WO2007105692A1 - 光ファイバおよび広帯域光源 - Google Patents

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WO2007105692A1
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light
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Masaaki Hirano
Tetsuya Nakanishi
Toshiaki Okuno
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • G02F1/3528—Non-linear optics for producing a supercontinuum

Definitions

  • the present invention relates to a highly nonlinear optical fiber, and a broadband light source that generates broadband light by utilizing nonlinear optical phenomena in the optical fiber.
  • a super-continuum light source which is a kind of broadband light source, has features such as high output power, broadband property, and spectral flatness.
  • SC light source which is a kind of broadband light source
  • Such a broadband light source has been expected as an important light source for various application fields. For example, it is expected to be applied to optical measurement and near infrared spectroscopy.
  • Various configurations have been proposed for this broadband light source. Among them, a broadband light source that generates SC light in an optical fiber has a simple configuration.
  • the seed light source that outputs the seed light that is input to the optical fiber to obtain the SC light mainly includes short pulse light sources such as picoseconds and femtoseconds, pulse light sources of about nanoseconds, continuous light sources ( CW light source) is used.
  • short pulse light sources a typical example is a titanium sapphire laser light source that is widely used.
  • a fiber laser light source including an erbium-doped optical fiber as an optical amplification medium there is a fiber laser light source including an erbium-doped optical fiber as an optical amplification medium, and this is also actively developed as a light source that generates short pulses. It is coming.
  • Non-Patent Document 3 discloses a technique intended for further broadbanding of SC light.
  • the technique disclosed in Non-Patent Document 3 is intended to shift the zero dispersion wavelength of the optical fiber to the short wavelength side by irradiating the optical fiber with ultraviolet light, thereby expanding the spectrum of the SC light. is there.
  • there still remain issues such as the need for a large-scale irradiation device to irradiate the optical fiber with ultraviolet light, and the irreversible changes that make it difficult to adjust the fiber characteristics.
  • it would be useful if there was a light source capable of outputting broadband SC light covering the wavelength range 1.0 111 to 2.3 111 (further, wavelength range 0.8 ⁇ m to 2.5 ⁇ m). Realizing this has been difficult in the past.
  • Non-Patent Document 1 T. R. Schibli, et al: Opt. Lett. Vol. 29 (2004) 2467.
  • Non-Patent Document 2 Okuno, et al., 21st NIR Forum Abstracts, P-33, 173rd page (2005)
  • Non-Patent Document 3 P. S. Westbrook, et al .: J. of Lightwave Techn. Vol. 23 (2005) 13 Disclosure of Invention
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber and a broadband light source capable of generating SC light with a wider band.
  • Effective area at 1550 nm is 12 / zm 2 or less, chromatic dispersion is 0 or more lOpsZnm
  • An optical fiber having a wavelength dispersion of not more than Zkm and a wavelength dispersion of OpsZnmZ km or more in a wavelength range of 1500 nm to 2000 nm is provided.
  • light having a center wavelength included in the wavelength range of 1500 nm to 1650 nm is input.
  • An optical fiber having a chromatic dispersion of 0 or more and lOpsZnmZ km or less is provided.
  • the wavelength range is 1500 ⁇ !
  • a broadband light source includes a seed light source that outputs light having a center wavelength included in ⁇ 1650 nm, and an optical fiber that inputs light output from the seed light source and outputs supercontinuum light.
  • the optical fiber contained in this broadband light source has a wavelength range of 1300 ⁇ ! To ⁇ 1500 nm has a zero dispersion wavelength, contact the center wave length, effective area Te is not more 12 m 2 or less, and outputs the supercontinuum light was Hirogatsu above wavelength band 1 OOOnm.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a broadband light source that is Embodiment A of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing dispersion characteristics of an optical fiber in the broadband light source of Embodiment A.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the zero dispersion wavelength and the short wavelength side edge in the SC spectrum.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the spectrum of SC light output from the broadband light source of Embodiment A.
  • FIG. 5 is a graph showing the spectrum of SC light output from the fiber 21.
  • FIG. 6 is a graph showing the spectrum of SC light output from the fiber 22.
  • FIG. 7 is a graph showing a spectrum of SC light output from the fiber 23.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a wavelength converter 2 using an optical fiber according to Embodiment B of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing dispersion characteristics of the optical fiber of Embodiment B.
  • FIG. 10 (a) is a graph showing wavelength conversion in the wavelength converter using the optical fiber of Embodiment B, and (b) is a graph showing wavelength conversion in the wavelength converter of the comparative example.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a refractive index profile of an optical fiber according to Embodiment C of the present invention. is there.
  • FIG. 12 is a graph showing dispersion characteristics of the optical fiber of Embodiment C.
  • FIG. 13 is a graph showing the dispersion characteristics of the optical fiber of Embodiment C using the core diameter ratio Ra as a parameter.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the chromatic dispersion at the wavelength of 1500 nm and the zero dispersion wavelength of the optical fiber of Embodiment C.
  • FIG. 15 is a graph showing transmission loss characteristics in the embodiment of the optical fiber according to the present invention.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram showing a refractive index profile of an optical fiber which is Embodiment D of the present invention.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the cutoff wavelength of the optical fiber of Embodiment D and the relative refractive index difference ⁇ d of the depressed portion.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference ⁇ c of the core portion, the effective area, and the cutoff wavelength in a specific example of the optical fiber of Embodiment D.
  • FIG. 19 is a graph showing an absorption spectrum of water.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an embodiment of a broadband light source according to the present invention (hereinafter referred to as “embodiment IV”).
  • the broadband light source 1 includes a seed light source 11 and an optical fiber 12.
  • the seed light source 11 outputs seed light to be input to the optical fiber 12, and outputs light having a center wavelength included in the wavelength range of 1500 nm to 1650 nm as seed light.
  • the seed light source 11 is preferably a pulsed light source. In this case, the peak intensity of the seed light can be increased, and the output light having a relatively wide band with a low average power can be obtained. Can be generated. In particular, the slower the repetition frequency (lOOMHz or less), the better.
  • the seed light source 11 is preferably an Er-doped fiber laser light source.
  • the seed light source 11 can be easily combined with the fiber output, and can be easily configured at a relatively low cost.
  • the seed light source 11 is preferably a Norse light source in which Er-doped glass as an amplifying medium and a semiconductor saturable absorption mirror are incorporated in the cavity. In this case, the cavity is stabilized. A low-noise and compact broadband light source can be realized.
  • the optical fiber 12 is a highly nonlinear optical fiber, and receives light output from the seed light source 11 and outputs supercontinuum light (SC light).
  • the optical fiber 12 has a zero dispersion wavelength in a wavelength range of 1300 nm to 1500 nm, an effective area of 12 m 2 or less at a wavelength of 1550 nm, a wavelength dispersion of 0 to lOpsZnmZkm, and a wavelength range of 1500 nm to 2000 nm. Chromatic dispersion power SOpsZnmZkm or more.
  • the optical fiber 12 inputs the seed light output from the seed light source 11 into one end, guides it, generates SC light having a wavelength bandwidth greater than or equal to lOOOnm, and outputs the other end force by a nonlinear optical phenomenon.
  • the length of the highly nonlinear fiber to be used is generally in the range of several centimeters of force and several hundreds of meters. When the length is as short as several tens of centimeters, it is known that the noise of the seed light source is not amplified, and the ripple of the force SC spectrum that produces a low-noise SC light source becomes large. On the other hand, when the fiber is longer than several meters, the force ripple that increases the noise decreases, and a flat SC spectrum with respect to the wavelength can be obtained.
  • the length of use of the highly nonlinear fiber can be determined to suit the intended use of the SC light source.
  • the dispersion value at the wavelength of 1550 is less than ⁇ 0.5 ps / nm / km over the fiber length lkm. With such a fiber, it is possible to obtain a stable SC spectrum no matter where it is cut.
  • a specific example of the broadband light source 1 will be described as follows.
  • the seed light output from the seed light source 11 has a pulse center wavelength of 1550 nm, a pulse repetition frequency of 75 MHz, a power of 80 mW, and a panorless width of 300 fs.
  • Optical fiber 12 is a transmission loss at 1550nm is 0.6DBZkm a dispersion slope 0.03psZnm 2 Zkm, effective area is the 12 mu m 2, mode field diameter (MFD) is 4 mu m, Katto The wavelength is 1260nm, the polarization mode dispersion (PMD) force is 0.04psZkm 1/2 , and the length is 50m.
  • FIG. 2 is a graph showing the dispersion characteristics of the optical fiber 12.
  • Figure 2 also shows the dispersion characteristics of a cinder mode optical fiber (SMF) and a dispersion shifted optical fiber (DSF) as comparative examples.
  • SMF cinder mode optical fiber
  • DSF dispersion shifted optical fiber
  • the zero dispersion wavelength of SMF is around 1310 nm and the zero dispersion wavelength of DSF is around 1550 nm, whereas the zero dispersion wavelength of optical fiber 12 is within the wavelength range of 1300 nm to 1500 nm.
  • the wavelength dispersion is 0 to lOpsZnmZkm and the wavelength dispersion is OpsZnmZkm or more in the wavelength range of 1500 nm to 2000 nm.
  • the optical fiber 12 has an effective area of as small as 12 m 2 or less, and therefore the nonlinear coefficient ⁇ increases to 18 ZwZkm or more (when measured by the XPM method), and nonlinear phenomena are likely to occur.
  • the effective area is more preferably 10 m 2 or less.
  • the nonlinear coefficient ⁇ is 24 ZwZkm or more.
  • the mode field diameter (MFD) is preferably 4.0 ⁇ m or less.
  • the optical fiber 12 when the pulse seed light output from the seed light source 11 is input, complex nonlinear phenomena such as spectrum expansion due to self-phase modulation (SPM), soliton self-frequency shift, and higher-order soliton splitting. As a result, SC light is generated.
  • SPM self-phase modulation
  • the chromatic dispersion value of the optical fiber 12 is a seed for spectrum expansion due to nonlinear phenomena.
  • the change in the waveform of the pulse itself can be suppressed, and a wider spectrum can be stably generated.
  • the dispersion value at 1550 nm is preferably 0 to +5 ps / nm / km (zero dispersion wavelength corresponds to 1410 nm or more).
  • Table 1 shows various characteristics of the optical fiber 12 in specific examples and comparative examples.
  • Characteristics other than the mouth dispersion wavelength and cutoff wavelength are the values at 1550 nm.
  • Power! Table 1 shows the SC optical spectrum when a seed light having a pulse center wavelength of 1550 nm, a pulse repetition frequency of 75 MHz, a pulse of 80 mW, and a pulse width of 300 fs is input. The wavelength on the short wavelength side, which is 10 dB lower than the peak value of the light, is shown.
  • the optical fiber 12 is anomalous dispersion in the wavelength range of 1500 nm and 2000 nm. That Therefore, the soliton phenomenon can occur, the spectrum is expanded on the long wavelength side, and the spectrum is easily expanded on the short wavelength side as idler light. Particularly preferred is anomalous dispersion at 1500-2200 nm.
  • the optical fiber 12 2 m having a dispersion slope of about +0.02 to +0.04 ps Znm 2 Zkm and an effective area of about 9 to 11 m 2 is used.
  • the seed light output from the seed light source 11 and input to the optical fiber 12 is pulsed light having a center wavelength of 1550 nm, a repetition frequency of 50 MHz, a pulse width of 90 fs, and an incident intensity on the optical fiber 2 of 300 mW.
  • the relationship between the short wavelength side (short wavelength side edge) where the intensity of the SC spectrum decreases by 10 dB from the peak intensity when the seed light enters the optical fiber 12 and the zero dispersion wavelength is shown in Fig. 3. It is as follows.
  • the wavelength on the long wavelength side where the SC spectrum intensity decreased by 10 dB from the peak intensity was 2200 nm or more in all examples. Therefore, it is desirable that the zero dispersion wavelength is 1500 nm or less because the short wavelength side edge of the spectrum of the generated broadband light can exist below lOOOnm. The reason why the zero dispersion wavelength is limited to 1300 nm or more is due to the material dispersion curve of quartz glass.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a spectrum of SC light output from the broadband light source 1. As shown in FIG. 4, the spectrum of the SC light output from the broadband light source 1 is expanded to the short wavelength side and also to the long wavelength side as compared with the SC light spectrum of the comparative example.
  • Table 2 shows various characteristics of other specific examples of the optical fiber 12 (fibers 21 to 23).
  • the SC optical spectrum when seed light having a pulse center wavelength of 1550 nm, a pulse repetition frequency of 50 MHz, a power of lOOmW, and a pulse width of 200 fs is input to an optical fiber having a length of 10 m.
  • FIGS. 5, 6, and 7 are graph showing the spectrum of SC light output from each of Fino 21, Fino 22, and Fiber 23.
  • the zero dispersion wavelength is 1500 nm or less, as in fibers 21 and 22, the short wavelength side of the SC light has been expanded to lOOOnm or less, which is preferable.
  • fiber 23 with a zero dispersion wavelength of 1535 nm S The short wavelength side of C light does not spread below lOOOnm.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of wavelength change 2 using an embodiment of an optical fiber according to the present invention (hereinafter referred to as “embodiment B”).
  • the wavelength change 2 shown in FIG. 8 includes a pumping light source 21, an optical fiber 22, an optical amplifier 23, a bandpass filter 24, a light power plug 25, and a power monitor 26.
  • FIG. 9 is a graph showing the dispersion characteristics of the optical fiber 22.
  • part (a) is a graph showing wavelength conversion in the wavelength converter 2
  • part (b) is a graph showing wavelength conversion in the wavelength conversion of the comparative example.
  • Optical fiber 22 is a transmission loss 1.2DBZkm a dispersion slope 0.025psZnm 2 Zkm, a ⁇ force S0.9 X 10 _56 s 4 Zm, the effective cross-sectional area is 9.3 mu m 2, mode field Diameter (M
  • FD 3.4 ⁇ m
  • cutoff wavelength 1450 nm
  • polarization mode dispersion PMD
  • length 100 m.
  • the pumping light output from the pumping light source 21 has a wavelength near the zero dispersion wavelength of the optical fiber 22.
  • the pump light is optically amplified by the optical amplifier 23, passes through the band-pass filter 24, is combined with the signal light in the vicinity of the wavelength of 1550 nm by the optical power plastic 25, and is input to the optical fiber 22.
  • signal light having a wavelength of about 1300 nm is generated. In this way, it is possible to switch between upstream and downstream signals in optical communication, for example, without a transmitter / receiver installed in a normal switching center, or switch a C-band wavelength multiplexed signal to a 1.3 ⁇ m-band wavelength multiplexed signal. It is possible to
  • the optical fiber according to the present invention may have a cutoff wavelength of 1650 nm or less in a 2 m fiber, and an absolute value of a dispersion slope at a wavelength of 1550 nm may be 0.04 psZnm 2 Zkm or less.
  • the cut-off wavelength is 1650 nm or less
  • the incident light is guided through the optical fiber in a single mode, so the influence S of mode fluctuation during SC light generation is reduced.
  • the cutoff wavelength is 1450 nm or less. In this case, it is possible to reduce the influence of mode fluctuations during the generation of the short wavelength component, and the output wideband spectrum. Since stability can be achieved, it is more preferable. Since the absolute value of the dispersion slope is small, the wavelength dependence of wavelength dispersion can be reduced, so that the anomalous dispersion region can be made wider.
  • the fourth-order dispersion value dS / d, which is the wavelength ( ⁇ ) dependence of the dispersion slope (S).
  • S dispersion slope
  • the fourth-order dispersion value dS / cU the zero dispersion wavelength at wavelengths above 1550 nm
  • the relationship of the maximum value of chromatic dispersion in the range of 1500 ⁇ 2000 nm was investigated. The results are shown in Table 3.
  • dS / cU is required to be ⁇ 0.00017 ps / nm3 / km or more.
  • dS / cU is required to be -0.000 03 ps / nm3 / km or less.
  • dS / cU is preferably ⁇ 0.00017 ps / nm3 / km or more and ⁇ 0.00003 ps / nm3 / km or less at a wavelength of 1550 nm. Note that the preferred range of dS / cU also varies depending on the dispersion value and dispersion slope at wavelength 1550.
  • the optical fiber according to the present invention may have a chromatic dispersion of 0 or more and 15 psZnmZkm or less in a wavelength range of 1500 nm and 2000 nm. Wavelength range 1500nm 2200nm wavelength
  • the dispersion is preferably 0 or more and 15 psZnmZkm or less, preferably 0 or more and lOpsZnmZkm or less, and more preferably 0 or more and 5 psZnmZkm or less.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a refractive index profile of an optical fiber according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “embodiment C”).
  • FIG. 12 is a graph showing dispersion characteristics of the optical fiber of Embodiment C.
  • Figure 12 shows the dispersion characteristics for each value of the core diameter.
  • the preferred core diameter range varies depending on the relative refractive index difference and ⁇ parameter of the central core part, the relative refractive index difference of the depressed part, the core diameter ratio Ra, and the like.
  • the relative refractive index difference in the central core portion is higher, the ⁇ parameter is more powerful, or the relative refractive index difference in the depressed portion is lower than in the optical fiber of Embodiment C.
  • the preferred core diameter range is small. Forces whose characteristics change depending on the core diameter Effective area is 8.8 m 2 ⁇ : L 1.3 m 2 , Cutoff wavelength is 1240 nm to 1620 nm.
  • FIG. 13 is a graph showing the dispersion characteristics of the optical fiber of Embodiment C using the core diameter ratio Ra as a parameter.
  • the core diameter ratio Ra is changed under the condition that the zero dispersion wavelength is about 1500 nm.
  • the behavior of the dispersion characteristics is complicated, and the core diameter ratio Ra is preferable in the range of 0.30 to 0.80, particularly in the vicinity of 0.30 and 0.70.
  • the preferred core diameter range also varies depending on the relative refractive index difference and ⁇ parameter of the core part, the relative refractive index difference of the depressed part, and the core diameter 2a.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the chromatic dispersion at the wavelength of 1500 nm and the zero dispersion wavelength of the optical fiber according to Embodiment C. As shown in FIG. 14, the zero dispersion wavelength is more preferably 1320 nm or more and 1500 nm or less.
  • the polarization mode dispersion of an optical fiber according to the present invention is even LpsZkm 1/2 or less Yogu preferably not more 0.5PsZkm 1/2 or less, more preferably 0.1psZkm 1 / 2 or less.
  • Low polarization mode dispersion (PMD) improves long-term stability.
  • the crosstalk between orthogonal polarizations in the fundamental mode may be 20 / or less for the fiber length lm! /.
  • the absorption loss due to the OH group at a wavelength of 1380 nm may be 5 dBZkm or less. In this case, generation of an output spectrum dip due to absorption of OH groups can be avoided, and at the same time, loss of converted light in wavelength conversion can be avoided.
  • Absorption loss due to OH groups at a wavelength of 1380 nm is preferably ldBZkm or less.
  • FIG. 15 is a graph showing transmission loss characteristics in the embodiment of the optical fiber according to the present invention.
  • Transmission characteristics of the optical fiber the zero dispersion wavelength of 1495Nm, the effective area (1550 nm) is 11.8 m 2, the wavelength dispersion (1550 nm) is + 1.4PsZnmZkm, dispersion slope (1550 nm) is + 0.025PsZnm 2 Zkm, mode field diameter (1 550 nm) is 3.6 ⁇ m, nonlinear coefficient ⁇ (1550 nm) is 19 ZwZkm, and polarization mode dispersion PMD (1550 nm) is 0.05 psZkm 1/2 .
  • the transmission loss is 0.67 dBZkm at a wavelength of 1.55 ⁇ m, and the absorption loss due to the OH group is about +0.15 dBZkm near the wavelength of 1.38 ⁇ m, and about +0.10 dBZkm near the wavelength of 1.41 ⁇ m.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram showing a refractive index profile of an optical fiber that is Embodiment D of the present invention.
  • the optical fiber of Embodiment D is based on quartz glass, and includes a central core portion, a depressed portion surrounding the central core portion and having a lower refractive index than the central core portion, and surrounding the depressed portion and having a higher refractive index than the depressed portion. And an outer cladding portion having a rate.
  • the relative refractive index difference of the central core part with respect to the outer cladding is represented by ⁇ c
  • the relative refractive index difference of the breast part with respect to the outer cladding is represented by ⁇ d.
  • the difference ( ⁇ c ⁇ ⁇ d) between ⁇ c and ⁇ d is fixed to 3.5%, which can be realized relatively easily, and the relative refractive index difference ⁇ d is changed.
  • the ⁇ parameter of the central core is 3.5.
  • the effective area at the wavelength of 1550 nm is 10.0 m 2 when the relative refractive index difference ⁇ d of the depressed portion is in the range of 0 (matched type) to —0.9%.
  • the nonlinear coefficient ⁇ is about 22 ZwZkm
  • the dispersion value is +1.6 to +1.8 psZnmZkm
  • the dispersion slope is +0.026 to +0.028 psZnm 2 Zkm.
  • the difference was powerless.
  • the cut-off wavelength could be shortened by using a depressed type.
  • the cut-off wavelength is 1450 nm or less when the relative refractive index difference Ad of the depressed portion is ⁇ 0.3% or less, and the relative refractive index difference ⁇ d of the depressed portion is desirably 0.3% or less.
  • the relative refractive index difference ⁇ d of the depressed part is about 0.8% by adopting F-added SiO glass.
  • Table 4 shows various characteristics of specific examples of the investigated optical fibers.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the relative refractive index difference Ac of the core portion, the effective cross-sectional area, and the cutoff wavelength in a specific example of the optical fiber of Embodiment D.
  • the a parameter of the central core is set to 3.
  • the relative refractive index difference Ac of the core is 2.0% or more
  • the effective area can be made 12 m 2 or less.
  • the core part When the relative refractive index difference ⁇ c is 5.5% or less, the cutoff wavelength can be made 1650 nm or less. Therefore, the relative refractive index difference of the core part with respect to the outer cladding part is preferably 2.0% or more and 5.5% or less.
  • the difference between the light intensity at the wavelength ⁇ m and the peak light intensity may be 10 dB or less, and the light intensity at the wavelength 220 Onm
  • the difference from the peak light intensity may be 10 dB or less.
  • each compound has a characteristic absorption spectrum in the wavelength range of 1.2 m to 1.8 m. Therefore, the absorption spectrum of the compound is actively taken in this region.
  • the absorption spectrum of water is as shown in FIG.
  • light within the wavelength range of 0.8 ⁇ m to L1 ⁇ m has high transmittance due to low absorption of water and OH groups, and this range is an area that can be called a “biological window”.
  • the window region of 1000-11 OOnm can be used, and the depth of arrival to the living body becomes deeper.
  • a tomographic image at a deep position can be obtained from reflection and diffusion information using a wavelength band of 1000 nm or less.
  • a window region with a shorter wavelength can be used by expanding the wavelength to 900 nm or less.
  • an iodine stabilized Nd: YAG laser light source having a wavelength of 1064 nm is used. Accurate measurement of the absolute frequency of this laser light source is an important issue as described in the literature. For wavelengths near the edges of the spectrum of SC light
  • the output light intensity is not stable due to the polarization dispersion in the optical fiber, the temperature dependence of chromatic dispersion, and the output fluctuation of the seed light source.
  • the SC light spectrum is expanded below 1064, but the conventional technology expands to this wavelength and has a stable output. It was difficult to obtain the SC optical spectrum.
  • the output intensity near the wavelength of 1064 nm is stabilized, and more reliable measurement over a long period of absolute frequency becomes possible.
  • 0.8 ⁇ m to: L1 ⁇ m, 1.6 ⁇ m to 1.8 ⁇ m, 2.0 ⁇ m to 2.5 ⁇ m are water or diacid It is an area that can be called an “atmospheric window” with low carbon absorption. Therefore, if a light source having a certain degree of coherency that covers this range can be easily realized, it will be possible to sufficiently reach light up to a long distance, which is useful because it can be applied to laser lidars in the atmosphere, for example. .
  • the time average output power of the SC light output from the optical fiber is preferably 10 mW or more, and in this way, the power necessary for spectroscopic measurement, biological observation, etc. is ensured. .
  • the spectrum intensity at any wavelength of lOOOnm or less is 20 dBmZnm or more. By doing so, the sensitivity of the detector is compared. It is possible to secure a dynamic range of 30 dB or more, which is useful for spectroscopic measurements in the wavelength band below lOOOnm and for measuring the transmission and reflection characteristics of optical communication components.
  • the broadband light source of the present invention can be applied to optical measurement and near infrared spectroscopy.

Abstract

　更に広帯域のＳＣ光を発生させることができる光ファイバおよび広帯域光源を提供する。 　広帯域光源１は、種光源１１および光ファイバ１２を備える。種光源１１は、波長範囲１５００ｎｍ～１６５０ｎｍに含まれる中心波長を有する光を出力する。光ファイバ１２は、種光源１１から出力される光を入力してスーパーコンティニューム光を出力する。光ファイバ１２は、波長範囲１３００ｎｍ～１５００ｎｍにゼロ分散波長を有し、中心波長において実効断面積が１２μｍ２以下であり、波長帯域幅１０００ｎｍ以上に拡がったスーパーコンティニューム光を出力する。

Description

明 細 書
光ファイバおよび広帯域光源
技術分野
[0001] 本発明は、高非線形性の光ファイバ、および、この光ファイバにおける非線形光学 現象を利用して広帯域光を発生させる広帯域光源に関するものである。
背景技術
[0002] 広帯域光源の一種であるスーパーコンティ-ユーム光源（SC光源）は、その高出力 性、広帯域性およびスペクトル平坦度などの特徴を有する。このような広帯域光源は 、様々な応用分野への重要光源として期待されてきており、例えば、光計測や近赤 外分光への応用が期待されて 、る。この広帯域光源として様々な構成が提案されて いる。その中でも、光ファイバ中で SC光を生成させる広帯域光源は、構成が簡便で
、容易に相互作用長を長くすることができ、スペクトル制御も容易であることから、一 般的に広く用いられている。
[0003] 一方、 SC光を得るために光ファイバに入力させる種光を出力する種光源としては、 主に、ピコ秒やフェムト秒などの短パルス光源、ナノ秒程度のパルス光源、連続光源 (CW光源)等が用いられる。短パルス光源では、代表例として一般的に広く用いられ ているチタンサファイアレーザ光源などがある。特に光通信において重要な波長帯で ある波長 1550nm付近で発振する光源として、エルビウム添加光ファイバを光増幅 媒体として含むファイバレーザ光源があり、これも短パルスを生成する光源として活発 に開発が進められてきている。
[0004] SC光の生成については数多くの報告がなされている。最近ではチタンサファイアレ 一ザ光源の発振波長付近にゼロ分散波長を有するフォトニッククリスタルファイバなど のホーリーファイバを用いた検討が活発である。ホーリーファイバで発生する SC光は 400ηπ！〜 1700nm程度と非常に広い帯域を実現可能である。しかし、ホーリーファ ィバの偏波モード分散（PMD)が大きいことから、 SC光のスペクトルが不安定である ことや、パルス光源系自体が大型で扱いにくいことなど、多くの課題がある。
[0005] 一方、 Er添カ卩ファイバレーザ光源を中心とした波長 1550nm帯の短パルス光源から のパルス光は、安定で小型 '可搬であり、光増幅器と組み合わせることで容易に高出 力が得られるなどの長所を有する。この光源と非線形性の高 、光ファイバとを組み合 わせることにより、波長帯域 1140ηπ！〜 2400nmに渡る広帯域な SC光の生成も報 告されている (非特許文献 1, 2を参照)。
[0006] し力し、従来では、長波長側について 2200nm以上に、短波長側について 1100η m以下に同時に SC光のスペクトルを拡大するのは困難であり、報告例もほとんどな い。 SC光の更なる広帯域ィ匕を意図した技術が非特許文献 3に開示されている。この 非特許文献 3に開示された技術は、光ファイバに紫外光を照射することで該光フアイ バの零分散波長を短波長側にシフトさせて、これにより SC光のスペクトル拡大を図る ものである。しかし、光ファイバに紫外光を照射するには、大掛かりな照射装置が必 要であること、変化が不可逆的であってファイバ特性の調整が難しいこと、などの課 題が依然として残っている。このように、波長域1.0 111〜2.3 111(更に波長域0.8 μ m〜2.5 μ m)をカバーするような広帯域の SC光を出力することができる光源があ れば有用であるが、これを実現することは従来では困難であった。
非特許文献 1 :T. R. Schibli, et al: Opt. Lett. Vol. 29 (2004) 2467.
非特許文献 2 :奥野、他、第 21回近赤外フォーラム講演要旨集、 P-33、第 173ベー ジ（2005)
非特許文献 3 : P. S. Westbrook, et al.: J. of Lightwave Techn. Vol. 23 (2005) 13 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明の目的は、更に広帯域の SC光を発生させることができる光ファイバおよび 広帯域光源を提供することである。
課題を解決するための手段
[0008] 目的を達成するため、波長範囲 1300ηπ！〜 1500nmにゼロ分散波長を有し、波長
1550nmにおいて実効断面積が 12 /z m2以下であり、波長分散が 0以上 lOpsZnm
Zkm以下であり、波長範囲 1500nm〜2000nmにお!/、て波長分散が OpsZnmZ km以上である光ファイバが提供される。
[0009] 加えて、波長範囲 1500nm〜1650nmに含まれる中心波長を有する光が入力され ることにより波長帯域幅 lOOOnm以上に拡がったスーパーコンティ-ユーム光を出力 する光ファイバであって、波長範囲 1300nm〜1500nmにゼロ分散波長を有し、中 心波長において実効断面積が 12 m2以下であり、波長分散が 0以上 lOpsZnmZ km以下である光ファイバが提供される。
[0010] 他の態様として、波長範囲 1500ηπ！〜 1650nmに含まれる中心波長を有する光を 出力する種光源と、この種光源から出力される光を入力してスーパーコンティニュー ム光を出力する光ファイバとを備える広帯域光源が提供される。この広帯域光源に含 まれる光ファイバは、波長範囲 1300ηπ！〜 1500nmにゼロ分散波長を有し、中心波 長にお 、て実効断面積が 12 m2以下であり、波長帯域幅 1 OOOnm以上に拡がつ たスーパーコンティニューム光を出力する。
発明の効果
[0011] 本発明によれば、更に広帯域の SC光を発生させることができる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明の実施形態 Aである広帯域光源の概念図である。
[図 2]実施形態 Aの広帯域光源における光ファイバの分散特性を示すグラフである。
[図 3]ゼロ分散波長と SCスペクトルにおける短波長側のエッジとの関係を示すグラフ である。
[図 4]実施形態 Aの広帯域光源から出力される SC光のスペクトルを示す概念図であ る。
[図 5]ファイバ 21から出力される SC光のスペクトルを示すグラフである。
[図 6]ファイバ 22から出力される SC光のスペクトルを示すグラフである。
[図 7]ファイバ 23から出力される SC光のスペクトルを示すグラフである。
[図 8]本発明の実施形態 Bである光ファイバを用いた波長変換器 2の概念図である。
[図 9]実施形態 Bの光ファイバの分散特性を示すグラフである。
[図 10] (a)部分は実施形態 Bの光ファイバを用いた波長変換器における波長変換を 示すグラフであり、 (b)部分は比較例の波長変換器における波長変換を示すグラフ である。
[図 11]本発明の実施形態 Cである光ファイバの屈折率プロファイルを示す概念図で ある。
[図 12]実施形態 Cの光ファイバの分散特性を示すグラフである。
[図 13]実施形態 Cの光ファイバの分散特性をコア径比 Raをパラメータとして示すダラ フである。
[図 14]実施形態 Cの光ファイバの波長 1500nmにおける波長分散とゼロ分散波長と の関係を示すグラフである。
[図 15]本発明に係る光ファイバの実施形態における伝送損失特性を示すグラフであ る。
[図 16]本発明の実施形態 Dである光ファイバの屈折率プロファイルを示す概念図で ある。
[図 17]実施形態 Dの光ファイバのカットオフ波長とディプレスト部の比屈折率差 Δ dと の関係を示すグラフである。
[図 18]実施形態 Dの光ファイバの具体例におけるコア部の比屈折率差 Δ cと実効断 面積およびカットオフ波長との関係を示すグラフである。
[図 19]水の吸収スペクトルを示すグラフである。
符号の説明
[0013] 1…広帯域光源、 2…波長変換器、 11· ··種光源、 12· ··光ファイノく、 21· ··励起光源 、 22· ·· フ: Γイノく、 23· ··¾¾ι|ιΙ^ 24· ··ノ ンドノ スフイノレ夕、 25· · · ^7ブラ、 26· ·· ノ ヮ一モニタ。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 本発明の実施形態が、以下において、図面を参照して説明される。図面は、説明を 目的とし、発明の範囲を限定しょうとするものではない。図面において、説明の重複 を避けるため、同じ符号は同一部分を示す。図面中の寸法の比率は、必ずしも正確 ではない。
[0015] 図 1は、本発明に係る広帯域光源の実施形態 (以下「実施形態 Α」と呼ぶ)の概念 図である。広帯域光源 1は、種光源 11および光ファイバ 12を備える。種光源 11は、 光ファイバ 12へ入力させるべき種光を出力するものであり、波長範囲 1500nm〜 16 50nmに含まれる中心波長を有する光を種光として出力する。 [0016] 種光源 11は、パルス光源であるのが好適であり、この場合には、種光のピークパヮ 一を高くすることが可能であり、また、低い平均パワーで相対的に広帯域な出力光を 生成可能である。特に繰り返し周波数は遅い（lOOMHz以下）ほど好ましい。種光源 11は、 Er添加ファイバレーザ光源であるのが好適であり、この場合には、ファイバ出 力との結合が容易であり、比較的低コストで簡易に構成が可能である。また、種光源 11は、増幅媒体としての Er添加ガラスおよび半導体可飽和吸収ミラーをキヤビティ内 に組み込んだノ ルス光源であるのが好適であり、この場合には、キヤビティなどを安 定ィ匕した低雑音でコンパクトな広帯域光源が実現可能である。
[0017] 光ファイバ 12は、高非線形性の光ファイバであって、種光源 11から出力される光を 入力してスーパーコンティ-ユーム光（SC光）を出力する。光ファイバ 12は、波長範 囲 1300nm〜1500nmにゼロ分散波長を有し、波長 1550nmにおいて、実効断面 積が 12 m2以下であり、波長分散が 0以上 lOpsZnmZkm以下であり、波長範囲 1500nm〜2000nmにおいて波長分散力 SOpsZnmZkm以上である。光ファイバ 1 2は、種光源 11から出力された種光を一端に入力して導波させ、非線形光学現象に より、波長帯域幅 lOOOnm以上に拡がった SC光を発生し他端力も出力する。
[0018] 使用する高非線形ファイバの長さは数 cm力も数 100mの範囲が一般的である。長さ が数 10 cm以下と短い場合には、種光源の有するノイズが増幅されず、低ノイズの SC 光源が得られる力 SCスペクトルのリップルは大きくなることが知られている。一方、フ アイバが数 m以上と長い場合には、ノイズは大きくなる力 リップルが小さくなり、波長 に対して平坦な SCスペクトルを得ることが可能となる。高非線形ファイバの使用長さ は、 SC光源の使用目的に適するように決定することが出来る。
[0019] 一般的に、光ファイバは数 kmのスプールで線引き、検査される。 SC光発生に用い る高非線形ファイバは、スプールの長さと比較して非常に短い。従って、高非線形フ アイバの長さ方向における特性、特に分散特性、が変動していると、製造した SC光源 の性能が変化してしまう。従って長さ方向における伝送特性は安定していることが必 要であり、望ましくはファイバ長さ lkmに渡って波長 1550應における分散値の変動 が ±0.5 ps/nm/km以下であると良い。このようなファイバでは、どこを切っても安定し た SCスペクトルを得ることが可能である。 [0020] 広帯域光源 1の具体的な例を説明すると以下のとおりである。種光源 11から出力さ れる種光は、パルス中心波長が 1550nmであり、パルス繰り返し周波数が 75MHzで あり、パワーが 80mWであり、パノレス幅が 300fsである。光ファイバ 12は、 1550nm において伝送損失が 0.6dBZkmであり、分散スロープが 0.03psZnm2Zkmであり 、実効断面積が 12 μ m2であり、モードフィールド径（MFD)が 4 μ mであり、カットォ フ波長が 1260nmであり、偏波モード分散（PMD)力 0.04psZkm1/2であり、長さが 50mである。
[0021] 図 2は、光ファイバ 12の分散特性を示すグラフである。図 2には、比較例としてシン ダルモード光ファイバ（SMF)および、分散シフト光ファイバ（DSF)それぞれの分散 特性も示されている。 SMFのゼロ分散波長が 1310nm付近であり、 DSFのゼロ分散 波長が 1550nm付近であるのに対して、光ファイバ 12のゼロ分散波長は波長範囲 1 300nm〜1500nm内【こある。また、光ファイノ 12ίま、波長 1550nm【こお!ヽて波長 分散が 0以上 lOpsZnmZkm以下であり、波長範囲 1500nm〜2000nmにおいて 波長分散が OpsZnmZkm以上である。
[0022] 光ファイバ 12は、実効断面積が 12 m2以下と小さいことにより、非線形係数 γが 1 8ZwZkm以上 (XPM法で測定した場合)と大きくなり、非線形現象が発生しやすく なる。特に実効断面積は 10 m2以下であると更に好ましぐこの場合には、非線形 係数 γは 24ZwZkm以上となる。また、モードフィールド径（MFD)は 4.0 μ m以下 が望ましい。
[0023] 光ファイバ 12では、種光源 11から出力されたパルス種光が入力された際、自己位 相変調（SPM)によるスペクトル拡大、ソリトン自己周波数シフト、高次ソリトン分裂な ど複雑な非線形現象の結果として SC光が発生する。入力パルス光の中心波長での 光ファイバ 12の波長分散値を 0〜 + 10ps/nm/km (ゼロ分散波長が 1340nm以 上に相当）とすることにより、非線形現象によるスペクトル拡大が起こる際の種パルス 自体の波形変化を抑制することができ、より広帯域なスペクトルを安定に生成可能と なる。好ましくは 1550nmにおける分散値が 0〜 + 5ps/nm/km (ゼロ分散波長が 1410nm以上に対応）であると更によい。
[0024] 表 1に、光ファイバ 12の具体例と比較例における諸特性を示す。表 1において、ゼ 口分散波長、カットオフ波長以外の特性は 1550nmにおける値である。力！]えて表 1に は、パルス中心波長が 1550nmであり、パルス繰り返し周波数が 75MHzであり、パ ヮ一が 80mWであり、パルス幅が 300fsである種光を入力したときの、 SC光スぺタト ルのピーク値から 10dB低下する短波長側の波長が示されている。
[表 1]
Figure imgf000009_0001
また、光ファイバ 12は、波長範囲 1500nm 2000nmで異常分散である。そのた め、ソリトン現象が発生可能となり、長波長側にスペクトルが拡大し、そのアイドラー光 として短波長側にもスペクトルが拡大しやすい。特に好ましくは 1500〜2200nmで 異常分散であるとよい。
[0026] 例えば、光ファイバ 12として、分散スロープが + 0.02〜 + 0.04psZnm2Zkm程 度であって実効断面積が 9〜 11 m2程度のものを 2m用いる。種光源 11から出力さ れて光ファイバ 12に入力される種光として、中心波長が 1550nm、繰り返し周波数が 50MHz,パルス幅が 90fs、光ファイバ 2への入射強度が 300mWのパルス光とする 。種光が光ファイバ 12に入射した際、 SCスペクトルの強度がピーク強度から 10dBだ け低下する短波長側の波長 (短波長側のエッジ)とゼロ分散波長との関係は、図 3に 示されるとおりである。
[0027] また、 SCスペクトルの強度がピーク強度から 10dBだけ低下する長波長側の波長は 全ての例で 2200nm以上であった。したがって、ゼロ分散波長が 1500nm以下であ ると、生成される広帯域光のスペクトルの短波長側のエッジが lOOOnm以下に存在 することが可能となるので望ましい。なお、ゼロ分散波長が 1300nm以上に限定され るのは、石英ガラスの材料分散カーブに因る。
[0028] 図 4は、広帯域光源 1から出力される SC光のスペクトルを示す概念図である。図 4 に示されるように、広帯域光源 1から出力される SC光のスペクトルは、比較例の SC光 スペクトルと比較すると、短波長側に拡大され、また、長波長側にも拡大される。
[0029] 表 2に、光ファイバ 12の他の具体例（ファイバ 21〜23)における諸特性を示す。カロ えて、パルス中心波長が 1550nmであり、パルス繰り返し周波数が 50MHzであり、 パワーが lOOmWであり、パルス幅が 200fsである種光を長さ 10mの光ファイバに入 力したときの、 SC光スペクトルのピーク値から lOdB低下する短波長側の波長が示す
[表 2]
Figure imgf000011_0001
図 5、図 6、図 7それぞれは、ファイノく 21、ファイノく 22、ファイバ 23それぞれから出 力される SC光のスペクトルを示すグラフである。ファイバ 21, 22のように、ゼロ分散波 長が 1500nm以下の場合には、 SC光の短波長側が lOOOnm以下にまで拡大して おり、好適である。一方、ゼロ分散波長が 1535nmであるファイバ 23の場合には、 S C光の短波長側が lOOOnm以下には広がっていない。
[0031] 光ファイバのゼロ分散波長が 1425nm以下である場合には、広帯域光において短 波長成分を生成できることに加え、ゼロ分散波長付近に励起光を入力することにより 波長 1550nm近傍の Cバンドの信号光を波長 1300nm付近に波長変換することも可 能である。図 8は、本発明に係る光ファイバの実施形態 (以下「実施形態 B」と呼ぶ。） を用いた波長変 2の概念図である。図 8に示される波長変 2は、励起光源 2 1、光ファイバ 22、光増幅器 23、バンドパスフィルタ 24、光力プラ 25およびパワーモ ユタ 26を備える。図 9は、光ファイバ 22の分散特性を示すグラフである。図 10におい て (a)部分は波長変換器 2における波長変換を示すグラフであり、 (b)部分は比較例 の波長変 における波長変換を示すグラフである。
[0032] ここで、光ファイバ 22の具体的な例を説明すると以下のとおりである。光ファイバ 22 は、伝送損失が 1.2dBZkmであり、分散スロープが 0.025psZnm2Zkmであり、 β 力 S0.9 X 10_56s4Zmであり、実効断面積が 9.3 μ m2であり、モードフィールド径（M
4
FD)が 3.4 μ mであり、カットオフ波長が 1450nmであり、偏波モード分散（PMD)が 0.03psZkm1/2であり、長さが 100mである。
[0033] 励起光源 21から出力される励起光は、光ファイバ 22のゼロ分散波長付近の波長を 有する。励起光は、光増幅器 23により光増幅され、バンドパスフィルタ 24を透過した 後、波長 1550nm近傍の信号光と光力プラ 25により合波されて、光ファイバ 22に入 力される。光ファイバ 22において波長 1300nm付近の信号光が発生する。このよう に、光通信における上り'下り信号の切り替えをたとえば通常交換局に置かれている 送受信装置無しでも可能であったり、 Cバンドの波長多重信号を 1.3 μ m帯の波長多 重信号に切り替えたりすることが可能である。
[0034] 本発明に係る光ファイバは、 2mのファイバにおけるカットオフ波長が 1650nm以下 であり、波長 1550nmにおいて分散スロープの絶対値が 0.04psZnm2Zkm以下で あってもよい。カットオフ波長が 1650nm以下にあることにより、入射光がシングルモ ードで光ファイバ中を導波するため、 SC光生成時のモード揺らぎの影響力 S小さくなる 。特に好ましくはカットオフ波長が 1450nm以下であり、このときには、短波長側の成 分の生成時におけるモード揺らぎの影響を低減可能であり、出力広帯域スペクトルの 安定ィ匕が図れるため、さらに好ましい。分散スロープの絶対値が小さいことにより、波 長分散の波長依存性を小さくすることが可能であるので、異常分散領域をより広くす ることが可能である。
[0035] 分散スロープ (S)の波長（λ )依存性である 4次分散値 =dS/dえには好適範囲が存 在する。例えば、波長 1550 nmにおいて分散値が +4 ps/nm/km,分散スロープが +0.0 3 ps/nm2/kmの場合に、四次分散値 dS/cU、波長 1550nm以上におけるゼロ分散 波長、および波長 1500 ηπ 2000 nmの範囲での波長分散の最大値の関係を調べ た。その結果を表 3に示す。
[表 3]
Figure imgf000013_0001
[0036] 波長 1500 2000 nmにおいて波長分散が 0 ps/nm/km以上であるためには、長波 長側のゼロ分散波長が存在するとしても、 2000 nmよりも長い必要があり、そのために は、 dS/cUは- 0.00017 ps/nm3/km以上であることが必要とされる。一方、波長 1500 2000 nmにおいて波長分散が 15 ps/nm/km以下であるためには、 dS/cUは- 0.000 03 ps/nm3/km以下であることが必要とされる。従って、 dS/cUは波長 1550 nmにおい て- 0.00017 ps/nm3/km以上- 0.00003 ps/nm3/km以下が好ましい。なお、 dS/cUの 好適な範囲は、波長 1550 における分散値や分散スロープによっても変化する。
[0037] 本発明に係る光ファイバは、波長範囲 1500nm 2000nmにおいて波長分散が 0 以上 15psZnmZkm以下であってもよい。波長範囲 1500nm 2200nmで波長分 散が 0以上 15psZnmZkm以下であると好ましぐ好ましくは 0以上 lOpsZnmZk m以下であり、さらに好ましくは 0以上 5psZnmZkm以下である。波長分散の絶対 値を大きくしな 、ことにより、効率的に広 、波長範囲で SC光が拡がる。
[0038] 図 11は、本発明に係る光ファイバの実施形態 (以下「実施形態 C」と呼ぶ。）の屈折 率プロファイルを示す概念図である。図 12は、実施形態 Cの光ファイバの分散特性を 示すグラフである。図 12ではコア径の各値について分散特性が示されている。好まし いコア径の範囲は、中心コア部の比屈折率差や αパラメータ、ディプレスト部の比屈 折率差、コア径比 Raなどによって変化する。定性的には、実施形態 Cの光ファイバと 比較して、中心コア部の比屈折率差が高かったり、 αパラメータが大き力つたり、ディ プレスト部の比屈折率差が低力つたりする場合には、好ましいコア径の範囲は小さく なる。コア径によって特性は変わる力 実効断面積は 8.8 m2〜： L 1.3 m2、カットォ フ波長は 1240nm〜 1620nmである。
[0039] 図 13は、実施形態 Cの光ファイバの分散特性をコア径比 Raをパラメータとして示す グラフである。コア径比 Raは、ゼロ分散波長を 1500nm付近にする条件で変化させ ている。図 13に示されるように分散特性の挙動は複雑で、コア径比 Raは、 0.30〜0. 80の範囲で好ましぐ特に 0.30付近および 0.70付近で非常に好ましいものとなる。 好ましいコア径の範囲も、コア部の比屈折率差や αパラメータ、ディプレスト部の比屈 折率差、コア径 2aによって変化する。
[0040] 図 14は、実施形態 Cの光ファイバの波長 1500nmにおける波長分散とゼロ分散波 長との関係を示すグラフである。図 14に示されるように、ゼロ分散波長は 1320nm以 上 1500nm以下がより好ましい範囲である。
[0041] また、本発明に係る光ファイバの偏波モード分散 (PMD)は、 lpsZkm1/2以下で あってもよぐ好ましくは 0.5psZkm1/2以下であり、更に好ましくは 0.1psZkm1/2以 下である。偏波モード分散 (PMD)が小さいことにより、長時間での安定性が向上す る。
[0042] また、本発明に係る光ファイバは、基底モードにおける直交偏波間のクロストークが ファイバ長 lmにお!/、て 20dB以下であってもよ!/、。このように偏波保持ファイバと することにより、偏波間のカップリングが実質的に発生しなくなり、長時間での安定性 が向上する。
[0043] また、本発明に係る光ファイバは、波長 1380nmにおける OH基による吸収損失が 5dBZkm以下であってもよい。この場合には、 OH基の吸収による出力スペクトルの ディップの生成を回避することが可能となり、同時に、波長変換における変換光の消 失も回避できる。波長 1380nmにおける OH基による吸収損失は好ましくは ldBZk m以下である。
[0044] 図 15は、本発明に係る光ファイバの実施形態における伝送損失特性を示すグラフ である。この光ファイバの伝送特性は、ゼロ分散波長が 1495nmであり、実効断面積 (1550nm)が 11.8 m2であり、波長分散（1550nm)が + 1.4psZnmZkmであり 、分散スロープ（1550nm)が + 0.025psZnm2Zkmであり、モードフィールド径（1 550nm)が 3.6 μ mであり、非線形係数 γ (1550nm)が 19ZwZkmであり、偏波 モード分散 PMD (1550nm)が 0.05psZkm1/2である。伝送損失は波長 1.55 μ m で 0.67dBZkmであり、 OH基による吸収損失は波長 1.38 μ m付近で +0.15dBZ km程度であり、波長 1.41 μ m付近で +0.10dBZkm程度である。
[0045] 図 16は、本発明の実施形態 Dである光ファイバの屈折率プロファイルを示す概念 図である。実施形態 Dの光ファイバは、石英ガラスをベースとして、中心コア部と、中 心コア部を取り囲み中心コア部より低い屈折率を有するディプレスト部と、ディプレスト 部を取り囲みディプレスト部より高い屈折率を有する外部クラッド部とを有する。外部 クラッドに対する中心コア部の比屈折率差を Δ cで表し、外部クラッドに対するデイブ レスト部の比屈折率差を Δ dで表す。
[0046] 実施形態 Dの光ファイバにおいて、 Δ cと Δ dとの差（ Δ c— Δ d)を比較的容易に実 現できる 3.5%に固定して、比屈折率差 Δ dを変化させた際に光ファイバの特性がど のように変化するのかを調査した。ここで、中心コア部の径 2aとディプレスト部の径 2b との比 Ra ( = 2aZ2b)を 0.35とした。また中心コア部の αパラメータは 3.5とした。
[0047] その結果、ゼロ分散波長が 1493〜1495nmの際、ディプレスト部の比屈折率差 Δ dが 0 (マッチド型）〜— 0.9%の範囲で、波長 1550nmにおける実効断面積は 10.0 m2程度であり、非線形係数 γは 22ZwZkm程度であり、分散値は +1.6〜+1. 8psZnmZkmであり、分散スロープは + 0.026〜 + 0.028psZnm2Zkmと、大き な差は無力つた。一方、カットオフ波長は、ディプレスト型とすることにより短波長化す ることができた。図 17は、実施形態 Dの光ファイバのカットオフ波長とディプレスト部の 比屈折率差 Δ dとの関係を示すグラフである。カットオフ波長が 1450nm以下となる のは、ディプレスト部の比屈折率差 A dがー 0.3%以下であるときであり、ディプレスト 部の比屈折率差 Δ dは 0.3%以下が望ましい。
[0048] ディプレスト部の比屈折率差 Δ dは、 F添加 SiOガラスの採用によって— 0.8%程
2
度までは比較的容易に実現することが可能である。そこで、ディプレスト部の比屈折 率差 Δ dを 0.8%に固定して、中心コア部の比屈折率差 Δ cを変化させた際に光フ アイバの特性がどのように変化するのかを調査した。
[0049] 表 4に、調査した光ファイバの具体例における諸特性を示す。
[表 4]
Figure imgf000017_0001
図 18は、実施形態 Dの光ファイバの具体例におけるコア部の比屈折率差 A cと実 効断面積およびカットオフ波長との関係を示すグラフである。ここで、中心コア部の径 2aとディプレスト部の径 2bとの比 Ra ( = 2aZ 2b)を 0.35とした。また、中心コア部の aパラメータを 3とした。図 18から判るように、コア部の比屈折率差 A cが 2.0%以上 であることにより、実効断面積を 12 m2以下とすることが可能である。また、コア部の 比屈折率差 Δ cが 5.5%以下であることにより、カットオフ波長を 1650nm以下とする ことが可能である。よって、外部クラッド部に対するコア部の比屈折率差は 2.0%以上 5.5 %以下であるのが好まし 、。
[0051] 本発明に係る光ファイバから出力される SC光のスペクトルにおいて、波長 ΙΟΟΟη mにおける光強度とピーク光強度との差が 10dB以下であってもよぐまた、波長 220 Onmにおける光強度とピーク光強度との差が 10dB以下であってもよい。
[0052] 近赤外分光法において、各々の化合物は波長範囲 1.2 m〜1.8 mにおいて特 徴的な吸収スペクトルを有するため、化合物の吸収スペクトルがこの領域で活発に取 られている。例えば、水の吸収スペクトルは図 19に示されるとおりである。一方、波長 範囲 0.8 μ m〜： L1 μ m内の光は水や OH基などの吸収が少ないため透過率が高く 、この範囲は「生体の窓」ともいえるような領域である。 SC光で得られる波長範囲を波 長 1 OOOnm以下まで拡大することで、窓領域である 1000-11 OOnmを利用すること ができ、生体に対して到達深度が深くなる。この波長範囲であっても化合物の吸収は 存在するので、一般的には困難とされる生体の深い位置 (例えば 10 mm以上)での吸 収スペクトルを得ることが出来る。また同様に、 1000 nm以下の波長帯を用いた反射 や拡散情報から、深い位置の断層像を得ることも出来る。好ましくは波長 900nm以 下まで拡大することで、更に短波長の窓領域も使用することが可能となる。
[0053] 次に、光計測分野においては、波長が 1064nmであるヨウ素安定化 Nd:YAGレー ザ光源が用いられている。このレーザ光源の絶対周波数の正確な測定が文献に記 載のように重要な課題となって 、る。 SC光のスペクトルの端部付近の波長にぉ ヽては
、光ファイバ中の偏波分散、波長分散の温度依存性、種光源の出力変動などによつ て、出力光強度が安定しない場合が多い。 1064 應のヨウ素安定ィ匕レーザー光源の 絶対波長を計測するためには、 1064 應以下に SC光スペクトルが拡大していると好ま しいが、従来技術ではこの波長まで拡大し、安定した出力を有する SC光スペクトルを 得るのは困難であった。本発明によって SC光スペクトルを波長 lOOOnm以下まで充 分に短波長化することでより、波長 1064 nm付近の出力強度が安定し、絶対周波数 の長時間にわたるより信頼性の高い測定が可能になる。
[0054] また、 0.8 μ m〜： L1 μ m、 1.6 μ m〜1.8 μ m、 2.0 μ m〜2.5 μ mは、水や二酸ィ匕 炭素の吸収が少なぐ「大気の窓」といえるような領域である。したがって、この範囲を カバーするようなある程度のコヒーレンシ一を有する光源が簡単に実現できれば遠距 離まで十分に光が到達することが可能となり、例えば大気中のレーザーライダーなど に応用できるので有用である。
[0055] 光ファイバから出力される SC光の時間平均の出力パワーが 10mW以上であるのが 好適であり、このようにすることにより、分光計測や生体観測などに必要なパワーが確 保される。光ファイバから出力される SC光のスペクトルにおいて、波長 lOOOnm以下 の何れかの波長でのスペクトル強度が 20dBmZnm以上であるのが好適であり、 このようにすることにより、検出器の感度と照らし合わせて、 30dB以上のダイナミック レンジの確保が可能であり、 lOOOnm以下の波長帯での分光計測や光通信部品の 透過 ·反射特性の測定などに有用となる。
[0056] 本出願は 2006年 3月 15日出願の日本特許出願 (特願 2006— 71137)に基づくも のであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性
[0057] 本発明の広帯域光源は、光計測や近赤外分光への応用が可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 波長範囲 1300nm〜 1500nmにゼロ分散波長を有し、
波長 1550nmにおいて、実効断面積が 12 m2以下であり、波長分散が 0以上 10 psZnmZkm以下であり、
波長範囲 1500nm〜2000nmにおいて波長分散が OpsZnmZkm以上である 光ファイバ。
[2] カットオフ波長が 1650nm以下であり、
波長 1550nmにおいて分散スロープの絶対値力0.04psZnm2Zkm以下である 請求項 1記載の光ファイバ。
[3] 波長範囲 1500nm〜2000nmにおいて波長分散が 0以上 15psZnmZkm以下 である請求項 1記載の光ファイバ。
[4] 偏波モード分散が lpsZkm1/2以下である請求項 1記載の光ファイバ。
[5] 基底モードにおける直交偏波間のクロストークがファイバ長 lmにおいて一 20dB以 下である請求項 1記載の光ファイバ。
[6] 波長 1380nmにおける OH基による吸収損失が 5dBZkm以下である請求項 1記 載の光ファイバ。
[7] 石英ガラスをベースとして、中心コア部と、前記中心コア部を取り囲み前記中心コア 部より低 ヽ屈折率を有するディプレスト部と、前記ディプレスト部を取り囲み前記ディ プレスト部より高い屈折率を有する外部クラッド部とを有し、
前記外部クラッド部に対する前記ディプレスト部の比屈折率差が 0.3%以下であ る
請求項 1記載の光ファイバ。
[8] 波長範囲 1500nm〜1650nmに含まれる中心波長を有する光が入力されることに より、波長帯域幅 lOOOnm以上に拡がったスーパーコンティ-ユーム光を出力する光 ファイバであって、
波長範囲 1300ηπ！〜 1500nmにゼロ分散波長を有し、
前記中心波長において、実効断面積が 12 m2以下であり、波長分散が 0以上 10 psZ nmZkm以下である 光ファイバ。
[9] 波長範囲 1500nm〜2000nmにおいて波長分散が OpsZnmZkm以上である請 求項 8記載の光ファイバ。
[10] 波長範囲 1500ηπ！〜 1650nmに含まれる中心波長を有する光を出力する種光源 と、
この種光源から出力される光を入力してスーパーコンティニューム光を出力する光 ファイノ と
を備え、前記光ファイバは、
波長範囲 1300ηπ！〜 1500nmにゼロ分散波長を有し、
前記中心波長にお!、て実効断面積が 12 μ m2以下であり、
波長帯域幅 lOOOnm以上に拡がったスーパーコンティ-ユーム光を出力する 広帯域光源。
[11] 前記光ファイバから出力されるスーパーコンティニューム光のスペクトルにおいて、 波長 lOOOnmにおける光強度とピーク光強度との差が 10dB以下である請求項 10記 載の広帯域光源。
[12] 前記光ファイバから出力されるスーパーコンティニューム光のスペクトルにおいて、 波長 2200nmにおける光強度とピーク光強度との差が 10dB以下である請求項 10記 載の広帯域光源。
[13] 前記光ファイバから出力されるスーパーコンティニューム光の時間平均の出力パヮ 一が 10mW以上である請求項 10記載の広帯域光源。
[14] 前記光ファイバから出力されるスーパーコンティニューム光のスペクトルにおいて、 波長 lOOOnm以下の何れかの波長でのスペクトル強度が 20dBmZnm以上であ る請求項 10記載の広帯域光源。
[15] 前記種光源がパルス光源である請求項 10記載の広帯域光源。
[16] 前記種光源が Er添加ファイバレーザ光源である請求項 15記載の広帯域光源。
[17] 前記種光源が、増幅媒体としての Er添加ガラスおよび半導体可飽和吸収ミラーを キヤビティ内に組み込んだノ ルス光源である請求項 15記載の広帯域光源。
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