(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光放出手段と光調節手段とを備え、ピーク波長を境に短波長側と長波長側とが略同じ形で対称である略ガウス分布形状のスペクトルの光を出力するＡＳＥ光源であって、
上記光放出手段は、励起光源と、該励起光源から出射された励起光により励起されて自然放出光を放出する希土類元素を添加した第一の光導波路とからなり、
上記光調節手段は、上記略ガウス分布形状のスペクトルの光を出力するため、入射した上記自然放出光の一部を吸収し、該吸収光とは異なる波長の光を放射する希土類元素を添加した第二の光導波路からなることを特徴とするＡＳＥ光源。
【請求項２】
光放出手段と光調節手段とを備え、ピーク波長を境に短波長側と長波長側とが略同じ形で対称である略ガウス分布形状のスペクトルの光を出力するＡＳＥ光源であって、
上記光放出手段は、励起光源と、該励起光源から出射された励起光により励起されて大小二つのピークを有するスペクトルの自然放出光を放出するエルビウムを添加した第一の光導波路とからなり、
上記光調節手段は、上記略ガウス分布形状のスペクトルの光を出力するため、入射した上記自然放出光のうち小ピークの波長の光を吸収し、該吸収光とは異なる波長の光を放射するエルビウムを添加した第二の光導波路からなることを特徴とするＡＳＥ光源。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記光導波路中の希土類元素の濃度と光導波路長との積である濃度条長積が、上記第一の光導波路より、上記第二の光導波路の方が小さいことを特徴とするＡＳＥ光源。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
上記第一および第二の光導波路が光ファイバであることを特徴とする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、希土類元素添加の光導波路を用いた光放出手段および光調節手段とを備えたＡＳＥ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インコヒーレントな広帯域の光源として、自然放出を利用したＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源が用いられている。ＡＳＥ光源としては、希土類元素、例えばエルビウム（Ｅｒ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）等が添加された光ファイバなどの光導波路に、ある特定波長（例えば、１．４８μｍ帯又は０．９８μｍ帯）の励起光を入力することにより、該希土類元素を励起させて、広帯域で大パワーの光を出力させる光源が知られている。図５（ａ）に、このような光源の構成の一例を示す。励起光源２から出射された光が、ＷＤＭカプラ３を通って、希土類元素添加光ファイバ１に入射して自然放出光を発生させる。自然放出光は、励起光とは反対方向に進行し、ＷＤＭカプラ３と光アイソレータ４とを通って出力ポート５から出力される。６は無反射終端である。なお、自然放出光の一部は、励起光と同じ方向にも進行するが、無反射終端６では反射されないため、この一部の自然放出光は、出力ポート５からは出力されない。
【０００３】
上記のようなＡＳＥ光源は、光を利用した種々の測定や特性評価等に用いられているが、このような場合には、それぞれの測定や評価に応じた所定のスペクトルの光が必要になる。所定のスペクトルとするために、今まではフィルタを用いて必要な光のみを透過させていた。図５（ｂ）に、光フィルタ７を備えたＡＳＥ光源の構成の一例を示す。図５（ａ）の光源の光アイソレータ４と出力ポート５との間に、光フィルタ７が設けられているものである。光フィルタ７としては、例えば、誘電体多層膜干渉フィルタやファブリペロー干渉フィルタなどが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、所定のスペクトルを得ようとすると、そのために必要な損失波長特性が複雑であるために、上述の光源では、多くのフィルタを組み合わせて用いなければならなかった。従って、装置が複雑で大型になり、製造コストが大きくなり、製造時間も長くなっていた。また、フィルタは、特定波長の光のみを通過させ、残りの光を通過させないことで、その機能を発揮しているので、多くのフィルタを通過した光は、パワーが小さくなってしまう。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造で所望のスペクトルの光を得ることのできるＡＳＥ光源を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第一の希土類元素ドープ光導波路から放射された自然放出光を第二の希土類元素ドープ光導波路に入射させてから出力させる構成のＡＳＥ光源とした。
【０００７】
具体的には、請求項１に係る発明は、光放出手段と光調節手段とを備えたＡＳＥ光源であって、
上記光放出手段は、励起光源と、該励起光源から出射された励起光により励起されて自然放出光を放出する希土類元素を添加した第一の光導波路とからなり、
上記光調節手段は、所定のスペクトルの光を出力するため、入射した上記自然放出光の一部を吸収し、該吸収光とは異なる波長の光を放射する希土類元素を添加した第二の光導波路からなることを特徴とするＡＳＥ光源である。
【０００８】
光放出手段から光調節手段に入射した増幅された自然放出光（以下、ＡＳＥ光という）は、第二の光導波路によって一部が吸収され、該吸収光とは異なる波長の光が放射されて、吸収されずに透過した光と合成されて、所定のスペクトルの光となるので、簡単な構造でパワーの大きい所望のスペクトルの光を得ることができる。ここで、所定のスペクトルの光とは、ＡＳＥ光源が用いられる各用途・目的における所望のスペクトルの光のことである。
【０００９】
第一の光導波路と第二の光導波路とに添加する希土類元素は、同じものであると、光の吸収放出特性が同じであって特定の波長の出力を増大させられるという点から好ましい。所望とするスペクトルの光を得ることができれば、第一の光導波路と第二の光導波路とに添加する希土類元素は、異なるものでもよい。また、複数の種類の希土類元素を混合して添加してもよい。さらに、光調節手段に希土類元素を添加した第三およびそれ以上の複数の光導波路を備えていてもよい。
【００１０】
次に、請求項２に係る発明は、光放出手段と光調節手段とを備えたＡＳＥ光源であって、
上記光放出手段は、励起光源と、該励起光源から出射された励起光により励起されて大小二つのピークを有するスペクトルの自然放出光を放出するエルビウムを添加した第一の光導波路とからなり、
上記光調節手段は、所定のスペクトルの光を出力するため、入射した上記自然放出光のうち小ピークの波長の光を吸収し、該吸収光とは異なる波長の光を放射するエルビウムを添加した第二の光導波路からなることを特徴とするＡＳＥ光源である。
【００１１】
上記の構成であれば、エルビウムドープの第一の光導波路は、１５３０ｎｍ付近の小さなピークと１５６０ｎｍ付近の大きなピークとを有するスペクトルのＡＳＥ光を放射し、エルビウムドープの第二の光導波路は、１５３０ｎｍ近辺の光を吸収して１５６０ｎｍ近辺の光を放射するので、出力されるＡＳＥ光は、１５６０ｎｍ付近に一つだけピークを有する所定のスペクトルの光とすることができる。
【００１２】
なお、第一の光導波路は、励起光により広帯域で増幅作用があるため１５３０ｎｍ付近の光を放出すると同時に、エルビウムによる１５３０ｎｍ付近の吸収作用もあるので、両者の差し引きの結果として放出するＡＳＥ光のスペクトルには、１５３０ｎｍ付近に小さなピークを備えているのである。
【００１３】
次に、請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、
上記光導波路中の希土類元素の濃度と光導波路長との積である濃度条長積が、上記第一の光導波路より、上記第二の光導波路の方が小さいことを特徴とするＡＳＥ光源である。
【００１４】
濃度条長積が、第一の光導波路より第二の光導波路の方が小さいので、第一の光導波路から放出されたＡＳＥ光の第二の光導波路内での減衰を抑制することができる。なお、ここでいう光導波路長は、光導波路内の光の通過行路の長さのことである。
【００１５】
次に、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、
上記第一および第二の光導波路が光ファイバであることを特徴とするＡＳＥ光源である。
【００１６】
上記の構成であれば、ＡＳＥ光源を光ファイバで構成できるので、ＡＳＥ光源を小型に低コストで作製することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係るＡＳＥ光源の構成図である。本実施形態の光放出手段は、第一の希土類元素添加光ファイバ８と、励起光源２と、それら二つの間に置かれたＷＤＭカプラ３とからなる。また、光調節手段は、第二の希土類元素添加光ファイバ９である。第二の希土類元素添加光ファイバ９は、ＷＤＭカプラ３の後ろに置かれ、その次に光アイソレータ４、出力ポート５が設置されている。これらの構成部品同士は、伝送用の光ファイバで繋がれている。
【００１９】
光放出手段では、励起光源２から出射された励起光が、ＷＤＭカプラ３を通って第一の希土類元素添加光ファイバ８に入射してＡＳＥ光を発生させる。希土類元素は、所望の光スペクトルによりＥｒ、Ｐｒ、Ｎｄ等の中から適宜選択することができる。励起光源２としては、例えば、種々の半導体レーザを用いることができる。また、ＷＤＭカプラ３としては、例えば、誘電体多層膜型カプラや溶融延伸型カプラ等を用いることができる。溶融延伸型カプラは、内部で反射が生じないため、該カプラを用いることが好ましい。第一の希土類元素添加光ファイバ８中で発生したＡＳＥ光は、励起光とは反対の方向に進行し、ＷＤＭカプラ３と光アイソレータ４を通って出力ポート５から出力される。なお、ＡＳＥ光の一部は、励起光と同じ方向にも進行するが、無反射終端６では反射されないため、このＡＳＥ光の一部は出力ポート５からは出力されない。
【００２０】
光調節手段である第二の希土類元素添加光ファイバ９は、第一の希土類元素添加光ファイバ８から出射されたＡＳＥ光の一部を吸収して、該吸収光の波長とは異なる波長の光を放射し、吸収光以外の光を透過させる。また、従来の誘電体多層膜干渉フィルタなどの光フィルタを用いると、内部反射が発生して、測定用途等では不都合が生じていたが、本実施形態の構成では、励起光によりＡＳＥ光を放出する部材、ＷＤＭカプラ３、光調節手段および光アイソレータ４を光ファイバとすると、内部反射が生じないので好ましい。なお、第一の希土類元素添加光ファイバ８から出射されたＡＳＥ光の第二の希土類元素添加光ファイバ９内での減衰を少なくするため、第一の希土類元素添加光ファイバ８よりも第二の希土類元素添加光ファイバ９の方の濃度条長積を小さくしている。
【００２１】
本実施形態では、第一の希土類元素添加光ファイバ８から出射されるＡＳＥ光のスペクトルと、所望とする光スペクトルとの差を、第二の希土類元素添加光ファイバ９による吸収および放射により調節して、出力光のスペクトルを所望の光スペクトルとする。このとき、第一の希土類元素添加光ファイバ８から出射されるＡＳＥ光のスペクトルと、所望とする光スペクトルとの差のスペクトルは、一般的に複雑な形状のスペクトルであるが、第二の希土類元素添加光ファイバ９を用いると、希土類元素の種類や光ファイバの長さを調整することによって、所望とする光スペクトルを得ることができる。
【００２２】
本実施の形態は、一つの例であって本発明は本例に限定されない。第二の希土類元素添加光ファイバ９に添加されている希土類元素は、第一の希土類元素添加光ファイバ８に添加されている希土類元素と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、複数の希土類元素を添加してもよい。さらに、第一の希土類元素添加光ファイバ８の後方に、一つ又は複数の別の希土類元素添加光ファイバを設置してもよい。ＡＳＥ光源としての構成も、例えば、第二の希土類元素添加光ファイバ９と光アイソレータ４との位置を入れ替えてもよいし、光アイソレータ４を用いなくてもよい。また、ＡＳＥ光モニタ用分岐カプラ等の別の部品を組み込んでもよい。励起光を第一の希土類元素添加光ファイバ８に入射する方向も、図１に矢印で示した方向と逆方向であって構わないし、双方向励起を行っても構わない。また、光ファイバの替わりに光導波路を用いても構わない。
【００２３】
【実施例】
実施例として、図１に示す構成のＡＳＥ光源を作製した。第一の希土類元素添加光ファイバ８および第二の希土類元素添加光ファイバ９には、Ｅｒドープ石英ファイバを用い、第二の希土類元素添加光ファイバ９は第一の希土類元素添加光ファイバ８の約１／３の濃度条長積とした。励起光源２には、１．４８μｍの励起光を出力するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子井戸レーザを用いた。ＷＤＭカプラ３には、溶融延伸型カプラを用いた。光アイソレータ４には、バルク型アイソレータを用いた。
【００２４】
図２の実線で示した１０が、第一の希土類元素添加光ファイバ８から放射されたＡＳＥ光のスペクトルである。点線で示した１１が、所望とする光スペクトルの形状である。Ｅｒドープ石英ファイバより発生したＡＳＥ光は、１５３３ｎｍに小さなピークと１５５９ｎｍに大きなピークを有している。１５５９ｎｍの大きなピークを利用して、所望の光スペクトル１１を得るのである。なお、所望の光スペクトル１１は、反射分布測定に用いられるものであって、ピーク波長を境にして短波長側と長波長側とが対称な形をしたガウス分布の形状のスペクトルである。
【００２５】
図２のＡＳＥ光スペクトル１０と所望のスペクトル１１とを比較すると、ＡＳＥ光スペクトル１０は、１５３３ｎｍに小さなピークが余分にあるだけではなく、１５５９ｎｍの大きなピークの形状が、１５５９ｎｍを境にして短波長側が長波長側に比べて、裾を引いて膨らんだ形状となっている。このようなＡＳＥ光が、第二の希土類元素添加光ファイバ９を通過して、出力ポート５から出力されると、図３に示す２１のスペクトルとなる。図３の縦軸は、強度ピーク値で正規化している。なお、２２がガウス分布形状のスペクトルである。本ＡＳＥ光源の出力光スペクトル２１は、ピーク波長を境にして短波長側と長波長側とが、略同じ形で対称であり、ほぼガウス分布形状になっている。
【００２６】
第二の希土類元素添加光ファイバ９が、１５３３ｎｍ近辺の光を吸収するとともに、１５５９ｎｍよりも長波長側の光を放射した結果、本ＡＳＥ光源の出力光スペクトル２１が、ほぼガウス分布形状となったのである。ここで、ＡＳＥ光スペクトル１０と本ＡＳＥ光源の出力光スペクトル２１とを比較してみると（図４）、本ＡＳＥ光源の出力光スペクトル２１では、ピークの高さがＡＳＥ光に比べて小さくなっているが、ピーク波長が１５６２ｎｍと長波長側にシフトしているとともに、長波長側のパワーが増大している。なお、出力光として求められる特性は、スペクトルがガウス分布形状であることで、ピーク波長が多少シフトしても構わない。また、ピーク波長の位置は、第一および第二の希土類元素添加光ファイバ８、９の長さによって調節することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に述べる効果を奏する。
【００２８】
希土類元素を添加した第一の光導波路から出射されたＡＳＥ光を、希土類元素を添加した第二の光導波路に入射させて出力光のスペクトルを調節しているので、所定のスペクトルの出力光を大きなパワーで出力するＡＳＥ光源とすることができる。ＡＳＥ光源の構造が簡単であるので、製造コストを下げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡＳＥ光源の構成図である。
【図２】光放出手段から出射されたＡＳＥ光のスペクトルを示す図である。
【図３】実施例のＡＳＥ光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【図４】実施例の光放出手段からのＡＳＥ光、および出力光のスペクトルの比較図である。
【図５】（ａ）光放出手段のみからなる従来のＡＳＥ光源の構成図、（ｂ）光放出手段と光フィルタとを備えた従来のＡＳＥ光源の構成図である。
【符号の説明】
１    希土類元素添加光ファイバ
２    励起光源
３    ＷＤＭカプラ
４    光アイソレータ
５    出力ポート
６    無反射終端
７    光フィルタ
８    第一の希土類元素添加光ファイバ
９    第二の希土類元素添加光ファイバ
１０  第一の希土類元素添加光ファイバから出射されたＡＳＥ光スペクトル
１１  所望の光スペクトル
２１  出力光スペクトル
２２  ガウス分布形状スペクトル
【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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