专利名称：非偏振光化激光二极管模块及非偏振光化激光二极管光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及输出非偏振光化激光的激光二极管模块的输出用保偏光纤长度的设计方法和非偏振光化装置长度的设计方法，基于该设计方法制造的激光二极管模块以及非偏振光化激光二极管模块，将这些激光二极管模块作为激励光源的光放大器。
背景技术：
作为激励从半导体激光元件(激光二极管LD)振荡的激光的手段，在光纤内放大信号光的光放大器在光通信系统中起着重要的作用。其中，利用光纤中的感应拉曼(Raman)散射现象的拉曼光放大器由于具有优秀的噪音特性，作为长距离传输线路的光放大部件，更成为传输信号高速化必不可少的光放大器。
由于拉曼光放大通过在光纤中产生的拉曼散射现象作媒介，接收信号光的拉曼增益的大小强烈依存于信号光的偏振状态和信号光的偏振状态的相互关系。例如，当激励光的偏振状态是直线偏振光时(通常从LD输出的激光的偏振光大体是直线偏振光)、当信号光的偏振状态与激励光是相同方向的直线偏振光时，呈现出高的拉曼增益值，当信号光是与激励光的偏振状态正交的偏振状态时，拉曼增益减小。即增益的大小具有强烈依存于激励光的偏振状态与信号光的偏振状态的相互关系的增益偏振相关性(PDGPolarization Dependence of Gain)。
为了消除拉曼增益的偏振相关性，用作激励光的激光使用具有在极短时间内改变偏振状态特性的激光。一种是将同一波长的2台LD偏振光合成而成的激光，另一种是在LD的输出上安装非偏振光化装置，将激光非偏振光化的装置，二者都是表征偏振光分量的比例的偏振度(DOPDegreeOfPolarization)小、在极短的时间内改变偏振状态。
在使从LD输出的激光非偏振光化的非偏振光化装置中，使用具有双折射的晶体和双折射光纤。DOP值依存于这些非偏振光化装置的长度(光前进方向的距离)，通常，非偏振光化装置的长度越长DOP值越小，另外，也依存于从LD输出的激光光谱的半值宽度。因此，在现有技术中，当使DOP值减小的情况下，采用下述方法。首先，从LD的光谱半值宽度(FWHM)与DOP的定性关系，根据过去的设计信息粗略地决定非偏振光化装置的长度。然后，将设定了其长度的非偏振光化装置连接在激光二极管模块的输出用保偏光纤上，一面实际测量DOP一面调节光纤长度。
但是，在上述方法中，需要一面测量输出激光的偏振度、一面微调整非偏振光化装置的长度，微调整非常费事费时间，成为增加制造成本的原因。另外，由于实际上DOP对非偏振光化装置的长度不是一样地减小、而是具有周期性的极大值，为了避免其极大值，也需要一面测量DOP值一面微调整非偏振光化装置的长度。
进而，在上述方法中，即使将非偏振光化装置的长度最佳化，由于当非偏振光化激光二极管模块周围的温度变化时，DOP值也变动，微调整也困难，难于实现小DOP值(例如10％以下)。进而，由于DOP值的变动也成为拉曼增益变动的原因，因而需要管理非偏振光化二极管模块的周围温度。
发明内容
本发明使用激光二极管的谐振器长度和振荡中心波长、振荡谱半值全宽度、消光比及输出用保偏光纤的拍频长度，进行输出用保偏光纤长度的最佳化，消除DOP的温度变动，谋求DOP的稳定化。另外，能够唯一地决定激光二极管的谐振器长度和振荡中心波长、振荡谱半值全宽度及用在非偏振光化中的具有双折射的物质的长度。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第1种方式，配备备有一个激光二极管和连接在上述激光二极管上的1个输出用保偏光纤的激光二极管模块；以及连接在上述激光二极管模块上的非偏振光化装置；使用从上述激光二极管输出的激光的法布里-珀罗的纵模间隔Δλ、振荡中心波长λ0、上述输出用保偏光纤的拍频长度LBeat1、测量上述拍频长度的光的波长λBeat导出上述输出用保偏光纤的长度Lpig的值是(公式1)Lpig<λ2oΔλ×LBeat1λBeat1---(1)]]>的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第2方式是，上述输出用保偏光纤的长度Lpig是(公式2)Lpig=14×λ2oΔλ×LBeat1λBeat1---(2)]]>或者(公式3)Lpig=34×λ2oΔλ×LBeat1λBeat1---(3)]]>的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第3方式是，上述输出用保偏光纤的长度Lpig是具有消光比的变动消失以上长度的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第4种方式，配备备有一个激光二极管和连接在上述激光二极管上的1个输出用保偏光纤的激光二极管模块；以及连接在上述激光二极管模块上的1个非偏振光化装置，使用从上述激光二极管输出的激光的法布里-珀罗的纵模间隔Δλ、振荡中心波长λ0、使用在上述非偏振光化装置上的具有双折射的物质的拍频长度LBeat2、测量上述拍频长度的光的波长λBeat2计算出上述非偏振光化装置的长度LDepo的值是(公式4)LDepo<λ2oΔλ×LBeat2λBeat2---(4)]]>的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第5种方式是，上述非偏振光化装置的长度LDepo是(公式5)LDepo=12×λ2oΔλ×LBeat2λBeat2---(5)]]>的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第6种方式是，上述非偏振光化装置的长度LDepo是用上述激光二极管模块的光谱半值全宽度δλFWHM和目标DOP值计算出的值(公式6)LDepo≥1π×(λ0-12δλFWHM)(λ0+12δλFWHM)δλFWHM×LBeat2λBeat2×Loge(DOP100)---(6)]]>的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第7种方式是，上述输出用保偏光纤的长度Lpig是(公式7)LPig≤32×LDepo×LBeat1λBeat1×λBeat2LBeat2---(7)]]>
的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第8种方式是，上述输出用保偏光纤的长度Lpig是(公式8)LPig=12×LDepo×LBeat1λBeat1×λBeta2LBeat2---(8)]]>的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第9种方式是，在上述输出用保偏光纤中形成光纤布拉格光栅的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第10种方式是，在上述非偏振光化装置中使用非偏振光化用保偏光纤的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第11种方式是，上述输出用保偏光纤与上述非偏振光化用保偏光纤被熔焊连接、使各自的光学主轴成为45°角的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第12种方式是，在上述非偏振光化装置上，使用将具有长度LDepo的非偏振光化用保偏光纤和具有长度2×LDepo的非偏振光化用保偏光纤连接，使其相互的光学主轴成45°角的立奥型(Lyot type)非偏振光化保偏光纤的偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第13种方式是，在上述非偏振光化装置中使用双折射晶体的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第14种方式是，上述输出用保偏光纤与上述双折射晶体各自的主轴成45°倾斜连接的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第15种方式是，在上述双折射晶体的输入侧上插入半波片，调整输入到上述双折射晶体上的激光的偏振方向的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第16种方式是，上述双折射晶体是立奥型双折射晶体的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管模块的第17种方式是，使用的上述激光二极管模块是从上述输出用保偏光纤输出的激光的消光比是15dB以上的非偏振光化激光二极管模块。
本发明的非偏振光化激光二极管光源的第1种方式是，配备了将多个激光二极管模块和一个偏振光合成器经偏振光合成的激光光源和配置在上述偏振光合成器的输出侧的1个非偏振光化装置的非偏振光化激光二极管光源。
本发明的光放大器的第1种方式是在激励光源上使用非偏振光化激光二极管光源的光放大器。
本发明的拉曼光放大器的第1种方式是在激励光源上使用非偏振光化激光二极管的拉曼光放大装置。
图1是本发明的非偏振光化激光二极管模块的说明图。
图2A是表示λ＝0.29nm时的LD光谱图。
图2B是表示λ＝0.25nm时的LD光谱图。
图2C是表示λ＝0.20nm时的LD光谱图。
图3A是表示λ＝0.29nm时的DOP与保偏光纤(PANDA)长度的关系图。
图3B是表示λ＝0.25nm时的DOP与保偏光纤(PANDA)长度的关系图。
图3C是表示λ＝0.20nm时的DOP与保偏光纤(PANDA)长度的关系图。
图4是表示DOP与消光比的温度变化的关系图。
图5是表示DOP及消光比与PMF长度的关系图。
图6是表示θ＝1°时的DOP及消光比与非偏振光化用保偏光纤长度的关系图。
图7是表示θ＝3°时的DOP及消光比与非偏振光化用保偏光纤长度的关系图。
图8是表示θ＝5°时的DOP及消光比与非偏振光化用保偏光纤长度的关系图。
图9是表示θ＝10°时的DOP及消光比与非偏振光化用保偏光纤长度的关系图。
图10A是表示消光比27.9dB时的温度变化与DOP的关系图。
图10B是表示消光比10.4dB时的温度变化与DOP的关系图。
图11是表示DOP与温度的关系图。
图12是表示DOP与温度的关系图。
图13是表示DOP与温度的关系图。
图14是表示DOP与温度的关系图。
图15是表示非偏振光化半导体激光二极管模块的一例的说明图。
图16是表示配置在非偏振光化半导体激光器模块上的偏振光控制部的一个实施例的说明图。
图17是晶体型Depolarizer(消偏振器)的结构图。
图18是用于Depolarizer(消偏振器)特性评价的测量系统的说明图。
图19是DOP的电流值特性。
图20是DOP的温度特性。
图21是表示图1的非偏振光化激光二极管模块的变形例的说明图。
图22是表示图15的非偏振光化激光二极管模块的变形例的说明图。
图23是表示使用了本发明的非偏振光化激光二极管模块的非偏振光化激励光源的一实施例的说明图。
图24是表示使用了本发明的非偏振光化激光二极管模块的非偏振光化多波长激励光源的一实施例的说明图。
图25A是表示使用了本发明的非偏振光化激光二极管模块的拉曼光放大器的前方激励型一实施例的说明图。
图25B是表示使用了本发明的非偏振光化激光二极管模块的拉曼光放大器的后方激励型一实施例的说明图。
图26是表示使用了本发明的非偏振光化激光二极管模块的传输系统的一实施例的说明图。
具体实施例方式
参照附图详细说明本发明的非偏振光化激光二极管模块及非偏振光化激光二极管光源的方式。
图1是表示作为非偏振光化装置，使用了非偏振光化用保偏光纤的非偏振光化激光二极管模块的实施方式。它是配备了具备激光二极管1与输出用保偏光纤2的激光二极管模块和使用了非偏振光化用保偏光纤5的非偏振光化装置的非偏振光化激光二极管模块。激光二极管1与输出用保偏光纤2通过光耦合部3连接。另外，在输出用保偏光纤2中形成光纤布拉格光栅(FBG)4。
通常，该输出用保偏光纤2与非偏振光化用保偏光纤5被熔焊接合，使其光学主轴成45°角。
在该非偏振光化激光二极管模块中，使非偏振光化用双折射光纤的长度LDepo及激光二极管模块的输出用保偏光纤的长度Lpig最佳化，着眼于减少DOP的温度变动、能够使DOP稳定，达到迄今为止是困难的10％以下的DOP值，提供其最佳化方法和最佳化的非偏振光化激光二极管模块。在该最佳化中，使用激光的振荡中心波长λ0、激光的法布里-珀罗(FP)的纵模间隔Δλ、激光的振荡光谱的半值全宽度δλFWHM、从激光二极管输出的激光的偏振光(一般是直线偏振光)方向与输出用保偏光纤的主轴所构成的角度θ、激光的输出用保偏光纤的LBeat1与测量拍频长度时使用的光的波长λBeat1、非偏振光化用保偏光纤的拍频长度LBeat2与测量其拍频长度时使用的光的波长λBeat2、输出用保偏光纤的主轴与非偏振光化用保偏光纤的主轴所构成的角度φ。
图2A、图2B、图2C是表示FP-模式间隔不同的3类激光二极管的光谱。从图2A、图2B、图2C所示的激光二极管模块输出的光使用拍频长度LBeat2＝5.2mm、λBeat2＝1550nm的非偏振光化用保偏光纤非偏振光化的结果示于图3A、图3B、图3C。表1表示用图2A、图2B、图2C表示的激光二极管模块的规格。
(表1)
从图3A、图3B、图3C可知，随着非偏振光化用保偏光纤的长度增长DOP值减小。当非偏振光化用双折射光纤的长度进一步增加时，DOP值上升迎来极大值。该DOP值的上升迎来极大值这件事是造成非偏振光化激光二极管模块的设计及制造困难的要因。因此，本发明导出迎来该极大值的非偏振光化用保偏光纤的长度，将它应用在设计和DOP的稳定化中。
从图3A、图3B、图3C可知，迎来极大值的非偏振光化用保偏光纤的长度依存于FP-模式间隔Δλ。迎来其极大值的非偏振光化用保偏光纤的长度Lpeak1用下式表示。
(公式17)Lpeak1=(λ0+Δλ)×λ0Δλ×LBeat2λBeat2≈λ20Δλ×LBeat2λBeat2---(3-1)]]>该式是用与振荡中心波长λ0一致的FP-模式和偏离Δλ的波长λ0+Δλ的相邻FP-模式记述的。用该式计算出在图3A、图3B、图3C中看到的DOP的极大值出现的非偏振光化用保偏光纤的长度。计算结果和测量结果示于表2。
这里，表1的(a)～(c)分别与表2的P～R序列对应。另外，这些不同是因激光元件的长度(谐振腔长度)不同引起的Δλ的不同而引起的。因此，图3A、图3B、图3C的极大值的位置依存于Δλ。
(表2)
使上述P～R序列分别带有不同的Δλ特征。先前所示的谐振腔长度的不同，通常是为了控制从LD的光输出而提供的。在P～R序列中，P序列谐振腔长度最短，功率最低，R谐振腔长度最长、而且功率最高从表2可知，计算结果与测量结果一致性很好，表示(3-1)式导出迎来DOP极大值的非偏振光化用保偏光纤的长度。在本发明中以(3-1)式为基础进行设计。
这里，对于DOP值再上升之前的非偏振光化用双折射光纤的长度LDepo，能够用下式(3-1A)进行设计。
(公式17A)LDepo≥1π×(λ0-12δλFWHM)(λ0+12δλFWHM)δλFWHMLBeat2λBeat2×Loge(DOP100)---(3-1A)]]>这里，δλFWHM是激光二极管模块的光谱半值全宽度，DOP是目标的DOP值。图3A表示用上式算出的剖面图。
由于实际的光源的光谱是多模，DOP对LDepo的特性反映光谱的周期结构，假定光源的光谱是洛伦兹函数型的连续光谱，如图3A所示LDepo与DOP的关系能够用单调减小的指数函数表示。从图3A可知，由于DOP值再上升前的特性是能够从多模的包络线形状预想的，利用上式的设计也是有效的。
由图3A、3B、3C可知，DOP值以比用(3-1)式给出的值更短的非偏振光化用保偏光纤迎来极小值。该极小值是非偏振光化保偏光纤的长度为(公式18)
Lmin≈12×λ20Δλ×LBeat2λBeat2---(3-2)]]>时的值。
使DOP值减小的情况下，希望非偏振光化用双折射光纤的长度成为用(3-2)式给出的Lmin，也可以是成为希望的DOP值以下的长度。
在该实施例中非偏振光化用保偏光纤的长度用(3-2)式给出的长度进行下去。
以图2A所示激光二极管为例导出激光二极管的输出用保偏光纤的长度。
当导出时，用以下公式进行数值计算。
(公式19)ExoutEyout=exp(iδ2)001CosφSinφ-SinφCosφexp(iδ1)001CosθSinθ-SinθCosθE(ω)exp(iωt)0(3-3)]]>Exout、Eyout表示从非偏振光化装置输出的光的电场的x分量和y分量。δ1、δ2是当光传输时分别给予输出用保偏光纤及非偏振光化用保偏光纤的独立的2轴的相位延迟量，θ、φ分别是从激光二极管输出的激光的偏振光(一般是直线偏振光)方向与输出用保偏光纤的光学主轴所成的角度，及输出用保偏光纤的光学主轴与非偏振光化用保偏光纤的光学主轴所成的角度。δ1、δ2表示如下。
(公式20)δ1=LPigtail×λBeat1LBeat1×c×ω---(3-4)]]>(公式21)
δ2=LDepolarizer×λBeat2LBeat2×c×ω---(3-5)]]>LPigtail、LBeat、LDepolarizer、LBeat2分别表示输出用保偏光纤的长度及拍频长度、非偏振光化用保偏光纤的长度及拍频长度，由于这些参量因温度而变动，改写如下。
(公式22)LPigtail(t)＝(α1×t+1)×LPigtail0(3-6)(公式23)LDepolarizer(t)＝(α2×t+1)×LDepolarizer0(3-7)(公式24)LBeat1(t)＝(β1×t+1)×LBeat10(3-8)(公式25)LBeat2(t)＝(β2×t+1)×LBeat20(3-9)t是温度，α1、β1是输出用保偏光纤的线膨胀系数及拍频长度的热膨胀系数，α2、β2是非偏振光化用保偏光纤的线膨胀系数及拍频长度的热膨胀系数。Lpigtai10、LBear10、LDepolarizer0、LBeat20分别表示输出用保偏光纤在0℃的长度及拍频长度、非偏振光化用保偏光纤在0℃的长度及拍频长度，λBeat1、λBeat2是输出用保偏光纤及测量非偏振光化用保偏光纤的拍频长度时使用的光的波长。ω是激光的角频率。
使用从(3-3)式求出的Exout、Eyout(公式26)
S0＝ExoutE*xout+EyoutE*yout(3-10)(公式27)S1＝ExoutE*xout-EyoutE*yout(3-11)(公式28)S2＝ExoutE*yout+EyoutE*xout(3-12)(公式29)S3＝i(ExoutE*yout-EyoutE*xout) (3-13)将(3-10)～(3-13)式代入以下各式求解偏振度DOP。
(公式30)DOP=S12+S22+S33S0×100---(3-14)]]>当求解DOP时，固定输出用保偏光纤或者非偏振光化用保偏光纤、在DOP充分变化的范围内使温度t变化，求解DOP的最大值和最小值。
同样地，用下式计算从输出用保偏光纤输出的激光的消光比(公式31)
将计算的Ex1、Ey1代入下式(公式32) 将使Ψ在0～2π变化时的最大值作为消光比，进一步，使温度t充分变化求解消光比的最大值与最小值。
用(3-3)和(3-16)式计算消光比的温度变化时，如图4所示消光比的变动与DOP的变动一致。于是，设计使消光比的变动减小的输出用保偏光纤的长度。
将非偏振光化用保偏光纤的长度固定为12m，使输出用保偏光纤的长度变化，计算消光比与DOP的最大值和最小值，计算结果示于图5。
由图5可知，当输出用保偏光纤的拍频长度与非偏振光化用保偏光纤的拍频长度相等时，输出用保偏光纤的长度是非偏振光化用保偏光纤长度的一半时，变动幅度小、DOP的最大值取极小值。
另外，输出用保偏光纤的拍频长度超过规定的长度时，消光比的变动消失。实际上，在消光比的最大值聚焦在最小值(最大值-最小值＜0.01dB)的情况下，可以说消光比的变动消失。即使在该输出用保偏光纤长度中，DOP的最大值与最小值的差也十分小。
于是，输出用保偏光纤的长度最好是用以下公式记述的长度。
(公式33)LPig=12×LDepo×LBeat1λBeat1×λBeat2LBeat2---(3-17)]]>或者，消光比的最大值聚焦在最小值的长度(即消光比的变动消失的长度)LDep0是
(公式34)LDepo=<12×λ2oΔλ×LBeat2λBeat2---(3-18)]]>的情况下，将(3-18)式代入(3-17)式，输出用保偏光纤的最佳长度成为(公式35)LPig=14×λ2oΔλ×LBeat1λBeat1---(3-19)]]>进一步从图5可知，由于输出保偏光纤的最佳值在(公式36)LPig=32×LDepo×LBeat1λBeat1×λBeat2LBeat2---(3-20)]]>附近，也可以选择该长度。
与(3-19)式相同，作为输出用保偏光纤的最佳长度，将(3-18)式代入(3-20)式中，得到(公式36A)LPig=34×λ2oΔλ×LBeat1λBeat1---(3-20A)]]>这里，从图5可知，在用(3-17)～(3-20A)式表示的光纤的最佳长度附近，DOP的剖面图成为非常平坦的。因此，能够在该最佳长度前后的相当宽的区域中选定适当的光纤的长度。
另外，由图5可知，在LPig＝LDep0中、出现DOP的温度特性，由该曲线的剖面图，下一步，在LPig＝2×LDep0中、产生DOP的温度特性。因此，LPig的范围考虑到2×LDep0为止是足够的。因此，得到下式。
(公式36B)LPig<2×LDepo×LBeat1LBeat2×λBeat2LBeat1---(3-20B)]]>与(3-19)式相同，作为输出用保偏光纤的最佳长度，将(3-18)式代入(3-20B)式，得到(公式36C)LPig<λ2oΔλ×LBeat1λBeat1---(3-20C)]]>进一步，用(3-3)、(3-16)式，对几个θ，计算消光比的最大值与最小值和DOP的最大值与最小值与输出用保偏光纤长度的关系，成为图6～图8。随着θ减小、消光比的最小值增大，DOP变动幅度减小。
当反映该结果时，即使消光比增大，也能够减小消光比的变动幅度。因此，希望激光二极管模块输出光的消光比的最小值是15dB以上，更大最好。使用2台消光比不同的LD，用(3-18)式设定非偏振光化保偏光纤的长度，图10A、图10B表示当输出用保偏光纤的长度为1m时的DOP的温度变化。
由图10可知当输出用保偏光纤的长度短相等的情况下，消光比越大，DOP的最大值小，而且DOP的变动幅度也变小。
使用上述这些设计方法，将非偏振光化用保偏光纤的长度设定在用(3-18)式表示的长度，图11、图12表示将输出用保偏光纤的长度设定为1m及用(3-18)式表示的长度时，测量DOP的温度变化的结果。
计算结果与实验结果一致性良好，表明当输出用保偏光纤的长度最佳化时，DOP对温度几乎不变动。
进而，考虑将非偏振光化用保偏光纤用在非偏振光化装置的非偏振光化激光二极管模块的其他的形态，例如将具有LDepo长度的非偏振光化用保偏光纤和具有2×LDepo长度的非偏振光化用保偏光纤连接、使其相互的光学主轴成45°的角度的立奥型非偏振光化用保偏光纤，使用在非偏振光化装置中的偏振光化激光二极管模块。
立奥型非偏振光化装置一般是将以任意偏振光状态入射的光作为非偏振光化装置使用的。因此，如果将本发明的设计应用于立奥型的非偏振光化装置，就能够得到与从激光二极管模块的输出光的偏振状态无关、最大值小而且温度变动也最小的DOP。即首先如上所述，预先设计、制作将非偏振光化光纤组合构成的立奥型非偏振光化装置，将其安装在具有任意长度的输出用保偏光纤激光二极管模块上，就能够得到既定的效果，这是本方法的优点。
其次，图15表示在非偏振光化装置中使用双折射晶体情况的非偏振光化激光二极管模块的实施方式。
为了传输从激光二极管006输出的光，连接输出用保偏光纤001，在该输出用保偏光纤001上连接双折射晶体(非偏振光化装置)004。由于不能将输出用保偏光纤001的输出光直接输入到双折射晶体(非偏振光化装置)004上，通过由准直仪等构成的光耦合器002进行连接。
在图15中虽然表示了偏振器003，在用上述设计方法设计输出用保偏光纤001的情况下，不需要偏振器003。
因此，将具备激光二极管006和输出用保偏光纤001的激光二极管模块和具备用光耦合器002连接的双折射晶体(非偏振光化装置)004的非偏振光化激光二极管模块作为一个实施方式考虑。该情况下，通过光耦合器002连接输出用保偏光纤001和双折射晶体(非偏振光化装置)004，使各自的光学主轴成为45°的角度。
但是，在双折射晶体(非偏振光化装置)004的入射侧上，装入半波片的情况下，为了能够使激光的偏振光方向旋转45°，与上述情况不同、光纤001和双折射晶体004能够配置在各自的光学主轴一致的方向上。
其次，说明具备偏振器003的情况。在这种情况下，能够使输出用保偏光纤001为任意的长度。
图15是表示配置了偏振光控制部的非偏振光化激光二极管模块的一个示例。该非偏振光化激光二极管模块007由激光二极管006、用于传输来自激光二极管006的输出光的输出用保偏光纤001和连接在输出用保偏光纤001上的偏振光控制部008构成。该偏振光控制部008在入射端和出射端上配置光耦合器002，在该两个光耦合器002之间顺序配置偏振器003和双折射晶体(非偏振光化装置)004。此外，虽然在激光二极管006和光耦合器之间使用保偏光纤001，但是输出用光纤005使用一般的SMF(Single Mode Fiber单模光纤)。在上述光耦合器002上主要使用准直仪。偏振器003及双折射晶体004由YVO4、LiNbO3、方解石、金红石等构成。
偏振器003的配置应使其偏振光方向与入射光的偏振光方向一致，而且与双折射晶体的光学主轴成45°角的关系。这是由于入射到双折射晶体004的激光的偏振光状态是直线偏振光而且对光学主轴45°的关系稳定的缘故。从激光二极管006射出的激光透过偏振器003，能够抑制因激光的偏振光状态的温度变化引起的偏振度的变化。
图16是在非偏振光化激光二极管模块上配置的偏振光控制部008的一个实施例。在图16的偏振光控制部008中双折射晶体(非偏振光化装置)004由2个双折射部件构成，这一部分与图15不同。这种情况下，2个双折射部件相互的光学主轴成45°角配置。另外，偏振器003最好配置得使其偏振光方向与入射光的偏振光方向及第1个双折射晶体004的光学主轴成0°的关系。此外，2个双折射晶体的光传播方向的长度比为1∶2的立奥型的双折射晶体。
此外，在用上述设计方法决定输出保偏光纤001的情况下，即使在该立奥型的双折射晶体中也不需要偏振器003。
根据本发明的非偏振光化激光二极管模块007，由于传播的激光用偏振器003经常以直线偏振光的状态入射到双折射部件中，不受偏振光串音的影响。另外，即使因振动和温度变化引起激光的偏振光状态变动，由于使光在偏振器中传播，也能够输出具有稳定的低偏振度的激光。
作为双折射晶体(非偏振光化装置)004，进行利用双折射晶体的消偏振器(Depolarizer)的特性评价。晶体型消偏振器的结构如图17所示。使保偏光纤(PMF)的主轴与与起偏器(Polarizer)的偏振轴一致，使金红石的主轴对起偏器的偏振轴旋转45°后固定。使用光纤型消偏振器的设计方法将金红石设定在与Q系列的LD对应的长度上。用将起偏器配置在晶体前面的方法，使入射到晶体上的激光的偏振成为经常的直线偏振光，就能够消除随温度变动造成PMF输出的偏振状态的变动而引起的DOP的变动。
图18表示用于上述消偏振器的特性评价的测量系统。LD使用Q系列波长1461.9nm、FWHM＝0.8nm的带有FBG(光纤光栅)的激光器。熔接输出PMF和消偏振器的输入用PMF，使其主轴互相一致。评价DOP与电流值的关系，设LD的电流值为800mA评价DOP的温度特性。
图19表示DOP的电流值特性，图20表示DOP的温度特性。在电流值与DOP的关系中，当电流为250mA时DOP显现16.5％的最大值，随着电流值上升DOP减小，当电流值在400mA以上时DOP小于10％。在DOP的温度特性评价中，随着温度变化DOP变动显现出最大值4.5％的良好结果。
使用与光纤型消偏振器相同的设计方法决定金红石的长度，用该决定了长度的金红石，将偏振器放在金红石的前面，制作抑制DOP温度变动的消偏振器，进行上述评价，评价结果表明实现了在400mA以上的电流值在10％以下的DOP值。进而，用电流值800mA测量温度特性，成功地实现了对温度变动绝对值在4.5％以下的低DOP值及其稳定化。
此外，在非偏振光化装置中使用双折射晶体的情况下，也与非偏振光化用保偏光纤的情况相同，希望激光二极管模块的输出光的消光比的最小值是15dB以上，消光比更大最好。
其次，使用上述保偏光纤的长度的设计方法，配置多个激光二极管，能够作为非偏振光化激光二极管光源使用。使各自的输出光合波，说明输出合波光的结构。
图21是图1的变形例，表示配置多个激光二极管的结构。101是激励用激光二极管模块，102是光纤布拉格光栅，106是偏振光合成器或者保偏光合波器(以下总称为偏振光合成器)、109是由上述长度用LDepo设计的非偏振光化用保偏光纤构成的非偏振光化装置。
此外，103是从激光二极管模块101出来的输出用第一保偏光纤，105是向偏振光合成器106的输入用第二保偏光纤，104是第一保偏光纤103与第二保偏光纤105的接合部，107是从偏振光合成器106出来的第三保偏光纤，108是第三保偏光纤107与非偏振光化装置109的接合部。
接合部108将第三保偏光纤107与构成非偏振光化装置109的非偏振光化用保偏光纤的光学主轴相互偏离45°接合。另一方面，接合部104使被接合的光纤的光学主轴相互不偏离地接合。即被接合的光纤的光学主轴在相互0°的状态下接合。
此外，在接合部108中被接合的光纤的光学主轴在相互0°的状态下接合，在接合部104中被接合的光纤的光学主轴相互偏离45°接合，也可以使用由多层膜滤波器构成的空间耦合模块构成，以代替偏振波合成器106。即当从激光二极管101的输出光在合成前被去偏振的情况下，使用WDM耦合器。在该WDM耦合器中，有由光纤熔接型耦合器、光波导构成的马赫-曾德型波长合波器。当从激光二极管101的输出光在合成前没有去偏振的情况下，使用偏振光合成器106。
另外，该偏振光合成器还能够使用偏振保持型的波长合成器等。
在图21中，使从中心波长同一或者不同的至少2台激光二极管模块101的输出光顺序传播第一保偏光纤103、第二保偏光纤105，在偏振光合成器106合波。
其次，从偏振光合成器106的输出光顺序传播第三保偏光纤107、非偏振光化装置109。其结果是能够使各激光二极管的偏振度独立地减小。
历来，在2台激光二极管模块101的中心波长同一的情况下，通过使激光二极管模块101的输出同一，实现低DOP值，在图21的结构中没有这个必要。
另外，在2台激光二极管模块101的中心波长不同的情况下，也同样地实现低偏振度。使用偏振光合成器106的情况下，能够是配置2台激光二极管模块101的结构，当使用保偏光合成器时，能够用1台非偏振光化装置109降低2台以上的激光二极管模块101的偏振度。
此外，在图21的实施例中，表示了配置2台激光二极管模块101的结构，不是仅限于2台、也可以配置多台激光二极管模块101。
根据图21的结构，来自偏振光合成器106的输出光，能够得到其偏振度对温度变动稳定的低值。例如，能够得到偏振度低于10％的稳定的值。
其次，根据图22，说明图21的其他的实施例。图22的结构是将图21的非偏振光化装置109的结构作成晶体型的结构。该晶体型非偏振光化装置111，例如也可以使用图15、图16的结构。此外，在晶体型非偏振光化装置111以外，与图21不同的结构部分是配置向晶体型非偏振光化装置111的输入用第四保偏光纤110和从晶体型非偏振光化装置111输出用的光纤112。
关于晶体型非偏振光化装置111，虽然没有图示，该装置在各光纤的端面上分别设置准直仪，准直仪由第四保偏光纤110和与其光学主轴偏振方向一致的偏振器、使光学主轴对其偏振方向旋转45°的双折射晶体和输出用光纤构成。
在图22的结构中，不仅能够得到与上述图21的结构相同的效果，由于晶体型非偏振光化装置111是比图21所示非偏振光化用保偏光纤更小型的结构，整体地将小型化。
其次，根据图23，表示了图21及图22的变例。图23是非偏振光化激励光源的一个实施例。
该非偏振光化激励光源是将由图21所示的2台一组的激光二极管模块构成的结构多级组合而成的光源。
101是激励用激光二极管模块、102是光纤布拉格光栅、106是偏振光合成器、113是用上述的长度为LDepo设计的非偏振光化用保偏光纤或者由晶体构成的非偏振光化装置。此外，103是来自激光二极管模块101的输出用第一保偏光纤、105是向偏振光合成器106的输入用第二保偏光纤、104是第一保偏光纤103和第二保偏光纤105的接合部、107是来自偏振光合成器106的第三保偏光纤、108是第三保偏光纤107和非偏振光化装置109的接合部。在接合部中，被接合的光纤互相的光学主轴偏离0°或者45°接合。如上所述，该偏离角度，由作为光合成器是使用偏振光合成器或使用用多层膜滤波器的空间耦合模块决定。
图23的非偏振光化激励光源的特征在于由至少3台中心波长相同或者不同的激励用激光二极管模块101、至少2台偏振光合成器106和至少1台非偏振光化装置113构成。用数级、串联连接的偏振光合成器106合成多个激光二极管101的输出光，使用至少1台非偏振光化装置113、使偏振度总括性地降低。
非偏振光化装置113使用图21、图22所述的光纤型或者晶体型。在图23中，中心波长相同或者不同的至少3台激光二极管模块101连接在偏振光合成器106上，在其输出上使用保偏光纤、在其保偏光纤上连接非偏振光化装置113，能够独立地减小各激光二极管101的偏振度。使用该结构，能够用1台非偏振光化装置113降低3台以上的激光二极管模块101的偏振度。
这里，考虑的仪器结构可以举出(a)在小的一方的106上使用偏振光合成器，在大的106上使用偏振光保持型波长合成器。
(b)在小的一方的106上使用偏振光保持型波长合成器，在大的106上使用偏振光合成器(但是在大的106上输入通道成为2个)(c)两方都使用偏振光保持型合成器等。
另外，对于偏振光合成器，不管2个激光二极管的波长相同、不同都能够合波，对于偏振光保持型波长合成器，当全部激光二极管的波长相同时，就不能合波。
图24是非偏振光化多波长激励光源的一个实施例。114是非偏振光化激光二极管模块、115是非偏振光化偏振光合波激光二极管模块、116是WDM耦合器、117是输出用光纤。
图24中的非偏振光化多波长激励光源由至少1台非偏振光化激光二极管模块114、至少1台非偏振光化偏振光合波激光二极管模块115和WDM耦合器116构成。
其次，图25A、图25B表示使用非偏振光化多波长激励光源的拉曼光放大器的一个实施例。此外，图25A是前方激励型，图25B是后方激励型的拉曼放大器。虽然没有图示，拉曼放大器中还有双方激励型，该双方激励型是图25A和图25B组合而成的结构。即从该拉曼光放大媒体的输入侧和输出侧两方将激励光输入到拉曼光放大媒体上的结构。
说明使用图25A的非偏振光化多波长激励光源的拉曼光放大器。118是由图21至图24所示的结构构成的非偏振光化激励光源，120是WDM光耦合器，121是信号用输入通道，119是激励光用输入通道，122是拉曼光放大媒体，123是传播的信号光，124是激励光。从没有图示的信号发送器等传播信号光，用WDM耦合器120合成激励光124和信号光123，入射到拉曼光放大媒体122中，信号光123被放大。
其次，图26表示使用拉曼放大器的传输系统的一个实施例，拉曼放大器使用图25所示的非偏振光化多波长激励光源。125是非偏振光化多波长激励光源，126是拉曼放大媒体，127是信号发送器，128是信号接收机。信号光123从信号发送器127输出，通过从非偏振光化多波长激励光源125输出的激励光124和信号光123在拉曼放大媒体126中的传播，信号光123被放大，输入到信号接收机128中。
此外，在本实施例中，说明了使用本发明光源的拉曼光放大装置，本发明的光源能够应用于以EDFA为首的其他的各种光放大装置。
产业上应用的可能性本发明的非偏振光化激光二极管模块，由于使用激光二极管的谐振器长度、振荡中心波长、振荡谱半值全宽度、消光比及输出用保偏光纤的拍频长度，使输出用保偏光纤的长度最佳化，能够消除DOP的温度变动，DOP稳定，拉曼增益也稳定。另外，由于没有必要进行非偏振光化激光二极管模块的环境温度管理，操作容易。
另外，本发明的非偏振光化激光二极管模块，能够唯一地决定激光二极管的谐振腔长度和振荡中心波长、振荡谱半值全宽度及用于非偏振光化的具有双折射的非偏振光化用保偏光纤的长度，使非偏振光化激光二极管模块的设计、制造变得容易。
权利要求
1.一种非偏振光化激光二极管模块，其特征在于配备配备1个激光二极管和连接在上述激光二极管上的1个输出用保偏光纤的激光二极管模块；以及连接在上述激光二极管模块上的非偏振光化装置，上述输出用保偏光纤的长度Lpig，是使用从上述激光二极管输出的激光的法布里-珀罗的纵模间隔Δλ、振荡中心波长λ0、上述输出用保偏光纤的拍频长度LBeat1和测量上述拍频长度的光的波长λBeat导出的值〔公式1〕Lpig<λ2oΔλ×LBeat1λBeat1]]>
2.根据权利要求1所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤的长度Lpig是〔公式2〕Lpig=14×λ2oΔλ×LBeat1λBeat1]]>或者〔公式3〕Lpig=34×λ2oΔλ×LBeat1λBeat1]]>
3.根据权利要求1所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤的长度Lpig具有使消光比的变动消失以上的长度。
4.一种非偏振光化激光二极管模块，其特征在于配备配备1个激光二极管和连接上述激光二极管的1个输出用保偏光纤的激光二极管模块；以及连接上述激光二极管模块的非偏振光化装置，上述非偏振光化装置的长度LDepo，是使用从上述激光二极管输出的激光的法布里-珀罗的纵模间隔Δλ、振荡中心波长λ0、用在上述非偏振光化装置中的具有双折射的物质的拍频长度LBeat2和测量上述拍频长度的光的波长λBeat2导出的值〔公式4〕LDepo<λ2oΔλ×LBeat2λBeat2]]>
5.根据权利要求4所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述非偏振光化装置的长度LDepo是(公式5)LDepo=12×λ2oΔλ×LBeat2λBeat2]]>
6.根据权利要求4所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述非偏振光化装置的长度LDepo是由上述激光二极管模块的光谱半值全宽度δλFWHM与目标的DOP值算出的值(公式6)LDepo≥1π×(λ0-12δλFWHM)(λ0+12δλFWHM)δλFWHM×LBeat2λBeat2×Loge(DOP100)]]>
7.根据权利要求4至6中任一权利要求所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤的长度Lpig是(公式1)Lpig<λ2oΔλ×LBeat1λBeat1]]>
8.根据权利要求4至6中任一权利要求所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤的长度Lpig是(公式2)Lpig=14×λ2oΔλ×LBeat1λBeat1]]>或者是(公式3)Lpig=34×λ2oΔλ×LBeat1λBeat1]]>
9.根据权利要求4至6中任一权利要求所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤的长度Lpig具有使消光比的变动消失以上的长度。
10.根据权利要求4至6中任一权利要求所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤的长度Lpig是(公式7)LPig≤32×LDepo×LBeat1λBeat1×λBeat2LBeat2]]>11、根据权利要求4至6中任一权利要求所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤的长度Lpig是(公式8)(公式8)LPig=12×LDepo×LBeat1λBeat1×λBeat2LBeat2]]>
12.根据权利要求7所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于在上述输出用保偏光纤中形成光纤布拉格光栅。
13.根据权利要求7所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于在上述非偏振光化装置上使用非偏振光化用保偏光纤。
14.根据权利要求12所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于在上述非偏振光化装置上使用非偏振光化用保偏光纤。
15.根据权利要求13所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤与上述非偏振光化用保偏光纤熔焊连接，使各自的光学主轴成为45°的角度。
16.根据权利要求14所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤与上述非偏振光化用保偏光纤熔焊连接，使各自的光学主轴成为45°的角度。
17.一种偏振光化激光二极管模块，其特征在于在上述非偏振光化装置上使用立奥型的非偏振光化保偏光纤，该立奥型的非偏振光化保偏光纤，由具有根据权利要求4至6中任一权利要求所述的LDepo长度的非偏振光化用保偏光纤和具有2×LDepo长度的非偏振光化用保偏光纤连接而成，互相的光学主轴成为45°角度。
18.根据权利要求7所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于在上述非偏振光化装置上使用双折射晶体。
19.根据权利要求12所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于在上述非偏振光化装置上使用双折射晶体。
20.根据权利要求18所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤与上述双折射晶体各自的主轴成45°倾斜连接而成。
21.根据权利要求19所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述输出用保偏光纤与上述双折射晶体各自的主轴成45°倾斜连接而成。
22.根据权利要求18所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于在上述双折射晶体的输入侧上插入半波片，调整输入到上述双折射晶体上的激光的偏振方向。
23.根据权利要求19所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于在上述双折射晶体的输入侧上插入半波片，调整输入到上述双折射晶体上的激光的偏振方向。
24.根据权利要求18所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述双折射晶体是立奥型的双折射晶体。
25.根据权利要求19所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于上述双折射晶体是立奥型的双折射晶体。
26.根据权利要求13所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于使用从上述输出用保偏光纤输出的激光的消光比是15dB以上的激光二极管模块。
27.根据权利要求14所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于使用从上述输出用保偏光纤输出的激光的消光比是15dB以上的激光二极管模块。
28.根据权利要求18所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于使用从上述输出用保偏光纤输出的激光的消光比是15dB以上的上述激光二极管模块。
29.根据权利要求19所述的非偏振光化激光二极管模块，其特征在于使用从上述输出用保偏光纤输出的激光的消光比是15dB以上的上述激光二极管模块。
30.一种非偏振光化激光二极管光源，其特征在于配备具备权利要求1至3中任一权利要求所述的多个激光二极管模块和一个偏振光合成器，将偏振光合成的激光光源；以及配置在上述偏振光合成器的输出侧的根据权利要求4至6中任一权利要求所述的非偏振光化装置。
31.一种光放大器，其特征在于使用权利要求30所述的非偏振光化激光二极管光源作为激励光源。
32.一种拉曼光放大器，其特征在于使用根据权利要求30所述的非偏振光化激光二极管光源作为激励光源。
全文摘要
现有的激光二极管模块的设计及微调整非常费事费时间，这成为增加制造成本的原因。因此，为了解决现存的问题，应用下述的设计方法。由1个激光二极管和1个输出用保偏光纤构成的激光二极管模块或者非偏振光化激光二极管模块，对连接在激光二极管上的输出用保偏光纤的长度进行设计，使用从激光二极管输出的激光的法布里－珀罗的纵模间隔Δλ、振荡中心波长λ
文档编号H01S5/14GK1568565SQ02820109
公开日2005年1月19日 申请日期2002年10月10日 优先权日2001年10月10日
发明者松下俊一, 並木周, 江森芳博 申请人:古河电气工业株式会社