ファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器
【課題】安価でかつ簡単な構造を有し、所望の発振波長のレーザ光を選択的に反射することが可能なファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器を提供する。
【解決手段】それぞれコア部およびクラッド部を有する第１および第２の光ファイバ２、３をそれぞれ挿通させる２つのフェルール４、５と、フェルール４、５を固定し、光ファイバ２、３のコア部の端面同士を光軸方向に所定間隔Δの間隙６を設けて対向させる円筒状のスリーブ７と、を備え、該端面のうちの少なくとも一方が凹状の端面である構成を有している。
【解決手段】それぞれコア部およびクラッド部を有する第１および第２の光ファイバ２、３をそれぞれ挿通させる２つのフェルール４、５と、フェルール４、５を固定し、光ファイバ２、３のコア部の端面同士を光軸方向に所定間隔Δの間隙６を設けて対向させる円筒状のスリーブ７と、を備え、該端面のうちの少なくとも一方が凹状の端面である構成を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器に関し、特に発振波長を安定化させる構造を有するファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネット上で提供されるサービスの多様化に伴い、光ファイバ通信の通信容量の一層の拡大が必要となっている。
【０００３】
光ファイバ通信の長距離化および大容量化に大きな役割を果たしているのが光ファイバ増幅器であり、エルビウム添加ファイバ増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier、以下、ＥＤＦＡと記す）の実用化によって長距離光ファイバ通信技術が大きく前進した。
【０００４】
さらに、ＥＤＦＡの増幅帯域が１．５５μｍ付近である程度の広がりを持っていたため、波長の異なる信号光を１本の光ファイバに同時に通すことで通信容量を飛躍的に拡大する波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing、以下、ＷＤＭと記す）通信技術が注目され、急激に発展した。
【０００５】
しかしながら、ＥＤＦＡの増幅帯域は光ファイバの低損失帯域よりも狭いため、最近では、ＥＤＦＡの増幅帯域よりもさらに広い波長帯域の信号光を増幅できるラマン増幅器がＥＤＦＡとともに併用されている。
【０００６】
ラマン増幅器は、励起光を出射する増幅用光源と、該増幅用光源から出射された励起光が入射される増幅用光ファイバと、を備えており、励起光の波長を変化させることによって任意の波長帯の信号光を増幅することが可能な光増幅器である。
【０００７】
励起光が増幅用光ファイバに入射されると、増幅用光ファイバにおいて誘導ラマン散乱が生じ、励起光の中心波長（以下、励起光波長と記す）から１００ｎｍ程度長波長側に利得が生じる。このとき、信号光が増幅用光ファイバに入射されると、上述の増幅用光ファイバ中に生じた利得によって励起光波長から１００ｎｍ程度長い波長の信号光が増幅される。従って、ラマン増幅器は、励起光波長が変動すると、増幅用光ファイバにおいて増幅される信号光の利得も変動するため、増幅すべき波長を適切に増幅できなくなってしまう。
【０００８】
従って、信号光の増幅率を安定させるためには、励起光波長が正確に制御される必要がある。このため、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いた外部共振器型半導体レーザ（External Cavity Laser Diode、以下、ＥＣＬＤと記す）が増幅用光源として実用化された。
【０００９】
このようなＥＣＬＤとして、従来、ゲインチップの前方端面から出射される光を、ＦＢＧが形成された光ファイバに入射させ、ＦＢＧにより反射された光をゲインチップに帰還させ、ゲインチップの後方端面によりこの光を反射させて再びＦＢＧに入射させることを繰り返すことによって、特定波長でレーザ発振させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
この特許文献１に記載のＥＣＬＤにおいては、ＦＢＧは、ゲルマニウムがドープされたコア部を有する光ファイバの一部に紫外レーザ光を照射させることにより、光ファイバの所定長さの範囲のコア部の屈折率を長手方向に周期的に変化させてなるものである。このＦＢＧが形成された光ファイバに入射された光のうち、特定波長（λ＝２ｎΛ）（ｎは光ファイバコアの実効屈折率、Λはグレーティング周期）の光のみがＦＢＧで反射される。
【００１１】
さらに、ラマン増幅器の利得特性の広帯域化および平坦化を実現するためには、増幅すべき波長帯域に応じた複数の中心波長を有する励起光が増幅用光ファイバに入射される必要がある。このため従来は、複数の励起光波長それぞれに対応するＦＢＧが光ファイバに形成されていた（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
図１２は、特許文献２に開示されたような従来のラマン増幅器の構成の模式図である。従来のラマン増幅器は、例えば中心波長λ1、λ2の励起光を出射する半導体レーザ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄと、ＦＢＧ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄと、偏波合成カプラ１０２、１０３と、ＷＤＭカプラ１０４、１０５と、増幅用光ファイバ１０６と、を備えている。
【００１３】
半導体レーザ１００Ａ〜１００Ｄで発生される励起光は、その中心波長λ1、λ2毎に偏波合成カプラ１０２、１０３で偏波合成され、各偏波合成カプラ１０２、１０３の出力光がＷＤＭカプラ１０４で合波され、ＷＤＭカプラ１０５を介して増幅用光ファイバ１０６に入射される。半導体レーザ１００Ａ〜１００Ｄから各偏波合成カプラ１０２、１０３の間は偏波保持ファイバ１０７で接続され、偏波面が異なる２つの励起光が各偏波合成カプラ１０２、１０３で合成されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第９６／２７９２９号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−９８４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１、２に示されたＦＢＧを用いたＥＣＬＤにおいては、上述のように増幅すべき波長帯域に対応する複数のＦＢＧが光ファイバに形成されなければならないため、作製に対する時間およびコストがかかるという問題があった。
【００１６】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、安価でかつ簡単な構造を有し、所望の発振波長のレーザ光を選択的に反射することが可能なファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のファイバファブリペローエタロンは、第１および第２の光ファイバと、前記第１および第２の光ファイバをそれぞれ挿通させる２つのフェルールと、前記フェルールを固定し、前記第１および第２の光ファイバの端面同士を光軸方向に所定間隔の間隙を設けて対向させる円筒状のスリーブと、を備え、前記端面のうちの少なくとも一方が凹状の端面である構成を有している。
【００１８】
この構成により、間隙の間隔を調整することにより所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能であるため、安価でかつ簡単な構造を有するエタロンを実現できる。
【００１９】
また、本発明のファイバファブリペローエタロンは、前記第１および第２の光ファイバが、シングルモードファイバまたは偏波保持ファイバである構成を有していてもよい。
【００２０】
本発明のファイバファブリペローエタロンの製造方法は、２つのフェルールにそれぞれ挿通された第１および第２の光ファイバのうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階と、前記第１および第２の光ファイバを円筒状のスリーブの両側から挿入して前記２つのフェルールを突き合わせて固定し、前記２本の光ファイバの端面同士を光軸方向に所定間隔の間隙を設けて対向させる光ファイバ固定段階と、を含む構成を有している。
【００２１】
この構成により、間隙の間隔を調整することにより所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能であり、安価でかつ簡単な構造を有するエタロンを実現できる。
【００２２】
本発明の外部共振器型半導体レーザは、劈開によって形成された後方端面および出射端面と、該後方端面から該出射端面にかけて設けられ、駆動電流が供給されることによって光を発生させる活性層とを有し、該活性層において発生された光を該出射端面から出射するゲインチップと、前記出射端面から出射された光が前記第１の光ファイバを介して入射される上記のファイバファブリペローエタロンと、を備え、前記後方端面と前記ファイバファブリペローエタロンとの間で光共振器が構成される。
【００２３】
この構成により、所望の中心波長のレーザ光を出射できるとともに、より安価でかつ簡単な構造を有する外部共振器型半導体レーザを実現できる。
【００２４】
また、本発明の外部共振器型半導体レーザは、前記ゲインチップの前記出射端面に反射防止膜が設けられている構成を有していてもよい。
【００２５】
本発明のラマン増幅器は、上記の外部共振器型半導体レーザと、前記外部共振器型半導体レーザの前記第２の光ファイバから出射されたレーザ光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅を生じさせる増幅用光ファイバと、を備えた構成を有している。
この構成により、ラマン増幅の利得特性の安定化、広帯域化および平坦化を実現できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、安価でかつ簡単な構造を有し、所望の発振波長のレーザ光を選択的に反射することが可能なファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るファイバエタロンの構造を示す模式図
【図２】本発明に係るファイバエタロンの構成を示す光軸に沿った断面図
【図３】本発明に係るファイバエタロンの反射特性を示すグラフ
【図４】本発明に係るファイバエタロンの透過率が最小となる場合の中心波長λcと間隔Δとの関係を示すグラフ
【図５】本発明に係るファイバエタロンの反射特性のサイドモード間隔および半値幅を示すグラフ
【図６】エッチング前とエッチング後の光ファイバの端部を模式的に示す光軸に沿った断面図
【図７】エッチング時間に対するエッチング深さを示すグラフ
【図８】固定前と固定後の２本の光ファイバを示す光軸に沿った断面図
【図９】本発明に係るファイバエタロンを備えた外部共振器型半導体レーザの上面図および断面図
【図１０】本発明に係る外部共振器型半導体レーザを備えたラマン増幅器の構成を示すブロック図
【図１１】励起光波長と利得との関係を示すグラフ
【図１２】従来のラマン増幅器の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係るファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
本発明に係るファイバファブリペローエタロンの第１の実施形態を図１〜図８を用いて説明する。図１はファイバファブリペローエタロン（以下、ファイバエタロンと記す）１の構造を示す模式図である。図２は、ファイバエタロン１の光軸を含む要部の断面図である。
【００３０】
ファイバエタロン１は、図１、図２に示すように、それぞれコア部２１、３１およびクラッド部２２、３２を有する第１および第２の光ファイバ２、３（以下、単に光ファイバ２、３と記す）をそれぞれ挿通させる２つのフェルール４、５と、フェルール４、５を固定し、光ファイバ２、３のコア部２１、３１の端面（以下、コア端面と記す）２１ａ、３１ａ同士を光軸方向に所定間隔Δ（以下、単に間隔Δと記す）の間隙６を設けて対向させる円筒状のスリーブ７と、を備えている。なお、図１はスリーブ７の一部を破断して示している。
【００３１】
光ファイバ２、３は、シングルモードファイバ（偏波を保持しないもの）またはパンダファイバ等の偏波保持ファイバである。光ファイバ２、３の先端部分の周囲にはフェルール４、５がそれぞれ取り付けられており、フェルール４、５の中心に光ファイバ２、３が位置している。フェルール４、５がスリーブ７の両端からそれぞれスリーブ７内に挿入されることによって、光ファイバ２、３は光軸が互いに一致した状態で固定されている。
【００３２】
光ファイバ２、３の互いに対向する端面２ａ、３ａは、上述のコア端面２１ａ、３１ａと、クラッド部２２、３２の端面（以下、クラッド端面と記す）２２ａ、３２ａからなる。コア端面２１ａ、３１ａのうち少なくとも一方は凹状の端面である。なお、図２（ａ）は、コア端面２１ａ、３１ａの両方が凹状の端面である例を示しており、一方、図２（ｂ）は、コア端面２１ａが光軸に対して垂直な平面であり、コア端面３１ａのみが凹状の端面である例を示している。
【００３３】
スリーブ７においては、その長手方向に１本のスリット７ａが形成されている。スリット７ａによってスリーブ７の径（内径および外径）がわずかに広がるので、フェルール４、５の外径がスリーブ７の内径とほぼ等しい、または、フェルール４、５の外径がスリーブ７の内径よりわずかに大きくても、フェルール４、５をスリーブ７内にきつく挿入することができる。また、スリット７ａは、フェルール４、５をスリーブ７内にきつく挿入するときの空気の逃げに役立つ。
【００３４】
一般にエタロンは、様々な波長を含む光のうちの特定波長の光のみを通過（透過）させるフィルタ（光周波数フィルタ）として用いられるが、本発明のファイバエタロン１は光周波数フィルタとしてではなく、特定波長の光を反射する光反射器として用いられる。
【００３５】
本実施形態のファイバエタロン１に、中心波長λの光が光軸に対して角度θで入射したときの光の透過率Ｔ（λ）は近似的に次式によって表される。
【数１】
【００３６】
［数１］において、Ａ1、Ａ2は２つの部分透過ミラーとしての端面２ａ、３ａそれぞれの光吸収率を、Ｒ1、Ｒ2は端面２ａ、３ａそれぞれの反射率を表す。さらに、［数１］におけるδは、次式によって表される。
【数２】
【００３７】
［数２］において、ｎは間隙６に含まれる媒質に基づく屈折率を表す。θは、上述のようにファイバエタロン１への光の入射角度である。
【００３８】
また、ファイバエタロン１の反射率Ｒ（λ）は、上述した透過率Ｔ（λ）を用いて次式のように表される。
【数３】
【００３９】
［数１］におけるＲ1、Ｒ2は、ファイバエタロン１の場合、Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒであり、端面２ａ、３ａにおける光吸収率についてはＡ1＝Ａ2＝０である。さらに、［数２］における屈折率ｎは間隙６がエアギャップであるとしてｎ＝１とし、光の入射角度θは０度とする。このようにして、［数１］〜［数３］に基づいて、ファイバエタロン１の透過率Ｔ（λ）および反射率Ｒ（λ）はそれぞれ［数４］、［数５］のように表される。
【数４】
【数５】
【００４０】
図３は、ファイバエタロン１の上記反射率Ｒ（λ）に基づく反射特性を、横軸をファイバエタロン１への入射光の波長（ｎｍ）、縦軸を反射率（％）とするグラフ上に示すものである。図３においては、Ｒ＝３．４％、Δ＝２０μｍとした場合の反射特性を示している。この場合においては、入射光の中心波長λが約１４０３ｎｍまたは約１４５５ｎｍのときに、ファイバエタロン１の反射率が最も高くなることが分かる。
【００４１】
さらに、［数５］から分かるように、間隔Δを変化させることによってファイバエタロン１の反射特性は変化する。所望の中心波長λに対するファイバエタロン１の反射率Ｒ（λ）を最大にするには（即ち、透過率Ｔ（λ）を最小にするには）、［数５］において（２πΔ／λ）を（π／２）の整数倍とすればよく、このときの中心波長λcと間隔Δの関係は次式で与えられる。
【数６】
【００４２】
図４は、透過率Ｔ（λ）が最小となる場合の中心波長λcと間隔Δとの関係を示すグラフである。各実線は異なるｍの値に対応している。このグラフから所望の中心波長λcを実現するための間隔Δを得ることができる。図中の破線は中心波長λcが１．４６μｍである場合を示すものであり、透過率Ｔ（λc）が最小となる間隔Δが離散的に複数点存在することが分かる。
【００４３】
また、間隔Δを変化させることによって、ファイバエタロン１の反射特性のサイドモード間隔（ＦＳＲ）および半値幅も変化する。図５は、間隔Δに対する反射特性のＦＳＲおよび半値幅を示すグラフである。図５においては、Ｒ＝３．４％、ｎ＝１、θ＝０度の場合のデータを示している。
【００４４】
このグラフから、間隔Δが広くなるとＦＳＲおよび半値幅が狭くなることが分かる。しかしながら、例えば、ファイバエタロン１と、ファイバエタロン１の光ファイバ２または光ファイバ３に向かって光を出射するゲインチップとの間で光共振器を形成する場合に上記のＦＳＲおよび半値幅が狭すぎると、複数の発振波長（中心波長）のレーザ発振が起こりやすくなる。即ち、単一の中心波長を持つレーザ光を得るためのファイバエタロン１の間隔Δの値には制限（上限）がある。
【００４５】
従って、ファイバエタロン１において、［数６］から得られる所望の中心波長λcを実現する間隔Δのうち、上記の上限以下の間隔Δを採用することにより、単一の中心波長λcのレーザ光を選択的に反射することができる。
【００４６】
なお、上述した実施例では、ファイバエタロン１の端面２ａ、３ａに特段のコーティングが施されていないが、端面２ａ、３ａに、反射膜または反射防止膜のコーティングが形成されていてもよい。このコーティングにより、反射率および半値幅の制御を行うこともできる。
【００４７】
以下、本発明に係るファイバエタロン１の製造方法の一例を図６〜図８を用いて説明する。
【００４８】
本発明に係るファイバエタロンの製造方法は、２つのフェルール４、５にそれぞれ挿通された２本の光ファイバ２、３のうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階（Ｉ）と、２本の光ファイバ２、３を円筒状のスリーブ７の両側から挿入して２つのフェルール４、５を突き合わせて固定し、２本の光ファイバ２、３の端面２ａ、３ａ同士を光軸方向に所定間隔の間隙６を設けて対向させる光ファイバ固定段階と、を含む。
【００４９】
なお、以下では、エッチング段階（Ｉ）において２本の光ファイバ２、３の両方をエッチングする場合を例にとって説明する。
【００５０】
エッチング段階（Ｉ）においては、まず、シングルモードファイバまたは偏波保持ファイバである２本の光ファイバ２、３を用意する。光ファイバ２、３の端部には予めフェルール４、５が取り付けられている。光ファイバ２、３のコア部２１、３１およびクラッド部２２、３２の端面は光軸に対して垂直に切り出されている。
【００５１】
そして、エッチング溶液に２本の光ファイバ２、３のフェルール４、５が取り付けられた側の端部を浸してエッチングを行う。エッチング溶液としては、例えば市販のフッ化水素酸（ＨＦ）（５０重量％）と純水との混合液（以下、ＨＦ混合液と記す）を用意する。ＨＦ混合液は、コア部２１、３１に対するエッチング速度がクラッド部２２、３２に対するエッチング速度よりも大きいため、光ファイバ２、３の端部に凹状の端面を形成することができる。
【００５２】
また、ＨＦ混合液中のフッ化水素酸（ＨＦ）の割合が低いほどエッチング速度は遅くなるため、フッ化水素酸（ＨＦ）と純水との体積比を調整することにより、所望のエッチング速度を実現することができる。
【００５３】
なお、エッチング溶液として、フッ化水素酸（ＨＦ）（５０重量％）とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）溶液（４０重量％）との混合液であるバッファードフッ酸を用いてもよい。しかしながら、バッファードフッ酸中のフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）溶液のフッ化水素酸（ＨＦ）に対する体積比が所定値を超えると、コア部２１、３１に対するエッチング速度がクラッド部２２、３２に対するエッチング速度よりも小さくなってしまい、光ファイバ２、３の端部に凸状の端面が形成されてしまうため注意が必要である。
【００５４】
図６はエッチング前（ａ）とエッチング後（ｂ）の光ファイバ２、３の端部を模式的に示す光軸に沿った断面図である。ここで、エッチングにより形成されたクラッド端面２２ａ、３２ａとコア端面２１ａ、３１ａの光軸方向の最大距離をコアエッチング深さｔ1とする。また、フェルール４、５の端面４ａ、５ａとクラッド端面２２ａ、３２ａの光軸方向の最小距離をクラッドエッチング深さｔ2とする。さらに、フェルール４、５の端面４ａ、５ａとコア端面２１ａ、３１ａの光軸方向の最大距離をエッチング深さｔ（＝ｔ1＋ｔ2）とする。
【００５５】
例えばエッチング溶液として、フッ化水素酸（ＨＦ）と純水との体積比が１：１であるＨＦ混合液を用いた場合には、エッチング時間に対するコアエッチング深さｔ1およびクラッドエッチング深さｔ2の実験結果では図７のグラフに示すようになった。
【００５６】
図８に光ファイバ固定段階（ＩＩ）における、固定前（ａ）と固定後（ｂ）の光ファイバ２、３の光軸に沿った断面図を示す。光ファイバ固定段階（ＩＩ）においては、まず透光性の接着剤をフェルール４、５の端面４ａ、５ａに塗布する。そして、２本の光ファイバ２、３を円筒状のスリーブ７の両側から挿入し、接着剤が塗付されたフェルール４、５同士を突き合わせて接合する。さらに、接着剤でフェルール４、５とスリーブ７とを固定する。
【００５７】
図８（ｂ）に示すように、最終的に得られる間隔Δは、２本の光ファイバ２、３のエッチング深さｔの和であるΔ＝２ｔとなる。つまり、Δ＝２ｔの関係および図７に示されたようなエッチング時間とエッチング深さとの関係に基づいて、エッチング段階（Ｉ）で所望の間隔Δを得るためのエッチング深さｔ（＝ｔ1＋ｔ2）およびエッチング時間を決定することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態のファイバエタロンは、間隙の間隔を調整することにより、所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能である。また、本実施形態のファイバエタロンは、少なくとも一方が凹状の端面を有する２本の光ファイバの端面同士を対向させてなる簡単な構造を有しているため、安価でかつ簡易に製造することができる。
【００５９】
また、本実施形態のファイバエタロンは、スリーブ内でフェルールの対向する端面同士が突き合わされて接合されるため、間隙の間隔を確実に固定し、高精度に所望の発振波長のレーザ光を反射することが可能である。
【００６０】
（第２の実施形態）
本発明に係るファイバファブリペローエタロンを備えた外部共振器型半導体レーザの実施形態を図９を用いて説明する。図９（ａ）は外部共振器型半導体レーザ１０の上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図９では、フェルール４、５およびスリーブ７の図示を省略している。
【００６１】
外部共振器型半導体レーザ１０は、図９に示すように、第１の実施形態のファイバエタロン１と、内部が中空である直方体状のパッケージ８と、を備える。パッケージ８の内部には、ファイバエタロン１の光ファイバ２の端面２ｂに向かって光を出射するゲインチップ１１と、ゲインチップ１１から出射される光を集光するレンズ１２と、周囲温度を検出するサーミスタ１３と、サーミスタ１３によって検出された周囲温度に基づいてゲインチップ１１の温度制御を行うＴＥＣ（Thermo Electrical Cooler）１４と、が格納されている。
【００６２】
ここで、ファイバエタロン１の間隙６の間隔Δは、ゲインチップ１１の光学利得のピークとなる波長と、［数６］に示された中心波長λcとが一致するように設定されることが好ましい。
【００６３】
パッケージ８は、本体部８ａと、ファイバエタロン１が挿通される光ファイバ挿通パイプ８ｂと、蓋部材８ｃ（図９（ａ）には図示せず）と、を備えている。ファイバエタロン１は、例えばフェルール、接着剤、金属封止剤、または樹脂封止剤等の固定部材１５によって光ファイバ挿通パイプ８ｂに固定されている。ファイバエタロン１の光ファイバ３の端部には光出力用のコネクタ１６が形成されている。
【００６４】
さらに、外部共振器型半導体レーザ１０は、パッケージ８の内部に、ゲインチップ１１を載置するためのサブマウント１７と、レンズ１２を保持するレンズホルダ１８と、サーミスタ１３、サブマウント１７、およびレンズホルダ１８を固定する基板１９と、を備えている。基板１９は、パッケージ８の内部の底面に固定された上述のＴＥＣ１４上に固定されている。基板１９は、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ）等の材料により形成されている。
【００６５】
ゲインチップ１１は、複数の半導体層が積層されることにより構成されており、これらの半導体層は、組成や、ドープされる不純物の種類、量が互いに異なっている。また、ゲインチップ１１は、劈開によって形成された後方端面１１ａおよび出射端面１１ｂと、後方端面１１ａから出射端面１１ｂにかけて設けられ、駆動電流が供給されることによって光を発生させるストライプ状の活性層１１ｃとを有し、活性層１１ｃにおいて発生した光を出射端面１１ｂから出射する構成を有している。
【００６６】
これにより、光を発生するゲインチップ１１の後方端面１１ａと、光反射器として機能するファイバエタロン１とによって、光共振器が構成される。なお、ゲインチップ１１の出射端面１１ｂには反射防止膜が、後方端面１１ａには反射膜がそれぞれ形成されていてもよい。なお、ファイバエタロン１によって反射された光をゲインチップ１１に戻す必要があるので、パッケージ８中にアイソレータは設けない。
【００６７】
ＴＥＣ１４は、吸熱側基板１４ａと、放熱側基板１４ｂと、これらの基板１４ａ、１４ｂに挟まれた半導体素子１４ｃにより構成されており、基板１９と吸熱側基板１４ａとが密着されることにより、ゲインチップ１１から発生した熱を吸熱し、ゲインチップ１１の温度を一定に保つようになっている。
【００６８】
次に、以上のように構成された外部共振器型半導体レーザ１０の動作を説明する。
ゲインチップ１１に駆動電流が供給されると活性層１１ｃにおいて光が発生する。活性層１１ｃにおいて発生した光は、ゲインチップ１１の出射端面１１ｂから出射されてレンズ１２に入射される。レンズ１２において集光された光はファイバエタロン１の光ファイバ２に入射される。
【００６９】
ファイバエタロン１に入射された光のうち、特定の中心波長λcの光が間隙６の端面２ａ、３ａにおいて反射され、光ファイバ２、レンズ１２を介して再びゲインチップ１１に戻り、ゲインチップ１１の後方端面１１ａにおいて反射される。
【００７０】
ゲインチップ１１の後方端面１１ａとファイバエタロン１との間で光反射が繰り返されると、特定の中心波長λcでレーザ発振が生じる。このようにして生じたレーザ光はファイバエタロン１の光ファイバ２の端面２ｂを介してコネクタ１６に到達する。なお、この中心波長λcのレーザ光は、複数の縦モードの波長成分を含んでいる。
【００７１】
第１の実施形態で述べたように、間隔Δを変化させることによってファイバエタロン１の反射特性は変化するため、ゲインチップ１１の後方端面１１ａとファイバエタロン１との間で光反射が繰り返されることによって得られる、外部共振器型半導体レーザ１０から出射されるレーザ光のスペクトル特性（発振波長）も間隔Δに応じて変化する。即ち、間隔Δを調整することによって、所望の発振波長のレーザ光を外部共振器型半導体レーザ１０から出射させることができる。
【００７２】
また、既に述べたように、間隔Δが広すぎる（ＦＳＲおよび半値幅が狭すぎる）と複数の中心波長でレーザ発振が起こりやすくなる。間隔Δが２０〜３０μｍ程度であると、ゲインチップ１１の温度が例えば７０℃程度の高温においてＴＥＣ１４による制御なしでも単一の中心波長を持つレーザ光を得られるため好ましい。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態の外部共振器型半導体レーザは、第１の実施形態のファイバエタロンを備えるため、所望の中心波長のレーザ光を出射できる。また、本実施形態の外部共振器型半導体レーザは、簡単な構造を有しているため、安価でかつ簡易に製造することができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
次に、本発明に関する第３の実施形態のラマン増幅器について図１０、図１１を用いて説明する。図１０は第２の実施形態の外部共振器型半導体レーザを励起光用光源として用いたラマン増幅器５０のブロック図を示している。ここでは、励起光波長（励起光の中心波長）として２つの波長λ1、λ2を用いた例を説明する。
【００７５】
ラマン増幅器５０は、偏波面が互いに異なる波長λ1の励起光をそれぞれ出射する２つの外部共振器型半導体レーザ１０Ａ、１０Ｂと、偏波面が互いに異なる波長λ2の励起光をそれぞれ出射する２つの外部共振器型半導体レーザ１０Ｃ、１０Ｄと、外部共振器型半導体レーザ１０Ａ〜１０Ｄからの出射光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅により信号光を増幅する増幅用光ファイバ５１と、を備えている。
【００７６】
さらに、ラマン増幅器５０は、外部共振器型半導体レーザ１０Ａ、１０Ｂからの出射光を偏波合成する偏波合成カプラ５２と、外部共振器型半導体レーザ１０Ｃ、１０Ｄからの出射光を偏波合成する偏波合成カプラ５３と、偏波合成カプラ５２、５３からの出力光を合波するＷＤＭカプラ５４と、増幅用光ファイバ５１で増幅された信号光とＷＤＭカプラ５４からの出力光を合波するＷＤＭカプラ５５と、を備えている。
【００７７】
外部共振器型半導体レーザ１０Ａ、１０Ｂは、ゲインチップ１１Ａ、１１Ｂおよび光ファイバが偏波保持ファイバであるファイバエタロン１Ａ、１Ｂを有し、偏波面が互いに異なる中心波長λ1の励起光をコネクタ（図１０においては図示せず）を介してそれぞれ出射する。
【００７８】
また、外部共振器型半導体レーザ１０Ｃ、１０Ｄは、ゲインチップ１１Ｃ、１１Ｄおよび光ファイバが偏波保持ファイバであるファイバエタロン１Ｃ、１Ｄを有し、偏波面が互いに異なる中心波長λ2の励起光をコネクタ（図１０においては図示せず）を介してそれぞれ出射する。
【００７９】
外部共振器型半導体レーザ１０Ａ〜１０Ｄで発生された励起光は、その中心波長λ1、λ2毎に偏波合成カプラ５２、５３で偏波合成され、各偏波合成カプラ５２、５３の出力光がＷＤＭカプラ５４で合波され、ＷＤＭカプラ５４および増幅用光ファイバ５１と結合されたＷＤＭカプラ５５を介して増幅用光ファイバ５１に入射される。
【００８０】
なお、これらの中心波長λ1、λ2の励起光は、第２の実施形態で述べたように複数の縦モードの波長成分を含んでいる。これにより、増幅用光ファイバ５１における誘導ブリルアン散乱が抑制され、信号光を長距離にわたってファイバ伝送させることが可能となる。
【００８１】
図１１は、励起光波長λ1、λ2と利得との関係を模式的に示すグラフである。増幅用光ファイバ５１に入射された励起光により、増幅用光ファイバ５１において誘導ラマン散乱が生じ、図１１に示すように、励起光波長λ1、λ2から１００ｎｍ程度長波長側に利得ｇが生じる。この状態で増幅用光ファイバ５１に信号光が入射されると、増幅用光ファイバ５１中に生じた利得ｇによって信号光が増幅される。
【００８２】
なお、本実施形態のように、複数の励起光波長λ1〜λn（λ1＜...＜λn）（ｎ≧２）を用いる構成にあっては、最小の励起光波長λ1と最大の励起光波長λnとの波長差を１００ｎｍ以内とすることが好ましい。これは、励起光と信号光とが重複することによる信号光の波形劣化を防止するためである。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態のラマン増幅器は、第２の実施形態の外部共振器型半導体レーザを備えるため、ラマン増幅の利得特性の安定化、広帯域化および平坦化を実現することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ ファイバファブリペローエタロン（ファイバエタロン）
２、３ 光ファイバ
２ａ、３ａ 端面
４、５ フェルール
６ 間隙
７ スリーブ
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 外部共振器型半導体レーザ
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ ゲインチップ
１１ａ 後方端面
１１ｂ 出射端面
１１ｃ 活性層
１６ コネクタ
５０ ラマン増幅器
５１ 増幅用光ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器に関し、特に発振波長を安定化させる構造を有するファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネット上で提供されるサービスの多様化に伴い、光ファイバ通信の通信容量の一層の拡大が必要となっている。
【０００３】
光ファイバ通信の長距離化および大容量化に大きな役割を果たしているのが光ファイバ増幅器であり、エルビウム添加ファイバ増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier、以下、ＥＤＦＡと記す）の実用化によって長距離光ファイバ通信技術が大きく前進した。
【０００４】
さらに、ＥＤＦＡの増幅帯域が１．５５μｍ付近である程度の広がりを持っていたため、波長の異なる信号光を１本の光ファイバに同時に通すことで通信容量を飛躍的に拡大する波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing、以下、ＷＤＭと記す）通信技術が注目され、急激に発展した。
【０００５】
しかしながら、ＥＤＦＡの増幅帯域は光ファイバの低損失帯域よりも狭いため、最近では、ＥＤＦＡの増幅帯域よりもさらに広い波長帯域の信号光を増幅できるラマン増幅器がＥＤＦＡとともに併用されている。
【０００６】
ラマン増幅器は、励起光を出射する増幅用光源と、該増幅用光源から出射された励起光が入射される増幅用光ファイバと、を備えており、励起光の波長を変化させることによって任意の波長帯の信号光を増幅することが可能な光増幅器である。
【０００７】
励起光が増幅用光ファイバに入射されると、増幅用光ファイバにおいて誘導ラマン散乱が生じ、励起光の中心波長（以下、励起光波長と記す）から１００ｎｍ程度長波長側に利得が生じる。このとき、信号光が増幅用光ファイバに入射されると、上述の増幅用光ファイバ中に生じた利得によって励起光波長から１００ｎｍ程度長い波長の信号光が増幅される。従って、ラマン増幅器は、励起光波長が変動すると、増幅用光ファイバにおいて増幅される信号光の利得も変動するため、増幅すべき波長を適切に増幅できなくなってしまう。
【０００８】
従って、信号光の増幅率を安定させるためには、励起光波長が正確に制御される必要がある。このため、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いた外部共振器型半導体レーザ（External Cavity Laser Diode、以下、ＥＣＬＤと記す）が増幅用光源として実用化された。
【０００９】
このようなＥＣＬＤとして、従来、ゲインチップの前方端面から出射される光を、ＦＢＧが形成された光ファイバに入射させ、ＦＢＧにより反射された光をゲインチップに帰還させ、ゲインチップの後方端面によりこの光を反射させて再びＦＢＧに入射させることを繰り返すことによって、特定波長でレーザ発振させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
この特許文献１に記載のＥＣＬＤにおいては、ＦＢＧは、ゲルマニウムがドープされたコア部を有する光ファイバの一部に紫外レーザ光を照射させることにより、光ファイバの所定長さの範囲のコア部の屈折率を長手方向に周期的に変化させてなるものである。このＦＢＧが形成された光ファイバに入射された光のうち、特定波長（λ＝２ｎΛ）（ｎは光ファイバコアの実効屈折率、Λはグレーティング周期）の光のみがＦＢＧで反射される。
【００１１】
さらに、ラマン増幅器の利得特性の広帯域化および平坦化を実現するためには、増幅すべき波長帯域に応じた複数の中心波長を有する励起光が増幅用光ファイバに入射される必要がある。このため従来は、複数の励起光波長それぞれに対応するＦＢＧが光ファイバに形成されていた（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
図１２は、特許文献２に開示されたような従来のラマン増幅器の構成の模式図である。従来のラマン増幅器は、例えば中心波長λ1、λ2の励起光を出射する半導体レーザ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄと、ＦＢＧ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄと、偏波合成カプラ１０２、１０３と、ＷＤＭカプラ１０４、１０５と、増幅用光ファイバ１０６と、を備えている。
【００１３】
半導体レーザ１００Ａ〜１００Ｄで発生される励起光は、その中心波長λ1、λ2毎に偏波合成カプラ１０２、１０３で偏波合成され、各偏波合成カプラ１０２、１０３の出力光がＷＤＭカプラ１０４で合波され、ＷＤＭカプラ１０５を介して増幅用光ファイバ１０６に入射される。半導体レーザ１００Ａ〜１００Ｄから各偏波合成カプラ１０２、１０３の間は偏波保持ファイバ１０７で接続され、偏波面が異なる２つの励起光が各偏波合成カプラ１０２、１０３で合成されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第９６／２７９２９号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−９８４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１、２に示されたＦＢＧを用いたＥＣＬＤにおいては、上述のように増幅すべき波長帯域に対応する複数のＦＢＧが光ファイバに形成されなければならないため、作製に対する時間およびコストがかかるという問題があった。
【００１６】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、安価でかつ簡単な構造を有し、所望の発振波長のレーザ光を選択的に反射することが可能なファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のファイバファブリペローエタロンは、第１および第２の光ファイバと、前記第１および第２の光ファイバをそれぞれ挿通させる２つのフェルールと、前記フェルールを固定し、前記第１および第２の光ファイバの端面同士を光軸方向に所定間隔の間隙を設けて対向させる円筒状のスリーブと、を備え、前記端面のうちの少なくとも一方が凹状の端面である構成を有している。
【００１８】
この構成により、間隙の間隔を調整することにより所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能であるため、安価でかつ簡単な構造を有するエタロンを実現できる。
【００１９】
また、本発明のファイバファブリペローエタロンは、前記第１および第２の光ファイバが、シングルモードファイバまたは偏波保持ファイバである構成を有していてもよい。
【００２０】
本発明のファイバファブリペローエタロンの製造方法は、２つのフェルールにそれぞれ挿通された第１および第２の光ファイバのうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階と、前記第１および第２の光ファイバを円筒状のスリーブの両側から挿入して前記２つのフェルールを突き合わせて固定し、前記２本の光ファイバの端面同士を光軸方向に所定間隔の間隙を設けて対向させる光ファイバ固定段階と、を含む構成を有している。
【００２１】
この構成により、間隙の間隔を調整することにより所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能であり、安価でかつ簡単な構造を有するエタロンを実現できる。
【００２２】
本発明の外部共振器型半導体レーザは、劈開によって形成された後方端面および出射端面と、該後方端面から該出射端面にかけて設けられ、駆動電流が供給されることによって光を発生させる活性層とを有し、該活性層において発生された光を該出射端面から出射するゲインチップと、前記出射端面から出射された光が前記第１の光ファイバを介して入射される上記のファイバファブリペローエタロンと、を備え、前記後方端面と前記ファイバファブリペローエタロンとの間で光共振器が構成される。
【００２３】
この構成により、所望の中心波長のレーザ光を出射できるとともに、より安価でかつ簡単な構造を有する外部共振器型半導体レーザを実現できる。
【００２４】
また、本発明の外部共振器型半導体レーザは、前記ゲインチップの前記出射端面に反射防止膜が設けられている構成を有していてもよい。
【００２５】
本発明のラマン増幅器は、上記の外部共振器型半導体レーザと、前記外部共振器型半導体レーザの前記第２の光ファイバから出射されたレーザ光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅を生じさせる増幅用光ファイバと、を備えた構成を有している。
この構成により、ラマン増幅の利得特性の安定化、広帯域化および平坦化を実現できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、安価でかつ簡単な構造を有し、所望の発振波長のレーザ光を選択的に反射することが可能なファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るファイバエタロンの構造を示す模式図
【図２】本発明に係るファイバエタロンの構成を示す光軸に沿った断面図
【図３】本発明に係るファイバエタロンの反射特性を示すグラフ
【図４】本発明に係るファイバエタロンの透過率が最小となる場合の中心波長λcと間隔Δとの関係を示すグラフ
【図５】本発明に係るファイバエタロンの反射特性のサイドモード間隔および半値幅を示すグラフ
【図６】エッチング前とエッチング後の光ファイバの端部を模式的に示す光軸に沿った断面図
【図７】エッチング時間に対するエッチング深さを示すグラフ
【図８】固定前と固定後の２本の光ファイバを示す光軸に沿った断面図
【図９】本発明に係るファイバエタロンを備えた外部共振器型半導体レーザの上面図および断面図
【図１０】本発明に係る外部共振器型半導体レーザを備えたラマン増幅器の構成を示すブロック図
【図１１】励起光波長と利得との関係を示すグラフ
【図１２】従来のラマン増幅器の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係るファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
本発明に係るファイバファブリペローエタロンの第１の実施形態を図１〜図８を用いて説明する。図１はファイバファブリペローエタロン（以下、ファイバエタロンと記す）１の構造を示す模式図である。図２は、ファイバエタロン１の光軸を含む要部の断面図である。
【００３０】
ファイバエタロン１は、図１、図２に示すように、それぞれコア部２１、３１およびクラッド部２２、３２を有する第１および第２の光ファイバ２、３（以下、単に光ファイバ２、３と記す）をそれぞれ挿通させる２つのフェルール４、５と、フェルール４、５を固定し、光ファイバ２、３のコア部２１、３１の端面（以下、コア端面と記す）２１ａ、３１ａ同士を光軸方向に所定間隔Δ（以下、単に間隔Δと記す）の間隙６を設けて対向させる円筒状のスリーブ７と、を備えている。なお、図１はスリーブ７の一部を破断して示している。
【００３１】
光ファイバ２、３は、シングルモードファイバ（偏波を保持しないもの）またはパンダファイバ等の偏波保持ファイバである。光ファイバ２、３の先端部分の周囲にはフェルール４、５がそれぞれ取り付けられており、フェルール４、５の中心に光ファイバ２、３が位置している。フェルール４、５がスリーブ７の両端からそれぞれスリーブ７内に挿入されることによって、光ファイバ２、３は光軸が互いに一致した状態で固定されている。
【００３２】
光ファイバ２、３の互いに対向する端面２ａ、３ａは、上述のコア端面２１ａ、３１ａと、クラッド部２２、３２の端面（以下、クラッド端面と記す）２２ａ、３２ａからなる。コア端面２１ａ、３１ａのうち少なくとも一方は凹状の端面である。なお、図２（ａ）は、コア端面２１ａ、３１ａの両方が凹状の端面である例を示しており、一方、図２（ｂ）は、コア端面２１ａが光軸に対して垂直な平面であり、コア端面３１ａのみが凹状の端面である例を示している。
【００３３】
スリーブ７においては、その長手方向に１本のスリット７ａが形成されている。スリット７ａによってスリーブ７の径（内径および外径）がわずかに広がるので、フェルール４、５の外径がスリーブ７の内径とほぼ等しい、または、フェルール４、５の外径がスリーブ７の内径よりわずかに大きくても、フェルール４、５をスリーブ７内にきつく挿入することができる。また、スリット７ａは、フェルール４、５をスリーブ７内にきつく挿入するときの空気の逃げに役立つ。
【００３４】
一般にエタロンは、様々な波長を含む光のうちの特定波長の光のみを通過（透過）させるフィルタ（光周波数フィルタ）として用いられるが、本発明のファイバエタロン１は光周波数フィルタとしてではなく、特定波長の光を反射する光反射器として用いられる。
【００３５】
本実施形態のファイバエタロン１に、中心波長λの光が光軸に対して角度θで入射したときの光の透過率Ｔ（λ）は近似的に次式によって表される。
【数１】
【００３６】
［数１］において、Ａ1、Ａ2は２つの部分透過ミラーとしての端面２ａ、３ａそれぞれの光吸収率を、Ｒ1、Ｒ2は端面２ａ、３ａそれぞれの反射率を表す。さらに、［数１］におけるδは、次式によって表される。
【数２】
【００３７】
［数２］において、ｎは間隙６に含まれる媒質に基づく屈折率を表す。θは、上述のようにファイバエタロン１への光の入射角度である。
【００３８】
また、ファイバエタロン１の反射率Ｒ（λ）は、上述した透過率Ｔ（λ）を用いて次式のように表される。
【数３】
【００３９】
［数１］におけるＲ1、Ｒ2は、ファイバエタロン１の場合、Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒであり、端面２ａ、３ａにおける光吸収率についてはＡ1＝Ａ2＝０である。さらに、［数２］における屈折率ｎは間隙６がエアギャップであるとしてｎ＝１とし、光の入射角度θは０度とする。このようにして、［数１］〜［数３］に基づいて、ファイバエタロン１の透過率Ｔ（λ）および反射率Ｒ（λ）はそれぞれ［数４］、［数５］のように表される。
【数４】
【数５】
【００４０】
図３は、ファイバエタロン１の上記反射率Ｒ（λ）に基づく反射特性を、横軸をファイバエタロン１への入射光の波長（ｎｍ）、縦軸を反射率（％）とするグラフ上に示すものである。図３においては、Ｒ＝３．４％、Δ＝２０μｍとした場合の反射特性を示している。この場合においては、入射光の中心波長λが約１４０３ｎｍまたは約１４５５ｎｍのときに、ファイバエタロン１の反射率が最も高くなることが分かる。
【００４１】
さらに、［数５］から分かるように、間隔Δを変化させることによってファイバエタロン１の反射特性は変化する。所望の中心波長λに対するファイバエタロン１の反射率Ｒ（λ）を最大にするには（即ち、透過率Ｔ（λ）を最小にするには）、［数５］において（２πΔ／λ）を（π／２）の整数倍とすればよく、このときの中心波長λcと間隔Δの関係は次式で与えられる。
【数６】
【００４２】
図４は、透過率Ｔ（λ）が最小となる場合の中心波長λcと間隔Δとの関係を示すグラフである。各実線は異なるｍの値に対応している。このグラフから所望の中心波長λcを実現するための間隔Δを得ることができる。図中の破線は中心波長λcが１．４６μｍである場合を示すものであり、透過率Ｔ（λc）が最小となる間隔Δが離散的に複数点存在することが分かる。
【００４３】
また、間隔Δを変化させることによって、ファイバエタロン１の反射特性のサイドモード間隔（ＦＳＲ）および半値幅も変化する。図５は、間隔Δに対する反射特性のＦＳＲおよび半値幅を示すグラフである。図５においては、Ｒ＝３．４％、ｎ＝１、θ＝０度の場合のデータを示している。
【００４４】
このグラフから、間隔Δが広くなるとＦＳＲおよび半値幅が狭くなることが分かる。しかしながら、例えば、ファイバエタロン１と、ファイバエタロン１の光ファイバ２または光ファイバ３に向かって光を出射するゲインチップとの間で光共振器を形成する場合に上記のＦＳＲおよび半値幅が狭すぎると、複数の発振波長（中心波長）のレーザ発振が起こりやすくなる。即ち、単一の中心波長を持つレーザ光を得るためのファイバエタロン１の間隔Δの値には制限（上限）がある。
【００４５】
従って、ファイバエタロン１において、［数６］から得られる所望の中心波長λcを実現する間隔Δのうち、上記の上限以下の間隔Δを採用することにより、単一の中心波長λcのレーザ光を選択的に反射することができる。
【００４６】
なお、上述した実施例では、ファイバエタロン１の端面２ａ、３ａに特段のコーティングが施されていないが、端面２ａ、３ａに、反射膜または反射防止膜のコーティングが形成されていてもよい。このコーティングにより、反射率および半値幅の制御を行うこともできる。
【００４７】
以下、本発明に係るファイバエタロン１の製造方法の一例を図６〜図８を用いて説明する。
【００４８】
本発明に係るファイバエタロンの製造方法は、２つのフェルール４、５にそれぞれ挿通された２本の光ファイバ２、３のうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階（Ｉ）と、２本の光ファイバ２、３を円筒状のスリーブ７の両側から挿入して２つのフェルール４、５を突き合わせて固定し、２本の光ファイバ２、３の端面２ａ、３ａ同士を光軸方向に所定間隔の間隙６を設けて対向させる光ファイバ固定段階と、を含む。
【００４９】
なお、以下では、エッチング段階（Ｉ）において２本の光ファイバ２、３の両方をエッチングする場合を例にとって説明する。
【００５０】
エッチング段階（Ｉ）においては、まず、シングルモードファイバまたは偏波保持ファイバである２本の光ファイバ２、３を用意する。光ファイバ２、３の端部には予めフェルール４、５が取り付けられている。光ファイバ２、３のコア部２１、３１およびクラッド部２２、３２の端面は光軸に対して垂直に切り出されている。
【００５１】
そして、エッチング溶液に２本の光ファイバ２、３のフェルール４、５が取り付けられた側の端部を浸してエッチングを行う。エッチング溶液としては、例えば市販のフッ化水素酸（ＨＦ）（５０重量％）と純水との混合液（以下、ＨＦ混合液と記す）を用意する。ＨＦ混合液は、コア部２１、３１に対するエッチング速度がクラッド部２２、３２に対するエッチング速度よりも大きいため、光ファイバ２、３の端部に凹状の端面を形成することができる。
【００５２】
また、ＨＦ混合液中のフッ化水素酸（ＨＦ）の割合が低いほどエッチング速度は遅くなるため、フッ化水素酸（ＨＦ）と純水との体積比を調整することにより、所望のエッチング速度を実現することができる。
【００５３】
なお、エッチング溶液として、フッ化水素酸（ＨＦ）（５０重量％）とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）溶液（４０重量％）との混合液であるバッファードフッ酸を用いてもよい。しかしながら、バッファードフッ酸中のフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）溶液のフッ化水素酸（ＨＦ）に対する体積比が所定値を超えると、コア部２１、３１に対するエッチング速度がクラッド部２２、３２に対するエッチング速度よりも小さくなってしまい、光ファイバ２、３の端部に凸状の端面が形成されてしまうため注意が必要である。
【００５４】
図６はエッチング前（ａ）とエッチング後（ｂ）の光ファイバ２、３の端部を模式的に示す光軸に沿った断面図である。ここで、エッチングにより形成されたクラッド端面２２ａ、３２ａとコア端面２１ａ、３１ａの光軸方向の最大距離をコアエッチング深さｔ1とする。また、フェルール４、５の端面４ａ、５ａとクラッド端面２２ａ、３２ａの光軸方向の最小距離をクラッドエッチング深さｔ2とする。さらに、フェルール４、５の端面４ａ、５ａとコア端面２１ａ、３１ａの光軸方向の最大距離をエッチング深さｔ（＝ｔ1＋ｔ2）とする。
【００５５】
例えばエッチング溶液として、フッ化水素酸（ＨＦ）と純水との体積比が１：１であるＨＦ混合液を用いた場合には、エッチング時間に対するコアエッチング深さｔ1およびクラッドエッチング深さｔ2の実験結果では図７のグラフに示すようになった。
【００５６】
図８に光ファイバ固定段階（ＩＩ）における、固定前（ａ）と固定後（ｂ）の光ファイバ２、３の光軸に沿った断面図を示す。光ファイバ固定段階（ＩＩ）においては、まず透光性の接着剤をフェルール４、５の端面４ａ、５ａに塗布する。そして、２本の光ファイバ２、３を円筒状のスリーブ７の両側から挿入し、接着剤が塗付されたフェルール４、５同士を突き合わせて接合する。さらに、接着剤でフェルール４、５とスリーブ７とを固定する。
【００５７】
図８（ｂ）に示すように、最終的に得られる間隔Δは、２本の光ファイバ２、３のエッチング深さｔの和であるΔ＝２ｔとなる。つまり、Δ＝２ｔの関係および図７に示されたようなエッチング時間とエッチング深さとの関係に基づいて、エッチング段階（Ｉ）で所望の間隔Δを得るためのエッチング深さｔ（＝ｔ1＋ｔ2）およびエッチング時間を決定することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態のファイバエタロンは、間隙の間隔を調整することにより、所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能である。また、本実施形態のファイバエタロンは、少なくとも一方が凹状の端面を有する２本の光ファイバの端面同士を対向させてなる簡単な構造を有しているため、安価でかつ簡易に製造することができる。
【００５９】
また、本実施形態のファイバエタロンは、スリーブ内でフェルールの対向する端面同士が突き合わされて接合されるため、間隙の間隔を確実に固定し、高精度に所望の発振波長のレーザ光を反射することが可能である。
【００６０】
（第２の実施形態）
本発明に係るファイバファブリペローエタロンを備えた外部共振器型半導体レーザの実施形態を図９を用いて説明する。図９（ａ）は外部共振器型半導体レーザ１０の上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図９では、フェルール４、５およびスリーブ７の図示を省略している。
【００６１】
外部共振器型半導体レーザ１０は、図９に示すように、第１の実施形態のファイバエタロン１と、内部が中空である直方体状のパッケージ８と、を備える。パッケージ８の内部には、ファイバエタロン１の光ファイバ２の端面２ｂに向かって光を出射するゲインチップ１１と、ゲインチップ１１から出射される光を集光するレンズ１２と、周囲温度を検出するサーミスタ１３と、サーミスタ１３によって検出された周囲温度に基づいてゲインチップ１１の温度制御を行うＴＥＣ（Thermo Electrical Cooler）１４と、が格納されている。
【００６２】
ここで、ファイバエタロン１の間隙６の間隔Δは、ゲインチップ１１の光学利得のピークとなる波長と、［数６］に示された中心波長λcとが一致するように設定されることが好ましい。
【００６３】
パッケージ８は、本体部８ａと、ファイバエタロン１が挿通される光ファイバ挿通パイプ８ｂと、蓋部材８ｃ（図９（ａ）には図示せず）と、を備えている。ファイバエタロン１は、例えばフェルール、接着剤、金属封止剤、または樹脂封止剤等の固定部材１５によって光ファイバ挿通パイプ８ｂに固定されている。ファイバエタロン１の光ファイバ３の端部には光出力用のコネクタ１６が形成されている。
【００６４】
さらに、外部共振器型半導体レーザ１０は、パッケージ８の内部に、ゲインチップ１１を載置するためのサブマウント１７と、レンズ１２を保持するレンズホルダ１８と、サーミスタ１３、サブマウント１７、およびレンズホルダ１８を固定する基板１９と、を備えている。基板１９は、パッケージ８の内部の底面に固定された上述のＴＥＣ１４上に固定されている。基板１９は、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ）等の材料により形成されている。
【００６５】
ゲインチップ１１は、複数の半導体層が積層されることにより構成されており、これらの半導体層は、組成や、ドープされる不純物の種類、量が互いに異なっている。また、ゲインチップ１１は、劈開によって形成された後方端面１１ａおよび出射端面１１ｂと、後方端面１１ａから出射端面１１ｂにかけて設けられ、駆動電流が供給されることによって光を発生させるストライプ状の活性層１１ｃとを有し、活性層１１ｃにおいて発生した光を出射端面１１ｂから出射する構成を有している。
【００６６】
これにより、光を発生するゲインチップ１１の後方端面１１ａと、光反射器として機能するファイバエタロン１とによって、光共振器が構成される。なお、ゲインチップ１１の出射端面１１ｂには反射防止膜が、後方端面１１ａには反射膜がそれぞれ形成されていてもよい。なお、ファイバエタロン１によって反射された光をゲインチップ１１に戻す必要があるので、パッケージ８中にアイソレータは設けない。
【００６７】
ＴＥＣ１４は、吸熱側基板１４ａと、放熱側基板１４ｂと、これらの基板１４ａ、１４ｂに挟まれた半導体素子１４ｃにより構成されており、基板１９と吸熱側基板１４ａとが密着されることにより、ゲインチップ１１から発生した熱を吸熱し、ゲインチップ１１の温度を一定に保つようになっている。
【００６８】
次に、以上のように構成された外部共振器型半導体レーザ１０の動作を説明する。
ゲインチップ１１に駆動電流が供給されると活性層１１ｃにおいて光が発生する。活性層１１ｃにおいて発生した光は、ゲインチップ１１の出射端面１１ｂから出射されてレンズ１２に入射される。レンズ１２において集光された光はファイバエタロン１の光ファイバ２に入射される。
【００６９】
ファイバエタロン１に入射された光のうち、特定の中心波長λcの光が間隙６の端面２ａ、３ａにおいて反射され、光ファイバ２、レンズ１２を介して再びゲインチップ１１に戻り、ゲインチップ１１の後方端面１１ａにおいて反射される。
【００７０】
ゲインチップ１１の後方端面１１ａとファイバエタロン１との間で光反射が繰り返されると、特定の中心波長λcでレーザ発振が生じる。このようにして生じたレーザ光はファイバエタロン１の光ファイバ２の端面２ｂを介してコネクタ１６に到達する。なお、この中心波長λcのレーザ光は、複数の縦モードの波長成分を含んでいる。
【００７１】
第１の実施形態で述べたように、間隔Δを変化させることによってファイバエタロン１の反射特性は変化するため、ゲインチップ１１の後方端面１１ａとファイバエタロン１との間で光反射が繰り返されることによって得られる、外部共振器型半導体レーザ１０から出射されるレーザ光のスペクトル特性（発振波長）も間隔Δに応じて変化する。即ち、間隔Δを調整することによって、所望の発振波長のレーザ光を外部共振器型半導体レーザ１０から出射させることができる。
【００７２】
また、既に述べたように、間隔Δが広すぎる（ＦＳＲおよび半値幅が狭すぎる）と複数の中心波長でレーザ発振が起こりやすくなる。間隔Δが２０〜３０μｍ程度であると、ゲインチップ１１の温度が例えば７０℃程度の高温においてＴＥＣ１４による制御なしでも単一の中心波長を持つレーザ光を得られるため好ましい。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態の外部共振器型半導体レーザは、第１の実施形態のファイバエタロンを備えるため、所望の中心波長のレーザ光を出射できる。また、本実施形態の外部共振器型半導体レーザは、簡単な構造を有しているため、安価でかつ簡易に製造することができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
次に、本発明に関する第３の実施形態のラマン増幅器について図１０、図１１を用いて説明する。図１０は第２の実施形態の外部共振器型半導体レーザを励起光用光源として用いたラマン増幅器５０のブロック図を示している。ここでは、励起光波長（励起光の中心波長）として２つの波長λ1、λ2を用いた例を説明する。
【００７５】
ラマン増幅器５０は、偏波面が互いに異なる波長λ1の励起光をそれぞれ出射する２つの外部共振器型半導体レーザ１０Ａ、１０Ｂと、偏波面が互いに異なる波長λ2の励起光をそれぞれ出射する２つの外部共振器型半導体レーザ１０Ｃ、１０Ｄと、外部共振器型半導体レーザ１０Ａ〜１０Ｄからの出射光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅により信号光を増幅する増幅用光ファイバ５１と、を備えている。
【００７６】
さらに、ラマン増幅器５０は、外部共振器型半導体レーザ１０Ａ、１０Ｂからの出射光を偏波合成する偏波合成カプラ５２と、外部共振器型半導体レーザ１０Ｃ、１０Ｄからの出射光を偏波合成する偏波合成カプラ５３と、偏波合成カプラ５２、５３からの出力光を合波するＷＤＭカプラ５４と、増幅用光ファイバ５１で増幅された信号光とＷＤＭカプラ５４からの出力光を合波するＷＤＭカプラ５５と、を備えている。
【００７７】
外部共振器型半導体レーザ１０Ａ、１０Ｂは、ゲインチップ１１Ａ、１１Ｂおよび光ファイバが偏波保持ファイバであるファイバエタロン１Ａ、１Ｂを有し、偏波面が互いに異なる中心波長λ1の励起光をコネクタ（図１０においては図示せず）を介してそれぞれ出射する。
【００７８】
また、外部共振器型半導体レーザ１０Ｃ、１０Ｄは、ゲインチップ１１Ｃ、１１Ｄおよび光ファイバが偏波保持ファイバであるファイバエタロン１Ｃ、１Ｄを有し、偏波面が互いに異なる中心波長λ2の励起光をコネクタ（図１０においては図示せず）を介してそれぞれ出射する。
【００７９】
外部共振器型半導体レーザ１０Ａ〜１０Ｄで発生された励起光は、その中心波長λ1、λ2毎に偏波合成カプラ５２、５３で偏波合成され、各偏波合成カプラ５２、５３の出力光がＷＤＭカプラ５４で合波され、ＷＤＭカプラ５４および増幅用光ファイバ５１と結合されたＷＤＭカプラ５５を介して増幅用光ファイバ５１に入射される。
【００８０】
なお、これらの中心波長λ1、λ2の励起光は、第２の実施形態で述べたように複数の縦モードの波長成分を含んでいる。これにより、増幅用光ファイバ５１における誘導ブリルアン散乱が抑制され、信号光を長距離にわたってファイバ伝送させることが可能となる。
【００８１】
図１１は、励起光波長λ1、λ2と利得との関係を模式的に示すグラフである。増幅用光ファイバ５１に入射された励起光により、増幅用光ファイバ５１において誘導ラマン散乱が生じ、図１１に示すように、励起光波長λ1、λ2から１００ｎｍ程度長波長側に利得ｇが生じる。この状態で増幅用光ファイバ５１に信号光が入射されると、増幅用光ファイバ５１中に生じた利得ｇによって信号光が増幅される。
【００８２】
なお、本実施形態のように、複数の励起光波長λ1〜λn（λ1＜...＜λn）（ｎ≧２）を用いる構成にあっては、最小の励起光波長λ1と最大の励起光波長λnとの波長差を１００ｎｍ以内とすることが好ましい。これは、励起光と信号光とが重複することによる信号光の波形劣化を防止するためである。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態のラマン増幅器は、第２の実施形態の外部共振器型半導体レーザを備えるため、ラマン増幅の利得特性の安定化、広帯域化および平坦化を実現することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ ファイバファブリペローエタロン（ファイバエタロン）
２、３ 光ファイバ
２ａ、３ａ 端面
４、５ フェルール
６ 間隙
７ スリーブ
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 外部共振器型半導体レーザ
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ ゲインチップ
１１ａ 後方端面
１１ｂ 出射端面
１１ｃ 活性層
１６ コネクタ
５０ ラマン増幅器
５１ 増幅用光ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の光ファイバ（２、３）と、
前記第１および第２の光ファイバをそれぞれ挿通させる２つのフェルール（４、５）と、
前記フェルールを固定し、前記第１および第２の光ファイバの端面（２ａ、３ａ）同士を光軸方向に所定間隔の間隙（６）を設けて対向させる円筒状のスリーブ（７）と、を備え、
前記端面のうちの少なくとも一方が凹状の端面であることを特徴とするファイバファブリペローエタロン。
【請求項２】
前記第１および第２の光ファイバが、シングルモードファイバまたは偏波保持ファイバである請求項１に記載のファイバファブリペローエタロン。
【請求項３】
２つのフェルール（４、５）にそれぞれ挿通された第１および第２の光ファイバ（２、３）のうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階と、
前記第１および第２の光ファイバを円筒状のスリーブ（７）の両側から挿入して前記２つのフェルールを突き合わせて固定し、前記２本の光ファイバの端面（２ａ、３ａ）同士を光軸方向に所定間隔の間隙（６）を設けて対向させる光ファイバ固定段階と、を含むファイバファブリペローエタロンの製造方法。
【請求項４】
劈開によって形成された後方端面（１１ａ）および出射端面（１１ｂ）と、該後方端面から該出射端面にかけて設けられ、駆動電流が供給されることによって光を発生させる活性層（１１ｃ）とを有し、該活性層において発生された光を該出射端面から出射するゲインチップ（１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ）と、
前記出射端面から出射された光が前記第１の光ファイバを介して入射される請求項１または請求項２に記載のファイバファブリペローエタロン（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）と、を備え、
前記後方端面と前記ファイバファブリペローエタロンとの間で光共振器が構成されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
【請求項５】
前記ゲインチップの前記出射端面に反射防止膜が設けられている請求項４に記載の外部共振器型半導体レーザ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の外部共振器型半導体レーザ（１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）と、
前記外部共振器型半導体レーザの前記第２の光ファイバから出射されたレーザ光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅を生じさせる増幅用光ファイバ（５１）と、を備えたラマン増幅器。
【請求項１】
第１および第２の光ファイバ（２、３）と、
前記第１および第２の光ファイバをそれぞれ挿通させる２つのフェルール（４、５）と、
前記フェルールを固定し、前記第１および第２の光ファイバの端面（２ａ、３ａ）同士を光軸方向に所定間隔の間隙（６）を設けて対向させる円筒状のスリーブ（７）と、を備え、
前記端面のうちの少なくとも一方が凹状の端面であることを特徴とするファイバファブリペローエタロン。
【請求項２】
前記第１および第２の光ファイバが、シングルモードファイバまたは偏波保持ファイバである請求項１に記載のファイバファブリペローエタロン。
【請求項３】
２つのフェルール（４、５）にそれぞれ挿通された第１および第２の光ファイバ（２、３）のうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階と、
前記第１および第２の光ファイバを円筒状のスリーブ（７）の両側から挿入して前記２つのフェルールを突き合わせて固定し、前記２本の光ファイバの端面（２ａ、３ａ）同士を光軸方向に所定間隔の間隙（６）を設けて対向させる光ファイバ固定段階と、を含むファイバファブリペローエタロンの製造方法。
【請求項４】
劈開によって形成された後方端面（１１ａ）および出射端面（１１ｂ）と、該後方端面から該出射端面にかけて設けられ、駆動電流が供給されることによって光を発生させる活性層（１１ｃ）とを有し、該活性層において発生された光を該出射端面から出射するゲインチップ（１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ）と、
前記出射端面から出射された光が前記第１の光ファイバを介して入射される請求項１または請求項２に記載のファイバファブリペローエタロン（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）と、を備え、
前記後方端面と前記ファイバファブリペローエタロンとの間で光共振器が構成されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
【請求項５】
前記ゲインチップの前記出射端面に反射防止膜が設けられている請求項４に記載の外部共振器型半導体レーザ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の外部共振器型半導体レーザ（１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）と、
前記外部共振器型半導体レーザの前記第２の光ファイバから出射されたレーザ光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅を生じさせる増幅用光ファイバ（５１）と、を備えたラマン増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１１８０４４（Ｐ２０１１−１１８０４４Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７３６０４（Ｐ２００９−２７３６０４）
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]