(57)【要約】【課題】高出力、広帯域の出力が安定した広帯域ＡＳＥ光源を提供する。【解決手段】励起光を発生する励起光源と、励起光を入射することで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広帯域ＡＳＥ光源において、前記励起光源の発振中心波長を１４７１ｎｍから１４８７ｎｍにする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発生する励起光源と、励起光を入射することで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広帯域ＡＳＥ光源において、前記励起光源の発振中心波長が１４７１ｎｍから１４８７ｎｍであることを特徴とする広帯域ＡＳＥ光源。
【請求項２】
前記励起光源に波長選択性ファイバグレーティングを具備したことを特徴とする請求項１記載の広帯域ＡＳＥ光源。
【請求項３】
励起光源の温度を制御することで発振中心波長を制御したことを特徴とする請求項１記載の広帯域ＡＳＥ光源。
【請求項４】
励起光源の順電流を制御することで発振中心波長を制御したことを特徴とする請求項１記載の広帯域ＡＳＥ光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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光源とする広帯域自然放出光光源に関するものであり、波長多重光通信システム、光計測等の光源として使用するのに適するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エウビウム添加光ファイバ（Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ：以下、ＥＤＦ）は、１４８０ｎｍ帯、あるいは９８０ｎｍ帯の波長の励起光を入射することにより、１５５０ｎｍ近傍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。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。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。
【０００３】
ＥＤＦは、それ自身が持つ大きな利得によりＡＳＥ光出力を出射することができ、広帯域光源として使用することが可能である。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】
図５は１４８０ｎｍ帯の励起光源を用いた広帯域ＡＳＥ光源の構成を示す図である（特許文献１）。
【０００５】
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、ＥＤＦ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。
【０００６】
ここで特に特許文献１には示されていないが、１４８０ｎｍ帯の励起光源はＥＤＦＡに使用される一般的なものが用いられ、その発振中心波長は１４６０ｎｍから１４９０ｎｍのバラツキがある。
【０００７】
次にこのＡＳＥ光源１００の動作について説明する。励起光源１０１から出射された励起光Ｌｐは光合分波器１０４を透過しＥＤＦ１０２へ入射される。ＥＤＦは入射された励起光ＬｐによりＡＳＥ光Ｌｂ、Ｌｆを発生する。ＡＳＥ光Ｌｆは反射器１０３で反射され、ＥＤＦ１０２に再入射し、ＡＳＥ光Ｌｂと共に光合分波器１０４を透過する。光合分波器１０４は励起光Ｌｐの波長の光と、ＡＳＥ光Ｌｂ、Ｌｆの波長の光を合波、あるいは分波する機能を持ち、光合分波器１０４を透過したＡＳＥ光Ｌｂ＋Ｌｆは光アイソレータ１０６を透過し、出力端子１０５から出射する。
【０００８】
このように反射器１０３によりＡＳＥ光Ｌｆを反射させるダブルパス構成をとることにより、より大きな光を出力することができる。また、ＡＳＥ光Ｌｂは１５３０〜１５７０ｎｍの短波長帯域光で、ＡＳＥ光Ｌｆは１５７０ｎｍ以上の長波長帯域光であるため、ＡＳＥ光Ｌｆを反射させＬｂと共に出力することにより、非常に広帯域な光源が実現する。
【０００９】
ここで従来の励起光源の１４６０ｎｍから１４９０ｎｍのいずれの発振中心波長に対し、一般的なＥＤＦＡと同構成のＡＳＥ光源において安定した出力を得られることを確認する。
【００１０】
図６は１５３０ｎｍから１５７０ｎｍを増幅する一般的なＥＤＦＡと同様な構成を示すＡＳＥ光源である。
【００１１】
１４８０ｎｍ帯の波長の励起光を発生する励起光源２０１と、励起光を入射することでＡＳＥ光を発生するＥＤＦ２０２と、光合分波器２０４と、出力端からの戻り光を除去する光アイソレータ２０６と、出力端子２０５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。光合分波器２０４の接続点のない第３の端子は終端されているが、ＥＤＦＡに用いる場合、この第３端が入力端になる。
【００１２】
励起光源２０１の発振中心波長は１４６０ｎｍ、１４８０ｎｍ、１４８５ｎｍ、１４９０ｎｍの４点確認した。
【００１３】
図７は図６の構成に基づいたＡＳＥ光源のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。励起光源２０１の出力は９０ｍＷ、ＥＤＦ２０２のファイバ長は２５ｍである。ただし、図中▲５▼のみ励起出力は１４０ｍＷである。
【００１４】
図７に示すように１４６０ｎｍから１４８５ｎｍのいずれの励起光源の発振中心波長で安定したＡＳＥ光出力を得ている。励起光源の発振中心波長が１４９０ｎｍでは出力の低下は見られるが、スペクトラム形状は変わらず、励起出力の調整により出力の補正は容易にできる。（図中▲５▼は図中▲２▼に対し、励起出力を増加したときのＡＳＥ光出力である。）
このように従来の励起光源の発振中心波長帯域に対し、１５３０ｎｍから１５７０ｎｍの波長帯域を増幅する代表的なＥＤＦＡと同等な構成のＡＳＥ光源においては、安定した出力を得ることができる。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−１３５８８０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図５のようなＡＳＥ光の反射を利用して１５３０ｎｍから１５７０ｎｍの波長帯域と１５７０ｎｍ以上の波長帯域を同時に出力させる広帯域ＡＳＥ光源において、従来の励起光源の発振中心波長帯域では、発振中心波長に対しＡＳＥ光出力が大きく依存し、発振中心波長が１４８０ｎｍから離れた励起光源を用いた場合、１５３０ｎｍ近傍のＡＳＥ光出力が大きく低下し、ＡＳＥ光源の波長帯域が狭くなるという課題があった。光通信で用いられる伝送帯域は１５３０ｎｍ以上が一般的であり、ＡＳＥ光の１５３０ｎｍの出力低下はＷＤＭシステム用光部品の試験用光源として望ましくない。
【００１７】
図８は図５の構成に基づいたＡＳＥ光のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。
【００１８】
励起光源１０１の出力は９０ｍＷ、ＥＤＦ１０２のファイバ長は１１０ｍ、反射器１０３の反射率は９０％である。
【００１９】
図８に示すように１５３０ｎｍから１６１０ｎｍの広い波長帯域でＡＳＥ光を発生する。励起光源の発振中心波長が１４８０ｎｍの場合、ＡＳＥ光出力は１５３８ｎｍ近傍の極小値に対し、１５３０ｎｍの出力がほぼ等しくなり広帯域、高出力な出力を得られる。発振中心波長が１４６０ｎｍの場合、ＡＳＥ光の１５３０ｎｍの出力は１４８０ｎｍ励起の場合よりも６ｄＢ以上低下する。
【００２０】
ＡＳＥ光源はＷＤＭシステム用光部品の測定用に用いる場合、受光側に光スペクトラムアナライザを用いる。ＡＳＥ光源の出力と光スペクトラムアナライザの受光感度により、測定のダイナミックレンジが決定されるため、ＡＳＥ光源の出力の低下は望ましくない。こうした光スペクトラムアナライザと共に用いる光源の出力低下は設計中心値に対し１ｄＢ以内であることが一般的である。
【００２１】
図９は励起光源１０１の発振中心波長とＡＳＥ光源の出力の関係を出力波長毎に示した図である。図８と同様に図５の構成に基づいてＡＳＥ光のスペクトラムのシミュレーションをした
図９から励起光源１０１の発振中心波長が１４８０ｎｍから離れるほど短波長帯域のＡＳＥ光出力が低下することが分かる。発振中心波長が１４６０ｎｍの場合、１５３０ｎｍのＡＳＥ光出力は最適発振中心波長の出力と比較して６ｄＢ以上低くなる。発振中心波長が１４７１ｎｍ以下、または１４８７ｎｍ以上の場合でも、ＡＳＥ光出力の１５３０ｎｍの出力は最適発振中心波長の出力と比較して１ｄＢ以上の大きい低下量となる。
【００２２】
このように従来の励起光源の発振中心波長帯域では中心波長が１４８０ｎｍから離れるほど１５３０ｎｍの出力が低下し、ＡＳＥ光源の波長帯域が狭くなり、また出力の最小値も低くなる。
【００２３】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、広帯域で、高出力なＡＳＥ光源を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、励起光を発生する励起光源と、励起光を入射することで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広帯域ＡＳＥ光源において、前記励起光源の発振中心波長が１４７１ｎｍから１４８７ｎｍであることを特徴とする。さらに前記励起光源に波長選択性ファイバグレーティングを具備したことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による広帯域ＡＳＥ光源について説明する。
【００２６】
図１は本発明の広帯域ＡＳＥ光源１０の実施形態を示す構成図である。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Ｌｆは反射器１３で反射され、ＥＤＦ１２に再入射し、ＡＳＥ光Ｌｂと共に光合分波器１４を透過する。光合分波器１４は励起光Ｌｐの波長の光と、ＡＳＥ光Ｌｂ＋Ｌｆの波長の光を合波、あるいは分波する機能を持ち、光合分波器１４を透過したＡＳＥ光Ｌｂ＋Ｌｆは光アイソレータ１６を備えた出力端子１５の方向に分波される。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。光アイソレータ１６に入射したＡＳＥ光Ｌｂ＋Ｌｆは、光アイソレータ１６を透過し、出力端子１５から出力される。
【００２７】
ここで励起光源１１は発振中心波長を１４７１から１４８７ｎｍに制御したものを用いた。これによって１５３０ｎｍ近傍のＡＳＥ光出力を安定にでき、広帯域で高出力なＡＳＥ光源が実現できる。
【００２８】
なお、波長を制御する手段としてファイバグレーティング付励起光源を用いれば発振波長を択一できるため、より安定したＡＳＥ光出力を得られて望ましい。ファイバグレーティング付励起光源は、光通信におけるラマン増幅器用として開発されたものである。ラマン増幅器は光ファイバの誘導ラマン散乱現象を利用しており、近年、ＥＤＦＡの増幅特性の補正や、ＥＤＦＡで出来ない伝送帯域の増幅器として用途が広まっている。ラマン増幅は励起波長に対しおおよそ＋１００ｎｍの波長帯域を増幅するが、ＥＤＦＡとは異なり増幅波長帯域が広くないため、複数の異なる励起波長の励起光源を用いることで増幅波長帯域を広帯域にする。このため励起波長を厳密に制御する必要があり、ファイバグレーティングを具備し、発振波長を選択できる励起光源を用いる。ファイバグレーティング付励起光源の波長精度は±１ｎｍ程度であり、従来のＥＤＦＡに用いる励起光源の発振中心波長帯域（１４６０ｎｍから１４９０ｎｍ）と比較して十分に狭い。
【００２９】
一方、従来のＥＤＦＡに用いるファイバグレーティングのない励起光源においても発振中心波長を制御することができる。励起光源には一般的に温度制御素子が内蔵されている。励起光源の発振中心波長は０．４ｎｍ／℃程度の温度依存性があるため、±１５℃程度温度を制御することで±６ｎｍ程度波長を制御できる。また、励起光源の発振中心波長は順電流に対しても依存性があり、順電流を２００ｍＡ程度変化させることで、波長を５ｎｍ程度制御することができる。
【００３０】
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内のエルビウム原子は、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。
【００３１】
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の後半部分で再吸収され、これにより１．５８μｍ帯の誘導放出が生じる。ＡＳＥ光Ｌｆはさらに反射器１３で反射されＥＤＦ１２を逆方向に伝搬する。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。また、後方伝搬光のＡＳＥ光Ｌｂは再吸収される量が少ないため、その多くが１．５５μｍ帯の光のまま光合分波器１４方向に伝搬する。
【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のいずれでも良い。
【００３３】
また反射器１３は少なくともＡＳＥ光Ｌｆ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。
【００３４】
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。
【００３５】
ここで励起光源の発振中心波長とＡＳＥ光スペクトラムの関係性について説明する。ＡＳＥ光は先に説明したとおり、長波長帯域の出力を生じるＬｆと短波長帯域の出力を生じるＬｂと合波され出力される。図８に示すように励起光源の発振中心波長が１４８０ｎｍから離れるほど短波長帯域の出力は低下するが、逆に長波長帯域の出力は増大する。これは励起波長が変わることによりＬｆの出力成分がＬｂの出力成分より増えたことを意味する。ＬｆとＬｂとの比を調整することはエルビウム原子の吸収・放出に関わり、ＥＤＦの調整が必要となり、ＡＳＥ光源の構成的に調整することは難しい。例えば、励起出力や、ＥＤＦのファイバ長による調整は困難である。
【００３６】
図２は図１の構成に基づいたＡＳＥ光源のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。励起光源の出力を７０ｍＷから１１０ｍＷまで変化させている。励起出力が低くなると１５３０ｎｍの出力は上がり、励起光源の発振中心波長のズレに対する１５３０ｎｍの出力低下の補正に効果的であるが、長波長帯の出力が低下し、ＡＳＥ光源の波長帯域が狭まり、望ましくない。
【００３７】
図３も図１の構成に基づいたＡＳＥ光源のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。ＥＤＦのファイバ長を１１０ｍから１７０ｍまで変化させている。ファイバ長を長くすると１５３０ｎｍの出力は上がる。しかし、励起光源の発振中心波長のズレに対する１５３０ｎｍの最大出力低下量６ｄＢに対し、出力補正は１ｄＢ程度で十分ではない。
【００３８】
このように励起光源１１にファイバグレーティング付励起光源１１を用いて発振中心波長を１４７１ｎｍから１４８７ｎｍに制御することで１５３０ｎｍと１５３８ｎｍの出力を等しいように制御でき、広帯域で高出力なＡＳＥ光源が実現できる。
【００３９】
以上本実施形態に示した広帯域ＡＳＥ光源によれば、高出力、広帯域のＡＳＥ光源が実現する。
【００４０】
なお、本実施例の構成形態によらず、本発明は１４８０ｎｍ帯の励起光源を用いたダブルパス構成の広帯域ＡＳＥ光源において、励起光源の発振中心波長を１４７１ｎｍから１４８７ｎｍにすることで、より広帯域、高出力になる効果を説明したものであり、ＡＳＥ光出力が同様である場合、同様な効果を得ることができる。例えば励起光源１１は光合分波器１４を介し、ＥＤＦ１２と反射器１３の間に配置されていても良い。
【００４１】
【実施例】
本発明の広帯域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。
【００４２】
励起光源１１はファイバグレーティング付で発振波長が１４７８ｎｍで約１００ｍＷの光出力とした。光合分波器１４は空間結合型のものを使用し、ＥＤＦ１２は、１．５５μｍ帯光の再吸収のために、十分長尺のものを用い、本試作では約８０ｍの長さとした。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、１．５８μｍ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。
【００４３】
図４は、試作した本発明の広帯域ＡＳＥ光源のスペクトラム出力、および従来技術（励起光源の発振中心波長は１４６３ｎｍ）の広帯域ＡＳＥ光源のスペクトラム出力を示す図である。
【００４４】
本発明の試作ではＡＳＥ光のトータル出力は＋１６．５ｄＢｍ、スペクトラム密度は１５３０〜１６００ｎｍの範囲で−７．８ｄＢｍ／ｎｍ以上の高出力、広帯域化を実現した。
【００４５】
従来の発振中心波長の励起光源を用いたＡＳＥ光源は、トータル出力で＋１６．５ｄＢｍ、スペクトラム密度は１５３０〜１６００ｎｍの範囲で−１１．５ｄＢｍ／ｎｍであり、上記試作結果と比較して、本発明により高出力、広帯域のＡＳＥ光源が実現することを確認した。
【００４６】
また、励起光源の発振中心波長に対し、大きく依存する１５３０ｎｍのＡＳＥ光出力は本発明の試作では−７．８ｄＢｍ／ｎｍ、従来技術の試作では−１１．５ｄＢｍ／ｎｍであり、図９に示すシミュレーション結果とほぼ一致する。図９のように励起光源の発振中心波長が１４７１ｎｍから１４８７ｎｍにある場合、ＡＳＥ光出力の最小値である１５３０ｎｍの出力低下は最適発振中心波長の１ｄＢ以内となり、光スペクトラムアナライザを用いた高ダイナミックレンジの測定のための高出力、広帯域のＡＳＥ光源が実現できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、発明によれば、励起光を発生する励起光源と、励起光を入射することで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広帯域ＡＳＥ光源において、前記励起光源の発振中心波長を１４７１ｎｍから１４８７ｎｍにすることで、より高出力、広帯域化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の広帯域ＡＳＥ光源の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の構成に基づいたＡＳＥ光源のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。
【図３】図１の構成に基づいたＡＳＥ光源のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。
【図４】本発明および比較例の広帯域ＡＳＥ光源のスペクトラム出力を示す図である。
【図５】１４８０ｎｍ帯の励起光源を用いた従来の広帯域ＡＳＥ光源の構成を示す図である。
【図６】１５３０ｎｍから１５７０ｎｍを増幅する一般的なＥＤＦＡと同様な構成を示すＡＳＥ光源の構成を示す図である。
【図７】図６の構成に基づいたＡＳＥ光源のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。
【図８】図５の構成に基づいたＡＳＥ光のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。
【図９】励起光源の発振中心波長とＡＳＥ光源の出力の関係を出力波長毎に示した図である。
【符号の説明】
１０、１００、２００：広帯域ＡＳＥ光源
１１、１０１、２０１：励起光源
１２、１０２、２０２：エルビウム添加光ファイバ
１３、１０３：反射器
１４、１０４、２０４：光合分波器
１５、１０５、２０５：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】
2004119653.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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