JP2004119407A - 広帯域ａｓｅ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域かつ全帯域に亘って出力の安定したＡＳＥ光源を実現すること。
【解決手段】複数の光増幅用光ファイバから複数の波長帯域のＡＳＥ光を発生させる多段接続のＡＳＥ光源であって、最終段以前に発生させたＡＳＥ光を最終段に入力させ、最終段で前記複数の波長帯域うちの中間波長帯域のＡＳＥ光を発生させて、前記で発生させたＡＳＥ光と共に取り出すことにより波長帯域の境目のない広帯域ＡＳＥ光源を実現する事が可能となる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光増幅用光ファイバからの自然放出（ＡＳＥ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光を取り出すＡＳＥ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信の大容量化に伴い、異なる波長の光信号を１芯の光ファイバ内に多重伝送させる波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光ファイバ通信システムが盛んに検討されている。ＷＤＭ伝送では光ファイバ内に多重伝送させる異なる波長の光信号の数を増やすことにより伝送容量を増加させることができるため、広い波長帯域において伝送が可能であれば、光信号の波長数を増やすことができ大容量化に繋がる。従って、広帯域な光ファイバ通信システム及びそれに利用される広帯域なＷＤＭシステム用光部品の開発が求められている。
【０００３】
一方、光増幅用光ファイバに励起光を入力させると、光増幅用光ファイバが励起されることにより、該光ファイバ内部に添加されたレーザー元素のエネルギー準位が一時的に上がり、それが再び安定状態に戻る際、エネルギー放出として該光ファイバの増幅帯域の光が出力されることが知られている。この光は自然放出（ＡＳＥ）光と呼ばれている。このＡＳＥ光を出力する光源がＡＳＥ光源であり、広帯域、高出力であるという特徴をもつ。
【０００４】
それ故、ＡＳＥ光源はＷＤＭシステム用光部品の損失波長特性、偏波モード分散及び偏波依存性損失等の評価用光源として利用され始めている。しかし、光ファイバ通信システムの広帯域化が日々進展しているため、より広帯域なＡＳＥ光源が望まれている。
【０００５】
【特許文献１】
特許２７５６５１０号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８５７９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
広帯域なＡＳＥ光源を製造する方法としては、光増幅用光ファイバのホストガラス及び添加物の変更がある。前者は、特許文献１、特許文献２に記載の通り光増幅用光ファイバのホストガラスを変更すること、即ち従来の石英系ガラスに替えてフッ化物系ガラス、テルライト系ガラス等を使用することであり、後者は、特許文献２に記載の通り光増幅用光ファイバの添加物を変更すること、即ちエルビウムを添加してＣバンド（１５３０−１５６５ｎｍ）のＡＳＥ光を発生するのに替えてツリウム等別のレーザー元素を添加してＳバンド（１４６０−１５３０ｎｍ）或いはＬバンド（１５６５−１６２５ｎｍ）等のＡＳＥ光を発生させることである。さらに、より広帯域なＡＳＥ光源を製造する方法として、前記ＡＳＥ光を波長多重合波器で合波させ、合波光を出力とする１つのＡＳＥ光源を製造することが挙げられる。
【０００７】
波長多重合波器においては複数芯の光ファイバからの複数の波長帯の入力光が１芯の光ファイバ内に合波され合波光が出力されるが、合波される各波長帯の境界波長付近においては光が出力されない或いは出力されても環境温度等の変化により出力が不安定になる波長が存在する。そのため上記の方法によれば、各波長帯の境界波長付近において光が出力されない、或いは出力されても出力が不安定になる。これは光部品の損失等の評価において合波の境界波長付近では正確な測定ができないことを示し、評価用光源として欠点となる。
【０００８】
従って本発明は上記の問題に鑑み、広帯域かつ全帯域に亘って出力の安定したＡＳＥ光源の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明のうち請求項１においては、複数の光増幅用光ファイバから複数の波長帯域のＡＳＥ光を発生させる多段接続のＡＳＥ光源であって、最終段以前に発生させたＡＳＥ光を最終段に入力させ、最終段で前記複数の波長帯域うちの中間波長帯域のＡＳＥ光を発生させて、前記で発生させたＡＳＥ光と共に取り出すことを特徴としている。これにより、最終段以前に発生させたＡＳＥ光と最終段で発生させたＡＳＥ光が波長の境目なく合波され、広帯域かつ全帯域に亘って出力の安定したＡＳＥ光源とすることができる。
【００１０】
本発明のうち請求項２においては、請求項１記載のＡＳＥ光源において、前記複数の波長帯域のうち、１つ以上の波長帯域が他の波長帯域と一部重複することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のうち請求項３においては、請求項１記載のＡＳＥ光源において、前記最終段の光増幅用光ファイバを高励起状態とすることを特徴としている。
【００１２】
そして、本発明のうち請求項４においては、請求項１記載のＡＳＥ光源において、前記最終段以前に発生させたＡＳＥ光を最終段に入力させる手段としてサーキュレータを具備し、かつ前記最終段の光増幅用光ファイバを挟んで前記サーキュレータと反対側に、或いは前記最終段の光増幅用光ファイバの中間部に、前記サーキュレータから入力されたＡＳＥ光を反射させる手段を具備することを特徴としている。
【００１３】
さらに、本発明のうち請求項５においては、請求項１記載のＡＳＥ光源において、前記最終段でＣバンドの範囲内或いはＣバンドの範囲を含むＡＳＥ光を発生させることを特徴としている。
【００１４】
なお、本発明のうち請求項６においては、請求項５記載のＡＳＥ光源において、Ｓバンド及びＬバンドの範囲内或いは該各バンドの範囲を含むＡＳＥ光を前記最終段に入力するまでに発生させることを特徴としている。
【００１５】
【作用】
本発明によれば、複数の光増幅用光ファイバから複数の波長帯域のＡＳＥ光を発生させる多段接続のＡＳＥ光源であって、最終段以前に発生させたＡＳＥ光を最終段に入力させ、最終段で前記複数の波長帯域うちの中間波長帯域のＡＳＥ光を発生させて、前記で発生させたＡＳＥ光と共に取り出すことによりＡＳＥ光が波長の境目なく合波されるという作用が生じる。その結果、広帯域かつ全帯域に亘って出力の安定したＡＳＥ光源を実現させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明のＡＳＥ光源の実施例を示すブロック図である。
本実施例は、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンドにまたがる波長帯域の光を出力する光源である。ＳバンドＡＳＥ光源１１及びＬバンドＡＳＥ光源１２からのＡＳＥ光が波長多重合波器１３によって合波され、最終段のＣバンドＡＳＥ光源１４に入力され、ＣバンドＡＳＥ光源１４からの出力光が全体の出力光となるよう構成されている。そして、ＣバンドＡＳＥ光源１４は光増幅用光ファイバ１４１、波長多重合波器１４２、励起光源１４３から構成されている。さらに、各バンドのＡＳＥ光は波長帯域が一部重複するように設定されている。Ｓバンドは１４６０−１５３０ｎｍ、Ｃバンドは１５３０−１５６５ｎｍ、Ｌバンドは１５６５−１６２５ｎｍであるため、例えばＳバンドＡＳＥ光源１１のＡＳＥ光が１４５５−１５３５ｎｍ、ＣバンドＡＳＥ光源１４のＡＳＥ光が１５２５−１５７０ｎｍ、ＬバンドＡＳＥ光源１２のＡＳＥ光が１５６０−１６３０ｎｍの範囲であることが挙げられる。
【００１７】
次に本実施例の動作について説明する。まず、ＳバンドＡＳＥ光源１１から１４５５−１５３５ｎｍのＡＳＥ光が出力され、ＬバンドＡＳＥ光源１２から１５６０−１６３０ｎｍのＡＳＥ光が出力される。次に、波長多重合波器１３によって上記２つのＡＳＥ光が合波される。このとき、上記２つのＡＳＥ光は波長帯域が２５ｎｍ間隔で空いており、重複する波長がないため、波長多重合波器１３によって両波長帯域すべての光を合波させることができる。合波されたＡＳＥ光は、多段接続ＡＳＥ光源にとって最終段であるＣバンドＡＳＥ光源１４に入力される。ここでは、光増幅用光ファイバ１４１に波長多重合波器１４２を介して励起光源１４３からの励起光が入力されることによりＣバンドのＡＳＥ光である１５２５−１５７０ｎｍのＡＳＥ光が発生している。そのＣバンドのＡＳＥ光と上記合波されたＳバンドのＡＳＥ光及びＬバンドのＡＳＥ光がさらに合波される。その結果、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンドにまたがる波長帯域のＡＳＥ光が波長に対して連続的なスペクトラムとして出力される。なお、光増幅用光ファイバ１４１においてＳバンドのＡＳＥ光及びＬバンドのＡＳＥ光の一部が吸収及び再発光されることにより、最終段のＣバンドＡＳＥ光源１４に入力されたときと比較してＳバンドのＡＳＥ光及びＬバンドのＡＳＥ光の出力が減衰あるいはＡＳＥ光の出力波長がシフトする場合があるが、その場合でも波長域の連続性が保たれ、広帯域かつ全帯域に亘って出力の安定したＡＳＥ光源が実現される。
【００１８】
上記において、光増幅用光ファイバ１４１が高励起状態、即ち励起光の強度が大きく、光増幅用光ファイバ内のレーザー物質が十分に反転分布状態にされていれば、光増幅用光ファイバの中を通過する光に対して基底準位から上準位へのエネルギー遷移がほとんどなくなるため、光増幅用光ファイバ１４１の吸収波長帯の光が入力されても、入力された光の吸収量は小さくなる。即ち、光増幅用光ファイバ１４１の中を通過する光ここではＳバンドＡＳＥ光及びＬバンドＡＳＥ光の減衰が小さくなる。その結果、出力光のパワーが大きくなり、高出力の光源が実現できるため光増幅用光ファイバ１４１を高励起状態とすることが望ましい。具体的には、励起光源１４３の励起光の出力を大きくすればよい。
【００１９】
波長多重合波器１４２についてはそれぞれ波長の異なる出力光と励起光を合波させる機能が得られれば、光ファイバを溶融延伸した光ファイバ型の光カプラであってもよいし、ミラーやプリズム等の微少な光学部品を用いたバルク型、或いは石英基板等に光回路を形成した光導波路型であってもよい。ただし、広帯域のＡＳＥ光を出力させるためには広帯域で損失特性の波長依存性が小さいものが望ましい。励起光源１４３は小型、高出力、長寿命という使用上の要求を満たすものとして、半導体レーザーダイオードモジュールであることが望ましく、場合によっては励起光パワーをモニタするため、そのモジュール内にフォトダイオードが内蔵されているものを用いても良い。励起光源１４３から出力される波長は波長多重合波器１４２によりＡＳＥ光と区別して合分波するため、ＡＳＥ光の帯域に重ならない波長であることが望ましく、例えば０．９８μｍが挙げられる。励起光源１４３の出力パワーの大きさとしては例えば１００ｍＷが挙げられ、半導体レーザーダイオードモジュールに駆動電流として数百ｍＡの電流が流されるとき、１００ｍＷ程度の出力の励起光が出力されることが例示できる。
【００２０】
光増幅用光ファイバ１４１は典型的にはエルビウムが添加されることによって自然放出作用を得たエルビウム添加光ファイバであるが、自然放出の帯域を広げるためエルビウムに加えて他の元素を添加した光ファイバでもよく、さらには励起光の入力によって自然放出光が発生する光ファイバであればエルビウムではなく他の元素を添加した光ファイバであってもよい。光増幅用光ファイバ１４１のホストガラスは典型的には石英系ガラスであるが、石英系ガラスに限定されない。光増幅用光ファイバ１４１の構造も特に限定されず、光ファイバ軸方向に延びる細孔を有していたり、添加物の濃度分布を光ファイバ軸方向或いは光ファイバ径方向において変化させても良い。
【００２１】
光増幅用光ファイバ１４１へ入射される励起光に関する構成については、本実施例では励起光の入射端が出力光の出射端と同一である後方励起の構成としたが、これは１例であるに過ぎず、励起光の入射端と出力光の出射端とが異なる前方励起の構成でもよいし、励起光が光増幅用光ファイバの両端から入射される双方向励起の構成でもよい。さらには、励起光が光増幅用光ファイバの両端以外の場所、例えば側面から入射されても良い。
【００２２】
図示は省略しているが、ＳバンドＡＳＥ光源１１及びＬバンドＡＳＥ光源１２内にもＡＳＥ光を発生させるために光増幅用光ファイバ及び励起光源が存在し、必要に応じて波長多重合波器も存在する。ＳバンドＡＳＥ光源に関しては、光増幅用光ファイバとしてはテルライト系ガラスにツリウムを添加したツリウム添加光ファイバが挙げられ、それに適した励起光源の励起光の波長としては１．４μｍがある。
ＬバンドＡＳＥ光源に関しては、光増幅用光ファイバとしてはフッ化物系ガラスにエルビウムを添加したエルビウム添加光ファイバが挙げられ、それに適した励起光源の励起光の波長としては１．４８μｍがある。
【００２３】
上記実施例では、合波させる波長帯域が３帯域であり、３帯域のうち短波長帯域と長波長帯域のＡＳＥ光を最終段に入力させるまでに発生させ、最終段で３帯域の中間波長帯域のＡＳＥ光を発生させる構成を挙げたが、合波させる波長帯域の数は３つに限定されるものではなく、４つであっても或いはそれ以上であっても良い。具体的には、波長帯域が４つ以上のときは、図１においてＳバンド、Ｌバンドとは別の波長帯域のＡＳＥ光源を準備し、波長多重合波器１３においてＳバンドＡＳＥ光源１１、ＬバンドＡＳＥ光源１２及び準備した別の波長帯域のＡＳＥ光源の各ＡＳＥ光を合波すれば良い。
【００２４】
図２は、本発明のＡＳＥ光源の別の実施例を示すブロック図である。
本実施例も、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンドにまたがる波長域の光を出力する光源であるが、サーキュレータによりＡＳＥ光を最終段に入力させること及びＡＳＥ光を反射させる手段により前記サーキュレータから入力されたＡＳＥ光を反射させることに特徴がある。
本実施例は、ＳバンドＡＳＥ光源２１とそれに接続されたサーキュレータ２２、そして波長多重合波器２３、励起光源２４、Ｃバンド光増幅用光ファイバ２５、ＡＳＥ光を反射させる手段であるＳバンド光反射ミラー２６、Ｌバンド光増幅用ファイバ２７から構成されている。
【００２５】
その動作としては、まず、ＳバンドＡＳＥ光源２１からのＳバンドＡＳＥ光がサーキュレータ２２に入力され、波長多重合波器２３を通過して最終段であるＣバンド光増幅用光ファイバ２５に入力される。そして、ＳバンドＡＳＥ光は、Ｃバンド光増幅用光ファイバ２５を通過した後、Ｓバンド光反射ミラー２６によって反射され、再度Ｃバンド光増幅用光ファイバ２５、波長多重合波器２３を通過して最後にサーキュレータ２２に入力され、最初にサーキュレータに入力されたポートとは別のポートに出力される。一方、波長多重合波器２３によって励起光源２４から励起光が入力され、この励起光はＣバンド光増幅用光ファイバ２５及びＬバンド光増幅用光ファイバ２７を励起しているため、Ｃバンド光増幅用光ファイバ２５ではＣバンドＡＳＥ光が、Ｌバンド光増幅用光ファイバ２７ではＬバンドＡＳＥ光が発生している。そのため、Ｃバンド光増幅用光ファイバ２５によって発生されたＣバンドＡＳＥ光は波長多重合波器２３を通過して最後にサーキュレータ２２に入力され、ＳバンドＡＳＥ光と同一のポートに出力される。Ｌバンド光増幅用光ファイバ２７によって発生されたＬバンドＡＳＥ光もＳバンド光反射ミラー２６を通過して最終段であるＣバンド光増幅用光ファイバ２５に入力される。ここで、ＳバンドＡＳＥ光とＬバンドＡＳＥ光には波長帯域の間に間隔が空いており、重複する波長がないため、Ｓバンド光反射ミラー２６によって、ＳバンドＡＳＥ光は完全に反射し、ＬバンドＡＳＥ光は完全に通過することができる。この後、ＬバンドＡＳＥ光はＣバンド光増幅用光ファイバ２５、波長多重合波器２３を通過して最後にサーキュレータ２２に入力され、ＳバンドＡＳＥ光と同一のポートに出力される。以上の結果、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンドにまたがる波長域のＡＳＥ光が波長に対して連続的なスペクトラムとして出力される。
【００２６】
Ｓバンド光反射ミラー２６としては、ＳバンドＡＳＥ光源２１からのＳバンドＡＳＥ光のみを反射させ、励起光源２４からの励起光及びＬバンド光増幅用ファイバ２７からのＬバンドＡＳＥ光を透過させるファイバグレーティング或いはプリズム，エタロンが挙げられる。
【００２７】
本実施例ではＬバンドのＡＳＥ光はＬバンド増幅用光ファイバ２７で発生させ、ＣバンドのＡＳＥ光はＣバンド増幅用光ファイバ２５で発生させるとし、Ｌバンド増幅用光ファイバとＣバンド増幅用光ファイバが別体のもののように記載してきたが、Ｓバンド光反射ミラー２６が例えばファイバグレーティングであれば光増幅用光ファイバの中間部に設置できるため、Ｌバンド増幅用光ファイバ２７がＣバンド増幅用光ファイバ２５と一体であっても良い。
【００２８】
以上２つの実施例では、ＳバンドとＬバンドのＡＳＥ光を最終段に入力させるまでに発生させてそれらを最終段に入力させ、最終段でＣバンドのＡＳＥ光を発生させるＡＳＥ光源を示したが、それに限定されるものではなく、別の波長帯域でも良い。例えば、１５３０〜１５４０ｎｍ、１５３５〜１５５５ｎｍ、１５５０〜１５６０ｎｍのＡＳＥ光を各光増幅用光ファイバで発生させ、合波させたＡＳＥ光源であっても良い。
【００２９】
また、実施例では、各光増幅用光ファイバから出力されるＡＳＥ光の波長帯域が一部重複するものとしたが、重複しなくても例えば数ｎｍで近接するような場合でも、本発明によれば、従来技術である波長多重合波器による合波の際不可避であった現象、即ち合波される各波長帯の境界波長付近においては光が出力されない或いは出力されても環境温度等の変化により出力が不安定になる波長が存在することを回避することが可能であり、広帯域かつ全帯域に亘って出力の安定したＡＳＥ光源を実現させることができる利点がある。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の光増幅用光ファイバから複数の波長帯域のＡＳＥ光を発生させる多段接続のＡＳＥ光源であって、最終段以前に発生させたＡＳＥ光を最終段に入力させ、最終段で前記複数の波長帯域うちの中間波長帯域のＡＳＥ光を発生させて、前記で発生させたＡＳＥ光と共に取り出すことにより、広帯域かつ全帯域に亘って出力の安定したＡＳＥ光源を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図　１】本発明に係わるＡＳＥ光源の１例を示すブロック図である。
【図　２】本発明に係わるＡＳＥ光源の別の１例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１　　ＳバンドＡＳＥ光源
１２　　ＬバンドＡＳＥ光源
１３　　波長多重合波器
１４　　ＣバンドＡＳＥ光源
１４１　光増幅用光ファイバ
１４２　波長多重合波器
１４３　励起光源
２１　　ＳバンドＡＳＥ光源
２２　　サーキュレータ
２３　　波長多重合波器
２４　　励起光源
２５　　　　Ｃバンド光増幅用光ファイバ
２６　　Ｓバンド光反射ミラー
２７　　Ｌバンド光増幅用光ファイバ

Claims (6)

1. 複数の光増幅用光ファイバから複数の波長帯域のＡＳＥ光を発生させる多段接続のＡＳＥ光源であって、最終段以前に発生させたＡＳＥ光を最終段に入力させ、最終段で前記複数の波長帯域うちの中間波長帯域のＡＳＥ光を発生させて、前記で発生させたＡＳＥ光と共に取り出すことを特徴とする広帯域ＡＳＥ光源。
2. 前記複数の波長帯域のうち、１つ以上の波長帯域が他の波長帯域と一部重複する請求項１記載のＡＳＥ光源。
3. 前記最終段の光増幅用光ファイバを高励起状態とする請求項１記載のＡＳＥ光源。
4. 前記最終段以前に発生させたＡＳＥ光を最終段に入力させる手段としてサーキュレータを具備し、かつ前記最終段の光増幅用光ファイバを挟んで前記サーキュレータと反対側に、或いは前記最終段の光増幅用光ファイバの中間部に、前記サーキュレータから入力されたＡＳＥ光を反射させる手段を具備する請求項１記載のＡＳＥ光源。
5. 前記最終段でＣバンドの範囲内或いはＣバンドの範囲を含むＡＳＥ光を発生させる請求項１記載のＡＳＥ光源。
6. Ｓバンド及びＬバンドの範囲内或いは該各バンドの範囲を含むＡＳＥ光を前記最終段に入力するまでに発生させる請求項５記載のＡＳＥ光源。

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