JP3866549B2 - Ａｓｅ光源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＳＥ光源に関し、より詳細には、光部品の特性評価または光計測用の光源、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送用の光源として使用される広帯域なＡＳＥ光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットに代表される爆発的な通信需要の増加により、幹線系の光伝送システムにおいて、伝送容量の増加の必要性が高まっている。現在、幹線系の光伝送システムは、Ｅｒ添加ファイバ増幅器の増幅波長範囲である約１５３０〜１５６０ｎｍ（Ｃバンド）と、約１５７０〜１６００ｎｍ（Ｌバンド）とを使用している。さらに、伝送容量の増加のために、これらバンドとは異なる波長帯域を使うことが提案され、１４７０ｎｍ付近の新規の波長帯域（Ｓバンド：約１４５０〜１５３０ｎｍ）を使用するシステムが研究開発されている（T. Sakamoto et al.,OFC2000,PD4 参照）。
【０００３】
光伝送システムには、フィルタやカプラ等の多くの光受動部品が使用されている。これら光受動部品の製造過程においては、挿入損失やクロストーク等の検査を行っている。これら検査には、作業の簡略化または効率化のために、ある程度広い波長範囲で使用できる光源を用いている。例えば、上述したＣバンドやＬバンドで使用される光受動部品には、Ｅｒ添加光ファイバを使用したＡＳＥ光源が使用されている。
【０００４】
ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission；増幅自然放出）光源は、希土類を添加した光ファイバからの広帯域な自然放出光を出力とする光源である。Ｅｒ添加光ファイバを使用したＡＳＥ光源は、ＣバンドとＬバンドにおいて高出力が得られ、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating；アレイ導波路格子）のような狭帯域フィルタのクロストークを測定する際に必要な−２０ｄＢ／ｎｍ程度のパワー密度が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１に、従来のＡＳＥ光源のスペクトルを示す。現在、実用化されているＡＳＥ光源は、１４４０〜１４９０ｎｍ、および１５２５〜１６０５ｎｍの２つの波長帯において、パワー密度−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上を有している。しかしながら、１４９０〜１５２５ｎｍ波長帯ではパワー密度が低くなり、光計測に利用できないのが現状である。今後、ＷＤＭ伝送技術の進展にともない、１４９０〜１５２５ｎｍの波長帯も利用されることが予想され、システム構築に必要となる光部品の開発が必要となり、その特性を評価するための光源が求められる。
【０００６】
また、このような光源は、ＡＳＥ光源に限らず、波長可変レーザでもよいが、経済性の優れたレーザを構成することができない。一方、ファイバレーザは、経済性に優れ、製造が容易なため、光部品産業に大きな利便をもたらすことができる。さらに、上述した広い波長範囲で、十分に高い利得および低い雑音指数を有する希土類添加型の光増幅器は、実用化がなされておらず、これを実現することができれば、ＷＤＭ伝送技術の大きな進展につながる。
【０００７】
１４７０ｎｍ付近の新規の波長帯域において、Ｔｍ添加光ファイバを使用したＡＳＥ光源が知られている。しかしながら、出力パワー密度は小さく、波長範囲も狭く、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとにおいて計測に必要な−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度を有していない。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、１４９０〜１５２５ｎｍ波長帯においても高出力が得られるＡＳＥ光源、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとを連続してカバーできるＡＳＥ光源を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの ４ Ｉ １１／２ 準位または ４ Ｉ １３／２ 準位を励起する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、Ｔｍ添加光ファイバ、および波長１３６０〜１４４５ｎｍの励起光を、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、第１Ｅｒ添加光ファイバ、および波長９８０ｎｍの励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、Ｔｍ添加光ファイバとＥｒ添加光ファイバとを発光増幅媒体とすることにより、１４９０〜１５２５ｎｍ波長帯においても高出力を得ることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記第１励起光源は、各々強度の異なる励起光を、前記Ｔｍ添加光ファイバの両端から入力することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記Ｔｍ添加光ファイバは、フッ化物ガラスの母体として、Ｔｍを添加した光ファイバであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の前記Ｔｍ添加光ファイバは、濃度条長積が３０，０００ｐｐｍ・ｍ以上１００，０００ｐｐｍ・ｍ以下であり、Ｔｍ濃度が１０００ｐｐｍ以上８０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の前記第１Ｅｒ添加光ファイバは、石英系ガラス、フッ化物ガラスまたはテルライトガラスを母体として、Ｅｒを添加した光ファイバであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかにおいて、第２Ｅｒ添加光ファイバ、および波長１４８０ｎｍの励起光を、前記第２Ｅｒ添加光ファイバに入力する第３励起光源を含み、前記第２Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第３発光手段と、前記第２発光手段の出力と前記第３発光手段の出力とを合波して出力する第１合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、Ｔｍ添加光ファイバとＥｒ添加光ファイバとを発光増幅媒体とすることにより、ＳバンドとＣバンドとＬバンドを連続してカバーすることができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の前記第２Ｅｒ添加光ファイバは、石英系ガラス、フッ化物ガラスまたはテルライトガラスを母体としてＥｒを添加した光ファイバであることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項７または８において、第３Ｅｒ添加光ファイバ、および波長１５６０〜１６００ｎｍの励起光を、前記第３Ｅｒ添加光ファイバに入力する第４励起光源を含み、前記第３Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第４発光手段と、前記第３発光手段の出力と前記第４発光手段の出力とを合波して前記第１合波手段に出力する第２合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の前記第３Ｅｒ添加光ファイバは、フッ化物ガラスを母体としてＥｒを添加した光ファイバであることを特徴とする。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの４Ｉ１５／２−４Ｉ１３／２準位に相当する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段と、第２Ｅｒ添加光ファイバ、および前記第２発光手段の出力を分波して、前記第２Ｅｒ添加光ファイバに入力する分波器を含み、前記第２Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第３発光手段と、前記第２発光手段の出力と前記第３発光手段の出力とを合波して出力する第１合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの ４ Ｉ １１／２ 準位または ４ Ｉ １３／２ 準位を励起する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段の一方の出力から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段と、前記第１発光手段の他方の出力と前記第２発光手段の出力とを合波する合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３５】
図２に、励起光源のエネルギー準位構造を示す。本実施形態においてＴｍ添加光ファイバを励起する励起光源は、出力励起光の波長がＴｍイオンの３Ｆ４−３Ｈ４準位間のエネルギーに相当する励起光と、３Ｈ６−３Ｆ４準位間のエネルギーに相当する励起とを用いるか、または、１３６０〜１４４５ｎｍ波長帯の励起光を用いる。
【００３６】
本実施形態におけるＡＳＥ光源においては、Ｔｍ添加光ファイバから発生するＡＳＥ光を、４Ｉ１１／２準位または４Ｉ１３／２準位が励起されたＥｒ添加光ファイバに入射させる。Ｔｍ添加光ファイバから出射するＡＳＥ光を増幅し、増幅されたＡＳＥ光とＥｒ添加光ファイバから発生するＡＳＥ光とを重ね合せて利用する。複数のＡＳＥ光を、光合波器等により重ね合せるだけではなく、Ｔｍ添加光ファイバから出射するＡＳＥ光のうち、特に１５００ｎｍ〜１５２５ｎｍ波長帯のＡＳＥ光成分を、Ｅｒ添加光ファイバにより増幅する。ＡＳＥ光源においては、Ｔｍ添加光ファイバとＥｒ添加光ファイバとを直列に配置し、増幅媒体とすることもできる。
【００３７】
また、ＬバンドにおけるＡＳＥ光スペクトルを滑らかにするためには、異なるホストのＥｒ添加光ファイバ、具体的には、石英光ファイバ、テルライト光ファイバから発生するＡＳＥ光を重ね合せる。さらに、Ｔｍ添加光ファイバを同一波長でかつ異なる強度で双方向励起することにより、１４５０〜１５２５ｎｍ波長帯において、ＡＳＥ光の波長依存性を小さくすることができる。
【００３８】
さらにまた、Ｔｍ添加光ファイバから得られる波長１４４５〜１５２５ｎｍのＡＳＥ光の光強度に対する波長依存性を少なくするために、Ｔｍ濃度とファイバ長との積（以下、濃度条長積という）は、３０，０００から１００，０００ｐｐｍ・ｍとすることが実用上好ましい。
【００３９】
［第１の実施形態］
図３に、本発明の第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。反射ミラー６と、Ｔｍ添加光ファイバ１と、合波器２−１と、光アイソレータ４−１と、合波器２−２と、Ｅｒ添加光ファイバ５と、光アイソレータ４−２とが、順に直列に接続されている。合波器２−１には、励起光源３−１が接続され、励起光がＴｍ添加光ファイバ１に入力される。合波器２−２には、励起光源３−２が接続され、励起光がＥｒ添加光ファイバ５に入力される。なお、合波器２−１，２−２は、光サーキュレータでもよい。
【００４０】
このような構成により、Ｔｍ添加光ファイバ１から発生するＳバンドのＡＳＥ光を、Ｅｒ添加光ファイバ５に入射する。入射されたＡＳＥ光を増幅し、増幅されたＡＳＥ光とＥｒ添加光ファイバ５から発生するＡＳＥ光とを重ねることにより、全光出力のＡＳＥ光スペクトルは、ＳバンドとＣバンドとを連続してカバーすることができる。
【００４１】
Ｔｍ添加光ファイバ１は、Ｚｒ系フッ化物光ファイバであり、コアへのＴｍの添加濃度は６０００ｐｐｍ、ファイバ長は１３ｍとした。ＳバンドのＡＳＥ光スペクトルに広帯域性を持たせるために、濃度条長積は、３０，０００〜１００，０００ｐｐｍ・ｍが実用上好ましい。しかし、濃度条長積を上述の範囲に収めるためにＴｍ濃度を上げ過ぎると、濃度消光が起こるため、Ｔｍの発光効率が落ちる。従って、Ｔｍ濃度は、１０，０００ｐｐｍ以下にすることが望ましい。また、Ｔｍ濃度を下げるとファイバ長をより長くする必要があり、製造コストの観点から不利である。このような観点から、Ｔｍ濃度は、１０００ｐｐｍ〜８０００ｐｐｍが実用上好ましい。
【００４２】
励起光源３−１は、波長１４００ｎｍの半導体レーザである。励起波長としては、１３６０〜１４４５ｎｍの波長を選ぶことができる。これはＡＳＥ光の波長よりも短く、Ｔｍイオンの３Ｈ４準位における短波長側の限界波長である。特に、励起効率のよい波長は、１３８０〜１４０９ｎｍであった。
【００４３】
反射ミラー６は、必須の構成要件ではなく、反射率を０〜１０％の値とすることにより、スペクトル形状を変えることができる。反射ミラー６を用いることにより、Ｔｍ添加光ファイバ１の左端から出射されたＡＳＥ光とＴｍ添加光ファイバ１に吸収されなかった励起光とを反射する。反射されたそれぞれの光は、再度Ｔｍ添加光ファイバ１の中で増幅される。このようにして、励起光を吸収させ、効率よくＡＳＥ光を増強することができる。
【００４４】
Ｔｍ添加光ファイバ１を用いた場合には、反射ミラー６により１４５０ｎｍ帯の光が反射され、反射された光は、Ｔｍ添加光ファイバ１において、３Ｈ４→３Ｆ４遷移の誘導遷移が起こり、３Ｆ４準位の励起密度が上がり、３Ｆ４→３Ｈ４吸収遷移が起こりやすくなる。その結果、ＳバンドのＡＳＥ光スペクトルは、１４５０ｎｍ帯周辺の短波長成分が弱められる。一方、１５００ｎｍ帯の長波長成分は、３Ｆ４→３Ｈ４吸収遷移の影響を受けにくく、Ｔｍ添加光ファイバ１の中で再度増幅されることにより光強度が増す。従って、ＳバンドのＡＳＥ光スペクトルの長波長成分を増強したい場合には、反射ミラー６の設置が有効である。
【００４５】
なお、反射ミラー６を設置せず、Ｔｍ添加光ファイバ１の一端を、少量の反射は起こるが単に開放したり、またはファイバ端面の斜め研磨や無反射コート膜の付与などの無反射処理をほどこすとにより、１４５０ｎｍ帯付近の短波長域の光強度を増強することができる。
【００４６】
Ｅｒ添加光ファイバ５は、Ｅｒ石英系光ファイバであり、コアへのＥｒの添加濃度は５００ｐｐｍ、ファイバ長は２０ｍとした。Ｅｒ添加光ファイバ５は、Ｅｒイオンの４Ｉ１３／２と４Ｉ１５／２準位間の反転分布が１００％に近くなると、１５００〜１５２５ｎｍの波長帯でも正の利得を持つことができる。１００％に近い反転分布を実現させるために、Ｅｒの４Ｉ１１／２準位を励起することが可能な波長、すなわち９８０ｎｍ帯の発振波長を有する半導体レーザを、励起光源３−２として用いて、約１５０ｍＷという十分強い強度で励起した。
【００４７】
Ｔｍ添加光ファイバ１から出射されたＡＳＥ光は、１５１５ｎｍ以上の長波長帯域では−２０ｄＢｍ／ｎｍ以下のパワー密度に低下してしまう。しかし、Ｔｍ添加光ファイバ１から出射されたＡＳＥ光は、Ｅｒ添加光ファイバ５により増幅されて強度が増大し、１５１０〜１５３０ｎｍ波長帯でのパワー密度は、−１０ｄＢｍ／ｎｍ以上となる。
【００４８】
図４に、本発明の第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す。パワー密度は、１４５０〜１５６５ｎｍ波長帯で−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上である。Ｅｒ添加光ファイバ５の光増幅作用を利用しない場合、つまりＴｍ添加光ファイバ１のみを利用したＡＳＥ光スペクトルのパワー密度は、１４５０〜１５１５ｎｍ波長帯で−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上であるが、本実施形態では、−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度の波長帯域を、１５６５ｎｍにまで拡張することができる。
【００４９】
光アイソレータ４−１と合波器２−２との間、および光アイソレータ４−２後段の双方に挿入したタップにより、ＡＳＥ光出力の一部を取り出し、光検出器で受光して出力光強度をモニタする。ＡＳＥ光出力を安定させるため、モニタ出力の各々を、励起光源３−１，３−２の駆動にフィードバックする。このとき、光アイソレータの４−２の後段に設置したタップには、１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ波長帯の光のみを透過する光フィルタを付加し、主としてＥｒ添加光ファイバ５から出射される光をモニターできるようにする。このようにして、全光出力の変動を±０．０１ｄＢ以下に抑えることができる。なお、このようなフィードバック制御を付与しない場合には、全光出力の変動は±０．０３ｄＢ程度であり、環境温度にも依存する。
【００５０】
［第２の実施形態］
図５に、本発明の第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。第２の実施形態では、第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源のＴｍ添加光ファイバ１を双方向から励起することとし、他の構成は同一とした。励起光源３−１から出力された励起光を、分波器７により５％対９５％の強度比に分割する。全励起光量は、２５０ｍＷである。５％の励起光は、合波器２−３を介してＴｍ添加光ファイバ１に入射され（以下、前方励起という）、９５％の励起光は、合波器２−１を介してＴｍ添加光ファイバ１に入射される（以下、後方励起という）。
【００５１】
図６に、本発明の第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す。上述した双方向励起法により、Ｔｍ添加光ファイバ１から出射されるＡＳＥ光スペクトルの波長依存性を、図６に示すように小さくすることができる。すなわち、合波器２−３を介してＴｍ添加光ファイバ１に励起光を入射することにより、入射しない場合に比較して、１５００ｎｍ帯付近のパワー密度を増強することができ、ＡＳＥ光スペクトルの波長依存性をより小さくすることができる。Ｔｍ添加光ファイバ１のみを利用したＡＳＥ光スペクトルのパワー密度は、１４６０〜１５１０ｎｍ波長帯で−１０ｄＢ／ｎｍ以上であり、１４５０ｎｍ〜１５１８ｎｍ波長帯で−２０ｄＢ／ｎｍ以上である。
【００５２】
前方励起の光強度を上げ過ぎると、Ｔｍイオンの３Ｈ４−３Ｆ４準位間の反転分布状態が劣化し、１４６０ｎｍ帯付近のパワー密度が低下し、かつ、１５００ｎｍ帯付近のパワー密度が上昇する。つまり、ＡＳＥ光スペクトルが長波長側にシフトした形状となる。このような長波長側へのシフトをふせぐために、前方励起の光強度を後方励起の光強度より小さくしておくことが望ましい。好ましい分割比は３〜３０％対９７〜７０％である。
【００５３】
第２の実施形態によれば、１４５０〜１５６５ｎｍ波長帯で−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度を実現することができ、１４８０〜１５２０ｎｍ波長帯におけるスペクトルの波長依存性を、第１の実施形態と比較して小さくすることができる。第２の実施形態においては、１台の励起光源３−１でＴｍ添加光ファイバ１を励起したが、経済性には劣るものの２台以上の励起光源を用いて双方向励起を行ってもよい。また、Ｅｒ添加光ファイバ５として石英系光ファイバを用いたが、フッ化物光ファイバやテルライト光ファイバを用いてもよい。このとき、励起光の波長は、９７０ｎｍ近傍（±５ｎｍ）とすると励起効率がよい。
【００５４】
［第３の実施形態］
図７に、本発明の第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。ＡＳＥ光源は、第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源の光出力ポートに光合波器９−１を接続し、光合波器９−１の他方の入力には、光アイソレータ４−３と、光合波器２−４と、Ｅｒ添加光ファイバ８と、反射ミラー６−２とを順に接続する。合波器２−４には、励起光源３−３が接続されている。
【００５５】
光合波器９−１は、波長依存性の小さな３ｄＢカップラなどを使用することができる。Ｅｒ添加光ファイバ８として、Ｅｒ添加濃度が１０００ｐｐｍ、ファイバ長５ｍのＥｒ添加テルライト光ファイバを用いる。なお、Ｅｒ添加光ファイバ８として、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバやＥｒ添加石英系光ファイバを用いてもよい。励起光源３−３は、発振波長１４８０ｎｍの半導体レーザであり、励起光量は１３０ｍＷである。
【００５６】
図８に、本発明の第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す。１４５５ｎｍから１６１８ｎｍまで１６３ｎｍの波長帯において、−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度が得られ、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとを連続的にカバーすることができる。光合波器９−１として３ｄＢカップラを用いると、光出力ポートを２本取ることができ、同一のスペクトルを有するＡＳＥ光を独立に２つとることができ、光計測に応用する場合に効率がよい。
【００５７】
［第４の実施形態］
図９に、本発明の第４の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。第４の実施形態は、第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源で得られたＡＳＥ光スペクトルの形状を改善するものである。すなわち、図８に示した第３の実施形態で得られたＡＳＥ光スペクトルでは、波長１５６０〜１６００ｎｍにかけて大きなスペクトルのへこみがある。これは発光媒体としてＥｒ添加テルライト光ファイバを用いたためである。ＡＳＥ光スペクトルは、できるだけ波長依存性の小さい、すなわちスペクトルが平坦なものが望ましい。
【００５８】
反射ミラー６−３と、Ｅｒ添加光ファイバ１０と、光合波器２−５と、励起光源３−４と、光アイソレータ４−４とからなるＡＳＥ光源を、第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の光合波器９−１と光アイソレータ４−３との間に光合波器９−２を挿入して接続した。Ｅｒ添加光ファイバ１０からのＡＳＥ光は、１５６０〜１６００ｎｍ波長帯で、Ｅｒ添加テルライト光ファイバからのＡＳＥ光より大きなパワー密度を有する。従って、両者のスペクトルを合成することにより１５７０〜１６００ｎｍ波長帯のスペクトルを平滑化することができる。なお、Ｅｒ添加光ファイバ１０は、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバを用いることもできる。
【００５９】
図１０に、本発明の第４の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す。図８に示した第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルと比較して、１５７０〜１６００ｎｍ波長帯のスペクトルが平滑化されていることがわかる。
【００６０】
本実施形態において、タップ１１−１〜１１−４を光アイソレータ４−１〜４−４の出力側に設置し、Ｔｍ添加光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ５，８，１０との光出力の一部を取り出し、励起光源制御部１２−１〜１２−４によりモニタする。ＡＳＥ光出力を安定させるため、励起光源３−１〜３−４の駆動にフィードバックする。その結果、光合波器９−１から出力される全光出力の変動は±０．０１ｄＢ以下に抑えられる。
【００６１】
［第５の実施形態］
図１１に、本発明の第５の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。第５の実施形態は、第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の経済化を図ったものである。ＡＳＥ光源を構成する部品の中で、最もコストのかかる励起光源の数を、第３の実施形態の３個から２個に減らした。励起光源３−２は、９８０ｎｍ帯の半導体レーザから、１４３０ｎｍ帯の半導体レーザに変更した。波長１４３０ｎｍの励起光によりＥｒイオンの４Ｉ１３／２準位を励起することができる。この励起により、Ｅｒ添加光ファイバ５において、Ｔｍ添加光ファイバ１から発生するＳバンドのＡＳＥ光の増幅が可能であり、増幅されたＳバンドのＡＳＥ光とＥｒ添加光ファイバ５から発生するＡＳＥ光とを重ね合せる。
【００６２】
このとき、波長１４３０ｎｍの励起光の一部は、Ｅｒ添加光ファイバ５により吸収されずＥｒ添加光ファイバ５を通過する。通過した励起光のみを、光分波器１３−１により１４４５ｎｍより長波長のＡＳＥ光と分離して取り出し、合波器２−３に入射して、Ｅｒ添加光ファイバ８の励起光として用いた。Ｅｒ添加光ファイバ８から発生するＡＳＥ光と、光分波器１３−１により波長１４３０ｎｍの励起光と分離されたＳバンドとＣバンドにわたるＡＳＥ光とを、光合波器９−１により合波して全光出力を得た。その結果、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとを連続的にカバーするＡＳＥ光が得られた。パワー密度は、１４５５ｎｍから１６１８ｎｍまで１６３ｎｍの波長帯において、−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上であり、全光出力の変動は±０．０１ｄＢ以下であった。
【００６３】
Ｅｒ添加光ファイバ８としてＥｒ添加テルライト光ファイバを用いたが、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバまたはＥｒ添加石英光ファイバを用いてもよい。本実施形態では、励起光源３−２の波長として１４３０ｎｍを使用したが、この限りではない。励起波長としての必要条件は、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとのＡＳＥ光と波長が重なり合わないこと、およびＥｒイオンの４Ｉ１３／２準位を励起できることである。従って、波長１３５０ｎｍ〜１４４５ｎｍの光を利用することができる。
【００６４】
［第６の実施形態］
図１２に、本発明の第６の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源に対し、Ｔｍ添加光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ５とを並列に配置し、反射ミラー６を用いないで、光アイソレータ４−３を介して、合波器２−２に接続し、Ｔｍ添加光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ５の出力を光合波器９−１に接続したものである。
【００６５】
波長１４００ｎｍの励起光源３−１で励起されたＴｍ添加光ファイバ１の片端から出力されたＳバンドのＡＳＥ光を、波長９８０ｎｍの励起光源３−２で励起されたＥｒ添加光ファイバ５に入射する。Ｔｍ添加光ファイバ１から発生するＡＳＥ光の１５００〜１５３０ｎｍ波長帯の成分を増幅し、Ｅｒ添加光ファイバ５から発生するＣバンドのＡＳＥ光と重ね合せて出力する。この出力とＴｍ添加光ファイバ１の他端から出たＳバンドのＡＳＥ光とを光合波器９−１により、合波して出力する。その結果、１４５０〜１５６５ｎｍ波長帯において、−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度が得られ、ＳバンドとＣバンドとを連続的にカバーするＡＳＥ光が得られる。
【００６６】
本実施形態においては、反射ミラーを用いていないので、励起光量を増大させて、Ｔｍ添加光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ５の内部利得を極端に上げた場合であっても、ＡＳＥ光源に不用なレーザ発振を抑えることができる。このようにして、全光出力が２０ｄＢｍ以上の安定したＡＳＥ光を得ることができ、安定度も±０．０１ｄＢ以下となる。
【００６７】
［第１の実施形態にかかる光増幅器］
図１３に、本発明の第１の実施形態にかかる光増幅器の構成を示す。光増幅器の第１段は、信号入力に接続された光アイソレータ４−１−１と、合波器２−２と、Ｅｒ添加光ファイバ５と、合波器２−２−１と、光アイソレータ４−１とが、順に直列に接続されている。波長９８０ｎｍの半導体レーザである励起光源３−２は、合波器２−２に接続され、Ｅｒ添加光ファイバ５に対し前方励起を行い、波長９８０ｎｍの半導体レーザである励起光源３−２−１は、合波器２−２−１に接続され、Ｅｒ添加光ファイバ５に対し後方励起を行う。
【００６８】
光増幅器の第２段は、光アイソレータ４−１に接続された合波器２−３と、合波器２−１と、Ｔｍ添加光ファイバ１と、信号出力に接続された光アイソレータ４−２とが、順に直列に接続されている。波長１４００ｎｍの半導体レーザである励起光源３−１は、合波器２−３に接続され、波長１６２０ｎｍの半導体レーザである励起光源３−１−１は、合波器２−１に接続され、それぞれＴｍ添加光ファイバ１を励起する。
【００６９】
光増幅器は、１４３０ｎｍから１５７０ｎｍまで１４０ｎｍの波長帯において、３０ｄＢ以上の利得を得ることができる。通常、１５１０ｎｍより長波長域では、Ｔｍによる利得が小さくなり、１５２５ｎｍより短波長域では、Ｅｒによる利得が小さくなるため、１５１０〜１５２５ｎｍの波長において、２５ｄＢ以上の利得を得ることは困難である。しかしながら、本実施形態における光増幅器は、Ｅｒイオンの４Ｉ１１／２準位を９８０ｎｍ帯の光で十分強く励起し、反転分布状態を１００％近くにすることにより、１５１０〜１５２５ｎｍの波長においても高い利得を得ることができる。
【００７０】
また、波長１６２０ｎｍの励起光を使い、Ｔｍイオンの３Ｆ４準位を励起して、基底準位である３Ｈ６準位のＴｍイオンの占有率をほぼ零にすると、１５１０ｎｍ以上の波長において顕著になる３Ｈ５→３Ｆ４吸収遷移による雑音指数の劣化を抑えられ、利得も増大する。波長１４００ｎｍの励起光は、３Ｆ４→３Ｈ４の遷移により、３Ｈ４，３Ｆ４準位間の反転分布を作るように作用する。Ｔｍ添加光ファイバ１の前段にＥｒ添加光ファイバ５を配置したのは、Ｅｒ添加光ファイバ５が１５１０ｎｍ以上の波長域において、低雑音かつ高利得で増幅できるためであり、このような構成を取ることにより、１４３０〜１５７０ｎｍにおいて雑音指数を８ｄＢ以下にすることができる。
【００７１】
Ｔｍ添加光ファイバ１のＴｍの添加濃度は、４０００ｐｐｍ以下が望ましい。添加濃度が４０００ｐｐｍより高い場合、Ｔｍ間のクロス緩和が顕著になり、量子効率が落ちるとともに、１４７０ｎｍより短波長側の利得が得にくくなり、また、１５１０ｎｍ以上の波長で雑音指数が増大し、増幅機能の広帯域性が失なわれるからである。光ファイバのバックグラウンド損失を考慮すると、添加濃度が５００ｐｐｍから３０００ｐｐｍが最も好ましく、広帯域かつ高効率な光増幅が可能になる。
【００７２】
［第２の実施形態にかかる光増幅器］
図１４に、本発明の第２の実施形態にかかる光増幅器の構成を示す。光増幅器の第１段は、信号入力に接続された光アイソレータ４−１と、合波器２−３と、Ｅｒ添加光ファイバ５と、光アイソレータ４−２とが、順に直列に接続されている。Ｅｒ添加光ファイバ５は、Ｅｒ石英系光ファイバであり、コアへのＥｒの添加濃度は５００ｐｐｍ、ファイバ長は５ｍとした。
【００７３】
光増幅器の第２段は、光アイソレータ４−２に接続された合波器２−２と、Ｔｍ添加光ファイバ１と、合波器２−４と、光アイソレータ４−３とが、順に直列に接続されている。Ｔｍ添加光ファイバ１は、Ｚｒ系フッ化物光ファイバであり、コアへのＴｍの添加濃度は６０００ｐｐｍ、ファイバ長は７ｍとした。
【００７４】
光増幅器の第３段は、光アイソレータ４−３に接続された合波器２−１と、Ｅｒ添加光ファイバ８と、合波器２−２−１と、光アイソレータ４−４とが、順に直列に接続されている。Ｅｒ添加光ファイバ８は、Ｅｒ石英系光ファイバであり、コアへのＥｒの添加濃度は５００ｐｐｍ、ファイバ長は２０ｍとした。
【００７５】
Ｅｒの４Ｉ１１／２準位を励起することが可能な９８０ｎｍ帯の発振波長を有する半導体レーザを、励起光源３−１，３−１−１，３−２−１として用いて、出力約１２０ｍＷで励起した。励起光源３−２，３−３は、波長１４００ｎｍの半導体レーザであり、出力約２００ｍＷで励起した。
【００７６】
図１５に、本発明の第２の実施形態にかかる光増幅器の利得スペクトルを示す。光増幅器は、１４５５〜１５５５ｎｍ波長帯において、２０ｄＢ以上の利得を得ることができる。従来、１５１０〜１５２０ｎｍの波長においては、希土類を添加した光ファイバ増幅器では、ＷＤＭ伝送に適用可能な利得を得ることが困難であったが、本実施形態により実用化することができる。
【００７７】
光増幅器は、１４８０ｎｍから１５１５ｎｍまで３５ｎｍの波長帯において、利得偏差が±０．５ｄＢ以下であり、雑音指数が６ｄＢ以下となる。従って、利得等化器を用いることなく高効率に利得平坦化を図ることができる。Ｅｒ添加光ファイバ５を含む光増幅器の第１段を用いないで増幅した場合に、雑音指数は、図１５中に点線で示したように、波長１５０５ｎｍ付近から増大するので、光伝送システムへの適用は困難である。しかし、光増幅器の第１段を設けることで、１５０５ｎｍ以上の波長域で雑音指数を低減できることがわかる。
【００７８】
Ｅｒ添加光ファイバ５の濃度条長積は、Ｅｒ添加光ファイバ８の濃度条長積よりも小さい方が望ましい。Ｅｒ添加光ファイバを用いた場合、１４８０ｎｍより短波長側で顕著となる、４Ｉ１３／２−４Ｉ９／２遷移による信号励起状態の吸収による雑音指数の増大を抑えるために有効だからである。なお、Ｅｒ添加光ファイバ５，８は、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバやＥｒ添加テルライト光ファイバを用いてもよい。
【００７９】
［レーザ発振器］
図１６に、本発明の一実施形態にかかるレーザ発振器の構成を示す。レーザ発振器は、図１３に示した光増幅器１４の信号出力に、波長可変のバンドパスフィルタ１３を接続し、バンドパスフィルタ１３の出力に９０対１０の分岐比のタップ１１−５を接続して、出力を取り出す。タップ１１−５の一方の出力は、光増幅器１４の信号入力に接続する。
【００８０】
このような構成により、レーザ発振を行うと、１４３０〜１５７０ｎｍでレーザ発振を起こし、発光強度０ｄＢｍ以上の光出力を得ることができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｔｍ添加光ファイバとＥｒ添加光ファイバとを発光増幅媒体とすることにより、ＳバンドとＣバンドとＬバンドを連続してカバーできるＡＳＥ光源を実現することができ、光部品の特性評価または光計測用の光源として大きな利便をもたらすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＡＳＥ光源のスペクトルを示す図である。
【図２】励起光源のエネルギー準位構造を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態にかかる光増幅器を示す構成図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態にかかる光増幅器を示す構成図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態にかかる光増幅器の利得スペクトルを示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態にかかるレーザ発振器を示す構成図である。
【符号の説明】
１ Ｔｍ添加光ファイバ
２−１〜２−５，２−２−１ 合波器
３−１〜３−４，３−１−１，３−２−１ 励起光源
４−１〜４−４，４−１−１ 光アイソレータ
５，８，１０ Ｅｒ添加光ファイバ
６，６−１〜６−３ 反射ミラー
７ 分波器
９−１，９−２ 光合波器
１１−１〜１１−５ タップ
１２−１〜１２−４ 励起光源制御部
１３ バンドパスフィルタ
１３−１ 光分波器
１４ 光増幅器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＳＥ光源に関し、より詳細には、光部品の特性評価または光計測用の光源、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送用の光源として使用される広帯域なＡＳＥ光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットに代表される爆発的な通信需要の増加により、幹線系の光伝送システムにおいて、伝送容量の増加の必要性が高まっている。現在、幹線系の光伝送システムは、Ｅｒ添加ファイバ増幅器の増幅波長範囲である約１５３０〜１５６０ｎｍ（Ｃバンド）と、約１５７０〜１６００ｎｍ（Ｌバンド）とを使用している。さらに、伝送容量の増加のために、これらバンドとは異なる波長帯域を使うことが提案され、１４７０ｎｍ付近の新規の波長帯域（Ｓバンド：約１４５０〜１５３０ｎｍ）を使用するシステムが研究開発されている（T. Sakamoto et al.,OFC2000,PD4 参照）。
【０００３】
光伝送システムには、フィルタやカプラ等の多くの光受動部品が使用されている。これら光受動部品の製造過程においては、挿入損失やクロストーク等の検査を行っている。これら検査には、作業の簡略化または効率化のために、ある程度広い波長範囲で使用できる光源を用いている。例えば、上述したＣバンドやＬバンドで使用される光受動部品には、Ｅｒ添加光ファイバを使用したＡＳＥ光源が使用されている。
【０００４】
ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission；増幅自然放出）光源は、希土類を添加した光ファイバからの広帯域な自然放出光を出力とする光源である。Ｅｒ添加光ファイバを使用したＡＳＥ光源は、ＣバンドとＬバンドにおいて高出力が得られ、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating；アレイ導波路格子）のような狭帯域フィルタのクロストークを測定する際に必要な−２０ｄＢ／ｎｍ程度のパワー密度が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１に、従来のＡＳＥ光源のスペクトルを示す。現在、実用化されているＡＳＥ光源は、１４４０〜１４９０ｎｍ、および１５２５〜１６０５ｎｍの２つの波長帯において、パワー密度−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上を有している。しかしながら、１４９０〜１５２５ｎｍ波長帯ではパワー密度が低くなり、光計測に利用できないのが現状である。今後、ＷＤＭ伝送技術の進展にともない、１４９０〜１５２５ｎｍの波長帯も利用されることが予想され、システム構築に必要となる光部品の開発が必要となり、その特性を評価するための光源が求められる。
【０００６】
また、このような光源は、ＡＳＥ光源に限らず、波長可変レーザでもよいが、経済性の優れたレーザを構成することができない。一方、ファイバレーザは、経済性に優れ、製造が容易なため、光部品産業に大きな利便をもたらすことができる。さらに、上述した広い波長範囲で、十分に高い利得および低い雑音指数を有する希土類添加型の光増幅器は、実用化がなされておらず、これを実現することができれば、ＷＤＭ伝送技術の大きな進展につながる。
【０００７】
１４７０ｎｍ付近の新規の波長帯域において、Ｔｍ添加光ファイバを使用したＡＳＥ光源が知られている。しかしながら、出力パワー密度は小さく、波長範囲も狭く、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとにおいて計測に必要な−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度を有していない。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、１４９０〜１５２５ｎｍ波長帯においても高出力が得られるＡＳＥ光源、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとを連続してカバーできるＡＳＥ光源を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの ４ Ｉ １１／２ 準位または ４ Ｉ １３／２ 準位を励起する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、Ｔｍ添加光ファイバ、および波長１３６０〜１４４５ｎｍの励起光を、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、第１Ｅｒ添加光ファイバ、および波長９８０ｎｍの励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、Ｔｍ添加光ファイバとＥｒ添加光ファイバとを発光増幅媒体とすることにより、１４９０〜１５２５ｎｍ波長帯においても高出力を得ることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記第１励起光源は、各々強度の異なる励起光を、前記Ｔｍ添加光ファイバの両端から入力することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記Ｔｍ添加光ファイバは、フッ化物ガラスの母体として、Ｔｍを添加した光ファイバであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の前記Ｔｍ添加光ファイバは、濃度条長積が３０，０００ｐｐｍ・ｍ以上１００，０００ｐｐｍ・ｍ以下であり、Ｔｍ濃度が１０００ｐｐｍ以上８０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の前記第１Ｅｒ添加光ファイバは、石英系ガラス、フッ化物ガラスまたはテルライトガラスを母体として、Ｅｒを添加した光ファイバであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかにおいて、第２Ｅｒ添加光ファイバ、および波長１４８０ｎｍの励起光を、前記第２Ｅｒ添加光ファイバに入力する第３励起光源を含み、前記第２Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第３発光手段と、前記第２発光手段の出力と前記第３発光手段の出力とを合波して出力する第１合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、Ｔｍ添加光ファイバとＥｒ添加光ファイバとを発光増幅媒体とすることにより、ＳバンドとＣバンドとＬバンドを連続してカバーすることができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の前記第２Ｅｒ添加光ファイバは、石英系ガラス、フッ化物ガラスまたはテルライトガラスを母体としてＥｒを添加した光ファイバであることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項７または８において、第３Ｅｒ添加光ファイバ、および波長１５６０〜１６００ｎｍの励起光を、前記第３Ｅｒ添加光ファイバに入力する第４励起光源を含み、前記第３Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第４発光手段と、前記第３発光手段の出力と前記第４発光手段の出力とを合波して前記第１合波手段に出力する第２合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の前記第３Ｅｒ添加光ファイバは、フッ化物ガラスを母体としてＥｒを添加した光ファイバであることを特徴とする。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの４Ｉ１５／２−４Ｉ１３／２準位に相当する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段と、第２Ｅｒ添加光ファイバ、および前記第２発光手段の出力を分波して、前記第２Ｅｒ添加光ファイバに入力する分波器を含み、前記第２Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第３発光手段と、前記第２発光手段の出力と前記第３発光手段の出力とを合波して出力する第１合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの ４ Ｉ １１／２ 準位または ４ Ｉ １３／２ 準位を励起する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段の一方の出力から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段と、前記第１発光手段の他方の出力と前記第２発光手段の出力とを合波する合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３５】
図２に、励起光源のエネルギー準位構造を示す。本実施形態においてＴｍ添加光ファイバを励起する励起光源は、出力励起光の波長がＴｍイオンの３Ｆ４−３Ｈ４準位間のエネルギーに相当する励起光と、３Ｈ６−３Ｆ４準位間のエネルギーに相当する励起とを用いるか、または、１３６０〜１４４５ｎｍ波長帯の励起光を用いる。
【００３６】
本実施形態におけるＡＳＥ光源においては、Ｔｍ添加光ファイバから発生するＡＳＥ光を、４Ｉ１１／２準位または４Ｉ１３／２準位が励起されたＥｒ添加光ファイバに入射させる。Ｔｍ添加光ファイバから出射するＡＳＥ光を増幅し、増幅されたＡＳＥ光とＥｒ添加光ファイバから発生するＡＳＥ光とを重ね合せて利用する。複数のＡＳＥ光を、光合波器等により重ね合せるだけではなく、Ｔｍ添加光ファイバから出射するＡＳＥ光のうち、特に１５００ｎｍ〜１５２５ｎｍ波長帯のＡＳＥ光成分を、Ｅｒ添加光ファイバにより増幅する。ＡＳＥ光源においては、Ｔｍ添加光ファイバとＥｒ添加光ファイバとを直列に配置し、増幅媒体とすることもできる。
【００３７】
また、ＬバンドにおけるＡＳＥ光スペクトルを滑らかにするためには、異なるホストのＥｒ添加光ファイバ、具体的には、石英光ファイバ、テルライト光ファイバから発生するＡＳＥ光を重ね合せる。さらに、Ｔｍ添加光ファイバを同一波長でかつ異なる強度で双方向励起することにより、１４５０〜１５２５ｎｍ波長帯において、ＡＳＥ光の波長依存性を小さくすることができる。
【００３８】
さらにまた、Ｔｍ添加光ファイバから得られる波長１４４５〜１５２５ｎｍのＡＳＥ光の光強度に対する波長依存性を少なくするために、Ｔｍ濃度とファイバ長との積（以下、濃度条長積という）は、３０，０００から１００，０００ｐｐｍ・ｍとすることが実用上好ましい。
【００３９】
［第１の実施形態］
図３に、本発明の第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。反射ミラー６と、Ｔｍ添加光ファイバ１と、合波器２−１と、光アイソレータ４−１と、合波器２−２と、Ｅｒ添加光ファイバ５と、光アイソレータ４−２とが、順に直列に接続されている。合波器２−１には、励起光源３−１が接続され、励起光がＴｍ添加光ファイバ１に入力される。合波器２−２には、励起光源３−２が接続され、励起光がＥｒ添加光ファイバ５に入力される。なお、合波器２−１，２−２は、光サーキュレータでもよい。
【００４０】
このような構成により、Ｔｍ添加光ファイバ１から発生するＳバンドのＡＳＥ光を、Ｅｒ添加光ファイバ５に入射する。入射されたＡＳＥ光を増幅し、増幅されたＡＳＥ光とＥｒ添加光ファイバ５から発生するＡＳＥ光とを重ねることにより、全光出力のＡＳＥ光スペクトルは、ＳバンドとＣバンドとを連続してカバーすることができる。
【００４１】
Ｔｍ添加光ファイバ１は、Ｚｒ系フッ化物光ファイバであり、コアへのＴｍの添加濃度は６０００ｐｐｍ、ファイバ長は１３ｍとした。ＳバンドのＡＳＥ光スペクトルに広帯域性を持たせるために、濃度条長積は、３０，０００〜１００，０００ｐｐｍ・ｍが実用上好ましい。しかし、濃度条長積を上述の範囲に収めるためにＴｍ濃度を上げ過ぎると、濃度消光が起こるため、Ｔｍの発光効率が落ちる。従って、Ｔｍ濃度は、１０，０００ｐｐｍ以下にすることが望ましい。また、Ｔｍ濃度を下げるとファイバ長をより長くする必要があり、製造コストの観点から不利である。このような観点から、Ｔｍ濃度は、１０００ｐｐｍ〜８０００ｐｐｍが実用上好ましい。
【００４２】
励起光源３−１は、波長１４００ｎｍの半導体レーザである。励起波長としては、１３６０〜１４４５ｎｍの波長を選ぶことができる。これはＡＳＥ光の波長よりも短く、Ｔｍイオンの３Ｈ４準位における短波長側の限界波長である。特に、励起効率のよい波長は、１３８０〜１４０９ｎｍであった。
【００４３】
反射ミラー６は、必須の構成要件ではなく、反射率を０〜１０％の値とすることにより、スペクトル形状を変えることができる。反射ミラー６を用いることにより、Ｔｍ添加光ファイバ１の左端から出射されたＡＳＥ光とＴｍ添加光ファイバ１に吸収されなかった励起光とを反射する。反射されたそれぞれの光は、再度Ｔｍ添加光ファイバ１の中で増幅される。このようにして、励起光を吸収させ、効率よくＡＳＥ光を増強することができる。
【００４４】
Ｔｍ添加光ファイバ１を用いた場合には、反射ミラー６により１４５０ｎｍ帯の光が反射され、反射された光は、Ｔｍ添加光ファイバ１において、３Ｈ４→３Ｆ４遷移の誘導遷移が起こり、３Ｆ４準位の励起密度が上がり、３Ｆ４→３Ｈ４吸収遷移が起こりやすくなる。その結果、ＳバンドのＡＳＥ光スペクトルは、１４５０ｎｍ帯周辺の短波長成分が弱められる。一方、１５００ｎｍ帯の長波長成分は、３Ｆ４→３Ｈ４吸収遷移の影響を受けにくく、Ｔｍ添加光ファイバ１の中で再度増幅されることにより光強度が増す。従って、ＳバンドのＡＳＥ光スペクトルの長波長成分を増強したい場合には、反射ミラー６の設置が有効である。
【００４５】
なお、反射ミラー６を設置せず、Ｔｍ添加光ファイバ１の一端を、少量の反射は起こるが単に開放したり、またはファイバ端面の斜め研磨や無反射コート膜の付与などの無反射処理をほどこすとにより、１４５０ｎｍ帯付近の短波長域の光強度を増強することができる。
【００４６】
Ｅｒ添加光ファイバ５は、Ｅｒ石英系光ファイバであり、コアへのＥｒの添加濃度は５００ｐｐｍ、ファイバ長は２０ｍとした。Ｅｒ添加光ファイバ５は、Ｅｒイオンの４Ｉ１３／２と４Ｉ１５／２準位間の反転分布が１００％に近くなると、１５００〜１５２５ｎｍの波長帯でも正の利得を持つことができる。１００％に近い反転分布を実現させるために、Ｅｒの４Ｉ１１／２準位を励起することが可能な波長、すなわち９８０ｎｍ帯の発振波長を有する半導体レーザを、励起光源３−２として用いて、約１５０ｍＷという十分強い強度で励起した。
【００４７】
Ｔｍ添加光ファイバ１から出射されたＡＳＥ光は、１５１５ｎｍ以上の長波長帯域では−２０ｄＢｍ／ｎｍ以下のパワー密度に低下してしまう。しかし、Ｔｍ添加光ファイバ１から出射されたＡＳＥ光は、Ｅｒ添加光ファイバ５により増幅されて強度が増大し、１５１０〜１５３０ｎｍ波長帯でのパワー密度は、−１０ｄＢｍ／ｎｍ以上となる。
【００４８】
図４に、本発明の第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す。パワー密度は、１４５０〜１５６５ｎｍ波長帯で−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上である。Ｅｒ添加光ファイバ５の光増幅作用を利用しない場合、つまりＴｍ添加光ファイバ１のみを利用したＡＳＥ光スペクトルのパワー密度は、１４５０〜１５１５ｎｍ波長帯で−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上であるが、本実施形態では、−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度の波長帯域を、１５６５ｎｍにまで拡張することができる。
【００４９】
光アイソレータ４−１と合波器２−２との間、および光アイソレータ４−２後段の双方に挿入したタップにより、ＡＳＥ光出力の一部を取り出し、光検出器で受光して出力光強度をモニタする。ＡＳＥ光出力を安定させるため、モニタ出力の各々を、励起光源３−１，３−２の駆動にフィードバックする。このとき、光アイソレータの４−２の後段に設置したタップには、１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ波長帯の光のみを透過する光フィルタを付加し、主としてＥｒ添加光ファイバ５から出射される光をモニターできるようにする。このようにして、全光出力の変動を±０．０１ｄＢ以下に抑えることができる。なお、このようなフィードバック制御を付与しない場合には、全光出力の変動は±０．０３ｄＢ程度であり、環境温度にも依存する。
【００５０】
［第２の実施形態］
図５に、本発明の第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。第２の実施形態では、第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源のＴｍ添加光ファイバ１を双方向から励起することとし、他の構成は同一とした。励起光源３−１から出力された励起光を、分波器７により５％対９５％の強度比に分割する。全励起光量は、２５０ｍＷである。５％の励起光は、合波器２−３を介してＴｍ添加光ファイバ１に入射され（以下、前方励起という）、９５％の励起光は、合波器２−１を介してＴｍ添加光ファイバ１に入射される（以下、後方励起という）。
【００５１】
図６に、本発明の第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す。上述した双方向励起法により、Ｔｍ添加光ファイバ１から出射されるＡＳＥ光スペクトルの波長依存性を、図６に示すように小さくすることができる。すなわち、合波器２−３を介してＴｍ添加光ファイバ１に励起光を入射することにより、入射しない場合に比較して、１５００ｎｍ帯付近のパワー密度を増強することができ、ＡＳＥ光スペクトルの波長依存性をより小さくすることができる。Ｔｍ添加光ファイバ１のみを利用したＡＳＥ光スペクトルのパワー密度は、１４６０〜１５１０ｎｍ波長帯で−１０ｄＢ／ｎｍ以上であり、１４５０ｎｍ〜１５１８ｎｍ波長帯で−２０ｄＢ／ｎｍ以上である。
【００５２】
前方励起の光強度を上げ過ぎると、Ｔｍイオンの３Ｈ４−３Ｆ４準位間の反転分布状態が劣化し、１４６０ｎｍ帯付近のパワー密度が低下し、かつ、１５００ｎｍ帯付近のパワー密度が上昇する。つまり、ＡＳＥ光スペクトルが長波長側にシフトした形状となる。このような長波長側へのシフトをふせぐために、前方励起の光強度を後方励起の光強度より小さくしておくことが望ましい。好ましい分割比は３〜３０％対９７〜７０％である。
【００５３】
第２の実施形態によれば、１４５０〜１５６５ｎｍ波長帯で−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度を実現することができ、１４８０〜１５２０ｎｍ波長帯におけるスペクトルの波長依存性を、第１の実施形態と比較して小さくすることができる。第２の実施形態においては、１台の励起光源３−１でＴｍ添加光ファイバ１を励起したが、経済性には劣るものの２台以上の励起光源を用いて双方向励起を行ってもよい。また、Ｅｒ添加光ファイバ５として石英系光ファイバを用いたが、フッ化物光ファイバやテルライト光ファイバを用いてもよい。このとき、励起光の波長は、９７０ｎｍ近傍（±５ｎｍ）とすると励起効率がよい。
【００５４】
［第３の実施形態］
図７に、本発明の第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。ＡＳＥ光源は、第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源の光出力ポートに光合波器９−１を接続し、光合波器９−１の他方の入力には、光アイソレータ４−３と、光合波器２−４と、Ｅｒ添加光ファイバ８と、反射ミラー６−２とを順に接続する。合波器２−４には、励起光源３−３が接続されている。
【００５５】
光合波器９−１は、波長依存性の小さな３ｄＢカップラなどを使用することができる。Ｅｒ添加光ファイバ８として、Ｅｒ添加濃度が１０００ｐｐｍ、ファイバ長５ｍのＥｒ添加テルライト光ファイバを用いる。なお、Ｅｒ添加光ファイバ８として、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバやＥｒ添加石英系光ファイバを用いてもよい。励起光源３−３は、発振波長１４８０ｎｍの半導体レーザであり、励起光量は１３０ｍＷである。
【００５６】
図８に、本発明の第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す。１４５５ｎｍから１６１８ｎｍまで１６３ｎｍの波長帯において、−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度が得られ、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとを連続的にカバーすることができる。光合波器９−１として３ｄＢカップラを用いると、光出力ポートを２本取ることができ、同一のスペクトルを有するＡＳＥ光を独立に２つとることができ、光計測に応用する場合に効率がよい。
【００５７】
［第４の実施形態］
図９に、本発明の第４の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。第４の実施形態は、第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源で得られたＡＳＥ光スペクトルの形状を改善するものである。すなわち、図８に示した第３の実施形態で得られたＡＳＥ光スペクトルでは、波長１５６０〜１６００ｎｍにかけて大きなスペクトルのへこみがある。これは発光媒体としてＥｒ添加テルライト光ファイバを用いたためである。ＡＳＥ光スペクトルは、できるだけ波長依存性の小さい、すなわちスペクトルが平坦なものが望ましい。
【００５８】
反射ミラー６−３と、Ｅｒ添加光ファイバ１０と、光合波器２−５と、励起光源３−４と、光アイソレータ４−４とからなるＡＳＥ光源を、第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の光合波器９−１と光アイソレータ４−３との間に光合波器９−２を挿入して接続した。Ｅｒ添加光ファイバ１０からのＡＳＥ光は、１５６０〜１６００ｎｍ波長帯で、Ｅｒ添加テルライト光ファイバからのＡＳＥ光より大きなパワー密度を有する。従って、両者のスペクトルを合成することにより１５７０〜１６００ｎｍ波長帯のスペクトルを平滑化することができる。なお、Ｅｒ添加光ファイバ１０は、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバを用いることもできる。
【００５９】
図１０に、本発明の第４の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す。図８に示した第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルと比較して、１５７０〜１６００ｎｍ波長帯のスペクトルが平滑化されていることがわかる。
【００６０】
本実施形態において、タップ１１−１〜１１−４を光アイソレータ４−１〜４−４の出力側に設置し、Ｔｍ添加光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ５，８，１０との光出力の一部を取り出し、励起光源制御部１２−１〜１２−４によりモニタする。ＡＳＥ光出力を安定させるため、励起光源３−１〜３−４の駆動にフィードバックする。その結果、光合波器９−１から出力される全光出力の変動は±０．０１ｄＢ以下に抑えられる。
【００６１】
［第５の実施形態］
図１１に、本発明の第５の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。第５の実施形態は、第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の経済化を図ったものである。ＡＳＥ光源を構成する部品の中で、最もコストのかかる励起光源の数を、第３の実施形態の３個から２個に減らした。励起光源３−２は、９８０ｎｍ帯の半導体レーザから、１４３０ｎｍ帯の半導体レーザに変更した。波長１４３０ｎｍの励起光によりＥｒイオンの４Ｉ１３／２準位を励起することができる。この励起により、Ｅｒ添加光ファイバ５において、Ｔｍ添加光ファイバ１から発生するＳバンドのＡＳＥ光の増幅が可能であり、増幅されたＳバンドのＡＳＥ光とＥｒ添加光ファイバ５から発生するＡＳＥ光とを重ね合せる。
【００６２】
このとき、波長１４３０ｎｍの励起光の一部は、Ｅｒ添加光ファイバ５により吸収されずＥｒ添加光ファイバ５を通過する。通過した励起光のみを、光分波器１３−１により１４４５ｎｍより長波長のＡＳＥ光と分離して取り出し、合波器２−３に入射して、Ｅｒ添加光ファイバ８の励起光として用いた。Ｅｒ添加光ファイバ８から発生するＡＳＥ光と、光分波器１３−１により波長１４３０ｎｍの励起光と分離されたＳバンドとＣバンドにわたるＡＳＥ光とを、光合波器９−１により合波して全光出力を得た。その結果、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとを連続的にカバーするＡＳＥ光が得られた。パワー密度は、１４５５ｎｍから１６１８ｎｍまで１６３ｎｍの波長帯において、−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上であり、全光出力の変動は±０．０１ｄＢ以下であった。
【００６３】
Ｅｒ添加光ファイバ８としてＥｒ添加テルライト光ファイバを用いたが、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバまたはＥｒ添加石英光ファイバを用いてもよい。本実施形態では、励起光源３−２の波長として１４３０ｎｍを使用したが、この限りではない。励起波長としての必要条件は、ＳバンドとＣバンドとＬバンドとのＡＳＥ光と波長が重なり合わないこと、およびＥｒイオンの４Ｉ１３／２準位を励起できることである。従って、波長１３５０ｎｍ〜１４４５ｎｍの光を利用することができる。
【００６４】
［第６の実施形態］
図１２に、本発明の第６の実施形態にかかるＡＳＥ光源の構成を示す。第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源に対し、Ｔｍ添加光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ５とを並列に配置し、反射ミラー６を用いないで、光アイソレータ４−３を介して、合波器２−２に接続し、Ｔｍ添加光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ５の出力を光合波器９−１に接続したものである。
【００６５】
波長１４００ｎｍの励起光源３−１で励起されたＴｍ添加光ファイバ１の片端から出力されたＳバンドのＡＳＥ光を、波長９８０ｎｍの励起光源３−２で励起されたＥｒ添加光ファイバ５に入射する。Ｔｍ添加光ファイバ１から発生するＡＳＥ光の１５００〜１５３０ｎｍ波長帯の成分を増幅し、Ｅｒ添加光ファイバ５から発生するＣバンドのＡＳＥ光と重ね合せて出力する。この出力とＴｍ添加光ファイバ１の他端から出たＳバンドのＡＳＥ光とを光合波器９−１により、合波して出力する。その結果、１４５０〜１５６５ｎｍ波長帯において、−２０ｄＢｍ／ｎｍ以上のパワー密度が得られ、ＳバンドとＣバンドとを連続的にカバーするＡＳＥ光が得られる。
【００６６】
本実施形態においては、反射ミラーを用いていないので、励起光量を増大させて、Ｔｍ添加光ファイバ１とＥｒ添加光ファイバ５の内部利得を極端に上げた場合であっても、ＡＳＥ光源に不用なレーザ発振を抑えることができる。このようにして、全光出力が２０ｄＢｍ以上の安定したＡＳＥ光を得ることができ、安定度も±０．０１ｄＢ以下となる。
【００６７】
［第１の実施形態にかかる光増幅器］
図１３に、本発明の第１の実施形態にかかる光増幅器の構成を示す。光増幅器の第１段は、信号入力に接続された光アイソレータ４−１−１と、合波器２−２と、Ｅｒ添加光ファイバ５と、合波器２−２−１と、光アイソレータ４−１とが、順に直列に接続されている。波長９８０ｎｍの半導体レーザである励起光源３−２は、合波器２−２に接続され、Ｅｒ添加光ファイバ５に対し前方励起を行い、波長９８０ｎｍの半導体レーザである励起光源３−２−１は、合波器２−２−１に接続され、Ｅｒ添加光ファイバ５に対し後方励起を行う。
【００６８】
光増幅器の第２段は、光アイソレータ４−１に接続された合波器２−３と、合波器２−１と、Ｔｍ添加光ファイバ１と、信号出力に接続された光アイソレータ４−２とが、順に直列に接続されている。波長１４００ｎｍの半導体レーザである励起光源３−１は、合波器２−３に接続され、波長１６２０ｎｍの半導体レーザである励起光源３−１−１は、合波器２−１に接続され、それぞれＴｍ添加光ファイバ１を励起する。
【００６９】
光増幅器は、１４３０ｎｍから１５７０ｎｍまで１４０ｎｍの波長帯において、３０ｄＢ以上の利得を得ることができる。通常、１５１０ｎｍより長波長域では、Ｔｍによる利得が小さくなり、１５２５ｎｍより短波長域では、Ｅｒによる利得が小さくなるため、１５１０〜１５２５ｎｍの波長において、２５ｄＢ以上の利得を得ることは困難である。しかしながら、本実施形態における光増幅器は、Ｅｒイオンの４Ｉ１１／２準位を９８０ｎｍ帯の光で十分強く励起し、反転分布状態を１００％近くにすることにより、１５１０〜１５２５ｎｍの波長においても高い利得を得ることができる。
【００７０】
また、波長１６２０ｎｍの励起光を使い、Ｔｍイオンの３Ｆ４準位を励起して、基底準位である３Ｈ６準位のＴｍイオンの占有率をほぼ零にすると、１５１０ｎｍ以上の波長において顕著になる３Ｈ５→３Ｆ４吸収遷移による雑音指数の劣化を抑えられ、利得も増大する。波長１４００ｎｍの励起光は、３Ｆ４→３Ｈ４の遷移により、３Ｈ４，３Ｆ４準位間の反転分布を作るように作用する。Ｔｍ添加光ファイバ１の前段にＥｒ添加光ファイバ５を配置したのは、Ｅｒ添加光ファイバ５が１５１０ｎｍ以上の波長域において、低雑音かつ高利得で増幅できるためであり、このような構成を取ることにより、１４３０〜１５７０ｎｍにおいて雑音指数を８ｄＢ以下にすることができる。
【００７１】
Ｔｍ添加光ファイバ１のＴｍの添加濃度は、４０００ｐｐｍ以下が望ましい。添加濃度が４０００ｐｐｍより高い場合、Ｔｍ間のクロス緩和が顕著になり、量子効率が落ちるとともに、１４７０ｎｍより短波長側の利得が得にくくなり、また、１５１０ｎｍ以上の波長で雑音指数が増大し、増幅機能の広帯域性が失なわれるからである。光ファイバのバックグラウンド損失を考慮すると、添加濃度が５００ｐｐｍから３０００ｐｐｍが最も好ましく、広帯域かつ高効率な光増幅が可能になる。
【００７２】
［第２の実施形態にかかる光増幅器］
図１４に、本発明の第２の実施形態にかかる光増幅器の構成を示す。光増幅器の第１段は、信号入力に接続された光アイソレータ４−１と、合波器２−３と、Ｅｒ添加光ファイバ５と、光アイソレータ４−２とが、順に直列に接続されている。Ｅｒ添加光ファイバ５は、Ｅｒ石英系光ファイバであり、コアへのＥｒの添加濃度は５００ｐｐｍ、ファイバ長は５ｍとした。
【００７３】
光増幅器の第２段は、光アイソレータ４−２に接続された合波器２−２と、Ｔｍ添加光ファイバ１と、合波器２−４と、光アイソレータ４−３とが、順に直列に接続されている。Ｔｍ添加光ファイバ１は、Ｚｒ系フッ化物光ファイバであり、コアへのＴｍの添加濃度は６０００ｐｐｍ、ファイバ長は７ｍとした。
【００７４】
光増幅器の第３段は、光アイソレータ４−３に接続された合波器２−１と、Ｅｒ添加光ファイバ８と、合波器２−２−１と、光アイソレータ４−４とが、順に直列に接続されている。Ｅｒ添加光ファイバ８は、Ｅｒ石英系光ファイバであり、コアへのＥｒの添加濃度は５００ｐｐｍ、ファイバ長は２０ｍとした。
【００７５】
Ｅｒの４Ｉ１１／２準位を励起することが可能な９８０ｎｍ帯の発振波長を有する半導体レーザを、励起光源３−１，３−１−１，３−２−１として用いて、出力約１２０ｍＷで励起した。励起光源３−２，３−３は、波長１４００ｎｍの半導体レーザであり、出力約２００ｍＷで励起した。
【００７６】
図１５に、本発明の第２の実施形態にかかる光増幅器の利得スペクトルを示す。光増幅器は、１４５５〜１５５５ｎｍ波長帯において、２０ｄＢ以上の利得を得ることができる。従来、１５１０〜１５２０ｎｍの波長においては、希土類を添加した光ファイバ増幅器では、ＷＤＭ伝送に適用可能な利得を得ることが困難であったが、本実施形態により実用化することができる。
【００７７】
光増幅器は、１４８０ｎｍから１５１５ｎｍまで３５ｎｍの波長帯において、利得偏差が±０．５ｄＢ以下であり、雑音指数が６ｄＢ以下となる。従って、利得等化器を用いることなく高効率に利得平坦化を図ることができる。Ｅｒ添加光ファイバ５を含む光増幅器の第１段を用いないで増幅した場合に、雑音指数は、図１５中に点線で示したように、波長１５０５ｎｍ付近から増大するので、光伝送システムへの適用は困難である。しかし、光増幅器の第１段を設けることで、１５０５ｎｍ以上の波長域で雑音指数を低減できることがわかる。
【００７８】
Ｅｒ添加光ファイバ５の濃度条長積は、Ｅｒ添加光ファイバ８の濃度条長積よりも小さい方が望ましい。Ｅｒ添加光ファイバを用いた場合、１４８０ｎｍより短波長側で顕著となる、４Ｉ１３／２−４Ｉ９／２遷移による信号励起状態の吸収による雑音指数の増大を抑えるために有効だからである。なお、Ｅｒ添加光ファイバ５，８は、Ｅｒ添加フッ化物光ファイバやＥｒ添加テルライト光ファイバを用いてもよい。
【００７９】
［レーザ発振器］
図１６に、本発明の一実施形態にかかるレーザ発振器の構成を示す。レーザ発振器は、図１３に示した光増幅器１４の信号出力に、波長可変のバンドパスフィルタ１３を接続し、バンドパスフィルタ１３の出力に９０対１０の分岐比のタップ１１−５を接続して、出力を取り出す。タップ１１−５の一方の出力は、光増幅器１４の信号入力に接続する。
【００８０】
このような構成により、レーザ発振を行うと、１４３０〜１５７０ｎｍでレーザ発振を起こし、発光強度０ｄＢｍ以上の光出力を得ることができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｔｍ添加光ファイバとＥｒ添加光ファイバとを発光増幅媒体とすることにより、ＳバンドとＣバンドとＬバンドを連続してカバーできるＡＳＥ光源を実現することができ、光部品の特性評価または光計測用の光源として大きな利便をもたらすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＡＳＥ光源のスペクトルを示す図である。
【図２】励起光源のエネルギー準位構造を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態にかかるＡＳＥ光源の出力スペクトルを示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態にかかるＡＳＥ光源を示す構成図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態にかかる光増幅器を示す構成図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態にかかる光増幅器を示す構成図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態にかかる光増幅器の利得スペクトルを示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態にかかるレーザ発振器を示す構成図である。
【符号の説明】
１ Ｔｍ添加光ファイバ
２−１〜２−５，２−２−１ 合波器
３−１〜３−４，３−１−１，３−２−１ 励起光源
４−１〜４−４，４−１−１ 光アイソレータ
５，８，１０ Ｅｒ添加光ファイバ
６，６−１〜６−３ 反射ミラー
７ 分波器
９−１，９−２ 光合波器
１１−１〜１１−５ タップ
１２−１〜１２−４ 励起光源制御部
１３ バンドパスフィルタ
１３−１ 光分波器
１４ 光増幅器
Claims (12)
- 希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、
Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、
第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの ４ Ｉ １１／２ 準位または ４ Ｉ １３／２ 準位を励起する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段と
を備えたことを特徴とするＡＳＥ光源。 - 希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、
Ｔｍ添加光ファイバ、および波長１３６０〜１４４５ｎｍの励起光を、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、
第１Ｅｒ添加光ファイバ、および波長９８０ｎｍの励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段と
を備えたことを特徴とするＡＳＥ光源。 - 前記第１励起光源は、各々強度の異なる励起光を、前記Ｔｍ添加光ファイバの両端から入力することを特徴とする請求項１または２に記載のＡＳＥ光源。
- 前記Ｔｍ添加光ファイバは、フッ化物ガラスの母体として、Ｔｍを添加した光ファイバであることを特徴とする請求項１、２または３に記載のＡＳＥ光源。
- 前記Ｔｍ添加光ファイバは、濃度条長積が３０，０００ｐｐｍ・ｍ以上１００，０００ｐｐｍ・ｍ以下であり、Ｔｍ濃度が１０００ｐｐｍ以上８０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のＡＳＥ光源。
- 前記第１Ｅｒ添加光ファイバは、石英系ガラス、フッ化物ガラスまたはテルライトガラスを母体として、Ｅｒを添加した光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＡＳＥ光源。
- 第２Ｅｒ添加光ファイバ、および波長１４８０ｎｍの励起光を、前記第２Ｅｒ添加光ファイバに入力する第３励起光源を含み、前記第２Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第３発光手段と、
前記第２発光手段の出力と前記第３発光手段の出力とを合波して出力する第１合波手段と
を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のＡＳＥ光源。 - 前記第２Ｅｒ添加光ファイバは、石英系ガラス、フッ化物ガラスまたはテルライトガラスを母体としてＥｒを添加した光ファイバであることを特徴とする請求項７に記載のＡＳＥ光源。
- 第３Ｅｒ添加光ファイバ、および波長１５６０〜１６００ｎｍの励起光を、前記第３Ｅｒ添加光ファイバに入力する第４励起光源を含み、前記第３Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第４発光手段と、
前記第３発光手段の出力と前記第４発光手段の出力とを合波して前記第１合波手段に出力する第２合波手段と
を備えたことを特徴とする請求項７または８に記載のＡＳＥ光源。 - 前記第３Ｅｒ添加光ファイバは、フッ化物ガラスを母体としてＥｒを添加した光ファイバであることを特徴とする請求項９に記載のＡＳＥ光源。
- 希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、
Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、
第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの４Ｉ１５／２−４Ｉ１３／２準位に相当する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段と、
第２Ｅｒ添加光ファイバ、および前記第２発光手段の出力を分波して、前記第２Ｅｒ添加光ファイバに入力する分波器を含み、前記第２Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第３発光手段と、
前記第２発光手段の出力と前記第３発光手段の出力とを合波して出力する第１合波手段と
を備えたことを特徴とするＡＳＥ光源。 - 希土類を添加した光ファイバを光増幅媒体とし、励起光を導入した前記光ファイバからの自然放出光を出力とするＡＳＥ光源において、
Ｔｍ添加光ファイバ、およびＴｍイオンの ３ Ｆ ４ − ３ Ｈ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光と、 ３ Ｈ ６ − ３ Ｆ ４ 準位間のエネルギーに相当する励起光とを、前記Ｔｍ添加光ファイバに入力する第１励起光源を含み、前記Ｔｍ添加光ファイバから発生する自然放出光を出力する第１発光手段と、
第１Ｅｒ添加光ファイバ、およびＥｒイオンの ４ Ｉ １１／２ 準位または ４ Ｉ １３／２ 準位を励起する励起光を、前記第１Ｅｒ添加光ファイバに入力する第２励起光源を含み、前記第１発光手段の一方の出力から出力された自然放出光を前記第１Ｅｒ添加光ファイバにより増幅した増幅光と、前記第１Ｅｒ添加光ファイバから発生する自然放出光とを重ね合わせて出力する第２発光手段と、
前記第１発光手段の他方の出力と前記第２発光手段の出力とを合波する合波手段と
を備えたことを特徴とするＡＳＥ光源。
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