JP6151131B2

JP6151131B2 - 光ファイバの接続方法、及び、これに用いる光ファイバ接続装置

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Publication number: JP6151131B2
Application number: JP2013172713A
Authority: JP
Inventors: 柏木正浩
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: JP2015041018A

Description

本発明は、基本モードの光が高次モードの光に結合することを抑制して光ファイバを接続することができる光ファイバの接続方法、及び、これに用いる光ファイバ接続装置に関する。

ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高い小さなビームスポットが得られ、更に、非接触加工が可能であることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。このようなファイバレーザ装置として、波長変換素子により、近赤外光の波長帯域を有する光を短波長側に変換することで、可視光の波長帯域を有する光を出射することが行われている。

上記の様に波長変換を行う際、波長変換される前の光に多数のモードが存在すると、効率良く波長変換を行うことができない傾向がある。このため波長変換素子に入射する光には出来るだけ基本モードの光のみが含まれて高次モードの光が含まれないことが望ましい。一方、ファイバレーザ装置の高出力化に伴い、増幅用光ファイバ等の光ファイバにシングルモードファイバよりもコアの直径が大きいマルチモードファイバを用いて、パワーのより大きな光を伝搬させたいという要望がある。このような場合であっても、高次モードの光が低減されたビーム品質の良い光を出射させたいという要望がある。

従って、ファイバレーザ装置では、光を増幅する増幅用光ファイバに上記の様に基本モードの光を伝搬し高次モードの光の伝搬が抑制された大きなコア径を有する光ファイバが用いられることが好ましい。また、増幅用光ファイバで増幅された光をデリバリファイバで伝搬する場合には、デリバリファイバにも基本モードの光を伝搬し高次モードの光の伝搬が抑制された大きなコア径を有する光ファイバが用いられることが好ましい。この場合、増幅用光ファイバとデリバリファイバとの接続点で基本モードの光が高次モードの光に結合しないように、増幅用光ファイバとデリバリファイバとが接続されることが好ましい。

下記特許文献１には、ダブルクラッド構造を有する増幅用光ファイバと光導波素子を接続する方法が記載されている。この方法では、光導波素子のコアから増幅用光ファイバのコアに検査光を入射し、増幅用光ファイバのコアから出射する光強度を検出することで、増幅用光ファイバのコアの軸と光導波素子のコアの軸とを合わせている。

特開２００９−１９８９５３号公報

上記特許文献１の様にコア同士の軸合わせをする場合、増幅用光ファイバから出射する光のモードを検出することができない。従って、接続されるそれぞれの光ファイバに高次モードの光を伝搬させたくない場合であっても、上記特許文献１の方法を用いる場合、接続点において基本モードの光が高次モードの光に結合しているか否かを検出することができない。

そこで、本発明は、基本モードの光が高次モードの光に結合することを抑制して光ファイバを接続することができる光ファイバの接続方法、及び、これに用いる光ファイバ接続装置を提供することを目的とする。

上記課題と解決するため、本発明は、基本モードの光を伝搬する第１光ファイバの一端と前記基本モードの光を伝搬する第２光ファイバの一端とを接続する光ファイバの接続方法であって、前記第１光ファイバの一端と前記第２光ファイバの一端とを対向させる対向ステップと、前記第１光ファイバの他端側から前記第１光ファイバに前記基本モードの光を入射する入射ステップと、前記第２光ファイバからの前記基本モードの光を伝搬し、前記第２光ファイバと軸ずれされた状態で前記第２光ファイバの他端に接続されるシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルを測定する測定ステップと、前記パワースペクトルに表れるリップルが小さくなるように前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを調芯する調芯ステップと、を備えることを特徴とするものである。

第１光ファイバと第２光ファイバとを接続すると、それぞれの光ファイバの接続部で基本モードの光が高次モードの光に結合する場合がある。しかし、一般にマルチモードファイバから出射する基本モードの光の電界分布と高次モードの光の電界分布とを乗算して面積分すると値が０になる。従って、マルチモードファイバに基本モードの光を入射し、当該基本モードの光が高次モードの光に結合する場合に、マルチモードファイバからの出射光のパワーを測定しても、基本モードの光が高次モードの光に結合しているか否かを検出することができない。

そこで本発明者は、マルチモードファイバに基本モードの光と高次モードの光とが伝搬する場合、これらのモードの光をシングルモードファイバに入射させることで、これらのモードの光がシングルモードファイバの基本モードの光にカップリングさせることができることに着目した。そして、第２光ファイバと軸ずれさせた状態で接続されたシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルを測定する場合、第２光ファイバに伝搬する高次モードの光により当該パワースペクトルにリップルが表れることを本発明者は見出した。具体的には、第２光ファイバから出射してシングルモードファイバで基本モードの光にカップリングする高次モードの光が多くなるとパワースペクトルに表れるリップルが大きくなり、当該高次モードの光が少なくなるとパワースペクトルに表れるリップルが小さくなる。そこで、パワースペクトルに表れるリップルが小さくなるように調芯することにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続点で基本モードの光が高次モードの光に結合することを抑制することができるのである。

なお、本明細書において「軸ずれ」とは、第２光ファイバを伝搬する奇モードの光がシングルモードファイバに結合し得る、両ファイバの端面の相対的な位置関係を意味し、例えば、円形コアの中心が完全に一致していない場合や、両ファイバの光軸が平行でない場合の位置関係を挙げることができる。

或いは本発明は、基本モードの光を伝搬する第１光ファイバの一端と前記基本モードの光を伝搬する第２光ファイバの一端とを接続する光ファイバの接続方法であって、前記第１光ファイバの一端と前記第２光ファイバの一端とを対向させる対向ステップと、前記第１光ファイバの他端側から前記第１光ファイバに前記基本モードの光を入射する入射ステップと、前記第２光ファイバにおける前記基本モードの光のモードフィールド径と異なるモードフィールド径で前記第２光ファイバからの前記基本モードの光を伝搬し、前記第２光ファイバの他端に接続されるシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルを測定する測定ステップと、前記パワースペクトルに表れるリップルが小さくなるように前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを調芯する調芯ステップと、を備えることを特徴とするものである。

このような光ファイバの接続方法によれば、シングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルを測定する場合、第２光ファイバに伝搬する少なくとも偶モードの高次モードの光によりパワースペクトルにリップルが表れることを本発明者は見出した。そこで、パワースペクトルに表れるリップルが小さくなるように調芯することで、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続点で基本モードの光が少なくとも偶モードの高次モードの光に結合することを抑制することができる。なお、本光ファイバの接続方法において、シングルモードファイバを第２光ファイバと軸ずれさせた状態で接続すれば、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続点で基本モードの光が偶モード、奇モードの高次モードの光に結合することを抑制して、第１光ファイバと第２光ファイバとを接続することができる。

また本発明は、基本モードの光を伝搬する第１光ファイバの一端と前記基本モードの光を伝搬する第２光ファイバの一端との接続に用いる光ファイバ接続装置であって、前記第１光ファイバの一端と前記第２光ファイバの一端とが対向された状態で、前記第１光ファイバの他端側から前記第１光ファイバに前記基本モードの光を入射するモニタ光用光源と、前記第２光ファイバからの前記基本モードの光を伝搬し、前記第２光ファイバと軸ずれされた状態で前記第２光ファイバの他端に接続されるシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルに表れるリップルの大きさを測定する測定部と、を備えることを特徴とするものである。

このような光ファイバ接続装置によれば、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続点において基本モードの光が高次モードの光に結合する場合に、シングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルに表れるリップルの大きさを知ることができる。従って、この測定されたリップルの大きさを用いて、リップルが小さくなるように第１光ファイバと第２光ファイバとを調芯することができる。このため、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続点で基本モードの光が高次モードの光に結合することを抑制することができる。

また、本発明は、基本モードの光を伝搬する第１光ファイバの一端と前記基本モードの光を伝搬する第２光ファイバの一端との接続に用いる光ファイバ接続装置であって、前記第１光ファイバの一端と前記第２光ファイバの一端とが対向された状態で、前記第１光ファイバの他端側から前記第１光ファイバに前記基本モードの光を入射するモニタ光用光源と、前記第２光ファイバにおける前記基本モードの光のモードフィールド径と異なるモードフィールド径で前記第２光ファイバからの前記基本モードの光を伝搬し、前記第２光ファイバの他端に接続されるシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルに表れるリップルの大きさを測定する測定部と、を備えることを特徴とするものである。

このような光ファイバ接続装置によれば、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続点において基本モードの光が少なくとも偶モードの高次モードの光に結合する場合に、シングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルに表れるリップルの大きさを知ることができる。従って、この測定されたリップルの大きさを用いて、リップルが小さくなるように第１光ファイバと第２光ファイバとを調芯することができる。このため、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続点で基本モードの光が少なくとも偶モードの高次モードの光に結合することを抑制することができる。なお、基本モードの光の偶モードの光への結合を抑制することに加えて奇モードの高次モードの光への結合を抑制する場合には、当該シングルモードファイバを第２光ファイバと軸ずれさせた状態で接続すれば良い。

また、上記の光ファイバ接続装置において、前記測定部で測定されるリップルの大きさが所定の大きさ以下であるか否かが判定する判定部を更に備えることが好ましい。

このように判定部が判定を行うことにより、第１光ファイバと第２光ファイバとが適切に調芯されているか否かを自動的に判定することができ、より効率的に第１光ファイバと第２光ファイバとを接続することができる。

また、前記シングルモードファイバにおける基本モードのモードフィールド径は、前記第２光ファイバにおけるモードフィールド径よりも小さいことが好ましい。

このようなシングルモードファイバを用いることにより、測定される光における波長に対するパワースペクトルに表れるリップルが大きくなる。従って、より高精度に第１光ファイバと第２光ファイバとを接続することができる。

以上説明したように、本発明によれば、基本モードの光が高次モードの光に結合することを抑制して光ファイバを接続することができる光ファイバの接続方法、及び、これに用いる光ファイバ接続装置が提供される。

本発明の実施形態に係る光ファイバの接続方法により接続された第１光ファイバと第２光ファイバとを備えるファイバレーザ装置を示す図である。図１の増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図１のデリバリファイバの長手方向に垂直な断面図である。増幅用光ファイバとデリバリファイバとの接続方法の手順を示すフローチャートである。増幅用光ファイバとデリバリファイバとの接続方法に用いる光ファイバ接続装置を示す図である。モニタ光源から増幅用光ファイバに入射する光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。増幅用光ファイバとデリバリファイバとの接続点で基本モードの光が高次モードの光に結合する場合において、測定部で測定される光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。増幅用光ファイバとデリバリファイバとの接続点で基本モードの光が高次モードの光に結合しない場合において、測定部で測定される光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。リップルの振幅と、接続点で結合される高次モードの光の割合との関係を示すテーブルである。本発明の第２実施形態に係る光ファイバの接続方法において、増幅用光ファイバとデリバリファイバとが接続される様子を示す図である。

以下、本発明に係る光ファイバの接続方法、及び、これに用いる光ファイバの接続構造の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバの接続方法により接続された第１光ファイバと第２光ファイバとを備えるファイバレーザ装置を示す図である。図１に示すように、ファイバレーザ装置１００は、第１光ファイバである増幅用光ファイバ１０と、増幅用光ファイバ１０に接続点ＣＰで接続されて増幅用光ファイバ１０からの光を伝搬する第２光ファイバであるデリバリファイバ２０と、種光を出射する種光源４０と、励起光を出射する励起光源５０と、種光源４０及び励起光源５０と増幅用光ファイバ１０とを接続するコンバイナ６０と、を主な構成として備える。

種光源４０は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。種光源４０から出射する種光は、特に制限されるものではないが、例えば、後述のように増幅用光ファイバの１０のコアにイッテルビウムが添加される場合、波長が１０７０ｎｍのレーザ光とされる。また、種光源４０は、コア、及び、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドを有する種光用ファイバ４５に接続されており、種光源４０から出射する種光は、種光用ファイバ４５のコアを伝搬する。種光用ファイバ４５としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられ、この場合、種光は種光用ファイバ４５をシングルモード光として伝搬する。

励起光源５０は、複数のレーザダイオード５１から構成され、上述のように増幅用光ファイバの１０のコアにイッテルビウムが添加される場合、例えば、波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源５０のそれぞれのレーザダイオード５１は、励起光用ファイバ５５に接続されており、レーザダイオード５１から出射する励起光は、励起光用ファイバ５５を伝搬する。励起光用ファイバ５５としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は励起光用ファイバ５５をマルチモード光として伝搬する。

コンバイナ６０は、種光用ファイバ４５及びそれぞれの励起光用ファイバ５５と、増幅用光ファイバ１０とを接続している。具体的には、コンバイナ６０において、種光用ファイバ４５のコアが、増幅用光ファイバ１０の後述するコアに接続されている。またコンバイナ６０において、それぞれの励起光用ファイバ５５のコアが、増幅用光ファイバ１０の後述する内側クラッドに接続されている。

図２は、増幅用光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の外周面を隙間なく囲む内側クラッド１２と、内側クラッド１２を被覆する外側クラッド１３と、外側クラッド１３を被覆する被覆層１４とから構成される。また、本実施形態では増幅用光ファイバ１０の断面において、コア１１の外形は円形とされ、内側クラッド１２の外形は非円形とされている。また、外側クラッド１３の外形及び被覆層１４外形はそれぞれ円形とされている。なお、本実施形態では内側クラッド１２の断面における外形は７角形とされている。

また、内側クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低く、外側クラッド１３の屈折率は内側クラッド１２の屈折率よりもさらに低くされている。このような、コア１１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、励起光源５０から出射される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、内側クラッド１２を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、外側クラッド１３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられ、被覆層１４を構成する材料としては、例えば、外側クラッド１３を構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。

また、増幅用光ファイバ１０のコア１１は、マルチモードの光が入射する場合にはマルチモードの光が伝搬するような直径（例えば１８μｍ）とされるが、基本モード（ＬＰ０１モード）の光のみが入射する場合には入射した光がシングルモード伝搬するよう構成されている。また、コア１１は、添加される活性元素がコア１１の径方向に偏在した濃度で添加され、高次モードの光の増幅が抑制される構成とされても良い。

図３は、図１のデリバリファイバ２０の長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図である。図３に示すように、デリバリファイバ２０は、コア２１と、コア２１を被覆するクラッド２２と、クラッド２２を被覆する被覆層２４とから構成される。また、デリバリファイバ２０の断面において、コア２１、クラッド２２、被覆層２４の外形は、全て円形とされている。

デリバリファイバ２０は増幅用光ファイバ１０を伝搬する基本モードの光を基本モードの光で伝搬できる構成とされる。本実施形態では、コア２１の直径及び屈折率は、増幅用光ファイバ１０のコア１１の直径及び屈折率と同じとされている。また、クラッド２２の屈折率は増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２と同じとされ、クラッド２２の外径は例えば内側クラッド１２の断面積とクラッド２２の断面積とが同じになる大きさとされている。コア２１を構成する材料は活性元素が非添加である点を除きコア１１を構成する材料と同様とされ、クラッド２２を構成する材料は内側クラッド１２を構成する材料と同様とされる。また、被覆層２４を構成する材料は、被覆層１４を構成する材料と同様とされる。

このような構成のファイバレーザ装置１００では、種光源４０から出射する種光が種光用ファイバ４５を伝搬して、コンバイナ６０を介して、増幅用光ファイバ１０のコア１１に入射する。この種光の波長は、上述のように例えば１０７０ｎｍとされる。また、励起光源５０からは、増幅用光ファイバ１０のコア１１に添加されている活性元素を励起する励起光が出射する励起光が励起光用ファイバ５５を伝搬して、コンバイナ６０を介して、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２に入射する。励起光の波長は、上述のように例えば９１５ｎｍの波長とされる。増幅用光ファイバ１０のコア１１に入射した種光はコア１１を伝搬し、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２に入射した励起光は内側クラッド１２を主に伝搬する。励起光はコア１１を通過する際にコア１１に添加されている活性元素を励起する。そして励起とされた活性元素が種光により誘導放出を起こして種光が増幅する。このとき、上記増幅用光ファイバ１０の説明のように、コア１１に種光が基本モードのみで入射して、種光が増幅用光ファイバ１０をシングルモード伝搬したり、増幅用光ファイバ１０で高次モードの光の増幅が抑制されている場合には、増幅用光ファイバ１０から主に基本モードの光が出射される。増幅用光ファイバ１０から出射する光はデリバリファイバ２０のコア２１に入射して、デリバリファイバ２０を伝搬して、デリバリファイバ２０から出射する。

このとき増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とが適切に接続されている場合には、増幅用光ファイバ１０から出射する基本モードの光が接続点ＣＰにおいて高次モードの光に結合することが抑制される。この場合、増幅用光ファイバ１０からビーム品質の良い光（基本モードの光に対し高次モードの光が抑制された光）が出射されれば、デリバリファイバ２０からもビーム品質の良い光が出射する。従って、接続点ＣＰで基本モードの光が高次モードの光に結合されないように増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とが接続されることが好ましい。

次に、増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０との接続方法、及び、接続装置について説明する。

図４は、増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０との接続方法の手順を示すフローチャートである。図４に示すように、増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０との接続方法は、対向ステップＳ１と、入射ステップＳ２と、測定ステップＳ３と、調芯ステップＳ４と、融着ステップＳ５とを備える。

また、図５は、上記増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０との接続方法に用いる光ファイバ接続装置（以下、接続装置と呼ぶ）を示す図である。図５に示すように接続装置２００は、モニタ光源１と、測定部２と、判定部３と、メモリ５と、出力部６とを備えている。

（対向ステップＳ１）
まず、図２に示す増幅用光ファイバ１０及び図３に示すデリバリファイバ２０を準備する。次に、準備した増幅用光ファイバ１０の外側クラッド１３及び被覆層１４を一端側から所定の長さ剥離して、内側クラッド１２を露出させる。同様に、デリバリファイバ２０の被覆層２４を一端側から所定の長さ剥離して、クラッド２２を露出させる。なお、図２では、増幅用光ファイバ１０の被覆層１４及びデリバリファイバ２０の被覆層２４が省略されている。

また、デリバリファイバ２０の他端にシングルモードファイバ３０の一端を接続する。このとき本実施形態では、デリバリファイバ２０とシングルモードファイバ３０とが軸ずれされた状態で、それぞれの光ファイバを接続する。シングルモードファイバ３０は、コア３１と、コア３１の外周面と隙間なく囲むクラッド３２とを有し、デリバリファイバ２０から出射する基本モードの光を基本モードで伝搬できる構成とされる。また、本実施形態では、シングルモードファイバ３０は、シングルモードファイバ３０を伝搬する基本モードの光のモードフィールド径（ＭＦＤ）が、デリバリファイバ２０を伝搬する基本モードの光のモードフィールド径よりも小さくなるよう構成されている。

次に、接続装置２００に増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とをセットして、内側クラッド１２が露出した増幅用光ファイバ１０の一端とクラッド２２が露出したデリバリファイバ２０の一端とが接した状態で対向させる。こうして、増幅用光ファイバ１０の一端とデリバリファイバ２０の一端とが対向した状態となる。なお、特に図示しないが接続装置２００には、増幅用光ファイバ１０を保持する保持機構とデリバリファイバ２０を保持する保持機構が備えられている。

（入射ステップＳ２）
次に、モニタ光源１からモニタ光を出射して、この光を増幅用光ファイバ１０の他端側からコア１１に入射する。モニタ光源１は、例えば、レーザダイオードにシングルモードファイバが光学的に結合された構成とされる。モニタ光源１から出射するモニタ光は、基本モードの光から成り、当該基本モードの光がコア１１に入射する場合に増幅用光ファイバ１０をシングルモードで伝搬する光とされる。このモニタ光の波長帯域は、後述するリップルについての極大点と極小点とが少なくとも１つ表れるような帯域とされる。

図６は、モニタ光源１から増幅用光ファイバ１０に入射する光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。図６に示すように本実施形態では、少なくとも波長が１０５０ｎｍから１１００ｎｍまでの波長帯域を有するモニタ光が増幅用光ファイバ１０に入射する。

増幅用光ファイバ１０に入射して伝搬するモニタ光は、増幅用光ファイバ１０のコア１１からデリバリファイバ２０のコア２１に入射してコア２１を伝搬する。そして、デリバリファイバ２０のコア２１から出射するモニタ光の一部は、シングルモードファイバ３０のコア３１に入射してコア３１を伝搬する。

シングルモードファイバ３０ではデリバリファイバ２０を伝搬する基本モードの光と高次モードの光とが基本モードの光にカップリングして同じ電界分布とされて伝搬する。

（測定ステップＳ３）
次にシングルモードファイバ３０から出射する光を測定する。シングルモードファイバ３０から出射する光は測定部２で受光される。測定部２は、光を受光して、受光した光の波長に対するパワースペクトルを出力するスペクトルアナライザーから構成されている。従って、測定部２からは、シングルモードファイバ３０から出射する光の波長に対するパワースペクトルを示す信号が出力される。

図７は、増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０との接続点ＣＰで基本モードの光が高次モードの光に結合する場合において、測定部２で測定される光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。つまり、図７では、接続点ＣＰで基本モードの光の一部が高次モードの光に結合した際に、シングルモードファイバ３０から出射され測定部２で測定される光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。図７に示すように、測定部２で測定される光の波長に対するパワースペクトルは、デリバリファイバ２０を伝搬する基本モードの光と高次モードの光のモード間干渉により、リップルが表れた状態となる。

なお、本実施形態では上記の様にシングルモードファイバ３０がデリバリファイバ２０と軸ずれされた状態で接続されているため、偶モード及び奇モードの高次モードの光の双方の影響が測定部２で測定される。

図８は、増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０との接続点ＣＰで基本モードの光の高次モードの光への結合が抑制され、主に基本モードの光がデリバリファイバ２０を伝搬する場合において、測定部２で測定される光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。図８に示すように、測定部２で測定される光の波長に対するパワースペクトルは、図７に示すパワースペクトルと比べてリップルが抑制された状態となる。

（調芯ステップＳ４）
測定部２からは、パワースペクトルを示す信号として、測定されるシングルモードファイバ３０から出射する光のパワーを示す信号が、波長ごとに時分割されて出力される。測定部２から出力される信号は、判定部３に入力する。判定部３では、シングルモードファイバ３０から出射する光のパワーを示す信号から、極大点及び極小点を割り出して、割り出された極大点及び極小点に係る情報からリップルの振幅を計算する。図７に示すように極大点及び極小点が複数ある場合には、計算したそれぞれのリップルの振幅の平均をとり、当該平均をリップルの振幅とすることが好ましい。

メモリ５には、シングルモードファイバ３０から出射する光のパワースペクトルに表れるリップルの振幅と、接続点ＣＰで結合される高次モードの割合との関係が記憶されている。図９は、上記のリップルの振幅と、接続点ＣＰで結合される高次モードの割合との関係を示すテーブルである。図９に示すように、例えば、接続点ＣＰで発生する高次モードの光の割合が１％である場合にリップルの振幅は１．２３ｄＢとされる。そこで判定部３は、このテーブルの情報を用いて、例えば高次モードの光の割合が１％以下と設定されている場合には、リップルの振幅が１．２３ｄＢ以下であるかを判定する。この場合、判定部３は、リップルの振幅幅が１．２３ｄＢ以下であればリップルの振幅が所定値以下である旨の信号を出力し、リップルの振幅幅が１．２３ｄＢより大きければリップルの振幅幅が所定値より大きい旨の信号を出力する。

なお、本実施形態では、上記の様にシングルモードファイバ３０を伝搬する基本モードのモードフィールド径が、デリバリファイバ２０を伝搬する基本モードの光のモードフィールド径よりも小さくなるようにされている。このようなモードフィールド径とされることで、高次モードの光がデリバリファイバ２０を伝搬するとリップルが大きく生じ易い傾向がある。このためデリバリファイバ２０を伝搬する高次モードの光をより感度良く検出することができる。

判定部３から出力された信号は出力部６に入力する。出力部は例えば表示装置により構成され、出力部６から出力された信号に基づいた表示を行う。

次に、増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０との調芯を行う。具体的には、接続点ＣＰで基本モードの光が高次モードの光に出来るだけ結合しないようにそれぞれの光ファイバの調芯を行う。このような調芯を行うには、測定部２で測定される光の波長に対するパワースペクトルに表れるリップルの大きさが小さくなるようにして調芯すればよい。すなわち測定されるパワースペクトルが図７のパワースペクトルよりも図８のパワースペクトルとなるように調芯する。このような調芯を上記の計算結果を用いて行うには、判定部３で計算されたリップルの大きさが所定の大きさよりも小さくなるように調芯すればよい。例えば、高次モードの光の割合が１％以下と設定されている場合には、リップルの振幅が１．２３ｄＢ以下となるように調芯すればよい。この際、上記の様に判定部３からの対比結果が出力部６に出力される場合には、出力部に表れる結果に基づいて調芯を行えば良い。

こうして増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とが調芯される。

（融着ステップＳ５）
次に増幅用光ファイバ１０の一端とデリバリファイバ２０の一端とを融着する。融着は、例えば接続点ＣＰにアーク放電を施すことにより行えば良い。

こうして増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とが接続される。

以上、本実施形態による光ファイバの接続方法によれば、デリバリファイバ２０から出射する光をシングルモードファイバ３０に入射して、シングルモードファイバ３０から出射する光を測定する。そして、測定された光の波長に対するパワースペクトルから、接続点ＣＰでの基本モードの光の高次モードの光への結合を検知することができる。一方、接続点ＣＰで基本モードの光の一部が高次モードの光に結合する場合であっても、光のエネルギー自体は変化しないため、デリバリファイバ２０から出射する光をパワーメータで直接測定しても基本モードの光の高次モードの光への結合を検知することはできない。このように本実施形態によれば、接続点ＣＰで基本モードの光の高次モードの光への結合を抑制して増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とを接続することができる。

また、本実施形態では、シングルモードファイバ３０がデリバリファイバ２０と軸ずれされた状態で接続されており、偶モードの高次モードの光、及び奇モードの高次モードの光の双方の影響が測定部２で測定される。従って、本実施形態の光ファイバの接続方法や光ファイバ接続装置によれば、基本モードの光が偶モード、奇モードのそれぞれの高次モードの光に結合することを抑制して増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とを接続することができる。

また、上記の様に判定部３でリップルの大きさが所定の大きさ以下であるか否かが判定されることにより、増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とが適切に調芯されているか否かを自動的に判定することができ、より効率的に増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とを接続することができる。

なお、本実施形態では、シングルモードファイバ３０を伝搬する基本モードの光のモードフィールド径が、デリバリファイバ２０を伝搬する基本モードの光のモードフィールド径よりも小さくされていなくても良い。例えば、シングルモードファイバを伝搬する基本モードのモードフィールド径と、デリバリファイバ２０を伝搬する基本モードの光のモードフィールド径とが同じ大きさであっても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る光ファイバの接続方法において、増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とが接続される様子を示す図である。ただし、本図では、図５で示す光ファイバ接続装置２００は省略している。図１０に示すように、本実施形態の光ファイバの接続方法では、シングルモードファイバ３０がデリバリファイバ２０と軸ずれされない状態で接続される点において第１実施形態と異なる。この場合、シングルモードファイバ３０は、シングルモードファイバ３０を伝搬する基本モードのモードフィールド径がデリバリファイバ２０を伝搬する基本モードの光のモードフィールド径よりも小さくなる光ファイバを用いる。つまり、第１実施形態の様に、シングルモードファイバ３０を伝搬する基本モードのモードフィールド径とデリバリファイバ２０を伝搬する基本モードの光のモードフィールド径とが同じ大きさとなる光ファイバを用いることができない。

このようなシングルモードファイバを用いて、第１実施形態と同様にして、対向ステップＳ１〜融着ステップＳ５を行う。

本実施形態の光ファイバの接続方法によれば、接続点ＣＰにおいて基本モードの光が偶モードの高次モードの光に結合する場合に、測定部２で測定される光に当該高次モードの影響が含まれる。従って、基本モードの光の偶モードの高次モードの光への励振のみを抑制したい場合には、本実施形態の様に増幅用光ファイバ１０とデリバリファイバ２０とを接続すれば良い。

以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態においては、第１光ファイバとして増幅用光ファイバ１０を例にして、第２光ファイバとしてデリバリファイバ２０を例にして説明をしたが、本発明の第１光ファイバ、第２光ファイバは他の光ファイバであっても良い。また、第１光ファイバが増幅用光ファイバであったとしても内側クラッド１２の外形が非円形でなくても良い。

また、第２光ファイバ（上記実施形態ではデリバリファイバ２０）へのシングルモードファイバ３０の接続は、入射ステップＳ２までに行えばよく、そのタイミングは適宜変えることができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。

（実施例１）
互いに同じ構成の２本のマルチモードファイバを準備した。これらマルチモードファイバは、コアの直径が１８μｍであり、Ｖ値が３．５であり、クラッドの外径が１２５μｍであり、波長が１０７０ｎｍの光をＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードで伝搬する。更に、シングルモードファイバを準備した。このシングルモードファイバは、コアの直径が８μｍであり、Ｖ値が２であり、クラッドの外径が１２５μｍであり、上記波長の光をシングルモードで伝搬する。

次にマルチモードファイバの一方を第２光ファイバとして、シングルモードファイバと第２光ファイバとを６μｍ軸ずれさせて接続した。そして、他方のマルチモードファイバを第１光ファイバとして、第１光ファイバの一端と第２光ファイバの一端（シングルモードファイバが接続されていない側）とを対向させた。

次に図６に示すような波長に対するパワースペクトルを有するモニタ光を第１光ファイバの他端から入射して、シングルモードファイバから出射する光をスペクトルアナライザーで測定した。この時、スペクトルアナライザーに表れる波長に対するパワースペクトルは図７の状態であった。

次にスペクトルアナライザーに表れる波長に対するパワースペクトルが図６に示すパワースペクトルに近づくように第１光ファイバ、第２光ファイバを調芯した。調芯後にスペクトルアナライザーに表れる波長に対するパワースペクトルは図８の状態であった。

その後、第１光ファイバと第２光ファイバとを融着した。

（比較例１）
実施例１と同様の第１光ファイバと第２光ファイバとシングルモードファイバを準備した。そして、実施例１と同様にシングルモードファイバを第２光ファイバに接続した。次に実施例１と同様にして、第１光ファイバの一端と第２光ファイバの一端とを対向させた。次に、第１実施例と同様にして、モニタ光を第１光ファイバに入射して、シングルモードファイバから出射する光をスペクトルアナライザーで測定した。この時、スペクトルアナライザーに表れる波長に対するパワースペクトルは図７の状態であった。その後、この状態で融着した。

次に実施例１で接続された第１、第２光ファイバからシングルモードファイバを切り離し、第１光ファイバ側からＬＰ０１モードの光を入射して、第２光ファイバから出射する出射光を観察した。この観察は、ビーム品質測定器により行った。

次に比較例１で接続された第１、第２光ファイバからシングルモードファイバを切り離し、第１光ファイバ側からＬＰ０１モードの光を入射して、第２光ファイバから出射する出射光を観察した。この観察は、上記実施例１の観察と同様に行った。

その結果、実施例１で接続された光ファイバでは、接続点における基本モードの光の高次モードの光への結合が殆ど観察されず、比較例１で接続された光ファイバでは、接続点において基本モードの光が高次モードの光に結合されていることが観察された。

以上より、本発明の光ファイバの接続方法や光ファイバの接続装置を用いることで、基本モードの光が高次モードの光に結合することを抑制して光ファイバを接続することができることが確認できた。

本発明によれば、本発明によれば、基本モードの光が高次モードの光に結合することを抑制して光ファイバを接続することができる光ファイバの接続方法、及び、光ファイバ接続装置が提供され、ファイバレーザ装置等に適用可能である。

１・・・モニタ光源
２・・・測定部
３・・・判定部
５・・・メモリ
６・・・出力部
１０・・・増幅用光ファイバ（第１光ファイバ）
２０・・・デリバリファイバ（第２光ファイバ）
３０・・・シングルモードファイバ
４０・・・種光源
５０・・・励起光源
６０・・・コンバイナ
１００・・・ファイバレーザ装置
２００・・・光ファイバ接続装置
Ｓ１・・・対向ステップ
Ｓ２・・・入射ステップ
Ｓ３・・・測定ステップ
Ｓ４・・・調芯ステップ
Ｓ５・・・融着ステップ

Claims

基本モードの光を伝搬する第１光ファイバの一端と前記基本モードの光を伝搬する第２光ファイバの一端とを接続する光ファイバの接続方法であって、
前記第１光ファイバの一端と前記第２光ファイバの一端とを対向させる対向ステップと、
前記第１光ファイバの他端側から前記第１光ファイバに前記基本モードの光を入射する入射ステップと、
前記第２光ファイバからの前記基本モードの光を伝搬し、前記第２光ファイバと軸ずれされた状態で前記第２光ファイバの他端に接続されるシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルを測定する測定ステップと、
前記パワースペクトルに表れるリップルが小さくなるように前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを調芯する調芯ステップと、
を備える
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
基本モードの光を伝搬する第１光ファイバの一端と前記基本モードの光を伝搬する第２光ファイバの一端とを接続する光ファイバの接続方法であって、
前記第１光ファイバの一端と前記第２光ファイバの一端とを対向させる対向ステップと、
前記第１光ファイバの他端側から前記第１光ファイバに前記基本モードの光を入射する入射ステップと、
前記第２光ファイバにおける前記基本モードの光のモードフィールド径と異なるモードフィールド径で前記第２光ファイバからの前記基本モードの光を伝搬し、前記第２光ファイバの他端に接続されるシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルを測定する測定ステップと、
前記パワースペクトルに表れるリップルが小さくなるように前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを調芯する調芯ステップと、
を備える
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
前記シングルモードファイバにおける基本モードのモードフィールド径は、前記第２光ファイバにおけるモードフィールド径よりも小さい
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の接続方法。
基本モードの光を伝搬する第１光ファイバの一端と前記基本モードの光を伝搬する第２光ファイバの一端との接続に用いる光ファイバ接続装置であって、
前記第１光ファイバの一端と前記第２光ファイバの一端とが対向された状態で、前記第１光ファイバの他端側から前記第１光ファイバに前記基本モードの光を入射するモニタ光用光源と、
前記第２光ファイバからの前記基本モードの光を伝搬し、前記第２光ファイバと軸ずれされた状態で前記第２光ファイバの他端に接続されるシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルに表れるリップルの大きさを測定する測定部と、
を備える
ことを特徴とする光ファイバ接続装置。
基本モードの光を伝搬する第１光ファイバの一端と前記基本モードの光を伝搬する第２光ファイバの一端との接続に用いる光ファイバ接続装置であって、
前記第１光ファイバの一端と前記第２光ファイバの一端とが対向された状態で、前記第１光ファイバの他端側から前記第１光ファイバに前記基本モードの光を入射するモニタ光用光源と、
前記第２光ファイバにおける前記基本モードの光のモードフィールド径と異なるモードフィールド径で前記第２光ファイバからの前記基本モードの光を伝搬し、前記第２光ファイバの他端に接続されるシングルモードファイバから出射する光の波長に対するパワースペクトルに表れるリップルの大きさを測定する測定部と、
を備える
ことを特徴とする光ファイバ接続装置。
前記シングルモードファイバにおける基本モードのモードフィールド径は、前記第２光ファイバにおけるモードフィールド径よりも小さい
ことを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバ接続装置。
前記測定部で測定されるリップルの大きさが所定の大きさ以下であるか否かを判定する判定部を更に備える
ことを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバ接続装置。