JP4969840B2 - 光ファイバ構造体および光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、コアがレーザ活性物質を含有する光ファイバを含む光ファイバ構造体、および、この光ファイバ構造体を含む光学装置（例えば光増幅器やレーザ発振器）に関するものである。

コアがレーザ活性物質を含有する光ファイバを含む光学装置として、光増幅器やレーザ発振器が挙げられる。光増幅器では、光ファイバに励起光が導入されることによりレーザ活性物質が励起され、その光ファイバに被増幅光が入力されると、その光ファイバにおいて誘導放出が生じ、被増幅光が光増幅されて光ファイバから出力される。また、レーザ発振器では、光ファイバが共振器内に配され、その光ファイバに励起光が導入されることによりレーザ活性物質が励起され、その光ファイバにおいて誘導放出が生じるとともに共振器においてレーザ発振してレーザ光が出力される。

このような光学装置は、光増幅媒体として光ファイバを用いていることから、その光ファイバにおいて増幅または発振する光の横モードの数が少なく、出力光の品質が優れている。したがって、光増幅媒体として光ファイバを用いる光学装置は、産業用（特に機械加工用）に好適に使用され得る。

このような光学装置において光ファイバ内に励起光を導入する方法は、光ファイバの端面から光ファイバのコア内に励起光を導入する端面導入方法と、光ファイバを巻回等して構成される光ファイバ構造体の側面から光ファイバのクラッド内に励起光を導入する側面導入方法と、に大別される。前者の端面導入方法と比較すると、後者の側面導入方法は、励起光源から出力された励起光を光ファイバ構造体に導入する際の効率が高く、また、ファイバへの励起光投入口面積を広くとれるので励起光源としてレーザダイオード（ＬＤ）単体だけでなくＬＤアレイやＬＤスタックを用いることが可能であるので、高パワーの励起光を光ファイバ構造体に導入することができ、したがって、光増幅効率やレーザ発振効率が優れ、この点でも産業用に好適に用いられ得る（例えば特許文献１や非特許文献１を参照）。
特開平１０−１９００９７号公報 平成１３年度 新エネルギー・産業技術総合開発機構委託 フォトン計測・加工技術（石油生産システム高度計測・加工技術研究開発）成果報告書、「第VII章高集光完全固体化レーザー技術：ファイバーレーザーの研究開発」、財団法人製造科学技術センター、平成１４年３月

このような側面導入方法に拠る光ファイバ構造体および光学装置において、増幅または発振して出力される光はパワーが大きく且つ品質が優れていることが要求される。出力光のパワーを大きくするには、投入された励起光が効率良くレーザ出力パワーに変換されることが必要である。そのためには、光ファイバのコアに含まれるレーザ活性物質に励起光が効率よく吸収されることが要求され、この観点からは、光ファイバの断面におけるコアおよびクラッドそれぞれの断面積の比（コア断面積／クラッド断面積）が大きいことが望ましい。一方、出力光の品質を優れたものとするには、光ファイバのコアの径が小さいことが要求される。したがって、比（コア断面積／クラッド断面積）を大きい値に維持しつつ、ファイバ径およびコア径を小さくすることが望ましい。

また、出力光のパワーを大きくするには、光ファイバに導入する励起光のパワーが大きいことも要求される。励起光源としてＬＤアレイやＬＤスタックを用いることで、励起光源から出力される励起光のパワーを大きくすることができる。しかし、現実には、ＬＤアレイやＬＤスタックの光出射面において複数のエミッタの配列が理想的なものとなってはおらず乱れていることもあり、励起光源から出力された励起光を光ファイバ構造体に効率よく導入するには、５個のエミッタ以上のＬＤアレイまたは複層のＬＤスタックでは、その光ファイバ構造体の厚みは凡そ２００μｍ以上であることが要求される。

以上のように、従来の光ファイバ構造体および光学装置では、励起光源として現実のＬＤアレイやＬＤスタックを用いることを考慮すると、光ファイバ構造体の厚みを凡そ２００μｍ以上に維持せざるを得ないことから、比（コア断面積／クラッド断面積）を大きい値に維持しつつコア径を小さくするとともにファイバ径を大きくすることが困難である。一般に最も品質の高い横モード単一の光を得ようとした場合、コア径は４０μｍ以下であることが要求される。したがって、出力光の高パワーおよび高品質の両立が困難である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、出力光の高パワーおよび高品質の両立が容易な光ファイバ構造体および光学装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光ファイバ構造体は、レーザ活性物質を含有する複数本のコアが中央部において共通のクラッド内に所定面上に並列されている一方で両端部において個々に分離されている光ファイバを備え、光ファイバの中央部の少なくとも一部が巻回されて前記所定面に対して垂直な方向に積層されており、光ファイバの両端部において個々に分離された各コアの端面が光学的に結合されて、複数本のコアが一繋がりとなって１本の光路を形成していることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバ構造体は、光ファイバの各コアに含有されたレーザ活性物質から放出される光を反射する反射部材を光路の一方の端面に備えるのが好適である。また、本発明に係る光ファイバ構造体は、光ファイバの各コアに含有されたレーザ活性物質を励起する励起光を光ファイバの中央部のうち積層された部分において光ファイバ内に導入する励起光導入部材を更に備えるのが好適である。

また、本発明に係る光学装置は、上記の本発明に係る光ファイバ構造体と、この光ファイバ構造体に含まれる光ファイバに導入されるべき励起光を出力する励起光源と、を備えることを特徴とする。なお、この光学装置は光増幅器またはレーザ発振器として作用する。

このように構成される光ファイバ構造体および光学装置では、光ファイバの積層された部分において、共通のクラッド内に厚み方向に複数本のコアが存在するので、比（コア断面積／クラッド断面積）を大きい値に維持しつつ、各コアの径を小さくすることができるとともに、クラッドの厚みを大きくすることができる。したがって、励起光源として現実のＬＤアレイやＬＤスタックを用いる場合にも、励起光を光ファイバ構造体に効率よく導入することができて、出力光（増幅されて出力される光、または、レーザ出力光）の高パワーおよび高品質を容易に両立させることができる。

本発明によれば、容易に出力光の高パワーおよび高品質を両立させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
先ず、本発明に係る光ファイバ構造体および光学装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光ファイバ構造体１０の平面図および断面図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は断面図である。図２は、第１実施形態に係る光ファイバ構造体１０において用いられる光ファイバ１１の斜視図および断面図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は断面図である。

図２に示されるように、光ファイバ１１は２本のコア１１１，１１２を有している。これら２本のコア１１１，１１２は、中央部においては共通のクラッド１１０内に並列されている一方で、両端部においては個々に分離されている。両端部における個々の断面形状は略正方形であり、中央部における断面形状は略矩形（辺の比が１：２の矩形）である。これら２本のコア１１１，１１２は、所定波長の励起光を吸収して他の波長の光を放出することができるレーザ活性物質を含有する。具体的には、光ファイバ１１は石英ガラスを主成分とするものである。また、２本のコア１１１，１１２に含有されるレーザ活性物質として、Ｙｂ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｍ，Ｈｏ，Ｐｒ，Ｃｅ等のランタノイド元素の三価イオンの何れか一種もしくは組み合わせ、または、Ｃｒ，Ｔｉ等の或る種の遷移金属元素のイオン、が例示される。

図１に示されるように、光ファイバ構造体１０において、光ファイバ１１は渦巻状に密に巻かれていてディスク形状とされている。この巻回に際して、光ファイバ１１の中央部（２本のコア１１１，１１２が共通のクラッド１１０内に並列されている部分）の少なくとも一部は、並列された２本のコアの当該並列面に対して垂直な方向に積層されてディスク形状とされている。なお、このディスク面に垂直な方向には光ファイバ１１は積層される必要は無い。この巻かれた状態において隣接するクラッド間は、融着や光学樹脂により光学的に接続されていてもよいが、より好適にはポリシラザン（分子式：(ＳｉＨ_２ＮＨ)_ｎ）が接着剤として用いられて光学的に接続される。

また、光ファイバ１１の両端部において個々に分離された各コアの端面は光学的に結合されて、２本のコア１１１，１１２は一繋がりとなって１本の光路を形成している。このコアの接続に際しては、図１に示されるように巻回された光ファイバ１１の内側の端部に出ている各コアを互いに接続するのが好適であるが、外側の端部に出ている各コアを互いに接続してもよいし、内側の端部のコア１１１と外側の端部のコア１１２とを互いに接続してもよい。また、このコアの接続に際して、各コアを互いに融着接続してもよいし、光コネクタ等を用いて空間的に接続してもよいが、接続損失を小さく、信頼性を高める上では融着接続が好ましい。

２本のコア１１１，１１２の各端面が光学的に結合され一繋がりとなって形成された光路の双方の端面は、平坦（斜めを含む）または球面に研磨されていてもよい。この場合、この光ファイバ構造体１０は光増幅器における光増幅媒体として好適に用いられる。すなわち、一方の端面から光路に入射した被増幅光は、一繋がりの光路となったコア１１１，１１２において光増幅され、その光増幅された光は他方の端面から出射される。このとき、双方の端面には反射低減膜が設けられているのも好ましい。

また、図１に示されるように、２本のコア１１１，１１２の各端面が光学的に結合され一繋がりとなって形成された光路の一方の端面に、光ファイバ１１の各コアに含有されたレーザ活性物質から放出される光を反射する反射部材１２が設けられていてもよい。この場合、光路の他方の端面と反射部材１２とは光共振器を構成していて、光ファイバ構造体１０はレーザ発振器における光増幅媒体として好適に用いられる。このとき、他方の端面（レーザ光が出射する面）には反射低減膜が設けられているのも好ましい。また、レーザ光が出射する端面付近には反射率１０％以下のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を設置し、端面自体は斜めに研磨した構成も好ましい。反射部材１２として、好適には、外部ミラー、端面に貼り付けられた誘電体多層膜ミラー、光ファイバグレーティング等が用いられる。

また、光ファイバ１１を冷却する為のディスク形状の金属板（不図示）が設けられている。この金属板は、ディスク形状に巻かれた光ファイバ１１に直接に又は間接に接していて、励起光吸収により生じる光ファイバ１１の熱を吸収する。また、この金属板と光ファイバ１１との間に低屈折率の樹脂（例えばゲル状のフルオロシリコーン）が設けられているのも好ましく、このようにすることにより、樹脂とクラッド１１０との界面で励起光が全反射するので、金属板による励起光の吸収が防止されるとともに、金属板とクラッド１１０との間の熱伝達がよくなるので、冷却効果が増す。

この光ファイバ１１は以下のようにして製造される。図３は、光ファイバ１１の製造に用いられる光ファイバ母材１１Ａの平面図および断面図である。同図に示される光ファイバ母材１１Ａは以下のようにして製造される。通常の光ファイバ母材を製造する方法と同様の方法（例えばＭＣＶＤ法等）により２本の円形断面の母材を製造し、この２本の円形断面の母材それぞれの側面を研削・研磨して同寸法の矩形断面の母材とする。そして、この２本の矩形断面の母材を並列配置して、各々の側面を互いに融着接続する。この融着接続の際に、長手方向に沿って融着部分と未融着部分とを一定周期で交互に設ける。未融着部分の形成は、２本の矩形断面の母材それぞれの側面に例えば０.１ｍｍ深さの窪みを設けることで容易に可能である。

このようにして製造される光ファイバ母材１１Ａは、融着部分においては共通のクラッド１１０Ａ内に２本のコア１１１Ａ，１１２Ａが並列されたものであり（同図（ｂ））、未融着部分においてはコア１１１Ａ，１１２Ａが個々に分離されている（同図（ｃ））。この光ファイバ母材１１Ａを線引し、未融着部分で切断することで、光ファイバ１１を得ることができる。この線引の際の諸条件を適切に設定することにより、線引により得られる光ファイバ１１の断面形状は略矩形のままとなり、母材において未融着であった部分が線引後の光ファイバ１１においても未融着のままとなる。

図４は、第１実施形態に係る光ファイバ構造体１０を含む光学装置１の平面図である。この光学装置１は、図１に示された構成に加えて、光ファイバ構造体１０に励起光を導入するための手段として、励起光導入部材１３，光学系１４および励起光源１５を複数組備える。励起光源１５は、光ファイバ構造体１０に含まれる光ファイバ１１に導入されるべき励起光を出力するものであり、例えばＬＤであり、好適には、複数のＬＤのエミッタが一次元配列されたＬＤアレイや、複数のＬＤアレイが積層されたＬＤスタックである。励起光の波長としては、光ファイバ１１のコア１１１，１１２に含有されたレーザ活性物質を励起し得る波長が選ばれる。光学系１４は、励起光源１５から出力された励起光をコリメートし更に収斂して、その収斂した励起光を励起光導入部材１３の一端にある入射面１３１に入射させる。

励起光導入部材１３は、励起光源１５から出力され光学系１４を経て入射面１３１に入力した励起光を、光ファイバ１１の中央部のうち積層された部分において光ファイバ１１内に導入する。励起光導入部材１３は、励起光波長において吸収が小さい材料からなり、好適には合成石英ガラスであり、また、多成分系ガラスであってもよく、更に好適には光ファイバのクラッドの屈折率より高い屈折率を有する。また、導入後の励起光がコア１１１，１１２の延在方向に伝搬するように励起光導入部材１３が設けられているのが好ましい。

図５は、励起光導入部材１３，光学系１４および励起光源１５の平面図および側面図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は側面図である。この図では、励起光源１５は２個のＬＤアレイが積層されたＬＤスタックであるとしている。光学系１４は、第１コリメータ１４１，第２コリメータ１４２および集光レンズ１４３を含む。第１コリメータ１４１は、励起光源１５としてのＬＤスタックの各エミッタから出力された励起光を入力し、その励起光をファスト軸に関して平行化する。第２コリメータ１４２は、第１コリメータ１４１から出力された励起光を入力し、その励起光をスロー軸に関して平行化する。そして、集光レンズ１４３は、第１コリメータ１４１および第２コリメータ１４２により平行光とされた励起光を入力し、その励起光を収斂して、その収斂した励起光を励起光導入部材１３の入射面１３１に入射させる。

図６は、光ファイバ１１，励起光導入部材１３，光学系１４および励起光源１５の側面図である。励起光導入部材１３は、光学系１４から一端の入射面１３１に入力した励起光を、上下面で全反射させながら内部を導光させ、その導光した励起光を他端側から光ファイバ１１内に導入する。励起光導入部材１３の上面および下面は互いに平行な平面であり、励起光導入部材１３の他端側（光ファイバ１１内に励起光を導入する側）においては、下面に対して傾斜した傾斜面１３２が設けられている。この傾斜面１３２の下方の下面は、光ファイバ１１の側面に対して光学的に接続されている。この傾斜面１３２は、下面に対して数度〜十数度の角度をなし、光学研磨またはそれに相当する滑らかな面を有しており、励起光導入部材１３の内部を導光してきた励起光（図中において点線で示す）を全反射させて光ファイバ１１内に導入する。

このように構成される光学装置１は以下のように動作する。励起光源１５から出力された励起光は、光学系１４により集光されて励起光導入部材１３の入射面１３１に入射され、励起光導入部材１３の内部で導光され、励起光導入部材１３の傾斜面１３２で全反射される。傾斜面１３２で全反射された励起光は、励起光導入部材１３の下面と光ファイバ１１の側面とが光学的に接続された部分を経て、光ファイバ１１内に導入される。光ファイバ１１内に導入された励起光は、クラッド１１０の外側界面で全反射されながら光ファイバ１１内を導波する間に、コア１１１，１１２に含まれるレーザ活性物質を励起する。

光学装置１が反射部材１２を含まず光増幅器として動作する場合、コア１１１，１１２が接続されて一繋がりとなった光路の一端に被増幅光が入力すると、その入力した被増幅光はコア１１１，１１２を導波する間に光増幅され、その光増幅された光は光路の他端から出力される。一方、光学装置１が反射部材１２を含みレーザ発振器として動作する場合、励起されたレーザ活性物質で誘導放出が生じるとともに共振器においてレーザ発振してレーザ光が出力される。

本実施形態に係る光学装置１および光ファイバ構造体１０では、光ファイバ１１の２本のコア１１１，１１２は、励起光により励起されるレーザ活性物質が含有されていて、中央部においては共通のクラッド１１０内に並列されている一方で、両端部においては個々に分離されている。また、光ファイバ１１の中央部の少なくとも一部は、並列された２本のコア１１１，１１２の当該並列面に対して垂直な方向に積層されてディスク形状とされている。さらに、光ファイバ１１の両端部において個々に分離された各コアの端面は光学的に結合されて、２本のコアは一繋がりとなって１本の光路を形成している。そして、図６に示されるように、ディスク形状とされた光ファイバ構造体１０の側方から励起光導入部材１３により光ファイバ１１内に導入された励起光は、当該ディスクの上下面で全反射されながら光ファイバ１１内を導波する間に、コア１１１，１１２に含まれるレーザ活性物質を励起する。

以上のことから、本実施形態では、光ファイバ１１のディスク形状とされた部分において、共通のクラッド１１０内に厚み方向に２本のコア１１１，１１２が存在するので、比（コア断面積／クラッド断面積）を大きい値に維持しつつ、コア１１１，１１２の径を小さくすることができるとともに、クラッド１１０の厚みを大きくすることができる。したがって、励起光源として現実のＬＤアレイやＬＤスタックを用いる場合にも、励起光を光ファイバ構造体１０に効率よく導入することができて、出力光（増幅されて出力される光、または、レーザ出力光）の高パワーおよび高品質を容易に両立させることができる。

更に、本実施形態に係る光学装置１および光ファイバ構造体１０は以下のような効果をも奏することができる。すなわち、本実施形態では、図１に示されるように、光ファイバ構造体１０において、光ファイバ１１の中央部が渦巻状に密に巻かれて２本のコアの当該並列面に対して垂直な方向に積層されてディスク形状とされる一方で、このディスク面に垂直な方向には光ファイバ１１は積層される必要は無い。このことから、厚み方向に２本のコアが存在する光ファイバ構造体１０を容易に製造することができる。

また、光ファイバ１１の両端部においては、２本のコアが個々に分離されているので、分離した各々のクラッドサイズを通常の通信用の光ファイバと同程度（１２５μｍ）とすることができる。したがって、特殊なノウハウが無くとも質の高い融着接続が可能である。このことは、例えば光学装置１を光増幅器として使用する場合、被増幅光を導入するための汎用ファイバと光ファイバ１１との接続を容易ならしめている。また、光ファイバ１１の両端部における端面処理、破断による端面平面出し、斜め研磨ファイバの融着接続、エンドキャップの接続など、も容易である。さらに、コア／クラッド比が大きい光ファイバを用いて構成される光カプラにより、複数の光学装置１それぞれから出力される光を合波することも容易であり、この合波後の光の品質も高く維持することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る光ファイバ構造体および光学装置の第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る光ファイバ構造体２０の斜視図および断面図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は断面図である。ここで用いられる光ファイバ２１は、図２に示されたものと同様の構成のものである。

図７に示されるように、光ファイバ構造体２０において、光ファイバ２１は円柱状の冷却部材２９の周囲に螺旋状に密に巻かれている。この巻回に際して、光ファイバ２１の中央部（２本のコア２１１，２１２が共通のクラッド２１０内に並列されている部分）の少なくとも一部は、並列された２本のコアの当該並列面に対して垂直な方向に積層されてシリンダ形状とされている。なお、このシリンダ形状の径方向には光ファイバ２１は積層される必要は無い。この巻かれた状態において隣接するクラッド間は融着や光学樹脂により光学的に接続されている。

また、光ファイバ２１の両端部において個々に分離された各コアの端面は光学的に結合されて、２本のコア２１１，２１２は一繋がりとなって１本の光路を形成している。このコアの接続に際しては、図７に示されるように巻回された光ファイバ２１の一方の端部に出ている各コアを互いに接続するのが好適であるが、一方の端部のコア２１１と他方の端部のコア２１２とを互いに接続してもよい。また、このコアの接続に際して、各コアを互いに融着接続してもよいし、光コネクタ等を用いて空間的に接続してもよいが、接続損失を小さく、信頼性を高める上では融着接続が好ましい。

２本のコア２１１，２１２の各端面が光学的に結合され一繋がりとなって形成された光路の双方の端面は、平坦に研磨されていてもよい。この場合、この光ファイバ構造体２０は光増幅器における光増幅媒体として好適に用いられる。すなわち、一方の端面から光路に入射した被増幅光は、一繋がりの光路となったコア２１１，２１２において光増幅され、その光増幅された光は他方の端面から出射される。このとき、双方の端面には反射低減膜が設けられているのも好ましい。また、レーザ光が出射する端面付近には反射率１０％以下のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を設置し、端面自体は斜めに研磨した構成も好ましい。

また、図７に示されるように、２本のコア２１１，２１２の各端面が光学的に結合され一繋がりとなって形成された光路の一方の端面に、光ファイバ２１の各コアに含有されたレーザ活性物質から放出される光を反射する反射部材２２が設けられていてもよい。この場合、光路の他方の端面と反射部材２２とは光共振器を構成していて、光ファイバ構造体２０はレーザ発振器における光増幅媒体として好適に用いられる。このとき、他方の端面（レーザ光が出射する面）には反射低減膜が設けられているのも好ましい。反射部材２２として、好適には、外部ミラー、端面に貼り付けられた誘電体多層膜ミラー、光ファイバグレーティング等が用いられる。

また、冷却部材２９は、金属からなり、光ファイバ２１を冷却する為のものである。この冷却部材２９の内部には、循環する冷却水を流す孔が設けられているのが好ましい。この冷却部材２９は、シリンダ形状に巻かれた光ファイバ２１に直接に又は間接に接していて、励起光吸収により生じる光ファイバ２１の熱を吸収する。また、この冷却部材２９と光ファイバ２１との間に低屈折率の樹脂（例えばフルオロシリコーン）が設けられているのも好ましく、このようにすることにより、樹脂とクラッド２１０との界面で励起光が全反射するので、金属板により励起光の吸収が防止されるとともに、冷却部材２９とクラッド２１０との間の熱伝達がよくなるので、冷却効果が増す。

図８は、第２実施形態に係る光ファイバ構造体２０を含む光学装置２の平面図である。この光学装置２は、図７に示された構成に加えて、光ファイバ構造体２０に励起光を導入するための手段として、励起光導入部材２３，光学系２４および励起光源２５を複数組備える。本実施形態における励起光導入部材２３，光学系２４および励起光源２５それぞれは、第１実施液体における励起光導入部材１３，光学系１４および励起光源１５と同様の構成を有する。

このように構成される本実施形態に係る光学装置２は、第１実施形態に係る光学装置１と同様に動作し同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る光ファイバ構造体および光学装置の第３実施形態について説明する。図９は、第３実施形態に係る光ファイバ構造体３０の斜視図および断面図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は断面図である。ここで用いられる光ファイバ３１は、図２に示されたものと同様の構成のものである。

図９に示されるように、光ファイバ構造体３０において、光ファイバ３１は複数回折り返されていて、或る折り返し点と次の折り返し点との間で、光ファイバ３１の中央部（２本のコア３１１，３１２が共通のクラッド３１０内に並列されている部分）の少なくとも一部は、並列された２本のコアの当該並列面に対して垂直な方向に積層されて平板形状とされている。なお、この平板形状の厚み方向には光ファイバ３１は積層される必要は無い。この積層された状態において隣接するクラッド間は融着や光学樹脂により光学的に接続されている。

また、光ファイバ３１の両端部において個々に分離された各コアの端面は光学的に結合されて、２本のコア３１１，３１２は一繋がりとなって１本の光路を形成している。このコアの接続に際しては、図９に示されるように光ファイバ３１の一方の端部に出ている各コアを互いに接続するのが好適であるが、一方の端部のコア３１１と他方の端部のコア３１２とを互いに接続してもよい。また、このコアの接続に際して、各コアを互いに融着接続してもよいし、光コネクタ等を用いて空間的に接続してもよいが、接続損失を小さく、信頼性を高める上では融着接続が好ましい。

２本のコア３１１，３１２の各端面が光学的に結合され一繋がりとなって形成された光路の双方の端面は、平坦に研磨されていてもよい。この場合、この光ファイバ構造体３０は光増幅器における光増幅媒体として好適に用いられる。すなわち、一方の端面から光路に入射した被増幅光は、一繋がりの光路となったコア３１１，３１２において光増幅され、その光増幅された光は他方の端面から出射される。このとき、双方の端面には反射低減膜が設けられているのも好ましい。

また、図９に示されるように、２本のコア３１１，３１２の各端面が光学的に結合され一繋がりとなって形成された光路の一方の端面に、光ファイバ３１の各コアに含有されたレーザ活性物質から放出される光を反射する反射部材３２が設けられていてもよい。この場合、光路の他方の端面と反射部材３２とは光共振器を構成していて、光ファイバ構造体３０はレーザ発振器における光増幅媒体として好適に用いられる。このとき、他方の端面（レーザ光が出射する面）には反射低減膜が設けられているのも好ましい。また、レーザ光が出射する端面付近には反射率１０％以下のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を設置し、端面自体は斜めに研磨した構成も好ましい。反射部材３２として、好適には、外部ミラー、端面に貼り付けられた誘電体多層膜ミラー、光ファイバグレーティング等が用いられる。

なお、光ファイバ３１を冷却する為の平板形状の金属板（不図示）が設けられているのが好ましい。この金属板は、平板形状に積層された光ファイバ３１に直接に又は間接に接していて、励起光吸収により生じる光ファイバ３１の熱を吸収する。また、この金属板と光ファイバ３１との間に低屈折率の樹脂（例えばフルオロシリコーン）が設けられているのも好ましく、このようにすることにより、樹脂とクラッド３１０との界面で励起光が全反射するので、金属板により励起光の吸収が防止されるとともに、金属板とクラッド３１０との間の熱伝達がよくなるので、冷却効果が増す。

このような光ファイバ構造体３０に対して、更に、第１実施形態または第２実施形態におけるものと同様の励起光導入部、光学系および励起光源が設けられることにより、第３実施形態に係る光学装置（光増幅器またはレーザ発振器）が構成される。このように構成される本実施形態に係る光学装置は、第１実施形態または第２実施形態に係る光学装置１，２と同様に動作し同様の効果を奏することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る光学装置の第４実施形態について説明する。図１０は、第４実施形態に係る光学装置４の構成図である。この光学装置４は、複数個（ここでは３個）の光ファイバ構造体４０_１〜４０_３を直列に接続して、各々の光ファイバに含まれる複数のコアを一繋がりにして１本の光路としたものである。光ファイバ構造体４０_１〜４０_３それぞれは、前述した各実施形態に係る光ファイバ構造体１０，２０，３０と同様の構成を有する。なお、この図では、光ファイバ構造体４０_１〜４０_３それぞれに励起光を導入するための手段（励起光源，光学系および励起光導入部材）については図示が省略されている。

各々の光ファイバに含まれる複数のコアが一繋がりになって形成された１本の光路の双方の端面は、平坦に研磨されていてもよい。この場合、この光ファイバ構造体４０_１〜４０_３は光増幅器における光増幅媒体として好適に用いられる。すなわち、一方の端面から光路に入射した被増幅光は、一繋がりの光路となったコアにおいて光増幅され、その光増幅された光は他方の端面から出射される。このとき、双方の端面には反射低減膜が設けられているのも好ましい。

また、図１０に示されるように、各々の光ファイバに含まれる複数のコアが一繋がりになって形成された１本の光路の一方の端面に、各コアに含有されたレーザ活性物質から放出される光を反射する反射部材４２が設けられていてもよい。この場合、光路の他方の端面と反射部材４２とは光共振器を構成していて、光ファイバ構造体４０_１〜４０_３はレーザ発振器における光増幅媒体として好適に用いられる。このとき、他方の端面（レーザ光が出射する面）には反射低減膜が設けられているのも好ましい。また、レーザ光が出射する端面付近には反射率１０％以下のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を設置し、端面自体は斜めに研磨した構成も好ましい。反射部材４２として、好適には、外部ミラー、端面に貼り付けられた誘電体多層膜ミラー、光ファイバグレーティング等が用いられる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光ファイバに含まれるコアの本数は、上記の実施形態では２であったが、３以上であってもよい。光ファイバの積層の形態は上記の実施形態に限定されるものではなく、光ファイバの中央部の少なくとも一部が、並列された複数本のコアの当該並列面に対して垂直な方向に積層されていればよい。

次に、本発明に係る光ファイバ構造体および光学装置の具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１の光ファイバ構造体および光学装置は、上述した第１実施形態に相当するものである。この実施例１の光ファイバ構造体および光学装置は以下のようにして製造された。初めに、ＭＣＶＤ法により２本の光ファイバ母材（コア径３ｍｍ、クラッド径１３ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を作製した。各光ファイバ母材のコアには１.３wt％のＹｂ^３＋イオンが添加された。この添加濃度では、波長９７６.５ｎｍにおける吸収係数が９００ｄＢ／ｍ〜９５０ｄＢ／ｍとなる。この光ファイバ母材の屈折率分布から推定される光ファイバの開口数ＮＡは略０.０７であった。

これら２本の光ファイバ母材それぞれについて断面形状が１辺の長さ８.３ｍｍの正方形となるように側面に対して研削加工および研磨加工を施し、２本の光ファイバ母材を並列配置して各々の側面を互いに融着接続した。この融着接続の際、図３に示されるように、長手方向１９ｍｍ毎に５ｍｍずつの未融着部分を周期的に形成した。未融着部分の形成には、２本の光ファイバ母材の接続すべき側面に予め１９ｍｍ間隔で５ｍｍ長に亘って最大０.１ｍｍ深さの窪みを設けることで、その形成を容易にした。

このように融着した光ファイバ母材を線引装置により線引して、矩形断面形状０.１１ｍｍ×０.２２ｍｍの光ファイバを作製した。このとき、光ファイバ母材の未融着部分が線引きされた部分では、断面形状０.１１ｍｍ×０.１１ｍｍの正方形の光ファイバが互いに接着せずにファイバ化されていた。その結果、作製された光ファイバは、略１１０ｍの融着し断面形状が長方形で２本のコアを内包するアレイ型ファイバ部（融着部）と、略３０ｍの互いに分離された各々１本ずつのコアを内包する正方形断面の未融着分離部とが、周期的に分布する周期分離型のものであった。コア径は約４０μｍであった。

このように作製された光ファイバを、略１１０ｍの融着部の両側に略２ｍの未融着分離部を持つように分離して、図２に示されるような光ファイバを得た。そして、図１に示されるように、この光ファイバの融着部を、並列された２本のコアの当該並列面に対して垂直な方向に積層するようにリールに密に巻いてディスク形状とした。また、この巻かれた状態において隣接するクラッド間は、耐熱性の光学樹脂により接続した。この光学樹脂の屈折率は、クラッドガラスの屈折率１.４５８５を中心に略±３％以内に調節された。このようにして作製されたディスク形状の光ファイバ構造体は、外径約２２０ｍｍ，内径約１８４ｍｍ，厚さ０.２２ｍｍであった。

次に、図４に示されるように、このディスク形状の光ファイバ構造体の上面に周方向に等間隔に２０本の励起光導入部材を光学的に接続した。各々の励起光導入部材は、合成石英ガラスからなる略平板形状のものであり、断面形状が０.２２ｍｍ×２.５ｍｍの矩形であり、長さが８０ｍｍであり、励起光を全反射させて光ファイバに導入するための傾斜面と下面との角度が４度であった。このとき、励起光導入部材と光ファイバとの接着には、光ファイバのクラッド間の接続に用いたものと同じ光学樹脂を用いた。

各励起光導入部材に対応して設けられる励起光源として、エミッタ列が２層になったＬＤスタックを用いた。図５に示されるように、各エミッタから出射された励起光（波長９７７ｎｍ）を、２個のコリメータによりファスト軸およびスロー軸の双方について略平行光とし、集光レンズにより励起光導入部材の垂直研磨端面に入射した。図６に示されるように、励起光導入部材へ投入された励起光は、ディスク形状とされた光ファイバへ導入された。このとき、励起光の最大分散角は本実施例では約６°であった。

次に、ディスク形状の光ファイバ構造体の内側に引き出ている分離未融着部における２本の端面それぞれを平面に研磨し、放電加熱を用いる光ファイバ融着器により、これら２本の端面をコア調芯して融着接続した。この接続損失は０.１ｄＢ以下であった。このように接続することにより、光ファイバ構造体を構成する光ファイバは一繋がりとなり、その結果、光ファイバのコアからの出力は、光ファイバ構造体の外側から引き出される分離未融着部の２箇所の端面から出射に限定された。このときの光学装置は光増幅器として用いられる。

さらに、この外側の分離未融着部の２本の端面を内側と同様に平面に研磨し、何れか一方の端面に反射率９９.９％（＠波長１１００±５ｎｍ）の誘電体多層膜反射ミラーを突き当て接続することで、レーザ出力を一方向に限定した。このとき、出力光を取り出す側の端面は、フレネル反射のおよそ４％の反射率を有していた。このときの光学装置はレーザ発振器として用いられる。

励起光源としての各々のＬＤスタックから出力される励起光（連続光）のパワーは平均で８０Ｗであった。したがって、光ファイバ構造体へは合計１６００Ｗの励起光が投入された。このとき、各励起光導光部材の端面では、励起光源からの励起光は、平均で高さ２００μｍで幅２.５ｍｍ(１/ｅ²)に集光されていた。なお、励起光の中心波長は最大出力にて９７７±２ｎｍであった。また，励起光源を含めて光ファイバ構造体を２０℃の水流によって冷却した。結果として、レーザ発振器としての光学装置から略１１００Ｗの出力レーザ光が得られた。また、ビーム品質を測定したところ、Ｍ２は略１.４６であった。

（実施例２）
実施例２の光ファイバ構造体および光学装置も、上述した第１実施形態に相当するものである。実施例２でも、上述の実施例１と同様にして、２本のコアを有する光ファイバを作製した。実施例２で用いた光ファイバは、上述の実施例１の場合と同様のものであった。
ただし、実施例２で用いた光ファイバのコア径は約３０μｍであった。

このような光ファイバを用いて、実施例１の場合と同様にして、ディスク形状の光ファイバ構造体を作製した。ただし、実施例２では、巻かれた状態において隣接するクラッド間は、無機ポリマの接着剤により接続した。ディスク形状の光ファイバ構造体は、外径約１５７ｍｍ，内径約１４４ｍｍ，厚さ０.２２ｍｍであった。また、外側の分離未融着部の２本の端面の何れか一方の端面に、反射率９９.９％（＠波長１１００±５ｎｍ）の出力折り返しミラーを設置した。

このディスク形状の光ファイバ構造体の上面に周方向に等間隔に１２本の励起光導入部材を光学的に接続した。励起光源としての各々のＬＤスタックから出力される励起光（連続光、波長９７７ｎｍ）のパワーは平均で８０Ｗであった。したがって、光ファイバ構造体へは合計９６０Ｗの励起光が投入された。その結果、レーザ発振器としての光学装置から略６４００Ｗの出力レーザ光が得られた。また、ビーム品質を測定したところ、Ｍ２は略１.３１であった。さら、出射レーザ光のニアフィールドパターンを観察したところ、通常の光ファイバの基底モード光の形状であり、円形対称であって、節が見られなかった。したがって、略シングルモードでの光ファイバ内レーザ伝搬であると考えられる。

出力折り返しミラーを取り除いて、この端面に、モードフィールド径が１０μｍのシングルモードファイバ（市販品）を融着接続し、波長１０８０ｎｍのレーザ光を種光（被増幅光）として導入した。種光には変調をかけ、ピーク強度１０Ｗ，繰り返し２０ｋＨｚ，ピーク幅２０ｎｓのパルスにして導入したところ、種光は増幅され、ピーク強度３５ｋＷとなって出力した。すなわち、約３５ｄＢの増幅利得が得られた。このときの励起光強度はトータルで１２０Ｗであった。

なお、光増幅器として使用する場合は、出力取り出し側のファイバ端面に出力伝送用ファイバを融着接続した。この出力伝送用ファイバは、コア径が３０μｍであり、ＮＡ０.０７であって、Ｙｂが添加されておらず、クラッド径が１２５μｍの円形断面のものである。また、この出力伝送用ファイバの先端には、φ２ｍｍで長さ２ｍｍのコアレス石英ガラスロッドをエンドキャップにしても受けた。なお、このエンドキャップは、８°の斜め研磨を施し、さらに波長１０８０ｎｍでの反射低減コーティングを施した。これは自励発振を抑えるためである。

実施例１と比較すると、実施例２では、光ファイバにおける励起光の実効吸収係数が低くしても励起効率が低下しないよう、励起光導入部材の個数を減らし、励起光の損失を低減させた。その結果、さらにコア径を縮小することができ、励起光を光ファイバの端面から導入する端面導入方法で高出力タイプに用いられる光ファイバのコア径とほぼ同程度となった。そして、実施例２では、光ファイバ内部では略単一モードの発振となった。

ここで、端面導入方法で基底モード光のエネルギ配分率を他の高次モード光より圧倒的に高くするために、φ１００ｍｍ程度の円筒に光ファイバを巻き付けるという操作がある。光ファイバ構造体はもともとコアが周回構造をとっている。実施例２では、ディスクの巻きの径をφ１５０程度にとることで、高次モードの抑制が効率的におこなわれている。上述の端面導入方法の例ではクラッド径が４００μｍ以上あるが、本発明ではクラッド幅を小さく１１０μｍ程度とすることができる。そのため、コアの伝搬モードが受ける曲げ損失はφ４００μｍクラッドよりも大きいので、比較的緩く巻いても高次モードの抑制ができる。

（実施例３）
実施例３の光ファイバ構造体および光学装置も、上述した第１実施形態に相当するものである。実施例３でも、上述の実施例１と同様にして、２本のコアを有する光ファイバを作製した。実施例３で用いた光ファイバは、上述の実施例１の場合と同様のものであった。

このような光ファイバを用いて、実施例１の場合と同様にして、ディスク形状の光ファイバ構造体を作製した。ただし、実施例３では、巻かれた状態において隣接するクラッド間は、ＣＯ_２レーザ光を集光照射してクラッド表面部分を局所的に加熱することにより融着した。なお、この融着接続に際しては、光ファイバ構造体本体と同じ大きさ及び形状を有する平面高温ヒータ（最高加熱温度１７００℃）を用いて、光ファイバ構造体を１１００℃以上に加熱することでも作製可能である。このとき，クラッド間は完全に隙間がなくなるように融着されていなくてもよく、励起光導入方式が光ファイバの流れに沿った形式であれば、問題なく効率良く励起光をカップリングすることができる。

また、外側の分離未融着部の２本の端面の何れか一方の端面に、反射率９９.９％（＠波長１１００±５ｎｍ）のファイバーグレーティングを融着接続することにより、レーザー出力を一方向に限定した。このとき、出力を取り出す側の光ファイバ端面はフレネル反射のおよそ４％の反射率を有していた。

引き続き、このディスク形状の光ファイバ構造体の上面に周方向に等間隔に１２本の励起光導入部材を光学的に接続した。各励起光導入部材は、多成分系ガラスからなる略平板形状のものであり、断面形状が０.２２ｍｍ×２.５ｍｍの矩形であり、長さが８０ｍｍであり、励起光を全反射させて光ファイバに導入するための傾斜面と下面との角度が４度であった。

この励起光導入部材を構成する多成分系ガラスは、屈折率が１.４８であり、軟化温度が８００℃である。したがって、光ファイバ構造体の上面に励起光導入部材を設置し、小型のヒーターで約１０００℃に加熱した白金メッキのコテを押し当てることで、光ファイバ構造体へ励起光導入部材を融着することができた。また、光ファイバを構成する合成石英ガラスの軟化温度は約１３００℃であるので、光ファイバ列に全く変形を与えることなく、融着することができた。

一方、励起光源としての各々のＬＤスタックから出力される励起光（連続光、波長９７７ｎｍ）のパワーは平均で１２０Ｗであった。したがって、光ファイバ構造体へは合計１４４０Ｗの励起光が投入された。このとき、各励起光導光部材の端面では、励起光源からの励起光は、平均で高さ２００μｍで幅２.５ｍｍ(１/ｅ²)に集光されていた。なお、励起光の中心波長は最大出力にて９７７±２ｎｍであった。また，励起光源を含めて光ファイバ構造体を２０℃の水流によって冷却した。結果として、レーザ発振器としての光学装置から略１１５０Ｗの出力レーザ光が得られた。また、ビーム品質を測定したところ、Ｍ２は略１.４６であった。

（実施例４）
実施例４の光学装置は、上述した第４実施形態に相当するものである。実施例１の光ファイバ構造体を３個作製し、図１０に示されるように、これら３個の光ファイバ構造体を直列に接続して、各々の光ファイバに含まれる複数のコアを一繋がりにして１本の光路とした。各々の光ファイバ構造体においては、ディスク形状の光ファイバ構造体の上面に周方向に等間隔に２０本の励起光導入部材を光学的に接続し、励起光源としての各々のＬＤスタックから出力される励起光（連続光）のパワーは平均で６０Ｗであった。したがって、各々の光ファイバ構造体へは合計１２００Ｗの励起光が投入され、３個の光ファイバ構造体の全体へは合計３６００Ｗの励起光が投入された。結果として、レーザ発振器としての光学装置から略２５００Ｗの出力レーザ光が得られた。また、ビーム品質を測定したところ、Ｍ２は略１.４６であり、１個の光ファイバ構造体の場合と同じであった。

（実施例５）
実施例５の光ファイバ構造体および光学装置は、上述した第１実施形態に略相当するものであるが、レーザ活性物質を含有する４本のコアが中央部において共通のクラッド内に並列されている一方で両端部において個々に分離されている光ファイバを用いた点で相違する。この実施例５の光ファイバ構造体および光学装置は以下のようにして製造された。初めに、ＭＣＶＤ法により４本の光ファイバ母材（コア径３ｍｍ、クラッド径１３ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を作製した。各光ファイバ母材のコアには１.３wt％のＹｂ^３＋イオンが添加された。この添加濃度では、波長９７６.５ｎｍにおける吸収係数が９００ｄＢ／ｍ〜９５０ｄＢ／ｍとなる。この光ファイバ母材の屈折率分布から推定される光ファイバの開口数ＮＡは略０.０７であった。

これら４本の光ファイバ母材それぞれについて断面形状が１辺の長さ８.４ｍｍの正方形となるように側面に対して研削加工および研磨加工を施し、４本の光ファイバ母材を並列配置して各々の側面を互いに融着接続した。この融着接続の際、長手方向１９ｍｍ毎に５ｍｍずつの未融着部分を周期的に形成した。未融着部分の形成には、２本の光ファイバ母材の接続すべき側面に予め１９ｍｍ間隔で５ｍｍ長に亘って最大０.１ｍｍ深さの窪みを設けることで、その形成を容易にした。

このように融着した光ファイバ母材を線引装置により線引して、矩形断面形状０.１１ｍｍ×０.４４ｍｍの光ファイバを作製した。このとき、光ファイバ母材の未融着部分が線引きされた部分では、断面形状０.１１ｍｍ×０.１１ｍｍの正方形の光ファイバが互いに接着せずにファイバ化されていた。その結果、作製された光ファイバは、略１１０ｍの融着し断面形状が長方形で４本のコアを内包するアレイ型ファイバ部（融着部）と、略３０ｍの互いに分離された各々１本ずつのコアを内包する正方形断面の未融着分離部とが、周期的に分布する周期分離型のものであった。コア径は約４０μｍであった。

このように作製された光ファイバを、略１１０ｍの融着部の両側に略２ｍの未融着分離部を持つように分離して、４本のコアが中央部（融着部）において共通のクラッド内に並列されている一方で両端部（未融着分離部）において個々に分離されている光ファイバを得た。そして、この光ファイバの融着部を、並列された４本のコアの当該並列面に対して垂直な方向に積層するようにリールに密に巻いてディスク形状とした。また、この巻かれた状態において隣接するクラッド間は、耐熱性の光学樹脂により接続した。この光学樹脂の屈折率は、クラッドガラスの屈折率１.４５８５を中心に略±３％以内に調節された。

次に、光ファイバ構造体の内側に引き出ている分離未融着部における４本の端面それぞれを平面に研磨し、放電加熱を用いる光ファイバ融着器により、これら４本のうちの２本の端面をコア調芯して融着接続し、他の２本の端面をもコア調芯して融着接続した。また、光ファイバ構造体の外側に引き出ている分離未融着部における４本の端面それぞれを平面に研磨し、放電加熱を用いる光ファイバ融着器により、これら４本のうちの２本の端面をコア調芯して融着接続した。各々の接続損失は０.１ｄＢ以下であった。このように接続することにより、光ファイバ構造体を構成する光ファイバは一繋がりとなり、その結果、光ファイバのコアからの出力は、光ファイバ構造体の外側から引き出される分離未融着部の２箇所の端面から出射に限定された。このときの光学装置は光増幅器として用いられる。

さらに、この外側の分離未融着部における未接続の２本のコアのうちの何れか一方の端面に反射率９９.９％（＠波長１１００±５ｎｍ）の誘電体多層膜反射ミラーを突き当て接続することで、レーザ出力を一方向に限定した。このとき、出力光を取り出す側の端面は、フレネル反射のおよそ４％の反射率を有していた。このときの光学装置はレーザ発振器として用いられる。

次に、このディスク形状の光ファイバ構造体の上面に周方向に等間隔に２０本の励起光導入部材を光学的に接続した。各々の励起光導入部材は、合成石英ガラスからなる略平板形状のものであり、断面形状が０.４５ｍｍ×２.５ｍｍの矩形であり、長さが８０ｍｍであり、励起光を全反射させて光ファイバに導入するための傾斜面と下面との角度が４度であった。このとき、励起光導入部材と光ファイバとの接着には、光ファイバのクラッド間の接続に用いたものと同じ光学樹脂を用いた。

各励起光導入部材に対応して設けられる励起光源として、エミッタ列が４層になったＬＤスタックを用いた。各エミッタから出射された励起光（波長９７７ｎｍ）を、２個のコリメータによりファスト軸およびスロー軸の双方について略平行光とし、集光レンズにより励起光導入部材の垂直研磨端面に入射した。励起光導入部材へ投入された励起光は、ディスク形状とされた光ファイバへ導入された。

励起光源としての各々のＬＤスタックから出力される励起光（連続光）のパワーは平均で１６０Ｗであった。したがって、光ファイバ構造体へは合計３２００Ｗの励起光が投入された。結果として、レーザ発振器としての光学装置から略２６００Ｗの出力レーザ光が得られた。また、ビーム品質を測定したところ、Ｍ２は略１.４６であり、実施例１の場合と同程度であった。

（実施例６）
実施例６の光ファイバ構造体および光学装置は、上述した第２実施形態に相当するものである。実施例６でも、上述の実施例１と同様にして、２本のコアを有する光ファイバを作製した。

この光ファイバの融着部を、図７に示されるように、並列された２本のコアの当該並列面に対して垂直な方向に積層するように冷却部材の周囲に密に巻いてシリンダ形状とした。ここで用いた冷却部材は、金属製であって、直径が１３０ｍｍであり、高さが１５０ｍｍであり、内部を水冷できる構造を有していた。また、この冷却部材の側面に、屈折率１.３４のフッ素樹脂を平均厚さ約５μｍに塗布し、このフッ素樹脂の上に光ファイバの融着部を巻いた。巻かれたシリンダ形状の光ファイバ構造体の幅は３０ｍｍであった。また、この巻かれた状態において隣接するクラッド間は、耐熱性の光学樹脂により接続した。

次に、シリンダ形状の光ファイバ構造体の一方の側に引き出ている分離未融着部における２本の端面それぞれを平面に研磨し、放電加熱を用いる光ファイバ融着器により、これら２本の端面をコア調芯して融着接続した。この接続損失は０.１ｄＢ以下であった。このように接続することにより、光ファイバ構造体を構成する光ファイバは一繋がりとなり、その結果、光ファイバのコアからの出力は、光ファイバ構造体の他方の側から引き出される分離未融着部の２箇所の端面から出射に限定された。このときの光学装置は光増幅器として用いられる。

さらに、この他方の側の分離未融着部の２本の端面を内側と同様に平面に研磨し、何れか一方の端面に反射率９９.９％（＠波長１１００±５ｎｍ）の誘電体多層膜反射ミラーを突き当て接続することで、レーザ出力を一方向に限定した。このとき、出力光を取り出す側の端面は、フレネル反射のおよそ４％の反射率を有していた。このときの光学装置はレーザ発振器として用いられる。

次に、図８に示されるように、このシリンダ形状の光ファイバ構造体の側面に周方向に等間隔に６本の励起光導入部材を光学的に接続した。各々の励起光導入部材は、合成石英ガラスからなる略平板形状のものであり、断面形状が０.２２ｍｍ×２.５ｍｍの矩形であり、長さが１５０ｍｍであり、励起光を全反射させて光ファイバに導入するための傾斜面と下面との角度が３度であった。このとき、励起光導入部材と光ファイバとの接着には、光ファイバのクラッド間の接続に用いたものと同じ光学樹脂を用いた。

各励起光導入部材に対応して設けられる励起光源として、エミッタ列が２層になったＬＤスタックを用いた。各々のＬＤスタックから出力される励起光（連続光）のパワーは平均で３０Ｗであった。したがって、光ファイバ構造体へは合計１８０Ｗの励起光が投入された。結果として、レーザ発振器としての光学装置から略１４０Ｗの出力レーザ光が得られた。また、ビーム品質を測定したところ、Ｍ２は略１.２１であった。

第１実施形態に係る光ファイバ構造体１０の平面図および断面図である。 第１実施形態に係る光ファイバ構造体１０において用いられる光ファイバ１１の斜視図および断面図である。 光ファイバ１１の製造に用いられる光ファイバ母材１１Ａの平面図および断面図である。 第１実施形態に係る光ファイバ構造体１０を含む光学装置１の平面図である。 励起光導入部材１３，光学系１４および励起光源１５の平面図および側面図である。 光ファイバ１１，励起光導入部材１３，光学系１４および励起光源１５の側面図である。 第２実施形態に係る光ファイバ構造体２０の斜視図および断面図である、 第２実施形態に係る光ファイバ構造体２０を含む光学装置２の平面図である。 第３実施形態に係る光ファイバ構造体３０の斜視図および断面図である、 第４実施形態に係る光学装置４の構成図である。

符号の説明

１〜４…光学装置、１０…光ファイバ構造体、１１…光ファイバ、１２…反射部材、１３…励起光導入部材、１４…光学系、１５…励起光源、２０…光ファイバ構造体、２１…光ファイバ、２２…反射部材、２３…励起光導入部材、２４…光学系、２５…励起光源、２９…冷却部材、３０…光ファイバ構造体、３１…光ファイバ、３２…反射部材、４０_１〜４０_３…光ファイバ構造体、４２…反射部材。

Claims (4)

1. レーザ活性物質を含有する複数本のコアが中央部において共通のクラッド内に所定面上に並列されている一方で両端部において個々に分離されている光ファイバを備え、
   前記光ファイバの前記中央部の少なくとも一部が巻回されて前記所定面に対して垂直な方向に積層されており、
   前記光ファイバの前記両端部において個々に分離された各コアの端面が光学的に結合されて、前記複数本のコアが一繋がりとなって１本の光路を形成している、
   ことを特徴とする光ファイバ構造体。
   
2. 前記光ファイバの各コアに含有されたレーザ活性物質から放出される光を反射する反射部材を前記光路の一方の端面に備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ構造体。
3. 前記光ファイバの各コアに含有されたレーザ活性物質を励起する励起光を、前記光ファイバの前記中央部のうち積層された部分において前記光ファイバ内に導入する励起光導入部材を更に備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ構造体。
4. 請求項３記載の光ファイバ構造体と、この光ファイバ構造体に含まれる光ファイバに導入されるべき励起光を出力する励起光源と、を備えることを特徴とする光学装置。
   

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