JP2012141381A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の帯域幅および強度を有するＳＣ光を発生させることができる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１は、ファイバレーザ光源１０、シングルモード光ファイバ２０およびマルチモード光ファイバ３０を備える。シングルモード光ファイバ２０は、ファイバレーザ光源１０の種光出力端１１から出力された種光を第１端２１に入力して導光し、その種光の導光の際に発現する非線形光学現象により帯域を拡大されたＳＣ光を第２端２２から出力する。マルチモード光ファイバ３０は、シングルモード光ファイバ２０の第２端２２から出力されたＳＣ光を入力端３１に入力して導光し、その導光したＳＣ光を出力端３２から出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＣ光を発生させる光源装置に関するものである。

単色のパルス光を種光として非線形光学媒体に伝搬させる際に発現する非線形光学現象により広帯域のＳＣ（Supercontinuum）光を発生させる光源装置が知られている。非特許文献１に記載された光源装置は、種光を発生させる種光源としてＮｄ:ＹＡＧレーザ光源を用いるとともに、非線形光学媒体として光ファイバを用いて、Ｎｄ:ＹＡＧレーザ光源から出力された種光を光ファイバに伝搬させ、その種光の伝搬の際に発現する非線形光学現象により帯域を拡大されたＳＣ光を発生させる。

非線形光学媒体として光ファイバを用いる場合、その光ファイバの数μｍ程度の径の狭い領域に種光のエネルギーが閉じ込められるので、強い非線形光学現象を容易に発現させることができ、ＳＣ光を効率よく発生させることができる。非線形光学現象を発現させるための光ファイバは、非線形性が大きく損失が小さいことが望ましい。特殊な構造の光ファイバ（たとえばフォトニック結晶光ファイバ）は、非線形性が大きいものの、損失も大きい。このような特殊な構造の光ファイバより非線形性が小さくても損失が小さいシングルモード光ファイバの方が好ましい。また、シングルモード光ファイバは、他の光ファイバと接続したときの接続損失が小さいという点でも好ましい。

Y. Fujii, B. S. Kawasaki, K. 0.Hill, and D. C. Johnson, "Sum-frequency light generation in optical fibers,"OPTICS LETTERS, Vol.5, No.2. pp.48-50 (1980).

シングルモード光ファイバにおいてＳＣ光を発生させる光源装置は、そのシングルモード光ファイバが長すぎると、ＳＣ光の帯域が拡がりすぎて、単位帯域幅当りの強度が低下する。従来の光源装置では、シングルモード光ファイバがＳＣ光発生の為の非線形光学媒体としてだけでなくＳＣ光伝搬の為の媒体としても用いられるので、その伝搬の際にも発現する非線形光学現象によりＳＣ光は更に帯域が拡大されるとともに単位帯域幅当りの強度が低下する。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、所望の帯域幅および強度を有するＳＣ光を発生させることができる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、(1) パルスレーザ光を種光として種光出力端から出力するファイバレーザ光源と、(2) ファイバレーザ光源の種光出力端と直接に又は光ファイバ光学系により第１端が接続され、ファイバレーザ光源の種光出力端から出力された種光を第１端に入力して導光し、その種光の導光の際に発現する非線形光学現象により帯域を拡大されたＳＣ光を第２端から出力するシングルモード光ファイバと、(3) シングルモード光ファイバの第２端と入力端が融着接続され、シングルモード光ファイバの第２端から出力されたＳＣ光を入力端に入力して導光し、その導光したＳＣ光を出力端から出力するマルチモード光ファイバと、を備えることを特徴とする。

本発明の光源装置は、ファイバレーザ光源の種光出力端から出力される種光のパルス幅が０.１ｎｓ〜１０ｎｓであるのが好適である。シングルモード光ファイバがITU-TG.652準拠の光ファイバであるのが好適である。シングルモード光ファイバの長さが１０ｍ以下であり、マルチモード光ファイバの出力端から光強度−５ｄＢ／ｎｍ以上のＳＣ光を出力するのが好適である。また、シングルモード光ファイバの第２端とマルチモード光ファイバの入力端とが軸ズレ融着接続されているのが好適である。

本発明によれば、所望の帯域幅および強度を有するＳＣ光を発生させることができる。

本実施形態の光源装置１の構成図である。 本実施形態の光源装置１のシングルモード光ファイバ２０から出力されるＳＣ光のスペクトルを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態の光源装置１の構成図である。光源装置１は、ファイバレーザ光源１０、シングルモード光ファイバ２０およびマルチモード光ファイバ３０を備える。

ファイバレーザ光源１０は、Ｅｒ元素やＹｂ元素などの希土類元素がコアに添加された増幅用光ファイバと、この増幅用光ファイバのコアに添加された希土類元素を励起する為の励起光を出力する励起光源と、この励起光源から出力される励起光を増幅用光ファイバに供給する手段と、を含む。ファイバレーザ光源１０は、励起光源から出力された励起光を増幅用光ファイバに供給して、この増幅用光ファイバにおいてパルスレーザ光を発生させ、このパルスレーザ光を種光として種光出力端１１から出力する。

シングルモード光ファイバ２０は第１端２１および第２端２２を有する。シングルモード光ファイバ２０の第１端２１は、ファイバレーザ光源１０の種光出力端１１と直接に又は光ファイバ光学系により接続されている。シングルモード光ファイバ２０は、ファイバレーザ光源１０の種光出力端１１から出力された種光を第１端２１に入力して導光し、その種光の導光の際に発現する非線形光学現象により帯域を拡大されたＳＣ光を第２端２２から出力する。

マルチモード光ファイバ３０は入力端３１および出力端２２を有する。マルチモード光ファイバ３０の入力端３１は、シングルモード光ファイバ２０の第２端２２と融着接続されている。マルチモード光ファイバ３０は、シングルモード光ファイバ２０の第２端２２から出力されたＳＣ光を入力端３１に入力して導光し、その導光したＳＣ光を出力端３２から出力する。

この光源装置１では、ファイバレーザ光源１０の種光出力端１１から出力された種光（パルスレーザ光）は、シングルモード光ファイバ２０の第１端２１に入力されて第２端２２まで導光される。このシングルモード光ファイバ２０において、種光の導光の際に非線形光学現象が発現して、帯域を拡大されたＳＣ光が発生する。このＳＣ光は、広帯域にわたってなだらかなスペクトル形状を有する。シングルモード光ファイバ２０において発生したＳＣ光は、シングルモード光ファイバ２０の第２端２２から出力されてマルチモード光ファイバ３０の入力端３１に入力され、マルチモード光ファイバ３０により導光された後にマルチモード光ファイバ３０の出力端３２から外部へ出力される。

シングルモード光ファイバ２０の長さは、所望の帯域幅および強度を有するＳＣ光を発生させることができるように設定される。マルチモード光ファイバ３０は、コア径が大きく光エネルギー密度が小さいので、非線形性が小さい。したがって、シングルモード光ファイバ２０で発生したＳＣ光は、マルチモード光ファイバ３０により導光される際の帯域拡大が抑制され、出力したい地点まで導光されて出力される。

図２は、本実施形態の光源装置１のシングルモード光ファイバ２０から出力されるＳＣ光のスペクトルを示す図である。ここでは、ファイバレーザ光源１０から出力されるパルスレーザ光の強度を一定とし、シングルモード光ファイバ２０の長さを１８０ｃｍ，２００ｃｍ，２３０ｃｍおよび６３０ｃｍの４とおりとした。シングルモード光ファイバ２０から出力されたＳＣ光を、減衰率１０ｄＢの光減衰器により減衰させた後に、スペクトルアナライザにより測定した。同図は、光減衰器による減衰分の補正を行った後のスペクトルを示す。

この図から判るように、シングルモード光ファイバ２０の長さを変えることによって、ＳＣ光の強度及び波長帯域を調節することができる。例えば、狭帯域で高強度のＳＣ光を得たい場合にはシングルモード光ファイバ２０を短くすればよい。また、広帯域のＳＣ光を得たい場合にはシングルモード光ファイバ２０を長くすればよい。

本実施形態の光源装置１では、シングルモード光ファイバ２０の第１端２１は、ファイバレーザ光源１０の種光出力端１１と直接に又は光ファイバ光学系により接続されている。これにより、ファイバレーザ光源１０から出力される種光は効率よくシングルモード光ファイバ２０に入力され得る。また、マルチモード光ファイバ３０の入力端３１は、シングルモード光ファイバ２０の第２端２２と融着接続されている。これにより、シングルモード光ファイバ２０から出力されるＳＣ光は効率よくマルチモード光ファイバ４０に入力され得る。

本実施形態の光源装置１では、ファイバレーザ光源１０の種光出力端１１から出力される種光のパルス幅が０.１ｎｓ〜１０ｎｓであるのが好適である。種光の各パルスのエネルギーが同じであるとすると、パルス幅が狭いほど、ピークパワーが大きくなるので、シングルモード光ファイバ２０における非線形効果が大きくなるので好都合であるが、その一方で、分散が大きいシングルモード光ファイバ２０により導光される際にパルス形状が崩れ易くなる。したがって、ピークパワーが大きく且つパルス形状が崩れにくいパルス幅０.１ｎｓ〜１０ｎｓとするのが好ましい。

また、本実施形態の光源装置１では、シングルモード光ファイバ２０がITU-TG.652準拠の光ファイバであるのが好適である。シングルモード光ファイバ２０として規格品を用いることで、シングルモード光ファイバ２０を装置に組み込む際に取り扱いが容易で挿入損失が小さく抑えられる。

また、本実施形態の光源装置１では、シングルモード光ファイバ２０の長さが１０ｍ以下であり、マルチモード光ファイバ３０の出力端３２から光強度−５ｄＢ／ｎｍ以上のＳＣ光を出力するのが好適である。シングルモード光ファイバ２０が長いほど、ＳＣ光は広帯域化するものの、単位帯域幅当りの光強度が落ちるので、光強度−５ｄＢ／ｎｍ以上のＳＣ光を得るには、シングルモード光ファイバ２０を短くする必要がある。シングルモード光ファイバ２０を短くするのに応じて、マルチモード光ファイバ３０を長くすれば、全体の伝送距離は同じになる。

また、本実施形態の光源装置１では、シングルモード光ファイバ２０の第２端２２とマルチモード光ファイバ３０の入力端３１とが軸ズレ融着接続されているのが好適である。両光ファイバが意図的に軸ズレ融着接続されていれば、シングルモード光ファイバ２０からマルチモード光ファイバ３０へＳＣ光を導入する際に、マルチモード光ファイバ３０において多くのモードにＳＣ光のパワーを分散させることができるので、マルチモード光ファイバ３０における非線形光学現象の発現を抑制することができる。

１…光源装置、１０…ファイバレーザ光源、２０…シングルモード光ファイバ、３０…マルチモード光ファイバ。

Claims (5)

1. パルスレーザ光を種光として種光出力端から出力するファイバレーザ光源と、
   前記ファイバレーザ光源の前記種光出力端と直接に又は光ファイバ光学系により第１端が接続され、前記ファイバレーザ光源の前記種光出力端から出力された種光を前記第１端に入力して導光し、その種光の導光の際に発現する非線形光学現象により帯域を拡大されたＳＣ光を第２端から出力するシングルモード光ファイバと、
   前記シングルモード光ファイバの前記第２端と入力端が融着接続され、前記シングルモード光ファイバの前記第２端から出力されたＳＣ光を前記入力端に入力して導光し、その導光したＳＣ光を出力端から出力するマルチモード光ファイバと、
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記ファイバレーザ光源の前記種光出力端から出力される種光のパルス幅が０.１ｎｓ〜１０ｎｓであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記シングルモード光ファイバがITU-TG.652準拠の光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記シングルモード光ファイバの長さが１０ｍ以下であり、前記マルチモード光ファイバの前記出力端から光強度−５ｄＢ／ｎｍ以上のＳＣ光を出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 前記シングルモード光ファイバの前記第２端と前記マルチモード光ファイバの前記入力端とが軸ズレ融着接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。