JPH10308549A

JPH10308549A - 光ファイバレーザ

Info

Publication number: JPH10308549A
Application number: JP26561297A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Sawada; 久澤田; 実 ▲吉▼田; Minoru Yoshida; Takahide Sudo; 恭秀須藤; Yoshiyuki Imada; 善之今田
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1998-11-17

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力で、安定度も高く、しかも、スペクト
ル帯域も比較的狭くて分散も少ない光ファイバレーザが
得られるようにする。【解決手段】石英系の光ファイバのコアまたはその周
囲にＥrがドープされてなる光ファイバ増幅素子４と、
この光ファイバ増幅素子４を励起する励起光導入用の光
合波カプラ８と、レーザ光取出用の波長無依存型の光分
岐カプラ１４とが順次接続されてループ状の光共振回路
２が構成されており、かつ、光ファイバ増幅素子４は、
そのＥrの濃度と条長との積である濃度条長積が２４〜
３８kppm・mの範囲に設定されており、また、光共振回
路２の途中には１.６μm帯の波長の光のみを通過させる
バンドパスフィルタ１２が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導放出効果によ
り光を増幅する光ファイバ増幅素子を用いてループ状の
光共振回路が構成されている光ファイバレーザに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信システムには、図８に示す
ような構成のものがある。

【０００３】この構成の光通信システムは、いわゆるス
ター型のもので、センタa側の伝送装置eと複数の各端末
機b₁〜bnとが主伝送線路Ｌ₀、光分波器h、および副伝送
線路Ｌ₁〜Ｌnを介して互いに接続されている。

【０００４】そして、センタa側の光源pから発生された
信号光(波長λs)が伝送装置eによって変調され、その変
調された信号光が主伝送線路Ｌ₀から光分波器hに入力さ
れ、ここで複数に分岐された信号光が副伝送線路Ｌ₁〜
Ｌnを介して各端末機b₁〜bnに伝送される。

【０００５】このような光通信システムを構築するため
の各伝送線路Ｌ₀，Ｌ₁〜Ｌnとしては、通常、石英系の
光ファイバが使用されるが、その場合の光ファイバの最
低損失波長帯は、１.５５μm帯にあることから、センタ
a側の光源pから発生される信号光の波長λsも１.５５μ
m帯のものが適用される。

【０００６】ところで、各伝送線路Ｌ₀，Ｌ₁〜Ｌnが途
中で不意に断線したりすると、その補修等を行う上で、
どの箇所で断線が生じているのかを検出する必要性が生
じる。

【０００７】そこで、従来技術では、センタa側に伝送
線路監視用の光パルス試験器としてのＯＴＤＲ(Ｏptica
l Ｔime Ｄomain Ｒeflectometer)g、および光カプラc
を配置し、ＯＴＤＲgからは、上記信号光の光源の波長
λsとは異なる波長帯λiをもつ光を発生する。

【０００８】たとえば、一つの端末機b₁までに連なる伝
送線路Ｌ₀，Ｌ₁の断線等の有無を調べたい場合には、あ
らかじめ伝送線路Ｌ₁に監視光の波長λ₁を対応させてお
いてＯＴＤＲｇ(光源の波長λ₁)より出力する。伝送線
路Ｌ₀を通った監視光(波長λ₁)は光分波器hにより伝送
線路Ｌ₁にのみ導かれる。同様に、他の伝送線路Ｌ₂の断
線等の有無を調べたい場合は、その伝送線路Ｌ₂に監視
光波長λ₂を対応させておいて、ＯＴＤＲgの波長をλ₂
として光分波器hによりその伝送線路Ｌ₂にのみ監視光を
導く。

【０００９】ここで、一つの端末機b₁に連なる伝送線路
Ｌ₀，Ｌ₁がいずれも正常な場合には、伝送線路監視用の
ＯＴＤＲgから出力される光は、途中で端面反射される
ことなく端末機b₁に至るが、端末機b₁では、その監視光
は本来不要であるから、光フィルタ等を用いてその監視
光(波長λ₁)を除いて信号光のみを取り込む。

【００１０】しかし、たとえば、一つの端末機b₁に連な
る副伝送線路Ｌ₁が途中で断線などしている場合には、
ＯＴＤＲgからの光は、その断線箇所で端面反射され、
その反射光が副伝送線路Ｌ₁，光分波器h、主伝送線路Ｌ
₀、光カプラcを介してＯＴＤＲgに入力される。

【００１１】ＯＴＤＲgにおいては、出射した光(波長λ
i、i＝１，２……ｎ)が反射により再び戻ってくるまで
の時間を計測することにより、その副伝送線路Ｌ₁の断
線箇所を特定する。

【００１２】このように、図８に示すような光通信シス
テムでは、信号光と区別する上で、信号光の波長λsと
は異なる波長λi帯の光を発生する伝送線路監視用のＯ
ＴＤＲgが必要となる。

【００１３】そのようなＯＴＤＲgに用いる光源とし
て、従来技術では、１.６μm帯の光を発生する半導体レ
ーザが提供されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな１.６μm帯の光を発生する半導体レーザは、市販品
では出力が比較的小さく(数mＷ以下)、このため、各伝
送線路Ｌ₀，Ｌ₁〜Ｌnを伝送する途中の減衰や、光分波
器hによる光分波によって光強度が小さくなり、伝送線
路監視用としては不十分である。たとえば、ＮＥＬ社製
の１.６５μmＤＦＢ(ＮＬＫ１６５１ＢＴＡ)レーザの場
合は、出力が１mＷ程度である。

【００１５】このような１.６５μm帯の半導体レーザに
代えて、たとえば、１.４８μm帯の光を発生する半導体
レーザを使用することも考えられる。

【００１６】しかし、１.４８μm帯の光を発生する従来
の半導体レーザは、１.６μm帯の半導体レーザの場合よ
りも高出力が得られるものの、発生される光のスペクト
ル帯域が広い(帯域幅で１０nm程度ある)ために、分散の
影響が大きく、また、各発振モードでの出力の安定度が
不足するため、伝送線路を監視する上での検出精度が不
十分となる。

【００１７】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、伝送線路の監視用等に使用される光源
として、高出力で、安定度も高く、しかも、スペクトル
帯域も比較的狭くて分散の影響が少ない光ファイバレー
ザが得られるようにすることを課題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】誘導放出効果により光を
直接に増幅する増幅媒体として、従来より石英系の光フ
ァイバのコアまたはその周囲にＥrをドープしたもの(以
下、ＥＤＦと称する)がある。このＥＤＦを用いて通常
の１.５５μm帯の増幅器を構成した場合の利得波長特性
は、Ｅrの濃度と条長との積である濃度条長積(ＣＬ)に
依存し、濃度条長積が大きくなると、利得のピークを示
す波長が長波長側にシフトすることが知られている(た
とえば、１９９３年電子情報通信学会春季大会Ｃ−２９
３，Ｐ４−３２９参照)。

【００１９】本発明は、上述のようにＥＤＦの利得波長
特性が濃度条長積に依存しているという事実に着目した
もので、上記の課題を解決するため、石英系の光ファイ
バのコアまたはその周囲にＥrがドープされてなる光フ
ァイバ増幅素子と、この光ファイバ増幅素子を励起する
励起光導入用の光合波カプラと、レーザ光取出用の波長
無依存型の光分岐カプラとが順次接続されてループ状の
光共振回路が構成されてなる光ファイバレーザにおい
て、次の構成を採る。

【００２０】すなわち、請求項１記載に係る本発明で
は、光ファイバ増幅素子は、そのＥrの濃度と条長との
積である濃度条長積が２４〜３８kppm・mの範囲に設定
されており、また、前記光共振回路の途中には１.６μm
帯の波長の光のみを通過させるバンドパスフィルタが配
置されている。

【００２１】また、請求項２記載に係る発明では、請求
項１記載の光ファイバレーザにおいて、前記光ファイバ
増幅素子は、そのコアまたはその周囲に前記Ｅrととも
にＡlが共ドープされ、そのＡlのドープ量が６３００〜
２６０００ppmの範囲内に設定されていることを特徴と
している。

【００２２】さらに、請求項３記載に係る発明では、請
求項１または請求項２に記載の光ファイバレーザにおい
て、前記バンドパスフィルタは、単一の誘電体多層膜フ
ィルタと、その前後に配置されたコリメートレンズとで
構成されていることを特徴としている。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
光ファイバレーザの構成図である。

【００２４】同図において、符号１は光ファイバレーザ
の全体を示し、２はこの光ファイバレーザ１を構成する
ループ状の共振回路、４はこの光共振回路２の一部を構
成する光ファイバ増幅素子としてのＥＤＦである。

【００２５】このＥＤＦ４は、誘導放出効果により光を
増幅するものであって、石英系の光ファイバのコアまた
はその周辺にＥr(エルビウム)がドープされており、か
つ、その濃度条長積ＣＬが次の値となるように設定され
ている。

【００２６】すなわち、ＥＤＦが１.５５μm帯の増幅器
として使用される場合の濃度条長積は、通常、１６kppm
・m未満であり、その場合の増幅可能な波長帯域は、励
起光の種類や信号光の強度にもよるが、１.５３μm〜
１.５７μm程度である。このような濃度条長積では、
１.５５μm帯でのレーザ発振が起こるが、１.６μm帯で
の発振は起こらない。

【００２７】そこで、本発明では、１.６０μm帯でレー
ザ発振が起こるように、ＥＤＦの条長を通常の場合より
も長尺にして、濃度条長積が２４〜３８kppm・mの範囲
になるように設定している。

【００２８】６はレーザダイオード等の励起光源で、こ
こでは１.４８μm帯の波長の励起光が発生されるが、Ｅ
ＤＦ４の増幅が可能な他の波長、たとえば０.９８μm帯
の波長の励起光を発生するものであってもよい。

【００２９】８は励起光源６からの励起光をＥＤＦ４に
導入するための光合波カプラ、１０a，１０bはレーザ光
の発振方向を規制するために光共振回路２の途中に挿入
された光アイソレータである。

【００３０】１２は１.５３μm〜１.５７μm帯のレーザ
発振を抑えて１.６μm帯の波長の光のみを通過させる波
長可変型のバンドパスフィルタである。

【００３１】このバンドパスフィルタ１２は、図２に示
すように、単一の誘電体多層膜フィルタ１２aと、その
前後に配置されたコリメートレンズ１２b，１２cとで構
成されており、光ファイバ１６から出射されたレーザ光
がコリメートレンズ１２bで平行光に変換され、これが
誘電体多層膜フィルタ１２aに入射することで特定の波
長のみが選択されて通過し、この光がコリメートレンズ
１２cで集光されて光ファイバ１６内に入射される。そ
の場合、誘電体多層膜フィルタ１２aの角度θを変える
ことで、通過波長帯域をたとえば１.５８μm〜１.６２
μmの範囲で任意に選択できるようになっている。

【００３２】１４はレーザ光取出用の波長無依存型の光
分岐カプラで、この光分岐カプラ１４は、たとえば、レ
ーザ光の帰還率が約５０％に設定される。

【００３３】そして、上記の各素子４，８，１０a，１
２，１４，１０bの間は、通常の石英系の光ファイバ１
６によって互いに連結されて上述したループ状の光共振
回路２が構成されている。

【００３４】上記構成において、励起光源６からの励起
光は、光合波カプラ８を介してＥＤＦ４に導入される一
方、ＥＤＦ４の誘導放出効果により生じた光の内、１.
６μm帯の光のみがバンドパスフィルタ１２を通過する
とともに、このフィルタ１２で選別された光がアイソレ
ータ１０a，１０bによって、図１中、時計方向に周回さ
れ、この１.６μm帯の光が再びＥＤＦ４を通過すること
で増幅される。この動作が繰り返されることでレーザ発
振を起こす。

【００３５】これにより、レーザ光取出用の波長無依存
型の光分岐カプラ１４からは、１.６μm帯の波長のレー
ザ光が安定して出射されることになる。

【００３６】なお、図１に示した構成の光ファイバレー
ザ１は、ＥＤＦ４に対して、レーザ発振光の通過方向と
逆の方向から励起光を入力する、いわゆる後方励起のも
のであるが、レーザ発振光と同じ方向から励起光を入力
する前方励起のものや、前方および後方から同時に励起
光を入力する双方向励起のものであってもよく、その場
合でも、この実施形態と同様の効果が得られる。

【００３７】また、上記の実施形態では、ＥＤＦ４は、
石英系の光ファイバのコアまたはその周辺にＥr(エルビ
ウム)がドープされた場合について説明したが、Ｅrとと
もにＡl(アルミニュウム)を共ドープし、そのＡlのドー
プ量を６３００〜２６０００ppmの範囲内に設定するの
が、利得特性を高める上では、より一層好ましい。

【００３８】

【実施例】図１および図２に示した構成の光ファイバレ
ーザ１を用いて、各種のレーザ発振特性を調べた実施例
について、次に説明する。

【００３９】表１は、ＥＤＦ４の濃度条長積ＣＬを変化
させた場合のレーザ光の発振波長や発振出力などを調べ
た結果である。

【００４０】

【表１】

【００４１】図３は、励起光源６からの励起光(波長１.
４８μm)入力を１００mＷとし、ＥＤＦ４の濃度条長積
ＣＬを変化させた場合に得られるレーザ発振出力を調べ
た結果である。なお、図３では、励起光の波長が１.４
８μmで、バンドパスフィルタ１２の波長通過帯域を１.
６０μmとした場合の結果を実線で、波長通過帯域を１.
６２μmとした場合の結果を破線でそれぞれ示してい
る。

【００４２】表１および図３から分かるように、レーザ
光の波長１.６μmで１４mＷ以上、１.６２μmで最大約
７mＷの出力が得られている。また、図３から分かるよ
うに、ＥＤＦ４の濃度条長積が２４kppm・mよりも小さ
い場合と３８kppm・mよりも大きい場合のいずれもレー
ザ発振出力が低下するため、ＥＤＦ４の濃度条長積は、
２４kppm・m〜３８kppm・mの範囲が適切である。

【００４３】図４(a)は、図２に示した構成のバンドパ
スフィルタ１２におけるフィルタ特性を示し、図４(b)
は、このバンドパスフィルタ１２の波長通過帯域を１.
６０μmに設定した場合のレーザ光のスペクトル分布を
光スペクトラムアナライザを用いて観測した結果を示し
ている。なお、この実験では、出力ポートの先に光アッ
ティネータを接続した上で、光スペクトラムアナライザ
に入射しているので、図４(b)の縦軸は強度の相対値を
示している。また、図４(a)，(b)中には、参考のため
に、誘電体多層膜フィルタ１２aをさらに一つ追加して
２段にした場合のデータも併せて破線で示している。ま
た、測定条件としては、ＥＤＦ４の濃度条長積をＣＬ＝
４０kppm・m、励起光パワーを１１５mＷに設定してい
る。

【００４４】図４(a)から分かるように、誘電体多層膜
フィルタ１２aが１段のもの(図２の構成のもの)では、
２段のものよりも通過帯域幅は若干広いが、バンドパス
フィルタ１２を通過するレーザ光のスペクトル分布は、
図４(b)から分かるように、１.５９９μm〜１.６０３μ
mの範囲で、帯域の広い１段のものでも２段のものと遜
色なく単一のピークとなる。

【００４５】よって、誘電体多層膜フィルタ１２aが１
段のものであっても、実用上、何ら問題なく使用でき、
特に、２段のものに比べて損失が少なくなる分、有利で
あり、かつ、構成が一層簡単になる等の利点がある。

【００４６】しかも、図４(b)から分かるように、レー
ザ光のスペクトル帯域が狭い(１.６μmを中心として帯
域幅で０.１nm程度)ので、これを伝送線路の監視用の光
源として使用した場合でも、分散の影響が小さいことが
理解される。

【００４７】図５は、ＥＤＦ４の濃度条長積をＣＬ＝２
４kppm・m、３０kppm・m、３８kppm・mとし、また、バ
ンドパスフィルタ１２の波長通過帯域をいずれも１.６
μmとして、励起光源６のパワーを変化させた場合のレ
ーザ光の発振出力を調べた結果を示している。

【００４８】図５から分かるように、励起光のパワーを
増加させることで、レーザ発振出力は直線的に増加す
る。したがって、励起光パワーを調整することで、高い
レーザ発振出力を得ることができる。

【００４９】図６は、バンドパスフィルタ１２によって
レーザ光の波長通過帯域を選択した場合のレーザ発振出
力を調べた結果を示している。なお、図６では、励起光
波長が１.４８μm、励起光パワーが１０５mＷ、ＥＤＦ
４の濃度条長積が３６kppm・mの場合の結果を実線で、
励起光波長が１.４８μm、励起光パワーが９４mＷ、Ｅ
ＤＦ４の濃度条長積が３８kppm・mの場合の結果を破線
でそれぞれ示している。

【００５０】図６から分かるように、１.５８μm〜１.
６２μmの範囲で７mＷ以上の高いレーザ発振出力が得ら
れている。

【００５１】図７は、図１の構成の光ファイバレーザ１
を構成するＥＤＦ４において、ＥrとともにＡlを共ドー
プし、このＡlを共ドープしたＥＤＦ４について、その
増幅素子としての増幅特性を調べた結果であって、同図
(a)には、Ａlドープ濃度と信号出力の関係を、同図(b)
にはＡlドープ濃度と利得の関係をそれぞれ示してい
る。なお、測定条件は、図７(a)，(b)中に示す通りであ
る。

【００５２】Ａlのドープ量には、最適値が存在し、Ａl
のドープ量を６３００〜２６０００ppmの範囲内に設定
するのが、利得特性を高める上で一層好ましい。

【００５３】すなわち、図１の構成の光ファイバレーザ
において、バンドパスフィルタ１２によってレーザ光の
通過中心波長を１.６２μmに設定したときの、ループ内
部の損失は６.８dＢであり、ＥＤＦ４の利得がループ内
損失以上になると、レーザ発振が立ち上がる。ＥＤＦ４
の利得は、実用上、ループ内損失よりも２dＢ以上ある
ことが望ましいので、図７(b)より、８.８dＢ以上の利
得を示すＡlドープ量の範囲は、６３００〜２６０００p
pmであることが理解される。

【００５４】なお、Ａlのドープ量が６３００ppmよりも
大幅に低下した場合には、Ｅr間の距離が近接するた
め、濃度消光により利得が低下する。一方、２６０００
ppmを大幅に越えると、濃度消光は起こらないものの、
Ａlドープによる散乱損失の増加によって、利得が低下
する。よって、Ａlドープ量の範囲には、上記の所望の
レーザ発振特性を得る上だけでなく、増幅素子としての
特性からも自ずと限界がある。

【００５５】

【発明の効果】本発明に係る光ファイバレーザは、次の
効果を奏する。

【００５６】(１) 請求項１記載の発明によれば、高出
力で、安定度も高く、しかも、スペクトル帯域も比較的
狭くて分散の影響が少ない光ファイバレーザが得られ
る。このため、伝送線路の監視用の光源等に使用するこ
とが可能である。また、この構成の光ファイバレーザ
は、レンズ等の空間光学系を使用しないので、組み立て
が比較的簡単で、比較的安価に構成することができる。

【００５７】(２) 特に、請求項２記載の発明によれ
ば、Ｅrを単独にドープする場合に比較して、Ａlを共ド
ープすれば、さらに高い利得が得られるため、一層、高
出力のレーザ光を発生することができる。

【００５８】(３) また、請求項３記載の発明によれ
ば、バンドパスフィルタの構成が簡単になり、コストダ
ウンを図ることができるばかりでなく、フィルタ通過の
際の損失も少なくなるので、高出力のレーザ光を発生す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバレーザの構
成図である。

【図２】図１の光ファイバレーザに使用されるバンドパ
スフィルタの構成を示す図である。

【図３】図１の構成の光ファイバレーザにおいて、光フ
ァイバ増幅素子の濃度条長積と、レーザ発振出力との関
係を調べた結果を示す特性図である。

【図４】図１の構成の光ファイバレーザにおいて、バン
ドパスフィルタのフィルタ特性、および波長通過帯域を
１.６０μmとしたときのレーザ光の発振スペクトルを示
す特性図である。

【図５】図１の構成の光ファイバレーザにおいて、励起
光パワーを変化させた場合のレーザ光の発振出力との関
係を調べた結果を示す特性図である。

【図６】図１の構成の光ファイバレーザにおいて、バン
ドパスフィルタによってレーザ光の波長通過帯域を選択
した場合のレーザ発振出力を調べた結果を示す特性図で
ある。

【図７】図１の構成の光ファイバレーザを構成するＥＤ
Ｆにおいて、ＥrとともにＡlを共ドープした場合のＡl
ドープ濃度と信号出力および利得の関係を示す特性図で
ある。

【図８】光通信システムの一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１…光ファイバレーザ、２…光共振回路、４…ＥＤＦ
(光ファイバ増幅素子)、８…光合波カプラ、１０a，１
０b…アイソレータ、１２…バンドパスフィルタ、１２a
…誘電体多層膜フィルタ、１２b，１２c…コリメートレ
ンズ、１４…光分岐カプラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今田善之兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英系の光ファイバのコアまたはその周
囲にＥrがドープされてなる光ファイバ増幅素子と、こ
の光ファイバ増幅素子を励起する励起光導入用の光合波
カプラと、レーザ光取出用の波長無依存型の光分岐カプ
ラとが順次接続されてループ状の光共振回路が構成され
ている光ファイバレーザにおいて、前記光ファイバ増幅素子は、そのＥrの濃度と条長との
積である濃度条長積が２４〜３８kppm・mの範囲に設定
されており、また、前記光共振回路の途中には１.６μm
帯の波長の光のみを通過させるバンドパスフィルタが配
置されていることを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項２】請求項１記載の光ファイバレーザにおい
て、前記光ファイバ増幅素子は、そのコアまたはその周囲に
前記ＥrとともにＡlが共ドープされ、そのＡlのドープ
量が６３００〜２６０００ppmの範囲内に設定されてい
ることを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の光ファ
イバレーザにおいて、前記バンドパスフィルタは、単一の誘電体多層膜フィル
タと、その前後に配置されたコリメートレンズとで構成
されていることを特徴とする光ファイバレーザ。