JP2009016804A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被増幅光の伝搬中に発生する非線形効果に起因した弊害の効果的な抑制と安定動作を実現するための構造を備えた光源装置を提供する。
【解決手段】 光源装置(3)は、光増幅用ファイバ(53)で増幅された光を光出力用ファイバ(55)を介して装置外部へ出射する。このとき、光出力用ファイバ(55)で発生したラマン散乱光の一部は、光増幅用ファイバ(53)を経て励起光源(42)へ向かう。ラマン散乱光の伝搬経路上には、ラマン散乱光を減衰させる一方、励起光又は被増幅光を透過させる挿入ロススペクトルを有する光部品(91)が配置されている。これにより、励起光源(42)に到達するラマン散乱光の強度が効果的に低減され、被増幅光の伝搬中に発生する非線形効果に起因した弊害の効果的な抑制と当該光源装置(3)の安定動作が可能になる。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、光増幅用導波路において増幅された光を出力する光源装置に関するものである。

光増幅用導波路を用いて光を増幅する光源装置は、レーザ加工、通信、計測などの各分野において適用されている。これらの分野において、パルス幅が狭く且つピークパワーが高い光パルスを実現することは有用である。ファイバレーザ又はファイバ増幅器は、高効率の光増幅が可能であり、コンパクトな光デバイスであり、また、ビーム品質が回折限界に近いことから、大いに注目を浴びている。

上述のように増幅用伝送路として光ファイバが適用された光デバイスでは、出力光のピークパワーが高くなると、光ファイバ中で非線形効果（誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）や誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）など）が発生してしまう。このような非線形効果は、出力光のパルス波形の劣化など弊害をもたらす。特に、高出力光パルスの実用化に当っては、光増幅用導波路だけではなく、該光増幅用導波路から出射端にまで光を導く光出力用導波路（所謂デリバリファイバ）も、なるべく長くすることが望ましく。したがって、非線形効果の発生が更に懸念される。非特許文献１には、こうした非線形効果を避けるために、３５μｍのコア径を有する特殊な光増幅用ファイバを用いることで非線形効果の抑制を意図した事例が報告されている。
米国特許第５８６４６４４号 J. Limpert et al., "Sub-10ns Q-switched Yb-doped photoniccrystal fiber laser", CLEO2005, JWB51

発明者らは上述の従来技術を検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記非特許文献１に記載されているようにコア径の大きい光ファイバが用いられた場合、該光ファイバにおいて横モードが基底状態に保たれることは困難である。例えば、該光ファイバに触れただけで、ビーム品質が劣化し、安定動作が困難になることが懸念される。さらに、上記非特許文献１では、光増幅用導波路（光増幅用ファイバ）の後段に配置される光出力用導波路（デリバリファイバ）については考慮されていない。

出力光のスペクトル幅を広げれば、あるいは、パルス幅を短くすれば、誘導ブリルアン散乱は回避され得る。しかしながら、ラマン散乱光は、出力光のスペクトル幅やパルス幅などに依存せず、大きな障害になる事例が多い。したがって、特にラマン散乱光に対する対策は重要である。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、被増幅光の伝搬中に発生する非線形効果に起因した弊害を効果的に抑制するとともに安定動作を可能にするための構造を備えた光源装置を提供することを目的としている。

この発明に係る光源装置は、光増幅用導波路において増幅される光を出力する光デバイスであり、光増幅用導波路と、励起光源と、光合波器と、出力用導波路と、光部品を備える。

上記光増幅用導波路は、同一の横モードを有する励起光及び被増幅光を導波させることにより、被増幅光を増幅する。上記励起光源は、単一の横モードの励起光を出力する。上記光合波器は、励起光源から出力された励起光と被増幅光とを合波し、該合波光を光増幅用導波路に導く。上記光出力用導波路は、光増幅用導波路の出射端に光学的に接続された伝送用媒体であって、光増幅用導波路から出射された被増幅光の伝搬経路の一部を構成する。上記光部品は、光出力用導波路において発生するラマン散乱光を減衰させる一方、励起光又は被増幅光を透過させる挿入ロススペクトルを有し、励起光源と光出力用導波路との間の光路上に設けられる。

なお、同一の横モードとは、励起光と被増幅光が共にLP01モード、あるいは、励起光と被増幅光が共にLP11モード、などの場合を指す。

この発明に係る光源装置において、光合波器は、溶融型ファイバカプラであるのが好ましい。一方、光部品は、被増幅光の経路上に設けられた溶融型ファイバカプラであるのが好ましい。また、光増幅用導波路において光増幅作用を果たすイオンは、Ｙｂイオンであるのが好ましい。

励起光源と光出力用導波路との間の１ラウンドトリップの間におけるラマン散乱光に対する利得をＧ（ｄＢ）とし、励起光源と光出力用導波路との間の１ラウンドトリップの間におけるラマン散乱光に対するロスをＬ（ｄＢ）とし、励起光源のラマン散乱光に対する反射比率をＲ_１（ｄＢ）とし、光出力用導波路の入射端で見たラマン散乱光に対する見かけ上の反射比率をＲ_２（ｄＢ）とし、光出力用導波路に入力される被増幅光のパワー（ｋＷ）と光出力用導波路の長さ（ｍ）との積をＱ、レーザ光出力と光出力用導波路の長さの積に対する見かけ上の反射比率の関係を直線近似したときに得られる係数をＫ₁、Ｋ₂としたときに、光部品は、光部品のラマン散乱光波長におけるロスＸ（ｄＢ）が以下の条件：「Ｘ＞Ｇ−Ｌ＋Ｒ_１＋Ｒ_２」及び「Ｒ_２＝Ｋ_１・Ｑ−Ｋ_２」を満たすものが使用されているのが好ましい。また、光部品は、光出力用導波路に応じて選別されるのが好ましい。ここで、反射比率Ｒ_１とは、ある光部品（ファイバも含めて）に入射する入射光パワー：Ｘ（ｄＢｍ）と、該入射光と逆方向に伝搬していく反射光パワー：Ｙ（ｄＢｍ）により、式「Ｒ_１≡Ｙ−Ｘ」で定義される。上記光部品が受動部品であるならば、Ｒ_１は負の数となる。

なお、この発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施形態は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。

また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。

以上のようにこの発明によれば、光増幅用導波路において光を光増幅して出力する光源装置において、非線形効果に因る弊害を抑制することができ、また、安定動作を行うことができる。

以下、この発明に係る光源装置の各実施形態を、図１〜１５を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

この発明に係る光源装置は、光増幅用導波路としての光増幅用ファイバの後段に、光出力用導波路としての光出力用ファイバ（デリバリファイバ）が設けられる。この光出力用ファイバの長手方向における各種の光のパワー分布を、図１を用いて説明する。図１は、長さ４ｍの光出力用ファイバにおける光パワー分布を示す。

図１において、グラフＧ１１０は被増幅光のパワー分布、グラフＧ１２０は信号光のパワー分布、グラフＧ１３０はレイリ後方散乱光のパワー分布、グラフＧ１４０は順方向ラマン散乱光のパワー分布、グラフＧ１５０は逆方向ラマン散乱光のパワー分布を示し、図１に示されたパワー分布それぞれは、光出力用ファイバのレベルダイアグラムのシミュレーション結果である。被増幅光は、光増幅用ファイバにおいて増幅された後に出力用ファイバに導入された光である。信号光は、ラマン散乱光の波長と同じ波長を有する−３７ｄＢｍの光であって、便宜的に光出力用ファイバに入力された光である。光出力用ファイバの出射端に設けられる光コネクタは、ＡＰＣ研磨されているエンドキャップ構造を有し、その反射比率を−６０ｄＢと仮定する。

上述の条件下において、光出力用ファイバに入力される被増幅光パワーが１ｍＷであると、光出力用ファイバの入射端で見たときの信号光の反射比率は、−５６．６ｄＢであって、殆ど出力コネクタの反射比率そのものである。しかしながら、光出力用ファイバに導入される被増幅光パワーが４ｋＷであると、光出力用ファイバの入射端で見たときの信号光の反射比率は−７ｄＢであり、見かけ上、非常に高い反射比率となることが判る。

なお、このシミュレーションでは光ファイバの長手方向に沿って励起光パワーが一定と仮定しているが、必ずしも励起光が連続波である場合のみでなく、例えば、ファイバ長４ｍ内を伝搬する時間２０ｎｓよりも長いパルス幅のパルス光の場合にも、本シミュレーション結果は適用可能である。

光出力用ファイバの入射端における見かけ上の信号光の反射比率Ｒ_２は、図２に示されたように、被増幅光パワー（ｋＷ）と光出力用ファイバの長さ（ｍ）との積Ｑの一次関数として与えられる。この図２において、直線Ｇ２１０は、ＹＡＧレーザ光の波長である１.０６μｍ帯において１０μｍのモードフィールド直径（ＭＦＤ）を有する導波路構造を持つ光出力用ファイバを仮定したときに得られる一次関数を表す。この直線Ｇ２１０は「Ｒ_２＝３.１４・Ｑ−５３.１８４」なる式で表される。

一方、ハイパワー光の伝搬に優れた石英系ファイバの場合、上記ＭＦＤよりもこれより大きいＭＦＤで単一モード動作を維持するのは困難になってくる。しかしながら、現在は、非線形効果抑圧のために、苦肉の策として、厳密にはマルチモードファイバでありながら高次モードを励振しない条件で使用するＬＭＡ（Large-Mode-Area）ファイバが利用されることも多い。

ただし、上記非特許文献１に記載されているような３５μｍのコア径を有する光ファイバは非現実的であり、精々コア径が２０μｍ、ＮＡが０.０８程度の光ファイバが実用的に回折限界の得られる上限である。図２における直線Ｇ２２０は、ＬＭＡファイバを光出力用ファイバとして使用したときに得られる一次関数を表す。この直線Ｇ２２０は「Ｒ_２＝１.１５・Ｑ−４２.９１５」なる式で表される。ＬＭＡファイバのＭＦＤが約１.５倍となる結果、ラマン散乱光による見かけ上の反射比率は大幅に増大していることが判る。

ここで、図３に示されたような構造を有する光源装置１について検討する。この光源装置１は、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）構造のファイバ型光源である。この光源装置１は、電気信号源１１により駆動される種光源１２と、一端に出力用コネクタ７２が接続された光出力用ファイバとの間であって光の伝搬方向に沿って順に配置された、第１プリアンプ、第２プリアンプ、及びブースタアンプを備え、それぞれのアンプにより増幅された光が光増幅用ファイバ５５を介して当該光源装置１の外部に出射される。

なお、第１プリアンプは、励起光源４１、光合波器３１、及び光増幅用ファイバ５１を備える。第２プリアンプは、励起光源４２、光合波器３２、及び光増幅用ファイバ５２を備える。ブースタアンプは、複数の励起光源４３〜４６と、光コンバイナ３３と、光増幅用ファイバ５３を備える。種光源１２と第１プリアンプとの間には、光アイソレータ１が配置され、第１プリアンプと第２プリアンプとの間には、バンドパスフィルタ６１及び光アイソレータ２２が配置され、第２プリアンプとブースタアンプとの間には、光アイソレータ２３が配置されている。ブースタアンプの出射端（光増幅用ファイバ５３の出射端）には、光カプラ７１を介して光出力用ファイバ５５の他端が光学的に接続されており、光カプラ７１により光出力用ファイバ５５からの戻り光の一部が反射モニタコネクタ７３に導かれる。

この光源装置１において、励起光源４１から出力された励起光は、光合波器３１を経て光増幅用ファイバ５１に供給され、励起光源４２から出力された励起光は光合波器３２を経て光増幅用ファイバ５２に供給される。また、励起光源４３〜４６から出力された励起光は光コンバイナ３３を経て光増幅用ファイバ５３に供給される。

電気信号源１１により駆動される種光源１２から出力された種光（被増幅光）は、光アイソレータ２１及び光合波器３１を経て光増幅用ファイバ５１に導かれ、この光増幅用ファイバ５１において増幅される。光増幅用ファイバ５１において増幅された被増幅光は、バンドパスフィルタ６１、光アイソレータ２２及び光合波器３２を経て光増幅用ファイバ５２に導かれる一方、励起光源４２から出力された励起光が光合波器３２を介して供給されることにより、この光増幅用ファイバ５２においてさらに増幅される。

光増幅用ファイバ５２において増幅された被増幅光は、光アイソレータ２３及び光コンバイナ３３を経て光増幅用ファイバ５３に導かれる一方、励起光源４３〜４６から出力された励起光が光コンバイナ３３を介して供給されることにより、この光増幅用ファイバ５３においても増幅される。そして、光増幅用ファイバ５３において増幅された被増幅光は、１７ｄＢ光カプラ７１を介して光増幅用ファイバ５３と接続された光出力用ファイバ（デリバリファイバ）５５内を伝搬し、光出力用ファイバ５５の出射端に設けられた出力コネクタ７２から当該光源装置１の外部へ出射される。被増幅光の反射成分は、光カプラ７１から反射モニタコネクタ７３を介して当該光源装置１の外部へ出射されてモニタされ得る。

種光源１２及び励起光源４１〜４６それぞれには、半導体レーザ光源が用いられる。光増幅用ファイバ５１〜５３としては、光導波領域にＹｂ元素が添加された石英系の光ファイバ（ＹｂＤＦ: Yb-doped fiber）が用いられる。Ｙｂ元素は励起波長と被増幅光の波長が近く、且つ、エネルギー準位が基底準位と励起準位の２個しかない。そのため、ＹｂＤＦはハイパワーの光を出力する用途に好適である。光増幅用ファイバ５１、５２はプリアンプの一部を構成する要素であり、光増幅用ファイバ５３はブースタアンプを構成する要素である。光出力用ファイバ５５は例えば３ｍ以上の長さを有する。

第２プリアンプから出力される被増幅光は大きなパワーを有することが要求されるので、パワー変換効率の観点から、光増幅用ファイバ５１、５２それぞれに供給される励起光を出力する励起光源４１、４２は、通信用に広く流通されている波長０.９８μｍ帯単一横モード励起用レーザダイオードが望ましい。光合波器３１、３２は、これら励起光源４１、４２から出力される波長０.９８μｍ帯の励起光と、種光源１２から出力される波長１０６０ｎｍ帯の被増幅光とを合波するため、ＷＤＭカプラであることが必要となる。

また、光合波器３１、３２は、挿入ロスが低く、高い耐光損傷であり、また、コストが低いことが要求される。そのため、光合波器３１、３２それぞれは、溶融型ファイバカプラであること望ましい。但し、９７５／１０６０ｎｍ帯合波用の溶融型ファイバカプラは、典型的には図４に示されるような周期的な挿入ロススペクトルを有する。即ち、仮に、デリバリファイバである光出力用ファイバ５５からラマン散乱成分である１１１０ｎｍ付近の光が逆方向伝搬してきたとすると、溶融型ファイバカプラである光合波器３２は、その波長において挿入ロスが僅か２ｄＢであるので、ラマン散乱成分を励起光源４２まで伝搬させてしまう。

なお、光合波器３２として他のタイプ（例えば誘電体多層膜フィルタ）のＷＤＭカプラが使用された場合、波長１１１０ｎｍでの挿入損を高めるよう設計されれば、励起光源４２へのラマン散乱成分の混入を防ぐことができる。しかしながら、被増幅光や光増幅用ファイバ５２からの逆ＡＳＥ、更に光増幅用ファイバ５２内部で発生する誘導ブリルアン散乱などにより、光損傷の危険性が発生する。

他に、光出力用ファイバ５５と励起光源４２との間にある光アイソレータ２３は、本来は光の逆流を防ぐはずの光部品であるが、そのアイソレーションは図５に示されたような波長依存性を有しており、波長１１１０ｎｍにおいては僅かに２０ｄＢ程度のアイソレーションしかない。

一方、ＹｂＤＦは、図６に示されたように、利得スペクトルの裾野が波長１１１０ｎｍにも広がっており、本来増幅すべき被増幅光の波長１０６０ｎｍに対して波長１１１０ｎｍにおいてｄＢ表示で約５０％の利得を有する。種光源１２から出力される種光（被増幅光）のパルスピーク値は数十１０ｍＷクラスであって、その被増幅光をレーザ加工に必要な１０ｋＷ程度に増幅する光源装置であれば、ＹｂＤＦである光増幅用ファイバ５２、５３での利得は５０ｄＢ程度であることが要求される。即ち、波長１１１０ｎｍの光でも２５ｄＢ程度の利得が与えられることになる。

ブースタアンプに含まれる光増幅用ファイバ５３はクラッド励起されるのが通例である。そこで、例えば特許文献１に記載されているような光コンバイナ３３を用いて、励起光源４３〜３６から出力される複数横モードを有する光を、二重クラッド構造を有する光増幅用ファイバ５３に結合させる。光コンバイナ３３は、基本的に波長依存性を有しないので、光出力用ファイバ５５で発生したラマン散乱成分もロス無く透過させる。

また、一般的に、励起光源４１、４２として用いられる波長０.９８μｍ帯単一横モード励起用レーザダイオードは、図７に示されたように或る程度の反射率を有する。これは、レーザダイオードチップ前面のＡＲコート性能が有限であるためと考えられる。以上の説明をまとめた表が図８に示されている。この図８では、光出力用ファイバ５５中の波長１０６０ｎｍ帯の光出力パルスがピークパワー１０ｋＷでパルス幅２０ｎｓであって、光出力用ファイバ５５の長さが２ｍの場合を想定している。

上述の条件では、光出力用ファイバ５５の入射端（ブースタアンプの出射端）から励起光源４２に至る経路上の１回のラウンドトリップで１４ｄＢもの利得が発生することになり、波長１１１０ｎｍでのレーザ発振が生じてしまう。この結果、例えば光出力用ファイバ５５の入射端での逆方向伝搬成分を見ると、図９に示されたように、パルスＷ１と比較して、ピークパワー３７０ｍＷ程度の非常に大きいパルスＷ２が発生していることがわかる。この光パルスＷ２は、励起光源４２の直前ではピークパワー４.６Ｗにも達し、励起光源４２のレーザダイオードチップ前面のコーティングなどを損傷させるに十分なパワーを有する。或いは、光アイソレータ２３のコーティングを破損させる懸念も生じる。また、本来の被増幅光のパルス幅２０ｎｓより遥かに狭いパルスとなるのもラマン散乱成分パルスの特徴である。

図１０は、ブースタアンプにおける出力パワーが大きくなるに従ってパルスＷ２が成長していく様子を説明するためのグラフである。すなわち、図１０（ａ）は、ブースタアンプの出力パワーが６０％のときのパルスＷ１とパルスＷ２の強度電圧を示す。図１０（ｂ）は、ブースタアンプの出力パワーが８０％のときのパルスＷ１とパルスＷ２の強度電圧を示す。図１０（ｃ）は、ブースタアンプの出力パワーが１００％のときのパルスＷ１とパルスＷ２の強度電圧を示し、図９に相当する図である。また、図１１は、ブースタアンプの出力パワー（６０％、８０％、１００％）を変えたときの、逆方向伝搬成分Ｗ１、Ｗ２それぞれの波形強度変化を示し、グラフＧ１１００はパルスＷ１の強度電圧、グラフＤ１１１０はパルスＷ２の強度電圧を示す。これらのグラフから判るように、パルスＷ１と比較して、パルスＷ２は、ブースタアンプの出力パワーが大きくなるに従って成長している。

以上までに説明した状況は、図３に示されたＭＯＰＡ構成の光源装置１に限られず、図１２に示されたＱスイッチを用いた構成の光源装置２においても同様に生じる。図１２に示された光源装置２は、電気信号源８１と一端に出力コネクタ７２が接続された光出力用ファイバ５５との間に、プリアンプとブースタアンプが配置され、これらプリアンプとブースタアンプの間には光アイソレータ２３が配置されている。プリアンプは、励起光源４７と、光合波器３４と、光増幅用ファイバ５４と、光スイッチ８２と、光アイソレータ２４と、光カプラ８３とを備える。一方、ブースタアンプは、複数の励起光源４３〜４６と、光コンバイナ３３と、光増幅用ファイバ５３を備える。ブースタアンプの出力端（光増幅用ファイバ５３の出力端）と光出力用ファイバ５５の入射端とは融着接続されている。

この光源装置２において、励起光源（例えば半導体レーザ光源）４７から出力された励起光は、光合波器３４を経て光増幅用ファイバ（例えばＹｂＤＦ）５４に供給される。励起光の供給により励起された光増幅用ファイバ５４では放出光が生ずる。その光は、電気信号源８１により駆動される光スイッチ８２が閉じているときに、光増幅用ファイバ５４、分岐カプラ８３、光アイソレータ２４、光スイッチ８２及び光合波器３４を含むリング型の共振器において共振する。

そして、光スイッチ８２が閉じているときに共振により得られた発振光の一部は、分岐カプラ８３により分岐される。この分岐された発振光の一部が、光アイソレータ２３及び光コンバイナ３３を経て光増幅用ファイバ５３に入力され、光増幅用ファイバ５３において増幅される。そして、光増幅用ファイバ５３において増幅された被増幅光は、光増幅用ファイバ５３の出力端に融着接続された光出力用ファイバ（デリバリファイバ）５５内を伝搬し、光出力用ファイバ５５の出射端に設けられた出力コネクタ７２から当該光源装置２の外部へ出射される。

このようなＱスイッチを用いた構成の光源装置２においても、上述の光源装置１と同様に、光出力用ファイバ５５で生じたラマン散乱光は、光増幅用ファイバ５３で増幅され、光コンバイナ３３、光アイソレータ２３及び分岐カプラ８３を経て、更に光増幅用ファイバ５４でも増幅される。得られた逆方向伝搬の増幅光は光合波器３４を経て、励起光源４７に入射し得る。その結果、励起光源４７のレーザダイオードチップ前面のコーティングなどが損傷する危険が生じる。

そこで、この発明は、上述のような課題を解消するため、図１３及び図１４に示されたような構造を有する。なお、図１３は、この発明に係る光源装置の第１実施形態の構成を示す図である。また、図１４は、この発明に係る光源装置の第２実施形態の構成を示す図である。

図１３に示された第１実施形態に係る光源装置３は、図３に示された光源装置１と同様の構成を有するが、光アイソレータ２３と光コンバイナ３３との間に光部品９１が挿入された点で異なる。なお、この第１実施形態において、光部品９１の挿入位置は光アイソレータ２３と光コンバイナ３３との間に限らず、光アイソレータ２３と光増幅用ファイバ５２の間でも構わない。また、図１３に示された第２実施形態に係る光源装置４は、図１２に示された光源装置２と同様の構成を有するが、光アイソレータ２３と光コンバイナ３３との間に光部品９１が挿入された点で異なる。なお、この第２実施形態において、光部品９１の挿入位置は、光アイソレータ２３と光コンバイナ３３との間に限らず、光アイソレータ２３と分岐カプラ８３の間でも構わない。

光部品９１は、一般に励起光源４２，４７と光出力用ファイバ５５との間に設けられればよいが、被増幅光の経路上に設けられるのが好ましく、また、光アイソレータ２３と光コンバイナ３３との間に設けられるのが特に好ましい。この光部品９１は、光出力用ファイバ５５において発生するラマン散乱光を減衰させる一方、励起光又は被増幅光を透過させる挿入ロススペクトルを有する。光部品９１は、図１５に示されるような挿入ロススペクトルを有する溶融型ファイバカプラであるのが好ましい。

上述の第１及び第２実施形態に係る光源装置３、４では、光アイソレータ２３を経た被増幅光は、光部品９１及び光コンバイナ３３を経て光増幅用ファイバ５３に導かれ、光増幅用ファイバ５３において増幅される。そして、光増幅用ファイバ５３において増幅された被増幅光は、１７ｄＢ光カプラ７１を介して光増幅用ファイバ５３と光学的に接続された光出力用ファイバ（デリバリファイバ）５５内を伝搬し、光出力用ファイバ５５の出射端に設けられた出力コネクタ７２から当該光源装置３、４の外部へ出射される。

一方、光出力用ファイバ５５内で発生したラマン散乱光は、光カプラ７１、光増幅用ファイバ５３及び光コンバイナ３３を経て光部品９１に到達し、この光部品９１において減衰される。したがって、励起光源４２、４７に到達するラマン散乱光の強度は極めて小さくなり、非線形効果に起因した弊害が効果的に抑制されるとともに、当該光源装置の安定動作を可能にする。すなわち、このような光部品９１が挿入されることにより、光出力用ファイバ５５で生じるラマン散乱光に対して１ラウンドトリップで２０ｄＢのロスが生じ、ラマン散乱光の発振が抑制される。

また、励起光源４２、４７と光出力用ファイバ５５との間の１ラウンドトリップの間におけるラマン散乱光に対する利得をＧ（ｄＢ）とする。励起光源４２、４７と光出力用ファイバ５５との間の１ラウンドトリップの間におけるラマン散乱光に対するロスをＬ（ｄＢ）とする。励起光源４２，４７のラマン散乱光に対する反射比率をＲ_１（ｄＢ）とする。光出力用ファイバの入射端で見たラマン散乱光に対する見かけ上の反射比率をＲ_２（ｄＢ）とする。また、光出力用ファイバ５５に入力される被増幅光のパワー（ｋＷ）と光出力用ファイバ５５の長さ（ｍ）との積をＱとする。

上述の条件において、光出力用ファイバがＬＭＡファイバである場合、光部品９１のラマン散乱光波長におけるロスＸ（ｄＢ）が「Ｘ＞Ｇ−Ｌ＋Ｒ_１＋Ｒ_２」かつ「Ｒ_２＝１.１５・Ｑ−４２.９１５」なる条件を満たすことが好ましい。或いは、光出力用ファイバが被増幅光を単一モード伝搬する場合、光部品のラマン散乱光波長におけるロスＸ（ｄＢ）が「Ｘ＞Ｇ−Ｌ＋Ｒ_１＋Ｒ_２」かつ「Ｒ_２＝３.１４・Ｑ−５３.１８４」なる条件を満たすことが好ましい。

なお、これ以外の手法として、光合波器３２としてラマン散乱成分を遮断する誘電体多層膜フィルタタイプの光合波器を用いることも考えられる。しかしながら、この場合、上述のとおり被増幅光で光合波器３２が損傷する危険がある。励起光源４２と光合波器３２との間の被増幅光が通過しない経路上であれば、ラマン散乱成分を遮断し励起光を透過させる誘電体多層膜フィルタの挿入することは好適である。

以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想及び範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。

長さ４ｍの光出力用ファイバにおける光パワー分布を示す。 光出力用ファイバの入射端における見かけ上の信号光の反射比率と、被増幅光パワー（ｋＷ）と光出力用ファイバの長さ（ｍ）の積との関係を示すグラフである。 従来の光源装置の第１構成例を示す図である。 ９７５／１０６０ｎｍ帯合波用ＷＤＭカプラの挿入ロススペクトルを示す。 光アイソレータのアイソレーションスペクトルを示す。 ＹｂＤＦの利得スペクトルを示す。 波長０.９８μｍ帯単一横モード励起用レーザダイオードにおける反射スペクトルを示す。 図３に示された光源装置を構成する各部品の利得、アイソレーション等を纏めた表である。 光出力用ファイバの入射端（ブースタアンプの出射端）における逆方向伝搬成分の光パルス波形を示す。 ブースタアンプの出力パワー（６０％、８０％、１００％）を変えたときの、光出力用ファイバの入射端（ブースタアンプの出射端）における逆方向伝搬成分の光パルス波形をそれぞれ示す。 ブースタアンプの出力パワー（６０％、８０％、１００％）を変えたときの、逆方向伝搬成分Ｗ１、Ｗ２それぞれの波形強度変化を示すグラフである。 従来の光源装置の第２構成例を示す図である。 この発明に係る光源装置の第１実施形態の構成を示す図である。 この発明に係る光源装置の第２実施形態の構成を示す図である。 第１及び第２実施形態に係る光源装置において光アイソレータと光コンバイナとの間に挿入される光部品の挿入ロススペクトルを示す。

符号の説明

１〜４…光源装置、１１…電気信号源、１２…種光源、２１〜２４…光アイソレータ、３１，３２…光合波器、３３…光コンバイナ、３４…光合波器、４１〜４７…励起光源、５１〜５４…光増幅用ファイバ、５５…光出力用ファイバ、６１…バンドパスフィルタ、７１…光カプラ、７２…出力コネクタ、７３…反射モニタコネクタ、８１…電気信号源、８２…光スイッチ、８３…分岐カプラ、９１…光部品。

Claims (5)

1. 同一の横モードを有する励起光及び被増幅光を導波させることにより、前記被増幅光を増幅する光増幅用導波路と、
   単一の横モードの前記励起光を出力する励起光源と、
   前記励起光源から出力された前記励起光と前記被増幅光とを合波し、該合波光を前記光増幅用導波路に導入する光合波器と、
   前記光増幅用導波路の出射端に光学的に接続された伝送用媒体であって、前記光増幅用導波路から出射された被増幅光の伝搬経路の一部を構成する光出力用導波路と、
   前記励起光源と前記光出力用導波路との間の光路上に設けられ、前記光出力用導波路において発生するラマン散乱光を減衰させる一方、前記励起光又は前記被増幅光を透過させる挿入ロススペクトルを有する光部品とを備えた光源装置。
2. 前記光合波器は、溶融型ファイバカプラを含むことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記光部品は、前記被増幅光の伝搬経路上に設けられた溶融型ファイバカプラを含むことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
4. 前記光増幅用導波路内で光増幅作用を果たすイオンは、Ｙｂイオンを含むことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
5. 前記励起光源と前記光出力用導波路との間の１ラウンドトリップの間におけるラマン散乱光に対する利得をＧ（ｄＢ）とし、前記励起光源と前記光出力用導波路との間の１ラウンドトリップの間におけるラマン散乱光に対するロスをＬ（ｄＢ）とし、前記励起光源のラマン散乱光に対する反射比率をＲ_１（ｄＢ）とし、前記光出力用導波路の入射端で見たラマン散乱光に対する見かけ上の反射比率をＲ_２（ｄＢ）とし、前記光出力用導波路に入力される前記被増幅光のパワー（ｋＷ）と前記光出力用導波路の長さ（ｍ）との積をＱ、レーザ光出力と前記光出力用導波路の長さの積に対する前記見かけ上の反射比率の関係を直線近似したときに得られる係数をＫ₁、Ｋ₂としたときに、
   前記光部品は、前記光部品のラマン散乱光波長におけるロスＸ（ｄＢ）は、以下の条件：
   Ｘ＞Ｇ−Ｌ＋Ｒ_１＋Ｒ_２
   Ｒ_２＝Ｋ_１・Ｑ−Ｋ_２
   を満たしていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。