JP2005217080A

JP2005217080A - Ａｓｅ光源

Info

Publication number: JP2005217080A
Application number: JP2004020591A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Takei; 裕介武井; Hiromi Yasujima; 弘美安島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】従来の波長帯と異なる波長帯の単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源を提供するとともに、より広い半値全幅を有し、より精度の高い単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源を提供する。
【解決手段】励起光源と、励起光の入射によりＡＳＥ光を発生する希土類添加ファイバを備えたＡＳＥ光源において、前記希土類添加ファイバは、１５６５〜１６０５ｎｍの波長帯域でＡＳＥ光を発生する長さよりも長くすることで、発生するＡＳＥ光の波長帯をシフトさせ、このシフトした波長帯の長波領域にて波長に対する光強度が単峰型のスペクトラムのＡＳＥ光を発生するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、希土類添加ファイバから発生される自然放出光を利用した光源に関するものであり、光計測等の光源に適用される。

希土類添加ファイバはエルビウムやツリウム、ネオジウム、プラセオジウム等の希土類イオンを添加された光ファイバであり、希土類添加ファイバに励起光を入射し、特定波長帯の信号光が希土類添加ファイバ内を透過することで信号光が利得を得ることが知られている。特にエウビウム添加光ファイバ（ＥｒｂｉｕｍＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒ：以下、ＥＤＦ）は、１４８０ｎｍ帯、あるいは９８０ｎｍ帯の波長の励起光を入射することにより、１５５０ｎｍ近傍の波長に対して利得が得られる。１５５０ｎｍ近傍の波長帯は光通信に用いられる石英系光ファイバの伝送損失が極小となる波長帯であり、現在エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥｒｂｉｕｍＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ：以下、ＥＤＦＡ）として光通信の分野において広く利用されている。

希土類添加ファイバに励起光を入射したとき、希土類添加ファイバ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、ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ光（以下、ＡＳＥ光）と呼ばれている。

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、波長多重光通信用光部品の試験・検査用光源として使用されている。

また、ＡＳＥ光は自然放出光であり、干渉性が低く、可干渉距離が短いため、位置を特定する干渉計用光源として、波長多重光通信用部品の反射特性評価用や医療分野における生体の組織観測に用いられる。

このような干渉計に用いる光源のスペクトラムは、多峰型や広帯域であると、干渉強度が波長と距離（光路差）の関数であるため、干渉強度の位置分布が複雑になる。本発明のような単峰型のスペクトラムの場合、（１）式に述べるように可干渉距離Δｌは光源の中心波長λｃと半値全幅Δλで決定されるため、位置を特定する光源として望ましい。

Δｌ＝λｃ^２／Δλ ・・・（１）式
図４は特許文献１で示される１４８０ｎｍ帯の励起光源を用いた単峰型のスペクトラムを有するＡＳＥ光源の構成を示す図である。

１４８０ｎｍ帯の波長の励起光を発生する励起光源１０１と、励起光を入射することでＡＳＥ光を発生するＥＤＦ１０２と、ＥＤＦから放射されるＡＳＥ光を反射させる反射器１０３と、光合分波器１０４と、出力端からの戻り光を除去する光アイソレータ１０６と、出力端子１０５から構成され、各構成部品は光ファイバ融着あるいはスプライス等により光学的に結合されている。

ここでＥＤＦの長さと利得帯域のシフトについて説明する。

ＥＤＦは１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ帯の利得が得られるが、非特許文献１には信号光がＥＤＦを透過する長さが十分に長い場合、長さに従い長波長帯に利得帯域がシフトすると述べられている。これにより、光通信はＣバンドと呼ばれる１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ帯のＥＤＦＡとＬバンドと呼ばれる１５６５ｎｍ〜１６０５ｎｍ帯のＥＤＦＡを得ることができ、より広帯域な通信帯域を得ている。

ＥＤＦ１０２はＣバンドで用いられる一般的なＥＤＦと、Ｌバンドで用いられる長尺なＥＤＦとの中間的な長さのＥＤＦを用いることで単峰型のスペクトラムを有するＡＳＥ光源を実現している。

図５はＥＤＦの長さとＡＳＥ光源のスペクトラムを示す図である。

利得帯域のシフトはＣバンドからＬバンドへ連続的にシフトするのではなく、中間的な長さで半値全幅の小さい単峰型のスペクトラムを示すことが分かる。

次にこのＡＳＥ光源１００の動作について説明する。励起光源１０１から出射された励起光Ｌｐは光合分波器１０４を透過しＥＤＦ１０２へ入射される。ＥＤＦは入射された励起光ＬｐによりＡＳＥ光Ｌｂ、Ｌｆを発生する。ＡＳＥ光Ｌｆは反射器１０３で反射され、ＥＤＦ１０２に再入射し、ＡＳＥ光Ｌｂと共に光合分波器１０４を透過する。光合分波器１０４は励起光Ｌｐの波長の光と、ＡＳＥ光Ｌｂ、Ｌｆの波長の光を合波、あるいは分波する機能を持ち、光合分波器１０４を透過したＡＳＥ光Ｌｂ＋Ｌｆは光アイソレータ１０６を透過し、出力端子１０５から出射する。反射器１０３によりＡＳＥ光Ｌｆを反射させるダブルパス構成をとることにより、より大きな光を出力させている。ＡＳＥ光ＬｂとＬｆはＥＤＦ１０２の長さがＣバンド帯とＬバンド帯に適する中間的な長さであり、１５６０ｎｍ近傍で単峰型のスペクトラムになる。

このようにＥＤＦ１２を特異的な長さに調整されているため、出力波長帯は限定されており、スペクトラムの半値全幅も１０ｎｍ程度に限定される。

先に述べた通り単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源は可干渉距離が短いことを利用して位置を特定する干渉計の光源として用いられ、可干渉距離Δｌは（１）式の通り、光源の中心波長λｃと半値全幅Δλと関係する。

特許文献１に示すＡＳＥ光源を用いると、半値全幅Δｌが約１０ｎｍであり、ＡＳＥ光源の中心波長λｃが１５６０ｎｍであるため、（１）式よりΔｌは２４３μｍとなり、これ以下の精度での計測は困難であることが分かる。
特開２００３−１３３６２１号公報信学技報ＯＣＳ９７−５、ｐｐ２５−２９、１９９７

以上の従来技術では、出力帯域は１５６０ｎｍ近傍と限定的であり、Ｌバンド帯の計測に用いる単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源はなかった。また半値全幅も小さく、より精度の高い測定には適していなかった。

ここではＬバンド帯の単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源を提供するとともに、より広い半値全幅を有し、より精度の高い計測が可能な単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源を提供する。

本発明はこれらの課題を解決するためのものであり、励起光源と、励起光の入射によりＡＳＥ光を発生する希土類添加ファイバを備えたＡＳＥ光源において、前記希土類添加ファイバは、１５６５〜１６０５ｎｍの波長帯域でＡＳＥ光を発生する長さよりも長くすることで、発生するＡＳＥ光の波長帯をシフトさせ、このシフトした波長帯の長波領域にて波長に対する光強度が単峰型のスペクトラムのＡＳＥ光を発生するようにしたことを特徴とする。

さらに前記希土類添加ファイバのいずれかの端部、もしくは両端に前記励起光を合波する合波器を備え、前記希土類添加ファイバと出力端の間に光アイソレータを備え、前記希土類添加ファイバの出力端とは反対側に反射器を備えたことを特徴とする。

さらに前記希土類添加ファイバがエルビウム添加ファイバであり、ＡＳＥ光源のスペクトラムのピーク波長が１５９０ｎｍから１６１０ｎｍにあることを特徴とする。

以上、本発明によれば、励起光源と、励起光の入射によりＡＳＥ光を発生する希土類添加ファイバを備えたＡＳＥ光源において、前記希土類添加ファイバの長さを調整することで、１５６５〜１６０５ｎｍの波長帯域からシフトした波長帯でＡＳＥ光を発生するとともに、この波長帯の長波領域にて波長に対する光強度が単峰型のスペクトラムのＡＳＥ光を発生するＡＳＥ光源を提供することができ、また、より精度の高い測定をするため半値全幅の広いＡＳＥ光源を提供することができる。

以下に実施例として、本発明によるＡＳＥ光源について説明する。

図１は本発明のＡＳＥ光源の構成を示す図である。励起光源１１から出射された励起光Ｌｐは光合分波器１４を透過しＥＤＦ１２の一方の端部へ入射される。ＥＤＦ１２は入射された励起光ＬｐによりＡＳＥ光Ｌｂ、Ｌｆを発生する。ＡＳＥ光ＬｂはＥＤＦ１２の一方の端部へ進行し、ＡＳＥ光ＬｆはＥＤＦ１２の他方の端部へ進行する。ＡＳＥ光Ｌｂは光合波器１４を透過し、反射器１３で反射され、再び光合波器１４を透過し、ＥＤＦ１２に再入射し、ＡＳＥ光Ｌｆと共に光アイソレータ１６を透過し出力端子１５から出力される。光合分波器１４は励起光Ｌｐの波長の光と、ＡＳＥ光ＬｂもしくはＬｂ＋Ｌｆの波長の光を合波、あるいは分波する機能を持つ。光アイソレータ１６は入射するＬｂ＋Ｌｆ光に対し順方向に配置され、ＥＤＦ１２への不要な反射を除去する機能を持ち、光利得に伴う寄生発振を抑え、ＡＳＥ光の出力を増加させる機能を有する。

ＥＤＦ１２は、エルビウムが光ファイバのコア部にドープされた一般的なドープ光ファイバであり、ＥＤＦ１２内のエルビウムイオンは、励起光Ｌｐにより励起されＡＳＥ光を発生する。ＡＳＥ光はランダムな方向に進む光の合成であり、コア内を伝搬可能なモードだけがＥＤＦ１２を伝搬していく。

伝搬するＡＳＥ光は１．５５μｍ帯の光で、後方及び前方の両方向に存在し、後方伝搬光をＬｂ、前方伝搬光をＬｆで示す。前方伝搬光のＡＳＥ光ＬｆはＥＤＦ１２の中段部分で再吸収され、これにより１．５８μｍ帯の誘導放出が生じる。ＡＳＥ光Ｌｂは反射器１３で反射されたのちＡＳＥ光Ｌｆと同様にＥＤＦ１２の中段部分で再吸収され、これにより１．５８μｍ帯の誘導放出が生じる。この反射によって、ＡＳＥ光が再吸収される確率が高くなり、１．５８μｍ帯の光の増幅が高い励起効率で行われるようになる。さらにＥＤＦ１２の後段部分でＡＳＥ光Ｌｆ＋Ｌｂは吸収され、より長波帯域で誘導放出され１．５９μｍ以上の帯域でＡＳＥ光を放射する。ここで放射するＡＳＥ光は非特許文献１に述べられるように波長シフトの限界域に近づくため長波になるほどＡＳＥ光は狭帯域化していき特定波長の光を放出する単峰型スペクトラムになるものと考える。

光合分波器１４は光ファイバを融着延伸し、融着延伸部のモード結合で特定の波長を分離、合成する融着延伸型光合分波器、あるいはレンズ、誘電体多層膜等を空間で結合し、誘電体多層膜で特定の波長を分離、合成する空間結合型光合分波器のいずれでも良い。

また反射器１３は少なくともＡＳＥ光Ｌｂの一部あるいは全て反射する機能を有し、例えば誘電体多層膜からなる反射ミラー、光ファイバグレーティング、ファイバループミラー、あるいは光ファイバの端面からのフレネル反射等を使用することが可能である。

光アイソレータ１６は、偏波無依存型のインライン型光アイソレータが用いられ、１．５８μｍ帯のアイソレーションが５０ｄＢ以上の２段型Ｌバンド光アイソレータが好ましい。一般に光アイソレータ１６はレンズ、複屈折結晶、磁気光学結晶等の光学部品を空間に配置した複合型の光モジュールである。

図２は図１の構成に基づいたＡＳＥ光源のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。ＥＤＦ１２が短いとＣバンド帯で多峰型スペクトラムを示すことが分かる。ＥＤＦ１２のＥＤＦ長を長尺にすると特許文献１と同様に１５６０ｎｍ帯で単峰型スペクトラムになることが分かる（図中2）。

さらにＥＤＦ１２を長尺にすると、Ｌバンド帯（１５６５〜１６０５ｎｍ）において広帯域なスペクトラムになることが分かる（図中3）。さらにＥＤＦ１２を長尺にすると１５９５ｎｍ近傍で半値全幅の広い単峰型スペクトラムが得られることが分かる（図中4）。特許文献１に示すＡＳＥ光源の半値全幅の倍あり、（１）式より干渉計の可干渉距離は１／２に向上することが分かる。さらにＥＤＦ１２を長尺にすると１６０５ｎｍ近傍でも単峰型のスペクトラムが得られることが分かる（図中5）。

このようにＥＤＦ１２のＥＤＦ長を図中4や5のように、図中3に示す隣接波長帯（Ｌバンド帯）より長尺にすることで本発明に示す、Ｌバンド帯（１５６５〜１６０５ｎｍ）の長波領域で単峰型のスペクトラムを有するＡＳＥ光源を実現できることが分かる。なお、ここではＥＤＦ１２は比較的Ｅｒ濃度の小さいものを用いたが、高濃度のものを用いればＥＤＦ長は短くて構わない。

以上本実施形態に示したＡＳＥ光源によれば、ＥＤＦ長をＬバンド帯において広帯域なスペクトラムが得られる長さより長尺にすることで、Ｌバンド帯でいくつかのピーク波長域で単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源を実現できる。さらに半値全幅の広い単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源も実現でき、高精度な位置計測に適用できるＡＳＥを提供できる。

なお、図１に示す実施形態によらず、反射器１３を終端したシングルパスでも同様な傾向を示すことが予想される。またＥＤＦ１２に入射する励起光Ｌｐの端部はいずれかあるいは双方であっても同様な傾向を示すことが予想される。励起光源１１も９８０μｍ帯の励起光源を用いた場合も同様な傾向を示すことが予想される。さらにＥＤＦに限らずツリウム添加ファイバを用いた場合も、ファイバを長尺にすることで利得帯域が長波側にシフトすることが知られており同様な傾向を示すものと予想される。

本発明のＡＳＥ光源の実施例として図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。

励起光源１１は発振波長が１４８０ｎｍで約１００ｍＷの光出力とした。光合分波器１４は空間結合型のものを使用し、ＥＤＦ１２は、１．５９μｍ近傍で単峰型のスペクトラムを得られるように十分長尺のものを用い、本試作では約１６０ｍの長さとした。反射器１３は誘電体多層膜と光ファイバから構成された、反射率が９０％以上の製品を用いた。出力端子１５の手前には、２段型偏波無依存型光アイソレータを配置し、１．５８μｍ帯でアイソレーションが５５ｄＢ以上の製品を使用した。出力端子１５はＦＣ／ＳＰＣコネクタからなり、４５ｄＢ以上の反射減衰量を有する。

図３は、試作した本発明の単峰型ＡＳＥ光源のスペクトラム出力を示す図である。

本発明の試作ではＡＳＥ光のピーク波長は１５９４ｎｍ、ピーク出力は２．５ｍＷ、半値全幅は２０ｎｍであり、Ｌバンド帯で広い半値全幅を有する単峰型スペクトラムを有するＡＳＥ光源を実現した。

本発明のＡＳＥ光源の構成を示す図である。図１の構成に基づいたＡＳＥ光源のスペクトラムのシミュレーションを示す図である。試作した本発明の単峰型ＡＳＥ光源のスペクトラム出力を示す図である。特許文献１で示される１４８０ｎｍ帯の励起光源を用いた単峰型スペクトラムのＡＳＥ光源の構成を示す図である。ＥＤＦの長さとＡＳＥ光源のスペクトラムを示す図である。

符号の説明

１０、１００：ＡＳＥ光源
１１、１０１：励起光源
１２、１０２：エルビウム添加光ファイバ
１３、１０３：反射器
１４、１０４：光合分波器
１５、１０５：出力端子
１６、１０６：光アイソレータ

Claims

励起光源と、励起光の入射によりＡＳＥ（ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ）光を発生する希土類添加ファイバを備えたＡＳＥ光源において、前記希土類添加ファイバは、１５６５〜１６０５ｎｍの波長帯域でＡＳＥ光を発生する長さよりも長くすることで、発生するＡＳＥ光の波長帯をシフトさせ、このシフトした波長帯の長波領域にて波長に対する光強度が単峰型のスペクトラムのＡＳＥ光を発生するようにしたことを特徴とするＡＳＥ光源。
前記希土類添加ファイバのいずれかの端部もしくは両端に前記励起光を合波する合波器を備え、前記希土類添加ファイバと出力端の間に光アイソレータを備え、前記希土類添加ファイバの出力端とは反対側に反射器を備えたことを特徴とする請求項１記載のＡＳＥ光源。
前記希土類添加ファイバがエルビウム添加ファイバであり、ＡＳＥ光源のスペクトラムのピーク波長が１５９０ｎｍから１６１０ｎｍにあることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のＡＳＥ光源。