JP4545676B2

JP4545676B2 - 光源装置

Info

Publication number: JP4545676B2
Application number: JP2005329623A
Authority: JP
Inventors: 陽介中野; 成人西; 篤高田
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: JP2007139837A

Description

本発明は、非線形光学現象を利用し、光パルス列からスーパーコンティニュウム光を生成する光源装置に関する。

従来から、非線形光学現象を利用し、スーパーコンティニュウム光を生成する光源装置は、光周波数コムや超高密度波長多重分割装置等の光源装置として用いられている。

図８を用いて、特許文献１で開示される光源装置９０を例に、従来の光源装置９０について説明する。図８は、従来の光源装置９０の概念図である。光源装置９０は、光パルス発生器２１、光増幅器２３及び分散減少光ファイバー８１を備える。

光パルス発生器２１は、光増幅器２３に接続する。光増幅器２３は、分散減少光ファイバー８１に接続する。

光パルス発生器２１は、光パルス列を光増幅器２３に出力する。光増幅器２３は、光パルス列が非線形光学現象を発生する強度まで光パルス列を増幅する。非線形光学現象を発生する強度を有する光パルス列が入力されると、分散減少光ファイバー８１は、分散減少光ファイバー８１の非線形光学現象を利用しスーパーコンティニュウム光を生成する。

特開２００４−１６３９８２号公報

光源装置９０において、光パルス列が連続した状態なので、光パルス列の平均出力は、高い状態である。平均出力が高い光パルス列を増幅しても、光増幅器２３は、光増幅器２３内部での反転分布が減少して利得飽和が発生し、ピーク出力が高い光パルス列を得にくい。光増幅器２３で利得飽和が発生すると、光源装置９０は、非線形光学現象を発生する強度を有する光パルス列を得ることが難しくなる。よって、光源装置９０は、利得飽和が発生する課題がある。

光源装置９０は、前述したような利得飽和が発生しても高い出力が得られる高価な光増幅器２３を備えるか又は複数の光増幅器２３を直列に接続しないと、非線形光学現象を発生する強度を有する光パルス列を得ることが難しい。また、利得飽和によりピーク出力が高い光パルス列を得にくいので、光源装置９０は、分散減少光ファイバー８１を用いないと、スーパーコンティニュウム光を生成することができない。スーパーコンティニュウム光の生成効率を向上させる為に、分散減少光ファイバー８１は、内部構造が長手方向に変化し、かつ、内部に応力が付与される特殊な加工が施された高価なものである。よって、光源装置９０は、経済性が悪い課題がある。

前述した課題をまとめると、光源装置９０は、増幅しようとする光パルス列の平均出力が高い為に、利得飽和が発生する課題がある。また、利得飽和が発生する為に、光源装置９０は、高価な光増幅器２３や分散減少光ファイバー８１を用いる必要があり、経済性が悪くなる課題がある。

本発明は前記課題を解決する為になされたもので、経済性に優れ、効率が良い光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明は、光パルス発生器、光シャッター、光増幅器及びスーパーコンティニュウム光を生成する光ファイバーを備える光源装置である。

具体的には、本願発明は、一定の時間間隔で光パルスが連続する光パルス列を出力する光パルス発生器と、前記光パルス発生器に接続され、前記光パルス列を遮蔽又は通過させ、一定の時間幅を有する複数の前記光パルス列を生成する光シャッターと、前記光シャッターに接続され、前記光シャッターを通過した前記光パルス列を増幅する光増幅器と、前記光増幅器に接続され、前記光増幅器で増幅した前記光パルス列からスーパーコンティニュウム光を生成する光ファイバーと、を備える光源装置である。

前記光シャッターは、一定の時間幅を有する前記複数の光パルス列を生成する。一定の時間幅を有することで、前記複数の光パルス列の平均出力は、低くなる。平均出力が低い前記複数のパルス列を増幅するので、前記光増幅器は、利得飽和が低減し、ピーク出力が高い前記光パルス列を容易に得ることができる。よって、前記光源は、高価で高出力な光増幅器を接続する必要はなく又は複数の光増幅器を直列に接続する必要はない。また、前記光パルス列のピーク出力が高いので、前記光源は、分散減少光ファイバーより安価な前記光ファイバーを備えることができる。従って、経済性に優れ、効率が良い光源装置を提供することを目的とする。

本願発明において、複数の前記光パルス列の繰返し時間間隔は、前記光パルス列の前記時間間隔より大きく、複数の前記光パルス列の時間幅は、前記光パルス列の前記時間間隔と前記繰返し時間間隔との間になることが好ましい。

複数の前記光パルス列の前記繰返し時間間隔が前記光パルス列の前記時間間隔より大きく、複数の前記光パルス列の時間幅が前記光パルス列の前記時間間隔と前記繰返し時間間隔との間になることで、前記光源装置は、効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。従って、効率が良い光源装置を提供することができる。

本願発明において、前記光パルス列の時間幅を前記光パルス列の繰返し時間間隔で除算した値が、１／１００００以上、かつ、１／２以下であることが好ましい。

前記光パルス列の時間幅を前記光パルス列の繰返し時間間隔で除算した値が、１／１００００未満となると、複数の前記光パルス列の間隔が大きくなりすぎる。複数の前記光パルス列の間隔が大きくなりすぎると、前記光パルス列の前記時間幅が大きくとれず、前記光パルス列に含まれる前記光パルスの数が少なくなる。前記光パルス列に含まれる前記光パルスの数が少なくなると、基準となる光周波数間隔の情報量が少なくなり、前記光源装置は、光スペクトルの品質が劣化したスーパーコンティニュウム光を生成することになる。また、前記光パルス列の時間幅を前記光パルス列の繰返し時間間隔で除算した値が、１／２を超えると、前記光パルス列の平均出力が高くなる。前記光パルス列の時間幅を前記光パルス列の繰返し時間間隔で除算した値が、１／１００００以上、かつ、１／２以下であることで、前記光源装置は、効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。従って、効率が良い光源装置を提供することができる。

本願発明において、前記光増幅器は、希土類イオン添加型光ファイバー増幅器であることが好ましい。

前記希土類イオン添加型光ファイバー増幅器は、光ファイバーを用いた通信網で広く用いられている波長の光を増幅することができる。また、前記希土類イオン添加型光ファイバー増幅器は、増幅率が高く効率がよい。前記光増幅器が希土類イオン添加型光ファイバー増幅器であることで、前記光源装置は、効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。従って、効率が良い光源装置を提供することができる。

本願発明において、前記光ファイバーの零分散波長と前記光パルスの波長とが略等しいことが好ましい。

前記光ファイバーは、零分散波長で最も効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。前記光ファイバーの零分散波長と前記光パルスの波長が略等しいことで、前記光源装置は、効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。従って、効率が良い光源装置を提供することができる。

なお、前記光パルス列の時間間隔とは、当該光パルスが出力されてから直後の光パルスが出力されるまでの時間又は直前の光パルスが出力されてから当該光パルスが出力されるまでの時間の間隔をいう。

前記光パルス列の時間幅とは、光シャッターで複数の光パルス列が生成されている場合、当該光パルス列が生成されてから光シャッターで遮蔽されるまでの時間をいう。

前記光パルス列の繰返し時間間隔とは、光シャッターで複数の光パルス列が生成されている場合、当該光パルス列が生成されてから直後の光パルス列が生成されるまで時間又は直前の光パルス列が生成されてから当該光パルス列が生成されるまでの時間をいう。

本発明は、経済性に優れ、効率が良い光源装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものでない。

（実施の形態１）
本実施形態は、一定の時間間隔で光パルスが連続する光パルス列を出力する光パルス発生器と、前記光パルス発生器に接続され、前記光パルス列を遮蔽又は通過させ、一定の時間幅を有する複数の前記光パルス列を生成する光シャッターと、前記光シャッターに接続され、前記光シャッターを通過した前記光パルス列を増幅する光増幅器と、前記光増幅器に接続され、前記光増幅器で増幅した前記光パルス列からスーパーコンティニュウム光を生成する光ファイバーと、を備える光源装置である。

図１を用いて、本実施形態に係る光源装置１０について説明する。図１は、光源装置１０の概念図である。光源装置１０は、光パルス発生器２１、光シャッター２２、光増幅器２３及び光ファイバー２４を備える。

光源装置１０の構成について説明する。光パルス発生器２１は、光パルスが連続する光パルス列を出力することができる。例えば、光パルス発生器２１は、中心波長１５５０ナノメートル、時間間隔が１０ピコ秒及び周波数間隔が２５ギガヘルツの光パルス列を発生させてもよい。なお、光パルス列の中心波長、時間間隔及び周波数間隔は、上記に限定されるものではない。

光シャッター２２は、光パルス発生器２１に接続され、光パルス列を遮蔽又は通過させて複数の光パルス列を生成してもよい。例えば、光シャッター２２としては、遮蔽板、偏光板若しくはプリズムを用いたＭＥＭＳ型光シャッター又は液晶の性質を利用した液晶型光シャッターをあげることができる。

光増幅器２３は、光シャッター２２に接続され、光シャッター２２を通過した光パルス列を増幅する。例えば、本実施形態において、光増幅器２３は、４０デシベルの増幅率を有するものである。なお、光増幅器２３の増幅率は、上記に限定されるものではない。

光ファイバー２４は、光増幅器２３で増幅した光パルス列からスーパーコンティニュウム光を生成することができる。例えば、光ファイバー２４としては、石英ガラス（ＳｉＯ_２）を素材とし、零分散波長が本来の１３００ナノメートル付近から１５５０ナノメートル付近に移された分散シフト光ファイバーをあげることができる。石英ガラスを素材とする光ファイバーのコアを大きくし、コアとクラッドの間の比屈折率を大きくすれば、１５５０ナノメートル付近に零分散波長を有する光ファイバー２４を製造することができる。なお、光ファイバー２４の零分散波長は、上記に限定されるものではない。

図１から図７を用いて、光源装置１０が、経済性に優れる点について、スーパーコンティニュウム光を生成する過程に従って説明する。

図２は、一定の時間間隔７１を有する光パルス列を示す概念図である。図２の縦軸は、光パルスの出力を示し、図２の横軸は、時間の経過を示す。図１の光パルス発生器２１は、図２に示すような一定の時間間隔７１で光パルスが連続する光パルス列を、図１の光シャッター２２に出力する。

時間間隔７１とは、当該光パルスが出力されてから直後の光パルスが出力されるまでの時間又は直前の光パルスが出力されてから当該光パルスが出力されるまでの時間の間隔をいう。言い換えると、図１の光パルス発生器２１が光パルス列を構成する個々の光パルスを出力する時間の間隔となる。

図３は、一定の時間間隔７１、繰り返し周期７２及び時間幅７３を有する光パルス列６１ａ並びに６１ｂを示す概念図である。図３の縦軸は、光パルスの出力を示し、図３の横軸は、時間の経過を示す。図１の光シャッター２２は、光パルス列を遮蔽又は通過させ、図３に示す光パルス列６１ａ及び６１ｂを生成する。なお、光シャッター２２が生成する光パルス列の数は、上記に限定されるものではない。

時間幅７３とは、図１の光シャッター２２で複数の光パルス列が生成されている場合、光パルス列６１ａが生成されてから光シャッター２２で遮蔽されるまでの時間をいう。

繰り返し周期７２とは、図１の光シャッター２２で複数の光パルス列が生成されている場合、光パルス列６１ａが生成されてから光パルス列６１ｂが生成されるまでの時間をいう。

図４は、図３の光パルス列６１ａ及び６１ｂのスペクトルを示す概念図である。図４の縦軸は、光パルスの出力を示し、図４の横軸は、周波数を示すものである。

図４において、光パルス列６１ａは、１／時間間隔７１と等しい周波数間隔７５、１／繰り返し周期７２と等しい繰り返しパルス周波数７７及び１／時間幅７３と等しい周波数幅７６を有する。

図５は、非線形光学現象を発生する強度まで増幅された光パルス列６１ａ及び６１ｂを示す概念図である。図５の縦軸は、光パルスの出力を示し、図５の横軸は、時間の経過を示す。

ピーク出力７４とは、非線形光学現象を発生する強度まで増幅された光パルス列６１ａ又は６１ｂの最高出力をいう。

図３に示すような、一定の時間間隔７１、繰り返し周期７２及び時間幅７３を有する光パルス列６１ａ並びに６１ｂを、図１の光増幅器２３で非線形光学現象を発生する強度まで増幅する。すると、図５に示すように、光パルス列６１ａ及び６１ｂは、ピーク出力７４を得ることができる。また、光パルス列が生成されていない時間があることで、光増幅器２３は、光パルス列の平均出力を低くすることができる。光パルス列の平均出力が低くなると、光増幅器２３は、利得飽和が発生しにくくなる。

図６は、光増幅器２３の利得と出力の関係を示した図である。未利得飽和領域７９は、光増幅器２３で利得飽和が発生しにくい領域、利得飽和領域８０は、光増幅器２３で利得飽和が発生している領域である。図６は、光増幅器２３の出力を高くする程、利得飽和が発生することが多くなることを示す。

図１の光増幅器２３は、４０デシベルの利得が得られれば、非線形光学現象を発生する強度まで光パルス列を増幅することができる。図６より、光増幅器２３は、利得飽和が発生しにくい領域で光パルス列６１ａ及び６１ｂを増幅することができる。利得飽和が発生しにくいので、従来の光源装置９０に比べ、光増幅器２３は、光パルス列６１ａ及び６１ｂのピーク出力７４を容易に高くすることができる。また、光源装置１０は、高価で高出力な光増幅器を接続する必要はなく又は複数の光増幅器を直列に接続する必要はない。よって、光源装置１０は、効率が良い。

また、光パルス列６１ａ及び６１ｂのピーク出力７４が高いので、前述したような分散値を向上させる為の特殊な加工が施された分散減少光ファイバーが必要なく、光源装置１０は、より安価な光ファイバー２４を備えることができる。よって、光源装置１０は、経済性に優れる。

図７は、スーパーコンティニュウム光を示す概念図である。図７の縦軸は、光パルスの出力を示し、図７の横軸は、周波数を示すものである。図１の光ファイバー２４は、非線形光学現象を発生する強度を有する光パルス列からスーパーコンティニュウム光を生成することができる。

図７において、図１の光源装置１０は、複数の光パルス列が、繰り返しパルス周波数７７の周波数の間隔で、光周波数コム範囲７８の周波数の範囲に繰り返し発生するようなスーパーコンティニュウム光を生成することができたことを示す。なお、図４に示す繰り返しパルス周波数７７と図７に示す繰り返しパルス周波数７７は、同じ値を有する。

従って、経済性に優れ、効率が良い光源装置を提供することができる。

本実施形態において、複数の前記光パルス列の繰返し時間間隔は、前記光パルス列の前記時間間隔より大きく、複数の前記光パルス列の時間幅は、前記光パルス列の前記時間間隔と前記繰返し時間間隔との間になることが好ましい。

図３に示すように、光パルス列６１ａの繰り返し周期７２が、時間間隔７１より大きく、光パルス列６１ａの時間幅７３が、時間間隔７１と繰り返し周期７２との間になるように、光シャッター２２は、光パルス列６１ａ及び６１ｂを生成してもよい。

光パルス列６１ａ及び６１ｂを光増幅器２３で増幅させてから光ファイバー２４に入射させると、光源装置１０は、効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。従って、効率が良い光源装置を提供することができる。

本実施形態において、前記光パルス列の時間幅を前記光パルス列の繰返し時間間隔で除算した値が、１／１００００以上、かつ、１／２以下であることが好ましい。

例えば、図３において、光パルス列６１ａの時間幅７３を光パルス列６１ａの繰り返し周期７２で除算した値が、１／１００００未満となると、光パルス列６１ａと光パルス列６１ｂとの間隔が大きくなりすぎる。光パルス列６１ａと光パルス列６１ｂとの間隔が大きくなりすぎると、光パルス列６１ａと光パルス列６１ｂとの時間幅７３が大きくとれず、光パルス列６１ａ及び６１ｂに含まれる光パルスの数が少なくなる。光パルス列６１ａ及び６１ｂに含まれる光パルスの数が少なくなると、基準となる光周波数間隔の情報量が少なくなり、光源装置１０は、光スペクトルの品質が劣化したスーパーコンティニュウム光を生成することになる。また、光パルス列６１ａの時間幅７３を光パルス列６１ａの繰返し周期７２で除算した値が、１／２を超えると、光パルス列６１ａ及び６１ｂの平均出力が高くなる。

そこで、光パルス列６１ａの時間幅７３を光パルス列６１ａの繰り返し周期７２で除算した値が、１／１００００以上、かつ、１／２以下となるように、光シャッター２２は、光パルス列６１ａ及び６１ｂを生成してもよい。

光パルス列６１ａ及び６１ｂを光増幅器２３で増幅させてから光ファイバー２４に入射させると、光源装置１０は、効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。従って、効率が良い光源装置１０を提供することができる。

本実施形態において、前記光増幅器は、希土類イオン添加型光ファイバー増幅器であることが好ましい。例えば、希土類イオンとしては、エルビウムを例示できる。

光増幅器２３がエルビウム添加型光ファイバー増幅器であれば、光増幅器２３は、波長が１５５０ナノメートル付近の光パルスを増幅させることができる。光ファイバーを用いた通信網において、波長が１５５０ナノメートルの光パルスは、広く用いられている。また、エルビウム添加型光ファイバー増幅器は、増幅率が高く効率がよい。光増幅器２３がエルビウム添加型光ファイバー増幅器であれば、光源装置１０は、効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。従って、効率が良い光源装置１０を提供することができる。

本実施形態において、前記光ファイバーの零分散波長と前記光パルスの波長とが略等しいことが好ましい。

光ファイバー２４は、零分散波長で最も効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。例えば、図１の光ファイバー２４の零分散波長を１５５０ナノメートル付近にすると、光ファイバーを用いた通信網で広く用いられる１５５０ナノメートルの波長を持つ光パルスから、効率よくスーパーコンティニュウム光を生成することができる。従って、効率が良い光源装置１０を提供することができる。

本発明の光源装置は、光周波数コムや超高密度波長多重分割装置の光源として利用することができる。

本願発明の一の実施形態に係る光源装置の概念図である。一定の時間間隔を有する光パルス列を示す概念図である。一定の時間間隔、繰り返し周期及び時間幅を有する複数の光パルス列を示す概念図である。複数の光パルス列のスペクトルを示す概念図である。非線形光学現象を発生する強度まで増幅された複数の光パルス列を示す概念図である。光増幅器の利得飽和領域を示した図である。スーパーコンティニュウム光を示す概念図である。従来の光源装置の概念図である。

符号の説明

１０、９０光源装置
２１光パルス発生器
２２光シャッター
２３光増幅器
２４光ファイバー
６１ａ、６１ｂ光パルス列
７１時間間隔
７２繰り返し周期
７３時間幅
７４ピーク出力
７５周期数間隔
７６周波数幅
７７繰り返しパルス周波数
７８光周波数コム範囲
７９未利得飽和領域
８０利得飽和領域
８１分散減少光ファイバー

Claims

一定の時間間隔で光パルスが連続する光パルス列を出力する光パルス発生器と、
前記光パルス発生器に接続され、前記光パルス列を遮蔽又は通過させ、一定の時間幅を有する複数の前記光パルス列を生成する光シャッターと、
前記光シャッターに接続され、前記光シャッターを通過した前記光パルス列を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器に接続され、前記光増幅器で増幅した前記光パルス列からスーパーコンティニュウム光を生成する光ファイバーと、を備える光源装置。
複数の前記光パルス列の繰返し時間間隔は、前記光パルス列の前記時間間隔より大きく、複数の前記光パルス列の時間幅は、前記光パルス列の前記時間間隔と前記繰返し時間間隔との間になることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記光パルス列の時間幅を前記光パルス列の繰返し時間間隔で除算した値が、１／１００００以上、かつ、１／２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
前記光増幅器は、希土類イオン添加型光ファイバー増幅器であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。
前記光ファイバーの零分散波長と前記光パルスの波長とが略等しいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光源装置。