JP2004341448A - ダブルクラッドファイバを用いた光学装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】増幅媒質がドープされたシングルモードコア21と、上記シングルモードコア21の周囲を被覆する第1クラッド22と、及び多数の細孔23aを含む多孔構造で構成され、上記第1クラッド22の周囲を被覆する第2クラッド23とを有するダブルクラッドファイバ2の入射端に、外部の励起光光源から延設されたマルチモード型光ファイバと接続されて、励起光を伝搬する入射領域を形成する。該入射領域の入射端側には、上記マルチモード型光ファイバの外径と同径に形成された非テーパ部と、上記非テーパ部の上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドの外径に収束するようにテーパ部を形成する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ファイバレーザ装置やASE光源装置として使用されるダブルクラッドファイバを備えた光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、光通信分野や光計測分野においてファイバレーザ装置やASE光源装置などが利用されている。これらの装置は、増幅媒質がドープされたコアを備えた光ファイバに励起光を入射することにより、反転分布形質を形成し、そこからの誘導放出を利用したものである。
【0003】
近年、上記増幅媒質をドープされたコアを有するダブルクラッドファイバの使用が実用化されている。ダブルクラッドファイバは、増幅媒質がドープされたシングルモードコアと、このシングルモードコアの周囲を被覆する第1クラッドと、この第1クラッドの周囲を被覆する第2クラッドとを備えている。また、上記ダブルクラッドファイバの1つに、上記第2クラッドを多数の細孔を含む多孔構造に構成したものも知られている(例えば特許文献1参照)。
【0004】
上記多孔構造に構成された第2クラッドの屈折率(実効屈折率)は、その空隙率に依存し、空隙率を大きくすれば第2クラッドの実効屈折率を小さくすることができる。このため、第2クラッドを多孔構造に構成したダブルクラッドファイバでは、上記空隙率を調整することにより、第1クラッドと第2クラッドとの比屈折率差を、従来のダブルクラッドファイバに比べて大きくすることができる。
【0005】
その結果、第2クラッドに多孔構造を有するダブルクラッドファイバは、内部を伝搬する励起光の開口数(NA:numerical aperture)を大きくすることができるという利点がある。
【0006】
このようなダブルクラッドファイバの第1クラッドに励起光を入射する方法として、第1クラッドの入射端に励起光光源装置から延設されたマルチモード型光ファイバを熱融着により、直接接続する技術が用いられていた。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−277669号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記第2クラッド層に多孔構造を有するものも含めてダブルクラッドファイバを用いた光学装置では、以下のような問題があった。即ち、上記光学装置を用いて高出力のレーザ光やASE光を出力しようとする場合、入射される励起光の出力を大きくする必要がある。近年、上記光学装置の高出力化に伴い、5Wを越えるような大出力のマルチモードレーザダイオード(以下、「MMLD」という。)励起光光源も使用されている。
【0009】
MMLD励起光光源の大出力化に伴って、該光源から上記光学装置の入射端に励起光を導くためのマルチモード型光ファイバ(以下、「光源MMF」ともいう。)のコア径も大口径化している。例えば、上記5W程度の出力を有するMMLD励起光光源に使用される光源MMFのコア径は、約200μmにも達する。
【0010】
一方、上記光学装置に使用されているダブルクラッドファイバの第1クラッドの外径は、通常、100μm以下であって、例えば約75μm程度と比較的細く形成されている。これは、使用されるダブルクラッドファイバの励起光/信号光(出力光)変換効率を向上させるうえで、上記第1クラッドの断面積をできるだけ小さくする方が有利だからである。
【0011】
このため、図9に示すように、上記光源MMF81の出射端を上記ダブルクラッドファイバ80の入射端にそのまま融着接続すると、光源MMF81のコア部82とダブルクラッドファイバ80の第1クラッド83との接合面における重なりが少なく、励起光のすべてを第1クラッド83内に入射することができない。そのため、融着部において励起光にかなりのロスが生じることになる。
【0012】
そこで、図10に示すように、光源MMF91に出射端に向かって先細り状にテーパ加工を施し、出射端におけるコア92の外径を上記第1クラッド93の外径に合わせて融着接続する技術も開発されている。この技術によれば、光源MMF91のコア92を伝搬する励起光の大半を上記ダブルクラッドファイバ90の第1クラッド93内に入射できることになる。
【0013】
しかし、光源MMF91にテーパ加工を施す技術においても、以下の問題があった。即ち、テーパ加工が施された光源MMF91は、上記ダブルクラッドファイバ90の第1クラッド93と接合するために、適当な外径を有する部位で切断する必要がある。しかし、通常のファイバカッターを用いてテーパ状のファイバを切断する際、切断面を軸心に対し垂直となるように切断することが非常に困難であるという問題があった。
【0014】
また、切断面を軸心に対して垂直になるよう切断できた場合であっても、そもそも上記テーパ加工が施された光源MMF91の出射端の外径と、上記ダブルクラッドファイバ90の入射端の外径との差が大きいため、両ファイバの軸心を合わせることが困難であった。更に、大きな外径差を有する両光ファイバを融着する場合、その外径差に伴う表面張力のズレが発生し、軸ズレが発生することがある。
【0015】
また、融着時の熱により、上記第2クラッド94が入射端付近で潰れてしまうおそれがあった。その結果、ダブルクラッドファイバ90の入射端近傍に第2クラッド94の存在しない領域が形成されてしまう。このように入射端付近で第2クラッド94が潰れてしまうと、上記光源MMF91の出射端から出射された励起光の一部が第1クラッド93内に入らず、第2クラッド94の外側へ漏れてしまうといった光漏れの問題があった。
【0016】
更に、テーパ加工された光源MMF91の先端部近傍はかなり細いため、上記ダブルクラッドファイバ90の入射端と突き合わせたときに折れ曲がってしまい、接続不良による歩留まりが極端に悪くなるといった問題もあった。
【0017】
そこで本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、上記大口径の光源MMFのテーパ加工を不要とすることで、先端面切断や軸心合わせの困難性を解消し、且つ、MMLD励起光光源から出射された励起光を確実に上記ダブルクラッドファイバの第1クラッド内に入射させることが可能な光学装置の実現を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学装置は、増幅媒質がドープされたシングルモードコアと、上記シングルモードコアの周囲を被覆する第1クラッドと、及び多数の細孔を含む多孔構造で構成され、上記第1クラッドの周囲を被覆する第2クラッドとを有するダブルクラッドファイバを用いる。上記ダブルクラッドファイバの入射端には、外部の励起光光源から延設されたマルチモード型光ファイバと接続されて、励起光を伝搬する入射領域が形成されている。該入射領域の入射端側には上記マルチモード型光ファイバと接続可能な形状に形成された非テーパ部と、上記非テーパ部から上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドの外径に収束するようにテーパ部が形成されている。上記テーパ部の出射端側は、上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドと光学的に接続されている。
【0019】
この構成によれば、外部の励起光光源から延設されたマルチモード型光ファイバは、その出射端にテーパ加工を施すことなく、上記光学装置のダブルクラッドファイバと良好に接続することができる。即ち、上記ダブルクラッドファイバに入射領域を形成し、該入射領域の入射端側には上記マルチモード型光ファイバと接続可能な形状に形成された非テーパ部を形成し、上記光源MMFの出射端と接続する。入射領域の入射端側を上記マルチモード型光ファイバに合わせて形成することにより、上記光源MMFの出射端にテーパ加工を施す必要がなくなるため、光源MMFの出射端面の切断加工が容易になる。
【0020】
更に上記非テーパ部の出射端側から上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドの外径に収束するようにテーパ部が形成されていることにより、上記光源MMFから非テーパ部に入射された励起光は、テーパ部内を伝搬しながら絞り込まれて確実に上記第1クラッド内に入射される。テーパ部から第1クラッド内に入射された励起光は、全反射を繰り返しながら第1クラッド内を伝搬する。励起光は第1クラッド内のシングルモードコアを透過する度に、ドープされている増幅媒質を励起して誘導放出を生起させ、その結果、ダブルクラッドファイバの出射端から所望のレーザ光を得ることができる。
【0021】
また、本発明に係る光学装置は、増幅媒質がドープされたシングルモードコアと、上記シングルモードコアの周囲を被覆する第1クラッドと、及び多数の細孔を含む多孔構造で構成され、上記第1クラッドの周囲を被覆する第2クラッドとを有するダブルクラッドファイバを用いる。上記ダブルクラッドファイバの入射端には、外部の励起光光源から延設されたマルチモード型光ファイバと接続されて、励起光を伝搬する入射領域が形成されている。該入射領域の入射端側には上記マルチモード型光ファイバの外径と同径に形成された非テーパ部と、上記非テーパ部から上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドの外径に収束するようにテーパ部が形成されている。上記テーパ部の出射端側は、上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドと光学的に接続されている。
【0022】
この構成によれば、外部の励起光光源から延設されたマルチモード型光ファイバは、その出射端にテーパ加工を施すことなく、上記光学装置のダブルクラッドファイバと良好に接続することができる。即ち、上記ダブルクラッドファイバに入射領域を形成し、該入射領域の入射端側には上記マルチモード型光ファイバの外径と同径に形成された非テーパ部を形成し、上記マルチモード型光ファイバの出射端と接続する。上記入射領域の入射端側を上記マルチモード型光ファイバの出射端にテーパ加工を施す必要がなくなる。そのため、上記マルチモード型光ファイバの出射端面の切断加工が容易になる。また、上記マルチモード型光ファイバの出射端の外径と上記非テーパ部の外径が一致しているため、融着時に加熱ムラを少なくすることができ、軸ズレを小さくすることができる。
【0023】
更に上記非テーパ部の出射端側から上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドの外径に収束するようにテーパ部が形成されていることにより、上記光源MMFから非テーパ部に入射された励起光は、テーパ部内を伝搬しながら絞り込まれて確実に上記第1クラッド内に入射される。テーパ部から第1クラッド内に入射された励起光は、全反射を繰り返しながら第1クラッド内を伝搬する。励起光は第1クラッド内のシングルモードコアを透過する度に、ドープされている増幅媒質を励起して誘導放出を生起させ、その結果、ダブルクラッドファイバの出射端から所望のレーザ光を得ることができる。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学装置によれば、大口径の光源MMFにテーパ加工を施すことなくダブルクラッドファイバの入射領域に融着接続することができるため、ファイバの先端面の切断や軸心合わせの困難性を解消することができ、歩留まりよく光源MMFとダブルクラッドファイバとを接続することができる。
【0025】
また、本発明の光学装置によれば、上記入射領域の非テーパ部に入射された励起光を、入射領域のテーパ部を介して確実にダブルクラッドファイバの第1クラッド内に伝搬させることができる。従って、上記光学装置は低損失で励起光光源と接続することができ、励起光を有効に利用することにより高効率で所望の出力光を得ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。本実施形態に係る光学装置1は、ファイバレーザ装置やASE光源装置等に使用される。
【0027】
図1は、本実施形態の光学装置に用いられるダブルクラッドファイバ1を示している。このダブルクラッドファイバ2は、ファイバの軸心部に軸方向に延びるシングルモードコア21と、このシングルモードコア21の周囲を被覆する第1クラッド22と、この第1クラッド22の周囲を被覆する第2クラッド23と、この第2クラッド23の周囲を被覆するサポート層24と、サポート層24の外周囲を被覆する被覆層25とを備えている。
【0028】
このダブルクラッドファイバ2では、伝搬光が上記シングルモードコア21内を伝搬する一方、励起光が第1クラッド22内を伝搬する。
【0029】
本実施形態において、上記シングルモードコア21、第1クラッド22、第2クラッド23、及びサポート層24はそれぞれ石英製であるのに対し、被覆層25は樹脂製である。被覆層25に使用される樹脂としては、例えば紫外線硬化型樹脂等が用いられる。
【0030】
上記シングルモードコア21は、第1クラッド22の屈折率よりも高くなるようにGe等がドープされていると共に、増幅媒質がドープされている。該増幅媒質は、上記第1クラッド22内を伝搬する励起光によって励起され反転分布形質を形成し、そこから誘導放出光を発する。本発明に係る光学装置は、上記シングルモードコア21内に生じた誘導放出光を利用するものである。増幅媒質としては、例えば、Er、Nd,Yb等の希土類元素の中から適宜選択される。
【0031】
上記第1クラッド22は、上記シングルモードコア21の周囲を囲みながら、ファイバ軸方向に延びるように形成されており、その断面形状が円形状とされている。尚、本実施形態では、第1クラッド22の断面形状を円形状とするが、この断面形状は円形状に限らず、例えば六角形状、三角形状、矩形状等の多角形状や、楕円形状等に形成してもよい。また、円形の一部を切り欠いた形状とすることも可能である。
【0032】
上記第2クラッド23は、上記第1クラッド22の周囲を囲みながら、ファイバ軸方向に延びて形成されている。本発明の第2クラッド23は、ファイバ軸方向に延びる多数の細孔23aを含んだ多孔構造に構成されている。この各細孔23aは、ファイバ断面において周方向に略均一に配設されている。
【0033】
上記多孔構造を有する第2クラッド23の屈折率(実効屈折率)は、空隙率、つまり、第2クラッド23領域の全体積に対する孔23aの体積の割合に依存し、空隙率が大きい程、第2クラッド23の実効屈折率は小さくなる。この第2クラッド23の外側にサポート層が形成されている場合、サポート層によってファイバの機械的強度を担保することができるため、上記空隙率をかなり大きくすることができる。そのため、第2クラッド23を多孔構造にすることで、この第2クラッド23を中実構造で構成する場合に比べて、励起光に対する開口数(NA)を大幅に大きくすることができる。
【0034】
上記サポート層24は、上記第2クラッド23の周囲を囲むように形成されており、このサポート層24によって、多孔構造の第2クラッド23を保護すると共に、ダブルクラッドファイバ2の機械的強度を向上するようにしている。
【0035】
このように、第2クラッド23が多孔構造に構成されたダブルクラッドファイバ2は、プリフォームを加熱・延伸してファイバ状に延伸することによって製造される。具体的に、プリフォームは、次の手順に従って作成される。
【0036】
先ず、断面略円形状の円管状のサポート管を1本用意すると共に、コア用ロッド(中実棒)を1本、多数本の第1クラッド用ロッド及び第2クラッド用キャピラリ(中空棒)とをそれぞれ用意する。これら各部材はすべて石英で形成されており、上記コア用ロッドには、上記増幅媒質がドープされている。
【0037】
そして、上記サポート管内の中心位置に上記コア用ロッドを配置し、このコア用ロッドの周囲に、複数本の第1クラッド用ロッドを規則的に配置する。このとき、成形後の第1クラッド部が、断面略円形状となるように、第1クラッド用ロッドを上記コア用ロッドの周囲に略最密に配設することが好ましい。
【0038】
次に、上記第1クラッド用キャピラリと上記サポート管の内周面との間に、多数本の第2クラッド用キャピラリを規則的に配置する。尚、コア及び第1クラッド用ロッド、並びに第2クラッド用キャピラリを配置する順序は、適宜変更してもよい。
【0039】
このようにサポート管に各ロッドとキャピラリが充填された状態で、全体を加熱する。加熱温度が所定温度以上になると各ロッド、キャピラリ、及びサポート管が溶着し、各部材間の間隙が緻密化されてプリフォームが完成する。このプリフォームを、線引き炉で加熱・延伸してファイバ化する。
【0040】
上記プリフォームのコア用ロッドに対応する部分が、ダブルクラッドファイバのシングルモードコアを、プリフォームの第1クラッド用ロッドに対応する部分が、ダブルクラッドファイバの第1クラッドを、プリフォームの第2クラッド用各キャピラリに対応する部分が、ダブルクラッドファイバの細孔を備えた第2クラッドを、サポート管に対応する部分が、ダブルクラッドファイバのサポート層を、それぞれ形成する。そして、このファイバの外周囲に被覆材を塗布することで、ダブルクラッドファイバ2の被覆層を形成する。この被覆層の形成は、線引きの際に行ってもよい。
【0041】
このようにして、第2クラッド23が多孔構造に構成されたダブルクラッドファイバ2が製造される。
【0042】
尚、プリフォームは、コア用ロッド及び第1クラッド用ロッドを用いて作成する代わりに、コア部とクラッド部(第1クラッド部)とを有する第1プリフォームを作成し、この第1プリフォームを用いて作成してもよい。
【0043】
即ち、上記第1プリフォームを、例えばVAD法、OVD法、ロッドインチューブ法等の公知の方法により作成し、この第1プリフォームをサポート管内の略中心位置に配設する。次いで、この第1プリフォームとサポート管の内周面との間に、多数の第2クラッド用キャピラリを配設する。こうすることでも、コア部、第1及び第2クラッド部を有するプリフォームを形成することができる。
【0044】
図2は、実施形態に係る光学装置1を示している。
【0045】
この光学装置1は、上記ダブルクラッドファイバ2を有し、該ダブルクラッドファイバ2の入射端26側には、入射領域3が形成されてなる。
【0046】
上記入射領域3は、外部の励起光光源(図2では図示せず。)から延設された光源MMF(図2では図示せず。)と接続される。入射領域3は、ダブルクラッドファイバ2と同様、石英材料で形成されている。
【0047】
該入射領域3には、上記光源MMFの外径と同径に形成された非テーパ部3aが形成されている。また、上記非テーパ部3aから上記ダブルクラッドファイバ2の第1クラッド22の外径に収束するようにテーパ部3bが形成されている。該テーパ部3bの形状について、テーパの角度は軸心に対して約10°以下の滑らかなテーパ状となることが好ましい。テーパの角度があまり大きすぎると、テーパ部を伝搬する励起光のテーパ部の内壁面への入射角が臨界角以下となり、励起光がテーパ部内で全反射せずに外部へ放出されてしまうおそれがある。
【0048】
上記テーパ部3bは、上記ダブルクラッドファイバ2の第1クラッド22と光学的に接続されている。上記入射領域3は、後に説明する製造方法により、該第1クラッド22と一体に形成されることが好ましい。
【0049】
上記第1クラッド22の周囲には、多孔構造を有する第2クラッド23が形成されており、第2クラッド23の周囲には、サポート層24が形成されている。
【0050】
また、サポート層24の周囲には、紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層25が形成されている。上記ダブルクラッドファイバ2の他端は、出射端27とされている。
【0051】
次に、本実施形態に係る光学装置の製造方法について説明する。
【0052】
図3の(a)に示すように、上記方法で形成された全長にわたって均一なダブルクラッドファイバ2を用意する。このダブルクラッドファイバ1の長さは、特に限定させるものではなく、光学装置の用途や要求される性能に応じて決定される。
【0053】
図3の(b)に示すように、上記ダブルクラッドファイバ2の中間部において、適当な長さの範囲にわたり被覆層25を除去する。除去する方法は特に限定されるものではないが、内部のファイバに傷等を付けないような適当な方法が選択される。
【0054】
図3の(c)に示すように、上記被覆層が除去された領域にコラプス処理を施して、上記第2クラッド23を構成する上記細孔23aをすべて潰してしまう。
【0055】
具体的には、この領域をバーナ等の適当な加熱手段により加熱する。これにより、ダブルクラッドファイバ2を構成する石英材料全体が半溶融状態となり、界面張力により上記細孔23aが押しつぶされる。これにより、上記サポート層24、第2クラッド23の細孔23a以外の部位、及び第1クラッド22が一体化する。上記シングルモードコア21は中実であるため、何ら変化することはない。
【0056】
このように、コラプス処理により、ダブルクラッドファイバ2の一部にシングルモードファイバ型構造を備えた領域4(以下、「コラプス領域4」ともいう。)が形成される。コラプス領域4は、その両端部に若干テーパ状の領域が残るが、全域にわたり概ね同径に形成される。コラプス領域4は、接続される光源MMFの外径と同径になるように形成される。
【0057】
次に、図3の(d)に示すように、上記コラプス領域4の出射端側にテーパ加工を施す。該テーパ加工は、フッ化水素などによりエッチング処理を用いることが好適である。
【0058】
具体的には、図4に示すように、一部を切り欠いたフッ素樹脂製チューブ5の略軸心上であって、上記コラプス領域4とダブルクラッドファイバ2の出射端側との境界部が該フッ素樹脂製チューブ5の長手方向の略中央に位置するようにファイバを固定する。この状態で、切欠部5aからフッ化水素をフッ素樹脂製チューブ5内に注入する。表面張力の作用により、フッ素樹脂製チューブ5の中央部には、その両端部と比較して相対的に多量のフッ化水素が貯留される。
【0059】
この状態で静置すると、上記石英製の光ファイバは、外周面から軸心に向かって溶解してゆく。光ファイバの移動やフッ化水素の対流が少ない状態において、相対的に貯留量に少ない両端部から中央部にかけて、フッ化水素と石英の反応が順次飽和状態に達して停止する。その結果、上記コラプス領域において、入射端側からダブルクラッドファイバ2との境界部に向かって先細りの平滑なテーパ部3bが形成される。ここで形成されるテーパ部3bの出射端側の外径は、上記第1クラッド22の外径と等しいか、あるいはそれよりも小さいことが必要である。
【0060】
図3の(e)に示すように、上記非テーパ部3aを形成するため、上記コラプス領域4の上記テーパ加工が施されていない領域で切断する。テーパ加工が施されていない領域は外径部が軸線と平行であるため、切断面を軸線に対して垂直に切断する。
【0061】
このように形成された光学装置1の入射領域3に、光源MMF32の出射端が溶融接続される。
【0062】
図3の(f)に示すように、上記入射領域3の非テーパ部3bの外径と、光源MMF32の外径がほぼ一致しているため、軸心合わせが容易であり、且つ、加熱時の径の違いによって生じる表面張力による捻れが生じないため、軸ズレが生じることもない。光源MMF32もテーパ加工を施す必要がなく、出射端の切断の困難性等従来の問題を解決することができる。
【0063】
【実施例】
以下、本発明に係る光学装置の具体的な実施例について、図面を用いて説明する。
【0064】
<実施例1>
図5は、本発明に係る光学装置1を用いたファイバレーザ装置30の構成図である。
【0065】
本実施例のファイバレーザ装置30は、上記本発明に係る光学装置1、MMLD励起光光源31、光源MMF32、励起光透過/戻り光反射フィルタ33、シングルモードファイバ34、アイソレータ35等から構成されている。
【0066】
MMLD31は、光源MMF32を介して上記光学装置1に励起光を供給する。光源MMF32は、大きなコア径を有する大口径マルチモードファイバであって、本実施例のコア径は200μm程度である。このように、光源MMF32に大口径マルチモードファイバを使用することにより、MMLD励起光光源31の出力を大きくすることができる。
【0067】
光源MMF32は、励起光透過/戻り光反射フィルタ33を介して上記光学装置1の入射領域に接続されている。励起光透過/戻り光反射フィルタ33は、上記光源MMF32から出射される励起光を上記光学装置1の入射領域3へ透過するが、入射領域3から光源MMF32に向かって出射される特定波長の戻り光は、透過させずに反射する機能を有する。
【0068】
本実施例において戻り光は、次のような原理で発生する。図8に示すように、ダブルクラッドファイバの第1クラッド22に入射された励起光6は、第2クラッド23との界面で全反射を繰り返しながら伝搬してゆく。励起光6がシングルモードコア21を横切って透過する際、ドープされている増幅媒質において電子が励起される。本実施例に係るファイバレーザ装置30では、シングルモードコア、励起光透過/戻り光反射フィルタ33及びファイバグレーティング36で共振器が形成されているため、上記ダブルクラッドファイバ中では双方向に信号光が発生しており、双方向に自然放出光を誘導放出される。
【0069】
この入射端方向への自然放出光は、戻り光として上記MMLD励起光光源31に入射され、MMLD励起光光源31に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、上記励起光透過/戻り光反射フィルタ33で、自然放出光を出射端側に反射する必要がある。
【0070】
本実施例において、励起光透過/戻り光反射フィルタ33は、ダブルクラッドファイバ2のシングルモードコア21内で励起された広い波長帯域を有する光を完全に反射させるために、広い反射波長帯域を有することが好ましい。
【0071】
例えば、本実施例において使用される励起光透過/戻り光反射フィルタ33では、すべての戻り光を1mW以下にするものが望ましく、また、励起光透過/戻り光反射フィルタ33が透過させるのは、励起光波長の±20nm程度であることが望ましい。これにより戻り光をほぼ100%反射することができる。
【0072】
上記励起光透過/戻り光反射フィルタ33の出射端側には、上記光学装置1の入射領域3が接続されている。該光学装置1の出射端27側には、シングルモードファイバ34が接続されている。該シングルモードファイバ34のコアは、上記ダブルクラッドファイバ2のシングルモードコア21と光学的に接続されている。
【0073】
上記シングルモードファイバ34のコアには、ファイバグレーティング36が形成されている。ファイバグレーティング36は、シングルモードファイバ34のコアの屈折率を周期的に変化させて形成する。ファイバグレーティング36は、屈折率の変調周期に対応した波長の光を選択的に反射する機能を有する。
【0074】
上記ファイバグレーティング36は、上記励起光透過/戻り光反射フィルタ33に比較して狭い反射波長帯域を有している。例えば、本実施例において使用されるファイバグレーティング36は、0.1〜1.0(nm)となるよう設定されることが好ましい。ファイバグレーティング36の反射波長帯域によって、出力されるレーザ光の発振波長が決定される。
【0075】
上記ファイバグレーティング36の先には、アイソレータが接続されている。
【0076】
アイソレータ35は、上記光学装置1の出射端27から出射されたレーザ光は透過するが、外部から光学装置1に向かって入射される光を遮断し、上記励起光透過/戻り光反射フィルタ33及びファイバグレーティング36以外の反射による発振を抑制する。
【0077】
このように構成されたファイバレーザ装置30は、以下のようにレーザ光を発生する。
【0078】
上記MMLD励起光光源31から出射された励起光は、光源MMF32を伝搬してゆき、励起光透過/戻り光反射フィルタ33を透過して光学装置1の入射領域3に入射される。本実施例では、光源MMF32と入射領域3の上記非テーパ部3aとの外径がほぼ一致しているため、上記励起光の略100%が入射領域3に入射され接続損失がほとんどない。
【0079】
入射領域3に入射した励起光は、入射領域内を非テーパ部3aからテーパ部3bへと伝搬してゆき、絞り込まれて上記ダブルクラッドファイバ2の第1クラッド22内に入射される。本発明において、上記非テーパ部3aから上記ダブルクラッドファイバ2の第1クラッド22の外径に収束するようにテーパ部3bが形成されているため、入射領域3に入射された励起光は、第2クラッド23やサポート層24に漏れることなく確実に第1クラッド22に入射される。
【0080】
上記説明したとおり、第1クラッド22内に入射された励起光は、第2クラッド23との界面で全反射を繰り返しながら伝搬してゆく。励起光6がシングルモードコア21を横切って透過する際、該シングルモードコア21にドープされている増幅媒質から励起光6と異なる波長を有する自然放出光が発生する。
【0081】
自然放出光は、光学装置1のダブルクラッドファイバ2の出射端27からシングルモードファイバ34のコアに出射される。誘導放出光の戻り光も上記励起光透過/戻り光反射フィルタ33で反射され、上記シングルモードファイバ34のコアに入射される。
【0082】
シングルモードファイバ34のコアに入射された上記自然放出光は、コア内を伝搬してゆき、ファイバグレーティング36に達する。自然放出光のうち、該ファイバグレーティング36の反射波長帯に含まれる波長を持つものは反射され、再びダブルクラッドファイバ2のシングルモードコア21に入射される。
【0083】
このファイバグレーティング36と上記励起光透過/戻り光反射フィルタ33との間に共振器が形成されており、反射された自然放出光によっても誘導放出される。つまり、本実施例に係るファイバレーザ装置では、上記ファイバグレーティング36と励起光透過/戻り光反射フィルタ33との間で共振が生じ、繰り返し誘導放出されることによりレーザ発振し、高出力レーザ光が取り出される。
【0084】
本実施例によれば、MMLD励起光光源31の励起光はほとんど損失せずに増幅媒質を励起することができるため、高い効率で高出力レーザ光を取り出すことができる。
【0085】
具体的に本実施例に係るファイバレーザ装置において、Ybがドープされた長さ20mの上記ダブルクラッドファイバを使用し、出力3Wで波長980nmの励起光を入射した場合、ファイバレーザ装置の出力端からは出力2Wで波長1085nmのファイバレーザ出力が得られた。また、本実施例に係るファイバレーザ装置において、上記励起光は、約95%という高い利用効率で利用されていることがわかった。
【0086】
<実施例2>
図6は、本発明に係る光学装置1を用いたASE光源装置40の構成図である。
【0087】
本実施例のASE光源装置40は、上記実施例1のファイバレーザ装置と基本的に同じ構成を有する。実施例1のファイバレーザ装置と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。上記ファイバレーザ装置と異なる点として、シングルモードファイバ34にファイバグレーティングが入っていないこと、上記励起光透過/戻り光反射フィルタ33がファイバの軸心方向に対してθの角度で傾いている場合があることが挙げられる。
【0088】
MMLD励起光光源31で発生した励起光は、本発明に係る上記光学装置1により、効率よく上記ダブルクラッドファイバ2の第1クラッドに入射される。第1クラッドに入射された励起光は、ドープされている増幅媒質を励起することにより、自然放出光を発生させる。
【0089】
励起光透過/戻り光反射フィルタ33は、通常、6°以上の角度θを持って設置されている場合が多い。つまり、戻り光が励起光透過/戻り光反射フィルタ33で反射され、シングルモードコアに再入射されることによる発振を防ぐためである。これにより、本実施例に係るASE光源装置の出力端からは、上記シングルモードコアで発生する広い波長帯を有する自然放出光のみを取り出すことができる。
【0090】
具体的に本実施例に係るASE光源装置において、Ybがドープされた長さ20mのダブルクラッドファイバ2使用し、出力3Wで波長980nmの励起光を入射した場合、ASE光源装置の出力端からは、波長帯域が1010〜1130(nm)で800mWの自然放出光が得られた。また、本実施例に係るASE光源装置において、上記励起光は、約95%という高い利用効率で利用されていることがわかった。
【0091】
<実施例3>
図6は、本発明に係る光学装置1を用いた光アンプ装置50の構成図である。
【0092】
本実施例の光アンプ装置50は、上記実施例1のファイバレーザ装置と基本的に同じ構成を有する。実施例1のファイバレーザ装置と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。上記ファイバレーザ装置と異なる点として、上記ファイバグレーティングを備えていないこと、上記アイソレータに代えて入射ポート37aと出射ポート37bを備えたサーキュレータ37を備えていることが挙げられる。
【0093】
MMLD励起光光源31で発生した励起光は、本発明に係る上記光学装置1により、効率よく上記ダブルクラッドファイバ2のシングルモードコアに入射される。
【0094】
一方、上記サーキュレータ37の入射ポート37aへは、伝送路からの信号光が入射される。信号光は上記シングルモードファイバ34からダブルクラッドファイバ2のシングルモードコアに入射される。該シングルモードコア内に入射された信号光は、ドープされた増幅媒質とMMLD励起光光源31からの励起光の作用を受けて増幅される。増幅されて励起光透過/戻り光反射フィルタ33に到達した信号光は、反射されてシングルモードコアに再入射される。シングルモードコア内に再入射された信号光は、再び、増幅媒質と励起光の作用を受けて増幅され、上記シングルモードファイバ34に入射される。増幅されてシングルモードファイバ34を伝搬する信号光は、上記サーキュレータ37の出射ポート37bから出力され、再び伝送路で伝送される。このように本発明に係る光学装置1は、光アンプ装置として使用することができる。
【0095】
具体的に本実施例に係る光アンプ装置において、Ybがドープされた長さ20mのダブルクラッドファイバ2使用し、出力3Wで波長980nmの励起光を入射した場合、上記サーキュレータ37の入射ポート37aから入射された0.1mWの信号光は、上記サーキュレータ37の出射ポート37bから100Wに増幅された信号光として出力することができた。また、本実施例に係る光アンプ装置において、上記励起光は、約95%という高い利用効率で利用されていることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るダブルクラッドファイバの構成図である。
【図2】本発明に係る光学装置の構成を示す概念図である。
【図3】本発明に係る光学装置の製造工程を示す概念図である。
【図4】エッチング処理の概要を示す概略図である。
【図5】本発明の実施例に係るファイバレーザ装置の構成図である。
【図6】本発明の実施例に係るASE光源装置の構成図である。
【図7】本発明の実施例に係る光アンプ装置の構成図である。
【図8】戻り光の発生の原理を示す概念図である。
【図9】従来のダブルクラッドファイバの接続状態を示す概念図である。
【図10】従来のダブルクラッドファイバの接続状態を示す概念図である。
【符号の説明】
1 光学装置
2 ダブルクラッドファイバ
21 シングルモードコア
22 第1クラッド
23 第2クラッド
24 サポート層
25 被覆層
3 入射領域
3a 非テーパ部
3b テーパ部
Claims (2)
- 増幅媒質がドープされたシングルモードコアと、
上記シングルモードコアの周囲を被覆する第1クラッドと、
多数の細孔を含む多孔構造に構成され、上記第1クラッドの周囲を被覆する第2クラッドとを有するダブルクラッドファイバを用いた光学装置であって、
上記ダブルクラッドファイバの入射端には、外部の励起光光源から延設されたマルチモード型光ファイバと接続されて、励起光を伝搬する入射領域が形成されており、
該入射領域の入射端側には上記マルチモード型光ファイバと接続可能な形状に形成された非テーパ部と、
上記非テーパ部から上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドの外径に収束するようにテーパ部が形成され、
上記テーパ部は、上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドと光学的に接続されていることを特徴とする。 - 増幅媒質がドープされたシングルモードコアと、
上記シングルモードコアの周囲を被覆する第1クラッドと、
多数の細孔を含む多孔構造に構成され、上記第1クラッドの周囲を被覆する第2クラッドとを有するダブルクラッドファイバを用いた光学装置であって、
上記ダブルクラッドファイバの入射端には、外部の励起光光源から延設されたマルチモード型光ファイバと接続されて、励起光を伝搬する入射領域が形成されており、
該入射領域の入射端側には上記マルチモード型光ファイバの外径と同径に形成された非テーパ部と、
上記非テーパ部から上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドの外径に収束するようにテーパ部が形成され、
上記テーパ部は、上記ダブルクラッドファイバの第1クラッドと光学的に接続されていることを特徴とする。
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