JP2022024314A - 光源装置及び光パルス試験器 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に中心波長を所定範囲内に収めることができる光源装置、及び当該光源装置を備える光パルス試験器を提供する。【解決手段】光源装置は、第１共振器を形成する互いに平行な第１端面と第２端面とを有し、第１端面からレーザ光を射出する半導体レーザと、半導体レーザから射出されるレーザ光の光路上に配置され、半導体レーザの第２端面と第２共振器を形成し、半導体レーザの規定の中心波長を中心とする予め規定された波長幅の光に対する反射率が第１端面の反射率よりも高い反射特性を有する光学系と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置及び光パルス試験器に関する。

光パルス試験器は、光パルスを試験対象である光ファイバに入射させ、光ファイバから得られる戻り光に基づいて光ファイバの特性を試験又は測定する装置である。この光パルス試験器には、例えば、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer：光時間領域反射率計）、ＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer：ブリルアン光時間領域反射率計）、ＲＯＴＤＲ（Raman Optical Time Domain Reflectometer：ラマン光時間領域反射率計）と呼ばれるものがある。

ＯＴＤＲは、光ファイバ内で生ずるレイリー散乱光やフレネル反射光に基づいて光ファイバの伝送損失や障害点までの距離等を測定する機器である。ＢＯＴＤＲは、光ファイバ内で生ずるブリルアン散乱の後方散乱光に基づいて光ファイバの歪みや温度分布等を測定する機器である。ＲＯＴＤＲは、光ファイバ内で生ずるラマン散乱の後方散乱光に基づいて光ファイバの温度分布等を測定する機器である。

以下の特許文献１には、１つの半導体レーザから、光パルスと安定度の高い連続光（又は、変調光）とを出力させることができる従来の光パルス試験器が開示されている。また、以下の特許文献２には、半導体レーザ素子の前端面（又は、後端面）に形成された反射膜と、光ファイバの入射端面の露出面（又は、入射端面に形成された反射膜）とによって形成されたキャビディ内に波長選択フィルタが設けられた半導体レーザモジュールが開示されている。

特開２０１８－１３３４６号公報 特開２００２－１４１６０９号公報

ところで、上述した光パルス試験器では、一般的に、ファブリペロー型半導体レーザが用いられている。これは、ファブリペロー型半導体レーザは、比較的安価であって、高出力が得られるという理由による。しかしながら、ファブリペロー型半導体レーザは、個体間で中心波長のばらつきがあり、また、その中心波長は、温度変化によっても変化する。このため、ファブリペロー型半導体レーザは、個体を選別した上で、温度管理を行わないと、中心波長を予め規定された範囲内（例えば、規定値の１５ｎｍ以内）に収めるのは難しいという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、容易に中心波長を所定範囲内に収めることができる光源装置、及び当該光源装置を備える光パルス試験器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による光源装置（２１、２１Ｂ、２１Ｃ、２２）は、第１共振器を形成する互いに平行な第１端面（Ｅ１）と第２端面（Ｅ２）とを有し、前記第１端面からレーザ光を射出する半導体レーザ（ＬＤ）と、前記半導体レーザから射出されるレーザ光の光路上に配置され、前記半導体レーザの前記第２端面と第２共振器（ＲＳ２）を形成し、前記半導体レーザの規定の中心波長を中心とする予め規定された波長幅の光に対する反射率が前記第１端面の反射率よりも高い反射特性を有する光学系（２１ｃ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｈ）と、を備える。

ここで、本発明の一態様による光源装置は、前記光学系が、前記反射特性を有する反射膜が設けられた第１面（ＰＬ１）と、前記半導体レーザから射出されるレーザ光に対する反射防止膜が設けられた第２面（ＰＬ２）と、を有する光学素子（２１ｃ）を備える。

或いは、本発明の一態様による光源装置は、前記光学系が、前記反射特性を有し、レーザ光の光路に対して斜め配置された第１光学素子（２１ｅ）と、前記第１光学素子を透過したレーザ光を予め規定された比率で反射及び透過させる第２光学素子（２１ｆ）と、を備える。

また、本発明の一態様による光源装置は、前記半導体レーザと前記光学系との間におけるレーザ光の光路上に設けられ、前記半導体レーザから射出されるレーザ光をコリメートするコリメート光学系（２１ｂ）を備える。

或いは、本発明の一態様による光源装置は、前記光学系が、前記反射特性を有するグレーティング（ＧＲ）が形成された反射部材（２１ｈ）を備えており、前記半導体レーザと前記反射部材との間におけるレーザ光の光路上に設けられ、前記半導体レーザから射出されるレーザ光を前記反射部材に集光する集光光学系（２１ｇ）を備える。

本発明の一態様による光パルス試験器は、光ファイバ（ＦＵＴ）に光パルスを入射させて得られる戻り光に基づいて、前記光ファイバの特性を試験する光パルス試験器（１）において、前記光パルスを射出する上記の何れかに記載の光源装置と、前記戻り光を受光する受光装置（２６）とを有する双方向モジュール（１１）と、前記受光装置の受光結果に基づいて前記光ファイバの特性を求める処理を行う信号処理部（１４）と、を備える。

本発明によれば、容易に中心波長を所定範囲内に収めることができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による光パルス試験器の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における双方向モジュールの要部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による光源装置の要部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態において用いられるノッチフィルタの反射透過特性の一例を示す図である。の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態による光源装置の要部構成を示す図である。 本発明の第２実施形態において用いられるバンドパスフィルタ及びハーフミラーの反射透過特性の一例を示す図である。 本発明の第３実施形態による光源装置の要部構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による光源装置及び光パルス試験器について詳細に説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。

〔概要〕
本発明の実施形態は、光源装置の中心波長を容易に所定範囲内に収めることができるようにするものである。光パルス試験器（ＯＴＤＲ)で用いられる光源装置の中心波長は、ＪＩＳ規格（JIS C 6823）において、規定値（例えば、１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍ）の１５ｎｍ以内と定められている。光パルス試験器で一般的に用いられるファブリペロー型半導体レーザは、個体間で中心波長のばらつきがある。このため、光源装置の中心波長を上記のＪＩＳ規格で規定された範囲に収めるには、中心波長が既定値に近い個体を選別する必要があり、コストが上昇する。

また、ファブリペロー型半導体レーザは、その中心波長が温度変化によっても変化する。例えば、温度変化に伴って、約０．４ｎｍ／℃の波長シフトが発生する。このため、光源装置の中心波長を上記のＪＩＳ規格で規定された範囲に収めるには、例えば、光源装置にペルチェ素子等を搭載して光源装置の温度管理を厳密に行う必要がある。但し、ＯＴＤＲは、工事現場等の屋外で使用されることが多いため、バッテリ駆動が一般的である。温度変化が大きな環境では、ペルチェ素子の消費電力が大きくなり、バッテリの駆動時間が極端に短くなってしまう。

ここで、ＤＦＢ（Distributed Feed-Back）型半導体レーザは、個体間の中心波長のばらつきが小さく、温度変化に伴う波長シフトが約０．１ｎｍ／℃であり、ファブリペロー型半導体レーザに比べて非常に小さいという特徴がある。このため、ファブリペロー型半導体レーザに代えて、ＤＦＢ型半導体レーザを用いれば、光源装置の中心波長を容易に上記のＪＩＳ規格で規定された範囲に収めることができるとも考えられる。しかしながら、ＤＦＢ型半導体レーザは、光出力が小さいため高いダイナミックレンジを実現することができず、また、スペクトル半値幅が小さいためフェージングノイズ（位相雑音）が発生し、ＯＴＤＲ波形が悪化してしまう。

本発明の実施形態は、半導体レーザの第１端面から射出されるレーザの光路上に、半導体レーザの規定の中心波長を中心とする予め規定された波長幅の光に対する反射率が、半導体レーザの第１端面の反射率よりも高い反射特性を有する光学系を配置し、半導体レーザの第２端面と光学系とによって共振器を形成するようにしている。これにより、光源装置の中心波長を容易に所定範囲内に収めることができるようにしている。

〔第１実施形態〕
〈光パルス試験器〉
図１は、本発明の第１実施形態による光パルス試験器の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光パルス試験器１は、双方向モジュール１１、ＬＤ駆動部１２、サンプリング部１３、信号処理部１４、表示部１５、及びコネクタ１６を備える。このような光パルス試験器１は、光ファイバＦＵＴに光パルスを入射させて得られる戻り光に基づいて光ファイバＦＵＴの特性を試験又は測定する。尚、光パルス試験器１は、ＯＴＤＲとも呼ばれる。

双方向モジュール１１は、ＬＤ駆動部１２から出力される駆動信号ＤＳに基づいて、光ファイバＦＵＴに入射させる光パルス（レーザ光）を出力するとともに、光ファイバＦＵＴから得られる戻り光を受光して受光信号ＲＳを出力する。尚、双方向モジュール１１の詳細については後述する。

ＬＤ駆動部１２は、信号処理部１４の制御の下で、双方向モジュール１１を駆動する駆動信号ＤＳを出力する。つまり、ＬＤ駆動部１２は、光ファイバＦＵＴに入射させる光パルスを双方向モジュール１１から出力させるための駆動信号ＤＳを出力する。サンプリング部１３は、信号処理部１４の制御の下で、双方向モジュール１１から出力される受光信号ＲＳをサンプリングする。

信号処理部１４は、ＬＤ駆動部１２及びサンプリング部１３を制御するとともに、サンプリング部１３でサンプリングされた信号を用いて、光ファイバＦＵＴの特性を求めるために必要となる演算を行う。表示部１５は、例えば、液晶表示装置等の表示装置を備えており、信号処理部１４の演算結果等を表示する。コネクタ１６は、光ファイバＦＵＴの一端を光パルス試験器１に接続するためのものである。

〈双方向モジュール〉
図２は、本発明の第１実施形態における双方向モジュールの要部構成を示す図である。図２に示す通り、本実施形態における双方向モジュール１１は、光源装置２１，２２、合分波フィルタ２３、ビームスプリッタ２４、レンズ２５、及び受光装置２６を備える。このような双方向モジュール１１は、ＪＩＳ規格（JIS C 6823）において規定されている中心波長を有する光パルスを出力可能である。例えば、双方向モジュール１１は、１５５０ｎｍを中心とする±１５ｎｍ以内の中心波長を有する光パルス（以下、「第１光パルス」という場合がある）と、１３１０ｎｍを中心とする±１５ｎｍ以内の中心波長を有する光パルス（以下、「第２光パルス」という場合がある）とを出力可能である。

光源装置２１は、パルス光源２１ａ、コリメートレンズ２１ｂ（コリメート光学系）、及びノッチフィルタ２１ｃ（光学系、光学素子）を備えており、ＬＤ駆動部１２から出力される駆動信号ＤＳに基づいて、第１光パルスを出力する。光源装置２２は、パルス光源２２ａ、コリメートレンズ２２ｂ（コリメート光学系）、及びノッチフィルタ２２ｃ（光学系、光学素子）を備えており、ＬＤ駆動部１２から出力される駆動信号ＤＳに基づいて、第２光パルスを出力する。尚、光源装置２１，２２の詳細については後述する。

合分波フィルタ２３は、光源装置２１から出力される第１光パルスと、光源装置２２から出力される第２光パルスとを合波する。ここで、仮に、光源装置２１，２２が同時に駆動される場合には、第１光パルスと第２パルスとが合分波フィルタ２３によって合波される。光源装置２１，２２の何れか一方が駆動される場合には、第１光パルスと第２パルスとの何れか一方が、合分波フィルタ２３を介してビームスプリッタ２４に導かれる。

ビームスプリッタ２４は、入射する光を所定の分岐比（例えば、１対１）で分岐する。例えば、ビームスプリッタ２４は、合分波フィルタ２３から導かれた第１光パルス又は第２光パルスの５０％を透過させ、残りの５０％を反射させる。また、ビームスプリッタ２４は、光ファイバＦＵＴから得られた戻り光の５０％を反射させ、残りの５０％を反透過させる。レンズ２５は、ビームスプリッタ２４を透過した第１光パルス又は第２光パルスを結合用光ファイバＦＢの一端に結合させる。尚、結合用光ファイバＦＢは、一端が双方向モジュール１１に接続されてレンズ２５と光学的に結合しており、他端がコネクタ１６に接続されている。つまり、結合用光ファイバＦＢの他端には、光ファイバＦＵＴの一端が接続される。

受光装置２６は、レンズ２６ａ及び光検出器２６ｂを備えており、ビームスプリッタ２４で反射された戻り光を受光して受光信号ＲＳを出力する。レンズ２６ａは、ビームスプリッタ２４で反射された戻り光を光検出器２６ｂに集光する。光検出器２６ｂは、例えばアバランシェフォトダイオード（Avalanche Photo Diode：ＡＰＤ）等の受光素子を備えており、受光素子の受光面に入射した戻り光を光電変換して、受光面に入射した戻り光に応じた受光信号ＲＳを出力する。

〈光源装置〉
図３は、本発明の第１実施形態による光源装置の要部構成を示す図である。図３に示す通り、光源装置２１は、パルス光源２１ａから射出される光パルスの光路上に、コリメートレンズ２１ｂとノッチフィルタ２１ｃとが順に配置された構成である。尚、図３では、光源装置２１を図示しているが、光源装置２２も同様の構成である。つまり、図３に示された、光源装置２１、パルス光源２１ａ、コリメートレンズ２１ｂ、及びノッチフィルタ２１ｃをそれぞれ、光源装置２２、パルス光源２２ａ、コリメートレンズ２２ｂ、及びノッチフィルタ２２ｃと読み替えれば光源装置２２の構成になる。但し、光源装置２２の中心波長は１３１０ｎｍである。

図３に示す通り、パルス光源２１ａは、半導体レーザＬＤを備える。この半導体レーザＬＤは、例えば、互いに平行な第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２とを有するファブリペロー型半導体レーザである。半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１には、例えば、第１光パルスに対する反射率が５％程度以下のＡＲコート（Anti-Reflection coating：反射防止膜）が形成されている。半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２には、例えば、第１光パルスに対する反射率が９０％程度以下のＨＲコート（High Reflection coating：増反射膜）が形成されている。

半導体レーザＬＤは、図１に示すＬＤ駆動部１２から出力される駆動信号ＤＳが入力されると、第１端面Ｅ１から中心波長が概ね１５５０ｎｍである光パルスを射出する。ここで、ファブリペロー型半導体レーザは、個体間で中心波長のばらつきがあり、また、その中心波長は、温度変化によっても変化することから、「中心波長が概ね１５５０ｎｍである光パルスを射出する」としている。

コリメートレンズ２１ｂは、パルス光源２１ａとノッチフィルタ２１ｃとの間における光パルスの光路上に設けられ、パルス光源２１ａから出力される光パルスをコリメートして平行光にする。ノッチフィルタ２１ｃは、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２と共振器を形成する光学素子であり、光源装置２１の中心波長を所定範囲（１５５０ｎｍを中心とする±１５ｎｍの範囲）内に収めるために設けられる。

ノッチフィルタ２１ｃは、図４に示す反射特性を有する反射膜が形成された第１面ＰＬ１と、ＡＲコートが形成された第２面ＰＬ２と、を有する平行平板状のガラス部材である。ノッチフィルタ２１ｃは、例えば、ＢＫ７、Ｂ２７０等のガラス材料によって形成されている。このように、ガラス材料によって形成されたノッチフィルタ２１ｃを用いるのは、反射波長の温度依存性を小さくするためである。

図４は、本発明の第１実施形態において用いられるノッチフィルタの反射透過特性の一例を示す図である。尚、図４に示すグラフは、横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとってある。ここで、透過率をＴ［％］とすると、反射率Ｒは、Ｒ＝１００－Ｔ［％］なる関係式で表すことができる。図４に示すグラフは、縦軸が透過率であることから、直接的にはノッチフィルタ２１ｃの透過特性を示すものであるが、図４に示すグラフは、上記関係式から、間接的にノッチフィルタ２１ｃの反射特性を示すものでもある。

図４に示す通り、ノッチフィルタ２１ｃの透過率は、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（１５５０ｎｍ）において最も低下し、例えば７０％程度になる。換言すると、ノッチフィルタ２１ｃの反射率は、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（１５５０ｎｍ）において最も高くなり、例えば３０％程度になる。また、ノッチフィルタ２１ｃの透過率は、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（１５５０ｎｍ）から離れるにつれて徐々に高くなる。換言すると、ノッチフィルタ２１ｃの反射率は、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（１５５０ｎｍ）から離れるにつれて徐々に低くなる。

図４に示す例において、反射率が中心波長における反射率の半分になる部分の波長幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）（予め規定された波長幅）は、１０ｎｍ程度である。尚、この波長幅は、ＪＩＳ規格（JIS C 6823）において、中心波長の誤差として規定されている１５ｎｍであっても良い。ノッチフィルタ２１ｃは、少なくとも、この波長幅の光に対する反射率が、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１の反射率よりも高い反射特性を有する。尚、ノッチフィルタ２１ｃの第１面ＰＬ１に形成される反射膜の反射率は、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１の反射率よりも高ければ良いが、例えば、２０～７０％程度の反射率であることが望ましい。

図３に示す通り、本実施形態では、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２とによって第１共振器ＲＳ１が形成され、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２とノッチフィルタ２１ｃの第１面ＰＬ１に形成された反射膜とによって第２共振器ＲＳ２が形成されている。つまり、光源装置２１には、第１共振器ＲＳ１と第２共振器 ＲＳ２とからなる複合共振器が形成されている。

ここで、上述の通り、ノッチフィルタ２１ｃの反射率は、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１の反射率よりも高い。このため、半導体レーザＬＤの主発振モード（縦モード）は、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２とノッチフィルタ２１ｃの第１面ＰＬ１に形成された反射膜とによって形成される第２共振器ＲＳ２によって決定される。

ノッチフィルタ２１ｃは、前述の通り、ガラス材料で形成されているため、反射波長の温度依存性が半導体レーザＬＤに比べて小さい（例えば、１桁程度小さい）。このため、環境温度が変化した場合であっても、光源装置２１から出力されるパルス光の中心波長の変化を極めて小さくすることができる。これにより、光源装置２１から出力される光パルスの中心周波数を所定範囲（１５５０ｎｍを中心とする±１５ｎｍの範囲）内に収めることができる。

〈光パルス試験器の動作〉
光パルス試験器１の動作が開始されると、まず、図１に示す信号処理部１４によってＬＤ駆動部１２が制御され、ＬＤ駆動部１２から駆動信号ＤＳが出力される。ＬＤ駆動部１２から出力された駆動信号ＤＳは、例えば、双方向モジュール１１の光源装置２１（図２参照）に供給される。駆動信号ＤＳが光源装置２１に供給されると、パルス光源２１ａに設けられている半導体レーザＬＤ（図３に示す通り、共振器ＲＳ１が形成されている半導体レーザＬＤ）でレーザ発振が生じ、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１からは光パルス（レーザ光）が射出される。

半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出された光パルスは、コリメートレンズ２１ｂで平行光に変換された後にノッチフィルタ２１ｃに入射し、一部がノッチフィルタ２１ｃの第１面ＰＬ１に形成された反射膜で反射され、残りがノッチフィルタ２１ｃを透過する。ノッチフィルタ２１ｃで反射された平行光は、コリメートレンズ２１ｂで集光されて第１端面Ｅ１から半導体レーザＬＤに入射する。半導体レーザＬＤに入射した光パルスは、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２で反射された後に、一部が再び半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出される。

半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出された光パルスは、コリメートレンズ２１ｂで平行光に変換された後にノッチフィルタ２１ｃに入射し、一部がノッチフィルタ２１ｃの第１面ＰＬ１に形成された反射膜で反射され、残りがノッチフィルタ２１ｃを透過する。このように、光パルスは、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２とノッチフィルタ２１ｃの第１面ＰＬ１に形成された反射膜とによって形成される第２共振器ＲＳ２内を往復する。これにより、半導体レーザＬＤの主発振モード（縦モード）は、第２共振器ＲＳ２によって決定され、光源装置２１からは、第１光パルス（１５５０ｎｍを中心とする±１５ｎｍ以内の中心波長を有する光パルス）が出力される。

光源装置２１から出力された第１光パルスは、合分波フィルタ２３及びビームスプリッタ２４を順に介した後にコネクタ１６に接続された光ファイバＦＵＴに入射する。第１光パルスが、光ファイバＦＵＴを伝播する従って、光ファイバＦＵＴ内ではレイリー散乱光やフレネル反射光が生ずる。これらは戻り光として、光ファイバＦＵＴを逆方向（第１光パルスの伝播方向とは逆の方法）に伝播する。

光ファイバＦＵＴから出力された戻り光は、双方向モジュール１１に設けられた受光装置２６で受光され、受光装置２６からは受光信号ＲＳが出力される。この受光信号ＲＳは、図１に示すサンプリング部１３でサンプリングされる。サンプリング部１３でサンプリングされた信号は信号処理部１４に入力され、光ファイバＦＵＴの特性を求めるために必要となる演算に用いられる。信号処理部１４では、例えば、光源装置２１から第１光パルスが出力されてから、戻り光が受光装置２６で受光されるまでの時間に基づいて、例えば、光パルス試験器１から光ファイバＦＵＴの障害点までの距離を求める演算が行われる。このようにして得られた信号処理部１４の演算結果（例えば、光ファイバＦＵＴの伝送損失や障害点までの距離等）が、表示部１５に表示される。

以上の通り、本実施形態では、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出される光パルス（レーザ光）の光路上に、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（例えば、１５５０ｎｍ）を中心とする予め規定された波長幅（例えば、±１５ｎｍ）の光に対する反射率が、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１の反射率よりも高い反射特性を有するノッチフィルタ２１ｃを配置している。そして、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２とノッチフィルタ２１ｃとによって第２共振器ＲＳ２を形成するようにしている。これにより、半導体レーザＬＤの主発振モード（縦モード）が、第２共振器ＲＳ２によって決定されるため、光源装置２１の中心波長を容易に所定範囲内に収めることができる。

また、本実施形態では、第１共振器ＲＳ１が形成されている半導体レーザＬＤもレーザ発振するため、スペクトル幅が極端に狭くなることはなく、フェージングノイズの影響による波形ノイズの影響もない。また、半導体レーザＬＤとノッチフィルタ２１ｃとの距離（外部共振器長）が極端に長くなると、光パルスのパルス幅が狭い場合にはゲインが不足してレーザ発振しないこともある。これに対し、本実施形態では、コリメートレンズ２１ｂの直後にノッチフィルタ２１ｃを配置することができるため、光パルスのパルス幅が狭くとも十分にレーザ発振することができる。更に、本実施形態では、光源装置２１の中心波長を所定範囲内に収めるために、ペルチェ素子等の温調装置を使用しない。このため、光パルス試験器１を屋外で使用する場合でも、バッテリの駆動時間が短くなってしまうことはない。

〔第２実施形態〕
〈光パルス試験器、双方向モジュール〉
本実施形態の光パルス試験器の要部構成は、図１に示す光パルス試験器１の要部構成と同様の構成である。また、本実施形態の光パルス試験器が備える双方向モジュールの要部構成は、図２に示す双方向モジュール１１の光源装置２１，２２を、図５に示すものに代えた構成である。このため、本実施形態の光パルス試験器及び双方向モジュールの構成の説明は省略する。

〈光源装置〉
図５は、本発明の第２実施形態による光源装置の要部構成を示す図である。尚、図５では、図３に示す光源装置２１に代えて設けられる光源装置２１Ｂを図示しているが、図３に示す光源装置２２に代えて設けられる光源装置２２Ｂ（図示省略）も同様の構成である。但し、光源装置２２Ｂの中心波長は１３１０ｎｍである。

図５に示す通り、本実施形態の光源装置２１Ｂは、図３に示す光源装置２１とは、図３にノッチフィルタ２１ｃに代えてバンドパスフィルタ２１ｅ（光学系、第１光学素子）及びハーフミラー２１ｆ（光学系、第２光学素子）を備える点が異なる。つまり、本実施形態の光源装置２１Ｂは、パルス光源２１ａから射出される光パルスの光路上に、コリメートレンズ２１ｂ、バンドパスフィルタ２１ｅ、及びハーフミラー２１ｆが順に配置された構成である。

ここで、バンドパスフィルタ２１ｅは、図５に示す通り、パルス光源２１ａから射出される光パルスの光路に対して傾斜配置されている。これは、バンドパスフィルタ２１ｅで反射された光パルスが半導体レーザＬＤに入射しないようにするためである。言い替えると、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２とバンドパスフィルタ２１ｅとによって共振器が形成されないようにするためである。尚、パルス光源２１ａから射出される光パルスの光路に対するバンドパスフィルタ２１ｅの傾斜角度は、例えば５°である。本実施形態の光源装置２１Ｂでは、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２とによって第１共振器ＲＳ１が形成され、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２とハーフミラー２１ｆとによって第２共振器ＲＳ２が形成されている。

図６は、本発明の第２実施形態において用いられるバンドパスフィルタ及びハーフミラーの反射透過特性の一例を示す図である。尚、図６（ａ）は、バンドパスフィルタの反射透過特性の一例を示す図であり、図６（ｂ）は、ハーフミラーの反射透過特性の一例を示す図である。図６に示すグラフは、図４に示すグラフと同様に、横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとってある。

図６（ａ）に示す通り、バンドパスフィルタ２１ｅは、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（１５５０ｎｍ）を中心とし、所定の波長幅の光のみを透過させる透過特性を有する。例えば、バンドパスフィルタ２１ｅが光を透過させる波長幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）（予め規定された波長幅）は、１０～１５ｎｍ程度である。尚、バンドパスフィルタ２１ｅの中心波長（１５５０ｎｍ）における透過率は、高ければ高い方が望ましく、例えば、ほぼ１００％であることが好ましい。

図６（ｂ）に示す通り、ハーフミラー２１ｆは、波長１５５０～１６００ｎｍの範囲の光に対する反射率が、ほぼ一定である。尚、ハーフミラー２１ｆは、少なくとも第１光パルス（１５５０ｎｍを中心とする±１５ｎｍ以内の中心波長を有する光パルス）に対する反射率が、ほぼ一定であれば良い。ハーフミラー２１ｆの反射率は、例えば、３０～４０％が望ましい。

本実施形態の光源装置２１Ｂでは、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出された光パルスが、コリメートレンズ２１ｂで平行光に変換された後にバンドパスフィルタ２１ｅに入射する。バンドパスフィルタ２１ｅに入射した光のうち、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（１５５０ｎｍ）を中心とし、所定の波長幅の光のみがバンドパスフィルタ２１ｅを透過し、ハーフミラー２１ｆに入射する。

ハーフミラー２１ｆに入射した光のうち、一部（例えば、３０％の光）がハーフミラー２１ｆで反射され、残り（例えば、７０％の光）がハーフミラー２１ｆを透過する。ハーフミラー２１ｆで反射された平行光は、バンドパスフィルタ２１ｅを透過した後にコリメートレンズ２１ｂで集光されて第１端面Ｅ１から半導体レーザＬＤに入射する。半導体レーザＬＤに入射した光パルスは、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２で反射された後に、一部が再び半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出される。

半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出された光パルスは、コリメートレンズ２１ｂで平行光に変換された後にバンドパスフィルタ２１ｅを透過してハーフミラー２１ｆに入射する。ハーフミラー２１ｆに入射した光のうち、一部（例えば、３０％の光）がハーフミラー２１ｆで反射され、残り（例えば、７０％の光）がハーフミラー２１ｆを透過する。このように、光パルスは、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２とハーフミラー２１ｆとによって形成される第２共振器ＲＳ２内を往復する。これにより、半導体レーザＬＤの主発振モード（縦モード）は、第２共振器ＲＳ２によって決定され、光源装置２１Ｂからは、第１光パルス（１５５０ｎｍを中心とする±１５ｎｍ以内の中心波長を有する光パルス）が出力される。

以上の通り、本実施形態では、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出される光パルス（レーザ光）の光路上に、バンドパスフィルタ２１ｅとハーフミラー２１ｆとからなる光学系を配置している。この光学系は、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（例えば、１５５０ｎｍ）を中心とする予め規定された波長幅（例えば、±１５ｎｍ）の光に対する反射率が、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１の反射率よりも高い反射特性を有する。そして、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２と上記光学系をなすハーフミラー２１ｆとによって第２共振器ＲＳ２を形成するようにしている。

これにより、半導体レーザＬＤの主発振モード（縦モード）が、第２共振器ＲＳ２によって決定されるため、光源装置２１Ｂの中心波長を容易に所定範囲内に収めることができる。また、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、光パルスのパルス幅が狭くとも十分にレーザ発振することができ、バッテリの駆動時間が短くなってしまうこともない。

〔第３実施形態〕
〈光パルス試験器、双方向モジュール〉
本実施形態の光パルス試験器の要部構成は、図１に示す光パルス試験器１の要部構成と同様の構成である。また、本実施形態の光パルス試験器が備える双方向モジュールの要部構成は、図２に示す双方向モジュール１１の光源装置２１，２２を、図７に示すものに代えた構成である。このため、本実施形態の光パルス試験器及び双方向モジュールの構成の説明は省略する。

〈光源装置〉
図７は、本発明の第３実施形態による光源装置の要部構成を示す図である。尚、図７では、図３に示す光源装置２１に代えて設けられる光源装置２１Ｃを図示しているが、図３に示す光源装置２２に代えて設けられる光源装置２２Ｃ（図示省略）も同様の構成である。但し、光源装置２２Ｃの中心波長は１３１０ｎｍである。

図７に示す通り、本実施形態の光源装置２１Ｃは、図３に示す光源装置２１とは、図３に示すコリメートレンズ２１ｂ及びノッチフィルタ２１ｃに代えて、集光レンズ２１ｇ（集光光学系）、反射部材２１ｈ（光学系）、及びコリメートレンズ２１ｉを備える点が異なる。つまり、本実施形態の光源装置２１Ｃは、パルス光源２１ａから射出される光パルスの光路上に、集光レンズ２１ｇ、反射部材２１ｈ、及びコリメートレンズ２１ｉが順に配置された構成である。

集光レンズ２１ｇは、パルス光源２１ａと反射部材２１ｈとの間における光パルスの光路上に設けられ、パルス光源２１ａから出力される光パルスを反射部材２１ｈの一端部に集光する。反射部材２１ｈは、図３に示すノッチフィルタ２１ｃと同様の反射透過特性（図４に示す反射透過特性）を有する部材である。この反射部材２１ｈは、例えば、ファイバスタブに内蔵された光ファイバのコアにグレーティングＧＲが形成された部材である。コリメートレンズ２１ｉは、反射部材２１ｈの他端部から射出される光パルスをコリメートして平行光にする。本実施形態の光源装置２１Ｃでは、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２とによって第１共振器ＲＳ１が形成され、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２と反射部材２１ｈに形成されたグレーティングＧＲとによって第２共振器ＲＳ２が形成されている。

本実施形態の光源装置２１Ｃでは、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出された光パルスが、集光レンズ２１ｇによって反射部材２１ｈの一端部に集光される。集光された光パルスは、反射部材２１ｈに内蔵された光ファイバのコア内を伝播し、光ファイバのコアに形成されたグレーティングＧＲに入射する。グレーティングＧＲに入射した光のうち、一部がグレーティングＧＲによって反射され、残りがグレーティングＧＲを透過する。グレーティングＧＲを透過した光は、コリメートレンズ２１ｉによって平行光に変換されて出力される。

グレーティングＧＲで反射された光は、反射部材２１ｈに内蔵された光ファイバのコア内を反対方向に伝播した後に、集光レンズ２１ｇによって集光されて第１端面Ｅ１から半導体レーザＬＤに入射する。半導体レーザＬＤに入射した光パルスは、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２で反射された後に、一部が再び半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出される。

半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出された光パルスは、集光レンズ２１ｇによって集光された後に、反射部材２１ｈに内蔵された光ファイバのコア内を伝播し、光ファイバのコアに形成されたグレーティングＧＲに入射する。グレーティングＧＲに入射した光のうち、一部がグレーティングＧＲによって反射され、残りがグレーティングＧＲを透過する。グレーティングＧＲを透過した光は、コリメートレンズ２１ｉによって平行光に変換されて出力される。

このように、光パルスは、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２と反射部材２１ｈに形成されたグレーティングＧＲとによって形成される第２共振器ＲＳ２内を往復する。これにより、半導体レーザＬＤの主発振モード（縦モード）は、第２共振器ＲＳ２によって決定され、光源装置２１からは、第１光パルス（１５５０ｎｍを中心とする±１５ｎｍ以内の中心波長を有する光パルス）が出力される。

以上の通り、本実施形態では、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１から射出される光パルス（レーザ光）の光路上に、グレーティングＧＲが形成された反射部材２１ｈを配置している。このグレーティングＧＲは、半導体レーザＬＤの規定の中心波長（例えば、１５５０ｎｍ）を中心とする予め規定された波長幅（例えば、±１５ｎｍ）の光に対する反射率が、半導体レーザＬＤの第１端面Ｅ１の反射率よりも高い反射特性を有する。そして、半導体レーザＬＤの第２端面Ｅ２と反射部材２１ｈのグレーティングＧＲとによって第２共振器ＲＳ２を形成するようにしている。

これにより、半導体レーザＬＤの主発振モード（縦モード）が、第２共振器ＲＳ２によって決定されるため、光源装置２１Ｃの中心波長を容易に所定範囲内に収めることができる。また、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、光パルスのパルス幅が狭くとも十分にレーザ発振することができ、バッテリの駆動時間が短くなってしまうこともない。

以上、本発明の実施形態による光源装置及び光パルス試験器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した第１～第３実施形態では、波長１５５０ｎｍの光パルスを出力する光源装置と、波長１３１０ｎｍの光パルスを出力する光源装置とを備える光パルス試験器について説明した。しかしながら、光パルス試験器は、波長１５５０ｎｍの光パルスを出力する光源装置と、波長１３１０ｎｍの光パルスを出力する光源装置との何れか一方のみを備えるものであっても良い。

また、上述した第１～第３実施形態では、波長１５５０ｎｍの光パルスと、波長１３１０ｎｍの光パルスとを出力する光パルス試験器について説明したが、光パルス試験器から出力される光パルスの波長は、波長１５５０ｎｍ、波長１３１０ｎｍ以外の波長であっても良い。また、光パルス試験器は、２つの波長の光パルスを出力するものに制限される訳ではなく、１つの波長の光パルスを出力するものであっても良く、３つ以上の波長の光パルスを出力するものであっても良い。

また、上述した第１実施形態の光源装置では、図４に示す反射透過特性を有するノッチフィルタ２１ｃを備えていた。しかしながら、このノッチフィルタ２１ｃに代えて、同様の反射透過特性を有するＶＨＧ（Volume Holographic Grating：体積型ホログラフィックグレーティング）を備えていても良い。

１ 光パルス試験器
１１ 双方向モジュール
１４ 信号処理部
２１ 光源装置
２１Ｂ 光源装置
２１Ｃ 光源装置
２１ａ パルス光源
２１ｂ コリメートレンズ
２１ｃ ノッチフィルタ
２１ｄ ノッチフィルタ
２１ｅ バンドパスフィルタ
２１ｆ ハーフミラー
２１ｇ 集光レンズ
２１ｈ 反射部材
２２ 光源装置
２６ 受光装置
Ｅ１ 第１端面
Ｅ２ 第２端面
ＦＵＴ 光ファイバ
ＧＲ グレーティング
ＬＤ 半導体レーザ
ＰＬ１ 第１面
ＰＬ２ 第２面
ＲＳ１ 第１共振器
ＲＳ２ 第２共振器

Claims (6)

1. 第１共振器を形成する互いに平行な第１端面と第２端面とを有し、前記第１端面からレーザ光を射出する半導体レーザと、
   前記半導体レーザから射出されるレーザ光の光路上に配置され、前記半導体レーザの前記第２端面と第２共振器を形成し、前記半導体レーザの規定の中心波長を中心とする予め規定された波長幅の光に対する反射率が前記第１端面の反射率よりも高い反射特性を有する光学系と、
   を備える光源装置。
2. 前記光学系は、前記反射特性を有する反射膜が設けられた第１面と、前記半導体レーザから射出されるレーザ光に対する反射防止膜が設けられた第２面と、を有する光学素子を備える請求項１記載の光源装置。
3. 前記光学系は、前記反射特性を有し、レーザ光の光路に対して斜め配置された第１光学素子と、
   前記第１光学素子を透過したレーザ光を予め規定された比率で反射及び透過させる第２光学素子と、
   を備える請求項１又は請求項２記載の光源装置。
4. 前記半導体レーザと前記光学系との間におけるレーザ光の光路上に設けられ、前記半導体レーザから射出されるレーザ光をコリメートするコリメート光学系を備える、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光源装置。
5. 前記光学系は、前記反射特性を有するファイバグレーティングが形成された反射部材を備えており、
   前記半導体レーザと前記反射部材との間におけるレーザ光の光路上に設けられ、前記半導体レーザから射出されるレーザ光を前記反射部材に集光する集光光学系を備える、請求項１記載の光源装置。
6. 光ファイバに光パルスを入射させて得られる戻り光に基づいて、前記光ファイバの特性を試験する光パルス試験器において、
   前記光パルスを射出する請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光源装置と、前記戻り光を受光する受光装置とを有する双方向モジュールと、
   前記受光装置の受光結果に基づいて前記光ファイバの特性を求める処理を行う信号処理部と、
   を備える光パルス試験器。

Images