(57)【要約】  Ｃ，Ｌバンド光増幅器を用いた直列リング形状を有する光ファイバレーザ共振器内に、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタと、エアギャップエタロンフィルタと、飽和吸収体とを用いて、Ｃ，ＬバンドにおけるＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６９２及びＧ．６９４．１によって勧告されている１２．５ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、又は１００ＧＨｚの等間隔を有して単一モードで連続的に波長可変とされるバックアップ用レーザ光及び基準光を得ることができる光ファイバリングレーザが提供される。光ファイバリングレーザは、波長可変型エタロンフィルタの電圧駆動ピエゾ素子にバイアス電圧を印加することにより、２５ＧＨｚ間隔の３６１チャネルにおいて、７０ｎｍ以上の波長可変範囲、優れた出力平坦度、７０ｄＢ以上の自発的放射比を有する。光ファイバリングレーザの単一縦モード動作は、帯域幅が狭いフィルタのような役目を果たす飽和吸収体を用いて得ることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不連続波長可変単一縦モードリングタイプ光ファイバ構造におけるＣバンド及びＬバンドにおけるＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６９２及びＧ．６９４．１によって規定されている１９３．１ＴＨｚ±ｎ＊１２．５ＧＨｚ（ｎは整数）のＩＴＵ−Ｔグリッドチャネル値を満たすチャネル波長を不連続的に可変するように製造された、不連続的にＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド波長可変な単一縦モードのエルビウム添加（erbium-doped）光ファイバリングレーザであって、
単方向構造を有する第１及び第２の光ファイバ増幅ステージを有する飽和吸収体である第１及び第２のエルビウム添加光ファイバと、エアギャップを有するエアギャップエタロンフィルタと、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタと、エルビウム添加光ファイバからなる飽和吸収体とが、同時に使用することができるように互いに直列に接続されていること
を特徴とする不連続的にＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド波長可変な単一縦モードのエルビウム添加光ファイバリングレーザ。
【請求項２】
上記光ファイバ増幅ステージは、２段直列構造を有し、それぞれ、Ｌ／Ｃ方向性カプラを用いてＣバンドの光信号とＬバンドの光信号とを増幅すること
を特徴とする請求項１記載の不連続的にＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド波長可変な単一縦モードのエルビウム添加光ファイバリングレーザ。
【請求項３】
上記飽和吸収体は、入射光が最大の反射率を有するように一端が金属又は誘電体によってコーティングされた単一モードエルビウム添加光ファイバに継がれ、光サーキュレータと接続されて光フィルタの特性を有するような吸収体フィルタであること
を特徴とする請求項１記載の不連続的にＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド波長可変な単一縦モードのエルビウム添加光ファイバリングレーザ。
【請求項４】
上記エアギャップエタロンフィルタは、長さの変化に対応した共振周波数がＩＴＵ−Ｔのグリッド間隔に関する勧告Ｇ．６９２及びＧ．６９４．１によって勧告されている周波数間隔１９３．１ＴＨｚ±（ｎ＊１２．５、ｎ＊２５、ｎ＊５０、又はｎ＊１００、ｎは整数）を有するように温度を調節して安定化させるための熱電冷却器（a thermal electric cooler）及び温度調節器（a temperature controller）を含むこと
を特徴とする請求項１記載の不連続的にＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド波長可変な単一縦モードのエルビウム添加光ファイバリングレーザ。
【請求項５】
上記光ファイバ波長可変型エタロンフィルタは、透過線幅が狭くて広帯域波長可変なファブリペロフィルタ（Fabry-Perot filter）、ファイバブラググレーティングフィルタ（fiber Bragg grating filter)フィルタ、又は格子型フィルタ（grating type filer）を含む波長可変フィルタであること
を特徴とする請求項１記載の不連続的にＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド波長可変な単一縦モードのエルビウム添加光ファイバリングレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不連続的にＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド波長可変な単一縦モードのエルビウム添加光ファイバリングレーザに関する。特に、本発明は、光ファイバレーザ共振器内に、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタと、エアギャップエタロンフィルタと、飽和吸収体とを用いて、Ｃ／Ｌバンド（conventional/long wavelength band）におけるＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６９２及びＧ．６９４．１によって勧告されている２５ＧＨｚの等間隔を有して連続的に可変とされる波長を有するバックアップ用のレーザ光及び基準光を得ることができる光ファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる波長を有する光は、互いに干渉せずに伝播する。したがって、異なる波長に信号を載せて1本の光ファイバを介して伝送する場合、それら信号は、互いに干渉することなく光ファイバを介して伝送される。このような伝送方式は、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing；ＷＤＭ）と称される。波長分割多重方式を用いることにより、光ファイバの情報伝送容量を大幅に増加させることができる。
【０００３】
高密度波長分割多重技術は、商業的サービスの目的で光通信に広く用いられるものとして期待される。しかしながら、高密度波長分割多重技術は、チャネル数が増加し、これにより、複雑な構造を有するネットワークが形成される。また、よりフレキシブルなネットワークを設計して運用するために、ＩＴＵ−Ｔによって勧告されている波長が安定化した光源が要求されている。
【０００４】
したがって、国際通信連合（International telecommunications Union；ＩＴＵ）は、高密度波長分割多重を用いるために、１９３．１ＴＨｚに隣接する１２．５ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、又は１００ＧＨｚの等間隔のチャネル周波数を有する光源を用いることを勧告している。近年では、縦型空洞表面放出レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）、外部共振器型半導体レーザ（External Cavity Laser Diode；ＥＣＬＤ)、光帰還半導体レーザ（Distributed Feedback-LD；ＤＦＢ−ＬＤ）、ブラグ反射型半導体レーザ（Distributed Bragg Reflector-LD；ＤＢＲ−ＬＤ）等の様々な波長可変レーザが商業的に開発され、高密度波長分割多重システムに用いられている。
【０００５】
波長可変レーザやファイバレーザは、動作波長がＩＴＵ−Ｔによって勧告されている波長（周波数）に一致するように設計されなければならない。また、波長可変レーザやファイバレーザは、低コストで高密度波長分割多重システムを効率的にメンテナンスするために、波長分割多重光通信システムにおける光源として広く用いられる。
【０００６】
高速で素子をテストするアプリケーション用の光源として開発された光ファイバレーザは、１４６０〜１５３０ｎｍのＳバンド（short wavelength band）、１５３０〜１６２５ｎｍのＣバンド（conventional band）及びＬバンド（long wave length band）を通じて優れた波長選択性を有する広い波長可変範囲と、単一モード動作とを有することから、高密度波長分割多重システムに適用した場合には、半導体レーザと比べて魅力的である。
【０００７】
【表１】
2007511107.tif 000003
【０００８】
上表１は、これまで研究開発されてきた飽和吸収体を用いた光ファイバリングレーザの例を示している。これら光ファイバリングレーザは、全て単一モードで動作する。しかしながら、これら光ファイバリングレーザは、波長可変範囲に制限があったり、ＩＴＵ−Ｔによって勧告されている周波数間隔を有するように動作しなかったりする。
【発明の開示】
【０００９】
したがって、本発明は、従来技術において生じる上述した問題を解決するためになされたものであり、Ｃバンド光増幅器とＬバンド光増幅器とを用いた直列のリング形状を有する光ファイバレーザ共振器内に、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタと、エアギャップエタロンフィルタとを用いて、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）及びＬバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）におけるＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６９２及びＧ．６９４．１によって勧告されている１２．５ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、又は１００ＧＨｚの等間隔で７０ｎｍ以上の波長可変範囲を有して単一モードにおいて連続的に可変とされる波長を有するバックアップ用のレーザ光及び基準光を得ることができる光ファイバレーザを提供することを目的としている。
【００１０】
また、本発明は、２つのタイプのエタロンフィルタを有する光ファイバレーザ共振器内に飽和吸収体を用いることにより、モードの安定性を改善した単一縦モードにおいて等間隔で連続的に波長可変な光ファイバリングレーザを提供することを目的としている。
【００１１】
さらに、本発明は、波長が１２．５ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、又は１００ＧＨｚの等間隔で連続的に可変とされ、ＩＴＵ−Ｔによって勧告されている周波数選択性の精度、出力平坦度、高速な波長可変、高い光信号対雑音比、及び広い波長可変範囲を有する光ファイバリングレーザを提供することを目的としている。
【００１２】
上述した目的を達成するために、本発明によれば、不連続波長可変単一縦モードリングタイプ光ファイバ構造におけるＣバンド及びＬバンドにおけるＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６９２及びＧ．６９４．１によって規定されている１９３．１ＴＨｚ±ｎ＊１２．５ＧＨｚ（ｎは整数）のＩＴＵ−Ｔグリッドチャネル値を満たすチャネル波長を不連続的に可変するように製造された、不連続的にＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド波長可変な単一縦モードのエルビウム添加（erbium-doped）光ファイバリングレーザであって、単方向構造を有する第１及び第２の光ファイバ増幅ステージを有する飽和吸収体である第１及び第２のエルビウム添加光ファイバと、エアギャップ（又は特殊ガスギャップ若しくは真空ギャップ）を有するエアギャップエタロンフィルタ（又は動特性を有する固体型ファブリペロエタロンフィルタ（solid Fabry-Perot etalon filter））と、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタと、エルビウム添加光ファイバからなる飽和吸収体とが、同時に使用することができるように互いに直列に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
ここで、上記光ファイバ増幅ステージは、２段直列構造を有し、それぞれ、Ｌ／Ｃ方向性カプラを用いてＣバンドの光信号とＬバンドの光信号とを増幅するのが望ましい。
【００１４】
また、上記飽和吸収体は、入射光が最大の反射率を有するように一端が金属又は誘電体によってコーティングされた単一モードエルビウム添加光ファイバに継がれ、光サーキュレータと接続されて光フィルタの特性を有するような吸収体フィルタであるのが望ましい。
【００１５】
さらに、上記エアギャップエタロンフィルタは、長さの変化に対応した共振周波数がＩＴＵ−Ｔのグリッド間隔に関する勧告Ｇ．６９２及びＧ．６９４．１によって勧告されている周波数間隔１９３．１ＴＨｚ±（ｎ＊１２．５、ｎ＊２５、ｎ＊５０、又はｎ＊１００、ｎは整数）を有するように温度を調節して安定化させるための熱電冷却器（a thermal electric cooler）及び温度調節器（a temperature controller）を含むのが望ましい。
【００１６】
さらにまた、上記光ファイバ波長可変型エタロンフィルタは、透過線幅が狭くて広帯域波長可変なファブリペロフィルタ（Fabry-Perot filter）、ファイバブラググレーティングフィルタ（fiber Bragg grating filter)フィルタ、又は格子型フィルタ（grating type filer）を含む波長可変フィルタであるのが望ましい。
【００１７】
したがって、本発明によれば、レーザ光源の波長をＩＴＵ−Ｔによって勧告されている２５ＧＨｚ等の間隔を有するチャネル波長値に一致するように処理することにより、高密度波長分割多重通信システムにおいて、１つの波長可変レーザで３６１個の通信用半導体レーザのような役目を果たすことが可能なバックアップ用レーザを確保することができるという効果がある。また、本発明は、光ファイバレーザ共振器のレーザ光源が有する等間隔の波長の周波数間隔が一定であることから、該当するレーザ光源を周波数基準光源として用いることもできるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の上述した及び他の目的、特徴、及び利点は、本発明の望ましい具体例についての添付図面に関連した以下の詳細な記述から明らかになるであろう。
【００１９】
添付図面を参照して、本発明の望ましい具体例について詳細に言及する。
【００２０】
図１は、２５ＧＨｚの等間隔を有して３６１チャネルが連続的に波長可変とされる本発明による光ファイバリングレーザを示すブロック図である。光ファイバリングレーザは、９８０ｎｍの波長を有する高出力ポンピングレーザダイオード１，２のポンピング光信号と、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５から光帰還される１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンド波長と１５６５〜１６２５ｎｍのＬバンド波長とを有する入力光信号と、波長スプリッタ６によって分配されたＬバンド波長を有する入力光信号とを、波長分割多重器３，７によって多重化し、５．４ｍのエルビウム添加光ファイバ４と３０ｍのエルビウム添加光ファイバ８とに入力し、増幅するように構成されている。
【００２１】
ここで、エルビウム添加光ファイバ４，８は、シリカ系光ファイバにエルビウムイオンＥｒ＋３を添加することによって得られたものである。エルビウム添加光ファイバ４は、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５によって選択されたＬ／Ｃバンド波長を有する光信号のうち、Ｃバンド及びＬバンドの一部の波長を有する光信号を増幅し、波長スプリッタ６は、エルビウム添加光ファイバ８へとＬバンドの光信号を伝播する。エルビウム添加光ファイバ８は、波長スプリッタ６によって分配されたＬバンドの光信号を増幅する。
【００２２】
エアギャップエタロンフィルタ１１は、Ｌ／Ｃカプラからなる波長スプリッタ６によって分配されたＣバンドの光信号とエルビウム添加光ファイバ８内で増幅されたＬバンドの光信号とがＬ／Ｃカプラからなる波長スプリッタ９によって合成されて伝播される経路上、すなわち、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５の前段に配置されている。エアギャップエタロンフィルタ１１は、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５が波長スプリッタ９から出力されるＬ／Ｃバンドの光信号の周波数を変化させている状態で、２５ＧＨｚの間隔を有する光信号波長を連続的に選択する。
【００２３】
ここで、波長スプリッタ９とエアギャップエタロンフィルタ１１との間に配置されている偏光調節器１０は、製作プロセスにおいて光ファイバの屈曲や捩れの条件を変化させることによって生じるレーザビームの偏光を調節する。エアギャップエタロンフィルタ１１は、エア、特殊ガス、又は真空等を用いるエアギャップファブリペロ干渉計型である。
【００２４】
９８０ｎｍのポンピングレーザがエルビウム添加光ファイバ８に与えられて発生した光の自発的放射によって生じるノイズが、エルビウム添加光ファイバ４に入射されるのを防止するために、光アイソレータ５がエルビウム添加光ファイバ４の前段に配置されている。光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５からの反射に起因する相互作用によって生じる不要な共振器の形成を制限するために、エアギャップエタロンフィルタ１１の前段にも光アイソレータ１４が設置されている。
【００２５】
細度（fineness）が７５程度のエアギャップエタロンフィルタ１１は、熱膨脹係数がゼロに近い超低膨張のＵＬＥ（ultra low expansion）やゼロデュアー（Zerodur（登録商標））製のエタロンを用いてパッケージングされて構成されたエアギャップファブリペロ干渉計型である。エアギャップエタロンフィルタ１１は、その挿入損失が３ｄＢよりも低く、その自由スペクトル領域（free spectral range）がエタロンの精緻な間隔調節によって２５ＧＨｚに固定されているため、低損失と出力平坦度を有し、１．５〜１．６μｍの広い動作範囲を有する。
【００２６】
また、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５は、透過線幅が狭くて広帯域波長可変なファブリペロフィルタ（Fabry-Perot filter）、ファイバブラググレーティングフィルタ（fiber Bragg grating filter)フィルタ、又は格子型フィルタ（grating type filer）を含む波長可変フィルタである。光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５は、３ｄＢの挿入損失を有し、１１．８ＴＨｚの自由スペクトル領域と１０ＧＨｚの半値幅（Full Width Half Maximum）とを有する。
【００２７】
エアギャップエタロンフィルタ１１は、長さの変化に対応した共振周波数がＩＴＵ−Ｔのグリッド間隔に関する勧告Ｇ．６９２及びＧ．６９４．１によって勧告されている周波数間隔１９３．１ＴＨｚ±（ｎ＊１２．５、ｎ＊２５、ｎ＊５０、又はｎ＊１００、ｎは整数）を有するように温度を調節して安定化させるための熱電冷却器１２及び温度調節器１３を含み、外部環境に起因する波長の変化を制御する。
【００２８】
これにより、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５の中心波長は、エルビウム添加光ファイバ４，８の利得帯域幅内で電圧駆動ピエゾ素子の電圧を電圧調節器１６によって調節し、最終的に出力されるレーザ光の波長が不連続的に変化する。
【００２９】
このように、光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５から出力されるレーザ光は、光カプラ１７によって７０：３０の割合で分配され、光サーキュレータ１９を介してエルビウム添加光ファイバ４に入力光信号として入射され、これと同時に、出力端、すなわち、光スペクトラム分析器１８に出力され、レーザ光の特性をモニタリングしたり、出力レーザビームとして用いたりする。
【００３０】
光サーキュレータ１９は、エルビウム添加光ファイバ４によって発生されて逆方向に増幅された自発的放射信号が光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５に反射することによって生じる不安定な発光を抑制する役目を果たす。また、光サーキュレータ１９の３つのポートのうちの１つには、０．６ｍの長さを有する飽和吸収体であるエルビウム添加光ファイバ２０と、コーティングミラー２１とが接続されている。ここで、飽和吸収体、すなわち、ポンピングされないエルビウム添加光ファイバ２０においては、入力された光信号とコーティングミラー２１によって反射された信号とによる定常波パターンが形成される。すなわち、定常波パターンの干渉に起因して空間ホールバーニング効果（spatial hole burning effect）が誘導され、周期的な屈折率変化によって吸収格子（an absorption grating）が形成され、これにより、エルビウム添加光ファイバ２０は、帯域幅が狭いフィルタのような役目を果たす。
【００３１】
図２は、本発明による光ファイバリングレーザの出力スペクトラムを示しており、電圧調節器１６によって調節された電圧が光ファイバ波長可変型エタロンフィルタ１５の電圧駆動ピエゾ素子に印加されると、１５２７．４〜１６００．８ｎｍ間で２５ＧＨｚ間隔で３６１チャネルを得ることができるようにレーザ光の波長が可変することを示している。
【００３２】
図３は、光ファイバリングレーザの全体の出力スペクトラムに対して、ＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド値からの実際に動作するレーザ周波数の差である周波数オフセットを示している。全体の出力に対する周波数オフセット、すなわち、最大値と最小値との差は、０．３６ＧＨｚよりも低い。この周波数オフセットを低くするために、温度調節器１３及び熱電冷却器１２の温度を７０℃まで上げた場合には、全体の出力に対する周波数オフセットは、±０．１４ＧＨｚ以内にまで減少させることができる。
【００３３】
図４は、光ファイバリングレーザの１チャネルのレーザ出力スペクトラムを示している。図４を参照すると、自発的放射信号対雑音比は、７０ｄＢ／ｎｍよりも大きく、このときの出力は、約０．５ｍＷである。
【００３４】
図５は、光ファイバレーザ共振器内に飽和吸収体であるエルビウム添加光ファイバ２０がある場合とない場合とにおけるＲＦ出力スペクトラムを示している。図５からわかるように、光ファイバリングレーザは、飽和吸収体であるエルビウム添加光ファイバ(20)がない場合には、多重モードで動作する。また、光ファイバリングレーザは、光ファイバレーザ共振器内に飽和吸収体であるエルビウム添加光ファイバ(20)がある場合には、縦モード間の干渉がないため、単一縦モードで動作する。
【００３５】
図５においては、エルビウム添加光ファイバ２０がない場合には、縦モード間の間隔と一致する４．５ＭＨｚの調和が現れている。エルビウム添加光ファイバ２０を用いて光ファイバリングレーザが単一縦モードで発振する場合には、４．５ＭＨｚの縦モード間隔による調和は現れない。すなわち、図５は、光ファイバリングレーザが飽和吸収体を用いた場合に単一縦モードで発振していることを示している。
【００３６】
図６は、本発明による光ファイバリングレーザの発振スペクトル線幅を示している。光ファイバリングレーザの発振スペクトル線幅は、１．３ｋＨｚの半値幅と一致する。なお、発振スペクトル線幅は、一方のアーム上に２５Ｋｍのマッハツェンダ干渉計をセットし、時間遅延自己ヘテロダインビーム測定法を用いて測定される。
【００３７】
上述したように、本発明は、波長可変バックアップレーザを得るためにＩＴＵ−Ｔによって勧告されている等間隔を有するチャネル波長値に一致するレーザ光の波長を処理することができ、高密度波長分割通信システムにおける通信のための３６１個の半導体レーザとしての役目を果たすことができる。また、光ファイバレーザ共振器のレーザ光の等間隔の波長には、一定の周波数分離があることにより、本発明は、周波数参照光としてレーザ光を用いることができる。
【００３８】
本発明は、特定の具体例を参照して説明されたが、その具体例によって制限されるものではなく、添付された特許請求の範囲によってのみ制限される。本発明の技術的範囲内で様々な変形及び修正が当業者によって可能であることは明白なことであり、かかる変形及び修正が特許請求の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、２５ＧＨｚの等間隔を有して３６１チャネルが連続的に波長可変とされる本発明による光ファイバリングレーザを示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明による光ファイバリングレーザの出力スペクトラムを示す図であり、１５２７．４ｎｍから１６００．８ｎｍまでの約７３ｎｍの幅内で２５ＧＨｚ間隔で不連続的に波長可変する３６１チャネルの全ての発振可能なスペクトラムを示す図である。
【図３】図１のエタロンフィルタ１１の温度値２３℃及び７０℃において、本発明による光ファイバリングレーザのＩＴＵ−Ｔチャネルグリッド値で発振するレーザの周波数の差である周波数オフセットを示す図である。
【図４】図４は、本発明による光ファイバリングレーザで発振する１チャネルの光出力スペクトラムを示す図である。
【図５】図５は、本発明による光ファイバリングレーザが飽和吸収体を含む場合と含まない場合とにおける電気的スペクトラム分析器（electronic spectrum analyzer）に表示されたＲＦ周波数の出力スペクトラムを示す図である。
【図６】図６は、本発明による光ファイバリングレーザで発振する単一チャネルにおけるレーザスペクトル線幅を時間遅延自己ヘテロダインビーム測定法を用いて測定することによって得られた結果を示す図であり、線幅が１．３ｋＨｚの半値幅を有している様子を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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