(57)【要約】【課題】光増幅器を多段に接続してなる光増幅装置において、各光増幅器の増幅率を最適化して非線光学効果を抑制する。【解決手段】二つの第１，第２のエルビウムドープファイバ増幅器５，７を備える二段の光増幅装置４において、後段側である第２のエルビウムドープファイバ増幅器７の増幅率を、前段側である第１のエルビウムドープファイバ増幅器５の増幅率よりも低く設定するとともに、非線形光学効果の抑制を考慮した構成とする一方、第１のエルビウムドープファイバ増幅器５は、通常の構成としている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光増幅器が多段に接続されてなる光増幅装置において、最終段の光増幅器の増幅率を、残余の光増幅器の増幅率以下に設定したことを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記残余の光増幅器の増幅率は、非線形光学効果を抑制する前記最終段の光増幅器の増幅率よりも高い請求項１記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記残余の光増幅器によって、非線形光学効果によるピークパワーの劣化が生じないレベルまで増幅する請求項１または２記載の光増幅装置。
【請求項４】
複数の光増幅器の間に、バンドパスフィルタを設けた請求項１〜３のいずれかに記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記多段が二段であって、後段の光増幅器の増幅率を、前段の光増幅器の増幅率未満に設定した請求項１〜４のいずれかに記載の光増幅装置。
【請求項６】
前記光増幅器が、エルビウムドープファイバ増幅器である請求項１〜５のいずれかに記載の光増幅装置。
【請求項７】
電気信号を発生する信号発生器と、前記電気信号に基づいて、レーザ光を生成する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光を増幅する前記請求項１〜６のいずれかに記載の光増幅装置とを備えることを特徴とする高出力光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光増幅器が多段に接続されてなる光増幅装置およびそれを用いた高出力光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザから発生するピークパワーが高々数１０ｍＷ程度の光パルスを、高出力パルス光に増幅するために、希土類元素を添加した光ファイバを用いた光増幅器の複数個を多段に接続して増幅する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１１７４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような多段の光増幅器では、前段の光増幅器からの増幅パルス光のピークパワーが高くなると、後段の光増幅器の希土類添加光ファイバ、例えば、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）のコアのパワー密度が高くなってラマン散乱等の非線形光学効果を生じ、必要とする増幅率を得ることが困難であるという難点がある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、光増幅器を多段に接続してなる光増幅装置において、各光増幅器の増幅率を最適化して非線形光学効果を抑制することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【０００７】
すなわち、本発明の光増幅装置は、複数の光増幅器が多段に接続されてなる光増幅装置において、最終段の光増幅器の増幅率を、残余の光増幅器の増幅率以下に設定している。
【０００８】
ここで、多段とは、少なくと二段以上をいう。
【０００９】
本発明によると、最終段の光増幅器は、増幅率が低いので、増幅率の低い光増幅器、例えば、モードフィールド径（ＭＦＤ）を拡大して非線形光学効果を抑制した光増幅器を使用することができる一方、残余の光増幅器は、増幅率の高い光増幅器を使用して十分に増幅できることになる。
【００１０】
本発明の一実施態様においては、前記残余の光増幅器の増幅率は、非線形光学効果を抑制する前記最終段の光増幅器の増幅率よりも高いものである。
【００１１】
ここで、増幅率とは、信号出力／信号入力をいい、前段側の残余の光増幅器の増幅率は、例えば、小信号入力で４０ｄＢ以上である。
【００１２】
本発明によると、前段側の残余の光増幅器では、小信号を増幅するのに好適な増幅率の高い通常のエルビウムドープファイバ増幅器等の光増幅器を使用する一方、後段側の最終段の光増幅器は、例えば、モードフィールド径（ＭＦＤ）を拡大して非線形光学効果を抑制した増幅率の低い光増幅器を使用することができ、前段側で十分な増幅率を確保する一方、前段側で増幅されたピークパワーの高い増幅光が入力される後段側では、非線形光学効果を抑制することができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施態様においては、前記残余の光増幅器によって、非線形光学効果によるピークパワーの劣化が生じないレベルまで増幅するものである。
【００１４】
ここで、ピークパワーが劣化しないレベルとは、例えば、１ｋＷ以下である。
【００１５】
本発明によれば、前段側の増幅率が高い残余の光増幅器によって、非線形光学効果によるピークパワーの劣化が生じないレベルまで増幅するので、効率的な増幅が行える。
【００１６】
本発明の他の実施態様においては、複数の光増幅器の間に、バンドパスフィルタを設けている。
【００１７】
本発明によると、雑音を除去して効率的な増幅が行える。
【００１８】
本発明の更に他の実施態様においては、前記多段が二段であって、後段の光増幅器の増幅率を、前段の光増幅器の増幅率未満に設定している。
【００１９】
本発明によると、二段の構成において、後段の光増幅器の増幅率を、前段の光増幅器の増幅率未満に設定しているので、後段の光増幅器は、増幅率の低い非線形光学効果を抑制した光増幅器を使用することができる一方、前段の光増幅器は、増幅率の高い光増幅器を使用して十分に増幅できることになる。
【００２０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記光増幅器が、エルビウムドープファイバ増幅器である。
【００２１】
本発明によると、前段側の光増幅器として、小信号を増幅するのに好適な増幅率の高い通常のエルビウムドープファイバ増幅器を使用する一方、後段側の光増幅器として、例えば、モードフィールド径（ＭＦＤ）を拡大して非線形光学効果を抑制したエルビウムドープファイバ増幅器を使用することができる。
【００２２】
本発明の高出力光源装置は、電気信号を発生する信号発生器と、前記電気信号に基づいて、レーザ光を生成する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光を増幅する本発明の光増幅装置とを備えている。
【００２３】
本発明によると、非線形光学効果を抑制して出力光のピークパワーを高めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る光増幅装置を備える高出力光源装置の構成を示す図である。
【００２６】
この実施の形態の高出力光源装置１は、パルス発生器２で発生した矩形の電気パルス信号が、レーザダイオード３によって矩形の光パルスに変換され、さらに本発明に係る光増幅装置４に入力されて増幅され、数ｋｗ程度の比較的高いピークパワーを有するパルス光が出力される。
【００２７】
この実施の形態の光増幅装置４は、前段側の第１のエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）５と、この第１のエルビウムドープファイバ増幅器５からの増幅光のＡＳＥ（雑音）を除去するバンドパスフィルタ６と、このバンドパスフィルタ６の出力が入力される後段側の第２のエルビウムドープファイバ増幅器７とを備える、二段型の構成となっている。
【００２８】
この実施の形態の光増幅装置４では、第１，第２のエルビウムドープファイバ増幅器５，７における増幅率の配分を適切に行って非線形光学効果を抑制するために、次のように構成している。
【００２９】
すなわち、後段の第２のエルビウムドープファイバ増幅器７の増幅率を、前段の第１のエルビウムドープファイバ増幅器５の増幅率未満に設定している。
【００３０】
具体的には、光増幅装置４全体としての増幅率を、例えば、６０ｄＢとすると、この実施の形態では、第１のエルビウムドープファイバ増幅器５の増幅率を４０ｄＢ、第２のエルビウムドープファイバ増幅器７の増幅率を２０ｄＢとしている。
【００３１】
第２のエルビウムドープファイバ増幅器７の増幅率は、２０ｄＢと低いので、第１のエルビウムドープファイバ増幅器５に比べて、増幅率の低いエルビウムドープファイバ増幅器を使用できることになる。
【００３２】
そこで、この第２のエルビウムドープファイバ増幅器７は、非線形光学効果の抑制を考慮した構成、具体的には、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）のモードフィールド径（ＭＦＤ）を、第１のエルビウムドープファイバ増幅器５のエルビウムドープファイバのモードフィールド径に比べて拡大、例えば、１．４倍程度拡大している。
【００３３】
一方、第１のエルビウムドープファイバ増幅器５は、小信号増幅に好適な増幅率の高い通常のエルビウムドープファイバ増幅器を使用している。
【００３４】
この実施の形態によれば、増幅率の高い第１のエルビウムドープファイバ増幅器５によって、非線形光学効果によるピークパワーの劣化が生じないほぼ限界のレベルまで増幅し、さらに、非線形光学効果の抑制を考慮した第２のエルビウムドープファイバ増幅器７によって、所望のレベルまで増幅するので、非線形光学効果を抑制して効率的に増幅することができる。
【００３５】
また、励起入力も比較的小さくすることができる。因みに、この実施の形態では、レーザダイオード３からの入力を、例えば、１０ｍＷとすると、第１のエルビウムドープファイバ増幅器５の励起入力は、例えば、２００ｍＷ程度であり、第２のエルビウムドープファイバ増幅器７の励起入力は、例えば、５００ｍＷ程度であり、全体としての励起入力は、７００ｍＷ程度となる。
【００３６】
これに対して、例えば、図２に示されるように、前段および後段の増幅率を等しく３０ｄＢに設定した場合には、前段の第１のエルビウムドープファイバ増幅器５−１の励起入力は、例えば、１５０ｍＷ程度であり、後段の第２のエルビウムドープファイバ増幅器７−１の励起入力は、例えば、７５０ｍＷ程度となり、全体としての励起入力は、９００ｍＷ程度となる。
【００３７】
さらに、図３に示されるように、前段および後段の増幅率を、それぞれ２０ｄＢおよび４０ｄＢに設定した場合には、前段の第１のエルビウムドープファイバ増幅器５−２の励起入力は、例えば、１００ｍＷ程度であり、後段の第２のエルビウムドープファイバ増幅器７−２の励起入力は、例えば、１０００ｍＷ程度となり、全体としての励起入力は、１１００ｍＷ程度となる。
【００３８】
このように、この実施の形態の光増幅装置４では、励起入力を低く抑えることができるので、その分、構成が簡素化されてコストの低減を図ることができる。
【００３９】
また、この実施の形態では、増幅率の高い第１のエルビウムドープファイバ増幅器５の後段に雑音除去用のバンドパスフィルタ６を設けているので、第１のエルビウムドープファイバ増幅器５の増幅率が低い図２あるいは図３の構成に比べて雑音除去の効果が顕著となる。
【００４０】
すなわち、図３のように前段側の第１のエルビウムドープファイバ増幅器５−２の増幅率が、後段側の第２のエルビウムドープファイバ増幅器７−２の増幅率よりも低いと、後段側で発生する雑音の方が大きくなって、バンドパスフィルタ６による雑音除去の効果が十分に発揮されないことになる。
【００４１】
以上のように、この実施の形態では、光増幅装置４によって、ラマン散乱等の非線光学効果を抑制することができ、高出力光源装置１の出力パルス光のピークパワーを高めることができる。
【００４２】
（その他の実施の形態）
本発明は、エルビウムドープファイバ増幅器が三段以上接続された光増幅装置に適用してもよい。
【００４３】
例えば、図４に示される三段の場合、全体の増幅率を、８０ｄＢとすると、各エルビウムドープファイバ増幅器５，７，９の増幅率を、例えば、同図（ａ）に示されるように、４０ｄＢ、２０ｄＢ、２０ｄＢとし、あるいは、同図（ｂ）に示されるように、３０ｄＢ、３０ｄＢ、２０ｄＢとし、あるいは、同図（ｃ）に示されるように、２０ｄＢ、４０ｄＢ、２０ｄＢとしてもよい。
【００４４】
すなわち、最終段である第３のエルビウムドープファイバ増幅器９の増幅率は、残余の第１または第２のエルビウムドープファイバ増幅器５，７の増幅率以下に設定され、また、第３のエルビウムドープファイバ増幅器９は、非線形光学効果を抑制するために、例えば、モードフィールド径が広げられたエルビウムドープファイバを用いるとともに、第１，第２のエルビウムドープファイバ増幅器５，７は、増幅率の高い通常のエルビウムドープファイバ増幅器とするのが好ましい。
【００４５】
上述の実施の形態では、パルス光源に適用したけれども、本発明は、パルス光源に限らず、連続光を出力するＣＷ光源に適用してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、増幅率の高い前段側の光増幅器によって効率的に増幅する一方、後段側である最終段の光増幅器では、非線形光学効果を抑制する増幅率の低い光増幅器で増幅するので、非線形光学効果を抑制して所望の増幅率を得ることができるとともに、励起入力を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る高出力光源装置の構成図である。
【図２】比較例の構成図である。
【図３】比較例の構成図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の光増幅装置の構成図である。
【符号の説明】
１                    高出力光源装置
２                    パルス発生器
３                    レーザダイオード
４                    光増幅装置
５，５−１，５−２      第１のエルビウムドープファイバ増幅器
６，８                バンドパスフィルタ
７，７−１，７−２    第２のエルビウムドープファイバ増幅器
９                    第３のエルビウムドープファイバ増幅器
【図１】
2004179394.tif 000003
【図２】
2004179394.tif 000004
【図３】
2004179394.tif 000005
【図４】
2004179394.tif 000006