【００４９】
また、波長１１１６ｎｍの光を光共振器内に戻すことでレーザ発振の効率の向上を図るとともに、波長１１１６ｎｍの光の漏れ出しを抑えるために、光出力端に波長１１１６ｎｍを反射するＦＢＧを設けると効果がある。この目的で、図１のＦＢＧ１７と光出力端１２の間、図２のＦＢＧ２６と光出力端１２の間、および図３のＦＢＧ４１と偏波合分波器３３の間に、波長１１１６ｎｍの光を反射するＦＢＧを設けてもよい。
【００５０】
また、異なる波長の光を発振する光共振器の数は２個に限るものではなく、３個以上であってもよい。この場合、励起光からストークス光への変換効率の低い光共振器ほど、ポンプ光源側に配置することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、光増幅器や光計測のための光源や、光増幅器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態における光ファイバラマンレーザの構成図
【図２】本発明の他の実施形態における光ファイバラマンレーザの構成図
【図３】本発明のさらに他の実施形態における光ファイバラマンレーザの構成図
【図４】従来の光ファイバラマンレーザの構成図
【符号の説明】
【００５３】
１１，３１，３４，３５，４３  光ファイバ
１２  光出力端
１３，３２  ポンプ光源
１４〜１７，２１〜２６，３６〜４１  ＦＢＧ
３３  偏波合分波器
４２  波長合分波器
４４  融着接続点
１０１  光ファイバ
１０２  光出力端
１０３  ポンプ光源
１０４〜１０６  ＦＢＧ
【図１】
2006108426.tif 000003
【図２】
2006108426.tif 000004
【図３】
2006108426.tif 000005
【図４】
2006108426.tif 000006