JP6298533B2 - ビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法及びビーム結合型光ファイバー - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバーレーザ伝送及び拡大技術分野に係り、具体的に言うと、一種の高効率なビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法及び光ファイバーに係る。
ファイバーレーザは本質的に低品質なポンプ レーザをより高品質なレーザに変換して出力することである。応用分野が絶えず拡張しているので、光ファイバーレーザ装置出力パワーに対するニーズも絶えず高まっている。現在、高出力光ファイバーレーザ装置及び光ファイバー拡大器は主に二層クラッド添加光ファイバーを採用している。但し、半導体ポンプレーザー装置により発されるマルチモードポンプ光束の発散角と比べて、二層クラッド添加光ファイバーの内部クラッドの直径が小さい為、ポンプ光をどのように二層クラッド光ファイバーの内部クラッドに高効率にカップリングさせることは、高出力光ファイバーレーザ出力を取得する為のコア技術である。
ポンプカップリング技術は現在、端面ポンプカップリング技術と側面ポンプカップリング技術に大まかに分けることができる。端面ポンプカップリング技術は、二層クラッド光ファイバーの一つ又は二つの端面から、ポンプ光を二層クラッド光ファイバーの内部クラッドにカップリングさせることである。側面ポンプカップリング技術は、二層クラッド光ファイバーの側面から、ポンプ光を内部クラッドにカップリングさせることである。この技術において、光ファイバー両端が占用されていないので、ポンプ光の光ファイバーにおける分布が一層均一になり、これで、信号光の入力と出力、光ファイバー溶接と信号測定等の操作の便宜を図る。
典型的な側面ポンプ技術は、Ｖ型溝法、反射鏡埋め込み法、角度研削・研磨法、回折格子ポンプカップリング及びGTWave技術等。GTWave技術は、アクティブとパッシブ光ファイバー・プリフォームを組み合わせて引き抜くビーム結合型レーザ光ファイバーの独特な構造を利用し、光ファイバー軸方向コンポーネントに沿ってポンプ光を利得光ファイバーラインにカップリングさせる。光ファイバー外径が小さい又は開口数が低い状況の下でも、パッシブ光ファイバーの中のマルチモードポンプ光をアクティブ光ファイバーに高効率にカップリングさせることができる。それに加えて、断続的なパッシブ光ファイバーの剥離を通じてポンプ光注入を行い、光ファイバー損傷・形状変化無しの状況の下で、光ファイバー長さ沿いマルチポイントの部分分けポンプを実現し、入射パワー集中による熱負荷超過の難題を避け、取得利得光ファイバーの安定的な高出力レーザ出力を取得できる。
添付図1で示すものは、ビーム結合光ファイバーの構造図であり、石英成分を含有する利得光ファイバーa1及び少なくとも一本のポンプ光ファイバーa2を並列に設置し、それに加えて、接触の部分で物理的に融合し、利得光ファイバーa1及びポンプ光ファイバーa2の外層を包むものは、低屈折率塗装a3であり、最も外側の層は、a4保護塗装である。その中で、利得光ファイバーa1の光ファイバ心線a11に希土類元素が混ぜ入れられていて、ポンプ光が光ファイバ心線a11を通り抜ける時に、希土類元素レーザエネルギー準位の「粒子数逆転」を引き起こし、それに加えて、利得光ファイバークラッドを共振キャビティとしてレーザ振動出力を形成する。
ポンプ光を、ビーム結合型レーザ光ファイバーから剥離したポンプ光ファイバーa2端において注入し、これで、ポンプ光が、ポンプ光ファイバーa2と利得光ファイバーa1との接続箇所を通して利得光ファイバーa1にカップリングするようにし、ポンプのカップリング効率を大きく向上し、それに加えて、一般的な側面ポンプ方式における点接触による局所熱管理難題を避けることができる。
既存のビーム結合光ファイバーと類似する構造の光ファイバー製造プロセスは、主に低速ビーム結合線引き法を採用し、即ち、利得光ファイバープリフォーム及び少なくとも一つのポンプ光ファイバープリフォームを採用し、これらのプリフォームを一定の配列方式で光ファイバー線引き塔に固定し、一定の引っ張り速度及び張力でこの光ファイバープリフォームのビームを同時に伸ばすことである。その引っ張り速度及び張力強度は、二本の隣の光ファイバーを互いに接触させ、それに加えて、光量を隣の光ファイバーに貫通させる筈である。
現在、一本の光ファイバーの引き抜き技術が非常に成熟したが、複数の光ファイバーの同時引き抜きに多くの難点がある。例えば、複数の光ファイバープリフォームの組み合わせ線引きのプロセスにおいて、各本のプリフォームが受ける線引き張力、温度、及び相応な光ファイバーが受ける塗装圧力が異なり、有効に制御・調節し難い。それに加えて、現在のプリフォーム組み合わせ線引き方法において、複数のカラム状プリフォームの組み合わせ後線引きを採用し、その上、光ファイバーが有効に融合することを保証する為に、低速と高張力の条件を採用し、光ファイバープリフォームを互いに融合・結合させる可能性があるので、引き抜く光ファイバー石英部分が皆互いに融合・結合し、必要に応じて剥離を行うことができず、長さ方向におけるマルチポイントのポンプ光注入を実現できない。
一方、ビーム結合型レーザ光ファイバーは、実際使用において、光ファイバー長さ方向に沿ってマルチポイントを選んでポンプ光ファイバーの剥離を行うことによって、利得光ファイバー長さ方向に沿うマルチポイントのポンプを実現する必要がある。この場合、ポンプ光ファイバーが利得光ファイバーと緊密に接触（又は融合）すると同時に、これと同時にポンプ光ファイバーの剥離可能性を実現できる。これは、ビーム結合型レーザ光ファイバー応用性能を実現する鍵である。
既存の技術に存在している欠陥問題に対して、本発明は、一種の高効率なビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法及び光ファイバーを提供し、製作プロセスにおいてプリフォームの組み合わせ難度が明らかに低減した。その上、プロセス再現性が高い。取得したビーム結合型レーザ光ファイバーの構造が安定で、設置区域のポンプ光ファイバーの剥離可能性を実現でき、ビーム結合型レーザ光ファイバー長さ方向に沿うマルチポイントのポンプ光注入の実現に役立つ。
上記の目的を達成するために、本発明は、一種の高効率なビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法を提供した。下記の手順を含む。S1：利得光ファイバー及びポンプ光ファイバープリフォームの側面にそれぞれ一つの基準平面を設置し、利得光ファイバープリフォームの基準平面を内向きに加工し、複数のフランジを、各フランジの両側の平面を加工面として、突出させ、それに加えて、ポンプ光ファイバープリフォームの基準平面において内向きに複数の溝を、前記フランジが前記溝にはまるように設置すること。S2：利得光ファイバープリフォームのフランジをポンプ光ファイバープリフォームの溝にはめ込み、二者を組み合わせた後、全体の一端を先細りして固定し、ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを形成すること。S3：線引きを通じて、前記ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームをビーム結合型レーザ光ファイバーに引き抜くこと。
前記技術案の基礎の上に、前記フランジが長方形角柱であり、フランジの横断面のセンターが利得光ファイバープリフォームの軸線と同じ平面にある。
前記技術案の基礎の上に、前記溝が長方形溝であり、溝の横断面のセンターがポンプ光ファイバープリフォームの軸線と同じ平面にある。
前記技術案の基礎の上に、前記利得光ファイバープリフォームのフランジとポンプ光ファイバープリフォームの溝とではめ合いが構成され、はめ合いの寸法偏差が0.25mm未満である。
前記技術案の基礎の上に、前記利得光ファイバープリフォームの光ファイバー心線が前記フランジ外にあり、前記光ファイバー心線から前記基準平面までの距離が加工面から前記基準平面までの距離より大きい。
前記技術案の基礎の上に、前記光ファイバー心線の中軸線がポンプ光ファイバーの中軸線と同じ平面にあり、フランジの横断面のセンター、溝の横断面のセンター、及び光ファイバー心線の横断面のセンターが皆同じ直線上にある。
前記技術案の基礎の上に、前記利得光ファイバープリフォームの長さが30〜720mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジの縁長さが10〜300mmであり、隣の二つのフランジセンターの間の距離が12〜420mmである。
前記技術案の基礎の上に、前記フランジの加工面からの高さが溝の深さと同じであり、皆0.5〜35.0 mmである。それに加えて、前記フランジの幅が溝の幅と同じであり、皆1.0〜70.0mmである。その上、前記各フランジ両側の加工面幅が同じであり、各溝両側の基準平面幅が同じであり、前記加工面と基準平面の幅が皆1.0〜35.0mmである。
前記技術案の基礎の上に、前記S3において、ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを線引き設備に取り付け、1800〜2200℃の高温熔融を通じて線引きを行い、線引き速度を5〜200m/minに制御し、それに加えて、測定した利得光ファイバーとポンプ光ファイバーとの結合状況によって、20〜150g 範囲内で線引き張力を調節し、ビーム結合型レーザ光ファイバーに引き抜く。
本発明は、一種の高効率なビーム結合型レーザ光ファイバーも提供し、利得光ファイバー、ポンプ光ファイバー、低屈折率塗装及び保護塗装を含み、前記光ファイバーが光ファイバー心線を含み、前記利得光ファイバーとポンプ光ファイバーとの結合面が熔融結合部分及び緊密接触部分を含み、熔融結合部分と緊密接触部分が間隔をおいて設置され、緊密接触部分がビーム結合型レーザ光ファイバーの軸線と同じ平面にあり、熔融結合部分がある平面は、緊密接触部分がある平面の一面側にある。
本発明の有益な効果は下記の通りである。
1.利得光ファイバープリフォームの基準平面を加工してフランジを形成し、ポンプ光ファイバープリフォームの基準平面を加工して溝を形成し、皆CNC（数値制御式）工作機械で加工でき、高精度機械仕上げ加工設備を必要としない。それに加えて、形成するフランジ構造外表面及び溝内表面の仕上げ精度処理プロセス難度が低く、仕上げ精度が高く、加工効率が高く、コストが低く、時間が短く、大量生産に適すること。
1.利得光ファイバープリフォームの基準平面を加工してフランジを形成し、ポンプ光ファイバープリフォームの基準平面を加工して溝を形成し、皆CNC（数値制御式）工作機械で加工でき、高精度機械仕上げ加工設備を必要としない。それに加えて、形成するフランジ構造外表面及び溝内表面の仕上げ精度処理プロセス難度が低く、仕上げ精度が高く、加工効率が高く、コストが低く、時間が短く、大量生産に適すること。
2.利得光ファイバーの加工面が長さ方向上においてポンプ光ファイバーの基準平面とぴったりとくっつけ、両者の間に、間隔をおいて設置される緊密接触部分を形成し、剥離可能な構造を具備し、外塗装剥離の状況の下で、ポンプ光ファイバーと利得光ファイバーとの分離を実現し、多点注入の応用ニーズを満足できること。
3.利得光ファイバープリフォームフランジがポンプ光ファイバープリフォーム溝と相ぴったり合うことによって、プリフォームの組み合わせが便利になり、それに加えて、一般的な並行に配列されるプリフォーム組み合わせ方式より一層堅く、線引き中におけるプリフォーム位置の相対的な固定性を保証できること。
4.組み合わせた後、線引きプロセスにおいて、プリフォームは、ぴったり合う部分がガラス熔融状態の張力の下で十分に融合できる。一般的な方法において発生し易い問題、即ち、塗料がポンプ光ファイバーと利得光ファイバー接触面に絞り入ることによりポンプ光がカップリングして利得光ファイバーに入ることができない技術リスクを避けることができること。
5.本発明で述べたビーム結合型レーザ光ファイバーが良好な光学性能及び信頼性を具備し、優良なポンプ光カップリング性能を具備し、光ファイバー軸方向に沿うマルチポイントポンプとポンプ光との高効率なカップリングを実現でき、5m光ファイバーのカップリング効率が 80% を超えること。
次に、附図によって、本発明をさらに且つ詳細に説明する。
図2〜5で示すものは、本発明の高効率なビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法であり、下記の手順を含む。
S1：利得光ファイバープリフォーム1及びポンプ光ファイバープリフォーム2の側面にそれぞれ一つの長方形の基準平面13を設置する。基準平面13から内向きに複数の同じ長方形溝を加工し、複数のフランジ11を突出させ、それに加えて、各フランジ11の両側の平面（即ち、長方形溝の底面）を加工面3とする。前記利得光ファイバープリフォーム1の長さが30〜720mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジ11の縁長さが10〜300mmであり、隣の二つのフランジセンターの間の距離が12〜420mmである。前記フランジ11が角柱であり、フランジの横断面のセンターが利得光ファイバープリフォーム1の軸線と同じ平面にある。ポンプ光ファイバープリフォーム2の基準平面13に、同じ間隔をおいて複数の溝を加工し、前記フランジ11にぴったり合わせる溝21を形成する。前記溝21が長方形溝であり、溝の横断面のセンターがポンプ光ファイバープリフォーム2の軸線と同じ平面にある。
図2〜5で示すものは、本発明の高効率なビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法であり、下記の手順を含む。
S1：利得光ファイバープリフォーム1及びポンプ光ファイバープリフォーム2の側面にそれぞれ一つの長方形の基準平面13を設置する。基準平面13から内向きに複数の同じ長方形溝を加工し、複数のフランジ11を突出させ、それに加えて、各フランジ11の両側の平面（即ち、長方形溝の底面）を加工面3とする。前記利得光ファイバープリフォーム1の長さが30〜720mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジ11の縁長さが10〜300mmであり、隣の二つのフランジセンターの間の距離が12〜420mmである。前記フランジ11が角柱であり、フランジの横断面のセンターが利得光ファイバープリフォーム1の軸線と同じ平面にある。ポンプ光ファイバープリフォーム2の基準平面13に、同じ間隔をおいて複数の溝を加工し、前記フランジ11にぴったり合わせる溝21を形成する。前記溝21が長方形溝であり、溝の横断面のセンターがポンプ光ファイバープリフォーム2の軸線と同じ平面にある。
前記利得光ファイバープリフォーム1が光ファイバー心線12を有し、光ファイバー心線12が前記フランジ11外にあり、光ファイバー心線12から基準平面13までの距離が加工面3から基準平面13までの距離より大きい。光ファイバー心線12がポンプ光ファイバープリフォーム2の中軸線と同じ平面にあり、前記光ファイバー心線の中軸線がポンプ光ファイバー2の中軸線と同じ平面にあり、フランジの横断面のセンター、溝の横断面のセンター、及び光ファイバー心線12横断面のセンター（図で示していない）が皆同じ直線にある。
前記フランジ11の加工面3からの高さが溝21の深さと同じであり、皆0.5〜35.0 mmである。前記フランジ11の幅が溝21の幅と同じであり、皆1.0〜70.0mmである。その上、前記各フランジ11両側の加工面3幅が同じであり、各溝21両側の基準平面13幅が同じであり、前記加工面3と基準平面13の幅が皆1.0〜35.0mmである。前記利得光ファイバープリフォーム1とポンプ光ファイバープリフォーム2の加工を同時に実施することができるし、又は任意の順序で行うことができる。
S2：前記利得光ファイバープリフォーム1とポンプ光ファイバープリフォーム2を組み合わせ、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11をポンプ光ファイバープリフォーム2の溝21にはめ込み、組み合わせた後の全体の一端を熔融させて先細りし、ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを形成する。前記利得光ファイバープリフォーム1とポンプ光ファイバープリフォーム2との間に、緊密なはめ合いを形成し、はめ合い部の間の寸法偏差が0.25mm未満である。
S3：前記ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを温度自己適応性線引き設備に取り付け、1800〜2200℃の高温熔融を通じて線引きを行い、線引き速度を5〜200m/minに制御し、それに加えて、オンライン測定した利得光ファイバーとポンプ光ファイバーとの結合状況によって、20〜150g 範囲内で線引き張力を調節し、要求されるビーム結合型レーザ光ファイバーを形成する。
前記ビーム結合型レーザ光ファイバーに対して、元の利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11の基準平面13を、ポンプ光ファイバープリフォーム2の溝21内の底面と一緒に熔融させる。もう一方、元の利得光ファイバープリフォーム1の加工面3とポンプ光ファイバープリフォーム2の基準平面13は、ぴったりとくっつけるだけで、融合していない。前記ビーム結合型レーザ光ファイバーは、5m伝送を経た後、ファイバーのカップリング効率が80%を超える。側面ポンプの有効吸収係数が3dB/mより大きく、負荷出力が500Wより大きい。
図5及び図7で示すように、本発明の高効率なビーム結合型レーザ光ファイバーは、利得光ファイバーb1、ポンプ光ファイバーb2、低屈折率塗装b3と保護塗装b4を含み、前記利得光ファイバーb1が光ファイバー心線12を有し、利得光ファイバーb1とポンプ光ファイバーb2との結合面が熔融結合部分b5及び緊密接触部分b6を含有し、それに加えて、熔融結合部分b5と緊密接触部分b6が間隔をおいて設置されている。なぜかというと、高効率なビーム結合型レーザ光ファイバープリフォーム引き抜き後、元のフランジ11の基準平面13が溝21内の表面と一緒に熔融し、複数の熔融結合部分b5を形成することである。一方、元の利得光ファイバープリフォーム1の加工面3とポンプ光ファイバープリフォーム2の基準平面13は、ぴったりとくっつけ、複数の緊密接触部分b6を形成するだけである。緊密接触部分b6が前記高効率なビーム結合型レーザ光ファイバーの軸線と同じ平面にあり、即ち、緊密接触部分b6が、間隔をおいて設置される複数の小平面であり、高効率なビーム結合型レーザ光ファイバーの軸線がこれらの小平面のセンターを通りぬける。一方、すべての熔融結合部分b5が一つの平面にあり、それに加えて、その平面が複数の緊密接触部分b6がある平面の一面側にある。
したがって、高効率なビーム結合型レーザ光ファイバー内部において、周期的に間隔をおいて異なる光線構造を形成し、緊密接触部分b6が剥離可能なビーム結合型レーザ光ファイバー構造を形成し、光カップリングを実施できると同時に、分離し易い。熔融結合部分b5は、比較的大きい接触面積を有するので、高温熔融線引きプロセスにおいて、温度と張力の同時作用を受け、それに加えて、熔融後高効率なカップリングを実現でき、分離し難い。従って、高効率なビーム結合型レーザ光ファイバーは、ビーム結合型レーザ光ファイバーの高効率なカップリング及びマルチポイントのポンプ応用による光ファイバー構造特性に対する異なるニーズを実現でき、それに加えて、利得光ファイバーb1吸収特性の相応的な注入点ニーズによって、緊密カップリング構造分布設定を実施できる。
次に、具体的な実施形態によって、本発明をさらに且つ詳細に説明する。
実施形態1
図3〜図7で示すように、心線領域に希土類元素が混ぜ入れられた利得光ファイバープリフォーム1を、基準平面13から内向きに加工し、25個のフランジ11を形成し、フランジ11の高さ（加工面3から基準平面13までの距離）が1.5mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジ11の縁長さが10mmであり、隣の二つのフランジ11センターの間の距離が12mmである。石英成分を含有するポンプ光ファイバープリフォーム2を、基準平面13から内向きに加工し、それに加えて、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11の相応な位置で、加工して複数の矩形溝 21 を形成し、溝21の加工深さが1.5mmである。
実施形態1
図3〜図7で示すように、心線領域に希土類元素が混ぜ入れられた利得光ファイバープリフォーム1を、基準平面13から内向きに加工し、25個のフランジ11を形成し、フランジ11の高さ（加工面3から基準平面13までの距離）が1.5mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジ11の縁長さが10mmであり、隣の二つのフランジ11センターの間の距離が12mmである。石英成分を含有するポンプ光ファイバープリフォーム2を、基準平面13から内向きに加工し、それに加えて、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11の相応な位置で、加工して複数の矩形溝 21 を形成し、溝21の加工深さが1.5mmである。
加工後心線領域における希土類元素混ぜ入れ直径が1.7mmであり、クラッドが17.3mmである利得光ファイバープリフォーム1を、溝加工後のクラッドが17.3mmであるポンプ光ファイバープリフォーム2と組み合わせる。即ち、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11をポンプ光ファイバープリフォーム2の溝21にはめ込み、はめ合い誤差が0.15mmであり、前記フランジ11と溝21のセンターは、利得光ファイバープリフォーム1及びポンプ光ファイバープリフォーム2の軸線と同じ平面にある。組み合わせた後の全体の一端を熔融させて先細りし、図5で示すようなビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを形成する。
最後に、前記ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを線引き塔に取り付け、1950℃くらいの温度の下で線引きを行う。これと同時に、線引き張力と線引き速度を制御し、二種の光ファイバーを加工設計によって、緊密融合と接触分離可能という二種の構造形態に形成することを実現する。線引き後、光ファイバー利得光ファイバー直径が201ミクロンであり、ポンプ光ファイバー直径が199ミクロンであり、塗装直径が562ミクロンであるビーム結合型レーザ光ファイバーを形成する。当該光ファイバーのテスト中における主な指標は、表1の通りである。
実施形態2
図3〜図7で示すように、心線領域に希土類元素が混ぜ入れられた利得光ファイバープリフォーム1を、基準平面13から内向きに加工し、4個のフランジ11を形成し、フランジ11の高さ（即ち、加工面3から基準平面13までの距離）が4mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジ11の縁長さが50mmであり、隣の二つのフランジ11センターの間の距離が120mmである。石英成分を含有するポンプ光ファイバープリフォーム2を、基準平面13から内向きに加工し、それに加えて、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11の相応な位置で、加工して複数の矩形溝 21 を形成し、溝21の加工深さが4mmである。
図3〜図7で示すように、心線領域に希土類元素が混ぜ入れられた利得光ファイバープリフォーム1を、基準平面13から内向きに加工し、4個のフランジ11を形成し、フランジ11の高さ（即ち、加工面3から基準平面13までの距離）が4mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジ11の縁長さが50mmであり、隣の二つのフランジ11センターの間の距離が120mmである。石英成分を含有するポンプ光ファイバープリフォーム2を、基準平面13から内向きに加工し、それに加えて、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11の相応な位置で、加工して複数の矩形溝 21 を形成し、溝21の加工深さが4mmである。
加工後心線領域における希土類元素混ぜ入れ直径が3.6mmであり、クラッドが36mmである利得光ファイバープリフォーム1を、溝加工後のクラッドが36mmであるポンプ光ファイバープリフォーム2と組み合わせる。即ち、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11をポンプ光ファイバープリフォーム2の溝21にはめ込み、はめ合い誤差が0.15mmであり、前記フランジ11と溝21のセンターは、利得光ファイバープリフォーム1及びポンプ光ファイバープリフォーム2の軸線と同じ平面にある。組み合わせた後の全体の一端を熔融させて先細りし、図5で示すようなビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを形成する。
最後に、前記ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを線引き塔に取り付け、2000℃くらいの温度の下で線引きを行う。これと同時に、線引き張力と線引き速度を制御し、二種の光ファイバーを加工設計によって、緊密融合と接触分離可能という二種の構造形態に形成することを実現する。線引き後、光ファイバー利得光ファイバー直径が201ミクロンであり、ポンプ光ファイバー直径が200ミクロンであり、塗装直径が564ミクロンであるビーム結合型レーザ光ファイバーを形成する。当該光ファイバーのテスト中における主な指標は、表2の通りである。
実施形態3
図3〜図7で示すように、心線領域に希土類元素が混ぜ入れられた利得光ファイバープリフォーム1を、基準平面13から内向きに加工し、3個のフランジ11を形成し、フランジ11の高さ（即ち、加工面3から基準平面13までの距離）が35mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジ11の縁長さが300mmであり、隣の二つのフランジ11センターの間の距離が420mmである。石英成分を含有するポンプ光ファイバープリフォーム2を、基準平面13から内向きに加工し、それに加えて、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11の相応な位置で、加工して複数の矩形溝 21 を形成し、溝21の加工深さが35mmである。
図3〜図7で示すように、心線領域に希土類元素が混ぜ入れられた利得光ファイバープリフォーム1を、基準平面13から内向きに加工し、3個のフランジ11を形成し、フランジ11の高さ（即ち、加工面3から基準平面13までの距離）が35mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジ11の縁長さが300mmであり、隣の二つのフランジ11センターの間の距離が420mmである。石英成分を含有するポンプ光ファイバープリフォーム2を、基準平面13から内向きに加工し、それに加えて、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11の相応な位置で、加工して複数の矩形溝 21 を形成し、溝21の加工深さが35mmである。
加工後心線領域における希土類元素混ぜ入れ直径が18mmであり、クラッドが180mmである利得光ファイバープリフォーム1を、溝加工後のクラッドが180mmであるポンプ光ファイバープリフォーム2と組み合わせる。即ち、利得光ファイバープリフォーム1のフランジ11をポンプ光ファイバープリフォーム2の溝21にはめ込み、はめ合い誤差が0.25mmであり、前記フランジ11と溝21のセンターは、利得光ファイバープリフォーム1及びポンプ光ファイバープリフォーム2の軸線と同じ平面にある。組み合わせた後の全体の一端を熔融させて先細りし、図5で示すようなビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを形成する。
最後に、前記ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを線引き塔に取り付け、2100℃くらいの温度の下で線引きを行う。これと同時に、線引き張力と線引き速度を制御し、二種の光ファイバーを加工設計によって、緊密融合と接触分離可能という二種の構造形態に形成することを実現する。線引き後、光ファイバー利得光ファイバー直径が201ミクロンであり、ポンプ光ファイバー直径が201ミクロンであり、塗装直径が564ミクロンであるビーム結合型レーザ光ファイバーを形成する。当該光ファイバーのテスト中における主な指標は、表3の通りである。
前記実施形態を除いて、本発明におけるその他の実施方式を採用しても良い。本技術分野における当業者にとって、本発明原理から外れない前提の下で、いくつかの改善と潤色を行っても良い。これらの改善及び潤色も本発明の保護範囲と見なされる。本説明書に詳細に説明されていない内容は、本分野当業者の公知の既存技術に属する。
利得光ファイバーa1、光ファイバー心線a11、ポンプ光ファイバーa2、低屈折率塗層a3、保護塗層a4、利得光ファイバープリフォーム1、フランジ11、光ファイバー心線12、基準平面13、ポンプ光ファイバープリフォーム2、溝21、加工面3、利得光ファイバーb1、ポンプ光ファイバーb2、低屈折率塗装b3、保護塗装b4、熔融結合部分b5、緊密接触部分b6
Claims (9)
- 下記の手順、即ち、
S1：利得光ファイバー及びポンプ光ファイバープリフォームの側面にそれぞれ一つの基準平面を設置し、利得光ファイバープリフォームの基準平面を内向きに加工し、複数のフランジを、各フランジの両側の平面を加工面として、突出させ、それに加えて、ポンプ光ファイバープリフォームの基準平面において内向きに複数の溝を、前記フランジが前記溝にはまるように設置すること、
S2：利得光ファイバープリフォームのフランジをポンプ光ファイバープリフォームの溝にはめ込み、二者を組み合わせた後、全体の一端を先細りして固定し、ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを形成することと、
S3：線引きを通じて、前記ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームをビーム結合型レーザ光ファイバーに引き抜くことを含む、ビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。 - 前記フランジが長方形角柱であり、それに加えて、フランジの横断面のセンターが利得光ファイバープリフォームの軸線と同じ平面にあることを特徴とする請求項１記載のビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。
- 前記溝が長方形溝であり、溝横断面のセンターがポンプ光ファイバープリフォームの軸線と同じ平面にあることを特徴とする請求項１記載のビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。
- 前記利得光ファイバープリフォームのフランジとポンプ光ファイバープリフォームの溝とではめ合いが構成され、それに加えて、はめ合いの寸法偏差が 0.25 mm 未満であることを特徴とする請求項１記載のビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。
- 前記利得光ファイバープリフォームの光ファイバー心線が前記フランジ外にあり、それに加えて、前記光ファイバー心線から前記基準平面までの距離が、加工面から前記基準平面までの距離より大きいことを特徴とする請求項１記載のビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。
- 前記光ファイバー心線の中軸線がポンプ光ファイバーの中軸線と同じ平面にあり、それに加えて、フランジ横断面のセンター、溝横断面のセンター、及び光ファイバー心線の横断面のセンターが皆同じ直線上にあることを特徴とする請求項５記載のビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。
- 前記利得光ファイバープリフォームの長さが30〜720mmであり、光ファイバー軸方向に沿うフランジの縁長さが10〜300mmであり、それに加えて、隣の二つのフランジの間の中心距離が12〜420mmであることを特徴とする請求項１記載のビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。
- (1)前記フランジの加工面からの高さが溝の深さと同じであり、皆0.5〜35.0 mmであること、(2)それに加えて、前記フランジの幅が溝の幅と同じであり、皆1.0〜70.0mmであることと、(3)前記各フランジ両側の加工面幅が同じであり、各溝両側の基準平面幅が同じであり、それに加えて、前記加工面と基準平面の幅が皆1.0〜35.0mmであることを特徴とする請求項１記載のビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。
- 前記S3において、ビーム結合型レーザ光ファイバープリフォームを線引き設備に取り付け、1800〜2200℃の高温熔融を通じて線引きを行い、線引き速度を5〜200m/minに制御し、それに加えて、測定した利得光ファイバーとポンプ光ファイバーとの結合状況によって、20〜150g 範囲内で線引き張力を調節し、ビーム結合型レーザ光ファイバーに引き抜くことを特徴とする請求項１記載のビーム結合型レーザ光ファイバー引き抜き方法。
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