JP2015226048A - 広帯域光源 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域及び高出力な１．７μｍ帯広帯域光源の実現が望まれていた。
【解決手段】スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）１からの光を、光ファイバ３を用いた増幅器へ結合して、前記増幅器からの光を出力する構成であって、前記光ファイバが、コア部あるいはクラッド部にレーザ遷移準位を有する希土類元素または遷移金属を添加したものであり、前記光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源４を有し、前記励起光からの光を前記光ファイバに結合する光学部品５を有することを特徴とする広帯域光源である。
【選択図】図１

Description

本発明は、近赤外分光や医学応用で適用可能な１６５０ｎｍ〜１８５０ｎｍ帯で動作する実用的な広帯域光源に関するものである。

広帯域光源は、光デバイスの損失特性評価、ローコヒーレントＯＴＤＲ用の光源、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）用の光源として用いられてきた。

広帯域光源の種類としては、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、希土類添加ファイバを用いたＡＳＥ光源及びスーパ−コンティニュ−ム（ＳＣ）光源が有る。ＳＣ光源は広帯域及び高出力特性に優れるが、発生メカニズムで光ファイバの非線形現象を用いるため出力の安定性に課題を有すると共に、装置が高価で小型が難しいとの欠点を有していた。

それに対してＡＳＥ光源及びＳＬＤ光源は低価格で、小型化性に優れるため汎用的で実用的な光源である。

これまで、実現されてきたＳＬＤ光源及びＡＳＥ光源の波長帯は、光通信の分野での適用を目的に１．３帯、１．５μｍ帯、ＯＣＴ分野への適用を目的に０．８μｍ帯、１．３μｍ帯であった。

しかし、近年、近赤外分光用の広帯域光源を用いた近赤外分光の研究が進められており、その波長域は８００〜２５００ ｎｍであり、同分光の性能を向上するために、同要求波長域で動作する高出力で広帯域光源が望まれていた。

特に１．７μｍ帯は、水の吸収がなく、有機物の吸収スペクトルが多く存在する波長域で有り、血液中のグルコースや脂肪等の吸収を観測するために重要で有ると考えられていた。このため同波長域で動作するＳＬＤ光源及びＡＳＥ光源が開発された。

しかし、開発された１．７μｍ帯ＳＬＤ光源及びＡＳＥ光源の大きな課題としては、広帯域化であった。また、ＳＬＤ光源は高出力化という課題も合わせ持っていた。

本発明は、以上のような実情を鑑みなされたものであり、１．７μｍ帯で広帯域性と高出力性を有する広帯域光源を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の広帯域光源は、低価格で汎用性に優れたＳＬＤ光源を用いて、１．７μｍ帯で広帯域性と高出力性を有する広帯域光源を実現するものである。

請求項１記載の広帯域光源は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）からの光を光ファイバを用いた増幅器へ結合して、前記増幅器からの光を出力する装置であって、前記光ファイバが、コア部あるいはクラッド部にレーザ遷移準位を有する希土類元素または遷移金属を添加したものであり、前記光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源を有し、前記励起光からの光を前記光ファイバに結合する光学部品を有することを特徴とする広帯域光源である。

請求項２に記載の広帯域光源は、前記希土類元素または遷移金属を添加した光ファイバとして、コア部あるいはクラッド部にツリウム（Ｔｍ^３＋）とテリビウム（Ｔｂ^３＋）が添加されたファイバ（Ｔｍ／Ｔｂ添加ファイバ）を用いると共に、前記ＳＬＤとして出力スペクトルのピーク波長が１６５０から１８５０ｎｍ近傍であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光源である。

請求項３に記載の広帯域光源は、前記希土類元素または遷移金属を添加した光ファイバとして、Ｔｍ^３＋のみがコア部あるいはクラッド部に添加されたＴｍ^３＋添加ファイバが配置されたことを特徴とする請求項１，２記載の広帯域光源である。

請求項４に記載の広帯域光源は、前記光ファイバ増幅器とＳＬＤ光源が光アイソレータを介して結合されていることを特徴とする請求項１−３記載の広帯域光源である。

以上説明したように、本発明は、従来出力及び帯域特性に課題を有していた１．７μｍ帯ＳＬＤ光源に、Ｔｍ^３＋／Ｔｂ^３＋添加ファイバ増幅器を特性改善ユニットとして配置することにより、ＳＬＤ光源の特性改善が実現でき、汎用的、実用的な低価格な１．７μｍ帯動作の広帯域光源が実現できるという利点がある。

本発明の第一の実施形態図 ＳＬＤ光源と本発明の広帯域光源の出力スペクトル 本発明の第二の実施形態図

以下、本発明を実施するための形態を図面にもとづいて説明する。

本発明は、図１に示すようにＳＬＤ光源１の出力端に特性改善ユニット２を配置することを特徴とする。特性改善ユニット２は、１．７μｍ帯の光増幅を行うＴｍ／Ｔｂ添加ファイバ増幅器であり、Ｔｍ／Ｔｂ添加ファイバ或いはＴｍ^３＋添加ファイバ（Ｔｍ^３＋未添加）３と、励起光源４、励起光と増幅された光を分離するＷＤＭフィルタ５、光アイソレータ６により構成される。

図２は、ＳＬＤ光源と本発明の広帯域光源の出力スペクトルを示す。ＳＬＤ光源の出力ピーク波長は１７１０ｎｍ、帯域幅（出力−３０ｄＢｍ／ｎｍ以上）は５５ｎｍである。また、ピーク波長の出力は−２５．１ｄＢｍ／ｎｍである。

特性改善ユニット２で用いたＴｍ／Ｔｂ添加フッ化物ファイバ３のΔｎは２．５％、カットオフ波長は１μｍ、Ｔｍ^３＋濃度は２０００ｐｐｍ、Ｔｍ^３＋濃度は５００ｐｐｍ、ファイバ長は２．１ｍである。また、励起光源３は１．２１μｍ帯ＬＤで励起光量は９０ｍＷ、ＷＤＭフィルタ５の挿入損失は０．７ｄＢ以下である。

図２に示すように、本構成を用いることで最大出力光量を向上できると共に帯域幅（出力−３０ｄＢｍ／ｎｍ以上）を１６２ｎｍに拡大できることが明らかとなっている。

以下に図面を参照し本発明をより具体的に詳述するが、以下に開示する実施例は本発明の単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を何等限定するものではない。

本実施例１では図１に示す構成を用いて実施した。表１に使用したＳＬＤ光源１のピーク波長及び帯域（出力が−３０ｄＢｍ／ｎｍ以上）、特性改善ユニット２で使用するＴｍ^３／Ｔｂ添加ファイバ或いはＴｍ^３＋添加ファイバ（Ｔｍ^３＋未添加）３の諸元と励起光源４として用いた１．２１μｍ帯ＬＤの励起光量及び本発明によってえられた光強度が−３０ｄＢｍ／ｎｍ以上が得られる帯域を示す。なお、Ｔｍ^３／Ｔｂ添加ファイバ或いはＴｍ^３＋添加ファイバ（Ｔｍ^３＋未添加）３としてはガラス材料がフッ化物のものとテルライトガラスのものを用いた。表に示すように特性改善ユニットを用いることにより広帯域化が実現できた。

図３に実施例２を説明する図を示す。本発明に用いる光ファイバを含む回路は、複数個用いることもでき、二つの例として、本実施例ではＳＬＤ光源１に２つの特性改善ユニット２−１，２−２を用いて実施した。ＳＬＤ光源１のピーク波長は１７１０ｎｍ、帯域（出力が−３０ｄＢｍ／ｎｍ以上）は５５ｎｍである。Ｔｍ／Ｔｂ添加ファイバ或いはＴｍ^３＋添加ファイバ（Ｔｍ^３＋未添加）３−１はＴｍ^３＋添加濃度２０００ｗｔ．ｐｐｍ．Ｔｍ^３＋添加濃度１０００ｗｔ．ｐｐｍ、ファイバ長１ｍ（比屈折率差２．５％、カットオフ波長１．０μｍ）を有するフッ化物ファイバ、Ｔｍ／Ｔｂ添加ファイバ或いはＴｍ^３＋添加ファイバ（Ｔｍ^３＋未添加）３−２はＴｍ^３＋添加ファイバ（Ｔｍ^３＋未添加、カットオフ波長１．０μｍ、比屈折率差１．６％、ファイバ長２ｍ）を用いた。励起光源４−１、４−２として用いた１．２１μｍ帯ＬＤの励起光量は各々、８９ｍＷ、９０ｍＷである。本構成においても従来構成部の帯域幅（−３０ｄＢｍ／ｎｍ以上）が、本実施例により１７７ｎｍに拡大できた。

１ ＳＬＤ光源
２ 特性改善ユニット２
３，３−１，３−２ Ｔｍ^３＋／Ｔｂ^３＋添加ファイバ或いはＴｍ^３＋添加ファイバ
４，４−１，４−２ 励起光源
５ 励起光と増幅された光を分離するＷＤＭフィルタ
６ 光アイソレータ

Claims (4)

1. スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）からの光を、光ファイバを用いた増幅器へ結合して、前記増幅器からの光を出力する構成であって、前記光ファイバが、コア部あるいはクラッド部にレーザ遷移準位を有する希土類元素または遷移金属を添加したものであり、前記光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源を有し、前記励起光からの光を前記光ファイバに結合する光学部品を有することを特徴とする広帯域光源。
2. 前記希土類元素または遷移金属を添加した光ファイバとして、コア部あるいはクラッド部にツリウム（Ｔｍ^３＋）とテリビウム（Ｔｂ^３＋）が添加されたファイバ（Ｔｍ／Ｔｂ添加ファイバ）を用いると共に、前記ＳＬＤとして出力スペクトルのピーク波長が１６５０から１８５０ｎｍ近傍であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光源。
3. 前記希土類元素または遷移金属を添加した光ファイバとして、Ｔｍ^３＋のみがコア部あるいはクラッド部に添加されたＴｍ^３＋添加ファイバが配置されたことを特徴とする請求項１，２記載の広帯域光源。
4. 前記光ファイバ増幅器とＳＬＤ光源が光アイソレータを介して結合されていることを特徴とする請求項１−３記載の広帯域光源。

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