(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を伝播する信号光用ファイバと、
励起光を伝播する複数の励起光用ファイバと、
コアと、内側クラッドと、外側クラッドとを有し、一方の端部が縮径されているブリッジファイバと、
コアと、内側クラッドと、外側クラッドとを有し、直径が一定の接続用ファイバと、
を備え、
前記ブリッジファイバの縮径されていない側の端部において、前記信号光用ファイバのコアが、前記ブリッジファイバの前記コアに接続され、前記信号光用ファイバのクラッドが前記ブリッジファイバの前記内側クラッドに接続され、それぞれの前記励起光用ファイバのコアが前記ブリッジファイバの前記外側クラッドに接続され、
前記ブリッジファイバの前記内側クラッドの屈折率は、前記ブリッジファイバの前記コアの屈折率よりも低く、前記ブリッジファイバの前記外側クラッドの屈折率よりも高くされ、
前記ブリッジファイバの前記内側クラッドの縮径されていない部分の外径をｒ１とし、前記ブリッジファイバの前記内側クラッドの縮径されている部分の最も小さな外径をｒ２とし、前記信号光用ファイバの前記コアの開口数をＮＡ０とし、前記ブリッジファイバの前記内側クラッドの開口数をＮＡ１とする場合に、
（ｒ１／ｒ２）×ＮＡ０≧ＮＡ１
を満たし、
前記接続用ファイバの前記内側クラッドの外径は、前記ブリッジファイバの縮径されている側の端部での前記内側クラッドの外径よりも小さく、
前記ブリッジファイバの縮径されている側の端部において、前記接続用ファイバの前記コアが前記ブリッジファイバの前記コアに接続され、前記接続用ファイバの前記内側クラッドが前記ブリッジファイバの前記内側クラッドに接続され、前記接続用ファイバの前記外側クラッドが前記ブリッジファイバの前記内側クラッドと前記外側クラッドとに接続され、
前記接続用ファイバの前記内側クラッドの屈折率は、前記接続用ファイバの前記コアよりも低く、前記接続用ファイバの前記外側クラッドよりも高くされ、
前記接続用ファイバの前記コアの開口数をＮＡ３とする場合に、
ＮＡ１≧ＮＡ３
を満たす
ことを特徴とするマルチポートカプラ。
【請求項２】
前記接続用ファイバの前記内側クラッドの内径は、前記ブリッジファイバの前記内側クラッドの内径よりも大きく、
前記接続用ファイバの前記コアは前記ブリッジファイバの前記内側クラッドに更に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチポートカプラ。
【請求項３】
前記信号光用ファイバの端部及び前記励起光用ファイバの端部がそれぞれ挿入される複数の貫通孔が形成されたキャピラリを更に備え、
前記信号光用ファイバの端部、及び、前記励起光用ファイバの端部は、それぞれ前記貫通孔に挿入されると共に、前記キャピラリと一体とされ、
前記信号光用ファイバ及び前記励起光用ファイバは、前記キャピラリと共に前記ブリッジファイバに接続されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のマルチポートカプラ。
【請求項４】
前記キャピラリの屈折率が、前記信号光用ファイバのクラッドの屈折率よりも低いことを特徴とする請求項３に記載のマルチポートカプラ。
【請求項５】
前記キャピラリの屈折率が、前記信号光用ファイバのクラッドの屈折率と同等であり、かつ、励起光用ファイバのクラッドの屈折率よりも高いことを特徴とする請求項３に記載のマルチポートカプラ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のマルチポートカプラと、
前記励起光用ファイバのそれぞれに励起光を入力する励起光源と、
コアと、クラッドとを有し、前記コアに活性元素が添加されている増幅用光ファイバと、
を備え、
前記接続用ファイバの前記ブリッジファイバが接続されている側と反対側において、前記増幅用光ファイバの前記コアが前記接続用ファイバの前記コアに接続されると共に、前記増幅用光ファイバの前記クラッドが前記接続用ファイバの前記外側クラッドに接続される
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項７】
前記増幅用光ファイバの前記コアの開口数をＮＡ２とし、前記接続用ファイバの前記内側クラッドの開口数をＮＡ４とする場合に、
ＮＡ４≧ＮＡ２
を満たす
ことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項８】
前記増幅用光ファイバの前記コアの直径は、前記接続用ファイバの前記内側クラッドの内径と外径との間の大きさとされ、
前記増幅用光ファイバの前記コアは、前記接続用ファイバの前記コアと前記内側クラッドとに接続される
ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器と、
前記信号光用ファイバに信号光を入力する信号光源と、
を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項１０】
請求項６から８のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器と、
前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも一部の波長であり、前記信号光用ファイバの前記コアを伝播する光を反射する第１ミラーと、
前記第１ミラーが反射する光の波長と同じ波長であり、前記増幅用光ファイバの前記マルチポートカプラが接続される側と反対側から出力される光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、
を備えることを特徴とする共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチポートカプラ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置及び共振器に関し、特に、出力する光のビーム品質を良好にすることができるマルチポートカプラ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置及び共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザ装置等には、希土類元素が添加された増幅用光ファイバが用いられている。そして、この増幅用光ファイバに対してより強い励起光を入力するために、信号光を伝播する信号光用ファイバと、この信号光用ファイバの周りに配置される複数本の励起光用ファイバと、一方の端部が縮径されたブリッジファイバとを備えるマルチポートカプラが用いられる場合がある。このマルチポートカプラにおいては、ブリッジファイバの縮径されていない側において、信号光用ファイバがブリッジファイバのコアに接続されると共に、それぞれの励起光用ファイバが、ブリッジファイバのクラッドに接続され、ブリッジファイバの縮径されている側の端部が、増幅用光ファイバに接続される。そして、このようなマルチポートカプラを用いたファイバレーザ装置においては、信号光用ファイバのコアを伝播する信号光が、ブリッジファイバのコアを介して、増幅用光ファイバのコアに入力すると共に、複数の励起光用ファイバを伝播する励起光が、ブリッジファイバのクラッドを介して、増幅用光ファイバのクラッドに入力する。そして、増幅用光ファイバにおいて、信号光が励起光により増幅されて、増幅された信号光が出力光として出力される。
【０００３】
ところで、ファイバレーザ装置においては、出力光の一部が、被照射物で反射して、再び増幅用光ファイバのコアに入力する場合がある。このような場合、増幅用光ファイバに入力した反射光が増幅用光ファイバで増幅して、増幅した反射光の一部が増幅用光ファイバのコアから励起光用ファイバに入力することがある。このように増幅した反射光の一部が励起光用ファイバに入力すると、この反射光が励起光源まで達して、励起光源が損傷する場合がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、下記特許文献１においては、ブリッジファイバのクラッドよりも屈折率が高く、ブリッジファイバのコアよりも屈折率が低い放射光閉じ込め導波路部が、ブリッジファイバのコアとクラッドとの間に設けられているマルチポートカプラが記載されている。このマルチポートカプラによれば、ブリッジファイバと増幅用光ファイバとの接続部において漏れる反射光が、ブリッジファイバの放射光閉じ込め導波路部に入力して、放射光閉じ込め導波路部を伝播する。従って、ブリッジファイバのクラッドに接続されている励起光用ファイバに反射光が入力することを防止することができる。このため下記特許文献１のマルチポートカプラによれば、反射光による励起光源の損傷を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載のマルチポートカプラを用いた、ファイバレーザ装置においては、増幅用光ファイバから出力する光のビーム品質が良くない場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、出力する光のビーム品質を良好にすることができるマルチポートカプラ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置及び共振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明者らは、出力されるビーム品質が良くない場合がある原因について、鋭意検討した。その結果、増幅用光ファイバのマルチポートカプラとの接続点において、コアに高次モード光が励振され、その高次モードの光が増幅用光ファイバのコアを伝播し増幅されるためであることが分かった。そして、この原因は、上記特許文献１に記載のマルチポートカプラにおいては、信号光用ファイバとブリッジファイバとの接続部において、信号光用ファイバのコアから漏れた信号光の一部が放射光閉じ込め導波路部を伝わり、増幅用光ファイバのコアに入力する場合があることが原因であることを見出した。そこで、本発明者らは、信号光用ファイバとブリッジファイバとの接続部において、信号光用ファイバのコアから漏れた信号光が増幅用光ファイバのコアに入力することを抑制し、出力する光のビーム品質を良好にすることができるように、鋭意研究を重ねて、本発明をするに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のマルチポートカプラは、信号光を伝播する信号光用ファイバと、励起光を伝播する複数の励起光用ファイバと、コアと、内側クラッドと、外側クラッドとを有し、一方の端部が縮径されているブリッジファイバと、を備え、前記ブリッジファイバの縮径されていない側の端部において、前記信号光用ファイバのコアが、前記ブリッジファイバの前記コアに接続され、前記信号光用ファイバのクラッドが前記内側クラッドに接続され、それぞれの前記励起光用ファイバのコアが前記ブリッジファイバの前記外側クラッドに接続され、前記内側クラッドの屈折率は、前記コアの屈折率よりも低く、前記外側クラッドの屈折率よりも高くされ、前記内側クラッドの縮径されていない部分の外径をｒ１とし、前記内側クラッドの縮径されている部分の最も小さな外径をｒ２とし、前記信号光用ファイバのコアの開口数をＮＡ０とし、前記内側クラッドの開口数をＮＡ１とする場合に、
（ｒ１／ｒ２）×ＮＡ０≧ＮＡ１
を満たすことを特徴とするものである。
【００１０】
このマルチポートカプラは、ブリッジファイバの縮径されている側の端部が、他の光ファイバに接続されて使用される。この状態において、他の光ファイバのコアからブリッジファイバのコアに光が入力する場合がある。例えば、この他の光ファイバが増幅用光ファイバである場合において、増幅用光ファイバの出力端から出力される出力光の一部が、被照射物で反射し、増幅用光ファイバのコアに反射光として入力して、増幅用光ファイバで増幅された反射光が、増幅用光ファイバのコアからブリッジファイバのコアに入力する場合である。このような場合に、ブリッジファイバと他の光ファイバとの接続部において、他の光ファイバからブリッジファイバに入力する光が、他の光ファイバのコアから漏れることがある。しかし、本発明のマルチポートカプラによれば、内側クラッドの屈折率が、コアの屈折率よりも低く、外側クラッドの屈折率よりも高くされるため、漏れた光は、内側クラッドを伝播して、信号光用ファイバのクラッドに入力する。このため、外側クラッドに接続されている励起光用ファイバにコアから漏れた光が入力することを抑制することができる。従って、マルチポートカプラに接続される光ファイバから入力する光により励起光用ファイバに接続される励起光源が損傷することを抑制することができる。
【００１１】
更に、信号光用ファイバのコアからブリッジファイバに信号光が伝播する場合において、信号光用ファイバとブリッジファイバの接続部において、信号光用ファイバのコアから信号光の一部が漏れる場合がある。このコアから漏れる光は、ＮＡの大きな光を含む。そして、信号光用ファイバのコアから漏れたＮＡの大きな光の一部は、ブリッジファイバの内側クラッドにおける比較的信号光用ファイバに近い場所において、内側クラッドから外側クラッドに伝播する。また、一方、コアから漏れた光のうち、内側クラッドから外側クラッドに伝播するほどＮＡが大きくない光は、内側クラッド内を伝播する。しかし、ブリッジファイバは、終端部に向かって縮径されているため、内側クラッドと外側クラッドの界面を反射する毎に、光の内側クラッドと外側クラッドとの界面に対する入射角度が小さくなる。そして、本発明のマルチポートカプラは、
（ｒ１／ｒ２）×ＮＡ０≧ＮＡ１
を満たしているため、信号光用ファイバのコアから漏れた時点において、ＮＡの低かった光も、上述の様に反射することにより、徐々にＮＡが大きくなり、その一部は、内側クラッドに閉じ込められなくなり、ブリッジファイバの縮径されている側の端面に到達する前に内側クラッドから外側クラッドに伝播する。こうして、内側クラッドを伝播する漏れ光のうち、ＮＡが大きい光の伝播が抑制されるため、マルチポートカプラに接続される他の光ファイバのコアに入力する漏れ光の量が低減される。よって、マルチポートカプラに接続される他の光ファイバのコアに高次モードの光が励振されることが抑制される。このように、他の光ファイバのコアを伝播する光のうち、高次モード光の割合が抑制されるため、他の光ファイバから出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００１２】
また、上記マルチポートカプラにおいて、前記信号光用ファイバの端部及び前記励起光用ファイバの端部がそれぞれ挿入される複数の貫通孔が形成されたキャピラリを更に備え、前記信号光用ファイバの端部、及び、前記励起光用ファイバの端部は、それぞれ前記貫通孔に挿入されると共に、前記キャピラリと一体とされ、前記信号光用ファイバ及び前記励起光用ファイバは、前記キャピラリと共に前記ブリッジファイバに接続されていることが好ましい。
【００１３】
このようなマルチポートカプラは、信号光用ファイバ及び励起光用ファイバとブリッジファイバとの接続を安定して維持することができる。
【００１４】
さらに、上記マルチポートカプラにおいて、前記キャピラリの屈折率が、前記信号光用ファイバのクラッドの屈折率よりも低いことが好ましい。
【００１５】
このようなマルチモードファイバによれば、ブリッジファイバの内側クラッドから信号光用ファイバのクラッドに入力した光が、信号光用ファイバのクラッドの外周面からキャピラリに漏れることを抑制することができる。
【００１６】
或いは、上記マルチポートカプラにおいて、前記キャピラリの屈折率が、前記信号光用ファイバのクラッドの屈折率と同等であり、かつ、励起光用ファイバのクラッドの屈折率よりも高いことが好ましい。
【００１７】
このようなマルチモードファイバによれば、ブリッジファイバの内側クラッドから信号光用ファイバのクラッドに入力した光が、キャピラリに伝播することがあるが、この光は、キャピラリから励起光用ファイバのクラッドに入力することを抑制することができる。
【００１８】
また、上記マルチポートカプラにおいて、コアと、内側クラッドと、外側クラッドとを有し、直径が一定の接続用ファイバを更に備え、前記接続用ファイバの前記内側クラッドの屈折率は、前記接続用ファイバの前記コアよりも低く、前記接続用ファイバの前記外側クラッドよりも高くされ、前記ブリッジファイバの縮径されている側の端部において、前記接続用ファイバの前記コアが、前記ブリッジファイバの前記コアに接続され、前記接続用ファイバの前記内側クラッドが、前記ブリッジファイバの前記内側クラッドに接続され、前記接続用ファイバの前記外側クラッドが、前記ブリッジファイバの前記外側クラッドに接続されることが好ましい。
【００１９】
このように接続用ファイバを更に備えることにより、接続用ファイバと他の光ファイバとを接続するときに、接続に不具合が生じる場合においても、接続用ファイバの直径は一定であるため、接続用ファイバの端部を切断して、再び接続を行うことができる。そして、この接続用ファイバは、内側クラッドの屈折率が、コアの屈折率よりも低く、クラッドの屈折率よりも高いため、接続用ファイバに接続される他の光ファイバのコアから入力される光の一部が漏れる場合においても、この漏れる光を内側クラッドに閉じ込めて伝播して、さらに、この漏れた光をブリッジファイバの内側クラッドに伝播することができる。従って、励起光用ファイバにコアから漏れた光が入力することを抑制することができる。
【００２０】
さらに、上記マルチポートカプラにおいて、前記接続用ファイバの前記コアの開口数をＮＡ３とする場合に、
ＮＡ１≧ＮＡ３
を満たすことが好ましい。
【００２１】
このようなマルチポートカプラによれば、接続用ファイバのコアからブリッジファイバのコアに光が伝播する場合において、接続用ファイバとブリッジファイバとの接続部において、接続用ファイバのコアから光が漏れる場合においても、漏れた光をより確実にブリッジファイバの内側クラッドに閉じ込めることができる。
【００２２】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、上記のいずれかのマルチポートカプラと、前記励起光用ファイバのそれぞれに励起光を入力する励起光源と、コアと、クラッドとを有し、前記コアに活性元素が添加されている増幅用光ファイバと、を備え、前記ブリッジファイバの縮径されている側において、前記増幅用光ファイバの前記コアが前記ブリッジファイバの前記コアに接続されると共に、前記増幅用光ファイバの前記クラッドが前記ブリッジファイバの前記外側クラッドに接続されることを特徴とするものである。
【００２３】
このような光ファイバ増幅器においては、信号光用ファイバの端部から信号光を入力し、励起光源から励起光用ファイバに励起光を入力すると、増幅用光ファイバにおいて、信号光が増幅されて出力する。ところで、増幅用光ファイバから出力された出力光の一部は、被照射物で反射して、再び増幅用光ファイバのコアに反射光として入力する場合がある。しかし、このような光ファイバ増幅器によれば、反射光の一部が、励起光用ファイバに入力することを抑制することができ、励起光源が損傷することを抑制することができる。
【００２４】
さらに、光ファイバ増幅器に用いられるマルチポートカプラにおいては、信号光用ファイバとブリッジファイバの接続部において、信号光用ファイバのコアから信号光の一部が漏れブリッジファイバの内側クラッドを伝播し増幅用光ファイバのコアに入力する場合がある。しかし、内側クラッドを伝播する間この漏れ光のうちＮＡが高い光が内側クラッドから外側クラッドに伝播するため、増幅用光ファイバのコアに入力する漏れ光の量が低減される。よって、マルチポートカプラに接続される増幅用光ファイバのコアに高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバを伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバから出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００２５】
さらに、上記光ファイバ増幅器において、増幅用光ファイバの前記コアの開口数をＮＡ２とする場合に、
ＮＡ１≧ＮＡ２
を満たすことが好ましい。
【００２６】
このような光ファイバ増幅器によれば、反射光の一部が、増幅用光ファイバのコアから漏れて、ブリッジファイバの内側クラッドに入力する場合においても、漏れた光を、内側クラッド内により確実に閉じ込めることができる。
【００２７】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかの光ファイバ増幅器と、前記信号光用ファイバに信号光を入力する信号光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００２８】
このようなファイバレーザ装置によれば、信号光源から信号光用ファイバに入力する信号光が、信号光用ファイバとブリッジファイバの接続部において、ブリッジファイバの内側クラッドに漏れる場合においても、内側クラッドを伝播する間この漏れ光のうちＮＡが高い光が内側クラッドから外側クラッドに伝播するため、増幅用光ファイバのコアに入力する漏れ光の量が低減される。よって、マルチポートカプラに接続される増幅用光ファイバのコアに高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバを伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバから出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００２９】
また、本発明の共振器は、上記のいずれかの増幅器と、前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも一部の波長であり、前記信号光用ファイバの前記コアを伝播する光を反射する第１ミラーと、前記第１ミラーが反射する光の波長と同じ波長であり、前記増幅用光ファイバの前記マルチポートカプラが接続される側と反対側から出力される光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、を備えることを特徴とするものである。
【００３０】
このような共振器においては、第１ミラーと第２ミラーとの間を共振する光が、増幅用光ファイバからブリッジファイバに入力するときに、光の一部が、増幅用光ファイバのコアから漏れる場合がある。しかし、このような共振器によれば、漏れ光は、ブリッジファイバの内側クラッドに入力し、内側クラッドを伝播して、信号光用ファイバのクラッドに入力する。従って、励起光用ファイバに漏れ光が入力することを抑制することができる。
【００３１】
また、第１ミラーと第２ミラーとの間を共振する光が、信号光用ファイバからブリッジファイバに信号光として入力するとき、信号光用ファイバとブリッジファイバの接続部において、信号光の一部が、信号光用ファイバのコアから漏れてブリッジファイバの内側クラッドを伝播し増幅用光ファイバのコアに入力する場合がある。しかし、このような共振器によれば、ブリッジファイバの内側クラッドを伝播する間この漏れ光のうちＮＡが高い光が内側クラッドから外側クラッドに伝播するため、増幅用光ファイバのコアに入力する漏れ光の量が低減される。よって、マルチポートカプラに接続される増幅用光ファイバのコアに高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバを伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバから出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００３２】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、上記のマルチポートカプラと、前記励起光用ファイバのそれぞれに励起光を入力する励起光源と、コアと、クラッドとを有し、前記コアに活性元素が添加されている増幅用光ファイバと、を備え、前記接続用ファイバの前記ブリッジファイバが接続されている側と反対側において、前記増幅用光ファイバの前記コアが前記接続用ファイバの前記コアに接続されると共に、前記増幅用光ファイバの前記クラッドが前記接続用ファイバの前記外側クラッドに接続されることを特徴とするものである。
【００３３】
このような光ファイバ増幅器においては、製造時において、接続用ファイバと増幅用光ファイバとの接続に不具合が生じる場合においても、接続用ファイバの直径が一定であるため、接続用ファイバの端部を切断して、再び接続を行うことができるため、全体として、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００３４】
そして、増幅用光ファイバから出力する出力光の一部が、被照射物で反射して、再び増幅用光ファイバのコアに反射光として入力する場合がある。この場合、入力した反射光は、増幅用光ファイバで増幅されて、マルチポートカプラにおける接続用ファイバのコアに入力する。このとき、増幅用光ファイバとマルチポートカプラの接続部において、反射光の一部が、漏れる場合においても、漏れ光を接続用ファイバの内側クラッドに閉じ込めて伝播して、さらに、この漏れ光をブリッジファイバの内側クラッドに伝播することができる。従って、励起光用ファイバに漏れ光が入力することを抑制することができる。
【００３５】
さらに、上述のようなマルチポートカプラにおいては、信号光用ファイバからブリッジファイバに信号光が入力するとき、信号光の一部が信号光用ファイバのコアから漏れてブリッジファイバの内側クラッドを伝播し増幅用光ファイバのコアに入力する場合がある。しかし、このような共振器によれば、ブリッジファイバの内側クラッドを伝播する間この漏れ光のうちＮＡが高い光が内側クラッドから外側クラッドに伝播するため、増幅用光ファイバのコアに入力する漏れ光の量が低減される。よって、マルチポートカプラに接続される増幅用光ファイバのコアに高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバを伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバから出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００３６】
さらに、上記光ファイバ増幅器において、前記増幅用光ファイバの前記コアの開口数をＮＡ２とし、前記接続用ファイバの内側クラッドの開口数をＮＡ４とする場合に、
ＮＡ４≧ＮＡ２
を満たすことが好ましい。
【００３７】
このような光ファイバ増幅器によれば、増幅用光ファイバのコアから接続用ファイバのコアに反射光が伝播し、増幅用光ファイバと接続用ファイバとの接続部において、増幅用光ファイバのコアから反射光が漏れる場合においても、漏れた光をより確実に接続用ファイバの内側クラッドに閉じ込めることができる。
【００３８】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかの光ファイバ増幅器と、前記信号光用ファイバに信号光を入力する信号光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００３９】
このようなファイバレーザ装置によれば、信号光源から信号光用ファイバに入力する信号光が、信号光用ファイバとブリッジファイバの接続部において、ブリッジファイバの内側クラッドに漏れる場合においても、内側クラッドを伝播する間この漏れ光のうちＮＡが高い光が内側クラッドから外側クラッドに伝播するため、増幅用光ファイバのコアに入力する漏れ光の量が低減される。よって、マルチポートカプラに接続される増幅用光ファイバのコアに高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバを伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバから出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００４０】
また、本発明の共振器は、上記のいずれかの光ファイバ増幅器と、前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも一部の波長であり、前記信号光用ファイバの前記コアを伝播する光を反射する第１ミラーと、前記第１ミラーが反射する光の波長と同じ波長であり、前記増幅用光ファイバの前記マルチポートカプラが接続される側と反対側から出力される光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、を備えることを特徴とするものである。
【００４１】
このような共振器においては、第１ミラーと第２ミラーとの間を共振する光が、増幅用光ファイバから接続用ファイバに入力するときに、光の一部が、増幅用光ファイバのコアから接続用ファイバの内側クラッドに漏れる場合においても、漏れた光を接続用光ファイバの内側クラッドからブリッジファイバの内側クラッドに伝播させて、励起光用ファイバに漏れた光が入力することを抑制することができる。
【００４２】
また、第１ミラーと第２ミラーとの間を共振する光が、信号光用ファイバからブリッジファイバに信号光として入力するとき、信号光用ファイバとブリッジファイバの接続部において、ブリッジファイバの内側クラッドに漏れる場合においても、内側クラッドを伝播する間この漏れ光のうちＮＡが高い光が内側クラッドから外側クラッドに伝播するため、増幅用光ファイバのコアに入力する漏れ光の量が低減される。よって、マルチポートカプラに接続される増幅用光ファイバのコアに高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバを伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバから出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように、本発明によれば、出力する光のビーム品質を良好にすることができるマルチポートカプラ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置及び共振器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１の増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造を示す図である。
【図３】図１のマルチポートカプラを示す図である。
【図４】図３のキャピラリの長手方向に垂直な断面における構造を示す図である。
【図５】図３のマルチポートカプラの長手方向に沿った断面における構造を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るマルチポートカプラの長手方向に沿った断面における構造を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る共振器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明に係るマルチポートカプラ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置及び共振器の好適な実施形態について、図面を参照しながらそれぞれ詳細に説明する。
【００４６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００４７】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、信号光としての種光を出力する信号光源としての種光源１０と、光ファイバ増幅器２とを主な構成として備えており、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とされる。
【００４８】
種光源１０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。
【００４９】
また、光ファイバ増幅器２は、励起光を出力する励起光源２０と、増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０に種光源１０から出力される種光と、励起光源２０から出力される励起光とを入力するマルチポートカプラ３とを主な構成として備える。
【００５０】
励起光源２０は、複数の励起光出力用のレーザダイオード（ＬＤ）２１から構成され、それぞれのＬＤ２１から励起光が出力される。
【００５１】
図２は、図１に示す増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面における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３０は、コア３６と、コア３６を被覆するクラッド３７と、クラッド３７を被覆する樹脂クラッド３８とから構成され、ダブルクラッドファイバとされている。クラッド３７の屈折率はコア３６の屈折率よりも低く、樹脂クラッド３８の屈折率はクラッド３７の屈折率よりもさらに低くされている。また、コア３６の直径は、例えば、２８μｍとされ、クラッド３７の外径は、例えば４００μｍとされ、樹脂クラッド３８の外径は、例えば、４５０μｍとされている。
【００５２】
また、コア３６を構成する材料としては、例えば、励起光源２０から出力される励起光により励起状態とされるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素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）やクロム（Ｃｒ）等が挙げられる。また、コア３６を構成する石英には、必要に応じてコア３６の屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加される。また、クラッド３７を構成する材料としては、コア３６を構成する石英に屈折率を上昇させる元素が添加されている場合には、例えば、何らドーパントが添加されていない石英が挙げられ、コア３６を構成する石英に屈折率を上昇させる元素が添加されていない場合には、屈折率を低下させるフッ素等のドーパントが添加された石英が挙げられる。また、樹脂クラッド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る。
【００５３】
なお、上述のように増幅用光ファイバ３０のコア３６にドーパントとしてＹｂが添加されている場合においては、上述の種光源１０から出力される種光は、特に制限されるものではないが、波長が１０８０ｎｍのレーザ光とされ、さらに、それぞれのＬＤ２１から出力される励起光は、特に制限されないが、例えば９１０ｎｍのレーザ光とされる。
【００５４】
図３は、図１のマルチポートカプラ３を示す図である。図３に示すように、マルチポートカプラ３は、種光を伝播する信号光用ファイバ１５と、励起光を伝播する複数の励起光用ファイバ２５と、一方の端部が縮径されているブリッジファイバ５０と、信号光用ファイバ１５の端部及び励起光用ファイバ２５の端部と一体とされるキャピラリ４０とを主な構成として備える。
【００５５】
図４は、図３のキャピラリ４０の長手方向に垂直な断面における構造を示す図である。図４に示すように、信号光用ファイバ１５は、コア１６と、コア１６を被覆するクラッド１７とを有し、例えば、シングルモードファイバとされる。クラッド１７の屈折率は、コア１６の屈折率よりも低くされている。また、コア１６の直径は、例えば４μｍとされ、クラッド１７の外径は、例えば、１２５μｍとされている。また、信号光用ファイバ１５のコア１６を構成する材料としては、例えば、ゲルマニウムが添加された石英が挙げられ、クラッド１７を構成する材料としては、例えば、添加物のない石英が挙げられる。この信号光用ファイバ１５の一方の端部は、種光源１０に接続されている。従って、種光源１０から出力される種光は、信号光用ファイバ１５のコア１６を伝播する。
【００５６】
複数の励起光用ファイバ２５は、励起光源２０のＬＤ２１の数と同じ数とされ、それぞれの励起光用ファイバ２５は、コア２６と、コア２６を被覆するクラッド２７とを有し、例えば、マルチモードファイバとされる。それぞれの励起光用ファイバ２５のクラッド２７の屈折率は、コア２６の屈折率よりも低くされる。また、それぞれの励起光用ファイバ２５のコア２６の直径は、例えば、１０５μｍとされ、クラッド２７の外径は、例えば、１２５μｍとされている。また、それぞれの励起光用ファイバ２５のコア２６を構成する材料としては、例えば、何もドーパントが添加されていない石英が挙げられ、クラッド２７を構成する材料としては、例えば、フッ素が添加された石英が挙げられる。これらの励起光用ファイバ２５の一方の端部は、励起光源２０のそれぞれのＬＤ２１に接続されている。従って、励起光源２０のＬＤ２１から出力される励起光は、励起光用ファイバ２５のコア２６を伝播する。
【００５７】
キャピラリ４０は、円柱状の外形をしており、径方向の中心において、一方の端面４３から他方の端面４４まで貫通する貫通孔４１が、長手方向に沿って形成されており、貫通孔４１を囲むように、励起光用ファイバ２５と同数の貫通孔４２が、一方の端面４３から他方の端面４４まで長手方向に沿って形成されている。
【００５８】
そして、信号光用ファイバ１５の他方の端部が、キャピラリ４０の貫通孔４１に一方の端面４３から他方の端面４４まで挿入されており、それぞれの励起光用ファイバ２５の他方の端部が、それぞれの貫通孔４２に一方の端面４３から他方の端面４４まで挿入されている。さらに、この状態において、信号光用ファイバ１５の他方の端部及びそれぞれの励起光用ファイバ２５の他方の端部とキャピラリ４０とが一体とされている。このように、信号光用ファイバ１５の他方の端部及びそれぞれの励起光用ファイバ２５の他方の端部とキャピラリ４０とを一体にするには、上述のように信号光用ファイバ１５の他方の端部と、それぞれの励起光用ファイバ２５の他方の端部とが、それぞれの貫通孔４１、４２に挿入されている状態において、キャピラリ４０を加熱すれば良い。
【００５９】
このキャピラリ４０の屈折率は、信号光用ファイバ１５のクラッド１７の屈折率よりも低いことが好ましい。このように構成することにより、信号光用ファイバ１７のクラッド１７を伝播する光が、キャピラリ４０に伝播することを抑制することができる。このように構成するには、例えば、信号光用ファイバ１５のクラッド１７を何らドーパントが添加されていない石英から構成し、キャピラリ４０をフッ素が添加された石英から構成すれば良い。或いは、キャピラリ４０の屈折率は、信号光用ファイバ１５のクラッド１７の屈折率と同等であり、かつ、励起光用ファイバ２５のクラッド２７の屈折率よりも高いことがやはり好ましい。このように構成することにより、信号光用ファイバ１７のクラッド１７を伝播する光が、キャピラリ４０に伝播することがあるが、この光が励起光用ファイバ２５のクラッド２７に伝播することを抑制することができる。このように構成するには、例えば、信号光用ファイバ１５のクラッド１７、及び、キャピラリ４０を何らドーパントが添加されていない石英から構成し、励起光用ファイバ２５のクラッド２７をフッ素が添加された石英から構成すれば良い。
【００６０】
図５は、図３のマルチポートカプラ３の長手方向に沿った断面における構造を示す図である。図５に示すように、ブリッジファイバ５０は、径方向の中心に設けられるコア５６と、コア５６を被覆する内側クラッド５７と、内側クラッド５７を被覆する外側クラッド５８とを有しており、一方の端部の外径が縮径されているテーパファイバである。具体的には、ブリッジファイバ５０の他方の端部側は、一定の外径を保っており、途中から外形が徐々に小さくされることで、一方の端部が、最も縮径されている。そして、内側クラッド５７の外径は、ブリッジファイバ５０の直径が縮径されるに伴って、徐々に縮径されており、一方の端部において、最も小さな外径とされている。例えば、内側クラッド５７の縮径されていない側における直径は、１２０μｍとされ、内側クラッド５７の縮径されている側の端部における直径は、９０μｍとされる。
【００６１】
また、内側クラッド５７の屈折率は、コア５６の屈折率よりも低く、外側クラッド５８の屈折率は、内側クラッド５７の屈折率よりもさらに低くされている。このようなコア５６の材料としては、例えば、ゲルマニウムが添加された石英が挙げられ、内側クラッド５７を構成する材料としては、例えば、添加物のない石英が挙げられ、外側クラッド５８を構成する材料としては、フッ素等の屈折率を下げるドーパントが添加された石英を挙げることができる。
【００６２】
そして、ブリッジファイバ５０の縮径されていない側の端面５１とキャピラリ４０の他方の端面４４とが接続されている。こうして、信号光用ファイバ１５のコア１６とブリッジファイバ５０のコア５６とが接続され、信号光用ファイバ１５のクラッド１７とブリッジファイバ５０の内側クラッド５７とが接続され、さらに、それぞれの励起光用ファイバ２５のコア２６とブリッジファイバ５０の外側クラッド５８とが接続されている。また、ブリッジファイバ５０の縮径されている側の端面５２と増幅用光ファイバ３０の一方側の端面が接続されている。こうして、ブリッジファイバ５０のコア５６と増幅用光ファイバ３０のコア３６とが接続され、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７と増幅用光ファイバ３０のコア３６及びクラッド３７とが接続され、さらに、ブリッジファイバ５０の外側クラッド５８と増幅用光ファイバ３０のクラッド３７とが接続されている。なお、図３においては、理解の容易のため、キャピラリ４０とブリッジファイバ５０と増幅用光ファイバ３０とを離間して描いている。
【００６３】
さらに、ブリッジファイバ５０は、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の縮径されていない部分の外径をｒ１とし、内側クラッド５７の縮径されている部分の最も小さな外径をｒ２とし、信号光用ファイバ１５のコア１６の開口数をＮＡ０とし、内側クラッドの開口数をＮＡ１とする場合に、
（ｒ１／ｒ２）×ＮＡ０≧ＮＡ１
を満たしている。
【００６４】
なお、上述の様に内側クラッド５７の外径は、一方の端部において、最も小さな外径とされているため、一方の端部おける内側クラッド５７の外径がｒ２となる。ただし、図５においては、理解の容易のため、ｒ２の位置を僅かにずらして記載している。このような関係が成り立つためには、例えば、上述のように、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の縮径されていない側における直径が１２０μｍとされ、内側クラッド５７の縮径されている側の直径が９０μｍとされる場合、例えば、信号光用ファイバ１５のコア１６の開口数は、０．１２とされ、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の開口数は、０．１とされる。
【００６５】
そして更に、信号光用ファイバ１５のコア１６の開口数ＮＡ０と、内側クラッドの開口数ＮＡ１とが、
ＮＡ０≧ＮＡ１
を満たしていることがより好ましい。
【００６６】
このような関係が成り立つためには、例えば、上述のように、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の縮径されていない側における直径が１２０μｍとされ、内側クラッド５７の縮径されている側の直径が９０μｍとされる場合、例えば、信号光用ファイバ１５のコア１６の開口数は、０．１２とされ、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の開口数は、０．１とされる。
【００６７】
また、増幅用光ファイバ３０のコア３６の開口数をＮＡ２とする場合に、
ＮＡ１≧ＮＡ２
を満たしていることが好ましい。
【００６８】
このような関係が成り立つためには、例えば、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の開口数は、０．１とされ、増幅用光ファイバ３０のコア３６の開口数は、０．０６とされる。
【００６９】
次に、ファイバレーザ装置１の動作について説明する。
【００７０】
まず、励起光源２０の複数のＬＤ２１から励起光が出力される。出力される励起光は、上述のように、例えば、９１０ｎｍの波長とされる。それぞれのＬＤ２１から出力された励起光は、それぞれの励起光用ファイバ２５を伝播し、ブリッジファイバ５０の縮径されていない側の端面５１から外側クラッド５８に入力する。そして、外側クラッド５８から増幅用光ファイバ３０のクラッド３７に入力して、クラッド３７を伝播する。
【００７１】
また、種光源１０から種光が出力される。出力される種光は、上述のように、例えば、１０８０ｎｍの波長とされる。そして、種光は、信号光用ファイバ１５のコア１６を伝播して、ブリッジファイバ５０のコア５６に入力する。このとき、上述のようにブリッジファイバ５０のコア５６の直径が、信号光用ファイバ１５のコア１６の直径より大きければ、信号光用ファイバ１５のコア１６からブリッジファイバ５０のコア５６に入力される種光のロスを抑制できるため好ましい。そして、ブリッジファイバ５０のコア５６に入力した種光は、コア５６を伝播する。
【００７２】
なお、種光の一部が信号光用ファイバ１５のコア１６からブリッジファイバ５０のコア５６に入力されずに漏れる場合、この漏れ光は、内側クラッド５７に入射される。そして、この内側クラッド５７に入射された漏れ光の内、ＮＡが所定の値より高い光（図５においてＨｉＮＡと示す）は、内側クラッド５７に閉じ込められることなく外側クラッド５８に抜けていく。一方、内側クラッド５７に入射された漏れ光の内、ＮＡが所定の値より小さい光（図５においてＬｏｗＮＡと示す）は、内側クラッド５７に閉じ込められて外径が縮径されている領域まで伝播する。この内側クラッド５７の外径が縮径されている領域において、内側クラッド５７に閉じ込められた光は、外側クラッド５８との界面に対する入射角度が小さくなるため、その一部が、もはや内側クラッド５７に閉じ込められず、外側クラッド５８へと放射されることになる。すなわち、上述のように、内側クラッド５７の縮径されていない部分の外径ｒ１と、内側クラッドの縮径されている部分の最も小さな外径ｒ２と、信号光用ファイバ１５のコア１６の開口数ＮＡ０と、内側クラッド５７の開口数ＮＡ１とが、
（ｒ１／ｒ２）×ＮＡ０≧ＮＡ１
を満たしている場合には、信号光用ファイバ１５のコア１６から漏れた時点において、ＮＡが低く内側クラッド５７に閉じ込められた光の一部は、上述の様に反射することにより、ブリッジファイバ５０の縮径されている側の端面に到達する前に、図５に示すように内側クラッド５７から外側クラッド５８に伝播していくことになる。こうして、種光の一部が信号光用ファイバ１５のコア１６からブリッジファイバ５０のコア５６に入力されずに漏れる場合においても、この漏れ光の一部が内側クラッド５７から外側クラッド５８に伝播し増幅用光ファイバ３０のコア３６に入力することが抑制される。よって、増幅用光ファイバ３０のコア３６に高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバ３０のコア３６を伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバ３０のコア３６から出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００７３】
そして、クラッド３７を伝播する励起光がコア３６を通過するときに、コア３６に添加されている活性元素を励起状態として、励起状態とされた活性元素の誘導放出により、コア３６を伝播する種光が増幅される。こうして、増幅された種光が出力光として、増幅用光ファイバ３０から出力される。
【００７４】
ところで、増幅用光ファイバ３０から出力される出力光が、被照射物に照射される際、出力光の一部が、被照射物で反射されて、反射光として増幅用光ファイバ３０のコア３６から入力する場合がある。この反射光は、増幅用光ファイバ３０により増幅されながら、ブリッジファイバ５０に向かって伝播する。
【００７５】
そして、増幅された反射光は、増幅用光ファイバ３０のコア３６からブリッジファイバ５０のコア５６及び内側クラッド５７に入力する。コア５６に入力して、コア５６を伝播する反射光は、信号光用ファイバ１５のコア１６に入力する。そして、信号光用ファイバ１５のコア１６に入力して、コア１６を伝播する反射光は、種光源１０に設けられている図示しないアイソレータにより反射される。一方、ブリッジファイバ５０のコア５６から信号光用ファイバ１５のコア１６に入力されない反射光は、信号光用ファイバ１５のクラッド１７に入力する。そして、クラッド１７を伝播するうちに、クラッド１７を被覆する図示しない樹脂に吸収されて消滅する。
【００７６】
また、内側クラッド５７に入力する反射光は、内側クラッド５７を伝播する。このとき、上述のように、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の開口数ＮＡ１と、増幅用光ファイバ３０のコア３６の開口数ＮＡ２とが、
ＮＡ１≧ＮＡ２
を満たしていれば、内側クラッド５７に入力した反射光をより確実に内側クラッド５７に閉じ込めて伝播させることができるため好ましい。
【００７７】
こうして、内側クラッド５７を伝播する反射光は、信号光用ファイバ１５のクラッド１７に入力する。そして、クラッド１７に入力した反射光は、クラッド１７を伝播するうちに、クラッド１７を被覆する図示しない樹脂に吸収されて消滅する。こうして、マルチポートカプラ３において、反射光の一部が励起光用ファイバに入力することを抑制することができる。
【００７８】
なお、上述のようにキャピラリ４０の屈折率が、信号光用ファイバ１５のクラッド１７の屈折率よりも低ければ、信号光用ファイバ１５のクラッド１７からキャピラリ４０に反射光が漏れてないため好ましい。或いは、キャピラリ４０の屈折率が、信号光用ファイバ１５のクラッド１７の屈折率と同等であり、かつ、励起光用ファイバ２５のクラッド２７の屈折率よりも高ければ、信号光用ファイバ１５のクラッド１７からキャピラリ４０に反射光が伝播するが、反射光は励起光用ファイバに入力しないためはやり好ましい。
【００７９】
以上説明したように、マルチポートカプラ３を用いた光ファイバ増幅器２及びファイバレーザ装置１によれば、増幅用光ファイバ３０の出力端から出力される出力光が、被照射物で反射し、増幅用光ファイバ３０のコア３６に反射光として入力する場合においても、ブリッジファイバ５０の外側クラッド５８に接続されている励起光用ファイバ２５に反射光が入力することを抑制することができる。従って、励起光用ファイバ２５に接続される励起光源２０が損傷することを抑制することができる。
【００８０】
更に、信号光用ファイバ１５のコア１６からブリッジファイバ５０に種光が伝播する場合において、信号光用ファイバ１５とブリッジファイバ５０の接続部において、コアから種光の一部が漏れる場合においても、この漏れた光は、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７に入力して、さらに、ブリッジファイバ５０の縮径されている側の端面５２に到達する前に内側クラッド５７から外側クラッド５８に伝播する。こうして、信号光用ファイバ１５のコア１６から漏れて、内側クラッド５７を伝播する光が、マルチポートカプラ３から出力されることが抑制されるため、マルチポートカプラ３に接続される増幅用光ファイバ３０のコア３６に高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバ３０のコア３６を伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバ３０から出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００８１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６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、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図６は、本発明の第２実施形態に係るマルチポートカプラの長手方向に沿った断面における構造を示す図である。
【００８２】
図６に示すように、本実施形態のマルチポートカプラ４は、接続用ファイバ６０を更に備え、接続用ファイバ６０の一方の端面６１が、ブリッジファイバ５０における縮径されている側の端面５２に接続されている点において、第１実施形態のマルチポートカプラ３と異なる。
【００８３】
接続用ファイバ６０は、直径が一定の光ファイバであり、コア６６と、コア６６を被覆する内側クラッド６７と、内側クラッド６７を被覆する外側クラッド６８とを有している。
【００８４】
そして、ブリッジファイバ５０の縮径されている側の端面５２において、ブリッジファイバ５０のコア５６と接続用ファイバ６０のコア６６とが接続され、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７と接続用ファイバ６０の内側クラッド６７とが接続され、さらに、ブリッジファイバ５０の外側クラッド５８と接続用ファイバ６０の外側クラッド６８とが接続されている。
【００８５】
また、内側クラッド６７の屈折率は、コア６６の屈折率よりも低く、外側クラッド６８の屈折率は、内側クラッド６７の屈折率よりもさらに低くされている。このようなコア６６の材料としては、ブリッジファイバ５０のコア５６を構成する材料と同様の材料が挙げられ、内側クラッド６７を構成する材料としては、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７を構成する材料と同様の材料が挙げられ、外側クラッド６８を構成する材料としては、ブリッジファイバ５０の外側クラッド５８を構成する材料と同様の材料が挙げられる。
【００８６】
さらに、接続用ファイバ６０のコア６６の開口数をＮＡ３とする場合に、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の開口数ＮＡ１との間で
ＮＡ１≧ＮＡ３
を満たすことが好ましい。
【００８７】
このような関係を満たすことにより、接続用ファイバ６０のコア６６からブリッジファイバ５０のコア５６に光が入力するときに、接続用ファイバ６０とブリッジファイバ５０との接続部において、この光が漏れて、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７に入力する場合、この漏れた光を内側クラッド５７により確実に閉じ込めることができる。従って、この漏れた光が、ブリッジファイバ５０の外側クラッド５８に接続される励起光用ファイバ２５のコア２６に入力することをより抑制することができる。
【００８８】
このような関係が成り立つためには、例えば、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の開口数は、０．１とされ、接続用ファイバ６０のコア６６の開口数は、０．０６とされる。
【００８９】
このようなマルチポートカプラ４が、図１に示す光ファイバ増幅器２や、ファイバレーザ装置１に用いられる場合、図６に示すように接続用ファイバ６０の他方の端面６２が増幅用光ファイバ３０の一方の端面と接続される。こうして、接続用ファイバ６０のコア６６と増幅用光ファイバ３０のコア３６とが接続され、接続用ファイバ６０の内側クラッド６７と増幅用光ファイバ３０のコア３６及びクラッド３７とが接続され、さらに、接続用ファイバ６０の外側クラッド６８と増幅用光ファイバ３０のクラッド３７とが接続される。
【００９０】
そして、接続用ファイバ６０の内側クラッド６７の開口数をＮＡ４とする場合に、増幅用光ファイバ３０のコア３６の開口数ＮＡ２との間で、
ＮＡ４≧ＮＡ２
を満たしていることが好ましい。
【００９１】
このような関係を満たすことで、第１実施形態のファイバレーザ装置１と同様に出力光の一部が増幅用光ファイバ３０のコア３６に反射光として入力して、増幅用光ファイバ３０のコア３６から接続用ファイバ６０のコア６６に反射光が伝播するとき、増幅用光ファイバ３０と接続用ファイバ６０との接続部において、増幅用光ファイバ３０のコア３６から反射光が漏れる場合においても、漏れた光をより確実に接続用ファイバ６０の内側クラッド５７に閉じ込めることができる。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態のマルチポートカプラ４は、接続用ファイバ６０を更に備えることにより、マルチポートカプラ４を他の光ファイバと接続するときに、接続に不具合が生じる場合においても、接続用ファイバ６０の直径が一定であるため、接続用ファイバ６０の端部を切断して、再び接続を行うことができる。従って、このようなマルチポートファイバ４を用いる光ファイバ増幅器やファイバレーザ装置においては、製造時において、接続用ファイバ６０と増幅用光ファイバ３０との接続を複数回行うことができるため、全体として、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００９３】
また、この接続用ファイバ６０は、内側クラッド６７の屈折率が、コア６６の屈折率よりも低く、外側クラッド６８の屈折率よりも高いため、接続用ファイバ６０に接続される他の光ファイバのコアから入力される光の一部が漏れる場合においても、この漏れる光を内側クラッド６７に閉じ込めて伝播して、さらに、この漏れた光をブリッジファイバ５０の内側クラッド５７に伝播することができるため、励起光用ファイバ２５に漏れた光が入力することを抑制することができる。従って、このマルチポートカプラ４を用いた、光ファイバ増幅器やファイバレーザ装置においては、出力光の一部が被照射物で反射して、反射光として増幅用光ファイバのコアに入力する場合においても、励起光用ファイバ２５に反射光の一部が入力することを抑制することができるので、反射光による励起光源の損傷を抑制することができる。
【００９４】
また、信号光用ファイバ１５に入力する信号光が、信号光用ファイバ１５とブリッジファイバ５０の接続部において、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７に漏れる場合においても、この漏れ光の一部は内側クラッド５７の外径が縮径されている領域において外側クラッド５８に伝播しマルチポートカプラ３から出力されることが抑制される。よって、マルチポートカプラ３に接続される増幅用光ファイバ３０のコア３６に高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、増幅用光ファイバ３０のコア３６を伝播する光においては、高次モード光の割合が低くなり、増幅用光ファイバ３０から出力する光のビーム品質を良好にすることができる。
【００９５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７を参照して詳細に説明する。本実施形態は、共振器に係る実施形態である。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、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図７は、本発明の第３実施形態に係る共振器を示す図である。
【００９６】
図７に示すように、本実施形態の共振器５は、光ファイバ増幅器２と、光ファイバ増幅器２の増幅用光ファイバ３０と接続される出力用ファイバ７０と、信号光用ファイバ１５に設けられる第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７１と、出力用ファイバ７０に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ７２とを主な構成として備える。
【００９７】
出力用ファイバ７０は、例えば、信号光用ファイバ１５と同様の構成とされる。そして、出力用ファイバ７０の一端は、増幅用光ファイバ３０におけるマルチポートカプラ３と接続される側と反対側の端部と接続されている。このようにして、増幅用光ファイバ３０のコア３６と、出力用ファイバ７０のコアが接続されている。
【００９８】
また、信号光用ファイバ１５のコア１６には、第１ＦＢＧ７１が設けられており、第１ＦＢＧ７１は、上述の様に増幅用光ファイバの活性元素がＹｂである場合、例えば１０８０ｎｍの波長の光の反射率が、例えば１００％とされる。
【００９９】
また、出力用ファイバ７０のコアには、第２ＦＢＧ７２が設けられており、第２ＦＢＧ７２は、第１ＦＢＧ７１の反射波長と同じ反射波長とされると共に、第１ＦＢＧ７１よりも低い反射率とされ、反射率が例えば４％とされている。
【０１００】
このような共振器５の動作においては、励起光源２０から励起光が出力され、励起光が増幅用光ファイバ３０のクラッド３７を伝播し、この励起光がコア３６を通過するときに、コア３６に添加されている希土類元素を励起状態にする。そして、励起状態とされた希土類元素から自然放出光が放出され、この自然放出光を元にして第１ＦＢＧ７１と第２ＦＢＧ７２との間で光の共振が起こる。共振光は、第１ＦＢＧ７１及び第２ＦＢＧ７２の反射波長と同じ波長であり、この共振光が、信号光として増幅用光ファイバ３０において励起された活性元素の誘導放出により増幅される。そして、増幅された光の一部が、第２ＦＢＧ７２を透過して、出力光として出力する。
【０１０１】
このように光が共振する場合において、増幅用光ファイバ３０からマルチポートカプラ３に光が入力するとき、共振光の一部が、増幅用光ファイバ３０とブリッジファイバ５０との接続部において、増幅用光ファイバ３０のコア３６から漏れる場合がある。このような場合においても、漏れた共振光は、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７に入力して、内側クラッド５７を伝播するため、漏れた共振光が、励起光用ファイバ２５のコア２６に入力することが抑制される。従って、漏れた共振光により励起光源２０が、損傷することを抑制することができる。
【０１０２】
また、共振光が、信号光用ファイバ１５のコア１６からブリッジファイバ５０のコア５６に信号光として入力するときに、信号光用ファイバ１５とブリッジファイバ５０との接続部において漏れる場合がある。この漏れた光は、第１の実施形態で説明したように、出力光における高次モードの光の原因となる。しかし、本実施形態においても第１実施形態と同様にして、この漏れた光の一部は、ブリッジファイバ５０において一旦、内側クラッド５７に閉じ込められても、ブリッジファイバ５０の内側クラッド５７の外径が縮径されている領域において、外側クラッド５８に放射させることができる。このように、漏れた光が、増幅用光ファイバ３０のコア３６に入力することが抑制されるため、増幅用光ファイバ３０のコア３６に高次モードの光が励振されることが抑制される。従って、ビーム品質の良い共振光を増幅することができ、ビーム品質の良い光を出力することができる。
【０１０３】
以上、本発明について、第１〜第３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。
【０１０４】
例えば、マルチポートカプラ３、４には、増幅用光ファイバ３０が接続されるものとされたが、マルチポートカプラ３は、必ずしも増幅用光ファイバが接続された状態で使用されなくとも良く、通常の光ファイバが接続されて使用さえれても良い。
【０１０５】
また、第１ＦＢＧ７１は、信号光用ファイバ１５のコア１６には設けられる例について説明したが、第１ＦＢＧ７１を形成した別のファイバを信号光用ファイバ１５に接続する構成としても良い。同様に、第２ＦＢＧ７２を形成した別のファイバを出力用ファイバ７０に接続する構成としても良い。
【０１０６】
また、第３実施形態において、第２実施形態において説明したマルチポートカプラ４をマルチポートカプラ３の代わりに用いても良い。
【０１０７】
また、第３実施形態において、第１、第２ミラーとして、第１、第２ＦＢＧ７１、７２を用いたが、多層酸化膜等から成る他の反射手段を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明によれば、出力する光のビーム品質を良好にすることができるマルチポートカプラ、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置及び共振器が提供される。
【符号の説明】
【０１０９】
１・・・ファイバレーザ装置
２・・・光ファイバ増幅器
３、４・・・マルチポートカプラ
５・・・共振器
１０・・・種光源（信号光源）
１５・・・信号光用ファイバ
１６・・・コア
１７・・・クラッド
２０・・・励起光源
２５・・・励起光用ファイバ
２６・・・コア
２７・・・クラッド
３０・・・増幅用光ファイバ
３６・・・コア
３７・・・クラッド
３８・・・樹脂クラッド
４０・・・キャピラリ
４１、４２・・・貫通孔
５０・・・ブリッジファイバ
５６・・・コア
５７・・・内側クラッド
５８・・・外側クラッド
６０・・・接続用ファイバ
６６・・・コア
６７・・・内側クラッド
６８・・・外側クラッド
７０・・・出力用ファイバ
７１・・・第１ＦＢＧ（第１ミラー）
７２・・・第２ＦＢＧ（第２ミラー）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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