(57)【要約】  マルチモードポンプ光及びレーザ信号をクラッドポンプファイバレーザに結合し、又はクラッドポンプファイバレーザから出力させるための装置を開示する。この装置は、出力光ファイバ、実質的に先細状にされていないフィードスルー光ファイバ、先細状セクションを有する環状の導波管、及び、複数のマルチモードポンプファイバを含む。この装置において、信号フィードスルーファイバは環状導波管内に配置され、信号フィードスルーファイバは、環状導波管内の先細状セクションに、環状導波管がフィードスルーファイバのさらなるクラッド層となるように融着される。環状導波管内に融着されたフィードスルーファイバの端部は、出力光ファイバに光学的に結合される。マルチモードポンプファイバは、環状導波管の先細状にされていないセクションに光学的に結合される。この装置を形成する方法も開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモードポンプ光及びレーザ信号をクラッドポンプファイバレーザに結合し、又は前記クラッドポンプファイバレーザから出力するための装置であって、該装置は出力光ファイバ、実質的に先細状にされていないフィードスルー光ファイバ、先細状にされたセクションを有する環状の導波管、及び、複数のマルチモードポンプファイバを含み、
前記信号フィードスルーファイバが前記環状導波管内に配置され、前記信号フィードスルーファイバが前記環状導波管内に、前記先細状セクションにて、前記環状導波管が前記フィードスルーファイバのさらなるクラッド層となるように融着され、
前記オーバークラッド信号フィードスルーファイバが前記出力光ファイバに光学的に結合され、
前記マルチモードポンプファイバが、前記環状導波管の先細状にされていないセクションに光学的に結合された、装置。
【請求項２】
前記複数のマルチモードポンプファイバの出力が前記環状導波管の端部に結合された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のマルチモードポンプファイバが、中空のフォーマーの周囲を取り囲むように配置され、前記マルチモードファイバとフォーマーとが、前記先細状の環状導波管を形成するように先細状にされ且つ融着された、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記出力ファイバがマルチクラッド光ファイバである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記出力ファイバが、ドープされた光ファイバである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記信号フィードスルーファイバが前記環状導波管内の中央に軸方向に配置された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
複数のポンプファイバの層を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記環状導波管が円形の内側断面及び／又は外側断面を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記環状導波管が、多角形又は他の非円形の内側断面及び／又は外側断面を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記フィードスルーファイバが、１つ以上の横モードを支持する導波管特性を有するコアを有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記フィードスルーファイバが、前記フィードスルーファイバの長さに沿って軸方向に延在する多数の穴を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置を含む光ファイバ増幅器又はレーザ。
【請求項１３】
クラッドポンプファイバ装置を作製するための方法であって、
マルチボア毛細管を設けるステップであって、前記マルチボア毛細管が、信号フィードスルーファイバを収容するために十分に大きい中央ボアと、マルチモードポンプファイバを収容するための、前記マルチボア毛細管の長さに沿って延在する複数のボアとを有する、ステップと、
さらに、前記ポンプファイバを前記ポンプボアに挿入するステップと、
前記ポンプファイバを前記マルチボア毛細管内に融着するステップとを含む方法。
【請求項１４】
環状の導波管を、前記融着されたマルチボア毛細管構造物の面に取り付けるステップと、前記環状導波管と前記マルチボア毛細管とを、マルチモードポンプファイバの光出力が前記環状導波管の端部に結合するように融着するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記環状導波管を、信号ファイバよりも大きい内径になるまで先細状にするステップと、信号ファイバを前記先細状にされた組立体内に挿入するステップと、前記先細状にされた組立体を前記信号ファイバ上に融着するステップとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、前記組立体をクリービングし、前記クリービングした組立体を出力ファイバに接合するステップを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記組立体がくびれた部分にてクリービングされる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記出力ファイバがマルチクラッドファイバである、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
クラッドポンプファイバ装置を作製する方法であって、
中空のフォーマーを設け、前記フォーマーの周囲に複数のマルチモードポンプファイバを束状に配置し、前記ポンプファイバと前記フォーマーとを、先細状の環状導波管を形成するために、信号ファイバより大きい内径になるまで先細状にするステップと、
前記信号ファイバを、前記先細状にされた組立体内に挿入して、前記先細状にされた組立体を前記信号ファイバ上に融着するステップとを含む方法。
【請求項２０】
前記束状のポンプファイバ及び前記フォーマーの上にガラススリーブを配置し、その後、この構造物を、前記先細状にされた環状導波管を形成するために融着し且つ先細状にするステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記組立体をクリービングし、前記クリービングした組立体を出力ファイバに接合するステップを更に含む、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記組立体がくびれた部分にてクリービングされる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記出力ファイバがマルチクラッドファイバである、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記フォーマーが略円形の内径を有する毛細管である、請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記スリーブが略円形の内径を有する毛細管である、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記フォーマーが最終的に前記組立体のクラッド層を形成する、請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記スリーブが最終的に前記組立体のクラッド層を形成する、請求項１９〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記信号コアが希土類材料によりドーピングされる、請求項１３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記信号コアに回折格子が設けられる、請求項１３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ファイバ装置がクラッドポンプファイバレーザ又は光増幅器である、請求項１３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記マルチモードファイバが最初に２層又は３層にて設けられる、請求項１３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
請求項１３〜２７のいずれか一項に記載の方法により製造されるクラッドポンプファイバ装置。
【請求項３３】
本文中に、添付図面に関連して実質的に記載され、且つ例示された装置。
【請求項３４】
本文中に添付図面に関連して実質的に記載された装置を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射光を光ファイバに結合し、又は光ファイバから出力するための装置に関する。詳細には、本発明は、限定はしないが、マルチモードポンプ光及びレーザ信号をクラッドポンプファイバレーザに結合し、又はクラッドポンプファイバレーザから出力するための装置に関する。光と信号はファイバ内でマルチプレクスされ、また、デマルチプレクスされてファイバから出力され得る。
【背景技術】
【０００２】
クラッドポンプファイバレーザは公知になりつつある。光ファイバのコアは、アクティブな利得媒体となるように処理され、回折格子が、レーザチャンバのミラーとして作用するように形成され、ポンプ放射光がクラッド層を介して導波される。ポンプ光は、通常、ポンピングダイオードにより供給され、ポンプ光をダイオードからファイバに結合することが必要である。
【０００３】
融着及びテーパ化（先細状に）されたマルチモード光ファイババンドルの構造が、米国特許第４,１７９,１８５号（ホーク（Hawk））、及び、米国特許第４,３９２,７１２号（オゼキ（Ozeki))から知られる。これらの構造の目的は、光の分配又は結合のために多数のマルチモード光ファイバを光学的に結合することである。一実施形態において、オゼキ(Ozeki)は、ポンプマルチモードファイバを束状に配置し、次いで、これらのポンプファイバを加熱により融着及びテーパ化することによりカプラを形成している。
【０００４】
米国特許第４,６８２,８４９号（コワタ（kowata))は、マルチモード融着ファイババンドルの構築において、ポンプファイバのバンドルを、その加熱及びテーパ化中に適切な位置に固定し、且つ適切な位置に保持することが困難であることを確認した。コワタ(kowata)の解決法は、ガラス毛細管の内部又は周囲に、加熱処理中の固定のための補助として作用するマルチモードファイバを詰めることであった。
【０００５】
１９８８年４月刊行のオプティクス・レター(Optics Letter)、第１３巻、３０６頁〜３０８頁、ベルガー(Berger)著、及び、米国特許第４,８１８,０６２号（シフレス（Scifres)）は、多数のダイオードレーザの出力を組み合わせるためにマルチモードファイババンドル及び融着ファイババンドルを用いること、及び、これらのバンドル状ファイバからの出力を用いてネオジウム・ヤグ(Nd：YAG)固体レーザを励起することを開示している。
【０００６】
米国特許第４,８２９,５２９号（カフカ（Kafka))は、レーザダイオードの出力がダブルクラッド光ファイバの第１クラッドにレンズを用いて結合されるダブルクラッドファイバレーザを構成する手段を開示している。
【０００７】
米国特許第４,８１５,０７９号（スニッツァ（Snitzer))は、ポンプ光をマルチクラッド光ファイバのクラッドに、クラッドポンプファイバの側部を介して結合させる多数の方法、及び、これらの方法をファイバレーザ又は増幅器にて用いることを開示している。
【０００８】
１９９４年に、米国特許第５,９９９,６７３号（ガポンツェフ（Gapontsev))が、予め先細状にしたマルチモードポンプファイバをダブルクラッドファイバの周囲に巻きつけてダブルクラッドファイバに融着させた、融着サイドカプラを開示した。これは、ポンプ光をダブルクラッドファイバに、ファイバの側部を介して結合させる手段として用いられる。
【０００９】
１９９７年に、米国特許第５,８６４,６４４号（ディ・ジョヴァンニ（Di Govanni))が、バンドルの中央にシングルモードフィードスルーファイバを有する、融着及び先細状にされたファイババンドルを開示している。また、この装置を用いてマルチモードポンプ光をマルチクラッドファイバのクラッドに結合し、且つ、レーザ信号をマルチクラッドファイバのコアに結合し、又はマルチクラッドファイバのコアから出力することを開示している。
【００１０】
１９９９年に、米国特許第６,４３４,３０２号（フィドリック(Fidric)）が、改良された融着ファイババンドルを開示している。このファイババンドルにおいて、マルチモードポンプファイバは、中央のシングルモードフィードスルーファイバの周囲にバンドル状に配置されてシングルモードフィードスルーファイバに融着される前に、別の段階にて先細状にされている。融着されたこのバンドルは出力光ファイバに接合される。フィドリックの設計の利点は、信号フィードスルーファイバがほとんどテーパ化されないことである。
【００１１】
２００３年に、米国特許第７,０１６,５７３号（ドン（Dong))が、ポンプコンバイナを開示しており、このコンバイナにおいて、マルチモードポンプファイバ及び中央の信号フィードスルーファイバがバンドル状に配置され、そして、バンドルを含む、より大きいクラッド直径を有するファイバ上に接合される。次いで、この、より大きいファイバが先細状にされ、そして、ダブルクラッド出力ファイバに接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４,１７９,１８５号
【特許文献２】米国特許第４,３９２,７１２号
【特許文献３】米国特許第４,６８２,８４９号
【特許文献４】米国特許第４,８１８,０６２号
【特許文献５】米国特許第４,８２９,５２９号
【特許文献６】米国特許第４,８１５,０７９号
【特許文献７】米国特許第５,９９９,６７３号
【特許文献８】米国特許第５,８６４,６４４号
【特許文献９】米国特許第６,４３４,３０２号
【特許文献１０】米国特許第７,０１６,５７３号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】ベルガー(Berger)著「オプティクス・レター(Optics Letter)」、第１３巻、３０６頁〜３０８頁、１９８８年４月刊行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
これらの従来技術（ガポンツェフ(Gapontsev)、ディ・ジョヴァンニ(Di Govanni)、フィドリック(Fidric)、及びドン(Dong)）は、マルチモードポンプ光をマルチクラッド光ファイバのクラッドに結合し、且つ、レーザ信号をマルチクラッド光ファイバのコアに結合し、又はマルチクラッド光ファイバコアから出力する、ポンプ光及び信号のマルチプレクサ及びデマルチプレクサの構造を教示している。また、このようなマルチプレクサのために、実質的に融着されたガラス構造体を用いることが望ましいことも示されている。これは、ガラス構造体が高い光パワーを損傷なく低損失で伝送することができるからである。融着ガラス構造体は、他の結合手段、例えば、バルク光要素（例えばレンズ）の位置合わせに依存するカフカ(Kafka)のバルク光結合よりも本質的に安定性が高く、より確実である。本発明は、レーザ信号及びマルチプレクサポンプ光をクラッドポンプ光ファイバに結合させ、且つクラッドポンプ光ファイバから出力させるための、実質的に融着されたガラスを用いたポンプ及び信号マルチプレクサ／デマルチプレクサ、及び、これらの部品をクラッドポンプファイバレーザ及び増幅器の構築に用いることに関する。
【００１５】
従来技術のマルチプレクサにおける本質的な問題は、フィードスルーにおけるレーザ信号の過剰損失である。この問題は、最近５年ほどの間に開発された、信号導波管のための大口径及び低開口数により特徴付けられる新世代のラージモードエリアファイバにより悪化している。本発明は、従来技術よりも信号フィードスルー損失が小さいポンプ及び信号マルチプレクサが必要であること、及び、ラージモードエリアファイバを組み込んだこのようなマルチプレクサを必要とすることを発明の動機としている。融着ファイバポンプ及び信号マルチプレクサにおける信号フィードスルー損失の公知の原因の２つは以下の通りである。
１）信号ファイバを先細状にすること
２）ポンプファイバと信号ファイバとの融着
【００１６】
信号ファイバを先細状にすること自体が、光をコアから逸らせて先細状セクションにおけるクラッドに結合させることがある。また、信号フィードスルーファイバをファイババンドル内で先細状にし、次いで、融着及び先細状にしたバンドルを出力ダブルクラッド出力ファイバに接合することにより、先細状にされた信号フィードスルーファイバと、先細状にされていない出力クラッドポンプファイバのコアとのコア直径の不一致に関連した過剰な損失を生じることがある。コア直径のこのような不一致が、フィードスルーファイバを先細状にすることにより増大することがある。
【００１７】
ファイババンドルに対称性が欠ける場合、又は、束状のファイバが融着前に不均等な張力を受ける場合に、融着による損失(fusion induced losses)（融着損失）が生じることがある。このような場合、ファイババンドルを加熱したときにバンドルが変形し、曲がり又は捩れる傾向がある。この変形が、マクロベンディングの公知の作用として信号をフィードスルーファイバのコアから逸らせ、これにより信号の過剰損失を生じることがある。
【００１８】
従来技術は、これらの損失メカニズムに様々な方法で対処しようと試みてきた。ガポンツェフ（Gapontsev）は、ポンプファイバを予め先細状にする（テーパ化する）ことにより、信号ファイバを顕著にテーパ化することを回避している。しかし、この構造は信号ファイバに対して非常に非対称であり、この設計により、構築中の曲げ又は捩れによる融着損失が生じる傾向がある。ディ・ジョヴァンニ(Di Govanni)は、融着損失の問題に、ポンプファイバ及び信号ファイバを対称の束状に配置することにより対処している。接合ポイントにおけるコア直径の不一致によるテーパ化損失（先細状にすることに関連した損失）の問題は、フィードスルーファイバのコアに、テーパ化の前後で（テーパ化中ではなく）同一のモードフィールド直径を有する特別なシングルモード導波管構造を用いることにより解決される。しかし、現在市販されている１８＋１デバイスは、なお、１５パーセントの信号損失をもたらす（ＯＦＳ社・オプティクス・プロダクト・カタログ、２００６年（OFS Optics Product Catalogue 2006）品番ＴＦＢ４３２０）。フィドリック（Fidric）は、テーパ化損失の問題に、ポンプファイバを信号ファイバに融着する前にポンプファイバを別個のステップで個々に先細状にすることにより対処した。しかし、実際、この設計は、予め先細状にされたファイバをバンドル内に配置することが実際に困難なために融着中に損失を増大させることがある。また、ポンプファイバの本数が多い場合、製造コストが高い。テーパ化損失の問題はドン(Dong)の方法においても存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に従えば、マルチモードポンプ光及びレーザ信号をクラッドポンプファイバレーザに結合し、又は前記クラッドポンプファイバレーザから出力させるための装置が提供される。この装置は、出力光ファイバ、実質的に先細状にされていないフィードスルー光ファイバ、先細状セクションを有する環状の導波管、及び複数のマルチモードポンプファイバを含む。この装置において、前記信号フィードスルーファイバは前記環状導波管内に配置され、前記信号フィードスルーファイバは前記環状導波管に、前記先細状セクションにて、前記環状導波管が前記フィードスルーファイバのさらなるクラッド層となるように融着され、このように形成されたオーバークラッド信号フィードスルーファイバは出力光ファイバに光学的に結合され、前記マルチモードポンプファイバは、前記環状導波管の、先細状にされていないセクションに光学的に結合されている。
【００２０】
本発明は、さらに、上記の装置を含む光ファイバ増幅器、発振器、又はレーザを提供する。
【００２１】
本発明は、また、前記装置を形成する方法を提供する。
【００２２】
さらなる態様において、クラッドポンプ装置を作製する方法が提供される。この方法は、毛細管を設けるステップを含み、前記毛細管は、信号フィードスルーファイバを収容するために十分に大きい中央ボアと、ポンプファイバのための、前記毛細管の長さに沿って延在する複数のボアとを有する。前記方法は、さらに、前記ポンプファイバを次なる組立の間に固定させておくために前記ポンプファイバを前記マルチボア毛細管内に加熱により融着するステップと、前記環状導波管を前記マルチボア毛細管の端面に、前記ポンプファイバの出力が前記環状導波管の端部に結合するように接合させるステップと、前記環状導波管を先細状にするステップと、前記信号フィードスルーファイバを前記環状導波管の前記先細状セクションに融着するステップと、前記オーバークラッド信号フィードスルーファイバを前記出力ファイバに融着させるステップとを含む。
【００２３】
さらなる態様において、クラッドポンプファイバ装置を作製するための第２の方法が提供される。この方法は、中空のコアを設け、前記コアの周囲に複数のマルチモードポンプファイバを束状に配置し、融着して、前記ポンプファイバと前記コアとを信号ファイバよりも大きい内径になるまで先細状にするステップと、前記信号ファイバを前記先細状にされた組立体内に挿入して、前記先細状にされた組立体を前記信号ファイバ上に融着するステップと、このように形成されたオーバークラッド信号フィードスルーファイバを前記出力ファイバに融着するステップとを含む。
【００２４】
本発明の実施形態は、以下の方法によりテーパ化損失の問題に対処する。
【００２５】
１．信号フィードスルーファイバを挿入する前に、ポンプ導波管を別個のステップで先細状にする（テーパ化する）。
２．先細状にされた環状導波管内に信号フィードスルーファイバを融着するときに、信号フィードスルーファイバを先細状にすることはほとんどなく、又は、理想的には全くない。
【００２６】
本発明の実施形態は、また、融着損失の問題に以下の方法で対処する。
【００２７】
１．環状導波管は、融着されたファイババンドルと比較して、本質的に対称である。
２．信号フィードスルーファイバを挿入する前にポンプファイバを環状導波管に融着により結合ｓ又は形成することにより、加熱中に生じる望ましくない変形が信号フィードスルーに影響を与えることがない。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照しつつ、単に一例として以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）はマルチプレクサ／デマルチプレクサの断面図であり、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図であり、（ｄ）は（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は装置の形成における各段階を示す。
【図３】（ａ）、（ｂ）はマルチボア毛細管を用いる別の装置の形成における各段階を示す。
【図４】（ａ）、（ｂ）はポンプファイバの２つの層を有するマルチボア毛細管の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、マルチモードポンプ光をマルチクラッド光ファイバのクラッドに結合し、且つレーザ信号をマルチクラッド光ファイバのコアに結合し、又はマルチクラッド光ファイバのコアから出力させるための、ポンプ及び信号マルチプレクサ／デマルチプレクサとして用いられ得る。このマルチプレクサは、実質的に融着されたガラス構造体を用いる。本発明の新規の設計は、従来技術が有する信号フィードスルーに関する融着損失及びテーパ化損失の問題に対処し、この点に関して従来技術よりも有利であることを示す。さらに、信号フィードスルーに、信号損失の低いラージモードエリアファイバを組み込むことができる。
【００３１】
図ｌ（ａ）〜図ｌ（ｄ）を参照すると、マルチプレクサは、出力光ファイバ２００１、信号フィードスルー光ファイバ２００２、先細状にされた（テーパ化された）セクションを有する環状の光導波管２００３、及び、複数のマルチモードポンプ光ファイバ２００４から成っている。
【００３２】
出力光ファイバは、コア２００５、第１のクラッド２００６、及びアウタークラッド２００７を有し、また、中間のクラッド層も有し得る。出力ファイバのコアは、レーザ信号のための導波管として作用する。１つ以上のクラッド層が、前記コアを取り囲んで含むマルチモード導波管を画成し、マルチモード導波管はマルチモードポンプ光を導く。アウタークラッド層２００７は、マルチモードポンプ導波管に高開口数をもたらす低屈折率ポリマー層であり得る。一例として、出力ファイバは、ガラスコアと、第１のクラッド及び第２のポリマークラッドとを有するダブルクラッドファイバであり得る。コアの直径は２０ミクロンであり得、第１クラッドの直径は４００ミクロンであり得、導波管の開口数は０．０６であり得、また、第１クラッド及び第２クラッドにより画成されるマルチモード導波管の開口数は０．４６であり得る。
【００３３】
信号フィードスルーファイバ２００２は、コア２００８及びガラスクラッド２００９を有し、また、追加のクラッド層を有し得る。コアの目的は、レーザ信号２０１０をマルチプレクサを通して出力ファイバのコア２００５に結合し、又はコア２００５から出力させるように導くことである。理想的には、フィードスルーファイバのコアの横モード分布が出力ファイバのコアの横モード分布に合致し、それにより、レーザ信号をフィードスルーファイバから出力ファイバへと効率的に結合することを保証する。一例として、コア直径は２０ミクロンであり得、クラッド直径は２００ミクロンであり得、コア導波管の開口数は０．０６であってよい。
【００３４】
マルチモードポンプ光ファイバ２００４は、典型的に、ガラスコア２０１１及びガラスクラッド２０１２を有する。一例として、コア直径は１０５ミクロンであり得、クラッド直径は１２５ミクロンであり得、コアの開口数は０．１５に等しくてもよい。このマルチプレクサをファイバレーザシステムの一部として用いる場合、半導体レーザダイオードの光出力がコアに、ポンプファイバの自由端にて光学的に結合されるであろう。
【００３５】
環状の導波管２００３はガラス光導波管であり、マルチモードポンプファイバと出力ファイバとの間の中間部分として用いられる。この中間部分は先細状セクションを有する。環状導波管の目的は、マルチモードポンプ光２０１３をマルチモード光ファイバから出力ファイバのクラッドに導くことである。一実施形態において、環状導波管は、円形の断面を有するシリカ（石英）ガラス毛細管であってよい。一例として、この毛細管の内径は、先細状にされていないセクションにて６００ミクロンであり得、外径は１１００ミクロンであり得る。環状導波管の先細状セクションにおいて、毛細管の内径は、信号フィードスルーファイバの外径とほぼ等しいが、信号フィードスルーファイバの外径よりも僅かに大きい。この例において、環状導波管の先細状セクションの内径は２０５ミクロンであり得る。環状導波管の先細状セクションにおける外径は、テーパ（先細）比に従って幾何学的に決定される。この例において、この外径は３７５ミクロンとなる。環状導波管のテーパ度は、幾何光学的な条件により制限される。輝度の定理によれば、先細状にされた導波管にて光が伝搬するときに、コア内の光線の角度は導波管の軸に対して増大する。この定理によれば、光線角度の二乗が先細状導波管の断面積に反比例して増大する。光ファイバが光線を内部全反射により導くためには、光線角度がファイバの開口数（コア及びクラッドの屈折率の関数）より小さくなければならない。光線角度が開口数を超えると、光線はコアからクラッドへと逸れることになる。本発明の典型的な実施形態において、本発明の目的は、環状導波管の先細状端部から出るマルチモードポンプ光を出力光ファイバの第１クラッドに結合し、そして、この第１クラッドがポンプ光を第２クラッドとの境界における内部全反射により導くようにすることである。従って、先細状に角度が付けられた導波管の出力部における光線角度が、出力ファイバの第１クラッド及び第２クラッドの屈折率により決定される開口数（この例においては０．４６）を超えてはならない。先に述べたように、出力光線角度は、入力光線角度、及び導波管のテーパ度により決定される。この例において、入力光線最大角度は約０．１５であり、これは、マルチモードポンプ光ファイバの開口数により決定される。出力光線角度は、先に記載したように０．４６である出力ファイバポンプ導波管の開口数を超えてはならない。従って、輝度の定理に従えば、環状導波管の線寸法の最大テーパ度は約０．４６／０．１５であり、ほぼ３に等しい。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｅ）は、装置を構築するステップを概略的に示す。
【００３７】
この装置は、マルチモードポンプファイバ（４０）の出力部を、環状の導波管（２０）の、先細状にされていない端部に、例えば融着接続により結合することにより構成される。信号フィードスルーファイバ（３０）を環状導波管に挿入し、環状導波管の先細状セクションを加熱して、信号フィードスルーファイバ上に、フィードスルーファイバのさらなるクラッド層を形成するように圧潰する。融着されたこのセクションをクリービング（切断）して、出力光ファイバ上へ、例えば融着接続により接合する（図２（ｅ））。得られた組立体を、組立体の強度を増すために、且つ／又は、さらなるクラッド層を設けるために、ポリマーでリコーティングすることも可能である。レーザ信号が、フィードスルーファイバのコアを介して出力ファイバのコアに結合され、又は出力ファイバのコアから出力されることができる。マルチモードポンプ光がポンプファイバの自由端に結合される。ポンプ光は、先細状の環状導波管を通って出力光ファイバのクラッドへと伝搬する。
【００３８】
第２の実施態様においては、実際的な問題の幾つかとして、第１実施形態で記載したように多数のマルチモードポンプファイバを毛細管の端部上に直接融着接続することが容易でない場合があることが考慮されている。従って、第２実施形態（図３（ａ），図３（ｂ））においては、マルチボア毛細管２１をファイバを適切な位置に固定するための補助として用い、ファイバをこの毛細管に結合させる。
【００３９】
マルチボア毛細管は、信号フィードスルーファイバを内部に通すために十分に大きい直径を有する中央ボア２２を有する。マルチボア毛細管は、また、マルチボア毛細管の長さに沿って軸方向に延在する複数の穴２３も有する。これらの穴２３は、複数のマルチモードポンプファイバを受け入れるためのものである。
【００４０】
この装置の組立において、複数のマルチモードポンプファイバをマルチボア毛細管内の複数の軸方向穴に挿入し、得られた組立体を加熱により融着して単一のガラス構造体にする。この時点で、複数のマルチモードファイバを単一のユニットとして取り扱うことが容易であり、また、マルチモードファイバを融着接続により環状導波管に結合することが、第１実施形態よりも容易にできる。
【００４１】
この実施形態におけるその他の特徴、例えば、先細状の環状導波管、信号フィードスルーファイバ及び出力ファイバは、第１実施形態で記載したものと同一である。
【００４２】
第１実施形態に示した構造に合致している一例として、マルチボア毛細管は、直径が５００ミクロンの中央ボア、及び１４００ミクロンの外径を有することが可能である。また、ポンプファイバのための軸方向穴の個数は２０であり得、軸方向穴は、毛細管の軸周囲に軸から１０００ミクロンの距離にて円形に均等な間隔で配置されている。軸方向穴の直径は１２８ミクロンであり得る。
【００４３】
一実施形態において、環状導波管は、溶融シリカ又は溶融石英から構成される。また、環状導波管は、複合ガラス（例えばフッ素ドープシリカ）又は他の何らかのガラス組成物から構成されることも可能である。環状導波管は、環状導波管の導光特性を変更し得るクラッドの何らか形態を有し得る。例えば、環状導波管は、薄いフッ素ドープ層を、環状導波管の外側若しくは内側に、又は外側と内側の両方に有することが可能であり、これにより、ポンプ光の幾らか又は全てが環状導波管の内部で全反射されることになる。
【００４４】
環状導波管の内側断面及び外側断面は、好ましくは完全な円形である。しかし、環状導波管の内側断面及び／又は外側断面が完全な円形である必要はない。環状導波管の内側断面及び／又は外側断面が多角形又は他の形状を有することも本発明の精神の範囲内にあり得る。
【００４５】
信号フィードスルーファイバのコアは、単一の横モード、幾つかの横モード、又は多数の横モードを支持するように導波路特性を有し得る。また、信号フィードスルーファイバのコアは、コア長さに沿って軸方向に延在する多数の穴を有するフォトニック結晶コアであってもよい。
【００４６】
光ファイバマルチプレクサの１つの用途は、光ファイバ増幅器又はレーザを励起することである。この装置において、マルチプレクサの出力ファイバは希土類ドープコアを有し得る。又は、この出力ファイバを、後に、希土類ドープコアを有する出力ファイバに接続してもよい。レーザの場合、出力ファイバは、波長選択素子、例えば格子をさらに組み込み得る。このような増幅器又はレーザは、一端から、又は両端から励起され得る。
【００４７】
本発明の幾つかの実施形態において、本発明の装置のポンプコンバイナが、クラッドポンプファイバに結合されるポンプパワーの量を増大するために複数のポンプファイバの層を有し得ることに留意されたい。図４（ａ）及び（ｂ）は、２つの層を有する例を示す。或いは、１層のみ、又は３つ以上の層を有する場合ももちろんあり得る。
【００４８】
図５（ａ）〜図５（ｅ）は、さらなる実施形態を示す。
【００４９】
この実施形態において、束状のマルチモードファイバ１１０が、管状（好ましくは円形）のフォーマー（ｆｏｒｍｅｒ）１２０の周囲に巻きつけられる。マルチモードファイバ１１０は、らせん状に巻き付けられても、長手方向に巻き付けられても、又は他の巻き方で巻き付けられてもよい。図５（ｂ）はこの組立体の長手方向の断面図である。次いで、フォーマーと、巻き付けられたマルチモードファイバとを融着し、そして、後に信号ファイバ１３０が、このように融着及び先細状にされた組立体に挿入される信号ファイバ１３０（図５（ｄ））よりも大きい内径になるまで先細状にする（図５（ｃ））。融着及び先細状にされた組立体は先細状の環状導波管を形成している。次いで信号ファイバ１３０を、この先細状の組立体内に挿入し、組立体を信号ファイバの上に融着する。先に述べたように、信号ファイバを挿入する前に組立体を先細状にすることは、信号ファイバの変形が、生じたとしてもごく僅かであることを意味し、これは、所与の理由により有利である。次いで、この組立体をクリービングして出力ファイバに接合する。
【００５０】
好ましい実施形態において、環状導波管は、主に、１つ以上のフッ素ドープシリカ層を有する溶融シリカから構成される。これらの層は、内面、外面又は両面にあり得、装置の構造を補助し、且つ望ましい光学特性をもたらすことを含む幾つかの目的を果たし得る。なぜなら、フッ素ドーピングはガラスの融点及び屈折率の両方を低下させるからである。一例として、毛細管が３２０ミクロンの外径及び２５６ミクロンの内径を有することが可能であり、また、毛細管は、１０ミクロンの厚さを有するフッ素ドープシリカ層を内面上及び外面上に有し得る。溶融シリカの１０６４ｎｍでの屈折率は約１．４５であり、フッ素ドープシリカは、約１．４３３の屈折率を有するようにドーピングされることが可能である。毛細管を、ゲルマニウム、ボロン、アルミニウム又はリンなどの要素を含む他の何らかの複合ガラス組成物から構成することも可能である。光学的には、フッ素ドープ層は低屈折率クラッド層として作用する。迷光放射の全体がこの層により内部反射されることができ、これにより、フィードスルーファイバに閉じ込められ、さらなる励起アイソレーションをもたらす。この場合、フッ素ドープ層は、フィードスルーファイバにおけるペデスタル又はトリプルクラッド構造の代わりに機能する。機械的には、より柔軟なフッ素ドープガラスが本発明の装置の構造に有利であろう。詳細には、毛細管上の外側フッ素ドープ層とポンプファイバ上のフッ素ドープクラッド層との境界部が装置の強度を増大させる。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図１（ｃ）】
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【図１（ｄ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図２（ｄ）】
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【図２（ｅ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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【図５（ｅ）】
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【国際調査報告】
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