(57)【要約】【課題】１４８０ｎｍ帯の励起光源と、励起光の入射により１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光を発生するエルビウム添加光ファイバと、該エルビウム添加光ファイバの一方の端部に配置され、エルビウム添加光ファイバから放射されるＡＳＥ光を一部、あるいは全てを反射させる反射手段と、励起光とＡＳＥ光を合波、分波する光合分波器と、エルビウム添加光ファイバへの戻り光を除去する光アイソレータからなるＡＳＥ光源において、波長リプルの発生を抑えつつ、従来より高出力、広帯域化に優れたＡＳＥ光源を提供する。【解決手段】前記光合分波器がファイバ融着型延伸型合分波器であり、励起光入射端の中心波長を１４８０ｎｍ以下とする。【選択図】  図１
2006100362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１４８０ｎｍ帯の励起光源と、励起光の入射により１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光を発生するエルビウム添加光ファイバと、該エルビウム添加光ファイバの一方の端部に配置され、エルビウム添加光ファイバから放射されるＡＳＥ光の一部あるいは全てを反射させる反射手段と、励起光とＡＳＥ光を合波、分波する光合分波器と、エルビウム添加光ファイバへの戻り光を除去する光アイソレータからなるＡＳＥ光源において、前記光合分波器がファイバ融着延伸型合分波器であり、励起光入射端の中心波長が１４８０ｎｍ以下であることを特徴とするＡＳＥ光源。
【請求項２】
前記ファイバ融着延伸型合分波器の励起光入射端の中心波長が１４５０ｎｍ〜１４７０ｎｍであり、前記励起光源の発振中心波長が１４６０ｎｍ〜１４７０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載のＡＳＥ光源。
【請求項３】
前記ファイバ融着延伸型合分波器の励起光入射端の中心波長よりも前記励起光源の発振中心波長が０〜１０ｎｍ大きいことを特徴とする請求項２記載のＡＳＥ光源。
【請求項４】
前記ファイバ融着延伸型合分波器の励起光入射端の中心波長が１４５０ｎｍ〜１４６０ｎｍであり、前記励起光源の発振中心波長が１４６０ｎｍであることを特徴とする請求項２記載のＡＳＥ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エルビウム添加光ファイバから発生される自然放出光を利用した光源に関するものであり、光計測等の光源に適用される。
【背景技術】
【０００２】
エルビウム添加光ファイバ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ：以下、ＥＤＦ）は、１４８０ｎｍ帯（１４６０ｎｍ〜１４９０ｎｍ）、あるいは９８０ｎｍ帯（９７０ｎｍ〜９８５ｎｍ）の波長の励起光を入射することにより、１５５０ｎｍ帯の波長に対して大きな利得を得る。このため、利得を有する波長帯の信号光をＥＤＦ内に透過させることで、信号光の光強度を非常に大きくすることが可能であり、現在エルビウム添加光ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：以下、ＥＤＦＡ）として光通信の分野において広く利用されている。また、ＥＤＦに励起光を入射したとき、ＥＤＦは信号光の利得を発生させると共に自然放出光も発生する。発生した自然放出光は、利得の影響を受けて光出力が増大する。
【０００３】
このようにして発生した光は、Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ光（以下、ＡＳＥ光）と呼ばれている。近年、通信容量の拡大に伴い、広い波長帯域を用いて、異なる波長を持つ光信号を多重し、送受信する波長多重光通信システムが盛んに検討されており、このような背景のもと、ＥＤＦのＡＳＥ光を用いた広帯域光源が、インコヒーレントなＷＤＭ用光源として、またＷＤＭシステム用光部品の試験用光源として使用されている。
【０００４】
ここでＥＤＦを用いたＡＳＥ光源の出力波長帯について説明する。
【０００５】
特許文献１では１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯を同時に発生させたＡＳＥ光源について述べられている。先に述べたようにＥＤＦは１５５０ｎｍ帯（１５３０ｎｍから１５６０ｎｍ）の波長に対して大きな利得を得て、ＡＳＥ光を発生させる。さらに、こうしたＥＤＦのファイバ長を数倍から１０倍程度の長さにすることで、１５８０ｎｍ帯（１５７０ｎｍから１６００ｎｍ）の波長に対して大きな利得を得て、ＡＳＥ光を発生させることができる。
【０００６】
このようにＡＳＥ光源は１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯のものが一般的であるが、特許文献１では、２波長帯でのＡＳＥ光源について、ＥＤＦを１５８０ｎｍ帯で利得が得られる長さにし、出力端の逆端に反射手段を用いることで達成している。ＡＳＥ光は励起光に対し双方に発生し、励起光の対向側は１５５０ｎｍ帯の光を発生し、励起光に順方側は長尺のＥＤＦと反射手段を通して十分に長いファイバ内を透過して、１５８０ｎｍ帯の光を発生する。１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯の光は出力側ＥＤＦ中で合波され、２波長帯の光を発する。
【０００７】
こうした２波長帯発生タイプは、ＷＤＭシステム用部品の試験用光源として主流となりつつあるが、１波長帯のものに対し、出力効率が半分であることや、計測用システムとして考えた場合、受光系機器が一般的に１波長帯対応のものであり、両者のＡＳＥ光源は共存している。
【０００８】
特許文献２は２波長帯発生タイプのＡＳＥ光源において波長リプルを低減する条件について述べられている。
【０００９】
図６は１４８０ｎｍ帯の励起光源を用いたＡＳＥ光源の構成を示す図である。
【００１０】
１４８０ｎｍ帯の波長の励起光を発生する励起光源１０１と、励起光を入射することでＡＳＥ光を発生するＥＤＦ１０２と、ＥＤＦ１０２から放射されるＡＳＥ光を反射させる反射器１０３と、光合分波器１０４と、出力端からの戻り光を除去する光アイソレータ１０６と、出力端子１０５から構成され、各構成部品は光ファイバ融着あるいはスプライス等により光学的に結合されている。
【００１１】
前述したようにＡＳＥ光はＥＤＦ１０２の双方から発生し、励起光に対向するＡＳＥ光と励起光に順行し、反射器１０３により反射したＡＳＥ光により２波長帯のＡＳＥ光を発生する。このように反射器１０３を用いることで効率よくＡＳＥ光を発生できるが、各構成部品の内部反射とＥＤＦ１０２の増幅効果により、ＡＳＥ光に波長リプルを生じさせる。
【００１２】
波長リプルは空間結合型部品の構成部材の多重反射により発生するため、空間結合部品の反射減衰量を抑えることが必要である。特に光合分波器１０４は空間結合型部品の反射減衰量が低く、特許文献２によればファイバ融着延伸型光合分波器１０４を用いることでリプル低減を達成している。
【００１３】
しかしながらファイバ融着伸型光合分波器１０４は波長損失特性が大きく、損失によりＡＳＥ出力を低減させるという問題を持つがこの改善については特に方法は述べられていない。
【００１４】
図７に融着延伸型光合分波器１０４の結合特性を示す図である。
【００１５】
図７に示すようにファイバ融着延伸型型合分波器１０４の結合特性は波長特性を有している。ファイバ融着延伸型光合分波器は２本の光ファイバを溶融延伸させることで、コア部を細径にするとともに、２本のファイバのコアを接近させる。コアを細径にすることで漏れ光が発生し、近接ファイバに漏れ光が結合する。近接距離で波長帯、延伸距離で結合波長周期が調製され、図７のように、２つの出力端がそれぞれ１４８０ｎｍ帯の励起光源出力と１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光源出力を最小になるように設計することができる。延伸部を短くすると結合周期波長は長くなるが、図７に示すように励起光源波長帯（１４８０ｎｍ帯）を短波長側にシフトさせ、ＡＳＥ光源波長帯との結合波長周期を広げると結合比率の波長特性がブロードとなり、ＡＳＥ光源波長帯（１５８０ｎｍ帯）の中心波長から離れた波長での結合比率が高くなり、ＡＳＥ光源出力の波長特性がよりブロードに改善されることが分かる。
【００１６】
このとき励起光源１０１の発振波長をシフトしなければ、励起出力の損失を招き、ＡＳＥ光源出力の低下を招く。例えば１４８０ｎｍの励起光源を用いた場合、図７の点線では結合比率が低下することが分かる。したがってファイバ融着延伸型光合分波器１０４の最小損失波長に対応し、励起光源１０１の発振波長を合わせる必要が生じる。
【００１７】
しかしながら、特許文献３によれば２波長帯発生タイプのＡＳＥ光源において、励起波長１４８０ｎｍをピークに励起波長がズレると、１５３０から１５４０ｎｍの出力低下を招くことが述べられており、励起波長を短波長側へシフトすることは望ましくない。
【００１８】
このように２波長発生タイプのＡＳＥ光源において、リプルの低減を維持しつつ、出力を向上させる方法について、有効な手段が提案できないことが分かる。
【特許文献１】特開２００１−１３５８８０号公報
【特許文献２】特開２００２−１９８５９４号公報
【特許文献３】特開２００４−１１９６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
以上の従来技術では、１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯を同時発生するＡＳＥ光源についてリプルの低減を維持しつつ、出力を向上させる方法について、有効な手段が提案できない。また１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光源においては十分な検討もされていない。
【００２０】
そこで本発明では１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光源においてリプル低減を維持しつつ、出力を向上させたＡＳＥ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、１４８０ｎｍ帯の励起光源と、励起光の入射により１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光を発生するエルビウム添加光ファイバと、該エルビウム添加光ファイバの一方の端部に配置され、エルビウム添加光ファイバから放射されるＡＳＥ光の一部あるいは全てを反射させる反射手段と、励起光とＡＳＥ光を合波、分波する光合分波器と、エルビウム添加光ファイバへの戻り光を除去する光アイソレータからなるＡＳＥ光源において、前記光合分波器がファイバ融着延伸型合分波器であり、励起光入射端の中心波長を１４８０ｎｍ以下としたことを特徴とする。
【００２２】
望ましくは前記ファイバ融着延伸型合分波器の励起光入射端の中心波長が１４５０ｎｍ〜１４７０ｎｍであり、前記励起光源の発振中心波長が１４６０ｎｍ〜１４７０ｎｍであることを特徴とする。
【００２３】
また、前記ファイバ融着延伸型合分波器の励起光入射端の中心波長よりも前記励起光源の発振中心波長が０〜１０ｎｍ大きいことを特徴とする。
【００２４】
さらに望ましくは前記ファイバ融着延伸型合分波器の励起光入射端の中心波長が１４５０ｎｍ〜１４６０ｎｍであり、前記励起光源の発振中心波長が１４６０ｎｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、前記光合分波器がファイバ融着延伸型合分波器であり、励起光入射端の中心波長が１４８０ｎｍ以下であることによって、波長リプルの発生を抑え、かつ出力を向上させるＡＳＥ光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に実施例として、本発明によるＡＳＥ光源について説明する。
【００２７】
図１は本発明のＡＳＥ光源の構成を示す図である。
【００２８】
励起光源１１から出射された励起光Ｌｐは光合分波器１４を透過しＥＤＦ１２の一方の端部へ入射される。ＥＤＦ１２は入射された励起光ＬｐによりＡＳＥ光Ｌｂ、Ｌｆを発生する。ＡＳＥ光ＬｂはＥＤＦ１２の一方の端部へ進行し、ＡＳＥ光ＬｆはＥＤＦ１２の他方の端部へ進行する。ＡＳＥ光Ｌｂは光合波器１４を透過し、反射器１３で反射され、再び光合波器１４を透過し、ＥＤＦ１２に再入射し、ＡＳＥ光Ｌｆと共に光アイソレータ１６を透過し出力端子１５から出力される。光合分波器１４は励起光Ｌｐの波長の光と、ＡＳＥ光ＬｂもしくはＬｂ＋Ｌｆの波長の光を合波、あるいは分波する機能を持つ。光アイソレータ１６は入射するＬｂ＋Ｌｆ光に対し順方向に配置され、ＥＤＦ１２への不要な反射を除去する機能を持ち、光利得に伴う寄生発振を抑え、ＡＳＥ光の出力を増加させる機能を有する。
【００２９】
ＥＤＦ１２は、エルビウムが光ファイバのコア部にドープされた一般的なドープ光ファイバであり、ＥＤＦ１２内のエルビウムイオンは、励起光Ｌｐにより励起されＡＳＥ光を発生する。ＡＳＥ光はランダムな方向に進む光の合成であり、コア内を伝搬可能なモードだけがＥＤＦ１２を伝搬していく。伝搬するＡＳＥ光は１．５５μｍ帯の光で、後方及び前方の両方向に存在し、後方伝搬光をＬｂ、前方伝搬光をＬｆで示す。前方伝搬光のＡＳＥ光ＬｆはＥＤＦ１２の中段部分で再吸収され、これにより１．５８μｍ帯の誘導放出が生じる。ＡＳＥ光Ｌｂは反射器１３で反射されたのちＡＳＥ光Ｌｆと同様にＥＤＦ１２の中段部分で再吸収され、これにより１．５８μｍ帯の誘導放出が生じる。この反射によって、ＡＳＥ光が再吸収される確率が高くなり、１．５８μｍ帯の光の増幅が高い励起効率で行われるようになる。
【００３０】
反射器１３は少なくともＡＳＥ光Ｌｂの一部あるいは全て反射する機能を有し、例えば誘電体多層膜からなる反射ミラー、光ファイバグレーティング、ファイバループミラー、あるいは光ファイバの端面からのフレネル反射等を使用することが可能である。
【００３１】
光アイソレータ１６は、偏波無依存型のインライン型光アイソレータが用いられ、１．５８μｍ帯のアイソレーションが５０ｄＢ以上の２段型Ｌバンド光アイソレータが好ましい。一般に光アイソレータ１６はレンズ、複屈折結晶、磁気光学結晶等の光学部品を空間に配置した複合型の光モジュールである。
【００３２】
光合分波器１４は光ファイバを融着延伸し、融着延伸部のモード結合で特定の波長を分離、合成するファイバ融着延伸型光合分波器、あるいはレンズ、誘電体多層膜等を空間で結合し、誘電体多層膜で特定の波長を分離、合成する空間結合型光合分波器があるが、後者は反射減衰量が小さく、波長リプルの原因になるため、前者が望ましい。
【００３３】
図２は光合分波器１４についてファイバ融着延伸型光合分波器、空間結合型光合分波器をそれぞれ用いた場合のＡＳＥ光源の波長リプル特性を示す図である。特にＥＤＦの増幅効果が大きく、波長リプルが大きい１５９５ｎｍ前後を示した。前者に波長リプルの発生がなく、後者に波長リプルが発生することが分かる。
【００３４】
空間結合型光合分波器はレンズ、誘電体多層膜が空間的に配置され、多重反射を導く。図１に示すように光合分波器１４で反射した多重反射成分はＥＤＦ１２を通り、増幅され出力される。これが図２の波長リプル成分となる。
【００３５】
一方、図２に示すようにファイバ融着延伸型光合分波器を用いたＡＳＥ出力は、空間結合型光合分波器の出力より小さいことが分かる。
【００３６】
図３は光合分波器１４についてファイバ融着延伸型光合分波器、空間結合型光合分波器をそれぞれ用いた場合のＡＳＥ光源のスペクトラムを示す図である。前者は波長損失特性が大きく、後者はほぼゼロであり、図１に示す、反射器１３で反射される反射率に反映され、図７に示すとおり、ＡＳＥ光源の中心波長より離れるほど、結合比率は低下し、反射率が低下し、出力低下が大きくなることが分かる。（光合分波器１４は往復透過するため、図７の２倍の影響がある。）
図７に示すとおりファイバ融着延伸型光合分波器は結合波長周期が広いほど結合比率波長特性、すなわち波長損失特性が良くなる。したがって、ファイバ融着延伸型光合分波器の励起光入射端の中心波長をより短波長にすれば、ファイバ融着延伸型光合分波器の波長損失特性を改善できる。
【００３７】
図４は励起光源１１の励起波長とＡＳＥ光源スペクトラムの関係を示す図である。
【００３８】
図４に示すとおり、１４６０ｎｍから１４９０ｎｍにおいてＡＳＥ光源スペクトラムは変化しない（各波長のグラフは重なっている）が、この波長を外れて１４５０ｎｍになると急激に出力低下を招く。
【００３９】
以上より、波長リプルを発生させないためにファイバ融着延伸型光合分波器を用いる必要があるが、ファイバ融着延伸型光合分波器は波長損失特性が大きく、ＡＳＥ光源の出力低下を招く問題がある。
【００４０】
本実施形態に示したＡＳＥ光源によれば、ＡＳＥ光源の出力低下を低減させるため、ファイバ融着延伸型光合分波器の結合波長周期をなるべく長くなるように、励起光入射端の波長帯を短波長側に設計し、かつ、この励起光入射端の波長帯で最も結合効率が高くなり、ＡＳＥ光源出力が低下しない発振波長の励起光源１１を用いることで、従来技術より優れた出力特性のＡＳＥ光源を提案できる。
【００４１】
まず、励起光源１１の発振波長のバラツキを考慮しない場合、すなわち一般的に市販される１４６０〜１４９０ｎｍの発振波長に対しも、同様に考えファイバ融着延伸型光合分波器の励起光入射端の中心波長を１４８０ｎｍ以下とすれば、従来のＡＳＥ光源より出力が増大し、波長帯域を改善させたＡＳＥ光源を提案することが出来る。
【００４２】
また、励起光源１１の発振波長のバラツキを考慮し、励起光源１１の発振波長を１４６０〜１４７０ｎｍとすると、同様に考えファイバ融着延伸型光合分波器の励起光入射端の中心波長は１４５０ｎｍ〜１４７０ｎｍであれば良い。
【００４３】
さらに、図７に示すとおり、ファイバ融着延伸型光合分波器の結合比率は中心波長に対し、±１０ｎｍの範囲ではほぼ１００％に近い値を示すため、ファイバ融着延伸型光合分波器の励起光入射端の中心波長よりも励起光源の発振波長が０〜１０ｎｍ大きいことが好ましい。
【００４４】
望ましくは励起光源１１の発振波長が最小波長の１４６０ｎｍであり、ファイバ融着延伸型光合分波器の励起側入射端の中心波長が１４５０ｎｍ〜１４６０ｎｍであれば良い。
【実施例１】
【００４５】
本発明のＡＳＥ光源の実施例として図１に示したＡＳＥ光源の試作を行った。各部品と構成について以下に説明する。
【００４６】
励起光源１１は発振波長が１４６２ｎｍで約１００ｍＷの光出力とした。光合分波器１４は融着延伸型のものを使用し、励起側端子の中心波長（最小損失波長）は１４６０ｎｍ、光源出力側端子の中心波長（最小損失波長）は１５９０ｎｍの物を用いた。ＥＤＦ１２は、１５８０ｎｍ帯で平坦なスペクトラムを得られるように十分長尺のものを用い、本試作では約１００ｍの長さとした。エルビウム添加濃度はおよそ１００００ｐｐｍ・ｍである。反射器１３は誘電体多層膜と光ファイバから構成された、反射率が９０％以上の製品を用いた。出力端子１５の手前には、２段型偏波無依存型光アイソレータを配置し、１５８０ｎｍ帯でアイソレーションが５５ｄＢ以上の製品を使用した。出力端子１５はＦＣ／ＳＰＣコネクタからなり、４５ｄＢ以上の反射減衰量を有する。
【００４７】
図５は、試作した本発明のＡＳＥ光源のスペクトラムを示す図であり、励起波長と光合分波器１４の励起側端子の中心波長が１４９０ｎｍのものと比較し出力で最大０．５ｄＢ以上、波長帯域で２ｎｍの広帯域化を達成し、本発明の有効性を確認した。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のＡＳＥ光源の構成を示す図である。
【図２】ＡＳＥ光源の波長リプルを示す図である。
【図３】ＡＳＥ光源のスペクトラムを示す図である。
【図４】励起光源の励起波長とＡＳＥ光源スペクトラムの関係を示す図である。
【図５】試作した本発明のＡＳＥ光源のスペクトラムを示す図である。
【図６】１４８０ｎｍ帯の励起光源を用いたＡＳＥ光源の構成を示す図である。
【図７】融着延伸型光合分波器の結合特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１００：広帯域ＡＳＥ光源
１１、１０１：励起光源
１２、１０２：エルビウム添加光ファイバ
１３、１０３：反射器
１４、１０４：光合分波器
１５、１０５：出力端子
１６、１０６：光アイソレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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