JP2002329907A - 広帯域ａｓｅ光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】少ない励起光強度で高出力（高効率）かつ小
型、低価格な１５３０〜１６１０ｎｍ帯をカバーする広
帯域ＡＳＥ光源を提供することを課題とする。 【解決手段】エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）５の
一方端に励起光源３と、光アイソレータ２を介して出力
端子１を接続すると共に、他方端に反射体６を接続する
構成あるいは反射体６と励起光源８を接続する構成で、
高エルビウム濃度ＥＤＦで、一方端で発生する第１の光
波長帯を有するＡＳＥ光が他方端に伝播した時に第２の
光波長帯に変換されるＥＤＦ長とし、励起光強度を最適
化することで広帯域ＡＳＥ光源を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エルビウム添加光
ファイバから発生される自然放出光を光源とする広帯域
自然放出光光源に関するものであり、波長多重光通信シ
ステム、光計測等の光源として使用するのに適するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】エルビウム添加光ファイバは、ある波長
範囲の励起光を入射することにより、ある波長に対して
大きな利得を得ることができる特性を有する。このた
め、利得を有する波長帯の信号光をエルビウム添加光フ
ァイバ（以下ＥＤＦ）内に透過させることで、信号光の
光強度を非常に大きくすることが可能であり、現在光増
幅器として光通信の分野において広く利用されている。
ＥＤＦに励起光を入射したとき、ＥＤＦは信号光の利得
を発生させると共に自然放出光も発生する。発生した自
然放出光は、利得の影響を受けて光出力が増大する。こ
のようにして発生した光は、Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐ
ｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ光（以下、ＡＳ
Ｅ光）と呼ばれている。

【０００３】ＥＤＦは、それ自身が持つ大きな利得によ
りＡＳＥ出力を出射することができ、広帯域光源として
使用することが可能である。近年、通信容量の拡大に伴
い、広い波長帯域を用いて、異なる波長を持つ光信号を
多重し、送受信する波長多重光通信システムが盛んに検
討されており、このような背景のもと、ＥＤＦのＡＳＥ
光を用いた広帯域光源が、インコヒーレントなＷＤＭ用
光源として、またＷＤＭシステム用光部品の試験用光源
として使用されている。

【０００４】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１
５３０〜１５６０ｎｍ帯（１５５０ｎｍ帯）に加え１５
７０〜１６１０ｎｍ帯（１５８０ｎｍ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
光コンポーネントは１５３０〜１６１０ｎｍ以上での動
作が必要で、その損失波長特性を測定するためには、こ
の波長帯域をカバーすると同時に測定ダイナミックレン
ジを広げるため高出力な広帯域光源が求められている。

【０００５】図６は従来の広帯域ＡＳＥ光源の構成を示
す図である（特開平１１−３３０５９３号公報）。エル
ビウム添加光ファイバ１０、第1、第２の励起光源２０
ａ、２０ｂ、第１、第２の波長多重合波器３０ａ、３０
ｂ，光出力ポート４０、無反射端５０からなる。

【０００６】エルビウム添加光ファイバ１０の無反射端
５０側及び光出力ポート４０側に励起光源２０ａ,２０
ｂからの励起光を加え、ＥＤＦ１０は無反射端５０側で
発生されたＡＳＥ光が光出力ポート４０側に至るまでに
主に短波長成分が吸収されて長波長成分が残る長さある
いは吸収特性のものとし、この無反射端５０側からの励
起光で発生されてＥＤＦ１０を伝播するＡＳＥ光と、光
出力ポート４０側からの励起光で発生されたＡＳＥ光と
を共に光出力ポート４０側から出力する構成である。Ｅ
ＤＦ１０の長さは３６０ｍで、励起光源２ａの光強度は
１７０ｍＷ、励起光源２ｂは３４ｍＷである。

【０００７】また、特開平１１−３３０５９３号公報に
は示されていないが、一般的に出力ポート４０の前段に
は偏波無依存型の光アイソレータが配置される。この光
アイソレータの役目は、ＥＤＦ１０への反射戻り光を除
去することにあり、反射戻り光による寄生発振、および
ＡＳＥ光の多重反射による利得の低下を抑圧している。

【０００８】図７は従来の広帯域ＡＳＥ光源のスペクト
ラム波形を示す図である。スペクトラム密度は−２０ｄ
Ｂｍ（１５３０〜１６１０ｎｍ）、−１２ｄＢｍ（１５
５０〜１６００ｎｍ）である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６、
図７に示す従来の広帯域ＡＳＥ光源はＡＳＥ出力帯域と
して１５３０〜１６１０ｎｍをカバーしているものの一
方端が無反射端５０であるため、無反射端５０側に伝播
するＡＳＥ光は、無反射端５０でＥＤＦ１０側には反射
してこない構成となっており、出力ポート４０側のＡＳ
Ｅ光出力には寄与していなかった。無反射端５０側に伝
播するＡＳＥ光をＥＤＦ内に戻して増幅するという考え
が無かった。即ち高出力化については十分な検討がされ
ていなかった。

【００１０】１５６５〜１６１０ｎｍ帯（１５８０ｎｍ
帯）のＡＳＥ出力強度は、１５３０〜１５６５ｎｍ帯
（１５５０ｎｍ帯）の１０分の１程度であり、１５６５
〜１６１０ｎｍ帯（１５８０ｎｍ帯）のＡＳＥ出力光強
度を上げるために大きな励起光強度が必要となるため、
従来技術では無反射端側の励起光強度１７０ｍＷ，出力
ポート側のそれは３４ｍＷで、トータル２０４ｍＷとか
なりハイパワーが必要であった。

【００１１】またＥＤＦ長が３６０ｍと長く装置の小型
化にも不向きであった。このように励起光源がハイパワ
ーである事、およびＥＤＦ長が長いことは装置も高価に
なる欠点があった。

【００１２】さらに従来技術ではスペクトラムを平坦化
するために補償フィルタが必要であるという欠点があっ
た。

【００１３】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、少ない励起光強度で高出力かつ小
型、低価格な１５３０〜１６１０ｎｍ帯をカバーし、補
償フィルタを用いないでスペクトラム平坦性を向上した
広帯域ＡＳＥ光源を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明はこれらの課題を
解決するためのものであり、エルビウム添加光ファイバ
の一方端に励起光源と、光アイソレータを介して出力端
子を接続すると共に、他方端に反射体を接続したＡＳＥ
光源であって、前記エルビウム添加光ファイバはエルビ
ウム添加濃度が１０００ｐｐｍ以上であり、かつ一方端
側で発生する第１の光波長帯を有するＡＳＥ光が他方端
に伝播した時に第２の光波長帯に変換される長さである
ことを特徴とする。

【００１５】また前記エルビウム添加光ファイバの他方
端に励起光源と反射体を接続したことを特徴とする。

【００１６】またさらに、前記エルビウム添加光ファイ
バの一方端の励起光源は他方端の励起光源より光強度が
大きいことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明による広帯域ＡＳ
Ｅ光源について説明する。

【００１８】図１は本発明の第１の実施形態を示す構成
図である。５のエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）は
希土類元素であるエルビウムが１０００ｐｐｍ以上添加
された信号光の増幅作用がある石英系光ファイバで、今
日最も多く用いられている光増幅用光ファイバであり、
励起光を入射したときに一方端で発生する１５５０ｎｍ
帯（第１の波長帯）のＡＳＥ光が他方端に伝播した時に
１５８０ｎｍ帯（第2の波長帯）に変換される長さを有
している。

【００１９】４は光の合波器であり、光ファイバを融着
延伸して作られている。３は励起光源である。６は反射
体で光信号を反射するように誘電体多層膜で構成した全
反射ミラーを光ファイバー端面に接着接続して構成した
ものである。２は光アイソレータで光信号を一方向のみ
通過させるようにする働きをするもので、原理はファラ
デー回転子を用いたものである。

【００２０】ＥＤＦ５の一方端には合波器４を介して半
導体レーザーの励起光源３を接続し、ＥＤＦ５の他端に
は反射体６を接続し、合波器４の一端には光アイソレー
タ２を接続し、光アイソレータ２を通して出力端子１か
らＡＳＥ光を出力するようになっている。出力端子１か
らの反射光がＥＤＦ５に戻ってくるとＡＳＥ光が不安定
になるが、光アイソレータ２によって出力端子１側から
の反射光がＥＤＦ５内に戻らないようにする事でＡＳＥ
光が不安定になるのを防ぐことができる。

【００２１】励起光源３から出力された励起光はその波
長が１４８０ｎｍ帯あるいは９８０ｎｍ帯であって合波
器４を介してＥＤＦ５に導かれる。上記励起光源３から
の励起光が入射すると、合波器４を接続したＥＤＦ５の
一方端側の前半部分でまず１５５０ｎｍ帯（第一の波長
帯）のＡＳＥ光が放出され、ＥＤＦ５の両側に伝播す
る。光アイソレータ２側に伝播したＡＳＥ光は１５５０
ｎｍ帯であって光アイソレータ２を通過して出力端子１
から出力される。さらに反射体６側に伝播する上記１５
５０ｎｍ帯（第１の波長帯）のＡＳＥ光は、その途中の
ＥＤＦ５後半部分で吸収されることにより、他方端に伝
播したときに１５８０ｎｍ帯（第２の波長帯）のＡＳＥ
光になり、さらに１５８０ｎｍ帯ＡＳＥ光は反射体６で
反射され、ＥＤＦ５内に戻ることで、ＥＤＦ５内で増幅
されて出力端子１から出力される。この状態で出力端子
１から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】ＥＤＦを光増幅用ファイバとして用いた場
合は、エルビウム添加濃度を高めることにより、光増幅
器で使用するＥＤＦ長を短尺化することができ、ＥＤＦ
製造における生産性の向上と光増幅器の小型化が可能と
なる。しかし、エルビウムの濃度を増加しすぎると励起
状態にあるエルビウムイオン間の相互作用によりＡＳＥ
の出力が低下する。石英系光ファイバの場合、ＥＤＦの
エルビウム濃度が１００ｐｐｍを超えるとこの現象（濃
度消光と呼ぶ）が起こるが、アルミニウム（Ａｌ）を共
添加することにより１０００ｐｐｍ程度のエルビウム添
加濃度においても濃度消光は起こらない。またファイバ
を高ＮＡ構造にすることでエルビウム添加コア部の励起
光強度の増加を図ると共に、励起光強度の弱い領域がコ
ア部と重ならないため、高効率化が実現できる（参考文
献：エルビウム添加光ファイバ増幅器、須藤昭一偏、オ
プトロニクス社、１４９−１５２ＰＰ）。

【００２３】従来ＥＤＦのエルビウム添加濃度は２００
ｐｐｍ〜４００ｐｐｍ程度であるため、１５５０ｎｍ帯
ＡＳＥ光源を構成する場合のＥＤＦ長は１０ｍ〜２０ｍ
必要であり、１５８０ｎｍ帯ＡＳＥを構成する場合には
５０ｍ〜１００ｍ近く必要であった。本発明では、ＥＤ
Ｆ５のエルビウム添加濃度を１０００ｐｐｍ以上とする
ことで１５８０ｎｍ帯をカバーするＡＳＥ光源において
ＥＤＦ長を１５５０ｎｍ帯並みの１０〜２０ｍあるいは
それ以下にすることができる。

【００２４】今後エルビウム添加濃度をさらに高めるこ
とが出きれば、さらに装置の小型化が可能となる。たと
えばエルビウム添加濃度５０００ｐｐｍのＥＤＦが濃度
消光を起こさずに出来れば、本発明に使用するＥＤＦは
長さ２ｍ〜４ｍになり、装置の更なる小型化が可能とな
る。

【００２５】ここで本発明のＥＤＦ５は一方端で発生す
る１５５０ｎｍ帯（第１の波長帯）のＡＳＥ光が他方端
に伝播したときに１５８０ｎｍ帯（第２の波長帯）に変
換される長さとしてあるが、このような長さであるかど
うかは、実際に上記第１の波長帯の光を入力することで
確認できる。

【００２６】図５（ａ）、図５（ｂ）は第１の波長帯の
ＡＳＥ光が第２の波長帯に変換されるエルビウム添加光
ファイバ（ＥＤＦ）の長さについて説明するものであ
る。図５（ａ）は該ＥＤＦの一方端から１４８０ｎｍ帯
励起光を入力したときに該ＥＤＦの他方端から出力され
るＡＳＥスペクトラム波形をシミュレーションしたもの
である。ＥＤＦは希土類元素であるエルビウムが添加さ
れた信号光の増幅作用がある石英系光ファイバで、今日
最も多く用いられている光増幅用光ファイバである。励
起光強度１００ｍＷ、ＥＤＦ長を２０ｍから１５０ｍま
で変化させると、ＥＤＦ長が２０ｍ〜３０ｍでは１５３
０ｎｍ〜１５６０ｎｍの第１の波長帯を有するＡＳＥで
あるが、ＥＤＦ長を１００ｍにすると、１５４０ｎｍで
のＡＳＥ出力は３０ｄＢ以上低下し、第２の波長帯であ
る１５６５ｎｍ〜１６１０ｎｍ帯（１５８０ｎｍ帯）へ
推移する。

【００２７】この現象は次のように説明される。１４８
０ｎｍ帯励起又は９８０ｎｍ帯励起により１５５０ｎｍ
帯ＡＳＥがファイバ前半部分で発生する。この１５５０
ｎｍ帯ＡＳＥがファイバ後半部分において吸収されるこ
とにより１５８０ｎｍ帯増幅が起こる。ファイバを長く
していくとＡＳＥの出力は１５５０ｎｍ帯から１５８０
ｎｍ帯に推移する、この長さを変換される長さと呼ぶ
（参考文献：小野他、１．５８μｍ帯Ｅｒ３＋添加光フ
ァイバ増幅器の増幅特性、信学技報、ＯＳＣ９７−５、
ｐｐ２５−３０、１９９７）。

【００２８】また図５（ｂ）はＥＤＦの一方端から１４
８０ｎｍ帯励起光を入力したときに該ＥＤＦの一方端か
ら出力されるＡＳＥスペクトラム波形をシミュレーショ
ンしたもので、励起光強度１００ｍＷ、ＥＤＦ長を２０
ｍ〜１５０ｍまで変化させても１５３０〜１５６５ｎｍ
帯ＡＳＥはそのまま残り、１５８０ｎｍ帯への推移は見
られない。

【００２９】これらからアルミニウムを共添加したエル
ビウム高濃度のＥＤＦを選択し、ＥＤＦ長を最適化した
本発明の構成にすれば、高出力、小型、低価格な広帯域
ＡＳＥ光源が実現できる。

【００３０】図２は本発明の第２の実施形態である。

【００３１】図１と同様に構成した装置で、反射体６側
のＥＤＦ５端に光合波器７を介して第２の励起光源８を
接続したものである。励起光源８はその波長が１４８０
ｎｍ帯あるいは９８０ｎｍ帯の物である。高出力ＡＳＥ
を得るためには励起光源３、および励起光源８の光強度
は大きいほうが良いが、スペクトラム密度を平坦化する
場合には、ＥＤＦ５の一方端側励起光源３の光強度は他
方端側の励起光源８より大きくすることが好ましい。な
ぜなら励起光源８は主に、反射体６で反射される１５８
０ｎｍ帯ＡＳＥの増幅に寄与し、反射体があるために１
５８０ｎｍ帯ＡＳＥを効率よく増幅するからである。

【００３２】従って励起光源３及び励起光源８の光強度
比を適切に選択することでＡＳＥスペクトラム密度を平
坦化できる。

【００３３】

【実施例】本発明の広帯域ＡＳＥ光源の第１実施例とし
て図１に示したＡＳＥ光源の試作を行った。各部品と構
成について以下に説明する。

【００３４】図３（ａ）、図３（ｂ）は図１に示す実施
形態のＡＳＥ光源における試作結果である。 励起光源
３は波長１４８０ｎｍで励起出力を図３（ａ）では１１
０ｍＷ，図３（ｂ）では１３０ｍＷとした。ＥＤＦ５は
市販されている石英系のエルビウム添加光ファイバを用
い、ＥＤＦはエルビウム濃度１２００ｐｐｍ、ＥＤＦ長
は１３．５〜１８ｍまで確認した。反射体の反射率は９
０％である。

【００３５】従来技術と動作波長帯域はほぼ同じである
が、励起強度を上げる（１１０ｍＷ〜１３０ｍＷへ）と
長波長側（１５７０〜１６１０ｎｍ）の出力が増加する
と同時にＡＳＥ光強度も増加する。ＥＤＦ長が短いと短
波長側のＡＳＥ出力が低下し、ＥＤＦ長を長くすると長
波長側ＡＳＥ出力が低下する。最適なＥＤＦ長は励起光
強度１１０ｍＷの時１３.５ｍ、励起光強度１３０ｍＷ
の時１５ｍ程度である。

【００３６】ＡＳＥ出力光スペクトラム密度は従来技術
では−２０ｄＢｍ（１５３０〜１６１０ｎｍ）、−１２
ｄＢｍ（１５５０〜１６００ｎｍ）であるが、本発明の
図３（ｂ）では−１２ｄＢｍ（１５３０〜１６１０ｎ
ｍ）、−７ｄＢｍ（１５５０〜１６００ｎｍ）と高出力
である。しかも励起光強度は従来比１３０ｍＷ／２０４
ｍＷ（≒５４％）に押さえることができる。ＥＤＦ長は
従来比１５ｍ／３６０ｍ（≒４％）に改善でき、１５３
０〜１６００ｎｍ波長帯域におけるスペクトラム平坦性
（スペクトラムにおける最大出力値と最小出力値の差）
が１５ｄＢ以下となる。

【００３７】これらにより、反射体を使うこと及び、エ
ルビウム高濃度ＥＤＦを使用することで高出力、ＥＤＦ
が短く小型な、かつＥＤＦ長が短いため低価格化な広帯
域ＡＳＥ光源が開発できた。

【００３８】また本発明の広帯域ＡＳＥ光源の第２実施
例として図２に示したＡＳＥ光源の試作を行った。各部
品と構成について以下に説明する。図４は図２に示す実
施形態のＡＳＥ光源における試作結果である。励起光源
３及び励起光源８は波長９８０ｎｍで励起光源３および
励起光源８の励起出力を合わせたトータルパワーを１２
０ｍＷ、その他は実施形態１と同じ物である。

【００３９】上記状態でＡＳＥスペクトラム密度が平坦
になるようＥＤＦ長と励起光強度比を最適に調整した。
ファイバ長は１２ｍ〜１８ｍまで変化させたところ、フ
ァイバが１８ｍのとき励起光源８および励起光源３の光
強度はそれぞれ４８ｍＷおよび７２０ｍＷであった。フ
ァイバ長を短くすると励起光源３の光強度はさらに大き
いほうがよく、ＡＳＥ出力も大きくなることがわかっ
た。

【００４０】たとえばＥＤＦ長１６ｍの時、励起光源８
は４１ｍＷ、励起光源３は７９ｍＷでＡＳＥ出力強度１
４．４ｄＢｍであった。このときスペクトラム密度は−
１０ｄＢｍ／ｎｍ（１５２８〜１６１０ｎｍ）で、スペ
クトラム平坦性は７ｄＢと従来に比べかなりよくなって
いる。

【００４１】以上から本方式ではスペクトラムの平坦性
が改善できる、このとき励起光源３の光強度は励起光源
８のそれより大きいことを確認した。

【００４２】

【発明の効果】以上、本発明によれば、エルビウム添加
光ファイバの一方端に励起光源と、光アイソレータを介
して出力端子を接続すると共に、他方端に反射体を接続
したＡＳＥ光源であって、前記エルビウム添加光ファイ
バはエルビウム添加濃度が１０００ｐｐｍ以上であり、
かつ一方端側で発生する第１の光波長帯を有するＡＳＥ
光が他方端に伝播した時に第２の光波長帯に変換される
長さとすることで、低い励起パワーと短い希土類添加フ
ァイバで１５３０〜１６００ｎｍ波長帯域におけるスペ
クトラム平坦性に優れた、高出力な広帯域ＡＳＥを得る
ことができ、小型、低価格化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における広帯域ＡＳＥ光源の第１の実施
形態を示す構成図である。

【図２】本発明における広帯域ＡＳＥ光源の第２の実施
形態を示す構成図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明における第１の実施形
態のＡＳＥスペクトラムを示す実験結果である。

【図４】本発明における第２の実施形態のＡＳＥスペク
トラムを示す実験結果である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は第１の波長帯のＡＳＥ光が第
２の波長帯に変換されるエルビウム添加光ファイバの長
さを説明するための図である。

【図６】従来のＡＳＥ光源を示す図である。

【図７】従来のＡＳＥ光源のＡＳＥスペクトラムを示す
図である。

【符号の説明】

１：出力端子 ２：光アイソレータ ３：励起光源 ４：合波器 ５：エルビウム添加光ファイバ ６：反射体 ７：合波器 ８：励起光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 JJ04 JJ08 KK06 KK30 RR01 YY11 YY17 5K002 AA06 BA01 BA31 FA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エルビウム添加光ファイバの一方端に励起
   光源と、光アイソレータを介して出力端子を接続すると
   共に、他方端に反射体を接続したＡＳＥ光源であって、
   前記エルビウム添加光ファイバはエルビウム添加濃度が
   １０００ｐｐｍ以上であり、かつ一方端側で発生する第
   １の光波長帯を有するＡＳＥ光が他方端に伝播した時に
   第２の光波長帯に変換される長さであることを特徴とす
   る広帯域ＡＳＥ光源。
2. 【請求項２】前記エルビウム添加光ファイバの他方端に
   励起光源と反射体を接続したことを特徴とする請求項１
   記載のＡＳＥ光源。
3. 【請求項３】前記エルビウム添加光ファイバの一方端の
   励起光源は他方端の励起光源より光強度が大きいことを
   特徴とする請求項２記載の広帯域ＡＳＥ光源。