(57)【要約】【課題】従来のＳＬＤ光源のような広帯域光源では、波長の広帯域化、高出力化に課題があり、この改良が強く望まれていた。【解決手段】広帯域光源、例えば、ＳＬＤ光源、に加え、前記広帯域光源のピーク波長帯域に合わせた希土類元素および／または遷移金属を添加した光ファイバを含む特性改善ユニットを配することで、前記広帯域光源の特性を改善し、汎用的、実用的な低価格の超広帯域光源を実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域光源と、レーザ遷移準位を有する希土類元素および／または遷移金属を含有している光ファイバとを有し、前記広帯域光源を前記光ファイバに入光可能に配置させ、反対側から出光可能に配置したことを特徴とする超広帯域光源。
【請求項２】
前記光ファイバは、コア部および／またはクラッド部に前記希土類および／または遷移金属を含むことを特徴とする請求項１の超広帯域光源。
【請求項３】
前記光ファイバを励起する励起光を発生する励起光光源を含み、前記励起光を前記光ファイバに結合する光学部品を有することを特徴とする請求項１または２の超広帯域光源。
【請求項４】
前記広帯域光源が、ＳＬＤであることを特徴とする請求項１乃至３の超広帯域光源。
【請求項５】
前記レーザ遷移準位を有する希土類元素および／または遷移金属は、ツリウム（Ｔｍ）、テリビウム（Ｔｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、エルビウム（Ｅｒ）から選択される少なくもの一つであることを特徴とする請求項１乃至４の超広帯域光源。
【請求項６】
前記レーザ遷移準位を有する希土類元素および／または遷移金属は、イッテルビウム（Ｙｂ）であることを特徴とする請求項１乃至４の超広帯域光源。
【請求項７】
前記レーザ遷移準位を有する希土類元素および／または遷移金属は、プラセオジム（Ｐｒ）であることを特徴とする請求項１乃至４の超広帯域光源。
【請求項８】
前記レーザ遷移準位を有する希土類元素および／または遷移金属は、エリビウム（Ｅｒ）であることを特徴とする請求項１乃至４の超広帯域光源。
【請求項９】
前記レーザ遷移準位を有する希土類元素および／または遷移金属は、エリビウム（Ｅｒ）とテリビウム（Ｔｂ）の共存を特徴とする請求項１乃至４の超広帯域光源。
【請求項１０】
請求項１乃至７の超広帯域光源で、異なる前記レーザ遷移準位を有する希土類元素および／または遷移金属を用いたものについて、少なくとも２種類以上を組み合わせて合成光源としたことを特徴とする超広帯域光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光通信や、赤外分光、医学応用で適用可能な、広帯域光源に関するものであり、広帯域性を向上させた超広帯域光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  広帯域光源は、光デバイスの損失特性評価や、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）用の光源として用いられてきた。
広帯域光源の種類としては、一般的な広帯域光源であればよく、例えば、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）光源、希土類添加光ファイバを用いたＡＳＥ光源、およびスーパーコンティニューム（ＳＣ）光源があって、特定の波長に鋭いピークを有するものではない。【０００３】  従来の前記一般的な広帯域光源は、欠点があって、その改良が望まれていて、例えば、ＳＣ光源は広帯域高出力特性に優れるが、発生メカニズムで光ファイバの非線形現象を用いるため、出力の安定性に課題を有すると共に、装置が効果で小型化が難しいとの欠点を有していて、その改良が望まれていた。【０００４】  これに対しＳＬＤ光源（特許文献１に記載あり）及びＡＳＥ光源（特許文献２に記載あり、）は、低価格で、小型化も容易なため、汎用的で実用的な光源である。【０００５】  しかし、これまでに実現されてきたＳＬＤ光源及びＡＳＥ光源の波長帯は、光通信分野での適用を目的に、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯、ＯＣＴ分野への適用を目的に０．８μｍ帯、１．３μｍ帯であった。近年、近赤外分光用の広帯域光源を用いた近赤外分光の研究が進められており、その波長域は８００から２５００ｎｍであって、同分光の性能を向上するために、同要求波長で動作する高出力で広帯域な光源が望まれていた。【０００６】  特にＯＣＴ分野では、水、脂肪、ヘモグロビン、アンモニアなど様々な成分を見分けるために、より広帯域の高出力光源が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】  特表２００２−５１８８５６
【特許文献２】  特開２００７−２８７９９５
【特許文献３】  特開２０００−２５２５５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明が解決しようとする課題は、従来の広帯域光源、例えば、ＳＬＤ光源の更なる広帯域化、および高出力化である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記課題を解決する為、本発明では一般的な広帯域光源を用い、光ファイバ増幅器を用いて、低価格で汎用性に優れた超広帯域光源を提供し、例えば、低価格で、広帯域性が向上されて、汎用に優れ、高出力なＳＬＤ光源を提供しようとするものである。【０００９】  本発明者は、先に、特願２０１４−１２２８３１号（以下、先願）として、改良された超広帯域光源を出願した。本発明は、更に、改良された超広帯域光源を提供するものである。また、本発明は、先願の広帯域性を更にひろげ、応用の自由度を向上させるとともに、加えて、性能の向上をはかり、より、広い範囲の応用と、適正が向上する優れた効果を提供するものである。【００１０】  請求項１は、一般的な広帯域光源を用いることと、光ファイバに用いる希土類元素と遷移金属に関して、先願に記載された希土類元素と遷移金属の併用以外について主に開示するもので、更に、応用の範囲が広いことを確認するものであって、広帯城光源と、レーザ遷移準位を有する希土類元素および／または遷移金属を含有している光ファイバとを有し、前記広帯域光源を前記光ファイバに入光可能に配置させ、反対側から出光可能に配置したことを特徴とする超広帯域光源に関するものである。好ましい特定の配置に着目したところも特徴であることが先願との相違点でもある。前記広帯域光源として、ＳＬＤが好ましいことは請求項４に記載した。なお、前記遷移準位を有する希土類元素とは、一般的用語で、光吸収により基底状態から励起状態に電子が遷移する元素であり、代表的には、イットリウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）などが挙げられる。また、遷移金属も、良く知られているものがもちいられる。前記希土類元素および／または遷移金属は、前記広帯域光源のピーク波長帯域に合わせて、あるいは、考慮して、適宜選択され、例えば、添加した光ファイバ素材に量を調節して、添加されるのが一般的である。含有量は、モル比で３００ｐｐｍ〜５０，０００ｐｐｍ、好ましくは、５００ｐｐｍ〜１０，０００ｐｐｍで用いられ、例えば、コア部および／またはクラッド部に、同一濃度、あるいは、適切な濃度差で、含有される。場合によって、コア部とクラッド部で、異なる化合物が用いられる。【００１１】  前記光ファイバは、好ましくは、コア部および／またはクラッド部に前記希土類および／または遷移金属を含むものであり、特許文献３に示されるような、一般的に、光増幅で用いられている光ファイバが用いられる。（請求項２）  なお、前記希土類および／または遷移金属は、ツリウム（Ｔｍ３＋）、テリビウム（Ｔｂ３＋）、イッテルビウム（Ｙｂ）イオン、プラセオジム（Ｐｒ）イオン、エルビウム（Ｅｒ）イオンが好ましく用いられる。（請求項５）  更に好ましくは、ツリウムとテリビウムの適切な併用と、エルビウムとテリビウムの適切な併用があるが、単用して用いるほかに、それぞれの量と比率を適宜選択し、好ましい組み合わせを選択して、望みの組み合わせを作ることもできる。【００１２】  なお、本発明の超広帯域光源は、前記光ファイバを励起する励起光を発生する励起光光源を含み、前記励起光を前記光ファイバに結合する光学部品を有することもできる。（請求項３）前記光学部品は、例えば���ＷＤＭフィルタあるいは、前記ＷＤＭフィルタと光アイソレータから構成される。好ましくは、前記励起光を前段に（前記広帯域光源の方向に向かって、）誘導する特性を持っていて、後段に（前記光学部品の後方に）前記励起光が実質的に行かないような特性を有するものである。また、前記広帯域光源から、光ファイバに入光してくる方向に向かって、前記励起光を主体的に誘導し、できる限り、出光する方向に向かわないようにすることが大事であって、このためにも、前記光学部品は、有用であり、発明の効果を最大限に生かすことができる。先願に比較して、ここも重要なところである。なお、請求項６は、前記希土類元素および／または遷移金属を含有する光ファイバとして、好ましくは、コア部および／またはクラッド部にイッテルビウム（Ｙｂ）イオンが添加された光ファイバ（Ｙｂ添加光ファイバ）を用いると共に、前記ＳＬＤとして出力のピーク波長が、９３０ｎｍから１１３０ｎｍ近傍である超広帯域光源である。なお、このとき、励起光源としては、波長が９７５ｎｍもしくは９１５ｎｍのレーザダイオードが用いられるのが一般的である。【００１３】  請求項７は、前記希土類元素あるいは遷移金属を含有する光ファイバとして、好ましくは、コア部あるいはクラッド部にプラセオジム（Ｐｒ）イオンが添加された光ファイバ（Ｐｒ添加光ファイバ）を用いると共に、前記ＳＬＤとして出力のピーク波長が、１２００ｎｍから１４００ｎｍ近傍である超広帯域光源である。なお、ここでの励起光源としては、波長が１０２０ｎｍのレーザダイオードが用いられるのが一般的である。【００１４】  請求項８は、前記希土類元素および／または遷移金属を含有した光ファイバとして、好ましくは、コア部および／またはクラッド部にエルビウム（Ｅｒ）イオンが添加された光ファイバ（Ｅｒ添加光ファイバ）を用いると共に、前記ＳＬＤとして出力のピーク波長が、１４５０ｎｍから１６５０ｎｍ近傍である超広帯域光源である。なお、このときの励起光源としては、波長が９８０ｎｍもしくは１４８０ｎｍのレーザダイオードが用いられるのが一般的である。【００１５】    本発明にかかる超広帯域光源は、異なる種類のものを複数個用いて、出射する光を適切に合成することにより、単独の超広帯域光源ではえられない広域性（波長形状、強さ等）が得られるので、組み合わせ方によって、利用、応用、活用に、最適なものをつくることができる。（請求項８）
【発明の効果】
【００１６】  本発明の効果としては、前記したように、従来出力レベルおよび帯域特性に課題を有していたＳＬＤ光源に、希土類および／または遷移金属添加光ファイバを特性改善ユニットとして配置することにより、あるいは、適切な含有量が異なるまたは異種の希土類、遷移金属を含有する異なる特性改善ユニットを複数個用いて、光を光学部品で、合成して、広域帯光源をより適切な光源にすることができ、例えば、ＳＬＤ光源の特性改善が実現でき、汎用的、実用的で低価格な広帯域、高出力光源が実現できるという利点がある。更に、先願では対応できなかった、１μｍ帯〜１．５μｍ帯の近赤外光を発光することができるので、特にＯＣＴ分野では、水、脂肪、ヘモグロビン、アンモニアなど様々な成分の検出が可能になり、その有用性が拡大した。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態図である。
【図２】図２は本発明の第２の実施形態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【実施例１】
【００１９】  本発明は図１に示す様に一例として、ＳＬＤ光源１の出力端に特性改善ユニット２を配置することを特徴とする。【００２０】  ＳＬＤ光源１の出力ピーク波長は１０３０ｎｍであり、帯域幅（出力−３０ｄＢｍ／ｎｍ）は３０ｎｍである。またピーク波長の出力は−２５ｄＢｍ／ｎｍである。【００２１】  特性改善ユニット２は、１０３０ｎｍ帯の光増幅をおこなうＹｂ添加光ファイバ増幅器であり、Ｙｂ添加光ファイバと、励起光源４、励起光と増幅された光を分離するＷＤＭフィルタ５、光アイソレータ６により構成される。前記ＷＤＭフィルタと光アイソレータにより前記励起光が前記特性改善ユニットから実質的に出光されない【００２２】  励起光源４は９００ｎｍ帯ＬＤを用い、励起光量は２００ｍＷ、ＷＤＭフィルタ５の挿入損失は０．７ｄＢ以下である。【００２３】  本構成を用いることで、最大出力光量を向上できると共に帯域幅（出力−３０ｄＢｍ／ｎｍ以上）を１００ｎｍに拡大できることが明らかとなっている。
【実施例２】
【００２４】  別の実施例としては、ＳＬＤ光源１の出力ピークを１３００ｎｍとし、特性改善ユニット２に１３００ｎｍ帯の光増幅を行う、Ｐｒ添加光ファイバを用いる構成である。
【実施例３】
【００２５】  さらに別の実施例としては、ＳＬＤ光源１の出力ピークを１５５０ｎｍとし、特性改善ユニット２に１４８０ｎｍ帯の光増幅を行う、Ｅｒ添加光ファイバを用いる構成である。【００２６】  本構成による特性改善の効果を表１にまとめる。本構成に用いる光ファイバは、表１に限るものではなく、特許文献２で示された各種の光ファイバをも用いることができる。
【表１】
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【００２７】また、ＳＬＤ光源１に代わり、高出力ＬＥＤなどの広帯域光源を用いることもできる。【００２８】  図２に示した構成は、図１で示した本提案によるそれぞれ中心波長の異なる超広帯域光源を複数配置し、その出力を光ファイバカップラ等の光結合機により結合し、出力光の波長帯域をより広帯域化した、超広帯域光源である。【００２９】  図３に、１５５０μｍ帯広帯域光源と１７００μｍ帯広帯域光源を組み合わせた場合の、超広帯域光源の出力波長特性例を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  本発明は、主に、光デバイスの特性評価、ＯＣＴ用光源として用いられる。
【符号の説明】
【００３１】１      広帯域光源
２      特性改善ユニット
３      光ファイバ
４      励起用ＬＤ
５      ＷＤＭカプラ
６      アイソレータ
７      光結合機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年2月23日(2016.2.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態図である。
【図２】図２は本発明の第２の実施形態図である。
【図３】図３は１５５０μｍ帯広帯域光源と１７００μｍ帯広帯域光源を組み合わせた場合の、超広帯域光源の出力波長特性例である。