JP6660977B2 - 光検出装置 - Google Patents
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Description
dB表記の量に関しては、式(3)の関係がある。
また、本発明の一態様は、上記の光検出装置において、前記光増幅フィードバック回路に入力される前記被検出光のパワーは、レーザ発振の閾値近傍以下である。
また、本発明の一態様は、前記光増幅フィードバック回路に入力される前記被検出光のパワーのdBm表記における値が、前記出力信号光のパワーのdBm表記における値より大きい。
図1に、本発明における光検出装置1の基本構成のブロック図を示す。図1の光検出装置1は、図22の従来技術の光検出装置101とは、以下の点が異なる。すなわち、光検出装置1では、光検出素子3の前段に、光増幅フィードバック回路6を設置している。被検出光2は、光増幅フィードバック回路6を介して、光検出素子3に入射する。
光増幅フィードバック回路6は、レーザ発振の閾値近傍以下の動作点で動作する。光増幅フィードバック回路6の中で発生した当該ASE光は、被検出光2の光パワー情報を有する信号光として、光出力部14から出力される。光出力部14から出力される出力光を、出力信号光7とする。したがって、光検出装置1は、光増幅フィードバック回路6において発生した光を、光増幅フィードバック回路6から出力信号光7として出力する。
光増幅フィードバック回路6は、レーザ発振の閾値近傍以下の被検出光パワー、すなわち被検出光2の光パワーPinの範囲において動作する。光パワーPinの変化量を変化量ΔPinとする。また、光パワーPinの変化量Δが増加した場合の、出力信号光7の光パワーPoutの変化量を変化量ΔPoutとする。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、光検出装置1内に、励起光を出力する励起光源を設置する必要が無く、装置を簡素化できる。
図4は、本発明の第1実施形態の光検出装置1における光増幅フィードバック回路6aを示すブロック図である。本第1実施形態の光検出装置1の基本構成は、図1に示されている。図4において、利得媒質11は、光導波路21を用いて、リング状に接続されている。すなわち、光導波路21を用いて構成される光リング回路ORCにおいて、利得媒質11から出射した光は、回路内伝搬光22(回路内伝搬光22−1〜回路内伝搬光22−4)として、光リング回路ORC内を同図中に示した矢印の方向に伝搬する。光リング回路ORCは、光フィードバック部12の一例である。
狭帯域光透過フィルタOBPFの後段に設置した分岐器BRは、回路内伝搬光22の一部を、光リング回路ORC外に分岐する。分岐器BRにより分岐された光は、光出力部14を介して、出力信号光7として、光増幅フィードバック回路6aから出力される。
エルビウム添加ファイバEDFとは、希土類添加ファイバである。したがって、光増幅フィードバック回路6bでは、利得媒質11は、希土類添加ファイバである。
なお、光増幅フィードバック回路6bでは、光導波路21として光ファイバOFを用いているが、光導波路21として、レンズと自由空間及びミラーを用いる構成でもよい。
コアC1を伝搬した被検出光2は、光検出の第1のシステムS1に到達し、分岐器B1において一部が分岐され、光増幅フィードバック回路6に導かれる。分岐器B1において分岐された残りの被検出光2は、コアC1の下流に設置された他のシステム(不図示のシステムS2以降)に導かれる。
図7では、狭帯域光透過フィルタOBPFがない場合、及び、狭帯域光透過フィルタOBPFの透過帯域幅BWが、10nm、1nm、0.1nm、0.01nmの場合のプロットを、上から順に示す。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、光検出感度を狭帯域光透過フィルタOBPFを有さない場合に比べて顕著に向上できる。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、光導波路21を光ファイバOFを用いて構築することにより、光検出装置1を光導波路21を光ファイバOFを用いて構築しない場合に比べて安定化できる。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、利得媒質11を希土類添加ファイバとすることにより、光検出装置1を利得媒質11を希土類添加ファイバとしない場合に比べて安定化できる。
本発明の第2実施形態の光検出装置1における光増幅フィードバック回路6cを示すブロック図を、図9に示す。図9の光増幅フィードバック回路6cと、図4の第1実施形態の光増幅フィードバック回路6aとは、以下の点が主に異なる。
被検出光2は、利得媒質11の利得帯域波長域内の波長を有する光である。光入力部13と利得媒質11の間には、被検出光2と光リング回路ORCc内の回路内伝搬光22を合波する合波器CP−Aを設置する。合波器CP−Aとは、例えば、誘電体多層膜フィルタ型の合波器である。
光増幅フィードバック回路6dでは、励起源として、エルビウム添加ファイバEDFの励起光源15dを備える。光増幅フィードバック回路6dでは、励起光源15dの波長が1480nmの場合を示している。光増幅フィードバック回路6dでは、被検出光2として、EDFの利得波長域の光を入力信号光として用いている。光増幅フィードバック回路6dでは、入力信号光の波長を1550nmとしている。
被検出光2の波長は、一例として、1530nm〜1550nmである。また、この場合の出力信号光7の波長は、一例として、1560nmや1520nmである。ただし、レーザダイオードLDの利得波長域は、上記の波長をカバーしており、一例として、1510nm〜1570nmである。レーザダイオードLDの利得波長域は、レーザダイオードLDの組成を変えることにより、広い波長域をカバーすることが知られており、例えば、可視光から近赤外の波長域をカバーしている。
図12の光増幅フィードバック回路6eでは、光導波路21として光ファイバを用いているが、図13の光増幅フィードバック回路6fでは、光導波路21は、自由空間及び4つのミラーM(ミラーM1〜M4)を用いて構成されている。ここで光リング回路ORCf、つまり光フィードバック部12は、光導波路21としての自由空間を有する。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、信号光のパワーの増加は、利得媒質11の反転分布量の減少をもたらすため、光検出の感度を向上できる。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、レーザダイオードLDの利得波長域が被検出光2の波長、及び出力信号光7の波長をカバーできるため、光検出装置1の広帯域化を図ることができる。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、光導波路21を伝搬する光の偏波状態が保持されるため、光検出装置1を光導波路21としての自由空間を有さない場合に比べて安定化できる。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、光フィードバック部12内に設置する光部品に対して、伝搬光が単一透過となるため、当該光部品に対する特性の要求条件を緩和することができる。
本発明の第3実施形態の光検出装置1における光増幅フィードバック回路6gを示すブロック図を、図14に示す。図14の光増幅フィードバック回路6gは、図9の第2実施形態の光増幅フィードバック回路6cを示すブロック図と類似しているので、以下に、図9の光増幅フィードバック回路6cと異なる点について主に示す。
光増幅フィードバック回路6gでは、光導波路21は、直線的なトポロジー配置、すなわちリニア形状を有し、光導波路21の両端は、片端に1個ずつ、計2個のミラー(ミラーM−1及びミラーM−2)が設置されている。したがって、光リング回路ORCg、つまり光フィードバック部12は、リニア形状を有する。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、リング形状とする場合に比べ、構成部品点数が削減できる。
本発明の第4実施形態の光検出装置1における光増幅フィードバック回路6hを示すブロック図を、図15に示す。図15の光増幅フィードバック回路6hは、図14の第3実施形態の光増幅フィードバック回路6gと類似しているので、以下に、図14の光増幅フィードバック回路6gからの変更点を主に示す。
図15では、利得媒質11の両端に、部分反射のミラー(ミラーM−1及びミラーM−2)が設置されている。回路内伝搬光22は、ミラーM−1とミラーM−2との間においてフィードバックを受ける。被検出光2は、光入力部13及びミラーM−1を通過して利得媒質11に入射する。利得媒質11から、ミラーM−2の方向に伝搬した回路内伝搬光22は、光アイソレータISOを通過後、光出力部14を経て、出力信号光7として光増幅フィードバック回路6hから出力される。利得媒質11は、一例として、へき開面を両端に有するレーザダイオードLDである。そのレーザダイオードLDがDFB型やDBR型の場合には、利得媒質11は、狭帯域光透過フィルタOBPFの機能を具備する。
本発明の第5実施形態の光検出装置1における光増幅フィードバック回路6iを示すブロック図を、図16に示す。図16の光増幅フィードバック回路6iは、図15の第4実施形態の光増幅フィードバック回路6hと類似しているので、以下に、図15の光増幅フィードバック回路6hからの変更点を主に示す。
したがって、光リング回路ORCi、つまり光フィードバック部12は、光サーキュレータ17を有し、光サーキュレータ17を介して、被検出光2の入力と、出力信号光7の出力とを行う。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、光サーキュレータ17を介して被検出光2の入力と出力信号光7の出力とを行わない場合に比べて効率よく出力信号光7を取り出すことができる。
本発明の第6実施形態の光検出装置1における光増幅フィードバック回路6kを示すブロック図を、図18に示す。図18の光増幅フィードバック回路6kは、図4の第1実施形態の光増幅フィードバック回路6aと類似しているので、図4の光増幅フィードバック回路6aからの変更点を主に示す。
一方、図18の本第6実施形態の光増幅フィードバック回路6kでは、被検出光2の光パワーとバイアス光の光パワーを合わせた光パワーが、所要レベルに達していればよい。したがって、本実施形態の光増幅フィードバック回路6kでは、被検出光2の光パワーが、第1実施形態の光増幅フィードバック回路6aに比べ小さくてよいという利点を有する。
光増幅フィードバック回路6lでは、バイアス光源18としてエルビウム添加ファイバEDFに対する信号光を送出する光源を設置している。被検出光2である入力信号光の波長1550nmに対してバイアス光源18が送出する信号光の波長を、近接波長の1540nmとした。合波器CP−Bは、一例として、1550nmの信号光と1540nmのバイアス光を合波する誘電体多層膜フィルタである。
このように、被検出光2の光パワーについて、図11の第2実施形態の光増幅フィードバック回路6dにおけるレベルが6dBmであるのに対し、図19の第6実施形態の光増幅フィードバック回路6lにおけるレベルは−20dBmである。光増幅フィードバック回路6lでは、バイアス光の光パワーの値を適宜変更して、被検出光2の光パワーレベルを所望の値に設定することが可能である。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、被検出光2の光パワーとバイアス光の光パワーを合わせた光パワーが、所要レベルに達していればよいため、被検出光2の光パワーが、光増幅フィードバック回路6kが被検出光2に対するバイアス光源18を有していない場合に比べ小さくても、光検出感度を向上できる。
本発明の第7実施形態の光検出装置1の光増幅フィードバック回路6mを示すブロック図を、図20に示す。図20の光増幅フィードバック回路6mと、図2の第1実施形態の光増幅フィードバック回路6とは類似しているので、図2の光増幅フィードバック回路6からの変更点を主に示す。
本第7実施形態の光増幅フィードバック回路6mでは、光増幅フィードバック回路6mの前段に、被検出光2を増幅するための光増幅器Fを有する。または、光増幅フィードバック回路6mでは、光増幅フィードバック回路6mの後段に、出力信号光7を増幅するための光増幅器Bを有する。ただし、光増幅器F及び光増幅器Bの両方を用いてもよい。
また、光増幅フィードバック回路6mでは、光増幅器Bを用いた場合には、光パワー検出感度を劣化させることなく、出力信号光7の光パワーを、光増幅器Bの利得の分だけ増加することができるという利点を有する。
光増幅フィードバック回路6mでは、図19の光増幅フィードバック回路6lの前段に光増幅器Fを、後段に光増幅器Bを設置している。光増幅器F及び光増幅器Bは、ともにエルビウム添加ファイバ増幅器EDFAであり、C帯(1530〜1565nm)の光を増幅する。したがって、光増幅器Fは、光増幅器Fに対する入力光である1550nmの光を増幅する。光増幅器Bは、光増幅器Bに対する入力光である1558nmの光を増幅する。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、光増幅フィードバック回路6mに入力する被検出光2の光パワーを、光パワー検出感度を劣化させることなく、増大させることができるので、被検出光2の光パワーを、光増幅器Fの利得の分だけ低減することができる。
この構成により、本発明に係る光検出装置1では、光パワー検出感度を劣化させることなく、出力信号光7の光パワーを、光増幅器Bの利得の分だけ増加することができるので、被検出光2の光パワーを、光増幅器Bの利得の分だけ低減することができる。
13b、14b…光コネクタ、14…光出力部、ORC…光リング回路、CP−P、CP−A…合波器、BR…分岐器、OBPF…狭帯域光透過フィルタ、ATT…光減衰器、ISO…光アイソレータ、ISO−B、ISO−F…光アイソレータ、21…光導波路21、22、22−1、22−2、22−3、22−4…回路内伝搬光、OF…光ファイバ、S…システム、OS…光源、DUT…被測定対象物、MCF…マルチコアファイバ、C1、C2…コア、B1…分岐器、A1…合波器、15…励起源、15d…励起光源、15e…電流源、LD…レーザダイオード、M、M−1、M−2…ミラー、EDF…エルビウム添加ファイバ、17…光サーキュレータ、LS、LS1、LS2、LS3…レンズ、18…バイアス光源、F、B…光増幅器、PD1、PR1…ポート
Claims (16)
- 入力した被検出光を増幅する利得媒質と、
前記利得媒質から出力された伝搬光を、前記利得媒質にフィードバックする光フィードバック部と、
前記利得媒質と前記光フィードバック部とを備える光増幅フィードバック回路と、
入射する光を光電流に変換することによって検出する光検出素子と、
を備える光検出装置であって、
前記利得媒質において発生した自然放出光に基づいて前記光増幅フィードバック回路において発生した光を、前記光増幅フィードバック回路から出力信号光として出力して前記光検出素子に検出させ、
前記光増幅フィードバック回路に入力される前記被検出光の波長と、前記出力信号光の波長とが異なり、
前記出力信号光のパワーのdBm表記における値の変化量の前記被検出光のパワーのdBm表記における値の変化量に対する比は1より大きな値である
光検出装置。 - 前記光増幅フィードバック回路に入力される前記被検出光のパワーは、レーザ発振の閾値近傍以下である
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記光増幅フィードバック回路に入力される前記被検出光のパワーのdBm表記における値が、前記出力信号光のパワーのdBm表記における値より大きい
請求項1または請求項2に記載の光検出装置。 - 前記光フィードバック部は狭帯域光透過フィルタを有する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記被検出光は前記利得媒質の励起光である
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記被検出光は前記利得媒質の信号光である
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光フィードバック部は、光導波路としての光ファイバを有する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光フィードバック部は、光導波路としての自由空間を有する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光フィードバック部は、リング形状を有する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光フィードバック部は、リニア形状を有する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光フィードバック部は、光サーキュレータを有し、
前記光サーキュレータを介して、前記被検出光の入力と、前記出力信号光の出力とを行う
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光増幅フィードバック回路は、前記被検出光に対するバイアス光源を有する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記利得媒質は、希土類添加ファイバである
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記利得媒質は、レーザダイオードである
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光増幅フィードバック回路の前段に、前記被検出光を増幅するための光増幅器を有する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光増幅フィードバック回路の後段に、前記出力信号光を増幅するための光増幅器を有する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光検出装置。
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