(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅用光ファイバーの一方端に反射又は循環手段と励起光源を合波接続し、他方端に出力端子ともうひとつの励起光源を合波接続し、上記二つの励起光源から前記増幅用光ファイバーにそれぞれ励起光を供給して前記出力端子からＡＳＥを出力するようにした広帯域ＡＳＥ光源であって、上記ＡＳＥは１５３０〜１５７０ｎｍ（１５５０ｎｍ帯）の第一の波長帯域及び１５７０〜１６１０ｎｍ（１５８０ｎｍ帯）の第二の波長帯域を含み、それらが合わさった出力光は１５３０〜１６１０ｎｍ帯域を含むことを特徴とする広帯域ＡＳＥ光源。
【請求項２】
上記励起光の波長は９８０ｎｍ帯であり、上記光増幅用光ファイバーに対して出力端子側から供給する励起光に対し、反射又は循環手段側から供給する励起光の比率が２０％以下である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】
上記光増幅用光ファイバーは、エルビウムが添加された石英系光ファイバーあるいはフッ化物系光ファイバーであり、その長さが５０ｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の広帯域ＡＳＥ光源。
【請求項４】
１個の励起光源の出力を光分岐手段を介して分岐し、増幅用光ファイバーの一方端及び他方端に合波接続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５】
上記光増幅用光ファイバーの一方端に備える反射又は循環手段が、ＡＳＥ光成分を反射するフィルターからなる事を特徴とする請求項１記載の広帯域ＡＳＥ光源。
【請求項６】
上記光増幅用光ファイバーの一方端に備える反射又は循環手段が、ファイバーカプラーとこれに連続するループ状ファイバーからなることを特徴とする請求項１記載の広帯域ＡＳＥ光源。
【請求項７】
上記光増幅用光ファイバー自体の両端部近傍に、それぞれ励起光を合波するファイバーカプラーを形成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】
本発明は増幅用光ファイバーに励起光を供給してＡＳＥ光を取り出すＡＳＥ光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
増幅用光ファイバーに励起光を入力すると、内部に添加された希土類材料のエネルギー準位が上がり、それが安定状態に戻る際、増幅用光ファイバーのもつ増幅信号帯域の光が放出される。この放出される光はＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光と呼ばれる。ＡＳＥ光源はこのＡＳＥ光を光源として用いたものであり、光スペクトラムアナライザー等の計測器と組み合わせで光コンポーネントの波長損失特性を測定する事等に用いられる。
【０００３】
図１０は第１の従来例である。励起光源２０と増幅用光ファイバー（ＥＤＦ）２１と、出力端からの戻り光により増幅用光ファイバーの励起状態が不安定になることを防止する光アイソレータ２２で構成されている。励起光源２０から出力された励起光によりＥＤＦ２１内のエルビウムが励起、そのエネルギー準位が持ち上がり、安定状態（低いエネルギー準位）に戻る際、エネルギー放出されることによりＡＳＥ光が発生する。
【０００４】
発生するＡＳＥ光の帯域は通常１５３０〜１５７０ｎｍ（１５５０ｎｍ帯）であり、ＥＤＦ２１を通常の長さの４〜６倍にすると１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍ（１５８０ｎｍ帯）になる（参考文献１：小野他、「1.58ｕｍ帯Ｅｒ3+添加光ファイバー増幅器の増幅特性」信学技報  ＯＣＳ９７−５、ｐｐ２５−２９、１９９７）。なおＡＳＥ光の半値全幅は石英系ＥＤＦでは３６ｎｍ（１５６７〜１６０４ｎｍ）、フッ化物ＥＤＦでは４０ｎｍ（１５６３から１６０３ｎｍ）が達成されている。
【０００５】
図１１は第１の従来例の構成においてＥＤＦ２１の長さを変更してＡＳＥ出力をシミュレーションしたものである。励起パワーは１００ｍＷ，ＥＤＦ長は２０〜１５０ｍで、１４８０ｎｍ励起は９８０ｎｍ励起に比べ励起効率が良いので励起波長は１４８０ｎｍでシミュレーションしている。図８より、ＥＤＦ２１を長くすることでＡＳＥ光波長帯が１５５０ｎｍ帯から１５８０ｎｍ帯へシフトしていくが、ＥＤＦ２１を長くしすぎるとＡＳＥ光パワーが低下していくことがわかる。
【０００６】
また第2の実施例として、図示はしていないが、ＥＤＦをテルライトベースのＥＤＦに置きかえれば広帯域（１５３０〜１６１０ｎｍ以上）の信号増幅特性が得られることが知られている（参考文献２：Makoto YAMADA et al., "Low-noise and gain-flattened Er3+doped tellurite fiber amplifier", OAA'98 Technical Digest, pp86-89,1998 ）。これによれば広帯域のＡＳＥ光が得られるが、テルライトベースのＥＤＦはテルライトベースのガラスファイバーに希土類のエルビウムが添加されたもので、通常の石英系ＥＤＦに比べて信頼性が低く、特殊な気密封止されたパッケージにて使用しなければならない等のため、一般の光通信システムでは用いられていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通信容量を増大するため、光通信の利用波長帯域が拡大されつつある。これまで利用されてきた１５３０〜１５７０ｎｍ帯に加え１５７０〜１６１０ｎｍ帯も用いられるようになってきた。この波長帯域の拡大に伴い光通信用コンポーネントは１５３０〜１５７０ｎｍ以上での動作が必要で、その波長損失特性を測定するためには、この波長帯域をカバーする広帯域なＡＳＥ光源が求められている。
【０００８】
ところが、上記石英系ＥＤＦやフッ化物ＥＤＦを用いた第1の従来技術ではＡＳＥ光出力帯域として１５３０〜１５７０ｎｍ（１５５０ｎｍ帯）あるいは１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍ（１５８０ｎｍ帯）のどちらかであり、ひとつのＥＤＦで両方の帯域を併せ持つＡＳＥ光源は開発されていなかった。
【０００９】
なお、上記１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯の２つのＡＳＥ光源を用意して各々の出力を合波する事もできるが、２つの光源が必要になるという不都合がある。
【００１０】
また、第2の従来例であるテルライトベースのＥＤＦを用いて広帯域化する事も考えられるが、非常に高価で取扱が容易でないため実用的ではない。さらに１５８０ｎｍ帯の出力パワーは、１５５０ｎｍ帯の１０分の１以下であり、１５８０ｎｍ帯の出力パワーをあげるために大きな励起パワーが必要となる。
【００１１】
そこで、本発明は、これらの課題を解決する少ない励起パワーで高出力かつ１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯を含む広帯域のＡＳＥ光源を安価に提供することを目的する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は光増幅用光ファイバーの一方端に反射又は循環手段と励起光源とを合波接続するとともに、他方端に出力端子ともうひとつの励起光源を合波接続して広帯域ＡＳＥ光源を構成したことを特徴とする。
【００１３】
そして、上記二つの励起光源から増幅用光ファイバーにそれぞれ励起光を供給し、出力端子から第一及び第二の波長帯域を有するＡＳＥ光を出力するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
なお、上記反射又は循環手段とは、ＡＳＥ光を反射するか、又は循環して元の方向へ戻す作用を成す手段のことである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態である。
【００１６】
増幅用光ファイバー（以下ＥＤＦという）３の一方端には合波器４を介して反射又は循環手段の一例である反射体５と励起光源７を接続し、他方端には合波器２を介してもう一つの励起光源６と光アイソレータ１を接続し、光アイソレータ１を通してＡＳＥ光を出力する出力端子を備えている。
【００１７】
励起光源６から出力された励起光は合波器２を介してＥＤＦ３に導かれる。ＥＤＦ３は希土類元素であるエルビウムを添加した光増幅機能を持つ光ファイバーであり、５０〜１４０ｍの長さを持ったものである。
【００１８】
即ち、従来のＡＳＥ光源では、ＥＤＦ長が１０ｍ〜２０ｍであり１５５０ｎｍ帯のＡＳＥ光だけが出力されるが、本発明ではＥＤＦ３の長さを従来の５〜７倍に設定することで、１５８０ｎｍ帯でのＡＳＥ光出力を可能としているのである。
【００１９】
上記励起光源６からの励起光が入射すると、合波器２側のＥＤＦ３前半部分でまず１５５０ｎｍ帯のＡＳＥ光が放出され、ＥＤＦ３を伝播する。光アイソレータ１側に伝播したＡＳＥ光は光アイソレータ１から出力される。また上記１５５０ｎｍ帯ＡＳＥ光はＥＤＦ３内の反射体５側にも伝播し、その途中のＥＤＦ３後半部分で吸収されることにより減衰する。しかし１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光は、少しずつ増幅され続けながら伝搬する。従って、このような１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光を出力するためには、ＥＤＦ３の長さを５０ｍ〜１４０ｍとしておけば良い。
【００２０】
前記放出された１５８０ｎｍ帯ＡＳＥ光は反射体５で反射され、ＥＤＦ３内に戻され、ＥＤＦ３内で増幅されて光アイソレータ１を通って出力される。しかし、この状態では光アイソレータ１から出力される１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光は１５５０ｎｍ帯に比べ数％程度である。
【００２１】
そこで本発明では、もう一方の励起光源７からも励起光をＥＤＦ３に入射する。この励起光源７から出力される励起光はＥＤＦ３に導かれ励起光源６によって発生した１５８０ｎｍ帯ＡＳＥ光を増幅すると共に、１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光をも更に増幅、光アイソレータ１から出力される。このときの１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光は十分に増幅されているため、１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯のＡＳＥ光が比較的平坦で合わさった状態で出力されるのである。
【００２２】
このとき励起光源７のパワーは励起光源６のパワーの２０％以下、好ましくは１０数％程度と低くしておけば良い。
【００２３】
また、図２に本発明の第２の実施形態を示すように、励起光源６は１つとして、その出力を分岐器８で分配して励起光をＥＤＦ３の両側から供給する構成とすることもできる。この場合も、動作は図１の第１の実施形態と同様である。この実施形態によれば、励起光源を一つのみ備えるだけでよいことから小型、低コスト化することができ、分岐器８の分岐比を調整することによって、ＥＤＦ３の両側から供給する励起光のパワーの比を自由に調整できる。
【００２４】
さらに第３の実施形態を図３に示す。
【００２５】
この実施形態は、図１に示すＡＳＥ光源における後半部の合波器４と反射体５を一体にしたフィルターモジュールを用いたものであり、ＡＳＥ光源の後半部のみを示す。ＥＤＦ３の出力端と反対側にフィルター型反射体９と励起光源７を接続しており、上記フィルター型反射体９は、ＡＳＥ光は反射するが励起光は透過するフィルターと反射体の機能を併せ持つものである。
【００２６】
そのため、ＥＤＦ３で発生したＡＳＥ光はフィルター型反射体９で反射し、一方励起光源７の励起光はフィルター型反射体９を透過してＥＤＦ３に入射することができる。この実施形態では、図１における合波器４と反射体５を一体で構成して、部品の個数を減らすことが可能となる。
【００２７】
以上の実施形態では反射又は循環手段としてＡＳＥ光を反射させる反射体５を用いたが、ＡＳＥ光を循環して戻す循環手段を用いることもできる。
【００２８】
即ち、第4の実施形態を図４に示すように、反射体５の代わりに循環手段１２としてファイバーカプラー１０とこれに連続するループ状ファイバー１１を用いることもできる。
【００２９】
上記ファイバーカプラー１０は分岐比がほぼ１：１の３ｄＢカプラーであり、ループ状ファイバー１１は光ファイバーの両端を上記光ファイバーカプラー１０のＥＤＦ３と反対側に接続したものである。
【００３０】
この場合、循環手段１２に到達したＡＳＥ光はファイバーカプラー１０で分岐し、それぞれループ状ファイバー１１を伝送して再度ファイバーカプラー１０で合波されて逆方向に伝送していくことになる。このとき、ループ状ファイバー１１の光路長が等しい為、ループ状ファイバー１１内において右周り、左周りの光は等しい位相推移を受け、それが再び分岐比１：１のファイバーカプラー１０に入射し、合波した光の位相が逆相になると、同相側に全反射する。即ち、全反射ミラーを使用した場合と同じ効果を有するのである。
【００３１】
なお、上記循環手段１２を作製する場合は、合波器４の端部にファイバーカプラー１０を接続し、その他端部に光ファイバーの両端を融着接続してループ状ファイバー１１としたり、あるいは合波器４の端部に備えた光ファイバーをループ状にするとともに、その先端を元の光ファイバーに融着延伸してファイバーカプラー１０を作製することもできる。
【００３２】
このような循環手段１２を用いれば、全反射ミラーの反射体５に比較して低コストで製造することができる。
【００３３】
以上のいずれの実施形態においても、ＥＤＦ３としては石英系光ファイバー又はフッ化物系光ファイバーを用いても十分な出力が得られ、容易にＡＳＥ光源を作製することができる。
【００３４】
さらに、以上の実施形態において、合波器２、４は２本のシングルモードファイバを融着延伸してなるものであり、これをＥＤＦ３に接合してあるが、ＥＤＦ３自体に合波器２、４を成すファイバーカプラーを形成することもできる。例えば、ＥＤＦ３とそれとほぼ等しい伝搬定数を有するシングルモードファイバを融着延伸することで、ＥＤＦ３自体の端部に合波器２、４を形成すれば、接続部を減らして損失を小さくすることができる。
【００３５】
具体的な構成を図５に示すように、ＥＤＦ３の端部に励起光伝搬用のシングルモードファイバー１３を融着接続し、この融着接続部１４から１０〜１５ｍｍ程度のＥＤＦ１３部分をこれとほぼ等しい伝搬定数を有するシングルモードファイバ１５と融着延伸して合波器４を形成することができる。
【００３６】
この場合、ＥＤＦ３の両端近傍にて励起光が合波される事になり、シングルモードファイバー１３との融着接続部１４も合波器４のケース内に一体に構成される。
【００３７】
また、図４に示す実施形態の場合では、ファイバーカプラー１０までＥＤＦ３自体で形成することもできる。
【００３８】
【実施例】
図６は図１に示す第１の実施形態のＡＳＥ光源におけるＡＳＥ光出力をシミュレーションしたものである。
【００３９】
励起光源６（ＬＤ６）及び励起光源７（ＬＤ７）は共に波長９８０ｎｍで出力はそれぞれ１００ｍＷ、０ｍＷ〜２０ｍＷとし、ＥＤＦ３は市販されている石英系のエルビウム添加光ファイバーでその長さは５０〜１５０ｍとした。反射体５の反射率は９０％で、光アイソレータ１、合波器２、４等の損失は含まれていない。
【００４０】
計測用のＡＳＥ光のスペクトラムとしては出力が大きくかつ平坦であることが望ましいため、図６の結果からはＬＤ６＝１００ｍＷ，ＬＤ７＝１０ｍＷ、ＥＤＦ長＝１００ｍ付近が適切であるといえる。なお、励起パワー（ＬＤ６，ＬＤ７のパワー）を増加すればＡＳＥパワーも増加するが、励起光源が高価であるため必要以上の増加は好ましくない。
【００４１】
次に、図７は上記の構成において励起光源の波長を１４８０ｎｍに変えてシミュレーションしたものである。この結果、石英系のＥＤＦを長くするとＡＳＥ光波長帯は１５５０ｎｍ帯から１５８０ｎｍ帯にシフトしていき、１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯を満たす広帯域なＡＳＥ光源を構成することは困難であることがわかる。したがって、励起光源の波長は９８０ｎｍ帯の方が好ましい。
【００４２】
図８は励起波長９８０ｎｍ、ＬＤ６＝９０ｍＷ，ＬＤ７＝１２ｍＷ、ＥＤＦ長（石英系ＥＤＦ）＝９０ｍでのシミュレーション結果であり、１５３０ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲で光パワー密度−１３ｄＢｍ／ｎｍ以上の広帯域な光源が得られている。
【００４３】
また、図８に示す例について実際のＡＳＥ光源を作製し、出力を実測した結果が図９で、図８のシミュレーション結果とほぼ一致していた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、増幅用光ファイバーの一方端に反射又は循環手段と励起光源とを合波接続するとともに、他方端に出力端子ともうひとつの励起光源を合波接続して広帯域ＡＳＥ光源を構成したことによって、増幅用光ファイバーとして石英系やフッ化物系のＥＤＦを用いても、低い励起パワーで１５３０ｎｍ〜１６１０ｎｍ以上の広帯域で高出力なＡＳＥ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の広帯域ＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図２】本発明の広帯域ＡＳＥ光源の他の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明の広帯域ＡＳＥ光源の他の実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明の広帯域ＡＳＥ光源の他の実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明の広帯域ＡＳＥ光源の他の実施形態を示す構成図である。
【図６】本発明における広帯域ＡＳＥ光源の出力をシミュレーションした図である。
【図７】本発明における広帯域ＡＳＥ光源の出力をシミュレーションした図である。
【図８】本発明における広帯域ＡＳＥ光源の出力をシミュレーションした図である。
【図９】本発明による広帯域ＡＳＥ光源によるスペクトラム波形の実測図である。
【図１０】従来のＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図１１】従来のＡＳＥ光源においてＥＤＦ長を変えて出力をシミュレーションした図である。
【符号の説明】
１：光アイソレータ
２：合波器
３：光増幅用光ファイバー（ＥＤＦ）
４：合波器
５：反射体
６：励起光源
７：励起光源
８：分波器
９：フィルター型反射体
１０：ファイバーカプラー
１１：ループ状ファイバー
１２：循環手段
【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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【図８】
0003921033.tif 000009
【図９】
0003921033.tif 000010
【図１０】
0003921033.tif 000011
【図１１】
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