(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得帯域を有し該利得帯域によって決定されるスペクトルを有する光ビームを出力する第１及び第２のグループからなる複数の発光素子と、
該複数の発光素子のそれぞれに光学的に接続され、上記光ビーム利得帯域に含まれ且つ該利得帯域よりも狭い反射帯域を有し、該反射帯域における透過率は５０％よりも高く且つ９８％よりも低く、上記光ビームを透過ビームと上記発光素子に戻る反射ビームとにする第１及び第２のグループからなる複数のファイバグレーティングと、
該複数のファイバグレーティングからの出力光を波長分割多重する、透過帯域が前記第１のグループに属する発光素子の利得帯域よりも狭く、前記第２のグループに属するファイバグレーティングからの出力光を反射させる反射帯域を有する多重手段を備え、
前記複数の発光素子の利得帯域には、全ての前記発光素子に共通の共通利得帯域が含まれ、前記第１のグループに属するファイバグレーティングの反射帯域と第２のグループに属するファイバグレーティングの反射帯域は、それぞれ異なる波長範囲であり、かつ、前記第１のグループに属するファイバグレーティングの反射帯域は、前記多重手段の透過帯域内におさまることを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、光デバイスの評価、光信号の増幅及び光通信への発光ダイオード及びレーザダイオード等の発光素子の適用に関し、更に詳しくは、光増幅器のポンプ光を得るのに適し或いは受働光デバイスの評価に適した光源装置並びにそのような光源装置を備えた光増幅器及び光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋｍ）なシリカファイバの製造技術が確立されたことにより、光ファイバを伝送路として備えた光通信システムが実用化されている。光通信システムは、光信号を出力する光送信機を有する第１の端局と、光信号を伝送するための光ファイバ伝送路と、光ファイバ伝送路により伝送された光信号を受ける光受信機を有する第２の端局とを備えている。
【０００３】
光ファイバ伝送路における損失を補償するために、光信号を増幅するための光増幅器を有する光中継器が光ファイバ伝送路の途中に１つ又は複数設けられる。光増幅器は、光信号が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が光信号の波長を含む増幅帯域を有するように光増幅媒体をポンピング（励起）するための手段とを備えている。例えば、波長１．５５μｍ帯の光信号を増幅するためのエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、エルビウム（Ｅｒ）がドープされ第１端及び第２端を有するドープファイバと、第１端及び第２端の少なくとも一方からドープファイバにポンプ光を供給するためのポンプ光源とを備えている。増幅すべき光信号が第１端からドープファイバに供給されると、誘導放出の原理に従ってドープファイバ内において光信号が増幅され、増幅された光信号は第２端から出力される。
【０００４】
このように、ＥＤＦＡにはドープファイバをポンピングするためのポンプ光源が必要があるから、ポンプ光源に電力を供給するための電子回路がＥＤＦＡには付随的に設けられる。他方、光ファイバ伝送路が海底に敷設される場合、ＥＤＦＡを有する光中継器は海底に沈めておくことが必要であるから、光中継器の保守は極めて困難である。従って、ＥＤＦＡを備えた光ファイバ通信システムには、保守性が容易であることが要求される。
【０００５】
光増幅器用のポンプ光源として、発光ダイオード及びレーザダイオード等の発光素子が用いられる。光増幅器から出力される光パワーを大きくするためには、ドープファイバに供給するポンプ光の最大光パワーを大きくすればよい。１つの発光素子の出力光パワーは限られているから、更に大きな光パワーを得るためには、例えば、異なる波長の第１のポンプ光と第２のポンプ光とをそれぞれ出力する２つの発光素子を用い、第１のポンプ光と第２のポンプ光とが波長分割多重される。
【０００６】
例えば、ＥＤＦＡに採用される波長１．４８μｍ帯（１．４５μｍ乃至１．５０μｍ）のポンプ帯域において波長分割多重を行なう場合には、第１のポンプ光及び第２のポンプ光の各々に対して２０ｎｍ程度のスペクトル幅が要求され、その中心波長のバラツキは±５ｎｍ程度にする必要がある。
【０００７】
ところが、発光素子のスペクトルは製造誤差等に起因してバラツキ易く、波長分割多重のために使用可能な発光素子の歩留りが低くなるという問題がある。
ところで、波長分割多重に際して使用される光マルチプレクサをはじめとする受働光デバイスを評価するために、所望の中心波長を有する光ビームを得るための光源装置が必要である。この種の光源装置として、可変波長光源が知られているが、可変波長光源は高価であるという問題がある。また、比較的広いスペクトルを有する発光ダイオードから出力される光ビームに帯域通過フィルタを適用して、測定に必要な中心波長を有する光ビームを得ることが提案され得るが、この場合得られた光ビームのパワーが小さくなるので、測定のダイナミックレンジが小さくなる。
【０００８】
尚、本願の光源装置に関連すると思われる技術として、特開平７−４５８９０号公報及び特開昭６２−１５４６８５号公報に記載されたものがある。前者は、回折格子を用いて半導体レーザの外部共振器を構成し、回折格子からの回折光に基づき半導体レーザの駆動電流を制御するようにした外部共振器型半導体レーザを開示しており、後者は、複数の半導体レーザに対して共通の１つの回折格子を適用するようにした波長多重光通信用光源を開示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、発光素子のスペクトルに係わらず所望の中心波長を有する光ビームを得ることができる光源装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、発光素子から出力される光ビームの最大パワーよりも大きな最大パワーを有する光ビームを得ることができる光源装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、出力光パワーが大きな光増幅器を提供することにある。
本発明の別の目的は、光ファイバ伝送路における損失の補償が可能で且つ保守が容易な光ファイバ通信システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの側面によると、利得帯域を有し該利得帯域によって決定されるスペクトルを有する光ビームを出力する第１及び第２のグループからなる複数の発光素子と、該複数の発光素子のそれぞれに光学的に接続され、上記光ビーム利得帯域に含まれ且つ該利得帯域よりも狭い反射帯域を有し、該反射帯域における透過率は５０％よりも高く且つ９８％よりも低く、上記光ビームを透過ビームと上記発光素子に戻る反射ビームとにする第１及び第２のグループからなる複数のファイバグレーティングと、該複数のファイバグレーティングからの出力光を波長分割多重する、透過帯域が前記第１のグループに属する発光素子の利得帯域よりも狭く、前記第２のグループに属するファイバグレーティングからの出力光を反射させる反射帯域を有する多重手段を備え、前記複数の発光素子の利得帯域には、全ての前記発光素子に共通の共通利得帯域が含まれ、前記第１のグループに属するファイバグレーティングの反射帯域と第２のグループに属するファイバグレーティングの反射帯域は、それぞれ異なる波長範囲であり、かつ、前記第１のグループに属するファイバグレーティングの反射帯域は、前記多重手段の透過帯域内におさまることを特徴とする光源装置が提供される。
【００１３】
この構成によると、発光素子から出力される光ビームの最大パワーよりも大きな最大パワーを有する光ビームを得ることができ、本発明の目的の１つが達成される。また、得られる光ビームの中心波長は帯域反射フィルタの反射帯域によって決定されるので、発光素子の利得帯域或いはスペクトルがバラついていたとしても、そのバラツキの範囲内に反射帯域が含まれている限りにおいて所望の中心波長を有する光ビームを得ることができ、本発明の他の１つの目的が達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付されている。
【００１９】
図１は本発明による光源装置の基本構成を示す図である。この光源装置は発光素子２及び帯域反射フィルタ４を備えている。発光素子２は光ビームＯＢを出力する。帯域反射フィルタ４は、光ビームＯＢを受け、光ビームＯＢを、フィルタ４を透過する透過ビームＴＢと、フィルタ４で反射して発光素子２に戻る反射ビームＲＢとに分ける。
【００２０】
発光素子２としては発光ダイオード又はレーザダイオードを用いることができる。発光ダイオードの場合、発光ダイオードの電流注入によって自然放出の原理に従って利得帯域が生じ、その利得帯域によって決定されるスペクトルを有する光ビームＯＢが発光ダイオードから出力される。レーザダイオードの場合、レーザダイオードへの電流注入によって誘導放出の原理に従って利得帯域が生じ、その利得帯域によって決定されるスペクトルを有する光ビームＯＢが得られる。この場合、利得帯域は、例えば、レーザダイオードの活性層内に閉じ込められた光に対して予め定められた利得が生じるような波長範囲によって定義される。
【００２１】
図２の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、図１の光源装置の動作を説明する。図２の（Ａ）に示されるように、発光素子２は利得帯域ＧＢを有しており、光ビームＯＢのスペクトルＳ1 はこの利得帯域ＧＢによって決定される。具体的には、スペクトルＳ1 の両端を与える最短波長及び最長波長は利得帯域ＧＢに包含される。この例では、スペクトルＳ1 における最大パワーＰ0 を与える波長は利得帯域ＧＢのほぼ中央に位置している。
【００２２】
帯域反射フィルタ４は、図２の（Ｂ）に示されるように、反射帯域ＲＢ１を有している。反射帯域ＲＢ１は利得帯域ＧＢに包含され且つ利得帯域ＧＢよりも狭い。反射帯域ＲＢ１を除く範囲では帯域反射フィルタ４の透過率は原理的には１００％であり、反射帯域ＲＢ１内では透過率は最小透過率（例えば９５％）まで落ち込む。最小透過率を与える波長λはここではスペクトルＳ1 （図２の（Ａ）参照）における最大パワーＰ0 を与える波長に等しいかその近傍に設定されている。
【００２３】
図２の（Ｃ）を参照すると、帯域反射フィルタ４を透過した透過ビームＴＢのスペクトルが示されている。このスペクトルは、図２の（Ａ）に示されるスペクトルＳ1 を少し小さくしたようななだらかなスペクトルＳ1 ′に鋭いスペクトルＳ2 を重畳した形状を有している。
【００２４】
スペクトルＳ2 は反射帯域ＲＢ１の存在により生じており、スペクトルＳ2 における最大パワーＰ1 を与える波長はλに実質的に等しい。
このようにスペクトルＳ2 における最大パワーＰ1 がスペクトルＳ1 における最大パワーＰ0 よりも大きくなっているのは、発光素子２が利得帯域ＧＢを有しており且つ反射帯域ＲＢ１によって決定されるパワー及び波長成分を有する反射ビームＲＢが発光素子２に戻っているからである。この場合における反射ビームＲＢに対する利得を大きくするためには、反射ビームＲＢのための光共振器構造を構成するとよい。この光共振器構造の一端は帯域反射フィルタ４によって提供され、他端は、例えば、発光素子が第１及び第２の端面（劈開面）を有している場合には、第１の端面によって提供される。第２の端面は帯域反射フィルタ４の側に配置される。
【００２５】
このように、図１の光源装置の基本構成によると、発光素子２から出力される光ビームＯＢの最大パワーＰ0 よりも大きな最大パワーＰ1 を有する透過ビームＴＢを得ることができる。
【００２６】
また、反射帯域ＲＢ１がスペクトルＳ1 の最短波長及び最長波長の間に含まれる限りにおいて、透過ビームＴＢの最大パワーＰ1 を与える波長λは反射帯域ＲＢ１の中心波長によって決定されるので、帯域反射フィルタ４の特性の設計又は調節によって発光素子２のスペクトルＳ1 に係わらず所望の中心波長を有する光ビーム（透過ビームＴＢ）を得ることができる。
【００２７】
例えば、図３に示されるように、３つの発光素子が与えられたときに、これらがそれぞれ互いに波長軸方向に僅かにずれたスペクトルＳ1 （＃１，＃２及び＃３）を有している場合がある。このような特性のバラツキに対して本発明は有効である。即ち、３つのスペクトルＳ1 （＃１，＃２及び＃３）の重なり合う部分のほぼ中央に帯域反射フィルタ４の反射帯域ＲＢ１を設定しておくことによって、急峻なスペクトルＳ2 （図２の（Ｃ）参照）における最大パワーＰ1 を与える波長λを各発光素子に対して一致させることができるのである。この作用の効果的利用については後述する。
【００２８】
図４を参照すると、発光素子と帯域通過フィルタとを組み合わせた従来の光源装置の特性が示されている。発光素子から出力される光ビームのスペクトルＳが与えられた場合、帯域通過フィルタが通過帯域を有していることにより、フィルタを透過した光ビームのスペクトルＳ′は通過帯域に対応して狭まる。しかし、フィルタを通過した光ビームは原理的には発光素子に戻ることがないのでその最大パワーが大きくなることはなく、従って、通過帯域によってスペクトルが狭まる分だけ得られる光パワーが減少する。
【００２９】
これに対して、図１の本発明による光源装置の基本構成によれば、帯域反射フィルタ４からの反射ビームＲＢに対して発光素子２内における利得が生じているので、大きなパワーの光出力を得ることができる。
【００３０】
尚、帯域反射フィルタ４の反射帯域ＲＢ１における最小透過率は、低過ぎると共振した光を取り出すことができず、また、高過ぎると共振のための反射ビームＲＢを十分得ることができないので、５０％よりも高く且つ９８％よりも低いことが望ましい。
【００３１】
一般に光照射によって光学媒体（例えばガラス）の屈折率が恒久的に変化する場合、その光学媒体は感光性（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）であるという。この性質を利用して光ファイバのコアにファイバグレーティングを作製することができる。このようなファイバグレーティングの特徴は、グレーティングのピッチとファイバモードの有効屈折率とによって決定される共振波長近傍の狭い帯域で光をブラッグ反射させることである。
【００３２】
ファイバグレーティングは、例えば、フェーズマスクを使用して２４８ｎｍ又は１９３ｎｍを発振波長とするエキシマレーザをファイバに照射することによって作製される。光ファイバ固有の感光性は、例えば、Ｈ2 ローディング、フレームブラッシング、或いは紫外光の大量照射によって増強することができる。
【００３３】
従って、ファイバグレーティングを用いて図１の帯域反射フィルタ４を提供することができる。具体的には次の通りである。
図５は本発明による光源装置の第１実施形態を示す図である。発光素子２と光ファイバ６とがレンズ８により光学的に接続されている。光ファイバ６の途中又は端部には帯域反射フィルタ４としてのファイバグレーティングＦＧが形成されている。
【００３４】
発光素子２から出力された光ビームＯＢは、レンズ８により集束されて光ファイバ６のコア６ａにその端面から入射する。
光ファイバ６に供給された光ビームＯＢの一部は、ファイバグレーティングＦＧによりブラッグ反射させられ、コア６ａの端面から反射ビームＲＢとして出力される。出力された反射ビームＲＢはレンズ８により集束されて発光素子２に入射する。ファイバグレーティングＦＧを透過した透過ビームＴＢはこの光源装置の光出力として種々の用途に供される。
【００３５】
この実施形態によると、帯域反射フィルタ４としてファイバグレーティングＦＢを採用しており、ファイバグレーティングＦＧはコア６ａを含む光ファイバ６の導波構造に直接形成することができるので、発光素子２から出力される光ビームＯＢに対する透過ビームＴＢの損失を小さく抑えることができる。光ビームＯＢに対する透過ビームＴＢの損失を小さく抑えることにより、光源装置の光出力の増大が可能である。
【００３６】
図６を参照すると、本発明による光源装置の第２実施形態が示されている。発光素子２と光ファイバ１０とをコリメートビーム系により光学的に接続するために、レンズ１２及び１４が発光素子２と光ファイバ１０との間にこの順で設けられている。
【００３７】
ここでは、帯域反射フィルタ４は、レンズ１２及び１４間に設けられる誘電体多層膜フィルタ１６である。フィルタ１６は、ガラス等からなる透明基板１８と、透明基板１８上に形成された誘電体多層膜２０とを備えている。誘電体多層膜２０は、例えば、低屈折率なＳｉＯ2 層と高屈折率なＴｉＯ2 層とを交互に合計で数層乃至数十層形成することにより得られる。
【００３８】
尚、誘電体多層膜２０は、反射ビームＲＢの発光素子２に対する必要な結合効率を確保するために、レンズ１２及び１４間のコリメートビームに対して垂直に配置されている。発光素子２から出力された光ビームＯＢは、レンズ１２によりコリメートされた後、誘電体多層膜２０で反射する反射ビームＲＢと誘電体多層膜２０を透過する透過ビームＴＢとに分けられる。透過ビームＴＢはレンズ１４によって集束されて光ファイバ１０にそのコア１０ａの端面から入射する。反射ビームＲＢはレンズ１２により集束されて発光素子２に入射する。
【００３９】
この実施形態では、帯域反射フィルタ４として誘電体多層膜フィルタ１６を用いているので、誘電体多層膜２０の各層の厚みや積層構成を調節することによって、反射特性を容易に設計することができる。
【００４０】
図７は本発明による光源装置の第３実施形態を示す図である。ここでは、図６の誘電体多層膜フィルタ１６に代わるエタロン板２２が帯域反射フィルタ４として用いられている。エタロン板２２の材質は例えば石英であり、エタロン板２２は互いに平行な２面を有している。２面の各々は、反射ビームＲＢの発光素子２に対する必要な結合効率を確保するために、レンズ１２及び１４間のコリメートビームに対して垂直に設定されている。
【００４１】
帯域反射フィルタ４としてエタロン板２２を用いた場合、図２の（Ｂ）に示される反射帯域ＲＢ１の中心波長λはエタロン板２２の厚みにより調節することができ、また、波長λの近傍における透過率の落ち込みの鋭さを表すフィネス及び最低透過率の値はエタロン板２２の２面の反射率によって調節することができる。
【００４２】
エタロン板２２の作製は容易であるから、この実施形態によると、帯域反射フィルタ４の所望の特性を容易に得ることができる。
図１に示される光源装置の基本構成又はその実施形態である以上の第１乃至第３実施形態によると、発光素子のスペクトルに係わらず所望の中心波長を有する光ビームを得ることができるので、この光源装置を受働光デバイスの評価に用いることができ、従来のような可変波長光源の使用が不要になり、また、図４により説明したような理由による測定のダイナミックレンジの低下が生じることもない。
【００４３】
また、発光素子から出力される光ビームの最大パワーよりも大きな最大パワーを有する光ビームを得ることができるので、この光ビームを光増幅器のポンプ光として用いることによって、光増幅器の出力光パワーを大きくすることができる。この場合、大きいパワーのポンプ光を得るために、発光素子はレーザダイオードであることが望ましい。例えば、波長１．５５μｍ帯の光信号を増幅するためのＥＤＦＡに本発明を適用する場合には、レーザダイオードの発振波長は１．４８μｍの近傍に設定され、帯域反射フィルタの反射帯域は、例えば、１．４５μｍ乃至１．５０μｍの範囲に含まれるように設定される。これにより、ＥＤＦＡの十分な利得を得ることができる。
【００４４】
本発明の光源装置を受働光デバイスの評価に適用する場合には、得られる光ビームの最大パワーを与える波長の可変範囲を大きくするために、発光素子としては、広い利得帯域又はスペクトルを有する発光ダイオードが適している。このような波長の可変は、例えば、帯域反射フィルタとして複数のファイバグレーティングを用いると共に、これら複数のファイバグレーティングを選択的に発光素子に接続するための光スイッチを付加的に採用することによって可能になる。具体的には次の通りである。
【００４５】
図８は本発明による光源装置の第４実施形態を示す図である。この光源装置は、発光素子ユニット２４（＃１）と、冗長性を確保するための予備の発光素子ユニット２４（＃２）とを有している。ユニット２４（＃１及び＃２）の各々は、端面発光ダイオード（ＥＥ−ＬＥＤ）２６を発光素子として有している。尚、端面発光ダイオードはスーパールミネッセンスダイオードと称されることもある。
【００４６】
ユニット２４（＃１）のＥＥ−ＬＥＤ２６は対応するレンズ２８によって光ファイバ３０（＃１）の第１端に光学的に接続されている。ユニット２４（＃２）のＥＥ−ＬＥＤ２６は対応するレンズ２８によって光ファイバ３０（＃２）の第１端に光学的に接続されている。
【００４７】
光ファイバ３０（＃１及び＃２）の第２端はそれぞれ２×４光スイッチ３２の入力ポート３４（＃１及び＃２）に接続されている。光スイッチ３２の出力ポート３６（＃１，＃２，＃３及び＃４）はそれぞれ光ファイバ３８（＃１，＃２，＃３及び＃４）の第１端に接続されている。光ファイバ３８（＃１，＃２，＃３及び＃４）はそれぞれ４×１光スイッチ４０の入力ポート４２（＃１，＃２，＃３及び＃４）に接続されている。
【００４８】
光ファイバ３８（＃１，＃２，＃３及び＃４）の途中にはそれぞれファイバグレーティングＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３及びＦＧ４が形成されている。ファイバグレーティングＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３及びＦＧ４のブラッグ反射波長はそれぞれλ1 ，λ2 ，λ3 及びλ4 に設定されている。
【００４９】
光スイッチ４０の出力ポート４４はこの光源装置の出力に供される光ファイバ４６に接続されている。
光スイッチ３２及び４０は制御回路４８によって制御され、ユニット２４（＃１及び＃２）の各々のＥＥ−ＬＥＤ２６には駆動回路５０からバイアス電流が供給されている。
【００５０】
今、ユニット２４（＃１）のＥＥ−ＬＥＤにだけバイアス電流が供給されているものとしてこの光源装置の動作を説明する。光スイッチ３２においては、４つの出力ポート３６（＃１，＃２，＃３及び＃４）から選択される１つのポートと入力ポート３４（＃１）との間はパス状態であり、他の出力ポートと入力ポート３４（＃１）との間は遮断状態である。上記１つの出力ポートの選択は制御回路４８によって行なわれる。
【００５１】
光スイッチ３２及び４０は制御回路４８によって同期して制御される。即ち、光スイッチ３２において出力ポート３６（＃１）が選択されているときには光スイッチ４０の入力ポート４２（＃１）が選択され、出力ポート３６（＃２）が選択されているときには入力ポート４２（＃２）が選択され、出力ポート３６（＃３）が選択されているときには入力ポート４２（＃３）が選択され、出力ポート３６（＃４）が選択されているときには入力ポート４２（＃４）が選択される。
【００５２】
光スイッチ４０においては、４つの入力ポート４２（＃１，＃２，＃３及び＃４）から選択された１つの入力ポートと出力ポート４４との間はパス状態であり、他の入力ポートと出力ポート４４との間は遮断状態である。
【００５３】
ここで、ポート３６（＃１）及び３８（＃１）が選択されて、ファイバグレーティングＦＧ１が帯域反射フィルタとして機能する場合を想定する。
図９の（Ａ）を参照すると、ＥＥ−ＬＥＤ２６から出力される光ビームのスペクトルを示している。このスペクトルにおける最短波長及び最長波長は例えばそれぞれ１．４８μｍ及び１．６２μｍであり、この範囲は受働光デバイスの評価を行なうためには十分に広いものである。
【００５４】
図９の（Ｂ）を参照すると、ファイバグレーティングＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３及びＦＧ４のそれぞれの透過率の波長依存性を示している。反射帯域に対応する各落ち込みピークの半値全幅は例えば０．５ｎｍであり各反射帯域における最低透過率は例えば７０％である。
【００５５】
ここでは、それぞれのブラッグ反射波長λ1 ，λ2 ，λ3 及びλ4 はすべてＥＥ−ＬＥＤ２６の利得帯域に含まれ、次の不等式を満たしている。
λ1 ＜λ2 ＜λ3 ＜λ4 
ファイバグレーティングＦＧ１が選択されていることにより、得られる光ビーム（透過ビーム）のスペクトルは、図９の（Ｃ）に示されるように、波長λ1 にスペクトルピークを有するものとなる。制御回路４８によって光スイッチ３２及び４０における選択を切り替えることによって、波長λ2 ，λ3 又はλ4 にスペクトルピークを有する光ビームを得ることもできる。
【００５６】
ユニット２４（＃１）が故障してユニット２４（＃２）が稼働状態になると、制御回路４８によって光スイッチ３２の入力ポート３４（＃１）が入力ポート３４（＃２）に切り替えられる。この場合における動作はユニット２４（＃１）が選択されている場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００５７】
以上のように、図８に示される実施形態によると、複数のファイバグレーティングを用いると共に、これらのファイバグレーティングを選択的に発光素子に接続するようにしているので、所望の中心波長にスペクトルピークを有する光ビームを得ることができる。また、発光素子としてＥＥ−ＬＥＤを用いることによって、スペクトルピークの中心波長の可変範囲を大きくすることができ、本発明による光源装置を受働光デバイスの評価に有効に活用することができるようになる。
【００５８】
ところで、光増幅器のためのハイパワーなポンプ光を得ようとする場合、波長分割多重の適用が有効である。即ち、互いに異なる波長で発振する複数のレーザダイオードを用い、複数のレーザダイオードにそれぞれ対応して複数のファイバグレーティングを用い、複数のファイバグレーティングの各々を透過した透過ビームを例えば波長分割多重（ＷＤＭ）カプラからなる光マルチプレクサにより波長分割多重するのである。
【００５９】
また、同じ目的を達成するために、偏波合成も有効である。例えば、複数のレーザダイオードが第１の偏波面に対応する第１のグループと第１の偏波面に垂直な第２の偏波面に対応する第２のグループとに分類される場合に、第１の偏波面と第２の偏波面とを結合するための少なくとも１つの偏波ビームスプリッタを用いるのである。
【００６０】
波長分割多重及び偏波合成を組み合わせることによって、得られる光ビームの更なるハイパワー化が可能である。具体的には次の通りである。
図１０は本発明による光源装置の第５実施形態を示す図である。この光源装置は、４つの発光素子ユニット５２（＃１，＃２，＃３及び＃４）と、これらのユニットを出力用の光ファイバ５４に結合するための結合ユニット５６とを備えている。
【００６１】
ユニット５２（＃１，＃２，＃３及び＃４）の各々は、発光素子としてレーザダイオード５８を有している。各レーザダイオード５８としては、ファブリペロ型或いは分布帰還（ＤＦＢ）型のレーザダイオードを用いることができる。
【００６２】
各レーザダイオード５８は、レンズ６０と偏波面保持ファイバ（ＰＭＦ）６２とレンズ６４とによって結合ユニット５６の内部の光学系に結合されている。
各ＰＭＦ６２はフェルール６６に挿入固定され、フェルール６６及びレンズ６４はスリーブ６８に挿入固定され、スリーブ６８はリング７０によって結合ユニット５６のハウジングに固定されている。
【００６３】
また、出力用の光ファイバ５４を結合ユニット５６の内部の光学系に結合するためにレンズ７２が設けられている。光ファイバ５４はフェルール７４に挿入固定され、フェルール７４及びレンズ７２はスリーブ７６に挿入固定され、スリーブ７６は結合ユニット５６のハウジングに固定されている。
【００６４】
ＰＭＦ６２には、それぞれユニット５２（＃１，＃２，＃３及び＃４）に対応してファイバグレーティングＦＧ１１，ＦＧ１２，ＦＧ１３及びＦＧ１４が形成されている。
【００６５】
ユニット５２（＃１及び＃３）の各々のレーザダイオード５８は、紙面に実質的に平行なＰ偏波面を有する光ビームを出力し、ユニット５２（＃２及び＃４）の各々のレーザダイオード５８は、紙面に実質的に垂直なＳ偏波面を有する光ビームを出力する。
【００６６】
結合ユニット５６は、予め定められた位置関係で配置されるミラー７８及び８０と、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）８２及び８４と、ＷＤＭカプラ８６とを有している。
【００６７】
ユニット５２（＃１）及びファイバグレーティングＦＧ１１によって得られた光ビームは、ＰＢＳ８２及びＷＤＭカプラ８６をこの順に透過して光ファイバ５４に結合される。
【００６８】
ユニット５２（＃２）及びファイバグレーティングＦＧ１２により得られた光ビームは、ミラー７８及びＰＢＳ８２でこの順に反射して更にＷＤＭカプラ８６を透過して光ファイバ５４に結合される。
【００６９】
ユニット５２（＃３）及びファイバグレーティングＦＧ１３により得られた光ビームは、ＰＢＳ８４を透過し更にＷＤＭカプラ８６で反射して光ファイバ５４に結合される。
【００７０】
ユニット５２（＃４）及びファイバグレーティングＦＧ１４により得られた光ビームは、ミラー８０、ＰＢＳ８４及びＷＤＭカプラ８６でこの順に反射して光ファイバ５４に結合される。
【００７１】
図１１の（Ａ）及び（Ｂ）により、図１０に示されるＷＤＭカプラ８６の特性を説明する。図１１の（Ａ）を参照すると、ＷＤＭカプラ８６の反射率（％）と波長（μｍ）との関係が示されている。波長１．４５μｍ乃至１．４７５μｍの範囲では反射率は実質的に１００％であり、それよりも長い波長に対しては反射率は実質的に０％である。
【００７２】
図１１の（Ｂ）を参照すると、ＷＤＭカプラ８６の透過率（％）と波長（μｍ）との関係が示されている。波長１．４８２μｍ乃至１．４９２μｍの範囲においては、透過率は実質的に１００％であり、それ以外の波長に対しては透過率は実質的に０％である。
【００７３】
従って、図１０の光源装置を有効に動作させるためには、ユニット５２（＃１及び＃２）の各々からの光ビームを光ファイバ５４に結合させるためにその光ビームの波長を１．４８２μｍ乃至１．４９２μｍの範囲に収めることが要求され、また、ユニット５２（＃３及び＃４）の各々からの光ビームを光ファイバ５４に結合させるためにその光ビームの波長を１．４５μｍ乃至１．４７５μｍの範囲に収めることが要求される。
【００７４】
もし、本発明が適用されずに、このような条件を満足する４つのレーザダイオードを提供しようとすると、多数のレーザダイオードから都合のよいレーザダイオードを選択しなければならず、煩雑な作業が要求される。
【００７５】
本発明の適用によりこのような煩雑な作業が不要になる。即ち、本発明によると、発光素子のスペクトルに係わらず所望の中心波長を有する光ビームを得ることができ、また、その光ビームのスペクトルは帯域反射フィルタ（例えばファイバグレーティング）により十分に狭くすることができるので、例えば図１０の光源装置においては、各レーザダイオード５８の特性がバラついていたとしても、ユニット５２（＃１，＃２，＃３及び＃４）からの光ビームを十分な結合効率でもって光ファイバ５４に結合させることができるのである。
【００７６】
図１２の（Ａ）に示されるように、ファイバグレーティングＦＧ１１及びＦＧ１２の各々の反射帯域は、１．４８５μｍに中心波長を有している。また、図１２の（Ｂ）に示されるように、ファイバグレーティングＦＧ１３及びＦＧ１４の各々の反射帯域は、１．４６５μｍに中心波長を有している。各半値全幅は１ｎｍであり、各最低透過率は９５％である。
【００７７】
図１３の（Ａ）〜（Ｄ）により図１０の光源装置の動作を説明する。図１３の（Ａ）〜（Ｄ）の各々において、左側部分及び右側部分の各々の縦軸は規格化された光パワー、横軸は波長（μｍ）を示している。
【００７８】
ユニット５２（＃１）のレーザダイオード５８から出力される光ビームのスペクトルにあっては、図１３の（Ａ）の左側部分に示されるように、最大光パワーを与える波長は１．４８５μｍであり、スペクトルの存在範囲は波長１．４７０μｍ乃至波長１．４９８μｍである。ファイバグレーティングＦＧ１１が図１２の（Ａ）に示される特性を有していることにより、ユニット５２（＃１）及びファイバグレーティングＦＧ１１により得られる光ビームのスペクトルは図１３の（Ａ）の右側部分に示されるようになる。そのスペクトルの規格化最大光パワーは１から概略２に増大されており、そのスペクトルの半値全幅も１ｎｍ程度に狭まっている。そのスペクトルの中心波長は１．４８５μｍである。
ユニット５２（＃２）のレーザダイオード５８から出力される光ビームのスペクトルにあっては、図１３の（Ｂ）の左側部分に示されるように、最大光パワーを与える波長は１．４９５μｍであり、スペクトルの存在範囲は波長１．４７６μｍ乃至波長１．５０２μｍである。ファイバグレーティングＦＧ１２が図１２の（Ａ）に示される特性を有していることにより、ユニット５２（＃２）及びファイバグレーティングＦＧ１２により得られる光ビームのスペクトルは図１３の（Ｂ）の右側部分に示されるようになる。そのスペクトルの規格化最大光パワーは１から概略２に増大されており、そのスペクトルの半値全幅も１ｎｍ程度に狭まっている。そのスペクトルの中心波長は１．４８５μｍである。
【００７９】
ユニット５２（＃３）のレーザダイオード５８から出力される光ビームのスペクトルにあっては、図１３の（Ｃ）の左側部分に示されるように、最大光パワーを与える波長は１．４６５μｍであり、スペクトルの存在範囲は波長１．４５２μｍ乃至波長１．４７８μｍである。ファイバグレーティングＦＧ１３が図１２の（Ｂ）に示される特性を有していることにより、ユニット５２（＃３）及びファイバグレーティングＦＧ１３により得られる光ビームのスペクトルは図１３の（Ｃ）の右側部分に示されるようになる。そのスペクトルの規格化最大光パワーは１から概略２に増大されており、そのスペクトルの半値全幅も１ｎｍ程度に狭まっている。そのスペクトルの中心波長は１．４６５μｍである。
【００８０】
ユニット５２（＃４）のレーザダイオード５８から出力される光ビームのスペクトルにあっては、図１３の（Ｄ）の左側部分に示されるように、最大光パワーを与える波長は１．４７５μｍであり、スペクトルの存在範囲は波長１．４６１μｍ乃至波長１．４８６μｍである。ファイバグレーティングＦＧ１４が図１２の（Ｂ）に示される特性を有していることにより、ユニット５２（＃４）及びファイバグレーティングＦＧ１４により得られる光ビームのスペクトルは図１３の（Ｄ）の右側部分に示されるようになる。そのスペクトルの規格化最大光パワーは１から概略２に増大されており、そのスペクトルの半値全幅も１ｎｍ程度に狭まっている。そのスペクトルの中心波長は１．４６５μｍである。
【００８１】
図１４は図１０の光源装置の光ファイバ５４に結合する出力ビームのスペクトルを示す図である。ユニット５２（＃１）及びファイバグレーティングＦＧ１１により得られた光ビームとユニット５２（＃２）及びファイバグレーティングＦＧ１２により得られた光ビームとをＰＢＳ８２により偏波合成した結果、中心波長が１．４８５μｍであり規格化光パワーが概略４の狭い第１のスペクトルが得られており、また、ユニット５２（＃３）及びファイバグレーティングＦＧ１３により得られた光ビームとユニット５２（＃４）及びファイバグレーティングＦＧ１４により得られた光ビームとをＰＢＳ８４により偏波結合している結果、中心波長が１．４６５μｍであり規格化光パワーが概略４である狭い第２のスペクトルが得られている。
【００８２】
第１及び第２のスペクトルはそれぞれ図１１の（Ｂ）及び（Ａ）に示される条件を満足しているので、第１及び第２のスペクトルはＷＤＭカプラ８６により原理的には無損失で波長分割多重して光ファイバ５４に結合させることができる。
【００８３】
第１及び第２のスペクトルはＥＤＦＡに適したポンプ帯域であるところの波長１．４５μｍ乃至１．５０μｍの範囲内にあるので、図１０の光源装置をＥＤＦＡのポンプ光源として用いることによって、ＥＤＦＡの高出力パワー化が可能である。
【００８４】
尚、Ｐ偏波面及びＳ偏波面で発振する２つのレーザダイオード及びこれらを偏波結合するためのＰＢＳからなる組を１つ又はそれ以上増設して、更に高出力化を図ってもよい。
【００８５】
図１５は本発明による光増幅器の基本構成を示す図である。この光増幅器は光増幅媒体８８及びポンピングユニット９０を有している。
光増幅媒体８８は第１端８８Ａ及び第２端８８Ｂを有しており、信号光ビームは第１端８８Ａから光増幅媒体８８に供給される。ポンピングユニット９０は、光増幅媒体８８が信号光ビームの波長を含む増幅帯域を有するように光増幅媒体８８をポンピングする。光増幅媒体８８内において増幅された信号光ビームは第２端８８Ｂから出力される。
【００８６】
ポンピングユニット９０は、図１に示される本発明による光源装置の基本構成或いはその種々の実施形態の構成を有している。光源装置９２の出力光ビームはポンプ光として光増幅媒体８８に供給される。ポンプ光は第１端８８Ａ及び第２端８８Ｂのいずれか一方又は双方から光増幅媒体８８に供給される。
【００８７】
このように光増幅媒体８８のポンピングに本発明による光源装置９２を用いることによって、出力光パワーが大きな光増幅器の提供が可能になる。
図１６は本発明による光増幅器の実施形態を示す図である。この光増幅器は、ポンプ光源９４として、本発明による光源装置、特に図１０の第５実施形態の光源装置が採用されている。また、光増幅媒体８８（図１５参照）としてはエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）９６が採用されている。
【００８８】
増幅すべき信号光ビーム及びポンプ光源９４からのポンプ光ビームは光カプラ９８によって加え合わされて、光アイソレータ１００を介してＥＤＦ９６にその第１端から供給される。ＥＤＦ９６内において増幅された信号光ビームは、ＥＤＦ９６の第２端から光アイソレータ１０２及び光帯域通過フィルタ１０４をこの順に通ってこの光増幅器から出力される。
【００８９】
この構成によると、図１４により説明した理由に従って、この光増幅器の出力光パワーを効果的に高めることができる。
ポンプ光源９４が発光素子として１つのレーザダイオードを有している場合には、そのレーザダイオードの発振波長を１．４８μｍの近傍、望ましくは１．４５μｍ乃至１．５０μｍに設定しておくことによって、光出力パワーを効果的に高めることができる。
【００９０】
図１７は本発明による光通信システムの実施形態を示す図である。このシステムは、第１の端局１０６と、第２の端局１０８と、端局１０６及び１０８を結ぶ光ファイバ伝送路１１０とを備えている。
【００９１】
第１の端局１０６は、光信号を出力する光送信機（ＴＸ）１１２と、ポンプ光源１１４とを有している。光送信機１１２及びポンプ光源１１４は光カプラ１１５によって光ファイバ伝送路１１０に結合されている。
【００９２】
第２の端局１０８は、光ファイバ伝送路１１０により伝送された光信号を受けるための光受信機（ＲＸ）１１６と、ポンプ光源１１８とを有している。光受信機１１６及びポンプ光源１１８は光カプラ１２０によって光ファイバ伝送路１１０に結合されている。
【００９３】
光ファイバ伝送路１１０は、第１の端局１０６から順に５つのスパン１１０（＃１，＃２，＃３，＃４及び＃５）からなる。特にこの実施形態では、スパン１１０（＃２及び＃４）はＥＤＦである。スパン間の接続は例えばスプライシングによりなされる。
【００９４】
ポンプ光源１１４及び１１８の各々としては、本発明による光源装置が用いられる。ポンプ光源１１４及び１１８の各々が有する発光素子は、ポンピング効率を高めるために１つ又はそれ以上のレーザダイオードであり、波長１．５５μｍ帯の光信号を効果的に増幅するために、各レーザダイオードの発振波長は１．４８μｍの近傍、望ましくは１．４５μｍ乃至１．５０μｍの範囲内に設定される。
【００９５】
光カプラ１１５により結合された光信号及びポンプ光は、スパン１１０（＃１）で徐々に減衰しながらスパン１１０（＃２）に到達する。スパン１１０（＃２）においては光信号が増幅されて、増幅された光信号は更にスパン１１０（＃３）において徐々に減衰しながらスパン１１０（＃４）に到達する。
【００９６】
ポンプ光源１１８からのポンプ光は、光カプラ１２０及びスパン１１０（＃５）をこの順に通ってスパン１１０（＃４）に供給される。従って、スパン１１０（＃３）で減衰を受けた光信号はスパン１１０（＃４）で増幅される。この増幅された光信号はスパン１１０（＃５）及び光カプラ１２０をこの順に通って光受信器１１６に供給される。
【００９７】
スパン１１０（＃１及び＃５）の各々の長さは例えば約５０ｋｍであり、スパン１１０（＃２及び＃４）の各々の長さは例えば約５０ｍであり、スパン１１０（＃３）の長さは例えば２００ｋｍである。
【００９８】
この実施形態によると、スパン１１０（＃２及び＃４）において光信号の増幅がなされるので、所要の受信感度を得るための光ファイバ伝送路１１０の長さを長くすることができる。また、電力の供給を必要とするポンプ光源１１４及び１１８がそれぞれ端局１０６及び１０８内に設けられているので、光ファイバ伝送路１１０が例えば海底に敷設される場合にシステムの保守が容易になる。
【００９９】
更に、ポンプ光源１１４及び１１８の各々として本発明による光源装置を用いるので、スパン１１０（＃２及び＃４）の各々において所要の増幅作用を生じさせるためのポンプ光強度を得るためのスパン１１０（＃１及び＃５）の各々の長さを長くすることができる。
【０１００】
このように光ファイバ伝送路１１０の一部にＥＤＦを適用する場合、パワーダイヤグラムの設定が重要である。即ち、光ファイバ伝送路１１０における誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）の発生を少なくするためには、綿密なパワーダイヤグラムの設定が必要になるのである。例えば、第１の端局１０６内にＥＤＦを設けただけでは、そのＥＤＦにおいて光信号のパワーが大きくなり過ぎ、ＳＢＳの発生による伝送距離の制限が生じやすい。従って、この実施形態のように、光ファイバ伝送路１１０の途中に複数箇所に分けてＥＤＦを設けることによって（スパン１１０（＃２及び＃４））、光信号の損失の補償及びＳＢＳの抑圧による伝送距離の長距離化が可能になるのである。
【０１０１】
ここでは、スパン１１０（＃２）とポンプ光源１１４との間には適切な長さのスパン１１０（＃１）があるので、スパン１１０（＃１）における光信号の減衰をスパン１１０（＃２）における主としてフォワードポンピング（光信号とポンプ光の伝搬方向が同じ）による光信号の増幅によって補償することができる。また、スパン１１０（＃４）においては主としてバックワードポンピング（光信号とポンプ光の伝搬方向が逆）によって光信号が増幅されるので、これによりスパン１１０（＃３又は＃５）における光信号の損失を補償することができる。
【０１０２】
従って、スパン１１０（＃１，＃２，＃４及び＃５）の分だけ伝送距離を長くすることができるのである。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、発光素子のスペクトルに係わらず所望の中心波長を有する光ビームを得ることができる光源装置の提供が可能になるという効果が生じる。
【０１０４】
また、本発明によると、発光素子から出力される光ビームの最大パワーよりも大きな最大パワーを有する光ビームを得ることができる光源装置の提供が可能になるという効果もある。
【０１０５】
また、本発明によると、出力光パワーが大きな光増幅器の提供が可能になるという効果もある。
また、本発明によると、光ファイバ伝送路における損失の補償が可能で且つ保守が容易な光通信システムの提供が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光源装置の基本構成を示す図である。
【図２】図１の光源装置の動作を説明するための図である。
【図３】発光素子におけるスペクトルのバラツキを説明するための図である。
【図４】帯域通過フィルタを有する従来の光源装置の特性を説明するための図である。
【図５】本発明による光源装置の第１実施形態を示す図である。
【図６】本発明による光源装置の第２実施形態を示す図である。
【図７】本発明による光源装置の第３実施形態を示す図である。
【図８】本発明による光源装置の第４実施形態を示す図である。
【図９】図８の光源装置の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明による光源装置の第５実施形態を示す図である。
【図１１】図１０のＷＤＭカプラの特性を示す図である。
【図１２】図１０のファイバグレーティングの特性を示す図である。
【図１３】図１０の光源装置の動作を説明するための図である。
【図１４】図１０の光源装置の出力ビームのスペクトルを示す図である。
【図１５】本発明による光増幅器の基本構成を示す図である。
【図１６】本発明による光増幅器の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明による光通信システムの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２  発光素子
４  帯域反射フィルタ
ＯＢ  光ビーム
ＲＢ  反射ビーム
ＴＢ  透過ビーム
【図１】
0004063908.tif 000002
【図２】
0004063908.tif 000003
【図３】
0004063908.tif 000004
【図４】
0004063908.tif 000005
【図５】
0004063908.tif 000006
【図６】
0004063908.tif 000007
【図７】
0004063908.tif 000008
【図８】
0004063908.tif 000009
【図９】
0004063908.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004063908.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004063908.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004063908.tif 000016
【図１６】
0004063908.tif 000017
【図１７】
0004063908.tif 000018