JP5000178B2

JP5000178B2 - 光ポンピングデバイス、光増幅器、ファイバレーザ

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Publication number: JP5000178B2
Application number: JP2006104056A
Authority: JP
Inventors: 庄二谷川; 弘範田中; 学齋藤; 哲弥酒井; 和大北林
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-04-05
Also published as: JP2007165822A

Description

本発明は、光増幅技術に関し、特に、信号光とそれを増幅するための励起光との結合技術に関し、効率の良い結合構造を有する光ポンピングデバイスと、これを用いた光増幅器とファイバレーザに関する。

従来、光ポンピング用の光ファイバの一端側（入射側）に、信号光伝送用光ファイバ及び複数本の励起光伝送用光ファイバを接続するための構造として、例えば、特許文献１，２に開示されたデバイスが提案されている。

図２は、特許文献１に開示された光ファイバデバイスを示す図であり、この光ファイバデバイス１は、励起光結合用のマルチモードファイバ（以下、ＭＭＦと記す。）２を複数本束ね、そのファイバ束３の先端部に、クラッドポンピングファイバ４の断面領域まで断面積を減じた断面積減少部５を形成し、その先端とクラッドポンピングファイバ４の一端とを結合部６において結合した構造になっている。

図３は、特許文献２に開示された増幅装置を示す図であり、図３（ａ）に示す増幅装置１０Ａは、信号光伝送用光ファイバ１１及び複数本の励起光伝送用光ファイバ１２のそれぞれの先端部を第１のフェルール１３に挿入、固定すると共に、増幅用光ファイバ１４の一端部を第２のフェルール１５に挿入、固定し、第１のフェルール１３の先端面と第２のフェルール１５の先端面とを、屈折率分布型レンズ１６を挟んで結合させた構造になっている。また図３（ｂ）に示す増幅装置１０Ｂは、第１のフェルール１３の先端面と第２のフェルール１５の先端面とを突き合わせて結合した構造になっている。
特許第３４１５４４９号公報特許第３３５３７５５号公報

しかしながら、前述した従来技術には、次のような問題があった。
特許文献１に開示された従来技術では、複数本のＭＭＦを束ね、断面積を減少させる工程において、各ＭＭＦ間に存在する空隙を埋めようとする力が働き、最外周に配置されたＭＭＦの断面形状が変形し易く、このＭＭＦの変形によってクラッドポンピングファイバとの結合における結合効率の低下をまねく問題がある。また、この問題に関連し、励起ポート数を増加させるにつれて断面形状の変形率が大きくなり、結合効率が低下するため、拡張性に乏しく、よりハイパワーのポンピング要求に対応することが難しいという問題がある。

ＭＭＦの変形は、前述の通り、空隙を埋めようとするカによって起こる。
通常、単にファイバを束ねた場合、図５のように、最密充填構造に配置をすることになる（ここでは中心に１本の信号ポートファイバ４８とその周囲に６本のＭＭＦを束ねたものを例に説明する）。これを火炎溶融等により一体化し、さらに延伸等を行って径を縮減していくのであるが、この際に、ガラスが融けるために表面張力、即ち空隙を埋めようとするカが働く。その結果、一体化された部分の断面形状は元の形状に比べて、より円に近い形状となる。この変形の結果、各ファイバの導光部の形状は歪んでしまう（図６に断面の一例の模式図を示す）。

一般に、導光径を縮減する場合、その入り口側の径Ｄ_inと開口数ＮＡ_inおよび出口側の径Ｄ_outと開口数ＮＡ_outの関係は、以下の式Ａで表せる。

Ｄ_in×ＮＡ_in＝Ｄ_out×ＮＡ_out ・・・（式Ａ）

本例のように、延伸後の断面形状が歪になると、式Ａ中のＤ_outはそのもっとも小さな径、即ち例えば断面形状が楕円であった場合(例示)の短径となり、出射光のＮＡ_outは大きくなってしまう。

その結果、出力側につなぐ希土類添加ファイバの開口数ＮＡが決まっている場合、そのＮＡを超えてしまい、結果として希土類添加ファイバとの接続損失が非常に大きくなるという問題が起きる。

また、上記のような変形を考えると、ファイバ束はなるべく最密充填構造である必要がある。従って、図５や図７に示すような、７本、１９本を束ねた形状以外のものは変形が大きく、実用上問題がある。また、１９本の場合においても、変形量が大きく、多くの場合に使用することが難しかったり、製造が難しいという問題を抱えている。

また、この変形の問題で例え最密充填構造の配置であっても、３７本以上は本構造を適用できず、大出力を得るにはポート数が不足するという問題があった。

さらには、励起ポートファイバ（ＭＭＦ）４９が１０本しか必要のない場合においても、上記最密充填構造の条件により、１８本の励起ポートファイバ（ＭＭＦ）４９と１本の信号ポートファイバ４８が必要となり、従って、式Ａ中のＤ_inが無駄に大きくなってしまい、その結果として、Ｄ_outやＮＡ_outに制約がかかってしまい、出力側につなぐ希土類添加ファイバとの接続時に問題となることもあった。

特許文献２に開示された従来技術では、レンズ系と光ファイバとの結合部分において空間伝播を含むため、結合部分の光ファイバ端とレンズ両端、さらに増幅用光ファイバ端に研磨と反射防止膜が必要となる。これによって製造コストが増加し、加えて、各端面に僅かな汚れや塵が存在すると、ハイパワーの光が入射した場合に光が吸収され、発熱して故障してしまう恐れがある。さらには、バンドルファイバと増幅用光ファイバとが直接的に接続されていないことから、長期の機械的信頼性に乏しく、故障し易いことが懸念される。この部分での機械的故障は、システムの特性に多大な影響を与えるだけでなく、安全面からも絶対に避けなければならないため、さらに信頼性の高い構造が必須であると言える。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、信号光と励起光を効率よく光ポンピング用のダブルクラッドファイバに結合させるための光ポンピングデバイスの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、入射ポートとなる複数本の光ファイバをまとめたマルチコアファイバと、光ポンピング用のダブルクラッドファイバとを、テーパ形状を有するダブルクラッドファイバからなるブリッジファイバを介して接続して構成され、前記マルチコアファイバが、入射ポートが立体的に整列されるように配置された複数の細孔を有する多孔キャピラリからなる整列用部材に対して、一方向から信号ポート用の光ファイバおよび複数本の励起ポート用の光ファイバが挿入され、前記整列用部材の空隙部分が収縮され、一体化されて収縮部をなし、前記収縮部の先端が前記ブリッジファイバの一端に接続された構造を有することを特徴とする光ポンピングデバイスを提供する。

本発明の光ポンピングデバイスにおいて、前記多孔キャピラリの中心に信号ポート挿入用の孔が設けられ、前記信号ポート挿入用の孔の周囲に、前記信号ポート挿入用の孔を中心として点対称な図形または前記信号ポート挿入用の孔を通る直線を軸として線対称な図形を形成するように、励起ポート挿入用の孔が設けられたことが好ましい。

本発明の光ポンピングデバイスにおいて、前記励起ポート挿入用の孔は、前記信号ポート挿入用の孔に隣接して１層目が設けられ、前記信号ポート挿入用の孔から離れて２層目が設けられたことが好ましい。

本発明の光ポンピングデバイスにおいて、前記多孔キャピラリが石英ガラスからなることが好ましい。

本発明の光ポンピングデバイスにおいて、前記多孔キャピラリの穴数は８個以上であることが好ましく、さらに前記多孔キャピラリの穴が最密充填構造に配置されていないことが好ましい。

本発明の光ポンピングデバイスにおいて、全ての接続点が融着接続されていることが好ましい。

また本発明は、前述した本発明に係る光ポンピングデバイスと、その入射ポートに結合された励起光源とを有することを特徴とする光増幅器を提供する。

また本発明は、前述した本発明に係る光ポンピングデバイスと、その入射ポートに結合された励起光源とを有することを特徴とするファイバレーザを提供する。

本発明の光ポンピングデバイスは、入射ポートとなる複数本の光ファイバをまとめたマルチコアファイバと、光ポンピング用のダブルクラッドファイバとを、テーパ形状を有するダブルクラッドファイバからなるブリッジファイバを介して接続したものなので、光ファイバの立体的整列が容易になり、入射ポートを変形させずに接続できるため、信号光と励起光を効率よく光ポンピング用のダブルクラッドファイバに結合させることができる。
また、複数の入射ポートを変形させずに接続できるため、入射ポート数の増加が容易である。
また、光路全体が機械的に結合されているため、長期の機械的信頼性に優れており、光学特性の経時変化が少なく、長期間安定した光ポンピング特性が得られる。

また、ブリッジファイバのプロファイルを最適化することで、設計の自由度が増す。

本構造を用いれば、従来の構造では不可能、もしくは実施が著しく困難である、以下のような光ポンピングデバイスが実現できる。
（１）励起光の変形が小さく、開口数ＮＡの拡がりを抑制でき、効率的に励起光を希土類添加ファイバに導光できる光ポンピングデバイス。
（２）１９個以上の励起ポートを持った、大出力でも使用可能な光ポンピングデバイス。
（３）最密充填構造の配置ではない、例えば９個や１０個、１２個等の励起ポートを持ち、入射側の径が従来の構造に比べ小さく、効率的に励起光を希土類添加ファイバに導光できる光ポンピングデバイス。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る光ポンピングデバイスの一実施形態を示す図であり、図１（ａ）は光ポンピングデバイス２０の側面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’部断面図である。本実施形態の光ポンピングデバイス２０は、入射ポートとして、信号光用光ファイバの先端部である信号ポート２１及び励起光用光ファイバの先端部である複数本の励起ポート２２を多孔キャピラリ２３に挿入して空隙部分を収縮させて形成されたマルチコアファイバ２４と、光ポンピング用の希土類添加コアを有するダブルクラッドファイバ２５とを、テーパ部２６を有するダブルクラッドファイバからなるブリッジファイバ２７を介して接続して構成されている。

前記マルチコアファイバ２４は、入射ポート（信号ポート２１及び複数本の励起ポート２２）が立体的に整列されるように配置された多数の細孔を有する石英ガラス製の多孔キャピラリ２３に信号ポート２１と複数本の励起ポート２２を挿入し、その一部を加熱することによって空隙部分を収縮させ、一体化した収縮部２８を形成した構造になっている。
図１（ｂ）の例示において、円筒状をなす多孔キャピラリ２３には、ポート挿入用の細孔が１９本密集した状態で形成されている。そして、この多孔キャピラリ２３の細孔には、中心に信号ポート２１を挿入し、その周囲に１層目が６本、２層目が１２本の計１８本の励起ポート２２を挿入し、収縮部２８において多孔キャピラリ２３と各入射ポートとが一体化された構造になっている。なお、図示していないが、各励起ポート２２の他端側は、レーザダイオード（ＬＤ）などの励起光源の出射端に接続され、該励起光源からの特定波長の励起光をこの光ポンピングデバイス２０に向けて伝播できるようになっている。

前記ブリッジファイバ２７は、マルチコアファイバ２４を伝播した光を光ポンピング用のダブルクラッドファイバ２５に効率よく伝播できればよく、例えば、マルチコアファイバ２４の先端面と同等の外径を有するダブルクラッドファイバなどが用いられる。このブリッジファイバ２７に形成されたテーパ部２６は、ブリッジファイバ２７の一端側を加熱延伸してファイバ外径を漸次縮小することによって形成される。テーパ部２６の端面外径は、これと接続するダブルクラッドファイバ２５の外径と等しくすることが望ましい。

マルチコアファイバ２４とブリッジファイバ２７との接続点２９、ブリッジファイバ２７とダブルクラッドファイバ２５との接続点３０は、長期の機械的信頼性を確保するため、それぞれ融着接続により接続している。これにより、接続部に反射防止膜等が不要になり、製造工数低減を図れるとともに、ハイパワー光に対する耐性を向上させることができる。さらに、経時変化の少ない安定した光学特性が得られる。各接続点２９，３０の融着接続に用いる熱源としては、アーク放電、ＣＯ_２レーザ、酸水素炎等が挙げられる。

本実施形態の光ポンピングデバイス２０は、マルチコアファイバ２４の複数の励起ポート２２を通して励起光をブリッジファイバ２７を介してダブルクラッドファイバ２５に入射し、このダブルクラッドファイバ２５のコアに添加された希土類元素イオンを励起させておき、信号ポート２１から信号光が入射されるとダブルクラッドファイバ２５において光ポンピングが起こり、ダブルクラッドファイバ２５の図示しない他端（出射端）側から増幅された光が出射される。この光ポンピングデバイス２０は、光増幅器（ファイバアンプ）やファイバレーザなどに適用でき、特に、多数本の励起ポート２２からの励起光を効率よく光ポンピング用のダブルクラッドファイバ２５に入射することができるので、高倍率の光増幅が可能な光増幅器や高パワーファイバレーザを提供することができる。

本実施形態の光ポンピングデバイス２０は、入射ポート（信号ポート２１及び複数本の励起ポート２２）の先端部を多孔キャピラリ２３によってまとめたマルチコアファイバ２４と、光ポンピング用のダブルクラッドファイバ２５とを、テーパ部２６を有するブリッジファイバ２７を介して接続したものなので、各入射ポートの立体的整列が容易になり、入射ポートを変形させずに接続できるため、信号光と励起光を効率よく光ポンピング用のダブルクラッドファイバ２５に結合させることができる。

本実施形態では、入射ポート（信号ポート２１及び複数本の励起ポート２２）を容易に一体化するために、多孔キャピラリ２３を使用し、それぞれのポートを多孔キャピラリ２３の個別に開いた細孔に挿入した後、端部付近を加熱し、多孔キャピラリ２３の細孔と各入射ポート間に存在する空隙の分だけ収縮させて一体化してマルチコアファイバ２４を形成した。これにより、複数本の光ファイバを立体的に整列させることが容易になった。さらに、各入射ポートが細孔に挿入されていることから、収縮時に略均一な力が働くため、入射ポート、特に励起ポート２２の外形を変形させずに接続できるので、励起ポート２２の結合効率が改善され、スロープ効率を向上させることができる。

このような多孔キャピラリ２３を用いて入射ポートを一体化する構造を採用すれば、多孔キャピラリ２３に形成する細孔の本数や配置を適宜設定することで、将来的な励起ポートの増加要求にも容易に対応でき、また収縮・一体化の際にも励起ポートの変形を抑えることができる。さらに、ブリッジファイバ２７のプロファイル、例えば、クラッド外径、コア直径、テーパ部長さ、テーパ部外径、モードフィールド径、比屈折率差などを別途最適化できることから、励起ポート２２の増加要求などにも比較的容易に対応可能である。

なお、多孔キャピラリ２３に代えて、断面円形や六角形の１つの孔を持つフェルールを使用することも可能であるが、前述したように多孔キャピラリ２３を使用することにより、収縮・一体化工程で各ポートに働く力が略均一になることから、最外周に配置されたポートの変形を防ぐことができるので、多孔キャピラリを用いることが特性上有益である。

この多孔キャピラリ２３の材質は石英ガラスであることが好ましい。通常、光ファイバは石英ガラスで構成されているため、石英ガラス製のキャピラリを使用することにより、空隙部分の収縮時や融着接続時に、線膨張係数の違いによる歪が発生せず、機械的強度を損なう懸念がない。さらに、入射ポートとして外径１２５μｍの光ファイバを使用する際に用いる多孔キャピラリ２３の細孔径は、１３０μｍ〜２００μｍ程度が望ましい。１３０μｍ未満であると、光ファイバの挿入が非常に困難になる。２００μｍを超えると空隙部分が大きくなり、収縮時に中心ポートの偏心が大きくなってしまう懸念がある。

さらに、多孔キャピラリを用いる利点を述べる。特許文献１においては、励起ポートの取りうる配置は、励起ポート光ファイバの最密充填構造しか取り得ない。そのため、励起ポート数が６個以内の場合には励起光を効率よくクラッドポンピングファイバに注入できる。しかしながら、励起ポート数が７個を超えると、その最密充填構造が災いし、１８ポート構造と同等の構造にならざるを得ない。さらに、前述のように、１８ポート構造は励起ポートの変形が大きく、製造上の困難も伴う。

一方、本発明による光ポンピングデバイス２０は、多孔キャピラリを用いたマルチコアファイバを採用し、その多孔構造を適切に設計することにより、いかなるポート数の励起構造でも実現することができる。図４に、本発明に係る８個以上の穴をもつ多孔キャピラリを用いたマルチコアファイバの励起ポート配置構造を例示する。図４中、符号４０Ａ〜４０Ｅはマルチコアファイバ、４１Ａ〜４１Ｅは多孔キャピラリ、４２は信号ポート、４３は信号ポートコア、４４は信号ポートクラッド、４５は励起ポート、４６は励起ポートコア、４７は励起ポートクラッドである。また、図４の例示において、信号ポート４２にはシングルモード光ファイバが用いられ、励起ポート４５にはＭＭＦが用いられている。

図４（ａ）に示すマルチコアファイバ４０Ａは、最密充填構造を持った１９穴の多孔キャピラリ４１Ａを用い、中央の穴に信号ポート４２が挿入され、その周囲の１層目６個と２層目１２個の合計１８個の穴に励起ポート４５が挿入された励起ポート配置構造を有している。

図４（ｂ）に示すマルチコアファイバ４０Ｂは、中央に１個、その周囲に少し離れて８個の穴が設けられた９穴の多孔キャピラリ４１Ｂを用い、中央の穴に信号ポート４２が挿入され、その周囲の８個の穴に励起ポート４５が挿入された励起ポート配置構造を有している。

図４（ｃ）に示すマルチコアファイバ４０Ｃは、中央に１個、その周囲に隣接して１層目４個、中央からやや離れて２層目４個の穴が設けられた９穴の多孔キャピラリ４１Ｃを用い、中央の穴に信号ポート４２が挿入され、その周囲の１，２層８個の穴に励起ポート４５が挿入された励起ポート配置構造を有している。

図４（ｄ）に示すマルチコアファイバ４０Ｄは、中央に１個、その周囲に隣接して１層目３個、その外周に２層目６個の穴が設けられた１０穴の多孔キャピラリ４１Ｄを用い、中央の穴に信号ポート４２が挿入され、その周囲の１，２層９個の穴に励起ポート４５が挿入された励起ポート配置構造を有している。

図４（ｅ）に示すマルチコアファイバ４０Ｅは、中央に１個、その周囲に隣接して１層目６個、その外周に２層目６個の穴が設けられた１３穴の多孔キャピラリ４１Ｅを用い、中央の穴に信号ポート４２が挿入され、その周囲の１，２層１２個の穴に励起ポート４５が挿入された励起ポート配置構造を有している。

以下の手順により、図１に示す構造の光ポンピングデバイスを作製した。

１９心挿入用の多孔キャピラリの中心に、信号ポート用光ファイバとしてモードフィールド径（以下、ＭＦＤと記す。）が約６μｍ（波長１．５５μｍ）、外径が１２５μｍ、比屈折率差Δが１％のシングルモード光ファイバを使用し、その周囲に励起ポート用光ファイバとしてコア径が１１０μｍ、外径が１２５μｍのＭＭＦを１８本使用した。多孔キャピラリの外径は約１．２ｍｍで細孔径は１５０μｍとした。

口出しした前記各光ファイバを多孔キャピラリの孔に挿入し、平板に突き当てて端面を形成した。端面形成後に空隙部分の気圧を下げるため、真空ポンプで吸引しながら加熱し、外径が７２５μｍのマルチコアファイバを作製した。

ＭＦＤが６μｍ、外径７２５μｍのブリッジファイバとマルチコアファイバとを融着接続し、ブリッジファイバのもう一方を延伸して、テーパ部を形成した。このテーパ部先端の外径は４００μｍとした。その後、この先端と、ＭＦＤ２０μｍ、外径４００μｍの光ポンピング用ダブルクラッドファイバの一端とを融着接続した。

励起ポートの結合効率は、ＮＡのマッチングのみを考慮し、信号ポートはブリッジファイバを外径７２５μｍでＭＦＤが６μｍ、外径４００μｍに延伸した際にＭＦＤが２０μｍとなるように設計した。

得られた光ポンピングデバイスの各励起ポートから励起光を入射し、各接続点の接続損失を測定した。その結果、マルチコアファイバ−ブリッジファイバ間の接続損失は０．６ｄＢ、ブリッジファイバ−ダブルクラッドファイバ間の接続損失は０．３ｄＢであり、各ポートからの光を低い損失で効率よく光ポンピング用ダブルクラッドファイバに入射できることが実証された。
ＮＡが0.15であるＭＭＦを用いた時、出口側のＮＡは0.30であり、式Ａから得られる理論上の出射ＮＡである0.27と比較し、大きな差はなかった。

（比較例１）
次に、比較例として、特許文献１のデバイスを作製した。ファイバは、上記実施例１と同じファイバを使用した。このとき、特許文献１記載のＭＦＤのマッチングを考慮し、縮減した径は300μmとした。出口側のＮＡは0.38であり、式Ａから得られる理論上の出射ＮＡである0.29と比較して、非常に大きく、結果として励起光の結合損失は１２ｄＢと大きかった。

以下の手順により、図４（ｂ）に示す構造の光ポンピングデバイスを作製した。

９心挿入用の多孔キャピラリの中心に、信号ポート用光ファイバとして、ＭＦＤが約6μm(波長1.06μm)、外径125μm、比屈折率差が0.45％のシングルモードファイバを用い、その周囲に、励起用ファイバとして、コア径が110μm、外径が125μmのＭＭＦを８本使用した。多孔キャピラリの外径は440μm、細孔径は135μmでとした。

口出しした前記各光ファイバを多孔キャピラリの孔に挿入し、火炎でファイバとキャピラリを溶融一体化してマルチコアファイバを作製した。その後一体化部を切断し、端面を形成した。

本マルチコアファイバと、ＭＦＤが約5μm(波長1.06μm)、外径425μmのプリッジファイバとを融着接続し、ブリッジファイバを溶融延伸してテーパ部を形成した。このテーパ部の先端の外径は265μmとした。その後、この先端と、ＭＦＤが20μm、インナークラッド径300μm、外径350μmの光ポンピング用ダブルクラッドファイバの一端とを融着接続し、光ポンピングデバイスを作製した。

この時、被接続ファイバである光ポンピング用ダブルクラッドファイバのインナークラッド部におけるＮＡとのマッチングを考慮し、テーパ部の先端の外径265μmの時に光ポンピング用ダブルクラッドファイバのＮＡO.43よりも小さくなるように設計し、励起光の結合効率を高める工夫を行っている。実際に試作したデバイスでは、出射ＮＡは0.35であった。また、信号光に関しては、同じくテーパ部の先端の外径265μmの時にＭＦＤが20μmに略一致するように設計し、ＭＦＤミスマッチによる結合効率の低下を避ける工夫を施した。実際に試作したデバイスでは、テーパ部先端のＭＦＤは約15μmであった。

得られたデバイスの励起光の結合効率はデバイス全体で０．２ｄＢ、信号光の結合効率は０．８ｄＢであった。

（比較例２）
実施例２と同様の目的で比較例１のデバイスを用いることを考える。特許文献１の構造であると、例え励起ポートが８ポートしか使わない場合であっても、最密充填構造の配置が必要という制限から、１８ポート構造で作製する必要がある。その結果として、入射側の束の外径が大きくなり(約650μm)、結果として同じ光ポンピング用ダブルクラッドファイバに接続することを想定するとデバイスのテーパ部の縮減率を大きくする必要がある。
そのため、ＮＡ_outが0.60となり、励起光の結合効率が４．８ｄＢと大きいものしか作製できなかった。

以下の手順により、図８に示す構造の光ポンピングデバイスを作製した。図８の構造は、図４（ｂ）と同様の構造ながら、励起ポート４５が１個多く設計されている。この励起ポート数、配置の自由度が本構造の利点である。

１０心挿入用の多孔キャピラリの中心に、信号ポート用光ファイバとして、ＭＦＤが約4μm（波長1.06μm）、外径125μm、比屈折率差が１％のシングルモードファイバを用い、その周囲に、励起用ファイバとして、コア径が110μm、外径が125μmのＭＭＦを９本使用した。多孔キャピラリの外径は730μm、細孔径は135μmとした。

口出しした前記各光ファイバを多孔キャピラリの孔に挿入し、真空ポンプで吸引しつつＣＯ_２レーザでファイバとキャピラリを溶融一体化してマルチコアファイバを作製した。その後一体化部を切断し、端面を形成した。

本マルチコアファイバと、ＭＦＤが約5.5μm（波長1.06μm）、外径680μmのブリッジファイバとを融着接続し、ブリッジファイバを溶融延伸してテーパ部を形成した。このテーパ部の先端の外径は360μmとした。その後、この先端と、ＭＦＤが18μm、インナークラッド径400μm、外径430μmの光ポンピング用ダプルクラッドファイバの一端とを融着接続し、光ポンピングデバイスを作製した。

この時、被接続ファイバである光ポンピング用ダブルクラッドファイバのインナークラッド部におけるＮＡとのマッチングを考慮し、テーパ部の先端の外径360μmの時に光ポンピング用ダブルクラッドファイバのＮＡO.41よりも小さくなるように設計し、励起光の結合効率を高める工夫を行っている。実際に試作したデバイスでは、出射ＮＡは0.32であった。また、信号光に関しては、同じくテーパ部の先端の外径360μmの時にＭＦＤが18μmに略一致するように設計し、ＭＦＤミスマッチによる結合効率の低下を避ける工夫を施した。実際に試作したデバイスでは、テーパ部先端のＭＦＤは約14μmであった。

得られたデバイスの励起光の結合効率はデバイス全体で０．３ｄＢ、信号光の結合効率は１．３ｄＢであった。

（比較例３）
実施例３と同様の目的で比較例１のデバイスを用いることを考える。特許文献１の構造であると、例え励起ポートが９ポートしか使わない場合であっても、最密充填構造の配置が必要という制限から、１８ポート構造で作製する必要がある。
その結果として、入射側の束の外径が大きくなり(約650μm)、また、励起ポートの変形が大きいため、ＮＡ_outが0.46となってしまい、励起光の結合効率が１．８ｄＢと大きいものしか作製できなかった。

同様に図９に示す構造の３０個の励起ポートを持つ光ポンピングデバイスを作製した。使用ファイバや作製方法は実施例２と同様である。ただし、ブリッジファイバの外径は880μmのものを用意した。
得られたデバイスの励起光の結合効率はデバイス全体で０．６ｄＢ、信号光の結合効率は２．６ｄＢであった。

（比較例４）
特許文献１の方法で、実施例４と同様の目的で特許文献１のデバイスを用いることを考える。特許文献１の構造であると、例え励起ポートが３０ポートしか使わない場合であっても、最密充填構造の配置が必要という制限から、３６ポート構造で作製する必要がある。実際に試作したところ、励起ポートの変形が大きく、励起光の結合効率が５．６ｄＢ信号光の結合効率は１１ｄＢとなり、実用に耐えなかった。

本発明の光ポンピングデバイスの一実施形態を示し、（ａ）は光ポンピングデバイスの側面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’部断面図である。従来のデバイスの一例を示す側面図である。従来のデバイスの他の例を示す側面図である。本発明のマルチコアファイバのファイバ配置例を例示する断面図である。従来構造の入射側断面模式図である。従来構造の出射側断面模式図である。従来構造の入射側断面模式図である。本発明のマルチコアファイバのファイバ配置例を例示する断面図である。本発明のマルチコアファイバのファイバ配置例を例示する断面図である。

符号の説明

２０…光ポンピングデバイス、２１…信号ポート、２２…励起ポート、２３…多孔キャピラリ、２４…マルチコアファイバ、２５…ダブルクラッドファイバ、２６…テーパ部、２７…ブリッジファイバ、２８…収縮部、２９，３０…接続点、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ，４０Ｇ…マルチコアファイバ、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ，４１Ｆ，４１Ｇ…多孔キャピラリ、４２…信号ポート、４３…信号ポートコア、４４…信号ポートクラッド、４５…励起ポート、４６…励起ポートコア、４７…励起ポートクラッド、４８…信号ポートファイバ、４９…励起ポートファイバ。

Claims

入射ポートとなる複数本の光ファイバをまとめたマルチコアファイバと、光ポンピング用のダブルクラッドファイバとを、テーパ形状を有するダブルクラッドファイバからなるブリッジファイバを介して接続して構成され、
前記マルチコアファイバが、入射ポートが立体的に整列されるように配置された複数の細孔を有する多孔キャピラリからなる整列用部材に対して、一方向から信号ポート用の光ファイバおよび複数本の励起ポート用の光ファイバが挿入され、前記整列用部材の空隙部分が収縮され、一体化されて収縮部をなし、前記収縮部の先端が前記ブリッジファイバの一端に接続された構造を有することを特徴とする光ポンピングデバイス。
前記多孔キャピラリの中心に信号ポート挿入用の孔が設けられ、前記信号ポート挿入用の孔の周囲に、前記信号ポート挿入用の孔を中心として点対称な図形または前記信号ポート挿入用の孔を通る直線を軸として線対称な図形を形成するように、励起ポート挿入用の孔が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光ポンピングデバイス。
前記励起ポート挿入用の孔は、前記信号ポート挿入用の孔に隣接して１層目が設けられ、前記信号ポート挿入用の孔から離れて２層目が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ポンピングデバイス。
前記多孔キャピラリが石英ガラスからなることを特徴とする請求項３に記載の光ポンピングデバイス。
前記多孔キャピラリの穴数が８個以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の光ポンピングデバイス。
前記多孔キャピラリの穴が最密充填構造に配置されていないことを特徴とする請求項５に記載の光ポンピングデバイス。
全ての接続点が融着接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光ポンピングデバイス。
請求項１〜７のいずれかに記載の光ポンピングデバイスと、その入射ポートに結合された励起光源とを有することを特徴とする光増幅器。
請求項１〜７のいずれかに記載の光ポンピングデバイスと、その入射ポートに結合された励起光源とを有することを特徴とするファイバレーザ。