JP7427209B2 - 光ファイバ出力光源装置とそれに用いる単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ - Google Patents
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Description
偏波保持型の増幅用光ファイバと偏波保持型の分散補償用光ファイバを連結した光路と、
前記光路の一端に接続され、
前記光路に接続され前記光路からの光が入射する入射口と、
前記入射した光の特定方向の偏波光を反射させ前記光路に戻し、前記特定方向と異なる方向の偏波光を通過させる偏光ビームスプリッタと、
前記通過した光が出射する出射口を備えた単一偏波反射型偏光ビームスプリッタと、
前記光路の他端に接続された90°偏波回転反射器と、
前記光路中に挿設された合波器と、
前記合波器に接続された励起用光源を有し、
前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタと前記90°偏波回転反射器との間にはファラデー素子を有さず、
前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタから前記光路に戻される光の偏光軸に対する前記光路の偏波保持軸のずれ角を所定の角度で接続している軸ロール接合部を有することを特徴とする。
図1に本発明に係る光ファイバ出力光源装置1の構成を示す。光ファイバ出力光源装置1は、共振器32で構成されている。共振器32の後段に出力部34が接続されていてもよい。共振器32は、光路10の一端に90°偏波回転反射器22が配置され、光路10の他端に単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20が配置されている。
光路10は、分散補償用光ファイバ(DCF:Dispersion Compensating Fiber)12と、増幅用光ファイバ14が連結されて構成される。また、光路10中には、合波器16が挿設されている。分散補償用光ファイバ12は、光路10中のどこにあってもよい。また、分散補償用光ファイバ12は、光路10中の複数個所にあってもよい。合波器16と増幅用光ファイバ14の間に分散補償用光ファイバ12があってもよい。
合波器16は、光路10に励起用の光を入れるカプラである。合波器16には励起用光源18が接続される。励起用光源18はレーザダイオードを好適に利用することができる。
光路10の一端には、90°偏波回転反射器22が設けられている。90°偏波回転反射器22は、入射光と反射光の偏波面が90°回転する反射器である。例えば、90°偏波回転反射器22は、ファラデー回転鏡が好適に利用することができる。なお、偏波面の回転角度は実質的にほぼ90°であればよい。また、90°偏波回転反射器22は、入力光と反射光の偏波面が90°回転する効果を発揮する複数の要素で構成されていてもよい。
光路10の他端には、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20が設けられている。単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20は、直交する2つの偏波面のうち、一方の偏波面を持つ光だけを反射させ、他方の偏波面を持つ光は透過させる。反射された光は、光路10へ戻される。したがって、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20は、入射口20aと出射口20bを有する。光路10は、入射口20aに接続されている。
再度図1を参照して、本発明に係る光ファイバ出力光源装置1は、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20と、光路ファイバ10aとの接続部分に軸ロール接合部52が設けられる。軸ロール接合部52は、光路10を形成する偏波保持ファイバの偏波保持軸と単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20の偏光軸を意図的にずらして接合している部分である。
図3は、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20の偏光ビームスプリッタ44の入力側の偏光軸と光路ファイバ10aの出射端の偏波保持軸を示すものである。図3(a)は、偏光軸および偏波保持軸の接続状態を示す概念図である。図3(b)は、光路10側から偏波保持軸と偏光軸を重ねて見た図である。
図4には、軸ロール接合部52を単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20から離して、光路10中に設けた場合を示す。図4の構成においては、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20は、所謂ピグテールという構成である。ピグテールは、予め入力用と出力用のファイバが単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20に設けられている。
図5には、入力用ピグテールファイバ20ifと光路ファイバ10aの接合部に1/2波長板53aを挟んだ軸ロール接合部53の構成を示す。1/2波長板53aは、それ自体高速軸(異常軸)と低速軸(常軸)を持つ。そして、高速軸に対して角度φだけ傾いた直線偏波を2φだけ偏波面を傾けて出力する。そして、2φが最大90°までは偏波面を傾けることができる。
図6は、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20に軸ロール接合部53を組み込んだ単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ21を示す。入射レンズ40の後段で、偏光ビームスプリッタ44より前に軸ロール接合部53が配置されている。この場合も、偏光ビームスプリッタ44の偏光軸と光路ファイバ10aの偏波保持軸を実質的に所定のすれ角θだけずらすことができる。
図1を再度参照して、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20の出射口20bには、出力部34が接続される。出力部34は、共振器32で発生したレーザ光を共振器32から取り出す部分である。通常出力部34は、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20の出射口20bに接続された光ファイバ24から始まる。光ファイバ24には反射防止器26が設けられる。光ファイバ24は、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20から後段へ一方向にのみ光を通過させる。なお、ここで「後段(以下同じ)」とは、その構成要素より出力方向の構成を言う。
反射防止器26は、共振器32へ外部から反射光が戻ることを防ぐ反射防止のための手段である。反射防止器26は、アイソレータといったデバイスだけでなく、射光口28の出射端のコネクタ端面を斜め研磨にする、若しくは射光口28の出射端のコネクタ端面に無反射コーティングを施すといった手段であってもよい。
反射防止器26の端部には、射光口28が形成される。単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20の出射側では、既に本発明に係る光ファイバ出力光源装置1が目的とする光パルスが完成している。したがって、光ファイバ24には、光ファイバ出力光源装置1の使用目的に応じて所望の光ファイバを用いてよい。例えば、ここでも偏波保持ファイバを用いてもよい。
なお、共振器32の後段には、フォトニクス結晶ファイバ等の高非線形ファイバ30を接続してもよい。また高非線形ファイバ30は、反射防止器26の後段に接続してもよい。後述する実施例に示すように本発明に係る光ファイバ出力光源装置1は、広い波長に渡って安定した出力のスペクトルを示す。したがって、光ファイバ出力光源装置1の出力光を高非線形ファイバ30に通せば、さらにスペクトル帯域が広い光を安定に出力できる光源を得ることができる。なお、光ファイバ24は、横単一モードファイバ以外の光ファイバを利用してもよい。またここでも偏波保持ファイバを用いてもよい。
まず、光路ファイバ10aが偏波保存ファイバでない場合(これは特許文献3の構成)を説明する。
本発明に係る光ファイバ出力光源装置1においては、軸ロール接合部52(若しくは53:以後52で代表させる。)の有無が重要となる。実際に組み上げた共振器32において、軸ロール接合部52が形成されているか否かの検証方法を説明する。
図4の構成で、出力部34の高非線形ファイバ30がない構成での動作例を以下に示す。増幅用光ファイバとして、偏波保持エルビウム添加光ファイバ(EDF:Erbium doped fiber)を用いた。また、分散補償用ファイバ12についても、偏波保持シングルモードファイバを用い、光路10全体を偏波保持ファイバで構成した。また、励起用光源18に1480nm帯の半導体レーザを用いた。単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20の光路10側の入力用ピグテールファイバ20ifも偏波保持ファイバで構成し、光路ファイバ10aと融着接続する際に偏光軸を15度傾けた。
図11は、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20の偏光軸と光路10の偏波保持軸のずれ角θを変えて、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20からの出力光パワーを測定した結果の例である。高非線形ファイバ30は通していない。図11を参照して、横軸は単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20の偏光軸と光路ファイバ10aとの偏波保持軸のずれ角θ(度)であり、縦軸は光パワー(mW)である。単一偏光反射型偏光ビームスプリッタ20からの出力光パワーが大きくなると、光路10にレーザ光を閉じ込めることができないことを意味し、安定な発振ができていないと判断できる。
図5に示した1/2波長板53aを用いた軸ロール接合部53を組み込んだ構成での動作例を図12に示す。増幅用光ファイバ14として偏波保持EDFを用い、分散補償用光ファイバ12も偏波保持ファイバを用いた。1/2波長板53aは回転機構を持つホルダで固定し、両端に偏波保持ファイバで構成されたコリメータを配置して、ファイバモジュール化し、単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20と光路10との間に挿入した。図12は、1/2波長板53aの高速軸を光路ファイバ10aの偏波保持軸に対して20度程度傾けた場合の出力スペクトルを測定したものである。
図5の構成(1/2波長板53aを用いた軸ロール接合部53を用いた構成)の更なる改良として、図6のように単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ20と1/2波長板53aを用いた軸ロール接合部53を一体化することも可能であると示した。このようにすれば、ファイバ部品点数を減らすことができ、組立コスト削減が可能となる。
10 光路
10a 光路ファイバ
12 分散補償用光ファイバ
14 増幅用光ファイバ
16 合波器
18 励起用光源
20 単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ
20a 入射口
20b 出射口
20if 入力用ピグテールファイバ
20of 出力用ピグテールファイバ
21 単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ
24 光ファイバ
22 90°偏波回転反射器
26 反射防止器
30 高非線形ファイバ
28 射光口
32 共振器
34 出力部
40 入射レンズ
42 出射レンズ
44 偏光ビームスプリッタ
44a 入射光面
44b 透過光面
44c 反射光面
44r 反射面
46 反射鏡
52 軸ロール接合部
53 軸ロール接合部
53a 1/2波長板
Claims (7)
- 偏波保持型の増幅用光ファイバと偏波保持型の分散補償用光ファイバを連結した光路と、
前記光路の一端に接続され、
前記光路に接続され前記光路からの光が入射する入射口と、
前記入射した光の特定方向の偏波光を反射させ前記光路に戻し、前記特定方向と異なる方向の偏波光を通過させる偏光ビームスプリッタと、
前記通過した光が出射する出射口を備えた単一偏波反射型偏光ビームスプリッタと、
前記光路の他端に接続された90°偏波回転反射器と、
前記光路中に挿設された合波器と、
前記合波器に接続された励起用光源を有し、
前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタと前記90°偏波回転反射器との間にはファラデー素子を有さず、
前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタから前記光路に戻される光の偏光軸に対する前記光路の偏波保持軸のずれ角を所定の角度で接続している軸ロール接合部を有することを特徴とする光ファイバ出力光源装置。 - 前記軸ロール接合部は、前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタから前記光路に戻される光の偏光軸と、前記光路の偏波保持軸のずれ角を調節する角度調節手段を有することを特徴とする請求項1に記載された光ファイバ出力光源装置。
- 前記軸ロール接合部は、前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタから前記光路に戻される光と前記光路の間に、光軸に対して回転可能に挿設された1/2波長板を有することを特徴とする請求項1に記載された光ファイバ出力光源装置。
- 前記軸ロール接合部は、
前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタから前記光路に戻される光が通る偏波保持ファイバと、
前記光路の偏波保持軸のずれ角を所定の角度で融着する融着部を有することを特徴とする請求項1に記載された光ファイバ出力光源装置。 - 前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタは、ファラデー回転鏡を用いていることを特徴とする請求項1に記載された光ファイバ出力光源装置。
- 前記単一偏波反射型偏光ビームスプリッタの後段にさらに高非線形ファイバを接続したことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一の請求項に記載された光ファイバ出力光源装置。
- 偏光ビームスプリッタと
前記偏光ビームスプリッタの反射面に対向して配置される反射鏡と、
前記偏光ビームスプリッタの入射光面側に設けられた入射レンズと、
前記偏光ビームスプリッタの透過光面側に設けられた出射レンズと、
前記入射レンズより入射側に設けられた1/2波長板が一体化されたことを特徴とする請求項1に記載された光ファイバ出力光源装置用の単一偏波反射型偏光ビームスプリッタ。
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