JP2009505378A - 多波長光源 - Google Patents

Abstract

広帯域の光信号を供給する広帯域光源と、この広帯域光源に光学的に連結された修正モジュールと有した多波長光源である。修正モジュールは、広帯域光信号を第１の出力信号と第２の出力信号とに分割する。第１の出力信号、第２の出力信号はそれぞれ、広帯域光信号の周波数分割周波数スライスを複数含んでいる。１以上の広帯域源を用いて一対の関連した多波長信号を提供する方法であって、（ａ）広帯域信号を複数のブラッグ格子に入るように送り、それによって、ブラッグ格子に広帯域信号の一部の反射と広帯域信号の一部の透過とを行わせるステップと、（ｂ）反射された部分を第１の出力信号として第１の出力に送るステップと、そして、（ｃ）反射されなかった部分を第２の出力信号として第２の出力に送るステップと、を有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は多波長光信号を作り出す装置および方法に関する。

光源は、様々な光センシングの用途において用いられている。それらが用いられるセンシングの用途の数はあまりに多くて、ここに一覧を示すことはできないが、光源の用途の１つとして、曳航式、固定式、そして船体搭載式の実装アレイを用いた音響センシングがある。別の用途として、振動および動きの地中の源を検知するための地上ベースシステムがあり、それは特に、石油や天然ガスの探査に関連したものである。さらに別の用途として、パイプライン内のセンサの使用や安全設備の監視がある。

光ファイバセンシングで用いられる光源として以前から知られている典型的なものは、高干渉単一波長装置または低干渉広帯域装置である。特定の用途の光源の選択は、使用する光センサの種類ならびに当該用途に特有のシステムのノイズおよび検知の条件に依存する。

光源を利用するシステムは一般に、他の光学装置も有する。そうした装置には、ファイバブラッグ格子、光循環器、励起レーザ、添加ファイバ、添加導波路、増幅自然放出源、スーパールミネッセントダイオード、光アイソレータが含まれるが、これらに限定はされない。ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）は、光学導波管のコアに置ける屈折率の周期的または非周期的変調である。率変調の期間によって、格子が影響を及ぼす波長または波長帯域が決定される。率変調の深さに応じて、ＦＢＧは所望の光波長の全てまたは一部を反射することができ、また、その一方で、他の波長が影響を受けることなく通過することを許す。光循環器は一般的に、周期的な形で装置の入力と出力とを交代させることができる３ポート装置である。すなわち、ポート１で入力される信号はポート２で装置を出て行き、ポート２で入力された信号はポート３で出て行く。そして、信号は、第１のポートから第３のポートへ、また、第２のポートから第１のポートへと通過することを禁じられる。入出力の関係は、１→２→３→１と表すことができる。励起レーザは、光刺激源として用いられるレーザまたは光源であり、レーザ動作可能なイオンが添加された光学導波管（ファイバ、水晶、重合体など）においてレーザ遷移を生じさせるものである。添加ファイバまたは導波管は、イオンが添加された光ファイバまたは光学導波管であり、そのイオンは、適当な波長の光信号で刺激された際にレーザ動作してドーパント材の中でレーザ遷移を生じさせる、というものである。増幅自然放出（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）源は、超蛍光の発生を可能にする適当な光波長によって刺激された添加光ファイバ（または導波管）のフリーラン（free run）条件によって生じる広帯域発光スペクトルを有した光源である。スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）は、利得媒体内で自然放出を引き起こす高い電流注入レベルで動作するように設計された発光ダイオード（ＬＥＤ）である。それは通常、構造の点でレーザダイオードに類似しているが、共振（発振）状態を排除または最小化するように修正されている点では異なる。光アイソレータは、通常の入出力が交代する際に伝搬特性が変化する非互恵光学素子である。光アイソレータは、光信号が１方向にだけ流れるようにする。

本発明は、広帯域内部光源を利用して２つの出力を供給する多波長光源（ＭＷＯ）を対象とするものである。１つの出力は内部光源から出力された信号からの複数の周波数スライスを含んだ信号を提供し、２つ目の出力は内部光源から出力された信号のうち周波数スライスが取り除かれた後の残りの信号を含む。出力信号は、出力ポートに達する前に増幅および／または補完される場合もある。

本発明の１つの実施の形態は、広帯域の光信号を提供する広帯域光源とこの広帯域光源に光学的に結合された修正モジュールと有した多波長光源である。修正モジュールは、広帯域光信号を第１の出力信号と第２の出力信号とに分割する。第１の出力信号、第２の出力信号はそれぞれ、広帯域光信号の周波数分割周波数スライス（frequency separated frequency slice）を複数含んでいる。

本発明の別の実施の形態は、１以上の広帯域源を用いて一対の関連した多波長信号を供給する方法である。その方法は、（ａ）広帯域信号を複数のブラッグ格子に入るように送り、それによって、ブラッグ格子に広帯域信号の一部の反射と広帯域信号の一部の透過とを行わせるステップと、（ｂ）反射された部分を第１の出力信号として第１の出力に送るステップと、そして、（ｃ）反射されなかった部分を第２の出力信号として第２の出力に送るステップと、を有するものである。

本発明の本質、ならびに、その目的および効果については、添付図面と併せて以下の明細書の内容を熟読することで、容易に明らかになるであろう。全図面において、類似の参照番号は類似の部品を指している。

以下、本発明の好適な実施の形態を挙げて説明する。その例は添付図面に示してある。本発明については、好適な実施の形態と関連付けて説明していくが、本発明をこれら実施の形態に限定する意図のないことは理解しておくべきである。むしろ反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の思想および範囲に含まれるものであれば、別構成、変形物、等価物まで対象に含むことを意図している。

以下の詳細な説明では、本発明を完全に理解してもらうために、多数の特定の詳細部について述べている。しかし、通常の当業者であれば理解できるように、これらの特定の詳細部なしでも本発明は実施できる。また、公知の方法、手順、構成要素そして回路については詳述していないが、これは、本発明の重要な点を不必要に不明瞭にしないためである。

図１における例示的な多波長光源（ＭＷＯ：Multi-Wavelength Optical source）１は、ハウジング２内の広帯域光源３と、ハウジング４内の修正モジュール５とを有し、修正モジュール５のハウジング４は、入力ポート７、第１出力ポート９、第２出力ポート１１、循環器１３、そして、ｎブラッグ格子１７の集合１５を有する。広帯域光源３は光学的に修正モジュール５に連結されており、それによって、光源３は入力ポート７を介して修正モジュール５に広帯域光信号を供給する。

循環器１３によって、入力ポート７を介してモジュール５に入る広帯域光信号がｎブラッグ格子１７の集合１５に向けられること、その信号のうちブラッグ格子で反射される部分が第１出力ポート９を通ってモジュールを出ること、そして、その信号のうち反射されなかった部分が第２出力ポート１１を通ってモジュール５および源１を出ること、が確実になる。このように、修正モジュール５は、光源３からの広帯域光信号（図２参照）を第１の出力信号（図３参照）と第２の出力信号（図４参照）とに分割する。後でさらに述べるように、第１の出力信号および第２の出力信号は各々、源３から供給される広帯域光信号の周波数分割周波数スライスを複数含んでいる。周波数スライスが周波数分割されているというのは、スライスの各々の組について、広帯域光学周波数のうち、それ以前にはスライス同士の間にあった、少なくとも１つの周波数成分の実質的に全てが、スライスの形成にあたって取り除かれている、という点においてである。

光源３については、広帯域光源であればどのようなものでもよい。しかし、場合によっては、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）または光ファイバベースの増幅自然放出（ＡＳＥ）光源を光源３とすることも考えられる。

ＳＬＤであれば、光源３は、（ａ）半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width Half Maximum）において３０〜６０ナノメートルの光帯域幅を有し、（ｂ）形状においてランバーシアンまたはガウシアンと言われる波長スペクトル分布を有し、（ｃ）８００、１３００または１５５０ナノメートルの近くに波長重心（wavelength centroid）を有し、および／または、（ｄ）１０〜１００ミリワット近くに出力パワーを有するもの、とする場合もありうる。ＭＷＯ１の場合、好適な広帯域ＳＬＤ光源は、他の光学部品との互換性のために１５５０ｎｍの近くで中心におかれ、そして、対象とする特定の波長帯域に関して最も高い出力パワーを有することで、細分化波長における出力パワーを最大にする。必須ではないが、熱電冷却器（ＴＥＣ：Thermal Electric Cooler）を、ＳＬＤ源３と組み合わせて（またはその一部として）使用することができ、それによって、（ａ）熱的に導入される波長ドリフトを除去または最小化すること、（ｂ）ＳＬＤの環境動作温度範囲をより広くすること、そして、（ｃ）ＳＬＤの耐用年数を延ばすこと、が可能となる。

一方、ＡＳＥであれば、光源３は通常、励起波長によって励起される長い添加光ファイバから作られ、励起波長によって添加ファイバはフリーラン条件で広帯域蛍光を発生させる。ＡＳＥまたは蛍光放出の波長は、使用される添加イオンによって決まる。エルビウム（ＥＲ^＋３）は、１５５０ｎｍ帯でＡＳＥスペクトルを生じさせる周知のドーパントの１つであり、光増幅器における使用によって広く認められている。ファイバには、プラセオジミウム（Ｐｒ^＋３）のような、レーザ動作（laser）可能な他のイオンを添加することもできる。プラセオジミウム（Ｐｒ^＋３）のＡＳＥ源は、１３００ｎｍ帯でＡＳＥスペクトルを作り出す。ＡＳＥ源のスペクトル幅はドーパントの放出特性によって決まり、光パワーレベルは、ドーパント濃度、励起源のパワー、そしてＡＳＥシステムの内部損失によって決まる。ＥＲ^＋３の場合、スペクトル幅は３０ｎｍまでであり、パワーレベルは１０単位ミリワットの範囲とすることができる。

いくつかの実施の形態では別個のモジュールとして示してあるが、光源３とモジュール５とは、結合して、１つの共通モジュールの形、および／または、単一の光学回路基板の上に載った形にとすることもできる。別個の状態に保つ場合は、共通の１つのハウジングの内部に配置してもよいし、別々に収容してもよい。入力ポート７は、光源３または循環器１３の出力ポート以外の物理的ポートとしてもよいし、光源３の出力ポートまたは循環器１３の入力ポートとしてもよい。

モジュール５の出力ポート９については、ファイバまたは他の導波管を介してＭＷＯ１の別個の出力ポートまたはＭＷＯ１の内部の別モジュールの入力ポートに連結された物理的ポートとしてもよいし、モジュール５およびＭＷＯ１の出力ポートの両方として機能する物理的ポートとしてもよいし、あるいは、ＭＷＯ１に連結された装置への入力ポートとしてもよい。同様に、モジュール５の出力ポート１１については、ファイバまたは他の導波管を介してＭＷＯ１の別個の出力ポートまたはＭＷＯ１の内部の別モジュールの入力ポートに連結された物理的ポートとしてもよいし、モジュール５およびＭＷＯ１の出力ポートの両方として機能する物理的ポートとしてもよいし、あるいは、ＭＷＯ１に連結された装置への入力ポートとしてもよい。

循環器１３は、ＭＷＯ１内部での信号のルート決めを適正に行えるものであれば、どのような装置でもよい。ただし、場合によっては、循環器１３は、周期的入出力機能を備えた３ポート装置とすることが考えられる。そのような場合、第１ポートで入力される信号は第２ポートの出力であり、第２ポートで入力される信号は第３ポートの出力であり、そして、第３ポートで入力される信号は、第１ポートの出力である（第１ポート→第２ポート、第２ポート→第３ポート、第３ポート→第１ポート）。循環器は偏波無依存装置とするのが好ましい。それが意味するのは、循環器に注入される光の偏波状態に関係なく、性能が、そして、それゆえに循環器からの光出力が入力から未分化（undifferentiated）だということである（循環器の挿入損失による光パワー損失は除く）。この装置に関する好ましい性能必要条件は、対象の光帯域幅にわたってのポート間（port-to-port）挿入損失が１.０ｄＢ以下であること、チャンネル間絶縁性が５０ｄＢ以上であること（第２ポート→第１ポート、第３ポート→第２ポート）、指向性の値が５０ｄＢ以上であること（第１ポート→第３ポート）、および／または、合計の反射損失が５０ｄＢ以上であること、である。さらに、合計の光パワー処理能力は、５００ミリワット以上であるのが好ましい。また、循環器の光帯域幅は、広帯域スペクトルからスライスされる最小波長から最大波長にまでわたるのが好ましい。

ｎブラッグ格子１７の集合１５は、循環器１３の第２ポートを第２出力ポート１１に連結する共有の光ファイバ上に形成されるファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）の集合とするのが好ましい。ただし、別の実施の形態では、ｎブラッグ格子１７の集合１５を、他の何らかの機構によって設けること、および／または、ブラッグ格子ではない複数のノッチフィルタと置き換えることも考えられる。ＦＢＧへの別のアプローチには、多層スタック狭帯域光フィルタならびに反射器を備えたFabry-perotフィルタの使用がある。

文章および図面において使用される「ｎ」が示すように、ＦＢＧまたは他の周波数スライス機構の実際の数は、実施の形態ごとに変えることができる。１つの光源が、ＦＢＧおよび／または他のスライス機構を２つしか持たない場合（すなわち、ｎ＝２）もあれば、１０単位、１００単位、またはより多くのＦＢＧや他のスライス機構を有する場合もある。しかしながら、広範囲にわたる用途を有するのは、ＦＢＧまたは他のスライス機構を３〜１００の範囲で有するＭＷＯであると考えられる。

図１のＭＷＯ１は、光源３に広帯域光信号（場合によっては数１０ナノメートル幅）を発生させる、という形で機能する。信号は、３ポート循環器１３の第１ポートに入り、循環器１３の第２ポートに送られて、そこで循環器を出る。第２ポートを出た後、信号の一部は反射されて循環器の第２ポートの中に戻され、こうして反射された部分はポート９を通ってＭＷＯ１を出る。そして、反射されなかった部分はそのまま進み、ポート１１を通ってＭＷＯ１を出る。ブラッグ格子１７が各々特定の波長を反射するようにしておけば、反射される部分は、ブラッグ格子によって反射される波長に対応した波長を有することになる。

図２〜４が示すのは、入力ポート７を介しての信号入力に対する修正モジュール５の作用である（説明目的のために、ｎ＝４を仮定）。図２に見られる入力信号は、ｎブラッグ格子１７の集合１５によって「ノッチ」または「スライス」される。スライスで切り出された部分は第１の出力ポート９を通ってモジュールおよび源を出るが、残りの部分は第２の出力ポート１１を通ってモジュールおよび光源を出る。また、図３に見られる反射された部分は、ブラッグ格子１７の波長である４つの特定の波長に対応している。図３に示される信号は、周波数分割周波数スライスを含んでおり、それらスライスは広帯域信号の反射された部分である。図４に示す信号も周波数分割周波数スライスを含んでおり、それらスライスは広帯域信号の反射されなかった部分である。図３の信号のスライスは、図４の信号のスライス間を隔てている周波数ギャップに対応している。同様に、図４の信号のスライスは、図３の信号のスライス間を隔てている周波数ギャップに対応している。

図５における第２の例のＭＷＯ１０１は、ハウジング１０２、光励起源１０３、第１の出力ポート１０９、そして第２の出力ポート１１１を有する。ＭＷＯ１０１はまた、光スプリッタ１１９、ＡＳＥの源としての第１の長い添加光ファイバ１２１、アイソレータ１２３、第１の循環器１１３、ｎブラッグ格子１１７の集合１１５、信号増幅のための第２の長い添加光ファイバ１２７、そして、第２の循環器１２５を有する。第１の長い添加ファイバ１２１、光アイソレータ１２３、光励起源１０３、そして光スプリッタ１１９はＡＳＥステージを形成している。光励起源１０３、光スプリッタ１１９、光循環器１２５、そして第２の添加ファイバ１２７は増幅器ステージを形成している。光励起源１０３と光スプリッタ１１９とは、ＡＳＥステージと増幅器ステージとの間の共有資源である。

ＭＷＯ１０１がＭＷＯ１と類似しているのは、やはりｎ格子１１７の集合１１５を有しているという点、そして、作り出す出力の１つが部分的にスライスで切り出された光源の出力であり、もう１つの出力が前記のスライスで切り出された部分で成るものである、という点である。しかし、ＭＷＯ１０１はＭＷＯ１といくつかの点で異なっている。その１つとして、広帯域信号（またはＡＳＥ）の生成がＭＷＯ１０１の構造に組み入れられている点がある。さらに、ＭＷＯ１０１は組み込み光増幅ステージを有する。資源はＡＳＥと増幅器ステージとの間で共有されており、それによって、全体的な光源のコストが下がるだけでなく、パッケージ設計におけるスペースの有効利用がなされる。ＭＷＯ１０１はまた、スライスされた部分が出力ポート１０９を通ってＭＷＯ１０１を出る前に増幅されるという点で、ＭＷＯ１と異なっている。

スプリッタ１１９は、第１の添加ファイバ１２１と循環器１２５との間で、励起源１０３による信号出力を分割するための機構を有する。さらに、第１の添加ファイバ１２１と循環器１２５との間で、信号を等しい形または等しくない形に分割する。スプリッタ１１９は、場合によっては、３または４ポートの光ファイバ装置であって、第１ポートが光入力として、第２、第３ポートが出力として使用される、という装置とする。その場合、第４ポートが利用可能であっても、一般的に使用されることはなく、光学不安定性を引き起こすシステムへの後方反射を除くために終了させる。ただし、ＭＷＯに高い信頼性が必要となる特定の用途では、第２の励起源１０４を第４ポートに装着する。励起源１０４は待機モードに置いておき、主たる励起源１０３が故障した場合には、第２の励起１０４をオンライン状態とするので、動作中の混乱を防止または最小限にすることができる。第４のポートと第２の励起源１０４はまた、負荷分担をベースにして利用することができる。そうした場合、励起源１０３、１０４は両方が同時に動作するが、その際のパワーレベルは５０%であり、すなわち負荷を分け合っている。場合によっては、励起源１０３、１０４は異なるパワーレベルを供給することにしてもよい（すなわち、１０%と９０%、２５%と７５%など）。励起源１０３、１０４のうち一方に故障が起こった場合は、残った有効な方のユニット１０３または１０４のパワーレベルを１００％にすることで、故障した方の励起源１０４または１０３の損失を補える。使用の目的が負荷のバランスを取ることであれバックアップ用励起源としての使用であれ、第２の励起源１０４を持たせることで、ＭＷＯ１０１にはより高いレベルの信頼性がもたらされ、動作中の混乱ならびに故障した励起源の中断修理が不要となる。

多くの用途では、スプリッタ１１９として３ｄＢ（５０／５０）スプリッタが使用されるであろう。これは励起源１０３からのパワーを等しく分割する。しかしながら、他の分割比率を用いることで、ＡＳＥおよび増幅器の出力性能を調節することができる。さらに、スプリッタ１１９は、以下の特徴の１つ以上を有することが好ましい。それら特徴とは、（ａ）反射損失が５５ｄＢ以上であること、（ｂ）指向性が５５ｄＢ以上であること、そして、（ｃ）結合比における誤差が±５%であること、である。カプラに関する光バンドパスの中心は、使用される励起源の波長とそろっていなければならない。例えば、ＥＲ^＋３添加ファイバは通常、９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍで励起される。このためには、光スプリッタのバンドパスが２つの利用可能な励起波長のうち１つとそろっていることが必要であろう。もちろん、９８０ｎｍの励起システムとバンドパスが１４８０ｎｍにあるスプリッタとの組み合わせ（そして、その反対のパターンの組み合わせ）が最適ということではない。スプリッタ１１９については、総合の光パワー処理が５００ミリワットを超えることが望ましい。

添加ファイバは、励起源１０３によって励起されるイオンを添加されたファイバとするのが好ましいであろう。しかし、別の実施の形態では、添加ファイバ１２１、１２７の一方または両方を別のＡＳＥ源または増幅器と置き換えることもできる。

光源１０３は様々な光源のうちの何れでもよいが、励起レーザを用いるのが効果的であると考えられる。こうした励起レーザについては、励起エネルギー源として働き、ドーピングイオンに関する望ましいエネルギー吸収遷移（absorption transition）の範囲内にある励起波長を有することが好ましい。励起波長に起因する結果として生じる励起遷移は、所望の波長における放出遷移の増幅を生じさせる、または、ＡＳＥ蛍光を発生させる。ＥＲ^＋３添加ファイバを用いた例の場合、９８０ｎｍおよび１４８０ｎｍの両方の励起源を用いて、１５５０ｎｍ近くに中心がある信号増幅およびＡＳＥスペクトルを作り出す励起遷移を生じさせることに成功した。これら励起源に関する光出力条件は変化させることができるが、３０ミリワットから２００ミリワット以上とするのが好ましく、当該出力条件はＡＳＥ源および増幅器の特定の条件に依存している。励起源１０３は冷却または非冷却など様々であるが、熱調節しない環境での使用に関しては冷却型が好ましい。

また、励起源１０３については、これによって作り出される光励起パワーを監視する手段を備えることが好ましい。これは、励起源の一部としてパッケージされた内部モニタフォトダイオードによって実現することができる。モニタフォトダイオードから出力される信号は、励起源の制御に用いることができると共に、健全状態の監視や重大な故障および製品寿命の終了の予測に用いることもできる。

循環器１１３、１２５は、ＭＷＯ１０１内部での信号のルート決めを適正に行えるものであれば、どのような装置でもよい。ただし、場合によっては、循環器１１３、１２５は、図１のＭＷＯ１の循環器３に関して述べた特徴を有するものとすることが考えられる。

ｎブラッグ格子１１７の集合１１５は、循環器１１３の第２ポートを第２の出力ポート１１１に結合する共通の光ファイバ上に形成されたファイバブラッグ格子の集合、とするのが好ましい。ただし、別の実施の形態では、ｎブラッグ格子１１７の集合１１５を、他の何らかの機構で実現すること、および／または、ブラッグ格子ではない複数のノッチフィルタと置き換えることが考えられる。ＦＢＧへの他のアプローチとしては、多層スタック狭帯域光フィルタや、反射器を備えたFabry-Perotの使用などがある。

図６〜８が示すのは、源１０３によって出力された信号がＡＳＥステージを通過してアイソレータ１２３を出た後、当該信号に対してｎファイバブラッグ格子１１７の集合１１５が及ぼす効果である。図６に見られる信号は、ｎブラッグ格子１１７（説明目的のためｎ＝４としてある）の集合１１５によってスライスされ、スライスして切り出された部分（図７参照）は第１の出力ポート１０９を通ってモジュールを出て行き、残りの部分（図８参照）は第２の出力ポート１１１を通ってモジュールを出て行く。

図９〜１３が示すのは、別の例示的なＭＷＯの実施の形態である。

図９におけるＭＷＯ２０１がＡＳＥ源として使用するのは、励起レーザ２０３によって励起される励起添加ファイバ２２１であり、ＭＷＯ２０１は更に、出力２０９、２１１での信号の増幅のために半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）２２９、２３１を２つの出力２１１、２０９で使用する。ＭＷＯ２０１はまた、ハウジング２０２、光アイソレータ２２３、循環器２１３、そして、ｎファイバブラッグ格子２１７の集合２１５を有する。

図１０におけるＭＷＯ３０１は、図９のＭＷＯ２０１に類似している。しかし、ＭＷＯ３０１では、ＭＷＯ２０１の添加ファイバＡＳＥ源が広帯域ＳＬＤ３０３と置き換わっている。ＭＷＯ３０１も、ハウジング３０２、循環器３１３、ＳＯＡ３２９、３３１、出力３０９、３１１、そして、ｎファイバブラッグ格子３１７の集合３１５を有する。

図１１におけるＭＷＯ４０１が示すのは、重複励起源４０３、４０４を用いることで、図５のＭＷＯ１０１のように、ＭＷＯにおける信頼性を高めることができる、ということである。図１１のＭＷＯ４０１は、ハウジング４０２、光励起源４０３、４０４、第１の出力ポート４０９、そして、第２の出力ポート４１１を有する。ＭＷＯ４０１はまた、光スプリッタ４１９、ＡＳＥ源としての第１の長い添加光ファイバ４２１、アイソレータ４２３、第１の循環器４１３、ｎブラッグ格子の集合４１５、信号増幅のための第２の長い添加光ファイバ４２７、そして、第２の循環器４２５を有する。第１の長い添加ファイバ４２１と、光アイソレータ４２３と、光励起源４０３、４０４と光スプリッタ４１９とは、ＡＳＥステージを形成している。光励起源４０３、４０４と、光スプリッタ４１９と、光循環器４２５と、第２の添加ファイバ４２７とは増幅器ステージを形成している。光励起源４０３、４０４と光スプリッタ４１９とは、ＡＳＥステージと増幅器ステージとの間の共有資源となっている。留意すべき点として、ＭＷＯ４０１の重複励起構成は、他のＭＷＯ（具体的には、図１２のＭＷＯ５０１、図１３のＭＷＯ６０１）に持たせることができる。

図１２におけるＭＷＯ５０１は３×３光スプリッタ５１９を用いて、光源５０３によって出力された信号の初期のルート決めを行い、１つの部分は、本文書に記述した他のＭＷＯと同様に、２つの出力信号を供給する形にスライスされ、他の２つの部分は、添加ファイバ５２７、５３３を励起して２つの出力信号を増幅するために用いられる。図１２に示すように、ＭＷＯ５０１は、ハウジング５０２、添加光ファイバ５２１、そして、アイソレータ５２３を有する。当該アイソレータは光源５０３と相互作用することでＡＳＥ源として機能し、循環器５１３の第１ポートに入力信号を供給する。その信号はｎブラッグ格子５１７の集合５１５に送られる。信号の一部は反射され、添加ファイバ５２７を通る際に増幅された後で、ポート５０９における信号出力に加わることになる。他の部分は透過され、（アイソレータ５３５を通過した後に）添加ファイバ５３３を通過する際に増幅され、ポート５１１における出力に加わる（この際、添加ファイバ５３３通過後に波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexer）カプラ５３７を通ってポート５１１を出る）。光源５０３からの信号のうち３×３スプリッタ５１９によって分割された第２の部分は、ＷＤＭカプラ５３７により、添加ファイバ５３３に向けて送られる。光源５０３からの信号のうち３×３スプリッタによって分割された第３の部分は、循環器５２５により、添加ファイバ５２７に向けて送られる。

図１３におけるＭＷＯ６０１は、ＭＷＯ５０１に類似しているが、ＭＷＯ５０１の循環器５２５の代わりにＷＤＭカプラ６３９を有し、添加ファイバ６４１を、ＷＤＭカプラ６３９と循環器６１３との間ではなく、ＷＤＭカプラ６３９と出力６０９との間の位置に有している。留意すべき点として、増幅器ステージは、前進（forward）励起、反転（reverse）励起のいずれの形にも構成することができる。ＭＷＯ６０１はまた、ハウジング６０２、３×３スプリッタ６１９、添加ファイバ６２１、アイソレータ６２３、ブラッグ格子６１７の集合６１５、そして、ＷＤＭカプラ６３７を有する。図１２のＭＷＯ５０１と同様に、図１３のＭＷＯ６０１は添加ファイバ６４１、６３３を有し、これらは、源６０３から添加ファイバ６４１、６３３に供給される励起で、ポート６０９、６１１上において出力される信号を増幅する。

これまでの内容から明らかなように、本文書に記述した装置は、図１４に示すような、１以上の広帯域源から一対の関連付けられた多波長信号を提供する方法において用いるのに適している。その方法は以下のステップを含む。すなわち、広帯域信号を複数のブラッグ格子に入るように送り出し、それによって、ブラッグ格子に広帯域信号の一部の反射と広帯域信号の一部の透過とを行わせるステップ（７０１）と、反射された部分を第１の出力信号として第１の出力に送るステップ（７０３）と、そして、反射されなかった部分を第２の出力信号として第２の出力に送るステップ（７０５）とである。場合によっては、こうした方法はさらに、スーパールミネッセントダイオードまたはＡＳＥ源（励起レーザおよび添加ファイバを用いるもの）を用いて広帯域信号を供給するステップと、そして、３ポート循環器を用いて広帯域信号をファイバブラッグ格子に向けて送ると共に、広帯域信号の反射された部分を第１の出力に向けて送るステップと、を含むこともある。また、こうした方法はさらに、励起レーザを用いて添加ファイバに励起エネルギーを供給して広帯域信号を発生させ、そして、第１の出力信号の増幅に用いる励起信号を供給する、および／または、第２の出力信号の増幅に用いる励起信号を供給する、というステップを含む場合もある。さらに、こうした方法は、広帯域信号を発生させるためのＳＬＤまたはＡＳＥ源や、出力信号を増幅する手段としての半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用するステップを含む場合もある。

ここに記述したＭＷＯは特に、センシングおよび電気通信に用途を有する。いくつかのセンシングの用途では、テレメトリファイバの数または必要な光源の数を増やすことなく、検知に使用できるセンサの数を増やすことが求められる。単一の光源からやや広帯域の光スペクトルを得て、波長からパーティション（スライス）を取り出す能力があれば、光源の数を増やすことなく利用可能な波長の数を増やすという条件を満たすことができる。この構成によれば、８：１の向上が達成できるであろう。これは、必要な８つの波長に対し、１つの多波長光源しか必要としないことを意味する。また、複数の波長を利用可能とすることは、波長分割多重を既存のファイバテレメトリの上で利用することを可能にし、従って、テレメトリラインの数を増やすことなくセンサの数を増やすことが可能となる。同様に、多波長光源は、データ・電気通信産業で使用することができる。必要な信号源の数を減らすことは、多くの機材製造業者やエンドユーザにとって重要であり、それは、必要な機材ラックスペースを最小にすることができるからである。ここで、ＭＷＯは機材ラックに組み込まれる。そして、波長は用途や顧客の種類に応じ、使用のために区分けされる。

ここに記述したＭＷＯの用途は、研究所およびテスト機材の領域にもある。いくつかの光学部品、サブアセンブリ、そしてアセンブリのテストには、多くのテスト時間をかけ、高価な資源を占有しなければならない。ここに記述したＭＷＯの使用は、やはり、ユーザがテストの実行にあたって必要な光源の数を減らすのに役立つ。

ここに記述した光源は、光源自体とファイバブラッグ格子または他のスライス用機構を有した修正モジュールとを格納するハウジングを有する場合もある。また、その他の場合として、光源を修正モジュールと分けて格納することもあるだろう。ハウジングが実施の形態ごとに変わるとしても、以下の特徴を有したハウジングを用いることは、いくつかの場合では効果的であろう。先ず、ハウジングパッケージは、光コネクタを介して光信号を出力するための手段を提供する。さらに、電気制御信号の入出力のための接続を設けることができる。表示インジケータを用いれば、装置のオン／オフ状態を示すこと、そして、装置に関して正常動作の表示ならびに故障の警告を行うことができる。電気入力には、装置を作動させるためのパワー入力、ならびに、装置の電力供給のオン／オフに関する制御入力を含めることができるだろう。制御信号はまた、使用される場合のある何らかの熱電冷却器の設定および制御のために使用することができる。さらに、ユニットに関して内部で生成される警告や状態の信号（例えば、加熱、過電流、資源の寿命の終了、など）を、外部ハードウェアとのインタフェースに利用することも可能である。

本発明の例示的な実施の形態による第１の多波長光源を示す概略図である。 本発明の例示的な実施の形態による入力信号を示すグラフである。 本発明の例示的な実施の形態による第１の出力信号を示すグラフである。 本発明の例示的な実施の形態による第２の出力信号を示すグラフである。 本発明の例示的な実施の形態による２番目の多波長光源を示す概略図である。 本発明の例示的な実施の形態による入力信号を示すグラフである。 本発明の例示的な実施の形態による第１の出力信号を示すグラフである。 本発明の例示的な実施の形態による第２の出力信号を示すグラフである。 本発明の例示的な実施の形態による３番目の多波長光源を示す概略図である。 本発明の例示的な実施の形態による４番目の多波長光源を示す概略図である。 本発明の例示的な実施の形態による５番目の多波長光源を示す概略図である。 本発明の例示的な実施の形態による６番目の多波長光源を示す概略図である。 本発明の例示的な実施の形態による７番目の多波長光源を示す概略図である。 本発明の例示的な実施の形態による方法を示す概略図である。

Claims (20)

1. 多波長光源（ＭＷＯ）であって、
   広帯域光信号を発生させる広帯域光源と、
   広帯域光源に光学的に連結された修正モジュールであって、広帯域光信号を第１の出力信号と第２の出力信号とに分割する修正モジュールと、を有し、
   第１の出力信号と第２の出力信号とはそれぞれ、広帯域光信号の周波数分割周波数スライスを複数含んでいること、
   を特徴とするＭＷＯ。
2. 第１の出力信号の全ての周波数スライスは下限周波数と上限周波数との間に収まり、
   第２の出力信号は、下限周波数を下回る広帯域光信号の周波数成分を含み、また、上限周波数を上回る広帯域光信号の周波数成分を含むこと、
   を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
3. 第１の出力信号の周波数スライスの少なくとも１つは、第２の出力信号の１つの周波数スライスよりも狭いこと、
   を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
4. 第１の出力信号の周波数スライスの少なくとも１つは、第２の出力信号の周波数スライスの全てよりも狭いこと、
   を特徴とする請求項３に記載のＭＷＯ。
5. 第１の出力信号の周波数スライスの各々が、第２の出力信号の周波数スライスの全てよりも狭いこと、
   を特徴とする請求項４に記載のＭＷＯ。
6. 第１の出力信号と第２の出力信号とは、広帯域光信号のエネルギーの実質的に全てを含んでおり、第１の出力信号と第２の出力信号とを加えた場合には広帯域光信号が実質的に再生されること、
   を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
7. 広帯域光源は本質的に、１５１０ナノメートルと１５７０ナノメートルとの間の波長を有した周波数成分を含むこと、
   を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
8. 修正モジュールは複数のブラッグ格子を有し、
   第１の出力信号は広帯域光信号のうち複数のブラッグ格子によって反射された光で成り、
   第２の出力信号は広帯域光信号のうち複数のブラッグ格子によって反射されなかった光で成ること、
   を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
9. 第１の出力信号は本質的に広帯域光信号のうち複数のブラッグ格子によって反射された光で成り、
   第２の出力信号は本質的に広帯域光信号のうち複数のブラッグ格子によって反射されなかった光で成ること、
   を特徴とする請求項８に記載のＭＷＯ。
10. 光源はスーパールミネッセントダイオードで成ること、
    を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
11. 光源は、光ファイバを用いた増幅自然放出源で成ること、
    を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
12. ３ポート循環器であって、光源の第１の出力に光学的に連結された第１ポートを有する３ポート循環器と、
    ３ポート循環器の第３ポートに光学的に連結された第１の出力と、
    第２の出力と、そして、
    ３ポート循環器の第２ポートとＭＷＯの第２の出力との間に光学的に連結されたファイバ上に形成された複数のファイバブラッグ格子と、を更に有すること、
    を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
13. 第１の出力ポートと循環器との間に光学的に配置された半導体光増幅器、および／または、第２の出力ポートと複数のファイバブラッグ格子との間に光学的に配置された半導体光増幅器を有すること、
    を特徴とする請求項１２に記載のＭＷＯ。
14. 励起レーザと、
    励起レーザの光出力に光学的に連結された第１のポートを有する光スプリッタと、
    スプリッタの第２ポートに光学的に連結された第１の添加ファイバと、
    第１の添加ファイバに光学的に連結された第１のポートを有する第１の循環器と、
    スプリッタの第３ポートに光学的に連結された第２の循環器と、
    第１の循環器の第３ポートを第２の循環器の第２ポートに光学的に連結する第２の添加ファイバと、
    第２の循環器の第３ポートに光学的に連結された第１の出力ポートと、
    第１の循環器の第２ポートとＭＷＯの第２の出力ポートとの間に光学的に配置された複数のファイバブラッグ格子と、を更に有すること、
    を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
15. スプリッタの第４ポートに光学的に連結された光出力を有する、という第２の励起レーザを更に有すること、
    を特徴とする請求項１４に記載のＭＷＯ。
16. 光源は励起レーザであり、光源が供給する光はスプリッタによって広帯域光信号と、第１の励起信号と、そして、第２の励起信号とに分割され、
    第１の励起信号は、第１の出力信号の導波管である添加ファイバに導かれ、そして、
    第２の励起信号は、第２の出力信号の導波管である添加ファイバに導かれること、
    を特徴とする請求項１に記載のＭＷＯ。
17. 励起レーザの出力に光学的に連結されたスプリッタであって、励起レーザからの光を、広帯域信号と、第１の励起信号と、そして、第２の励起信号とに分割するスプリッタと、
    スプリッタと循環器の第１ポートとの間に光学的に配置された第１の添加ファイバと、
    第１の波長分割多重カプラ（ＷＤＭ）に光学的に連結された第２の添加ファイバであって、第２の励起信号を受け取る形に、第２のスプリッタが第１のＷＤＭに光学的に連結されている、という第２の添加ファイバと、
    循環器の第２ポートと第２の添加ファイバとの間に光学的に配置された複数のファイバブラッグ格子と、
    スプリッタと、循環器の第３ポートと、そして第２の添加ファイバとに光学的に連結された第２のＷＤＭと、を有すること、
    を特徴とする請求項１６に記載のＭＷＯ。
18. １以上の広帯域源を用いて一対の関連する多波長信号を供給する方法であって、
    広帯域信号を複数のブラッグ格子の中に向けて送り、ブラッグ格子に広帯域信号の一部を反射させると共に広帯域信号の一部を透過させるステップと、
    反射された部分を、第１の出力信号として、第１の出力に向けて送るステップと、そして、
    反射されなかった部分を、第２の出力信号として、第２の出力に向けて送るステップと、を有すること、
    を特徴とする方法。
19. 励起レーザまたはスーパールミネッセントダイオードを用いて広帯域信号を供給するステップと、
    ３ポート循環器を用いて、広帯域信号をファイバブラッグ格子に向けて送ると共に、広帯域信号のうち反射された部分を第１の出力に向けて送るステップと、を更に有すること、
    を特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 励起レーザを用い、広帯域信号を供給すると共に、第１の出力信号を増幅するために用いる励起信号の供給、および／または、第２の出力信号を増幅するために用いる励起信号の供給を行うこと、
    を特徴とする請求項１９に記載の方法。

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