(57)【要約】【課題】複数の励起光源用のＬＤを有する装置において、ＬＤの故障を簡単且つ確実に判定できる光ファイバ増幅器、光ファイバレーザ装置及び故障検出方法の提供。【解決手段】複数のレーザダイオード（ＬＤ）及びその出力を合波する手段を有した合波レーザ光源を備え、信号光出力パワーが一定になるように制御される光ファイバ増幅器において、個々のＬＤの駆動電流を制御する手段と、該駆動電流を検出する手段を有し、前記ＬＤのうち被判定ＬＤの駆動電流を変化させたときの、その他のＬＤの駆動電流の変化量を検出し、この変化量とあらかじめ設定した基準値とを比較することによって被判定ＬＤの故障の有無を判定する故障検出手段を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザダイオード及びその出力を合波する手段を有した合波レーザ光源を備え、信号光出力パワーが一定になるように制御される光ファイバ増幅器において、
個々のレーザダイオードの駆動電流を制御する手段と、該駆動電流を検出する手段を有し、前記レーザダイオードのうち被判定レーザダイオードの駆動電流を変化させたときの、その他のレーザダイオードの駆動電流の変化量を検出し、この変化量とあらかじめ設定した基準値とを比較することによって被判定レーザダイオードの故障の有無を判定する故障検出手段を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
複数のレーザダイオード及びその出力を合波する手段を有した合波レーザ光源を備え、信号光出力パワーが一定になるように制御される光ファイバレーザ装置において、
個々のレーザダイオードの駆動電流を制御する手段と、該駆動電流を検出する手段を有し、前記レーザダイオードのうち被判定レーザダイオードの駆動電流を変化させたときの、その他のレーザダイオードの駆動電流の変化量を検出し、この変化量とあらかじめ設定した基準値とを比較することによって被判定レーザダイオードの故障の有無を判定する故障検出手段を有することを特徴とする光ファイバレーザ装置。
【請求項３】
複数のレーザダイオード及びその出力を合波する手段と、個々のレーザダイオードの駆動電流を制御する手段と、該駆動電流を検出する手段とを有した合波レーザ光源のレーザダイオードの故障の有無を判定する故障検出方法において、
前記レーザダイオードのうち被判定レーザダイオードの駆動電流を変化させたときの、その他のレーザダイオードの駆動電流の変化量を検出し、この変化量とあらかじめ設定した基準値とを比較することによって被判定レーザダイオードの故障の有無を判定することを特徴とする故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体レーザダイオード（以下、ＬＤと記す。）から出射されるそれぞれの光を合波して出射する合波レーザ光源を励起光源として備えた光ファイバ増幅器、光ファイバレーザ、及び被判定ＬＤの故障の有無を判定する故障検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に、合波レーザ光源を備えた光ファイバ増幅器の一例を示す。この図中、符号１は光モニタ用フォトダイオード（以下、フォトダイオードをＰＤと略記する。）、２はＬＤ、３はＬＤ出力モニタ用ＰＤ、４はアイソレータ、５は増幅媒体である希土類添加ファイバ、６は光合波器、７は出力光モニタ用ＰＤ、８はＬＤ駆動電流制御回路、９は分岐カプラ、１０は光結合器である。希土類添加ファイバ５の入力側には、複数のＬＤ２の出力光を合波した励起光と信号光とが入力され、該ファイバ内で増幅された増幅光が出力側から出力される。この従来の光ファイバ増幅器においては、ｎ個のＬＤ２のそれぞれに分岐カプラ９とＬＤ出力モニタ用ＰＤ３を備え、検出した光出力パワーがある閾値以下になった場合にＬＤ２の劣化、光出力断などの故障と判定する。
【０００３】
モニタＰＤにより光出力パワーを検出するその他の方法として、合波後の光出力パワーの検出やＬＤ内蔵のモニタＰＤによる検出などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載された合波光源は、複数の系統を有し、さらに各系統が複数台のレーザで構成されている。複数系統の出力を光合成手段により合成し、その出力の一部をモニタする光検出器を備えている。
また、特許文献１記載の従来技術における故障ＬＤの診断フローは、次の通りである。
・モニタされたレーザ出力が上昇又は下降したときに、いずれかのＬＤが故障していると判断する。
・系統毎にレーザの発光タイミングをずらすことにより、各系統のレーザ出力が時系列で測定される。それぞれの系統の出力をあらかじめ決めた基準と比較することにより、どの系統のＬＤが異常であるかを判定する。
・異常と判定された系列のみについて、その系統のＬＤの発光タイミングをずらし、各ＬＤの出力が時系列で測定される。それぞれのＬＤ出力を基準と比較することにより、故障しているＬＤを特定する。
【０００４】
一方で、ＬＤの電気的特性を検出して故障判定する手法として、ＬＤのアノード−カソード間の電圧により判定する方法がある。ＬＤのアノード−カソード間の電圧を検出し、ある電圧により低下した場合にショートモードで故障したと判定する（例えば、特許文献２参照。）。
また、ＬＤと並列にＬＤより順方向電圧の大きなダイオードを接続し、ＬＤがオープンモードで故障した場合に順方向電圧がある閾値を超えたことを検出する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特許第３２３１８６２号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８４５２号公報
【特許文献３】特開２００５−５７０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来技術には、次のような問題があった。
ＬＤの光出力をモニタする方法は、分岐カプラとモニタ用ＰＤを付加する必要があり、分岐カプラの過剰損失、分岐損失による光パワーの減衰や部品点数が増加することによるコストアップなどの問題がある。
また、ＬＤの電気的特性を検出する方法は、ショートモード又はオープンモードで故障しているか否かの２つの状態を判定することができるが、劣化などの過渡状態を検出することができない。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、複数の励起光源用のＬＤを有する装置において、ＬＤの故障を簡単且つ確実に判定できる光ファイバ増幅器、光ファイバレーザ装置及び故障検出方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、複数のＬＤ及びその出力を合波する手段を有した合波レーザ光源を備え、信号光出力パワーが一定になるように制御される光ファイバ増幅器において、個々のＬＤの駆動電流を制御する手段と、該駆動電流を検出する手段を有し、前記ＬＤのうち被判定ＬＤの駆動電流を変化させたときの、その他のＬＤの駆動電流の変化量を検出し、この変化量とあらかじめ設定した基準値とを比較することによって被判定ＬＤの故障の有無を判定する故障検出手段を有することを特徴とする光ファイバ増幅器を提供する。
【０００８】
また本発明は、複数のＬＤ及びその出力を合波する手段を有した合波レーザ光源を備え、信号光出力パワーが一定になるように制御される光ファイバレーザ装置において、個々のＬＤの駆動電流を制御する手段と、該駆動電流を検出する手段を有し、前記ＬＤのうち被判定ＬＤの駆動電流を変化させたときの、その他のＬＤの駆動電流の変化量を検出し、この変化量とあらかじめ設定した基準値とを比較することによって被判定ＬＤの故障の有無を判定する故障検出手段を有することを特徴とする光ファイバレーザ装置を提供する。
【０００９】
また本発明は、複数のＬＤ及びその出力を合波する手段と、個々のＬＤの駆動電流を制御する手段と、該駆動電流を検出する手段とを有した合波レーザ光源のＬＤの故障の有無を判定する故障検出方法において、前記ＬＤのうち被判定ＬＤの駆動電流を変化させたときの、その他のＬＤの駆動電流の変化量を検出し、この変化量とあらかじめ設定した基準値とを比較することによって被判定ＬＤの故障の有無を判定することを特徴とする故障検出方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、合波レーザ光源のＬＤ故障判定において、ＬＤ個々の出力またはＬＤ出力の合波後に分岐カプラが必要ないため、分岐カプラの過剰損失、分岐損失による光パワーの減衰がない。
標準的な光ファイバ増幅器が備えている信号光の出力パワーをモニタするための分岐カプラとＰＤを利用することができ、新たな部品を追加する必要がない。また、ＬＤの数量によって部品点数が増加することがなく、コストアップの要因とならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る光ファイバ増幅器及び光ファイバレーザ装置の一実施形態を示す図であり、図中符号１は光モニタ用ＰＤ、２ａ〜２ｃはＬＤ、４はアイソレータ、５は増幅媒体である希土類添加ファイバ、６は光合波器、７は出力光モニタ用ＰＤ、８はＬＤ駆動電流制御回路、９は分岐カプラ、１０は光結合器である。
【００１２】
本実施形態の装置は、分岐カプラ９及びアイソレータ４を通して信号光が希土類添加ファイバ５の入力側に入射されるとともに、複数のＬＤ２ａ〜２ｃからのそれぞれの励起光を光合波器６によって合波して励起光が光結合器１０を通して希土類添加ファイバ５の入力側に入射され、希土類添加ファイバ５の出力側から増幅された信号光が出力されるようになっている。
【００１３】
本実施形態の装置において、励起光源は、３つのＬＤ２ａ，２ｂ，２ｃとこれらの出力を合波する合波器６から構成され、図７に示す従来の装置では、それぞれのＬＤ２‥毎に分岐カプラ９とＬＤ出力モニタ用ＰＤ３が設けられていたが、本実施形態の装置では、これらの分岐カプラ９とＬＤ出力モニタ用ＰＤ３が省略されている。
【００１４】
入力信号光パワーは、ＰＤ１で、信号光出力パワーはＰＤ７で検出する。このように構成された装置において、信号光出力が所定のパワーになるようにＬＤ出力、つまりＬＤ駆動電流が制御される。例えば、光ファイバ増幅器に入力される信号光のパワーが減少すれば、ＬＤ駆動電流が増加し、信号光パワーが増加すればＬＤ駆動電流が減少する。
【００１５】
３つのＬＤ２ａ，２ｂ，２ｃのうち、ＬＤ２ａ，２ｃは正常で、ＬＤ２ｂが故障している場合を想定する。光ファイバ増幅器で信号光出力が一定となるように、ＬＤ駆動電流制御回路８がＬＤ２ｂ，２ｃを制御しながら、ＬＤ２ａのＬＤ駆動電流を変化させる。図２に示すようにＬＤ２ａのＬＤ駆動電流Ｉｌｄ２ａをＩｌｄ２ａ１からゼロまで減少させると、ＬＤ２ｂ，２ｃのそれぞれの駆動電流がＩｌｄ２ｂ２からＩｌｄ２ｂ１、Ｉｌｄ２ｃ２からＩｌｄ２ｃ１へ増加する。これは、ＬＤ２ａのＬＤ駆動電流の低下と共に出力パワーが低下した結果、信号光出力パワーが一定のパワーに保たれるように、ＬＤ２ｂ，２ｃの合波パワーが増加したためである。次に、ＬＤ２ｂの駆動電流Ｉｌｄ２ｂをＩｌｄ２ｂ１からゼロまで減少させる。
【００１６】
ＬＤ２ｂが故障によりＬＤ駆動電流Ｉｌｄ２ｂによらず光出力がゼロであった場合、図３に示すようにＬＤ２ａ，２ｃの出力パワーであるＬＤ駆動電流Ｉｌｄ２ａ、Ｉｌｄ２ｃは変化しない。このようにＩｌｄ２ｂを変化させたときのＩｌｄ２ａ、Ｉｌｄ２ｃの変化量ΔＩｌｄ２ａ、ΔＩｌｄ２ｃがあらかじめ定めた基準より小さいときに、ＬＤの出力断または劣化による故障と判断することが可能である。以下、本実施形態の装置におけるＬＤ劣化の判定基準と判定方法の具体例を説明する。
【００１７】
［ＬＤ劣化の判定基準と判定方法］
ＬＤの電流−出力特性は、以下の式（１）で近似できる。
ＰＬＤ＝η・（ＩＬＤ−Ｉｔｈ）    ・・・（１）
（式中、ＰＬＤはＬＤ出力パワーを表し、ηはスロープ効率を表し、ＩＬＤはＬＤ電流を表し、Ｉｔｈは閾値電流を表し、ＩＬＤ≧Ｉｔｈである。）
一般に、ＬＤが劣化した場合には、図４に示すように、ηは減少、Ｉｔｈは増加する。本発明では、スロープ効率の変化からＬＤの劣化を検出する。
【００１８】
［ＬＤが正常な場合］
３個のＬＤ（ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３）から構成され、すべてη＝０．５Ｗ／ｍＡ、Ｉｔｈ＝５０ｍＡとする。必要な励起パワーが６００ｍＷとすると、ＬＤ１個あたりのパワーは６００ｍＷ÷３＝２００ｍＷとなり、（１）式よりＬＤ電流は４５０ｍＡとなる。
図５に示すように、ＬＤ１の電流を４５０ｍＡから３５０ｍＡへ１００ｍＡ減少させると、（１）式より、ＬＤ１の出力パワーは１５０ｍＷとなる。それに伴って、ＬＤ２，ＬＤ３の必要出力パワーは２２５ｍＷとなり、ＬＤ電流は４５０ｍＡから５００ｍＡへ５０ｍＡ増加する。ＬＤ２，ＬＤ３電流を変化させた場合も同様である。この時のＬＤ電流変化比＝（ＬＤ２，ＬＤ３電流の変化量）／（ＬＤ１電流の変化量）＝０．５が正常時の基準となる。
【００１９】
［ＬＤ２が劣化している場合］
ＬＤ２が劣化し、η＝０．２５ｍＷ／ｍＡ、Ｉｔｈ＝１００ｍＡとなった場合を考える。必要な励起パワー６００ｍＡに対して、ＬＤ電流は５４０ｍＡ、ＬＤ２出力パワーは１１０ｍＷ、ＬＤ１，ＬＤ３出力パワーは２４５ｍＷとなる。ＬＤ電流が製造時の４５０ｍＡに対して５４０ｍＡに増加していることで、いずれかのＬＤが劣化していることが分かる。
【００２０】
ＬＤ１の電流を５４０ｍＡから４４０ｍＡへ１００ｍＡ減少させると、（１）式より、ＬＤ１の出力パワーは、１９５ｍＷとなる。それに伴って、ＬＤ２の出力パワーは１２７ｍＷ，ＬＤ３の出力パワーは２７８ｍＷとなり、ＬＤ電流は５４０ｍＡから６０６ｍＡへ６６ｍＡ増加する。この時、（ＬＤ２，ＬＤ３電流の変化量）／（ＬＤ１電流の変化量）＝０．６６で正常時の０．５を上回るため、ＬＤ１の劣化ではないと判断できる。
【００２１】
図６に示すように、ＬＤ２の電流を５４０ｍＡから４４０ｍＡへ１００ｍＡ減少させると、式（１）より、ＬＤ２の出力パワー出力パワーは８５ｍＷとなる。それに伴って、ＬＤ１，ＬＤ３の出力パワーはそれぞれ２５７．５ｍＷとなり、ＬＤ電流は５４０ｍＡから５６５ｍＡへ２５ｍＡ増加する。この時、（ＬＤ２，ＬＤ３電流の変化量）／（ＬＤ１電流の変化量）＝０．２５で正常時の０．５を下回るため、ＬＤ２が劣化していると判断できる。また、０．２５／０．５＝０．５がスロープ効率ηの変化率に相当する。
【００２２】
前記の手法によりスロープ効率の変化を検出し、ＬＤの劣化を判断することができる。劣化と判断するスロープ効率をあらかじめ定めておき、ＬＤ電流変化比から求められるスロープ効率の変化とこの判定基準を比較して劣化判定する。
【００２３】
本発明によれば、合波レーザ光源のＬＤ故障判定において、ＬＤ個々の出力またはＬＤ出力の合波後に分岐カプラが必要ないため、分岐カプラの過剰損失、分岐損失による光パワーの減衰がない。
標準的な光ファイバ増幅器が備えている信号光の出力パワーをモニタするための分岐カプラとＰＤを利用することができ、新たな部品を追加する必要がない。また、ＬＤの数量によって部品点数が増加することがなく、コストアップの要因とならない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る光ファイバ増幅器及び光ファイバレーザ装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の装置におけるＬＤ２ａの駆動電流変化に伴う他のＬＤの駆動電流変化を示す図である。
【図３】図１の装置におけるＬＤ２ｂの駆動電流変化に伴う他のＬＤの駆動電流変化を示す図である。
【図４】ＬＤが劣化した場合のスロープ効率の変化を例示する図である。
【図５】複数のＬＤが正常な場合のＬＤ出力パワー（ＰＬＤ）と閾値電流（Ｉｔｈ）との関係を示す図である。
【図６】いずれかのＬＤが劣化している場合のＬＤ出力パワー（ＰＬＤ）と閾値電流（Ｉｔｈ）との関係を示す図である。
【図７】従来の光ファイバ増幅器の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…光モニタ用ＰＤ、２，２ａ〜２ｃ…ＬＤ、３…ＬＤ出力モニタ用ＰＤ、４…アイソレータ、５…希土類添加ファイバ、６…光合波器、７…出力光モニタ用ＰＤ、８…ＬＤ駆動電流制御回路、９…分岐カプラ、１０…光結合器。
【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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