(57)【要約】【課題】フォトリフラクティブ媒質から出るファニング光と光ファイバとの結合を高効率で行える結合構造と、それを利用した光増幅器を提供する。【解決手段】フォトリフラクティブ結晶２と光ファイバ３とを対向配置し、その間隔に、第１と第２のレンズ９ａ，９ｂを互いに間隔を介して配置し、結晶２から出るファニング光を、レンズ９ａ，９ｂを介し、光ファイバ３に入射する。第１のレンズ９ａの焦点距離をｆ１、有効径をｄ１、第２のレンズ９ｂの焦点距離をｆ２、有効径をｄ２、光ファイバ３の開口数をＮＡｆ、ファニング光の発散角をφとしたとき、結晶２、第１のレンズ９ａ、第２のレンズ９ｂ、光ファイバ３間の各距離をｆ１、ｆ１＋ｆ２、ｆ２とし、（２ＮＡｆｆ２）／√（１−ＮＡｆ２）≧２ｆ１ｔａｎφ、ｄ１≧２ｆ１ｔａｎφ、ｄ２≧２ｆ１ｔａｎφの関係を満たすものとする。【選択図】図１
2007043087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリフラクティブ媒質と光ファイバとを間隔を介して対向配置し、前記フォトリフラクティブ媒質に前記光ファイバと反対側から励起光を入射したときに、該フォトリフラクティブ媒質から出射されるファニング光を前記光ファイバに入射して結合させるファニング光結合構造であって、前記フォトリフラクティブ媒質と前記光ファイバとの間隔に、前記フォトリフラクティブ媒質のファニング光出射端と前記光ファイバの入射端とを結ぶ方向に互いに間隔を介して２つのレンズを配置し、これらのレンズのうち前記フォトリフラクティブ媒質側に配置されたレンズを第１のレンズとし、前記光ファイバ側に配置されたレンズを第２のレンズとし、前記第１のレンズによって前記ファニング光をコリメートして前記第２のレンズに入射させ、該第２のレンズに入射したファニング光を該第２のレンズによって集光して前記光ファイバに入射する構成と成しており、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、該第１のレンズの有効径をｄ１、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２、該第２のレンズの有効径をｄ２、前記光ファイバの開口数をＮＡｆ、前記ファニング光の発散角をφとしたとき、前記フォトリフラクティブ媒質のファニング光出射端と前記第１のレンズとの距離をｆ１、該第１のレンズと前記第２のレンズとの距離をｆ１＋ｆ２、該第２のレンズと前記光ファイバの入射端との距離をｆ２とし、さらに、ｄ１≧２ｆ１ｔａｎφ、ｄ２≧２ｆ１ｔａｎφ、（２ＮＡｆｆ２）／√（１−ＮＡｆ２）≧２ｆ１ｔａｎφ、の関係を満たすことを特徴とするファニング光結合構造。
【請求項２】
並設された第１と第２の光ファイバの途中部を互いに融着接続してなる第１と第２の波長合分波カプラのうち第１の波長合分波カプラをエルビウム添加光ファイバの一端側に接続し、第２の波長合分波カプラを前記エルビウム添加光ファイバの他端側に接続し、前記第１と第２の波長合分波カプラのそれぞれの第１の光ファイバを介して前記エルビウム添加光ファイバに入射する励起光によって前記エルビウム添加光ファイバを励起し、前記第１の波長合分波カプラの第２の光ファイバから入射される信号光を増幅して前記第２の波長合分波カプラの第２の光ファイバから出射する機能を備えた光増幅器において、前記第１と第２の波長合分波カプラの第１の光ファイバの励起光入射端側にはそれぞれ該第１の光ファイバと間隔を介してフォトリフラクティブ媒質が配置され、励起光源からの励起光を前記フォトリフラクティブ媒質に入射して該フォトリフラクティブ媒質から出射するファニング光を前記第１と第２のうち対応する波長合分波カプラの第１の光ファイバに入射し、かつ、一方の波長合分波カプラの第１の光ファイバから入射した励起光を前記エルビウム添加光ファイバを通して他方の波長合分波カプラの第１の光ファイバから出射して該第１の光ファイバと対向するフォトリフラクティブ媒質に入射することにより、該フォトリフラクティブ媒質に前記第１の光ファイバ側から入射される励起光と前記励起光源から入射される励起光との相互励起型位相共役鏡を形成する構成と成しており、前記第１と第２の波長合分波カプラのうち少なくとも一方側の波長合分波カプラの第１の光ファイバと前記フォトリフラクティブ媒質とが請求項１記載のファニング光結合構造により結合されていることを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
フォトリフラクティブ媒質は結晶端面と結晶軸との角度が４５°のＢａＴｉＯ３結晶とし、該結晶への励起光入射角度を２０°とし、ファニング光結合構造に適用される第１および第２のレンズと前記結晶の結晶面との角度を５°としたことを特徴とする請求項２記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリフラクティブ媒質から出射されるファニング光と光ファイバとを、レンズを介して結合するファニング光結合構造およびそのファニング光結合構造を用いた光増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エルビウム添加光ファイバ型光増幅器(ＥＤＦＡ)は、例えば図６に示すように、信号光１７と、励起光源１１，１２からの励起光とを、エルビウム添加光ファイバ(ＥＤＦ)１内に入射することにより信号光を増幅する光デバイスであり、このデバイスにより光ファイバ通信の伝送距離は飛躍的に増加している。
【０００３】
なお、図６に示す例では、信号光１７と励起光源１１からの励起光を、第１の波長合分波（ＷＤＭ）カプラ１３を介してエルビウム添加光ファイバ１に入射し、また、励起光源１２からの励起光を、第２の波長合分波カプラ１４を介してエルビウム添加光ファイバ１に入射している。図中、３１はアイソレータを示す。
【０００４】
一般的に、ＥＤＦＡの励起光源にはＧａＡｓなどのレーザダイオードが用いられ、励起光源と光ファイバの結合にはレンズが用いられる。しかし、レーザダイオードからの光のモードが光ファイバの要求するモードと異なるために大きな損失が生じ、励起光が光ファイバに結合する効率(結合効率)は非常に低い。
【０００５】
そこで、励起光源として機能するレーザダイオードと、該レーザダイオードから出射されるレーザ光を受けてエルビウム添加光ファイバ側に導く光ファイバとの結合を高効率にするための研究が広く行われている。
【０００６】
その一例として、高精度で加工されたレンズの開発や、光ファイバの先端を半円柱形状のくさび形に加工したレンズド光ファイバを使用する方法などが提案されている（例えば、非特許文献１、参照。）。
【０００７】
これらの方法は、６０％程度の高い結合効率を実現しているが、光学系が受動素子で構成されているため、ある特定のレーザダイオードや光ファイバに特化した設計となっている。このように、特別な設計をしたレンズ系を用いると、レーザダイオードとレンズと光ファイバの並びや個々の素子の特性に少々の違いが出ても結合効率は下がってしまう。したがって、故障などでモードの異なるレーザダイオードや光ファイバに変えた場合、再度の高精度な微調整が必要となるといった問題がある。
【０００８】
また、前記レーザダイオードと光ファイバとの結合手法としては、フォトリフラクティブ結晶の位相共役光を用いた手法も提案されている（例えば、非特許文献２、特許文献１、参照。）。
【０００９】
この手法は、例えば図７に示すように、励起光であるレーザ光を光ファイバ２１で伝搬し、その出射光を、偏波保持光ファイバ２２により受光するものであり、この結合に際し、光ファイバ２１からの光をフォトリフラクティブ結晶２に入射し、それと共に、ポンプ光用偏波保持光ファイバ２３からの光（ポンプ光）をビームスプリッタ２５により反射させてフォトリフラクティブ結晶２に入射する。
【００１０】
このように、光ファイバ２１からの出射光と共にポンプ光をフォトリフラクティブ結晶２に入射すると、光ファイバ２１からの光は、ポンプ光の位相共役光として回折され、この回折光はビームスプリッタ２５を透過して偏波保持光ファイバ２２に結合する。
【００１１】
しかしながら、この手法で高い結合効率を得るには、フォトリフラクティブ結晶２と位相共役光を発生させるためのポンプ光用偏波保持光ファイバ２３との光路長と、フォトリフラクティブ結晶２と結合させる偏波保持光ファイバ２２との光路長とが等しくなるように調整する必要がある。
【００１２】
また、結合させる偏波保持光ファイバ２２との精密な位置調整が必要となり、さらに、結合する偏波保持光ファイバ２２との要求するモードは、ポンプ光偏波保持光ファイバ２３とのモードと一致しているものを用いる必要があるため、図７に示す手法の適用は、上記光路長調整や位置調整、モードの一致化が困難であるといった問題があった。
【００１３】
そこで、上記各問題を解決する手法として、エルビウム添加光ファイバ型光増幅器（ＥＤＦＡ）の励起光源と光ファイバとの結合に、相互励起型位相共役鏡（ＭＰＰＣＭ）を用いた手法が提案されている（例えば、非特許文献３、参照。）。
【００１４】
この手法は、双方向励起型のエルビウム添加光ファイバ型光増幅器の双方の励起光源と光ファイバ間にそれぞれ、フォトリフラクティブ結晶（ＰＲＣ）を配置し、相互励起型位相共役鏡により励起光を光ファイバからの光の位相共役光として光ファイバに入射するものである。
【００１５】
以下、図８を参照して上記のＥＤＦＡの励起光源と光ファイバ間の結合に相互励起型位相共役鏡を用いた手法について説明する。この光増幅器は、エルビウム添加光ファイバ１の一端側に第１の波長合分波カプラ１３を接続し、他端側に第２の波長合分波カプラ１４を接続して形成されている。第１の波長合分波カプラ１３は、並設された第１と第２の光ファイバ３，４の途中部を互いに融着接続してなり、第２の波長合分波カプラ１４は、並設された第１と第２の光ファイバ５，６の途中部を互いに融着接続してなる。
【００１６】
この光増幅器は、第１と第２の波長合分波カプラ１３，１４のそれぞれの第１の光ファイバ３，５を介して前記エルビウム添加光ファイバ１に入射する励起光７，８によってエルビウム添加光ファイバ１を励起し、第１の波長合分波カプラ１３の第２の光ファイバ４から入射される信号光１７を増幅して、第２の波長合分波カプラ１４の第２の光ファイバ６から出射する機能を備えている。
【００１７】
この例において、まず、図８（ａ）に示すように、励起光７を、フォトリフラクティブ結晶２（２ａ）を通過させて光ファイバ３に結合する。なお、この結合ではファニング光を利用しているため、このときの結合効率は非常に低い。
【００１８】
結合した励起光７は、波長合分波（ＷＤＭ）カプラ１３で信号光１７と合波された後、エルビウム添加光ファイバ１を通過し、波長合分波カプラ１４によって、信号光１７と励起光７（フォトリフラクティブ結晶２ａを通過して光ファイバ３に結合した励起光７ａ）とに分波されるので、エルビウム添加光ファイバ１により増幅された信号光１７が光ファイバ６から出射し、図８（ｂ）に示すように、励起光７ａは光ファイバ５から出射する。
【００１９】
この励起光７ａと励起光８とによってフォトリフラクティブ結晶２（２ｂ）内で相互励起型位相共役鏡１０（１０ｂ）を形成し、その結果、励起光８は、光ファイバ５から出射した励起光７ａの位相共役光１８として結合し、光ファイバ５側に進む。
【００２０】
そして、図８（ｃ）に示すように、位相共役光１８は光ファイバ５に結合し、エルビウム添加光ファイバ１を通過後、光ファイバ３から出射し、この位相共役光１８と前記励起光７とによって相互励起型位相共役鏡１０（１０ａ）を形成する。この相互励起型位相共役鏡１０ａにより、励起光７は光ファイバ３からの光の位相共役光として結合する。以上の過程より双方の励起光の結合が完了する。
【００２１】
ここで、相互励起型位相共役鏡について説明する。フォトリフラクティブ結晶等のフォトリフラクティブ媒質中に、適切な角度から２本のインコヒーレントな光波を入射すると、結晶の欠損、表面の粗さや結晶中の不純物により２本の入射光はそれぞれ様々な角度に散乱される。説明上、入力光の一方を信号光、もう一方を制御光と呼ぶ。信号光とそれ自身の無数の散乱光は干渉し、フォトリフラクティブ媒質中に様々な角度成分を持った屈折率格子が誘起される。
【００２２】
この干渉によりできた回折格子の波数ベクトルは大きさも向きも千差万別であるが、信号光の散乱光が制御光と対向伝播になるとき、制御光は信号光とその散乱光により形成される回折格子に対して位相整合条件を満たし、制御光は信号光の位相共役波として回折される。また同様に、信号光もまた、制御光とその散乱光によりできた回折格子のうち位相整合を満たすものにより回折し、制御光の位相共役波として回折する。
【００２３】
つまり、フォトリフラクティブ媒質内で、信号光と制御光がそれぞれ、他方の光とその光の散乱光とで形成される回折格子を介し互いに位相共役光を発生させる現象が起こり、この現象を相互励起位相共役と呼んでいる。このような回折格子は、信号光とそれ自身の散乱光、制御光とそれ自身の散乱光により共有され、それによる増幅を受け、次第に他の共有されていない回折格子に競合で勝ち残る。その結果、一定時間が経過すると、位相共役光を効率よく発生させる二組の回折格子のみが残る。（非特許文献４、参照。）。
【００２４】
この相互励起型位相共役鏡により励起光は光ファイバからの光の位相共役光として光ファイバに入射する。この位相共役光は光ファイバからの光の時間反転波であるため、例えば図９に示すように、励起光７はフォトリフラクティブ結晶２の中の回折格子で回折した後、光ファイバ３からの光と同じ経路を逆方向にたどり、光ファイバ３に収束して結合する。なお、光ファイバ５とフォトリフラクティブ結晶２との結合も同様である。
【００２５】
図８に示したような、上記相互励起型位相共役鏡により励起光を光ファイバからの光の位相共役光として光ファイバに入射する手法は、高精度なレンズや加工を施した光ファイバを用いることなく、原理的に、大幅な結合効率の改善が実現されるといわれている。また、図７に示した光学系のようなポンプ光用偏波保持光ファイバは必要ないため、光路長の調整や素子の位置合わせをする必要がなくなるという利点を有する。
【００２６】
【特許文献１】特開平５−１１９３６０号
【非特許文献１】H. Yoda, T. Endo, andK. Shiraishi, "Cascaded GI-fiber Chips with a Wedge-shaped End for theCoupling between an SMF and a High-power LD with Large Astigmatism,"IEEE/OSA J. Lightwave Technol., vol. 20, no. 8, pp. 1545-1548, Aug. 2002.
【非特許文献２】藤井和人，“光素子間光結合装置”
【非特許文献３】綛田秀之、岡本  淳、高山佳久、舟越久敏、加藤逸人：“EDFAにおける励起光源-光ファイバ間結合の相互励起型位相共役鏡を用いた高効率化”，Optics Japan 2004 講演予稿集,4pP32, pp.228-229 (2004-11).
【非特許文献４】P. Yeh, Introductionto Photorefractive Nonlinear Optics, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1993.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
ところで、一般に光を光ファイバに高効率に結合するには、光は光ファイバ端面に対して垂直に入射する必要があり、例えば図１０に示すように、双方の励起光をそれぞれ光ファイバ端面に対して垂直に入射すると、光ファイバ端面から出射する光と励起光とは対向伝播するので、例えば枠Ａ内に示すように、光ファイバ３から出射する光と励起光７とは、フォトリフラクティブ結晶２ａ内で互いに対向伝播する。また、同図には図示されていないが、光ファイバ５から出射する光と励起光８とのフォトリフラクティブ結晶２ｂ内での伝播も同様である。
【００２８】
しかしながら、相互励起型位相共役鏡１０で高い結合効率を実現するには、フォトリフラクティブ結晶等のフォトリフラクティブ媒質に入射する２つの光は対向伝播するように入射するのではなく、ある程度角度をつけて入射する必要がある。
【００２９】
したがって、従来技術では、図８に示したように、励起光を光ファイバ端面の法線方向に対してある程度角度をつけて入射し、フォトリフラクティブ結晶２内で、励起光７，８と対応する光ファイバ５，６から出射する光とが対向伝播しないようにしているが、このことは、相互励起型位相共役鏡１０が形成されていない初期段階では、励起光がほとんど光ファイバに結合しないという結果をもたらしていた。
【００３０】
つまり、相互励起型位相共役鏡１０が形成されていない初期段階で励起光７を光ファイバ３に結合させる際には、図１１（ａ）に示すように、フォトリフラクティブ結晶２ａ内でファニングによって広がった励起光７（ファニング光）の一部を光ファイバに結合させている。
【００３１】
このように、励起光７のごく一部の光しか光ファイバ３と結合しないと、図８において、この光が波長合分波カプラ１３で合波された後にエルビウム添加光ファイバ１を通過し、波長合分波カプラ１４の光ファイバ５から出射するときには、その光強度が極めて小さくなり、フォトリフラクティブ結晶２ｂ側には光ファイバ５側からの励起光は実質的に入射しない。つまり、フォトリフラクティブ媒質結晶２ｂには、図８の励起光７ａは実質的に入射せず、励起光８のみが入射することになる。
【００３２】
同様に、励起光８がフォトリフラクティブ媒質２ｂ内でファニングにより広がり、このファニング光のごく一部が光ファイバ５に結合しても、光ファイバ３から出射してフォトリフラクティブ結晶２ａには実質的に入射することはなく、フォトリフラクティブ結晶２ａには励起光７のみが入射することになる（つまり、図８のようにはならず、図１１（ｂ）のようになる）。
【００３３】
その結果、フォトリフラクティブ結晶２ａ，２ｂ共に、実質的に相互励起型位相共役鏡１０ａ，１０ｂは形成できないことになり、従来提案されている図８の光学系を有する光増幅器は、実際には、動作できないといった問題があった。事実、実験的に動作が成功したという報告例は存在しない。
【００３４】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、励起光源からの光をフォトリフラクティブ媒質を介して光ファイバに高効率で結合できるファニング光結合構造を提供することと、そのファニング光結合構造を用いることにより安価で高効率な光増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明のファニング光結合構造は、フォトリフラクティブ媒質と光ファイバとを間隔を介して対向配置し、前記フォトリフラクティブ媒質に前記光ファイバと反対側から励起光を入射したときに、該フォトリフラクティブ媒質から出射されるファニング光を前記光ファイバに入射して結合させるファニング光結合構造であって、前記フォトリフラクティブ媒質と前記光ファイバとの間隔に、前記フォトリフラクティブ媒質のファニング光出射端と前記光ファイバの入射端とを結ぶ方向に互いに間隔を介して２つのレンズを配置し、これらのレンズのうち前記フォトリフラクティブ媒質側に配置されたレンズを第１のレンズとし、前記光ファイバ側に配置されたレンズを第２のレンズとし、前記第１のレンズによって前記ファニング光をコリメートして前記第２のレンズに入射させ、該第２のレンズに入射したファニング光を該第２のレンズによって集光して前記光ファイバに入射する構成と成しており、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、該第１のレンズの有効径をｄ１、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２、該第２のレンズの有効径をｄ２、前記光ファイバの開口数をＮＡｆ、前記ファニング光の発散角をφとしたとき、前記フォトリフラクティブ媒質のファニング光出射端と前記第１のレンズとの距離をｆ１、該第１のレンズと前記第２のレンズとの距離をｆ１＋ｆ２、該第２のレンズと前記光ファイバの入射端との距離をｆ２とし、さらに、ｄ１≧２ｆ１ｔａｎφ、ｄ２≧２ｆ１ｔａｎφ、（２ＮＡｆｆ２）／√（１−ＮＡｆ２）≧２ｆ１ｔａｎφ、の関係を満たす構成としたことをもって課題を解決する手段としている。
【００３６】
また、第２の発明の光増幅器は、並設された第１と第２の光ファイバの途中部を互いに融着接続してなる第１と第２の波長合分波カプラのうち第１の波長合分波カプラをエルビウム添加光ファイバの一端側に接続し、第２の波長合分波カプラを前記エルビウム添加光ファイバの他端側に接続し、前記第１と第２の波長合分波カプラのそれぞれの第１の光ファイバを介して前記エルビウム添加光ファイバに入射する励起光によって前記エルビウム添加光ファイバを励起し、前記第１の波長合分波カプラの第２の光ファイバから入射される信号光を増幅して前記第２の波長合分波カプラの第２の光ファイバから出射する機能を備えた光増幅器において、前記第１と第２の波長合分波カプラの第１の光ファイバの励起光入射端側にはそれぞれ該第１の光ファイバと間隔を介してフォトリフラクティブ媒質が配置され、励起光源からの励起光を前記フォトリフラクティブ媒質に入射して該フォトリフラクティブ媒質から出射するファニング光を前記第１と第２のうち対応する波長合分波カプラの第１の光ファイバに入射し、かつ、一方の波長合分波カプラの第１の光ファイバから入射した励起光を前記エルビウム添加光ファイバを通して他方の波長合分波カプラの第１の光ファイバから出射して該第１の光ファイバと対向するフォトリフラクティブ媒質に入射することにより、該フォトリフラクティブ媒質に前記第１の光ファイバ側から入射される励起光と前記励起光源から入射される励起光との相互励起型位相共役鏡を形成する構成と成しており、前記第１と第２の波長合分波カプラのうち少なくとも一方側の波長合分波カプラの第１の光ファイバと前記フォトリフラクティブ媒質とが請求項１記載のファニング光結合構造により結合されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３７】
さらに、第３の発明の光増幅器は、上記第２の発明の構成に加え、前記フォトリフラクティブ媒質は結晶端面と結晶軸との角度が４５°のＢａＴｉＯ３結晶とし、該結晶への励起光入射角度を２０°とし、ファニング光結合構造に適用される第１および第２のレンズと前記結晶の結晶面との角度を５°とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【発明の効果】
【００３８】
本発明のファニング光結合構造は、フォトリフラクティブ媒質の出射端と光ファイバの入射端とを結ぶ方向に互いに間隔を介して２つのレンズ（第１と第２のレンズ）を配置し、これら第１と第２のレンズの各焦点距離、各有効径、フォトリフラクティブ媒質の出射端と第１、第２のレンズと光ファイバの入射端の各配置間隔、光ファイバの開口数、ファニング光の発散角の関係を、本発明者の検討に基づき、適切な関係としたものであるから、フォトリフラクティブ媒質から出射するファニング光を第１と第２のレンズにより効率的に集光し、光ファイバに結合させることができる。
【００３９】
また、本発明の光増幅器は、エルビウム添加光ファイバの両端側にそれぞれ設けた第１と第２の波長合分波カプラを有しているが、これら第１と第２の波長合分波カプラの第１の光ファイバの励起光入射端側には、それぞれ、第１の光ファイバと間隔を介してフォトリフラクティブ媒質が配置され、励起光源からの励起光を、前記フォトリフラクティブ媒質を介して前記第１と第２の波長合分波カプラの第１の光ファイバに入射する。
【００４０】
また、一方の波長合分波カプラの第１の光ファイバから入射した励起光を、前記エルビウム添加光ファイバを通して他方の波長合分波カプラの第１の光ファイバから出射して前記フォトリフラクティブ媒質に入射することにより、該フォトリフラクティブ媒質に、第１の光ファイバ側から入射される励起光と励起光源から入射される励起光との相互励起型位相共役鏡を形成する。
【００４１】
このような構成の本発明の光増幅器において、前記第１と第２の波長合分波カプラのうち少なくとも一方側の波長合分波カプラの第１の光ファイバと前記フォトリフラクティブ媒質とは、前記第１の発明のファニング光結合構造により結合されているので、前記相互励起型位相共役鏡の形成に際し、相互励起型位相共役鏡が形成されていない初期段階で、ファニングにより広がったファニング光が、前記第１の発明のファニング光結合構造により結合されている第１の光ファイバに効率良く結合する。
【００４２】
そのため、この第１の光ファイバからエルビウム添加光ファイバに入射して他方の第１の光ファイバから出射し、フォトリフラクティブ媒質に入射する光強度を大きくすることができ、この光ファイバからの出射光（励起光）と光ファイバと反対側からフォトリフラクティブ媒質に入射する励起光とによりフォトリフラクティブ媒質に相互励起型位相共役鏡を形成することができる。
【００４３】
また、本発明の光増幅器によれば、上記ファニング結合構造に適用されるレンズは、相互励起型位相共役鏡の形成後にも光路上にそのまま配置しておいてよいため、相互励起型位相共役鏡形成の前後で光学系を再設定する必要がなく、装置の小型化・簡単化に寄与することができる。
【００４４】
さらに、本発明の光増幅器によれば、相互励起型位相共役鏡によって励起光源と光ファイバ間の結合を行うので、その利点を有しており、励起光源の空間モードの時間変化に対しても、相互励起型位相共役鏡が光結合を維持するような回折格子を自動的に自己再構成するため、動的な対応が可能になり、また、用いる励起光源の個体差に対応して高精度な光結合用レンズを設ける必要はなく、光学系形成のコストダウンを図ることができる。
【００４５】
また、本発明の光増幅器において、フォトリフラクティブ媒質は結晶端面と結晶軸との角度が４５°のＢａＴｉＯ３結晶とし、該結晶への励起光入射角度を２０°とし、ファニング光結合構造に適用される第１および第２のレンズと前記結晶の結晶面との角度を５°とした構成によれば、励起光源からフォトリフラクティブ媒質に入射する励起光と、第１の光ファイバ側から第１と第２のレンズを介してファニング光に入射する光とを高い回折効率となるように入射でき、相互励起型位相共役鏡を効率的に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００４７】
図１には、本発明に係る励起光源と光ファイバ間の結合構造の一実施形態例が示されている。本実施形態例は、フォトリフラクティブ媒質としてのフォトリフラクティブ結晶２と光ファイバ３とを間隔を介して対向配置し、前記フォトリフラクティブ結晶２に励起光７を入射したときに、該フォトリフラクティブ結晶２から出射されるファニング光を前記光ファイバ３に入射して結合させるファニング光結合構造である。
【００４８】
本実施形態例は、フォトリフラクティブ結晶２と光ファイバ３との間隔に、フォトリフラクティブ結晶２の出射端と光ファイバ２の入射端とを結ぶ方向に互いに間隔を介して２つのレンズ９ａ，９ｂを配置しており、これらのレンズ９ａ，９ｂのうち、フォトリフラクティブ結晶２側に配置されたレンズを第１のレンズ９ａとし、光ファイバ３側に配置されたレンズを第２のレンズ９ｂとしている。
【００４９】
そして、第１のレンズ９ａによって前記ファニング光をコリメートして前記第２のレンズ９ｂに入射させ、該第２のレンズ９ｂに入射したファニング光を該第２のレンズ９ｂによって集光して光ファイバ３に入射する構成と成している。
【００５０】
本実施形態例の特徴的なことは、第１のレンズ９ａの焦点距離をｆ１、第１のレンズ９ａの有効径をｄ１、第２のレンズ９ｂの焦点距離をｆ２、第２のレンズ９ｂの有効径をｄ２、光ファイバ３の開口数をＮＡｆ、前記ファニング光の発散角をφとしたとき、フォトリフラクティブ結晶２のファニング光出射端と第１のレンズ９ａとの距離をｆ１、該第１のレンズ９ａと第２のレンズ９ｂとの距離をｆ１＋ｆ２、該第２のレンズ９ｂと光ファイバ３の入射端との距離をｆ２とし、さらに、以下の式（１）〜（３）の関係を満たすようにしたことである。
【００５１】
ｄ１≧２ｆ１ｔａｎφ・・・（１）
【００５２】
ｄ２≧２ｆ１ｔａｎφ・・・（２）
【００５３】
（２ＮＡｆｆ２）／｛√（１−ＮＡｆ２）｝≧２ｆ１ｔａｎφ・・・（３）
【００５４】
なお、フォトリフラクティブ媒質のファニング光出射端と第１のレンズとの距離とは、図１に示すように、フォトリフラクティブ媒質（ここではフォトリフラクティブ結晶２）のファニング光発生位置と第１のレンズ９ａの中心線との距離であり、第１のレンズと第２のレンズとの距離とは、第１のレンズ９ａの中心線と第２のレンズ９ｂの中心線との距離であり、第２のレンズと光ファイバの入射端との距離とは、第２のレンズ９ｂの中心線と光ファイバ３の端面との距離であり、レンズの有効径とは、それぞれのレンズの光学的精度が保たれる領域の直径のことである。
【００５５】
本発明者は、上記関係を満たすことにより、フォトリフラクティブ結晶２の出射端から出射したファニング光は、効率的に光ファイバ３に入射することを、実験等の様々な検討結果から初めて明らかにした。言い換えれば、上記関係が成り立たない場合は、ファニング光の光ファイバ３への結合効率が非常に小さく、例えば、図２に示すような光増幅器に図１に示す結合構造を適用したとしても、エルビウム添加光ファイバ１と、その両端側にそれぞれ配置されたフォトリフラクティブ結晶２ａ，２ｂとは結合できないことを、本発明者は、初めて見出したのである。
【００５６】
したがって、本実施形態例は、フォトリフラクティブ結晶２の出射端から出射したファニング光を、効率的に光ファイバ３に入射することができ、例えば本実施形態例を図２に示すように、光増幅器におけるフォトリフラクティブ結晶２ａと第１の光ファイバ３との結合に適用することにより、フォトリフラクティブ結晶２ａから出射するファニング光を光ファイバ３に効率的に結合させることができる。
【００５７】
以下、本実施形態例の具体例を示す。光ファイバと光結合するフォトリフラクティブ媒質（例えば図１においては、フォトリフラクティブ結晶２）におけるファニング光の発散角φ（図示せず）は、フォトリフラクティブ結晶２の組成や結晶端面と結晶軸との角度、励起光７の入射角度に応じて決定されるものである。
【００５８】
例えば高効率フォトリフラクティブ結晶として知られている、結晶端面と結晶軸との角度が４５°のＢａＴｉＯ３結晶においては、該結晶への励起光入射角度を２０°とすることが好ましく、ＢａＴｉＯ３の結晶面と、第１および第２のレンズ９ａ，９ｂとの角度は、５°とする必要がある。この場合、得られるファニング光の発散角φは２１°であった。
【００５９】
上記各設計値（パラメータｆ１、ｆ２、ｄ１、ｄ２）を決定する場合、パラメータｆ１、ｆ２、ｄ１、ｄ２のうち、１つのパラメータｆ１を定めることにより、ファニング光の発散角φと、光ファイバの開口数ＮＡｆからｄ１、ｄ２およびｆ２が決定される。なお、ここでは、励起光強度を０．５５ｍＷとして考える。
【００６０】
例えば、ＮＡｆ＝０．２８の光ファイバ３を用いた場合、パラメータｆ１を５０（ｍｍ）と定めると、ｄ１≧３８（ｍｍ）、ｄ２≧３８（ｍｍ）、ｆ２≧６６（ｍｍ）となる。これらの条件を満たす値として、例えばｄ１＝５０（ｍｍ）、ｄ２＝５０（ｍｍ）、ｆ２＝１００（ｍｍ）と決めるとよい。
【００６１】
図２は、図８に示した従来例の光増幅器における第１の波長合分波カプラ１３の第１の光ファイバ３とフォトリフラクティブ結晶２ａとの結合に、本実施形態例のファニング光結合構造を適用した例であり、本発明の光増幅器の一実施形態例である。
【００６２】
この光増幅器の実施形態例は、図８に示した例と同様に、エルビウム添加光ファイバ１の一端側に第１の波長合分波カプラ１３を接続し、他端側に第２の波長合分波カプラ１４を接続しており、第１と第２の波長合分波カプラ１３，１４の各第１の光ファイバ３，５を介してエルビウム添加光ファイバ１に入射する励起光によってエルビウム添加光ファイバ１を励起するが、第１の波長合分波カプラ１３の第１の光ファイバ３とフォトリフラクティブ結晶２ａとは、互いに間隔を介して配置された第１と第２のレンズ９ａ，９ｂを介して結合される。
【００６３】
例えば、まず、図２（ａ）に示すように、励起光７をフォトリフラクティブ結晶２ａに入射すると、この励起光７は、ファニングにより広がりファニング光が形成されるが、このファニング光は、第１のレンズ９ａによりコリメートされた後、第２のレンズ９ｂにより集光されて、第１の波長合分波カプラ１３の第１の光ファイバ３に結合する。この結合は、前記の如く、高効率で行われるものであり、その結合効率は、図８の光学系に比べて格段に高い。
【００６４】
そして、結合された励起光７ａは、第１の波長合分波カプラ１３で合波された後、エルビウム添加光ファイバ１を通過し、図２（ｂ）に示すように、第２の波長合分波カプラ１５の第１の光ファイバ５から出射する。この出射した励起光７ａは、フォトリフラクティブ結晶２ｂに入射し、この光７ａと励起光８とによりフォトリフラクティブ結晶２ｂの中に相互励起型位相共役鏡１０ｂを形成する。この結果、相互励起型位相共役鏡１０ｂにより励起光８は光ファイバ５からの光の位相共役光１８として第２の波長合分波カプラ１４の第１の光ファイバ５側に進み、光ファイバ５に結合する。
【００６５】
この光ファイバ５に結合した位相共役光１８は、エルビウム添加光ファイバ１を通過後、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、光ファイバ３から出射する。この位相共役光１８と前記励起光７とによってフォトリフラクティブ結晶２ａの中に相互励起型位相共役鏡１０ａを形成し、この相互励起型位相共役鏡１０ａにより励起光７は光ファイバ３からの光の位相共役光として結合する。以上の過程より、励起光７，８と第１の光ファイバ３，５双方の励起光の結合が完了する。
【００６６】
このように、図２に示す光増幅器の実施形態例では、従来例と異なり、フォトリフラクティブ結晶２ａ，２ｂに、それぞれ励起光源から入射される励起光７，８と第１の光ファイバ３，５側から入射される励起光との相互励起型位相共役鏡１０ａ，１０ｂを確実に形成することができる。
【００６７】
また、第１と第２のレンズ９ａ，９ｂは、フォトリフラクティブ結晶２ａに入射した励起光７がファニングにより広がった光を集光して光ファイバ３に入射することにより、反対側のフォトリフラクティブ結晶２ｂに相互励起型位相共役鏡１０ｂを形成するのに最低限必要な光を、光ファイバ３に導波させるためのレンズであり、従来からの結合手法で使われている高精度で加工されたレンズ(相互励起型位相共役鏡を用いず高精度レンズのみで結合する系のためのレンズ)とは、役割が違うものである。
【００６８】
この実施形態例の光増幅器は、上記構成により、相互励起型位相共役鏡１０ｂが形成される初期段階において、第１と第２のレンズ９ａ，９ｂにより光ファイバ３に多くの光が結合されるため、光ファイバ５から出射する光の強度を十分に大きくすることができる。したがって、フォトリフラクティブ結晶２ｂに入射する光強度が大きくなり、フォトリフラクティブ結晶２ｂにおいて相互励起型位相共役鏡１０ｂが容易に、また、安定的に形成できると共に、形成時間も短時間にすることが可能となる。
【００６９】
つまり、図８に示した光学系では、励起光源と光ファイバ３間の結合装置において励起光７を光ファイバ３に結合する際、相互励起型位相共役鏡１０が形成されていない初期段階でファニングを利用して光ファイバ３と結合しているので、フォトリフラクティブ結晶２ｂに入射する光強度が極度に小さくなるため、相互励起型位相共役鏡１０ｂが形成されない。仮に、形成されるとしても、その形成時間が非常に長くなってしまう。
【００７０】
そして、相互励起型位相共役鏡１０の形成時間は、フォトリフラクティブ結晶２に入射する光強度に反比例するので、図８に示したような技術（ファニングによって広がった光をレンズにより集光しない光学系）では、相互励起型位相共役鏡１０の形成に必要な光強度を第１の光ファイバ３に結合することができず、実用上、相互励起型位相共役鏡１０の形成が不可能であった。
【００７１】
すなわち、図８（ｂ）において、左側のフォトリフラクティブ結晶２ａの存在によって、光ファイバ３への励起光７の結合が極めて小さくなるため、右側のフォトリフラクティブ結晶２ｂでの相互励起型位相共役鏡１０ｂの形成が困難になるため、実際、前記非特許文献３でも、図８の光学系全体の光結合は実現しておらず、片側部分(フォトリフラクティブ結晶２ａまたは２ｂ)の光結合のみが実験的に示されているに過ぎない。
【００７２】
それに対し、図２に示す光学系は、相互励起型位相共役鏡形成時に、ファニングにより広がった光を第１のレンズ９ａによりコリメートし、第２のレンズ９ａ，９ｂレンズ９ｂにより集光することで、光ファイバ３に結合する光の強度を大きくすることができるため、結合の初期においても反対側のフォトリフラクティブ結晶２ｂに入射する光の強度を大きくし、相互励起型位相共役鏡１０ｂの形成を可能にし、かつ双方の結合が完了するまで必要な時間を短縮することができ、短時間で相互励起型位相共役鏡１０を形成することが可能になる。
【００７３】
そして、簡易なレンズ９ａ，９ｂと加工を施していない光ファイバ（第１の光ファイバ３）を用いた場合でも、励起光のモードと光ファイバの要求するモードとの違いによる結合損失が理想的にはなくなり、結合効率を大幅に改善することが可能となる。
【００７４】
また、図２に示す実施形態例の光増幅器において、光路は位相共役光によって形成されるため、相互励起型位相共役鏡１０ｂの形成時に用いる第１と第２のレンズ９ａ，９ｂは、相互励起型位相共役鏡１０ｂの形成後もそのまま光路上に配置したままでも光結合に何ら悪影響を与えることはなく、レンズ９ａ，９ｂを配置したままでかまわないという利点を有する。
【００７５】
さらに、本実施形態例の光増幅器によれば、フォトリフラクティブ媒質であるフォトリフラクティブ結晶２中の回折格子はその時定数程度（ＢａＴｉＯ３で秒オーダー）で動的に書き換え可能であるため、光のモード変化に動的に対応することができ、故障によりレーザダイオードからの光のモードや光ファイバの要求するモードが変化し、個々の素子の特性や並び方に多少のずれが生じても、その誤差は相互励起型位相共役鏡の位相共役特性により補償されるので光学素子を再調整する必要はない。
【００７６】
その結果、故障が起きたときの復旧がスムーズになり、これはコストダウンにつながる。また、相互励起型位相共役鏡により入射角度やモードの違いなどに対して、ある程度のエラーを許容することが可能であり、システムとして平均故障間隔、平均修理時間、稼働率などの向上に貢献することが期待できる。
【００７７】
以下に、本発明の有効性を確認するための検討について説明する。本発明において、励起光７，８と第１の光ファイバ３，５との結合が完了するまでの時間について考察するために、図２に示した実施形態例の光増幅器の光学系と図８に示した従来例の光増幅器の光学系とを比較して、相互励起型位相共役鏡１０の形成し易さを確認するための、計算によるシミュレーションを行った。
【００７８】
計算例として、相互励起型位相共役鏡１０を形成する際に、（Ａ）フォトリフラクティブ結晶２ａに入射する励起光強度を０．１[ｍＷ／ｃｍ２]とし、フォトリフラクティブ結晶２ｂに入射する励起光強度を０．１[ｍＷ／ｃｍ２]とした場合と、（Ｂ）フォトリフラクティブ結晶２ａに入射する励起光強度を０．１[ｍＷ／ｃｍ２]とし、フォトリフラクティブ結晶２ｂに入射する励起光強度を０．０００１[ｍＷ／ｃｍ２]とした場合とにおいて、それぞれ、相互励起型位相共役鏡１０の形成時間について解析を行った。
【００７９】
（Ａ）はビームファニング光を第１と第２のレンズ９ａ，９ｂで集光して光ファイバに入射する上記実施形態例の光学系に相当し、（Ｂ）は空間的に広がったビームファニングを直接光ファイバに入射する従来系に相当する。ファニング光は空間的に大きく広がった光であるため、レンズを用いて集光しなければ相互励起型位相共役鏡が形成されるまでの間は、殆どの光が光ファイバに結合することなくもれてしまい、フォトリフラクティブ結晶２ｂに入射する励起光強度は非常に小さい。
【００８０】
図３に解析結果を示す。（Ａ）の場合の特性が特性線ａ、（Ｂ）の場合の特性が特性線ｂにより示されており、これらの結果は、光強度ＤＥにより示されている。この解析結果より、（Ａ）の場合、相互励起型位相共役鏡１０の形成が完了するまでの時間は約４００秒であるのに対し、（Ｂ）の場合は約１０００秒後にも形成できていない。
【００８１】
なお、（Ｂ）の場合でも、十分に時間をかければ、相互励起型位相共役鏡１０を形成できる可能もなくはないが、実際上は、熱的励起や光雑音の影響で安定した相互励起型位相共役鏡１０の形成は困難である。このような理由のため、図８に示した系は、これまで実験的な成功例が存在しないものと思われる。
【００８２】
この結果から分かるように、上記実施形態例では、相互励起型位相共役鏡１０の形成時にファニングにより広がった光を第１と第２のレンズ９ａ，９ｂで集光して光ファイバに結合するので、従来技術に比べて光ファイバから出射する光強度が大きく結晶に入射する光強度が大きくなる。よって、安定・確実かつ短時間で相互励起型位相共役鏡１０を形成することができる。
【００８３】
次に、相互励起型位相共役鏡１０によって、光ファイバ３，５内に光ビームを結合するための基礎実験を示す。これは、エルビウム添加光ファイバ型光増幅器の光学系における励起光源と光ファイバとの結合を相互励起型位相共役鏡１０で実現するために必要な確認実験であり、図４に本実験の光学系を示す。
【００８４】
フォトリフラクティブ結晶２ａは、結晶端面と結晶軸との角度が４５°のＢａＴｉＯ３結晶とし、該結晶への励起光入射角度を２０°とし、第１のレンズ９ａと結晶面の角度を５°とした。
【００８５】
また、光源２０としてＡｒ+レーザ(波長５１４．５ｎｍ)を用い、コア径６２．５μｍ、長さ１ｍのマルチモード光ファイバ１６を用いて、第２のレンズ９ｂから出射する光をマルチモード光ファイバ１６の一端側Ａで受信し、他端側Ｂから出射するようにした。マルチモード光ファイバ１６のＮＡｆは０．２８である。
【００８６】
なお、図４において、符号１９はレンズを示し、２８，２９は偏光ビームスプリッタ、３１，３２はミラー、３０はビームスプリッタ、２６，２７は半波長板、３３は検出器（フォトダイオード）をそれぞれ示している。
【００８７】
図４の実験系において、フォトリフラクティブ２ａのファニング光発生位置と第１のレンズ９ａとの距離ｆ１＝５０ｍｍ、第１のレンズ９ａの有効径ｄ１＝５０ｍｍとし、第２のレンズ９ｂとマルチモード光ファイバ１６の一端側Ａとの距離ｆ２を、ｆ２＝１００ｍｍとし、第２のレンズ９ｂの有効径ｄ２を、ｄ２＝５０ｍｍとしている。なお、レンズ１９とマルチモード光ファイバ１６の他端側Ｂとの距離ｆ３は、ｆ３＝ｆ２、レンズ１９の有効径ｄ３は、ｄ３＝ｄ２としている。
【００８８】
相互励起型位相共役鏡１０の回折効率は、フォトリフラクティブ結晶２ａ，２ｂに入射する２つの光波の強度比に依存するため、実験系においては、フォトリフラクティブ結晶２に入射する２つの光（光源２０からの光、つまり、ミラー３２を介してフォトリフラクティブ結晶２に入射する光Ｉｓと、光ファイバ端Ａ側からフォトリフラクティブ結晶２に入射する光Ｉｆ）の強度比qに対するＤＥとＯＥを測定した。
【００８９】
ここで、ＤＥは、前記光源２０からの光Ｉｓと相互励起型位相共役鏡１０によって回折した光Ｉｄとの強度比を表し、ＯＥは、前記光源２０からの光Ｉｓとマルチモード光ファイバ１６の一端側Ａからに入射した光が逆の端面Ｂから出力する光ＩＢ０との強度比を表している。ｑ、ＤＥ、ＯＥは、次式（数１）〜（数３）により定義した。
【００９０】
【数１】
2007043087.tif 000003
【００９１】
【数２】
2007043087.tif 000004
【００９２】
【数３】
2007043087.tif 000005
【００９３】
上記実験の結果、ｑが４付近でＤＥとＯＥが最大となり、ＯＥ＝０．０８５となり、大きな値となった。また、（数４）で示されるＦＣＥの値は０．６となり、この値も大きな値となった。なお、ファニング光集光レンズを用いていない場合のＯＥは、ほぼ０であった。
【００９４】
【数４】
2007043087.tif 000006
【００９５】
なお、ＩＡｉは、光強度Ｉｓのファニング光が第１と第２のレンズ９ａ，９ｂにより集光されてマルチモード光ファイバ１６の一端側Ａに結合するときの光強度である。
【００９６】
ここで、結合効率とはＯＥから光ファイバの伝搬損失を除いたものとなるので、ＯＥが大きくなる本発明の手法を用いることで、従来系に比べ、格段の結合効率向上効果を図ることができる。
【００９７】
つまり、ＯＥ＝０．０８５程度の値があれば、結合の初期段階において、図２のフォトリフラクティブ結晶２（２ａ）で生ずるファニング光が光ファイバ１を経由し、フォトリフラクティブ２（２ｂ）で相互励起型位相共役鏡を形成するのに必要な励起光７ａとなり得るため、この励起光７ａとフォトリフラクティブ２（２ｂ）に入射する励起光８とにより、フォトリフラクティブ２（２ｂ）で相互励起型位相共役鏡１０（１０ｂ）が形成される。
【００９８】
そして、この相互励起型位相共役鏡１０（１０ｂ）によって生ずる位相共役光１８とフォトリフラクティブ２（２ａ）に入射する励起光７とにより、フォトリフラクティブ２（２ａ）で相互励起型位相共役鏡１０（１０ａ）が形成されることから、光ファイバ１の両側にあるフォトリフラクティブ結晶２ａ，２ｂの両方で、それぞれ、対応する相互励起型位相共役鏡１０（１０ａ，１０ｂ）を形成することができる。
【００９９】
また、図５には、エルビウム添加光ファイバ型光増幅器の光学系における励起光源と光ファイバとの結合を相互励起型位相共役鏡１０で実現するための別の実験系（比較例の実験系）を示す。この実験系は、図４に示した実験系とほぼ同様に構成されており、図５に示す実験系が図４に示す実験系と異なる特徴的なことは、第１のレンズ９ａの有効径ｄ１および、第１と第２のレンズ９ａ，９ｂの配置間隔の各値を図４に示した光学系とは異なる値にし、前記式（１）〜（３）の関係を満たさないようにしたことである。
【０１００】
具体的には、第１のレンズ９ａの有効径ｄ１は３０ｍｍとし、フォトリフラクティブ結晶２ａのファニング光出射端と第１のレンズ９ａとの距離ｆ１と第２のレンズ９ｂとマルチモード光ファイバ１６の一端側Ａとの距離ｆ２とを共に、ｆ１＝ｆ２＝５０ｍｍとして、フォトリフラクティブ結晶２ａ側に第１のレンズ９ａを近づけ、第１のレンズ９ａの有効径ｄ１＝３０ｍｍとしている。また、ｆ３＝ｆ１とし、ｄ２＝ｄ３＝３０ｍｍとしている。
【０１０１】
この実験系について、ＯＥとＦＣＥの値を求めたところ、ＯＥ＝０．００５、ＦＣＥ＝０．１２５となった。
【０１０２】
上記ＯＥの値は、従来例（ＯＥ≒０）に比べると大きいものの、上記実施形態例のように、前記式（１）〜（３）の条件を満たさない場合には、上記実施形態例に比べて大幅に小さい値となった。また、ＦＣＥの値も上記実施形態例における値よりも大幅に小さい値となった。
【０１０３】
以上の結果より、上記実施形態例のように、相互励起型位相共役鏡と、この相互励起型位相共役鏡を初期段階で効率的に形成するための、前記式（１）〜（３）を満たすことを含む、本発明の結合構造を適用することにより、エルビウム添加光ファイバ型光増幅器の光学系における励起光源と光ファイバ間の効率的な結合が実現できることが実験的に確認できた。
【０１０４】
なお、本発明は、上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。上記実施形態例および実施例では、フォトリフラクティブ媒質としてフォトリフラクティブ結晶を適用したが、フォトリフラクティブ結晶以外のフォトリフラクティブ媒質も適用できるものである。
【０１０５】
また、上記実施形態例の光増幅器は、フォトリフラクティブ結晶２ａと第１の光ファイバ３との結合構造に、図１に示した結合構造を適用したが、フォトリフラクティブ結晶２ｂと第１の光ファイバ５との結合に、図１に示したような結合構造を適用してもよいし、フォトリフラクティブ結晶２ａ，２ｂと対応する第１の光ファイバ３，５との結合の両方に、図１に示したような結合構造を適用してもよい。
【０１０６】
さらに、本発明のファニング光結合構造において、適用される第１と第２のレンズの大きさや形状、配置構成等は、例えば上記実施形態例や実験系のように構成することができるが、具体的な数値は、上記実施形態例に準じ、前記式（１）〜（３）を満たすようにして、適宜設定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に係るファニング光結合構造の一実施形態例を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明に係る光増幅器の一実施形態例を模式的に示す説明図である。
【図３】上記実施形態例の光増幅器における時間応答解析結果を比較例と比較して示すグラフである。
【図４】本発明に係る光増幅器の励起光源と光ファイバ間の結合効果を確認する実験系の一例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る光増幅器の励起光源と光ファイバ間の結合効果を確認するための比較例の実験系を示す説明図である。
【図６】エルビウム添加光ファイバ型光増幅器の光学系の例を示す説明図である。
【図７】光増幅器におけるフォトリフラクティブ結晶を用いた光素子間結合装置の光学系の例を示す説明図である。
【図８】光増幅器における相互励起型位相共役鏡を用いたＥＤＦＡの励起光源と光ファイバ間の結合装置の励起光結合過程を示す説明図である。
【図９】相互励起型位相共役鏡を用いた励起光と光ファイバ間結合の概念を示す説明図である。
【図１０】励起光と光ファイバから出射する光をフォトリフラクティブ結晶内で対向伝搬した場合の結合概念を示す説明図である。
【図１１】ファニング光を利用した励起光の結合概念（ａ）と、ファニング光の結合強度不足による相互励起型位相共役鏡の実質的非形成状態（ｂ）をそれぞれ模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  エルビウム添加光ファイバ
２，２ａ，２ｂ  フォトリフラクティブ結晶
３，５  第１の光ファイバ
４，６  第２の光ファイバ
７，８  励起光
９ａ  第１のレンズ
９ｂ  第２のレンズ
１０，１０ａ，１０ｂ  相互励起型位相共役鏡
１１，１２  励起光源
１３  第１の波長合分波カプラ
１４  第２の波長合分波カプラ
１７  信号光
１８  位相共役光
【図１】
2007043087.tif 000007
【図２】
2007043087.tif 000008
【図３】
2007043087.tif 000009
【図４】
2007043087.tif 000010
【図５】
2007043087.tif 000011
【図６】
2007043087.tif 000012
【図７】
2007043087.tif 000013
【図８】
2007043087.tif 000014
【図９】
2007043087.tif 000015
【図１０】
2007043087.tif 000016
【図１１】
2007043087.tif 000017