JP3145996B2 - 光ファイバ光源 - Google Patents
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- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ光源に関
する。
する。
【0002】
【従来の技術】広帯域(wide band)光源はジャイロセ
ンサ、光部品試験用光源及び低価のアクセスネットワー
ク(access network)用のチャープスペクトル(chirped s
pectrum)を有する光源にまで広く応用できるために、持
続的な研究対象になってきている。特に、エルビウム添
加光ファイバ(erbium−doped fiber;EDF)から出
る自然放出光(Amplified Spontaneous Emission;AS
E)を利用した光源は、広いスペクトル領域、高出力及
び低接合損失特性を有するために広帯域光源の有力候補
と目されている。このようなEDF広帯域光源に対する
研究は、大部分の光通信素子及びEDF増幅器が動作す
る波長領域である1520nmから1560nmの間で
行われている。
ンサ、光部品試験用光源及び低価のアクセスネットワー
ク(access network)用のチャープスペクトル(chirped s
pectrum)を有する光源にまで広く応用できるために、持
続的な研究対象になってきている。特に、エルビウム添
加光ファイバ(erbium−doped fiber;EDF)から出
る自然放出光(Amplified Spontaneous Emission;AS
E)を利用した光源は、広いスペクトル領域、高出力及
び低接合損失特性を有するために広帯域光源の有力候補
と目されている。このようなEDF広帯域光源に対する
研究は、大部分の光通信素子及びEDF増幅器が動作す
る波長領域である1520nmから1560nmの間で
行われている。
【0003】しかし最近、光通信の拡張が進められてい
ることから長波長帯域光増幅器の開発が促され、これに
伴って、高効率励起及び長波長帯域動作可能な高出力、
広帯域光源に対する開発も必要になっている。
ることから長波長帯域光増幅器の開発が促され、これに
伴って、高効率励起及び長波長帯域動作可能な高出力、
広帯域光源に対する開発も必要になっている。
【0004】図1は、従来のEDF光源の概略構成図で
ある。図1を参照すると、前方向励起手段により励起さ
れる励起EDF領域(EDFI,EDFII)を経て、発
振した光が出力光20として出る。前方向励起手段は9
80nmのレーザダイオード10であり、980/15
50nmの波長分割多重(Wavelength Division Multip
lexed;WDM)結合器30により、カップリングされ
る。また、光の進行方向を一方向に誘導するため、出力
端に光アイソレータ(optical isolator)40が使用され
ている。
ある。図1を参照すると、前方向励起手段により励起さ
れる励起EDF領域(EDFI,EDFII)を経て、発
振した光が出力光20として出る。前方向励起手段は9
80nmのレーザダイオード10であり、980/15
50nmの波長分割多重(Wavelength Division Multip
lexed;WDM)結合器30により、カップリングされ
る。また、光の進行方向を一方向に誘導するため、出力
端に光アイソレータ(optical isolator)40が使用され
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のE
DF光源には、出力光20の強さが弱いという点に加
え、動作波長帯域が狭いという問題点がある。
DF光源には、出力光20の強さが弱いという点に加
え、動作波長帯域が狭いという問題点がある。
【0006】図2は、第2の希土類添加光ファイバED
FIIを多様な長さとしたときの当該EDF光源のASE
出力スペクトルを示したグラフである。図2を参照する
と、前方向励起型の従来技術では、出力ASEの強さ及
び放射帯域幅が第2の希土類添加光ファイバEDFIIの
長さに応じて急激に減少することが分かる。
FIIを多様な長さとしたときの当該EDF光源のASE
出力スペクトルを示したグラフである。図2を参照する
と、前方向励起型の従来技術では、出力ASEの強さ及
び放射帯域幅が第2の希土類添加光ファイバEDFIIの
長さに応じて急激に減少することが分かる。
【0007】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解決するためのものであり、高出力及び高励起効率の光
ファイバ光源を提供することにある。
解決するためのものであり、高出力及び高励起効率の光
ファイバ光源を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、自発放出光
ASEを2次励起源として利用する高出力・広帯域光フ
ァイバ光源を提供する。すなわち、励起領域の第1光フ
ァイバ部分と、該第1光ファイバ部分に連結された非励
起領域の第2光ファイバ部分と、前記第1光ファイバ部
分から出る自然放出光ASEを前記第2光ファイバ部分
における励起源として利用するためのASE活用手段
と、を含むことを特徴とした光ファイバ光源を提供す
る。
ASEを2次励起源として利用する高出力・広帯域光フ
ァイバ光源を提供する。すなわち、励起領域の第1光フ
ァイバ部分と、該第1光ファイバ部分に連結された非励
起領域の第2光ファイバ部分と、前記第1光ファイバ部
分から出る自然放出光ASEを前記第2光ファイバ部分
における励起源として利用するためのASE活用手段
と、を含むことを特徴とした光ファイバ光源を提供す
る。
【0009】このような構成を有する本発明の光ファイ
バ光源は、ASEを2次的な励起源として利用すること
により、1540nmから1620nm間の波長帯域で
動作する高出力・広帯域光ファイバ光源となる。本発明
の光ファイバ光源は、励起部分から出る役に立たない後
方向ASEを非励起部分の励起源として再活用し、前記
励起部分(第1光ファイバ部分)における増幅のための
光子種に変換することにより、広帯域光ファイバ光源の
高出力動作を可能とする。
バ光源は、ASEを2次的な励起源として利用すること
により、1540nmから1620nm間の波長帯域で
動作する高出力・広帯域光ファイバ光源となる。本発明
の光ファイバ光源は、励起部分から出る役に立たない後
方向ASEを非励起部分の励起源として再活用し、前記
励起部分(第1光ファイバ部分)における増幅のための
光子種に変換することにより、広帯域光ファイバ光源の
高出力動作を可能とする。
【0010】以上のような本発明の特徴及び長所など
は、次に説明する実施形態から明確になるであろう。
は、次に説明する実施形態から明確になるであろう。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の実施形態につき詳細に説明する。
の実施形態につき詳細に説明する。
【0012】図3は、本発明の広帯域EDF光源の構成
例を示した概略構成図である。この広帯域光源は、励起
光源10’から出力される励起光により励起される第1
光ファイバ部分である第1の希土類添加光ファイバ(E
DFI)と、励起光源10’から出力される励起光によ
っては励起されない第2光ファイバ部分である第2の希
土類添加光ファイバ(EDFII)と、第1の希土類添加
光ファイバ(EDFI)と励起光源10’との間に連結
され、励起光源10’から入力された励起光を第1の希
土類添加光ファイバ(EDFI)へ送り込む光結合器(O
ptical coupler)30と、を含んでいる。励起光源1
0’としては、レーザダイオード(laser diode)を使用
可能である。
例を示した概略構成図である。この広帯域光源は、励起
光源10’から出力される励起光により励起される第1
光ファイバ部分である第1の希土類添加光ファイバ(E
DFI)と、励起光源10’から出力される励起光によ
っては励起されない第2光ファイバ部分である第2の希
土類添加光ファイバ(EDFII)と、第1の希土類添加
光ファイバ(EDFI)と励起光源10’との間に連結
され、励起光源10’から入力された励起光を第1の希
土類添加光ファイバ(EDFI)へ送り込む光結合器(O
ptical coupler)30と、を含んでいる。励起光源1
0’としては、レーザダイオード(laser diode)を使用
可能である。
【0013】本例の広帯域EDF光源はさらに、第1の
希土類添加光ファイバ(EDFI)から出るASEを第
2の希土類添加光ファイバ(EDFII)に対する2次励
起源に利用するための構成を有している。すなわち、第
2の希土類添加光ファイバ(EDFII)の一端を、第1
の希土類添加光ファイバ(EDFI)が光結合器30に
連結される部分、つまり第1の希土類添加光ファイバ
(EDFI)の入力端に連結することにより、ASE活
用手段が構成されている。
希土類添加光ファイバ(EDFI)から出るASEを第
2の希土類添加光ファイバ(EDFII)に対する2次励
起源に利用するための構成を有している。すなわち、第
2の希土類添加光ファイバ(EDFII)の一端を、第1
の希土類添加光ファイバ(EDFI)が光結合器30に
連結される部分、つまり第1の希土類添加光ファイバ
(EDFI)の入力端に連結することにより、ASE活
用手段が構成されている。
【0014】またさらに本例では、有害な発振効果を防
止するため第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)の
他端に、角度付き劈開面処理(angled cleaving)50が
施されており、また、第1の希土類添加光ファイバ(E
DFI)の出力端には光アイソレータ40が設置され
る。この他にも、第2の希土類添加光ファイバ(EDF
II)の他端には、劈開面処理50の代わりに光アイソレ
ータを設けるようにすることもできる。
止するため第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)の
他端に、角度付き劈開面処理(angled cleaving)50が
施されており、また、第1の希土類添加光ファイバ(E
DFI)の出力端には光アイソレータ40が設置され
る。この他にも、第2の希土類添加光ファイバ(EDF
II)の他端には、劈開面処理50の代わりに光アイソレ
ータを設けるようにすることもできる。
【0015】本例(図3)と従来技術(図1)とを比較
してみると、それぞれ使用されたEDFの総延長は同一
であるが、励起光の注入位置に関連して、第2光ファイ
バ部分である第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)
の配置が異なっている。すなわち、両者において最も明
白な差異は、本発明の第2の希土類添加光ファイバ(E
DFII)は励起光源のレーザダイオード10’より上流
側に位置するため、励起光が通過しない点である。
してみると、それぞれ使用されたEDFの総延長は同一
であるが、励起光の注入位置に関連して、第2光ファイ
バ部分である第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)
の配置が異なっている。すなわち、両者において最も明
白な差異は、本発明の第2の希土類添加光ファイバ(E
DFII)は励起光源のレーザダイオード10’より上流
側に位置するため、励起光が通過しない点である。
【0016】本例による広帯域光源のスペクトルを測定
するために、本発明の特徴部であるASE活用手段以外
の部分である第1の希土類添加光ファイバ(EDFI)
及び第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)を従来同
様の構成とし、スペクトル測定実験を行った。実験に使
用したEDFは1530nm波長で最大吸収係数が4.
5dB/mのものであり、アルミニウム−コ−ドープ(A
l-codoped)のエルビウム添加シリカ光ファイバである。
するために、本発明の特徴部であるASE活用手段以外
の部分である第1の希土類添加光ファイバ(EDFI)
及び第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)を従来同
様の構成とし、スペクトル測定実験を行った。実験に使
用したEDFは1530nm波長で最大吸収係数が4.
5dB/mのものであり、アルミニウム−コ−ドープ(A
l-codoped)のエルビウム添加シリカ光ファイバである。
【0017】第1の希土類添加光ファイバ(EDFI)
の長さは135mに固定し、励起光源として使用した9
80nmレーザダイオードの励起強さは60mWに設定
した。一方、励起されない光ファイバ部分の長さに対す
る光出力強さの依存性を観察するために、EDFIIの長
さを0,5,35,75,110,200mと変化させ
た。本例では後方向励起構造を採択する広帯域光源につ
いて考慮していないが、このような構造では従来同様に
主に短波長帯域で自然放出が発生するためである。
の長さは135mに固定し、励起光源として使用した9
80nmレーザダイオードの励起強さは60mWに設定
した。一方、励起されない光ファイバ部分の長さに対す
る光出力強さの依存性を観察するために、EDFIIの長
さを0,5,35,75,110,200mと変化させ
た。本例では後方向励起構造を採択する広帯域光源につ
いて考慮していないが、このような構造では従来同様に
主に短波長帯域で自然放出が発生するためである。
【0018】図4は、多様な長さのEDFIIにつきそれ
ぞれ測定した広帯域EDF光源のASE出力スペクトル
を示したグラフである。図4を参照すると、本発明の広
帯域光源は、第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)
の長さが増すと出力ASEの強さも増加し、そのうえ放
射帯域幅も広くなることが分かる。
ぞれ測定した広帯域EDF光源のASE出力スペクトル
を示したグラフである。図4を参照すると、本発明の広
帯域光源は、第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)
の長さが増すと出力ASEの強さも増加し、そのうえ放
射帯域幅も広くなることが分かる。
【0019】出力強さの向上は、励起光と反対に逆進す
る通常は役に立たないASEを、励起されないEDF領
域である第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)に対
する1550nm励起源として再活用し、次の増幅段
(EDFI)の種になる光子を1600nm帯域で生成
させたことに基づく。実験によると、非励起領域の光フ
ァイバ部分である第2の希土類添加光ファイバ(EDF
II)の長さが200mであるとき、広帯域光源の全体出
力強さは6.7mWであって、従来の広帯域光源と比較
するとき10dB以上増加した。
る通常は役に立たないASEを、励起されないEDF領
域である第2の希土類添加光ファイバ(EDFII)に対
する1550nm励起源として再活用し、次の増幅段
(EDFI)の種になる光子を1600nm帯域で生成
させたことに基づく。実験によると、非励起領域の光フ
ァイバ部分である第2の希土類添加光ファイバ(EDF
II)の長さが200mであるとき、広帯域光源の全体出
力強さは6.7mWであって、従来の広帯域光源と比較
するとき10dB以上増加した。
【0020】さらに、励起されない第2の希土類添加光
ファイバ(EDFII)の長さ最適値を把握するために2
35m及び270mに変化させて同様の観察を行った
が、出力強さの顕著な変化は観察されなかった。したが
って、本例の場合には、非励起の第2の希土類添加光フ
ァイバ(EDFII)の長さを200m程度に設定すれば
効果的であるといえる。一方の第1の希土類添加光ファ
イバの最適長は、励起光の波長、励起強さなどの装置設
計上のパラメータに依存する値であり、一律なものでは
ない。
ファイバ(EDFII)の長さ最適値を把握するために2
35m及び270mに変化させて同様の観察を行った
が、出力強さの顕著な変化は観察されなかった。したが
って、本例の場合には、非励起の第2の希土類添加光フ
ァイバ(EDFII)の長さを200m程度に設定すれば
効果的であるといえる。一方の第1の希土類添加光ファ
イバの最適長は、励起光の波長、励起強さなどの装置設
計上のパラメータに依存する値であり、一律なものでは
ない。
【0021】図5は、出力強さを大きく向上させるのに
充分な後方向ASEが存在することを確認するための装
置構成図であり、図6は第1の希土類添加光ファイバか
ら出る後方向ASEスペクトルを図5のA地点で測定し
たグラフ、図7は図5のB地点で測定された前方向AS
Eスペクトルを示したグラフである。
充分な後方向ASEが存在することを確認するための装
置構成図であり、図6は第1の希土類添加光ファイバか
ら出る後方向ASEスペクトルを図5のA地点で測定し
たグラフ、図7は図5のB地点で測定された前方向AS
Eスペクトルを示したグラフである。
【0022】図5に示すように、サーキュレータ(circu
lator)60を使用した装置を通して本例の広帯域光源の
後方向ASEスペクトルを測定した。すなわち、本確認
装置は第1の希土類添加光ファイバ(EDFI)から第
2の希土類添加光ファイバ(EDFII)へ向かう後方向
ASEによる励起効果を立証するためのものである。
lator)60を使用した装置を通して本例の広帯域光源の
後方向ASEスペクトルを測定した。すなわち、本確認
装置は第1の希土類添加光ファイバ(EDFI)から第
2の希土類添加光ファイバ(EDFII)へ向かう後方向
ASEによる励起効果を立証するためのものである。
【0023】図6を参照すると、−30dBm以上の光
出力強さを有する帯域幅は1520nmから1580n
mに至るほぼ60nmの波長帯であることが分かる。サ
ーキュレータにおける1dB挿入損失を正規化した後の
後方向ASE全体出力強さは19.9mWであったが、
これは980nmの全励起強さのほぼ33.2%の水準
に至るものであった。この測定は0.2nm分解能帯域
幅で行われた。
出力強さを有する帯域幅は1520nmから1580n
mに至るほぼ60nmの波長帯であることが分かる。サ
ーキュレータにおける1dB挿入損失を正規化した後の
後方向ASE全体出力強さは19.9mWであったが、
これは980nmの全励起強さのほぼ33.2%の水準
に至るものであった。この測定は0.2nm分解能帯域
幅で行われた。
【0024】図7を参照すると、前方向励起されるED
F部分で、増幅のための光子種機能を発揮するのに充分
な光子が1525nmから1630nmの間の波長帯域
で生成されたことが分かる。このような測定結果から、
励起レーザダイオードよりも上流側に非励起の第2の希
土類添加光ファイバ(EDFII)を位置させると、次の
増幅段となる第1の希土類添加光ファイバ(EDFI)
のための光子種生成器(photon seeds generator)の役割
をもたせられることを確認できる。
F部分で、増幅のための光子種機能を発揮するのに充分
な光子が1525nmから1630nmの間の波長帯域
で生成されたことが分かる。このような測定結果から、
励起レーザダイオードよりも上流側に非励起の第2の希
土類添加光ファイバ(EDFII)を位置させると、次の
増幅段となる第1の希土類添加光ファイバ(EDFI)
のための光子種生成器(photon seeds generator)の役割
をもたせられることを確認できる。
【0025】
【発明の効果】本発明によると、1540nmから16
20nmの間の波長帯域で動作する高出力、広帯域光源
を実現することができる。すなわち、非励起の光ファイ
バ部分において、従来は役に立たなかった後方向ASE
を前方向増幅段のための光子種に変換することにより、
広帯域光ファイバ光源の高出力動作を可能としている。
実験の結果、全放射帯域で10dB以上の出力ASE強
さの増加が観察されたので、同様な方式で別の励起波長
に対しても広帯域光ファイバ光源の効率向上が期待され
る。また、短波長帯域の後方向ASEを2次励起源とし
て再活用すると、1.58μm帯域EDFAの励起効率
向上にも応用することができる。
20nmの間の波長帯域で動作する高出力、広帯域光源
を実現することができる。すなわち、非励起の光ファイ
バ部分において、従来は役に立たなかった後方向ASE
を前方向増幅段のための光子種に変換することにより、
広帯域光ファイバ光源の高出力動作を可能としている。
実験の結果、全放射帯域で10dB以上の出力ASE強
さの増加が観察されたので、同様な方式で別の励起波長
に対しても広帯域光ファイバ光源の効率向上が期待され
る。また、短波長帯域の後方向ASEを2次励起源とし
て再活用すると、1.58μm帯域EDFAの励起効率
向上にも応用することができる。
【図1】従来のEDF光源の概略構成図。
【図2】図1のEDF光源においてEDFIIの長さを変
えて測定したASE出力スペクトルを示したグラフ。
えて測定したASE出力スペクトルを示したグラフ。
【図3】本発明の広帯域EDF光源の一例を示した概略
構成図。
構成図。
【図4】図3の広帯域EDF光源においてEDFIIの長
さを変えて測定したASE出力スペクトルを示したグラ
フ。
さを変えて測定したASE出力スペクトルを示したグラ
フ。
【図5】出力強さ向上に充分な後方向ASEが存在する
ことを確認するための装置の構成図。
ことを確認するための装置の構成図。
【図6】第1の希土類添加光ファイバから出る後方向A
SEスペクトルを図5のA地点で測定したグラフ。
SEスペクトルを図5のA地点で測定したグラフ。
【図7】図5のB地点で測定した前方向ASEスペクト
ルを示したグラフ。
ルを示したグラフ。
EDFI 第1の希土類添加光ファイバ(励起領域の光
ファイバ部分) EDFII 第2の希土類添加光ファイバ(非励起領域の
光ファイバ部分) 10’ 励起光源 20 出力光 30 光結合器 40 光アイソレータ 50 角度付き劈開面
ファイバ部分) EDFII 第2の希土類添加光ファイバ(非励起領域の
光ファイバ部分) 10’ 励起光源 20 出力光 30 光結合器 40 光アイソレータ 50 角度付き劈開面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−77755(JP,A) 特開2000−12937(JP,A) 特開 平9−237930(JP,A) 特開 平8−313268(JP,A) 特開 平7−177127(JP,A) 特開 平11−331094(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/06 - 3/07 H01S 3/10,3/23
Claims (5)
- 【請求項1】 励起光を出力する励起光源と、前記励起
光により光励起される第1光ファイバ部分と、前記励起
光源と前記第1光ファイバ部分との間に連結され、前記
励起光を前記第1光ファイバ部分に伝達する光結合器
と、前記光結合器に連結された前記第1光ファイバ部分
の入力端に連結され、前記第1光ファイバ部分から出る
自然放出光を励起源として利用する第2光ファイバ部分
と、該第2光ファイバ部分における前記第1光ファイバ
部分との連結部とは反対側に、有害な発振効果を防止す
るために角度付き劈開面処理(angled cleaving)を施し
てなる防止手段と、を備えたことを特徴とする光ファイ
バ光源。 - 【請求項2】 第1光ファイバ部分及び第2光ファイバ
部分が希土類添加光ファイバから構成される請求項1に
記載の光ファイバ光源。 - 【請求項3】 希土類がエルビウムである請求項2に記
載の光ファイバ光源。 - 【請求項4】 励起光源はレーザダイオードである請求
項1〜3のいずれか1項に記載の光ファイバ光源。 - 【請求項5】 第1光ファイバ部分の出力端に光アイソ
レータをさらに備える請求項1〜4のいずれか1項に記
載の光ファイバ光源。
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